BR112014015664B1 - Método para coordenar as comunicações entre múltiplos dispositivos terminais e múltiplos dispositivos coletores, método para manter um período de transmissão para comunicação através de linhas de distribuição de energia e dispositivo para determinar um período de transmissão para comunicação através de linhas de distribuição de energia - Google Patents

Abstract

coordenação das comunicações ao longo de linhas de distribuição de energia os aspectos da presente descrição também são direcionados a um método que inclui manter um período de transmissão que tem um tempo inicial e um tempo final sincronizados ao tempo metrológico. ademais, este método, em resposta ao tempo inicial, começa a transmissão de um quadro, o qual inclui uma pluralidade de símbolos. essa transmissão ao longo de linhas de distribuição de energia que transportam energia usando corrente alternada (ac). esse método também inclui sincronizar um tempo de transmissão para cada símbolo da pluralidade de símbolos de acordo com um parâmetro baseado em tempo da ac. em resposta a alcançar o fim de um quadro, um período de símbolo de sincronização é determinado para um símbolo de sincronização, como uma função dos tempos de transmissão, para a pluralidade de símbolos e tempo do fim do quadro ao tempo final. o símbolo de sincronização é transmitido então nas linhas de distribuição de energia.

Description

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[001]As prestadoras de serviços públicos utilizam redes distribuídas para fornecer serviços a clientes ao longo de grandes áreas geográficas. Por exemplo, as companhias de energia usam linhas de distribuição de energia para transportar energia a partir de uma ou mais estações de geração (usinas) para os sítios residenciais e comerciais dos clientes. As estações de geração usam corrente alternada (CA) para transmitir energia por longas distâncias via as linhas de distribuição de energia. A transmissão em longa distância pode ser conseguida usando uma tensão relativamente alta. As subestações localizadas próximas aos sítios dos clientes fornecem uma redução da alta tensão para uma tensão mais baixa (por exemplo, usando transformadores). As linhas de distribuição de energia levam essa CA de menor tensão das subestações para os sítios dos clientes com dispositivos terminais.

[002]Os provedores de comunicações podem utilizar uma rede de comunicações distribuída para fornecer serviços de comunicações aos consumidores. Da mesma forma, as companhias de energia utilizam uma rede de linhas de energia, medidores e outros elementos de rede para fornecer energia aos clientes por toda uma região geográfica e para receber dados a partir das localizações de consumo (por exemplo, incluindo, mas não limitado aos dados que representam o uso medido de serviços públicos). Um sistema pode fornecer essas funções de relatório usando um conjunto de dispositivos de coleta de dados (coletores) que são projetados para se comunicar com os dispositivos terminais próximos. Entretanto, a comunicação de dados entre um centro de comando, coletores e muitos milhares de dispositivos terminais ao longo de linhas de distribuição de energia pode ser um problema particularmente desafiador. O grande número de dispositivos terminais contribui para uma série de questões incluindo sincronização, largura de banda de comunicação e considerações de custos. Outros problemas referem-se à interferência de sinal e à coordenação entre os dispositivos de comunicação.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[003]A presente descrição é direcionada a sistemas e métodos para uso com comunicações coordenadas entre dispositivos e ao longo de linhas de distribuição de energia. Esses e outros aspectos da presente descrição são exemplificados em várias implementações ilustradas e aplicações, algumas das quais são mostradas nas figuras e caracterizadas na seção Reivindicações em seguida.

[004]A coordenação das comunicações de dados entre um dispositivo de distribuição de dados, tal como um coletor, e muitos dispositivos terminais ao longo de linhas de distribuição de energia pode ser um problema particularmente desafiador. Para certas aplicações, o grande número de dispositivos terminais pode contribuir para uma série de questões incluindo sincronização, largura de banda de comunicação e considerações aos custos. Esses e outros assuntos podem ser apreciados em conjunto com uma ou mais das modalidades discutidas aqui.

[005]As modalidades exemplificadas da presente descrição incluem vários métodos e aparelhos. Consistente com a presente descrição, certas modalidades são direcionadas a um método útil para coordenar as comunicações entre os vários dispositivos terminais e os vários dispositivos coletores. As comunicações entre esses dispositivos terminais e os dispositivos coletores ocorrem ao longo de linhas de distribuição de energia (transportando energia usando corrente alternada (CA)). Neste método para coordenar as comunicações, os dados são comunicados ao longo de linhas de distribuição de energia, a partir dos dispositivos de coleta de dados (ou coletores) para os dispositivos terminais, utilizando um protocolo que é definida por um primeiro tempo e um segundo tempo. O primeiro e o segundo tempo podem ser usados para indicar quando os quadros de dados serão transmitidos, e quando os símbolos dentro dos quadros de dados serão transmitidos. Ademais, o método inclui gerar um relógio de coletor no coletor (por exemplo, usando um circuito oscilador local), e usando o relógio de coletor como uma base de tempo, mantendo um tempo de rede de coletor. Em certas modalidades, o primeiro tempo é determinado a partir do tempo da rede coletora (em cada dispositivo coletor). Adicionalmente, em cada dispositivo coletor, a frequência para a corrente CA transportada nas linhas de distribuição de energia pode ser rastreada. O segundo tempo é determinado a partir da frequência rastreada. Além disso, o método da presente modalidade inclui ajustar um tempo de rede terminal, em cada dispositivo terminal, em resposta aos pacotes/dados indicando tempo recebidos a partir de um dispositivo coletor.

[006]Em certas modalidades, esse método pode ser útil para coordenar as comunicações e incluir etapas adicionais. Por exemplo, o método pode incluir adicionalmente calcular tempo a partir do fim de um primeiro quadro (como determinado pelo segundo tempo) até o início de um segundo quadro (determinado pelo primeiro tempo). Uma etapa adicional de determinar quantos símbolos de sincronização podem ser transmitidos antes do início do segundo quadro também está incluída com a etapa de calcular o tempo do fim do primeiro quadro até o início do segundo quadro. O número de símbolos de sincronização é determinado com base na taxa de transmissão de símbolos para o primeiro quadro e no tempo calculado. Os tempos de rede, utilizados neste método, podem ser ajustados periodicamente em resposta a um tempo padronizado mantido externamente.

[007]Em outras modalidades exemplificadas, o primeiro tempo define quando os quadros de dados serão transmitidos, e em seguida, os símbolos de dados são transmitidos em resposta à corrente CA (por exemplo, uma periodicidade de símbolo é ajustada com base na frequência da corrente CA). Os símbolos de dados usados neste método podem ser codificados usando, como um exemplo não limitante, a modulação por deslocamento de fase em quadratura (QPSK). Para modalidades usando QPSK ou outros protocolos de codificação, a CA pode ser usada como uma base de tempo periódica/repetidamente executando um módulo de código de software, tal como uma rotina de serviço de interrupção (ISR), que monitora o valor do sinal da corrente CA. Esse código/ISR pode ser chamado repetidamente em uma taxa que é suficientemente rápida para fornecer a sincronismo para os símbolos QPSK codificados, sendo a sincronismo relativa a um dispositivo terminal que usa outra rotina de interrupção para gerar uma base de tempo/frequência de CA que é utilizada para decodificar os símbolos.

[008]As modalidades da presente descrição também são direcionadas a um método que inclui manter um período de transmissão, que tem um tempo inicial e um tempo final sincronizados ao tempo da rede. Ademais, este método, em resposta ao tempo inicial, inicia a transmissão de um quadro, o qual inclui uma pluralidade de símbolos. Essa transmissão ocorre ao longo de linhas de distribuição de energia que transportam energia usando corrente alternada (CA). Este método também inclui sincronizar um tempo de transmissão para cada símbolo da pluralidade de símbolos com uma transição de sinal correspondente da corrente CA. Em resposta a alcançar o fim do quadro, um período de símbolo de sincronização é determinado para um símbolo de sincronização ajustado, como uma função dos tempos de transmissão, para a pluralidade de símbolos, e do tempo a partir do fim do quadro até o tempo final. O símbolo de sincronização ajustado é então transmitido nas linhas de distribuição de energia.

[009]Em certas modalidades específicas deste método, cada símbolo da pluralidade de símbolos tem um período de símbolo comum. Ademais, o período de símbolo do símbolo de sincronização é menor do que o período de símbolo comum. O símbolo da pluralidade de símbolos, em certas modalidades exemplificadas deste método, é definido ainda como tendo um período de símbolo comum. Nesses casos, um período de símbolo de sincronização é determinado com base no número de símbolos do tempo símbolo comum que podem ser transmitidos no tempo a partir do fim do quadro até o tempo final.

[010] As modalidades da presente descrição também são direcionadas a um dispositivo que inclui um circuito de relógio de tempo de rede, um circuito de relógio de tempo de sistema e um circuito de processamento. O circuito de relógio de rede deste dispositivo é responsivo à hora do dia da rede, e um circuito de relógio de tempo de sistema é responsivo a uma frequência de uma corrente alternada que é transportada nas linhas de distribuição de energia. O circuito de processamento é projetado para determinar um período de transmissão que tem tempo inicial e um tempo final determinados usando o relógio de tempo de rede. Ademais, o circuito de processamento é configurado para iniciar a transmissão de um quadro incluindo uma pluralidade de símbolos, em resposta ao tempo inicial e ao longo das linhas de distribuição de energia que transportam energia usando corrente alternada (CA). O circuito de processamento é projetado para sincronizar um tempo de transmissão para cada símbolo de uma pluralidade de símbolos para o relógio de tempo de sistema. Em resposta a alcançar o fim do quadro, o circuito de processamento é projetado para determinar um comprimento de símbolo para um símbolo de sincronização como uma função do tempo a partir do fim do quadro até o tempo final e dos tempos de transmissão para a pluralidade de símbolos. O circuito de processamento é configurado então para transmitir o símbolo de sincronização ao longo das linhas de distribuição de energia.

[011]O sumário acima não é destinado a descrever cada modalidade ilustrada ou cada implementação da presente descrição. As figuras e a descrição detalhada que seguem, incluindo o que é descrito nas reivindicações em anexo, descrevem mais particularmente algumas dessas modalidades.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[012]Várias modalidades exemplificadas podem ser entendidas de forma mais completa considerando-se a seguinte descrição detalhada em conjunto com os desenhos em anexo, nos quais:

[013] A Figura 1 é um diagrama de bloco de um ambiente de rede exemplificado no qual os terminais comunicam os dados com as unidades coletoras, de acordo com as modalidades da presente descrição.

[014] A Figura 2 descreve um diagrama de blocos para um dispositivo para coordenar as comunicações em linhas de distribuição de energia, de acordo com as modalidades da presente descrição.

[015] A Figura 3 descreve um diagrama de tempo para os quadros transmitidos ao longo de linhas de distribuição de energia, de acordo com as modalidades da presente descrição.

[016]A Figura 4 descreve um diagrama de tempo para transmissões coordenadas, de acordo com as modalidades da presente descrição.

[017]A Figura 5 descreve um fluxograma para um ISR, de acordo com as modalidades da presente descrição.

[018]A Figura 6 descreve um fluxograma para ISR de frequência de linha CA que pode ser usado para determinar a frequência de linha média dessa corrente CA, de acordo com as modalidades da presente descrição.

[019]Embora a descrição seja passível de várias modificações e formas alternativas, os seus exemplos foram mostrados a título de exemplo nos desenhos e serão descritos em detalhes. Dever-se-ia entender, entretanto, que a intenção não é limitar a descrição às modalidades particulares mostradas e/ou descritas. Pelo contrário, a intenção é englobar todas as modificações, equivalentes e alternativas que estejam dentro do espírito e escopo da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[020]Acredita-se que os aspectos da presente descrição sejam aplicáveis a uma variedade de diferentes tipos de dispositivos, sistemas e arranjos para coordenar as comunicações entre vários níveis de dispositivos usando linhas de distribuição de energia como meios de transporte de comunicação. Embora a presente descrição não seja necessariamente limitada a tais aplicações, os vários aspectos da descrição podem ser apreciados através de uma discussão de vários exemplos usando este contexto.

[021]Um uso particular das comunicações ao longo de linhas de energia refere-se a aplicações de leitura de medidor de consumo de serviço. Em aplicações de leitura de medidor de consumo de serviço (bem como outras aplicações), pode haver milhões de dispositivos terminais fornecendo leituras coordenadas. A comunicação à jusante com tantos terminais representa uma tarefa difícil, que é agravada pelas restrições de comunicação causadas pelo uso de linhas de distribuição de energia. Por exemplo, pode haver restrições com relação à interferência de harmônicos causada pela corrente (CA) nas linhas de distribuição de energia. Para o relatório de uso de serviços públicos e funções de faturamento associadas, a hora do dia pode ser uma consideração importante. Ademais, os protocolos de comunicações entre as diferentes camadas de dispositivos de comunicação podem exigir coordenação baseada no tempo entre os dispositivos. As demandas de coordenação de tempo no sistema podem ser significativas à medida que a largura de banda de dados do sistema aumenta (por exemplo, devido, ao menos em parte, às restrições causadas pelo uso de linhas de distribuição de energia). Os aspectos da presente descrição, embora não limitados necessariamente às caracterizações e problemas citados acima, são direcionados à coordenação das comunicações com os terminais. Essas comunicações podem usar diferentes bases de tempo e fornecer ajustes ao protocolo de comunicação, de modo a considerar tais diferenças.

[022]Os aspectos da presente descrição reconhecem que transmitir símbolos com base em um oscilador local pode frustrar a recepção de um sinal à jusante por um terminal. Isso também pode causar intermodulação de harmônicos em relação à frequência de portadora de transmissão. Outros aspectos da presente descrição reconhecem que o uso de um relógio de símbolo baseado unicamente na frequência CA pode criar uma série de problemas de comunicação baseada em tempo quando coordenando as comunicações entre as pluralidades de dispositivos terminais.

[023]As modalidades exemplificadas da presente descrição incluem vários métodos, dispositivos e sistemas. Consistente com a presente descrição, certas modalidades são direcionadas a um método útil para coordenar as comunicações entre os vários dispositivos terminais e vários dispositivos coletores. As comunicações entre esses dispositivos terminais e dispositivos coletores ocorrem ao longo de linhas de distribuição de energia (que transportam energia usando corrente alternada (CA)). Neste método para coordenar as comunicações, os dados são comunicados ao longo das linhas de distribuição de energia, a partir dos dispositivos coletores para os dispositivos terminais, utilizando um protocolo que é definido por um primeiro tempo e por um segundo tempo. O primeiro tempo define quando os quadros de dados são transmitidos, e o segundo tempo define quando os símbolos dentro dos quadros de dados são transmitidos. Ademais, em cada dispositivo coletor, o método inclui gerar um relógio (por exemplo, a partir de um circuito oscilador local), e usar o relógio como uma base de tempo, mantendo um tempo de rede de coletor. O primeiro tempo é determinado a partir do tempo da rede coletora (em cada dispositivo coletor). Adicionalmente, em cada dispositivo coletor, a frequência de CA transportada nas linhas de distribuição de energia é rastreada. O segundo tempo é determinado a partir da frequência rastreada. Além disso, o método da modalidade atual inclui ajustar o tempo da rede terminal, em cada dispositivo terminal, em resposta aos dados/pacotes indicando tempo recebidos a partir de um dispositivo coletor.

[024]Em certas modalidades, o método pode incluir ainda calcular o tempo a partir do fim de um primeiro quadro (quando determinado pelo segundo tempo) até o início de um segundo quadro (quando determinado pelo primeiro tempo). Uma etapa adicional de determinar quantos símbolos de sincronização podem ser transmitidos antes do início do segundo quadro é também incluída com a etapa de calcular o tempo a partir do fim do primeiro quadro até o início do segundo quadro. O número de símbolos de sincronização é determinado com base na taxa de transmissão de símbolos para o primeiro quadro e no tempo calculado. O tempo de rede pode ser ajustado em resposta a um tempo padronizado mantido externamente, em certas modalidades.

[025]Em outras modalidades exemplificadas, o primeiro tempo define quando os quadros de dados são transmitidos, e em seguida, os símbolos de dados são transmitidos em resposta a um parâmetro baseado no tempo da CA (por exemplo, uma frequência detectada da CA). Os símbolos de dados usados neste método útil para coordenar as comunicações, em outras modalidades exemplificadas, são codificados usando a modulação por deslocamento de fase em quadratura (QPSK). Para as modalidades que usam QPSK, a frequência da CA pode ser rastreada por código executando repetidamente (ou periodicamente) (por exemplo, operando uma rotina de interrupção ou rotina de “polling”) para detectar um valor de sinal da CA. O valor de sinal pode incluir, mas não está limitado a, um caso de passagem da tensão (por zero/não zero), uma borda de subida/de queda, ou detecção de pico (min/max). Para simplificar, o código repetido é chamado em seguida de uma rotina de interrupção. Esta rotina de interrupção é operada em uma taxa que é suficientemente rápida para fornecer sincronismo para os símbolos QPSK codificados a serem decodificados em um terminal que utiliza a sua própria rotina de interrupção para detectar um valor de sinal de CA. O terminal pode então usar o valor de sinal detectado com a finalidade de determinar a frequência de CA.

[026]As modalidades da presente descrição também são direcionadas a um método que inclui manter um período de transmissão, que tem um tempo inicial e um tempo final sincronizados a um tempo de rede. Ademais, esse método, em resposta ao tempo inicial, começa a transmissão de um quadro, o qual inclui uma pluralidade de símbolos. Essa transmissão ocorre ao longo de linhas de distribuição de energia que transportam energia usando corrente alternada (CA). Esse método também inclui sincronizar um tempo de transmissão para cada símbolo da pluralidade de símbolos via uma transição de sinal correspondente da CA. Em resposta a alcançar o fim do quadro, um período de símbolo de sincronização é determinado para um símbolo de sincronização ajustado, como uma função dos tempos de transmissão, para a pluralidade de símbolos, e do tempo a partir do fim do quadro até o tempo final. O símbolo de sincronização ajustado é então transmitido ao longo de linhas de distribuição de energia.

[027]Em certas modalidades específicas deste método, cada símbolo da pluralidade de símbolos tem um período de símbolo comum. Ademais, o período de símbolo do símbolo de sincronização ajustado é diferente (maior ou menor) do que o período de símbolo comum. Nesses casos, esse método inclui determinar o período de símbolo de sincronização através da determinação de um número de símbolos do período de símbolo comum que podem ser transmitidos no tempo a partir do fim do quadro até o tempo final. Consequentemente, o símbolo de sincronização ajustado pode ser usado em conjunto com o número determinado de símbolos do período de símbolo comum.

[028]As modalidades da presente descrição são direcionadas também a um dispositivo que inclui um circuito de relógio de tempo de rede, um circuito de relógio de tempo de sistema, e um circuito de processamento. O circuito de relógio de rede, desse dispositivo, é responsivo a uma hora do dia da rede, e o circuito de relógio de tempo de sistema é responsivo à frequência de uma corrente alternada que é transportada nas linhas de distribuição de energia. O circuito de processamento é projetado para determinar um período de transmissão tendo um tempo inicial e um tempo final determinados usando o relógio de tempo de rede. Ademais, o circuito de processamento é configurado para iniciar a transmissão de um quadro que inclui uma pluralidade de símbolos, em resposta ao tempo inicial e ao longo de linhas de distribuição de energia que transportam energia usando corrente alternada (CA). O circuito de processamento é projetado para sincronizar um tempo de transmissão para cada símbolo da pluralidade de símbolos para o relógio de tempo de sistema. Em resposta a alcançar o fim do quadro, o circuito de processamento é projetado para determinar um comprimento de símbolo para um símbolo de sincronização como uma função do tempo a partir do fim do quadro até o tempo final e de tempos de transmissão para a pluralidade de símbolos. O circuito de processamento é configurado, então, para transmitir o símbolo de sincronização nas linhas de distribuição de energia.

[029] De acordo com as várias modalidades da presente descrição, as linhas de distribuição de energia podem transportar energia que é fornecida a partir de uma ou mais estações de geração (usinas) para sítios residenciais e comerciais dos clientes da mesma forma. A estação de geração usa a CA para transmitir a energia por longas distâncias ao longo das linhas de distribuição de energia. A transmissão em longa distância pode ser conseguida usando uma tensão relativamente alta. As subestações localizadas próximas dos sítios de consumo fornecem uma redução da alta tensão para uma tensão mais baixa (por exemplo, usando transformadores). As linhas de distribuição de energia transportam essa CA de menor tensão a partir das subestações para os sítios de consumo. Dependendo da rede de distribuição, as tensões e as frequências CA exatas podem variar. Por exemplo, as tensões podem estar geralmente na faixa de 100 a 240 V (expressa como a raiz média quadrática da tensão) com duas frequências normalmente usadas iguais a 50 Hz e 60 Hz. Nos Estados Unidos, por exemplo, uma rede de distribuição pode fornecer aos sítios de consumo uma tensão de 120 V e/ou 240 V, a 60 Hz.

[030] A Figura 1 é um diagrama de blocos de um ambiente de rede exemplificado 100 no qual os terminais 102 comunicam dados com as unidades coletoras 104, de acordo com modalidades da presente descrição. O ambiente de rede 100 inclui uma rede de serviço na qual uma pluralidade de terminais 102-102F é acoplada (por exemplo, acoplada comunicativamente) às unidades coletoras 104a, 104b. De acordo com as modalidades da presente descrição, os terminais 102 podem fornecer dados a partir dos medidores de serviço público. Por exemplo, os dados podem ser fornecidos a partir de medidores de energia, medidores de gás e medidores de água que são instalados respectivamente em redes de distribuição de gás e de água. Além disso, enquanto a presente descrição geralmente se refere aos terminais 102 como fornecendo dados de medição de serviço público (por exemplo, energia) ao longo de uma rede de distribuição de energia, outros dados podem também ser comunicados.

[031]Os terminais 102 podem ser implementados para monitorar e relatar as várias características de operação da rede de serviços. Por exemplo, em uma rede de distribuição de energia, os medidores podem monitorar as características relacionadas ao uso de energia na rede. Características exemplificadas relacionadas ao uso de energia na rede incluem o uso de energia médio ou total, picos de energia, quedas de energia e mudanças de carga, entre outras características. Em redes de distribuição de gás e de água, os medidores podem medir características similares que são relacionadas ao consumo de água e gás (por exemplo, o fluxo total e a pressão).

[032]Os terminais 102 relatam as características de operação da rede ao longo de canais de comunicação. Os canais de comunicação são partes do espectro ao longo do qual os dados são transmitidos. A frequência central e a largura de banda de cada canal de comunicações podem depender do sistema de comunicação em que são implementadas. Em algumas implementações, os canais de comunicação para medidores de serviços públicos (por exemplo, medidores de energia, gás e/ou água) podem ser transmitidos usando redes de comunicação de linha de energia que alocam a largura de banda disponível entre os terminais, de acordo com uma técnica de alocação de espectro de acesso múltiplo por divisão de frequência ortogonal (OFDMA) ou outra técnica de alocação de canal.

