CN111327670A - 用于收集数据的方法、传感器和供应网络 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于收集数据的方法、传感器和供应网络。在(用于作为分发消耗物的供应网络的组件的耗量表的)本地传感器操作时收集(与耗量、物理或物理/化学参数和/或操作状态相关)数据的方法，供应网络包括(多个)本地传感器，传感器包含测量元件，其供应与物理或物理/化学变量或参数对应的基本测量单元为原始测量数据，传感器包括通信装置和存储装置，为了限定传感器的测量分辨率，用相关性模型预限定生成时间戳的条件，基于相关性模型在传感器生成连续原始测量数据项的时间戳，其被传输以使得基于时间戳用相关性模型重建测量元件获取的原始测量数据并对其分析，以动态自适应冗余进行传输。还涉及传感器和供应网络，其按权利要求的方法操作。

Description

用于收集数据的方法、传感器和供应网络
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序的用于收集数据的方法，还涉及根据权利要求25的前序的传感器，以及根据权利要求26的前序的用于分发可耗量介质的供应网络。
背景技术
耗量表(consumption meters)是例如用于分发消耗物(诸如气、水、热或电)的供应网络的组件，并且用于生成耗量数据。耗量数据由位于仪表处的微处理器基于由传感器的测量元件供应的原始测量数据计算得出，并且经由以BUS系统(尤其是所谓的M-BUS系统或无线M-BUS系统)形式的通信系统传输到中央数据管理系统(头端系统)。数据主要涉及最近耗量，即，仪表读数。
在预定的设定时间生成来自耗量表的传感器的测量元件的原始测量数据，由耗量表的微处理器分析原始测量数据(即，将原始测量数据转换成耗量数据)，然后由读取器或接收设备(数据收集器或集中器)在限定的时间经由一级通信路径从各个本地布置的耗量表检索所产生的耗量数据。然后，读取器或接收设备经由例如基于LAN、GPRS、3G、LTE的三级通信路径将耗量数据转发到头端系统。然后耗量数据可以被显示在头端或用于开发票。迄今为止，获取耗量数据的方法在其信息深度和信息广度上都受到限制。
发明内容
本发明的目的
本发明的目的是提供一种所讨论类型的用于收集和/或传送数据的方法、用于此目的的传感器以及对应的供应网络，其中每一者都具有增加的信息内容。
实现目的
上述目的是通过权利要求1的特征来实现的。从属权利要求包含根据本发明的方法的有利的实施例。
根据本发明，为了限定传感器的测量分辨率，使用相关性模型预先限定用于生成时间戳的条件。基于相关性模型在传感器中生成原始测量数据的连续项的时间戳，并将其保存在存储装置中。然后，经由例如有线链路和/或无线电路径仅传输分配给获取的原始测量数据的时间戳，使得在成功传输之后，可以使用相关性模型基于时间戳对于由测量元件获取的原始测量数据进行再次重建，并对其进行分析。这免除了在本地传感器的区域中进行处理操作，该处理操作具有计算复杂度，因此是耗能的。因此，具有计算复杂度并且耗能的处理操作可以被转移到数据收集器或头端的区域中。根据本发明的方法允许在数据收集器、检索设备或集中器的区域中以连贯、完整且一致的时间关系(即，不断地)提供原始测量数据的时间戳，然后将其经由三级通信路径供应给头端。根据时间戳重建的原始测量数据可以被连续地分配给时间线，即，对实时进展进行建模，其排除了其中数据丢失的间断点或时间。与先前的解决方案相比，依照根据本发明的方法在头端中产生的连续的原始测量数据流在连续时间轴上具有高得多的分辨率。本发明允许在头端中执行比以前所能执行的多得多的数量的计算和/或评估和/或功能，例如除了耗量计算之外，还包括业务功能。根据本发明的方法还使得可以评估供应网络的状态。因此，供应商可以为供应网络的客户提供远比迄今为止更好的透明度。此外，借助于根据本发明的方法，传感器的设计可以简单和便宜得多，因为不需要用于计算的复杂的微处理器。所获取的原始测量数据的时间关系意味着可以防止篡改，因为可以将测量结果的整个时间进展上的测量结果与整个时间轴上的经验值进行比较。而且，由于消除了耗能的处理能力，因此包括传感器和时间戳提供装置或通信装置的模块的能耗远低于在本地分析数据的先前实施例。时间戳可以是时刻或时间差。时刻或时间差可以是实际时间数据或实时数据，或者至少基于实际时间数据或实时数据。时间差可以在时间戳之间形成和/或相对于固定时刻形成。
这种分析形式需要连续、完整和一致的时间戳数据流。为了即使对于传输质量差的无线电链路也能保证数据流的可靠性，以可以在操作期间动态地适配的冗余来传输数据或时间戳。静态或固定的冗余率不反映链路或无线电链路的实际质量。冗余会消耗额外的资源，诸如带宽和电池电力。通过使冗余适应于链路或无线电链路的质量来优化对资源的消耗。例如，对于具有良好的链路质量或无线电链路质量的传感器或耗量表，需要较低的冗余度，因此这些传感器或耗量表消耗较少的电池电力。使用较小的带宽减少了例如信道负载，使得信道容量可以用于具有较差链路质量的传感器或耗量表。因此可以优化整个网络的链路或无线电链路的性能。此外，无线电传输的质量可以随时间变化，因此可以使冗余适于这些变化。
