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Die
Erfindung betrifft ein Datenfunksystem, insbesondere für Prozessleitsysteme
oder Fernwirksysteme.
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Bei
Prozessleitsystemen oder Fernwirksystemen mit einer Zentralstation
und einer Mehrzahl verteilter Unterstationen sind Datenfunksysteme
für den
Datenaustausch zwischen Zentralstation und Unterstation von besonderem
Interesse, da keine eigenen Leitungsnetze installiert werden müssen und bei
häufigem
Datenaustausch die Kosten gegenüber einer Übertragung über Telefonnetze
oder dergleichen sehr gering sind. Besonders kostengünstig sind Datenfunknetze
nach der Zeitschlitztechnik, bei welcher im Frequenzbereich von
ca. 450 MHz mehrere Frequenzkanäle
zur Verfügung
stehen und einem Anwender einer von 10 Zeitschlitzen von jeweils
6 Sekunden je Minute in einem Frequenzkanal zugewiesen werden kann.
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Die
durch die Zeitschlitzeinteilung geringe für den Datenfunkverkehr zur
Verfügung
stehende Zeit führt
aber insbesondere bei einer größeren Anzahl von
Unterstationen zu einer insgesamt nicht zufriedenstellenden Übertragungsrate,
was insbesondere auf hohe Umschaltzeiten beim Einschalten der Sendeeinrichtungen
in den Unterstationen zurückzuführen ist.
In „Aufbau
und Charakterisierung eines synthesizergesteuerten 70cm-Transceivers
für 9600Bd Packet
Radio" von Holger
Eckardt wird auf diese Problematik hingewiesen und zur Behebung
eine Lösung
auf Basis einer Synthesizer-Schaltung offeriert. Die marktüblichen
Sende-Empfangs-Geräte
für solche
Einsatzzwecke weisen aber Umschaltzeiten von typischerweise mehr
als 100 ms auf.
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Typischerweise
erfolgt der Datenaustausch zwischen Zentralstation und Unterstationen
im Polling-Verfahren, bei welchem die Zentralstation nacheinander die
einzelnen Unterstationen durch Funkdatentelegramme individuell anspricht
und diese unmittelbar antwortend ein Funkdatentelegramm an die Zentralstation
senden, wobei alle Funkdatengramme in den zugewiesenen Zeitschlitzen
liegen müssen.
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Aus
der US 2005/0064818A1 ist ein Kommunikationssystem mit einer Zentralstation
und mehreren Unterstationen bekannt, bei welchem eine Kommunikation
in aufeinander folgenden Zyklen erfolgt, welche jeweils durch ein
Telegramm der Zentralstation an die Unterstationen eingeleitet sind.
Das einleitende Telegramm enthält
für jede
Unterstation ein Signalbit, welches angibt, ob in der Zentrale Daten
zur Übermittlung
an die Unterstationen vorliegen. Nach Abschluss des einleitenden
Telegramms übermitteln die
einzelnen Unterstationen bei Bedarf an zur Zentralstation zu übermittelnder
Daten ihrerseits in vordefinierten Zeitschlitzen ein Bedarfssignal.
In einem nachfolgenden Zeitfenster innerhalb des Zyklus erfolgt
der eigentliche Datenaustausch zwischen der Zentralstation und den
Unterstationen, wofür
diese von der Zentralstation einzeln adressiert werden.
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Ein
aus der
US 6944148B1 bekanntes
Kommunikationssystem enthält
eine Mehrzahl von Teilnehmerstationen und eine Zentralstation. Die
Zentralstation dient als Administrator für den direkt zwischen Unterstationen
in Zeitschlitzen innerhalb von Zeitrahmen abgewickelten Funkverkehr.
Die Anmeldung einer Unterstation für eine Funkverbindung, das Aushandeln
eines Zeitschlitzes durch die Zentralstation mit den Unterstationen
und die Zuweisung eines Zeitschlitzes an zwei an einer Verbindung
beteiligte Unterstationen erfolgt in einem ersten Zeitschlitz der Rahmenstruktur.
Die Funkverbindung zwischen zwei Unterstationen erfolgt ohne weitere
Beteiligung der Zentralstation.
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Die
US 5377192 beschreibt ein
Funkkommunikationssystem mit einer Zentralstation und mehreren Unterstationen.
Für die Übertragung
von der Zentralstati on zu den Unterstationen (downlink) ist ein erster
Kanal und für
die Übertragung
von den Unterstationen zur Zentralstation (uplink) ein weiterer
Kanal vorhanden. Die Übertragung
erfolgt in Zeitrahmen konstanter Länge, welche ihrerseits in eine Mehrzahl
von Zeitschlitzen einheitlicher Länge unterteilt sind. Besondere
Maßnahmen
zur Verminderung der Kollisionsgefahr im uplink-Betrieb sind beschrieben.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Datenfunksystem,
insbesondere einem Datenfunksystem nach dem Zeitschlitzverfahren
mit kostengünstigen
marktüblichen
Sende-Empfangs-Geräten
eine verbesserte Datenaustauschrate zwischen einer Zentralstation
und einer größeren Anzahl
von Unterstationen zu erreichen.
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Die
Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die abhängigen Ansprüche enthalten
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
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Im
folgenden sei für
die von der Zentralstation an die Unterstationen ausgesendeten Datentelegramme
verkürzt
auch der Begriff Kommandotelegramme und für von den Unterstationen an
die Zentralstation gesendete Datentelegramme verkürzt auch
der Begriff Antworttelegramme benutzt, ohne dass diese Begriffe
irgendeine Einschränkung
hinsichtlich Inhalt und/oder Struktur der jeweiligen Datentelegramme
bedeuten sollen, soweit nicht explizit angegeben. Kommandotelegramme
können
insbesondere im folgenden als individuelle Nachrichten bezeichnete
Daten für
je eine der Unterstationen enthalten. Die individuellen Nachrichten
sind vorteilhafterweise in zusammenhängenden Datenblöcken mit einem
Adressteil für
die jeweilige Unterstation zusammengefasst. In Antworttelegrammen
können
insbesondere Messwerte von Messeinrichtungen Schaltzustände von
Schaltelementen oder andere, insbesondere veränderliche Zustandsgrößen am Ort der
Unterstation nachfolgend zusammengefasst auch als Nutzdaten bezeichnet,
enthalten sein.
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Ein
wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht in einem Zeitgewinn dadurch,
dass in ein und demselben Kommandotelegramm Nachrichten für mehrere
Unterstationen enthalten sind. Die Kommandotelegramme werden durch
die Funkübertragung
typischerweise von allen Unterstationen empfangen. Ob ein Kommandotelegramm
eine Nachricht für
eine einzelne Unterstation enthält,
ergibt sich aus einer individuellen Adressierung dieser Unterstation innerhalb
des Kommandotelegramms. Durch die Bündelung von Nachrichten an
mehrere Unterstationen in einem gemeinsamen Kommandotelegramm entfallen
die beim gebräuchlichen
Polling erforderlichen mehreren getrennten Kommandotelegramme an
die einzelnen Unterstationen.
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Die
Zentralstation sendet regelmäßig neue Kommandotelegramme
aus. Vorzugsweise sind zumindest in einigen Kommandotelegrammen
individuelle Nachrichten für
alle Unterstationen enthalten. Nach Abschluss eines Kommandotelegramms
wechselt die Zentralstation in den Empfangsmodus, um Antworttelegramme
von Unterstationen zu empfangen. Antworttelegramme werden zumindest
von einem Teil der im vorangegangenen Kommandotelegramm individuell
mit Nachrichten bedachten Unterstationen gesendet. Im folgenden
sei der Einfachheit halber, soweit im einzelnen nicht explizit anders
angegeben, davon ausgegangen, dass die Zentralstation in einem Kommandotelegramm
individuelle Nachrichten an alle Unterstationen in einem gemeinsamen Kommandotelegramm
sendet und alle Unterstationen nach Abschluss dieses Kommandotelegramms je
ein Antworttelegramm an die Zentrale senden.
