专利名称：在无线通信协议中同步时隙的制作方法
技术领域：
本发明总的来说涉及无线通信，更具体地说，涉及使无线网络中的通信同步。
背景技术：
在过程控制行业中，已知的是，使用标准化通信协议来使由不同制造商 制出的设备能够以易于使用和实现的方式彼此通信。过程控制行业中使用的
一个众所周知的通信标准是可寻址远程发射机高速通道(HART)通信基础 协议，通常称为HART协议。 一般而言，HART协议支持专用导线或导线组 上的数字和模拟混合信号，在专用导线或导线组上，在线过程信号(如控制 信号、传感器测量值等)作为模拟电流信号(例如范围从4到20毫安)被 提供，并且诸如设备数据、对设备数据的请求、配置数据、警报以及事件数 据等等之类的其它信号，作为叠加或复用到与模拟信号相同的导线或导线组 上的数据信号被提供。然而，HART协议当前需要使用专用、硬线通信线路， 这导致需要在加工厂内大量布线。
在过去几年里，已经存在一种将无线技术结合到以某种受限方式包括过 程控制行业的各种行业中的发展趋势。然而，在过程控制行业中，存在限制 无线技术的完全结合、接受和使用的巨大障碍。具体来说，过程控制工业需 要十分可靠的过程控制网络，因为信号的丟失可能导致工厂失去控制，从而 导致突难性的后果，包括爆炸、致命化学制剂或气体的释放等等。例如， Tapperson等人的美国专利No. 6，236,334公开了在过程控制行业中将无线通 信作为副的或备用通信路径使用或用于发送非关4A性的或冗余的通信信号。 而且，在通常可以适用于过程控制行业的无线通信系统的使用上已经取得了许多进展，但是该无线通信系统尚未以在加工厂内允许或提供可靠的并且在
利申请公开No. 2005/0213612、 2006/0029060和2006/002卯61公开了与一般
无线通信系统相关的无线通信技术的各个方面。
极大地抑制无线通信在过程控制行业的发展和应用的 一 个因素是难以 对与无线通信网络一起使用的遗留设备进行改装。在某些情况下，设备根本 无法被改装，需要用更新的、现成的无线模型进行更换。此外，由于变换到 无线通信，很多支持性装置类似地被荒废。换句话说，无线网络不能容易地 扩展有线网络。与过程控制行业尤其相关的另外的挑战在于，完全用无线基 础设施更换有线基础设施，对于现有的有线装置来说成本很高，并且对于操 作员来说具有能够被理解的不情愿。同时，无线网络通常要求固定天线或接 入点发送和接收无线电信号，并且因此可能需要昂贵的基础设施，这使得到 无线通信的变换更加不被期望。因此，某些操作员可能意识到无线方式处理 测量和控制的优势，而很多操作员可能不愿意拆除现有的装置、使完全可运 行的有线设备退役而购买无线设备。
造成无线标准在过程控制行业的增殖比预料的要慢的另 一 因素在于对 诸如过程控制系统的技术员或操作员之类的用户的影响。在典型的过程控制 系统的运行期间，用户可出于设备的配置、监测和控制功能功能而远程访问 独立的设备。例如，为了能够通过HART协议访问和交换信息，设备被根据 预定寻址方案指派以唯一地址。用户和针对过程控制行业的操作员和技术员 开发的软件应用程序开始依赖于不能被可用的无线标准支持的有效寻址方 案。因此，普遍期待在过程控制行业中到无线标准的转变伴随着采用新的寻 址方案、更新对应的软件应用程序和为员工提供额外的培训。
另外，诸如IEEE802.il (x) WLAN之类的现有无线标准中的某些并不 满足过程控制行业的所有要求。例如，设备同时传达过程和控制数据，而这 两种数据通常可能具有不同的传播延迟限制。通常，在过程控制行业中交换 的某些关键性数据可能要求高效、可靠和及时的传递，而对此现有的无线协议无法总是保证。此外，由于过程控制行业中使用的某些模块用于控制非常 敏感和有可能是危险的过程活动，因此适合该行业的无线标准需要在通信路 径中提供冗余，而在已知的无线网络中，这显然不能获得。最后，某些过程 控制设备可能对高功率无线电信号敏感，并且可能要求无线电发送限于或保 持在控制得很好的功率水平。同时，可用的无线标准通常依赖于发送相对较 强的信号以覆盖大片地理区域的天线或接入点。
与有线通信协议类似，无线通信协议被期望提供高效、可靠和安全的信 息交换方法。当然，由于介质的共享和开放特征，在有线网络中被开发以解 决这些重要问题的大多数方法并不适用于无线通信。进一步，除了在有线通 信协议之后的典型客观事实外，无线协议还面临关于使用无线电频谱的同一 部分的若干网络的干扰和共存的问题的其它要求。麻烦的是，某些无线网络 在无许可证的或向公众开放的频段中运行。因此，为这种网络服务的协议必 须能够检测或解决与频率(信道)争用、无线电资源共享和协商等等相关的 问题。
在过程控制行业中，无线通信协议的开发者面临另外的挑战，例如，实 现与有线设备的向后兼容、支持协议的先前有线版本，为改装了无线通信机 的设备提供转变服务，并且提供可同时保证可靠性和有效性的路由技术。同 时，仍然存在相当多的过程控制应用，在这些过程控制应用中存在即使有也 很少的原地测量。当前，这些应用依赖于观测的测量值(例如，水位正在上 升)或检查(例如，空调单元、泵、风机等等的周期性维护)来发现异常情 况。为了采取措施，操作员经常需要面对面的讨论。如果利用测量和控制设 备，则可能会大大简化这些应用中的许多应用。然而，当前的测量设备通常 需要电力、通信基础设施、配置以及简直是不可用的支持基础设施。
根据又 一 方面，过程控制行业需要为特定过程控制网络服务的通信协议
能够适应具有不同数据传输要求、属性和功率能力的现场设备。具体来说，
一些过程控制系统可以包括测量设备，这些测量设备常常(例如，每秒几次)
向集中式控制器或向另一现场设备报告测量值。同时，在同一系统中的另一
10设备可以仅仅每小时一次报告测量值、警报或其它数据。然而，这两种设备 可能都要求将各自的测量报告传播到目的主机，例如控制器、工作站或同级 现场设备，而使用尽可能小的时间和带宽开销。
更进一步，精确的时间同步通常对无线通信系统来说很重要，而且特别
是对基于时分多址(TDMA)的协议来说很重要。因为TDMA技术通常包 括在受控时间段内发送和接收数据，因此在TDMA通信方案中，接收器和 发送器都必须知道每个时间段开始和结束的精确时间以及发送和接收时机。 这些和类似的挑战在包括仅仅偶尔进行发送的设备的环境下尤为普遍。
根据另一方面，时间同步对TDMA通信方案的正确运行是必要的。不 管特定的设备使用哪种硬件时间源(例如石英、陶瓷振荡器等等)，(例如 由于温度或电压偏差或老化而引起的)通信设备之间有些时滞都是不可避免 的。在过程控制行业中，许多设备常常受热和受压，设备可能会经常失去同 步。
发明内容
在例如过程控制工厂中使用的无线网状网络包括根据被定义为 一组并发 重叠超帧的网络调度表进行通信的多个网络设备。每个超帧包括若干个预定持 续时间的通信时隙，并且每个超帧在先前的超帧循环中的所有通信时隙都出现 之后立即作为新的超帧循环进行重复。在每个超帧循环内的时隙相对于该循环 的开始被顺序编号。该无线网状网络另外维护绝对隙数(ASN),其指示自从 形成该无线网络时以来被调度的时隙的数目。
在某些实施例中，专用服务定义超帧，并且根据网络设备和与这些网络设
备通信的外部主机的需要分配所这些超帧中的每一个内的时隙。如果需要的话，
网络设备可参与多个超帧，以发送该网络设备特有的数据并转发其它网络设备
之间的数据。可选地，该专用服务可鉴于诸如数据突发、拥塞、块传输以及网
络设备进入或离开该网络之类的网络状况变化而动态地创建或毁灭超帧。而且，
网络设备或该专用服务可通过发出特定命令在不毁灭该超帧的情况下有效地禁用该超帧。进一步，该网络调度表可包括多个通信信道，并且在某些实施例中， 每个通信信道可对应于唯一的载波无线电频率。每个网络设备可具有包括相对 时隙数和通信信道标识符的独立调度表，并且该独立调度表可指定被独立调度 的时隙，该网络设备使用这些被独立调度的时隙发送过程数据、路由从另一网 络设备发起的数据、接收特定设备数据或接收广播数据。在某些实施例中，网 络设备的独立调度表可指定在不同的超帧循环期间与若干个不同的通信信道相
同的通信信道发送或^接收数据。
根据另 一方面，正在加入该无线网络的设备可发现来自该正在加入的设备
的潜在邻居的ASN的当前值。在从相应的消息中提取出该ASN时，该正在加 入的设备可确定被调度的超帧中的每一个中的当前时隙(即"相对时隙")。结 果，该正在加入的设备可在预定义的时隙之一开始参与该无线调度表的通信方 案，从而减少了冲突的概率并简化了资源竟争的解决。
根据又一方面，设备可挂起与该通信网络的通信，而不必毁灭为公布该设 备的更新数据而预留的一个或更多超帧。该设备可能希望在稍后重新加入该无 线网络，并且为了确定重新加入的设备何时可以重新开始公布相应的过程数据， 该正在重新加入的i殳备可^r查该ASN以确定与该正在重新加入的i殳备的独立 调度表相关的相对隙数中的每一个。在某些实施例中，重新加入的设备可在被 另 一设备或诸如网络管理器之类的软件实体从无线网络中临时挂起之后执行基 于ASN的重新同步程序。
在某些实施例中，网络设备可另外发送ASN数的一部分，或"ASN片断 (snippet)",以提供诊断信息。在一个这样的实施例中，每个网络设备在与无 线协议的网络层相关联的每个数据单元(NPDU)中包括该ASN片断。在某些 实施例中，该ASN片断包括精确ASN值的若干个最低有效位。在某些实施例 中，网络设备可使用该ASN片断来计算通过该无线网络传播的数据包的寿命。
图l是示出使用无线HART(WirelessHART)网络来提供现场设备和路由 器设备之间的无线通信的系统的框图，这些现场设备和路由器设备经由网关设 备连接到工厂自动化网络。
图2是根据这里所讨论的实施例之一实现的无线HART协议的各层的示意图。
图3是示出根据这里讨论的实施例之一定义的通信时隙的各段的结构图。 图4是示出三隙超帧的时隙与若干个通信设备的示例性关联的结构图。 图5示意性地示出示例性超帧的时隙与若干个通信信道的关联。 图6是示意性地示出包括若干个不同长度的并发超帧的示例性超帧定义的
结构图。
的关系的另一结构图。
图8示出网络设备在与图1的无线网络同步时可以执行的示例性状态机。
具体实施例方式
图l示出示例性网络10，在示例性网络10中，可以使用这里所描述的 同步技术。具体来说，网络10可以包括与无线通信网络14连接的工厂自动 化网络12。工厂自动化网络12可以包括通过通信骨干20连接的一个或更 多固定工作站16和一个或更多便携式工作站18，其中通信骨干20可以利 用以太网、RS-485、 Profibus DP或利用适合的通信卩哽件和协i义来实现。这 些工作站和形成工厂自动化网络12的其它装置可以向工厂员工提供各种控 制和监督功能，包括对无线网络14中的设备的访问。工厂自动化网络12和 无线网络14可以经由网关设备22进行连接。更为具体地，网关i殳备22可 以采用有线方式连才妻到骨干20并且可以利用^壬〗可适合的(例如已知的)通 信协议与工厂自动化网络12进行通信。可以采用任何其它想要的方式(例 如，作为单机设备、可插入主机工作站16或18的扩展槽的卡、作为基于PLC或基于DCS的系统的输入/输出(I/O)子系统的一部分等等)来实现的 网关设备22可以提供在网络12上运行且具有对无线网络14的各种设备的 访问权限的应用程序。除了协议和命令转换，网关设备22还可以提供与在 网络14中实现的无线协议(这里称为无线HART协议)相关联的调度方案 的时隙和超帧(在时间上均匀分隔开的通信时隙组)所使用的同步计时。
在一些配置中，网络10可以包括多于一个网关设备22以提高网络10 的效率和可靠性。具体来说，多个网关设备22可以提供用于无线网络14和 工厂自动化网络12以及外部世界之间的通信的额外带宽。另一方面，网关 设备22可根据无线网络14内的网关通信需要向适当的网络服务请求带宽。 可以驻留在网关设备22中的网络管理器软件模块27可以在该系统在运行的 同时进一步重新评价需要的带宽。例如，网关设备22可以从驻留在无线网 络14外部的主机接收请求以一企索大量的数据。然后，网关设备22可以请求 网络管理器27分配额外带宽以适应该事务。例如，网关设备22可以发出适 当的服务请求。然后，网关设备22可以在该事务完成时请求网络管理器27 释放该带宽。
通常，网络管理器27可以负责使无线网络14适应不断变化的状况并且 负责调度通信资源。当网络设备加入和离开该网络时，网络管理器27可以 更新它的无线网络14的内部模型并且使用这种信息产生通信调度表和通信 路由。另外，网络管理器27可以考虑无线网络14的总体性能以及诊断信息， 以使无线网络14适应拓朴和通信需求的变化。 一旦网络管理器27已经产生 总体通信调度表，总体通信调度表的所有或各个部分可以通过一连串命令从 网络管理器27传输到这些网络设备。
为了进一步增加带宽并提高可靠性，网关设备22可以在功能上被分成 虚拟网关24和一个或更多网绍4妻入点25A-B,网绍4妾入点25A-B可以是与 网关设备22进行有线通信的分立物理设备。然而，虽然图l示出了物理上 分离的网关网络22和接入点25A-B之间的有线连接26，但是可以理解的是， 元件22-26也可以是被提供为一体的设备。因为网络接入点25A-B可以与网关i殳备22物理分离，接入点25A-B可以在战略上》文置在网络14的几个不 同的位置。除了增加带宽，多个接入点25A-B可以通过利用其它接入点25B 补偿一个接入点25A处的可能差的信号质量来增加网络14的总体可靠性。 在一个或更多接入点25A-B出现故障的情况下，拥有多个接入点25A-B还 提供了冗余。
除了分配带宽，要不然的话桥接网络12和14,网关设备22还可执行 无线网络14中的一个或更多管理功能。如图1中示出的，网络管理器软件 模块27和安全管理器软件模块28可以存储在网关设备22中并在网关设备 22中执行。可替代地，网络管理器27和/或安全管理器28可以在工厂自动 化网络12中的主机16或18之一上运行。例如，网络管理器27可以在主才几 16上运行而安全管理器28可以在主机18上运行。网络管理器27可以负责 配置网络14、调度无线设备之间的通信、管理与这些无线设备相关联的路 由表、监测无线网络14的总体健康、向工作站16和18净艮告无线网络14的 健康，以及其它管理和监督功能。虽然在网络14中有单个网络管理器27运 行可能就足够了，但冗余网络管理器27可以类似地被提供以保护无线网络 免受意料之外的设备故障。同时，安全管理器28可以负责保护无线网络14 不受到未被授权的设备的恶意或无意入侵。为了这个目的，安全管理器28 可以管理鉴权代码，验证由尝试加入无线网络14的设备提供的授权信息， 更新诸如到期密钥之类的暂时性安全数据以及执行其它安全功能。
继续参照图1,无线网络14可以包括一个或更多现场设备30-36。通常， 像那些在化工、石油或其它加工厂中使用的过程控制系统包括诸如阀、阔定 位器、开关、传感器(例如温度、压力和流速传感器)、泵、风机等等之类 的现场设备。现场设备执行该过程内的物理控制功能，例如，开阀或关阀或 获取过程参数的测量值。在无线通信网络14中，现场设备30-36为无线通 信包的生成者和使用者。
设备30-36可以利用无线通信协议进行通信，该无线通信协议提供了类 似的有线网络的功能，具有类似或改进的运行性能。具体来说，该协议可以使得该系统能执行过程数据监测、关键数据监测(具有更严格的性能要求)、 校准、设备状态和诊断监测、现场设备故障检修、试运转以及监督过程控制。 然而，执行这些功能的应用程序通常要求由无线网络14支持的协议在必要 时提供快速更新，在需要时移动大量的数据，并且支持加入无线网络14的 网络设备，即使仅仅暂时用于试运转和修护工作。
在一个实施例中，支持无线网络14的网络设备30-36的无线协议是已 知有线HART协议的扩展，这是一种被广泛接受的行业标准，其维护有线环 境的简单工作流程和实践。在这种意义上，网络设备30-36可以净皮认为是无 线HART设备。通过简单增加新的设备描述文件，用于有线HART设备的 相同工具可以容易地适用于无线设备30-36。以这种方式，该无线协议可以 借助利用有线HART协议获得的经验和知识的杠杆作用来使培训最少并简 化维护和支持。 一般而言，使协议适应于无线应用，以i"更在设备上运行的大 多数应用程序没有"注意到"从有线网络到无线网络的转变可以是方便的。 显然，这样的透明性大大减小了升级网络的成本，并且更为一般地，减小了 与开发和支持可以和这样的网络一起使用的设备相关的成本。对众所周知的 HART协议进行无线扩展的 一 些另外的好处包括对用有线设备难以获得或 需要昂贵的代价才能获得的测量结果的访问以及从可以安装在膝上型电脑、
手持机、工作站等等上的系统软件配置和操作仪器的能力。另一个好处是有 能力将诊断警告从无线设备返回通过通信基础设施送到在集中放置的诊断 中心。例如，加工厂中的每个热交换器可能与无线HART设备安装在一起并 且当交换器检测到问题时，可以警告终端用户和供应商。又一好处是有能力 监测呈现严重健康和安全问题的状况。例如，无线HART设备可能放置在路 上的洪水区并用于警告当局或司机有关水位的情况。其它好处包括对宽范 围的诊断警告的访问，和在无线HART设备处存储趋势值以及计算值的能 力，以便当建立了与该设备的通信时，可以将这些值传输到主机。在这种方 式下，无线HART协议可以提供使主机应用程序能够无线访问现有的HART 使能现场设备的平台，并且该无线HART协议可以支持电池供电的、仅限无
16线的HART使能现场设备的部署。该无线HART协议可以用于建立过程应 用的无线通信标准，并且可以进一步通过增强基本的HART技术以支持无线 过程自动化应用，来扩展HART通信的应用以及该协议提供给过程控制行业
的好处。
再次参见图1,现场设备30-36可以是无线HART现场设备，每个现场 设备30-36采用整体单元的形式并且支持无线HART协议栈的所有层。例如， 在网络14中，现场设备30可以是无线HART流量计，现场设备32可以是 无线HART压力传感器，现场设备34可以是无线HART阀定位器，现场设 备36可以是无线HART压力传感器。重要的是，无线设备30-36可以支持 用户已经从有线HART协议见到的所有的HART特征。如本领域技术人员 将会懂得的是，该HART协议的核心实力之一在于它的严格的协同工作能力 要求。在一些实施例中，所有无线HART装置包括核心的强制性能力以便允 许(例如，由不同厂商制造的)同等的设备类型被互换而不会危及系统运行。 而且，无线HART协议向后兼容诸如设备描述语言(DDL)之类的HART 核心技术。在优选实施例中，所有的无线HART设备应该支持DDL,其确 保终端用户直接具有开始使用无线HART协议的工具。
如果需要的话，网络14可以包括非无线设备。例如，图1的现场设备 38可以是遗留4-20mA设备，并且现场设备40可以是传统的有线HART设 备。为了在网络14内进行通信，现场设备38和40可经由无线HART适配 器(WHA) 50连接到无线HART网络14。另外，WHA50可以支持其它通 信协议，例如，Foundation Fieldbus. PROFIBUS、 DevicesNet等等。在这 些实施例中，WHA50支持在协议栈的较下层上的协议转换。另外，假设单 个WHA 50也可以充当多路复用器并且可以支持多个HART或非HART设 备。
