單總線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議研究及應(yīng)用模型設(shè)計(jì).pdf

1、工業(yè)過程的現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備類型和數(shù)量很多,普遍使用了大量的傳感器、執(zhí)行器和控制器來完成工業(yè)現(xiàn)場流程的監(jiān)控和自動化。隨著工廠生產(chǎn)自動化和管理信息化發(fā)展的要求,如何獲取、控制這些傳感器/執(zhí)行器/控制器的信息和狀態(tài)以及如何將這些信息整合到企業(yè)的ERP系統(tǒng)和管理決策系統(tǒng)中成為研究的重點(diǎn)。因此有必要采用一個(gè)傳感器/執(zhí)行器與主機(jī)的接口標(biāo)準(zhǔn),使傳感器/執(zhí)行器/控制器具有即插即用功能,具備一定的自治能力。 國內(nèi)外早在七八十年代就開展了過程控制系統(tǒng)中

2、的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及其標(biāo)準(zhǔn)化的研究工作,也取得了大量的成果和應(yīng)用范例。但是現(xiàn)有協(xié)議不完全適合過程監(jiān)控系統(tǒng)的最前端部件(如傳感器、執(zhí)行器和控制器等),主要由于：(1) 出于成本考慮,節(jié)點(diǎn)計(jì)算和存儲資源較少,而現(xiàn)有通訊協(xié)議棧(如TCP/IP,DeviceNet等)都較復(fù)雜；(2) 部分總線的鏈路層協(xié)議適合于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊(如以太網(wǎng)),而傳感器網(wǎng)絡(luò)中單個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)較少,傳輸內(nèi)容也較為簡單；(3) 傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性要求高,對于某些異步事件,須實(shí)時(shí)反饋并

3、處理。 因此,提供一種獨(dú)立于開發(fā)者和使用者,同時(shí)又具備擴(kuò)展性應(yīng)用層的協(xié)議很有必要?；跀U(kuò)展性應(yīng)用層協(xié)議研究,在傳感器的開發(fā)者和使用者之間建立一個(gè)透明的訪問接口,以加速網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)的開發(fā),簡化傳感器與應(yīng)用的集成和使用。本文提出了一種輕量級的單總線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,采用以下技術(shù)來解決上述問題： (1) 在鏈路層引入幀類型,顯示區(qū)分事件、主從通訊、節(jié)點(diǎn)識別等消息,提高節(jié)點(diǎn)對異步事件的響應(yīng)速度,使應(yīng)用層中無須通過消息優(yōu)先級來區(qū)分

4、實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)事件。同時(shí)保留了主從通信方式,簡化從節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)。 (2) 在應(yīng)用層中引入事件/動作模型,將節(jié)點(diǎn)抽象為多個(gè)通道組成的對象,每個(gè)通道上定義了一些事件源和動作。這些抽象使每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)成為類似于軟件模型中的組件,具備屬性、事件和方法,使用者無須了解其實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié),而開發(fā)者也無須關(guān)心節(jié)點(diǎn)如何被調(diào)用。 本文從上述形成的傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議入手,利用現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行協(xié)議的硬件基礎(chǔ)設(shè)計(jì)并構(gòu)建成IP軟核。在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)控制器,并提