CN101365001A - 支持无线和有线网络之间冗余管理接口的装置和方法 - Google Patents

Abstract

支持无线和有线网络之间冗余管理接口的装置和方法。一种无线网络包括产生数据消息的叶节点(110a－110f)。数据消息被路由通过骨干节点(108a－108e)到网关基础节点(112)，网关基础节点(112)耦接到有线网络(106)。无线接口模块(114)也耦接到该有线网络并与网关基础节点通信。由于无线网络中支持的冗余机制，例如冗余连接和冗余消息路由，在无线网络中创建数据消息的多个副本。数据消息的多个副本在网关基础节点或者无线接口模块接收，网关基础节点或者无线接口模块识别出副本并将数据消息的单个副本在有线网络上通信给目的地。以这种方式，对耦接到有线网络的有线部件隐藏无线网络中支持的冗余机制。

Description

支持无线和有线网络之间冗余管理接口的装置和方法

技术领域

本发明一般涉及控制系统，更详细地说涉及支持无线和有线网络之间的冗余管理接口的装置和方法。

背景技术

通常使用工业控制和自动化系统来管理加工设施。举例来说加工设施包括化学、药物、纸张和石化生产厂。在其他操作中，工业控制和自动化系统典型地与加工设施中的工业设备交互并控制加工设施中的工业设备，例如用于生产化学、药物、纸张或石化产品的设备。

工业控制和自动化系统常规地包括有线组件和无线组件。例如，工业控制和自动化系统可以包括向有线的控制器提供数据的传感器的无线网络。由于无线通信的不可靠性，已经提出了冗余连接和冗余消息路由。这些技术可以用于提高工业控制和自动化系统中无线通信的可靠性和健壮性。虽然已经开发了支持冗余连接和冗余消息路由的无线传感器网络，把这些传感器网络集成到有线控制系统中通常有困难。

发明内容

本发明提供了支持无线和有线网络之间的冗余管理接口的装置和方法。

在第一实施例中，一种方法包括接收多个数据消息，其中这些数据消息是在无线网络中的多条路径上发送的。该方法还包括判断这些数据消息中的两个或者更多个是否是副本。该方法还包括，当这些数据消息中的两个或者更多个是副本时，在有线网络上通信该两个或者更多数据消息中的单个。

在特定的实施例中，该方法还包括接收第二数据消息，和通信该第二数据消息的多个副本，以在无线网络上发送到单个目的地。

在其他特定实施例中，无线网络包括网关基础节点(gateway infrastructurenode)和无线接口模块。网关基础节点直接或者间接地从一个或者多个叶结点接收这些数据消息。无线接口模块从网关基础节点接收这些数据消息。网关基础节点和无线接口模块耦接到有线网络。

在还有其他特定实施例中，接收、判断和通信步骤由无线接口模块中的至少一个执行。例如，在无线接口模块的每一个，可以从多个网关基础节点接收数据消息。还有，该两个或者更多个数据消息中的该单个由无线接口模块中的一个在有线网络上通信。

在还有其他特定实施例中，接收、判断和通信步骤由网关基础节点中的至少一个执行。例如，在网关基础节点中的第一个，可以从叶结点中的一个和网关基础节点中的第二个接收这些数据消息。还有，该两个或者更多个数据消息中的该单个数据消息由第一网关基础节点在有线网络上通信。

在第二实施例中，一种装置包括至少一个接口，该接口配置为在有线网络上通信。该装置还包括控制器，该控制器配置为接收在无线网络中的多条路径上发送的多个数据消息，并判断这些数据消息中的两个或者更多个是否是副本。该控制器还配置为，当这些数据消息中的两个或者更多个是副本时，向该至少一个接口提供两个或者更多个数据消息中的单个，以在有线网络上发送。

在第三实施例中，一种计算机程序包含在计算机可读媒介上。该计算机程序包括计算机可读程序代码，用于接收多个数据消息，其中这些数据消息在无线网络中的多条路径上发送。该计算机程序还包括计算机可读程序代码，用于判断这些数据消息中的两个或者更多个是否是副本。另外，该计算机程序包括计算机可读程序代码，用于当这些数据消息中的两个或者更多个是副本时，在有线网络上通信该两个或者更多数据消息中的单个数据消息。

通过下面的附图、描述和权利要求，其他技术特征对本领域技术人员是容易明白的。

附图说明

为了更全面地理解本公开，现在结合附图，参考下面的描述，其中：

图1示出了根据本公开的示例工业控制和自动化系统；

图2示出了根据本公开的示例工业控制和自动化系统的其他细节；

图3示出了根据本公开的工业控制和自动化系统中的示例无线接口模块；

图4示出了根据本公开的工业控制和自动化系统中的示例网关基础节点；

图5到11示出了根据本公开的工业控制和自动化系统中的示例通信；

图12示出了根据本公开的工业控制和自动化系统中实现无线接口模块或者网关基础节点的示例设备；以及

图13和14示出了根据本公开在工业控制和自动化系统中用于隐藏冗余无线通信的示例方法。

具体实施方式

图1示出了根据本公开的示例工业控制和自动化系统100。图1中所示的工业控制和自动化系统100的实施例仅仅是示意性的。在不脱离本公开的范围下，也可以使用工业控制和自动化系统100的其它实施例。

在这个示例实施例中，工业控制和自动化系统100包括一个或者多个加工部件102。加工部件102代表加工或者生产系统中可以执行很多不同功能中的任何功能的部件。例如，加工部件102可以代表阀、泵或者加工环境中的任何其它或者附加工业设备。每个加工部件102包括用于执行加工或者生产系统中的一个或者多个功能的任何合适的结构。

