專利名稱：用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入方法，屬于工業(yè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)企業(yè)設(shè)備裝備水平的提高，設(shè)備故障形式越來(lái)越復(fù)雜，一旦發(fā)生故障停機(jī)將造成巨大的損失，設(shè)備管理的難度和要素也不斷增長(zhǎng)，迫切需要實(shí)用有效的技術(shù)手段和管理方式進(jìn)行運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)掌控和對(duì)設(shè)備故障的準(zhǔn)確判斷，最大限度地避免故障停機(jī)及性能劣化帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失和重大事故，科學(xué)合理地確定維修內(nèi)容，達(dá)到設(shè)備綜合管理成本的最優(yōu)。目前，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)主要包括日常點(diǎn)檢、精密診斷和在線監(jiān)測(cè)等實(shí)施方式，每種方式都具有自身的特點(diǎn)。其中如日常點(diǎn)檢和精密診斷，主要依靠人工到設(shè)備旁獲取特征信號(hào)或樣品，進(jìn)行狀態(tài)判斷和故障分析，實(shí)施方式相對(duì)簡(jiǎn)捷，但針對(duì)惡劣、危險(xiǎn)的環(huán)境就難以開展。同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行信號(hào)采集工作效率也相對(duì)較低，無(wú)法適應(yīng)快節(jié)奏生產(chǎn)的要求，存在著諸如機(jī)組起停機(jī)及異常等重要瞬態(tài)過(guò)程難以捕捉，異常原因難以追溯等缺點(diǎn)。目前在線監(jiān)測(cè)通常采用有線信號(hào)傳輸方式，對(duì)運(yùn)行中的設(shè)備實(shí)時(shí)采集運(yùn)行過(guò)程中的狀態(tài)信息，不受環(huán)境、采集周期等影響，獲取信息更加及時(shí)、全面，但構(gòu)建時(shí)軟硬件投入大，施工安裝等繁瑣，限制了其應(yīng)用推廣的范圍。而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN ( WirelessSensor Network )技術(shù)具有低成本、可以實(shí)現(xiàn)快速部署、而不需重新鋪設(shè)電纜和配置即可進(jìn)行物理移位、避免復(fù)雜環(huán)境下的線纜安裝和擴(kuò)展性好等特點(diǎn)完全能夠滿足流程工業(yè)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用需求，為信號(hào)采集和傳輸提供了新途徑。目前檢索到的涉及傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的相關(guān)專利有
王沁等在2006年提出的發(fā)明專利“基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大型流程工業(yè)設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”，其主要特征在于使用無(wú)線通信技術(shù)替代有線傳輸方式。該系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)有線數(shù)據(jù)采集方式安裝和維護(hù)成本高、惡劣環(huán)境下難以采集數(shù)據(jù)的困難，利用無(wú)線通信技術(shù)和嵌入式技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了一種維護(hù)成本低，安裝方便，適應(yīng)環(huán)境廣泛的無(wú)線數(shù)據(jù)采集方式。梁煒等在2008年提出的發(fā)明專利“一種面向工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的混合介質(zhì)訪問(wèn)控制方法”，其主要特征在于在工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中采用網(wǎng)狀及星型混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和自適應(yīng)信道切換和跳頻技術(shù)簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低了維護(hù)和管理的難度。提高了系統(tǒng)的可靠性和兼容性，改進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)的靈活性和擴(kuò)展性。蔡正國(guó)等在2009年提出的實(shí)用新型專利“熱軋?jiān)O(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)裝置”，通過(guò)振動(dòng)和轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行采集和有線通信方式實(shí)時(shí)監(jiān)視軋機(jī)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)和分析，為軋機(jī)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)的把握和機(jī)械設(shè)備零部件的狀態(tài)維修提供有效依據(jù)。在已公布的專利尚未有涉及到用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入方
法。、
本發(fā)明中的接入網(wǎng)關(guān)集成了兩種不同的物理層調(diào)制方式的無(wú)線通信調(diào)制模塊以滿足同一設(shè)備監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中不同類型參量的采集節(jié)點(diǎn)對(duì)傳輸性能的需求。根據(jù)設(shè)備狀態(tài)不同變化速率和數(shù)據(jù)量大小的參量可分別配置為慢速連續(xù)式和高速間歇式的數(shù)據(jù)傳輸模式的采集節(jié)點(diǎn)。根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求，在同一設(shè)備監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)下，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)配置合適的無(wú)線通信調(diào)制模塊以提供不同等級(jí)和要求的數(shù)據(jù)鏈路保證數(shù)據(jù)正常通信，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)和巡檢兩種實(shí)施方式，具有應(yīng)用靈活和傳輸可靠性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)已有技術(shù)存在的缺陷，提供了一種用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入方法。能夠提供可靠、靈活的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和有效的管理維護(hù)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是本發(fā)明涉及IEEE 802. 15.4國(guó)際無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)，即IEEE用于低速無(wú)線個(gè)人域網(wǎng)(LR-WPAN)的物理層和媒體接入控制層規(guī)范。該協(xié)議能支持消耗功率最少，一般在個(gè)人活動(dòng)空間(IOm直徑或更小)工作的簡(jiǎn)單器件?？梢杂脕?lái)實(shí)現(xiàn)低功耗、拓?fù)潇`活、低成本的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。因此，本發(fā)明提供了一種用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入方法，該方法中接入網(wǎng)關(guān)同時(shí)使用符合國(guó)際無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)的同頻段不同無(wú)線物理層調(diào)制方式的無(wú)線通信調(diào)制模塊來(lái)滿足多種不同類型參量采集對(duì)傳輸性能的需求；采用現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)方式將接入網(wǎng)關(guān)存儲(chǔ)器中存放的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。本發(fā)明考慮了當(dāng)前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀，又兼顧了工業(yè)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)際面臨的情況。本發(fā)明中首先根據(jù)不同設(shè)備狀態(tài)參量類型對(duì)數(shù)據(jù)傳輸不同的速率和采集周期要求，分別配置為由采用不同物理層調(diào)制方式的無(wú)線通信調(diào)制模塊的采集節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸。該方法使用的接入網(wǎng)關(guān)在硬件上采用高速微處理器和存儲(chǔ)器，外圍擴(kuò)展兩種不同物理層調(diào)制方式的無(wú)線通信調(diào)制模塊以及其他現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)接口。根據(jù)工業(yè)設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)的不同時(shí)段和區(qū)域環(huán)境要求，通過(guò)不同的無(wú)線通信調(diào)制模塊組建一個(gè)同時(shí)包含兩種不同傳輸模式的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，以連接不同類型的采集節(jié)點(diǎn)。然后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)接口將數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。該方法在軟件上包含雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)用于雙模網(wǎng)絡(luò)管理和調(diào)度的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用協(xié)議以及現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的通信。根據(jù)以上構(gòu)思，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入方法，該接入方法的特征在于在設(shè)備上安裝用于監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)不同類型參量的慢速連續(xù)式采集節(jié)點(diǎn)和高速間歇式采集節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，收集數(shù)據(jù)并接入現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)關(guān)以及網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。上述的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)關(guān)主要包括微處理器核心模塊、現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)接口和無(wú)線通信調(diào)制模塊。無(wú)線通信調(diào)制模塊同時(shí)采用同一無(wú)線頻段的兩種不同物理層調(diào)制方式，與采集不同類型設(shè)備狀態(tài)參量的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，然后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)接口將數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和管理維護(hù)。接入網(wǎng)關(guān)軟件上實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)服務(wù)器功能和嵌入式瀏覽器服務(wù)器功能。網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)客戶端和嵌入式瀏覽器客戶端實(shí)現(xiàn)對(duì)接入網(wǎng)關(guān)和雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理和配置的功能。上述的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的采集節(jié)點(diǎn)包括慢速連續(xù)式和高速間歇式兩種數(shù)據(jù)傳輸方式。根據(jù)設(shè)備狀態(tài)的不同類型的參量對(duì)傳輸性能的要求進(jìn)行分類，配置了不同的無(wú)線通信調(diào)制模塊的采集節(jié)點(diǎn)。慢速連續(xù)式采集節(jié)點(diǎn)主要用于設(shè)備狀態(tài)參量變化趨勢(shì)緩慢，數(shù)據(jù)量小的狀態(tài)參量采集和傳輸，例如溫度狀態(tài)數(shù)據(jù)。高速間歇式采集節(jié)點(diǎn)主要用于設(shè)備狀態(tài)參量變化趨勢(shì)快速，數(shù)據(jù)量大的狀態(tài)參量 采集和傳輸，例如振動(dòng)狀態(tài)波形數(shù)據(jù)。本方法中的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在同一監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中，具有兩種不同物理層的無(wú)線通信調(diào)制模塊的采集節(jié)點(diǎn)同時(shí)運(yùn)行。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域條件或時(shí)段的不同，建立由兩種不同數(shù)據(jù)傳輸方式的采集節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，接入網(wǎng)關(guān)通過(guò)不同的無(wú)線通信調(diào)制模塊和媒體接入層協(xié)議保證在各自數(shù)據(jù)傳輸方式下設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸暢通。雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用層協(xié)議，在周期性設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)中由低功耗的慢速連續(xù)式采集節(jié)點(diǎn)完成設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)。當(dāng)需要實(shí)施點(diǎn)檢或精密診斷模式和大數(shù)據(jù)量的波形傳輸時(shí)，通過(guò)用戶發(fā)出操作命令，接入網(wǎng)關(guān)自動(dòng)識(shí)別并激活處于休眠狀態(tài)的高速間歇式采集節(jié)點(diǎn)加入監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)施設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)，此時(shí)慢速連續(xù)式采集節(jié)點(diǎn)和高速間歇式采集節(jié)點(diǎn)由雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的接入網(wǎng)關(guān)統(tǒng)一調(diào)度。


圖I是本發(fā)明用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入方法示意圖 圖2是本發(fā)明所涉及雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)關(guān)的協(xié)議棧示意圖
圖3是本發(fā)明所涉及雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)關(guān)的硬件結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明
參見圖I所示，本雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入方法在設(shè)備上安裝用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)不同類型參量的慢速連續(xù)式采集節(jié)點(diǎn)(I)和高速間歇式采集節(jié)點(diǎn)(2)構(gòu)成的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(3)、收集數(shù)據(jù)并接入工業(yè)以太網(wǎng)的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)關(guān)(4)和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(5)。用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(3)是由多個(gè)具有溫度、應(yīng)力和振動(dòng)等信號(hào)接口的采集節(jié)點(diǎn)所組成。這些節(jié)點(diǎn)上的無(wú)線通信調(diào)制模塊可根據(jù)設(shè)備狀態(tài)參量的不同類型配置為兩種不同無(wú)線物理層調(diào)制方式，即慢速連續(xù)式采集節(jié)點(diǎn)(I)和高速間歇式采集節(jié)點(diǎn)(2)。這兩類采集節(jié)點(diǎn)的通信協(xié)議分別采用兩種不同的基于IEEE802. 15. 4無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)應(yīng)物理層通信，與雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)關(guān)(4)的無(wú)線通信調(diào)制模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的主要參量為溫度、振動(dòng)和應(yīng)力等。使用熱電阻或者熱電偶測(cè)量的溫度參量適合采用慢速連續(xù)式采集節(jié)點(diǎn)，振動(dòng)信號(hào)波形傳輸?shù)却髷?shù)據(jù)量適合采用高速間歇式采集節(jié)點(diǎn)。其中設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)中通過(guò)振動(dòng)傳感器采集的振動(dòng)信息對(duì)設(shè)備故障診斷更加具有指導(dǎo)作用，可以進(jìn)行后續(xù)模態(tài)分析等。但振動(dòng)波形信號(hào)的采集具有數(shù)據(jù)量大和實(shí)時(shí)性高的特點(diǎn)，普通的IEEE802. 15. 4低速無(wú)線物理層調(diào)制方式無(wú)法滿足通信要求。
本發(fā)明實(shí)例的接入網(wǎng)關(guān)⑷具有兩種不同無(wú)線物理層調(diào)制方式的基于IEEE802. 15. 4無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線通信調(diào)制模塊，包括直接序列擴(kuò)頻DSSS (DirectSequence Spread Spectrum)和切譜擴(kuò)頻 CSS (Chirp Spread Spectrum)。根據(jù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的實(shí)際需求，所采集不同類型的參量分別使用不同無(wú)線通信調(diào)制方式的無(wú)線采集節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)參量采集，具有良好的擴(kuò)展性。一般工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的常見噪聲頻段為IGHz以下，所以本發(fā)明實(shí)例中選用2. 4GHz的ISM頻段。IEEE802. 15. 4提供兩種物理層的選擇(868/915MHz和2. 4GHz)，其中2. 4GHz頻段下采用的是基于DSSS的準(zhǔn)正交調(diào)制技術(shù)，最高通信速率達(dá)到250kbps，滿足慢速連續(xù)式的數(shù)據(jù)傳輸需求。而基于CSS的調(diào)制方式能夠有效抑制工業(yè)環(huán)境中的噪音和多徑干擾，支持更長(zhǎng)距離和更廣傳輸范圍情況下的可靠數(shù)據(jù)通信，其最高通信速率達(dá)到2Mbps，適用于高速間歇式的數(shù)據(jù)傳輸需求。參見圖2所示，本發(fā)明實(shí)例的接入網(wǎng)關(guān)(4)協(xié)議架構(gòu)中，對(duì)兩種不同的無(wú)線通信調(diào)制模塊分別實(shí)現(xiàn)不同的無(wú)線物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，但都遵循IEEE802. 15. 4無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，由此保證在各自模式下設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸暢通。上層采用相同的網(wǎng)絡(luò)層和用戶應(yīng)用層協(xié)議，方便進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理和調(diào)度。雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(3)平時(shí)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用層協(xié)議，一般以慢速連續(xù)式采集節(jié)點(diǎn)為主來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)。當(dāng)設(shè)備需要實(shí)施點(diǎn)檢或精密診斷模式和大數(shù)據(jù)量的波形傳輸時(shí)，通過(guò)用戶發(fā)出操作命令，接入網(wǎng)關(guān)(4)自動(dòng)識(shí)別并激活處于休眠狀態(tài)的高速間歇式采集節(jié)點(diǎn)加入監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)施設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)，此時(shí)慢速連續(xù)式采集節(jié)點(diǎn)⑴和高速間歇式采集節(jié)點(diǎn)⑵由雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)⑶的接入網(wǎng)關(guān)⑷統(tǒng)一調(diào)度。現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)接口采用的是目前主流現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議?，F(xiàn)場(chǎng)總線接口使用主流的Profibus-DP協(xié)議，底層為RS485通信接口 ；工業(yè)以太網(wǎng)采用Modbus/TCP協(xié)議，將Modbus協(xié)議作為應(yīng)用層協(xié)議移植到TCP/IP協(xié)議棧之上，底層仍然采用IEEE802. 3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。參見圖3所示，結(jié)合圖1，本發(fā)明實(shí)例的接入網(wǎng)關(guān)⑷以嵌入式微處理器模塊為核心，包括兩種不同物理層調(diào)制方式的無(wú)線通信調(diào)制模塊、現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)接口、隔離電源模塊和外圍接口模塊(Micro SD存儲(chǔ)單元、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、IXD顯示單元、串口調(diào)試單元、USB)組成。該接入網(wǎng)關(guān)(4)同時(shí)具有兩種不同無(wú)線物理層調(diào)制方式的基于IEEE802. 15.4無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線通信調(diào)制模塊。微處理器核心模塊分別通過(guò)不同的SPI總線連接無(wú)線通信調(diào)制模塊，負(fù)責(zé)完成對(duì)慢速連續(xù)式采集節(jié)點(diǎn)(I)和高速間歇式采集節(jié)點(diǎn)(2)構(gòu)成的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)⑶的通信和管理、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與上傳。該接入網(wǎng)關(guān)(4)通過(guò)基于IEEE802. 15. 4的無(wú)線通信協(xié)議管理由多個(gè)采集節(jié)點(diǎn)所組成的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(3)，并在雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中處于主機(jī)的地位。該接入網(wǎng)關(guān)(4)主動(dòng)發(fā)送控制和同步幀給各個(gè)采集節(jié)點(diǎn)，采集節(jié)點(diǎn)接收到命令進(jìn)行判斷是否發(fā)給自己后，進(jìn)入相應(yīng)的命令狀態(tài)。同時(shí)該接入網(wǎng)關(guān)(4)上實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)通信服務(wù)器功能，并處于等待數(shù)據(jù)上傳狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(5)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)客戶端進(jìn)行連接，一旦接收到網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(5)下發(fā)的數(shù)據(jù)上傳指令則將采集的多個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)打包后上傳至網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(5)。達(dá)到充分利用現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)帶寬的目的，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)的高速傳輸、節(jié)點(diǎn)信息的快速更新，使得設(shè)備狀態(tài)維護(hù)方便可靠。