(一个或多个)本地传感器可以方便地经由一级通信路径与数据收集器通信。数据收集器和头端之间可以存在三级通信路径。此外，可以在数据收集器和/或头端中收集、保存和/或分析从传感器传输的时间戳。经由一级和三级通信路径传输时间戳允许在具有足够处理能力的头端中执行比以前可能的数量多得多的计算和/或评估和/或功能，包括业务功能。
时间戳可以优选地以压缩形式传输。正是根据本发明的方法使得这成为可能。因此，根据本发明的方法允许更简单地例如针对时间戳的传输而限定等距时间戳。
可以在传感器的区域中以无损失的方式压缩时间戳。但是，替代地，时间戳也可以按指定的允许损失级别压缩。如果以指定的允许损失级别压缩数据，那么如果用户或操作员优先考虑节能并且接受在恢复和再现初始测量数据时的一定程度的不精确性(即，接受一定的损失)，则以在接收器端再现时较低的精确度为代价，可以增加压缩率。损失率或压缩率可以作为可编程或可配置的参数来提供，该参数限定或配置压缩模式。
在本发明的上下文中，可以考虑以下数据压缩算法的示例，这些示例是说明性的并且没有任何限制效果：与霍夫曼编码结合的差分压缩(Delta编码)、游程长度编码(RLE)或优选的自适应二进制算术编码(CABAC)。
利用相关性模型，可以限定至少一个物理或者物理/化学变量或者至少一个物理或物理/化学参数的特定的值或特定的值的变化或特定的值的差，以用于分配时间戳的目的，其中当测量元件检测到特定的值或特定的值的变化或特定的值的差时，时间戳被致动，被如此保存在传感器的存储装置中，并且被提供用于传输。如果传感器检测到的值没有变化，则不会产生时间戳。因此，典型地，根据本发明的方法可以经过很久的时间段而没有任何时间戳。因此，不需要不断地传输数据。尽管如此，本方法具有非常高的分辨率。
特别地，可以使用时间戳在相关性模型内对逐步增加或递增地增加的仪表读数和/或值表进行建模。
优选地，时间戳被赋予符号，例如，加号或减号。这在对值表进行建模时尤其是有利的，因为它限定了实际时间戳是与值表中的增加值还是减少值相关。
根据本发明，可以沿着一级通信路径将多个时间戳作为一个数据包传输。
可以有利地使用相关性模型基于在数据收集器处和/或在头端处接收到的时间戳来生成原始测量数据流。特别地，有关的连续的时间戳不涉及任何计算和/或分析。
原始测量数据流有利地具有由传感器采样率或测量元件采样率或其倍数来限定或者至少确定的时间分辨率。原始测量数据流的时间分辨率优选地在秒的范围中，在十分之一秒的范围中，在百分之一秒的范围中，或者在千分之一秒的范围中。
基于所限定的分辨率的原始测量数据流有利地是连续的和/或完整的。这导致沿着连续时间线的特别高的测量值分辨率，进而导致特别的信息深度作为基于其进行分析或计算的基础。
在进一步的数据处理过程中，除了原始测量数据流的时间分辨率(采样率或采样率的倍数)以外，可以优选地在任何时间在时间历史的基础上在没有时间间隙的情况下对原始测量数据流进行分析。这带来的优点是，例如，即使是供应网络中过去存在的事件驱动的状态改变(例如，诸如上溢、下溢、泄漏、篡改企图等的改变)也可以以精确的时间关联且没有间隙地确定或记录。此外，可以精确得多地向消费者显示过去的耗量数据和/或使消费者更有效地参与对消费行为或消费行为的变化的分析。进而，这具有优化耗量的效果，并且对于消费者而言，这构成了来自网络供应商的特别重要的信息。
还存在这一选项：仅在接收器或数据收集器已确认时间戳经由一级通信路径的传输之后，才删除在传感器的存储装置中保存的时间戳。
为了产生连续的原始测量数据流，数据包有利地被组装在对应的时间序列基准中或至少相对于彼此放置，使得包中包含的时间戳随后沿着实时轴根据它们的采样和事先在包中的指派情况被重新组装，或者至少在时间上相对于彼此连贯地放置。
例如，基本测量单元可以是被测量的电压或电流。例如，可以在霍尔效应传感器被激励的情况下检测来自霍尔效应传感器的输出电压，或者检测来自温度传感器的电压。所测量的物理变量可以有利地与供应网络的供应介质相关，供应介质优选地是水、电、燃料或气。
所测量的(一个或多个)物理或化学/物理参数或其中之一可以是流过相关的传感器或与之接触的流体的体积、质量和/或组分的指示符。
一旦基本测量单元接收到脉冲，基本测量单元就可以方便地生成时间戳。
对于何时应该以(一个或多个数据包的)报文或消息的形式进行新的数据传输的问题的解决，优选地取决于以下两个条件中的至少一个是否被满足：
(a)已经过指定的时间间隔；以及
(b)自先前传输以来已达到指定量的时间戳。
可以简单地基于此实现用于要传输的数据包的时间顺序基准。
特别有利的是，该方法包括通过将时间戳格式化为预定的固定大小的数据包来打包时间戳，其中，每当累积的数据达到数据包的大小，或者已经过指定的时间间隔，都将致动新的传输。
可以有利地通过在多个连续的传输处理中重复发送相同的数据包来实现传输中的冗余。还可以通过重复发送相同的时间戳来实现传输中的冗余。例如，数据包或时间戳的传输可以被重复五次。
可以有利地通过冗余因子来限定发送重复的次数。冗余因子的值可以限定重复的次数。
可以方便地由数据收集器和/或头端动态地限定冗余因子。可以根据无线电链路的质量动态地限定冗余因子。为此，数据收集器和/或头端可以监视和分析无线电链路的质量。各种指标可以用于该分析，例如，借助于信噪比(SNR)或接收信号强度指示符(RSSI)的帧丢失率(FLR)或信号质量。根据无线电链路质量的指标来适配冗余因子。例如，对于丢失率非常低的无线电链路，数据或数据包或时间戳被重复发送两次或三次。另一方面，例如对于传输质量差的无线电链路，重复的次数增加到例如7次或8次。由于无线电链路的质量可能随时间变化，因此有必要对冗余或冗余因子进行连续监视和适配。可以在头端或数据收集器中实现基于无线电链路的质量的指标的、自动地优化冗余或冗余因子的算法。
替代地或附加地，可以根据由于冗余而接收到的重复的次数来适配无线电链路的属性或参数。为了以下目的而使用冗余：例如，为了在头端中主动地控制无线电链路的参数和/或设置。例如，对于在头端中具有大量冗余数据的传感器或耗量表，可以减小其传输功率和/或可以增大其传输间隔和/或可以提高其数据速率。传输间隔可以例如从5分钟增加到15分钟。由于较大的传输间隔，传感器或耗量表可以有利地节省能量，并且可以减小整个网络或无线电网络上的负载。
本发明还涉及一种传感器，该传感器被设计为在供应网络中本地使用，用于分发耗量介质(诸如水、气、电、燃料或热)，例如，供应网络包括多个本地传感器和经由一级通信路径与(一个或多个)本地传感器通信的数据收集器。根据本发明，该传感器的特征在于，其按照根据权利要求1至24中至少一项的方法来操作。这样的传感器可以是耗量表的部件。这使得可以保证在供应网络的操作期间沿着时间线不断地且连续地以非常高的分辨率提供耗量和附加状态属性。
最后，本发明还涉及一种用于分发消耗物介质(诸如气、水、电、燃料或热)的供应网络，例如，其包括至少一个本地传感器(优选为多个本地传感器)，用于生成和/或传送原始测量数据(优选地是与消耗物介质的耗量相关的和/或与耗量表的操作状态相关的原始测量数据)，包括数据收集器、相应传感器与数据收集器之间的一级通信路径、用于分析数据的头端，以及数据收集器和头端之间的三级通信路径。根据本发明，该供应网络的特征在于，位于其中的(一个或多个)传感器按照根据权利要求1至24中至少一项的方法来操作。
附图说明
下面参考各种示例性实施例更详细地解释本发明，其中：
图1是用于收集由多个耗量表获得的数据和/或将其传送到数据收集器或头端的供应网络的通信路径的示例的高度简化的示意图；
图2以高度简化的示意图形式示出了经由图1的一级通信路径将特征原始测量数据的时间戳传输到数据收集器或集中器的示例；
图3示出了消息结构的示例，该消息结构由图2中所示的耗量表的测量数据调节器发出或从其检索；
图4示出了在远程读取体积耗量的背景下(在这种情况下，包PAj包含N个时间戳TSN)在两个上行链路传输处理(在时间TE-1和TE发出的消息或报文)之间从传感器读取的原始测量数据的时间戳的时序图(chronogram)示例；
图5以高度简化的示意图形式示出了将包含时间戳的数据包或消息或报文组装并重建为时间连续的原始测量数据流的示例，并且包括其分析选项；
图6示出了具有叶轮的机械流量表形式的耗量表的传感器的示例，其可以用于产生流量的原始测量数据的相关时间戳；
图7示出了用于基于由图6中所示的传感器获取的原始测量数据来生成时间戳的相关性模型的示例；
图8示出了简化形式的温度传感器的示例；
图9示出了用于基于由图8中所示的传感器获取的原始测量数据来生成时间戳的相关性模型的另一个示例；
图10a-c示出了使用不同冗余因子的PAj数据包的冗余传输的示例。
具体实施方式
图1示出了例如用于分发消耗物介质(诸如气、水、电、燃料或热)的供应网络。供应网络包括多个单独的本地耗量表10，其可以例如分配给公寓建筑物的不同住宅单元。各个耗量表10(例如水表、热量表、电表或气表)经由一级通信路径5(例如，无线电路径)连接到数据收集器3。从相应耗量表10经由一级通信路径5到数据收集器3的数据传输被称为“上行链路传输”。
每个单独的耗量表10可以方便地被赋予相关联的ID(地址)，使得数据收集器3可以直接寻址每个单独的耗量表10并且检索在相关的耗量表10中可用的数据。
经由一级通信路径5的传输由BUS传输协议限定，例如由无线M-BUS传输协议限定。
每个数据收集器3经由三级通信路径6与所谓的头端4通信。来自整个供应网络的数据在头端4中汇总在一起。三级通信路径6可以是有线通信路径或基于无线电技术的通信路径(例如，移动通信路径)。替代地，如果需要，来自每个数据收集器3的数据也可以通过便携式读取器读取并且在头端4处再次下载。可以以各种方式沿着三级通信路径6传输数据，例如，经由LAN、GPRS、LTE、3G、4G等。
二级通信路径是指将多个数据收集器或集中器互连的通信路径，但它在此不相关。
各个耗量表10可以通过自主能量供应(电池)来操作。
如图1示意性示出的，针对每个相关的传感器1或耗量表10的优选地被压缩和格式化的时间戳TS被传输到数据收集器3，该数据收集器3管理分配给所述数据收集器的多个耗量表10或传感器1的本地网络。从数据收集器3向头端4传输作为供应网络的一部分的每个传感器1的优选地被压缩和格式化的时间戳TS。
数据收集器3可以在一时间间隔(例如一天)内保存从各个传感器1或耗量表10检索到的时间戳TS，然后将所述时间戳传送到处理位置或头端4。替代地，来自数据收集器3的数据也可以被立即传送到头端4。
