CN107925628B - 用于多个并置无线现场设备网络的无线基础结构节点的可扩展和高效部署的系统和方法 - Google Patents

Abstract

无线基础结构节点（110a，110b，210a‑210n，510）包括至少一个处理设备（600），其被配置为从无线现场设备网络（WFN）控制器（120，203a‑203n，503a‑503n）接收（703）数据分组，其中数据分组包括网络标识符。至少一个处理设备还被配置为基于网络标识符来确定（705）用于接收数据分组的现场设备网络（220a‑220n，520a‑520n）。至少一个处理设备还被配置为将数据分组发送（707）到现场设备网络中的现场设备（112a‑112e，204，205，504）。无线基础结构节点、WFN控制器和现场设备网络包括多个逻辑WFN（501a‑501n）当中的一个逻辑WFN。无线基础结构节点是被配置为在布置在多个逻辑WFN中的多个现场设备网络与多个WFN控制器之间通信的多个成池基础结构节点中的一个。

Description

用于多个并置无线现场设备网络的无线基础结构节点的可扩 展和高效部署的系统和方法

技术领域

本公开一般涉及工业过程控制和自动化系统。更具体地，本公开涉及用于多个并置（collocate）无线现场设备网络的无线基础结构节点的可扩展和高效部署的系统和方法。

背景技术

工业过程控制和自动化系统（有时简称为“控制系统”）通常用于使大型和复杂的工业过程自动化。这些类型的系统通常包括传感器、致动器和控制器。一些类型的控制器通常从传感器接收测量结果并生成用于致动器的控制信号。

一些现场仪器和现场设备（统称为“现场设备”）包括用于获得工业过程中的特定特性的测量结果的传感器节点。其他现场设备包括用于调整工业过程中的操作的致动器节点。现场设备通过有线或无线接口与控制系统交换信息。

随着无线技术继续变得更加可用，无线现场设备已经变得更常用于控制系统中。无线现场设备包括能够无线地发送和接收信息的收发器电路。一些无线网络可以包括大量的无线现场设备。例如，无线网络可以用于将传感器信息从许多无线现场设备传送到控制系统的控制器。

发明内容

本公开提供了用于多个并置无线现场设备网络的无线基础结构节点的可扩展和高效部署的系统和方法。

在第一实施例中，无线基础结构节点包括至少一个处理设备，其被配置为从无线现场设备网络（WFN）控制器接收数据分组，其中数据分组包括网络标识符。至少一个处理设备还被配置为基于网络标识符来确定用于接收数据分组的现场设备网络。至少一个处理设备还被配置为将数据分组发送到现场设备网络中的现场设备。无线基础结构节点、WFN控制器和现场设备网络包括多个逻辑WFN当中的一个逻辑WFN。无线基础结构节点是被配置为在布置在多个逻辑WFN中的多个现场设备网络与多个WFN控制器之间通信的多个成池（pool）基础结构节点中的一个。

在第二实施例中，一种方法包括在无线基础结构节点处从WFN控制器接收数据分组，其中数据分组包括网络标识符。该方法还包括在无线基础结构节点处基于网络标识符来确定用于接收数据分组的现场设备网络。该方法还包括由无线基础结构节点将数据分组发送到现场设备网络中的现场设备。无线基础结构节点、WFN控制器和现场设备网络包括多个逻辑WFN当中的一个逻辑WFN。无线基础结构节点是被配置为在布置在多个逻辑WFN中的多个现场设备网络与多个WFN控制器之间通信的多个成池基础结构节点中的一个。

在第三实施例中，一种系统包括多个WFN控制器和多个现场设备网络，其中每个现场设备网络包括一个或多个现场设备。该系统还包括布置在共享池中的多个无线基础结构节点。成池基础结构节点被配置为在多个WFN控制器和多个现场设备网络之间通信。每个无线基础结构节点被配置为从WFN控制器中的第一WFN控制器接收数据分组，其中数据分组包括网络标识符。每个无线基础结构节点还被配置为基于网络标识符来确定用于接收数据分组的现场设备网络中的第一现场设备网络并且将数据分组发送到第一现场设备网络中的现场设备。WFN控制器、现场设备网络和无线基础结构节点被布置在多个逻辑WFN中，其中每个逻辑WFN包括WFN控制器、现场设备网络和成池基础结构节点。

根据以下的图、说明书和权利要求书，其他技术特征对于本领域技术人员而言可以是容易显而易见的。

附图说明

为了更完整理解本公开，现在参考结合附图进行的以下描述，其中：

图1图示了根据本公开的示例工业过程控制和自动化系统；

图2图示了根据本公开的具有无线现场设备网络（WFN）的部署的示例系统；

图3图示了根据本公开的突显图2的系统的一些挑战的示例用例；

图4图示了根据本公开的突显图2的系统的一些挑战的另一示例用例；

图5图示了根据本公开的具有逻辑WFN的可扩展部署的示例系统；

图6图示了根据本公开的工业控制和自动化系统中的示例无线设备；和

图7图示了根据本公开的用于使用逻辑WFN的可扩展部署来通信的示例方法。

具体实施方式

以下讨论的图1至图7以及用于描述本专利文档中的本发明的原理的各种实施例仅以说明的方式，并且不应以任何方式解释为限制本发明的范围。本领域技术人员将理解的是，本发明的原理可以在任何类型的适当布置的设备或系统中实现。

图1图示了根据本公开的示例工业控制和自动化系统100。如图1所示，系统100包括一个或多个过程元件102。过程元件102表示可以执行各种各样的功能中的任何一个的过程或生产系统中的组件。例如，过程元件102可以表示处理环境中的传感器、致动器或任何其他或附加的工业装备。每个过程元件102包括用于执行处理或生产系统中的一个或多个功能的任何合适结构。此外，短语“工业控制和自动化系统”通常指的是自动化并控制至少一个过程的系统。

控制器104耦合到过程元件102。控制器104控制一个或多个过程元件102的操作。例如，控制器104可以接收与系统100相关联的信息，这诸如通过接收来自一些过程元件102的传感器测量结果。控制器104可以使用该信息来向其他过程元件102提供控制信号，从而调整那些过程元件102的操作。控制器104包括用于控制一个或多个过程元件102的任何合适结构。控制器104可以例如表示执行嵌入式LINUX或其他操作系统的计算设备。

网络106促进系统100中的各种组件之间的通信。例如，网络106可以在网络地址之间通信网际协议（IP）分组、帧中继帧、异步传输模式（ATM）小区或其他合适的信息。网络106可以包括一个或多个局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）、诸如因特网的全球网络的全部或一部分、或者一个或多个位置处的一个或多个任何其他通信系统。作为特定示例，网络106可以包括来自HONEYWELL INTERNATIONAL INC的FAULT TOLERANT ETHERNET网络。

系统100还包括用于与无线传感器、致动器或其他无线现场设备进行通信的一个或多个工业无线网络。在图1所示的示例中，工业无线网络包括网络路由器108a-108c和基础结构节点110a-110b。网络路由器108a-108c和基础结构节点110a-110b彼此无线通信以形成无线网络，诸如网状网络。例如，网络路由器108a-108c可以接收从现场设备112a-112e无线发送的数据并将数据路由到基础结构节点110a-110b。基础结构节点110a-110b可以直接或间接（诸如通过其他现场路由器）从网络路由器108a-108c以及直接或间接从现场设备112a-112e接收数据，以用于通过骨干网114发送。网络路由器108a-108c和基础结构节点110a-110b也可以将通过骨干网114接收的数据路由到现场设备112a-112e。以这种方式，网络路由器108a-108c和基础结构节点110a-110b形成无线网络，其可以向诸如大型工业综合体之类的指定区域中的现场设备和其他设备提供无线覆盖。无线网络可以支持任何合适的（多个）工业无线网络协议，诸如ISA100.11a无线或WirelessHART。

在该示例中，网络路由器108a-108c和基础结构节点110a-110b通常表示存储和转发用于其他设备的消息的路由设备。网络路由器108a-108c可以是本地或电池供电的。基础结构节点110a-110b可以是线路供电的，这意味着这些设备从外部源（诸如A/C供应线）接收操作功率。然而，网络路由器108a-108c可以是线路供电的，或者基础结构节点110a-110b可以诸如由电池本地供电（称为本地供电）。现场设备112a-112e通常表示常规本地供电的非路由设备，尽管现场设备可以提供路由功能或者是线路供电的。

每个网络路由器108a-108c和基础结构节点110a-110b包括促进无线通信的任何合适的结构，诸如射频（RF）扩频或正交频分复用（OFDM）收发器。每个基础结构节点110a-110b还包括促进通过骨干网114的通信的任何合适的结构，诸如以太网收发器。在特定实施例中，网络路由器108a-108c可以表示不经由有线以太网连接并且可以本地供电的现场设备接入点（FDAP），并且基础结构节点110a-110b可以表示经由有线以太网连接并且可以线路供电的FDAP。骨干网114包括用于传送数据的任何合适的网络，诸如FAULT TOLERANTETHERNET网络、无线网状网络或其他有线或无线网络。

