DE10053948A1 - Verfahren zum Vermeiden von Kommunikations-Kollisionen zwischen Co-existierenden PLC-Systemen bei der Nutzung eines allen PLC-Systemen gemeinsamen physikalischen Übertragungsmediums und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Es wird im Hinblick auf die Zuverlässigkeit des Gesamtergebnisses ein verbessertes Verfahren zum Vermeiden von Kommunikations-Kollisionen zwischen Co-existierenden PLC-Systemen bei der Nutzung eines allen PLC-Systemen gemeinsamen physikalischen Übertragungsmediums sowie zu dessen Durchführung eine Anordnung vorgeschlagen, deren Kern es ist, dass die Entscheidung, ob ein physikalischer Übertragungskanal belegt ist oder nicht, neben einem mittleren Rauschpegel (G) von wenigstens einem einzigen sich an auftretende Störungen auf dem physikalischen Übertragungskanal anpassenden Schwellwert (z. B. S1) abhängig ist. In einer weiteren Verbesserung können mehrere solcher sich anpassende Schwellwerte (S1 bis Sn) vorgesehen sein, die mit einer entsprechenden logischen Verknüpfungsschaltung zu einem Gesamtentscheidungssignal zusammengefasst sind. Durch die logische Verknüpfungsschaltung können den einzelnen zwischenzeitlich ermittelten Schwellwertentscheidungen Wertigkeiten zugeordnet sein.

Description

Verfahren zum Vermeiden von Kommunikations-Kollisionen zwi­ schen Co-existierenden PLC-Systemen bei der Nutzung eines al­ len PLC-Systemen gemeinsamen physikalischen Übertragungsmedi­ ums und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermeiden von Kommu­ nikations-Kollisionen zwischen Co-existierenden PLC-Systemen bei der Nutzung eines allen PLC-Systemen gemeinsamen physika­ lischen Übertragungsmediums gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zur Durchführung des besagten Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4.

In einem Powerline Communication (PLC) Netzwerk besteht das Problem, dass die an dem Netzwerk angeschlossenen PLC-Sys­ teme, die auf einem gleichen physikalischen Übertragungskanal senden wollen, zuerst prüfen müssen, ob der physikalische Übertragungskanal für sie frei ist. Bisher ist auf dem glei­ chen physikalischen Übertragungskanal innerhalb einer ent­ sprechenden System-Reichweite der Betrieb von nur einem PLC- System möglich. Die Zuweisung, ob ein Etc-System senden darf oder nicht, muss in einem Zeit- und/oder Frequenz- und/oder Codeduplex-Betrieb erfolgen. Voraussetzung hierfür ist je­ doch, dass alle angeschlossenen Systeme dasselbe Übertra­ gungsverfahren benützen und somit gegenseitig Daten austau­ schen können.

Viele Hersteller von PLC Systemen setzen eigene Übertragungs­ verfahren ein, so dass eine Etc-System übergreifende Kommuni­ kation nur möglich ist, wenn wenigstens für die Zuweisungsermittlung bezüglich eines physikalischen Übertragungskanals einheitliche Standards implementiert sind. Solche Standards sind derzeit nicht vorhanden.

Eine der Möglichkeiten zur Vermeidung des zeitgleichen Kanal­ zugriffs im gleichen Frequenzband ist innerhalb der bekannten DECT-Spezifikation beschrieben. Es ist beschrieben, dass mit­ tels der Auswertung einer sogenannten RSSI-Information ent­ schieden wird, ob ein Frequenzband frei ist und für eine Übertragung in diesem Band zur Verfügung steht.

Beim European Telecommunications Standards Institute (ETSI) wird derzeit eine Schrift verfasst, in der erwähnt ist, die Zuweisung eines physikalischen Übertragungskanals von dem allgemeinen mittleren Rauschpegel auf diesem physikalischen Übertragungskanal abhängig zu machen und davon, ob dieser mittlere Rauschpegel einen definierten Wert überschreitet oder nicht. Liegt eine Überschreitung dieses Wertes vor, wird der physikalische Übertragungskanal als belegt angesehen und ein Senden durch ein wartendes System erfolgt nicht. Um­ gekehrt wird davon ausgegangen, dass, wenn der definierte Wert nicht überschritten wird, der physikalische Übertra­ gungskanal frei ist von einem wartenden PLC-System genutzt werden kann.

Diese Vereinfachung der Sachlage birgt jedoch die Gefahr von Fehlentscheidungen in sich. Es wirken ständig sehr viele Er­ eignisse elektrophysikalisch auf das PLC-Netzwerk ein. So kann es beispielsweise passieren, dass durch Baumaschinen und/oder Küchenmaschinen auf dem physikalischen Übertragungs­ kanal ein so hoher Rauschpegel verursacht wird, dass dieser den definierten Wert für den erlaubten Rauschpegel über­ schreitet, obwohl auf dem physikalischen Übertragungskanal nicht gesendet wird. Der physikalische Übertragungskanal stünde also für PLC-Systeme zur Verfügung, er wird aber nicht genutzt, weil der physikalische Übertragungskanal als belegt angesehen wird. Die Leistungsfähigkeit von PLC-Systemen wird dadurch reduziert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art eine solche Verbesserung vorzuschlagen, dass die Fehlerwahrscheinlichkeit bei der Ermittlung der Entscheidung darüber, ob ein physika­ lischer Übertragungskanal besetzt ist oder frei, minimiert wird. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine einfache An­ ordnung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren ge­ löst, das die im Anspruch 1 angegebenen Verfahrensschritte aufweist. Diese Aufgabe wird außerdem erfindungsgemäß durch eine Anordnung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 4 auf­ weist.

Es ist Kern der Lösungen der vorliegenden Aufgabe, dass die Entscheidung darüber, ob ein physikalischer Übertragungskanal belegt ist oder nicht, nicht in Abhängigkeit von einem festen definierten Schwellwert erfolgt, der von einem ermittelten mittleren Rauschpegel auf dem physikalischen Übertragungska­ nal überschritten wird oder nicht, sondern in Abhängigkeit von wenigstens einem einzigen gleichzeitig ermittelten verän­ derlichen Schwellwert, der von dem ermittelten mittleren Rauschpegel überschritten wird oder nicht. Erfolgt die Ent­ scheidung in Abhängigkeit von mehreren ermittelten veränder­ lichen Schwellwerten, können diese eine Kombination bilden, von der letztlich die Endentscheidung abhängt. Je mehr solche veränderlichen Entscheidungswerte berücksichtigt werden, um so mehr zeitinvariant auftretende Störereignisse auf dem physikalischen Übertragungskanal können berücksichtigt bzw. durch entsprechendes Kombinieren in deren Auswirkungen ein­ gestuft werden. Insgesamt wird auf diese Weise eine sehr viel differenziertere Entscheidung ermöglicht als bisher. Als Folge davon wird die Fehlerwahrscheinlichkeit dieser Ent­ scheidung minimiert.

In Summe wird durch die Erfindung mittels einer intelligenten Auswertung des aktuellen Rausch- bzw. Störpegels auf einem physikalischen PLC-Übertragungsmedium auf sichere Weise das Problem des zeitlichen Zugriffs auf das physikalische PLC- Übertragungsmedium gelöst. Dabei ist kein gemeinsames Übertragungsverfahren der diversen mit dem betreffenden phy­ sikalischen Übertragungsmedium arbeitenden PLC-Systeme not­ wendig. Es ist auch nicht notwendig, eine Aufteilung des zur Verfügung stehenden Frequenzbereiches in verschiedene Bänder vorzunehmen, da der Kanalzugriff in dieser Implementierung nur im Zeitbereich abgewickelt wird (TDD-Verfahren: Time Di­ vision Duplex-Verfahren). Jedes unabhängige PLC-Endgerät wer­ tet den aktuellen Rausch- und Störpegel auf der Powerline über einen gleitenden Mittelwert aus und entscheidet in Ab­ hängigkeit wenigstens eines einzigen adaptiven Schwellwertes, ob ein anderes PLC-Endgerät auf der betreffenden Powerline sendet. Der zeitliche Zugriff auf den Powerline-Kanal erfolgt dann in Abhängigkeit dieser Entscheidung. Für den Zugriff kann dann zum Beispiel der bekannte Carrier Sense Multiple Access Algorithmus, abgekürzt CSMA, zum Einsatz kommen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprü­ chen.

Danach können für die Mittel zur Erzeugung eines Gesamtent­ scheidungs-Signals in der Weise ausgebildet sein, dass ein aktives bzw. nicht aktives Gesamtentscheidungssignal wenigs­ tens im wesentlichen jeweils von den gleichen Unterkomponen­ ten ausgehend gesteuert ist. Wenn dem Umstand, dass ein vor­ gegebenes Signal erzeugt ist, eine Bedeutung beigemessen wird, kann umgekehrt dem Umstand, dass ein solches Signal nicht erzeugt ist, eine zweite Bedeutung zugeordnet werden. Der Vorteil ist, dass Hardware-Komponenten eingespart werden können.

Auf der anderen Seite können aber auch für das Aktiv- bzw. Inaktiv-Schalten des Gesamtentscheidungs-Signals mit der je­ weils entsprechenden Bedeutung eigene Untergruppen von Kompo­ nenten vorgesehen sein, die sich gegenseitig in den gegebenen Fällen überschalten. Auch diese Lösung weist Vorteile auf, die in manchen Fällen möglicherweise genützt werden sollen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.

In der einzigen Figur ist ein 230 V-Netz gezeigt, an das ein Endgerät eines PLC-Systems angekoppelt ist. Von dem besagten Endgerät sind nur diejenigen wesentlichen Komponenten in schematischer Darstellung gezeigt, die dafür notwendig sind, dass von dem vorliegenden Endgerät eine Entscheidung darüber getroffen werden kann, ob ein gewünschter PLC-Kanal auf dem 230 V-Netz belegt ist oder nicht.

Eine erste dieser Komponenten ist ein Koppler, der das zu de­ tektierende Signal von der 230 V-Leitung ausgekoppelt. Das ausgekoppelte Signal wird in einem Filter gefiltert, so dass nur Frequenzen zur Gleichrichtung durch einen Gleichrichter gelangen, bei denen ein Sendesignal von einem Endgerät eines anderen PLC-Systems erwartet wird. Anschließend wird dieses Signal in einer Schaltvorrichtung zum Glätten des gleichge­ richteten Sendesignals geglättet. Dieses geglättete Signal G stellt den Rauschpegel auf dem ausgewählten Übertragungs­ signal im Mittel dar.

Der bis dahin ermittelte mittlere Rauschpegel G wird einer Einrichtung für Schwellwertentscheidungen zugeführt. Daneben wird der ermittelte mittlere Rauschpegel G einer Einrichtung zum Adaptieren von Schwellwerten zugeführt. Die Einrichtung für Schwellwertentscheidungen und die Einrichtung zum Adap­ tieren von Schwellwerten weisen jeweils mindestens eine Kom­ ponente zum Treffen wenigstens einer Schwellwertentscheidung bzw. zum Adaptieren wenigstens eines Schwellwertes auf. Sollen mehrere Schwellwerte berücksichtigt werden, weisen die besagten Einrichtungen jeweils entsprechend viele Komponenten zum Treffen von entsprechend vielen Schwellwertentscheidungen bzw. zum Adaptieren von entsprechend vielen Schwellwerten auf. Dabei wird der ermittelte mittlere Rauschpegel G für jeweils eine Schwellwertentscheidung und eine Adaption für einen Schwellwert einem Pärchen bestehend aus einer Kompo­ nente für die Schwellwertentscheidung und für die Adaption eines Schwellwertes zugeführt. Vom Ausgang einer jeweiligen Komponente für die Adaption eines Schwellwertes wird das von der jeweiligen Komponente zum Adaptieren eines Schwellwertes adaptierte Schwellwertsignal der zum jeweiligen betreffenden Pärchen weiter gehörenden Komponente zum Treffen einer Schwellwertentscheidung neben dem ermittelten mittleren Rauschpegel G zugeführt. Die jeweilige Komponente zum Treffen einer Schwellwertentscheidung vergleicht die jeweiligen an­ kommenden Signale miteinander und erzeugt ein Aktiv-Signal am Ausgang, wenn der ermittelte mittlere Rauschpegel G größer ist als der jeweils noch zugeführte adaptierte Schwellwert z. B. S1.

Im Ausführungsbeispiel gemäß der Figur sind mehrere Pärchen von Komponenten für die Erzeugung mehrerer Schwellwert-Ent­ scheidungssignale vorhanden. Gemäß der vorliegenden Figur sind außerdem alle diese Schwellwert-Entscheidungssignale durch eine entsprechende logische Verknüpfungsschaltung zu einem Gesamtausgangssignal zusammengefasst. Ist das Gesamt­ ausgangssignal ein Aktiv- bzw. z. B. ein YES-Signal, dokumen­ tiert dieses Signal beispielsweise, dass der untersuchte phy­ sikalische Übertragungskanal frei ist und dass ein sogenann­ tes Carrier-Signal von einem Senden wollenden PLC-Endgerät gesendet werden darf. Ist im umgekehrten Fall das Gesamtaus­ gangssignal ein Inaktiv-Signal bzw. z. B. ein NO-Signal, doku­ mentiert dieses Signal beispielsweise, dass der untersuchte physikalische Übertragungskanal belegt ist und dass kein Car­ rier-Signal von einem Senden wollenden PLC-Endgerät gesendet werden darf. Sollte dennoch ein solches Signal gesendet werden, ist davon auszugehen, dass damit eine sogenannte Colli­ sion, eine Kommunikations-Kollision verbunden ist.

Bei den Komponenten zum Adaptieren eines Schwellwertes han­ delt es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um Integra­ toren mit einer jeweils zugehörigen Zeitkonstante T1 bzw. bis Tn. Je nach gewählter Zeitkonstante führen die Komponenten den von ihnen aus dem ermittelten mittleren Rauschpegel G je­ weils erzeugten adaptiven Schwellwert S1 bzw. bis Sn entspre­ chend schnell bzw. langsam nach. Damit können unterschiedlich schnelle Änderungen im Signal für den mittleren Rauschpegel G, die wenigstens teilweise charakteristisch für bestimmte Arten von Störern sind, in entsprechender Weise berücksich­ tigt und in die Entscheidung darüber, ob der untersuchte phy­ sikalische Übertragungskanal belegt ist oder nicht, mit ein­ bezogen werden. Wird beispielsweise der mittlere Rauschpegel G durch eine entsprechende Störung längerfristig angehoben, dann werden die Schwellwerte, die dafür entscheidend sind, ob ein belegter physikalischer Übertragungskanal vorliegt oder nicht, ebenfalls angehoben. Die Entscheidungssituation entspricht dann im Prinzip wieder der, die vor dem Vorhandensein der Störung bestanden hat. Erst ein Sendesignal auf dem physikalischen Übertragungskanal wird dann zu einem überschreiten von entsprechend eingestellten Schwellwerten führen und nicht schon die Störung an sich.

Die logische Verknüpfungsschaltung zum kombinativen Zusammen­ führen der einzelnen abgeleiteten Signale der jeweiligen Kom­ ponenten für eine jeweilige Schwellwertentscheidung kann bei­ spielsweise UND- bzw. ODER-Glieder umfassen, die in einer solchen Weise zusammengeschaltet sind, dass den einzelnen er­ zeugten Signalen der Komponenten für die Schwellwertentschei­ dungen eine Wertigkeit beigemessen wird, bevor durch sie das Gesamtausgangssignal beeinflusst wird. Hierdurch wird eine weitere Verbesserung im Hinblick auf die Zuverlässigkeit der insgesamt erzielten Schwellwertentscheidung erreicht.

Claims (6)

1. Verfahren zum Vermeiden von Kommunikations-Kollisionen zwischen Co-existierenden PLC-Systemen bei der Nutzung eines allen PLC-Systemen gemeinsamen physikalischen Übertragungsme­ diums, zu dessen Verfahrensschritten es gehört, einen mittle­ ren Rauschpegel (G) auf dem physikalischen Übertragungsmedium zu ermitteln und in Abhängigkeit vom Über- bzw. Unterschrei­ ten eines festgelegten Schwellwertes (S) für den Rauschpegel durch den ermittelten mittleren Rauschpegel (G) das physika­ lische Übertragungsmedium als belegt bzw. frei einzustufen, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert (z. B. S1) für den Rauschpegel veränderlich in Abhängigkeit von zeitlichen Veränderungen des ermittelten mittleren Rauschpe­ gels (G) parallel wenigstens ein einziges Mal integralmäßig mit einer jeweiligen zugeordneten Zeitkonstante (z. B. T1) und einem jeweils zugeordneten solchen Verstärkungsfaktor ermit­ telt wird, dass in einem eingeschwungenen Zustand und in einer Situation, in der ausschließlich ein Rauschpegel vor­ liegt, der ermittelte veränderliche Schwellwert (z. B. S1) größer ist als der ermittelte mittlere Rauschpegel (G), dass die auf diese Weise jeweils ermittelten veränderlichen Schwellwerte (z. B. S1 bis Sn) jeweils mit dem ermittelten mittleren Rauschpegel (G) verglichen und in Abhängigkeit des Ergebnisses des jeweiligen Vergleichs jeweils ein Aktiv-Si­ gnal erzeugt wird, wenn der Vergleich ergibt, dass der ermit­ telte mittlere Rauschpegel (G) größer ist als der jeweils dazu im Vergleich stehende veränderliche Schwellwert (z. B. S1), und dass in einer, eine jeweilige Wertigkeit des jewei­ ligen einzelnen ermittelten Aktiv-Signals berücksichtigenden logischen Verknüpfungsschaltung alle ermittelten Aktiv-Si­ gnale zu einem Gesamtentscheidungs-Signal für die Anzeige des Belegt- oder nicht Belegtseins des physikalischen Übertra­ gungsmediums erzeugt wird.

2. verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass ein ein nicht Belegtsein des physikalischen Über­ tragungsmediums anzeigendes Gesamtentscheidungs-Signal in Form eines aktiven Signals erzeugt wird, wenn eine vorgege­ bene Kombination vorhandener Aktiv-Signale erkannt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Zeitkonstanten (z. B. T1) für die Er­ mittlung der veränderlichen Schwellwerte (z. B. S1) in wenigs­ tens einer Auswahl der möglichen unterschiedlichen Störsigna­ len auf dem physikalischen Übertragungsmedium diesen unter­ schiedlichen Störsignalen angepasst sind.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche mit Mitteln zur Ermittlung eines mittle­ ren Rauschpegels (G) auf dem physikalischen Übertragungsme­ dium, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein paralleles Mittel jeweils zur Ermittlung eines veränderlichen Schwellwertes (z. B. S1) in Abhängigkeit von zeitlichen Ver­ änderungen des ermittelten mittleren Rauschpegels (G) und ei­ ner jeweils zugeordneten Zeitkonstante (z. B. T1) vorgesehen ist, dass jeweils für ein Mittel zur Ermittlung eines verän­ derlichen Schwellwertes (z. B. S1) ein Mittel für den Ver­ gleich des ermittelten veränderlichen Schwellwertes (z. B. S1) mit dem ermittelten mittleren Rauschpegel (G) und für das Er­ zeugen eines Aktiv-Signals im Falle, dass der ermittelte mittlere Rauschpegel (G) größer ist als der betreffende er­ mittelte veränderliche Schwellwert (z. B. S1), vorgesehen ist, und dass Mittel für eine logische Zusammenfassung der jeweils ermittelten Aktiv-Signale in Abhängigkeit einer jeweils zugeordneten Wertigkeit und für das Erzeugen eines Ge­ samtentscheidungs-Signals für die Anzeige des Belegt- oder nicht Belegtseins des physikalischen Übertragungsmediums vor­ gesehen sind.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, dass die Mittel für die Erzeugung des Gesamtentscheidungs-Signals in der Weise ausgeführt sind, dass ein aktives bzw. nicht aktives Gesamtentscheidungssignal wenigstens im wesentlichen jeweils von den gleichen Unterkomponenten ausge­ hend gesteuert ist.

6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, dass die Mittel für die Erzeugung des Gesamtentschei­ dungs-Signals in der Weise ausgeführt sind, dass ein aktives bzw. nicht aktives Gesamtentscheidungs-Signal wenigstens im wesentlichen jeweils von einer eigenen Gruppe von Unterkompo­ nenten ausgehend gesteuert ist.