用於通過區別網絡進行無線過程通信的系統和方法與流程

2023-09-11 11:04:25

用於通過區別網絡進行無線過程通信的系統和方法本申請是2011年2月18日提交的、申請號為200980132326.7、發明名稱為「用於通過區別網絡進行無線過程通信的系統和方法」的專利申請的分案申請。

背景技術：
在工業設置中，控制系統用於監視和控制工業和化學過程等。典型地，控制系統使用在工業過程中的關鍵位置處分布的、通過過程控制環(processcontrolloop)耦合至控制室中的控制電路的現場設備來執行這些功能。現場設備一般在分布式控制或過程監視系統中執行諸如對參數進行感測或對該過程進行操作之類的功能。一些現場設備包括換能器。換能器被理解為表示：基於物理輸入產生輸出信號的設備；或者基於輸入信號產生物理輸出的設備。典型地，換能器將輸入變換為具有不同形式的輸出。換能器的類型包括各種分析設備、壓力傳感器、熱敏電阻、熱電偶、應變儀、流量變送器、定位器、致動器、螺線管、指示燈等等。典型地，每個現場設備還包括：通信電路，用於通過過程控制環與過程控制室或其他電路進行通信。在一些安裝中，過程控制環還用於向現場設備傳送整流電流和/或電壓，以給現場設備供電。過程控制環還以模擬或數字格式承載數據。傳統地，已經通過兩線過程控制電流環將模擬現場設備連接至控制室，其中，每個設備通過單個兩線控制環而連接至控制室。在一些安裝中，已經開始使用無線技術來與現場設備進行通信。無線操作簡化了現場設備的布線和設置。一個無線過程通信技術標準已知為WirelessHART標準。WirelessHART標準由HART通信基金會在2007年9月發布。WirelessHART規範的相關部分包括：HCF_Spec13，版本7.0；HART規範65-無線物理層規範；HART規範75-TDMA數據鏈路層規範(TDMA是指時分多址)；HART規範85-網絡管理規範；HART規範155-無線命令規範；以及HART規範290-無線設備規範。在ISA100.11a中闡述了另一無線過程通信標準(預計標準發布是2009年8月)。該技術提出了根據IEEE802.15.4-2006、使用無線電路以2.4GHz頻率進行無線通信。ISA100.11a標準由國際自動化協會(ISA)保持。儘管這些無線網絡通信技術使用相同的頻帶、無線電路，並被配置為在彼此存在並且2.4GHz頻率處存在其他無線技術的情況下共存，但是共存並不是互操作(interoperability)。例如，ISA100.11a標準指示了：共存是無線網絡在存在可能不基於相同標準的其他無線網絡的環境中執行其任務的能力。如本文使用的，不基於相同標準的兩個網絡將被視為「區別(distinct)」網絡。

技術實現要素：
提供了一種用於在多個區別無線過程通信網絡上傳送過程通信分組的雙模路由器。所述路由器包括無線通信電路以及與所述無線通信電路耦合的控制器。所述無線通信電路被配置為與來自所述多個區別無線過程通信網絡中的每一個的信號進行交互。所述控制器被配置為使來自第一區別無線過程通信網絡的過程通信分組適於在第二區別無線過程通信網絡上傳輸。還提供了用於對區別無線過程通信網絡進行配置和通過區別無線過程通信網絡對過程分組進行中繼的方法。附圖說明圖1是示意了根據本發明實施例，WirelessHART設備通過ISA100.11a網絡與WirelessHART網關進行通信的示意圖。圖2是示意了WirelessHART和ISA100.11a網關通過ISA100.11a連接至ISA100.11a網絡的示意圖。圖3是WirelessHARTMAC首部的示意圖。圖4是ISA100.11aMAC首部的示意圖。圖5是WirelessHARTDLL首部的示意圖。圖6是ISA100.11aDLL首部的示意圖。圖7是WirelessHART網絡首部的示意圖。圖8是ISA100.11a未分段網絡首部的示意圖。圖9是ISA100.11a分段網絡首部的示意圖。圖10是示意了根據本發明實施例，中繼功能如何使用包含在WirelessHART首部中的信息來構造ISA100.11aMAC、DLL和網絡層首部的示意圖。圖11是示意了由根據本發明實施例的雙模路由器接收中繼分組的示意圖。圖12是示出了雙模路由器棧中的中繼功能的示意圖。圖13是示出了根據本發明實施例，中繼首部包含當分組離開ISA100.11a網絡時重構WirelessHART首部所需的信息的示意圖。圖14是根據本發明實施例，完整的中繼分組示出中繼首部以及WirelessHART分組在ISA100.11aUDP有效載荷中的中繼部分的示意圖。圖15是根據本發明實施例的雙模路由器的示意圖。具體實施方式ISA100.11a和WirelessHART均已將共存特徵(在存在其他網絡的情況下允許該其他網絡進行操作)設計到其規範中。然而，共存不是互操作，共存並不產生協作的ISA100.11a和WirelessHART網絡可提供的相同效率和性能。本發明實施例一般提供使用公共網絡基礎設施對WirelessHART和ISA100.11a設備進行部署的能力，該公共網絡基礎設施高效地利用射頻頻譜和時隙、避免傳輸衝突並提供對聯合網絡的協調系統管理。本文闡述的實施例可以允許用戶在統一的網絡基礎設施中對WirelessHART和ISA100.11a設備進行部署，其承擔著選擇無線設備和無線標準的風險。根據一個實施例(在說明書後續部分更詳細描述)，公開了一種能夠接收和發送WirelessHART和ISA100.11a分組的雙模路由器。該雙模路由器具有將分組的有效載荷從一個網絡協議傳送至另一網絡協議的中繼功能。該雙模路由器可以獲取WirelessHART分組，除去WirelessHART協議首部的一部分，並將有效載荷置於如同任何ISA100.11a分組那樣穿過網絡的ISA100.11a分組中。