爱思维尔

计算机标准和接口

第30卷第3期,2008年3月,第200-212页
计算机标准和接口

一种CAN/IEEE 802.11b无线局域网本地网桥设计

https://doi.org/10.1016/j.ccsi.2007.08.011获取权限和内容

摘要

雇佣CAN总线在分布式实时控制应用中,有时需要增加分布式区域的大小,并与其他LAN和独立CAN段进行通信。利用IEEE 802.11b WLAN的无线支持扩展CAN段的互通设备是这种工业环境的实用解决方案。本研究工作的一个关键目标是设计和实现一种称为无线互联单元(WIU)的互通设备,使远程CAN2.0A节点能够通过IEEE 802.11b WLAN使用封装方法。计算机建模并使用OPNET Modeler对提出的WIU进行了仿真。SAE基准已用于网络模型中,以评估所获得的仿真结果。考虑到超过40 kbit/s总线速率的远程CAN消息的总端到端延迟结果,证明设计的WIU的影响不会导致超过SAE基准设定的要求到达时间截止日期。

介绍

控制器局域网(CAN)是一种基于争议的串行通信总线,具有高性能、高速、高可靠性和低成本,适用于汽车和工业控制中的分布式实时控制应用。现代工业工厂中越来越多地使用几种CAN网络,导致CAN网络之间以及CAN和其他主要公共/专用网络之间需要互通。在某些工业场景中,部署这样一个传统的有线主干来提供这种所需的互连功能可能会有一定的困难。例如,当现有工厂的电缆敷设非常困难时,需要安装新的通信系统。此外,在其他一些情况下,有线主干解决方案的使用是不可行的,例如,在集成工厂中,多个机器人在一个或多个监控系统的控制下工作。在这种情况下,每个机器人可能有多个CAN现场总线连接本地传感器。因此,这些CAN网络显然无法使用传统有线系统互连。在这种环境中,使用无线骨干网作为互连CAN网络的替代方案将非常有价值[1]、[2]、[3]、[4]、[5]。[5] 提出了一种通过蓝牙在TTCAN节点之间进行车内通信的无线互联网工作模型,该模型仅适用于低距离CAN数据传输。类似地,[1]引入了无线ATM架构上的CAN,考虑到CAN消息需要服务质量支持和与宽带网络集成的高成本。这些事实指出了CAN节点与外部任何其他CAN节点(如我们在IEEE 802.11b无线局域网上的工作中提出的)进行无线联网的必要性。

如[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]、[7]、[8]、[9]、[10]所示,IEEE 802.11标准是一种无线网络,它目前具有工业控制系统所需的特性,即易于与多个通信系统集成,并具有确保关键时间约束的能力。本文介绍的工作特别涉及使用IEEE 802.11b无线局域网扩展CAN2.0A段。本研究提出了一种具有CAN2.0A/IEEE 802.11b互联网工作功能的新型WIU模型。

第2节简要介绍了CAN和IEEE 802.11 WLAN,并介绍了所提出的WIU模型,包括WIU CAN数据传输算法、WIU-WLAN数据传输算法和WIU学习和传输子流程。第3节介绍了所提系统的计算机仿真建模,主要包括WIU节点模型和WIU进程模型以及WIU CAN和IEEE 802.11 WLAN进程模型算法,其中使用了OPNET Modeler。第4节给出并讨论了在CAN网络工作环境中对所建议WIU的仿真结果,以及其性能评估和最后备注。

节代码段

通过IEEE 802.11 WLAN互连CAN段

要设计一个通过IEEE 802.11 WLAN提供CAN段互连的无线互连单元(WIU),首先应考虑两种不同类型的网络特性。

模型的计算机模拟实现

在本节中,使用OPNET Modeler Radio Module 11.5介绍了所提出的WIU的计算机模拟建模阶段。这些是网络(图4)、节点(图9)和过程(图10、图12)模型。

建议的CAN2.0A/IEEE 802.11b WIU的节点模型如图9所示。这个CAN_处理器节点执行CAN接口实体(CIE)和CAN学习、过滤和翻译实体(CLFTE)的功能,如功能框图(图6)所示。类似地

WIU模型的仿真结果和性能评估

1使用OPNET Modeler实现的示例网络场景在各种流量负载下进行了模拟。为了对所提出的模型进行更真实的模拟和性能分析,使用了实时分布式系统的SAE(汽车工程师学会)基准。SAE Benchmark描述了电动汽车原型中几个不同子系统之间发送的一组信号(表1)。尽管SAE基准是为在汽车环境中使用而定义的

结论

本文提出了一种无线互连单元(Wireless Interworking Unit,WIU)及其设计阶段,以提供一种通过IEEE 802.11b WLAN实现独立CAN2.0A段无线互连的服务。考虑到CAN节点在许多工业领域的简单和常见应用,不可避免地需要这种无线互通方法,以便其应用程序远程控制和/或编程具有更大的灵活性。这样的标准WIU解决方案

确认

作者感谢编辑和匿名评论员的宝贵意见和建议。本研究由土耳其科学技术研究委员会(TUBITAK)根据EEEAG/105E059号合同提供支持。

库尼特·巴伊尔米斯2001年获得土耳其萨卡里亚大学硕士学位,2006年获得土耳其科凯利大学博士学位。他积极的研究兴趣是CAN、WLAN、互联网工作和微控制器。

工具书类(25)

  • 美国。卡瓦列里等。

    使用IEEE无线局域网技术互连现场总线系统的新解决方案

    计算机标准和接口

    (1998)
  • F、。佩莱格里尼等。

    浅谈无线网络在工厂低层自动化系统中的应用

    IEEE工业信息学汇刊

    (2006)
  • 引用人(6)

    • 利用ISA100.11a无线网络扩展CAN总线

      2015年,计算机标准和接口
      引文摘录:

      混合网络根据组成混合网络的技术引入不同的延迟特性。Bayilmis等人提出了一种互通设计,使CAN节点能够使用封装方法通过IEEE 802.11b无线局域网(WLAN)进行通信[3]。同样,在[4]中,Ren等人提出了一种将CAN总线与蓝牙集成的设计。

    • 基于模糊分级多级分析的电力信息系统安全风险评估

      2013年,会议记录-2013年第二届国际仪器和测量、传感器网络和自动化研讨会,2013年IMSNA
    • 利用ISA100.11a无线网络扩展CAN协议

      2012年,信息通信技术融合国际会议
    • 使用语音激活控制系统远程控制基于CAN的移动模型车

      2008年、2008年IEEE第16届信号处理、通信和应用会议,SIU

    库尼特·巴伊尔米斯2001年获得土耳其萨卡里亚大学硕士学位,2006年获得土耳其科凯利大学博士学位。他积极的研究兴趣是CAN、WLAN、互联网工作和微控制器。

    伊斯梅尔·埃特克分别于1996年和2000年获得英国苏塞克斯大学的理学硕士和博士学位。他的研究兴趣是ATM、无线数据通信、CAN、LAN/WAN、IP和QoS、MPLS、互联网工作和实时多媒体应用。

    Celal Ceken公司分别于2001年和2004年获得土耳其科凯利大学的理学硕士和博士学位。他活跃的研究兴趣包括无线通信、宽带网络、ATM网络、传感器网络和高速通信协议。

    易卜拉欣·奥兹切利克分别于1997年和2002年获得土耳其萨卡里亚大学的理学硕士和博士学位。他的研究兴趣是数据通信、计算机网络、现场总线、移动代理、基于PC的数据采集和微处理器。

    该研究的初步版本于2004年10月27日至29日在土耳其举行的第19届国际计算机和信息科学研讨会上发表。

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