用于提供無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的可靠無線通信的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于在工業(yè)控制系統(tǒng)或過程控制系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)之間 進(jìn)行通信的方法。具體來說，本發(fā)明涉及一種用于確定提供傳輸質(zhì)量的更大或更小量度的 無線傳輸?shù)姆椒ǖ姆椒ㄒ约熬哂杏糜趫?zhí)行該方法的硬件和/或軟件的無線節(jié)點(diǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002] 過程工業(yè)中的工業(yè)控制系統(tǒng)、過程系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)等常常包括硬連線數(shù)據(jù) 網(wǎng)絡(luò)和無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)用來在無線現(xiàn)場(chǎng)裝置、例如傳感器和/或致動(dòng)器與 工業(yè)控制系統(tǒng)之間傳遞測(cè)量和一些控制數(shù)據(jù)。無線傳感器常常是電池供電的。
[0003] 已知工業(yè)工廠和裝備中的環(huán)境是惡劣的，其能夠使可靠無線通信成為難題。在本 描述中，工業(yè)工廠可包括：石油和天然氣（石油）勘探、石油和天然氣生產(chǎn)/提取裝備中的 生產(chǎn)和處理裝備；船舶上或者石油平臺(tái)、地面或地下礦井的紙漿和造紙廠、金屬軋機(jī)、水泥 廠、發(fā)電、輸電和配電裝備、過程或設(shè)備。在一些情況下，工業(yè)工廠中的信號(hào)強(qiáng)度可波動(dòng)大約 40-50dB。以及另外在一些情況下，信號(hào)強(qiáng)度因遮蔽衰落（例如當(dāng)卡車依靠在無線裝置前 面時(shí)）而甚至進(jìn)一步下降。盡管惡劣無線環(huán)境所造成的難題，但是預(yù)測(cè)工業(yè)無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)的使用在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中呈指數(shù)增加，并且它們將部署在極惡劣工業(yè)環(huán)境中，這將使 得難以確?？煽客ㄐ?。
[0004] 易受無線傳輸/接收條件的暫時(shí)變化的這種惡劣無線環(huán)境使工業(yè)工廠中的無 線電通信成為難題，特別是對(duì)于具有嚴(yán)格延遲要求和確定性行為的實(shí)時(shí)通信。諸如IEEE 802.15.4 [1]、ISA100 [3]、WIA-PA[4]和IndustrialWLAN[5]之類的可用工業(yè)無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)提供正常傳輸和接收的指導(dǎo)。但是，這些標(biāo)準(zhǔn)沒有提供關(guān)于如何改進(jìn)工業(yè)裝 置中使用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠性的信息。
[0005] 從另一個(gè)技術(shù)領(lǐng)域、即移動(dòng)無線通信網(wǎng)絡(luò)的領(lǐng)域，轉(zhuǎn)讓給HarrisCorp.、標(biāo)題 為"Wirelesscommunicationnetworkincludingdataprioritizationandpacket receptionerrordeterminationfeaturesandrelatedmethods" 的專利US6982987 描 述一種優(yōu)先化移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的通信的方法。它還公開一種移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)（MANET)，其中 向數(shù)據(jù)指配具有相應(yīng)服務(wù)質(zhì)量（QoS)要求的優(yōu)先等級(jí)。被說成是例如信號(hào)干擾比（SIR) 的QoS量度對(duì)不同傳輸時(shí)隙來確定，并且用來將優(yōu)先化數(shù)據(jù)映射到最佳時(shí)隙。類似地，也 轉(zhuǎn)讓給HarrisCorp.、標(biāo)題為"Loadlevelinginmobilead-hocnetworkstosupport end-to-enddelayreduction，QoSandenergyleveling"的另一個(gè)專利US7142866也公 開一種移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)（MANET)，其中數(shù)據(jù)按照服務(wù)類型（ToS)來優(yōu)先化，并且在按照其服務(wù) 質(zhì)量（QoS)的路由上傳送。QoS被說成是基于例如鏈路可靠性，但是該術(shù)語的含意沒有進(jìn)一 步說明。
