CN102484607A - 一种profinet通信系统中的通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种PROFINET通信系统中的通信方法，根据业务的实时性应用需求，将预先设置的数据传输周期划分为N个时段，该N个时段包括：高实时(HRT)通信时段、低实时(LRT)通信时段和非实时(NRT)通信时段中的至少两种；接入点(AP)在数据传输周期中的HRT通信时段按照HRT传输机制进行数据传输，在LRT通信时段按照LRT传输机制进行数据传输，在NRT通信时段按照NRT传输机制进行数据传输。通过该方法能够在PROFINET通信中满足不同实时性要求的应用并存的需求。

Description

一种 PROFINET通信系统中的通信方法 技术领域 本发明涉及移动通信技术领域，特别涉及一种 PROFINET通信系统中的 通信方法。 背景技术
PROFINET 是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。 在
PROFINET标准中根据响应时间的不同， 定义了三种不同的通信模式： 非实 时 ( NRT)通信、 实时 （RT)通信和同步实时（IRT)通信。 其中， 对于 IRT 通信来说， 其响应时间要求在 1ms之内， 在基于已有的 802.11 架构是很难 满足的， 目前的无线局域网（ WLAN)设备仅能够支持 NRT通信和 RT通信， 因此， 本发明仅关心 NRT和 RT的通信模式。
对于 NRT通信， 其基于传输控制协议（TCP)、用户数据报协议（UDP) 或网际协议 （IP ) 来传输非严格时间要求的数据， 传统的分布式协调功能 ( DCF )就能够实现 NRT通信。 DCF是传统 WLAN设备中的一种竞争机制， 所有和 AP相关的客户端 （STA ) 都能够通过随机竞争的方式接入信道， 避 免了碰撞发生。 如图 1所示， ST 在请求发送帧 （RTS ) 中发送数据发送请 求， AP采用冲突避免机制在允许发送帧 （CTS ) 中允许其中一个 STA发送 数据禁止其它 STA发送数据； 被允许发送的 STA发送数据 （Data) , AP接 收到该数据后回复响应（ACK)。在 DCF机制中， AP不能对 STA进行控制， 数据传输是 STA在某些随机的时间启动的， 因此， DCF并不能保证数据传 输的确定性， 仅适合于 NRT通信。
在 RT通信中又可以分为高实时 （HRT) 通信和低实时 （LRT ) 通信。 1 1 T通信要求的响应时间通常在 3ms至 5ms， LRT通信要求的响应时间通 常在 10ms至 30ms。
对于 LRT通信， 可以釆用点协调功能 （PCF) 来实现， PCF是 802.11 标准提出的一种非竞争的信道接入方案， 其基于一种轮询机制， 即 AP利用 确定的轮询列表对每一个 STA进行轮询， 每一个 STA只有在被 AP轮询过 后才能够接入信道。如图 2所示， AP在轮询 1中向轮询列表中的第一+ STA · 发送下行数据 D1 ,第一个 STA被轮询后向 AP发送上行数据 U1以及接收到 D 1 的响应 ACK， AP在轮询 2中向轮询列表中的第二个 STA发送下行数据 D2以及接收到 U 1的响应 ACK， 第二个 STA被轮询后向 AP发送上行数据 U2以及接收到 D2的响应 ACK， 以此类推直至轮询列表中的 STA被轮询完 毕。另外，在该 PCF机制中，可以使用 CF END帧标识轮询完毕，并在 CF END 帧之后接续竞争机制。 如图 3所示。
对于 HRT通信， 可以采用多接收器聚合（MRA)机制来实现， 更优地， MRA机制可以为主从多接收聚合（MS-MRA)机制。 如图 4所示， AP使用 多接收者聚合多轮询（MMP)帧作为一个管理帧， 在该 MMP帧中实现对各 STA的控制， 调度各 STA发送上行数据的时刻， 保证了确定性的数据传输。 其中， MMP有两种： 主 MMP和从 MMP， 主 MMP用于调度第一次的数据 传输； 从 MMP用于调度重传的上行数据。 在 MMP之后 AP向各 STA进行 卜 '行数据传输即 MRA , 之后各 STA在被调度的时刻发送上行数据。 图 4中 的 " X "标识传输失败， 传输失败的数据将在从 MRA阶段中被重传， 直至 传输成功或达到预设的重传次数阈值。
