CN105165023A - 射频数据通信的智能网络 - Google Patents
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Abstract
一种射频数据通信智能网络,包括:收集网络,由以下构成:配有用于收发的射频通信设备(e3)的流量计和/或传感器,射频通信设备优选具有可调发射功率,接入点(P1,P2,P3),配有用于收发的射频通信模块,其收集由射频通信设备提供的数据;以及中央信息系统(B),由至少一个服务器、至少一个数据库和至少一个操作站(F)构成,该系统被编程为处理并存储所接收的全部数据并且控制收集网络的全部或一部分;该中央信息系统(B)被编程为针对每个射频通信设备(e3)确定基准接入点(P2),该接入点是被该射频通信设备最好地接收的接入点。
Description
技术领域
本发明涉及一种射频数据通信的智能网络,该类网络包括:
-收集网络,收集网络由以下构成:
-配有收发射频通信设备的流量计和/或传感器,优选是可调发射功率的,
-接入点,配有收发射频通信模块,保证收集由射频通信设备提供的数据,
-以及中央信息系统,由至少一个服务器、至少一个数据库和至少一个操作站构成,该系统被编程为处理并存储所接收的全部数据并且控制收集网络的全部或一部分。
本发明更具体地涉及,但不限于,流体的流量计(尤其是水和/或气体的流量计)的远程读取范围内的网络。
背景技术
用于数据传送的电信网络为两种类型:
―依靠有线通信基础架构的网络;
依靠射频通信基础架构的网络。
本发明主要涉及构成不同于连接到连接系统的广播系统的依靠射频通信基础架构的网络。
本发明用于智能网使用的所有频带,尤其是ISM(工业、科学、医疗)频带和由欧洲建议ERC70-03的2B附件所定义的频带。
现有应用基于专用通信通道的分配机制。其涉及点到点通信,与移动电话网络通信的原理相同。
在现有应用上实施的机制需要具有大量信道的大通带。这与窄频带、尤其是由欧洲建议ERC70-03的2B附件所定义的频带不兼容。此外,这些机制,在其所实施的频带上,不允许受益于空间冗余度。
发明内容
本发明的目标尤其是提供射频数据通信网络,其不具有上述缺陷或减少到更少程度。
根据本发明,前述定义的类型的智能网络的特征在于,该中央信息系统被编程为针对每个射频通信设备确定被该射频通信设备最好地接收的接入点并且使该接入点作为该设备的基准接入点。
在利用智能网络来向射频通信设备传送消息的范围内基准接入点是动态指定的。
有利地,该中央信息系统被编程为使得基准接入点的确定是根据选择算法来进行的,该选择算法基于以下变量:
-对上行线路上的通信进行限定的射频监视数据,以及对下行线路上的通信进行限定的射频监视数据,上行线路是从射频通信设备向接入点,下行线路从接入点向射频通信设备;
-信息回溯时段,特别是24小时的时段。
优选地,该中央信息系统被编程为使得基准接入点的确定是根据以下算法来进行的:
-射频通信设备以满功率发射消息,
-该射频通信设备可见的所有接入点测量它们对该消息的接收水平;
-每个接入点通过包含接入点的接收水平和身份的肯定响应消息来对射频通信设备进行应答;
-该射频通信设备在接收肯定响应消息时测量自己对每个接入点的接收水平;
-该射频通信设备通过向中央信息系统传送与接入点的身份相关联的不同接收水平,来把该射频通信设备的安装通知中央信息系统,该传送的接收水平包括:接入点的编号,列表[由第一个接入点对该射频通信设备的接收水平,由该射频通信设备对第一个接入点的接收水平,……,由第N个接入点对该射频通信设备的接收水平,由该射频通信设备对第N个接入点的接收水平],
-中央信息系统分析所接收的数据并且选择基准接入点。
该中央信息系统可被编程为使得基准接入点的选择是根据从接入点向该射频通信设备的下行线路的质量来进行的,保证该下行线路的最佳质量的接入点被选作基准接入点。
该中央信息系统可被编程为使得在对于下行线路的质量而言多个接入点之间相等的情况下,从相等下行线路质量的接入点中,基准接入点的选择是根据上行线路的质量进行的。
该中央信息系统,为了以每日的方式监视上行线路和下行线路,可被通知每天来自每个射频通信设备的期望消息的数量,并且被编程为验证实际所接收的消息的数量,并且执行计算每个射频通信设备在每个接入点处的成功率,给出最大成功率的接入点被指定作为对于一天的基准接入点,该计算允许确定射频线路的质量。
该中央信息系统可被编程为每周,或不然的话在针对新安装的射频通信设备的下行消息的首次传送请求时,针对每个射频通信设备根据以下算法来进行基准接入点的确定:
-确定已经接收来自该射频通信设备的消息的大于X%、尤其是大于80%的接入点的列表N,或者要是没有的话,就确定已经接收来自该射频通信设备的最多消息的接入点;
-从列表N中,确定在过去的一周中已经平均以最大接收信号水平指示RSSI水平接收消息的接入点I;
-把接入点I指定作为对于将来一周用于所涉及的射频通信设备的基准接入点。
有利地,接入点被编程为随时间根据随机时隙来与接收水平一起发送肯定响应以便避免中央信息系统的接收水平的冲突。
测量信息的回溯允许:
-知道由射频通信设备看见的不同接入点的接收水平,这些信息被接入点回溯到中央信息系统;
-还知道由接入点看见的射频通信设备的接收水平。
附图说明
除了前述设置,本发明还包括一定数量的其他设置,这些设置将参照附图、以非限定性方式结合实施例详细阐释。在附图中:
-图1是根据本发明的用于数据通信的智能网络的简化概要示意图。
-图2是示出基准接入点的选择的简化示意图,以及
-图3示出基准接入点的日常选择的简化示意图。
具体实施方式
参照附图的图1,可见射频数据通信智能网络R,其包括收集网络A和中央信息系统B。
收集网络A包括终端设备e1,…,en,其数量可以是几千个。在图中,仅示出八个终端设备e1-e8。
这些终端设备由流体的流量计构成,特别是用于特定消费者或集体消费者的水或气体的流量计,或者是工业领域中的传感器,例如流量、压力、温度、湿度、液位、速度传感器,或者是声学传感器、导电性传感器、浑浊度传感器、pH值或H2S比率测量传感器。其还可以涉及住宅中和第三产业互动中的传感器,比如入侵检测传感器、火宅传感器或一氧化碳CO传感器。
终端设备配有收发的并且被表示为“射频通信设备”的射频通信模块。在流体的流量计、尤其是水流量计的情况下,射频通信模块涉及配有远程读取系统的流量计,远程读取系统允许读取至少由流量计给出的流体消耗指标并将其远程传送。
每个射频通信设备的发射功率是在最小值和最大值之间可调的。调节的命令可以根据通过射频与专属于每个射频通信设备的代码一起发出的指令来执行。
本发明用于智能网络使用的所有频带,尤其是ISM(工业、科学、医疗)频带和由欧洲建议ERC70-03的2B附件所定义的频带。当频带宽度大时,例如75kHz,该频带被划分为多个信道,例如12.5kHz的六个信道,并且为每个射频通信设备分配一个发射信道。
收集网络还包括数量通常比终端设备的数量小的接入点P1、P2、P3…。这些接入点确保收集由射频通信设备e1,…,e8提供的数据。接入点P1-P3配有收发的射频通信模块。接入点的接收器是一直在监听。
每个射频通信设备发射有限时段的消息,例如200毫秒。射频通信设备每天仅发送有限数量的消息,例如每天两个,间隔12小时。每个消息至少包含流体的消耗指标,以及流量计的身份。
同样的接入点P1-P3可以看见多个射频通信设备,也就是说,接收这些不同射频通信设备的发射。尤其是,接入点可以看见水流量计的直到几千个射频通信设备,例如约20000个。
在图1的示例中,接入点P1“看见”射频通信设备e1、e2、e3,而接入点P2看见通信设备e3、e4、e5、e6,以及接入点P3看见射频通信设备e3、e6、e7、e8。
中央消息系统B由至少一个操作站F、服务器S以及数据库D构成。系统B可以通过编码的消息通过射频与不同接入点P1-P3通信,并且还可以通过编码的消息通过射频把指令发送到每个射频通信设备e1-e8。中央信息系统B因此可以处理并存储来自射频通信设备的由接入点收集的全部数据,并且通过发送给接入点和/或给射频通信设备的消息来操控收集网络的全部或一部分。
根据所示出的简化示例,清楚的是同一个射频通信设备,例如根据图1的e3,看见多个接入点P1、P2、P3并且也被这些接入点看见。数据因此在射频通信设备e3和被该设备看见的三个接入点之间交换。该情形可以针对其他射频通信设备重现,以使得导致无用的传送信道的堵塞,有冲突的风险。看见射频通信设备的接入点,向中央消息系统传送来自该射频通信设备的同样数据,由于干扰的风险,这不利于网络组件的性能。
本发明允许选择用于射频通信设备的基准接入点。这样的基准接入点是在智能网络的利用的情况下动态指定的接入点,用于把消息向相关联的射频通信设备传送。
中央消息系统B被基准接入点的选择算法编程,该算法基于以下变量:
-对上行线路(在所考虑示例中是从射频通信设备e3向接入点P1、P2或P3)上的通信进行限定的射频监视数据,以及对下行线路(从接入点向射频通信设备e3)上的通信进行限定的射频监视数据;
-24小时的信息回溯时段,或另一时段。
测量信息回溯允许:
知道由射频通信设备e3看见的不同接入点P1、P2、P3的接收水平;这些信息被接入点P1-P3回溯到中央信息系统B;
还知道由接入点如P2看见的射频通信设备e3、e4、e5、e6的接收水平。
用于确定基准接入点的算法被提供来处理多种特定情况:
情况1:安装新的射频通信设备
情况2:安装新的接入点后的重新评估
情况3:周期性重新评估
情况4:日常检测。
情况1:安装新的射频通信设备
由用本发明的算法编程的中央信息系统B考虑或操控的操作的展开如下。
1.新的射频通信设备,例如e3,发射消息。
2.射频通信设备e3可见的所有接入点,即根据图1所示的简化示例的接入点P1、P2、P3,测量该消息的接收水平。
3.每个接入点P1、P2、P3通过包含接入点的接收水平和身份的肯定响应消息来对射频通信设备e3进行应答。
4.射频通信设备e3在接收来自这些接入点的肯定响应消息时测量其对每个接入点P1、P2、P3的接收水平。
5.射频通信设备e3通过经由接入点向中央信息系统B传送与接入点的身份相关联的不同接收水平,来通知中央信息系统B。该信息传送因此将包括与射频通信设备e3相关的以下数据:
射频通信设备的可见的接入点的数量;
对于每个接入点,列出:
由第一个接入点如P1对射频通信设备e3的接收水平
由射频通信设备e3对第一个接入点(如P1)的接收水平
……
由第N个接入点如P3对射频通信设备e3的接收水平
由射频通信设备如e3对第N个接入点(如P3)的接收水平。
6.中央信息系统B分析所接收的数据并且选择基准接入点,如P2,该基准接入点通常是确保向相关的射频通信设备e3的最好下行路线的接入点。
在该次选择基准接入点之后,所考虑的射频通信设备可见的其他接入点不再被中央信息系统B考虑,中央信息系统B仅与所选的基准接入点通信。基准接入点可以在以后重新评估,或由于该接入点的丢失如由于故障而重新评估。
接入点根据时间上的随机间隙来与接收水平一起发送其肯定响应,以便避免中央系统B的接收的冲突。基准接入点的选择优选地是根据从接入点向射频通信设备的下行线路的质量来进行;确保下行线路的最好质量的接入点被认为是基准接入点。
在多个接入点相等的情况下,对于下行线路的质量,从相同下行线路质量的接入点中选择基准接入点是根据上行线路(即从射频通信设备向接入点)的质量来进行的。
基准接入点的这些选择操作是以射频通信设备的最大发射功率来执行的。
情况2:安装新的接入点后的重新评估
1.提供足够的等候时段以设置新接入点,例如P3,的数据:中央信息系统B对数据的分析允许该系统识别应该成为重新评价的目标的射频通信设备。
2.由中央信息系统B向射频通信设备例如e3发送命令来重新评估其基准接入点:
-如果该命令被该射频通信设备接收,则该设备重新评估接收水平,并且算法如前面情况1所述那样继续;
-如果该命令未被该射频通信设备接收,该设备不向中央信息系统返回肯定响应消息,因此该系统尝试经由另一接入点来连接射频通信设备,用于重新评估。命令可以被发向该射频通信设备,例如e3,使其过渡到最大发射功率,这应该允许进行重新评估。
图2的示意图示出根据本发明的情况下1和2的操作。
射频通信设备e3(标签L1),在发射了消息之后,接收来自被设备e3看到的接入点P1、P2、P3的肯定响应。肯定响应消息(标签2)给出接入点的身份和对来自该设备e3的信号的接收水平。射频通信设备通过把接入点的身份分配给接入点来测量由每个接入点发射的肯定响应信号的接收水平。在接收肯定响应的全部之后,射频通信设备e3把全部测量结果与对应的接入点的标识一起返回给系统B的操作台F,如箭头D1所示意那样。
操作台F(标签L3)在接收到测量结果的情况下确定用于相关的射频通信设备e3的基准接入点。
对于每个射频通信设备,操作台F分配一个基准接入点,例如P2,该基准接入点将负责把来自中央系统B的下行消息向相关的射频通信设备传送。
射频通信设备e3经由单个下行线路接收来自操作台F的指令,该下行线路确保最好的传送并且对应于所选的基准站P2。
操作站F可以如箭头D2示意那样把分配重试发送给射频通信设备e3用于重新评估和更新基准接入点。
情况3:周期性重新评估
1.如果在基准接入点传送的命令的非肯定响应之后下行命令的性能等级的降级发生,或者如果基准接入点对射频通信设备的接收水平降级发生,则中央消息系统被编程为启动基准接入点的重新评估操作。
2.由算法操控的操作根据前述情况1或情况2的概要继续进行。
性能降级的示例与射频通信设备或者接入点的天线在氧化之后的效率丧失有关。
根据本发明,基准接入点可以随时间改变,并且实际上是自动重新配置的。
情况4:日常检测
中央消息系统B可以被设置为每天监视上行连接的质量(接收信号的衰弱)和下行连接的质量(由射频通信设备反馈的指示符,未坏接收的消息数量)。
中央信息系统B被通知以便知道每天从每个射频通信设备(时间冗余度)的期待消息数量。系统B被编程为用该消息来验证真实接收的消息数量,并且计算在每个接入点处的每个射频通信设备的成功率。给出最大成功率的接入点被指定为一天的基准接入点。
图3的示意图示出该情况4的操作。
射频通信设备e3在一天中发射数据消息。接入点P1、P2、P3把这些消息的全部或仅一部分传送给系统B的操作台F,操作台F知道每个射频通信设备的每天期待消息数量,例如每天4个消息。操作台F保持监视期望消息数量和针对每个接入点P1、P2、P3接收的消息数量的表。根据图3的示例,每个接入点有4个期待消息:已从P1接收到两个消息,已从接入点P3接收到单个消息,而已从接入点P2接收到4个消息。经过分析,从P2收到100%消息,P2被指定为一天的基准接入点。
基准接入点根据每天的分析与信息的每天更新一起来指定。
为了使连接计划的自然重大变化平滑,该算法可以被设置为考虑最近接收的功率水平,还考虑连接稳定性以及连接计划的历史。根据可能的算法,每周,或不然的话在针对新安装的射频通信设备的下行消息的首次传送请求时,针对每个射频通信设备进行以下的操作:
-确定已经接收来自该射频通信设备的消息的大于X%、尤其是大于80%的接入点的列表N,或者要是没有的话,就确定已经接收来自该射频通信设备的最多消息的接入点;
-从列表N中,确定在过去的一周中已经平均以最大RSSI(接收信号水平指示)水平接收消息的接入点I;
-接入点I被指定作为对于将来一周用于所涉及的射频通信设备的基准接入点。
该算法是出发点,可以尤其被补充来用于在下行传送的重复失败的情况下选择替代的基准接入点。
本发明的该算法适于任何频带宽度并尤其适于窄频带。其还允许向所有系统提供空间冗余度,不论频带如何。最后,鉴于接入点不需要知道毗邻的接入点的下行信道,网络的管理就简化了。
本发明的特别关注的应用涉及用于远程读取水流量计和气体流量计的数据通信智能网络。
本发明的方案可以应用于:
-电表远程读取网络,
-工业领域中的传感器监视网络,尤其是流量、压力、温度、湿度、液位、速度传感器,或者是声学传感器、导电性传感器、浑浊度传感器、pH值或H2S比率测量传感器,
-居住或第三产业活动中的传感器监视网络,尤其是入侵检测传感器、火宅传感器、一氧化碳CO传感器。
Claims (8)
1.一种射频数据通信智能网络,包括:
-收集网络(A),由以下构成:
-配有用于收发的射频通信设备(e1,…e8)的流量计和/或传感器,射频通信设备优选具有可调发射功率,
-接入点(P1,P2,P3),配有用于收发的射频通信模块,保证收集由射频通信设备提供的数据,
-以及中央信息系统(B),由至少一个服务器、至少一个数据库和至少一个操作站构成,该中央信息系统被编程为处理并存储所接收的全部数据并且控制收集网络的全部或一部分,
其特征在于,该中央信息系统(B)被编程为针对每个射频通信设备确定基准接入点,该基准接入点是被该射频通信设备最好地接收的接入点。
2.按照权利要求1所述的网络,其特征在于,该中央信息系统(B)被编程为使得基准接入点的确定是根据选择算法来进行的,该选择算法基于以下变量:
-对上行线路上的通信进行限定的射频监视数据,以及对下行线路上的通信进行限定的射频监视数据,上行线路是从射频通信设备向接入点,下行线路从接入点向射频通信设备;
-信息回溯时段,特别是24小时的时段。
3.按照权利要求2所述的网络,其特征在于,该中央信息系统(B)被编程为使得基准接入点的确定是根据以下算法来进行的:
-射频通信设备(e3)以满功率发射消息,
-该射频通信设备可见的所有接入点(P1、P2、P3)测量它们对该消息的接收水平;
-每个接入点通过包含接入点的接收水平和身份的肯定响应消息来对射频通信设备进行应答;
-该射频通信设备在接收肯定响应消息时测量自己对每个接入点的接收水平;
-该射频通信设备(e3)通过向中央信息系统(B)传送与接入点的身份相关联的不同接收水平,来把该射频通信设备(e3)的安装通知中央信息系统(B),该传送的接收水平包括:接入点的编号,列表[由第一个接入点对该射频通信设备的接收水平,由该射频通信设备对第一个接入点的接收水平,……,由第N个接入点对该射频通信设备的接收水平,由该射频通信设备对第N个接入点的接收水平],
-中央信息系统(B)分析所接收的数据并且选择基准接入点(P2)。
4.按照权利要求3所述的网络,其特征在于,该中央信息系统(B)被编程为使得基准接入点的选择是根据从接入点(P1,P2,P3)向该射频通信设备(e3)的下行线路的质量来进行的,保证该下行线路的最佳质量的接入点(P2)被选作基准接入点。
5.按照权利要求4所述的网络,其特征在于,该中央信息系统(B)被编程为使得在对于下行线路的质量而言多个接入点之间相等的情况下,从相等下行线路质量的接入点中,基准接入点的选择是根据上行线路的质量进行的。
6.按照权利要求1或2所述的网络,其特征在于,该中央信息系统(B),为了每日监视上行线路和下行线路,被通知每天来自每个射频通信设备的期望消息的数量,并且被编程为验证实际所接收的消息的数量,并且执行计算每个射频通信设备在每个接入点处的成功率,给出最大成功率的接入点被指定作为对于一天的基准接入点,该计算允许确定射频线路的质量。
7.按照权利要求1或2所述的网络,其特征在于,该中央信息系统(B)被编程为每周,或不然的话在针对新安装的射频通信设备的下行消息的首次传送请求时,针对每个射频通信设备根据以下算法来进行基准接入点的确定:
-确定已经接收来自该射频通信设备的消息的大于X%、尤其是大于80%的接入点的列表N,或者要是没有的话,就确定已经接收来自该射频通信设备的最多消息的接入点;
-从列表N中,确定在过去的一周中已经平均以最大接收信号水平指示RSSI水平接收消息的接入点I;
-把接入点I指定作为对于将来一周用于所涉及的射频通信设备的基准接入点。
8.按照前述权利要求中任一项所述的网络,其特征在于,接入点(P1、P2、P3)被编程为随时间根据随机时隙来与接收水平一起发送肯定响应以便避免中央信息系统(B)的接收水平的冲突。
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