CN107852735A - 通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明尤其地涉及操作通信系统(10)的方法。通信系统(10)的每个通信节点(11，12，13，14)优选地跟踪数据信号(D)的成功接收，并且在给定最大时间间隔内没有进行成功接收的情况下，请求从当前使用的通信信道(C1)到另一个通信信道(C2‑C6)的一个和/或多个切换。

Description

通信系统
技术领域
本发明涉及通信系统、通信节点和操作通信系统的方法。
背景技术
德国专利申请DE102012206529A1公开了操作令牌环系统的方法，其中通信节点发送信号给分配的上游通信节点，并且从分配的下游通信节点接收信号。
本发明的目的
本发明的一个目的是提供允许以非常可靠的方式操作通信系统的方法。
本发明的再一个目的是提供能够以非常可靠的方式操作的通信系统和通信节点。
发明内容
本发明的实施例涉及一种操作通信系统的方法，其中通信系统的每个通信节点跟踪数据信号的成功接收，并且在给定最大时间间隔内没有进行成功接收的情况下，请求从当前使用的通信信道到另一个通信信道的一个和/或多个切换。
本发明的这个实施例的优点是能够立即检测到目前使用的通信信道的中断。一旦通信节点发觉没有接收到期望的数据信号，可以立即发起切换到可替选的通信信道。因此，在实际使用的通信信道中断的情况下，与目前已知的通信系统相比，通信节点保持不连接的时间跨度显著地降低。
存在用于建立是否成功的接收数据信号的各种已知方法。例如，可靠的方法在下文中描述：
-“无线通信协议和用于电力网的分布式控制的资源优化”(Muhammad Tahir，论文，伊利诺斯州大学，芝加哥，UMI缩微版本号3345496，62-64页)，
-“网络2002。联网技术，服务和协议；计算机和通信网络的性能；移动和无线通信”(第二国际IFIP-TC6网络会议，比萨城，意大利，2002年5月19-24日科研会议集；EnricoGregori，Marco Conti，Andrew T.Cambell，Guy Omidyar，Moshe Zukerman；1010-1012页)，
-“无线通信”(T L Singal，Tata McGraw-Hill教育，2010年，291-292页)，
-“用于网络模拟的模型和工具”(Klaus Wehrle，Mesut Gunes，James Gross；Springer Science&Business Media，22.09.2010，250-251页)，
-“Ad Hoc和传感器网络”(Yi Pan，Yang Xiao，Nova Publishers，2006年，95-97页)，以及
-美国专利US 8,533,554B2。
优选地，如果接收实体能够检测数据信号，解码数据信号，以及通过从数据信号推导第一校验值和将其与在接收的数据信号中封装的第二校验值(例如，循环冗余校验(CRC)值)比较证明数据信号的正确性，则数据信号的接收被认为是成功的。
按照优选的实施例，所有通信节点在相同的信道上直接地互相通信。这个实施例的优点是通信系统不需要处理该通信的任何中央站或者中央节点并且在失败的情况下，将导致整个系统的关闭。换句话说，该通信系统能够相对于其部分节点被自组织。即使一个或多个节点失败，其他节点也可以继续其通信。
在一个或多个通信节点在实际的信道上在给定最大时间间隔内未能进行成功的接收的情况下，相应的通信节点将广播信号发送给所有其他节点，以便请求从当前使用的通信信道切换到另一个通信信道。
该广播信号在与实际使用的通信信道相同的信道上和/或按照定义通信信道被切换的顺序的信道序列在新信道上被优选地发送。
按照优选的实施例，至少一个通信节点，优选地，通信系统的每个通信节点存储相对于能够由通信系统使用的通信信道的可用性信息。
通信系统的至少一个通信节点，优选地，每个通信节点优选地评估存储的可用性信息，并且在当前使用的通信信道中断或者未能提供给定最小通信质量的情况下，确定定义通信信道被切换的顺序的信道序列。
至少一个通信节点，优选地，每个通信节点可以有规律地扫描通信系统的通信信道，以便确定通信信道的当前的可用性，并且更新存储的可用性信息。
至少一个通信节点，优选地，每个通信节点优选地测量在当前未使用的通信信道的每个上的电磁辐射，并且基于测量值来确定通信信道的当前可用性。
至少一个通信节点，优选地，每个通信节点优选地发送数据信号给通信系统的至少一个其他通信节点，并且在通信时隙期间，从通信系统的至少一个其他通信节点接收数据信号，并且在通信时隙之外的时间扫描通信信道。
至少一个通信节点，优选地，每个通信节点按照它的存储的可用性信息，将可用的通信信道优选地通知至少一个其他通信节点。
至少一个通信节点，优选地，每个通信节点按照它的存储的可用性信息，将不可用的通信信道优选地通知至少一个其他的通信节点。
按照优选的实施例，通信系统的每个通信节点接收由至少一个其他通信节点存储的可用性信息或者其一部分，并且使用接收的信息以更新或者修改它的存储的可用性信息，并且通信系统的每个通信节点将它的存储的可用性信息或者其一部分发送给通信系统的至少一个其他通信节点，以便允许另一个通信节点更新或者修改存储的可用性信息。
通信系统优选地形成令牌环系统，其中每个通信节点直接地或者间接地，即，经由起中继节点作用的一个或多个其他通信节点发送数据信号给分配的下游通信节点，并且从分配的上游通信节点接收数据信号。
在再一个优选的实施例中，每个通信节点从相应的上游节点接收可用性信息或者其一部分，并且使用接收的信息以更新或者修改它的存储的可用性信息，并且每个通信节点将它的存储的可用性信息或者其一部分发送给相应的下游节点，以便允许下游节点更新或者修改存储的可用性信息。
在再一个优选的实施例中，数据信号包括数据分组。
如果通信节点在给定最大时间间隔内没有从分配的上游通信节点接收到期望的数据信号，则通信节点优选地发送广播信号以请求通信信道的变化。
本发明的再一个实施例涉及用于通信系统的通信节点。通信节点优选地能够基于多个通信信道中的任何一个进行通信。此外，通信节点优选地被配置成存储关于通信信道的可用性信息，并且在当前使用的通信信道中断或者未能提供给定最小通信质量的情况下，从当前使用的通信信道切换到另一个通信信道和/或请求从当前使用的通信信道切换到另一个通信信道。
通信节点优选地被配置成在数据信号的成功接收期间，基于由其他节点使用的相同通信信道，与通信系统的其他节点中的任何一个或者全部直接地通信。这个实施例的优点是通信系统不需要处理该通信的任何中央站或者中央节点，并且在失败的情况下，将导致整个系统的关闭。该通信系统因此可以是相对于其成员节点被自组织。即使一个或多个节点失败，其他节点可以继续它们的通信。
通信节点可以被进一步配置成在给定最大时间间隔内没有进行成功接收的情况下，将广播信号发送给所有其他节点，以便请求从当前使用的通信信道切换到另一个通信信道。
通信节点优选地包括处理器单元和存储关于通信信道中的每个的可用性信息的存储器。存储器可以进一步存储控制程序，在激活之后，在当前使用的通信信道中断或者未能提供给定最小通信质量的情况下，处理器编程为从当前使用的通信信道切换到另一个通信信道和/或请求从当前使用的通信信道切换到另一个通信信道。存储器可以进一步包括软件模块，在下文中也称为信道序列软件模块，其基于可用性信息来定义给定方案以确定信道序列。
本发明的再一个实施例涉及通信系统。通信系统优选地包括如上所述的两个或更多个通信节点。
通信系统优选地令牌环系统，并且通信节点优选地是广播型通信节点。
