BESCHREIBUNG
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Funkübertragungstechnik. Sie betrifft insbesondere ein Funkübertragungsverfahren zur Übermittlung von Informationen zwischen einer Zentrale und einer Mehrzahl von Aussenstationen, wobei zur Übermittlung zwischen den einzelnen Aussenstationen und der Zentrale jeweils dieselben Funkfrequenzen verwendet werden.
Stand der Technik
Funkübertragungsverfahren, bei denen zwischen einer Zentrale und einer Mehrzahl von (z.T. mobilen) Aussenstationen über denselben Nachrichtenkanal Informationen ausgetauscht werden, werden meist in Sprechfunknetzen angewandt [siehe z.B. Brown Boveri Mitt. 7 (1980) S. 415-418], für die nur eine (Simplexbetrieb) oder zwei (Duplexbetrieb) Funkfrequenzen zur Verfügung stehen.
In solchen Sprechfunknetzen werden die Aussenstationen üblicherweise von einer Person bedient, welche bei Bedarf das entsprechende Gerät einschaltet. Dieser Umstand macht einerseits eine Überwachung der Funktionstüchtigkeit der Aussenstationen durch die Zentrale überflüssig. Andererseits treten auch keine Probleme mit der Energieversorgung der Aussenstationen auf, da durch die Bedienungs-Person ein stromsparender Betrieb gewährleistet ist.
Völlig anders stellt sich die Situation dar, wenn es sich bei den Aussenstationen um autonome, automatische Mess- und Überwachungsstationen handelt, die teilweise in abgelegenen Gebieten plaziert sind, auf eine eigene Stromversorgung (z.B.
durch Solarzellen) angewiesen sind und möglichst zuverlässig funktionieren sollen.
Besondere Bedeutung kommt dabei einem geringen Energieverbrauch zu, wenn z.B. die Aussenstationen lediglich die Aufgabe haben, Objekte zu überwachen (Objektschutz) und die dabei relativ selten anfallenden Alarmzustände an die Zentrale weiterzumelden.
Darstellung der Erfindung
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Funkübertragungsverfahren anzugeben, mit dem ein aus Zentrale und autonomen Aussenstationen bestehendes Übertragungssystem energiesparend und mit grosser Zuverlässigkeit betrieben werden kann.
Die Aufgabe wird bei einem Funkübertragungsverfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass - die in den Aussen stationen vorliegenden Informationen zu bestimmten Zeiten von der Zentrale in einem Abfragezyklus abgefragt werden; - innerhalb jedes Abfragezyklus die Aussenstationen zeitlich getrennt nacheinander abgefragt werden; jede Aussenstation innerhalb des Abfragezyklus nur für die Dauer ihrer Abfrage eingeschaltet wird; - das Ein- und Ausschalten jeder Aussenstation von der Aussenstation selbst gesteuert wird; und diese Steuerung mit der durch die Zentrale gesteuerte Abfrage synchron erfolgt.
Der Kern der Erfindung besteht darin, durch ein nur kurzzeitiges, synchronisiertes Einschalten der Aussenstationen innerhalb eines Abfragezyklus eine häufige Überwachung der Funktionstüchtigkeit und Abfrage sonstiger Informationen bei gleichzeitig geringem Energieverbrauch zu ermöglichen, wobei jede Aussenstation nur dann mit vollem Energieverbrauch betrieben wird, wenn sie von der Zentrale abgefragt werden soll.
Gemäss einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens wird von der Zentrale innerhalb eines Abfragezyklus eine Abfolge von Einzelabfragen ausgesendet, ist jede Einzelabfrage einer der Aussenstationen zugeordnet, und sendet diejenige Aussenstation, welche gerade eingeschaltet ist und die ihr zugeordnete Einzelabfrage empfängt, ihre Informationen an die Zentrale.
Gemäss einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält jede Aussenstation einen Timer, der mit der seiner Aussenstation zugeordneten Einzelabfrage synchronisiert ist und innerhalb des Abfragezyklus die zugehörige Aussenstation vor Beginn der zugeordneten Einzelabfrage einschaltet. Die betreffende Aussenstation wird wieder ausgeschaltet und ihr Timer neu gestartet, nachdem die Informationen dieser Aussenstation an die Zentrale gesendet worden sind.
Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung soll nun nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 den allgemeinen Aufbau eines Übertragungssystems für das erfindungsgemässe Funkübertragungsverfahren;
Fig. 2 die schematische Darstellung einer Folge von Abfragezyklen beim erfindungsgemässen Verfahren auf der Zeitachse;
Fig. 3 die schematische Struktur eines Abfragezykluss gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens auf der Zeitachse;
Fig. 4 die entsprechende schematische Struktur bei der Installation und Inbetriebnahme des Übertragungssystems;
Fig. 5 die entsprechende schematische Struktur eines Abfragezyklus bei der Installation und Inbetriebnahme einer zusätzlichen Aussenstation;
Fig. 6 die schematische Struktur des Informationsaustausches innerhalb eines Abfragezyklus;
Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel einer Aussenstation im Blockschaltbild;
;
Fig. 8 den allgemeinen Aufbau eines Übertragungssystems entsprechend Fig. 1 mit zusätzlicher Relaisstation;
Fig. 9 die schematische Struktur eines Abfragezyklus in einem System gemäss Fig. 8 bei Verwendung eines Simplex Funkkanals; und
Fig. 10 die Fig. 9 entsprechende Struktur bei Verwendung eines Duplex-Funkkanals.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Ein Funkübertragungssystem, auf welches sich das erfindungsgemässe Funkübertragungsverfahren bezieht, ist in seinem allgemeinen Aufbau in Fig. 1 dargestellt. Es umfasst eine Zentrale 1 und eine Mehrzahl von Aussenstationen S1, ..., Sn, die jeweils für sich mit der Zentrale 1 in Funkverbindung treten können (in Fig. 1 angedeutet durch die Doppelpfeile).
Die Funkverbindung zwischen Zentrale 1 und Aussenstationen S1, ..., Sn kann beispielsweise über nur eine Funkfrequenz erfolgen (ein einziger Simplex-Funkkanal für alle Verbindungen), aber auch über zwei Funkfrequenzen (Duplex-Funkkanal), wobei die eine der beiden Frequenzen für Sendungen aus der Zentrale 1, und die andere Frequenz für Sendungen aus den Aussenstationen S1, ..., Sn vorgesehen ist.
Die Zentrale 1 kann darüber hinaus eine von mehreren Unterzentralen sein, die ihrerseits mit weiteren Gruppen von Aussenstationen in Verbindung stehen und alle zusammen Daten mit einer Hauptzentrale (z.B. über Telephonleitungen) austauschen.
Die Aussenstationen S1, ..., Sn können z.B. Messstationen enthalten, die analoge Messwerte (beispielsweise über die Luftund Wasserqualität) sammeln und aus der jeweiligen Aussenstation an die Zentrale 1 übermitteln.
Die Aussenstationen 51 ..., Sn können aber auch zur Über- wachung von irgendwelchen Zuständen eingesetzt werden (z.B.
zum Objektschutz), so dass in diesem Falle bestimmte Zustandsänderungen von Überwachungsmeldern als Alarme an die Zentrale 1 übermittelt werden.
Es versteht sich von selbst, dass wegen der Verwendung nur eines Nachrichtenkanals für alle Funkverbindungen zwischen der Zentrale 1 und den Aussenstationen S1, ..., Sn besondere Vorkehrungen getroffen werden müssen, um eine gegenseitige Störung der verschiedenen Aussenstationen S1, ..., Sn bei der Übertragung zu vermeiden.
Eine solche Störung wird beim erfindungsgemässen Verfahren sicher durch Anwendung des Prinzips der zyklischen Abfrage vermieden. Bei dieser zyklischen Abfrage werden die Aussenstationen 5.1 ..., Sn innerhalb eines Abfragezyklus zeitlich getrennt nacheinander abgefragt, wobei die Aussenstationen S1, ..., Sn jeweils nur dann ihren Sender tasten, wenn die Abfrage an sie gerichtet wird.
Daraus ergibt sich, dass nie zwei Aussenstationen gleichzeitig Informationen an die Zentrale 1 übermitteln, so dass eine gegenseitige Störung ausgeschlossen ist. Die Übermittlung der Information kann dabei z.B. durch Frequenzmodulation (FSK) mittels eines Telegramms mit einer Geschwindigkeit von 300 bit/s erfolgen.
Gerade wenn nun die Aussenstationen 51 ..., Sn für den oben erwähnten Objektschutz eingesetzt werden, ergeben sich für das Verfahren weitere Konsequenzen: Betrachtet man nämlich die Betriebszeit einer derartigen dem Objektschutz dienen den Anlage, und stellt man diese in Relation zu jener Zeit, während welcher auftretende Alarme tatsächlich übertragen werden, so stellt man fest, dass ein solches Übertragungssystem fast nur im Stand-by-Betrieb betrieben wird.