网关116耦合网络106和骨干网114。网关116可以执行安全功能以仅允许授权的业务在网络106和114之间流动。网关116还可以执行转化功能以在协议之间进行转化。网关116包括用于提供对网络的接入和在由这些网络使用的协议之间进行转化的任何合适的结构。在一些实施例中，网关可以是网络控制器120的部分，或者网络控制器120和网关116可以表示分离的组件。

应用/协议服务器118可以经由网络控制器120配置和控制系统100的各个方面。例如，服务器118可以允许经由控制器104并且经由网络控制器120控制过程元件102，网络控制器120配置网络路由器108a-108c、基础结构节点110a-110b和现场设备112a-112e的操作。网络控制器120的另一功能可以是通过确定哪个无线设备以及应如何彼此连接以形成弹性网状或星形网络来控制和管理网络106、114。服务器118还可以诸如通过允许网络控制器120将密码密钥或其他安全数据分发给各种无线设备或其他组件来支持系统100中的安全。服务器118包括用于操作工业控制和自动化系统100的任何合适的结构。

在特定实施例中，图1的无线网络中的各种设备形成以2.4GHz或5.8GHz通信的网状网络。此外，在特定实施例中，可以通过路由器或现场设备将数据注入到无线网状网络中，因而提供用于无线感测、资产位置追踪、人员追踪、无线通信、以及任何其他或附加功能（如所期望的）的通用的、多功能的、工厂范围的覆盖。

在操作的一个方面，系统100中的一个或多个组件支持能够通信用于多个逻辑无线现场设备网络的数据分组的共享无线基础结构节点池的使用。下面更详细地描述该功能。

尽管图1图示了工业控制和自动化系统100的一个示例，但是可以对图1进行各种改变。例如，系统100可以包括任何数量的每个组件。此外，图1中所示的功能划分仅为了说明。图1中的各种组件可以被组合、细分或省略，并且可以根据特定的需要添加附加的组件。另外，虽然被描述为支持有线和无线网络，但是工业控制和自动化系统100可以支持任何数量的无线网络，其具有或不具有任何有线网络。

图2图示了根据本公开的具有无线现场设备网络（WFN）的部署的示例系统200。系统200的一个或多个组件可以表示图1中所示的工业控制和自动化系统100的一个或多个组件（或由其表示）。遍及本公开，短语“无线现场设备网络”涵盖了包括各种类型的现场设备的工业应用中的各种无线网络。无线现场设备网络的一个特定示例是无线传感器网络。

诸如在系统200中的典型的无线现场设备网络部署涉及预先策划努力和一个或多个站点勘测，其中目的是向特定地理区域提供最大覆盖。这种覆盖通常利用使用多个基础结构节点（诸如FDAP）的单个无线网状网络提供。

如图2所示，系统200包括部署在诸如工业工厂的地理区域中的多个WFN 201a-201n。每个WFN 201a-201n包括一个或多个无线基础结构节点202、WFN控制器203a-203n以及一个或多个现场设备204。每个WFN 201a-201n在相应的WFN控制器203a-203n的控制之下。一个或多个无线基础结构节点202被布置在基础结构节点网状网络210a-210n（或简称为“INODE网络”）中。在一些实施例中，一个或多个基础结构节点202可以表示FDAP。

在一些实施例中，在INODE网络210a-210n与WFN控制器203a-203n之间存在一对一关联。每个WFN控制器203a-203n与可以布置在现场设备网络220a-220n中的一个或多个现场设备204进行通信。在典型的工厂环境中，每个INODE网络210a-210n及其相关联的现场设备204（或现场设备网络220a-220n）与较大地理区域内的特定较小地理覆盖区相关联，使得可能不存在很多（如果有任何的话）邻近WFN 201a-201n之间的地理重叠。

每个无线基础结构节点202可以与一个且仅一个WFN或子网相关联。每个无线基础结构节点202具有支持与许多现场设备204（诸如N个设备）通信的容量。因此，如果在INODE网络210a-210n中存在M个无线基础结构节点202，则INODE网络210a-210n的总体容量可以是M×N个现场设备。另外，每个WFN控制器203a-203n可以具有控制J≤M×N个现场设备204的容量。

因此，每个WFN 201a-201n的网络容量通常受WFN控制器203a-203n限制，WFN控制器203a-203n具有比INODE网络210a-210n更低的容量。一旦达到网络容量，则WFN的任何过多容量（诸如M×N-J个设备）可能浪费。即使附加的现场设备在具有过多骨干容量的现有无线基础结构的无线电范围内，也可能需要部署新的基础结构（诸如附加的WFN和WFN控制器）以提高总体系统容量。这具有许多缺点——存在对增加部署的财务成本，并且无线电频谱变得更拥挤，并可能由于附加的部署而降级总体系统性能。

大多数当前的部署模型仅支持WFN的分离，伴随着无线基础结构节点的物理分离。这在实际的大型无线系统实现中可能难以实现。理论上，系统可以仅通过增加新的WFN控制器来扩展，但存在对此的显著实际限制，这是由于部署无线接入点的方式（诸如物理并置）。因此，在没有附加基础结构和装备的增加重新策划成本的情况下，工厂站点可能不能增长超越单个系统容量。

图3图示了根据本公开的突显图2的系统200的一些挑战的示例用例。如上所述，系统200部署有多个INODE网络210a-210n中的多个无线基础结构节点202用于工厂范围覆盖。

系统200中的无线基础结构节点202的数量和覆盖通常通过考虑对于附加现场设备204的任何未来需要来确定。每个WFN 201a-201n通常可以使用其相关联的WFN控制器203a-203n和无线基础结构节点202的INODE网络210a-210n来仅支持固定数量的现场设备204。容量限制由（i）每个WFN控制器203a-203n的容量和（ii）INODE网络210a-210n中的该组无线基础结构节点202的总体容量来驱动。这两个容量限制在很大程度上彼此独立。这意味着有可能达到WFN控制器203a-203n的容量而不耗尽无线基础结构节点202的集体容量。

在图3中，多个现场设备204通过INODE网络210a的无线基础结构节点202耦合到WFN控制器203a。随着时间的过去，可以根据需要在系统200中部署附加的现场设备204，直到满足WFN控制器203a的容量限制。一旦达到WFN控制器203a的容量，则添加另一个无线现场设备205可能需要在相同地理区域内部署无线基础结构节点202的新的INODE网络或附加的WFN控制器203b。该新的基础结构增加了策划、部署和维护成本以及对先前部署的基础结构单元的可能的无线电干扰。

在理想的情况下，工厂操作者希望能够在无线基础结构节点202的工厂覆盖区域内的任何地方添加新的现场设备205，并利用WFN控制器203b来控制新的现场设备205。然而，即使WFN控制器203b提供增加的容量，工厂操作者也可能不能在没有新的INODE网络的勘测、策划和安装的附加成本的情况下简单地添加新的现场设备205。这在图3中通过其中对角线穿过它的圆圈来指示。

为了使用一个或多个现有无线基础结构节点202来添加新的现场设备205，一些现有无线基础结构节点202可能必须被重新部署或重新编程以加入新的WFN控制器203b，以便提供回到WFN控制器203b的路径。这可以为现有现场设备204创建覆盖空洞（hole），所述现有现场设备204依赖于现在重新部署的无线基础结构节点202以得到良好连接。替代地，取决于新现场设备205的地理位置，可能需要另一组无线基础结构节点202来提供到WFN控制器203b的端到端连接。该场景有效地限制总体系统容量，并导致未使用或浪费的过多容量。

图4图示了根据本公开的突显图2的系统200的一些挑战的另一示例用例。一个挑战是对于任何给定的WFN，不存在用于逻辑分离和分组无线仪器以满足应用需要的机制。尽管系统200允许使用多个逻辑子网，但是每个子网可能需要其自己的一组基础结构节点，这没有解决未充分利用的基础结构或部署不必要的并置基础结构节点的问题。

例如，如图4所示，每个现场设备网络220a-220b包括一个或多个现场设备204。分离的现场设备网络220a-220b是子网，其可以由不同应用或处理单元使用，以便将WFN控制器203a-203b与不同的现场设备群体相关联、在故障的情况下限制损失的范围、以及允许选择性关闭现场设备204以进行维护和周转。

在系统200中，可能已经部署了无线基础结构节点202以跨工厂站点实现基本统一的回程和WiFi接入。因此，现场设备网络220a-220b可能没有使所安装的无线基础结构节点202中的一个或多个达到容量。也就是说，一个或多个无线基础结构节点202可能具有当前未使用的过多容量。

可能期望使用在现有基础结构节点上的过多容量来支持多个现场设备网络。例如，可能期望将现场设备网络220b移动到INODE网络210a中的无线基础结构节点202之一。然而，无线基础结构节点202中的一个或多个可能必须被密钥重置（re-key）或重新编程，这可能干扰现场设备网络220a的部署方案。因此，即使过多容量在一些无线基础结构节点202上可用，也可能不能在现有的部署方案下利用该过多容量以允许现场设备网络220b加入，如在图4中通过其中对角线穿过它的圆圈所指示的。该场景也有效地限制总体系统容量，并导致未使用或浪费的过多容量。

图5图示了根据本公开的具有逻辑WFN的可扩展部署的示例系统500。系统500的一个或多个组件可以表示图1中所示的工业控制和自动化系统100的一个或多个组件（或由其表示）。系统500通过启用一组无线基础结构节点以支持多个逻辑WFN来解决部署多个并置WFN的问题。