如图2所示，耗量表10包括配备有至少一个测量元件9的传感器1。传感器1旨在借助于测量元件9产生被输入到测量数据调节器14的原始测量数据。基于原始测量数据在测量数据调节器14中进行时间戳记。原始测量数据对应于至少一个物理或物理/化学变量或者至少一个物理或物理/化学参数的基本测量单元，该测量单元由测量元件9供应。原始测量数据可以是例如与通过供应线16(例如，水管)的介质的流相关的原始数据，特别是流量、浊度、污染物的存在或者固体和/或气体成分的存在或者固体和/或气体成分。
耗量表10的测量值调节器14包括存储装置7、时间基准设备15(石英晶体)和微处理器8。所述部件可以被单独提供或作为一个集成部件提供。如果需要，耗量表10可以包括电池等形式的专用电源(未示出)。这允许耗量表10以能量自给的方式来操作。
在图2所示的步骤之前，在用于分配时间戳TS的相关性模型中限定该至少一个物理或物理/化学变量或者至少一个物理或物理/化学参数的特定的值、特定的值的变化或特定的值的差。
如图2所示，在耗量表10的区域中执行以下步骤：
-当测量元件(9)检测到该特定的值、特定的值的变化或特定的值的差时，致动时间戳TS；
-将时间戳TS保存在传感器1或耗量表10的存储装置7中；
-通过在测量数据调节器14中准备时间戳报文17i,17i+1,17i+n，经由无线电路径11以压缩形式传输时间戳TS，这些时间戳报文被连续传输到中央处理系统(例如头端4)。微处理器8执行对时间戳TS的压缩以用于传输。
由此，在时间上连续地传输包含连贯时间戳TS的数据报文17i,17i+1,…,17i+n。可以在接收器端处使用相关性模型根据这些时间戳TS重建非常高分辨率的连续的、不断的原始测量数据流。
优选地，压缩的时间戳TS经由例如测量数据信息网络传输，该测量数据信息网络包括无线电路径11形式的、到数据收集器3的一级通信路径5。数据收集器3本身经由三级通信路径6连接到头端4。可以以各种方式沿着三级通信路径6传输数据，例如经由LAN、GPRS、LTE、3G等。
图3通过示例的方式稍微更详细地示出了图2的各个数据报文17i,17i+1,...,17i+n。数据报文17i,17i+1,...,17i+n各自包括多个数据包PA1-PA6和PA7-PA12、绝对值或累积值VA、相关的传感器1的标识(地址)I以及相关的传感器1的环境的或所述传感器在特定时间测量的流体的至少一个其它物理或物理/化学参数PPC的值，例如参数，诸如流体的电导率、流体的温度、流体的pH值、流体的压力、代表流体的质量和/或组分的参数，和/或代表其中安装有传感器1的环境的温度的参数。
如图3还通过示例的方式示出的，可以提供通过格式化PAj包来打包压缩的时间戳TS，包的大小不得超过指定的最大值，其中除非首先经过指定的时间间隔，否则每当累积的数据达到包PAj的大小，则形成新的包或报文，或者致动新的传输。
根据本发明的优选变型，在传输时间戳TS之前对时间戳TS进行压缩。时间戳TS可以以无损的方式进行压缩。
替代地，时间戳也可以以指定的允许损失级别进行压缩。实际上，如果用户或操作员优先考虑节能，并且接受在恢复和再现初始的原始测量数据时的一定程度的不精确性(即，接受一定的损失)，则以在接收器端再现时较低的精确度为代价，可以增加压缩率。该损失率或压缩率可以作为可编程或可配置的参数来提供，该参数限定或设置压缩模式。
在本发明的背景下，可以考虑以下数据压缩算法的示例，这些示例是说明性的并且没有任何限制效果：与霍夫曼编码结合的差分编码(Delta编码)、游程长度编码(RLE)或优选的自适应二进制算术编码(CABAC)。
还存在以下选项：仅在接收器和/或数据收集器3已确认时间戳TS的传输之后才删除耗量表10的存储装置7中的时间戳TS。
由于本发明，可以在数据收集器3或接收位置(例如，头端4)处获得有助于以非常高的时间分辨率基于所供应的时间戳TS对来自各种传感器1的所有数据进行忠实而完整的重建、并且允许在分析该数据时的无限灵活性的信息。例如，可以在不影响模块(传感器、通信装置等)的功能或者甚至设计的情况下，容易且集中地提供业务功能的潜在升级。
传感器1可以具有比此前已知的方案更简单的设计，并且操作上更加可靠。而且，与本地分析数据的目前实现方式相比，包括传感器1和通信装置2的模块的能耗更低。
本发明可以应用于对大多数变化的参数和变量的测量和远程读取。其足以能够根据所涉及的传感器1的分辨率精确地确定参数或变量中的(可由传感器1测量的)基本变化的时间(时间戳TS可以对应于传感器1的分辨率或者可以是该分辨率的倍数)。
如果所测量的变量或所测量的参数也可能具有减小的变化，则时间戳TS是带符号的基本测量单元(正单元或负单元)。
结合本发明的与耗量的概念相关联的有利用途，可以提供，所测量的物理变量或所测量的物理变量之一涉及流动介质，在这种情况下，每个时间戳TS对应于基本流体体积，该基本流体体积由传感器1根据传感器1的测量准确度来测量。例如，被测流体可以是气、水、燃料或化学物质。
作为上述实施例变体的替代或附加，本发明还可以提供：所测量的物理/化学变量或者所测量的物理/化学变量之一选自包括流过相关的传感器1或与之接触的流体的温度、pH值、电导率和压力的组。
替代地或附加地，如果测量至少一个参数，则该物理或物理/化学参数或者这些物理或物理/化学参数之一可以表示流过相关的传感器1或与之接触的流体的质量和/或组分，例如参数，诸如浊度、污染物的存在或者固体和/或气体成分的存在或者固体和/或气体成分。
前述变量和参数显然仅是示例，并没有限制效果。
因此，数据报文17在特定时间连贯地形成并相继传输。然后，各个数据包PA1,...,PAn整体上形成连续的带时间戳的原始测量数据流13。
图4通过示例的方式示出了从传感器1或耗量表10传输到数据收集器3或头端4的消息结构的示例。这里，每个时间戳TS1至TSN在相关性模型中对应于由传感器1测量的基本流体体积。例如，被测流体可以是气、水、燃料或化学物质。因此，在时间间隔TE-1至TE中，测量N个脉冲并存储时间戳TS1至TSN，对于每时间戳TS例如一升的体积，其等同于该时间间隔内共N升的流量。测量值调节器形成数据包PAj，数据包PAj包含N个时间戳TS1至TSN。如图3中所示，数据报文17i,17i+1由多个数据包形成，例如，PA1至PA6以及PA7至PA12。
为了使根据本发明的方法能够适应参数或测量变量的演变的变化，同时确保对可用瞬时数据进行令人满意的更新，该方法可以有利地包括，只要满足以下两个条件中的至少一个，则形成新的包或报文17，或者以消息或报文的形式执行新的数据传输：
(a)已经过指定的时间间隔；以及
(b)自先前传输以来已达到指定量的收集数据或时间戳TS，特别地，是压缩的收集数据或时间戳TS。
应用所述条件(b)可以包括例如，一旦已经创建指定量的新的时间戳TS，则规律地检查压缩形式的所有新的时间戳TS的大小。
如果该大小接近临界大小，例如，接近由传输协议限定的包的大小，则除非首先已达到两个连续传输之间的预限定的极限值(条件(a)在条件(b)之前被验证)，否则将执行新的传输处理(条件(b)在条件(a)之前被验证)。
如图3中通过示例的方式所示，还可以提供：相关的传感器1的标识(地址)I和/或由相关的传感器1测量的物理/化学变量或参数的绝对值或累积值VA也可以在相应数据报文17i,17i+1,...,17i+n中与时间戳TS的PAj包一起被传输，其中值VA可以被赋予时间戳或者可以被分配给带时间戳的基本测量数据项，例如，分配给流体表的索引值。例如，值VA可以是耗量表10(特别是水表)在特定时间的仪表读数(如在示例性实施例中一样)，或者是自先前数据传输以来通过水表的流量(例如，时间戳的总和∑TSi等于流量的总和∑；参见图4)。
该方法还可以包括使用时间戳TS的PAj包来读出并传输相关的传感器1的环境的或由所述传感器在特定时间测量的流体的至少一个其它物理或物理/化学参数PPC的值，例如参数，诸如流体的电导率、流体的温度、流体的pH值、流体的压力，和/或代表流体的质量和/或组分的参数，和/或代表其中装配有传感器1的环境的温度的参数。
图5示出了将数据报文17i至17i+n中提供的各个时间戳TS进一步处理成连贯的、连续的关联，由此可以借助于相关性模型来重建不断的原始测量数据流13。在这种情况下，将各个数据报文17i至17i+n组装在一起，使得数据或数据包(PAj)或其中包含的时间戳TS被放置为与相邻数据包PAj中的那些在时间上相关。
由于根据本发明的对由网络或特定网络的传感器1供应的时间戳TS的收集，本发明允许所有形式的评估、分析、检查、监视以及通常有用的或期望的处理和利用，因为可以获得基本的各项原始数据。所提供的时间戳TS的分析优选地借助于分析装置18在头端4的区域中执行，并产生大量重要的信息，这些信息是管理供应网络所需但迄今为止却无法生成的，例如，诸如耗量、仪表索引、与时间相关联的耗量、泄漏检测、上溢/下溢、历史趋势和/或篡改之类的信息。因此，信息也可以在任何时间进行追溯检索而没有时间间隙，并且可以被供应给早期的分析。
根据本发明，可以在头端4中以非常高的分辨率(粒度)获得根据时间戳TS重建的原始测量数据作为原始测量数据流13，而没有时间间隙。因此，与先前的方法不同，作为根据本发明的方法的结果，在头端4中可用的有用数据量远远大于迄今为止的情况。
头端4中可用的原始测量数据流13优选地具有在秒的范围中、在十分之一秒的范围中、在百分之一秒的范围中或在千分之一秒的范围中的分辨率。
如图1中示意性所示，本发明的主题还是一种供应网络，该供应网络用于使用一级通信路径5以及在供应网络中操作的、对应地设计的耗量表10来分发消耗物(特别是流体)。每个耗量表10包括(参见图2)至少一个传感器1，传感器1可以借助于测量元件9获取原始测量数据。此外，每个耗量表10包括测量数据调节器14，测量数据调节器14包含微处理器8、存储装置7和时间基准装置15。在测量数据调节器14中，基于原始测量数据执行时间戳记，对时间戳TS进行压缩，并且根据特定协议调节成适合于沿着一级通信路径5传输的格式。
耗量表10包括电池等形式的专用电源(未示出)。
在头端4的区域中提供了分析装置18，该分析装置18能够将各个数据报文17i至17i+n中的时间戳TS或其数据包PAj在时间上连续地且无间隙地组合成连贯的、不断的原始测量数据流13，并且由此执行适当的解压缩、分析、计算等。相关数据优选地包括位于供应网络中的所有耗量表10。
此外，上述系统包括用于安装有耗量表10的特定地理区域或每个地理区域的固定的数据收集器3(集中器)，该数据收集器与分配给该数据收集器的区域的耗量表10一起形成供应网络的一级通信路径5。在这种背景下，耗量表10或其传感器1是数据收集器3的从装置。数据收集器3本身经由三级通信路径6连接到头端4。可以以各种方式沿着三级通信路径6传输数据，例如，经由LAN、GPRS、LTE、3G、4G等。
每个传感器1或耗量表10的存储装置7优选地形成缓冲存储器，并且适合于和被设计用于存储时间戳TS的多个PAj包的内容(特别地，在压缩状态下)，其中该缓冲存储器的内容或一些内容在每次传输中被传输或由数据收集器3检索。
由每个数据收集器3收集的信息被直接或间接地传递到头端4。业务功能也在那里被限定和执行。
图6仅通过示例的方式示出了机械流量表10，其包括用于流量的传感器1。传感器1包括叶轮20、测量元件9(例如以霍尔效应传感器的形式)以及脉冲发射器元件19，其根据通过流量表10的流量而或多或少程度地旋转。叶轮20的旋转移动被测量元件9检测为电压值，只要叶轮20的相关叶片处于测量元件9的位置，脉冲发射器元件19就激励该电压值。借助于相关性模型，在评估中得知多少流量等于一转。例如，叶轮20的一转可以等于例如一升的流体。
在测量值调节器14中存储相关性模型，该相关性模型用于预先限定为特定原始测量值生成时间戳TS的条件。图7以简化形式示出了例如用于连续累积流量测量的这种相关性模型的示例。在这种情况下，例如，测量单元是由图6中所示的传感器1的测量元件9检测到的脉冲，例如，与叶轮20的一转对应的电压脉冲。因此，在这个示例中，测量方法的预限定分辨率等于叶轮20的一转。原始测量值(即，由旋转致动的脉冲)以及相关联的时间T被保存在传感器1的存储装置7中。测量值调节器14为每个原始测量值(即，为每转/每个脉冲)生成相关联的时间戳TS1、TS2……至TSn+1。时间戳TS被连贯地存储在存储装置7中。如果叶轮20不旋转，则不会产生脉冲，因此也不会发生时间戳记。如果叶轮20旋转得更慢，则检测到脉冲的时间相应地沿着时间轴T在后面出现。因此，在这种情况下产生较晚的时间戳TS。如图7所示，因此生成多个时间戳TS，它们限定了在相关的时间跨度上连续测量的流。
时间戳TS被组合在数据包PAj中，并且如图2所示，在数据收集器3的请求下，经由一级通信路径5作为数据报文17i,17i+1,17i+n被相继传输到所述数据收集器。在这种情况下，数据传输优选地以压缩形式进行。因此，涉及非常高分辨率的连续的、不断的时间戳数据流，该数据流以单独的、连贯的数据报文17i,17i+1,...,17i+n的形式沿着一级通信路径5传输。
数据的收集不限于流量测量。图8通过示例的方式示出了基于电阻测量的温度传感器形式的传感器1。温度传感器包括在测量点的区域中彼此连接的具有不同导热率的两个金属导体(A，B)。如果在测量点和两个导体的相对端之间存在温度差ΔT，则可以拾取电压V或电压变化。在这种情况下，可以将用于由传感器检测到的电压变化的时间戳TS限定为相关性模型。
图9示出了用于在温度测量期间生成对应的时间戳TS的电压值V的对应原始测量数据曲线的示例。每当电压上升或下降(例如，0.5mV)时，都会相应地生成相关联的时间戳TS。因此，该方法的限定的分辨率等于0.5mV。由于在温度测量期间曲线可能上升或下降，因此在这种情况下，时间戳被赋予表示上升的“+”号或表示下降的“-”号。如从图9中可以看到的，同样在这种情况下，获得了连续的时间戳TS序列，所述时间戳对测得的电压变化进行建模，因此温度非常精确，并且在所考虑的时间段内没有间隙。如果温度(即，电压V)不变，则不会生成时间戳。在其它方面，该方法对应于结合前面描述的流量测量的示例给出的测量。
为了确保所传输的时间戳TS的完整性和一致性，优选地将数据冗余地从每个耗量表10或传感器1传输到数据收集器3。通过在多个连续的传输处理中重复发送相同的数据包PAj，可以方便地实现传输中的冗余。
图10a至图10c示出了如何通过借助于多个连续的传输处理来重复地发送相同的PAj数据包来实现传输中的冗余。在时标上绘制时间戳TS。通过将时间戳TS格式化为预定的固定大小的数据包PAj来打包时间戳TS。一旦或者已经过指定的时间间隔或者累积的时间戳TS达到数据包PAj的最大大小，就传输数据包PAj。图10a至图10c通过示例的方式示出了数据包PAj的最大大小为五个时间戳TS。在图10a中，数据包PAA-1至PAA-6以及PAB-5和PAC-1包含少于五个时间戳TS，因此对于这些数据包PAj，由于已经过指定的时间间隔而致动传输。对于数据包PAB-1至PAB-4和PAB-6，由于达到数据包PAj的最大大小而致动传输。
合并到数据报文17i,17i+1,...,17i+n中的最近期形成的PAj数据包的数量取决于冗余因子R。例如，图10a示出了冗余因子R＝5，因此，除了当前或最近数据包PAA-6之外，前面的五个数据包A-1至A-5也被合并到数据报文17i中并且被传输。在随后的传输中，除了数据包PAB-1之外，还传输数据包PAA-2至PAA-6。因此，每个数据包PAj的传输被重复五次。
在图10b所示的实施例中，冗余因子被设置为R＝2，这意味着每个数据包PAj的传输被重复两次。单个数据报文17i除了包含最近数据包PAA-3之外，还包含前面两个数据包PAA-1和PAA-2。因此，对于冗余因子R＝2，单个数据报文17i,17i+1,...,17i+n包含三个数据包PAj，而对于冗余因子R＝5，数据报文17i,17i+1,...,17i+n包含六个数据包PAj，如图10a所示。
在图10c中，冗余因子被设置为R＝8。在这种情况下，除了数据报文17i中的最新或最近数据包PAA-9之外，还传输最近期的数据包PAA-1至PAA-8。
可以通过调整冗余因子R来动态地控制冗余。冗余因子R由数据收集器3和/或由头端4管理。在第一实施例中，数据收集器3和/或头端4监视并分析无线电链路11的质量，特别是一级通信路径5的质量。例如，使用帧丢失率(FLR)或信噪比(SNR)或接收信号强度指示符(RSSI)来分析链路质量或信号质量。此外，也可以使用其它参数或指示符来分析无线电链路11的质量。数据收集器3和/或头端4根据确定的链路质量适配相关的传感器1或耗量表10的冗余因子R。例如，如果无线电链路11具有低的丢失率，并且因此具有良好的链路质量，则降低冗余因子R。相反，对于质量差的无线电链路11，增加相关的传感器1或耗量表10的冗余因子R。由于质量可能随时间变化，因此连续地监视和适配链路质量，并因此连续地监视和适配冗余因子R。
在另一个实施例中，监视和评估在数据收集器3和/或头端4中接收到的冗余重复的数量。根据接收到的重复次数来适配用于无线电链路11的参数和设置。例如，传感器1或耗量表10被默认设置为冗余因子R＝5。如果接收到全部或几乎全部的重复，例如接收到4至5次重复，则数据收集器3和/或头端4可以对于相关的传感器1或耗量表10减小其传输功率和/或增加其传输间隔和/或提高其数据速率。
因此，借助于根据本发明的方法，可以对任何原始测量数据进行采样，并将其用作时间戳TS的致动器。特别地，时间戳TS可以是时刻或时间差。优选地限定开始时间。
优选地仅在接收器或数据收集器3已确认经由一级通信路径5的时间戳TS的传输之后，才删除耗量表10的存储装置7中的时间戳TS。
对于本领域技术人员清楚的是，本发明可以应用于对大多数变化的参数和变量的测量和远程读取。其足以能够根据所涉及的传感器1的分辨率精确地确定参数或变量中的(可由传感器1测量的)基本变化的时间(带时间戳的基本变化可以对应于传感器的分辨率或者可以是该分辨率的倍数)。
显然，本发明不限于在附图中描述和示出的实施例。在不背离本发明的保护范围的情况下可以进行改变，尤其是关于各种元件的提供或由于技术等同物的改变。本公开的主题明确地还包括子特征的组合或特征的子组的组合。
参考标号列表
1 传感器
2 通信装置
3 数据收集器
4 头端
5 一级通信路径
6 三级通信路径
7 存储装置
8 微处理器
9 测量元件
10 耗量表
11 无线电路径
13 原始测量数据流
14 测量数据调节器
15 时间基准设备
16 供应线
17 数据报文
18 分析装置
19 脉冲发射器元件
20 叶轮
TS 时间戳
R 冗余因子
PAj 数据包

Claims (26)

1.一种用于在本地传感器(1)的操作期间收集数据的方法，本地传感器(1)优选为用于耗量表(10)的传感器(1)，数据优选为与耗量、物理或物理/化学参数和/或操作状态相关联的数据，所述耗量表(10)作为用于分发消耗物的供应网络的组件，所述供应网络包括至少一个本地传感器(1)，优选地包括多个本地传感器(1)，其中：
传感器(1)包含测量元件(9)，
传感器(1)的测量元件(9)供应与至少一个物理或物理/化学变量或者至少一个物理或物理/化学参数对应的基本测量单元作为原始测量数据，以及
传感器(1)包括通信装置(2)和存储装置(7)，
其特征在于：
为了限定传感器(1)的测量分辨率，使用相关性模型预先限定用于生成时间戳(TS)的条件，
基于相关性模型在传感器(1)中生成连续的原始测量数据项的时间戳(TS)，
传输时间戳(TS)，使得基于时间戳(TS)使用相关性模型重建由测量元件(9)获取的原始测量数据，并且对其进行分析，
以动态地自适应的冗余来进行所述传输。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，本地传感器(1)经由一级通信路径(5)与数据收集器(3)通信，
在数据收集器(3)和头端(4)之间提供三级通信路径(6)，并且
在数据收集器(3)和/或头端(4)中收集、保存和/或分析从传感器(1)传输的时间戳(TS)。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，以压缩形式传输时间戳(TS)。
4.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，时间戳(TS)被压缩，并且所述原始测量数据以无损失的方式被压缩。
5.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，为了分配时间戳(TS)的目的，在相关性模型内限定所述至少一个物理或物理/化学变量或者所述至少一个物理或物理/化学参数的特定的值、特定的值的变化或特定的值的差，
当测量元件(9)检测到特定的值、特定的值的变化或特定的值的差时，致动时间戳(TS)并且将时间戳(TS)保存在传感器(1)的存储装置(7)中。
6.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，能够使用时间戳(TS)在相关性模型内对逐步增加或递增地增加的仪表读数和/或值表进行建模。
7.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，时间戳(TS)被赋予符号。
8.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，沿着一级通信路径(5)将多个时间戳(TS)作为一个数据包(17i，17i+n)传输。
9.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，基于在数据收集器(3)和/或头端(4)处接收到的时间戳(TS)使用相关性模型来生成原始测量数据流(13)。
10.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，原始测量数据流(13)具有由传感器采样率或测量元件采样率或其倍数限定或确定的时间分辨率。
11.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，基于连续时间分辨率的原始测量数据流(13)是连续的和/或完整的。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在进一步的数据处理的过程中，能够在时间历史的基础上在除了传感器(1)的测量分辨率之外没有时间间隙的情况下对原始测量数据流(13)进行分析。
13.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，所述基本测量单元是电压或电流。
14.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，所测量的物理变量涉及供应网络的供应介质，优选为水、电、燃料或气。
15.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，所测量的一个或多个物理或化学/物理参数或其中之一是流过相关的传感器(1)或者与相关的传感器(1)接触的流体的体积、质量和/或组分的指示符。
16.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，只要基本测量单元(9)接收到脉冲，基本测量单元(9)就生成时间戳(TS)。
17.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：只要满足以下两个条件中的至少一个，就以消息或报文的形式执行新的数据传输：
(a)已经过指定的时间间隔；以及
(b)自先前传输以来已达到指定量的时间戳(TS)。
18.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括通过将时间戳(TS)格式化为预定的固定大小的数据包(PAj)来打包时间戳(TS)，其中，每当累积的数据达到数据包(PAj)的大小，或者已经过指定的时间间隔，就致动新的传输。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，通过在多个连续的传输处理中重复发送相同的数据包(PAj)来实现传输中的冗余。
20.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，通过重复发送相同的时间戳(TS)来实现传输中的冗余。
21.根据权利要求19或权利要求20所述的方法，其特征在于，由冗余因子(R)限定发送重复的次数。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，由数据收集器(3)和/或头端(4)动态地限定所述冗余因子(R)。
23.根据权利要求21或权利要求22所述的方法，其特征在于，根据无线电链路的质量来动态地限定所述冗余因子(R)。
24.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，根据由于冗余而接收到的重复的次数来适配无线电链路的属性或参数。
25.一种传感器(1)，其特征在于，所述传感器(1)按照根据前述权利要求中的至少一项所述的方法来操作。
26.一种用于分发耗量介质的供应网络，包括：
至少一个本地传感器(1)，优选为多个本地传感器(1)，用于生成和/或传送原始测量数据，原始测量数据优选为与耗量介质的耗量、物理或物理/化学参数和/或耗量表(10)的操作状态相关联的原始测量数据，
数据收集器(3)，
各个传感器(1)和数据收集器(3)之间的一级通信路径(5)，
用于分析数据的头端(4)，以及
在数据收集器(3)和头端(4)之间的三级通信路径(6)，其特征在于，传感器(1)按照根据前述权利要求1至24中的至少一项所述的方法来操作。
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