對於反向操作，該雙模路由器辨認WirelessHART中繼分組，除去ISA100.11a首部的一部分，並重新形成WirelessHART分組，該WirelessHART分組然後在WirelessHART網絡上傳輸。中繼功能在網絡和傳輸層處工作，以便能夠構造通過ISA100.11a路由器而透明地路由的分組。優選地，該雙模路由器在ISA100.11a網絡看來是路由類型設備。優選地，雙模路由器和中繼功能的操作還對WirelessHART設備和應用透明。本發明實施例大體上促使在物理層、MAC層和DLL層中WirelessHART和ISA100.11a之間已存在的相似性的改變。由於商業可用的晶片以及對未許可頻譜的全球可接入性，這兩個標準都選擇了相同的無線電和ISM工作頻帶。它們還從IEEE802.15.4標準中選擇了它們以相同方式使用的相同MAC層。儘管這兩個標準針對DLL具有不同首部，但是它們具有相似的基本能力。它們均支持基於時隙超幀的、對無線網絡的網狀網絡接入。它們還共享相同的信道跳技術、圖形和源路由概念、以及DLL安全方案。通過選擇現有ISA100.11a參數的WirelessHART兼容值，這兩個標準可以協調它們對無線網絡的使用，並統一無線基礎設施。定義這兩個標準的文檔共享許多概念以及用於命名這些概念的術語。這些共享的術語包括：超幀、時隙、鏈路、圖形、源路由和網關。本文檔中使用的語言來自ISA100，還應用WirelessHART(除非此處另有具體說明)。接入點通過骨幹網將無線網絡與WirelessHART網關相連接的設備的WirelessHART術語。接入點是可選的。如果沒有接入點，則WirelessHART網關直接連接至無線網絡。WirelessHART接入點在功能上與ISA100.11a骨幹路由器類似。ASN絕對時隙號——從網絡形成起對時隙數目進行計數的WirelessHART參數。其在每個設備中被存儲為5個八比特組欄位。雙模設備根據本發明實施例的、在WirelessHART網絡與ISA100.11a網絡之間以分組的格式傳送消息的設備。在一個描述的實施例中，優選地，其在ISA100.11a系統看來是路由類型設備。網絡管理器對網絡進行配置和監視的管理功能的WirelessHART術語。在ISA100.11a和本文檔中，該管理功能被稱作「系統管理器」。PAN標識符IEEE802.15.4標準使用術語PAN(個域網)標識符，作為無線網絡的數字標識。WirelessHART和ISA100.11a常取代術語網絡ID。中繼功能根據本發明實施例的、在WirelessHART與ISA100.11a網絡之間轉換協議棧的雙模設備的角色。優選地，中繼功能是在雙模路由器中實現的，並且，如果WirelessHART網關包括ISA100.11a網絡棧的一部分，則中繼功能也可以在WirelessHART網關中實現。網絡配置圖1示出了根據本發明實施例，WirelessHART設備10通過ISA100.11a網絡與WirelessHART網關14進行通信。WirelessHART設備10可以形成與雙模路由器12相連接的WirelessHART網絡區域，或者，WirelessHART設備10可以直接連接至雙模路由器12。在圖1中，WirelessHART網關14不支持ISA100.11a協議棧，因此，其如WirelessHART現場設備10那樣通過雙模路由器12進行連接。兩個網絡的系統管理功能可以組合或分離。在圖1中，它們被示作具有對組合網絡的管理進行協調的通信協議的分離功能。用戶的網絡管理員決定何時使用常規的ISA100.11a路由設備或根據本發明實施例的雙模路由器。所有IS100.11a路由設備16都可以被配置為或以其他方式適配用於提供雙模路由器12的功能，在這種情況下，WirelessHART設備10能夠在ISA100.11a網絡中的任何地方連接。如圖1所示，本發明實施例提供了能夠在網絡上傳輸WirelessHART分組的ISA100.11a網絡。這一般由根據本發明實施例的雙模路由器12的與兩個網絡相連接並在其間傳送分組的功能來實現。優選地，雙模路由器實現中繼功能，該中繼功能通過轉換低層分組首部並封裝高層首部和該分組的有效載荷來進行傳送。雙模路由器及其中繼功能使WirelessHART設備10能夠在所有ISA100.11a網絡拓撲上進行操作。圖2示意了WirelessHART14和ISA100.11a18網關通過ISA100.11a連接至ISA100.11a網絡。網關14、18可以使用任一個骨幹路由器，這是由於網關14、18均連接至本地網絡。具有WirelessHART有效載荷的ISA100.11a中繼分組以與常規ISA100.11a分組相同的方式通過本地骨幹路由器網絡進行通信，這是由於兩者均使用ISA100.11a網絡層。區別無線網絡的兼容性問題以下討論ISA100.11a與WirelessHART之間的各種兼容性問題。這些問題一般與以下各項有關：無線電；MAC操作；DLL操作；網絡層操作；中繼層操作；系統管理；安全性；以及網關功能。依次解決這些問題如下。無線電WirelessHART和ISA100.11a均使用在IEEE802.15.4標準的章節中規定的相同無線電在2.4GHz頻帶中工作。因此，兼容性涉及選擇具有對WirelessHART有效的無線電參數的ISA100.11a簡檔。兩個標準均將無線電的需求擴展為規定諸如改變頻率所需的時間之類的附加參數。必須對這些擴展的參數進行調整，以使這兩種類型的設備的操作兼容。工作傳輸功率電平在兩個標準中均可配置。必須針對ISA100.11a與WirelessHART之間的兼容性而配置的無線電參數中的一些包括但不限於：傳輸功率、最大無線電開啟時間、在信道之間進行切換的時間、信道數目、IEEE802.15.4信道數量、以及純信道(clearchannel)接入模式。