專利名稱：一種用于水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)的雙級無線網(wǎng)絡的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線通信領域，尤其涉及一種用于水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)的雙級無線網(wǎng)絡。
背景技術：
目前，污水處理廠控制系統(tǒng)的信號傳輸普遍采用總線方式，需要對現(xiàn)場布線進行施工，安裝不便，而且由于化學腐蝕、線路老化易造成總線短路或斷路，系統(tǒng)可靠性差，檢修不便，增加了系統(tǒng)的維護成本；并且某些極端惡劣的工作環(huán)境難以布線，則無法實施監(jiān)控。此外，水處理系統(tǒng)空間跨度大，地形復雜，節(jié)點數(shù)量多，通信數(shù)據(jù)源分布不均衡。直接使用民用的IEEE802.11星狀無線網(wǎng)，會由于通信節(jié)點數(shù)量龐大導致信道擁塞、電磁污染大等缺點而無法用于水處理工控環(huán)境；而完全使用基于Zigbee的小功率無線傳感網(wǎng)絡只適用于小范圍內(nèi)密集分布的節(jié)點間通信，對于水處理廠中距離較遠的多個工藝處理環(huán)節(jié)間的通信則無法滿足通信距離和帶寬的需求。因此，針對水處理廠應用的特殊需求，需要一種能夠兼顧遠距離傳輸、大節(jié)點數(shù)量覆蓋的、高可靠性工業(yè)無線網(wǎng)絡系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明公開了一種用于水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)的雙級無線網(wǎng)絡，水處理自動控制系統(tǒng)各監(jiān)測子站之間采用無線的方式進行通信，通信節(jié)點按照水處理工藝數(shù)據(jù)采集和控制要求呈簇狀分布，將無線傳輸組織成兩級的、層次化的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用如下技術:一種用于水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)的雙級無線網(wǎng)絡，包括IEEE802.11無線網(wǎng)絡作為一級通信域和多個Zigbee網(wǎng)絡構(gòu)成二級網(wǎng)絡通信子域，一級通信域的節(jié)點為二級通信子域的網(wǎng)關，一級通信域的節(jié)點拓撲結(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀網(wǎng)MESH，按照數(shù)據(jù)多跳、多路徑和自組織通信；所述的一級通信域的節(jié)點無線信號發(fā)射功率在200mW-500mW ；二級通信子域包括多個呈簇狀分布的水處理工藝環(huán)節(jié)中的數(shù)據(jù)采集/控制的無線傳感器節(jié)點，每個簇內(nèi)的無線傳感器節(jié)點間通過zigbee通信，具有自組織、自適應的通信路由機制；二級通信子域的傳感節(jié)點將數(shù)據(jù)匯聚到子域網(wǎng)關處，由一級通信域進行傳送；二級通信子域節(jié)點使用發(fā)射功率10mW-50mW，通信速率100kbps-250kbps。本發(fā)明還具有如下特征:1、如上所述的無線傳感器節(jié)點按照水處理工藝數(shù)據(jù)采集和控制需求呈簇狀分布，每個水處理工藝環(huán)節(jié)相關的數(shù)據(jù)采集和控制的無線傳感器節(jié)點構(gòu)成一個二級通信域，二級通信域用于在水處理工藝中覆蓋水廠的每個工藝處理廠房或每個工藝處理環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集或控制節(jié)點間通信。2、如上所述的一級通信域用于實現(xiàn)水處理工藝中跨廠房、遠距離分布的多個水處理工藝環(huán)節(jié)之間的通信。本發(fā)明實現(xiàn)的水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)通信方案能夠省去傳統(tǒng)有線互聯(lián)布線的成本和工作量，無需考慮線路腐蝕老化問題，可以獲得比有線方式更高的可靠性和穩(wěn)定性，而且降低了整體的建設和維護成本，并具有極強的適應性和可擴展性。兩級分層的無線通信架構(gòu)合理地分配了節(jié)點的發(fā)射功率、通信范圍，避免了龐大數(shù)量節(jié)點間信道爭搶、相互干擾導致的通信帶寬降低和可靠性問題，同時也降低了整體系統(tǒng)成本。水處理應用中通信節(jié)點分布具有明顯的特點，雖然整體跨度大、距離遠，但通信節(jié)點通常按照工藝流程按簇狀分布，一個工藝環(huán)節(jié)處集中多個節(jié)點，本發(fā)明的二級通信域的Zigbee系統(tǒng)能以較低的成本和發(fā)射功率保證局部節(jié)點的可靠通信。針對水處理應用中通信范圍大、分布位置不規(guī)則、地形復雜的特點，一級通信域的主干網(wǎng)絡采用基于MESH結(jié)構(gòu)的802.11無線通信，能夠以多路徑自組織路由適應各種復雜地形和電磁屏蔽障礙的情況，并且可以用較強的發(fā)射功率保證通信距離。


圖1為本發(fā)明雙級無線通信網(wǎng)絡體系示意圖； 圖2為雙極無線網(wǎng)絡網(wǎng)關不意圖。
具體實施例方式本發(fā)明公開了一種用于水處理廠的兩級分層的無線通信網(wǎng)絡，將水處理自動控制系統(tǒng)各監(jiān)測子站之間采用無線通信的方式進行連接。本發(fā)明根據(jù)水處理各工藝環(huán)節(jié)的空間分布、邏輯關系特點和數(shù)據(jù)通信帶寬要求，將無線通信節(jié)點按簇狀分布，并將通信傳輸組織成兩級的、層次化的結(jié)構(gòu)。無線傳感器節(jié)點構(gòu)成的二級通信子域，用于覆蓋水廠的每個工藝處理廠房，節(jié)點間通過ZigBee通信，具有自組織、自適應的通信路由機制；網(wǎng)關間通信構(gòu)成了系統(tǒng)的一級通信域，節(jié)點間通信帶寬高，距離較遠，采用基于802.11的MESH網(wǎng)絡通信。這樣無線通信架構(gòu)充分利用了水處理工藝的控制特點，不僅解決了布線的可靠性、建設和維護成本問題，還具有很好的系統(tǒng)靈活性和可擴展性等優(yōu)點。實施例1:一種用于水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)的雙級無線網(wǎng)絡，包括IEEE802.11無線網(wǎng)絡作為一級通信域和多個Zigbee網(wǎng)絡構(gòu)成二級網(wǎng)絡通信子域，一級通信域的節(jié)點為二級通信子域的網(wǎng)關，一級通信域的節(jié)點拓撲結(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀網(wǎng)MESH，按照數(shù)據(jù)多跳、多路徑和自組織通信；所述的一級通信域的節(jié)點無線信號發(fā)射功率在200mW-500mW ;二級通信子域包括多個呈簇狀分布的水處理工藝環(huán)節(jié)中的數(shù)據(jù)采集/控制的無線傳感器節(jié)點，每個簇內(nèi)的無線傳感器節(jié)點間通過zigbee通信，具有自組織、自適應的通信路由機制；二級通信子域的傳感節(jié)點將數(shù)據(jù)匯聚到子域網(wǎng)關處，由一級通信域進行傳送；二級通信子域節(jié)點使用發(fā)射功率10mW-50mW，通信速率100kbps-250kbps。所述的無線傳感器節(jié)點按照水處理工藝數(shù)據(jù)采集和控制需求呈簇狀分布，每個水處理工藝環(huán)節(jié)相關的數(shù)據(jù)采集和控制的無線傳感器節(jié)點構(gòu)成一個二級通信域，二級通信域用于在水處理工藝中覆蓋水廠的每個工藝處理廠房或每個工藝處理環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集或控制節(jié)點間通信。所述的一級通信域用于實現(xiàn)水處理工藝中跨廠房、遠距離分布的多個水處理工藝環(huán)節(jié)之間的通信。實施例2:如圖1所示，為本發(fā)明水處理的兩級分層的無線通信網(wǎng)絡，所述網(wǎng)絡包括:一級通信節(jié)點101和一級通信連接102。一級通信節(jié)點101又稱為網(wǎng)關節(jié)點，網(wǎng)關節(jié)點間通信構(gòu)成了系統(tǒng)的一級通信域。一級通信為基于IEEE802.11的MESH網(wǎng)絡。一級通信帶寬要求約為數(shù)十MB/s，每個節(jié)點的發(fā)射功率在200mW-500mW量級，節(jié)點間距離較遠，約在數(shù)百米-數(shù)千米。根據(jù)污水處理監(jiān)控系統(tǒng)的需求特點，一級通信節(jié)點用于實現(xiàn)跨車間甚至跨廠區(qū)的遠距離、大數(shù)據(jù)量網(wǎng)絡通信。二級通信節(jié)點103和Zigbee通信鏈路構(gòu)成二級通信連接104。二級節(jié)點為無線傳感器節(jié)點，二級節(jié)點間構(gòu)成了二級通信域。傳感節(jié)點間通信帶寬要求約為數(shù)十Kbps/s，各控制設備間的距離通常較近，約在數(shù)米-數(shù)十米左右，用于覆蓋水處理工藝的一個廠房或一個工藝處理環(huán)節(jié)。從圖中可以看到二級通信子域的傳感節(jié)點將數(shù)據(jù)匯聚到子域網(wǎng)關處，由一級通信進行傳送。因此網(wǎng)關節(jié)點是一級通信域與二級通信域間承上啟下的關聯(lián)，既屬于一級通信與又屬于二級通信域。其中網(wǎng)關節(jié)點是一級通信域與二級通信域之間通信承上啟下的樞紐。因此網(wǎng)關節(jié)點如圖2所示，從硬件上說即包含IEEE802.11通信模塊，又包含Zigbee通信模塊；從軟件上說，網(wǎng)關節(jié)點既包含IEEE802.1lMESH軟件協(xié)議棧，又包含Zigbee協(xié)議棧，二者由中繼軟件實現(xiàn)兩個通信域數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。
權利要求
1.一種用于水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)的雙級無線網(wǎng)絡，包括IEEE802.11無線網(wǎng)絡作為一級通信域和多個Zigbee網(wǎng)絡構(gòu)成二級網(wǎng)絡通信子域，其特征在于:一級通信域的節(jié)點為二級通信子域的網(wǎng)關，一級通信域的節(jié)點拓撲結(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀網(wǎng)MESH，按照數(shù)據(jù)多跳、多路徑和自組織通信；所述的一級通信域的節(jié)點無線信號發(fā)射功率在200mW-500mW ;二級通信子域包括多個呈簇狀分布的水處理工藝環(huán)節(jié)中的數(shù)據(jù)采集/控制的無線傳感器節(jié)點，每個簇內(nèi)的無線傳感器節(jié)點間通過zigbee通信，具有自組織、自適應的通信路由機制；二級通信子域的傳感節(jié)點將數(shù)據(jù)匯聚到子域網(wǎng)關處，由一級通信域進行傳送；二級通信子域節(jié)點使用發(fā)射功率 10mW-50mW，通信速率 IOOkbps — 250kbps。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種用于水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)的雙級無線網(wǎng)絡，其特征在于:所述的無線傳感器節(jié)點按照水處理工藝數(shù)據(jù)采集和控制需求呈簇狀分布，每個水處理工藝環(huán)節(jié)相關的數(shù)據(jù)采集和控制的無線傳感器節(jié)點構(gòu)成一個二級通信域，二級通信域用于在水處理工藝中覆蓋水廠的每個工藝處理廠房或每個工藝處理環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集或控制節(jié)點間通信。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種用于水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)的雙級無線網(wǎng)絡，其特征在于:所述的一級通信域用于實現(xiàn)水處理工藝中跨廠房、遠距離分布的多個水處理工藝環(huán)節(jié)之間的通信。
全文摘要
一種用于水處理廠的兩級分層的無線通信網(wǎng)絡，將水處理自動控制系統(tǒng)各監(jiān)測子站之間采用無線通信的方式進行連接。本發(fā)明根據(jù)水處理各工藝環(huán)節(jié)的空間分布、邏輯關系特點和數(shù)據(jù)通信帶寬要求，將無線通信節(jié)點按簇狀分布，并將通信傳輸組織成兩級的、層次化的結(jié)構(gòu)。無線傳感器節(jié)點構(gòu)成的二級通信子域，用于覆蓋水廠的每個工藝處理廠房，節(jié)點間通過ZigBee通信，具有自組織、自適應的通信路由機制；網(wǎng)關間通信構(gòu)成了系統(tǒng)的一級通信域，節(jié)點間通信帶寬高，距離較遠，采用基于802.11的MESH網(wǎng)絡通信。這樣無線通信架構(gòu)充分利用了水處理工藝的控制特點，解決了布線的可靠性、建設和維護成本問題，具有很好的系統(tǒng)靈活性和可擴展性的優(yōu)點。
文檔編號H04W40/02GK103200705SQ201310057738
公開日2013年7月10日 申請日期2013年2月25日 優(yōu)先權日2013年2月25日
發(fā)明者桑勝田, 張海峰, 蔣明, 劉曉為 申請人:哈爾濱工業(yè)大學