診斷通信連接的方法、電子部件和系統的製作方法

2023-08-13 14:37:11 2

專利名稱：診斷通信連接的方法、電子部件和系統的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及數據傳輸，尤其是涉及一種用於診斷通信連接的方法、電子部件和系統。
背景技術：
用於診斷通信連接的系統是公知的，例如在乙太網領域公知的系統、該系統針對數據包長度、錯誤數據包的數量或其它的參量對銅連接或在下文中也被稱為LWL(光波導) 連接的光纖連接進行分析，並且經過適當的診斷接口、例如集成的Web伺服器或SNMP (簡單網絡管理協議)提供數據。這些系統例如也用於在聯絡母線(Interbus)中的LffL診斷或者用於診斷藍牙無線連接，其中典型地不只是估算錯誤，而且還可以報告通信信號的發射和接收功率。例如DE 101 19 151 Al公開了一種診斷裝置，用於具有不依賴於控制的信息傳輸的現場總線(Feldbus)，其中診斷數據的傳輸經過SPS輸入/輸入總線和位於SPS (可編程存儲器的控制)中的接口進行。所有這種系統局限於-如乙太網診斷的情況-單純的錯誤計數，或如在聯絡母線 LffL診斷和藍牙無線診斷的情況下那樣允許提前由已經出現的錯誤得出關於尚即將發生的錯誤或原因的結論。對於所有系統共同的是，都提到對於通信連接的無故障運行而言必要的診斷數據的極限值，所有系統都僅僅針對真正的「最壞情況(Worst Case)」極限值，這些極限值表示一個參量與正常狀態的偏差的程度，這種程度剛好還不危及系統的功能。在某些測量參量或由這些測量參量導出的參量的最壞情況極限值之內，典型地，各系統無錯誤的功能與此相應地得以保障。某些錯誤，例如不良的插頭包裝(Stecker-Konfektionierung)或不良的電纜布線，可能使得這些錯誤在基於最壞情況極限值分析時識別不出，因為這些錯誤暫時只對傳輸質量造成微小的損害。

發明內容
本發明的任務在於指出一個可以改善通信連接診斷的途徑。本發明的任務尤其在於，指出如何可以在通信系統中識別在基於最壞情況極限值分析時通常無法識別的錯誤。該任務通過根據權利要求1的一種方法、根據權利要求12的一種電子部件以及依照權利要求13的一種系統來解決。有益的實施形式和擴展方案由各從屬權利要求給出。發明者認識到，通信系統中很多可能的錯誤可能「隱藏」在系統的最壞情況極限值之內。這種情況可能出現，因為例如LWL發射器、LWL接收器或LWL電纜這樣的典型部件一般要明顯好於規定的極限值，因此一個部件中的錯誤，例如在LWL電纜處的不良的插頭包裝，可能通過特別好的發射器和接收器而被「隱藏」起來。這雖然一般暫時不會造成問題， 因為線路段在可靠的範圍內運行，但是該錯誤不能通過最壞情況觀察而被發現並且之後可能導致該線路段或通信連接停止運行。為了識別出這些可能的錯誤，本發明提出將一種統計數學方法應用到診斷數據上，以便確定優選為新的、更符合真實性的極限值。與此相應，根據本發明的用於在通信系統中診斷通信連接的方法包括提供多個第一診斷單元和至少一個第二診斷單元，其中第一和第二診斷單元分別被分配給通信系統的至少一個通信連接並且被構造用於確定各自分配的通信連接的至少一個診斷參量的數值；通過第一診斷單元中的每一個診斷單元確定至少一個診斷參量的數值；通過所述至少一個第二診斷單元確定至少一個診斷參量的數值；將通過第一診斷單元確定的數值傳輸到分析單元；通過分析單元統計分析所傳輸的數值；並且根據分析單元所進行的統計分析診斷由所述至少一個第二診斷單元所確定的數值。通信系統的通信連接根據使用目的可以是無線或有線的，並且可以例如包括光纖或銅電纜。在通信系統內的通信可以例如基於乙太網、聯絡母線或藍牙標準其中之一。然而也可以使用其它適合的通信標準中的任一個標準。