CN114585032A - 一种wia-pa节点网络漫游的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种WIA‑PA节点网络漫游的方法，将WIA‑PA网络分为多种模式，并对每种模式使用信道进行划分；节点入网时，依次在每种模式下的广播信道上监听广播帧；当通过某种模式监听到广播帧，则加入该种模式网络；节点入网后，在入网网络中分配的信道通讯，并记录当前网络每个超帧中广播信号强度的变化；当某个其他网络广播信号强度平均值大于当前网络广播信号强度平均值时，将该其他网络作为新网络。本发明对ISM2.4G频段的频点进行分组，不同组别网络在约定好的、不同时隙上发广播，节点通过接收广播识别新网络的存在。并通过当前网络与识别出的其他网络广播信号强度的变化，决定是否加入其他网络，进行网络切换。实现了WIA‑PA动态节点在不同网络间的漫游。

Description

一种WIA-PA节点网络漫游的方法
技术领域
本发明属于工业无线网络技术WIA-PA应用领域，具体的说是一种WIA-PA网络节点实现不同网络间漫游的方法。
背景技术
WIA-PA工业无线网络技术因其延迟小、部署的灵活、抗多路径干扰的能力强等特点，平衡了工业自动化要求无线传输确定性和可靠性的矛盾，广泛应用于如油田等工业生产场景。目前的WIA-PA网络节点需要提前配置网络的信道信息后才能加入网络。如果节点需要动态移动，进入到其他网络覆盖范围区域内，还需要通过网络外的方式配置网络信息，节点再执行入网流程后才能入网。这样切换网络是操作繁琐，且节点会有一段时间断网导致数据中断。因此，为更灵活、快捷的应用WIA-PA网络，有必要实现WIA-PA网络节点的漫游。
发明内容
本发明目的是提供为一种WIA-PA网络节点实现漫游的方法，以克服上述缺陷。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种WIA-PA节点网络漫游的方法，包括以下步骤：
将WIA-PA网络分为多种模式，并对每种模式使用信道进行划分；
节点入网时，依次在每种模式下的广播信道上监听广播帧；当通过某种模式监听到广播帧，则加入该种模式网络；
节点入网后，在入网网络中分配的信道通讯，并记录当前网络每个超帧中广播信号强度的变化；当广播信号强度连续下降次数或下降幅度达到阈值时，启动监听，通过不同模式探测是否有其他网络覆盖；
如果监听到一种其他网络的广播，记录监听到的广播的信号强度，计算在每个超帧监听到的广播的信号强度的平均值；如果监听到多种其他网络时，则分别计算每种网络的广播信号强度平均值；当某个其他网络广播信号强度平均值大于当前网络广播信号强度平均值时，将该其他网络作为新网络；
如果监听到新网络的广播有可入网的节点，选信号强度最好的节点入网；如果入网使用的时隙与当前网络没有冲突，入网过程中，仍然在当前网络的时隙进行通信；如果有冲突，放弃当前网络时隙的通信，进行与新网络的交互；
如果新网络入网成功，则切换到新网络通讯；否则，继续在当前网络通讯。
所述多种模式包括：
模式A，网络使用11-14号信道，其中11号信道为广播信道，共享时隙为0号时隙；
模式B，网络使用15-18号信道，其中15号信道为广播信道，共享时隙为1号时隙；
模式C，网络使用19-22号信道，其中19号信道为广播信道，共享时隙为2号时隙；
模式D，网络使用23-26号信道，其中23号信道为广播信道，共享时隙为3号时隙。
每种模式的网络都有共享时隙，为不同网络的共享时隙分配不同的时隙号，用于网关和现场设备轮流在共享时隙发广播。
所述设定条件为：信号强度最强且丢包率最少。
一种WIA-PA节点网络漫游的装置，包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储计算机程序；所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现所述的一种WIA-PA节点网络漫游的方法。
一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的一种WIA-PA节点网络漫游的方法。
本发明具有以下有益效果及优点：
本发明实现了WIA-PA节点在不同网络间漫游，使生产场景中移动的设备也可使用WIA-PA网络通讯，增加了WIA-PA网络的适用范围。
通过对可有信道的分组以及使用规则的约定，无需提前给节点配置信道信息，节点可轮询信道入网。简化了生产流程。
对于需要移动的节点，如果移动路径上的两个网络有重叠，则可在不影响正常数据通讯的情况下完成网络切换。
根据设计的监听策略，需要达到条件触发监听其他网络的共享时隙，不需要每个超帧都监听其他共享时隙，降低使用功耗。
附图说明
图1为四种不同模式网络信道、广播信道、共享时隙的列表。
图2a为网络切换的情况1示意图。
图2b为网络切换的情况2示意图。
图2c为网络切换的情况3示意图。
图3为入网流程图。
图4为监听新网络流程图。
图5为判断判断是否切换网络的流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明提供了一种WIA-PA网络节点实现在不同网络间漫游的方法。本发明对ISM2.4G频段的频点进行分组，不同组别网络在约定好的、不同时隙上发广播，节点通过接收广播识别新网络的存在。并通过当前网络与识别出的其他网络广播信号强度的变化，决定是否加入其他网络，进行网络切换。实现了WIA-PA动态节点在不同网络间的漫游。
一种WIA-PA网络节点实现漫游的方法，包括对ISM2.4G频段使用规则的进一步划分，及实现漫游的节点要执行的操作。
ISM2.4G频段共有16个可用信道(编号为11-26)，将WIA-PA网络分为MODE A、MODEB、MODE C、MODE D四种模式，并对每种模式使用信道进行划分。为每种模式的网络分配不同的信道、广播信道及共享时隙。
每种模式的网络都有共享时隙，为不同网络的共享时隙分配不同的时隙号。每个网络的网关和现场设备轮流在共享时隙发广播。
如图1所示，MODE A网络使用11-14号信道，其中11号信道为广播信道，共享时隙为0号时隙；MODE B网络使用15-18号信道，其中15号信道为广播信道，共享时隙为1号时隙；MODE C网络使用19-22号信道，其中19号信道为广播信道，共享时隙为2号时隙；MODE D网络使用23-26号信道，其中23号信道为广播信道，共享时隙为3号时隙。
不同网络要实现网络同步。
为使多个网络同时工作，不互相影响，覆盖区域有交集或相邻的网络应采用不同的网络模式。
节点入网时，依次在四个广播信道上监听广播帧。根据监听结果，选择信号强度最优、丢包最少的网络加入、通讯。探测是否有其他网络覆盖，探测其他网络方法为(以探测模式A网络为例说明)，在每个超帧的0号时隙，即模式A网络的共享时隙0号时隙，使用模式A的广播信道11号信道，监听是否有广播帧。如果还监听到其他网络，记录其他网络广播帧信息、信号强度。如图3所示。
节点入网后，除在入网网络中分配的信道通讯外。需要记录、分析当前网络每个超帧中广播信号强度的变化。需要识别两种广播信号强度的变化。一种是，每个超帧中的广播信号强度连续下降的情况。另一种是广播信号强度大幅度下降的情况。当广播信号强度连续下降次数或下降幅度达到设定的额阈值时，开始监听其他网络模式的共享时隙。如图4所示，其中，CurRssi为当前网络广播的信号强度；当CurRssi小于设置值时，触发监听新网络，MinRssi为设置值；Num为当前网络信号强度连续降低的次数。
如果监听到其他模式网络的广播，记录其在每个超帧的信号强度。保存信号强度最好的3个可入网节点的广播。当其他网络广播信号强度平均值大于当前网络时，准备加入新的网络。
如果监听到新网络的广播有可入网的节点。选信号强度最好的节点入网。如果入网使用的时隙与当前网络没有冲突，入网过程中，仍然在当前网络的时隙进行通信。如果有冲突，放弃当前网络时隙的通信，进行与新网络的交互。
如果加入成功，则切换到新网络通讯。如果加入不成功，继续在当前网络通讯。如图5所示。
节点入网时依次按图1给出的默认信道和时隙搜索广播信号。入网后每个超帧都要监控广播信号强度的变化。
以区域内有两个网络为例说明，圆形为网络覆盖的区域，剪头末端代表节点开始位置，箭头方向代表节点移动方向，箭头位置为节点结束位置。
节点漫游切换网络有如下三种情况，如图2a、图2b、图2c所示：
情况1：开始时节点只能监听到一种网络，网络广播的信号强度逐渐下降；在节点移动到网络1和网络2中间位置时，搜索不到WIA信号，通讯终止；节点按照现有的退避算法定时唤醒搜寻网络；在节点移动到网络2位置时，搜索到广播信号后按约定方式重新入网即可。
情况2：开始时节点只能监听到一种网络，网络1广播的信号强度逐渐下降；在节点移动到网络1和网络2交叠位置时，可以搜索到网络1和网络2的广播，同时网络1广播信号强度逐渐降低，网络2信号强度逐渐增加；当网络2的信号强度大于网络1的信号强度时，节点向网络2发出加入请求申请入网，同时在网络1保持通讯；收到网络2的入网信息后，切换到网络2通讯。实现在切换网络时依然保持通讯，没有数据切断的情况。
情况3：开始时节点可以监听到网络1和网络2的广播，选择广播信号强度更高的网络1入网。网络1广播的信号强度逐渐下降；在节点向网络2中心方向移动过程中，网络1广播信号强度逐渐降低，网络2信号强度逐渐增加；当网络2的信号强度大于网络1的信号强度时，节点向网络2发出加入请求申请入网，同时在网络1保持通讯；收到网络2的入网信息后，切换到网络2通讯。实现在切换网络时依然保持通讯，没有数据切断的情况。

Claims (6)

1.一种WIA-PA节点网络漫游的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将WIA-PA网络分为多种模式，并对每种模式使用信道进行划分；
节点入网时，依次在每种模式下的广播信道上监听广播帧；当通过某种模式监听到广播帧，则加入该种模式网络；
节点入网后，在入网网络中分配的信道通讯，并记录当前网络每个超帧中广播信号强度的变化；当广播信号强度连续下降次数或下降幅度达到阈值时，启动监听，通过不同模式探测是否有其他网络覆盖；
如果监听到一种其他网络的广播，记录监听到的广播的信号强度，计算在每个超帧监听到的广播的信号强度的平均值；如果监听到多种其他网络时，则分别计算每种网络的广播信号强度平均值；当某个其他网络广播信号强度平均值大于当前网络广播信号强度平均值时，将该其他网络作为新网络；
如果监听到新网络的广播有可入网的节点，选信号强度最好的节点入网；如果入网使用的时隙与当前网络没有冲突，入网过程中，仍然在当前网络的时隙进行通信；如果有冲突，放弃当前网络时隙的通信，进行与新网络的交互；如果新网络入网成功，则切换到新网络通讯；否则，继续在当前网络通讯。
2.根据权利要求1所述的一种WIA-PA节点网络漫游的方法，其特征在于，所述多种模式包括：
模式A，网络使用11-14号信道，其中11号信道为广播信道，共享时隙为0号时隙；
模式B，网络使用15-18号信道，其中15号信道为广播信道，共享时隙为1号时隙；
模式C，网络使用19-22号信道，其中19号信道为广播信道，共享时隙为2号时隙；
模式D，网络使用23-26号信道，其中23号信道为广播信道，共享时隙为3号时隙。
3.根据权利要求2所述的一种WIA-PA节点网络漫游的方法，其特征在于，每种模式的网络都有共享时隙，为不同网络的共享时隙分配不同的时隙号，用于网关和现场设备轮流在共享时隙发广播。
4.根据权利要求1所述的一种WIA-PA节点网络漫游的方法，其特征在于，所述设定条件为：信号强度最强且丢包率最少。
5.一种WIA-PA节点网络漫游的装置，其特征在于，包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储计算机程序；所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-4任一项所述的一种WIA-PA节点网络漫游的方法。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-4任一项所述的一种WIA-PA节点网络漫游的方法。
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