CN112399646A - 仪表网络及操作方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及仪表网络及操作方法。仪表网络包括具有仪表和结构上分离的通信模块的仪表布置，以及广域网中用于仪表布置的远程站，其中仪表和通信模块能够借助于通信技术(KT)和通信协议(KP)配对以用于局域通信(NB)，其中通信模块和远程站可借助于网络技术(NT)和网络协议(NP)连接以用于广域通信(WB)，其中通信模块包含协议转换器，用于在通信技术与网络技术之间和通信协议与网络协议之间经由局域通信、通信模块和广域通信转换要传送的数据。在用于操作仪表网络的方法中，仪表和通信模块配对，通信模块和远程站连接，并且协议转换器在局域网通信技术(KT)与网络技术(NT)之间以及通信协议(KP)与网络协议(NP)之间转换数据。

Description

仪表网络及操作方法
技术领域
本发明涉及仪表网络，该仪表网络具有包含用于测量消耗媒介的消耗量的仪表和通信模块的仪表布置，并且具有用于广域网中的仪表布置的远程站，本发明还涉及用于操作该仪表网络的方法。
背景技术
特别是从实际使用中已知的仪表布置包含仪表和内部或外部通信单元(通信模块)，该内部或外部通信单元使用MBus(仪表总线、现场总线)协议或wMBus(无线MBus)协议通信。将数据(例如，由仪表测得的消耗媒介的消耗量)发送到数据集中器。使用网络技术(例如，3G)以包的形式将应用数据转发到WAN中的远程站点，特别是使用经由公用网的WAN(广域网)技术(例如，互联网)。
从DE 10 2016 010 047A1中获悉以下内容：如果尚无固定式集中器的中继功能可用(例如，在设置阶段)，那么对于数据包从集成到智能计量网络中的仪表到控制中心的无线电传输，在网络的本地环境中移动(因此时不时地也在所述网络的个别仪表附近)的移动单元在任何情况下都临时用于桥接目的，以实现中继功能。配备有根据互联网标准或移动无线电标准进行长程链接的通信设备(诸如智能电话)的人员和/或车辆将用作这种类型的移动单元。作为经修改的移动无线电话，它们是通过硬件或软件应用来设计的，以经由到移动单元的短程链路从仪表接收数据包，该移动单元当时恰好暂时位于该仪表附近。包从移动单元到控制中心的远程传输可以根据互联网标准或移动无线电标准来执行。
发明内容
本发明的目的是提出关于仪表网络的改进。
该目的通过根据专利权利要求1的仪表网络来实现。在所附权利要求、以下说明书和附图中阐述本发明和其它发明类别的优选或有利实施例。
仪表网络包含仪表布置。仪表布置包含仪表。所述仪表用于测量消耗媒介(例如，天然气或水)的消耗量(例如，立方米值)。仪表布置还包含通信模块。特别地，这在结构上与仪表分开。这意味着这两个部件没有公共的结构部分、系统部分，没有公共的壳体等。于是它们构成两个分开的设备。
仪表网络还包含用于仪表布置的远程站。远程站被部署在广域网(WAN)中，例如互联网中。
仪表和通信模块可以配对，以借助于使用通信协议的通信技术来提供(特别是无线)局域网通信。通信模块和远程站是可连接的，以借助于使用网络协议的网络技术来提供(特别是无线)广域通信。
在每种情况下，“局域”特别是指小于10cm或50cm或1m或5m或10m或100m或1km。在每种情况下，“广域”特别是指大于10cm或50cm或1m或5m或10m或100m或1km。远程站特别是头端系统，例如能源供应公司的门户。消耗量或消耗量的值特别是例如测得的值，例如当前值或瞬时记录，诸如仪表值、瞬时电功率等。可替代地，消耗量是一段时间内的值，诸如每天、每月或每年的总消耗量等。
“可以配对”是指所述元件对应地“可配对”或在操作状态下配对。“可连接”是指所述元件在操作状态下被连接。对应的陈述相应地也适用于以下描述。
在操作期间，将经由通信模块在仪表和远程站之间的仪表网络内传送数据。通信通过局域通信、通信模块和广域通信进行，或者在相反的方向上进行。要传送的数据例如是从仪表到远程站的消耗量的值以及相关联的时间戳，或者是从远程站到仪表的配置数据。
通信模块包含协议转换器。所述转换器被配置为(例如，通过硬接线或编程)在局域通信技术和网络技术之间转换数据。协议转换器还被配置为也在通信协议和网络协议之间转换数据。
在每种情况下，“通信”都涉及两个方向，即，从仪表到远程站的方向以及相反方向。在每种情况下，相对于OSI(开放系统互连)七层模型，上面提到的“技术”至少还包括物理层(层1)，可能还包括更高的层，但不包括应用层(层7)。因而，上面提到的“协议”还包括至少应用层，可能还包括更低的层，但在任何情况下都不包括物理层。
因此，数据不像通信模块中的现有的包那样简单地不变地被转发，而是被“重新打包”，即，数据包本身被分解，并且仅纯(有效载荷)内容在技术和协议之间转换。因此，包至少被修改。
本发明提供的优点是所使用的网络技术或网络协议与仪表解耦。因此，仪表可以与不同的通信模块配对。在每种情况下，所述通信模块可以具有在仪表中实现的通信技术和通信协议，即，特别是完全相同或相同的通信技术/通信协议。但是，通信模块在网络技术/网络协议方面可以有所不同。
通过将仪表链接到对应的通信模块，可以相对快速地将仪表用于具有相关联的安全机制的网络技术/网络协议。因此，在诸如NBIoT(窄带物联网)之类的新兴技术/协议中，可以通过与通信模块配对来相对快速地结合仪表。所述通信模块必须简单地相应地在远程站侧被装备以用于新兴的技术/协议。
由于解耦(仪表与通信模块解耦，仅有通信模块的添加/配对/交换)，因此不需要新的和详细的仪表认证。
由于仪表与通信模块之间的(可选)无线耦合(局域通信，特别是无线电耦合)，因此在装备/网络技术/网络协议的转换方面，无需对仪表进行机械访问。网络技术/网络协议的更新或修改与仪表解耦。因此，无需接近仪表。
在一个优选的实施例中，在每种情况下，仪表和/或通信模块分别由电池供电。因此，例如可以特别容易地更换通信模块。这特别适合于无线变体。
在一个优选的实施例中，仪表和通信模块可以以固定和/或永久的方式彼此配对。这特别是意味着“一对一”配对，即，不再涉及其他的配对伙伴。从不间断的连续配对的意义上说，对应的陈述不适用于时间方面。
在一个优选的实施例中，仪表和通信模块可以以安全的方式(例如，两个特定伙伴的加密的/一对一的排他指派)彼此配对。由此，防止对仪表和通信模块之间的通信的操纵。
在一个优选的实施例中，仪表和通信模块可以经由作为通信技术的BLE(蓝牙低功耗)和/或经由作为通信协议的MBus(可选地还有wMBus)彼此配对。由此，可以使用常规的局域技术和协议来简单、经济地实现本发明。
在一个优选的实施例中，仪表被配置为经由局域通信来传输作为数据的应用数据。根据本发明，这种类型的应用数据也可以根据通信模块中的技术和协议进行转换。
在一个优选的实施例中，通信模块和远程站可经由作为网络技术的NBIoT或LoRaWAN(长程WAN)和/或经由作为网络协议的LwM2M(轻量级机器到机器)互连。特别是对于LoRaWAN，其它对应的网络协议也是可以想到的。在这个实施例的一个优选变体中，相关联的数据链路层被指派给LwM2M网络协议。这个数据链路层特别是DTLS(数据报传输层安全性)。因此，可以使用常规的广域技术和协议来简单、经济地实现本发明。
在一个优选的实施例中，协议转换器被配置为解密和评估作为数据的通信协议数据(在应用层中)，并将所述数据转换成网络协议对象模型。反过来也同样适用(从网络协议到通信协议的转换)。特别地，MBus数据被转换成LwM2M对象模型。因此，可以特别有效地执行对应的转换。
本发明的目的还通过根据专利权利要求10的方法来实现，该方法用于操作根据本发明的仪表网络。在该方法中，仪表和通信模块借助于使用通信协议的通信技术配对，并且通信模块和远程站使用借助于网络协议的网络技术进行连接。协议转换器还经由局域通信、通信模块和广域通信在局域通信技术和网络技术之间转换在仪表和远程站之间传送的数据。类似地，它也在通信协议和网络协议之间转换数据。
结合根据本发明的仪表网络已经相应地解释了该方法及其至少一些实施例以及相应的优点。
在一个优选的实施例中，从具有下文中称为“第一”网络技术和下文中称为“第一”网络协议的下文中称为“第一”通信模块开始，将仪表与第一通信模块断开(配对)，并且第一通信模块与远程站断开(连接)。然后将仪表与第二通信模块配对，该第二通信模块具有与第一网络技术不同的第二网络技术和/或与第一网络协议不同的第二网络协议。第二通信模块和远程站连接。数据经由第二通信模块在仪表与远程站之间传送，然后如上面所解释的那样进行转换，但是针对第二网络技术/网络协议进行。
因此，执行仪表布置到可选的第二网络技术的简单的“转换”。
本发明基于以下认识、观察或考虑，并且还包括以下实施例。为了简化起见，实施例也部分地称为“本发明”。在此，实施例还可以包含上面提到的实施例的部分或其组合，或者可以与之对应和/或还可以包括迄今为止未提及的实施例。
本发明特别是基于以下概念：电池供电的仪表使用电池供电的通信模块使用网络协议经由网络技术进行数据通信。仪表和通信模块以安全的方式彼此配对，特别是使用BLE技术。仪表特别是经由BLE使用MBus协议来传输应用数据。NBIoT网络技术和LwM2M协议特别是在通信模块中实现。通信模块解密MBus数据，评估所述数据并将所述数据转换成LwM2M对象模型以用于通信。然后，使用LwM2M协议和相关联的数据链路层(例如DTLS)将这些数据传送到网络。相应地存在接收通道，该接收通道经由网络接收数据并将所述数据转发到仪表。为此，在通信模块中提供协议转换器。因此，还有可能用其它网络技术(例如具有相应协议的LoRa)来实现模块。
特别地，根据本发明，电池供电的仪表与电池供电的通信模块配对，以使用通信技术和通信协议进行数据传送。特别地，仪表和通信模块经由BLE技术以安全的方式彼此配对。仪表特别地使用MBus协议来传输应用数据(数据)。NBIoT网络技术和LwM2M(网络/应用)协议特别地在通信模块中实现。通信模块解密MBus数据，评估所述数据(在应用层中，是OSI7层模型的最高层)并将所述数据转换成LwM2M对象模型以进行通信。协议转换器特别地执行这个操作。然后，使用LwM2M协议和相关联的数据链路层(例如DTLS)将所述数据传送到网络(WB网络)和服务器(远程站)。存在经由网络的对应的数据接收通道。为此，在通信模块中提供了协议转换器。因此，还可以用其它网络技术(例如具有对应协议的LoRa)来实现模块。
特别地，根据本发明，使用标准安全机制(BLE安全)和标准技术(BLE)或者借助于使用通信协议的通信技术将电池供电的仪表与电池供电的通信模块(用于数据通信)配对(特别是永久地)。通信模块保证使用具有适当协议(例如，LwM2M)的网络技术(例如，NBIoT或LoRaWAN)与服务器(远程站)进行通信。协议转换发生在通信模块中(特别是在协议转换器中)，即，从物理层到应用层的所有层(在OSI 7层模型中)都受到影响。因此，通信模块将仪表和通信模块之间的通信转换成网络协议(并且特别是网络技术)。
因此，根据本发明，在电池供电的通信模块中提供协议转换器。
附图说明
在下面对本发明的一个优选示例实施例的描述中以及在附图中阐述了本发明的其它特征、效果和优点，其中：
图1以示意性框图示出了根据本发明的仪表网络。
具体实施方式
图1以示意性框图示出了仪表网络2。所述网络包含仪表布置4。所述仪表布置包括仪表6，仪表6用于测量消耗媒介8(在此是流过水管10的自来水)的消耗量G(在此是以立方米为单位的仪表读数)。
仪表布置4还包含通信模块12，其在结构上与仪表6分开。仪表6和通信模块12都可以朝着它们各自的外部空间(即，“外部”)彼此通信，如双箭头所指示的。两者之间的通信是无线局域通信NB。仪表6和通信模块12借助于使用通信协议KP(在此为wMBus)的通信技术KT(在此为BLE)以固定、永久且安全的方式彼此配对。这意味着只有这两个伙伴(而没有第三方)参与局域通信；在此不处理时间方面(永久配对)。
通信模块12还可以与用于仪表6的仪表网络2的远程站14(在此是头端系统)外部地在广域网16(在此是互联网形式的WAN)中执行无线广域通信WB，同样用双箭头指示。为此，通信模块12和远程站14借助于使用网络协议NP(在此为具有指派的数据链路层的LwM2M)的网络技术NT(在此为NBIoT)连接。
因此，如果需要，那么进行用于仪表6与通信模块12之间的通信的局域通信NB和用于通信模块12与远程站14之间的通信的广域通信WB。
在每种情况下，局域通信NB(每天一次，每次几分钟)和广域通信WB(每天一次，每次几分钟)仅在特定时间进行，而在仪表6、通信模块12和远程站14之间的停顿中没有通信。局域通信NB和广域通信WB可以但不必然同时发生。
在图1或所描绘的过程中，在该情形或布置中不涉及数据集中器和网关。
仪表4和通信模块10在每种情况下都是电池供电的，即，在能量方面是自给自足的，即，不连接到外部电源。
通信模块12包含协议转换器18。
在消耗量G的测量期间，当前消耗量G在特定的预定义时间被转换成测得的值20(即，执行实际测量)，并且提供有未详细解释的时间戳。因此知道消耗量G具有特定测得的值20的时间。然后，对应的值对(测得的值20/时间戳)以数据22的形式经由局域通信NB被传输到通信模块10，再从该处经由广域通信WB被传输到远程站14，并在该处进行进一步处理。
协议转换器18被配置用于下面阐述的过程，在此是借助于对应计算设备(未示出)中的程序。
在此，数据22是以程序控制的方式在仪表6中运行的应用(在此为仪表读数程序)的应用数据。这些数据22经由局域通信NB、通信模块12和广域通信WB在仪表6与远程站14之间传送。数据22由通信模块12中的协议转换器18在通信技术KT与网络技术NT之间以及在通信协议KP与网络协议NP之间进行转换。
为了进行转换(在从仪表6到远程站14的方向上)，数据22的通信协议(KP)数据被解密，被评估(在应用层中)并且被转换成网络协议(NP)对象模型。类似地执行从通信技术KT到网络技术NT的转换。
关于广域网16的网络技术NT，稍后将广域网16从NBIoT转换成LoRaWAN。仪表布置4被转换以便能够进一步对仪表6进行操作。仪表6在此保持不变。通信模块12与仪表6和远程站14断开，并且被更换为配备有LoRaWAN网络技术NT的不同的通信模块12。然后，通信模块12再次与仪表6配对，并且重新连接到远程站14。然后现在可以使用替代的LoRaWAN网络技术NT继续如上所述的数据22的通信。
附图标记列表
2 仪表网络
4 仪表布置
6 仪表
8 消耗媒介
10 水管
12 通信模块
14 远程站
16 广域网
18 协议转换器
20 测得的值
22 数据
G 消耗量
NB 局域通信
WB 广域通信
KT 通信技术
KP 通信协议
NT 网络技术
NP 网络协议

Claims (11)

1.一种仪表网络(2)，
-具有仪表布置(4)，包含
-用于测量消耗媒介(8)的消耗量(G)的仪表(6)，
-和通信模块(12)
-具有广域网(16)中用于仪表布置(4)的远程站(14)，
-其中仪表(6)和通信模块(12)能够借助于使用通信协议(KP)的通信技术(KT)配对以用于局域通信(NB)，
-其中通信模块(12)和远程站(14)能够借助于使用网络协议(NP)的网络技术(NT)连接以用于广域通信(WB)，
-其中通信模块(12)包含协议转换器(18)，该协议转换器(18)被配置为在通信技术(KT)与网络技术(NT)之间和通信协议(KP)与网络协议(NP)之间转换要经由局域通信(NB)、通信模块(12)和广域通信(WB)而在仪表(6)和远程站(14)之间传送的数据(22)。
2.如权利要求1所述的仪表网络(2)
其特征在于
在每种情况下，仪表(6)和/或通信模块(12)分别由电池供电。
3.如前述权利要求中的一项所述的仪表网络(2)，
其特征在于
仪表(6)和通信模块(12)能够以固定和/或永久的方式彼此配对。
4.如前述权利要求中的一项所述的仪表网络(2)，
其特征在于
仪表(6)和通信模块(12)能够以安全的方式彼此配对。
5.如前述权利要求中的一项所述的仪表网络(2)，
其特征在于
仪表(6)和通信模块(12)能够经由作为通信技术(KT)的BLE和/或经由作为通信协议(KP)的MBus彼此配对。
6.如前述权利要求中的一项所述的仪表网络(2)，
其特征在于
仪表(6)被配置为经由局域通信(NB)传输作为数据(22)的应用数据。
7.如前述权利要求中的一项所述的仪表网络(2)，
其特征在于
通信模块(12)和远程站(14)能够经由作为网络技术(NT)的NBIoT或LoRaWAN和/或经由作为网络协议(NP)的LwM2M互连。
8.如权利要求7所述的仪表网络(2)
其特征在于
相关联的数据链路层被指派给LwM2M网络协议(NP)。
9.如前述权利要求中的一项所述的仪表网络(2)，
其特征在于
协议转换器(18)被配置为解密和评估通信协议数据(22)并且将所述数据转换成网络协议对象模型，反之亦然。
10.一种用于如前述权利要求中的一项所述的仪表网络(2)的操作方法，其中：
-仪表(6)和通信模块(12)能够借助于使用通信协议(KP)的通信技术(KT)配对，
-通信模块(12)和远程站(14)借助于使用网络协议(NP)的网络技术(NT)连接，
-协议转换器(18)在局域通信技术(KT)与网络技术(NT)之间和通信协议(KP)与网络协议(NP)之间转换经由局域通信(NB)、通信模块(12)和广域通信(WB)而在仪表(6)和远程站(14)之间传送的数据(22)。
11.如权利要求10所述的方法，
其特征在于
-基于具有第一网络技术(NT)和第一网络协议(NP)的第一通信模块(12)，
-仪表(6)与第一通信模块(12)断开，并且第一通信模块(12)与远程站(14)断开，
-仪表(6)与具有不同的第二网络技术(NT)和/或不同的第二网络协议(NP)的第二通信模块(12)配对，
-第二通信模块(12)和远程站(14)连接，
-经由第二通信模块(12)在仪表(6)和远程站(14)之间传送数据(22)。
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