[发明专利]对输送安全系统的混合通信网络中的数据传输进行调度的方法和其中的固定节点

说明书

相关申请

本美国专利申请是Guo等人在2010年12月9日提交的美国专利申请12/964283“Synchronous Data Transmission in Hybrid Communication Networks for Transportation Safety Systems”的部分继续申请，通过引用将其并入这里。

技术领域

本发明一般地涉及用于输送安全系统的通信网络，并且更具体地，涉及包括有线固定节点和无线移动节点的混合通信网络中的数据分组的调度传输。

背景技术

输送安全系统中的数据通信要求高可靠性和低延迟性。例如，国际电工协会（IEC）已经对于电梯系统中的通信网络设置了严格的安全和可靠性要求。仅允许在大约10¹⁵个安全相关分组中存在一个错误。对于高优先级分组的延迟要求能够短至几毫秒。

传统的安全系统通常具有连接到专用有线通信网络的节点（收发器）。例如，为了在电梯系统中在控制器与轿厢之间发送安全分组，位于电梯井中的笨重的通信线缆连接到可移动轿厢。

近来，无线通信技术已经应用于安全系统以减少成本并增加可扩张性。基于通信的列车控制（CBTC）是一个示例。安全系统中的通信网络通常包括诸如用于CBTC系统的线路侧节点的多个固定节点以及布置在列车车厢内的多个移动节点。固定节点经由诸如以太网的有线网络连接。固定节点也能够无线地发送和接收（收发）数据。

用于安全系统的控制器通常经由有线接口连接到至少一个固定节点。分组被经由有线接口从控制器发送到固定节点，并且经由有线网络逐段中继到所有其它固定节点。然后，固定节点使用无线网络将分组再发送给移动节点。移动节点经由无线网络将分组通信给固定节点。固定节点接收数据，并且然后经由有线网络将该数据中继给连接到控制器的固定节点。连接到控制器的固定节点然后经由有线接口将数据发送给控制器。

然而，现有的CBTC系统的规格在某些方面还存在不足。由于使用了传统的载波监听多路访问（CSMA）用于无线网络以及移动节点处的切换处理使得延迟处于秒的数量级。另外，消息错误率能够高达10^-8。

因此，需要开发一种用于安全系统的通信网络，其实现了更高的可靠性（例如，10^-15的消息错误率）以及几毫秒的延迟。

发明内容

本发明的实施方式提供了多段混合通信网络中的数据传输的调度方法，从而为输送安全系统实现了高可靠性和低延迟。

附图说明

图1A是根据本发明的实施方式的用于安全系统的多段混合无线通信网络的示意图；

图1B是根据本发明的实施方式的从固定控制器发送到移动节点的下行分组的行进时间的示意图；

图1C是根据本发明的实施方式的从移动节点发送到控制器的上行分组的行进时间的示意图；

图2是根据本发明的实施方式的飞行时间的示意图；

图3是根据本发明的实施方式的调度固定长度下行数据间隔和上行数据间隔的示意图；

图4A是根据本发明的实施方式的动态地调度可变长度下行数据间隔的示意图；

图4B是根据本发明的实施方式的动态地调度可变长度上行数据间隔的示意图；

图5是根据本发明的实施方式的当控制器和固定节点具有专用下行和上行传输信道时调度下行数据间隔的示意图；

图6A是根据本发明的实施方式的基于分组行进时间和分组延迟要求的下行分组排队时间的示意图；

图6B是根据本发明的实施方式的基于分组行进时间和分组延迟要求的上行分组排队时间的示意图；以及

图7是下行数据间隔内调度用于传送的多个下行数据分组的示意图。

具体实施方式

如图1A中所示，多段混合通信网络100包括有线网络101和无线网络102。混合网络能够用于高可靠性和低延迟通信。有线网络包括一组m+1个固定节点FN₀、FN₁、FN₂、…、FN_m。节点被顺序地布置使得具有较低标号的前一固定节点之后是具有较高标号的下一固定节点。即，节点在时间上顺序地发送和接收分组。