CN107637130B - 控制器装置、方法和计算机可读介质 - Google Patents

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Abstract

公开了一种控制器装置，所述控制器装置包括能够经由无线通信网络进行通信的收发机、被布置为控制控制器装置所在的物理实体的控制器以及收发机与控制器之间的接口。收发机被布置为经由接口提供与经由无线网络的通信中的当前或即将发生的中断有关的信息。控制器被布置为在至少第一状态和第二状态下操作，所述第一状态是在所述信息指示没有中断存在或即将发生时，其中所述第一状态包括来自远程实体的经由无线通信网络的闭环控制，以及所述第二状态是在所述信息指示中断存在或即将发生时，其中第二状态包括控制器的自主控制操作。还公开了方法和计算机程序。

Description

控制器装置、方法和计算机可读介质
技术领域
本发明总体上涉及一种控制器装置、这种控制器装置的方法以及用于实现该方法的计算机程序，所述控制器装置包括能够经由无线通信网络进行通信的收发机、被布置为控制控制器装置所在的物理实体的控制器以及收发机与控制器之间的接口。
背景技术
传统的控制系统基本上可被看作是向影响物理实体(例如机器或过程)的一个或多个致动器提供控制信号的控制器，其中，一个或多个传感器确定物理实体的实际状况并向控制器提供反馈信号，控制器使用或复杂或不怎么复杂的控制模型将该状况与期望的状况进行比较，以提供旨在使实际状况与期望状况一致的控制信号。有时，希望经由网络(例如，无线网络)提供远程控制。
传统上，分布式自动化系统使用物理线路进行连接，但随着诸如WiFi、蓝牙、ZigBee、WirelessHART等技术的出现，无线控制已经变得司空见惯。自动化系统的一个重要因素是等待时间，且随着第四代移动通信系统降到20-40毫秒左右的往返延迟，蜂窝技术正成为一个令人感兴趣的备选方案，其在现有的解决方案之外提供更好的范围、移动性和集中管理。图1示出了分布式控制系统100，其中传感器节点102和致动器节点104通过网络108连接到控制节点106，用于执行对过程110的控制。系统100的性能高度依赖于与通信延迟112、114有关的信息。如果网络108是无线的，则当连接丢失时，系统100也必须处理该情况。
图2示出了具有本地控制器202和监督控制器204的分级控制系统200。该设置在例如机器人和过程工业中是常见的。本地控制器202可以是标准PID(比例积分微分)控制器，且监督控制器204提供设定点值。在机器人的情况下，轨迹可以远程生成，而单个关节的控制回路在本地执行。另一个示例是协调自主飞行器，如A.Bemporad和C.Rocchi在文章“Decentralized Hybrid Model Predictive Control of a Formation of UnmannedAerial Vehicles”中所公开的，其中，监督控制器204运行用于生成轨迹、任务规划和手柄冲突避免(handle collision avoidance)的模型预测控制器(MPC)，而实际飞行控制系统(稳定等等)通过本地控制器202在本地运行。
控制系统可以被布置为以不同模式操作，并且每种模式可能对应于不同的控制策略。混合控制系统的一些示例在Lund大学的
Figure GDA0002785940840000021
Malmborg的博士论文“Analysis andDesign of Hybrid Control Systems”中公开。例如图3中的混合控制器，其被表示为具有四种状态和两种控制模式的Grafcet图。一种模式是例如在改变设定点时使用最佳方法(Opt Controller)，以及例如当系统输出接近设定点时使用PID控制器(PID Controller)。在自主飞行器的情况下，如A.Bemporad和C.Rocchi在文章“Decentralized Hybrid ModelPredictive Control of a Formation of Unmanned Aerial Vehicles”中所披露的，可应用混合控制策略来处理连接的丢失。
从上面的讨论来看，对如何根据连接性对分布式控制进行处理的方案的需求是明显的。
发明内容
本发明基于这样的理解：经由无线网络的控制可能隐含着与控制任务不兼容的延迟。本发明人已经发现，通过基于网络上的通信的状态来调整控制方法，在监督控制器涉及经由无线通信网络的控制的情况下也可以提供高效的控制。
根据第一方面，提供了一种控制器装置，包括能够经由无线通信网络进行通信的收发机、被布置为控制位于控制器被布置之处的物理实体的控制器以及收发机与控制器之间的接口。收发机被布置为经由接口提供与经由无线网络的通信中的当前或即将发生的中断有关的信息。控制器被布置为在至少第一状态和第二状态下操作，所述第一状态是在所述信息指示没有中断存在或即将发生时，其中所述第一状态包括来自远程实体的经由无线通信网络的闭环控制，以及所述第二状态是在所述信息指示中断存在或即将发生时，其中第二状态包括控制器的自主控制操作。
无线通信网络可包括蜂窝通信网络，且所述收发机基于与所述无线通信网络相关联的移动性管理信息提供与通信中的当前或即将发生的中断有关的信息。与所述无线通信网络相关联的移动性管理信息可包括以下任一项：测量执行指令、切换执行指令、测量完成、切换完成、利用重定向指令释放连接、利用重定向完成释放连接、连接重建指令、以及连接重建完成。与所述无线通信网络相关联的移动性管理信息可包括从所述无线通信网络的节点提供的指令。与所述无线通信网络相关联的移动性管理信息可包括从所述收发机提供的对完成的任务的指示。
所述无线通信网络可包括短程通信网络，且所述收发机可基于与所述无线通信网络的接入点有关的连接状态信息提供与通信中的当前或即将发生的中断有关的信息。与所述无线通信网络的接入点有关的所述连接状态信息可包括以下任一项：与接入点同步、与接入点不同步、正在扫描接入点、正在重新连接到接入点、认证过程、以及关联过程。
第二状态可包括：当所述信息指示在预定时段期间存在或即将发生中断时的第一子状态，其中，所述第一子状态包括来自所述远程实体的经由所述无线通信网络的开环控制连同所述控制器的自主控制操作；以及当所述信息指示在未知时间期间存在或即将发生中断时的第二子状态，其中，所述第二子状态包括所述控制器的自主控制操作，而没有来自所述远程实体的经由所述无线通信网络的控制。所述第一子状态可以是在所述信息指示所述收发机在中断之后要连接到所述无线通信网络的与中断之前相同的节点时，且所述第二子状态是在所述信息指示所述收发机在中断之后要连接到所述无线通信网络的与中断之前不同的另一节点时。所述第一子状态可以是在中断的持续时间已知且低于阈值时，且所述第二子状态可以是在中断的持续时间未知或者高于所述阈值时。
根据第二方面，提供了一种控制器装置的方法，所述控制器装置包括能够经由无线通信网络进行通信的收发机以及布置为控制所述控制器装置所在的物理实体的控制器。该方法包括：通过所述收发机向所述控制器提供与经由所述无线网络的通信中的当前或即将发生的中断有关的信息；以及在至少第一状态和第二状态下操作所述控制器，所述第一状态是在所述信息指示没有中断存在或即将发生时，其中所述第一状态包括来自远程实体的经由所述无线通信网络的闭环控制，以及所述第二状态是在所述信息指示中断存在或即将发生时，其中第二状态包括所述控制器的自主控制操作。
对与通信中的当前或即将发生的中断有关的信息的提供可以基于与所述无线通信网络相关联的移动性管理信息。与所述无线通信网络相关联的移动性管理信息可包括以下任一项：测量执行指令、切换执行指令、测量完成、切换完成、利用重定向指令释放连接、利用重定向完成释放连接、连接重建指令、以及连接重建完成。与所述无线通信网络相关联的移动性管理信息可包括从所述无线通信网络的节点提供的指令。与所述无线通信网络相关联的移动性管理信息可包括从所述收发机提供的对完成的任务的指示。
所述无线通信网络可包括短程通信网络，且所述收发机对与通信中的当前或即将发生的中断有关的信息的提供可以基于与所述无线通信网络的接入点有关的连接状态信息。与所述无线通信网络的接入点有关的所述连接状态信息可包括以下任一项：与接入点同步、与接入点不同步、正在扫描接入点、正在重新连接到接入点、认证过程、以及关联过程。
第二状态可包括：当所述信息指示在预定时段期间存在或即将发生中断时的第一子状态，其中，在所述第一子状态下操作所述控制器包括来自所述远程实体的经由所述无线通信网络的开环控制连同所述控制器的自主控制操作；以及当所述信息指示在未知时间期间存在或即将发生中断时的第二子状态，其中，在所述第二子状态下操作所述控制器包括所述控制器的自主控制操作，而没有来自所述远程实体的经由所述无线通信网络的控制。所述第一子状态可以是在所述信息指示所述收发机在中断之后要连接到所述无线通信网络的与中断之前相同的节点时，且所述第二子状态是在所述信息指示所述收发机在中断之后要连接到所述无线通信网络的与中断之前不同的另一节点时。所述第一子状态可以是在中断的持续时间已知且低于阈值时，且所述第二子状态可以是在中断的持续时间未知或者高于所述阈值时。
根据第三方案，提供了一种包括指令的计算机程序，当在用于通信装置的处理器上执行所述指令时，所述指令使通信装置执行根据第二方案的方法。
附图说明
参照附图，通过以下对本发明的优选实施例的示意性且非限制性的具体描述，将更好地理解本发明的上述以及附加目的、特征和优点。
图1示意性地示出了分布式控制系统。
图2显示了分级控制系统。
图3是示出混合控制器的Grafcet图。
图4示意性地示出了根据实施例的控制器装置和经由无线网络起作用的监督控制器。
图5示意性地示出了在没有中断存在或即将发生的情况下的控制器装置。
图6示意性地示出了在中断存在或即将发生的情况下的控制器装置。
图7示意性地示出了在中断存在或即将发生的情况下的控制器装置。
图8是示出三个状态的状态图。
图9示出了与移动性和切换(HO)有关的一些主要通信模式，其中，时序与LTE有关。
图10示出了处理感测和致动并连接到云中的监督系统的移动控制器单元。
图11示出描述通信信道的状态的状态机。
图12例示了HO处理的示例。
图13至图16示出了根据实施例的移动性场景中的中断。
图17是示意性地示出根据实施例的方法的流程图。
图18是示出了方法的示例的流程图。
图19是示出用于短程无线网络上下文的方法的示例的流程图。
图20是示出用于蜂窝无线网络上下文的方法的示例的流程图。
图21示意性地示出包括具有指令的计算机程序的计算机可读介质，所述指令当在所示处理装置上执行时使所述处理装置执行实施例的方法。
具体实施方式
图4示意性地示出了根据实施例的控制器装置400和经由无线通信网络440起作用的监督控制器450。控制器装置400包括收发机402、本地控制器404以及收发机402与本地控制器404之间的接口406。收发机402能够经由无线通信网络440进行通信，如收发机402的天线408和无线通信网络440的天线442所指示的。
本地控制器404被布置为控制物理实体410，例如，机器和/或过程。为此，控制器装置400被布置在物理实体410附近，使得控制信号412被提供给作用于物理实体410的一个或多个致动器414。一个或多个传感器416监视物理实体410的实际的状态、值等，并将传感器信号418提供给控制器装置400。
监督控制器450被布置成经由无线通信网络440向控制器装置400提供控制信息和控制信号，使得控制信号412可以至少部分地如例如在本公开的引言部分所讨论地从监督控制器450发出。在图4中示出了所有的控制信号412由本地控制器404提供或者通过本地控制器404提供，但是从监督控制器450发出的控制信号412也可以提供给致动器414而不涉及本地控制器404。在这种情况下，一些控制信号412可以例如直接从接口406提供给致动器414。类似地，监督控制器450被布置为经由无线通信网络440接收关于传感器值和/或状态(以及可选地还有本地控制器404的状态)的信息。
收发机402被布置为经由接口406提供与经由无线通信网络440的通信中的当前或即将发生的中断有关的信息。例如，无线通信网络包括蜂窝通信网络，且收发机基于与无线通信网络相关联的移动性管理信息提供与通信中的当前或即将发生的中断有关的信息。移动管理信息例如可以包括测量执行指令、切换执行指令、测量完成、切换完成等中的任一项。将参考例如图8至图12进一步讨论示例。
当信息指示没有中断存在或即将发生时，本地控制器404被布置为在至少第一状态下操作。第一状态包括来自监督控制器450的经由无线通信网络440的闭环控制。当信息指示中断存在或即将发生时，本地控制器404被布置为在第二状态下操作。第二状态包括本地控制器404的自主控制操作。
取决于通信中当前或即将发生的中断的性质，第二状态可以包括不同的子状态。例如，第一子状态可以是在信息指示在预定时段期间中断存在或即将发生时，其中，当处于第一子状态时，来自监督控制器450的经由无线通信网络440的开环控制可以连同本地控制器404的自主控制操作一起执行，第二子状态可以是在信息指示中断在未知时间期间存在或即将发生时，其中，当处于第二子状态时，本地控制器404可以执行自主控制操作，即，没有来自监督控制的控制。可应用其他子状态，例如，基于已知的或估计的中断持续时间，其中自主控制方法取决于该已知的或估计的持续时间。估计的持续时间在这种情况下可以基于例如控制器装置400(且因而收发机402)的实际位置的历史数据。
这里，包括上面讨论的自主控制的状态或子状态可以包括一个或多个致动器414中的一个或多个致动器414被禁用和/或被置于某一故障安全位置或状态。尽管一些控制特征可以被省略，但是这也可以在没有闭环监督控制的情况下提供鲁棒的控制。该设计可以取决于物理实体410的性质。
考虑到上面的示例，例如对于蜂窝通信系统440而言，如果信息指示收发机在中断之后要连接到无线通信网络的与中断之前相同的节点，可以应用第一子状态，而例如对于蜂窝通信系统440中的切换情况而言，第二子状态是在信息指示收发机在中断之后要连接到无线通信网络的与中断之前不同的另一节点时。
上述示例的另一考虑可以是：在中断的持续时间已知且低于阈值时应用第一子状态，而在中断的持续时间未知或者高于该阈值时应用第二子状态。
对于上述方法的应用，需要通信处理部分(即，与收发机402相关联)与控制处理部分(即，本地控制器404)之间的信息交换。这由接口406处理。接口406可以是物理实体，但也可以是在收发机402和/或本地控制器404中实现的功能或逻辑实体。然而，为了理解接口406的功能，其将被解释为物理实体，但是根据该理解，收发机402和/或本地控制器404中的实现应该容易被技术人员所理解。
接口406从收发机402接收控制数据信号420。控制数据是由收发机从经由无线通信网络440来自监督控制器450的传输中解调和提取的有效载荷信息。控制数据作为控制信号422被路由给本地控制器和/或被直接路由给致动器414。接口406还从包括传感器的控制处理部分接收关于物理实体410的值和/或状态和/或其本地控制的信息。该信息可以包括由本地控制器404提供的传感器信号418和信息信号424。监督控制器450需要或期望的数据被提取并且可能被封装并作为数据信号426发送给收发机402，以经由无线通信网络440发送给监督控制器450。
接口406还从收发机402接收通信状态信号428，通信状态信号包括关于任何当前或即将到来的通信中断的信息。该信息可以直接从在收发机中可用的控制信令信息中导出，或者可能已经被处理以与上面讨论的状态/子状态一致。接口406可以处理所接收的信息以向本地控制器404提供控制方案信号430。控制方案信号430可以具有可用于本地控制器404确定其优选操作方式的任何形式。亦即，信息可以是关于通信状态以使得本地控制器404本身可确定操作方式的原始数据、例如指示如上所述的状态或子状态之一的状态信息、或用于控制例如本地控制器404的复用器等的直接控制信号。
图5示意性地示出了在没有中断存在或即将发生的情况下的控制器装置400。这里仅示出了控制元素，因为只讨论一个通信状态。此外，仅通过到监督控制器450的虚连接线示出了通信部分。该状态包括来自监督控制器450的闭环控制，其中控制信号452被提供给本地控制器404，和/或直接提供给致动器414，使得致动器414接收控制信号412。致动器414基于此影响物理实体410，这进而又被传感器416监视到。传感器提供向监督控制器450提供的传感器信号418。亦即，提供来自监督控制器450的闭环控制。如在本公开的引言部分中所讨论的，虽然从监督控制器450提供闭环控制，但是仍然希望由本地控制器404处理物理实体的一些部分，并且因此还将传感器信号418提供给本地控制器404。
图6示意性地示出了中断存在或即将发生的情况下的控制器装置400。在上面讨论的示例中，这种情况可以被看作是第二状态的第二子状态，即中断具有使得本地控制器404将执行自主控制的特性。因此，控制回路仅包括将控制信号412提供给致动器414的本地控制器404，致动器414基于此影响物理实体410。传感器416监视物理实体并将传感器信号418提供给本地控制器404。
图7示意性地示出了中断存在或即将发生的情况下的控制器装置400。这种情况可以被看作是上面讨论的示例中的第二状态的第一子状态，即中断具有使得本地控制器404将执行某种混合控制的特性，所述混合控制即本地控制器404的自主控制和来自监督控制器450的开环控制。因此，对监督控制器450的信息提供和来自监督控制器450的信息提供被描绘为虚线，指示时间要求严格的控制被禁用且只有开环控制是适用的。
现在将参照图8至图12给出蜂窝通信网络的上下文的示例，其中示出了有限数量的状态和子状态以与参照图5至图7的操作的功能描述相对齐。需要注意的是，其他的状态和子状态是可行的，且应该适应通信系统和控制系统的具体特点和需要。
图8是示出三个状态的状态图：正常、受限和离线。在此，状态“正常”可以表示在上面的示例中讨论的第一状态，并且该功能可以对应于参照图5所示的功能。状态“离线”可以表示在上面的示例中讨论的第二状态第一子状态，并且该功能可以对应于参考图6所示的功能。状态“受限”可以表示在上面的示例中讨论的第二状态第二子状态，并且该功能可以对应于参考图7所示的功能。
蜂窝系统的一个中心特征是无缝移动性，即，收发机在服务基站(节点B、e节点B等等，取决于所使用的无线电接入技术(RAT)，在下文中被称为网络(NW)节点，其因而指代接入网络的节点)之间移动而“没有”中断正在进行的服务的可能性。“没有中断”应该被解释为应用没有中断，因为在物理层上，其将会是设备和NW节点之间的通信中的必然中断。图9示出了与移动性和切换(HO)有关的一些主要通信模式，其中，时序与LTE有关。其他系统(如WCDMA和GSM)具有相似的原理，但可以使用其他时序。在“正常”模式下，收发机连接到NW节点，并且进行上行链路(UL)和下行链路(DL)通信而没有任何中断。
通常，低成本收发机不能同时在两个不同的载波频率上进行通信。因此，在需要频间(IF)或RAT间(IRAT)HO的情况下，由于收发机超出服务小区的覆盖并且不存在强的频内(intra frequency)小区，因此收发机触发IF/IRAT测量。然后，NW节点配置测量间隙，在LTE中每40或80ms可以测量6ms，其中收发机可以切换频率并进行IF/IRAT测量。在这6毫秒期间，不可能与NW节点进行UL或DL通信，且因此与NW节点的通信是“受限”的。
最后，当调制解调器已经触发HO时，即频率或IRAT内或者频率或IRAT间的相邻小区与当前服务小区相比变得足够强时，收发机将该情况报告给NW节点，即，作为“HO事件”，且NW节点向收发机发送HO执行无线电资源控制(RRC)消息，其意味着“向目标小区切换”，并且收发机开始同步到目标小区。在HO操作期间，对于上面示出的监督控制应用，收发机被认为是“离线”的，因为HO操作的持续时间从控制操作的意义上而言可能是较长的。一旦同步，收发机随后对NW节点进行随机接入传输，并发起到新小区的连接。一旦HO消息完成消息被从收发机发送到NW节点，UL/DL数据通信可以再次开始，即返回“正常”。因此，在该同步和发起时段期间(根据HO类型，其通常可能持续预先未知的时间，在10-1000ms之间，即IRAT比LTE频内HO花费更长的时间)，收发机关于NW节点“离线”，特别是在控制器应用的意义上更是如此，且UL和DL中的数据通信是不可能的。有时，常规的HO过程被用重定向指令释放连接且然后连接重建(取决于网络设置)的过程所替代，其中，该过程和因此的中断可能花费甚至更长的时间。这里需要注意的是，不是每个测量都导致HO事件，并且测量操作可以被认为是完成的，且状态可以返回到“正常”。此外，要注意的是HO事件也可以在没有上面所示的测量过程的情况下发生，其中转换可以是直接从“正常”到“离线”。
因此，针对蜂窝示例，在下面的一些示例中也参考的状态之间的转换可以被定义为：
·切换执行(HE)-当收发机被命令执行切换时发出。在该事件之后，移动单元不连接到网络，直到HC(见下文)发生。
·切换完成(HC)-当切换完成并且收发机再次连接到网络时发出。
·测量执行(ME)-当收发机被命令在另一个无线电接入技术(RAT)或其他载波频率上执行链路质量测量时发出。在该事件之后，连接性退化，直到例如MC(见下文)发生。
·测量完成(MC)-当测量间隙结束且链路质量恢复时发出。
所有事件都可能包含附加数据，包括当前带宽等。
图10中呈现的一个可能的设置示出了处理感测和致动并连接到云中的监督系统的移动控制器单元。在移动节点上存在从无线连接单元(WCU)接收事件的本地控制器应用(“应用单元”)，无线连接单元在该情况下对应于蜂窝调制解调器。
图10示出了采用上述方案的一个示例。移动控制器单元1000处理感测和致动，并连接到例如在云中实现的监督控制器1010。在移动控制器单元1000上存在本地控制器应用(“应用单元”)1002(由类似于图8所示的状态图示出)，该本地控制器应用从无线连接单元(WCU)1004接收事件，该无线连接单元在这种情况下对应于蜂窝调制解调器，即，如上所示的收发机，其也经由无线网络1006连接到监督控制器1010。
为了更容易理解本公开，图12示出了HO处理的示例。对应的状态HE、HC、ME、MC可以映射到移动设备中接收或发送的无线电资源控制/管理(RRC/RRM)消息。例如HE对应于RRC连接配置，以及HC对应于RRC连接重配置完成，其中RRC连接配置包括HO信息且在从WCU1004发送包括HO事件的测量报告之后在WCU 1004中接收。此外，ME对应于RRC连接配置，以及MC对应于RRC连接重新配置完成，该RRC连接配置包括测量间隙信息且在从WCU 1004发送测量报告之后在设备中接收，该测量报告包括用于触发IRAT/IF测量的事件。这样的消息由WCU 1004中的移动性管理单元发送(或接收)，该信息被使用新的接口和协议从WCU 1004馈送给应用单元。
图11示出描述通信信道的状态的状态机。“从设备发送的RRM HO事件”对应于图12中的HO判决之前的测量报告，且“HO执行”和“HO完成”分别对应于图12中的RRC连接配置和RRC连接重新配置完成消息。在3GPP规范中也可以找到图11中的状态转换与用于测量间隙的RRC消息之间的对应映射。图11也可以被看作是更详细的示例，并且在3GPP LTE的上下文中，图8中示出了其内容。
考虑在第一状态下工作的收发机，例如如图10所示的WCU 1004，在第一状态下，UL/DL连接没有任何中断。在从收发机向NW节点发送RRM IF测量事件(例如，由信噪比(SNR)低于阈值触发)时，收发机进入第二状态1102，在第二状态下，收发机知道连接中的中断即将发生，并且可以如上所述地将该信息提供给控制机制。在从NW节点接收到RRM IF测量执行信息时，收发机进入第三状态1104，在第三状态下周期性地进行频间(inter-frequency)测量，例如每40或80毫秒测量6-10毫秒，其中，由于在测量期间不能通信，连接是受限的。如果来自服务NW节点的信号再次变强，例如SNR变得高于阈值，收发机可以返回到第一状态1100并且相应地通知控制机制。如果收发机通过测量找到更有希望的NW节点，则其可以向NW节点发送RRM IF HO事件，并且收发机进入第四状态1106，在第四状态下触发频间HO，并且向控制机制通知更长的中断即将到来。当收发机从NW节点接收到RRM IF HO执行信息时，收发机进入第五状态1108，在第五状态下，收发机与目标NW节点同步等。这可能花费更长的时间，比如几百ms，且时间很难预测。当连接到目标NW节点时，HO完成，并且收发机返回到第一状态1100，且相应地通知控制机制。
考虑收发机在第一状态1100下工作并且RRM HO事件被直接从收发机发送给NW节点，即，没有上面所示的测量，收发机进入第六状态1110，在第六状态下触发频内HO事件。向控制机制通知更长的中断即将发生。当收发机从NW节点接收到RRM HO执行信息时，收发机进入第七状态1112，在第七状态下中执行频内HO，其中收发机与目标NW节点同步等。这可能花费更长的时间，比如几百ms，且时间很难预测。当连接到目标NW节点时，HO完成，并且收发机返回到第一状态1100，且相应地通知控制机制。
图13至图16示出了根据实施例的移动性场景中的中断。为了更容易理解移动性情景对控制状态的影响，图13至图16已经被绘制为与图10中的元素相似。移动性场景可以包括蜂窝无线通信网络中的不同切换情况，该不同切换场景还包括蜂窝RAT之间的RAT间切换。如上所述，常规的HO过程可被用重定向释放连接且然后连接重建(取决于网络设置)的过程所替代，其中，该过程和因此的中断可能花费甚至更长的时间。移动性场景还可以包括在无线通信网络的接入点之间移动连接的短程通信网络。移动性场景还可以包括：连接在蜂窝通信网络节点和短程通信网络的网络节点(例如，接入点)之间移动，反之亦然。
图13示出了没有中断的连接正在进行。对于本地控制系统(由与参考图8和10所示状态图类似的状态图示出)，其利用来自监督控制器的采用闭环控制在第一状态下操作。当前状态由状态图中的点来表示。图14然后示出了控制器装置且因此收发机已经相对于通信网络的节点移动，并且收发机已经开始对相邻网络节点进行测量。测量执行(ME)指令使得状态改变为连接受限状态，如状态图中的点所示，并且本地控制器开始更自主地执行控制，例如，在来自监督控制器的开环控制的协助下。图15示出了接收切换执行(HE)指令且状态改变为由点所指示的离线状态，因为在一段时间(例如，10-1000毫秒)内通信不可用。时间通常很难估计，也不能依赖来自监督控制器的开环控制。因此，任由本地控制器执行自主控制。图16示出了收发机已经同步到目标网络节点并且可以发出切换完成(HC)。状态因此返回到正常状态，其中可将控制作为从监督控制器经由目标网络节点的闭环控制再次执行。
已通过参考切换过程在蜂窝网络的上下文中描述了参考图13至图16所示的场景，但是类似方案可以应用于收发机在移动时在不同的接入点之间进行转换的短程无线通信网络。在一些短程无线通信系统中，移动性不依赖于用于切换的信令，并且例如可以针对以下各项来定义状态：收发机到不同接入点的同步状态，是否是要执行认证和/或关联，对其他接入点执行的测量，所估计的回退时间等或这些的任何组合。然而，在对于控制操作的时间约束而言某些时段的通信可能受到限制或者被认为离线的情况下，控制器的状态之间的转换是相似的。
要注意的是，如上所述的控制器装置的无线连接单元可以被布置用于蜂窝和短程通信网络中的操作，在蜂窝和短程通信网络中，在提供所期望的回程属性的情况下选择通信。因此，可以提供上述特征的组合，使得控制器装置能够经由期望的网络进行操作。因此，对于网络类型之间的转换，也引起中断，这最有可能使得在中断期间进入第二状态的第二子状态。例外情况是无线收发机单元能够同时保持与两种网络类型的连接运行，并且可以迅速切换回程的转换。
图17是示意性地示出根据以上变型所描述的控制器装置的实施例的方法的流程图。由无线连接单元(即，控制器装置的收发机)提供1700与通信中的当前或即将发生的中断有关的信息。该信息例如可以如上所述基于无线连接单元的信令、估计等。然后控制器在对应于该信息的状态下操作1702。将参照图18和19给出除该方案的已经演示的变型之外的一些示例。然而，本领域技术人员将从上面的公开内容中理解，可以用其他指示中断的性质的参数来代替所观察到的通信参数，并且仅两个操作控制器的状态(没有子状态)也是可行的实现，以及对于以更大的粒度定义中断的性质的情况而言，具有更多状态和/或子状态的操作控制器的实现是可行的。
图18是示出针对两个状态的示例的方法的示例的流程图，其中第二状态包括也如上所例示的两个子状态，即，与上面已经描述的相类似，控制器可以针对不同状态进行操作。获得1800关于任何中断的信息。基于该信息，确定1802是否存在或即将发生任何中断。如果没有中断存在或即将发生，则控制器在第一状态下操作1804，即包括来自监督控制器的闭环控制。如果中断存在或即将发生，则确定(1806)中断的持续时间是未知的还是高于阈值(即，对于监督控制器执行控制而言是不确定的或不可能的)，控制器在第二状态下操作1808，且在第二状态的第二子状态下操作，即本地控制器将必须在中断期间自主地行动。如果持续时间低于阈值(意味着持续时间是已知的或者被可靠地估计)，则确定1810是否(或者，取决于实现，由于可能不存在该确定表现为“否”的任何情况)存在有限中断，其中控制器在第二状态的第一子状态下操作1812，即，监督控制器可以执行开环控制，并且本地控制器可以自主地执行一些控制任务。
无论控制器在哪种状态下操作，监视1814通信状况中的改变，并且在通信状况中发生改变时，处理返回到获得1800附近的信息并确定控制器的正确操作。
图19是示出与参考图18所示的方法类似的方法的示例的流程图，但是在此更具体地是在短程无线网络上下文的示例中。获得1900关于通信状态的信息，目的是检测或预测通信中的任何中断。基于该信息，确定1902与接入点的通信是否可靠，即是否存在或即将发生任何中断。如果没有中断存在或即将发生，则控制器在第一状态下操作1904，即包括来自监督控制器的闭环控制。如果中断存在或即将发生，则例如确定1906是否要进行认证和/或关联过程，其中中断的持续时间是未知的或者固有地高于阈值，即，监督控制器不确定或不可能执行控制。然后控制器在第二状态下操作1908，且是在第二状态的第二子状态下操作，即本地控制器将必须在中断期间自主地行动。如果没有这种耗时的活动或难以预测的持续时间存在或即将发生，则确定1910例如回退时间的估计是否高于阈值。如果估计的时间高于阈值，则控制器在第二状态下操作1908，且是在第二状态的第二子状态下操作。如果估计的时间低于阈值，则控制器在第二状态的第一子状态下操作1912，即，监督控制器可以执行开环控制，并且本地控制器可以自主地执行一些控制任务。
无论控制器在哪种状态下操作，监视1914通信状况中的改变，并且在通信状况中发生改变时，处理返回到获得1900附近的信息并确定控制器的正确操作。
图20是示出与参考图18所示的方法类似的方法的示例的流程图，但是在此更具体地是在蜂窝无线网络上下文的示例中。获得2000关于通信状态(即测量和切换过程)的信息，目的是检测或预测通信中的任何中断。基于该信息，确定2002是否发出切换执行(HE)或测量执行(ME)，即是否存在或即将发生任何中断。如果没有中断存在或即将发生(即没有发出HE或ME)，则控制器在第一状态下操作2004，即包括来自监督控制器的闭环控制。如果发出HE或ME，则中断存在或即将发生，确定2006是否发出HE，其中中断的持续时间是未知的或者固有地高于阈值，即监督控制器不确定或不可能执行控制。然后控制器在第二状态下操作2008，且是在第二状态的第二子状态下操作，即本地控制器将必须在中断期间自主地行动。如果没有这样的耗时活动或难以预测的持续时间存在或即将发生，则确定2010是否发出ME。如果发出ME，则控制器在第二状态的第一子状态下操作1912，即，监督控制器可以执行开环控制，并且本地控制器可以自主地执行一些控制任务。在此，根据确定2002和2006，确定2010的“否”选项在逻辑上似乎是空量。然而，对于一些实现，确定2002针对一些实现可以包括其他事件，这还可涉及导致控制器的其他可选择操作状态的其他检查(未示出)。因此，此处的“否”选项要被认为是其他这种可选检查的符号。
无论控制器在哪种状态下操作，监视2014通信状况中的改变，并且在通信状况中发生改变时，处理返回到获得2000附近的信息并确定控制器的正确操作。
根据本发明的方法适合于借助于诸如计算机和/或处理器的处理装置来实现。因此，提供了包括指令的计算机程序，该指令被布置为使得处理器或计算机执行根据上述实施例(具体地，参照图17至图20描述的实施例)的任何方法的步骤。如图21所示，计算机程序优选地包括存储在计算机可读介质2100上的程序代码，该程序代码可以由处理装置、处理器或计算机2102加载并执行，导致其分别根据本发明的实施例来执行方法，优选地如参照图17至20所描述的任意实施例。计算机2102和计算机可读介质2100可以被布置为顺序执行程序代码，其中任何方法的活动可以逐步执行。处理装置、处理器或计算机2102可以优选地是被称作嵌入式系统的装置。因此，在图21中示出的计算机可读介质2100和计算机2102应当解释为出于示意性的目的，以提供对原理的理解，而不应被理解为对单元的任何直接说明。例如，处理装置2102可以分布在本地控制器、接口和收发机之间，或者当接口在控制器或收发机中实现或者在其间分布时，处理装置2102可以分布在本地控制器和收发机之间。对于一些实施例，本地控制器可以容纳处理装置2102。

Claims (20)

1.一种控制器装置(400)，包括：
收发机(402)，所述收发机能够经由无线通信网络(440)进行通信；
控制器(404)，所述控制器被配置为控制所述控制器装置(400)所在的物理实体(410)；以及
所述收发机(402)与所述控制器(404)之间的接口(406)，
其中
所述收发机(402)被配置为基于与所述无线通信网络(440)相关联的移动性管理信息或者基于与所述无线通信网络(440)的接入点有关的连接状态信息经由所述接口(406)提供与经由所述无线通信网络(440)的通信中的当前或即将发生的中断有关的信息，以及
所述控制器(404)被配置为在至少第一状态和第二状态下操作，所述第一状态是在所述信息指示没有中断存在或即将发生时，其中所述第一状态包括来自远程实体(450)的经由所述无线通信网络(440)的闭环控制，以及所述第二状态是在所述信息指示中断存在或即将发生时，其中所述第二状态包括所述控制器(404)的自主控制操作。
2.根据权利要求1所述的控制器装置(400)，其中，所述无线通信网络(440)包括蜂窝通信网络，所述收发机(402)基于与所述无线通信网络(440)相关联的移动性管理信息提供与通信中的当前或即将发生的中断有关的信息。
3.根据权利要求2所述的控制器装置(400)，其中，与所述无线通信网络(440)相关联的所述移动性管理信息包括以下任一项：
测量执行指令；
切换执行指令；
测量完成；
切换完成；
利用重定向指令释放连接；
利用重定向完成释放连接；
连接重建指令；以及
连接重建完成。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的控制器装置(400)，其中，与所述无线通信网络(440)相关联的所述移动性管理信息包括从所述无线通信网络(440)的节点提供的指令。
5.根据权利要求2或3中任一项所述的控制器装置(400)，其中，与所述无线通信网络(440)相关联的所述移动性管理信息包括从所述收发机(402)提供的对完成的任务的指示。