通信系统的通信节点优选地被配置成在数据信号的成功接收期间，基于由其他节点使用的相同通信信道，与通信系统中的任何一个或者所有其他节点直接地通信。这个实施例的优点是通信系统不需要处理该通信的任何中央站或者中央节点，并且在失败的情况下，将导致整个系统的关闭。通信系统可以相对于其成员节点和实际的通信信道的选择被自组织。即使一个或多个节点失败，其他节点也可以继续它们的通信。
通信节点可以被进一步配置成在给定最大时间间隔内没有进行成功接收的情况下，将广播信号发送给所有其他节点，以便请求从当前使用的通信信道切换到另一个通信信道。
附图说明
为了容易地理解获得本发明的以上列举和其他优点的方式，上面简单描述的本发明的更具体描述将通过参考在所附的附图中图示的其特定实施例来表达。应该理解，这些附图仅描述本发明典型的实施例，并且因此，不认为是限制其范围，将通过利用伴随的附图借助于附加特殊性和细节来描述和解释本发明，其中：
图1示出按照本发明的通信系统的示范性实施例，以及
图2示出按照本发明的通信节点的示范性实施例。
具体实施方式
将参考附图来更好地理解本发明的优选实施例。应该容易地理解，如在此处的附图中通常地描述和图示的，本发明可以在宽的范围方面有变化。因此，如在附图中表示的，以下的本发明示范性实施例的更加详细的描述不意欲限制主张的本发明的范围，而是仅仅表示目前本发明的优选实施例。
图1示出按照本发明的通信系统10的示范性实施例。通信系统10包括多个广播型通信节点11、12、13和14。
通信系统10形成令牌环系统，其中每个通信节点直接地或者间接地，即，经由一个或多个其他通信节点发送数据信号D给分配的下游通信节点，并且从分配的上游通信节点接收数据信号D。在图1中数据信号D由箭头图示。箭头的方向表示通信的方向，并且从而定义针对每个通信节点，其他通信节点的哪个是相应的上游节点以及相应的下游节点。
在图1中，假设通信节点11、12、13和14目前使用通信信道C1。
图2示出通信节点100的示范性实施例，其可以形成在图1的通信系统10中的通信节点11、12、13或者14中的任何一个。
通信节点100包括能够发送和接收电磁辐射的收发器110、处理器单元120和存储器130。存储器130存储控制程序CP，其允许处理器单元120如以下进一步解释的那样操作。
存储器130也存储可用性表UT，该可用性表UT包含关于可以由通信节点100使用的每个通信信道的可用性信息。例如，通信节点100可以被配置成在六个给定通信信道C1-C6中的任何一个上通信。在这种情况下，可用性表UT包括分别地用于六个通信信道C1-C6中的每个的可用性信息UI1、UI2、UI3、UI4、UI5和UI6。
每个可用性信息UI1、UI2、UI3、UI4、UI5和UI6至少指示是否相应的通信信道C1-C6目前可以被使用。例如，二进制信息“1”可以指示相应的通信信道目前是可以被使用，并且二进制信息“0”可以指示相应的通信信道不能被使用。当然，二进制信息“1”和“0”的分配也可以是相反的。
再次参考图1，通信节点11、12、13和14可以操作如下：
每个通信节点11、12、13和14跟踪在目前使用的通信信道，例如，通信信道C1上发送的数据信号D的成功接收。在数据信号D按时，即，在给定最大时间间隔内，被接收的情况下，通信节点11、12、13和14继续在这个通信信道C1上通信。
为了对目前使用的通信信道C1被中断或者干扰的情形做准备，通信节点11、12、13和14有规律地扫描通信系统10的所有其他五个通信信道C2-C6，并且确定其他通信信道C2-C6的当前可用性。
在扫描过程期间，通信节点11、12、13和14可以测量在当前未使用的通信信道C2-C6中的每个上的电磁辐射P(C)，并且评估用于每个通信信道的测量结果P(C)。例如，在频率域的情况下，复用系统P(C)可以通过使用以下的公式获得：
其中C指定相应的通信信道C2、C3、C4、C5或者C6，fmax(C)指定相应的通信信道的频带的上端，fmin(C)指定相应的通信信道的频带的下端，并且P(f)指定辐射密度。
在时间域复用系统的情况下，P(C)可以通过使用以下的公式获得：
其中C指定相应的通信信道C2、C3、C4、C5或者C6，tmax(C)指定相应的通信信道的时隙分配的结束，tmin(C)指定相应的通信信道的时隙分配的开始，并且P(t)指定辐射密度。
在以其他域(例如，空间、码等等)划分信道的复用系统的情况下，P(C)可以被相应地获得。
优选地，如果在相应的通信信道上的电磁辐射低于给定阈值Pmax，则通信信道被认为可用于通信。因此，如果在相应的通信信道上的电磁辐射大于给定阈值Pmax，通信信道优选地被认为不能用于通信。
基于测量结果的评估，可以更新在存储器130(参见图2)中存储的可用性信息UI1-UI6。
在图1中，其他通信信道C2-C6的扫描仅仅相对于通信节点11图示。
为了有规律地更新存储的可用性信息，通信节点11、12、13和14优选地有规律地扫描通信信道C2-C6。例如，通信节点可以在它们不期望从其他通信节点接收到数据信号D的所有时隙期间扫描通信信道C2-C6。
此外，每个通信节点11、12、13和14可以评估存储的可用性信息，以便在当前使用的通信信道中断或者未能提供给定最小通信质量的情况下，确定定义通信信道被计划切换的顺序的信道序列。
假设例如通信信道C1是目前使用的通信信道，并且在通信节点11、12、13和14的存储器130中存储的可用性表UT包含以下的可用性信息的情形：
通信信道 可用性信息UI(C) 优先级
C1 1 1
C2 1 2
C3 0 3
C4 1 4
C5 0 5
C6 1 6
按照以上的可用性表UT，通信信道C2、C4和C6目前是可使用的，并且通信信道C3和C5目前是不可用的。
基于这些表项目，通信节点11、12、13和14中的每个可以确定信道序列，例如，信道序列C2-C4-C6，在目前使用的通信信道C1中断的情况下，其可以用于选择新通信信道。
基于由所有通信节点11、12、13和14应用的给定方案来优选地确定信道序列，以便保证所有通信节点以同样的方法确定信道序列，并且获得相同的结果。给定方案可以以软件模块CSSM(“信道序列软件模块”)来实现，其被存储在存储器130(参见图2)中，并且负责基于可用性表UT的表项目来确定信道序列。
给定方案可以以定义用于每个通信信道的优先级为基础，例如，如在以上示范性表中所指示的。优先级可以定义例如相对于通信信道C4，通信信道C2是优选的，并且相对于通信信道C6，通信信道C4是优选的。因此，在以上呈现的示例中，以信道序列C2-C4-C6为结果。
为了避免存储在通信节点11-14的存储器中的可用性信息不同，并且因此不同的信道序列可以被产生，通信节点11-14优选地交换它们的存储的可用性信息或者其一部分，并且使用接收的信息以更新或者修改它的存储的可用性信息。
如果例如通信节点13存储可用性信息UI4＝“0”，并且所有其他通信节点11、12和14存储可用性信息UI4＝“1”(如在表中以上所指示的)，则其他通信节点11、12和14通过使可用性信息UI4降低为UI4＝“0”来优选地更新它们的可用性表，因为在通信信道C4上的通信对于通信节点13将是不可能的：
通信信道 可用性信息UI(C) 优先级
C1 1 1
C2 1 2
C3 0 3
C4 0 4
C5 0 5
C6 1 6
在通信节点之间的可用性信息的交换确保当它们确定其信道序列时，所有通信节点涉及相同的可用性表。
相对于以上的更新的可用性表，例如，信道序列C2-C6将被确定，因为相对于通信信道C6，通信信道C2是优选的。因此，如果通信节点中的任何一个在给定最大时间间隔内没有接收到数据信号D，其将请求从当前使用的通信信道C1切换到新通信信道C2和/或将从当前使用的通信信道C1切换到新通信信道C2。无论什么理由，如果在信道C2上通信失败，则信道C6可以其后被尝试。

Claims (19)

1.一种操作通信系统(10)的方法，其特征在于：
通信系统(10)的每个通信节点(11，12，13，14)跟踪数据信号(D)的成功接收，并且在给定最大时间间隔内没有进行成功接收的情况下，请求从当前使用的通信信道(C1)到另一个通信信道(C2-C6)一个或多个切换。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
-在成功接收数据信号期间，所有通信节点(11，12，13，14)在相同的信道上互相直接地通信，以及
-在一个或多个所述通信节点(11，12，13，14)在所述给定最大时间间隔内未能在实际的信道上进行成功接收的情况下，相应的通信节点(11，12，13，14)将广播信号发送给所有其他节点，以便请求从当前使用的通信信道(C1)切换到另一个通信信道(C2-C6)。
3.根据先前权利要求中任何一个所述的方法，其中，
所述通信系统(10)的至少一个通信节点，优选地，每个通信节点(11，12，13，14)，相对于能够由所述通信系统(10)使用的所述通信信道(C1-C6)存储可用性信息(UI1-UI6)。
4.根据先前权利要求中任何一个所述的方法，其中，
所述通信系统(10)的至少一个通信节点，优选地，每个通信节点(11，12，13，14)，评估存储的可用性信息(UI1-UI6)，并且确定信道序列，所述信道序列定义在当前使用的通信信道(C1-C6)中断或者未能提供给定最小通信质量的情况下通信信道(C1-C6)被切换的顺序。
5.根据先前权利要求中任何一个所述的方法，其中，
至少一个通信节点，优选地，每个通信节点(11，12，13，14)，有规律地扫描所述通信系统(10)的所述通信信道(C1-C6)，以便确定所述通信信道(C1-C6)的当前可用性并且更新存储的可用性信息(UI1-UI6)。
6.根据先前权利要求中任何一个所述的方法，其中，
至少一个通信节点，优选地，每个通信节点(11，12，13，14)，测量在当前未使用的通信信道(C2-C6)中的每个上的电磁辐射，并且基于测量值来确定所述通信信道(C2-C6)的当前可用性。
7.根据先前权利要求中任何一个所述的方法，其中，
至少一个通信节点，优选地，每个通信节点(11，12，13，14)，在通信时隙期间发送数据信号(D)给所述通信系统(10)的至少一个其他通信节点(11，12，13，14)，并且从所述通信系统(10)的至少一个其他通信节点(11，12，13，14)接收数据信号(D)，并且在所述通信时隙之外的时间扫描所述通信信道(C1-C6)。
8.根据先前权利要求中任何一个所述的方法，其中，
至少一个通信节点，优选地，每个通信节点(11，12，13，14)，按照它的存储的可用性信息(UI1-UI6)将可使用的通信信道(C1-C6)通知给至少一个其他通信节点(11，12，13，14)。
9.根据先前权利要求中任何一个所述的方法，其中，
至少一个通信节点，优选地，每个通信节点(11，12，13，14)，按照它的存储的可用性信息(UI1-UI6)将不能使用的通信信道(C1-C6)通知给至少一个其他通信节点(11，12，13，14)。
10.根据先前权利要求中任何一个所述的方法，其中，
-所述通信系统(10)的所述通信节点的每一个接收由至少一个其他通信节点(11，12，13，14)存储的可用性信息(UI1-UI6)或者其一部分，并且使用接收的信息(UI1-UI6)以更新或者修改它的存储的可用性信息(UI1-UI6)，以及
-所述通信系统(10)的每个通信节点(11，12，13，14)将它的存储的可用性信息(UI1-UI6)或者其一部分发送给所述通信系统(10)的至少一个其他通信节点(11，12，13，14)，以便允许所述其他通信节点(11，12，13，14)更新或者修改存储的可用性信息(UI1-UI6)。
11.根据先前权利要求中任何一个所述的方法，其中，
所述通信系统(10)形成令牌环系统，其中每个通信节点(11，12，13，14)直接地，或者间接地，即，经由起中继节点作用的一个或多个其他通信节点，发送数据信号(D)给分配的下游通信节点(11，12，13，14)，并且从分配的上游通信节点(11，12，13，14)接收数据信号(D)。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，
-每个通信节点(11，12，13，14)从相应的上游节点(11，12，13，14)接收可用性信息(UI1-UI6)或者其一部分，并且使用接收的信息(UI1-UI6)以更新或者修改它的存储的可用性信息(UI1-UI6)，以及
-每个通信节点(11，12，13，14)将它的存储的可用性信息(UI1-UI6)或者其一部分发送给相应的下游节点(11，12，13，14)，以便允许所述下游节点(11，12，13，14)更新存储的可用性信息(UI1-UI6)。
13.根据先前权利要求11-12-11中任何一个所述的方法，其中，
如果所述通信节点(11，12，13，14)在给定最大时间间隔内没有从分配的上游通信节点(11，12，13，14)接收到期望的数据信号(D)，则所述通信节点(11，12，13，14)发送广播信号(D)以请求所述通信信道(C1-C6)的变化。
14.根据先前权利要求中任何一个所述的方法，
其中，如果接收实体能够检测数据信号，解码所述数据信号，以及通过从所述数据信号推导第一校验值并且将所述第一校验值与在接收的数据信号中封装的第二校验值(例如，循环冗余校验(CRC)值)比较来证明所述数据信号的正确，则所述数据信号的接收被认为是成功的。
15.一种用于通信系统(10)的通信节点(11，12，13，14)，其特征在于：
-所述通信节点(11，12，13，14)能够基于多个通信信道(C1-C6)中的任何一个通信，以及
-所述通信节点(11，12，13，14)被配置成存储关于所述通信信道(C1-C6)的可用性信息(UI1-UI6)，并且在当前使用的通信信道(C1-C6)中断或者未能提供给定最小通信质量的情况下，从当前使用的通信信道(C1-C6)切换到另一个通信信道(C1-C6)和/或请求从当前使用的通信信道(C1-C6)切换到另一个通信信道(C1-C6)。
16.根据权利要求15所述的通信节点，其中，
-所述通信节点(11，12，13，14)被配置成在数据信号的成功接收期间，基于由其他节点使用的相同的通信信道，与所述通信系统中的任何一个或者所有其他节点直接地通信，以及
-所述通信节点(11，12，13，14)被进一步配置成在给定最大时间间隔内没有进行成功接收的情况下，将广播信号发送给所有其他节点，以便请求从当前使用的通信信道(C1)切换到另一个通信信道(C2-C6)。
17.一种通信系统(10)，其特征在于：
通信系统(10)包括根据权利要求13所述的两个或更多个通信节点。
18.根据权利要求17所述的通信系统(10)，其中，
-所有通信节点(11，12，13，14)被配置成在数据信号的成功接收期间，在相同的通信信道上直接地互相通信，以及
-每个通信节点(11，12，13，14)被进一步配置成在给定最大时间间隔内没有进行成功接收的情况下，将广播信号发送给所有其他节点，以便请求从当前使用的通信信道(C1)切换到另一个通信信道(C2-C6)。
19.根据先前权利要求17-18中任何一个所述的通信系统(10)，其特征在于：
所述通信系统(10)是令牌环系统(10)，并且所述通信节点是广播型通信节点。
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