类似于系统200，系统500包括多个无线基础结构节点502、多个WFN控制器503a-503n和多个现场设备504。多个无线基础结构节点502被布置在单个INODE网络510中。INODE网络510表示可以分布在诸如物理工厂之类的大地理区域之上的共享基础结构节点502的池。每个WFN控制器503a-503n可以是单个物理实体、具有多个子网络的单个物理实体或者一个或多个虚拟化实体。现场设备504被分组成多个现场设备网络520a-520n。一个或多个现场设备504可以包括用于感测一个或多个环境参数（诸如温度、压力、振动等）的无线传感器或无线致动器。

在系统500中，定义了多个逻辑WFN 501a-501n。每个逻辑WFN 501a-501n与WFN控制器503a-503n和现场设备网络520a-520n相关联。所有的逻辑WFN 501a-501n共享INODE网络510中的成池基础结构节点502。因此，INODE网络510对于所有的逻辑WFN 501a-501n是共同的。这与其中每个WFN 201a-201n具有其自己的INODE网络210a-210n的系统200相反。

一些现有的行业规范（诸如ISA100.11a）支持允许多个WFN共存并由相同或多个WFN控制器控制的子网。然而，由于需要物理隔离相关联的基础结构节点，所以在这些规范下基础结构利用率仍然有限。相反，在系统500中，每个无线基础结构节点502被配置为与其覆盖区域中的任何WFN控制器503a-503n或现场设备网络520a-520n进行通信。也就是说，无线基础结构节点502不会无限地与任何特定WFN控制器503a-503n或现场设备网络520a-520n相关联。因此，无线基础结构节点502可以路由不同对的WFN控制器503a-503n和现场设备网络520a-520n之间的上游和下游通信。

每个逻辑WFN 501a-501n与诸如无线现场网络标识符（WFNID）之类的标识符相关联。在每个逻辑WFN 501a-501n内，每个现场设备504可以由现场设备名称或标识符（有时称为设备标签）唯一地标识。WFNID和设备标签值可以由用户（诸如系统工程师）分配或者由系统500自动生成和分配。在一些实施例中，可以采用监督WFN控制器或其他网络控制器来管理多个逻辑WFN 501a-501n或分配标识符。

基于与每个数据分组相关联的一个或多个分组标识符，无线基础结构节点502将数据分组从现场设备网络520a-520n透明地路由到预期的WFN控制器503a-503n，反之亦然。分组标识符可以包括或标识诸如源、目的地、地址、网络标识、WFNID等的信息。INODE网络510中的每个无线基础结构节点502可以拥有用于每个逻辑WFN 201a-201n的一个或多个安全密钥或与多个逻辑WFN 201a-201n相关联的主密钥。可以使用其他合适的网络身份或安全方案来提供足够的安全。

系统500的组件之间的时间同步允许跨多个逻辑WFN 501a-501n使用时间同步方案，诸如时分多址（TDMA）。这样的时间同步方案有助于确保通过INODE网络510的所有数据通信以最小的延迟或丢失的分组被高效且准确地路由。

在一些实施例中，某些现场设备504（诸如临界温度传感器）可以提供或接收比其他现场设备504更高优先级数据或信息。在这种情况下，INODE网络510内的数据流可以基于数据起源、目的地或信息类型来区分优先次序，以确保服务质量。

因为INODE网络510中的无线基础结构节点502池被共享，所以系统500相对于其他系统包括许多优点。例如，假设分组路由在无线基础结构节点502的覆盖区域内，则无线基础结构节点502可以在任何WFN控制器503a-503n与任何现场设备网络520a-520n之间路由数据分组。这表示相对于其中无线基础结构节点502与仅一个WFN相关联的其他系统的改进。

此外，因为INODE网络510中的无线基础结构节点502池在地理上分散并且在逻辑WFN 501a-501n之间共享，所以不存在关于现场设备504或现场设备网络520a-520n的地理限制（除了INODE网络510的总体覆盖区域之外）。因此，现场设备网络520a-520n可以表示设备的逻辑分组，而不是地理分组。逻辑WFN 501a-501n中的现场设备的实际设备位置可以是INODE网络510的覆盖区域内的任何地方（诸如工业工厂内的任何地方）。

另外，因为INODE网络510中的无线基础结构节点502池被共享，所以不存在由于无线基础结构节点502的容量而导致的每WFN容量限制。也就是说，可以在存在增加容量的需要之前利用INODE网络510中的所有无线基础结构节点502（不仅是一部分的无线基础结构节点502）的总体容量。当达到容量时，可以通过将一个或多个无线基础结构节点502添加到INODE网络510来增加总体容量。每个新增加的无线基础结构节点502将能够在任何逻辑WFN501a-501n中传送数据分组，只要通信路由在新添加的无线基础结构节点502的覆盖区域内。用于利用和增加系统容量的该灵活方法导致更好的总体利用率、降低的策划成本以及降低的部署和维护成本。

INODE网络510中的无线基础结构节点502的分组和共享提供了添加新设备的灵活性，而不用担心达到关于所支持设备的数量的系统施加的限制，诸如可能使用更小的非共享INODE网络而经历的。这对于工业无线现场设备网络应用是新的。

尽管图5图示了用于WFN的可扩展部署的系统500的一个示例，但是可以对图5进行各种改变。例如，图5中示出的组件的数量和类型可以取决于实现而更多或更少。此外，图5中的各种组件可以被组合、细分或省略，并且可以根据特定的需要添加附加的组件。

图6图示了根据本公开的工业控制和自动化系统中的示例无线设备600。例如，无线设备600可以表示图1或图5中所示的组件之一。如图6所示，设备600包括控制器602，其控制设备600的总体操作。例如，控制器602可以接收或生成要发送的数据，并且控制器602可以将数据提供给设备600中的（多个）其他组件以用于通过有线或无线网络发送。控制器602还可以通过有线或无线网络接收数据并使用或转发数据。作为特定示例，路由器中的控制器602可以接收无线发送的数据，确定用于数据的下一跳（如果有的话），并提供数据以用于发送到下一跳（如果有的话）。作为另一个示例，基础结构节点中的控制器602可以执行将数据从一种格式转换为另一种的操作。控制器602包括用于控制设备的操作的任何合适的结构。作为特定示例，控制器602可以表示处理器、微处理器、微控制器、现场可编程门阵列、数字信号处理器或其他处理或控制设备。

存储器604耦合到控制器602。存储器604存储由设备600使用、收集或生成的各种各样的信息中的任何一个。例如，存储器604可以存储通过网络接收的、要通过相同或其他网络发送的信息。存储器604包括（多个）任何合适的易失性和/或非易失性存储和检索设备。

取决于设备600的类型和操作，设备600可以包括附加组件。例如，在网络路由器中，设备600可以包括至少一个无线收发器606和至少一个天线608。（多个）收发器606和（多个）天线608可以用于与一个或多个传感器节点、致动器节点或其他路由器无线通信。收发器606可以具有其自己的（多个）天线608，或者收发器606的集合可以共享一个或多个天线608。每个收发器606包括用于提供用于无线发送的信号和/或用于获得无线接收的信号的任何合适的结构。每个天线608表示用于发送和/或接收无线信号的任何合适的结构。在一些实施例中，每个收发器606表示RF收发器，并且每个天线608表示RF天线。注意，任何其他合适的无线信号可以用于通信，并且每个收发器可以包括发送器和分离的接收器。如果使用多个天线608，则可以使用空间分集或其他类型的分集来改进通信可靠性。

如果设备600表示基础结构节点，则设备600还可以包括一个或多个骨干网接口610。骨干网接口610允许设备600通过一个或多个骨干网114或其他网络进行通信。每个骨干网接口610包括用于通过骨干网发送和/或接收信号的任何合适的结构，诸如以太网接口或无线收发器。

尽管图6图示了工业控制和自动化系统中的无线设备600的一个示例，但是可以对图6进行各种改变。例如，图6中的各种组件可以被组合、细分或省略，并且可以根据特定需要添加附加组件。此外，“无线设备”或“无线路由器”表示可以无线地发送和/或接收数据的任何设备或路由器，即使设备或路由器也具有通过有线连接发送和/或接收数据的能力。

图7图示了根据本公开的用于使用逻辑WFN的可扩展部署进行通信的示例方法700。为了便于解释，方法700被描述为由图5的系统500执行。然而，方法700可以与任何合适的设备或系统一起使用。

在步骤701处，多个无线基础结构节点被布置并配置在池中以在多个逻辑WFN之间共享。逻辑WFN包括无线基础结构节点的共享池、WFN控制器和现场设备网络，其中每个现场设备网络具有一个或多个现场设备。这可以包括例如配置比如图5中的系统500的系统。

在步骤703处，无线基础结构节点从WFN控制器接收数据分组。这可以包括例如从WFN控制器503a接收数据分组的无线基础结构节点502中的一个。数据分组包括网络标识符，诸如WFNID。数据分组还可以包括设备标识符，诸如设备标签。

在步骤705处，无线基础结构节点使用网络标识符来确定用于接收数据分组的现场设备网络。这可以包括例如无线基础结构节点502基于WFNID来确定数据分组意图用于现场设备网络520a。在一些实施例中，无线基础结构节点502还使用设备标签来确定现场设备网络520a中的现场设备当中的特定现场设备504。