由于 HRT、 LRT和 NRT通信采用完全不同的信道接入机制， 现有技术 中 AP 仅能够在 PROFINET 通信中采用其中一种机制， 但是， 在实际的 PROFINET通信系统中常常有不同实时性要求的应用共存的需求，现有技术 不能满足该需求。 发明内容 有鉴于此， 本发明提供了一种 PROFINET 通信系统中的通信方法， 以 便于在 PROFINET通信中满足不同实时性要求的应用并存的需求。
一种 PROFINET通信系统中的通信方法， 该方法包括：
根据业务的实时性应用需求， 将预先设置的数据传输周期划分为 N 个 吋段， 该 N个时段包括： 高实时 HRT通信时段、 低实时 LRT通信时段和非 实吋 NRT通信时段中的至少两种；
接入点 AP在数据传输周期中的 HRT通信时段按照 HRT传输机制进行 数据传输， 在 LRT通信时段按照 LRT传输机制进行数据传输， 在 N T通信 吋段按照 NRT传输机制进行数据传输。
其中，所述数据传输周期的时长小于或等于 HRT要求的最小时间周期。 较优地， 所述 N 个时段在数据传输周期中的排列优先级从高到低为： HRT通信时段、 LRT通信时段和 NRT通信时段。
具体地， 所述 HRT传输机制为多接收器聚合 MRA机制， 所述 LRT传 输机制为点协调功能 PCF机制，所述 NRT传输机制为分布式协调 DCF机制。
所述 AP预先根据客户端 STA的运行机制生成轮询列表， 具体包括： 如 果存在运行 MRA机制的 STA， 则将 AP自身作为轮询列表中的第一个轮询 对象； 如果存在运行 PCF机制的 STA， 则将运行 PCF机制的 STA按照响应 吋间要求从高到低排列在轮询列表中且位于 AP之后。
其中， 所述将运行 PCF机制的 STA按照响应时间要求从高到低排列在 轮询列表中具体包括： 将运行 PCF机制的 STA中具有同样响应时间要求的 STA划分为一个轮询组， 响应时间要求越高的 STA在轮询列表中的排次越 高， 在同一个轮询组中的 STA在轮询列表中按照关联标识从小到大排列。
更进一步地， 所述 AP在每个数据传输周期的开端发送信标帧指示所有 行 DCF机制的 STA停止数据传输。
较优地， 所述 AP确定当前是否存在需要发送的 HRT业务， 如果是， 在所述信标帧之后进入 HRT通信时段； 否则在所述信标帧之后进入 LRT通 信吋段。
在所述 HRT通信时段， 所述 AP确定所述轮询列表中第一个轮询对象 为 AP自身， 则通过自我轮询开始与运行 MRA机制的 STA进行数据传输， 在数据传输结束时所述 AP发送传输块响应 B-ACK指示 HRT通信时段结束。
具体地， 在所述 L T通信时段开始时， 所述 AP执行以下步骤： A、 根据轮询列表判断是否存在下一个需要轮询的 STA， 如果是， 执行 步骤 B; 否则发送 CF END帧指示 LRT通信时段结束；
B、确定当前数据传输周期的剩余时长， 并确定 LRT通信时段中一个轮 询所需要的时长； 判断确定的剩余时长是否大于或等于 LRT通信时段中一 个轮询所需要的时长， 如果是， 执行步骤 C; 否则， 执行步骤 D;
C、 按照轮询列表中的排次进行下一个轮询， 在该下一个轮询结束后转 步骤 A; D、 在当前数据传输周期的剩余时长中不再进行数据传输， 等待下一个 数据传输周期。
在所述 LRT通信时段开始时， 接续轮询列表中上一数据传输周期没有 轮询到的 STA开始进行轮询。
较优地， 在所述 LRT通信时段中， 待一个轮询组中的 STA都被轮询之 后进行针对该轮询组中各 STA 的数据重传， 直至所有数据传输成功或者达 到预设的重传次数阈值。
在所述 NRT通信时段开始之前， 所述 AP确定当前数据传输周期的剩 余时长和一个 NRT的随机竞争时间， 判断确定的剩余时长是否大于或等于 一个 NRT的随机竞争时间， 如果是， 则所述 AP发送 CF END帧指示运行 DCF机制的 STA幵始进行 NRT通信； 否则在剩余时长不再进行数据传输， 等待下一个数据传输周期。
所述 AP发送 CF END帧之后，进入 NRT通信时段， 如果需要进行下行 数据传输， 则首先确定当前数据传输周期的剩余时长和下行链路通信的时 K：， 判断确定的剩余时长是否大于或等于下行链路通信的时长， 如果是， 则 允许进行下行数据传输； 否则， 禁止进行下行数据传输。
更进一步地， 运行 DCF机制的 STA接收到所述 CF END帧之后， 如果 需要进行上行数据传输， 则发送 RTS进行随机竞争， 其中， RTS中包含上行 链路通信的时长 NAV RTS：
运行 DCF机制的 STA中竞争失败的 STA接收到竞争成功的 STA的 RTS 后， 将停止进行数据传输的时长设置为 NAV RTS；
所述 AP接收到竞争成功的 STA发送的 RTS后， 确定当前数据传输周 期的剩余时长和如果进行一次上行链路通信后的剩余时长， 如果所述 NAV RTS小于或等于如果进行一次上行链路通信后的剩余时长， 则所述 AP发 送 CTS指示竞争成功的 STA进行上行链路通信， 并指示竞争失败的 STA停 l i :数据传输的时长为竞争成功的 STA进行上行链路通信的时长； 如果所述 N AV ,,,,大于如果进行一次上行链路通信后的剩余时长且小于或等于当前数 据传输周期的剩余时长， 则所述 AP发送 CTS指示竞争成功的 STA进行上 行链路通信， 并指示竞争失败的 STA停止数据传输至当前数据传输周期结 如果所述 NAVR1.S大于当前数据传输周期的剩余时长， 则所述 AP发送
RTS指示所有运行 DCF机制的 STA停止数据传输至当前数据传输周期结束。 由以上描述可以看出，本发明将预先设置的数据传输周期划分为 N个时 段， 这 N个时段可以包括： HRT通信时段、 LRT通信时段和 NRT通信时段 中的至少两种， 并在各时段按照相应的传输机制进行数据传输。 通过这种方 式将具有不同实时性应用需求的业务整合在一个通信架构中， 从而实现在 PROF1NET系统中满足不同实时性要求的应用并存的需求。 附图说明
图 1为现有技术中的 DCF机制示意图。
图 2为现有技术中的一种 PCF机制示意图。
图 3为现有技术中的另一种 PCF机制示意图。
图 4为现有技术中的 MS-MRA机制示意图。
图 5为本发明提供的三种通信模式共存时的数据传输周期示意图。 图 6为本发明提供的一个 PROFINET通信场景实例图。
图 Ί为本发明提供的 NRT通信时段中的三种情况示意图。 具体实施方式 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚， 下面结合附图和具体 实施例对发明进行详细描述。
本发明提供的方法主要包括： 根据业务的实时性应用需求， 将预先设置 的数据传输周期划分为 N个时段， 该 N个时段包括： HRT通信时段、 LRT 通信时段和 NRT通信时段中的至少两种； AP在数据传输周期中的 HRT通 信吋段按照 HRT传输机制进行数据传输，在 LRT通信时段按照 LRT传输机 制进行数据传输， 在 NRT通信时段按照 NRT传输机制进行数据传输。
其中， HRT传输机制可以为 MRA机制， 例如 MS-MRA机制， LRT传 输机制可以为 PCF机制， NRT传输机制可以为 DCF机制； 当然也可以分别 釆用其它传输机制， 只要可以满足响应时间的需求即可。
在本发明中可以将采用预先设置的数据传输周期进行数据传输，该数据 传输周期的时长至少满足 HRT实时性要求， 例如小于或等于保证 HRT实时 性要求的最小吋间周期。
在各数据传输周期内被划分的 N个时段的时长可以预先设置， 然后在 每个数据传输周期均按照预先设置分别进.行数据传输。 更优地， 也可以不预 先设置各时段的时长， 而是按照具体的数据传输状况确定， 以下实施例均以 该方式进行描述。
如果 AP从上层获知同时存在满足 HRT、 LRT和 NRT实时性需求的业 务， 则 HRT通信、 LRT通信和 NRT通信共存的情况可以如图 5所示， 每个 数据传输周期被划分为 3个时段： HRT时段、 LRT时段和 NRT时段， 每个 数据传输周期内各时段的时长可以根据具体的数据传输状况进行调整。
根据实时性要求的程度， 数据传输周期被划分的 N个时段的排列优先 级为： HRT通信时段的优先级最高， LRT通信时段的优先级次之， NRT通 信吋段的优先级最低。 也就是说， 如果存在 HRT实时性需求， 则 HRT通信 吋段排在数据传输周期的最前端， 即最先进行 HRT业务的数据传输。
AP在从上层获知当前的实时性需求后， 会根据 STA的运行机制生成轮 询列表。 AP从各 STA发送的关联请求帧中能够获取到各 STA的运行机制属 性， 可以确定出各 STA的运行机制是 MRA、 PCF或 DCF。 具体的轮询列表 生成原则可以为：
如果存在运行 MRA机制的 STA, 则将 AP自身作为轮询列表中的第一 个。 由于现有轮询列表中的排序是按照关联标识 （AID ) 由小到大进行的， W此， 可以通过将 AP的 AID值设置为 0的方式实现。
AP从配置文件中获取运行 PCF机制的 STA的响应时间要求信息，按照 响应吋间要求从高到低在轮询列表中进行排序。可以首先将具有同样响应时 间要求的 STA划分为一个轮询组， 响应时间要求较高的轮询组排列靠前； 在同一个轮询组中按照 AID由小到大排列。
假设如图 6所示的 PROFINET通信场景中， 包括 1个 AP禾 Π 6个 STA， ½中 STA 1为 PNIO客户端，其响应时间在 5ms之内，运行 MRA机制； STA2 和 STA3为 PNIO客户端， 其响应时间在 10ms之内， 运行 PCF机玲 ij ; STA4 和 STA5为 PNIO客户端， 其响应时间在 20ms之内， 运行 PCF机制； STA6 为 MOBIC客户端， 用于检验 CPU和 AP的连接状态， 没有严格的实时性要 求， 运行 DCF机制。 则生成的轮询列表可以如表 1所示。
表 1
轮询序号 AID 轮询对象 轮询组 响应时间 1 0 AP
2 4 STA3 1 10ms
3 5 STA2 1 10ms
4 2 STA4 2 20ms
5 3 STA5 2 20ms 按照上述原则生成轮询列表后，按照该轮询列表在各数据传输周期中进 行数据传输。
在轮询列表中将 AP排在最前是为了通过 AP自我轮询的方式引入 MRA 机制， 具体将在后续具体描述。
仍以图 5中所示， 下面分别对各通信时段进行描述。
1 ) 在每个数据传输周期中均以信标帧的传输作为幵端， 为了防止在数 据传输周期中运行 DCF机制的 STA访问信道时， 与运行 MRA和 PCF机制 的 STA产生冲突，可以在该信标帧中指示所有运行 DCF机制的 STA停止数 据传输。具体可以将信标帧中的非竞争阶段最大时长（CFP maxDuration )字 段设置为一个数据传输周期的时长； 运行 DCF机制的 STA接收到该信标帧 后， 如果 CFP maxDuration字段设置为一个数据传输周期的时长， 则将自身 的网络分配矢量（NAV )也设置为一个数据传输周期的时长， 这样运行 DCF 机制的 STA 将在该数据传输周期内停止进行数据传输， 直至接收到新的传 输指示。
信标帧传输完毕之后， 进入 HRT通信时段。
2 ) HRT通信时段：
在此以 MS-MRA机制为例实现 HRT通信所要求的较短的响应吋间。在 本实施例中， 由于己将 AP加入轮询列表且处于第一个排位， AP在 HRT通 信吋段幵始进行轮询， 即图 5中的轮询 0， 在轮询 0是 AP的自我轮询， 通 过自我轮询的方式将 MS-MRA整合入轮询框架。 在本次轮询中， AP幵始发 送主 MMP以及通过 MRA方式发送下行数据，各运行 MS-MRA机制的 STA 利用主 MMP中的调度信息在相应的时刻发送上行数据，即图中的 U0至 Um， 且回复下行数据的接收响应（图 5中没有示出）； AP根据上行数据和响应的 接收状况， 对接收失败的上行数据进行重传调度， 并将重传调度信息通过从 MMP发送给运行 MS-MRA机制的 STA， 且重传 STA接收失败的下行数据， 即图 5中的 D l， STA根据从 MMP中的调度信息进行上行数据的重传并回 复针对 D 1 的响应； 重复从 MRA过程直至没有接收失败的上行数据和下行 数据或者达到预设的重传次数， 最后发送一个传输块响应 （B-ACK ) , 至此 HRT通信时段结束。
3 ) LRT通信时段：
在 LRT通信时段开始时， AP会执行以下步骤：
步骤 A、 根据轮询列表判断是否存在下一个需要轮询的 STA , 如果是， 执行歩骤 B ; 否则， 发送 CF END帧指示 LRT通信时段结束。
如果轮询列表中不存在下一个需要轮询的 STA ,则可以发送 CF END帧 标识可以转入 NRT通信时段， 对于 NRT通信时段将在后续进行具体描述。
步骤 B、 确定当前数据传输周期的剩余时长 CycleDurRemaining , 并确 定 LRT通信时段中一个轮询所需要的时长 PollDuration。
其中， LRT 通信时段中运行 PCF —个轮询所需要的时长可以为： PollDuration = T^+ D + SIFS + TU+ACK + SIFS + TACK , 其中， Τ轮询 +D为一个轮询 中下行数据的传输时长， SIFS为优先级帧间间隔， Tu+AtK为一个轮询中上行 数据和下行数据接收响应的传输时长， TAeK为上行数据接收响应的传输时 长。
步骤 C、判断 CycleDurRemaining是否大于或等于 PollDuration,也就是 说判断当前数据传输周期的剩余时长是否足够进行一次 LRT通信时段中的 …个轮询， 如果是， 执行步骤 D; 否则， 执行步骤£。
步骤 D、按照轮询列表中的次序进行下一个轮询， 该下一个轮询结束后 转至执行步骤 A。
在每一次轮询结束后， 都需要进行是否存在下一个轮询的判断， 并在确 定存在时判断剩余时长是否足够进行下一个轮询的操作。
步骤 E、 在当前数据传输周期的剩余时长不再进行数据传输， 等待下一 个数据传输周期。
如果当前数据传输周期的剩余时长不足够进行 LRT通信时段中的一个 轮询， 则在剩余时长不再进行数据传输， 在下一个数据传输周期的 LRT通 信吋段继续对当前数据传输周期没有轮询到的 STA进行轮询。
需要说明的是， 在每次数据传输周期幵始时， 可以首先确定当前是否有 HRT业务数据， 如果存在， 则在信标帧之后进入 HRT通信时段， 如果不存 在， 可以直接进入 LRT通信时段， 并在 LRT通信时段继续上一数据传输周 期没有轮询到的 STA进行轮询。
为了保证 LRT的实时性， 可以对传统的 PCF重传机制进行修改。 在传 统的 PCF重传机制中，轮询列表中所有的 STA都被轮询之后才会进行重传， 这种方式不能满足不同的 STA对不同响应时间的需求。 在本发明中， 可以 按轮询组进行重传处理， 即一个轮询组中的 STA 被轮询之后， 就开始进行 相应的重传， 直到所有数据都被成功传输或者达到预设的重传次数阈值。
4) NRT通信时段：
在 NRT通信时段开始之前 AP会发送 CF END帧， 标识开始转入 NRT 通信时段。 在 CF END帧发送之前， AP会首先确定当前数据传输周期的剩 余时长 CycleDurRemaining和一个 NRT的随机竞争时间 RTSTranDu'r, 判断 CycleDurRemaining是否大于或等于 RTSTranDur, 即剩余时长是否足够处理 -- 个 NRT的随机竞争，如果是， 则通过 CF END指示运行 DCF的 STA的幵 始进行随机竞争， 并幵始进行 NRT通信； 否则在剩余时长不再进行数据传 输， 等待下一个数据传输周期。
其中， 一个 NRT的随机竞争时间 RTSTranDur可以为： RTSTranDur = Tt.F, + DIFS + CW細， + TRTS +SIFS+ TCTS， TCFEND为 CF END的传输时长， DIPS为 DCF帧间间隔， CWrai„为一个竞争窗口的最小时长， TRTS为 RTS的 传输时长， TCTS为 CTS的传输时长。
一旦确定剩余时长足够处理一个 NRT的随机竞争， 则可以将 CF END 中的传输时长 （Duration )字段设置为 0， 运行 DCF的 STA根据该 Duration 字段将 NAV设置为 0， 开始进行随机竞争从而进行数据传输。
在进入 NRT通信时段后， 基于 DCF机制， 所有 STA都可以通过载波 侦听多点接入 /冲突避免 （CSMA/CA) 进行信道接入的竞争， 为了保证运行 DCF机制的 STA对信道的占用时间不超过当前数据传输周期的结束时间， 可以采用 RTS-CTS方案并指示竞争失败的 STA停止数据传输的时长。
