(57)【要約】【課題】付加データに対してできるだけ高い伝送確率を保証することができる解決方法を提供すること。【解決手段】データバスを用いて通信する加入者間のデータ伝送方法であって、加入者間のデータテレグラムの交換に対して、伝送サイクルに対して予め定められたサイクル時間内で、少なくとも１つの第１の時間窓および少なくとも１つの第２の時間窓を使用し、当該第１の時間窓を処理データの伝達に用い、当該第２の時間窓を付加データの伝達に用い、当該付加データをあらわすデータテレグラムの長さを、対応する時間窓の長さ内で設定することができる、ことを特徴とするデータ伝送方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
データバスを用いて通信する加入者間のデータ伝送方法であって、
加入者間のデータテレグラムの交換に対して、伝送サイクル（１３）に対して予め定められたサイクル時間（１３ａ）内で、少なくとも１つの第１の時間窓および少なくとも１つの第２の時間窓（１１，１２）を使用し、
当該第１の時間窓（１１）を処理データの伝達に用い、当該第２の時間窓（１２）を付加データの伝達に用い、
当該付加データをあらわすデータテレグラムの長さを、対応する時間窓（１２）の長さ内で設定することができる、
ことを特徴とするデータ伝送方法。
【請求項２】
前記処理データをリアルタイムで周期的に、各伝送サイクル（１３）で伝送する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記処理データおよび／または付加データを、１つの伝送サイクル（１３）内で、等しいおよび／または異なる長さおよび／または異なる順序を有する、２つより多い時間窓（１１，１２）に分ける、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
付加データのデータテレグラムに対する送信開始（１４）を、対応する時間窓（１２）の長さの範囲内で変える、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
対応する時間窓（１２）内で、前記送信開始（１４）に対する固定的な時点を各加入者に割り当てる、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記送信開始（１４）に対する時点を各伝送サイクル（１３）内で新たに定め、殊に加入者固有のランダム発生器または上位の制御メカニズムを用いて新たに定める、請求項５記載の方法。
【請求項７】
第２のチャネル内のデータを非巡回的に伝送する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
データテレグラムをプロトコールで定義する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記加入者はサイクル時間（１３ａ）の知識および処理データ時間窓（１１）の長さの知識から、付加データに対するデータテレグラムの許容される長さを求め、殊に付加チャネル内の加入者毎の所定の送信時間の知識も用いて求める、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記加入者は、付加データに対するデータテレグラムの長さの知識に基づいて、自身の送信構造および受信構造を動的に適応させる、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記データテレグラムを少なくとも２つの伝送サイクル（１３）に分ける、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも１つの加入者は上位のメイン加入者として機能し、付加データの許容されるテレグラム長さを、殊にシステム初期化および／または動作開始の枠内で、他の全ての、サブ加入者として機能する加入者に合わせる、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記サブ加入者は、メイン加入者から送信権利、殊に処理データに対する送信権利を得る、請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
各加入者は必要に応じて有効データを、送信権利なしでも送信することができる、請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
加入者はデジタルドライブおよび／または制御部であり、殊に自動化されたプロセスにおける運動経過の実行ないし調整のためのデジタルドライブおよび／または制御部であり、
前記処理データは殊に目標値および／または電気的測定システムのデータである、請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データバスを用いて通信する加入者間のデータ伝送方法に関する。この方法は殊に、伝送周期内の、あまり時間臨界的ではないデータと組み合わされたリアルタイムデータの伝送に関する。
【０００２】
通信システムでは、データテレグラムがステーション間で周期的に交換される。有利にはリアルタイムで行われるこのようないわゆる巡回的な通信の他に、いわゆる計画的でないまたは、非巡回的な通信に対する要求が生じている。ここでは任意のプロトコールが、全ての加入者に対して拘束力のある時間窓内に包括される。
【背景技術】
【０００３】
ＥＰ１３１２９９２号には、よりレベルの高いプロトコール（例えばＴＣＰ／ＩＰ）を、巡回的なデータトラフィックの影響なしに伝送する方法が記載されている。これは下位の機器（スレーブ）がアラームリクエストによって伝送を開始し、上位の機器（マスター）が識別データフィールドによって、さらなるメッセージデータセットを下位の機器で呼び出させることによって行われる。マスターはメッセージデータセットを、スレーブから供給されたターゲットアドレスを使用して他のスレーブに転送する。
【０００４】
ＵＳ２００２／００９１８３８号は、増えるデータ量を処理するために、フィールドバスでデータレートを整合させる方法を示している。新たな伝送レートは、全てのバス加入者と取り決められ、このような加入者によって別の通信に対して使用される。開始時には、場合によって、全ての加入者間で新たな調整が行われる。
【０００５】
当出願人の第１の試行構成では、リアルタイムチャネルにおける加入者固有のデータ量に依存して、次のようなケースが生じることが確認されている。すなわち、自身のテレグラム長が大きすぎる場合に、バンド幅が狭いことが原因で必要な付加データがもはや伝送されないというケースである。殊にバス加入者のスイッチオンないしスイッチオフが動的である場合に、このような問題が生じてしまう。例えば１００ＭＢｉｔ／ｓの伝送レートで、非巡回的な付加データに対する１５００バイトのテレグラム持続時間が設けられることを想定すると、これに対して必要な、１５００×８ビット／バイト／１００ＭＢｉｔ／ｓ＝１２０μＳの時間窓が生じる。従って、伝送サイクル１２８μＳを有していることを想定すると、巡回的なリアルタイムデータに対して僅か８μＳだけが使用可能である。これは実際には少なすぎるだろう。
【特許文献１】ＥＰ１３１２９９２号
【特許文献２】ＵＳ２００２／００９１８３８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、付加データに対してできるだけ高い伝送確率を保証することができる解決方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題は、加入者間のデータテレグラムの交換に対して、伝送サイクルに対して予め定められたサイクル時間内で、少なくとも１つの第１の時間窓および少なくとも１つの第２の時間窓を使用し、第１の時間窓を処理データの伝達に用い、第２の時間窓を付加データの伝達に用い、付加データをあらわすデータテレグラムの長さを、対応する時間窓の長さ内で設定することができる、ことを特徴とするデータ伝送方法によって解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
伝送サイクルはここでは、繰り返されるデータ枠の周期持続時間として理解される。このデータ枠は少なくとも２つのチャネル（時間窓）を有している。処理データは通常は時間臨界的なデータであり、付加データは例えばコンフィギュレーションデータ等の、より時間臨界的でないデータを含んでいる。このようなコンフィギュレーションデータは、ユーザインターフェースを介して入力される、または制御部によって設定される。伝送はリアルタイムデータとは異なり、通常は比較的大きな時間枠（ミリ秒）内で保証されなければならない。データテレグラムはデータバイト、チェックサム、アドレスおよび、データの伝送および割当てを保証するさらなる情報を含む。
【０００９】
付加チャネルにおけるデータテレグラム長のこのような整合は、時間的な周辺条件と結び付いている。従って処理データチャネルの時間窓長さに応じて、付加チャネルにおける可変のデータテレグラム長が送信される。従ってデータ負荷に依存した動的な適応が容易に実現可能である。しかも処理データに対する動作に影響を与えない。このような適応はむしろ伝送サイクル毎に、どのような「残り時間」が付加データ窓内でまだ使用可能であるかに応じて異なり得る。
【００１０】
発明の利点
２つの時間窓内で伝送されるデータが完全に相互に依存しないで伝達されるないしは影響され、動作条件に適応される。
【００１１】
処理データがリアルタイムで、かつ巡回的に（すなわち各サイクルで）伝送されるのも有利である。これによって本発明の方法は、優位的な通信に対するフィールドバスで使用されるのに適し、付加データの選択的なトンネリングを可能にする。しかも伝送レートを変えることはない。リアルタイムはここでは次のことを意味している。すなわち緩衝器オーバーフローによるデータ損出または非同期性が生じ、ひいては例えばサーボモータの駆動制御時に突発的なおよび／または均一な運動経過が結果として生じる前に、時間臨界的なデータが受信器で処理のために準備されていなければならないことを意味している。これはリソースに有利なプログラミング、十分に高いクロックレートおよびＣＰＵの負荷軽減のための独立したハードウェアモジュールの使用並びに適切な動作システム（Ｎｕｋｌｅｕｓ＋等）の使用によって得られる。
【００１２】
処理データおよび／または付加データが、１つの伝送サイクル内で、等しいおよび／または異なる長さおよび／または異なる順序を有する、２つより多い時間窓に分けられる場合、使用可能な伝送時間の柔軟な利用が可能になる。
【００１３】
付加データのデータテレグラムに対する送信開始を、対応する時間窓の長さの範囲内で変えることができる本発明の方法によって、柔軟性がさらに高まる。従って付加データチャネル内では、いつ送信されなければならないかが固定されない。従って各送信希望加入者自身が、いつ送信するか設定することができる。殊に加入者問い合わせに基づいて別の加入者から応答を結果として生じさせる問い合わせモードを実現する場合には、この付加チャネルの時間窓内に問い合わせテレグラムおよび応答テレグラムを格納することができる。
【００１４】
この場合、質問と応答の間の持続時間は、例えば、問い合わせられた加入者の処理時間によって定められ、かつシステムに依存する。
【００１５】
有効データに対する対応する時間窓内で、各加入者に送信開始に対する固有の時点が割当てられる。従って衝突が予防される。ここで各加入者に、特定の送信時間が許可されている場合、比較的容易に個々の加入者に対して、線路が占領されているか否かまたはいつ占領されるのかを見積もることができる。すなわち最悪の場合に全ての加入者が同時に送信を望む場合、これは所定の序列順序に従う。これは上述した送信時点にも従う。まず、１人の加入者のみが送信する場合、この加入者は自動的に最も高い優先度を有する（下記を参照）。
【００１６】
送信開始に対する送信時点を各伝送サイクル内で新たに定めることもできる。例えばデータテレグラムの平均的な長さが変化した場合に新たに定める。このような適応は、各加入者において実現されたランダム発生器によって行われるまたは、上位の制御メカニズムによって設定可能である。バス加入者間相互での、加入者固有の送信開始時点の交換も可能である。
【００１７】
付加チャネル内のデータは有利には非巡回的にも伝送される。すなわち各伝送サイクルによってではなく伝送される。従ってこのチャネルは必要な場合にしか使用されず、リアルタイム条件を必要としない。これはバックアップチャネルとして機能し、場合によっては処理データに対するバンド幅を自由にする。
【００１８】
例えばＨＴＴＰ（Hyper Text Transfer Protokoll），ＦＴＰ（File Transfer Protokoll）, ＴＥＬＮＥＴ等のように、時間チャネル内のデータテレグラムがプロトコールで定義されている場合、これは状況情報を示すため、および加入者を構成するために用いられる。従ってより確実な伝送も実現可能であり、既に多くのオペレーションシステムよって大量供給されているように、スタンダードスタック（ファームウェアモジュール）の使用が可能である。これによって実現が容易になり、さらにコストが低いである。なぜならこのようなスタックが買い足される、または全く新しく開発される必要がないからである。別の利点ないしは上述したことの結果は、ルーティング（例えばＰＣから制御部を介してドライブへ）は非常に簡単になることである。なぜなら、制御部は単にＩＰテレグラムに解釈なしにさらに達すればよいからであり、従ってゲートウェイ機能を有しているからである。
【００１９】
加入者がサイクル時間の知識および処理データ時間窓の長さの知識から、有効データに対するデータテレグラムの許容される長さを自身で求め、殊に付加チャネル内の加入者毎の計画されたないしは所定の送信時間の知識も用いてこれを求めるように本発明の方法が構成されている場合、これは自身の送信構造ないし受信構造を相応に自身で適応させることができる。バンド幅の動的な管理はこの場合には、フィールドバスパラメータに関する全ての関連データが制御部によって設定される従来技術とは異なり、実質的に自動化される。
【００２０】
同じ目的で、データテレグラムが複数の伝送チャネルに分けられてもよい。従って、バンド幅が少ないことが原因でもはや時間窓内に格納されない、比較的長いデータテレグラムが複数のサイクルを介して伝送される。処理データに対する要求は時間臨界的であるので、この方法は殊に付加データに対してのみ有利である。
【００２１】
少なくとも１人の加入者が上位のメイン加入者として機能し、有効データの許容されるテレグラム長が、殊にシステム初期化および／または動作開始の枠内で、サブ加入者として機能する別の全ての加入者に合わせられている場合、メイン加入者は実質的に中間エンティティとして下位の加入者と上位の加入者の間のインターフェースを担う。このような階層的な構造は、殊に複雑な適用の場合に、管理およびコントロールを容易にし、計算容量を増やすことができる。メイン加入者およびサブ加入者は、その構成に関して基本的に同じである。しかしここではメイン加入者はコミュニケーションマスターとして構成されており、より高いコミュニケーション層に結合されている。初期化は、例えばフィールドバスを介したデータ通信で既知のパラメータによって可能である。伝送サイクル内で、時間的な開始に対するパラメータおよび終端に対する別のパラメータが設定される。マスターが各伝送サイクルに対して付加チャネルの位置を印によって設定するバリエーションも可能である。これは殊に通信サイクルが常に変化する通信システムで有利である。
【００２２】
サブ加入者がメイン加入者から、殊に処理データに対して送信権利を得る場合、処理データ交換時の衝突が低減され、バンド幅が最適に利用される。実際にはこれによって次のことが実現される。すなわち加入者が自身のデータを、マスターによって供給されたテレグラム内に収納し、その後このテレグラムを新たに読込むことが実現される。
【００２３】
各加入者が、必要に応じて有効データを送信権利がなくても送信することができる場合、加入者は付加チャネルを完全に自由に占領することができる。この付加チャネルは引き続き、最も速い加入者によって送信過程の持続時間の間にわたって占領される（上記参照）。この通信方法は、大きなコストなしに実現可能である。しかし大部分の通信部分はこのような場合には、付加チャネルにおいてもマスター／スレーブ結合である。すなわち制御部はスレーブに問い合わせ、スレーブはこの問い合わせに対してのみ応答する。これによって、マスターによって占領が所期のように制御される。この他にマスターは上述の制御機能を担い、一度または必要なときに各伝送サイクルでも、加入者の許容される送信開始に対する時点を付加チャネル内で定めて監視する。
【００２４】
加入者が、バス接続を伴うデジタルドライブ、制御部、インテリジェント測定検出部、産業用ＰＣまたは非常に一般的な電子機器である場合に本発明による方法は殊に適している。これは殊に自動処理において運動経過を実施するないしは調整する。ここで処理データは、位置、速度および加速度に対する目標値および／または実際値である。これに対する基本は自動化技術において、殊に例えば優位的な通信との結合およびＳＥＲＣＯＳインターフェース（Ｒ）（ＳＥＲＣＯＳ−ＩＩＩ）のようなバスシステムによるドライブ調整部に対する構成において、リアルタイム臨界的な処理データも、あまり時間臨界的でない要求を伴う付加データも伝送されなければならないということである。上述のシステム初期化はＳＥＲＣＯＳインターフェース（Ｒ）の場合には、Ｓ／Ｐパラメータによって行われる。ＰＲＯＦＩＮＥＴまたはパワーリンク等の他のバス上でもこの方法を使用することができる。
【実施例】
【００２５】
図１には、時間軸ｔに沿って所定のサイクル時間１３ａおよび、少なくとも１つの第１の時間窓１１および第２の時間窓１２を有する伝送サイクル１３が概略的に示されている。ここで第１の時間窓１１は処理データを含み、第２の時間窓１２は付加データを含む。同期および管理のためのデータ領域（ＨＤＲ／ＭＳＴ）を伴う処理データに対する時間窓１１内には、２つのデータテレグラム１６，１７も示されている。さらに時間的な送信開始１４が、ここから結果として生じる時間窓１２内の残りの送信時間１５とともに示されている。
【００２６】
以下では、本発明による伝送メカニズムを有するデータバスで加入者がメイン加入者として構成されており、別の加入者が同じ権利を有するサブ加入者として機能することを前提とする。
【００２７】
メイン加入者は、例えば時間窓１１内の２つのデータテレグラム１６，１７を送信する。この時間窓はここでは処理データチャネルと称される。この処理データチャネル１１内の第１のデータテレグラム１６内には例えばデジタルドライブに対する目標値が含まれており、データテレグラム１７内には実際値が含まれている。処理データチャネル１１は、必要な場合には、さらなるデータテレグラム１６，１７またはデータプログラム対１６，１７を例えば加入者の数に依存して、動作に関連した処理データの交換のために含むことができる。処理データチャネル１１内での有利なリアルタイム通信はここでは、各サイクル１３毎に繰り返され、データもサイクル１３毎に、必要性および用途に応じて更新される。処理データチャネル１１内のデータテレグラムの時間的な位置（ｔ０，ｔ１）およびテレグラム構成ないしはテレグラム内容の意味（目標値，実際値）はこの場合に通常は一定である。従ってこのような構造は、全ての加入者に既知にされる。付加データ領域を介して、付加的にメイン加入者はサブ加入者を識別することおよびサブ加入者との目的の通信を形成することができる。調整のために、メイン加入者として機能する加入者も、サブ加入者に送信権利を与えることができ、処理データチャネル１１が最適に利用される。
【００２８】
第２の時間窓１２内では随意のアクセスを伴った作動が行われる。すなわち必要な場合には、加入者は、メイン加入者によって送信権利が明確に与えられていなくても、チャネルを利用することができる。ここではあまり時間臨界的でないデータテレグラムのみがプロトコールによって、例えばコンフィギュレーション、管理または診断目的にために伝送される。
【００２９】
ここで付加データに対するデータテレグラムが伝送のために、サイクル１３毎に時間窓１２内で定められている持続時間ないしは可能である持続時間より長い持続時間を必要とする場合、テレグラム長は送信側加入者によって短くされる。短くされたのにもかかわらず、相応の伝送が周期持続時間内で可能である。この場合にはこのテレグラムは場合によっては複数のサイクル１３に分けられる。これによって、サイクル時間１３全体が、例えば６２．５μＳ，１２５μＳ，２５０μＳまたはその倍数によって完全に利用されることが保証される。付加チャネル１２内で時間臨界的な情報が扱われるのは稀なので、複数のサイクルへのこのような分割によって重要な制限は生じない。従って付加データに対する許容されるテレグラム長は、サイクル１３および処理データチャネルに対して必要な時間窓１１の長さに依存する。リアルタイムデータおよび付加データを２つの時間窓１１，１２だけより多くの時間窓に分割することも当然可能である。このような時間窓１１，１２の順序自体は１つの伝送サイクル内で任意に選択可能である。従って例えば処理データ窓１１に付加データ窓１２が続き、その後に再び、処理データ窓１１が続く。このためには、どの時間窓が巡回的に問い合わされ、どの時間窓が非巡回的に問い合わされるのかだけが固定的に定められていればよい。
【００３０】
相応する時間窓１２内の付加データに対する送信開始１４を、この時間窓１２内で変えることができる。これによってテレグラム長は、このような送信時点に依存して増大する、または低減する。このような許容されるテレグラム長は所望の伝送レートおよび使用可能な残り時間に依存する。例えば、：処理データ窓１１の長さが例えば２０μＳであり、伝送サイクル１３の長さが例えば６０μＳである。このような実施例では有効データ時間窓に対する長さは４０μＳである。時間窓１１内である所望の伝送レートから、１００Ｍｂｉｔ／ｓ＊４０μＳ＝４００Ｂｉｔ＝５０Ｂｙｔｅの有効データに対するデータテレグラムの許容される長さが得られる。
【００３１】
このような伝送方法は殊に、運動経過の調整が必要であり、処理データが位置、速度、加速度、場合によっては圧力および温度に対する目標値および／または実際値の形で時間臨界的に伝送されるべきである全ての用途に適している。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】伝送サイクルの概略図。
【符号の説明】
【００３３】
１０  伝送サイクル，１１  処理データチャネル，１２  付加データチャネル，１３  伝送サイクル，１３ａ  サイクル時間，１４  送信開始，１５  残り時間，１６  目標データテレグラム，１７  実際データテレグラム
【図１】
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