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Das
erfindungsgemäße Datenfunksystem lässt davon
abweichend beispielsweise aber auch zu, dass an einzelne Unterstationen
nicht bei jedem Kommandotelegramm, sondern nur in größeren Zeitabständen Nachrichten
gesendet werden, oder dass einzelne Unterstationen zwar eine Nachricht
mit dem Kommandotelegramm erhalten, aber beim Antworttelegramm auf
dieses Kom mandotelegramm senden müssen, oder dass die Unterstationen
in mehreren Gruppen zusammengefasst sind und in einem Kommandotelegramm
nur die Unterstationen einer der Gruppen durch individuelle Nachrichten
angesprochen sind. Weitere abweichende Abläufe im Rahmen der Erfindung
sind dem Fachmann ohne eigenes erfinderisches Zutun ersichtlich.
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Die
Dauer eines Kommandotelegramms und aller darauf folgenden Antworttelegramme
sei als ein Zyklus bezeichnet. Bei einem Datenfunksystem nach dem
Zeitschlitzverfahren kann sich ein Zyklus über mehr als einen Zeitschlitz
erstrecken und durch anderen Datenfunksystemen zugewiesene Zeitschlitze unterbrochen
sein.
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Da
nach Abschluss des Kommandotelegramms alle Unterstationen ihr jeweiliges
Antworttelegramm senden und die Antworttelegramme verschiedener
Unterstationen zeitlich nicht überlappen sollen,
enthält
eine individuelle Nachricht an eine Unterstation eine Zeitangabe über die
Sendezeit für
das Antworttelegramm dieser Unterstation. Die Zeitangabe kann insbesondere
eine Anfangszeit für
das Antworttelegramm enthalten. Die Sendezeiten für die einzelnen
Unterstationen sind vom Leitrechner zeitlich gestaffelt so bestimmt
und in den individuellen Nachrichten an die Unterstationen vorgegeben,
dass sich die aufeinander folgenden Antworttelegramme zeitlich nicht überlappen.
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Vorteilhafterweise
enthält
ein Kommandotelegramm ein Synchronisationssignal, welches auch nur
aus einem einzelnen Bit bestehen kann, über welches alle Unterstationen
auf eine gemeinsame Systemzeit mit hoher Genauigkeit, beispielsweise
in der Größenordnung
einer Bitlänge,
synchronisierbar sind. Alle Unterstationen enthalten einen auf diese Systemzeit
synchronisierten Zeitgeber, durch welchen die Einhaltung der individuell
vorgegebenen Sendezeit gewährleistet
ist. Vorzugsweise erfolgt mit jedem Kommandotelegramm eine Neusynchronisation
der Unterstationen auf die gemeinsame Systemzeit. Die Gültigkeit
der Systemzeit kann auf einen Zyklus begrenzt sein. Während einer
Unterbrechung eines Zyklus durch nicht den Datenfunksystemen zugewiesene
Zeitschlitze läuft
die Systemzeit ununterbrochen weiter. Mit dem nächsten Kommandotelegramm werden
die Zeitgeber auf eine neue Systemzeit synchronisiert. Das Kommandotelegramm
kann zusätzlich
eine Zeitinformation über
die Dauer des gesamten Zyklus bzw. dessen Ende enthalten. Eine solche
Information ist vorteilhafterweise in einem allgemeinen Teil des
Kommandotelegramms vor den individuellen Nachrichten eingefügt.
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Die
Dauer der Antworttelegramme kann von vornherein festgelegt und/oder
für die
Antworttelegramme aller Unterstationen gleich sein. Vorzugsweise
ist aber die Dauer der Antworttelegramme an den aktuellen Übertragungsbedarf
der Unterstationen anpassbar. In vorteilhafter Ausführung ist
hierfür zumindest
für Unterstationen
mit veränderlichem
Datenumfang in den Antworttelegrammen eine Zusammenfassung zweier
Zyklen zu einem Doppelzyklus vorgesehen, wobei in einem ersten Zyklus
die Unterstationen mit einem ersten Kommandotelegramm zur Angabe
des aktuellen Übertragungszeitbedarfs
bzw. Datenumfangs veranlasst werden und in ihren ersten Antworttelegrammen
auf das erste Kommandotelegramm den veränderlichen aktuellen Datenumfang bzw.
die dafür
benötigte Übertragungszeit
als Information übermitteln.
Diese Information kann in sehr geringer Länge, typischerweise in einem
einzigen Byte des Antworttelegramms codiert werden, wodurch die
Längen
der ersten Antworttelegramme kurz und im Leitrechner der Zentralstation
vorbekannt sind, so dass dieser für diese ersten Antworttelegramme
die Sendezeiten ohne Gefahr der Zeitüberlappung zeitlich dicht gestaffelt
vorgeben kann.
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Für den zweiten
Zyklus des Doppelzyklus berücksichtigt
der Leitrechner der Zentralstation bei der Festlegung der Zeitangaben
für die
Sendezeiten der ein zelnen Unterstationen den jeweiligen im ersten
Teilzyklus in den ersten Antworttelegrammen als Information übermittelten
Datenumfang bzw. Übertragungszeitbedarf
der einzelnen Unterstationen und räumt den jeweiligen Unterstationen
mit Zeitangaben in individuellen Nachrichten eines zweiten Kommandotelegramms
eine entsprechend bemessene Sendezeit ein. Dies kann auch allein
durch Startzeiten für die
jeweiligen Antworttelegramme und entsprechenden Zeitabstand des
Beginns des nächsten
Antworttelegramms einer anderen Unterstation vorgegeben sein. Die
Unterstationen senden nach Abschluss des zweiten Kommandotelegramms
zweite Antworttelegramme mit Daten in dem vollständigen Datenumfang an die Zentralstation,
wobei diese Antworttelegramme bedarfsangepasste, typischerweise
für verschiedene
Unterstationen unterschiedliche Längen aufweisen.
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Für Unterstationen
mit verschiedenen Zyklen wiederkehrend gleicher Länge von
Antworttelegrammen, insbesondere der Antworttelegramme im ersten Zyklus
des beschriebenen Doppelzyklus, kann in vorteilhafter Weiterbildung
der Erfindung vorgesehen sein, dass die Sendezeiten der jeweiligen
Unterstationen in diesen Unterstationen abgespeichert sind und in
Kommandotelegrammen der Zentralstation für solche Unterstationen keine
Sendezeiten für
solche Antworttelegramme angegeben werden und dabei vorzugsweise
auch die individuell an solche Unterstationen gerichteten Nachrichtenblöcke entfallen können. Die
Speicherung solcher Sendezeiten in den Unterstationen erfolgt vorteilhafterweise
in elektrisch löschbaren
nichtflüchtigen
Speichern, insbesondere EE-PROMS.
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Vorteilhafterweise
sind solche in den Unterstationen gespeicherte Sendezeiten innerhalb
der internen Systemzeit auf einen Zeitpunkt am Ende des Kommandotelegramms
oder einen damit korrelierten Zeitpunkt bezogen, welcher in einem
allgemeinen Abschnitt des Kommandotelegramms an alle Unterstationen übermittelt
wird. Dies erlaubt vorteilhafterweise trotz der als Speicherwerte
in den Unterstationen fest vorliegenden Sendezeitinformationen die Länge des
Kommandotelegramms variabel zu halten.
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Vorteilhafterweise
kann die Zentralstation die fest vorgegebenen Sendezeiten in einem
Initialisierungskommando den Unterstationen zum Einspeichern in
den Speicher vorgeben. Die eingespeicherten Werte sind zu beliebiger
Zeit von der Zentralstation durch entsprechende Befehle in einem
Kommandotelegramm veränderbar.
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Die
jeweiligen Unterstationen können
die gespeicherten Sendezeiten zur Bestimmung ihrer Sendezeit nach
der Systemzeit als Standardfall innerhalb eines Zyklus nach Empfang
eines Kommandotelegramms anwenden, wenn nicht das Kommandotelegramm
durch eine gesonderte Information in einem allgemeinen Abschnitt
eine abweichende Vorgehensweise vorgibt. Beispielsweise kann bei
dem Funkdatenaustausch nach dem beschriebenen Doppelzyklus das erste
Kommandotelegramm im ersten Zyklus ohne eine gesonderte Information,
aber vorzugsweise mit einer Angabe über Länge und/oder Endzeitpunkt des
Kommandotelegramms, und ohne individuell an die einzelnen Unterstationen
adressierte Nachrichten ausgesandt werden und die Unterstationen
senden zu den gespeicherten Sendezeiten ihre Antworttelegramme mit
ihrem jeweiligen aktuellen Übertragungszeitbedarf,
wonach in dem zweiten Zyklus die Zentrale in den allgemeinen Teil
des Kommandotelegramms eine gesonderte Information zur Signalisierung,
dass das Kommandotelegramm auch noch individuell adressierte Nachrichten
mit Vorgabe von Sendezeiten enthält,
einfügt,
welche die Unterstationen erkennen und daraufhin die Anwendung der
gespeicherten Sendezeit unterlassen und die im konkreten Kommandotelegramm
empfangene Information über
die vorgegebene Sendezeit für
das Antworttelegramm mit Messwerten etc. als Nutzdaten einsetzt,
um innerhalb der internen Systemzeit zur vorgegebenen Sendezeit
das Antworttelegramm zu senden.
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In
anderer Ausführung
kann auch das Kommandotelegramm, auf welches die Antworttelegramme
zu den festen gespeicherten Sendezeiten von den Unterstationen gesendet
werden sollen, als solches in einem allgemeinen Teil eine Kennzeichnung enthalten.
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Die
gespeicherten festen Sendezeiten sind auch im Falle der Aufteilung
eines Antwortblocks auf zwei im Zeitschlitzverfahren auseinanderliegende Zeitschlitze
anwendbar, wofür
vorteilhafterweise von der Zentralstation das auf die interne Systemzeit
bezogene Ende des aktuellen Zeitschlitzes im Kommandotelegramm mit
angegeben ist, so dass sich aus den gespeicherten Werten ergebende
Sendezeiten, welche in die anderen Datenfunksystemen zugewiesenen
Zeitschlitze fielen, automatisch um eine Wartezeit von in etwa der
Dauer der Zeitschlitzlücke des
eigenen Datenfunksystems verschoben werden.
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Die
in den Unterstationen gespeicherten festen Sendezeiten können auch
nur für
einen Teil der Unterstationen vorgesehen sein. Durch differenzierende
Kennzeichnung in einem allgemeinen Teil eines Kommandotelegramms
kann auch nur eine Gruppe von Unterstationen zur Anwendung der gespeicherten
festen Sendezeiten angewiesen sein und individuell an diese Unterstationen
gerichtete Nachrichten entfallen, für andere Unterstationen aber in
demselben Kommandotelegramm enthalten sein.
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Der
veränderliche
Datenumfang einer Unterstation kann auch Null sein, wenn diese z.
B. nur Veränderungen
von Zustandsgrößen zu melden
hat und sich zwischen zwei Zyklen keine solchen Veränderungen
ergeben. Eine solche Unterstation kann dann vorteilhafterweise im
zweiten Zyklus unberücksichtigt blei ben,
d. h. für
sie wird keine individuelle Nachricht in dem zweiten Kommandotelegramm übermittelt und
sie sendet auch kein zweites Antworttelegramm nach Abschluss des
zweiten Kommandotelegramms zurück.
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Während bei
der vorstehenden Zyklusverbindung zu einem Doppelzyklus mit einem
ersten Kommandotelegramm und ersten Antworttelegrammen mit Übertragungsbedarfsinformationen
von allen Unterstationen in einem ersten Zyklus angenommen ist,
können
vorteilhafterweise auch unterschiedliche Gestaltungen des in Zyklen
zeitlich eingeteilten Datenaustauschs zwischen Zentralstation und
Unterstationen in Zyklen bzw. Doppelzyklen gemischt auftreten. Beispielsweise
kann für
Unterstationen mit im wesentlichen von Zyklus zu Zyklus konstantem
Datenumfang auf die individuelle Nachricht im ersten Kommandotelegramm
des ersten Z eines Doppelzyklus und auf das erste Datentelegramm
einer solchen Unterstation verzichtet werden. Unterstationen mit
in besonders kurzen Zeitabständen
anfallenden Nutzdaten können
auch in jedem Zyklus Antworttelegramme mit Nutzdaten an die Zentralstation
senden, wobei bei gleichbleibendem Datenumfang eine feste Übertragungsdauer
im Leitrechner der Zentralstation berücksichtigt werden kann. Ein
Kommandotelegramm kann auch für
einige Unterstationen ein erstes Kommandotelegramm mit Nachrichten
zur Sendung eines ersten Antworttelegramms mit einer Information
zum Übertragungsbedarf
bilden und für
andere Unterstationen, deren Information zum Übertragungszeitbedarf bereits
in der Zentralstation vorliegt, ein zweites Kommandotelegramm mit
den aktuellen Übertragungszeitbedarf
bereits berücksichtigenden Nachrichten
bilden.
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In
wieder anderer Ausführungsform
kann der veränderliche
aktuelle Datenumfang bzw. Übertragungszeitbedarf
einzelner Unterstationen im Leitrechner der Zentralstation bei jedem
Zyklus ohne Verbindung zu Doppelzyklen dadurch berücksichtigt sein,
dass die Unterstationen die Nutzdaten veränderlichen Um fangs zwischenspeichern
und um ca. einen Zyklus zeitverzögert
in Antworttelegrammen an die Zentrale senden, so dass beim Senden
eines Antworttelegramms bereits der Umfang der zwischengespeicherten
Daten für
die Information des Übertragungszeitbedarfs
des nächsten
Antworttelegramms mit angegeben werden kann. Vorteilhafterweise
kann in einem anfänglichen
oder auch in größeren Zeitabständen zu
wiederholenden Initialisierungs-Zyklus eine Übermittlung nur des Übertragungszeitbedarfs nach
Art eines ersten Zyklus der oben beschriebenen Art vorgenommen sein.
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Die
Sende-Empfangs-Einrichtungen der Unterstationen sind vorteilhafterweise
außerhalb
ihrer eigenen Sendezeiten für
die eigenen Antworttelegramme ohne Rauschsperre im Empfangsmodus. Dies
ermöglicht
ein besonders schnelles Erkennen eines Kennungssignals der Zentralstation
in einem einleitenden Abschnitt eines Kommandosignals, so dass dieser
einleitende Abschnitt vorteilhafterweise kurz gehalten werden kann.
Alle nach Abschluss eines Kommandosignals in einer Unterstation
noch empfangenen Signale, insbesondere Antworttelegramme anderer
Unterstationen desselben Datenfunksystems oder Signale fremder,
im gleichen Funkkanal mit anderer Zeitschlitzzuteilung betriebener Datenfunksysteme
oder Rauschen brauchen nur auf das Auftreten eines Kennungssignals überwacht werden
und können
im übrigen
in der Unterstation ohne Auswertung verworfen werden. Das Kennungssignal
in einem Kommandosignal ist in bevorzugter Ausführungsform ein Signalabschnitt
konstanter Frequenz, welcher auf besonders einfache und an sich bekannte
Weise in den Empfangs-Einrichtungen der Unterstationen detektierbar
ist. Insbesondere ist die Zeit zur Erkennung eines Signalabschnitts
konstanter Frequenz aus vorangehendem Rauschen oder Fremdsignalen
vorteilhafterweise besonders kurz, insbesondere kürzer als
die verlässliche
Erkennung einer vereinbarten Bitfolge. Die Länge des Signalabschnitts konstanter
Frequenz als Kennungssignal ist vorzugsweise größer als ein Byte eines nachfolgenden
in Bytes codierten Digi talsignals des Kommandotelegramms und vorteilhafterweise
kürzer
als 10 Bytes, insbesondere kürzer
als 5 Bytes, vorzugsweise kürzer
als 3 Bytes. Die Länge
des Signalabschnitts mit konstanter Frequenz als Kennungssignal kann
vorteilhafterweise zwischen 3 ms und 25 ms liegen.
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Bei
bevorzugtem Einsatz einer Frequenzumtastung (FSK) für die digitale
Codierung der zu übertragenden
Daten kann die konstante Frequenz eine der Frequenzen der Frequenzumtastung
sein. Es kann aber, insbesondere wenn mehrere Datenfunksysteme in
demselben Frequenzkanal einen Signalabschnitt konstanter Frequenz
verwenden, auch eine beliebige andere Frequenz innerhalb des Frequenzkanals
sein.
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Die
Sende-Empfangs-Einrichtungen der Unterstationen weisen, wie eingangs
bereits angegeben, typischerweise eine nicht vernachlässigbare Umschaltzeit
beim Übergang
in den Sende-Modus auf. Eine solche Umschaltzeit ist bei der Bestimmung und
Vorgabe eines Startzeitpunkts für
die Aussendung eines Antworttelegramms durch eine Unterstation vorteilhafterweise
im Leitrechner zu berücksichtigen.
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Von
besonderem Vorteil ist die Bestimmung und Vorgabe der Sendezeiten
zumindest einiger, vorteilhafterweise zumindest der überwiegenden
Zahl der Unterstationen so, dass die dem Startzeitpunkt eines Antworttelegramms
vorausgehende Umschaltzeit mit einem Kommandosignal oder insbesondere einem
Antworttelegramm einer anderen Unterstation zeitlich überlappt,
das Antworttelegramm selbst aber keine Überlappung mit dem Kommandotelegramm oder
einem Antworttelegramm einer anderen Unterstation zeigt. In einer
Unterstation wird dann bereits um wenigstens die Dauer der Umschaltzeit
vor dem durch den Leitrechner als Startzeitpunkt für das Antworttelegramm
vorgegebenen Zeitpunkt die Sende-Empfangs-Einrichtung in den Sendemodus
umgeschaltet, die Aussendung des Antworttelegramms erfolgt aber
erst zu der vom Leitrechner der Zentralstation vorgegebenen und
in einer Nachricht eines Kommandotelegramms an die Unterstation
als Zeitangabe individuell übermittelten
Sendezeit. Die Überlappung
der Umschaltzeit mit Sendezeiten von Datentelegrammen anderer Unterstationen
ermöglicht
eine besonders hohe Nutzdatenrate und bei Datenfunksystemen nach
dem Zeitschlitzverfahren eine besonders effektive Nutzung der durch
die Zeitschlitzzuteilung nur stark beschränkt zur Verfügung stehenden
Zeit. Dabei können
vorteilhafterweise kostengünstige
marktübliche
Sende-Empfangs-Einrichtungen mit langen Umschaltzeiten in den Unterstationen
eingesetzt werden, ohne dass die effektive Nutzung beeinträchtigt wird.
Insbesondere können
auch Exemplarstreuungen in den Umschaltzeiten und eventuelle Temperatur-
und Umgebungseinflüsse
mit berücksichtigt
werden. Vorteilhafterweise können Sende-Empfangs-Einrichtungen
mit mehr als 50 ms, insbesondere mehr als 100 ms Umschaltzeit in
den Unterstationen eingesetzt sein.
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Die
zeitliche Überlappung
der Umschaltzeit einer Unterstation mit der Sendezeit eines Antworttelegramms
einer anderen Unterstation und deren Umschaltzeit beträgt vorteilhafterweise
wenigstens 75 % der überlappenden
Umschaltzeit zumindest für
die überwiegende
Zahl der Unterstationen. Vorteilhafterweise ist zumindest für die überwiegende
Zahl der Unterstationen die Zeitdifferenz zwischen dem Ende der
mit einem Kommandotelegramm empfangenen Nachricht und dem Beginn
des eigenen Antworttelegramms um wenigstens 50 % größer als
die Umschaltzeit.
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Zur
Sicherung gegen Datenfehler aufgrund von Übertragungsstörungen gibt
der Leitrechner in vorteilhafter Ausführung einer Unterstation in
der individuell adressierten Nachricht eines Kommandotelegramms
zwei zeitlich beabstandete Sendezeiten innerhalb eines Zyklus für ein Antworttelegramm
vor und die Un terstation sendet zu beiden Sendezeiten identische
Antworttelegramme. Die Sende-Empfangs-Einrichtung kann zwischen
den beiden Sendezeiten im Sendemodus bleiben. Wird zwischen den beiden
Antworttelegrammen in dem Empfangsmodus zurückgeschaltet, ist auch bei
der Wiederholung des Antworttelegramms wieder die Umschaltzeit zu berücksichtigen.
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Die
Zentralstation kann in an sich bekannter Weise eine Normalzeitinformation
einer Normalzeit, beispielsweise des Zeitnormalsenders DCF77 empfangen,
um z. B. bei Datenfunksystemen nach dem Zeitschlitzverfahren die
Zeitschlitzbeschränkung
für die
eigenen Kommandotelegramme als auch für die den Unterstationen vorgegebenen
Sendezeiten zuverlässig
einzuhalten. Die Normalzeitinformation kann auch in Kommandotelegrammen
an die Unterstationen weitergegeben und dort z. B. als Zeitstempel
zur Zeitkennzeichnung von Nutzdaten eingesetzt werden. Die Sendezeiten
der Unterstationen sind aber vorzugsweise auf die systeminterne
Systemzeit bezogen, die vorteilhafterweise in jedem Kommandotelegramm
neu in allen Unterstationen mit der Zentralstation synchronisiert
wird. Die Systemzeit bzw. die einzelnen Zeitgebereinheiten in den
Unterstationen sind vorteilhafterweise mit einer Abweichung von weniger
als 1 ms synchron zu dem Zeitgeber der Zentralstation.
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In
vorteilhafter Ausführung
erstrecken sich bei Datenfunksystemen nach dem Zeitschlitzverfahren
zumindest einige der Zyklen über
zwei zeitlich beabstandet aufeinander folgende Zeitschlitze, wobei ein
Zyklus beim Ende eines Zeitschlitzes unterbrochen und mit dem nächsten zugewiesenen
Zeitschlitz, welcher typischerweise 54 s später beginnt, mit einem neuen
Antworttelegramm fortgesetzt ist. Ein Kommandotelegramm kann auch
zeitlich vom Beginn eines Zeitschlitzes beabstandet in dessen Zeitverlauf
beginnen, soll aber vor Ende des Zeitschlitzes abgeschlossen sein.
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Vorteilhafterweise
umfasst das Datenfunksystem wenigstens 20, insbesondere wenigstens
40 Unterstationen.
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In
vorteilhafter Weiterbildung kann das Datensystem Subsysteme enthalten,
in welchem eine Unterstation wiederum über Datenfunk auf demselben
Funkkanal und gegebenenfalls in denselben Zeitschlitzen als Funkmaster,
d. h. als Zentralstation des Subsystems, arbeitet und mit Funkslaves,
d. h. Unterstationen des Subsystems einen Datenfunkverkehr abwickelt.
Der Datenfunkverkehr im Subsystem kann vorteilhafterweise zeitlich überlappend
mit dem Datenverkehr im Haupt-Datenfunksystem abgewickelt werden,
wenn durch Beschränkung
der Sendeleistung und/oder durch Verwendung von Richtantennen eine
gegenseitige Störung
ausgeschlossen wird. Es können
mehrere Subsysteme gleichzeitig betrieben werden, wenn jeweils eine
gegenseitige Störung vermieden
wird.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. Dabei
zeigt:
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1 einen
schematischen Aufbau eines Datenfunksystems
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2 eine
erste Ausführung
mit mehreren Datentelegrammen,
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3 einen
Verlauf über
mehrere Zeitschlitze,
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4 Einen
Doppelzyklus von Datentelegrammen
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In 1 ist
schematisch ein Datenfunksystem mit einer Zentralstation ZS und
mehreren Unterstationen U1, U2, ... UN skizziert. Die Zentralstation enthält zumindest
eine Sende-Empfangs-Einrichtung SEZ mit einer vorzugsweise unge richteten
Sende-Empfangs-Antennenanordnung und einen Leitrechner LR. Die Unterstationen
U1, U2, ... UN enthalten ihrerseits Sende-Empfangs-Einrichtungen SE1, SE2,
... SEN mit Antennenanordnungen, welche auch Richtantennen sein
können,
und stationseigene Rechner UR1, UR2, ..., URN. Die Sende-Empfangs-Einrichtung
der Zentralstation sendet über
ihre Antenne Kommandotelegramme KT per Funk aus, welche von allen
Unterstationen empfangen werden können. Die Unterstationen empfangen über ihre
Antennen und ihre Sende-Empfangs-Einrichtungen die Kommandotelegramme,
werten u.a. darin enthaltene allgemeine Informationen, insbesondere
Synchronisierinformationen zur Synchronisierung von Zeitgebern in
den Unterstationen für
eine systeminterne Systemzeit aus und überprüfen die Kommandotelegramme
auf an die jeweilige Unterstation individuell gerichtete Nachrichteninhalte.
Die Unterstationen senden ihrerseits Antworttelegramme AT1, AT2,
..., ATN an die Zentralstation, wobei der gegenseitige Austausch
von Datentelegrammen zwischen Zentralstation und Unterstationen
zeitlich getrennt entsprechend dem Gegensprechverkehr im Sprechfunk
erfolgt und immer nur eine Unterstation oder die Zentralstation
sendet. Die Antennen der Unterstationen können auch als Richtantennen
ausgeführt
sein. In den Unterstationen können
z. B. Aktuatoren AK, welche auch durch Kommandotelegramme beeinflusst werden
können
und/oder Sensoreinrichtungen MS zur Erfassung von Messwerten veränderlicher
Größen vorgesehen
sein. Die Rechner in den Unterstationen werten Kommandotelegramme
aus und stellen Antworttelegramme zusammen. Datenfunksysteme dieser
Art sind an sich bekannt.
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2 zeigt
einen Ausschnitt aus dem Datenfunkverkehr mit einem Kommandotelegramm
und mehreren Antworttelegrammen gemäß einer bevorzugten Ausführung der
vorliegenden Erfindung, insbesondere für Datenfunksysteme nach dem
Zeitschlitzverfahren.
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Die
Zentralstation sendet innerhalb eines dem Datenfunksystem zugewiesenen
Zeitschlitz TS einer periodischen Zeitschlitzstruktur ein Kommandotelegramm
KT aus, welches von allen Unterstationen empfangen wird. Das Kommandotelegramm
enthält
in einem einleitenden Abschnitt HD ein innerhalb des Datenfunksystems
vereinbartes Kennungssignal, welches in den Unterstationen empfangen
und erkannt wird und für
die Unterstationen den Beginn eines Kommandotelegramms signalisiert.
Die Unterstationen befinden sich bereits vor dem Eintreffen des
Kommandosignals vorzugsweise ohne Rauschsperre im Empfangsmodus,
wobei aber vor Eintreffen des Kennungssignals in den Unterstationen
empfangene Signale nicht ausgewertet werden. Mit Erkennung des Kennungssignals
in den Unterstationen wird dort mit der Auswertung nachfolgender
Empfangssignale begonnen. Vorteilhafterweise kann ein typischerweise
vorhandener Empfangspufferspeicher bei Detektion des Kennungssignals
durch Löschen
dort gegebenenfalls zuvor enthaltener Inhalte initialisiert und
für die
nachfolgenden, als Kommandotelegramm interpretierten Empfangssignale
bereitgestellt werden. Das Kennungssignal kann vorteilhafterweise
in anderer Form codiert sein als die Daten innerhalb des Kommandotelegramms,
welche in vorteilhafter Ausführung
in FSK-Modulation binär
codiert übertragen
werden. Das Kennungssignal kann dann vorzugsweise als Signalabschnitt
konstanter, innerhalb der Kanalbandbreite von z. B. 12,5 kHz bei
den Zeitschlitzverfahren gegen die Mittenfrequenz versetzter Kennungsfrequenz
ausgeführt
sein.
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Das
Kommandosignal kann nach dem einleitenden Abschnitt mit dem Kennungssignal
vorteilhafterweise einen allgemeinen Signalabschnitt mit für alle Unterstationen
gemeinsamen Informationen aufweisen. Eine solche gemeinsame Information
kann beispielsweise eine allgemeine Zeitinformation, insbesondere
eine Zeitinformation über
die aktuelle Zeit in einem übergeordneten
Zeitsystem wie der über den
Normalzeitsender DCF77 verbreiteten Normalzeit tZ der Physikalisch
Technischen Bundesanstalt (PTB) enthalten. Die Informati on über eine
solche übergeordnete
Normalzeit kann z. B. in den Unterstationen dazu dienen, Messwerte
mit dem Zeitpunkt der Messwertnahme in Normalzeit zu kennzeichnen.
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Besonders
vorteilhaft ist, in einem solchen allgemeinen Signalabschnitt eine
Synchronisierinformation SY für
eine interne Systemzeit tS des Datenfunksystems von der Zentralstation
an die Unterstationen zu übermitteln
und in den Unterstationen z.B. in den Rechnern UR1, UR2, ... vorhandene
Zeitgeber für
eine solche interne Systemzeit mit hoher Genauigkeit zu synchronisieren.
Während
die vorgenannte allgemeine Zeitinformation zu einer Normalzeit tZ
typischerweise allenfalls sekundengenau angegeben ist, geben die
Zeitgeber die Systemzeit tS vorteilhafterweise mit einer Genauigkeit
von 1 ms oder besser in allen Unterstationen synchron vor, nachdem
eine Synchronisation durch die Synchronisierinformation in dem allgemeinen
Signalabschnitt des Kommandosignalabschnitts erfolgt ist. Der Synchronisierzeitpunkt
sei beispielsweise mit tS0 innerhalb der Systemzeit tS bezeichnet.
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Nach
dem allgemeinen, für
alle Unterstationen bestimmten Signalabschnitt des Kommandosignals
folgen in diesem mehrere Datenblöcke,
welche individuell für
die verschiedenen einzelnen Unterstationen bestimmt und nachfolgend
als Nachrichten N1, N2, ... NN für
die einzelnen Unterstationen bezeichnet sind. Die einzelnen Nachrichten
sind durch Adresscodierung als einer bestimmten Unterstation zugeordnet
erkennbar, so dass jede Unterstation die ihr zugedachte Nachricht
aus der Sequenz von Nachrichten eindeutig erkennt und die übrigen Nachrichten
unbeachtet lässt.
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Eine
Nachricht an eine bestimmte Unterstation kann in an sich bekannter
Weise Anweisungen, z. B. zur Betätigung
von Aktuatoren, zur Messwertnahme, zur Strukturierung eines an die
Zentralstation zu sendenden Antwortsignals usw. enthalten. Wesentlich
für das
erfindungsgemäße Datenfunksystem
ist, dass die Nachrichten individuelle Zeitangaben für die Sendezeit,
zu welcher die jeweilige Unterstation ein Antworttelegramm an die
Zentralstation senden soll, enthalten. Eine solche Zeitangabe kann
insbesondere der Zeitpunkt des Sendebeginns des Antworttelegramms
sein. Beispielsweise enthält
die Nachricht N1 als Zeitangabe einen Zeitpunkt t11 als Beginn der Aussendung
eines Antworttelegramms AT11 der Unterstation U1 an die Zentralstation,
die Nachricht N2 als Zeitangabe einen Zeitpunkt t21 als Beginn der Aussendung
eines Antworttelegramms AT21 der Unterstation U2 usw. Das Ende des
Kommandotelegramms kann vorteilhafterweise durch einen besonderen
Abschlussabschnitt EK gekennzeichnet sein.
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In
Unterstationen können
auch für
Antworttelegramme mit in verschiedenen Zyklen wiederkehrend gleicher
Telegrammlänge
feste Sendezeiten gespeichert sein, welche nach bestimmten Kommandotelegrammen
ohne individuelle Zeitangaben für
Sendezeiten und vorzugsweise ohne individuell adressierte Nachrichten
zur Bestimmung der Sendezeit in dem Zyklus in der Unterstation herangezogen
sind. Die bestimmten Kommandotelegramme sind anhand vorzugsweise
in einem allgemeinen Teil der Kommandotelegramme eingefügten gesonderten
Information von anderen Typen von Kommandotelegrammen unterscheidbar,
wobei ein Standard-Typ von Kommandotelegrammen auch durch Fehlen
einer besonderen Typ-Kennzeichnung erkennbar sein kann.
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Die
Zeitangaben t11, t21, ... in den einzelnen Nachrichten sind vorteilhafterweise
auf die Systemzeit tS bezogen, auf die die Zeitgeber aller Unterstationen
durch den allgemeinen Signalabschnitt synchronisiert sind. Die durch
die Zeitangaben in den Nachrichten vorgegebenen Sendezeiten liegen
vorteilhafterweise alle später
als das Ende des Kommandotelegramms. Die Zeitangaben sind vorteilhafterweise
mit hoher Redundanz codiert und so gegen Übertragungsstörungen gesichert.
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Nach
Abschluss des Kommandotelegramms senden alle Unterstationen, denen
in Nachrichten N1, N2, ... Zeitangaben für Sendezeiten eines Antworttelegramms
vorgegeben werden, ein Antworttelegramm zu der jeweiligen individuell
vorgegebenen Sendezeit über
ihre Sende-Empfangs-Einrichtungen und Antennen an die Zentralstation.
Die Unterstation U1 beginnt zum Zeitpunkt t11 der Systemzeit tS
mit der Aussendung ihres Antworttelegramms AT11 an die Zentralstation,
die Unterstation beginnt ihr Antworttelegramm AT21 zum Zeitpunkt
t21 usw., wobei die Zeitpunkte t11, t21, ... vom Leitrechner der
Zentralstation so bestimmt und in den Nachrichten N1, N2, ... als
Zeitangaben vorgegeben sind, dass die Antworttelegramme AT11, AT21,
... zeitlich nicht überlappen.
Die Sequenz der Antworttelegramme bildet einen zeitlichen Antwortblock
AB1.
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In
den Unterstationen können
vorteilhafterweise Sende-Empfangs-Einrichtungen SE1, SE2, ... eingesetzt
sein, welche beim Übergang
in den Sendebetrieb relativ hohe Umschaltzeiten von wenigstens 50
ms, insbesondere wenigstens 100 ms aufweisen können. Die relativ hohen Umschaltzeiten sind
zwar wie z. B. aus dem eingangs genannten Artikel von Eckardt als
technisch nachteilig bekannt, Sende-Empfangs-Einrichtungen mit hohen
Umschaltzeiten sind aber als marktübliche Geräte kostengünstig verfügbar.
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In
besonders vorteilhafter Ausführung
der Erfindung sind solche relativ hohen Umschaltzeiten dadurch im
wesentlichen unerheblich, dass zumindest für die überwiegende Anzahl der Unterstationen die
Sendezeiten der Antworttelegramme so bestimmt sind, dass die der
Sendezeit einer Unterstation vorausgehende Umschaltzeit zeitlich
mit einem Antworttelegramm einer anderen Unter station überlappt.
Die Überlappung
kann sich auf mehr als ein zeitlich früheres Antworttelegramm und/oder
die einem zeitlich früheren
Antworttelegramm vorangehende Umschaltzeit der anderen Unterstation
erstrecken.
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In
der Skizze nach 2 ist beispielsweise die Umschaltzeit
UZ3, die den zum Zeitpunkt t31 beginnenden Antworttelegramm AT31
in der Unterstation U3 vorangeht, zeitlich vollständig mit
dem Antworttelegramm AT21 der Unterstation U2 und zeitlich teilweise
mit dem Antworttelegramm AT11 der Unterstation U1 und auch teilweise
mit der Umschaltzeit UZ2 der Unterstation UZ überlappend. Dem zeitlich früher liegenden
und bei t21 beginnenden Antworttelegramm AT21 geht in der Unterstation
U2 die Umschaltzeit UZ2 der Sende-Empfangs-Einrichtungen SE2 der Unterstation UZ
voraus, welche zeitlich vollständig
mit dem noch früheren
Antworttelegramm AT11 der Unterstation U1 und teilweise mit der
diesen vorangehenden Umschaltzeit UZ21 überlappt. Vorteilhafterweise
beträgt
die zeitliche Überlappung
der Umschaltzeit einer Unterstation, z. B. UZ31 von U3, mit einem
oder mehreren Antworttelegrammen anderer Unterstationen oder deren
Umschaltzeiten, z. B. mit AT21, UZ21 und AT11 wenigstens 75 % der
Dauer der Umschaltzeit, z. B. also wenigstens 0,75 UZ31. Je nach
Länge des
zeitlich vorgehenden Antworttelegramms z. B. AT21 vor AT31, kann
die Überlappung quantitativ
verschieden ausfallen und z. B. bei langem Antworttelegramm AT21
zu einer nur teilweisen Überlappung
der Umschaltzeit UZ31 mit dem Antworttelegramm AT21 führen.
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Durch
die Überlappung
der Umschaltzeit als für
die Datenfunkübertragung
nicht nutzbarer Übergangsphase
der Sende-Empfangs-Einrichtung einer Unterstation mit Sendezeiten
einer oder mehrerer anderer Unterstationen kann eine besonders hohe effektive
Datenübertragungsrate
erreicht und insbesondere in Datenbanksystemen nach dem Zeitschlitzverfahren
die im Zeitschlitz für
das Datenfunksystem verfügbare
Zeit besonders wirksam genutzt werden. Die Um schaltzeiten finden
damit quasi im Hintergrund statt, während andere Unterstationen senden.
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Die Überlappung
der Umschaltzeiten mit zumindest einem Antworttelegramm einer anderen
Unterstation ist zumindest für
einige Unterstationen, insbesondere zumindest für die überwiegende Zahl von Unterstationen,
vorzugsweise für
alle Unterstationen außer
der als erste das Antworttelegramm AT11 sendenden Unterstation U1
durch den Leitrechner in den individuellen Nachrichten N2, N3, ...vorgegeben.
Insbesondere kann auch für
die dem ersten Antworttelegramm AT11 des Antwortblocks AB1 vorangehende Umschaltzeit
UZ11 der ersten Unterstation U1 eine zeitliche Überlappung mit einem anderen
Datentelegramm, nämlich
mit dem Ende EK des Kommandotelegramms der Zentralstation, durch
die Zeitangabe t11 in der Nachricht N1 an die Unterstation U1 vorgegeben
sein. Dies ist dadurch möglich,
dass die individuell an die Unterstation U1 gerichtete Nachricht
N1 des Kommandotelegramms mit dem Zeitpunkt t11 als Zeitangabe für den Beginn
des Antworttelegramms AT11 bereits so weit vor dem Ende des Kommandotelegramms
liegt, dass die Unterstation U1 nach Ende der für sie bestimmten Nachricht
N1 noch während
der Sendezeit des Kommandotelegramms ihre Sende-Empfangs-Einrichtung
SE1 in den Sendemodus umschaltet, so dass diese unmittelbar nach
dem Ende des Kommandotelegramms bereits sendebereit ist.
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Zur
Verringerung der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Daten von den Unterstationen
an die Zentralstation kann vorgesehen sein, dass der Leitrechner
für einige,
für die überwiegende
Anzahl oder für alle
Unterstationen zwei zeitlich beabstandete Sendezeiten bestimmt,
zu welchen die Unterstation inhaltlich identische Antworttelegramme
aussendet, z. B. t11 für
Antwort Telegramm AT11 und t12 für
AT12 mit AT11 = AT12, t21 für
AT21 und t22 für
AT22 mit AT21 = AT22, usw. Die wiederholten Antworttelegramme AT12,
AT22, ... bilden vorteilhafterweise einen zeitlich zusammenhängenden
zweiten Anwortblock AB2.
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Das
Kommandotelegramm und die Sequenz aller Antworttelegramme als Antwortblock
AB1 und gegebenenfalls Antwortblock AB2 bilden einen Zyklus der
Funkdatenübertragung.
Nach Eintreffen aller Antworttelegramme in der Zentralstation kann
diese unmittelbar danach oder mit zeitlichem Abstand ein neues Kommandotelegramm
aussenden. Die Sende-Empfangs-Einrichtungen fallen nach dem Aussenden
des jeweiligen Antworttelegramms in den Empfangsmodus zurück, ohne
aber vor Erkennen eines neuen Kommandotelegramms empfangene Signale
auszuwerten. Bei Wiederholung eines Antworttelegramms innerhalb
eines Zyklus kann eine Sende-Empfangseinrichtung auch ohne Signalabstrahlung
im Sendemodus bleiben.
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Für eine besonders
hohe effektive Datenübertragungsrate,
insbesondere in Datenfunksystemen nach dem Zeitschlitzverfahren
eine effektive Nutzung der im Zeitschlitz zur Verfügung stehenden Zeit
für die
Datenübertragung
ist es von Vorteil, wenn zeitlich aufeinander folgende Antworttelegramme möglichst
dicht aufeinander folgen, d. h. dass die Zeit zwischen zwei Zeitpunkten
t11 und t21 bzw. t21 und t31 möglichst
vollständig
durch Antworttelegramme AT11 bzw. AT21 für die Übertragung von Daten von den
Unterstationen an die Zentralstation genutzt ist. Vorteilhafterweise
kann zur Sicherheit gegen nicht erwünschte zeitliche Überlappung
von Datentelegrammen jeweils eine kurze Toleranzzeit ZP zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Datentelegrammen vorgesehen sein, welche
vorteilhafterweise wesentlich kürzer
als ein Antworttelegramm ist und insbesondere in der Größenordnung
der Zeitdauer von wenigen Byte der Datentelegramme liegen kann.
Bei immer konstantem Umfang der Antworttelegramme können auch
die Zeitabstände
der Startzeitpunkte t11, t21, t31, ... immer gleich bestimmt sein.
Typischerweise variiert aber der Umfang zu übertra gender Daten in den einzelnen
Unterstationen zeitlich. In vorteilhafter Ausführung kann daher vorgesehen sein,
dass die Unterstationen in Antworttelegrammen an die Zentralstation
eine Information über
den Umfang aktuell zur Übertragung
anstehender Daten bzw. die für
ein Antworttelegramm benötigte Übertragungszeit übermitteln
und dass der Leitrechner für den
nächsten
Zyklus diese erhaltene Information bei der Bemessung der Sendezeiten
mit berücksichtigt, also
z. B. bei höherem
Zeitbedarf für
en Antworttelegramm AT21 der Unterstation U2 die Zeitdifferenz zwischen
t21 und t31 größer bemisst
als bei niedrigerem Zeitbedarf von U2 für AT21.
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In
vorteilhafter Ausführung
kann hierfür
der Funkdatenaustausch zwischen der Zentralstation und einer Unterstation
in zwei aufeinander folgenden Zyklen alternierend in einem ersten
Zyklus mit einem ersten Kommandotelegramm mit wiederkehrend gleichen
Zeitangaben für
die Sendezeit und mit einem ersten Antworttelegramm mit der Information
zum Datenumfang bzw. Zeitbedarf und in einem zweiten Zyklus mit
einem zweiten Kommandotelegramm, in welchem die Sendezeiten individuell
nach dem aktuellen Übertragungszeitbedarf
bestimmt sind, und mit einem zweiten Antworttelegramm mit den Daten
der Unterstation an die Zentralstation durchgeführt werden. Die Abfolge von
erstem und zweiten Zyklus kann zumindest für einige, vorzugsweise zumindest für die Überwiegende
Anzahl der Unterstationen periodisch fortgesetzt sein.
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In
Abwandlung eines solchen Datenfunksystems kann auch vorgesehen sein,
dass die Information über
den aktuellen Datenumfang jeweils einem Daten enthaltenden Antworttelegramm
hinzugefügt wird,
wofür die
zu übertragenden
Daten in einer Zwischenstation blockweise so verzögert werden,
dass bei Aussenden eines Antworttelegramms mit einem Datenblock
bereits der Umfang des Datenblocks für das Antworttelegramm im nächsten Zyklus
bekannt ist. Ein Kommandotelegramm der Art des oben genannten ersten
Kommandotele gramms ist dann nur als Initialisierungstelegramm zu
Beginn einer Datenfunkkommunikation zwischen Zentralstation und
Unterstation erforderlich.
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Während in 2 der
Einfachheit halber angenommen ist, dass in einem Datenfunksystem
nach dem Zeitschlitzverfahren der gesamte Zyklus mit Kommandotelegramm
und Antwortblock AB1 und gegebenenfalls wiederholendem Antwortblock
AB2 innerhalb eines Zeitschlitzes TS liegt, ist in 3 ein Beispiel
skizziert, bei welchem dem Datenfunksystem zugewiesene aufeinander
folgende Zeitschlitze mit TS(i) und TS(i+1) bezeichnet sind. Die
bei den eingangs genannten bestehenden Datenfunknetzen nach der
Zeitschlitztechnik einem von mehreren Datenbanksystemen zugewiesenen
periodisch auftretenden Zeitschlitze weisen Zeitschlitzlängen von
6s auf. Zwischen aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen TS(i) und TS(i+1)
liegt ein Zeitintervall von 54s, in welchem neun Zeitschlitze gleicher
Länge anderen Datenfunksystemen
auf demselben Frequenzkanal zugewiesen sind. Einem im Zeitschlitz
TS(i) von der Zentralstation gesendeten Kommandotelegramm KT(m)
folgt ein Antwortblock AB(m), wobei hier aber angenommen sei, dass
die aus der kumulierten Zeit von Kommandotelegramm und Antwortblock
resultierende Zykluszeit größer sei
als die Länge
des Zeitschlitzes TS(i). Da weder Zentralstation noch Unterstationen
des Datenfunksystems außerhalb
der zugewiesenen Zeitschlitze senden dürfen, wird der Zyklus während des
Antwortblocks AB(m) mit dem letzten noch im Zeitschlitz TS(i) übertragbaren
Antworttelegramm, welches vor Ende des Zeitschlitzes zum Zeitpunkt
t(k) beginnt und vor dem Ende des Zeitschlitzes beendet ist, unterbrochen
und im nächsten zugewiesenen
Zeitschlitz TS(i+1) mit einem zum Zeitpunkt t(k+1) beginnenden Antworttelegramm
fortgesetzt bis zur vollständigen Übertragung
des Antwortblocks AB(m), womit dann der Zyklus m beendet ist. Der
Zyklus m wird zwar mit nur teilweise übertragenem Antwortblock AB(m)
für ca.