护。 一般而言，手持式设备是便携式装置，该便携式装置可以直接连接到无 线网络14或通过网关设备22连接到无线网络14作为工厂自动化网络12上的主机。如图l示出的，连接无线HART的手持式i殳备55可以直接与无线 网络14进行通信。当与形成的无线网络14 一起运行时，手持式设备55可 以只是作为另一无线HART现场设备加入网络14。当与没有连接到无线 HART网络的目标网络设备一起运行时，手持式设备55可以通过与该目标 网络设备形成它自己的无线网络，作为网关设备22和网络管理器27的结合 来运行。
连接工厂自动化网络的手持式设备(未示出)可以用于通过诸如Wi-Fi 之类的已知组网技术连接到工厂自动化网络12。该设备采用与外部工厂自 动化服务器(未示出)相同的方式通过网关设备22与网络设备30-40进行 通信，或者工作站16和18与设备30-40进行通信。
另外，无线网络14可以包括路由器设备60,该路由器设备60是从一 个网络设备向另 一个网络设备转发包的网络设备。正在充当路由器设备的网 络设备使用内部路由表来指挥路由，即来决定特定的包应该被发送给哪个网 络设备。在那些无线网络14上的所有设备都支持路由的实施例中，可以不 需要诸如路由器60之类的单机路由器。然而，(例如为了扩展网络，或为 了节省该网络中的现场设备的电力)添加一个或更多专用路由器60到网络 14可以是有益的。
直接连接到无线网络14的所有设备可以被称为网络设备。具体来说， 无线现场设备30-36、适配器50、路由器60、网关设备22、接入点25A-B 以及无线手持式设备55是为了路由和调度目的的网络设备，这些网络设备 中的每一个形成无线网络14的节点。为了提供非常健壮的和容易扩展的无 线网络，网络中的所有设备可以支持路由并且每个网络设备可以用诸如 HART地址之类的实质上唯一的地址来进行全局标识。网络管理器27可以 包含网络设备的完整列表，并且可以指派给每个设备短的、网络唯一的16 位别名。另外，每个网络设备可以存储与更新速率、连接会话以及设备资源 相关的信息。简而言之，每个网络设备维护与无线网络14内的路由和调度 相关的最新信息。每当新的设备加入该网络时或每当网络管理器27检测到或发起无线网络14的拓朴或调度的改变时，网络管理器27可以将该信息传 达到网络设备。
别的邻居设备的列表。 一般而言，网络设备的邻居是潜在能够根据由相应的 网络强制实行的标准建立与该网络设备的连接的任何类型的另 一 个网络设
备。在为无线HART网络14的情况下，该连接是直接无线连接。然而，将 会理解的是，邻居设备还可以是以有线方式连接到特定设备的网络设备。如 稍后将要讨论的，网络设备通过广告或在指定的时段发出的特殊消息来促进 其它网络设备发现它们。可操作地连接到无线网络14的网络设备具有一个
或更多邻居，这些网络设备可以根据广告信号的强度或根据一些其它准则选 择这些邻居。
在如图1示出的实例中，由直接无线连接65连接的 一对网络设备中的 每个设备将另一个识别为邻居。无线网络14的网络设备可以形成大量的设 备间连接65。建立两个网络设备之间的直接无线连接65的可能性和愿望由 诸如这些节点之间的物理距离、这些节点(设备)之间的障碍、这两个节点 中的每一个节点处的信号强度等等若干因素来确定。进一步，两个或更多直 接无线连接65可以用于形成不能形成直接无线连接65的节点之间的通信路 径。例如，无线HART手持式设备55和无线HART设备36之间的直接无 线连接65 ，连同无线HART设备36和路由器60之间的直接无线连接65, 形成设备55和6之间的通信路径。
每个无线连接65由与发送频率、接入无线电资源的方法等有关的一个 大的参数组特征化。本领域普通技术人员将认识到的是，通常，无线通信协 议可以在指定频率上运行，例如由美国的联邦电信委员会(FCC)指派的那 些频率，或运4亍于无许可i正的无线电频4殳(例如，2.4GHz)。尽管这里讨《仑 的系统和方法可以应用于在任何指定频率或频率范围上运行的无线网络，4旦 是下面讨论的示例性实施例涉及与运行于无线电频谱上的无许可证的或者 共享部分的无线网络14。根据这个实施例，无线网络14可以净皮容易地激活或调整为根据需要在特定的无许可证的频率范围中运行。
使用无许可证的频带的无线网络协议的核心要求之一是以最小的扰乱 性与使用同一频带的其它装备共存。共存一般定义为一个系统在共享环境中 执行任务的能力，在该共享环境中，其它系统能够类似地执行它们的任务， 同时遵照同一准则组或者不同(并且可能未知的)的准则组。在无线环境中 共存的一个要求是在该环境中出现干扰时该协议维持通信的能力。另一要求 是该协议应该对其它通信系统造成尽可能小的干扰和扰乱。
换句话说，无线系统与周围的无线环境共存的问题大体具有两个方面。 共存的第一方面是该系统用以影响其它系统的方式。例如，特定系统的操作 员或开发者可以询问一个发射器发送的信号对接近该特定系统运行的其它 无线电系统具有什么影响。更为具体地，该操作员可以询问，每当该发射机 开启时该发射机是否扰乱某些其它无线设备的通信，或者该发射机是否在广
播上花费过多的时间从而有效地"独占"(hogging)该带宽。理想地，每个 发射机应该是不被其它发射机注意到的"安静邻居"。尽管该理想特性(如果 有的话)很少能够达到，但创造了其它无线通信系统可以在其中运行得相当 好的共存环境的无线系统可以被称为"好邻居"。无线系统的共存的第二方面 是该系统在有其它系统或无线信号源的情况下运行得相当好的能力。具体来 说，无线系统的健壮性可以取决于该无线系统防止在这些接收机处的干扰的 能力有多好，取决于这些接收机是否由于接近的RF能量源而容易超载，取 决于这些接收机对偶尔的位丟失的容忍度有多好，以及类似的因素。在某些 行业中，包括过程控制行业，有许多重要的经常不允许数据丟失的潜在应用。 能够在嘈杂的或动态的无线电环境中提供可靠通信的无线系统可以被称为 "宽容的邻居"。
有效的共存(即，作为好邻居和宽容的邻居)部分地依赖于有效使用三 方面的自由时间、频率和距离。当通信在1 )在干扰源(或者其它通信系 统)安静的时候发生；2)以与干扰信号不同的频率发生；或3)在足以远 离该干扰源的位置发生时，该通信可能是成功的。尽管这些因素中的单个因
20素可能用于在无线电频谱的共享部分提供通信方案，但是这些因素中的两个 或所有三个的结合可以提供高度的可靠性、安全性和速度。
仍然参见图1，网络管理器27或在网络14或12上运行的另一应用或 服务可以鉴于以上讨论的这些因素定义无线通信网络14的主网络调度表 67。主网络调度表67可以为网络设备25A-B和30-55指定将诸如时间段和 无线电频率之类的资源的分配。具体来说，主网络调度表67可以指定网络 设备25A-B和30-55中的每一个何时发送过程数据、代表其它网络设备3各由 数据、侦听从网络管理器27传播来的管理数据以及为了希望加入无线网络 14的设备而发送广告数据。为了以有效方式分配无线电资源，网络管理器 27可以鉴于无线网络14的拓朴定义并更新主网络调度表67。更为具体地， 网络管理器27可以根据在每个节点处标识的直接无线连接65来分配可用资 源给无线网络14的节点中的每一个(即，无线设备30-36、 50以及60)。 在这种意义上，网络管理器27可以鉴于在每个节点处的发送要求和路由可 能性来定义和维护网络调度表67。
主网络调度表67可以将可用的无线电资源分成独立的通信信道，并且 进一步以例如时分多址(TDMA)通信时隙为单位在每个信道上测量发送和 接收时机。具体来说，无线网络14可以在某一频带内运行，该频带在大多 数情况下可以安全地与若干截然不同的载波频率相关联，以便以一个频率进 行的通信可以与以该频带内的另 一频率进行的通信同时发生。本领域普通技 术人员将会理解的是，在典型应用中的载波频率(例如/>共无线电)被充分 地分隔开以防止相邻载波频率之间的干扰。例如，在2.4GHz频带中，IEEE 指派频率2.455给信道号21，指派频率2.460给信道号22,从而允许2.4GHz 频带的两个相邻段之间隔开5KHz。主网络调度表67可以因此将每个通信信 道与截然不同的载波频率相关联，该载波频率可以是该频带的特定段的中心
同时，如使用TDMA技术的行业中通常所用的，术语"时隙"指特定的 持续时间段，较大的时段被分成该特定的持续时间段以提供受控的共享方法。例如， 一秒可以分成10等分的100毫秒时隙。虽然主网络调度表67优 选地以单个固定持续时间的时隙分配资源，但是只要无线网络14的每个相 关节点都被适当地通知了这种改变，那么改变这些时隙的持续时间也是可能
的。继续10个100毫秒时隙的实例定义，两个设备可以每秒交换一次数据， 在每秒的第一个100ms时段(即第一时隙)期间一个设备进行发送，在每秒 的第四个1 OOms (即第四时隙)期间，另一i殳备进行发送，而剩下的时隙未 被占用。因此，在无线网络14上的节点可以通过发送频率以及相应的i殳备 可以在其间发送和接收数据的时隙来标识被调度的发送时机和接收时机。
为了使网络设备25A-25B和30-50与主网络调度表67适当同步，网络 管理器27可维护一计数器68来跟踪自从无线网络14形成以来，即第一网 络发起形成无线网络14的过程以来，所调度的时隙的数目。如以上所指示 的，第一网络设备可以是例如网关设备22。自从无线网络14开始以来经过 的时隙数在这里被成为绝对隙数("ASN"),与特定超帧中的时隙的相对 隙数形成对比。网络管理器27可在形成无线网络14时将ASN计数器68初 始化为零，然后在每次出现新时隙时将ASN计数器68递增1。如下面更详 细地论述的，网络设备25A-25B和30-50中的每一个可类似地维护ASN计 数器68的本地副本，并周期性地将该本地副本与由网络管理器27或网关 22 (例如网络管理器27和网关22可通过专用接口共享该信息)维护的主 ASN计数器68进行同步。
作为定义有效的和可靠的网络调度表67的 一部分，网络管理器27可以 将时隙在逻辑上组织成循环重复的组或超帧。如这里所使用的，超帧可以被 更为精确地理解为 一 连串相等的超帧循环，每个超帧循环对应于形成连续时 间段的若千相邻接的时隙的逻辑分组。在给定超帧内的时隙的数目定义了超 帧的长度并且确定了每个时隙多久重复一次。换句话说，超帧的长度与单个 时隙的持续时间相乘，指定了一个超帧循环的持续时间。另外，为了方便起
理器27可以将时隙的持续时间固定在IO毫秒，并且可以定义长度为100的超帧，以产生l秒帧循环(即，10毫秒乘以100)。在基于0的编号方案中， 该实例超帧可以包括编号为0, 1， ...99的时隙。
如以下更详细的讨论，网络管理器27减少了等待时间并且另外通过将 多个不同大小的并发超帧包括在网络调度表67中来优化数据发送。而且， 网络调度表67的一些或所有超帧可以跨越多个信道或载波频率。因此，主 网络调度表67可以指定各个超帧的各个时隙和可用信道之一之间的关联。
因此，主网络调度表67可以对应于独立的设备调度表的集合。例如， 诸如阀定位器34之类的网络设备可以具有独立的设备调度表69A。设备调 度表69A可以仅仅包括与相应的网络设备34相关的信息。类似地，路由器 60可以具有独立的设备调度表69B。相应地，网络设备34可以根据设备调 度表69A发送和接收数据而不知道诸如该设备60的调度表69B之类的其它 网络设备的调度表。为了这个目的，网络管理器27可管理总的网络调度表 67和各个独立的设备调度表69 (例如，69A和69B ),并且当需要时将独 立的设备调度表67传达给相应的设备。在其它实施例中，独立的网络设备 25A-B和35-50可以至少部分定义或协商设备调度表69并将向网络管理器 27报告这些调度表。根据这个实施例，网络管理器27可以根据接收到的设 备调度表67组合网络调度表69，同时检查资源竟争并解决潜在的冲突。
以上在概括描述的支持无线网络14的通信协议在这里^皮称为无线 HART协议70,并且参照图2更详细地讨论该协议的操作。如将会一皮理解的， 直接无线连接65中的每一个可以根据无线HART协议70的物理和逻辑要求 来传输数据。同时，无线HART协议70可以高效地支持在时隙内并且在与
图2示意性地示出了无线HART协议70的一个示例性实施例的各层， 与众所周知的通信协议的ISO/OSI7层模型的各层近似对齐。作为比较，图 2另外示出现有的"有线，，HART协议72的各层。将会理解的是，无线HART 协议70不一定要具有有线对等体。然而，如下面将要详细讨论的，无线HART 协议70可以通过与现有协议共享该协议栈的一个或更多上层来大大方便其实现。如以上所指示的，如以上所指示的，与为类似网络提供服务的有线协
议72相比，无线HART协议70可以提供相同或更高程度的可靠性和安全性。 同时，通过消除安装有线的需要，无线HART协议70可以提供若干重要的 优点，例如降低与安装网络设备相关的成本。还将会理解的是，虽然图2将 无线HART协议70表现为HART协议72的无线对等体，但这种特定的对 应在这里仅仅是作为实例被提供。在其它可能的实施例中，无线HART协议 70的一或更多层可以对应于其它协议，或如以上所提及的，无线HART协 议70甚至可以与现有协议中的任何一个不共享最上面的应用层。
如图2中示出的，HART技术的无线扩展可以将至少一个新物理层(例 如，IEEE802.15.4无线电标准)和两个凄史据《连^各层(例如，有线和无线网才各) 添加给已知的HART实施。 一般而言，无线HART协议70可以是安全的、 在2.4GHzISM无线电频带中运行的无线网格组网技术(块74)。在一个实 施例中，无线HART协议70可以在一个事务接一个事务的基础上利用可兼 容IEEE 802.15.4b的直接序列扩频通信(DSSS )无线电和信道跳频。可以 利用TDMA对该无线HART通信进行调停以调度链路活动(块76)。同样， 优选地，所有通信在指定的时隙内执行。 一个或更多源设备和一个或更多目 的设备可以被调度以在给定时隙中进行通信，并且每个时隙可以专门用于来 自单个源设备的通信，或者这些源设备可以被调度为利用像CSMA/CA那样 的共享通信接入模式进行通信。源设备可以发送消息到一个或更多特定的目 标设备或者可以将消息广播到被指派时隙的所有目标设备。
因为这里描述的无线HART协议允许部署网状拓朴，所以也可以指定 重要的网络层78。具体来说，网络层78可以使得单独的设备之间能够建立 直接无线连接65,并且使得无线网络14的特定节点(例如设备34)和网关 22之间能够通过一个或更多中间跳来路由数据。在某些实施例中，网络设 备对25A-B和30-50可以建立包括一个或若干跳的通信;洛径，而在其它实施 例中，所有数据可以要么向上游传播到网关设备22，要么从网关设备22向 下游传播到特定的节点。为了增强可靠性，无线HART协议70可以将TDMA与一种将多个无线 电频率与单个通信源相关联的方法(例如，信道跳频)相结合。信道跳频才是
供了最小化干扰并减少多径衰落影响的频率分集。具体来说，数据链路76 可以生成单个超帧和多个载波频率之间的关联，数据链路层76以受控的和 预定义的方式在所述多个载波频率之间循环。例如，无线HART网络14的 特定场合的可用频带可以具有载波频率Fb F2, ... Fn。超帧S的相关帧R可 以被调度为，在循环Cn中以频率Ft出现，在接下来循环Cn+1中以频率F5 出现，在循环Cn+2中以频率F2出现，等等。网络管理器27可以利用该信 息配置相关网络设备，以便在超帧S中进行通信的网络设备可以根据超帧S 的当前循环调整发送频率或接收频率。
无线HART协议70的数据链路层76可以提供另外的将信道列入黑名 单的特征，其限制这些网络设备使用该无线电频带中的某些信道。网络管理 器27可以响应于检测到信道上的过多干扰或其它问题，将无线电信道列入 黑名单。进一步，操作员或网管可以将信道列入黑名单以便保护使用无线电 频带的固定部分的无线服务，否则的话该无线服务要与无线HART网络14 共享该固定部分。在一些实施例中，无线HART协议70以超帧为基础控制 列黑名单，以便每个超帧具有独立的被禁止信道的黑名单。
在一个实施例中，网络管理器27负责分配、指派并调整与数据链路层 76相关联的时隙资源。如果网络管理器27的单个例子支持多个无线HART 网络14,网络管理器27可以为无线HART网络14的每个例子生成总体调 度表。该调度表可以被组织成包含相对于该超帧的起点进行编号的时隙的超 帧。
无线HART协议70可以进一步定义链路或链路对象以便在逻辑上统一 调度和路由。具体来说，链路可以与具体的网络设备、具体的超帧、相对隙 数、 一个或更多链路选项(发送、接收、共享)以及链路类型(正常、广告、 发现)相关联。如图2中示出的，数据链路层76可以是频率捷变的。更为 具体地，信道偏移量可以用于计算用于执行通信的具体的无线电频率。网络
25管理器27可以鉴于每个网络设备处的通信要求定义一组链路。然后，每个 网络设备可以-波配置以所定义的该组链路。所定义的该组《连路可以确定该网 络设备何时需要醒来，以及该网络设备是否应该在醒来后即进行发送、接收 或同时发送/接收。
继续参照图2，无线HART协议70的传输层80允许有效的尽力而为的 通信和可靠的、端到端确认式通信。如本领域技术人员将会认识到的，尽力 而为的通信允许设备发送包而不进行端到端的确认，并且不保证目的设备处 的数据顺序。用户数据报协议(UDP )是这种通信策略的 一个众所周知的实 例。在过程控制行业中，该方法可以对公布过程数据是有用的。具体来说， 因为设备周期性地传播过程数据，所以端到端确认和重试已经限制了效用， 特别是考虑到新数据是在定期的基础上产生的。相反，可靠的通信允许设备 发送确认包。除了保证数据传递，传输层80还可以安排网络设备间发送的 包。对于请求/响应业务，或者当发送事件通知时，这种方法可以是优选的。 当使用传输层80的可靠模式时，通信可以变得同步。
可靠的事务可以被建模为发出请求包的主设备和用响应包进行回复的 一个或多个从设备。例如，主设备可以产生某一请求并且可以将该请求广播 到整个网络。在某些实施例中，网络管理器27可以使用可靠的广播来告诉 无线HART网络14中的每个网络设备激活新的超帧。可替代地，诸如传感 器30之类的现场设备可以产生包并且将该请求传播到另一现场设备，例如 传播到便携式HART通信装置55。作为另一实例，由现场设备34产生的警 报或事件可以作为指向网关设备22的请求被发送。响应于成功接收到该请 求，网关设备22可以产生响应包并且将该响应包发送到设备34,以对接收 到该警报或事件通知进行确认。
再参见图2,会话层82可以提供网络设备之间的基于会话的通信。可 以用会话在该网络层上管理端到端通信。网络设备可以具有为给定对等网络 设备定义的多于一个会话。如果需要的话，几乎所有网络设备都可以具有至 少两个与网络管理器27建立的会话 一个用于成对通信， 一个用于从网络管理器27进行的网络广播通信。另外，所有网络设备都可以具有网关会话 密钥。这些会话可以通过指派给它们的网络设备地址来区分。每个网络设备 可以跟踪该设备参与的每个会话的安全信息(加密密钥、临时计数器)以及 传输信息(可靠传输顺序号、重试计数器等)。
最后，无线HART协议70和有线HART协议72可以支持公共HART 应用层84。无线HART协议70的应用层可以另外包括子层86,其支持大数 据组的自动分段传输。通过共享应用层84，协议70和72允许对HART命 令和数据进行公共封装并且消除了在协议栈的最上层中进行协议转换的需要。
图3-6提供了由无线HART协议70的数据链路层76和网络层78支持 的信道和时隙资源分配的更详细的图示。如以上参照图l所讨-论的，网络管 理器27可以管理一个或更多超帧的定义并且可以将所定义的超帧中的每一 个超帧内的独立的时隙与可用信道(例如，载波频率)之一相关联。作为一 个具体的实例，图3示出了在独立的时隙内的可用通信方案，而图4示出了 使用某一超帧的时隙在若干设备之间进行的示例性数据交换。接下来，图5 示出示例性时隙和若干可用信道之间的可能关联，并且图6是包括图3-5示 出的时隙的若干个并发超帧的示意图。
具体参见图3，两个或更多网络设备可以在时隙100中交换数据，时隙 IOO可以是由一个发送设备和一个接收设备共享的专用时隙，也可以是具有 超过一个发射机和/或一个或更多接收机的共享时隙。在任一情况下，时隙 100可以具有发送调度表102和接收调度表104。换句话说， 一个或更多发 送设备可以根据发送时隙调度表102在时隙100内进行通信，而一个或更多 接收设备可以根据接收时隙调度表104在时隙100内进行通信。当然，时隙 调度表102和104实质上精确地同步并且在同一相对时刻106开始。在时隙 100的过程中，发送网络设备在诸如载波无线电频率之类的通信信道上发送 预定量的数据。在某些情况下，发送网络设备还可以期望在同一时隙100内 接收肯定或否定的确认。因此，如图3中示出的，发送时隙调度表102可以包括用于发送输出数
据的发送段110，其之前有预发送段112，并且可以包括用于接收对在段110 期间所发送的数据的确认的接收段122。发送段110与接收段122可以通过 过渡段116分隔开，在过渡段116期间，相应的网络设备可以调整例如硬件 设置。同时，如下所讨论的，接收调度表104可以包括用于执行补充段 112-122中所实施的功能的功能的段。
具体来说，该发送设备可以在段IIO期间发出与时隙100的容量相关联 的整个包或者流段。如以上所提及的，网络调度表69可以包括共享时隙， 该共享时隙并不专门属于网络设备25A-B和30-55之一的独立设备调度表 67。例如，共享时隙可以具有诸如网关22之类的专用接收机，而非单个专 用发射机。当必要时，网络设备25A-60之一可以在共享时隙中发送诸如对 额外带宽的请求之类的未经调度的信息。在这些情况下，可能发送的设备可 以通过在预发送段112执行空闲信道评估(CCA )来检查共享时隙是否可用。 具体来说，发送网络设备可以在预发送段112期间侦听与时隙IOO相关联的 通信信道上传播的信号，以证实没有其它网络设备正尝试使用时隙100。
在时隙100的接收端，该接收设备可以在包接收段114内接收与时隙 IOO相关联的整个包。如图3示出的，包接收段114可以开始于在时间上比 发送段UO更早的点。接下来，在过渡段116中，发送时隙调度表102要求 发送设备转换无线电模式。类似地，接收时隙调度表104包括过渡段118。 然而，段116可以比段118更短，因为发送设备可以提早开始侦听确认数据 以避免错过确i人的开始。
更进一步，发送调度表102可以包括确认接收段122,在确认接收段122 期间，该发送设备接收在与接收调度表104相关联的确认发送段124期间发 送的确认。该发送设备可以在接收到肯定的确认时，从相关联的发送队列中 删去在发送段IIO期间发送的包。另一方面，如果没有确认到达或确认是否 定的，则该发送设备可以尝试在下 一被调度的专用时隙或在下 一 可用的共享 时隙中重新发送该包。
28如在图4中示意性示出的，以上讨论的若干时隙100可以组织成超帧
140。具体来说，超帧140可以包括(通常)无限的成串超帧循环150-154, 每个循环包括一组时隙，在图4中示出为相对时隙号为0的时隙142(TS0)、 相对时隙号为1的时隙144 (TS1)和相对时隙号为2的时隙146 (TS2)。 相应地，图4的超帧140的大小为三个时隙。换句话-说，超帧140的时隙 142-146中的每一个每隔两个中间时隙在时间上重复一次。因此，对于10 毫秒的时隙，具有特定相对时隙号的时隙的结尾和具有相同的相对时隙号的 下 一个时隙的开始之间的间隔是20毫秒。在相克念上，时隙142-146可以进 一步^皮组成超帧循环150-154。如图4中示出的，每个超帧循环对应于时隙 142-146的序列的新例子。
主网络调度表67可以将参与无线网络14的网络设备中的 一些网络设备 的发送和接收时机与超帧140的特定时隙相关联。再参见图4,网络片段60 示意性地示出了在图l的网络设备34、 60和36之间实施的局部通信方案。 为了简化超帧140的图示，网络设备34、 60和36在图4中分别被另外设计 为节点A、 B、 C。因此，根据图4，节点A发送数据给节点B,节点B接 下来发送数据给节点C。如以上所述，节点A-C中的每一个节点包括设备调 度表69A-C，其指定用于在相应的设备处发送和接收数据时隙和信道(例如 无线电载波频率)。主网络调度表67可以包括独立的设备调度表69A-C中 存储的所有数据信息中的一部分。更为具体地，网络管理器27可以维护主 网络调度表67作为与网络设备25A-B和30-50中的每一个相关联的调度的 集合体，包括设备调度表69A-C。
在这个实例中，时隙100 (图3 )的持续时间可以是10毫秒，并且网络 设备A可以每30毫秒向设备C报告一次数据。相应地，网络管理器27可 以鉴于网络设备A的更新速率在三个时隙处具体设定超帧140的长度。进 一步，网络设备27可以将相对号为O的时隙142 (TSO)指派给网络设备A 和B,设备A作为发射机而设备B作为接收机。网络管理器27可以进一步 将相对时隙号为1 (TS1)的下一个可用时隙144分配为与从设备B到设备C的发送相关联。同时，时隙146保持未指派。在这种方式下，超帧140才是
供了一方案，根据该方案，网络管理器27可以鉴于设备A、 B和C之间的 可用无线连接在网络片段160中分配资源，以将数据从设备A发送到设备C。
在图4中示出的实例中，节点A处的网络设备可存储与时隙142相关 的信息作为它的设备调度表69A的一部分。类似地，在节点B处的网络设 备可以存储与时隙142 (接收)和144 (发送)相关的信息作为它的设备调 度表69B的一部分。最后，网络设备C可以将与时隙144相关的信息存储 在设备调度表69C中。在这些实施例的至少一些实施例中，网络管理器27 存储关于整个超帧140的信息，包括时隙146是可用的指示。
重要的是，超帧140不需要局限于单个无线电频率或其它单个通信信 道。换句话说，定义超帧140的独立时隙142-146可以以永久性或浮动为基 础与不同的无线电频率相关联。而且，由各种设备使用的频率在电》兹频谱中 不需要总是相邻接。在一个实施例中，例如，超帧循环150-154中的每一个 超帧循环的时隙142可以与载波频率F!相关联，而超帧循环150-154中的每 一个超帧循环的时隙144可以与载波频率F2相关4关，频率Fi和F2在电;f兹频 谱中相邻4妄或不相邻4妻。
在另一实施例中，时隙142-146中的至少一些时隙可以以预定义的方式 在被分配的频带周围移动。图5示出了图4的时隙144与可用频带170中的 信道172-179之间的示例性关耳关(对应于频率子带F!-F5)。具体来说，信道 172-179中的每一个信道可以对应于中心频率F!，F2， ... Fs之一，优选地，这 些中心频率与它们各自的邻居相差同一偏移量。优选地，信道172-179形成 覆盖整个可用频带170的连续频段，虽然在所有实施例中，信道172-179需 要是邻接的或形成连接续的频带。超帧140可以使用频带170的至少一部分， 以^更时隙142-146中的一个或更多时隙在至少两个邻才妾的循环中一皮调度到不 同的载波频率上。
如图5中示出的，在帧循环150期间，时隙144可以4吏用信道176 (频 率F",在帧循环152期间，可以使用信道174 (频率F4),并且在帧循环154期间，可以4吏用信道178 (频率F2)。然后，时隙144可以在与循环150 类似的下一超帧循环150A中"返回"到信道176。时隙144与信道172-179 之一的具体关耳关中的每一个^皮示出为时隙/信道元组144A-C。例如，元组 144A将循环150中被调度的时隙2指定在与中心频率F3相关联的信道176 上。类似地，元组144B将循环152中^皮调度的时隙2指定在与中心频率F4 相关联的信道174上。同时，与中心频率Fs相关联的信道172可以在循环 150-152中的任何循环期间不指派^^时隙2。然而，超帧140的不同时隙， 例如时隙146，可以在循环150-152中的一个或更多期间与信道172相关写关。
在这个实例中，与超帧循环150相关if关的频率指派可以在循环154之后 立即重复(如图5中示出为循环150A),并且，在超帧140的两个循环之 后，时隙144可以再次对应于元组144A。这样，时膽144可以定期循环通 过信道176、 174和178。将会理解的是，时隙144可以类似地循环通过更 大或更小数目的信道，而不管超帧140的长度，当然，前提是在频带170中 有足够的信道可用。以上关于图5讨论的并被称为"信道跳频"的不同超帧循 环期间的单个时隙与多个信道之间的关联大大增加了无线网络14的可靠 性。具体来说，信道跳频减少信道跳频降低了被调度在某一超帧的特定时隙 中通信的一对设备在某一信道拥塞或不可用时不能发送和接收数据的概率。 因此，例如，信道174的故障阻止使用时隙144的设备在帧循环152中通信， 而不阻止其在帧循环150或154期间通信。
再参见图4,设备调度表69B和69C可以包括关于在以上参照图5讨论 的元组144A-C中的每一个元组的信息。具体来说，设备调度表69B和69C 中的每一个设备调度表可以存储循环150-152中的每一个循环内给信道 172-179之一的时隙144指派。主网络调度表67 (图1)可以类似地包括该 信息。同时，设备调度表69A不需要必需包括与时隙144相关的信息，因 为相应的节点A (设备34)在超帧140的时隙144期间不进行通信。在运 行中，与节点B和C对应的"it备60和36可以在每个时隙144的开始时分 别准备数据发送和接收。为了确定时隙144当前对应于元组144A、 144B还是144C,设备60和36可以应用ASN计数器68的本地存储副本以确定时 隙144当前是在帧循环150、 152还是154中。
在定义网络调度表69的过程中，网络管理器27可^、鉴于网络设备 25A-B和35-50的更新速率定义多个并发超帧。如图6中示出的，网络调度 表69可以包括长度为3的超帧140以及超帧190和192。超帧l卯可以是 五隙超帧，而超帧192可以是四隙超帧，虽然不同的超帧可以具有不同的隙 数并且各种不同的超帧可以具有相同的隙数。如图6中示出的，这些超帧不 需要必须针对相对肘隙号进行对齐。具体来说，在特定时刻194,超帧190 可以调度相对号为2的时隙(TS2)，而超帧140和192可以调度具有相对 号为1的时隙(TS1)。优选地，超帧140、 190和192是时间同步的，以便 在这些超帧的每一个超帧内，每个到新时隙的过渡同时发生。
超帧140、 190和192中的每一个超帧可以主要与网络设备25A-B和 30-50中的独立网络设备或网络设备25A-B和30-50的子集相关联，或者属 于独立网络设备或网络设备25A-B和30-50的子集。例如，在图4中示出的 超帧140可以属于节点A (即网络设备34)，并且可以有利地选4奪超帧140 的长度，以便在循环150-154中的每一个循环期间，节点A在时隙142(TS0) 期间发出测量数据到节点B。如果无线网络14定义了 IO毫秒时隙，则节点 A每30秒发送数据到节点B —次。然而，如果节点A被重新配置为每50 毫秒报告测量值一次，网络管理器27独自，或与节点A—道，可以将帧140 重新配置为具有五个时隙的长度。换句话说，每个超帧的长度可以反映特定 网络设备25A-B或30-50的特定发送要求。
另 一方面，超过一个的网络设备25A-B或30-50可以使用用于发送和接 收数据的超帧。再次参见图4，虽然超帧140可以主要与节点A相关联，但 是节点B(网络设备60)也可以在超帧140的时隙144中定期发送数据到节
来发起、路由或接收数据。在某种意义上，每个超帧的时隙可以被理解为分 配给不同设备的资源，并把特定的优先级指派给拥有该超帧的设备。此外，将会理解的是，每个网络设备可以参与多个超帧。例如，图4中的网络设备
34除了由路由设备60进行传播它自己的数据之外，还可以代表其它网络设
备(例如，在图1中示出的网络设备32)路由数据。优选地，参与多个超
帧的设备并不在不同超帧中调度同时发生的通信。尽管在图6中示出了仅仅
三个超帧，但是图1的无线网络14可以包括任何数目的超帧，这些不同超
帧中的每一个超帧基于在特定的设备和设备组之间或之中执行的通信的类型和频率而具有任何想要的或有用的长度。
如以上所指示的，ASN计数器68(见图1 )可以反映自从无线网络14激活以来被连续调度的时隙的总数。换句话说，只有那些跟随另一时隙之后发生的时隙影响ASN计数，而被并发调度的超帧数对ASN值没有影响。为了进一步概述ASN计数器68的操作，图7示出了包括在网络启动时刻260或在网络启动时刻260之后创建的若干个并发超帧252-256的调度表250。超帧252可以是四时隙超帧，在该四时隙超帧中相对时隙数从0迭代到3 。类似地，超巾贞254可以类似地在网络启动时刻260启动，但是包括编号为0到7的八个时隙。另一方面，之后在新网络设备加入无线网络14时，或者在网络管理器27为了特别的目的例如为了适应块模式传输而分配临时性资源时，可以创建超帧256。在网络调度表250运行期间，网络管理器27可以指派给ASN计数器68的值通常用序列270表示。将会注意到的是，ASN计数器68的值随着每个新时隙而增加，而与该时隙相关联的超帧无关。
再参见图1,网络设备25A-B和30-50中的每一个可以维护ASN计数器68的本地副本。在无线网络14运行期间，网关设备22可以将ASN计数器68的当前值传播到每个网络设备25A-B或30-50以用于网络同步。然后，每个网络设备25A-B或30-50可以将ASN计数器的本地副本与在网关设备22所发送的数据包中报告的值相比较，并且如果需要的话，更新该本地副本，以与根据该消息的传播延迟而调整的ASN计数器的值相匹配。例如，网络调度表67可以指定网络节点32在网关设备22向邻居设备发送包的时隙之后的第三时隙中，接收由网关设备22发起的并且与特定的超帧相关联
33的某一类型的数据包。相应地，网络节点32可以检查由网络节点32存储的 当前ASN值是否确实是包括在该数据包中的ASN的值加上3 (即自从网关 设备22发出该数据包以来被调度的时隙的数目)。
将会进一步注意到的是，通过沿多条路径将ASN信息传播到每个网络 设备25A-B和30-50 (图1 ),无线网络14确保当直接无线连接65中的一 些直接无线连接遇到障碍物或因为其它原因失效时，网络设备25A-B和 30-50通常至少还有一次对同步信息的访问权限，从而增加无线网络14的稳 定性并提高它的总体恢复力。
作为补充或可替代地，网络设备25A-B和30-50也使用包括在数据包中 的ASN值来确定该lt据包的寿命。例如，目的网络节点可以接收数据包、 从该ASN值的本地副本减去在发起网络节点处插入该数据包中的ASN、并 且通过将时隙数之差乘以单个时隙的持续时间来计算该数据包的寿命。将会 注意到的是，依赖于包括在数据包中的该ASN值，无线网络14可以实施存 活时间(TTL)要求、执行网络诊断、收集传递延迟统计值等等。
在某些实施例中，邻居设备对之间的每条消息都可以在网络协议数据单 元(NPDU)中包括该ASN值。如果无线网络14使用图2中示意性地示出 的无线HART协议70，与层78相关联的每个帧可以包括该ASN值以确保 共享直接无线连接65的邻居被适当地同步。在一个特定的实施例中，每个 网络设备25A-B或30-50可以在NPDU帧中仅仅包括该ASN值的 一部分以 减少在该网络层协议的层级上发送的数据的量。更为具体地，无线网络14 可以维护32位ASN值，但是相应的ASN片断可以仿J又包括该ASN值的低 6位。将会理解的是，因为典型的消息是在数秒或甚至数毫秒内被传递的， 所以该ASN值的若干个低位可以足以测量该TTL值。当然，其它实施例可 以使用甚至更小的片断。
进一步，网络设备25A-B和30-50可以使用该ASN值来确定特定超帧 中的当前时隙。在某些实施例中，这些i殳备可以应用下列函凄t以计算超帧内 的相对隙数相对隙数ASN。/q (该超帧的长度)
其中符号"％"表示模数除法函数。网络设备25A-B或30-50可以使用该公式来 构造将要在相关超帧中发生的时隙的有序列表。将会注意到的是，在某些实施 例中，每个一定长度的新帧可以在使在该时刻和该网络的开始时刻之间与整数 个这种长度的超帧相配的时刻开始。例如，再参见图7,超帧256可以具有八 个时隙，并且可以相应地启动时隙0, 8, 16, 8n,其中n是整^t。在其它 实施例中，新超帧可能不在等于该超帧长度的倍数的ASN值处开始，并且正在 加入的设备可能将应用以上公式得到的结果加上一附加偏移量。
在另 一实施例中，尝试加入无线网络14的那些设备可4吏用该ASN值以适 当地与活跃网络调度表67同步。具体来说，每个有效的网络设备25A-B和30-50 可以周期性地发出广告包，这些设备的潜在新邻居可以处理这些广告包以确定 正在加入的设备和这些广告设备中的一个或更多广告设备之间是否可以形成一 个或更多新直接无线连接65。除了估计与每个广告(潜在)邻居相关联的信号 的强度，可选地，和信号的质量，该正在加入的设备在处理广告包时可以考虑 许多其它因素。例如，每个广告包可以包括网络标识字段，该正在加入的设备 可以将该网络标识字段与该正在加入的设备先前已经配备有的网络标识相比 较。如果若干个类似的无线网络14在彼此相隔较近的距离内运行或者如果这些 网络所覆盖的地理区域之间有些重叠，则该过程可以确保该正在加入的设备加 入正确的网纟各。
参见图8,状态图300示出在正在加入无线网络14的设备的运行中有 代表性的状态中的一些状态。在状态302中，该正在加入的设备可通过侦听 广告包搜索潜在的邻居。在这些实施例中的至少一些实施例中，该正在加入 的设备可能仍然不知道网络调度表67或甚至网络调度表67的相关部分，但 是可能知道无线网络14所运行在的信道中的至少一些信道(例如， 一组载 波无线电频率)。在其它实施例中，如以上所讨论的，该正在加入的设备可 能没有被提供任何具体的信道信息，而是可能仅仅存储网络标识。在这些情 况下，该正在加入的设备可能最初将无线电频谱的整个无许可证的部分视为包括无线网络14的潜在通信信道。当搜索广告包时，该正在加入的设备可 将其收发器运行于接收模式下，并且根据任何合适的算法扫描潜在信道中的 每一个以寻找广告包。例如，该正在加入的设备在转换到相邻信道之前可对 每个潜在信道侦听若干秒。作为替代，该正在加入的设备可在每个时隙之后 转换到该相邻信道。
状态机300可保持在状态302,直到该正在加入的设备接收到广告包为
止。接下来，该正在加入的设备可在状态304处理接收到的广告包。如果例 如与该广告包的接收相关联的载波信号的强度和/或质量低于预定义的阈
值，则该正在加入的设备可返回到状态302并且等待来自其它潜在邻居的广 告包。作为替代，该正在加入的设备可不实施绝对阈值，而是可仅仅评估每 个潜在直接连接65的相对强度。另一方面，如果该信号是可接受的，则该 正在加入的设备可转换到同步状态306。
在状态306，该正在加入设备可从该广告包提取该ASN值并且更新该 ASN计数的本地副本。在某些实施例中，该正在加入的设备可转换回状态 304以收集另外的广告包并且收集与各种潜在邻居报告的ASN值相关的统 计值。在一个这样的实施例中，该正在加入的设备可接收若干种数据包，这 些数据包中的一些可包括ASN时间戳，即存储在源网络设备发起相应的数 据包的时刻所记录的ASN值的字段。除了处理在接收到的数据包中报告的 ASN值之外，该正在加入的设备可使用这些数据包来调节时隙的时序(例 如，开始时刻、结束时刻等等)。如上所讨-沦的，该正在加入的i殳备4妄着可 使用该ASN值来确定在网络调度表67的一个或更多超帧中的相对隙数。因 此，当该正在加入的设备接收到关于可用超帧的信息时，该正在加入的设备 可通过应用上述模公式快速确定相关的相对隙数，该正在加入的设备可在所 述可用超帧中发送和接收作为加入和/或鉴权序列的 一部分的数据。
在完成了同步时，在状态308，该正在加入的i殳备可开始协商准许进入 无线网络14。将注意到的是，该正在加入的设备可进一步转换通过若干个 另外的状态以完成鉴权、协商带宽分配、从网络管理器27接收路由信息、获得对管理超帧的调度等等。
才艮据另一方面，网络设备30-50中的一些可依赖于该ASN值以在^f木眠
期之后进行快速重新同步。通常，尽管网络设备可与该网络断开并通过从潜 在邻居接收广告信息并接受邀请的完整过程而再次连接，但是在某些情况下
可能期望避免将网络设备与无线网络14断开，而是使该网络设备维持在休 眠状态。例如，设备30可能很少收集测量值并且因此可能具有很低的更新 速率。而且，该网络设备可能不是这些网络设备中的任何网络设备的中间跳 (即，该设备可能没有被指定为该设备的任何邻居的任何图上的下一个节 点)，并且因此可能不是数据交换中的活跃参与者。在这种情况下，网络设 备30可被网络管理器27或管理者手动地配置，以请求用于公布过程数据的 长超帧。
在网络设备30没有进行通信的长的间隔期间，网络设备30可进入睡眠 模式以节约电池的寿命。网络设备30可以在接下来被调度的通信时间之前 立即醒来，侦听网络业务以与该网络进行重新同步并获得当前的绝对隙^:。 其后，该网络设备14可等待当前超帧中的恰当相对隙，在适当的时间(即 在被调度的相对隙数期间)执行被调度的通信，并返回到休眠状态。重要的 是，网络设备30可因此避免离开和加入无线网络14的时间和资源密集型过 程。相反，网络设备14可通过按照与所请求的超帧的大小相对应的时段醒 来有效地进行重新连接，并且在时间上与该网络进行重新同步以在该网络设 备14处进行接下来被调度的通信。除了节省电力，网络设备15可因此降低 发送的速率并最小化非必要的网络业务量。
作为补充，在尝试访问共享资源时，网络设备25A-B和30-50可使用 ASN信息来解决冲突。具体来说，多个设备有时可共享某一链路资源(即 在特定直接无线连接65上出现的特定超帧的时隙)，并且可能相应地需要 当这些设备中的两个或更多尝试同时在该共享链路上进行发送时解决冲突 的方法。通常，无线网络14可以以类似于众所周知的时隙式阿罗哈算法的 方式管理共享链路，并且网络设备25A-B和30-50可使用具有指数后退(exponential backoff)的沖突避免方案。然而，该后退可以用以整数个时隙 而非传统的时间单位测得的延迟来实现。因此，网络设备25A-B或30-50可 后退一个时隙、两个时隙、四个时隙等等。通过将后退间隔与时隙进^f同步， 网络设备25A-B或30-50可优化重试才几制并且确保重试尝试4又4又在存在实际 的发送可能时才发生。同时，当网络设备25A-B或30-50中的一些的带宽要 求低时或当业务无规律时，可能期望使用共享链路。在许多情况下，使用共 享链路可减少等待时间，因为某个网络设备25A-B或30-50不需要等待专用 链路，而是相反可尝试预留下一条可用的共享链路。
根据另一方面，无线网络14可为网络设备30-50提供同步校正，以便 每个网络设备可适当地识别每个时隙的开始。具体来说，网络设备30-50可 注意数据链路协议数据单元(DLPDU )的到达，并且基于DLPDU中包括的 信息，计算到达时刻和网络设备30-50期望看到DLPDU的到达的"理想" 时刻之差At。更为精确地，网络设备30-50可将到达时刻与建立DLPDU帧 的完整开始定界符进行关联。该开始定界符可以是例如预定义的位序列。在 某些实施例中，网络设备30-50可在回复从对等设备接收的DLPDU时发送 的每个ACK或NACK中报告计算的At值。当然At值可正可负。以这种方式， 无线网络14中的每个通信事务可测量网络设备30-50之间的网络时间的对 齐，从而大大提高这些网络设备30-50适当地保持网络时间的能力。在某些 实施例中，时间同步根据哪个设备发起该事务，可以要么基于DLPDU的到 达时间要么基于肯定或否定的数据链路层确认(ACK/NACK)中的At。
在一个实施例中，网络管理器27可为每个网络设备30-50指定某些邻 居作为时间同步源。如果例如网络设备50、 30和34是网络设备32的邻居， 则网络管理器27可将网络设备30指定为网络设备32的同步源之一。在运 行中，当网络设备32从网络设备30接收DLPDU时，网络设备32可调节 该本地网络时间。更为具体地，被指定为时间同步源的设备可计算At值并且 在到依赖于该时间同步源设备的设备的数据包中(例如在确认DLPDU中) 包括计算出的At值。然后，该时间相关设备可根据该时间同步源报告的At调节本地时间。该At值可用微秒进行测量，虽然也预期了到其它标度(例如 纳秒、秒)。而且，将会注意到，网络设备30可能不一定鉴于来自网络设
备30的DLPDU来调节该本地网络时间。换句话说，网络设备30和32之 间关于时间调节的关系不 一定是对称的。
通常，设备设计人员应该理解它们的产品的时间漂移特性。因此，万一 网络设备的时间源开始漂移，该网络设备可按照需要发送一个或更多保持有 效DLPDU给时间同步邻居以确保时间同步被适当地维持。根据另 一方面， 保持有效DLPDU也可用于邻居发现和确认静止链路的寿命。
关于选择时间源，预期了若干种方法。例如，网络管理器27可定义用 于从网关22向外到无线网络14的终端网络设备的时间传播的路径。相反地， 网络管理器27可在相反的方向上指挥时间同步。在任一情况下，网络管理 器27可沿同步链指挥时间传播以便避免形成闭合回路。举一个具体的的实 例，网络管理器27可将一个时间源传播路径定义为在网关设备22处发起， 通过网络接入点25A进行传播，进一步传播到网络设备32、网络设备60并 最终到网络设备34。因此，网络接入点25A可用作网络设备32的直接同步 源并且作为网络设备60和34的间接同步源。在这个实例中，网络设备60 可具有好几个邻居(例如网络设备36等等)，但可仅用网络设备32进行时 间同步。另一方面，网络设备32可能不"信任"网络设备60的时序，可改 为听A人网络4妄入点25A。
根据以上所述，将会理解的是，网络设备30-50可通过发送DSDPU和 确认来保持网络时间同步，并且通过这么做，网络设备30-50还可跟踪整个 无线网络14上的绝对数。所有通信被调度为在超帧内在超帧内的具体时隙 期间发生。所有设备必须支持多个超帧，并且具体的超帧具有一条或更多链 路。这些链路指定传递或接受包所需的隙和相关联的信息。
尽管上述内容详细说明了多个不同的实施例，应该理解本发明的范围由 本专利的末尾处提出的权利要求书中的语句来限定。因为说明每一种可能的 实施例即使不是不可能的，也是不切实际的，所以上述详细说明应该被解释为仅用于说明目的，但并没有说明每一种可能的实施例。许多可替代实施例可以用当前的技术或本专利的申请日之后开发的技术来实施，这将仍然落入这些权利要求的范围内。
权利要求
1、一种使在过程控制环境下运行且包括多个网络设备的无线网状网络中的通信同步的方法，包括定义预定持续时间的通信时隙，其中所述多个网络设备中的各个网络设备仅在该通信时隙内发送或接收数据；生成包括至少一个超帧的网络调度表，所述至少一个超帧具有重复的超帧循环，各个超帧循环具有相对于各个循环的开始被连续编号的若干个通信时隙，所述通信时隙的数目定义所述至少一个超帧的长度；维护绝对隙数，该绝对隙数指示自从所述无线网络的启动时刻以来被调度的通信时隙的数目；使所述多个网络设备中的各个网络设备关于独立通信时隙的时序同步；以及基于所述绝对隙数，使所述多个网络设备中的各个网络设备与所述网络调度表同步。
