用于工业自动化系统的无线电通信系统和用于运行无线电通信系统的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于工业自动化系统的无线电通信系统，其包括各自具有用于待冗余发送的数据帧的多路复用单元的至少一个无线电基站和至少一个无线电用户站。无线电基站和无线电用户站各自以多个相互不同的载频并行地传输待冗余发送的数据帧并且各自包括用于处理接收到的冗余的数据帧的冗余处理单元。冗余处理单元各自探测接收到的冗余的数据帧或者由不同的数据帧片段重建冗余发送的数据帧。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于工业自动化系统的无线电通信系统和用于运行无线电通信系统的方法
技术介绍
工业自动化系统用于监视、控制和调节技术过程，特别用在制造自动化、过程自动化和建筑自动化的领域中，并且能够实现控制装置、传感器、机械和工业设备的运行，该运行应当尽可能自动并且不取决于机械干涉地进行。由于包括大量联网的控制或计算单元的自动化系统的信息技术越来越重要，用于可靠地提供经由自动化系统分布的、用于提供监视、控制和调节功能的功能的方法具有越来越重要的意义。工业自动化系统的计算单元或自动化装置之间的通信连接的中断能够导致服务请求的不期望或不必要的重复。此外，不传输或不完全传输的消息例如能够阻止工业自动化系统至更安全的运行状态的过渡或保持。这最后能够导致完整的生产设备的故障和高成本的生产停止。在工业自动化系统中特别的问题通常由具有比较多但是相对短的通知的消息交流引起，由此加剧了上述问题。为了能够补偿通信连接或装置的故障，开发了用于高可用性的、能冗余运行的工业通信网的通信协议、例如介质冗余协议、高可用性无缝冗余或并行冗余协议。介质冗余协议(MSR)在标准IEC62439中限定并且能够在网络中利用简单的环形拓扑结构在拥堵的冗余的消息传输中实现对各个故障的补偿。根据介质冗余协议，为在环形拓扑结构中具有两个端口的交换机分配冗余管理器，其监视网络的连接故障并且在可能的情况下引入用于环路的连接措施。有冲突的介质冗余方法原则上能够以相对小的开销实现。然而缺点在于，一方面消息能在故障情况下丢失并且另一方面在通信网重新配置时首先出现干扰状态。必须通过重叠的通信协议(例如TCP/IP)在网络层或传输层对这种干扰状态进行防护，以避免通信连接的中断。网络PROFINET(IEC61158类型10)由于用具有环形拓扑结构的通信网中有冲突的介质冗余方法也参考介质冗余协议。与此相对，计划复制的介质冗余(MRPD)代表了无冲突地传输等时的实时数据的扩展。然而，计划复制的介质冗余不是中性应用的无冲突的介质冗余方法，而是按照PROFINET特定的扩展。高可用性无缝冗余(HSR)和并行冗余协议(PRP)在标准IEC62439-3中限定并且能够以尽可能小的恢复时间实现消息的无干扰的冗余的传输。根据高可用性无缝冗余和并行冗余协议，由发送的通信装置将每个消息复制并且在两个不同的到接收器的路径上发送。通过接收侧的通信装置从接收到的数据流滤出代表副本的冗余的消息。在标准IEC62439-3中，对于并行冗余协议(PRP)，由于无线通信系统中的相对较长的延迟运行时间和由此受限的非决定性的传输表现，迄今仅规定有线连接的传输线路。在MarkusRentschler、PerLaukemann在IEEE2012的“TowardsaReliableParallelRedundantWLANBlackChannel(关于可靠的并行冗余无线局域网黑色通道)”中，研究了PRP通信网中的WLAN传输线路的能力。借助于并行应用，不同的用于例如空间、时间和频率的多样性技术能够在WLAN通信网中充分地补偿随机的通道衰减的影响。从EP2712124A1中已知了冗余运行的、具有与工业通信网冗余连接的通信装置的工业通信系统，在其中至少在局部无线地进行消息传输。在工业通信网中设有多个缓存单元，其用于有线连接到网络节点上的接收的和要由其无线发送的消息元件。在超过最大缓冲大小时删除最早位于相应的缓存单元中的消息元件。直到超过最大缓冲大小时选择最早的消息元件作为下个要发送的消息元件。在能冗余运行的工业通信系统中，具有冗余功能的第一通信装置根据EP3211838A1经由第一和第二通信网接口冗余连接到第一交换机等。类似地，具有冗余功能的第二通信装置经由第一和第二通信网接口冗余连接在第二交换机等。从第一和第二通信装置的第一通信网接口传输到相应的交换机的数据帧被分配给第一虚拟局域网，而从第一和第二通信装置的第二通信网接口传输到相应的交换机的数据帧被分配给第二虚拟局域网。被分配给第一虚拟局域网的数据帧借助于相应的第一无线电收发站经由第一无线电网络发送，而被分配给第二虚拟局域网的数据帧借助于相应的第二无线电收发站经由第二无线电网络发送。EP3211962A1涉及用于工业自动化系统的无线电通信系统，其中至少一个第一和第二通信装置冗余连接到工业通信网。第一和第二通信装置各自经由其第一接口和其通信网接口间接或直接地与相应的第一和第二无线电收发站连接。第一和第二无线电收发站根据配属于要发送的数据帧的目标MAC(媒体访问控制)地址确定预设的时间段内的序列。