专利名称：用于冗余网络的系统和方法
发明描述发明领域本发明实施例的原理一般涉及容错数据通信网络，尤其涉及适用于工业应用的冗余数据通信网络。
背景技术：
数据通信网络在工业、商业以及家用应用中扮演了日益重要的角色。随着越来越依赖于自动化技术和共享信息的能力，需要用于数据通信的可靠网络。
在工业设置中，工业设备一般使用有线连接来连网，以用于监视、通信和控制功能。常规的工业设备配置可包括一组工业控制器和主机，它们各自通过有线网络通信。主机可用作人机界面(HMI)或监督控制与数据采集(SCADA)系统。典型的操作包括每一控制器对机器和/或之相关联的进程提供控制，以及SCADA系统提供警报、事件处理和日志记录、人工界面功能以及监督控制等。尽管某些应用可能期望单独的控制器能通过数据通信网络彼此直接通信，但通常的配置可通过限制主机与控制器之间的通信来利用更简单的方法。
有线数据通信网络中所使用的线具有取决于连网类型和网络的物理尺寸的物理特性。一种非常流行的有线网络被称为以太网，它一般利用因特网协议上的传输控制协议(TCP/IP)以进行数据通信。建立以太网络由于通常需要安装电缆以及诸如路由器和交换机等其它连网组件来管理数据通信量而可能变得昂贵，而较长的电缆铺设每单位长度的成本一般会增加。近来开发了有线网络的替换方式以降低安装成本。这些替换形式中的某一些利用无线电波来进行数据通信。无线网络的某些被广泛接受的实现包括IEEE 801.11标准的变型(被统称为WiFi)。数据网络的其它替换形式利用现有的配电网络来进行数据通信，从而降低了铺设电缆的成本。电力线连网(PLN)的一种流行的实现包括被称为HomePlug的标准。通过使用有线网络的一种或多种替换方式，数据通信网络可被简化，并且可降低实现成本。
可靠性一般是任何数据通信网络的主要问题。网络基础架构中的单个错误，诸如电缆断裂或错误连接可能会禁用整个数据通信网络。这样的故障难以解决并且耗费时间，且进一步导致工业设置中显著的停工期成本。用于降低网络故障风险的一种传统解决方案是通过安装冗余电缆、网络接口和其它网络组件来提供容错有线网络。尽管这种方法的确提供了某一程度的容错，但由于成本和数据网络的复杂性显著增加，这可能是相当不合需要的。
发明概述在以下描述中，某些方面和实施例将变得明显。应理解，本发明就其广义而言，可在无需这些方面和实施例的一个或多个特征的情况下实现。应理解，这些方面和实施例仅是示例性的。
本发明的某些方面一般针对容错数据通信网络，在某些情况中针对可使用对常规有线数据通信网络的成本有效的替换方式的冗余网络。某些方面替换地(或者还)针对供工业应用中使用的冗余网络。
在一个方面中，如此处具体化并广泛描述的，可提出一种用于提供冗余无线连网的系统，它包括至少两个无线接入点，其中每一无线接入点可与有线网络直接相关联并可被配置成在至少一个公共区域上提供无线网络访问。该系统还可包括被限制在位于该至少一个公共区域内的至少一个收发器，其中该至少一个收发器可被配置成从该至少两个无线接入点中选择一个别的无线接入点以便建立至该有线网络的链接。
在另一方面中，可提供一种用于提供冗余无线连网的系统，它包括多个服务器收发器，它们各自直接耦合至有线网络并使用唯一无线信道来提供至该有线网络的独立接入；以及能基本上连续访问该唯一无线信道中的至少两个的至少一个客户机收发器，该客户机收发器被配置成从该至少两个唯一无线信道中选择一个无线信道。
在另一方面中，可提供一种用于为工业设施提供冗余无线连网的系统，它包括至少两个无线接入点，它们各自与有线网络直接相关联并被配置成在工业设施内提供无线网络接入；以及位于该工业设施内的工业设备，其中该工业设备可被配置成从该至少两个无线接入点中选择一个别的无线接入点以便建立至有线网络的链接。
在另一方面中，提供了一种用于通过配电网络来提供数据通信的系统，它包括与至少一条电力线相关联的主机，该主机被配置成通过该至少一条电力线来管理自配置数据通信网络；以及与该至少一条电力线相关联的多个客户机装置，这多个客户机装置中的每一个被配置成通过该至少一条电力线与该主机通信，其中该系统可被配置成使来自多个客户机装置之一的通信通过多个客户机装置中的至少一个其它装置来中继。
在另一方面中，提供了一种用于通过配电网络为工业应用提供数据通信的系统，它包括被配置成管理自配置网络的主机装置；多个客户机装置，它们通过至少一条电力线可通信链接至该主机装置，其中这多个客户机装置中的每一个使用自组织(ad-hoc)通信与主机装置通信；以及与多个客户机装置的至少其中之一相关联的工业设备。
在另一方面中，提供了一种用于通过电力线提供数据通信的方法，它包括通过自配置来初始化电力线网络上的数据通信；通过电力线网络将数据从源装置提供给至少一个中间装置；以及通过电力线网络将数据从该至少一个中间装置中继给目的地装置。该方法还包括由至少一个装置接收路由请求；在该至少一个装置上存储返回主机的至少一条路径；从该至少一个装置重新广播另一路由请求；由至少一个其它装置接收该重新广播的路由请求；以及在该至少一个其它装置上存储返回主机的至少一条路径。此外，重新广播(以及可能存储)可重复，直到电力线网络上的所有装置均接收到相应的路由请求。
一个或多个方面涉及一种用于为工业应用提供冗余连网的系统，它包括被配置成通过配电网络来管理数据通信的主机；被配置成通过该配电网络与主机通信的至少两个装置，其中来自这些装置中的每一个的通信通过该至少两个装置的至少其中另一装置中继；与该至少两个装置直接相关联并被配置成在工业设施内提供无线网络接入的至少两个无线接入点；以及位于该工业设施内的工业设备，其中该工业设备可被配置成从该至少两个无线接入点中选择一个别的无线接入点来建立至配电网络的数据通信链接。
除以上所述的结构和过程安排以外，本发明可包括多个其它安排，诸如后文所述的那些。可以理解，以上描述和以下描述均为示例性的。
附图简述附图被包含在本说明书中并构成其一部分，它们示出本发明的若干示例性实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
图1示出根据本发明的一个实施例的示例性冗余无线网络。
图2示出根据本发明的另一实施例的具有一个以上公共区域的示例性冗余无线网络。
图3示出根据本发明的又一实施例的在工业应用中所用的示例性冗余无线网络。
图4示出根据本发明的某些实施例的示例性服务器收发器。
图5示出根据本发明的某些实施例的示例性客户机收发器。
图6示出根据本发明的某些实施例的方法，其中服务器收发器被配置成执行负载均衡。
图7示出根据本发明的另一实施例的示例性电力线网络。
图8示出根据本发明的某些实施例的电力线网络的示例性主机。
图9示出根据本发明的另一实施例的在工业应用中使用的电力线网络。
图10示出根据本发明的某些实施例的示例性电力线接口。
图11示出描述供在电力线网络中通信使用的示例性方法的流程图。
图12示出描述供在电力线网络中初始化通信使用的示例性方法的流程图。
图13示出根据本发明的另一实施例的结合电力线网络使用的示例性冗余无线网络。
实施例的描述现在将对本发明的某些可能的实施例进行详细参考，在附图中示出了其示例。如有可能，则将在所有附图中使用相同的参考符号(以及具有相同数字标号但不同字母后缀的参考符号)，且描述指的是相同或类似的部分。
图1示出根据本发明的一个实施例的冗余无线网络的示例性配置。冗余无线网络100可包括两个或更多服务器收发器110a-110n。无线网络100也可包括一个或多个客户机收发器。为了简化描述，仅在图1中示出一个客户机收发器120；然而，可提供任何其它数目的客户机装置(例如，该数目可以取决于冗余无线网络100的能力)。
服务器收发器110a-110n中的每一个可使用诸如以太网上的TCP/IP等本领域中已知的技术来物理地直接连接至有线网络115。所有的服务器收发器110a-110n可在公共区域130上提供无线访问覆盖。换言之，公共区域130可以是具有来自所有服务器收发器110a-110n的重叠无线覆盖的三维物理空间。
客户机收发器120可位于公共区域130内的任何地方，在那里它可建立到任何服务器收发器110a-110n的无线数据连接以便获取对有线网络115的接入。在至少某些示例中，在使用网络100期间客户机收发器的位置可被限制(例如，固定)为位于公共区域130内。这样的示例性配置不同于具有可从一个覆盖区移动到另一覆盖区的移动通信设备(例如，移动电话)的配置。
可通过客户机120扫描服务器收发器110a-110n、基于将在以下详细描述的多个不同准则为无线连接选择一个服务器收发器、并通过该服务器获取对有线网络115的接入来建立无线数据连接。如果断开到所选服务器收发器的无线连接，则客户机收发器120可自动扫描其它服务器收发器以建立另一无线连接。客户机收发器120在两个或更多服务器收发器110a-110n上扫描并选择任何一个来建立至有线网络115的连接的能力可在无线网络100中提供一种级别的冗余，并改进客户机装置120与有线网络115之间的连接的可靠性。
服务器收发器110a-110n可使用本领域普通技术人员所知的任何无线连网协议，这些协议可包括例如IEEE 801.11的变型、蓝牙等。客户机收发器120也可使用与服务器收发器110a-110n一样的任何无线协议，诸如例如IEEE 801.11、蓝牙等，以便与服务器收发器110a-110n无线地通信。客户机收发器120一般是固定的，但它也可移动到公共区域130内的任何位置以便与任何服务器收发器110a-110n建立无线连接。
公共区域130的大小可取决于多种因素，诸如所使用的无线连网协议的类型、服务器收发器110a-110n和客户机收发器120可用的发射功率的大小、服务器收发器110a-110n和客户机收发器120的天线特性和方向等。在一个非限定性示例中，公共区域130可延及大约20英尺x大约20英尺的区域，且其高度至少略小于收发器110a-110n以及120可处的空间的最大高度。本领域的技术人员可以理解，服务器收发器110a-110n的位置可随安装而有所不同。在某些示例中，可执行RF测量以确定服务器收发器110a-110n的合适位置。
进一步参考图1，服务器收发器110a-110n可用作在基础架构模式中操作的无线接入点。如此处所使用的，术语“无线接入点”被定义为可通过使用无线连接来提供有线数据网络与物理上未连接至该有线数据网络的另一装置之间的连接的装置。术语“基础架构模式”可以指无线连接至无线接入点的装置可由此仅通过该无线接入点与其它无线装置或有线网络通信的通信模式。每一服务器收发器110a-110n可被分配无线网络100中唯一的固定信道标识码。固定信道分配可由用户在每一服务器收发器处执行，或由用户通过计算机在有线网络115上远程执行。或者，信道标识码可由诸如例如计算机等连接至有线网络115的外部控制器(未示出)动态地分配。信道标识码也可由服务器收发器110a-110n自己动态地分配。在这样的示例中，服务器收发器110a-110n可彼此通信以确定哪些信道标识码可用。运行在每一服务器收发器上的软件可控制信道分配。
在一个实施例中，当通电之后，服务器收发器可从信道列表中选择可用的第一信道。如果第一信道已被使用，则服务器收发器可选择信道列表中的下一信道，并检查该信道是否被使用。如果是，则处理返回至检查再下一信道是否被使用。如果该信道未被使用，则当等待例如几秒钟的随机时间之后，服务器收发器可检查之前可用的信道是否仍可用(即，仍未被使用)，且如果是，则服务器收发器可开始在该信道上操作。否则，服务器收发器可选择信道列表上的下一信道，并重复前述步骤直到它可在一可用信道上开始操作。每一服务器收发器因此可迭代地搜索信道列表上的下一可用信道直到找到未被使用的信道。
或者，当通电之后，服务器收发器可向所及范围内的所有其它服务器收发器广播查询。其它服务器收发器中的每一个可使用它正使用的信道号以及邻近服务器收发器的信道号来响应。该服务器收发器然后可选择未被邻近服务器收发器使用的信道。当选择信道之后，服务器收发器可将所选信道号广播给邻近收发器，使得它们可更新其正被使用的信道的列表。
进一步参考图1，一旦服务器收发器110a-110n中的每一个均被分配了唯一的信道标识码之后，客户机收发器120即能访问与服务器收发器110a-110n相关联的所有信道，且可自动扫描相关联的所有信道并选择一个服务器收发器来建立无线数据连接。客户机收发器120可将这种选择基于本领域中公知且用于例如市场上所售的IEEE 801.11产品的技术。这样的技术也可包括顺序地扫描与每一信道标识符码相关联的信号并选择具有其强度满足预定义阈值的信号的第一个信道。或者，客户机收发器120可将信道选择基于选择最大化一个或多个信号特性的信号。这样的特性可包括例如最大信号强度、最高信号质量、和/或具有最低误码率的信号。
图2示出根据本发明的具有一个以上公共区域的另一实施例。仅为说明起见，图2描述了冗余无线网络200，它含有三个服务器收发器110a-110c，两个客户机收发器210、230，以及两个分开的公共区域220、240。(本领域的普通技术人员可以理解，替换实施例可具有比图2中所示的更多的服务器收发器、客户机收发器和公共区域。)如图2中所示，两个公共区域220、240可覆盖可能没有重叠(或者，仅是部分重叠)的不同的物理区域。服务器收发器110a和110b提供公共区域220上的冗余无线接入。客户机收发器210能访问服务器收发器110a和110b，并可选择任一个以便获取对有线网络115的数据通信接入。这种选择以与以上在图1中所示的实施例中所述的相同的方式进行。服务器收发器110b和110c提供公共区域240上的冗余无线访问。客户机收发器230能访问服务器收发器110b和110c，并可选择任一个以便获取对有线网络115的数据通信接入。如前所述，这种选择以与以上在图1中所示的实施例中所述的相同的方式进行。在该实施例中，分开的公共区域220和240共享对服务器收发器110b的无线访问。该实施例中的共享安排可拥有提供较大区域上的冗余无线访问同时减少服务器收发器数目的优点。公共区域220和240的相对布置可取决于服务器收发器110a-110b的位置及其各自天线的方向。
图3示出根据本发明的供工业应用中使用的另一实施例。仅为说明起见，图3描述了一冗余无线网络300，它含有三个服务器收发器110a-110c，以及与各个工业设备315a-315c相关联的三个客户机收发器320a-320c。(本发明的普通技术人员可以理解，替换实施例可具有不同于图3中所示的数目的服务器收发器、客户机收发器和工业设备)。控制器305可通过有线网络115连接至服务器收发器110a-110c。通过冗余无线网络300，控制器305可与工业设备315a-315c通信。控制器305可以是可为工业设备315a-315c提供警报、事件处理和日志记录、人工界面功能以及监督控制的SCADA系统。SCADA可以是例如运行专用软件的个人计算机、定制的数字控制器等。工业设备315a-315c分别接口到客户机收发器320a-320c，以便与控制器305通信。客户机收发器320a-320c置于公共区域310之内。
本领域的普通技术人员可以理解，客户机收发器可使用适当的控制器或连网设备，诸如例如路由器或交换机来接口到一个以上工业设备。这种接口可位于外部，并使用诸如例如以太网上的TCP/IP等标准连网接口。或者，客户机装置可被物理地包含在该工业设备内，且接口可以位于内部，诸如例如外围组件接口(PCI)。无论接口如何，客户机收发器320a-320c可使用以上对图1中所示的实施例所述的服务器收发器110a-110c以无线、冗余的方式通信。无线网络300和公共区域310可被置于任何类型的工业设施内，包括例如，用于制造/处理半导体、药品、汽车、食品等的设施。工业设备315a-315c可被配置成用于基本上任何工业应用，包括例如半导体制造、药品制造、汽车制造、食品加工等。例如，工业设备315a-315c中的一个或多个可以是泵，诸如被配置成供在上述工业应用的任何一个中使用的泵。
图4示出根据本发明的某些实施例的示例性服务器收发器110。服务器收发器110可使用任何类型的无线连网协议，诸如例如IEEE 801.11的变型，且可以是诸如由加利福尼亚州欧文市的Linksys、加利福尼亚州方廷瓦利市的D-Link Systems有限公司、或加利福尼亚州圣克拉拉市的Netgear有限公司制造的那些类型。可使用数字数据编码的射频信号可以通过天线配置410发射并接收。(该天线配置可以是任何已知的配置，且图4中所示的配置仅是示例性的。)射频信号可由RF部分和接口415处理并被转换成数字格式以便通过总线420传输。处理器425控制服务器收发器110，并根据非易失性存储430中所存储的指令来数字地处理该数字数据。网络接口435可通过有线网络115发送和接收数字通信数据。有线网络115可以是通过物理连接通信的任何类型的已知网络，且可包括例如以太网上的TCP/IP。
图5示出根据本发明的某些实施例的示例性客户机收发器120。客户机收发器120可使用与服务器收发器110c相一致的任何类型的无线连网协议，且可以由例如Linksys、D-Link Systems有限公司或Netgear有限公司等制造。可使用数字数据编码的射频信号可通过天线510发射和接收。与图4一样，图5中所示的配置仅是示例性的。射频信号可由RF部分和接口515处理并被转换成数字格式以便通过总线520传输。处理器525控制客户机收发器120，并根据非易失性存储530中所存储的指令来数字地处理该数字数据。网络接口535可通过连接540向工业设备315发送数字通信数据并从中接收数据。如上所述，客户机收发器120物理上可以位于工业设备315外部，连接540可以是本领域普通技术人员所知的网络连接，诸如例如以太网上的TCP/IP。或者，客户机收发器120物理上可被包括在工业设备315内，在这种情况中，连接540可以是诸如PCI等卡型接口，且客户机装置可采用标准无线网络卡的形式。
为了防止服务器收发器负担不成比例的网络负载量，每一客户机收发器可被手动配置成使用优选信道。在这样的示例中，客户机收发器可首先试图使用优选信道，且如果它不可用，则扫描其它信道来找到另一可用的服务器收发器。
防止多个客户机收发器使一服务器收发器超载的替换方法是执行负载均衡(load leveling)。在一个示例中，客户机收发器中的每一个可被配置成以不同的顺序扫描信道标识符，并基于之前在图1中所示的实施例中所述的准则来选择信道。
或者，负载均衡可由连接至有线网络115的外部控制器执行，其中控制器可监视流经每一服务器收发器110的数据通信量，或它可仅确定连接了多少个客户机收发器。如果控制器确定一个服务器收发器正负担不成比例的网络负载量，则控制器可将每一信道重新分配给服务器收发器中的一个或多个。
图6示出根据本发明的某些实施例的方法，其中服务器收发器110被配置成执行负载均衡。每一服务器收发器110中的处理器425可被配置成使用非易失性存储器430中所存储的软件来执行图6的方法。该方法可包括获取关于其它服务器收发器的负载的信息(S605)。(例如，对图1的收发器110a，获取关于收发器110b-110n的负载的信息。)这可通过监视流经每一其它服务器收发器的数据量、或者通过确定连接至每一其它服务器收发器110的客户机收发器的数目来完成。该方法也可包括确定是否有其它服务器收发器可用于接受附加的客户机收发器(S610)。此外，该方法可包括，如果达到极限且有其它收发器可用则拒绝对附加客户机收发器连接的请求(S615)。而且，为了便于负载均衡，每一客户机收发器中的处理器425可为其服务器收发器110改变信道标识码。
如上所述，通过如此处所定义的电力线连网(PLN)的配电网络的数据通信可被用作对诸如例如以太网上的TCP/IP等更常规连网技术的替换方式。如此处所使用的，配电网络可被定义为电力线、接口、中继器、电路板、保护装置以及本领域普通技术人员所知的各种其它组件的互连结构以便传送电力。
在某些情况中，配电网络可以是高度复杂的，且可横跨很大的地理区域。某些配电网络可包含对某些高速数据通信可能产生反射和噪声问题的大量分支和互连。而且，因为某些配电网络可使用相对较低频率的AC信号，因此其相关联的电力线可能不足以被屏蔽来保护高频通信信号免受外部干扰。
不论任何潜在的缺点，PLN都可以是合乎需要的，因为可向受益于连网的装置提供来自配电网络的外部电力。从而，配电网络具有为数据通信提供已建立的低成本基础架构的可能。
如上所述，HomePlug标准可允许以太网兼容设备通过PLN通信。然而，HomePlug的操作可能受限于配电网络上的距离，而这可能限制包括某些工业在内的众多情况中的有效操作。此外，用于特定工业应用的某些装置(例如，大型电动机)可能会导致配电网络上的附加噪声，这潜在地降低了HomePlug操作的有效性。
图7示出根据本发明的另一实施例的示例性PLN 700。PLN 700可包括主机710和多个客户机装置720a-720n，它们均连接至电力线715。主机710可接收电力，并经由电力线715与客户机装置720a-720n通信。电力线715可以是更大的配电网络(未示出)的一部分。
通信可按照自组织的方式在主机710与客户机装置720a-720n之间进行。(本领域的普通技术人员可以理解，本发明不排除客户机装置720a-720n彼此直接或通过主机710交换数据。)如此处所使用的，“自组织”通信描述了客户机装置720a-720n中的每一个可通过其它客户机装置中继数据直到数据到达预期接收方的通信模式。在某些示例中，自组织指的是一个客户机装置在数据不经过接入点的情况下与另一客户机装置直接通信的能力。当客户机装置不仅彼此通信，而且用作接入点来转发数据时，这被称为网状网。在网状网中，如果客户机装置A想要向客户机装置C发送消息，则它可首先将消息传递给客户机装置B，后者然后将该消息发送给客户机装置C。通过使用自组织通信，电力线715上的数据通信可能延及比使用常规电力线连网技术所获取的大得多的距离。以下将更详细地描述PLN 700上的通信过程。
在某些示例中，PLN 700可以是自配置的。如此处所使用的，“自配置”可被定义为利用用于系统化PLN 700的过程来以自动化且动态的方式执行数据通信。通过自配置，PLN 700可能能够适用于改变数据通信网络的条件，诸如例如添加或移除一个或多个客户机装置720a-720n。
自配置可通过主机710向客户机装置720a-720n广播路由请求来启动。该广播可在周期性的基础上或在主机710未能接收预期消息的情况下从一个或多个客户机装置720a-720n进行。如此处所使用的，术语“广播”可被定义为将消息发送给连接至PLN 700的所有可用接收方(例如，客户机装置720a-720n)的过程。
可能处于主机710的接收范围中(即，通过电力线715与主机710直接联系)的所有客户机装置720a-720n可接收由主机710广播的初始路由请求，并存储主机710的地址。然后，客户机装置720a-720中的至少某一些(即，全部或少于全部)可为未从主机710接收到该初始广播的其它客户机装置720a-720n重新广播该路由请求。这些其它客户机装置可接收重新广播的路由请求，并存储对应于往主机710方向反向中的中继段(hop)的发送方客户机装置的地址。
如此处所使用的，术语“路径”可用于表示消息在PLN 715上采用的从发送方到接收方的整条路线。术语“中继段”可用于描述路径内的一个区段(segment)，其中区段是两个客户机装置之间的直接路线、或客户机装置与主机710之间的直接路线。在这种类型的通信中，客户机装置可仅存储往主机方向反向中的一个或多个客户机装置的地址。
如果客户机装置720a-720n接收一个以上路由请求，则它可记录对应于所接收到的第一个路由请求的发送方客户机装置的地址。或者，它可记录具有最强路由请求信号的发送方客户机装置的地址。该过程可重复其自身，直到PLN 700内的所有客户机装置720a-720n存储了它们各自的回到主机710的第一个中继段。客户机装置720a-720b中的每一个可响应于路由请求向主机710发回确认消息并追加寻址信息。随着确认消息被中继回主机710，每一中继客户机装置可追加其自己的地址信息。一旦在主机710处接收到确认消息之后，所追加的地址信息表示到客户机装置720a-720n的路径，且可被存储在路由列表中，使得主机710可与客户机装置720a-720n中的每一个联系。
在至少某些示例中，客户机装置720a-720n在PLN 700的适当区域中的布置可通过在电力线网络中建立冗余路径来实现一定级别的容错。冗余电力线网络的效率可通过对主机710编程来建立路由列表以包括到客户机装置720a-720n中每一个的多条路径而提高。以这种方式，如果主机710不能使用一条路径到达一特定客户机装置，则可从路由列表中选择另一路径来发送消息。
图8示出根据本发明的某些实施例的PLN 700的示例性主机710。主机710可以是个人计算机、或本领域普通技术人员已知的任何其它类型的控制器，它可管理PLN 700上的通信，并控制和/或监视客户机装置。主机710可以是例如如上所述的SCADA。主机710可包括可执行用于管理PLN 700以及用于控制和/或监视连接至PLN 700的客户机装置的指令的处理器810。指令和数据可被存储在存储器815和/或存储820中，并经由总线825往来于处理器820传递。存储在存储器815和/或存储820中数据的示例性类型可包括路由列表和其它网络配置数据。I/O接口830可用于与诸如显示器、键盘等用户接口装置交换数据。网络接口825可用于准备数据以便使用诸如例如TCP/IP等标准协议集传输，且它可通过总线825与处理器810通信。
电力接口850准备数据以便通过电力线715传输。电力接口850可使用诸如例如类似于HomePlug标准的方法等本领域普通技术人员已知的技术以数据来调制电力线信号。如图8中所示，电力接口850可以是对主机710外置的，或它可被包括在主机710内(未示出)。作为外部设备，电力接口850可使用诸如例如以太网上的TCP/IP等标准技术来与网络接口835交换数据。电力接口850也可具有电力线715的馈通以向主机710提供电力。
图9示出了根据本发明的某些实施例的在工业应用中使用的示例性电力线网络(PLN)900。主机710可通过AC配电盘920a连接至电力线715。本领域的技术人员可以理解，在该示例中，电力接口被包括在主机710内，尽管它也可置于主机710外部。AC配电盘920b分别通过PLN接口(PLNI)925a和925b将工业设备930a和930b连接至电力线715。AC配电盘920c分别通过PLNI 925c、925d和925e将工业设备930c、930d和930e连接至电力线715。AC配电盘920a、920b和920c可以是包括中继器、断路器、和/或安全装置的配电电路的集合，且各自可按照适当的配置来布线以便向其连接的主机(在配电盘920a的情况中)或工业设备(在配电盘920b和920c的情况中)供电。
PLNI 925a-925e可用于为其相应的工业装置930a-930e管理电力线数据通信，包括例如适当地中继和/或确认消息。PLNI 925a-925e可使用诸如例如以太网上的TCP/IP等相应的标准接口927a-927e接口至相应的工业设备930a-930e。将在以下详细讨论示例性PLNI 925a-925e。
PLN 900可在任何类型的工业设施中使用，包括例如用于制造/处理半导体、药品、汽车、食品等的设施。工业设备930a-930e可被配置成将用于基本上任何工业应用，包括例如半导体制造、药品制造、汽车制造、食品加工等。例如，工业设备930a-930e中的一个或多个可以是泵，诸如被配置成供在上述工业应用的任何一个中使用的泵。
进一步参考图9，以下描述了提供主机710与工业设备930a-930e之间的通信的示例性方法。当主机710向工业设备930a-930e发送消息时，它可沿由路由列表指定的路径发送该消息。例如，主机710可能想要命令工业设备930a和930e关机。因为至工业设备930的路径较短，因此关机消息可被直接发送到工业设备930a，而无需通过任何其它工业设备中继。至于工业设备930e，主机710可通过如由路由列表所指定的若干PLNI来路由该关机命令以到达工业设备930e。例如，来自主机710的消息在其到达PLNI 925e之前可通过PLNI 925b和925c中继。在某些示例中，对诸如关机命令等消息的中继可包括相继的PLNI 925b和925c中的每一个，例如将同一消息重新广播至路由列表中的下一PLNI。因此，例如当PLNI 925b接收针对PLNI 925e的关机命令时，它可仅将该关机命令重新广播给PLNI 925c。一旦诸如PLNI 925e等目的地PLNI确认对该消息的接收之后，主机710即无需重新发送或重新广播该消息。或者，当主机710命令工业设备930a和930e关机时，它可通过整个PLN 900广播该关机消息以及工业设备925a和925e的地址，使得该消息可如路由请求一般被中继给它们。
当工业设备930a-930e中的一个或多个向主机710发送消息时，它可通过相应的连网接口927a-927e将消息提供给相应的本地PLNI 925a-925e。如果它位于直接范围内，则本地PLNI可通过第一中继段将消息中继回主机710。如果本地PLNI超出直接范围，则消息在它到达主机710之前可通过其它PLNI中继。例如，当工业设备930e想要联系主机710时，它可经由连接927e通过其相应的PLNI 925e发送消息，该PLNI可通过至PLNI 925c的中继段来中继该消息。PLNI 925c又可通过PLNI 925b来中继该消息，PLNI 925b可将该消息中继回主机710。
在PLN 900中，主机710与工业设备930a-930e之间可交换通信。此外(或者作为替代)，工业设备930a-930e可彼此交换数据。在某些示例中，工业设备930a-930e中的至少某一些可通过主机710彼此交换消息。在一个实施例中，为了通过主机710通信，工业设备930a-930e中的任何一个可将具有包含所需接收方的身份的字段的消息发送给主机710。主机710可使用所需接收方作为收信人来重新广播该消息，并确认它被重新广播给发送方。此外，某些示例可允许工业设备930a-930e中的至少某一些通过将消息广播给一个或多个其它设备、然后通过PLN900中继该消息来将其发送给一个或多个其它工业设备以交换消息。例如，工业设备930a-930e中的任何一个可通过广播包含预期接收方地址的消息来与其它工业设备中的任何一个直接通信。其它的工业设备如果不是预期接收方，则可重新广播该消息。在一个实施例中，可通过例如将每一设备重新广播的计数限于某一数目n来控制可能较大数目的广播。此外，在一个实施例中，一旦预期的接收方接收到该消息之后，它可广播指示其它客户机停止广播该消息的“削除(kill)”消息。
图10示出根据本发明的某些实施例的示例性电力线连网接口(PLNI)925。具有叠加网络数据信号的电力信号可通过电力线715承载，且可接口至A/C电源耦合器1030。A/C电源耦合器1030可从电力线715上承载的信号中提取网络数据信号，或将网络数据信号叠加到电力线715上承载的信号上。对该提取/叠加操作的处理可由控制器1010协助，该控制器通过数据总线1020接口至A/C电源耦合器1030。从电力信号提取数据信号/将数据信号叠加到电力信号上可通过使用本领域普通技术人员所知的技术来完成，这些技术可包括例如HomePlug中所使用的技术。
网络接口1025可通过网络连接927向工业设备930发送所提取数据/从工业设备930接收所提取数据。网络连接927可以是本领域中已知的标准连网接口，诸如例如以太网上的TCP/IP。A/C电源耦合器1030可任选地具有馈电715′以向工业设备930供电。
控制器1010可使用通过总线1020提供的、存储在非易失性存储器1015中的指令来管理数据通信。非易失性存储器1015可用于存储关于网络配置的信息。例如，非易失性存储器可包括如上所述返回主机710的中继段的地址。
如图9中所示，PLNI 925a-925e位于其相应的工业设备930a-930e的外部。或者，PLIN 925a-925e物理上可被包含在其相应的工业设备930a-930e内，在这种情况中，其相应的连接927a-927e可以是卡型接口，诸如例如PCI卡或PCMCIA卡，且PLINI可采取标准PCI卡或PCMCIA卡的形式。本领域的技术人员可以理解，代替分开的卡型接口，连接927a-927e可在与工业设备930a-930e中任何一个相关联的工业设备控制板上整体形成。
电力线715可使用本领域普通技术人员所知的任何电气标准。例如，电力线715可承载单相交流电，或者它可承载三相交流电。A/C电源耦合器1030可被配置成接受任一种电力。由于三相电有时用于工业设置中所找到的机械，因此它可用于使用对应于每一相的所有三条电线来发送并接收通信数据。或者，仅使用三条中的一条电线来承载通信数据。对电线的选择可使用PLNI 925a-925b手动确定。这种选择可通过操作员使用位于PLNI 925a-925e上的开关来启动，或者相可通过PLN900来远程选择，使用主机710手动或自动启动。PLNI 925a-925e也可包括告知操作员三相中的哪一相正用于数据通信的指示符。
图11示出描述根据本发明的某些实施例的用于在电力线网络中通信的示例性方法的流程图。以下结合图7描述了该方法，但应理解，该方法可使用替换配置来实现。主机710和客户机装置720a-720n通过自配置来初始化PLN 700上的数据通信(S1105)。可以是主机710或任何客户机装置720a-720n中的任一个的源装置可通过至少一个中间客户机装置720i来发送数据消息(S110)。中间客户机装置720i可将消息中继给目的地装置，后者可以是任何客户机装置720a-720n或主机710中任一个(S1115)。
图12示出根据本发明的某些实施例的用于在电力线网络中初始化通信的示例性方法的流程图。自配置过程以主机710广播路由请求开始(S1201)。主机710范围内的邻近客户机装置接收该路由请求(S1205)。邻近客户机装置存储对应于返回主机710的一个中继段的地址(S1210)。邻近客户机装置将该路由请求重新广播给下一组客户机装置(S1220)。下一组客户机装置存储对应于返回主机710的一个中继段的发送邻近客户机装置的地址(S1225)。该过程重复，直到所有客户机装置720a-720n都接收到该路由请求(S1230)。在一个实施例中，当每一客户机装置(例如，720a-720n中的任一个)从主机710接收到消息之后，该客户机装置使用该消息所提供的路由信息向主机710确认对该消息的接收。这可允许主机710构建路由表。客户机装置对路由请求的重新广播可在该客户机装置重新广播该路由请求某一预定次数之后停止。或者，客户机装置可将路由请求仅广播给在它们之前已接收到该路由请求的那些客户机装置。因此，例如当客户机装置重新广播路由请求时，它使一计数器递增，并重新广播该经递增的计数器。当客户机装置接收到该路由请求时，它查看计数器且如果计数器高于最近所接收到(例如，在几秒钟或任何其它时间度量内接收到的)的计数器，则它简单地忽略它。或者，路由请求也可包括消息标识符，使得客户机装置知道它接收了同一路由请求两次。
图13示出利用冗余无线网络并为附加冗余性利用电力线网络的示例性组合网络1300。在该实施例中，服务器收发器110a-110c可具有至有线网络115的冗余物理连接。类似于上述图1中所示的实施例，服务器收发器至有线网络115的主要物理连接通过网线1310。如图1所述，服务器收发器110a-110c提供对位于公共区域130内的客户机设备120的冗余无线访问。
服务器收发器110也可通过利用电力线网络而具有至有线网络115的冗余后备连接。电力线网络类似于图7中所示的实施例，并如上所述。每一服务器收发器110a-110c分别耦合至电力线接口925a-c，这些接口又连接至电力线715。电力线715为服务器收发器110a-110c供电。
主机710可被配置成通过电力线715接收数据，并进而通过替换的网线1305接入有线网络115。主机710可监视网线1310的状态，且如果发生故障，则主机710可被编程来将受影响的服务器收发器切换成通过电力线715通信。受影响的服务器收发器然后将经由网线1305通过主机710接入有线网络115。这种切换可自动进行，使得客户机120可维持对有线网络115基本上连续的接入。
对本领域的技术人员而言，显然可对本发明的结构和方法进行各种修改和变化。因此，应理解本发明限于说明书中所述实施例。相反，本发明旨在覆盖修改和变化。
权利要求
1.一种用于提供冗余无线连网的系统，包括与有线网络直接相关联并被配置成在至少一个公共区域上提供无线网络接入的至少两个无线接入点；以及位于所述至少一个公共区域内且被配置成从所述至少两个无线接入点中选择一个别的无线接入点以便建立至所述有线网络的链接的至少一个收发器。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少两个无线接入点中的每一个具有唯一的固定标识符。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述至少一个收发器被配置成顺序扫描所述唯一固定标识符。
4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括多个收发器，其中所述收发器中的每一个被配置成通过以不同的数字顺序扫描所述标识符并基于一条件选择一唯一标识符来执行负载均衡。
5.如权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括多个收发器，其中所述收发器中的每一个被配置成扫描预定的优选唯一标识符。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个收发器被配置成基于最大信号强度、最高信号质量、以及最低误码率的至少其中之一来选择所述个别的无线接入点。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少两个无线接入点和所述至少一个收发器被配置成使用I.E.E.E.801.11无线连网协议、蓝牙无线连网协议、因特网协议、或HomePlug协议来通信。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括与所述有线网络相关联的控制器，其中所述控制器管理所述至少两个无线接入点。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述控制器在所述至少两个无线接入点之间执行负载均衡。
10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述至少两个无线接入点各自被分配由所述控制器管理的唯一标识符。
11.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少两个无线接入点中的每一个执行负载均衡。
12.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少两个无线接入点中的每一个包括包含指令的存储器；以及处理器，所述处理器执行所述指令以提供连接至其它无线接入点的收发器的数目；确定对附加收发器连接是否存在可用的另一无线接入点；以及如果达到预设的收发器数目且有至少一个其它无线接入点可用于附加收发器连接则拒绝对附加收发器连接的请求。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述至少两个无线接入点各自被分配由所述处理器控制的唯一标识符。
14.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述公共区域是工业设施，且所述至少一个收发器是工业设备。
15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述工业设施是半导体制造设施、药品制造设施、汽车制造设施、或食品加工设施。
16.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述工业设备是泵。
17.一种用于通过配电网络提供数据通信的系统，包括与至少一条电力线相关联、并被配置成通过所述至少一条电力线来管理自配置数据通信网络的主机；以及与所述至少一条电力线相关联、并被配置成通过所述至少一条电力线与所述主机通信的多个客户机装置；其中所述系统可被配置成使来自所述多个客户机装置中轭每一个的通信通过所述多个客户机装置中的至少一个其它装置来中继。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述主机被配置成经由所述至少一条电力线将路由请求广播到所述多个客户机装置并从所述多个客户机装置接收响应于所述路由请求的确认消息，其中所述确认消息内所包含的信息用于创建路由列表，且其中所述多个客户机装置中的每一个被配置成接收所述路由请求、存储与所述主机相关联的中继段、并通过所述网络重新广播所述路由请求。
19.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述主机被配置成基于包含关于至一特定客户机装置的路径的信息的路由列表来与所述特定客户机装置通信。
20.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述主机被配置成通过在所述网络上广播消息来与一特定客户机装置通信，其中所述消息包括与所述客户机装置唯一相关联的标识码。
21.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述系统被配置成使一个客户机装置通过所述主机在所述网络上与另一客户机装置通信。
22.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述系统被配置成使一个客户机装置通过广播路由请求并通过至少一个客户机装置将消息中继给目的地装置来与另一客户机装置通信。
23.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述网络还包括与所述多个客户机装置的至少其中之一相关联的工业设备。
24.如权利要求23所述的系统，其特征在于，所述工业设备是与半导体设施、药品制造设施、汽车制造设施、或食品加工设施相关联的设备。
25.如权利要求23所述的系统，其特征在于，所述工业设备是泵。
26.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述客户机装置使用自组织通信、I.E.E.E.801.11无线连网协议、蓝牙无线连网协议、因特网协议或HomePlug协议来与所述主机通信。
27.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述客户机装置与所述至少一条电力线被配置成在所述网络内提供冗余性。
28.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述至少一条电力线还包括三相交流电力线。
29.如权利要求28所述的系统，其特征在于，所述通信在所述三相电力线的每一相上进行。
30.如权利要求28所述的系统，其特征在于，所述通信在所述三相电力线的一个相上进行，其中所述一个相是手动选择和自动选择的一种。
31.如权利要求28所述的系统，其特征在于，所述客户机装置指示为通信使用了哪一相。
32.一种通过电力线提供数据通信的方法，包括通过自配置初始化电力线网络上的数据通信；通过所述电力线网络将数据从源装置提供给至少一个中间装置；以及通过电力线网络将所述数据从所述至少一个中间装置中继给目的地装置。
33.如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述初始化还包括由至少一个装置接收第一路由请求；在所述至少一个装置上存储返回主机的至少一个中继段；从所述至少一个装置重新广播另一路由请求；由至少一个其它装置接收所述重新广播的路由请求；以及在所述至少一个其它装置上存储返回所述主机的至少一个中继段。
34.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述重新广播重复，直到所述电力线网络上的所有装置均接收到相应的路由请求。
35.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述第一路由请求源自所述主机。
36.如权利要求35所述的方法，其特征在于，还包括向确认消息追加与每一装置相关联的路径信息；响应于所述路径请求通过返回至所述主机的所述至少一个装置中继所述确认消息；以及基于所述路径信息创建路由列表。
37.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述存储存储所接收到的第一路由请求、与最强信号相关联的路由请求以及与多个路由请求相关联的中继段的其中之一。
38.如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述源装置是主机，所述目的地装置是客户机，所述方法还包括向所述数据追加与所述客户机相关联的标识码；以及将所述数据和标识码从所述至少一个中间装置广播到所述客户机。
39.如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述源装置是主机，所述目的地装置是客户机，所述方法还包括通过包括所述至少一个中间装置的路径将所述数据从所述主机中继到所述客户机，其中所述路径由一路由列表指定。
40.如权利要求39所述的方法，其特征在于，还包括从所述客户机向所述主机发送确认；以及基于所述确认是否被接收来确定所述主机是否将通过一替换路径来中继所述数据。
41.如权利要求40所述的方法，其特征在于，所述替换路径基于所述路由列表。
42.如权利要求39所述的方法，其特征在于，还包括将新路由请求广播给所述至少一个中间装置；基于所述新路由请求创建一新路由列表；以及基于所述新路由列表确定一替换路径。
43.如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述源装置是客户机，所述目的地装置是主机，所述方法还包括通过包括所述至少一个中间装置的路径将数据从所述客户机中继到所述主机，其中所述路径的每一中继段是基于在每一中继段内发送所述数据的每一装置中所存储的信息。
44.如权利要求43所述的方法，其特征在于，还包括由每一装置在每一中继段内接收数据提供对每一装置在每一中继段内发送数据的确认；以及基于所述确认是否被接收来确定所述发送装置是否将通过一替换路径来中继所述数据。
45.如权利要求32所述的方法，其特征在于，还包括通过所述电力线网络提供冗余路径。
46.一种用于为工业应用提供冗余连网的系统，包括被配置成通过配电网络管理数据通信的主机；被配置成通过所述配电网络与所述主机通信的至少两个装置，其中来自所述装置中的每一个的通信通过所述至少两个装置的至少其中另一装置来中继；与所述至少两个装置直接相关联并被配置成在工业设施内提供无线网络接入的至少两个无线接入点；以及位于所述工业设施内的工业设备，其中所述工业设备被配置成从所述至少两个无线接入点中选择一个别的无线接入点来建立至所述配电网络的数据通信链接。
全文摘要
提供了用于冗余数据通信的系统和方法。在某些实施例中，冗余无线连网系统包括与有线网络直接相关联并被配置成在一个或多个公共区域上提供无线网络接入的至少两个无线接入点，以及其位置限于公共区域内的一个或多个收发器。某些实施例涉及用于通过电力线网络提供数据通信的系统，包括与一条或多条电力线相关联的主机，其中主机被配置成管理自配置数据通信网络；以及被配置成以自组织方式通过电力线与主机通信的多个客户机装置。某些实施例可在工业应用中使用。
文档编号H04W88/08GK101065935SQ200580040253
公开日2007年10月31日 申请日期2005年10月4日 优先权日2004年10月13日
发明者T·鲁塞尔 申请人:波克股份有限公司