CN102158904A

CN102158904A - 用于控制网络系统的方法、网络系统及计算机程序

Info

Publication number: CN102158904A
Application number: CN2011100356915A
Authority: CN
Inventors: 安德列亚斯·帕佩; 于尔根·韦切雷克
Original assignee: Phoenix Electric Manufacturing Co
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG; Phoenix Electric Manufacturing Co
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2011-08-17
Also published as: US20110196952A1; EP2355609B1; DE102010007670A1; EP2355609A3; US9198208B2; EP2355609A2

Abstract

本发明涉及一种用于控制网络系统的方法，其中网络系统包括无线连接客户端的无线网络和与该无线网络连接的骨干网，该方法包括以下步骤：-在与骨干网连接的客户端控制装置和客户端之间建立信道，该信道用于传输在客户端控制装置和客户端之间的数据；-通过信道将客户端的状态信息发送至客户端控制装置；-通过客户端控制装置评估已传输的状态信息；以及根据已评估的状态信息，由客户端控制装置将用于控制客户端的控制信号通过信道发送至客户端。本发明还涉及一种网络系统和一种计算机程序。

Description

用于控制网络系统的方法、网络系统及计算机程序

技术领域

本发明涉及一种用于控制网络系统的方法、一种网络系统及一种计算机程序。

背景技术

在工业自动化网络中需要一种在连接客户端的设备(例如输入/输出工作站、驱动装置或照相机)与无线连接的网络次架构(带有存取点)下行的网络控制之间的2层透明通信。在下文中，层表示国际化标准组织(ISO)的OSI(开放式系统互联参考模型)层模型的层，尤其是在PROFINET或类似的实时局域网系统中。由于相对于网络的透明的2层连接没有给出明确的标准，因此每个网络设备制造商都为此提供了其合适于本制造商的解决方案。由此而意味着，顾客只能使用一个或同样的制造商的客户端和存取点。

此外，不利因素还在于，通用的办公无线局域网系统根本不能为连接有设备的客户端网络提供支持，因为在通用的办公无线局域网系统中，客户端始终都被看作是通信的最终用户(例如笔记本电脑或移动电话)。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提出一种用于控制网络系统的方法和一种网络系统，该方法与该网络系统都能够避免上述缺点并且能够在不考虑制造商的情况下实现透明的2层连接。

上述目的通过根据权利要求1所述的方法和根据权利要求9所述的网络系统来实现。本发明的有利设计方案由从属权利要求给出。

根据本发明提出一种用于控制网络系统的方法，其中网络系统包括无线连接客户端的无线网络和与该无线网络连接的骨干网，该方法包括以下步骤：

-在与骨干网连接的客户端控制装置和客户端之间建立信道，该信道用于传输在客户端控制装置和客户端之间的数据；

-通过信道将客户端的状态信息发送至客户端控制装置；

-通过客户端控制装置评估已传输的状态信息；以及

-根据已评估的状态信息，由客户端控制装置将用于控制客户端的控制信号通过信道发送至客户端。

上述技术问题也通过权利要求9的特征来实现。根据本发明提出一种网络系统，该网络系统具有：

-客户端和客户端控制装置，

-其中客户端和客户端控制装置包括：用于建立信道的装置，该信道用于在客户端和客户端控制装置之间传输数据；用于发送数据的发送装置；及用于接收数据的接收装置，其中客户端具有用于获取状态信息的获取装置，客户端控制装置具有用于评估状态信息的评估装置，此外评估装置以这样的方式配置，即根据已评估的状态信息来生成用于控制客户端的控制信号。

此外，本发明还提出一种计算机程序，其具有用于执行根据本发明的方法的程序编码，其中该计算机程序能够在计算机上运行。

以有利的方式也实现了客户端的控制，其无线网络的部分集中通过连接于骨干网的客户端控制装置来执行。无线网络在此连接到骨干网上。这种客户端控制装置也可以称为无线客户端控制器(WCC)。该控制方式根据已评估的状态信息来执行，其中状态信息首先通过已建立的信道从客户端传输至客户端控制装置。因此，集中控制能够以有利的方式通过客户端控制装置实现，即多个不同制造商的客户端可以在无线网络中一同接通。无线网络可以是WLAN或蓝牙网络，其中也可以使用其他无线网络传输技术。

有利的是，在3层上，在客户端控制装置和客户端之间建立信道。例如，信道是UDP/TCP信道，尤其是VPN信道。通过有利的方式，客户端借助于TCP/IP和/或UDP/IP与客户端控制装置进行通信。根据本发明的优选设计方案，传输协议是点对点信道协议(PPTP)和/或网际安全协议(IPsec)，通过传输协议，数据在客户端与客户端控制装置之间往返传输。信道也可以成为一种信道连接。

在客户端控制装置和客户端之间建立信道之后，客户端通过信道将状态信息发送给客户端控制装置。状态信息可以例如是比特差错率、包重传输或多个无线网络的可见存取点或RSSI(接收的信号强度指示)值。状态信息优选也可以从客户端控制装置传输至客户端。已传输的状态信息随后通过客户端控制装置进行评估，随之在该客户端控制装置上给予已评估的状态信息导出用于协同客户端的判定，并且其进行相应地控制。为此，根据已评估的状态信息的控制信号通过信道发送给客户端，从而借助于控制信号来控制客户端。客户端的发送功率可以控制漫游阀值、对于存取点的连接建立和断开或待使用的调制类型。

客户端通过客户端控制装置进行控制相对于现有技术而言具有多个优点，这些优点在下文中详细描述。

在现有技术中，客户端自动地进行判定，是否且什么时候切换到更好到达的存取点，也就是漫游。尤其是，当多个客户端与无线网络连接时，则通过所有客户端的集中协调会减少每一个客户端的漫游判定，尤其是会触发单一漫游，因为对于每一个时间点，所有客户端信息的准确图像存在于所有应用(RSSI值或包差错率)及所有无线网络上。因此，在集中位置(即客户端控制装置)上获取所有客户端在无线网络中有意义的状态信息是一种来源于网络使用者方面的“在线”现场勘测，并不是在来源于存取点方面的无线网络的通用控制装置中。状态数据也可以成为客户端数据。无线网络的通用控制装置例如可以是WLAN网络，尤其是WLAN控制器。

优选地，网络系统也可以与无线网络的通用控制装置连接，特别是与WLAN控制器连接，从而客户端控制装置与无线网络的控制装置连接，尤其是也与用于通信的WLAN控制器连接。这样的连接以有利的方式实现，即客户端控制装置将由无线网络的控制装置作出的变化转送给无线网络的次架构，尤其是WLAN存取点次架构，也就是转送给由其管理的客户端，并由此而可以在无线网络的动态变化上进行反应。这种变化可以例如是通道切换或发送功率的匹配。在现有技术中，这种变化将在客户端中导致漫游动作的显著变化，因为每个客户端要单独地学习新的情况，例如基于无线网络覆盖，尤其是WLAN覆盖上的变化，并且要匹配其漫游判定。这样将使得在每个单独的客户端上都需要很多时间，进而负面地影响到整个无线系统的实时性能。在根据本发明的通过客户端控制装置的集中协调及控制，将使得一个客户端立刻获悉及了解所有其他的客户端，因为根据本发明，客户端会通过建立的信道将这样的状态信息发送到客户端控制装置上。因此，由无线网络的控制装置推动的在无线网络上的更改将同时由所有客户端支配。因此，本发明可以以有利的方式实现一种实时性能的网络系统。

本发明的另一优点表现在通用的WLAN次架构中，在该结构中，客户端在多个存取点上的负荷分配仅通过存取点的配置来设置。随后，存取点将判定，其他客户端是否可以登录无线网络或交付用于WLAN通信的服务质量(QoS)参数。在此，存取点仅控制相对于原有应用(也就是一些特别的设备，例如照相机、驱动装置的输入/输出站点)的有限了解。在此，本发明实现了一种基于客户端的负荷分配(Load Balancing)，其中客户端将状态信息集中传输给客户端控制装置，由于客户端是原本的负荷承担者，这将显著提高效率。此外，通过客户端控制装置来集中协调和控制客户端可以实现无线网络的所有用户，尤其是WLAN用户的根本上接近于应用程序的协调，这种协调在工业应用，例如传送技术中能够完全接纳大量统一的设备类型。

