CN102484881A - 传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在无线的数据总线网络中的传输方法。所述方法具有由多个一致长度的时隙组成的数据传输周期。在此，将每个时隙独占地分配给在数据总线网络上的确定的参与者，以用于传输数据。根据本发明，随着每个时隙(Tx)开始占用时长，直到所述占用时长结束(tw_max)，所述时隙能够由相关联的参与者独占地占用，以用于传输数据(1；T_s_data)。否则，根据占用方法，将所述在所述占用时长(Tb；tw_max)结束后空出的时隙独占地分配给另一参与者，以用于传输数据(6；T_s_data)。为了将所述空出的时隙(Tx)分配给存在数据传输请求(t_sr_csma)的任一其他参与者，有利地通过随机方法确定用于可能的数据传输的在占用时长后和在所述时隙的所述终点(t_e)前的开始时间点(t_start)，并且如果所述无线数据传输网络在到达所述开始时间点(t_start)时还没被占用，那么开始所述数据传输(6；T_s_data)。

Description

传输方法

技术领域

本发明涉及一种在无线数据总线网络中的传输方法。所述方法具有也称为超帧的数据传输周期，所述数据传输周期由多个具有一致的长度的时隙组成。在此，将在数据总线网络上的确定的参与者独占地分配给每个时隙，以用于传输数据。

背景技术

在无线数据总线网络中使用不同的方法，以便调节通信参与者对在数据传输周期中提供的时隙的访问。

在第一类型中，给予每个参与者对一个时隙的访问权。因此，将在数据传输周期中提供的时隙分别固定地分配给确定的参与者。所述访问方法被称为分时多工方法或“TDMA，时分多址”。除了冲突自由性，如所述原理的访问方法有利地具有确定性的周期时间，也就是说，在传输信息时存在最大潜伏时间。但是，平均的潜伏时间设计用于可能的最大数据流量，并且因此也能够在暂时小的数据流量的情况下不被减少。

在第二类型中，参与者能够同时访问所有在数据传输周期中提供的时隙，并且尝试传输在所述时隙中的数据电文。所述访问方法被称为“CSMA，载波侦听多路访问”。为了避免冲突，想同时访问一个时隙的参与者首先以短暂的等待时间监听时隙，以便确保所述时隙在其间没有被另一参与者占用来传输数据电文。如果在等待时间的终点确定没有通过另一参与者的数据传输，那么“监听的”参与者假定，时隙是空着的，并且通过传输自身的数据来占用所述时隙。所述方法的优点是，在无线通信网络负载小时，潜伏时间非常短。不利的是，在高负载的情况下，由于可能的电文重复，潜伏时间可能长，并且不能确定最大潜伏时间。

在用于工业通信的基于无线电的无线数据总线网络中，数据传输必须满足确定性和实时性的要求。因此，数据传输必须及时结束，使得所述数据传输是进程兼容的，因此不会由此干扰技术进程的进行。此外，必须能够计算出现的最大周期时间，并且是尽可能短的。最后，潜伏时间应尽可能小，并且通过不同的通信路径尽可能无延迟地传输电文。

为了满足这样的要求，常常使用下述访问方法，在所述访问方法中TDMA方法通过CSMA方法补充。因此，能够结合TDMA的优点，优选为确定性，和CSMA的优点，优选为短的平均潜伏时间。这样组合的访问方法产生仅小的通信额外耗费，并且能够在自动化和过程控制技术上例如有利地应用在“能源自给式传感器”中，即在例如具有通过电池局部供能的节能式传感器中。组合的访问方法的特征在于，虽然对于在数据传输周期中提供的时隙能够静态地确定哪些参与者能够占有相应的时隙，即哪些参与者能够独占在哪些时隙中传输数据。但是如果参与者中的一个不需要其用于在数据传输周期的相关联的时隙中数据传输的权利，因为例如不存在用于传输的数据，那么其他参与者能够动态交换地竞争占用所述时隙。

发明内容

本发明基于的目的是，提出一种方法，借助所述方法能够以安全的、也就是说无冲突的方式将空出的时隙动态地分配给其他参与者。

所述目的借助在权利要求1中说明的方法得以实现。在从属权利要求中说明本发明的其它有利的实施形式。

本发明的出发点是无线数据总线网络，也称为无线电网络，所述无线数据总线网络基于确定性的传输方法。为此，存在由多个具有一致的长度的时隙组成的固定的数据传输周期，也称为超帧。在此，为在数据传输周期中每个当前登记在数据总线网络上的参与者固定地分配至少一个时隙，以用于传输数据。相关联的参与者能够独占地利用所述固定的时隙，以便传输数据。任一其它参与者不参与使用相关联的参与者的时隙。如果在其间另一参与者也请求数据传输，那么所述另一参与者必须等待，直到在当前的数据传输周期中处理分配给其本身的时隙。然后另一参与者才允许开始数据传输，因为否则与其他参与者的同时发送能够导致冲突。但是，这样的方法导致，在每个数据传输周期中，独占地为当前没有数据要传输的所有参与者分配的时隙保持未使用。这虽然可实现数据总线网络的纯确定性的特性，但是也导致长的潜伏时间。借助于本发明，如下改进这样的纯确定性的时隙分配：

根据本发明，随着每个时隙的开始，占用时长开始。与时隙独占地相关联的参与者必须在占用时长中占用所述时隙，并且开始发送数据。否则，随着占用时长的结束，所述参与者丧失其独占占用所述时隙的权利。代替于此，如果占用时长未经使用地结束，独占地相关联的参与者还没开始发送，那么所述时隙在一定程度上空出。现在，在数据总线网络上的其他参与者能够尝试占用所述时隙，并且利用剩余的时间直到时隙终点来插入具有推迟的开始时间点的数据传输。为此，特别有利地适合于存在数据传输请求的其他参与者。在此，根据本发明，借助于占用方法进行空出的时隙的分配。在下面例如还将对此详细阐述。

根据本发明的方法的优点在于，在所述事后占用空出的时隙的情况下，以相同的程度考虑到在数据总线网络上的所有参与者。对此也包括原本与所示时隙独占地相关联的参与者，例如在占用时长结束后用于数据传输的询问才抵达所述参与者处。然后，在应用占用方法时，所述参与者与其他参与者具有同等权利。

根据本发明的另一有利的实施形式，所述占用时长紧接着在相应的时隙开始后的等待时间开始。在实践中，在时隙开始后的这样的等待时间常常是有益的，以便确保在无线数据总线网络中的转换进程的结束。因此有利的是，在时隙开始时随着占用时长的开始等待到，直到数据传输网络的所有参与者已安全地结束特别是通过由硬件处理时间决定的内部的流程。作为对此的示例，应举出在发送和接收操作之间转换时在参与者内进行的流程。

根据本发明的其它实施形式，能够应用不同的占用方法，以便将激活的时隙在占用时长结束后分配给另一参与者，并且能够以这种方式为所述参与者实现具有推迟的开始时间点的插入的数据传输。在用于占用方法的可能的第一实施形式中，使用空出的激活的时隙与下述时隙的时间间隔作为用于选择另一参与者的标准，所述时隙独占地分配给在数据传输周期中具有已存在的数据传输请求的参与者，也就是说，想要发送的参与者。特别有利的是，在所述实施形式中，空出的时隙被分配给下述其他想要发送的参与者，对于所述其他想要发送的参与者，自己的在数据传输周期中独占地分派的时隙至少还远离空出的时隙。因此，在这种类型的占用方法中，优选下述参与者，对于所述参与者发生直到出现可独占使用的时隙的最长等待时间。因此，对于下述参与者用于插入的数据传输的开始时间点提前，对于所述参与者在数据传输周期的正常的确定性流程情况下出现最长的空载时间。与此相反，所有其他没被选择的想要发送的参与者仅经历短的等待时间，直到独占分配的时隙被处理。这确定地导致明确地选择想要发送的参与者中的仅一个。此外，所述选择确保最大可能地缩短数据总线网络的潜伏时间。

在用于占用方法的可能的第二实施形式中，使用用于为想要发送的参与者中的一个分配空出的时隙的随机方法。在此，想要发送的参与者中的每个借助于随机方法确定在空出的时隙中的在占用时长结束后并且在所述时隙的终点前的独立的开始时间点，所述开始时间点用于可能地开始数据传输。但是，在达到这样计算出的开始时间点时，在想要发送的参与者实际开始传输数据前，无线数据总线网络由所述参与者检测。在此必须确定，所述无线数据总线网络是否仍然未被占用，即在其间是否还没有其他想要发送的参与者开始传输数据。如果是这种情况，那么开始传输数据，并且通过所述参与者占用所述时隙。因此，在所述实施形式中，空出的时隙被分配给下述想要发送的参与者，所述参与者随机地确定离占用时长的终点最近的开始时间点。在所述最快的参与者开始传输数据后，其他想要发送的参与者不能再开始数据传输。如果所述参与者达到相应地计算的开始时间点，那么对无线数据总线网络进行检验，即所述无线数据总线网络被占用并且在激活的时隙中开始数据传输不再是可能的。