控制器104耦接到加工部件102。控制器104控制一个或者多个加工部件102的操作。例如，控制器104可以向一个或者多个加工部件102提供控制信号，由此调节这些加工部件102的操作。控制器104还可以接收与系统100相关的信息，例如通过接收材料通过管道的流速的传感器测量值。控制器104可以使用该数据来控制加工部件102中的一个或者多个，例如通过使用该测量的流速来控制阀。控制器104包括用于控制一个或者多个加工部件102的任何硬件、软件、固件或者它们的组合。例如，控制器104可以表示执行MICROSOFTWINDOWS操作系统的计算设备。

网络106将控制器104耦接到工业控制和自动化系统100中的其它部件。网络106使系统100中的不同部件之间易于通信。例如，网络106可以在网络地址之间通信因特网协议(IP)分组、帧中继帧、异步传输模式(ATM)单元、或者其他合适的信息。网络106可以包括位于一个或者多个地点的一个或者多个局域网(LAN)、城域网(MAN)、广域网(WAN)、全球网例如因特网的全部或者一部分、或者任何其他通信系统。

如图1所示，工业控制和自动化系统100还包括用于与无线传感器或者其他无线设备通信的一个或者多个无线网络。在这个示例中，使用骨干节点(“I节点”(infrastructure node))108a-108e、叶节点110a-110f和网关基础节点112形成无线网络。

骨干节点108a-108e和叶节点110a-110f参与相互之间的无线通信。例如，骨干节点108a-108e可以接收通过网络106(经网关基础节点112)发送的数据，并无线地将该数据通信给叶节点110a-110f。类似地，叶节点110a-110f可以无线地将数据通信给骨干节点108a-108e，以转发给网络106(经网关基础节点112)。另外，骨干节点108a-108e可以无线地相互交换数据。以这种方式，节点108a-108e和110a-110f形成能够向特定区域，例如大工业联合体中的特定区域提供无线覆盖的无线网络。

在这个示例中，节点108a-108e和110a-110f分为骨干节点和叶结点。骨干节点108a-108e典型的表示电线供电的设备，意味着这些节点从外部源接收操作功率。结果，这些节点108a-108e典型地在它们的操作上没有限制，因为它们不需要最小化功率消耗以增加它们的内部电源供应的操作寿命。另一方面，叶节点110a-110f典型地代表电池供电的设备，意味着这些节点从内部电池或者其它供应电源接收操作功率。由于这个，这些节点110a-110f通常在它们的操作上受到更多限制，以便帮助保存它们的内部电源供应的操作寿命。

节点108a-108e和110a-110f中的每一个都包括便于无线通信的任何合适的结构。节点108a-108e和110a-110f中的每一个还可以包括其他功能，例如用于产生或者使用通过无线网络通信的数据的功能。例如，叶节点110a-110f可以代表工业设施中的无线传感器，其中这些叶节点用于测量设施中的各种特性。这些传感器可以收集传感器读数，并通过网关基础节点112将这些传感器读数通信给控制器104。叶节点110a-110f也可以表示致动器，其可以从控制器104接收控制信号并调节工业设施的操作。在这方面，叶节点110a-110f可以包括物理地连接到控制器104的加工部件102或者以与之类似的方式操作。

网关基础节点112无线地与一个或者多个骨干节点108a-108e和可能的一个或者多个叶节点110a-110f通信，向一个或者多个骨干节点108a-108e和可能的一个或者多个叶节点110a-110f发送数据，并从一个或者多个骨干节点108a-108e和可能的一个或者多个叶节点110a-110f接收数据。网关基础节点112还在网络106使用的(多个)协议和节点108a-108e和110a-110f使用的(多个)协议之间转换数据。例如，网关基础节点112可以将以太网格式数据(在网络106上传送的)转换为节点108a-108e和110a-110f使用的无线协议格式(例如IEEE 802.11a、802.11b、802.11g、802.11n、802.15.3、802.15.4、或者802.16协议格式)。网关基础节点112还可以将从节点108a-108e和110a-110f中的一个或者多个接收的数据转换为以太网格式数据，以便在网络106上传输。另外，网关基础节点112支持用来创建和维护无线网络的各种功能，例如网络创建和安全。网关基础节点112包括便于部件之间或者使用不同协议的网络之间的通信的任何合适的结构。

在这个示例中，工业控制和自动化系统100还包括无线接口模块114。该无线接口模块114与网关基础节点112通信，帮助便于在工业控制和自动化系统100中使用无线网络。例如，工业控制和自动化系统100中的各种有线的部件可以向该无线接口模块114发送数据，然后该无线接口模块114可以将该数据提供给合适的网关基础节点112，以便通信给指定的叶节点。网关基础节点112还可以将从叶节点接收的数据提供给该无线接口模块114，然后该无线接口模块114可以将该数据提供给合适的有线的目的地。该无线接口模块114包括支持在工业控制和自动化系统100中使用无线网络的任何硬件、软件、固件、或者它们的组合。虽然显示为与网关基础节点112分离，该无线接口模块114可以与网关基础节点112结合到单个物理设备中。

在操作的一个方面，工业控制和自动化系统100中有线或者无线的网络可以支持各种冗余机制，例如冗余连接和冗余消息路由。例如，每个叶节点110a-110f可以将数据消息(多个)给多个骨干节点(108a-108e和112)。这典型地导致创建单个数据消息的多个副本，例如由多个骨干节点接收的数据消息的副本。

无线接口模块114或者网关基础节点112支持允许工业控制和自动化系统100中的有线和无线的系统支持冗余通信的各种功能。例如，无线接口模块114或者网关基础节点112可以对有线系统隐藏无线系统中存在的冗余机制，反之亦然。作为特定示例，来自于叶节点110a-110f的同一数据消息的多个副本可以由多个网关基础节点112接收(通过一个或者多个骨干节点108a-108e)，并被提供给无线接口模块114。无线接口模块114可以识别该数据消息的多个副本，并将该数据消息的单个副本转发给有线的目的地。以这种方式，无线网络中的各种冗余机制可以对有线网络隐藏或者隐瞒。这会有助于通过允许无线网络中的冗余连接和冗余消息路由保持从有线网络看来透明，便于将无线网络集成到工业控制和自动化系统100中。而且，无线接口模块114或者网关基础节点112可以以安全的方式提供这种冗余管理。这有助于减少或者消除工业控制和自动化系统100中的安全漏洞，否则将无线网络结合到工业控制和自动化系统100中可能导致这些安全漏洞。

虽然图1示出了工业控制和自动化系统100的一个示例，可以对图1进行各种修改。例如，工业控制和自动化系统100可以包括任何数量的加工部件、控制器、网络、骨干节点(网关或者其它的)、叶节点和无线接口模块。还有，图1中所示的功能划分仅仅是示意性的。图1中的各种部件可以被结合或省略，并且可以根据特定需要增加其它部件。此外，虽然描述为支持无线网络，工业控制和自动化系统100可以支持任何数量的无线网络。除此之外，图1中的通信路径和系统布局仅是示意性的，可以根据实施方式修改。作为特定示例，图1中的叶节点110a-110f可以互相通信，或者与骨干节点108a-108e的其他配置通信。另外，图1示出了其中可以使用冗余隐藏机制的一个操作环境。这个功能可以用于任何合适的工业控制和自动化或者非工业控制和自动化系统或环境。

图2示出了根据本公开的示例工业控制和自动化系统100的其他细节。尤其，图2示出了支持无线和有线网络冗余隐藏的工业控制和自动化系统100的特定实施例的一部分。图2中所示的各细节仅是示意性的。不脱离本公开的范围下也可以使用工业控制和自动化系统100的其它实施例。

如图2所示，工业控制和自动化系统100可以包括多个控制器104a-104b，多个网关基础节点(GIN)112a-112b和多个无线接口模块(WIM)114a-114b。工业控制和自动化系统100还包括支持更高层次功能的各种服务器202-204。例如，控制服务器202可以执行各种功能来支持控制器104a-104b的操作和控制。作为特定示例，控制服务器202可以记录控制器104a-104b收集的或者产生的信息，执行控制控制器104a-104b的操作的应用程序，提供对控制器104a-104b的安全访问。控制服务器202包括用于提供对控制器104a-104b的访问或者控制的任何硬件、软件、固件或者它们的组合。

密钥服务器204支持工业控制和自动化系统100的安全。例如，密钥服务器204可以向工业控制和自动化系统100中的各种部件，例如向节点108a-108e、110a-110f和112a-112b分发密钥或者其他安全数据。密钥服务器204包括用于向工业控制和自动化系统100的各种节点提供密钥或者其他安全信息的任何硬件、软件、固件或者它们的组合。

在这个示例中，图2中所示的各种部件通过容错以太网(FTE)网络耦接在一起，FTE网络包括各交种换机204a-204b和206a-206d。在这个实施例中，FTE网络表示一对冗余以太网，其中实线表示一个网络中的路径，虚线表示另一个网络中的路径。交换机204a-204b表示FTE网络的高层(标注为L2)中的交换机，用于冗余地将服务器202-204耦接到交换机206a-206d。交换机204a-204b也相互交叉连接。交换机206a-206d表示FTE网络的低层(标注为L1)中的交换机，用于冗余地将控制器104a-104b、网关基础节点112a-112b和无线接口模块114a-114b耦接到交换机204a-204b。在这种类型的FTE网络中，在任何两个希望通信的端点之间典型地存在四条冗余路径。

虽然已经示例了在工业控制和自动化系统100中使用FTE网络，工业控制和自动化系统100还可以支持任何其它适合类型的网络。例如，工业控制和自动化系统100可以支持双以太网(其中交换机204a-204b没有交叉连接)，其典型地在任何两个希望通信的端点之间提供两条冗余路径。

在特定实施例中，网关基础节点112a-112b和无线接口模块114a-114b使用用户数据报协议(UDP)或者传输控制协议(TCP)在FTE L1中通信。还有，网关基础节点112a-112b可以使用自举协议接收它们的网络地址(例如因特网协议或者“IP”地址)。无线接口模块114a-114b中的单个或冗余对可以与一个或者多个网关基础节点112a-112b通信，并且多于两个的网关基础节点112a-112b可以用来提供高层冗余。特定网关基础节点112a-112b与特定无线接口模块114a-114b的关联可以由用户配置，例如通过通知无线接口模块它的网关基础节点，反之亦然。网关基础节点112a-112b可以提供用于与密钥服务器204通信的通信路径，这样就不需要无线接口模块114a-114b中的安全中继。无线接口模块114a-114b的多个冗余对可被并置(例如位于单个设备箱内)，并且可以使用私有冗余路径(例如那些与现场总线接口模块一起使用的)。无线接口模块114a-114b的冗余对和网关基础节点112a-112b的关联对可以占用交换机的四个端口，允许用单个八端口交换机206a-206b来使用两组这些部件。另外，控制器104a-104b(其可以表示HONEYWELL INTERNATIONAL公司的C300控制器)可以耦接或者不耦接到与无线接口模块114a-114b和网关基础节点112a-112b相同的交换机上。

在操作的一个方面，无线网络中的网关基础节点112a-112b和其它部件可以支持冗余连接和冗余消息路由以与叶节点110a-110f通信。在这些实施例中，网关基础节点112a-112b和/或无线接口模块114a-114b可以执行各种功能来对有线网络中的部件(例如服务器202-204)隐藏或者隐瞒无线网络的冗余功能。下面提供关于这个功能的其他细节。

虽然图2示出了工业控制和自动化系统100的特定实施例的额外细节，仍可以对图2做出各种修改。例如，任何合适类型的网络可以用于耦接图2中所示的各种部件。还有，工业控制和自动化系统100可以包括任何合适数量的每一种图2中所示的各个部件。

图3示出了根据本公开的工业控制和自动化系统中的示例无线接口模块。尤其，图3示出了由无线接口模块114支持的示例协议栈300。图3中所示的协议栈300仅是示意性的。在不脱离本公开的范围下协议栈300的其它实施例可以用于无线接口模块114中。

在此示例中，协议栈300包括两个物理层302a-302b，两个媒体访问控制(MAC)层304a-304b，和容错以太网(FTE)层306。物理层302a-302b和MAC层304a-304b支持在两个通信网络上的通信，例如形成FTE网络的两个以太网。FTE层306提供使用容错网络的支持，例如通过当另一个以太网故障时支持在一个以太网上的信息路由。TCP/IP层308支持使用IP上的TCP作为协议栈300的链路层。

协议栈300还包括基础节点接口层310。接口层310支持允许无线接口模块114与网关基础节点112接口和交互的各种功能。协议栈300还包括应用(APP)接口层312和用户层314。应用接口层312提供在无线接口模块114上执行的应用的接口。用户层314提供对各种用户层功能和应用的支持。

在此示例中，应用接口层312包括路径冗余管理器(PRM)316。路径冗余管理器316支持用于帮助对有线网络隐藏无线网络中所支持的冗余机制的功能。例如，路径冗余管理器316可以接收从叶节点110a-110f发送给多个骨干节点108a-108e的数据消息的多个副本，其中该多个骨干节点108a-108e将该数据消息的各副本传送给网关基础节点112。网关基础节点112将该数据消息的各副本传送给无线接口模块114，无线接口模块114中的路径冗余管理器316识别出数据消息的这些副本。然后路径冗余管理器316可以向合适的有线的目的地转发该数据消息的单个副本，例如通过在网络106上发送该数据消息。

类似的，路径冗余管理器316可以接收要通过多个骨干节点108a-108e发送给一叶节点110a-110f的数据消息。然后路径冗余管理器316可以向多个网关基础节点112a-112b发送该数据消息的多个副本，该多个网关基础节点112a-112b通过多个骨干节点108a-108e将该数据消息的多个副本传送给所期望的叶节点。

以这种方式，路径冗余管理器316有助于支持无线网络中使用的冗余机制，同时对有线网络隐藏该冗余机制。换句话说，路径冗余管理器316在工业控制和自动化系统100中帮助使无线网络中使用的冗余机制从有线部件看来是透明的。路径冗余管理器316包括用于对另一个网络隐藏一个网络中的一个或者多个冗余机制的任何硬件、软件、固件或者它们的组合。

图4示出了根据本公开的工业控制和自动化系统中的示例网关基础节点。尤其，图4示出了由网关基础节点112支持的示例协议栈400。图4中所示的协议栈400仅是示意性的。在不脱离本公开的范围下协议栈400的其它实施例可以用于网关基础节点112中。

在此示例中，协议栈400包括两个物理层402，两个MAC层404，FTE层406，和TCP/IP层408。这些层可以与图3中的对应层相同或者类似。尤其，这些层可以支持容错以太网上的TCP/IP通信。协议栈400还包括无线接口模块(WIM)接口层410，应用接口层412，和用户层414。WIM接口层410支持允许网关基础节点112与无线接口模块114接口和交互的各种功能。应用接口层412和用户层414可以与图3中的对应层相同或者类以。

协议栈400中的各个层402-408便于在有线FTE网，例如网络106上通信。协议栈400还包括支持在无线网络上的通信，例如在网关基础节点112和一个或者多个骨干节点108a-108e或叶节点110a-110f之间的通信的各种层。例如，协议栈400包括两个附加物理层416a-416b和两个附加MAC层418a-418b。物理层416a和MAC层418a支持与骨干节点的无线通信，例如通过提供到用于与骨干节点108a-108e通信的无线收发器的接口。类似的，物理层416b和MAC层418b支持与叶节点的无线通信，例如通过提供到用于与叶节点110a-110f通信的另一个无线收发器的接口。

协议栈400还包括无线网络层420和安全层422。无线网络层420提供用于支持创建和使用无线网络的各种功能，例如路由、转发和故障处理功能。安全层422支持与无线网络关联的各种安全相关的功能，例如加密和认证。

在此示例中，网络层420包括冗余分解器(RR)424。冗余分解器424支持用于帮助隐藏无线网络中所支持的冗余机制的功能。例如，一个网关基础节点112a中的冗余分解器424可以接收从一个叶节点发送给多个骨干节点108a-108e的数据消息的多个副本，其中该多个骨干节点108a-108e将数据消息的各副本传送给多个网关基础节点112a-112b(其中一个将数据消息传送给另一个)。冗余分解器424识别数据消息的这些副本，并将数据消息的单个副本转发给无线接口模块114。

类似的，冗余分解器424可以接收要发送给一叶节点的数据消息。冗余分解器424可以向网关基础节点112a的低层416a-416b和418a-418b发送该数据消息的一个副本，以便发送给该叶节点(可能通过骨干节点)。冗余分解器424还可以向另一个网关基础节点112b发送该数据消息的另一个副本，以发送给该叶节点(可能通过骨干节点)。

以这种方式，冗余分解器424有助于支持无线网络中使用的冗余机制，同时对有线网络隐藏该冗余机制。冗余分解器424包括用于对另一个网络隐藏一个网络中的一个或者多个冗余机制的任何硬件、软件、固件或者它们的组合。

虽然图3和4示出了工业控制和自动化系统中的无线接口模块114和网关基础节点112中使用的协议栈300和400的示例，但是可以对图3和4做出各种修改。例如，其他或者附加层可以用于协议栈300和400中的每个。还有，图3和4示出了可以用于隐藏无线网络中的冗余的不同机制(无线接口模块114中的路径冗余管理器316和网关基础节点112中的冗余分解器424)。工业控制和自动化系统可以包括这两种机制之一或者两者。而且，路径冗余管理器316和冗余分解器424也可以对无线网络隐藏有线网络中的冗余机制。例如，路径冗余管理器316或者冗余分解器424可以从有线网络接收单个数据消息的多个副本，并将单个副本转发给无线网络。另外，路径冗余管理器316位于无线接口模块114中和冗余分解器424位于网关基础节点112中的位置仅仅是示意性的。这些组件可以用于协议栈300和400的其它层中。作为特定示例，协议栈400中的冗余分解器424可以移到网关基础节点112的用户层414种，在那里冗余分解器424可以作为冗余中继，在与无线网络关联的层和与有线网络关联的层之间中继消息。

图5到11示出了根据本公开的工业控制和自动化系统中的示例通信。尤其，图5示出了涉及无线接口模块114和网关基础节点112的一般通信路径。图6到10示出了可能发生的、涉及无线接口模块114中的路径冗余管理器316的示例通信。图11示出了可能发生的、涉及网关基础节点112中的冗余分解器424的示例通信。这些示例通信仅仅是用于示意和说明的。在不脱离本公开的范围下，涉及图5到11所示的各种组件的其他通信可以发生于工业控制和自动化系统中。

在图5中，示出了涉及无线接口模块114和网关基础节点112的一般通信路径。尤其，图5示出了涉及无线接口模块114的协议栈300和网关基础节点112的协议栈400的一般通信路径。在此示例中，无线接口模块114的协议栈300支持涉及网关基础节点112的通信路径502。例如，数据可以沿着通信路径502发送给网关基础节点112，并且可以在通信路径502上从网关基础节点112接收数据。在此示例中，通信路径502经过协议栈300中的物理、MAC、FTE、TCP/IP和基础节点接口层而到达协议栈300的应用接口层。

如图5所示，网关基础节点112的协议栈400支持各种通信路径504-510。通信路径504-506例如可以用于，在骨干节点和叶节点与无线接口模块114之间传送信息。例如，可以在通信路径504上发送数据给无线接口模块114和从无线接口模块114接收数据。通信路径504经过协议栈400中的物理、MAC、FTE、TCP/IP和WIM接口层而到达协议栈400的应用接口层。还有，可以沿着通信路径506与骨干节点108a-108e或叶节点110a-110f交换数据。通信路径506经过协议栈400中的物理、MAC、网络和安全层而到达协议栈400的应用接口层。

通信路径508-510例如可以用于，在骨干节点和叶节点与密钥服务器206之间传送信息。例如，可以在通信路径508上发送数据给密钥服务器206和从密钥服务器206接收数据。通信路径508经过协议栈400中的物理、MAC、FTE和TCP/IP层。还有，可以沿着通信路径510与骨干节点108a-108e或叶节点110a-110f交换数据。通信路径510经过协议栈400中的物理、MAC和网络层。

在图6到11中示出使用这些一般通信路径的冗余管理的不同示例。在这些附图中分别使用它们的协议栈300和400来表示无线接口模块114a-114b和网关基础节点112a-112b。

图6表示了在叶节点发送的等待时间受控类(latency controlled class)数据消息的传输期间内可能发生的示例通信。在此示例中，向等待时间受控类的数据消息提供，从发送叶节点到无线接口模块冗余对114a-114b的，冗余的、非重叠的、等待时间受控的路由服务。

如图6所示，发送叶节点发送单个数据消息(例如单个RF分组)，该消息由冗余网关基础节点112a-112b接收。每个网关基础节点112a-112b都处理接收的数据消息，并在FTE/双以太网上将其转发给两无线接口模块114a-114b。以这种方式，网关基础节点112a-112b不需要知道哪个无线接口模块114a-114b当前作为首选WIM而哪个当前作为备用WIM。结果，每个无线接口模块114a-114b从不同的网关基础节点112a-112b接收数据消息的两个副本。

无线接口模块114a-114b中的路径冗余管理器316接收消息并识别消息为副本。然后首选无线接口模块114a-114b中的路径冗余管理器316可以在网络106上转发数据消息的单个副本用于转交。备用无线接口模块114a-114b中的路径冗余管理器316不需要执行任何转发。在此示例中，无线接口模块114a-114b中的路径冗余管理器316帮助隐藏无线网络中使用的冗余机制(来自于发送叶节点的数据消息的冗余路由和导致的数据消息副本)。

图7表示了在向叶节点发送的等待时间受控类的数据消息的传输期间可能发生的示例通信。在此示例中，向等待时间受控类的数据消息提供，从无线接口模块114a-114b到接收叶节点的，冗余的、非重叠的、等待时间受控的路由服务。

