專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)的雙級(jí)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域，尤其涉及一種用于水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)的雙級(jí)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù)：
目前，污水處理廠控制系統(tǒng)的信號(hào)傳輸普遍采用總線(xiàn)方式，需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)布線(xiàn)進(jìn)行施工，安裝不便，而且由于化學(xué)腐蝕、線(xiàn)路老化易造成總線(xiàn)短路或斷路，系統(tǒng)可靠性差，檢修不便，增加了系統(tǒng)的維護(hù)成本；并且某些極端惡劣的工作環(huán)境難以布線(xiàn)，則無(wú)法實(shí)施監(jiān)控。此外，水處理系統(tǒng)空間跨度大，地形復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)數(shù)量多，通信數(shù)據(jù)源分布不均衡。直接使用民用的IEEE802.11星狀無(wú)線(xiàn)網(wǎng)，會(huì)由于通信節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大導(dǎo)致信道擁塞、電磁污染大等缺點(diǎn)而無(wú)法用于水處理工控環(huán)境；而完全使用基于Zigbee的小功率無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)只適用于小范圍內(nèi)密集分布的節(jié)點(diǎn)間通信，對(duì)于水處理廠中距離較遠(yuǎn)的多個(gè)工藝處理環(huán)節(jié)間的通信則無(wú)法滿(mǎn)足通信距離和帶寬的需求。因此，針對(duì)水處理廠應(yīng)用的特殊需求，需要一種能夠兼顧遠(yuǎn)距離傳輸、大節(jié)點(diǎn)數(shù)量覆蓋的、高可靠性工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種用于水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)的雙級(jí)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)各監(jiān)測(cè)子站之間采用無(wú)線(xiàn)的方式進(jìn)行通信，通信節(jié)點(diǎn)按照水處理工藝數(shù)據(jù)采集和控制要求呈簇狀分布，將無(wú)線(xiàn)傳輸組織成兩級(jí)的、層次化的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用如下技術(shù):一種用于水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)的雙級(jí)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，包括IEEE802.11無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)作為一級(jí)通信域和多個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成二級(jí)網(wǎng)絡(luò)通信子域，一級(jí)通信域的節(jié)點(diǎn)為二級(jí)通信子域的網(wǎng)關(guān)，一級(jí)通信域的節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀網(wǎng)MESH，按照數(shù)據(jù)多跳、多路徑和自組織通信；所述的一級(jí)通信域的節(jié)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)信號(hào)發(fā)射功率在200mW-500mW ；二級(jí)通信子域包括多個(gè)呈簇狀分布的水處理工藝環(huán)節(jié)中的數(shù)據(jù)采集/控制的無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)，每個(gè)簇內(nèi)的無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)間通過(guò)zigbee通信，具有自組織、自適應(yīng)的通信路由機(jī)制；二級(jí)通信子域的傳感節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)匯聚到子域網(wǎng)關(guān)處，由一級(jí)通信域進(jìn)行傳送；二級(jí)通信子域節(jié)點(diǎn)使用發(fā)射功率10mW-50mW，通信速率100kbps-250kbps。本發(fā)明還具有如下特征:1、如上所述的無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)按照水處理工藝數(shù)據(jù)采集和控制需求呈簇狀分布，每個(gè)水處理工藝環(huán)節(jié)相關(guān)的數(shù)據(jù)采集和控制的無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)二級(jí)通信域，二級(jí)通信域用于在水處理工藝中覆蓋水廠的每個(gè)工藝處理廠房或每個(gè)工藝處理環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集或控制節(jié)點(diǎn)間通信。2、如上所述的一級(jí)通信域用于實(shí)現(xiàn)水處理工藝中跨廠房、遠(yuǎn)距離分布的多個(gè)水處理工藝環(huán)節(jié)之間的通信。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)通信方案能夠省去傳統(tǒng)有線(xiàn)互聯(lián)布線(xiàn)的成本和工作量，無(wú)需考慮線(xiàn)路腐蝕老化問(wèn)題，可以獲得比有線(xiàn)方式更高的可靠性和穩(wěn)定性，而且降低了整體的建設(shè)和維護(hù)成本，并具有極強(qiáng)的適應(yīng)性和可擴(kuò)展性。兩級(jí)分層的無(wú)線(xiàn)通信架構(gòu)合理地分配了節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率、通信范圍，避免了龐大數(shù)量節(jié)點(diǎn)間信道爭(zhēng)搶、相互干擾導(dǎo)致的通信帶寬降低和可靠性問(wèn)題，同時(shí)也降低了整體系統(tǒng)成本。水處理應(yīng)用中通信節(jié)點(diǎn)分布具有明顯的特點(diǎn)，雖然整體跨度大、距離遠(yuǎn)，但通信節(jié)點(diǎn)通常按照工藝流程按簇狀分布，一個(gè)工藝環(huán)節(jié)處集中多個(gè)節(jié)點(diǎn)，本發(fā)明的二級(jí)通信域的Zigbee系統(tǒng)能以較低的成本和發(fā)射功率保證局部節(jié)點(diǎn)的可靠通信。針對(duì)水處理應(yīng)用中通信范圍大、分布位置不規(guī)則、地形復(fù)雜的特點(diǎn)，一級(jí)通信域的主干網(wǎng)絡(luò)采用基于MESH結(jié)構(gòu)的802.11無(wú)線(xiàn)通信，能夠以多路徑自組織路由適應(yīng)各種復(fù)雜地形和電磁屏蔽障礙的情況，并且可以用較強(qiáng)的發(fā)射功率保證通信距離。


圖1為本發(fā)明雙級(jí)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)體系示意圖； 圖2為雙極無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)不意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明公開(kāi)了一種用于水處理廠的兩級(jí)分層的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)，將水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)各監(jiān)測(cè)子站之間采用無(wú)線(xiàn)通信的方式進(jìn)行連接。本發(fā)明根據(jù)水處理各工藝環(huán)節(jié)的空間分布、邏輯關(guān)系特點(diǎn)和數(shù)據(jù)通信帶寬要求，將無(wú)線(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)按簇狀分布，并將通信傳輸組織成兩級(jí)的、層次化的結(jié)構(gòu)。無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的二級(jí)通信子域，用于覆蓋水廠的每個(gè)工藝處理廠房，節(jié)點(diǎn)間通過(guò)ZigBee通信，具有自組織、自適應(yīng)的通信路由機(jī)制；網(wǎng)關(guān)間通信構(gòu)成了系統(tǒng)的一級(jí)通信域，節(jié)點(diǎn)間通信帶寬高，距離較遠(yuǎn)，采用基于802.11的MESH網(wǎng)絡(luò)通信。這樣無(wú)線(xiàn)通信架構(gòu)充分利用了水處理工藝的控制特點(diǎn)，不僅解決了布線(xiàn)的可靠性、建設(shè)和維護(hù)成本問(wèn)題，還具有很好的系統(tǒng)靈活性和可擴(kuò)展性等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)施例1:一種用于水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)的雙級(jí)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，包括IEEE802.11無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)作為一級(jí)通信域和多個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成二級(jí)網(wǎng)絡(luò)通信子域，一級(jí)通信域的節(jié)點(diǎn)為二級(jí)通信子域的網(wǎng)關(guān)，一級(jí)通信域的節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀網(wǎng)MESH，按照數(shù)據(jù)多跳、多路徑和自組織通信；所述的一級(jí)通信域的節(jié)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)信號(hào)發(fā)射功率在200mW-500mW ;二級(jí)通信子域包括多個(gè)呈簇狀分布的水處理工藝環(huán)節(jié)中的數(shù)據(jù)采集/控制的無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)，每個(gè)簇內(nèi)的無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)間通過(guò)zigbee通信，具有自組織、自適應(yīng)的通信路由機(jī)制；二級(jí)通信子域的傳感節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)匯聚到子域網(wǎng)關(guān)處，由一級(jí)通信域進(jìn)行傳送；二級(jí)通信子域節(jié)點(diǎn)使用發(fā)射功率10mW-50mW，通信速率100kbps-250kbps。所述的無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)按照水處理工藝數(shù)據(jù)采集和控制需求呈簇狀分布，每個(gè)水處理工藝環(huán)節(jié)相關(guān)的數(shù)據(jù)采集和控制的無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)二級(jí)通信域，二級(jí)通信域用于在水處理工藝中覆蓋水廠的每個(gè)工藝處理廠房或每個(gè)工藝處理環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集或控制節(jié)點(diǎn)間通信。所述的一級(jí)通信域用于實(shí)現(xiàn)水處理工藝中跨廠房、遠(yuǎn)距離分布的多個(gè)水處理工藝環(huán)節(jié)之間的通信。實(shí)施例2:如圖1所示，為本發(fā)明水處理的兩級(jí)分層的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)，所述網(wǎng)絡(luò)包括:一級(jí)通信節(jié)點(diǎn)101和一級(jí)通信連接102。一級(jí)通信節(jié)點(diǎn)101又稱(chēng)為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)間通信構(gòu)成了系統(tǒng)的一級(jí)通信域。一級(jí)通信為基于IEEE802.11的MESH網(wǎng)絡(luò)。一級(jí)通信帶寬要求約為數(shù)十MB/s，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率在200mW-500mW量級(jí)，節(jié)點(diǎn)間距離較遠(yuǎn)，約在數(shù)百米-數(shù)千米。根據(jù)污水處理監(jiān)控系統(tǒng)的需求特點(diǎn)，一級(jí)通信節(jié)點(diǎn)用于實(shí)現(xiàn)跨車(chē)間甚至跨廠區(qū)的遠(yuǎn)距離、大數(shù)據(jù)量網(wǎng)絡(luò)通信。二級(jí)通信節(jié)點(diǎn)103和Zigbee通信鏈路構(gòu)成二級(jí)通信連接104。二級(jí)節(jié)點(diǎn)為無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)，二級(jí)節(jié)點(diǎn)間構(gòu)成了二級(jí)通信域。傳感節(jié)點(diǎn)間通信帶寬要求約為數(shù)十Kbps/s，各控制設(shè)備間的距離通常較近，約在數(shù)米-數(shù)十米左右，用于覆蓋水處理工藝的一個(gè)廠房或一個(gè)工藝處理環(huán)節(jié)。從圖中可以看到二級(jí)通信子域的傳感節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)匯聚到子域網(wǎng)關(guān)處，由一級(jí)通信進(jìn)行傳送。因此網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)是一級(jí)通信域與二級(jí)通信域間承上啟下的關(guān)聯(lián)，既屬于一級(jí)通信與又屬于二級(jí)通信域。其中網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)是一級(jí)通信域與二級(jí)通信域之間通信承上啟下的樞紐。因此網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)如圖2所示，從硬件上說(shuō)即包含IEEE802.11通信模塊，又包含Zigbee通信模塊；從軟件上說(shuō)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)既包含IEEE802.1lMESH軟件協(xié)議棧，又包含Zigbee協(xié)議棧，二者由中繼軟件實(shí)現(xiàn)兩個(gè)通信域數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。
權(quán)利要求
1.一種用于水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)的雙級(jí)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，包括IEEE802.11無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)作為一級(jí)通信域和多個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成二級(jí)網(wǎng)絡(luò)通信子域，其特征在于:一級(jí)通信域的節(jié)點(diǎn)為二級(jí)通信子域的網(wǎng)關(guān)，一級(jí)通信域的節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀網(wǎng)MESH，按照數(shù)據(jù)多跳、多路徑和自組織通信；所述的一級(jí)通信域的節(jié)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)信號(hào)發(fā)射功率在200mW-500mW ;二級(jí)通信子域包括多個(gè)呈簇狀分布的水處理工藝環(huán)節(jié)中的數(shù)據(jù)采集/控制的無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)，每個(gè)簇內(nèi)的無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)間通過(guò)zigbee通信，具有自組織、自適應(yīng)的通信路由機(jī)制；二級(jí)通信子域的傳感節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)匯聚到子域網(wǎng)關(guān)處，由一級(jí)通信域進(jìn)行傳送；二級(jí)通信子域節(jié)點(diǎn)使用發(fā)射功率 10mW-50mW，通信速率 IOOkbps — 250kbps。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)的雙級(jí)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，其特征在于:所述的無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)按照水處理工藝數(shù)據(jù)采集和控制需求呈簇狀分布，每個(gè)水處理工藝環(huán)節(jié)相關(guān)的數(shù)據(jù)采集和控制的無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)二級(jí)通信域，二級(jí)通信域用于在水處理工藝中覆蓋水廠的每個(gè)工藝處理廠房或每個(gè)工藝處理環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集或控制節(jié)點(diǎn)間通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)的雙級(jí)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，其特征在于:所述的一級(jí)通信域用于實(shí)現(xiàn)水處理工藝中跨廠房、遠(yuǎn)距離分布的多個(gè)水處理工藝環(huán)節(jié)之間的通信。
全文摘要
一種用于水處理廠的兩級(jí)分層的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)，將水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)各監(jiān)測(cè)子站之間采用無(wú)線(xiàn)通信的方式進(jìn)行連接。本發(fā)明根據(jù)水處理各工藝環(huán)節(jié)的空間分布、邏輯關(guān)系特點(diǎn)和數(shù)據(jù)通信帶寬要求，將無(wú)線(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)按簇狀分布，并將通信傳輸組織成兩級(jí)的、層次化的結(jié)構(gòu)。無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的二級(jí)通信子域，用于覆蓋水廠的每個(gè)工藝處理廠房，節(jié)點(diǎn)間通過(guò)ZigBee通信，具有自組織、自適應(yīng)的通信路由機(jī)制；網(wǎng)關(guān)間通信構(gòu)成了系統(tǒng)的一級(jí)通信域，節(jié)點(diǎn)間通信帶寬高，距離較遠(yuǎn)，采用基于802.11的MESH網(wǎng)絡(luò)通信。這樣無(wú)線(xiàn)通信架構(gòu)充分利用了水處理工藝的控制特點(diǎn)，解決了布線(xiàn)的可靠性、建設(shè)和維護(hù)成本問(wèn)題，具有很好的系統(tǒng)靈活性和可擴(kuò)展性的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04W40/02GK103200705SQ201310057738
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月25日
發(fā)明者桑勝田, 張海峰, 蔣明, 劉曉為 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)