在所述实施形式中，特别有利的是，每个想要发送的参与者通过将预先给定的等待时间与随机数相乘来确定开始时间点。以这种方式也获得与占用时长的终点不同地远的开始时间点，并且在想要发送的参与者中建立优先顺序。在这里，在由随机数和等待时隙确定的等待时间在达到相应的开始时间点前结束时，每个想要发送的参与者监控无线数据传输网络。在这种情况下，随着达到推迟的开始时间点，也只有当到那时数据传输网络还未被占用时，即在其间其他想要发送的参与者还没开始数据传输时，才开始数据传输。只在罕见的特殊情况下，即，在两个想要发送的参与者随机地产生相同的随机数时，不能避免冲突。依据随机数的值域和等待时隙的时长，能够减少发生这样的事件。

附图说明

借助于在下面简要地列举的附图中示出的实施例详细阐述本发明。在此示出：

图1示出在根据本发明的数据传输方法中在数据传输周期(“超帧”)中的时隙的示例的结构；

图2a示出图1的示例的时隙，其中所述时隙由独占地相关联的参与者在占用时长内占用，以用于传输数据；

图2b示出图2a的具有另一参与者的作用时长的示例的时隙，所述时隙确定用于接收独占地相关联的参与者的数据；

图3a示出图1的示例的时隙，其中，所述时隙在独占地相关联的参与者的位置上在占用时长结束后由另一参与者占用，以用于传输数据；并且

图3b示出图3a的具有另一参与者的作用时长的示例的时隙，所述时隙确定用于接收另一参与者的数据。

具体实施方式

图1示出在数据传输周期中具有固定的长度的时隙Tx的示例的结构，所述数据传输周期具有多个这样的同样长的时间片。在此，具有开始时间点t_a和结束时间点t_e的所述时间片Tx具有三个区域。在开始时间点t_a和时间点t_t之间的第一区域为等待时间Tw。有利的是，特别是在时隙之间的过渡部中等待所述等待时间Tw结束，以便使硬件特别是在无线数据总线网络的参与者中例如在发送或接收状态之间实现按规定的转换。下面的、在时间点t_t和tw_max之间的第二区域是对于参与者的根据本发明的最大允许的占用时长Tb，在超帧中的时隙Tx被独占地分派给所述参与者，以用于数据传输。最晚直到在时间点tw_max上占用时长Tb结束，所述参与者必须通过开始数据传输实际占用所述时隙。否则，其他想要发送的参与者能够在剩余持续时间T_sr_all的时隙Tx的第三区域中尝试与时隙相关联，以用于传输自己的数据包。但是，这样的传输应尽可能在剩余持续时间T_sr_all内结束，即在达到时间点t_e前结束。

图2a示出图1的示例的时隙Tx，其中，所述时隙由独占地相关联的参与者在占用时长Tb内占用，以用于传输数据。为此，所述参与者在时间点t_sr_o上开始传输长度为T_s_data的数据包1。根据本发明，所述开始时间点t_sr_o位于占用时长Tb内。参与者以这种方式及时利用其权利来独占地占用所述时隙Tx，并且数据包1的传输能够无干扰地由在数据总线网络中的其他参与者在时间点t_se上按规定地结束。然后，紧接着是长度为T_h的接收时长2，在所述接收时长中参与者等待另一参与者的应答电文的抵达，所述应答电文确定用于接收数据包1。

图2b示出图2a的具有另一参与者的作用时长的示例的时隙，所述另一参与者确定用于接收独占地相关联的参与者的数据。所述另一参与者随着等待时间Tw在时间点t_t上结束而准备接收，并且在具有长度为T_h的接收时长3内接收数据包1。所述数据包的传输又在时间点t_se结束。紧接着是具有长度为T_q的发射时长4，在所述发射时长中另一确定用于接收数据包1的参与者将关于肯定的接收数据包1的应答电文发回给时隙Tx的所有者。

图3a又示出图1的示例的时隙Tx。因为独占地相关联的参与者直到时间点tw_max还没开始传输数据，所以现在能够将另一参与者分配给所述时隙。因此，替代独占地相关联的参与者，在图3a中时隙在占用时长Tb结束后由另一参与者占用，以用于传输数据。为此，在图3a的示例中假定，在时间点t_sr_csma上，另一参与者获得将数据包6传输给在数据总线网络中的又一个、确定用于接收所述数据包6的参与者的请求。

但是，所述想要发送的参与者不立即开始数据传输。相反可能的是，其它参与者也存在数据传输请求。根据本发明的另一有利的实施形式，为了将空出的时隙Tx分配给同样存在数据传输请求的任一其他参与者，通过随机方法确定在占用时长Tb后和在时隙Tx的终点t_e前的开始时间点t_start用于可能的数据传输。

在图3a的示例中，想要发送的参与者优选在获得数据传输请求的时刻t_sr_csma通过随机方法测定开始时间点t_start。然后，在到达所述开始时间点时，开始传输长度为T_s_data的等候处理的数据包6，由想要发送的参与者可确定无线数据传输网络在这一刻还没被占用。在图3a和3b中假定是这种情况。

因此，想要发送的参与者遭遇由随机地确定的开始时间点t_start决定的长度为T_h的发送延迟T_d。所述发送延迟也能够用作接收时长5，在所述接收时长中想要发送的参与者对在无线数据总线网络中被任一参与者的占用已监控传输路径。

根据本发明的另一实施形式，用于可能的数据传输和由此获得的长度为T_h的发送延迟T_d的推迟的开始时间点t_start能够由想要发送的参与者通过将预先给定的等待时间Tk与随机数k相乘来确定。结果是，只有当同样存在数据传输请求的其他参与者的相应的计算由于更大的随机数或更晚抵达的数据传输请求导致更晚的开始时间点时，长度为T_s_data的数据包6才能够由想要发送的参与者在开始时间点t_start传输。

在数据包6的传输在时间点t_se结束后，如在图3a中假定的一样，紧接着又是具有长度为T_q的接收时长7，在所述接收时长中，发送的参与者等待另一确定接收所述数据包6的参与者的应答电文的抵达。

图3b示出图3a的具有所述另一参与者的作用时长的示例的时隙Tx。在此，又是具有长度为T_h的接收时长8，在所述接收时长中，另一确定接收数据包8的参与者准备好接收，并且对确定用于所述参与者的数据包的传输进行监听数据传输路径。随着结束传输所述数据包8，所述接收时长8同时在时间点t_se结束。紧接着是具有长度为T_q的发送时长9，在所述发送时长中另一确定接收数据包6的参与者将关于肯定的接收的应答电文发回给其他参与者。如在图1到图3b的示例中可见，所有上述过程应尽可能在到达时隙Tx的结束时间点t_e前结束。

Claims (7)

1.在无线数据总线网络中的传输方法，具有：

由多个一致长度的时隙(Tx)组成的数据传输周期(“超帧”)，其中将每个时隙独占地分配给在数据总线网络上的确定的参与者，以用于传输数据，

其特征在于，

随着每个时隙(Tx)开始占用时长(Tb)，直到所述占用时长结束(tw_max)，所述时隙(Tx)能够由相关联的所述参与者独占地占用，以用于传输数据(1；T_s_data)；并且否则

根据占用方法，在所述占用时长(Tb；tw_max)结束后空出的时隙(Tx)能够独占地分配给在所述数据总线网络上的另一参与者，以用于传输数据(6；T_s_data)。

2.如权利要求1所述的传输方法，其中，将空出的所述时隙(Tx)独占地分配给在所述数据总线网络上的存在数据传输请求(t_sr_csma)的另一参与者，以用于传输数据(6；T_s_data)。

3.如权利要求2所述的传输方法，其中，作为用于将空出的所述时隙(Tx)分配给另一参与者的标准是在所述数据传输周期中空出的所述时隙到独占地分配给存在数据传输请求的参与者的时隙的时间间隔。

4.如权利要求3所述的传输方法，其中，将空出的所述时隙(Tx)分配给另一参与者，对于所述另一参与者在数据传输周期中自己的独占地相关联的时隙具有到空出的所述时隙最大的时间间隔。

5.如权利要求2所述的传输方法，其中，为了将空出的所述时隙(Tx)分配给存在数据传输请求(t_sr_csma)的任一其他参与者，通过随机方法确定用于可能的数据传输的在所述占用时长(Tb)后和在所述时隙(Tx)的终点(t_e)前的开始时间点(t_start)，并且如果所述无线数据传输网络在到达所述开始时间点(t_start)时还没被占用，那么开始所述数据传输(6；T_s_data)。

6.如权利要求5所述的传输方法，其中，存在数据传输请求(t_sr_csma)的任一其他参与者通过将预先给定的等待时间(Tk)与随机数(k)相乘来确定用于可能的数据传输(6；T_s_data)的开始时间点(t_start)。

7.如上述权利要求之一所述的传输方法，其中，所述占用时长(Tb)紧接着等待时间(Tw)开始，在时隙(Tx)开始(t_a)后直到数据传输网络的参与者结束内部进程，特别是结束硬件处理时间，需要所述等待时间。