CN116508351A - 在工业自动化系统中限制蜂窝网络对延迟的影响 - Google Patents

在工业自动化系统中限制蜂窝网络对延迟的影响 Download PDF

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Abstract

在包括经由蜂窝网络彼此通信的第一无线通信设备和第二无线通信设备(16a、16b)的工业自动化系统中，当第一无线通信设备(16a)被附接至蜂窝网络(10)的第一基站(36a)时，第一无线通信设备(16a)获得关于第二无线通信设备(16b)被附接至哪个基站的知识，并且如果第二无线通信设备(16b)被附接至第二可允许基站(36b)，则第一无线通信设备(16a)从第一基站(36a)断开并被附接至第二基站(36b)。

Description

在工业自动化系统中限制蜂窝网络对延迟的影响
技术领域
本发明一般涉及工业自动化系统。更具体地，本发明涉及一种方法、计算机程序和计算机程序产品，它们用于经由蜂窝网络在工业自动化系统的第一无线通信设备和第二无线通信设备之间建立通信，并且涉及此种工业自动化系统中的第一无线通信设备。
背景技术
随着4G和5G蜂窝网络的发展，在工业自动化系统中使用这些蜂窝网络用于通信已成为受关注的。
这方面的一个示例在EP 3540991中给出，其中蜂窝网络用于电力系统中的智能电子设备(IED)之间的通信。
在工业自动化系统中可能需要考虑的参数的一个示例是延迟。在许多应用中，这必须是非常低和/或有限度的。重要参数的其他示例是抖动和可靠性。
当蜂窝网络用于工业自动化系统的无线通信设备之间的通信时，该网络对上述参数有影响。因此，尽可能地限制蜂窝网络的这种影响经常是受关注的。
WO 2011/109027描述了蜂窝控制的设备对设备(D2D)通信。在该文件中，第一无线通信设备和第二无线通信设备初始经由第一基站在D2D会话中彼此通信。当第二无线通信设备被切换至第二基站时，它通知第一无线通信设备关于该第二基站，如果质量足够，第一无线通信设备就通过切换被切换至第二基站。
US 2015/0282028同样讨论了蜂窝控制的D2D通信，其中两个无线通信设备中的至少一个无线通信设备可以切换至第二个新小区，并且另外的可以跟随或保持连接到第一小区。
US 2014/0355444描述了第一无线通信设备如何从第二无线通信设备接收发现信号，该发现信号包括第二无线通信设备的小区ID。然后，第一无线通信设备调查该小区ID是否可以在名单中找到，并且如果可以，则第一无线通信设备触发建立本地路由路径。
发明内容
因此，本发明的一个目的是限制蜂窝网络对工业自动化系统的无线通信设备之间的通信的一个或多个参数的负面影响，同时允许无线通信设备适应不能限制此类负面影响的情况。该负面影响可以是对延迟、抖动和/或可靠性的负面影响。
根据第一方面，该目标通过在工业自动化系统的第一无线通信设备和第二无线通信设备之间经由蜂窝网络建立通信的方法实现，该方法在第一无线通信设备中执行，并包括：
在第一无线通信设备被附接至蜂窝网络的第一基站时，经由第一基站从第二无线通信设备接收第一消息，该第一消息包括标识第二无线通信设备所附接至的蜂窝网络的基站的基站标识信息，
调查第一消息的基站标识信息，以便标识第二无线通信设备所附接至的基站，
如果第二无线通信设备被附接至第二基站，则还执行
调查第一无线通信设备是否满足被附接至第二基站的一个或多个条件，其中一个条件是第二基站是可允许的，以及
发送关于第一无线通信设备能够被附接至第二基站的对第一消息的响应，
其中如果一个或多个条件被满足，则该方法还包括
从第一基站断开，以及
附接至第二基站。
根据第二方面，该目标通过工业自动化系统中的第一无线通信设备实现，该装置被配置为经由蜂窝网络进行通信并包括
无线电电路，用于经由蜂窝网络与工业自动化系统的其他无线通信设备进行无线通信，以及
通信处理块，其被配置为
在第一无线通信设备被附接至蜂窝网络的第一基站时，经由第一基站从第二无线通信设备接收第一消息，该第一消息包括标识第二无线通信设备所附接至的蜂窝网络的基站的基站标识信息，
调查第一消息的基站标识信息，以便标识第二无线通信设备所附接至的基站，
如果第二无线通信设备被附接至第二基站，则还被配置为调查第一无线通信设备是否满足针对附接至第二基站的一个或多个条件，其中一个条件是第二基站是可允许的，以及
指示无线电电路发送对第一消息的响应，对第一消息的响应关于第一无线通信设备附接至第二基站的能力，
其中如果一个或多个条件被满足，则通信处理块还被配置为
指示无线电电路从第一基站断开，以及
指示无线电电路附接至第二基站。
根据第三方面，该目标是通过计算机程序实现的，该计算机程序用于经由蜂窝网络在工业自动化系统的第一无线通信设备和第二无线通信设备之间建立通信，该计算机程序包括计算机程序代码，该计算机程序代码在由第一无线通信设备的通信处理块的处理器运行时，使该通信处理块：
在第一无线通信设备被附接至蜂窝网络的第一基站时，经由第一基站从第二无线通信设备接收第一消息，该第一消息包括标识第二无线通信设备所附接至的蜂窝网络基站的基站标识信息，
调查第一消息的基站标识信息，以便标识第二无线通信设备所附接至的基站，
如果第二无线通信设备被附接至第二基站，则还使通信处理块调查第一无线通信设备是否满足针对附接至第二基站的一个或多个条件，其中一个条件是第二基站是可允许的，以及
指示无线电电路发送对第一消息的响应，对第一消息的响应关于第一无线通信设备附接至第二基站的能力，
其中如果一个或多个条件被满足，则还使通信处理块
指示无线电电路与第一基站断开，以及
指示无线电电路附接至第二基站。
根据第四方面，该目标通过计算机程序产品实现，该计算机程序产品用于经由蜂窝网络在工业自动化系统的第一无线通信设备和第二无线通信设备之间建立通信，该计算机程序产品包括具有根据第三方面的计算机程序代码的数据载体。
可允许的基站可以是第一无线通信设备被允许通过蜂窝网络和/或通过工业自动化系统与其通信的基站。
工业自动化系统可以是电力系统，并且第一无线通信设备可以是智能电子设备。在一个变体方案中，智能电子设备是相量测量单元。在另外的变体方案中，它是相量数据集中器。而且，第二无线通信设备可以是智能电子设备，例如相量测量单元或相量数据集中器。当第二无线通信设备是相量数据集中器时，第一无线通信设备可以是相量测量单元。当第二无线通信设备是相量测量单元时，第一无线通信设备可以是相量测量单元或相量数据集中器。
第一消息可以是通过链路在第一无线通信设备和第二无线通信设备之间发送的信息，该链路通过蜂窝网络在第一无线通信设备和第二无线通信设备之间建立。
基站标识信息可包括由基站广播的数据，例如在先导信号中，该数据标识基站。基站标识信息可包括信息诸如小区ID、网络ID和跟踪区域ID等。
如上所述，只有在第一无线通信设备满足针对附接至第二基站的一个或多个条件的情况下，才可以执行附接和断开。
一个条件可以是，第一无线通信设备不参与与任何其他无线通信设备的通信会话。
根据第一方面的第一变体方案，该方法因此还包括调查是否存在经由第一基站与工业自动化系统的另外的无线通信设备的正在进行的通信会话，并且仅在不存在的情况下执行断开和附接。
根据第二方面的对应变体方案，通信处理块还被配置为调查是否存在经由第一基站与工业自动化系统的另外的无线通信设备的正在进行的通信会话，并且仅在不存在的情况下指示断开和附接。
如前所述，一个条件可以是第二基站对第一无线通信设备是可允许的，即第一无线通信设备被允许与第二基站通信。
根据第一方面的第二变体方案，该方法因此还包括调查第二基站的可允许性，并且仅在第二基站可允许的情况下执行断开和附接。
根据第二方面的对应变体方案，通信处理块还被配置为调查第二基站的可允许性并仅在第二基站可允许的情况下指示断开和附接。
对可允许性的调查可以包括调查第二基站是否在与第一无线通信设备相关联的经批准基站的名单上。该可允许性调查可能还涉及蜂窝网络的调查。可允许性调查还可以包括调查第二无线通信的可用性，诸如第一无线通信设备是否能够与其通信。
然而，另外的条件可能是，第一无线通信设备和第二基站之间的链路质量满足链路质量标准。
根据第一方面的第三变体方案，该方法因此还包括调查第一无线通信设备和第二基站之间的无线链路的质量，并且仅在链路质量满足链路质量标准的情况下执行断开和附接。
根据第二方面的对应变体方案，通信处理块还被配置为调查第一无线通信设备和第二基站之间的无线链路的质量，并且仅在链路质量满足链路质量标准的情况下指示断开和附接。
如果一个或多个条件被满足，则该响应可以是对被发送的第一消息的肯定响应。
对第一消息的肯定响应是表明第一无线通信设备能够被附接至第二基站的响应。
如果一个或多个条件没有被满足，则该响应可以作为可替代响应，是对被发送的第一消息的否定响应。
对第一消息的否定响应是表明第一无线通信设备无法被附接至第二基站的响应。
当该响应是否定响应时，根据第一方面的第四变体方案，该方法可还包括如果一个或多个条件被满足，则发送对第一消息的肯定响应。
根据第二方面的对应变体方案，在同一状况下，通信处理块可还被配置为指示无线电电路在一个或多个条件被满足的情况下发送对第一消息的肯定响应。
根据第一方面的第五变体方案，该方法还包括向第二无线通信设备发送第二消息，该第二消息包括标识第一基站的基站标识信息，并从第二无线通信设备接收对第二消息的响应，对第二消息的响应关于第二无线通信设备附接至第一基站的能力。
根据第二方面的对应变体方案，通信处理块还被配置为命令无线电电路向第二无线通信设备发送第二消息，该第二消息包括标识第一基站的基站标识信息，并从第二无线通信设备接收对第二消息的响应，对第二消息的响应关于第二无线通信设备附接至第一基站的能力。
而且，第二消息可以是通过链路在第一无线通信设备和第二无线通信设备之间发送的消息，该链路通过蜂窝网络在第一无线通信设备和第二无线通信设备之间建立。
在第二无线通信设备发现第二无线通信设备被附接至第一基站的一个或多个条件没有被满足的情况下，该响应可以是否定响应，其中否定响应表明第二无线通信设备无法被附接至第一基站。
代替地或此外，在第二无线通信设备发现第二无线通信设备被附接至第一基站的一个或多个条件被满足的情况下，可以从第二无线通信设备接收肯定响应，其中该肯定响应表明第二无线通信设备能够被附接至第一基站。
当响应是否定响应时，根据第一方面的第六变体方案，该方法可以还包括在第二无线通信设备发现第二无线通信设备附接至第一基站的一个或多个条件被满足的情况下，从第二无线通信设备接收对第二消息的肯定响应。
根据第二方面的对应变体方案，通信处理块还被配置为在第二无线通信设备发现第二无线通信设备附接至第一基站的一个或多个条件被满足的情况下，从第二无线通信设备接收对第二消息的肯定响应。
根据第一方面的第七变体方案，该方法还包括在被附接至第二基站之后，开始经由无线电电路和第二基站向第二无线通信设备发送数据和/或从其接收数据。
根据第二方面的对应变体方案，通信处理块还被配置为在被附接至第二基站之后，开始经由无线电电路和第二基站向第二无线通信设备发送数据和/或从其接收数据。
本发明具有许多优点。例如，本发明确实确保将蜂窝网络对延迟的贡献保持在最小。如果无线通信设备参与自动化系统中的控制，那么所用的控制回路可以简化，这可能导致更少的抖动。而且，由于涉及的装置和部件较少，可靠性可以提高。应用可以连接到单个基站，这也可以简化调试/配给。如果第一基站要停机，则第一无线通信设备向第二基站的移动也可以提前执行。通过接收第一消息和发送否定响应，两个无线通信设备可以使它们的通信适应它们连接到同一基站或不同基站的知识。例如，控制回路可以适应延时和/或抖动的变化。
应该强调的是，术语“包括/包括有”在本说明书中使用时，被认为是指定存在所陈述的特征、整数、步骤或部件，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、部件或其集合。
附图说明
现在将关于附图更详细地描述本发明，在附图中：
图1示意性地示出了自动化系统，其包括经由蜂窝网络彼此通信的第一无线通信设备和第二无线通信设备，
图2示意性地示出了第一无线通信设备，其包括通信处理块的第一实现方式，
图3示意性地示出了第一无线通信设备，其包括通信处理块的第二实现方式，
图4示意性地示出了被附接至蜂窝网络的第一基站的第一无线通信设备，以及被附接至蜂窝网络的第二基站的第二无线通信设备，
图5示出了流程图，其具有在建立第一无线通信设备和第二无线通信设备之间的通信的方法的第一实施例中的多个方法步骤，
图6示出了流程图，其具有在建立第一无线通信设备和第二无线通信设备之间的通信的方法的第二实施例中的多个方法步骤，以及
图7示意性地示出了根据本发明的实施例的计算机程序产品，其形式为CD ROM光盘，其上提供了用于实施通信处理块的计算机程序。
具体实施方式
在下面的描述中，为了解释并且不是限制的目的，阐述了具体细节，诸如特别的架构、接口、技术等，以便提供对本发明的彻底理解。然而，对于本领域技术人员来说，显然本发明可以在偏离了这些具体细节的其他实施例中实践。在其他情况下，对众所周知的装置、电路和方法的详细描述被省略，以便避免用不必要的细节掩盖对本发明的描述。
本发明一般针对使用蜂窝网络用于在工业自动化系统中的装置之间进行通信。
图1是示出本文中提出的实施例可以应用的环境的示意图。输电线12可以是交流(AC)电力线，用于在电力系统或电网中传递电力，其中电力系统是工业自动化系统的一种类型。输电线12可以在任何方向上传递电力。在AC的情况下，输电线12可以包括用于单独相位的单独电缆，例如三相。传输可以是中压(MV)传输。为了本公开的目的，中压(MV)是指高于1kV AC并且低于72kV AC的电压。
存在第一子站14a和第二子站14b。子站14a、14b中的每个子站都获得输电线12的电力测量。第一子站14a和第二子站14b两者都是用于管理通过输电线的电力传递的电力子站。例如，子站可以包括用于电力转换和/或电力分配的部件。电力测量与电压和/或电流相关，并表达为相量。为了收集这些相量，每个子站可以包括智能电子设备(IED)，其可以继而成为相量测量单元(PMU)。在电力系统的可替代实现方式中，IED中的一个是PMU，而另外的是可以与几个PMU进行通信的相量数据集中器(PDC)。还应该认识到，IED不限于子站或特定的输电线，并且可以放置在电力系统的任何位置。
PMU经由蜂窝网络CN 10彼此通信。因此，第一子站14a中的PMU是第一无线通信设备WCDa 16a，而第二子站14b中的PMU是第二无线通信设备WCDb 16b。在图1中可以看出，通信可能涉及第二无线通信设备16b经由蜂窝网络10向第一无线通信设备16a发送第一消息M1，以及第一无线通信设备16a经由蜂窝网络10向第二无线通信设备16b发送第二消息M2。这些消息M1和M2将在后面更详细地描述。
第一无线通信设备16a和第二无线通信设备16b中的每个无线通信设备都包括相应的无线电电路，该无线电电路包括硬件和软件以允许设备16a、16b充当蜂窝终端，也被称为用户设备(UE)，用于与蜂窝网络10进行通信。蜂窝网络例如可以符合LTE(长期演进)中的任一种或组合，诸如4G LTE或下一代移动网络(第五代，5G)或任何其他当前或未来的无线网络，只要下文中描述的原则可应用。
图2是示意图，展示了无线通信设备16的实施例的部件，该无线通信设备可应用于第一无线通信设备16a和第二无线通信设备16b两者。
无线通信设备16包括无线电电路18，其包括适当的模拟和数字部件，以允许使用一个或多个天线ANT 20与蜂窝网络10进行信号发送Tx和信号接收Rx。
无线通信设备16还包括通信处理块CHD 24，在第一变体方案中，其被实现为包括连接调查单元CIU 26和数据处置单元DHU 28的块。
通信处理块24的运作将在不久后更详细地描述。
无线通信设备16可以还包括用于与其他外部实体进行通信的输入/输出(I/O)接口22。可选地，I/O接口22还包括用户界面。
通信处理块24可以实现为一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)或现场可编程门阵列(FPGA)。
图3示出了根据另一种实现方式的无线通信设备16。在这种情况下，无线电电路18、天线20和I/O接口22与图2中的相同。然而，通信处理块24具有另一种实现方式。它被实现为作用于存储器32中的计算机指令34上的处理器30。处理器30可以是能够执行存储在存储器34中的软件指令34的中央处理单元(CPU)、多处理器、微控制器等中的一个或多个的任何组合。
存储器32可以是随机存取存储器(RAM)和/或只读存储器(ROM)的任何组合。存储器32还可以包括持久性存储，例如，其可以是磁存储器、光存储器、固态存储器或甚至远程安装的存储器中的任何单个或组合。软件指令34可以是可由处理器30执行的几种软件应用程序中的一种的形式。
工业自动化系统的无线通信设备可能由于多种原因需要彼此通信。在图1的示例中，第一无线通信设备16a和第二无线通信设备16b可能例如需要在两个子站14a和14b之间通信相量。这可用于保护功能，其中比较相量以用于检测可能的故障。对于此种故障检测，可以执行线路差分分析，这在本领域本身是已知的。该分析可以在子站14a、14b的相应中继中执行。这里应该认识到，这只是IED之间可能需要通信的一个示例，另外的示例是用于电力振荡阻尼。
然而，为了在工业自动化系统中执行所期望的功能，作为示例，延迟可能需要很低，这对于一些应用诸如保护可能特别关键。因此，可能有必要确保蜂窝网络10对延迟的贡献尽可能地低。
本发明的各方面针对此种确保。
蜂窝网络10通常包括多个基站，无线通信设备与其通信，以便在彼此之间交换数据(诸如相量)。在4G和5G网络中，基站通常被表示为eNodeB或gNodeB。
图4示出了具有第一覆盖范围的第一基站BSa 36a(用虚线表明)和具有第二覆盖范围的第二基站BSb 36b(用实线表明)的一个示例。在该示例中，第一无线通信设备16a被附接至所述第二基站(36b)。
15.一种用于经由蜂窝网络(10)在至第二基站36b。还可以看到，第一无线通信设备16a也在第二基站36的覆盖范围内。因此，它在第一基站36a和第二基站36b两者的覆盖范围内。相对地，第二无线通信设备16b仅在第二基站36b的覆盖范围内。
在蜂窝网络10中，基站经由核心网(有时被称为演进分组核心(EPC))彼此通信。核心网可以与基站共处一地，这意味着它可以与基站中的一个位于同一物理位置。然而，由此它也被放置在与其他基站不同的位置。由此，连接到两个不同基站的两个无线通信设备之间传输的数据将需要经过核心。这通常会影响无线通信设备之间的通信延迟。特别是核心与未和核心共处一地的基站之间的距离可能对延迟有相当大的影响。延迟是可能受到影响的通信参数的一个示例。其他示例是抖动和可靠性。
在许多蜂窝网络中，被附接至同一基站的两个UE之间的通信不需要经过核心网。这意味着，为了确保蜂窝网络对延迟的贡献尽可能低，使无线通信设备被附接至同一基站将是有利的。即使被附接至同一基站的无线通信设备之间的通信经过共处一地的核心，与将在核心和远处基站之间经过的通信相比，将实现相当大的延迟限制。这也可能对抖动产生影响。
现在将描述如何实现延迟和/或抖动限制，同时也参考图5，该图示出了在第一无线通信设备16a和第二无线通信设备16b之间建立通信的方法的第一实施例的流程图，其中该方法的方法步骤在第一无线通信设备16a中执行。
这里设定第一无线通信设备16a被附接至第一基站36a，并且第二无线通信设备16b被附接至第二基站36b，并且至少一个需要向另外的发送数据，诸如相量。
该方法通过第一无线通信设备16a的连接调查单元26从第二无线通信设备16b接收第一消息M1开始，步骤38。
然后继续并调查该第一消息M1的内容，步骤39。第一消息M1可能包括基站标识信息BSII，其标识第二无线通信设备16b被附接至哪个基站。因此，调查可能涉及调查基站标识信息BSII，以便找出第二无线通信设备16b被附接至哪个基站。
第二无线通信设备16b要么被附接至第一基站36a，要么被附接至另外的基站，其中第二无线通信设备16b被附接至的任何此种另外的基站是第二基站36b。因此，如果它没有被附接至第二基站36b，步骤40，则第二无线通信设备16b必须被附接至第一基站36a。在这种情况下，由蜂窝网络10引起的延迟和/或抖动已经尽可能地低。由此，数据处置单元28可以继续并命令无线电电路18开始向第二无线通信设备16b发送数据和/或从该装置接收数据，步骤50。
然而，如果第二无线通信设备16b被附接至第二基站36b，步骤40，那么连接调查单元26继续并调查第一无线通信设备16a是否满足针对附接至第二基站36b的一个或多个条件，其中一个条件是第二基站36b是可允许的。在该实施例中，第二基站36b是可允许的或被批准的基站这一条件是唯一被调查的条件。
如果第一无线通信设备16a将第二基站36b列入可进行交
接的可用基站名单中，则第二基站36b可以被允许，即第一无线通信设备16a可以被允许与第二基站36b通信。该名单是蜂窝网络名单，例如，与蜂窝网络10相关联的名单，并根据蜂窝网络10的通信规则建立。如果第一无线通信设备16a能够接收信号并从此类信号提取基站标识信息，诸如第二基站36b正在广播的先导信号，则第二基站36b可能是可允许的。调查还可能涉及调查第二基站36b是否实际上是与第一基站36a相同的蜂窝通信网络的一部分。调查还可以包括调查第二基站是否在工业自动化系统中被批准用于通信的可允许基站的名单上，例如与自动化系统相关联的所谓白名单。该名单更特别地可以是针对第一无线通信设备16a的名单。这里还应该提到的是，用户输入的关于第二基站36b的信息可以与该白名单进行比较。
如果第二基站36b不是可允许的，步骤42，那么连接调查单元26指示无线电电路18向第二无线通信设备16b发送对第一消息M1的否定响应，步骤43，并然后结束该方法，步骤44，据此，第一无线通信设备16a继续附接至第一基站36a。
对第一消息M1的否定响应是表明第一无线通信设备16a无法被附接至第二基站36b的响应。
然而，如果第二基站36b是可允许的基站，步骤42，那么连接调查单元26指示无线电电路18向第二无线通信设备16b发送对第一消息M1的肯定响应，步骤45，以从第一基站36a断开，步骤46，并被附接至第二基站36b，步骤48，其中附接和断开可以通过执行从第一基站到第二基站的切换程序进行，该切换可以另外是所谓的软切换。
对第一消息M1的肯定响应是表明第一无线通信设备16a能够被附接至第二基站36b的响应。
在第一无线通信设备16a被附接至第二基站36b之后，数据处置单元28可以命令无线电电路18开始向第二无线通信设备16b的对应数据处置单元发送数据和/或从其接收数据，步骤50，该数据作为示例可以是相量数据。
通过第一无线通信设备16a和第二无线通信设备16b两者都使用第二基站36b，可以避免使用核心网，并从而使来自蜂窝网络10的延迟贡献保持在最低水平。如果无线通信设备参与自动化系统中的控制，那么使用的控制回路可以被简化，这可能导致更少的抖动。而且，自动化系统的可靠性可以提高，因为涉及的装置和部件较少。此外，应用可以被允许连接到单个基站，这也可以简化调试/预配置。如果第一基站36a要停机(例如由于维护、软件更新)，则第一无线通信设备16a到第二基站36b的移动也可以提前执行。
通过接收第一消息，第一无线通信设备知道第二无线通信设备是否连接到同一基站。此外，通过对一个或多个条件的调查，第一无线通信设备也知道它是否可以被附接至第二基站。通过发送响应，无论是肯定的还是否定的响应，第二无线通信设备也知道第一无线通信设备是否可以被附接至第二基站。由此，无线通信设备可以基于它们是否连接到同一小区不同基站的知识来使其通信适应。这意味着涉及第一无线通信设备和第二无线通信设备两者的控制回路可以适应由无线通信设备被附接至相同或不同基站所导致的抖动和/或延迟的变化。
这里应该认识到，可以只发送一种类型的响应，这可以有利地是否定响应。因此，第一无线通信设备可以在无法被附接至第二基站的情况下发送否定响应，但在能够被附接至第二基站的情况下不发送响应或保持沉默。因此，肯定响应可以省略，反之亦然。
现在将描述解决延迟和/或抖动限制的第二实施例，参考图6，该图示出了根据第二实施例在第一无线通信设备16a和第二无线通信设备16b之间建立通信的方法的流程图，其中该方法的方法步骤在第一无线通信设备16a中执行。这里也应用图4中所示的状况。
在这种情况下，第一无线通信设备16a的连接调查单元26指示或命令无线电电路18向第二无线通信设备发送第二消息M2，步骤52，该无线电电路18然后经由天线20与第一基站36a和第二基站36b向第二无线通信设备16b发送第二消息M2。
连接调查单元26也经由无线电电路18、天线20与第一基站36a和第二基站36b接收第一消息M1，步骤54。
这里应该指出，第一消息和第二消息不是蜂窝网络10的同步消息，诸如在UE和基站之间使用的同步消息。第一消息和第二消息是通过链路在第一无线通信设备16a和第二无线通信设备16b之间发送的消息，该链路通过蜂窝网络10在两个装置之间建立。
消息包括基站标识信息BSII，其是关于所讨论的无线通信设备被附接至的基站的信息。因此，它是关于发送无线通信设备被附接至的基站的信息。该信息可包括信息诸如小区ID、网络ID和跟踪区域ID，并且例如可通过无线通信设备收听基站广播的先导信号来获得。小区ID在这里是由基站提供的小区的身份，网络ID是蜂窝网络的身份，并且跟踪区域ID是包括具有小区ID的小区的小区集合的身份。
然后，第一无线通信设备16a的连接调查单元26调查第一消息M1的该基站标识信息BSII，步骤56，其中调查可以是调查第二无线通信设备被附接至哪个基站。
同样在这种情况下，第二无线通信设备16b要么被附接至第一基站36a，要么被附接至另外的基站，其中第二无线通信设备16b被附接至的任何此种其他基站是第二基站36b。因此，如果它没有被附接至第二基站36b，步骤58，则第二无线通信设备16b必须被附接至第一基站36a。在这种情况下，由蜂窝网络10导致的延迟已经尽可能地低。由此，数据处置单元28可以继续并命令无线电电路18开始向第二无线通信设备发送数据和/或从该装置接收数据，步骤74。
然而，如果第二无线通信设备16b被被附接至第二基站36b，步骤58，那么连接调查单元26继续并调查第一无线通信设备16a是否满足针对附接至第二基站36b的各种条件。
一个条件可能是，第一无线通信设备16a没有参与与任何其他无线通信设备的通信会话。
因此，连接调查单元26可以调查是否有正在进行的与另外的通信装置的通信会话，诸如第一无线通信设备16a是否正在与第二无线通信设备16b以外的另外的无线通信设备交换相量。
如果第一无线通信设备16a参与此种会话，步骤60，则连接调查单元26继续并命令无线电电路18发送对第一消息M1的否定响应，这可以通过经由无线电电路18和天线20向第二无线通信设备16b发送第一消息M1的否定确认NACK来完成，步骤66。
另外的条件可能是，第二基站对第一无线通信设备是可用的。
因此，如果没有会话正在进行，步骤60，则连接调查单元26可以调查第二基站36b对于第一无线通信设备16a是否可允许，诸如第一无线通信设备16a是否在可以进行切换的可用基站的名单中具有第二基站36b。如果第一无线通信设备16a能够接收信号并从此类信号提取基站标识信息，诸如第二基站36b广播的先导信号，则第二基站36b可能是可允许的。另外的可能的调查是调查第二基站36b是否与第一基站16a属于同一蜂窝网络。还有一个可能的调查是，第二基站36b在前面提到的与第一无线通信设备16a相关联的白名单上，其中第二基站36b如果属于同一网络和/或在白名单上，则该第二基站是可允许的。
如果第二基站36b是不可允许的，步骤62，那么连接调查单元26继续并命令无线电电路18向第二无线通信设备16b发送对第一消息M1的否定响应，步骤66。
然而，另外的条件可能是，第一无线通信设备16a和第二基站36b之间的链路质量LQ满足链路质量标准LQC。
因此，如果第二基站36b是可允许的，步骤62，则连接调查单元26可以继续并调查第一无线通信设备16a和第二基站36b之间的通信链路的质量是否满足链路质量标准LQC。该标准可以以一个或多个阈值的形式提供。例如，链路质量LQ可以包括基站传输的信号强度和/或误位率，它们可以与对应阈值进行比较。如果测得的链路质量LQ在对应阈值上的右侧，则链路质量标准LQC可以被满足。当信号强度高于对应阈值时，信号强度的链路质量标准LQC可以被满足，而对于误位率低于对应阈值，它可以被满足。应该认识到，可以使用其他的链路质量标准，诸如载波-干扰比(CIR)和误块率(BLER)。也可以基于重传的数量来决定。
如果链路质量标准没有被满足，步骤64，则连接调查单元26继续并命令无线电电路18向第二无线通信设备发送对第一消息M1的否定响应，步骤66。
然而，如果链路质量标准LCQ被满足，步骤64，那么连接调查单元26命令无线电电路18经由无线电电路18和天线20向第二无线通信设备16发送对第一消息M1的肯定响应，步骤68。该肯定响应可以作为第一消息M1的确认或ACK被发送。然后连接调查单元26指示无线电电路18从第一基站36a断开，步骤70，并被附接至第二基站36b，步骤72，其中附接和断开可以通过执行从第一基站到第二基站的切换程序进行，该切换可以另外是所谓的软切换。
在这种情况下，也有可能对第一消息M1的唯一回应是否定响应或肯定响应。
在第一无线通信设备16a已被附接至第二基站36b之后，数据处置单元28可以命令无线电电路18开始向第二无线通信设备16b的对应数据处置单元发送数据和/或从其接收数据，步骤74，该数据作为示例可以是相量数据。
通过第一无线通信设备16a和第二无线通信设备16b两者都使用第二基站36b，可以避免使用核心网，并从而可以将来自蜂窝网络10的延迟贡献保持在最低水平。
通过使用第一消息和对第一消息的响应，两个无线通信设备可以知道它们是连接到相同还是不同的基站。因此，两者都能够使它们的通信适应该知识。通过发送第二信息，第一无线通信设备和第二无线通信设备两者都知道另外的被附接至的基站，这允许还适应。通过对第二信息的响应，两个无线通信设备还可以知道另外的是否能够连接到它自己被附接至的同一个基站。这允许一个无线通信设备被附接至另外的的基站，以防另外的无线通信设备无法从其当前的基站断开。
从上面的IED示例中可以看出，在使用蜂窝通信网络的情况下，通过减少基站之间的跳数来限制IED之间通信中的延迟。这也会对可能的抖动产生肯定影响。
这里应该认识到，第二无线通信设备16b可以具有与第一无线通信设备16a相同的操作类型。如果它具有相同的操作类型，在根据图4的示例中可以看到，它将对第一无线通信设备16a的第二消息M2发送否定响应，因为第一基站36a不可用。
所描述的操作可以作为差异化调度和边缘计算机制的补充，并将消除数据分组离开一个基站并进入EPC的时间，从那里它被路由到第二基站。代替地，两个无线通信设备都将试图归属于同一基站，并可以利用本地爆发/核心网进行分组的路由。
在差异化调度中，用户流量被标记，并且在访问无线电资源期间可以有优先权。当网络中存在来自多个来源的流量时，这减少了延迟。然而，当流量在多个基站上路由时，会增加一些延迟。类似地，在技术诸如边缘计算中，装置由核心网(边缘计算节点)或处理单元提供服务，与无线电网络保持非常接近，例如在用户平面中路由用户分组。
换句话说，可以看出，无线通信设备，可能是IED，诸如PMU和/或相量数据集中器(PDC)，具有以下能力
1.在开始发送相量信息或需要在无线通信设备之间通信的任何其他信息之前，向对应的无线通信设备诸如PDC发送并从其接收具有基站标识信息的消息
a.该消息包含信息诸如网络ID、跟踪区域ID、无线通信设备被附接至的基站的小区ID
b.在接收到第一消息后，第一个无线通信设备检查它是否在那一刻与其他无线通信设备进行通信
c.如果是，那么第一无线通信设备向第二无线通信设备发送否定响应，表明其不能改变其基站，以便防止现有通信中的中断。
2.基于蜂窝网络广播和对应的无线通信设备的基站的网络ID，确定对应基站的可用性
3.如果没有找到对应的无线通信设备的基站，则向对应的无线通信设备发送否定响应，
4.如果找到了对应基站，那么确定链路质量是否满足链路质量标准
5.如果链路质量满足链路质量标准，那么与对应节点的基站附接，并向对应的无线通信设备发送肯定响应、
6.如果链路质量不满足链路质量标准，那么向对应的无线通信设备发送否定响应，
7.开始交换信息
在上面给出的示例中，通信是以电力系统中作为PMU实现的两个IED之间的通信为例。然而，应该认识到，其他类型的IED也有可能。例如，可以第一无线通信设备是PMU，并且第二无线通信设备是PDC，例如在边缘节点中实现，其中该边缘节点也与其他PMU进行通信。在这种情况下，充当第一无线通信设备的PMU可以不发送同步消息。另外，充当第二无线通信设备的PDC可以不向PMU发送任何数据。
还应该认识到，该通信也可以在其他类型的工业自动化系统中提供。例如，可以在过程控制系统中使用，其中两个无线现场装置要彼此通信，或者其中无线现场装置要经由网关与可编程逻辑控制器(PLC)通信。
上述通信处置模块被描述为以处理器的形式提供，该处理器具有相关联的程序存储器，其包括用于执行连接调查单元和数据处置单元的功能的计算机程序代码。计算机程序代码也可以设置在数据载体上，如CD ROM光盘或记忆棒，当被加载到计算机中时，其将实施通信处置模块的功能。图7中示意性地示出了呈具有计算机程序代码34的CD ROM光盘76的形式的一个此种计算机程序产品。
虽然本发明已结合目前认为最实用和最优选的实施例进行了描述，但应理解本发明并不限于所公开的实施例，相反，本发明旨在涵盖各种修改和等效布置。因此，本发明仅受所附权利要求的限制。

Claims (15)

1.一种经由蜂窝网络(10)在工业自动化系统的第一无线通信设备与第二无线通信设备(16a、16b)之间建立通信的方法，所述方法在所述第一无线通信设备(16a)中执行并包括：
在所述第一无线通信设备(16a)被附接至所述蜂窝网络(10)的第一基站(36a)时，经由所述第一基站(36)从所述第二无线通信设备(16b)接收(38；54)第一消息(M1)，所述第一消息(M1)包括标识所述第二无线通信设备(16b)所附接至的所述蜂窝网络(10)的基站的基站标识信息(BSII)，
调查(39；56)所述第一消息(M1)的所述基站标识信息(BSSI)，以便标识所述第二无线通信设备(16b)所附接至的所述基站，
如果所述第二无线通信设备被附接至第二基站(36b)，则还执行
调查(42；60、62、64)所述第一无线通信设备(16a)是否满足针对附接至所述第二基站(36b)的一个或多个条件，其中一个条件(42；62)是所述第二基站(36a)是可允许的，以及
发送(43，45；66，68)对所述第一消息(M1)的响应，对所述第一消息的所述响应关于所述第一无线通信设备(16a)附接至所述第二基站(36b)的能力，
其中如果(42；60、62、64)所述一个或多个条件被满足，则所述方法还包括
从所述第一基站(36a)断开(46；70)，以及
附接(48；72)到所述第二基站(36b)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中一个条件的所述满足涉及调查(60)是否存在经由所述第一基站(36a)与所述工业自动化系统的另外的无线通信设备的正在进行的通信会话，并且仅在不存在的情况下执行所述断开和所述附接。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中一个条件的所述满足涉及调查(42；62)所述第二基站(36b)的所述可允许性，并且仅在所述第二基站(36b)是可允许的情况下执行所述断开(46；70)和所述附接(48；72)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中对所述可允许性的所述调查包括调查所述第二基站(36b)是否在批准的基站的名单上。
5.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中一个条件的所述满足涉及调查(64)所述第一无线通信设备(16a)与所述第二基站(36b)之间的无线链路的质量，并且仅在所述链路质量(LQ)满足链路质量标准(LQC)的情况下执行所述断开(70)和所述附接(72)。
6.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中如果所述一个或多个条件未被满足，则所述响应包括对所述第一消息(M1)的否定响应。
7.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中如果所述一个或多个条件被满足，则所述响应包括对所述第一消息(M1)的肯定响应。
8.根据任一项前述权利要求所述的方法，还包括：向所述第二无线通信设备(16b)发送(52)第二消息(M2)，所述第二消息包括标识所述第一基站(36a)的基站标识信息(BSII)；以及从所述第二无线通信设备(16b)接收对所述第二消息(M2)的响应，对所述第二消息的响应关于所述第二无线通信设备(16b)附接至所述第一基站(36a)的能力。
9.根据任一项前述权利要求所述的方法，还包括在所述附接(72)到所述第二基站(36b)之后，开始经由所述第二基站(36b)向所述第二无线通信设备(16b)发送数据和/或从所述第二无线通信设备接收数据(74)。
10.一种工业自动化系统中的第一无线通信设备(16a)，所述第一无线通信设备被配置为经由蜂窝网络(10)进行通信并包括
无线电电路(18)，用于经由所述蜂窝网络(10)与所述工业自动化系统的其他无线通信设备进行无线通信，以及
通信处理块(24)，被配置为在所述第一无线通信设备(16a)被附接至所述蜂窝网络(10)的第一基站(36a)时，经由所述第一基站(36)从所述第二无线通信设备(16b)接收第一消息(M1)，所述第一消息(M1)包括标识所述第二无线通信设备(16b)所附接至的所述蜂窝网络(10)的基站的基站标识信息(BSII)，
调查所述第一消息(M1)的所述基站标识信息(BSSI)，以便标识所述第二无线通信设备(16b)所附接至的所述基站，
如果所述第二无线通信设备(16b)被附接至第二基站(36b)，则所述通信处理块还被配置为调查所述第一无线通信设备(16a)是否满足针对附接至所述第二基站(36b)的一个或多个条件，其中一个条件是所述第二基站(36b是可允许的，以及
指示所述无线电电路发送对所述第一消息(M1)的响应，对所述第一消息的响应关于所述第一无线通信设备(16a)附接至所述第二基站(36b)的能力，
其中如果所述一个或多个条件被满足，则所述通信处理块(24)还被配置为指示所述无线电电路(18)从所述第一基站(36a)断开，以及
指示所述无线电电路(18)附接至所述第二基站(36b)。
11.根据权利要求10所述的第一无线通信设备(16a)，其中对一个或多个条件的所述调查涉及调查是否存在经由所述第一基站(36a)与所述工业自动化系统的另外的无线通信设备的正在进行的通信会话，并且仅在不存在的情况下执行所述断开和所述附接。
12.根据权利要求10或11所述的第一无线通信设备(16a)，所述通信处理块(24)还被配置为：指示所述无线电电路(18)向所述第二无线通信设备(16b)发送第二消息(M2)，所述第二消息包括标识所述第一基站(36a)的基站标识信息(BSII)；并从所述第二无线通信设备接收对所述第二消息(M2)的响应，对所述第二消息的响应关于所述第二无线通信设备(16b)附接至所述第一基站(36a)的能力。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的第一无线通信设备(16a)，其中所述第一无线通信设备是智能电子设备，并且所述工业自动化系统是电力系统。
14.一种用于经由蜂窝网络(10)在工业自动化系统的第一无线通信设备和第二无线通信设备(16a、16b)之间建立通信的计算机程序，所述计算机程序包括计算机程序代码(34)，所述计算机程序代码在由所述第一无线通信设备(16a)的通信处理块(24)的处理器(30)运行时，使所述通信处理块(24)：
在所述第一无线通信设备(16a)被附接至所述蜂窝网络(10)的第一基站(36a)时，经由所述第一基站(36)从所述第二无线通信设备(16b)接收第一消息(M1)，所述第一消息(M1)包括标识所述第二无线通信设备(16b)所附接至的所述蜂窝网络(10)的基站的基站标识信息(BSII)，
调查所述第一消息(M1)的基站标识信息(BSSI)，以便标识所述第二无线通信设备(16b)所附接至的所述基站，
如果所述第二无线通信设备(16b)被附接至第二基站(32b)，则还使所述通信处理块(24)
调查所述第一无线通信设备(16a)是否满足针对附接至所述第二基站(36b)的一个或多个条件，其中一个条件是所述第二基站(36b)是可允许的，以及
发送对所述第一消息(M1)的响应，对所述第一消息的响应关于所述第一无线通信设备(16a)附接至所述第二基站(36b)的能力，
其中如果所述一个或多个条件被满足，则还使所述通信处理块(24)
指示所述无线电电路(18)从所述第一基站(36a)断开，以及
指示所述无线电电路(18)附接至所述第二基站(36b)。
15.一种用于经由蜂窝网络(10)在工业自动化系统的第一无线通信设备和第二无线通信设备(16a、16b)之间建立通信的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括具有根据权利要求14所述的计算机程序代码(34)的数据载体(76)。
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