MAC操作兩個標準均規定了對IEEE802.15.4MAC首部的使用，並使用如圖3和4所示的相同結構選項來規定。因此，WirelessHART和ISA100.11a均能夠對彼此的MAC層的欄位進行解析。在這兩個標準的MAC層中僅存在兩個差異。WirelessHART使用MAC版本欄位中針對IEE802.15.4-2003的值，而ISA100.11a使用針對IEEE802.15.4-2006的值。兩個值都有效，這是由於通過每個標準而選擇的MAC格式與這兩個IEEE版本中的任一個都兼容。MAC中的另一差異在於用於序列號欄位的值。WirelessHART使用每10ms遞增的絕對時隙號(ASN)的最低有效八比特組，而ISA100.11a使用1ms解析度的TAI時鐘。雙模路由器可以在兩種使用之間容易地切換。在下表中總結了IEEE802.15.4MAC比較。ISA代表ISA100.11a，而WH代表WirelessHART。當中繼分組時，雙模路由器接收具有一種類型的MAC首部的分組並以另一種類型的MAC首部來發送。該雙模路由器針對中繼分組而執行的轉換功能與該雙模路由器在ISA100.11a或WirelessHART網絡內路由分組時所做的非常相似。在這兩種情況下，雙模路由器都更新序列號欄位、插入其源地址、插入對其給出的目的地地址、並計算幀校驗序列(FCS)。WirelessHARTMAC和ISA100.11aMAC執行相同的IEEE802.15.4幀校驗計算，並將結果置於分組末尾處的FCS欄位中。對於WirelessHART，圖3中的幀控制欄位的第一八比特組被固定為0x41h。這選擇了IEEEMAC幀類型作為數據分組，並將針對IEEE802.15.4安全性、幀掛起和ACK的控制標記設置為關。幀控制欄位的第二八比特組標識了地址欄位的格式以及所使用的IEEE802.15.4規範的版本。對於中繼分組，源地址格式始終較短，目的地地址要麼長要麼短，取決於分組是否經過代理(proxied)，如在加入過程期間的情況那樣。雙模路由器使用適於所給出的目的地地址的地址欄位大小。協議版本類型被設置為標識該標準的2003版本。被中繼至WirelessHART網絡的分組將ASN用於MAC序列號。當雙模路由器加入WirelessHART網絡時，在該雙模路由器中配置ASN。被中繼至ISA100.11a網絡的分組使用由所有ISA100.11a無線設備保持的TAI時鐘。通過這兩個標準而選擇的MAC格式在分組首部中均具有目的地PAN標識符。在WirelessHART中，PAN標識符是在安裝之前預配置的(provisioned)，並可以被系統管理器在操作期間重新配置。在ISA100.11a中，PAN標識符可以是在安裝之前預配置的或在加入網絡之後配置的。PANID可以被設置為跨越WirelessHART和ISA100.11a網絡或被設置為分離的。甚至在網絡的WirelessHART部分中，如果管理員想要控制WirelessHART設備連接至多個這種路由器當中的哪個雙模路由器，則也可以預配置分離的PANID。在SPEC-075，Section8.1.2，Table2中，WirelessHART針對諸如永久用戶網絡、臨時用戶網絡和製造商用戶網絡之類的各種應用預留了PAN標識符範圍。ISA100.11a配置不應當進行任何與WirelessHART相衝突的指派。WirelessHART和ISA100.11a均將較短的16比特地址用於MAC源和目的地。它們還將相同的64比特的、IEEE管理的全球唯一地址用於在加入過程期間發送的分組。HART協議要求從被指派給HART基金會的塊0x001B1E給WirelessHART設備指派64比特地址。優選地，雙模路由器被指派有兩個短的和兩個長的MAC地址。如在說明書後續部分更詳細地討論的，在WirelessHART網絡上傳輸時使用一組，在ISA100.11a網絡上傳輸時使用一組。DLL操作WirelessHART具有DLL首部的一個八比特組來標識分組所包含的DLL消息的類型、所使用的DLL層加密密鑰、以及分組的DLL分組優先級。DLL還計算位於DLL有效載荷末尾處的四-八比特組消息完整性校驗(MIC)。ISA100.11a定義了DLL安全性參數，其為WirelessHART所使用的參數的超集。儘管不要求ISA100.11a使用完全相同的集合，但也期望這樣，這是由於這簡化了雙模路由器。出於該原因，定義了與WirelessHART相匹配的ISA100.11aDLL安全性簡檔。由於這兩個標準未協調對DLL首部的編碼，因此在首部中不存在針對已接收何種類型的分組的顯式標識。為了防止ISA100.11a和WirelessHART設備無意地對彼此的分組進行解碼，每個標準所採用的消息完整性校驗密鑰應當不同。這包括標準中定義的公知密鑰以及由安全性管理器配置的DLL密鑰。WirelessHART所使用的公知密鑰是：7777772E68617274636F6D6D2E6F7267h。ISA100.11a具有DLL優先級功能和代碼。協議轉換器常常在不同優先級方案之間進行映射，但是當定義了不同的優先級時，該映射通常是不完美的。WirelessHART優先級級別可以被映射至ISA100.11a優先級級別，或為了簡明，被映射至一個級別。ISA100.11a與WirelessHART共享多種類似的分組類型。這些類型包括ACK、通告、和數據分組類型。在網絡中不中繼本地DLL分組類型，不需要中繼本地DLL分組類型。WirelessHART和ISA100.11a的DLL均使用時隙、信道跳偏移、信道跳序列和超幀來對網絡資源進行分割。WirelessHART將時隙大小固定為10ms，並指定當要進行時隙內的各種操作時的精確時隙定時模板。ISA100.11a設置了對時隙的靈活配置。該靈活性允許構造與WirelessHART的10ms時隙兼容的時隙模板。雙模路由器要求ISA100.11a具有與WirelessHART的時隙模板簡檔相匹配的時隙模板簡檔。針對ISA100.11a而定義的預設時隙模板將對雙模路由器功能有效。WirelessHART和ISA100.11a將時間從定時雙親(parent)傳播至子女(child)。系統管理器設置雙親-子女關係。在WirelessHART中，存在兩種方式來調整定時。在第一種方法中，子女測量來自其雙親的分組的時隙定時偏移，並調整其時鐘。在第二種方法中，雙親從子女接收分組，並在肯定應答(acknowledgement)中向子女告知進行何種調整。時間將能夠從ISA100.11a網絡流至WirelessHART網絡。ISA100.11a系統配置中存在多個參數必須與WirelessHART系統進行協調，使得兩個網絡可以高效地共享無線資源。這些參數包括：信道跳序列、超幀大小指派、和信道補償(back-off)設置。在WirelessHART和ISA100.11a中，鄰居發現是偵聽相距一跳的其他設備的DLL過程。每個標準的設備僅發現類似的鄰居。雙模路由器參與這兩個標準的鄰居發現過程，稍後描述這種參與。本發明實施例的一個潛在優勢在於提高了並置的WirelessHART和ISA100.11a網絡的效率。一種實現這一點的方式是消除以每個網絡中的設備之間的可避免的傳輸衝突的形式存在的幹擾。根據本發明實施例，當兩個網絡共享公共超幀並協作地將時隙分配給設備時，幹擾減小。為了實現這一點，兩個網絡必須定義公共的超幀並對周期和相位進行同步。將WirelessHARTASN時鐘與ISA100.11aTAI時鐘進行同步來完成該操作。在兩個標準中，超幀起始時隙是通過相應標準的網絡時間來設置的。在ISA100.11a的情況下，其為1msTAI時鐘，而在WirelessHART的情況下，其為10msASN時鐘。協調系統管理器功能保持用於在兩個時鐘表示之間進行轉換的轉換因子。當WirelessHART系統管理器使用SPEC-155中的命令965來配置超幀時，其針對超幀的起始而設置與ASN相對應的執行時間。ISA100.11a利用TAI開通(cutover)參數來配置起始時間。超幀長度以及超幀內的時隙指派是通過系統管理功能來協調的。使兩個網絡能夠在超幀內共享時隙提高了WirelessHART網絡和ISA100.11a網絡的操作效率。共享的時隙發生衝突，並且，當衝突發生時，通過補償算法來解決接入。補償算法在競爭的設備之間施行接入公平性。在這兩個網絡中必須針對該公平性來配置相同的補償算法參數設置，以在WirelessHART和ISA100.11a設備之間保持。雙模路由器的中繼功能根據ISA100.11aDLL層的輸入WirelessHART分組來構造足夠的信息以形成中繼分組的適當的DLL和MAC首部。在相反方向上，中繼功能將ISA100.11aDLL和MAC首部轉換為適當的WirelessHARTDLL和MAC首部。WirelessHARTDLL首部欄位在圖5中示出。對於中繼分組，分組類型是「數據」。雙模路由器在為加入設備代理分組時選擇DLL密鑰為公知密鑰。所有其他中繼分組使用私密網絡密鑰。根據說明書後續部分描述的中繼首部中承載的信息來設置優先級。用於中繼分組的ISA100.11aDLL首部在圖6中示出。DHDR分派八比特組將DLL首部標識為與IETF6LoWPAN網絡首部兼容。比特0至7被設置為01000010b。計算DHR長度欄位並將其設置為在DHDR首部中餘下的八比特組的數目(排除MIC)。在需要時，根據雙模路由器的ISA側的一般ISA100.11a簡檔，將擴展控制欄位包括進來。中繼分組的安全性代碼和密鑰ID使用針對來自一般ISA100.11a簡檔的ISA100.11a數據分組而選擇的安全性級別。由雙模路由器的ISA側使用的資源確定對慢跳時間偏移的使用。DROUT首部內的ISA100.11a優先級欄位是通過一組規則來轉換的。這些規則可以將WirelessHART優先級映射至ISA10.11a優先級，或者，這些規則可以將所有WirelessHART消息映射至一個ISA100.11a優先級級別。通過將路由信息置於該層中而不是置於網絡層中，ISA100.11aDLL在概念上與WirelessHARTDLL不同。這是如何描述標準方面的差異，而不是WirelessHART路由功能如何操作方面的差異。當WirelessHART網絡層使用圖形路由時，將圖形路由ID置於中繼分組的DROUT欄位中。當WirelessHART網絡層使用源路由時，將源路由置於DROUT首部的源路由欄位中。WirelessHART和ISA100.11a設備被協調系統管理功能配置為使用相同的圖形ID指派和設備地址指派。這通過不使雙模路由器轉換圖形ID和源路由，來簡化雙模路由器的操作。網絡層操作除了包含原始地址、最終目的地地址和圖形路由標識符在內的最基本欄位以外，WirelessHART和ISA100.11a網絡層實質上不同。WirelessHART和ISA100.11a均將由MAC源和目的地設備使用的相同的16比特地址用於網絡層。每個協議的系統管理功能對16比特地址的指派進行協調，以保持中繼功能簡單。雙模路由器以正常方式處理輸入分組，直到其確定必須對分組進行中繼為止。對於WirelessHART分組，雙模路由器查看源路由或圖形ID，並且，如果下一跳去往ISA100.11a網絡，則將分組繼續傳遞至中繼功能。對於ISA100.11a分組，雙模路由器查看分組的源路由或圖形ID是否將其發送至WirelessHART網絡並且該分組是中繼分組，在這種情況下，將其傳遞至中繼功能。接收到的WirelessHART分組的中繼功能構造ISA100.11a網絡層首部，然後構造中繼首部。如果WirelessHART有效載荷太大而不能裝入一個中繼分組中，則使用6LoWPAN算法來對有效載荷進行分段。對於接收到的ISA100.11a中繼分組，中繼功能構造WirelessHART網絡層首部。在一個實施例中，如果對中繼分組的有效載荷進行分段，則雙模路由器使用6LoWPAN分段首部來重構分組。圖7示出了用於中繼分組的WirelessHART網絡首部。根據中繼分組中的信息，填充(fillout)網絡控制八比特組欄位。如果使用了源路由，則設置第一源路由標記，並在需要時設置第二源路由標記。如果雙模WirelessHART管理應用為目的地WirelessHART設備代理分組，則設置代理標記。最終網絡地址大小標記被設置為其代理功能的一部分。對於中繼分組，原始網絡地址大小標記始終被設置為指示16比特地址。生存時間欄位(TTL)基於來自ISA100.11a首部的TTL欄位，並在傳輸之前遞減。ASN小片斷(snippet)標識創建WirelessHART分組的時間。當雙模路由器從ISA100.11a網絡接收到分組時，從中繼首部中的信息導出該值。雙模路由器通過查看計算出的ASN小片斷和maxPacketAge參數，確定分組是否太老而不能被中繼。如源路由信息(如果存在的話)那樣，從ISA100.11a分組拷貝圖形ID、最終地址和原始地址。從中繼首部導出代理路由地址。圖8示出了根據本發明實施例，用於傳輸不需要分段的中繼分組的ISA100.11a網絡首部。從WirelessHART分組中的地址中取得原始地址大小地址和最終地址。跳數限制是從WirelessHARTTTL欄位中取得的，並在傳輸之前遞減。WirelessHARTTTL欄位是一個八比特組。契約ID是可選的並不被中繼分組所使用。如果WirelessHART有效載荷和中繼首部太大而不能裝入一個ISA100.11a中繼分組中，則對其進行分段，並發送兩個中繼分組。分段首部用於這些分組。圖9示出了根據本發明實施例，用於中繼分組分段的ISA100.11a網絡首部。分段首部標識了第一分段和後續分段、被分段的消息的大小、消息的標識標籤、以及消息內的分段位置。第一分組的首部的剩餘部分是如圖8所示的常規網絡層分派首部和可選欄位。優選地，中繼分組使用6LoWPAN分派欄位。該欄位預設地將有效載荷標識為UDP。對於中繼分組，6LoWPAN指示了：UDP源和目的地埠均被壓縮至4比特，以及省略UDP長度和校驗和。跳數限制是未壓縮的IPV6跳數限制欄位。其在WirelessHART協議中沒有等價物。其被中繼功能設置為可配置的值，該值被選擇為適合網絡需要。UDP埠欄位被設置為由中繼功能使用的4比特源和目的地埠。中繼層操作雙模路由器中的中繼功能使WirelessHART分組能夠在ISA100.11a網絡上傳輸。對於雙模路由器所接收到的WirelessHART分組，中繼功能除去WirelessHARTMAC/DLL和物理層首部中不需要發送至最終目的地設備的那些部分。這包括可在最終設備處根據ISA100.11a首部信息重新創建的信息。圖10示出了中繼功能如何使用包含在WirelessHART首部中的信息來構造ISA100.11aMAC、DLL和網絡層首部。然後，中繼功能添加對遠端所需的WirelessHART網絡數據進行通信的WirelessHART中繼首部，並發送分組。該分組的有效載荷包含未改變的WirelessHART傳輸層和應用層數據。當根據本發明實施例的雙模路由器接收到中繼分組，並且雙模路由器必須將該分組發送至WirelessHART網絡時，根據輸入的ISA100.11a信息以及中繼首部來重構WirelessHARTMAC/DLL和網絡層首部。這在圖11中示出。中繼功能處於網絡層之上。這允許所構造的ISA100.11a分組路由通過ISA100.11a路由器和骨幹路由器。圖12示出了雙模路由器棧中的中繼功能。WirelessHART網絡層傳遞要通過中繼功能而路由至ISA100.11a網絡的分組。中繼功能構造ISA100.11a網絡層形成首部所需的信息。中繼層還構造中繼首部。接收中繼分組的遠端設備使用中繼首部來重構WirelessHART分組首部。根據本發明實施例的、接收分組的雙模路由器通過針對使用標準ISA100.11a機制的服務而配置的UDP目的地埠號，標識中繼首部。圖13所示的中繼首部包含當分組離開ISA100.11a網絡時重構WirelessHART首部所需的信息。優先級欄位標識與分組相關聯的WirelessHART優先級，其反映了正在中繼的WirelessHART分組的優先級。WirelessHART代理地址比特標記反映了接收到的WirelessHART分組中的相同值。當在路由首部中存在WirelessHART代理地址時，設置該WirelessHART代理地址比特標記。20比特接收時間欄位記錄雙模路由器何時接收到分組。該欄位基於以1ms時間遞增量表示的ISA100.11aTAI時間。ASN生命階段(age)欄位記錄WirelessHART分組在被雙模路由器接收到時的網絡生命階段。該欄位是通過從雙模路由器處的當前ASN時間中減去WirelessHART分組的ASN小片斷欄位來計算的。當設置代理標記時，存在WirelessHART代理路由欄位。代理路由欄位包含代理來自系統管理器的下行流消息的WirelessHART設備的地址。中繼代理路由欄位是從WirelessHART分組的代理路由欄位拷貝的。對接收到的中繼首部進行處理的雙模路由器必須重構WirelessHART首部欄位。新的ASN小片斷欄位是使用以下公式來計算的：ASN_snippet＝current_ASN-(ASN_age+RX_time/10)將current_ASN定義為雙模路由器接收到中繼分組的WirelessHART時間。絕對時隙號計數器測量該時間。ASN_snippet計算將不太可能產生負數。如果產生了負數，則將ASN_snippet設置為0。RX_time是ISA100.11a網絡中花費的時間。RX_time是根據DLL首部中的ISA100.11TAI時間來計算的。中繼優先級欄位被拷貝至WirelessHART優先級欄位中。中繼代理標記也被拷貝至WirelessHART代理標記，並且如果存在代理路由的話，代理路由也被拷貝。圖14示意了完整的中繼分組，該完整的中繼分組示出了中繼首部以及WirelessHART分組在ISA100.11aUDP有效載荷中的中繼部分。在一個實施例中，中繼分組保留WirelessHART端對端安全性加密和消息完整性校驗。傳輸層(及以上層)操作WirelessHART和ISA100.11a定義了不同的傳輸層和應用層。雙模路由器的中繼功能對WirelessHART協議的這些部分進行封裝，並在ISA100.11a網絡上傳輸這些部分。ISA100.11a路由功能不查看網絡層以上，因此，ISA100.11a路由功能對WirelessHART在這些上層中所進行的操作不敏感。系統管理WirelessHART和ISA100.11a均支持集中式系統管理功能。WirelessHART將該功能稱為「網絡管理」。本文檔使用ISA100「系統管理器」術語來指代ISA100.11a或WirelessHART功能。這兩個系統管理器執行類似的功能，包括：用於對新設備進行認證和設置的加入功能；用於提供網絡連接和安全性設置的配置功能；以及用於監視設備和網絡的診斷功能。每個系統管理器的操作的細節不同。它們具有不同的控制和報告消息、關於關聯算法如何操作的不同細節、以及不同參數。WirelessHART系統管理器的消息結構基於可在分組有效載荷中連接(concatenate)的一系列控制/響應消息。ISA100.11a系統管理器基於組合在一起以形成分組有效載荷的應用層過程、對象和屬性。為了使WirelessHART和ISA100.11a網絡兼容，WirelessHART和ISA100.11a系統管理器必須對包括網絡資源配置指派和診斷在內的多個內容進行協調。這可以通過以下操作而實現：設計一種以其本地(native)管理語言同時管理這兩個網絡的系統管理器；或者設計具有支持其間的協調管理的API的分離的管理器。協調系統管理功能將短的(16比特)地址指派給所有ISA100.11a和WirelessHART設備。在本實施例中，針對ISA100.11a和WirelessHART設備來設置分離的地址範圍，並在雙模路由器中配置地址範圍。所選的範圍需要適應不同標準施加的地址限制。在另一實施例中，向區別網絡指派不同的PAN標識符，該不同的PAN標識符被雙模路由器用於指定接收到的分組的來源。WirelessHART和ISA100.11a具有類似的加入過程，但ISA100.11a在細節上有所不同。每個設備使用其本地加入協議。WirelessHART加入消息由根據本發明實施例的雙模路由器在ISA100.11a網絡上中繼。雙模路由器需要加入每個系統管理器功能，以便可以配置和控制每個協議棧。網絡診斷包括周期性健康報告和非周期性事件報告。兩個標準不具有相同的參數或報告格式。每個設備向其本地系統管理功能進行報告。雙模路由器向這兩個系統管理功能進行報告。設備所產生的報告的部分是對不佳的(bad)MAC幀校驗序列和不佳的DLL消息完整性校驗進行測量的參數。然而，在混合網絡中，不佳的消息完整性校驗計數不指示幹擾，這是由於WirelessHART和ISA100.11a使用不同消息完整性校驗密鑰來防止設備解釋彼此的分組。幀校驗序列是幹擾級別的真實度量。在兩個標準中，系統管理器通過無線電消息來配置網絡棧和本地設備網絡管理器。每個設備由其本地配置消息來控制。雙模路由器的棧中的每一個由本地棧控制消息來控制。由於雙模路由器在兩個上層棧之間共享物理層和MAC層，因此WirelessHART和ISA100.11a系統管理功能協調這些層的配置。在兩個網絡上協調的網絡指派包括：16比特地址、圖形ID、源路由、網絡ID、超幀、信道跳序列、和時隙指派。安全性操作WirelessHART和ISA100.11a均具有DLL安全性功能和上層端對端安全性功能。ISA100.11a標準具有基於針對MAC而允許的IEE802.15.4選項的、針對DLL安全性的多個選項。雙模路由器要求ISA100.11a選擇使消息完整性校驗開啟的選項。還期望使消息完整性校驗欄位為4八比特長度，以簡化雙模路由器的操作。WirelessHART將端對端安全性加密和消息完整性校驗功能置於網絡層中。對於ISA100.11a，它們在傳輸層中。這對於中繼功能來說是不重要的，中繼功能僅涉及對分組進行路由，而不涉及WirelessHART協議的目的地設備處理。中繼功能不對加密的WirelessHART分組有效載荷的完整性進行解密或校驗。加密的WirelessHART網絡層有效載荷和關聯的WirelessHART消息完整性校驗欄位是未被中繼功能改變而在ISA100.11a網絡上發送的。當雙模路由器接收到中繼分組時，該雙模路由器重構WirelessHART網絡層，並將端對端加密分組及其消息完整性校驗插入有效載荷中。優選地，兩個網絡不共享任何密鑰，並且，密鑰管理可以組合或保持分離。網關操作WirelessHART和ISA100.11a定義了類似的網關功能。然而，網關使用不同的應用層協議來與現場設備進行通信。如上所討論，WirelessHART使用命令/響應協議，ISA100.11a使用基於埠、對象和屬性標識符的協議。ISA100.11a允許在網絡中尋址多個網關設備，而WirelessHART具有一個網關功能以及與網絡相連接的多個接入點。WirelessHART並不阻止廠商構建冗餘的分布式網關。其僅規定了網關具有公知地址以及網關在WirelessHART現場設備看來像是一個設備。組合網絡中的每個設備與其本地網關對話。如果雙模路由器支持過程/控制應用，則其被配置為與WirelessHART網關或ISA100.11a網關對話。所有網關應用級通信對中繼功能都透明。ISA100.11a和WirelessHART網關通過高側(high-side)接口在廠內網絡上與過程和控制應用進行通信。在圖1和2中，高側接口處於門設備框的右側。WirelessHART系統被設計為使HART7設備應用能夠與WirelessHART網關進行通信。該網關可以直接連接至WirelessHART網絡，或利用中間網絡技術通過接入點而連接。WirelessHART系統的接入點與ISA100.11a網絡中的骨幹路由器類似。在組合系統中，WirelessHART網關可以以多種方式連接。1.網關可以僅具有WirelessHART棧，因此，其需要與一個或多個雙模路由器對話。在這種情況下，WirelessHART網關在沒有任何修改的情況下操作，雙模路由器使ISA100.11a網絡對WirelessHART網關透明。具有未修改的WirelessHART網關的網絡在圖1中示出。2.網關可以合併雙模路由器。在這種情況下，網關直接位於ISA100.11a網絡上，其中繼功能將上層WirelessHART協議棧層連接至ISA100.11a網絡層。3.網關可以是處於由一個或多個ISA100.11a骨幹路由器服務的骨幹網上的設備。該網關具有由骨幹網定義的下層協議棧。骨幹協議棧與中繼功能層相結合。中繼功能重構網關的WirelessHART上層協議層所需的WirelessHART首部數據。該WirelessHART網關在圖2中的網絡中示出。4.網關可以是處於由一個或多個WirelessHART接入點服務的骨幹網上的設備。在這種情況下，WirelessHART接入點是在ISA100.11a網絡上傳輸中繼分組並在骨幹網上傳輸WirelessHART消息的雙模路由器。雙模WirelessHART接入點使ISA100.11a網絡對WirelessHART網關透明。5.WirelessHART和ISA100.11a網關被結合至具有雙協議棧的一個設備中。雙模路由器優選地，雙模路由器是WirelessHART設備和ISA100.11a設備。其通過其中繼功能在網絡之間提供連接。優選地，雙模路由器在WirelessHART和ISA100.11a網絡看來是正常的有路由能力的設備。組合的WirelessHART和ISA100.11a網絡需要至少一個根據本發明實施例的雙模路由器。大型網絡和/或魯棒網絡需要多於一個雙模路由器。優選地，雙模路由器參與網狀網絡。跨越WirelessHART和ISA100.11a網絡的一部分的圖形路由可以合併多於一個雙模路由器，作為ISA100.11a的入口點。由於當大的WirelessHART分組進入ISA100.11a網絡時對其進行分段，並且當其離開時對分段進行去除分段處理(defragment)，因此在圖形的ISA100.11a網絡出口處僅可以存在一個雙模路由器。優選地，雙模路由器具有單個無線電裝置，用於發送和接收來自WirelessHART和ISA100.11a網絡的分組。因此，該路由器必須在WirelessHART格式的分組與ISA100.11a格式的分組之間進行區分。存在各種用於對分組進行區分的方法。在一種方法中，雙模路由器具有16比特的範圍用於每個協議。其使用該範圍，基於MAC源地址欄位，確定給定的無線數據分組是WirelessHART還是ISA100.11a。這是有效的，由於協調系統管理功能將地址指派給ISA100.11a和WirelessHART。地址範圍可以用於共享的或專用的鏈路。在另一種方法中，向WirelessHART和ISA100.11a網絡指派不同的PAN標識符。然後，雙模路由器查看IEEE802.15.4MAC首部中的PANID欄位，以辨別已接收到哪種類型的分組。優選地，針對雙模路由器的WirelessHART和ISA100.11a協議棧，向雙模路由器指派分離的16比特地址或PAN標識符以及64比特EUI。雙模路由器在發送WirelessHART分組時將WirelessHART16比特地址用作MAC源地址，並在發送ISA100.11a分組時將ISA100.11a16比特地址用作MAC源地址。使用作為MAC源地址的64比特EUI而發送的消息由已針對所有WirelessHART設備而指派給HART基金會的組織塊號來標識。優選地，雙模路由器參與WirelessHART和ISA100.11a網絡的網絡形成。雙模路由器必須進行通告，並成為WirelessHART網絡中的時鐘雙親。雙模路由器還針對兩個網絡進行鄰居發現。發出通告分組，向加入設備給出足以發送加入請求和接收加入響應的信息。每個標準的格式和算法的細節不同，並且不需要協調這些細節。每個標準的設備產生其通告消息，這些通告消息是通過所使用的不同的公知MIC密鑰來區分的。根據本發明實施例，雙模路由器被配置為針對兩個網絡進行通告，針對每個網絡發送不同的通告。WirelessHART使用DLL保持生存(Keep-Alive)分組來發現鄰居並與鄰居保持聯繫。WirelessHART設備查找從未知設備發送的分組以及保持生存消息，以保持鄰居表。在混合網絡中，使用WirelessHART密鑰的DLLMIC排除ISA分組。ISA100.11a具有類似的鄰居發現過程。