2、 根据权利要求1所述的方法，其中使所述多个网络设备中的各个网络设 备与所述网络调度表同步包括在各个网络层协议数据单元中发送所述绝对隙数。
3、 根据权利要求1所述的方法，使所述多个网络设备中的各个网络设备关 于独立通信时隙的时序同步包括个被调度的通信时隙的开始时刻，包括在所述多个网络设备中的各个网络设备处计算数据包的期望到达时刻； 在实际到达时刻接收该数据包；计算所述期望到达时刻与所述实际到达时刻之差；以及 基于计算出的差计算经校正的下一个被调度的通信时隙的开始时刻。
4、 根据权利要求3所述的方法，其中调节所述网络设备的同步包括将计算出的所述期望到达时刻与所述实际到达时刻之差在确认包中发送给邻居网络 设备，其中所述确认包与数据链路协议层相关联。
5、 根据权利要求1所述的方法，其中使所述多个网络设备中的各个网络设备与所述网络调度表同步包括在各个网络层协议数据单元中发送所述绝对隙 数的一部分，其中所述绝对隙数的一部分包括所述绝对隙数的若干个最低有效位。
6、 根据权利要求1所述的方法，其中生成网络调度表进一步包括创建多 个并发超帧，各个超帧具有不同的长度，其中所述多个网络设备中的各个网络 设备在所述多个并发超帧中的至少一个并发超帧中进行通信；并且其中使所述多个网络设备中的各个网络设备与所述网络调度表同步包括获取 所述多个超帧中与该网络设备相关联的至少一个超帧中的相对隙数。
7、 根据权利要求4所述的方法，其中使所述多个网络设备中的各个网络设 备与所述网络调度表同步包括应用以下公式相对隙数-ASN。/。超帧长度；其中相对隙数是所述多个超帧中与该网络设备相关联的至少一个超帧中的相对 隙数，ASN是所述绝对隙数， %是模数除法运算，并且超帧长度是所述多个超帧中与该网络设备相关联的至少一个超帧的长度。
8、 根据权利要求1所述的方法，进一步包括基于所述ASN值，使尝试 加入所述无线网状网络的正在加入的i殳备同步，包括从所述多个网络设备中的至少一个网络设备发送广告消息； 将所述绝对隙数包括在所述广告消息中； 在所述正在加入的设备处接收所述广告消息；以及基于所述正在加入的设备处的绝对隙数，计算所述网络调度表的至少一个 超帧内的相对隙数。
9、 根据权利要求1所述的方法，其中维护绝对隙数包括在所述多个网络设备中的各个网络设备处独立地维护所述绝对隙数的副本。
10、 根据权利要求7所述的方法，其中维护绝对隙数进一步包括在负责生成所述网络调度表的网络管理器处维护全局绝对隙数。
11、 根据权利要求1所述的方法，其中所述无线网状网络包括连接所述多个网络设备中的网络设备对的多条多跳通信路径；并且其中使所述多个网络设 备中的各个网络设备与所述网络调度表同步包括沿至少两条不同的路径发送 所述绝对隙数，其中这两条不同的路径在至少 一跳上不同。
12、 一种用于使在过程控制环境下运行且包括多个网络设备的无线网状网 络中的通信同步的方法，包括定义预定持续时间的通信时隙，以用于在所述多个网络设备中的至少一个 网络设备处发送或接收数据；在所述无线网状网络的运行期间连续调度非重叠的相邻通信时隙； 维护绝对隙数计数器，该绝对隙数计数器指示自从形成所述无线通信网络基于所述绝对隙数使所述多个网络设备之间的通信同步。
13、 根据权利要求IO所述的方法，其中维护绝对隙数计数器包括 在形成所述无线网状网络时将绝对隙数设置为0;并且每当出现新的通信时隙时将所述绝对隙数递增1。
14、 根据权利要求IO所述的方法，其中维护绝对隙数计数器包括在负责 调度所述无线网状网络中的通信的网络管理器处维护全局绝对隙数；并且其中 基于所述绝对隙数使所述多个网络设备之间的通信同步包括将所述绝对隙数传播到所述多个网络设备中的各个网络设备；并且 在所述多个网络设备中的各个网络设备处更新所述绝对隙数的副本以与 所述全局绝对隙凄史相匹配。
15、 根据权利要求12所述的方法，其中所述网络管理器驻留在将所述无线 网状网络连接到工厂自动化网络的网关设备中；并且其中将所述绝对隙数传播 到所述多个网络设备中的各个网络设备包括从所述网关设备传播所述绝对隙数c
16、 根据权利要求IO所述的方法，其中所述多个网络设备中的至少一些网 络设备是执行过程控制功能的现场设备；并且其中使所述多个网络设备之间的 通信同步包括更新；将该现场设备转换到睡眠模式，其中该现场设备在睡眠模式下不接收或发 送数据；将该现场设备在下一个调度更新之前立即从所述睡眠模式转换走；并且 使该现场设备与所述无线网状网络同步，包括将在该现场设备处存储的绝对隙数的值与由所述无线网状网络维护的 值进行匹配；并且基于所匹配的绝对隙数和该现场设备的更新速率计算所述现场设备被 调度为发送数据的时间。
17、 一种在过程控制环境下运行的无线网状网络，包括 绝对隙数计数器，存储自从形.时间的通信时隙的数目；多个无线现场设备，合T兀巧现碍B 场设备中的至少另 一现场设备进行通信，并且所述各个无线现场设备包括存储单元，存储与该现场设备相关联的更新超帧的定义，其中所述更 新超帧包括重复的超帧循环序列，各个循环具有相对于各个循环的开始被 顺序编号的若干个通信时隙；以及处理单元，基于所述绝对隙数计算所述更新超帧内的相对时隙；以及 网络管理器，维护所述多个无线现场设备中的各个无线现场设备的各个特 定设备调度表。
18、 根据权利要求15所述的无线网状网络，进一步包括所述多个无线现场设备中的无线现场设备对之间的多个直接无线连接；多个图，各自包括所述多个直接无线连接中的至少一个直接无线连接，连接所述多个无线现场设备中的一无线现场设备对；其中所述无线网状网络沿所述多个图中的至少两个图将所述绝对隙数的值传播 到所述多个无线现场设备中的各个无线现场设备。
19、 根据权利要求15所述的无线网络，进一步包括以可操作的方式将所述 无线网状网络连接到外部网络的网关设备，并且其中该网关设备维护所述绝对 隙数计数器。
20、 根据权利要求17所述的无线网络，其中所述网络管理器是在所述网关 设备上运行的软件实体。
21 、 一种用于使在过程控制环境下运行且包括多个网络设备的无线网状网 络中的通信同步的方法，包括定义预定持续时间的通信时隙，其中所述多个网络设备中的各个网络设备 仅在该通信时隙内发送或接收数据；生成包括至少一个超帧的网络调度表，所述至少一个超帧具有重复的超帧 循环，各个超帧循环具有相对于各个循环的开始被连续编号的若干个通信时隙， 所述通信时隙的数目定义所述至少 一个超帧的长度；维护绝对隙数，该绝对隙数指示自从所述无线网络的启动时刻以来被调度 的通信时隙的数目；并且基于所述绝对隙数，使所述多个网络设备中的各个网络设备与所述网络调 度表同步。
22、 一种用于使在过程控制环境下运行且包括多个网络设备的无线网状网 络中的通信同步的方法，包括定义预定持续时间的通信时隙，其中所述多个网络设备中的各个网络设备 仅在多个被调度的通信时隙之一内发送或接收数据；将所述多个网络设备中的第 一 网络设备指定为所述多个网络设备中的第二 网络设备的时隙同步源；从所述多个网络设备中的第 一 网络设备向所述多个网络设备中的第二网络设备发送第一数据包，包括在所述第一数据包中发送时间调节值；并且在所述多个网络设备中的第二网络设备处调节时隙同步。
23、 根据权利要求22所述的方法，其中所述第一数据包是确认数据包；并 且其中在所述第 一数据包中发送时间调节值包括计算非确认数据包到达所述多个网络设备中的第一网络设备的期望到达时检测所述非确认数据包的实际到达时刻； 计算所述期望到达时刻与所述实际到达时刻之差。
24、 根据权利要求21所述的方法，进一步包括将所述多个网络设备中的第三网络设备指定为所述多个网络设备中的第一 网络设备的时隙同步源，以形成包括所述多个网络设备中的第一网络设备、所 述多个网络设备中的第二网络设备以及所述多个网络设备中的第三网络设备的同步链。
25、 根据权利要求24所述的方法，其中形成同步链包括 将所述多个网络设备的子集与所述同步链进行关联；并且在所述多个网络设备的子集中的另 一 网络设备是所述多个网络设备的子集 中的第 一 网络设备的直接同步源或间接同步源中的一种的情况下，阻止所述多 个网络设备的子集中的第一网络设备充当所述多个网络设备的子集中的该另一 网络设备的时隙同步源。
26、 根据权利要求24所述的方法，其中所述无线网状网络包括将所述无线 网状网络连接到外部网络的网关设备；并且其中形成同步链包括将所述网关
全文摘要
一种使在过程控制环境下运行且包括多个网络设备的无线网状网络中的通信同步的方法，包括定义预定持续时间的通信时隙，其中所述多个网络设备中的各个网络设备仅在该通信时隙内发送或接收数据；生成包括至少一个超帧的网络调度表，所述至少一个超帧具有重复的超帧循环，各个超帧循环具有相对于各个循环的开始被连续编号的若干个通信时隙，所述通信时隙的数目定义所述至少一个超帧的长度；维护绝对隙数，该绝对隙数指示自从所述无线网络的启动时刻以来被调度的通信时隙的数目；使所述多个网络设备中的各个网络设备关于独立通信时隙的时序同步；以及基于所述绝对隙数，使所述多个网络设备中的各个网络设备与所述网络调度表同步。
文档编号H04L7/00GK101690010SQ200880019368
公开日2010年3月31日 申请日期2008年4月11日 优先权日2007年4月13日
发明者华莱士·A·普拉特, 埃里克·D·罗特沃尔德, 尤里·佐奇, 托马斯·P·伦瓦尔, 罗宾·S·普罗马尼克, 马克·J·尼克松 申请人:Hart通信基金会