GB／T 38618-2020标准规范下载简介

GB／T 38618-2020 信息技术 系统间远程通信和信息交换高可靠低时延的无线网络通信协议规范

6.4.3.8.2产生条件

6.4.3.8.3使用场合

6.4.3.8.4接收响应

GB 51303-2018 船厂工业地坪设计标准(完整正版、清晰无水印)6.4.3.9.1语义

6.4.3.9.2产生条件

6.4.3.9.3使用场合

6.4.3.9.4接收响应

5.4.3.9.5物理层管理实体设置发射机状态时序

图7给出了物理层管理实体设置发射机状态时

6.4.3.10.1语义

图7物理层管理实体设置发射机状态时序图

6.4.3.10.2产生条件

属性标识符设置为所规定的物理层PIB属性

6.4.3.10.3使用场合

6.4.3.10.4接收响应

6.4.3.11.1语义

6.4.3.11.2产生条件

6.4.3.11.3使用场合

出错 6.4.3.11.4接收响应 不适用

6.4.3.11.5物理层管理实体设置时序

7.1数据链路层参考模型

图8物理层管理实体设置时序图

数据链路层参考模型如图9所示。图中示出的数据链路层协议栈结构，包括MAC层和数据链路 子层以及相关的服务接入点（SAP）。数据链路子层通过数据链路子层数据实体服务访问点 DLDESAP)为更高次层提供数据服务。数据链路子层通过数据链路子层管理实体服务访问点 DLMESAP）为更高次层提供管理服务。MAC层通过MAC子层数据实体服务访问点（MLDESAP） 为数据链路子层提供数据服务。MAC层通过MAC子层管理实体服务访问点（MLMESAP）为数据链 路子层提供管理服务。

图9数据链路层参考棒

GB/T38618—2020

7.2.1MAC层功能

MAC层负责物理无线射频信道的访问以及以下的任务： a）如果设备类型为接人点设备或者充当父节点的终端节点设备，负责生成信标顿 b 利用信标顿实现网络同步； C 支持网络一跳范围内的加人和离开； 支持设备安全功能； e 利用CSMA/CA实现设备的加入过程； 处理和维护GTS； g MAC层具备相应的信道访问控制功能，以合理分配信道资源； h 为对等设备的MAC层之间提供可靠链路； 现场设备对应RFD； 充当父节点的终端节点设备和接入点设备对应FFD。 MAC层顿格式支持TSCHLLDN、DSME。LLDNMAC通用顿格式如图10所示

图10LLDNMAC通用顿格式

图11顿控制字段格式

LLDNMAC命令顿格式如图12所示。不同类型的低时延MAC命令顿，它们命令顺格式相同 令载荷上不同

图12LLDNMAC命令顿格式

LLDNMAC命令帧的字段顺序符合通用LLDNMAC顿的顺序。在顿控制字段中，顿类型字段 指示LLDN顿的值，并且顿类型字段将包含指示LLDNMAC命令帧的值。命令帧标识符字段

只正在使用的MAC命令。命令顿载荷字段包含MAC命令本身。命令顿载荷字段具有可变长度，并 且包含特定目不同于命令顿类型的数据。

7.2.2精准时间同步

7.2.2.2信标顿时间同步

建技术主要分为广告顿/信标帧时间同步方式以及

信标顿时间同步是基于广播的单向时间同步，为了减少由时间同步带来的能量开销，在采用IEEE 02.15.4一2011物理层的工业级无线网络中，可利用信标顿来完成时间同步。信标顿时间同步步骤 如下： a 接入点周期性广播时间同步信标顺给它的邻居交节点，并且将信标发送时间装载到信标顺的 指定字段： b） 父节点在接收信标帧时产生SFD中断，记录本地的信标接收时间； c）父节点通过发送和接收得到的时间戳计算本节点时钟与标准时钟的时间偏差，补偿本地时钟 这样就实现了与时间源节点的同步 同样的，在星型网中，父节点周期性的广播信标帧，星型网中的终端节点同样接收信标顿完成同步， 这样网络中所有节点都能与自已的时间源同步，最终完成全网的时间同步

7.2.2.3命令顿时间同步

为了满足不同工业应用对精度的要求，使时间同步的精度达到毫秒（ms)甚至几十微秒（us)级，高 靠低时延无线网络还可使用专门的时间同步命令顿进行二次同步， 时间同步命令顿可由接入点和充当父节点的终端节点周期性的发送： 接人点利用簇间通信时段发送时间同步命令顿，实现网状网络的时间同步； 父节点利用簇内通信时段发送时间同步命令顿，实现星型网络的时间同步。 在时间同步命令顿的具体设计上，宜采用以下两种命令顿同步方式： a 周期广播同步。时间源节点周期性的发送时间同步命令顿，这种情况与信标顺同步相类似。 b）点到点按需同步。节点向时间源申请时间同步命令帧。其步骤如下： 1）节点向时间源节点发出装载发送时间戳T，的同步请求； 2） 时间源节点接收到请求，记录接收到的请求时间T2，并且解析请求中时间信息； 3） 时间源节点在T：时刻发送时间同步命令顿给节点，需同步节点在T。时刻接收到命令顿 需同步节点计算时间偏差0值和同步顿传输时间d由式（1）和式（2）给出

式（1)和式（2)中： 时间偏差； d——同步帧传输时间； T1——节点发送时间； T2—源节点接收请求时间：

式（1)和式（2)中： 时间偏差； d—同步帧传输时间； T1——节点发送时间； T2—源节点接收请求时间

T。一一命令帧接收时间。 4）申请同步节点根据计算的时间偏差补偿自已的本地时钟

7.2.2.4多跳网络时间同步补偿

7.2.2.4.1同步补偿

在大规模千点级的高可靠低时延无线网络应用中，终端节点发送的数据报文往往需要通过多跳传 输才可到达接入点，而时间同步精度误差会随着跳数的增加不断的积累。多跳网络时间同步应进行同 步补偿。

.2.2.4.2拟合频率漂移

时间同步误差的来源除了两个设备时钟的初始时间偏差之外，时钟的晶振漂移是最主要的因素， 利用多次同步对时钟的晶振频率漂移做线性拟合的算法能对漂移值做补偿。算法建立了一次函数的时 钟同步模型如式（3）所示

式中： T。 同步帧的接收时间； 晶振频率漂移； Tm 发送时间； 3 原始时间偏差。 周期性多次同步可得到多个时间数据点，对这些点进行参数拟合可得到频率漂移和时间偏差值

7.2.2.4.3统计参数估计

时间同步误差的另一个重要来源是同步报文的发送、传输和接收过程中产生的时间延迟，其中包括 确定性延时和不确定性延时。为了减小时延误差，利用统计信号处理的方法对时间偏差做参数估计。 时钟同步模型如式（4）所示。

7.2.2.4.4监听同步

监听同步用来减小多跳网络同步误差积累。该方法是利用无线信道的广播特性而产生的“监听” 于下一跳的节点可监听广播范围内的本层节点与上一跳的节点之间的同步过程来达到同步的 这样就可有效控制和减少同步报文传递的跳数，减少误差积累

3.1数据链路子层功能

7.3.1.1功能概述

高可靠低时延无线网络的DLSL为网络层和MAC层提供服务接口。DLSL包括数据链路子月 实体（DLDE）和数据链路子层管理实体（DLME）。DLDE负责提供数据服务接口，DLME用于酉 LSL的参数和监视DLSL的运作。

高可靠低时延无线网络需要考虑与其他工业级无线网络的共存问题，最低限度地保证网络不全 其他外界因素而出现运行上的干扰问题。在共存问题解决后，可考虑网络的互连问题。即与不同 线网络相连，提高工业应用的互操作性

7.3.1.3时隙通信

时隙通信的关键是顿的传输要在限定的时间内完成，即帧要在规定的时隙内进行传输，不能被延 迟。高可靠低时延无线网络中数据链路子层的时隙长度与IEEE802.15.4一2011协议的时隙长度保持 兼容 高可靠低时延无线网络支持可变长时隙 时原的

高可靠低时延无线网络可有选择性地使用超顺结构，可存在多种超顿，每个超顿在相邻的工作范围 内有互不相同的跳信道序列，而且拥有多个时隙，其中每个时隙可被配置为相应链路。超顺格式由网络 管理者定义。超帧可分为管理超帧和数据超顿两种： a）管理超顿一般用于完成对节点的管理； b）数据超顿一般用于配置与用户应用进程有关的通信， 超顿由网络信标来限定，并由充当父节点的终端节点发送，第一个时隙为PAN的信标顺。信标顿 主每一个超顺的第一个时隙中进行传输。如果主节点不使用超顿结构，那么，它将关掉信标的传输。信 示主要用于使各从节点与主协调器同步、识别PAN以及描述超顿的结构。任何从节点如果想在两个 信标之间的竞争接人期间（CAP）进行通信，则需要使用具有时隙和冲突载波检测多路接人（CSMA/ CA)机制同其他节点进行竞争通信，只有在当前时隙获得信道访问权限的节点才能在该时隙内进行发 送或接收顺。需要处理的所有事务将在下一个网络信标时隙前处理完成。在免竞争期（CFP），数据的 专输不使用CSMA/CA机制。只要设备分配了GTS，则设备就可在该GTS包含时隙内直接进行数据 的传输。 为减小节点的功耗，将超顿分为两个部分，即活动部分和静止部分。在静止部分时，主协调器与 AN的节点不发生任何联系，进入一个低功率模式，以达到减小节点功耗的目的

链路包含时间和频率，决定节点如何占用时隙进行数据传输。链路的类型包括发送链路、接收链路 以及共享发送链路。其中，在共享发送链路，节点可同时竞争使用该链路发送数据。而在发送链路和接 收链路，只能允许指定的节点利用该链路收发数据。

GB/T38618—2020

7.3.2自适应跳信道

在高可靠低时延无线网络中，网络节点应支持自适应跳信道功能。 自适应跳信道技术是短距离无线通信网中一种主要的抗干扰技术。高可靠低时延无线网络的信道 序列可由网络管理者预先指定，同时可采用3种跳信道方式。用户指定跳信道序列和间隔时间等参数 后，可由硬件直接完成频率管理，在发送数据时跳到指定的信道上

7.3.2.2自适应跳信道方式

高可靠低时延无线网络支持自适应跳信道通信方式，跳信道序列由网络管理者指定， 高可靠低时延无线网络支持3种跳信道方式，它们分别为自适应频率切换（AFS）、自适应跳频 AFH)和时隙跳频（TH)： 自适应频率切换（AFS）：在超顺结构中，信标阶段、竞争接人阶段和非竞争接人阶段在不同的 超顿周期根据信道质量按照跳信道序列进行更换信道。 b） 自适应跳频（AFH）：根据超顿每个时隙所在信道的信道质量进行切换信道，信道质量通过误 包率进行评估，超过一定的值则认为该信道是差的信道，则将该信道从信道列表中屏蔽，并 广播全网；当该信道由差状态变为良好状态时，则将该信道从信道列表中恢复，然后通知网络 中的设备进行解除。非活动期的簇内通信段采用AFH跳频机制。 C 时隙跳频（TH）：时隙跳频主要应用在超顿的非活动期的Mesh网络通信过程，按照预先设定 的跳信道序列，每次新的时隙到来就按照序列切换信道，不管信道的质量是好或差

