网络设备的同步制造技术

本发明专利技术涉及一种网络设备的节能的同步，其中为了实现无线数据传输而应用基于时隙的同步通信协议和其中借助于附加接收器为每个网络设备接收同步数据，该附加接收器和发射-和/或接收单元相比具有较小的能量需求。为了提供用于同步的、节能并且同时稳定的解决方法而提出，对于每个同步信号应用至少两个比特，由此可以区分例如干涉的同步信号或者可以至少明显地减小易受干扰性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于使网络的网络设备同步的方法，其中为每个网络设备应用基于时隙的同步通信协议从而借助于发射-和/或接收单元来实现无线数据传输，其中利用至少一个同步器的至少一个同步信号发出同步数据和其中借助于附加接收器为每个网络设备接收同步数据，该附加接收器和发射-和/或接收单元相比具有较小的能量需求。本专利技术还涉及一种根据权利要求14的前序部分所述的网络设备以及一种同步器，利用该同步器可以实施这种类型的方法。
技术介绍
这样的方法特别应用在工业自动化技术的领域中。机器对机器的通信构成了受计算机支持的自动化系统的中心部分。无线通信系统相对于有线连接的系统在灵活性方面是特别有利的。该特性也在工业环境中越来越受欢迎，以便可以对发生变化的条件尽可能迅速并且成本低廉地作出反应。特别地，基础设施(电缆，基站，电网)的安装通常不是成本低廉的或完全不可能是成本低廉的。此外必须在安装之前对基础设施进行规划并且因此将通信系统的应用通常极端地限制在所规划的应用场景中。应用中的改变因此也通常要求(例如在空间布局的情况下/在生产线改变的情况下)基础设施的改变并且因此引起较高的成本。在成本降低时特别的优化潜力由电池运行的无线多路封闭网(也称为传感器网) 提供，其几乎不需要用于通信或供电的基础设施。除在现有的系统中实现节能之外，这种网络的应用也提供了用于开发新应用领域的潜力，由于过低的灵活性或者所需的基础设施利用至今的系统不能测量或完全不能覆盖这些应用领域。对此当然必须尽可能有利地购置一种网络元件(CAPEX，“CAPital Expenditure)并且同时仅仅允许带来较低的运行_/维护成本(OPEX，“Operational Expenditure”)。这可以在同时能量消耗尽可能小以及网络元件的硬件成本更低廉的情况下通过尽可能优化地应用无线资源来实现。如果数据具有一定程度的可预言性(决定论)，则工业上的应用可以例如在调节过程中经常仅仅合理地处理数据。即使当延时关系的应用是可匹配的，较小的并且决定性的延时通常在自动化中显示出优点，这是因为反应时间和调节回路可以更好地进行优化。 至今应用的有线连接的系统、例如过程现场总线系统和过程现场网络在此提供了特别的方法，以用于为数据传输确保尽可能高等级的决定论。理想地，无线系统也应在传输时提供尽可能高等级的决定论。然而与有线连接的系统相反，传输通道在无线传输时明显更易受到干扰并且因此可能导致越来越多的传输问题。为了获得较高的或者甚至类似有线连接的系统的传输质量，因此必须足够稳定地构建无线系统来抵抗干扰影响。这特别适于工业环境，其通常具有比应用常规通讯明显更苛刻的传输条件。对于工业环境中的应用领域来说，对于无线系统的主要优化潜力在于，使传输尽可能决定性地并同时稳定地实现。决定论的高等级可以借助于如同“时分多址Time Division4MutipleAccess^(TDMA)那样的传输方法来实现，其中将通道划分成时隙(间隙)，其分别分配给一个节点对(发射器和接收器)。在此这样分配时隙，即在通信中不形成或形成尽可能少的冲突并且因此对于重复传输需要非常少的能量。特别地，在工作负载较高时，该特性越来越显示出正面的效果。此外可以通过少量的冲突来最佳地应用通道的容量。此外时间通过预定间隙将时间通知给节点(网络设备)，节点在该时间必须是工作的。在此可以执行非常有效的节能策略，其中在对于节点并不预定间隙时，节点变换到休眠模式中。因此在间隙期间仅仅节点对工作，为该节点对预定间隙。其它所有的节点可以在这段时间内休眠。对于应用基于TDMA的媒介访问的前提条件是节点足够精确地彼此同步。仅仅当同步不超过事先计划的公差时，可以可控地排除间隙之间的干扰。通常适用的是，较高的同步精度引起较低的公差并且因此引起较低的能量消耗。在基于TDMA的无线传感器网络同步的情况下可以区分两个原理。一个是带内同步，其中同步数据经过相同的通道发出，在该通道中也传输有效数据。这在当前的上下文中意味着，当有效数据和同步数据尽管在不同的通道(时间-间隙)上但也利用相同的收发器-单元进行传输时，应用相同的收发器-单元，在这里也涉及带内同步。网络节点的协议层在应用网络节点时确保了，对用于(有效-)数据同步的管理包进行区分并且将该管理包导入节点中的正确的处理单元。通过发出和处理带内管理数据而产生额外的系统开销。因为应用相同的收发器单元，所以用来传输用于同步的比特的能量需求和传输数据比特的能量需求相等(或者也许不相等，然而始终还在相同的数量级中)。现代的收发器在数据流的传输方面进行优化，并且通常需要高质量的调制以及对信号进行相对较完整的预处理和精整，以便获得实际适合的传输率和良好的稳定性。为此所需的硬件需要更多毫瓦数量级的功率。实际中通用的芯片(例如Texas Instruments的 CC2420)例如具有大约60mW的功率消耗。如果利用电池运行的网络元件应实现非常高的使用寿命，则因此必须使工作时间(工作循环时间，在该时间中激活收发器并且消耗了功率)这样地减少，即平均的功率消耗这样的少，从而对于给定的电池电容而言达到预期的使用寿命。在此形成了在功率消耗和比特数之间的直接关系，功率消耗和比特数可以替换 功率消耗越大，则能传输的比特越少。因此在实际中利用提到的芯片通常在每天仅仅发出少量的管理-或有效数据。WirelessHART标准例如限定了带内同步。为了使系统开销最小化，将同步信息置入有效数据包中。在用于有效数据的非常大的周期中，当然必须有规律地产生用于同步的单独的包(Ke印Alive”)，以便补偿时钟的漂移。在为WirelessHART限定的硬件中，同步周期在0. 5-1分钟的数量级内。如果应用具有较高漂移的一般可应用的硬件，则甚至需要明显更频繁的(再)同步。对于具有用于数据传输的非常大的周期的系统而言，由此实现了对于网络同步的相对较高的能量需求。第二原理是带外同步，这如由RT-Link、基于TDMA的系统公开(A. Rowe, R.Mangharam und R.Rajkumar, RT-Link:A time-synchronized linkprotocol for en ergy-c on strained multi-hop wireless networks，，，in “ Sensor andAd Hoc Communications and Networks，，，Third Annual IEEECommunications Society Conference on Sensor, Mesh and Ad HocCommunications and Networks, Vol.2, S. 404-441,2006)。用于同步的节点(网络设备)对此具有附加的(低功率_)接收器，其5可以接收同步脉冲。在接收脉冲时，通过识别码(Pin)通知主处理器。随后将节点的本地时钟初始化并且导入基于间隙的通信相位。对于成功分离间隙决定性的是，同步漂移可以通过相应的保护时间进行补偿直至最后的间隙。通常因此通过保护时间或漂移来限制可能的间隙的数量。系统的可靠性决定性地通过将同步脉冲成功地传输至初始化的通信相位而确定。如果例如由于干涉而探测不到本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于使网络的网络设备同步的方法，其中为每个所述网络设备应用基于时隙的同步通信协议从而借助于发射－和／或接收单元来实现无线数据传输，其中利用至少一个同步器的至少一个同步信号发出同步数据和其中借助于附加接收器为每个所述网络设备接收所述同步数据，所述附加接收器和所述发射和／或接收单元相比具有较小的能量需求，其特征在于，对于每个所述同步信号应用至少两个比特。

【技术特征摘要】
2010.02.25 DE 102010002331.01.一种用于使网络的网络设备同步的方法，其中为每个所述网络设备应用基于时隙的同步通信协议从而借助于发射-和/或接收单元来实现无线数据传输，其中利用至少一个同步器的至少一个同步信号发出同步数据和其中借助于附加接收器为每个所述网络设备接收所述同步数据，所述附加接收器和所述发射和/或接收单元相比具有较小的能量需求，其特征在于，对于每个所述同步信号应用至少两个比特。2.根据权利要求1所述的方法，其中至少一个网络设备用作所述同步器，其中借助于附加发射器发出所述同步数据，所述附加发射器和所述发射-和/或接收单元相比具有较小的能量需求。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中至少一个同步器发出所述同步数据，根据所述同步数据可以识别所述同步器。4.根据权利要求3所述的方法，其中一个同步器对应于至少一个网络设备，由所述网络设备根据所述同步器的同步数据识别所述同步器，其中为了实现同步由所述网络设备仅仅应用对应的所述同步器的所述同步信号。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中由中央同步器发出所述同步数据。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述同步数据设计带有编码冗余。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述通信协议支持以帧结构为基础的通信。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述通信协议支持不同帧结构大小的并行的应用。9.根据权利要求7或8所述的方法，其中需要应用的帧结构在所述数据传输时利用所述同步数据来控制。10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中用于确定帧结构开始的所述通信协议控制间隙数，利用所述间隙数可以和所述帧结构大小一起确定帧结构中的实际间隙。11.根据权利要求10所述的方法，其中利用...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯·海因里希，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE