專利名稱：采用糾錯(cuò)的現(xiàn)場總線過程通信的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用糾錯(cuò)的現(xiàn)場總線過程通信。
背景技術(shù)：
有如化學(xué)、石油或其他過程中所用的過程控制系統(tǒng)，通常包括集 中化的過程控制器，它通過模擬、數(shù)字或組合的模擬/數(shù)字總線與至少 一個(gè)主機(jī)或操作員工作站，以及一個(gè)或更多個(gè)現(xiàn)場設(shè)備互聯(lián)耦合。譬 如可以是各種閥門、閥門定位器、幵關(guān)和變送器(如溫度、壓力和流速 傳感器)等的現(xiàn)場設(shè)備,它們執(zhí)行比如幵啟或關(guān)閉閥門及測量過程參數(shù) 等過程當(dāng)中的功能。過程控制器接收用于指示現(xiàn)場設(shè)備所做出的過程 測量信號(hào)和/或與現(xiàn)場設(shè)備有關(guān)的其他信息，利用這種信息執(zhí)行控制程 序，然后產(chǎn)生控制信號(hào)，通過總線將這樣的信號(hào)發(fā)送至現(xiàn)場設(shè)備，以 控制過程操作。來自現(xiàn)場設(shè)備和控制器的信息，通常對(duì)于操作員工作 站所執(zhí)行的一個(gè)或更多個(gè)應(yīng)用是可用的，使得操作員能夠執(zhí)行與過程 有關(guān)的任何所期望的功能，比如查看當(dāng)前的過程狀態(tài)、修改過程的操 作等。
以往，傳統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備用于通過模擬總線或模擬線路與過程控制
器進(jìn)行模擬(如4至20mA)信號(hào)的傳輸。這些4-20mA的信號(hào)本質(zhì)上會(huì)受到 限制，即它們用于指示設(shè)備做出的測量或控制器產(chǎn)生的用于控制設(shè)備 操作的控制信號(hào)。然而，在過去大約十年中，包括微處理器和存儲(chǔ)器 在內(nèi)的智能現(xiàn)場設(shè)備，在過程控制領(lǐng)域中變得愈見流行。除了執(zhí)行過 程以內(nèi)的基本功能外，這種智能現(xiàn)場設(shè)備還存儲(chǔ)與設(shè)備有關(guān)的數(shù)據(jù)， 以數(shù)字或組合的數(shù)字和模擬的格式，與控制器和/或其他設(shè)備進(jìn)行通 信，并執(zhí)行比如自校準(zhǔn)、識(shí)別、診斷等輔助任務(wù)。已經(jīng)開發(fā)出多種標(biāo) 準(zhǔn)以及開放式智能通信協(xié)議，如HAR"、 Profibus⑧、World FIP㊣、Device-Net ,以及CAN協(xié)議，用于使不同制造商制造的智能現(xiàn)場設(shè)備 能夠在相同的過程控制網(wǎng)絡(luò)中一同使用。
過程控制領(lǐng)域中出現(xiàn)了向分散化過程控制功能的偏向。例如，由 現(xiàn)場總線組織頒布且被稱作FOUNDATION'「M現(xiàn)場總線(下稱"現(xiàn)場總線") 協(xié)議的全數(shù)字兩線總線協(xié)議，使用位于不同現(xiàn)場設(shè)備中的功能塊來執(zhí) 行先前在集中化的控制器中所執(zhí)行的控制功能。具體地說，每個(gè)現(xiàn)場 總線現(xiàn)場設(shè)備能夠包括并執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)功能塊，每個(gè)功能塊接收來 自其他功能塊(相同設(shè)備內(nèi)或不同設(shè)備內(nèi))的輸入和/或?qū)⑤敵鎏峁┙o 其他功能塊(相同設(shè)備內(nèi)或不同設(shè)備內(nèi))，并執(zhí)行某些過程控制操作(如 測量或檢測過程參數(shù))，控制設(shè)備或者執(zhí)行控制操作(如執(zhí)行比例-微分 -積分(PID)控制程序)。將過程控制系統(tǒng)內(nèi)的不同功能塊被配置成(比 如關(guān)于總線)彼此通信互聯(lián)，以形成一個(gè)或多個(gè)過程控制回路，這些過 程控制回路的單獨(dú)操作散布于整個(gè)過程上，因而是分散化的。
隨著智能現(xiàn)場設(shè)備的出現(xiàn)，對(duì)過程控制系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行快 速診斷和修正變得比以往更加重要，因?yàn)槿绻荒軝z測并修正非正常 運(yùn)行的回路和設(shè)備，則會(huì)導(dǎo)致過程性能處于非最佳狀態(tài)，這使所生產(chǎn) 的產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量均具有更高的代價(jià)。當(dāng)前，許多智能設(shè)備包括自 診斷和/或校準(zhǔn)程序，這種程序可以用于檢測和修正現(xiàn)場設(shè)備中的問 題。不幸的是，在有些情況下，智能現(xiàn)場設(shè)備的新的診斷和/或校準(zhǔn)能 力會(huì)產(chǎn)生問題。例如，給定的H1現(xiàn)場總線回路可以耦合至多個(gè)與 FOUNDATIONTM現(xiàn)場總線兼容的現(xiàn)場設(shè)備。每個(gè)這樣的現(xiàn)場設(shè)備可以產(chǎn) 生大量的數(shù)字信息，包括過程變量信息，或者從控制器接收控制信息a 此外,每個(gè)現(xiàn)場設(shè)備還可以產(chǎn)生診斷信息和任意其他適宜的數(shù)字信息。 其結(jié)果是，Hl現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的最大帶寬(31.25kbps)可能會(huì)被給定的Hl
現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上的多個(gè)智能現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)通信需求所淹沒。
為H1 FOUNDATIONTM現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)提供自適應(yīng)，所述網(wǎng)絡(luò)允許更高 的網(wǎng)上通信速率，從而增加H1現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬，這將會(huì)帶來 很大的益處。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種在H1現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行通信的方法。所述H1現(xiàn) 場總線網(wǎng)絡(luò)上的通信采用具有糾錯(cuò)的高級(jí)形式。按照一種實(shí)施方式，
具有糾錯(cuò)的高級(jí)形式使用低密度奇偶校驗(yàn)碼;而按照另一種實(shí)施方式， 高級(jí)糾錯(cuò)采用turbo碼。高級(jí)糾錯(cuò)和H1組織的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的使用，可 以允許比31. 25kbps更高的數(shù)據(jù)傳輸速度，和/或能夠允許比當(dāng)前使用 的更低的信令電平。


圖l是可以采用本發(fā)明實(shí)施例的過程控制系統(tǒng)方框圖2是H1現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)102上的現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)100的示意圖3是本發(fā)明一種實(shí)施例現(xiàn)場設(shè)備的示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下參照?qǐng)Dl，過程控制系統(tǒng)10包括過程控制器12，過程控制器 12與具有顯示屏14的主機(jī)工作站或計(jì)算機(jī)13(可為任何類型的個(gè)人計(jì) 算機(jī)或工作站)相連，并通過輸入/輸出(I/O)卡26、28與現(xiàn)場設(shè)備15-22 相連。控制器12(作為示例可為Fisher-Rosemount Systems, Inc.出售 的DeltaVTM控制器)通過比如以太網(wǎng)連接與主計(jì)算機(jī)13通信互聯(lián)，并使 用與現(xiàn)場總線協(xié)議有關(guān)的任何所期望的硬件和軟件與現(xiàn)場設(shè)備15-22 通信互聯(lián)?？刂破?2執(zhí)行或者監(jiān)視它所存儲(chǔ)的，或者與之相關(guān)的其他 形式過程控制程序，并與設(shè)備15-22以及主計(jì)算機(jī)13通信互聯(lián)，從而以 任何所期望的方式控制過程。
現(xiàn)場設(shè)備15-22可以是任何種類的設(shè)備，.如傳感器、閥門、變送器、 定位器等，而1/0卡26和28可以是符合現(xiàn)場總線協(xié)議的任何種類的1/0 設(shè)備。在圖l所示的實(shí)施例中，現(xiàn)場設(shè)備15-22是各種智能設(shè)備，如是 現(xiàn)場總線現(xiàn)場設(shè)備，它們利用現(xiàn)場總線協(xié)議通信，通過數(shù)字總線與1/0 卡28進(jìn)行通信互聯(lián)。 一般說來，所述現(xiàn)場總線協(xié)議是全數(shù)字串行雙向 通信協(xié)議，這樣的協(xié)議為使現(xiàn)場設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)的兩線回路或總線提供 標(biāo)準(zhǔn)化的物理接口?，F(xiàn)場總線協(xié)議實(shí)際上為過程中的現(xiàn)場設(shè)備提供局 域網(wǎng)，這種局域網(wǎng)使這些現(xiàn)場設(shè)備能夠以在整個(gè)過程中的位置分布靈
活性來執(zhí)行過程控制功能(利用功能塊)，并在這些過程控制功能之前 和之后彼此通信互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)全面的控制策略。應(yīng)予理解的是，雖 然現(xiàn)場總線協(xié)議是被開發(fā)用于過程控制網(wǎng)絡(luò)中的相對(duì)較新的全數(shù)字通 信協(xié)議，然而，這種協(xié)議在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的，而且，尤其是可從
現(xiàn)場總線組織(非盈利組織，總部在Austin， Texas)出版、銷售所得到 的許多文章、手冊(cè)和規(guī)范中都有詳細(xì)的描述。于是，這里將不會(huì)再去 詳細(xì)描述這種現(xiàn)場總線通信協(xié)議的眾多細(xì)節(jié)。
將控制器12配置成為使用通常的功能塊來實(shí)現(xiàn)控制策略，其中每 個(gè)功能塊是全部控制程序的一部分(如子程序)，并與其他功能塊一同 操作(通過被稱作鏈路的通信方式)，從而實(shí)現(xiàn)過程控制系統(tǒng)10中的過 程控制回路。具有代表性的是，功能塊執(zhí)行下述功能之一輸入功能， 比如與變送器、傳感器或其他過程參數(shù)測量設(shè)備有關(guān)的輸入功能；控 制功能，比如與執(zhí)行PID、模糊邏輯等有關(guān)的控制功能；或者輸出功能， 這種功能控制比如闊門類的一些設(shè)備的動(dòng)作，以執(zhí)行過程控制系統(tǒng)io 中的一些物理功能。當(dāng)然，還存在混合的其他類型功能塊。功能塊可 以存在于控制器12中，并由控制器12來執(zhí)行，這是功能塊用于標(biāo)準(zhǔn)的 4-20ma設(shè)備和某些類型智能現(xiàn)場設(shè)備時(shí)的典型情況；功能塊也可以存 在于現(xiàn)場設(shè)備自身中，并由其卦身來執(zhí)行，這是在現(xiàn)場總線設(shè)備時(shí)的 情況。雖然這里使用功能塊控制策略給出了對(duì)控制系統(tǒng)的描述，但也 可以使用其他規(guī)則實(shí)現(xiàn)或設(shè)計(jì)控制策略，如階梯邏輯。
智能現(xiàn)場設(shè)備的新的能力優(yōu)勢在于，增加了H1現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的 31.25kbps數(shù)據(jù)通信容量能力的應(yīng)變，以傳輸所需的信息量?；仡橦1 現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，可以發(fā)現(xiàn)最大傳輸速率通常會(huì)受到兩個(gè)因素的限制 數(shù)據(jù)傳輸能量，以及所允許的誤比特率。雖然數(shù)據(jù)傳輸能力通常受到 Hl現(xiàn)場總線協(xié)議規(guī)范的限制，以及受到用于確保現(xiàn)場設(shè)備和/或網(wǎng)絡(luò)能 夠滿足固有安全要求的設(shè)計(jì)約束的限制，然而，誤比特率不會(huì)這樣受 到限制。為了滿足固有的安全要求，現(xiàn)場設(shè)備必須滿足由Factory Mutual Research于1988年10月頒布的APPROVAL STANDARD INTRINSICALLY SAGE APPARATUS AND ASSOCIATED APPARATUS FOR USE IN CLASS I，II AND III'DIVISION 1 HAZARDOUS (CLASSIFIED)
LOCATIONS, CLASS NUMBER 3610中所提出的固有安全要求。
當(dāng)前，H1現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)采用16比特CRC檢錯(cuò)體制。這個(gè)體制釆用n 比特關(guān)鍵字，它被重復(fù)地分為多個(gè)消息數(shù)據(jù)比特塊，以致實(shí)質(zhì)上達(dá)到 一個(gè)剩余部分。由于這種變換對(duì)于數(shù)據(jù)比特的發(fā)送方和接收方都是已 知的，所以把16比特的剩余部分附加到消息數(shù)據(jù)中。因此，發(fā)送方執(zhí) 行把17比特關(guān)鍵字分為消息數(shù)據(jù)塊的操作，并把剩余的16比特余部附 加到被發(fā)送的數(shù)據(jù)中。然后，接收方對(duì)接收的消息塊執(zhí)行相同的操作， 并將其結(jié)果與接收到的16比特"校驗(yàn)和"碼相比較。如果它們匹配， 則接收方確定成功地接收到消息。數(shù)學(xué)運(yùn)算或者布爾運(yùn)算的類型和/ 或性質(zhì)的變體在于基于循環(huán)冗余校驗(yàn)的檢錯(cuò)。然而，該方法通常需要 把"校驗(yàn)和"與消息數(shù)據(jù)相加。當(dāng)解碼后的校驗(yàn)和與接收到的校驗(yàn)和 不匹配時(shí)，這種方法的一個(gè)限制是明顯的。在這種情況下，接收方必 須向發(fā)送方指出通信是不成功的，而且發(fā)送方必須重發(fā)該數(shù)據(jù)。這給 通信增加了顯著的幵銷，但有助于確保接收到有效的數(shù)據(jù)。另一種基 于CRC的檢錯(cuò)的公知限制是存在l/(2n—')的余部將會(huì)匹配的可能性，從 而錯(cuò)誤地指示傳輸是成功的。 一般通過針對(duì)該關(guān)鍵字使用適合的大比 特(n)數(shù)而成功地緩和發(fā)生這種錯(cuò)誤的可能性。在16比特CRC的情況下， 這種可能性是1/65536。
圖2是H1現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)102上的現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)100的示意圖?，F(xiàn)場總 線數(shù)據(jù)100通?？梢员环诸惓蔀?層中之一。具體地說，現(xiàn)場總線數(shù)據(jù) 100具有物理層102、數(shù)據(jù)鏈路層104、現(xiàn)場總線訪問子層106、現(xiàn)場總 線消息規(guī)范108和用戶應(yīng)用數(shù)據(jù)110。物理層102通常適于與已知的 0SI(開放系統(tǒng)互連)模型層1兼容。給定的物理層通信112通常包括前同 步碼114、起始定界符116、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)單元118以及結(jié)束定界 符120。方塊118內(nèi)的數(shù)據(jù)通常用于數(shù)據(jù)鏈路層104。具體地說，數(shù)據(jù)鏈 路層協(xié)議數(shù)據(jù)單元118包括數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議控制信息122，它可以具有5 與15個(gè)8比特"八位字節(jié)"之間的長度。此外，協(xié)議數(shù)據(jù)單元118還包 括現(xiàn)場總線訪問子層協(xié)議數(shù)據(jù)單元124,它具有5與256個(gè)8比特的八位 字節(jié)之間的長度。最后，數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)單元118包括幀檢驗(yàn)序列 126,該序列包括兩個(gè)8比特的八位字節(jié)。這兩個(gè)八位字節(jié)用于過去已
經(jīng)實(shí)現(xiàn)的基于16比特循環(huán)冗余校驗(yàn)的檢錯(cuò)e
例如turbo碼和低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼之類的高級(jí)糾錯(cuò)技術(shù)都 是公知的。這些碼使給定噪聲信道上的信息容量能夠具有接近香農(nóng) (shannon)極限的速率。Claude shannon所提供的理論給出通過具有附 加白噪聲的模擬通信信道所發(fā)送的具有給定平均信號(hào)功率的純凈數(shù)據(jù) 的理論最大速率C二帶寬xlog2(l+(總信號(hào)功率/總噪聲功率))，其中 C二每秒比特信道容量。
低密度奇偶校驗(yàn)碼(LDPC)首先在二十世紀(jì)六十年代早期被提出。 然而，它們?cè)诋?dāng)時(shí)不能從實(shí)際上予以實(shí)現(xiàn)。在隨后的30年中，它們基 本上一直是所開發(fā)出的最為有效的糾錯(cuò)碼。低密度奇偶校驗(yàn)碼在數(shù)字 電視的衛(wèi)星傳輸中的用途是已知的。 一種LDPC采用由稀疏性約束而產(chǎn) 生的稀疏矩陣。通過如下方式對(duì)給定的消息進(jìn)行編碼使消息中的比 特遵照稀疏性約束而放置。存在多種公知的方式來構(gòu)造LDPC碼，包括 Gallager碼;MacKay碼;無規(guī)則LDPC碼；有限幾何碼；RA、 IRA和eRIA 碼；陣列碼；以及組合LDPC碼。本質(zhì)上講，通過把特殊的結(jié)構(gòu)或者具 有先驗(yàn)知識(shí)的形式應(yīng)用于單獨(dú)比特的排列而產(chǎn)生LDPC碼的編碼。例如， 給定的約束組可能要求僅有8個(gè)可能的6比特字符串與有效碼字相對(duì)應(yīng) (即000000、Q11001、110010、111100、101011、100:i01、00U10和01011)。 因此，LDPC碼片段可以利用6個(gè)比特來表示3比特的消息p如果采用擦 除的或者未知的特殊比特而達(dá)到給定的消息，則可以考慮所允許的碼 字的結(jié)構(gòu)來確定，或者以其他方式消除被破壞的比特。有關(guān)與LDPC碼 有關(guān)的進(jìn) 一 步信息，可以參見低密度竒偶校驗(yàn)碼， http:〃en. wikipedia. org/w/index, Dhp title=Low-density partiy-check code&oldid=51980699 。
另外，參見Information Theory, Inference and Learning Algorithms, by David J. C. MacKay， ISBN 0521642981。
在為接近香農(nóng)極限而允許顯著增加數(shù)據(jù)通信容量方面，Turbo碼與 LDPC碼是類似的。然而，Turbo碼的機(jī)構(gòu)與LDPC碼顯著不同- turbo碼 的一個(gè)重要不同在于二進(jìn)制數(shù)字是解碼的。代替簡單地嘗試對(duì)l或O進(jìn) 行解碼，解碼器的前端被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生每一個(gè)比特的相似性測量。例如，
解碼器前端可以產(chǎn)生范圍在-127和+127之間的整數(shù)值；其中-127表示 確定的0，而+127表示確定的l。 -127和+127之間的值表示己解碼比特 為1或0的概率連續(xù)統(tǒng)，整數(shù)0表示比特為0或1的概率相等。turbo碼的 另一方面是，至少發(fā)送三個(gè)比特子塊。第一比特子塊是M比特的有效載 荷數(shù)據(jù)塊。第二子塊是有效載荷數(shù)據(jù)的N/2個(gè)奇偶比特，使用適合的巻 積碼而予以計(jì)算。使用有效載荷數(shù)據(jù)的不同的已知置換來提供具有奇 偶比特的第三子塊，但同樣使用巻積碼來計(jì)算。
本質(zhì)上講，針對(duì)給定的M比特有效載荷數(shù)據(jù)塊，發(fā)送兩個(gè)冗余但不 同的奇偶比特塊。turbo碼解碼器必須包括針對(duì)每一個(gè)奇偶比特塊的解 碼器模塊。每一個(gè)巻積解碼器針對(duì)M比特有效載荷子塊的圖案而產(chǎn)生被 提議的輸出。如果被提議的輸出不同，則巻積解碼器可以交換針對(duì)被 提議輸出中的每一個(gè)比特而存儲(chǔ)的導(dǎo)出的相似性。然后，每一個(gè)解碼 器可以把來自另一個(gè)解碼器的相似性估計(jì)進(jìn)行合并，產(chǎn)生新的被提議 的輸出，直到兩個(gè)巻積解碼器對(duì)M比特子塊的被提議的輸出達(dá)成一致。
使用LDPC碼對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行解碼通常需要迭代解碼過程。此外， 與迭代有關(guān)的計(jì)算復(fù)雜度產(chǎn)生了高于先前16比特循環(huán)冗余校驗(yàn)所需的 計(jì)算強(qiáng)度。然而，糾錯(cuò)技術(shù)的使用，提供了超越過去循環(huán)冗余校驗(yàn)方 法的重要優(yōu)點(diǎn)。具體地說，如果H1現(xiàn)場總線協(xié)議的16比特循環(huán)冗余校 驗(yàn)并不寄存已解碼校驗(yàn)和與所傳輸?shù)男ｒ?yàn)和之間的匹配，則要求現(xiàn)場 設(shè)備指示通過H1現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)是被破壞的。然 后，必須向現(xiàn)場總線設(shè)備重發(fā)該數(shù)據(jù)。然而，LDPC碼和turbo碼的使用 不僅允許識(shí)別傳輸中的錯(cuò)誤，而且可以根據(jù)該種算法來實(shí)際糾正單獨(dú) 的比特值。因而，消除了如下所需的通信開銷使現(xiàn)場設(shè)備與信息源 進(jìn)行聯(lián)系，并指示現(xiàn)場設(shè)備所接收的信息被破壞；請(qǐng)求再次傳輸該信 息；以及最后接收重新傳輸?shù)男畔ⅰ＿@不僅提供了檢錯(cuò)，而且使H1現(xiàn) 場總線網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)際糾錯(cuò)能夠允許該網(wǎng)絡(luò)以極大提升的數(shù)據(jù)通信速度 而運(yùn)行。除此而外或者作為選擇的方式，可以認(rèn)為采用本發(fā)明實(shí)施例 的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)，能夠減小H1現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上使用的傳輸能量。減小傳 輸能量的重要性在于，可以允許增大數(shù)目的現(xiàn)場設(shè)備在固有的安全段 中工作。至今為止，給定的H1現(xiàn)場總線段上可用的設(shè)備個(gè)數(shù)比如取決
于如下因素每個(gè)設(shè)備的功耗、所用電纜的類型、中繼器的使用等。 通常，設(shè)備的個(gè)數(shù)被限制為32個(gè)設(shè)備。然而，每一個(gè)段的可用網(wǎng)絡(luò)地
址數(shù)是240。
圖3是本發(fā)明一種實(shí)施例現(xiàn)場設(shè)備的示意圖?，F(xiàn)場設(shè)備200包括現(xiàn) 場總線通信模塊202,它通過接線端206耦合至H1現(xiàn)場總線過程通信回 路。現(xiàn)場設(shè)備200包括功率模塊208,該模塊可以耦合至H1現(xiàn)場總線過 程通信回路204。將功率模塊208配置成為調(diào)節(jié)(或以其他方式調(diào)整)從 回路204接收至現(xiàn)場設(shè)備200內(nèi)各種其他模塊的功率，以使現(xiàn)場設(shè)備200 能夠完全由從H1現(xiàn)場總線回路204接收的能量供電?，F(xiàn)場設(shè)備200還包 括控制器210，它可以耦合到功率模塊208和現(xiàn)場總線通信模塊202?？?制器210優(yōu)選地為低功率微處理器?，F(xiàn)場設(shè)備200可選地包括過程變量 傳感器212和/或過程致動(dòng)器214。
按照本發(fā)明的一種實(shí)施例，將現(xiàn)場總線通信模塊202配置成為提供 有如上文所述的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)?，F(xiàn)場總線通信模塊202釆用迭代解碼算 法，對(duì)使用LDPC碼或turbo碼而發(fā)送的現(xiàn)場總線通信信息進(jìn)行解碼。優(yōu) 選地是，現(xiàn)場設(shè)備200使用檢錯(cuò)和糾錯(cuò)技術(shù)對(duì)其通信能力進(jìn)行登記。一 種能夠使現(xiàn)場設(shè)備在過程通信環(huán)境中顯示其能力的方式是，使用已知 的設(shè)備描述語言。最后，參照?qǐng)D2，要說明的是，數(shù)據(jù)鏈路層104中的 幀檢驗(yàn)序列126僅包括兩個(gè)八位字節(jié)的數(shù)據(jù)。然而，LDPC碼和/或turbo 碼的使用，通常要求與有效載荷數(shù)據(jù)相比明顯為更高的奇偶校驗(yàn)信息 比例。因此，按照本發(fā)明的一種具體實(shí)施例，檢錯(cuò)和糾錯(cuò)碼可能占據(jù) 比數(shù)據(jù)鏈路層的較大部分，大于幀檢驗(yàn)序列部分126中的適合部分。相 應(yīng)地，可以設(shè)想現(xiàn)場總線訪問子層協(xié)議數(shù)據(jù)單元124不僅包括數(shù)據(jù)有效 載荷，而且還包括一些或全部奇偶校驗(yàn)信息。按照這種方式，能夠以 對(duì)于用戶應(yīng)用110透明的方式實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線糾錯(cuò)。這是重要的，因?yàn)楸?發(fā)明實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)可以不需要對(duì)任何用戶應(yīng)用進(jìn)行S寫，這有利于實(shí) 現(xiàn)。
盡管已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可 以理解，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以在形式和細(xì)節(jié) 方面做出多種改變。
權(quán)利要求
1.一種現(xiàn)場設(shè)備，包括現(xiàn)場總線通信模塊，可操作地耦合至H1現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò)；控制器，耦合至所述現(xiàn)場總線通信模塊；其中，所述現(xiàn)場總線通信模塊被配置成為對(duì)從所述H1現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò)接收到的數(shù)據(jù)提供糾錯(cuò)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中，所述現(xiàn)場總線通信模塊被配置成為對(duì)從所述現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò)接收到的信息迭代地進(jìn)行解碼。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中，所述現(xiàn)場總線通信模塊被 配置成為對(duì)通過所述H1現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò)接收到的LDPC碼迭代地進(jìn)行解碼。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中，所述現(xiàn)場總線通信模塊被 配置成為對(duì)通過所述Hl現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò)接收到的turbo碼進(jìn)行解 碼。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中，還包括可耦合至所述H1 現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò)的功率模塊，所述功率模塊耦合至所述現(xiàn)場總線通信模塊和所述控制器，并將所述功率模塊配置成為完全利用從所述Hl現(xiàn)場總線通信模塊接收到的能量對(duì)所述現(xiàn)場設(shè)備供電。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中，所述現(xiàn)場設(shè)備是固有地安 全的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中，所述現(xiàn)場設(shè)備是固有地安 全的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中，所述現(xiàn)場設(shè)備包括傳感器，所述傳感器被配置成為檢測過程變量，并向所述控制器提供所述過程變量的指示。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中，所述現(xiàn)場設(shè)備包括可耦合至控制器的致動(dòng)器，并將所述致動(dòng)器配置成為根據(jù)從所述控制器接收到的信號(hào)修改過程。
10. —種用于對(duì)通過H1現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)接收到的消息進(jìn)行修改的方法，所述方法包括如下步驟通過所述H1現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)比特塊；接收多個(gè)奇偶比特塊；對(duì)所述奇偶比特塊進(jìn)行處理，產(chǎn)生與所述數(shù)據(jù)比特塊有關(guān)的假 設(shè)；以及根據(jù)所述假設(shè)而改變所述數(shù)據(jù)比特塊中至少一個(gè)比特。
11. 一種用于對(duì)通過H1現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò)接收到的消息進(jìn)行修改的 方法，所述方法包括如下步驟接收多個(gè)數(shù)據(jù)比特；檢測到所述接收到的數(shù)據(jù)比特中至少一個(gè)是被破壞的；以及 應(yīng)用對(duì)于所述數(shù)據(jù)比特所允許碼字的先驗(yàn)知識(shí)，修正所述被破壞 的比特。
12. —種H1組織現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括； 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)單元；其中，所述數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)單元包括現(xiàn)場總線訪問子層數(shù)據(jù) 單元；該數(shù)據(jù)單元中至少具有一些已編碼的糾錯(cuò)信息。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中，所述糾錯(cuò)信息包括LDPC 碼。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中，所述糾錯(cuò)信息包括turbo 碼。
全文摘要
一種在H1現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)(204)上進(jìn)行通信的方法。H1現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)(204)上的通信采用高級(jí)形式的糾錯(cuò)。按照一種實(shí)施方式，所述高級(jí)形式的糾錯(cuò)使用低密度奇偶校驗(yàn)碼；而按照另一種實(shí)施方式，所述高級(jí)糾錯(cuò)采用turbo碼。高級(jí)糾錯(cuò)以及H1組織現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)(204)的使用，允許比31.25kbps更高的數(shù)據(jù)傳輸速度，和/或允許比當(dāng)前使用的更低的信令電平。
文檔編號(hào)H04L1/00GK101176289SQ200680016352
公開日2008年5月7日 申請(qǐng)日期2006年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月13日
發(fā)明者斯蒂芬·A·杰林斯基 申請(qǐng)人:費(fèi)希爾-羅斯蒙德系統(tǒng)公司