ES2827208T3 - Sistema de radiocomunicación para un sistema de automatización industrial y procedimiento para el funcionamiento de un sistema de radiocomunicación - Google Patents

Sistema de radiocomunicación para un sistema de automatización industrial y procedimiento para el funcionamiento de un sistema de radiocomunicación Download PDF

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Abstract

Sistema de radiocomunicación para un sistema de automatización industrial con - al menos una estación base de radio (201) que comprende al menos una unidad emisora y receptora de radio (211), - al menos una estación de abonado de radio (202, 203) que puede conectarse a la estación base de radio y que comprende al menos una unidad emisora y receptora de radio (221, 231), - en donde la estación base de radio y la estación de abonado de radio están diseñadas y configuradas para intercambiar tramas de datos (10, 20) entre sí, que se transmiten al menos sobre una frecuencia portadora seleccionada, y para transmitir tramas de datos que han de enviarse de manera redundante en paralelo sobre varias frecuencias portadoras (11-13, 21-23) diferentes entre sí, - en donde la estación base de radio y la estación de abonado de radio comprenden en cada caso una unidad multiplexadora (212, 222, 232) para tramas de datos que han de enviarse de manera redundante y una unidad de tratamiento de redundancia (213) para procesar tramas de datos redundantes recibidas, estando diseñadas y configuradas las unidades de tratamiento de redundancia en cada caso para detectar tramas de datos redundantes recibidas y/o para restaurar tramas de datos enviadas de manera redundante a partir de diferentes fragmentos de trama de datos, caracterizado por que - las unidades de tratamiento de redundancia están diseñadas y configuradas en cada caso para restaurar tramas de datos enviadas de manera redundante a partir de diferentes fragmentos de trama de datos por medio de combinación de relación máxima (Maximum-ratio Combining), combinación de selección (Selection Combining) o redundancia incremental (Incremental Redundancy), - la estación base de radio y la estación de abonado de radio están diseñadas y configuradas en cada caso para liberar frecuencias portadoras que ya no son necesarias para una transmisión de tramas de datos identificadas como críticas en el tiempo temporalmente para una transmisión de tramas de datos identificadas como no críticas en el tiempo.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de radiocomunicación para un sistema de automatización industrial y procedimiento para el funcionamiento de un sistema de radiocomunicación
Los sistemas de automatización industrial sirven para monitorizar, controlar y regular procesos técnicos, en particular en el ámbito de la automatización de fabricación, procesos y edificios, y permiten que los dispositivos de control, sensores, máquinas y sistemas industriales funcionen de la manera más autónoma posible e independientemente de la intervención humana. Debido a la importancia cada vez mayor de la tecnología de la información para los sistemas de automatización que comprenden numerosas unidades de control o informáticas en red, los procedimientos para proporcionar de manera fiable funciones distribuidas en un sistema de automatización para proporcionar funciones de monitorización, control y regulación están adquiriendo cada vez mayor importancia.
Las interrupciones en las conexiones de comunicación entre unidades informáticas de un sistema de automatización industrial o aparatos de automatización pueden dar lugar a una repetición no deseada o innecesaria de la transmisión de una petición de servicio. Además, los mensajes que no se transmiten o no se transmiten completamente pueden, por ejemplo, impedir que un sistema de automatización industrial cambie a o permanezca en un estado operativo seguro. En última instancia, esto puede provocar la falla de toda una planta de producción y un costoso tiempo de inactividad de la producción. En los sistemas de automatización industrial, un problema particular se deriva normalmente del tráfico de mensajes con un número relativamente grande de mensajes, pero relativamente cortos, lo que agrava los problemas anteriores.
Para poder compensar las fallas de las conexiones o los aparatos de comunicación, se han desarrollado protocolos de comunicación tales como el protocolo de redundancia de medios (Media Redundancy Protocol), redundancia sin interrupciones de alta disponibilidad (High-availability Seamless Redundancy) o el protocolo de redundancia paralela (Parallel Redundancy Protocol) para redes de comunicación industriales de alta disponibilidad y de funcionamiento redundante. El protocolo de redundancia de medios (Media Redundancy Protocol, MSR) está definido en la norma IEC 62439 y permite compensar fallas de conexión individuales en redes con una topología de anillo simple en caso de transmisión de mensajes redundante sujeta a interrupciones. De acuerdo con el protocolo de redundancia de medios (Media Redundancy Protocol), a un conmutador con dos puertos dentro de la topología de anillo se le asigna un administrador de redundancia que monitoriza la red en busca de fallas de conexión y, dado el caso, inicia una medida de conmutación para una conexión de anillo.
Los procedimientos de redundancia de medios sujetos a interrupciones se pueden implementar en principio con relativamente poco esfuerzo. Sin embargo, resulta desventajoso que, por un lado, los mensajes se puedan perder en caso de error y, por otro lado, que exista inicialmente un estado de fallo durante una reconfiguración de una red de comunicación. Tal estado de fallo debe protegerse mediante un protocolo de comunicación superpuesto, por ejemplo mediante TCP/IP en el nivel de la capa de conmutación o transporte, para evitar una interrupción de una conexión de comunicación.
PROFINET (IEC 61158 Tipo 10) también hace referencia al protocolo de redundancia de medios (Media Redundancy Protocol) como un procedimiento de redundancia de medios sujeto a interrupciones dentro de una red de comunicación con topología de anillo. La duplicación planificada de redundancia de medios (Media Redundancy Planned Duplication, MRPD), por otro lado, representa una extensión para la transmisión sin interrupciones de datos isócronos en tiempo real. Sin embargo, en el caso de la duplicación planificada de redundancia de medios (Media Redundancy Planned Duplication) no se trata de un procedimiento de redundancia de medios sin interrupciones y neutral en cuanto a la aplicación, sino de una extensión específica de PROFINET.
La redundancia sin interrupciones de alta disponibilidad (High-availability Seamless Redundancy, HSR) y el protocolo de redundancia paralela (Parallel Redundancy Protocol, PRP) están definidos en la norma IEC 62439-3 y permiten la transmisión redundante y sin interrupciones de mensajes con tiempos de recuperación extremadamente cortos. De acuerdo con la redundancia sin interrupciones de alta disponibilidad (High-availability Seamless Redundancy) y el protocolo de redundancia paralela (Parallel Redundancy Protocol), cada mensaje es duplicado por un aparato de comunicación emisor y es enviado a un receptor por dos vías diferentes. Un aparato de comunicación en el lado del receptor filtra los mensajes redundantes que constituyen duplicados de un flujo de datos recibido.
En la norma IEC 62439-3, para el protocolo de redundancia paralela (Parallel Redundancy Protocol, PRP), debido a los tiempos de latencia relativamente largos en los sistemas de comunicación inalámbrica y al comportamiento de transmisión no determinista resultante, hasta ahora solo se han prescrito rutas de transmisión por cable. En "Towards a Reliable Parallel Redundant WLAN Black Channel", Markus Rentschier, Per Laukemann, IEEe 2012, se examina la idoneidad de rutas de transmisión WLAN en redes de comunicación PRP. Aplicando diferentes técnicas de diversidad en paralelo, por ejemplo para el espacio, el tiempo y la frecuencia, los efectos del desvanecimiento de canal estocástico pueden compensarse suficientemente en las redes de comunicación WLAN.
Por el documento EP 2712 124 A1 se conoce un sistema de comunicación industrial de funcionamiento redundante con aparatos de comunicación conectados de manera redundante a una red de comunicación industrial, en el que la transmisión de mensajes tiene lugar de manera inalámbrica al menos en secciones. En la red de comunicación industrial están previstas una pluralidad de unidades de almacenamiento intermedio para elementos de mensaje recibidos por cable en un nodo de red y que han de enviarse de manera inalámbrica desde el mismo. Si se excede un tamaño máximo de almacenamiento intermedio, se borra el elemento de mensaje más antiguo en la unidad de almacenamiento intermedio correspondiente. Hasta que se exceda el tamaño máximo de almacenamiento intermedio, se selecciona el elemento de mensaje más antiguo como el siguiente elemento de mensaje que se enviará de manera inalámbrica.
En un sistema de comunicación industrial de funcionamiento redundante, un primer aparato de comunicación con función de redundancia conforme al documento EP 3211 838 A1 está conectado de manera redundante a un primer conmutador, o similar, a través de una primera y una segunda conexión de red de comunicación. De manera análoga, un segundo aparato de comunicación con función de redundancia está conectado de manera redundante a un segundo conmutador, o similar, a través de una primera y una segunda conexión de red de comunicación. Las tramas de datos transmitidas desde la primera conexión de red de comunicación del primer y del segundo aparato de comunicación al conmutador respectivo se asignan a una primera red local virtual, mientras que las tramas de datos transmitidas desde la segunda conexión de red de comunicación del primer y del segundo aparato de comunicación al conmutador respectivo se asignan a una segunda red local virtual. Las tramas de datos asignadas a la primera red local virtual se envían por medio de una primera estación radiotransceptora respectiva a través de una primera red de radio, mientras que las tramas de datos asignadas a la segunda red local virtual se envían por medio de una segunda estación radiotransceptora respectiva a través de una segunda red de radio.
El documento EP 3211 962 A1 se refiere a un sistema de radiocomunicación para un sistema de automatización industrial, en el que al menos un primer y un segundo aparato de comunicación están conectados de manera redundante a una red de comunicación industrial. El primer y el segundo aparato de comunicación están en cada caso conectados directa o indirectamente a una primera y a una segunda estación radiotransceptora respectiva a través de su primera y a través de su conexión de red de comunicación. Las estaciones radiotransceptoras primera y segunda establecen un orden para las tramas de datos que han de enviarse dentro de un intervalo de tiempo predeterminado con ayuda de las direcciones MAC de destino asignadas a las tramas de datos que han de enviarse. El orden dentro de las tramas de datos que han de enviarse a una dirección MAC de destino seleccionada está establecido por el orden de llegada.
Un sistema conforme al preámbulo de la reivindicación 1 se conoce por el documento WO 2014/187893 A1. En particular, en el mismo se utiliza una combinación de tiempos (Timing Combining), mediante la cual se reenvía inmediatamente un datagrama recibido por completo y, posteriormente, se descartan copias que llegan a través de rutas redundantes. Un sistema conforme al preámbulo de la reivindicación 1 también se conoce por el documento "Dynamic duplicate deferral techniques for redundant Wi-Fi networks", Gianluca Cena et al., PROCEEDINGS OF THE 2014 IEEE EMERGING TECHNOLOGY AND FACTORY AUTOMATION (ETFA), 1 de septiembre de 2014 (2014-09­ 01), páginas 1 -8 así como por el documento "An enhanced MAC to increase reliability in redundant Wi-Fi networks", Gianluca Cena et al., 2014 10TH IEEE WORKSHOP ON FACTORY COMMUNICATION SYSTEMS (WFCS 2014), IEEE, 5 de mayo de 2014 (2014-05-05), páginas 1-10.
En el documento "Space-Time Coded Cooperative Multicasting with Maximal Ratio Combining and Incremental Redundancy", A. Del Coso et al., PROCEEDINGS OF THE 2007 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMMUNICATIONS (ICC 2007), 24-28 de junio de 2007, GLASGOW, Reino Unido, IEEE, PISCATAWAY, NJ, EE. UU., 1 de junio de 2007 (2007-06-01), páginas 6079-6084, se describe que las unidades de tratamiento de redundancia restauran tramas de datos transmitidas de manera redundante a partir de diferentes fragmentos de trama de datos mediante combinación de relación máxima (Maximum-ratio Combining), combinación de selección (Selection Combining) o redundancia incremental (Incremental Redundancy). Lo mismo se conoce a partir del artículo de Wikipedia "Diversity Combining" (encontrado el 14/02/2019 en Internet en https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Diversity_combinin g&oldid=773378736).
La presente invención se basa en el objetivo de crear un sistema de radiocomunicación a prueba de fallas para un sistema de automatización industrial que permita un aprovechamiento más eficiente de los recursos de radio, y de especificar un procedimiento para su funcionamiento así como componentes de sistema adecuados.
Este objetivo se logra de acuerdo con la invención mediante un sistema de radiocomunicación con las características especificadas en la reivindicación 1, mediante una estación base de radio con las características especificadas en la reivindicación 14, mediante una estación de abonado de radio con las características especificadas en la reivindicación 15 y mediante un procedimiento con las características especificadas en la reivindicación 16. En las reivindicaciones dependientes se especifican perfeccionamientos ventajosos de la presente invención.
El sistema de radiocomunicación de acuerdo con la invención para un sistema de automatización industrial presenta al menos una estación base de radio que comprende al menos una unidad emisora y receptora de radio. Además, está prevista al menos una estación de abonado de radio que puede conectarse a la estación base de radio y que comprende al menos una unidad emisora y receptora de radio. La estación base de radio y la estación de abonado de radio están diseñadas y configuradas para intercambiar tramas de datos entre sí, que se transmiten al menos sobre una frecuencia portadora seleccionada.
De acuerdo con la invención, la estación base de radio y la estación de abonado de radio comprenden en cada caso una unidad multiplexadora para tramas de datos que han de enviarse de manera redundante. Asimismo, la estación base de radio y la estación de abonado de radio están diseñadas y configuradas en cada caso para transmitir tramas de datos que han de enviarse de manera redundante en paralelo sobre varias frecuencias portadoras diferentes entre sí. Además, la estación base de radio y la estación de abonado de radio comprenden en cada caso una unidad de tratamiento de redundancia para procesar tramas de datos redundantes recibidas. Las unidades de tratamiento de redundancia están diseñadas y configuradas en cada caso para detectar tramas de datos redundantes recibidas o para restaurar tramas de datos enviadas de manera redundante a partir de diferentes fragmentos de trama de datos.
El sistema de radiocomunicación de acuerdo con la invención ofrece una reducción significativa de la latencia y la fluctuación, en particular porque la información redundante se transmite en paralelo sobre varias frecuencias portadoras diferentes en lugar de en serie. Con la separación habitual de las frecuencias portadoras, también es muy poco probable que la misma fuente de interferencia provoque interferencias en varias frecuencias portadoras al mismo tiempo. El sistema de radiocomunicación de acuerdo con la invención ofrece así una mayor insensibilidad a las interferencias.
Conforme a una configuración preferida de la presente invención, la estación base de radio y la estación de abonado de radio están diseñadas y configuradas en cada caso para separar frecuencias portadoras utilizadas para una transmisión de tramas de datos que han de enviarse de manera redundante conforme a una agregación de portadoras entre bandas (Inter-band Carrier Aggregation). Por tanto, la presente invención se puede implementar sobre la base de procedimientos estandarizados probados. Asimismo, las unidades multiplexadoras pueden estar diseñadas y configuradas en cada caso para codificar tramas de datos que han de enviarse de manera redundante sobre frecuencias portadoras diferentes entre sí conforme a esquemas de codificación en cada caso diferentes. Esto permite nuevamente una mayor insensibilidad a las interferencias.
