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Die
Erfindung betrifft ein Funkkommunikationssystem, ein Koordinatorgerät und ein
Kommunikationsendgerät.
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Dem
Fachmann sind aus der Kommunikationstechnologie, Netzwerktechnologie
und Automatisierungstechnologie eine Vielzahl von Verfahren bekannt,
wann und wie Kommunikationsendgeräte Zugriff auf das Datenübertragungsmedium
erhalten. Der Zugriff wird in vielen Fällen von einem Koordinatorgerät, in der
englischsprachigen Literatur auch als Master bekannt, den Kommunikationsendgeräten, in der
englischen Literatur auch als Slaves bekannt, zugewiesen. Das Koordinatorgerät hat als
einziger Teilnehmer im Netzwerk das Recht unaufgefordert auf das
Datenübertragungsmedium
zuzugreifen. Die Kommunikationsendgeräte müssen auf die Zuweisung vom
Koordinatorgerät
warten, bevor sie auf das Datenübertragungsmedium
zugreifen dürfen.
Die aus der englischsprachigen Literatur auch als Master/Slave-Verfahren
bekannte Lösung
wird auch in vielen Bussystemen der Automatisierungstechnik eingesetzt.
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Seit
neuestem werden in der Automatisierungstechnik nicht nur „drahtgebundene" Bussysteme für die Datenkommunikation
zwischen dem Koordinatorgerät
und den Kommunikationsendgeräten eingesetzt,
sondern es werden auch drahtlose Netzwerke aufgebaut, sogenannte
Wireless Sensor Actor Networks. Der Zugriff der einzelnen Kommunikationsendgeräte auf die
Funkressource wird wiederum vom Koordinatorgerät zugeteilt. Ein wichtiges
Verfahren hinsichtlich des Zugriffs auf die Funkressource ist das
sogenannte Zeitmultiplexverfahren, bei dem die Zeit in einzelne
Zeitrahmen einheitlicher Länge
unterteilt ist, die wiederum in determinierte Zeitschlitze gleicher
Länge unterteilt
sind. Der Zugriff auf die Funkressource ist einem Kommunikationsendgerät nur innerhalb
des zugeteilten Zeitschlitzes oder der zugeteilten Zeitschlitze
innerhalb eines Zeitrahmens möglich.
Die zeitliche Position der einzelnen Zeitschlitze in aufeinanderfolgenden
Zeitrahmen ist in Bezug auf den Beginn des jeweiligen Zeitrahmens determiniert.
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Die
Zuweisung eines in aufeinanderfolgenden Zeitrahmen wiederkehrenden
Zeitschlitzes vom Koordinatorgerät
an ein Kommunikationsendgerät erlaubt
eine deterministische Übertragung
von Daten. Deterministische Übertragung
soll so verstanden werden, dass die Daten innerhalb einer vorab
bestimmten und bekannten Zeit von einer Datenquelle (dem Sender)
zum Ziel, d. h. der Datensenke (dem Empfänger) transportiert werden.
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Die
Datenübertragung
der Daten soll zudem innerhalb einer kurzen Latenzzeit = Verzögerungszeit erfolgen.
Das soll im Weiteren die Zeit sein, innerhalb der nach dem Auftreten
eines Ereignisses, welches durch ein Kommunikationsendgerät registriert
wird, dieses Ereignis dem Koordinatorgerät gemeldet wird. Bei dem beschriebenen
Zeitmultiplexverfahren mit Zeitrahmen und einem für ein Kommunikationsendgerät festgelegten
Zeitschlitz wird die Latenzzeit wesentlich durch die Länge des
festgelegten Zeitschlitzes und die Länge des Zeitrahmens bestimmt.
Heutige technische Anforderungen erfordern Latenzzeiten von wenigen
Millisekunden.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Funkkommunikationssystem
zu entwickeln, welches bei geringer Latenzzeit und deterministischer Übertragung
eine optimierte Steuerung des Zugriffs auf die Funkressource ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Funkkommunikationssystem umfassend ein Koordinatorgerät und mindestens
ein Kommunikationsendgerät
gelöst,
in dem der Zugriff auf die Funkressource nach dem Zeitmultiplexverfahren
strukturiert ist,
- a) wobei die Funkressource
in determinierte Zeitrahmen unterteilt ist,
- b) wobei das Koordinatorgerät
dem mindestens einen Kommunikationsendgerät mindestens einen Nutzdatenübertragungszeitschlitz
zuweist, dessen zeitliche Position in aufeinanderfolgenden Zeitrahmen
in Bezug auf den Beginn des jeweiligen Zeitrahmens determiniert
ist,
- c) wobei die einzelnen Zeitrahmen dergestalt strukturiert sind,
dass sie einen Synchronisierungszeitschlitz, ein oder mehrere Nutzdatenübertragungszeitschlitze
gleicher Länge
und einen weiteren dynamischen Zeitschlitz beinhalten.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß des Weiteren
durch ein für
ein Funkkommunikationssystem ausgebildetes Koordinatorgerät gelöst.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß des Weiteren
durch ein für
ein Funkkommunikationssystem ausgebildetes Kommunikationsendgerät gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Funkkommunikationssystem,
das erfindungsgemäße Koordinatorgerät und das
erfindungsgemäße Kommunikationsendgerät ermöglichen
bei geringer Latenzzeit und deterministischer Übertragung der Daten eine optimierte Steuerung
des Zugriffs auf die Funkressource.
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Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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In
vorteilhafter Weise wird das Funkkommunikationssystem dadurch weitergebildet,
dass das Koordinatorgerät
dem mindestens einen Kommunikationsendgerät in einer Nutzdatenübertragungsbetriebsart
mittels einer im Synchronisierungszeitschlitz übertragenen Synchronisierungsmeldung
mitteilt, in welcher Richtung die Funkkommunikation zwischen dem
Koordinatorgerät
und dem mindestens einen Kommunikationsendgerät innerhalb dieses Zeitrahmens
erfolgt. Dadurch kann das Koordinatorgerät entweder Nutzdaten von dem
mindestens einen Kommunikationsendgerät empfangen oder das mindestens
eine Kommunikationsendgerät
wird für
die unmittelbare Parametrierung durch das Koordinatorgerät vorbereitet.
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In
weiterhin vorteilhafter Weise wird das Funkkommunikationssystem
gemäß des vorigen
Absatzes dadurch weitergebildet, dass die Synchronisierungsmeldung
als Richtung die Abwärtsrichtung vom
Koordinatorgerät
zu dem mindestens einen Kommunikationsendgerät definiert, und daraufhin das
mindestens eine Kommunikationsendgerät und das Koordinatorgerät (KG) in
eine Koordinatorparametrierbetriebsart wechseln, in der das mindestens eine
Kommunikationsendgerät
parametriert wird. Aus verschiedenen Möglichkeiten der Parametrierung
des Kommunikationsendgerätes
wird hier die unmittelbare Parametrierung durch das Koordinatorgerät vollzogen.
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In
weiterhin vorteilhafter Weise wird das Funkkommunikationssystem
dadurch weitergebildet, dass das Koordinatorgerät dem mindestens einen Kommunikationsendgerät in der
Nutzdatenübertragungsbetriebsart
mittels der im Synchronisierungszeitschlitz übertragenen Synchronisierungsmeldung mitteilt,
ob eine Bestätigung
empfangener Meldungen erforderlich ist. Da durch kann die Kommunikationssicherheit
erhöht
werden und die Latenzzeit verkürzt
werden.
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In
weiterhin vorteilhafter Weise wird das Funkkommunikationssystem
dadurch weitergebildet, dass der dynamische Zeitschlitz eines Zeitrahmens in
mehrere Unterzeitschlitze gleicher Länge unterteilt ist. Dadurch
kann eine Vielzahl von weiteren Geräten, ohne das zwischen ihnen
eine Störung
der Datenkommunikation auftritt, mit dem Koordinatorgerät kommunizieren.
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Das
Funkkommunikationssystem wird in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet,
dass der dynamische Zeitschlitz von einem Kommunikationsendgerät benutzbar
ist, dem kein Nutzdatenübertragungszeitschlitz
zugewiesen ist, und/oder von einem Zusatzgerät benutzbar ist. Somit kann
der dynamische Zeitschlitz auf unterschiedliche Weise für eine Datenkommunikation
mit dem Koordinatorgerät
verwendet werden. Er dient entweder weiteren Kommunikationsendgeräten zur
Nutzdatenübertragung
zum Koordinatorgerät
oder einem Zusatzgerät,
mit dem weitere Kommunikationsendgeräte vom Zusatzgerät parametriert
werden.
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Das
Funkkommunikationssystem des vorigen Absatzes wird in vorteilhafter
Weise dadurch weitergebildet, dass das Zusatzgerät dem Koordinatorgerät mittels
einer Zusatzgerätparametrierungsmeldung
signalisiert, dass es das mindestens eine Kommunikationsendgerät in einer
Ad-hoc-Parametrierbetriebsart parametrieren will und das Koordinatorgerät daraufhin
das mindestens eine Kommunikationsendgerät mittels der Synchronisierungsmeldung zwingt,
in die Ad-hoc-Parametrierbetriebsart zu wechseln. Auf diese Weise
wird die Parametrierung der Kommunikationsendgeräte durch das Zusatzgerät durchgeführt, wobei
Funkkanäle
verwendet werden, die die Datenkommunikation zwischen dem Koordinatorgerät und den
nicht vom Zusatzgerät
parametrierten Kommunikationsendgeräten nicht stören.
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Das
Funkkommunikationssystem des vorigen Absatzes wird in vorteilhafter
Weise dadurch weitergebildet, dass das Zusatzgerät dem mindestens einen Kommunikationsendgerät mittels
einer Zusatzgerätparametrierungsbeendigungsmeldung signalisiert,
dass es die Ad-hoc-Parametrierbetriebsart verlassen soll, wodurch
das mindestens eine Kommunikationsendgerät gezwungen wird, sich wiederum
auf die Synchronisierungsmeldung zu synchronisieren, um mit dem
Koordinatorgerät
zu kommunizieren. Somit kann das vom Zusatzgerät parametrierte Kommunikationsendgerät wieder
zügig an der
Datenkommunikation mit dem Koordinatorgerät teilnehmen.
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Das
Funkkommunikationssystem wird in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet,
dass das mindestens eine Kommunikationsendgerät in der Nutzdatenübertragungsbetriebsart
im energiesparenden Schlafmodus verweilt und sich erst nach Auftreten
eines Ereignisses auf die Synchronisierungsmeldung synchronisiert
und im Zeitrahmen dieser Synchronisierungsmeldung eine Meldung im
zugewiesenen Nutzdatenübertragungszeitschlitz
an das Koordinatorgerät
versendet. Somit wird ein energiesparender Betrieb des Funkkommunikationssystem bei
geringer Latenzzeit und deterministischer Übertragung ermöglicht.
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Das
Funkkommunikationssystem wird in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet,
dass das mindestens eine Kommunikationsendgerät in der Nutzdatenübertragungsbetriebsart
in vorbestimmten Zeitrahmen in einem zugewiesenen Nutzdatenübertragungszeitschlitz
eine Statusmeldung an das Koordinatorgerät versendet. Dadurch kann ein
Ausfall eines Kommunikationsendgerätes vom Koordinatorgerät zügig entdeckt
und weitere Maßnahmen
zur Wiederherstellung der Datenkommunikation zwischen diesem Kommunikationsendgerät und dem
Koordinatorgerät
getroffen werden.
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Das
Funkkommunikationssystem wird in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet,
dass ein oder mehrere der folgenden Größen parametrierbar sind:
- – Zeitdauer
der Synchronisierungszeitschlitze,
- – Anzahl
der dem mindestens einen Kommunikationsendgerät zugewiesenen Nutzdatenübertragungszeitschlitze
innerhalb eines Zeitrahmens,
- – Anzahl
des mindestens einen Kommunikationsendgerätes,
- – Zeitdauer
der Nutzdatenübertragungszeitschlitze,
- – Zeitdauer
des dynamischen Zeitschlitzes und die Anzahl und Zeitdauer der Unterzeitschlitze,
- – Verschlüsselungserfordernis
der zu übertragenen
Meldungen.
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Auf
diese Weise kann die Datenübertragung zwischen
einer Vielzahl von Kommunikationsendgeräten und einem Koordinatorgerät auf vielfältige Weise
und angepasst auf spezielle Erfordernisse realisiert werden.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung,
welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen die Erfindung anhand
von fünf
Ausführungsbeispielen
erläutert.
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Dabei
zeigt in schematischer Darstellung die
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1 ein
Funkkommunikationssystem umfassend ein Koordinatorgerät, drei
Kommunikationsendgeräte
und ein Zusatzgerät,
und die
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2a eine
Strukturierung eines Zeitrahmens umfassend einen Synchronisierungszeitschlitz, drei
Nutzdatenübertragungszeitschlitze
und einen dynamischen Zeitschlitz, welcher als monolithischer Bereich
strukturiert ist, und die
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2b die 2a erweitert
darin, dass der dynamische Zeitschlitz in zwei Unterzeitschlitze
unterteilt ist, und die
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3 eine
Datenkommunikation zwischen einem Koordinatorgerät und drei Kommunikationsendgeräten in einer
Nutzdatenübertragungsbetriebsart
und einer Koordinatorparametrierbetriebsart, und die
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4 eine
Datenkommunikation zwischen einem Koordinatorgerät, einem Kommunikationsendgerät und einem
Zusatzgerät
in einer Nutzdatenübertragungsbetriebsart
und einer Ad-hoc-Parametrierbetriebsart,
und die
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5 eine
Strukturierung einer in einem Synchronisierungszeitschlitz übertragenen
Synchronisierungsmeldung.
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Die 1 zeigt
ein Funkkommunikationssystem FKS umfassend ein Koordinatorgerät KG, drei
Kommunikationsendgeräte
KEG1, KEG2, KEG3 und ein Zusatzgerät ZG. Das Koordinatorgerät stellt auch
die Datenkommunikation zur übergeordneten Netzwerkinfrastruktur
her. Das Funkkommunikationssystem FKS ist beispielsweise als Drahtloses Sensor/Aktor
Netzwerk (Wireless Sensor Actor Network) ausgebildet. Die Kommunikationsendgeräte KEG1,
KEG2, KEG3 können
also als Sensoren oder Aktoren ausgebildet sein. Selbstverständlich kann ein
solches Funkkommunikationssystem FKS auch weitere Kommunikationsendgeräte oder
Zusatzgeräte
umfassen (hier nicht gezeigt).
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Die 2a zeigt
eine Strukturierung eines Zeitrahmens ZR umfassend einen dynamischen
Zeitschlitz DYNZS, der als monolithischer Bereich strukturiert ist.
Der Zeitrahmen ZR beginnt mit einem Synchronisierungszeitschlitz
SYNZS, drei aufeinanderfolgenden Nutzdatenübertragungszeitschlitzen NDÜZS1, NDÜZS2, NDÜZS3, an
die sich der dynamische Zeitschlitz DYNZS anschließt. Der
folgende Zeitrahmen, von dem nur der Synchronisierungszeitschlitz
SYNZS gezeigt ist, schließt
sich an den gezeigten vollständigen
Zeitrahmen ZR an. In dem gezeigten vollständigen Zeitrahmen ZR wird in
dem Synchronisierungszeitschlitz SYNZS die Synchronisierungsmeldung
SYNM von dem Koordinatorgerät KG
an die Kommunikationsendgeräte
KEG1, KEG2, KEG3, die eine Datenkommunikation mit dem Koordinatorgerät KG unterhalten, übertragen.
Diese Kommunikationsendgeräte
KEG1, KEG2, KEG3 sollten sich auf die in dem Synchronisierungszeitschlitz SYNZS
des Zeitrahmens ZR enthaltene Synchronisierungsmeldung SYNM aufsynchronisieren,
aber auf jeden Fall deren Meldungsinhalt umsetzen. Der Nutzdatenübertragungszeitschlitz
NDÜZS1
ist dem Kommunikationsendgerät
KEG1, der Nutzdatenübertragungszeitschlitz
NDÜZS2
ist dem Kommunikationsendgerät
KEG2 und der Nutzdatenübertragungszeitschlitz
NDÜZS3
ist dem Kommunikationsendgerät
KEG3 zugewiesen. Die Zeitdauer des Synchronisierungszeitschlitzes
SYNZS, die Anzahl der den Kommunikationsendgeräten KEG1, KEG2, KEG3 innerhalb
eines Zeitrahmens zugewiesenen Nutzdatenübertragungszeitschlitze NDÜZS1, NDÜZS2, NDÜZS3, die
Anzahl der an der Datenkommunikation teilnehmenden Kommunikationsendgeräte KEG1, KEG2,
KEG3, die Zeitdauer der Nutzdatenübertragungszeitschlitze NDÜZS1, NDÜZS2, NDÜZS3, die Zeitdauer
des dynamischen Zeitschlitzes DYNZS und die Anzahl und Zeitdauer
der Unterzeitschlitze UZS1, UZS2 ist parametrierbar und wird vor
Inbetriebnahme des Funkkommunikationssystems FKS durch eine in das
Koordinatorgerät
KG geladene Software bestimmt. Außerdem ist durch das Koordinatorgerät KG parametrierbar,
ob die Datenkommunikation von/zu den Kommunikationsendgeräten KEG1,
KEG2, KEG3 verschlüsselt
oder unverschlüsselt
erfolgen soll.
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Die
Parametrierung wird in großem
Maße durch
die Auslegung des Funkkommunikationssystems FKS bestimmt und beispielsweise
durch folgende Größen beeinflusst.
Anzahl der an der Datenkommunikation teilnehmenden Kommunikationsendgeräte KEG1,
KEG2, KEG3, einzuhaltende maximale Latenzzeit, Größe der von/zu
den Kommunikationsendgeräten
KEG1, KEG2, KEG3 zu übertragenen
Meldungen, Anzahl der Zusatzgeräte
ZG etc..
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Der
dynamische Zeitschlitz DYNZS kann von weiteren Kommunikationsendgeräten benutzt
werden, denen kein Nutzdatenübertragungszeitschlitz NDÜZS1, NDÜZS2, NDÜZS3 von
dem Koordinatorgerät
KG für
die zyklische Datenkommunikation mit dem Koordinatorgerät KG zugeordnet
wurde. Vor der Benutzung des dynamischen Zeitschlitzes DYNZS durch
ein Kommunikationsendgerät
muss sich dieses auf die Synchronisierungsmeldung SYNM im dem dynamischen
Zeitschlitz DYNZS vorangegangenen Synchronisierungszeitschlitz SYNZS
synchronisieren. Insbesondere kann der dynamische Zeitschlitz DYNZS
auch benutzt werden, wenn die zu übertragenen Datenpakete zu
lang sind, um innerhalb eines Nutzdatenübertragungszeitschlitzes NDÜZS1, NDÜZS2, NDÜZS3 übertragen
zu werden.
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Auch
kann der dynamische Zeitschlitz DYNZS von einem Zusatzgerät ZG benutzt
werden, welches zur Parametrierung der Kommunikationsendgeräte KEG1,
KEG2, KEG3 dient, was in einem späteren Abschnitt eingehender
erläutert
wird.
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Datenkollisionen
zwischen verschiedenen Kommunikationsendgeräten oder dem Zusatzgerät ZG in
dem dynamischen Zeitschlitz DYNZS werden durch dem Fachmann bekannte
Stauauflösungsmechanismen,
in der englischsprachigen Literatur auch als Backoff mechanismen
bekannt, gelöst,
bei denen eine wiederholte Aussendung von Datenpaketen zu späteren zufällig gewählten Zeitpunkten
erfolgt oder eine Priorisierung von Datenpaketen bestimmter Kommunikationsendgeräte vorgesehen
ist.
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Die 2b unterscheidet
sich von der 2a nur insofern, dass der dynamische
Zeitschlitz DYNZS im Zeitrahmen ZR in zwei Unterzeitschlitze UZS1,
UZS2 unterteilt ist. Dadurch können
zwei weitere Kommunikationsgeräte
bzw. Zusatzgeräte
eine Datenkommunikation mit dem Koordinatorgerät KG ausführen, ohne dass zwischen ihnen
eine Störung der
Datenkommunikation auftritt.
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Die 3 zeigt
eine Datenkommunikation zwischen einem Koordinatorgerät KG und
drei Kommunikationsendgeräten
KEG1, KEG2, KEG3 in einer Nutzdatenübertragungsbetriebsart und
einer Koordinatorparametrierbetriebsart in drei aufeinanderfolgenden
Zeitrahmen ZR1, ZR2, ZR3 und dem Beginn eines vierten Zeitrahmens,
der auf den dritten Zeitrahmen ZR3 folgt. Der Aufbau der Zeitrahmen
ZR1, ZR2, ZR3 entspricht jeweils dem aus der 2a. An die
Synchronisierungszeitschlitze SYNZS1, SYNZS2, SYNZS3 und SYNZS4
schließen
sich jeweils drei Nutzdatenübertragungszeitschlitze
an, die zur Bewahrung der Übersichtlichkeit
in der 3 nicht bezeichnet sind. Die drei Nutzdatenübertragungszeitschlitze
sind den drei Kommunikationsendgeräten KEG1, KEG2, KEG3, wie in 2a beschrieben,
vom Koordinatorgerät
KG zugewiesen.
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Zunächst wird
die Datenkommunikation zwischen dem Koordinatorgerät KG und
dem ersten Kommunikationsendgerät
KEG1 näher
erläutert.
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Vor
dem ersten Zeitrahmen ZR1 findet ein Ereignis E1 statt, welches
vom ersten Kommunikationsendgerät
KEG1 registriert wird. Dieses Ereignis E1 könnte beispielsweise das Überschreiten
einer Temperaturschwelle, die Erkennung eines Brandes etc. sein,
jedenfalls etwas was z. B. von einem als Sensor ausgebildeten Kommunikationsendgerät KEG1 erkannt
wird und was infolge festgelegter Verarbeitungsrichtlinien im Sensor
dem Koordinatorgerät
KG gemeldet werden muss.
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Damit
eine Meldung an das Koordinatorgerät KG erfolgen kann, muss sich
das erste Kommunikationsendgerät
KEG1 auf die nächste
Synchronisierungsmeldung im Synchronisierungszeitschlitz SYNZS1
aufsynchronisieren. Dazu stellt das erste Kommunikationsendgerät KEG1 durch
Auswertung der Synchronisierungsmeldung fest, dass es sich in einer
Nutzdatenübertragungsbetriebsart
befindet, also im auf den Synchronisierungszeitschlitz folgenden
vom Koordinatorgerät
KG zugewiesenen Nutzdatenübertragungszeitschlitz
Daten an das Koordinatorgerät
KG versenden kann. Dieses wird in der 3 und später auch
in 4 dadurch dargestellt, dass in dem Nutzdatenübertragungszeitschlitz NDÜZS1 ein
dicker Pfeil dargestellt ist. Dicke Pfeile in den Nutzdatenübertragungszeitschlitzen
NDÜZS1, NDÜZS2, NDÜZS3 stellen
im Weiteren gesendete Meldungen dar. Dünne Pfeile in den Nutzdatenübertragungszeitschlitzen
NDÜZS1,
NDÜZS2,
NDÜZS3 der
Kommunikationsendgeräte
KEG1, KEG2, KEG3 stellen im Weiteren empfangene Meldungen dar. Dünne Pfeile
in den Nutzdatenübertragungszeitschlitzen
NDÜZS1,
NDÜZS2,
NDÜZS3
des Koordinatorgerätes
KG stellen im weiteren empfangene Meldungen dar, wenn in entsprechenden
Nutzdatenübertragungszeitschlitzen
NDÜZS1,
NDÜZS2, NDÜZS3 Meldungen
von den Kommunikationsendgeräten
KEG1, KEG2, KEG3 gesendet wurden, oder Empfangsbereitschaft des
Koordinatorgerätes
KG, wenn in entsprechenden Nutzdatenübertragungszeitschlitzen NDÜZS1, NDÜZS2, NDÜZS3 keine Meldungen
von den Kommunikationsendgeräten KEG1,
KEG2, KEG3 gesendet wurden. Befinden sich in den Nutzdatenübertragungszeitschlitzen
NDÜZS1, NDÜZS2, NDÜZS3 keine
Pfeile, soll dargestellt sein, dass in diesen Nutzdatenübertragungszeitschlitzen NDÜZS1, NDÜZS2, NDÜZS3 keine
Meldungen von den Kommunikationsendgeräten KEG1, KEG2, KEG3 zum Koordinatorgerät KG gesendet
werden.
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Im
Nutzdatenübertragungszeitschlitz NDÜZS1 des
Zeitrahmens ZR1 sendet also das Kommunikationsendgerät KEG1 eine
Meldung an das Koordinatorgerät
KG. Durch die Aufsynchronisierung des Kommunikationsendgerätes KEG1
auf die Synchronisierungsmeldung im zweiten Synchronisierungszeitschlitz
SYNZS2 des Zeitrahmens ZR2 erhält
das Kommunikationsendgerät
KEG1 die Mitteilung, dass es von der Nutzdatenübertragungsbetriebsart in die
Koordinatorparametrierbetriebsart wechseln soll, in der das Kommunikationsendgerät KEG1 vom
Koordinatorgerät
KG im Nutzdatenübertragungszeitschlitz
NDÜZS1
des zweiten Zeitrahmens ZR2 eine Parametriermeldung empfängt. Die Übertragung
der Parametriermeldung kann aufgrund der Datenmenge jedoch nicht
in einem einzigen Nutzdatenübertragungszeitschlitz
abgeschlossen werden. Wenn sich jetzt das Kommunikationsendgerät KEG1 auf
die Synchronisierungsmeldung im dritten Synchronisierungszeitschlitz
SYNZS3 des dritten Zeitrahmens ZR3 aufsynchronisiert, erhält es die
Mitteilung dass die Koordinatorparametrierbetriebsart aufrechterhalten
werden soll. Das Kommunikationsendgerät KEG1 empfängt nun vom Koordinatorgerät KG im
Nutzdatenübertragungszeitschlitz
NDÜZS1 des
dritten Zeitrahmens ZR3 den zweiten Teil der Parametriermeldung,
die jetzt im Nutzdatenübertragungszeitschlitz
NDÜZS1
des dritten Zeitrahmens ZR3 vollständig übertragen werden konnte.
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Parametriermeldungen,
die das Kommunikationsendgerät
KEG1 in der Koordinatorparametrierbetriebsart vom Koordinatorgerät KG erhält, werden vom
Kommunikationsendgerät
KEG1 optional in einem darauffolgenden zugewiesenen Nutzdatenübertragungszeitschlitz
durch eine Bestätigungsmeldung BM
bestätigt.
Es ist parametrierbar, wie viele vom ersten Kommunikationsendgerät KEG1 korrekt
empfangene Parametriermeldungen mit einer Bestätigungsmeldung BM bestätigt werden.
Dadurch ist es möglich,
sowohl jede Parametriermeldung separat als auch Blöcke von
Parametriermeldungen mit einer Bestätigungsmeldung BM zu bestätigen. Bestätigungsmeldungen
(BM), die jeweils einen Block von Parametriermeldungen bestätigen, reduzieren
bei guter Datenverbindung nur minimal den Datendurchsatz.
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Wenn
sich jetzt das Kommunikationsendgerät KEG1 auf die Synchronisierungsmeldung
im vierten Synchronisierungszeitschlitz SYNZS4 des vierten Zeitrahmens
aufsynchronisiert, erhält
es die Mitteilung dass es von der Koordinatorparametrierbetriebsart
wieder in die Nutzdatenübertragungsbetriebsart
wechseln soll. Das Kommunikationsendgerät KEG1 sendet nun im Nutzdatenübertragungszeitschlitz
NDÜZS1
des vierten Zeitrahmens Meldungen (Nutzdaten) an das Koordinatorgerät KG.
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Jetzt
wird die Datenkommunikation zwischen dem Koordinatorgerät KG und
dem zweiten Kommunikationsendgerät
KEG2 näher
erläutert.
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Infolge
eines Ereignisses E2 vor dem ersten Zeitrahmen ZR1 und nach erfolgter
Aufsynchronisierung des zweiten Kommunikationsendgerätes KEG2 auf
die Synchronisierungsmeldung SYNM im ersten Synchronisierungszeitschlitz
SYNZS1 des ersten Zeitrahmens ZR1 sendet das zweite Kommunikationsendgerät KEG2 im
Nutzdatenübertragungszeitschlitz
NDÜZS2
des Zeitrahmens ZR1 eine Meldung an das Koordinatorgerät KG, die
in diesem Nutzdatenübertragungszeitschlitz
NDÜZS2
des ersten Zeitrahmens ZR1 vollständig übertragen werden konnte.
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Damit
das Funkkommunikationssystem FKS energiesparsam betrieben werden
kann und wenn dem zweiten Synchronisierungszeit schlitz SYNZS2 des
zweiten Zeitrahmens ZR2 kein erneutes Ereignis vorangeht, betreibt
das zweite Kommunikationsendgerät
KEG2 keine Aufsynchronisierung auf die Synchronisierungsmeldung
SYNM des zweiten Synchronisierungszeitschlitzes SYNZS2 des zweiten
Zeitrahmens ZR2 sondern verweilt im energiesparenden Schlafmodus.
Konnte jedoch, was in der 3 nicht gezeigt
ist, die Meldung im Nutzdatenübertragungszeitschlitz
NDÜZS2
des Zeitrahmens ZR1 an das Koordinatorgerät KG nicht vollständig übertragen
werden, würde
sich das zweite Kommunikationsendgerät KEG2 auf die Synchronisierungsmeldung
SYNM des zweiten Synchronisierungszeitschlitzes SYNZS2 des zweiten
Zeitrahmen ZR2 aufsynchronisieren und im zweiten Nutzdatenübertragungszeitschlitz NDÜZS2 des
zweiten Zeitrahmens den noch nicht übertragenen Teil der Meldung
an das Koordinatorgerät
KG übertragen.
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Nach
dem zweiten Synchronisierungszeitschlitz SYNZS2 des zweiten Zeitrahmens
ZR2 findet jedoch wiederum ein Ereignis E3 statt, welches vom zweiten
Kommunikationsendgerät
KEG2 registriert wird und an das Koordinatorgerät KG gemeldet werden muss.
Um dieses zu realisieren, synchronisiert sich das zweite Kommunikationsendgerät KEG2 auf die
Synchronisierungsmeldung SYNM des dritten Synchronisierungszeitschlitzes
SYNZS3 im dritten Zeitrahmen ZR3 auf und überträgt im zweiten Nutzdatenübertragungszeitschlitz
NDÜZS2
des dritten Zeitrahmens ZR3 eine Meldung (Nutzdaten) an das Koordinatorgerät KG, die
wiederum im zweiten Nutzdatenübertragungszeitschlitz
NDÜZS2
des dritten Zeitrahmens ZR3 vollständig übertragen werden konnte.
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Danach
verweilt das zweite Kommunikationsendgerät KEG2 wiederum im energiesparenden Schlafmodus,
wie er bereits im Hinblick auf den zweiten Zeitrahmen ZR2 beschrieben
wurde, bis erneut ein Ereignis auftritt.
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Zwischen
dem Koordinatorgerät
KG und dem dritten Kommunikationsendgerät KEG3 findet keine Datenkommunikation
statt. Das dritte Kommunikationsendgerät KEG3 verweilt im energiesparenden
Schlafmodus.
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Die 4 zeigt
eine Datenkommunikation zwischen einem Koordinatorgerät KG, einem
ersten Kommunikationsendgerät
KEG1 und einem Zusatzgerät
ZG in einer Nutzdatenübertragungsbetriebsart und
einer Ad-hoc-Parametrierbetriebsart. Aufbau und Darstellung entsprechen
denen der 3 sofern nicht Änderungen
spezifiziert sind.
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Infolge
eines Ereignisses E4 vor dem ersten Zeitrahmen ZR1 und nach erfolgter
Aufsynchronisierung des ersten Kommunikationsendgerätes KEG1 auf
die Synchronisierungsmeldung SYNM im ersten Synchronisierungszeitschlitz
SYNZS1 des ersten Zeitrahmens ZR1 sendet das erste Kommunikationsendgerät KEG1 im
Nutzdatenübertragungszeitschlitz NDÜZS1 des
Zeitrahmens ZR1 eine Meldung an das Koordinatorgerät KG, die
in diesem Nutzdatenübertragungszeitschlitz
NDÜZS1
des ersten Zeitrahmens ZR1 vollständig übertragen werden konnte.
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Dem
zweiten Synchronisierungszeitschlitz SYNZS2 des zweiten Zeitrahmens
ZR2 geht kein erneutes Ereignis voran. Das erste Kommunikationsendgerät KEG1 betreibt
deshalb keine Aufsynchronisierung auf die Synchronisierungsmeldung
SYNM des zweiten Synchronisierungszeitschlitzes SYNZS2 des zweiten
Zeitrahmens ZR2 sondern verweilt im energiesparenden Schlafmodus.
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Im
dynamischen Zeitschlitz DYNZS des ersten Zeitrahmens ZR1 signalisiert
jedoch das Zusatzgerät
ZG, dem kein Nutzdatenübertragungszeitschlitz
zugewiesen ist, dem Koordinatorgerät KG mittels einer Zusatzgerätparametrierungsmeldung,
dass es das erste Kommunikationsendgerät KEG1 in einer Ad-hoc-Parametrierbetriebsart
parametrieren will. Das Koordinatorgerät KG zwingt daraufhin das erste Kommunikationsendgerät KEG1 mittels
der Synchronisierungsmeldung SYNM im zweiten Synchronisierungszeitschlitz
SYNZS2 des zweiten Zeitrahmens ZR2 in die Ad-hoc-Parametrierbetriebsart
zu wechseln. Der erste Nutzdatenübertragungszeitschlitz NDÜZS1 des
zweiten Zeitrahmens ZR2 im Koordinatorgerät KG wird deshalb für den Empfang
von Meldungen nicht verwendet, was durch die 0 in der 4 repräsentiert
werden soll.
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Das
Zusatzgerät
ZG sendet daraufhin im zweiten dynamischen Zeitschlitz DYNZS des
zweiten Zeitrahmens ZR2 eine Parametriermeldung an das erste Kommunikationsendgerät KEG1 über einen Funkkanal,
der die Datenkommunikation zwischen dem Koordinatorgerät KG und
den nicht vom Zusatzgerät
ZG parametrierten Kommunikationsendgeräten nicht stört.
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Das
erste Kommunikationsendgerät
KEG1 sendet daraufhin im zweiten dynamischen Zeitschlitz DYNZS des
zweiten Zeitrahmens ZR2 eine Antwortmeldung an das Zusatzgerät ZG. Das
Zusatzgerät ZG
signalisiert dem ersten Kommunikationsendgerät KEG1 mittels einer Zusatzgerätparametrierungsbeendigungsmeldung,
dass das erste Kommunikationsendgerät KEG1 die Ad-hoc-Parametrierbetriebsart wieder
verlassen soll. Der erste Nutzdatenübertragungszeitschlitz NDÜZS1 des
dritten Zeitrahmens ZR3 wird jedoch im Koordinatorgerät KG für den Empfang
von Meldungen nicht verwendet.
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Infolge
eines Ereignisses E5 vor dem vierten Synchronisierungszeitschlitz
SYNZS4 synchronisiert sich das erste Kommunikationsendgerät KEG1 wieder
auf die Synchronisierungsmeldung SYNM im vierten Synchronisierungszeitschlitz
SYNZS4 auf und das erste Kommunikationsendgerät KEG1 sendet im Nutzda tenübertragungszeitschlitz
NDÜZS1 des
vierten Zeitrahmens (nicht in der 4 vollständig dargestellt
und bezeichnet) eine Meldung an das Koordinatorgerät KG.
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Selbstverständlich (was
in der 4 nicht gezeigt) ist, könnte das Kommunikationsendgerät KEG1 infolge
der Aufsynchronisierung auf den Synchronisierungszeitschlitz SYNZS3
auch bereits im Nutzdatenübertragungszeitschlitz
NDÜZS1
des dritten Zeitrahmens ZR3 eine Meldung an das Koordinatorgerät KG senden.
Auch kann sich die Parametrierung des ersten Kommunikationsendgerätes KEG1 durch
das Zusatzgerät
ZG über
mehrere dynamische Zeitschlitze DYNZS erstrecken und die Antwort
des ersten Kommunikationsendgerätes
KEG1 auf eine Parametriermeldung des Zusatzgerätes ZG muss nicht zwangsläufig in
demselben dynamischen Zeitschlitz DYNZS erfolgen.
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In
den 3 und 4 senden die Kommunikationsendgeräte KEG1,
KEG2 Meldungen (Nutzdaten) infolge von aufgetretenen Ereignissen
E1, E2, E3, E4, E5. Treten jedoch für einen längeren Zeitraum keine Ereignisse
auf, verweilen die Kommunikationsendgeräte im energiesparenden Schlafmodus.
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Dem
Koordinatorgerät
KG bleibt dann über einen
längeren
Zeitraum unbekannt, ob ein Kommunikationsendgerät noch einwandfrei im Betrieb
ist bzw. bereits ausgefallen ist. So ein ausgefallenes Kommunikationsendgerät wäre für die Parametrierung
oder Diagnose nicht erreichbar. Das Funkkommunikationssystem FKS
kann daher auch so parametriert sein, dass die Kommunikationsendgeräte unabhängig vom
Auftreten eines Ereignisses in vorbestimmten Zeitabständen in
zugewiesenen Nutzdatenübertragungszeitschlitzen
eine Statusmeldung an das Koordinatorgerät KG versenden müssen. Das Ausbleiben
der Statusmeldung zeigt den Ausfall des Kommunikationsendgerätes an.
In der Statusmeldung können
auch Diagnoseinformationen enthalten sein.
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Die 5 zeigt
die Strukturierung einer in einem Synchronisierungszeitschlitz übertragenen
Synchronisierungsmeldung SYNM. Die Synchronisierungsmeldung SYNM
besteht aus einem ersten Abschnitt umfassend ein Präambelbitmuster
P zur Zeitsynchronisierung, Vorgaben zur Rahmenlänge L, Vorgaben zum Rahmentyp
T und eine Netzwerkadresse NWA (eine Netzwerkadresse mit dem Umfang von
8 Bit lässt
256 Netzwerke unterscheiden, was in der Praxis von Industriehallen
oder -anlagen ausreichend ist) sowie einem zweiten Abschnitt zur
Steuerung der den drei Kommunikationsendgeräten KEG1, KEG2, KEG3 zugewiesenen
Zeitschlitze ZS1, ZS2, ZS3. Die Steuermeldung (2. Abschnitt) betreffend den
Zeitschlitz ZS1 ist beispielhaft erläutert und umfasst einen ersten
Teil BM, mit das Koordinatorgerät KG
dem ersten Kommunikationsendgerät
KEG1 anzeigt, ob eine vorangegangene vom ersten Kommunikationsendgerät KEG1 gesendete
Meldung oder auch eine Vielzahl davon korrekt vom Koordinatorgerät KG empfangen
wurde oder nicht bzw. ob eine Bestätigung vom ersten Kommunikationsendgerät KEG1 gefordert
wird, einen zweiten Teil RM, der die Richtung der Datenkommunikation
zwischen Koordinatorgerät
KG und erstem Kommunikationsendgerät KEG1 innerhalb dieses Zeitrahmens
festlegt und einen dritten Teil BAM, der dem ersten Kommunikationsendgerät KEG1 signalisiert,
in welcher Betriebsart das erste Kommunikationsendgerät KEG1 in
diesem Zeitrahmen betrieben wird.
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Im
einfachsten Fall ist für
jeden Teil BM, RM, BAM der Steuermeldung ein Bit vorgesehen, also insgesamt
3 Bit. Der Bitwert 0 des ersten Teils BM zeigt dem ersten Kommunikationsendgerät KEG1 an,
dass eine vorangegangene vom ersten Kommunikationsendgerät KEG1 gesendete
Meldung oder auch eine Vielzahl davon korrekt vom Koordinatorgerät KG empfangen
wurde, der Bitwert 0 des zweiten Teils fordert einen Sendebetrieb
durch das erste Kommunikationsendgerät KEG1 und einen Emp fangsbetrieb
durch das Koordinatorgerät
KG und der Bitwert 0 des dritten Teils fordert den Betrieb des ersten
Kommunikationsendgerätes
KEG1 in der Nutzdatenübertragungsbetriebsart
bzw. Koordinatorparametrierbetriebsart. Umgekehrt zeigt der Bitwert
1 des ersten Teils BM dem ersten Kommunikationsendgerät KEG1 an,
dass keine vorangegangene vom ersten Kommunikationsendgerät KEG1 gesendete
Meldung oder auch eine Vielzahl davon korrekt vom Koordinatorgerät KG empfangen
wurde, der Bitwert 1 des zweiten Teils fordert einen Empfangsbetrieb durch
das erste Kommunikationsendgerät
KEG1 und einen Sendebetrieb durch das Koordinatorgerät KG und
der Bitwert 1 des dritten Teils fordert den Wechsel des ersten Kommunikationsendgerätes KEG1
in eine Ad-hoc-Parametrierbetriebsart.
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Ob
der korrekte Empfang von Meldungen des ersten Kommunikationsendgerätes KEG1
durch das Koordinatorgerät
KG bestätigt
werden muss, ist vorab in der Koordinatorparametrierbetriebsart
festzulegen. Um die Latenzzeit in der Nutzdatenübertragungsbetriebsart zu minimieren,
wird vom Koordinatorgerät
KG jede im vorangegangenen Nutzdatenübertragungszeitschlitz vom
ersten Kommunikationsendgerät
KEG1 versendete und vom Koordinatorgerät korrekt empfangene Meldung,
im nachfolgenden Synchronisierungszeitschlitz in der Synchronisierungsmeldung
SYNM bestätigt.
Wenn diese Meldung jedoch nicht korrekt vom Koordinatorgerät KG empfangen
wurde, erfolgt keine Bestätigungsmeldung BM
durch das Koordinatorgerät
KG.
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Wenn
das Koordinatorgerät
KG in diesem Fall keine Bestätigungsmeldung
BM versendet, muss das erste Kommunikationsendgerät KEG1,
die zuletzt gesendete Meldung im folgenden Nutzdatenübertragungszeitschlitz
erneut an das Koordinatorgerät
KG versenden.
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Wie
vorstehend beschrieben können
einzelne Meldungen im Funkkommunikationssystem FKS durch Anweisungen
an die Kommunikationsendgeräte
KEG1, KEG2, KEG3 in den Synchronisierungsmeldungen verschlüsselt werden.
Alternativ dazu können
auch alle Meldungen verschlüsselt
werden. Da jedes Funkkommunikationssystem FKS einen eigenen Schlüssel erhält, muss
keine separate Netzwerkadresse verwendet werden. Kann eine Meldung entschlüsselt werden,
stammt sie von einem Kommunikationsendgerät KEG1, KEG2, KEG3 des Funkkommunikationssystems
FKS.
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Zusammenfassend
sollen nochmals die Vorteile des Funkkommunikationssystems FKS erläutert werden:
- 1. Separate Betriebsarten
a) für das Übertragen
von Meldungen (Prozesswerten) in der Nutzdatenübertragungsbetriebsart,
b)
für die
Parametrierung von Kommunikationsendgeräten durch das Koordinatorgerät in der
Koordinatorparametrierbetriebsart, und
c) für die Parametrierung von Kommunikationsendgeräten durch
das Zusatzgerät
in der Ad-hoc-Parametrierbetriebsart,
wodurch folgende Vorteile
erzielt werden:
d) Geringe Latenzzeit für die Übertragung von Prozesswerten
e)
Parametrierung von Kommunikationsendgeräten in der Koordinatorparametrierbetriebsart
und der Ad-hoc-Parametrierbetriebsart
ohne negativen Einfluss auf die Latenzzeit.
- 2. Keine Parametrierung von Kommunikationsendgeräten durch
das Zusatzgerät
in der Nutzdatenübertragungsbetriebsart,
wodurch folgende Vorteile erzielt werden:
a) Parametrierung
durch das Zusatzgerät
ohne negativen Einfluss auf die Latenzzeit,
b) Für die Parametrierung
durch das Zusatzgerät steht
die volle Bandbreite eines Funkkanals zur Verfügung.
- 3. Information über
die Betriebsart der Kommunikationsendgeräte in der Synchronisierungsmeldung,
wodurch folgende Vorteile erzielt werden:
a) Die Kommunikationsendgeräte können in
verschiedene Betriebsarten versetzt werden
b) Der Wechsel zwischen
den Betriebsarten ist mit minimaler Latenzzeit möglich.
- 4. Beinhaltung des Erfordernisses der Versendung einer Bestätigungsmeldung
durch die Kommunikationsendgeräte
in der Synchronisierungsmeldung, wodurch folgender Vorteil erzielt
wird:
Länge
der Zeitschlitze und damit der Latenzzeit kann minimiert werden.
- 5. Beinhaltung von Richtungsinformation in der Synchronisierungsmeldung,
wodurch folgende Vorteile erzielt werden:
a) Das Koordinatorgerät kann die
Richtung der Datenkommunikation zu den Kommunikationsendgeräten separat
umschalten,
b) es wird kein separater Funkkanal für die Richtung
vom Koordinatorgerät
zum Kommunikationsendgerät
benötigt,
welcher die Latenzzeit vergrößern würde.
- 6. Die Anzahl und Länge
der Zeitschlitze ist frei parametrierbar, wodurch folgender Vorteil
erzielt wird:
Das Funkkommunikationssystem kann sowohl für minimale
Latenzzeit bei wenigen Teilnehmern (Kommunikationsendgeräten) als
auch für
viele Teilnehmer bei erhöhter
Latenzzeit optimiert werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf die speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern
schließt
weitere nicht explizit offenbarte Abwandlungen mit ein, solange
von dem Kern der Erfindung Gebrauch gemacht wird.