ISA100.11a設備還使用DLLMIC密鑰將WirelessHART設備排除在被識別為鄰居的設備之外。根據本發明實施例的雙模路由器保持分離的WirelessHART和ISA100.11a鄰居表。利用指派給任一標準的DLLMIC密鑰來校驗在專用於該標準的鏈路上接收到的分組。如果鏈路被標準共享，則雙模路由器可以校驗兩種密鑰或者交替其所挑選的密鑰。儘管嘗試兩種密鑰是優選的，但雙模路由器對硬體和軟體進行可能不能使所有設備都滿足的時間約束。針對共享信道交替密鑰並未阻止新鄰居的發現；其僅僅將該過程減慢。雙模路由器可以是在區域中發起WirelessHART網絡的設備。當設備發起網絡時，其需要向其子女提供時隙時鐘並建立ASN。優選地，雙模路由器從ISA100.11aTAI時鐘導出其ASN時鐘。協調系統管理功能以如下方式建立時鐘樹：從ISA100.11a時鐘源開始，向下經過ISA100.11a網絡，向外經過雙模路由器，至WirelessHART網絡中。雙模路由器使用ISA100.11a的時鐘子女過程，從其ISA100.11a雙親得到TAI時鐘。然後，雙模路由器將TAI時間轉換為ASN時間，並將其傳播至WirelessHART子女。當雙模路由器通過ISA100.11a網絡加入系統管理器時，或者當雙模路由器採用其根據其從其他WirelessHART設備收聽到的通告而得到的ASN時，雙模路由器將ASN設置為0。WirelessHART和ISA100.11a系統管理功能在雙模路由器的控制和監視中進行協作。協作系統管理功能可以通過以下操作而實現：設計組合系統管理功能；或者設計ISA100.11a系統管理器與WirelessHART系統管理器之間的API。每個標準的系統管理器功能對設備的協議棧的部分進行配置和監視。兩個管理功能之一控制共享的物理、MAC和中繼功能。在兩個系統管理功能之間對雙模路由器協議棧的分離管理和共享的部分進行協調。雙模路由器向兩個系統管理器發送周期性和事件報告。與特定網絡的操作有關的報告被發送至關聯的系統管理器。與設備有關的報告可以被發送至這兩個系統管理器，儘管一般地，一個管理器將負責管理全部設備。圖15是根據本發明實施例的雙模路由器的示意圖。路由器50包括與天線54耦合的無線通信電路52，天線54可以是內部或外部天線。優選地，無線通信電路52包括在2.4GHz上工作的根據IEEE802.15.4的射頻通信電路。路由器50還包括與無線通信電路52和控制器58耦合的電源模塊56。電源模塊56被配置為將合適的操作功率提供給無線通信電路52和控制器58。電源模塊56可以是內部電源，如電池或超級電容器，或者，電源模塊56可以被配置為接收和/或調節來自外部源的功率。外部源的示例包括但不限於：光電電池、風力發電機、熱發電機、基于振動的發電機、過程通信環(如有線或FOUNDATIONTMFieldbus環/段)、或甚至110VAC。優選地，控制器58是：微處理器，通過硬體、軟體或其組合而被配置為提供以上根據本發明實施例闡述的各種功能。在路由器50將被安裝在「現場」的實施例中，這些實施例採用防爆外殼和/或本質安全電路是有益的。在以下文獻中闡述了本質安全需求的一個示例：APPROVALSTANDARDINTRINSICALLYSAFEAPPARATUSANDASSOCIATEDAPPARAUSFORUSEINCLASSI，IIANDIII，DIVISIONNUMBER1HAZARDOUS(CLASSIFIED)LOCATIONS，CLASSNUMBER3610，由工廠共同研究會(FactoryMutualResearch)於1998年10月發布。儘管本發明的實施例總體上提供了用於實現ISA100.11a與WirelessHART之間的互操作的具體配置參數和設備的細節和精確示例，但本領域技術人員應當理解，只要保持互操作性就可以進行改變。此外，儘管本文公開的實施例總體上提供了完整的互操作，但本發明的實施例還包括部分互操作，例如簡單地對兩個區別網絡的時基進行協調，使得即使分組不能穿越區別網絡，也可以增強衝突避免。此外，儘管關於雙模路由器總體上描述了本發明實施例，但也可以在包括可根據上述各個實施例而配置的合適無線電裝置和控制器在內的任何設備中實現實施例。因此，可以在WirelessHART骨幹網關、ISA100.11a骨幹網關、ISA100.11a路由設備或任何合適設備中實現本發明實施例。相信，本發明實施例提供了多個潛在的優勢。根據本發明的用於實現WirelessHART與ISA100.11a之間的兼容性的技術和參數設置並不顯著影響ISA100.11a協議的效率，並且它們促進了對諸如信道和時隙之類的共享網絡資源的有效使用。此外，通過使ISA100.11a的模式與WirelessHART兼容，這兩個網絡相結合，向用戶提供了一個網絡、一個整合的管理功能、以及購買工作在整合的網絡基礎設施上工作的WirelessHART或ISA100.11a設備的能力。整合的WirelessHART和ISA100.11a網絡增加了可用於設備的網絡資源並減小了幹擾，這隔離了傳輸發生衝突時的系統體驗。由於未對所發布的HART7標準進行改變，因此提供了後向兼容性。WirelessHART分組在ISA100.11a網絡上的傳輸對WirelessHART設備和應用透明。由於常規ISA100.11a設備在ISA100.11a網絡上路由由雙模路由器中繼的WirelessHART分組，因此確保了ISA100.11a兼容性。根據本發明實施例的中繼功能對ISA100.11a標準中記載的ISA100.11a網絡層和網絡配置有效。最後，中繼功能並未對雙模路由器的硬體或處理器施加顯著的負擔。儘管參照具體實施例描述了本發明，但本領域技術人員應當理解，在不脫離本發明的精神和範圍的前提下，可以在形式和細節上進行改變。