Las unidades de tratamiento de redundancia están diseñadas y configuradas de acuerdo con la invención para restaurar tramas de datos enviadas de manera redundante a partir de diferentes fragmentos de trama de datos por medio de combinación de relación máxima (Maximum-ratio Combining), combinación de selección (Selection Combining) o redundancia incremental (Incremental Redundancy). Con tales conceptos de redundancia, aún es posible una restauración satisfactoria de tramas de datos enviadas de manera redundante aunque las interferencias afecten a varias o a todas las frecuencias portadoras.
Preferentemente, la estación base de radio y la estación de abonado de radio están diseñadas y configuradas en cada caso para determinar valores de calidad de señal o errores de transmisión para las frecuencias portadoras utilizadas para una transmisión de tramas de datos que han de enviarse de manera redundante. Las frecuencias portadoras utilizadas se pueden seleccionar de manera adaptativa, por ejemplo, sobre la base de una monitorización continua correspondiente. Asimismo, la estación base de radio y la estación de abonado de radio pueden estar diseñadas y configuradas en cada caso para llevar a cabo una adaptación de la tasa de código para una transmisión de tramas de datos que han de enviarse de manera redundante con ayuda de los valores de calidad de señal o los errores de transmisión determinados. Ventajosamente, en el caso de un valor de calidad de señal situado por debajo de un valor umbral predeterminado o en el caso de errores de transmisión situados por encima de un valor umbral predeterminado, tiene lugar una reducción de la tasa de código. Además, en el caso de un valor de calidad de señal situado por encima de un valor umbral predeterminado o en el caso de errores de transmisión situados por debajo de un valor umbral predeterminado, puede tener lugar un aumento de la tasa de código. En particular, la adaptación de la tasa de código se puede realizar individualmente para cada frecuencia portadora.
Conforme a otra configuración ventajosa de la presente invención, la estación base de radio y la estación de abonado de radio están diseñadas y configuradas en cada caso para seleccionar frecuencias portadoras cambiadas o adicionales para una transmisión de tramas de datos que han de enviarse de manera redundante con ayuda de los valores de calidad de señal o los errores de transmisión determinados, o para liberar las frecuencias portadoras utilizadas. Ventajosamente, la estación base de radio y la estación de abonado de radio están diseñadas y configuradas en cada caso para determinar fuentes potenciales de interferencia o frecuencias portadoras que pueden usarse sin interferencia por medio de radio cognitiva (Cognitive Radio).
De acuerdo con la invención, la estación base de radio y la estación de abonado de radio están diseñadas y configuradas en cada caso para liberar frecuencias portadoras que ya no son necesarias para una transmisión de tramas de datos identificadas como críticas en el tiempo temporalmente para una transmisión de tramas de datos identificadas como no críticas en el tiempo. Conforme a otra configuración ventajosa, la estación base de radio y la estación de abonado de radio están diseñadas y configuradas en cada caso para asignar frecuencias portadoras liberadas temporalmente para una transmisión de tramas de datos identificadas como no críticas en el tiempo de forma preventiva para una transmisión de tramas de datos identificadas como críticas en el tiempo.
Conforme a una configuración preferida de la presente invención, la estación base de radio y la estación de abonado de radio están diseñadas en cada caso para evitar colisiones CSMA y para aplicar la técnica de escuchar antes de hablar (Listen Before Talk) para escuchar un número mayor de frecuencias portadoras que las que utilizadas realmente. En particular, la estación base de radio y la estación de abonado de radio están asignadas preferentemente a una red de área local inalámbrica (Wireless Local Area Network), a una red de radiotelefonía móvil WiMAX, UMTS, LTE, 5G u otra red de radiotelefonía móvil.
La estación base de radio de acuerdo con la invención está prevista para un sistema de comunicación conforme a las realizaciones anteriores y presenta al menos una unidad emisora y receptora de radio. La estación base de radio está diseñada y configurada para intercambiar tramas de datos con al menos una estación de abonado de radio, que se transmiten al menos sobre una frecuencia portadora seleccionada. Además, la estación base de radio comprende una unidad multiplexadora para las tramas de datos que han enviarse de manera redundante.
Además, la estación base de radio de acuerdo con la invención está diseñada y configurada para transmitir tramas de datos que han de enviarse de manera redundante en paralelo sobre varias frecuencias portadoras diferentes entre sí. Además, la estación base de radio comprende una unidad de tratamiento de redundancia para procesar tramas de datos redundantes recibidas. La unidad de tratamiento de redundancia está diseñada y configurada para detectar tramas de datos redundantes recibidas o para restaurar tramas de datos enviadas de manera redundante a partir de diferentes fragmentos de trama de datos.
La estación de abonado de radio de acuerdo con la invención está prevista para un sistema de comunicación conforme a las realizaciones anteriores y presenta al menos una unidad emisora y receptora de radio. La estación de abonado de radio está diseñada y configurada para intercambiar tramas de datos con al menos una estación base de radio, que se transmiten al menos sobre una frecuencia portadora seleccionada. Además, la estación de abonado de radio comprende una unidad multiplexadora para las tramas de datos que han enviarse de manera redundante.