網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(5)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)客戶端和嵌入式瀏覽器客戶端實(shí)現(xiàn)、對(duì)接入網(wǎng)關(guān)(3)和雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(4)的狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理和配置的功能。。通過(guò)接入網(wǎng)關(guān)(3)將網(wǎng)絡(luò)信息和采集節(jié)點(diǎn)信息生成動(dòng)態(tài)注冊(cè)表，動(dòng)態(tài)注冊(cè)表包含了采集節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的按用戶組態(tài)的實(shí)時(shí)信息，通過(guò)數(shù)據(jù)代理，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(5)可以按照組態(tài)信息進(jìn)行周期性的讀/寫數(shù)據(jù)交換或直接使用注冊(cè)表對(duì)單個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)、配置節(jié)點(diǎn)內(nèi)部參數(shù)等操作。動(dòng)態(tài)注冊(cè)的管理方式使得實(shí)施點(diǎn)檢/精密診斷模式時(shí)，高速間歇式采集節(jié)點(diǎn)(2)移動(dòng)在不同網(wǎng)段中能夠平滑過(guò)渡，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(5)根據(jù)全局地址和數(shù)據(jù)代理實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度，不需要額外操作即可讀寫該節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。其中網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(5)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)客戶端連接至接入網(wǎng)關(guān)(3)的現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信并顯示雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(4)和接入網(wǎng)關(guān)(3)本身的所有信息。網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(5)安裝數(shù)據(jù)庫(kù)軟件及其 相關(guān)組件，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備狀態(tài)信息顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)、歷史變化趨勢(shì)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表及分配網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率等多項(xiàng)功能。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于考慮到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀，采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施方式具有安裝簡(jiǎn)單、組網(wǎng)方便、維護(hù)工作量小的特點(diǎn)。根據(jù)設(shè)備狀態(tài)不同類型參量對(duì)傳輸性能的要求配置了不同無(wú)線物理層調(diào)制方式的采集節(jié)點(diǎn)，通過(guò)接入網(wǎng)關(guān)同時(shí)集成兩種不同物理層調(diào)制方式的無(wú)線通信調(diào)制模塊，使得高速間歇和慢速連續(xù)的兩種無(wú)線數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)在同一個(gè)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中能夠同時(shí)工作，傳輸數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，從而能夠同時(shí)滿足在線監(jiān)測(cè)和巡檢點(diǎn)檢不同實(shí)施方式的需求。同時(shí)采用現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)通信方式，保證了多個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的采集設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的高速可靠傳輸，降低了監(jiān)測(cè)的成本，提高了靈活性。
權(quán)利要求
1.一種用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入方法，該接入方法的特征在于在設(shè)備上安裝用于監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)不同類型參量的慢速連續(xù)式采集節(jié)點(diǎn)(I)和高速間歇式采集節(jié)點(diǎn)(2)構(gòu)成的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(3)，收集數(shù)據(jù)并接入現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)關(guān)(4)以及網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(5)。
