專利名稱：：無線網絡中的自適應調度的制作方法
技術領域：
：本發明總的來說涉及無線通信，更具體地說，涉及增加無線網絡中的可靠性。
背景技術：
：通信協議依賴于各種路由技術以在通信網絡上的通信端點之間傳輸數據。通信或網絡協議及對應的路由策略通常是鑒于多種因素而選擇的，例如對網絡拓樸的認識、網絡的大小、用作信號載波的介質的類型、安全性和可靠性需求、容許發送延遲以及形成網絡的設備的類型。由于大量這類因素，典型的路由技術滿足了某些設計目標，而以犧牲其他設計目標為代價。例如，某種路由技術可以在數據數據輸送上提供高水平的可靠性，但是也可能需要相對高的開銷。因此，盡管有許多已知方法來進行路由以及許多與這些路由方法相兼容的協議，但是仍然存在有特定要求的通信網絡，而這些特定要求沒有,皮任何可用的路由方法和協議完全滿足。而且，由于各種工業和商業應用中涌現出了對效率、吞吐量和可靠性的要求日益增長的新型通信網絡，設計師和開發者經常遇到憑借現有協議和相關聯的路由技術無法輕易解決的新問題。一般而言，通信網絡包括節點，這些節點是在連接這些節點的通信路徑(硬線或無線通信路徑)上發送數據的發送方和接收方。另外，通信網絡通常包括負責在節點間引導業務的專用路由器，并且可選地包括負責配置和管理該網絡的專用設備。某些或所有這些節點也可以適用于充當路由器，以便引導在其它網絡設備之間發送的業務。網絡設備可以采用有線或無線的方式相互連接，并且網絡設備可以具有與該網絡內的某些節點相比不同的路由和傳輸能力。例如，專用路由器可能能夠進行高容量的發送，而某些節點在相同的時段內可能只能夠發送和接收相對很少的業務。另外，網絡上的節點之間的連接可具有不同的吞吐能力和不同的衰減特性。由于在介質的固有物理限制上的差別，例如光纖電纜可能能夠用于提供比無線鏈路高幾個數量級的帶寬。為了使節點在典型的網絡上向另一節點發送數據，必須知道從源到目的地的完整路徑或者該路徑的直接相關部分。例如，萬維網(WWW)允許計算機主機對在沒有任一主機在發送信息之前知道完整路徑的情況下在長距離上進行通信。相反，主機被配置以關于它們被指派的網關和專用路由器的信息。具體來說，網際協議(IP)提供到WWW的網絡層連通性。IP定義被稱為地址解析協議(ARP)的子協議，該子協議在每個主機處提供指定路由規則的本地表。因此，連接到WWW或類似的廣域網(WAN)的典型主機可以知道將具有與預先配置的模式相匹配的預定地址的所有包路由至主機A并且將其余包路由至主機B。類似地，轉發這些包直接主機或"跳"還執在大多數網絡協議中，大多數或所有網絡設備被充分地指派以唯一地址以使主機能夠以明確的方式交換信息。至少在單播(一對一)傳送的情況下，必須在源指定目的地址。出于這個原因，網絡協議通常定義嚴格的尋址方案。如本領域普通技術人員將認識到的，修改或擴展尋址方案是個復雜而昂貴的過程。例如，/人IP協^義的版本4(IPv4)到版本6(IPv6)的轉變需要對大量支持IPv4的基礎設施進行重要更新。另一方面，為小網絡定義具有大容量的尋址方案產生了不必要的開銷。因此，理想地適應特定應用的網絡協議提供了足夠數目的可能地址而不會在數據傳送中有過多的開銷。簡而言之，有大量因素影響在特定行業中的特定協議的實現。在過程控制行業中，已知的是，使用標準通信協議使得由不同制造商制出的設備能夠以易于使用和實現的方式與彼此通信。過程控制行業中使用的一個眾所周知的通信標準是高速可尋址遠程傳感器(HART)通信基礎協議，通常稱為HARJ^協議。一般而言，HARJ^協議支持專用導線或導線組上的數字和模擬混合信號，在專用導線或導線組上，在線過程信號(如控制信號、傳感器測量結果等)作為模擬電流信號(例如范圍從4到20毫安)被提供，并且諸如設備數據、對設備數據的請求、配置數據、報警以及事件數據等等之類的其它信號，作為疊加或復用到與模擬信號相同的導線或導線組上的數據信號被提供。然而，HART協議當前需要使用專用、硬線通信線路，這導致需要在加工廠內大量布線。在過去幾年里，已經存在一種將無線技術結合到以某些有限方式包括過程控制行業的各種行業中的發展趨勢。然而，在過程控制行業中，存在限制無線技術的完全結合、接受和使用的巨大障礙。具體來說，過程控制工業需要十分可靠的過程控制網絡，因為信號的丟失失可能導致工廠失去控制，從而導致災難性的后果，包括爆炸、致命化學制劑或氣體的釋放等等。例如，Tapperson等人的美國專利No.6,236,334公開了在過程控制行業中將無線通信作為副的或備用通信路徑使用或用于發送非關鍵性的或冗余的通信信號。而且，在通常可以適用于過程控制行業的無線通信系統的使用上已經取得了許多進展，但是該無線通信系統尚未以在加工廠內允許或提供可靠的并且在某些情況下完全無線的通信網絡的方式應用于過程控制行業。例如，美國專利申請公開No.2005/0213612、2006/0029060和2006/0029061公開了與一般無線通信系統相關的無線通信技術的各個方面。與有線通信類似，無線通信協議被期望提供高效、可靠和安全的信息交換方法。當然，由于介質的共享和開放特征，在有線網絡中被開發以解決這些重要問題的大多數方法并不適用于無線通信。進一步，除了在有線通信協議之后的典型客觀事實外，無線協議還面臨關于^f吏用無線電頻i普的同一部分的若干網絡的干擾和共存的問題的其它要求。而且，某些無線網絡在無許可證的或向公眾開放的頻段中運行。因此，為這種網絡服務的協議必須能夠檢測或解決與頻率(信道)爭用、無線電資源共享和協商等等相關的問題。在過程控制行業中，無線通信協議的開發者面臨另外的挑戰，例如，實現與有線設備的向后兼容、支持協議的先前有線版本，為改裝了無線通信機的設備提供轉變服務，并且提供可同時保證可靠性和有效性的路由技術。同時，仍然存在相當多的過程控制應用，在這些過程控制應用中存在即使有也^f艮少的原地測量。當前，這些應用依賴于觀測的測量結果(例如，水位正在上升)或檢查(例如，空調單元、泵、風機等等的周期性維護)來發現異常情況。為了采取措施，操作員經常需要面對面的討論。如果使用測量和控制設備，這些應用中的許多的應用可能被大大筒化；然而，當前的測量設備通常需要電力、通信基礎設施、配置以及簡直是不可用的支持基礎設施。根據另一方面，過程控制行業需要為特定過程控制網絡服務的通信協議能夠適應具有不同數據傳輸要求、屬性和功率容量的現場設備。具體來說，一些過程控制系統可以包括測量設備，這些測量設備常常(例如，每秒幾次)向集中控制器或向其它現場設備報告測量結果。同時，在同一系統中的另一設備可以僅僅每小時一次報告測量結果、報警或其它數據。然而，這兩種設備都可要求各自的測量報告傳播到目的主機，例如控制器、工作站或同級現場設備，使用盡可能小的時間和帶寬開銷。根據又一方面，導線通信通常對來自無線發射機、空調或阻擋或反射電磁波的障礙物這一類源的干擾是高度靈敏的。而且，這些狀況中的一些可能是快速變化的。不像依賴于通常穩定的有線連接的常規通信網絡，無線網絡可以快速地獲得或相反地，失去現有的無線連接。進一步，一對無線設備之間的無線連接在相應的無線網絡的運行期間的不同時刻可能具有不同的吞吐容量和不同的服務質量。
發明內容在一個實施例中，用于例如過程控制工廠的網狀通信網絡包括多個#4居網絡調度表發送和接收數據的網絡設備，該通信網絡在運行期間并且鑒于表示該無線網絡的性能的參數的若干因素調整該網絡調度表。在一些實施例中，該網絡調度表包括若干并發的重疊超幀，這些超幀各具有有限個預定持續時間的時隙。響應于檢測到在一個或更多網絡設備中的發送要求的變化，該通信網絡可以定義一個或更多附加超幀、毀滅一個或更多現有的超幀或暫時使一個或更多超幀失效。在這些實施例中的至少某些實施例中，駐留在該通信網絡的內部或外部的網絡管理器從這些網絡設備中的至少某些網絡設備中收集統計量和各種計量值，并且基于所收集的數據調整該通信調度表。在一實施例中，該網絡管理器可以用在駐留于該網絡外部或內部的主機上運行的軟件模塊來實現。在另一實施例中，該網絡管理器可以是通信連接到該網絡的專用物理設備。在又一實施例中，網絡管理器可以分布在駐留于該網絡的內部或外部的若干設備之中。在某些實施例中，在該無線網絡中運行的設備沿一組定義網絡設備對之間的通信路徑的圖發送和接收數據，并且該網絡管理器通過分析該該網絡的拓樸并定義一組用于在該網絡的各種節點之間路由或發送數據的圖來開發有效的路由方案。在無線網絡的運行期間，該網絡管理器可以鑒于變化的環境狀況和/或新的發送要求調整一個或更多圖。在某些實施例中，該網絡管理器可以定義網絡設備對之間的新的直接無線連接，或相反地，使現有的直接無線連接中的一些直接無線連接失效。在另外的實施例中，該網絡管理器可以另外基于未變化的多個直接無線連接來修改這些通信路徑中的一些通信路徑。在某些實施例中，這些網絡設備中的至少一些網絡設備是在過程控制環境中執行測量或控制功能的現場設備。這些現場設備中的每個現場設備配備有將過程數據傳達給另一網絡設備的特定更新速率或頻率。在這種情況下，要的話，現場設備可以由于要求高于正常或低于正常的帶寬的瞬時狀況的出現而協商時隙分配的暫時變化。根據另一方面，該網絡管理器可以鑒于諸如在每個網絡設備處的發送/接收速率、在每條鏈路處的傳遞故障率以及該無線網絡的其它性能計量值之類的因素來更新該無線網絡的通信調度表。根據另一方面，該網絡管理器可以鑒于諸如與一個或更多路由圖相關聯的傳遞延遲、在一個或更多網絡設備處的傳遞故障率以及表示該無線網絡的能力的其它信息之類的因素來修改路由策略(例如定義新圖、定義新的無線鏈路等等)，以高效并可靠地傳播數據。在某些實施例中，該網絡管理器可以基于統計數據和/或基于信號強度測量值或其它計量值來同時調整路由和調度決策。在另一方面，每個網絡設備可以周期性地發送包括由該網絡設備的鄰居發出的信號的測量值的健康報告給該網絡設備。響應于從某個網絡設備接收到健康報告，該網絡管理器可以調整路由(例如，一個更多圖，生成或毀滅直接無線連接等等)、調度或這兩者。根據另一方面，網絡設備可以報告對有可能加入該無線網絡的新無線設備的發現，或在某些情況下對已經參與該網絡的到該無線網絡的新的無線連接的發現。類似地，該網絡管理器可以鑒于新報告的狀況重新調整現有的路由方案和/或該通信調度表。在這種意義上，該無線網絡可以被認為是自調整的和自修復的。根據又一方面，有線設備或無線設備可以加入運行的無線網絡而無需重啟或手動重新配置該網絡。在它的初始配置中，無線網絡可以包括網關和在與該網關在同一主機上運行或者在工廠自動化網絡內的其它地方運行的網絡管理器。無線設備和裝備有無線適配器的有線設備可以通過處理廣告消息并與該網絡管理器交換作為加入序列的一部分的一個或更多消息來加入該網絡。在這種意義上，操作員可以如現有的有線網絡的更新一樣的新安裝來逐步建立無線網絡。在某些實施例中，該網絡管理器可收集表示一些或所有網絡設備對成功傳遞包的比率的統計資料。作為補充或可替代地，每個網絡設備可以收集發送/接收統計值，并且該網絡管理器可以響應于片企測到資源的不恰當分布，進一步嘗試調整該網絡路由方案和/或調度表的相應部分。在這些實施例的一些實施例中，該網絡設備可以維持在相應的網絡節點處發送的和接收的包的獨立計數，(周期性地、響應于來自該網絡管理器的請求等等)將該計數報告給該網絡管理器，而后該網絡管理器可以確定哪些無線連接負荷過度或12負荷不足。在該實施例中，該網絡管理器可以嘗試均衡各種網絡設備的工作負荷。在這些實施例中的一些實施例中，所述統計值與OSI-7協議棧的網絡層相關。在某些實施例中，該網絡管理器可以響應于檢測到諸如如網絡設備的暫停之類的無線網絡中的某種變化而快速使一個或更多超幀失效。然后，該網絡管理器可以通過發出適當的指令來使一個或更多失效的超幀重新生效。在一些實施例中，該無線網絡可以支持網絡設備對之間的周期性的("突發模式，，)和未經調度的("請求/響應")通信。在一個這樣的實施例中，周期性的業務可以包括特定網絡設備在根據該網絡設備的發送速率定義的超幀內定期公布的過程數據。同時，這些請求/響應通信可以包括從外部主機(即在所述無線網絡外部運行的主機)向網絡設備發出的命令以及相應的響應。在某些實施例中，網絡設備可以偶爾希望報告一定量的數據以補充或取替定期公布的過程數據，作為所謂"塊模式"傳輸的一部分，并且為了獲得用于該傳輸的充足資源，可以從該網絡管理器請求帶寬。另外，在某些實施例中，該無線網絡可以支持管理業務、事件和警報業務以及其它類型的數據服務。圖1示意性地示出了通過網關設備連接到工廠自動化網絡的無線網絡，該無線網絡提供現場設備和路由器設備之間的通信，并使用本公開內容的路由技術。圖2是可在圖1中示出的無線網絡中使用的無線HART協議的各層的示意圖。圖3是示出根據這里討論的實施例之一而定義的通信時隙的各段的框圖。圖4是示出三隙超幀的時隙與若干通信設備的示例性關聯的框圖。圖5示意性地示出示例性超幀的時隙與若干通信信道的關聯。圖6是示意性地示出包括若干不同長度的并發超幀的示例性超幀定義的框圖。圖7示意性地示出諸如圖l或圖3示出的網絡之類的無線網絡可以遵照的星型網絡拓樸。圖8示意性地示出了諸如圖l或3示出的網絡之類的無線網絡可以遵照的網狀網絡拓樸。圖9示意性地示出了諸如圖l或3示出的網絡之類的無線網絡可以遵照的星型網狀網絡拓樸。圖10是示出利用本公開內容的某些圖路由技術的無線網絡中的冗余上游數據路徑的框圖。圖11是示出利用本公開內容的某些圖路由技術的無線網絡中的冗余下游數據路徑的框圖。圖12是示出利用本公開內容的某些源路由技術的無線網絡中的下游和上游數據路徑的框圖。圖13是示出圖1、10或12的若干網絡設備之間的消息的交換的消息順序圖，這些消息與由這些網絡設備之一分配用于公布周期性過程數據的資源相關。圖14是示出圖1、10或12的若干網絡設備之間的消息的交換的消息順序圖，這些消息與鑒于在這些網絡設備之一中產生的健康報告更新網絡調度表和/或網全備拓樸相關。圖15是示出圖1、10或12的若干網絡設備之間的消息的交換的消息順序圖，這些消息與鑒于由這些網絡設備之一識別的新無線連接而更新網絡調度表和/或網絡拓樸相關。圖16是示出圖1、10或12的若干網絡設備之間的消息的交換的消息順序圖，這些消息與鑒于從這些網絡設備之一向另一網絡設備傳遞數據的故障而更新網絡調度表和/或網絡拓樸相關。圖17是示出圖1、10或12的若干網絡設備之間的消息的交換的消息順序圖，這些消息與分配用于外部應用程序和網絡設備之間的塊模式傳輸會話的資源相關。具體實施例方式圖1示出示例性網絡10,在示例性網絡10中，可以使用這里所描述的調度技術和^各由技術。具體來說，網絡IO可以包括與無線通信網絡14連接的工廠自動化網絡12。工廠自動化網絡12可以包括通過通信骨干20連接的一個或更多固定工作站16和一個或更多便攜式工作站18,其中通信骨干20可以利用以太網、RS-485、ProfibusDP或利用適合的通信石更件和協議來實現。這些工作站和形成工廠自動化網絡12的其它裝置可以向工廠員工提供各種控制和監督功能，包括對無線網絡14中的設備的訪問。工廠自動化網絡12和無線網絡14可以經由網關i殳備22進行連接。更為具體地，網關設備22可以采用有線方式連接到骨干20并且可以利用任何適合的(例如已知的)通信協議與工廠自動化網絡12進行通信。可以采用任何其它想要的方式(例如，作為單機設備、可插入主機工作站16或18的擴展槽的卡、作為基于PLC或基于DCS的系統的輸入/輸出(I/O)子系統的一部分等等)來實現的網關設備22可以提供在網絡12上運行且具有對無線網絡14的各種設備的訪問權限的應用程序。除了協議和命令轉換，網關設備22還可以提供與在網絡14中實現的無線協議(這里稱為無線HART協議)相關聯的調度方案的時隙和超幀(在時間上均勻分隔開的通信時隙組)所使用的同步計時。在一些配置中，網絡10可以包括多于一個網絡接入點25以提高網絡IO的效率和可靠性。具體來說，多個網絡接入點設備25可以^是供用于無線網絡14和工廠自動化網絡12以及外部世界之間的通信的額外帶寬。應該理解的是，網關22和網絡接入點25可以相結合。另外，網關22設備可根據無線網絡14內的網關通信需要向適當的網絡服務請求帶寬。可以駐留在網關設備22中的網絡管理器軟件模塊27可以在該系統在運行的同時進一步重新評價需要的帶寬。例如，網關設備22可以從駐留在無線網絡14外部的主機接收請求以檢索大量的數據。然后，網關設備22可以請求網絡管理器27分配另外的帶寬以適應該事務。例如，網關設備22可以發出適當的服務請求。然后，網關設備22可以在該事務完成時請求網絡管理器27釋放該帶寬。繼續參照圖1,無線網絡14可以包括一個或更多現場i殳備30-36。通常，像那些在化工、石油或其它加工廠中使用的過程控制系統包括諸如閥、閥定位器、開關、傳感器(例如溫度、壓力和流速傳感器)泵、風機等等之類的現場設備。一般而言，現場設備執行該過程內的物理控制功能，例如，開閥或關閥或獲得過程參數的測量值。在無線通信網絡14中，現場設備30-36為無線通信包的生成者和使用者。設備30-36可以利用無線通信協議進行通信，該無線通信協議提供了類似的有線網絡的功能，具有類似或改進的運行性能。具體來說，該協議可以使得該系統能執行過程數據監測、關鍵數據監測(具有更嚴格的性能要求)、校準、設備狀態和診斷監測、現場設備故障檢修、試運轉以及監督過程控制。然而，執行這些功能的應用程序通常要求無線網絡14支持的協議在必要時提供快速更新，在需要時移動大量的數據，并且支持加入無線網絡14的網絡設備，即使僅僅暫時用于試運轉和修護工作。如果想要的話，網絡14可包括非無線設備。例如，圖1的現場設備38可以是遺留(legacy)4-20mA設備，并且現場設備40可以是傳統的有線HART設備。為了在網絡14內進行通信，現場設備38和40可以經由無線HART適配器(WHA)50或50A連接到無線HART網絡14。另外，WHA50可以支持其它通信協議，例如，FoundationFieldbus、PROFIBUS、DeviceNet等等。在這些實施例中，WHA50支持在協議棧的較下層上的協議轉換。另外，預計單個WHA50也可以充當多路復用器并且可以支持多個HART或非HART設備。通常，網絡管理器27可以負責使無線網絡14適應不斷變化的狀況并且負責調度通信資源。當網絡設備加入和離開該網絡時，網絡管理器27可以16更新它的無線網絡14的內部模型并且使用這種信息產生通信調度表和通信路由。另外，網絡管理器27可以考慮無線網絡14的總體性能以及診斷信息，以使無線網絡14適應拓樸和通信需求的變化。一旦網絡管理器27已經產生總體通信調度表，總體通信調度表的所有或各個部分可以通過一連串命令從網絡管理器27傳輸到這些網絡設備。為了進一步增加帶寬并提高可靠性，網關設備22可以在功能上被分成虛擬網關24和一個或更多網絡4妄入點25,網絡4妄入點25可以是與網關設備22進行有線通信的分立物理設備。然而，雖然圖1示出了物理上分離的網關網絡22和接入點25之間的有線連接26,但是可以理解的是，元件22-26也可以是被提供為一體的設備。因為網絡接入點25可以與網關設備22物理分離，接入點25可以在戰略上放置在網絡14的幾個不同的位置。除了增加帶寬，多個接入點25可以通過利用其它接入點25補償一個接入點25處的可能差的信號質量來增加網絡14的總體可靠性。在一個或更多接入點25出現故障的情況下，擁有多個接入點25還提供了冗余。除了分配帶寬，要不然的話橋接網絡12和14，網關設備22還可執行無線網絡14中的一個或更多管理功能。如圖l中示出的，網絡管理器軟件模塊27和安全管理器軟件模塊28可以存儲在網關設備22中并在網關設備22中執行。可替代地，網絡管理器27和/或安全管理器28可以在工廠自動化網絡12中的主機16或18之一上運行。例如，網絡管理器27可以在主才幾16上運行而安全管理器28可以在主機18上運行。網絡管理器27可以負責配置網絡14、調度無線設備之間的通信、管理與這些無線設備相關聯的路由表、監測無線網絡14的總體健康、向工作站16和18l艮告無線網絡14的健康，以及其它管理和監督功能。雖然在網絡14中有單個網絡管理器27運行可能就足夠了，但冗余網絡管理器27可以類似地被提供以保護無線網絡免受意料之外的設備故障。同時，安全管理器28可以負責保護無線網絡14不受到未被授權的設備的惡意或無意入侵。為了這個目的，安全管理器28可以管理鑒權代碼，驗證由嘗試加入無線網絡14的設備提供的授權信息，更新諸如到期密鑰之類的暫時性安全數據以及執行其它安全功能。繼續參照圖1,無線網絡14可以包括一個或更多現場設備30-36。通常，像那些在化工、石油或其它加工廠中使用的過程控制系統包括諸如閥、閥定位器、開關、傳感器(例如溫度、壓力和流速傳感器)、泵、風機等等之類的現場設備。現場設備執行該過程內的物理控制功能，例如，開閥或關閥或獲取過程參數的測量值。在無線通信網絡14中，現場設備30-36為無線通信包的生成者和使用者。設備30-36可以利用無線通信協議進行通信，該無線通信協議提供了類似的有線網絡的功能，具有類似或改進的運^f亍性能。具體來"^兌，該協i義可以使得該系統能執行過程數據監測、關鍵數據監測(具有更嚴格的性能要求)、校準、設備狀態和診斷監測、現場設備故障檢修、試運轉以及監督過程控制。然而，執行這些功能的應用程序通常要求由無線網絡14支持的協議在必要時提供快速更新，在需要時移動大量的數據，并且支持加入無線網絡14的網絡設備，即使僅僅暫時用于試運轉和修護工作。在一個實施例中，支持無線網絡14的網絡設備30-36的無線協議是已知有線HART協議的擴展，這是一種被廣泛接受的行業標準，其維護有線環境的筒單工作流程和實踐。在這種意義上，網絡設備30-36可以被認為是無線HART設備。通過簡單增加新的設備描述文件，用于有線HART設備的相同工具可以容易地適用于無線設備30-36。以這種方式，該無線協議可以借助利用有線HART協議獲得的經驗和知識的杠桿作用來^f吏培訓最少并簡化維護和支持。一般而言，使協議適應于無線應用，以便在設備上運行的大多數應用程序沒有"注意到"從有線網絡到無線網絡的轉變可以是方便的。顯然，這樣的透明性大大減小了升級網絡的成本，并且更為一般地，減小了與開發和支持可以和這樣的網絡一起使用的設備相關的成本。對眾所周知的HART協議進行無線擴展的一些另外的好處包括對用有線設備難以獲得或需要昂貴的代價才能獲得的測量結果的訪問以及從可以安裝在膝上型電腦、手持機、工作站等等上的系統軟件配置和操作儀器的能力。另一個好處是有能力將診斷警告從無線設備返回通過通信基礎設施送到在集中放置的診斷中心。例如，加工廠中的每個熱交換器可能與無線HART設備安裝在一起并且當交換器^^測到問題時，可以警告終端用戶和供應商。又一好處是有能力監測呈現嚴重健康和安全問題的狀況。例如，無線HART設備可能放置在路上的洪水區并用于警告當局或司機有關水位的情況。其它好處包括對寬范圍的診斷警告的訪問，和在無線HART設備處存儲趨勢值以及計算值的能力，以便當建立了與該設備的通信時，可以將這些值傳輸到主機。在這種方式下，無線HART協議可以提供使主機應用程序能夠無線訪問現有的HART使能現場設備的平臺，并且該無線HART協議可以支持電池供電的、僅限無線的HART使能現場設備的部署。該無線HART協議可以用于建立過程應用的無線通信標準，并且可以進一步通過增強基本的HART技術以支持無線過程自動化應用，來擴展HART通信的應用以及該協議提供給過程控制行業的好處。再次參見圖1，現場設備30-36可以是無線HART現場設備，每個現場設備30-36采用整體單元的形式并且支持無線HART協議棧的所有層。例如，在網絡14中，現場設備30可以是無線HART流量計，現場設備32可以是無線HART壓力傳感器，現場設備34可以是無線HART閥定位器，現場設備36可以是無線HART壓力傳感器。重要的是，無線設備30-36可以支持用戶已經從有線HART協議見到的所有的HART特征。如本領域技術人員將會懂得的是，該HART協議的核心實力之一在于它的嚴格的協同工作能力要求。在一些實施例中，所有無線HART裝置包括核心的強制性能力以便允許(例如，由不同廠商制造的)同等的設備類型被互換而不會危及系統運行。而且，無線HART協議向后兼容諸如設備描述語言(DDL)之類的HART核心技術。在優選實施例中，所有的無線HART設備應該支持DDL,其確保終端用戶直接具有開始使用無線HART協議的工具。如杲想要的話，網絡14可以包括非無線設備。例如，圖1的現場設備38可以是遺留4-20mA設備，并且現場設備40可以是傳統的有線HART設備。為了在網絡14內進行通信，現場設備38和40可經由無線HART適配器(WHA)50連接到無線HART網絡14。另外，WHA50可以支持其它通信協議，例如，FoundationFieldbus、PROFIBUS、DevicesNet等等。在這些實施例中，WHA50支持在協議棧的較下層上的協議轉換。另外，預計單個WHA50也可以充當多路復用器并且可以支持多個HART或非HART設備。工廠員工另外可使用手持式設備進行網絡設備的安裝、控制、監測和維護。一般而言，手持式設備是便攜式裝置，該便攜式裝置可以直接連接到無線網絡14或通過網關設備22連接到無線網絡14作為工廠自動化網絡12上的主機。如圖l示出的，連接無線HART的手持式設備55可以直接與無線網絡14進行通信。當與形成的無線網絡14一起運行時，手持式設備55可以只是作為另一無線HART現場設備加入網絡14。當與沒有連接到無線HART網絡的目標網絡設備一起運行時，手持式設備55可以通過與該目標網絡設備形成它自己的無線網絡，作為網關設備22和網絡管理器27的結合來運行。連接工廠自動化網絡的手持式設備(未示出)可以用于通過諸如Wi-Fi之類的已知組網技術連接到工廠自動化網絡12。該設備采用與外部工廠自動化服務器(未示出)相同的方式或者工作站16和18與設備30-40的通信相同的方式，通過網關設備22與網絡設備30-40進行通信。另外，無線網絡14可以包括路由器設備60,該路由器設備60是從一個網絡設備向另一個網絡設備轉發包的網絡設備。正在充當路由器設備的網絡設備使用內部路由表來指揮路由，即來決定特定的包應該被發送給哪個網絡設備。在那些無線網絡14上的所有設備都支持路由的實施例中，可以不需要諸如路由器60之類的單機路由器。然而，(例如為了擴展網絡，或為了節省該網絡中的現場設備的電力)添加一個或更多專用路由器60到網絡14可以是有益的。直接連接到無線網絡14的所有設備可以被稱為網絡設備。具體來說，無線現場設備30-36、適配器50、路由器60、網關設備22、接入點25以及無線手持式設備55是為了路由和調度目的的網絡設備，這些網絡設備中的每一個形成無線網絡14的節點。為了提供非常健壯的和容易擴展的無線網絡，網絡中的所有設備可以支持路由并且每個網絡設備可以用諸如HART地址之類的實質上唯一的地址來進行全局標識。網絡管理器27可以包含網絡設備的完整列表，并且可以指派給每個設備短的、網絡唯一的16位別名。另外，每個網絡設備可以存儲與更新("掃描，，)速率、連接會話以及設備資源相關的信息。簡而言之，每個網絡設備維護與無線網絡14內的路由和調度相關的最新信息。每當新的設備加入該網絡時或每當網絡管理器27檢測到或發起無線網絡14的拓樸或調度的改變時，網絡管理器27可以將該信息傳達到網絡設備。進一步，每個網絡設備可以存儲并維護該網絡設備在偵聽操作期間已經識別的鄰居設備的列表。一般而言，網絡設備的鄰居是潛在能夠根據由相應的網絡強制實行的標準建立與該網絡設備的連接的任何類型的另一個網絡設備。在為無線HART網絡14的情況下，該連接是直接無線連接。然而，將會理解的是，鄰居設備還可以是以有線方式連接到特定設備的網絡設備。如稍后將要討論的，網絡設備通過廣告或在指定的時段發出的特殊消息來促進其它網絡設備發現它們。可操作地連接到無線網絡14的網絡設備具有一個或更多鄰居，這些網絡設備可以根據廣告信號的強度或根據一些其它準則選擇這些鄰居。在如圖l示出的實例中，由直接無線連接65連接的一對網絡設備中的每個設備將另一個識別為鄰居。無線網絡14的網絡設備可以形成大量的設備間連接65。建立兩個網絡設備之間的直接無線連接65的可能性和愿望由諸如這些節點之間的物理距離、這些節點(設備)之間的障礙、這兩個節點中的每一個節點處的信號強度等等若干因素來確定。通常每個無線連接65由與發送頻率、接入無線電資源的方法等有關的一個大的參數組特征化。本領域普通技術人員將認識到的是，通常，無線通信協議可以在指定頻率上運行，例如由美國的聯邦電信委員會(FCC)指派的那些頻率，或運行于無許可證的無線電頻_歐(例如，2.4GHz)。盡管這里討i侖的系統和方法可以應用于在任何指定頻率或頻率范圍上運行的無線網絡，但是下面討i侖的示例性實施例涉及與運行于無線電頻譜上的無許可證的或者共享部分的無線網絡14。根據這個實施例，無線網絡14可以被容易地驅使或調整為根據需要在特定的無許可證的頻率范圍中運行。繼續參照圖1，兩個或更多直接無線連接65可以形成在不能形成直接無線連接65的節點之間的通信^各徑。例如，無線HART手持式設備55和無線HART設備36之間的直接無線連接65A，連同無線HART設備36和路由器60之間的直接無線連接65B,可以形成設備55和60之間的通信路徑。如以下更加詳細討i侖的，這些通信路徑中的至少一些可以是有向通信^各徑(即僅允許一對設備之間沿一個方向傳輸數據)。同時，無線HART設備36可以直接連接到網絡設備55、60、32中的每一個，并且連接到網絡接入點25A和25B。一4殳而言，在無線網絡14中運行的網絡設備可以發起數據包、中繼由其它設備發送的數據包或執行這兩種類型的操作。如這里所使用的，術語"終端設備"指不中繼由其它設備發送的數據包的網絡設備，而術語"路由設備"指中繼在其他網絡設備之間傳播的數據包的網絡設備。當然，路由設備還可以發起它自己的數據。因此，一個或若干終端設備和路由設備，連同若干直接連接65,可以形成網狀網絡的一部分。因為加工廠可以具有成百或者甚至上千個現場設備，所以在該工廠中運行的無線網絡14可以包括大量的節點，并且在許多工作情況下包括更大量的節點對之間的直接連接65。結果，無線網絡14可能具有復雜的網狀拓樸，并且不共享直接連接65的一些設備對可能必須通過執行這些設備之間的通信的許多中間跳來進行通信。因此，在數據包離開源設備之后到達目的設備之前，可能有時需要沿許多直接連接65進行傳播，并且每個直接連接65可能對該數據包的總傳遞時間添加一延遲。而且，這些中間設備中的某些中間設備可以位于網狀網絡的許多通信路徑的交叉點處。同樣，可能除了發起它自己包之外，這些設備還可能要負責中繼由許多不同設備發起的大量的包。因此，相對忙的中間設備可以不馬上轉發瞬變的數據包，而是在相應的通信路徑上向下一個節點發送該包之前，可以將該包排入隊列等待相對長的時間。當數據包最終到達該目的設備時，該目的設備可以用確認包進行回復，該確認包也可能遇到類似的延遲。在該包傳播到目的設備以及相應的確認包從該目的設備傳播回到該發起設備期間，該發起節點可能不知道該數據是否已經成功到達該目的設備。而且，設備可能由于調度維護和升級或由于意外故障而離開無線網絡14，從而改變了該網狀網絡的拓樸并石皮壞了這些通信路徑中的某些^各徑。類似地，這些設備可以加入無線網絡14，從而添加了另外的直接連接65。如果不以高效且及時的方式進行處理的話，無線網絡14的拓樸的這些或其它改變可能會大大影響節點對之間的數據發送。然而，重要的是，傳遞數據包的效率可以在很大程度上決定工廠運行的可靠性、安全性和總體質量。例如，包括指示反應器的過高溫度的測量值的數據包應該快速并可靠地到達另一節點，例如手持式設備55，以便操作員或控制器可以馬上釆取適當的措施并且如果必要的話致力于解決危險情況。為了高效利用可用的直接無線連接65并完全適應頻繁改變的網絡拓樸，網絡連接器27可以維護完整的網絡地圖68，定義連接至少某些網絡設備對30-50的路由方案，并且將該路由方案的相關部分傳達給參與該路由方案的每個網絡設備。具體來說，網絡管理器27可以定義包括一個或更多單向通信路徑的一組有向圖，將圖標識符指派給每個定義的有向圖，并且可以將每個圖定義的相關部分傳達給每個相應的網絡設備，每個相應的網絡i殳備而后可以更新特定設備的、在本地存儲的連接表69。如以下更詳細的說明，網絡設備30-50接著可以基于包括在數據包的包頭或包尾的圖標識符來路由這些數據包。如果想要的話，每個連接表69可以僅僅存儲與相應的網絡設備直接相關的路由信息，這樣該網絡設備不知道包括該網絡設備的有向圖的完整定義。換句話說，該網絡設備可能無法"看到"其直接鄰居之外的網絡，并且在這種意義上，該網絡設備可能不知道無線網絡14的完整拓樸。例如，在圖1中示出的路由器設備60可以存儲連接表69A，其可以僅僅指定與相鄰網絡設備32、36、50和34相關的路由信息。同時，WHA50A可以存儲連接表69B,其相應地可以指定與WHA50A的鄰居相關的^各由信息。如這里使用的，術語"圖"通常與圖論的域相一致。以下討論的圖路由的方法部分地涉及沿一組設備發送數據包。更為具體地，沿單向圖路由數據包的方法允許包括在單向圖中的多個設備找到向公共目的地傳播的數據包的源，該公共目的地也可以一皮稱為匯聚點。圖中的每個設備可以僅僅知道那些也是同一圖的成員的直接鄰居(但是單個設備可以參與多個圖，每個圖與一個或更多鄰居相關聯)。在某些情況下，網絡管理器27可以在網絡設備對之間定義雙重通信路徑，以確保在主通信路徑的直接連接65之一變得不可用的情況下，數據包仍然可以沿副通信路徑到達目的設備。然而，直接連接65中的一些可以在特定的網絡設備對的主路徑和副路徑之間被共享。而且，網絡管理器27在某些情況下可以將要使用的整個通信路徑傳達給某一網絡設備，該網絡設備接著可以發起數據包并且將完整的路徑信息包括在該數據包的包頭和包尾中。優選地，針對無嚴格的等待時間要求的數據，網絡設備使用這種路由方法。如下詳細討論的，該方法(這里稱為"源路由")可以不提供相同程度的可靠性和靈活性，并且，一般而言，可以具有傳遞延遲較長的特征。另一核心要求是以最小的擾亂性與使用同一頻帶的其它裝備共存。共存一般定義為一個系統在共享環境中執行任務的能力，在該共享環境中，其它系統能夠類似地執行它們的任務，同時遵照同一準則組或者不同(并且可能未知的)的準則組。在無線環境中共存的一個要求是在該環境中出現干擾時該協議維持通信的能力。另一要求是該協議應該對其它通信系統造成盡可能小的干擾和擾亂。換句話說，無線系統與周圍的無線環境共存的問題大體具有兩個方面。共存的第一方面是該系統用以影響其它系統的方式。例如，特定系統的操作員或開發者可以詢問一個發射器發送的信號對接近該特定系統運行的其它無線電系統具有什么影響。更為具體地，該操作員可以詢問，每當該發射機播上花費過多的時間從而有效地"獨占，，(hogging)該帶寬。理想地，每個發射機應該是不被其它發射機注意到的"安靜鄰居"。盡管該理想特性(如果有的話)很少能夠達到，但創造了其它無線通信系統可以在其中運行得相當好的共存環境的無線系統可以被稱為"好鄰居"。無線系統的共存的第二方面是該系統在有其它系統或無線信號源的情況下運行得相當好的能力。具體來說，無線系統的健壯性可以取決于該無線系統防止在這些接收機處的干擾的能力有多好，取決于這些接收機是否由于接近的RF能量源而容易超載，取決于這些接收機對偶爾的位丟失的容忍度有多好，以及類似的因素。在某些行業中，包括過程控制行業，有許多重要的經常不允許數據丟失的潛在應用。能夠在嘈雜的或動態的無線電環境中提供可靠通信的無線系統可以被稱為"寬容的鄰居"。有效的共存(即，作為好鄰居和寬容的鄰居)部分地依賴于有效使用三方面的自由時間、頻率和距離。當通信在1)在干擾源(或者其它通信系統)安靜的時候發生；2)以與干擾信號不同的頻率發生；或3)在足以遠離該干擾源的位置發生時，該通信可能是成功的。盡管這些因素中的單個因素可能用于在無線電頻譜的共享部分提供通信方案，但是這些因素中的兩個或所有三個的結合可以提供高度的可靠性、安全性和速度。仍然參見圖1,網絡管理器27或在網絡14或12上運^f亍的另一應用或服務可以鑒于以上討論的這些因素定義無線通信網絡14的主網絡調度表67。主網絡調度表67可以為網絡設備25和30-55指定將諸如時間,史和無線電頻率之類的資源的分配。具體來說，主網絡調度表67可以指定網絡i殳備25和30-55中的每一個何時發送過程數據、代表其它網絡設備路由數據、偵聽從網絡管理器27傳播來的管理數據以及為了希望加入無線網絡14的設備而發送廣告數據。為了以有效方式分配無線電資源，網絡管理器27可以鑒于無線網絡14的拓樸定義并更新主網絡調度表67。更為具體地，網絡管理器27可以根據在每個節點處標識的直接無線連接65來分配可用資源給無線網絡14的節點中的每一個(即，無線設備30-36、50以及60)。在這種意義上，網絡管理器27可以鑒于在每個節點處的發送要求和路由可能性來定義和維護網絡調度表67。主網絡調度表67可以將可用的無線電資源分成獨立的通信信道，并且進一步以例如時分多址(TDMA)通信時隙為單位在每個信道上測量發送和接收時機。具體來說，無線網絡14可以在某一頻帶內運行，該頻帶在大多數情況下可以安全地與若干截然不同的載波頻率相關聯，以便以一個頻率進行的通信可以與以該頻帶內的另一頻率進行的通信同時發生。本領域普通技術人員將會理解的是，在典型應用中的載波頻率(例如公共無線電)被充分地分隔開以防止相鄰載波頻率之間的干護C。例如，在2.4GHz頻帶中，IEEE指派頻率2.455給信道號21，指派頻率2.460給信道號22，從而允許2.4GHz頻帶的兩個相鄰段之間隔開5KHz。主網絡調度表67可以因此將每個通信信道與截然不同的載波頻率相關聯，該載波頻率可以是該頻帶的特定段的中心頻率。同時，如使用TDMA技術的行業中通常所用的，術語"時隙"指特定的持續時間段，較大的時段被分成該特定的持續時間段以提供受控的共享方法。例如，一秒可以分成IO等分的100毫秒時隙。雖然主網絡調度表67優選地以單個固定持續時間的時隙分配資源，但是只要無線網絡14的每個相關節點都被適當地通知了這種改變，那么改變這些時隙的持續時間也是可能的。繼續10個100毫秒時隙的實例定義，兩個i殳備可以每秒交換一次數據，在每秒的第一個100ms時段(即第一時隙)期間一個設備進行發送，在每秒的第四個100ms(即第四時隙)期間，另一設備進行發送，而剩下的時隙未被占用。因此，在無線網絡14上的節點可以通過發送頻率以及相應的設備可以在其間發送和接收數據的時隙來標識被調度的發送時機和接收時才幾。作為定義有效的和可靠的網絡調度表67的一部分，網絡管理器27可以在將時隙在邏輯上組織成循環重復的組或超幀。如這里所使用的，超幀可以被更為精確地理解為一連串相等的超幀循環，每個超幀循環對應于形成連續時間段的若干相鄰接的時隙的邏輯分組。在給定超幀內的時隙的數目定義了超幀的長度并且確定了每個時隙多久重復一次。換句話說，超幀的長度與單個時隙的持續時間相乘，指定了一個超幀循環的持續時間。另外，為了方便起見，可以對每個幀循環內的時隙進行連續編號。舉一個具體的實例，網絡管理器27可以將時隙的持續時間固定在IO毫秒，并且可以定義長度為100的超幀，以產生l秒幀循環(即，10毫秒乘以100)。在基于0的編號方案中，該實例超幀可以包4舌編號為0，1,...99的時隙。如以下更詳細的討論，網絡管理器27減少了等待時間并且另外通過將多個不同大小的并發超幀包括在網絡調度表67中來優化數據發送。而且，網絡調度表67的一些或所有超幀可以跨越多個信道或載波頻率。因此，主網絡調度表67可以指定各個超幀的各個時隙和可用信道之一之間的關聯。因此，主網絡調度表67可以對應于獨立的設備調度表的集合。例如，諸如閥定位器34之類的網絡設備可以具有獨立的設備調度表67A。設備調度表67A可以僅僅包括與相應的網絡設備34相關的信息。類似地，路由器60可以具有獨立的設備調度表67B。相應地，網絡設備34可以根據設備調度表67A發送和接收數據而不知道諸如該設備60的調度表69B之類的其它網絡設備的調度表。為了這個目的，網絡管理器27可管理總的網絡調度表67和各個獨立的設備調度表67(例如，67A和67B),并且當需要時將獨立的設備調度表67傳達給相應的設備。在其它實施例中，獨立的網絡設備25和35-50可以至少部分定義或協商設備調度表67并將向網絡管理器27報告這些調度表。根據這個實施例，網絡管理器27可以根據接收到的設備調度表67組合網絡調度表67，同時檢查資源竟爭并解決潛在的沖突。為了最優地利用可用無線資源并且保證有效的和可靠的數據傳遞，網絡管理器27可以進一步鑒于路由來優化調度決定，可替代地，鑒于調度決策來優化路由。在一些特別有用的實施例中，網絡管理器27可以在概念上將諸如有向圖的邊之類的路由概念與諸如時隙和超幀之類的調度資源相結合以定義鏈路。這些鏈路可以進一步包括若干截然不同的類型,例如與一已知設備對相關聯的專用鏈路、發射機或接收機中的至少一個沒有被預先指派的共享鏈路、用于從單個源對多個設備進行尋址的廣播和組播鏈路等等。在這些實施例中，網絡管理器27可以通過分析網絡14的拓樸、形成一組指定網絡設備對之間的通信路徑的有向圖、部分地基于這些網絡設備處的更新速率定義超幀，并且順序地將已定義的超幀內的時隙分配給這些設備之間的有向連接以定義一組指定每個數據發送的方向和時間的鏈路，來高效地利用鏈路資源。另外，在那些網絡14在若干無線信道上運行的實施例中，每個鏈路可以指定發生特定發送所在的信道。如以下詳細討論的，網絡管理器27由此可以確保這些網絡設備高效而可靠地進行通信。例如，網絡管理器27可以確保在多跳通信路徑上，數據包在傳輸到該路徑上的下一跳之前花費盡可能少的時間。以上概括描述的支持無線網絡14的通信協議在這里被稱為無線HART協議70，并且參照圖2更詳細地討論該協議的操作。如將會纟皮理解的，直接無線連接65中的每一個可以根據無線HART協議70的物理和邏輯要求來傳輸數據。同時，無線HART協議70可以高效地支持在時隙內并且在與特定設備調度表69所定義的超幀相關聯的載波頻率上進行通信。圖2示意性地示出了無線HART協議70的一個示例性實施例的各層，與眾所周知的通信協議的ISO/OSI7層模型的各層近似對齊。作為比較，圖2另外示出現有的"有線"HART協議72的各層。將會理解的是，無線HART協議70不一定要具有有線對等體。然而，如下面將要詳細討論的，無線HART協議70可以通過與現有協議共享該協議棧的一個或更多上層來大大方便其實現。如以上所指示的，如以上所指示的，與為類似網絡提供服務的有線協議72相比，無線HART協議70可以提供相同或更高程度的可靠性和安全性。同時，通過消除安有線的需要，無線HART協議70可以提供若干重要的優點，例如降低與安裝網絡設備相關的成本。還將會理解的是，雖然圖2將無線HART協議70表現為HART協議72的無線對等體，但這種特定的對應在這里僅僅是作為實例被提供。在其它可能的實施例中，無線HART協議70的一或更多層可以對應于其它協i義，或如以上所提及的，無線HART協議70可以不與現有協議中的任何一個共享甚至最上面的應用層。如圖2中示出的，HART技術的無線擴展可以將至少一個新物理層(例如，IEEE802.15.4無線電標準)和兩個凄t據《連^各層(例如，有線和無線網才各)添加給已知的HART實施。一4t而言，無線HART協議70可以是安全的、在2.4GHzISM無線電頻帶中運行的無線網格組網技術(塊74)。在一個實施例中，無線HART協議70可以在一個事務接一個事務的基礎上利用可兼容IEEE802.15.4b的直接序列擴頻通信(DSSS)無線電和信道跳頻。可以利用TDMA對該無線HART通信進行調停以調度鏈路活動(塊76)。同樣，優選地，所有通信在指定的時隙內執行。一個或更多源設備和一個或更多目的設備可以被調度以在給定時隙中進行通信，并且每個時隙可以專門用于來自單個源設備的通信，或者這些源設備可以被調度為利用像CSMA/CA那樣的共享通信接入模式進行通信。源設備可以發送消息到一個或更多特定的目標設備或者可以將消息廣播到被指派時隙的所有目標設備。因為這里描述的無線HART協議允許部署網狀拓樸，所以也可以指定重要的網絡層78。具體來說，網絡層78可以使得單獨的設備之間能夠建立直接無線連接65，并且使得無線網絡14的特定節點(例如設備34)和網關22之間能夠通過一個或更多中間跳來路由數據。在某些實施例中，網絡設備對30-50可以建立包括一個或若干跳的通信路徑，而在其它實施例中，所有數據可以要么向上游傳播到網關設備22,要么從網關設備22向下游傳播到特定的節點。為了增強可靠性，無線HART協議70可以將TDMA與一種將多個無線電頻率與單個通信源相關聯的方法(例如，信道跳頻)相結合。信道跳頻提供了最小化干擾并減少多徑衰落影響的頻率分集。具體來說，數據鏈路7629可以生成單個超幀和多個載波頻率之間的關聯，數據鏈路層76以受控的和預定義的方式在所述多個載波頻率之間循環。例如，無線HART網絡14的特定場合的可用頻帶可以具有載波頻率FhF2，...Fn。超幀S的相關幀R可以被調度為，在循環Cn中以頻率Ft出現，在接下來循環Cn+1中以頻率F5出現，在循環Cn+2中以頻率F2出現，等等。網絡管理器27可以利用該信息配置相關網絡設備，以便在超幀S中進行通信的網絡設備可以根據超幀S的當前循環調整發送頻率或接收頻率。無線HART協議70的數據鏈路層76可以提供另外的將信道列入黑名單的特征，其限制這些網絡設備使用該無線電頻帶中的某些信道。網絡管理器27可以響應于檢測到信道上的過多干擾或其它問題，將無線電信道列入黑名單。進一步，操作員或網管可以將信道列入黑名單以便保護使用無線電頻帶的固定部分的無線服務，否則的話該無線服務要與無線HART網絡14共享該固定部分。在一些實施例中，無線HART協議70以超幀為基礎控制列黑名單，以便每個超幀具有獨立的被禁止信道的黑名單。在一個實施例中，網絡管理器27負責分配、指派并調整與數據鏈路層76相關聯的時隙資源。如果網絡管理器27的單個例子支持多個無線HART網絡14,網絡管理器27可以為無線HART網絡14的每個例子生成總體調度表。該調度表可以被組織成包含相對于該超幀的起點進行編號的時隙的超幀。另外，網絡管理器27可以維持全局性絕對時隙計數，該絕對時隙計數可以反映自從無線HART網絡14啟動以來被調度的時隙的總數。該絕對時隙計數可以用于同步目的。無線HART協議70可以進一步定義鏈路或鏈路對象以便在邏輯上統一調度和路由。具體來說，鏈路可以與具體的網絡i殳備、具體的超幀、相對隙數、一個或更多鏈路選項(發送、接收、共享)以及鏈路類型(正常、廣告、發現)相關聯。如圖2中示出的，數據鏈路層76可以是頻率捷變的。更為具體地，信道偏移量可以用于計算用于執行通信的具體的無線電頻率。網絡管理器27可以鑒于每個網絡設備處的通信要求定義一組鏈路。然后，每個網絡設備可以-故配置以所定義的該組鏈^各。所定義的該組《連^各可以確定該網絡設備何時需要醒來，以及該網絡設備是否應該在醒來后即進行發送、接收或同時發送/接收。繼續參照圖2,無線HART協議70的傳輸層80允許有效的盡力而為的通信和可靠的、端到端確認式通信。如本領域技術人員將會認識到的，盡力而為的通信允許設備發送包而不進行端到端的確認，并且不保證目的設備處的數據順序。用戶數據報協議(UDP)是這種通信策略的一個眾所周知的實例。在過程控制行業中，該方法可以對公布過程數據是有用的。具體來說，因為設備周期性地傳播過程數據，所以端到端確認和重試已經限制了效用，特別是考慮到新數據是在定期的基礎上產生的。相反，可靠的通信允許設備發送確認包。除了保證數據傳遞，傳輸層80還可以安排網絡設備間發送的包。對于請求/響應業務，或者當發送事件通知時，這種方法可以是優選的。當使用傳輸層80的可靠模式時，通信可以變得同步。可靠的事務可以被建模為發出請求包的主設備和用響應包進行回復的一個或多個從設備。例如，主設備可以產生某一請求并且可以將該請求廣播到整個網絡。在某些實施例中，網絡管理器27可以使用可靠的廣播來告訴無線HART網絡14中的每個網絡設備激活新的超幀。可替代地，諸如傳感器30之類的現場設備可以產生包并且將該請求傳播到另一現場設備，例如傳播到便攜式HART通信裝置55。作為另一實例，由現場設備34產生的警報或事件可以作為指向網關設備22的請求^皮發送。響應于成功接收到該請求，網關設備22可以產生響應包并且將該響應包發送到設備34，以對接收到該警報或事件通知進行確認。再參見圖2，會話層82可以提供網絡設備之間的基于會話的通信。可以用會話在該網絡層上管理端到端通信。網絡設備可以具有為給定對等網絡設備定義的多于一個會話。如果想要的話，幾乎所有網絡設備都可以具有至少兩個與網絡管理器27建立的會話一個用于成對通信，一個用于從網絡管理器27進行的網絡廣播通信。另外，所有網絡設備都可以具有網關會話密鑰。這些會話可以通過指派給它們的網絡設備地址來區分。每個網絡設備可以跟蹤該設備參與的每個會話的安全信息(加密密鑰、臨時計數器)以及傳輸信息(可靠傳輸順序號、重試計數器等)。最后，無線HART協議70和有線HART協議72可以支持公共HART應用層84。無線HART協議70的應用層可以另外包括子層86，其支持大數據組的自動分段傳輸。通過共享應用層84,協i義70和72允許對HART命令和數據進行公共封裝并且消除了在協議棧的最上層中進行協議轉換的需要。調度通信圖3-6提供了由無線HART協議70的數據鏈路層76和網絡層78支持的信道和時隙資源分配的更詳細的圖示。如以上參照圖l所討論的，網絡管理器27可以管理一個或更多超幀的定義并且可以將所定義的超幀中的每一個超幀內的獨立的時隙與可用信道(例如，載波頻率)之一相關聯。作為一個具體的實例，圖3示出了在獨立的時隙內的可用通信方案，而圖4示出了使用某一超幀的時隙在若干設備之間進行的示例性數據交換。接下來，圖5示出示例性時隙和若干可用信道之間的可能關聯，并且圖6是若干包括圖3-5示出的時隙的并發超幀的示意圖。具體參見圖3，兩個或更多網絡設備可以在時隙100中交換數據，時隙100可以是由一個發送設備和一個接收設備共享的專用時隙，也可以是具有超過一個發射機和/或一個或更多接收機的共享時隙。在任一情況下，時隙100可以具有發送調度表102和接收調度表104。換句話說，一個或更多發送設備可以根據發送時隙調度表102在時隙100內進行通信，而一個或更多接收設備可以根據接收時隙調度表104在時隙100內進行通信。當然，時隙調度表102和104實質上精確地同步并且在同一相對時刻106開始。在時隙100的過程中，發送網絡設備在諸如一載波無線電頻率之類的通信信道上發送預定量的數據。在某些情況下，發送網絡設備還可以期望在同一時隙100內接收肯定或否定的確認。因此，如圖3中示出的，發送時隙調度表102可以包括用于發送輸出數據的發送段110，其之前有預發送段112,并且可以包括用于接收對在,爻110期間所發送的數據的確認的接收段122。發送段110與接收段122可以通過過渡,爻116分隔開，在過渡段116期間，相應的網絡設備可以調整例如石更件設置。同時，如下所討論的，接收調度表104可以包括用于執行補充段112-122中所實施的功能的功能的段。具體來說，該發送設備可以在段IIO期間發出與時隙100的容量相關聯的整個包或者流段。如以上所提及的，網絡調度表67可以包括共享時隙，該共享時隙并不專門屬于網絡設備25和30-55之一的獨立i殳備調度表67。例如，共享時隙可以具有諸如網關22之類的專用接收機，而非單個專用發射機。當必要時，網絡設備25-60之一可以在共享時隙中發送諸如對額外帶寬的請求之類的未經調度的信息。在這些情況下，可能發送的設備可以通過在預發送段112執行空閑信道評估(CCA)來檢查共享時隙是否可用。具體來說，發送網絡設備可以在預發送段112期間偵聽與時隙IOO相關聯的通信信道上傳播的信號，以證實沒有其它網絡設備正嘗試使用時隙100。在時隙100的接收端，該接收設備可以在包接收段114內接收與時隙IOO相關聯的整個包。如圖3示出的，包接收段114可以開始于在時間上比發送段110更早的點。接下來，在過渡段116中，發送時隙調度表102要求發送設備轉換無線電模式。類似地，接收時隙調度表104包括過渡段118。然而，段116可以比段118更短，因為發送設備可以提早開始偵聽確認數據以避免4普過確認的開始。更進一步，發送調度表102可以包括確認接收段122，在確認接收段122期間，該發送設備接收在與接收調度表104相關聯的確認發送段124期間發送的確認。該發送設備可以在接收到肯定的確認時，從相關聯的發送隊列中刪去在發送段IIO期間發送的包。另一方面，如果沒有確認到達或確認是否定的，則該發送設備可以嘗試在下一被調度的專用時隙或在下一可用的共享時隙中重新發送該包。如在圖4中示意性示出的，以上討-論的若干時隙100可以組織成超幀140。具體來說，超幀140可以包括(通常)無限的成串超幀循環150-154,每個循環包括一組時隙，在圖4中示出為相對時隙號為O的時隙142(TS0)、相對時隙號為1的時隙144(TS1)和相對時隙號為2的時隙146(TS2)。相應地，圖4的超幀140的大小為三個時隙。換句話說，超幀140的時隙142-146中的每一個每隔兩個中間時隙在時間上重復一次。因此，對于10毫秒的時隙，具有特定相對時隙號的時隙的結尾和具有相同的相對時隙號的下一個時隙的開始之間的間隔是20毫秒。在概念上，時隙142-146可以進一步^皮組成超幀循環150-154。如圖4中示出的，每個超幀循環對應于時隙142-146的序列的新例子。主網絡調度表67可以將參與無線網絡14的網絡設備中的一些網絡設備的發送和接收時機與超幀140的特定時隙相關聯。再參見圖4,網絡片段160示意性地示出了在圖l的網絡設備34、60和36之間實施的局部通信方案。為了簡化超幀140的圖示，網絡設備34、60和36在圖4中分別被另外設計為節點A、B、C。因此，根據圖4,節點A發送數據給節點B,節點B接下來發送數據給節點C。如以上所述，節點A-C中的每一個節點包括設備調度表67A-C，其指定用于在相應的設備處發送和接收數據時隙和信道(例如無線電載波頻率)。主網絡調度表67可以包括獨立的設備調度表67A-C中存儲的所有數據信息中的一部分。更為具體地，網絡管理器27可以維護主網絡調度表67作為與網絡設備30-50中的每一個相關聯的調度的集合體，包括設備調度表67A-C。在這個實例中，時隙100(圖3)的持續時間可以是10毫秒，并且網絡設備A可以每30毫秒向設備C報告一次數據。相應地，網絡管理器27可以鑒于網絡設備A的更新速率在三個時隙處具體設定超幀140的長度。進一步，網絡設備27可以將相對號為O的時隙142(TSO)指派給網絡設備A和B，設備A作為發射機而設備B作為接收機。網絡管理器27可以進一步將相對時隙號為1(TS1)的下一個可用時隙144分配為與從設備B到設備34C的發送相關聯。同時，時隙146保持未指派。在這種方式下，超幀140提供了一方案，根據該方案，網絡管理器27可以鑒于設備A、B和C之間的可用無線連接在網絡片段160中分配資源，以將數據從設備A發送到設備C。在圖4中示出的實例中，節點A處的網絡設備可存儲與時隙142相關的信息作為它的設備調度表67A的一部分。類似地，在節點B處的網絡設備可以存儲與時隙142(接收)和144(發送)相關的信息作為它的設備調度表69B的一部分。最后，網絡設備C可以將與時隙144相關的信息存儲在設備調度表67C中。在這些實施例的至少一些實施例中，網絡管理器27存儲關于整個超幀140的信息，包括時隙146是可用的指示。重要的是，超幀140不需要局限于單個無線電頻率或其它單個通信信道。換句話說，定義超幀140的獨立時隙142-146可以以永久性或浮動為基礎與不同的無線電頻率相關聯。而且，由各種設備使用的頻率在電^f茲頻譜中不需要總是相鄰接。在一個實施例中，例如，超幀循環150-154中的每一個超幀循環的時隙142可以與載波頻率F!相關4關，而超幀循環150-154中的每一個超幀循環的時隙144可以與載波頻率F2相關耳關，頻率F!和F2在電,茲頻譜中相鄰接或不相鄰接。在另一實施例中，時隙142-146中的至少一些時隙可以以預定方式在被:分配的頻帶周圍移動。圖5示出了圖4的時隙144與可用頻帶170中的信道172-179之間的示例性關聯(對應于頻率子帶FrF5)。具體來說，信道172-179中的每一個信道可以對應于中心頻率Fj,F2,...Fs之一，優選地，這些中心頻率與它們各自的鄰居相差同一偏移量。優選地，信道172-179形成覆蓋整個可用頻帶170的連續頻段，雖然在所有實施例中，信道172-179需要是鄰接的或形成連接續的頻帶。超幀140可以使用頻帶170的至少一部分，以便時隙142-146中的一個或更多時隙在至少兩個鄰接的循環中被調度到不同的載波頻率上。