DE102009030108A1 - Method for dynamically switching between groups of active subscribers in a wireless data bus system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum dynamischen Wechsel zwischen Gruppen von aktiven Teilnehmern in einem drahtlosen Datenbusnetzwerk mit Datenübertragungszyklen ("Superframe"), wobei das Datenbusnetzwerk auch nur zyklisch aktive Teilnemer aufweist, die in Pausenzeiten vorübergehend einen passiven Modus einnehmen, und wobei zur Vorbereitung eines Gruppenwechsels an jeden Teilnehmer pro Datenübertragungszyklus eine Gruppenkennung der zu wechselnden Gruppe und ein Zählerwert (N) übertragen werden, der Zählwert (N) pro Datenübertragungszyklus dekrementiert ("Countdown") und so groß gewählt wird, dass die Dauer aller vor Eintritt des Gruppenwechsels auftretenden Datenübertragungszyklen, die einen Zählwert und eine Gruppenkennung aufweisen, größer ist als die größte vorkommende Pausenzeit eines nur zyklisch aktiven Teilnehmers im Datenbusnetzwerk, und die Teilnehmer im Datenbusnetzwerk nach Empfang der Gruppenkennung und des Standes des Zahlwertes ("Countdown") feststellen, in welchem Zeitpunkt der Gruppenwechsel vorzunehmen und welcher Modus nach dem Gruppenwechsel anzunehmen ist.The invention relates to a method for dynamic switching between groups of active subscribers in a wireless data bus network with data transmission cycles ("superframe"), wherein the data bus network also has only cyclically active Teilnemer that temporarily occupy a passive mode during pauses, and wherein in preparation for a group change a group identifier of the group to be changed and a counter value (N) are transmitted to each subscriber per data transmission cycle, the count value (N) is decremented per data transmission cycle ("countdown") and is chosen so large that the duration of all data transmission cycles occurring before the group change occurs, which have a count value and a group identifier, is greater than the largest occurring pause time of a cyclically active participant in the data bus network, and the participants in the data bus network after receiving the group identifier and the state of the count value ("countdown") in which time the group change should be made and which mode should be assumed after the group change.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum dynamischen Wechsel zwischen Gruppen von aktiven Teilnehmern in einem drahtlosen Datenbusnetzwerk mit Datenübertragungszyklen („Superframe”), wobei das Datenbusnetzwerk auch nur zyklisch aktive Teilnehmer aufweist, die in Pausenzeiten vorübergehend einen passiven Modus einnehmen.The The invention relates to a method for dynamically changing between Groups of active participants in a wireless data bus network with Data transfer cycles ("superframe"), wherein the data bus network also has only cyclically active participants, temporarily switching to passive mode during breaks taking.
Bei drahtlosen Datenbusnetzwerken werden unterschiedliche Verfahren eingesetzt, um den Zugriff der Kommunikationsteilnehmer auf die während der Datenübertragungszyklen zur Verfügung stehenden Zeitschlitze zu regeln. Bei einem ersten Typ wird jedem Kommunikationsteilnehmer ein exklusives Zugriffsrecht auf einen Kanal oder Zeitschlitz gewährt. Die in den Datenübertragungszyklen zur Verfügung stehenden Zeitschlitze werden also jeweils einem bestimmten Teilnehmer fest zugeordnet. Diese Zugriffsverfahren werden Zeitmultiplexverfahren oder „TDMA Time Division Multiple Access” genannt. Zugriffsverfahren nach diesem Prinzip verfügen vorteilhaft neben der Kollisionsfreiheit über eine deterministische Zykluszeit, d. h. es gibt eine maximale Latenzzeit bei der Übertragung einer Nachricht. Allerdings ist die durchschnittliche Latenzzeit auf den maximal möglichen Datenverkehr ausgelegt und kann somit auch bei einem vorübergehend schwachen Datenverkehr nicht reduziert werden.at Wireless data bus networks are becoming different methods used to access the communication participants on the during the data transfer cycles available to regulate standing time slots. Everyone gets a first type Communication participants an exclusive right of access to one Channel or time slot granted. The in the data transfer cycles available time slots are thus each assigned to a specific participant. These access methods Time Division Multiplexing or "TDMA Time Division Called multiple access. Access method after this Principle advantageous in addition to the collision freedom over a deterministic cycle time, d. H. there is a maximum latency when transmitting a message. However, that is average latency to the maximum possible Traffic is designed and can thus also at a temporary weak traffic can not be reduced.
Bei einem zweiten Typ können die Kommunikationsteilnehmer alle auf einen Kanal oder die in den Datenübertragungszyklen zur Verfügung stehenden Zeitschlitze gleichzeitig zugreifen und versuchen, darin Datentelegramme zu übertragen. Diese Zugriffsverfahren werden „CSMA Carrier Sense Multiple Access” genannt. Zur Vermeidung von Kollisionen hören Teilnehmer, die gleichzeitig auf einen Kanal bzw. Zeitschlitz zugreifen möchten, zunächst einen Zeitschlitz für eine kurze Wartezeit ab um sicherzustellen, dass dieser nicht in der Zwischenzeit von einem anderen Teilnehmer zur Übertragung eines Datentelegramms belegt ist. Kann am Ende der Wartezeit keine Funkübertragung durch einen anderen Teilnehmer festgestellt werden, so geht der „hörende” Teilnehmer davon aus, dass der Zeitschlitz frei ist und belegt diesen durch Übertragung eigener Daten. Vorteil dieser Verfahren ist, dass bei geringer Last in einem drahtlosen Kommunikationsnetz die Latenzzeiten sehr kurz sind. Nachteil ist, dass bei hoher Kanallast die Latenzzeiten aufgrund der Wiederholungen von Telegrammen groß werden können und keine maximale Latenzzeit bestimmt werden kann.at a second type, the communication participants can all on a channel or in the data transfer cycles access available time slots simultaneously and try to transmit data telegrams in it. These Access methods are called "CSMA Carrier Sense Multiple Access". To avoid collisions, participants listen at the same time to access a channel or time slot, first a time slot for a short wait to make sure that this is not in the meantime by another participant is occupied for the transmission of a data telegram. can at the end of the waiting time no radio transmission by one other participants, the "listening" participant goes assume that the time slot is free and assigns it by transmission own data. Advantage of this method is that at low load in a wireless communication network latencies are very short are. Disadvantage is that at high channel load, the latency due the repetitions of telegrams can grow up and no maximum latency can be determined.
Bei drahtlosen Datenbusnetzwerken auf Funkbasis, welche zur industriellen Kommunikation eingesetzt werden, muss die Datenübertragung den Anforderungen von Determinismus und Echtzeitfähigkeit genügen. Die Datenübertragung muss also so rechtzeitig abgeschlossen sein, dass diese prozesskompatibel ist, der Ablauf eines technischen Prozesses davon also nicht gestört wird. Weiterhin müssen die maximal auftretenden Zykluszeiten berechnet werden können und möglichst klein sein. Schließlich sollen Latenzzeiten möglichst klein sein, und Telegramme über verschiedene Kommunikationspfade möglichst verzögerungsfrei transportiert werden.at Wireless data bus networks based on radio, which are used for industrial Communication must be used, data transmission the requirements of determinism and real-time capability suffice. The data transfer must be so timely be completed, that this process is compatible, the process of a technical process so it is not disturbed. Furthermore, the maximum cycle times must occur can be calculated and be as small as possible. Finally, latencies should be as small as possible be, and telegrams over different communication paths possible be transported without delay.
Zur Erfüllung von Anforderungen dieser Art werden häufig Zugriffsverfahren eingesetzt, bei denen ein TDMA Verfahren durch ein CSMA Verfahren ergänzt wird. Damit können die Vorteile von TDMA Verfahren, bevorzugt die Deterministik, und von CSMA Verfahren, bevorzugt die kurzen mittleren Latenzzeiten, vereint werden. Solche kombinierten Zugriffsverfahren erzeugen nur geringen Kommunikationsmehraufwand und können in der Automatisierungs- und Prozesstechnik vorteilhaft bei „energieautarken Sensoren” verwendet werden, also bei energiesparenden Sensoren z. B. mit lokaler Energieversorgung über eine Batterie. Ein kombiniertes Zugriffsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass für die in einem Datenübertragungszyklus zur Verfügung stehenden Zeitschlitze zwar statisch festgelegt ist, welche Teilnehmer über die jeweiligen Zeitschlitze verfügen können, also welche Teilnehmer in welchen Zeitschlitzen exklusiv Daten übertragen dürfen. Falls allerdings einer der Teilnehmer sein Recht zu einer Datenübertragung im zugeordneten Zeitschlitz eines Datenübertragungszyklus nicht in Anspruch nimmt, da z. B. keine Daten zur Übertragung vorliegen, können andere Kommunikationsteilnehmer dynamisch wechselnd diesen Zeitschlitz konkurrierend belegen.to Fulfillment of requirements of this kind are common Access method used in which a TDMA method by a CSMA procedure is added. With that you can the advantages of TDMA methods, preferably the deterministic, and CSMA methods, preferably the short mean latencies, be united. Such combined access methods only produce low communication overhead and can be used in the automation and process technology advantageously used in "self-powered sensors" be, so in energy-saving sensors z. B. with local power via a battery. A combined access method is characterized in that that for in a data transfer cycle available time slots is statically fixed, which participants have the respective time slots can, so what participants in which time slots may transfer data exclusively. If so one of the participants has the right to a data transfer in the assigned time slot of a data transmission cycle does not take, because z. Eg no data for transmission present, other communication participants can be dynamic alternately occupy that time slot competitively.
Datenübertragungszyklen
z. B. bei einem TDMA Zeitmultiplexverfahren, die aus einer Vielzahl von
fest zugeordneten Zeitschlitzen bestehen und sich fortwährend
periodisch wiederholen, werden auch als Superframes bezeichnet.
Die Struktur eines Superframes ist z. B. in der
Die Anzahl der Zeitschlitze in einem Superframe und damit die Länge eines Superframes sollten möglichst klein sein, um eine kurze Gesamtreaktionszeit des drahtlosen Datenbusnetzwerks sicherzustellen.The Number of time slots in a superframe and therefore the length A superframe should be as small as possible ensure short overall response time of the wireless data bus network.