[0006]在轉(zhuǎn)讓給SamsungElectronics、標(biāo)題為"Methodforroutingdatain networks"的US7864682中，公開一種無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)，其中不同類型的業(yè)務(wù)具有不同要求并 且因此以不同方式來路由。在這個(gè)公開中，所使用的度量是鏈路等待時(shí)間或鏈路帶寬。在依 靠路由標(biāo)識(shí)的另一個(gè)公開、即轉(zhuǎn)讓給ToshibaK.K.、標(biāo)題為"Forwardingandroutingin sensornetworks"的US2012099587中，公開一種無線網(wǎng)格傳感器網(wǎng)絡(luò)和一種方法，其中將 業(yè)務(wù)分類為兩個(gè)不同優(yōu)先等級(jí)（標(biāo)準(zhǔn)或關(guān)鍵）。關(guān)鍵優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)在最可靠路由中路由，其通 過測(cè)量各路由的信號(hào)干擾噪聲（SINR)值來確定。此公開描述，最可靠路由是由節(jié)點(diǎn)基于先 前成功傳輸可識(shí)別的，成功基于來自分組接收方節(jié)點(diǎn)的確認(rèn)的接收所確定。
[0007] 但是，雖然存在進(jìn)行所識(shí)別最佳路由的靜態(tài)確定的一些已知方法，但是在工業(yè)無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)的領(lǐng)域中存在無線通信的可靠性的改進(jìn)的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是糾正上述問題的一個(gè)或多個(gè)。這個(gè)和其他目的通過權(quán)利要求1所 表征的方法來獲得。
[0009] 在本發(fā)明的第一方面，公開一種用于通過確定具有傳輸質(zhì)量的更多或更小量度的 無線電傳輸?shù)姆椒▉硖峁┻B接到工業(yè)控制系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的可靠無線通信的方 法，該方法包括 在發(fā)射器節(jié)點(diǎn)測(cè)量從兩個(gè)或更多不同極化切換支路所接收的至少一個(gè)數(shù)據(jù)分組的傳 輸質(zhì)量度量， 識(shí)別兩個(gè)或更多極化切換支路的哪一個(gè)具有更大傳輸質(zhì)量度量，將具有第一優(yōu)先級(jí)的 數(shù)據(jù)分組分配給具有更大傳輸質(zhì)量度量的極化切換支路，以及 在具有更大傳輸質(zhì)量度量的極化切換支路上傳送具有第一優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)分組（例如 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)）。
[0010] 按照一實(shí)施例，公開一種用于通過確定具有傳輸質(zhì)量的更大或更小量度的無線電 傳輸?shù)姆椒▉硖峁┻B接到工業(yè)控制系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的可靠無線通信的方法，該方 法包括在發(fā)射器節(jié)點(diǎn)測(cè)量從兩個(gè)或更多不同極化切換支路所接收的至少一個(gè)數(shù)據(jù)分組的 傳輸質(zhì)量度量，其還包括 識(shí)別或檢索無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中用于送往給定節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分組的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定路由， 預(yù)定路由具有已知信噪質(zhì)量量度， 確定所識(shí)別預(yù)定路由的一部分上的兩個(gè)或更多極化切換支路的哪一個(gè)具有更大傳輸 質(zhì)量度量，以及 通過所識(shí)別的具有更大信噪質(zhì)量量度的預(yù)定路由使用所識(shí)別的具有更大傳輸質(zhì)量度 量的極化切換支路來傳送具有第一優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)分組。