如圖5中示出的，在幀循環150期間，時隙144可以4吏用4言道176(頻率F3)，在幀循環152期間，可以使用信道174(頻率FJ，并且在幀循環154期間，可以使用信道178(頻率F2)。然后，時隙144可以在與循環150類似的下一超幀循環150A中"返回"到信道176。時隙144與信道172-179之一的具體關聯中的每一個^皮示出為時隙/信道元組144A-C。例如，元組144A將循環150中一皮調度的時隙2指定在與中心頻率F3相關聯的信道176上。類似地，元組144B將循環152中被調度的時隙2指定在與中心頻率F4相關^:的信道174上。同時，與中心頻率Fs相關耳關的信道172可以在循環150-152中的任何循環期間不指派給時隙2。然而，超幀140的不同時隙，例如時隙146,可以在循環150-152中的一個或更多期間與信道172相關聯。在這個實例中，與超幀循環150相關^:的頻率指派可以在循環154之后立即重復(如圖5中示出為循環150A),并且，在超幀140的兩個循環之后，時隙144可以再次對應于元組144A。這才羊，時隙144可以定期循環通過信道176、174和178。將會理解的是，時隙144可以類似地循環通過更大或更小數目的信道，而不管超幀140的長度，當然，前提是在頻帶170中有足夠的信道可用。以上關于圖5討論的并被稱為"信道跳頻"的不同超幀循環期間的單個時隙與多個信道之間的關聯大大增加了無線網絡14的可靠性。具體來說，信道跳頻減少信道跳頻降低了被調度在某一超幀的特定時隙中通信的一對設備在某一信道擁塞或不可用時不能發送和接收數據的概率。因此，例如，信道174的故障阻止使用時隙144的i殳備在幀循環152中通信，而不阻止其在幀循環150或154期間通信。再參見圖4，設備調度表67B和67C可以包括關于在以上參照圖5討論的元組144A-C中的每一個元組的信息。具體來說，設備調度表67B和67C中的每一個設備調度表可以存儲循環150-152中的每一個循環內給信道172-179之一的時隙144指派。主網絡調度表67(圖1)可以類似地包括該信息。同時，設備調度表67A不需要必需包括與時隙144相關的信息，因為相應的節點A(設備34)在超幀140的時隙144期間不進行通信。在運行中，與節點B和C對應的設備60和36可以在每個時隙144的開始時分別準備數據發送和4妄收。為了確定時隙144當前對應于元組144A、144B還是144C，設備60和36可以應用全局性絕對隙計數以確定時隙144當前是在幀循環150、152還是154中。在定義網絡調度表67的過程中，網絡管理器27可以鑒于網絡設備25和35-50的更新速率定義多個并發超幀。如圖6中示出的，網絡調度表67可以包括長度為3的超幀140以及超幀190和192。超幀l卯可以是五隙超幀，而超幀192可以是四隙超幀，雖然不同的超幀可以具有不同的隙數并且各種不同的超幀可以具有相同的隙數。如圖6中示出的，這些超幀不需要必須針對相對時隙號進行對齊。具體來說，在特定時刻194，超幀190可以調度相對號為2的時隙(TS2)，而超幀140和192可以調度具有相對號為1的時隙(TS1)。優選地，超幀140、190和192是時間同步的，以便在這些超幀的每一個超幀內，每個到新時隙的過渡同時發生。超幀140、190和192中的每一個超幀可以主要與網絡設備30-50中的獨立網絡設備或網絡設備30-50的子組相關聯，或者屬于獨立網絡設備或網絡設備30-50的子組。例如，在圖4中示出的超幀140可以屬于節點A(即網絡設備34)，并且可以有利地選擇超幀140的長度，以便在循環150-154中的每一個循環期間，節點A在時隙142(TSO)期間發出測量數據到節點B。如果無線網絡14定義了IO毫秒時隙，則節點A每30秒發送數據到節點B—次。然而，如果節點A凈皮重新配置為每50毫秒才艮告測量值一次，網絡管理器27獨自，或與與節點A—道，可以將幀140重新配置為具有五個時隙的長度。換句話說，每個超幀的長度可以反映特定網絡設備30-50的特定發送要求。另一方面，超過一個的網絡設備30-50可以使用用于發送和接收數據的超幀。再次參見圖4，雖然超幀140可以主要與節點A相關聯，但是節點B(網絡設備60)也可以在超幀140的時隙144中定期發送數據到節點C(網絡設備36)。因此，特定超幀的不同時隙可以被不同的網絡設備用來發起、路由或接收數據。在某種意義上，每個超幀的時隙可以;故理解為分配給不同設備的資源，并把特定的優先權指派給擁有該超幀的設備。此外，將會理解37的是，每個網絡設備可以參與多個超幀。例如，圖4中的網絡設備34除了由路由設備60進行傳播它自己的數據之外，還可以代表其它網絡設備(例如，在圖1中示出的網絡設備32)路由數據。優選地，參與多個超幀的設備并不在不同超幀中調度同時發生的通信。盡管在圖6中示出了僅僅三個超幀，但是圖1的無線網絡14可以包括任何數目的超幀，這些不同超幀中的每一個超幀基于在特定的設備和設備組之間或之中執行的通信的類型和頻率而具有任何想要的或有用的長度。以上關于圖l-6所描述的方法可以適用于過程控制系統，例如其中各種設備根據獨立的設備調度表以及在偶然的、經常不可預知的數據"突發"期間報告測量值或其它數據的過程控制系統。路由技術如以上參照圖l所討論的，重要的是，考慮網絡設備30-50的位置，以便無線網絡14可以以高效和可靠的形式建立它本身。在某些情況下，有必要在那些工廠裝置可能阻塞或嚴重影響無線連接的地方上添加路由器60。因此在這種或類似情況下，期望無線網絡14是"自修復"的，即能夠自動處理傳遞故障中的至少一些故障。為了滿足這種情況或其它設計要求，無線網絡14可以定義冗余^各徑和調度表以便響應于檢測到一個或更多直接無線連接65的故障，網絡14可以經由備用^各由對數據進行路由。而且，可以在不會關斷或重啟無線網絡14的情況下添加和刪除這些路徑。因為在許多工業環境中的這些障礙或干擾源中的一些可以是暫時的或可移動的，因此，無線網絡14可能夠自動重新組織自己。更為具體地，響應于一個或更多預定的條件，網絡設備對(例如，32和34、60和36,等等)可以將彼此識別為鄰居，從而生成新的直接無線連接65或者相反地，解除現有的無線連接65。另外，網絡管理器27可以生成、刪去或暫時中止非鄰居設備之間的路徑。不管特定的網絡配置是永久性還是暫時性的，無線網絡14一般要求快速且可靠的在節點間路由數據的方法。在一個可用的實施例中，網絡管理器27可以分析關于網絡的布局、每個網絡設備32-50的發送能力和更新速率的信息，以及其它相關信息。然后，網絡管理器27可以鑒于這些因素定義路由和調度表。在定義路由和調度表時，網絡管理器27可以將無線網絡140識別為符合若干與本公開內容的路由和調度技術相兼容的網絡拓樸之一。圖7-9示意性地示出這些網絡拓樸中的一些網絡拓樸。為了清楚性起見，圖7-9中的每一個示出設備對之間的雙向連接。然而，將會理解的是，圖7-9中示出的拓樸中的每一個拓樸也與單向連接或雙向和單向混合連接(即包括雙向和單向連接)相兼容。而且，圖7-9中示出的每個連接可以在一個或兩個方向上支持若干單向連接，例如，每個單向連接與特定的發送時刻相關聯。具體參見圖7,網絡350可以具有星型網絡拓樸。星型網絡350包括路由設備352和一個或更多終端設備254。路由設備352可以是被設置成對數據進行路由的網絡設備，而終端設備254可以是被設置成僅僅為它自己發送數據以及僅僅接收(或解碼)尋址到終端設備254的數據的網絡設備。當然，路由設備352也可以是數據的接收方或發起方，并且除其它任務之外，還可以執行路由功能。如在圖7中示出的，終端設備254可以具有到路由設備352的直接連接265，但是終端設備254不能采用星型拓樸直接連接。直接連接265可以是直接無線連接65或有線連接。終端設備254可以是與路由設備352類型相同的物理設備，并且在物理上可能能夠路由數據。在安裝終端設備254期間或者在相應的網絡(例如無線HART網絡14)運行期間，終端設備254的路由能力可以被禁用。而且，終端設備254的路由能力可以被終端設備254自己禁用或者被諸如網絡管理器27之類的專用服務禁用。在某種意義上，星型網絡350對應于最簡單的可用拓樸。它可能適合要求低功耗和低等待時間的小型應用。另外，將注意到的是，星型網絡350是確定性的，因此在路由設備352和特定的終端設備254之間僅僅有一個可用的路由。星型拓樸本質上也是不可靠的。現在參見圖8，網絡270被設置成網狀網絡拓樸。網狀網絡270的每個網絡設備都是路由設備352。網狀網絡提供一種在各種設備之間具有多條路徑的健壯性網絡。在無線應用中，網狀網絡最好能適應于變化的無線電環境。例如，網絡270的設備274可以經由中間跳278或中間跳380發送數據給設備276，只要相應的路徑382-388允許在該方向上進4亍發送。如圖8中示出的，路徑382和路徑384使得路由設備274能夠發送數據到路由設備276，向網絡270提供冗余和由此產生的提高的可靠性。在圖9中示出了另一種類型的網絡拓樸。網絡390結合了星型拓樸和網狀拓樸的元素。具體來說，星型網狀網絡390包括若干路由設備352(標記為"R")以及終端i殳備254(標記為"E")。^各由設備352可以采用網狀結構進行連接并且可以支持冗余路徑。特定拓樸的選擇可以由諸如網絡管理器27之類的網絡部件自動執行，或者由配置該網絡的用戶來執行。具體來說，用戶可以選擇忽略由網絡管理器27選擇的拓樸或與無線HART協議70相關聯的缺省拓樸。預計在大多數應用中，網狀近拓樸因為該拓樸內在的可靠性、有效性以及冗余性可以是缺省拓樸。顯然，因為無線HART設備可以充當路由器設備，所以若干不同的配置可以與現場設備和路由器的同一物理配置相兼答。源路由和圖路由可以適用于參照圖4-6所討論的拓樸。雖然在不同的情況下兩種類型的路由可以是同等有用的，但是將首先討論圖路由。一般而言，在數學理論和應用中，圖是一組向量(諸如352和254之類的節點)和邊(直接連接65和265)。例如，無線HART協議70或為無線網絡14或140提供服務的另一協議可以使用圖來配置將諸如設備30之類的通信端點的連接到圖1中示出的網關22的路徑。在一些實施例中，圖和相關聯的路徑由網絡管理器27來配置。網絡管理器27還可以用局部圖和路徑信息來配置諸如現場設備30-40、路由器60等等之類的獨立的網絡設備，這些局部圖和路徑信息可以存儲在連接表69中。無線網絡14可以包含多個圖，這些圖中的一些圖可以重疊。進一步，某一網絡設備可以在多個圖中具有經過該設備的路徑，這些路徑中的一些路徑可將數據引導到該設備的同一個鄰居。優選地，網絡中的每個圖與唯一的圖標識符相關聯。圖可以向上游、向下游或在設備之間延伸。圖也可以與廣一番或組纟番通信相關耳關。為無線網絡14和140提供服務的協議(例如無線HART協議70)可以被配置為與許多不同的拓樸一起運行以支持各種應用要求。結果，無線網絡14或140可以并發地支持諸如單向圖路由和源路由之類的若干種路由方法。雖然無線網絡的現有實例支持這兩種方法，將會理解的是，無線網絡14或140可以另外支持雙向圖路由或可以僅僅使用這些技術中的一種來路由數據。然而，不管并發路由技術的類型和數目如何，無線網絡14或140上的每個設備可以被指派唯一的網絡地址。一旦數據的每個可能的接收機獲知關于其它網絡元件的某種形式的明確標識，可以由諸如現場設備30-40之類的獨立設備、由網絡管理器27之類的集中式專用服務或由該集中式服務與獨立設備協作做出與路由相關的決策。如以上所指示的，無線網絡14的至少一個可能實現可以依賴于網絡管理器27來實現大多數或所有路由決策，并且將相關的數據傳達到網絡設備30-50以存儲在連接表69中。進一步，可以在發起點(即在數據包的源)或在中央位置做出路由決策。而且，可以在包從源點到目的地的路徑中的每個中間停留或"跳，，處調整路由決策。在以下討論的實例中，無線網絡提供至少兩種進行路由的方法，可以根據給定系統的具體要求和狀況，例如組成該系統的網絡元件的物理布局、元件的數目、待發送到每個元件的或從每個元件發送的數據的期望數量等等之類，來選擇。而且，這兩種方法可以同時被該無線網絡4吏用，并且每種方法可以，鑒于這兩種方法中的每一種方法的性能的某些方面，被有選擇性地應用于特定類型的數據或應用于特定的主機或主機組。例如，在傳遞中，過程變量的測量或打開閥門的命令可以容許相對小的延遲，并且無線網絡14可以相應地應用這兩種方法中更快更可靠的方法。同時，設備配置命令或響應如以上簡單指示的，對于某些分布式控制網絡，特別是對于連接過程控制行業中的設備的網絡，出于管理、診斷、日志收集以及其它目的將數據引導至某種設備是常見的。圖7-9示出無線網絡300的幾種透視圖，無線網絡300在兩個大體方向上實現數據傳輸朝向網關202(這里被稱為"上游"方向)以及離開網關202(這里被稱為"下游"方向)。出于安全性原因，網絡300并不允許對等現場設備之間的直接數據傳輸，雖然如果想要這樣的話，這里所描述的技術可以用于這種情況。圖10示出在網絡300中的上游路由。具體來說，網絡管理器302A(或備用網絡管理器302B)可以定義若干有向圖，每個圖包括作為終端節點的網絡接入點305A或第二網絡接入點305B。換句話說，在示例性網絡300中的每個圖的3各徑通往并終止在兩個網關設備305A或305B之一。具體來說，圖310(用粗體實箭頭表示)可以包括網絡i殳備312、314、316、318以及網關305A，其中與圖310相關聯的那些路徑可以包括直接無線連接320、322、324、326和328。圖340(用粗體虛箭頭表示)可以包括網絡設備312、316、318、342以及網關305A,以及包括直4妄無線連4妄344、346、348、350以及352的路徑。在有向圖310中，網絡設備312可以被稱為有向圖310的頭而網關設備305A可以被稱為有向圖310的尾。類似地，網絡設備312是有向圖340的頭而網關設備350是有向圖340的尾。網絡管理器302A,或者在一定運行條件下備用網絡管理器302B,可以定義圖310和340，并且可以將這些圖310和340的完整或局部定義傳達給網絡設備312-318和342。如以上參照圖1所討論的，網絡設備312-318和342可以維護存儲這些局部路徑定義的連接表69的最新版本。在一些實施例中，如果相應的通信路徑在網關設備305A-B之一處終止，則網關i殳備305A-B可以不要求關于圖310和340的信息。然而，將會理解的是，網關i殳備305A-B也可以發起數據，并且可以存儲與具有從網關設備305A-B發起的路徑的一個或更多圖有關的信息。將會進一步注意到的是，通常某一圖的路徑可以穿過作為中間節點的網關設備305A或305B;然而，示例性網絡300定義總是要么從網關設備305A或305B發起要么在網關設備305A或305B終止的路徑。為了沿某一圖發送數據包，源網絡設備可以將該圖的標識符包括在數據包中的包頭或包尾中。該數據包可以穿過與該圖標識符對應的那些路徑，直到要么達到它的目的地，要么被丟棄。例如，為了能夠在圖310中路由包，42屬于圖310的每個網絡設備的連接表69可包含條目，這些條目包括該圖標識符和鄰居網絡設備的地址，該鄰居網絡設備(l)屬于相同的圖，而且(2)離目的地更近一跳。例如網絡設備316可以存儲下列連接表<table>tableseeoriginaldocumentpage43</column></row><table>將會注意到的是，可替代地，如果網絡接入點305B是分立的物理設備，則網絡設備342可能存儲將數據包導向節點305的圖340的條目。盡管以上示例性連接表只是列出與特定條目相關的設備，將會注意到的是，該連接表的節點列可以存儲如網絡300或無線HART網絡14的尋址方案所定義的鄰居設備的地址。在另一實施例中，節點列可以存儲鄰居設備的別名、指向存儲這些鄰居的完整地址或短地址的數組的索引或任何其它明確標識網絡設備的手段。可替代地，該連接表可以存儲如以下示出的圖標識符/無線連接元組。<table>tableseeoriginaldocumentpage43</column></row><table>換句話說，該連接表可以列出一個或更多與特定圖對應的直接無線連接65。例如，網絡設備316可以詢問該連接表并且經由直接無線連接346或348發送攜帶圖標識符340的包。如圖在10中和以上表中所示出的，可以通過將超過一個的鄰居與同一圖標識符相關聯來建立冗余路徑。因此，到達網絡設備316并且將圖標識符340包含在包頭和包尾中的數據包可以被路由到網絡設備318或路由到網絡設備342。在執行路由操作的同時，網絡設備316可以憑借圖標識符340在該連接表中執行查找，并且發送包到網絡設備318或342中的任一個(或兩者)。而且，兩個或更多可能的跳之間的路由選擇可以是隨機的或者根據預因此，網絡設備316可以通過對等網絡設備或從網絡管理器27獲知，在沿圖340路由包時，選擇網絡設備318作為下一跳具有較低的成功傳遞該包的概率或者在傳遞中具有較長的預期或平均延遲。然后，網絡設備316可以嘗試將更多或可能所有與圖340相關聯的包路由到網絡設備342。在一個實施例中，鄰居設備通過發送確認包對接收到數據包進行確認。在以上實例中，一旦鄰居網絡設備318或342對接收到該包進行確認，則網絡設備316可以馬上釋放它。另一方面，如果沒有在預定時段內接收到該確認，則網絡設備316可以嘗試經由備用跳或路徑來路由該包。另外，網絡設備316可以收集成功傳遞嘗試和失敗傳遞嘗試的統計值。接下來的路由決策，例如，在跳318和342之間進行選擇，可以包括纟皮調整的統計數據或基于被調整的統計數據。當然，網絡設備316可以將涉及網絡設備318和342的統計值應用到其它相關圖，并且也可以直接或經由網絡管理器27將這些統計值傳達給其它網絡設備。如以上所討論的，在圖路由方法中，網絡設備沿一組去目的地的路徑發送在網絡包頭中具有圖標識符的包。重要的是，只有圖標識符就足以對包進行路由，并且盡管其它路由信息也可以包括在該包頭中，但—僅基于該圖標識符就可以正確地傳遞每個包。在去目的地的路上(即在該路徑上)，所有網絡設備可以被預先配置以圖信息，該圖信息指定這些包可以被轉發到的鄰居。因為圖路由要求為每個可能的目的地預先配置中間網絡設備，因此圖路由可以更好地適用于從網絡設備到網關的通信以及乂人網關到網絡設備的通信。現在參見圖11,網絡管理器302A或302B也可以支持關于網關305A-B中的一個或兩者的下游路由。具體來說，圖380(用粗體實箭頭表示)可以包括節點315、314和312，以及直接無線連接382-386。網關設備305A是圖380的頭，并且無線設備312是圖380的尾。同時，圖3卯(用粗體虛箭頭表示)可以類似地將網關設備305A連接到無線設備312,并且網關i殳備305A作為圖390的頭。然而，圖390可以包括節點305A、318、342、316和312,以及直接連接392-298。因此，為了發送數據包到無線設備312，網關設備305A可以將對應于圖380或390的圖標識符包括在該數據包的包頭或包尾中。將會理解的是，圖380或390中的每一個也可以包括雙重連4妻路徑以確保可靠性，并且一般而言，網絡管理器302A或302B可以使用類似于以上參照圖7所討論的技術。同樣，將會注意到的是，無線設備312-318以及342中的每一個無線設備的連接表69可以包括與用于路由目的的下游圖和上游圖相關的圖路由信息。無線網絡14或300中的每一個無線網絡也可以使用另一路由技術，該路由技術可以被稱為超幀路由。在特定的實施例中，除了作為該圖標識符的替代外，每個網絡層協議數據單元(NPDU)還可以包括超幀標識符。例如，在NPDU包頭的同一字段中可以存儲圖標識符或者超幀標識符。例如，中間網絡設備可以在最初嘗試在特定設備連接表69A-B中查找在NPDU中4是供的圖標識符的一個或更多條目，并且如果圖標識符與連接表69A-B的條目中的任何條目都不匹配或者如果圖標識符不在數據包中，則該中間網絡設備可以依賴于該超幀標識以向前推進該凄丈據包。更為具體地，中間網絡i殳備可以在與該NPDU中指定的超幀標識相匹配的超幀中發送數據包(如果該超幀在該中間網絡設備處可用)。在一個實施例中，該中間網絡設備可以將該數據包發送到具有與該超幀相關聯的鏈路的任何鄰居設備。預計在這些情況下該中間網絡設備可以將該數據包發送超過一次。另外，如在圖12中示出的，無線網絡300可以使用源路由。在源路由中，沒有必要對中繼設備進行預先配置。為了使用源路由發送該包到它的目的地，該源網絡設備可以在數據包的包頭中包括例如設備的有序列表，該數據包必須通過有序列表上的設備進行傳播。設備的有序列表可以有效地定義該數據包的通信路徑。當該包穿過該指定的^各徑時，每個路由設備可以從該包提取出下一個節點地址以確定該數據包接下來應該傳播到哪里，即在下一跳中下一個數據包應該被發送到哪里。因此，源路由要求提前知道該網絡14的拓樸。然而，如果某一網絡設備在該路由列表上沒有發現它自己，則該網絡設備可以根據所包括的圖信息發送該包，或者在指定的超幀中(即通過使用以上所討論的超幀路由技術)發送該包，或者廣播該數據包，和/或發送故障消息給網絡管理器302A-B。因為即使當數據包也包括用于源路由的完整路徑定義時，每個數據包優選地包括圖標識符，因此在無法利用源路由機制在源節點或中間節點之一處路由該數據包的情況下，也可以轉發該數據包。因此，如果所提供的圖標識符對應于該網絡設備處的幀標識符之一，則該網絡設備可以在該超幀中發送該包。如果路由該數據包的這些嘗試失敗，則該網絡設備可以接著選擇廣播該包，因為可能有某些其它網絡設備具有到目的設備的連接。通常，關于源路由，將會注意到的是,該技術允許包去往任意目的地，而無需對中間設備進行明確的或預先配置的設置。下表概括了網絡設備可以考慮以確定是否繼續使用源路由、使用包括在該數據包中的圖標識符發送該數據包、在合適的超幀中進行發送、進行廣播或為網絡管理器305A-B產生故障信息的因素。路由目的地址措施源圖DLPDUNPDU是疋單播無關轉發該數據包(NPDU)到在源路由列表中指定的下一地址。如果源^各由一皮用完或失效，則在對應于該46<table>tableseeoriginaldocumentpage47</column></row><table>列表可以駐留在網絡包頭的可選區域中，并且可以具有依賴于到目的地的跳數的可變大小。類似地，網絡設備315可以遍歷表310,定位它自己的地址和標識，并且發送該數據包到列表310中的下一跳或設備(在這種情況下，為網關設備305A)。一般而言，僅僅那些已從網絡管理器27或302A-B獲得的完整網絡信息的網絡設備使用源路由，因為僅僅網絡管理器27或302A-B知道該網絡備選項。因此，如果由包頭或包尾指定的中間網絡設備之一未能中繼包，則該包的傳遞失敗。因此，由網絡管理器27或302A-B負責沖全測該故障并且用備用路由重新編程或重新配置該源。為了方便檢測這些錯誤情況，無線網絡設備14、140或300可以要求網絡設備發送路由故障通知到網絡管理器27或302A-B。相應地，諸如無線HART協議70之類的協議可以在該協議定義中提供消息類型或信息元素以報告這種或其它類型的傳遞故障。在另一實施例中，路由列表310(參見圖9)可以指定備用路由，作為對由發送方選擇的路由的補充。在又一實施例中，主路由以及一個或更多備用路由可以局部合并以避免在包頭和包尾中重復該路徑的公共部分。總體參見圖1、3以及10-12，網絡管理器27或302A-B可以維護該網絡中所有設備的列表。網絡管理器27或302A-B也可以包含整個網絡拓樸，整個網絡拓樸包括該網絡的完整圖以及該圖的已經被傳達到每個設備的最新部分。網絡管理器27或302A-B可以使用網絡管理器從網絡設備30-40、50、60、55等等接收的信息來產生路由和連接信息。網絡管理器27或302A-B可以接著根據網絡設備和由每個網絡設備報告的鄰居的列表來建立該網絡的圖。再參見圖1，例如，網絡設備50B可以報告"看到"鄰居設備60和34。網絡管理器也可以負責產生和維護該網絡的所有路由信息。在一個實施例中，總是有一個完整網絡路由和若干特定目的的路由，其用于從網關302A或302B發送設定點和其它設定到最終控制指揮部(圖7-9)。此外，廣播路由(其流過該網絡中的大多數或所有設備)可以用于從網絡管理器27、114或302A-B發送廣播消息到網絡14或300的所有設備。更進一步，一旦知道了路由信息和突發模式更新速率，網絡管理器27、114或302A-B還在可以實施對網絡資源的調度。當設備最初被添加到網絡14、140或300時，相應的網絡管理器可以存儲從每個網絡設備報告的所有鄰居條目。網絡管理器27、114或302A-B可以使用該信息建立最初的完整網絡圖并且在運行期間修改這些圖。該網絡圖被合并起來，優化了若干屬性，這些屬性包括如由以上討論的統計值采集反映的跳計數、報告速率、功率使用、以及總的業務流。該拓樸的一個關鍵方面是將設備連接在一起的連接列表。因為獨立連接的存在和健康可以隨時間而變化，所以網絡管理器27、114或302A-B可以;故另外編程或配置以更新總的拓樸，這可以包括在每個網絡設備中添加和刪除信息。在一些實施例中，僅僅網絡管理器27、114或302A-B以及網關22或302A-B可以知道足夠的信息來使用源路由。更為具體地，可能期望出于安全目的而阻止任何兩個任意設備之間的對等通信。簡而言之，圖路由可以針對網絡管理器27或網關22向上游和下游引導業務，并且圖3各由和源路由都可以被優化以滿足等待時間要求低的應用，其包括從網絡設備傳輸到該網關的測量信息以及從網關設備傳輸到諸如調節閥、開關閥、泵、風機、檔板以及采用許多其它方式使用的馬達之類的最終控制指揮部的控制信息。在一些實施例中，^各徑冗余可能是網絡管理器27、114或302A-B的策略問題，而非圖的巧合重疊。換句話說，網絡27、114或302A-B可以嘗試為每個i殳備選"t奪至少兩個鄰居。因此，網絡管理器27、114或302A-B可以一皮配置為主動追求網狀拓樸或星型網狀拓樸。因此，諸如無線HART協議70之類的支持協議可以提供很高的端到端的數據可靠性。從物理角度來看，每個現場設備或其它網絡設備應該在可以從該現場設備接收消息并轉發這些消息的至少兩個其它設備的通信范圍內。網絡管理器27、114或302A-B可以另外驗證每個圖定義，以便確保還沒有形成回路。在網絡管理器27、114或302A-B主動追求路徑冗余并定義許多各種大小的圖的實施例中，通信路徑有時可能被錯誤地定義為將數據包從源引導回到同一個源。根據這樣的錯誤圖定義，可能將包從該源直接路由回到該源或者可以在回到該源之間訪問一個或更多中間跳。每當例如由于添加或去除設備而使相關網絡的拓樸變化時，或每當網絡管理器27出于任何原因調整路由圖和調度表時，可以執行回路驗證。可替代地，網絡管理器27可以周期性地執行回路檢查作為后臺任務。結合路由和調度決策在諸如無線網絡14或300的無線網絡中，同一圖路由可以與若干調度表一起使用。具體來說，可以沿相同的路由發送包，同時更新該網絡調度表變化和從某一節點發送該包或將該包發送到某一節點的時刻。在這種意義上，路由和調度可以在概念上和功能上是分離的以方便網絡管理。然而，另一方面，網絡管理器27可以實質上并行地執行路由和調度以實現健壯性并提高無線網絡14或300的性能和可靠性。更為具體地，網絡管理器27可以鑒于相關的路由約束進行至少某些調度決策，并且相反地，鑒于調度約束進行路由決策。在某些特別有用的實施例中，網絡管理器27可以首先分析網絡14或300的拓樸，構建網絡圖67，而后繼續鑒于網絡圖67和諸如發送速率、功率容量等等之類的特定設備參數來建立網絡調度表67。當鑒于網絡拓樸進行調度決策時，網絡管理器27可以在概念上將特定超幀中的時隙與特定的有向圖的邊(其為這里所討論的實例中的直接連接65)相結合以定義方便的組合空間和時間單元鏈路。具體來說，鏈路可以與兩個通信端點之間的直接連接65以及這兩個通信端點交換數據的時間相關聯。進一步，網絡管理器27可以將隙與對應于分配和使用隙的不同原則的若千類型相關聯。具體來說，特定的網絡設備對32-50可以共享專用單播鏈路，以便該網絡設備對中的一個網絡設備用指定的時隙將信息發送給該網絡50設備對中的另一個網絡設備。當然，如以上關于圖3所討論的，在一時隙期間發送某種信息的網絡設備還可以從接收該信息的設備接收相應的確認，并且在這種意義上，該網絡設備對中的每一個網絡設備在單個時隙過程中充當發射機和接收機。然而，為了簡單起見，在時隙中發送信息塊的設備在這里被稱為"講話者"，并且接收該信息塊的設備相應地被稱為"偵聽者"。與專用鏈路相反，共享鏈路可以有超過一個的講話者，但是僅僅有一個偵聽者。在某種意義上，共享鏈路仍然是單播鏈路，因為該鏈路具僅僅有一個偵聽者。另一方面，廣播和組播鏈路可以具有一個講話者和許多偵聽者。進一步，專用鏈路具有一個講話者和受限的一組偵聽者。根據另一方面，特定網絡設備可以將專用的、共享的、有向的或廣播的鏈路視為發送鏈路或接收鏈路。再參見圖10，例如，無線設備312和314可以共享與某一特定時隙以及直接無線連接330相關聯的專用鏈路，以便無線設備312經由該鏈路發送數據并且無線設備314經由該鏈路接收數據。相應地，無線設備312可以把該鏈路視為發送鏈^各，而無線設備314可以將同一鏈路視為接收鏈路。因此，將鏈路分成發送和接收鏈路是設備角度的問題。還將會注意到的是，如果在與該鏈路相關聯的圖邊緣的任一末端處的設備在相應時隙期間的某個時點上發送信息，某些鏈路可以被定義或用作發送/接收鏈路。如以上所指示的，每個鏈路可以與某個時隙相關聯，不管鏈路的類型如何。在無線網絡14或300的運行中，網絡管理器27或302A-B可以將鏈路指派給網絡設備30-50、312、314、316、318等等。依賴于鏈路類型，與該鏈路相關聯的網絡設備可以發送包、接收包或保持空閑。如果該包的目的地與在該鏈路的另一末端上的一個或更多鄰居相匹配，則與發送鏈^各或發送/接收鏈路一起運行的網絡設備可以在該鏈路的合適的段內發送包。另一方面，具有接收鏈路或其上沒有包被發送的發送/接收鏈路的網絡設備在與該鏈路相關聯的時隙內偵聽一個或更多進入的包。在那些也使用共享鏈路的實施例中，優選地，設備在該設備開始經由共享鏈路進行發送之前執行空閑信道評估(CCA)或者另一防止資源竟爭的方法。在至少某些實施例中，所有參與專用或共享鏈路的設備在與這些專用或共享鏈路相關聯的時隙期間必須醒來并且進行偵聽。如以上參照圖3所說明的，在單個時隙的過程中，一個網絡設備可以發送數據包并且另一設備可以用確認進行回復。類似地，經由鏈路的通信會話可以包括數據包的發送和對確認的發送，該確認可以是肯定("ACK")或否定("NACK")。一4殳而言，如果該接收才幾不是該包的最后目的地，則肯定確認可以指示接收機已經成功接收到該數據包，并且已經承擔該數據包的所有權以進一步進行3各由。同時，否定確認可以指示該接收機這時不能接收該數據包但已經檢測到該包沒有錯誤。進一步，ACK和NACK都可以攜帶定時信息以便相應的設備可以正確地保持網絡同步。在一些實施例中，發送給單播網絡設備地址的包可以要求在同一時隙內的鏈路層確認，而發送給廣播網絡設備地址(例如，0xFFFF)的包可以不要求確i人。例如，當網絡管理器27定義網絡設備30-50之間的直接連接65時，這些網絡設備接收鏈路指派。這些設備可以相應地定義并維護相應的設備調度表67(參見圖1和4)。鏈路指派可以部分指定該網絡設備應該如何使用超幀中的某一時隙。因此，每個鏈路可以精確地包括一個時隙、類型指派(即發送和/或接收)、鄰居信息或標識與該鏈路相關的雙向圖或單向圖的邊的其它數據以及其另外的發送和/或接收屬性。在某些實施例中，每個網絡設備30-50的設備調度表67可以維護另外的標志或指示符以正確地維護各種類型的鏈路。例如，設備調度表67可以為每個共享鏈路設置共享標志以便相應的網絡設備30-50可以正確地接入該鏈路以進行發送。進一步，關于共享鏈路，網絡14或300可以使用眾所周知的時隙式阿羅哈竟爭管理算法以定義共享鏈路的生命周期。相應地，網絡設備30-50、305A-B、312、314、316、318等等可以使用在沖突情況下具有后退(backoff)的沖突避免方案。在一些實施例中，該延遲可以^皮實現為與單個時隙的持續時間不相關的時間測量。在其它特別有用的實施例中，該后退可以用以整數個時隙測得的延遲來實現。具體來說，已經遇到沖突的設備可以后退從下一個調度的時隙之初開始的單個時隙、兩個時隙等等的持續時間。通過將后退間隔與時隙進行同步，設備可以優化重試機制并且確保重試嘗試僅在有發送的可能性時才發生。當設備的帶寬要求低和/或業務不定期或以突發方式發生時，使用共享鏈路可能是想要的。在某些情況下，使用共享鏈路可以減少等待時間，因為該網絡設備不需要等待專用鏈路，雖然這通常僅在沖突的機率相對低時才是真的。形成有效調度和路由方案除了通過分析網絡拓樸來優化路由之外，網絡管理器27可定義圖，并在調度期間鑒于特定網絡設備可發送的數據的類型和各個類型的數據在各個特定設備處的期望發送頻率來分配資源。更為具體地，無線HART協議70可以支持若干種網絡通信業務。現有的HART協議72和無線HART協議70都支持交換請求/響應數據、過程數據的公布、發送廣播消息和大數據文件的塊數據傳輸。無線HART協議70還可以支持使用同一協議以及同一資源池進行諸如網絡配置數據之類的管理數據的發送和諸如由現場設備報告的周期性測量值之類的設備通信，從而允許更高效率的調度和路由。網絡管理器27可以沖艮據該網絡設備每單位時間公布的數據量來將通信資源分配給每個網絡設備。例如，無線HART網絡14中的無線HART流量計30可以具有四秒的更新速率，而無線HART壓力傳感器32可以具有十秒的更新速率。操作員可以根據實現無線HART網絡14所在的過程控制系統的具體需要來用這些值配置網絡設備30和32。如以上所指示的，多個超幀可以用于為各種網絡設備或網絡設備組定義不同的通信調度表。最初，網絡管理器27可以為所有的網絡管理器請求預留特定的超幀。在接受諸如流量計30和壓力傳感器32之類的網絡設備之后，網絡管理器27可以針對四秒和十秒的通信速率分配附加超幀，并且將這些附加超幀指派給網絡設備30和32。網絡管理器27還可以在添加網絡設備30和32到無線HART網絡l4之前或之后分別定義用于警報和網絡事件的超幀。網絡設備30和32可以但并不要求同時參與一個或更多超幀。通過將某個網絡設備配置為參與多個不同大小的重疊超幀，建立可以并發工作而沒有調度沖突的多個通信調度表和連通矩陣是可能的。而且，因為一些諸如資產管理和特定設備應用之類的關鍵應用經常要求在短的持續時間內要具有相當大的帶寬，所以網絡管理器27也可以-換照需要生成附加的暫時超幀。例如，用戶可以發出觀看或改變設備的配置或生成診斷屏幕的請求。網絡管理器27可以通過定義可以保持有效幾分鐘的附加超幀來支持這種對通信時隙的需求的暫時性增加。網絡管理器27在生成有向圖時可以考慮這些網絡設備的更新速率和無線HART網絡14的拓樸。然而，網絡管理器27還可以以獨立于調度的方式作出圖路由決策。例如，該網絡管理器可以在保持網絡調度表不受損害的同時添加、刪除或更新圖。更為具體地，該網絡調度表可以在所定義的超幀中具有可用時隙，在定義新的圖或更新現有的圖時，網絡管理器27可以^使用所定義的超幀作為資源。在這種意義上，無線HART協議70允許獨立于調度決策而進行圖配置決策。無線HART協議70可以使無線HART14更快地對網絡設備的環境變化或運行狀態的變化作出響應，因為無線HART協議70可以通過僅改變現有配置的一部分來快速且非侵入性地調整路由。更新調度和路由方案為了示出這些自動調度和路由調整中的一些，圖13-17概括了可以涉及以上關于圖1-12所描述的無線網絡中的網絡管理器、網關以及一個或更多網絡設備的若干場景。為了方便起見，圖13-17的UML型消息順序圖將與網絡管理器27或302A-B相關聯的過程活動時間表簡稱為網絡管理器400，將有代表性的網絡設備(30-50、305A-B、312-318、342)的過程活動時間表稱為網絡設備402，將虛擬網關24的過程活動時間表稱為網關404，并且將相應無線網絡14或300中的一個或更多中間網絡設備的總活動時間表稱為網格406。還將會注意到的是，在圖13-17的圖中僅僅示意性地示出了消息交換，并且預計的實施例中的至少一些可以通過發送或多或少的獨立消息來執行類似的程序。如以下詳細討i侖的，圖13示出針對時間資源分配的i殳備啟動請求，網絡設備402可以在檢測到預定條件之一時觸發該請求。另一方面，圖14概括了一程序在網絡管理器400處從網絡設備402B收集周期性健康報告并且響應于確定網絡設備402B發送和/或接收數據的能力的變化來調整網絡調度表、路由方案或兩者。接下來，圖15示出了新的網絡設備402B從非鄰居網絡設備402接收廣告消息、向網絡管理器400報告更新后的鄰居信息、網絡管理器400接下來分配資源并更新網絡調度表和路由方案的場景。相反，圖16示出了該無線網絡由于網絡設備402A和402B之間的現有鏈路的故障而進行的調整。最后，圖17示出了對資源的暫時性分配以使得外部應用程序410能夠從網絡設備402獲得一定數量的未經調度的數據。將會理解的是，參照13-17所討論的場景中的每一種場景可以在空中發生，即在無線網絡運行的時候發生。參見圖13，網絡i殳備402可以在成功完成向相應的無線網絡的注冊并可選地成功完成由網絡管理器400進行的鑒權之后啟動程序420。作為補充或可替代地，網絡設備402可以響應于檢測到網絡設備402處的發送要求的變化而啟動程序410。例如4支術人員可以就地或遠程將網絡"i殳備402的更新速率(即網絡設備402用以/>布過程數據的速率)重新配置為10秒到5秒之間，相應地導致需要的時隙分配增加。最后，網絡設備402可以嘗試協商寬帶的暫時性增加以適應有計劃的塊模式傳輸會話。作為塊模式傳輸的具體實例，網絡設備402可以完成振動分析并且希望報告這些結果給駐留在無線網絡外部的外部應用程序(未示出)。'不像對過程控制數據的調度公布，振動分析的結果可以是該外部應用程序可能僅僅是偶爾要求的相對大量的數據。為了傳輸該數據，網絡設備402和外部應用程序可以通過網關404和零個或更多中間設備建立通道。繼續參照圖13,網絡設備402可以發送服務請求422給網絡管理器400。如這里所使用的，術語"服務請求"一般指與暫時性或永久性資源分配相關的請求，包括對另外帶寬、新圖定義等等的請求。當然，如果網絡設備402已55經加入該無線網絡，則服務請求可以指適應該網絡節點的發送要求的請求。在這種意義上，服務請求可以用于資源協商和對已分配資源的重新協商。在一些實施例中，服務請求422可以指定網絡設備402在每單位時間內可能需要發送的數據量。在其它實施例中，服務請求422可以指定支持新發送要求所需要的時隙的數目。進一步，服務請求422可以指定對所請求的帶寬的可接受的限制，所請求的帶寬可以允許網絡管理器400部分滿足網絡設備402的需求。在又一實施例中，網絡設備402可以在服務請求422中指定網絡設備402可能需要所請求的資源的時間。網絡管理器400可以用服務響應424回復月良務請求422以指示網絡管理器400是否能夠分配所請求的資源。例如，網絡設備402可以是無線網絡中被配置為每兩秒公布一次過程數據的新節點。接下來，網絡管理器400可以確定該無線網絡當前是否支持兩秒更新超幀以及網絡設備402是否可以在現有的兩秒超幀的時隙之一內進行發送。在某些情況下，網絡管理器400可以定義新的兩秒更新超幀。進一步，網絡管理器400可以定義合適的專用鏈路并且有可能定義將網絡設備402連接到網關設備404的新路由圖。網絡管理器400接著可以將這些定義的相關部分傳播到那些參與轉發來自網絡設備402的數據包和將數據包轉發到網絡設備402的網絡設備(圖13中的消息430)。這些網絡設備可以確認對各自的設備調度表和特定設備路由表的更新(消息432)。最后，網絡管理器400可以更新網絡設備402處的^^由和調度信息并且處理該響應(分別為消息434和436)。現在參見圖14,程序450可以包括一個或更多健康報告452，其觸發在網絡管理器400處對至少一部分的無線通信方案(即路由和/或調度)的重新配置。具體來說，無線網絡14或300可以執行若干i貪斷程序以識別潛在的或實際的問題，這些潛在的或實際的問題與傳遞數據包過程中的過多的故障率、傳遞數據包的過程中的不可接受的延遲或者鏈路資源的無效使用相關。為了這個目的，網絡管理器400可以收集與在每個網絡設備402處接收和發送的包的大小和數目相關的統計值以及成功傳遞的包的百分數。進一步，每個網絡設備402可以通過計算自從該數據包的發送開始以來所經過的時隙的數目來測量特定包傳遞的延遲。再參見圖2，這些網絡設備中的每一個網絡設備可以維護與在相應無線網絡中運行的協議的網絡層78相關聯的一個或更多計數器。例如，成功率計數器可以跟蹤成功傳遞的包與每個直接無線連接65(見圖1)發送的包的數目的比率，發送計數器可以跟蹤在特定的直接無線連接65上發送的包的數目，接收計數器可以跟蹤在特定的直接無線連接65上接收的包的數目，等等。進一步，網絡設備402B可以周期性地測量由諸如網絡設備402A之類的鄰居設備發出的信號的強度。如以上討論的，信號電平可能因為環境狀況或由于靜止或移動障礙物而變化。再參見圖14，健康報告452可以部分包括以上提及的數據中的一些或全部數據。在一些實施例中，網絡設備402可以周期性地準備健康報告452,并朝網關404傳播這些報告，接下來，網關設備404可以轉發每個健康報告452給網絡管理器400。網絡管理器400可以將該數據與一組預定的或預先配置的閾值相比較以確定現有的路徑和調度表是否合適。在一個實施例中，網絡管理器400可以評估從整個無線網絡收集的健康報告452,以鑒于所收集的信息構造該無線網絡的新模型，將新模型與該無線網絡當前的拓樸和調度表進行比較，并且可選地更新該無線網絡的通信方案。例如，網絡設備402B可以報告網絡設備402B和鄰居設備402A之間的差的信號質量，以及在包傳遞時的高故障和差錯率。另一方面，網絡設備402B可以報告從網絡設備402C(未示出)接收的更好的信號，網絡設備402C可能不是網絡設備402B的鄰居。鑒于該信息，網絡管理器400可以刪去一個或更多之前的路由圖，利用網絡設備402B的更新超幀中的時隙對鏈路進行去分配(de-allocate)，并對到網絡設備402A的直接連接進行去分S己,并且利用網絡設備402B和402C之間的直接連接定義一個或多新圖并分配新鏈^各。如圖14所示，該網絡管理器可以至少向網絡設備402A和402B發送網絡更新454和456。圖15示出了包括網絡設備402A和402B之間的新直接連接的信息的場景470。具體來說，新網絡設備402A可以周期性地發出廣告消息472，該廣告消息472例如指定加入設備(即候選網絡節點)可以在其間發送加入請求的時隙。一般而言，廣告消息472可以包含足夠的信息以允許新的鄰居被發現，或者允許新安裝的設備獲準進入該網絡。在一些實施例中，廣告消息472可以與數據鏈路層76(見圖2)相關聯，并且可以被封裝為數據鏈路協議數據單元或DLPDU。網絡設備402B可以在以偵聽模式運行時接收廣告消息472,并且在處理該廣告信息之后，即可以將鄰居信息報告474傳播給網絡管理器400。類似于以上討論的場景420和450，網絡管理器400可以處理鄰居信息報告474并且通過添加新鏈路、對現有鏈路中的一些鏈路進行去分配、指令網絡設備402A和402B形成新的直接無線連接65(見圖1)來優化路由和/或調度。在內部實行必要的計算、模型化以及可能的話還有仿真之后，網絡管理器400可以將更新476和480經由網格406傳播到網絡402A和402B。參見圖16，程序500示出了，在網絡設備402A處檢測到經過主鏈路公布過程數據存在故障之后，該網絡拓樸的自動更新和該網絡調度表的與該網絡的已更新部分相關聯的部分的自動更新。更為具體地，網絡設備402A可以通過將消息502A經由網絡設備402B傳播到目標設備來在某一時點及時地成功公布過程數據。在隨后的時間里，網絡設備402A可能未能發送類似的消息502B。具體來說，網絡設備402A可能發送消息502B但是未能接收到確i人。在一些實施例中，在試圖通過發送保持有效(keep-alive)的DPLDU來驗證該鏈路的存在之前，網絡設備402A可以嘗試進行若干重發嘗試。一般而言，每次與鄰居的成功通信都證實了該鄰居的存在從而作為相應通信鏈路的質量的指示符。然而，可能在長的間隔期間，鄰居不經由共享的直接連接65發送數據。出于這個原因，網絡設備可以用保持有效DLPDU消息探明安靜的鏈路。另一方面，保持有效消息幫助網絡設備發現新的鄰居并且維護時間同步。在圖16示出的示例性場景中，在確定網絡設備402A和402B對之間的鏈路已經出現故障之前，網絡設備402A可以至少在朝向網絡設備402B的方向上發送一個或更多保持有效消息504。接著，網絡設備402A可以使用包括網絡設備402C的副路徑以在消息502C中乂/^布它的過程數據。如以上所討-論的，無線網絡14、140或300可以分配冗余的3各徑和調度表以減少不向目標設備傳遞過程數據的可能性。同時，網絡設備402B可以類似地探明在網絡設備402A和402B之間的直接無線連接65上運行的鏈路。當網絡設備402B沒有接收到對一個或更多保持有效消息506的響應時，該網絡i殳備402B可以發送^^徑故障消息l^該網絡管理器。網絡管理器27可以從鄰居列表中刪去網絡設備402A以避免將來向網絡設備402A轉發其它數據包。網絡設備402和402B中的每一個可以利用仍然有效的路徑(如果一個路徑可用的話)分別轉發路徑故障指示510和512到網絡管理器400。現在參見圖17,外部應用程序410和若干網絡設備可以執行程序540以為外部應用程序410和網絡設備402之間的塊才莫式傳輸會話分配資源。舉個例子說，為了觸發程序540,操作員可以嘗試利用在該無線網絡外部的主機上運行的應用程序410連接到網絡i殳備402。因此，該外部應用程序可以經由網關404將打開端口消息542傳播到網絡設備402，并且網絡設備402可以通過轉發處理指示544指示帶寬分配順序的開始。接下來，網絡設備402可以向網絡管理器400發送塊模式傳輸請求546,網絡管理器400可以類似地通過處理指示548進行確認。因為在正常運行期間網絡調度表可以不包括塊模式傳輸的時間資源，所以網絡管理器400可以優選地在暫時性的基礎上分配一個或更多高速超幀。在一些實施例中，塊模式傳送請求546可以包括足以使網絡管理器400精確地將一個或更多高速超幀適合打開端口消息542中請求的特定塊模式傳輸的要求的信息。例如，網絡設備402可以指定待傳輸的數據量以及該網絡設備402必須滿足的最后期限，以適應外部應用程序410。基于該信息并鑒于可用的直接無線連接、信道、定期調度的更新等等，網絡管理器400可以計算一個或更多高速超幀的大小。繼續參照圖17，網絡管理器400可以通知相關的網絡設備(即包括在網關404和網絡設備402之間的一個或更多通信;洛徑中的設備)新的一個或更多超幀(消息550)。一旦相關的網絡設備確認各自的特定設備調度表(消息552)，網絡管理器400就可以通知網絡設備402該資源現在可用(消息560)。最后，網絡i殳備402可以用端口已打開消息響應外部應用程序410，以指示寬帶分配順序的成功完成。根據上面的描述將會理解的是，網絡管理器402通過與網絡設備402協同工作，可以執行各種診斷例行程序以評估該無線網絡的質量。將會理解的是，除了以上參照圖13-17所討"^侖的程序，網絡管理器402、網關404或者外部應用程序410可以扭^亍進一步的i貪斷例^亍程序。例如，在一個實施例中，網關104可以通過用源路由發送數據包來探明該無線網絡。因為與圖路由不同，源^各由可以不包括副^各徑，所以網關404可以由此確定與指定的^各徑相關聯的直接無線連接65中的任何一個是否出現了故障。作為另一實例，網絡管理器402可以監測在每個網絡節點402處的電量的改變。再參見圖1，網絡設備32可以是用電池供電的，同時，HART設備網絡設備38可以是回^各供電的(例如，通過/人該控制回路中提取功率)，其可以是遺留4-20mA設備或者連接到無線適配器50的HART設備。同時，無線路由器60可以由電力線供電。一般而言，當定義路由圖和通信調度表時，網絡管理器402可能"喜歡，，回路供電或電力線供電的網絡設備。而且，在運行中，網絡管理器402可以監測功耗的變化或者在每個網絡設備處的功率可用性，并且如果必要的話調整該調度和路由決策。將會理解的是，以上討論的方法中的一些不需要限于數據包，而是可以應用于其它通信技術。例如，網絡可以使用電路交換方法并且不是用有限大小的包進行傳播，該數據可以作為通信端點之間的專用信道上的流進行發送。盡管上述內容詳細說明了多個不同的實施例，應該理解本發明的范圍由本專利的末尾處提出的權利要求書中的語句來限定。因為說明每一種可能的實施例即使不是不可能的，也是不切實際的，所以上述詳細說明應該被解釋為僅用于說明目的，但并沒有說明每一種可能的實施例。許多可替代實施例可以用當前的技術或本專利的申請日之后開發的技術來實施，這將仍然落入這些權利要求的范圍內。權利要求1、一種在包括多個網絡節點的無線網狀網絡中進行自適應地調度通信的方法，該方法包括基于所述無線網狀網絡的拓撲產生網絡路由方案；產生針對所述無線網狀網絡的通信調度表，包括定義預定持續時間的通信時隙；以及將多個超幀定義為特定數目的被連續調度的通信時隙的重復循環；響應于檢測到所述多個網絡節點中的至少一個網絡節點的發送要求的變化，自動更新所述通信調度表。2、根據權利要求1所述的方法，其中檢測到所述多個網絡節點中的至少一個網絡節點的發送要求的變化包括檢測到下列至少一種在所述多個網絡節點中添加了新網絡節點或從所述無線網狀網絡中去除了所述多個網絡節點之3、根據權利要求1所述的方法，其中基于所述無線網狀網絡的拓樸產生網絡路由方案包括基于強度、源網絡節點和目的網絡節點之間的最小跳數或者相應的無線信號的質量中的至少一項，定義所述多個網絡節點中的網絡節點對之間的多個直接無線連接；并且生成多個有向圖，每個圖連接源節點和目的節點，并且包括所述多個直接無線連接中的一個或更多直接無線連接。4、根據權利要求3所述的方法，其中所述多個網絡節點中的至少一些網絡節點是在過程控制環境中運行的無線現場設備；并且其中生成多個有向圖包括將所述多個有向圖中的各個有向圖的源節點或目的節點之一與將所述無線網狀網絡連接到工廠自動化網絡的網關進行關聯。5、根據權利要求3所述的方法，其中生成多個有向圖包括針對所述多個有向圖中的各個有向圖，生成所述源節點和所述目的節點之間的冗余圖，該冗余圖具有至少一個直接無線連接不同于與所述有向圖相關聯的直接無線連接中的各個直接無線連接，并且其中檢測到所述多個網絡節點中的至少一個網絡節點的發送要求的變化包括檢測到與有向圖所關聯的所述多個網絡節點中的該網絡節點的通信存在故障；并且利用與所述有向圖相對應的冗余圖對指示該故障的消息進行路由。6、根據權利要求1所述的方法，其中自動更新所述通信調度表包括在所述多個網絡節點中共享直接無線連接的網絡節點對之間周期性地交換保持有效消息；將指示特定直接無線連接出現故障的路徑故障指示傳播到網絡管理器，該將所述特定直接無線連接從所述網絡路由方案中去除。7、根據權利要求1所述的方法，其中定義多個超幀包括基于所述網絡節點中的至少一些網絡節點的更新速率，定義所述多個超幀中的至少一些超幀的長度。8、根據權利要求7所述的方法，其中自動更新所述通信調度表包括檢測到所述多個網絡節點之一處的寬帶要求的暫時性增加；以及生成用于傳輸與所述寬帶要求的暫時性增加相關聯的業務的超幀。9、一種在包括多個網絡節點的無線網狀網絡中自適應地調度通信的方法，其中所述多個節點中的至少一些節點是在過程控制環境中運行的現場設備，該方法包括產生針對所述無線網狀網絡的通信調度表，包括定義預定持續時間的通信時隙；將多個超幀定義為特定數目的被連續調度的通信時隙的重復循環；以及行關聯，包括基于在所述現場設備處的過程數據的調度公布的速率，從所述多個超幀中選擇至少一個超幀；響應于檢測到所述無線網狀網絡的性能的變化，在無需重啟所述無線網狀網絡的情況下自動更新所述通信調度表。10、根據權利要求9所述的方法，進一步包括通過沿一個或更多直接無線連接收集與網絡節點對之間的數據包傳輸相關的統計數據，監測所述無線網狀網絡的性能，每個直接無線連接連接所述多個網絡節點中的兩個網絡節點。11、根據權利要求IO所述的方法，其中收集統計數據包括下列步驟中的至少一個對在所述多個網絡節點中的至少一對網絡節點之間成功傳遞的包進行計數、對在所述多個網絡節點中的各個網絡節點處接收的包進行計數、對在所述多個網絡節點中的各個網絡節點處發送的包進行計數以及計算與所述多個網絡節點中的至少一對網絡節點之間的數據包傳遞相關聯的延遲。12、根據權利要求IO所述的方法，其中所述方法進一步包括生成針對所述無線網狀網絡的路由方案，包括定義所述現場設備和將所述無線網狀網絡連接到外部網絡的網關設備之間的多個有向圖；以及其中收集與網絡節點對之間的數據包傳輸相關的統計數據包括獨立地維護針對所述多個有向圖中的各個有向圖的獨立統計值。13、根據權利要求IO所述方法，其中檢測到所述無線網絡的性能的變化包括從所述多個網絡節點中的至少一些網絡節點收集健康報告，其中來自網絡節點的每份健康報告包括與該網絡節點和所述多個網絡節點中的其它網絡節點之間的直接無線連接相關的數據；以及確定相對于之前的健康報告而言該網絡節點處可用的直接無線連接的變化。14、根據權利要求9所述的方法，其中所述方法進一步包括生成針對所述無線網狀網絡的路由方案，包括定義所述現場設備和多個網絡接入點之間的多個有向圖，所述多個網絡接入點與將該無線網狀網絡連接到外部網絡的網關設備相關聯；其中所述多個有向圖中的各個有向圖與包括在所述多個超幀中的至少一個相應的超幀中的至少一個相應的通信時隙相關聯,并且其中所述多個有向圖中的各個有向圖獨立地支持到所述網關設備的通信路徑。15、根據權利要求9所述的方法，其中檢測到所述無線網狀網絡的性能的變化包括從所述多個網絡節點中的一個網絡節點接收到請求改變帶寬分配的消息。16、一種優化無線通信網絡中的數據傳輸的方法，該無線通信網絡在過程控制環境中運行并且包括多個無線網絡設備，該方法包括產生包括多個有向路由圖的路由方案，每個有向路由圖連接所述多個無線網絡設備中的兩個無線網絡設備，并且具有源節點和目的節點，包括定義所述多個網絡設備中的網絡設備對之間的多個直接無線連接；以及將所述多個有向路由圖中的各個有向路由圖與一個或更多直接無線連接進行關聯；產生針對所述無線網狀網絡的通信調度表，包括定義預定持續時間的通信時隙；將多個超幀定義為特定數目的被連續調度的通信時隙的重復循環；以及將所述現場設備中的各個現場設備與所述多個超幀中的至少一個超幀進行關聯，包括基于在所述現場設備處的過程數據的調度公布的速率來選^奪所述多個超幀中的至少一個超幀；以及通過至少監測所述多個直接無線連接中的各個直接無線連接的健康，優化在所述無線網絡的運行期間的路由方案和通信調度表。17、根據權利要求16所述的方法，其中監測所述多個直接無線連接中的各個直接無線連接的健康包括從與所述直接無線連接相關聯的兩個網絡設備中的至少一個網絡設備接收健康報告；以及在所述健康報告指示信號電平低的情況下，不定義所述直接無線連接；18、根據權利要求16所述的方法，其中優化在所述無線網絡的運行期間的路由方案和通信調度表包括通過電池供電的網絡設備路由比通過能使用恒定電源的網絡設備路由的數據少的數據。19、根據權利要求16所述的方法，進一步包括響應于從所述多個網絡設備之一接收到請求，分配額外的帶寬。20、根據權利要求16所述的方法，進一步包括響應于從將所述無線通信網絡連接到工廠自動化網絡的網關接收到請求，分配額外的帶寬；其中所述網關請求額外的帶寬以建立外部應用程序和所述多個網絡設備之一之間的數據通道。21、根據權利要求20所述的方法，其中分配額外的帶寬包括生成暫時性超幀，以供所述多個網絡設備之一使用，其中所述暫時性超幀的長度比與在所述多個網絡設備之一處的過程數據的調度公布速率相對應的超幀的長度短。全文摘要一種在包括多個網絡節點的無線網狀網絡中自適應地調度通信的方法，包括基于該無線網狀網絡的拓撲產生網絡路由方案，產生用于該無線網狀網絡的通信調度表，并且響應于檢測到所述多個網絡節點中的至少一個網絡節點的發送要求的變化，自動更新所述通信調度表。產生通信調度表的措施包括定義預定持續時間的通信時隙并且定義多個超幀作為一定數目的被連續調度的通信時隙的重復循環。文檔編號H04L12/28GK101682535SQ200880017419公開日2010年3月24日申請日期2008年4月11日優先權日2007年4月13日發明者華萊士·A·普拉特,埃里克·D·羅特沃爾德,托馬斯·P·倫瓦爾,特瑞思·L·貝利文斯,羅賓·S·普羅馬尼克,馬克·J·尼克松申請人:Hart通信基金會