[发明专利]ISA100.11a和WIA-PA融合路由器及路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业无线传感器网络技术领域，具体涉及ISA100.11a和WIA-PA融合路由器。

背景技术

当前，工业无线传感器网络在技术研究、产业规模和示范应用等方面发展势头比较迅猛。在技术方面，无线传感器网络的关键技术时间同步、自适应跳信道、确定性调度和子网路由等技术已经发展相对成熟，在技术创新方面也取得了突破，我国在无线通信协议，系统管理、嵌入式芯片的生产等领域经过多年的研究，取得了丰硕的成果。在标准制定方面，我国参与制定了很多国际性标准，逐渐在国际标准的制定过程中有着重要的话语权。在产业方面已经具备一定的规模性，据不完全统计全国有一千多家企事业单位在进行传感器网络的研发和应用，市场份额高达百亿元。在应用方面，无线传感器主要应用在复杂的环境中，如矿井，山洞和钢铁工厂等恶劣的环境中，同时还用于智能电网，智能家居和智能交通等领域，应用模式日渐成熟。

尽管工业无线网络在技术研究、标准制定和产业规模等领域取得了很大的进步，但是我们应该清楚的认识到由于在工业无线通信协议方面缺乏统一的标准，许多国际企业和区域推动了多个工业无线方面的国际标准的制定，使得在应用方面存在很大的差异性，不能够实现设备之间的互通性，加剧了设备生产商和制造商的生产困难，不同的标准在各大公司的利益驱使下相互竞争，增加了生产商的制造成本和用户的投资成本，从而造成工业无线通信技术很难普及应用。

ISA100.11a、WirelessHART和WIA-PA标准是工业无线网络三个主要国际标准，在标准制定和应用过程中有很多相同之处，标准的制定是源于设备生产者和使用者的推动，多个国际标准共存造成了设备之间的互操作性差，同时激烈的竞争必然导致了生产成本和用户运作资金的增高。鉴于以上原因，在设备生产者、使用者和标准制定者等的共同推动下，将三个工业无线网络国际标准WirelessHART、ISA100.11a和WIA-PA进行融合。正如申请号为：201210051230.1，名称为：WIA-PA网络与IEEE802.15.4网络的一种共存方法的中国专利申请中所指出的，WIA-PA网络中的网关设备通过侦听IEEE802.15.4干扰网络发送的信标帧，学习获取IEEE802.15.4网络发送数据包周期；WIA-PA网络系统管理器通过重新分配网络资源，调整本网络设备的调度时间，避免干扰。文中给出的共存方法通过系统管理器调整调度时隙，能够在一定程度上避免干扰，但是不能提高网络之间的通用性，也不能满足不同网络之间数据传输的实时性和可靠性的要求。

本发明在当前三个国际标准的融合工作正在进行中，新的融合标准还未制定完成的背景下，为了增加网络设备之间的互通性，提出一种基于ISA100.11a和WIA-PA协议融合路由器。ISA100.11a和WIA-PA融合路由器可以使ISA100.11a和WIA-PA网络设备进行共存，增强了网络设备之间的互操作性，同时保证了在同一个区域中两个网络数据传输的实时性和可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现阶段，三大标准的融合工作尚未完成，现在处于三个标准共存阶段，将ISA100.11a和WIA-PA的帧格式进行相互的转换和分布式通信资源的分配，实现ISA100.11a和WIA-PA两个网络的互联互通，增强两个网络的实时性、共存性和互操作性。

本发明解决上述问题的技术方案是，在现有ISA100.11a和WIA-PA协议栈的基础上，将协议栈路由代码进行融合，设计出一种ISA100.11a和WIA-PA融合路由器，该融合路由器能够作为ISA100.11a和WIA-PA网络设备之间的桥梁。通过工业无线网络国际标准ISA100.11a和WIA-PA的核心支撑技术的对比可知，其中与时间紧急性相关的功能涵盖了数据链路层的核心技术，包括时间同步技术、超帧调度技术和自适应跳频技术等。这些核心技术在两个协议栈中具有很多的共同性，在协议栈中均使用软件代码实现，因此融合的主要是数据链路层的核心技术。

融合路由器主要使用在ISA100.11a网络和WIA-PA网络共同工作的区域，两者互不干扰进行通信，当两个网络的其中一个网关出现问题而停止工作，在这种情况下融合路由器就可以打开进行工作，充当桥梁作用，将ISA100.11a协议和WIA-PA协议进行互相转换，完成不同网络设备之间的通信，实现数据实时可靠地进行传输，并显示在监控系统中。