[033]Quando os terminais 102 são implementados em conjunto com medidores de energia em uma rede de distribuição de energia, os terminais transmitem os dados de relatório que especificam a informação do medidor atualizada que pode incluir medidas de consumo total de energia, consumo de energia ao longo de um determinado período de tempo, pico de consumo de energia, tensão instantânea, pico de tensão, tensão mínima e outras medidas relacionadas ao consumo e gerenciamento de energia (por exemplo, informações de carga). Cada um dos terminais pode também transmitir outros dados, tais como dados de estado (por exemplo, operando em um modo normal de operação, em um modo de energia de emergência, ou em outro estado, tal como um estado de recuperação após uma queda de energia).

[034]Em algumas implementações, os símbolos (representando um ou mais bits que representam os dados de relatório e/ou estado) são transmitidos ao longo das linhas de distribuição de energia por um período de símbolo especificado. Um período de símbolo é um período de tempo ao longo do qual cada símbolo é comunicado. Vários símbolos estão contidos dentro de um período de quadro, que representa o tempo ao longo do qual um quadro completo é comunicado, onde cada quadro fornece sincronização para os símbolos do mesmo quadro.

[035]Na Figura 1, os terminais 102a-102c e 102d-102F transmitem os símbolos ao longo dos canais de comunicação para as unidades coletoras 104a, 104b, respectivamente. As unidades coletoras 104 podem incluir circuitos (por exemplo, incluindo um ou mais processadores de dados) que são configurados e dispostos para se comunicar com os terminais ao longo de linhas de distribuição de energia. As unidades coletoras 104 podem também incluir um circuito para fazer interface com um centro de comando 112. A interface com o centro de comando 112 pode ser implementada usando uma variedade de diferentes redes de comunicação, incluindo, mas não limitada a uma rede de área ampla (WAN) usando a Ethernet.

[036]De acordo com certas modalidades da presente descrição, os coletores são instalados nas subestações e usados para controlar a comunicação bidirecional tanto com o centro de comando 112 (por exemplo, localizado em um escritório de serviços públicos) quanto com os terminais (por exemplo, localizados em localizações de medição para os sítios de consumo). Essa mensagem para os terminais pode ser enviada para um terminal individual, ou transmitida simultaneamente a um grupo de terminais conectados aos coletores 104. De acordo com certas modalidades, os coletores 104 são construídos de acordo com uma especificação de computador de grau industrial, de modo a suportar o ambiente hostil de uma subestação.

[037]Em certas modalidades da presente descrição, o(s) coletor (es) 104 pode(m) receber os dados a partir de muitos terminais diferentes 102 enquanto armazena(m) os dados em um banco de dados local. Um coletor pode também agir com base nos dados recebidos a partir dos terminais e transmitir os ditos dados recebidos a partir dos terminais para um centro de comando 112. Por exemplo, em uma rede PLC, o centro de comando 112 pode receber dados indicando que o uso de energia é significativamente maior em uma parte particular de uma rede de energia do que em outras partes da rede de energia. Com base nesses dados, o centro de comando 112 pode alocar recursos adicionais para essa parte particular da rede (ou seja, o equilíbrio de cargas) ou fornecer dados especificando que há o aumento do uso de energia na parte particular da rede de energia.

[038]De acordo com certas modalidades, o centro de comando 112 fornece uma interface que permite que os dispositivos de usuário 118 acessem os dados recebidos a partir dos terminais 102. Por exemplo, os dispositivos de usuário podem ser de propriedade do operador prestadora de serviços públicos, pessoal de manutenção e/ou clientes da prestadora de serviços públicos. Por exemplo, os dados que identificam o aumento do uso de energia descrito acima podem ser fornecidos a um dispositivo de usuário 118 acessível pelo operador de rede, que pode, por sua vez, determinar uma ação apropriada com relação ao aumento do uso. Adicionalmente, os dados que identificam uma medida de tempo de uso e/ou uma medida de pico de demanda também podem ser fornecidos aos dispositivos de usuário 118. Similarmente, se houver uma queda de energia, o centro de comando 112 pode fornecer dados aos dispositivos de usuário 118 que são acessíveis pelos clientes para fornecer informação com relação à existência da queda de energia e potencialmente fornecer informação estimando a duração da queda de energia.

[039]As redes de dados 110a e 110b podem ser uma rede de área ampla (WAN), uma rede de área local (LAN), a Internet, ou qualquer outra rede de comunicações. As redes de dados 110 podem ser implementadas como uma rede com fios ou sem fios. As redes com fios podem incluir quaisquer redes com limitação de meio incluindo, mas não limitado a, redes implementadas usando fios condutores metálicos, materiais de fibra óptica, ou de guias de onda. As redes sem fio incluem todas as redes de propagação de espaço livre incluindo, mas não limitadas a redes implementadas usando ondas de rádio e redes ópticas de espaço livre. Em certas modalidades, as redes de dados 110 se sobrepõem. Em algumas modalidades, elas podem ser a mesma rede de dados. Por exemplo, cada rede 110 poderia fornecer dados, pelo menos em parte, ao longo da Internet.

[040]Os símbolos a partir de um terminal particular podem ser transmitidos por qualquer um dos milhares de canais de comunicação em um sistema PLC. Por exemplo, a cada terminal pode ser atribuído um canal particular utilizando OFDMA ou outra técnica de alocação de canais. Atribuições de canal para os terminais 102a- 102c, 102d-102F que se comunicam com colecionadores particulares 104a, 104b podem ser armazenadas, por exemplo, em um banco de dados de comunicação que é acessível pelo centro de comando 112 e/ou pelos coletores 104a, 104b.

[041]De acordo com modalidades da presente descrição, cada coletor 104 pode ser configurado para estar em comunicação com milhares de terminais 102, e pode haver milhares de coletores 104 em conjunto com o centro de comando 112. Por exemplo, um único coletor pode ser configurado para se comunicar com mais de 100.000 dispositivos terminais e um centro de comando pode ser configurado se para se comunicar com mais de 1.000 coletores. Assim, pode haver milhões de terminais totais e muitos milhares desses terminais podem se comunicar com um coletor comum ao longo de uma linha de distribuição de energia compartilhada. Consequentemente, as modalidades da presente descrição são direcionadas a coordenar as comunicações usando protocolos baseados em tempo cuidadosamente concebidos e considerações relacionadas.

[042]Como uma parte da presente descrição, é discutido um método útil para coordenar a comunicação entre os dispositivos terminais 102-102F e os dispositivos coletores 104a-104b. As comunicações coordenadas entre os dispositivos terminais 102-102F e os dispositivos coletores 104a-104b ocorrem ao longo de linhas de distribuição de energia que carregam energia usando corrente alternada (CA). Esse método inclui a comunicação de dados, ao longo das linhas de distribuição de energia, a partir de dispositivos coletores 104a-104b para os dispositivos terminais 102a-102F, utilizando um protocolo que é definido por um primeiro tempo e um segundo tempo. O primeiro tempo define quando os quadros de dados são transmitidos, e o segundo tempo define quando os símbolos dentro dos quadros de dados são transmitidos. Em certas modalidades, o primeiro tempo pode ser coordenado com um tempo externamente fornecido, tal como o tempo padronizado fornecido por um servidor de Tempo Universal Coordenado (UTC) 120. Por exemplo, os dispositivos coletores 104 podem obter o tempo padronizado acessando diretamente um servidor UTC 120 pela Internet. Em outros casos, o centro de comando 112 pode acessar o servidor UTC e, em seguida, fornecer o tempo aos coletores 104. Em cada dispositivo coletor 104, o método ainda opera gerando um relógio de coletor (por exemplo, a partir de um circuito oscilador local), e mantendo um tempo de rede de coletor usando o relógio de coletor como uma base de tempo. O coletor determina o primeiro tempo a partir do tempo de rede de coletor (em cada dispositivo coletor 104). Adicionalmente, em cada dispositivo coletor 104, a frequência da CA transportada nas linhas de distribuição de energia pode ser rastreada ou captada. Ademais, o método inclui determinar que o segundo tempo é determinado a partir da frequência de CA. O método também inclui ajustar o tempo de rede terminal, em cada dispositivo terminal 102a-102F, em resposta ao tempo indicando os pacotes/dados recebidos a partir de um dispositivo coletor 104a-104b.

[043]O método útil para coordenar as comunicações pode incluir etapas adicionais. Por exemplo, o método pode ainda incluir calcular o tempo a partir do fim de um primeiro quadro até o início de um segundo quadro. O fim do primeiro quadro é determinado com base no segundo tempo, e o início do segundo quadro é determinado com base no primeiro tempo. Nessas modalidades, uma etapa adicional de determinar quantos símbolos de sincronização podem ser transmitidos, antes do início do segundo quadro também está incluído com a etapa de calcular o tempo a partir do fim do primeiro quadro até o início do segundo quadro. O número de símbolos de sincronização é determinado com base na taxa de transmissão de símbolos para o primeiro quadro e no tempo calculado. Em certas outras modalidades, o tempo de rede é ajustado com base em um tempo padronizado mantido externamente.

[044]Como usado aqui, o termo metrologia/tempo metrológico denota um relógio que mantém a hora do dia. Por exemplo, o “International Bureau of Weights and Measures” (BIPM) é responsável por manter a hora do dia mundial precisa. Ele combina, analisa e pondera os padrões oficiais de tempo atômico dos países membros em todo o mundo para criar um único Tempo Universal Coordenado oficial (UTC). Esse relógio é baseado em uma escala de tempo que é projetada em torno do tempo de uma rotação da Terra. Tal projeto pode incluir a compensação de descasamentos entre a rotação (desaceleração) da Terra e um calendário particular. Enquanto os aspectos da presente descrição não são necessariamente dependentes do órgão governamental específico que mantém tal tempo metrológico, um exemplo específico deste pode ser útil na discussão de vários aspectos da presente descrição.

[045]O primeiro tempo define quando os quadros de dados são transmitidos e os símbolos de dados são transmitidos em resposta à detecção de fases da CA posteriormente em outras modalidades exemplificadas. Em outras modalidades exemplificadas, os símbolos de dados usados nesse presente método podem ser úteis para coordenar as comunicações que utilizam codificação por deslocamento de fase em quadratura (QPSK). As modalidades desse método que utilizam QPSK ou outros protocolos de codificação (por exemplo, modulação por deslocamento de amplitude, modulação por deslocamento de fase diferencial ou modulação por deslocamento de frequência) podem controlar a frequência de CA executando periodicamente uma rotina de serviço de interrupção (ISR) que monitora um valor de sinal captado da CA. Esse ISR pode ser operado em uma taxa que seja suficientemente rápida para permitir que um terminal decodifique símbolos QPSK utilizando outra rotina de interrupção para detectar um valor de sinal de CA.

[046]A Figura 2 representa um diagrama de blocos de um dispositivo para coordenar as comunicações em linhas de distribuição de energia, de acordo com modalidades da presente descrição. Um dispositivo 206 é configurado para transmitir dados em linhas de distribuição de energia 216, utilizando os dados fornecidos a partir do circuito de processamento 212 ao transceptor 218. Em modalidades particulares da presente descrição, o dispositivo 206 é um dispositivo coletor 104, que é configurado para transmitir para dispositivos terminais 102. O circuito de processamento 212 gera dados codificados em símbolos nos quais vários símbolos formam um quadro de dados. Cada símbolo representa um ou mais bits de dados que, por sua vez, são representados por um sinal portador modulado que é transmitido pelo transceptor 218 para as linhas de distribuição de energia. Por exemplo, o transceptor 218 pode transmitir os símbolos em linhas de distribuição de energia 216 modulando as fases de uma onda portadora. A modulação particular é baseada nos dados codificados em símbolos, que foi determinada com base nos dados a serem transmitidos, e pelo sistema de codificação particular.

[047]Os aspectos da presente descrição reconhecem que a CA transmitida ao longo de linhas de distribuição de energia pode ser utilizada para ajudar a manter a sincronismo entre o coletor e múltiplos dispositivos terminais. Consequentemente, o coletor pode ser configurado para usar os tempos de CA 208 como parte de uma segunda operação de sincronismo 210 (a primeira operação sendo discutida a seguir). Por exemplo, o período/frequência de símbolos 222 para os símbolos codificados transmitidos nas linhas de distribuição de energia pode ser ajustado de acordo com os tempos de CA. Em alguns casos, os terminais podem também ser configurados para monitorar o sinal de CA (localmente) e usar os tempos de CA como uma base para suas respectivas operações de decodificação. Os tempos de CA podem ser fornecidos monitorando-se eventos de sinal, tal como passagens por zero, do sinal de CA. As passagens por zero são somente um exemplo e outros são possíveis, tais como a detecção de um determinado valor de sinal não zero, bordas de sinal, e/ou valores de sinal mínimo/máximo.

[048]Outros aspectos da presente descrição reconhecem que uma referência de tempo de sistema pode ser benéfica para coordenar as comunicações entre os terminais e os coletores. Por exemplo, operações, como leituras do medidor, contam com a hora do dia (metrologia) (por exemplo, como relevante para o faturamento e/ou outros aspectos de relatório). Assim, os aspectos da presente descrição são direcionados para o coletor sendo configurado para utilizar outra fonte de relógio 202 (por exemplo, um relógio de hora do dia, utilizando um oscilador de cristal local) em conjunto com uma primeira operação de sincronismo 204. Essa primeira operação de sincronismo 204 pode ser usada para determinar o tempo de início dos quadros 220, onde os quadros contêm símbolos usando a segunda operação de sincronismo 210. A fonte do relógio 202 pode ser mantida utilizando um oscilador local (ou outra fonte de sincronismo) e ao mesmo tempo sendo ocasionalmente atualizada com base na informação de tempo recebida a partir de um servidor UTC (ou diretamente ou via a central de comando 112).

[049]Os aspectos da presente descrição também são direcionados a compensar as diferenças entre a segunda operação de sincronismo 210 e a primeira operação de sincronismo 204. Por exemplo, o coletor 206 pode ser configurado e disposto para transmitir utilizando um quadro de dados que usa ao menos um símbolo de sincronização, tendo um período de símbolo predeterminado, a ser transmitido antes do início do quadro de dados. Por exemplo, um protocolo de comunicação pode definir vários símbolos de sincronização. Esses símbolos de sincronização serão detectados por um decodificador e utilizados para gerar informação de sincronismo que é usada para a decodificação de símbolos carregando dados transmitidos subsequentemente. Os símbolos carregando dados são então transmitidos. Tanto o(s) símbolo(s) de sincronização quanto o(s) símbolo(s) de transporte de dados usam a segunda operação de sincronização 210; entretanto, o início da transmissão de dados é definido usando a primeira operação de sincronismo 204. No fim do quadro de dados, o coletor determina o tempo antes da parte de transporte de dados do próximo quadro de dados está para ocorrer usando a primeira operação de sincronismo 204. A partir dessa determinação, o coletor calcula um tempo de sincronização durante o qual os símbolos de sincronização são transmitidos. O coletor então transmite um número de símbolos de sincronização que correspondem ao tempo de sincronização.

