CN112889256B - 为工业过程控制提供与无线数据传输有关的状态信息的装置和方法 - Google Patents

为工业过程控制提供与无线数据传输有关的状态信息的装置和方法 Download PDF

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Abstract

提出了一种用于提供与由远程控制器使用来控制工业过程的无线数据传输有关的状态信息的技术，其中，该远程控制器通过支持该无线数据传输的无线通信网络联接到该工业过程的现场设备。该技术的装置实施方式包括：第一接口，其被配置为联接到无线通信网络的用户设备、无线电接入网络和核心网络中的一个；以及第二接口，其符合用于在该远程控制器和该至少一个第一现场设备之间通信的工业过程通信协议。该装置被配置为通过第一接口接收该状态信息，并且通过第二接口向远程控制器提供状态信息或从其中导出的信息。

Description

为工业过程控制提供与无线数据传输有关的状态信息的装置 和方法
技术领域
本公开总体上涉及工业自动化。特别地，提出了一种技术来提供与用以控制工业过程的无线数据传输有关的状态信息。可以以装置、无线通信网络部分、控制器、方法和计算机程序产品的形式来实现该技术。
背景技术
在工业自动化中，工业过程域内的现场设备通常由远程控制器从远处控制。例如，远程控制器可以被部署在计算云中。由计算云中的远程控制器生成的控制数据可以被无线传输到工业过程域。
已开发现有工业自动化通信协议(例如EtherCAT或ProfiNet)用于下述情况，其中控制器位于工业过程域中并通过硬连线现场总线连接到现场设备。这些协议假定从控制器到现场设备的数据传输是可靠的，并且没有实质性的延迟。考虑到现场总线不受无线数据传输的难题(例如数据包丢失、抖动、无线频谱可用性、重传延迟和适当的资源分配)的影响，这是一个合理的假设。另一方面，无线数据传输会引入时延，因此与硬连线解决方案相比，会对工业过程控制的确定性行为产生负面影响。
第五代蜂窝无线通信网络(5G)配置为对包括工业过程控制在内的各种应用提供低至0.5ms时延的超可靠低时延通信(URLLC)。与没有时延和可靠性约束的移动宽带服务相比，对URLLC服务的支持是以降低频谱效率为代价的。
在URLLC中，频谱效率在很大程度上取决于要提供的服务质量(QoS)。例如，与时延为10ms的URLLC相比，时延为1ms的URLLC具有的频谱效率可低三倍左右。这样，在无线通信网络(其中URLLC流量的份额在整体负载中变得很大)中，URLLC的优化使用可以提高网络容量。
关于时延和其他QoS要求，可以在不同层级上执行工业过程控制。例如，对延迟高度敏感的任务是闭环控制(例如，机器人单元中伺服的比例积分微分(PID)控制)，其所需的更新时间通常在1到15ms之间。高层级的控制(例如，当将运动命令发送到阀或传送带时)也可从低的更新时间中受益，但对于此类控制任务而言，低的更新时间并不总是必要的。
在工业过程控制中，至关重要的是，控制器对任何传输问题(例如，由于数据帧延迟或丢失所致)具有足够的知识，理想情况下具有实时的知识。基于这些知识，控制器可以采取适当的动作来可能地补偿传输问题，而不是停止整个工业过程。在基于有线的数据传输的情况下，仅丢失几个连续的帧就意味着严重的传输问题并导致严厉的动作。根据特定的传输问题，可能不需要在无线传输场景中采取此类严厉的动作。
发明内容
需要一种改进无线工业过程控制的技术。
根据一个方面，提出了一种装置，该装置被配置为提供与无线数据传输有关的状态信息，该状态信息由远程控制器使用来控制工业过程，其中，远程控制器通过支持该无线数据传输的无线通信网络联接到该工业过程中的至少一个第一现场设备。该装置包括：第一接口，其被配置为联接至无线通信网络的用户设备、无线电接入网络和核心网络中的一个；以及第二接口，其符合用于在该远程控制器和该至少一个第一现场设备之间通信的工业过程通信协议。该装置被配置为通过第一接口接收状态信息，并且通过第二接口向远程控制器提供该状态信息或从其中导出的状态信息。
如本文所使用的，术语“用户设备”(或UE)意在广义地理解为大体上表示能够由无线电接入网络提供无线服务的通信设备。因此，可以认为工业过程构成了相应通信设备的“用户”。术语“用户设备”包括在某些无线通信标准中由该术语表示的相应通信设备，但是不限于这样的通信设备。
该装置可以被配置为处理所接收的状态信息，以便导出经处理的状态信息。例如，由装置执行的处理可以是聚合(aggregation)或统计处理(例如进行平均)。
第一接口可以是专有接口或符合由该无线通信网络支持的无线通信协议的接口。第一接口可以被配置为联接到用户设备、无线电接入网络和核心网络内的互补接口。第一接口可以是基于软件的接口。
在一个变型中，该装置被配置为通过第二接口将其自身对远程控制器表现为(“虚拟”)第二现场设备。因此，远程控制器可以像“常规”第一现场设备一样对待该装置，例如工业过程域中的传感器。为了获取状态信息，例如，远程控制器可以使用的机制与该远程控制器常规用于从工业过程域中获取传感信息的机制相同。作为示例，如果第一现场设备被配置为写入保留的第一存储区域(该第一存储区域可由远程控制器访问并为第一现场设备保留)，则第二现场设备可以被配置为以与第一存储区域相同的方式写入保留的第二存储区域(该第二存储区域可由远程控制器访问)。
第二接口可以位于开放系统互连(OSI)模型的第1层上。该第1层也称为物理层。第二接口可以是硬件接口。第二接口可以是基于有线的接口。例如，第二接口可以被配置为联接到现场总线。
工业过程通信协议和/或第二接口可以符合国际电工委员会(IEC)标准61158和IEC标准61784中的至少一个。作为示例，工业过程通信协议和/或第二接口可以符合ProfiNet或EtherCAT。
工业过程可以通过一个、两个或更多个无线电承载来控制。该一个、两个或更多个无线电承载每一个可以在无线电接入网络和用户设备之间延伸。不同的承载可以提供不同的QoS层级，例如在时延方面。不同的QoS层级以及因此不同的无线电承载可以与工业过程的不同的第一现场设备相关联。在一些变型中，所接收的状态信息与只一个无线电承载相关联。
可以使用在远程控制器和工业过程之间的数据帧的流来控制工业过程(例如，一个或多个第一现场设备)。数据帧的格式可以在工业过程通信协议中定义。
状态信息可以涉及一个或多个数据帧的传输状态。该一个或多个数据帧可以与由流标识符标识的专用数据流相关联。
在一些实施方式中，基于每个数据帧和/或基于每个数据流来提供状态信息。状态信息可以允许远程控制器调查特定数据帧的传输状态(例如，当远程控制器仍在等待来自工业过程域的该数据帧时，或者当远程控制器对该数据帧是否已实际发送到工业过程域感兴趣时)。可以在下行链路方向或在上行链路方向上传输数据帧。这样，传输状态也可以涉及下行链路方向和上行链路方向中的一个。
状态信息可能涉及以下数据帧传输状态中的一个或多个，或其他数据帧传输状态：
-数据帧到达无线电接入网络处，以向工业过程无线传输；
-数据帧成功由无线电接入网络向工业过程发送；
-无线电接入网络开始无线传输数据帧；
-无线电接入网络触发数据帧的重传；
-无线电接入网络丢弃数据帧；
-数据帧成功发送到远程控制器；和
-从工业过程正在进行数据帧传输。
状态信息可以将单个数据帧传输状态与补充信息相关联。补充信息可以包括数据流标识符、流更新时间和时间戳中的至少一个。在一些情况下，已经通过在用户设备、无线电接入网络和核心网络中的至少一个中的包检查(packet inspection)，获取了补充信息。为此，可以应用浅层包检查(shallow packet inspection)。
该装置可以被配置为实时操作。这样，由该装置提供的状态信息可以由远程控制器用于至少一个第一现场设备的实时控制。
还提供了一种无线通信网络部分，其包括本文提出的装置。在一些变型中，该装置与用户设备和无线电接入网络中的一个位于同一地点。在一些变型中，该装置可以是从用户设备或无线电接入网络的计算资源配置的虚拟设备。作为示例，该装置可以被配置为无线电接入网络节点上的虚拟设备。
根据另一方面，提出了一种远程控制器，其用于使用无线数据传输来控制工业过程的至少一个第一现场设备。远程控制器被配置为，基于用于在远程控制器和至少一个第一现场设备之间通信的工业过程通信协议，获取与无线数据传输有关的状态信息。远程控制器还被配置为，基于所获取的状态信息来控制工业过程。
由远程控制器获取的状态信息可以涉及向第一设备(下行链路)或从第一设备(上行链路)无线数据传输。在这种情况下，远程控制器可以被配置为基于所获取的状态信息来控制第一设备。
状态信息可以是在无线通信网络内生成的“原始”状态信息。替代地，已经预处理了“原始”状态信息，使得由远程控制器获得的状态信息是经预处理的状态信息。
如上所述，可以从无线通信网络中的装置获取状态信息，该装置将自身对远程控制器表现为第二现场设备。这样，远程控制器可以使用相同的机制，从任何第一现场设备(其本身涉及工业过程)和第二现场设备(即，从提供关于无线数据传输的状态信息的装置)获取信息。
可以使用在远程控制器和工业过程(例如，一个或多个第一现场设备)之间的数据帧的流来控制工业过程。在这种情况下，远程控制器可以被配置为响应于确定数据帧尚未从工业过程及时到达而获取(例如，请求或读取)状态信息。
远程控制器可以被配置为关于在工业域中执行协作任务的两个或更多个第一现场设备获得状态信息。这样，远程控制器可以关于适当执行协作任务评估状态信息。
可以从云计算资源配置远程控制器。远程控制器可以被配置为虚拟可编程逻辑控制器(PLC)。
还提供了一种提供与由远程控制器使用来控制工业过程的无线数据传输有关的状态信息的方法，该远程控制器通过支持无线数据传输的无线通信网络联接到工业过程的至少一个现场设备，其中，该方法包括：通过第一接口接收状态信息，该第一接口被配置为联接到无线通信网络的用户设备、无线电接入网络和核心网络中的一个，以及通过符合用于在远程控制器和至少一个现场设备之间通信的工业过程通信协议的第二接口，向远程控制器提供状态信息或从其中导出的状态信息。
还提供了一种使用在远程控制器和至少一个第一现场设备之间的无线数据传输来控制工业过程的至少一个现场设备的方法，该方法包括，基于用于在远程控制器和至少一个现场设备之间通信的工业过程通信协议，获取与无线数据传输有关的状态信息，以及基于所获取的状态信息来控制工业过程。
如上文总体描述的和如下文更详细描述的，本文提出的方法可以分别由装置或远程控制器执行。
还提供了一种包括程序代码的计算机程序产品，该程序代码用于在由一个或多个处理器运行时执行本文提出的任何方法方面的步骤。该计算机程序产品可以存储在计算机可读记录介质上。还可以通过网络连接提供该计算机程序产品用于下载。
而且，提出了一种云计算系统，其被配置为执行本文提出的与远程控制器有关的方法方面中的任何一个。云计算系统可以包括分布式云计算资源，其在一个或多个计算机程序产品的控制下共同执行本文提出的与远程控制器有关的方法方面。
附图说明
本公开的更多方面、细节和优点将从下面的示例性实施例的详细描述和从附图变得显而易见，附图中：
图1A和图1B示出了本公开的两个网络系统实施例；
图1C示出了根据本公开的虚拟设备实施例的可能位置；
图2A和图2B示出了本公开的虚拟设备实施例；
图3A和图3B示出了本公开的远程控制器实施例；以及
图4示出了本公开的方法实施例。
具体实施方式
在以下描述中，出于解释而非限制的目的，阐述了具体细节以便提供对本公开的透彻理解。对于本领域技术人员显而易见的是，可以在脱离这些具体细节的其他实施例中实践本公开。
尽管例如以下描述侧重于诸如5G无线电接入网络的特定无线电接入网络类型，但是本公开还可以结合其他无线电接入网络类型(例如，4G无线电接入网络)来实现。此外，尽管以下描述中的某些方面将结合蜂窝网络(特别是第三代合作伙伴项目(3GPP)标准化的)示例性地进行描述，本公开不限于任何特定的无线接入类型。尽管使用ProfiNet作为示例性工业过程通信协议解释了一些实施例，但是本公开也可以使用诸如EtherCAT的任何其他工业过程通信协议(例如，符合IEC 61158和/或IEC 61784的协议)来实现。
本领域技术人员将进一步理解，本文中解释的步骤、服务和功能可以使用单个硬件电路、使用与编程的微处理器或通用计算机结合起作用的软件、使用一个或多个专用集成电路(ASIC)和/或使用一个或多个数字信号处理器(DSP)来实现。还应当理解，当根据方法描述本公开时，它也可以体现在一个或多个处理器中以及耦合到一个或多个处理器的一个或多个存储器中，其中一个或多个存储器存储一个或多个程序，该程序在由一个或多个处理器运行时执行本文公开的步骤、服务和功能。
在下面对示例性实施例的描述中，相同的附图标记表示相同或相似的组件。
图1A示出了可以在其中实现本公开的网络系统100的第一实施例。如图1A所示，网络系统100包括机器人单元域100A、无线接入域100B和云计算域100C。无线接入域100B属于无线通信网络，该无线通信网络还包括核心网络和一个或多个无线端点。
机器人单元域100A包括作为工业过程的一个示例的机器人单元101。当然，本公开也可以在化学过程控制或任何其他工业过程控制的背景下实现。
机器人单元101包括多个机器人设备102，每个机器人设备102具有专用的本地机器人控制器102A。每个机器人设备102(例如在各种自由度内可移动的机器人手臂)可以包括多个致动器(例如，伺服器)。机器人单元101内的多个机器人设备102可以协同对同一任务(例如，对同一工作产品)工作。
从诸如ProfiNet的工业过程通信协议的角度来看，每个本地控制器102A包括或代表机器人单元域100A内的现场设备(例如，输入/输出(I/O)设备)。本地控制器102A可以具有功能上位于OSI层级1(物理层)上的组件，例如软件和/或硬件接口。本地控制器102A可以包括硬件PLC、离散PID控制器或类似设备。
在图1A的实施例中，每个机器人设备102与用于与无线接入域100B无线通信的无线端点103相关联。在本文以及在一些无线通信标准中，这种无线端点103有时也被称为用户设备(UE)。
机器人单元域100A还包括多个监控设备104，例如摄像机、运动传感器等。监控设备104生成指示机器人单元101的状态的机器人单元状态数据(即，传感信息)。监控设备104中的一个或多个也可以集成到机器人设备102中一个或多个中。此外，在一些变型中，本地控制器102A中的一个或多个也可以用作能够生成指示所关联的机器人设备102的状态的机器人单元状态数据的监控设备104。
从诸如ProfiNet的工业过程通信协议的角度来看，每个监视设备104包括或代表机器人单元域100A内的现场设备(例如，输入/输出(I/O)设备)。在图1A的实施例中，每个监控设备104与用于与无线接入域100B无线通信的无线端点(“UE”)103相关联。
无线接入域100B属于蜂窝和/或非蜂窝无线通信网络，例如由3GPP指定的(例如，5G网络)。在一些实施方式中，无线通信网络的无线接入域100B符合根据版本R15的3GPP标准，例如TS23.503V15.1.0(2018-3)或更新版本。无线接入域100B包括具有一个或多个基站和/或一个或多个无线接入点的无线电接入网络(RAN)105，其使得能够在机器人单元101中的UE 103这一方面与云计算域100C这另一方面之间无线通信。
如图1A所示，机器人设备102及它们所关联的本地机器人控制器102A被配置为从无线接入域100B接收在云计算域100C中生成的控制数据。此外，由监控设备104和本地控制器102A所获取的状态数据通过无线接入域100B被无线地传达到云计算域100C。可以在反向动力学的背景下、在PID控制的背景下、在机器人单元安全性的背景下或在性能监控和控制的背景下执行云计算域100C中的状态数据的处理。
云计算域100C包括由云计算资源组成的中央控制器(“远程控制器”)106。远程控制器106被配置为通过无线接入域100B从监控设备104和本地控制器102A接收机器人单元状态数据。远程控制器106还被配置为接收与在远程控制器和机器人单元现场设备(即，监控设备104和本地控制器102A)之间的数据帧的无线传输有关的状态信息。
远程控制器106被配置为可选地基于机器人单元状态数据和/或涉及无线数据传输的状态信息为机器人设备102生成控制数据，并被配置为通过无线接入域100B将控制数据转发到机器人设备102的本地控制器102A。本地控制器102A被配置为接收控制数据，并基于其来控制相应机器人设备102的一个或多个的单个致动器。
图1B示出了网络系统100的第二实施例。除了在机器人单元101内提供中央网关控制器101A之外，第二网络系统实施例与参考图1A描述的第一网络系统实施例类似。不是将单个UE 103与机器人单元101中的每个现场设备(即，与每个机器人设备102和每个监控设备104)相关联，而是将单个UE 103与网关控制器101A相关联，以便在远程控制器106和机器人单元101之间无线数据传输。网关控制器101A又通过基于有线的现场总线联接到机器人单元101中的每个机器人设备102和监控设备104。在图1A的第一网络系统实施例中，在每个UE 103与所关联的机器人设备102或监控设备104之间可以存在类似的现场总线类型的连接。
图1C示出了图1A的第二网络系统实施例的一部分，其中机器人单元101中有单个现场设备(机器人设备102)。图1C具体示出了分别在UE 103和RAN 105中的两个装置110的示例性放置。这些装置110被配置为将自身对远程控制器106表现为“虚拟”现场设备。这意味着，通过使用诸如ProfiNet的工业过程通信协议，远程控制器106将以与机器人单元101中的任何“常规”现场设备102A、104通信的相同的方式与装置110通信。为此，下文将装置110也称为“虚拟设备”。
虚拟设备110放置在无线通信网络中，并配置为提供与远程控制器106和机器人单元101中的每个“常规”现场设备102A、104之间的无线数据传输有关的状态信息。该状态信息具体涉及在RAN 105和UE 103之间延伸并提供无线数据传输服务的无线电承载112。将会理解的是，在其他实施例中，可以在RAN 105和UE 103之间提供多个无线电承载112(例如，以为不同的现场设备102A、104提供不同的QoS层级)，其中，为每个无线电承载102单独提供状态信息。
尽管在图1C中示出了两个虚拟设备110，但是在某些实施方式中，可以在网络系统100中提供多于或少于两个的虚拟设备110。作为示例，可以省略图1C的UE 103和RAN 105中的一个的虚拟设备110。作为另一个示例，图1A的第一网络系统实施例中的每个单个UE 103可以被提供有专用虚拟设备110(可选地在图1A的RAN 105中的虚拟设备110之外或者代替图1A的RAN 105中的虚拟设备110)。此外，在一些变型中，虚拟设备110也可以放置在无线通信网络的核心网络部分中。
参考图1C，工业过程通信协议的数据帧在现场总线上传输，该现场总线在远程控制器106与机器人单元101中的每个现场设备102A、104之间虚拟地延伸。由于该现场总线没有物理地延伸通过无线接入域100B，因此如图1C所示，所关联的数据帧被隧道传输通过无线访问域100B。相对的两个隧道端与基于有线的现场总线接口连接。
如图1C所示，每个虚拟设备110包括输入接口110A和输出接口110B。接口110A和110B中的每一个可以是硬件接口，或软件接口，或它们的组合。
输入接口110A被配置为接收与无线数据传输有关的状态信息。更详细地，状态信息可以具体地涉及用于将数据帧从RAN 105无线传输到UE103(或者反过来)的无线电承载112的多方面。输入接口110A可以在UE 103和RAN 105内分别联接到UE 103和RAN 105的对应内部接口。第一接口110A可以是专有接口或符合无线接入域100B底层的无线通信协议的接口。
在一些无线通信协议中，用于从所关联的无线电接入网络获取状态信息的标准化接口(例如，由3GPP指定的操作和维护(O&M)接口)慢，并且仅能够以过度聚合的方式提供状态信息。在这种(和其他)情况下，第一接口110A可以被实现为专有接口。
输出接口110B符合用于在远程控制器106与机器人单元101中的现场设备102A、104之间通信的工业过程通信协议。作为示例，这些接口110B可以符合ProfiNet。输出接口110B被配置为可选地在虚拟设备110内的一个或多个过程步骤之后，在符合工业过程通信协议的数据帧中输出状态信息。然后，这些数据帧可以在UE 103和RAN 105内插入(或“注入”)从现场总线上的“常规”现场设备102A、104向远程控制器106传达的“常规”数据帧之间。
输出接口110B可以采取专用端口(例如，远程控制器106的输入存储器映射地址)的形式以“发布”状态信息来供远程控制器106读取。以这种方式，远程控制器106可以使用相同的过程来读取虚拟设备110和“常规”现场设备102A、104。包括该状态信息的所关联的数据帧可以透明地在附接有远程控制器106的现场总线基础设施上传输。
图2A和2B示出了图1C的虚拟设备110的两个实施例。在图2A所示的实施例中，虚拟设备110包括处理器202和联接到处理器202的存储器204。虚拟设备110还包括以上参考图1C所讨论的输入接口110A和输出接口110B。存储器204存储控制处理器202的操作的程序代码。
处理器202被配置为通过输入接口110A从UE 102或RAN 105接收与无线数据传输有关的状态信息。处理器202还被配置为通过输出接口110B向远程控制器106提供状态信息。就这一点而言，在一些变型中，处理器202可以在无线通信协议格式与工业过程通信协议格式之间进行协议转换，在无线通信协议格式中通过输入接口110A接收状态信息，在工业过程通信协议格式中通过输出接口110B向远程控制器106提供状态信息。这样的状态信息可以透明地从输入接口110A传输到输出接口110B。替代地，处理器202可以在通过输出接口110B输出状态信息之前处理该状态信息。
图2B示出了其中以模块化配置实现虚拟设备110的实施例。如图2B所示，虚拟设备110包括第一接口模块206和第二接口模块208。第一接口模块206被配置为联接到无线通信网络的UE 103和RAN 105(或核心网络)中的一个。第二接口模块208符合用于在远程控制器106与机器人单元101中的现场设备102A、104之间通信的工业过程通信协议。图2B的虚拟设备110被配置为通过第一接口模块2006接收状态信息，并且被配置为通过第二接口110B向远程控制器106提供所接收的状态信息或从其中导出的状态信息。
图3A和3B示出了图1A至图1C的远程控制器106的两个实施例。在图3A所示的实施例中，远程控制器106包括处理器302和联接到该处理器的存储器304。存储器304存储控制处理器302的操作的程序代码。
处理器302被配置为基于用于在远程控制器106与机器人单元101中的现场设备102A、104之间通信的工业通信协议来获取与图1A至图1C所示的无线数据传输有关的状态信息。处理器302还被配置为基于所获取的状态信息来控制工业过程101(特别是现场设备102A中一个或多个)。
图3B示出了其中以模块化配置实现远程控制器106的实施例。如图3B所示，远程控制器106包括获取模块306，获取模块306被配置为获取与图1A至图1C所示的无线数据传输有关的状态信息。根据用于在远程控制器106与机器人单元101中的一个或多个现场设备102A、104之间通信的工业过程通信协议(例如，以符合该工业过程通信协议的格式)，来获得该状态信息。控制模块308被配置为基于所获得的状态信息来控制工业过程(特别是现场设备102A)。
图4以流程图400示出了由虚拟设备110提供状态信息以及基于所提供的状态信息控制机器人单元101的方法实施例。该方法实施例可以由图2A或图2B以及图3A和图3B的任何实施例执行。
在步骤S402中，虚拟设备110通过第一接口110A接收与图1A至图1C所示的无线数据传输有关的状态信息。在另一步骤S404中，虚拟设备110通过第二接口110B向远程控制器106提供所接收的状态信息或从其中导出的状态信息。
在步骤S406中，远程控制器106获得由虚拟设备110提供的状态信息。如上所述，基于用于在远程控制器106与一个或多个现场设备102A之间通信的工业过程通信协议来获得状态信息。在一个实施方式中，虚拟设备110通过第二接口110B将自身对远程控制器106表现为“虚拟”现场设备。这样，远程控制器106可以以与从“常规”现场设备102A、104获取状态信息类似的方式从虚拟设备110获取状态信息。
在另一步骤S408中，远程控制器基于所获取的状态信息来控制机器人单元101。该机器人单元控制特别是可以涉及对与机器人设备102相关联的机器人单元101中的一个或多个现场设备102A的控制。
在下文中，将讨论由远程控制器106基于从一个或多个虚拟设备110接收的状态信息所进行的机器人单元控制的一些实施例。
在一个实施例中，远程控制器106确定预期来自机器人单元102的数据帧没有及时到达(例如，对现场设备102A中的一个进行PID控制所需的数据帧)。在这种情况下，远程控制器106将获取(例如，请求或读取)虚拟设备110之一提供的与丢失的数据帧相关联的状态信息。基于这样获得的状态信息，远程控制器106可以发起涉及机器人单元101的一个或多个控制动作。例如，如果具有重要数据的数据帧尚未从现场设备102A之一到达，则远程控制器106仅在所获取的状态信息表明存在来自机器人单元101的正在进行的可能包括丢失的数据帧的数据传输(例如，由特定的流标识符标识)时，远程控制器106可以暂时停止机器人单元101。
在另一个控制实施例中，远程控制器106可以获取关于现场设备102A中的两个或更多个的状态信息，这些现场设备执行需要协调的协作任务。作为示例，作为示例性机器人设备102的两个机器人手臂可能需要执行精确且同步的运动，并且需要避免任何碰撞。然后，远程控制器106可以评估状态信息，以确定协作任务是否可以由机器人手臂适当地执行。作为示例，基于状态信息，远程控制器106可以确定用于协作控制的关联的数据帧已经被及时发送或已经及时到达每个关联的现场设备102A。在这种情况下，远程控制器106可以推断出协作任务可以被适当地执行。另一方面，如果远程控制器106从状态信息确定与两个现场设备102A中的单独一个的控制有关的一个或多个数据帧没有及时到达，则其可以推断出协作任务不能被适当地执行，并以适当的方式控制其余的现场设备102A(例如，停止或延迟某些运动动作或修改机器人手臂的运动路径)。
为了获取上述和其他控制实施例的状态信息，监控每个为机器人单元101服务的无线电承载112，并且要么在无线通信网络内但在虚拟设备110外，要么通过虚拟设备本身，来评估关联的状态信息。通过使用数据帧的浅层包检查(shallow packet inspection)，流可以这样被标识(FlowID)，更新时间可以被确定。例如，在ProfiNet的情况下，ProfiNet IO数据帧的前两个字节包含标识该流的流ID。
每个数据帧还包含一个循环计数器(2个字节)。从该循环计数器，可以确定流的更新时间(更新时间＝31.25usec×(两个连续数据帧的循环计数器之差))。基于最新数据帧到达时间，可以将下一个数据帧的期望到达时间计算为最新帧到达时间加上流的更新时间。如上所述，这些计算可以要么由虚拟设备110自身基于所接收的状态信息执行，要么在虚拟设备110外部执行。
在下行链路方向上，对于UE 103和/或RAN 105处的每个进入的数据帧，收集与数据帧传输状态有关的不同的无线电传输事件。每个事件(event)都带有时间戳，并使用所关联的流标识符进行扩展。例如，可以从例如RAN 105的基站的无线电模块在下行链路方向上收集以下数据帧传输状态：
FrameArrived(帧到达)：帧到达无线电模块处，以传输到UE 103。
FrameDelivered(帧发送)：帧已成功发送到UE 103。
FrameTransmissionStarted(帧传输开始)：无线电模块开始通过无线电接口传输数据帧。
H-ARQ-RetransmissionTriggered(H-ARQ-重传触发)：H-ARQ重传由无线电模块触发。
FrameDropped(丢帧)：无线电模块丢弃数据帧，例如，残留的HARQ重传错误或调度器丢弃了数据帧。
可以对每个事件(即，对每个专用数据帧传输状态)提供状态信息。可以对每个事件提供状态信息作为数据元组，该数据元组至少包括时间戳“TS”、流标识符“FlowID”和指示底层数据帧传输状态的数据帧传输状态“Event”。这样，表示由RAN 105中的虚拟设备110所接收或所导出的状态信息(用于提供给远程控制器106)的各个项的这种数据元组的时间序列可以看起来如下：
{TS＝1.000sec,FlowID:8008,Event＝FrameArrived}
{TS＝1.001sec,FlowID:8008,Event＝FrameTransmissionStarted}
{TS＝1.002sec,FlowID:8008,Event＝FrameDelivered}
{TS＝1.008sec,FlowID:8008,Event＝FrameArrived}
{TS＝1.009sec,FlowID:8008,Event＝FrameTransmissionStarted}
{TS＝1.012sec,FlowID:8008,Event＝H-ARQ-RetransmissionTriggered}
{TS＝1.013sec,FlowID:8008,Event＝FrameDelivered}
在上行链路方向上，UE 103将数据帧发送到RAN 105。在这种情况下，例如，可以收集以下两个事件：
FrameDelivered(帧发送)：数据帧已成功发送到远程控制器106。此事件包含时间戳和FlowID。
OngoingTransmission(正在进行传输)：UE 103开始传输数据通过其无线电接口。此事件包含时间戳。具有最接近期望到达时间的一个或多个流的FlowID(ClosestFlowID)也被添加到事件中。因此，远程控制器106可以知道UE侧正在尝试发送最可能属于ClosestFlowID的流的数据帧。
这样，表示由UE 103或RAN 105中的虚拟设备110所接收或所导出的状态信息(用于提供给远程控制器106)的各个项的数据元组的时间序列可以看起来如下：
{TS＝1.002sec,FlowID:8098,Event＝FrameDelivered}
{TS＝1.010sec,FlowID:8098,Event＝FrameDelivered}
{TS＝1.020sec,Event＝OngoingTransmisson,ClosestFlowIDs:{8098}}
{TS＝1.020sec,FlowID:8098,Event＝FrameDelivered}
上行链路方向和下行链路方向的状态信息的上述项将由UE 103和RAN 105中的一个或两个中的虚拟设备110收集，以提供给远程控制器106。通常，远程控制器106可以基于拉(pull)机制或推(push)机制来获取状态信息。
远程控制器106评估由此获取的状态信息，并采取适当的控制动作，如以上所示例性地说明的。远程控制器106的控制逻辑因此可以被扩展来以有效的方式适当地处理无线传输事件。
而且，由于远程控制器106可以以与机器人单元101中的任何“常规”现场设备102A、104相同的方式读取虚拟设备110，因此在远程控制器106侧没有额外的通信开销。也就是说，虚拟设备110可以以与监控设备104(例如，传感器)向远程控制器106“发布”任何机器人单元状态数据相同的方式，在其输出接口110B(例如，端口)上提供或“发布”状态信息。该“发布”可以实时发生，从而远程控制器106可以处理状态信息以用于机器人单元101的实时控制。
尽管已经参考示例性实施例描述了本公开，但将理解的是，可以以各种方式修改本公开，而不脱离如所附权利要求书中所限定的本公开的内容。

Claims (17)

1.一种无线电通信网络中的装置（110），其被配置为提供与无线数据传输有关的状态信息，所述状态信息由远程控制器（106）使用来控制工业过程（101），所述远程控制器通过支持所述无线数据传输的无线通信网络联接到所述工业过程的至少一个第一现场设备（102A），所述装置包括：
第一接口（110A），其被配置为联接到所述无线通信网络的用户设备（103）、无线电接入网络（105）和核心网络中的一个；
第二接口（110B），其符合用于在所述远程控制器与所述至少一个第一现场设备之间通信的工业过程通信协议；并且
其中，所述装置被配置为通过所述第一接口接收所述状态信息，并且通过所述第二接口向所述远程控制器提供所接收的状态信息或从所接收的状态信息中导出的状态信息；
其中，所述工业过程是由所述远程控制器使用在所述远程控制器和所述工业过程之间的数据帧的流来控制的，并且其中所述状态信息涉及一个或多个数据帧的传输状态。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述装置被配置为通过所述第二接口将自身对所述远程控制器表现为第二现场设备。
3.根据前述权利要求1-2中任一项所述的装置，其中，
所述第二接口位于开放系统互连OSI模型的第1层上。
4.根据前述权利要求1-2中任一项所述的装置，其中，
所述第二接口是基于有线的接口。
5.根据前述权利要求1-2中任一项所述的装置，其中，
所述工业过程通信协议和/或所述第二接口符合国际电工委员会IEC标准61158和IEC标准61784中的至少一个。
6.根据前述权利要求1-2中任一项所述的装置，其中，
所述工业过程通过两个或更多个无线电承载（112）来控制，并且其中所述状态信息只与一个无线电承载相关联。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述状态信息涉及以下数据帧传输状态中的一个或多个：
数据帧到达所述无线电接入网络处，以向所述工业过程无线传输；
数据帧成功由所述无线电接入网络向所述工业过程发送；
所述无线电接入网络开始无线传输数据帧；
所述无线电接入网络触发数据帧的重传；
所述无线电接入网络丢弃数据帧；
数据帧成功发送到所述远程控制器；和
正在从所述工业过程进行数据帧传输。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，
所述状态信息用于关联单个数据帧传输状态与补充信息，所述补充信息包括数据流标识符、流更新时间和时间戳中的至少一个。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，
已经通过在所述用户设备、所述无线电接入网络和所述核心网络中的至少一个中的包检查，获取了所述补充信息。
10.根据前述权利要求1-2中任一项所述的装置，其中，
所述装置被配置为实时操作。
11.一种远程控制器（106），其用于使用无线数据传输来控制工业过程（101）的至少一个第一现场设备（102A），所述远程控制器被配置为：
基于用于在所述远程控制器与所述至少一个第一现场设备之间通信的工业过程通信协议，从无线电通信网络中的装置获取与所述无线数据传输有关的状态信息，所述装置将自身对所述远程控制器表现为第二现场设备；和
基于所获取的状态信息来控制所述工业过程；
其中，所述工业过程是由所述远程控制器使用在所述远程控制器与所述工业过程之间的数据帧的流来控制的；并且
其中，所述远程控制器被配置为响应于确定数据帧尚未从所述工业过程及时到达而获取所述状态信息。
12.根据权利要求11所述的远程控制器，其被配置为：
关于在所述工业过程中执行协作任务的两个或更多个第一现场设备获得所述状态信息，并关于执行所述协作任务评估所述状态信息。
13.根据权利要求11至12中的任一项所述的远程控制器，其中，
从云计算资源配置所述远程控制器。
14.一种提供与无线数据传输有关的状态信息的方法，所述状态信息由无线电通信网络中的装置（110）向远程控制器（106）提供，以由所述远程控制器使用所述状态信息来控制工业过程，所述远程控制器通过支持所述无线数据传输的无线通信网络联接到所述工业过程的至少一个现场设备（102A），所述方法包括：
通过第一接口（110A）接收所述状态信息，所述第一接口被配置为联接到所述无线通信网络的用户设备（103）、无线电接入网络（105）和核心网络中的一个；和
通过第二接口（110B）向所述远程控制器提供所述状态信息或从所述状态信息中导出的状态信息，所述第二接口符合用于在所述远程控制器和所述至少一个现场设备之间通信的工业过程通信协议；
其中，所述状态信息涉及在所述远程控制器和所述工业过程之间的一个或多个数据帧的传输状态。
15.一种使用在远程控制器（106）和至少一个现场设备（102A）之间的无线数据传输来控制工业过程（101）的所述至少一个现场设备的方法，所述方法包括：
基于用于在所述远程控制器和所述至少一个现场设备之间通信的工业过程通信协议，从无线电通信网络中的装置（110）获取与所述无线数据传输有关的状态信息，所述装置将自身对所述远程控制器表现为第二现场设备；和
基于所获取的状态信息来控制所述工业过程；
其中，所述工业过程是由所述远程控制器使用在所述远程控制器与所述工业过程之间的数据帧的流来控制的；并且
其中，所述远程控制器被配置为响应于确定数据帧尚未从所述工业过程及时到达而获取所述状态信息。
16.一种包括程序代码的计算机程序产品，所述程序代码被配置为当在至少一个处理器（202；302）上运行时，控制所述处理器以执行根据权利要求14和15中任一项所述的方法。
17.根据权利要求16所述的计算机程序产品，其被存储在计算机可读记录介质上。
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