СОСТЯЗАТЕЛЬНЫЙ ДОСТУП К РЕСУРСАМ В БЕСПРОВОДНОЙ СЕТИ Российский патент 2015 года по МПК H04W74/08 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение в целом относится к осуществлению доступа к ресурсам устройствами беспроводной связи в беспроводных сетях. Более конкретно настоящее изобретение относится к способу осуществления состязательного доступа к ресурсам устройством беспроводной связи, беспроводному полевому устройству, а также компьютерному программному продукту для такого устройства беспроводной связи.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известны беспроводные сети датчиков, пригодные для использования в системах управления процессами. Примерами таких сетей являются сети ZigBee и WirelessHart, ISA100, WIA-PA и Bluetooth. Также существуют некоторые сети датчиков на основе WLAN.

Эти сети обычно применяют схему связи с временным разделением, где устройство беспроводной связи в виде полевого устройства может получать доступ к ресурсам в виде временных интервалов в схеме для связи с системой управления процессами.

Некоторые беспроводные сети используют фиксированное распределение временного интервала полевым устройствам. Это требует наличия сетевого администратора или администратора радиоресурсов, который управляет ресурсами.

Чтобы ускорить, а также сделать более гибким распределение ресурсов, представляет интерес использование состязательного доступа. В этом случае полевые устройства конкурируют за ресурсы и определяют полевое устройство, которое должно занять или захватить ресурс, на основе арбитража. Однако, это было довольно трудно реализовывать в беспроводных системах вследствие трудностей реализации одновременной передачи и приема.

Было предложено несколько различных схем для обеспечения состязательного доступа в беспроводной сети, в которых полевое устройство получает доступ к временному интервалу на основе арбитража с конкурирующими полевыми устройствами.

В статье "Recent and Emerging Topics in Wireless Industrial Communications: A Selection" (Последние и актуальные вопросы по беспроводной связи для промышленности: выбор), автора Andreas Willig, в трудах Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике IEEE Transactions on Industrial Informatics, том 4, №2, стр. 102-124 приводится несколько подходов, посредством которых может обеспечиваться состязательный доступ.

Один упомянутый подход состоит в том, что все полевые устройства передают сигнал преднамеренной помехи, причем длительность сигнала преднамеренной помехи указывает приоритет. Передав сигнал преднамеренной помехи, полевое устройство переключается на прием и откладывает передачу, если сигнал преднамеренной помехи затем принимается, и в ином случае передает данные. Таким образом обеспечивается, что полевое устройство, имеющее наивысший приоритет, получит доступ к ресурсу.

Другой упомянутый подход состоит в том, чтобы позволять полевым устройствам «прослушивать» канал в течение времени, пропорционального этим приоритетам, где высокий приоритет предполагает короткий период прослушивания. Полевое устройство затем начинает осуществлять передачу в конце интервала, если какое-либо другое полевое устройство уже не начало осуществлять передачу.

Еще один упомянутый подход состоит в том, чтобы иметь побитовую схему приоритетов путем предоставления одного временного слота для каждого бита приоритета. Полевые устройства затем будут осуществлять передачу в интервале согласно приоритету, причем наивысший приоритет является первым. Как только полевое устройство с более низким приоритетом принимает сигнал от полевого устройства более высокого приоритета, оно прекращает передачу.

Последняя схема также описывается в патентном документе US 2009/0310571.

Существует проблема у всех этих схем, и она состоит в том, что много времени и усилий требуется для выполнения арбитража. Этот период времени, кроме того, в большей или меньшей степени зависит от количества уровней приоритета. Эта проблема, следовательно, становится серьезной при наличии многих различных уровней приоритета.

Существует, следовательно, потребность улучшения в отношении состязательного доступа к ресурсам в беспроводной сети.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение направлено на обеспечение улучшенного состязательного доступа к ресурсам в сети беспроводной связи.

Одна задача настоящего изобретения состоит в обеспечении улучшенного способа осуществления состязательного доступа к ресурсам устройствами беспроводной связи в беспроводной сети.

Эта задача согласно первому аспекту настоящего изобретения обеспечивается посредством способа осуществления состязательного доступа к ресурсам устройством беспроводной связи в беспроводной сети, использующей структуру беспроводной связи с временным разделением, способ содержит этапы:

передачи, в состязательном интервале, установки приоритета для устройства беспроводной связи, конкурирующего за ресурс, причем упомянутая установка приоритета передается в виде сигнала, имеющего частоту, представляющую установку приоритета,

приема в состязательном интервале установок приоритетов для других конкурирующих устройств беспроводной связи в виде сигналов, имеющих частоты, представляющие эти установки приоритетов,

сравнения переданной установки приоритета с принятыми установками приоритетов, и

захвата следующего интервала данных, если переданная установка приоритета является более высокой, чем принятые установки приоритетов.

Другая задача настоящего изобретения состоит в обеспечении устройства беспроводной связи, которое работает с улучшенной реализацией состязательного доступа к ресурсам в беспроводной сети.

Эта задача согласно второму аспекту настоящего изобретения обеспечивается посредством устройства беспроводной связи для беспроводной сети, использующей структуру беспроводной связи с временным разделением, устройство беспроводной связи содержит:

беспроводной передатчик,

беспроводной приемник, и

блок управления доступом, сконфигурированный с возможностью:

давать указание беспроводному передатчику передавать в состязательном интервале установку приоритета для устройства беспроводной связи, конкурирующего за ресурсы, причем установка приоритета передается в виде сигнала, имеющего частоту, представляющую установку приоритета,

давать указание беспроводному приемнику принимать в состязательном интервале установки приоритетов для других конкурирующих устройств беспроводной связи в виде сигналов, представляющих эти установки приоритетов,

сравнивать переданную установку приоритета с принятыми установками приоритетов, и

осуществлять захват следующего интервала данных, если переданная установка приоритета выше, чем принятые установки приоритетов.

Еще одна задача настоящего изобретения состоит в обеспечении компьютерного программного продукта для устройства беспроводной связи, который обеспечивает устройству беспроводной связи улучшенную реализацию состязательного доступа к ресурсам в беспроводной сети.

Эта задача обеспечивается посредством компьютерного программного продукта для устройства беспроводной связи в беспроводной сети, использующей структуру беспроводной связи с временным разделением, причем компьютерный программный продукт содержит носитель данных с кодом компьютерной программы, который при исполнении на процессоре, формирующем блок управления доступом для устройства беспроводной связи, предписывает блоку управления доступом:

- давать указание беспроводному передатчику передавать в состязательном интервале установку приоритета для устройства беспроводной связи, конкурирующего за ресурсы, упомянутая установка приоритета передается в виде сигнала, имеющего частоту, представляющую установку приоритета,

- давать указание беспроводному приемнику принимать в состязательном интервале установки приоритетов для других конкурирующих устройств беспроводной связи в виде сигналов, имеющих частоты, представляющих эти установки приоритетов,

- сравнивать переданную установку приоритета с принятыми установками приоритетов, и

- захватывать следующий интервал данных, если переданная установка приоритета выше, чем принятые установки приоритетов.

Настоящее изобретение имеет несколько преимуществ.

Изобретение делает возможным малое время ожидания/задержки и детерминированную беспроводную связь с помощью комбинации управляемой событиями и периодической передачи. Планирование для беспроводной сети не является необходимым, тогда как в то же время свойства детерминизма и реального времени сохраняются. Изобретение тем самым обеспечивает арбитраж "шины". Это в свою очередь обеспечивает полное использование полосы пропускания, поскольку повторные передачи и маршруты не подлежат предварительному планированию. Изобретение также вводит для использования несколько различных приоритетов в беспроводной сети, что обеспечивает предсказуемую управляемую событиями связь в реальном времени.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение будет в последующем описываться со ссылкой, выполняемой на сопроводительные чертежи, на которых

Фиг. 1 - схематичное представление системы управления для управления процессом с использованием беспроводной сети,

Фиг. 2 - схематичное представление суперкадра для структуры связи, используемой в беспроводной сети,

Фиг. 3 - схематичное представление несущих волн, обеспечивающих различные приоритеты в беспроводной сети,

Фиг. 4 - представление блок-схемы полевого устройства согласно одному варианту осуществления изобретения для обеспечения состязательного доступа к ресурсам,

Фиг. 5 - схематичное представление нескольких этапов способа, выполняемых полевым устройством по Фиг. 4, для обеспечения состязательного доступа к ресурсам,

Фиг. 6 - схематичное представление полевых устройств в беспроводной сети, где состязательный доступ ресурсов комбинируется с многоскачковой передачей, и

Фиг. 7 - схематичное представление носителя данных, несущего программный код для реализации блока управления доступом для полевого устройства по Фиг. 4.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В последующем будет дано подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения.

На Фиг. 1 схематично показана система 10 управления для процесса, то есть система управления процессом. Процесс может быть технологическим процессом и может, кроме того, являться любым из ряда различных типов процессов, таких как процесс производства целлюлозы и бумаги, процесс переработки нефти, процесс передачи электроэнергии или процесс распределения электроэнергии. Система 10 управления может, например, быть объектно-ориентированной компьютеризированной системой для управления процессом.

На Фиг. 1 система 10 управления процессом включает в себя несколько терминалов 12 и 14 оператора, подключенных к первой шине B1. Кроме того, имеется вторая шина B2, и между первой и второй шинами подключены сервер 16, обеспечивающий управление и мониторинг процесса, и база 18 данных, где хранятся данные, подобные данным предыстории, относящиеся к управлению и мониторингу процесса. Ко второй шине B2, кроме того, подключен шлюз 20, этот шлюз в свою очередь соединен с беспроводной сетью WN. Беспроводная сеть WN может быть промышленной сетью и может также являться сетью беспроводной связи. Она более конкретно может являться беспроводной сетью датчиков и исполнительных устройств (WSAN) и может, таким образом, являться промышленной беспроводной сетью датчиков и исполнительных устройств. Беспроводная сеть может также использовать схему связи с временным разделением. В этой беспроводной сети WN показаны три иллюстративных устройства беспроводной связи в виде беспроводных полевых устройств: первого полевого устройства 24, второго полевого устройства 26 и третьего полевого устройства 28. Полевые устройства являются устройствами, которые взаимодействуют с процессом, и они осуществляют связь беспроводным образом со шлюзом 20. Полевые устройства 24, 26, 28 могут обычно отвечать за выполнение некоторого вида активности управления для процесса, такой как измерение параметра процесса, подобного физической характеристике процесса, или обеспечения активности управления в ходе процесса, такой как приведение в движение клапана, работа насоса, переключателя и т.д. Фактическое управление полевыми устройствами выполняется сервером 16.

Связь в беспроводной сети основывается на состязании. Вследствие этого полевые устройств имеют различные установки приоритетов, используемые ими для принятия решения, какой из них имеет право осуществлять связь со шлюзом 20. В качестве примера третье полевое устройство 28 здесь имеет первый приоритет PR1, первое полевое устройство 24 имеет второй приоритет PR2 и второе полевое устройство 26 имеет третий приоритет PR3. В этом примере все полевые устройства, кроме того, осуществляют связь непосредственно со шлюзом 20, который в свою очередь является еще одним устройством беспроводной связи.

Полевые устройства осуществляют связь со шлюзом 20 в структуре связи беспроводной сети. Один пример такой структуры схематично показан на Фиг. 2. Эта структура является структурой восходящей линии связи или восходящего потока. Структура восходящей линии связи содержит суперкадр SF, который может содержать несколько интервалов DI1, DI2, DI3 и DI4 данных, часто также обозначаемых «временные слоты». Перед каждым интервалом передачи имеется, кроме того, состязательный интервал CI. Все интервалы, состязательные интервалы и интервалы данных, являются, кроме того, временными интервалами и могут иметь фиксированные длительности. Однако, состязательный интервал обычно значительно короче интервала данных. Иллюстративный суперкадр SF, таким образом, здесь начинается первым состязательным интервалом CI1, после которого следует первый интервал DI1 данных. После первого интервала DI1 данных следует второй состязательный интервал CI2, за которым в свою очередь следует второй интервал DI2 данных. После второго интервала DI2 данных следует третий состязательный интервал CI3, за которым следует третий интервал DI3 данных. В заключение имеется четвертый состязательный интервал CI4, за которым следует четвертый интервал DI4 данных. Можно таким образом видеть, что имеются пары состязательных интервалов и интервалов данных, следующие последовательно друг за другом. Можно также видеть, что непосредственно после каждого состязательного интервала имеется соответствующий интервал данных. Интервал данных, таким образом, следует непосредственно после соответствующего состязательного интервала. Количество временных интервалов является здесь лишь иллюстративным, и следует понимать, что может существовать больше и меньше пар состязательных интервалов и интервалов данных. Вышеописанный суперкадр SF является, таким образом, суперкадром восходящей линии связи. Может также существовать соответствующая структура для нисходящей линии связи или нисходящего потока, которая здесь опущена. Такой суперкадр нисходящей линии связи может не требовать включения в себя состязательных интервалов, если вся нисходящая связь проходит через шлюз, но также может обеспечиваться таким же образом, если большему числу объектов необходимо осуществлять связь в нисходящей линии связи. В еще одном варианте нет суперкадра нисходящей или восходящей линии связи, а есть одна структура связи или один кадр с состязательными интервалами и интервалами данных, структуру которого используют все передающие объекты или все устройства беспроводной связи в беспроводной сети.

Эта структура, таким образом, используется полевыми устройствами и шлюзом.

На Фиг. 3 схематично представлен период нескольких синусоидальных волн различных частот, чтобы показать принцип назначения приоритета согласно изобретению. Первый приоритет PR1, имеющий самый короткий период, и, следовательно, имеющий наивысшую частоту, представляет в этом примере наивысший приоритет, второй приоритет PR2, имеющий более длительный период, и, следовательно, имеющий вторую по величине частоту, представляет второй по величине приоритет. Третий приоритет PR3, имеющий еще более длительный период, и, следовательно, имеющий третью по величине частоту, представляет третий по величине приоритет. В заключение представлен четвертый приоритет PR4, имеющий еще более длительный период, и, следовательно, имеющий четвертую по величине частоту и, следовательно, имеющий четвертый по величине приоритет. В этом примере более высокая частота, таким образом, обеспечивает более высокий приоритет. Следует понимать, что в качестве альтернативы является возможным, что низшая частота имеет наивысший приоритет. Приоритеты могут также обеспечиваться иным образом, где например центральная частота в частотном диапазоне будет иметь самый высокий приоритет.

На Фиг. 4 показана структурная схема блоков в первом полевом устройстве 24, которые имеют отношение к настоящему изобретению. Первое полевое устройство 24 здесь содержит блок 30 управления доступом, который соединен со схемой 32 передатчика или беспроводного передатчика. Схема 32 передатчика в свою очередь соединена с антенной 34, которая также соединена со схемой 38 приемника или беспроводного приемника, который в свою очередь соединен с блоком 40 преобразования, который может блоком преобразования Фурье, таким как блок дискретного преобразования Фурье (DFT). Блок 40 преобразования также соединен с блоком 30 управления доступом. Наконец, имеется блок 42 модуляции, который соединен с блоком 30 управления доступом, с буфером 43 передачи, а также со схемами 32 и 38 передатчика и приемника. При этом каждая из схем 32 и 38 передатчика и приемника содержит генератор и радиосхему, и при этом генератор может управляться блоком 30 управления доступом. Здесь следует понимать, что также второе и третье полевые устройства будут иметь такую же или подобную структуру. Упомянутая выше структура является полнодуплексной структурой. Однако, здесь следует понимать, что в качестве альтернативы она возможна с наличием двух антенн: одной для передачи и одной для приема. В качестве альтернативы является возможным, что такие же блоки обеспечиваются в шлюзе также.

Функционирование по настоящему изобретению согласно первому варианту осуществления теперь будет описано со ссылкой, также выполняемой на Фиг. 5, которая показывает структурную схему для нескольких этапов способа, выполняемых в первом полевом устройстве 24.

В зоне действия Промышленных беспроводных сетей датчиков и исполнительных устройств может потребоваться, чтобы передавались многие различного вида данные, в диапазоне от значений параметров процесса и уставок исполнительного устройства, до информации конфигурации и обслуживания. Промышленные сети WSAN имеют в настоящее время ограниченную полосу пропускания по сравнению с проводными полевыми шинами, и использование заранее определенных расписаний связи и повышает задержки, и приводит также к плохому использованию полосы пропускания. Основная причина этого состоит в том, что заранее определенное расписание связи в большей или меньшей степени должно учитывать наихудший вариант сценария, принимая во внимание появления событий, обновления конфигурации, и т.д., что вследствие ограниченной полосы пропускания заканчивается длительными задержками, которые являются нежелательным или недопустимыми в крупномасштабных промышленных применениях.

Полевым устройствам 24, 26, 28 назначаются различные приоритеты, и когда у них будут данные, подлежащие передаче на шлюз 20, они конкурируют друг с другом, чтобы определить между собой, какое из них имеет право на ресурсы в виде интервалов данных. Полевое устройство, имеющее данные для передачи, следовательно, ожидает до тех пор, пока не появится состязательный временной интервал, и затем конкурирует с другими конкурирующими полевыми устройствами, имеющими данные для передачи. Имеющее наивысший приоритет затем получает право осуществлять передачу в следующем интервале данных. Это определение таким образом выполняется путем арбитража среди полевых устройств. Нет более высокой ступени, назначающей интервал данных.

В этом примере первое полевое устройство 24 имеет второй приоритет PR2, второе полевое устройство 26 имеет третий приоритет PR3, и третье полевое устройство 28 имеет первый приоритет PR1. Если теперь первое полевое устройство 24 желает передавать данные в интервале данных, таком как первый интервал DI1 данных, блок 30 управления доступом дает указание схеме 32 передатчика передать установку приоритета для полевого устройства, конкурирующего за ресурсы, при этом конкурирующим полевым устройством в этом первом варианте осуществления является первое полевое устройство 24 непосредственно. Блок 30 управления доступом в первом полевом устройстве 24 таким образом дает указание схеме 32 передатчика передать собственную установку PS приоритета в состязательном интервале, на этапе 44, и здесь - в первом состязательном интервале CI1. Это выполняется путем выдачи команды генератору схемы 32 передатчика генерировать колебания на частоте, соответствующей установке приоритета. Это в свою очередь заставляет радиосхему в схеме 32 передатчика передавать несущую волну, имеющую частоту собственной установки приоритета. В примере, упомянутом здесь, передатчик будет таким образом передавать несущую волну с частотой второго приоритета PR2 для первого полевого устройства 24.

В то же время блок 30 управления доступом дает указание схеме 38 приемника принимать другие установки приоритетов в состязательном интервале, на этапе 46, то есть установки приоритетов для других конкурирующих полевых устройств. Он может делать это, предписывая генератору схемы 38 приемника сканировать частотный диапазон, внутри которого могут появляться частоты приоритетов, и какие-либо сигналы, принимаемые в этом диапазоне, затем могут приниматься схемой 38 приемника. Если у второго и третьего полевых устройств 26 и 28 имеются данные, которые они желают передавать, они будут, следовательно, таким же образом передавать несущие волны, представляющие свои установки приоритетов. Второе полевое устройство 26, следовательно, будет передавать несущую с частотой, представляющей третий приоритет PR3, тогда как третье полевое устройство 28 будет передавать несущую, имеющую частоту, представляющую первый приоритет PR1. Является возможным, что приоритеты обеспечиваются на отдельных частотах. В этом случае блок 40 управления доступом может предписать генератору настроить приемник 38 на эти отдельные частоты.

Принимаемые частоты являются сигналами временной области и также пересылаются на блок 40 преобразования, преобразующий сигналы временной области в сигналы частотной области. Эти сигналы частотной области затем подаются на блок 30 управления доступом. Здесь возможно, что блок 30 управления доступом уже имеет доступ к версии частотной области собственной установки приоритета и, может, следовательно, не требоваться преобразовывать эту частоту.

