基于無線HART協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議模型設(shè)計

　　圖1中描述了無線HART節(jié)點A與節(jié)點B間的一次通信，節(jié)點A在T1時刻發(fā)送一個數(shù)據(jù)包給節(jié)點B，節(jié)點B在T2時刻接收到A所發(fā)送的數(shù)據(jù)包，節(jié)點B在T3數(shù)據(jù)包發(fā)送一個應(yīng)答數(shù)據(jù)包，節(jié)點A在T4時刻接收到B所發(fā)送的應(yīng)答數(shù)據(jù)包。T1、T2、T3，T4為節(jié)點時鐘，四者存在以下關(guān)系：

　　式中，

表示A到B的時間延遲，

表示B到A的時間延遲。在整個通信過程中，延遲主要發(fā)送在層與層間數(shù)據(jù)傳送以及點與點之間數(shù)據(jù)傳輸過程中。式(1)中

以及式(2)中

分別表示T1時刻節(jié)點A對節(jié)點B的時鐘漂移和T4時刻節(jié)點A對節(jié)點B的時鐘漂移，盡管由于環(huán)境因數(shù)(如溫度、壓力等)的影響，時鐘漂移每一個時刻都在發(fā)生，二者并不完全相等，但一般情況二者一次通信進行的時間間隔較短，可以認為二者幾乎相等。同樣假定

和

相等。

　　通過式(1)和式(2)可得出延遲時間以及漂移時間：

　　節(jié)點將根據(jù)式(3)和式(4)所求出的延遲時間以及漂移時間進行時鐘的主動同步與被動同步。

　　時鐘同步由兩步驟完成，首先選取時鐘源，網(wǎng)絡(luò)管理節(jié)點作為時鐘服務(wù)器，并選取若干節(jié)點作為網(wǎng)絡(luò)時鐘源：然后在同步過程，每一個節(jié)點通過與時鐘源進行被動或主動的時鐘同步。其中，主動同步為當(dāng)高層節(jié)點向低層節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，低層節(jié)點記錄數(shù)據(jù)包實際到達時間與計算達到時間的偏移調(diào)整本地時鐘;被動同步為當(dāng)?shù)蛯庸?jié)點向高層節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，底層節(jié)點等待并接收高層節(jié)點的應(yīng)答數(shù)據(jù)包，并利用應(yīng)答數(shù)據(jù)包中所包含的時鐘偏移信息進行時鐘調(diào)整。

　　高層節(jié)點發(fā)送邀請數(shù)據(jù)包，待加入節(jié)點接收邀請數(shù)據(jù)包并完成一次被動同步過程;高層節(jié)點發(fā)送偵聽數(shù)據(jù)包，判斷臨近節(jié)點是否處于網(wǎng)絡(luò)并完成一次被動同步過程;低層節(jié)點通過接收一次數(shù)據(jù)包完成一次被動同步過程;底層節(jié)點通過接收高層節(jié)點的應(yīng)答數(shù)據(jù)包完成一次主動同步過程。整個同步網(wǎng)絡(luò)低層同步高層，整個網(wǎng)絡(luò)時鐘以根時鐘源為基準實現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)的時鐘同步。根時鐘源可根據(jù)實際情況采用可行方

　　法(如GPRS等)與理想時鐘同步。

　　3.3 數(shù)據(jù)鏈路調(diào)度實現(xiàn)

　　3.3.1 調(diào)度

　　數(shù)據(jù)鏈路層在實現(xiàn)無線HART網(wǎng)絡(luò)全網(wǎng)時鐘同步的基礎(chǔ)上，主要負責(zé)鏈路的調(diào)度，控制著數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，從而保證網(wǎng)絡(luò)的正常通信。鏈路調(diào)度通過查詢活動超幀表、鏈接表、數(shù)據(jù)等表從而決定下一個將要通信的時隙。所有的接收鏈接將會被允許通信。網(wǎng)絡(luò)層發(fā)出發(fā)送數(shù)據(jù)請求，若待定表中已無空余空間，調(diào)用失敗，否則數(shù)據(jù)包進入待定表中的同時查詢等待表是否存在相同目的地址的高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包，若不存在，數(shù)據(jù)包進入等待表中等待發(fā)送，否則保存在待定表中，待發(fā)送表根據(jù)目的地址的類型進行查詢，鄰居地址查詢鄰居表、圖地址查詢圖表的基礎(chǔ)上再查詢鄰居表，最終鄰居地址、圖地址、廣播地址、代理地址的4種都將查詢鏈路表獲得相應(yīng)鏈路并設(shè)置為發(fā)送類型(TX=1)，之后進入等待狀態(tài)。

　　當(dāng)ASN到達相應(yīng)時隙，數(shù)據(jù)包根據(jù)TXRX的值進入發(fā)送、接收、休眠狀態(tài)。如圖2所示。

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