WO2009083432A2 - Verfahren zum betrieb eines funkkommunikationssystems, koordinatorgerät und kommunikationsendgerät - Google Patents

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WO2009083432A2
WO2009083432A2 PCT/EP2008/067561 EP2008067561W WO2009083432A2 WO 2009083432 A2 WO2009083432 A2 WO 2009083432A2 EP 2008067561 W EP2008067561 W EP 2008067561W WO 2009083432 A2 WO2009083432 A2 WO 2009083432A2
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WO
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keg2
keg3
data
communication terminal
period
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Application number
PCT/EP2008/067561
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English (en)
French (fr)
Inventor
Guido Bruck
Peter Jung
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/24—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts
    • H04B7/26—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts at least one of which is mobile
    • H04B7/2643—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts at least one of which is mobile using time-division multiple access [TDMA]
    • H04B7/2656—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts at least one of which is mobile using time-division multiple access [TDMA] for structure of frame, burst
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/02—Hierarchically pre-organised networks, e.g. paging networks, cellular networks, WLAN [Wireless Local Area Network] or WLL [Wireless Local Loop]
    • H04W84/10—Small scale networks; Flat hierarchical networks
    • H04W84/12—WLAN [Wireless Local Area Networks]

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a radio communication system, a coordinator device and a communication terminal.
  • a person skilled in the art knows a variety of methods from communication technology, network technology and automation technology when and how communication terminals receive access to the data transmission medium. Access is in many cases assigned to the communication terminals by a coordinator device.
  • the coordinator device In English literature, the coordinator device is called Master; this term is also known to the German-speaking expert.
  • a communication terminal is called in English literature slave; This term is also known to the German-speaking professional.
  • the coordinator device is the only participant in the network that has the right to access the data transfer medium without being asked to do so. The communication terminals must wait for the assignment from the coordinator device before they can access the data transmission medium.
  • master / slave method is also used in many bus systems of automation technology.
  • master / slave method is also known to the German-speaking expert.
  • the time is divided into successive time frames, of which a first time frame ZR1 and a second time frame ZR2 are shown here.
  • the dashed arrow indicates that the first competition period WPL is immediately followed by the first competition period second synchronization time slot SYNZS2 connects, wherein the first and second time frame ZRl, ZR2 are shown for better illustration among themselves.
  • Each time frame ZR1, ZR2 is subdivided into a so-called non-compete period WFP1, WFP2 and a competition period WP1, WP2. In English-language literature these periods are also known as Contention Free Period CFP or Contention Period CP.
  • Contention Free Period CFP and Contention Period CP are also clear to the German-speaking expert.
  • each of the participating communication terminals KEG1, KEG2, KEG3 is assigned a specific time slot KEG1ZS1, KEG2ZS1, KEG3ZS1, KEG1ZS2, KEG2ZS2, KEG3ZS2 exclusively for data transmission to the coordinator unit KG.
  • WPl WP2 all participating communication terminals can try to send data to the coordinator KG.
  • the access method used is known to the person skilled in the art under the name of multiple access with carrier verification and collision avoidance, also referred to in the English-language literature as carrier sense multiple access / collision avoidance CSMA / CA.
  • a synchronization message SYNM1, SYNM2 is sent by the coordinator device KG in the first or second synchronization time slot SYNZS1, SYNZS2 to all communication terminals KEG1, KEG2, KEG3 participating in the data communication.
  • This synchronization message SYNM1, SYNM2 includes information relating to the time frame ZR1, ZR2 in which the synchronization message SYNM1, SYNM2 takes place.
  • This information is, for example, the period of the non-competitive period WFP1, WFP2, the point in time at which the communication terminals KEG1, KEG2, KEG3 participating in the non-competitive period WFP1, WFP2 may start transmitting data to the coordinator device KG, the start and the end the competition period WPl, WP2.
  • These communication terminals KEG1, KEG2, KEG3 and other communication terminals not shown in FIG. 2 set a so-called network occupation vector as a result of receiving this synchronization message SYNM1, SYNM2.
  • the network occupation vector could be considered as a timer. When the set time of the timer expires, the respective communication terminal KEG1, KEG2, KEG3 starts sending data to the coordinator unit KG.
  • the coordinator device KG transmits to the communication terminals KEG1, KEG2, KEG3 within the coordinator device transmission time slots KGSZS1, KGSZS2, which are active in the noncompetitive period WFP2, a message which comprises signaling data and user data for the communication terminals KEG1, KEG2, KEG3.
  • the signaling data include
  • the communication terminals KEG1, KEG2, KEG3 extract the user data for each of them from the message of the coordinator device KG, ie the first communication terminal KEG1, the user data intended for the first communication terminal KEG1, the second communication terminal KEG2 for the second communication terminal KEG2 certain user data and the third communication terminal KEG3 the intended for the third communication terminal KEG3 user data.
  • the first communication terminal KEG1 transmits data to the coordinator device KG in the assigned communication terminal transmission time slot KEGlZS1 of the first time frame ZR1 and in the assigned communication terminal transmission time slot KEG1ZS2 of the second time frame ZR2.
  • the second communication terminal KEG2 transmits in the assigned communication terminal transmission time slot KEG2ZS1 of the first time frame ZR1 and in the assigned communication terminal transmission time slot KEG2ZS2 of the second time frame ZR2 data to the coordinator unit KG.
  • the third communication terminal KEG1 transmits data to the coordinator device KG in the assigned communication terminal transmission time slot KEG3ZS1 of the first time frame ZR1 and in the assigned communication terminal transmission time slot KEG3ZS2 of the second time frame ZR2.
  • the figure 3 illustrates in another representation on the basis of a time frame ZRl once again more precisely the access to the radio resource and the relationship between time slots and transmitted payload.
  • the coordinator device KG sends a synchronization message within a synchronization time slot whose time duration is shown here as TSYNZS1, which is shown here in the form of a longitudinally striped rectangle. Due to the content of the synchronization message, the communication terminals recognize the respective beginning of the time slot assigned to them for the data transmission to the coordinator unit KG.
  • the coordinator device KG transmits, in the Koordinator Chasendezeitschlitz whose time is illustrated here with TKG, a data message comprising signaling and payload data.
  • the user data of the data telegram are shown as a striped rectangle.
  • the communication terminals KEG1, KEG2, KEG3 send data telegrams to the coordinator unit KG in the defined communication terminal time slots whose duration is illustrated here by TKEG1, TKEG2, TKEG3.
  • the user data of the data telegrams are shown as a dotted rectangle.
  • the duration of the time frame ZR1, the competitive period WFP1 and the competition period WPL are also shown.
  • the abscissa is shown as time axis T. From this representation it becomes clear that a majority of the data telegrams of the communication terminals KEG1, KEG2, KEG3 does not comprise any user data but signaling data.
  • the signaling data is represented in each case by the part of the rectangles whose duration is indicated by TKEG1, TKEG2, TKEG3, which is not filled in by the dotted rectangle.
  • the data transfer of the user data should take place within a short cycle time. This is to be the time within which, after the occurrence of an event which is registered by a communication terminal, this event is reported to the coordinator device.
  • the cycle time is essentially determined by the length of the specified time slot and the length of the time frame.
  • Today's technical requirements require cycle times of a few milliseconds to enable real-time application.
  • the object of the present invention to develop a method of operating a radio communication system which enables a reduction of the cycle time.
  • the object is achieved according to the invention by a method for operating a radio communication system, a) wherein the radio communication system comprises a coordinator device and at least one communication terminal, b) wherein the radio resource is subdivided into deterministic time frames; c) the time frames are subdivided into a non-compete period and a contention period, d) wherein the non-competitive period is divided into a sync slot, a coordinator terminal send slot and at least one communication terminal send slot, the number e) the coordinator device notifies the at least one communication terminal in a transmitted synchronization time slot by means of a synchronization message when the at least one communication terminal transmits data within this time frame is entitled, f) wherein the at least one communication terminal within the competitive period exclusively payload to the coordinator Inator Cha sent, which are sent from the coordinator, in the case of multiple communication terminals send their user data to the coordinator device within the
  • the object is also achieved by a coordinator and a communication terminal, each of which is designed for a method for operating the radio communication system according to one of the preceding claims.
  • the method for operating the radio communication system is further developed in that the time duration of the user data sent by communication terminals, in the case that several communication terminals participate in the data communication within the time frame, is the same length. This is particularly advantageous when it comes to standardized to be sent records of short but known length.
  • the method for operating the radio communication system is further developed in that the synchronization message comprises an indication of the duration of the non-competitive period. Then, those communication terminals which participate in the data communication in the competition period can set their network occupation vector and then start data transmission immediately after the end of the competitive period.
  • the method for operating the radio communication system is further developed in that the device sent in the coordinator end time slot is constructed as follows: Data head with an address information assigned to the at least one communication terminal and subsequently with this user data associated with at least one communication terminal.
  • the addressed communication terminals can easily extract the data intended for them from the data telegram sent by the coordinator device.
  • FIG. 5 shows the radio communication system from FIG. 1 additionally comprising a receiving device for data transmission between a radio communication system which uses the method according to the invention and a radio communication system which uses the method according to the prior art.
  • FIG. 4 shows the method for operating a radio communication system from FIG. 3, comprising the invention.
  • the designations are identical to those in FIG. 3, unless otherwise stated here explicitly.
  • the coordinator device KG transmits a synchronization message within a synchronization time slot, the time duration of which is likewise shown here as TSYNZS1, which is likewise shown here in the form of a longitudinally striped rectangle. Due to the contents of the synchronization message, the communication terminals KEG1, KEG2, KEG3 recognize the period of the non-compliant period WFP1, and the communication terminals participating in the data communication in the competition period WP1 can set their network occupation vector by evaluating this notified time period, following the non-competitive period to start with the data transfer.
  • the content of the synchronization message includes time information for the communication terminals KEG1, KEG2, KEG3 with regard to the respective assigned start for the data transmission to the coordinator device KG. within the non-competitive period WFP1, whereupon the communication terminals KEG1, KEG2, KEG3 set their network occupation vector accordingly.
  • the coordinator unit KG transmits a data telegram comprising signaling data, such as data heads, to the respective data head, and then the respective user data for the addressed communication terminals KEG1, KEG2, KEG3, which are addressed by the respectively addressed communication terminal KEG1 , KEG2, KEG3 are extracted accordingly.
  • the user data of the data telegram are again shown as a striped rectangle.
  • the user data are again shown as a dotted rectangle. It is essential to the invention that the communication terminals KEG1, KEG2, KEG3 send data data frames containing no signaling data within the non-competitive period WFP1 to the coordinator unit KG.
  • the abscissa is shown as a time axis T.
  • the user data sent by the communication terminals KEG1, KEG2, KEG3 in chronological order is received by the coordinator unit KG and subsequently checked as a common data telegram within the framework of the formation of a checksum (frame check sequence), ie processed.
  • a checksum frame check sequence
  • the time duration which is denoted TKG_KEG3 in FIG. 4, comprises, apart from the time duration TSYNZS1, the duration of the entire bidirectional data communication between the coordinator device KG and the communication terminals KEG1, KEG2, KEG3 participating in the noncompetitive period WFP1.
  • the duration of the competitive period wasbsELI period WFPl from Figure 4 considerably shorter (since the communication terminals KEGl, KEG2, KEG3 yes only send user data).
  • the user data of the communication terminals KEG1, KEG2, KEG3 are successively sent by the communication terminals KEG1, KEG2, KEG3 and combined to form a common data telegram from the coordinator unit KG.
  • the longer time frame ZR1 from FIG. 3 would extend in FIG. 4 as far as the vertical dashed arrow on the right-hand upper side.
  • the duration of the competition periods WPL in FIGS. 3 and 4 was selected to be equal in length for better comparability of the length of the time frames ZR1 or of the non-competitive periods WFPL of FIGS.
  • FIG. 5 shows the radio communication system FKS from FIG. 1 additionally comprising a receiving device EG for data transmission between a radio communication system FKS, which uses the method according to the invention, to a radio communication system FKS, hereinafter referred to as original radio communication system FKS, which describes the method according to the prior art used.
  • a radio communication system FKS is provided by the inventive method, which allows shorter cycle times, which is particularly important for applications in automation technology. If you want to make available the exchanged data in the radio communication system FKS according to the invention for an original radio communication system FKS, the additional receiving device EC is required, which also uses the multiple access with carrier check and collision avoidance CSMA / CA as access method.
  • the receiving device EC receives All data telegrams that are sent in the radio communication system FKS according to the invention and can pass them on to other communication devices of the original radio communication system FKS. It is important for the error-free reception of the data telegrams by the receiving device EG that every data telegram generated in the radio communication system FKS according to the invention has the same data telegram structure as the data telegram structure used in the original radio communication system FKS.
  • the medium access control layer extension described in FIG. 4 is performed by a proprietary protocol executed in software with hardware interfaces. There are no changes to the hardware required, resulting in no high implementation costs.
  • the extension may coexist with the standardized media access control layer.
  • backward compatibility of the extension with the standard prior art media access control layer is ensured.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betrieb eines Funkkommunikationssystems, Koordinatorgerät und Kommunikationsendgerät
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Funkkommunikationssystems, ein Koordinatorgerät und ein Kommunikationsendgerät .
Dem Fachmann sind aus der Kommunikationstechnologie, Netzwerktechnologie und Automatisierungstechnologie eine Vielzahl von Verfahren bekannt, wann und wie Kommunikationsendgeräte Zugriff auf das Datenübertragungsmedium erhalten. Der Zugriff wird in vielen Fällen von einem Koordinatorgerät den Kommuni- kationsendgeräten zugewiesen.
In der englischsprachigen Literatur heißt das Koordinatorgerät Master; diese Bezeichnung ist dem deutschsprachigen Fachmann ebenfalls ein Begriff. Ein Kommunikationsendgerät heißt in der englischen Literatur Slave; auch diese Bezeichnung ist dem deutschsprachigen Fachmann ebenfalls ein Begriff. Das Koordinatorgerät hat als einziger Teilnehmer im Netzwerk das Recht, unaufgefordert auf das Datenübertragungsmedium zuzugreifen. Die Kommunikationsendgeräte müssen auf die Zuweisung vom Koordinatorgerät warten, bevor sie auf das Daten- Übertragungsmedium zugreifen dürfen. Die aus der englischsprachigen Literatur auch als Master/Slave-Verfahren bekannte Lösung wird auch in vielen Bussystemen der Automatisierungstechnik eingesetzt. Die Bezeichnung Master/Slave-Verfahren ist dem deutschsprachigen Fachmann ebenfalls ein Begriff.
Seit neuestem werden in der Automatisierungstechnik nicht nur „drahtgebundene" Bussysteme für die Datenkommunikation zwischen dem Koordinatorgerät und den Kommunikationsendgeräten eingesetzt, sondern es werden auch drahtlose Netzwerke aufge- baut. Diese drahtlosen Netzwerke sind auch dem deutschspra- chigen Fachmann unter der Bezeichnung „Wireless Sensor Actor Networks" bekannt. Der Zugriff der einzelnen Kommunikationsendgeräte auf die Funkressource wird wiederum vom Koordinatorgerät zugeteilt. Ein derartiges Funkkommunikationssystem FKS, umfassend ein Koordinatorgerät KG und drei Kommunikationsendgeräte KEGl, KEG2, KEG3 ist beispielsweise in Figur 1 dargestellt. Im OSI-Schichtenmodell wird der Zugriff auf die Funkressource, die sogenannte Medienzugriffssteuerung, in der zweiten Schicht, dem deutschsprachigen Fachmann auch als Me- dium Access Control Layer (MAC Layer) bekannt, durchgeführt.
Ein wichtiges Verfahren hinsichtlich des Zugriffs auf die Funkressource wird dabei in der Standardspezifikation IEEE 802.11 beschrieben. Ein optionaler Betriebsmodus dieser Stan- dardspezifikation IEEE 802.11, dem deutschsprachigen Fachmann auch als sogenannte Punktkoordinierungsfunktion „Point Coor- dination Function PCF" bekannt, ermöglicht dem Koordinatorgerät verschiedenen Kommunikationsendgeräten einen Zugriff auf die Funkressource zuzuteilen.
