DE112013007362B4

DE112013007362B4 - Entfernungsmesseinrichtung und Entfernungsmessverfahren

Info

Publication number: DE112013007362B4
Application number: DE112013007362.5T
Authority: DE
Inventors: Yasuto Kanayama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-10-04
Filing date: 2013-10-04
Publication date: 2017-01-26
Anticipated expiration: 2033-10-05
Also published as: WO2015049803A1; KR20160042164A; JPWO2015049803A1; JP5591419B1; CN105637810A; DE112013007362T5; KR101669397B1; TW201515408A; US20160209200A1; TWI551084B; US9513101B2; CN105637810B

Abstract

Entfernungsmesseinrichtung (1; 5), umfassend: eine Transceiver-Einheit (11; 51), die bei einer zwischen einer Entfernungsmesseinrichtung (1; 5) und einer Kommunikationseinrichtung (2, 3; 6, 7) durchgeführten Entfernungsmessung einen Befehl an die Kommunikationseinrichtung (2, 3; 6, 7) eines die Entfernungsmesseinrichtung (1; 5) und die Kommunikationseinrichtung (2, 3; 6, 7) umfassenden Netzwerk-Systems übermittelt, und eine Antwort von der Kommunikationseinrichtung (2, 3; 6, 7) als Antwort auf den Befehl empfängt; und eine Entfernungsmessungs-Steuereinheit (12; 52), die beim Start der Entfernungsmessung die Transceiver-Einheit (11; 51) anweist, den Befehl zu übermitteln, eine Zeitdauer misst, die nach Übermittlung des Befehls bis zum Empfang der Antwort verstreicht, und eine Entfernung zwischen der Entfernungsmesseinrichtung (1; 5) und der Kommunikationseinrichtung (2, 3; 6, 7) auf Basis der gemessenen Zeitdauer berechnet, wobei die Entfernungsmessungs-Steuereinheit (12; 52), bevor die Entfernungsmessung wiederholt durchgeführt wird, auf Basis eines Vergleichs der berechneten Entfernung mit einem festgelegten Wert festlegt, wie oft die Entfernungsmessung nach Übermittlung des Befehls wiederholt wird, bis die Entfernung berechnet wird.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entfernungsmesseinrichtung und ein Entfernungsmessverfahren.
Hintergrund
Bisher wurde mittels Inter-Knoten-Entfernungsmesseinrichtungen die Entfernung zu einer Knoten-Station, die Teil eines Feldnetzes vom Bus-Typ bildet, ermittelt, indem nach Übermittlung eines Befehls an jede über Netzwerkleitung verbundene Knoten-Station eine Zeitdauer bis zum Empfang einer Antwort gemessen und anschließend auf der Basis der gemessenen Zeitdauer die Entfernung zu den einzelnen Knoten-Station bestimmt wurde.
Da jedoch in der Praxis die Leistungen der Kommunikations-ICs (IC = Integrated Circuit/integrierte Schaltung) der einzelnen Knoten sehr unterschiedlich sind, können Fälle auftreten, bei denen die Entfernung, die auf der Basis der Differenz zwischen übermitteltem Befehl und empfangener Antwort ermittelt wurde, von der tatsächlichen Entfernung abweicht. Zur Lösung dieses Problems verbessert beispielsweise die nachfolgend beschriebene und in der Patentliteratur 1 offenbarte Vorgehensweise die Messgenauigkeit, indem die Messungen mehrfach (N-fach) wiederholt werden und anschließend eine Mittelung der N-Messwerte vorgenommen wird.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2009 060 505 A1 sind eine Schaltung, ein System und ein Verfahren zur Entfernungsmessung zwischen zwei Knoten eines Funknetzes bekannt, bei denen vom ersten Knoten ein Modus zur Entfernungsmessung zu einem zweiten Knoten initiiert wird, vom ersten Knoten in dem Modus zur Entfernungsmessung ein Befehl zur Entfernungsmessung mit der Adresse des zweiten Knotens an den zweiten Knoten übertragen wird, der zweite Knoten durch den Befehl in den Modus zur Entfernungsmessung überführt wird, im Modus zur Entfernungsmessung durch den Befehl ein Ablauf gesteuert wird, durch den Befehl gesteuert vom ersten Knoten in einem Sendezeitfenster des Ablaufs ein erstes Signal gesendet wird und vom zweiten Knoten in einem zugehörigen Empfangszeitfenster des Ablaufs das erste Signal empfangen und ein erster Phasenwert des ersten Signals gemessen wird, durch den Befehl gesteuert vom zweiten Knoten in einem Sendezeitfenster des Ablaufs ein zweites Signal gesendet wird und vom ersten Knoten in einem zugehörigen Empfangszeitfenster das zweite Signal empfangen und ein zweiter Phasenwert des zweiten Signals gemessen wird, und durch den Befehl gesteuert in einem folgenden Zeitfenster des Ablaufs die erste Frequenz des ersten Signals um einen Frequenzunterschied und die zweite Frequenz des zweiten Signals um den Frequenzunterschied geändert werden.
Die Offenlegungsschrift US 2011/242522 A1 offenbart ein System von drahtlos verbundenen Knoten. Ein Knoten überträgt zur Abstandsmessung zwischen zwei Knoten ein Pilotsignal an wenigstens einen anderen Knoten. Ein Knoten, welcher das Pilotsignal empfängt, überträgt das Pilotsignal wenigstens zu dem Knoten zurück, von dem es empfangen wurde. Das Pilotsignal kann dabei periodisch sein. Basierend auf einer Verzögerung des Hin- und Her-Sendens wird die Entfernung berechnet.
Zitatenliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldung Offenlegungsschrift Nr. 2009-118041 .

Zusammenfassung
Technisches Problem
Bei der Vorgehensweise gemäß dem Stand der Technik besteht jedoch ein Problem darin, dass, aufgrund der Tatsache, dass die Messung mehrfach (N-fach) wiederholt wird, das Verfahren N-fach länger dauert, als wenn die Messung nur einmal durchgeführt würde.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben genannten Problematik getätigt, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Entfernungsmesseinrichtung und ein Entfernungsmessverfahren bereitzustellen, die es ermöglichen, den Zeitaufwand zur Messung einer Entfernung von einer Einrichtung zu verringern.
Lösung des Problems
Zur Lösung des Problems und der oben genannten Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Entfernungsmesseinrichtung bereitgestellt, die folgendes umfasst: eine Transceiver-Einheit (Sende-/Empfangseinheit), die bei einer Entfernungsmessung zwischen einer Entfernungsmesseinrichtung und einer Kommunikationseinrichtung einen Befehl an die Kommunikationseinrichtung eines die Entfernungsmesseinrichtung und die Kommunikationseinrichtung umfassenden Netzwerk-Systems sendet und eine Antwort von der Kommunikationseinrichtung als Antwort auf den Befehl empfängt; sowie eine Entfernungsmessungs-Steuereinheit, die die Transceiver-Einheit beim Start der Entfernungsmessung anweist, den Befehl zu senden, nach Übermittlung des Befehls eine Zeitdauer bis zum Erhalt einer Antwort misst, und eine Entfernung zwischen der Entfernungsmesseinrichtung und der Kommunikationseinrichtung auf der Basis der gemessenen Zeitdauer berechnet. Die Entfernungsmessungs-Steuereinheit bestimmt auf der Basis der berechneten Entfernung, wie oft die Entfernungsmessung wiederholt wird, bis nach Übermittlung des Befehls die Entfernung berechnet wird.
Vorteilhafter Effekt der Erfindung
Der vorteilhafte Effekt der Erfindung besteht darin, dass mit einer Entfernungsmesseinrichtung und einem Entfernungsmessverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung der Zeitaufwand zur Messung einer Entfernung verringert wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Diagramm, das eine beispielhafte Ausgestaltung des Netzwerk-Systems gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
2 zeigt ein Diagramm, das die Entfernungen zwischen einer Entfernungsmesseinrichtung und Knoten darstellt.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das eine von der Entfernungsmesseinrichtung durchgeführte Entfernungsmessung gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
4 zeigt ein Diagramm, das eine beispielhafte Ausgestaltung eines Netzwerk-Systems gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
5-1 zeigt ein Diagramm, das einen Zustand darstellt, in dem eine Startanweisung zur Ausführung der Entfernungsmessung während der Datenkommunikation empfangen wird.
5-2 zeigt ein Diagramm, das einen Zustand darstellt, in dem eine Entfernungsmessung durchgeführt wird, bevor die Datenkommunikation startet.
6 zeigt ein Flussdiagramm, das eine von der Entfernungsmesseinrichtung durchgeführte Entfernungsmessung gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
7-1 zeigt ein Diagramm, das einen Zustand darstellt, in dem eine Entfernungsmessung in einer einzelnen Datenübermittlungsunterbrechungsperiode während der Datenkommunikation durchgeführt wird.
7-2 zeigt ein Diagramm, das einen Zustand darstellt, in dem eine Entfernungsmessung in einer Mehrzahl von Datenkommunikationsunterbrechungsperioden während der Datenkommunikation durchgeführt wird.
8 zeigt ein Flussdiagramm, das eine in einer Entfernungsmesseinrichtung durchgeführte Entfernungsmessung gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Im Nachfolgenden werden beispielhafte Ausführungsformen einer Entfernungsmesseinrichtung und eines Entfernungsmessverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
Erste Ausführungsformen
1 zeigt ein Diagramm, das eine beispielhafte Ausgestaltung des Netzwerk-Systems gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. In dem Netzwerk-System ist eine Entfernungsmesseinrichtung 1 über einen Übermittlungspfad 4 mit Knoten 2 und 3 verbunden. Die Entfernungsmesseinrichtung 1 ist eine Einrichtung zur Messung von Entfernungen zwischen der Entfernungsmesseinrichtung 1 und den Knoten 2 und 3. Die Knoten 2 und 3 sind Kommunikationseinrichtungen, die Entfernungsmessziele für die Entfernungsmesseinrichtung 1 darstellen. In 1 stellen die zwei Knoten das Netzwerk-System dar und sind mit dem Übermittlungspfad 4 verbunden, wobei dies lediglich ein Beispiel ist und auch drei oder mehr Knoten mit dem Übermittlungspfad 4 verbunden sein können. 1 zeigt ein Beispiel, bei dem die Entfernungsmesseinrichtung 1 einen Befehl 20 an den Knoten 3 überträgt und daraufhin eine Antwort 21 von dem Knoten 3 erhält. Eine vergleichbare Kommunikation erfolgt zwischen der Entfernungsmesseinrichtung 1 und dem Knoten 2.
Es wird nun eine Ausgestaltung der Entfernungsmesseinrichtung 1 beschrieben. Die Entfernungsmesseinrichtung 1 umfasst eine Transceiver-Einheit (Sende-/Empfangseinheit) 11 und eine Entfernungsmessungs-Steuereinheit 12. Beim Start der Entfernungsmessung übermittelt die Transceiver-Einheit 11 gesteuert von der Entfernungsmessungs-Steuereinheit 12 den Befehl 20 an die verbundenen Knoten 2 und 3 über den Übermittlungspfad 4. Die Transceiver-Einheit 11 empfängt von den Knoten 2 und 3 über den Übermittlungspfad 4 die Antwort 21, welche die Antwort auf den gesendeten Befehl 20 darstellt. Bei dem Befehl 20 handelt es sich vorzugsweise um einen Polling-Befehl oder einen Ping-Befehl, wobei der Befehl 20 jedoch nicht darauf beschränkt ist. Die Entfernungsmessungs-Steuereinheit 12 misst die Übermittlungszeit des Befehls 20 und die Empfangszeiten der Antworten 21, und sie misst die Entfernungen zwischen der Entfernungsmesseinrichtung 1 und den Knoten 2 und 3 auf der Basis der Zeitdifferenzen zwischen der Übermittlungszeit des Befehls 20 und der Empfangszeiten der Antwort 21.
Es wird nun eine Operation beschrieben, bei der die Entfernungsmesseinrichtung 1 die Entfernungen zwischen der Entfernungsmesseinrichtung und den Knoten 2 und 3 misst. Bei der Entfernungsmesseinrichtung 1 steuert zunächst die Entfernungsmessungs-Steuereinheit 12 die Übermittlung des Befehls 20 von der Transceiver-Einheit 11 zu dem Knoten 2. Zu diesem Zeitpunkt misst die Entfernungsmessungs-Steuereinheit 12 die Übermittlungszeit des Befehls 20. Nach Erhalt des Befehls 20 von der Entfernungsmesseinheit 1 überträgt daraufhin der Knoten 2 die Antwort 21. In der Entfernungsmesseinrichtung 1 empfängt die Transceiver-Einheit 11 die Antwort 21 von dem Knoten 2. Zu diesem Zeitpunkt misst die Entfernungsmessungs-Steuereinheit 12 die Empfangszeit der Antwort 21. Die Entfernungsmessungs-Steuereinheit 12 ist dazu ausgebildet, auf Grundlage der Übermittlungszeit des Befehls 20 und der Empfangszeit der Antwort 21 die Zeitdauer bis zum Erhalt der Antwort 21 nach Übermittlung des Befehls zu messen und daraufhin die Entfernung zwischen der Entfernungsmesseinrichtung 1 und dem Knoten 2 auf der Basis der gemessenen Zeitdauer zu berechnen.
Da es insbesondere möglich ist, eine Übermittlungsrate des Befehls 20 und der Antwort 21 in dem Übermittlungspfad 4 im Voraus zu erfassen, kann die Entfernungsmessungs-Steuereinheit 12 eine Round-Trip-Entfernung zu dem Knoten 2 durch Multiplikation der Übermittlungsrate mit der Zeitdauer, die bis zum Empfang der Antwort 21 nach Übermittlung des Befehls 20 verstreicht, ermitteln, und sie kann eine One-Way-Entfernung, d. h., die Entfernung zwischen der Entfernungsmesseinrichtung 1 und dem Knoten 2, durch Division der ermittelten Entfernung durch 2 ermitteln.
In vergleichbarer Weise übermittelt in der Entfernungsmesseinrichtung 1 die Transceiver-Einheit 11 den Befehl 20 an den Knoten 3, und die Entfernungsmessungs-Steuereinheit 12 misst die Übermittlungszeit des Befehls 20. Nach Erhalt des Befehls 20 von der Entfernungsmesseinrichtung 1 übermittelt der Knoten 3 die Antwort 21 als Antwort auf den Befehl 20. In der Entfernungsmesseinrichtung 1 empfängt die Transceiver-Einheit 11 die Antwort 21 von dem Knoten 3, und die Entfernungsmessungs-Steuereinheit 12 misst die Empfangszeit der Antwort 21. Die Entfernungsmessungs-Steuerungseinheit 12 ist dazu ausgebildet, auf der Grundlage der Übermittlungszeit des Befehls 20 und der Empfangszeit der Antwort 21 die Zeitdauer zu messen, die verstreicht bis die Antwort 21 nach Übermittlung des Befehls 20 empfangen wird, und dann die Entfernung zwischen der Entfernungsmesseinrichtung 1 und dem Knoten auf der Basis der gemessenen Zeitdauer zu berechnen.
2 zeigt ein Diagramm, das die Entfernungen zwischen der Entfernungsmesseinrichtung und den Knoten darstellt. Die Entfernungsmesseinrichtung 1 ist dazu ausgebildet, eine Entfernung L2 zwischen der Entfernungsmesseinrichtung 1 und dem Knoten 2 auf der Basis der Zeitdauer, die verstreicht, bis die Antwort 21 nach Übermittlung des Befehls 20 empfangen wird, zu ermitteln. Die Entfernungsmesseinrichtung 1 ist dazu ausgebildet, eine Entfernung L3 zwischen der Entfernungsmesseinrichtung 1 und dem Knoten 3 auf der Basis der Zeitdauer, die verstreicht, bis die Antwort 21 nach Übermittlung des Befehls 20 empfangen wird, zu ermitteln. Ist eine Differenzierung zwischen den Knoten nicht notwendig, wird die Entfernung zwischen der Entfernungsmesseinrichtung 1 zu dem Knoten als Entfernung L bezeichnet.
Hierbei ist bei der Messung der Entfernung zwischen der Entfernungsmesseinrichtung 1 und den Knoten 2 und 3 die Zeitdauer (Messergebnis), die verstreicht, bis die Antwort 21 nach Übermittlung des Befehls 20 empfangen wird, nicht konstant und kann variieren. Die Variation in der Zeitdauer (Messergebnis), die verstreicht, bis die Antwort 21 nach Übermittlung des Befehls 20 empfangen wird, bedeutet, dass die von der Entfernungsmesseinrichtung 1 berechneten Abstände zu den Knoten 2 und 3 variieren können. Um die Genauigkeit der Messungen der Entfernungen zu den Knoten 2 und 3 zu verbessern, wird ein Verfahren bereitgestellt, bei dem die Entfernungsmesseinrichtung 1 die Entfernungsmessungen wiederholt durchführt.
Die Variation bei dem Messergebnis ist bedingt durch die Variationen der für die Kommunikations-ICs spezifischen Leistung eines jeden Knotens. Bei der Entfernungsmessung, die bei dem über eine kurze Entfernung von der Entfernungs-Messeinrichtung 1 verbundenen Knoten 2 durchgeführt wird, ergibt sich eine Variation im gleichen Maße wie bei der Entfernungsmessung, die bei dem über eine größere Entfernung von der Entfernungsmesseinrichtung 1 verbundenen Knoten 3 durchgeführt wird. Wird eine Differenz zwischen der tatsächlichen Entfernung und einer gemessenen Entfernung als eine Differenz Ld bezeichnet, liegt bei der Entfernungsmessung ein Fehler Ld/L2 zwischen der Entfernungsmesseinrichtung 1 und dem Knoten 2 und ein Fehler Ld/L3 zwischen der Enfernungs-Messeinrichtung 1 und dem Knoten 3 vor.
Um den Messfehler unabhängig von der Entfernung L zwischen der Entfernungsmesseinrichtung 1 und den Knoten auszugleichen, ist es bei kleiner Entfernung L erforderlich, die Genauigkeit der Entfernungsmessung zu verbessern, indem Ld ebenfalls verringert wird. Ist dagegen die Entfernung L groß, ist es nicht erforderlich die Genauigkeit der Entfernungsmessung zu verbessern, da der während der Entfernungsmessung aufgetretene Fehler klein ist.
Auf diese Weise wird bei der vorliegenden Ausführungsform, wenn die von einem ersten Messergebnis oder mehreren Messergebnissen erhaltene Entfernung L kleiner als eine vorgegebene Entfernung X ist, die Entfernungsmesseinrichtung 1 dazu veranlasst, die Anzahl N der Wiederholungen von Entfernungsmessungen zu erhöhen und somit die Genauigkeit der Entfernungsmessung verbessert. Ist dagegen die ermittelte Entfernung L größer als die Entfernung X, wird die Entfernungsmesseinrichtung 1 dazu veranlasst, die Anzahl von Wiederholungen der Entfernungsmessungen zu reduzieren oder die Entfernungsmessung wird nicht wiederholt. Wie oben beschrieben, reduziert die Entfernungsmesseinrichtung 1 die Anzahl der Wiederholungen von Entfernungsmessungen, wenn die ermittelte Entfernung L größer als die Entfernung X ist bzw. sie wiederholt die Entfernungsmessung nicht und kann so die für die Entfernungsmessung erforderliche Zeitdauer derart reduzieren, dass sie geringer ist, als wenn die Entfernungsmessung wiederholt für alle Knoten unabhängig von der Entfernung zu dem Knoten durchgeführt wird.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das die von der Entfernungsmesseinrichtung durchgeführte Entfernungsmessung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Wie oben beschrieben, empfängt, wenn die Transceiver-Einheit 11 gesteuert von der Entfernungsmessungs-Steuereinheit 12 den Befehl 20 an den Knoten übermittelt (Schritt S1), die Entfernungsmesseinrichtung 1 die Antwort 21 als eine Antwort auf den Befehl 20 von dem Knoten, der den Befehl 20 empfangen hat (Schritt S2).
Die Entfernungsmessungs-Steuereinheit 12 berechnet die Entfernung L zwischen der Entfernungsmesseinrichtung 1 und dem Knoten auf der Basis der Übermittlungszeit des Befehls 20 und der Empfangszeit der Antwort 21 (Schritt S3), und sie vergleicht die Entfernung L mit der vorgegebenen Entfernung X (Schritt S4). Ist die berechnete Entfernung geringer als die Entfernung X (Schritt S5: Ja), stellt die Entfernungsmessungs-Steuereinheit 12 fest, dass die Entfernung von dem Knoten kurz ist und somit die Genauigkeit der Entfernungsmessung erhöht werden muss und legt dann die Anzahl N von Wiederholungen der Entfernungsmessung fest (Schritt S6). Die Entfernungsmesseinrichtung 1 übermittelt dann in vergleichbarer Weise wie in den Schritten S1 bis S3 den Befehl 20 (Schritt S8), empfängt die Antwort 21 (Schritt S9), und wiederholt die Entfernungsmessung N-fach (Schritt S7) bis die Entfernung L berechnet ist (Schritt S10). Die Entfernungsmesseinrichtung 1 beendet die Entfernungsmessung, sobald die Entfernungsmessung N-fach wiederholt worden ist (Schritt S11).
Ist dagegen die berechnete Entfernung L gleich oder größer als die Entfernung X (Schritt S5: Nein), stellt die Entfernungsmessungs-Steuereinheit 12 fest, dass es nicht notwendig ist, die Entfernungsmessung zu wiederholen, da die Entfernung vom Knoten groß ist und es nicht notwendig ist, die Genauigkeit der Entfernungsmessung zu verbessern. Die Entfernungsmesseinrichtung 1 beendet deshalb die Entfernungsmessung.
Wie oben beschrieben, vergleicht gemäß der vorliegenden Erfindung bei der Entfernungsmesseinrichtung 1 die Entfernungsmessungs-Steuereinheit 12 die gemessene Entfernung L zwischen der Entfernungsmesseinrichtung 1 und dem Knoten mit der vorgegebenen Entfernung X; führt die Entfernungsmessung wiederholt durch, wenn die gemessene Entfernung L von dem Knoten kleiner als X ist; und wiederholt die Entfernungsmessung nicht, wenn die gemessene Entfernung von dem Knoten größer als X ist. Dies erlaubt die Anzahl von Entfernungsmessungen für den weiter entfernt liegenden Knoten zu verringern, so dass die Anzahl der Entfernungsmessungen geringer ist, als die für den näher liegenden Knoten. Auf diese Weise verringert sich die für die Entfernungsmessung notwendige Zeitdauer und ist so geringer, als wenn die Entfernungsmessung wiederholt an allen Knoten durchgeführt würde.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform legt darüber hinaus die Entfernungsmessungs-Steuereinheit 12 die Anzahl der Entfernungsmessungen auf der Basis eines Vergleichs zwischen der erfassten Entfernung L und der Entfernung X fest. Die Anzahl der Entfernungsmessungen kann jedoch beispielsweise auch durch die Festsetzung einer Mehrzahl von mit der Entfernung L zu vergleichenden Werte festgelegt werden, um die Entfernung L mit einer Mehrzahl von Entfernungswerten zu vergleichen (beispielsweise einer Entfernung X1 und einer Entfernung X2). Bei einem Vergleich mit den Entfernungen X1 und X2 kann die Entfernungsmesseinrichtung 1 die Anzahl der Wiederholungen der Entfernungsmessungen auf drei Schritte festlegen, einschließlich keine Wiederholung, N1 Wiederholungen und N2 Wiederholungen.
Zweite Ausführungsform
Die vorliegende Ausführungsform wird im Folgenden anhand eines Beispiels beschrieben, bei dem das Netzwerk-System so ausgebildet ist, dass es eine Master-Station und Slave-Stationen umfasst und die Datenkommunikation zwischen der Master Station und den Slave-Stationen erfolgt. Im Folgenden werden die Komponenten beschrieben, die sich von der ersten Ausführungsform unterscheiden.
4 zeigt ein Diagramm, das eine beispielhafte Ausgestaltung eines Netzwerk-Systems gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Bei dem Netzwerk-System ist eine Master-Station 5 über einen Übermittlungspfad 8 mit Slave-Stationen 6 und 7 verbunden. Die Master-Station 5 führt die Datenkommunikation mit den Slave-Stationen 6 und 7 durch. In der vorliegenden Ausführungsform fungiert die Master-Station 5 als Entfernungsmesseinrichtung und misst die Entfernungen zwischen der Master-Station 5 und den Slave-Stationen 6 und 7. Die Slave-Stationen 6 und 7 sind Kommunikationseinrichtungen, die als Ziel für die Messung der Entfernung zu der Master-Station 5 dienen. In 4 bilden die zwei Slave-Stationen einen Teil des Netzwerk-Systems und sind mit dem Übermittlungspfad 8 verbunden, wobei dies nur ein Beispiel darstellt und auch drei oder mehr Slave-Stationen mit dem Übermittlungspfad 8 verbunden sein können.
Obwohl nicht dargestellt, führt die Master-Station 5 die Entfernungsmessung durch Übermittlung eines Befehls an die Slave-Stationen 6 und 7 und Empfang von Antworten von den Slave-Stationen 6 und 7 durch.
Es wird nun eine Ausgestaltung der Master-Station 5 beschrieben. Die Master-Station 5 umfasst eine Transceiver-Einheit (Sende-/Empfangseinheit) 51 und eine Entfernungsmessungs-Steuereinheit 52. Beim Start der Entfernungsmessung übermittelt die Transceiver-Einheit 51 gesteuert von der Entfernungsmessungs-Steuereinheit 52 den Befehl an die über den Übermittlungspfad 8 verbundenen Slave-Stationen 6 und 7. Die Transceiver-Einheit 51 empfängt über den Übermittlungspfad 8 die Antworten, welche die Antworten auf den gesendeten Befehl darstellen, von den Slave-Stationen 6 und 7. Die Entfernungsmessungs-Steuereinheit 52 misst die Übermittlungszeit des Befehls und die Empfangszeiten der Antworten, und sie misst auf der Basis der Zeitdifferenzen zwischen der Übermittlungszeit des Befehls und der Empfangszeiten der Antworten die Entfernungen zwischen der Master-Station 5 und den Slave-Stationen 6 und 7.
Es wird nun eine Operation beschrieben, bei der die Master-Station 5 die Entfernung zwischen der Master-Station 5 und den Slave-Stationen 6 und 7 misst. Bei dem Netzwerk-System der vorliegenden Ausführungsform erfolgt bei Durchführung einer normalen Operation eine Datenkommunikation zwischen der Master-Station 5 und den Slave-Stationen 6 und 7. Wird während der Datenkommunikation dem Netzwerk-System eine Start-Anweisung von einer externen Quelle zugeführt, ist es notwendig, die Datenkommunikation zu unterbrechen. Aus diesem Grund führt in der vorliegenden Ausführungsform die Master-Station 5 die Entfernungsmessung durch, wenn die Master-Station 5 aktiviert ist, ohne dass eine Start-Anweisung zur Durchführung der Entfernungsmessung von einer externen Quelle erfolgt.
5-1 zeigt ein Diagramm, das einen Zustand darstellt, in dem die Start-Anweisung zur Durchführung der Entfernungsmessung während der Datenkommunikation empfangen wird. 5-2 zeigt ein Diagramm, das einen Zustand darstellt, in dem die Entfernungsmessung durchgeführt wird, bevor die Datenkommunikation startet. Wie in 5-1 gezeigt, unterbricht die Master-Station 5 die Master-Slave-Datenkommunikation 30, wenn die Start-Anweisung zur Durchführung der Entfernungsmessung während der Datenkommunikation empfangen wird, führt eine Entfernungsmessung 31 durch, und führt die Master-Slave-Datenkommunikation 32 nach Beendigung der Entfernungsmessung 31 fort. Dagegen führt, wie in 5-2 dargestellt, die Master-Station 5 nach deren Aktivierung eine Entfernungsmessung 33 vor dem Start der Datenkommunikation durch, d. h., sie wartet nicht auf eine Anweisung von einer externen Quelle, wodurch eine Unterbrechung der Master-Slave-Datenkommunikation 34 verhindert wird.
6 zeigt ein Flussdiagramm, das eine von der Entfernungsmesseinrichtung durchgeführte Entfernungsmessung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Ist die Master-Station 5 aktiviert (Schritt S21), wird in der Master-Station 5 die Entfernungsmessungs-Steuereinheit 52 dazu veranlasst, die Entfernungsmessung an der Slave-Station durchzuführen (Schritt S22). Die Entfernungsmessung von Schritt S2 ist mit der Entfernungsmessung der ersten Ausführungsform vergleichbar (siehe Flussdiagram von 3). Bezugnehmend auf die Beschreibung der ersten Ausführungsform entspricht die Entfernungsmesseinrichtung 1 der Master-Station 5, der Knoten der Slave-Station, die Entfernungsmessungs-Steuereinheit 12 der Entfernungsmessungs-Steuereinheit 52, und die Transceiver-Einheit 11 der Transceiver-Einheit 51. In der folgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dass, wenn die Master-Station 5 ein dem ersten Ausführungsbeispiel vergleichbares Verfahren (Flussdiagramm 3) durchführt, ein ähnlicher Vorgang durchgeführt wird.
Wie oben beschrieben, führt gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Master-Station 5 nach deren Aktivierung eine Messung der Entfernung zur Slave-Station durch, bevor die Datenkommunikation mit der Slave-Station startet. Dadurch wird eine Unterbrechung der Master-Slave-Datenkommunikation in dem Netzwerk-System verhindert.
Dritte Ausführungsform
In der vorliegenden Ausführungsform werden, wenn die Entfernungsmessung zweimal oder mehrmals durchgeführt wird, eine Mehrzahl von Entfernungsmessungen getrennt anstatt durchgehend durchgeführt. Das Netzwerk-System gemäß der vorliegenden Ausführungsform und die Master-Station 5 weisen eine ähnliche Ausgestaltung auf, wie die zweite Ausführungsform (siehe 4).
Bei dem in 4 dargestellten Netzwerk-System ist es erforderlich, die Datenkommunikation zeitweise zu unterbrechen, wenn die Entfernungsmessung nach Beginn der Master-Slave-Datenkommunikation und nicht während der Aktivierungsphase durchgeführt wird. In einem solchen Fall ist die Zeitdauer der Datenkommunikationsunterbrechung lang, wenn die Anzahl der Entfernungsmesswiederholungen groß ist. Daher verteilt die Master-Station 5, wenn die Entfernungsmessung wiederholt und somit zweimal oder mehrmals durchgeführt wird, die Entfernungsmessung auf zwei oder mehr Entfernungsmessungsperioden und führt die Entfernungsmessungen in diesen zwei oder mehr Entfernungsmessperioden durch und verringert somit die Unterbrechungsdauer der Datenkommunikation.
7-1 zeigt ein Diagramm, das einen Zustand darstellt, in dem die Entfernungsmessung während einer singulären Datenkommunikationsunterbrechungsperiode während der Datenkommunikation durchgeführt wird. 7-2 zeigt ein Diagramm, das einen Zustand darstellt, in dem die Entfernungsmessung in einer Mehrzahl von Datenkommunikationsunterbrechungsperioden während der Datenkommunikation stattfindet. Wie in 7-1 gezeigt, besteht die Wahrscheinlichkeit, dass, wenn die Master-Slave-Datenkommunikation 40 unterbrochen und eine Entfernungsmessung 41 durchgeführt wird und die Entfernungsmessung einmal oder mehrmals während einer singulären Datenkommunikationsunterbrechungsperiode (Entfernungsmessungsdauer) wiederholt wird, die Datenkommunikationsunterbrechungsperiode über einen längeren Zeitraum anhält und sich die anschließende Master-Slave-Datenkommunikation verzögert, so dass die normale Datenkommunikation beeinträchtigt wird. Dagegen führt, wie in 7-2 dargestellt, die Master-Station 5 eine Entfernungsmessung innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer T_D, in der eine separate Messung durchgeführt werden kann, durch, d. h. innerhalb der Datenkommunikationsunterbrechungsperiode, und wird, beispielsweise, wenn die Entfernungsmessung N-fach wiederholt wird und die N Entfernungsmessungen nicht abgeschlossen sind, die Entfernungsmessung bei einer nächsten Entfernungsmessung (in einer nächsten Datenkommunikationsunterbrechungsperiode) fortgesetzt. Beispielsweise wird eine Entfernungsmessung 44 nach der Master-Slave-Datenkommunikation 43 durchgeführt, eine Entfernungsmessung 46 wird nochmals nach der Master-Slave-Datenkommunikation 45 durchgeführt, wenn die Entfernungsmessungen 44 noch nicht abgeschlossen worden sind; eine Entfernungsmessung 48 wird wiederum nach der Master-Slave-Datenkommunikation 47 durchgeführt, wenn die Entfernungsmessungen 46 noch nicht abgeschlossen worden sind; und wenn eine Mehrzahl von Entfernungsmessungen 48 abgeschlossen sind, wird die Master-Slave-Datenkommunikation 49 fortgesetzt.
Es wird beispielsweise von einem Netzwerk-System, einem CC-Link (Control & Communication Link) eines offenen Feld-Netzwerkes (Field Path) und einer zyklischen Kommunikation, in der die Master-Slave-Datenkommunikation ständig wiederholt ausgeführt wird, ausgegangen. Bei der zyklischen Kommunikation senden die Master-Station und alle Slave-Stationen 6 und 7 Daten ihrer eigenen Stationen, jedoch wird eine Datenkommunikationsverzögerungszeit von einer zyklische Periode beeinflusst. Um die zyklische Kommunikation innerhalb einer vom Benutzer oder dem System erforderten Verzögerungszeit durchzuführen, ist es erforderlich, dass eine Zeitdauer für die „zyklische Periode + die Datenkommunikationsverzögerungszeit” innerhalb einer erforderlichen Verzögerungszeit liegt. Das heißt, wenn die zyklische Periode kurz ist, kann die Datenkommunikationsverzögerungszeit auf lang eingestellt werden; wenn die zyklische Periode hingegen lang ist, wird die Datenkommunikationsverzögerungszeit auf kurz eingestellt. Die Zeitdauer T_D, welche die Zeitdauer darstellt, innerhalb derer der singulär aufgeteilte Messvorgang stattfinden kann, entspricht der Datenkommunikationsverzögerungszeit.
Bei der zyklischen Kommunikation beginnt die Master-Station 5 zu einem geeigneten Zeitpunkt, an dem sowohl die Master-Station 5 als auch die Slave-Stationen 6 und 7 die Datenübertagung abgeschlossen haben, die Entfernungsmessung nach diesem Zeitpunkt.
Wenn von einer zyklischen Kommunikation in 7-2 ausgegangen und die Master-Slave-Datenkommunikation durch die Entfernungsmessungen unterteilt wird, werden die Master-Slave-Datenkommunikationsvorgänge auf dieselbe Länge eingestellt. Die vorliegende Erfindung ist darauf jedoch nicht beschränkt. Beispielsweise kann die Länge der Master-Slave-Datenkommunikation benutzerdefiniert auch auf beliebige Größen eingestellt werden.
8 zeigt ein Flussdiagramm, das das in der Entfernungsmesseinrichtung durchgeführte Entfernungsmessverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. In der Master-Station 5 ermittelt die Entfernungsmessungs-Steuereinrichtung 52 eine verbleibende Zeitdauer T_R, in der die Entfernungsmessung in einer singulären Datenkommunikationsunterbrechungsperiode ausführbar ist, auf Basis einer Zeitdauer T_D, in der der singulär aufgeteilte Messvorgang ausführbar ist. Hat die Entfernungsmessung noch nicht in der Datenkommunikationsunterbrechungsperiode stattgefunden, wird die Zeitdauer T_D, in der der singulär aufgeteilte Messvorgang ausführbar ist, vorzugsweise als die verbleibende Zeitdauer T_R eingestellt, in der die Entfernungsmessung ausführbar ist (Schritt S31).
Die Master-Station 5 führt dann einmal die Entfernungsmessung durch (Schritt S32). Die bei Schritt S32 durchgeführte Entfernungsmessung ist vergleichbar zu der in den Schritten S8 bis S10 ausgeführten Entfernungsmessung gemäß der ersten Ausführungsform (siehe Flussdiagramm von 3). Die Entfernungsmessungs-Steuereinheit 2 setzt dann den durch Subtraktion einer singulären Entfernungsmessperiode T₁ von einer verbleibenden Zeitperiode T_R, in der die Entfernungsmessung ausführbar ist, erhaltenen Wert als eine neue verbleibende Zeitdauer T_R fest, in der die Entfernungsmessung ausführbar ist (Schritt S33). Wenn die Entfernungsmessungen nicht abgeschlossen sind (Schritt S34: Nein), d. h., wenn nach N-facher Wiederholung die N Entfernungsmessungen nicht beendet sind, vergleicht die Entfernungsmessungs-Steuereinheit 52 die verbleibende Zeitdauer T_R, in der die Entfernungsmessung ausführbar ist, mit der singulären Entfernungsmessperiode T₁ (Schritt 35). Wenn die verbleibende Zeitdauer T_R, in der die Entfernungsmessung ausführbar ist, gleich oder größer ist als die singuläre Entfernungsmessperiode T₁ (Schritt 35: Ja), stellt die Entfernungsmessungs-Steuereinheit 52 fest, dass eine Zeitdauer, in der die Entfernungsmessung ausführbar ist, verbleibt, kehrt zurück zu Schritt S32 und führt die Entfernungsmessung einmal durch (Schritt S32).
Die Entfernungsmessungs-Steuereinheit 52 führt die Schritte S33 und S34 wie oben beschrieben aus, und, wenn die verbleibende Zeitdauer T_R, in der die Entfernungsmessung ausführbar ist, geringer als die singuläre Entfernungsmessperiode T₁ ist (Schritt S35: Nein), stellt die Entfernungsmessungs-Steuereinheit 52 fest, dass die Zeitdauer, in der die Entfernungsmessung ausführbar ist, nicht verbleibt und die Entfernungsmessung muss dann während einer nächsten Zeitdauer T_D, in der ein singulär aufgeteilter Messvorgang durchgeführt werden kann, d. h. in einer Datenkommunikationsunterbrechungsperiode (Schritt S36), durchgeführt werden, und beendet die Entfernungsmessung.
Sind die Entfernungsmessungen abgeschlossen (Schritt S34: Ja), d. h. sind die N Entfernungsmessungen nach N-facher Wiederholung abgeschlossen, wird die Entfernungsmessung von der Entfernungsmessungs-Steuereinheit 52 beendet.
Wie oben beschrieben, wird nach dem Start der Datenkommunikation mit der Slave-Station gemäß der vorliegenden Ausführungsform bei N-facher Wiederholung der Entfernungsmessung in der Master-Station 5 eine N-fache Entfernungsmessung in einer Mehrzahl von Datenkommunikationsunterbrechungsperioden anstatt eine N-fach Entfernungsmessung in einer singulären Datenkommunikationsunterbrechungsperiode ausgeführt. Dies ermöglicht es bei einer periodisch ausgeführten Kommunikation, wie einer zyklischen Kommunikation, zwischen der Master-Station und der Slave-Station eine Reduzierung einer temporären Unterbrechungsperiode der zyklischen Kommunikation und somit eine Reduzierung des den Kommunikationszyklus der zyklischen Kommunikation beeinträchtigenden Einflusses einer Verzögerung oder ähnlichem.
Die Zeitdauer T_D, in der der singuläre aufgeteilte Messvorgang ausführbar ist, kann ein in der Master-Station 5 vorgegebener fester Wert sein oder von der Master-Station 5 auf der Basis des Kommunikationszyklus (Zykluszeit) der zyklischen Kommunikation im Netzwerk-System berechnet werden.
Beispielsweise wird ein fester vorab festgelegter Wert als Zeitdauer T_D verwendet, in der der singuläre aufgeteilte Messvorgang ausführbar ist.
Alternativ wird ein fester Wert pro Zeiteinheit als Zeitdauer T_D verwendet, in der der singulär aufgeteilte Messvorgang ausführbar ist. Beispielsweise wird eine Zeitdauer von 10 ms/s als Zeitdauer T_D verwendet, in der der singuläre aufgeteilte Messvorgang ausführbar ist.
Alternativ wird ein fester Wert in Bezug auf den Zyklus der zyklischen Kommunikation des Netzwerk-System als Zeitdauer T_D verwendet, in der der singulär aufgeteilte Messvorgang ausführbar ist. Beispielsweise wird eine Zeitdauer von 1 ms/M zyklischen Kommunikationen (M ist eine natürliche Zahl von 1 oder mehr) des Netzwerk-Systems als Zeitdauer T_D verwendet, in der der singuläre aufgeteilte Messvorgang ausführbar ist.
Alternativ wird ein Verhältnis in Bezug auf eine Master-Slave-Datenkommunikationsperiode des Netzwerk-Systems als Zeitdauer T_D verwendet, in der der singulär aufgeteilte Messvorgang ausführbar ist. Beträgt beispielsweise das Verhältnis zwischen Datenkommunikation und Entfernungsmessung 9:1, werden 10 ms pro 90 ms Datenkommunikation als Zeitdauer T_D verwendet, in der der singuläre aufgeteilte Messvorgang ausführbar ist.
Wie oben beschrieben kann die Zeitdauer T_D, in der der singuläre aufgeteilte Messvorgang ausführbar ist, in geeigneter Weise bestimmt werden, beispielsweise in Hinblick auf die in dem Netzwerk stattfindende Kommunikation.
Die vorliegende Ausführungsform wurde anhand der zweiten Ausführungsform beschrieben, jedoch ist die vorliegende Ausführungsform nicht darauf beschränkt und ist auch auf die erste Ausführungsform anwendbar.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie oben beschrieben, sind die Entfernungsmesseinrichtung und das Verfahren zur Messung von Entfernungen zwischen einzelnen Einrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung für ein Netzwerk-System geeignet, insbesondere dann, wenn eine Mehrzahl von Knoten miteinander verbunden sind.
Bezugszeichenliste

1: Entfernungsmesseinrichtung
2, 3: Knoten
4, 8: Übermittlungspfad
5: Master-Station
6, 7: Slave-Station
11, 51: Transceiver-Einheit (Sende-/Empfangseinrichtung)
12, 52: Entfernungsmessungs-Steuereinheit

Claims

Entfernungsmesseinrichtung (1; 5), umfassend: eine Transceiver-Einheit (11; 51), die bei einer zwischen einer Entfernungsmesseinrichtung (1; 5) und einer Kommunikationseinrichtung (2, 3; 6, 7) durchgeführten Entfernungsmessung einen Befehl an die Kommunikationseinrichtung (2, 3; 6, 7) eines die Entfernungsmesseinrichtung (1; 5) und die Kommunikationseinrichtung (2, 3; 6, 7) umfassenden Netzwerk-Systems übermittelt, und eine Antwort von der Kommunikationseinrichtung (2, 3; 6, 7) als Antwort auf den Befehl empfängt; und eine Entfernungsmessungs-Steuereinheit (12; 52), die beim Start der Entfernungsmessung die Transceiver-Einheit (11; 51) anweist, den Befehl zu übermitteln, eine Zeitdauer misst, die nach Übermittlung des Befehls bis zum Empfang der Antwort verstreicht, und eine Entfernung zwischen der Entfernungsmesseinrichtung (1; 5) und der Kommunikationseinrichtung (2, 3; 6, 7) auf Basis der gemessenen Zeitdauer berechnet, wobei die Entfernungsmessungs-Steuereinheit (12; 52), bevor die Entfernungsmessung wiederholt durchgeführt wird, auf Basis eines Vergleichs der berechneten Entfernung mit einem festgelegten Wert festlegt, wie oft die Entfernungsmessung nach Übermittlung des Befehls wiederholt wird, bis die Entfernung berechnet wird.
Entfernungsmesseinrichtung (5) nach Anspruch 1, wobei die Entfernungsmesseinrichtung (5) ausgebildet ist, eine Entfernungsmessung (31; 41; 44, 46, 48) durchzuführen, bevor eine normale Datenkommunikation (30, 32; 40, 42; 43, 45, 47, 49) zwischen der Entfernungsmesseinrichtung (5) und der Kommunikationseinrichtung (6, 7) begonnen wird.
Entfernungsmesseinrichtung (1; 5) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Entfernungsmessungs-Steuereinheit (12; 52), wenn die Entfernungsmessung (44, 46, 48) zwei- oder mehrfach durchgeführt wird, eine Mehrzahl von Entfernungsmessungen (44, 46, 48) in zwei oder mehr Entfernungsmessperioden aufteilt, um die aufgeteilten Entfernungsmessvorgänge auszuführen.
Entfernungsmesseinrichtung (1; 5) gemäß Anspruch 3, wobei die Entfernungsmessungs-Steuereinheit (12; 52) die Länge jeder Entfernungsmessperiode auf Basis einer Zykluszeit des Netzwerk-Systems festlegt.
Entfernungsmessverfahren, das in einer Entfernungsmesseinrichtung (1; 5), die mit einer Kommunikationseinrichtung (2, 3; 6, 7) ein Netzwerk-System bildet, ausgeführt wird, umfassend die folgenden Schritte: einen Befehlsübermittlungsschritt zur Übermittlung eines Befehls an die Kommunikationseinrichtung (2, 3; 6, 7) beim Start einer Entfernungsmessung (31; 41; 44, 46, 48); einen Antwortempfangsschritt zum Empfang einer Antwort von der Kommunikationseinrichtung (2, 3; 6, 7) als Antwort auf den Befehl; einen Messschritt zum Ermitteln einer Zeitdauer, die verstreicht, bis die Antwort nach Übermittlung des Befehls empfangen wird; einen Entfernungsmessschritt zur Berechnung einer Entfernung zwischen der Entfernungsmesseinrichtung (1; 5) und der Kommunikationseinrichtung (2, 3; 6, 7) auf Basis der im Messschritt ermittelten Zeitdauer; und einen Wiederholungsanzahlentscheidungsschritt zur Festlegung der Anzahl von Wiederholungen der Entfernungsmessung (31; 41; 44, 46, 48) vom Befehlsübermittlungsschritt bis zum Entfernungsmessschritt auf der Basis eines Vergleichs der berechneten Entfernung mit einem festgelegten Wert, bevor die Entfernungsmessung (31; 41; 44, 46, 48) wiederholt durchgeführt wird.
Entfernungsmessverfahren nach Anspruch 5, wobei eine Entfernungsmessung (31; 41; 44, 46, 48) vom Befehlsübermittlungsschritt bis zum Entfernungsmessschritt durchgeführt wird, bevor eine normale Datenkommunikation (30, 32; 40, 42; 43, 45, 47, 49) zwischen der Entfernungsmesseinrichtung (5) und der Kommunikationseinrichtung (6, 7) begonnen wird.
Entfernungsmessverfahren gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei, wenn die Entfernungsmessung (44, 46, 48) zwei- oder mehrfach ausgeführt wird, eine Mehrzahl von Entfernungsmessungen (44, 46, 48) in zwei oder mehr Entfernungsmessperioden aufgeteilt wird, um die aufgeteilten Entfernungsmessvorgänge auszuführen.
Entfernungsmessverfahren gemäß Anspruch 7, wobei die Länge jeder Entfernungsmessperiode auf der Basis einer Zykluszeit des Netzwerks festgelegt wird.