一种面向WIA-PA协议的工业无线传感网络架构和使用方法与流程

一种面向wia-pa协议的工业无线传感网络架构和使用方法
技术领域
1.本发明涉及一种面向wia-pa协议的工业无线传感网络架构和使用方法，属于工业无线传感网络技术领域。


背景技术：

2.随着现代通信技术和微电子技术的高速发展，无线技术日渐成熟，无线传感网络技术的应用逐步迈向工业领域。由于工业无线传感网络具备灵活性高、节点成本低、布线简单、易于维护等优势，已经受到越来越多企业的青睐，该技术已被广泛应用于轻工、冶金、炼化等领域。
3.目前，国内的主流工业无线传感网络应用主要选取zigbee和gprs两种协议架构，但这两种技术在工业应用中存在一系列的问题，如数据延迟大、传输稳定性低、传输宽带窄、维护费用昂贵等。


技术实现要素：

4.本发明目的是提供了一种面向wia-pa协议的工业无线传感网络架构和使用方法，能更好的控制工业过程自动化的数据传输，操作简单、使用方便、价格低廉。
5.本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种面向wia-pa协议的工业无线传感网络架构，包括以下模块：用户信息管理中心、wia-pa网关设备、传感器网络信号采集终端；所述信息管理中心，由手持终端、pc终端等信息首发设备组成，信息管理中心直接面向用户，负责从局域网络获取传感器终端采集的工业传感信息，同时也对控制的工业无线传感网络做出指示、应用支撑技术操作；所述wia-pa网关设备，是集成有wia-pa协议的短程无线通信设备；网关负责整个工业无线传感网络的调度、管理和优化，统一为网络设备分配通信资源，调度网络设备的通信，同时监控和报告网络运行状态，wia-pa网关还是全网的时间同步源和均衡网络负载，是整个网络的核心；所述传感器网络信号采集终端，由支持wia-pa协议的无线传感器终端设备和无线传感路由设备组成的传感器信号采集网络，所述无线传感器终端设备负责信息的采集与发送工作，所述无线传感路由设备为低能耗的短程无线网络通信设备,其连接网络终端设备使其入网，具备网络路由功能，并可转发数据、系统管理和安全管理，主要由cc2530芯片、电源模块、天线模块、晶体振荡电路四部分组成；优选的，所述无线传感器终端设备包括传感器模块、cc2530芯片、电源模块、天线模块和晶体振荡电路；所述无线传感路由设备包括cc2530芯片、电源模块、天线模块、晶体振荡电路；优选的，所述的wia-pa网关设备的fpga芯片选用xczu9ffvb1156芯片；所述wia-pa网关设备还包含wia-pa无线模块、flash存储器、rs232接口、rj45以太
网接口、led显示屏、晶振模块、电源模块和电阻电容。
6.一种面向wia-pa协议的工业无线传感网络架构使用方法，包括以下步骤：步骤1：用户首先需要确定工业无线传感网络包含的用户信息管理中心、wia-pa网关设备和传感器网络信号采集终端均供电正常且处于正常工作状态；若用户接收端为可移动便携式终端设备，wia-pa网关设备则直接选择无线输出模式；若用户接收端为pc设备，则需通过网线连接wia-pa网关设备的网口和pc端的网络输入端口，wia-pa网关设备则选择有线输出模式；步骤2：信息管理中心工作人员通过pc、平板电脑或手持设备下发读取数据或控制指令，指令由网络传送至wia-pa网关设备，网关设备对命令进行解码后，根据wia-pa协议要求格式对指令重新编码，并由无线传感器发送端经无线网络将指令发送至无线路由设备；步骤3：无线路由设备接收到用户指令后，执行控制指令，或按照要求将读取指令发送到目的节点的传感器终端，从传感器终端获取相应的实施监测数据；返回数据首先传输至无线路由设备，并经无线网络传送至wia-pa网关设备；wia-pa网关设备按照协议标准格式解码并重新编码发送，经以太网口或uart接口将传感器读取的数据送回至信息管理中心。
7.本发明的优点在于：本发明针对当前我国工业无线传感网络面对的数据延迟大、传输稳定性低等核心问题，全面剖析现阶段主流协议标准，开发了一种面向wia-pa协议的工业无线传感网络架构。该架构符合ieee 802.15.4标准，使用全球免费频段进行通信，数据传输速率可打到250kbps。面向wia-pa协议的工业无线传感网络架构能更好的控制工业过程自动化的数据传输，操作简单、使用方便、价格低廉。本发明提出的工业无线传感网络架构支持我国独立设计研发的wia-pa无线传感网络协议标准，使用可靠性高，契合于我国当前工业自动化领域的自主创新进程。
附图说明
8.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
9.图1为本发明无线传感网络架构示意图。
10.图2为本发明网关硬件设计结构示意图。
11.图3为本发明工作流程示意图。
具体实施方式
12.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
13.本发明专利针对当前我国工业无线传感网络面对的数据延迟大、传输稳定性低等核心问题，全面剖析现阶段主流协议标准，开发了一种面向wia-pa协议的工业无线传感网络架构。本发明目标是这样实现的：一种面向wia-pa协议的工业无线传感网络架构，其特征在于所述方法包含以下方面：
面向wia-pa协议的工业无线传感网络架构主要包含用户信息管理中心、wia-pa网关设备、传感器网络信号采集终端共三部分。面向wia-pa协议的工业无线传感网络架构如图1所示：信息管理中心，由手持终端、pc终端等信息首发设备组成，信息管理中心直接面向用户，负责从局域网络获取传感器终端采集的工业传感信息，同时也对控制的工业无线传感网络做出指示、应用支撑技术操作等。
14.wia-pa网关设备，是一种集成有wia-pa协议的短程无线通信设备，工作在基于工业国际标准802.l5.4的2.4ghz频段。网关负责整个工业无线传感网络的调度、管理和优化，统一为网络设备分配通信资源，调度网络设备的通信，同时监控和报告网络运行状态。另外，wia-pa网关还是全网的时间同步源和均衡网络负载，是整个网络的核心。
15.wia-pa网关板卡的fpga芯片选用xilinx公司的xczu9ffvb1156，它集成有丰富的资源，包含大量的寄存器、完备的时钟资源、布线资源等。wia-pa网关可支持一个或多个网络接入点和服务接入点，可以连接互联网等外部网络，实现不同的网络协议转换，同时还可以发布、管理无线节点的监测任务，把采集的数据转发到外部网络。目前，wia-pa网关提供有串口和以太网两种连接方式。wia-pa网关硬件设计结构框图如图2所示。
16.除了fpga芯片外，wia-pa网关板卡还包含wia-pa无线模块、flash存储器、rs232接口、rj45以太网接口、led显示屏、晶振模块、电源模块以及必要的电阻电容等。
17.传感器网络信号采集终端，是由若干支持wia-pa协议的无线传感器终端设备和无线传感路由设备组成的传感器信号采集网络。其中，传感器设备主要负责信息的采集与发送工作，主要由传感器模块、cc2530芯片、电源模块、天线模块和晶体振荡电路五部分组成。采集终端可以配置不同类型型号的传感器,如流量传感器、温度传感器、烟雾传感器、压力变送器等。路由设备为低能耗的短程无线网络通信设备,其作用是连接网络终端设备使其入网，具备网络路由功能，并可转发数据、系统管理和安全管理功能，主要由cc2530芯片、电源模块、天线模块、晶体振荡电路四部分组成。
18.面向wia-pa协议的工业无线传感网络是基于wia-pa协议栈的无线网络，其在网络设备的安装和架设过程就可以自行完成组网任务。完成网络的架设后用户便可以由pc、平板电脑或手持设备下发命令来读取目的节点传感器实时采集的数据。具体的面向wia-pa协议的工业无线传感网络工作流程如图3所示：信息管理中心工作人员通过pc、平板电脑或手持设备下发读取数据或控制指令，指令由网络（局域网或无线网络）传送至wia-pa网关设备，网关设备对命令进行解码后，根据wia-pa协议要求格式对指令重新编码，并由无线传感器发送端经无线网络将指令发送至无线路由设备；无线路由设备接收到用户指令后，执行控制指令，或按照要求将读取指令发送到目的节点的传感器终端，从传感器终端获取相应的实施监测数据；返回数据首先传输至无线路由设备，并经无线网络传送至wia-pa网关设备；wia-pa网关设备按照协议标准格式解码并重新编码发送，经以太网口或uart接口将传感器读取的数据送回至信息管理中心。
19.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。
凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。