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第40卷第11期 2013年11月 计算机科学 Computer Sci ence V01．40 No．11 Nov 2013 面向WIA-PA网络的并行组网方法 肖金超1’ 2’ 3 曾鹏1’ 2张琼1于海斌1 ( 中国科学院沈阳自动化研究所 沈阳110016) 1( y-州中国科学院沈阳自动化研究所分所广州511458) 2 ( 中国科学院大学 北京100049) 3 摘要基于Tl 孙n技术的工业无线网络在工厂里的使用越来越广泛。在分析WIA-PA工业无线网络在组网过程 中出现漏斗效应而造成速度缓慢的问题后，提出了一种面向W沦PA工业无线网络的快速并行组网方法，它通过改 造网络的超帧结构，根据剩余能量、链路状况和启动时间选择加入时机，并改进了加入过程中的资源分配算法，实现了 路由设备的并行组网，降低了通信冲突，避免了资源冲突。实验结果袁明，该算法提高了组网过程的效率，缩短了组网 时闯。 关键词并行加入，网络组建，工业无线网络，狮A—PA网络 中图法分类号TP393 文献标识码A Paral l el Network Ini ti al i zati on Method for删o■ Network XI AOJ i n-cha01，2’ 3 ZENGPeg’ 2 ZHANGQi on91 YUHakbml ( ShenyangInsti tute of Automati on，Chi neseAcademy of Sci ences，Shenyang 110016，Chi na) 1 ( Shenyang Insti tuteof Automati on，Guangzhou，Chi nese Academy of Sci ences，Guartgzhou 511458，Chi na) 2 ( Uni versi ty of Chi nese Academy of Sci ences，Bei j i ng 100049，Chi na) 3 Abstract The i ndustri al wi rel ess network i swi del yuti l i zed i n factori es based on TDMA technol ogy．Thi s paper pro— posed a novel fast paral l el networki ngtoamel i orate the funnel effect whi ch ca／2 sl owdown the networkeffi ci ency duri ng the WIA—PA i ndustri al wi rel ess process．It can not onl y achi eve aparal l elnetwork of therouti ng devi ce．but al so reduce the communi cati on col l i si on to avoi d resource confl i ctsby transformi ng superframe structure，sel ecti ngthe i nl tMti me hased on the resi dual energy，l i nki ngstatus andstarti ngti me，as wel l as i mprovi ng the resource al l ocati on al gori thmi n thej oi nl ng process．The experi mental resul ts i l l ustrate that thi s al gori thmpl aysani mportant rol ei nenhanci ngthe net- WOrki ng effi ci ency greatl y，and shorteni ng thenetworki ng peri od si gni fi cantl y． Keywords Paral l el networki ng，Networki ni ti al i zati on，Industri al wi rel ess，Wp卜PA 1 引言 近些年来，无线技术在工业领域的使用越来越广。这种 情况下，以中国科学院沈阳自动化研究所牵头成立的中国工 业无线联盟，研发出了工业无线网络Wl A( Wi rel ess network for Industri alAutomati on)[1]技术，用来解决工厂中的高可靠 无线传输问题。该技术已经成为国际电工委员会( IEC) 的国 际标准，同时也是中华人民共和国国家标准。阱PA同 Wi rel essHartE21、ISAl 00[ 33作为工业无线领域的三大技术已 开始影响工业通信的发展方向。WIA技术面向工业过程自 动化( Process Automati on) 领域，提出了PA版本，以解决过 程参数和计量参数的低功耗、高可靠传输问题。WIA-PA技 术可以使过程仪表使用电池供电，彻底摆脱线缆，极大地降低 了布线成本和维护成本，也使得一些以前不能测量的位置，如 旋转设备，高温、高压、腐蚀性高位置，能够被有效地监测。 WIA-PA技术以时分多路访问(Tl龇～)技术为基。 用集中一分布式结合的管理方式，配合分层调度，实现了网络 的通信无冲突和可靠传输，是一类特殊的无线传感器网络[ 4] 。 WIA-PA使用了网状+星形的网络拓扑结构，上层由网关和 路由设备组成网状网络，提供高可靠的路由支持，下层路由和 现场设备形成了星形结构，提供灵活高效的设备接人。 目前，针对TDMA网络的研究较多，包含通信协议能效 分析嘲、任务调度[6]、路由算法及维护[7]、无线安全[81等热点。 而由于网络的复杂性，TDMA的实现难点在于组网[ 9’ 10|。组 网完成之前，调度机制尚未起作用，存在着通信冲突发生的可 能性。通信冲突会导致报文的重传次数变多，入网时间变长。 如果网络规模较大，甚至还会引发设备难以入网的问题。从 各方面研究看来，现有的入网方式一般都是串行方式，设备一 个一个入网，发生通信冲突时会采用指数随机退避的方法重 新选择时机进行通信。尽管如此，由于各设备在入网时采用 到稿日期：2013-01—15返修日期：2013-04—21 本文受国家自然科学基金( 61100159) ，国家科技重大专项基金资助项目( 2010ZX03006-005— 01，2011ZX03005-002) ，国家863计划( 2011AA040101，2011AA040103) ，中国科学院知识创新工程重要方向性项目( KGCX2一EW-104) ，中国科 学院战略性先导专项( XDA06020500) 资助。 肖金超( 1982--) ，男，博士生，主要研究方向为工业无线、无线传感器网络，E-mai l ：xi aoj i nchao@si a．crl ；曾鹛男，博士，研究员，博士生导师， 主要研究方向为工业无线、工业自动化；于海斌男，博士，研究员，博士生导师，主要研究方向为工业通信、分布式控制系统、传感器网络。 · 52· 万方数据