第6章WIAPA技术-课件

按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,2020/11/24,*,单击此处编辑母版标题样式,2020/11/24,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,2020/11/24,*,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,2020/11/24,*,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,2020/11/24,*,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,2020/11/24,*,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,2020/11/24,*,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,2020/11/24,*,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,2020/11/24,*,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,2020/11/24,*,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,2020/11/24,*,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,2020/11/24,*,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,2020/11/24,*,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,2020/11/24,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/11/24,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/11/24,*,1,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/11/24,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/11/24,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/11/24,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/11/24,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/11/24,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/11/24,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/11/24,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/11/24,*,无线传感器网络技术及应用,2020/11/24,1,无线传感器网络技术及应用2020/11/241,第,6,章,WIA-PA,技术,主要内容,WIA-PA标准,的发展,WIA-PA网络构成,WIA-PA协议栈的设计与实现,WIA-PA开发平台,第6章 WIA-PA技术主要内容,精品资料,精品资料,你怎么称呼老师？,如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你是否会认为老师的教学方法需要改进？,你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？,教师的教鞭,“不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨，没有学问无颜见爹娘”,“太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早”,第6章WIAPA技术-课件,6.1,WIA-PA标准的发展,WIA-PA标准概述,中国自主开发的工业无线标准 WIA-PA（Wireless Networks for Industrial Automation-Process Automation）由中科院沈阳自动化所牵头，浙江大学、重庆邮电大学等多家单位联合参与制定,2011年10月，获得国际电工委员会（IEC）全体成员国 100%的投票，正式成为IEC 62601国际标准，使工业无线 技术国际标准形成无线HART（HART基金会）、ISA 100.11a（国际自动化学会）、WIA-PA（中国WIA-PA联盟）三足鼎立的局面。,6.1 WIA-PA标准的发展WIA-PA标准概述,6.1,WIA-PA标准的发展,WIA-PA的技术特征,支持扩频通信与窄带通信,星形和网状两层拓扑结构,集中式与分布式结合的系统管理,TDMA/CSMA混合接入模式,多信道通信,多种措施结合保证通信可靠性,超低能耗,兼容IEEE802.15.4标准,支持以降低通信开销为目的的报文合并,6.1 WIA-PA标准的发展WIA-PA的技术特征,6.2 WIA-PA网络构成,WIA-PA网络的拓扑结构,WIA-PA网络支持星型和网状结合的两层网拓扑结构或者星型拓扑结构。,星型和网状结合的两层拓扑结构，第一层是网状结构，由网关设备及路由设备构成；第二层是星型结构，由路由设备及现场设备或手持设备(如果存在)构成。,星型拓扑结构仅由网关设备和现场设备(或手持设备)构成。,6.2 WIA-PA网络构成WIA-PA网络的拓扑结构,6.2 WIA-PA网络构成,WIA-PA网络星型和网状结合的两层拓扑结构,6.2 WIA-PA网络构成WIA-PA网络星型和网状结,6.2 WIA-PA网络构成,WIA-PA网络星型拓扑结构,6.2 WIA-PA网络构成WIA-PA网络星型拓扑结构,6.2 WIA-PA网络构成,WIA-PA设备分类及功能,物理设备（5类）,主控计算机,网关设备,路由设备,现场设备,手持设备,逻辑角色（,5,类）,网关,网络管理者,安全管理者,簇首,簇成员,一种类型的物理设备可以担任多个逻辑角色,6.2 WIA-PA网络构成WIA-PA设备分类及功能,6.3 WIA-PA协议栈的设计与实现,WIA-PA协议体系,虽然WIA-PA标准规定的网络协议结构遵循ISO/OSI的层次结构定义，但是WIA-PA标准中只定义了物理层、数据链路层、网络层和应用层。下图为WIA-PA协议架构：,6.3 WIA-PA协议栈的设计与实现WIA-PA协议体,6.3 WIA-PA协议栈的设计与实现,物理层,WIA-PA 网络标准的物理层基于IEEE STD 802.15.42006 标准，负责启动和终止无线射频收发器、能量探测、链路质量指示器、信道选择、空闲信道检测以及通过物理 媒介收发数据。可支持16 个信道（11-26）且基本的数据 传输率为250 kbit/s。,6.3 WIA-PA协议栈的设计与实现物理层,6.3 WIA-PA协议栈的设计与实现,数据链路层,WIA-PA 数据链路层支持基于时隙的跳频机制、重传机 制、时分多路访问（TDMA）和载波侦听多路访问（CSMA）混合信道访问机制，保证传输的可靠性和实时性。,WIA-PA 的数据链路层（DLL）包括：,IEEE STD 802.15.4-2006 MAC 层，负责数据帧的发送和接收；,数据链路子层 DLSL，定义通信资源分配等方面的内容。,6.3 WIA-PA协议栈的设计与实现 数据链路层,6.3 WIA-PA协议栈的设计与实现,网络层,WIA-PA的网络层由寻址、路由、分段与重组、管理服务等功能模块构成。主要功能是实现面向工业应用的端到端的可靠通信、资源分配。,网络层的主要技术特征包括：,通信资源分配（时隙和信道）,聚合与解聚,6.3 WIA-PA协议栈的设计与实现网络层,6.3 WIA-PA协议栈的设计与实现,两级聚合机制,数据聚合：当现场设备有超过一个以上用户应用对象时，可选择启用现场设备的数据聚合机制以减少通信频率。,包聚合：当路由设备接收超过一个现场设备的数据包时，可选择启用路由设备的包聚合机制，以减少了路由设备到网关的数据包数目，提高网络效率。,注：聚合和解聚是自愿的，由实际应用程序通过设置标志位来决定。,6.3 WIA-PA协议栈的设计与实现两级聚合机制,6.3 WIA-PA协议栈的设计与实现,应用层,WIA-PA 网络的应用层（AL）包括用户应用进程（UAP）和应用子层（ASL）两个部分。,用户应用进程的功能：,通过传感器采集物理世界的数据信息；,产生并发布报警功能；,通过 UAP 可以实现与其他WIA-PA 设备的互操作。,应用子层功能：,为用户应用进程和设备管理应用进程提供端到端的透明数据通信服务，支持Client/Server、Publisher/Subscriber、Report source/Sink 通信模式的数据传输。,6.3 WIA-PA协议栈的设计与实现应用层,6.3 WIA-PA协议栈的设计与实现,WIA-PA协议栈总体设计,WIA-PA协议栈由五个主状态机、数据服务、管理服 务和底层驱动组成。五个主状态机分别是:,应用层状态机（apsFSM）,网络层状态机（nlFSM）,数据链路子层状态机（dlslFSM）,MAC层状态机（macFSM）,和物理层状态机（phyFSM）,6.3 WIA-PA协议栈的设计与实现WIA-PA协议栈总,6.3 WIA-PA协议栈的设计与实现,网络层模块实现面向 工业应用的端到端的 可靠通信、资源分配,数据链路层模块保证 WIA-PA网络设备间 点对点的可靠、安全、无误、实时地传输,物理层模块负责与硬 件相关的工作，如串 口数据的接收和发送,6.3 WIA-PA协议栈的设计与实现网络层模块实现面向,6.3 WIA-PA协议栈的设计与实现,WIA-PA协议栈的实现,WIA-PA数据链路层的设计与实现 WIA-PA数据链路层主要任务是保证WIA-PA网络设备间的可靠、安全、无误、实时地传输。数据链路层主状态机状态转移图,6.3 WIA-PA协议栈的设计与实现WIA-PA协议栈的,6.3 WIA-PA协议栈的设计与实现,WIA-PA网络层的设计与实现,网络层的主要任务是为下层（数据链路层）提供一些必要的功能，以确保其正常工作，同时为上层（应用子层）提供发送和接收数据的接口，实现网络层管理功能，配置和控制网络层的操作。另外，网络层功能还包括分段重组、路由、寻址和网络性能监控管理。,6.3 WIA-PA协议栈的设计与实现WIA-PA网络层的,6.3 WIA-PA协议栈的设计与实现,WIA-PA应用层的设计与实现,应用层主函数实现了十几种传感器驱动及数据采集应用程序，以及从形成网络、组网到数据通信的协议栈运行时序。系统管理、网络管理和安全管理位于操作后台。应用层设计框架主要包括组网、应用对象列表汇报、资源分配和用户应用进程四部分。,应用层主状态机转移图如图所示：,6.3 WIA-PA协议栈的设计与实现WIA-PA应用层的,6.3 WIA-PA协议栈的设计与实现,WIA-PA网络管理的设计与实现,WIA-PA网络管理的通信交互主要在WIA-PA协议栈的网络层实现,6.3 WIA-PA协议栈的设计与实现WIA-PA网络管理,6.3 WIA-PA协议栈的设计与实现,WIA-PA网络管理信息交互,WIA-PA网络管理具有主动和被动管理信息两种交互模式，包括P/S（Publisher/Subscriber，发布/订阅）、R/S（Report/Sink，报告）、C/S（Client/Server，客户端/服务器）三种通信模式。,WIA-PA网络管理结构,6.3 WIA-PA协议栈的设计与实现WIA-PA网络管,6.3 WIA-PA协议栈的设计与实现,WIA-PA的安全的设计与实现,WIA-PA网络的安全管理架构由安全管理者、网关设备的安全管理模块，路由设备的安全管理模块和现场设备的安全管理模块组成。WIA-PA网络的安全包括：各个层的安全、安全服务以及数据流安全传输过程。安全服务主要提供了数据完整性、保密性、认证服务和重放攻击服务。,6.3 WIA-PA协议栈的设计与实现WIA-PA的安全的,6.4 WIA-PA开发平台,开发平台简介,WIA-PA平台功能特点,标准工业无线WIA-PA网络协议,组网灵活,系统安全性高,节点耗电低,可视化显示,基于WIA-PA的工业物联网开发测试平台,6.4 WIA-PA开发平台开发平台简介基于WIA-PA的工,6.4 WIA-PA开发平台,开发平台实验,开发平台的实验过程：,安装网络管理软件,连接网关和设备,查看设备上线情况和拓扑图,实时监控数据,观测安全管理情况,监控后台数据库,6.4 WIA-PA开发平台开发平台实验,习题,1.,简要回答WIA-PA的技术特征。,2.,WIA-PA网络支持哪几种拓扑结构？,3.,简单叙述集中式与分布式结合的系统管理的作用。,4.WIA-PA,逻辑,设备分,为几,类,，都有哪些？,5.WIA-PA 数据链路层支持,哪种访,问机制,？,6.WIA-PA协议栈结构,分为哪几层，各自的功能是什么？,习题1.简要回答WIA-PA的技术特征。,2020/11/24,28,2020/11/2428,