統計分析以有益的方式通過標準診斷軟體由各通信系統類型能夠使用的診斷單元執行。特別優選地，通過分析單元進行的統計分析包括確定至少一個診斷參量的上極限值和/或下極限值以及診斷包括由所述至少一個第二診斷單元確定的數值與該上極限值和/或下極限值的比較。有益地，確定這樣一個數值作為至少一個診斷參量的上極限值或下極限值，即相應診斷參量的由第一診斷單元確定的數值的預定的部分低於或高於該數值。根據錯誤類型和所觀察的診斷參量，該預定的部分優選地低於100%，尤其是低於95%，尤其是低於 90 %，尤其是低於85 %，尤其是低於80 %。與此相應，統計分析有益地提供這樣一個數值作為極限值，即所有安裝的通信連接的預定的部分-例如80%-都保持該數值。超出這種極限值的數值雖然通常還是處於由最壞情況極限值定義的系統規格之內，但是有很高的概率涉及有錯誤的通信連接。優選地，通過分析單元進行的統計分析也可以包括確定至少一個診斷參量的平均值。為了進行這種分析，包含該分析單元的裝置優選地將通信系統所有供使用的通信連接的所確定的所有診斷數據存入資料庫中。特別有益地，不斷地將新的通信連接一起列入到分析的範圍之內。與此相應，該方法優選地規定，以預定的時間間隔和/或在通信系統的配置改變時反覆地執行對診斷數據的確定和傳輸、以及統計分析和診斷。這樣，以有益的方式，通過統計分析而確定的極限值和/或平均值隨著時間推移而改變並且因此反映通信系統中的實際情況-明顯優於使用最壞情況極限值時的情形。在典型地例如應用於乙太網、聯絡母線或無線連接的雙工通信連接中，特別優選地將同一個通信連接的兩個通信方向-例如同一個LWL電纜的饋線和回線-的診斷數據彼此比校。以有益的方式，可以由兩個方向上診斷數值彼此間較大的偏差而推斷出錯誤，因為考慮到例如在一條電纜內相同的環境條件和通信參數較小的偏差，在同一個傳輸路徑中出現差別是不可能的。與此相應，該方法有益地規定，對於具有第一和第二數據方向的至少一個雙工通信連接為第一數據方向確定至少一個診斷參量的第一數值並且為第二數據方向確定至少一個診斷參量的第二數值，其中診斷包括第一和第二數值彼此間和/或與通過統計分析而確定的上極限值和/或下極限值和/或平均值的比較。不同傳輸系統可能的診斷參量包括例如LWL或無線連接的發射功率和接收功率、 各個通信連接的線路段長度、誤比特率、校驗和錯誤率、信號通過傳輸介質的衰減、可能的傳輸帶寬、以及所述可能的診斷參量隨時間發生的改變。某些診斷參量的改變速度可以推斷系統部件不尋常的老化。引起衰減的傳輸介質在光傳輸的情況下是相應的LWL，在無線傳輸時是空氣。在具有低通濾波器特性的光纖中，帶寬對應於這樣一個調製頻率，即在該調製頻率時光功率與頻率為零時的數值相比光學地下降了 50%或3dB。分析單元可以優選地設置在通信系統的中央裝置中用於中央的錯誤監控。在另一個優選的實施形式中，分析單元被設置在第二診斷單元中，因此統計分析直接在診斷單元中進行。特別有益地，在通信系統中使用的診斷單元中的每一個還可以包括分析單元並且對由相應的其它診斷單元確定的診斷數據進行統計分析並且據此對由其自己所確定的診斷數據進行診斷。本方法特別有益地被設計用於識別典型地通過最壞情況分析無法識別的預定錯誤類型。為此目的優選地，為了診斷預定的錯誤類型，為至少一個診斷參量定義對於與相應診斷參量的通過統計分析而確定的平均值的偏差的極限值。根據本發明的電子部件被構造用於實施上述方法，並且包括接收單元，用於接收通信系統中大量通信連接的至少一個診斷參量的數值；用於存儲所接收數值的存儲器；以及分析單元，用於統計分析所有所接收的數值以及用於根據統計分析而診斷至少一個所選出的通信連接所接收的數值。根據本發明的通信系統被構造用於實施上述方法，並且包括多個通信連接；多個診斷單元，所述診斷單元分別被分配給至少一個通信連接並被構造用於確定各自分配的通信連接的至少一個診斷參量的數值；以及至少一個分析單元，其中診斷單元被構造用於將所確定的至少一個診斷參量的數值傳輸到至少一個分析單元，並且該分析單元被構造用於對所有所接收的數值進行統計分析並且根據該統計分析診斷至少一個所選出的通信連接所接收的數值。此外優選地，電子部件和通信系統被構造用於實施上述根據本發明方法的有益的和/或優選的實施形式。


下面結合優選的實施形式並參照附圖對本發明作進一步地說明。此外，在附圖中相同的標號表示相同的或相似的部分。其中圖1示意性地示出了根據本發明的一個示例性的基於聯絡母線標準的通信系統的一種優選實施形式，和圖2示出了診斷單元的一種示例性的實施形式的示意圖。
具體實施例方式圖1顯示了一個示例性的通信系統10，該通信系統例如被構造為聯絡母線系統， 該聯絡母線系統包括主裝置11作為總線用戶，其中從裝置12、13、14和15連接到該主裝置上。在所示的例子中，相鄰的總線用戶分別經過光學雙工連接而彼此連接。每個光學雙工連接包括兩個LffL連接，其中示範性地對於總線用戶13與14之間的連接用標號31和32 表示這兩個LffL連接。在總線用戶中設置多個診斷單元21至觀，其中為每個診斷單元至少分配一個LWL連接，並且診斷單元分別被構造用於監控至少一個例如發射或接收功率或分配的LWL連接的帶寬這樣的預定的診斷參量並且將相應的診斷數據傳輸到分析單元。從診斷單元21至洲接收診斷數據並對這些數據進行統計分析的分析單元42 可以優選地設置在主裝置11中。作為替代地或附加地，也可以在與通信系統10重疊 (Uberlagert)的通信系統的中央裝置40中設置分析單元41，其中中央裝置經由與主裝置 11的連接35接收診斷單元21至觀的診斷數據，其中數據連接35隻是為了簡化而表示為直接通信連接。主裝置11也可以經由未示出的、重疊的通信網絡與中央裝置40連接。在另一個優選的實施形式中，設置在通信系統10中的診斷單元21至28中的一個、多個或所有的診斷單元也可以接收相應的其它診斷單元的診斷數據並且包括用於統計分析這些診斷數據的分析單元。分析單元41、42或布置在診斷單元中的分析單元統計地分析所接收的診斷數據， 並且根據該統計分析的結果對由至少一個診斷單元21至觀確定的數值進行診斷。為至少一個診斷參量優選確定至少一個極限值或平均值作為統計分析的結果，將所選出的診斷單元的診斷數據與該極限值或平均值進行比較。特別有益地，以預定的時間間隔反覆對診斷數據進行統計分析和診斷，從而實現動態的錯誤監控，該錯誤監控自動地與通信系統10的配置改變相適應。本發明因此提供了對診斷數據的「自學式」統計分析，該統計分析對改進錯誤揭示起了重要作用，下文中用兩個例子對此進行說明。在第一個例子中，LffL雙工連接-例如包括LWL連接31和32-的診斷數據還處於最壞情況極限值之內，其中所監控的診斷參量例如包括LWL連接31和32的帶寬和調整級 (Regelstufe)。然而，統計分析得到兩個LWL連接31和32之間調整級的顯著差別，其中一根導線-例如LWL連接31-的調整級處於典型的數值之上，該數值是分析單元的診斷軟體自主地根據所有診斷單元的存儲在資料庫中的診斷數據確定的，其中提高的調整級與提高的衰減是同義的。所進行的帶寬診斷為具有提高的衰減的線路段31提供了比雙工導線的另一個線路段32明顯更小的帶寬。這種錯誤情形可以以高概率得出雙工導線處的插頭包裝不良的結論。因此對於這種錯誤情形，有益地將相應的錯誤簡檔存儲在分析單元中用於自動識別。僅僅基於最壞情況極限值進行的分析在所示出的例子中不會揭示出錯誤。在第二個例子中，LffL雙工連接-例如包括LWL連接31和32-的診斷數據還是處於最壞情況極限值之內，其中所監控的診斷參量還是例如包括LffL連接31和32的帶寬和調整級。在這個例子中統計分析表明，兩根導線31和32的線路段的衰減比根據所存儲的診斷數據所確定的典型數值要高，而各帶寬明顯比相應所確定的典型數值要好。這種錯誤情形可以推斷出以過小的彎曲半徑進行LWL電纜布線，因為這導致衰減的提高和可能的傳輸帶寬的改善。基於最壞情況極限值的評估在這個例子中也不會揭示出錯誤。對於上述和其它已知的錯誤情形，優選地儲存相應的錯誤簡檔，因此例如在分析單元中運行的診斷軟體不僅僅承擔統計分析和計算典型的極限值，而且還針對已知的錯誤情形進行對所有通信連接的檢驗和給用戶提供相應的提示和解決辦法建議。這種診斷軟體有益地可以在如主裝置11的設備上運行，該設備也管理通信系統10並因此能訪問所有線路段數據。在這種情況下，診斷軟體例如存儲在分析單元42中。作為替代地，診斷軟體也可以在中央的、重疊的系統上運行。在這種情況下，診斷軟體例如存儲在分析單元41中。在圖1中示出的通信系統10隻是示例性地被構造為聯絡母線系統。然而，本發明不局限於聯絡母線系統，而是也可以在任何其它適合的通信系統中使用，例如在基於乙太網或藍牙的通信系統中使用。在圖2中示例性地示出了為在基於乙太網的光通信系統中使用而構造的診斷單元60。在所示實施例中，診斷單元60被構造為診斷晶片，該診斷晶片被連接於為網絡的物理層分配的PHY收發器50和光學LWL收發器70之間的數據通路中。在部件60中設置第一和第二接口 641和642用於數據通信，其中LWL收發器70的PECL接口 74經過該第一和第二接口與PHY收發器50的PECL接口 M連接。因此在正常乙太網通信的情況，被構造為單獨的診斷晶片的部件60對於乙太網數據信號而言是透明的。此外，部件60，尤其是為了查詢所接收的光功率，包括用於連接到光學收發器70 的DMI接口 76的第一串行接口 662。除此之外，設置第二串行接口 661用於連接到PHY收發器50的串行接口 56。在該實施例中，接口 76和662應用I2C通信協議，而接口 56和661應用SPI通信協議。為了在這兩個通信協議之間進行轉換，在部件60中集成有相應的未示出的轉換器。在圖2中示例性示出的診斷單元60有益地被構造用於確定光纖的衰減和帶寬。對於本發明，有益地也可以使用利用依照SFF-8472，revision(修訂版)9. 3的接口(用於光學收發器的數字診斷監視接口 digital Diagnostic MonitoringInterface for Optical Transceivers)來確定診斷數據的診斷單元。
權利要求
1.一種用於診斷通信系統(10)中的通信連接(31，32)的方法，包括下列步驟，a)提供多個第一診斷單元和至少一個第二診斷單元，其中所述第一診斷單元和第二診斷單元(21-28)分別被分配給通信系統(10)的至少一個通信連接(31，32)並且被構造用於確定各自分配的通信連接的至少一個診斷參量的數值，b)由所述第一診斷單元中的每一個診斷單元確定至少一個診斷參量的數值，c)由所述至少一個第二診斷單元確定至少一個診斷參量的數值，d)將由所述第一診斷單元確定的數值傳輸到分析單元01，42)，e)由所述分析單元(41,4 統計分析處理所傳輸的數值，以及f)根據由分析單元(41，42)進行的統計分析，診斷由所述至少一個第二診斷單元確定的數值。
2.如權利要求1的方法，其中以預定的時間間隔和/或在通信系統(10)的配置改變時重複步驟b)至f)。
3.如權利要求1或2的方法，其中由所述分析單元(41，42)進行的統計分析包括確定至少一個診斷參量的上極限值和/或下極限值，並且診斷包括將由所述至少一個第二診斷單元確定的數值與所述上極限值和/或下極限值進行比較。
4.如權利要求3的方法，其中確定這樣一個數值作為所述至少一個診斷參量的上極限值，即相應診斷參量的由第一診斷單元確定的數值的預定的部分低於這個作為所述至少一個診斷參量的上極限值的數值，或者確定這樣一個數值作為所述至少一個診斷參量的下極限值，即相應診斷參量的由第一診斷單元確定的數值的預定的部分高於這個作為所述至少一個診斷參量的下極限值的數值。
5.如權利要求4的方法，其中所述預定的部分低於100%，尤其是低於95%，尤其是低於90 %，尤其是低於85 %，尤其是低於80 %。
6.如上述權利要求中任一項的方法，其中由分析單元(41，42)進行的統計分析包括確定至少一個診斷參量的平均值。
7.如上述權利要求中任一項的方法，其中所述至少一個診斷參量包括至少一個參數或參數隨時間的改變，其中所述參數從包括下列參數的組中選出-發射功率，-接收功率，-各自通信連接的線路段長度，-錯誤比特率，-校驗和錯誤率，-衰減，以及-傳輸帶寬。
8.如上述權利要求中任一項的方法，其中對於具有第一數據方向和第二數據方向的至少一個雙工通信連接(31，32)，為第一數據方向確定至少一個診斷參量的第一數值並且為第二數據方向確定至少一個診斷參量的第二數值，其中診斷包括將第一數值和第二數值彼此比較和/或將第一數值和第二數值與通過統計分析所確定的上極限值和/或下極限值和 /或平均值進行比較。
9.如上述權利要求中任一項的方法，其中第二診斷單元(21-28)或者所述通信系統的或重疊的通信系統GO)的中央裝置(11)包括分析單元G2 ；41)。
10.如上述權利要求中任一項的方法，其中為了識別預定的錯誤類型，為至少一個診斷參量定義對於與相應診斷參量的通過統計分析確定的平均值的偏差的極限值。
11.如上述權利要求中任一項的方法，其中通信連接被構造為無線的或被構造為光學連接。
12.一種電子部件(11，40)，被構造用於實施根據權利要求1至11中任一項所述的方法，包括-接收單元，用於接收通信系統中多個通信連接的至少一個診斷參量的數值，-存儲器，用於存儲所接收的數值，以及-分析單元01，42)，用於對所接收的所有數值進行統計分析並且用於根據所述統計分析診斷至少一個所選出的通信連接的所接收的數值。
13.—種通信系統(10)，被構造用於實施根據權利要求1至11中任一項所述的方法， 包括-多個通信連接(31，32)，-多個診斷單元0118)，所述診斷單元分別被分配給所述通信連接中的至少一個並被構造用於確定各自分配的通信連接的至少一個診斷參量的數值，以及-至少一個分析單元01，42)，其中所述診斷單元被構造用於將所確定的所述至少一個診斷參量的數值傳輸到所述至少一個分析單元，並且所述分析單元被構造用於對所接收的所有數值進行統計分析並且根據所述統計分析診斷至少一個所選出的通信連接的所接收的數值。
全文摘要
為了改進通信系統(10)中通信連接(31，32)的診斷，本發明提出一種方法，該方法提供多個第一診斷單元和至少一個第二診斷單元，其中第一和第二診斷單元(21-28)分別被分配給通信系統(10)的至少一個通信連接並被構造用於確定各自分配的通信連接的至少一個診斷參量的數值，由第一診斷單元中每一個確定至少一個診斷參量的數值，由至少一個第二診斷單元確定至少一個診斷參量的數值；將由第一診斷單元確定的數值傳輸到分析單元(41，42)，由分析單元統計分析所傳輸的數值；並且根據由分析單元進行的統計分析診斷由至少一個第二診斷單元確定的數值。此外本發明提供用於實施本方法的一種電子部件和一種通信系統。
文檔編號G05B23/02GK102183946SQ20111002735
公開日2011年9月14日 申請日期2011年1月13日 優先權日2010年1月14日
發明者A·帕佩, F·威格納爾, T·貝爾 申請人:菲尼克斯電氣公司