此外，本发明能够实现无中断的漫游，因为客户端控制装置以这样的方式控制客户端，即避免了由重新搜索更易达到的存取点以及验证和关联存取点所带来的客户端的移交时间。根据对无线网络上的客户端控制装置的了解，客户端控制装置可以将相应的控制信号发送给客户端。客户端控制装置在无线网络的次架构上根据由客户端传输的状态信息和/或借助于无线网络的控制装置(例如WLAN控制器)传输到客户端控制装置上的数据进行了解。

在有利的设计方案中可以设置，即客户端控制装置在客户端和骨干网之间通过信道传输局域网电报和/或局域网数据包。尤其是，客户端控制装置在ISO 2层上为客户端的和/或在骨干网中连接客户端的局域网用户的局域网电报和/或局域网数据包提供桥接。优选，客户端控制装置将来自于骨干网的电报，尤其是局域网电报通过信道送达至客户端和/或连接客户端的局域网用户。在此，单一的信道端点对应于交换机的清晰可见的桥接端口。客户端控制装置可看作是带有信道端点(交换机端口)的交换机，其中相对于通用交换机而言，客户端控制装置这样来解除所谓的回路，也就是说，例如在局域网层面(也就是在2层层面)上可以解除基于漫游或冗余而相互连接的客户端并且所获得的信息能有效地用于控制客户端。

在本发明的另一优选的实施例中可以设置，即在客户端控制装置和客户端之间待传输的数据被循环地传输。优选地，循环时间可以通过客户端控制装置设定。但是尤其也可以设置，即循环时间进行手动设置。

在本发明的另一优选的实施例中，客户端控制装置自动地优化循环时间，尤其是通过参考客户端无线连接的实际可支配带宽来进行优化。在本发明的另一实施例中可以设置，即循环时间固定地通过自动化应用程序，例如profinet来设定，其中客户端控制装置特别适合于客户端中的发送功率或漫游阀值，从而用于确保运行中的循环时间。

根据本发明的另一优选实施例，待传输的数据可以在一个数据帧中一同打包。数据在一个数据帧中一同打包也称为整体打包。可打包数据的数据帧也可以称作信道帧。尤其是，多个局域网数据包一同在一个数据帧或数据域中打包。因此，多个数据，尤其是局域网数据包可以共同传送。通过根据本发明的整体打包，在客户端控制装置与客户端和/或连接客户端的局域网用户或终端用户之间的通信减少抖动，尤其是当待传输的数据在客户端控制装置和客户端之间循环传输时，也就是客户端控制装置和客户端之间的信道循环工作。

根据本发明的另一实施例，一个优先级分配给待传输的数据并且数据将根据其优先级进行传输。特别是，优先级可以包括服务质量(QoS)参数。优选地，带有高优先级的数据，也就是高优先级数据包，尤其可以是局域网数据包将优先于低优先级数据，也就是带有低优先级的数据包。特别也可以设置，高优先级和/低优先级的数据分段进行传输。高优先级数据包可以例如是Profinet数据包。尤其是，低优先级数据可以是http数据包或关于数据下载的数据包。

在本发明的另一实施例中可以设置，即至少另一个客户端与无线网络连接，并且在客户端控制装置和另一客户端之间建立另一信道，用于在客户端控制装置和另一客户端之间传输数据。另一客户端或其他多个客户端也集中由客户端控制装置控制，其中客户端控制装置将用于控制该客户端的控制信号通过各自的信道发送给其他客户端，其中控制信号关系到已评估的状态信息，这些状态信息由各个客户端发送给客户端控制装置。因此以有利的方式实现了冗余的网络。客户端控制装置将根据传输的状态信息作出关于搭桥或桥接信道端口及断开该信道端口的判定，该状态信息可以包括例如关于无线网络连接的各个客户端的诊断数据。由此，单一客户端的数据在客户端控制装置中集中获取并收集及评估，从而在整个无线网络架构上实现了全部客户端的集中的类似于应用的负荷分配(Load Blancing)。因此，通过本发明也可以有效地控制带有多个客户端的网络。在此需要说明的是，本发明的上述设计方案仅描述了一个客户端，但是本发明可以在多个客户端上实现。

根据本发明的另一优选的实施例，一个终端用户与客户端和另一客户端连接，用于通过两个信道在终端用户和骨干网之间传输数据，其中客户端控制装置启用用于传输数据的两个信道中的至少一个。优选地，终端用户可以是一个局域网用户。例如也可以设置多个终端用户和多个客户端。最终用户与多个客户端的连接以有利的方式提高了自动化技术中无线应用的可利用度，因为为此而提供了多个冗余的数据通道。优选地，多个客户端在冗余的射频覆盖中也与多个存取点连接。在此，客户端控制装置根据诊断数据或质量数据进行判定，启用哪一个冗余的信道连接用于冗余客户下行的网络及存取点下行的骨干网的通信。根据这样的判定，客户端控制装置随后发送相应的控制信号给各个客户端。在此，客户端控制装置中的信号端点对应于清晰可见的交换机端口。优选地，通过信道从单一客户端发送给客户端控制装置的状态信息包括RSSI(接收的信号强度指示)值，从而客户端控制装置可以评估关于无线网络次架构的信息，例如射频覆盖。优选地，客户端控制装置包括用于集中的客户端侧-在线现场勘测的装置。

在根据本发明的网络系统的实施例中，客户端包括用于匹配交换机的交换表的装置。由此而可以实现，在基于漫游或冗余而切换信道时将迫使交换机匹配其一个交换表或多个交换表。例如由客户端的短暂断线会发生，其信道端口通过客户端控制装置为了在骨干网中桥接而被连接。

在根据本发明的网络系统的另一优选实施例中，客户端包括用于客户端与网络(特别是无线网络，例如WLAN网络或蓝牙网络)连接的连接装置。该网络也可以是有线网络。该网络优选也是骨干网。在实施例中，连接装置可以使得客户端不仅与骨干网连接，也可以与另一有线和/或无线的网络连接。根据本发明的另一优选实施例，客户端控制装置相应地包括对应于客户端的连接装置，用于客户端控制装置与网络(特别是无线网络，例如WLAN网络或蓝牙网络)连接，其中无线网络与骨干网连接，客户端控制装置也与骨干网连接。骨干网尤其可以包括其他无线和/或有线的网络。根据本发明的另一实施例，在骨干网上连接有SPS(可存储编程)装置和/或终端用户。

根据本发明的计算机程序的实施例，计算机程序在客户端和/或客户端控制装置的固件中执行。

附图说明

本发明随后将参照附图根据实施例详细说明。

附图标记

101 网络系统

103 无线网络

105 骨干网

107、109、111、113 客户端

115、117、119 存取点

121 客户端控制装置

123、125、127、129 信道

131、133 终端用户

135、137 交换机

139 SPS(存储编程)装置

141 其他终端用户

具体实施方式

图1示出了根据本发明的实施例的网络系统101。网络系统101包括无线网络103，其与骨干网105连接。无线网络103包括多个客户端107、109、111、113。客户端107、109、111、113通过多个存取点115、117、119与骨干网105连接。此外，在骨干网105上连接有客户端控制装置121。尽管在此并未示出，但是也可以设置三个以上的存取点。在本发明的另一未示出的设计方案中也可以设置三个以下的存取点。

在客户端107、109、111、113和客户端121之间分别建立信道123、125、127、129。通过信道123、125、127、129，数据能够在相应的客户端107、109、111、113和客户端控制装置121之间传输。信道123、125、127、129也可以称为信道连接。

在客户端107、109上连接有终端用户133。终端用户131、133分别通过交换机135、137连接到客户端107、109或客户端111、113上。因此，每个终端用户131、133通过两个信道连接123、125或127、129与客户端控制装置121冗余连接。尽管在此并未示出，在本发明的另一优选实施例中，其他的客户端还可以设置在交换机135或137上，从而可以在终端用户131或133之间建立两个冗余的信道连接。在一个未示出的实施例中也可以设置，多个终端用户连接到一个交换机上。也可以设置，一个终端用户连接到多个交换机上。

信道连接123、125通过存取点115延伸至客户端控制装置121，信道127通过存取点117延伸至客户端控制装置121，信道129通过存取点119延伸至客户端控制装置121。

此外，在骨干网105上还连接有SPS(可存储编程)装置139和另一终端用户141。

客户端控制装置121接收客户端107、109、111、113所发送的状态信息。例如，状态信息可以包括关于客户端107、109、111、113和存取点115、117、119之间的射频连接的稳定性。随后，客户端控制装置121可以据此启用或封锁单一的信道。例如，当客户端107向客户端控制装置121发送信号，而客户端107和存取点115之间的射频连接不稳定时，则客户端控制装置121将封锁信道123并且启用信道125来代替其，用于在终端用户131和骨干网105之间传输数据。

此外，客户端107、109、111、113例如可以将关于无线网络103的射频覆盖的状态信息传输给客户端控制装置121，从而客户端121将基于评估所传输的状态信息而了解网络次架构。客户端控制装置121也能够知晓，即存取点117相对于客户端113的距离比存取点119要远。客户端控制装置可以将控制信号发送给客户端113，从而客户端113或提交其发送功率或漫游到存取点117上。尤其是当客户端113漫游到存取点117上时，则客户端控制装置121将封锁信道129，从而不再有数据通过信道129发送，而通过信道127发送。因此而特别能够确保，在终端用户133和客户端控制装置121之间能够提供数据连接。在现有技术中，当信道127根本还未开通时，客户端113有可能会正好漫游到存取点117上，则会出现数据丢失的危险。然而，通过本发明则能够以有利的方式避免了这样的数据丢失，即客户端控制装置121对客户端107、109、111、113集中控制并协调。

Claims

1.一种用于控制网络系统(101)的方法，其中所述网络系统(101)包括无线连接客户端(107、109、111、113)的无线网络(103)和与所述无线网络(103)连接的骨干网(105)，所述方法包括以下步骤：

-在与所述骨干网(105)连接的所述客户端控制装置(121)和所述客户端(107、109、111、113)之间建立信道(123、125、127、129)，所述信道用于传输在所述客户端控制装置(121)和所述客户端(107、109、111、113)之间的数据；

-通过所述信道(123、125、127、129)将所述客户端(107、109、111、113)的状态信息发送至所述客户端控制装置(121)；

-通过所述客户端控制装置(121)评估已传输的状态信息；以及

-根据已评估的状态信息，由所述客户端控制装置(121)将用于控制所述客户端(107、109、111、113)的控制信号通过所述信道(123、125、127、129)发送至所述客户端(107、109、111、113)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述客户端控制装置(121)在所述客户端(107、109、111、113)和所述骨干网(105)之间通过所述信道(123、125、127、129)传输局域网电报和/或局域网数据包。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述客户端控制装置(121)和所述客户端(107、109、111、113)之间待传输的数据被循环地传输。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，循环时间通过所述客户端控制装置(121)设定。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，待传输的数据在一个数据帧中一同打包。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，一个优先级分配给待传输的数据并且数据将根据其优先级进行传输。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，至少另一个客户端(107、109、111、113)与无线网络(103)连接，并且在所述客户端控制装置(121)和所述另一客户端(107、109、111、113)之间建立另一信道(123、125、127、129)，用于在所述客户端控制装置(121)和所述另一客户端(107、109、111、113)之间传输数据。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，一个终端用户(131、133)与所述客户端(107、109、111、113)和所述另一客户端(107、109、111、113)连接，用于通过两个信道(123、125、127、129)在所述终端用户(131、133)和所述骨干网(105)之间传输数据，其中所述客户端控制装置(121)启用用于传输数据的两个信道(123、125、127、129)中的至少一个。

9.一种网络系统，该网络系统具有：

-客户端(107、109、111、113)和客户端控制装置(121)，

-其中所述客户端(107、109、111、113)和所述客户端控制装置(121)包括：用于建立信道(123、125、127、129)的装置，所述信道用于在所述客户端(107、109、111、113)和所述客户端控制装置(121)之间传输数据；用于发送数据的发送装置；及用于接收数据的接收装置，其中所述客户端(107、109、111、113)具有用于获取状态信息的获取装置，所述客户端控制装置(121)具有用于评估状态信息的评估装置，所述评估装置以这样的方式配置，即根据已评估的状态信息来生成用于控制所述客户端(107、109、111、113)的控制信号。

10.一种计算机程序，所述计算机程序具有用于执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法的程序编码，其中该计算机程序在计算机上运行。