Asimismo, la estación de abonado de radio de acuerdo con la invención está diseñada y configurada para transmitir tramas de datos que han de enviarse de manera redundante en paralelo sobre varias frecuencias portadoras diferentes entre sí. Además, la estación de abonado de radio comprende una unidad de tratamiento de redundancia para procesar tramas de datos redundantes recibidas. La unidad de tratamiento de redundancia está diseñada y configurada para detectar tramas de datos redundantes recibidas o para restaurar tramas de datos enviadas de manera redundante a partir de diferentes fragmentos de trama de datos.
El procedimiento de acuerdo con la invención está previsto para el funcionamiento de un sistema de radiocomunicación de acuerdo con las realizaciones anteriores, en donde el sistema de radiocomunicación presenta al menos una estación base de radio con al menos una unidad emisora y receptora de radio y al menos una estación de abonado de radio que puede conectarse a la estación base de radio, que comprende al menos una unidad emisora y receptora de radio. La estación base de radio y la estación de abonado de radio intercambian tramas de datos entre sí, que se transmiten al menos sobre una frecuencia portadora seleccionada. Tanto la estación base de radio como la estación de abonado de radio comprenden en cada caso una unidad multiplexadora para tramas de datos que han de enviarse de manera redundante.
Asimismo, conforme al procedimiento de acuerdo con la invención, la estación base de radio y la estación de abonado de radio transmiten en cada caso tramas de datos que han de enviarse de manera redundante en paralelo sobre varias frecuencias portadoras diferentes entre sí. La estación base de radio y la estación de abonado de radio comprenden, además, en cada caso una unidad de tratamiento de redundancia para procesar tramas de datos redundantes recibidas. Las unidades de tratamiento de redundancia detectan en cada caso tramas de datos redundantes recibidas o restauran tramas de datos enviadas de manera redundante a partir de diferentes fragmentos de trama de datos.
La presente invención se explica a continuación con más detalle con un ejemplo de realización haciendo referencia al dibujo. La figura muestra un sistema de automatización industrial con una red de comunicación y un sistema de radiocomunicación conectado a la misma.
El sistema de automatización industrial representado en la figura comprende una red de comunicación 100 a la que están conectados una pluralidad de aparatos de automatización 101, 102 y un sistema de radiocomunicación. En el presente ejemplo de realización, el sistema de radiocomunicación comprende una estación base de radio 201 conectada a la red de comunicación 100 y una pluralidad de estaciones de abonado de radio 202, 203 que pueden conectarse a la estación base de radio 201.
La red de comunicación 100 comprende una pluralidad de nodos de red en los que están previstos aparatos de infraestructura de red. Los aparatos de infraestructura de red 200-202 pueden ser, por ejemplo, conmutadores, enrutadores o cortafuegos y sirven para conectar aparatos de automatización 101, 102. Entre los aparatos de automatización se incluyen, en particular, controladores lógicos programables 101, unidades de entrada/salida (módulos de E/S) o estaciones de mando y supervisión 102 del sistema de automatización industrial.
Los controladores lógicos programables 101 normalmente comprenden en cada caso un módulo de comunicación, una unidad central así como al menos una unidad de entrada/salida. En principio, las unidades de entrada/salida también pueden estar diseñadas como módulos periféricos descentralizados que se disponen de forma remota con respecto a un controlador lógico programable. Un controlador lógico programable 101 puede conectarse, por ejemplo, a un conmutador o enrutador o adicionalmente a un bus de campo a través de su módulo de comunicación. La unidad de entrada/salida sirve para intercambiar variables de control y medición entre un controlador lógico programable 101 y un sensor conectado al controlador lógico programable 101 o una máquina o instalación 300 controlada. En principio, también puede conectarse un sensor o una máquina o instalación 300 a un controlador lógico programable 101 a través del sistema de radiocomunicación. La unidad central de un controlador lógico programable 101 está prevista, en particular, para determinar variables de control adecuadas a partir de variables de medición detectadas. Los componentes anteriores de un controlador lógico programable 101 pueden conectarse entre sí, por ejemplo, a través de un sistema de bus de panel posterior.
Una estación de mando y supervisión 102 sirve, en particular, para visualizar datos de proceso o variables de medición y control que son procesadas o detectadas por controladores lógicos programables, unidades de entrada/salida o sensores. En particular, se usa una estación de mando y supervisión 102 para mostrar valores de un circuito regulador y para cambiar parámetros de regulación. Las estaciones de mando y supervisión 102 comprenden al menos una interfaz gráfica de usuario, un aparato de entrada, una unidad de procesador y un módulo de comunicación.
Tanto la estación base de radio 201 como las estaciones de abonado de radio 202, 203 comprenden en cada caso, además de una disposición de antena, una unidad emisora y receptora de radio 211, 221, 231. La estación base de radio 201 y las estaciones de abonado de radio 202, 203 se pueden asignar, por ejemplo, a una red de área local inalámbrica (Wireless Local Area Network), a una red de radiotelefonía móvil WiMAX, UMTS, LTE, 5G u otra red de radiotelefonía móvil. Además, la estación base de radio 201 por un lado y las estaciones de abonado de radio 202, 203 por otro lado están diseñadas y configuradas para intercambiar tramas de datos 10, 20 a través de la estación base de radio 201, que se transmiten sobre frecuencias portadoras seleccionadas. En el presente ejemplo de realización, las tramas de datos 10, 20 comprenden, en particular, datos de proceso o variables de medición y control que están asociadas a vehículos o sensores, máquinas o instalaciones 300 conectados o conectadas a las estaciones de abonado de radio 202, 203.
Además, la estación base de radio 201 y las estaciones de abonado de radio 202, 203 comprenden en cada caso una unidad multiplexadora 212, 222, 232 para tramas de datos 10, 20 que han de enviarse de manera redundante. A este respecto, la estación base de radio 201 y las estaciones de abonado de radio 202, 203 transmiten en cada caso tramas de datos 10, 20 que han de enviarse de manera redundante en paralelo sobre varias frecuencias portadoras 11-13, 21-23 diferentes entre sí. Además, la estación base de radio 201 y las estaciones de abonado de radio 202, 203 están diseñadas y configuradas en cada caso para separar frecuencias portadoras utilizadas para una transmisión de tramas de datos que han de enviarse de manera redundante conforme a una agregación de portadoras entre bandas (Interband Carrier Aggregation). Preferentemente, la estación base de radio 201 y las estaciones de abonado de radio 202, 203, para evitar colisiones CSMA y para aplicar la técnica de escuchar antes de hablar (Listen Before Talk), escuchan en cada caso un número mayor de frecuencias portadoras que las utilizadas realmente. Conforme a una variante de implementación ventajosa, las unidades multiplexadoras 212, 222, 232 están diseñadas y configuradas en cada caso para codificar tramas de datos que han de enviarse de manera redundante sobre frecuencias portadoras diferentes entre sí conforme a esquemas de codificación en cada caso diferentes.
Además, la estación base de radio 201 y las estaciones de abonado de radio 202, 203 comprenden en cada caso una unidad de tratamiento de redundancia 213, 223, 233 para procesar tramas de datos redundantes recibidas. Las unidades de tratamiento de redundancia 213, 223, 233 están diseñadas y configuradas en cada caso para detectar tramas de datos redundantes recibidas o para restaurar tramas de datos enviadas de manera redundante a partir de diferentes fragmentos de trama de datos. La restauración de tramas de datos enviadas de manera redundante a partir de diferentes fragmentos de trama de datos se lleva a cabo, a este respecto, preferentemente por medio de combinación de relación máxima (Maximum-ratio Combining), combinación de selección (Selection Combining) o redundancia incremental (Incremental Redundancy).
En el presente ejemplo de realización, la estación base de radio 201 y las estaciones de abonado de radio 202, 203 determinan en cada caso valores de calidad de señal o errores de transmisión para frecuencias portadoras que se utilizan para la transmisión de tramas de datos que han de enviarse de manera redundante. Con ayuda de los valores de calidad de señal o los errores de transmisión determinados, la estación base de radio 201 o las estaciones de abonado de radio 202, 203 realizan una adaptación de la tasa de código para una transmisión de tramas de datos que han de enviarse de manera redundante. En particular, en el caso de un valor de calidad de señal situado por debajo de un valor umbral predeterminado o en el caso de errores de transmisión situados por encima de un valor umbral predeterminado, tiene lugar una reducción de la tasa de código. En cambio, en el caso de un valor de calidad de señal situado por encima de un valor umbral predeterminado o en el caso de errores de transmisión situados por debajo de un valor umbral predeterminado, tiene un aumento de la tasa de código. Conforme a una forma de realización preferida, la adaptación de la tasa de código tiene lugar individualmente para cada frecuencia portadora.
Además, la estación base de radio 201 y las estaciones de abonado de radio 202, 203 están diseñadas y configuradas en cada caso para seleccionar frecuencias portadoras cambiadas o adicionales para una transmisión de tramas de datos que han de enviarse de manera redundante con ayuda de los valores de calidad de señal o los errores de transmisión determinados, o para liberar las frecuencias portadoras utilizadas. Fuentes potenciales de interferencia o frecuencias portadoras que pueden usarse sin interferencia se determinan, a este respecto, ventajosamente por medio de radio cognitiva (Cognitive Radio). Además, la estación base de radio 201 y las estaciones de abonado de radio 202, 203 pueden configurarse en cada caso para liberar frecuencias portadoras que ya no son necesarias para una transmisión de tramas de datos identificadas como críticas en el tiempo temporalmente para una transmisión de tramas de datos identificadas como no críticas en el tiempo. Por ejemplo, la estación base de radio 201 o las estaciones de abonado de radio 202, 203 asignan, a este respecto, frecuencias portadoras liberadas temporalmente para una transmisión de tramas de datos identificadas como no críticas en el tiempo de forma preventiva para una transmisión de tramas de datos identificadas como críticas en el tiempo. Esto permite un aprovechamiento particularmente eficiente de las frecuencias portadoras disponibles sin perjudicar el tráfico de datos crítico en el tiempo.