[050]Modalidades particulares da presente descrição são direcionadas a protocolos de comunicação para os quais um período de símbolo inclui múltiplos eventos de sinal na linha de CA. Por exemplo, um símbolo pode ser transmitido ao longo de um período de símbolo correspondente a quatro passagens por zero. Em tal caso, o coletor determina quantos símbolos de sincronização transmitir com base no número de passagens por zero que se espera que ocorram durante o tempo de sincronização calculado e o período de símbolo. Mais modalidades particulares determinam quando o número de passagens por zero esperados não é regularmente divisível pelo período de símbolo. Por exemplo, um período de símbolo de 4 passagens por zero não seria regularmente divisível em relação a um número esperado de passagens por zero que é 17. Para tal situação, poderia haver 4 símbolos (16 passagens por zero) deixando uma passagem por zero extra. Consequentemente, as modalidades da presente descrição ajustam o período de símbolo para um símbolo acomodar a passagem por zero extra. Esse ajuste pode incluir tanto a extensão quanto a redução do período de símbolo.

[051]Certas modalidades da presente descrição permitem o ajuste do período de símbolo como sendo independente da configuração do terminal. Assim, o terminal não precisa ser configurado para decodificar um símbolo que tem o período ajustado. Os símbolos de sincronização subsequentes, entretanto, podem ser transmitidos usando o período de símbolo correto/comum e, portanto, podem ser decodificados pelos terminais.

[052]A Figura 3 mostra um diagrama de tempos para os quadros transmitidos ao longo de linhas de distribuição de energia, de acordo com modalidades da presente descrição. O período de transmissão 300 inclui a parte de dados 310 e a parte de sincronização 320. Como representado na Figura 3, o início da parte de dados 310 é sincronizado de acordo com um tempo de rede, o que corresponderia a uma primeira sincronização. Os símbolos particulares 302 dentro da parte de dados 310 são sincronizados de acordo com o tempo do sistema. Em modalidades particulares, o tempo do sistema baseia-se na frequência de CA nas linhas de distribuição de energia (por exemplo, obtida monitorando-se as passagens por zero). O período de símbolo é definido por, e varia de acordo com, a frequência da CA (por exemplo, definido como um número definido de passagens por zero). Cada símbolo de dados 302 pode ser assim transmitido utilizando a CA como uma referência de tempo.

[053]Quando a extremidade da parte de dados 310 é alcançada, o comprimento de sincronização 330 pode ser determinado com base no tempo atual e no tempo de início da parte de dados do quadro seguinte 308. Esse tempo de início é baseado no tempo de rede (por exemplo, o oscilador local e tempo de metrologia). Um certo número de símbolos de sincronização 306 é determinado como sendo capaz de ser transmitido durante o comprimento de sincronização 330. O coletor também pode determinar se um período de símbolo ajustado para um símbolo 304 forneceria uma melhor sincronização.

[054]A Figura 4 representa um diagrama de tempo para transmissões coordenadas, de acordo com modalidades da presente descrição. Em uma modalidade particular da presente descrição, o coletor calcula quanto tempo existe até o início do minuto do relógio de rede. Assim, os terminais são sincronizados como o coletor para fornecer um quadro por minuto. Quadros de tempo que não um minuto podem também ser usados. Em seguida, o coletor prevê quantas passagens de linha ele leva para chegar ao início do minuto. Modalidades alternativas podem não expressamente calcular um número de passagens de linha. Por exemplo, o tempo pode ser baseado em um período de símbolo previsto conforme ajustado para a frequência da CA. Essa predição pode ser realizada, por exemplo, usando uma frequência média de passagens de linha para o último minuto (ou ao longo de outro período de tempo). Em seguida, ela correlaciona o número de passagens de linha previstas com o número de passagens de linha por símbolo (o período de símbolo). Se o resultado for um número inteiro, o coletor é configurado para emitir o número apropriado de símbolos de modo a atingir o início do próximo minuto. Se o cálculo resulta em um número de símbolos passam o início do minuto, o primeiro símbolo do período de sincronização é reduzido pelo número apropriado de passagens por zero para resultar na transmissão de período de sincronização que termina o mais próximo possível do início do minuto. Alternativamente, se o cálculo resulta em um número de símbolos que termina antes do início do minuto, um símbolo adicional é adicionado, que contém o número apropriado de passagens por zero para resultar na transmissão de período de sincronização que termina o mais próximo possível do início do minuto. Em qualquer caso, o símbolo alterado pode ser transmitido antes que os símbolos inalterados (ou a qualquer hora antes de um número mínimo de símbolos de sincronização usados como parte do protocolo de comunicação).

[055]De acordo com certas modalidades, os símbolos de sincronização podem ser seguidos por um bit de início. Um terminal que recebe uma série de símbolos de sincronização irá aguardar pela recepção de um bit de início, que indica o início da parte de transporte de dados. No diagrama da Figura 4, esse bit de início seria fornecido no início do minuto - tempo de rede.

[056]De acordo com as modalidades da presente descrição, o coletor inclui um circuito de processamento que é configurado e disposto usando instruções programadas por software. Essas instruções programadas por software podem incluir, mas não estão limitadas a, uma rotina de serviço de interrupção (ISR) ou um procedimento de “polling” que é chamado/executado a uma taxa suficiente para sincronizar as ações com a frequência da corrente alternada CA. Por exemplo, a taxa de chamada da ISR pode ser 10 kHz. Essa taxa não é limitante e várias outras taxas podem ser implementadas dependendo de fatores tais como a fidelidade do sinal de CA e a velocidade de processamento do circuito de processamento, por exemplo, incluindo, mas não limitada a taxas de 1 kHz e superiores. Por exemplo, a taxa pode ser ajustada de acordo com a capacidade da ISR de verificar de forma confiável por eventos de passagem por zero de CA. Em uma modalidade, um sinalizador de passagem de linha podem ser ajustado independentemente da ISR não importa quando a passagem por zero de linha de energia tenha sido detectada. A ISR pode então verificar esse bit de sinalização para determinar a ação apropriada. Por exemplo, a ISR pode contar o número de bits de sinalização detectados desde que o símbolo anterior foi modulado. Quando a contagem atinge um número definido (o período de símbolo do transmissor), o próximo símbolo no quadro pode ser modulado.

[057]A Figura 5 representa um fluxograma para uma ISR, de acordo com as modalidades da presente descrição. O algoritmo correspondente a esse fluxograma pode ser útil para descrever certos aspectos da presente descrição. Esse algoritmo, entretanto, é um exemplo específico, e não necessariamente limita o escopo de outras modalidades aqui discutidas. Por exemplo, um processo de “polling” (periódico ou desencadeado por evento) pode ser usado.

[058]No bloco 502, a ISR é inserida. Em certas modalidades da presente descrição, a ISR pode ser inserida periodicamente, por exemplo, em resposta a um evento de temporizador. Nos blocos 506, o circuito de processamento pode determinar se um evento cruzando a linha (CA) ocorreu desde que a última ISR foi inserida. Isso pode ser conseguido, por exemplo, através da leitura, pelo bloco 504, de um sinalizador ou registro que é definido em resposta a um evento de passagem de linha. Um evento de passagem de linha pode representar um evento de passagem por zero, ou outros pontos de não passagem por zero. Alternativamente, outras detecções relacionadas à fase podem ser utilizadas, tais como a detecção de min-max para detectar os picos de sinal da CA.

[059]Se nenhum caso de passagem de linha (ou equivalente) ocorreu, então um valor atual para o sinal de transmissão (amostra) pode ser enviado para um conversor digital-analógico (DAC) para transmissão em uma linha de distribuição de energia. Por exemplo, o protocolo de comunicação pode operar modulando uma ou mais ondas portadoras. O estado atual da onda portadora (por exemplo, a fase atual para um protocolo modulado por deslocamento de fase) determina a amostra que é enviado ao DAC. O bloco 508 então representa uma situação em que não há necessidade de se modular a onda portadora (por exemplo, o próximo período de símbolo não foi atingido). A ISR pode ser encerrada no bloco 510.

[060]Se um evento de passagem de linha ocorreu, então o contador de interrupção de linha de frequência pode ser incrementado e o sinalizador de passagem de linha pode ser apagado como mostrado pelo bloco 512. O contador de interrupção de linha de frequência continua a rastrear o número de passagens de linha que ocorreram durante o período de símbolo atual. Consequentemente, o bloco 514 representa uma verificação de se ou não o contador de interrupção de frequência indica que o próximo período de símbolo foi atingido (por exemplo, comparando o contador de interrupção de frequência com um valor limite representativo do período de símbolo). Como um exemplo, o período de símbolo pode ser ajustado para 10 eventos de passagem de linha. O contador de interrupção de frequência então precisaria que ser incrementado 10 vezes antes de alcançar o limite de símbolos. Se o período de símbolo atual não é indicado como tendo sido concluído, então a ISR se move para bloquear 508. Se, entretanto, o período de símbolo atual é indicado como tendo sido completado, então a ISR avança para o bloco 516.

[061]No bloco 516, a ISR verifica se a transmissão está em uma parte/período de sincronização ou parte/período de dados de um quadro atual. Em certas modalidades, essa verificação pode ser realizada através da leitura de um sinalizador ou registro que é definido quando um período de sincronização se inicia. Se o período atual não é determinado como sendo um período de sincronização, a ISR avança para o bloco 518. Se o período atual é determinado como sendo um período de sincronização, a ISR avança para o bloco 524.

[062]No bloco 518, a ISR verifica se ou não o fim de uma parte de dados de um quadro atual foi atingido (por exemplo, verificando a contagem de quadros contra um valor limite). Se não, então a ISR avança para o bloco 520 de modo a fornecer o próximo símbolo de dados. No bloco 520, a ISR determina a modulação para o próximo símbolo de dados. Por exemplo, um esquema de modulação por deslocamento de fase envolveria a determinação da nova fase para uma onda portadora. A ISR também continua a rastrear a localização atual dentro de um quadro (por exemplo, incrementando a contagem de quadros). Uma vez que a modulação (fase) é determinada, a amostra resultante é então fornecida ao DAC no bloco 508.

[063]No bloco 522, a ISR determina o comprimento de sincronização. Essa determinação pode ser uma função do tempo de rede atual, do período de símbolo, da frequência de CA média ao longo do(s) quadro(s) anterior(es), e o tempo de rede correspondente ao início desejado para a parte de dados do quadro seguinte. A Figura 6 e sua discussão fornecem mais detalhes de algoritmos de cálculo de sincronização exemplificados para determinar a frequência CA média.

[064]No bloco 524, a ISR determina se o período de sincronização atual chegou ao fim (por exemplo, verificando um valor de contagem de período de sincronismo ou verificando um sinalizador de quadro de dados de início). Se o período não terminou, então a modulação para o próximo símbolo de sincronização é determinada (por exemplo, a fase apropriada), no bloco 526 e, se necessário, um valor de contagem de símbolo é incrementado símbolo para representar que entrou no próximo período de símbolo de sincronização. A amostra resultante é então fornecida ao DAC, no bloco 508.

[065]No bloco 528, a ISR determinou que o período de sincronização atual acabou e que o próximo período de dados já começou. Consequentemente, o sinalizador de período de sincronização pode ser reiniciado/definido como falso. A modulação para o início do período de dados também pode ser determinada, por exemplo, através da determinação do valor para um bit de início que será reconhecido por terminais à jusante. A amostra correspondente a essa modulação pode então ser fornecida ao DAC, no bloco 508.

[066]A Figura 6 representa um fluxograma para uma ISR de frequência de linha de CA que pode ser usado para determinar a frequência de linha média dessa CA, de acordo com modalidades da presente descrição. De acordo com as modalidades da presente descrição, o coletor é configurado para ser responsável por uma variação na frequência da linha da CA ao longo do tempo e/ou uma falta de sincronização entre a frequência de CA e o tempo da rede. Por exemplo, o coletor pode prever o número de eventos de passagens de linha que ocorrerão entre o fim de um quadro de dados atual e o início do próximo quadro de dados (determinado com base no tempo de rede). Essa predição usa a frequência de CA passada para prever a frequência de CA futura. Por exemplo, a ISR de linha de frequência de CA é inserida no bloco 602 em resposta à detecção de um evento de passagem de linha (ou equivalente). No bloco 604, a ISR de frequência de linha de CA determina o tempo desde que o último evento de passagem de linha ocorreu. Em certas modalidades, essa determinação pode ser feita através do acesso a um temporizador de alta-resolução. Por exemplo, o temporizador de alta resolução pode executar livre em relação aos tempos de CA e o valor atual pode ser comparado com um valor correspondente a um evento de passagem de linha anterior para determinar o tempo decorrido. O temporizador de alta resolução também pode ser reiniciado após um evento de passagem de linha válido.

[067]O bloco 606 representa uma determinação de se ou não o evento de passagem de linha é válido. Se, por exemplo, o evento de passagem de linha atual não está dentro de uma faixa aceitável, isso pode indicar que o evento de passagem de linha foi causado por ruído ou outras interferências indesejadas. Em tal caso, a ISR de frequência de linha CA pode sair no bloco 610 e não usar o evento de passagem de linha atual (inválido) para calcular a frequência de linha CA. Se, entretanto, o evento de passagem de linha atual está dentro de uma faixa aceitável de tempo, a ISR de frequência de linha CA prossegue para o bloco 608. No bloco 608, a ISR de frequência de linha CA atualiza a frequência de linha CA usando o tempo do evento de passagem de linha atual. Essa informação pode ser usada de várias maneiras, incluindo, mas não necessariamente limitada a, uma média da frequência de linha CA. Algoritmos de média mais sofisticados também podem ser utilizados.

[068]Os sinais e a lógica e funcionalidade associadas descritas em conjunto com as figuras podem ser implementados de várias maneiras diferentes. A menos que indicado de outra forma, os vários sistemas baseados em processador e/ou circuitos lógicos (às vezes chamados de módulos lógicos ou módulos de computador baseados em software) podem ser usados com os programas de acordo com os ensinamentos aqui contidos, ou podem se provar convenientes para construir um aparelho mais especializado para executar o método exigido. Por exemplo, de acordo com a presente descrição, um ou mais dos métodos podem ser implementados em circuitos por fio programando-se um processador de propósito geral, outros circuitos lógicos completa ou semiprogramáveis, e/ou por uma combinação de tal hardware e um processador de propósito geral configurado com software.

[069]Reconhece-se que os aspectos da descrição podem ser praticados com configurações de sistema baseado em processador/computador que não os expressamente descritos aqui. A estrutura exigida para uma variedade desses sistemas e circuitos estaria evidente a partir da aplicação a que se destina e à descrição acima.

[070]Os vários termos e técnicas são utilizados pelos versados na técnica para descrever comunicações, protocolos, aplicações, implementações, mecanismos, etc. Uma tal técnica é a descrição de uma implementação de uma técnica expressa em termos de um algoritmo ou expressão matemática. Isto é, enquanto a técnica pode ser, por exemplo, implementada como executando código em um computador, a expressão dessa técnica pode ser mais apta e sucintamente conduzida e comunicada como uma fórmula, algoritmo, ou expressão matemática.

[071]Assim, reconhece-se que um bloco denotando “C = A + B”, como uma função aditiva cuja implementação em hardware e/ou software usará duas entradas (A e B) e produzirá uma saída de soma (C), tal como em circuito de lógica combinatória. Assim, o uso de fórmula, algoritmo, ou expressão matemática como descrições deve ser entendido como tendo uma modalidade física em ao menos hardware (tal como um processador no qual as técnicas da presente descrição podem ser praticadas bem como implementadas como uma modalidade).

[072]Em certas modalidades, as instruções executáveis por máquina podem ser armazenadas para execução de uma maneira consistente com um ou mais dos métodos da presente descrição. As instruções podem ser utilizadas para fazer com que um processador de propósito geral ou de propósito especial, que é programado com as instruções, execute as etapas dos métodos. Alternativamente, as etapas precisam ser executadas por componentes de hardware específicos que contêm lógica permanente para executar as etapas, ou por qualquer combinação de componentes de computador programados e componentes de hardware personalizados.

[073]Em algumas modalidades, os aspectos da presente descrição podem ser fornecidos como um produto de programa de computador, que pode incluir uma máquina ou meio legível por computador tendo armazenado nele instruções que podem ser utilizadas para programar um computador (ou outros dispositivos eletrônicos) para executar um processo de acordo com a presente descrição. Consequentemente, o meio legível por computador inclui qualquer tipo de meio legível por máquina adequado para armazenar instruções eletrônicas.

[074]As várias modalidades descritas acima são fornecidas apenas a título de ilustração e não deveriam ser interpretadas como limitando a descrição. Com base na discussão e nas ilustrações acima, os versados na técnica reconhecerão prontamente que várias modificações e alterações podem ser feitas à presente descrição, sem seguir estritamente as modalidades exemplificadas e aplicações ilustradas e descritas aqui. Por exemplo, tais alterações podem incluir variações nos mecanismos de sincronização com (e/ou rastreio de) a frequência da linha CA. Tais modificações e alterações não abandonam o verdadeiro espírito e escopo da presente descrição, que é apresentado nas reivindicações que se seguem.

Claims (20)

1. Método para coordenar as comunicações entre múltiplos dispositivos terminais e múltiplos dispositivos coletores, as comunicações ocorrem ao longo de linhas de distribuição de energia que transportam energia usando corrente alternada (CA), o método CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: comunicar dados a partir dos dispositivos coletores aos dispositivos terminais ao longo de linhas de distribuição de energia usando um protocolo de comunicação que usa um primeiro tempo e um segundo tempo, o primeiro tempo sendo um parâmetro que indica quando quadros de dados serão transmitidos e o segundo tempo sendo um parâmetro que indica quando símbolos dentro dos quadros de dados serão transmitidos; em cada dispositivo coletor, manter um tempo de rede de coletor usando uma base de tempo localmente gerada; determinar o primeiro tempo a partir do tempo de rede de coletor; determinar o segundo tempo a partir de uma frequência da CA; e fornecer o tempo de rede de coletor aos dispositivos terminais usando um pacote de dados indicando tempo.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente inclui as etapas de calcular o tempo a partir do fim de um primeiro quadro, como determinado pelo segundo tempo, até o início de um segundo quadro, como determinado pelo primeiro tempo; e determinar quantos símbolos de sincronização podem ser transmitidos antes do início do segundo quadro, o número de símbolos de sincronização sendo determinado com base na taxa de transmissão de símbolo para o primeiro quadro e o tempo calculado.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o tempo de rede de coletor é ajustado em resposta a um tempo padronizado que é mantido externo ao coletor.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro tempo define quando quadros de dados são transmitidos, e então, símbolos de dados são transmitidos em resposta a uma frequência detectada da CA.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os símbolos de dados são codificados usando um dentre modulação por deslocamento de amplitude, modulação por deslocamento de fase em quadratura, modulação por deslocamento de fase diferencial e modulação por deslocamento de frequência.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente inclui uma etapa de detectar a frequência da CA transportada nas linhas de distribuição de energia operando periodicamente um módulo de instruções para execução em um computador para detectar um valor de sinal da CA, em que o módulo de instruções para execução em um computador é periodicamente operado em uma taxa que é suficientemente rápida para fornecer sincronismo para que os símbolos codificados sejam decodificados em um dispositivo terminal usando outro módulo de instruções para execução em um computador para detectar um valor de sinal da CA.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que a taxa é superior a 1 KHz.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de comunicar dados a partir dos dispositivos coletores inclui comunicações a ao menos mil terminais a partir de um dos coletores.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente inclui uma etapa de determinar uma frequência da CA por um dentre detectar um evento de passagem por zero e detectar um evento de sinal máximo/mínimo.

10. Método para manter um período de transmissão para comunicação através de linhas de distribuição de energia, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: manter um período de transmissão tendo um tempo inicial e um tempo final que são cada um sincronizados com o tempo de rede; iniciar, em resposta ao tempo inicial, transmissão de um quadro que inclui uma pluralidade de símbolos carregando dados, a transmissão ocorrendo ao longo de linhas de distribuição de energia que carregam energia usando corrente alternada (CA); transmitir cada símbolo da pluralidade de símbolos carregando dados em resposta a um parâmetro de tempo derivado da CA; em resposta a alcançar o fim do quadro, determinar um período de símbolo de sincronização para um símbolo de sincronização como uma função de tempos de transmissão para a pluralidade de símbolos e tempo a partir do fim do quadro até o tempo final; e transmitir o símbolo de sincronização nas linhas de distribuição de energia.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente inclui uma etapa de transmitir símbolos de sincronização adicionais antes do tempo final, em que os símbolos de sincronização adicionais têm um período de símbolo que é diferente do período de símbolo de sincronização determinado.

12. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que cada símbolo da pluralidade de símbolos carregando dados tem um período de símbolo comum e o período de símbolo de sincronização é diferente do período de símbolo comum.

13. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que cada símbolo dentre a pluralidade de símbolos carregando dados tem um período de símbolo comum em que a etapa de determinar o período de símbolo de sincronização inclui determinar um número de símbolos, tendo o período de símbolo comum, que pode ser transmitido no tempo a partir do fim do quadro até o tempo final.

14. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que cada símbolo dentre a pluralidade de símbolos carregando dados tem um período de símbolo correspondente a um número definido de transições de sinal da CA.

15. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente inclui uma etapa de determinar uma frequência de linha CA média baseada nas transições de sinal da CA para um quadro anteriormente transmitido e em que a etapa de determinar o período de símbolo para o símbolo de sincronização usa a frequência de linha CA média determinada como uma entrada para instruções executadas em um computador.

16. Dispositivo para determinar um período de transmissão para comunicação através de linhas de distribuição de energia, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: circuito de relógio de tempo de rede responsivo a uma hora do dia da rede; circuito de relógio de tempo de sistema responsivo a uma frequência de uma corrente alternada que é transportada em linhas de distribuição de energia; um circuito de processamento configurado e disposto para determinar um período de transmissão tendo um tempo inicial e um tempo final que são, cada um, determinados usando o relógio de tempo de rede; iniciar, em reposta ao tempo inicial, transmissão de um quadro que inclui uma pluralidade de símbolos, a transmissão ocorrendo ao longo de linhas de distribuição de energia que transportam energia usando corrente alternada (CA); sincronizar um tempo de transmissão para cada símbolo dentre a pluralidade de símbolos do relógio de tempo de sistema; e em resposta a alcançar o fim do quadro, determinar um período de símbolo de sincronização para um símbolo de sincronização como uma função de tempo a partir do fim do quadro até o tempo final e os tempos de transmissão para a pluralidade de símbolos; e transmitir o símbolo de sincronização nas linhas de distribuição de energia.

17. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que cada símbolo dentre a pluralidade de símbolos tem um período de símbolo comum e o período de símbolo do símbolo de sincronização é menor do que o período de símbolo comum.

18. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que cada símbolo dentre a pluralidade de símbolos tem um período de símbolo comum e em que o circuito de processamento é adicionalmente configurado e disposto para determinar o período de símbolo de sincronização através da determinação de um número de símbolos, tendo o período de símbolo comum, que podem ser transmitidos no tempo a partir do fim do quadro até o tempo final.

19. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que cada símbolo dentre a pluralidade de símbolos tem um período de símbolo correspondente a um número definido de transições de sinal da CA.

20. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que o circuito de processamento é adicionalmente configurado e disposto para determinar uma frequência de linha CA média com base nas transições de sinal da CA para um quadro previamente transmitido e para determinar o período de símbolo de sincronização usando a frequência de linha CA média determinada como uma entrada para instruções executadas em um computador.

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