ES2340324T3 - Procecidimiento para la explotacion de una red de radiotransmision asi como aparato de abonado para una red este tipo. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para llevar a cabo la explotación de una red de radiotransmisión para la transmisión de datos entre varios abonados (1...8), de manera especial entre aparatos para la instrumentación de procesos en un equipo de técnica de automatización, caracterizado porque al menos un primer abonado (1) comunica en una fase de puesta en marcha a los otros abonados (2...8) en un telegrama sus exigencias en cuanto a la frecuencia de la transmisión de datos, porque un dispositivo de configuración (12) determina en la red de radiotransmisión, al menos, un interlocutor de la comunicación (2, 5, 8) en función de las exigencias de los otros abonados (2...8) en una optimización de la red y porque entre el primer abonado (1) y el interlocutor de la comunicación (2, 5, 8) determinado se establece una conexión con una frecuencia de transmisión de datos coordinada entre sí.

Description

Procedimiento para la explotación de una red de radiotransmisión así como aparato de abonado para una red de este tipo.

La invención se refiere a un procedimiento para la explotación de una red de radiotransmisión para la transmisión de datos entre varios abonados, especialmente entre aparatos de la instrumentación de procesos en un equipo de técnica de automatización, de conformidad con el preámbulo de la reivindicación 1 así como un aparato de abonado de conformidad con el preámbulo de la reivindicación 4.

Se conoce ya por la publicación DE 101 25 387 A1 una red de radiotransmisión para llevar a cabo la transmisión de datos entre varios abonados, que también pueden designarse aparatos de abonado. La red presenta varias células de radiotransmisión, en cada una de las cuales está dispuesta, al menos, una estación de base para la transmisión inalámbrica de datos con abonados que se encuentran en la célula de radiotransmisión. Con el fin de que las señales de radiotransmisión no se perturben de manera recíproca en las células de radiotransmisión, contiguas entre sí, que se solapan, al menos, de manera parcial, se aprovecha en las células de radiotransmisión, que se solapan entre sí, respectivamente diferentes canales para la transmisión inalámbrica de datos. Cuando se mueve un abonado, que está conectado por radio, desde una célula de radiotransmisión hasta una célula de radiotransmisión contigua, se requiere un procedimiento de transferencia, un denominado traspaso de llamada, desde una célula hasta la otra. El abonado móvil evalúa la calidad de la señal y cambia el canal de transmisión respectivamente según el resultado de la evaluación con objeto de llevar a cabo la comunicación con una estación de base respectivamente sobre el canal de transmisión con las mejores propiedades de transmisión. Con objeto de minimizar el tiempo de retardo, con ocasión de la conmutación de un abonado móvil a un nuevo canal, se procesan por parte de las estaciones de base ciclos de prueba simultáneos, durante el cual se emiten señales de prueba, por parte de las estaciones de base, hasta las correspondientes células de radiotransmisión, por medio de las cuales el abonado que está acoplado por radio determina el canal de transmisión con las mejores propiedades de transmisión. El procedimiento es adecuado para redes, que estén previstas para aplicaciones temporalmente críticas, por ejemplo para la conexión en red de sensores y de actuadores como dispositivos de la instrumentación de procesos en un equipo de técnica de automatización.

En los equipos de técnica de automatización encuentran aplicación, cada vez en mayor medida, los sensores autárquicos, es decir los sensores que no disponen de ningún tipo de cables de conexión para llevar a cabo la comunicación o para llevar a cabo la alimentación de energía. Estos sensores pueden ser instalados en el equipo con un coste especialmente bajo. Para llevar a cabo la alimentación con la energía de necesaria para la explotación, estos sensores están dotados con una fuente de energía o con un acumulador de energía. En este caso, la cantidad de energía disponible está frecuentemente limitada. Ésta es necesaria para llevar a cabo la detección del valor del sensor, eventualmente para llevar a cabo el tratamiento previo de los valores detectados y para la transmisión de los valores detectados hasta la red de radiotransmisión.

La publicación WO 03/061175 A2 describe una red de radiotransmisión autoorganizada, jerárquica, que está constituida por sensores, por actores y por una denominada cabeza de agrupación "Cluster-Head".

La invención tiene como tarea encontrar un procedimiento para llevar a cabo la explotación de una red de radiotransmisión para la transmisión de datos entre varios abonados, especialmente entre aparatos de la instrumentación de procesos en un equipo de técnica de automatización, así como un aparato de abonado adecuado con esta finalidad, en el que se reduzca la cantidad de energía que es necesaria para la transmisión de datos.

Para resolver esta tarea, el nuevo procedimiento destinado a la explotación de una red de radiotransmisión presenta los rasgos caracterizantes que han sido indicados en la parte caracterizante de la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se han descrito desarrollos ventajosos y en la reivindicación 4 se ha descrito un aparato de abonado.

La invención tiene la ventaja de que pueden ser determinados automáticamente los interlocutores de la comunicación para un abonado, que se adapten del mejor modo posible al mismo con respecto a sus exigencias relativas a la frecuencia de la transmisión de datos. Únicamente entre el abonado y los interlocutores de la comunicación, determinados de este modo, se establece una conexión. De este modo, es posible que el abonado desactive su interfaz de comunicación en aquellos tiempos en los que no tenga lugar una comunicación y, de este modo, ahorre energía de alimentación. De esta manera, se consigue la total capacidad de comunicación con una necesidad mínima de energía del abonado, de conformidad con sus exigencias. Por consiguiente, se tiene en consideración una minimización de las necesidades de energía además de una configuración automática con adecuados mecanismos de descubrimiento (mecanismos Discovery). Los procedimientos usuales para la configuración de las redes de radiotransmisión estipulan, además de los mecanismos de seguridad empleados, también el flujo de datos. Esto se lleva a cabo, por ejemplo, de tal manera que se busca el flujo máximo de datos que es controlado por todos los interlocutores de la comunicación. El flujo de datos que debe ser regulado corresponde al flujo de datos del interlocutor de la comunicación, cuyo flujo máximo de datos sea el más bajo. La invención permite ahora, así mismo, por medio de la frecuencia de la transmisión de datos, que es requerida por un abonado, encontrar en la red de radiotransmisión al interlocutor de la comunicación adecuado. Los intervalos de tiempo de la transmisión de datos pueden ordenarse entonces en ciclos, en los cuales se alternan pausas, durante las cuales son desconectadas las interfases de comunicación de los interlocutores participantes, con intervalos de tiempo de la transmisión de datos, en los cuales todos los interlocutores participantes activan sus interfases de comunicación. En este caso puede tenerse en consideración que los abonados, que tengan capacidad de encaminador (Routing), tengan que estar permanentemente activos puesto que pueden ser enviados permanentemente datos que requieran de una retransmisión inmediata.

De manera ejemplificativa, en una red de radiotransmisión estructurada, en la que establecen varios abonados, por ejemplo sensores inalámbricos, conexiones con un punto de acceso, puede determinarse con el procedimiento el punto óptimo de acceso adecuado. Cuando se disponga de varios puntos de acceso, se establecerá una conexión entre el abonado y el punto de acceso, que se adapte mejor a los requisitos planteados por el abonado. De esta forma se asegura, por ejemplo, que no sea innecesariamente conectado un sensor con un punto de acceso e altas prestaciones. Por medio de los requisitos recibidos por un abonado con respecto a la frecuencia de la transmisión de datos, el punto de acceso puede decidir, por otra parte, si permite o rechaza una conexión con el abonado correspondiente.

De manera especial, la invención tiene la ventaja en redes de radiotransmisión malladas de que pueden conectarse para formar una malla los abonados cuya transmisión cíclica de datos presente una duración de ciclo similar. Entonces es posible sincronizar a los abonados a este ciclo. Para evitar la absorción de potencia, los abonados son activados antes de que se produzca el inicio del período de tiempo de la transmisión de datos y transmiten sus datos pendientes. Es decir que la interfaz de radiotransmisión se conecta activamente únicamente durante este período de tiempo. En este caso tiene que regularse la ventana de tiempo, en la cual se encuentra el abonado en estado de guardia de tal manera, que todos los interlocutores participantes de la comunicación pueden comunicarse realmente también en este período de tiempo. La sincronización de la posición temporal del período de tiempo de tiempo de transmisión puede llevarse a cabo en la fase de servicio del abonado. De este modo, se garantiza que la posición de los períodos de tiempo de transmisión no transcurra de manera divergente en el caso de los diversos interlocutores de la comunicación.

De manera especial, en el caso de sensores autárquicos desde el punto de vista energético como interlocutores de la comunicación tiene un gran significado la posibilidad de limitar las actividades de comunicación a determinados períodos de tiempo y, por consiguiente, de minimizar las necesidades energéticas. De este modo, es posible llevar a cabo la explotación del sensor con un acumulador de energía pequeño o emplear una fuente de energía pequeña. Por otro lado, establecerse intervalos de mantenimiento, en los cuales se lleve a cabo el recambio de un acumulador de energía, con distanciamientos mayores para el mismo tamaño del acumulador de energía. Puesto que cada uno de los sensores comunica su ciclo deseado de emisión, pueden encontrarse los sensores con ciclos de emisión similares como interlocutores de la comunicación y pueden conectarse para formar una malla. Los sensores, que están conectados para formar una malla, pueden concordar un ciclo común de comunicación, que cumpla todavía las exigencias del interlocutor de la comunicación más exigente. De este modo, se evita una comunicación frecuente innecesaria y se ahorra energía.

En el caso de las redes estructuradas con puntos de acceso es posible, de manera ventajosa, llevar a cabo la optimización de la conexión de los sensores autárquicos desde el punto de vista energético en los puntos de acceso. Puesto que cada sensor comunica sus exigencias con relación a la frecuencia de la transmisión de datos, la comunicación puede ser planificada y los puntos de acceso pueden distribuir la carga de manera adecuada.

Cuando el primer abonado comunica a los otros abonados el período de tiempo durante el cual no participa en la comunicación entre dos transmisiones de datos, esto tiene la ventaja de que puede desactivar por completo sus interfases de comunicación entre dos emisiones de datos. A título de ejemplo, un punto de acceso puede decidir, por medio de esta información, si deben ser retransmitidos datos por radiotransmisión hasta un sensor que se encuentre en conexión con el mismo, o si deben ser almacenados provisionalmente en el punto de acceso hasta que el sensor haya activado de nuevo su interfaz de comunicación.

Por otra parte, el primer abonado puede comunicar a los otros abonados su propiedad funcional en la red de radiotransmisión si puede ser explotado como equipo encaminador (Router) y el dispositivo de configuración puede determinar la estructura mallada de una red de radiotransmisión mallada en función de la propiedad funcional comunicada. Por consiguiente, se posibilita de manera ventajosa un diseño automático de una red de radiotransmisión mallada, optimizada. Con ocasión de esta optimización pueden tenerse en consideración evidentemente los flujos de datos requeridos por los abonados y los requisitos comunicados sobre la frecuencia de la transmisión de
datos.

A continuación se explican con mayor detalle la invención así como las configuraciones y ventajas por medio de los dibujos, en los que se ha representado un ejemplo de realización de la invención.

Se muestra:

en la figura 1 una red de radiotransmisión mallada,

en la figura 2 dos diagramas de tiempo con ciclos de comunicación y

en la figura 3 un aparato de abonado.

En la figura 1 se ha representado una red de radiotransmisión ejemplificativa con ocho aparatos de abonado 1...8. En una fase de puesta en funcionamiento los aparatos de los abonados 1... 8 comunican respectivamente por medio del envío de telegramas a los otros aparatos de los abonados respectivos sus exigencias en cuanto a la frecuencia de la transmisión de datos. Por medio de un dispositivo de configuración, que puede estar dispuesto por ejemplo de manera central en el aparato del abonado 1, se determinan en una optimización de la red los interlocutores de la comunicación a partir de los aparatos de los abonados 1...8, que se adapten entre sí del mejor modo posible en lo que se refiere a sus exigencias. En la red de radiotransmisión mallada, que está mostrada en la figura 1, se lleva a cabo esto por medio de una formación de grupos, en la que diversos aparatos de abonados están conectados respectivamente para formar una red mallada, independiente. Esto puede llevarse a cabo de tal manera que los abonados se pongan en marcha sucesivamente en el tiempo. Cada abonado difunde (propaga por radiodifusión -Broadcast-) sus exigencias/funciones, que son posibles en el sistema correspondiente, en todos los canales. A continuación recibe una respuesta de todas las estaciones visibles en este instante con información sobre sus exigencias/posibilidades. Con esta forma de proceder se asegura que cada uno conozca siempre a sus vecinos y sus exigencias/posibilidades y que, por consiguiente, pueda establecerse una estructura óptima. De esta forma los aparatos de los abonados 1, 2, 5 y 8 forman una primera red mallada y los aparatos de los abonados 3, 4, 6 y 7 forman una segunda red mallada. En las dos redes malladas de la red de radiotransmisión se utilizan diversos canales para la comunicación de tal manera, que las dos redes no se perjudican recíprocamente. En el ejemplo de realización mostrado se trata de una red de radiotransmisión con sensores autárquicos a modo de aparatos de los abonados 1...8. En cada red mallada se ha previsto, por consiguiente, un nudo de enlace tierra aire (Uplink) para la conexión de la red con un sistema superpuesto, por ejemplo en el ámbito de un control de un proceso industrial. En la primera red mallada, el aparato del abonado 8 forma los nudos de enlace tierra aire (Uplink), en la segunda red mallada lo hace el aparato del abonado 6, tal como se ha indicado en el dibujo por medio de una línea de conexión con extremo abierto. Los dos aparatos de los abonados 6 y 8 tienen la función de recibir nudos de enlace tierra aire (Uplink), puesto que han comunicado a los otros aparatos de los abonados que tienen la capacidad de ser explotados como equipos encaminadores (Router) en una red mallada.

Por otra parte, en la configuración de la red de radiotransmisión pueden tomarse en consideración otras exigencias de los aparatos de los abonados, por ejemplo los flujos de datos o los tamaños de los telegramas, u otras propiedades funcionales, por ejemplo puede tomarse en consideración si el aparato del abonado está constituido por un nudo extremo o por un nudo de conexión a una red externa (Gateway) en una red de radiotransmisión. De aquí se deducen otras posibilidades de optimización mediante la fijación de la topología de la red y de la regulación de los parámetros de la comunicación.

Como alternativa al ejemplo de realización, que ha sido descrito, el dispositivo de configuración puede estar rizado de forma descentralizada de tal manera, que en cada aparato del abonado 1...8 esté previsto un dispositivo de configuración y que los aparatos de los abonados 1...8 concierten o estipulen los parámetros temporales de los ciclos de comunicación de conformidad con sus exigencias correspondientes en cuanto a la frecuencia de la transmisión de datos.

La figura 2 muestra, a título de un resultado de la configuración de la red, de conformidad con la figura 1, los desarrollos en el tiempo Z1 y Z2 de los ciclos de comunicación, que son utilizados en la primera red mallada y, respectivamente, en la segunda red mallada. Los períodos de tiempo de la transmisión de datos se han representado respectivamente con superficies rayadas, los distanciamientos entre las transmisiones de los datos se han representado con campos blancos. Puesto que los aparatos de los abonados 1, 2, 5 y 8 permiten distanciamientos mayores entre los períodos individuales de transmisión de datos, éstos han sido reunidos en la primera malla en forma de interlocutores de la comunicación, en la que existe un distanciamiento mayor entre los tiempos de transmisión de datos. En las pausas que están comprendidas entre dos transmisiones de datos puede ser desconectada por completo la interfaz de comunicación del abonado. De este modo, es posible un ahorro considerable de energía en los aparatos de los abonados, de manera especial en los sensores autárquicos como aparatos para la instrumentación de procesos. En la segunda red mallada, constituida por los aparatos de los abonados 3, 4, 6 y 7 se requieren distanciamientos más cortos entre las transmisiones de los datos. Como consecuencia en el ciclo de comunicación Z2 los períodos de tiempo de las transmisiones de datos se suceden en distanciamientos temporales más cortos.

La figura 3 muestra un abonado 9 con una interfaz de radiotransmisión 10, que presenta un equipo de antena 11. En este caso se trata de manera preferente de un sensor autárquico con una alimentación de energía propia, por ejemplo por medio de una batería. Por medio de un dispositivo de configuración 12 del abonado 9 se determinan en la red de radiotransmisión, en la que se encuentra el abonado 9, los interlocutores de la comunicación que se adaptan del mejor modo posible como consecuencia de sus exigencias en cuanto a la frecuencia de la transmisión de datos. Tan pronto como se han establecido las conexiones con estos interlocutores de la comunicación y se han estipulado los parámetros temporales de la comunicación, se lleva a cabo la transmisión de los datos en ciclos de comunicación sincronizados. En las pausas comprendidas entre la transmisión de datos se desactiva por completo la interfaz de radiotransmisión 10. De esta manera, el aparato del abonado 9 se basta con una pequeña cantidad de energía.

Claims (4)

1. Procedimiento para llevar a cabo la explotación de una red de radiotransmisión para la transmisión de datos entre varios abonados (1...8), de manera especial entre aparatos para la instrumentación de procesos en un equipo de técnica de automatización, caracterizado porque al menos un primer abonado (1) comunica en una fase de puesta en marcha a los otros abonados (2...8) en un telegrama sus exigencias en cuanto a la frecuencia de la transmisión de datos, porque un dispositivo de configuración (12) determina en la red de radiotransmisión, al menos, un interlocutor de la comunicación (2, 5, 8) en función de las exigencias de los otros abonados (2...8) en una optimización de la red y porque entre el primer abonado (1) y el interlocutor de la comunicación (2, 5, 8) determinado se establece una conexión con una frecuencia de transmisión de datos coordinada entre sí.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el primer abonado comunica a los otros abonados el período de tiempo durante el cual no tome parte en la comunicación entre dos transmisiones de datos.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el primer abonado comunica a los otros abonados su propiedad funcional en la red de radiotransmisión, con respecto a si puede ser explotado como equipo encaminador (Router) y porque el dispositivo de configuración (12) determina en la red de radiotransmisión la estructura mallada de la red de radiotransmisión en función de la propiedad
funcional.

4. Aparato de abonado, especialmente transductor de medición para una red de radiotransmisión, que se explota de conformidad con un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el aparato de abonado (1) está configurado para comunicar en una fase de puesta en marcha a los otros abonados (2...8) en un telegrama sus exigencias en cuanto a la frecuencia de la transmisión de datos de tal manera, que pueda ser determinada por medio de un dispositivo de configuración (12) en la red de radiotransmisión, en función de las exigencias de los otros abonados (2...8) en una optimización de la red, al menos un interlocutor de la comunicación (2, 5, 8) y porque el aparato de abonado (1) establece con el interlocutor de la comunicación (2, 5, 8) determinado una conexión con frecuencia de transmisión de datos coordinada entre sí.