CN113554860A - 布置成检测泄漏和确保设施安全的流体计量表 - Google Patents

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Abstract

一种具有第一通信接口(12)并连接到具有通信接口(20)的切断单元(3)的流体计量表(1)，并且所述流体计量表被布置成：如果流体流速保持大于第一预定流速阈值达至少第一预定历时，则检测到存在流体泄漏并将包括闭合命令的内部控制帧(50)传送到切断单元的通信接口；在机电阀闭合之后，采集在切断单元的致动器部件(28)上的手动动作之后由切断单元(3)产生的打开命令的第一外部命令帧，产生包括该打开命令的内部命令帧，以及经由第一通信接口将所述内部命令帧传送到切断单元的通信接口以重新打开机电阀。

Description

布置成检测泄漏和确保设施安全的流体计量表
技术领域
本发明涉及智能流体计量表和检测连接到此类计量表的设施中的泄漏的领域。
背景技术
配气管网包括连接到燃气表相连的用气设施的管道。
现代燃气表，也称为“智能”燃气表，通常包括用于测量设施的燃气消耗的测量设备，并且它还包括处理器模块和通信模块。
处理器模块使得燃气表能够执行一定数量的功能，并且具体而言是分析各种数据，例如，与设施的燃气消耗、对订户的计费、配气管网的状态、或实际上燃气表本身的操作相关。
通信模块使得燃气表能够与管网运营商的信息系统(IS)通信，可能经由数据集中器或经由网关。通信模块可以执行任何类型的通信，并且例如经由2G、3G、4G、Cat-M或NB-IoT类型的蜂窝网络的通信、使用远程(LoRa)协议的通信、使用以169兆赫(MHz)的频率操作的Wize标准的无线电通信，等等。
能够快速且可靠地检测订户的设施中发生的燃气泄漏并快速行动来确保所述设施安全是基本的。具体而言，燃气泄漏有灾难性后果：火灾、爆炸、中毒，等等。
在检测到泄漏时，并且一旦导致泄漏的问题已被改正，则重要的是能够快速重启对设施的燃气供应，以使得该设施再次运作并使得订户可快速回到正常生活。
发明目的
本发明的目的是能够快速且以可靠的方式检测订户的设施中发生的流体泄漏，确保该设施安全，并且一旦问题已被纠正就快速行动以恢复流体供应。
发明内容
为了达成这一目的，提供了一种流体计量表，包括：
第一通信接口，布置成经由无线电链路与包括机电阀的切断单元的通信接口进行通信并且还经由该无线电链路传送电能，该电能被适配成向该切断单元的通信接口供电；
第一处理器模块，布置成：
估计供应给连接到流体计量表的设施的流体的流速，并且如果流体流速保持大于第一预定流速阈值达至少第一预定历时，则检测到该设施中存在流体泄漏并经由第一通信接口将内部命令帧传送到切断单元的通信接口，该内部命令帧包括用于闭合机电阀的闭合命令；
在机电阀闭合之后，经由第一通信接口采集第一外部命令帧，第一外部命令帧包括在切断单元的致动器部件上的手动动作之后由切断单元产生的打开命令，产生包括打开命令的内部命令帧，以及经由第一通信接口将所述内部命令帧传送到切断单元的通信接口以重新打开机电阀。
通过估计流体流速，本发明的流体计量表因而能够实时地检测设施中的流体泄漏的发生。设施中的流体泄漏具有在连接到所述设施的流体计量表中可见的、对流体流速的影响，该影响是非常快且非常清楚的，使得流体计量表快速且以可靠的方式检测到流体泄漏的发生。
在流体计量表检测到流体泄漏时，流体计量表的第一通信接口向切断单元的通信接口供电，并命令切断单元闭合机电阀并且因而中断对该设施的流体供应。因而非常快速地确保该设施安全。
一旦问题已被纠正，则例如由订户或管网运营商的操作员所采取的、对于切断单元的致动器部件的手动动作用于向流体计量表发出命令，这进而命令机电阀重新打开。对该设施的流体供应因而重启，并且该设施非常快速地再次运作。
还提供了如上所述的流体计量表，其中在传输内部命令帧之后并且在机电阀重新打开之后，第一处理器模块被布置成只在机电阀重新打开之后流体流速保持小于第二预定流速阈值达至少第二预定历时的情况下才保持机电阀打开。
还提供了如上所述的流体计量表，其中第一处理器模块被布置成在至少第三预定历时期间流体流速大于第三预定流速阈值的情况下重新闭合机电阀或保持其闭合。
还提供了如上所述的流体计量表，它还包括布置成与切断单元以外的外部设备通信的第二通信接口，第一处理器模块被布置成在机电阀闭合之后，经由第二通信接口采集第二外部命令帧，该第二外部命令帧包括由外部设备产生的打开命令，产生包括该打开命令的内部命令帧，以及经由第一通信接口将所述内部命令帧传送到切断单元的通信接口以重新打开机电阀。
还提供了如上所述的流量计，其中第一通信接口被布置成将内部命令帧写入到切断单元的存储器中，并随后读取切断单元的存储器中的确认帧。
还提供了一种如上所述的流体计量表，其中内部命令帧包括内部命令帧计数器的当前值，该当前值在每次内部命令帧由流体计量表传送到切断单元时递增。
还提供了一种如上所述的流体计量表，还包括布置成认证该内部命令帧的认证装置。
还提供了一种如上所述的流体计量表，其中该认证装置被布置成通过使用具有对称加密密钥的加密算法对该内部命令帧的至少一部分进行加密，该对称加密密钥被存储在流体计量表的存储器和切断单元的存储器中。
还提供了一种设施安全确保方法，该方法在如上所述的流体计量表中执行，并且包括以下步骤：
估计供应给连接到流体计量表的设施的流体的流速，并且如果流体流速保持大于第一预定流速阈值达至少第一预定历时，则经由第一通信接口将内部命令帧传送到切断单元的通信接口，该内部命令帧包括用于闭合机电阀的闭合命令；
在机电阀闭合之后，经由第一通信接口采集第一外部命令帧，第一外部命令帧包括在切断单元的致动器部件上的手动动作之后由切断单元产生的打开命令，产生包括打开命令的内部命令帧，以及经由第一通信接口将所述内部命令帧传送到切断单元的通信接口以重新打开机电阀。
还提供了一种包括用于使上述流体计量表执行上述安全确保方法的各步骤的指令的计算机程序。
还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有如上所述的计算机程序。
还提供了一种适于被安装在流体计量表附近的切断单元，并且该切断单元包括：
机电阀；
存储器；
通信接口，其被布置成经由无线电链路接收内部控制帧并将其存储在存储器中，该内部控制帧包括用于打开或闭合机电阀的打开或闭合命令，第二通信接口也被布置成接收经由该无线电链路传输的电能，并由此被供电；
致动器部件，适于由位于切断单元附近的人来手动地致动；
第二处理器模块，其被布置成采集存储器中的内部命令帧，解密该内部命令帧并从中提取用于命令打开或闭合机电阀的打开或闭合命令，以及将确认帧写入存储器中，第二处理器模块还被布置成检测致动器部件已被致动，并且在此致动之后，将表示致动器部件的手动致动的、请求流体计量表将用于打开机电阀的命令发送到切断单元的第一外部命令帧写入存储器中。
还提供了如上所述的切断单元，致动器部件是按钮。
还提供如上所述的切断单元，其中第二处理器模块将默认地处于待机模式，并且通信接口被布置成当第二通信接口接收电能时产生用于激活第二处理器模块的激活信号。
还提供了如上所述的切断单元，其中加密算法的对称加密密钥被存储在切断单元的存储器中，第二处理器被布置成通过使用对称加密密钥来解密内部控制帧。
还提供了一种测量系统，其包括如上所述的流体计量表和如上所述的切断单元。
本发明可以鉴于以下对本发明的特定非限定性实施例的描述而被更好地理解。
附图说明
参考附图，在附图中：
图1示出了信息系统、数据集中器、燃气表和切断单元；
图2示出了切断单元；
图3示出了在燃气表检测到燃气泄漏的情况下命令、帧和消息在图1诸实体之间的交换；
图4示出了在通过手动地操作切断单元的致动器部件重新打开机电阀的情况下命令、帧和消息在图1诸实体之间的交换；
图5示出了在机电阀被IS重新打开的情况下命令、帧和消息在图1诸实体之间的交换；
图6示出了内部命令帧；
图7示出了确认帧。
具体实施方式
参考图1和图2，在该示例中，本发明的流体计量表包括安装在天然气配气管网的管道2上并被用于测量设施的天然气消耗的燃气表1。
切断单元3被安装在燃气表1附近的管道2上。切断单元3可位于燃气表1的上游或下游。燃气表1与切断单元3之间的距离L可例如在1厘米(cm)到10cm的范围中。切断单元3包括机电阀4，该机电阀被用于选择性地切断或重建设施的供气。
在标称操作模式下，打开和闭合机电阀4的命令是由信息系统(IS)5发出的，该信息系统经由数据集中器6将打开或闭合命令传送到燃气表1。燃气表1将这些打开或闭合命令中继到切断单元3。
下面简要介绍这些实体中的每一者。
IS 5包括一个或多个服务器和通信模块，该通信模块使其能够经由2G、3G或4G类型的蜂窝网络与诸如数据集中器6之类的数据集中器进行通信。
数据集中器6包括用于经由2G、3G、或4G蜂窝网络与IS 5通信的第一通信装置10和用于与燃气表1通信的第二通信装置11。第二通信装置11使得数据集中器6能够通过无线电通信进行通信，从而在该示例中利用以169MHz的频率操作的Wize标准。
燃气表1是超声波计量表。燃气表1是智能计量表。
燃气表1具有第一通信接口12和第二通信接口14。
在这一示例中，第一通信接口12是主近场通信(NFC)接口。
第一通信接口12首先包括包含第一处理器组件的第一处理器模块。作为示例，第一处理器组件16可以是处理器、微控制器、或事实上是可编程逻辑电路(诸如现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC))。在该示例中，第一处理器组件是第一微控制器16。
第一通信接口12还包括第一存储器17、NFC收发器18和第一天线19。在该示例中，NFC收发器18包括放大器、调制器和解调器。
第二通信接口14被适配成经由使用在169MHz的频率处操作的Wize标准的无线电通信来进行通信。第二通信接口14使燃气表1能够经由数据集中器6从IS 5接收用于打开或闭合机电阀4的命令
燃气表1进一步包括认证装置，在该示例中，燃气表1包括在第一微控制器16中和第一存储器17的一区域中的编程软件模块。
除了机电阀4以外，切断单元3包括通信接口20(在该示例中是从属NFC接口)、第二处理器模块以及电池22。第二处理器模块包括第二处理器组件，作为示例，第二处理器组件可以是处理器、微处理器、或实际上是诸如FPGA或ASIC之类的可编程逻辑电路。具体而言，第二处理器组件是第二微控制器21。
通信接口20包括第二存储器23、NFC接收器24和第二天线25。作为示例，NFC接收器24包括解调器。
第二微控制器21被布置成经由驱动器(图中未示出)来操作以命令机电阀4打开或闭合。在该示例中，第二微控制器21包括用于第二存储器23的读写访问的集成电路(I2C)接口。
切断单元3的电池22被用于为第二微控制器21和机电阀4(与驱动器一起)供电。
切断单元3还包括适于由人手动操作来致动的致动器部件。
在这一示例中，致动器部件是位于切断单元3上且因而能出切断单元3的外部达到的按钮28。
此后是燃气表1如何检测燃气泄漏并确保该设施安全的描述。
燃气表1的第一微控制器16实时操作来估计燃气被供应给连接到燃气表1的设施的速率。
第一微控制器16将燃气流速与第一预定流速阈值相比较。燃气流速是表达为因变于时间的燃气量的斜率。在这一示例中，燃气流速以立方米每秒(m3/s)为单位来表达。
如果燃气流速保持大于第一预定流速阈值达至少第一预定历时，即如果
D>D0达持续历时T>T0；
其中D是燃气流速，D0是第一预定流速阈值，且T0是第一预定历时；
则燃气表1的第一微控制器16检测到该设施中存在燃气泄漏。
在这一示例中，D0＝0.000080m3/s且T0＝900秒(s)。
具体而言，在此长历时期间的此燃气流速不对应于该设施中的设备的正常消耗，而是揭示出该设施中存在燃气泄漏。
参考图3，在燃气表1的第一微控制器16检测到燃气泄漏时，第一微控制器16生成旨在送给IS 5的燃气泄漏警报。燃气泄漏警报最初由燃气表1通过169MHz处的无线电通信传送到数据集中器6(步骤E1)，并且然后由数据集中器6使用http POST请求和TR 69协议经由2G、3G或4G网络传送到SI 5(步骤E2)。
同时，燃气表1的第一微控制器16产生内部命令帧，该内部命令帧包含用于闭合切断单元3的机电阀4的命令。
