CN104685931A - 无线通信网络中的通信路由的确定 - Google Patents

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Abstract

工业无线网络(WN)中的网络管理器装置(20)向其他网络节点(24，26，28，30，32，34)发送网络调查消息供处理并且经过网络来转发，该消息包括消息权重。提供网络中的节点(30)的无线通信装置从另一网络节点(24)接收消息，基于通信质量来确定通信权重，将通信权重加入消息权重，并且将和数与节点权重进行比较。如果和数低于节点权重，则将它设置为新节点权重并且设置为新消息权重，因此将改变的消息发送给网络中的其他节点。网络管理器装置基于更新的节点权重来映射网络的拓扑，基于所映射拓扑来设置通信调度方案，并且通知网络节点关于该方案。

Description

无线通信网络中的通信路由的确定
技术领域
一般来说，本发明涉及工业无线网络中的无线通信装置。更具体来说，本发明涉及用于允许网络管理器装置确定工业无缘各的通信路径的方法、工业无线网络的无线通信装置、无线通信装置的计算机程序产品、用于调查工业无线网络中的通信路径的方法、工业无线网络的网络管理器装置以及工业无线网络的网络管理器装置的计算机程序产品。
背景技术
无线传感器网络已知为用于过程控制系统中。关于这类网络的示例是ZigBee和WirelessHart、ISA100、WIA-PA和蓝牙。还存在一些基于WLAN的传感器网络。
这些网络常常采用时分通信方案、例如时分多址(TDMA)，其中采取现场装置形式的无线通信装置可访问采取方案的时间间隔形式的资源以供与过程控制系统的通信。
一些无线网络使用时间间隔对现场装置的固定分配。这要求管理资源的网络管理器或无线电资源管理器。
权重也用于数据网络中的各种目的。
US2008/0253290例如描述了具有多径路由选择的通信网络中的业务分布的优化。为通信网络的节点(其具有到目标的路由选择的若干备选或下行链路)提供分布加权。分布加权作为下行链路的业务负荷的量度相对于相互之间经过修改，以便降低高负荷链路上的分布业务，而增加较少负荷链路上的分布业务。
US2006/0209785描述一种跨多层网络来路由数据分组的方法，多层网络包括多个节点、配备有多个逻辑链路的逻辑级以及配备有多个物理链路的物理级，逻辑链路的每个对应于物理链路的至少一个。该方法包括相对逻辑级中的第一临界限制向各逻辑链路指配权重，相对物理级中的第二临界限制来细化指配给各逻辑链路的权重，以及基于指配给各链路的权重，计算在逻辑级将起始节点连接到结束节点供数据分组的传输的路径。
US2006/0168317描述包括分组交换数据网络中的目标地址的数据分组的路由选择。对指配给网络节点的单独目标地址在路由选择表中为第一和第二传输路径指配相应业务分布加权，其中加权指示每传输路径的相应所分配业务负荷。向相应第一传输路径指配最大业务分布加权，以及向第二传输路径指配最小业务分布加权。在分布操作无扰动操作期间，数据分组经由第一传输路径来路由，以及如果该路径被中断，则分组经由第二传输路径来路由。
US2011/0164565描述一种路由无线网络的方法。该方法由一组节点的每个执行，并且包括：接收路由选择请求信号；通过参照示出该组节点的业务吞吐量的业务分布表和示出该组节点与源节点之间的所有路径上的中间节点的权重的中间节点权重表，来确定节点本身是否为目标节点，其中路由路径通过参照中间节点的权重来选择；以及当确定节点本身是将路由响应信号传送到已经传送了路由选择请求信号的源节点的目标节点时，接收来自源节点的分组，其中传送和接收由所确定目标节点执行。
工业网络中的现场装置之间的可靠和健壮无线通信具有最高重要性，以便保证每周7天的24小时操作。路由选择算法对于工业无线传感器网络是重要的，以便保证工业应用所需的最终期间之内的分组传递。在基于TDMA的工业无线传感器网络中，源路由选择和图表路由选择是当今存在的两种可用路由选择方案。
高可靠性和低等待时间对工业应用至关重要。源和图表路由选择均不能完全满足这些要求。源路由选择方案通过建立从源到目的地的固定路径来路由分组。如果经过这个路径的任何节点或链路出故障，则通信将终止。通过提供从源到目的地的附加路径，图表路由选择方案比源路由选择更为可靠。但是，当网络拓扑发生变化时，将需要长时间来生成新图。在图调整周期期间，这个网络中的通信也可能终止。这全部可导致经济损失或安全问题，对工业应用是不可接受的。
因此，存在对于关于工业无线网络的改进的需要。
发明内容
本发明针对提供改进的工业无线通信网络。
本发明的一个目的是提供一种用于允许网络管理器装置确定工业无线网络中的通信路径的改进方法。
按照本发明的第一方面，这个目的通过一种用于允许网络管理器装置确定工业无线网络中的通信路径的方法来实现，该方法由作为工业无线通信网络中的节点的无线通信装置来执行，无线通信装置具有包括节点权重的节点配置数据，并且该方法包括下列步骤：
