CN101926130A - 用于控制通信网络的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于控制具有一个主通信单元和多个从通信单元的通信网络的方法，其中存在至少一个特定的从通信单元之前没有与主通信单元通信并且具有一个装置，该装置被设计为使得在被出于建立通信关系的目的而由主通信单元发出的广播激活之后，离散随机量的值序列被至少一次地从预先给定的有限值域中确定出来并且这些值被分别与由主通信单元预先给定的选择量的值相比较，并且在一致的情况下发送面向主通信单元的应答消息，在该应答消息中包含该至少一个从通信单元的识别信息。

Description

用于控制通信网络的方法和系统

技术领域

本发明涉及用于控制具有一个主通信单元和多个从通信单元的通信网络的方法和系统，其中存在至少一个特定的从通信单元，该从通信单元之前没有与主通信单元通信。

背景技术

公知有如下通信网络，其中所连接的通信单元以所谓的主从配置运行。主单元具有对在通向所连接的从单元的传输路径上的事件的控制。主单元控制和监视通信网络中的数据传送，所通过的方式是每次数据传输都由主单元发起。主从配置例如在以下网状网络中使用，这些网状网络的传输路径受到强烈的干扰。

在这里以电力线载波网络(Power-Line-Carrier-Network)或者电力线通信网络(Power-Line-Communication-Network)为例，其中配电网络的电功率不仅用于电能传输，而且也用于数据传输。在PLC网络中，主通信单元例如可以是数据集中器，其通过远程查询自动读取位于远处的电表(从单元)(自动化的消耗数据与信息系统)。

配电网络是开放式系统，因为其在结构等级方面不受到限制。配电网络被设置为使得随时都可以添加新的用户连接端并由此添加从单元-在下文中也简称为站点。但是在主单元可以与新添加的站点取得联系之前，该主单元必须知道该站点的存在。只有这样才有可能进行寻址。

到目前为止，该问题被通过如下方式解决：主单元被在网络中在层级上处于上级的中央单元相应地给定参数。对从单元的这种中央管理-其通常还包含人工处理-是高成本的。

因此，从配电网络或通信网络的运营商看来存在如下需要：将新添加的通信单元以尽可能少的成本并且无需人工活动地并入到该通信网络中。

发明内容

本发明的目的是，提供用于控制通信网络的方法和系统，使得可以简单地和自动地并入新添加的从通信单元。

该任务在方法方面用权利要求1的特征来解决，在系统方面用权利要求15的特征来解决。本发明的优选方案在各从属权利要求中限定。

在基本思想中，本发明的出发点是：将通信网络控制为使得通过广播程序(Broardcasting)触发地首先进行联系建立的阶段，其目的是，对在网络中新接纳的通信单元进行注册，从而可以确定这些通信单元的身份并且可以进行地址分配。然后，结果是主通信单元可以以通常的方式通过寻址来调用新的从通信单元。

因此，本发明方法的出发点首先是，在网络中存在至少一个从通信单元之前没有与主通信单元通信、即处于尚未注册的状态，并且该从通信单元具有一个装置，该装置出于建立通信关系的目的可以被由主通信单元发起的广播程序至少激活一次。在激活情况下，该装置从预先给定的有限值域中确定离散随机量的序列，并且将这些离散随机量分别与由主通信单元给出的选择量之一进行比较。在相应的值一致的情况下，该单元发送面向主通信单元的应答消息，在该应答消息中包含所述至少一个从通信单元的识别信息。一旦主通信单元知道了新接纳的从通信单元的身份，则主通信单元可以为该从通信单元分配一个地址并且以后如在网络中已经注册的站点那样调用该从通信单元，即可以在这些通信伙伴之间建立通信关系。主通信单元以及从通信单元都可以充当该双向通信内的源点或者受点。通过根据本发明的控制方法能够以简单的方式自动识别新添加的之前尚未与主单元联系的站点。对新站点的搜索自主进行。因此，新设备单元的注册和并入可以通过简单的方式并且没有人工处理地进行。

离散随机量应被理解为实变量，其根据随机或伪随机可以取不同的、但是仅为有限多的值。

选择量应被理解为从这些随机量的值域中所提取的值。

通过主通信单元在确定随机量时可以预先给定该值域，有可能影响并入速度。这使得能够适应实际关系。该适应有利地尤其处于PLC网络中，例如低压网络中，在PLC网络的情况下原则上必须以大数目来计算可能要添加的用户连接端(具有所分配的电表)，但是从地理上或时间上来看增长都不是固定量，而是要经历波动。

本发明的优选实施方式的特征可以在于，所述广播程序包括如下步骤：

-通过主通信单元发送第一类广播注册电报，由此在所述装置中引起对离散随机量的确定，其中所述值域或者通过第一类广播注册电报的消息内容或者通过在所述装置中设置的存储单元的存储内容被预先给定；

-通过主通信单元发送第二类广播注册电报，由此选择量的从所述值域中提取的值被传输给所述装置。

适宜的可以是，所述第一类广播注册电报在时间上先于所述第二类广播注册电报被发送。由此减少所述装置中用于对这些值进行中间存储的费用。

有利的可以是，主通信单元将所述识别信息用于为所述至少一个从通信单元分配地址。

有利的流程的特征可以是，在分配完地址之后，或者在主通信单元在预先给定的时间段内没有接收到应答消息的情况下，主通信单元从所述值域中提取另一个值并且在发送第二类广播注册电报时使用该另一个值。

在程序技术方面有益的是，主通信单元通过按照运行变量的类型进行增加来形成所述另一个值。

有益的可以是，每个值只被使用一次，即主通信单元在提取值之前检查，所述值域是否已经用尽。

对于主通信单元确定所述值域已经用尽的情况，有利的可以是，重新开始注册过程和/或可选地设置一个新的有限值域，使得该注册过程几乎持续地运行。

有利的可以是，主通信单元在预先给定值域时考虑尚未注册的从通信单元的已知的或预期的数目。由此，发现要添加的站点的发现速度可以适应于该应用情况。这尤其是对于PLC网络是有益的，在PLC网络的情况下，用户连接端的增长虽然不是固定量，但是仍然是可估计的。

由此，有利流程的特征可以在于，所述广播程序作为时分复用程序来运行。由此，对新站点的认识或发现被划分成时隙，在这些时隙中分别只传输所述流程的一个确定部分。这使得所述流程可以中断。该注册过程可以在层级上位于更高过程的下方。可以说，注册过程几乎在所有其余通信任务的背景下运行，而不会由于对新站点的搜索而影响通信网络中的交互。如果传输信道的带宽小，则时分复用程序的优点尤其可以是决定性的。对于配电网络的线路上的数据传输就是如此。

如果对用于确定随机数的值域的预先给定通过设置在所述装置中的存储单元来进行，则将非易失性存储器用作所述类型的存储单元可以是有益的。这例如可以是从远处设置参数的EEPROM模块。但是，EPROM、ROM、(DIP)开关或者其它被固定编程的代码开关也可以用作存储器模块。

在实现方面，如果广播程序使用具有经过调制的载波信号形式的信号，则这可以是有益的。

一种简单的和费用低的实现方式的特征可以是，所述装置使用伪随机发生器来生成随机量。实际上每种编程语言都具有用于生成随机数的例程。此外商业上可以获得相应的硬件模块。当代的微处理器提供用于随机数或伪随机数的各种源，例如包含时钟信息或周期信息的寄存器。

根据本发明的用于控制通信网络的系统包括一个主通信单元和多个从通信单元，其中存在至少一个特定的从通信单元之前没有与主通信单元通信并且具有一个装置，该装置被设计为使得在被出于建立通信关系的目的而由主通信单元发出的广播激活之后，离散随机量的值序列被至少一次地从预先给定的有限值域中确定出来并且这些值被分别与由主通信单元预先给定的选择量的值相比较，并且在一致的情况下发送面向主通信单元的应答消息，在该应答消息中包含该至少一个从通信单元的识别信息。

附图说明

为了进一步阐述本发明，在下面的描述部分中参照附图，从这些附图中可以获悉本发明的其它有利的实施方案细节和扩展。

图1示出网状通信网络的网络拓扑，该网状通信网络示出一个主通信单元和多个从通信单元；

图2示出根据本发明方法的简化流程图；

图3示出第一类广播注册电报的结构的简化图；

图4示出第二类广播注册电报的结构的简化图。

具体实施方式

在图1中示出网状通信网络，其中所连接的单元以主从配置布置。附图标记10标明该通信网络，其在下文中也称为通信网或简称为网络。该通信网络主要由主通信单元1(M)、传输或通信介质2、以及多个从通信单元3(S1，S2，S3，S4，...，Sj，...Sn)构成。从通信单元3被分配给主通信单元1并且在层级上处于下方。

图1中所绘的通信网络10的特点在于，发送单元的信号被所连接的所有接收器直接地、但是被延迟了信号传输时间地接收。通信用户1，3共同使用传输介质2。如果例如主通信单元1发送广播程序(Broardcasting，广播)，则这意味着，原则上所连接的全部从通信单元3都能够接收该广播信号。然后，这些接收器中的每个根据特定的标准确定其是否接收所传送的消息。由意义的是，这也适用于从通信单元3的发送过程。主通信单元1控制并监视传输介质2上的事件。

电力线载波(PLC)网络例如具有这样的网络拓扑。在下面的实施例中借助该PLC网络类型详细阐述本发明。但是应当理解，本发明绝不限于电力线载波(PLC)，而是也可以以相应的方式用于其它通信网络应用，在这些其它通信网络应用中例如信息传输可以不通过配电线路进行，而是在其它传输介质上、例如通过无线电信号无线地进行。

在这里所描述的PLC网络实施例中，可以将从通信单元3理解为任何终端设备，例如电表、负载开关设备或者其它在PLC网络内例如与本地变压器(Ortstransformator)附近的中央布置的主通信单元1-例如数据集中器通信的设备。

这种PLC网络中的一个可能任务例如可以在于，通过远程查询自动地查询用户连接端的仪表读数。该远程查询的前提是，这些仪表站点由该网络的管理机构检测。但是，站点数目n在网络10中不是固定的量。

如果现在在这样的PLC网络10中添加新的从通信单元、例如仪表3，则该新的从通信单元可能暂时不被数据集中器1调用，因为数据集中器1不知道该新的从通信单元的存在。到目前为止这个问题通过如下方式解决：主通信单元1必须被配电网或通信网络的上一层(在图中未绘出)通知，哪些站点以及有多少站点位于该主通信单元1所控制的通信网络中。该过程从管理上来说是成本高的。

根据本发明，现在控制通信网络10，使得在主通信单元1与一个或多个要并入的新的从通信单元3之间首先发生联系初始化(Kontaktanbahnung)，该联系初始化的目标是，尚未注册的站点3(从通信单元)感到自己被调用并且向主通信单元1发送识别信息。为此目的在从通信单元3中设置有装置6(在图1中示例性地和代表性地以Sj代表要并入的站点(们))，该装置6可出于建立通信关系的目的而通过广播(Broadcasting)被至少(重新)激活一次。主通信单元1发起该广播。在网络中进行注册之后，装置6暂停活动。

在第一方法步骤中，主通信单元发送第一类广播注册电报。该第一类广播注册电报是广播消息，其中假设，该广播消息到达一个或多个特定的从通信单元3(对此应理解为添加到通信网络10中的新的从通信单元Sj)并由该一个或多个通信单元3接收。这些特定的从通信单元3-下文中也称为注册候选(Anmeldekandidat)-处于以下运行模式，在该运行模式下它们还没有在主通信单元1处注册。在该运行模式下，这些从通信单元3中的每一个被设置为使得对第一类广播注册电报的接收引起对用于生成随机量(随机数)的值序列的装置进行激励。在本发明中，随机量是离散的，也就是说这些随机量的值空间或值域由有限多的值构成。在本实施例中，伪随机发生器生成随机数。这些随机数的数值空间的大小在这里所阐述的方法流程中从主通信单元的方面预先给定并且作为消息内容用第一类广播注册电报传送给所述装置。也可以设想，数值空间、即值域的大小由所述装置中的存储器模块预先给定，其中主通信单元知道存储内容。如在后面仍将阐述的那样，注册过程的速度与数值空间的大小有关，换句话说，通过预先给定值域可以适用应用的实际关系。

时间上在该第一方法步骤之后，主通信单元发送第二类广播注册电报。该第二类广播注册电报同样是广播消息，即该广播消息同样面向所连接的所有站点。又可以假设，该广播消息的信号可以由所有注册候选接收。第二类广播注册电报包含在发送侧由主通信单元所选择的选择量；在本示例中是从随机数的上述数值空间中所提取的选择数。对第二类广播注册电报的接收引起：在那些尚未注册的从通信单元中以及在准备好上述通过随机构成的数的从通信单元中，所述装置分别执行与所传输的选择数的比较。比较结果规定下一步骤：

a)如果该比较得出两个值同样大(随机数＝选择数)的结果，则这导致从通信单元发送面向主通信单元的应答消息，在该应答消息中包含识别信息。该识别信息例如可以是设备标识(例如站点、即电表的序列号)。在接收到该识别信息之后，主通信单元得知该注册候选的身份。在地址分配之后，主通信单元可以在网络中调用该新的站点(如其余已经处于运行中的站点那样)。现在对于通信网络来说，该新的站点被视为已经注册。

随着应答消息的发送，在从通信单元中发生运行模式的变化；该从通信单元不再被视为注册候选，而是视为在通信网络中已经注册并且所述装置忽略可能出现的新接收的广播注册电报。

应答消息的发送可以通过对主通信单元有针对性的寻址来进行，因为主通信单元的地址包含在第一类或第二类广播注册电报中。但是，应答消息的发送也可以通过广播来进行。

b)但是，也有可能出现如下情况：所生成的随机数与所传送的选择数之间的一致性不是只在一个从通信单元、而是在多个从通信单元中得到确定。在这种情况下，每个被调用的从通信单元都发送一个应答消息或应答电报。应答电报的同时发送导致传输信道上的冲突，并且可能导致应答电报的“残缺”。如果在主通信单元中回传的应答电报不可读，则主通信单元丢弃该应答消息。该主通信单元在下一方法步骤中增加选择数的值。

现在进行如下查询：

如果增加了的选择数的值位于预先给定的有限数值范围内，则借助于第二类广播注册电报将该值传送给从通信单元。也就是重新进行上述的比较过程。

相反地如果增加了的选择数的值大于该数值范围中的最大值，则从主通信单元的方面给出用于确定随机数的新的值域。在这种情况下，第一类广播注册电报被重新发出，这意味着，注册候选的所述装置在此基础上被重新要求生成随机数。

c)还有可能出现如下情况：主通信单元没有接收到可分析的应答消息。这一方面可能由于传输信道受到干扰。但是还有可能的是，在每个从通信单元中都不能确定所生成的随机数与所传输的选择数之间的一致性。在这种情况下，没有一个从通信单元感到自己被调用。因此，也不会有从通信单元发送应答消息。主通信单元认识到不能识别出新的从通信单元，从而增加选择数的值。根据上述查询重新开始该程序。

如已经描述那样，主通信单元从随机量被确定出的值域中提取选择值。在此，该提取可以通过不同方式、例如可自由选择的方式进行。在本示例中，选择数是运行变量，其在每次地址分配之后或总是在主通信单元不能接收到可信的应答消息时将值加1。选择数(如随机确定的数)始终是离散量。二者仅仅暂时地在执行注册程序期间才被使用。一旦注册程序结束，则通过地址调用新安装的站点。该新安装的站点现在与主通信单元具有通信关系，并且不再被视为注册候选。

在图2中描绘有该流程的简化流程图。

该流程以区块11开始：具有广播命令“给出1-Nz范围内的随机数”的第一类广播注册电报(Nz在图2中表示随机数的数值空间或数值范围)。

在区块12中进行第二类广播注册电报的发送，其中在图2中选择数被缩写为“SEL”(选择器)。

在区块13中，主通信单元1检查是否存在有效的应答消息。如果存在有效的应答消息(区块15)，则该从通信单元将设备标识(序列号)回传给主通信单元。如果该设备标识存在于主通信单元处，则主通信单元在握手程序中给出从现在开始分配给该终端设备的地址，从而该从通信单元的注册过程结束(区块16)。该从通信单元的用于生成和比较随机数的装置被抑制活动。该从通信单元在下面不再是注册候选，而是被纳入活动站点的共同体中。

在区块14中给出如下情况：在查询13中发现不能接收到有效的应答消息。如已经描述的那样，这可能具有多种原因：应答消息的传输中断；应答消息的信号由于数据冲突而受到干扰(例如当多个从通信单元进行应答时)；或者不能在任何装置中确定一致性。

在区块14以及区块16之后，选择量(区块17；图3中的选择器SEL)作为所示程序例程的运行变量被增加。

在区块18中对该运行变量进行检查：如果增加了的选择量(SEL)的值位于随机数值范围Nz之外，则返回到区块11(发送第一类广播注册电报)；如果选择量(SEL)的值加1后位于随机数值范围Nz之内，则返回到区块12(发送第二类广播注册电报)。

在图3中描绘第一类发送注册电报4的结构。报头部分用41表示，结束部分用42表示。在数据字段50中传输日期，该日期映射用于生成随机量的值域。每个尚未在通信网络注册的从通信单元接收该信息并且开始生成随机数。数据字段50中的信息对应于该值域并且由主通信单元1预先给定。(如上所述，该数据字段不是一定必要的，也就是说，只要主通信单元知道该信息，该值域也可以存储在要注册的从通信单元Sj的存储装置7中)。

在图4中简化地描绘第二类广播注册电报5的结构。该第二类广播注册电报同样由报头部分51和结束部分52构成。在数据字段60中传输选择量的信息。主通信单元从值域中提取该选择量，其中所述值域是用于生成离散随机数的基础。每个尚未在通信网络注册的从通信单元接收该数据字段60中的信息，并且将该信息与之前从数据字段50中提取的信息进行比较。

通过由主通信单元预先给定用于生成随机数的数值空间或在终端设备侧进行存储的情况下知道该数值空间，可以识别网络中站点的概率可以适应于实际关系。例如如果值域被预先给定得大，则该概率下降，以致可以在一个时间段内找到注册候选。

在PLC网络的情况下，主通信单元管理几千个用户连接端。根据位置情况可以以某个数目计算出新添加的站点。该数目是可估计的。

在该通信网络的所有其余通信任务的背景下，上述注册程序优选以时分复用程序运行。该流程是自动的。这是本发明的一个显著优点，因为不再需要人工的注册处理。该注册程序被设计为使得其可以随时被具有更高优先级的过程中断。该通信网络中的流程基本上不受站点搜索的影响。

最后仍要简要地描述本发明的一个变型方案：

如上所述，从随机量的值空间中提取选择数，也就是说，每个值只在该值空间中出现一次。这意味着，每个值只能被提取(使用)一次，直到主通信单元预先给定新的值空间。

但是在多个从通信单元或多或少同时以应答消息进行应答的特殊情况下，现在可以设想，脱离该原理并且至少两次地使用选择数：在主通信单元为第一次注册的站点分配完地址后，该站点不再觉得自己是注册候选并且忽略其它广播消息。在这种情况下站点搜索可以加速，所通过的方式是重新通过广播消息发送相同的选择数，使得之前已经通过随机而确定了一致的随机数的站点能够在紧随其后的方法步骤中被注册，而不必发送第一类广播注册电报(因此也不必在所有尚未注册的从通信单元中开始新随机数的确定)。

与对地址空间进行连续寻址相比较，根据本发明的采用联系初始化以及接着传送识别信息的方法要快得多。

根据本发明方法的实现可以至少部分地或者全部地通过诸如微处理器的电子模块来进行，所述微处理器具有相应的外围设备和/或固定布线的硬件，或者作为可编程逻辑阵列或者以包含光电部件的集成电路的形式来进行。

所使用的附图标记列表

1       主通信单元(M)

2       通信介质

3       从通信单元(S1，S2，S3，...，Sj，...Sn)

4       第一类广播注册电报

5       第二类广播注册电报

6       装置

7       存储装置

10      通信网络

11至18  流程图中的区块

41      第一类广播注册电报中的报头

42      第一类广播注册电报中的结束部分

50      第一类广播注册电报中的数据字段

51      第二类广播注册电报中的报头

52      第二类广播注册电报中的结束部分

60      第二类广播注册电报中的数据字段

Claims (15)

1.一种用于控制具有一个主通信单元和多个从通信单元的通信网络的方法，其中存在至少一个特定的从通信单元之前没有与主通信单元通信并且具有一个装置，该装置被设计为使得在被出于建立通信关系的目的而由主通信单元发出的广播激活之后，离散随机量的值序列被至少一次地从预先给定的有限值域中确定出来并且这些值被分别与由主通信单元预先给定的选择量的值相比较，并且在一致的情况下发送面向主通信单元的应答消息，在该应答消息中包含该至少一个从通信单元的识别信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述广播包括如下方法步骤：

通过主通信单元发送第一类广播注册电报，由此在所述装置中引起对离散随机量的确定，其中所述值域或者通过第一类广播注册电报的消息内容或者通过在所述装置中设置的存储单元的存储内容被预先给定；

通过主通信单元发送第二类广播注册电报，由此选择量的从所述值域中提取的值被传输给所述装置。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一类广播注册电报在时间上先于所述第二类广播注册电报被发送。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，主通信单元将所述识别信息用于为所述至少一个从通信单元分配地址。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在分配完地址之后，或者在主通信单元在发送了第二类广播注册电报后的一个预先给定的时间段内没有接收到可分析的应答消息的情况下，主通信单元从所述值域中提取另一个值并且在发送第二类广播注册电报时使用该另一个值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，主通信单元通过按照运行变量的类型进行增加来形成所述另一个值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，主通信单元在提取值之前检查所述有限值域是否已经用尽。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对于主通信单元确定所述值域已经用尽的情况，预先给定新的有限值域并且在发送第一类广播注册电报时使用该新的有限值域。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，主通信单元在预先给定新的值域时通过估计确定尚未与其建立通信关系的从通信单元的可能数目。

10.根据权利要求2至9之一所述的方法，其特征在于，所述通信网络是电力线载波(PLC)网络，并且持续地执行对第一类和第二类广播注册电报的发送。

11.根据权利要求2至10之一所述的方法，其特征在于，对于所述存储单元使用在所述装置中设置的非易失性存储器。

12.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过时分复用程序来执行所述广播程序。

13.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述广播程序使用具有经过调制的载波信号形式的发送信号。

14.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，用于生成随机量的所述装置使用伪随机发生器。

15.一种用于控制具有一个主通信单元和多个从通信单元的通信网络的系统，其中存在至少一个特定的从通信单元之前没有与主通信单元通信并且具有一个装置，该装置被设计为使得在被出于建立通信关系的目的而由主通信单元发出的广播激活之后，离散随机量的值序列被至少一次地从预先给定的有限值域中确定出来并且这些值被分别与由主通信单元预先给定的选择量的值相比较，并且在一致的情况下发送面向主通信单元的应答消息，在该应答消息中包含该至少一个从通信单元的识别信息。

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