DE10119401A1 - Verfahren zum Betrieb eines Systems mit mehreren Knoten und einer Basisstation gemäß TDMA - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines Systems mit mehreren Knoten (S.n) und einer Basisstation (BS) gemäß TDMA vorgeschlagen, wobei zyklische TDMA-Datenübertragungsblöcke (FR) übertragen werden und sich jeder TDMA-Datenübertragungsblock (FR) aus sukzessive nacheinander folgenden Zeitschlitzen (TS¶n¶) zusammensetzt, wobei jeder Zeitschlitz (TS¶n¶) einem bestimmten Knoten (S.n) zugeordnet ist und jeweils ein Sicherheits-Zeitabstand (GT) zwischen zwei benachbarten Zeitschlitzen (TS¶n¶) eingehalten wird. Es werden zusätzliche Informationen (ATI) während der Sicherheits-Zeitabstände (GT) übertragen, wobei diese zusätzlichen Informationen (ATI) jedoch nicht verwendet werden, wenn in zwei direkt benachbarten Zeitschlitzen (TS¶n¶) Daten übertragen werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Systems mit mehreren Knoten und einer Basisstation gemäß TDMA, wobei zyklische TDMA-Datenüber­ tragungsblöcke übertragen werden und sich jeder TDMA-Datenübertragungsblock aus sukzessive nacheinander folgenden Zeitschlitzen zusammensetzt, wobei jeder Zeit­ schlitz einem bestimmten Knoten zugeordnet ist und jeweils ein Sicherheits-Zeitabstand zwischen zwei benachbarten Zeitschlitzen eingehalten wird.

Die Erfindung kann beispielsweise bei einem System mit einer Vielzahl drahtloser Sen­ soren und/oder Aktoren (Knoten) und einer Basisstation verwendet werden, welches in einer Maschine oder Anlage, beispielsweise Industrieroboter, Herstellungsautomat oder Fertigungsautomat installiert ist. Als Sensoren bzw. Aktoren können Näherungsschal­ ter/Näherungssensoren, Temperaturmeßsensoren, Druckmeßsensoren, Strommeß­ sensoren oder Spannungsmeßsensoren bzw. mikromechanische, piezoelektrische, elektrochemische, magnetostriktive, elektrostatische oder elektromagnetische Aktoren verwendet werden.

In der DE 199 26 799 A1 wird ein System für eine eine Vielzahl von drahtlosen Nähe­ rungssensoren aufweisende Maschine, insbesondere Fertigungsautomat, vorgeschla­ gen, wobei

• - jeder Näherungssensor mindestens eine zur Energieaufnahme aus einem mittelfre­ quenten Magnetfeld geeignete Sekundärwicklung aufweist,
• - wobei mindestens eine von einem mittelfrequenten Oszillator gespeiste Primärwick­ lung zur drahtlosen Versorgung der Näherungssensoren mit elektrischer Energie vor­ gesehen ist,
• - und wobei jeder Näherungssensor mit einer Sendeeinrichtung ausgestattet ist, welche interessierende Sensor-Informationen beinhaltende Funksignale an eine zentrale, mit einem Prozeßrechner der Maschine verbundene Basisstation abgibt.

Bei diesem drahtlosen System entfällt im Vergleich zu konventionellen Lösungen mit Draht/Kabelanschluß zur elektrischen Energieversorgung und zur Kommunikation der durch Planung, Material, Installation, Dokumentation und Wartung bedingte relativ hohe Kostenfaktor der Draht/Kabelanschlüsse. Es können keine Ausfälle aufgrund von Ka­ belbrüchen oder schlechten, beispielsweise korrodierten Kontakten auftreten.

In der DE 199 26 562 A1 werden ein Verfahren und eine Anordnung zur drahtlosen Versorgung einer Vielzahl Aktoren mit elektrischer Energie, ein Aktor und eine Primär­ wicklung hierzu sowie ein System für eine eine Vielzahl von Aktoren aufweisende Ma­ schine vorgeschlagen, wobei die vorgeschlagene Technologie bezüglich Energiever­ sorgung und Kommunikation gleichartig der vorstehend für die DE 199 26 799 A1 an­ gegebenen Technologie ist.

Für die Funkübertragung wird dabei vorzugsweise die TDMA-Technologie (Time Divisi­ on Multiple Access) eingesetzt, bei der die Informationen von/zu den Aktoren bzw. Sensoren (Knoten) in Form zyklischer TDMA-Datenübertragungsblöcke übermittelt wird, wobei jedem Sensor/Aktor ein bestimmter Zeitschlitz innerhalb eines Datenüber­ tragungsblockes zugeordnet ist. Jeweils zwischen zwei Zeitschlitzen in Aufwärtsrichtung ist ein Sicherheits-Zeitabstand einzuhalten. Dabei ist es von Nachteil, daß diese Si­ cherheits-Zeitabstände insbesondere bei Verwendung von Zeitschlitzen von (im Ver­ hältnis zum erforderlichen Sicherheits-Zeitabstand) kurzer Dauer einen nicht unbeträchtlichen Zeitraum bei der Datenübertragung erfordern und somit die Kapazität des Systems hinsichtlich der möglichen Datenübertragung beschränken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Systems mit mehreren Knoten und einer Basisstation gemäß TDMA mit optimaler Kapazität des Systems hinsichtlich der möglichen Datenübertragung anzugeben.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungs­ gemäß dadurch gelöst, daß zusätzliche Informationen während der Sicherheits- Zeitabstände übertragen werden, wobei diese zusätzlichen Informationen jedoch nicht verwendet werden, wenn in zwei direkt benachbarten Zeitschlitzen Daten übertragen werden.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die übli­ cherweise durch die einzuhaltenden Sicherheits-Zeitabstände bedingte Beschränkung der Kanalkapazität aufgehoben wird, ohne daß dies auf Kosten der Übertragungssi­ cherheit geht.

Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeich­ net.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem TDMA-Datenübertragungsblock,

Fig. 2 ein System mit einer Vielzahl von Knoten, vorzugsweise Sensoren und/oder Aktoren und einer Basisstation.

In Fig. 2 ist ein System mit einer Vielzahl von Knoten, vorzugsweise Sensoren und/oder Aktoren und einer Basisstation dargestellt. Es ist eine Vielzahl von Sensoren und/oder Aktoren S.1, S.2, S.3. . .S.n, S.n + 1, S.n + 2. . . vorgesehen, welche beispielsweise inner­ halb einer Anlage installiert oder an einer Maschine, insbesondere einem Fertigungs­ automat befestigt sind. Es ist nachfolgend stets von Sensoren/Aktoren S.1. . .S.n. . . die Rede, wobei es sich beim einzelnen Bauteil wahlweise um einen Sensor oder um einen Aktor handeln kann. Im allgemeinen weisen die Sensoren einen die Sensor-Umgebung detektierenden Sensorkopf mit nachgeschalteter Signalauswertung sowie die Aktoren eine Aktoreinheit (beispielsweise ein Druckluftventil oder ein Schütz) sowie eine An­ steuereinheit hierfür auf.

Die Sensoren und/oder Aktoren S.1. . .S.n. . . weisen jeweils eine Kommunikationsein­ richtung auf, welche den erforderlichen Funksender und/oder Funkempfänger enthält, um derart eine drahtlose Kommunikation zwischen der Basisstation BS und den Senso­ ren/Aktoren S.1. . .S.n. . . zu ermöglichen. Bei einem Sensor gelangt das aufbereitete Sensorsignal zu einem Modulator/Codierer mit nachgeschaltetem Funksender und An­ tenne, wo es an die Basisstation BS gesendet wird. Bei einem Aktor gelangt das von der Basisstation BS gesendete Ansteuersignal über eine Antenne, einen Funkempfän­ ger und einen Demodulator/Decodierer zur Ansteuereinheit.

Die Basisstation BS ist zweckmäßig an einen Zentralrechner (Prozeßrechner, Spei­ cherprogrammierbare Steuerung) angeschlossen und weist eine Kommunikationsein­ richtung auf, welche Sensorsignale der Sensoren und Meldesignale betreffend den ak­ tuellen Zustand von Aktoren (uplink, "in Aufwärtsrichtung", von den Sensoren/Aktoren zur Basisstation) empfängt, Ansteuersignale zur Aktivierung/Deaktivierung der Aktoren abgibt und Signale zur Einstellung von spezifischen Parametern der Aktoren und Sen­ soren abgibt (downlink, "in Abwärtsrichtung", von der Basisstation zu den Senso­ ren/Aktoren). Die Kommunikationseinrichtung der Basisstation BS weist eine Antenne auf, an welche ein Funkempfänger und ein Funksender angeschlossen sind. Die Si­ gnale des Funkempfängers werden einem Demodulator/Decodierer zugeführt und dem Funksender ist ein Modulator/Codierer vorgeschaltet.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einem TDMA-Datenübertragungsblock dargestellt, wie er beim vorgeschlagenen System verwendet wird. Ein derartiger Datenübertragungsblock oder Rahmen FR setzt sich aus einer Vielzahl von sukzessive nacheinander folgenden Zeitschlitzen TS_n, TS_n+1, TS_n+2. . . zusammen. Zwischen den einzeln Zeitschlitzen TS_n, TS_n+1, TS_n+2. . . ist jeweils ein Sicherheits-Zeitabstand GT einzuhalten, um Inteferenzen zwischen den verschiedenen Knoten zu verhindern. Speziell können Interferenzen durch unterschiedliche Signallaufzeiten zwischen Basisstation und Knoten oder durch unbeabsichtigte Einschaltsignale der Sender in den Knoten entstehen. Jeder Zeitschlitz TS_n, TS_n+1, TS_n+2. . . ist einem bestimmten Sensor oder Aktor S.1. . .S.n. . . zugeordnet. Obwohl beispielsweise die Sensoren ihre Nachrichten in zufälligen Augenblicken gene­ rieren, erfolgt eine an den zugeordneten Zeitschlitz TS_n, TS_n+1, TS_n+2. . . angepaßte Übertragung. Um sicherzustellen, daß die in einem Zeitschlitz TS_n, TS_n+1, TS_n+2. . . ent­ haltene Information auch dem richtigen Aktor zugeordnet wird, bzw. um sicherzustellen, daß ein Sensor die der Basisstation zu übermittelnde Information während des richtigen Zeitschlitzes absendet, enthält jeder Zeitschlitz TS_n, TS_n+1, TS_n+2. . . ein typisches Syn­ chronisationswort zur exakten Synchronisation zwischen Basisstation BS einerseits und Sensoren/Aktoren S.1. . .S.n. . . andererseits. Die kontinuierliche Datenübertragung in­ nerhalb des Systems erfolgt durch eine Folge sukzessive aufeinanderfolgender TDMA- Datenübertragungsblöcke oder Rahmen FR.

Wenn die einzelnen Zeitschlitze TS_n, TS_n+1, TS_n+2. . . von jeweils relativ kurzer Dauer sind, benötigen die Sicherheits-Zeitabstände einen relativ großen Anteil an der ge­ samten Kanalkapazität. Wenn das Lastspiel innerhalb des Systems niedrig ist, d. h. wenn die Knoten S.1, S.2, S.3. . .S.n, S.n + 1, S.n + 2. . . nicht in allen, sondern nur in eini­ gen Zeitschlitzen TS_n, TS_n+1, TS_n+2. . . eines Rahmens Informationen (Übertragungsbün­ del) senden, ist die Wahrscheinlichkeit gering, daß diese Informationen in direkt be­ nachbarten Zeitschlitzen übertragen werden. Aus diesem Grunde ist es möglich, zu­ sätzliche Informationen ATI während der Sicherheits-Zeitabstände GT vom Knoten zur Basisstation zu übertragen. Wenn der Empfänger der Basisstation BS jedoch zwei di­ rekt aufeinanderfolgende Übertragungsbündel detektiert, d. h. wenn in zwei direkt be­ nachbarten Zeitschlitzen Daten übertragen werden, wird die während des Sicherheits- Zeitabstandes GT übertragene zusätzlich empfangene Information ATI nicht verwendet, da sie mit großer Wahrscheinlichkeit wegen auftretender Interferenzen fehlerbehaftet ist.

Als zusätzliche Informationen ATI können insbesondere Daten übertragen werden, die im Zusammenhang mit Fehlersicherungsverfahren benutzt werden, beispielsweise zu­ sätzliche Sicherungsbits für Forward Error Correction FEC. Damit wird bei gleichblei­ bender Übertragungsrate der Nutzdaten deren Übertragungssicherheit verbessert, oh­ ne daß lange und damit ineffiziente Sicherheits-Zeitabstände GT festgelegt werden müssen.

Claims (2)

1. Verfahren zum Betrieb eines Systems mit mehreren Knoten (S.n) und ei­ ner Basisstation (BS) gemäß TDMA, wobei zyklische TDMA-Datenübertragungsblöcke (FR) übertragen werden und sich jeder TDMA-Datenübertragungsblock (FR) aus suk­ zessive nacheinander folgenden Zeitschlitzen (TS_n) zusammensetzt, wobei jeder Zeit­ schlitz (TS_n) einem bestimmten Knoten (S.n) zugeordnet ist und jeweils ein Sicherheits- Zeitabstand (GT) zwischen zwei benachbarten Zeitschlitzen (TS_n) eingehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Informationen (ATI) während der Sicherheits- Zeitabstände (GT) übertragen werden, wobei diese zusätzlichen Informationen (ATI) jedoch nicht verwendet werden, wenn in zwei direkt benachbarten Zeitschlitzen (TS_n) Daten übertragen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliche Informationen (ATI) Daten übertragen werden, die im Zusammenhang mit Fehlersiche­ rungsverfahren benutzt werden, insbesondere für Forward Error Correction.