JP6530519B2 - インダストリアル・インターネットフィールドブロードバンドバスに基づく実現システム - Google Patents

インダストリアル・インターネットフィールドブロードバンドバスに基づく実現システム Download PDF

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Description

本発明はインダストリアル・インターネット技術分野に関し、特にインダストリアル・インターネットフィールドブロードバンドバスに基づく実現システムに関する。
インターネット技術の発展に伴い、各種バスはインダストリアルフィールドオートメーションに広く応用されており、コントロールエンドのインダストリアルフィールドに対するリアルタイム監視を実現する。
現在、インダストリアルフィールドに応用するバスは全てシングルキャリア技術を用いるバスであり、比較的多く使用するのはコントローラーエリアネットワーク（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ，ＣＡＮ）、イーサネット（登録商標）バス等がある。ＣＡＮバス伝送ブロードバンドは一般的に五十メガ以下であるが、大型インダストリアルフィールドに応用する時は、ＣＡＮバスは多くのインダストリアルフィールド設備にマウントしなければならない。これらインダストリアルフィールド設備は全て伝送ブロードバンドを占用することによりコントロールエンドとの間のデータ通信を行わなければならない。しかし、ＣＡＮバスの伝送ブロードバンドが比較的低いため、データのバスにおける伝送速率が比較的低く、伝送性能が比較的悪くなる。さらに、イーサネットバスをインダストリアルフィールドにおいて応用する時、イーサネットスイッチに頼りインダストリアルフィールド設備のアクセスおよびデータ伝送を実現しなければならない。これは、ネットワークシステムの構成を比較的複雑にし、フィールド配線を困難にする。かつ、イーサネットのチャネル割り当て方式は、衝突を監視するキャリアモニタリング多重アクセスプロトコルＣＳＭＡ／ＣＤを採用し、突発的なデータの伝送に適し、リアルタイム性を有しない。ゆえに、イーサネットバスは大型インダストリアルフィールドおよび伝送リアルタイム性の要求が比較的高いインダストリアルフィールドに適用することが難しい。
よって、前記シングルキャリア技術を用いるバスは、大型インダストリアルフィールドにおける多くのインダストリアルフィールド設備の伝送性能ニーズを満たすことが難しい。
本発明はインダストリアル・インターネットフィールドブロードバンドバスに基づく実現システムを提供しており、従来技術においてシングルキャリア技術を用いるバス、大型インダストリアルフィールドにおける多くのインダストリアルフィールド設備の伝送性能ニーズを満たすことが難しいという問題点を解決する。
本発明の実施形態により提供したインダストリアル・インターネットフィールドブロードバンドバスに基づく実現システムは、
バスコントローラーと、少なくとも１つのバス端末と、２線式バスを含み、バスコントローラーとバス端末は２線式バス接続によりネットワークを構成し、前記バスコントローラーといずれか１つのバス端末との間、および各バス端末との間でマルチキャリア直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）技術に基づき通信を行い、各バス端末が占用するサブキャリアとの間では相互に干渉せず、アップリンク・サブフレームを含み、通信時に使用した信号フレームのフレーム構造は、ダウンリンク・システム・サブフレーム、ダウンリンク・サ
ブフレーム、およびアップリンク・サブフレームを含み、
前記バスコントローラーは、ダウンリンク・システム・サブフレームにてダウンリンクパイロット信号を送信し、ダウンリンク・サブフレームにてバス端末に初期設定を指示するブロードキャストメッセージを送信し、バス端末がアップリンク・サブフレームにて送信したアクセスリクエストを受信後、前記アクセスリクエストにおけるサービスメッセージに基づき、前記バス端末にチャネルリソースブロックを割り当て、ダウンリンク・サブフレームにて前記バス端末へチャネルリソースブロックの割り当て結果を送信し、
前記バス端末は、受信したダウンリンクパイロット信号に基づきシステム同期およびチャネル推定を行い、前記ブロードキャストメッセージを受信後、アップリンク・サブフレームにてアクセスリクエストを送信し、受信した前記チャネルリソースブロックの割り当て結果に基づき、サービスデータの送信と受信を行い、
さらに、前記ダウンリンク・システム・サブフレームは各信号フレームにおける最初のサブフレームであり、
前記バスコントローラーは、ダウンリンク・サブフレームを介してバス端末へダウンリンク信号を送信する前に、ダウンリンク・システム・サブフレームにて前記バス端末へダウンリンクパイロット信号を送信し、
前記バス端末は、受信した前記ダウンリンクパイロット信号に基づき、前記バス端末と前記バスコントローラーとの間のクロックオフセットとシンボルオフセットを確認し、前記クロックオフセットに基づき、それぞれ受信信号および送信信号に対してクロック補正を行い、前記シンボルオフセットに基づき、それぞれ受信信号および送信信号に対してウィンドウウィング位置調整を行い、前記バス端末と前記バスコントローラーとの間の伝送遅延を確認後、前記バスコントローラーへ送信した信号の送信時間に対して伝送遅延を調整し、これによりシステム同期を達成する。
さらに、前記サービスメッセージは、サービスタイプおよびサービスタイプに対応するサービス量を含み、前記バスコントローラーがバス端末に割り当てたチャネルリソースブロックは、アップリンク・サブフレーム・チャネル・リソースブロックおよびダウンリンク・サブフレーム・チャネル・リソースブロックを含み、
前記バスコントローラーは、前記サービスタイプに基づき、前記バス端末に前記サービスタイプと対応するチャネルリソースブロックを割り当て、前記サービスタイプに対応するサービス量に基づき、割り当てた前記サービスタイプと対応するチャネルリソースブロック数量を確認し、
前記バス端末は、前記チャネルリソースブロックの割り当て結果において前記サービスタイプと対応するアップリンク・サブフレーム・チャネル・リソースブロックを利用して、前記バスコントローラーへサービスデータを送信する。前記サービスタイプと対応するダウンリンク・サブフレーム・チャネル・リソースブロックから前記バスコントローラーが受信した前記サービスデータに対してフィードバックした応答メッセージを獲得する。
さらに、前記アップリンク・サブフレームの各ＯＦＤＭシンボルは、データ信号の他にアップリンクパイロット信号も積載しており、前記アップリンクパイロット信号は、前記バスコントローラーがチャネルを推定するように指示し、
前記データ信号と前記アップリンクパイロット信号により占有された前記アップリンクサブフレーアップリンク・サブフレームのサブキャリアが、事前に設定した割合に従い割り当てられる。
さらに、前記信号フレームのダウンリンク・サブフレームとアップリンク・サブフレームとの間、および前記信号フレームのアップリンク・サブフレームと次の信号フレームのダウンリンク・システム・サブフレームとの間にそれぞれガードインターバル１、ガードインターバル２を設置し、ガードインターバル１は信号フレームのダウンリンク・サブフレームとアップリンク・サブフレームの切替予備時間とし、ガードインターバル２は信号
フレームのアップリンク・サブフレームと次の信号フレームのダウンリンク・システム・サブフレームの切替予備時間とする。
さらに、前記信号フレームは、アップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレームをさらに含み、
前記バス端末は、アップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレームにて前記バスコントローラーへアップリンクパイロット信号およびアクセスリクエストを含むデータ信号を送信し、
前記バスコントローラーは、前記アップリンクパイロット信号に基づきチャネル推定を行い、前記アクセスリクエストに基づき前記バス端末にチャネルリソースブロックを割り当てる。
さらに、前記バスコントローラーは、ダウンリンク・サブフレームとダウンリンク・システム・サブフレームから構成した第１タイムスライスを利用してデータを送信し、前記少なくとも１つのバス端末は、アップリンク・サブフレームから構成した第２タイムスライスを共用してデータを送信し、
バス端末と前記バスコントローラーとの間で通信を行う時、前記バス端末データを受信し、
バス端末との間で通信を行う時、前記バス端末は前記アップリンク・サブフレームを介してデータを受信する。
さらに、アップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレームを含む信号フレームをスペシャル・フレームとし、アップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレームを含まない信号フレームをノーマルフレームとし、前記ノーマルフレームにおける各サブフレームの配列位置は、ダウンリンク・システム・サブフレーム、ダウンリンク・サブフレーム、ガードインターバル１、アップリンク・サブフレーム、ガードインターバル２という順番であり、前記スペシャル・フレームにおける各サブフレームの配列位置は、ダウンリンク・システム・サブフレーム、ダウンリンク・サブフレーム、ガードインターバル１、アップリンク・サブフレーム、アップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレーム、ガードインターバル２という順番であり、
前記ダウンリンク・システム・サブフレーム、ダウンリンク・サブフレーム、ガードインターバル１、ガードインターバル２、アップリンク・サブフレーム、アップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレームがそれぞれ含むＯＦＤＭシンボルの個数はニーズに従い設定する。
さらに、前記バスコントローラーといずれか１つのバス端末との間、各バス端末との間でＯＦＤＭ技術に基づき通信を行う時、前記信号フレームにおいて送信したデータはターゲットＩＰアドレスおよびソースＩＰアドレスを含む。
さらに、前記システムにさらに予備バスコントローラーを含み、システムにおけるバスコントローラー作業に異常があると確認した時には予備バスコントローラーを起動する。
本発明に係る実施形態のインダストリアル・インターネットフィールドブロードバンドバスに基づく実現システムにおいて、バスコントローラーは各バス端末との間、および各バス端末との間で直交周波数分割多重技術（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ，ＯＦＤＭ）技術に基づきデータ伝送を実現でき、各バス端末が占用するサブキャリアとの間では相互に干渉せず、バス端末との間の通信干渉を効果的に回避でき、データ伝送時のブロードバンド利用率を高め、百メガ以上に達する高ブロードバンドの技術效果を実現する。かつ、当該システムにおけるバス
コントローラーは、ダウンリンク・システム・サブフレームにてダウンリンクパイロット信号を送信でき、これによりバス端末は当該ダウンリンクパイロット信号に基づき、システムの高速同期を実現する。かつ、本発明における各信号フレームには全てダウンリンクパイロット信号を積載したダウンリンク・システム・サブフレームを含む。ひいては、バス端末は、ダウンリンクパイロット信号に基づきチャネル推定を行うことができ、システムデバッグ能力を高める。ひいては、システムの信頼性を高める。さらに、バスコントローラーは、ダウンリンク・サブフレームにてバス端末に初期設定を指示するブロードキャストメッセージを送信できる。これにより、バス端末は初期設定を完成する。さらに、バスコントローラーがアクセスリクエストにおけるサービスメッセージに基づき、ユーザーにチャネルリソースブロックを割り当てるために、バス端末は、アップリンク・サブフレームにてサービスメッセージを携帯したアクセスリクエストを送信できる。このようなサービスニーズに基づきチャネルリソースブロックを割り当てる方式は、リソース割り当てを合理的にし、ひいては、データ伝送のリアルタイム性ニーズを保証できる。これに基づき、本発明のインダストリアル・インターネットフィールドブロードバンドバスが高い性能、信頼性、リアルタイム性および安全性という要求を満たす高速同期、リアルタイム性、高速性、信頼性を備える実現手段を提供する。
本発明に係る実施形態においてインダストリアル・インターネットフィールドブロードバンドバスに基づく実現システムの構造を示す図である。 本発明に係る実施形態においてＯＦＤＭ技術を用いて通信を行う時に使用する信号フレームのフレームの構造を示す図である。 本発明に係る実施形態においてフレーム構造における各サブフレームのＯＦＤＭシンボルの配置状況を示す図である。 本発明に係る実施形態においてインダストリアル・インターネットフィールドブロードバンドバスに基づく実現システムの作業フローチャートである。
以下に本発明に係る実施形態において図面を結合して本発明の実施形態における技術方案について詳細に、完全に説明するが、次に陳述する実施形態は単に本発明のいくつかの実施形態であり、その全てではない。本分野の一般の技術者にとって、創造性的労働をしなくても、これらの実施形態に基づいてその他の実施形態を容易に獲得することができることは明白である。
本発明のインダストリアル・インターネットフィールドブロードバンドバスが高い性能、信頼性、リアルタイム性および安全性という要求を満たす高速同期、リアルタイム性、高速性、信頼性を備える実現手段を提供する。
以下に図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態により提供したインダストリアル・インターネットフィールドブロードバンドバスに基づく実現システムの構造を示す図である。
当該システムは、バスコントローラーと、少なくとも１つのバス端末と、２線式バスとを含み、バスコントローラーとバス端末は２線式バス接続によりネットワークを構成する。ここで、バスコントローラーといずれか１つのバス端末との間、および各バス端末との間でＯＦＤＭ技術に基づき通信を行い、各バス端末が占用するサブキャリアとの間では相互干渉しない。かつ、２線式バスは、例えば一対の差動式２線式バスのようなフィールドブロードバンドバスとでき、このＯＦＤＭ技術を用いて信号を伝送する。
具体的に、図２は本発明に係る実施形態においてＯＦＤＭ技術を用いて通信を行う時に
使用する信号フレームのフレーム構造である。以下にフレーム構造における各サブフレームの機能と結合して本発明の実施形態が提供するシステムにおけるバスコントローラーおよびバス端末の作業プロセスを詳細に説明する。
信号フレームのフレーム構造において、ダウンリンク・システム・サブフレーム、ダウンリンク・サブフレーム、およびアップリンク・サブフレームを含む。
システムの電源が入った後、バスコントローラーとバス端末との間でまず信号フレームにおけるダウンリンク・システム・サブフレームを介してシステム同期およびチャネルを推定を完成できる。ひいては、信号フレームにおけるダウンリンク・サブフレームとアップリンク・サブフレームを介して、ネットワーク初期設定およびチャネルリソーススケジューリングを完成する。具体的な実施プロセスは以下を含む。
バスコントローラーは、ダウンリンク・システム・サブフレームにてダウンリンクパイロット信号を送信し、ダウンリンク・サブフレームにてバス端末に初期設定を指示するブロードキャストメッセージを送信し、バス端末がアップリンク・サブフレームにて送信したアクセスリクエストを受信後、前記アクセスリクエストにおけるサービスメッセージに基づき、バス端末にチャネルリソースブロックを割り当て、ダウンリンク・サブフレームにてバス端末へチャネルリソースブロックの割り当て結果を送信する。
バス端末は、受信したダウンリンクパイロット信号に基づきシステム同期およびチャネル推定を行い、ブロードキャストメッセージを受信後、アップリンク・サブフレームにてアクセスリクエストを送信し、受信したチャネルリソースブロックの割り当て結果に基づき、サービスデータの送信と受信を行う。
ここで、システム伝送データ時の信頼性を高めるために、本発明の実施形態において、各信号フレームの最初のサブフレームに（即ち、各ダウンリンク・サブフレームの前に）ダウンリンク・システム・サブフレームを追加し、チャネル推定とシステム同期メンテナンスを行う。ここで、システム同期は、クロック同期とシンボル同期を含む。
具体的な実施時、バスコントローラーは、ダウンリンク・サブフレームを介してバス端末へダウンリンク信号を送信する前に、ダウンリンク・システム・サブフレームにてバス端末へダウンリンクパイロット信号を送信できる。これに応じて、バス端末は、受信したダウンリンクパイロット信号に基づき、バス端末とバスコントローラーとの間のクロックオフセットとシンボルオフセットを確認でき、クロックオフセットに基づき、それぞれ受信信号および送信信号に対してクロック補正を行う。かつ、シンボルオフセットに基づき、それぞれ受信信号および送信信号に対してウィンドウウィング位置調整を行う。かつバス端末とバスコントローラーとの間の伝送遅延を確認後、前記バスコントローラーへ送信した信号の送信時間に対して伝送遅延を調整し、これによりシステム同期を達成する。
本発明の実施形態におけるすべてのバス端末はバスコントローラーを標準とし、信号受信時と信号発射時にダウンリンクパイロット信号に基づき受信信号と送信信号に対して、自己適応性クロック修正かつウィンドウウィング位置確認を行い、バスコントローラーとのクロック同期とシンボル同期を実現する。かつ、送信信号は伝送遅延に基づき送信時間を調整し、バスシステムにおける全設備の同期を実現し、ハードリアルタイムサービスに基礎的な保障を提供することを実現する。バスコントローラーは発射と受信時は全て調整を行わない。
さらに、システム初期状態において、バスコントローラーは、ダウンリンク・サブフレームにてバス端末へバス端末に初期設定を指示するブロードキャストメッセージを送信で
きる。ここで、当該ブロードキャストメッセージにはシステム初期化時に各バス端末に必要なパラメータメッセージを含むことができる。これに応じて、バス端末は、当該ブロードキャストメッセージを受信後、ブロードキャストメッセージに含むパラメータメッセージに基づき初期設定を完成できる。かつ、初期設定を完成後、アップリンク・サブフレームにてバスコントローラーへアクセスリクエストを送信する。
ここで、アクセスリクエストにはサービスメッセージを携帯し、当該サービスメッセージは、サービスタイプおよびサービスタイプに対応するサービス量を含む。かつ、バスコントローラーは、ダウンリンク・サブフレームにおいてチャネルリソースブロックの割り当て結果を携帯するアクセス確認メッセージを送信できる。
具体的な実施時、バスコントローラーはアクセスリクエストに含むサービスタイプに基づき、バス端末に当該サービスタイプに対応するチャネルリソースブロックを割り当てることができる。かつ、アクセスリクエストに含むサービスタイプに対応するサービス量に基づき、割り当てた当該サービスタイプに対応するチャネルリソースブロックの数量を確認する。ここで、バスコントローラーがバス端末に割り当てたチャネルリソースブロックは、アップリンク・サブフレーム・チャネル・リソースブロックおよびダウンリンク・サブフレーム・チャネル・リソースブロックを含む。
さらに、バス端末は、バスコントローラーにおいて送信したチャネルリソースブロックの割り当て結果においてサービスタイプに対応するアップリンク・サブフレーム・チャネル・リソースブロックを利用して、バスコントローラーへサービスデータを送信でき、当該サービスタイプに対応するダウンリンク・サブフレーム・チャネル・リソースブロックを介してバスコントローラーが受信した前記サービスデータに対してフィードバックした応答メッセージを獲得できる。
ここで、サービスメッセージにおけるサービスタイプは速度固定サービスおよび速度可変サービスを含む。速度固定サービスとは、伝送リアルタイム性要求が高くないまたは伝送ニーズが比較的安定したデータサービスをいう。速度可変サービスとは、リアルタイム性が比較的高いまたは伝送ニーズ変化が比較的大きいまたは非確定性が比較的大きいデータサービスを伝送する。前記伝送ニーズは少なくともブロードバンド、速度を含む。
具体的な実施時、バスコントローラーがもし受信サービスメッセージにおけるサービスタイプは速度固定サービスであると確認すれば、バス端末に速度固定サービスを伝送する速度固定サービスリソースブロックを割り当てる。かつ速度固定サービスのサービス量に基づき、割り当てた速度固定サービスリソースブロックの数量を確認する。これに応じて、バス端末はチャネルリソースブロックの割り当て結果において速度固定に用いるサービスリソースブロックを利用してバスコントローラーへサービスデータを送信でき、サービスの速度固定に用いるリソースブロックからバスコントローラーが受信したサービスデータに対してフィードバックした応答メッセージを獲得できる。
バスコントローラーが受信サービスメッセージにおけるサービスタイプは速度可変サービスであると確認すれば、バス端末に速度可変サービスを伝送する速度可変サービスリソースブロックを割り当てる。かつ、速度可変サービスのサービス量に基づき、割り当てた速度可変サービスリソースブロックの数量を確認する。これに応じて、バス端末は、チャネルリソースブロックの割り当て結果における速度可変サービスリソースブロックを利用して、バスコントローラーへサービスデータを送信でき、速度可変サービスリソースブロックからバスコントローラーが受信したサービスデータに対してフィードバックした応答メッセージを獲得できる。
ここで、システム初期化段階、即ちバス端末がバスコントローラーにアクセスすることをリクエストする時、バスコントローラーはこれに固定の速度固定サービスリソースブロックを割り当てるために報告したアクセスリクエストに携帯したサービスタイプは速度固定サービスとする。かつ、一定時間内において、バス端末は速度固定サービスを再度報告する必要はない。さらに、アクセス成功後、即ちシステムにおいてバス端末およびバスコントローラー安定して作業した後、もしバス端末が速度可変サービスを変更または新たに追加する場合、アップリンク・サブフレームを介してバスコントローラーへ変更後または新たに追加した速度可変サービスにリソースを割り当てることをリクエストできる。これに応じて、バスコントローラーは、バス端末報告した変更後または新たに追加した速度可変サービスに基づき、これに速度可変サービスリソースブロックを割り当てることができる。
この他に具体的な実施時、さらに各データサービスのサービスタイプおよび事前に設定した優先順位とサービスタイプのマッピング関係に基づき、それぞれ各データサービスの優先順位を確認できる。ここで、前記データサービスは、速度可変サービスと速度固定サービスを含む。
前記各データサービスの優先順位に基づき、これに応じて事前に区分したリソースブロックにおいて、それぞれ各データサービスにリソースブロックを割り当て、リソースブロック割り当て結果を前記バス端末へ送信することにより、前記バス端末は前記リソースブロック割り当て結果に基づきこれに応じて前記各データサービスを伝送する。
このようにして、バス端末は、バスコントローラーがこれに割り当てた信号リソースブロックに基づき、サービスデータの送信と受信を行うことができる。かつ、本発明の実施形態においてバスコントローラーバス端末が報告したサービスタイプにより速度固定サービスまたは速度可変サービスを伝送するチャネルリソースブロックを割り当てることにより、異なるバス端末の異なるサービスニーズを満たし、データ伝送のリアルタイム性を保障できる。
かつ、システム伝送データ時の安定性をさらに高めるために、本発明における信号フレームのアップリンク・サブフレームの各ＯＦＤＭシンボルは、データ信号の他にアップリンクパイロット信号も積載しているデータ信号とアップリンクパイロット信号は、アップリンク・サブフレームのサブキャリアを占用し、事前に設定した割合に従い割り当てる。事前に設定した割合は実際のニーズにより設定できる。好ましくは、２：１と設定する。ここで、当該アップリンクパイロット信号は、指示バスコントローラーチャネル推定を行う。つまり、バスコントローラーがアップリンク・サブフレームを介してバス端末が送信したデータを受信後、アップリンクパイロット信号を抽出し、チャネル推定を行うことができる。具体的に、アップリンクシステムサブフレームを利用して、チャネル補償のためにチャネルの類似インパルス応答を算出し、本当のチャネルインパルス応答になるべく近づけることができる。
この他に、バス端末はＯＦＤＭ技術に基づきバスコントローラーとの間で通信を行う以外に、各バス端末との間でも直接バスを介してＯＦＤＭ技術に基づき通信を行うことができる。例えば、バス端末Ａは、バス端末Ａ自身が占用するアップリンク・サブフレーム・チャネル・リソースブロックを介してバス端末Ｂへデータを伝送できる。さらに、バス端末Ｂはバス端末Ａが伝送したデータを獲得後、バス端末Ｂ自身が占用するアップリンク・サブフレーム・チャネル・リソースブロックを介してバス端末Ａへもデータを伝送できる。
かつ、本発明の実施形態においてバスコントローラーはダウンリンク・サブフレームと
ダウンリンク・システム・サブフレームから構成した第１タイムスライスを利用してデータを送信し、少なくとも１つのバス端末は、アップリンク・サブフレームから構成した第２タイムスライスを共用してデータを送信する。ここで、バス端末とバスコントローラーとの間通信を行う時、バス端末はダウンリンク・サブフレームおよびダウンリンク・システム・サブフレームを介してデータを受信する。バス端末との間で通信を行う時、バス端末はアップリンク・サブフレームを介してデータを受信する。かつ、いずれか１つのバス端末がアップリンク・サブフレームを介してバスコントローラーへデータを送信する時、バスコントローラーはアップリンク・サブフレームを介して当該バス端末が送信したデータを受信できる。
無論、具体的な実施において、バス端末との間ではさらにバスコントローラー中継により通信を行ういことができる。即ち、バス端末のデータをバスコントローラーへ送信する。バスコントローラーはさらにデータを相応のバス端末へ転送するがここでは説明を繰り返さない。
（２）信号フレームのフレーム構造はガードインターバルをさらに含む。
ここで、信号フレームのダウンリンク・サブフレームとアップリンク・サブフレームとの間はガードインターバル１を設置しており、信号フレームのアップリンク・サブフレームと次の信号フレームのダウンリンク・システム・サブフレームとの間はガードインターバル２を設置している。ここで、ガードインターバル１は信号フレームのダウンリンク・サブフレームとアップリンク・サブフレームの切替予備時間とし、ガードインターバル２は信号フレームのアップリンク・サブフレームと次の信号フレームのダウンリンク・システム・サブフレームの切替予備時間とし、アップ・ダウンリンク・サブフレームにてにてデータを送信および受信する時に衝突が発生することを回避する。
この他に、１つの実施形態において、信号フレームのフレーム構造はアップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレームをさらに含むことができる。システム初期化が完成しバスコントローラーとバス端末との間で正常に作業した後、もし新たなバス端末を当該バスコントローラーに加えなければならない場合、当該アップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレームを利用してバスコントローラーへアクセスリクエストを送信できる。
具体的に新たに加えたバス端末は、アップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレームにてバスコントローラーへアップリンクパイロット信号およびアクセスリクエストを送信できる。バスコントローラーは、アップリンクパイロット信号に基づきチャネル推定を行うことができ、アクセスリクエストに基づきバス端末にチャネルリソースブロックを割り当てる。さらに、新たに加えたバス端末がバスコントローラーが割り当てたチャネルリソースブロックを獲得後、可以割り当てたチャネルリソースブロックを利用してバスコントローラーまたはその他バス端末との通信を実現する。
続いて図２は、アップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレームを含む信号フレームをスペシャル・フレームとし、アップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレームを含まない信号フレームをノーマルフレームとする。
ノーマルフレームにおける各サブフレームの配列位置は、ダウンリンク・システム・サブフレーム、ダウンリンク・サブフレーム、ガードインターバル１、アップリンク・サブフレーム、ガードインターバル２という順番である。
スペシャル・フレームにおける各サブフレームの配列位置は、ダウンリンク・システム・サブフレーム、ダウンリンク・サブフレーム、ガードインターバル１、アップリンク・サブフレーム、アップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレーム、ガードインターバル２という順番である。
ここで、本発明において信号フレームの各サブフレームを前記順序に従い配列する有益な効果を以下に説明する。ダウンリンク・システム・サブフレームを信号フレームの最初のサブフレームとして設置すれば、システム初期化段階において、ダウンリンク・システム・サブフレームが積載したダウンリンクパイロット信号を介して高速でシステム同期を実現できる。かつ、各信号フレームにおいてダウンリンク・システム・サブフレームをすべてダウンリンク・サブフレーム前に配列することによりシステムが安定して作業した後、バスコントローラーが毎回バス端末へデータを送信する前に、当該ダウンリンク・システム・サブフレームが積載したダウンリンクパイロット信号を介して、システム同期および信号推定を行い、データ伝送の信頼性を高める。さらに、在ダウンリンク・サブフレームおよびアップリンク・サブフレームとの間でガードインターバル１を設置し、アップリンク・サブフレームおよび次の信号フレームのダウンリンク・システム・サブフレームとの間でガードインターバル２を設置し、アップ・ダウンリンク・サブフレーム切替時に衝突を送信することを回避し、データ伝送の信頼性をさらに高める。この他に、スペシャル・フレームのアップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレームをアップリンク・サブフレームの後ろに設置することにより、新たにアクセスをリクエストしたバス端末はすでにアクセスしたバス端末に影響を及ぼさすにアップリンクデータを正常に送信する情况において、アップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレームにてバスコントローラーへアクセスリクエストを送信できる。これにより、すでにアクセスしたバス端末がアップリンクデータを送信する時に衝突が発生することを回避する。この他にアップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレームの両側にそれぞれ２つのアクセスガードインターバルをさらに設置でき、同様にすでにアクセスしたバス端末がアップリンクデータを送信するときに衝突が発生することを回避できる。
好ましくは、数量を指定したノーマルフレームと１スペシャル・フレームは１スーパーフレームを構成でき、このうちスペシャル・フレームはスーパーフレームの最後の１フレームに位置づけできる。当該スーパーフレームは、２５６個のフレームにより構成できる。無論、具体的な実施時、ノーマルフレームとスペシャル・フレームの配置およびスーパーフレームの長さは具体的な実施シーンに基づき調整できるが、本発明はこれを限定しない。
かつ、各信号フレームが含むＯＦＤＭシンボル個数ＮＳＹＭおよびＯＦＤＭシンボル長さＴＳＹＭは、システムニーズに基づき柔軟に配置できる。ここで、信号フレームにおいてアップリンク・サブフレーム、ダウンリンク・システム・サブフレーム、ダウンリンク・サブフレーム、ガードインターバル、アップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレームにそれぞれ含むＯＦＤＭシンボルの個数は実際のニーズに基づき配置および調整できる。
図３は、本発明に係る実施形態においてフレーム構造における各サブフレームのＯＦＤＭシンボルの配置状況を示す図である。
ノーマルフレームについては、ダウンリンク・システム・サブフレームは２つのＯＦＤＭシンボルを含むことができる。ダウンリンク・サブフレームは 個ＯＦＤＭシンボルを含み、アップリンク・サブフレームは 個ＯＦＤＭシンボルを含む。ここで、アップリンク・サブフレームの各ＯＦＤＭシンボルはパイロット信号およびデータ信号を積載でき、パイロット信号およびデータ信号はアップリンク・サブフレームのサブキャリアを占用し、事前に設定した割合に従い割り当てる。
スペシャル・フレームについては、ダウンリンク・システム・サブフレーム、ダウンリンク・サブフレームおよびガードインターバルに含むＯＦＤＭシンボル個数はノーマルフレームと同じであるが、アップリンク・サブフレームについてはアップリンク・サブフレームにおける最後２つのＯＦＤＭシンボルをアップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレームのＯＦＤＭシンボルと変更できる。ここでアップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレームにてパイロット信号およびデータ信号を伝送する時、この２つのＯＦＤＭシンボルを共用でき、パイロット信号およびデータ信号はアップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレームのサブキャリアを占用し、事前に設定した割合に従い割り当てる。事前に設定した割合は実際のニーズにより設定できる。好ましくは１：１と設定する。この他にスペシャル・フレームにおけるアップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレームの両側は、アクセスガードインターバル１とアクセスガードインターバル２をさらに含む。ここで、アクセスガードインターバル１は、アップリンク・サブフレームとアップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレームとの間の切替予備時間とし、アクセスガードインターバル２は、アップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレームと次の信号フレームのダウンリンク・システム・サブフレームの切替予備時間とし、データ伝送プロセスにおおいて衝突が発生することを回避する。
この他にバスコントローラーといずれか１つのバス端末との間、各バス端末との間でＯＦＤＭ技術に基づき通信を行う時、信号フレームにて送信したデータはターゲットＩＰアドレスおよびソースＩＰアドレスを含み、インターネットＩＰアドレスにより対応するバス端末を検索することを実現する。かつ、本発明においてＩＰ機能を実現し、ＩＰＶ４／ＩＰＶ６に限定しない。また、ＩＰアドレス拡張に基づき実現もできる。
この他に、本発明の実施形態に説明したシステムにおいて信頼性要求が高い応用シーンでは、１予備バスコントローラーを配置でき、システムにおけるバスコントローラー作業に異常があると確認した時には予備バスコントローラーを起動する。かつ、信頼性要求が比較的高い応用シーンでは、２つの同じであるが独立したバスも配置でき、各ユーザー設備は同時に２つのバスにアクセスでき、２つのバスは互いにバックアップする。しかし、同時１バスしか作業できない。
以下に前記内容および図２が示す本発明の実施形態が提供するフレーム構造を示す図を結合し、具体的な実施フローを用いてインダストリアル・インターネットフィールドブロードバンドバスに基づく実現システムの作業フローを図４に示すフローチャートを参照に詳細に説明する。
ステップ４０１において、インダストリアル・インターネットフィールドブロードバンドバスに基づく実現システムの電源が入った後、バスコントローラーは、最初の信号フレームのダウンリンク・システム・サブフレームにてバス端末へダウンリンクパイロット信号を送信する。
ステップ４０２において、バス端末はバスコントローラーが送信したダウンリンクパイロット信号を受信し、受信したダウンリンクパイロット信号に基づき、ローカルとバスコントローラーとの間のクロックオフセットとシンボルオフセットを確認する。
具体的な実施において、バスコントローラーは、ダウンリンク・システム・サブフレームが含む２つの２個ＯＦＤＭシンボルが積載した２つのダウンリンクパイロット信号を介して、各バス端末に送信する。
これに応じて、バス端末は、目下のダウンリンク・システム・サブフレームにおける２
つのパイロット信号を介して、クロックオフセットとシンボルオフセットを算出する。目下のダウンリンク・システム・サブフレームにおける１または２つのパイロット信号および前の信号フレームのダウンリンク・システム・サブフレームにおける１または２つのパイロット信号に基づき、クロックオフセットとシンボルオフセットを算出もできる。
ここで、クロックオフセットは以下の方法により算出できる。
２つのダウンリンクパイロット信号に対して共役乗算を行い、２つのダウンリンクパイロット信号のサブキャリアとの間で再度共役乗算を行い両者者の間の差分値をクロックオフセットとする。
ステップ４０３において、バス端末は、クロックオフセットに基づき受信信号に対してクロック修正を行い、クロックオフセットに基づき送信信号に対してクロック修正を行う。
これにより、バス端末とバスコントローラーとの間のクロック同期およびバス端末とその他バス端末との間のクロック同期を実現できる。
ステップ４０４において、バス端末はシンボルオフセットに基づき、受信信号に対してウィンドウウィング位置を調整し、シンボルオフセットに基づき、送信信号に対してウィンドウウィング位置を調整する。
これにより、バス端末とバスコントローラーとの間のシンボル同期およびバス端末とその他各バス端末との間のシンボル同期を実現できる。
具体的な実施時、ウィンドウウィング位置は高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＦＦＴ）のウィンドウウィング位置とすることができる。バス端末は、パイロット位相差のシンボル同期算出法に基づき、シンボルオフセットを算出でき、ＦＦＴのウィンドウウィング位置を確認できる。
システム初期化段階において、シンボル同期は一般に粗同期を採用する。粗同期の考え方は、シンボル同期算出法により目下の受信シンボルの起点位置と理想同期位置の相対関係を判断し、目下の実際に受信を開始した位置は理想同期位置の前か後ろであるかを確認し、相応の反復調整を行う。および調整後の同期位置を目下の同期位置とし、次のＯＦＤＭシンボルを受信し、以上のステップをシステム同期要求を満たすまで繰り返す。システムが安定して運行した後、シンボル同期は一般的に精緻同期を採用する。シンボル同期の粗同期を完成後、シンボルオフセットまたは位置誤差は已に許容範囲内にあり、精緻同期によりシンボルオフセットと位置誤差に対してさらに精緻調整を行い、シンボルオフセットおよび位置誤差をさらに縮小する。
本発明の実施形態において、バスシステムが含む各バス端末はまずクロックオフセットを介して受信信号と送信信号に対してクロック修正を行い、バス端末とバスコントローラーのクロック同期を完成する。その後、シンボルオフセットを介してＦＦＴのウィンドウウィング位置を探し出し、バス端末とバスコントローラーのシンボル同期を実現する。このようにして、クロック同期とシンボル同期を介して、バス端末は後続ステップにおいて、バスコントローラーにおいて送信した信号を正確に受信できる。
ステップ４０５において、バスコントローラーは、最初の信号フレームのダウンリンク・サブフレームにてブロードキャストメッセージを送信する。ここで、当該ブロードキャストメッセージはシステム初期化時に各バス端末に必要なパラメータメッセージを含む。
ステップ４０６において、バス端末はバスコントローラーダウンリンク・サブフレームにてが送信したブロードキャストメッセージを正確に受信したことを確認した時、初期設定を完成し、バスコントローラーとのクロック同期成功、かつバスコントローラーとのシンボル同期成功を確認する。
ステップ４０７において、バス端末は、最初の信号フレームのアップリンク・サブフレームにてバスコントローラーへアクセスリクエストを送信する。
当該アクセスリクエストにはサービスメッセージを携帯し、サービスタイプおよび当該サービスタイプに対応するサービス量を含む。具体的に初期アクセス段階において、サービスメッセージはバス端末の速度固定サービスおよび当該速度固定サービスのサービス量（即ち、バス端末の速度固定サービス伝送ニーズ）を少なくとも含むことができる。
ステップ４０８において、バスコントローラーはアクセスリクエストを受信し、獲得したアクセスリクエストに基づき伝送遅延を確認する。同時に、サービスメッセージに基づき、バス端末にチャネルリソースブロックを割り当てる。
具体的に、バスコントローラーは、バス端末が送信したアクセスリクエストメッセージを受信後、獲得したアクセスリクエストメッセージの受信時間とアップリンク・サブフレームが含む指定個数のＯＦＤＭシンボルに対応する送信時間に基づき、アクセスリクエストメッセージの送信時間を確認する。その後、バス端末は、アクセスリクエストメッセージの受信時間とアクセスリクエストメッセージの送信時間の差分値に基づき、バス端末とバスコントローラーとの間の伝送遅延を確認する。
具体的に、バスコントローラーは、バス端末の速度固定サービス伝送ニーズに基づき、時間領域において事前に設定した数量のサブキャリアを速度固定サービスを伝送する速度固定サービスリソースブロックと速度可変サービスを伝送する速度可変サービスリソースブロックに区分する。かつ、区分した速度固定サービスリソースブロックをバス端末の速度固定サービスのリソースブロックの割り当て結果とする。
ステップ４０９において、バスコントローラーは、バス端末にシステム同期およびチャネル推定を行うことを指示するために第２信号フレームのダウンリンク・システム・サブフレームにて引き続ダウンリンクパイロット信号を送信する。
ここで、バス端末のシステム同期は、前記ステップ４０２〜ステップ４０４を参照できる。
ステップ４１０において、バスコントローラーは、第２信号フレームのダウンリンク・サブフレームにてアクセス確認メッセージを送信する。当該アクセス確認メッセージは、バスコントローラーとバス端末との間の伝送遅延および速度固定サービスのリソースブロック割り当て結果を含む。
ステップ４１１において、バス端末は、速度固定サービスのリソースブロック割り当て結果に基づき、第２信号フレームのアップリンク・サブフレームにおいてサービスデータを送信し、かつ、受信したバスコントローラーとバス端末との間で伝送遅延に基づき、バスコントローラーへ送信した信号の送信時間に対して伝送遅延を調整する。
ステップ４１２において、バスコントローラーは、次の信号フレームのダウンリンク・サブフレームにおいてサービスデータに対してフィードバックした応答メッセージを送信する。
ここまでで、バスアーキテクチャ初期化が完成し、安定運行状態に入る。
バスシステムが安定して運行する時、バスコントローラーは毎回ダウンリンク・サブフレームにてデータを送信する前に、ダウンリンク・システム・サブフレームにてバス端末へダウンリンクパイロット信号を送信する。これに応じて、バス端末は毎回ダウンリンク・システム・サブフレームにてダウンリンクパイロット信号を受信した後、システム同期およびチャネル推定を行う。後続についてはここでは説明を繰り返さない。
ステップ４１３において、もしバス端末が速度可変サービスを新たに追加しなければならない場合、目下の信号フレームに位置するアップリンク・サブフレームにおいて速度可変サービス伝送ニーズを送信することができる。
ここで、バスコントローラーへ報告する速度可変サービス伝送ニーズも即ち、バスコントローラーへ報告するサービスタイプは速度可変サービスおよび当該速度可変サービスに対応するサービス量とする。
ステップ４１４において、バスコントローラーは、受信した速度可変サービス伝送ニーズに基づき、区分した速度可変サービスリソースブロックにおいてバス端末の速度可変サービスにリソースブロックを割り当てる。
具体的な実施において、もし前記速度可変サービス伝送ニーズに複数の速度可変サービスを含む場合、各速度可変サービスのタイプおよび事前に設定した優先順位と速度可変サービスのタイプのマッピング関係に基づき、それぞれ各速度可変サービスの優先順位を確認する。
ここで、事前に設定した優先順位と速度可変サービスのタイプのマッピング関係は以下の実施形態を行うことができる。
まず速度可変サービスをリアルタイム性、待機時間および帯域幅ニーズに従い、３つの大きな優先順位に区分する。まず速度可変サービスをリアルタイム性、待機時間および帯域幅ニーズに従い、３つの大きな優先順位に区分する。
ここで、リアルタイム優先順位において、優先順位が高いサービスは、リアルタイム性、遅延または時間ジッタ等要求が比較的厳しいサービスを伝送し、優先順位が低いサービスは、リアルタイム性、遅延または時間ジッタ等要求が比較的低いサービスを伝送する。
待機優先順位において、優先順位が高いサービスは、伝送待機データ待機時間が長いサービスを伝送し、優先順位が低いサービスは、伝送待機データ待機時間が短いサービスを伝送する。
ブロードバンド優先順位サービスにおいて、優先順位が高いサービスは、伝送待機データブロードバンドニーズが比較的大きいサービスを伝送し、優先順位が低いサービスは伝送待機データブロードバンドニーズが比較的小さいサービスを伝送する。
その後、前記各速度可変サービスの優先順位に基づき、事前に区分した速度可変サービスリソースブロックにおいて、それぞれ各速度可変サービにスリソースブロックを割り当て、リソースブロック割り当て結果を前記バス端末へ送信することにより、前記バス端末に前記リソースブロック割り当て結果に基づき、これに応じて前記各速度可変サービスを伝送する。
つまり、速度可変サービスに対して優先順位を区分し、リソースブロックにおいて伝送する時に、優先順位が高い速度可変サービスを優先して伝送でき、データサービス伝送のリアルタイム性をさらに高めることができる。
さらに、前記優先順位の区分も速度固定サービスに適用する。速度固定サービスに速度固定サービスリソースブロックに割り当てる時、もし接続を確立する場合、バス端末が複数速度固定サービスを報告すれば、各速度固定サービスのタイプおよび事前に設定した優先順位と速度固定サービスのタイプのマッピング関係に基づき、それぞれ各速度固定サービスの優先順位を確認できる。ならびに、前記各速度固定サービスの優先順位に基づき、相応の事前に区分した速度固定サービスリソースブロックにおいて、それぞれ各速度固定サービスにリソースブロックを割り当て、リソースブロック割り当て結果を前記バス端末へ送信することにより、前記バス端末に前記リソースブロック割り当て結果に基づき、これに応じて前記各速度固定サービスを伝送する。
ステップ４１５において、バスコントローラーは、次の信号フレームのダウンリンク・サブフレームにおいて、バス端末へ速度可変サービスのリソースブロック割り当て結果を送信する。
ステップ４１６において、バス端末は速度可変サービスのリソースブロック割り当て結果に基づき、次の信号フレームのアップリンク・サブフレームにおいてバスコントローラーへサービスデータを送信する。
ステップ４１７において、バスコントローラーは、次の次の信号フレームのダウンリンク・サブフレームにおいてバス端末へサービスデータに対してフィードバックした応答メッセージを送信する。
前記はシステムが安定して運行している時の作業フローである。具体的な実施時、もしシステムの安定した運行プロセスにおいて、新たなバス端末があり、バスコントローラーにアクセスすることをリクエストしている場合、スペシャル・フレームにおけるアップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレームにてバスコントローラーへアップリンクパイロット信号およびアクセスリクエストを送信できる。これに応じて、バスコントローラーは、アップリンクパイロット信号に基づきチャネル推定を行うことができ、アクセスリクエストに基づきバス端末にチャネルリソースブロックを割り当てることができる。具体的なプロセスは前記フローを参照できるが、ここでは説明を繰り返さない。
本発明に係る実施形態が提供するインダストリアル・インターネットフィールドブロードバンドバスに基づく実現システムにおいて、バスコントローラーと各バス端末との間および各バス端末との間は、ＯＦＤＭ技術に基づきデータ伝送を実現でき、各バス端末が占用するサブキャリアとの間では相互に干渉せず、バス端末との間の通信干渉を効果的に回避でき、データ伝送時のブロードバンド利用率を高め、百メガ以上に達する高ブロードバンドの技術效果を実現する。かつ、当該システムにおけるバスコントローラーは、ダウンリンク・システム・サブフレームにてダウンリンクパイロット信号を送信でき、これによりバス端末は当該ダウンリンクパイロット信号に基づき、システムの高速同期を実現する。かつ、本発明における各信号フレームには全てダウンリンクパイロット信号を積載したダウンリンク・システム・サブフレームを含む。ひいては、バス端末は、ダウンリンクパイロット信号に基づきチャネル推定を行うことができ、システムデバッグ能力を高める。ひいては、システムの信頼性を高める。さらに、バスコントローラーは、ダウンリンク・サブフレームにてバス端末に初期設定を指示するブロードキャストメッセージを送信できる。これにより、バス端末は初期設定を完成する。さらに、バスコントローラーがアクセスリクエストにおけるサービスメッセージに基づき、ユーザーにチャネルリソースブロックを割り当てるために、バス端末は、アップリンク・サブフレームにてサービスメッセージを携帯したアクセスリクエストを送信できる。このようなサービスニーズに基づきチャネルリソースブロックを割り当てる方式は、リソース割り当てを合理的にし、ひいては、データ伝送のリアルタイム性ニーズを保証できる。これに基づき、本発明のインダストリアル・インターネットフィールドブロードバンドバスが高い性能、信頼性、リアルタイム
性および安全性という要求を満たす高速同期、リアルタイム性、高速性、信頼性を備える実現手段を提供する。
本分野の技術者として、本出願は実施形態の方法、システム、およびコンピュータプログラム製品を提供できることは明白である。したがって、本分野の技術者として、本発明は完全なハードウェア実施形態、完全なソフトウェア実施形態、またはソフトウェアとハードウェアの両方を結合した実施形態を採用できることがわかるはずである。また、本発明は１つまたは複数のコンピュータプログラム製品の形式を採用できる。当該製品は、コンピュータ使用可能なプログラムコードを含むコンピュータ利用可能な記憶媒体（ディスク記憶装置、ＣＤ−ＲＯＭ、光学記憶装置などを含むがそれとは限らない）において実施する。
本発明は本発明実施形態の手段、デバイス（システム）およびコンピュータプログラム製品のフローチャートおよび／またはブロック図を参照して陳述したものである。コンピュータプログラム命令でフローチャートおよび／またはブロック図のなかのすべてのチャートおよび／またはブロック、ならびにフローチャートおよび／またはブロック図のなかのチャートおよび／またはブロックの組み合わせを実現させることができると理解すべきである。これらのコンピュータプログラム命令を汎用コンピュータ、専用コンピュータ、組み込み式処理機あるいはその他のプログラミングできるデータ処理装置のプロセッサーに提供することによって機械的命令を生成させ、コンピュータあるいはその他のプログラミングできるデータ処理装置のプロセッサーが実行する命令を通じてフローチャートの１つあるいは複数のチャートおよび／またはブロック図の１つあるいは複数のブロックに指定された機能を実行するのに用いる装置を形成させる。
これらのコンピュータプログラム命令はコンピュータあるいはその他のプログラミングできるデータ処理装置を誘導して特定の方式で働くコンピュータが読み取れる記憶装置のなかに保存することも可能で、当該コンピュータが読み取れる記憶装置のなかに保存している命令にコマンド装置を含む製造品を生成させ、当該コマンド装置はフローチャートの１つあるいは複数のチャートおよび／またはブロック図の１つあるいは複数のブロックに指定された機能を実現する。
これらのコンピュータプログラム命令はコンピュータあるいはその他のプログラミングできる処理装置に搭載することも可能で、コンピュータあるいはその他のプログラミングできるデバイスの上で一連の操作ステップを実行させてコンピュータで実現する処理を生成させることによって、コンピュータあるいはその他のプログラミングできるデバイスの上で実行する命令にフローチャートの１つあるいは複数のチャートおよび／またはブロック図１つあるいは複数のブロックに指定された機能を実現するのに用いるステップを提供させる。
無論、本分野の技術者は本発明の精神と範囲を逸脱せずに本発明に対する種々の変更と変形を行うことができる。このようにして、本発明のこれらの修正と変形は本発明の権利請求および同等の技術範囲内に属するものであり、本発明はこれらの変更と変形を含むことを意図する。

Claims (10)

  1. インダストリアル・インターネットフィールドブロードバンドバスに基づく実現システムであって、
    前記実現システムは、バスコントローラーと、少なくとも１つのバス端末と、２線式バスとを含み、前記バスコントローラーと前記バス端末は２線式バス接続によりネットワークを構成し、前記バスコントローラーといずれか１つの前記バス端末との間、および各前記バス端末の間でマルチキャリア直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）技術に基づき通信を行い、各前記バス端末により占用されたサブキャリアの間では相互に干渉せず、通信時に使用した信号フレームのフレーム構造は、ダウンリンク・システム・サブフレームと、ダウンリンク・サブフレームと、アップリンク・サブフレームとを含み、
    前記バスコントローラーは、前記ダウンリンク・システム・サブフレームにてダウンリンクパイロット信号を送信し、前記ダウンリンク・サブフレームにて前記バス端末に初期設定を指示するブロードキャストメッセージを送信し、前記バス端末が前記アップリンク・サブフレームにて送信したアクセスリクエストを受信した後、前記アクセスリクエストにおけるサービスメッセージに基づき、前記バス端末にチャネルリソースブロックを割り当て、前記ダウンリンク・サブフレームにて前記バス端末へ前記チャネルリソースブロックの割り当て結果を送信し、
    前記バス端末は、受信した前記ダウンリンクパイロット信号に基づきシステム同期およびチャネル推定を行い、前記ブロードキャストメッセージを受信後、前記アップリンク・サブフレームにて前記アクセスリクエストを送信し、受信した前記チャネルリソースブロックの割り当て結果に基づき、サービスデータの送信と受信を行うことを特徴とするインダストリアル・インターネットフィールドブロードバンドバスに基づく実現システム。
  2. 前記ダウンリンク・システム・サブフレームは各信号フレームにおける最初のサブフレームであり、
    前記バスコントローラーは、前記ダウンリンク・サブフレームを介して前記バス端末へダウンリンク信号を送信する前に、前記ダウンリンク・システム・サブフレームにて前記バス端末へダウンリンクパイロット信号を送信し、
    前記バス端末は、受信した前記ダウンリンクパイロット信号に基づき、前記バス端末と前記バスコントローラーとの間のクロックオフセットとシンボルオフセットを確認し、前記クロックオフセットに基づき、それぞれ受信信号および送信信号に対してクロック補正を行い、かつ、前記シンボルオフセットに基づき、それぞれ前記受信信号および前記送信信号に対してウィンドウウィング位置調整を行い、前記バス端末と前記バスコントローラーとの間の伝送遅延を確認後、前記バスコントローラーへ送信した信号の送信時間に対して伝送遅延を調整し、これによりシステム同期を達成することを特徴とする請求項１に記載のインダストリアル・インターネットフィールドブロードバンドバスに基づく実現システム。
  3. 前記サービスメッセージは、サービスタイプおよびサービスタイプに対応するサービス量を含み、前記バスコントローラーが前記バス端末に割り当てた前記チャネルリソースブロックは、アップリンク・サブフレーム・チャネル・リソースブロックおよびダウンリンク・サブフレーム・チャネル・リソースブロックを含み、
    前記バスコントローラーは、前記サービスタイプに基づき、前記バス端末に前記サービスタイプと対応するチャネルリソースブロックを割り当て、前記サービスタイプに対応するサービス量に基づき、割り当てた前記サービスタイプと対応するチャネルリソースブロック数量を確認し、
    前記バス端末は、前記チャネルリソースブロックの割り当て結果において前記サービスタイプと対応するアップリンク・サブフレーム・チャネル・リソースブロックを利用して、前記バスコントローラーへサービスデータを送信し、前記サービスタイプと対応するダウンリンク・サブフレーム・チャネル・リソースブロックから、前記バスコントローラーが受信した前記サービスデータに対してフィードバックした応答メッセージを獲得することを特徴とする請求項１に記載のインダストリアル・インターネットフィールドブロードバンドバスに基づく実現システム。
  4. 前記アップリンク・サブフレームの各ＯＦＤＭシンボルは、データ信号の他にアップリンクパイロット信号も積載しており、前記アップリンクパイロット信号は、前記バスコントローラーがチャネルを推定するように指示し、
    前記データ信号と前記アップリンクパイロット信号により占有された前記アップリンク・サブフレームのサブキャリアが、事前に設定した割合に従い割り当てられることを特徴とする請求項１に記載のインダストリアル・インターネットフィールドブロードバンドバスに基づく実現システム。
  5. 前記信号フレームのダウンリンク・サブフレームとアップリンク・サブフレームとの間、および前記信号フレームのアップリンク・サブフレームと次の信号フレームのダウンリンク・システム・サブフレームとの間にそれぞれガードインターバル１、ガードインターバル２を設置し、前記ガードインターバル１は前記信号フレームのダウンリンク・サブフレームとアップリンク・サブフレームの切替予備時間とし、前記ガードインターバル２は前記信号フレームのアップリンク・サブフレームと前記次の信号フレームのダウンリンク・システム・サブフレームの切替予備時間とすることを特徴とする請求項４に記載のインダストリアル・インターネットフィールドブロードバンドバスに基づく実現システム。
  6. 前記信号フレームはアップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレームをさらに含み、
    前記バス端末は、前記アップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレームにて前記バスコントローラーへアップリンクパイロット信号およびアクセスリクエストを含むデータ信号を送信し、
    前記バスコントローラーは、前記アップリンクパイロット信号に基づきチャネル推定を行い、前記アクセスリクエストに基づき前記バス端末にチャネルリソースブロックを割り当てることを特徴とする請求項５に記載のインダストリアル・インターネットフィールドブロードバンドバスに基づく実現システム。
  7. 前記バスコントローラーは、ダウンリンク・サブフレームとダウンリンク・システム・サブフレームから構成した第１タイムスライスを利用してデータを送信し、少なくとも１つの前記バス端末は、アップリンク・サブフレームから構成した第２タイムスライスを共用してデータを送信し、
    前記バス端末と前記バスコントローラーとの間で通信を行う時、前記バス端末は前記ダウンリンク・サブフレームおよびダウンリンク・システム・サブフレームを介してデータを受信し、
    前記バス端末との間で通信を行う時、前記バス端末は前記アップリンク・サブフレームを介してデータを受信することを特徴とする請求項６に記載のインダストリアル・インターネットフィールドブロードバンドバスに基づく実現システム。
  8. アップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレームを含む信号フレームをスペシャル・フレームとし、アップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレームを含まない信号フレームをノーマルフレームとし、前記ノーマルフレームにおける各サブフレームの配列位置は、ダウンリンク・システム・サブフレーム、ダウンリンク・サブフレーム、ガードインターバル１、アップリンク・サブフレーム、ガードインターバル２という順番であり、前記スペシャル・フレームにおける各サブフレームの配列位置は、ダウンリンク・システム・サブフレーム、ダウンリンク・サブフレーム、ガードインターバル１、アップリンク・サブフレーム、アップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレーム、ガードインターバル２という順番であり、
    前記ダウンリンク・システム・サブフレーム、前記ダウンリンク・サブフレーム、前記ガードインターバル１、前記ガードインターバル２、前記アップリンク・サブフレーム、前記アップリンク・ランダム・アクセス・システム・サブフレームにそれぞれ含むＯＦＤＭシンボルの個数はニーズに従い設定することを特徴とする請求項７に記載のインダストリアル・インターネットフィールドブロードバンドバスに基づく実現システム。
  9. 前記バスコントローラーといずれか１つの前記バス端末との間、各前記バス端末との間でＯＦＤＭ技術に基づき通信を行う時、前記信号フレームにおいて送信したデータはターゲットＩＰアドレスおよびソースＩＰアドレスを含むことを特徴とする請求項１に記載のインダストリアル・インターネットフィールドブロードバンドバスに基づく実現システム。
  10. 前記システムにさらに予備バスコントローラーを含み、システムにおける前記バスコントローラー作業に異常があると確認した時には予備バスコントローラーを起動することを特徴とする請求項１に記載のインダストリアル・インターネットフィールドブロードバンドバスに基づく実現システム。
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