内部命令帧借助燃气表1的认证装置来被认证。认证包括对命令帧进行加密，至少部分加密。
认证装置使用具有存储在第一通信接口12的第一存储器17的区域中的“秘密”对称加密密钥的加密算法。
加密算法是使用Galois计数器模式(GCM)的高级加密标准(AES)算法。该加密算法使数据能够在128位块中进行加密和解密。对称加密密钥是128位密钥。
对称加密密钥还被存储在切断单元3的通信接口20的第二存储器23的第一区域中，并且因此对于第一通信接口12和通信接口20两者而言都是已知的。燃气表1和切断单元3经由这一相同的对称加密密钥相关联。作为示例，一旦燃气表1和切断单元3已经制造好，就可以通过将对称加密密钥加载到燃气表1的第一存储器17中以及还加载到切断单元3的第二存储器23中来在工厂中执行该关联。这一关联也可以在安装期间在现场进行。
第一微控制器16经由第一通信接口12并从而通过使用NFC技术将内部命令帧传送到切断单元3的通信接口20，以闭合机电阀4(步骤E3)。
借助NFC收发器18和第一天线19，第一通信接口12为此产生在通信接口20的第二天线25中引发电流的电磁场。电磁场用于形成无线电链路，使得第一通信接口12能够将内部命令帧传送到通信接口20，并且还能够传送为通信接口20供电的电能。因此，通信接口20不由切断单元3的电池22供电，而仅由经由无线电链路传送的电能供电。
为了优化电能的传输，在这一点上应该观察到，第一天线19和第二天线25彼此相面对地定位，其中每个天线在垂直于穿过其相应中心的轴的平面中延伸。
然后，第一通信接口12将内部命令帧写入到通信接口20的第二存储器23的第二区域中。
默认地，切断单元3的第二微控制器21一般处于待机模式。当通信接口20接收到由第一通信接口12传送的电能时，它产生唤醒第二微控制器21的激活信号。
该激活信号是施加到第二微控制器21的管脚的中断信号。在一变型中，出于唤醒第二微控制器21的目的，使用由通信接口20生成的“存储器忙”类型信号也是可能的。
第二微控制器21随后通过读取第二存储器23的第二区域来访问内部命令帧。通过知悉对称加密密钥，第二微控制器21解密内部命令帧，从内部命令帧提取闭合命令，并命令机电阀4闭合。
此后，在闭合机电阀4之后，第二微控制器21在通信接口20的第二存储器23的第三区域中写入确认帧，该确认帧包括针对燃气表1的第一通信接口12的确认(步骤E4)。
第二微控制器21通过使用上述加密算法来认证确认帧。
燃气表1的第一通信接口12访问通信接口20的第二存储器23的第三区域以便尝试读取第二存储器23的第三区域中的确认帧(步骤E5)。通过轮询方法来执行读取：第一通信接口12以规则间隔访问第二存储器23的第三区域的内容，以便确定在第二存储器23的第三区域中是否确实可以找到确认帧。
如果在第一次读取尝试中确实存在确认帧，则燃气表1本身向数据集中器6返回确认消息(步骤E6)。数据集中器6将确认消息中继给IS 5(步骤E7)。
在内部命令帧已经被传送到切断单元3之后，如果在第二存储器23的第三区域中没有存储确认帧(步骤E8)，则第一次读取尝试失败(步骤E9)。然后，第一通信接口12进行第二次读取尝试(步骤E10)。如果该尝试失败，则第一通信接口12进行第三次读取尝试(步骤E11)。每次读取尝试与之前的读取尝试间隔开预定历时，在该示例中等于1分钟(min)。在预定数量的不成功读取尝试(在该示例中等于3)之后，燃气表1向数据集中器6返回出错消息(步骤E12)。数据集中器6将出错消息中继给IS 5并传送警报以通知SI 5切断单元3的机电阀4尚未被闭合(步骤E13)。
第一通信接口12的第一微控制器16操作内部命令帧计数器，并且其当前值被包括在每一内部命令帧中。每次由燃气表1向切断单元3传送内部命令帧时，内部命令帧计数器由第一微控制器16递增。
内部命令帧计数器用于避免内部命令帧被“回放”，即避免恶意人员已经接收到并采集的旧内部命令帧被用于产生用于欺诈性地控制切断单元3的打开或闭合命令成为可能。因而，当切断单元3的第二微控制器21采集内部命令帧时，它验证包括在该内部命令帧中的内部命令帧计数器的当前值严格大于包括在先前内部命令帧中的值。
同样，切断单元3的第二微控制器21操作每次第二微控制器21产生确认帧时递增的确认帧计数器，该计数器的当前值被包括在确认帧中。
一旦IS 5已接收到燃气泄漏警报，操作员就到来观察并改正造成燃气泄漏的问题。订户也可纠正造成泄漏的问题而无需外部帮助。
在这些人中的任一者认为该问题已被纠正并且不再存在任何风险时，该人在本地操作来通过手动地操作切断单元3的按钮28以使机电阀4打开。该手动动作是长按。长按是历时长于预定阈值(例如，等于2s)的按压。长按按钮28唤醒切断单元3的第二微控制器21。
参考图4，在切断单元3的第二微控制器21已被唤醒并检测到按钮28上的这一长按时，第二微控制器21将旨在送给燃气表1的第一通信接口12的第一外部命令帧写入通信接口20的第二存储器23的第三区域中，该第一外部命令帧指示已经在切断单元3的致动器部件上采取了请求燃气表1向切断单元3发送用于打开机电阀4的命令的手动动作(步骤E20)。
燃气表1的第一通信接口12访问通信接口20的第二存储器23的第三区域以便尝试读取第二存储器23的第三区域中的第一外部命令帧(步骤E21)。
再次通过轮询方法来执行读取。在燃气表1检测到泄漏并已命令机电阀4闭合之后，燃气表1执行缓慢但规则的轮询。第一通信接口12以规则间隔访问第二存储器23的第三区域的内容，以便确定在第二存储器23的第三区域中是否确实可以找到第一外部命令帧(步骤E22)。
每一规则间隔可以是固定历时，例如等于5分钟。
规则间隔也可以是可变历时，例如随时间增加。因而，作为示例，规则间隔的历时可以每6小时(h)乘以2，直至达到等于24h的最大历时(即，乘2在达到或超过24h时停止)。
燃气表1的第一通信接口12在第一外部命令帧存在时采集到该帧。
燃气表1的第一微控制器16随后决定重新打开机电阀4。
第一微控制器16产生包括用于打开切断单元3的机电阀4的命令的内部命令帧。
第一微控制器16经由第一通信接口12将内部命令帧传送到切断单元3的通信接口20，以重新打开机电阀4(步骤E23)。更确切而言，第一通信接口12将内部命令帧写入到通信接口20的第二存储器23的第二区域中。第二微控制器21访问内部命令帧并解密它，并随后命令机电阀4重新打开。
此后，在重新打开机电阀4之后，第二微控制器21在通信接口20的第二存储器23的第三区域中写入确认帧，该确认帧包括针对燃气表1的第一通信接口12的确认(步骤E24)。再次，燃气表1的第一通信接口12使用轮询方法来访问通信接口20的第二存储器23的第三区域以便尝试读取第二存储器23的第三区域中的确认帧(步骤E25)。如果确实存在确认帧，则燃气表1本身向数据集中器6返回确认消息(步骤E26)。数据集中器6将确认消息中继给IS5(步骤E27)。
应当观察到，在包括打开命令的内部命令帧已被传送之后并且在机电阀4已被重新打开之后，只有在它观察到在重新打开机电阀4之后至少第二预定历时期间没有消耗燃气的情况下，即在燃气流速保持小于第二预定流速阈值达至少第二预定历时的情况下，第一微控制器16才保持机电阀4打开(步骤E28)。
因而，燃气表1只有在以下情况下使得机电阀4打开：
D<D1达持续历时T>T1；
其中D是燃气流速，D1是第二预定流速阈值，且T1是第二预定历时。
在这一示例中，D1＝0.000040m3/s且T1＝10s。
具体而言，因为机电阀4先前闭合，所以该设施在机电阀4被重新打开时没有消耗燃气，所以燃气表1在重新打开机电阀4时将没有观察到任何燃气流，除非在燃气泄漏仍然存在于该设施中的情况下。
最后，无论发生什么，并且无论情况如何，在燃气流速大于第三预定流速阈值达至少第三预定历时的情况下，燃气表1的第一微控制器16重新闭合机电阀4(如果它被打开了)或使它保持闭合(如果它被闭合了)。
因而，在所有情形中，如果第一微控制器16观察到在持续历时T>T2期间D>D2；
其中D是燃气流速，D2是第三预定流速阈值，且T2是第三预定历时；
则无论发生什么，燃气表1闭合机电阀4或使它保持闭合。
在这一示例中，D2＝0.01m3/s且T2＝20s。
具体而言，此燃气流速过大而不是由该设施的一个或多个设备在正常操作中汲取的，使得这一流速必定是泄漏的结果且必须被快速中断。
应当观察到，切断单元3的第二微控制器21实现第一外部命令帧的计数器，该计数器在第二微控制器21每次产生第一外部命令帧时递增，其中该计数器的当前值被包括在该第一外部命令帧中。
或者，并且参考图5，IS 5完全可以经由数据集中器6和燃气表1来命令机电阀4的重新打开。
IS 5产生用于打开切断单元3的机电阀4的命令，并且通过使用TR 69协议的httpPOST请求将打开命令传送给数据集中器6(步骤E30)。
以规则间隔，燃气表1向数据集中器6发送收集帧(步骤E31)。
数据集中器6等待接收收集帧，并且当其确实接收到收集帧时，数据集中器6在燃气表1的监听窗口中发送包括打开命令的第二外部帧(步骤E32)。为此，数据集中器6使用利用以169MHz的频率操作的Wize标准的无线电通信。
燃气表1的第一微控制器16经由第二通信接口14采集第二外部命令帧，并且它产生包括用于打开切断单元3的机电阀4的命令的内部命令帧。
内部命令帧借助燃气表1的认证装置来得到认证。
然后，燃气表1通过使用NFC技术以与上述相同的方式将内部命令帧传送到切断单元3(步骤E33)。
切断单元3的第二微控制器21命令机电阀4打开。
此后，一旦机电阀4打开，第二微控制器21产生并认证确认帧，并且然后将其写入第二存储器23(步骤E34)。
第一通信接口12尝试读取第二存储器23中的确认帧(步骤E35)。该读取是使用上述轮询方法执行的。
如果在第一次读取尝试中确实存在确认帧，则燃气表1向数据集中器6返回确认消息(步骤E36)，数据集中器6将其返回到IS 5(步骤E37)。
在内部命令帧已经被传送到切断单元3之后，如果在第二存储器23的第三区域中没有存储确认帧(步骤E38)，则第一次读取尝试失败(步骤E39)。然后，第一通信接口12进行第二次读取尝试(步骤E40)。如果该尝试失败，则第一通信接口12进行第三次读取尝试(步骤E41)。每次读取尝试与之前的读取尝试间隔开预定历时，在该示例中等于1分钟。在预定数量的不成功读取尝试(在该示例中等于3)之后，燃气表1向数据集中器6返回出错消息(步骤E42)，数据集中器6将其返回到IS 5(E43)。
应当观察到，图5还对应于该系统的“标称”操作：当未检测到燃气泄漏异常时，IS5产生用于致动切断单元3的机电阀4的打开或闭合命令。
参考图6，此后是由燃气表1产生的用于发送到切断单元3的内部命令帧的结构的更详细描述。
内部命令帧50首先包括未被加密并且符合NIST特殊发布800 38的章节8.2.1的推荐的初始值IV 51。
初始值IV 51被细分为第一字段52和第二字段53。
第一字段52是4字节字段，其包含消息发布者的标识符，具体而言是燃气表1的标识符。
第二字段53是包含内部命令帧计数器的当前值的8字节字段。第二字段53在不更改对称加密密钥的情况下允许超过18x1018个命令，并且每次对称加密密钥被更改时，它被重新初始化为0。
此后，内部命令帧50包括有效载荷54，其是用于标识该帧的功能的功能字段：打开命令、闭合命令或确认。有效载荷54由AES加密算法使用GCM操作模式来加密，并且它包括4个字节。
有效载荷54具有一个控制字节，该控制字节采用以下值之一：
'0'：针对打开机电阀4的命令。这是来自燃气表1的内部命令帧；
'1'：针对闭合机电阀4的命令。这是来自燃气表1的内部命令帧；或者
'2'：针对确认。这是来自切断单元3的确认帧。
'3'：针对按钮28上进行的长按。这是来自切断单元3并且包括打开命令的第一外部命令帧。
因此，内部命令帧50的有效载荷54中的控制字节对于打开命令具有值'0'，而对于闭合命令具有值'1'。
有效负载54还具有3个未使用的字节。
应该观察到，所使用的加密算法根据控制字节生成16字节的随机数。
然后，内部命令帧50具有由AES加密算法使用GCM操作模式生成的16字节消息认证码55(也称为“标签”)。消息认证码55用于认证内部命令帧50，以确保其包含的数据的完整性，并且确认内部命令帧50确实来自预期的发布者(具体而言是燃气表1)。
参考图7，细化是由切断单元3且旨在送给燃气表1的确认帧的描述。
确认帧60首先包括细分成第一字段62和第二字段63的初始值IV 61。
第一字段62是4字节字段，其包含消息发布者的标识符，具体而言是切断单元3的标识符。
第二字段63是包含确认帧计数器的当前值的8字节字段。第二字段63在不更改对称加密密钥的情况下允许超过18x1018个确认，并且每次对称加密密钥被更改时，它被重新初始化为0。
此后，确认帧60包括由AES加密算法使用GCM操作模式加密并占用4个字节的有效载荷64。
确认帧60的有效负载64的命令字节具有值'2'。
有效负载64还具有3个未使用的字节。
应该观察到，所使用的加密算法根据控制字节生成16字节的随机数。
然后，确认帧60具有由AES加密算法使用GCM操作模式生成的16字节消息认证码65(也称为“标签”)。消息认证码65用于认证确认帧60，以确保其包含的数据的完整性，并且对确认帧60确实来自预期的发布者(具体而言是切断单元3)进行确认。
应当观察到，由切断单元3在按钮28上的长按所产生的第一外部命令帧的结构非常类似于上述结构。第一外部命令帧的有效载荷命令字节具有值'3'。
最后，应当观察到，燃气表1具有自己能够检测泄漏并切断供应的优点。无需向该系统添加附加设备，诸如管网中的像动态存储电池之类充满和排空的缓冲室。
自然地，本发明不限于所描述的实施例，而是涵盖了落入如由权利要求书限定的本发明范围内的任何变型。
IS、数据集中器、燃气表以及切断单元的控制和硬件架构可不同于上述那些。例如，如上所述，由燃气表的第一微控制器所执行的特定数目的任务可由燃气表的某一其他处理器组件执行，这并非必然需要形成第一通信接口的一部分。
用于互连IS、数据集中器、燃气表和切断单元的通信技术和协议可以不同于上述那些。
计量表的第一通信接口和切断单元的通信接口并非必然需要是NFC接口。可以使用某种技术或其他类型的协议，并且例如所谓的“专有”技术和协议。任何使得传送数据(命令、确认等)和足够的电能以向通信接口供电成为可能的无线电链路都落在本发明的范围内。
计量表的第二通信接口使得能够与切断单元以外的外部设备通信，这并非必然需要是数据集中器，而可以是网关、或实际上直接是IS。
本发明自然地可被实现在用于测量任何类型的流体的消耗的计量表中：燃气、液体、油，等等。
可以使用其他加密算法，并且例如Twofish、Serpent和/或Blowfish算法。更一般而言，认证装置可与上述认证装置不同。使用能够证明帧的真实性的任何认证装置是可能的。

Claims (16)

1.一种流体计量表(1)，包括：
第一通信接口(12)，其被布置成经由无线电链路与包括机电阀(4)的切断单元(3)的通信接口(20)进行通信并且还经由所述无线电链路传送电能，所述电能被适配成向所述切断单元的通信接口供电；
第一处理器模块(16)，其被布置成：
估计供应给连接到所述流体计量表的设施的流体的流速，并且如果流体流速保持大于第一预定流速阈值达至少第一预定历时，则检测到所述设施中存在流体泄漏并经由所述第一通信接口将内部命令帧(50)传送到所述切断单元的通信接口，所述内部命令帧包括用于闭合所述机电阀的闭合命令；
在所述机电阀闭合之后，经由所述第一通信接口采集第一外部命令帧，所述第一外部命令帧包括在所述切断单元的致动器部件(28)上的手动动作之后由所述切断单元(3)产生的打开命令，产生包括所述打开命令的内部命令帧，以及经由所述第一通信接口将所述内部命令帧传送到所述切断单元的通信接口以重新打开所述机电阀。
2.如权利要求1所述的流体计量表，其特征在于，在传输所述内部命令帧之后并且在所述机电阀(4)重新打开之后，所述第一处理器模块(16)被布置成只在所述机电阀重新打开之后流体流速保持小于第二预定流速阈值达至少第二预定历时的情况下才保持所述机电阀打开。
3.如任一前述权利要求所述的流体计量表，其特征在于，所述第一处理器模块(16)被布置成在至少第三预定历时期间流体流速大于第三预定流速阈值的情况下重新闭合所述机电阀(4)或保持其闭合。
4.如任一前述权利要求所述的流体计量表，其特征在于，还包括布置成与所述切断单元(3)以外的外部设备通信的第二通信接口(14)，所述第一处理器模块被布置成在所述机电阀闭合之后，经由所述第二通信接口采集第二外部命令帧，所述第二外部命令帧包括由所述外部设备产生的打开命令，产生包括所述打开命令的内部命令帧，以及经由所述第一通信接口将所述内部命令帧传送到所述切断单元的通信接口以重新打开所述机电阀。
5.如任一前述权利要求所述的流体计量表，其特征在于，所述第一通信接口(12)被布置成将所述内部命令帧(50)写入到所述切断单元的存储器(23)中，并随后读取所述切断单元的存储器中的确认帧(60)。
6.如权利要求5所述的流体计量表，其特征在于，所述内部命令帧(50)包括内部命令帧计数器(53)的当前值，所述当前值在每次所述内部命令帧由所述流体计量表传送到所述切断单元时递增。
7.如任一前述权利要求所述的流体计量表，其特征在于，还包括布置成认证所述内部命令帧的认证装置。
8.如权利要求7所述的流体计量表，其特征在于，所述认证装置被布置成通过使用具有对称加密密钥的加密算法对所述内部命令帧(50)的至少一部分进行加密，所述对称加密密钥被存储在所述流体计量表的存储器(17)和所述切断单元(3)的存储器(23)中。
9.一种设施安全确保方法，所述方法在如任一前述权利要求所述的流体计量表(1)中执行并且包括以下步骤：
估计供应给连接到所述流体计量表(1)的设施的流体的流速，并且如果流体流速保持大于第一预定流速阈值达至少第一预定历时，则经由所述第一通信接口(12)将内部命令帧传送到所述切断单元(3)的通信接口(20)，所述内部命令帧包括用于闭合所述机电阀(4)的闭合命令；
在所述机电阀闭合之后，经由所述第一通信接口采集第一外部命令帧，所述第一外部命令帧包括在所述切断单元的致动器部件上的手动动作之后由所述切断单元产生的打开命令，产生包括所述打开命令的内部命令帧，以及经由所述第一通信接口将所述内部命令帧传送到所述切断单元的通信接口以重新打开所述机电阀。
10.一种包括指令的计算机程序，所述指令用于使得如权利要求1到8中的任一项所述的流体计量表执行如权利要求9所述的安全确保方法的诸步骤。
11.一种其上存储有如权利要求10所述的计算机程序的计算机可读存储介质。
12.一种适于被安装在流体计量表(1)附近的切断单元(3)，并且所述切断单元包括：
机电阀(4)；
存储器(23)；
通信接口(20)，其被布置成经由无线电链路接收内部控制帧(50)并将其存储在所述存储器(23)中，所述内部控制帧包括用于打开或闭合所述机电阀(4)的打开或闭合命令，所述第二通信接口也被布置成接收经由所述无线电链路传输的电能，并由此被供电；
致动器部件，其适于由位于所述切断单元附近的人来手动地致动；
第二处理器模块(21)，其被布置成采集所述存储器(23)中的内部命令帧，解密所述内部命令帧并从中提取用于打开或闭合所述机电阀的打开或闭合命令，以及将确认帧(60)写入所述存储器中，所述第二处理器模块(21)还被布置成检测所述致动器部件已被致动，并且在此致动之后，将表示所述致动器部件的手动致动的、请求所述流体计量表(1)将用于打开所述机电阀(4)的命令发送到所述切断单元(3)的第一外部命令帧写入所述存储器(23)中。
13.如权利要求12所述的切断单元，其特征在于，所述致动器部件是按钮(28)。
14.如权利要求12或权利要求13所述的切断单元，其特征在于，所述第二处理器模块(21)将默认地处于待机模式，并且所述通信接口(20)被布置成当所述第二通信接口接收电能时产生用于激活所述第二处理器模块的激活信号。
15.如权利要求12到14中的任一项所述的切断单元，其特征在于，加密算法的对称加密密钥被存储在所述切断单元的存储器中，所述第二处理器被布置成通过使用所述对称加密密钥来解密所述内部控制帧。
16.一种包括如权利要求1到8中任一项所述的流体计量表(1)和如权利要求12到15中任一项所述的切断单元(3)的测量系统。
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