Eine Erweiterung dieser Punktkoordinierungsfunktion wurde in die Standardspezifikation IEEE 802. He eingeführt, welche unter dem Namen Hybridkoordinierungsfunktion „Hybrid Coordina- tion Function HCF" bekannt ist. Innerhalb dieser Hybridkoor- dinierungsfunktion wird der Zugriff auf die Funkressource in bestimmter Weise gesteuert. Diese Steuerung ist unter dem Namen HCF Controlled Channel Access HCCA bekannt. Eine Beschreibung dieses Zugriffsverfahrens erfolgt mittels der Figur 2.
Bei diesem Zugriffsverfahren auf die Funkressource ist die Zeit in aufeinanderfolgende Zeitrahmen eingeteilt, von denen hier ein erster Zeitrahmen ZRl und ein zweiter Zeitrahmen ZR2 dargestellt sind. Der gestrichelte Pfeil soll andeuten, dass sich an die erste Wettbewerbsperiode WPl unmittelbar der zweite Synchronisierungszeitschlitz SYNZS2 anschließt, wobei der erste und zweite Zeitrahmen ZRl, ZR2 zur besseren Veranschaulichung untereinander dargestellt sind. Jeder Zeitrahmen ZRl, ZR2 wird dabei in eine sogenannte wettbewerbsfreie Peri- ode WFPl, WFP2 und eine Wettbewerbsperiode WPl, WP2 unterteilt. In der englischsprachigen Literatur sind diese Perioden auch als Contention Free Period CFP bzw. Contention Peri- od CP bekannt. Die englischsprachigen Begriffe Contention Free Period CFP bzw. Contention Period CP sind dem deutsch- sprachigen Fachmann ebenfalls klar. In der wettbewerbsfreien Periode WFPl, WFP2 ist jedem der teilnehmenden Kommunikationsendgeräte KEGl, KEG2, KEG3 ein bestimmter Zeitschlitz KEGlZSl, KEG2ZS1, KEG3ZS1, KEG1ZS2, KEG2ZS2, KEG3ZS2 ausschließlich zur Datenversendung an das Koordinatorgerät KG zugewiesen. In der Wettbewerbsperiode WPl, WP2 können alle teilnehmenden Kommunikationsendgeräte versuchen Daten an das Koordinatorgerät KG zu versenden. Das dabei eingesetzte Zugriffsverfahren ist dem Fachmann unter dem Namen Mehrfachzugriff mit Trägerprüfung und Kollisionsvermeidung, in der englischsprachigen Literatur auch als Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance CSMA/CA bezeichnet, bekannt.
Am Beginn der Zeitrahmen ZRl, ZR2 werden von dem Koordinatorgerät KG in dem ersten bzw. zweiten Synchronisierungszeit- schlitz SYNZSl, SYNZS2 jeweils eine Synchronisierungsmeldung SYNMl, SYNM2 an alle an der Datenkommunikation teilnehmenden Kommunikationsendgeräte KEGl, KEG2, KEG3 gesendet. Diese Synchronisierungsmeldung SYNMl, SYNM2 umfasst Angaben, die sich jeweils auf den Zeitrahmen ZRl, ZR2 beziehen, in dem die Syn- chronisierungsmeldung SYNMl, SYNM2 erfolgt. Diese Angaben sind beispielsweise die Zeitdauer der wettbewerbsfreien Periode WFPl, WFP2, der Zeitpunkt an dem die an der wettbewerbsfreien Periode WFPl, WFP2 teilnehmenden Kommunikationsendgeräte KEGl, KEG2, KEG3 jeweils mit der Datenversendung an das Koordinatorgerät KG beginnen dürfen, den Beginn und das Ende der Wettbewerbsperiode WPl, WP2. Diese Kommunikationsendgeräte KEGl, KEG2, KEG3 und weitere nicht in der Figur 2 dargestellte Kommunikationsendgeräte setzen infolge des Empfangs dieser Synchronisierungsmeldung SYNMl, SYNM2 einen sogenann- ten Netzbelegungsvektor. Den Netzbelegungsvektor könnte man als Zeitgeber auffassen. Beim Ablauf der gesetzten Zeit des Zeitgebers beginnt das jeweilige Kommunikationsendgerät KEGl, KEG2, KEG3 mit dem Datenversand an das Koordinatorgerät KG.
Des weiteren sendet das Koordinatorgerät KG den in der wettbewerbsfreien Periode WFPl, WFP2 aktiven Kommunikationsendgeräten KEGl, KEG2, KEG3 innerhalb der Koordinatorgerätsendezeitschlitze KGSZSl, KGSZS2 eine Meldung, die Signalisie- rungsdaten und Nutzdaten für die Kommunikationsendgeräte KEGl, KEG2, KEG3 umfasst. Die Signalisierungsdaten umfassen
Adressinformationen der angesprochenen Kommunikationsendgeräte KEGl, KEG2, KEG3. Die Kommunikationsendgeräte KEGl, KEG2, KEG3 extrahieren infolge der Adressierung durch das Koordinatorgerät KG die für sie jeweils bestimmten Nutzdaten aus der Meldung des Koordinatorgeräts KG, also das erste Kommunikationsendgerät KEGl, die für das erste Kommunikationsendgerät KEGl bestimmten Nutzdaten, das zweite Kommunikationsendgerät KEG2, die für das zweite Kommunikationsendgerät KEG2 bestimmten Nutzdaten und das dritte Kommunikationsendgerät KEG3 die für das dritte Kommunikationsendgerät KEG3 bestimmten Nutzdaten .
Das erste Kommunikationsendgerät KEGl sendet im zugewiesenen Kommunikationsendgerätsendezeitschlitz KEGlZSl des ersten Zeitrahmens ZRl und im zugewiesenen Kommunikationsendgerät- sendezeitschlitz KEG1ZS2 des zweiten Zeitrahmens ZR2 Daten an das Koordinatorgerät KG. Das zweite Kommunikationsendgerät KEG2 sendet im zugewiesenen Kommunikationsendgerätsendezeit- schlitz KEG2ZS1 des ersten Zeitrahmens ZRl und im zugewiese- nen Kommunikationsendgerätsendezeitschlitz KEG2ZS2 des zwei- ten Zeitrahmens ZR2 Daten an das Koordinatorgerät KG. Das dritte Kommunikationsendgerät KEGl sendet im zugewiesenen Kommunikationsendgerätsendezeitschlitz KEG3ZS1 des ersten Zeitrahmens ZRl und im zugewiesenen Kommunikationsendgerät- sendezeitschlitz KEG3ZS2 des zweiten Zeitrahmens ZR2 Daten an das Koordinatorgerät KG. Diese Daten der Kommunikationsendgeräte KEGl, KEG2, KEG3 umfassen sowohl Signalisierungsdaten als auch Nutzdaten.
Die Figur 3 veranschaulicht in anderer Darstellung auf Basis eines Zeitrahmens ZRl noch einmal genauer den Zugriff auf die Funkressource und den Zusammenhang zwischen Zeitschlitzen und übertragenen Nutzdaten.
Wie in Figur 2 versendet das Koordinatorgerät KG innerhalb eines Synchronisierungszeitschlitzes, dessen Zeitdauer hier als TSYNZSl dargestellt ist, eine Synchronisierungsmeldung, welche hier in Form eines längsgestreiften Rechtecks dargestellt ist. Aufgrund des Inhaltes der Synchronisierungsmel- düng erkennen die Kommunikationsendgeräte, den jeweiligen Beginn des ihnen für den Datenversand zum Koordinatorgerät KG zugeteilten Zeitschlitzes. Das Koordinatorgerät KG sendet, in dem Koordinatorgerätsendezeitschlitz, dessen Zeitdauer hier mit TKG veranschaulicht ist, ein Datentelegramm umfassend Signalisierungs- und Nutzdaten. Die Nutzdaten des Datentelegramms sind dabei als quergestreiftes Rechteck dargestellt. Die Kommunikationsendgeräte KEGl, KEG2, KEG3 senden ihrerseits in den festgelegten Kommunikationsendgerätsendezeit- schlitzen, deren Zeitdauer hier mit TKEGl, TKEG2, TKEG3 ver- anschaulicht ist, Datentelegramme an das Koordinatorgerät KG. Die Nutzdaten der Datentelegramme sind dabei als gepunktetes Rechteck dargestellt. Die Dauer des Zeitrahmens ZRl, der wettbewerbsfreien Periode WFPl und der Wettbewerbsperiode WPl sind ebenfalls dargestellt. Die Abszisse ist als Zeitachse T dargestellt. Aus dieser Darstellung wird deutlich, dass ein Großteil der Datentelegramme der Kommunikationsendgeräte KEGl, KEG2, KEG3 keine Nutzdaten sondern Signalisierungsdaten umfasst. Die Signalisierungsdaten werden jeweils durch den Teil der Rechtecke, deren Dauer mit TKEGl, TKEG2, TKEG3 angegeben ist, dargestellt, der nicht vom gepunkteten Rechteck ausgefüllt wird. Gerade im Hinblick auf den Einsatz in der der Automatisierungstechnik, in der von den Kommunikationsendgeräten KEGl, KEG2, KEG3 zu versendende Nutzdatenanteil nur sehr klein ist, d.h. nur wenige Bytes pro Zeitschlitz umfasst, führt dieses zu unnötig großen Zykluszeiten. Anstatt des Begriffs Zykluszeit werden oft synonym auch die Begriffe Latenzzeit oder Verzögerungszeit benutzt.
Die Datenübertragung der Nutzdaten soll innerhalb einer kurzen Zykluszeit erfolgen. Das soll im weiteren die Zeit sein, innerhalb der nach dem Auftreten eines Ereignisses, welches durch ein Kommunikationsendgerät registriert wird, dieses Er- eignis dem Koordinatorgerät gemeldet wird. Bei dem beschriebenen Zeitmultiplexverfahren mit Zeitrahmen und einem für ein Kommunikationsendgerät festgelegten Zeitschlitz wird die Zykluszeit wesentlich durch die Länge des festgelegten Zeitschlitzes und die Länge des Zeitrahmens bestimmt. Heutige technische Anforderungen erfordern Zykluszeiten von wenigen Millisekunden, um Echtzeitanwendung zu ermöglichen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Funkkommunikationssystems zu entwickeln, welches eine Reduzierung der Zykluszeit ermöglicht. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betrieb eines Funkkommunikationssystems gelöst, a) wobei das Funkkommunikationssystem ein Koordinatorgerät und mindestens ein Kommunikationsendgerät umfasst, b) wobei die Funkressource in determinierte Zeitrahmen unterteilt ist, c) wobei die Zeitrahmen in eine wettbewerbsfreie Periode und eine Wettbewerbsperiode unterteilt sind, d) wobei die wettbewerbsfreie Periode in einen Synchroni- sierungszeitschlitz, einen Koordinatorgerätsendezeitschlitz und mindestens einen Kommunikationsendgerätsendezeitschlitz unterteilt ist, wobei die Anzahl des mindestens einen Kommu- nikationsendgerätsendezeitschlitzes der Anzahl der in der wettbewerbsfreien Periode an der Datenkommunikation teilnehmenden Kommunikationsendgeräte entspricht, e) wobei das Koordinatorgerät dem mindestens einen Kommunikationsendgerät in einem übertragenen Synchronisierungszeit- schlitz mittels einer Synchronisierungsmeldung mitteilt, wann das mindestens eine Kommunikationsendgerät zur Datenversendung innerhalb dieses Zeitrahmens berechtigt ist, f) wobei das mindestens eine Kommunikationsendgerät innerhalb der wettbewerbsfreien Periode ausschließlich Nutzdaten an das Koordinatorgerät versendet, die vom Koordinatorgerät, im Fall das mehrere Kommunikationsendgeräte ihre Nutzdaten innerhalb der wettbewerbsfreien Periode an das Koordinatorgerät versenden, zu einem gemeinsamen Datentelegramm zusammengefügt und innerhalb der wettbewerbsfreien Periode verarbeitet werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch ein Koordinatorgerät sowie ein Kommunikationsendgerät gelöst, die jeweils für ein Verfahren zum Betrieb des Funkkommunikationssystems gemäß einem der vorstehenden Patentansprüche ausgebildet sind.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren, das erfindungsgemäße Koordinatorgerät und das erfindungsgemäße Kommunikationsendgerät lässt sich eine Verkürzung der Zykluszeit erreichen. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen .
In vorteilhafter Weise wird das Verfahrens zum Betrieb des Funkkommunikationssystems dadurch weitergebildet, dass die Zeitdauer der von Kommunikationsendgeräten versendeten Nutzdaten, im Fall das mehrere Kommunikationsendgeräte an der Datenkommunikation innerhalb des Zeitrahmens teilnehmen, gleich lang ist. Dieses ist besonders dann vorteilhaft einsetzbar, wenn es um standardisierte zu versendende Datensätze von kurzer aber bekannter Länge handelt.
In vorteilhafter Weise wird das Verfahren zum Betrieb des Funkkommunikationssystems dadurch weitergebildet, dass die Synchronisierungsmeldung eine Angabe zur Zeitdauer der wettbewerbsfreien Periode umfasst. Dann können diejenigen Kommunikationsendgeräte, die in der Wettbewerbsperiode an der Datenkommunikation teilnehmen, ihren Netzbelegungsvektor einstellen und dann unmittelbar nach Ablauf der wettbewerbsfrei- en Periode mit der Datenversendung beginnen.
In weiterhin vorteilhafter Weise wird das Verfahren zum Betrieb des Funkkommunikationssystems dadurch weitergebildet, dass die im Koordinatorgerätsendezeitschlitz versendete MeI- düng folgendermaßen aufgebaut ist: Datenkopf mit einer dem mindestens einen Kommunikationsendgerät zugeordneten Adressinformation und anschließend diesem mindestens einen Kommunikationsendgerät zugeordneten Nutzdaten. Dadurch können die angesprochenen Kommunikationsendgeräte auf einfache Weise die für sie bestimmten Daten aus dem vom Koordinatorgerät versendeten Datentelegramm extrahieren.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeich- nungen die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen erläutert .
Dabei zeigt in schematischer Darstellung die
FIG 4 das Verfahren zum Betrieb eines Funkkommunikationssystems aus Figur 3, umfassend die Erfindung, und die
FIG 5 das Funkkommunikationssystem aus Figur 1 zusätzlich umfassend ein Empfangsgerät zur Datenübertragung zwischen einem Funkkommunikationssystem, welches das erfindungsgemäße Verfahren benutzt, zu einem Funkkommunikationssystem, welches das Verfahren nach dem Stand der Technik benutzt.
Die Figur 4 zeigt das Verfahren zum Betrieb eines Funkkommunikationssystems aus Figur 3, umfassend die Erfindung. Die Bezeichnungen stimmen mit denen aus Figur 3 überein, sofern nicht etwas anderes hier explizit dargestellt wird.
Wie bereits in Figur 3 dargestellt, versendet das Koordinatorgerät KG innerhalb eines Synchronisierungszeitschlitzes, dessen Zeitdauer hier ebenfalls als TSYNZSl dargestellt ist, eine Synchronisierungsmeldung, welche hier ebenfalls in Form eines längsgestreiften Rechtecks dargestellt ist. Aufgrund des Inhaltes der Synchronisierungsmeldung erkennen die Kommunikationsendgeräte KEGl, KEG2, KEG3 die Zeitdauer der wettbewerbsfreien Periode WFPl und die Kommunikationsendgeräte, welche in der Wettbewerbsperiode WPl an der Datenkommunikation teilnehmen, können durch Auswertung dieser mitgeteilten Zeitdauer ihren Netzbelegungsvektor setzen, um im Anschluss an die wettbewerbsfreie Periode mit der Datenübertragung zu beginnen. Darüber hinaus umfasst der Inhalt der Synchronisierungsmeldung Zeitinformationen für die Kommunikationsendgeräte KEGl, KEG2, KEG3 hinsichtlich des jeweiligen zugeteilten Beginns für die Datenübertragung zum Koordinatorgerät KG in- nerhalb der wettbewerbsfreien Periode WFPl, woraufhin die Kommunikationsendgeräte KEGl, KEG2, KEG3 ihren Netzbelegungsvektor entsprechend setzen. Das Koordinatorgerät KG sendet im Anschluss an den Synchronisierungszeitschlitz in dem Koordi- natorgerätsendezeitschlitz ein Datentelegramm umfassend Sig- nalisierungsdaten, wie Datenköpfe, und anschließend an den jeweiligen Datenkopf die zugehörigen Nutzdaten für die angesprochenen Kommunikationsendgeräte KEGl, KEG2, KEG3, welche von dem jeweils angesprochenen Kommunikationsendgerät KEGl, KEG2, KEG3 entsprechend extrahiert werden. Die Nutzdaten des Datentelegramms sind dabei wiederum als quergestreiftes Rechteck dargestellt. Die Kommunikationsendgeräte KEGl, KEG2, KEG3 senden ihrerseits zu dem jeweils festgelegten Beginn Nutzdaten an das Koordinatorgerät KG. Die Nutzdaten sind da- bei wiederum als gepunktetes Rechteck dargestellt. Erfindungswesentlich ist dabei, dass die Kommunikationsendgeräte KEGl, KEG2, KEG3 keinerlei Signalisierungsdaten umfassende Datentelegramme innerhalb der wettbewerbsfreien Periode WFPl an das Koordinatorgerät KG versenden. Die Abzisse ist als Zeitachse T dargestellt. Die in zeitlich bestimmter Abfolge von den Kommunikationsendgeräten KEGl, KEG2, KEG3 versendeten Nutzdaten werden von dem Koordinatorgerät KG empfangen und anschließend als gemeinsames Datentelegramm im Rahmen der Bildung einer Prüfsumme (Frame Check Sequence) überprüft, d.h. verarbeitet. Danach endet die Dauer der Datenübertragung innerhalb der wettbewerbsfreien Periode WFPl. Die Zeitdauer, welche in der Figur 4 mit TKG_KEG3 bezeichnet ist, umfasst abgesehen von der Zeitdauer TSYNZSl die Dauer der gesamten bidirektionalen Datenkommunikation zwischen dem Koordinator- gerät KG und den in der wettbewerbsfreien Periode WFPl teilnehmenden Kommunikationsendgeräten KEGl, KEG2, KEG3.
Wie sich unschwer aus dem Vergleich der wettbewerbsfreien Periode WFPl aus Figur 3 mit der wettbewerbsfreien Periode WFPl aus Figur 4 erkennen lässt, ist die Zeitdauer der wettbe- werbsfreien Periode WFPl aus Figur 4 erheblich kürzer (da die Kommunikationsendgeräte KEGl, KEG2, KEG3 ja ausschließlich Nutzdaten versenden) . Die Nutzdaten der Kommunikationsendgeräte KEGl, KEG2, KEG3 werden sukzessive von den Kommunikati- onsendgeräten KEGl, KEG2, KEG3 versendet und zu einem gemeinsamen Datentelegramm vom Koordinatorgerät KG zusammengefügt.
Durch diese Verkürzung der wettbewerbsfreien Periode WFPl lassen sich kürzere Zykluszeiten erreichen, was insbesondere für Echtzeitanwendungen in der Automatisierungstechnik von erheblicher Bedeutung ist.
Der längere Zeitrahmen ZRl aus Figur 3 würde sich in Figur 4 bis zum senkrechten gestrichelten Pfeil auf der rechten obe- ren Seite erstrecken. Die Zeitdauer der Wettbewerbsperioden WPl in den Figuren 3 und 4 wurden zur besseren Vergleichbarkeit der Länge der Zeitrahmen ZRl bzw. der wettbewerbsfreien Perioden WFPl aus den Figuren 3 und 4 gleich lang gewählt.
Die Figur 5 zeigt das Funkkommunikationssystem FKS aus Figur 1 zusätzlich umfassend ein Empfangsgerät EG zur Datenübertragung zwischen einem Funkkommunikationssystem FKS, welches das erfindungsgemäße Verfahren benutzt, zu einem Funkkommunikationssystem FKS, im weiteren originäres Funkkommunikationssys- tem FKS bezeichnet, welches das Verfahren nach dem Stand der Technik benutzt. Wie erwähnt wird durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Funkkommunikationssystem FKS bereitgestellt, welches kürzere Zykluszeiten ermöglicht, was insbesondere für Anwendungen in der Automatisierungstechnik von Bedeutung ist. Will man die ausgetauschten Daten im erfindungsgemäßen Funkkommunikationssystem FKS für ein originäres Funkkommunikationssystem FKS zur Verfügung stellen, wird das zusätzliche Empfangsgerät EG benötigt, welches ebenfalls als Zugriffsverfahren den Mehrfachzugriff mit Trägerprüfung und Kollisions- Vermeidung CSMA/CA einsetzt. Das Empfangsgerät EG empfängt alle Datentelegramme die im erfindungsgemäßen Funkkommunikationssystem FKS ausgesendet werden und kann diese an andere Kommunikationsgeräte des originären Funkkommunikationssystems FKS weitergeben. Dabei ist es für den fehlerfreien Empfang der Datentelegramme durch das Empfangsgerät EG wichtig, dass jedes im erfindungsgemäßen Funkkommunikationssystem FKS generierte Datentelegramm dieselbe Datentelegrammstruktur besitzt, wie die im originären Funkkommunikationssystem FKS verwendete Datentelegrammstruktur .
Die in der Figur 4 beschriebene Erweiterung der Medienzugriffssteuerungsschicht (Medium Access Control Layer) wird durch ein proprietäres Protokoll durchgeführt, welches in Software mit Schnittstellen zur Hardware ausgeführt wird. Es sind keinerlei Änderungen der Hardware erforderlich, was zu keinen hohen Kosten bei der Implementierung führt.
Wie in Figur 5 beschrieben, kann die Erweiterung mit der standardisierten Medienzugriffssteuerungsschicht koexistie- ren. Somit ist die Rückwärtskompatibilität der Erweiterung mit der standardisierten Medienzugriffssteuerungsschicht gemäß dem Stand der Technik gewährleistet.
Die Erfindung ist nicht auf die speziellen Ausführungsbei- spiele beschränkt, sondern schließt weitere nicht explizit offenbarte Abwandlungen mit ein, solange von dem Kern der Erfindung Gebrauch gemacht wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines Funkkommunikationssystems (FKS), a) wobei das Funkkommunikationssystem (FKS) ein Koordinatorgerät (KG) und mindestens ein Kommunikationsendgerät (KEGl, KEG2, KEG3) umfasst, b) wobei die Funkressource in determinierte Zeitrahmen (ZRl, ZR2) unterteilt ist, c) wobei die Zeitrahmen (ZRl, ZR2) in eine wettbewerbsfreie Periode (WFPl, WFP2) und eine Wettbewerbsperiode (WPl, WP2) unterteilt sind, d) wobei die wettbewerbsfreie Periode (WFPl, WFP2) in einen Synchronisierungszeitschlitz (SNYZSl, SYNZS2), einen Koordi- natorgerätsendezeitschlitz (KGSZSl, KGSZS2) und mindestens einen Kommunikationsendgerätsendezeitschlitz (KEGlZSl KEG2ZS1, KEG3ZS1, KEG1ZS2, KEG2ZS2, KEG3ZS2) unterteilt ist, wobei die Anzahl des mindestens einen Kommunikationsendgerät- sendezeitschlitzes (KEGlZSl, KEG2ZS1, KEG3ZS1, KEG1ZS2, KEG2ZS2, KEG3ZS2) der Anzahl der in der wettbewerbsfreien Periode (WFPl, WFP2) an der Datenkommunikation teilnehmenden Kommunikationsendgeräte (KEGl, KEG2, KEG3) entspricht, e) wobei das Koordinatorgerät (KG) dem mindestens einen Kommunikationsendgerät (KEGl, KEG2, KEG3) in einem übertrage- nen Synchronisierungszeitschlitz (SYNZSl, SYNZS2) mittels einer Synchronisierungsmeldung (SYNMl, SYNM2) mitteilt, wann das mindestens eine Kommunikationsendgerät (KEGl, KEG2, KEG3) zur Datenversendung innerhalb dieses Zeitrahmens (ZRl, ZR2) berechtigt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass f) das mindestens eine Kommunikationsendgerät (KEGl, KEG2, KEG3) innerhalb der wettbewerbsfreien Periode (WFPl, WFP2) ausschließlich Nutzdaten an das Koordinatorgerät (KG) versendet, die vom Koordinatorgerät (KG) , im Fall das mehrere Kom- munikationsendgeräte (KEGl, KEG2, KEG3) ihre Nutzdaten inner- halb der wettbewerbsfreien Periode (WFPl) an das Koordinatorgerät (KG) versenden, zu einem gemeinsamen Datentelegramm zusammengefügt und innerhalb der wettbewerbsfreien Periode (WFPl) verarbeitet werden.
2. Verfahrens zum Betrieb des Funkkommunikationssystems (FKS) gemäß Patentanspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Zeitdauer der von Kommunikationsendgeräten (KEGl, KEG2, KEG3) versendeten Nutzdaten, im Fall das mehrere Kommunikationsendgeräte (KEGl, KEG2, KEG3) an der Datenkommunikation innerhalb des Zeitrahmens (ZRl, ZR2) teilnehmen, gleich lang ist .
3. Verfahren zum Betrieb des Funkkommunikationssystems (FKS) gemäß einem der vorstehenden Patentansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Synchronisierungsmeldung eine Angabe zur Zeitdauer der wettbewerbsfreien Periode (WFPl, WFP2) umfasst.
4. Verfahren zum Betrieb des Funkkommunikationssystems (FKS) gemäß einem der vorstehenden Patentansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die im Koordinatorgerätsendezeitschlitz (KGSZSl, KGSZS2) ver- sendete Meldung folgendermaßen aufgebaut ist: Datenkopf mit einer dem mindestens einen Kommunikationsendgerät (KEGl, KEG2, KEG3) zugeordneten Adressinformation und anschließend diesem mindestens einen Kommunikationsendgerät (KEGl, KEG2, KEG3) zugeordneten Nutzdaten.
5. Koordinatorgerät (KG) ausgebildet für ein Verfahren zum Betrieb des Funkkommunikationssystems (FKS) gemäß einem der vorstehenden Patentansprüche.
6. Kommunikationsendgerät (KEGl, KEG2, KEG3) ausgebildet für ein Verfahren zum Betrieb des Funkkommunikationssystems (FKS) gemäß einem der vorstehenden Patentansprüche.
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