Diese Überlegung führt einerseits dazu, dass es für die Sicherheit des Systems äusserst wichtig ist, die Funktionstüchtigkeit auch während des Stand-by-Betriebs laufend zu überwachen. Andererseits können aus dieser Überlegung heraus auch besondere Massnahmen getroffen werden, um den Energieverbrauch in den autonomen Aussenstationen S1, ..., Sn auf ein Minimum zu reduzieren.
Die laufende Überwachung der Funktionstüchtigkeit des Systems erfolgt durch periodisch durchgeführte Abfragezyklen T1 (Fig. 2), in denen jeweils die Aussenstationen S1, ..., Sn nacheinander auf Abfrage die für ihre Funktionstüchtigkeit massgeblichen Daten an die Zentrale 1 übermitteln. Entsprechende Abfragezyklen werden aber auch verwendet, um von den Aussenstationen S1, ..., Sn etwaige Alarm-Informationen abzurufen.
Im bereits erwähnten Stand-by-Betrieb, in dem sich das System für den überwiegenden Teil seiner Betriebszeit befindet, erfolgt keinerlei Übermittlung zwischen der Zentrale 1 und den Aussenstationen S1 ..., Sn. Daraus folgt, dass in dieser Betriebsart die zugehörigen Sende- und Empfangsteile der Aussenstationen nicht benötigt werden und ausgeschaltet werden können. Entsprechendes gilt auch für einen in den Aussenstationen S1, ..., Sn vorhandenen Datenteil (Fig. 7). Auf diese Weise wird sichergestellt, dass in den Aussenstationen S1, ..., Sn nicht unnötig wertvolle Energie verbraucht wird.
Sind im Stand-by-Betrieb die Aussenstationen S1, ..., Sn in der beschriebenen Weise ausgeschaltet, müssen besondere Massnahmen getroffen werden, um sie speziell für einen der Überprüfung dienenden Abfragezyklus T1 rechtzeitig einzuschalten. Da wegen der ausgeschalteten Sende- und Empfangsteile die Zentrale 1 über Funk ein solches Einschalten nicht initiieren kann, wird das Ein- und Ausschalten jeder Aussenstation S1, ..., Sn von der Aussenstation selbst gesteuert.
Diese Steuerung der Aussenstationen S1, ..., Sn erfolgt dabei synchron mit der durch die Zentrale 1 gesteuerten Abfrage in einem Abfragezyklus.
Gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält jede der Aussenstationen S1, ..., Sn einen Timer 7 (Fig. 7), also ein Zeitglied, welches zu einem bestimmten Zeitpunkt gestartet wird und nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit unter Abgabe eines Steuerungsimpulses in den Ruhezustand fällt. Jeder Timer 7 läuft von einem der Funktionsüberwachung dienenden Abfragezyklus bis zum nächsten, wobei die Laufzeiten der verschiedenen Timer in den verschiedenen Aussenstationen S1, ..., Sn untereinander zeitlich versetzt sind.
In Fig. 3 ist die schematische Struktur eines solchen Abfragezyklus auf der Zeitachse wiedergegeben. Der Abfragezyklus T1 ist von Seiten der Zentrale 1 in eine der Anzahl der Aussenstationen S1, ..., Sn entsprechende Anzahl von Einzelabfragen A1 ..., An (in Fig. 3 dargestellt als schraffierte Kästchen auf der oberen Achse) unterteilt.
Jede der Einzelabfragen A1 ..., An ist einer der Aussenstationen S1, ..., Sn zugeordnet (A1 zu S1, A2 zu Sl, usw.). Die Timer 7 der Aussenstationen S1, ..., Sn sind nun so eingestellt, dass sie die zugehörige Aussenstation zu einem ersten Zeitpunkt tl, ..., tn vor Beginn der entsprechenden Einzelabfrage einschaltet, d.h. den Sendeteil, den Empfangsteil und auch den Datenteil mit Strom versorgt.
Die jeweils eingeschaltete Aussenstation ist dann übertragungsbereit. Sobald sie die ihr zugeordnete Einzelabfrage von der Zentrale 1 empfängt, tastet sie ihren Sender und übermittels eine Information über ihre Funktionstüchtigkeit (im Falle eines Alarms die Alarmmeldung), an die Zentrale 1 (die Übermittlungen von Einzelabfrage und Antwort sind in Fig. 3 jeweils durch einen entsprechenden Pfeil markiert).
Sobald die abgefragte Aussenstation ihre Antwort an die Zentrale 1 abgesetzt hat, schaltet sich sich zu einem zweiten Zeitpunkt tl', ..., tn' ab und startet gleichzeitig ihren Timer neu, um von ihm nach Ablauf der vorgegebenen Zeit im nächsten Abfragezyklus wieder eingeschaltet zu werden.