如图7所示，无线接口模块114a-114b中的一个接收要发送给一叶节点的单个数据消息。无线接口模块中的路径冗余管理器316在FTE/双以太网上向多个网关基础节点112a-112b发送数据消息的多个副本。

然后网关基础节点112a-112b中的每一个向所期望的叶节点发送它的数据消息副本。例如，网关基础节点112a-112b可以向与所期望的叶节点110a-110f关联的首选和次选骨干节点108a-108e发送RF分组。在特定实施例中，与目的叶节点关联的首选骨干节点向该叶节点发送该RF分组，而与目的叶节点关联的次选骨干节点对叶节点的确认发送确认。还有，在特定实施例中，与目的叶节点关联的首选和次选骨干节点存储每个等待时间受控的数据消息，直到接收到下一个等待时间受控的数据消息。

再次，在此示例中，无线接口模块中的路径冗余管理器316帮助隐藏无线网络中使用的冗余机制(即，多个数据消息副本到接收叶节点的冗余路由)。

图8表示在来自于叶节点的非等待时间受控类数据消息的传输期间可能发生的示例通信。在此示例中，向非等待时间受控类的数据消息提供，从发送叶节点到无线接口模块114a-114b的，非冗余的(但具有热备份)、尽力服务自动重复请求(ARQ)路由服务。

如图8所示，发送叶节点发送单个数据消息，该消息由网关基础节点112a-112b中的一个接收。叶节点可以控制哪个网关基础节点接收它的数据消息，例如通过选择是否与首选或者次选骨干节点108a-108e(其中每一个可以与网关基础节点中不同的一个关联)通信。网关基础节点将接收的数据消息在FTE/双以太网上转发给多个无线接口模块114a-114b，这样网关基础节点不需要知道哪个无线接口模块114a-114b是首选的而哪个是备用的。无线接口模块114a-114b中的路径冗余管理器316接收该数据消息，然后首选无线接口模块114a-114b中的路径冗余管理器316可以在网络106上转发该数据消息用于转交。在特定实施例中，无线接口模块114a-114b中的路径冗余管理器316可以同时支持ARQ和路由选择。

图9表示在非等待时间受控类数据消息到叶节点的传输期间可能发生的示例通信。在此示例中，向非等待时间受控类的数据消息提供，从无线接口模块114a-114b中的单个无线接口模块，通过网关基础节点112a-112b中的单个网关基础节点，到达接收叶节点的，非冗余的(但有热备份)、尽力服务自动重复请求(ARQ)路由服务。

如图9所示，单个数据消息由无线接口模块114a-114b中的一个接收。无线接口模块中的路径管理器316将该数据消息发送给网关基础节点112a-112b中的单个网关基础节点，该网关基础节点将该数据消息转发给骨干节点108a-108e以转交给叶节点。无线接口模块可以控制哪个网关基础节点112a-112b接收它的数据消息，这样使无线接口模块能够选择用哪条路径与接收叶节点通信。在特定实施例中，无线接口模块114a-114b中的路径冗余管理器316可以支持ARQ和路由选择。

图10表示来自于叶节点的数据消息的传输期间可能发生的示例通信。在此示例中，数据消息的所有副本被路由通过网关基础节点112a-112b中的单个网关基础节点(节点112a)到一个或者多个无线接口模块114a-114b。还有，在此示例中，另一网关基础节点112b将它的数据消息副本路由到网关基础节点112a，网关基础节点112a将其转发到一个或者多个无线接口模块114a-114b。无线接口模块114a-114b之一中的路径冗余管理器316接收数据消息的这些副本，并在网络106上转发单个副本以便转交。在特定实施例中，网关基础节点112a中的网络和安全层420-422将所有测试过的分组转发给上面的应用接口层412，网关基础节点112a-112b中的各安全层422维持相互同步。

图11表示了来自于叶节点的数据消息的传输期间可能发生的示例通信。在此示例中，向数据消息提供，从发送叶节点，通过网关基础节点112a-112b，到达网关基础节点112a-112b之一中的冗余分解器424的，冗余路由服务。

如图11所示，发送叶节点发送单个数据消息，该消息由两个网关基础节点112a-112b接收。在此示例中，网关基础节点112a中的冗余分解器424通过网关基础节点112a中的无线网络层接收数据消息的一个副本。网关基础节点112a中的冗余分解器424还从另一网关基础节点112b接收数据消息的另一个副本(经网关基础节点112a中的有线网络层)。然后网关基础节点112a中的冗余分解器424将数据消息的单个副本转发给一个或者多个无线接口模块114a-114b。在特定实施例中，网关基础节点112a-112b中的各安全层422维持相互同步。

以这种方式，如同具有路径冗余管理器316一样，网关基础节点112a-112b中的冗余分解器424可以帮助隐藏无线网络中使用的冗余机制(即，数据消息的冗余路由和导致的多个数据消息副本)。冗余分解器424还帮助对网关基础节点112a-112b中的高层隐藏冗余机制。

虽然图5到11示出了工业控制和自动化系统中的通信的示例，但是可以对图5到11进行各种修改。例如，这些图中显示的通信仅仅表示在工业控制和自动化或者其他系统中可能发生的一些通信。在该系统中可以发生任何其它或者附加的通信。

图12示出了根据本公开，工业控制和自动化系统中实现无线接口模块或者网关基础节点的示例设备1200。图12中所示的设备1200的实施例仅是示意性的。在不脱离本公开的范围下可以使用设备1200的其它实施例。

