CN102550114B

CN102550114B - 时隙的共享使用

Info

Publication number: CN102550114B
Application number: CN201080041558.4A
Authority: CN
Inventors: 弗兰克·哈克迈耶; 弗拉迪米尔·弗洛斯; 麦可·斯代米; 斯蒂凡·威特
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2030-09-17
Also published as: US8964776B2; EP2478740A1; EP2478740B1; DE102009041834B4; US20120221667A1; DE102009041834A1; CN102550114A; WO2011033081A1

Abstract

本发明涉及一种网络(1)，包括至少一个第一客户端(2)和通过消息发送装置(6)与所述第一客户端(2)连接的至少两个第二客户端(3a、3b)，其中，其中，在通信时隙(10a、10b)内，所述第一客户端(2)与所述第二客户端(3a、3b)之间进行通信，以及在所述第一客户端(2)与所述第二客户端(3a、3b)之间传递数据，所述通信时隙(10a、10b)具有至少一个第一消息时隙(11)和一个第二消息时隙(12)，其中，选择出的第二客户端(3a、3b)使用所述第一消息时隙(11)将消息发送至所述第一客户端(2)，多个第二客户端(3a、3b)使用所述第二消息时隙(12)将消息发送至所述第一客户端(2)。

Description

时隙的共享使用

本发明涉及一种网络，其具有至少一个第一客户端和通过消息发送装置与第一客户端连接的至少两个第二客户端。

这样的网络是已知的。此外，已知这样的网络被构造为逻辑“树形结构”。在树形结构中，一个客户端位于顶部，其它客户端被布置在分支上或树形结构的终端处。

依据客户端的功能来区分“主(Master)”、“中继-从属(Repeater-Slave)”、以及“从属(Slave)”。“主”客户端构成了网络的中心点。通常通过“主”客户端来控制网络的初始化和网络特定功能。在没有主客户端的情况下，网络不能运行。中继器客户端能够在与中继从属客户端连接的客户端之间转达消息。从属客户端是网络的终点。朝向主客户端的方向的连接被称作“上行链路(Uplink)”，而远离主客户端的连接是“下行链路(Downlink)”。具有多个下行链路的中继从属客户端被称作“父”。通过这些下行链路与中继从属客户端直接连接的客户端被称作“子”。在被配置为树形结构的网络中，“主”客户端位于网络的顶部。

许多网络、特别是无线网络通过轮询法(polling method)工作。轮询法是访问方法，在该方法中，如果与主客户端连接的其它客户端要进行发送，则主客户端依次询问其它客户端。这意味着主客户端“轮询”每一个客户端，并且以点对点的操作与所轮询的客户端交换消息。

在某一时刻，轮询方法仅在主客户端与网络中的另一个客户端之间进行单一通信。这样的缺点是，随机出现的事件可能被客户端极大地延迟直到它能够转发到主客户端为止。特别地，如果主客户端刚刚与这个客户端进行了通信，则延迟将会是一个完整的轮询周期。

轮询方法的优点是，只要主客户端能够与客户端进行通信，就能够交换存在的数据。如果大量的数据被交换，则将增加通信时间；如果只有小量的数据存在，则缩短了通信时间。轮询方法的另一个优点是易于实施，因为这种方法几乎不生成协议开销，这意味着只存在少量额外的协议相关信息。后一个属性使得轮询法特别有益于无线网络。

此外，已知网络在“固定分配协议(Fixed Assigned Protocols)”下运行。在这样的协议中，网络的客户端之间的通信是固定的。它使用诸如TDMA(时分多址)或TSMP(时间同步网格协议)之类的基于时间的协议。在通过这样的协议建立的网络中，为每个客户端分配固定的时隙，在该固定的时隙内允许以特定的持续时间进行传输。这样的协议所具有的优点为它们是确定性的。当例如整个网络交换一次数据时确定性能够被清楚地证明。然而，协议的缺点在于，对于随机出现的事件，只能在延迟之后才能将其发送，这是因为事件仅能够在被分配给客户端的下一个时隙中由该客户端传输。

此外，我们知道网络使用诸如“随机访问协议”之类的事件驱动协议。在CAN(控制器局域网)-总线-技术中，无论客户端何时接收到诸如状态变更之类的事件，客户端都试图使用“总线”。由于事件的发生不能被计划，因此提供了防止多个客户端同时请求总线的机制。一个示例是CSMA(载波侦听多路访问)方法，在该方法中，首先检查媒体的可用性，如果媒体具有可用性则将其使用。

事件驱动协议的缺点在于，在客户端之间交换消息时可能会有高的等待时间，尤其是在网络应用的更高层级处。

本发明的目的是提供一种网络，一方面所述网络支持在可预测或可计算的时间内在客户端之间通信，而另一方面当事件发生时所述网络提供来自任意客户端的可能的快速发送。

这个问题可通过根据独立权利要求1的网络来解决。本发明的有利实施方式在从属权利要求中说明。

本发明的网络包括至少一个第一客户端和通过消息发送装置与第一客户端连接的至少两个第二客户端，其中，所述网络被配置为在通信时隙内在第一客户端与第二客户端之间进行通信，并且可以在通信时隙内在第一客户端与第二客户端之间传递数据，所述通信时隙具有至少一个第一消息时隙和一个第二消息时隙，其中，第一消息时隙由选择出的用于将消息发送至所述第一客户端的第二客户端使用，第二消息时隙由用于将消息发送至所述第一客户端的多个第二客户端使用。

“消息”在本文中应当理解为有限的数据量。特别地，消息可以是数据包。

通信时隙的第一消息时隙总是分配给特定的第二客户端。只有该特定的第二客户端才可以使用第一消息时隙来将消息发送至第一客户端。这使得例如，通过指定顺序，在多个通信时隙的周期之内，对于所有的第二客户端均有机会将消息在通信时隙之内发送至第一客户端。这样就能够预测或者计算要从第二客户端发送消息至第一客户端的时间。

多个第二客户端可以使用通信时隙的第二消息时隙来将消息发送至第一客户端。与第一消息时隙相比较，第二消息时隙并不为特定的第二方而预留。第二消息时隙能够将发生于第二客户端的事件以消息的形式发送至第一客户端，而不是必须使第二客户端等待直到其第一消息时隙之一可用为止。以这种方式，允许第二客户端在更短的时期内将发生的事件以消息的形式发送至第一客户端。

作为本发明的优选实施方式，网络被配置为使第一客户端向第二客户端确认：第一客户端已经接收到了在第二消息时隙内从第二客户端发送至第一客户端的消息。这使得第二客户端能够确定是否成功地发送了该消息或者是否进行了这个消息的发送。例如，如果另一个第二客户端也使用了用于发送该消息的第二消息时隙，则消息的发送可能未成功。

本发明的另一优选实施方式提供了在第二客户端未接收到如下的确认，即第一客户端已经接收到了所述第二客户端在第二消息时隙内发送的消息时，所述第二客户端尝试在紧接的或者紧随的通信时隙内的第二消息时隙内再次发送该消息。

特别地，第一客户端可以是主客户端；与主客户端相连接的第二客户端可以是从属客户端和/或中继从属客户端。第一客户端还可以是父客户端，而多个第二客户端是这个父客户端的子客户端。

附图说明

下面将参照附图通过优选的实施方式对本发明进行详细描述，在附图中：

图1示出了本发明的网络的实施方式的结构；

图2是通信时隙的示意图，在该通信时隙中，能够在图1示出的网络的客户端之间的交换消息；

图3是第二通信时隙的示意图，在该通信时隙中，能够在图1示出的网络的客户端之间交换消息。

图1示出了本发明的网络1的一个实施方式的结构。

网络1包括多个客户端并且被构造为树形结构。网络1的树形结构的顶部具有主客户端(M)2。主客户端2通过消息发送装置6与两个中继从属客户端(RS)3a、3b相连接。第一中继从属客户端3a通过消息发送装置6依次与从属客户端(S)4a以及与另一个中继从属客户端4b相连接。第二中继从属客户端3b通过消息发送装置6与另一个中继从属客户端4c和从属客户端4d相连接。中继从属客户端4b与另一个中继从属客户端5相连接。

主客户端2是网络1的中心点。通过主客户端2来控制初始化和网络特定功能。中继从属客户端3a、3b、4b被设计为在与其相连接的客户端之间发送消息。从属客户端4a、4b以及中继从属客户端5构建网络1的终端。

在这个示例中，网络1是无线网络。网络1的客户端是无线电站，通过使用无线电波来在客户端之间传送消息。在这种情况下，消息发送装置6是尤其能够通过空气发送无线电波的介质。可替换地，例如，可以将网络1设计为有线网络。在这种情况下，消息发送装置6包括连接网络的各个客户端的一个或多个导线、导体或电缆，从而在各个客户端之间交换消息。

网络1被配置为使主客户端2通过轮询法与网络的其它客户端进行联系。通过连接到主客户端的中继从属客户端3a、3b所发射的轮询信号2，主客户端2能够发起在其自身与所轮询的中继从属客户端3a、3b中的每个之间的数据交换。中继从属客户端3a、3b将轮询信号从主客户端2发送至由主客户端2所轮询的最终客户端4a、5(通过中继从属客户端4b)、4c和4d。以这种方式，在一个轮询周期内，可以发起在主客户端2与四个最终客户端4a、5、4c和4d之间的数据交换。

主客户端2以特定的时间间隔T_channel来轮询最终客户端4a、5、4c和4d。通过设置间隔T_channel，如同TDMA方法一样整个网络使用固定的时帧来操作。特别地，这样使得能够预测网络1的响应时间，响应时间由终端客户端4a、5、4c和4d的数量来确定。

时间间隔T_channel限定了通信时隙，在该通信时隙中可以在客户端之间发送数据。在操作期间，网络1包括连续大量的上述通信时隙。

图2示出了通信时隙10a的初始实施方式。在这个示例中，通信时隙10a为主客户端2与中继从属客户端3a进行通信的通信时隙。

通信时隙10a被划分成发送时隙13和接收时隙14。在发送时隙13中，主客户端2可以将消息发送至中继从属客户端3a，其中，中继从属客户端3a作为RX接收器作用。在接收时隙14中，中继从属客户端3a将消息发送至主客户端2，其中，在这个时期期间主客户端2作为RX接收器作用。

发送时隙13和接收时隙14可被划分成多个时隙。在这个示例中，发送时隙13包括下行链路应用消息隙(Application Message Slot-Downlink，AMS-D)，其在T₀时刻开始。T₀朝向通信时隙10a的起点T_start行进。例如，T_start与T₀之间的时间间隔可被用于客户端之间的同步操作。

接收时隙14被划分成第一消息时隙11(AMS-U——上行链路应用消息隙)以及第二消息时隙12(RMS——随机消息隙)。第二消息时隙12开始于发送时隙13的结束T₂时刻处，然后第一消息时隙11在T₃时刻开始。可以转换第一消息时隙11与第二消息时隙12的次序。

第一消息时隙11被分配给指定的客户端，此处为中继从属客户端3a，并且仅可由中继从属客户端3a使用。另一方面，第二消息时隙12可由中继从属客户端3a以及中继从属客户端3b使用，以将消息发送至主客户端2。

如果中继从属客户端3a、3b之一要通过第二消息时隙12将消息发送至主客户端2，则针对这个特定发送，可以使用紧跟着的通信时隙的第二消息时隙12。可替换地，还可以使用任意随后的第R个通信时隙的第二消息时隙12，其中R是整数且R≥1。优选地，根据随机抽样原则通过使用合适的上限来选择R。

如果主客户端2接收到通过第二消息时隙12发送的消息，则主客户端2向中继从属客户端3a或3b(取决于哪个发送了这个消息)确认其接收。通过在随后的通信时隙(具体而言是在管理消息隙(MMS)内)内发送合适的消息来在主客户端2与中继从属客户端3a、3b(取决于哪个发送了这个消息)之间通信，这将会在下文中进一步说明。

在没有确认的情况下，中继从属客户端3a、3b将尝试在随后的通信时隙的第二消息时隙12内再次发送消息。对于该消息，当没有确认时，中继从属客户端3a、3b能使用紧接着的通信时隙内的第二消息时隙12来将该消息再次发送至第一客户端。可替换地，可以使用第R个通信时隙的第二消息时隙，其中，R是随机选择的整数，其中R≥1且R＜K而K＞1。如果该消息的重复发送失败，则可重复该过程。优选地，针对每次额外的发送尝试，K的值将增加。例如，K值的顺序可以是1、5、10、20、40...。这样的增加随时间延伸。有利的是，如果存在多个第二客户端尝试通过第二消息时隙发送消息，则能防止这些客户端的相互阻塞。

图3示出了通信时隙10b的第二示例。第二通信时隙10b与第一通信时隙10a对应地划分成发送时隙13和接收时隙14。发送时隙13被缩短了，例如因为在主客户端2与中继从属客户端3a、3b之间没有要发送的消息。在这样的情况下，发送时隙13可被用来发送诸如网络管理信息之类的其它信息。

特别地，在管理消息隙(MMS)内，主客户端2可以向中继从属客户端3a、3b确认：已经接收到了由中继从属客户端3a、3b在第二消息时隙12内发送至主客户端2的消息。该确认还可作为另一消息的一部分或作为独立的消息发送至中继从属客户端3a、3b。

接收时隙14包括第一消息时隙11和第二消息时隙12以及第三消息时隙15(DMS——确定消息隙)。第三消息时隙被分配给已分配了第一消息时隙11的相应的中继从属客户端3a、3b。

可替换地，通信时隙10a和通信时隙10b还可被分配给父客户端如中继从属客户端3a、3b之一，以及其子客户端如从属客户端4和中继从属客户端4b和/或中继从属客户端4c和从属客户端4d。上述布置也可应用于主客户端2和中继从属客户端3a、3b。

参考标记列表：

1 网络

2 主客户端

3a、3b、4b、4c、5 中继从属客户端

4a、4d 从属客户端

6 消息发送装置

10a、10b 通信时隙

11 第一消息时隙

12 第二消息时隙

13 发送时隙

14 接收时隙

15 第三消息时隙

Claims

1.一种网络(1)，包括至少一个第一客户端(2)和通过消息发送装置(6)与所述第一客户端(2)连接的至少两个第二客户端(3a、3b)，

其中，在每个通信时隙(10a、10b)内，在所述第一客户端(2)与所述第二客户端(3a、3b)之间进行通信，以及在所述第一客户端(2)与所述第二客户端(3a、3b)之间传递数据，

时间间隔T_channel限定了所述通信时隙(10a、10b)，所述网络(1)包括大量的连续通信时隙(10a、10b)；

每个所述通信时隙(10a、10b)划分为一个发送时隙(13)和一个接收时隙(14)，在所述发送时隙中，所述第一客户端(2)能够将消息发送至选择出的第二客户端(3a、3b)，所述接收时隙具有至少一个第一消息时隙(11)和一个第二消息时隙(12)，其中，选择出的第二客户端(3a、3b)使用所述第一消息时隙(11)将消息发送至所述第一客户端(2)，多个第二客户端(3a、3b)使用所述第二消息时隙(12)将消息发送至所述第一客户端(2)，

其中，所述第一客户端根据轮询法与多个第二客户端联系，从而在所述第一客户端自身与所轮询的第二客户端中的每一个之间开始数据交换。

2.根据权利要求1所述的网络，其中，当存在从所述第二客户端发送至所述第一客户端(2)的消息时，所述第二客户端(3a、3b)在紧随的通信时隙(10a、10b)内或在随后第R个通信时隙(10a、10b)内使用所述第二消息时隙(12)将所述消息发送至所述第一客户端(2)，其中，R是随机选择的整数且R≥1。

3.根据前述权利要求中任一项所述的网络，其中，所述第一客户端(2)向所述第二客户端(3a、3b)确认：所述第一客户端(2)已接收到在所述第二消息时隙(12)内从所述第二客户端(3a、3b)发送至所述第一客户端(2)的消息。

4.根据权利要求3所述的网络，其中，当没有所述确认时，所述第二客户端(3a、3b)尝试在接下来的通信时隙(10a、10b)内的所述第二消息时隙(12)内再次发送所述消息。

5.根据权利要求4所述的网络，其中，在没有所述消息的确认的情况下，所述第二客户端(3a、3b)在紧随的通信时隙(10a、10b)内或按顺序的第R个通信时隙(10a、10b)内的所述第二消息时隙(12)内将所述消息发送至所述第一客户端(2)，其中，R是随机选择的整数，R≥1且R<K而K>1。

6.根据权利要求5所述的网络，其中，对于每次额外的发送，K的值都增加。

7.根据权利要求1所述的网络，其中，所述第一客户端(2)为主客户端，所述第二客户端(3a、3b)为从属客户端和/或中继从属客户端。

8.根据权利要求1所述的网络，其中，所述网络(1)被构造为树形结构。

9.根据权利要求1所述的网络，其中，所述网络(1)被构造为无线网络，所述第一客户端(2)和所述第二客户端(3a、3b)为无线电站并通过无线电波传递消息。