CZ35000U1 - Zařízení pro agregaci dat v bezdrátových mesh sítích - Google Patents

Description

Dosavadní stav techniky

Mesh síť je nejobecnější síťová topologie, ve které může být obecně mezi libovolnými dvěma zařízeními zapojenými v této síti navázáno spojení, to znamená, že tato zařízení mohou spolu navzájem napřímo komunikovat a předávat si zprávy. Mesh síť, kde mezi každými dvěma zařízeními této sítě může být navázáno spojení, se nazývá jako plně propojená mesh síť, v praxi se ovšem podstatně častěji řeší případy, kdy jsou navzájem propojená pouze některá zařízení.

V bezdrátové mesh síti spolu zařízení komunikují bezdrátově, obvykle v oblasti radiových vln. Přímé spojení mezi dvěma komunikujícími zařízeními je tak obvykle limitováno dosahem těchto zařízení, zařízení mimo dosah spolu nemohou navzájem navázat přímé spojení. Proto jsou zprávy posílány v datových blocích označovaných jako pakety, přičemž pakety v sobě nesou informaci o svém adresátovi ajsou v obecné síti mesh přeposílány od odesílatele postupně z jednoho zařízení na další až k adresátovi. Definování cesty, tedy určování, přes která zařízení budou pakety přeposílány, se označuje jako směrování nebo routování. Cílem směrování je zabezpečit co možná nej spolehlivější a nerychlejší doručení paketu od odesílatele k adresátovi.

Protože v obecné bezdrátové mesh síti není obvykle dopředu známo, která zařízení jsou spolu schopna navázat spojení, je směrování, tedy postupné přeposílání mezi zařízením odesílajícím paket a adresátem paketu, relativně složitý technický a algoritmický problém, především vzhledem k počtu možných cest, jako kombinací různých spojení.

Řešení založené na vytvoření funkčního uspořádání obecné bezdrátové mesh sítě a techniky směrování v této síti podle patentu [Pl] zaručuje bezkonfliktní směrování pro spolehlivé a efektivní doručování zpráv. S počtem komunikačních zařízení připojených do sítě však narůstá doba odezvy a režie při potřebě sběru dat z více zařízení najednou. Tento fakt především pro bateriově napájená zařízení, nej častěji senzory, vede k vyšší spotřebě energie a následně k omezení doby provozu na baterii u senzorických zařízení.

Řešení představené v patentu [P2] a využívající výhod uspořádané sítě pro bezkonfliktní směrování dle [Pl] zásadním způsobem zvyšuje časovou efektivitu sběru dat v uspořádaných bezdrátových mesh sítích s paketovým přenosem, s vytvořenou směrovací strukturou a využívající směrové zaplavení. Senzorická bateriově napájená zařízení však obvykle pracují v režimu spánku a do komunikačních režimů se probouzejí pouze v případě potřeby komunikovat, která však u tohoto způsobu sběru dat musí být dopředu naplánována. Technickým omezením s vlivem na energetickou efektivitu senzorického zařízení je v tomto případě nutnost jeho přesného probuzení těsně před příjmem iniciační zprávy, aby senzorické zařízení mohlo zprávu přijmout a vykonat příslušné sekvence. Včasnější probuzení má za následek snížení energetické efektivity vlivem strávení delšího času v energeticky náročném komunikačním režimu, což je u bateriově napájených zařízení nežádoucí, pozdější probuzení naopak vede k nepřijetí iniciační zprávy a k selhání odeslání dat. Přesné časování pak znamená obvykle vyšší ekonomické náklady kvůli nutnosti využití přesných časovačů s velice nízkým odběrem. Navíc, i v případě dosažení přesného časování na senzorických zařízeních může dojít k dalšímu snížení jejich energetické efektivity, například v případě, že je řídící síťové zařízení C zaneprázdněno vykonáváním prioritních příkazů

- 1CZ 35000 UI z nadřazeného systému a iniciační paket proto odešle později, než bylo naplánováno. Stejně tak v případě, že iniciační zpráva, například kvůli okolnímu rušení, senzorickému zařízení nedojde. Senzorická zařízení v těchto případech musejí čekat delší dobu v přijímacím režimu, ve kterém je o několik řádu vyšší spotřeba energie než v režimu spánku.

Nevýhody komunikačních zařízení využívajících řešení [P2] do značné míry odstraňuje dále představené řešení, které umožňuje optimalizovat energetickou efektivitu bateriově napájených senzorických zařízení pracujících ve stejné síti.

Seznam odkazů

[Pl] CZ patent č. 305446 “Způsob vytvoření funkčního uspořádání obecné bezdrátové mesh sítě komunikačních zařízení s paketovým přenosem zpráv a způsob směrování paketového přenosu zpráv v takto vytvořené síti”.

[P2] CZ patent č. 306142 “Způsob potvrzování zpráv a/nebo sběru dat komunikačních zařízení s paketovým přenosem zpráv v bezdrátových mesh sítích a způsob zpřístupnění tohoto potvrzování a sběru dat pro vytvoření generické platformy”.

