一種wia-pa網絡手持設備隨機接入網絡的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種WIA-PA網絡手持設備隨機接入網絡的方法，屬于工業(yè)無線通信【技術領域】。本方法包括以下步驟：待入網的手持設備監(jiān)聽在網路由設備或網關設備發(fā)出的信標幀；選擇簇首，完成時間同步；待入網的手持設備選擇隨機接入前導，通過MAC觸發(fā)隨機接入過程，該隨機接入前導由隨機接入前導生成模塊生成；簇首收到隨機接入前導后，判斷其合法性，轉發(fā)合法的隨機接入前導給網絡管理者和安全管理者；網絡管理者和安全管理者接收到隨機接入前導，進行安全驗證后給出隨機接入響應；簇首收到隨機接入響應后，向待入網的手持設備轉發(fā)該響應；最后待入網的手持設備通過接入響應，判斷是否成功接入網絡。本方法能有效提高WIA-PA手持設備的入網效率和網絡資源的利用率。
【專利說明】一種Wl A-PA網絡手持設備隨機接入網絡的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)無線通信【技術領域】，涉及一種WIA-PA網絡手持設備隨機接入網絡的方法。
【背景技術】
[0002]隨著信息技術的快速發(fā)展，工業(yè)無線網絡技術成為繼現場總線之后自動化領域新的研宄熱點。工業(yè)無線網絡技術以其靈活性強、擴展性強、成本低、能耗低、且能夠適用于惡劣的工業(yè)現場環(huán)境等特點，能有效降低工業(yè)測控系統(tǒng)的投資成本和使用成本，大大擴展了工業(yè)測控系統(tǒng)的應用范圍。
[0003]2011年10月，由我國自主研發(fā)的WIA-PA標準成為國際工業(yè)無線【技術領域】中的重要標準規(guī)范之一，主要用于工業(yè)過程測量、監(jiān)視與控制，具有很強的抗干擾能力、超低能耗和實時通信等技術特征。WIA-PA網絡主要由主控計算機、網關設備、路由設備、現場設備和手持設備5類物理設備構成。目前，國內許多研宄者對WIA-PA網絡中除手持設備以外的各種設備進行的大量的研宄，并獲得了豐碩的研宄成果，但對于手持設備的研宄者較少，尤其是對手持設備接入WIA-PA網絡的方法更是缺少?米入研究。然而，在WIA-PA網絡中，手持設備可用于監(jiān)視設備狀態(tài)、配置設備參數和固件更新，其擔任簇成員的角色，可隨機加入網絡與其他設備進行通信，使得對網絡的監(jiān)控和管理更為便捷和完善。
[0004]現有WIA-PA標準定義手持設備的入網過程和現場設備的入網過程相同，這使得手持設備的入網過程耗時比較長。而且，現有技術在簇首收到手持設備的入網請求后，直接轉發(fā)入網請求，未考慮到該入網請求的合法性，存在非法的入網請求在網絡中不斷傳輸的可能性，造成了網絡資源的浪費。
【發(fā)明內容】
[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種WIA-PA網絡手持設備隨機接入網絡的方法，用于提高WIA-PA手持設備的入網效率和網絡資源的利用率。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案:
[0007]一種WIA-PA網絡手持設備隨機接入網絡的方法，包括以下步驟:
[0008]步驟一:待入網的手持設備持續(xù)監(jiān)聽WIA-PA網絡內的可用信道，獲取在網路由設備或網關設備發(fā)出的信標幀；
[0009]步驟二:待入網的手持設備選擇發(fā)出信標幀的某個路由設備或網關設備作為簇首，完成時間同步；
[0010]步驟三:待入網的手持設備通過媒體訪問控制MAC觸發(fā)隨機接入過程，首先，選擇隨機接入前導，再在信道空閑的時候向簇首發(fā)送該隨機接入前導；
[0011]步驟四:簇首檢測到隨機接入前導后，解析隨機接入前導，判定該隨機接入前導的合法性，如果合法則向網絡管理者和安全管理者轉發(fā)該入網請求；反之，則丟棄該隨機接入前導；
[0012]步驟五:網絡管理者和安全管理者接收由簇首轉發(fā)的隨機接入前導，通過解析隨機接入前導，進行安全驗證，給出隨機接入響應；
[0013]步驟六:待入網的手持設備發(fā)送隨機接入前導后，檢測隨機接入響應，收到隨機接入響應后，根據隨機接入響應中相關參數判斷是否接入成功；或者，在規(guī)定時間內，沒有收到隨機接入響應，則將該次隨機接入判斷為接入失敗，重新發(fā)起隨機接入，直至接入成功或者重發(fā)次數等于最大重試次數。
[0014]進一步，在步驟五中，具體包括:若所發(fā)隨機接入前導的手持設備是合法設備，則通過安全管理者的安全驗證，網絡管理者給出隨機接入響應，并通過WIA-PA網絡向所述設備發(fā)送隨機接入響應；反之，丟棄該隨機接入前導。
[0015]進一步，隨機接入前導中包含的參數包括:所述手持設備的全球唯一的64長地址、隨機接入過程的重發(fā)次數和該隨機接入前導的生存時間。
[0016]進一步，簇首包括合法性判斷模塊，用于判定隨機接入前導的合法性。
[0017]進一步，所述手持設備包括隨機接入前導生成模塊，該模塊存在于WIA-PA協(xié)議棧高層，由其生成隨機接入前導，該前導具有高自相關特性、低互相關特性、恒定幅值和低峰均比特征，以增加簇首的檢測概率，并降低簇首的誤解概率；所述的隨機接入前導生成模塊可以米用恒包絡零自相關(Constant Amplitude Zero Auto Correlat1n, CAZAC)序列實現，例如可在Zadoff-Chu序列、Frank序列、Golomb序列和Chirp序列中任選一種序列來生成所述的隨機接入前導。
[0018]進一步，所述手持設備包括定時模塊，用于從待入網的手持設備觸發(fā)隨機接入過程時開始計時。
[0019]進一步，所述手持設備包含判斷模塊，用于判斷手持設備是否在設定的預設時間內收到隨機接入響應，若否，則將此次隨機接入過程判斷為接入失??；反之，進行后續(xù)處理步驟。
[0020]進一步，所述的判斷模塊，還用于判斷手持設備接收到的隨機接入響應能否讓手持設備成功接入網絡，若否，則將此次隨機接入過程判斷為接入失??；反之，接入成功。
[0021]進一步，所述的判斷模塊，還用于判斷接入失敗次數是否等于設定的最大允許失敗次數，若否，則在信道空閑時，重新發(fā)起接入過程；反之，則向上層報告，由上層處理。
[0022]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明所述的WIA-PA網絡手持設備隨機接入網絡的方法，能夠顯著提高WIA-PA手持設備的入網效率和網絡資源的利用率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]為了使本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行說明:
[0024]圖1為實施例中WIA-PA網絡手持設備隨機接入網關設備的過程圖；
[0025]圖2為實施例中WIA-PA網絡手持設備隨機接入路由設備的過程圖；
[0026]圖3為實施例中WIA-PA網絡手持設備隨機接入網絡方法的流程示意圖；
[0027]圖4為實施例中手持設備的結構示意圖；
[0028]圖5為實施例中簇首的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面將結合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。
[0030]在WIA-PA網絡中，待入網的手持設備可通過網關設備和路由設備加入WIA-PA網絡，其過程如圖1和圖2所示。
[0031]圖1為本實施例提供的WIA-PA網絡手持設備隨機接入網關設備的過程，包括:
[0032]步驟101:待入網的手持設備持續(xù)監(jiān)聽WIA-PA網絡內的可用信道，獲取在網路由或網關設備發(fā)出的信標幀；
[0033]步驟102:待入網的手持設備選擇發(fā)出信標幀的網關設備作為簇首，完成時間同步；
[0034]步驟103:待入網的手持設備通過媒體訪問控制MAC觸發(fā)隨機接入過程，選擇隨機接入前導，并在信道空閑的時候向網關設備發(fā)送該隨機接入前導；
[0035]步驟104:網關設備檢測到隨機接入前導后，解析隨機接入前導的合法性，如果合法則向網絡管理者轉發(fā)該隨機接入前導；反之，則丟棄該隨機接入前導；
[0036]步驟105:安全管理者接收到的隨機接入前導后，通過解析隨機接入前導，進行安全驗證。具體包括，所發(fā)隨機接入前導的設備是合法設備，則安全驗證成功；反之，安全驗證失敗，丟棄該接入請求。其中，安全管理者接收到的隨機接入前導由網絡管理者轉發(fā)而來，且安全管理者和網絡管理者之間的通信方式不做規(guī)定；
[0037]步驟106:安全驗證成功后，由網絡管理者發(fā)出隨機接入響應；
[0038]步驟107:網關設備接收到隨機接入響應后，向待入網的手持設備轉發(fā)隨機接入響應；
[0039]步驟108:待入網的手持設備檢測到隨機接入響應，根據隨機接入響應中相關參數判斷是否接入成功；或者，在規(guī)定時間內，沒有收到隨機接入響應，則將該次隨機接入判斷為接入失敗，重新發(fā)起隨機接入，直至接入成功或者重發(fā)次數等于最大重試次數。
[0040]圖2為本實施例提供的WIA-PA網絡手持設備隨機接入路由設備的過程，包括:
[0041]步驟201:待入網的手持設備持續(xù)監(jiān)聽WIA-PA網絡內的可用信道，獲取在網路由或網關設備發(fā)出的信標幀；
[0042]步驟202:待入網的手持設備選擇發(fā)出信標幀的在網路由設備作為簇首，完成時間同步；
[0043]步驟203:待入網的手持設備通過媒體訪問控制MAC觸發(fā)隨機接入過程，選擇隨機接入前導，并在信道空閑的時候向在網路由設備發(fā)送該隨機接入前導；
[0044]步驟204:在網路由設備檢測到隨機接入前導后，解析隨機接入前導的合法性，如果合法則向網狀網絡轉發(fā)該隨機接入前導；反之，則丟棄該隨機接入前導；
[0045]步驟205:網狀網絡向網絡管理者轉發(fā)該隨機接入前導；
[0046]步驟206:安全管理者接收到的隨機接入前導后，通過解析隨機接入前導，進行安全驗證。具體包括，所發(fā)隨機接入前導的設備是合法設備，則安全驗證成功；反之，安全驗證失敗，丟棄該接入請求。其中，安全管理者接收到的隨機接入前導由網絡管理者轉發(fā)而來，且安全管理者和網絡管理者之間的通信方式不做規(guī)定；
[0047]步驟207:安全驗證成功后，由網絡管理者發(fā)出隨機接入響應，并向網狀網絡發(fā)送該隨機接入響應；
[0048]步驟208:網狀網絡向在網路由設備轉發(fā)該隨機接入響應；
[0049]步驟209:在網路由設備接收到隨機接入響應后，向待入網的手持設備轉發(fā)隨機接入響應；
[0050]步驟2010:待入網的手持設備檢測到隨機接入響應，根據隨機接入響應中相關參數判斷是否接入成功；或者，在規(guī)定時間內，沒有收到隨機接入響應，則將該次隨機接入判斷為接入失敗，重新發(fā)起隨機接入，直至接入成功或者重發(fā)次數等于最大重試次數。
[0051]其中，步驟103和步驟203中所提及的隨機接入前導，由手持設備的隨機接入前導生成模塊生成，該模塊存在于WIA-PA協(xié)議棧高層，由其生成隨機接入前導，該前導應具有高自相關特性、低互相關特性、恒定幅值和低峰均比特征，以增加簇首的檢測概率，并降低簇首的誤解概率。所述的隨機接入前導生成模塊可以采用恒包絡零自相關(ConstantAmplitude Zero Auto Correlat1n, CAZAC)序列實現，例如可在 Zadoff-Chu 序列、Frank序列、Golomb序列和Chirp序列中任選一種序列來生成所述的隨機接入前導。而且該隨機接入前導中應該包含的以下參數:所述手持設備的全球唯一的64長地址、隨機接入過程的重發(fā)次數和該隨機接入前導的生存時間。此外，手持設備還應包含定時模塊，用于從待入網的手持設備觸發(fā)隨機接入過程時開始計時。
[0052]其中，在步驟104和步驟204中，分別由網關設備和在網路由設備擔任簇首，簇首檢測到隨機接入前導后，通過合法性判斷模塊解析隨機接入前導的合法性。
[0053]此外，在步驟108和步驟2010中，待入網的手持設備需要判斷隨機接入是否成功，則待入網的手持設備需包含判斷模塊，該模塊有以下三種作用:
[0054]I)用于判斷手持設備是否在設定的預設時間內收到隨機接入響應，若否，則將此次隨機接入過程判斷為接入失敗；反之，進行后續(xù)處理步驟。
[0055]2)用于判斷手持設備接收到的隨機接入響應能否讓手持設備成功接入網絡，若否，則將此次隨機接入過程判斷為接入失敗；反之，接入成功。
[0056]3)用于判斷接入失敗次數是否等于設定的最大允許失敗次數，若否，則在信道空閑時，重新發(fā)起接入過程；反之，則向上層報告，由上層處理。
[0057]圖3為本實施例提供的WIA-PA網絡手持設備隨機接入網絡方法的簡易處理過程，包括:
[0058]步驟301:待入網的手持設備持續(xù)監(jiān)聽WIA-PA網絡內的可用信道，獲取在網路由設備或網關設備發(fā)出的信標；
[0059]步驟302:待入網的手持設備選擇發(fā)出信標的某個在網路由或網關設備作為簇首，完成時間同步；
[0060]步驟303:該步驟分為以下幾個子步驟:
[0061]步驟3031:通過判斷模塊判斷接入失敗次數是否小于設定的最大允許失敗次數，若判斷結果為小于，則待入網的手持設備通過媒體訪問控制MAC觸發(fā)隨機接入過程；反之，向上層報告，由上層處理；
[0062]步驟3032:定時模塊也開始工作；
[0063]步驟3033:判斷模塊還用于判斷手持設備是否在設定的預設時間內收到隨機接入響應，若否，則將此次隨機接入過程判斷為接入失?。环粗?，進入下一步；
[0064]步驟3034:使用判斷模塊判斷手持設備接收到的隨機接入響應能否讓手持設備成功接入網絡，若否，則將此次隨機接入過程判斷為接入失敗；反之，接入成功。
[0065]步驟304:簇首轉發(fā)合法的隨機接入前導，簇首由網關或在網路由設備擔任；
[0066]步驟305:通過WIA-PA網絡其他設備轉發(fā)合法的隨機接入前導。該步驟由于擔任簇首的設備有所不同，有一點區(qū)別，具體如下:
[0067]I)簇首為網關設備，則網關設備直接向網絡管理者轉發(fā)合法的隨機接入前導；
[0068]2)簇首為在網路由設備，則在網路由設備需要通過網狀網絡向網絡管理者轉發(fā)該隨機接入前導。
[0069]步驟306:安全管理者解析隨機接入前導，進行安全認證，安全驗證成功，則由網絡管理者給出隨機接入響應；
[0070]步驟307:通過WIA-PA網絡其他設備轉發(fā)隨機接入響應。該步驟由于擔任簇首的設備有所不同，有一點區(qū)別，具體如下:
[0071]I)簇首為網關設備，則網絡管理者直接向網關設備轉發(fā)合法的接入響應；
[0072]2)簇首為在網路由設備，則網絡管理者需要通過網狀網絡向在網路由設備轉發(fā)該接入響應。
[0073]步驟308:待入網的手持設備檢測到隨機接入響應，根據隨機接入響應中相關參數判斷是否接入成功；或者，在規(guī)定時間內，沒有收到隨機接入響應，則將該次隨機接入判斷為接入失敗，重新發(fā)起隨機接入，直至接入成功或者重發(fā)次數等于最大重試次數。
[0074]圖4為本發(fā)明實施例提供的手持設備的結構示意圖，如圖4所示，為使WIA-PA手持設備支持本發(fā)明提出的手持設備隨機接入WIA-PA網絡的方法，WIA-PA手持設備需要包括以下模塊:隨機接入前導生成模塊401、定時模塊402、判斷模塊403和無線收發(fā)模塊404?其中，隨機接入前導生成模塊401存在于WIA-PA協(xié)議棧高層，由該模塊生成隨機接入前導；定時模塊，用于從待入網的手持設備觸發(fā)隨機接入過程時開始計時；判斷模塊403，用于判斷手持設備是否在設定的預設時間內收到隨機接入響應，也用于判斷手持設備接收到的隨機接入響應能否讓手持設備成功接入網絡，還用于判斷接入失敗次數是否等于設定的最大允許失敗次數；無線收發(fā)模塊404用于發(fā)送隨機接入前導和接收接入響應。
[0075]圖5為本發(fā)明實施例提供的簇首的結構示意圖，如圖5所示，為使簇首支持本發(fā)明提出的手持設備隨機接入WIA-PA網絡的方法，WIA-PA網絡中簇首需要包括以下模塊:合法性判斷模塊501和無線收發(fā)模塊502，如圖5所示。其中，合法性判斷模塊用于判定隨機接入前導的合法性；無線收發(fā)模塊502用于接收和轉發(fā)隨機接入前導，以及接收和轉發(fā)接入響應。
[0076]最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實施例已經對本發(fā)明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權利要求書所限定的范圍。
【權利要求】
1.一種WIA-PA網絡手持設備隨機接入網絡的方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟一:待入網的手持設備持續(xù)監(jiān)聽WIA-PA網絡內的可用信道，獲取在網路由設備或網關設備發(fā)出的信標幀； 步驟二:待入網的手持設備選擇發(fā)出信標幀的某個路由設備或網關設備作為簇首，完成時間同步； 步驟三:待入網的手持設備通過媒體訪問控制MAC觸發(fā)隨機接入過程，首先，選擇隨機接入前導，再在信道空閑的時候向簇首發(fā)送該隨機接入前導； 步驟四:簇首檢測到隨機接入前導后，解析隨機接入前導，判定該隨機接入前導的合法性，如果合法則向網絡管理者和安全管理者轉發(fā)該入網請求；反之，則丟棄該隨機接入前寸； 步驟五:網絡管理者和安全管理者接收由簇首轉發(fā)的隨機接入前導，通過解析隨機接入前導，進行安全驗證，給出隨機接入響應； 步驟六:待入網的手持設備發(fā)送隨機接入前導后，檢測隨機接入響應，收到隨機接入響應后，根據隨機接入響應中相關參數判斷是否接入成功；或者，在規(guī)定時間內，沒有收到隨機接入響應，則將該次隨機接入判斷為接入失敗，重新發(fā)起隨機接入，直至接入成功或者重發(fā)次數等于最大重試次數。
2.根據權利要求1所述的一種WIA-PA網絡手持設備隨機接入網絡的方法，其特征在于:在步驟五中，具體包括:若所發(fā)隨機接入前導的手持設備是合法設備，則通過安全管理者的安全驗證，網絡管理者給出隨機接入響應，并通過WIA-PA網絡向所述設備發(fā)送隨機接入響應；反之，丟棄該隨機接入前導。
3.根據權利要求1所述的一種WIA-PA網絡手持設備隨機接入網絡的方法，其特征在于:隨機接入前導中包含的參數包括:所述手持設備的全球唯一的64長地址、隨機接入過程的重發(fā)次數和該隨機接入前導的生存時間。
4.根據權利要求1所述的一種WIA-PA網絡手持設備隨機接入網絡的方法，其特征在于:簇首包括合法性判斷模塊，用于判定隨機接入前導的合法性。
5.根據權利要求1所述的一種WIA-PA網絡手持設備隨機接入網絡的方法，其特征在于:所述手持設備包括隨機接入前導生成模塊，該模塊存在于WIA-PA協(xié)議棧高層，由其生成隨機接入前導，該前導具有高自相關特性、低互相關特性、恒定幅值和低峰均比特征，以增加簇首的檢測概率，并降低簇首的誤解概率。
6.根據權利要求1所述的一種WIA-PA網絡手持設備隨機接入網絡的方法，其特征在于:所述手持設備包括定時模塊，用于從待入網的手持設備觸發(fā)隨機接入過程時開始計時。
7.根據權利要求1所述的一種WIA-PA網絡手持設備隨機接入網絡的方法，其特征在于:所述手持設備包含判斷模塊，用于判斷手持設備是否在設定的預設時間內收到隨機接入響應，若否，則將此次隨機接入過程判斷為接入失??；反之，進行后續(xù)處理步驟。
8.根據權利要求7所述的一種WIA-PA網絡手持設備隨機接入網絡的方法，其特征在于:所述的判斷模塊，還用于判斷手持設備接收到的隨機接入響應能否讓手持設備成功接入網絡，若否，則將此次隨機接入過程判斷為接入失敗；反之，接入成功。
9.根據權利要求7所述的一種WIA-PA網絡手持設備隨機接入網絡的方法，其特征在于:所述的判斷模塊，還用于判斷接入失敗次數是否等于設定的最大允許失敗次數，若否， 則在信道空閑時，重新發(fā)起接入過程；反之，則向上層報告，由上層處理。
【文檔編號】H04W74/08GK104507175SQ201510016410
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月13日 優(yōu)先權日:2015年1月13日
【發(fā)明者】向敏, 冉景海, 王平, 王恒, 杜延紅 申請人:重慶郵電大學