無線網(wǎng)絡(luò)中基于競(jìng)爭(zhēng)的資源訪問的制作方法

無線網(wǎng)絡(luò)中基于競(jìng)爭(zhēng)的資源訪問的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于采用無線時(shí)分通信結(jié)構(gòu)的無線網(wǎng)絡(luò)的無線通信設(shè)備（24），其中無線通信設(shè)備包括無線發(fā)射機(jī)（32）、無線接收機(jī)（38）和訪問控制單元（30），所述訪問控制單元被配置為在競(jìng)爭(zhēng)間隔中命令無線發(fā)射機(jī)發(fā)射針對(duì)資源進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的無線通信設(shè)備的優(yōu)先級(jí)設(shè)置，其中所述優(yōu)先級(jí)設(shè)置作為信號(hào)被發(fā)射，該信號(hào)具有代表優(yōu)先級(jí)設(shè)置的頻率，在競(jìng)爭(zhēng)間隔中命令無線接收機(jī)接收其他進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的無線通信設(shè)備的優(yōu)先級(jí)設(shè)置作為信號(hào)，該信號(hào)具有代表這些優(yōu)先級(jí)設(shè)置的頻率，對(duì)所發(fā)射的優(yōu)先級(jí)設(shè)置與所接收的優(yōu)先級(jí)設(shè)置進(jìn)行比較，以及當(dāng)所發(fā)射的優(yōu)先級(jí)設(shè)置高于所接收的優(yōu)先級(jí)設(shè)置，則獲取跟隨的數(shù)據(jù)間隔。
【專利說明】無線網(wǎng)絡(luò)中基于競(jìng)爭(zhēng)的資源訪問
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及在無線網(wǎng)絡(luò)中通過無線通信設(shè)備進(jìn)行的資源訪問。更具體地，本發(fā)明涉及一種用于通過無線通信設(shè)備、無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以及用于這種無線通信設(shè)備的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，進(jìn)行基于競(jìng)爭(zhēng)的資源訪問的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]已知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被用于過程控制系統(tǒng)。關(guān)于這種網(wǎng)絡(luò)的示例是ZigBee和WirelessHart, ISA100、WIA-PA和藍(lán)牙。也存在一些基于WLAN的傳感器網(wǎng)絡(luò)。
[0003]這些網(wǎng)絡(luò)通常采用時(shí)分通信方案，其中現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備形式的無線通信設(shè)備可以訪問方案的時(shí)間間隔形式的資源以便與過程控制系統(tǒng)進(jìn)行通信。
[0004]一些無線網(wǎng)絡(luò)使用到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的時(shí)間間隔固定分配。這要求管理資源的網(wǎng)絡(luò)管理器或無線電資源管理器。
[0005]為了加快以及使資源的分配更靈活，使用基于競(jìng)爭(zhēng)的訪問是令人感興趣的。在這種情況下，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備針對(duì)資源進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，并且基于仲裁確定哪個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備占用或獲取資源。然而，某種程度上這在無線系統(tǒng)中已經(jīng)難以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)殡y以實(shí)現(xiàn)同時(shí)發(fā)射和接收。
[0006]已經(jīng)提出一些不同的方案用于在無線網(wǎng)絡(luò)中提供基于競(jìng)爭(zhēng)的訪問，即現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備基于與競(jìng)爭(zhēng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行仲裁來訪問時(shí)間間隔。
[0007]文章“無線工業(yè)通信中的最近和新興的論題:選擇”，Andreas willig著，IEEEtransactions on Industrial Informatics,第 4 卷第 2 期,第 102-124 頁(yè),提到了多種方法，通過這些方法可以提供基于競(jìng)爭(zhēng)的訪問。
[0008]所提到的一種方法是所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)射擁堵信號(hào)，其中所述擁堵信號(hào)的長(zhǎng)度指示優(yōu)先級(jí)。在已經(jīng)發(fā)射完擁堵信號(hào)之后，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備切換到接收狀態(tài)，并且如果擁堵信號(hào)接著被接收，就推遲發(fā)射，否則發(fā)射數(shù)據(jù)。以這種方式，確保了具有最高優(yōu)先級(jí)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備將訪問資源。
[0009]所提到的另一種方法是令現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備監(jiān)聽信道，監(jiān)聽的時(shí)間與這些優(yōu)先級(jí)成比例，其中，高優(yōu)先級(jí)涉及短的監(jiān)聽時(shí)間段。如果沒有其它現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備已經(jīng)開始發(fā)射，那么現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在間隔結(jié)束時(shí)開始發(fā)射。
[0010]所提到的另一種方法是通過為每個(gè)優(yōu)先位提供一個(gè)時(shí)隙的按位優(yōu)先級(jí)方案。然后，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備將按優(yōu)先級(jí)的間隔發(fā)射，其中最高優(yōu)先級(jí)為第一個(gè)。只要具有較低優(yōu)先級(jí)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接收來自更高優(yōu)先級(jí)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信號(hào)，則放棄。
[0011]后一種方案也在US2009/0310571中描述。
[0012]所有這些方案的問題是需要大量的時(shí)間和精力用于執(zhí)行仲裁。這個(gè)時(shí)間段或多或少還取決于優(yōu)先級(jí)等級(jí)的數(shù)量。因此，如果有許多不同的優(yōu)先級(jí)等級(jí)，這個(gè)問題變得很嚴(yán)重。
[0013]因此，需要改進(jìn)有關(guān)無線網(wǎng)絡(luò)中基于競(jìng)爭(zhēng)的資源訪問。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明針對(duì)提供一種改進(jìn)的在無線通信網(wǎng)絡(luò)中基于競(jìng)爭(zhēng)的資源訪問。
[0015]本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種改進(jìn)的方法，用于在無線網(wǎng)絡(luò)中由無線通信設(shè)備進(jìn)行基于競(jìng)爭(zhēng)的資源訪問。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，該目的是通過一種在采用無線時(shí)分通信結(jié)構(gòu)的無線網(wǎng)絡(luò)中由無線通信設(shè)備進(jìn)行基于競(jìng)爭(zhēng)的資源訪問的方法實(shí)現(xiàn)的，該方法包括以下步驟:
[0017]-在競(jìng)爭(zhēng)間隔中，發(fā)射針對(duì)資源進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的無線通信設(shè)備的優(yōu)先級(jí)設(shè)置，所述優(yōu)先級(jí)設(shè)置作為信號(hào)正被發(fā)射，該信號(hào)具有代表優(yōu)先級(jí)設(shè)置的頻率，
[0018]-在競(jìng)爭(zhēng)間隔中，接收其他進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的無線通信設(shè)備的優(yōu)先級(jí)設(shè)置作為信號(hào)，該信號(hào)具有代表這些優(yōu)先級(jí)設(shè)置的頻率，
[0019]-將所發(fā)射的優(yōu)先級(jí)設(shè)置與所接收的優(yōu)先級(jí)設(shè)置進(jìn)行比較，以及
[0020]-如果所發(fā)射的優(yōu)先級(jí)設(shè)置高于所接收的優(yōu)先級(jí)設(shè)置，則獲取接下來的數(shù)據(jù)間隔。
[0021]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種無線通信設(shè)備，其中無線通信設(shè)備操作進(jìn)行在無線網(wǎng)絡(luò)中的改進(jìn)的基于競(jìng)爭(zhēng)的資源訪問。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，該目的是通過用于無線網(wǎng)絡(luò)的無線通信設(shè)備實(shí)現(xiàn)的，無線通信設(shè)備采用無線時(shí)分通信結(jié)構(gòu)，該無線通信設(shè)備包括:
[0023]-無線發(fā)射機(jī)，
[0024]-無線接收機(jī)，和
[0025]-訪問控制單元，其被配置為:
[0026]-在競(jìng)爭(zhēng)間隔中，命令該無線發(fā)射機(jī)發(fā)射針對(duì)資源進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的無線通信設(shè)備的優(yōu)先級(jí)設(shè)置，所述優(yōu)先級(jí)設(shè)置作為信號(hào)被發(fā)射，該信號(hào)具有代表優(yōu)先級(jí)設(shè)置的頻率，
[0027]-在競(jìng)爭(zhēng)間隔中，命令該無線接收機(jī)接收其他進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的無線通信設(shè)備的優(yōu)先級(jí)設(shè)置作為信號(hào)，該信號(hào)具有代表這些優(yōu)先級(jí)設(shè)置的頻率，
[0028]-比較所發(fā)射的優(yōu)先級(jí)設(shè)置與所接收的優(yōu)先級(jí)設(shè)置，以及
[0029]-如果所發(fā)射的優(yōu)先級(jí)設(shè)置高于所接收的優(yōu)先級(jí)設(shè)置，則獲取接下來的數(shù)據(jù)間隔。
[0030]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種用于無線通信設(shè)備的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品為無線通信設(shè)備提供了一種改進(jìn)的在無線網(wǎng)絡(luò)中基于競(jìng)爭(zhēng)的資源訪問。
[0031]該目的是通過一種用于采用無線時(shí)分通信結(jié)構(gòu)的無線網(wǎng)絡(luò)的無線通信設(shè)備的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括具有計(jì)算機(jī)程序代碼的數(shù)據(jù)載體，當(dāng)其運(yùn)行在形成無線通信設(shè)備的訪問控制單元的處理器時(shí)，計(jì)算機(jī)程序代碼使得訪問控制單元:
[0032]-在競(jìng)爭(zhēng)間隔中，命令無線發(fā)射機(jī)發(fā)射競(jìng)爭(zhēng)資源的無線通信設(shè)備的優(yōu)先級(jí)設(shè)置，所述優(yōu)先級(jí)設(shè)置作為信號(hào)被發(fā)射，該信號(hào)具有代表優(yōu)先級(jí)設(shè)置的頻率，
[0033]-在競(jìng)爭(zhēng)間隔中，命令無線接收機(jī)接收其他進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的無線通信設(shè)備的優(yōu)先級(jí)設(shè)置作為信號(hào)，該信號(hào)具有代表這些優(yōu)先級(jí)設(shè)置的頻率，
[0034]-比較所發(fā)射的優(yōu)先級(jí)設(shè)置與所接收的優(yōu)先級(jí)設(shè)置，以及
[0035]-如果所發(fā)射的優(yōu)先級(jí)設(shè)置高于所接收的優(yōu)先級(jí)設(shè)置，則獲取接下來的數(shù)據(jù)間隔。
[0036]本發(fā)明具有許多優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明允許低延時(shí)/延遲和具有由事件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的通信和周期性的通信相組合的確定性的無線通信。無線網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度不是必要的，而同時(shí)確定性和實(shí)時(shí)屬性得以保持。本發(fā)明因此提供“總線”仲裁。這進(jìn)而允許帶寬的完全利用，因?yàn)闆]有重傳和路由要進(jìn)行預(yù)先調(diào)度。本發(fā)明還針對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)中使用若干個(gè)不同的優(yōu)先級(jí)而言開放，這允許由可預(yù)測(cè)的事件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的實(shí)時(shí)通信。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]下文中將參照附圖描述本發(fā)明。
[0038]圖1示意性地示出了用于使用無線網(wǎng)絡(luò)對(duì)過程進(jìn)行控制的控制系統(tǒng)；
[0039]圖2示意性地示出了無線網(wǎng)絡(luò)中使用的通信結(jié)構(gòu)的超幀；
[0040]圖3示意性地示出了在無線網(wǎng)絡(luò)中提供不同的優(yōu)先級(jí)的載波；
[0041]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的模塊示意圖，用于提供基于競(jìng)爭(zhēng)的資源訪問；
[0042]圖5示意性地示出了由圖4的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所執(zhí)行的多個(gè)方法步驟，用于提供基于競(jìng)爭(zhēng)的資源訪問；
[0043]圖6示意性地示出了無線網(wǎng)絡(luò)中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中基于競(jìng)爭(zhēng)的資源訪問與跳頻相結(jié)合；以及
[0044]圖7示意性地示出了承載用于實(shí)現(xiàn)圖4的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的訪問的程序代碼的數(shù)據(jù)載體。
【具體實(shí)施方式】
[0045]在下文中，將給出本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述。
[0046]圖1示意性地示出了用于過程的控制系統(tǒng)10，即過程控制系統(tǒng)。該過程可以是工業(yè)過程，并且還可以是多個(gè)不同類型的過程其中之一，諸如紙漿和紙的生產(chǎn)過程，石油煉制過程，輸電過程或配電過程。控制系統(tǒng)10例如可以是用于控制該過程的基于對(duì)象的計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)。
[0047]在圖1中，過程控制系統(tǒng)10包括多個(gè)連接到第一總線BI的操作員端子12和14。還存在第二總線B2，而且在第一和第二總線之間連接有提供對(duì)過程的控制和監(jiān)視的服務(wù)器16，以及數(shù)據(jù)庫(kù)18，數(shù)據(jù)庫(kù)18中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，如涉及對(duì)過程的控制和監(jiān)視的歷史數(shù)據(jù)。第二總線B2還連接至網(wǎng)關(guān)20，該網(wǎng)關(guān)進(jìn)而連接到無線網(wǎng)絡(luò)WN。無線網(wǎng)絡(luò)WN可以是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，并且也可以是無線通信網(wǎng)絡(luò)。更具體地，其可以是無線傳感器和致動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)(WSAN)，并且可以因此是工業(yè)無線傳感器和致動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)。無線網(wǎng)絡(luò)還可以使用時(shí)分通信方案。在這一無線網(wǎng)絡(luò)WN中，示出了三個(gè)示例性的無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備形式的無線通信設(shè)備，為第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備24、第二現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備26和第三現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備28。所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是對(duì)接至過程的設(shè)備，并且它們與網(wǎng)關(guān)20進(jìn)行無線通信?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備24、26、28通?？梢载?fù)責(zé)執(zhí)行某種類型的過程控制活動(dòng)，諸如測(cè)量過程參數(shù)，如過程的物理屬性，或提供過程中的控制活動(dòng)，諸如致動(dòng)閥門、操作泵、開關(guān)等。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)際控制是由服務(wù)器16執(zhí)行。無線網(wǎng)絡(luò)中的通信是基于競(jìng)爭(zhēng)的。因?yàn)檫@點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有不同的優(yōu)先級(jí)設(shè)置，它們使用這些優(yōu)先級(jí)設(shè)置來決定對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的哪些具有與網(wǎng)關(guān)20進(jìn)行通信的權(quán)限。作為示例，第三現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備28在此具有第一優(yōu)先級(jí)PR1，第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備24具有第二優(yōu)先級(jí)PR2以及第二現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備26具有第三優(yōu)先級(jí)PR3。在該示例中，所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)一步與網(wǎng)關(guān)20直接進(jìn)行通信，網(wǎng)關(guān)20進(jìn)而是另一無線通信裝置。
[0048]在無線網(wǎng)絡(luò)的通信結(jié)構(gòu)中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與網(wǎng)關(guān)20進(jìn)行通信。這種結(jié)構(gòu)的示例在圖2中示意性地示出。這種結(jié)構(gòu)是上行鏈路或上游結(jié)構(gòu)。上行鏈路結(jié)構(gòu)包括超巾貞SF,所述超中貞SF可以包括多個(gè)數(shù)據(jù)間隔DI1、DI2、DI3和DI4，它們通常也表示為時(shí)隙。在每個(gè)數(shù)據(jù)間隔之前，還存在競(jìng)爭(zhēng)間隔Cl。所有的間隔，競(jìng)爭(zhēng)間隔和數(shù)據(jù)間隔，進(jìn)一步為時(shí)間間隔，并且可以具有固定的長(zhǎng)度。然而，競(jìng)爭(zhēng)間隔通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于數(shù)據(jù)間隔。因此，示例性的超幀SF在此開始于第一競(jìng)爭(zhēng)間隔CI1，在其之后跟隨第一數(shù)據(jù)間隔DI1。在第一數(shù)據(jù)間隔DIl之后跟隨第二競(jìng)爭(zhēng)間隔CI2，其后進(jìn)而跟隨第二數(shù)據(jù)間隔DI2。第二數(shù)據(jù)間隔DI2之后跟隨第三競(jìng)爭(zhēng)間隔CI3，其后跟隨第三數(shù)據(jù)間隔DI3。最后，第四競(jìng)爭(zhēng)間隔CI4之后跟隨第四數(shù)據(jù)間隔DI4。因此可以看出，競(jìng)爭(zhēng)和數(shù)據(jù)間隔成對(duì)按順序地彼此跟隨。還能夠看出，每個(gè)競(jìng)爭(zhēng)間隔之后還直接存在相應(yīng)的數(shù)據(jù)間隔。因此，數(shù)據(jù)間隔立即跟隨在相應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)間隔之后。時(shí)間間隔的數(shù)量在此僅僅是示例性的，并且應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，可能存在更多和更少的競(jìng)爭(zhēng)和數(shù)據(jù)間隔對(duì)。因此，上述超幀SF是上行鏈路超幀。還可以存在相應(yīng)的下行鏈路或下游結(jié)構(gòu)，其在此省略。如果所有下行鏈路通信均是通過網(wǎng)關(guān)的，這種下行鏈路超幀可能不需要包含競(jìng)爭(zhēng)間隔，但是如果更多實(shí)體需要在下行鏈路中進(jìn)行通信，也可以同樣的方式被提供。在另一種變化形式中，不存在下行鏈路或上行鏈路超幀，但是存在具有競(jìng)爭(zhēng)間隔和數(shù)據(jù)間隔的單個(gè)通信結(jié)構(gòu)或單個(gè)幀，無線網(wǎng)絡(luò)中的所有發(fā)射實(shí)體或所有無線通信設(shè)備采用這種結(jié)構(gòu)。因此，這種結(jié)構(gòu)是由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和網(wǎng)關(guān)使用的。
[0049]圖3示意性地示出了多個(gè)不同頻率的正弦波的周期，用于示出如何根據(jù)本發(fā)明分配優(yōu)先級(jí)的原理。具有最短周期并因此具有最高頻率的第一優(yōu)先級(jí)PR1，在這一示例中是最高優(yōu)先級(jí)，具有較長(zhǎng)周期并因此具有第二最高頻率的第二優(yōu)先級(jí)PR2是第二最高優(yōu)先權(quán)。具有更長(zhǎng)周期并因此具有第三最高頻率的第三優(yōu)先級(jí)PR3是第三最高優(yōu)先級(jí)。最后，示出了第四優(yōu)先級(jí)PR4，其具有更長(zhǎng)的周期并因此具有第四最高頻率，因此是第四最高優(yōu)先級(jí)。因此，在這一示例中，較高的頻率提供較高的優(yōu)先級(jí)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，作為可替換方案，最低頻率具有最高優(yōu)先級(jí)是可能的。優(yōu)先級(jí)也可以以其它方式來提供，其中例如頻率范圍內(nèi)的中心頻率將具有最高優(yōu)先級(jí)。
[0050]圖4示出了第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備24中與本發(fā)明相關(guān)的單元的模塊示意圖。第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備24在此包括訪問控制單元30,所述訪問控制單元30連接到發(fā)射機(jī)電路32或無線發(fā)射機(jī)。發(fā)射機(jī)電路32進(jìn)而連接到天線34，天線34還連接到接收機(jī)電路38或者無線接收機(jī)，進(jìn)而被連接到變換單元40，所述變換單元40可以是傅立葉變換單元，諸如離散傅立葉變換器(DFT)單元。變換單元40還連接到訪問控制單元30。最后,調(diào)制單元42連接到訪問控制單元30，而且連接到傳輸緩沖器43以及發(fā)射機(jī)和接收機(jī)電路32和38。發(fā)射機(jī)和接收機(jī)電路32和38中的每一個(gè)在此包括振蕩器和無線電電路，其中該振蕩器可以由訪問控制單元30控制。在此應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，第二和第三現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備也將具有相同或類似結(jié)構(gòu)。以上提到的結(jié)構(gòu)是全雙工結(jié)構(gòu)。然而，在此應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，作為一種可替換方案，可能具有兩個(gè)天線，一個(gè)用于發(fā)射，一個(gè)用于接收。作為可替換方案，相同的單元也設(shè)置在網(wǎng)關(guān)中。
[0051]根據(jù)第一實(shí)施例，本發(fā)明的功能現(xiàn)在將參考圖5進(jìn)行描述，圖5中示出了在第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備24中所執(zhí)行的多個(gè)方法步驟的流程圖。
[0052]在工業(yè)無線傳感器和致動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)的范圍中，大量的不同種類的數(shù)據(jù)可能需要被發(fā)射，范圍從過程值和致動(dòng)器設(shè)置點(diǎn)到配置和維護(hù)信息。相比于有線現(xiàn)場(chǎng)總線，當(dāng)今的工業(yè)WSAN具有有限的帶寬，而且使用預(yù)定的通信方案既增加了延遲又導(dǎo)致對(duì)帶寬的不良利用。這樣的主要原因在于，預(yù)定的通信方案或多或少必須考慮最壞的情形，考慮到突發(fā)事件、配置更新等，由于有限的帶寬，其在長(zhǎng)延遲中終止，這是大規(guī)模工業(yè)設(shè)定環(huán)境中不希望或不可接受的。
[0053]現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備24、26、28被指派不同的優(yōu)先級(jí)，并且當(dāng)有數(shù)據(jù)要傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)20時(shí)，它們將相互競(jìng)爭(zhēng)，以便確定它們之中的哪個(gè)對(duì)于形式為數(shù)據(jù)間隔的資源具有權(quán)限。因此，具有用于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備一直等待，直到競(jìng)爭(zhēng)時(shí)間間隔出現(xiàn)，并接著與具有用于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的其他進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相競(jìng)爭(zhēng)。具有最高優(yōu)先級(jí)的設(shè)備接著獲得權(quán)限在跟隨的數(shù)據(jù)間隔中進(jìn)行發(fā)射。因此，這種確定是通過現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的仲裁完成的。沒有更高的實(shí)例指派數(shù)據(jù)間隔。
[0054]在這一示例中，第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備24具有第二優(yōu)先級(jí)PR2，第二現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備26具有第三優(yōu)先級(jí)PR3，以及第三現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備28具有第一優(yōu)先級(jí)PRl。如果現(xiàn)在第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備24想要在諸如在第一數(shù)據(jù)間隔DIl的數(shù)據(jù)間隔中發(fā)射數(shù)據(jù)，訪問控制單元30命令發(fā)射機(jī)電路32發(fā)射現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備針對(duì)資源進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)先級(jí)設(shè)置，在該第一實(shí)施例中進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備24本身。因此，在步驟44，第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備24的訪問控制單元30命令發(fā)射機(jī)電路32在競(jìng)爭(zhēng)間隔中發(fā)送自身的優(yōu)先級(jí)設(shè)置PS，并且競(jìng)爭(zhēng)間隔在此為第一競(jìng)爭(zhēng)間隔CU。這是通過控制發(fā)射機(jī)電路32的振蕩器以對(duì)應(yīng)于優(yōu)先級(jí)設(shè)置的頻率處進(jìn)行振蕩來完成的。這進(jìn)而使得發(fā)射機(jī)電路32的無線電電路發(fā)射具有自身優(yōu)先級(jí)設(shè)置的頻率的載波。因此，在此給出的示例中，發(fā)射機(jī)將為第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備24發(fā)射具有第二優(yōu)先級(jí)PR2的頻率的載波。
[0055]在步驟46中，同時(shí)，訪問控制單元30命令接收機(jī)電路38接收在競(jìng)爭(zhēng)間隔中的其它優(yōu)先級(jí)設(shè)置，即其它進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的優(yōu)先級(jí)設(shè)置。這可以通過使接收機(jī)電路38的振蕩器對(duì)頻率范圍進(jìn)行掃描而進(jìn)行，在該頻率范圍內(nèi)，優(yōu)先級(jí)頻率可能會(huì)出現(xiàn)，并且在該范圍內(nèi)接收到的任何信號(hào)接著可以由接收機(jī)電路38所接收。如果第二和第三現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備26和28具有它們想要發(fā)射的數(shù)據(jù)，它們將會(huì)因此以相同的方式發(fā)射具有代表其優(yōu)先級(jí)設(shè)置的載波。因此，第二現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備26將發(fā)射具有代表第三優(yōu)先級(jí)PR3的頻率的載波，而第三現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備28將發(fā)射具有代表第一優(yōu)先級(jí)PRl的頻率的載波。有可能的是，優(yōu)先級(jí)被提供在離散的頻率處。在這種情況下，訪問控制單元40可以使振蕩器將接收機(jī)38調(diào)諧到這些離散頻率。
[0056]所接收的頻率是時(shí)域信號(hào)，并且還被轉(zhuǎn)發(fā)到變換單元40，所述變換單元40將時(shí)域信號(hào)變換為頻域信號(hào)。這些頻域信號(hào)接著被提供給訪問控制單元30。在此，可能的是，訪問控制單元30已經(jīng)可以訪問自身優(yōu)先級(jí)設(shè)置的頻域版本，并且因此可以不需要變換該頻率。
[0057]此后，在步驟48中，訪問控制單元30將自身的優(yōu)先級(jí)設(shè)置與所接收的優(yōu)先級(jí)設(shè)置進(jìn)行比較，即它將所發(fā)送和所接收的來自其他進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的優(yōu)先級(jí)設(shè)置進(jìn)行比較。在步驟50中，如果自身的優(yōu)先級(jí)設(shè)置最高，則在步驟54中，訪問控制單元30獲取跟隨的數(shù)據(jù)間隔。這可以通過指令調(diào)制器42將緩沖器43中的數(shù)據(jù)在通信結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)間隔中所使用的載波進(jìn)行調(diào)制來完成，然后將該數(shù)據(jù)經(jīng)由發(fā)射機(jī)電路38和發(fā)射天線34進(jìn)行發(fā)射。因此，在當(dāng)前示例中，這意味著如果具有優(yōu)先級(jí)設(shè)置PR2的第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在第一競(jìng)爭(zhēng)間隔CIl中具有最高的優(yōu)先級(jí)，那么第一數(shù)據(jù)間隔DIl將由第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備24獲取，這將是如果第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備24與第二現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備26進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的情況，所述第二現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備26具有優(yōu)先級(jí)設(shè)置PR3。
[0058]然而，在步驟52中，如果自身的優(yōu)先級(jí)設(shè)置低于其它進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備其中任何一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的優(yōu)先級(jí)設(shè)置，則第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備24退出，這可以通過抑制調(diào)制器42對(duì)傳輸緩沖器43中的任何數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，并使發(fā)射機(jī)電路32停止發(fā)射來完成。這將是如果第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備24與第三現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備28進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的情況，所述第三現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備28具有最高的優(yōu)先級(jí)設(shè)置PRl。
[0059]上述的操作被按順序地重復(fù)，用于確定哪個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備將被允許在第二、第三和第四數(shù)據(jù)間隔DI2、DI3和DI4中傳輸，并且進(jìn)一步針對(duì)每個(gè)超幀SF繼續(xù)進(jìn)行。
[0060]以這種方式，所有的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以執(zhí)行針對(duì)訪問數(shù)據(jù)間隔的仲裁。在此可以看到，由于使用不同的頻率，可能具有若干個(gè)優(yōu)先級(jí)等級(jí)，而不增加仲裁所要求的時(shí)間。另外，由于使用不同的頻率，還可能的是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備同時(shí)進(jìn)行發(fā)射和接收。競(jìng)爭(zhēng)間隔的大小因此可以僅由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備掃描頻率的能力所限制。然而，通過使用若干個(gè)并行接收電路，這種限制事實(shí)上也可能并不一定是問題。
[0061]本發(fā)明的第一實(shí)施例中，所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備直接與網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信。然而，有可能采用跳頻和多跳技術(shù)。在這種情況下，充當(dāng)中繼的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備將使用具有用于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的優(yōu)先級(jí)設(shè)置。這在圖6中示出，其示出了具有與網(wǎng)關(guān)20進(jìn)行通信的第一、第二和第三現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備24、26和28的無線網(wǎng)絡(luò)WN。在此，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有與第一實(shí)施例中相同的優(yōu)先權(quán)設(shè)置。差異在于第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備24充當(dāng)?shù)诙F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備26的中繼節(jié)點(diǎn)。這意味著第二現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備26經(jīng)由第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備24與網(wǎng)關(guān)20進(jìn)行通信。因此，當(dāng)作為第二現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備26的中繼時(shí)，第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備24使用第二現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備26的優(yōu)先級(jí)設(shè)置，在此為第三優(yōu)先級(jí)PR3。因此，當(dāng)針對(duì)資源進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)并且當(dāng)確定是獲取數(shù)據(jù)間隔或退出時(shí)，其發(fā)射第二現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備26的優(yōu)先級(jí)設(shè)置。
[0062]本發(fā)明所要解決的主要問題是低延時(shí)/延遲和具有由事件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的通信和周期性的通信相組合的確定性的無線通信。這個(gè)問題的解決是通過使用無線媒體訪問仲裁方案，而不是諸如經(jīng)典的避免碰撞或碰撞檢測(cè)機(jī)制的其它方法。以這種方式，數(shù)據(jù)包可以在無線媒體上得以確定優(yōu)先順序，它允許對(duì)帶寬的充分利用、確定性的和合理的實(shí)時(shí)屬性，同時(shí)使得能夠進(jìn)行由事件驅(qū)動(dòng)的通信和周期性的通信
[0063]本發(fā)明具有若干另外的優(yōu)點(diǎn)。無線網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度不是必要的，而同時(shí)確定性和實(shí)時(shí)屬性得以保持。本發(fā)明因此在每個(gè)數(shù)據(jù)間隔而不是預(yù)先調(diào)度的數(shù)據(jù)間隔之前提供“總線”仲裁。這進(jìn)而允許對(duì)帶寬的完全利用，因?yàn)椴恍枰A(yù)先調(diào)度好重傳和路由。進(jìn)一步地，所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以具有在無線網(wǎng)絡(luò)中的不同優(yōu)先級(jí)，這允許可預(yù)測(cè)的由事件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的實(shí)時(shí)通信。由于消息優(yōu)先次序的確定，系統(tǒng)在過載的情況下是合理的，因?yàn)榈蛢?yōu)先級(jí)消息將錯(cuò)過它們的截止期限。本發(fā)明還使得進(jìn)行由事件驅(qū)動(dòng)的通信而不預(yù)留帶寬成為可能。還有低延時(shí)，由于節(jié)點(diǎn)，例如現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，不必等待調(diào)度的時(shí)隙。如圖6中可以看到，本發(fā)明甚至還工作在網(wǎng)格和多跳網(wǎng)絡(luò)中。
[0064]訪問控制單元可以用分立部件的形式來實(shí)現(xiàn)，諸如專用集成電路(ASIC)或現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)電路，其也可以包括第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的其他單元和電路。然而，訪問控制單元還可以通過具有相關(guān)聯(lián)的程序存儲(chǔ)器的處理器來實(shí)現(xiàn)，所述程序存儲(chǔ)器包括計(jì)算機(jī)程序代碼，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序代碼在處理器上運(yùn)行時(shí)，用于執(zhí)行訪問控制單元的功能。該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可以被提供作為諸如一個(gè)或多個(gè)CDROM盤或一個(gè)或多個(gè)記憶棒的承載計(jì)算機(jī)程序代碼的數(shù)據(jù)載體，當(dāng)由所述處理器運(yùn)行時(shí)，所述計(jì)算機(jī)程序代碼提供了上述訪問控制單元。圖7中示意性地示出了一個(gè)形式為⑶ROM盤的這種數(shù)據(jù)載體56，具有承載這種計(jì)算機(jī)程序代碼的計(jì)算機(jī)程序58。
[0065]從上述討論，明顯得出本發(fā)明可以多種方式變化。如上所述，一種變化形式是由所有通信設(shè)備無線地使用的單個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)。這意味著網(wǎng)關(guān)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以全部為在單個(gè)循環(huán)通信結(jié)構(gòu)中針對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的無線通信設(shè)備，單個(gè)循環(huán)通信結(jié)構(gòu)可以是循環(huán)幀結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明僅由以下權(quán)利要求進(jìn)行限制。
【權(quán)利要求】
1.一種用于由采用無線時(shí)分通信結(jié)構(gòu)(SF)的無線網(wǎng)絡(luò)(WN)中的無線通信設(shè)備(24)進(jìn)行基于競(jìng)爭(zhēng)的資源訪問的方法，所述方法包括以下步驟: -在競(jìng)爭(zhēng)間隔(CIl)中，發(fā)射(44)針對(duì)資源進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的無線通信設(shè)備(24 ;26)的優(yōu)先級(jí)設(shè)置(PR2 ;PR3)，所述優(yōu)先級(jí)設(shè)置作為信號(hào)被發(fā)射，所述信號(hào)具有代表所述優(yōu)先級(jí)設(shè)置的頻率， -在所述競(jìng)爭(zhēng)間隔中，接收(46)其他進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的無線通信設(shè)備的優(yōu)先級(jí)設(shè)置作為信號(hào)，所述信號(hào)具有代表這些優(yōu)先級(jí)設(shè)置(PR3 ；PR1)的頻率， -將所發(fā)射的優(yōu)先級(jí)設(shè)置與所接收的優(yōu)先級(jí)設(shè)置進(jìn)行比較(48)，以及-當(dāng)所述所發(fā)射的優(yōu)先級(jí)設(shè)置高于所述所接收的優(yōu)先級(jí)設(shè)置，則獲取(54)跟隨的數(shù)據(jù)間隔(DI1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)任何所接收的優(yōu)先級(jí)設(shè)置高于所述所發(fā)射的優(yōu)先級(jí)設(shè)置，則從跟隨的數(shù)據(jù)間隔退出(52 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中高頻率表示高優(yōu)先級(jí)。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中發(fā)射和接收的步驟同時(shí)執(zhí)行。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，進(jìn)一步包括將所述所接收的信號(hào)變換到頻域，并在所述頻域中執(zhí)行所述比較。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述所發(fā)射的優(yōu)先級(jí)設(shè)置是自身的優(yōu)先級(jí)設(shè)置(PR2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述所發(fā)射的優(yōu)先級(jí)設(shè)置是另一個(gè)無線通信設(shè)備(26)的所述優(yōu)先級(jí)設(shè)置(PR3)。
8.一種用于采用無線時(shí)分通信結(jié)構(gòu)(SF)的無線網(wǎng)絡(luò)(WN)的無線通信設(shè)備(24)，所述無線通信設(shè)備包括: -無線發(fā)射機(jī)(32)， -無線接收機(jī)(38)，以及 -訪問控制單元(30)，其被配置為: -在競(jìng)爭(zhēng)間隔(Cl)中，命令所述無線發(fā)射機(jī)發(fā)射針對(duì)資源進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的無線通信設(shè)備(24 ；26)的優(yōu)先級(jí)設(shè)置(PR2 ;PR3)，所述優(yōu)先級(jí)設(shè)置作為信號(hào)被發(fā)射，所述信號(hào)具有代表所述優(yōu)先級(jí)設(shè)置的頻率， -在所述競(jìng)爭(zhēng)間隔中，命令所述無線接收機(jī)接收其他進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的無線通信設(shè)備的優(yōu)先級(jí)設(shè)置作為信號(hào)，所述信號(hào)具有代表這些優(yōu)先級(jí)設(shè)置(PR3 ；PR1)的頻率， -將所述所發(fā)射的優(yōu)先級(jí)設(shè)置與所述所接收的優(yōu)先級(jí)設(shè)置進(jìn)行比較，以及-當(dāng)所述所發(fā)射的優(yōu)先級(jí)設(shè)置高于所述所接收的優(yōu)先級(jí)設(shè)置，則獲取跟隨的數(shù)據(jù)間隔(DIl)0
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無線通信設(shè)備，其中所述訪問控制單元被配置為，當(dāng)任何所接收的優(yōu)先級(jí)設(shè)置高于所述所發(fā)射的優(yōu)先級(jí)設(shè)置，則從跟隨的數(shù)據(jù)間隔退出。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的無線通信設(shè)備，其中高頻率表示高優(yōu)先級(jí)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8-10中任一項(xiàng)所述的無線通信設(shè)備(24)，其中所述訪問控制單元被配置為同時(shí)命令所述無線發(fā)射機(jī)發(fā)射所述優(yōu)先級(jí)設(shè)置和命令所述接收機(jī)接收其他進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的無線通信設(shè)備的優(yōu)先級(jí)設(shè)置。
12.根據(jù)權(quán)利要求8-11中任一項(xiàng)所述的無線通信設(shè)備(24)，進(jìn)一步包括變換單元(40)，其被配置為將所述所接收的具有優(yōu)先級(jí)設(shè)置的信號(hào)變換到頻域，并供應(yīng)給所述訪問控制單元，用于允許在所述頻域中執(zhí)行所述比較。
13.根據(jù)權(quán)利要求8-12中任一項(xiàng)所述的無線通信通信，其中所述所發(fā)射的優(yōu)先級(jí)設(shè)置是自身的優(yōu)先級(jí)設(shè)置(PR2)。
14.根據(jù)權(quán)利要求8-12中任一項(xiàng)所述的無線通信設(shè)備(24)，其中所述所發(fā)射的優(yōu)先級(jí)設(shè)置是另一個(gè)無線通信設(shè)備(26 )的所述優(yōu)先級(jí)設(shè)置(PR3 )。
15.一種用于采用無線時(shí)分通信結(jié)構(gòu)(SF)的無線網(wǎng)絡(luò)(WN)的無線通信設(shè)備(24)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品， 所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括具有計(jì)算機(jī)程序代碼(58)的數(shù)據(jù)載體(56)，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序代碼在形成所述無線通信設(shè)備的訪問控制單元(30)的處理器中運(yùn)行時(shí)，使得所述訪問控制單元用以: -在競(jìng)爭(zhēng)間隔(Cl)中，命令無線發(fā)射機(jī)(32)發(fā)射針對(duì)資源進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的無線通信設(shè)備(24 ；26)的優(yōu)先級(jí)設(shè)置(PR2 ;PR3)，所述優(yōu)先級(jí)設(shè)置作為信號(hào)被發(fā)射，所述信號(hào)具有代表所述優(yōu)先級(jí)設(shè)置的頻率， -在所述競(jìng)爭(zhēng)間隔中，命令無線接收機(jī)(38)接收其他進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的無線通信設(shè)備的優(yōu)先級(jí)設(shè)置作為信號(hào)，所述信號(hào)具有代表這些優(yōu)先級(jí)設(shè)置(PR3 ；PR1)的頻率， -將所述所發(fā)射的優(yōu)先級(jí)設(shè)置與所述所接收的優(yōu)先級(jí)設(shè)置進(jìn)行比較，以及 -當(dāng)所述所發(fā)射的優(yōu)先級(jí)設(shè)置高于所述所接收的優(yōu)先級(jí)設(shè)置，則獲取跟隨的數(shù)據(jù)間隔(DIl)0
【文檔編號(hào)】H04W74/08GK103621172SQ201180071674
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月17日
【發(fā)明者】M·吉德倫德, J·阿克貝格 申請(qǐng)人:Abb研究有限公司