In der Regel sind die Betriebsmittel einer technischen Anlage, insbesondere die Sensoren und Aktoren, jeweils mit einem Kommunikationsbaustein ausgestattet, um einen kabellosen Austausch von Daten zu ermöglichen. Diese Kombinationen aus Betriebsmitteln einer technischen Anlage mit angeschlossenem Kommunikationsbaustein bilden Teilnehmer im drahtlosen Datenübertragungsnetzwerk, denen jeweils zumindest ein Prozessdatenzeitschlitz im Superframe reserviert werden muss. Die Länge des Superframes in einem drahtlosen Datenbussystem wird somit maßgeblich von der Anzahl der untereinander kommunizierenden Teilnehmer bestimmt.In usually the equipment of a technical system, in particular the sensors and actuators, each equipped with a communication module, to allow a wireless exchange of data. These combinations of equipment of a technical plant with connected communication module, participants form in the wireless data transmission network, which each at least a process data time slot must be reserved in the superframe. The length of the superframe in a wireless data bus system thus becomes significant by the number of each other intended to communicate.
Es kann vorkommen, dass eine technische Anlage unterschiedliche Betriebszustände aufweist, in denen vorübergehend jeweils nur eine bestimmte Teilmenge der insgesamt verfügbaren Betriebsmittel aktiv ist. In diesen Fällen sind diejenigen Zeitschlitze im Superframe ungenutzt, welche den in einem solchen Betriebszustand passiven Teilnehmern zugeordnet sind. Der Superframe weist also ungenutzte Bereiche auf, und die Gesamtreaktionszeit des drahtlosen Datenbusnetzwerks wird dadurch verlängert.It It can happen that a technical system has different operating states in which temporarily only a specific subset of the total available resources is active. In In these cases, those timeslots are in the superframe unused, which the passive in such an operating condition Associated with subscribers. The superframe has unused areas on, and the overall response time of the wireless data bus network is thereby extended.
Hierzu ist es bekannt, diejenigen Teilnehmer im drahtlosen Datennetzwerk in Gruppen einzuteilen, welche die in einem bestimmten Betriebszustand der technischen Anlage ausschließlich miteinander zusammenarbeitenden Betriebsmitteln repräsentieren. Jeder Gruppe wird dann ein eigener Superframe zugeordnet, welcher in der Regel nur die zu den jeweils aktiven Teilnehmern gehörigen Prozessdatenzeitschlitze aufweist. Diese gruppenspezifischen Superframes haben somit eine optimale, auf die Teilnehmeranzahl der jeweiligen Gruppe abgestimmte Länge. Diese optimierten Superframes werden wiederum vom Gateway verwaltet und zur ausschließlichen Kommunikation mit den zur jeweiligen Gruppe gehörigen aktiven Teilnehmern genutzt. Wird in der technischen Anlage z. B. bei einer Umschaltung des Betriebszustandes eine andere Teilnehmergruppe aktiviert, so schaltet auch das Gateway auf den anderen Superframe um und kommuniziert damit bei optimaler Gesamtreaktionszeit mit der nun aktiven Teilmenge an Teilnehmern.For this it is known to those participants in the wireless data network to divide into groups which are in a certain operating condition of the technical equipment exclusively cooperating with each other Represent resources. Each group will then a separate superframe assigned, which usually only the to the respective active participants associated process data time slots having. These group-specific superframes thus have one optimal, according to the number of participants of the respective group Length. These optimized superframes will turn from the Gateway managed and for exclusive communication with the active participants belonging to the respective group used. Is in the technical system z. B. at a changeover of the operating state activates another subscriber group, then The gateway also switches to the other superframe and communicates so with optimal total reaction time with the now active subset to participants.
Als ein Beispiel zur Verdeutlichung einer derartigen Gruppeneinteilung und Gruppenumschaltung soll ein Robotergreifarm dienen. Dieser weist eine Vielzahl von Werkzeug- und Bearbeitungseinheiten auf, welche jeweils mit berührungslos abfragbaren Sensoren ausgerüstet sind. Wird z. B. auf Grund der Durchführung eines aktuellen, besonderen Fertigungsschritts die Bearbeitungseinheit gewechselt, so müssen während deren Nutzungsdauer nur die Daten von den Sensoren an der nun aktiven Bearbeitungseinheit erfasst und funktechnisch an ein zentrales Gateway übertragen werden. Alle anderen Bearbeitungseinheiten sind inaktiv, so dass in diesem Zustand von deren Sensoren keine veränderlichen Daten erwartet werden bzw. erfassbar sind.When an example to illustrate such a group classification and group switching should serve a robot gripping arm. This one points a variety of tool and machining units, which each equipped with contactless interrogatable sensors are. If z. B. due to the implementation of a current, special manufacturing step, the processing unit changed, During the period of use, only the Data collected by the sensors on the now active processing unit and be transmitted by radio to a central gateway. All other processing units are inactive, so in this State of whose sensors no variable data expected be or are detectable.
Bei derartigen Gruppeneinteilungen von Teilnehmern und der Bildung von gruppenspezifischen Superframes können Probleme besonders mit nur zyklisch aktiven Teilnehmern auftreten. Dabei handelt es sich um Teilnehmer, welche zwar regelmäßig aber dabei nur kurzzeitig aktiv sind und sich in den dazwischen liegenden Pausenzeiten vorübergehend deaktivieren. Teilnehmer dieser Art in einem funkbasierten Datenbusnetzwerk sind insbesondere energieautarke Teilnehmer, welche nur über eingeschränkte Energieressourcen verfügen. Sie können z. B. lokal über eine Batterie mit Energie versorgt werden. Derartige Teilnehmer eines drahtlosen Datenübertragungssystems schalten sich während Zeiten der Nichtbenutzung insbesondere zur Einsparung von Energie für eine bestimmte Pausenzeit ab. In diesem so genannten „Schlafmodus” kann ein energieautarker Teilnehmer vorübergehend keine Nachrichten vom zentralen Gateway empfangen und somit auf eine bevorstehende, auch den „noch schlafenden” Teilnehmer betreffende Gruppenumschaltung u. U. nicht bzw. nicht rechtzeitig reagieren.at such groupings of participants and the formation of Group-specific superframes can be particularly problematic occur with only cyclically active participants. It is around participants, which are regular though are active only briefly and in the intervening Temporarily disable break times. Participants of this Type in a radio-based data bus network are in particular energy self-sufficient Participants who only have limited energy resources feature. You can z. B. locally over a battery will be powered. Such participants a wireless data transmission system will turn off during periods of non-use, especially for saving of energy for a certain break time. In this So-called "sleep mode" can be an energy self-sufficient participant temporarily receive no messages from the central gateway and thus to an upcoming, even the "still sleeping" participants group switching in question u. U. not or not in time react.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein nach dem TDMA-Verfahren betriebenes drahtloses Datennetzwerk anzugeben, bei dem die Teilnehmer in verschiedenen Gruppen unterteilt sind und die Umschaltdauer zwischen den Gruppen besonders unter Berücksichtigung energieautarker Teilnehmer möglichst kurz ist.Of the Invention is based on the object, a TDMA method operated wireless data network, in which the participants are divided into different groups and the switching time between the groups especially considering energy self-sufficient Participant is as short as possible.
Weiterhin wird bei einem drahtlosen Datenübertragungsnetzwerk der oben angegebenen Art zwischen aktiven bzw. passiven Teilnehmern unterschieden. Dabei handelt des sich bei einem aktiven Teilnehmer um einen Teilnehmer, der sich als Mitglied einer in Betrieb befindlichen Gruppe im Aktivmodus befindet. Dieser kann in dem im Superframe zugewiesenen zumindest einen Prozessdatenzeitschlitz Prozessdaten bzw. ein Lebenszeichen senden. Weiterhin kann der Superframe zumindest einen Managementdatenzeitschlitz zur Übertragung von Parameter- und Diagnosedaten aufweisen. Demgegenüber verfügt ein passiver Teilnehmer, der sich als Mitglied einer zurzeit nicht aktiven Gruppe im Passivmodus befindet, über keinen gültigen Prozessdatenzeitschlitz im aktuellen Superframe. Passive Teilnehmer können aber in Managementzeitdatenschlitzen insbesondere Lebenszeichentelegramme und gegebenenfalls Parameterdaten bzw. Diagnosemeldungen mit dem Gateway austauschen. Bei passiven Teilnehmern sind zur Einsparung von Energie die Prozessfunktionen vorübergehend abgeschaltet, insbesondere die Messung und funktechnische Übertragung von Prozesswerten an den Gateway.Furthermore, in a wireless data transmission network of the type specified above, a distinction is made between active and passive subscribers. In the case of an active subscriber, this is a subscriber who is in active mode as a member of a group in operation place. The latter can send process data or a sign of life in the at least one process data time slot allocated in the superframe. Furthermore, the superframe may have at least one management data time slot for transmitting parameter and diagnostic data. In contrast, a passive subscriber who is in passive mode as a member of a currently inactive group does not have a valid process data slot in the current superframe. Passive subscribers can, however, exchange sign of life telegrams and possibly parameter data or diagnostic messages with the gateway in management time data slots. In the case of passive subscribers, the process functions are temporarily switched off to save energy, in particular the measurement and radio transmission of process values to the gateway.
Das Gateway versendet meist am Anfang eines jeden Superframes im Synchronisationszeitschlitz ein Synchronisationstelegramm. Dieses wird von allen Teilnehmern empfangen und ermöglicht diesen sich am Funknetz neu einzusynchronisieren. Dies ist insbesondere für energieautarke Teilnehmer wichtig, da sich diese während Pausenzeiten zur Einsparung von Energie in einen Schlafmodus versetzen. Dabei können sie nicht alle Synchronisierungs- und Managementtelegramme des Gateway „mithören” und somit die gemeinsame Zeitbasis des Funknetzes verlieren. Der Schlafmodus wird entweder durch das Verarbeiten von anstehenden Prozessdaten oder durch das Erzeugen eines Lebenszeichentelegramms verlasst. Vor dem Versenden der Prozessdaten bzw. eines Lebenszeichentelegramms synchronisiert sich der Teilnehmer anhand des Synchronisierungstelegramms wieder in das Netztiming ein.The Gateway usually sends at the beginning of each superframe in the synchronization slot a synchronization telegram. This will be from all participants receive and enable it to re-synchronize on the radio network. This is particularly important for energy self-sufficient participants, because these during breaks to save energy put in a sleep mode. They can not do that all the synchronization and management telegrams of the gateway "listen in" and thus lose the common time base of the wireless network. The sleep mode is either by processing pending process data or by the generation of a life character telegram leaves. Synchronized before sending the process data or a life-sign telegram the participant returns based on the synchronization telegram into the network timing.
Weitere wichtige Parameter in einem drahtlosen Datenübertragungsnetzwerk der oben angegebenen Art sind Pausenzeiten. Dabei handelt es sich um Zeiträume, welche u. U. für jeden Teilnehmer unterschiedlich sein können und nach deren Ablauf von jedem Teilnehmer spätestens ein Lebenszeichentelegramm an den zentralen Gateway gesendet werden muss bzw. von diesem erwartet werden kann. Aus diesem ist für das Gateway ersichtlich, ob der jeweilige Teilnehmer noch funktionsfähig ist, also zumindest über eine noch ausreichende Versorgungsenergie verfügt. Voraussetzung für einen ordnungsgemäßen Betrieb des drahtlosen Datenbusnetzwerks ist es, dass dem Gateway die maximale Pausenzeit „Tmax_Pausenzeit” eines jeden Teilnehmers bekannt ist, also der maximale Zeitraum zwischen zwei Lebenszeichentelegrammen. Diese kann entweder von einem Anwender für einen Teilnehmer im Gateway parametriert werden, oder vom Gateway beim Teilnehmer direkt abgefragt werden.Further important parameters in a wireless data transmission network of the above type are break times. It refers to Periods which u. U. different for each participant and after their expiry by each participant at the latest a life-sign telegram to the central Gateway must be sent or can be expected from this. Out This is visible to the gateway, whether the respective Participant is still functional, so at least about has sufficient supply energy. requirement for proper operation of the wireless data bus network is that the gateway the maximum Pause time "Tmax_Pausenzeit" of each participant is known, so the maximum period between two life signs telegrams. This can either be done by a user for a subscriber in the gateway or from the gateway at the subscriber be queried directly.
Erfindungsgemäß sind die Teilnehmer im drahtlosen Datenbusnetzwerk in Gruppen eingeteilt. Die Gruppenanzahl und Gruppenzugehörigkeit der Netzwerkteilnehmer ist meist durch die Anwendung bestimmt. Diese wird vom Anwender während der Projektierung festgelegt bzw. kann im laufenden Betrieb umkonfiguriert werden. Ein Teilnehmer kann auch mehreren Gruppen angehören. Den Gruppen wird zur Identifikation jeweils eine eindeutige Gruppenkennung zugewiesen, welche z. B. vom Anwender parametriert oder vom Gateway automatisch generiert werden kann. Nach der Gruppenzuweisung eines Teilnehmers erfolgt auch eine Zeitschlitzbelegung, d. h. die Zuweisung eines Zeitschlitzes im jeweiligen Superframe, in dem der Teilnehmer senden darf. Diese kann dynamisch vom Gateway vorgenommen oder statisch vom Anwender parametriert werden. Im Falle einer dynamischen Zeitschlitzbelegung verteilt der Gateway die Zeitschlitze automatisch an die Teilnehmer z. B. nach der Reihenfolge von deren Anmeldung oder der Reihenfolge der von diesen abgesendeten Bestätigungen des bevorstehenden Gruppenwechsels. Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn ein Teilnehmer als Mitglied in mehreren Gruppen jeweils denselben Zeitschlitz in den dazugehörigen Superframes zugewiesen bekommt. Der Gateway verwaltet eine Gruppenliste, in der die Gruppenkennung, die Gruppenzugehörigkeit und die Zeitschlitzbelegungen der jeweiligen Superframes durch die Gruppenteilnehmer hinterlegt sind. Ein Abbild der für einen Teilnehmer relevanten Bestandteile aus der Gruppenliste wird als Gruppenzugehörigkeitsliste vom jeweiligen Teilnehmer selbständig verwaltet.According to the invention the participants in the wireless data bus network divided into groups. The Group number and group affiliation of network participants is mostly determined by the application. This is provided by the user set during configuration or can be in progress Operation be reconfigured. One participant can also do several Belong to groups. The groups become identification each assigned a unique group identifier, which z. B. parameterized by the user or automatically generated by the gateway can be. After the group assignment of a participant also takes place a time slot assignment, d. H. the allocation of a timeslot in the respective superframe in which the participant is allowed to send. These can be done dynamically by the gateway or statically by the user be parameterized. In the case of dynamic slot allocation The gateway automatically distributes the time slots to the participants z. For example, in the order of their registration or order the confirmations sent by these of the forthcoming That break. It is also advantageous if a participant as a member of several groups each have the same time slot in assigned to the associated superframes. The gateway manages a group list in which the group identifier, the group affiliation and the time slot assignments of the respective superframes by the Group participants are deposited. An image of one for one Participants relevant components from the group list is called Group membership list of the respective participant independently managed.
Gemäß der Erfindung kann sichergestellt werden, dass jeder Teilnehmer rechtzeitig vor Erreichen des Zeitpunktes einer Gruppenumschaltung über den anstehenden Gruppenwechsel informiert wird.According to the Invention can be ensured that every participant on time before reaching the time of group switching via the upcoming group change is informed.
Hierzu
versendet das Gateway zur Vorbereitung eines anstehenden Gruppenwechsels
pro Datenübertragungszyklus mit jedem Synchronisationstelegramm
einen Zählerwert N. Dieser wird bei jedem Übertragungszyklus
dekrementiert und repräsentiert die Anzahl der Superframes,
die bis zum Erreichen des Zeitpunktes der Gruppenumschaltung „T_change” noch
abgesendet werden. Der Beginn dieses „Countdowns”,
d. h. die Zeitdauer „Tcd_begin” des erstmaligen
Versendens des Startwertes des Zählwertes „N_start” bis
zum Erreichen des Zeitpunktes der Gruppenumschaltung bei N = 0 wird
erfindungsgemäß durch die größte,
bei denjenigen Teilnehmern im Netz vorkommende Pausenzeit „Tmax_Pausenzeit
all” bestimmt, welche nur zyklisch aktiv sind. Die Zeitdauer „T_change” wird
also durch die Pausenzeit desjenigen Teilnehmers in der neuen Gruppe
bestimmt, der sich zur Einsparung von Energie bis zur Absendung
eines Lebenszeichentelegramms am längsten im „Schlafmodus” befinden kann.
Es gilt also
Neben dem Zählerwert N versendet der Gateway auch eine Gruppenkennung derjenigen Gruppe, zu der gewechselt werden soll. Die Gruppenkennung kann während des Synchronisationszeitschlitzes im Synchronisationstelegramm gemeinsam mit dem Zählwert N oder auch in einem darauf folgenden Managementzeitschlitz versendet werden.Next the counter value N, the gateway also sends a group identifier the group to switch to. The group identifier can during the synchronization time slot in the synchronization telegram together with the count N or in a subsequent Management time slot will be shipped.
Der Gateway sammelt in den bis zum Erreichen des Umschaltzeitpunktes „T_change” gesendeten Superframes Bestätigungstelegramme der Teilnehmer ein. In diesen signalisieren die Teilnehmer dem Gateway, dass diese den anstehenden Gruppenwechsel zur Kenntnis genommen haben. Dabei ist es wichtig, dass Bestätigungstelegramme von allen im jeweiligen Datenübertragungsnetzwerk verteilten Teilnehmern an das Gateway übertragen werden, d. h. auch von den Teilnehmern, welche sich vorübergehend deaktivieren können und unabhängig von den jeweiligen Gruppenzugehörigkeiten der einzelnen Teilnehmer. Von jedem Teilnehmer sollte also unabhängig von der bei der jeweils anstehenden Gruppenumschaltung geforderten Zustandsänderung, d. h. einem Übergang vom aktiven zum passiven oder passiven zum aktiven Zustand bzw. einer Beibehaltung des jeweils aktiven oder passiven Zustandes, möglichst rechtzeitig eine Bestätigung an das Gateway übertragen werden.Of the Gateway collects in the until the switching time "T_change" sent Superframes confirmation telegrams of the participants. In these, the participants signal the gateway that they have the note the upcoming group change. It is It is important that confirmation telegrams from everyone in the respective Data transmission network distributed participants to the Gateway are transmitted, d. H. also by the participants, which can temporarily deactivate and regardless of the respective group affiliations the individual participant. Each participant should be independent of the required at the respective group switchover State change, d. H. a transition from the active one to passive or passive to active state or retention the respective active or passive state, if possible Send a confirmation in good time to the gateway become.
Bei einer ersten Ausführung können alle Teilnehmer Bestätigungstelegramme pro Übertragungszyklus im Managementzeitschlitz der Superframes an das Gateway übertragen. Allerdings haben dabei alle Teilnehmer gleichberechtigt Zugriff auf Managementzeitschlitze, so dass Kollisionen nicht vollkommen ausgeschlossen werden können. Um die Gefahr von Kollisionen zu reduzieren können aktive Teilnehmer alternativ auch bereits vor einer Gruppenumschaltung die Bestätigungen in den zugewiesenen Prozessdatenzeitschlitzen mit übertragen, bzw. vor einer Gruppenumschaltung passive Teilnehmer nicht genutzte Prozessdatenzeitschlitze anderer aktiver Teilnehmer zur Übermittlung nutzen.at a first execution, all participants Confirmation telegrams per transmission cycle transferred in the management time slot of the superframe to the gateway. However, all participants have equal access on management time slots, so that collisions are not perfect can be excluded. To the danger of collisions Alternatively, active participants can also reduce already before a group change the confirmations in the assigned process data time slots, or before a group switch passive participants unused Process data time slots of other active subscribers for transmission use.
Spätestens bis zum ersten Superframe nach dem Eintritt einer Gruppenumschaltung erwartet der Gateway, dass von allen Teilnehmern, zumindest jedoch von den nun aktiven Teilnehmern, eine Bestätigung über den Gruppenwechsel vorliegt. Konnte der Gateway jedoch nicht von allen betroffenen Teilnehmern Bestätigungstelegramme entgegen nehmen, sind unterschiedliche Vorgehensweisen möglich. Bei einer ersten Ausführung kann der Gateway den „Countdown” verlängern, in dem der Zählerwert N erhöht wird. Hierdurch wird betroffenen Teilnehmern die Möglichkeit gegeben, Bestätigungen noch verspätet abzusenden. Alternativ kann der Gateway betroffene Teilnehmer auch gezielt auffordern, eine Bestätigung zu senden. Im ungünstigsten Fall kann der Gateway nach Ablauf einer Wartezeit eine Fehlermeldung generieren. Es kann auch der Sonderfall eintreten, dass ein Teilnehmer, welcher vor dem Umschaltzeitpunkt passiv und danach aktiv ist, bis zum Eintritt einer Gruppenumschaltung keine Bestätigung senden konnte. Die Ursache hierfür kann darin liegen, dass entweder der jeweilige Superframe keinen Managementzeitschlitz aufweist oder für den betroffenen Teilnehmer sich keine Gelegenheit für einen Zugriff auf einen freien Prozessdatenzeitschlitz eines anderen, aktiven Teilnehmers ergeben hat. In diesem Fall kann der betroffene passive Teilnehmer im ersten Superframe nach dem Gruppenwechsel die Bestätigung nachreichen, da nach der Umschaltung dem nun aktiven Teilnehmer im neuen Superframe ein Prozessdatenzeitschlitz fest zugeordnet ist.No later than until the first superframe after the entry of a group switch the gateway expects that from all participants, at least however from the now active participants, a confirmation about the group change is present. Could not the gateway of confirmation telegrams to all affected subscribers different approaches are possible. In a first run, the gateway can extend the countdown, in which the counter value N is increased. hereby Affected participants are given the opportunity to receive confirmations still late to send. Alternatively, the gateway targeted participants also request a confirmation to send. In the worst case, the gateway can after Expiration of a waiting time generate an error message. It can also the special case occur that a participant, which before the switching time passive and then active until a group switchover occurs could not send confirmation. The cause of this may be that either the respective superframe no management time slot or none for the participant concerned Opportunity to access a free process data timeslot another active participant. In this case can the affected passive participant in the first superframe after the Group change submit the confirmation, because after the Switching the now active device in the new superframe a process data slot is permanently assigned.
Bei einer besonders vorteilhaften weiteren Ausführung wechseln bei der erfindungsgemäßen „Countdown gesteuerten” Gruppenumschaltung nicht nur die davon betroffenen Teilnehmer ihren Modus, wie oben beispielhaft beschrieben. Vielmehr kann dabei auch der Aufbau des Superframes dynamisch angepasst werden. Es werden bei einer Gruppenumschaltung somit nicht nur nicht mehr benötigte Teilnehmer passiv und benötigte Teilnehmer gegebenenfalls aktiv geschaltet. Vielmehr wird auch auf einen neuen Superframe umgeschaltet, welcher auf die Teilnehmerstruktur der nun aktiven Gruppe optimiert ist. Dabei werden zur möglichst starken Verkürzung des Superframes insbesondere Anzahl und Dauer der tatsächlich benötigten Prozessdaten- und Managementzeitschlitze optimiert. Hiermit kann die Auslastung der kabellosen Datenübertragungsstrecke besser an den Kommunikationsbedarf der in der neuen Gruppe aktiven Teilnehmer angepasst und somit die Latenzzeit des Systems reduziert werden. Weiter werden hierzu keine zusätzlichen Übertragungskanäle benötigt. Vorteilhaft wird der neue gruppenspezifische Aufbau des Superframes den Teilnehmern z. B. während des erfindungsgemäßen, oben beschriebenen „Countdowns” vor der Gruppenumschaltung mitgeteilt.at Change a particularly advantageous further embodiment at the "Countdown controlled "group switching not only those affected Participants their mode, as described above by way of example. Rather, it can while the structure of the superframe be adapted dynamically. It will not just not be more when group switching required participants passively and needed participants possibly activated. Rather, it will also be on a new Superframe switched, which on the participant structure of the now active group is optimized. It will be as possible strong shortening of the superframe in particular number and duration of the actually required process data and management time slots optimized. This can be the load the wireless data link better to the communication needs the participants active in the new group and thus the Latency of the system can be reduced. Next will be no additional transmission channels needed. Advantageous is the new group-specific structure of the superframe the participants z. B. during the invention, above described "countdowns" before group switching communicated.
Die Erfindung und vorteilhafte Ausführungen derselben werden an Beispielen erläutert, welche in den nachfolgend kurz angegebenen Figuren dargestellt sind. Dabei zeigtThe Invention and advantageous embodiments thereof explained by examples, which in the following briefly Figures are shown. It shows
Dabei
weist der vor der Gruppenumschaltung zum Datenaustausch zwischen
den Teilnehmern 1, 2, 5, 7, 9 der Gruppe A dienende Superframe 11
Zeitschlitze auf. Mit der Dauer „T_Slot” eines
jeden Zeitschlitzes weist dieser somit die Gesamtdauer „T_Superframe
= 11 × T_Slot” auf. Weiterhin stellen der 1. Zeitschlitz
einen Synchronisationszeitschlitz, die beiden folgenden Zeitschlitze
2, 3 Managementdatenzeitschlitze und die restlichen Zeitschlitze
4 bis 11 Prozessdatenzeitschlitze dar. Dabei sind die Prozessdatenzeitschlitze
exklusiv den beteiligten Teilnehmern 1, 2, 5, 7, 9 der Gruppe A
zugeteilt. Eine beispielhafte Aufteilung ist in der Gruppenliste
von
In
einer entsprechenden Weise ist der Superframe aufgebaut, welcher
nach der Gruppenumschaltung zum Datenaustausch zwischen den Teilnehmern
1, 3, 5, 8 der Gruppe B dient. Dieser weist 9 Zeitschlitze auf,
wobei wiederum Zeitschlitz 1 ein Synchronisationszeitschlitz, die
beiden folgenden Zeitschlitze 2, 3 Managementdatenzeitschlitze und die
restlichen Zeitschlitze 4 bis 9 Prozessdatenzeitschlitze darstellen.
Auch hier sind die Prozessdatenzeitschlitze exklusiv den beteiligten
Teilnehmern 1, 3, 5, 8 der Gruppe B zugeteilt. Eine beispielhafte
Aufteilung ist wiederum in der Gruppenliste von
Stellt
nun ein Teilnehmer des drahtlosen Datennetzwerkes fest, dass im
aktuellen Synchronisationstelegramm ein Zählerwert N und
eine Gruppenkennung vorhanden sind, treten abhängig vom
Status des Teilnehmers vor und nach der Gruppenumschaltung unterschiedliche
Abläufe auf. Diese werden beispielhaft an Hand der nachfolgenden
In
den
Erfindungsgemäß wird hierzu rechtzeitig vor dem Umschaltzeitpunkt „T_change” begonnen, bevorzugt im Synchronisationszeit schlitz SYNC eines jeden Superframe den Zählwert N und die Gruppenkennung der zu wechselnden Gruppe zu übertragen. Hierdurch wird jedem Teilnehmer im Datenübertragungsnetzwerk die Gelegenheit gegeben, diese Werte zu empfangen und somit sowohl den Zeitpunkt des Eintritts der Gruppenumschaltung als auch den jeweils von ihm erwarteten Moduswechsel festzustellen. Wie oben bereits ausgeführt kann hierbei ein Übergang vom aktiven zum passiven oder vom passiven zum aktiven Zustand auftreten, bzw. es kann der jeweils vorliegende aktive oder passive Zustand beibehalten werden.According to the invention this started in good time before the switchover time "T_change", preferably in synchronization time slot SYNC of each superframe the count N and the group ID of the to be changed Transfer group. This will make each participant in the Data transmission network given the opportunity, this Receive values and thus both the time of entry the group switching as well as each expected by him mode change determine. As already stated above can hereby a transition from active to passive or passive occur to the active state, or it may be present each active or passive state are retained.
Erfindungsgemäß wird
weiterhin die Startgröße des Zählwertes
N im ersten betroffenen Superframe so groß gewählt,
dass die Dauer aller vor Eintritt des Gruppenwechsels noch auftretenden
Datenübertragungszyklen, die einen Zählwert und
eine Gruppenkennung aufweisen, größer ist als
die größte vorkommende Pausenzeit eines nur zyklisch
aktiven Teilnehmers im Datenbusnetzwerk. Bei dem in
In
der darunter befindlichen
In
den
Bei
einer ersten Ausführungsform begibt sich nun der Teilnehmer
genau für diese Zeitspanne wieder in den Schlafmodus. Nach
Ablauf der Zeit wacht der Teilnehmer möglichst genau im
Umschaltzeitpunkt T_change wieder auf. Dies ist in
Bei
einer zweiten Ausführungsform, welche in
In
den
Wie
bei der oben bereits erläuterten ersten Ausführungsform
begibt sich nun der Teilnehmer genau für diese Zeitspanne
wieder in den Schlafmodus. Nach Ablauf der Zeit wacht der Teilnehmer
möglichst genau im Umschaltzeitpunkt T_change wieder auf. Dies
ist in
In
den
Die Erfindung bietet den besonderen Vorteil, dass auch bei Vorhandensein von Teilnehmern, die sich vorübergehend deaktivieren können, d. h. insbesondere bei energieautarken Teilnehmern, Gruppenumschaltungen in jedem Falle ordnungsgemäß und fehlerfrei abgewickelt werden können. Es werden dabei also keine versehentlich „noch schlafenden” Teilnehmer „vergessen”. Der mit dem Einsatz derartiger Teilnehmer verbundene Vorteil, dass diese nämlich in einen passiven, energiesparenden Standby Betrieb geschaltet werden können, kann trotz der Gruppeneinteilung uneingeschränkt genutzt werden. Derartige Teilnehmer werden durch den erfindungsgemäßen Umschaltvorgang mit dem wiederholten Synchronisationstelegramm, welches die Gruppenwechselinformation und den Countdown Zählwert enthält, energetisch nicht mehr belastet werden als in normal aktiven Phasen. Die Vorbereitung einer solchen Gruppenumschaltung, d. h. der Countdown, hängt zwar vom „langsamsten” Teilnehmer ab, d. h. dem Teilnehmer mit der größten Pausenzeit. Der eigentliche Gruppenwechsel wird dadurch aber in keiner Weise beeinträchtigt und erfolgt sehr schnell von einem Superframe zum nächsten.The invention offers the particular advantage that even in the presence of subscribers who can temporarily deactivate, ie in particular energy-self-sufficient participants, group switching can be handled properly and error-free in any case. There will be no accidentally "still sleeping" part "forgotten". The advantage associated with the use of such subscribers, namely that they can be switched to a passive, energy-saving standby mode, can be used without restriction despite the grouping. Such subscribers are no longer energetically loaded by the switching process according to the invention with the repeated synchronization telegram which contains the group change information and the countdown count value than in normally active phases. The preparation of such a group switching, ie the countdown, depends on the "slowest" participant, ie the participant with the longest break time. But the actual group change is not impaired in any way and happens very fast from one superframe to the next.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- - IEEE802.15.4 [0006] - IEEE802.15.4 [0006]
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Title |
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