Claims (16)

REIVINDICACIONES
1. Sistema de radiocomunicación para un sistema de automatización industrial con
- al menos una estación base de radio (201) que comprende al menos una unidad emisora y receptora de radio (211),
- al menos una estación de abonado de radio (202, 203) que puede conectarse a la estación base de radio y que comprende al menos una unidad emisora y receptora de radio (221,231),
- en donde la estación base de radio y la estación de abonado de radio están diseñadas y configuradas para intercambiar tramas de datos (10, 20) entre sí, que se transmiten al menos sobre una frecuencia portadora seleccionada, y para transmitir tramas de datos que han de enviarse de manera redundante en paralelo sobre varias frecuencias portadoras (11-13, 21-23) diferentes entre sí,
- en donde la estación base de radio y la estación de abonado de radio comprenden en cada caso una unidad multiplexadora (212, 222, 232) para tramas de datos que han de enviarse de manera redundante y una unidad de tratamiento de redundancia (213) para procesar tramas de datos redundantes recibidas, estando diseñadas y configuradas las unidades de tratamiento de redundancia en cada caso para detectar tramas de datos redundantes recibidas y/o para restaurar tramas de datos enviadas de manera redundante a partir de diferentes fragmentos de trama de datos,
caracterizado por que
- las unidades de tratamiento de redundancia están diseñadas y configuradas en cada caso para restaurar tramas de datos enviadas de manera redundante a partir de diferentes fragmentos de trama de datos por medio de combinación de relación máxima (Maximum-ratio Combining), combinación de selección (Selection Combining) o redundancia incremental (Incremental Redundancy),
- la estación base de radio y la estación de abonado de radio están diseñadas y configuradas en cada caso para liberar frecuencias portadoras que ya no son necesarias para una transmisión de tramas de datos identificadas como críticas en el tiempo temporalmente para una transmisión de tramas de datos identificadas como no críticas en el tiempo.
2. Sistema de comunicación según la reivindicación 1,
en el que la estación base de radio y la estación de abonado de radio están diseñadas y configuradas en cada caso para separar frecuencias portadoras utilizadas para una transmisión de tramas de datos que han de enviarse de manera redundante conforme a una agregación de portadoras entre bandas (Inter-band Carrier Aggregation).
3. Sistema de comunicación según una de las reivindicaciones 1 o 2,
en el que las unidades multiplexadoras están diseñadas y configuradas en cada caso para codificar tramas de datos que han de enviarse de manera redundante sobre frecuencias portadoras diferentes entre sí conforme a esquemas de codificación en cada caso diferentes.
4. Sistema de comunicación según una de las reivindicaciones 1 a 3,
en el que la estación base de radio y la estación de abonado de radio están diseñadas y configuradas en cada caso para determinar valores de calidad de señal y/o errores de transmisión para las frecuencias portadoras utilizadas para una transmisión de tramas de datos que han de enviarse de manera redundante.
5. Sistema de comunicación según la reivindicación 4,
en el que la estación base de radio y la estación de abonado de radio están diseñadas y configuradas en cada caso para llevar a cabo una adaptación de la tasa de código para una transmisión de tramas de datos que han de enviarse de manera redundante con ayuda de los valores de calidad de señal y/o los errores de transmisión determinados.
6. Sistema de comunicación según la reivindicación 5,
en el que, en el caso de un valor de calidad de señal situado por debajo de un valor umbral predeterminado y/o en el caso de errores de transmisión situados por encima de un valor umbral predeterminado, tiene lugar una reducción de la tasa de código.
7. Sistema de comunicación según una de las reivindicaciones 5 o 6,
en el que, en el caso de un valor de calidad de señal situado por encima de un valor umbral predeterminado y/o en el caso de errores de transmisión situados por debajo de un valor umbral predeterminado, tiene lugar un aumento de la tasa de código.
8. Sistema de comunicación según una de las reivindicaciones 5 a 7,
en el que la adaptación de la tasa de código se realiza individualmente para cada frecuencia portadora.
9. Sistema de comunicación según la reivindicación 4,
en el que la estación base de radio y la estación de abonado de radio están diseñadas y configuradas en cada caso para seleccionar frecuencias portadoras cambiadas o adicionales para una transmisión de tramas de datos que han de enviarse de manera redundante con ayuda de los valores de calidad de señal y/o los errores de transmisión determinados, o para liberar las frecuencias portadoras utilizadas.
10. Sistema de comunicación según la reivindicación 9,
en el que la estación base de radio y la estación de abonado de radio están diseñadas y configuradas en cada caso para determinar fuentes potenciales de interferencia y/o frecuencias portadoras que pueden usarse sin interferencia por medio de radio cognitiva (Cognitive Radio).
11. Sistema de comunicación según una de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la estación base de radio y la estación de abonado de radio están diseñadas y configuradas en cada caso para asignar frecuencias portadoras liberadas temporalmente para una transmisión de tramas de datos identificadas como no críticas en el tiempo de forma preventiva para una transmisión de tramas de datos identificadas como críticas en el tiempo.
12. Sistema de comunicación según una de las reivindicaciones 1 a 11, en el que la estación base de radio y la estación de abonado de radio están diseñadas en cada caso para evitar colisiones CSMA y para aplicar la técnica de escuchar antes de hablar (Listen Before Talk) para escuchar un número de frecuencias portadoras mayor que las utilizadas realmente.
