CN112954811B - 面向超高可靠低延迟通信的工业无线接入控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工业无线网络技术，具体地说是一种面向超高可靠低延迟通信的工业无线接入控制方法。本发明针对传统接入控制方法资源效率低的问题，结合竞争和调度机制的优点，提出一种灵活的工业无线接入控制方法。该方法定义新型支持灵活接入的超帧结构，包括信标阶段、传输阶段和重传阶段；根据当前的剩余资源和传输失败的现场设备数量，本发明动态决定重传阶段的接入控制机制，可有效适应工厂射频环境的变化，资源利用率高，因此可保证工业无线网络的超高可靠与低延迟通信。

Description

面向超高可靠低延迟通信的工业无线接入控制方法
技术领域
本发明涉及工业无线网络技术，具体地说是一种面向超高可靠低延迟通信的工业无线接入控制方法。
背景技术
工业无线网络被广泛认为是智能制造的关键使能技术，在智能工厂和工业自动化领域具有重要应用。相比于传统的有线通信，工业无线具有如下主要优势：(1)线缆方面，不需要布设线缆，减少了工作量和相应的成本，并且不用担心线缆磨损、老化带来的维护费用；(2)特殊工业场景下，如某些移动和无法布线的场景(移动机器人和旋转设备)，使用无线通信无疑是最佳选择；(3)当增加新的设备时，无线通信无需考虑重新布线，大大简化安装流程。
工业自动化应用对无线提出了超高可靠与低延迟通信URLLC(Ultra-reliableand low latency communication)的传输要求，即时延为毫秒级的端到端传输时延，可靠性至少为99.99％。目前的工业无线技术尚无法满足超高可靠与低延迟通信的要求。原因主要是源于两方面挑战：一方面是恶劣的射频环境，工业环境的温度、湿度等剧烈变化，加之设备和工作人员的频繁移动，使得通信链路的质量极其不稳定；另一方面，目前的工业无线网络通信资源受限(时延决定)，所普遍采用的基于预留调度的接入方法资源利用率低，无法满足。
发明内容
本发明目的是提供一种面向超高可靠与低延迟通信的工业无线接入控制方法，以克服传统接入控制方法资源效率低的问题。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
面向超高可靠与低延迟通信的工业无线接入控制方法，包括以下步骤：
信标阶段：网关在W个信道上并行发送信标帧，信标帧定义了传输阶段的传输调度表，即为每个现场设备分别分配了一对时隙和信道；
传输阶段：每个现场设备解析信标帧，得到传输调度表，在传输调度表中预定的时隙和信道发送数据包给网关，网关在下行确认时隙中，根据收到的数据包情况，判断是否生成NACK时隙，若生成NACK时隙，则在W个信道上将NACK时隙并行发送给每个现场设备；
重传阶段：在传输阶段传输失败的现场设备根据NACK时隙的指示重新传输数据包，直至超帧结束。
所述NACK时隙的负载部分设置2个比特位，第1个比特位指示是否所有现场设备已经传输成功，第2个比特位告知失败的现场设备在重传阶段所采用的接入机制。
如果第1个比特位为1，表示所有现场设备已经传输成功；如果第1个比特位为0，表示还有传输失败的现场设备；
如果第2个比特位为1，则表示重传阶段采用基于调度的重传方法，后面的负载内容是传输调度表；如果第2个比特位为0，则表示重传阶段采用基于竞争的重传方法，后面的负载内容补零。
所述基于调度的重传方法具体为：
传输失败的现场设备根据NACK时隙中的传输调度表重新发送数据，网关根据收到的数据包情况，重新生成NACK时隙，重复该过程直至所有现场设备均已传输成功或者超帧结束。
所述基于竞争的重传方法具体为：
传输失败的现场设备在T-2-N个重传时隙中，每次从W个信道中随机选择一个信道，发送传输失败的数据包，其中，T为现场设备在一个周期内传输数据包所占用的时隙数，N为现场设备数量。
NACK时隙的负载部分设置第2个比特位的方法具体为：
网关根据当前的传输失败的现场设备数量Nf，选择重传机制：当Nf>T-2-N时，NACK时隙的负载部分设置第2个比特位为1，即采用基于竞争的接入机制；当Nf≤T-2-N时，NACK时隙的负载部分设置第2个比特位为0，即采用基于调度的接入机制。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明设计的超帧结构支持基于调度/竞争的灵活重传机制，有效适应工厂射频环境的变化，资源利用率高。
2.重传机制的选择条件仅由当前的剩余资源数量和失败的FD数量动态决定，方法简单易实现且开销低。
附图说明
图1为工业无线网络的拓扑示意图；
图2为超帧结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
为了应对上述挑战，本发明针对传统接入控制方法资源效率低的问题，结合竞争和调度机制的优点，提出一种灵活的工业无线接入控制方法。该方法定义新型支持灵活接入的超帧结构，包括信标阶段、传输阶段和重传阶段；根据当前的剩余资源和传输失败的现场设备数量，本发明动态决定重传阶段的接入控制机制，可有效适应工厂射频环境的变化，资源利用率高，因此可保证工业无线网络的超高可靠与低延迟通信。
如图1所示，本发明考虑由1个网关(GW)和N个现场设备(FD)组成的工业无线网络，GW配备M根天线，FD配备单天线。GW可以在M个并行信道上工作，FD可以任意在M个信道上切换但每个时隙只能接入1个信道。网络由GW集中管理，所有FD与GW时间同步。FD的数据周期为T个时隙，网络的运行方式服从基于超帧的传输调度模式，超帧长度设为T个时隙。
本发明设计支持灵活接入的超帧结构，并基于超帧结构实现FD向GW的高可靠通信，所采用的技术方案如下：
所述的面向超高可靠与低延迟通信的工业无线接入控制方法，其特征在于，所述支持灵活接入的超帧结构具体如下：
如图2所示，超帧结构可以分为三个阶段：
·信标阶段，为GW预留1个时隙，用于发送信标帧；GW在W个信道上并行发送信标帧，信标帧定义了传输阶段的传输调度表，即为每个FD分配了一对时隙和信道。
·传输阶段，包括N个上行传输时隙和1个下行确认时隙；每个FD解析信标帧得到传输调度表，在预定的时隙和信道发送数据包；在下行确认时隙，GW根据收到的数据包情况，如果生成NACK，在W个信道上并行发送给FD。
·重传阶段，包括T-2-N个重传时隙，用于传输阶段失败的数据重传；传输阶段失败的FD根据NACK的指示执行相应的操作，直至超帧结束。
传输阶段的NACK功能如下：
所述NACK的负载部分设置2个比特位：第1个比特位指示是否所有FD已经传输成功。如果该比特位为1，表示所有FD已经传输成功；如果该比特位为0，表示还有失败的FD。第2个比特位告知失败的FD在接下来重传阶段所采用的接入机制。如果该比特位为1，则表示重传阶段采用基于调度的重传方法，后面的负载内容是调度表；如果该比特位为0，则表示重传阶段采用基于竞争的重传方法，后面的负载内容补零。
所述基于调度的重传方法如下：
失败的FD根据NACK的调度表重新发送数据，GW根据收到的数据包情况，生成NACK。重复上述过程直至所有FD均已成功或者超帧结束。
所述基于竞争的重传方法如下：
失败的FD在T-2-N个重传时隙中，每次都从W个信道中随机选择一个，发送失败的数据。
所述NACK的负载部分设置第2个比特位方法如下：
GW根据当前的失败FD数量Nf，选择重传机制：
当Nf>T-2-N时，NACK的负载部分设置第2个比特位为1，即采用基于竞争的接入机制；当Nf≤T-2-N时，NACK的负载部分设置第2个比特位为0，即采用基于调度的接入机制。

Claims (4)

1.面向超高可靠低延迟通信的工业无线接入控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
信标阶段：网关在W个信道上并行发送信标帧，信标帧定义了传输阶段的传输调度表，即为每个现场设备分别分配了一对时隙和信道；
传输阶段：每个现场设备解析信标帧，得到传输调度表，在传输调度表中预定的时隙和信道发送数据包给网关，网关在下行确认时隙中，根据收到的数据包情况，判断是否生成NACK时隙，若生成NACK时隙，则在W个信道上将NACK时隙并行发送给每个现场设备；
重传阶段：在传输阶段传输失败的现场设备根据NACK时隙的指示重新传输数据包，直至超帧结束；
所述NACK时隙的负载部分设置2个比特位，第1个比特位指示是否所有现场设备已经传输成功，第2个比特位告知失败的现场设备在重传阶段所采用的接入机制；
如果第1个比特位为1，表示所有现场设备已经传输成功；如果第1个比特位为0，表示还有传输失败的现场设备；
如果第2个比特位为1，则表示重传阶段采用基于调度的重传方法，后面的负载内容是传输调度表；如果第2个比特位为0，则表示重传阶段采用基于竞争的重传方法，后面的负载内容补零。
2.根据权利要求1所述的面向超高可靠低延迟通信的工业无线接入控制方法，其特征在于，所述基于调度的重传方法具体为：
传输失败的现场设备根据NACK时隙中的传输调度表重新发送数据，网关根据收到的数据包情况，重新生成NACK时隙，重复该过程直至所有现场设备均已传输成功或者超帧结束。
3.根据权利要求1所述的面向超高可靠低延迟通信的工业无线接入控制方法，其特征在于，所述基于竞争的重传方法具体为：
传输失败的现场设备在T-2-N个重传时隙中，每次从W个信道中随机选择一个信道，发送传输失败的数据包，其中，T为现场设备在一个周期内传输数据包所占用的时隙数，N为现场设备数量。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的面向超高可靠低延迟通信的工业无线接入控制方法，其特征在于，NACK时隙的负载部分设置第2个比特位的方法具体为：
网关根据当前的传输失败的现场设备数量Nf，选择重传机制：当Nf>T-2-N时，NACK时隙的负载部分设置第2个比特位为1，即采用基于竞争的接入机制；当Nf≤T-2-N时，NACK时隙的负载部分设置第2个比特位为0，即采用基于调度的接入机制。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115834000B (zh) * 2021-09-17 2024-04-19 中国科学院沈阳自动化研究所 一种面向工业无线下行传输的可靠重传方法
CN115174011B (zh) * 2022-04-15 2023-08-08 中国科学院沈阳自动化研究所 面向高可靠通信的工业无线上行重传方法
CN115175355A (zh) * 2022-05-18 2022-10-11 中国科学院沈阳自动化研究所 一种面向无线agv系统的端到端有序传输调度方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102111252A (zh) * 2009-12-25 2011-06-29 中兴通讯股份有限公司 基于混合自动重传请求的重传资源分配方法
CN102255709A (zh) * 2010-05-17 2011-11-23 中兴通讯股份有限公司 数据重传方法、基站、终端及无线通信系统

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101136247B1 (ko) * 2006-08-25 2012-04-20 콸콤 인코포레이티드 Ｃｄｍａ 무선 통신 시스템들
CN103684711B (zh) * 2012-09-11 2016-08-31 中国科学院沈阳自动化研究所 一种基于信道模型的工厂自动化无线网络arq重传方法
JP2016515775A (ja) * 2013-03-29 2016-05-30 ヴィド スケール インコーポレイテッド 早期パケット損失検出およびフィードバック
EP3785389B1 (en) * 2018-04-25 2023-08-16 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) Methods and apparatus relating to scheduling and feedback schemes for the transmission of data packets in a wireless communication network
CN110769511A (zh) * 2019-10-30 2020-02-07 青岛科技大学 可靠的低功耗高吞吐量无线传感器网络数据收集方法
CN111542002B (zh) * 2020-04-23 2021-09-03 浙江大学城市学院 超高可靠低时延通信的数据传输方法、基站及终端

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102111252A (zh) * 2009-12-25 2011-06-29 中兴通讯股份有限公司 基于混合自动重传请求的重传资源分配方法
CN102255709A (zh) * 2010-05-17 2011-11-23 中兴通讯股份有限公司 数据重传方法、基站、终端及无线通信系统

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