要发送到选定的目标MAC地址的数据帧内的序列由其输入顺序确定。从WO2014/187893A1中已知对应于权利要求1的前序部分的系统。然而，在那里尤其没有提出由各自经由不同的传输线路不完整或有错地接收的数据片段重建数据帧。反而在那里应用纯定时组合，其中立刻传递第一次完整接收的数据报文并且稍后经由冗余的路径拒绝到达的副本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提出用于工业自动化系统的故障安全的无线电通信系统及其运行方法以及合适的系统组件，该无线电通信系统能够实现高效的无线电资源利用。根据本专利技术，该目的通过具有权利要求1的特征的无线电通信系统实现，通过具有权利要求15的特征的无线电基站实现，通过具有权利要求16的特征的无线电用户站实现，还通过具有权利要求17的特征的方法实现。本专利技术的有利的改进方案在从属权利要求中给出。根据本专利技术的用于工业自动化系统的无线电通信系统具有至少一个无线电基站，无线电基站包括至少一个无线电发送和接收单元。此外，设有至少一个能与无线电基站连接的无线电用户站，无线电用户站包括至少一个无线电发送和接收单元。无线电基站和无线电用户站设计和设置用于相互交换数据帧，至少以选定的载频传输数据帧。根据本专利技术，无线电基站和无线电用户站各自包括用于待冗余发送的数据帧的多路复用单元。此外，无线电基站和无线电用户站各自设计和设置用于以多个相互不同的载频并行地传输待冗余发送的数据帧。此外，无线电基站和无线电用户站各自包括用于处理接收到的冗余的数据帧的冗余处理单元。冗余处理单元各自设计和设置用于探测接收到的冗余的数据帧并且用于由不同的数据帧片段重建冗余发送的数据帧。根据本专利技术的无线电通信系统明显减少了延迟和抖动，尤其以多个不同的载频代替串行通过并行方式传输冗余的信息。此外，在通常分开的载频中非常不容易在多个载频上同时由相同的干扰源造成干扰。因此，根据本专利技术的无线电通信系统提供了针对干扰的提高的不敏感性。根据本专利技术的一个优选的设计方案，无线电基站和无线电用户站各自设计和设置用于，利用带间载波聚合将用于传输待冗余发送的数据帧的载频分开。因此，本专利技术能够在已证明的标准化的方法的基础上实现。此外，多路复用单元能够各自设计和设置用于，利用相应不同的编码模式将待以相互不同的载频冗余发送的数据帧编码。这能够实现针对干扰的再次提高的不敏感性。根据本专利技术，冗余处理单元各自设计和设置用于借助于最大比组合、选择组合或增量冗余由不同的数据帧片段本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于工业自动化系统的无线电通信系统，具有：/n-至少一个无线电基站(201)，所述无线电基站包括至少一个无线电发送和接收单元(211)，/n-至少一个能与所述无线电基站连接的无线电用户站(202、203)，所述无线电用户站包括至少一个无线电发送和接收单元(221、231)，/n-其中，所述无线电基站和所述无线电用户站设计和设置用于相互交换数据帧(10、20)，至少以选定的载频传输所述数据帧，/n-其中，所述无线电基站和所述无线电用户站各自包括用于待冗余发送的数据帧的多路复用单元(212、222、232)，并且所述无线电基站和所述无线电用户站各自设计和设置用于以多个相互不同的载频(11-13、21-23)并行地传输待冗余发送的数据帧，并且/n-其中，所述无线电基站和所述无线电用户站各自包括用于处理接收到的冗余的数据帧的冗余处理单元(213)，/n其特征在于，/n-所述冗余处理单元各自设计和设置用于探测接收到的冗余的数据帧并且用于由不同的数据帧片段重建冗余发送的数据帧，/n-所述冗余处理单元各自设计和设置用于借助于最大比组合、选择组合或增量冗余由不同的数据帧片段重建冗余发送的数据帧。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180124 EP 18153191.41.一种用于工业自动化系统的无线电通信系统，具有：
-至少一个无线电基站(201)，所述无线电基站包括至少一个无线电发送和接收单元(211)，
-至少一个能与所述无线电基站连接的无线电用户站(202、203)，所述无线电用户站包括至少一个无线电发送和接收单元(221、231)，
-其中，所述无线电基站和所述无线电用户站设计和设置用于相互交换数据帧(10、20)，至少以选定的载频传输所述数据帧，
-其中，所述无线电基站和所述无线电用户站各自包括用于待冗余发送的数据帧的多路复用单元(212、222、232)，并且所述无线电基站和所述无线电用户站各自设计和设置用于以多个相互不同的载频(11-13、21-23)并行地传输待冗余发送的数据帧，并且
-其中，所述无线电基站和所述无线电用户站各自包括用于处理接收到的冗余的数据帧的冗余处理单元(213)，
其特征在于，
-所述冗余处理单元各自设计和设置用于探测接收到的冗余的数据帧并且用于由不同的数据帧片段重建冗余发送的数据帧，
-所述冗余处理单元各自设计和设置用于借助于最大比组合、选择组合或增量冗余由不同的数据帧片段重建冗余发送的数据帧。


2.根据权利要求1所述的通信系统，其中，所述无线电基站和所述无线电用户站各自设计和设置用于，利用带间载波聚合将用于传输待冗余发送的数据帧的载频分开。


3.根据权利要求1或2所述的通信系统，其中，所述多路复用单元各自设计和设置用于，利用相应不同的编码模式将待以相互不同的载频冗余发送的数据帧编码。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的通信系统，其中，所述无线电基站和所述无线电用户站各自设计和设置用于确定用于传输待冗余发送的数据帧的载频、信号质量值和/或传输错误。


5.根据权利要求4所述的通信系统，其中，所述无线电基站和所述无线电用户站各自设计和设置用于，根据确定的信号质量值和/或传输错误来实施用于传输待冗余发送的数据帧的编码率适配。


6.根据权利要求5所述的通信系统，其中，当信号质量值位于预设的阈值之下和/或传输错误位于预设的阈值之上时将编码率减小。


7.根据权利要求5或6所述的通信系统，其中，当信号质量值位于预设的阈值之上和/或传输错误位于预设的阈值之下时将编码率增大。


8.根据权利要求5至7中任一项所述的通信系统，其中，以单独的载频进行所述编码率适配。


9.根据权利要求4所述的通信系统，其中，所述无线电基站和所述无线电用户站各自设计和设置用于，根据确定的信号质量值和/或传输错误来选择用于传输待冗余发送的数据帧的、改变的或附加的载频或者启用已使用的载频。


10.根据权利要求9所述的通信系统，其中，所述无线电基站和所述无线电用户站各自设计和设置用于，借助于认知无线电来确定潜在的干扰源和/或能无干扰地使用的载频。


11.根据权利要求9或10所述的通信系统，其中，所述无线电基站和所述无线电用户站各自设计和设置用于，为了传输被识别为时间要求不严格的数据帧，临时启用对于传输被识别为时间要求严格的数据帧不再需要的载频。


12.根据权利要求11所述的通信系统，其中，所述无线电基站和所述无线电用户站各自设计和设置用于，将为了传输被识别为时间要求不严格的数据帧而临时启用的载频优先分...

【专利技术属性】
技术研发人员：伯恩哈德·克洛伊贝尔，西格弗里德·里希特，安德烈亚斯·功比希勒，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE