基于ISA100．11a标准的工业物联网开发平台的设计与实现

2．3 传感器节点

传感器设备主要由传感器模块、CC2530芯片、电源模块、天线模块和晶体振荡电路五部分组成。

ISA100．11a普通节点具有易使用、易集成等优点，可以方便地与传感器、仪表进行连接，可配置多种类型的传感器，例如温湿度传感器、CO传感器、瓦斯传感器、烟雾传感器、粉尘传感器、压力变送器、阀门定位器、电动执行器等。

3 关键技术

ISA100．11a网络协议可解决与其他短距离无线网络的共存性问题以及线通信的可靠性和确定性问题，其核心技术包括精确时间同步技术、自适应跳信道技术、确定性调度技术、数据链路层子网路由技术和安全管理方案等，并具有数据传输可靠、准确、实时、低功耗等特点。

3．1 精确时间同步技术

ISA100．11a网络拓扑有两层结构，分别为骨干网和DL子网，因此，本设计根据网络层次结构采用了分级同步的思想进行时间同步。

网关在形成网络时，可向骨干路由器发送装载有时间同步信息的广播帧来进行骨干网的时间同步；当骨干网完成时间同步后，骨干路由器便向其所在的DL子网内的终端设备发送广播帧来进行时间同步。这样，经过两级同步后，就可以达到全网同步的目的。

在ISA100．11a网络中，广播帧是时间同步信息的载体，因此，要根据广播帧的帧格式来添加时间同步信息。广播帧时间同步流程如图5所示。

3．2 自适应跳信道技术

ISA100．11a网络支持与其他无线短距离网络的共存，比如IEEE 802．11网络、基于IEEE 802 15．4标准的无线网络(ZigBee、Wireless HART、6LoWPANs、蓝牙以及RFID系统)。ISA100．11a工作在全球免费的2．4 GHz频段，为了避免信号干扰，设计时要解决在2.4 GHz频段网络的共存性问题。

ISA100．11a网络通过采用跳信道技术来避免信号干扰，跳信道包括时隙跳频、慢跳频和混合跳频三种信道模式，不同的运行模式对应着不同的时隙配置方式。跳信道技术可减少设备在同一条信道上工作的时间，因而减少了对其他无线设备的影响；同时由于可在其他信道重发数据包，进而增加了网络的抗干扰能力；网络同时使用自适应跳信道技术，来实时检测并删除频谱中被使用的信道，以提高与其他射频系统的共存能力，同时也屏蔽了传输数据差的信道，有效地增加了系统的可靠性。

3．3 确定性调度技术

由于ISA100．11a骨干网一般采用有线技术或Wi-Fi无线技术，所以，ISA100．11a数据链路层的通信调度技术是面向ISA100．11a DL子网的。其主要功能是在相互竞争的用户之间分配通信资源，从而避免冲突，提高吞吐量和带宽利用率，解决现场设备间数据通信的确定性、可靠性和实时性等问题。

4 应用案例

本设计的ISA100．11a工业物联网开发平台可配套433 MHz、780 MHz和2.4 GHz等三个频段的硬件平台，并在实验室搭建了基于CC2530芯片的测试系统，并可长期运行。图6所示系统就是由1个网关、6个路由器、甲烷传感器、温湿度传感器、压力变送器(四联公司)、智能电表等11个终端设备组成的ISA100．11a无线测控系统测试平台。