- 从另一网络节点接收网络调查消息，网络调查消息包括消息权重，
- 检查网络调查消息，并且基于检查结果来执行网络调查消息的进一步处理
其中检查包括
- 基于与另一节点的通信质量来确定通信权重，
- 通过将通信权重与消息权重相结合来形成中间权重，以及
- 将中间权重与节点权重进行比较，
其中进一步处理在消息权重低于中间权重时执行，并且包括
- 将中间权重设置为新节点权重，
- 将中间权重设置为新消息权重，以及
- 向网络中的其他节点发送具有新消息权重的已改变网络调查消息。
本发明的另一方面是提供一种在工业无线网络中的改进无线通信装置。
按照本发明的第二方面，这个目的通过一种用于工业无线网络的无线通信装置来实现，该无线通信装置提供工业无线通信网络中的节点并且包括：
- 无线发射器，
- 无线接收器，
- 节点配置存储器，包括其中包含节点权重的节点配置数据，以及
- 节点配置控制单元，配置成：
- 从另一网络节点接收网络调查消息，网络调查消息包括消息权重，
- 检查网络调查消息，并且基于检查结果来执行网络调查消息的进一步处理，
其中检查包括
- 基于与另一节点的通信质量来确定通信权重，
- 通过将通信权重与消息权重相结合来形成中间权重，以及
- 将中间权重与节点权重进行比较，
- 其中进一步处理在中间权重低于节点权重时执行，并且包括
- 将中间权重设置为新节点权重，
- 将中间权重设置为新消息权重，以及
- 向网络中的其他节点发送具有新消息权重的已改变网络调查消息。
本发明的另一目的是提供一种用于无线通信装置的计算机程序产品，该计算机程序产品提供改进无线通信装置。
按照第三方面，这个目的通过一种用于无线通信装置的计算机程序产品来实现，该无线通信装置提供工业无线网络中的节点并且配备有节点权重，
该计算机程序产品包括具有计算机程序代码的数据载体，计算机程序代码在运行于形成无线通信装置的节点配置控制单元的处理器时使节点配置控制单元：
- 从另一网络节点接收网络调查消息，网络调查消息包括消息权重，
- 检查网络调查消息，并且基于检查结果来执行网络调查消息的进一步处理，
其中检查包括
- 基于与另一节点的通信质量来确定通信权重，
- 通过将通信权重与消息权重相结合来形成中间权重，以及
- 将中间权重与节点权重进行比较，
其中进一步处理在中间权重低于节点权重时执行，并且包括
- 将中间权重设置为新节点权重，
- 将中间权重设置为新消息权重，以及
- 向网络中的其他节点发送具有新消息权重的已改变网络调查消息。
本发明的另一目的是提供一种用于确定工业无线网络中的通信路径的改进方法。
按照本发明的第四方面，这个目的通过一种用于调查工业无线网络中的通信路径的方法来实现，该方法由工业无线通信网络的网络管理器装置来执行并且包括下列步骤：
- 向至少一个其他网络节点发送网络调查消息供处理并且经过工业无线网络来转发，网络调查消息包括消息权重，
- 从工业无线网络的其他节点接收节点配置消息，节点配置消息包括通过对网络节点中的网络调查消息的处理而已经更新的节点配置数据，节点配置消息的节点配置数据包括基于消息权重而已经更新的对应节点的节点权重，
- 基于所接收节点配置消息中的节点配置数据来映射无线通信网络的拓扑，
- 基于所映射拓扑来设置通信调度方案，以及
- 通知网络节点关于通信调度方案。
本发明的又一目的是提供一种改进网络管理器装置。
按照第五方面，这个目的通过一种用于工业无线网络的网络管理器装置来实现，该无线网络管理装置包括：
- 网络拓扑确定单元，配置成
- 向至少一个其他网络节点发送网络调查消息供处理并且经过工业无线网络来转发，网络调查消息包括消息权重，
- 从网络的其他节点接收节点配置消息，节点配置消息包括通过对网络节点中的网络调查消息的处理而已经更新的节点配置数据，节点配置消息的节点配置数据包括基于消息权重而已经更新的对应节点的节点权重，
- 基于所接收节点配置消息中的节点配置数据来映射网络的拓扑，
- 基于所映射拓扑来设置通信调度方案，以及
- 通知网络节点关于通信调度方案。
又一目的是提供一种用于网络管理器装置的计算机程序产品，该计算机程序产品提供改进网络管理器装置。
按照第六方面，这个目的通过一种用于工业无线网络的网络管理器装置的计算机程序产品来实现，
该计算机程序产品包括具有计算机程序代码的数据载体，计算机程序代码在运行于形成网络管理器装置的网络拓扑确定单元的处理器时使网络管理器装置：
- 向至少一个其他网络节点发送网络调查消息供处理并且经过工业无线网络来转发，网络调查消息包括消息权重，
- 从网络的其他节点接收节点配置消息，节点配置消息包括通过对网络节点中的网络调查消息的处理而已经更新的节点配置数据，节点配置消息的节点配置数据包括基于消息权重而已经更新的对应节点的节点权重，
- 基于所接收节点配置消息中的节点配置数据来映射网络的拓扑，
- 基于所映射拓扑来设置通信调度方案，以及
- 通知网络节点关于通信调度方案。
本发明具有多个优点。它通过分组传递分集来改进可靠性。路由选择表不是所有节点所需的。网络拓扑的可能变化将不会终止通信。通过本发明，变得更易于配置参数并且将其下载到无线现场装置。这将减少维护时间。此外，本发明将改进传输可靠性，这降低通信故障的风险。由于本发明，还有可能在工业无线传感器网络上运行安全应用。此外，本发明是通用的，并且因此在所有类型的工业无线传感器网络上是可适用的。
附图说明
下面将参照附图来描述本发明，附图包括：
图1示意示出用于控制使用工业无线网络的过程的控制系统，
图2示意示出控制与工业无线网络中的现场装置的通信的网络管理器装置的示意框图，
图3示出工业无线网络中的无线通信装置的示意框图，
图4示出无线通信装置的节点配置存储器的内容，
图5示意示出网络调查消息，
图6示意示出由无线通信装置所操控的节点配置消息，
图7示意示出由工业无线网络中的节点所发送的数据消息，
图8示出由网络管理器装置所执行、用于调查通信路径的方法中的多个方法步骤的流程图，
图9示出用于允许网络管理器装置确定通信路径的方法中的多个方法步骤的流程图，该方法由无线通信装置执行，
图10示出用于通知网络管理器装置关于通信路径并且发送数据消息的多个方法步骤的流程图，
图11是示出工业无线网络中的节点如何操控所接收数据消息的多个方法步骤的流程图，以及
图12示意示出携带用于实现无线通信装置的节点配置控制单元或者网络管理器装置的网络拓扑确定单元的程序代码的数据载体。
具体实施方式
下面将给出本发明的优选实施例的详细描述。
图1示意示出用于过程的控制系统10、即过程控制系统。该过程可以是工业过程，并且还可以是多种不同类型的过程的任一种，例如纸浆和纸张生产过程、炼油过程、输电过程或配电过程。控制系统10例如可以是用于控制过程的基于对象的计算机化系统。
图1中，过程控制系统10包括连接到第一总线B1的多个操作员终端12和14。还存在第二总线B2，以及在第一与第二总线之间连接了提供过程的控制和监测的服务器16以及存储数据、例如与过程的控制和监测相关的历史数据的数据库18。与第二总线B2还连接了网关20，该网关又连接到无线网络WN。无线网络WN可以是工业网络，并且也可以是无线通信网络。更具体来说，它可以是无线传感器和致动器网络(WSAN)，并且因而可以是工业无线传感器和致动器网络。工业无线网络也可使用时分通信方案。在这个无线网络WN中，示出七个例示节点。存在第一节点24、第二节点26、第三节点28、第四节点30、第五节点32和第六节点34。这些节点采取无线通信装置或无线现场装置的形式来提供。这些现场装置以及网关是工业无线网络WN中的节点。因此，网关20可被认为是第七节点。
现场装置是作为到过程的接口的装置，并且它们与网关20无线通信。在例示网络中，第一、第二和第三节点24、26、28还示为与网关20进行通信，而第四和第五节点30和32与第一、第二和第三节点24、26和28进行通信。第六节点34又与第四和第五节点30和32进行通信。虽然第四、第五和第六节点30、32和34没有与网关20直接通信，但是它们仍然能够使用单跳或多跳技术来与其通信。当例如第六节点34正发送数据时，这个数据经由第五或第六节点、连同经由第一、第二或第三节点24、26和28来转发给网关20。类似地，第一、第二和第三节点24、26、28可充当由第四和第五节点30和32所发送的数据的中继节点。
实现第一、第二、第三、第四、第五和第六节点24、26、28、30、32和34的现场装置通常可负责执行过程的某种类型的控制活动(例如，测量过程参数、例如过程的物理性质)或者提供过程中的控制活动(例如，起动阀门、操作泵、开关等)。现场装置的实际控制由服务器16来执行。
图2示出也充当网络管理器装置的网关20的示意框图。它在下文中将仅称作网络管理器装置。网络管理器装置20包括数据操控单元38，其连接到通常包括无线电电路和一个或多个天线的无线接口40以及连接到通信接口36以用于使用第二总线B2的通信。作为示例，通信接口36可以是以太网接口。网络管理器装置20还包括网络拓扑确定单元42，其连接到无线接口40以及连接到数据操控单元38。
图3示出无线通信装置43中组成工业无线网络中的节点的单元的示意框图。在本例中，这个无线通信装置43是实现第四节点30的现场装置。应当知道，所有现场装置可包括图3所示的单元。无线通信装置43在这里包括节点配置控制单元50，其连接到发射器电路48或无线发射器。发射器电路48又连接到天线44，其也连接到接收器电路46或无线接收器。接收器和发射器电路46和48可结合在一个电路、即收发器电路中。节点配置控制单元50还连接到节点配置存储器52。在无线通信装置43中，还存在数据操控单元53，其连接到接收器和发射器电路46和48、连接到节点配置控制单元50以及连接到节点配置存储器52。
图4示意示出节点配置存储器52的内容。这个存储器包括节点配置数据。在这个示例中，节点配置数据包括节点标识符NID，其是识别无线通信装置或第四节点的标识符，该标识符由网络管理器装置20来识别。还存在节点权重NW、节点跳数NHN以及识别父节点的数据PN1和PN2。识别父节点的数据可以是这种父节点的标识符。父节点在这里是无线通信装置43所提供的节点30用于与网络管理器装置20进行通信的节点。因此，父节点可以是中继节点，以及更具体来说来说是从无线通信装置43到网络管理器装置20的通信路径中的多个中继节点的第一中继节点。来自无线通信装置43的数据在其从无线通信装置到网络管理器装置20的途中经由这个第一中继节点来传递。
图5示意概述网络调查消息NIM。网络调查消息NIM包括发送标识符SID，其是正发送消息的节点的标识符。它还包括消息权重MW以及消息跳数MHN。
图6示意概述节点配置消息NCM。节点配置消息NCM包括节点配置数据，其中包括始发节点标识符OID，其是消息始发的节点、即最初形成或创建消息的节点的标识符。它还包括始发节点权重ONW(其是这个始发节点的权重)和始发节点跳数ONHN(其是这个始发节点的跳数)。它还包括这个始发节点的父节点数据PN1和PN2。
图7示意概述数据消息DM。数据消息DM还包括始发节点标识符OID、即消息始发的节点的标识符。它还包括始发节点权重ONW和始发节点跳数ONHN。最后，它还包括数据DATA，其从始发节点发送给网络管理器装置。
本发明所涉及的数据通信主要是上行链路、即从现场装置到管理器网络装置的通信。但是，应当知道，本发明在下行链路也可受到关注。
现在将参照图8和图9来描述本发明的第一变化的功能，图8示出在网络管理器装置中执行的多个方法步骤的流程图，图9示出在无线通信装置中执行的第一批多个方法步骤。
当新节点尝试加入无线通信网络时，网络管理器装置20的网络拓扑确定单元42向它指配初始节点权重以及初始跳数。节点权重是节点与网络管理器装置之间的通信链路的质量的量度，而跳数是指示节点离开网络管理器装置20多少跳的计数器。这些指配经由无线接口40来发送。初始权重通常是具有高数值、例如99的权重，以及跳数通常最初也是高数值、例如99。作为示例，实现第四节点30的无线通信装置43被认为是所发起的这种节点。这些初始设定然后由接收器46来接收并且转发到节点配置控制单元50，其将它们存储在节点配置存储器52中。在这个存储器52中，可以已经存储了节点标识符NID。一开始不存在父节点标识符。
为了找出网络的实现配置、即哪些节点与其通信以及它们相互通信的良好程度，网络拓扑确定单元42发送网络调查消息NIM(步骤54)。该消息经由无线接口40来发送，并且包括发送标识符SID(其因而最初是网络管理器装置20的标识符)、消息权重MW和消息跳数MHN。消息权重MW最初设置成网络中可以为零的最低节点权重，以及消息跳数MHN最初也设置成网络中同样可以为零的最低跳数。但是，这两个值以及发送标识符SID在网络调查消息NIM经过网络WN的过程中被改变。网络调查消息NIM被发送给至少一个其他网络节点供处理并且经过工业无线网络来转发。更具体来说，网络调查消息NIM可在网络中广播，使得能够与网络管理器装置20直接通信的所有节点对它进行接收。更具体来说，消息NIM可定期地、例如1分钟一次、每隔10分钟一次、1小时一次地发送。作为备选方案，有可能的是，消息NIM在网络管理器装置失去与另一节点的联络时立即发送。
如上所述，当消息穿过网络时，它被改变。更具体来说，在网络中转发它的节点将其自己的网络标识符设置为发送标识符SID。它还可改变消息权重和消息跳数。下面将描述这如何进行。
当要首次接收网络调查消息时，现场装置因而全部使用其初始节点跳数NHN和初始节点权重NW。
在上述示例中，网络调查消息NIM例如首先由第一节点24来接收，第一节点24将它进行改变，并且然后将消息传递到实现第四节点30的无线通信装置43。这意味着，第一节点24从网络管理器装置20所提供的原始内容改变了网络调查消息NIM的内容。更具体来说，网络调查消息NIM接收到作为第一节点24的标识符的新发送标识符SID、新消息权重MW和通常为跳数一的新消息跳数MHN。
网络调查消息NIM然后在无线通信装置43中由接收器46经由天线44来接收，并且转发到节点配置控制单元50。因此，网络调查消息NIM由节点配置控制单元50来接收(步骤64)。
节点配置控制单元50然后从节点配置存储器52中取出节点跳数NHN，并且此后将节点跳数NHN与消息跳数MHN进行比较(步骤66)。在消息跳数MHN低于或等于节点跳数NHN的情况下(步骤68)，节点配置控制单元50则将发送标识符SID作为父节点的标识符PN1来存储(步骤71)，并且此后进一步检查网络调查消息NIM。但是，如果消息跳数MHN高于节点跳数NHN(步骤68)，则网络调查消息NIM由节点配置控制单元丢弃(步骤70)。
网络调查消息NIM的进一步检查包括通信权重CW的确定(步骤72)。通信权重CW的确定可涉及确定发送节点、即无线通信装置43从其中接收网络调查消息NIM的节点(其在这个示例中为第一节点24)之间的通信质量。因此，通信权重CW基于与从其中接收消息NI的另一节点的通信质量来确定，并且例如可基于所接收信号强度指示符(RSSI)、误码率、分组差错率和链路质量指示符LQI来确定。
此后，节点配置控制单元50形成中间权重IW(步骤74)，该中间权重IW通过将通信权重与消息权重相结合来形成。在这个示例中，中间权重IW因而通过将通信权重CW加入消息权重WM来形成。中间权重IW在这个示例中因而作为通信权重CW和消息权重MW之和来形成。当这已经进行时，节点配置控制单元50从节点配置存储器52中取出节点权重NW，并且此后将中间权重与节点权重WN进行比较(步骤75)。
如果然后中间权重IW低于节点权重NW(步骤76)，则执行进一步处理，而如果它高于或等于节点权重NW(步骤76)，则网络调查消息NIM由节点配置控制单元50丢弃(步骤70)。
进一步处理在这种情况下涉及节点配置存储器52中的设定的更新。更具体来说，它涉及节点配置控制单元50将中间权重IW设置为新节点权重NW(步骤78)，将节点跳数NHN改变成消息跳数MHN(步骤80)。在这里还有可能提供新节点权重与对应父节点的标识符之间的链路。
进一步处理还涉及改变网络调查消息NIM的内容。节点配置控制单元50经过增加消息跳数MHN对它进行改变。因此，消息跳数增加，并且在这个示例中递增(步骤84)。中间权重IW也设置为新消息权重MW(步骤86)，以及发送标识符SID设置为等于节点的网络标识符NID(步骤88)。因此，发送标识符SID设置为与节点配置存储器52中存储的节点标识符NID相同。此后，节点配置控制单元50经过网络转发网络调查消息(步骤90)。这样，向网络中的其他节点发送具有新消息权重的已改变网络调查消息。因此，所发送的网络调查消息NIM是已更新网络调查消息，其中存在新消息权重、新消息跳数和新发送方标识符SID。发送可通过使发射器48经过网络广播网络调查消息来执行。
所有节点按照上述方式起作用。这意味着，第一、第二和第三节点24、26和28经过通信网络WN转发网络调查消息。
在这种情况下，还有可能的是，无线通信装置43还从第二节点26接收并且处理网络调查消息，并且因而将这个节点的标识符作为父节点PN2来存储。
此外，由于所有节点按照上述方式进行操作，所以第一、第二和第三节点24、26和28全部将丢弃它们从第四节点30接收的网络调查消息，因为它们均将具有比这个特定网络调查消息的消息跳数和消息权重要低的跳数和权重。第五节点32最可能可丢弃消息，但是第六节点34将可能对它进行接收和处理。
当网络管理器装置20的广播完成并且网络调查消息到达所有节点时，它们全部需要采用已更新节点权重、已更新跳数和已更新父节点标识符进行响应。
因此，当网络调查消息NIM这样经过网络WN并且经过处理时，所有节点此后采用节点配置消息NCM进行响应。因此，例如，无线通信装置53的节点配置控制单元50发送具有预计送往网络管理器装置20的节点配置数据的节点配置消息NCM，该消息还经由发射器单元48和天线44来发送。此外，节点配置数据可以是通过网络配置消息的处理而已经更新的节点配置数据，并且更具体来说可包括已更新节点权重。节点配置消息也可作为对网络管理器装置所发送的原始网络调查消息的响应来发送。
节点配置消息NCM则包括始发节点标识符OID，其在无线通信装置43的情况下是第四节点30的节点配置存储器52中存储的网络标识符NID。节点配置消息NCM还包括在上述过程中得到的始发节点权重ONW、始发节点跳数ONHN以及父节点的标识符PN1和PN2。简言之，节点配置消息NCM包括节点配置存储器52中存在的节点权重、节点跳数和父节点的当前设定。它还可包括节点权重与对应父节点之间的链路。
来自所有其他网络节点24、26、28、30、32和34的节点配置消息NCM则由网络管理器装置20的网络拓扑确定单元42经由无线通信接口40来接收(步骤56)。因此，这些消息可包括通过在其他节点中对网络调查消息的处理而已经更新的节点配置数据，并且至少一个可包括基于消息权重而已经更新的对应节点的节点权重。网络拓扑确定单元42然后基于所接收节点配置消息的节点配置数据来映射网络拓扑(步骤58)。这可涉及确定由节点用来与网络管理器装置进行通信的各种通信路径以及那些路径的哪一个是优选的。优选路径例如可通过了解节点权重与父节点之间的链路来得到。更具体来说，映射可涉及确定通信树、即示出节点如何连接到根节点、网络管理器装置20的树。
在这个操作已经进行之后，网络拓扑确定单元42设置通信调度方案(步骤60)，其涉及确定通信结构中节点进行通信的位置、例如它们要使用TDMA结构中的哪些时隙。在这个操作已经进行之后，网络拓扑确定单元42使用无线接口40来通知网络节点关于通信调度方案(步骤62)，其可涉及通知它们关于它们将哪些时隙用于通信。它还可涉及确认节点跳数和节点权重。在这是应当知道，确认也可刚好在调度方案的通知之前发送。
因此，网络管理器装置20将使用节点配置消息中的信息来生成网络的拓扑树，重新调度网络，并且此后向所有节点发送具有新调度方案的命令，其允许所有节点使用其已更新权重和跳数。
在调度已经进行之后，则有可能使节点在所指配时隙向网络管理器装置20传送数据。这能够如何进行形成本发明的第二变化，现在将参照图10和图11对其进行描述，图10示出用于通知网络管理装置关于通信路径的多个方法步骤的流程图，图11是示出工业无线网络中的节点如何操控所接收数据消息的多个方法步骤的流程图。
在发送了节点配置消息(步骤92)并且接收了调度方案(步骤94)之后，节点、例如第六节点34连续调查是否存在要传送的数据。这可通过无线通信装置的数据操控单元53调查是否存在要传送的传感器数据进行。在存在要传送的数据的情况下(步骤96)，则发送预计送往网络管理器装置20的数据消息DM(步骤98)。然后发送包括始发节点标识符OID、始发节点权重ONW(其可以是已更新节点权重)、始发节点跳数ONHN以及要向网络管理器装置20报告的数据DATA的数据消息。这个数据消息DM通常使用广播来发送。在这里给出的示例中，始发节点标识符CID、始发节点权重ONW、始发节点跳数ONHN和数据全部与第六节点34关联。
网络中的节点、例如第四节点30的数据操控单元53然后经由天线44和接收器46来接收这种数据消息DM(步骤100)。然后调查是否首次接收这个特定数据消息。如果不是的话(步骤104)，则丢弃数据消息DM。但是，如果首次接收数据消息(步骤102)，则处理消息。
这个处理涉及将始发节点权重ONW与节点权重NW进行比较(步骤106)。这意味着，数据操控单元53将节点配置存储器52中存储的自身节点的节点权重NW与所接收数据消息DM中的始发节点权重ONW(其是发送预计送往网络管理器装置20的数据的节点的权重)进行比较。因此，这个节点是消息始发节点、即数据消息DM始发的节点。如果始发节点权重ONW高于自身节点权重NW(步骤108)，则转发数据消息DM(步骤110)，该转发在这里可通过广播来执行。但是，如果始发节点权重ONW低于自身节点权重NW(步骤108)，则丢弃数据消息DM(步骤104)。
在这里应当注意，包括网络管理器装置在内的所有节点按照相同方式进行操作。但是，网络管理器具有零的权重，这确保它将从所有节点接收数据消息。
能够看到，由于数据消息将从较大权重节点转发到较小权重节点，所以这个消息最终将到达网络管理器装置，其具有最小权重、例如零。
如先前所述，网络管理器装置20可定期发送网络调查消息。在发送了先前所述网络调查消息之后的某个时间，网络管理器装置因而可发送新消息。当这发生时，现场装置全部将其节点跳数和节点权重重置成其初始节点跳数和节点权重，即，重置成网络管理器装置最初指配的值。这能够通过从网络管理器装置接收特殊重置指令进行。它也能够通过在来自网络管理器装置的前一确认之后检测网络调查消息的第一存在进行。
本发明具有多个优点。它通过分组传递分集来改进可靠性。路由选择表不是所有节点所需的。网络拓扑的可能变化将不会终止通信。通过本发明，变得更易于配置参数并且将其下载到无线现场装置。这将减少维护时间。此外，本发明将改进传输可靠性，这降低通信故障的风险。由于本发明，还有可能在工业无线传感器网络上运行安全应用。此外，本发明是通用的，并且因此在所有工业无线传感器网络上是可适用的。
存在能够由本发明组成的多种变化。网络管理器装置不一定是网关。它有可能作为网络中的独立装置来提供。如果它是独立装置，则网络拓扑确定单元将是网络管理器装置的一部分。但是，数据操控单元将放置在网关中。由于节点跳数在数据消息中使用，所以这也能够用于确定数据消息是否将被转发。但是，应当知道，可从数据消息中省略始发节点跳数。实际上应当知道，跳数的使用可完全省略。有可能仅将权重用于确定网络调查消息是否要通过网络转发。实际上还在可能仅报告节点权重。这还意味着，父节点标识符的确定和使用也可省略。在使用跳数的情况下，还有可能的是，父节点标识符作为进一步处理的一部分来设置。
节点配置控制单元以及可选地还有无线通信装置的数据操控单元可采取分立组件的形式来实现，例如专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)电路，其也可包括第一现场装置的其他单元和电路。但是，节点配置控制单元也可通过具有包括计算机程序代码的关联程序存储器的处理器来实现，计算机程序代码在运行于处理器时用于执行节点配置控制单元的功能性。这个计算机程序产品能够作为数据载体来提供，例如携带计算机程序代码的一个或多个CD ROM光盘或者一个或多个存储棒，计算机程序代码在由所述处理器运行时提供上述访问控制单元。采取具有携带这种计算机程序代码的计算机程序114的CD ROM光盘的形式的一种这样的数据载体112在图12中示意示出。另外，网络拓扑确定单元以及可选地还有网络管理器装置的数据操控单元可按照上述方式来实现。
从前面的论述显而易见，本发明能够按照许多方式来改变。因此，将会知道，本发明仅受到以下权利要求书限制。

Claims (18)

1. 一种用于允许网络管理器装置(20)确定工业无线网络(WN)中的通信路径的方法，所述方法由作为所述工业无线通信网络中的节点(30)的无线通信装置(43)来执行，所述无线通信装置具有包括节点权重(NW)的节点配置数据，并且所述方法包括下列步骤：
- 从另一网络节点(24)接收(64)网络调查消息(NIM)，所述网络调查消息包括消息权重(MW)，
- 检查所述网络调查消息，并且基于所述检查的结果来执行所述网络调查消息的进一步处理
其中所述检查包括
　　- 基于与所述另一节点的通信质量来确定(72)通信权重(CW)，
　　- 通过将所述通信权重(CW)与所述消息权重(MW)相结合来形成(74)中间权重(IW)，以及
　　- 将所述中间权重(IW)与所述节点权重(NW)进行比较(75)，
其中所述进一步处理在所述消息权重(MW)低于所述中间权重(IW)时(76)执行，并且包括
　　- 将所述中间权重设置(78)为新节点权重，
　　- 将所述中间权重设置(86)为新消息权重，以及
　　- 向所述网络中的其他节点(30)发送具有所述新消息权重的改变的网络调查消息。
2. 如权利要求1所述的方法，还包括向所述网络管理器装置(20)发送(92)具有节点配置数据的节点配置消息(NCM)，所述节点配置数据包括通过对包括更新的节点权重(ONW)的所述网络调查消息的所述处理而已经更新的节点配置数据。
3. 如权利要求2所述的方法，其中，所述节点配置消息包括作为对所述网络管理器装置所发送的原始网络调查消息的响应而发送的数据。
4. 如以上权利要求中的任一项所述的方法，还包括发送(98)预计送往所述网络管理器装置(20)的数据消息(DM)，所述数据消息包括所述更新的节点权重(ONW)以及要向所述网络管理器装置报告的数据(DATA)。
5. 如以上权利要求中的任一项所述的方法，还包括：从另一网络节点(34)接收(100)数据消息(DM)，所述数据消息包括消息始发节点的节点权重(ONW)；将所述接收的节点权重(ONW)与自身节点权重(NW)进行比较(106)；以及在所述接收的节点权重高于所述自身权重的情况下(108)向其他节点转发(110)所述数据消息。
6. 如以上权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述节点配置数据包括节点跳数(NHN)，并且所述网络调查消息包括消息跳数(MHN)，所述方法还包括将所述节点跳数(NHN)与所述消息跳数(MHN)进行比较(66)，其中所述检查和进一步处理仅当所述消息跳数(MHN)低于或等于所述节点跳数(NHN)时(68)才执行，以及在这种情况下，所述进一步处理还包括将所述节点跳数改变(80)成所述消息跳数以及增加(84)所述消息跳数。
7. 如以上权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述网络调查消息包括所述另一节点的标识符(SIN)，以及基于所述调查的所述处理包括将所述另一节点的所述标识符作为父节点(PN1)存储(82)在所述节点配置数据中。
8. 一种用于工业无线网络(WN)的无线通信装置(43)，所述无线通信装置提供所述工业无线网络中的节点(30)，并且包括：
- 无线发射器(48)，
- 无线接收器(46)，
- 节点配置存储器(52)，包括其中包含节点权重(NW)的节点配置数据，以及
- 节点配置控制单元(50)，配置成：
- 从另一网络节点(24)接收网络调查消息(NIM)，所述网络调查消息包括消息权重(MW)，
- 检查所述网络调查消息，并且基于所述检查的结果来执行所述网络调查消息的进一步处理，
其中所述检查包括
　　- 基于与所述另一节点的通信质量来确定通信权重(CW)，
　　- 通过将所述通信权重(CW)与所述消息权重(MW)相结合来形成中间权重(IW)，以及
　　- 将所述中间权重(IW)与所述节点权重(NW)进行比较，
其中所述进一步处理在所述中间权重(IW)低于所述节点权重(NW)时执行，并且包括
　　- 将所述中间权重(IW)设置为新节点权重(NW)，
　　- 将所述中间权重(IW)设置为新消息权重(MW)，以及
　　- 向所述网络中的其他节点(34)发送具有所述新消息权重的改变的网络调查消息(NIM)。
9. 如权利要求8所述的无线通信装置，还包括数据消息操控单元(53)，其配置成：从另一网络节点(34)接收数据消息(DM)，所述数据消息包括消息始发节点的节点权重(ONW)；将所述接收的节点权重(ONW)与自身节点权重(NW)进行比较，以及在所述接收的节点权重高于所述自身权重的情况下向其他节点转发所述数据消息。
10. 一种用于无线通信装置(43)的计算机程序产品，所述无线通信装置提供工业无线网络中的节点(30)，并且配备有节点权重(NW)，
所述计算机程序产品包括具有计算机程序代码(114)的数据载体(112)，所述计算机程序代码在运行于形成所述无线通信装置的节点配置控制单元(50)的处理器时使所述节点配置控制单元：
- 从另一网络节点(24)接收网络调查消息(NIM)，所述网络调查消息包括消息权重(MW)，
- 检查所述网络调查消息，并且基于所述检查的结果来执行所述网络调查消息的进一步处理，
其中所述检查包括
　　- 基于与所述另一节点的通信质量来确定通信权重(CW)，
　　- 通过将所述通信权重(CW)与所述消息权重(MW)相结合来形成中间权重(IW)，以及
　　- 将所述中间权重(IW)与所述节点权重(NW)进行比较，
其中所述进一步处理在所述中间权重(IW)低于所述节点权重(NW)时执行，并且包括
　　- 将所述中间权重(IW)设置为新节点权重(NW)，
　　- 将所述中间权重(IW)设置为新消息权重(MW)，以及
　　- 向所述网络中的其他节点(34)发送具有所述新消息权重的改变的网络调查消息(NIM)。
11. 一种用于调查工业无线网络(WN)中的通信路径的方法，所述方法由所述工业无线网络的网络管理器装置(20)来执行，并且包括下列步骤：
- 向至少一个其他网络节点(24，26，28，30，34)发送(54)网络调查消息供处理并且经过所述工业无线网络来转发，所述网络调查消息包括消息权重(NW)，
- 从所述工业无线网络的所述其他节点(24，26，28，30，34)接收(56)节点配置消息(NCM)，所述节点配置消息包括通过对所述网络节点中的所述网络调查消息的处理而已经更新的节点配置数据，节点配置消息的所述节点配置数据包括基于消息权重而已经更新的对应节点的节点权重(NW)，
- 基于所述接收的节点配置消息中的所述节点配置数据来映射(58)所述无线通信网络的拓扑，
- 基于所述映射的拓扑来设置(60)通信调度方案，以及
- 通知(62)所述网络节点关于所述通信调度方案。
12. 如权利要求1所述的方法，其中，所述节点配置数据包括节点跳计数值(NHN)，以及所述节点调查消息包括消息跳计数值(MHN)。
13. 如权利要求11或12所述的方法，其中，所述节点配置数据包括所述网络节点的父节点数据(PN1)。
14. 如权利要求11-13中的任一项所述的方法，其中，所述网络调查消息在所述工业无线网络中周期地发送。
15. 如权利要求11-14中的任一项所述的方法，其中，所述网络管理器装置包括自身节点权重，并且还包括：从网络节点接收(100)数据消息(DM)，所述数据消息包括消息始发节点的节点权重(ONW)；将所述接收的节点权重与所述自身节点权重进行比较(106)；以及在所述接收的节点权重(ONW)高于所述自身节点权重的情况下处理所述数据消息。
16. 一种用于工业无线网络(WN)的网络管理器装置(20)，所述无线网络管理装置包括：
- 网络拓扑确定单元(42)，配置成
- 向至少一个其他网络节点(24，26，28，30，32，34)发送网络调查消息(NIM)供处理并且经过所述工业无线网络来转发，所述网络调查消息包括消息权重(NW)，
- 从所述网络的所述其他节点接收节点配置消息(NCM)，所述节点配置消息包括通过对所述网络节点中的所述网络调查消息的处理而已经更新的节点配置数据，节点配置消息的所述节点配置数据包括基于消息权重而已经更新的对应节点的节点权重(NW)，
- 基于所述接收的节点配置消息中的所述节点配置数据来映射所述网络的拓扑，
- 基于所述映射的拓扑来设置通信调度方案，以及
- 通知所述网络节点关于所述通信调度方案。
17. 如权利要求16所述的网络管理器装置，还包括自身节点权重和数据操控单元(38)，其配置成：从网络节点接收数据消息(DM)，所述数据消息包括消息始发节点的节点权重(ONW)；将所述接收的节点权重与所述自身节点权重进行比较；以及在所述接收的节点权重高于所述自身节点权重的情况下处理所述数据消息。
18. 一种用于工业无线网络(WN)的网络管理器装置(20)的计算机程序产品，
所述计算机程序产品包括具有计算机程序代码(114)的数据载体(112)，所述计算机程序代码(114)在运行于形成所述网络管理器装置的网络拓扑确定单元的处理器时使所述网络管理器装置：
- 向至少一个其他网络节点(24，26，28，30，32，34)发送网络调查消息(NIM)供处理并且经过所述工业无线网络来转发，所述网络调查消息包括消息权重(NW)，
- 从所述网络的所述其他节点接收节点配置消息(NCM)，所述节点配置消息包括通过对所述网络节点中的所述网络调查消息的处理而已经更新的节点配置数据，节点配置消息的所述节点配置数据包括基于消息权重而已经更新的对应节点的节点权重(NW)，
- 基于所述接收的节点配置消息中的所述节点配置数据来映射所述网络的拓扑，
- 基于所述映射的拓扑来设置通信调度方案，以及
- 通知所述网络节点关于所述通信调度方案。
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Raza et al. Networks-I: A comparative analysis of energy-aware routing protocols in wireless sensor networks

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