[发明专利]一种基于冗余AP的工业无线网络漫游方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业无线网络技术，具体地说是一种基于冗余AP的工业无线网络漫游方法。

背景技术

工业无线网络技术是继现场总线之后，工业控制领域的又一个热点技术，是降低工业测控系统成本，提高工业测控系统应用范围的革命性技术，也是未来几年工业自动化产品新的增长点。工业无线网络技术面向设备间短程、低速率信息交互，适合在恶劣的工业现场环境使用，具有很强的抗干扰能力、超低能耗、实时通信等技术特征，是对现有无线技术在工业应用方向上的功能扩展和技术创新，并最终转化为新的无线技术标准。目前，工业无线网络技术应用于高实时高可靠的工厂自动化领域，成为继面向过程自动化的工业无线网络技术之后，国际上无线网络技术竞争的又一焦点。相对于传统的有线总线技术，面向工厂自动化的工业无线网络不仅具有低成本、易安装、易维护的优势，而且能够避免设备因移动导致的线缆易老化、线缆污染、滑环电力接触易失败等问题。然而，工厂自动化对无线通信系统有着更苛刻的要求：（1）高可靠性，丢包率低于10^-9；（2）高通信速率，传输速率在Mbit/s的量级；（3）高实时性，要求延迟低于10ms；（4）大规模网络，要求支持百点至千点的节点数量；（5）支持节点移动。

对应于工厂自动化无线网络的上述要求，利用IEEE 802.11标准族的物理层可以获得高通信速率，而采用时分多路访问（TDMA，Time Division Multiple Access）通信机制以及单跳星型网络拓扑可以满足高实时性的要求。其中，单跳星型网络拓扑由一个接入点（AP，Access Point）与多个站点（Station）组成。AP负责网络的资源分配与数据传输；所有站点都在自身的TDMA传输时隙内与AP通信。现有针对工业无线网络的研究大多针对静态网络。对于静态的单跳星型网络拓扑，AP是整个网络的瓶颈。一旦AP出现故障，则网络崩溃。此外，工厂环境中有许多诸如机器人、轨道挂载设备、无人搬运车（AGV，Automated Guided Vehicle）等移动设备，从而要求对其监控的工业无线网络节点具有移动能力。在这种应用场合下，网络节点可能移动到与原先AP无法通信的区域，导致报文传输失败，影响工业无线网络的可靠性。解决这个问题的一种直观而有效的方法是移动节点连接新区域的AP，并与之通信，即节点实现漫游。目前针对IEEE 802.11链路层漫游技术的研究大多建立在多个独立AP的网络中，站点通过检测与AP连接的信噪比，重新选择新的AP。现有的漫游方法包括探测、验证、重新连接三个过程，站点与新的AP建立连接的延时超过100ms，无法满足工业无线网络的高实时性要求。

发明内容

针对现有静态网络中AP故障导致网络崩溃、站点移动导致通信失败、现有漫游技术延时较大的问题，本发明根据工厂自动化中应用空间较小但遮挡物较多的特殊环境，在单跳星型网络中加入冗余AP作为站点通信的桥梁，提出一种基于冗余AP的工业无线网络漫游方法，实现实时可靠的漫游服务。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于冗余AP的工业无线网络漫游方法，在单信道传输情况下，包括以下步骤：

主AP作为资源分配者，为网络中所有站点和冗余AP分配TDMA时隙；所有站点和冗余AP通过ID号进行标识；

在每个超帧周期的第一个时隙，主AP周期性地广播漫游控制包，该漫游控制包的载荷部分包括站点ID、控制指令子域和发送机会TXOP子域；

收到主AP发送的漫游控制包的站点根据ID号解析控制指令，并在预先分配好的时隙内向主AP发送数据，同时保存漫游控制包中的TXOP子域的信息，以备与主AP通信失败时与冗余AP进行通信；

在超帧的TXOP阶段开始前，主AP广播否定应答报文，否定应答报文为与主AP通信失败的各个站点的ID号聚合而成，与主AP通信失败的站点在超帧的TXOP阶段内与冗余AP进行通信；

冗余AP在超帧的TXOP阶段结束后，将收集到的数据转发到主AP。

所述主AP通信失败的站点在超帧的TXOP阶段内与冗余AP进行通信的方式为：冗余AP利用超帧的TXOP阶段的第一个时隙广播漫游控制包；收到冗余AP广播的漫游控制包的站点提取冗余AP广播的漫游控制包中的TXOP子域的信息；未收到主AP漫游控制包的站点和收到主AP的漫游控制包但与主AP通信失败的站点，采用CSMA机制竞争TXOP中的时隙，竞争成功后在超帧的TXOP阶段对应的时隙内向冗余AP发送数据。