54s unterbrochen, die zum Zeitpunkt tS0(m) durch das Kommandotelegramm
KT(m) synchronisierte Systemzeit tS(m) läuft aber wäh rend der Zyklusunterbrechung
mit hoher Genauigkeit weiter, so dass der Antwortblock AB(m) mit
hoher zeitlicher Position im Zeitschlitz TS(i+1) zu einem im Zeitschlitz
TS(i) bereits vorgegebenen Zeitpunkt t(k+1) fortgesetzt wird. Die
Zeitschlitze TS sind im übergeordneten
Zeitsystem der Normalzeit tZ, z. B. über DCF77, festgelegt. Diese
Normalzeit liegt in der Zentralstation laufend vor und ist vom Leitrechner der
Zentralstation bei der Bestimmung der Sendezeiten für die Antworttelegramme
in der Weise berücksichtigt,
dass keine Antworttelegramme in das Intervall zwischen TS(i) und
TS(i+1) fallen. In den Unterstationen wird das Aussenden eines Antworttelegramms
zeitlich ausschließlich
auf die Systemzeit tS(m) des Zyklus m nach den im Kommandotelegramm
KT(m) vorgegebenen Sendezeiten bezogen.
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Ein
neues Kommandotelegramm KT(m+1), welches einen neuen Zyklus (m+1)
einleitet, kann nach Abschluss des Antwortblocks AB(m) während des
Zeitschlitzes TS(i+1) von der Zentralstation ausgesandt werden,
der Beginn eines Kommandotelegramms ist also nicht an den Beginn
eines Zeitschlitzes gebunden. Ein Kommandotelegramm wird aber vorzugsweise
so gelegt, dass es immer vollständig innerhalb
eines Zeitschlitzes abgeschlossen ist. Ein neues Kommandotelegramm
KT(m+1) setzt eine neue Systemzeit tS(m+1) mit einem Synchronisierzeitpunkt
tS0(m+1), welche von der vorherigen Systemzeit unabhängig ist.
Sendezeiten innerhalb eines Antwortblocks AB(m+1) des neuen Zyklus
m+1 sind auf die neue Systemzeit tS(m+1) bezogen.
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Die
Reihenfolge der Unterstationen bei der Aussendung der Antworttelegramme
ist an sich beliebig und kann von Zyklus zu Zyklus variieren. Die Reihenfolge
der Unterstationen bei den Nachrichten im Kommandotelegramm kann
von der Reihenfolge der Unterstationen bei der Aussendung von Antworttelegrammen
im Antwortblock desselben Zyklus verschieden sein.
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4 veranschaulicht
den Funkdatenaustausch in einem Doppelzyklus mit einem ersten Zyklus
ZI und einem zweiten Zyklus ZII, welche jeweils ein Kommandotelegramm
und eine Mehrzahl von Antworttelegramme in einem Antwortblock nach
Art der 2 enthalten.
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In
einem ersten Zyklus ZI sendet die Zentralstation ein erstes Kommandotelegramm
KTI, welches in einem allgemeinen Abschnitt AA für alle empfangenden Unterstationen
U1, U2, U3, ... die bereits zu 2 genannte
Synchronisationsinformation SY zur Synchronisation aller Unterstationen
mit der Zentralstation auf die mit diesem Kommandotelegramm vorgegebene
interne Systemzeit tSI, insbesondere einem Zeitreferenzpunkt tSO.
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In
dem allgemeinen Abschnitt AA kann zusätzlich eine Zeitangabe tE enthalten
sein, welche einen Zeitpunkt am Ende des Kommandotelegramms benennt.
Das Kommandotelegramm kann im allgemeinen Abschnitt AA weitere für mehrere
oder alle Unterstationen bestimmte Informationen enthalten.
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Abweichend
von der Ausführung
nach 2 enthält
das erste Kommandotelegramm KTI keine individuelle Zeitvorgaben
an die einzelnen Unterstationen, vorzugsweise insgesamt keine individuell
adressierten Nachrichten oder allenfalls für einen Teil der Unterstationen.
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Die
Unterstationen übermitteln
nach Abschluss des ersten Kommandotelegramms kurze Antworttelegramme
F1, F2, F3 festgelegter maximaler Länge, welche aber für verschiedene
Unterstationen unterschiedlich sein kann. Die Sendezeiten t11, t21,
t31 der einzelnen Unterstationen für deren jeweiliges Antworttelegramm
werden in den Unterstationen bestimmt aus dort in vorzugsweise nichtflüchtigen,
löschbaren
Speichern FS1, FS2, FS3, ... gespeicherten festen Standardwerten
f1, f2, f3, welche vorteilhafterweise auf einen Zeitpunkt am Ende
des Kommandotelegramms bezogen sind. Dieser Zeitpunkt ist vorzugsweise
durch die auf den Referenzzeitpunkt tSO der Systemzeit tSI bezogene
Zeitangabe tE im Kommandotelegramm KTI vorgegeben. Die Sendezeiten
t11, t21, t31 ergeben sich dann in Bezug auf den Referenzzeitpunkt
tSO als Summen t11 = tE + f1, t21 = tE + f2, t31 = tE + f3 usw.
Der Zeitpunkt am Ende des Kommandotelegramms kann auch am Telegrammende
selbst signalisiert werden. Durch gekrümmte Linien ist in 4 zu
dem ersten Kommandotelegramm und den auf dieses folgenden Antworttelegrammen
die Herkunft der Anteile für
die Bestimmung der gestaffelten Sendezeiten angedeutet.
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Die
Antworttelegramme F1, F2, F3 enthalten in der bereits beschriebenen
Art vorteilhafterweise Angaben zum Übertragungszeitbedarf bzw.
Umfang der zur Übertragung
an die Zentralstation anstehenden Daten. Der Leitrechner der Zentralstation
wertet diese Bedarfsdaten aus und bestimmt unter deren Berücksichtigung
Zeitvorgaben für
Sendezeiten der einzelnen Unterstationen in einem nachfolgenden zweiten
Zyklus ZII. Ein zweites Kommandotelegramm KTII in diesem zweiten
Zyklus enthält
in der zu 2 ausführlich beschriebenen Art an
verschiedene Unterstationen individuell adressierte Nachrichten
N1, N2,..., in welchen die Zentralstation Sendezeiten t11, t21,
t31, ... für
Antworttelegramme AT11, AT21, AT31, ... der verschiedenen Unterstationen
angibt. Durch Bogenlinien ist angedeutet, dass eine Bedarfsmeldung
im Antworttelegramm F1 der Unterstation U1 im ersten Zyklus ZI zu
einer Zeitvorgabe in der an U1 individuell adressierten Nachricht
N1 im Kommandotelegramm KTII des zweiten Zyklus ZII führt und
diese Zeitvorgabe die Sendezeit t11 für das Antworttelegramm AT11
der Unterstation U1 im zweiten Zyklus in der Systemzeit tSII des
zweiten Zyklus festlegt.
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In 1 ist
eine vorteilhafte Weiterbildung des Datenfunksystems angedeutet,
gemäß welchem in
dem Datenfunksystem, hierfür
auch als Haupt- Datenfunksystem
bezeichnet, wenigstens ein Sub-Datenfunksystem vorgesehen ist, in
welchem eine Unterstation, z. B. U1, die Funktion eines Funkmasters (Zentralstation) übernimmt
und welches mehrere Funkslaves (Unterstationen) U11, U12, U13 ...
enthält.
Durch die Zeitverteilung der Datentelegramme im Haupt-Datenfunksystem
steht dem Funkmaster U1 typischerweise reichlich Zeit zur Abwicklung
des Datenfunkverkehrs in dem Sub-Datenfunksystem in demselben Funkkanal
und denselben Zeitschlitzen wie im Haupt-Datenfunksystem zur Verfügung. Vorteilhafterweise
kann der Leitrechner LR der Zentralstation die Dauer des aktuellen
Zyklus und/oder Zeitangaben für
die Verkehrsabwicklung im Haupt-Datenfunksystem angeben.
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Die
vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen
sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln
als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt,
sondern im Rahmen fachmännischen
Könnens
in mancherlei Weise abwandelbar.