如果在 NRT时段需要进行下行数据传输， 则首先确定当前数据传输周 期的剩余时长 CycleDurRemaining 和下行链路通信的时长 DLDur, 其中， I)LDur= PIFS+ TDL DAIA + SIFS+ TACK ； PIFS为 PCF帧间间隔， TDI^DATA为下 行数据的传输时长， TAPK为下行数据接收响应的传输时长。 判断 DLDur 是 否小于或等于 CycleDurRemaining, 如果是， 则允许进行下行数据传输； 否 则， 不允许进行下行数据传输。
如果在 NRT时段需要进行上行数据传输， STA需要首先发送 RTS, 并 在该 RTS中携带该 STA进行上行链路通信的时长 NAVRTS，该 NAV RTS二 SIFS + Tcrs + SIFS + TDATA + SIFS + TACK， 该时长信息 NAV RTS可以携带在 RTS的 传输时长 （Duration ) 字段中。
除了 AP能够接收到竞争成功的 STA的 RTS之外， 其它 STA也能接收 到该 RTS， 其它 STA为竞争失败的 STA， 这些 STA将自身的 NAV设置为 NAV RTS， 在这段时间内停止数据传输以防止冲突。
AP接收到 STA传输的 RTS后， 确定竞争成功的 STA, 并确定当前数 据传输周期的剩余时长 CycleDurRemaining和如果进行一次上行链路通信后 的剩余时长 Value ,其中， Value = CycleDurRemaining— ( DIFS + CW^ + TRTS + S1FS+ TCTS )。将竞争成功的 STA的 NAV RTS与 Value和 CycleDurRemaining 进行比较， 存在以下三种情况：
第一种情况： 如果竞争成功的 STA的 NAVRTS≤Value， 说明当前数据传 输周期的剩余时长不仅足够进行一次上行数据传输，还可能进行下一个 RTS 接入， 因此， AP在发送的 CTS中指示竞争成功的 STA进行上行链路通信， 并指示竞争失败的 STA停止数据传输直至竞争成功的 STA上行链路通信完 毕， 即指示竞争失败的 STA将 NAV的值更新为 NAV RTS— SIFS— TeTS。 需要 说明的是， 由于竞争失败的 STA停止传输数据的结束点其实与 NAV RTS的结 束点相同， 因此， 也可以不更新 NAV， 此时 NAV的值本身就是 NAV KTS— SIFS— TCTS。 该种情况如图 7 中 （a) 所示， 其中， STA1 竞争成功， STA2 竞争失败， AP在 CTS中指示 STA2将 NAV的值 （图中标识为 NAVCTS ) 更 新为 NAV RTS— SIFS— T TS。
第 二 种 情 况 ： 如 果 Value< 竞 争 成 功 的 STA 的
NAV R. s < CycleDurRemaining, 说明当前数据传输周期的剩余时长足够进行 -次上行数据传输，但不足够进行下一个 RTS接入，因此， AP在发送的 CTS 中指示竞争成功的 STA进行上行链路通信， 并指示竞争失败的 STA停止数 据传输至当前数据传输周期结束， 即指示竞争失败的 STA将 NAV值更新为 CycleDurRemaining— SIFS— TCTS。 该种情况如图 7 中的 （b) 所示， 其中， STA 1竞争成功， STA2竞争失败， AP在 CTS中指示 STA2将 NAV的值（图 中标识为 NAVCTS ) 更新为 CycleDurRemaining— SIFS— TCTS。
第三种情况： 如果竞争成功的 STA的 NAV RTS > CycleDurRemaining, 说 明当前数据传输周期的剩余时长不足够进行一次上行数据传输， 则 AP发送 RTS包，在该 RTS数据包中指示所有运行 DCF机制的 STA停止数据传输至 当前数据传输周期结束， 即所有运行 DCF机制的 STA将 NAV的值更新为 CycleDurRemaining— SIFS—TCTS。 该种情况如图 7 中的 （c) 所示， 其中， STA1竞争成功， STA2竞争失败， AP在第二次发送的 RTS中指示 STA1和 STA2将 NAV的值（图中标识为 NAV'RTS )更新为 CycleDurRemaining— SIFS ― Γ 。
在当前数据传输周期结束后开始下一次数据传输周期则重新以信标帧 作为幵始， 重复上述几个时段的操作。
