通信系统的制作方法

本发明涉及通信系统、通信节点和操作通信系统的方法。

背景技术：

德国专利申请DE 10 2012 206 529 A1公开了一种操作令牌环系统的方法，其中，通信节点向分配的上游通信节点发送信号，并从分配的下游通信节点接收信号。

技术实现要素：

发明目的

本发明的目的是提供一种允许以非常可靠的方式操作通信系统的方法。

本发明的另一个目的是提供一种能够以非常可靠的方式操作的通信系统和通信节点。

本发明的简要概述

本发明的实施例涉及用于通信系统的通信节点。通信节点的特征在于通信模块和至少一个应用模块。通信模块被配置为：将从通信系统的一个或多个其他通信节点接收的数据信号或这些数据信号的内容传送到应用模块，并且将基于从应用模块接收到的数据的数据信号传送到通信系统的至少一个其他通信节点。通信模块还被配置为评估所接收的数据信号并生成描述关于分配给应用模块的先前定义的最大延迟的质量值的数据连接的当前和/或未来质量。此外，通信模块被配置为：如果关于分配给应用模块的相应最大延迟质量值低于给定质量阈值，则向应用模块发送控制信号。

本发明的这个实施例的优点是通信模块可以基于最大延迟来确定质量值。最大延迟优选定义数据的发送和接收(在远程通信节点处)的最大时间延迟或传输持续时间(以及由此所需到达时间)，例如，每个数据分组。这样，如果数据连接的质量不足以满足所请求的/所需的时间限制，则通信模块能够生成控制信号，该控制信号可以警告应用模块。

根据优选实施例，通信节点包括至少两个应用模块。优选地，向每个应用模块分配个体(模块个体)质量阈值和个体(模块个体)最大延迟。通信模块优选地被配置为向分配的质量阈值超过相应最大延迟的质量值的每个应用模块发送控制信号。因此，每个应用模块可以在不符合它们的(时间/延迟相关的)质量要求的情况下采取单独的措施。

通信系统优选为令牌环系统，并且通信节点优选为广播型通信节点。

根据另一个优选实施例，数据信号是编码的数据分组。通信模块优选地被配置为解码接收到的数据分组，并且基于或至少还基于所述接收和解码的数据分组的错误率来确定质量值。

此外，通信模块优选地被配置为评估当前接收到的数据分组以及多个先前接收到的数据分组的错误率，并且关于分配给相应的应用模块的最大延迟来估计或预测未来数据连接的质量。通信模块优选地被配置为基于描述未来数据连接的估计质量的质量值来生成控制信号。

根据另一优选实施例，至少一个应用模块被配置为响应于接收到所述控制信号而向通信模块发送停止请求，其中，所述停止请求向通信模块指示，关于所述至少一个应用模块，无需与通信系统的任何其他通信模块进行交换后续数据信号。

至少一个应用模块可以被配置为结合停止请求的生成或在生成停止请求时执行以下步骤：启动定时器，并且响应于定时器的期满向通信模块发送重新启动请求。

通信模块优选地被配置为在接收到重新启动请求时关于所述至少一个应用模块重建与通信系统的至少一个其他通信节点的数据传输。数据传输的重建优选地包括：基于从应用模块接收的数据向通信系统的至少一个其他通信节点发送数据信号，从通信系统的至少一个其他通信节点接收数据信号，以及将接收到的数据信号或这些数据信号的内容传送给应用模块。

根据另一优选实施例，至少一个应用模块可以被配置为响应于接收到控制信号而向通信模块发送参数请求，其中，所述参数请求向通信模块指示通信模块被命令继续进行基于包括修改的质量阈值和/或修改的最大延迟值的修改的参数集与其它通信节点交换数据信号。

通信模块可以被配置为在接收参数请求时执行以下步骤：评估所接收的数据信号，并且基于所述接收到的参数集的所请求的参数生成描述与至少一个其他通信节点的数据连接的当前和/或未来质量的更新质量值；如果所述更新的质量值低于所述修改的参数集的所述修改的质量阈值，则向应用模块发送新的控制信号；以及，如果所述更新的质量值超过所述修改的参数集的修改的质量阈值，则向应用模块发送确认。

如上所述，通信节点优选地包括至少两个应用模块，对于每个应用模块分配单独的质量阈值和单独的最大延迟。在这种情况下，通信模块优选地被配置为向分配的质量阈值超过相应最大延迟的质量值的每个应用模块发送控制信号。

此外，通信模块可以被配置为将指示相应最大延迟的其质量值和延迟值发送到通信系统的至少一个其他通信节点，并评估从通信系统的至少一个其他通信节点接收到的质量和延迟值。此外，通信模块可以被配置为基于或者至少还基于从通信系统的一个或多个其他通信节点接收到的质量值和延迟，结合相应的最大延迟来确定其质量值。

通信模块还可以被配置为优选地在通信系统的通信节点之间没有数据信号被发送的时隙中测量在当前使用的通信信道上的电磁辐射，并且确定指示电磁辐射量的干扰值。

通信模块还可以被配置为基于干扰值或至少也基于干扰值来确定关于相应的最大延迟的质量值。

根据另一个实施例，通信模块可以被配置为优选地在通信系统的通信节点之间没有数据信号被发送的时隙中测量在当前使用的通信信道上的电磁辐射的预定义特性，并且从所述电磁辐射的所述测量的特性导出干扰值。

通信模块可以进一步被配置为基于干扰值或至少也基于干扰值来确定关于相应的最大延迟的质量值。

此外，通信模块可以被配置为将其干扰值发送到通信系统的至少一个其他通信节点，并且评估从通信系统的至少一个其他通信节点接收到的干扰值。

通信模块还可以被配置为基于或至少还基于从通信系统的其他通信节点中的一个或多个通信节点接收到的干扰值来关于所定义的一个或多个最大延迟来确定其一个或多个质量值。

根据另一个优选实施例，通信节点可以包括处理器和存储器。存储器优选地存储：控制软件模块，该控制软件模块在激活之后将处理器编程为用作如上定义的通信模块；以及至少一个应用软件模块，其在激活之后将处理器编程为充当如上定义的应用模块。

根据开放系统互连模型OSI模型，优选将控制软件模块分配给物理层或数据链路层。

根据OSI模型，优选将至少一个应用软件模块分配给应用层。

本发明的另一实施例涉及一种通信系统，其包括如上所述的至少两个通信节点。

本发明的另一实施例涉及一种操作通信系统中的通信节点的方法。通信节点的通信模块将从通信系统的另一通信节点接收的数据信号或这些数据信号的内容传送到通信节点的应用模块，并且将基于从应用模块接收的数据的数据信号发送到所述其他通信节点或通信系统的至少一个其他通信节点。通信模块评估接收到的数据信号并产生质量值，该质量值描述关于给定的最大延迟的数据连接的当前和/或未来质量。如果给定最大延迟的质量值低于分配给应用模块的给定阈值，则通信模块向应用模块发送控制信号。

附图说明

为了容易理解获得本发明的上述和其它优点的方式，将通过参考在附图中示出的其具体实施例来呈现上面简要描述的本发明的更具体描述。在明白这些附图仅描绘了本发明的典型实施例并且因此不被认为是对其范围的限制的情况下，将通过使用附图以更多的特征和细节来描述和解释本发明，在附图中，

图1-4示出了包括广播型通信节点的令牌环通信系统的示例性实施例，

图5更详细地示出通信节点的示例性实施例。

具体实施方式

参考附图将更好地理解本发明的优选实施例。容易理解的是，如本文附图中总体描述和示出的，本发明可以在宽范围内变化。因此，如附图中所表示的本发明的示例性实施例的以下更详细的描述并非旨在限制所要求保护的本发明的范围，而仅仅是本发明的当前优选实施例的代表。

图1示出了包括多个广播型通信节点的通信系统5的第一示例性实施例。通信节点由在图1中的附图标记10和11表示。通信节点10和11可以是相同的。

通信模块10包括第一应用模块21、第二应用模块22和通信模块30。通信模块30负责管理与其他通信节点11的相应应用模块的数据通信。

为此，通信模块30从通信系统5的通信节点11接收数据信号D2，并将这些数据信号的内容传送到各个应用模块，即传送到所接收的数据信号寻址到的应用模块21和22。

为了允许在相反方向上的数据流，通信模块30从应用模块21和22接收数据并生成数据信号D1，然后将数据信号D1发送到通信系统5的其他通信节点11。

通信系统5优选地形成令牌环系统，其中，每个通信节点直接地或间接地(即，经由作为中继节点的一个或多个其他通信节点)将数据信号发送到分配的下游通信节点，并且从分配的上游通信节点接收数据信号。通信节点10和11优选是广播型通信节点。

通信节点10的通信模块30以及其他通信节点11的通信模块还被配置为监视数据连接的质量，并生成指示当前通信的质量或未来通信的估计质量的质量值Q1(T1)和Q2(T2)。

由通信模块30确定的质量值Q1(T1)和Q2(T2)优选地关于每个应用模块(即第一应用模块21和第二应用模块22)应用-个体地考虑可容许的延迟(或可容许的时间延迟)。最大延迟定义了最大时间延迟或传输持续时间，并且因此定义了在所分配的一个或多个远程通信节点11处传输和接收数据(优选地每个数据分组)所隐含需要的到达时间。

应用-个体地指示各个最大延迟的应用-个体延迟值在图1中分别由附图标记T1和T2表示。

质量值Q1(T1)和Q2(T2)可以如下确定：

Q1(T1)＝1如果由应用模块21提供的所有数据可以根据时间限制传输或者在由延迟时间值T1限定的请求的时间间隔内传输，并且

Q1(T1)＝0如果由应用模块21提供的所有数据因为通信被干扰或中断而不能按照时间限制传输或者在由延迟值T1限定的请求的时间间隔内传输。

Q2(T2)＝1如果由应用模块22提供的所有数据可以按照时间限制进行传输，或者在由延迟时间值T2限定的请求的时间间隔内传输，并且

Q2(T2)＝0如果由应用模块22提供的所有数据因为通信被干扰或中断而不能按照时间限制传送，或者在由延迟值T2限定的请求时间间隔内传送。

质量阈值Q1min和Q2min被分别分配给应用模块20和21每个。质量阈值Qmin和Q2min可能不同。

在如上所述的二进制质量值的情况下，质量阈值Q1min和Q2min可以是相等的，例如：

Qlmin＝Q2min＝0,5

取代二进制质量值，可以计算出估计或预测在给定的最大延迟内成功传输数据的可能性的数值。例如，可以计算百分比，其中，0％的值预示不存在符合延迟的传输的可能性，并且100％的值预示符合延迟的传输的确定性。

为此，通信模块30可以评估过去的传输速率、误码率和/或中断的持续时间，以便预测未来的通信质量并计算相应的数字质量值。

例如，可以如下计算值Q1和Q2：

其中，B是系统带宽，S是数据信号D的接收信号强度，N是噪声，并且t_start是从分组生成到分组传输开始的时间段。

可以通过计算最后n个可用信道质量值的加权平均来确定在时间T的相应的未来通信质量值Q'，例如，如果n＝4，如下：

Q′(T)＝0.4*Q(T)+0.3*Q(T-1)+0.2*Q(T-2)+0.1*Q(T-3)·

在图1所示的实施例中，假定质量阈值Q1min和Q2min以及延迟值T1和T2从应用模块21和22传输到通信模块30。因此，应用模块21和22通过发送新的或更新的延迟值和/或质量阈值(例如，在非二进制质量值的情况下)，能够根据需要修改其质量需求。

在与其他通信节点11正在进行的通信期间，通信模块30分析数据通信量，并且如上面关于应用模块21和22中的每一个和相应的最大延迟T1和T2所讨论的那样产生质量值Q1(T1)和Q2(T2)。这样，通信模块30考虑到从应用模块21和22到其他通信节点11的数据信号的传输可能不会或不应该超过相应应用模块21和22的可容忍延迟。

通信模块30然后将应用-个体质量值Q1(T1)和Q2(T2)与由应用模块21和22提供的应用-个体质量阈值Q1min和Q2min进行比较。如果质量值Q1(T1)或Q2(T2)的任何一个低于应用-个体质量阈值Q1min和Q2min，则通信模块30将控制信号QS发送到相应的应用模块21或22。

在图示的示例中，假设质量值Q2(T2)超过了所需的最小质量阈值Q2min。因此，通信模块30可以继续关于第二应用模块22的通信。

在图示的示例中，进一步假设质量值Q1(T1)未能达到其质量阈值Q1min。在这种情况下，通信模块30不能代表第一应用模块21发送数据信号，至少不符合最大延迟值T1施加的时间限制。

因此，通信模块30产生控制信号QS并将控制信号QS发送到第一应用模块21。在接收到控制信号QS时，第一应用模块21知道与其他通信节点11(特别是其他通信节点11的第一应用模块)的通信受到干扰或损害，并且其数据信号不能按计划发送。

在图示的示例中，第一应用模块21包括定时器75。在接收到控制信号QS之后，第一应用模块21向通信模块30发送停止请求ST。停止请求ST指示通信模块30被命令停止关于第一应用模块21的数据业务。

此外，第一应用模块21在给定的时间段内启动其定时器75。当定时器75期满时，第一应用模块21向通信模块30发送重新启动请求RR。在接收到重新启动请求RR时，通信模块30重新建立关于第一应用模块21与其他通信节点11的数据传输。

重建数据传输的步骤优选地包括：向其他通信节点11发送基于从第一应用模块21接收的数据的数据信号；并从其他通信节点11接收数据信号，并将接收到的数据信号或这些数据信号的内容传送给第一应用模块21。

在恢复数据连接期间或之后，通信模块30也恢复监视关于第一应用模块21的数据连接的质量：如果质量值Q1(T1)仍未达到其质量阈值Q1min，则新的控制信号QS'可以被生成并且通信可以如上所述被再次暂停。如果质量值Q1(T1)达到或超过质量阈值Q1min，则可以将确认信号OK发送到第一应用模块21，以便确认可以符合所请求的最大延迟T1地发送和接收数据。

第二应用模块22可以以与上面参考第一应用模块21所讨论的相同的方式或不同地对输入控制信号QS作出反应。在下文中，参考图2，假定第二应用模块22采取其他措施来应对质量问题。

图2示出了在通信模块30检测到关于第二应用模块22的数据连接质量不足并且生成相应控制信号QS的情况下的图1的通信节点10。

当接收到控制信号QS时，第二应用模块22向通信模块30发送参数请求。参数请求向通信模块30指示通信模块30被命令继续与其它通信模块11交换数据信号，但是要基于修改的参数集，包括修改的、优选地降低的质量阈值Q2min'和修改的、优选地扩展的最大延迟值T2'。

在接收到新参数集之后，通信模块30评估接收到的数据信号，并考虑到所请求的新的延迟值T2'生成描述数据连接的当前质量的更新的质量值。取决于该分析的结果，通信模块30发送新的控制信号QS'(如果更新的质量值仍低于修改的质量阈值Q2min')或确认信号OK(如果更新的质量值超过修改的质量阈值Q2min')到第二应用模块22。

图3示出了通信系统5的示例性实施例，其中，通信节点10和11交换它们的质量值Q1和Q2以及延迟值T1和T2，以便使得能够基于或至少基于从通信系统5的其他通信节点接收到的质量值和延迟来计算质量值。

在图示的示例中，通信模块30接收数据信号D2(Q1，T1，Q2，T2)，其包括质量值Q1和Q2和延迟值T1和T2，它们当前被分配给其他通信节点11的至少一个或优选地所有其他通信节点11的相应的应用模块。

以相应的方式，通信节点10的通信模块30产生并发送指示当前分配给通信节点30的应用模块21和22的质量值Q1和Q2和延迟值T1和T2的数据信号D1(Q1，T1，Q2，T2)。此外，通信模块30可以转发之前从其他通信节点11接收到的质量值Q1和Q2以及延迟值T1和T2，以便传送涉及通信系统5的每个通信节点的完整的质量和延迟值的集合。

此外，通信节点10的通信模块30可以优选地在通信节点10和11之间没有数据信号传输的时隙中测量在当前使用的通信信道上的电磁辐射的辐射或预定义特性，并且确定指示电磁辐射量的干扰值I。

例如，通信模块30可以通过使用以下公式来测量干扰值I：

其中，f_max(C)是相应通信信道的频带的上限，f_min(C)是相应通信信道的频带的下限，并且P(f)是辐射密度。

在时域复用系统的情况下，可以通过使用以下公式获得干扰值I：

其中，t_max是相应通信信道的时隙分配的结尾，t_min是相应通信信道的时隙分配的开始，并且P(t)是辐射密度。

如果干扰值I被计算或测量，则通信模块30还可以基于干扰值I或至少也基于干扰值I来确定关于相应的最大延迟的质量值Q1和Q2。例如，可以如下计算值Q1和Q2：

其中，B是系统带宽，S是数据信号D的接收信号强度，N是噪声，并且t_start是从分组生成到分组传输开始的时间段。

图4示出了通信系统5的示例性实施例，其中，通信节点10和11交换它们的质量值Q1和Q2，它们的延迟值T1和T2以及它们的干扰值I，以便使得能够基于或至少也基于从通信系统5的其他通信节点接收到的质量值、延迟值和干扰值计算质量值。

在图示的示例中，通信模块30接收数据信号D2(Q1，Q1，Q2,T2，I)，其包括当前分配给其他通信节点11的至少一个或优选地所有其他通信节点11的相应应用模块的质量值Q1和Q2以及延迟值T1和T2的。数据信号D2(Q1，T1，Q2，T2，I)还包括由其他通信节点11中的至少一个或优选地由所有其他通信节点11先前确定的干扰值I。

以相应的方式，通信节点10的通信模块30产生并发送数据信号D1(Q1，T1，Q2，T2，I)，其指示当前分配到通信节点10的应用模块21和22的质量值Q1和Q2与延迟值T1和T2以及由通信模块30确定的干扰值I。此外，通信模块30还可以转发质量值Q1和Q2、延迟值T1和T2以及先前从其他通信节点11接收到的干扰值，以便发送质量和延迟值的完整集合以及参考通信系统5的其他通信节点中的每一个的干扰值。

图5示出了可形成图1-4中的通信节点10和11中的任一个的通信节点100的示例性实施例。通信节点100包括处理器110、存储器120和收发器200。

存储器120存储控制软件模块130，该控制软件模块130在启动之后将处理器110编程为如上文结合图1-4中的通信节点10所描述的那样用作通信模块30。

存储器120还存储两个应用软件模块121和122，其在激活之后将处理器110编程为分别用作应用模块21和22，如上面结合图1-4所示的实施例所述。

根据开放系统互连模型OSI模型，优选将控制软件模块130分配给物理层或数据链路层。

应用软件模块121和122优选根据OSI模型分配给应用层。