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基于ISA100.11a標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

作者: 時間:2012-05-21 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

2.3 傳感器節(jié)點(diǎn)

傳感器設(shè)備主要由傳感器模塊、CC2530芯片、電源模塊、天線模塊和晶體振蕩電路五部分組成。

普通節(jié)點(diǎn)具有易使用、易集成等優(yōu)點(diǎn),可以方便地與傳感器、儀表進(jìn)行連接,可配置多種類型的傳感器,例如溫濕度傳感器、CO傳感器、瓦斯傳感器、煙霧傳感器、粉塵傳感器、壓力變送器、閥門定位器、電動執(zhí)行器等。

3 關(guān)鍵技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可解決與其他短距離無線網(wǎng)絡(luò)的共存性問題以及線通信的可靠性和確定性問題,其核心技術(shù)包括精確時間同步技術(shù)、自適應(yīng)跳信道技術(shù)、確定性調(diào)度技術(shù)、數(shù)據(jù)鏈路層子網(wǎng)路由技術(shù)和安全管理方案等,并具有數(shù)據(jù)傳輸可靠、準(zhǔn)確、實(shí)時、低功耗等特點(diǎn)。

3.1 精確時間同步技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆袃蓪咏Y(jié)構(gòu),分別為骨干網(wǎng)和DL子網(wǎng),因此,本根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)采用了分級同步的思想進(jìn)行時間同步。

網(wǎng)關(guān)在形成網(wǎng)絡(luò)時,可向骨干路由器發(fā)送裝載有時間同步信息的廣播幀來進(jìn)行骨干網(wǎng)的時間同步;當(dāng)骨干網(wǎng)完成時間同步后,骨干路由器便向其所在的DL子網(wǎng)內(nèi)的終端設(shè)備發(fā)送廣播幀來進(jìn)行時間同步。這樣,經(jīng)過兩級同步后,就可以達(dá)到全網(wǎng)同步的目的。

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在ISA100.11a網(wǎng)絡(luò)中,廣播幀是時間同步信息的載體,因此,要根據(jù)廣播幀的幀格式來添加時間同步信息。廣播幀時間同步流程如圖5所示。

3.2 自適應(yīng)跳信道技術(shù)

ISA100.11a網(wǎng)絡(luò)支持與其他無線短距離網(wǎng)絡(luò)的共存,比如IEEE 802.11網(wǎng)絡(luò)、IEEE 802 15.4的無線網(wǎng)絡(luò)(ZigBee、Wireless HART、6LoWPANs、藍(lán)牙以及RFID系統(tǒng))。ISA100.11a工作在全球免費(fèi)的2.4 GHz頻段,為了避免信號干擾,時要解決在2.4 GHz頻段網(wǎng)絡(luò)的共存性問題。

ISA100.11a網(wǎng)絡(luò)通過采用跳信道技術(shù)來避免信號干擾,跳信道包括時隙跳頻、慢跳頻和混合跳頻三種信道模式,不同的運(yùn)行模式對應(yīng)著不同的時隙配置方式。跳信道技術(shù)可減少設(shè)備在同一條信道上工作的時間,因而減少了對其他無線設(shè)備的影響;同時由于可在其他信道重發(fā)數(shù)據(jù)包,進(jìn)而增加了網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力;網(wǎng)絡(luò)同時使用自適應(yīng)跳信道技術(shù),來實(shí)時檢測并刪除頻譜中被使用的信道,以提高與其他射頻系統(tǒng)的共存能力,同時也屏蔽了傳輸數(shù)據(jù)差的信道,有效地增加了系統(tǒng)的可靠性。

3.3 確定性調(diào)度技術(shù)

由于ISA100.11a骨干網(wǎng)一般采用有線技術(shù)或Wi-Fi無線技術(shù),所以,ISA100.11a數(shù)據(jù)鏈路層的通信調(diào)度技術(shù)是面向ISA100.11a DL子網(wǎng)的。其主要功能是在相互競爭的用戶之間分配通信資源,從而避免沖突,提高吞吐量和帶寬利用率,解決現(xiàn)場設(shè)備間數(shù)據(jù)通信的確定性、可靠性和實(shí)時性等問題。

4 應(yīng)用案例

的ISA100.11a可配套433 MHz、780 MHz和2.4 GHz等三個頻段的硬件平臺,并在實(shí)驗(yàn)室搭建了CC2530芯片的測試系統(tǒng),并可長期運(yùn)行。圖6所示系統(tǒng)就是由1個網(wǎng)關(guān)、6個路由器、甲烷傳感器、溫濕度傳感器、壓力變送器(四聯(lián)公司)、智能電表等11個終端設(shè)備組成的ISA100.11a無線測控系統(tǒng)測試平臺。

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