13. Sistema de comunicación según una de las reivindicaciones 1 a 12, en el que la estación base de radio y la estación de abonado de radio están asignadas a una red de área local inalámbrica (Wireless Local Area Network), a una red de radiotelefonía móvil WiMAX, UMTS, LTE, 5G u otra red de radiotelefonía móvil.
14. Estación base de radio para un sistema de comunicación según una de las reivindicaciones 1 a 13 con
- al menos una unidad emisora y receptora de radio,
- una unidad multiplexadora para tramas de datos que han de enviarse de manera redundante,
- una unidad de tratamiento de redundancia para procesar tramas de datos redundantes recibidas, en donde la unidad de tratamiento de redundancia está diseñada y configurada para detectar tramas de datos redundantes recibidas y/o para restaurar tramas de datos enviadas de manera redundante a partir de diferentes fragmentos de trama de datos,
- en donde la estación base de radio está diseñada y configurada para intercambiar tramas de datos con al menos una estación de abonado de radio, que se transmiten al menos sobre una frecuencia portadora seleccionada, - en donde la estación base de radio está diseñada y configurada para transmitir tramas de datos que han de enviarse de manera redundante en paralelo sobre varias frecuencias portadoras diferentes entre sí,
caracterizada por que
- la unidad de tratamiento de redundancia está diseñada y configurada para restaurar tramas de datos enviadas de manera redundante a partir de diferentes fragmentos de trama de datos por medio de combinación de relación máxima (Maximum-ratio Combining), combinación de selección (Selection Combining) o redundancia incremental (Incremental Redundancy),
- la estación base de radio está diseñada y configurada para liberar frecuencias portadoras que ya no son necesarias para una transmisión de tramas de datos identificadas como críticas en el tiempo temporalmente para una transmisión de tramas de datos identificadas como no críticas en el tiempo.
15. Estación de abonado de radio para un sistema de comunicación según una de las reivindicaciones 1 a 13 con
- al menos una unidad emisora y receptora de radio,
- una unidad multiplexadora para tramas de datos que han de enviarse de manera redundante,
- una unidad de tratamiento de redundancia para procesar tramas de datos redundantes recibidas, en donde la unidad de tratamiento de redundancia está diseñada y configurada para detectar tramas de datos redundantes recibidas y/o para restaurar tramas de datos enviadas de manera redundante a partir de diferentes fragmentos de trama de datos,
- en donde la estación de abonado de radio está diseñada y configurada para intercambiar tramas de datos con al menos una estación base de radio, que se transmiten al menos sobre una frecuencia portadora seleccionada, - en donde la estación de abonado de radio está diseñada y configurada para transmitir tramas de datos que han de enviarse de manera redundante en paralelo sobre varias frecuencias portadoras diferentes entre sí,
caracterizada por que
- la unidad de tratamiento de redundancia está diseñada y configurada para restaurar tramas de datos enviadas de manera redundante a partir de diferentes fragmentos de trama de datos por medio de combinación de relación máxima (Maximum-ratio Combining), combinación de selección (Selection Combining) o redundancia incremental (Incremental Redundancy),
- la estación de abonado de radio está diseñada y configurada para liberar frecuencias portadoras que ya no son necesarias para una transmisión de tramas de datos identificadas como críticas en el tiempo temporalmente para una transmisión de tramas de datos identificadas como no críticas en el tiempo.
16. Procedimiento para el funcionamiento de un sistema de radiocomunicación para un sistema de automatización industrial según una de las reivindicaciones 1 a 13, en el que
- el sistema de radiocomunicación presenta al menos una estación base de radio (201) que comprende al menos una unidad emisora y receptora de radio (211), y al menos una estación de abonado de radio (202, 203) que puede conectarse a la estación base de radio y que comprende al menos una unidad emisora y receptora de radio (221, 231),
- la estación base de radio y la estación de abonado de radio intercambian tramas de datos (10, 20) entre sí, que se transmiten al menos sobre una frecuencia portadora seleccionada,
- la estación base de radio y la estación de abonado de radio comprenden en cada caso una unidad multiplexadora (212, 222, 232) para tramas de datos que han de enviarse de manera redundante,
- la estación base de radio y la estación de abonado de radio transmiten en cada caso tramas de datos que han de enviarse de manera redundante en paralelo sobre varias frecuencias portadoras diferentes (11-13, 21-23), - la estación base de radio y la estación de abonado de radio comprenden en cada caso una unidad de tratamiento de redundancia (213, 223, 233) para procesar tramas de datos redundantes recibidas,
- las unidades de tratamiento de redundancia detectan en cada caso tramas de datos redundantes recibidas y/o restauran tramas de datos enviadas de manera redundante a partir de diferentes fragmentos de trama de datos,
caracterizado por que
- las unidades de tratamiento de redundancia restauran en cada caso tramas de datos enviadas de manera redundante a partir de diferentes fragmentos de trama de datos por medio de combinación de relación máxima (Maximum-ratio Combining), combinación de selección (Selection Combining) o redundancia incremental (Incremental Redundancy),
- la estación base de radio y la estación de abonado de radio en cada caso liberan frecuencias portadoras que ya no son necesarias para una transmisión de tramas de datos identificadas como críticas en el tiempo temporalmente para una transmisión de tramas de datos identificadas como no críticas en el tiempo.
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