CN104507175A - 一种wia-pa网络手持设备随机接入网络的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种WIA-PA网络手持设备随机接入网络的方法，属于工业无线通信技术领域。本方法包括以下步骤：待入网的手持设备监听在网路由设备或网关设备发出的信标帧；选择簇首，完成时间同步；待入网的手持设备选择随机接入前导，通过MAC触发随机接入过程，该随机接入前导由随机接入前导生成模块生成；簇首收到随机接入前导后，判断其合法性，转发合法的随机接入前导给网络管理者和安全管理者；网络管理者和安全管理者接收到随机接入前导，进行安全验证后给出随机接入响应；簇首收到随机接入响应后，向待入网的手持设备转发该响应；最后待入网的手持设备通过接入响应，判断是否成功接入网络。本方法能有效提高WIA-PA手持设备的入网效率和网络资源的利用率。
Description
技术领域
本发明属于工业无线通信技术领域，涉及一种WIA-PA网络手持设备随机接入网络的方法。
背景技术
随着信息技术的快速发展，工业无线网络技术成为继现场总线之后自动化领域新的研究热点。工业无线网络技术以其灵活性强、扩展性强、成本低、能耗低、且能够适用于恶劣的工业现场环境等特点，能有效降低工业测控***的投资成本和使用成本，大大扩展了工业测控***的应用范围。
2011年10月，由我国自主研发的WIA-PA标准成为国际工业无线技术领域中的重要标准规范之一，主要用于工业过程测量、监视与控制，具有很强的抗干扰能力、超低能耗和实时通信等技术特征。WIA-PA网络主要由主控计算机、网关设备、路由设备、现场设备和手持设备5类物理设备构成。目前，国内许多研究者对WIA-PA网络中除手持设备以外的各种设备进行的大量的研究，并获得了***的研究成果，但对于手持设备的研究者较少，尤其是对手持设备接入WIA-PA网络的方法更是缺少深入研究。然而，在WIA-PA网络中，手持设备可用于监视设备状态、配置设备参数和固件更新，其担任簇成员的角色，可随机加入网络与其他设备进行通信，使得对网络的监控和管理更为便捷和完善。
现有WIA-PA标准定义手持设备的入网过程和现场设备的入网过程相同，这使得手持设备的入网过程耗时比较长。而且，现有技术在簇首收到手持设备的入网请求后，直接转发入网请求，未考虑到该入网请求的合法性，存在非法的入网请求在网络中不断传输的可能性，造成了网络资源的浪费。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种WIA-PA网络手持设备随机接入网络的方法，用于提高WIA-PA手持设备的入网效率和网络资源的利用率。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种WIA-PA网络手持设备随机接入网络的方法，包括以下步骤：
步骤一：待入网的手持设备持续监听WIA-PA网络内的可用信道，获取在网路由设备或网关设备发出的信标帧；
步骤二：待入网的手持设备选择发出信标帧的某个路由设备或网关设备作为簇首，完成时间同步；
步骤三：待入网的手持设备通过媒体访问控制MAC触发随机接入过程，首先，选择随机接入前导，再在信道空闲的时候向簇首发送该随机接入前导；
步骤四：簇首检测到随机接入前导后，解析随机接入前导，判定该随机接入前导的合法性，如果合法则向网络管理者和安全管理者转发该入网请求；反之，则丢弃该随机接入前导；
步骤五：网络管理者和安全管理者接收由簇首转发的随机接入前导，通过解析随机接入前导，进行安全验证，给出随机接入响应；
步骤六：待入网的手持设备发送随机接入前导后，检测随机接入响应，收到随机接入响应后，根据随机接入响应中相关参数判断是否接入成功；或者，在规定时间内，没有收到随机接入响应，则将该次随机接入判断为接入失败，重新发起随机接入，直至接入成功或者重发次数等于最大重试次数。
进一步，在步骤五中，具体包括：若所发随机接入前导的手持设备是合法设备，则通过安全管理者的安全验证，网络管理者给出随机接入响应，并通过WIA-PA网络向所述设备发送随机接入响应；反之，丢弃该随机接入前导。
进一步，随机接入前导中包含的参数包括：所述手持设备的全球唯一的64长地址、随机接入过程的重发次数和该随机接入前导的生存时间。
进一步，簇首包括合法性判断模块，用于判定随机接入前导的合法性。
进一步，所述手持设备包括随机接入前导生成模块，该模块存在于WIA-PA协议栈高层，由其生成随机接入前导，该前导具有高自相关特性、低互相关特性、恒定幅值和低峰均比特征，以增加簇首的检测概率，并降低簇首的误解概率；所述的随机接入前导生成模块可以采用恒包络零自相关(Constant Amplitude Zero Auto Correlation,CAZAC)序列实现，例如可在Zadoff-Chu序列、Frank序列、Golomb序列和Chirp序列中任选一种序列来生成所述的随机接入前导。
进一步，所述手持设备包括定时模块，用于从待入网的手持设备触发随机接入过程时开始计时。
进一步，所述手持设备包含判断模块，用于判断手持设备是否在设定的预设时间内收到随机接入响应，若否，则将此次随机接入过程判断为接入失败；反之，进行后续处理步骤。
进一步，所述的判断模块，还用于判断手持设备接收到的随机接入响应能否让手持设备成功接入网络，若否，则将此次随机接入过程判断为接入失败；反之，接入成功。
进一步，所述的判断模块，还用于判断接入失败次数是否等于设定的最大允许失败次数，若否，则在信道空闲时，重新发起接入过程；反之，则向上层报告，由上层处理。
本发明的有益效果在于：本发明所述的WIA-PA网络手持设备随机接入网络的方法，能够显著提高WIA-PA手持设备的入网效率和网络资源的利用率。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为实施例中WIA-PA网络手持设备随机接入网关设备的过程图；
图2为实施例中WIA-PA网络手持设备随机接入路由设备的过程图；
图3为实施例中WIA-PA网络手持设备随机接入网络方法的流程示意图；
图4为实施例中手持设备的结构示意图；
图5为实施例中簇首的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
在WIA-PA网络中，待入网的手持设备可通过网关设备和路由设备加入WIA-PA网络，其过程如图1和图2所示。
图1为本实施例提供的WIA-PA网络手持设备随机接入网关设备的过程，包括：
步骤101：待入网的手持设备持续监听WIA-PA网络内的可用信道，获取在网路由或网关设备发出的信标帧；
步骤102：待入网的手持设备选择发出信标帧的网关设备作为簇首，完成时间同步；
步骤103：待入网的手持设备通过媒体访问控制MAC触发随机接入过程，选择随机接入前导，并在信道空闲的时候向网关设备发送该随机接入前导；
步骤104：网关设备检测到随机接入前导后，解析随机接入前导的合法性，如果合法则向网络管理者转发该随机接入前导；反之，则丢弃该随机接入前导；
步骤105：安全管理者接收到的随机接入前导后，通过解析随机接入前导，进行安全验证。具体包括，所发随机接入前导的设备是合法设备，则安全验证成功；反之，安全验证失败，丢弃该接入请求。其中，安全管理者接收到的随机接入前导由网络管理者转发而来，且安全管理者和网络管理者之间的通信方式不做规定；
步骤106：安全验证成功后，由网络管理者发出随机接入响应；
步骤107：网关设备接收到随机接入响应后，向待入网的手持设备转发随机接入响应；
步骤108：待入网的手持设备检测到随机接入响应，根据随机接入响应中相关参数判断是否接入成功；或者，在规定时间内，没有收到随机接入响应，则将该次随机接入判断为接入失败，重新发起随机接入，直至接入成功或者重发次数等于最大重试次数。
图2为本实施例提供的WIA-PA网络手持设备随机接入路由设备的过程，包括：
步骤201：待入网的手持设备持续监听WIA-PA网络内的可用信道，获取在网路由或网关设备发出的信标帧；
步骤202：待入网的手持设备选择发出信标帧的在网路由设备作为簇首，完成时间同步；
步骤203：待入网的手持设备通过媒体访问控制MAC触发随机接入过程，选择随机接入前导，并在信道空闲的时候向在网路由设备发送该随机接入前导；
步骤204：在网路由设备检测到随机接入前导后，解析随机接入前导的合法性，如果合法则向网状网络转发该随机接入前导；反之，则丢弃该随机接入前导；
步骤205：网状网络向网络管理者转发该随机接入前导；
步骤206：安全管理者接收到的随机接入前导后，通过解析随机接入前导，进行安全验证。具体包括，所发随机接入前导的设备是合法设备，则安全验证成功；反之，安全验证失败，丢弃该接入请求。其中，安全管理者接收到的随机接入前导由网络管理者转发而来，且安全管理者和网络管理者之间的通信方式不做规定；
步骤207：安全验证成功后，由网络管理者发出随机接入响应，并向网状网络发送该随机接入响应；
步骤208：网状网络向在网路由设备转发该随机接入响应；
步骤209：在网路由设备接收到随机接入响应后，向待入网的手持设备转发随机接入响应；
步骤2010：待入网的手持设备检测到随机接入响应，根据随机接入响应中相关参数判断是否接入成功；或者，在规定时间内，没有收到随机接入响应，则将该次随机接入判断为接入失败，重新发起随机接入，直至接入成功或者重发次数等于最大重试次数。
其中，步骤103和步骤203中所提及的随机接入前导，由手持设备的随机接入前导生成模块生成，该模块存在于WIA-PA协议栈高层，由其生成随机接入前导，该前导应具有高自相关特性、低互相关特性、恒定幅值和低峰均比特征，以增加簇首的检测概率，并降低簇首的误解概率。所述的随机接入前导生成模块可以采用恒包络零自相关(Constant AmplitudeZero Auto Correlation,CAZAC)序列实现，例如可在Zadoff-Chu序列、Frank序列、Golomb序列和Chirp序列中任选一种序列来生成所述的随机接入前导。而且该随机接入前导中应该包含的以下参数：所述手持设备的全球唯一的64长地址、随机接入过程的重发次数和该随机接入前导的生存时间。此外，手持设备还应包含定时模块，用于从待入网的手持设备触发随机接入过程时开始计时。
其中，在步骤104和步骤204中，分别由网关设备和在网路由设备担任簇首，簇首检测到随机接入前导后，通过合法性判断模块解析随机接入前导的合法性。
此外，在步骤108和步骤2010中，待入网的手持设备需要判断随机接入是否成功，则待入网的手持设备需包含判断模块，该模块有以下三种作用：
1)用于判断手持设备是否在设定的预设时间内收到随机接入响应，若否，则将此次随机接入过程判断为接入失败；反之，进行后续处理步骤。
2)用于判断手持设备接收到的随机接入响应能否让手持设备成功接入网络，若否，则将此次随机接入过程判断为接入失败；反之，接入成功。
3)用于判断接入失败次数是否等于设定的最大允许失败次数，若否，则在信道空闲时，重新发起接入过程；反之，则向上层报告，由上层处理。
图3为本实施例提供的WIA-PA网络手持设备随机接入网络方法的简易处理过程，包括：
步骤301：待入网的手持设备持续监听WIA-PA网络内的可用信道，获取在网路由设备或网关设备发出的信标；
步骤302：待入网的手持设备选择发出信标的某个在网路由或网关设备作为簇首，完成时间同步；
步骤303：该步骤分为以下几个子步骤：
步骤3031：通过判断模块判断接入失败次数是否小于设定的最大允许失败次数，若判断结果为小于，则待入网的手持设备通过媒体访问控制MAC触发随机接入过程；反之，向上层报告，由上层处理；
步骤3032：定时模块也开始工作；
步骤3033：判断模块还用于判断手持设备是否在设定的预设时间内收到随机接入响应，若否，则将此次随机接入过程判断为接入失败；反之，进入下一步；
步骤3034：使用判断模块判断手持设备接收到的随机接入响应能否让手持设备成功接入网络，若否，则将此次随机接入过程判断为接入失败；反之，接入成功。
步骤304：簇首转发合法的随机接入前导，簇首由网关或在网路由设备担任；
步骤305：通过WIA-PA网络其他设备转发合法的随机接入前导。该步骤由于担任簇首的设备有所不同，有一点区别，具体如下：
1)簇首为网关设备，则网关设备直接向网络管理者转发合法的随机接入前导；
2)簇首为在网路由设备，则在网路由设备需要通过网状网络向网络管理者转发该随机接入前导。
步骤306：安全管理者解析随机接入前导，进行安全认证，安全验证成功，则由网络管理者给出随机接入响应；
步骤307：通过WIA-PA网络其他设备转发随机接入响应。该步骤由于担任簇首的设备有所不同，有一点区别，具体如下：
1)簇首为网关设备，则网络管理者直接向网关设备转发合法的接入响应；
2)簇首为在网路由设备，则网络管理者需要通过网状网络向在网路由设备转发该接入响应。
步骤308：待入网的手持设备检测到随机接入响应，根据随机接入响应中相关参数判断是否接入成功；或者，在规定时间内，没有收到随机接入响应，则将该次随机接入判断为接入失败，重新发起随机接入，直至接入成功或者重发次数等于最大重试次数。
图4为本发明实施例提供的手持设备的结构示意图，如图4所示，为使WIA-PA手持设备支持本发明提出的手持设备随机接入WIA-PA网络的方法，WIA-PA手持设备需要包括以下模块：随机接入前导生成模块401、定时模块402、判断模块403和无线收发模块404。其中，随机接入前导生成模块401存在于WIA-PA协议栈高层，由该模块生成随机接入前导；定时模块，用于从待入网的手持设备触发随机接入过程时开始计时；判断模块403，用于判断手持设备是否在设定的预设时间内收到随机接入响应，也用于判断手持设备接收到的随机接入响应能否让手持设备成功接入网络，还用于判断接入失败次数是否等于设定的最大允许失败次数；无线收发模块404用于发送随机接入前导和接收接入响应。
图5为本发明实施例提供的簇首的结构示意图，如图5所示，为使簇首支持本发明提出的手持设备随机接入WIA-PA网络的方法，WIA-PA网络中簇首需要包括以下模块：合法性判断模块501和无线收发模块502，如图5所示。其中，合法性判断模块用于判定随机接入前导的合法性；无线收发模块502用于接收和转发随机接入前导，以及接收和转发接入响应。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (9)
1.一种WIA-PA网络手持设备随机接入网络的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：待入网的手持设备持续监听WIA-PA网络内的可用信道，获取在网路由设备或网关设备发出的信标帧；
步骤二：待入网的手持设备选择发出信标帧的某个路由设备或网关设备作为簇首，完成时间同步；
步骤三：待入网的手持设备通过媒体访问控制MAC触发随机接入过程，首先，选择随机接入前导，再在信道空闲的时候向簇首发送该随机接入前导；
步骤四：簇首检测到随机接入前导后，解析随机接入前导，判定该随机接入前导的合法性，如果合法则向网络管理者和安全管理者转发该入网请求；反之，则丢弃该随机接入前导；
步骤五：网络管理者和安全管理者接收由簇首转发的随机接入前导，通过解析随机接入前导，进行安全验证，给出随机接入响应；
步骤六：待入网的手持设备发送随机接入前导后，检测随机接入响应，收到随机接入响应后，根据随机接入响应中相关参数判断是否接入成功；或者，在规定时间内，没有收到随机接入响应，则将该次随机接入判断为接入失败，重新发起随机接入，直至接入成功或者重发次数等于最大重试次数。
2.根据权利要求1所述的一种WIA-PA网络手持设备随机接入网络的方法，其特征在于：在步骤五中，具体包括：若所发随机接入前导的手持设备是合法设备，则通过安全管理者的安全验证，网络管理者给出随机接入响应，并通过WIA-PA网络向所述设备发送随机接入响应；反之，丢弃该随机接入前导。
3.根据权利要求1所述的一种WIA-PA网络手持设备随机接入网络的方法，其特征在于：随机接入前导中包含的参数包括：所述手持设备的全球唯一的64长地址、随机接入过程的重发次数和该随机接入前导的生存时间。
4.根据权利要求1所述的一种WIA-PA网络手持设备随机接入网络的方法，其特征在于：簇首包括合法性判断模块，用于判定随机接入前导的合法性。
5.根据权利要求1所述的一种WIA-PA网络手持设备随机接入网络的方法，其特征在于：所述手持设备包括随机接入前导生成模块，该模块存在于WIA-PA协议栈高层，由其生成随机接入前导，该前导具有高自相关特性、低互相关特性、恒定幅值和低峰均比特征，以增加簇首的检测概率，并降低簇首的误解概率。
6.根据权利要求1所述的一种WIA-PA网络手持设备随机接入网络的方法，其特征在于：所述手持设备包括定时模块，用于从待入网的手持设备触发随机接入过程时开始计时。
7.根据权利要求1所述的一种WIA-PA网络手持设备随机接入网络的方法，其特征在于：所述手持设备包含判断模块，用于判断手持设备是否在设定的预设时间内收到随机接入响应，若否，则将此次随机接入过程判断为接入失败；反之，进行后续处理步骤。
8.根据权利要求7所述的一种WIA-PA网络手持设备随机接入网络的方法，其特征在于：所述的判断模块，还用于判断手持设备接收到的随机接入响应能否让手持设备成功接入网络，若否，则将此次随机接入过程判断为接入失败；反之，接入成功。
9.根据权利要求7所述的一种WIA-PA网络手持设备随机接入网络的方法，其特征在于：所述的判断模块，还用于判断接入失败次数是否等于设定的最大允许失败次数，若否，则在信道空闲时，重新发起接入过程；反之，则向上层报告，由上层处理。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |