用于監(jiān)視發(fā)送器和接收器之間的通信的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于監(jiān)視發(fā)送裝備項(xiàng)和接收裝備項(xiàng)之間的通信的方法，發(fā)送裝備項(xiàng)向接收裝備項(xiàng)發(fā)送控制幀(TC_i)。所述方法可以優(yōu)化診斷幀(TDx_i)的發(fā)送頻率，從而可以避免使通信鏈路飽和以及導(dǎo)致電能過度消耗，同時(shí)保證通信狀態(tài)的高可靠度?？紤]到干擾妨礙了發(fā)送裝備項(xiàng)對(duì)控制幀(TC_i)的正確發(fā)送或者接收裝備項(xiàng)對(duì)控制幀(TC_i)的正確接收，所述方法顯然可以使診斷幀(TDx_i)的發(fā)送實(shí)時(shí)適應(yīng)通信狀態(tài)，并且可以使診斷幀(TDx_i)的發(fā)送適應(yīng)于根據(jù)控制幀的每一次發(fā)送重新計(jì)算的通信故障的發(fā)生概率(τfail)的值。
【專利說明】
用于監(jiān)視發(fā)送器和接收器之間的通信的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)視發(fā)送裝備項(xiàng)和接收裝備項(xiàng)之間的通信的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在工業(yè)界，裝備項(xiàng)之間的通信必須可靠，因?yàn)槠淦鸬綄?duì)機(jī)器進(jìn)行控制的作用。為了 檢測(cè)裝備項(xiàng)之間的通信錯(cuò)誤，通信要么本身具有極高的可靠度(實(shí)踐證明，難以獲得這樣的 可靠度），要么必須加以監(jiān)視。在所述第二種情況中，除了裝備項(xiàng)之間所交換的控制幀之外， 還必須能夠以所定義的可靠度水平發(fā)送診斷幀，以通知有關(guān)通信的狀態(tài)。診斷幀的發(fā)送使 檢測(cè)通信錯(cuò)誤，從而標(biāo)出這些錯(cuò)誤成為可能。為了能夠以最高可靠度檢測(cè)通信錯(cuò)誤，最容易 的辦法是按與控制幀的發(fā)送的最高頻率相匹配的固定頻率進(jìn)行診斷幀的發(fā)送。然而，按照 這一固定頻率進(jìn)行幀的發(fā)送導(dǎo)致了高的占用率，甚至導(dǎo)致通信鏈路的飽和以及所涉及的裝 備項(xiàng)的電能的過度消耗。
[0003] 而且，在工業(yè)環(huán)境中，在發(fā)送裝備項(xiàng)和接收裝備項(xiàng)之間的數(shù)據(jù)交換過程中，機(jī)器的 移動(dòng)、電磁干擾、大質(zhì)量金屬位移、數(shù)據(jù)交換區(qū)域中人們的移動(dòng)、其它發(fā)送裝備項(xiàng)的存在，很 可能引發(fā)隨機(jī)的干擾。這些現(xiàn)象很可能干擾發(fā)送裝備項(xiàng)和接收裝備項(xiàng)之間的通信。
[0004] 專利申請(qǐng)US2012/106369描述了一種通信監(jiān)視方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的旨在提供一種用于監(jiān)視發(fā)送裝備項(xiàng)和接收裝備項(xiàng)之間的通信的方 法，這一方法通過考慮干擾，可以優(yōu)化診斷幀的發(fā)送頻率從而可以避免使通信鏈路飽和以 及導(dǎo)致電能過度消耗，同時(shí)保證通信狀態(tài)的高可靠度以及使診斷幀的發(fā)送實(shí)時(shí)適應(yīng)通信狀 ??τ 〇
[0006] 而且，在同一應(yīng)用中，控制幀的發(fā)送頻率不必為固定的。在設(shè)置階段，發(fā)送頻率可 能為高，而在正常操作階段其可能為低。大多數(shù)監(jiān)視兩個(gè)裝備項(xiàng)之間的通信的協(xié)議不考慮 這些不同的方面。
[0007] 本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)視發(fā)送裝備項(xiàng)和接收裝備項(xiàng)之間的通信的方法，所述發(fā)送 裝備項(xiàng)把控制幀發(fā)送給接收裝備項(xiàng)，所述方法包含下列步驟：
[0008]-發(fā)送裝備項(xiàng)向接收裝備項(xiàng)發(fā)送η個(gè)控制幀TC_i，i為范圍從1到η的整數(shù)，并且定義 了每個(gè)控制幀的次序，η為大于或者等于1的整數(shù)，
[0009] -確定在控制幀TC_i的發(fā)送之后，次序?yàn)?的診斷幀的發(fā)送時(shí)刻，如下確定所述診 斷幀的所述發(fā)送時(shí)刻：
[0010] TD0_i = TC_i+Tdiag[0]_i
[0011] -其中，TD0_i相應(yīng)于控制幀TC_i之后、次序?yàn)?的診斷幀的發(fā)送時(shí)刻，而且其中：
[0012] Tdiag[0]_i= Δt_Δtdiag
[0013] -其中：
[0014] △ t相應(yīng)于兩個(gè)控制幀的發(fā)送之間的預(yù)先確定的最小時(shí)間，
[0015] Atdiag相應(yīng)于為保證通信狀態(tài)的預(yù)先確定的可靠度值而被觀察的時(shí)間，并且由 以下關(guān)系加以表不：
[0016]
[0017]-其中：
[0018] -Fiab相應(yīng)于預(yù)先定義的可靠度值，
[0019] -wall相應(yīng)于兩個(gè)控制幀之間通信故障發(fā)生的概率，根據(jù)接收裝備項(xiàng)是否已經(jīng)接 收到每一個(gè)控制幀修正所述概率，
[0020] -Ln 代表奈培(Neperian)對(duì)數(shù)，
[0021]-在所確定的發(fā)送時(shí)刻，發(fā)送裝備項(xiàng)向接收裝備項(xiàng)發(fā)送所述診斷幀，
[0022]-根據(jù)增加的功能，判斷次序X的后續(xù)診斷幀TDx_i的發(fā)送時(shí)刻，最好根據(jù)互相分隔 一段可變時(shí)間的發(fā)送時(shí)刻，來選擇所述增加的功能，以保證兩個(gè)控制幀之間所述的預(yù)先定 義的可靠度值；
[0023]-發(fā)送裝備項(xiàng)把所述次序X的診斷幀發(fā)送給接收裝備項(xiàng)。
[0024]根據(jù)一個(gè)具體特征，所述方法包含修正兩個(gè)控制幀的發(fā)送之間的預(yù)先確定的時(shí)間 Δ t的步驟。
[0025]根據(jù)另一個(gè)具體特征，所述方法包含這樣的步驟：當(dāng)次序X的診斷幀的第一發(fā)送時(shí) 刻和次序X的診斷幀的第二發(fā)送時(shí)刻之間的時(shí)間超過所述最大值時(shí)，對(duì)兩個(gè)連續(xù)的診斷幀 之間的時(shí)間的最大值加以限制。
[0026]于是，本發(fā)明的方案可以考慮如下情況:干擾妨礙了發(fā)送器對(duì)控制幀的正確發(fā)送 或者接收器對(duì)控制幀的正確接收，并且使診斷幀的發(fā)送適應(yīng)于根據(jù)控制幀的每一次發(fā)送重 新計(jì)算的通信故障的發(fā)生概率的值。
【附圖說明】
[0027]通過以下參照附圖所給出的詳細(xì)描述，其它特征與優(yōu)點(diǎn)將變得十分明顯，其中： [0028]圖1~圖4為時(shí)間圖，說明了本發(fā)明的各操作原理。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 此后在說明書中：
[0030] _"TC_i"表示控制幀和這一控制幀的發(fā)送時(shí)刻，
[0031 ] -"TDx_i"表示診斷幀和這一診斷幀的發(fā)送時(shí)刻。
[0032] 本發(fā)明的方法適用于包含通過有線或者無線類型的通信網(wǎng)絡(luò)連接的至少一個(gè)發(fā) 送裝備項(xiàng)和一個(gè)接收裝備項(xiàng)的裝置。顯然，這些裝備項(xiàng)的每一個(gè)裝備項(xiàng)將既能夠執(zhí)行發(fā)送 功能，也能夠執(zhí)行接收功能。
[0033] 在這一裝置中，發(fā)送裝備項(xiàng)向接收裝備項(xiàng)發(fā)送控制幀，例如，用于機(jī)器的控制。所 述控制幀!^」和下一個(gè)控制幀TC_i+l (i為范圍從1至η的整數(shù)，并且定義了控制幀的次序，η 為大于或者等于1的整數(shù))的發(fā)送之間的時(shí)間A t不必為固定的。
[0034] 本發(fā)明的方法包括監(jiān)視發(fā)送裝備項(xiàng)和接收裝備項(xiàng)之間的通信。其包括專門用于監(jiān) 視通信的診斷幀TDx_i(x為大于0的整數(shù)，并且定義了控制幀TC_i之后的診斷幀的次序）的 發(fā)送。這一監(jiān)視的目的旨在獲知下一個(gè)控制幀TC_i之前的通信的狀態(tài)，以能夠確保下一個(gè) 控制幀TC_i具有在無故障的情況下被發(fā)送和被接收的最佳可能的機(jī)會(huì)。為此，在控制幀TC_ i的可能的下一次發(fā)送之前，必須發(fā)送至少一個(gè)診斷幀TDx_i。通常，由以下關(guān)系表示控制幀 TC_i之后出現(xiàn)的第一診斷幀的發(fā)送時(shí)刻TDO_i:
[0035] TD0_i = TC_i+Tdiag[0]_i
[0036] 其中，TD0_i相應(yīng)于診斷幀TD0_i的發(fā)送時(shí)刻，其中：
[0037] Tdiag[0]_i = Δ t-Δ tdiag (1)
[0038] 其中：
[0039] -At是一個(gè)預(yù)先確定的最小值，相應(yīng)于將加以觀察的兩個(gè)控制幀之間的最小時(shí) 間，從而能夠確保在下一個(gè)控制幀之前發(fā)送診斷幀。為了使診斷幀的發(fā)送適應(yīng)于控制幀的 發(fā)送頻率，可以修正At。
[0040] -△ tdiag是為保證通信狀態(tài)的預(yù)先確定的可靠度而被觀察的時(shí)間，并且被表示如 下：
[0041]
[0042] 其中：
[0043] -Fiab相應(yīng)于通信的預(yù)先定義的可靠度值，例如，99%，
[0044] -ifail相應(yīng)于控制幀TC_i的兩次發(fā)送之間通信故障發(fā)生的概率。
[0045] 于是，根據(jù)將加以觀察的兩個(gè)控制幀之間的最小時(shí)間確定第一診斷幀的發(fā)送時(shí)刻 TD0_i，可以從發(fā)送裝備項(xiàng)獲知這一時(shí)間。
[0046] 在附圖中，由虛垂線箭頭表示時(shí)間△ t的結(jié)束。這一發(fā)送時(shí)刻不相應(yīng)于控制幀的發(fā) 送，而相應(yīng)于可以根據(jù)其發(fā)送控制幀的時(shí)刻。
[0047] 根據(jù)本發(fā)明，只要發(fā)送裝備項(xiàng)沒有發(fā)送新的控制幀TC_i，則在初始診斷幀之后，發(fā) 送裝備項(xiàng)向接收裝備項(xiàng)發(fā)送其它診斷幀。最好按可變的頻率發(fā)送診斷幀，從而可以避免通 信的飽和以及裝備項(xiàng)部分上能量的過度消耗。
[0048] 根據(jù)一個(gè)增加的功能，例如，根據(jù)被選擇來獲得由可變時(shí)間分隔的發(fā)送時(shí)刻的幾 何級(jí)數(shù)(geometri ca 1 series)，確定第一所發(fā)送的診斷幀之后的診斷幀的發(fā)送時(shí)刻TD0_i。 例如，可以確定診斷幀的發(fā)送時(shí)刻TDx_i(x大于或者等于1)的這一增加的功能為以下幾何 級(jí)數(shù)：
[0049] TDx_i = TDx_i-l+Tdiag[x]_i
[0050] Tdiag[x]_i =r(x) XTdiag[x-1 ]_i (3)
[0051 ]其中r(x)相應(yīng)于所述級(jí)數(shù)的成因。
[0052]這一增加的功能可以在下一個(gè)控制幀的發(fā)送之前改變兩個(gè)診斷幀之間的時(shí)間，同 時(shí)確保最大可靠度(接近1〇〇%)。隨著最后一個(gè)控制幀和下一個(gè)控制幀之間的時(shí)間增加，通 信故障的發(fā)生減少，因?yàn)樵趦蓚€(gè)控制幀之間這一可靠率被視為常數(shù)。而且，即使診斷幀相互 不斷遠(yuǎn)離，通信狀態(tài)的可靠度依然保持為高，接近100%。只要發(fā)送裝備項(xiàng)沒有發(fā)送控制幀， 就在使用上述關(guān)系(3)所確定的發(fā)送時(shí)刻發(fā)送診斷幀。
[0053]在每一個(gè)控制幀發(fā)送之后，重新初始化所述診斷方法，并且使用上述關(guān)系（1)確定 下一個(gè)診斷幀的發(fā)送時(shí)刻，以及使用關(guān)系(3)確定相繼的時(shí)刻。
[0054] 在圖1中，在根據(jù)上述關(guān)系(3)所確定的發(fā)送時(shí)刻TD1_0~TD_5發(fā)送診斷幀。在這一 圖中，顯然，診斷幀之間的發(fā)送頻率不是固定的。
[0055] 圖2A和圖2B可以比較本發(fā)明的技術(shù)方案和現(xiàn)有技術(shù)的方案，其中按固定頻率發(fā)送 診斷幀。在圖2A中，相應(yīng)于本發(fā)明的方法，僅使用2個(gè)第一控制幀之間的3個(gè)診斷幀的發(fā)送進(jìn) 行監(jiān)視。在圖2B中，相應(yīng)于現(xiàn)有技術(shù)的方案，對(duì)于通信的同一可靠率而言，為了監(jiān)視通信，同 一時(shí)間周期必須發(fā)送5個(gè)診斷幀。在2個(gè)數(shù)據(jù)控制幀之間的一個(gè)較長時(shí)間期間，在本發(fā)明的 范圍內(nèi)需要4個(gè)診斷幀，而在現(xiàn)有技術(shù)的固定頻率方案中，將需要10個(gè)診斷幀。
[0056] 有利的是，如果兩個(gè)診斷幀之間的時(shí)間過長，則可以把后者限制于一個(gè)所確定的 上限值。例如，這個(gè)值將為控制幀的發(fā)送的平均時(shí)間。圖4說明了這樣一種方案:其中，按固 定的周期發(fā)送診斷幀TD4_l、TD5j以及TD6_1，所述固定周期相應(yīng)于一個(gè)最大值，例如可以 由發(fā)送裝備項(xiàng)加以存儲(chǔ)的最大值。
[0057] 而且，在同一應(yīng)用中，控制幀的發(fā)送頻率不必為固定的。在調(diào)整階段，發(fā)送頻率可 能為高，而在正常操作階段其可能為弱?？紤]到這些變化，本發(fā)明的方法可以實(shí)時(shí)修正每個(gè) 控制幀之間的時(shí)間。與以上所描述的確定診斷幀的方法相結(jié)合，控制幀的可變性的修正將 可以進(jìn)一步優(yōu)化所發(fā)送的診斷幀的數(shù)目。
[0058]故障率Tfaii反映了未正確接收的控制幀的比率。例如，已知的實(shí)踐是使接收裝備 項(xiàng)對(duì)控制幀的接收進(jìn)行認(rèn)可，以確?？刂茙牧己冒l(fā)送。然后向發(fā)送裝備項(xiàng)通知每個(gè)控制 幀TC_i的接收或者未接收，并且能夠采取適當(dāng)?shù)膭?dòng)作。也為人們所熟悉的是，在對(duì)控制幀做 出不認(rèn)可的結(jié)論之前，發(fā)送裝備項(xiàng)多次嘗試發(fā)送控制幀，這樣做是為了屏蔽極短時(shí)間通信 的不適宜中斷。于是，例如，故障率T fall的計(jì)算可以基于這一認(rèn)可過程，即，通過相對(duì)所發(fā)送 的幀的數(shù)目測(cè)量被認(rèn)可的幀的數(shù)目。
[0059]圖4說明了對(duì)通信故障的發(fā)生概率進(jìn)行更新的原理：
[0060]-發(fā)送裝備項(xiàng)把第一控制幀TC_1發(fā)送給接收裝備項(xiàng)。
[0061] -在所確定的時(shí)間tA〇(之后，發(fā)送裝備項(xiàng)尚未接收到對(duì)該第一控制幀TC_1的認(rèn)可， 則再次發(fā)送控制幀TC_1'。
[0062] -發(fā)送裝備項(xiàng)接收針對(duì)這一最后控制幀TC_1'的認(rèn)可幀TA_1。
[0063]-發(fā)送裝備項(xiàng)降低故障的發(fā)生概率Wall。
[0064] -在沒有接收到任何認(rèn)可幀的情況下，發(fā)送裝備項(xiàng)繼續(xù)多次嘗試發(fā)送
[0065] 新的控制幀TC_2、TC_2'、TC_2"。
[0066] -在所確定的時(shí)間tA〇(之后，發(fā)送裝備項(xiàng)增加了故障的發(fā)生概率ifall。
[0067] 于是，在控制幀的每次發(fā)送之后，可以重新更新故障率ifail。
[0068] 另外，如以上所描述的，在以下的表達(dá)式中，與Atdiag相關(guān)地定義了通信故障發(fā) 生的概亥.
[0069]
[0070]因此，通信故障發(fā)生的概率的修正也將影響對(duì)所發(fā)送的診斷幀的數(shù)目的優(yōu)化。 [0071]因此，本發(fā)明明顯具有諸多優(yōu)點(diǎn)：
[0072]-通過修正通信故障的發(fā)生概率，優(yōu)化所發(fā)送的診斷幀的數(shù)目，同時(shí)保證通信狀態(tài) 的高可靠度，
[0073] -保證通信狀態(tài)的可靠度接近100%，同時(shí)避免使通信鏈路飽和以及致使電能過度 消耗，
[0074] -使診斷幀的發(fā)送頻率適應(yīng)于控制幀的發(fā)送頻率，
[0075] -實(shí)現(xiàn)簡單，并且能夠適應(yīng)于有線或者無線類型的通信網(wǎng)絡(luò)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 用于監(jiān)視發(fā)送裝備項(xiàng)和接收裝備項(xiàng)之間的通信的方法，所述發(fā)送裝備項(xiàng)把控制帖發(fā) 送給接收裝備項(xiàng)，所述方法的特征在于其包含下列步驟： -發(fā)送裝備項(xiàng)向接收裝備項(xiàng)發(fā)送n個(gè)控制帖TC_i，i為范圍從1到n的整數(shù)，并且定義了每 個(gè)控制帖的次序，n為大于或者等于1的整數(shù)， -確定在控制帖TC_i的發(fā)送之后、次序?yàn)镺的診斷帖的發(fā)送時(shí)刻，如下確定所述診斷帖 的所述發(fā)送時(shí)刻： TD0_i = TC_i+Tdiag[0]_i -其中，TDO_i相應(yīng)于控制帖TC_i之后、次序?yàn)镺的診斷帖的發(fā)送時(shí)刻，其中： Tdiag[0]_i = A t- A tdiag -其中： ? A t相應(yīng)于兩個(gè)控制帖的發(fā)送之間的預(yù)先確定的最小時(shí)間， ? A tdiag相應(yīng)于為保證通信狀態(tài)的預(yù)先確定的可靠度值而被觀察的時(shí)間，并且由W 下關(guān)系加 W表示：-其中： -Fiab相應(yīng)于預(yù)先定義的可靠度值， -Tfail相應(yīng)于兩個(gè)控制帖之間通信故障發(fā)生的概率，根據(jù)接收裝備項(xiàng)是否已經(jīng)接收到每 個(gè)控制帖來修正所述概率， -在所確定的發(fā)送時(shí)刻，發(fā)送裝備項(xiàng)向接收裝備項(xiàng)發(fā)送所述診斷帖， -根據(jù)增加的功能確定次序X的后續(xù)診斷帖TDx_i的發(fā)送時(shí)刻， -發(fā)送裝備項(xiàng)把所述次序X的診斷帖發(fā)送給接收裝備項(xiàng)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其包含修正兩個(gè)控制帖的發(fā)送之間的預(yù)先 確定的時(shí)間A t的步驟。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其包含運(yùn)樣的步驟：當(dāng)次序X的診斷帖的第 一發(fā)送時(shí)刻和次序X的診斷帖的第二發(fā)送時(shí)刻之間的時(shí)間超過所述最大值時(shí)，對(duì)兩個(gè)連續(xù) 的診斷帖之間的時(shí)間的最大值加 W限制。
【文檔編號(hào)】H04L12/26GK105991375SQ201610140289
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2016年3月11日
【發(fā)明人】M.羅杰, A.塔迪馮, H.達(dá)萊特
【申請(qǐng)人】施耐德電器工業(yè)公司