国家标准 GB/T26790.1一2011 工业无线网络WwIA规范第1部分:用于过程自动化的 WIA系统结构与通信规范 IndustrialwireeSsnetworkswIAspecificatio- Part1wIASystemarehiteeture speeifieatonm andcommunication forpreessatomatom(wIA-PA) 2011-07-29发布 2011-12-01实施国家质量监督检验检疫总局发布国家标准化管理委员会国家标准

GB/T26790.1一2011 目次前言范围规范性引用文件术语定义和缩略语 3.1术语和定义 3,2缩略语数据类型定义 4.1布尔类型 4.2无符号整型 4.3八位字符串类型 4.4浮点类型概述 5.1设备类型 5.2拓扑结构 5 协议栈结构数据流 . 5.5互连系统管理 6.1概述 6.2系统管理架构 6.3设备加人过程虚拟通信关系 6 4 18 6.5路由配置与通信资源分配 6.6聚合和解聚 2 28 6.7网络性能监视 29 6 设备离开过程 32 6.9管理信息库及其服务物理层 44 数据链路层 8.1概述 44 8.2 44 协议栈结构 8 45 MAC层概述和功能扩展 3 4" 8.4DLsL功能描述 53 8.5数据链路子层数据服务 57 8.6数据链路子层管理服务 64 数据链路层帧格式
GB/T26790.1一2011 65 网络层 65 9.1概述 65 9.2协议栈结构 9.3功能描述 66 网络层数据服务 9.4 68 9.5网络层管理服务 70 9.6网络层包格式 17 10应用层 128 10.1概述 28 10.2用户应用进程: 129 10.3 应用子层 32 应用子层包格式 137 10.4 安全 140 l40 1.1概述 1.2安全管理架构" l41 1安全通信协议找体系 142 144 1.4密钥管理 I1.5安全人网过程 146 1l.6安全传输 151 153 附录A资料性附录wIA-PA网络的安全策略 153 A.1wIA-PA网络的风险分析 A.2wIAPA安全原则 153 -- ----- A.3wIA-PA安全目标 153 A.4wIA-PA安全系统分层分级 153 A.5wIA-PA安全数据包的安全分级 154 附录B(资料性附录wIA-PA规定的格式描述 155 B.1时序图 155 B.2包格式和帧格式 155 附录c资料性附录应用层用户应用对象实例 157 C.1概述 157 C.2模拟量输人对象 15" 参考文献 159 图1wIA-PA网络星型和网状结合的两层拓扑结构图2wIA-PA网络星型拓扑结构图3OsI基本参考模型与wIAPA网络协议层映射关系图4基本的数据流图 1 图5wIA-PA网关的框架 12 图6系统管理中的DMAP 13 图7分布式系统管理架构路由设备通过网关设备加人网络过程图8 14 15 图9路由设备通过在网路由设备加人网络过程
GB/T26790.1一2011 16 图10现场设备加人网关设备的过程图l1现场设备加人路由设备的过程 16 16 设备长地址图 12 图13路由设备短地址图 l14现场设备短地址图 15通信资源分配示例 20 16路由设备的通信资源分配过程图 17 21 现场设备加人路由设备的通信资源分配过程到 2: 18现场设备DAG0聚合数据格式到 2: 19路由设备PAG0聚合数据格式图 2: 20包聚合和解聚例子图 21 28 路径失败报告过程图 22现场设备状态报告过程 28 图 2s 23路由设备状态报告过程信道状况报告过程 26 24 25路由设备主动离开网络过程 30 26路由设备被动离开网络过程 30 现场设备主动离开网关设备的过程 31 27 28现场设备主动离开路由设备的过程 31 29现场设备被动离开网关设备过程 32 30现场设备被动离开路由设备过程 32 wIA-PA数据链路层栈结构 31 45 32信标帧载荷内容 46 33MAcC层Keepalive命令帧格式 47 34MAC时间同步命令帧格式 47 35数据链路子层参考模型 4l7 图 36wIA-PA超帧结构示例 48 图37R1,R2和R3超倾结构 50 图 38长周期数据的处理实例示例 50 图39D1.SL状态机 52 40数据服务时序图图 56 图41网络发现时序图 59 图 42数据链路层通用格式 64 43数据链路层倾控制格式 64 数据链路层数据帧格式 44 64 45数据链路层命令帧通用格式 65 46网络层在协议栈中的位置 65 47 网络层参考模型图 65 图 48网络层状态机 68 70 图49网络层数据服务时序图 73 图50现场设备加人路由设备时序图(现场设备路由设备端 73 网关设备端图51现场设备加人路由设备时序图(路由设备 74 图52路由设备一跳加人时序图，"
GB/T26790.1一2011 74 图53路由设备多跳加人时序图(待加人路由设备在网路由设备端 75 图54路由设备多跳加人时序图网路由设备 -网关设备端 7？图55现场设备主动离开路由设备时序图(现场设备 -路由设备端 7 图56现场设备主动离开路由设备时序图(路由设备网关设备端 78 图57现场设备被动离开路由设备时序图路由设备--现场设备端图58现场设备被动离开路由设备时序图路由设备网关设备端到 59路由设备主动离开时序图路由设备 -网关设备端) 图 60路由设备主动离开时序图路由设备 -现场设备端到 8G 61路由设备被动离开时序图(网关设备路由设备端) 到 8G 62路由设备被动离开时序图路由设备现场设备端图 63 82 图 84 图 85 65 图 66 87 67 89 图 68 92 69 92 70 94 94 图 72 96 图 73路由设备释放现场设备链路的时序图 97 图 74 99 图 75 99 图 76 序图 101 77 倾配置时序图 101 78 的时序图 103 79 路由设备释放现场设备超倾配置的时序图 104 80现场设备向路由设备报告设备状态的时序图 107 81 路由设备向网关设备报告设备状态的时序图 07 82现场设备向路由由设备报告信道状态的时序图 109 83路由设备向网关设备报告信道状态的时序图 109 图84路径失败报告时序图 1ll 14 图85网络属性获取时序图图86网络属性获取时序图 117 图 8 网络层通用包格式 119 图88网络层数据包格式 119 图 89网络层聚合包格式 119 图90网络层命令包格式图91网络层加人请求命令包格式 121 121 图92网络层加人响应命令包格式 121 图93网络层离开请求命令包格式 121 图94网络层离开响应命令包格式 122 图95网络层汇报簇成员请求命令包格式
GB/T26790.1一2011 122 图96网络层汇报簇成员响应命令包格式 122 图97网络层汇报邻居信息请求命令包格式 122 图98网络层路由增加请求命令包格式 122 图99网络层路由增加响应命令包格式 123 00网络层路由更新请求命令包格式图 123 101网络层路由更新响应命令包格式到 102网络层路由删除请求命令包格式 123 图 103 123 到 123 l04 到 105 124 图 106 124 图 107 124 图 108 124 图 109 124 图 1l0 125 图 125 图 112 包格式 125 图 113网络层超赖更新响应命令包格式 125 图网络层超释放请求命 125 图 ll5 包格式 126 116网络层设备状态报告请求命 126 图网络层设备状态信息格式 126 图 118网络层信道状况报告请求命 126 网络层信道质量信息格式图 126 图 120网络层路径失败汇报请求命令包格式 126 网络层属性获取请求命令包格式图 121 127 122网络层属性获取响应命 127 包格式 123网络层属性配置请求命令包格式 127 图网络层属性配置响应命令包格式 127 124 125 应用层结构 28 用户应用进程实现方式 129 126 Clie lent-Server通信过程 35 128 Publisher/Subseriber通信过程(不启用聚合功能 36 129 Pubisher/Subscriber通信过程(启用聚合功能 36 130 ReportSouree/Sink通信过程 137 137 应用子层通用包格式 131 32包控制字段格式 38 139 133应用子层数据包格式 140 134确认包格式 141 135wIA-PA网络安全体系示意图 142 图 136安全通信协议栈示意图 142 图137 MAC层PDU结构 ***. 143 图138DLPDU帧格式
GB/T26790.1一2011 143 图139DLSL层安全头的结构图l40应用层安全包格式 44 141 密钥生存周期序列图 45 142wA-PA设备安全人网过程 46 到 143现场设备安全加人路由设备时序图(现场设备路由设备端》 49 图 144现场设备安全加人路由设备时序图(路由设备网关设备端 49 到 l45路由设备一跳加人时序图 50 路由设备多跳加人时序图(待加人路由设备图 146 在网路由设备端 50 -网关设备端图147路由设备多跳加人时序图(网路由设备 51 图B.1时序图 155 18 表1VCR所需的协议支持表2聚合功能及对应vCR列表 22 表3数据聚合对象的类级属性 26 表！数据聚合对象实例的实例级属性 26 表5MEM_STRUCT结构体 21 6 包聚合对象的类级属性 2 表 21 表了包聚合对象的实例级属性表8解聚对象的类级属性 21 表9解聚对象的实例级属性 28 表10非结构化属性 33 11结构化属性表 35 12NLRoute_Tbl结构体定义 36 表 13SuperframeStruct结构体定义表 36 14Link_Struct结构体定义 36 表表15Neighbor_Struct结构体定义 3 表 16 ChanCon_Struet结构体定义 38 表17Device_Struct结构体定义 38 表18VCR_Struct结构体定义 40 表19DevConRep_Struc结构体定义 40 表20KeyStruct结构体定十 41 表21ObjLisStruct结构体定义 4 表22DMAPMIBGET.request原语的参数 42 表23DMAPMIBGET.confirm原语的参数 42 表24DMAPMIBSET.reques原语的参数 43 表25DMAPMBSET.confirm原语的参数 4 表26MAC层扩展命令畅 5 复 27MLME-TIME-SYN.request原语参数 46 49 表28跳频机制表29DL.sL状态转移表 52 54 表30DL.DE-DATA." request原语参数 s 54 表31DL.DE-DATA.conl irm原语参数 55 表32命令执行结果列表
GB/T26790.1一2011 55 表33DLDE-DATA.indie ication原语参数表34DLME-DISCOVERY. .request原语参数 57 58 表35DLME-D1sCOVERY.confirm原语参数表386 NetDes 58 '结构体的元素表 es_Struct 59 表37DLME.JonN.reuest原语参数表38DLME-JoIN.indieation原语参数 60 DLME-JOIN.response原语参数 60 表39 表 67 40DLME-JOIN.confirm原语参数狼 DLME-LEAVE.regquest原语参数 6 4 丧 62 42DLME-LEAVE.confirm原语参数表 43DLME-CHANNEI--CONDITION.indication原语参数 63 表 44DLME-NEIGHBOR-INFO.indication原语参数 63 表 45DLME-TIME-SYN.reguest原语参数 63 表 46数据链路层命令倾格式 65 表 67 47路由表示例表 48网络层状态定义 67 表 49网络层状态转移表 68 表 50NLDE-DATA.request原语参数 69 NLDEDATA.confirm原语参数表51 69 52NLDE-DATA.indication原语参数表 70 53NLMEJOIN.request原语参数表 71 表54NILME-JoIN.ndiceaton原语参数 71 55NLME-JoIN.response原语参数表 72 56NLME-JoIN.confirm原语参数表 72 57NLME-IEAVE.request原语参数表 75 58NLME-LEAVE.indication原语参数表 76 表59NLME-LEAVE.response原语参数 76 6oNLME-LEAVE.confirm原语参数表表 61 N LME-RPT-CLRMEM.request原语参数 81 表62NLME-RPTCLRMEM.conirm原语参数 81 表63NLME-RPT 82 CIRMEM.response 表64NLME-NEIBOR 83 -INFO.request原语参数参数表65NLME-NEIBOR-INFO.indieation原语 83 表66NLME-NEIBOR-INFO.confirm原语参数 83 原语参数表67NLME-ADD_ROUTE.request 84 表68NLME-ADD_ROUTE.confirm原语参数 85 69NLME-UPDATE_ROUTE.request 86 confirm原语表70NLME-UPDATE_ROUTE. 86 原语参数表71NLME-UPDATE_ROUTE.request 88 .confirm原语参数 88 表72NLME-DELETE_ROUTE. 90 表73NLME-ADD-LINK.request原语参数 .confirm原语参数 91 表74NLME-ADDLINK. 93 表75NLME-UPDATE-LINK. .reques原语参数
GB/T26790.1一2011 93 表76DLME-UPDATA-LINK.conlfirm 原语参数表77NLME-RELEAsE-LINK. .request原语参数 95 95 表78NLME-RELEAsE-LINK.confirm原语参数表79 97 NLME-ADD-SFR.reguest 原语参数 98 表s0NLME:.AD.sFR.confnm原语参数表8r NLME-UPDATA-SFR.reguest原语 100 表 100 82NLME-UPDATE-SFR.confirm 表83 NLME-RELEASE-SFR.reguest 102 表84NLME-RELEAsESFR.confirm 102 表85 NLMEAGG.indication原语参数 104 表 86NLME-AGO-SEND.request 105 表87 NLME-DAG.indication原语参数 105 表 88NLME-DEVICE-STATUS.request原语参数 106 表89 NLME-DEVICESTATUS.indication原语参数 106 表90 NLME-DEVICE-STATUS.confirm原语参数 106 表97 NLME-CHANNEL-CONDITION.request原语参数 108 表 92NLME-CHANNEL-CONDITION.indication原语参数 108 表93 NLME-CHANNELCONDITION.confirm原语参数 108 表94 NLME-PATH_FAlLURE.request原语参数 110 NL.ME-PATHFAILURE.indication原语参数表95 ll0 96NLMEPATH_FAILURE.confirm原语参数表 110 表97NLME-INFo_GET.request原语参数 lll 表98NLME-INF(_GET.indication原语参数 12 表99NLME-INFO_GET.response原语参数 112 论 100NLME-INFO_GET.confirm原语参数 13 1o1 NLME-INFO_SET.request原语参数表表 114 表102NLME-INFO_SET.indication原语参数 15 16 长 103NL.ME-INFOSET.response原语参数 117 表 104NLME-INFO_SET.confirm原语参数表 105包控制字段 18 06网络层命令包类型 19 表表 107命令包返回执行结果列表 20 121 表 108离开原因子域的有效值表109用户应用对象所支持的方法 130 表110READ请求数据格式 30 表1l1READ响应数据格式 131 表112wRITE请求数据格式 131 表 131 113wRITE响应数据格式 131 表114PUBLISH数据格式 131 表115REPORT数据格式 132 表116REPORTACK数据格式 133 表117ASL.DE-DATA. ..reques原语参数表118AsLDE-DATA.confirm原语参数 133
GB/T26790.1一2011 134 表119AsLDE-DATA.indie ication原语参数表120ASLDE-AGG.request原语参数 34 ASLDE-DAG.indication 35 121 原语参数 122包类型子字段取值 38 123传输模式子字段取值 38 124DLSL层安全头安全控制字段 43 143 125DLsL层安全头安全信息控制字段 126应用层安全控制字段格式 44 127DLMESEC.request原语参数 l47 表 128DLME-SEC.indication原语参数 147 表129DLME:SEC.response原语参数 147 表 130DLME-SEC.confirm原语参数 148 表A.1 W1A-PA网络分层分级安全措施 54 表A.2合法的数据包流人流出安全级别 54 表B.1以字节为单位的包/鹌格式 155 表B.2以位为单位的包/帧格式 156 表c.1模拟量输人对象的类级属性 157 表C.2模拟量输人对象的实例级属性 157 N

GB/T26790.1一2011 前言 GB/T26790(工业无线网络wIA规范》分为以下7个部分 -第1部分:用于过程自动化的wIA系统结构与通信规范第2部分;用于工厂自动化的wIA系统结构与通信规范; 第3部分:wIA安全规范; 第4部分wIA互操作规范" 第5部分:WIA测试与评估规范第6部分:wIA产品标准通用条件; 第7部分;wIA行业规范本部分为GB/T26790的第1部分本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草请注意本文件的某些内容可能涉及专利本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任本部分由机械工业联合会提出本部分由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会(SAC/TC124)归口本部分主要起草单位;科学院沈阳自动化研究所、浙江大学、机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、北京科技大学,重庆邮电大学,沈阳中科博微自动化技术有限公司本部分参加起草单位:上海工业自动化仪表研究所、东北大学,西南大学,大连理工大学本部分主要起草人;于海斌,曾鹏,梁炜,褚健、欧阳劲松、王沁,徐皑冬、王平,刘丹,冯冬芹本部分参加起草人:彭瑜、张晓彤、王宏、王兴伟、刘枫、张晓玲、梅恪、王忠锋、尚志军、万亚东、刘全利、肖金超、魏曼、谢素芬、杨颂华 Y

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范围本部分规定了基于IEEEsTD802.15.4一2006的wIA-PAwirelessNetwork、forIndustrial Automation -ProcessAutomation)系统结构与通信规范本部分适用于工业过程测量、监视与控制的无线网络系统规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T9387.1信息技术开放系统互连基本参考模型第1部分;基本模型(IsO/IEC7498- l:l994,IT GB/T19769所有部分工业过程测量和控制系统用功能块(IEC61499;2003,MOD GB:/T21099.！过程控制用功能块所构成的应用进程(IEc/Ts61804-l;2003,IDr) IEEESTD802.15.4:2006第15.4部分:低数据率无线个域网(wPAN)的无线媒体访问控制 MAC)和物理层规范[Part15.4WirelessMediumAccessControl(MAC)andPhysicalLayer(PHY) SpeeificationsforL.ow-RatewirelessPersonalAreaNetworks s(wPANs) 术语、定义和缩略语 3.1术语和定义下列术语和定义适用于本文件 3.1.1 绝对时隙号absolutetimeslotnumber 从网络形成开始计数的全部时隙,通常该值是指当前时隙号注，该值以递增1的方式计数,一般为当前时隙的序列号,且最大值为(2"-1),达到最大值后,该值重置为0. 3.1.2 主动离开aetveleaing 路由设备向网关申请后离开或现场设备向路由设备申请后离开的过程 3.1.3 自适应跳频adaptivefrequeneyhopping 在wIA-PA超帧簇内通信阶段的每个时隙,根据实际的信道状况更换通信信道 efree switch 自适应频率切换adapte queney 在wWIA-PA超帧中,信标Bee 阶段和活动期在一个超帧周期内根据实际的信道状况更换通信 eacon
GB/T26790.1一2011 信道,在不同的超帧周期内使用不同的信道 3.1.5 聚合aggregationm 将多个用户应用对象的数据或簇成员的包合并为一个包的过程 3.1.6 plieationsub-l 应用子层app layer 提供应用层数据和管理服务的协议子层 3.1.7 信标beaconm 在wIA-PA网络中由网关设备或路由设备广播的帧注:新的路由设备或现场设备在加人wIA-PA网络前首先要监听信标 3.1.8 广播broadeast 将包发送给wIA-PA网络中所有可以接收到的设备 3.1.9 信道ehannel 从发送端到接收端传递包的无线射频媒质 3.1.10 簇 cluster 包括一个路由设备和多个现场设备的逻辑设备组 3.1.11 簇首elusterhead 簇内的管理者,由路由设备承担 3.1.12 簇成员elustermemmher 簇内的数据源,由现场设备承担 3.1.13 共存eexistenee 一个网络在不被干扰或者不干扰同一环境下的其他网络的情况下具有执行任务的能力注这些网络遵循相同或者不同规则 3.1.14 通信资源 cOmmunicationreSOurce 用于传输帧的信道和时隙 3.1.15 兼容eompatibility -个网络具有向其他网络提供服务或者接收来自其他网络服务,并且通过服务互换实现多个网络之间有效运作的能力 3.1.16 wIA-PA网络配置工具软件wIA-PAconfigurationsoftware 用于配置wIA-PA网络和设备的软件工具 3.1.17 数据链路子层datalinksub-l layer 位于IEEESTD802.15.4:2006的MAC层之上,用于处理wIA-PA网络拓扑,链接和通信资源
GB/T26790.1一2011 3.1.18 解聚disaggregationm 将聚合后的包分解为用户应用对象数据的过程 3.1.19 现场设备fielddevice 安装在工业现场,连接或者控制生产过程的设备 3.1.20 跳频freeueey hopping 收发信道切换方法.目的为抗干扰和减少信号衰落 3.1.21 网关设备gatewaydeviee 连接wIA-PA网络与其他工厂网络的设备 3.1.22 手持设备 handhelddevice 用于组态,固件更新和监视设备状态的手持便携设备 3.1.23 跳hop wIA-PA网络中,包在两个相邻设备之间传递的过程,而没有其他设备的参与注:多跳用于延长传输距离、绕过干扰源和避免阻塞 3.1.24 主控计算机hostcomputer 供操作人员、维护人员和管理人员与WIA-PA交互的计算机,向下与wIA-PA网络交互,向上与管理网络交互 3.1.25 互操作interoperablity 两个或两个以上的网络彼此交互信息且利用所交互信息的能力洼见Iso/IEcTR10000-1的3.2.1 3.1.26 加入ioining wIA-PA网络设备通过认证,并且允许加人wIA-PA网络的过程 3.1.27 链路link 规定了邻近设备间传输帧所需的通信参数注包括源地址和目的地址对,时脉,信道、方向和链路类型 3.1.28 网状结构mesh 在wIA-PA网络中由路由设备和网关设备形成的拓扑结构注:在网状结构中,一个路由设备可连接一个网关设备以及多个路由设备 3.1.29 组播multicast 通过一次传输将包发送给wIA-PA网络中指定的一组设备 3.1.30 网络地址network address wIAPA网络中,唯一标识设备的16位无符号整数,也称为短地址注网络地址由网络管理者分配,其高8位用于标识不同的簇
GB/T26790.1一2011 3.1.31 网络管理者 networkmanager 负责配置网络、分配通信资源、管理路由表、监视和汇报网络性能的逻辑角色注:在w1A-PA网络中有且仅有一个网络管理者 3.1.32 包 packet 在物理媒体上同时发送的一组有格式的位 [IEEESTD802.15.4:2006 3.1.33 包生命周期packetlifeeyele 包从产生到丢弃的最长存在时间 3.1.34 被动离开passiveleaving 在wIA-PA网络中,一个现场设备被路由设备强制移出网络或一个路由设备被网关强制移出网络的过程 3.1.35 物理地址physiealaddress wIA-PA网络中,用于标识设备的64位扩展唯一标识符,也称为长地址注:物理地址由制造商分配 3.1.36 路由设备 outingdevice wIA-PA网络中,负责现场设备的管理和包转发等功能的设备 3.1.37 安全管理者seeuritmanager 在wIA-PA网络中,负责为用户应用提供整个网络的安全策略配置、密钥管理和设备认证的逻辑角色 3.1.38 超帧superframe 周期性重复的时隙集合注，超赖规定了周期性通信的收发时间 3.1.39 时隙timeslot 在wIA-PA网络中交换数据所采用的基本时间单位注:wIA-PA网络中的时隙长度是可配置的 3.1.40 时隙跳频 tmsslhppine 为了避免干扰和衰减,按照一定规律,在每个时隙改变收发频率 3.1.41 单播 unicast 向wIA-PA网络中的一个设备发送一个包的过程 3.1.42 虚拟通信关系virtualcommunieationrelationship 标识两个用户应用对象所使用的通信路径和通信资源
GB/T26790.1一2011 3.1.43 wIA-PA设备wIA-PAdeviee 在wIA-PA网络中,主控计算机、网关设备,路由设备,现场设备和手持设备统称为wIA-PA设备 3.2缩略语 Acknowledge ACK 确认 AdaptiveFreguency AFHt 自适应跳频 Hopping AFs AdaptiveFrequencySwitch 自适应频率切换模拟输人对象 IS AnaloglnputObject Applieationlayer 应用层 " 模拟输出对象 AnalogOutputObject AS. 应用子层 ApplicationSub-layer ASLDE 应用子层数据实体 ApplicationSub-layerDataEntity 应用子层数据实体服务访问点 ASLDE-SAP ASLDEServiceAcessPoint AsLME 应用子层管理实体 ApplicationSub-layerManagementEntity 应用子层管理实体服务访问点 ASLME-SAP ASLMEServiceAcessPoint 应用子层协议数据单元 AsLPu ApplicationSub-layerProtocolDataUnit 绝对时隙号 AbsoluteSlotNumber e 竞争访问阶段 ContentionAccessPeriod F 无竞争访问阶段 Contention-FreePeriod Cs 客户机/服务器 Client/Server csMA 载波侦听多路访问 CarrierSenseMultipleAccess CSMA-CA CarrierSenseMultipleAccesswithColisionm 带冲突检测的载波侦听多路访问 Avoidance DAGO Object DataAggregation 数据聚合对象 DGO 解聚对象 DisGigregeationobieet DLDE Datalinksub-IayerDataEntity 数据链路子层数据实体 DLDESAP Datalinksub-l.ayerDataEntityService 数据链路子层数据实体服务访问点 AccessPoint DLl DataLinklLayer 数据链路层 DLME DatalinksubLayerManagementEntity 数据链路子层管理实体 DLME-SAP Datalinksub-LayerManagementEntity 数据链路子层管理实体服务访问点 ServiceAccessPoint DLPDU lDaaUnm 数据链路子层数据单元 DatalinksubLayerProtocol DataLinkSub-L DLSL 数据链路子层 Layer DMAP Device 设备管理应用进程 eMamagementApplieationProcess ENCrs ENC 加密 ryption EUI-64 BxtendedUmque ldentiier-64 扩展唯一标识符-64 FCS FrameCh heskSseenee 校验序列 FDMA y:DivisionMultipleAccess 频分多路访问 Frequensy FFD FulFunctionDevice 全功能设备
GB/T26790.1一2011 FH 跳频 requencsyHoping Gw Gate way device 网关设备 ldentifier 标识 IntrusionDetection 人侵检测系统 1systems KED 数据密钥 DataEneryptionKey KeyEnd Key KEK 用于加密密钥的密钥 ncryption JoinKey 加人密钥 " ProvisionKey 授权密钥 IME-SAP LayerManagementEntityServieeAccessPont层管理实体服务访问点最低有效位 LSB Sig nificantBit ILeast 链路质量指示 o LinkQualityIndication MAC 介质访问控制子层 Medium Control MCps MAc公共部分子层 bommonPartSub-layer 介质访问控制层头部 MHR Medium ControlHeader 消息完整性代码 MessageIntegrityCode MLDE MAc子层数据实体 MACsub-layerDataEntity MLDE-SAP MAc子层数据实体服务访问点 MLDEServiceAccessPoint MLME MAc子层管理实体 MACsub-layerManagementEntity MLME-SAP MAc子层管理实体服务访问点 MLMEServiceAccessPoint MPDU MAC协议数据单元 MACProtocolDataUnit MsB 最高有效位 MostSignificantBit NL 网络层 NetworkIayer NLDE 网络层数据实体 NetworklayerDataEntity NLDE-SAP 网络层数据实体服务访问点 NLDEServiceAccessPoint NLME 网络层管理实体 NetworklayerManagementEntity NLME-SAP 网络层管理实体服务访问点 NLMEServiceAccessPoint NM 网络管理者 NetworkManager NPDU NetworkProtocolDataUnit 网络层协议数据单元网络层服务数据单元 NsDU NetworkServiceDataUnit PAGO PacketAggregationObjeet 包聚合对象个域网 PAN PersonalAreaNetwork PY PHYsicallayer 物理层 nB PAN信息库 InformationBase Publish 发布者/预订者 "s sher/Subscriber R/s /Sink 汇报/转发 ReportSource/ ReducedFunctionDevice REFD 精简功能设备 sw Pont 服务访问点 SericeAccess S 安全管理者 SecurityManager sMR SvmmetricMaster Key 对称主密钥 TDNMAN TimeDivisionMultipleAccess 时分多路访问 THt TimelotHloppmg 时隙跳频 User Applieation.Objeet UAO 用户应用对象 UAP UserApplicationProcess 用户应用进程
GB/T26790.1一2011 UAPME-SAP UAPMam SAP 用户应用进程管理实体服务访问点 Eatity lanagement edUnirersalTime UTC Coordinated 世界协调时 VCR VirtualCommunicationRelationship 虚拟通信关系 VirtualCommunication vCR_ID Relationshipldentifier vCR标识 WIA-PA wirelessNetworkforIndustrialAutomation 用于过程自动化的工业无线网络 ProcessAutomation 数据类型定义布尔类型 Boolean:=BO(OLEAN 非0为TRUE 0为FALSE 4.2无符号整型 Un ed8=INTEGER 整数范围;0GB/T26790.1一2011 应设备的全部工作 5.2拓扑结构 wIA-PA网络支持星型和网状结合的两层网拓扑结构或者星型拓扑结构,通过网络管理者的属性 “NetworkTopology”(见表10)指示星型和网状结合的两层拓扑结构示例如图1所示,第一层是网状结构,由网关设备及路由设备构成;第二层是星型结构,由路由设备及现场设备或手持设备(若存在)构成星型拓扑结构示例如图2所示,仅由网关设备和现场设备(或手持设备)构成主控计算机 Mesh网络连网关设备冗余网关设备星型网络连按其他网络星型结构路由设备星型结构网状结构冗余路由设备现场设备星型纳构星型结构手持设备图1wIA-PA网络星型和网状结合的两层拓扑结构主控计算机星型网络连拨其他网络现场没备网关设备冗余网关设备手持设备图2wIA-PA网络星型拓扑结构注:星型拓扑结构是星型和网状结合的两层拓扑结构的特例在后续内容中,星型和网状结合的两层拓扑结构包含了星型拓扑结构,将不再对星型拓扑结构的具体实现过程作详细介绍为了便于实现管理功能,本部分定义了以下5类逻辑角色 -网关:负责wIA-PA网络与工厂内的其他网络的协议转换与数据映射; -网络管理者(NIM):管理和监测全网(详见6.2);
GB/T26790.1一2011 -安全管理者(SM):负责网关设备、路由设备、现场设备和手持设备(如果有)的密钥管理与安全认证; -簇首;管理和监测现场设备和手持设备(如果有);负责安全地聚合及转发簇成员和其他簇首的数据; 簇成员;负责获取现场数据并发送到簇首用于系统管理的网络管理者和安全管理者在网关设备中实现 -种类型的物理设备可以担任多个逻辑角色在星型和网状结合的两层拓扑结构中,网关设备可以担任网关、网络管理者、安全管理者和簇首的角色;路由设备可以担任簇首的角色;现场设备和手持设备只能担任簇成员的角色在星型拓扑结构中,网关设备可以担任网关、网络管理者、安全管理者和簇首的角色注:本部分以下内容中均以星型和网状结合的两层拓扑结构为主要拓扑结构;星型拓扑结构中设备的加人、离开和通信资源分配等过程是在星型和网状结合的两层拓扑结构相关过程中省略了路由设备转发的环节,具体流程不再详述 3 5. 协议栈结构 wIA-PA网络协议遵循IsO/IEC7498OSI的基本参考模型,但只定义了数据链路子层(DL.SL),网络层(NL)以及应用层(AL),其物理层(PHY)和介质访问控制子层(MAC)基于lIEEESTD802.15.4;2006 图3所示为wIA-PA的协议栈与OS基本参考模型的映射关系 OSI协议栈功能 wIA-定义的协议层应用层向用户提供具有网络功能的应用向用户提供具有网络功能的应用完成应用层数据和下层该协议数据格式的表示层转换会话层连接管理服务传输层提供独立于网络层的传输机制或者 NL 网络层解析网络地址、完成路由网状结构路由选择 DLSL 混合CSMA/TDMA，AFS，AFH,TH 数据链路层报文成械、错误检测与总线仲裁 IEEESTD802.,15.4:2006MAc层 PHY 机械/电气连接、传输原始比特流物层于EEESTD802.15.4:2006) 图3OsI基本参考模型与wIA-PA网络协议层映射关系
GB/T26790.1一2011 5 数据流 wIA-PA协议栈中,数据在现场设备和工厂控制系统之间的传输路径如图4所示在现场设备到控制系统的路径中,数据流可分为簇内段、簇间段和网关到主控计算机段在簇内段,数据从簇成员的应用层被传送到簇首的应用层如果支持聚合,则簇成员和簇首的设备管理应用进程(DMAP)将实现包的聚合,加密等(详见第11章和附录A) 在簇间段,数据将通过多个簇首被传送到网关,并且如支持聚合,则在网关实现包的解聚包在不同簇首之间传输时仅在网络层转发,不再经过应用层在网关到主控计算机段,数据经过网关的协议转换后到达主控计算机现场设备路由设备路由设备网关设备主控计算机 APD加赛应用层报文采合应用层应用层应用层他 AD加恋M 案合密，报文聚i校如果支持报文案容网络层网络层网络层网络层上层网络协议栈 MDu/DPD 数 1加去、解密数据 MP 数据 u MIc校验链路层慌洗路层 " 链路层 PPD " 物理层物理层物理层物理层德间内网关到主控计算机上层网络 WIA-PA网络必选数据流可选数据流图4基本的数据流图 5.5互连 wIA-PA通过网关实现与其他网络的互连 wIA-PA网关除了与网络管理者和安全管理者通信来完成wIA-PA网络的网络管理和安全管理工作以外,还可以与WIA-PA网络其他设备通信,交换设备间的信息同时,w1A-PA网关可以连接现场总线等外部网络 wIA-PA网关的框架如图5所示 10o
GB/T26790.1一2011 其他网络虚拟设备安全管理者数据镜像模块 wIA-PA 网关网络管理者解聚对象 wA-A接入点 wIA-叭网络图5wIA-PA网关的框架 wIA-PA网关包括以下部分: -wIA-PA接人点:实现与wIA-PA网络的物理连接,完成管理信息和数据的传输 -虚拟设备;定义了与现场总线等其他网络的通信接口,该接口可将其他网络中的数锯鄙映射为 wI1A-PA设备,满足其他网络与wIA-PA网络的通信需求解聚对象用于解聚由wIA-PA路由设备和现场设备聚合后的包; -数据镜像模块:用于存储wIA-PA网络中设备的数据,为其他网络提供数据访问接口系统管理 6 概述 wIAPA网络规定的系统管理包括网络管理和安全管理两部分,由wIA-PA网络设备中的设备管理应用进程(DMAP)实现 DMAP是每个设备中完成系统管理功能的实体,包括网络管理模块、安全管理模块和管理信息库模块 DMAP在协议栈中的位置和构成如图6所示,灰色部分为DMAP,其中的白色块为DMAP中的功能模块 11
GB/T26790.1一2011 用户应用进程(UAP 设备管理应用进程DMAP) 用户应用用户应用网络管理安全管理对象" 对象n ASLME-SAP ASLDE-SAP 管理实体数据实体应用子层 NL.DE-sAP NL.ME-sAP 网络层管理实体数据实体 DLME-SAP DL.DE-SAP 瞥理实体数据实体数据链路子层 MLME-SAP MLDE-SAP 正EEsTD802.15.4:2006MAc层 EEESTD802.15.4:2006 物理层图6系统管理中的DMIAP 网络管理负责管理wIA-PA网络设备属性以及与通信、组网过程相关的属性网络管理功能由网络管理者、簇首及簇成员中的DMAP共同完成,这些功能主要包括 -设备加人和离开网络路由设备的加人和离开通过网关或已加人网络的路由设备完成;现场设备的加人和离开则通过担当簇首的路由设备或者网关设备完成路由设备或现场设备在加人网络时均需要通过安全管理者的认证网络地址分配网络中的所有设备均有一个称为“长地址”的64位全球唯一地址和一个称为“短地址”的16位网络地址所有设备的长地址在设备出厂时由厂商按64位扩展唯一标识符(EU64)生成并设置路由设备的网络地址由网络管理者分配,现场设备的网络地址由所在簇的簇首分配路由配置 wIA-PA网络中均使用静态路由方法,路由表由网络管理者配置通信资源配置 wIA-PA网络中的通信资源按超帧的方式进行组织超帧的具体信息见8.4.4 当路由设备成功加人网络后,网络管理者应在超帧中为网关设备和路由设备分配通信资源当现场设备加人簇后,路由设备应在已取得的通信资源中分配一部分给现场设备时间源配置和系统时间服务 -个wIA-PA网络应设置一个基准时间源,这个基准时间源由网关充当网络内的设备仅与网关进行相对时间同步,以确保能够区分事件发生的先后次序网络性能监视负责统计网络性能,包括路径失效、设备状态以及信道状况管理信息库的维护完成对wIA-PA协议栈管理信息库的配置 12
GB/T26790.1一2011 工厂级网络及维护人员管理接口网络管理者应提供接口以供工厂操作人员或维护人员监视和控制wIA-PA网络和设备的行为和性能对于这些管理接口,本部分不做规定固件升级固件升级指更新wIA-PA设备的协议栈由于在线更新网络内所有设备的固件是极为耗电的操作,wIAP八标准不推荐使用在线固件更新方式且对其暂不做规定 wIAPA标准推荐使用手持设备离线完成设备固件升级操作手持设备与被更新设备连接可采用有线或无线连接方式对有线连接推荐采用申口通信方式对无线连接方式暂不做规定安全管理负责管理wIA-PA设备中网络安全相关的属性安全管理由安全管理者以及簇首和簇成员中的安全管理模块共同完成安全管理者负责整个网络的集中认证工作,但需要网络管理者协作安全管理在第11章中详细说明完成管理信息库用来存储wIA-PA网络中使用的所有属性,包括非结构化属性和结构化属性详细内容见6.9.1 6.2系统管理架构 w1A-PA网络使用集中式管理和分布式管理相结合的管理架构,如图7所示系统管理由网络管理者、安全管理者以及簇首完成网络管理者和安全管理者直接管理路由设备,同时把对现场设备的管理权限下放给路由设备网络安全管理管理到路由设备的管理信息流者者到现场设备的管理信息流网关设备首首路由设备路由设备簇成簇成簇成簇成簇成簇成员员员员员员现场设备现场设备现场设备现场设备现场设备现场设备图7分布式系统管理架构网络管理者主要负责完成如下管理功能 -构建和维护由簇首构成的网状结构,以及由簇首和簇成员构成的星型结构; 13
GB/T26790.1一2011 分配网状结构中簇首之间通信所需的资源,且将星型结构中簇成员与簇首之间通信所需的资源预分配给簇首; -监视wIA-PA网络的性能,包括设备状态、路径健康状况以及信道状况等安全管理者主要负责完成如下管理功能 -认证试图加人网络的簇首和簇成员" 负责整个网络的密钥管理,包括密钥产生、密钥分发、密钥恢复、密钥撤销等; -认证端到端的通信关系簇首主要负责完成如下管理功能: 负责构建和维护星型结构;负责将网络管理者预留给星型结构的通信资源分配给簇成员;负责为网络管理者提供星型结构的网络性能 -负责管理星型结构中使用的部分密钥;负责认证簇成员之间的通信关系;负责认证簇首与簇成员之间的通信关系等 6.3设备加入过程 6.3.1路由设备加入过程在路由设备开始加人网络前,手持设备为其配置一个加人密钥(详见11.5) 路由设备的加人过程如下见图8).: a)待加人路由设备持续扫描网络中的可用信道,获得在网路由设备或网关设备发出的信标待加人路由设备选择信标发出设备作为临时父设备,根据信标中的时间信息完成时间同步 b e)待加人路由设备向临时父设备发出加人请求,临时父设备将此加人请求转发给网络管理者收到加人请求后,网络管理者与安全管理者通信,完成安全认证之后,网络管理者返回加人 dD 响应待加人路由设备收到临时父设备转发来的加人响应如该加人响应是负响应,则待加人路由设备将重启加人过程;如该加人响应是正响应,则加人过程成功结束图8所示为路由设备通过网关设备加人网络的过程待加入路由设备网关设备网络管理者安全竹理者信标网络发现和时间同步加入请求转发加入请求安全认证加入响应转发加入响应通信方式暂不做规定图8路由设备通过网关设备加入网络过程图9所示为路由设备通过在网路由设备加人网络的过程 14
GB/T26790.1一2011 已加入路由设备网状网络网络管理者安全管理者待加入路由设备信标网络发现和时间同步加入请求转发加入请求转发加入请求安全认证加入响应转发加入响应转发加入响应通信方式不做规定图9路由设备通过在网路由设备加入网络过程路由设备资源分配的过程见6.5.4 6.3.2现场设备加入过程在现场设备开始加人网络前,手持设备为其配置一个加人密钥(详见11.5) 现场设备的加人过程如下待加人网络的现场设备持续监听网络内的可用信道,获得在网路由设备或者网关设备发出的 a 信标 b)待加人网络的现场设备选择发出信标的其中一个路由设备或者网关设备作为簇首,根据信标内的时间信息完成时间同步待加人网络的现场设备向选定的簇首发出加人请求收到加人请求后,簇首转发该加人请求给网络管理者网络管理者返回加人响应后,簇首再根据自身的通信资源情况以及网络拓扑类型向待加人网络的现场设备发出响应;如果网络拓扑类型不匹配,则在响应中置status=FAILURE_ToP DISMATCH;其他错误类型,则在响应中置status=FAILUREELSE;如果加人成功,则在响应中置status=sUCCESS;其中 ,status的定义见表39. 现场设备收到簇首发出的响应如果响应中status=FAILURE_ToP_D1sMATcH,则该现场设备应选择路由设备作为簇首加人网络;如果响应中status=FAILURE_ELSE,则该现场设备应重复a)f)的加人过程;如果响应中status=sUcCESs,则该现场设备加人网络图10和图11所示分别为现场设备加人网关设备和路由设备的过程现场设备资源分配过程见6.5.5 15
GB/T26790.1一2011 网络管理者安全管理者待加入现场设备网关设备网络发现和信标时间同步加入请求转发加入请求安全认证加入响应转发加入响应通信方式不做规定图10现场设备加入网关设备的过程网状网络网络管理者安全管理者待加入现场设备已加入路由设备网络发现和时信标间同步加入请求转发加入请求转发加入清求安全认证加入响应转发加入响应转发加入响应通信方式不做规定图11现场设备加入路由设备的过程注1;手持设备通过网关设备和路由设备加人wIAPA网络其加人过程和wIAPA网络设备的加人过程相同手持设备加人网络后,在超赖的竟争访问阶段(CAP)配置网络设备、收集网络性能和健康信息注2:安全相关内容见第11章 6.3.3编址方法和地址分配 w1A-PA网络中的路由设备和现场设备都有一个全球惟一的64位长地址和一个16位短地址长地址由厂商按照EU1-64分配并设置,如图12所示高位低位厂商ID 设备类型设备ID 3字节 2字节 3字节图12设备长地址 16

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GB/T26790.1-2011

工业无线网络是近年来发展迅速的一种新型通信技术，它可以实现在恶劣环境下进行高效、可靠的数据传输。为了推进工业无线网络的应用和规范化发展，国家颁布了《工业无线网络WIA规范》。其中，第1部分规定了用于过程自动化的WIA系统结构与通信规范GB/T26790.1-2011。

一、术语和定义

该部分明确了工业无线网络中涉及到的相关术语和定义，为后续章节的理解提供了基础。

二、系统结构

该部分规定了WIA系统的结构和组成，包括无线感知层、接入层、网络层、应用层等。WIA系统的结构设计要符合该规范的要求，以保证系统的可靠性、稳定性和安全性。

三、通信规范

该部分规定了WIA系统中涉及到的各种通信协议和规范，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层等方面。其中，物理层是WIA系统中最基本的层次，必须满足该规范的要求。

四、安全规范

该部分规定了WIA系统在安全方面的要求，包括身份认证、数据加密、防护措施等方面。WIA系统在使用过程中，必须严格遵守该规范的要求，确保数据的安全可靠。

总之，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GB/T26790.1-2011是推进工业无线网络应用和规范化发展的重要法律文件。在工业无线网络的建设和运营过程中，必须严格按照该规范的要求进行设计、实施和管理，以确保系统的安全、高效和可靠。