Compensación de temperatura de capacidad

Apuntando al problema de que los cambios de temperatura tienen un gran impacto en la precisión de la sincronización horaria de las redes inalámbricas industriales, se propone un algoritmo de sincronización horaria basado en la compensación dinámica de temperatura. En los sitios industriales, el rango de temperatura de funcionamiento de los equipos es amplio y cambia rápidamente. Para reducir la fluctuación de toda la red, este algoritmo introduce coeficientes de temperatura sobre la base de sincronización activa y sincronización pasiva, utiliza filtrado digital IIR y optimiza la sincronización. estrategia y mejora el rendimiento de la red. La viabilidad y eficacia del algoritmo se verificaron utilizando la red de plataforma de comunicación inalámbrica industrial. El experimento demostró que en condiciones de temperatura ambiente de -40 ℃ ~ 85 ℃ y una velocidad de cambio de 5 ℃/min, la comunicación de red utiliza la dinámica de temperatura. algoritmo de compensación La tasa de retransmisión se reduce en un 40% y la capacidad de la red aumenta en un 50%.

Palabras clave sincronización de tiempo; red inalámbrica industrial; compensación dinámica de temperatura

0 Introducción

En entornos industriales hostiles, la temperatura de funcionamiento de las redes inalámbricas puede ser de baja a -40 ℃, hasta 85 ℃[1], y puede ir acompañado de cambios rápidos de temperatura. El amplio rango de temperatura de funcionamiento y los cambios rápidos de temperatura producirán una deriva de temperatura del oscilador de cristal, lo que dará como resultado cambios drásticos en la frecuencia del oscilador de cristal[. 2], lo que resulta en cambios en la base de tiempo del nodo de la red, lo que afecta la sincronización del reloj de toda la red. Al mismo tiempo, a medida que aumenta el número de saltos de la red [3], este impacto se magnificará exponencialmente y la estabilidad de la red se pondrá a prueba en gran medida [4]. Por lo tanto, el mecanismo de sincronización horaria de las redes inalámbricas industriales debe considerar plenamente el impacto de la temperatura de funcionamiento y los cambios de temperatura [5] para garantizar un funcionamiento estable a largo plazo del sistema.

En esta etapa, los algoritmos de sincronización horaria comúnmente utilizados en redes inalámbricas industriales incluyen RBS, TPSN, DMTS, etc.[6]. [6], varios algoritmos tienen sus propias ventajas en cuanto a precisión de sincronización, costo de energía, complejidad de tiempo, etc. [7], pero no existe ningún algoritmo que pueda agregar factores de cambio de temperatura a la estrategia de sincronización y cumplir con los requisitos de confiabilidad de los protocolos inalámbricos industriales. , consumo de energía y requisitos de precisión de sincronización. Un algoritmo de sincronización horaria de red inalámbrica industrial basado en compensación dinámica de temperatura [8] puede resolver los problemas anteriores. Este algoritmo utiliza cálculo segmentado, equilibrio dinámico y otros métodos de procesamiento [9], introduce factores de temperatura, ajusta el reloj de la red de manera progresivamente suave y compensa el impacto de cambios drásticos de temperatura en equipos como osciladores de cristal [10]. manteniendo así la sincronización continua de la red del sistema. Cuando la temperatura cambia menos de 2°C por minuto, el dispositivo debe enviar un mensaje de sincronización dentro de los 30 segundos. Después de adoptar este algoritmo, la frecuencia de sincronización puede permanecer sin cambios, ampliando el rango de trabajo de la red inalámbrica industrial a -40 ℃ ~ 85 ℃. La red puede adaptarse a cambios de temperatura de al menos 5 ℃ por minuto sin afectar la estabilidad de la red. a temperatura normal.

1 Modelo de sincronización horaria

1.1 Intervalos de tiempo de comunicación

El mecanismo de comunicación básico de las redes inalámbricas industriales se basa en la comunicación de secuencia de intervalos de tiempo [11]. El diagrama del modelo se muestra en la Figura 1. El protocolo de red inalámbrica divide el tiempo en supertramas periódicas (Superframe) y divide la supertrama en varios intervalos de tiempo (Slots) [12]. El intervalo de tiempo es la unidad básica de comunicación entre dispositivos nodos, con una longitud fija de 10 ms, y cada uno. Un intervalo de tiempo sólo se utiliza para una comunicación (recepción o envío).

Figura 1 Modelo de intervalo de tiempo de comunicación

Cuando el dispositivo de origen A necesita enviar datos al nodo de destino B, el nodo de origen A enviará datos con precisión en el momento TsTxOffset después del inicio del tiempo. ranura, y el nodo de destino B entrará en el estado de escucha en el momento TsRxOffset después del inicio de la ranura de tiempo y esperará a que TsRxWait sea el tiempo suficiente para garantizar que se reciban los datos. Si el nodo de destino B necesita responder al nodo de origen A con un ACK de confirmación, enviará con precisión el ACK en el momento TsTxAckDelay después de recibir los datos, y el nodo de origen A entrará en el estado de escucha en el momento TsRxAckDelay después de enviar el datos y espere el tiempo suficiente (TsAckWait) para garantizar que se reciba ACK. Si desea asegurarse de que el tiempo de comunicación entre dispositivos sea correcto, debe satisfacer las dos desigualdades siguientes:

Donde, Δd es el desplazamiento del reloj entre los dos nodos [13], según TsRxOffset en Con los valores del estándar de comunicación inalámbrica industrial, TsTxOffset y TsRxWait, se puede concluir que la desviación máxima del reloj de comunicación entre nodos no deberá ser superior a 800 μs.

1.2 Sincronización horaria

La sincronización horaria de la red inalámbrica industrial se basa en el comportamiento de comunicación entre nodos en lugar del contenido de datos de la comunicación, por lo que cualquier comunicación que se produzca entre nodos y fuentes de reloj Sincronización horaria se puede lograr. Si el nodo A quiere obtener sincronización con el nodo B, existen dos métodos: sincronización activa y sincronización pasiva [14]. Si no se produce comunicación entre el nodo A y el nodo B dentro del período mínimo de sincronización especificado, el nodo A necesita enviar activamente un mensaje Keep-alive [15] al nodo B para mantener la sincronización horaria entre los nodos.