7.3.2.3自适应跳信道系统

自适位跳信道系统在任跳信通信过程中自适位地选择好的信道，实的屏股被十挑的信道，担绝使用 智经用过但传输不成功的信道，从而提高跳信道通信中接收信号的质量。 自适应跳信道通信的主要过程一般分为通信链路建立、信道信息采集和通信保持三个阶段： a）通信链路建立阶段：建立同步，在保证通信双方时钟同步、帧同步的基础上，确保双方跳信道序 列的同步； 信道信息采集阶段：终端节点对信道的误包率、重传次数以及链路质量等信息进行采集统计， 将信道信息发送给接入点；接人点根据信道质量评估准则确定被干扰的信道，并把被干扰的信 道通过黑名单技术通知对方，使网络的设备同时删除被干扰的全部信道，跳信道序列保持 致，并在确定的时刻同时进人自适应跳信道通信阶段； c）通信保持阶段：由于信道条件的变化（如终端节点位置的变化或干扰环境的改变等），接入点的 信道质量评估单元会将变化的检测结果通过广播方式通知网络节点，及时屏蔽跳信道序列中 被干扰的信道，并保证通信的设备跳信道序列保持一样。 根据上述内容，一个自适应跳信道系统参考案例如下： 终端节点周期性发送本节点的信道质量状况给网络的接入点，接入点的信道质量评估单元监测终 需节点所有信道的质量状况，并根据可靠的信道质量评估算法及接收信号的质量判定信道的好坏，从而 选出可用的信道，根据评估结果更新信道黑名单信息，并将黑名单信息通过广播通知终端节点；终端节 点收到数据包，根据黑名单信息修改本节点的跳信道列表，然后按照新的信道列表进行跳信道发送/接 收数据。 节点在发送/接收链路下先搜索发送消息队列，如果有匹配的数据需要发送，则按照发送时隙内的

发送时序来发送数据，如果没有找到匹配的数据，则打开接收机，按照接收时隙内的接收时序来接收

7.3.2.4信道评估机制

7.3.2.4.1信道序列选取

信道选取序列将16个信道分成两种类型信道，分别为专用信道和一般信道： a）专用信道主要用于节点的人网、簇内管理、重传，对信道质量要求较高，因此选用信道受干扰的 几率比较小的信道作为其专用信道； b）其余的信道作为一般信道，用于一般数据的发送与接收。 为了提高网络的抗干扰性，16条信道宜按照如下的规则组合成不同的跳信道序列：当一个信道被 使用后，它的下一跳信道要与该信道保持3个信道以上的间隔。某一信道受到干扰时，下一跳选用的信 道应保证不会再在这个十扰的范围内。当网络中包含儿个子网节点的时候，同一子网的节点应选择同 个跳信道序列，不同子网之间的节点应选择不相同的跳信道序列。同一时刻，不同子网之间的节点保 证在不同的信道上工作，从而避免了节点之间的相互王扰

7.3.2.4.2信道序列更新

通信的过程中根据干扰情况随时更新跳信道序列，从跳信道序列中去除被干扰的坏信道，实现收发 双方在无干扰的频率集上同步跳信道。根据网络中可使用信道数的不同，提供如下两种方法： a）可使用的信道个数较多：将全部可使用的信道分成两组，一组定义为使用信道序列，另一组为 备用信道序列，当使用信道序列中出现被十扰的坏信道时，则随机地从备用信道序列中选出 个可使用的信道来替代该坏信道，这种替代可一直进行下去，直至备用信道序列中没有可使用 的信道为正： b）可使用的信道个数较少：不分使用和备用信道序列，所有信道组成一个跳信道序列，当发现被 千扰的坏信道时，则可选择当前信道中的下一个好信道来加以替代

.3.2.4.3信道评估时间

信道评估时间的长短会直接影响高可靠低时延无线网络的安全性和实时性。网络的信道评估日 系统的调度（链路的配置）、超顿周期、跳信道模式、跳信道序列以及信道评估门限值相关。信道 间由信道使用频率决定。

7.3.2.4.4信道评估参数

网络中的每一个节点需要定期对工作的信道进行质量评估。质量评估可根据如下参数： a） 误包率(ErrorPacketRate); b)RSSI; c)LQI; d）重传次数(RetryNum)。 网络中的节点检测出每一条信道的质量状况，将评估结果存储在信道状况报告表中，然后周期地将 信道状况报告表发送给接入点，

7.3.2.5黑名单技术

高可靠低时延无线网络通过黑名单技术来管理网络频谱资源的使用。如果某一信道受到天规 间的信道干扰，则该信道被加入黑名单。接入点首先查询设备管理应用进程（DMAP），判断是否

设备的信道质量状况报告： a） 如果接收到节点的信道报告，则按照信道评估方法对信道进行评估，判断信道是好信道还是坏 信道，如果信道是坏信道，修改黑名单信息，并发送信标顿通知网络的设备；节点收到信标顺之 后，解析黑名单子域； b）如果与本节点的黑名单属性信息不相同.则立即更新。

