用于设计自动化网络的方法

专利名称：用于设计自动化网络的方法
技术领域：
本发明涉及一种工业自动化网络；尤其是一种用于设计工业自动化网络的方法；一种自动化网络的网络组件；一种自动化网络和一种计算机能读取的存储介质。
背景技术：
自动化网络例如可以包括有线的通信组件和/或无线的通信组件。一个自动化网络包括至少一个自动化装置。自动化装置例如可以是计算机；PC和/或具有控制任务或者说控制能力的控制器。自动化装置尤其可以是例如工业自动化装置，其例如可以特别地设计、设定和/或设置用于控制和/或调节工业设备。特别地，这种自动化装置或者说工业自动化装置可以有实时能力，就是说能够实时地进行控制或者调节。为此，自动化装置或者说工业自动化装置例如可以包括实时操作系统，和/或至少此外还支持用于通信的有实时能力的通信协议(例如Profinet自动化总线；Profibus现场总线；Real-Time-Ethernet实时以太网)。工业自动化装置例如可以是可编程控制器；可编程控制器的一个模块或者一部分；集成到计算机或者PC中的可编程控制器以及相应的现场设备；传感器和/或执行器； 输入设备和/或输出设备或者用于连接在可编程控制器上的类似装置，或者包括上述这些
直O为了构造一个自动化网络可以使用多个通信网络。这些通信网络可以是无线的。 在这种情况下必须注意，不能让无线通信网络在通信过程中相互干扰。

发明内容
本发明的目的在于，提供一种改进的、用于设计自动化网络的方法。此外，本发明的目的还在于，提供一种自动化网络的改进的网络组件；一种改进的自动化网络和一种用于这种自动化网络的改进的存储介质。本发明的目的分别利用独立权利要求所述的特征得以实现。本发明的实施方式在从属权利要求中给出。—个自动化网络包括多个传感器和执行器。这些执行器和传感器被至少一个控制装置所控制。执行器、传感器和至少一个控制装置相互之间交换数据。为了交换数据使用自动化协议。至少一个控制装置这样控制执行器、传感器和数据交换，即，完成一个机械的制造工艺流程，在这个流程中例如生产出一种产品。从本发明的意义上来说，自动化协议应理解为每种根据本说明书设置、适于和/ 或设定用于与自动化装置的组件进行通信的协议。这种自动化协议例如可以是现场总线协议(例如遵从 IEC 61158/EN50170 标准)、Profi-Bus-DP 协议、Profi-Bus-PA 协议、 Profi-Net协议、Profi-Net-IO协议、符合AS-Interface总线系统的协议、符合ΙΟ-Link的协议、KNX协议、符合多点通信接口(MPI)的协议、用于点对点桥接(PtP)的协议、遵从S7通信规则的协议(其例如设置和设定用于与西门子公司的可编程控制器进行通信)或者还有工业以太网协议或实时以太网协议，或者其他用于与自动化设备进行通信的特殊协议。从本说明书的意义来说，自动化协议也可以设置为上述协议的任意组合。根据本发明，提供了一种用于设计自动化网络的方法，该自动化网络具有至少一个第一和第二无线通信网络。这个方法包括以下步骤。首先，确定第一无线通信网络的至少一个第一通道的至少一个第一频率范围和第二无线通信网络的至少一个第二通道的至少一个第二频率范围。该第一通道和第二通道分别具有一个中间频率。通道的中间频率是落在当前频率范围的中间的频率值。要注意的是，不仅要确定通道的中间频率，还要确定整个频率范围。换句话说，分别确定各个频率范围的频谱掩模(Spektralmaske)。频谱掩模限定在上限频率和下限频率处的当前频率范围，并且确定出，在下限频率和上限频率之间，对于下限频率和上限频率之间的频率的信号强度的最大值。一般情况下，一个频谱掩模从两个极限频率出发向中间升高。第一通道和第二通道的频谱掩模可以被测出和/或也通过标准来定义，和/或在当前通信网络的一个传输信号的组件的数据表中给出。优选地，频谱掩模由标准公知，并且因此可以在本发明的实施方式中用于设计网络。紧接着确定第一频率范围与第二频率范围的重叠。第一频率范围与第二频率范围的重叠相当于第一频率范围的频谱掩模与第二频率范围的频谱掩模的重叠。如果确定出了重叠，那么推移第一通道的中间频率和/或第二通道的中间频率。这个方法具有优点，这是因为，这样也会识别出第一频率范围的边缘范围中与第二频率范围的边缘范围的重叠。由此可以将第一通道和第二通道设置在对方附近，从而能够最优化地利用频谱，这是因为第一频率范围可以直接连接在第二频率范围上。已知的是， 在哪种频率下，第一通道的信号不允许超过哪种信号强度，这也完全适用于第二通道。于是，在最优化地利用频谱的情况下，避免了这两个通道之间的干扰。根据本发明的实施方式，第二无线通信网络利用一群具有第二频率范围的第二通道进行通信。这些第二通道的一个子群的第二频率范围至少部分地与第一频率范围重叠。 该第二通道的子群不用于在第二通信网络中传输数据。换句话说，第二网络设计用于通过多个第二通道传输数据。如果这些第二通道的一个子群的第二频率范围至少部分地与第一频率范围重叠，那么该第二通道的子群的第二通道不用于传输数据。也就是说通过不属于第二通道的子群的那些第二通道进行数据传输。换一种表述是，那些其第二频率范围与第一频率范围至少部分地重叠的第二通道不用于传输数据。这对于所谓的跳频系统特别具有优点。在这种跳频系统中，要进行传输的信息被依次分配到四个通道上。在这个时候总是只使用仅仅一个频道。由此得出，尽管每个通道有一个较小的带宽，但是对于全部信号有一个较大的带宽。例如蓝牙是一个这种跳频系统。这种方法同样地在所谓的直接序列扩展频谱(DSSS)方法中特别具有优点。在此， 直接序列中的信息通过“异或”O(OR)与扩展码相关联，并且紧接着在一个载体上进行调制。 直接序列扩展频谱法例如用在符合IEEE 802. 11标准的WLANs (无线局域网)和UMTS (通用移动通信系统)中。不用于在第二通信网络中传输数据的第二通道的子群可以手动地或者自动地确定。当手动确定时，该子群在设计过程期间由一个用户确定。当自动确定子群时，对第一和第二无线通信网络的频率范围进行分析，并且自动确定，哪些第二通道属于第二通道的子群。根据本发明的实施方式，对第一和第二通信网络的频率范围进行测量和/或通过规格得以确定。这种规格例如存在用于无线局域网(WLAN)或者蓝牙。根据本发明的实施方式，第一无线通信网络具有第一网络覆盖范围。第二无线通信网络具有第二网络覆盖范围。各个网络覆盖范围在考虑到各个网络的空间环境的情况下被模拟。对网络覆盖范围进行模拟不仅要考虑第一值作为用于通过终端设备从中央网络节点接收到的第一信号的质量的衡量标准，还要考虑第二值作为用于通过中央网络节点从终端设备接收到的第二信号的质量的衡量标准。在进行模拟的时候，不仅对于第一通信网络而且对于第二通信网络，即对于每个空间点，都要考虑第一值和第二值作为用于第一信号和第二信号的质量的衡量标准。在进行模拟时要考虑到空间环境情况。这就是说，例如能够影响信号传输的墙壁、机器，或者还要考虑对于模拟的遮盖物，这是因为它们会削弱通信网络的信号。每个通信网络具有一个中央网络节点。其例如可以是无线局域网路由器。终端设备在这里理解为能够从某个网络节点接收信号并且向某个网络节点发射信号的设备。于是，为了进行模拟不仅要考虑从网络节点发射到终端设备的信号的接收质量，也要考虑从终端设备发射到网络节点的信号的接收质量。不仅对于第一通信网络来说是这样，对于第二通信网络来说也是这样。如果例如网络节点具有较高的发射功率或者具有定向天线，那么终端设备和网络节点上的接收质量可能不同。那么具有优点的是，也考虑从终端设备发射到网络节点的信号的接收质量。如果例如该网络节点具有比终端设备更高的发射强度，那么就有可能在某个特定的地点，网络节点的信号能够被终端设备以足够好的质量接收。应该从终端设备传输到网络节点的信号反之却不能被网络节点接收，这是因为终端设备具有更低的发射功率。于是，通过进行模拟，对于每个地点都考虑到的是，由终端设备接收到的信号的接收质量可能与由网络节点接收到的信号的接收质量不同。本发明的实施方式于是涉及一种用于设计通信网络的方法。通信网络具有网络覆盖范围。这个网络覆盖范围在考虑到通信网络的空间环境的情况下被模拟。