在步骤707处，无线基础结构节点将数据分组发送到现场设备网络中的现场设备。这可以包括例如无线基础结构节点502将数据分组发送到现场设备网络520a中的特定现场设备504。在一些实施例中，无线基础结构节点根据由成池基础结构节点共同使用的时间同步方案（诸如TDMA）来接收和发送数据分组。

在步骤709处，无线基础结构节点从第二WFN控制器接收第二数据分组，并将第二数据分组发送到第二现场设备网络中的现场设备。这可以包括例如无线基础结构节点502从WFN控制器503b接收第二数据分组并将第二数据分组发送到现场设备网络520b中的现场设备504。第二数据分组包括与用第一数据分组所包括的网络标识符不同的网络标识符。在一些实施例中，基于第一数据分组在第二数据分组之上的较高优先级等级，使第一数据分组的接收和发送优先于第二数据分组的接收和发送。

在步骤711处，当通过共享无线基础结构节点池的数据分组业务接近或超过共享无线基础结构节点池的总体容量时，将一个或多个附加无线基础结构节点添加到共享池。这可以包括例如将一个或多个无线基础结构节点502添加到INODE网络510。（多个）附加无线基础结构节点被配置为与任何WFN控制器和任何逻辑WFN中的任何现场设备网络进行通信。

尽管图7图示了用于使用逻辑WFN的可扩展部署进行通信的方法700的一个示例，但是可以对图7进行各种改变。例如，虽然示出为一系列步骤，但图7中示出的各个步骤可以重叠、平行发生、以不同次序发生、或者发生多次。此外，一些步骤可以被合并或移除，并且可以根据特定需要添加附加步骤。

在一些实施例中，本专利文档中描述的各种功能通过由计算机可读程序代码形成并且体现在计算机可读介质中的计算机程序实现或支持。短语“计算机可读程序代码”包括任何类型的计算机代码，包括源代码、目标代码和可执行代码。短语“计算机可读介质”包括能够被计算机访问的任何类型的介质，诸如只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、硬盘驱动器、压缩盘（CD）、数字视频盘（DVD）或任何其他类型的存储器。“非暂时性”计算机可读介质排除传送暂时性电信号或其他信号的有线、无线、光学或其他通信链路。非暂时性计算机可读介质包括其中数据可以被永久存储的介质和其中数据可以被存储并且随后被改写的介质，诸如可重写光盘或可擦除存储器设备。

可能有利的是阐述遍及本专利文档使用的某些词语和短语的定义。术语“应用”和“程序”是指适于在合适的计算机代码（包括源代码、目标代码或可执行代码）中实现的一个或多个计算机程序、软件组件、指令集、过程、功能、对象、类、实例、相关数据或其一部分。术语“通信”及其衍生物包含直接和间接通信两者。术语“包括”和“包含”及其衍生物意味着包括但不限于。术语“或”是包含性的，意味着和/或。短语“与……相关联”及其衍生物可以意味着包括、包括在……内、与……互连、包含、包含在……内、连接到或与……连接、耦合到或与……耦合、可与……通信、与……协作、交织、并列、接近于、绑定到或与……绑定、具有、具有……的属性、具有到或与……的关系等。短语“……中的至少一个”当与项目列表一起使用时意味着可以使用所列项目中的一个或多个的不同组合，并且可能需要列表中的仅一个项目。例如，“A、B和C中的至少一个”包括以下组合中的任何一种：A、B、C、A和B、A和C、B和C、以及A和B和C。

本申请中的描述不应被解读为暗示任何特定元素、步骤或功能是必须包括在权利要求范围内的必要或关键元素。专利主题的范围仅由允许的权利要求定义。此外，没有任何权利要求意图关于任何所附权利要求或权利要求元素而援引35 U.S.C. §112（f），除非在特定权利要求中明确地使用确切的词语“用于……的部件”或“用于……的步骤”，随后跟着标识功能的分词短语。权利要求内的诸如（但不限于）“机制”、“模块”、“设备”、“单元”、“组件”、“元件”、“构件”、“装置”、“机器”、“系统”、“处理器”或“控制器”之类的术语的使用被理解为并且意图指代对于相关领域的技术人员已知的结构，如由权利要求本身的特征进一步修改或增强的，并且不意图援引35 U.S.C. §112（f）。

虽然本公开已经描述了某些实施例和一般相关联的方法，但是这些实施例和方法的变更和置换对于本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，示例实施例的以上描述不限定或限制本公开。在不脱离如由所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，其他改变、替换和变更也是可能的。

Claims (10)

