DE102004061742B4 - Radio communication device and radio communication method for home automation - Google Patents
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Abstract
Funkkommunikationseinrichtung
für die
Hausleittechnik, mit
einem Funksender (12), der an einem Messdatenerfassungsgerät vorgesehen
ist, wobei der Funksender zum Aussenden von Datentelegrammen des
Messdatenerfassungsgeräts
in Sendezeitintervallen (I) ausgebildet ist; und
einem Funkempfänger (16),
der an einem Auswertegerät (14)
vorgesehen ist, wobei der Funkempfänger zum Empfangen der Datentelegramme
von dem Funksender (12) mit einem Auftastzeitintervall (i) ausgebildet
ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Kommunikation von
Messdaten
a) das Sendezeitintervall (I) des Funksenders (12)
zeitlich konstant ist und das Auftastzeitintervall (i) des Funkempfängers (16)
gemäß
ein keine Nutzdaten enthaltender Header (20) der von dem Funksender
(12) ausgesendeten Datentelegramme eine Zeitdauer von wenigstens
I/M aufweist,
oder
b) das...Wireless communication device for home automation, with
a radio transmitter (12) which is provided on a measurement data acquisition device, wherein the radio transmitter is designed to transmit data telegrams of the measurement data acquisition device in transmission time intervals (I); and
a radio receiver (16) which is provided on an evaluation device (14), wherein the radio receiver for receiving the data telegrams from the radio transmitter (12) with a Auftastzeitintervall (i) is formed,
characterized,
that for the communication of measured data
a) the transmission time interval (I) of the radio transmitter (12) is constant in time and the Auftastzeitintervall (i) of the radio receiver (16) according to
a header (20) containing no user data of the data telegrams transmitted by the radio transmitter (12) has a time duration of at least I / M,
or
b) the ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Funkkommunikationseinrichtung und ein Funkkommunikationsverfahren für die Haus- bzw. Gebäudeleittechnik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 3.The The present invention relates to a radio communication device and a radio communication method for home and building control systems according to the generic term of claim 1 or claim 3.
Im Bereich der modernen Hausleittechnik werden von Messdatenerfassungsgeräten, wie beispielsweise Wasserzähler, Stromzähler, Gaszähler, Wärmezähler, Heizkostenverteiler und dergleichen, Messdaten erfasst und als Datentelegramme per Funk an ein Auswertegerät, wie beispielsweise ein mobiles Auslesegerät oder eine stationäre Datensammeleinrichtung, gesendet. Hierzu sind die Messdatenerfassungsgeräte jeweils mit einem Funksender versehen, und das Auswertegerät ist mit einem Funkempfänger versehen, wobei die Trägerfrequenzen der Funksender und des Funkempfängers aufeinander abgestimmt sind. Zur Funkkommunikation werden im Allgemeinen lizenzfreie Frequenzbänder verwendet, wie zum Beispiel 433 MHz, 868 MHz, 915 MHz oder 2.450 MHz.in the The area of modern home automation technology is used by data acquisition devices, such as for example, water meters, Electricity meters, Gas meters, heat meters, heat cost allocators and the like, measured data recorded and as data telegrams by radio to an evaluation device, such as a mobile reader or a stationary data collection device, Posted. For this purpose, the data acquisition devices are each with a radio transmitter provided, and the evaluation device is with a radio receiver provided, the carrier frequencies the radio transmitter and the radio receiver are coordinated. In general, radio communication will be Royalty Free Frequency bands used, such as 433 MHz, 868 MHz, 915 MHz or 2,450 MHz.
In diesem Zusammenhang sind auch bidirektionale Funkkommunikationseinrichtungen bekannt, bei denen sowohl die Messdatenerfassungsgeräte als auch das Auswertegerät mit einem Funksender und einem Funkempfänger oder mit einem Transceiver ausgestattet sind.In In this context, bidirectional radio communication devices are also in which both the data acquisition devices and the evaluation device with a radio transmitter and a radio receiver or with a transceiver are equipped.
Speziell im Bereich der Hausleittechnik ist es ein Ziel, die Funkkommunikation möglichst stromsparend auszuführen. Das heißt, die Messdatenerfassungsgeräte sollen über eine möglichst lange Zeit mit einer Batterie oder einem Akkumulator möglichst geringer Größe und Speicherkapazität die gemessenen Daten (Verbrauchswerte, Zählerstände) regelmäßig zu dem Aus wertegerät senden. Der Funksender kann dabei aufgrund der begrenzten, zur Verfügung stehenden Batteriekapazität nur eine begrenzte Anzahl von Datentelegrammen generieren und aussenden.specially In the field of home automation it is a goal, radio communication preferably to save energy. This means, the data acquisition devices should over one possible long time with a battery or a rechargeable battery as possible small size and storage capacity the measured data (Consumption values, meter readings) regularly to the From value device send. The radio transmitter may be due to the limited, available battery capacity generate and send only a limited number of data telegrams.
Eine Maßnahme zur Erhöhung der Anzahl der Datentelegramme besteht in der Übertragung der Datentelegramme mit einer hohen Datenrate. Hierdurch werden die Datentelegramme selbst kurz, sodass man bei gleichem Energieaufwand deren Anzahl entsprechend erhöhen kann. Ein weiterer Parameter zur Erhöhung der Anzahl der Datentelegramme ist die Gestaltung der Sendezeitintervalle. Zum Beispiel können die Sendezeitintervalle zum Zeitpunkt einer Messdatenanforderung kürzer gemacht werden als im übrigen Zeitraum.A measure to increase The number of data telegrams consists in the transmission of the data telegrams with a high data rate. This causes the data telegrams even short, so that at the same energy expenditure their number increase accordingly can. Another parameter for increasing the number of data telegrams is the design of the transmission time intervals. For example, the Send time intervals are made shorter at the time of a measurement data request as otherwise Period.
Den bisher bekannten Verfahren zur Erhöhung der Anzahl der Datentelegramme sind aber dennoch Grenzen gesetzt. So kann ein Funksender aufgrund der Batterieeigenschaften nicht beliebig lange senden. Aus einer Lithium-Knopfzelle kann zum Beispiel ein maximaler Spitzenstrom etwa einige 100 μA betragen. Bei einem Sendestrom des Funksenders von einigen 10 mA muss parallel zur Batterie ein Energiespeicher (z. B. Elektrolytkondensator, Elko) vorgesehen sein. Durch den höheren Innenwiderstand der Batterie im Vergleich zum Elko wird die Sendeenergie fast vollständig aus dem Elko geliefert. Die Batterie lädt den Elko nach einem Sendevorgang langsam wieder auf Nominalspannung auf. Ein solches Verfahren ermöglicht es, Datentelegramme von mehreren 10 ms zu senden. Die Sendezeitintervalle können in der Regel einige Sekunden bis mehrere Minuten oder Stunden betragen.The previously known methods for increasing the number of data telegrams But there are limits. So can a radio transmitter due to the battery properties do not send arbitrarily long. From one Lithium button cell can, for example, a maximum peak current about several 100 μA be. At a transmission current of the radio transmitter of some 10 mA an energy store (eg electrolytic capacitor, Elko) may be provided. Due to the higher internal resistance of the battery Compared to the Elko, the transmission energy is almost completely off delivered to the Elko. The battery charges the electrolytic capacitor slowly after a transmission back to nominal voltage. Such a procedure makes it possible Send data telegrams of several 10 ms. The transmission time intervals can be in usually a few seconds to several minutes or hours.
Der zugehörige Funkempfänger des Auswertegeräts muss die Datentelegramme empfangen können und soll dabei nach Möglichkeit ebenfalls stromsparend arbeiten. Auch hier gilt für die Spitzenstrombelastung der Batterie das Gleiche wie beim Funksender. Empfängerspitzenströme liegen in der Regel im ein- bis zweistelligen Milliamperebereich. Es ist daher aus dem Stand der Technik ein getasteter Empfangsbetrieb bekannt, bei dem sich der Funkempfänger intermittierend für einige Millisekunden einschaltet und prüft, ob ein Datentelegramm empfangbar ist. Wenn ja, dann wird dieses Datente legramm vollständig empfangen; wenn nein, dann schaltet sich der Funkempfänger bis zum nächsten Auftastzeitpunkt wieder ab.Of the associated radio receiver of the evaluation device must be able to receive the data telegrams and should as far as possible also save energy. Again, the peak current load applies the battery the same as the radio transmitter. Receiver tip currents are usually in the one to two digit milliampere range. It is Therefore, from the prior art, a keyed receive operation known where the radio receiver intermittent for switches on a few milliseconds and checks whether a data telegram can be received is. If so, then this data legram is completely received; if not, then the radio receiver switches itself on until the next time to switch on again.
Um ein Datentelegramm durch den Funkempfänger vollständig zu empfangen, sind die Datentelegramme üblicherweise aus den eigentlichen Nutzdaten und einem den Nutzdaten vorgeschalteten, so genannten Header aufgebaut. Der Header enthält keine Nutzdaten, sondern ein Bitmuster, das dem Funkempfänger den späteren Beginn der Nutzdaten anzeigt. Der Funkempfänger tastet während des Headers eines Datentelegramms auf und wartet dann auf die Nutzdaten, um diese zu empfangen. Bei den herkömmlichen Funkkommunikationsverfahren ist der Header mindestens so lange ausgebildet wie das Auftastzeitintervall des Funkempfängers. Hierdurch ist gewährleistet, dass der Funkempfänger keines der von dem Funksender ausgesendeten Datentelegramme verpasst.Around to receive a data telegram completely by the radio receiver, are the Data telegrams usually from the actual user data and an upstream of the user data, built up so-called headers. The header contains no user data, but a bit pattern assigned to the radio receiver later Indicates the beginning of the user data. The radio receiver scans during the Headers of a data telegram and then waits for the payload, to receive them. In the conventional radio communication method is the header is formed at least as long as the gating time interval the radio receiver. This ensures that that the radio receiver missed none of the transmitted from the radio transmitter data telegrams.
Ein
solches System ist zum Beispiel auch aus der
Ferner
wird in der
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Funkkommunikationseinrichtung und ein Funkkommunikationsverfahren für die Hausleittechnik zu entwickeln, die besonders stromsparend betrieben werden können.Of the The present invention is based on the object, a radio communication device and to develop a radio communication method for home automation which can be operated particularly energy-efficient.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Funkkommunikationseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Funkkommunikationsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 3. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.These Task is solved by a radio communication device having the features of the claim 1 and a radio communication method with the features of the claim 3. Advantageous embodiments and modifications of the invention are Subject of the respective subclaims.
Die Funkkommunikationseinrichtung für die Hausleittechnik enthält wenigstens einen Funksender, der an einem Messdatenerfassungsgerät vorgesehen ist und zum Aussenden von Datentelegrammen des Messdatenerfassungsgeräts in Sendezeitintervallen (I) ausgebildet ist, und wenigstens einen Funkempfänger, der an einem Auswertegerät vorgesehen ist und zum Empfangen der Datentelegramme von dem Funksender mit einem Auftastzeitintervall (i) ausgebildet ist.The Radio communication device for contains the home automation system at least one radio transmitter provided on a data acquisition device is and for sending data telegrams of the data acquisition device in airtime intervals (I) is formed, and at least one radio receiver, the on an evaluation unit is provided and for receiving the data telegrams from the radio transmitter is formed with a gating time interval (i).
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Kommunikation von Messdaten das Sendezeitintervall (I) des Funksenders zeitlich konstant ist und das Auftastzeitintervall (i) des Funkempfängers gemäß der Gleichung i = i0 + (N × I/M) zeitlich verändert wird, wobei i0 ein vorbestimmtes Grundauftastzeitintervall ist, M eine beliebige ganze Zahl ist, und N eine ganze Zahl ist, die nach jeder Auftastung durch den Funkempfänger um 1 erhöht wird. Um sicherzustellen, dass ein Sendezeitpunkt des Funksenders und ein Auftastzeitpunkt des Funkempfängers in jedem Fall nach einer endlichen Zeitdauer zusammenfallen, weist ein keine Nutzdaten enthaltender Header der von dem Funksender ausgesendeten Datentelegramme eine Zeitdauer von wenigstens I/M auf. Alternativ ist das Auftastzeitintervall (i) des Funkempfängers zeitlich konstant und das Sendezeitintervall (I) des Funksenders wird gemäß der Gleichung I = I0 + (n × i/m) zeitlich verändert, wobei I0 ein vorbestimmtes Grundsendezeitintervall ist, m eine beliebige ganze Zahl ist, und n eine ganze Zahl ist, die nach jedem von dem Funksender ausgesendeten Datentelegramm um 1 erhöht wird. Um sicherzustellen, dass ein Sendezeitpunkt des Funksenders und ein Auftastzeitpunkt des Funkempfängers in jedem Fall nach einer endlichen Zeitdauer zusammenfallen, weist auch in diesem Fall ein keine Nutzdaten enthaltender Header der von dem Funksender ausgesendeten Datentelegramme eine Zeitdauer von wenigstens i/m auf.According to the invention, it is provided that the transmission time interval (I) of the radio transmitter is constant in time for the communication of measured data and the sampling time interval (i) of the radio receiver is changed in time according to the equation i = i 0 + (N × I / M), where i 0 a predetermined fundamental scanning time interval, M is an arbitrary integer, and N is an integer which is incremented by 1 after each strobe by the radio receiver. In order to ensure that a transmission time of the radio transmitter and a sampling time of the radio receiver in each case coincide after a finite period of time, a header containing no user data of the data telegrams transmitted by the radio transmitter has a time duration of at least I / M. Alternatively, the gating time interval (i) of the radio receiver is temporally constant and the transmitting time interval (I) of the radio transmitter is timed according to the equation I = I 0 + (n × i / m), where I 0 is a predetermined basic transmission time interval, m is an arbitrary whole Is number, and n is an integer that is incremented by 1 after each data telegram sent by the radio transmitter. In order to ensure that a transmission time of the radio transmitter and a sampling time of the radio receiver in each case coincide after a finite period of time, also in this case a header containing no user data of the data telegrams transmitted by the radio transmitter has a time duration of at least i / m.
Die vorliegende Erfindung geht von der Überlegung aus, dass im Bereich der Hausleittechnik die zu übertragenden Messdaten quasi statisch sind, d. h. sich nur über sehr große Zeiträume hinweg ändern. Innerhalb eines längeren Zeitraums werden also immer die gleichen Messdaten übertragen. Man kann deshalb bewusst in Kauf nehmen, dass nicht alle von den Funksendern ausgesendeten Datentelegramme von dem Funkempfänger empfangen werden, sondern dass einige der Datentelegramme verpasst werden. Die Funkkommunikationseinrichtung der Erfindung legt deshalb die Sendezeitintervalle des Funksenders und die Auftastzeitintervalle des Funkempfängers so fest, dass nach endlich vielen Datentelegrammsendungen und endlich vielen Empfängerauftastungen mindest einmal die Messdaten übertragen werden. Bei dem erfindungsgemäßen Funkkommunikationsverfahren wird im Prinzip Zeit gegen Energie eingetauscht, d. h. die Komponenten der Funkkommunikationseinrichtung können stromsparender betrieben werden, aber die Übertragung der Messdaten dauert länger.The present invention is based on the consideration that in the field the home automation to be transferred Measurement data are quasi static, d. H. only change over very long periods of time. Within a longer one Period, the same measurement data will always be transmitted. One can therefore consciously accept that not all of the Radio transmitters sent data telegrams received by the radio receiver but that some of the data telegrams are missed. The radio communication device of the invention therefore provides the Transmission time intervals of the radio transmitter and the Auftastzeitintervalle the radio receiver so firm that after finally many data telegram broadcasts and finally many receiver keystrokes at least once the measured data transmitted become. In the radio communication method according to the invention In principle, time is exchanged for energy. H. the components of Radio communication device can save energy be operated, but the transfer the measured data takes longer.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Funksender zum Aussenden der Datentelegramme des Messdatenerfassungsgeräts in Gruppen ausgebildet. Ein Sendezeitpunkt des Funksenders und ein Auftastzeitpunkt des Funkempfängers fallen dann in mindestens einer der Gruppen der Datentelegramme zusammen.In An embodiment of the invention is the radio transmitter for emitting the data telegrams of the data acquisition device formed in groups. A transmission time of the radio transmitter and a sampling time of radio receiver then coincide in at least one of the groups of data telegrams.
Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:Above and other features and advantages of the invention will become apparent from the following description of preferred, non-limiting embodiments better understood with reference to the accompanying drawings. Show:
In
Die
von den Messdatenerfassungsgeräten erfassten
Messdaten, wie beispielsweise Zählerstände oder
Verbrauchswerte, werden durch die Funksender
Wie
in
Der
Funksender
Dieses
Sendezeitintervall I des Funksenders
Das
erfindungsgemäße Verfahren
dieser Datenübertragung
per Funk wird nachfolgend unter Bezugnahme auf
In
dem Ausführungsbeispiel
von
Im obigen Ausführungsbeispiel dauert die Übertragung der Messdaten bis zu 5 Mal länger als bei herkömmlichen Funkkommunikationsverfahren der Hausleittechnik, aber der Energieaufwand kann entsprechend um den Faktor 5 reduziert werden. Dieses Verfahren ermöglicht es daher, beim Aussenden der Datentelegramme nahezu beliebig Energie zu sparen. Letztlich wird Zeit gegen Energie eingetauscht.in the above embodiment takes the transfer the measurement data up to 5 times longer as with conventional Wireless communication method of home automation, but the energy consumption can be reduced by a factor of 5. This method allows It therefore, when sending the data telegrams almost any energy to save. Ultimately, time is exchanged for energy.
Durch
eine geschickte Dimensionierung des Grundsendezeitintervalls I0 des Funksenders
Obwohl
nicht dargestellt, kann gemäß einem alternativen
Ausführungsbeispiel
auch das Sendezeitintervall I des Funksenders
Falls
zum Beispiel das Grundauftastzeitintervall i0 wie
im obigen Beispiel 50 ms beträgt
und das Sendezeitintervall 1 Stunde beträgt, wird der Teiler M zu 360.000
gewählt,
sodass I/M = 10 ms. Wenn die Länge
des Headers
Anstelle der zeitlichen Veränderung des Sendezeitintervalls I oder des Auftastzeitintervalls i gemäß den obigen Gleichungen ist es auch möglich, eine zeitlich deterministische Variation der Zeitintervalle durchzuführen. Die in der Zeit veränderlichen Zeitintervalle I, i weisen zum Beispiel statistisch verteilte, zufällige oder quasi-zufällige Zeitspannen auf. Bei dieser Ausführungsform werden die gleichen Vorteile wie bei den beiden oben beschriebenen Ausführungsbeispielen erzielt.Instead of the temporal change the transmission time interval I or the gating time interval i according to the above It is also possible equations, one perform time-deterministic variation of the time intervals. The time-varying time intervals I, i have, for example, statistically distributed, random or quasi-random Time spans on. In this embodiment will have the same advantages as the two above embodiments achieved.
In
Bei
diesem Funkkommunikationsverfahren von
Analog
zu den obigen Ausführungsbeispielen
ist es auch in diesem Fall möglich,
das Sendezeitintervall I(3) zwischen den Datentelegrammgruppen zeitlich
konstant zu halten und das Auftastzeitintervall i des Funkempfängers
Zum
Vergleich ist es zum Beispiel auch möglich, dass der Funkempfänger
Dies
kann zum Beispiel dadurch erfolgen, dass der Funksender
Obgleich die vorliegende Erfindung oben anhand verschiedener Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen vollständig beschrieben worden ist, ist es selbstverständlich, dass zahlreiche Modifikationen und Variationen daran durch den Fachmann vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen, wie er durch die anhängenden Ansprüche definiert ist.Although the present invention above with reference to various embodiments fully described with reference to the accompanying drawings it is self-evident that numerous modifications and variations thereto by the person skilled in the art can be made without departing from the scope of the invention as defined by the defined in the appended claims is.
Der
allen Ausführungsbeispielen
gemeinsame Aspekt der Erfindung ist das Eintauschen von Zeit gegen
Energie durch ein geschicktes Gestalten von Sendezeitintervall I
des Funksenders
- 1010
- Gebäudebuilding
- 1212
- Funksenderradio transmitter
- 1414
- Auswertegerätevaluation
- 1616
- Funkempfängerradio receiver
- 1818
- Nutzdatenpayload
- 2020
- Headerheader
- II
- SendezeitintervallTransmission time interval
- ii
- AuftastzeitintervallAuftastzeitintervall
- TT
- Sendezeitdauer DatentelegrammTransmission period Data telegram
- tt
- Zeitdauer Auftastungtime gating
- Tttt
- Zeitpunkt des Zusammentreffens von Sendezeitpunkt und Auftastzeit Punkttime the coincidence of transmission time and Auftastzeit point
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Effective date: 20140701 |