CN113316187A - 一种基于网格网络的流量控制系统及其局部流量控制方法 - Google Patents

一种基于网格网络的流量控制系统及其局部流量控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于网格网络的流量控制系统及其局部流量控制方法，该系统包括多个网格网络路由器，多个网格网络路由器之间连接构成Mesh网格网络，网格网络路由器与流量采集器、流量控制器、控制终端、警报器或紧急断路控制器相连接，流量采集器将采集的流量信息通过网格网络路由器传输给控制终端，控制终端分别输出相应控制信号、并通过网格网络路由器对应地传输给流量控制器、警报器或紧急断路控制器。与现有技术相比，本发明通过将多个网格网络路由器连接构成Mesh网格网络，利用网格网络负责交换网络中各设备的数据信息，并执行流量控制算法，由此解决传统流量控制系统在大面积管道系统中扩展性差、网络易拥塞、局部控制性不好的问题。

Description

一种基于网格网络的流量控制系统及其局部流量控制方法
技术领域
本发明涉及工业无线控制技术领域，尤其是涉及一种基于网格网络的流量控制系统及其局部流量控制方法。
背景技术
流量控制器(Flow Controller，FC)主要用于对气体或液体的质量流量进行精密测量和控制，在半导体微电子工业、特种材料研制、化学工业、石油工业、医药、环保和真空等多种领域的科研和生活中有着重要作用。
为保证各流量控制器的控制稳定性，往往需要结合工业物联网进行流量控制，目前大多数的工业物联网都采用多层式的网络架构：一般由无线AP(Access Point，接入点)作为顶层节点，使区域内的设备无线接入进入网络。其中，各AP节点则往往通过交换机有线连接，这种组网方法给AP带来了很大的负载，AP处的拥塞会使局部网络中断连接，这种情况在实时流量控制场景中有一定的风险，尤其在大面积管道系统中更容易发生网络拥塞的问题。
此外，使用AP组网的可扩展性不强，目前2.4GHz频段的AP覆盖广，但传输速率不高；5GHz频段的AP传输速率很快，但无线信号覆盖面积小。同时，在AP信号区域外增加设备需要添加新的AP并连入核心网，而在工业控制中，添加更多的组件无疑会进一步增加网络的不确定性。
综上，如何实现一种能够无线互联，且具有低延时、高可靠性、高扩展性的局部流量控制系统，是当前现有各类流量控制系统中亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于网格网络的流量控制系统及其局部流量控制方法，以解决传统流量控制系统在大面积管道系统中扩展性差、网络易拥塞、局部控制性不好的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于网格网络的流量控制系统，包括多个网格网络路由器，所述多个网格网络路由器之间连接构成Mesh网格网络，所述网格网络路由器与流量采集器、流量控制器、控制终端、警报器或紧急断路控制器相连接，所述流量采集器将采集的流量信息通过网格网络路由器传输给控制终端，所述控制终端分别输出相应控制信号、并通过网格网络路由器对应地传输给流量控制器、警报器或紧急断路控制器。
进一步地，所述网格网络路由器之间相互无线连接。
进一步地，所述网格网络路由器之间无线连接的无线信道采用5GHz频段。
进一步地，所述流量采集器的数量大于等于1、且小于网格网络路由器的数量，所述流量采集器与网格网络路由器之间相互电性连接。
进一步地，所述流量控制器的数量大于等于1、且小于网格网络路由器的数量，所述流量控制器与网格网络路由器之间相互电性连接。
进一步地，所述流量控制器包括流量传感器和流量阀。
进一步地，所述控制终端的数量大于等于1、且小于网格网络路由器的数量，所述控制终端与网格网络路由器之间相互电性连接。
进一步地，所述控制终端包括计算机系统、显示器和输入设备。
进一步地，所述警报器的数量大于等于1、且小于网格网络路由器的数量，所述警报器与网格网络路由器之间相互电性连接。
进一步地，所述警报器具体为声光警报器。
进一步地，所述紧急断路控制器的数量大于等于1、且小于网格网络路由器的数量，所述紧急断路控制器与网格网络路由器之间相互电性连接。
一种基于网格网络的流量控制系统，其局部流量控制方法包括以下步骤：
S1、流量采集器实时采集管道内的流量数据，并通过连接的第一网格网络路由器传输给连接有控制终端、且距离第一网格网络路由器最近的第二网格网络路由器；
S2、第二网格网络路由器连接的控制终端根据预先设定的流量阈值，结合接收的流量数据，分析得到第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号；
S3、第一控制信号通过第二网格网络路由器传输给连接有流量控制器的其余网格网络路由器，流量控制器根据接收的第一控制信号，相应调节管道内的流量；
第二控制信号通过第二网格网络路由器传输给连接有警报器的其余网格网络路由器，警报器根据接收的第二控制信号，相应改变自身的工作状态；
第三控制信号通过第二网格网络路由器传输给连接有紧急断路控制器的其余网格网络路由器，紧急断路控制器根据接收的第三控制信号，相应改变自身的工作状态；
由此实现根据网格网络局部信息对局部流量进行控制。
与现有技术相比，本发明采用多个网格网络路由器连接构成Mesh网格网络，并将各个网格网络路由器与流量采集器、流量控制器、控制终端、警报器或紧急断路控制器相连接，利用相互连接的网格网络路由器，能够将流量采集器采集的管道流量信息快速传输给距离最近的控制终端，而控制终端输出的控制信号也能通过网格网络路由器分发给流量控制器、警报器和紧急断路控制器，通过使用网格网络作为流量控制系统的关键互联结构，具有低延时、高可靠性、高扩展性的特点，且能根据网格网络局部采集的流量信息实现对局部流量的有效控制。
附图说明
图1为本发明流量控制系统中网格网络路由器的连接结构示意图；
图2为实施例中网格网络的结构示意图；
图3为实施例中局部流量控制的数据传输流向示意图；
图中标记说明：R、网格网络路由器，S、流量采集器，T、控制终端，A、警报器，B、紧急断路控制器，C、流量控制器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1和图2所示，一种基于网格网络的流量控制系统，包括多个网格网络路由器R，多个网格网络路由器R之间连接构成Mesh网格网络，网格网络路由器R与流量采集器S、流量控制器C、控制终端T、警报器A或紧急断路控制器B相连接，流量采集器S将采集的流量信息通过网格网络路由器R传输给控制终端T，控制终端T分别输出相应控制信号、并通过网格网络路由器R对应地传输给流量控制器C、警报器A或紧急断路控制器B，其中，网格网络路由器R之间相互无线连接，网格网络路由器R之间无线连接的无线信道采用5GHz频段，以能够在短距离内提供较好的传输速率及可靠性；
流量采集器S的数量大于等于1、且小于网格网络路由器R的数量，流量采集器S与网格网络路由器R之间相互电性连接，以将采集的管道内的流量信息通过网格网络路由器R进行传输；
控制终端T的数量大于等于1、且小于网格网络路由器R的数量，控制终端T与网格网络路由器R之间相互电性连接，以接收采集到的流量信息，并据此分析得到相应的控制信号、控制信号再通过网格网络路由器R进行传输，控制终端T具体包括计算机系统、显示器和输入设备，在实际应用中，可将控制终端T设置为具有自动模式和手动模式两种模式：自动模式通过预设的软件算法以自动调节管道内的流量信息，并通过网格网络中多传感器的数据自动产生配置；手动模式则通过用户对控制终端T的直接控制，可以直接操作各个设备的工作状态，具有较高的优先级；
流量控制器C的数量大于等于1、且小于网格网络路由器R的数量，流量控制器C与网格网络路由器R之间相互电性连接，以接收通过网格网络路由器R传输过来的相应的控制信号，流量控制器C具体包括流量传感器和流量阀；
警报器A的数量大于等于1、且小于网格网络路由器R的数量，警报器A与网格网络路由器R之间相互电性连接，以接收通过网格网络路由器R传输过来的相应的控制信号，本实施例中，警报器A具体为声光警报器，当接收到中断控制信号后会发出声信号与光信号进行报警提示；
紧急断路控制器B的数量大于等于1、且小于网格网络路由器R的数量，紧急断路控制器B与网格网络路由器R之间相互电性连接，以接收通过网格网络路由器R传输过来的相应的控制信号，以在接收到中断控制信号后自动切断管道的流量。
本实施例中，选用16个网格网络路由器R连接构成Mesh网格网络，如图2所示，网络路由器R与相邻网格的路由器互相无线连接，网格网络中间区域的路由器会分别与东南西北四个方向上的相邻路由器相连，整个网格网络负责交换网络中各设备的数据信息，并执行流量控制算法。
将上述流量控制系统应用于实际，其具体的局部流量控制过程包括以下步骤：
S1、流量采集器实时采集管道内的流量数据，并通过连接的第一网格网络路由器传输给连接有控制终端、且距离第一网格网络路由器最近的第二网格网络路由器；
S2、第二网格网络路由器连接的控制终端根据预先设定的流量阈值，结合接收的流量数据，分析得到第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号；
S3、第一控制信号通过第二网格网络路由器传输给连接有流量控制器的其余网格网络路由器，流量控制器根据接收的第一控制信号，相应调节管道内的流量；
第二控制信号通过第二网格网络路由器传输给连接有警报器的其余网格网络路由器，警报器根据接收的第二控制信号，相应改变自身的工作状态；
第三控制信号通过第二网格网络路由器传输给连接有紧急断路控制器的其余网格网络路由器，紧急断路控制器根据接收的第三控制信号，相应改变自身的工作状态；
由此实现根据网格网络局部信息对局部流量进行控制。
图3所示为实施例中局部流量控制的数据传输流向示意，网格网络中的流量控制以控制终端T为核心进行局部控制和整体控制，具体地，流量采集器S采集得到管道内的流量数据后，通过网格网络传输到最近的控制终端T内；控制终端T通过算法解析数据后，将控制信号通过网格网络分发到流量控制器C、紧急断路控制器B、警报器A中。
在实际应用中，本流量控制系统还具有多条远距离传输的特性，即数据包可以通过多节点路由的方式，自动寻找网络中流量较小的路由器节点，直到达到最终的目的地。
综上所述，本发明考虑到无线网格网络是一种基于点对点网络，可以使任意终端同时作为AP和路由器接入网络，处在同一网络的每个节点都可以收发信号，并且每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。Mesh网格网络的多跳特性可实现网络去中心化，在网络数据密集处实现网络分流，提高系统负载能力，构建专有局域网络生态。
因此本发明提出一种基于网格网络的流量控制系统，针对大面积管道系统，通过使用网格网络作为流量控制系统的关键互联结构，具有低延时、高可靠性、高扩展性的特点；同时网格网络路由器适合作为工业场景中的嵌入式设备，具有体积小、稳定的特点。

Claims (10)

1.一种基于网格网络的流量控制系统，其特征在于，包括多个网格网络路由器，所述多个网格网络路由器之间连接构成Mesh网格网络，所述网格网络路由器与流量采集器、流量控制器、控制终端、警报器或紧急断路控制器相连接，所述流量采集器将采集的流量信息通过网格网络路由器传输给控制终端，所述控制终端分别输出相应控制信号、并通过网格网络路由器对应地传输给流量控制器、警报器或紧急断路控制器。
2.根据权利要求1所述的一种基于网格网络的流量控制系统，其特征在于，所述网格网络路由器之间相互无线连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于网格网络的流量控制系统，其特征在于，所述网格网络路由器之间无线连接的无线信道采用5GHz频段。
4.根据权利要求1所述的一种基于网格网络的流量控制系统，其特征在于，所述流量采集器的数量大于等于1、且小于网格网络路由器的数量，所述流量采集器与网格网络路由器之间相互电性连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于网格网络的流量控制系统，其特征在于，所述流量控制器的数量大于等于1、且小于网格网络路由器的数量，所述流量控制器与网格网络路由器之间相互电性连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于网格网络的流量控制系统，其特征在于，所述控制终端的数量大于等于1、且小于网格网络路由器的数量，所述控制终端与网格网络路由器之间相互电性连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于网格网络的流量控制系统，其特征在于，所述警报器的数量大于等于1、且小于网格网络路由器的数量，所述警报器与网格网络路由器之间相互电性连接。
8.根据权利要求1所述的一种基于网格网络的流量控制系统，其特征在于，所述紧急断路控制器的数量大于等于1、且小于网格网络路由器的数量，所述紧急断路控制器与网格网络路由器之间相互电性连接。
9.根据权利要求1～8任一所述的一种基于网格网络的流量控制系统，其特征在于，所述流量控制器包括流量传感器和流量阀，所述控制终端包括计算机系统、显示器和输入设备，所述警报器具体为声光警报器。
10.一种应用如根据权利要求1所述基于网格网络的流量控制系统的局部流量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、流量采集器实时采集管道内的流量数据，并通过连接的第一网格网络路由器传输给连接有控制终端、且距离第一网格网络路由器最近的第二网格网络路由器；
S2、第二网格网络路由器连接的控制终端根据预先设定的流量阈值，结合接收的流量数据，分析得到第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号；
S3、第一控制信号通过第二网格网络路由器传输给连接有流量控制器的其余网格网络路由器，流量控制器根据接收的第一控制信号，相应调节管道内的流量；
第二控制信号通过第二网格网络路由器传输给连接有警报器的其余网格网络路由器，警报器根据接收的第二控制信号，相应改变自身的工作状态；
第三控制信号通过第二网格网络路由器传输给连接有紧急断路控制器的其余网格网络路由器，紧急断路控制器根据接收的第三控制信号，相应改变自身的工作状态；
由此实现根据网格网络局部信息对局部流量进行控制。
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