После этого блок 30 управления доступом сравнивает собственную установку приоритета с принятыми установками приоритетов, на этапе 48, то есть он сравнивает переданную установку приоритета с принятыми установками приоритетов от других конкурирующих полевых устройств. Если собственная установка приоритета является наивысшей, на этапе 50, то блок 30 управления доступом захватывает следующий интервал данных, на этапе 54. Это можно сделать путем выдачи указания модулятору 42 модулировать данные в буфере 43 на несущей, используемой в интервалах данных структуры связи, причем эти данные затем передаются через схему 38 передатчика и передающую антенну 34. В настоящем примере это таким образом означает, что если первое полевое устройство с установкой приоритета PR2 имело высший приоритет в первом состязательном интервале CI1, то первый интервал DI1 данных будет захвачен первым полевым устройством 24, что имеет место, если первое полевое устройство 24 конкурировало со вторым полевым устройством 26, имеющим установку PR3 приоритета.

Если, однако, собственная установка приоритета была ниже установки приоритета какого-либо из других конкурирующих полевых устройств, то первое полевое устройство 24 выполняет отказ, на этапе 52, что можно сделать путем запрета модулятору 42 модулировать какие-либо данные в буфере 43 передачи и остановки передачи в схеме 32 передатчика. Это будет иметь место, если первое полевое устройство 24 конкурировало с третьим полевым устройством 28, которое имеет наивысшую установку приоритета PR1.

Вышеописанная операция затем последовательно повторяется для определения, какому полевому устройству должно быть разрешено передавать во втором, третьем и четвертом интервалах DI2, DI3 и DI4 данных, и кроме того, продолжается для каждого суперкадра SF.

Таким образом, всякое полевое устройство может выполнять арбитраж для осуществления доступа к интервалам данных. Здесь можно видеть, что поскольку используются различные частоты, является возможным иметь несколько уровней приоритета без увеличения времени, требуемого для арбитража.

Кроме того, поскольку используются различные частоты, также возможно для полевого устройства передавать и принимать одновременно. Размер состязательного интервала может, следовательно, ограничиваться только способностью полевых устройств сканировать частоты. Однако, это ограничение может фактически также не являться проблемой за счет использования нескольких параллельных приемных схем.

В первом варианте осуществления изобретения все полевые устройства осуществляли связь непосредственно со шлюзом. Однако, является возможным применять технику скачковой и многоскачковой передачи. В этом случае полевое устройство, действующее в качестве ретранслятора, будет использовать установку приоритета полевого устройства, имеющего данные для передачи. Это иллюстрируется на Фиг. 6, которая показывает беспроводную сеть WN с первым, вторым и третьим полевыми устройствами 24, 26 и 28, осуществляющими связь со шлюзом 20. Здесь полевые устройства имеют такие же установки приоритетов, как в первом варианте осуществления. Различие состоит в том, что первое полевое устройство 24 действует в качестве узла-ретранслятора для второго полевого устройства 26. Это означает, что второе полевое устройство 26 осуществляет связь со шлюзом 20 через первое полевое устройство 24. Следовательно, первое полевое устройство 24 использует установку приоритета для второго полевого устройства 26, здесь - третий приоритет PR3, при действии в качестве ретранслятора для этого второго полевого устройства 26. Оно таким образом передает установку приоритета второго полевого устройства 26, при конкуренции за ресурсы и при определении, захватывать ли интервал данных или откладывать передачу.

Основной задачей, решенной настоящим изобретением, является малое время ожидания/задержка и детерминированная беспроводная связь с помощью комбинации управляемой событиями и периодической передачи. Это решается путем использования схемы арбитража доступа к беспроводной среде передачи вместо других схем, таких как классические механизмы предотвращения конфликтов или обнаружения конфликтов. Таким образом, пакетам могут назначаться приоритеты относительно беспроводной среды передачи, что обеспечивает полное использование полосы пропускания, свойства детерминированности и действительно реального времени, давая при этом возможность передачи и управляемой событиями, и периодической.

Изобретение имеет несколько дополнительных преимуществ. Планирование сетей не является необходимым, тогда как в то же время свойства детерминизма и реального времени сохраняются. Изобретение таким образом обеспечивает арбитраж "шины" перед каждым интервалом данных вместо предварительно спланированных интервалов данных. Это в свою очередь обеспечивает полное использование полосы пропускания, поскольку повторные передачи и маршруты не должны предварительно планироваться. Кроме того, все полевые устройства могут иметь различные приоритеты в беспроводной сети, что обеспечивает предсказуемую управляемую событиями связь в реальном времени. Система является действующей в случае перегрузки вследствие установления приоритетов сообщений, поскольку низкоприоритетные сообщения будут пропускать свои временные отметки. Изобретение также дает возможность управляемой событиями связи без резервирования полосы пропускания. Также имеется малое время ожидания, поскольку узлы, например, полевые устройства, не должны ожидать спланированного временного слота. Как может быть видно на Фиг. 6, изобретение также работает даже в ячеистых сетях и многоскачковых сетях.

Блок управления доступом может быть реализован в виде отдельного компонента, такого как специализированная интегральная схема (ASIC) или схема программируемой вентильной матрицы (FPGA), которая может также содержать другие блоки и схемы первого полевого устройства. Однако, блок управления доступом также может быть реализован посредством процессора со связанной памятью программ, включающей в себя код компьютерной программы для выполнения функциональности блока управления доступом при исполнении на процессоре. Этот компьютерный программный продукт может обеспечиваться в виде носителя данных, такого как один или более дисков CD-ROM или одна или более карт памяти, переносящих код компьютерной программы, который обеспечивает вышеописанный блок управления доступом при исполнении упомянутым процессором. Один такой носитель 56 данных в виде диска CD-ROM с компьютерной программой 58, переносящей такой код компьютерной программы, схематично показан на Фиг. 7.

Из предшествующего обсуждения очевидно, что настоящее изобретение может изменяться множеством путей. Как упомянуто выше, одним вариантом является одна повторяющаяся структура, используемая всеми устройствами, осуществляющими связь беспроводным образом. Это означает, что шлюз и полевые устройства - все могут быть устройствами беспроводной связи, конкурирующими за сетевые ресурсы в одной повторяющейся структуре связи, которой может быть повторяющаяся структура кадра. Следует поэтому понимать, что настоящее изобретение подлежит ограничению только последующей формулой изобретения.

Изобретение относится к устройству беспроводной связи для беспроводной сети, использующей структуру беспроводной связи с временным разделением. Технический результат - улучшение осуществления состязательного доступа к ресурсам устройствами беспроводной связи в беспроводной сети. Для этого устройство беспроводной связи содержит беспроводной передатчик, беспроводной приемник и блок управления доступом, который конфигурируется с возможностью давать указание беспроводному передатчику передавать в состязательном интервале установку приоритета устройства беспроводной связи, конкурирующего за ресурсы, причем установка приоритета передается в виде сигнала, имеющего частоту, представляющую установку приоритета, давать указание беспроводному приемнику принимать в состязательном интервале установку приоритетов других конкурирующих устройств беспроводной связи в виде сигналов, представляющих эти установки приоритетов, сравнивать переданную установку приоритета с принятыми установками приоритетов и осуществлять захват следующего интервала данных, если переданная установка приоритета выше, чем принятые установки приоритетов. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ осуществления состязательного доступа к ресурсам устройством (24) беспроводной связи в промышленной беспроводной сети (WN) датчиков и исполнительных устройств, использующей структуру (SF) беспроводной связи с временным разделением, выполняемый упомянутым устройством беспроводной связи, имеющим данные для передачи, и содержащий этапы:
- передачи (44), в состязательном интервале (СI1), установки (PR2; PR3) приоритета устройства (24; 26) беспроводной связи, конкурирующего за ресурс, причем упомянутая установка приоритета передается в виде несущей волны, имеющей частоту, представляющую установку приоритета,
- приема (46), в состязательном интервале, установок приоритетов других конкурирующих устройств беспроводной связи, имеющих данные для передачи, причем упомянутые установки приоритетов принимаются в виде несущих волн, имеющих частоты, представляющие эти установки (PR3, PR1) приоритетов,
- сравнения (48) переданной установки приоритета с принятыми установками приоритетов, и
- захвата (54) следующего интервала (DI1) данных, если переданная установка приоритета выше, чем принятые установки приоритетов, для осуществления передачи данных в следующем интервале данных.

2. Способ по п. 1, дополнительно содержащий отказ (52) от следующего интервала данных, если какая-либо принятая установка приоритета выше, чем переданная установка приоритета.

3. Способ по п. 1, причем чем выше частота несущей волны, тем выше приоритет.

4. Способ по п. 1, в котором этапы передачи и приема выполняются одновременно.

5. Способ по п. 1, дополнительно содержащий преобразование принятых сигналов в частотную область и выполнение сравнения в частотной области.

6. Способ по п. 1, в котором переданная установка приоритета является собственной установкой (PR2) приоритета.

7. Способ по п. 1, в котором переданная установка приоритета является установкой (PR3) приоритета другого устройства (26) беспроводной связи.

8. Способ по п. 2, причем чем выше частота несущей волны, тем выше приоритет.

9. Устройство (24) беспроводной связи для промышленной беспроводной сети (WN) датчиков и исполнительных устройств, использующей структуру (SF) беспроводной связи с временным разделением, причем устройство беспроводной связи имеет данные, подлежащие передаче, и содержит:
- беспроводной передатчик (32),
- беспроводной приемник (38), и
- блок (30) управления доступом, выполненный с возможностью:
- давать указание беспроводному передатчику передавать, в состязательном интервале (CI), установку (PR2; PR3) приоритета устройства (24; 26) беспроводной связи, конкурирующего за ресурсы, причем упомянутая установка приоритета передается в виде несущей волны, имеющей частоту, представляющую установку приоритета,
- давать указание беспроводному приемнику принимать, в состязательном интервале, установки приоритетов других конкурирующих устройств беспроводной связи, имеющих данные для передачи, причем упомянутые установки приоритетов принимаются в виде несущих волн, имеющих частоты, представляющие эти установки (PR3, PR1) приоритетов,
- сравнивать переданную установку приоритета с принятыми установками приоритетов, и
- захватывать следующий интервал (DI1) данных, если переданная установка приоритета выше, чем принятые установки приоритетов, для осуществления передачи данных в следующем интервале данных.

10. Устройство беспроводной связи по п. 9, в котором блок управления доступом выполнен с возможностью отказываться от следующего интервала данных, если какая-либо принятая установка приоритета выше, чем переданная установка приоритета.

11. Устройство беспроводной связи по п. 9, причем чем выше частота несущей волны, тем выше приоритет.

12. Устройство (24) беспроводной связи по п. 9, в котором блок управления доступом выполнен с возможностью одновременно давать указание беспроводному передатчику передавать установку приоритета и давать указание приемнику принимать установки приоритетов других конкурирующих устройств беспроводной связи.

13. Устройство (24) беспроводной связи по п. 9, дополнительно содержащее блок (40) преобразования, выполненный с возможностью преобразовывать принятые сигналы с установками приоритета в частотную область и подавать на блок управления доступом, чтобы обеспечивать выполнение сравнения в частотной области.

14. Устройство беспроводной связи по п. 9, в котором переданная установка приоритета является собственной установкой (PR2) приоритета.

15. Устройство (24) беспроводной связи по п. 9, в котором переданная установка приоритета является установкой (PR3) приоритета другого устройства (26) беспроводной связи.

16. Устройство беспроводной связи по п. 10, причем чем выше частота несущей волны, тем выше приоритет.

17. Носитель данных, имеющий код компьютерной программы для устройства (24) беспроводной связи, который при исполнении на процессоре, формирующем блок (30) управления доступом в устройстве беспроводной связи, предписывает блоку управления доступом:
- давать указание беспроводному передатчику (32) передавать, в состязательном интервале (CI), установку (PR2; PR3) приоритета устройства (24; 26) беспроводной связи, конкурирующего за ресурсы, причем упомянутая установка приоритета передается в виде несущей волны, имеющей частоту, представляющую установку приоритета,
- давать указание беспроводному приемнику (38) принимать, в состязательном интервале, установки приоритетов других конкурирующих устройств беспроводной связи, имеющих данные для передачи, причем упомянутые установки приоритетов принимаются в виде несущих волн, имеющих частоты, представляющие эти установки (PR3, PR1) приоритетов,
- сравнивать переданную установку приоритета с принятыми установками приоритетов, и
- захватывать следующий интервал (DI1) данных, если переданная установка приоритета выше, чем принятые установки приоритетов, для осуществления передачи данных в следующем интервале данных.