本发明的上述方法除了在一个数据传输周期内同时包括 HRT 通信时 段、 LRT通信时段和 NRT通信时段之外， 对于包含 HRT通信时段和 LRT 通信时段； 或者包含 LRT通信时段和 N T通信时段； 或者包含 HRT通信时 段和 NRT通信吋段等的情况同样适用。
由以上描述可以看出， 本发明提供的方法可以包括以下优点：
1 )本发明将预先设置的数据传输周期划分为 N个时段， 这 N个时段可 以包括： HRT通信时段、 LRT通信时段和 NRT通信时段中的至少两种， 并 在各时段按照相应的传输机制进行数据传输。通过这种方式将具有不同实时 性应用需求的业务整合在一个通信架构中，从而实现在 PROFINET系统中满 足不同实时性要求的应用并存的需求。
2 ) 本发明还具体公开了不同实时性要求的通信模式共存时， 优先级按 照 HRT、 LRT和 NRT从高到低， 且在轮询列表中使得响应时间要求越高的 STA排列排次越高，从而保证对响应时间具有较高要求的业务需求能够得到 及时满足。
3 ) 本发明在存在 HRT应用需求的情况下， 将 AP自身加入轮询列表且 作为第一个轮询对象，在进行自我轮询时运行 MRA机制，通过这种将 MRA 机制嵌入 PCF轮询框架的方式，简化了 HRT通信时段到 LRT通信时段的转 换， 也使得转换更加流畅。
4 ) 在 NRT通信时段中， 本发明提供了一种修改的 RTS-CTS方案， 保 证了严格的数据传输周期边界， 使得 NRT通信中的随机竞争不会超过数据 传输周期的边界， 从而造成对下一个数据传输周期的干扰， 且修改的方案改 动小， 能够最大程度的与现有 RTS- CTS方案兼容。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而己， 并不用以限制本发明， 凡在本 发明的精神和原则之内， 所做的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在 本发明保护的范围之内。

Claims (12)

  1. 权 利 要 求 书
    1、一种 PROFINET通信系统中的通信方法， 其特征在于， 该方法包括： 根据业务的实时性应用需求， 将预先设置的数据传输周期划分为 N个 吋段， 该 N个时段包括： 高实时 HRT通信时段、 低实时 LRT通信时段和非 实时 NRT通信时段中的至少两种；
    接入点 AP在数据传输周期中的 HRT通信时段按照 HRT传输机制进行 数据传输， 在 LRT通信时段按照 LRT传输机制进行数据传输， 在 NRT通信 吋段按照 NRT传输机制进行数据传输。
  2. 2、 根据权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 所述数据传输周期的时 长小于或等于 HRT要求的最小时间周期。
  3. 3、 根据权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 所述 N个时段在数据传 输周期中的排列优先级从高到低为： HRT通信时段、 LRT通信时段和 NRT 通信时段。
  4. 4、 根据权利要求 1至 3所述的方法， 其特征在于， 所述 HRT传输机制 为多接收器聚合 MRA机制， 所述 LRT传输机制为点协调功能 PCF机制， 所述 NRT传输机制为分布式协调 DCF机制。
    5、 根据权利要求 4所述的方法， 其特征在于， 所述 AP预先根据客户 端 STA 的运行机制生成轮询列表， 具体包括： 如果存在运行 MRA机制的 STA, 则将 AP 自身作为轮询列表中的第一个轮询对象； 如果存在运行 PCF 机制的 STA, 则将运行 PCF机制的 STA按照响应时间要求从高到低排列在 轮询列表中且位于 AP之后。
  5. 6、 根据权利要求 5所述的方法， 其特征在于， 所述将运行 PCF机制的 STA 按照响应时间要求从高到低排列在轮询列表中具体包括： 将运行 PCF 机制的 STA中具有同样响应时间要求的 STA划分为一个轮询组， 响应时间 要求越高的 STA在轮询列表中的排次越高， 在同一个轮询组中的 STA在轮 询列表中按照关联标识从小到大排列。
  6. 7、 根据权利要求 4所述的方法， 其特征在于， 所述 AP在每个数据传 输周期的开端发送信标帧指示所有运行 DCF机制的 STA停止数据传输。
  7. 8、 根据权利要求 7所述的方法， 其特征在于， 所述 AP确定当前是否 在需要发送的 HRT业务，如果是，在所述信标帧之后进入 HRT通信时段；
    A则在所述信标帧之后进入 LRT通信时段。 9、 根据权利要求 5所述的方法， 其特征在于， 在所述 HRT通信时段， 所述 AP确定所述轮询列表中第一个轮询对象为 AP自身, 则通过自我轮询 开始与运行 MRA机制的 STA进行数据传输， 在数据传输结束时所述 AP发 送传输块响应 B-ACK指示 HRT通信时段结束。
  8. 10、 根据权利要求 5所述的方法， 其特征在于， 在所述 LRT通信时段 幵始时， 所述 AP执行以下步骤：
    A、 根据轮询列表判断是否存在下一个需要轮询的 STA， 如果是， 执行 步骤 B; 否则发送 CF END帧指示 LRT通信时段结束；
    B、确定当前数据传输周期的剩余时长， 并确定 LRT通信时段中一个轮 询所需要的时长； 判断确定的剩余时长是否大于或等于 LRT通信时段中一 个轮询所需要的时长， 如果是， 执行步骤 C; 否则， 执行步骤 D;
    C、 按照轮询列表中的排次进行下一个轮询， 在该下一个轮询结束后转 ¾步骤 A;
    D、 在当前数据传输周期的剩余时长中不再进行数据传输， 等待下一个 数据传输周期。
  9. 1 1、 根据权利要求 10所述的方法， 其特征在于， 在所述 LRT通信时段 丌始时， 接续轮询列表中上一数据传输周期没有轮询到的 STA 开始进行轮
  10. 12、 根据权利要求 6所述的方法， 其特征在于， 在所述 LRT通信时段 中， 待一个轮询组中的 STA都被轮询之后进行针对该轮询组中各 STA的数 据重传， 直至所有数据传输成功或者达到预设的重传次数阈值。
  11. 13、 根据权利要求 4所述的方法， 其特征在于， 在所述 NRT通信时段 开始之前，所述 AP确定当前数据传输周期的剩余时长和- -个 NRT的随机竞 时间， 判断确定的剩余时长是否大于或等于一个 NRT的随机竞争时间， 如果是，则所述 AP发送 CF END帧指示运行 DCF机制的 STA幵始进行 NRT 通信； 否则在剩余时长不再进行数据传输， 等待下一个数据传输周期。
  12. 14、根据权利要求 13所述的方法， 其特征在于， 所述 AP发送 CF END 帧之后， 进入 NRT通信时段， 如果需要进行下行数据传输， 则首先确定当 前数据传输周期的剩余时长和下行链路通信的时长， 判断确定的剩余时长是 否人于或等于下行链路通信的时长， 如果是， 则允许进行下行数据传输； 否 则， 禁止进行下行数据传输。 15、 根据权利要求 13所述的方法， 其特征在于， 运行 DCF机制的 STA 接收到所述 CF END帧之后，如果需要进行上行数据传输，则发送 RTS进行 随机竞争， 其中， RTS中包含上行链路通信的时长 NAV <sub>RTS</sub>；
    运行 DCF机制的 STA中竞争失败的 STA接收到竞争成功的 STA的 RTS 后， 将停止进行数据传输的时长设置为 NAV RTS；
    所述 AP接收到竞争成功的 STA发送的 RTS后， 确定当前数据传输周 期的剩余时长和如果进行一次上行链路通信后的剩余时长， 如果所述 NAV KTS小于或等于如果进行一次上行链路通信后的剩余时长，则所述 AP发 送 CTS指示竞争成功的 STA进行上行链路通信， 并指示竞争失败的 STA停 止数据传输的时长为竞争成功的 STA进行上行链路通信的时长； 如果所述 NAV RTS大于如果进行一次上行链路通信后的剩余时长且小于或等于当前数 据传输周期的剩余时长， 则所述 AP发送 CTS指示竞争成功的 STA进行上 行链路通信， 并指示竞争失败的 STA 停止数据传输至当前数据传输周期结 束； 如果所述 NAVRTS大于当前数据传输周期的剩余时长， 则所述 AP发送 RTS指示所有运行 DCF机制的 STA停止数据传输至当前数据传输周期结束。
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