7.3.3.1确定性调度功能概述

高可靠低时延无线网络中对终端节点进行通信调度是基本要求，确定性调度关系到整个网络能否 可靠有序地运行。确定性调度的主要功能是在相互竞争的用户之间分配通信资源（如信道、时隙等），从 而避免冲突，提高吞吐量和带宽利用率。根据用户配置的参数，可实现网络节点直接监视和控制超顺的 CAP、CFP、簇内通信、簇间通信、休眠各时段的到达时间，并在时段按照调度规则从发送缓冲中自动发 送数据。支持自适应时段调节机制，还可动态调节休眠时段长度，降低网络的功耗，

7.3.3.2资源分配者

7.3.3.3通信调度实体结构

通信调度实体结构共包括5个模块：时隙模块、链路模块、超顿模块、跳信道模块和邻居模块： a）时隙模块定义了发送时隙和接收时隙的时序，并完成与跳信道模块中跳频信息的结合； D 链路模块查看链路表，首先找到当前时隙优先级最高的链路，其次根据该链路所属超顿的跳 信道序列和时隙偏移进行跳信道，然后按照发送时隙的时序发送数据或按照接收时隙的时序 接收数据，其中包括确认顿的接收或发送； C） 超顿模块是一组由信标帧标、活跃期和非活跃期组成的时隙集合，主要实现设备时间资源 管理； d）跳信道模块支持三种多信道跳频机制，分别是自适应频率切换、自适应跳频和时隙跳频； e）邻居模块添加邻居设备的通信状况信息（如通信链路质量等） 通信调度实体中的五个部分组成紧密联系、相辅相成、不可分割的整体

Q／SY 06520.6-2016 炼油化工工程消防安全及职业卫生设计规范 第6部分：蒸汽灭火系统.pdf7.3.3.4通信调度

高可靠低时延无线网络给出参考通信调度的逻辑结构如图13所示，企业用户可对其调度逻辑图不 采用或对其进行拓展。图13中发送数据缓存队列存有4个数据链路层协议数据单元，数据1的目的地 止是节点A，数据2的目的地址是节点B，数据3的目的地址是节点A，数据4的目的地址是节点B。超 表中超顿1的优先级高于超顿2的优先级，并与跳频序列相对应。每个超顿包含8条链路（图中未完 全画出），超顿1的时隙2是一个接收链路（R），超顿2的时隙2是一个发送链路（T），发送目的地址为 节点B的数据。链路优先级解决了通信调度实体的通信链路冲突问题，它取决于链路类型和它所属的 超顺优先级。发送链路和接收链路的优先级高于发送/接收链路，发送/接收链路的优先级高于空闲链 路。如果在某时隙，通信调度实体具有多个发送链路或接收链路，则它们所属超帧的优先级就决定了链 路优先级。高可靠低时延无线网络通信调度实体规定发送一个数据单元和接收该数据单元的确认顿应 在一个时隙内完成，如果接收到确认帧，则认为数据发送成功，然后从发送数据缓存队列中删除该数据

单元，否则进行差错处理

图13高可靠低时延无线网络典型的通信调度逻辑结构

高可靠低时延无线网络通信调度实现流程如图14所示，当一个时隙开始时即触发通信调度实体， 根据超顿信息和链路信息决定该时隙的任务，首先查看链路表，找到当前时隙优先级最高的链路，根据 链路所属超顿的跳信道序列和时隙偏移进行跳信道。然后根据链路属性判断链路类型，如果是空闲链 各，则结束；如果是发送链路则在发送数据缓存队列找到匹配的优先级最高的数据单元；如果是接收链 各则打开接收机，按照接收时隙的时序接收数据；如果是发送/接收链路，则在发送数据缓存队列找到匹 配的优先级最高的数据单元，最后按照发送时隙的时序发送数据

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[1］GB/T26790.1一2011工业无线网络WIA规范第1部分：用于过程自动化的WIA系统 结构与通信规范