GBT 1 工业无线网络WIA规范 第1部分：用于过程自动化的WIA过程系统实例结构与通信规范

112言2规范性引用文件3术语、定义和缩略语3．1术语和定义3．2缩略语4数据类型定义4．1布尔类型4．2无符号整型八位字符串类型4．4浮点类型5概述设备类型拓扑结构协议栈结构数据流互连6过程系统实例管理概述过程系统实例管理架构设备加入过程虚拟通信关系路由配置与通信资源分配聚合和解聚-网络性能监视设备离开过程管理信息库及其服务7物理层一8数据链路层．．8．1概述‘8．2协议栈结构 nbsp;8．5数据链路子层数据服务一8．6数据链路子层管理服务一8．7数据链路层帧格式一目 次 26790．12011，00如加quot;姐姐蛎盯娼卯阻 26790．120119网络层-概述9．2协议栈结构9．3功能描述-9．4网络层数据服务9．5网络层管理服务网络层包格式10应用层10．1概述10．2用户应用进程】o．3应用子层10．4应用子层包格式111．1概述11．2安全管理架构11．3安全通信协议栈体系11．4密钥管理安全入网过程-11．6安全传输-附录A资料性附录A．1 -A．2 A．3 A．4 A．5 附录B资料性附录B．1时序圖---B．2包格式和帧格式 -附录C资料性附录应用层用户应用对象实例C．1概述c．2模拟量输入对象参考文献-图1 图2 图3 图5 图6过程系统实例管理中的图8路由設备通过网关设备加入网络过程图9路由设备通过在网路由设备加入网络过程邮瞄加quot;孙孙∞弛quot;加蚰们蛆％钉鹊弘船船弱弘弘弱弘盯图图图图14圖15图16图17图18图19图20图21图22图23图24图25图26图27图28图29图30图31图32图33图34图35图36图37图38图39图40图4-现场设备加人路由设备的过程设备长地址一路由设备短地址现场设备短地址┅通信资源分配示例路由设备的通信资源分配过程现场设备加入路由设备的通信资源分配过程现场设备-路由设备包聚合和解聚例子-路径失敗报告过程现场设备状态报告过程路由设备状态报告过程信道状况报告过程路由设备主动离开网络过程路由设备被动离开网络过程-现场设備主动离开网关设备的过程现场设备主动离开路由设备的过程现场设备被动离开网关设备过程现场设备被动离开路由设备过程信标帧载荷內容数据链路子层参考模型-2和长周期数据的处理实例示例态机数据服务时序图网络发现时序图数据链路层通用帧格式数据链路层帧控制格式数据链路层数据帧格式数据链路层命令帧通用格式网络层在协议栈中的位置网络层参考模型网络层状态机网络层数据服务时序图现场设備加入路由设备时序图现场设备路由设备端现场设备加入路由设备时序图路由设备网关设备端路由设备一跳加入时序图r 26790．1201 1Ⅲquot;均加趴都船拈鵝弛曲四如如甜孔舵驼蛎蚰钉盯盯船∞∞弛弘的觚矾驰∞踮踮够加乃他 26790．12011图53图54图55图56图57图58图59图60图61图62图63图64图65图66图67图68图69图70图71图72图73图74图75图76图77图78图79图80圖81图82图83图84图85图86图87图88图89图90图91图图图图路由设备多跳加入时序图待加人路由设备在网路由设备端路由设备多跳加入时序图网路由设备网关设备端现场设备主动离开路由设备时序图现场设备路由设备端-现场设备主动离开路由设备时序图路由设备网关设备端现场设备被动离开路由设備时序图路由设备现场设备端-现场设备被动离开路由设备时序图路由设备网关设备端路由设备主动离开时序图路由设备网关设备端路由设備主动离开时序图路由设备现场设备端路由设备被动离开时序图网关设备～一路由设备端路由设备被动离开时序图路由设备现场设备端汇報簇成员时序图汇报邻居信息时序图路由增加时序图路由更新时序图删除路由原语时序图网络管理者增加路由设备链路的时序图路由设备增加现场设备链路的时序图网关设备更新路由设备链路的时序图网关设备释放路由设备链路的时序图网关设备增加路由设备超帧配置的时序图路由设备增加现场设备的超帧配置的时序图网关设备更新路由设备超帧配置时序图路由设备更新现场设备超帧配置时序图网关设备释放路由设备超帧配置的时序图路由设备释放现场设备超帧配置的时序图现场设备向路由设备报告设备状态的时序图路由设备向网关设备报告设备状态的时序图现场设备向路由设备报告信道状态的时序图路由设备向网关设备报告信道状态的时序图一路径失败报告时序图网络属性获取时序图”网络属性获取时序图网络层通用包格式网络层数据包格式网络层聚合包格式网络层命令包格式网络层加入请求命令包格式網络层加入响应命令包格式网络层离开请求命令包格式网络层离开响应命令包格式一网络层汇报簇成员请求命令包格式他他伯阳舳舳跎孔踮盯曲蛇蛇虬％盯鲫∞∞叫∞∞叩叮∞∞MM抑网络层汇报邻居信息请求命令包格式网络层路由增加请求命令包格式网络层路由增加响应命令包格式网络层路由更新请求命令包格式网络层路由更新响应命令包格式网络层路由删除响应命令包格式网络层链路增加请求命令包格式网絡层链路增加响应命令包格式网络层链路更新请求命令包格式网络层链路更新响应命令包格式网络层链路释放请求命令包格式网络层链路釋放响应命令包格式网络层超帧增加请求命令包格式网络层超帧增加响应命令包格式网络层超帧更新请求命令包格式网络层超帧更新响应命令包格式网络层超帧释放请求命令包格式网络层超帧释放响应命令包格式．．网络层设备状态报告请求命令包格式网络层设备状态信息格式网络层信道状况报告请求命令包格式网络层信道质量信息格式一网络层路径失败汇报请求命令包格式网络层属性获取请求命令包格式網络层属性获取响应命令包格式网络层属性配置请求命令包格式 网络层属性配置响应命令包格式应用层结构--用户应用进程实现方式启用聚匼功能用聚合功能应用子层通用包格式包控制字段格式应用子层数据包格式确认包格式安全通信协议栈示意图 26790．12011抛墨|墨圣|ⅢⅢⅢ协协Ⅲ协磁瑚Ⅲ啪ⅢⅢ瑚协Ⅲm兰|m。 26790．12 01 1图1 39图140图141图142图143图图图图图B．1应用层安全包格式-密钥生存周期序列图-现场设备安全加入路由设备时序图现场设备路甴设备端现场设备安全加入路由设备时序图路由设备网关设备端路由设备一跳加人时序图路由设备多跳加入时序图待加入路由设备在网路甴设备端路由设备多跳加入时序图网路由设备网关设备端时序图-表1 表2聚合功能及对应表4数据聚合对象实例的实例级属性表6包聚合对象的类級属性表7包聚合对象的实例级属性表8解聚对象的类级属性表9解聚对象的实例级属性表10非结构化属性表11结构化属性表12 一表14 一表1 5 一表16 一表17 表19 表20 表21 表22 ET．ET．ET．ET．表27 一表29 表30 表31 表32命令执行结果列表-一Ⅵ蛆“蛎们鲫曲∞印盯弘蜉蚰蛎媳蛐弛雅舛踮表33表34表35表36表37表38表39表40表4EEE01N．E ．EYN．数据链路层命令幀格式路由表示例网络层状态定义网络层状态转移表EE EEEIE E I，I．EE EE AG．类型子字段取值传输模式子字段取值DI。安全头安全信息控制字段应用层安铨控制字段格式EC．EC．EC．EC．法的数据包流人流出安全级别以字节为单位的包／帧格式以位为单位的包／帧格式模拟量输入对象的类级属性模擬量输入对象的实例级属性 26790．1“踮砧弘们蛆“们盯盯鸲弘弘踮弘 26790．-gt;眠3gt;状结构避信壹源分配 星型结构通信资振分配图15通信资源分配示例G．5．3通信资源分配规则本条定义了如下4个数据链路子层数据单元优先级命令帧具有最高的优先级命令帧包括所有与诊断、配置和控制信息，鉯及紧急告警有关的帧1 9C．B／T 26790．12011一一过程数据具有第二优先级。一般先级为第三优先级将所有不属于命令、过程数据和告警数据的帧的優先级归为一般优先级。报警先级为最低优先级非紧急的告警数据都属于该优先级。设备只能缓冲至多一个报警优先级的帧通信资源汾配主要采用如下的调度规则信标和活动期部分的信道分配优先；更新速率快的设备时隙分配优先；一多跳通信中，起始时间早的帧的时隙分配优先；优先级高的帧的时隙分配优先6．5．4路由设备通信资源分配由设备加人网络时，首先在所有信道上扫描邻居设备且将邻居信息汇报给用通信资源分配服务具体内容见9．5．7为其分配路由及一块通信资源包括超帧和链路。路由设备加入网络后通过信标帧广播自身的超帧结构信息。路由设备的资源分配过程如图16所示图16路由设备的通信资源分配过程6．5．5现场设备通信资源分配现场设备的由设备或鍺网关设备利用通信资源分配服务具体内容见9．5．7为其分配分布于不同信道时隙，用于现场设备与路由设备之间或者现场设备与网关设备の间的通信如果现场设备的加入影响了其所在簇的路由设备或者网关设备的超帧结构，则该簇的路由设备或者网关设备更新其路由属性、超帧属性以及链路属性各属性的具体内容见6．9．1．2．2更新的方法见9．5．7。现场设备加入路由设备的通信资源分配过程如图17所示 16．6聚匼和解聚图17现场设备加入路由设备的通信资源分配过程6．6．1聚合现场设备和路由设备的聚合功能是可选的，通过聚合和解聚功能支持标志表17指示是否实现当现场设备和路由设备支持聚合功能时，表17为1来启用聚合功能减少数据包传输的数量。数据聚合当现场设备具有一个鉯上用户应用对象时通过现场设备的聚合和解聚功能启用标志选择启用现场设备的数据聚合机制，以减少通信频率提高网络效率；包聚合当路由设备接收一个以上现场设备的数据包时，通过路由设备的聚合和解聚功能启用标志选择启用路由设备的包聚合机制以减少路甴设备到网关的数据包2】 26790．120”数目，提高网络效率聚合功能由现场设备的类聚合对象的参数由网络管理者配置。现场设备不采用数据聚匼机制路由设备采用包聚合机制；现场设备采用数据聚合机制，路由设备不采用包聚合机制；现场设备和路由设备均采用聚合机制；现場设备和路由设备均不采用聚合机制现场设备、路由设备和网关设备对聚合和解聚功能的启用及与2聚合功能及对应合功能 路由设备聚合功能 网关设备解聚功能状况编号不启用 启用 不启用 启用 不启用 启用非聚合 X 8 X 6 X nbsp;X 此时数据聚合表示包聚合聚合表示非聚台合功能的配置过程如下為路由设备分配包聚合合周期设为簇内所有现场设备的录为6．9．I．2．1。为现场设备分配数据聚合合周期设为现场设备的所有录为6．9．1．2．1针对现场设备和路由设备是否启用聚合功能，做以下处理如果现场设备信息库中的聚合和解聚功能启用标志为0则该现场设备不启用聚匼功能。不启用聚合功能的现场设备利用预分配的非聚合果路由设备信息库中的聚合和解聚功能启用标志路由设备利用该过程对应表2中的狀况A如果现场设备具有多个该现场设备启用数据聚合功能。现场设备的所有类型的数据发送给法标识符”域见10．2．3是否为0 1该数据是否为P／到达聚合周期后类型的数据按照图18所示的格式进行聚合，并计算聚合数据的长度然后，将10．4．2最后，现场设备过数据聚合如果路甴设备信息库中的聚合和解聚功能启用标志该路由设备不启用聚合功能当路由设备接收到现场设备的包时，路由设备的网络层利用该包嘚过程对应表2中的状况B如果路由设备信息库中的聚合和解聚功能启用标志该路由设备启用聚合功能。当路由设备接收到现场设备的包时判断接收到的数据是否可被聚合的判断准则如下如果该包的网络层包头的分段标志见9．6．1为1，表示该数据为分段数据则不可聚合；如果该包的网络层包头的分段标志为0且P／9．6．3为1，表示该数据为P／可聚合；其他类型的数据都不可聚合如果路由设备启用聚合功能且接收箌的包可聚合，则路由设备的一个超帧周期内以收到的第一个可聚合的包为起始时间，直到网络管理者为路由设备预先分配的聚合包发送时隙止计算聚合数据的长度。然后将聚合数据、包聚合将网络层包头的包控制字段中的包类型设置为1来指示此数据包为聚合包。如果聚合后的包长度超出网络层的最大数据包长度则利用网络层的分段功能将包进行分段。利用之前从分段发送给网关设备此过程对应表2中的状况字节 1字节 可变长度 1字节 可变长度聚合数量 数据长度 数据 数据长度 数据图18现场设备聚合数量长度为1个字节，表示数据长度长度为1個字节表示其后被聚合的字节为单位数据可变长度，表示被聚合的式见1141字节 2字节 1字节 可变长度 2字节 1字节 可变长度地址 数据长度 数据 源哋址 数据长度 数据图19路由设备 26790．12011图19中各参数的定义如下聚合数量长度为1个字节，表示源地址长度为2个字节表示其后被聚合数据的16位源地址；数据长度长度为1个字节，表示其后被聚合的现场设备数据的长度以字节为单位；数据可变长度，表示被聚合的现场设备数据格式見图131。6．6．2解聚网关设备的解聚功能是可选的通过聚合和解聚功能支持标志网关设备支持解聚功能时，表17为1启用网关设备的解聚功能解聚功能由网关设备的关设备根据收到包的头决定是否解聚包。如果网关设备的果网关设备的网关设备收到现场设备和路由设备的聚合包後网关设备的网络层通知网关设备的．6．3两级聚合和解聚示例下面的例子具体说明聚合和解聚过程。图20给出了由两个现场设备、一个路甴设备、一个网关设备和一个主控计算机构成的简单网络其中，路由设备场设备场设备例中假设现场设备场设备由设备ss。现场设备聚匼周期配置为本地数据更新周期的最小值即为4 s；现场设备合后的包记为由设备聚合周期配置为簇内数据更新周期的最小值，即为1 s；路由設备关设备责解开现场设备和路由设备聚合后的包24数据更新周期l a1． b1 nbsp;26790．卜一2011阿关设备．．．．．．．．．．．．．．．．一．．合和解聚過程详述如下a 网络建立后，网络管理者分别为a1、a2、记现场设备A于现场设备此现场设备例中对现场设备b非聚合络管理者为现场设备聚合场设備于s所以现场设备s；现场设备 26790．12011据聚合端点为现场设备由设备于a1，a2．s所以路由设备s；路由设备端点为路由设备cAA 场设备止到预先分配好嘚发送聚合包的时隙为止，将需要聚合的数据通过由设备止到预先分配好的发送聚合包的时隙为止将需要聚合的包在d 网关设备的据解析絀的包的源地址、到对应的e 网关设备的．6．4聚合和解聚对象管理数据聚合对象的类级属性如表3所示。衰3数据聚合对象的类级属性属性标属性名称 数据类型 默认值 属性 支持的描 述识符 可选方法0 nbsp;必备 数据聚合对象标识符 nbsp;可造 数据聚合对象类定义的版本 4数据聚合对象实例的实例级屬性属性属性名称 数据类型 默认值 属性标识符可选描 述 支持的方法0 nbsp;必备 聚合对象实例标识符 nbsp;必备 聚合周期以秒为单位 nbsp;可选 聚合的用户应鼡对象的数量 选 聚合的用户应用对象的列表 表5聚合数据 可选 位为字节聚合的用户应用对象的数据。备 与．3所示其中，5 nbsp;26790．卜一201 1属性标识符 屬性名称 数据类型 描 述0 户应用对象标识符1 户应用对象实例标识符2 户应用对象属性标识符包聚合对象的类级属性如表6所示表6包聚合对象的類级属性属性标 属性 支持的识符 属性名称 数据类型默认值 描 述可选 方法O nbsp;必备 包聚合对象标识符 nbsp;可选 包聚合对象类定义的版本 7包聚合对象的實例级属性属性标 属性 支持的识符 属性名称 数据类型 默认值 描 述可选 方法O nbsp;必备 包聚合对象标识符 nbsp;必备 聚合周期以秒为单位 nbsp;必备 被聚合的簇荿员的数量 选 聚合的簇成员列表 nbsp;可选 聚合包的长度以字节为单位 备 中保存的各簇成员数据的顺序，应与 ．3所示解聚对象的类级属性如表8所示。表8解聚对象的类级属性属性标 属性 支持的识符 属性名称 数据类型 默认值 描 述可选 方法0 nbsp;必备 解聚对象标识符 nbsp;可选 解聚对象类定义的版夲 nbsp;26790．12011解聚对象的实例级属性如表9所示表9解聚对象的实例级属性据类型 默认值属性描 述 支持的法o nbsp;必备 解聚对象实例标识符 ．3所示。6．7网络性能监视6．7．1路径失败报告路径失败报告用于路由设备利用冗余路径向网络管理者报告路径失败路径失败报告的过程见图21。具体内容见9．5．11图21 路径失败报告过程6．7．2设备状态报告现场设备将自身的设备状态汇报给所在簇的路由设备。路由设备收到簇内现场设备的设备状態报告后定期将本簇现场设备和自身的设备状态汇报给网络管理者。网络管理者收到路由设备定期汇报的设备状态报告后评估和诊断網络性能，并对网络环境的变化及时做出响应网络管理者还可以通过设置电池电量不足、与邻近设备的无法连接等情况。现场设备状态報告的过程见图22路由设备状态报告的过程见图23。具体内容见9．5．9图22现场设备状态报告过程甲吐军于图23路由设备状态报告过程 16．7．3信道狀况报告信道状况报告用于现场设备或者路由设备向网络管理者汇报信道的质量状况。信道状况报告的过程见图24具体内容见9．5．10。6．8设備离开过程6．8．1概述图24信道状况报告过程动离开和被动离开三个过程异常离开是指设备由于故障、失效、能量耗尽等原因无法与网络中嘚其他设备进行通信。异常离开可以通过数据链路子层的动离开是指簇内的现场设备向路由设备申请离开网络或者路由设备向网关申请離开网络；被动离开是指网关要求路由设备离开网络，或者路由设备要求簇内的现场设备离开网络6．8．2路由设备离开过程由设备主动离開过程如图25所示a 路由设备向网络管理者发出离开请求；b 网络管理者向发出离开请求的路由设备发出响应；c路由设备在收到网络管理者的允許离开响应后，通知其现场设备后离开网络；d 网络管理者释放已离开路由设备占用的网络地址新网络拓扑；e 网络管理者通知网络中为已離开路由设备保留通信资源的路由设备，这些路由设备释放相应的吐军罩 26790．1201 1图25路由设备主动离开网络过程路由设备被动离开过程如图26所示a 網络管理者向某个路由设备发出离开请求；b收到离开请求的路由设备向网络管理者发送响应；c 路由设备在通知其现场设备后离开网络；d 收箌路由设备发出的响应后网络管理者释放路由设备占用的网络地址、新网络拓扑；e 网络管理者通知网络中为已离开路由设备保留通信资源的路由设备，这些路由设备释放相应的．8．3现场设备离开过程30图26路由设备被动离开网络过程开场设备主动离开所在簇的过程如图27和图28所礻；a 现场设备向所在簇的路由设备或者网关设备发送离开请求；b路由设备或者网关设备发出离开响应；c路由设备或者网关设备释放已离开現场设备所占用的簇内地址、新簇成员列表和B／T 26790．120”d 收到离开响应后现场设备离开簇；e如果现场设备离开路由设备，则路由设备向网关設备发出更新簇内成员列表及簇内27现场设备主动离开网关设备的过程图28现场设备主动离开路由设备的过程更新列表现场设备被动离开所在簇的过程如图29和图30所示a路由设备或者网关设备向某个现场设备发出被动离开请求b 现场设备向路由设备或者网关设备发送离开响应。c现场設备离开簇d 路由设备或者网关设备接收到现场设备的离开响应，释放已离开现场设备所占用的簇内地址、更新簇成员列表和e 如果现场设備被动离开路由设备则路由设备向网关设备发出更新簇内成员列表及簇内B／T 26790．1201 1设[亟三][固[日离开请求]离开响应离开1通情羹薄．更新设备列表1■■-■■-■■_图29现场设备被动离开网关设备过程两络管理者 网/p