CN105991375A - 用于监视发送器和接收器之间的通信的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于监视发送装备项和接收装备项之间的通信的方法，发送装备项向接收装备项发送控制帧(TC_i)。所述方法可以优化诊断帧(TDx_i)的发送频率，从而可以避免使通信链路饱和以及导致电能过度消耗，同时保证通信状态的高可靠度。考虑到干扰妨碍了发送装备项对控制帧(TC_i)的正确发送或者接收装备项对控制帧(TC_i)的正确接收，所述方法显然可以使诊断帧(TDx_i)的发送实时适应通信状态，并且可以使诊断帧(TDx_i)的发送适应于根据控制帧的每一次发送重新计算的通信故障的发生概率(τ_fail)的值。

Description

用于监视发送器和接收器之间的通信的方法

技术领域

本发明涉及一种用于监视发送装备项和接收装备项之间的通信的方法。

背景技术

在工业界，装备项之间的通信必须可靠，因为其起到对机器进行控制的作用。为了检测装备项之间的通信错误，通信要么本身具有极高的可靠度(实践证明，难以获得这样的可靠度)，要么必须加以监视。在所述第二种情况中，除了装备项之间所交换的控制帧之外，还必须能够以所定义的可靠度水平发送诊断帧，以通知有关通信的状态。诊断帧的发送使检测通信错误，从而标出这些错误成为可能。为了能够以最高可靠度检测通信错误，最容易的办法是按与控制帧的发送的最高频率相匹配的固定频率进行诊断帧的发送。然而，按照这一固定频率进行帧的发送导致了高的占用率，甚至导致通信链路的饱和以及所涉及的装备项的电能的过度消耗。

而且，在工业环境中，在发送装备项和接收装备项之间的数据交换过程中，机器的移动、电磁干扰、大质量金属位移、数据交换区域中人们的移动、其它发送装备项的存在，很可能引发随机的干扰。这些现象很可能干扰发送装备项和接收装备项之间的通信。

专利申请US2012/106369描述了一种通信监视方法。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种用于监视发送装备项和接收装备项之间的通信的方法，这一方法通过考虑干扰，可以优化诊断帧的发送频率从而可以避免使通信链路饱和以及导致电能过度消耗，同时保证通信状态的高可靠度以及使诊断帧的发送实时适应通信状态。

而且，在同一应用中，控制帧的发送频率不必为固定的。在设置阶段，发送频率可能为高，而在正常操作阶段其可能为低。大多数监视两个装备项之间的通信的协议不考虑这些不同的方面。

本发明涉及一种用于监视发送装备项和接收装备项之间的通信的方法，所述发送装备项把控制帧发送给接收装备项，所述方法包含下列步骤：

-发送装备项向接收装备项发送n个控制帧TC_i，i为范围从1到n的整数，并且定义了每个控制帧的次序，n为大于或者等于1的整数，

-确定在控制帧TC_i的发送之后，次序为0的诊断帧的发送时刻，如下确定所述诊断帧的所述发送时刻：

TD0_i＝TC_i+Tdiag[0]_i

-其中，TD0_i相应于控制帧TC_i之后、次序为0的诊断帧的发送时刻，而且其中：

Tdiag[0]_i＝Δt-Δtdiag

-其中：

Δt相应于两个控制帧的发送之间的预先确定的最小时间，

Δtdiag相应于为保证通信状态的预先确定的可靠度值而被观察的时间，并且由以下关系加以表示：

$\mathrm{\Δ}tdiag=\mathrm{\Δ}t\frac{Ln\left(Fiab\right)}{Ln(1-{\mathrm{\τ}}_{fail})}$

-其中：

-Fiab相应于预先定义的可靠度值，

-τ_fail相应于两个控制帧之间通信故障发生的概率，根据接收装备项是否已经接收到每一个控制帧修正所述概率，

-Ln代表奈培(Neperian)对数，

-在所确定的发送时刻，发送装备项向接收装备项发送所述诊断帧，

-根据增加的功能，判断次序x的后续诊断帧TDx_i的发送时刻，最好根据互相分隔一段可变时间的发送时刻，来选择所述增加的功能，以保证两个控制帧之间所述的预先定义的可靠度值；

-发送装备项把所述次序x的诊断帧发送给接收装备项。

根据一个具体特征，所述方法包含修正两个控制帧的发送之间的预先确定的时间Δt的步骤。

根据另一个具体特征，所述方法包含这样的步骤：当次序x的诊断帧的第一发送时刻和次序x的诊断帧的第二发送时刻之间的时间超过所述最大值时，对两个连续的诊断帧之间的时间的最大值加以限制。

于是，本发明的方案可以考虑如下情况：干扰妨碍了发送器对控制帧的正确发送或者接收器对控制帧的正确接收，并且使诊断帧的发送适应于根据控制帧的每一次发送重新计算的通信故障的发生概率的值。

附图说明

通过以下参照附图所给出的详细描述，其它特征与优点将变得十分明显，其中：

图1～图4为时间图，说明了本发明的各操作原理。

具体实施方式

此后在说明书中：

-“TC_i”表示控制帧和这一控制帧的发送时刻，

-“TDx_i”表示诊断帧和这一诊断帧的发送时刻。

本发明的方法适用于包含通过有线或者无线类型的通信网络连接的至少一个发送装备项和一个接收装备项的装置。显然，这些装备项的每一个装备项将既能够执行发送功能，也能够执行接收功能。

在这一装置中，发送装备项向接收装备项发送控制帧，例如，用于机器的控制。所述控制帧TC_i和下一个控制帧TC_i+1(i为范围从1至n的整数，并且定义了控制帧的次序，n为大于或者等于1的整数)的发送之间的时间Δt不必为固定的。

本发明的方法包括监视发送装备项和接收装备项之间的通信。其包括专门用于监视通信的诊断帧TDx_i(x为大于0的整数，并且定义了控制帧TC_i之后的诊断帧的次序)的发送。这一监视的目的旨在获知下一个控制帧TC_i之前的通信的状态，以能够确保下一个控制帧TC_i具有在无故障的情况下被发送和被接收的最佳可能的机会。为此，在控制帧TC_i的可能的下一次发送之前，必须发送至少一个诊断帧TDx_i。通常，由以下关系表示控制帧TC_i之后出现的第一诊断帧的发送时刻TD0_i：

TD0_i＝TC_i+Tdiag[0]_i

其中，TD0_i相应于诊断帧TD0_i的发送时刻，其中：

Tdiag[0]_i＝Δt-Δtdiag (1)

其中：

-Δt是一个预先确定的最小值，相应于将加以观察的两个控制帧之间的最小时间，从而能够确保在下一个控制帧之前发送诊断帧。为了使诊断帧的发送适应于控制帧的发送频率，可以修正Δt。

-Δtdiag是为保证通信状态的预先确定的可靠度而被观察的时间，并且被表示如下：

$\mathrm{\Δ}tdiag=\mathrm{\Δ}t\frac{Ln\left(Fiab\right)}{Ln(1-{\mathrm{\τ}}_{fail})}---\left(2\right)$

其中：

-Fiab相应于通信的预先定义的可靠度值，例如，99％，

-τ_fail相应于控制帧TC_i的两次发送之间通信故障发生的概率。

于是，根据将加以观察的两个控制帧之间的最小时间确定第一诊断帧的发送时刻TD0_i，可以从发送装备项获知这一时间。

在附图中，由虚垂线箭头表示时间Δt的结束。这一发送时刻不相应于控制帧的发送，而相应于可以根据其发送控制帧的时刻。

根据本发明，只要发送装备项没有发送新的控制帧TC_i，则在初始诊断帧之后，发送装备项向接收装备项发送其它诊断帧。最好按可变的频率发送诊断帧，从而可以避免通信的饱和以及装备项部分上能量的过度消耗。

根据一个增加的功能，例如，根据被选择来获得由可变时间分隔的发送时刻的几何级数(geometrical series)，确定第一所发送的诊断帧之后的诊断帧的发送时刻TD0_i。例如，可以确定诊断帧的发送时刻TDx_i(x大于或者等于1)的这一增加的功能为以下几何级数：

TDx_i＝TDx_i-1+Tdiag[x]_i

Tdiag[x]_i＝r(x)×Tdiag[x-1]_i (3)

其中r(x)相应于所述级数的成因。

这一增加的功能可以在下一个控制帧的发送之前改变两个诊断帧之间的时间，同时确保最大可靠度(接近100％)。随着最后一个控制帧和下一个控制帧之间的时间增加，通信故障的发生减少，因为在两个控制帧之间这一可靠率被视为常数。而且，即使诊断帧相互不断远离，通信状态的可靠度依然保持为高，接近100％。只要发送装备项没有发送控制帧，就在使用上述关系(3)所确定的发送时刻发送诊断帧。

在每一个控制帧发送之后，重新初始化所述诊断方法，并且使用上述关系(1)确定下一个诊断帧的发送时刻，以及使用关系(3)确定相继的时刻。

在图1中，在根据上述关系(3)所确定的发送时刻TD1_0～TD_5发送诊断帧。在这一图中，显然，诊断帧之间的发送频率不是固定的。

图2A和图2B可以比较本发明的技术方案和现有技术的方案，其中按固定频率发送诊断帧。在图2A中，相应于本发明的方法，仅使用2个第一控制帧之间的3个诊断帧的发送进行监视。在图2B中，相应于现有技术的方案，对于通信的同一可靠率而言，为了监视通信，同一时间周期必须发送5个诊断帧。在2个数据控制帧之间的一个较长时间期间，在本发明的范围内需要4个诊断帧，而在现有技术的固定频率方案中，将需要10个诊断帧。

有利的是，如果两个诊断帧之间的时间过长，则可以把后者限制于一个所确定的上限值。例如，这个值将为控制帧的发送的平均时间。图4说明了这样一种方案：其中，按固定的周期发送诊断帧TD4_1、TD5_1以及TD6_1，所述固定周期相应于一个最大值，例如可以由发送装备项加以存储的最大值。

而且，在同一应用中，控制帧的发送频率不必为固定的。在调整阶段，发送频率可能为高，而在正常操作阶段其可能为弱。考虑到这些变化，本发明的方法可以实时修正每个控制帧之间的时间。与以上所描述的确定诊断帧的方法相结合，控制帧的可变性的修正将可以进一步优化所发送的诊断帧的数目。

故障率τ_fail反映了未正确接收的控制帧的比率。例如，已知的实践是使接收装备项对控制帧的接收进行认可，以确保控制帧的良好发送。然后向发送装备项通知每个控制帧TC_i的接收或者未接收，并且能够采取适当的动作。也为人们所熟悉的是，在对控制帧做出不认可的结论之前，发送装备项多次尝试发送控制帧，这样做是为了屏蔽极短时间通信的不适宜中断。于是，例如，故障率τ_fail的计算可以基于这一认可过程，即，通过相对所发送的帧的数目测量被认可的帧的数目。

图4说明了对通信故障的发生概率进行更新的原理：

-发送装备项把第一控制帧TC_1发送给接收装备项。

-在所确定的时间t_ACK之后，发送装备项尚未接收到对该第一控制帧TC_1的认可，则再次发送控制帧TC_1’。

-发送装备项接收针对这一最后控制帧TC_1’的认可帧TA_1。

-发送装备项降低故障的发生概率τ_fail。

-在没有接收到任何认可帧的情况下，发送装备项继续多次尝试发送

新的控制帧TC_2、TC_2’、TC_2”。

-在所确定的时间t_ACK之后，发送装备项增加了故障的发生概率τ_fail。

于是，在控制帧的每次发送之后，可以重新更新故障率τ_fail。

另外，如以上所描述的，在以下的表达式中，与Δtdiag相关地定义了通信故障发生的概率：

$\mathrm{\Δ}tdiag=\mathrm{\Δ}t\frac{Ln\left(Fiab\right)}{Ln(1-{\mathrm{\τ}}_{fail})}---\left(2\right)$

因此，通信故障发生的概率的修正也将影响对所发送的诊断帧的数目的优化。

因此，本发明明显具有诸多优点：

-通过修正通信故障的发生概率，优化所发送的诊断帧的数目，同时保证通信状态的高可靠度，

-保证通信状态的可靠度接近100％，同时避免使通信链路饱和以及致使电能过度消耗，

-使诊断帧的发送频率适应于控制帧的发送频率，

-实现简单，并且能够适应于有线或者无线类型的通信网络。

Claims (3)

1.用于监视发送装备项和接收装备项之间的通信的方法，所述发送装备项把控制帧发送给接收装备项，所述方法的特征在于其包含下列步骤：

-发送装备项向接收装备项发送n个控制帧TC_i，i为范围从1到n的整数，并且定义了每个控制帧的次序，n为大于或者等于1的整数，

-确定在控制帧TC_i的发送之后、次序为0的诊断帧的发送时刻，如下确定所述诊断帧的所述发送时刻：

TD0_i＝TC_i+Tdiag[0]_i

-其中，TD0_i相应于控制帧TC_i之后、次序为0的诊断帧的发送时刻，其中：

Tdiag[0]_i＝Δt-Δtdiag

-其中：

·Δt相应于两个控制帧的发送之间的预先确定的最小时间，

·Δtdiag相应于为保证通信状态的预先确定的可靠度值而被观察的时间，并且由以下关系加以表示：

$\mathrm{\Δ}tdiag=\mathrm{\Δ}t\frac{Ln\left(Fiab\right)}{Ln(1-{\mathrm{\τ}}_{fail})}$

-其中：

-Fiab相应于预先定义的可靠度值，

-τ_fail相应于两个控制帧之间通信故障发生的概率，根据接收装备项是否已经接收到每个控制帧来修正所述概率，

-在所确定的发送时刻，发送装备项向接收装备项发送所述诊断帧，

-根据增加的功能确定次序x的后续诊断帧TDx_i的发送时刻，

-发送装备项把所述次序x的诊断帧发送给接收装备项。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其包含修正两个控制帧的发送之间的预先确定的时间Δt的步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其包含这样的步骤：当次序x的诊断帧的第一发送时刻和次序x的诊断帧的第二发送时刻之间的时间超过所述最大值时，对两个连续的诊断帧之间的时间的最大值加以限制。