[发明专利]用于工业自动化系统的无线通信系统、用于其运行的方法

说明书

在用于工业自动化系统的无线通信系统中，至少一个第一和第二通信设备冗余地连接到工业化的通信网络上。第一和第二通信设备分别经由其第一和其第二通信网络接口间接或直接与相应的第一和相应的第二无线收发站连接。第一和第二无线收发站根据分配给待发送的数据帧的目标MAC地址确定用于在预定的时间间隔中待发送的数据帧的次序。该次序在待发送到所选的目标MAC地址的数据帧之中通过其输入次序确定。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体地涉及用于工业自动化系统的无线通信系统。

背景技术

工业自动化系统用于监视、控制和调节工业过程、特别是在制造、过程和楼宇自动化的范围中，并且能够实现控制装置、传感器、机器和工业化设备的运行，其应当尽可能自动并且独立于人为干预地实现。由于信息技术对于包括大量联网的控制或计算单元的自动化系统越来越重要，所以用于可靠地提供经由自动化系统分布的用于提供监视、控制和调节功能的方法越来越重要。

工业自动化系统的计算单元之间或自动化装置之间的通信连接的中断能够导致对服务请求的输送的不期望或不必要的重复。这造成工业化的自动化系统的通信连接的额外负荷，这能够导致进一步的系统干扰或错误。此外，未输送或未完整输送的消息例如能够阻碍工业自动化系统转入或保留到安全的运行状态中。最终这能够导致整个生产设备的故障。特别的问题在工业化的自动化系统中经常由具有相对较多但是相对较短的消息的信息交换所引起，由此加重了上述问题。

为了能够补偿通信连接或设备的故障，开发了用于高可用性的能冗余地运行的工业化的通信网络的通信协议、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IEC 62439标准中限定并且能够在拥堵地冗余地传输信息时实现对具有简单的环形拓扑结构的网络中的连接故障的补偿。根据介质冗余协议，具有两个端口的交换机在环形拓扑结构之中被分配有冗余管理器，其监视网络的连接故障并且在可能的情况下为环形接口引入切换措施。

原则上，拥堵的介质冗余方法能够以相对较小的花费实现。然而缺点在于，一方面在故障情况下可能丢失信息，并且另一方面在重新配置通信网络期间首先存在有干扰状态。这样的干扰状态必须通过叠加的通信协议、例如借助于TCP/IP在网络层或输送层进行保护，从而避免通信连接的中断。

过程现场网络(IEC61158类型10)也参考了介质冗余协议作为具有环形拓扑结构的通信网络之中的拥堵的介质冗余方法。与此相对，用于计划复制的介质冗余(MRPD)表现了对等时的实时数据的无冲突的传输的扩充。然而用于计划复制的介质冗余不是应用中立的无冲突的介质冗余方法，而是对过程现场网络的专门扩充。

高可用性无缝冗余(HSR)和并行冗余协议(PRP)在IEC 62439-3 标准中限定并且能够以尽可能小的恢复时间实现信息的无冲突的冗余的传输。根据高可用性无缝冗余和并行冗余协议，由进行发送的通信设备复制每个信息并且在两个不同的道路上发送给接收者。通过接收侧的通信设备从接收的数据流中滤出代表副本的冗余的信息。

在IEC 62439-3标准中由于无线通信系统中相对较长的延迟运行时间和由此限制的不确定的传输行为而在迄今为止仅为并行冗余协议(PRP) 规定了有线的传输路径。在Markus Rentschler，Per Laukemann IEEE 2012 的“面对可靠的并行冗余的WLAN黑色通道”中研究了PRP通信网络中的WLAN传输路径的适用性。借助于为例如空间、时间和频率并行地应用不同的分集性技术能够在WLAN通信网络中充分地补偿随机的通道衰减的影响。