無線HART數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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3．2 時(shí)間同步實(shí)現(xiàn)
整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘同步對(duì)于無線HART的TDMA通信是十分必要的，設(shè)備間的時(shí)鐘偏移是不可避免的，TDMA網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)完全同步并不現(xiàn)實(shí)，而且精確度越高能量消耗就越大，因此無線HART節(jié)點(diǎn)需要在精確度與能耗之間取得平衡，在滿足網(wǎng)絡(luò)TDMA時(shí)隙通信要求的基礎(chǔ)上盡可能的降低能耗。
無線HART為工業(yè)環(huán)境的無線通信協(xié)議，其對(duì)穩(wěn)定性、可靠性有著比一般通信網(wǎng)絡(luò)更高的要求；而無線HART作為一個(gè)mesh的無線通信網(wǎng)需要實(shí)現(xiàn)全局的時(shí)間同步，但是由于硬件設(shè)備以及能量等問題，使得傳統(tǒng)的有線時(shí)間同步的算法以及常規(guī)的WSN時(shí)間同步算法無法在無線HART中實(shí)現(xiàn)。為此以最小能耗為設(shè)計(jì)目標(biāo)，設(shè)計(jì)一個(gè)多層次、全局、不問斷的同步策略應(yīng)用簡(jiǎn)易但有效的同步算法實(shí)現(xiàn)無線HART-TDMA時(shí)間同步。圖1為相鄰節(jié)點(diǎn)通信。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/157160.htm
圖1中描述了無線HART節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)B間的一次通信，節(jié)點(diǎn)A在T1時(shí)刻發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包給節(jié)點(diǎn)B，節(jié)點(diǎn)B在T2時(shí)刻接收到A所發(fā)送的數(shù)據(jù)包，節(jié)點(diǎn)B在T3數(shù)據(jù)包發(fā)送一個(gè)應(yīng)答數(shù)據(jù)包，節(jié)點(diǎn)A在T4時(shí)刻接收到B所發(fā)送的應(yīng)答數(shù)據(jù)包。T1、T2、T3，T4為節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘，四者存在以下關(guān)系：
式中，
表示A到B的時(shí)間延遲，
表示B到A的時(shí)間延遲。在整個(gè)通信過程中，延遲主要發(fā)送在層與層間數(shù)據(jù)傳送以及點(diǎn)與點(diǎn)之間數(shù)據(jù)傳輸過程中。式(1)中
以及式(2)中
分別表示T1時(shí)刻節(jié)點(diǎn)A對(duì)節(jié)點(diǎn)B的時(shí)鐘漂移和T4時(shí)刻節(jié)點(diǎn)A對(duì)節(jié)點(diǎn)B的時(shí)鐘漂移，盡管由于環(huán)境因數(shù)(如溫度、壓力等)的影響，時(shí)鐘漂移每一個(gè)時(shí)刻都在發(fā)生，二者并不完全相等，但一般情況二者一次通信進(jìn)行的時(shí)間間隔較短，可以認(rèn)為二者幾乎相等。同樣假定和相等。
通過式(1)和式(2)可得出延遲時(shí)間以及漂移時(shí)間：
節(jié)點(diǎn)將根據(jù)式(3)和式(4)所求出的延遲時(shí)間以及漂移時(shí)間進(jìn)行時(shí)鐘的主動(dòng)同步與被動(dòng)同步。
時(shí)鐘同步由兩步驟完成，首先選取時(shí)鐘源，網(wǎng)絡(luò)管理節(jié)點(diǎn)作為時(shí)鐘服務(wù)器，并選取若干節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘源：然后在同步過程，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)通過與時(shí)鐘源進(jìn)行被動(dòng)或主動(dòng)的時(shí)鐘同步。其中，主動(dòng)同步為當(dāng)高層節(jié)點(diǎn)向低層節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，低層節(jié)點(diǎn)記錄數(shù)據(jù)包實(shí)際到達(dá)時(shí)間與計(jì)算達(dá)到時(shí)間的偏移調(diào)整本地時(shí)鐘；被動(dòng)同步為當(dāng)?shù)蛯庸?jié)點(diǎn)向高層節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，底層節(jié)點(diǎn)等待并接收高層節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答數(shù)據(jù)包，并利用應(yīng)答數(shù)據(jù)包中所包含的時(shí)鐘偏移信息進(jìn)行時(shí)鐘調(diào)整。
高層節(jié)點(diǎn)發(fā)送邀請(qǐng)數(shù)據(jù)包，待加入節(jié)點(diǎn)接收邀請(qǐng)數(shù)據(jù)包并完成一次被動(dòng)同步過程；高層節(jié)點(diǎn)發(fā)送偵聽數(shù)據(jù)包，判斷臨近節(jié)點(diǎn)是否處于網(wǎng)絡(luò)并完成一次被動(dòng)同步過程；低層節(jié)點(diǎn)通過接收一次數(shù)據(jù)包完成一次被動(dòng)同步過程；底層節(jié)點(diǎn)通過接收高層節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答數(shù)據(jù)包完成一次主動(dòng)同步過程。整個(gè)同步網(wǎng)絡(luò)低層同步高層，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘以根時(shí)鐘源為基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘同步。根時(shí)鐘源可根據(jù)實(shí)際情況采用可行方
法(如GPRS等)與理想時(shí)鐘同步。
3．3 數(shù)據(jù)鏈路調(diào)度實(shí)現(xiàn)
3．3．1 調(diào)度
數(shù)據(jù)鏈路層在實(shí)現(xiàn)無線HART網(wǎng)絡(luò)全網(wǎng)時(shí)鐘同步的基礎(chǔ)上，主要負(fù)責(zé)鏈路的調(diào)度，控制著數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，從而保證網(wǎng)絡(luò)的正常通信。鏈路調(diào)度通過查詢活動(dòng)超幀表、鏈接表、數(shù)據(jù)等表從而決定下一個(gè)將要通信的時(shí)隙。所有的接收鏈接將會(huì)被允許通信。網(wǎng)絡(luò)層發(fā)出發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，若待定表中已無空余空間，調(diào)用失敗，否則數(shù)據(jù)包進(jìn)入待定表中的同時(shí)查詢等待表是否存在相同目的地址的高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)包，若不存在，數(shù)據(jù)包進(jìn)入等待表中等待發(fā)送，否則保存在待定表中，待發(fā)送表根據(jù)目的地址的類型進(jìn)行查詢，鄰居地址查詢鄰居表、圖地址查詢圖表的基礎(chǔ)上再查詢鄰居表，最終鄰居地址、圖地址、廣播地址、代理地址的4種都將查詢鏈路表獲得相應(yīng)鏈路并設(shè)置為發(fā)送類型(TX=1)，之后進(jìn)入等待狀態(tài)。
當(dāng)ASN到達(dá)相應(yīng)時(shí)隙，數(shù)據(jù)包根據(jù)TX＼RX的值進(jìn)入發(fā)送、接收、休眠狀態(tài)。如圖2所示。
評(píng)論