CN110140328B - 用于运行工业自动化系统的通信网络的方法和控制设备 - Google Patents

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Abstract

用于运行工业自动化系统的包括多个通信设备的通信网络的方法和控制单元。为了运行工业自动化系统的包括多个通信设备的通信网络，至少一个控制单元控制多个相关联的通信设备的功能并与通信网络的至少一个分区相关联。分区相应地在能预设的资源利用持续时间期间包括相关联的通信设备的能预设的份额的系统资源。用于发送队列的访问持续时间和重复循环通过控制单元根据用于分区的资源利用时间在相关联的通信设备中设定。根据与访问持续时间和重复循环一致的分类对于路径预留请求确定可能的分区。在系统资源足够的情况下，将相应的路径预留请求与所确定的分区相关联。

Description

用于运行工业自动化系统的通信网络的方法和控制设备
技术领域
本发明涉及工业自动化系统的通信网络领域，具体地，涉及一种用于运行工业自动化系统的包括多个通信设备的通信网络的方法和一种控制单元。
背景技术
工业自动化系统用于监控、控制和调节工程过程，尤其在制造、过程和楼宇自动化的领域中使用，并且实现控制装置、传感机器和工业设施的运行，该运行应尽可能自主地且独立于人类干预地进行。由于信息技术对自动化系统的价值持续提高，用于可靠地提供在自动化系统上分布的功能的方法愈发重要，这些功能用于提供监控、控制和调节功能，其中，自动化系统包括大量互联的控制或计算单元。在工业自动化系统中，通常由具有比较多的、但相对短的消息通信流引起尤其严重的问题，由此上述问题将被放大。
软件定义网络旨在通过将诸如路由器或交换机的通信设备功能上细分为与控制面和数据面相关联的部件的方式来虚拟化通信网络功能。数据面包括用于转发数据包或帧的功能或组件。而控制面包括用于控制数据面的转发或部件的管理功能。例如用OpenFlow来限定软件实施的控制面的标准。将硬件抽象为虚拟服务能够弃用手动地配置硬件，尤其是通过对网络通信量的可编程的集中控制的方式。OpenFlow支持将系统资源分区为网络切片，通过使网络切片独立于其他现有网络切片确保了限定的系统资源的提供。
US2013/268686A1公开了一种用于发送建立连接请求的方法，其中，OpenFlow交换机将具有参数请求的消息发送到配置服务器，以从OpenFlow控制器获得连接参数。根据具有参数请求的消息，OpenFlow交换机从配置服务器接收IP地址和一组OpenFlow连接参数，其中该组OpenFlow连接参数至少包括第一OpenFlow控制器的连接参数。OpenFlow交换机根据第一OpenFlow控制器的IP地址和OpenFlow连接参数组，向第一OpenFlow控制器发送具有请求建立连接的消息。以该方式可以实现OpenFlow交换机和OpenFlow控制器之间自动的连接建立。
WO2013/1107242A1涉及一种用于在物理通信网络内提供通信服务的控制单元。这些通信服务通过多个在通信设备上运行的应用使用，为这些应用分别指定有对通信服务的请求。通过控制单元产生通信网络模型，该通信网络模型描述物理通信网络的拓扑并且对于每个通信设备都包括一个网络节点模型。网络节点模型描述了相应通信设备的功能和资源。另外，对于在通信设备上运行的每个应用，控制单元通过将相应应用对通信服务的请求映射到通信网络模型上的方式来计算虚拟通信网络。所计算出的虚拟通信网络分别包括通过网络节点模型描述的至少两个网络节点以及由通信设备提供的所选通信网络资源的分区或网络切片。
在WO 2014/108178 A1中描述一种用于借助于中央控制单元将启动的交换机与通信网络连接的方法，其中，通信网络包括多个通过中央控制单元控制的交换机。为了控制交换机，中央控制单元经由与具有有用数据的数据包相同的通信路径传输具有用于交换机的控制信息的数据包。交换机分别包括如下流水线，在该流水线中存储有用于数据包的转发规则，并且经由局域交换机端口可以访问流水线。通过由中央控制单元将预设的转发规则存储在交换机的流水线中，建立用于具有控制信息的数据包的通信路径。交换机中的至少一个具有所选择的端口，启动的交换机经由端口与通信网络连接。为了通过中央控制单元将转发规则存储在启动的交换机中，使用了临时通信路径，该临时通信路径包括所选择的端口与中央控制单元之间的通信路径，以及启动的交换机的局域端口与所选择的端口之间的通信路径。该临时通信路径使得访问启动的交换机的流水线可行。
WO2015/096761A1描述了一种用于软件定义联网(SDN)的面向数据通信量的动态区域形成，其中，网络部件从出自多个SDN控制器中的一个SDN控制器接收控制信息。网络部件确定可用的通信量规划区域，并为每个确定的通信量规划区域选择本地的区域控制器。根据控制信息和区域形成方案，选择主区域控制器，其中，主区域控制器和本地的区域控制器从SDN控制器中选择。此外，网络部件将对本地的区域控制器、区域成员资格和主区域控制器的说明传输给SDN控制器中的至少一些。
对于工业自动化系统中面向循环的控制过程，其中，必须在预设的循环时间内定期传输控制命令，循环时间用作周期性数据传输的时基。由于控制命令中通常存在相当少量的数据，在工业自动化系统中的挑战很少在于提供足够的带宽来传输控制命令，而更多地在于可靠地保证用于其传输的限定的时间窗口。为此，例如使用基于时分的调度器，借助该调度器可以满足对延迟和抖动的高要求。当然，基于时分的调度器的相符的配置特别是在工业自动化系统中是非常昂贵的，尤其用于通信网络虚拟化的现有解决方案仅旨在保证带宽。
发明内容
本发明所基于的目的在于，提供一种用于在路径预留请求中为工业通信设备中的发送队列配置基于时间的访问控制，以及用于通信设备的相应的控制单元。
根据本发明，所述目的通过根据本发明的方法和通过根据本发明的控制单元来实现。本发明的有利的改进形式在从属权利要求中说明。
基于根据本发明的用于运行工业自动化系统的通信网络的方法，该通信网络包括多个通信设备，至少一个控制单元控制多个相关联的通信设备的功能。在此，控制单元与通信网络的至少一个分区相关联。分区分别在能预设的资源利用持续时间期间包括相关联的通信设备的能预设的份额的系统资源。此外，通信设备分别包括至少一个发送和接收单元，其中，每个发送和接收单元分别与多个发送队列相关联，在能限定的重复循环之内的能限定的访问持续时间期间，分别同意发送队列对相应的发送和接收单元的访问。
通信设备例如能够与软件定义网络相关联，该软件定义网络包括称为控制面的通信控制层和称为数据面的数据传输层。在此，控制单元与控制面相关联，而通信设备与数据面相关联。特别地，通信设备能够包括路由器和/或交换机，其中，通过控制单元例如能够预设流表，从这些流表中推导出用于与控制单元相关联的通信设备的路由表和/或转发表。优选地，分区是网络切片并且借助于工程系统由系统管理员手动确定或自动地来确定。
根据本发明，通过控制单元根据用于分区的资源利用时间在相关联的通信设备中设定用于发送队列的访问持续时间和重复循环。此外，根据在相关联的通信设备中设定的访问持续时间和重复循环，对分区进行分类。因此，根据指定的访问持续时间和重复循环将用于数据流的路径预留请求进行分类。根据与访问持续时间和重复循环一致的分类，为路径预留请求确定可能的分区。对所确定的分区检验：对于相应的路径预留请求是有否有足够的系统资源可用。在检验结果为正面的情况下，将相应的路径预留请求与至少一个所确定的分区相关联并且在该分区之内预留对于路径预留请求所需要的系统资源。以该方式，简单且可靠地配置通信网络分区是可行的，该通信网络分区能够灵活地匹配于工业自动化系统中的周期时间。在此，能够排除分区的相互影响。
按照根据本发明的方法的一个有利的设计方案，在考虑在相应的分区中可用的系统资源的情况下，控制单元针对路径预留请求相应地确定通信网络路径，并且根据所确定的通信网络路径控制通信设备的路由或交换功能。控制单元优选根据质量标准来确定通信网络路径。例如能够将路径成本规定作为用于通过控制单元确定的通信网络路径的质量标准。
通过控制单元通过如下方式为具有不同的重复循环的数据流设定通信设备的发送队列：即为不同的重复循环确定最小公倍数作为总重复循环，其中，针对发送队列将不同的重复循环以一定的频率嵌入总重复循环中，频率对应于总重复循环和相应的重复循环的商。优选地，用于发送队列的访问持续时间分别是相同的，而不同的重复循环分别是基础周期的整数倍。
原则上，系统资源在通信网络启动时以等分的方式分区地与多个控制单元相关联。随后，根据相应的资源利用或请求通过控制单元来改变分区。优选地，系统资源在通信网络启动时根据在待与通信网络连接的自动化设备方面的通信请求的已知的和/或估计的分类进行分区。以该方式，在路径预留请求中能预期与访问持续时间和重复循环一致的分类。因此，可以在不必改变分区的情况下，接收路径预留请求。
例如能够将控制单元分别与至少一个租户、用户和/或应用相关联。此外，路径预留请求能够通过各一个租户、用户和/或应用启动。优选地，根据IEE 802.1Qbv借助于时间感知整形器来控制用于通信设备的发送队列的访问持续时间和重复循环。
根据本发明的控制单元设置用于执行根据上述实施方案的方法并且设计和构成用于：控制多个相关联的通信设备的功能并与通信网络的至少一个分区相关联。在此，分区分别在能预设的资源利用持续时间期间包括相关联的通信设备的能预设的份额的系统资源。此外，控制单元设置和设计用于：根据用于相关联的通信设备中的分区的资源利用持续时间来设定用于发送队列的访问持续时间和重复循环。在此，通信设备分别包括至少一个发送和接收单元。每个发送和接收单元分别与多个发送队列相关联，在能限定的重复循环之内的能限定的访问持续时间期间，分别同意发送队列对相应的发送和接收单元的访问。
根据本发明，控制单元设置和设计用于：根据在相关联的通信设备中设定的访问持续时间和重复循环对分区进行分类，并且根据指定的访问持续时间和重复循环对用于数据流的路径预留请求分类。此外，控制单元设置和设计用于：根据与访问持续时间和重复循环一致的分类对于路径预留请求确定可能的分区，并且对所确定的分区检验：此外，控制单元设置和设计用于：在检验结果为正面的情况下，相应的路径预留请求与至少一个所确定的分区相关联并且在该分区之内预留对于路径预留请求所需要的系统资源。
附图说明
下面，以实施例根据附图详细阐述本发明。附图示出：
图1示出工业自动化系统的包括多个通信设备和与其相关联的控制单元的通信网络，
图2示出通过图1中示出的通信系统的控制单元来预留系统资源的流程图，
图3示出同意具有不同重复循环的数据流对图1中示出的通信设备的发送队列的访问的示意图。
具体实施方式
图1中示出的工业自动化系统的通信网络包括多个通信设备200和多个控制单元101、102。通信设备200例如能够是交换机、路由器或防火墙，并且用于连接可编程逻辑控制器300或工业自动化系统的输入/输出单元。可编程逻辑控制器300通常分别包括通信模块、中央单元以及至少一个输入/输出单元(I/O模块)进而同样为通信设备。输入/输出单元原则上也能设计为分布式的外围模块，其被布置远离可编程逻辑控制器。
可编程逻辑控制器300经由通信模块例如与交换机或路由器连接，或附加地与现场总线连接。输入/输出单元用于在可编程逻辑控制器300和通过可编程逻辑控制器300控制的机器或设备400之间交换控制和测量值。尤其地，中央单元设置用于从所检测的测量值中确定适合的控制值。可编程逻辑控制器300的上述部件在当前的实施例中经由背板总线系统彼此连接。
通信设备200在当前的实施例中与软件定义网络(SDN)相关联，软件定义网络包括称为控制面的通信控制层1和称为数据面的数据传输层2。控制单元101、102作为SDN控制器与控制面相关联，而通信设备与数据面相关联。通过控制单元101、102例如来预设用于交换机或路由器的流表，从这些流表推导出用于与相应的控制单元101、102相关联的通信设备200的路由表或转发表。
控制单元101、102在当前的实施例中分别与至少一个租户、尤其用户或应用相关联。控制单元101、102通常设计和设置用于：控制多个相关联的通信设备200的功能并且分别与通信网络的分区相关联。分区在当前的实施例中是网络切片并且能够借助于工程系统由系统管理员手动地或自动地确定。特别地，网络切片在可预设的资源利用持续时间期间相应地包括相关联的通信设备200的可预设的份额的系统资源，其中，网络切片优选是彼此逻辑分离的。优选地，为每个控制单元101、102分别在份额的系统资源上设置有单独的资源视图111、121，该份额的系统资源与相应的网络切片相关联。
系统资源包括例如端口带宽、队列缓冲区、DHCP地址范围、VLAN标识符以及路由表或转发表条目。在通信网络启动时，原则上首先将系统资源以等分的方式分区地与控制单元101、102相关联。然后，控制单元101、102可以根据相应的资源利用或请求来改变网络切片。优选地，在通信网络启动时，根据已知或估计的分类，在待与通信网络连接的自动化设备一侧对系统资源分区。
通信设备200分别包括至少一个发送和接收单元或端口，其中，每个发送和接收单元或每个端口分别与多个发送队列(Queues队列)相关联。分别在可限定的重复循环内的可限定的访问持续时间期间，同意每个发送队列对相应的发送和接收单元或相应的端口的访问。通过控制单元101、102根据网络切片的资源使用持续时间，在相关联的通信设备200中设定用于发送队列的访问持续时间和重复循环。在此，针对通信设备200的发送队列的访问持续时间和重复循环可以根据IEE 802.1Qbv借助于时间感知整形器来控制。
在图2中示出的用于预留系统资源的流程图的步骤201中，根据在相关联的通信设备中设定的访问持续时间和重复循环对网络切片分类。这例如能够借助于工程系统在项目化的范畴中进行。此外，根据步骤202，控制单元101、102持续监控是否存在租户、用户或应用的路径预留请求。根据在相应路径预留请求中指定的访问持续时间和重复循环，对数据流的当前的路径预留请求进行分类(步骤203)。根据步骤204，控制单元101、102根据与访问持续时间和重复循环一致的分类为路径预留请求确定可行的网络切片，路径预留在该网络切片内原则上是可行的。如果不存在一致的分类，则根据步骤210拒绝相应路径预留请求。原则上，与被拒绝的路径预留请求相关联的数据流可以作为尽力而为(Best Effort)数据在空闲时隙中传输，而不遵守质量保证。此外，还可行的是：为尽力而为数据预留特定的时隙。
在分类一致的情况下，在考虑在相应的网络切片中可用的系统资源的情况下，控制单元101、102根据步骤205针对路径预留请求分别确定通信网络路径。在此，控制单元101、102例如根据路径成本来确定通信网络路径。此外，控制单元101、102设置和设计用于：根据步骤206对确定的网络切片检验：对于相应的路径预留请求是否有足够的系统资源可用。如果没有足够的系统资源可用，那么根据步骤210拒绝相应的路径预留请求。拒绝的告知例如能够包括对于具有改变的参数的预留请求的建议。
如果有足够的系统资源可用，那么相应的路径预留请求根据步骤207与确定的网络切片相关联，并且在该网络切片内为路径预留请求预留所需要的系统资源(步骤208)。基于此，控制单元101、102根据步骤209根据所确定的通信网络路径来控制通信设备的路由或交换功能。
在工艺过程内，数据流通常具有相同的重复循环。然而，在叠加的或分层的调节回路中，可能出现不同的重复循环，这些周期彼此显着不同。但是，不同的重复循环使得对用于时间感知整形器的基于时间的调度器的配置变难。在配置调度器的范畴内，确定打开或关闭发送队列的门的所有时间点。在门打开的情况下，可以发送来自与相应门相关联的发送队列中的数据。相反地，无法发送来自具有关闭的门的发送队列的数据。
通过控制单元101、102为具有不同重复循环的数据流通过如下方式设定通信设备200的发送队列：即针对不同的重复循环求出最小公倍数作为总重复循环。在此，针对发送队列将不同的重复循环以一定的频率嵌入总重复循环中，频率对应于总重复循环和相应的重复循环的商。
在图3中示出具有各两个数据流311-312、321-322和不同重复循环的两个情景，其中，访问持续时间分别为5ms。根据第一情景，第一数据流311具有10ms的重复循环，而第二数据流312具有33ms的重复循环。在330ms的大的总重复循环中，除了从中产生的原则上差的带宽利用之外，还存在如下问题：在第一情景中，用于第一数据流311和第二数据流312的门预留从时隙41至时隙43(时隙长分别为1ms)相冲突。
由于此，在第二情景中调整不同的重复循环，使得它们各自是基本周期的整数倍。第一数据流321在第二情景中也具有10ms的重复循环，而为第二数据流322选择30ms的重复循环。借此，在第二情景中总重复循环323能够缩短到30ms并且避免冲突的门预留。因此，在重复循环不同的情况下，应持续执行根据第二情景的调整。

Claims (14)

1.一种用于运行工业自动化系统的通信网络的方法，所述通信网络包括多个通信设备，其中
-至少一个控制单元(101、102)控制多个相关联的通信设备(200)的功能并与所述通信网络的至少一个分区相关联，其中，所述分区相应地在预设的资源利用持续时间期间包括相关联的通信设备(200)的预设的份额的系统资源，
-所述通信设备(200)各自包括至少一个发送和接收单元，并且每个所述发送和接收单元分别与多个发送队列相关联，在限定的重复循环之内的限定的访问持续时间期间，分别同意所述发送队列访问相应的所述发送和接收单元，
-通过所述控制单元(101、102)根据用于所述分区的所述资源利用持续时间，在相关联的所述通信设备(200)中设定用于所述发送队列的所述访问持续时间和重复循环，
-根据在相关联的所述通信设备(200)中设定的所述访问持续时间和重复循环对所述分区进行分类，
-根据指定的所述访问持续时间和所述重复循环对用于数据流的路径预留请求进行分类，
-按照与所述访问持续时间和所述重复循环一致的分类来为所述路径预留请求确定可行的分区，
-检验所确定的分区对于相应的所述路径预留请求是否有足够的系统资源可用，
-在检验结果为肯定的情况下，将相应的所述路径预留请求与至少一个所确定的分区相关联并且在该分区之内预留对于所述路径预留请求来说需要的系统资源。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在考虑相应的所述分区中可用的系统资源的情况下，所述控制单元(101、102)为所述路径预留请求分别确定通信网络路径，并且根据所确定的通信网络路径来控制所述通信设备的路由或交换功能。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述控制单元(101、102)根据质量标准来确定所述通信网络路径。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，将路径成本设置作为用于通过所述控制单元(101、102)确定的所述通信网络路径的质量标准。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，通过所述控制单元(101、102)对于具有不同的重复循环的数据流设定所述通信设备(200)的所述发送队列：对于不同的重复循环确定最小公倍数作为总重复循环，其中，以一频率将用于所述发送队列的不同的重复循环嵌入所述总重复循环中，所述频率对应于总重复循环和相应的重复循环的商，并且其中，用于所述发送队列的所述访问持续时间分别是相同的，并且不同的重复循环分别是一个基础周期的整数倍。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述通信设备与软件定义网络相关联，所述软件定义网格包括称为控制面的通信控制层(1)和称为数据面的数据传输层(2)，其中，所述控制单元(101、102)与所述控制面相关联，并且其中，所述通信设备(200)与所述数据面相关联。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述分区是网络切片并且借助于工程系统由系统管理员手动地确定或自动地确定。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述系统资源在所述通信网络启动时以等分的方式分区地与多个控制单元(101、102)相关联，并且其中，根据相应的资源利用和/或要求通过所述控制单元改变所述分区。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述通信网络启动时，所述系统资源根据在待与所述通信网络连接的自动化设备(300)一侧的通信请求的已知的和/或估计的分类来进行分区。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述通信设备(200)包括路由器和/或交换机，并且其中通过所述控制单元(101、102)能够预设流表，从所述流表导出用于与所述控制单元(101、102)相关联的通信设备(200)的路由表和/或转发表。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，将所述控制单元(101、102)分别与至少一个租户、用户和/或应用相关联，和/或其中，所述路径预留请求分别由租户、用户和/或应用启动。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，针对所述通信设备(200)的发送队列的所述访问持续时间和重复循环根据IEEE802.1Qbv借助于时间感知整形器来控制。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述分区是彼此逻辑分离的。
14.一种用于执行根据权利要求1至13中任一项所述的用于运行工业自动化系统的通信网络的方法的控制设备。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3468118B1 (en) * 2017-10-04 2023-10-04 TTTech Computertechnik AG Method and device to configure real-time networks
EP3618384B1 (de) * 2018-08-31 2020-08-26 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur simulation einer verarbeitung von reservierungsanfragen für multicast-datenströme in kommunikationsnetzen und simulationssystem
EP3674824B1 (de) 2018-12-28 2023-08-23 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum betrieb eines kommunikationssystems zur übermittlung zeitkritischer daten und kommunikationsgerät
US11057301B2 (en) 2019-03-21 2021-07-06 Cisco Technology, Inc. Using a midlay in a software defined networking (SDN) fabric for adjustable segmentation and slicing

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102027453A (zh) * 2008-05-30 2011-04-20 国际商业机器公司 用于在虚拟环境中优化中断处理的系统和方法
WO2013110742A1 (en) * 2012-01-26 2013-08-01 Siemens Aktiengesellschaft Controller and method for controlling communication services for applications on a physical network
WO2014108178A1 (en) * 2013-01-09 2014-07-17 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Connecting a booting switch to a network
WO2015096761A1 (en) * 2013-12-27 2015-07-02 Huawei Technologies Co., Ltd. Traffic behavior driven dynamic zoning for distributed traffic engineering in sdn
DE102014219472A1 (de) * 2014-09-25 2016-03-31 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Übertragen von Daten, Netzknoten und Netzwerk

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2001240077A1 (en) * 2000-05-19 2001-12-03 Channelogics, Inc. Allocating access across shared communications medium
CN103534992B (zh) * 2012-03-14 2017-07-21 华为技术有限公司 发送建立连接请求的方法、交换机、服务器及系统
CN106411820B (zh) * 2015-07-29 2019-05-21 中国科学院沈阳自动化研究所 一种基于sdn架构的工业通信流传输安全控制方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102027453A (zh) * 2008-05-30 2011-04-20 国际商业机器公司 用于在虚拟环境中优化中断处理的系统和方法
WO2013110742A1 (en) * 2012-01-26 2013-08-01 Siemens Aktiengesellschaft Controller and method for controlling communication services for applications on a physical network
WO2014108178A1 (en) * 2013-01-09 2014-07-17 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Connecting a booting switch to a network
WO2015096761A1 (en) * 2013-12-27 2015-07-02 Huawei Technologies Co., Ltd. Traffic behavior driven dynamic zoning for distributed traffic engineering in sdn
DE102014219472A1 (de) * 2014-09-25 2016-03-31 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Übertragen von Daten, Netzknoten und Netzwerk

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《Appliction-aware industrial ethernet based on an SDN-supported TDMA approach》;SCHWEISSGUTH EIKE;《2016 IEEE WORLD CONFERENCE ON FACTARY COMMUNICATION SYSTEM(WFCS)》;20160503;全文 *
《Radio resource management for a mobile network with TD-CDMA》;YIN-FU HUANG;《EMERGING TECHNOLOGIES:FRONTIERS OF MOBILE AND WIRELESS COMMNICATION》;20040531;全文 *

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