Innerhalb eines Abfragezyklus T1 haben also alle Aussenstationen S1, ..., Sn gegeneinander zeitlich versetzte Einschaltperioden (in Fig. 3 als gestrichelte Kästchen auf der zweiten bis letzten Achse dargestellt), die synchron zu den entsprechenden Einzelabfragen A1 ..., An der Zentrale 1 angeordnet sind.
Im laufenden Betrieb werden die Timer der Aussenstationen S1, ..., Sn durch den oberen beschriebenen Ablauf ständig mit den Einzelabfragen A1 ..., An an der Zentrale neu synchronisiert. Eine veränderte Situation liegt jedoch vor, wenn das System neu installiert und in Betrieb genommen wird (Fig. 4).
In diesem Fall werden zunächst innerhalb einer Installationsperiode T2 alle Aussenstationen S1, ..., Sn installiert und nach ihrer Installation eingeschaltet. Wenn alle Aussenstationen S1, ..., Sn installiert und eingeschaltet sind, startet die Zentrale 1 einen Abfragezyklus, innerhalb dessen alle Aussenstationen S1, ..., Sn nacheinander mittels geeigneter Adressierung durch die Einzelabfragen Al ..., An zum Aussenden ihrer Antwort veranlasst werden. Jede abgefragte Aussenstation antwortet, schaltet sich anschliessend ab und startet ihren Timer zum ersten Mal.
Alle Timer werden auf diese Weise erstsynchronisiert und schalten nach Ablauf ihrer Zeit das System vom Stand-by-Betrieb in den Abfragebetrieb um. Da die Zentrale 1 die Synchronisierung vorgenommen hat, weiss sie auch genau den Zeitpunkt, zu welchem sie den nächsten Abfrage- bzw. Kontrollzyklus durchführen muss. Sobald der Kontrollzyklus beendet ist, befinden sich alle Aussenstationen S1, ..., Sn wieder im abgeschalteten Zustand.
Im Unterschied zu Anlagen, die nach Inbetriebnahme nicht mehr erweitert werden, muss gerade bei Objektschutzsystemen die Möglichkeit einer nachträglichen Erweiterung der Anzahl der Aussenstationen vorgesehen werden.
Die Erstsynchronisation einer solchen zusätzlichen Aussenstation Sn + 1 ist in Fig. 5 dargestellt. Diese zusätzliche Aussen station Sn +1 1 wird nach ihrer irgendwann abgeschlossenen In- stallation zunächst eingeschaltet. Im nächsten Abfragezyklus ist auf Seiten der Zentrale 1 dann eine zusätzliche Einzelabfrage An + 1 vorgesehen, welche sich an die zusätzliche Aussenstation Sn + 1 wendet und deren Timer in der oben beschriebenen Weise erstsynchronisiert.
Der Informationsaustausch zwischen der Zentrale 1 und den Aussenstationen S1 ..., Sn folgt generall dem in Fig. 6 wieder- gegebenen Schema, ganz gleich ob es sich bei den stationsseitigen Informationen um Alarmmeldungen, analoge Messwerte oder Meldungen zur Funktionstüchtigkeit der Aussenstation handelt.
Der Abfragezyklus wird eingeleitet mit einer Sendertastung ST in der Zentrale 1. Innerhalb der Tastdauer wird dann eine Modemsynchronisation MS vorgenommen und die Information INF der ersten Einzelabfrage Al an die zugeordnete Aussenstation S1 abgesetzt.
Die abgefragte Aussenstation S1 leitet daraufhin ihrerseits eine Sendertastung ST ein und übermittelt ihre Informationen INF an die Zentrale 1. Der Abfragezyklus T1 wird dann weitergeführt mit der Einzelabfrage an die zweite Aussenstation S2, usw.
Für ein reines Objektschutzsystem mit z.B. n = 120, d.h., 120 Aussenstationen wird eine Zykluszeit von ca. 17 s erreicht, wenn jede Sendertastperiode einer Aussenstation 100 ms dauert, die anfängliche Sendeperiode der Zentrale 1 300 ms lang ist und jede Einzelabfrage A2 ..., A120 35 ms in Anspruch nimmt.
Mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von 300 Baud können hierbei bis zu 8 Alarmmeldungen pro Aussenstation übertragen werden.
Für ein System mit Messstationen ergibt sich bei n = 5 und einer Länge jeder Sendertastperiode in den Aussenstationen S1, ..., S5 von 600 ms eine Zykluszeit von ca. 3,5 s, wobei bis zu 15 Analogwerte pro Aussenstation mit einer Genauigkeit von 0,5so übertragen werden können (die übrigen Parameter entsprechen denen des vorgenannten Beispiels).
Ein Ausführungsbeispiel für den Aufbau einer Aussenstation Sn ist im Blockschaltbild in Fig. 7 dargestellt. Die Aussenstation Sn umfasst einen Sendeteil 4, einen Empfangsteil 3, einen Datenteil 6, den Timer 7, eine Stromversorgung 5 und einen Speisungsschalter 8, mit dem, gesteuert durch den Timer 7, die Speisung der Teile 3, 4 und 6 ein- bzw. ausgeschaltet wer- den kann. Im ausgeschalteten Zustand bleibt nur der Timer 7 selbst an die Stromversorgung 5 angeschlossen.
Die Alarme, Messwerte oder dgl. gelangen über einen Dateneingang 9 in den Datenteil, werden dort aufbereitet und, gesteuert vom Empfangsteil 3, welcher das Einzelabfragesignal detektiert, an den Sendeteil 4 weitergegeben. Ist die Übermittlung beendet, startet der Datenteil den Timer 7, der zugleich mittels des Speisungsschalters 8 die Speisung der angeschlossenen Teile unterbricht.
Aufgrund der Ausbreitung der hochfrequenten Signale innerhalb des Einsatzgebietes der Aussenstationen S1, ..., Sn ist es fast immer notwendig, eine Relaisstation 10 einzusetzen (Fig.
8). Diese Relaisstation 10 gewährleistet die Verbindung von der Zentrale 1 zu allen ihr zugeordneten Aussenstationen (S1, ....
S4 in Fig. 8).
Bei Verwendung derselben Nachrichtenkanäle für alle Funk- verbindungen zwischen Relaisstation 10, Zentrale 1 und Aussenstationen S1, ..., S4 bestehen zwei Möglichkeiten bezüglich der benötigten Frequenzen: (1) Simplexbetrieb, d.h. Verwendung nur einer einzigen Funkfrequenz für alle Übertragungen, und (2) Duplexbetrieb, d.h. zwei Funkfrequenzen, wobei die eine für alle von der Relaisstation 10 gesendeten Signale verwendet wird, die andere für alle übrigen Übertragungen.
Das sich beim Simplexbetrieb ergebende Zeitschema für einen Abfragezyklus ist in Fig. 9 wiedergegeben. Zuerst fragt die Zentrale 1 die Aussenstation S1 ab (Einzelabfrage A1). Die entsprechende Stationsadresse AS1 wird von der Relaisstation 10 empfangen und zwischengespeichert (SP). Dann schaltet die Relaisstation 10 ihren Sender ein und setzt die zwischengespeicherte Stationsadresse AS1 ab.
Diese wird von der zugehörigen Aussenstation S1 detektiert und zusammen mit der dazugehörigen Information INF quittiert. Dieses Signal wird seinerseits wieder von der Relaisstation 10 empfangen, zwischengespeichert und anschliessend der Zentrale 1 übermittelt. Die weiteren Einzelabfragen laufen dann analog ab. Wegen der zeitlichen Staffelung der Übertragungsvorgänge kommt man mit der einen Funkfrequenz aus.
Beim Duplexbetrieb mit einem Funkfrequenzpaar ist es dagegen nicht nötig, die Stationsadressen und die Informationen der Aussenstationen S1, ..., Sn in der Relaisstation zwischenzuspeichern, da die Relaisstation wegen des Duplexbetriebs gleichzeitig empfangen und senden kann (Fig. 10). Dadurch wird die Zykluszeit wesentlich verkürzt und der Aufwand bei den Relaisstationen 10 reduziert.
Mit dem erfindungsgemässen Funkübertragungsverfahren kann ein Mess- und Überwachungssystem mit autonomen, automatisch arbeitenden Aussenstationen aufgebaut und betrieben werden, welches sich durch hohe Sicherheit und Zuverlässigkeit sowie geringen Energieverbrauch auf Seiten der Aussenstationen auszeichnet.
DESCRIPTION
Technical field
The invention relates to the field of radio transmission technology. In particular, it relates to a radio transmission method for transmitting information between a control center and a plurality of remote stations, the same radio frequencies being used for the transmission between the individual remote stations and the control center.
State of the art
Radio transmission methods, in which information is exchanged between a central office and a plurality of (partly mobile) outstations via the same message channel, are mostly used in voice radio networks [see e.g. Brown Boveri Mitt. 7 (1980) pp. 415-418], for which only one (simplex mode) or two (duplex mode) radio frequencies are available.
In such radio networks, the outstations are usually operated by a person who switches on the corresponding device if necessary. On the one hand, this fact makes monitoring of the functionality of the outstations by the head office superfluous. On the other hand, there are no problems with the energy supply to the outdoor stations, since the operator guarantees energy-saving operation.
The situation is completely different if the outstations are autonomous, automatic measuring and monitoring stations, some of which are located in remote areas, on their own power supply (e.g.
by solar cells) and should function as reliably as possible.
Low energy consumption is of particular importance if, e.g. the outstations only have the task of monitoring objects (object protection) and reporting the relatively rare alarm conditions to the control center.
Presentation of the invention
It is therefore an object of the invention to provide a radio transmission method with which a transmission system consisting of a central and autonomous external stations can be operated in an energy-saving manner and with great reliability.
The object is achieved in a radio transmission method of the type mentioned at the outset in that the information present in the outdoor stations is queried by the control center at specific times in a polling cycle; - the outstations are polled one after the other within each polling cycle; each outdoor station is only switched on for the duration of its polling within the polling cycle; - the switching on and off of each outdoor station is controlled by the outdoor station itself; and this control is carried out synchronously with the query controlled by the control center.
The essence of the invention is to enable frequent monitoring of the functionality and querying of other information with low energy consumption by only briefly, synchronized switching on of the outdoor stations within a polling cycle, with each outdoor station being operated with full energy consumption only if it is operated by the Central should be queried.
According to a first preferred exemplary embodiment of the method according to the invention, a sequence of individual queries is sent out by the center within a query cycle, each individual query is assigned to one of the external stations, and sends the external station that is currently switched on and receives the individual query assigned to it to the central station .
According to a further preferred exemplary embodiment, each outdoor station contains a timer which is synchronized with the individual poll assigned to its outdoor station and which switches the associated outdoor station on before the assigned individual poll begins within the polling cycle. The relevant outdoor station is switched off again and its timer restarted after the information from this outdoor station has been sent to the control center.
Further exemplary embodiments result from the dependent claims.
Brief description of the drawings
The invention will now be explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments in connection with the drawing.
Show it:
1 shows the general structure of a transmission system for the radio transmission method according to the invention;
2 shows the schematic representation of a sequence of query cycles in the method according to the invention on the time axis;
3 shows the schematic structure of a query cycle according to a preferred exemplary embodiment of the method according to the invention on the time axis;
4 shows the corresponding schematic structure during the installation and start-up of the transmission system;
5 shows the corresponding schematic structure of a query cycle during the installation and commissioning of an additional outdoor station;
6 shows the schematic structure of the information exchange within a query cycle;
7 shows an exemplary embodiment of an outdoor station in a block diagram;
;
8 shows the general structure of a transmission system corresponding to FIG. 1 with an additional relay station;
9 shows the schematic structure of an interrogation cycle in a system according to FIG. 8 when using a simplex radio channel; and
FIG. 10 shows the structure corresponding to FIG. 9 when using a duplex radio channel.
Ways of Carrying Out the Invention
The general structure of a radio transmission system to which the radio transmission method according to the invention relates is shown in FIG. 1. It comprises a control center 1 and a plurality of outdoor stations S1,..., Sn, each of which can independently establish radio communication with the control center 1 (indicated by the double arrows in FIG. 1).
The radio connection between control center 1 and outdoor stations S1, ..., Sn can, for example, be made via only one radio frequency (a single simplex radio channel for all connections), but also over two radio frequencies (duplex radio channel), with one of the two frequencies for Programs from the control center 1, and the other frequency for programs from the outdoor stations S1, ..., Sn is provided.
The control center 1 can also be one of several sub-control centers, which in turn are connected to other groups of outstations and all together exchange data with a main control center (e.g. via telephone lines).
The outdoor stations S1, ..., Sn can e.g. Contain measuring stations that collect analog measured values (for example on the air and water quality) and transmit them from the respective outdoor station to the control center 1.
The outdoor stations 51 ..., Sn can also be used to monitor any conditions (e.g.
for object protection), so that in this case certain status changes from monitoring detectors are transmitted as alarms to the control center 1.
It goes without saying that, because only one message channel is used for all radio connections between the control center 1 and the outstations S1, ..., Sn, special precautions must be taken to prevent mutual interference between the different outstations S1, ..., Sn to avoid during transmission.
Such a disturbance is reliably avoided in the method according to the invention by using the principle of cyclical polling. In this cyclical polling, the outstations 5.1 ..., Sn are polled one after the other within a polling cycle, with the outstations S1, ..., Sn only scanning their transmitter when the polling is directed at them.
It follows from this that two outdoor stations never transmit information to the control center 1 at the same time, so that a mutual interference is excluded. The transmission of information can e.g. by frequency modulation (FSK) using a telegram at a speed of 300 bit / s.
Especially if the outdoor stations 51 ..., Sn are used for the above-mentioned object protection, there are further consequences for the method: If you look at the operating time of such a system serving the object protection, and you put it in relation to that time, During which alarms are actually transmitted, it can be seen that such a transmission system is operated almost only in standby mode.
On the one hand, this consideration means that it is extremely important for the security of the system to continuously monitor the functionality even during stand-by operation. On the other hand, special measures can be taken based on this consideration to reduce the energy consumption in the autonomous outdoor stations S1, ..., Sn to a minimum.
The continuous functioning of the system is monitored by periodically carried out query cycles T1 (FIG. 2), in which the outdoor stations S1, ..., Sn each transmit the data relevant to their functionality to the control center 1 one after the other. Corresponding polling cycles are also used to retrieve any alarm information from the outdoor stations S1, ..., Sn.
In the already mentioned stand-by mode, in which the system is for the majority of its operating time, there is no transmission between the control center 1 and the outdoor stations S1 ..., Sn. It follows from this that in this operating mode the associated transmitting and receiving parts of the outdoor stations are not required and can be switched off. The same also applies to a data part present in the outdoor stations S1, ..., Sn (FIG. 7). This ensures that the outdoor stations S1, ..., Sn do not use up unnecessarily valuable energy.
If the outdoor stations S1, ..., Sn are switched off in the manner described in stand-by mode, special measures must be taken to switch them on in time, especially for a query cycle T1 used for checking. Since the control center 1 cannot initiate such a switch-on by radio because of the switched-off transmitting and receiving parts, the switching on and off of each outdoor station S1, ..., Sn is controlled by the outdoor station itself.
This control of the outdoor stations S1, ..., Sn takes place synchronously with the polling controlled by the control center 1 in a polling cycle.
According to a preferred exemplary embodiment of the invention, each of the outdoor stations S1, ..., Sn contains a timer 7 (FIG. 7), that is to say a timer which is started at a specific point in time and, after a predetermined time has elapsed, emits a control pulse into the idle state falls. Each timer 7 runs from one query cycle used for function monitoring to the next, the running times of the different timers in the different outdoor stations S1,..., Sn being offset in time from one another.
3 shows the schematic structure of such a query cycle on the time axis. The query cycle T1 is divided by the control center 1 into a number of individual queries A1 ..., An corresponding to the number of outstations S1, ..., Sn (shown as hatched boxes on the upper axis in FIG. 3).
Each of the individual queries A1 ..., An is assigned to one of the outdoor stations S1, ..., Sn (A1 to S1, A2 to Sl, etc.). The timers 7 of the outdoor stations S1, ..., Sn are now set so that they switch on the associated outdoor station at a first point in time tl, ..., tn before the start of the corresponding individual query, i.e. the transmitting part, the receiving part and also the data part with power.
The outdoor station that is switched on is then ready for transmission. As soon as it receives the individual query assigned to it from the control center 1, it scans its transmitter and sends information about its functionality (in the case of an alarm, the alarm message) to the control center 1 (the transmissions of the individual query and response are shown in FIG. 3) marked a corresponding arrow).
As soon as the queried outdoor station has sent its response to the control center 1, it switches off at a second point in time tl ', ..., tn' and at the same time restarts its timer, in order to switch it on again after the specified time in the next polling cycle to become.
Within a polling cycle T1, all outdoor stations S1, ..., Sn therefore have switch-on periods offset in time (shown in FIG. 3 as dashed boxes on the second to last axis), which are synchronous with the corresponding individual polling A1 ..., at the central station 1 are arranged.
During operation, the timers of the outdoor stations S1, ..., Sn are continuously re-synchronized with the individual queries A1 ..., An at the control center using the sequence described above. However, the situation changes when the system is reinstalled and put into operation (FIG. 4).
In this case, all outdoor stations S1, ..., Sn are first installed within an installation period T2 and switched on after their installation. When all the outdoor stations S1, ..., Sn are installed and switched on, the control center 1 starts a polling cycle within which all the outdoor stations S1, ..., Sn consecutively by means of suitable addressing by means of the individual queries Al ..., An to send out their response be initiated. Each polled outdoor station answers, then switches off and starts its timer for the first time.
All timers are initially synchronized in this way and switch the system from stand-by mode to query mode after their time has expired. Since the control center 1 has carried out the synchronization, it also knows exactly the point in time at which it must carry out the next query or control cycle. As soon as the control cycle has ended, all outdoor stations S1, ..., Sn are switched off again.
In contrast to systems that can no longer be expanded after commissioning, the possibility of retrospectively increasing the number of outstations must be provided, especially for property protection systems.
The initial synchronization of such an additional outdoor station Sn + 1 is shown in FIG. 5. This additional outdoor station Sn +1 1 is first switched on after the installation has been completed. In the next polling cycle, an additional individual polling An + 1 is then provided on the part of the central station 1, which turns to the additional outdoor station Sn + 1 and whose timer is first synchronized in the manner described above.
The exchange of information between the control center 1 and the outdoor stations S1 ..., Sn generally follows the diagram shown in FIG. 6, irrespective of whether the information provided by the station is alarm messages, analog measured values or messages relating to the functionality of the outdoor station.
The query cycle is initiated with a transmitter keying ST in the control center 1. Within the keying period, a modem synchronization MS is then carried out and the information INF of the first individual query A1 is sent to the assigned outdoor station S1.
The queried outdoor station S1 then in turn initiates a transmitter keying ST and transmits its information INF to the central station 1. The polling cycle T1 is then continued with the individual polling to the second outdoor station S2, etc.
For a pure object protection system with e.g. n = 120, ie, 120 outdoor stations, a cycle time of approx. 17 s is achieved if each transmitter scanning period of an outdoor station lasts 100 ms, the initial transmission period of the control center is 1,300 ms long and each individual query A2 ..., A120 takes 35 ms takes.
With a transmission speed of 300 baud, up to 8 alarm messages can be transmitted per outdoor station.
For a system with measuring stations, with n = 5 and a length of each transmitter keying period in the outdoor stations S1, ..., S5 of 600 ms, a cycle time of approx. 3.5 s results, with up to 15 analog values per outdoor station with an accuracy of 0.5 so can be transferred (the other parameters correspond to those of the above example).
An exemplary embodiment for the construction of an outdoor station Sn is shown in the block diagram in FIG. 7. The outdoor station Sn comprises a transmitting part 4, a receiving part 3, a data part 6, the timer 7, a power supply 5 and a supply switch 8, with which, controlled by the timer 7, the supply of parts 3, 4 and 6 is switched on or off. can be switched off. In the switched-off state, only the timer 7 itself remains connected to the power supply 5.
The alarms, measured values or the like reach the data part via a data input 9, are processed there and, controlled by the receiving part 3, which detects the individual query signal, are passed on to the transmitting part 4. When the transmission has ended, the data part starts the timer 7, which at the same time interrupts the supply of the connected parts by means of the supply switch 8.
Due to the spread of the high-frequency signals within the field of application of the outdoor stations S1, ..., Sn, it is almost always necessary to use a relay station 10 (Fig.
8th). This relay station 10 ensures the connection from the control center 1 to all of its assigned outdoor stations (S1, ...
S4 in Fig. 8).
When using the same message channels for all radio connections between relay station 10, central station 1 and outdoor stations S1, ..., S4, there are two possibilities with regard to the required frequencies: (1) Simplex operation, i.e. Use of a single radio frequency for all transmissions and (2) duplex operation, i.e. two radio frequencies, one being used for all signals sent by relay station 10, the other for all other transmissions.
The timing diagram for a polling cycle that results from simplex operation is shown in FIG. 9. First, the control center 1 queries the outdoor station S1 (individual query A1). The corresponding station address AS1 is received by the relay station 10 and buffered (SP). Then the relay station 10 switches on its transmitter and sets off the temporarily stored station address AS1.
This is detected by the associated outdoor station S1 and acknowledged together with the associated information INF. This signal is in turn received by the relay station 10, temporarily stored and then transmitted to the control center 1. The other individual queries then proceed analogously. Because of the staggering of the transmission processes, one radio frequency is sufficient.
With duplex operation with a radio frequency pair, on the other hand, it is not necessary to temporarily store the station addresses and the information from the outstations S1, ..., Sn in the relay station because the relay station can receive and transmit at the same time due to the duplex operation (Fig. 10). This significantly shortens the cycle time and reduces the effort for the relay stations 10.
With the radio transmission method according to the invention, a measuring and monitoring system with autonomous, automatically working outdoor stations can be set up and operated, which is characterized by high security and reliability as well as low energy consumption on the part of the outdoor stations.