2.根據(jù)本權(quán)利要求I中所述的用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入方法，其特征在于所述中的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)關(guān)(4)主要包括微處理器核心模塊(4. I)、現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)接口(4. 2)和無(wú)線通信調(diào)制模塊(4. 3. I, 4. 3. 2);無(wú)線通信調(diào)制模塊(4. 3. 1，4. 3. 2)同時(shí)采用同一無(wú)線頻段的兩種不同物理層調(diào)制方式，與采集不同類型設(shè)備狀態(tài)參量的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，然后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)接口將數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(5)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和管理維護(hù)；接入網(wǎng)關(guān)軟件上實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)服務(wù)器功能和嵌入式瀏覽器服務(wù)器功能； 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(5)可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)客戶端和嵌入式瀏覽器客戶端實(shí)現(xiàn)對(duì)接入網(wǎng)關(guān)(4)和雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(3)的狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理和配置的功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入方法，其特征在于雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(3)中的采集節(jié)點(diǎn)包括慢速連續(xù)式和高速間歇式兩種數(shù)據(jù)傳輸方式；根據(jù)設(shè)備狀態(tài)的不同類型的參量對(duì)傳輸性能的要求進(jìn)行分類，配置了不同的無(wú)線通信調(diào)制模塊(4. 3. 1,4. 3. 2)的采集節(jié)點(diǎn)； 慢速連續(xù)式采集節(jié)點(diǎn)(I)主要用于設(shè)備狀態(tài)參量變化趨勢(shì)緩慢，數(shù)據(jù)量小的狀態(tài)參量采集和傳輸，例如溫度狀態(tài)數(shù)據(jù)；高速間歇式采集節(jié)點(diǎn)(2)主要用于設(shè)備狀態(tài)參量變化趨勢(shì)快速，數(shù)據(jù)量大的狀態(tài)參量采集和傳輸，例如振動(dòng)狀態(tài)波形數(shù)據(jù)； 本方法中的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(3)在同一監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中，具有兩種不同物理層的無(wú)線通信調(diào)制模塊(4. 3. 1,4. 3. 2)的采集節(jié)點(diǎn)(1，2)同時(shí)運(yùn)行； 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域條件或時(shí)段的不同，建立由兩種不同數(shù)據(jù)傳輸方式的采集節(jié)點(diǎn)(1，2)構(gòu)成的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(3)，接入網(wǎng)關(guān)(4)通過(guò)不同的無(wú)線通信調(diào)制模塊(4. 3. I, 4. 3. 2)和媒體接入層協(xié)議保證在各自數(shù)據(jù)傳輸方式下設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸暢通； 雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用層協(xié)議，在周期性設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)中由低功耗的慢速連續(xù)式采集節(jié)點(diǎn)(4. 3. I)完成設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)； 當(dāng)需要實(shí)施點(diǎn)檢或精密診斷模式和大數(shù)據(jù)量的波形傳輸時(shí)，通過(guò)用戶發(fā)出操作命令，接入網(wǎng)關(guān)(4)自動(dòng)識(shí)別并激活處于休眠狀態(tài)的高速間歇式采集節(jié)點(diǎn)(4. 3. 2)加入監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)施設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)，此時(shí)慢速連續(xù)式采集節(jié)點(diǎn)(I)和高速間歇式采集節(jié)點(diǎn)(2)由雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(3)的接入網(wǎng)關(guān)(4)統(tǒng)一調(diào)度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入方法。本方法是在設(shè)備上安裝用于監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)的不同類型參量的慢速連續(xù)式采集節(jié)點(diǎn)和高速間歇式采集節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，收集數(shù)據(jù)并接入現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)的接入網(wǎng)關(guān)以及網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。本接入網(wǎng)關(guān)中無(wú)線通信調(diào)制模塊同時(shí)采用同一頻段的兩種不同物理層調(diào)制方式，完成與雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)交互，現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)接口將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)傳輸至網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)對(duì)雙模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)關(guān)的動(dòng)態(tài)管理和配置功能。本發(fā)明能夠同時(shí)滿足設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)和巡檢兩種實(shí)施方式，降低了監(jiān)測(cè)的成本，提高了靈活性。
文檔編號(hào)H04W24/04GK102638380SQ20121007685
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月22日
發(fā)明者姚奇, 朱獻(xiàn)忠, 李先茂, 王天一, 王海寬, 費(fèi)敏銳, 阮俊杰 申請(qǐng)人:上海大學(xué)