对网络覆盖范围进行模拟不仅要考虑第一值作为用于通过终端设备从中央网络节点接收到的第一信号的质量的衡量标准，还要考虑第二值作为用于通过中央网络节点从终端设备接收到的第二信号的质量的衡量标准。该方法可以应用在自动化网络的第一和第二无线通信网络中。根据本发明的实施方式，为了对网络覆盖范围进行模拟，将第一值与第二值进行比较，并且使用较小值用于对网络覆盖范围进行模拟。这样做具有优点，这是因为这样总是为模拟使用较差的接收质量，并且因此能够确定出网络覆盖范围中可能的空隙，即使这些空隙只在一个信号方向上出现。根据本发明的实施方式，为了设计自动化网络使用一种模拟计算机程序。根据本发明的实施方式，该模拟计算机程序在计算机上执行，并且计算机具有用于可视信息的输出设备。这些可视信息包括空间上的网络覆盖范围。地点处的较小值的大小通过在这个地点处的终端设备和中央网络节点之间的彩色的线来表示。计算机的可视信
6息的输出设备例如可以是显示器。用彩色的线特别具有优点，因为它为用户清楚表示出了这个地点上信号的接收质量如何。该用户于是获得模拟结果的一个简单示图。从另一个方面来说，本发明涉及一种自动化网络的网络组件，具有用于确定第一无线通信网络的至少一个第一通道的至少一个第一频率范围和第二无线通信网络的至少一个第二通道的至少一个第二频率范围的装置。第一通道和第二通道分别具有一个中间频率。此外，该自动化网络具有用于确定第一频率范围与第二频率范围的重叠的装置，并且具有用于在确定出了重叠的情况下推移第一通道的中间频率和/或第二通道的中间频率的
直ο在另一个方面，本发明还涉及一种具有指令的计算机能读取的存储介质，这些指令在一个具有至少一个第一和第二无线通信网络的自动化网络中执行时，让该自动化网络执行以下方法流程。首先，确定第一无线通信网络的至少一个第一通道的至少一个第一频率范围和第二无线通信网络的至少一个第二通道的至少一个第二频率范围。第一通道和第二通道分别具有一个中间频率。然后确定第一频率范围与第二频率范围的重叠。如果确定出了重叠，那么推移第一通道的中间频率和/或第二通道的中间频率。在另一个方面，本发明还涉及一种网络节点，就像例如一个路由器、一个通信网络。通信网络具有网络覆盖范围。这个网络覆盖范围在考虑到通信网络的空间环境的情况下被模拟。对网络覆盖的模拟不仅要考虑第一值作为用于通过终端设备从中央网络节点接收到的第一信号的质量的衡量标准，还要考虑第二值作为用于通过中央网络节点从终端设备接收到的第二信号的质量的衡量标准。不言而喻地，这个方法可以应用在自动化网络的第一和第二无线通信网络中。在另一个方面，本发明还涉及一种具有指令的计算机能读取的存储介质，这些指令在一个通信网络的一个网络节点中执行时让网络节点执行以下方法流程。通信网络具有网络覆盖范围。这个网络覆盖范围在考虑到通信网络的空间环境的情况下被模拟。对网络覆盖范围的模拟不仅要考虑第一值作为用于通过终端设备从中央网络节点接收到的第一信号的质量的衡量标准，还要考虑第二值作为用于通过中央网络节点从终端设备接收到的第二信号的质量的衡量标准。不言而喻地，这个方法可以应用在自动化网络的第一和第二无线通信网络中。要注意的是，不仅可以根据本发明的实施方法设计自动化网络，还可以设计其他网络，例如家庭网络或者办公室网络。


然后，本发明的实施方式参照附图得到更详细的阐述。其示出图1是至少一个通信网络的多个通道的多个频率范围的图解示图；图2是第二通信网络的多个通道的多个频率范围的图解示图，其中，第二通道的一个子群的频率范围至少部分地与第一通道的第一频率范围重叠；图3是模拟可视化的示意图；图4是自动化网络的网络组件的框图，该组件可以用于设计该自动化网络；和图5是一种用于设计自动化网络的方法的流程图。以下附图的相互一致的元件用相同的附图标记来标识。
具体实施例方式图1是多个频率范围100，102，104，106的图解示图。水平的X轴代表频谱，垂直的Y轴等同于信号强度I。图1中的图解即示出取决于频率f的信号强度I。示出了四个频率范围100至106，其中，第一通道的第一频率范围100不与任何其他频率范围重叠。第二频率范围102在上限范围108中与频率范围104的下限范围110重叠。频率范围104的上限范围112与频率范围106的下限范围114重叠。频率范围100至106也可以被称为频谱掩模。频率范围100至106表示对于各个通道来说取决于信号频率的最大可用信号强度。 例如通过使用频率范围100的通道传输的一个信号可能在频率范围100的界限内占用每个频率。但是这个信号不必占用每个频率。于是这个信号也仅仅以频率范围100内的一个唯一的频率传输，或者以频率范围100内的多个频率传输。然而信号的强度在此不允许超过频率范围100的上限。对于频率范围102至106和所归属的通道而言同样也是如此。根据本发明的实施方式，范围108至114内的重叠由自动化网络的网络组件识别。 该网络组件例如可以是计算机，其用于设计网络。对重叠范围108至114的识别可以自动实现，或者手动地在计算机上输入。频率范围100至106可以或者是被测量，通过规格和/ 或标准被定义，和/或在传输信号的网络组件的数据表中提供。传输信号的网络组件例如可以是网络路由器，例如无线局域网路由器。可替换地或者额外地，范围108至114内的重叠在对自动化网络进行模拟时被识别。根据本发明的实施方式，这样推移频率范围102至106的中间频率，也就是使得边界范围108至114不再重叠。例如可以是将频率范围102的中间频率向左推移，即推向一个更低的频率。频率范围102的中间频率可以在图解中一直向左推移，直到频率范围102 的下限116邻接频率范围100的上限118。可以这样同样地移动频率范围104和106。频率范围104和106的中间频率被这样推移，直到频率范围100至106不再在频谱的任何位置上重叠。通过以下方式，即，为了进行设计不仅考虑到中间频率，还考虑到全部频率范围 100至106，就可以最优化地利用该频谱。在频率范围100至106之间不需要有不能用于信号传输的空余空间。如果不能在一个频带内这样安排频率范围100至106，即，让频率范围100至106
没有任何地方重叠，那么可以允许两个或者多个频率范围重叠。优选地对于某些频率范围允许重叠，在这些频率范围中，由于存在重叠可能会有最小的干扰。可替换地或者额外地， 可以将一个或者多个频率范围推移到另一个频带中。图加是一群频率范围200和频率范围202的图解示图。频率范围202的一个子群204至少部分地与频率范围202重叠。在图2b中仅仅示出了频率范围群200中的那些用于传输信号的频率范围。子群204不用于传输信号，这是因为这些频率范围至少部分地与频率范围202重叠。于是避免了群200的频率范围与频率范围202重叠。频率范围群200 例如可以是跳频网络的频率范围的群。例如蓝牙就是这种情况。在这里，为了传输信号仅使用一个频率范围。但是为了每次信号传输所使用的频率范围都重新从频率范围200的群中选出。根据本发明的实施方式，子群204不用于传输信号，这是因为子群204的频率范围至少部分地与频率范围202重叠。仅使用子群206的频率范围。子群206由一点也不或者完全不与频率范围202重叠的频率范围构成。图3是模拟信号强度的一个可视化可能方案的示意视图。终端设备300例如可以在地点P. 1，P.2，P.3或P.4处。然后，在考虑到网络的空间环境的情况下，模拟从网络节点 302到地点P. 1至P. 4处的终端设备300的信号传输，和从地点P. 1至P. 4处的终端设备 300到网络节点302的信号传输。以彩色形式例如在线304，306，308，310的帮助下为用户示出在当前地点P. 1至P. 4处所接收到的信号强度如何。这例如可以在计算机显示器上示出。此外，一方面模拟将信号从网络节点302传输到在地点P. 1至P. 4处的终端设备300， 并且在那里被终端设备300所接收。然后模拟了，将信号从在地点P. 1至P. 4处的终端设备300传输到网络节点302。这两个值中的较低值为用户用彩色的线304至310表示。较低值例如可以用红色表示，较高值例如用绿色表示。分别显示两个模拟值的较低值。如果网络节点302具有比终端设备300更高的发射功率，则就用彩色表示在网络节点302处的信号接收强度。这样就防止了在设计网络时，虽然在某个特定地点处接收到的网络节点302 的某个信号的信号强度足够，但是由网络节点302接收到的、之前由终端设备300发射的信号的信号强度不足。图4是自动化网络402的网络组件400的框图。自动化网络402例如还可以包括其他自动化网络组件，例如工业机器或者控制设备。但是这些组件没有在图中示出。网络组件400用于设计该自动化网络402。其例如可以是用于设计自动化网络402的计算机。在这里针对网络组件400所描述的方法也能够在模拟自动化网络期间由计算机实施。网络组件400包括至少一个数据存储器404，其中存储了具有程序指令的程序 406。此外，该网络组件400包括至少一个处理器408，其设计用于执行程序406。网络组件 400同样包括一个屏幕410，其设计用于为网络组件400的用户可视化地显示出数据。此外，该网络组件400具有用于确定至少一个通信网络的至少一个第一通道的至少一个第一频率范围的装置。其例如可以是用于测量频率范围的天线。可替换地，其也可以是让用户可以向该网络组件中输入数据的装置，例如一个键盘。这位用户就可以在这个键盘的帮助下在网络节点400处输入一个或多个相关频率范围的数据。该用户可以或者从标准中或者从规格中得知这些数据，或者在网络402的网络组件的数据表中为该用户提供这些数据。在运行时，处理器408执行程序406。这样就确定了第一无线通信网络的至少一个第一通道的至少一个第一频率范围和第二无线通信网络的至少一个第二通道的至少一个第二频率范围。确定过程可以如上面描述的那样或自动实现，或由用户输入对于这种确定相关的数据。紧接着，处理器通过执行程序406确定第一频率范围与第二频率范围的重叠情况。通过程序406的程序指令，让处理器408在这种情况下用于推移第一通道的中间频率或者推移第二通道的中间频率。可替换地可以推移两个中间频率。图5是一种用于设计自动化网络的方法的流程图。在第一步骤Sl中，确定第一无线通信网络的至少一个第一通道的至少一个第一频率范围和第二无线通信网络的至少一个第二通道的至少一个第二频率范围。紧接着，在步骤S2中确定这两个频率范围的重叠。 如果确定出有重叠，那么在第三步骤S3中推移第一通道的中间频率和/或第二通道的中间频率。这样实现推移，即，让这两个频率范围不再有重叠。
参考标号表
100频率范围102频率范围
104频率范围106频率范围
108上限范围110下限范围
112上限范围114下限范围
116下限118上限
200频率范围群202频率范围
204子群206子群
300终端设备302网络节点
304线306线
308线310线
400网络组件402自动化网络
404数据存储器406程序
408处理器410屏幕
412用于进行确定的装置
权利要求
1.一种用于设计自动化网络G02)的方法，所述自动化网络具有至少一个第一和第二无线通信网络，其中，所述方法包括以下步骤-确定(Si)所述第一无线通信网络的至少一个第一通道的至少一个第一频率范围 (100 ；102 ；202)和所述第二无线通信网络的至少一个第二通道的至少一个第二频率范围 (104 ； 106)，其中，所述第一通道和所述第二通道分别具有一个中间频率；-确定(S2)所述第一频率范围与所述第二频率范围的重叠(108 ；110 ；112 ； 114)；如果确定出了重叠，那么推移(S； )所述第一通道的中间频率和/或所述第二通道的中间频率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二无线通信网络利用一群(200)具有第二频率范围的第二通道进行通信，并且其中，所述第二通道的一个子群O04)的第二频率范围至少部分地与第一频率范围重叠，并且其中，所述第二通道的子群不用于在所述第二通信网络中传输数据。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述频率范围被测量和/或通过规格被确定。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一无线通信网络具有第一网络覆盖范围，并且所述第二无线通信网络具有第二网络覆盖范围，其中，各个网络覆盖范围在考虑到各个通信网络的空间环境的情况下被模拟，并且其中，对所述网络覆盖范围进行模拟不仅要考虑第一值作为用于通过终端设备从中央网络节点接收到的第一信号的质量的衡量标准，还要考虑第二值作为用于通过所述中央网络节点从所述终端设备接收到的第二信号的质量的衡量标准。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，为了对所述网络覆盖范围进行模拟，将所述第一值与所述第二值进行比较，并且使用较小值用于对所述网络覆盖范围进行模拟。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，为了设计所述自动化网络使用模拟计算机程序(406)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述模拟计算机程序在计算机(400)上执行，并且所述计算机具有用于可视信息的输出设备，其中，所述可视信息包括空间上的网络覆盖范围，并且其中，地点(P. 1 ;P. 2 ;P. 3 ;P. 4)处的较小值的大小通过在所述地点处的所述终端设备和所述中央网络节点之间的彩色的线来表示。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述模拟计算机程序在计算机上执行，并且所述计算机具有用于可视信息的输出设备G10)，其中，所述可视信息包括空间上的网络覆盖范围，并且其中，地点的较小值的大小通过彩色的像素来表示。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述模拟计算机程序在计算机上执行，并且所述计算机具有用于可视信息的输出设备G10)，其中，所述可视信息包括频率范围，并且其中， 所述频率范围表示为在一个频谱中的多个图块。
10.一种自动化网络的网络组件000)，具有-用于确定第一无线通信网络的至少一个第一通道的至少一个第一频率范围和第二无线通信网络的至少一个第二通道的至少一个第二频率范围的装置G12)，其中，所述第一通道和所述第二通道分别具有一个中间频率；-用于确定所述第一频率范围与所述第二频率范围的重叠的装置G08)；-用于在确定出了重叠的情况下推移所述第一通道的中间频率和/或所述第二通道的中间频率的装置008)。
11.一种自动化网络002)，具有至少一个第一和第二无线通信网络；和一个根据权利要求10所述的网络组件。
12.—种具有指令(406)的计算机能读取的存储介质004)，所述指令在一个具有至少一个第一和第二无线通信网络的自动化网络中执行时，让所述自动化网络执行以下方法流程-确定所述第一无线通信网络的至少一个第一通道的至少一个第一频率范围和所述第二无线通信网络的至少一个第二通道的至少如果确定出了重叠，那么推移所述第一通道的中间频率和/或所述第二通道的中间频率。
全文摘要
本发明涉及一种用于设计自动化网络(402)的方法，该自动化网络具有至少一个第一和第二无线通信网络，其中，所述方法包括以下步骤确定(S1)第一无线通信网络的至少一个第一通道的至少一个第一频率范围(100；102；202)和第二无线通信网络的至少一个第二通道的至少一个第二频率范围(104；106)，其中，第一通道和第二通道分别具有一个中间频率；确定(S2)第一频率范围与第二频率范围的重叠(108；110；112；114)；如果确定出了重叠，那么推移(S3)第一通道的中间频率和/或第二通道的中间频率。
文档编号H04W16/14GK102340780SQ20111019471
公开日2012年2月1日 申请日期2011年7月12日 优先权日2010年7月13日
发明者延斯·格雷布纳, 弗兰克·福尔克曼, 托马斯·塔拉尼斯, 马丁·孔斯 申请人:西门子公司