1.一种在多个共享无线基础结构节点的池中操作的无线基础结构节点（110a，110b，210a-210n，510），包括：

至少一个处理设备（600），其被配置为：

从无线现场设备网络WFN控制器（120，203a-203n，503a-503n）接收数据分组，所述数据分组包括网络标识符；

基于所述网络标识符来确定用于接收所述数据分组的现场设备网络（220a-220n，520a-520n）；和

将所述数据分组发送到所述现场设备网络中的现场设备（112a-112e，204，205，504）；

其中所述无线基础结构节点、所述WFN控制器和所述现场设备网络与多个逻辑WFN（501a-501n）当中的一个逻辑WFN相关联；并且

其中所述多个共享无线基础结构节点的池中的一个无线基础结构节点被配置为在布置在所述多个逻辑WFN中的多个现场设备网络与多个WFN控制器之间通信，

其中当通过所述多个共享无线基础结构节点的池的数据分组业务超过所述多个共享无线基础结构节点的池的整体容量时，将一个或多个附加的无线基础结构节点添加到所述多个共享无线基础结构节点的池。

2.根据权利要求1所述的无线基础结构节点，其中所述WFN控制器、所述无线基础结构节点和所述现场设备包括工业控制和自动化系统（100，200，500）中的组件。

3.根据权利要求1所述的无线基础结构节点，其中所述数据分组还包括标识所述现场设备网络中的多个现场设备当中的所述现场设备的设备标签。

4.根据权利要求1所述的无线基础结构节点，其中所述至少一个处理设备被配置为根据由所述多个共享无线基础结构节点的池共同使用的时间同步方案来接收和发送所述数据分组。

5.根据权利要求1所述的无线基础结构节点，其中所述现场设备包括以下中的至少一个：传感器和致动器。

6.根据权利要求1所述的无线基础结构节点，其中：

所述数据分组是第一数据分组；并且

所述至少一个处理设备还被配置为：

从第二WFN控制器接收第二数据分组；

将所述第二数据分组发送到第二现场设备网络中的现场设备；和

基于第一数据分组在第二数据分组之上的较高优先级等级而使第一数据分组优先于第二数据分组。

7.一种用于部署无线基础结构节点的方法，包括：

在多个共享无线基础结构节点的池中操作的无线基础结构节点（110a，110b，210a-210n，510）处从无线现场设备网络WFN控制器（120，203a-203n，503a-503n）接收数据分组，所述数据分组包括网络标识符；

在所述无线基础结构节点处基于所述网络标识符来确定用于接收所述数据分组的现场设备网络（220a-220n，520a-520n）；和

由所述无线基础结构节点将所述数据分组发送到所述现场设备网络中的现场设备（112a-112e，204，205，504）；

其中所述无线基础结构节点、所述WFN控制器和所述现场设备网络与多个逻辑WFN（501a-501n）当中的一个逻辑WFN相关联；并且

其中所述多个共享无线基础结构节点的池中的一个无线基础结构节点是被配置为在布置在所述多个逻辑WFN中的多个现场设备网络与多个WFN控制器之间通信；以及

当通过所述多个共享无线基础结构节点的池的数据分组业务超过所述多个共享无线基础结构节点的池的整体容量时，将一个或多个附加的无线基础结构节点添加到所述多个共享无线基础结构节点的池。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述WFN控制器、所述无线基础结构节点和所述现场设备包括工业控制和自动化系统（100，200，500）中的组件。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述数据分组还包括标识所述现场设备网络中的多个现场设备当中的所述现场设备的设备标签。

10.一种用于部署无线基础结构节点的系统（100，200，500），包括：

多个无线现场设备网络WFN控制器（120，203a-203n，503a-503n）；

多个现场设备网络（220a-220n，520a-520n），每个现场设备网络包括一个或多个现场设备（112a-112e，204，205，504）；和

多个无线基础结构节点（110a，110b，210a-210n，510），布置在共享池中并被配置为在所述多个WFN控制器与所述多个现场设备网络之间通信，每个无线基础结构节点被配置为：

从所述WFN控制器中的第一WFN控制器接收数据分组，所述数据分组包括网络标识符；

基于所述网络标识符来确定用于接收所述数据分组的所述现场设备网络中的第一现场设备网络；和

将所述数据分组发送到所述第一现场设备网络中的现场设备；

其中所述WFN控制器、所述现场设备网络和所述无线基础结构节点被布置在多个逻辑WFN（501a-501n）中，每个逻辑WFN包括WFN控制器、现场设备网络和布置在共享池中的多个无线基础结构节点，并且

其中当数据分组业务超过所述共享池的整体容量时，将一个或多个附加的无线基础结构节点添加到所述共享池。

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