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，其包括至少一个作为无线电基站运行的第一通信设备(201)和多个作为无线电用户站运行的第二通信设备(202‑204)。第一通信设备安置在车辆上或能移动。第一通信设备和第二通信设备能够与通信设备组相关联并且仅能在该通信设备组之内彼此无线地连接。第一通信设备和第二通信设备在其相关联的通信设备组之内根据信号强度测量值或位置数据来确定第一通信设备与相应的第二通信设备之间的间距。根据确定的间距，第一通信设备为了与相应的第二通信设备进行无线电通信而分配无线电资源。

【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。在ErikWesterberg的“4G/5GRAN(无线电接入网络)架构”中(爱立信技术报告，2016年7月22日，ISSN0014-0171-28423-3283)提出了4G和5G移动无线电系统的架构，该架构在实现移动无线电系统时提供提高的频谱效率和改进的灵活性。该架构在用户层上包括包处理功能(PacketProcessingFunction-PPF)和基带信号处理功能(BasebandProcessingFunction-BPF)。此外，在该架构中在控制层上设有天线附近的无线电功能(RadioFunction-RF)和无线电控制功能(RadioControlFunction-RCF)。包处理功能和基带信号处理功能能够集成到网络节点中或者在虚拟环境中运行，其中混合形式是可行的。从EP2712124A1中已知具有与工业通信网络冗余地连接的通信设备的、冗余地运行的工业通信系统，其中，至少分段地无线地进行消息传输。在工业通信网络中设有多个用于与网络节点有线地连接的接收的和要由其无线地发送的消息元素。在超过最大的缓存大小的情况下，删除处于相应的缓存器存储单元中的最旧的消息元素。将最旧的消息元素选择为下一个要无线地发送的消息元素，直至超过最大缓存大小为止。根据EP3211838A1，在可冗余运行的工业通信系统中，经由第一和第二通信网络接口将具有冗余功能的第一通信设备冗余地连接至第一交换机等等。与此类似，具有冗余功能的第二通信设备经由第一和第二通信网络接口冗余地连接至第二交换机等。由第一和第二通信设备的第一通信网络接口传输至相应的交换机的数据帧与第一虚拟局域网相关联，而由第一和第二通信设备的第二通信网络接口传输至相应的交换机的数据帧与第二虚拟局域网相关联。借助于相应的第一无线电收发器站经由第一无线电网络发送与第一虚拟局域网相关联的数据帧，而借助于相应的第二无线电收发器站经由第二无线电网络发送与第二虚拟局域网相关联的数据帧。EP3211962A1涉及一种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设备冗余地连接至工业通信网络。第一和第二通信设备分别经由其第一接口和其通信网络接口直接或间接地与相应的第一和第二无线电收发器站连接。第一和第二无线电收发器站根据与要发送的数据帧相关联的目标MAC(媒体访问控制)地址来确定在预设的时间区间内要发送的数据帧的顺序。在要发送给选定的目标MAC地址的顺序由其输入顺序确定。从US2017/359190A1中已知具有移动控制器单元的控制系统，其通过智能手机或笔记本电脑实现并且能被分配给多个作为上级控制单元的受控设备。在控制器单元与分配的设备之间交换可用性信息。根据基于可用性信息创建的可用性卡，控制器单元选择用于访问由控制器单元控制的设备的通信路径。
技术实现思路
本专利技术所基于的目的是，给出一种用于工业自动化系统的、具有移动通信用户的无线电通信系统，该无线电通信系统实现高效且低干扰的无线电资源利用，还提出用于运行该无线电通信系统的方法和适合的系统组件。根据本专利技术，该目的通过具有权利要求1中提出的特征的无线电通信系统、具有权利要求13中提出的特征的无线电基站和具有权利要求14中提出的特征的方法来实现。本专利技术的有利的改进方案在从属权利要求中说明。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包括：至少一个作为无线电基站运行的第一通信设备，该第一通信设备包括至少一个无线电收发器单元；和多个作为无线电用户站运行的第二通信设备，该第二通信设备能够分别与第一通信设备无线地连接，并且该第二通信设备具有至少一个无线电收发器单元。第一通信设备安置在车辆上或能移动。与之相对，通常的无线电基站固定地安置并且不可移动。第一通信设备和第二通信设备例如能够与无线局域网、WiMAX移动无线电网络、UMTS移动无线电网络、LTE移动无线电网络、5G移动无线电网络或其他移动无线电网络相关联。优选地，第一通信设备和第二通信设备设计和设置用于CSMA冲突的避免或用于应用先听后讲。此外，第一通信设备有利地设计和设置用于处理移动管理实体或业务网关协议栈。根据本专利技术，第一通信设备和第二通信设备设计和设置用于与通信设备组相关联。在此，第一通信设备和第二通信设备仅能够在相同的通信设备组之内彼此无线地连接。此外，第一通信设备和第二通信设备设计和设置用于彼此交换数据帧，借助于为第一通信设备和第二通信设备的相关联的通信设备组保留的无线电资源来输送数据帧。此外，根据本专利技术，第一通信设备和第二通信设备设计和设置用于，在与第一通信设备和第二通信设备相关联的通信设备组之内根据信号强度测量值和/或位置数据来确定第一通信设备与相应的第二通信设备之间的间距。此外，第一通信设备设计和设置用于，为了与在相关联的通信设备组之内的相应的第二通信设备进行无线电通信，根据确定的间距来分配无线电资源。无线电资源包括载波频率、带宽、传输时间窗或发送功率。此外，第一通信设备设计和设置用于，为了与相应的第二通信设备进行无线电通信，当间距减小时预设或控制发送功率的减小、提高的服务品质要求或改变的编码或调制模式。优选地，第一通信设备设计和设置用于适应性地分配无线电资源。例如，一个组内的通信用户互相越接近，因此能够适应性地缩小移动无线电系统中的单元区域的大小。此外，以该方式能够减小通信设备组之间的干扰。特别地，随着通信设备组之内的通信设备的间距减小，实现改善的服务品质参数(QualityofService)。根据本专利技术的一个优选的改进方案，第二通信设备设计和设置用于，在作为无线电基站运行的第一通信设备处的注册过程期间将相应相关联的生产委托或自动化任务或功能的说明传输至第一通信设备。此外，第一通信设备设计和设置用于，根据传输的说明将第二通信设备与第一通信设备自身的通信设备组相关联或者拒绝第二通信设备的注册请求。例如，能够基于生产委托的状态、自动化任务或功能、设备位置或预设的时间范围来进行相应的第一或第二通信设备与通信设备组的关联。有利的是，能够设有多个能作为无线电基站运行的通信设备。在此，能作为无线电基站运行的通信设备设计和设置用于，确定在该通信设备的本文档来自技高网...

【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，所述通信系统具有：/n-至少一个作为无线电基站运行的第一通信设备(201)，所述第一通信设备包括至少一个无线电收发器单元(211)，/n-多个作为无线电用户站运行的第二通信设备(202-204)，所述第二通信设备能够分别与所述第一通信设备无线地连接，并且所述第二通信设备包括至少一个无线电收发器单元(221、231、241)，/n-其中，所述第一通信设备和所述第二通信设备设计和设置用于与通信设备组相关联，/n-其中，所述第一通信设备和所述第二通信设备仅能够在相同的通信设备组之内彼此无线地连接，/n-其中，所述第一通信设备和所述第二通信设备设计和设置用于彼此交换数据帧(10、20)，借助于为所述第一通信设备和所述第二通信设备的相关联的通信设备组保留的无线电资源来输送所述数据帧，/n-其中，所述第一通信设备和所述第二通信设备设计和设置用于，在所述第一通信设备和所述第二通信设备的相关联的通信设备组之内根据信号强度测量值和/或位置数据来确定所述第一通信设备与相应的所述第二通信设备之间的间距，/n其特征在于，/n-所述第一通信设备安置在车辆上或能移动，/n-所述第一通信设备设计和设置用于，为了与在相关联的所述通信设备组之内的相应的所述第二通信设备进行无线电通信，根据确定的所述间距来分配无线电资源，其中，所述无线电资源包括载波频率、带宽、传输时间窗和/或发送功率，/n-所述第一通信设备设计和设置用于，为了与相应的所述第二通信设备进行无线电通信，当所述间距减小时预设或控制发送功率的减小、提高的服务品质要求和/或改变的编码和/或调制模式。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180131 EP 18154465.11.一种用于工业自动化系统的无线电通信系统，所述通信系统具有：
-至少一个作为无线电基站运行的第一通信设备(201)，所述第一通信设备包括至少一个无线电收发器单元(211)，
-多个作为无线电用户站运行的第二通信设备(202-204)，所述第二通信设备能够分别与所述第一通信设备无线地连接，并且所述第二通信设备包括至少一个无线电收发器单元(221、231、241)，
-其中，所述第一通信设备和所述第二通信设备设计和设置用于与通信设备组相关联，
-其中，所述第一通信设备和所述第二通信设备仅能够在相同的通信设备组之内彼此无线地连接，
-其中，所述第一通信设备和所述第二通信设备设计和设置用于彼此交换数据帧(10、20)，借助于为所述第一通信设备和所述第二通信设备的相关联的通信设备组保留的无线电资源来输送所述数据帧，
-其中，所述第一通信设备和所述第二通信设备设计和设置用于，在所述第一通信设备和所述第二通信设备的相关联的通信设备组之内根据信号强度测量值和/或位置数据来确定所述第一通信设备与相应的所述第二通信设备之间的间距，
其特征在于，
-所述第一通信设备安置在车辆上或能移动，
-所述第一通信设备设计和设置用于，为了与在相关联的所述通信设备组之内的相应的所述第二通信设备进行无线电通信，根据确定的所述间距来分配无线电资源，其中，所述无线电资源包括载波频率、带宽、传输时间窗和/或发送功率，
-所述第一通信设备设计和设置用于，为了与相应的所述第二通信设备进行无线电通信，当所述间距减小时预设或控制发送功率的减小、提高的服务品质要求和/或改变的编码和/或调制模式。


2.根据权利要求1所述的通信系统，其中，所述第二通信设备设计和设置用于，在作为无线电基站运行的第一通信设备处的注册过程期间将相应相关联的生产委托和/或自动化任务或功能的说明传输至所述第一通信设备，并且其中，所述第一通信设备设计和设置用于，根据传输的所述说明将第二通信设备与所述第一通信设备自身的通信设备组相关联或者拒绝第二通信设备的注册请求。


3.根据权利要求1或2所述的通信系统，其中，相应的所述第一通信设备或所述第二通信设备与通信设备组的关联基于生产委托的状态、自动化任务或功能、设备位置和/或预设的时间范围来进行。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的通信系统，其中，设有多个能作为无线电基站运行的通信设备，其中，能作为无线电基站运行的通信设备设计和设置用于，确定在该通信设备的无线电范围之内的能作为无线电基站运行的另外的通信设备，并且检查已确定的通信设备是否与相同的通信设备组相关联，并且其中，能作为无线电基站运行的通信设备设计和设置用于，当在该通信设备的无线电范围之内存在能作为无线电基站运行的、与相同的所述通信设备组相关联的另外的通信设备时，根据设备标识和/或彼此间的优先级值来选择作为无线电基站运行的所述第一通信设备。


5.根据权利要求4所述的通信系统，其中，所述能作为无线电基站运行的通信设备能够选择性地作为无线电用户站运行，并且其中，分别将作为第二通信设备的角色与未被选择作为第一通信设备的通信设备相关联。


6.根据权利要求4或5所述的通信系统，其中，所述能作为无线电基站运行的通信设备设计和设置用于，当所述第一通信设备失效且在该通信设备的无线电范围之内存在能作为无线电基站运行的另外的通信设备时，重新选择作为无线电基站运行的所述第一通信设备。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的通信系统，其中，所述第一通信设备设计和设置用于适应性地分配所述无线电资源。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的通信系统，其中，所述第一通信设备和所述第二通信设备设计和设置用于彼此交换数据帧(10、20)，借助于专门为所述第一通信设备和所述第二通信设备的相关联的...

【专利技术属性】
技术研发人员：西格弗里德·里希特，约翰内斯·里德尔，约阿希姆·科瓦莱夫斯基，弗洛里安·蔡格，伯恩哈德·克洛伊贝尔，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE