面向工业控制的有线/无线网络多协议转换架构及其时间性能的研究

本课题旨在研究能融合多种无线网络与有线网络（现场总线和工业以太网）的、满足工业现场要求的、通用的异构网络协议转换模型。本模型将针对工业控制对网络通信系统实时性能要求，实现多种有线和无线网络协议的转换，从而构建一个面向工业现场的有线/无线异构网络系统。本课题将重点研究能满足工业自动化要求的无线MAC介质接入控制协议、并制定一类中间层设备调度协议及其与有线系统的集成架构设计问题，且用随机过程方法研究来自各子网系统的传输任务等待排队时间，建立相关的集成架构的实时性能数学模型。.本课题的研究工作考虑了当前工业现场控制层中现场总线,工业以太网协议众多的现状，又兼顾了与多种无线网络无缝连接，具有技术和理论上的前瞻性、可行性和巨大的社会经济效益。

项目组在2009年申报并获资助的课题“面向工业控制的有线/无线网络多协议转换架构及其时间性能的研究”从启动至今（2010.01～2012.12），经过项目组同事的共同努力，圆满完成了预定的各项研究任务。. 本课题针对工业现场控制任务对无线通信网络的要求，研究了融合多种无线网络与有线网络的、能够满足工业现场控制实时要求的一种通用的异构网络协议转换构架，设计了一类基于DCM的共享数据区的结构，实现了对多种无线和有线网络的设备转换调度机制，提出了分析了无线网段WICN与有线网段间的数据通信过程的方法，定义了以令牌环为基础的轮询控制循环周期参数来反映从传感器到控制器再到执行器的传输时延和协议转换的时间性能，实现了用数据映射和数据转换机制进行数据快速交换的管理。. 在此基础上，在实验室内部搭建开发了一个相应的具有完全自主知识产权的有线/无线网络协议（现场总线ProfiBus和基于Modbus-TCP/IP的工业以太网，IEEE802.15.4和IEEE802.11）转换的原型系统。又在合作方的一个钢板冷轧生产线现场构建了一个包括3个子网段的协议转换器WICN-H、包含25个终端节点的异构网络实验系统，并测试评估了系统的实时性能。实验表明，在有25个点的原型异构系统中的控制周期小于60ms，满足了大部分的流程工业现场控制要求，达到了课题预期指标。. 在本课题经费的资助下，共发表文章21篇，期刊文章12篇，会议文章9篇。其中被EI、ISTP收录10篇，SCI 1篇（另外被录用待发文章 3篇）。申请发明专利5项，计算机软件著作权登记2项；培养博士生2人，硕士生10人；完成了课题计划指标。