无线HART网络管理器的研究与实现

工业无线网络技术是继现场总线之后，工业控制领域的又一个热点技术，是降低工业测控系统成本、提高工业测控系统应用范围的革命性技术。无线HART规范作为第一个开放的工业无线网络国际标准，在满足工业应用苛刻的可靠性、实时性和安全性等关键需求的同时，还提供良好的向后兼容性，具有广阔的应用前景。网络管理器是无线HART网络的核心设备，是无线HART规范研究与开发的重点和难点。 本文在对工业无线网络技术、无线HART协议及其关键技术、无线HART网络管理器进行详细总结的基础上，从核心算法、软件的设计与实现等方面对无线HART网络管理器进行了研究，取得以下成果： (1)提出了一种基于有向图的独立多路径路由算法。算法包括路由发现和路由计算两个过程。路由发现中提出了基于负载均衡和信号强度的邻居过滤，以及邻居冗余等机制，保证了网络可靠性，降低了算法开销。路由计算中提出了基于双向链路筛选的拓扑构建，基于改进Dijkstra算法的最短路径生成，以及基于启发式搜索的独立多路径筛选等机制，满足了工业应用可靠、实时、低开销和低能耗等性能要求。 (2)提出了基于均衡搜索的通信资源分配算法。采用动态的信道黑名单技术，提高了网络的可靠性；保证所分资源均匀分布在搜索空间中，提高了算法应对网络动态性的能力；与主通信资源反序的冗余通信资源搜索过程，使得不同节点的资源均衡，保证了通信资源分配的公平性。此外，该算法还具有轻型、实时等优点。 (3)设计和实现了无线HART网络管理器软件。针对网络管理器功能复杂，性能要求高等问题，本文采用模块化软件设计方法设计和实现了无线HART网络管理器软件，并将其应用于辽宁省一大型纸业有限公司75吨流化床温度与压力监测系统中。网络管理器长期稳定运行、性能良好的事实表明了设计与实现的合理性。