6.根据权利要求1所述的控制器装置(400)，其中，所述无线通信网络(440)包括短程通信网络，所述收发机(402)基于与所述无线通信网络(440)的接入点有关的连接状态信息提供与通信中的当前或即将发生的中断有关的信息。
7.根据权利要求6所述的控制器装置(400)，其中，与所述无线通信网络(440)的接入点有关的所述连接状态信息包括以下任一项：
与接入点同步；
与接入点不同步；
正在扫描接入点；
正在重新连接到接入点；
认证过程；以及
关联过程。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的控制器装置(400)，其中，所述第二状态包括：
当所述信息指示在预定时段期间存在或即将发生中断时的第一子状态，其中，所述第一子状态包括来自所述远程实体(450)的经由所述无线通信网络(440)的开环控制连同所述控制器(404)的自主控制操作，以及
当所述信息指示在未知时间期间存在或即将发生中断时的第二子状态，其中，所述第二子状态包括所述控制器(404)的自主控制操作，而没有来自所述远程实体(450)的经由所述无线通信网络(440)的控制。
9.根据权利要求8所述的控制器装置(400)，其中，所述第一子状态是在所述信息指示所述收发机(402)在中断之后要连接到所述无线通信网络(440)的与中断之前相同的节点时，所述第二子状态是在所述信息指示所述收发机(402)在中断之后要连接到所述无线通信网络(440)的与中断之前不同的另一节点时。
10.根据权利要求8所述的控制器装置(400)，其中，所述第一子状态是在中断的持续时间已知且低于阈值时，而所述第二子状态是在中断的持续时间未知或者高于所述阈值时。
11.一种控制器装置的方法，所述控制器装置包括能够经由无线通信网络进行通信的收发机以及被配置为控制所述控制器装置所在的物理实体的控制器，所述方法包括：
所述收发机基于与所述无线通信网络相关联的移动性管理信息或者基于与所述无线通信网络的接入点有关的连接状态信息向所述控制器提供(1700)与经由所述无线通信网络的通信中的当前或即将发生的中断有关的信息；以及
在至少第一状态和第二状态下操作(1702)所述控制器，所述第一状态是在所述信息指示没有中断存在或即将发生时，其中所述第一状态包括来自远程实体的经由所述无线通信网络的闭环控制，以及所述第二状态是在所述信息指示中断存在或即将发生时，其中第二状态包括所述控制器的自主控制操作。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，与所述无线通信网络相关联的所述移动性管理信息包括以下任一项：
测量执行指令；
切换执行指令；
测量完成；
切换完成；
利用重定向指令释放连接；
利用重定向完成释放连接；
连接重建指令；以及
连接重建完成。
13.根据权利要求11或12中任一项所述的方法，其中，与所述无线通信网络相关联的所述移动性管理信息包括从所述无线通信网络的节点提供的指令。
14.根据权利要求11或12中任一项所述的方法，其中，与所述无线通信网络相关联的所述移动性管理信息包括从所述收发机提供的对完成的任务的指示。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述无线通信网络包括短程通信网络，所述收发机对与通信中的当前或即将发生的中断有关的信息的提供基于与所述无线通信网络的接入点有关的连接状态信息。
16.根据权利要求15所述方法，其中，与所述无线通信网络的接入点有关的所述连接状态信息包括以下任一项：
与接入点同步；
与接入点不同步；
正在扫描接入点；
正在重新连接到接入点；
认证过程；以及
关联过程。
17.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述第二状态包括：
当所述信息指示在预定时段期间存在或即将发生中断时的第一子状态，其中，在所述第一子状态下操作(1812)所述控制器包括来自所述远程实体的经由所述无线通信网络的开环控制连同所述控制器的自主控制操作，以及
当所述信息指示在未知时间期间存在或即将发生中断时的第二子状态，其中，在所述第二子状态下操作(1808)所述控制器包括所述控制器的自主控制操作，而没有来自所述远程实体的经由所述无线通信网络的控制。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一子状态是在所述信息指示所述收发机在中断之后要连接到所述无线通信网络的与中断之前相同的节点时，而所述第二子状态是在所述信息指示所述收发机在中断之后要连接到所述无线通信网络的与中断之前不同的另一节点时。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一子状态是在中断的持续时间已知且低于阈值时，而所述第二子状态是在中断的持续时间未知或者高于所述阈值时。
20.一种计算机可读介质，其上存储有指令，当在通信装置的处理器上执行所述指令时，所述指令使所述通信装置执行根据权利要求11至19中任一项所述的方法。
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