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)送裝備項和接收裝備項之間的通信的方法，所述發(fā)送裝備項把控制幀(TC_i)發(fā)送給接收裝備項。所述方法可以不必按固定頻率發(fā)送控制幀(TC_i)，并且使診斷幀(TDx_i)的發(fā)送適應于控制幀的發(fā)送頻率。當該發(fā)送頻率明顯變化時，如果在兩個控制幀之間無診斷幀被發(fā)送，則下一個診斷幀的發(fā)送時刻將考慮這一方面。本發(fā)明的方法可以優(yōu)化診斷幀的發(fā)送頻率，同時保證通信狀態(tài)的高可靠度，以避免使通信鏈路飽和以及導致電能過度消耗，并且使診斷幀的發(fā)送實時適應控制幀的發(fā)送頻率。
【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
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)視發(fā)送裝備項和接收裝備項之間的通信的方法。
【背景技術】
[0002] 在工業(yè)界，裝備項之間的通信必須可靠，因為其起到對機器進行控制的作用。為了 檢測裝備項之間的通信錯誤，通信要么本身具有極高的可靠度(實踐證明，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，以通知有關通信的狀態(tài)。診斷幀的發(fā)送使 檢測通信錯誤，從而標出這些錯誤成為可能。為了能夠以最高可靠度檢測通信錯誤，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行診斷幀的發(fā)送。然而，按照 這一固定頻率進行幀的發(fā)送導致了高的占用率，甚至導致通信鏈路的飽和以及所涉及的裝 備項的電能的過度消耗。
[0003] 而且，在同一應用中，控制幀的發(fā)送的頻率不必為固定的。在設置階段，發(fā)送的頻 率可能為高，而在正常操作階段其可能為低。監(jiān)視兩個裝備項之間的大多數(shù)通信的協(xié)議不 考慮這些不同方面。
[0004] 另外，專利申請US2012/106369描述了一種通信監(jiān)視方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的旨在提出一種用于監(jiān)視發(fā)送裝備項和接收裝備項之間的通信的方 法，這一方法使診斷幀的發(fā)送實時適應控制幀的發(fā)送的頻率，以及優(yōu)化診斷幀的發(fā)送的頻 率，以避免使通信鏈路飽和以及導致電能過度消耗，同時保證通信狀態(tài)的高可靠度成為可 能。
[0006] 通過用于監(jiān)視發(fā)送裝備項和接收裝備項之間的通信的方法實現(xiàn)這一目的，所述發(fā) 送裝備項把控制幀發(fā)送給接收裝備項，所述方法包含下列步驟：
[0007] 發(fā)送裝備項向接收裝備項發(fā)送η個控制幀TC_i，i為范圍從1到η的整數(shù)，并且定義 了每一個控制幀的次序，η為大于或者等于1的整數(shù)，
[0008] 在發(fā)送控制幀TC_i之后，確定次序0的診斷幀的發(fā)送時刻，如下確定所述診斷幀的 所述發(fā)送時刻：
[0009] TD0_i = TC_i+Tdiag[0]_i
[0010] 其中，TD0_i相應于控制幀TC_i之后的次序0的診斷幀的發(fā)送時刻，而且其中：
[0011] Tdiag[0]_i= Δt_Δtdiag
[0012] 其中：
[0013] 籲At相應于：
[0014] 〇分隔控制幀TC_i_l和控制幀TC_i的時間，如果i 2 2以及如果在分隔兩個控制幀 的所述時間期間已經(jīng)發(fā)送了至少一個診斷幀，或者
[0015] 〇兩個控制幀的發(fā)送之間的預先確定的最小時間，如果i < 1或者如果在分隔控制 幀TC_i-l和控制幀TC_i的所述時間期間尚未發(fā)送診斷幀，
[0016] · △ tdiag相應于根據(jù)時間△ t(即，根據(jù)與通信的狀態(tài)相關的預先定義的可靠度 值以及兩個控制幀之間通信故障發(fā)生的概率)加以確定的時間，
[0017] 在所確定的發(fā)送時刻，所述發(fā)送裝備項向接收裝備項發(fā)送所述診斷幀，
[0018] 根據(jù)增加的功能確定次序X的后續(xù)診斷幀TDx_i的發(fā)送時刻，最好根據(jù)互相分隔一 段可變時間的發(fā)送時刻，把所述增加的功能選擇為獲取兩個控制幀之間的所述預先定義的 可靠度值；
[0019] 發(fā)送裝備項把所述次序X的診斷幀發(fā)送給接收裝備項。
[0020] 于是，本發(fā)明的方案使考慮如下情況成為可能:不必按固定頻率發(fā)送控制幀，并且 使診斷幀的發(fā)送適應于控制幀的發(fā)送頻率。當這一發(fā)送頻率明顯變化時，如果在兩個控制 幀之間無診斷幀發(fā)送，則下一個診斷幀的發(fā)送時刻將考慮這一方面。
[0021] 根據(jù)一個具體特征，所述方法包含低效運行模式(fallback mode)，其中，至少使 用兩個控制幀的發(fā)送之間的預先確定的最小時間確定次序〇的診斷幀的發(fā)送時刻。
[0022]根據(jù)另一個具體特征，只要平均最小可靠度值保持小于所述預先定義的可靠度 值，則為次序〇的后續(xù)診斷幀維持低效運行模式。
[0023]根據(jù)另一個具體特征，根據(jù)以下關系確定項Δ tdiag。
[0024]
[0025] 其中：
[0026] -Fiab相應于預先定義的可靠度值，
[0027] -ifail相應于兩個控制幀之間通信故障發(fā)生的概率。
[0028] _Ln 代表奈培(Neperian)對數(shù)。
[0029] 而且，在工業(yè)環(huán)境中，在發(fā)送裝備項和接收裝備項之間的數(shù)據(jù)交換過程中，機器的 移動、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、其它發(fā)送裝備項的存在，很 可能引發(fā)隨機的干擾。這些現(xiàn)象很可能干擾發(fā)送裝備項和接收裝備項之間的通信。
[0030] 根據(jù)另一個具體特征，所述方法包含這樣的步驟：當控制幀沒有被接收到或者沒 有被接收裝備項認可時，對通信故障發(fā)生的概率進行修正。
[0031] 根據(jù)另一個具體特征，所述方法包含這樣的步驟：當次序X的診斷幀的發(fā)送的第一 時刻和次序X的診斷幀的發(fā)送的第二時刻之間的時間超過所述最大值時，對兩個連續(xù)的診 斷幀之間的時間的最大值加以限制。
【附圖說明】
[0032] 通過以下參照附圖所給出的詳細描述，其它特征與優(yōu)點將變得十分明顯，其中：圖 1~圖5為時間圖，說明了本發(fā)明的各操作原理。
【具體實施方式】
[0033] 以下在本說明書中：
[0034] _"TC_i"表示控制幀和這一控制幀的發(fā)送時刻，
[0035] _"TDx_i"表示診斷幀和這一診斷幀的發(fā)送時刻。
[0036] 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)絡連接的至少一個發(fā) 送裝備項和一個接收裝備項的裝置。顯然，這些裝備項的每一個裝備項將既能夠執(zhí)行發(fā)送 功能，也能夠執(zhí)行接收功能。
[0037] 在這一裝置中，發(fā)送裝備項向接收裝備項發(fā)送控制幀，例如，用于機器的控制。所 述控制幀!^」和下一個控制幀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)送之間的時間A t不必為固定的。
[0038] 本發(fā)明的方法旨在監(jiān)視發(fā)送裝備項和接收裝備項之間的通信。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控制幀TC_i之前的通信的狀態(tài)，以確保下一個控制 幀T C_ 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會。為此，在控制幀T C_ i的 可能的下一次發(fā)送之前，必須發(fā)送至少一個診斷幀TDx_i。通常，由以下關系表示控制幀TC_ i之后出現(xiàn)的第一診斷幀的發(fā)送時刻TD0_i :
[0039] TD0_i = TC_i+Tdiag[0]_i
[0040] 其中，TD0_i相應于診斷幀了00_丨的發(fā)送的時刻，
[0041 ]其中：Tdiag[0]_i = Δ t_ Δ tdiag( 1)
[0042] 其中：
[0043] -At是值隨所實現(xiàn)的操作的情況的不同而不同的時間，并且如后面描述，
[0044] -Atdiag是為保證通信狀態(tài)的預先確定的可靠度而被觀察的時間，并且被表示如 下：
[0045]
[0046] 其中：
[0047] -Fiab相應于通信的預先定義的可靠度值，例如，99%，
[0048] -Mu相應于控制幀TC_i的兩次發(fā)送之間通信故障發(fā)生的概率。
[0049] 然而，在工業(yè)界，一個過程的各個階段涉及不穩(wěn)定的通信方案。因此，控制幀的發(fā) 送頻率不必為固定的。本發(fā)明旨在考慮診斷幀的管理中的這一方面。
[0050] 為了考慮控制幀的發(fā)送時刻的變化，本發(fā)明的方法可以在控制幀的發(fā)送之后實時 地重新定義一系列診斷幀的初始診斷幀TD0_i的發(fā)送時刻。
[0051] 參照附圖，定義了一個應用，其中：
[0052] -發(fā)送裝備項向接收裝備項發(fā)送η個控制幀TC_i(i在1至η的范圍），
[0053]-控制幀TC_0P控制幀TC_i+l之間經(jīng)過時間Δ ti，控制幀TC_i + l和控制幀TC_i+2 之間經(jīng)過時間At_i+1。
[0054] 1.操作的第一實例（圖1)
[0055] 如果在時間Ati期間已經(jīng)發(fā)送了至少一個診斷幀，則根據(jù)以上定義的、其中At取 值Ati的公式(1)確定控制幀TC_i+l之后的下一個診斷幀TD0_i的發(fā)送時刻。
[0056] 于是，在圖1中，可以看出，在時間Δ 11期間已經(jīng)發(fā)送了診斷幀TD0_1。在控制幀TC_ 2之后的時間期間，在使用時間Δ tl所計算的時間Tdiag[0]_2之后發(fā)送了診斷幀TD0_2。 [0057] 2.操作的第二實例（圖2A和圖2B)
[0058]如果在時間Ati期間尚未發(fā)送診斷幀，則根據(jù)以上定義的、其中At取預先定義的 最小值Δ tmin的公式確定下一個控制幀TC_i + l之后的下一個診斷幀TDO_i + l的發(fā)送時刻， 從而能夠確保在下一個控制幀TC_i+2之前發(fā)送診斷幀的發(fā)送。在這一情況下，可以認為所 述監(jiān)視方法交換至低效運行模式。
[0059] 在圖2A和圖2B中，可以看出，在時間Δ 11期間尚未發(fā)送診斷幀。因此，在后續(xù)時間 A t2期間，根據(jù)時間Δ tmin確定應該跟隨控制幀TC_2的診斷幀TD0_2的發(fā)送時刻。
[0060] 有利的是，對于多個連續(xù)的控制幀的發(fā)送，可以保持低效運行模式。這是圖2B中的 情況，根據(jù)時間A tmin計算診斷幀TD0_2和TD0_3的發(fā)送時刻。
[0061] 與操作的正常模式一樣，在未飽和通信連路和未導致電能過度消耗的情況下，低 效運行模式應該繼續(xù)。
[0062] 最好是，在這一低效運行模式中，可以把可靠率修改為取低效運行值。存在這樣一 個最佳可靠度值（Fiabfallbac；k) :在所有低效運行序列上幀的總數(shù)目最小。實際上，高 Fiabfallbac；k值可以僅具有有限數(shù)目的低效運行序列，但生成大數(shù)目診斷幀。另一方面，低 Fiabfallbac；k值可以降低每個低效運行序列的診斷幀的數(shù)目，但生成大數(shù)目的低效運行序列。 [0063]圖3說明了低效運行模式的操作原理。這一圖中的第二圖示出了一次性所取的可 靠度值以及平均最小可靠度值的變化的曲線。細化這一圖，可以形成如下序列：
[0064] -在時間Δ tl和Δ t2期間，在兩個控制幀之間至少已經(jīng)發(fā)送了一個診斷幀。最小可 靠度具有等于已經(jīng)針對可靠度預先定義的可靠度值(Fiab)的平均值Fiab avg。
[0065] -在時間At3期間，在兩個控制幀之間尚未發(fā)送診斷幀。通信的可靠度一次性降至 等于的值，于是，最小可靠度值具有減小的并且變?yōu)樾∮谒鲱A先定義的值(Fiab) 的平均值Fiab avg。
[0066] -在時間Δ t4和Δ t5期間，發(fā)送裝備項通過發(fā)送診斷幀交換至低效運行模式，其 中，根據(jù)表示為Fiabfallbac；k的第二預先定義的可靠度值確定診斷幀的發(fā)送時刻，所述第二預 先定義的可靠度值大于第一預先定義的可靠度值Fiab。于是，平均最小可靠度值增大。低效 運行過程繼續(xù)，直至平均最小可靠度值恢復到預先定義的值Fiab的水平。
[0067]-在Δ t6期間，在考慮到預先定義的值Fiab的情況下，根據(jù)正常的過程重復診斷幀 的發(fā)送。
[0068] 根據(jù)本發(fā)明，只要發(fā)送裝備項沒有發(fā)送新的控制幀TC_i，則在初始診斷幀之后，發(fā) 送裝備項向接收裝備項發(fā)送其它診斷幀。最好按可變頻率發(fā)送診斷幀，從而可以避免通信 的飽和以及裝備項部分上能量的過度消耗。
[0069] 根據(jù)一個增加的功能，例如，根據(jù)被選擇來獲得由可變時間分隔的發(fā)送時刻的幾 何級數(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)送時刻TD0_i。 例如，可以確定診斷幀的發(fā)送時刻TDx_i(x大于或者等于1)的這一增加的功能為以下幾何 級數(shù)：
[0070] TDx_i = TDx_i-l+Tdiag[x]_i
[0071] Tdiag[x]_i =r(x) XTdiag[x_l]_i (3)
[0072] 其中r(x)相應于所述級數(shù)的成因。
[0073] 這一增加的功能可以在下一個控制幀的發(fā)送之前改變兩個診斷幀之間的時間，同 時確保最大可靠度(接近1〇〇%)。隨著最后一個控制幀和下一個控制幀之間的時間增加，通 信故障的發(fā)生減少，因為在兩個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)送裝備項沒有發(fā)送控制幀， 就在使用上述關系(3)所確定的發(fā)送時刻發(fā)送診斷幀。
[0074] 在每一個控制幀發(fā)送之后，重新初始化所述診斷方法，并且使用上述關系（1)確定 下一個診斷幀的發(fā)送時刻，以及使用關系(3)確定相繼的時刻。
[0075] 有利的是，如果兩個診斷幀之間的時間變得過長，則可以把后者限制于所確定的 上限值。例如，該值將為控制幀的發(fā)送的平均周期。圖4說明了這樣一種方案:其中，按固定 周期發(fā)送診斷幀TD4_1、TD5_1以及TD6_1，所述固定周期相應于最大值，例如可以由發(fā)送裝 備項加以存儲的最大值。
[0076] 而且，當發(fā)送裝備項和接收裝備項在一個不穩(wěn)定的通信環(huán)境中（例如，在工業(yè)環(huán)境 中）進行通信時，通信故障司空見慣?？紤]到可能的通信故障，本發(fā)明的方法能夠有利地修 正通信故障的發(fā)生概率。與以上所描述的確定診斷幀的方法相結(jié)合，對通信故障概率的修 正將可以進一步優(yōu)化所發(fā)送的診斷幀的數(shù)目。
[0077] 故障率Tfail反映了非正確接收的控制幀的比率。
[0078] 例如，已知的實踐是對接收裝備項對控制幀的接收進行認可，以確保控制幀的良 好發(fā)送。然后向發(fā)送裝備項通知每一個控制幀TC_i的接收或者未接收，并且能夠啟動相應 的動作。也為人們所熟悉的是，在對控制幀做出不認可的結(jié)論之前，發(fā)送裝備項多次嘗試發(fā) 送控制幀，這樣做是為了屏蔽極短時間通信的不適宜中斷。于是，例如，故障率T fall的計算 可以基于這一認可過程，即，通過相對所發(fā)送的幀的數(shù)目測量被認可的幀的數(shù)目。
[0079]圖5說明了對通信故障的發(fā)生概率進行更新的原理：
[0080]-發(fā)送裝備項把第一控制幀TC_1發(fā)送給接收裝備項。
[0081] -在所確定的時間tA〇(之后，發(fā)送裝備項尚未接收到對該第一控制幀TC_1的認可， 則再次發(fā)送控制幀TC_1'。
[0082] -發(fā)送裝備項接收針對這一最后控制幀TC_1'的認可幀TA_1。
[0083]-發(fā)送裝備項降低故障的發(fā)生概率Wall。
[0084] -在沒有接收到任何認可幀的情況下，發(fā)送裝備項繼續(xù)多次嘗試發(fā)送新的控制幀 TC_2、TC_2，、TC_2，，。
[0085] -在所確定的時間tA〇(之后，發(fā)送裝備項增加了故障的發(fā)生概率Tfall。于是，在控制 幀的每次發(fā)送之后，可以重新更新故障率
[0086] 另外，如以上所描述的，在以下的表達式中，與Atdiag相關地定義了通信故障發(fā) 生的概率：
[0087]
[0088] 其中：
[0089] -△ t遵循根據(jù)以上所描述的操作的情況所確定的值，
[0090] -Fiab相應于通信的預先定義的可靠度值，例如，99 %。
[0091 ] -ifail相應于控制幀TC_i的兩次發(fā)送之間通信故障發(fā)生的概率。
[0092]因此，通信故障發(fā)生的概率的修正也將影響對所發(fā)送的診斷幀的數(shù)目的優(yōu)化。 [0093]因此，本發(fā)明明顯具有諸多優(yōu)點：
[0094]-使診斷幀的發(fā)送頻率適應于控制幀的發(fā)送頻率，
[0095]-通過修改診斷幀的計算與/或通過對通信故障發(fā)生概率的修正，優(yōu)化所發(fā)送的診 斷幀的數(shù)目，與此同時，保證通信狀態(tài)的高可靠度，
[0096]-保證通信狀態(tài)的可靠度接近100%，與此同時，避免使通信鏈路飽和以及致使電 能過度消耗，
[0097]-實現(xiàn)簡單，并且能夠適應于有線或者無線類型的通信網(wǎng)絡。
【主權項】
1. 用于監(jiān)視發(fā)送裝備項和接收裝備項之間的通信的方法，所述發(fā)送裝備項把控制帖發(fā) 送給接收裝備項，所述方法的特征在于其包含下列步驟： -發(fā)送裝備項向接收裝備項發(fā)送n個控制帖TC_i，i為范圍從1到n的整數(shù)，并且定義了每 個控制帖的次序，n為大于或者等于1的整數(shù)， -在控制帖TC_i的發(fā)送之后，確定次序O的診斷帖的發(fā)送時刻，如下確定所述診斷帖的 所述發(fā)送時刻： TD0_i = TC_i+Tdiag[0]_i -其中，TDO_i相應于控制帖TC_i之后、次序O的診斷帖的發(fā)送時刻，其中：Tdiag[0]_i = At-A tdiag -其中： ? A t相應于： O分隔控制帖TC_i-l和控制帖TC_i的時間，如果i > 2W及如果在分隔兩個控制帖的所 述時間期間已經(jīng)發(fā)送了至少一個診斷帖，或者 O兩個控制帖的發(fā)送之間的預先確定的最小時間，如果i < 1或者如果在分隔控制帖TC_ i-1和控制帖TC_i的所述時間期間尚未發(fā)送診斷帖， ? A tdiag相應于根據(jù)時間A t，即根據(jù)與通信狀態(tài)相關的預先定義的可靠度值W及兩 個控制帖之間通信故障發(fā)生的概率，加 W確定的時間， -在所確定的發(fā)送時刻，發(fā)送裝備項向接收裝備項發(fā)送所述診斷帖， -根據(jù)增加的功能確定次序X的后續(xù)診斷帖的發(fā)送時刻TDx_i ; -發(fā)送裝備項把所述次序X的診斷帖發(fā)送給接收裝備項。2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，其包含低效運行模式，其中，至少使用兩個 控制帖的發(fā)送之間的預先確定的最小時間確定次序O的診斷帖的發(fā)送時刻。3. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，只要平均最小可靠度值保持小于所述預先 定義的可靠度值，次序O的相繼的診斷帖就維持低效運行模式。4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)W下關系確定項A tdiag:其中： -Fiab相應于預先定義的可靠度值， -Tfail相應于兩個控制帖之間通信故障發(fā)生的概率。5. 根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，其包含運樣的步驟：當控制帖沒有被接收 裝備項接收到或者沒有被接收裝備項認可時，對通信故障發(fā)生的概率進行修正。6. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，其包含運樣的步驟：當次序X的診斷帖的發(fā) 送的第一時刻和次序X的診斷帖的發(fā)送的第二時刻之間的時間超過所述最大值時，對兩個 連續(xù)的診斷帖之間的時間的最大值加 W限制。
【文檔編號】H04L12/26GK105991374SQ201610139741
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月11日
【發(fā)明人】A.塔迪馮, M.羅杰, H.達萊特, F.喬維特
【申請人】施耐德電器工業(yè)公司