[發明專利]用于工業自動化系統的無線通信系統、用于其運行的方法

有效

• 申請號: 201780013671.3
• 申請日: 2017-01-26
• 公開（公告）號: CN108702804B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 約爾格·穆勒
• 申請（專利權）人: 西門子股份公司
• 主分類號: H04W84/12
• 分類號: H04W84/12;H04W92/00;H04L12/863;H04L29/12;H04L1/02;H04L12/40
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;李慧

在用于工業自動化系統的無線通信系統中，至少一個第一和第二通信設備冗余地連接到工業化的通信網絡上。第一和第二通信設備分別經由其第一和其第二通信網絡接口間接或直接與相應的第一和相應的第二無線收發站連接。第一和第二無線收發站根據分配給待發送的數據幀的目標MAC地址確定用于在預定的時間間隔中待發送的數據幀的次序。該次序在待發送到所選的目標MAC地址的數據幀之中通過其輸入次序確定。

技術領域

本發明涉及無線通信領域，具體地涉及用于工業自動化系統的無線通信系統。

背景技術

工業自動化系統用于監視、控制和調節工業過程、特別是在制造、過程和樓宇自動化的范圍中，并且能夠實現控制裝置、傳感器、機器和工業化設備的運行，其應當盡可能自動并且獨立于人為干預地實現。由于信息技術對于包括大量聯網的控制或計算單元的自動化系統越來越重要，所以用于可靠地提供經由自動化系統分布的用于提供監視、控制和調節功能的方法越來越重要。

工業自動化系統的計算單元之間或自動化裝置之間的通信連接的中斷能夠導致對服務請求的輸送的不期望或不必要的重復。這造成工業化的自動化系統的通信連接的額外負荷，這能夠導致進一步的系統干擾或錯誤。此外，未輸送或未完整輸送的消息例如能夠阻礙工業自動化系統轉入或保留到安全的運行狀態中。最終這能夠導致整個生產設備的故障。特別的問題在工業化的自動化系統中經常由具有相對較多但是相對較短的消息的信息交換所引起，由此加重了上述問題。

為了能夠補償通信連接或設備的故障，開發了用于高可用性的能冗余地運行的工業化的通信網絡的通信協議、如介質冗余協議、高可用性無縫冗余或并行冗余協議。介質冗余協議(MSR)在IEC 62439標準中限定并且能夠在擁堵地冗余地傳輸信息時實現對具有簡單的環形拓撲結構的網絡中的連接故障的補償。根據介質冗余協議，具有兩個端口的交換機在環形拓撲結構之中被分配有冗余管理器，其監視網絡的連接故障并且在可能的情況下為環形接口引入切換措施。

原則上，擁堵的介質冗余方法能夠以相對較小的花費實現。然而缺點在于，一方面在故障情況下可能丟失信息，并且另一方面在重新配置通信網絡期間首先存在有干擾狀態。這樣的干擾狀態必須通過疊加的通信協議、例如借助于TCP/IP在網絡層或輸送層進行保護，從而避免通信連接的中斷。

過程現場網絡(IEC61158類型10)也參考了介質冗余協議作為具有環形拓撲結構的通信網絡之中的擁堵的介質冗余方法。與此相對，用于計劃復制的介質冗余(MRPD)表現了對等時的實時數據的無沖突的傳輸的擴充。然而用于計劃復制的介質冗余不是應用中立的無沖突的介質冗余方法，而是對過程現場網絡的專門擴充。

高可用性無縫冗余(HSR)和并行冗余協議(PRP)在IEC 62439-3 標準中限定并且能夠以盡可能小的恢復時間實現信息的無沖突的冗余的傳輸。根據高可用性無縫冗余和并行冗余協議，由進行發送的通信設備復制每個信息并且在兩個不同的道路上發送給接收者。通過接收側的通信設備從接收的數據流中濾出代表副本的冗余的信息。

在IEC 62439-3標準中由于無線通信系統中相對較長的延遲運行時間和由此限制的不確定的傳輸行為而在迄今為止僅為并行冗余協議(PRP) 規定了有線的傳輸路徑。在Markus Rentschler，Per Laukemann IEEE 2012 的“面對可靠的并行冗余的WLAN黑色通道”中研究了PRP通信網絡中的WLAN傳輸路徑的適用性。借助于為例如空間、時間和頻率并行地應用不同的分集性技術能夠在WLAN通信網絡中充分地補償隨機的通道衰減的影響。