基于EPA Wireless的无线接入网关设计

摘要

近年来，使用方便、维护简单、灵活度高的无线技术越来越广泛地应用于工业控制领域。但无线通信只是有线通信的一种发展和重要补充，而不是替代，如何将无线网络接入到传统的有线解决方案中，如EPA标准，已经成为一个新的研究热点。无线网关在提高整个接入系统性能和效率方面，具有重要的作用。本文研究基于EPA Wireless的无线接入网关，主要工作和创新点如下。
　　 1．在网关的网络层和传输层之间增加桥接协议，实现EPA Wireless协议与有线协议的转换。桥接协议有两个作用：为EPA无线设备映射一个IP地址，并建立设备信息表；对EPA无线数据和EPA数据进行报文格式转换。
　　 2．提出一种基于TDMA的周期性调度算法(EPA无线调度算法)，并实现EPA无线网段和有线网段的并行调度。EPA无线调度算法根据实时性不同，将通信宏周期分为周期报文传输阶段和非周期报文传输阶段。在周期报文传输阶段，每个设备都被分配了时间片用于传输实时性要求比较高的数据；在非周期报文传输阶段，网关设备按照非周期报文的不同优先级为各设备分配时间片。
　　 3．提出了非周期时间片的分配方法和通信宏周期的确定方法。采用这两种方法，可以对EPA无线调度算法进行非周期时间片分配，并确定其宏周期。这两种方法与EPA无线调度算法结合，可以将设备丢包率降低到万分之一。
　　 4．实现对无线网段设备和有线网段设备的组态。网关采用两个IP地址，并相应的建立两个系统管理信息库，实现对无线网段设备和有线网段设备的组态。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1 绪论

1.1 课题背景和研究意义

1.2 各种无线接入技术

1.2.1 ISA100.11a无线接入技术

1.2.2无线HART无线接入技术

1.2.3工业无线网络WIA-PA规范无线接入技术

1.3 各种无线调度算法

1.3.1基于随机竞争的调度算法

1.3.2基于TDMA的调度算法

1.3.3基于随机竞争和TDMA相结合的调度算法

1.4 研究内容和论文安排

2 无线接入网关总体设计

2.1 EPA Wireless通信标准

2.1.1 EPA Wireless物理层

2.1.2 EPA Wireless MAC层

2.1.3 EPA Wireless网络层

2.1.4 EPA Wireless通信的特点

2.2 EPA Wireless接入系统结构

2.3 接入方案总体设计

2.3.1网关设计目标

2.3.2网关设计各模块

2.4 硬件设计

2.5 软件设计

2.6 本章小结

3 桥接协议设计

3.1 地址映射

3.2 报文格式转换

3.2.1 IP头转换

3.2.2 MAC头转换

3.3 报文转发流程

3.4 本章小结

4 接入网关并行调度的设计与实现

4.1 EPA有线调度算法

4.2 基于TDMA的EPA无线调度算法

4.2.1 EPA无线调度算法原理

4.2.2非周期时间片分配方法

4.2.3 通信宏周期确定算法

4.2.4 EPA无线调度算法的实现

4.3 无线调度和有线调度并行的实现

4.4 本章小结

5 无线网段和有线网段组态的设计与实现

5.1 组态软件功能介绍

5.2 双系统管理信息库结构

5.2.1无线系统管理信息库内容

5.2.2 EPA系统管理信息库的存储和访问

5.3 设备描述文件

5.3.1设备描述文件结构

5.3.2设备描述文件在组态软件中的应用

5.4 无线网段和有线组态实现

5.4.1无线网段组态实现

5.4.2有线网段组态实现

5.5 网关接入功能和性能测试

5.5.1接入功能测试

5.5.2接入性能测试

5.6本章小结

6 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

参考文献

作者简历及在学期间所取得的科研成果