Podstata technického řešení

V rejstříku průmyslových práv byl dne 7. září 2020 založen spis vynálezu se spisovou značkou „PV 2020-496“. Uvedená přihláška vynálezu popisuje způsob sběru dat z komunikačních zařízení v bezdrátových mesh sítích s paketovým přenosem zpráv a uspořádaných pro bezkonfliktní směrování, využívající časový multiplex a virtuální směrovací číslo (VRN), uložené ve směrujících komunikačních zařízeních (N) a vyjadřující vzdálenost od řídícího komunikačního zařízení (C), kde každá mesh síť zahrnuje alespoň jedno řídící komunikační zařízení (C), množinu směrujících komunikačních zařízení (N) a množinu senzorických zařízení (S).

V přihlášce popsaný způsob sběru dat zajišťují směrující komunikační zařízení (N) pomocí následující agregační logiky: každé směrující komunikační zařízení (N) přijímá a ukládá senzorická data asynchronně odesílaná ze senzorických zařízení (S) s tím, že po příjmu iniciační zprávy z řídícího komunikačního zařízení (C) vybere z jím uložených senzorických dat a nastaví jeden nebo více bitů, které následně slučuje s potvrzovacími sběrnými zprávami přijatými od směrujících komunikačních zařízení (N) s vyšším virtuálním směrovacím číslem (VRN) během potvrzovacího rámce, časově synchronizovaného k rámci iniciačnímu, aby je následně takto sloučené odeslalo v odpovídajícím časovém slotu tohoto potvrzovacího rámce.

Předmětem technického řešení v přihlášce užitného vzoru je uspořádání směrujícího komunikačního zařízení používající agregační logiku popsanou výše.

Technické řešení směrujícího komunikačního zařízení je zobrazené na obrázku obr. 1. Uspořádání směrujícího komunikačního zařízení obsahuje transceiver (TR), zajišťující směrování v bezdrátové mesh síti, uspořádané pro bezkonfliktní směrování a využívající časový multiplex a virtuální směrovací číslo (VRN) v něm uložené, dále obsahuje paměť (MEM), která je částečně, nebo celá, vyhrazená pro ukládání přijatých senzorických dat, odesílaných asynchronně senzorickými zařízeními, a řídící jednotku (CPU) zajišťující interpretaci iniciačních zpráv a agregační logiku popsanou v přihlášce vynálezu PV 2020-496.

Technické řešení popsané v této přihlášce umožňuje realizovat směrující komunikační zařízení, která agregují data ze senzorických zařízení, což vede k zásadnímu snížení energetické náročnosti provozu senzorických zařízení.

-2CZ 35000 UI

Objasnění výkresů

Na obr. 1 je znázorněno blokové schéma technického řešení, obrázek obr. 2 znázorňuje příklad konkrétní realizace zařízení s vyhrazenou pamětí a jeho blokové schéma.

Příklady uskutečnění technického řešení

Příkladem technického řešení využívajícího popsaný způsob sběru dat v bezdrátových mesh sítích může být například repeater zobrazený včetně jeho blokového schématu na obrázku obr. 2, obsahující externí paměť RAM (MEM), plně dedikovanou pro ukládání dat ze senzorických zařízení, a také modul transceiveru (TR), který obsahuje mikrořadič (CPU) interpretující iniciační zprávy a zajišťující agregační logiku.

Příkladem implementace senzorického zařízení s částečně dedikovanou pamětí může být samotný transceiver modul obsahující kromě mikrořadiče také dostatečně velkou FRAM paměť, která se díky svým vlastnostem (životnost 10¹³ zápisů, rychlý zápis i čtení, nezávislost na napájení) využívá nejen pro ukládání dat ze senzorických zařízení, ale také pro ukládání konfigurace a bezpečnostních informací.

Průmyslová využitelnost

Technické řešení může být využito pro zefektivnění komunikace v telemetrických sítích. Pro bateriově napájená senzorická zařízení vynález představuje možnost, jak zásadním způsobem zvýšit energetickou efektivitu jejich komunikace, a proto i zásadně prodloužit cyklus výměny baterie. Má nízké nároky na hardwarové zdroje a jeho realizace je ekonomicky zajímavá.

Claims (2)

1. Komunikační zařízení pro sběr dat ze senzorických zařízení, vyznačující se tím, že obsahuje 5 transceiver (TR) pro zajištění směrování v bezdrátové mesh síti, uspořádané pro bezkonfliktní směrování a využívající časový multiplex a virtuální směrovací číslo (VRN) v něm uložené, a které dále obsahuje paměť (MEM), která je částečně, nebo celá, vyhrazená pro ukládání přijatých senzorických dat, odesílaných asynchronně senzorickými zařízeními, a řídící jednotku (CPU) pro interpretaci iniciačních zpráv a agregační logiku.

2. Transceiver (TR) podle nároku 1 pro směrování v bezdrátové mesh síti, uspořádané pro bezkonfliktní směrování využívající časový multiplex a virtuální směrovací číslo (VRN), vyznačující se tím, že obsahuje paměť s uloženým virtuálním směrovacím číslem (VRN), paměť (MEM), která je částečně vyhrazená pro ukládání přijatých senzorických dat, odesílaných 15 asynchronně senzorickými zařízeními, a řídící jednotku (CPU) pro interpretaci iniciačních zpráv a agregační logiku.