[發明專利]用于工業機器到機器通信的包括傳播延遲感知調度的無線TDMA調度的方法和系統

有效

• 申請號: 202080026232.8
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN113647178B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 龐智博;M·盧維索托;姜曉琳;R·詹森;C·菲斯基奧內
• 申請（專利權）人: 日立能源瑞士股份公司
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04;H04W56/00;H04B7/26
• 代理公司: 北京市漢坤律師事務所 11602
• 代理人: 魏小薇;吳麗麗

一種在基于TDMA的通信系統中借助相應通信鏈路在第一節點和多個第二節點之間進行調度的方法(100)。該方法包括：?獲取(102)每個通信鏈路的傳播時間(PT.1?PT.n)；以及?確定(104)兩個通信鏈路的傳播時間(PT.1?PT.n)的最大差值(MAXΔ)。該方法還包括在最大差值小于閾值的情況下選擇第一調度模式(108、109)以及在最大差值大于閾值的情況下選擇第二調度模式(110、112、114)。第一模式(108?109)包括選擇(109)要在時隙中的每個時隙中應用的保護時間，該保護時間是基于最大差值的。第二調度模式(110、112、114)是傳播延遲感知的并且包括基于相應傳播時間(PT.k)調度(110)來自每個第二節點的傳輸。

技術領域

本發明涉及工業通信，例如用于工業監測和控制目的(例如監視和控制電力系統、監測和控制工業制造設施中的設備)、和/或用于執行其他工業自動化控制和監視任務的通信方法和系統。

特別地，本發明涉及TDMA通信的調度，并且與無線和有線通信相關。

背景技術

在工業通信中，許多從節點(例如傳感器和/或執行器節點)連接到中央網絡控制器或網關，例如主節點。在許多工業應用(例如變電站自動化)中，從節點以距主節點的不同距離進行設置。一種已知的避免沖突的方法是使用有線通信系統，并且針對從節點和主節點之間的每條通信鏈路使用相同長度的光纖，使得每個從節點到主節點的傳輸時間將是相同的。這種解決方案在避免沖突方面是有效的，然而缺乏成本效益。使用無線通信是一種替代方案，其可以提供相對更低成本，然而無法通過平衡通信距離避免沖突。

在無線TDMA系統中避免沖突的一種方法是利用來自不同節點的數據包之間的保護時間。節點可以被調度成在時隙中進行傳輸，并且每個時隙中的保護時間確保傳輸不會干擾下一個時隙中的傳輸。這種調度相對簡單，然而，使用保護時間可能會對節點之間的通信延遲產生負面影響。如果保護時間比時隙短，則保護時間對整體延遲的負面影響將是小的。如果保護時間的大小具有可比性(例如為傳輸時隙的持續時間的20％或更大)，則保護時間將具有更大負面影響。在許多實例中，所使用的保護時間可以相對較小。在與大數據包的短距離傳輸相關的例如Wi-Fi^TM通信系統中，保護時間相對較小，并且例如用于避免沖突的保護時間可以小于傳輸時間的1％，例如具有100μs(微秒)長數據包并使用1μs的保護時間。對于其他應用，使用保護時間將產生更大負面影響。

Chen等人的文章“LDMAC:A propagation delay-aware MAC scheme for long-distance UAV networks”(E1)描述了處理時間要求嚴格的無線通信中的傳播延遲問題。E1尤其涉及基站和多個無人機或無人駕駛飛行器(UAV)之間的無線通信。UAV和基站之間的距離會發生變化并且從而導致傳播延遲。為了避免通信沖突，E1建議使用“傳播延遲感知接入方案”，參見E1的摘要。簡而言之，見E1的4.1章中，無人機(UAV)包括GPS單元并使用GPS確定其與基站的距離和傳播延遲。然后，無人機選擇通信的到達時隙并計算對應傳輸時間。

E1的方法主要針對遠距離，例如公里，并且這種“傳播延遲感知方案”在更窄范圍通信中可能比使用保護時間更復雜。

更短距離通信(比E1中更短)可能會遇到類似的沖突問題。在工業應用中(例如在制造自動化或變電站自動化中)，需要相對頻繁地傳輸相對短的數據包。從傳感器收集信息并將控制數據或設置通信到執行器或控制單元的數據包通信可以在包括大約100位的數據包中提供，其中，傳輸時間并且因此時隙持續時間可以大約為1μs。無線電波在1μs內傳播大約300m，并且因此，用于避免分開30米的節點之間發生沖突的保護時間可以為這種1μs長時隙持續時間的大約十分之一。

在有線通信中，可以使用不同長度的光纖來平衡傳輸時間。無線傳輸在安裝上可能更經濟，并且設置保護時間可以是避免沖突的有效方法，然而，保護時間可能通過對通信的整體周期時間產生負面影響而引入問題。延續為每個時隙的約30％的保護時間將導致通信周期的延遲增加30％。