如图12所示，设备1200包括控制器1202。控制器1202控制设备1200的总体操作。例如，控制器1202可以接收或者产生要对外发送的数据，控制器1202可以将数据提供给设备1200中的一个或者多个其它部件，以便在有线或者无线网络上发送。控制器1202还可以在有线或者无线网络上接收数据并使用该数据。作为特定示例，无线接口模块114中的控制器1202可以从网关基础节点112接收数据，并提供该数据以在网络106上通信。作为另一个特定示例，网关基础节点112中的控制器1202可以从无线接口模块114接收数据，并提供该数据以无线通信到骨干节点或者叶节点。另外，控制器1202可以执行对另一个网络隐藏一个网络中的冗余机制的功能，例如通过实施路径冗余管理器316或者冗余分解器424。控制器1202包括用于控制设备1200的操作的任何合适的硬件、软件、固件或者它们的组合。作为特定示例，控制器1202可以代表处理器、微处理器、微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、或者其他处理或者控制装置。

存储器1204耦接到控制器1202。存储器1204存储由设备1200使用、收集或者产生的很多不同信息中的任何信息。例如，存储器1204可以存储在一个网络上接收的、要在另一个网络上发送的信息。存储器1204包括任何合适的一个或多个易失性和/或非易失性存储器和检索设备。

设备1200还包括一个或者多个有线网络接口1206。有线网络接口1206允许设备1200在一个或者多个有线网络，例如网络106上通信。如果设备1200表示网关基础节点112，一个或者多个有线网络接口1206可以允许网关基础节点112在有线网络上与一个或者多个无线接口模块114通信。如果设备1200表示无线接口模块114，一个或者多个有线网络接口1206可以允许无线接口模块114在有线网络上与一个或者多个网关基础节点112和其它部件(例如有线控制系统部件)通信。每一个有线网络接口1206包括用于在有线网络上发送和/或接收信号的任何合适的结构。

如果设备1200表示网关基础节点112，设备1200可以进一步包括一个或者多个无线收发器1208。每个收发器1208方便到和出设备1200的无线通信。例如，收发器1208可以接收基带或者中间数据信号，并将该信号调制到载波信号以便通过天线1210发送。收发器1208还可以从天线1210接收载波信号，并将该信号下变换到基带或者中间信号。由此该一个或者多个收发器1208可以方便网关基础节点112与一个或者多个无线设备，例如骨干或者叶节点之间的通信。每个收发器1208包括用于发送和/或接收无线信号的任何合适的结构。在某些实施例中，每个收发器1208表示射频(RF)收发器，每个天线1210表示RF天线。该一个或者多个收发器1208每个可以使用任何其它合适的无线信号来通信。还有，每个收发器1208可以由发送器和分开的接收器替换。

虽然图12示出了在工业控制和自动化系统中实现无线接口模块或者网关基础节点的设备1200的一个示例，可以对图12进行各种修改。例如，根据特定需要，图12中的各种部件可以被组合或者省略或者加入其它部件。

图13和14示出了根据本公开，工业控制和自动化系统中隐藏冗余无线通信的示例方法。尤其，图13和14示出了在工业控制和自动化系统中对另一个网络隐藏一个网络中的冗余通信的示例方法。图13和14所示方法的实施例仅是用于示意性的。在不脱离本公开的范围下可以使用该方法的其它实施例。

在图13中，在步骤1302无线接口模块或者网关基础节点从一叶节点接收多个数据消息。这例如可以包括，无线接口模块114中的路径冗余管理器316从不同的网关基础节点112a-112b接收多个数据消息。这还可以包括一个网关基础节点112a中的冗余分解器424从该叶节点接收多个数据消息，一个来自于该叶节点本身(可能通过一个或者多个骨干节点108a-108b)，另一个来自于不同的网关基础节点112b。

在步骤1304无线接口模块或者网关基础节点判断接收的消息是否是副本。这例如可以包括，路径冗余管理器316或者冗余分解器424检查各数据消息的报头或者内容来判断这些消息是否是副本。

如果不是，在步骤1306将该多个消息转发给一个或者多个合适的目的地。在这种情况下，路径冗余管理器316或者冗余分解器424不需要采取任何行动来对另一个网络隐藏一个网络中的冗余机制。

否则，如果这些消息是副本，在步骤1308将该数据消息的单个副本转发给合适的目的地。在这种情况下，路径冗余管理器316或者冗余分解器424采取行动来隐藏无线网络中存在的冗余路径(和导致的冗余消息)。在此，方法1300结束。然后可以重复整个方法1300以处理来自于叶节点的其他消息。

在图14中，在步骤1402无线接口模块或者网关基础节点接收一叶节点的一数据消息。这例如可以包括，无线接口模块114中的路径冗余管理器316在网络106上接收一数据消息。这还可以包括一个网关基础节点112a中的冗余分解器424从无线接口模块114接收一数据消息。

在步骤1404无线接口模块或者网关基础节点识别到达目的叶节点的一条或者多条路径。这例如可以包括，无线接口模块114中的路径冗余管理器316识别应当接收和发送该数据消息的一个或者多个网关基础节点。这还可以包括一个网关基础节点112a中的冗余分解器424识别应当接收和发送该数据消息的另一个网关基础节点112b。

在步骤1406无线接口模块或者网关基础节点沿着识别的到达叶节点的(多条)路径通信数据消息的一个或者多个副本。这例如可以包括，无线接口模块114中的路径冗余管理器316向多个网关基础节点112a-112b发送数据消息的多个副本，以便转发给叶节点(可能通过一个或者多个骨干节点)。这还可以包括一个网关基础节点112a中的冗余分解器424向叶节点转发该数据消息的一副本(可能通过一个或者多个骨干节点)，并向另一网关基础节点112b转发该数据消息的另一个副本，以便转交给叶节点。

使用图13和14中所示的方法1300和1400，路径冗余管理器316和/或冗余分解器424可以帮助掩蔽无线网络中存在的冗余通信路径(以及导致的冗余消息副本)。例如，路径冗余管理器316和/或冗余分解器424可以帮助保证只有来自叶节点的数据消息的单个副本被转发给有线控制系统中的目的地。类似的，路径冗余管理器316和/或冗余分解器424可以帮助保证从有线控制系统接收的数据消息的多个副本被发送给叶节点，提高了成功接收数据消息的可能性。

虽然图13和14示出了工业控制和自动化系统中隐藏冗余无线通信的方法的示例，可以对图13和14进行各种修改。例如，虽然显示为一系列步骤，每个图中的各个步骤可以重叠、并行发生、以不同顺序发生、或者多次发生。

在某些实施例中，上述各种功能由计算机程序实现或者支持，该计算机程序由计算机可读程序代码形成并包含在计算机可读媒介中。术语“计算机可读程序代码”包括任何类型的计算机代码，包括源代码、目标代码和可执行代码。术语“计算机可读媒介”包括能够由计算机访问的任何类型的媒介，例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、硬盘驱动器、光盘(CD)、数字化视频光盘或数字通用光盘(DVD)、或者任何其它类型的媒介。

提出本专利文本中使用的某些单词和术语的定义是有利的。术语“耦接”和它的派生词指两个或者多个特征之间任何直接或者间接通信，而不论这些特征是否相互物理接触。术语“应用”和“程序”指适合于以合适的计算机代码(包括源代码、目标代码或可执行代码)实现的一个或者多个计算机程序、软件组件、指令集、流程、函数、对象、类、实例、相关数据、或者它们的一部分。术语“发送”、“接收”和“通信”，以及它们的派生词，包括直接和间接通信。术语“包括”和“包含”，以及它们的派生词，意味着包括但不限于。术语“或”是包含的，意味着和/或。术语“关联”和“与其关联的”，以及它们的派生词，可以意味着包括、被包括在其内、相互连接、包含、被包含在其内、连接到或与其连接、耦接到或与其耦接、可与其通信、与其协作、交织、并列、接近于、被约束到或者用其约束、具有、具有其属性等等。术语“控制器”意味着控制至少一个操作的任何设备、系统或者它们的一部分。控制器可以硬件、固件、软件或者它们中至少两者的某种组合实现。与任何特定控制器相关的功能可以是集中式的或者分布式的，不论本地的或者远程的。

虽然本公开已经描述了某些实施例和通常与之相关的方法，对本领域技术人员来说，这些实施例和方法的改变和置换是显而易见的。由此，示例实施例的上述描述并不限定或者局限本公开。不脱离由所附的权利要求定义的本发明的精神和范围下，其他修改、替换、和改变也是可能的。

Claims (10)

1、一种方法，包括：

接收(1302)多个数据消息，所述数据消息在无线网络中的多条路径上发送；

判断(1304)所述数据消息中的两个或者更多是否是副本；以及

当所述数据消息中的两个或者更多是副本时，在有线网络上通信(1308)该两个或者更多数据消息中的单个数据消息。

2、根据权利要求1所述的方法，还包括：

接收(1402)第二数据消息；以及

通信(1406)该第二数据消息的多个副本，以在该无线网络上发送给单个目的地。

3、根据权利要求2所述的方法，其中：

该第二数据消息与第一类关联；以及

进一步包括：

接收(1402)与第二类关联的第三数据消息；以及

通信(1406)该第三数据消息的单个副本，以在该无线网络上发送到该单个目的地。

4、根据权利要求2所述的方法，还包括：

识别(1404)该第二数据消息的该多个副本到该单个目的地的多条路径。

5、根据权利要求1所述的方法，其中该无线网络包括工业控制和自动化系统(100)中的无线传感器和致动器的网络，该工业控制和自动化系统与工业加工有关。

6、一种装置，包括：

至少一个接口(1206)，配置为在有线网络上通信；和

控制器(1202)，配置为：

接收多个数据消息，所述数据消息在无线网络中的多条路径上发送；

判断所述数据消息中的两个或者更多是否是副本；以及

当所述数据消息中的两个或者更多是副本时，将两个或者更多数据消息中的单个数据消息提供给该至少一个接口，以在该有线网络上传送。

7、根据权利要求6所述的装置，其中将该控制器进一步配置为，接收第二数据消息，和使该至少一个接口发送该第二数据消息的多个副本，以在该无线网络上发送给单个目的地。

8、根据权利要求7所述的装置，其中：

该第二数据消息与第一类相关联；以及

将该控制器进一步配置为，接收与第二类关联的第三数据消息，并使该至少一个接口发送该第三数据消息的单个副本，以在该无线网络上发送给该单个目的地。

9、根据权利要求7所述的装置，其中将该控制器进一步配置为，识别该第二数据消息的该多个副本到该单个目的地的多条路径。

10、一种计算机程序，包含在计算机可读媒介中并包括计算机可读程序代码，用于：

接收(1302)多个数据消息，所述数据消息在无线网络中的多条路径上发送；

判断(1304)所述数据消息中的两个或者更多是否是副本；以及

当所述数据消息中的两个或者更多是副本时，在有线网络上通信(1308)该两个或者更多数据消息中的单个数据消息。

Images