ISA10011aWIA-PA协议及其研发

ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications2010年7月ISA100.11a、WIA-PA协议及其研发重庆邮电大学ChongqingUniversityofPostsandTelecommunicationsISA100.11a协议•ISA100.11a标准简介•ISA100.11a协议工作进展协议栈软件研发网络设备研发基于ISA100.11a的工业应用设备研发系统级部署专利、标准与提案示范应用ChongqingUniversityofPostsandTelecommunicationsISA100协议简介ISA100.11a标准是ISA(InternationalSocietyofAutomation，国际自动化协会)委员会制定的第一个开放的、面向工业生产和工业控制的无线标准。ISA100.11a标准制定的宗旨是实现无线系统在环境监测、报警、开环控制、闭环控制等工业应用中能够安全和可靠的运行。ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications工厂网络控制系统网关系统管理器安全管理器B骨干网路由器路由设备终端设备手持设备DL子网ISA100网络拓扑图ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications802.15.4IEEE802.15.4MAC层IEEE802.15.4物理层PDSAPPSAP应用子层ASLDE-2SAP设备管理应用进程（DMAP）ASLDE-nSAPASMSAP用户应用进程（UAP）网络管理管理信息库用户应用对象1用户应用对象n安全管理……TDSAP-2TDSAP-0DMSAP传输层TDSAP-n网络层NDSAPNMSAPMLDE-SAPMLME-SAPDDSAPDLME-SAP数据链路层上层ISA100.11aMAC扩展子层ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications协议栈软件•协议栈软件完全自主研发，拥有全部源代码•协议栈完整支持ISA100.11a的各项功能•协议栈体积：普通节点在50K以内。ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications协议栈核心技术•确定性调度技术•跳信道抗干扰技术•时间同步技术•路由技术•安全管理技术•网关技术•……NetworkLayerDataLinkLayer4321TimerMessageHandlingModuleLinkSchedulerStateMachineLinkTableSuperframeTableNeighborTableGraphTableRouterTablePIBChannelTableMessageHandlingModule1324Macsub-LayerQueueQueue……ChannelHopping数据链路层架构ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications以协议栈为基础，开发的网络设备网关路由器节点网关路由器节点ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications设备技术参数•最大传输距离：80米（带PA可达1000米）•抗干扰能力强：采用2.4GDSSS扩频和自适应跳信道技术•组网能力强：星型网、树型网、网状网•工作电压：DC-3.3V•正常工作电流：30mA•休眠模式工作电流：100μA•低功耗选择：三种休眠模式可选•模块体积小：方便嵌入各种产品•网络容量大：可支持几千个节点ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications实验室与中国四联集团、重庆伟岸测仪等联合开发了系列工业无线仪表和传感网节点带PA的无线模块无线USB适配器无线I/0模块无线中继器工业无线网关无线一氧化碳传感器无线烟雾传感器无线模块ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications无线粉尘传感器二氧化硫传感器无线阀门定位器无线压力变送器无线温湿度传感器无线温度变送器无线瓦斯气体浓度传感器无线手持器ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications协调器&网关主通信路径冗余通信路径路由器路由器路由器中继器协调器&网关车间级控制网络组态监控计算机总线供电集线器完整系统与网络ChongqingUniversityofPostsandTelecommunicationsChongqingUniversityofPostsandTelecommunications专利与标准提案•围绕无线传感器网络与ISA100.11a、WIA-PA等工业无线协议的开发，已授权或受理了多项相关专利，形成了专利保护群。•重邮是ISA100标准24家提案单位之一，拥有标准表决权，是WCI（ISA100测试委员会）成员单位，全程参与了ISA100.11a标准的起草、制定和测试工作。•目前正在参与ISA100.11a标准的2010年度修订工作。ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications示范应用•在重钢进行了现场部署与应用•与重庆伟岸公司联合开发无线仪表产品•美国WSD公司主动联系代理所开发的ISA100.11a协议栈软件，已签订代理意向书，WSD已提供协议栈给美国客户使用。ChongqingUniversityofPostsandTelecommunicationsWIA-PA协议•关键技术•协议栈及设备研发情况•标准参与情况与最新进展ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications关键技术（1）•技术指标工业无线技术体系，主要的技术指标包括：网络规模可达到1000点，数据传输的可靠性达到95％，网络节点由电池供电可工作3年，满足工业现场应用的需求。ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications关键技术（2）•抗干扰技术网络性能指标的在线获取技术自适应跳频技术跳频通信信道黑名单在线建立跳频序列自适应调整在线信道状态评估路由和网络拓扑IEEE802.15.416个可用信道Time2.483信道2.400Time2.483信道2.400通信性能信道、节点和跳频序列ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications关键技术（3）•实时通信技术基于TDMA的实时通信协议一系列通信资源调度算法•基于状态检测的自适应通信资源调度算法•功率、路由、通信资源联合调度算法CAPmaxCFPIntra-clusterInter-ClustersleepCAPminCFPIntra-clusterInter-ClusterInactiveActivesleepChongqingUniversityofPostsandTelecommunications关键技术（4）•节能技术休眠唤醒机制网络负载均衡的节能路由算法报文聚合技术•安全技术AB数据更新周期：1sUAO：a1,a2数据更新周期：4sUAO：b1,b2RUAPASLa1a2协议栈ASLPAGO协议栈ASLDataimages协议栈NMDGOHostcomputerNMAGW现场设备现场设备路由设备现场设备AUAPASLb1b2协议栈现场设备B路由设备R网关设备GWUAP网关设备A_vcr1A_vcr2PAG_vcrDAG_vcrDAGOChongqingUniversityofPostsandTelecommunications拓扑结构•WIA-PA采用星型和网状结合的两层网络拓扑结构。路由设备冗余路由设备现场设备网关设备冗余网关设备网状结构星型结构星型结构星型结构星型结构主控计算机手持设备Mesh网络连接星型网络连接其它网络ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications协议栈结构物理层数据链路层网络层会话层表示层应用层OSI协议栈传输层功能WIA-PA定义的协议层向用户提供具有网络功能的而应用完成应用层数据和下岑该协议数据格式的转换连接管理服务提供独立于网络层的传输机制解析网络地址、完成路由报文成帧、错误检测与总线仲裁机械/电气连接、传输原始比特流向用户提供具有网络功能的而应用或者NL(网状网络路由选择)DLSL(混合CSMA/TDMA,AFS,AFH,TH)PHY(基于IEEESTD802.15.4-2006)IEEESTD802.15.4-2006MAC层ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications协议栈软件•硬件平台：使用TI公司生产的CC2430芯片，符合IEEE802.15.4协议，工作在2.4GHz频段，具有芯片可编程闪存和8k的RAM及其它强大的支持特性。•开发的协议栈软件稳定可靠，协议实现齐全。已经攻克了关键技术问题ChongqingUniversityofPostsandTelecommunicationsWIA-PA网络应用设备无线阀门定位器无线压力变送器无线温度变送器伟岸无线压力变送器手操器ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications支持WIA-PA协议的无线传感器ChongqingUniversityofPostsandTelecommunicationsWIA-PA网络系统上位机监控界面WIA-PA展示系统ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications安全界面ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications标准参与情况•WIA-PA核心参与单位之一。•全面负责安全一章的撰写，参与其他章节的编写工作。•WIA-PA已提交到IEC，通过了PAS文件。ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications标准最新进展•WIA-PA国家标准：联调一致后进行标准修改，完成后将报批•WIA-PAIEC标准2010年3月23-25日，处理CD意见2010年4月，在北京进行了标准的修改2010年4月9日，提交IEC，进入CDV阶段2010年9月17日，CDV阶段结束ChongqingUniversityofPostsandTelecommunicationsThankyou!