DE10123251C1 - Radio system for consumption data acquisition - Google Patents
Radio system for consumption data acquisitionInfo
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Abstract
Funksystem zur Verbrauchsdatenerfassung aus einem Funknetzwerk mit Endgeräten und Datensammlern (2), wobei ein Endgerät jeweils eine Einrichtung zur Erfassung von Verbrauchswerten (V) und einen Funksender zur Aussendung von Funktelegrammen (1) mit den dem Endgerät zuordenbaren Verbrauchswerten (V) und ein Datensammler (2) jeweils einen Funkempfänger zum Empfang der Funktelegramme (1), ein Rechenwerk mit Speicher (4, 7) zum Überprüfen und Speichern der Funktelegramme (1, 6) und/oder der zugehörigen Verbrauchswerte (V) und einen Funksender zum Aussenden von Funktelegrammen (6) aufweist. Um ein kostengünstiges Funksystem zur Verbrauchsdatenerfassung mit erhöhter Funkreichweite zu schaffen, arbeiten die Funksender der Endgeräte und der Datensammler (2) in dem gleichen Frequenzbereich, wobei die Datensammler (2) die empfangenen Funktelegramme (1) wieder aussenden und das Aussenden der Funktelegramme (6) mittels einer Funktelegrammverwaltung (3) im Datensammler (2) kontrolliert wird.Radio system for recording consumption data from a radio network with terminals and data collectors (2), a terminal each having a device for recording consumption values (V) and a radio transmitter for transmitting radio telegrams (1) with the consumption values (V) which can be assigned to the terminal and a data collector ( 2) a radio receiver for receiving the radio telegrams (1), an arithmetic unit with memory (4, 7) for checking and storing the radio telegrams (1, 6) and / or the associated consumption values (V) and a radio transmitter for sending radio telegrams ( 6). In order to create a cost-effective radio system for consumption data acquisition with an increased radio range, the radio transmitters of the end devices and the data collectors (2) work in the same frequency range, the data collectors (2) transmitting the received radio telegrams (1) again and transmitting the radio telegrams (6) is checked by means of a radio telegram management (3) in the data collector (2).
Description
Die Erfindung betrifft ein Funksystem zur Verbrauchsdatenerfassung, insbeson dere in Gebäuden, aus einem Funknetzwerk mit Endgeräten und Datensamm lern, wobei ein Endgerät jeweils eine Einrichtung zur Erfassung von Verbrauchs werten und einen Funksender zur Aussendung von Funktelegrammen mit den dem Endgerät zuordenbaren Verbrauchswerten aufweist und ein Datensammler jeweils einen Funkempfänger zum Empfang der Funktelegramme, ein Rechen werk mit Speicher zum Überprüfen und Speichern der Funktelegramme und/oder der zugehörigen Verbrauchswerte und einen Funksender zum Aus senden von Funktelegrammen aufweist.The invention relates to a radio system for recording consumption data, in particular in buildings, from a radio network with end devices and data collection learn, wherein a terminal device for detecting consumption evaluate and a radio transmitter for sending radio telegrams with the has consumption values that can be assigned to the terminal and a data collector one radio receiver each for receiving the radio telegrams, one rake plant with memory for checking and storing the radio telegrams and / or the associated consumption values and a radio transmitter for off sending radio telegrams.
Es sind verschiedene Konzepte von drahtlosen Verbrauchsdatenerfassungssys temen für die Erfassung von Heizkosten, Wärme-, Wasser-, Strom oder Gas verbrauch bekannt. Die Systeme arbeiten in der Regel auf den freigegebenen ISM-Frequenzbändern (in Europa 434 MHz und 868 MHz). Weit verbreitet ist ein System mit einer größeren Anzahl fest installierter Datensammler mit Empfangs teil im Gebäude. Die Datensammler werden so angeordnet, dass sie für einen Ableser frei zugänglich sind, vorzugsweise in Treppenhäusern und -aufgängen oder in Hausfluren. Die Anzahl der benötigten Datensammler ergibt sich aus der Reichweite der Sender der Verbrauchsdatenerfassungsgeräte und der ge wünschten Redundanz. Zur Erstellung einer Abrechnung sind regelmäßig alle Datensammler eines Gebäudes auszulesen. Derartige unidirektionale Funksysteme zur Verbrauchsdatenerfassung in Gebäuden, deren Datensammler nur einen Empfangsteil aufweisen und keine Möglichkeit zur Weiterleitung empfan gener Verbrauchsdaten besitzen, haben den entscheidenden Nachteil, dass sie nur die Daten der in Funkreichweite liegenden Sender der Verbrauchsdatener fassungsgeräte empfangen und speichern können. Fällt ein (möglicherweise batteriebetriebener) Datensammler aus, sind seine gesammelten Abrechnungs daten verloren. Eine Abrechnung ist dann ohne Zeitverzug in der Regel nicht mehr möglich. Daher wurden in derartigen Funksystemen durch eine erhöhte Anzahl von Datensammlern Redundanzen geschaffen, durch die jedoch der Ausstattungsfaktor des Systems verschlechtert wird, da mindestens zwei Da tensammler in der Reichweite eines Verbrauchsdatenerfassungsgerätes liegen müssen. Dies erhöht die Kosten bei der Anschaffung und Installation des Sys tems und bei der Ablesung der vergrößerten Anzahl von Datensammlern. Fer ner bedeutet die Berücksichtigung der Redundanzen im Funksystem bei der Er stellung der Abrechnung zusätzlichen Aufwand.There are various concepts of wireless consumption data collection systems systems for recording heating costs, heating, water, electricity or gas consumption known. The systems usually work on the released ISM frequency bands (434 MHz and 868 MHz in Europe). Is widespread System with a larger number of permanently installed data collectors with reception part in the building. The data collectors are arranged so that they are for one Readers are freely accessible, preferably in stairwells and stairways or in hallways. The number of data collectors required results from the Range of the transmitters of the consumption data acquisition devices and the ge wanted redundancy. Everyone is regularly required to create a statement Read data collector of a building. Such unidirectional radio systems for consumption data acquisition in buildings, whose data collectors only have a receiving part and received no possibility of forwarding gener consumption data have the major disadvantage that they only the data of the transmitters of the consumption data that are within radio range can receive and store capture devices. Occurs (possibly battery-powered) data collector, are his collected billing data lost. A settlement is usually not without delay more is possible. Therefore, have been increased in such radio systems by Number of data collectors created redundancies, however, by which Equipment factor of the system is deteriorated because at least two da tens collector in the range of a consumption data acquisition device have to. This increases the cost of purchasing and installing the sys tems and when reading the increased number of data collectors. Fer ner means taking the redundancies in the radio system into account billing additional effort.
Es sind auch hierarchisch gegliederte Funksysteme bekannt, bei denen die er fassten Verbrauchswerte über einen oder mehrere Zwischenempfänger/-sender zu einer Zentrale übertragen werden. Bei einem derartigen System gehen zwar bei Ausfall eines Datensammlers keine Ablesewerte verloren, der Aufwand für die Konzeption und Einrichtung eines derartigen hierarchischen Funknetzes ist jedoch hoch. Zum einen müssen die Zwischenempfänger/-sender je nach Hie rarchieebene unterschiedliche Aufgaben erfüllen, so dass jeweils unterschiedli che bzw. entsprechend modifizierte Geräte notwendig sind. Zum anderen ist eine Redundanz der verschiedenen Kommunikationswege möglichst in jeder Hierarchieebene zu erreichen. Daher sind auch die Kosten für ein hierarchi sches Funknetz hoch.There are also hierarchically structured radio systems in which the summarized consumption values via one or more intermediate receivers / transmitters be transferred to a central office. With such a system go If a data collector fails, no readings are lost, the effort for is the conception and establishment of such a hierarchical radio network however high. On the one hand, the intermediate recipients / transmitters have to hierarchy level perform different tasks, so that different or appropriately modified devices are necessary. Second is a redundancy of the different communication channels in each as far as possible To reach the hierarchy level. Hence the cost of a hierarchy high radio network.
Die DE 197 06 613 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erfassung von Verbrauchs werten, bei dem von einer Messeinrichtung registrierte Verbrauchsdaten über eine Datensendeeinrichtung der Messeinrichtung drahtlos an eine die Verbrauchsdaten empfangende und entfernt von der Messeinrichtung angeord nete Erfassungseinrichtung gesendet werden. Um den Sendebetrieb auf das Notwendigste zu beschränken, fordert die Erfassungseinrichtung die Verbrau chsdaten von der Messeinrichtung an.DE 197 06 613 A1 describes a method for recording consumption evaluate the consumption data registered by a measuring device a data transmission device of the measuring device wirelessly to the Consumption data received and arranged away from the measuring device Nete detection device can be sent. In order to broadcast on To limit the bare necessities, the registration device demands the consumption chs data from the measuring device.
Aus der DE 197 41 085 A1 ist ein ähnliches Verfahren zum Erfassen von an ört lich verteilten Datenstellen anliegenden Daten bekannt, die von einer Zentral stelle abgerufen werden. Werden bestimmte Datenstellen nicht erreicht, wird versucht, die Daten von anderen Datenstellen oder von sogenannten Brücken stellen zu erhalten.DE 197 41 085 A1 describes a similar method for detecting on-site Lich distributed data points known data from a central job. If certain data points are not reached, tries to get the data from other data points or from so-called bridges get places.
Die DE 199 05 316 A1 offenbart ein Datenübertragungssystem zur Verbrauchs datenerfassung, bei dem der Empfänger mittels einer Zeitsteuereinrichtung den Zeitpunkt der jeweils erwarteten nächsten Datensendung eines betreffenden Senders abschätzt und den Empfänger zeitweilig in einem Toleranz-Zeitintervall, das den geschätzten Zeitpunkt enthält, empfangsbereit schaltet.DE 199 05 316 A1 discloses a data transmission system for consumption data acquisition, in which the receiver uses a time control device Time of the next expected data transmission of a respective one Sender estimates and the recipient temporarily in a tolerance time interval, which contains the estimated time, switches ready to receive.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein kostengünstiges Funksystem zur Verbrauchsdatenerfassung der Eingangs genannten Art zu schaffen, das eine erhöhte Funkreichweite aufweist, einfach erweiterbar ist und eine Ablesung der Verbrauchsdaten bei einem einzigen, beliebigen Datensammler ermöglicht.The object of the present invention is to provide an inexpensive radio system To create consumption data collection of the type mentioned, the one has increased radio range, is easily expandable and a reading of the Consumption data possible with a single, any data collector.
Diese Aufgabe wird im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die Funksender der Endgeräte und der Datensammler in dem gleichen Frequenzbereich arbeiten und dass die Datensammler die empfangenen Funktelegramme wieder aussen den, wobei das Aussenden der empfangenen Funktelegramme mittels einer Funktelegrammverwaltung im Datensammler kontrolliert wird. Damit wird ein einfaches Flutnetzwerk geschaffen, so dass ein Datensammler nicht nur die in Funkreichweite liegenden Verbrauchserfassungsgeräte empfangen kann, son dern auch Sendungen von benachbarten Datensammlern. Durch dieses Weiter leiten (Fluten) der Funktelegramme an weitere Datensammler, die die Funktele gramme ihrerseits weiterleiten, verteilen sich die Verbrauchsdaten jedes Endge rätes auf alle Datensammler, so dass eine Ablesung der Verbrauchsdaten an einem beliebigen Datensammler erfolgen kann. Zur Vermeidung oder Ein schränkung von Mehrfachsendungen eines Funktelegramms durch denselben Datensammler wird das Aussenden der Funktelegramme durch eine Funktele grammverwaltung in dem Datensammler kontrolliert.This task is essentially solved in that the radio transmitters of the End devices and the data collector work in the same frequency range and that the data collectors send the received radio telegrams out again the, whereby the transmission of the received radio telegrams by means of a Radio telegram management in the data collector is checked. So that becomes a simple flood network created so that a data collector not only the in Radio coverage lying consumption recording devices can receive son also shipments from neighboring data collectors. Through this further route (flood) the radio telegrams to other data collectors, which transmit the radio telegrams forward the program, the consumption data of each endge is distributed advises on all data collectors, so that a reading of the consumption data any data collector. To avoid or on restriction of multiple transmissions of a radio telegram by the same The transmission of the radio telegrams is a data collector by a radio tele controlled gram management in the data collector.
Dazu führt die Funktelegrammverwaltung vorzugsweise eine Sperrliste der End geräte, von denen durch den Datensammler bereits ein Funktelegramm emp fangen und wieder ausgesendet wurde. Ein Funktelegramm wird von dem Da tensammler nur dann wieder ausgesendet, wenn das zugeordnete Endgerät nicht in der Sperrliste geführt wird. So wird zur Einsparung von Energie in dem Datensammler und zur Reduzierung der Funkbelastung in dem Funksystem si chergestellt, dass von diesem Datensammler bereits direkt oder indirekt emp fangene und geflutete Funktelegramme nicht noch einmal ausgesendet werden.For this purpose, the radio telegram administration preferably maintains an end list devices, of which a radio telegram emp caught and sent out again. A radio telegram is sent from the Da tens collector only sent again if the assigned terminal is not on the blacklist. This will save energy in the Data collector and to reduce the radio pollution in the radio system si ensured that this data collector already directly or indirectly emp caught and flooded radio telegrams are not sent out again.
Um das Weiterleiten von Funktelegrammen eines Endgerätes nur für einen be stimmten Zeitraum zu sperren, überprüft die Funktelegrammverwaltung bei Empfang eines Funktelegramms, ob das dem Funktelegramm zugeordnete Endgerät bereits in der Sperrliste geführt wird, trägt es andernfalls zusammen mit einer Sperrfrist in die Sperrliste ein und löscht es nach Ablauf der Sperrfrist wieder aus dieser Sperrliste. Dadurch wird erreicht, dass nur bereits empfange ne, identische Funktelegramme nicht weiter geflutet werden, ein nach Ablauf der Sperrfrist gesendetes neues Funktelegramm mit neuen Verbrauchswerten des entsprechenden, Endgerätes jedoch wieder berücksichtigt wird.To forward radio telegrams from a terminal device only for one to block the agreed period, the radio telegram management checks Receiving a radio telegram, whether the one assigned to the radio telegram Otherwise the end device is already in the blacklist, it gathers it with a blocking period in the blocking list and deletes it after the blocking period has expired again from this blacklist. This ensures that only receive ne, identical radio telegrams can no longer be flooded, one after the expiry of Blocking period sent new radio telegram with new consumption values of the corresponding terminal, however, is taken into account again.
Besonders einfach ist die Verwaltung der Sperrliste, wenn sie chronologisch nach Anfangszeiten organisiert ist. Dafür eignet sich ein First-In-First-Out- Speicher (FIFO) besonders gut. In kurzen regelmäßigen Abständen oder unmit telbar bevor eine Geräte-Identifikation in der Sperrliste überprüft wird, entfernt die Funktelegrammverwaltung eines Datensammlers die Geräte-Identifikation, deren Sperrfrist abgelaufen ist, aus der Sperrliste. Auf Grund der chronologi schen Organisation werden nacheinander nur die ältesten Einträge überprüft, bis ein Eintrag gefunden wird, dessen Sperrfrist noch nicht abgelaufen ist.Managing the blacklist is particularly easy if it is chronological is organized according to starting times. A first-in-first-out Memory (FIFO) particularly good. At short regular intervals or immediately removed before a device identification is checked in the blocked list the radio telegram management of a data collector, the device identification, whose blackout period has expired, from the blacklist. Because of the chronology organization, only the oldest entries are checked one after the other, until an entry is found whose blocking period has not yet expired.
Eine weitere Möglichkeit zur Kontrolle des Aussendens von Funktelegrammen liegt darin, im Funktelegramm selbst einen Zugriffszähler zu führen, der bei je dem Aussenden des Funktelegramms weitergezählt wird, wobei die Funktele grammverwaltung den Zugriffszähler bei Empfang des Funktelegramms über prüft und das Funktelegramm nur wieder aussendet, wenn der Zugriffszähler einen vorgegebenen Schwellenwert nicht erreicht hat. Sollte in dem empfange nen Funktelegramm noch kein Zugriffszähler enthalten sein (d. h. das Funktele gramm wurde noch nicht geflutet), wird der Zugriffszähler durch die Funktele grammverwaltung eingefügt. Besonders einfach ist ein bei dem Wert Null begin nender Zugriffszähler, der inkrementiert wird, bis er ein Maximum erreicht hat. In diesem Fall wird ein Funktelegramm nicht mehr geflutet und die enthaltenen Da ten nötigenfalls in den Datenspeicher des Datensammlers übernommen. Durch den Zugriffszähler wird die Anzahl von Mehrfachsendungen eines Funktele gramms durch einen Datensammler wirkungsvoll begrenzt.Another way to control the transmission of radio telegrams is to keep an access counter in the radio telegram itself, each with the transmission of the radio telegram is counted, the radio tel the access counter when the radio telegram is received checks and only sends the radio telegram again if the access counter has not reached a predetermined threshold. Should receive in the a radio telegram does not yet contain an access counter (i.e. the radio tel gram has not yet been flooded), the access counter is transmitted by the radio telephones Gram management inserted. It is particularly easy to begin with the value zero ning access counter, which is incremented until it has reached a maximum. In In this case, a radio telegram is no longer flooded and the Da contained If necessary, these are transferred to the data collector's data memory. By the access counter is the number of multiple transmissions of a radio tel effectively limited by a data collector.
Um zu verhindern, dass Funktelegramme mehrfach von demselben Daten sammler geflutet werden, kann der Zugriffszähler mit dem Führen der Sperrliste mit Sperrfrist kombiniert werden, wobei die Dauer der Sperrfrist in Abhängigkeit von dem Wert des Zugriffszählers bestimmt wird. Dabei ist beim ersten Fluten, wenn der Zugriffszähler seinen Startwert hat, die Sperrzeit maximal. Bei jeder weiteren Stufe, die das geflutete Funktelegramm auf seinem Weg durch das Flutnetzwerk nimmt, kann die Sperrzeit mit steigendem Zugriffszähler reduziert werden. Dadurch wird erreicht, dass das Funksystem schon früher wieder für neue Funktelegramme zur Verfügung steht. Ohne zugriffszählerabhängige Be stimmung der Sperrzeiten vergibt auch der letzte Datensammler in einer Reihe von Weitergabestufen die maximale Sperrzeit, da er nicht ermitteln kann, wie viele Flutstufen bereits durchlaufen wurden. Die Systemerholzeiten nach dem Fluten eines Funktelegramms wären in diesem Fall ungünstiger.To prevent radio telegrams from being sent multiple times from the same data flooded collectors, the access counter can be kept with the blacklist can be combined with a blocking period, the duration of the blocking period depending is determined by the value of the access counter. The first flood is if the access counter has its start value, the blocking time is maximum. With everyone another stage that the flooded radio telegram on its way through the Flood network takes, the blocking time can be reduced with increasing access counter become. This ensures that the radio system can be used again earlier new radio telegrams are available. Without access counter dependent access the last data collector in a row also assigns the blocking times of transfer levels the maximum lockout time since he cannot determine how many flood stages have already been passed. The system recovery times after Flooding a radio telegram would be less favorable in this case.
Zur Vermeidung einer großen Belastung des Funksystems durch unmittelbares Fluten eines Funktelegramms nach dem ersten Empfang wird einem auszusen denden Funktelegramm in jedem Datensammler ein vorzugsweise pseudozufäl lig bestimmter Sendezeitpunkt zugeordnet und das Funktelegramm bis zum Er reichen des Sendezeitpunkts in einem temporären Speicher zwischengespei chert, der eine Sendewarteschlange für zu flutende Funktelegramme bildet. Durch pseudozufällige Auswahl des Sendezeitpunkts werden auf Grund der Netzwerkstruktur systematisch auftretende Kollisionen vermieden.To avoid a large load on the radio system by direct Flooding a radio telegram after the first reception will be sent out the radio telegram in each data collector is preferably a pseudo coincidence lig assigned certain transmission time and the radio telegram until Er range of the transmission time is temporarily stored in a temporary memory chert, which forms a send queue for radio telegrams to be flooded. By pseudo-random selection of the time of transmission based on the Systematic collisions avoided.
Es ist ebenso denkbar, auszusendende Funktelegramme während einer Sende pause mit vorzugsweise pseudozufälliger Länge in einem temporären Speicher zwischenzuspeichern und nach Ablauf der Sendepause vorzugsweise als konti nuierliche Folge von Funktelegrammen zu senden. Dann muss nicht jedem Funktelegramm ein individueller Sendezeitpunkt zugeordnet werden und die Anzahl der unabhängigen Funktelegramme kann reduziert werden.It is also conceivable to send radio telegrams during a transmission pause with a preferably pseudo-random length in a temporary memory store and preferably after the end of the transmission break as a conti to send a sequence of radio telegrams. Then not everyone An individual transmission time and the The number of independent radio telegrams can be reduced.
Ferner kann erfindungsgemäß vorgesehen werden, dass das Aussenden von Funktelegrammen nur innerhalb vorgesehener Zeitintervalle eines Duty-Cycle- Intervalls des Funksystems vorgenommen wird. Der Duty-Cycle ist das Verhält nis von Sender-An-Zeit zu Sender-Aus-Zeit innerhalb eines als Duty-Cycle- Intervall bezeichneten Zeitraums. Durch die Festlegung von entsprechenden Zeitintervallen für das Aussenden von Funktelegrammen kann somit jeder vor gegebene Duty-Cycle einfach realisiert werden.It can further be provided according to the invention that the transmission of Radio telegrams only within the specified time intervals of a duty cycle Interval of the radio system is made. The duty cycle is the ratio from transmitter on time to transmitter off time within one as a duty cycle Interval designated period. By setting appropriate Everyone can set time intervals for the transmission of radio telegrams given duty cycle can be easily realized.
Zur Bestimmung der Zeitintervalle kann ein Aussendungszähler vorgesehen werden, der bei jedem Senden von Funktelegrammen durch den Datensammler weiter gezählt wird. Dabei wird ausgenutzt, dass das Aussenden eines Funkte legramms eine im Wesentlichen konstante, bestimmbare Zeit beansprucht. Er reicht der Aussendungszähler einen für die Einhaltung des Duty-Cycles maximal zulässigen Wert, dann stellt der Datensammler das Fluten weiterer Funktele gramme ein. Nach Ablauf des Duty-Cycle-Intervalls wird der Aussendungszähler dann zurückgesetzt und es können in einem neuen Duty-Cycle-Intervall erneut Funktelegramme von dem Datensammler gesendet werden.A transmission counter can be provided to determine the time intervals every time radio telegrams are sent by the data collector is counted further. This takes advantage of the fact that a radio is emitted legrams an essentially constant, determinable time. he the transmission counter reaches a maximum for compliance with the duty cycle permissible value, then the data collector provides the flooding of further radio telephones gram. After the duty cycle interval has expired, the transmission counter will be displayed then reset and it can be used again in a new duty cycle interval Radio telegrams are sent from the data collector.
Zusätzlich kann nach jedem Senden eines Funktelegramms oder einer Funkte legrammfolge eine Sendepause eingelegt werden, die aus einem Mindest- Zeitabschnitt und ggf. einem variablen, vorzugsweise pseudozufällig bestimmten Zeitabschnitt aufgebaut ist. Damit können die Sendezeitpunkte für Funktele gramme bzw. Funktelegrammfolgen allein über variable Pausenzeiten definiert werden und es ist möglich, Forderungen nach einer minimalen ununterbroche nen Pausenzeit (Sender-Aus-Zeit) und einer maximalen ununterbrochenen Sen der-An-Zeit zu erfüllen. Der zufällige Anteil kann kontinuierlich oder diskret in Form von Pausenzeitschlitzen gebildet werden. Der Datensammler empfängt während der Pausenzeit weiterhin Funktelegramme von Endgeräten oder ande ren Datensammlern, sondert ggf. irrelevante Funktelegramme aus, fügt weiter zuleitende Funktelegramme konsekutiv in eine Sendewarteschlange in dem temporären Speicher ein und sendet alles en bloc am Ende der Sendepause aus. Danach bestimmt die Funktelegrammverwaltung im Datensammler erneut eine Sendepause zufälliger Länge.In addition, after each transmission of a radio telegram or a radio a transmission pause can be inserted, which consists of a minimum Period and possibly a variable, preferably pseudo-randomly determined Period is built up. This allows the transmission times for radio telephones frames or radio telegram sequences defined solely via variable pause times be and it is possible to call for a minimal uninterrupted pause time (transmitter off time) and a maximum uninterrupted sen the-to-meet time. The random portion can be continuous or discrete in Form of break time slots are formed. The data collector receives radio telegrams from devices or other devices continue during the pause data collectors, if necessary, rejects irrelevant radio telegrams, adds incoming radio telegrams consecutively in a send queue in the temporary memory and sends everything en bloc at the end of the pause out. The radio telegram management in the data collector then determines again a pause of random length.
Zur Sicherung der Verbrauchswerte wird ein in einem empfangenen Funktele gramm enthaltener Verbrauchswert in einem Datenspeicher des Datensammlers gespeichert, wenn noch kein aktueller Datensatz vorhanden ist. Die Aktualität des Verbrauchswerts bzw. Datensatzes ist vorzugsweise mittels eines Zeit stempels oder einer definierten, insbesondere matrixartigen Speicherstruktur ermittelbar, bei der der Speicherort als Funktion von Geräte-Identifikation und Zeitpunkt der Erfassung gegeben ist. Denkbar ist beispielsweise, dass ein Da tensammler Verbrauchswerte von 500 Endgeräten für einen Zeitraum von 12 oder 18 Monaten speichern kann. Der Speicher würde in einem solchen Fall als zweidimensionales Feld mit 12 bzw. 18 mal 500 Elementen angelegt. Der Spei cherort ergibt sich dann aus dem Monatsindex 1 bis 12 bzw. 18 und einem Ge räteindex, der beispielsweise über eine Hash-Tabelle berechnet wird. Eine ka lenderartige Speichermatrix eignet sich gut, wenn in regelmäßigen Abständen Funktelegramme empfangen und für eine feste maximale Anzahl von Endgerä ten Daten verwaltet werden sollen. Sind solche Randbedingungen nicht be kannt, können eintreffende Datensätze zusammen mit einem Zeitstempel belie big, bspw. als lineare Liste, im Speicher abgelegt werden. Je nach benötigter Diskretisierung haben Zeitstempel eine tag-, wochen-, monats- oder jahrgenaue Auflösung. Abhängig von der Anwendung sind auch andere Auflösungen denk bar. Ein Datensatz ist dann aktuell, wenn sein Zeitstempel mit dem fortlaufen den Systemzeitstempel übereinstimmt. To save the consumption values, a consumption value contained in a received radio telegram is stored in a data memory of the data collector if a current data record is not yet available. The topicality of the consumption value or data record can preferably be determined by means of a time stamp or a defined, in particular matrix-like, memory structure in which the storage location is given as a function of device identification and time of detection. It is conceivable, for example, that a data collector can save consumption values of 500 devices for a period of 12 or 18 months. In such a case, the memory would be created as a two-dimensional field with 12 or 18 by 500 elements. The storage location then results from the monthly index 1 to 12 or 18 and a device index, which is calculated, for example, using a hash table. A calendar-like memory matrix is well suited if radio telegrams are to be received at regular intervals and data is to be managed for a fixed maximum number of end devices. If such boundary conditions are not known, incoming data records can be stored in the memory together with a time stamp, for example as a linear list. Depending on the discretization required, timestamps have a resolution that is accurate to the day, week, month or year. Depending on the application, other resolutions are also conceivable. A data record is up-to-date when its time stamp matches the continuous system time stamp.
Zur Stromersparnis ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich ein insbesonde re batteriebetriebener Datensammler nur zu bestimmten Betriebsintervallen ein schaltet, wobei die Einschaltzeiten für die Empfänger und/oder Sender mit den übrigen Datensammlern insbesondere mittels Synchronisations-Fluttelegram men synchronisierbar sind. Batteriebetriebene Datensammler schalten ihren Empfänger nur in vergleichsweise großen zeitlichen Abständen ein, wobei alle Datensammler annähernd gleichzeitig ihren Empfänger und/oder Sender ein schalten sollen, um ein effektives Fluten der Funktelegramme zu ermöglichen. Zur Bestimmung des Einschaltzeitpunkts besitzt jeder Datensammler einen Zeitgeber. Naturgemäß sind zeitbestimmende Bauelemente, wie bspw. Schwingquarze, mit Toleranzen behaftet. Die Zeitgeber der Datensammler kön nen deshalb langfristig so große Zeitunterschiede akkumulieren, dass sich die Empfänger-An-Zeiten verschiedener Datensammler nur noch wenig oder gar nicht überdecken. Zur Synchronisation des Zeitgebers werden daher Synchroni sations-Fluttelegramme verwendet, die im Zeitpunkt des Sendens den aktuellen Stand des Zeitgebers des Datensammlers und ein Merkmal seiner Herkunft ent halten. Dies kann wie bei den Endgeräten bspw. eine eindeutige und einmalige Geräte-Identifikation sein. Die Funktelegrammverwaltung jedes Datensammlers weist ein Entscheidungsverfahren auf, auf Grund dessen entschieden werden kann, welcher Zeitgeber der für das System bestimmende Zeitgeber ist, um den jeweils eigenen Zeitgeber an diesen anzupassen. Die Synchronisation erfolgt dabei in solchen Abständen, dass sich die Zeittoleranzen nicht über ein kriti sches Maß hinaus akkumulieren können.In order to save electricity, it is provided according to the invention that in particular re battery-powered data collector only at certain operating intervals switches, the switch-on times for the receivers and / or transmitters with the other data collectors, in particular using synchronization flood telegram men can be synchronized. Battery operated data collectors switch their Receiver only in comparatively large time intervals, all Data collectors enter their receiver and / or transmitter approximately simultaneously should switch to enable an effective flooding of the radio telegrams. Each data collector has one to determine the switch-on time Timer. Naturally, time-determining components, such as Quartz crystals with tolerances. The timers of the data collectors can Therefore, long-term differences in time accumulate such that the Recipient arrival times of different data collectors only a little or not at all do not cover. Synchronis are therefore used to synchronize the timer sations flood telegrams used, the current at the time of sending State of the timer of the data collector and a characteristic of its origin hold. As with the end devices, this can be, for example, a clear and unique one Device identification. The radio telegram management of every data collector has a decision-making process on the basis of which decisions are made can determine which timer is the one determining the system by which the adapt their own timers to them. The synchronization takes place at such intervals that the time tolerances are not over a critical dimension can accumulate.
Vorzugsweise ist die Systemzugehörigkeit eines Endgeräts und/oder eines Da tensammlers insbesondere mittels einer Geräte-Identifikationsliste und/oder ei nes übereinstimmenden Systemcodes feststellbar. Dazu werden bspw. jedem Datensammler bei der Inbetriebnahme eine Liste der Geräte-Identifikationen aller zum System gehörenden Verbrauchserfassungsgeräte (Endgeräte) und Datensammler eingespeist. Sobald alle Datensammler-Identifikationen des Systems bekannt sind, können Endgeräte-Identifikationen bereits als Betriebspara meter bspw. über das Funksystem mittels spezieller Funktelegramme einge speist werden. Das Einspeisen einer Identifikationsliste mit den Geräten eines Systems bzw. die Vergabe eines Systemcodes kann aber auch über eine Servi ceschnittstelle oder manuell über vorhandene Bedienelemente erfolgen. Bei Vergabe eines einheitlichen Systemcodes ist darauf zu achten, dass verschie dene Systeme verschiedene Systemcodes erhaltenen. Der Systemcode muss zur Feststellung der Systemzugehörigkeit in den Funktelegrammen enthalten sein.The system affiliation of a terminal and / or a Da is preferred tensammlers in particular by means of a device identification list and / or egg a matching system code. For this purpose, for example, everyone Data collector during commissioning a list of device identifications all consumption recording devices (end devices) belonging to the system and Data collector fed. Once all system data collector identifications are known, terminal device identifications can already be used as operating pairs meters, for example, via the radio system using special radio telegrams be fed. Feeding an identification list with the devices of one Systems or the assignment of a system code can also be done via a servi interface or manually using existing controls. at Allocation of a uniform system code must ensure that various systems received different system codes. The system code must included in the radio telegrams to determine the system affiliation his.
Ferner ist zur weiteren Vereinfachung des Funksystems vorgesehen, dass die Betriebsparameter eines Datensammlers mittels Service-Funktelegrammen und/oder durch Parametrisierung bei der Geräteherstellung variabel einstellbar sind. Dabei wird zwischen funktechnisch zulassungsrelevanten und nichtzu lassungsrelevanten Betriebsparametern unterschieden, wobei nichtzulassungs relevante Parameter bei der Inbetriebnahme oder während des laufenden Be triebs verändert werden können, um das Systemverhalten zu optimieren. Um die Möglichkeit von Funkkollisionen zwischen benachbarten Funksystemen zu mi nimieren, kann es möglicherweise vorteilhaft sein, bei verschiedenen Systemen unterschiedliche Betriebszeiten einzustellen. Über die reine Weitergabe von ab rechnungsrelevanten Verbrauchsdaten hinaus soll das Funksystem auch Servi cefälle wie Löschen, Austauschen oder Hinzufügen von Systemkomponenten und deren Parametrisierung unterstützen. Für die Servicefälle werden in einem ersten Schritt bspw. an einem beliebigen Datensammler die gewünschten Ein stellungen vorgenommen und in einem zweiten Schritt das Fluten der Informati onen initiiert. Sind fremdversorgte Datensammler mit Dauerempfang Bestandteil der Systems, können entsprechende Service-Fluttelegramme unmittelbar weiter gesendet werden. Handelt es sich um batteriebetriebene Datensammler, die ihren Empfänger nur zu festgelegten Betriebszeiten einschalten, werden die Service-Funktelegramme vorzugsweise zum nächstmöglichen, allen Datensammlern gemeinsamen Zeitpunkt weitergesendet. In diesem Fall kann eine Befehlswarteschlange in dem Speicher der Datensammler vorgesehen sein, um ausreichend viele Servicebefehle zwischenspeichern zu können.Furthermore, to further simplify the radio system, it is provided that the Operating parameters of a data collector using service radio telegrams and / or variably adjustable through parameterization during device manufacture are. In doing so, there is a distinction between radio-relevant approval-relevant and not approval-relevant operating parameters, with non-approval relevant parameters during commissioning or during the ongoing loading drive can be changed to optimize system behavior. To the Possibility of radio collisions between neighboring radio systems to mi nim, it may be beneficial in different systems set different operating times. By simply passing on The radio system is also intended to serve servicing Cases such as deleting, replacing or adding system components and support their parameterization. For the service cases are in one first step, for example, the desired inputs on any data collector positions and in a second step the flooding of information initiated. Are externally supplied data collectors with permanent reception part of the system, corresponding service flood telegrams can be forwarded immediately be sent. Is it battery powered data collectors that only switch on their receiver at specified operating times Service radio telegrams preferably to the next possible, all data collectors shared time. In this case, a Command queue may be provided in the memory of the data collector to be able to cache a sufficient number of service commands.
Zur weiteren Optimierung des Funksystems kann vorgesehen werden, dass ein Datensammler seine Betriebsparameter mittels Service-Funktelegrammen durch Bestimmung seiner Funkumgebung automatisch anpasst. So können die Daten sammler bspw. bei einer gestörten Funkumgebung selbständig ausweichen.To further optimize the radio system, it can be provided that a Data collector by means of service radio telegrams Automatically adjusts determination of its radio environment. So the data can Dodge collectors independently in a disturbed radio environment.
Nachfolgend wird ein erfindungsgemäßes Funksystem unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Die dabei angegebenen Betriebsparameter beziehen sich auf eine typische Anwendung zur Verbrauchsdatenerfassung in nerhalb eines Gebäudes. Das erfindungsgemäße Funksystem kann jedoch auch mit anderen Betriebsparametern und/oder in anderer Ausdehnung, beispiels weise für mehrere Gebäude, einen Stadtteil oder dergleichen, realisiert werden.A radio system according to the invention is described below with reference to FIG the drawing described in more detail. The specified operating parameters refer to a typical application for consumption data acquisition in within a building. However, the radio system according to the invention can also with other operating parameters and / or in a different extent, for example wise for several buildings, a district or the like.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Datensammlers des erfindungsgemäßen Funksystems; Fig. 1 is a block diagram of a data collector of the radio system of the invention;
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm für die Steuerung des Datensammlers; Fig. 2 is a flow chart for the control of the data collector;
Fig. 3 ein prinzipielles Zeitschema für das erfindungsgemäße Funksys tem; Fig. 3 shows a principle time diagram for the inventive system Funksys;
Fig. 4 ein genaues Zeitschema für das erfindungsgemäße Funksystem; Fig. 4 is a detailed timing chart for the inventive radio system;
Fig. 5 ein Funktelegramm mit Verbrauchswerten; Fig. 5 is a radio telegram with consumption values;
Fig. 6 ein Funktelegramm zur Synchronisation und zum Fluten von Be triebsarametern und Fig. 6 is a radio telegram for synchronization and flooding Be operating parameters and
Fig. 7 ein Funktelegramm für Servicefälle; Fig. 7 is a radio telegram for servicing;
Als Endgeräte des Funksystems dienen Verbrauchserfassungsgeräte, bspw. für Heizkosten, Wärme, Strom, Gas oder dgl., mit einem Funksender, der Funktele gramme 1 mit Verbrauchsdaten zu pseudozufällig bestimmten Zeitpunkten aus sendet. Im Mittel werden Funktelegramme 1 etwa alle 180 Sekunden gesendet. Ein Funktelegramm 1 enthält den Verbrauchswert V an einem Stichtag und zu sätzlich die Verbrauchswerte V der letzten vier Monate. Nach Erreichen des Stichtags und bis etwa sechs Wochen danach erhöhen die Endgeräte ihre Aus sendungsrate auf im Mittel alle 60 Sekunden, um eine schnelle und sichere Verbreitung der relevanten Verbrauchswerte zu erreichen. Der Inhalt der Funk telegramme 1 ändert sich dabei in einem typischen Dreierrhythmus: statt der Verbrauchswerte der letzten vier Monate werden nun jeweils zyklisch die Verbrauchswerte der vergangenen Monate 1 bis 4, 5 bis 8 und 9 bis 12 vor dem Stichtag gesendet. Der Stichtagsverbrauch als wichtigster Abrechnungswert ist in jedem Funktelegramm 1 enthalten.The end devices of the radio system are consumption recording devices, for example for heating costs, heat, electricity, gas or the like, with a radio transmitter which sends radio telegrams 1 with consumption data at pseudo-random times. On average, radio telegrams 1 are sent approximately every 180 seconds. A radio telegram 1 contains the consumption value V on a key date and additionally the consumption values V of the last four months. After reaching the deadline and up to about six weeks later, the end devices increase their transmission rate to an average of every 60 seconds in order to ensure that the relevant consumption values are disseminated quickly and safely. The content of radio telegrams 1 changes in a typical three-way rhythm: Instead of the consumption values of the past four months, the consumption values of the past months 1 to 4 , 5 to 8 and 9 to 12 are sent cyclically before the cut-off date. The key date consumption as the most important billing value is contained in each radio telegram 1 .
Die von den Endgeräten ausgesendeten Funktelegramme 1 werden von batte riebetriebenen Datensammlern 2 empfangen, die jeweils bis zu 500 Endgeräte verwalten können. Ein Datensammler 2 weist dazu einen Funkempfänger zum Empfang der Funktelegramme 1, ein Rechenwerk mit Speicher 4, 7 zum Überprüfen und Speichern der Funktelegramme 1, 5 und/oder der zugehörigen Verbrauchswerte V und einen Funksender zur Aussendung von Funktelegram men 5 an andere Datensammler 2 auf. In dem Rechenwerk ist als Verarbei tungs- und Steuereinheit eine Funktelegrammverwaltung 3 vorgesehen. Um auf den Datensammler 2 zugreifen zu können, bspw. um Verbrauchsdaten auszulesen oder Servicearbeiten vorzunehmen, ist ferner eine Auslese- und/oder Servi ceschnittstelle 9 vorhanden.The radio telegrams 1 sent by the terminals are received by battery-operated data collectors 2 , which can each manage up to 500 terminals. A data collector 2 has a radio receiver for receiving the radio telegrams 1 , an arithmetic unit with memory 4 , 7 for checking and storing the radio telegrams 1 , 5 and / or the associated consumption values V and a radio transmitter for transmitting radio telegrams 5 to other data collectors 2 , In the arithmetic unit a radio telegram management 3 is provided as the processing and control unit. In order to be able to access the data collector 2 , for example to read consumption data or to perform service work, a readout and / or service interface 9 is also provided.
Das gesamte Funksystem besteht insgesamt aus bis zu 500 Endgeräten, die ihre Verbrauchsdaten V an bis zu fünfzehn Datensammler 2 aussenden. Dies entspricht in etwa einem Ausstattungsfaktor von 33, der als das Verhältnis aus der Anzahl der Endgeräte zu der Anzahl der Datensammler 2 des Funksystems definiert ist. Eine derartige Konfiguration des Funksystems hat sich für die Verbrauchsdatenerfassung innerhalb eines Gebäudes gerade in Bezug auf die für das Weitersenden der Funktelegramme 6 zu übrigen Datensammlern 2 (Flu ten) notwendige Zeit als besonders vorteilhaft erwiesen.The entire radio system consists of a total of up to 500 end devices, which send their consumption data V to up to fifteen data collectors 2 . This corresponds approximately to an equipment factor of 33, which is defined as the ratio of the number of end devices to the number of data collectors 2 of the radio system. Such a configuration of the radio system has proven to be particularly advantageous for the consumption data acquisition within a building, particularly in relation to the time required for the transmission of the radio telegrams 6 to other data collectors 2 (flu).
Der Frequenzbereich, in dem das Funksystem arbeitet, liegt bei 868 MHz, und der Duty-Cycle, d. h. das Verhältnis aus der Sender-An-Zeit zu der Sender-Aus- Zeit, liegt bei 0,1%. In einem Duty-Cycle-Intervall von einer Stunde beträgt die Sender-An-Zeit, in der Funktelegramme 6 weitergesendet werden dürfen, dem nach 3,6 Sekunden und die Sender-Aus-Zeit, in der der Datensammler 2 nichts senden darf, 3596,4 Sekunden. Die maximale ununterbrochene Sendezeit und die maximale ununterbrochene Pausenzeit betragen jeweils 720 Millisekunden. Die Länge eines typischen Funktelegramms liegt bei 4,1 Millisekunden, so dass die Sendezeitschlitze bzw. die Zeitschlitze für die Sendepausenverlängerung mit 5 Millisekunden bemessen werden können. Aus der maximalen ununterbroche nen Sendezeit und der Zeitschlitzdauer ergibt sich damit eine Anzahl von 144 Zeitschlitzen zur Übersendung der Funktelegramme 1, 6. Innerhalb eines Duty- Cycle-Intervalls können maximal 878 Funktelegramme 1, 6 gesendet werden. Die maximale Flutdauer eines Datensammlers 2 beträgt etwa 1540 Millisekun den, wobei eine Verarbeitungszeit von 100 Millisekunden für ein Funktelegramm 1, 6 angenommen wird. Für das ganze Funksystem ergibt sich damit ein maxi male Flutdauer von 23,1 Sekunden. Für typische Systeme mit weniger Elemen ten beträgt die mittlere Flutdauer in der Regel etwa 4 Sekunden. The frequency range in which the radio system operates is 868 MHz, and the duty cycle, ie the ratio of the transmitter on time to the transmitter off time, is 0.1%. In a duty cycle interval of one hour, the transmitter on time, in which radio telegrams 6 may be retransmitted, is 3.696 after 3.6 seconds and the transmitter off time, in which data collector 2 is not allowed to transmit anything, is 3596 , 4 seconds. The maximum uninterrupted transmission time and the maximum uninterrupted pause time are each 720 milliseconds. The length of a typical radio telegram is 4.1 milliseconds, so that the transmission time slots or the time slots for the transmission pause extension can be dimensioned with 5 milliseconds. From the maximum uninterrupted transmission time and the time slot duration, this results in a number of 144 time slots for transmitting radio telegrams 1 , 6 . A maximum of 878 radio telegrams 1 , 6 can be sent within a duty cycle interval. The maximum flood duration of a data collector 2 is approximately 1540 milliseconds, with a processing time of 100 milliseconds for a radio telegram 1 , 6 being assumed. This results in a maximum flood duration of 23.1 seconds for the entire radio system. For typical systems with fewer elements, the average flood duration is usually around 4 seconds.
Die Funktionsweise des Funksystems wird nachfolgend anhand von Fig. 1 be schrieben. Ein von einem nicht dargestellten Endgerät (Verbrauchserfassungs gerät) ausgesendetes und von einem Datensammler 2 empfangenes Funktele gramm 1 enthält eine Geräte-Identifikation ID, einen Zugriffszähler AC und den erfassten Verbrauchswert V. Das empfangene Funktelegramm 1 wird in der Funktelegrammverwaltung 3, die die Aufgabe einer Funksteuerung und eines Speichermanagements übernimmt, analysiert. Dabei wird zunächst die Geräte- Identifikation ID in eine Sperrliste 4 eingetragen, wobei jeder Geräte-Identifika tion eine Sperrfrist t(w) zugeordnet wird. Ferner wird das Funktelegramm 1 in einen als Ausgangswarteschlange 5 dienenden Bereich des Speichers des Da tensammlers 2 eingestellt. Dabei wird der Zugriffszählers AC um 1 zu AC + 1 in krementiert und dem Funktelegramm 6 ein Sendezeitpunkt t(s) zugeordnet. So bald der Sendezeitpunkt t(s) erreicht ist, wird das Funktelegramm 6 ausgesen det (geflutet) und von weiteren Datensammlern 2 empfangen. Zur Erfassung des Verbrauchs wird der Verbrauchswert V aus dem empfangenen Funktele gramm 1 extrahiert und zusammen mit der Geräte-Identifikation ID und dem Zugriffszähler AC in einen als Datenspeicher 7 dienenden Bereich des Spei chers des Datensammlers 2 abgespeichert, wobei der Verbrauchswert V einem der Speicherplätze V1 bis V18 zugeordnet wird. Durch die matrixartige Struktur des Datenspeichers 7 kann mittels Zuordnung zu einem bestimmten Speicher platz V1 bis V18 eine zeitliche Zuordnung des Verbrauchswerts V erfolgen. Al ternativ könnte auch ein Zeitstempel mit abgespeichert werden. Beim Überprü fen des empfangenen Funktelegramms 1 stellt die Funktelegrammverwaltung 3 fest, ob bereits ein aktueller Verbrauchswert V für ein Endgerät mit der Geräte- Identifikation ID in dem Datenspeicher 7 abgespeichert ist. In diesem Fall findet eine erneute Speicherung des Verbrauchswerts V nicht statt. Außerdem wird ein Funktelegramm 1, dessen Zugriffszähler AC bereits einen maximalen Wert er reicht hat, ohne Weiterleiten in die Ausgangswarteschlange 4 durch eine Lösch operation 8 gelöscht. Zum Auslesen der Verbrauchswerte V und Konfigurieren des Datensammlers 2 ist ferner eine Auslese- und Serviceschnittstelle 9 vorhanden. Fig. 2 zeigt den Funktionsablauf in der Funktelegrammverwaltung 3 des Datensammlers 2 in einem detaillierteren Ablaufdiagramm.The operation of the radio system will be described below with reference to FIG. 1. A radio telegram 1 sent by a terminal device (consumption detection device) not shown and received by a data collector 2 contains a device identification ID, an access counter AC and the recorded consumption value V. The received radio telegram 1 is used in the radio telegram management 3 , which has the task of Radio control and memory management takes over, analyzed. The device identification ID is first entered in a blocking list 4 , with a blocking period t (w) being assigned to each device identification. Furthermore, the radio telegram 1 is set in an area of the memory of the data collector 2 serving as an output queue 5 . The access counter AC is incremented by 1 to AC + 1 and a radio transmission time 6 is assigned a transmission time t (s). As soon as the transmission time t (s) is reached, the radio telegram 6 is sent (flooded) and received by further data collectors 2 . To record the consumption, the consumption value V is extracted from the received radio telegram 1 and, together with the device identification ID and the access counter AC, is stored in an area of the memory of the data collector 2 which serves as data memory 7 , the consumption value V being one of the memory locations V1 until V18 is assigned. Due to the matrix-like structure of the data memory 7 , the consumption value V can be assigned in time by means of assignment to a specific memory location V1 to V18. Alternatively, a time stamp could also be saved. When checking the received radio telegram 1 , the radio telegram management 3 determines whether a current consumption value V for a terminal with the device identification ID is already stored in the data memory 7 . In this case, the consumption value V is not stored again. In addition, a radio telegram 1 , whose access counter AC has already reached a maximum value, is deleted by a delete operation 8 without being forwarded to the output queue 4 . A readout and service interface 9 is also provided for reading out the consumption values V and configuring the data collector 2 . Fig. 2 shows the operating sequence in the radio telegram management of the data collector 3 2 in a more detailed flow chart.
Wie Fig. 3 zu entnehmen, ist ein Datensammler 2 nicht an jedem Tag 10 be triebsbereit. An Nicht-Empfangstagen bleibt der Datensammler 2 zum Einsparen von Energie ausgeschaltet. Nur an bestimmten Empfangstagen werden Sender und Empfänger des Datensammlers 2 eingeschaltet. Ein solcher Empfangstag gliedert sich in 24 Duty-Cycle-Intervalle 11 von jeweils einer Stunde, in denen die Funkübertragung nach vorgegebenen Funkregeln 12 in Zeitschlitzen durch geführt wird. Die Funkregeln 12 sehen Duty-Cycle-Pausen 13, vorgegebenen durch eine minimale Sender-Aus-Zeit, und Sendezeiten 14, vorgegeben durch eine maximale Sender-An-Zeit, vor. Die Sendezeiten 14 sind in Zeitschlitze 15 eingeteilt, in denen jeweils ein Funktelegramm 6 mit der entsprechenden Funk telegrammdefinition 16 versendet werden kann.As can be seen Fig. 3, a data collector 2 is not be on any day 10 ready for operation. On non-reception days, the data collector 2 remains switched off to save energy. The transmitter and receiver of data collector 2 are only switched on on certain reception days. Such a reception day is divided into 24 duty cycle intervals 11 of one hour each, in which the radio transmission is carried out in time slots according to predetermined radio rules 12 . The radio rules 12 provide duty cycle breaks 13 , predetermined by a minimum transmitter off time, and transmission times 14 , predetermined by a maximum transmitter on time. The transmission times 14 are divided into time slots 15, in each of which a radio telegram 6 with the corresponding radio telegram definition 16 can be sent.
Das genaue Zeitschema für das Funksystemen kann Fig. 4 entnommenen wer den. Da für die Genauigkeit der Datenerfassung seitens der sendenden Endge räte ein Verbrauchswert V am Stichtag und monatliche Verbrauchswerte V aus reichen, muss ein Datensammler 2 nur einen Empfangstag im Monat und ggf. zusätzlich einen weiteren Empfangstag nach dem Stichtag haben. Mit Beginn des Empfangstags schalten alle Datensammler 2 gleichzeitig alle vier Stunden ihre Empfänger ein. Bei dem ersten Einschalten des Empfängers am Empfangs tag findet zunächst eine Monatssynchronisation der Zeitgeber statt, wobei eine typische Zeitgebertoleranz im Bereich von 100 ppm liegt. Diese dauert etwa vier bis fünf Minuten. Während der Monatssynchronisation können die Datensamm ler 2 schon Funktelegramme 1 von Endgeräten empfangen. Mit dem Fluten der Funktelegramme 6 warten sie jedoch bis zum Ende der Synchronisationsphase, da nicht sichergestellt ist, dass alle Datensammler 2 schon empfangsbereit sind. Nach Abschluss der Synchronisation bleiben die Datensammler 2 für weitere fünf Minuten auf Empfang und fluten die Funktelegramme 6. Danach stellen sie den Funkbetrieb bis zum Erreichen des nächsten Vierstundenintervalls ein. Im nun folgenden Vierstundenintervallen können die aufgelaufenen Zeitgebertole ranzen seit der vorangegangenen Monatssynchronisation nur noch wenige Se kunden betragen. Es findet deshalb in den fünf folgenden Vierstundenintervallen lediglich eine Tagessynchronisation statt. Die Tagessynchronisation besteht aus wenigen sporadisch ausgesendeten Synchronisationstelegrammen, die in den normalen Flutprozess eingestreut werden. Damit haben auch Datensammler 2, die die Monatssynchronisation bspw. durch Fremdstörer verpasst haben, eine Möglichkeit zum Ausgleich Ihrer Zeittoleranzen.The exact timing diagram for the radio systems can be found in FIG. 4 who. Since a consumption value V on the key date and monthly consumption values V are sufficient for the accuracy of the data acquisition by the sending end devices, a data collector 2 only has to have one reception day in the month and, if appropriate, an additional reception day after the key date. At the beginning of the reception day, all data collectors 2 switch on their receivers simultaneously every four hours. When the receiver is switched on for the first time on the day of reception, the timers are first synchronized monthly, with a typical timer tolerance in the range of 100 ppm. This takes about four to five minutes. During the monthly synchronization, the data collectors 2 can already receive radio telegrams 1 from terminals. With the flooding of radio telegrams 6 , however, they wait until the end of the synchronization phase, since it is not ensured that all data collectors 2 are already ready to receive. After synchronization is complete, data collectors 2 remain on reception for another five minutes and flood radio telegrams 6 . Then they stop radio operation until the next four-hour interval is reached. In the following four-hour intervals, the accumulated timer tolerances can only be a few seconds since the previous month synchronization. Therefore, only a day synchronization takes place in the five following four-hour intervals. The day synchronization consists of a few sporadically sent synchronization telegrams that are interspersed in the normal flood process. This means that data collectors 2 who have missed the monthly synchronization, for example due to external interference, also have the option of compensating for their time tolerances.
Die Empfänger-An-Zeiten in den fünf folgenden Vierstundenintervallen sollen jeweils 10 Minuten betragen. In Summe ist ein Datensammler 2 am Empfangs tag, und damit im Monat, etwa 60 Minuten in Betrieb. Die auf Grund des Duty- Cycles zur Verfügung stehende Sender-An-Zeit beträgt dabei etwa 22 Sekun den. Mit diesem Ergebnis ist es ohne weiteres möglich, batteriebetriebene Da tensammler 2 zu realisieren, die mit Langzeitbatterien (z. B. Lithiumzellen) über mehrere Jahre betrieben werden können. Steht ausreichend Batteriekapazität zur Verfügung, können die Funkeigenschaften des Systems durch Einschalten des Funkbetriebs in kürzeren Abständen, bspw Ein- oder Zweistundeninterval len, noch verbessert werden.The receiver on times in the five following four-hour intervals should be 10 minutes each. In total, a data collector 2 is in operation for about 60 minutes on the day of reception, and thus in the month. The transmitter on-time available due to the duty cycle is about 22 seconds. With this result, it is easily possible to implement battery-operated data collectors 2 that can be operated with long-term batteries (eg lithium cells) over several years. If there is sufficient battery capacity available, the radio properties of the system can be improved by switching on radio operation at shorter intervals, e.g. one or two hour intervals.
Dauerversorgte Datensammler 2 (bspw. durch Fremdversorgung aus der Steck dose) unterliegen keiner Beschränkung des Versorgungsstroms. Sie können deshalb permanent im Empfangs- und Sendebetrieb sein. Der Sendebetrieb ist allein durch den Duty-cycle des gewählten Frequenzbandes beschränkt. Derar tige Datensammler 2 können neben ihrer eigentlichen Funktion zur Akquisition und Administration von Endgerätedaten auch als reine Repeater verwendet werden. Dies lässt sich aufgrund der Verlängerung der Endgerätefunkstrecken durch die Datensammler 2 vorteilhaft für Walk-by- oder Drive-by-Ablesever fahren nutzen. Diese Verfahren des Ablesens im Vorübergehen bzw. Vorbeifahren können dort sinnvoll eingesetzt werden, wo ein Betreten eines abzulesen den Gebäudes mit Schwierigkeiten verbunden ist, oder wo das Kosten-/Nutzen verhältnis für die Ablesung dies gebietet. In solchen Fällen ist es denkbar, ganz auf die Speicherung der Daten im Datensammler 2 zu verzichten, um die Sys temkosten weiter zu senken.Permanently supplied data collectors 2 (e.g. through external supply from the socket) are not subject to any restrictions in the supply current. You can therefore be permanently in receive and transmit mode. The transmission mode is limited solely by the duty cycle of the selected frequency band. Such data collectors 2 can be used as pure repeaters in addition to their actual function for the acquisition and administration of terminal data. This can advantageously be used for walk-by or drive-by reading operations due to the extension of the terminal radio links by the data collectors 2 . These methods of reading in passing or driving past can be used sensibly where entering a building is difficult to read or where the cost / benefit ratio for the reading requires. In such cases, it is conceivable to dispense entirely with the storage of the data in the data collector 2 in order to further reduce the system costs.
Mögliche Funktelegrammdefinitionen, die für den Funkbetrieb in dem Funksys tem verwendet werden, lehnen sich an die internationale Norm IEC 870-5-1 Formatklasse FT 3 und den europäischen Normvorschlag der CEN TC 294 an. In dieser Norm bzw. diesem Normvorschlag werden geeignete Telegrammfor mate und Betriebsmodi für die zweckgebundene Daten- bzw. Funkübertragung beschrieben. Der allgemeine Stand der Technik bevorzugt bei der drahtlosen Übertragung von Informationen eine gleichspannungsfreie Leitungskodierung, bspw. durch Überlagerung des Nutzdatenstroms mit einem wohldefinierten pseudozufälligen Bitstrom. Dies garantiert keine Gleichspannungsfreiheit, son dern nähert sich ihr im statistischen Mittel nur an. Vorteil des sog. Data- Scrambling ist, dass es keinen Overhead erzeugt. Ein Verfahren, das Gleich spannungsfreiheit sicherstellt, ist die 3-aus-6-Kodierung, wie sie in der CEN TC 294 vorgeschlagen ist. Hier werden jeweils 4 Datenbits in 3 Null- und 3 Einsbits überführt. Bei gleicher Datenrate werden gegenüber der NRZ-Codierung 50% Overhead erzeugt. Der aus der Informationstechnik bekannte Manchester-Code wird in der CEN TC 294 ebenfalls als Leitungscodierung für die Funkübertra gung vorgeschlagen. Der Manchester-Code erzeugt aus jedem NRZ-Bit mindes tens einen Flankenwechsel und zwei Chips. Der Overhead liegt hier bei 100% und ist damit am ungünstigsten. Der Vorteil der Manchester-Codierung liegt in der einfachen Realisierung mit wenigen Logikgattern.Possible radio telegram definitions that are used for radio operation in the radio system are based on the international standard IEC 870-5-1 format class FT 3 and the European standard proposal of CEN TC 294 . Suitable telegram formats and operating modes for earmarked data or radio transmission are described in this standard or this proposed standard. The general prior art prefers DC-free line coding for the wireless transmission of information, for example by superimposing the user data stream with a well-defined pseudo-random bit stream. This does not guarantee freedom from DC voltage, but only approximates it on a statistical average. The advantage of data scrambling is that it does not generate any overhead. One method that ensures that there is no DC voltage is the 3-out-of-6 coding, as proposed in CEN TC 294 . Here 4 data bits are converted into 3 zero and 3 one bits. At the same data rate, 50% overhead is generated compared to the NRZ coding. The Manchester code known from information technology is also proposed in the CEN TC 294 as line coding for radio transmission. The Manchester code generates at least one edge change and two chips from each NRZ bit. The overhead here is 100% and is the most unfavorable. The advantage of Manchester coding is the simple implementation with few logic gates.
Um ein erfindungsgemäßes Flutnetzwerk sinnvoll effizient betreiben zu können, werden kurze Funktelegramme 1, 6 benötigt. Zum einen ist die Eigenkollisions rate niedrig zu halten. Zum anderen lässt eine Duty-cycle-Beschränkung nur eine begrenzte Sendezeit zu. Diese sollte möglichst effizient genutzt werden. Kurze Funktelegramme 1, 6 erhält man durch Beschränkung auf die wirklich notwendigen Daten und eine hohe Übertragungsrate. Das nach Fig. 5 vorge schlagene Funktelegramm 1, 6 mit den Verbrauchswerten ist bei 100 Kilochips pro Sekunde [kcps] Übertragungsrate lediglich 4,1 Millisekunden lang und kann fünf abrechnungsrelevante Verbrauchswerte aufnehmen.In order to be able to operate a flood network according to the invention efficiently and efficiently, short radio telegrams 1 , 6 are required. Firstly, the self-collision rate must be kept low. On the other hand, a duty cycle restriction only allows a limited transmission time. This should be used as efficiently as possible. Short radio telegrams 1 , 6 are obtained by restricting them to the really necessary data and a high transmission rate. The FIG. 5 nominee radio telegram 1, 6 with the consumption values transfer rate is only 4.1 milliseconds at 100 kilo chips per second [kcps] and can accommodate five billing relevant consumption values.
Das in Fig. 6 gezeigte Synchronisations-Fluttelegramm kann zum Fluten von Datum und Uhrzeit zum Zwecke der Synchronisation der Empfängereinschalt zeiten verwendet werden. Dem Fluttelegramm können noch 11 × 8 Bit Nutzda ten, bspw. Betriebsparameter hinzugefügt werden, die an alle Datensammler des Systems verteilt werden sollen. Diese Nutzdaten können in einen beliebigen Datensammler 2 des Funksystems eingespeist werden.The synchronization flood telegram shown in FIG. 6 can be used for flooding the date and time for the purpose of synchronizing the receiver switch-on times. 11 × 8 bit useful data, for example operating parameters, can also be added to the flood telegram, which are to be distributed to all data collectors in the system. This user data can be fed into any data collector 2 of the radio system.
Das in Fig. 7 dargestellte Fluttelegramm kann für Servicefälle wie "Gerät hinzu fügen/tauschen/löschen" genutzt werden.The flood telegram shown in FIG. 7 can be used for service cases such as "add / replace / delete device".
Für den Fall eines Gerätetausches enthält der Datenteil des Fluttelegramms die Kennung des Geräts, das ersetzt wurde (Hersteller alt, ID alt, Medium/Version alt), gefolgt von der Kennung des neuen Geräts (Hersteller neu, ID neu und Me dium/Version neu). Empfangen andere Datensammler 2 eines Systems solch ein Telegramm, dann ersetzen sie die Kennung des alten Geräts durch die Ken nung des neuen Geräts im Speicher und betrachten es damit als zum System gehörig. Der Telegrammkopf enthält die ID des Datensammlers von dem der Servicebefehl ausging und im Feld "Funktion/AC" einen Funktionscode für die sen Servicefall.In the event of a device replacement, the data part of the flood telegram contains the identifier of the device that was replaced (manufacturer old, ID old, medium / version old), followed by the identifier of the new device (manufacturer new, ID new and medium / version new) ). If other data collectors 2 of a system receive such a telegram, then they replace the identifier of the old device with the identifier of the new device in the memory and thus regard it as belonging to the system. The telegram header contains the ID of the data collector from which the service command was issued and a function code for this service case in the "Function / AC" field.
Der Fall "Gerät löschen" lässt sich als Spezialfall des Gerätetausches behan deln. Eine Möglichkeit wäre beispielsweise, die "Kennung alt" des zu löschen den Geräts der "Kennung neu" gleichzusetzen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die "Kennung neu" auf einen ungültigen/unmöglichen Wert zu setzen, bspw. möglich bei Verwendung einer BCD-Kodierung. Der Telegrammkopf ent hält die ID des Datensammlers, von dem der Servicebefehl ausging, und im Feld "Funktion/AC" einen Funktionscode für diesen Servicefall.The "delete device" case can be handled as a special case of device replacement spindles. One possibility, for example, would be to delete the "old identifier" of the equate the device with the "new identifier". Another option is there in setting the "new identifier" to an invalid / impossible value, For example, possible when using BCD coding. The telegram header ent holds the ID of the data collector from whom the service command was issued and in "Function / AC" field a function code for this service case.
Das Verfahren für den Servicefall "Gerät hinzufügen" kann analog behandelt werden. Dazu kann die "Kennung neu" des hinzugefügten Geräts der "Kennung alt" gleich oder die "Kennung alt" auf einen ungültigen/unmöglichen Wert gesetzt werden. Der Telegrammkopf enthält die ID des Datensammlers 2, von dem der Servicebefehl ausging, und im Feld "Funktion/AC" einen Funktionscode für die sen Servicefall.The procedure for the "Add device" service case can be treated analogously. For this purpose, the "new identifier" of the added device can be set to "old identifier" or the "old identifier" can be set to an invalid / impossible value. The telegram header contains the ID of data collector 2 , from which the service command was issued, and a function code for this service case in the "Function / AC" field.
Ein elementarer Vorteil des beschriebenen Funksystems liegt in der Einfachheit seiner Konzeption, die sich bei der technischen Realisierung eines Datensamm lers 2 und dem anschließenden Funktionstest positiv durch Zeit- und Gelder sparnis niederschlägt. Dieser Vorteil ergibt sich unter anderem aus der Tatsa che, dass kein höherliegendes Netzwerkprotokoll oder spezielle Send-/Confirm- oder Request-/Respond-Prozeduren zur Vernetzung der Datensammler 2 im plementiert wurden. Die Datensammler 2 verhalten sich senderseitig nahezu wie vervielfältigte Endgeräte. Deshalb können empfangsseitig die Funktelegramme 1, 6 von Endgeräten und Datensammlern gleichartig verarbeitet werden.An elementary advantage of the radio system described is the simplicity of its design, which is reflected in the technical implementation of a data collector 2 and the subsequent function test, which saves time and money. This advantage arises, among other things, from the fact that no higher-level network protocol or special send / confirm or request / respond procedures have been implemented to network the data collectors 2 . On the transmitter side, the data collectors 2 behave almost like duplicated end devices. Therefore, the radio telegrams 1 , 6 can be processed in the same way by end devices and data collectors at the receiving end.
Ein weiterer vorteilhafter Aspekt der Erfindung ist die starke Vereinfachung der typischen Servicefälle. Speziell lässt sich hier die Ablesung hervorheben. In Systemen ohne vernetzte Datensammler ist jeder Datensammler einzeln auszu lesen. Die so gewonnen Rohdaten enthalten zahlreiche Redundanzen. Es be steht daher die Notwendigkeit, die Daten vor einer Weiterverarbeitung zu konso lidieren und zu bereinigen. In dem erfindungsgemäßen System kann durch das Flutnetzwerk davon ausgegangen werden, dass alle Datensammler 2 die Verbrauchsdaten V aller Endgeräte eines Systems empfangen und verwalten. Another advantageous aspect of the invention is the great simplification of typical service cases. The reading can be emphasized here in particular. In systems without a networked data collector, each data collector must be read out individually. The raw data obtained in this way contain numerous redundancies. There is therefore a need to consolidate and clean the data before further processing. In the system according to the invention, the flood network can assume that all data collectors 2 receive and manage the consumption data V of all terminals in a system.
Daraus folgt, dass es i. d. R. genügt, einen einzigen Datensammler 2 auszule sen, um alle abrechnungsrelevanten Verbrauchsdaten V zu erhalten. Redun danzen können hierbei nicht auftreten; die aus einem Datensammler 2 gewon nen Daten sind daher direkt verarbeitbar.It follows that it is usually sufficient to read out a single data collector 2 in order to obtain all consumption data V relevant to billing. Redundances can not occur here; the data obtained from a data collector 2 can therefore be processed directly.
Andere Servicefälle, wie z. B. das Verteilen von Betriebsparametern und Konfi gurationsdaten an alle Datensammler 2 eines Systems, können durch das Flu ten sehr einfach bewerkstelligt werden. Die Daten können an einem beliebigen Datensammler 2 eingespeist und durch das Flutnetzwerk automatisch verteilt werden.Other service cases, such as B. the distribution of operating parameters and confi guration data to all data collectors 2 of a system can be done very easily by the flu. The data can be fed into any data collector 2 and automatically distributed through the flood network.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Funksystems liegt darin, dass die Duty-cycle-Anforderungen der neuen ISM-Frequenzbänder durch die sendersei tige Aussendungsbeschränkung mittels Aussendungszähler im Duty-cycle- Intervall einfach eingehalten werden können.Another advantage of the radio system according to the invention is that Duty cycle requirements of the new ISM frequency bands by the transmitter transmission restriction using the transmission counter in the duty cycle Interval can be easily maintained.
Mit dem erfindungsgemäßen Funksystem wurde ein Flutnetzwerk geschaffen, das keine feste Topologie hat. Diese ergibt sich im Betrieb zufällig über die Funkreichweiten. Eine umständliche Netzwerkplanung oder -konfiguration kann daher entfallen. Durch die Gleichartigkeit aller Datensammler 2 und den Ver zicht auf ausgeprägte Hierarchiestufen im Funksystem wird eine hohe Robust heit der Funkkommunikation erzielt. Ausfälle einzelner Datensammler 2 führen nicht automatisch zu einem Zusammenbruch des Funksystems, da keine festen Kommunikationswege existieren. Dadurch wird eine besonders nutzer- und war tungsfreundliche Plug & Play-Lösung geschaffen. With the radio system according to the invention, a flood network was created that has no fixed topology. In operation, this arises randomly over the radio ranges. A cumbersome network planning or configuration can therefore be omitted. Due to the similarity of all data collectors 2 and the absence of pronounced hierarchical levels in the radio system, a high level of robustness of radio communication is achieved. Failures of individual data collectors 2 do not automatically lead to a breakdown of the radio system, since there are no fixed communication channels. This creates a particularly user-friendly and maintenance-friendly plug & play solution.
11
empfangenes Funktelegramm
received radio telegram
22
Datensammler
data collector
33
Funktelegrammverwaltung
Radio telegram management
44
Speicher, Ausgangswarteschlange
Memory, output queue
55
Sperrliste
Block list
66
geflutetes Funktelegramm
flooded radio telegram
77
Speicher, Datenspeicher
Memory, data storage
88th
Löschoperation
clearing operation
99
Auslese- und Serviceschnittstelle
Readout and service interface
1010
Tage
days
1111
Duty-Cycle-Intervalle
Duty cycle intervals
1212
Funkregeln
radio rules
1313
Duty-Cycle-Pausen
Duty cycle breaks
1414
Sendezeiten
transmission times
1515
Zeitschlitze
time slots
1616
Funktelegrammdefinition
ID Geräte-Identifikation
AC Zugriffszähler
V Verbrauchswert
t(w) Sperrfrist
t(s) Sendezeitpunkt
Radio telegram definition
ID device identification
AC hit counter
V Consumption value
t (w) lock-up period
t (s) time of transmission
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