[0011] 按照另一個(gè)實(shí)施例，公開一種用于通過確定具有傳輸質(zhì)量的更大或更小量度的無 線電傳輸?shù)姆椒▉硖峁┻B接到工業(yè)控制系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的可靠無線通信的方法， 該方法包括在發(fā)射器節(jié)點(diǎn)測(cè)量從兩個(gè)或更多極化切換支路所接收的至少一個(gè)數(shù)據(jù)分組的 傳輸質(zhì)量度量，該方法還可包括將具有第二優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)分組分配給具有更小傳輸質(zhì)量度 量的切換支路，并且在具有更小傳輸質(zhì)量度量的極化切換支路上傳送第二或較低優(yōu)先級(jí)數(shù) 據(jù)。
[0012] 按照一實(shí)施例，公開一種用于通過確定具有傳輸質(zhì)量的更大或更小量度的無線電 傳輸?shù)姆椒▉硖峁┻B接到工業(yè)控制系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的可靠無線通信的方法，該方 法包括在發(fā)射器節(jié)點(diǎn)測(cè)量從兩個(gè)或更多不同極化切換支路所接收的至少一個(gè)數(shù)據(jù)分組的 傳輸質(zhì)量度量，該方法還包括在配置為下列項(xiàng)的組的任何天線元件的極化切換支路上傳送 數(shù)據(jù)分組：線性極化；水平極化；垂直極化；圓形極化。
[0013] 按照另一個(gè)實(shí)施例，公開一種用于通過確定具有傳輸質(zhì)量的更大或更小量度的無 線電傳輸?shù)姆椒▉硖峁┻B接到工業(yè)控制系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的可靠無線通信的方法， 該方法包括在發(fā)射器節(jié)點(diǎn)測(cè)量從兩個(gè)或更多不同極化切換支路所接收的至少一個(gè)數(shù)據(jù)分 組的傳輸質(zhì)量度量，該方法還包括通過從多個(gè)極化切換支路元件中選擇一個(gè)或多個(gè)極化切 換支路元件來選擇極化切換支路。
[0014] 按照一實(shí)施例，公開一種用于通過確定具有傳輸質(zhì)量的更大或更小量度的無線電 傳輸?shù)姆椒▉硖峁┻B接到工業(yè)控制系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的可靠無線通信的方法，該方 法包括在發(fā)射器節(jié)點(diǎn)測(cè)量從兩個(gè)或更多不同極化切換支路所接收的至少一個(gè)數(shù)據(jù)分組的 傳輸質(zhì)量度量，該方法還包括通過調(diào)整兩個(gè)或更多極化切換支路元件之間的相對(duì)傳輸信號(hào) 強(qiáng)度來選擇極化切換支路。
[0015] 按照一實(shí)施例，公開一種用于通過確定具有傳輸質(zhì)量的更大或更小量度的無線電 傳輸?shù)姆椒▉硖峁┻B接到工業(yè)控制系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的可靠無線通信的方法，該方 法包括在發(fā)射器節(jié)點(diǎn)測(cè)量從兩個(gè)或更多不同極化切換支路所接收的至少一個(gè)數(shù)據(jù)分組的 傳輸質(zhì)量度量，該方法還包括在其傳輸質(zhì)量度量是下列項(xiàng)的組的任一個(gè)的切換支路上傳送 數(shù)據(jù)分組：信號(hào)干擾噪聲SINR;信號(hào)干擾比（SIR);分組接收誤差值（PREV);與丟棄分組的 數(shù)量相關(guān)的傳輸質(zhì)量度量。
[0016] 按照一實(shí)施例，公開一種用于通過確定具有傳輸質(zhì)量的更大或更小量度的無線電 傳輸?shù)姆椒▉硖峁┻B接到工業(yè)控制系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的可靠無線通信的方法，該方 法包括在發(fā)射器節(jié)點(diǎn)測(cè)量從兩個(gè)或更多不同極化切換支路所接收的至少一個(gè)數(shù)據(jù)分組的 傳輸質(zhì)量度量，該方法還包括 在無線發(fā)射器節(jié)點(diǎn)或傳感器裝置中接收數(shù)據(jù)分組，并且讀取其至少一部分， 從分組報(bào)頭、發(fā)送方地址、接收方