1.一种流量自适应的工业无线WIA-PA网络成簇方法,其特征在于:包括以下步骤:
101、待入网设备在网络发现阶段,扫描信道并捕获其通信范围内的在网簇首发出的信标帧,并将所述链路质量≥N1的信标帧对应的不同簇首的地址信息生成为簇首统计列表;
102、待入网设备在步骤101获得的簇首统计列表中随机选择一个簇首作为该设备入网阶段的代理簇首;
103、待入网设备向步骤102选择的代理簇首发送改进的连接请求命令,连接请求命令包括扫描获得的簇首统计信息;代理簇首收到连接请求命令后,代理簇首根据连接请求命令的信息构造改进的入网请求并发送给系统管理器;
104、系统管理器根据改进的入网请求中的簇首统计信息查找各个簇首的超帧调度信息,根据簇首已有的超帧调度信息,计算获得网内周期性数据流量最小的簇首节点;
105、系统管理器判断步骤104计算获得的最小的簇首是否是该入网设备的代理簇首,如果是,则系统管理器返回改进型加入响应给代理簇首,响应帧载荷的指定簇首短地址域为代理簇首短地址,跳至步骤106;否则,由系统管理器指定该计算获得的周期性数据流量最小的簇首作为入网设备的最终簇首,先将待入网设备的设备信息作为簇成员指定命令帧载荷的一部分发送给该指定簇首,指定簇首收到系统管理器发送的包含待入网设备的设备信息的簇成员指定命令后,则将载荷中的待入网设备的设备信息加入自己的簇成员列表中;再将指定簇首短地址作为改进型加入响应命令帧载荷的一部分,返回给代理簇首,代理簇首收到系统管理器发送的包含指定簇首短地址的改进型加入响应,则构造改进型连接响应发送给待入网设备,连接响应帧的载荷中包含指定簇首的地址信息,发送完成后即完成此次代理入网职能,并解除与待入网设备的代理关系,跳转至步骤107;
106、代理簇首收到改进型加入响应,且指定簇首为代理簇首,则该代理簇首成为入网设备的最终簇首,构造改进型连接响应按照WIA-PA标准规定的传输过程返回给待入网设备,待入网设备成为代理簇首的簇成员,完成入网过程;
107、待入网设备收到代理簇首的改进型连接响应,将指定簇首作为自己的最终簇首,成为该簇首的簇成员节点,完成该设备的入网过程。
2.根据权利要求1所述的流量自适应的工业无线WIA-PA网络成簇方法,其特征在于,步骤104中调度信息的簇首的周期性数据流量的具体表示如下:
201、将簇首周期性数据流量表示为单位时间内簇首节点在信标帧阶段、簇内通信阶段和簇间通信阶段发送和接收的数据量的总和:Q=Q信标+Q内+Q间 (1)
其中,Q表示簇首网内各阶段周期性数据流量的总和,单位为位/秒(bps);Q信标、Q内和Q间分别表示该簇首在网内信标阶段、簇内阶段和簇间阶段的周期性数据流量,单位为位/秒(bps);
202、该簇首在信标帧阶段数据流量:
其中,T信标表示信标帧的发送周期,单位秒(s),k信标表示周期时间T信标内簇首发送的信标帧所包含的数据量,单位为位(bit)。
203、簇内阶段周期性数据流量:
其中,T簇内表示簇内成员节点周期性数据帧的发送周期,单位秒(s),k簇内表示周期时间T簇内内所有簇成员节点发送的周期性数据所包含的数据量,单位为位(bit)。
在簇内通信阶段,簇内的所有簇成员节点会周期性地向簇首汇报采集到的工业现场数据,
204、簇间阶段周期性数据流量:
其中,T簇间表示与该被计算簇首通信的网内其他簇首周期性数据的发送周期,单位秒(s),k簇间表示T簇间时间内与被计算簇首通信的网内其他簇首周期性数据所包含的数据量,单位为位(bit)。
3.根据权利要求1所述的流量自适应的工业无线WIA-PA网络成簇方法,其特征在于,步骤103中改进的连接请求命令在IEEE802.15.4标准的基础上,对原MAC层连接请求进行改进,改进后的MAC层连接请求命令帧载荷中添加了有效簇首短地址集合域;步骤103中改进后的入网请求命令帧在WIA-PA标准的基础上进行改进,改进后的网络层加入请求命令帧载荷中添加有效簇首段地址集合域。
4.根据权利要求3所述的流量自适应的工业无线WIA-PA网络成簇方法,其特征在于,在WIA-PA标准的基础上,根据WIA-PA网络层命令帧通用格式创建簇成员指定命令,网络层命令包载荷包含指定簇首短地址,待加入设备的物理地址和短地址,待加入设备的设备信息。
5.根据权利要求1所述的流量自适应的工业无线WIA-PA网络成簇方法,其特征在于,步骤105中的改进后的网络层加入响应命令帧在WIA-PA标准的基础上,对系统管理器在网络层构造的加入响应进行改进,在网络层加入响应命令帧载荷中添加指定簇首短地址域,代理簇首在网络层解析加入响应时根据指定簇首是否是代理簇首以决定是否需要结束与待入网设备的代理关系;在IEEE802.15.4标准的基础上,对原MAC层连接响应进行改进,代理簇首收到系统管理器发来的网络层加入响应,需要在MAC层构造连接响应返回给待入网设备,如果收到网络层改进型加入响应则相应要在MAC层构造改进型MAC层连接响应,改进后的MAC层连接响应命令帧将网络管理器的指定簇首返回给待入网设备,待入网设备与代理簇首结束代理关系,成为指定簇首的簇成员,完成入网过程。