DE102007042140A1

DE102007042140A1 - Funkübertragung von Daten

Info

Publication number: DE102007042140A1
Application number: DE200710042140
Authority: DE
Inventors: Jörg Dipl.-Ing Diskowski (FH)
Original assignee: Kundo Systemtechnik GmbH
Current assignee: Ista International GmbH
Priority date: 2007-09-05
Filing date: 2007-09-05
Publication date: 2009-03-26
Anticipated expiration: 2027-09-06
Also published as: DE102007042140B4

Abstract

Ein Verfahren zum Funkübertragen von Daten einer Mehrzahl von Meßgeräten M1-Mn an einen gemeinsamen zentralen Datensammler DS sieht vor, daß die Meßgeräte M1-Mn zeitlich auf einen gemeinsamen Nullpunkt synchronisiert werden, wobei ausgehend von diesem zeitlichen Nullpunkt dann die Meßgeräte M1-Mn nacheinander ihre Datensignale an den zentralen Datensammler DS aussenden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funkübertragung von Daten einer Mehrzahl von Meßgeräten an einen gemeinsamen zentralen Datensammler.
Wenn eine Vielzahl von Meßgeräten vorgesehen ist, ist es bekannt, die gemessenen Daten per Funk an einen gemeinsamen zentralen Datensammler zu senden.
Diese Funksysteme sind jedoch hinsichtlich der deterministischen Datenbeschaffung unsicher, wenn beispielsweise mehrere hundert Meßsender willkürlich, also ohne Synchronisation senden. Denn senden zwei oder mehrere Meßsender gleichzeitig, so löschen sie sich gegenseitig aus. Bei sehr kleinen Perioden wird diese Wahrscheinlichkeit des sich gegenseitigen Auslöschens sehr viel größer.
Ein weiteres Problem ist die Reichweite batteriebetriebener Meßsender, die mit ihrer Energie haushalten müssen. Geben Meßsender ihre Information nur auf Anfrage ab, läßt sich zwar erheblich Energie sparen und somit die Produktlebenszeit verlängern. Würde jedoch ein Sender nur alle 10 Sekunden ermitteln, ob er angesprochen wird, so hätte man aber bei 500 Meßgeräten 83 Minuten Auslesezeit aufzuwenden.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Funkübertragung von Daten einer Mehrzahl von Meßgeräten an einen gemeinsamen zentralen Datensammler zu schaffen, welches zum einen zuverlässig arbeitet und welches zum anderen nur wenig Zeit und Energie benötigt.
Die technische Lösung ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Dadurch ist ein Funknetzwerk geschaffen, welches zum einen sicher sämtliche Daten der Meßgeräte an den zentralen Datensammler überträgt und welches zum anderen nur wenig Zeit und Energie benötigt. Durch die Energieeinsparung wird die Lebenszeit der batteriebetriebenen Meßgeräte und Datensammler erheblich verlängert. Die Grundidee des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Meßgeräte nicht dauernd ihre Daten an den zentralen Datensammler senden, sondern daß der Datensammler die Daten der Meßgeräte zu bestimmten Zeitpunkten abruft, wobei dieser Abruf der Daten der Meßgeräte synchronisiert ist. Dies bedeutet, daß nicht die Gefahr besteht, daß zwei oder mehrere Meßgeräte gleichzeitig ihre Daten senden und sich so gegenseitig auslöschen. Dabei ist es möglich, zu jeder Zeit aktuelle Meßdaten der Meßgeräte zu erhalten, und zwar dann, wenn der zentrale Datensammler die Daten bei Bedarf abruft. Hierzu existieren bidirektionale Funkstrecken zwischen den Meßgeräten und dem zentralen Datensammler. Die Datenaustauschsitzungen haben dabei einen starren formalen Ablauf und sind in fixe Zeitschlitze unterteilt. Dadurch lassen sich alle Teilnehmer synchronisieren. Dies wird durch ein Protokoll erreicht, so daß die Meßgeräte so lange wieder in den stromsparenden Schlafmodus schalten können, bis der Zeitpunkt für ihren Zeitschlitz erreicht ist. Vom Verfahrensablauf her besteht die Grundidee, daß die Meßgeräte nach einer vorgegebenen Periode, in welcher sie schlafen, auf Empfangsbereitschaft gehen. Zu diesem Zeitpunkt empfangen dann die Meßgeräte Befehlstelegramme, welche der zentrale Datensammler aussendet. Dieser sendet also Befehlstelegramme für diese volle Periode, welche den Zeitpunkt für den Beginn der Datenübertragung vermitteln. Dadurch sind sämtliche Meßgeräte durch den zentralen Datensammler synchronisiert, so daß für sämtliche Meßgeräte ein gemeinsamer zeitlicher Nullpunkt definiert werden kann. Wird dieser zeitliche Nullpunkt erreicht, beginnt die Funkübertragung der Daten, und zwar ausgehend von diesem Nullpunkt senden die Meßgeräte in Abhängigkeit der Seriennummer nacheinander ihre Daten an den zentralen Datensammler, ohne sich gegenseitig zu stören.
Gemäß der Weiterbildung in Anspruch 2 ist das Befehlstelegramm des Datensammlers derart gestaltet, daß ein Zähler in jedem Telegramm mitgesendet wird, der von Telegramm zu Telegramm dekrementiert wird. Somit kann jedes Meßgerät, unabhängig vom Zeitpunkt des Empfangs eines dieser Befehlstelegramme, aus diesem den Beginn des Datenaustauschs berechnen. Somit wird gewissermaßen durch eine innere Uhr ein taktweiser Fortschritt bis zu dem zeitlichen Nullpunkt durchgeführt wird. An diesen taktweisen Fortschritt werden die Meßgeräte angebunden, so daß sämtliche Meßgeräte gleichzeitig diesen zeitlichen Nullpunkt erreichen.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 3 hat den Vorteil, daß die Reichweite zwischen den Meßgeräten und dem zentralen Datensammler annähernd verdoppelt werden kann. Denn es stellt zwar kein Problem dar, daß durch eine entsprechende Leistung des zentralen Datensammlers die einzelnen Meßgeräte funktechnisch erreicht werden können, doch besteht das Problem darin, daß aufgrund der reduzierten Energieausstattung der Meßgeräte deren Reichweite begrenzt ist. Die Grundidee besteht dabei darin, daß bei Ausbleiben eines Datentelegramms eines bestimmten Meßgerätes dieses Meßgerät von dem zentralen Datensammler angefunkt wird, um das Datensignal erneut zu senden. Gleichzeitig werden aber auch die anderen Meßgeräte aktiviert, so daß diese mithören. Hat das fehlende Meßgerät seine Daten ein zweites Mal gesendet, wird es von irgendeinem anderen Meßgerät empfangen worden sein. Der Datensammler wird nun nach demselben Verfahren, wie es Gegenstand des Anspruchs 1 ist, jedoch mit einem anderen Befehl, dieses Datentelegramm bei allen anderen Meßgeräten abfragen. Dabei können mehrere Meßgeräte diese Daten besitzen. Anhand der Güte des Empfangs (RSSI, Receive Signal Strenght Indicator) kann die beste Verbindung ausgesucht und fixiert werden. Dies geschieht am Ende dieser zweiten Erfassungsperiode mit einem weiteren Befehl durch den Datensammler. Dies bedeutet, daß ein bestimmtes Meßgerät ein weiteres Meßgerät als Hintermann verwaltet, welches als Vermittlungsstelle die Daten weiterleitet. Dadurch ist eine doppelte Reichweite erzielbar.
Gemäß der Weiterbildung in Anspruch 4 sind die Perioden für die Aussendung von Befehlstelegrammen durch den Datensammler und der Antworten durch die Meßgeräte befehlsabhängig, so daß Sammelanfragen genauso wie Einzelanfragen gestaltet werden können. Damit läßt sich die Gesamtzeit der Datenerfassung weiter verkürzen.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Funkübertragung von Daten einer Mehrzahl von Meßgeräten an einen gemeinsamen zentralen Datensammler wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt:
1 ein Verfahrensschema der Funkübertragung;
2 ein schematisches zeitliches Ablaufbild der Funkübertragung.
1 zeigt einen zentralen Datensammler DS. Diesem sind eine Mehrzahl von Meßgeräten M1–Mn zugeordnet. Dies können bis zu 500 Meßgeräte sein.
Sowohl zwischen dem Datensammler DS und den Meßgeräten M1–Mn als auch zwischen den Meßgeräten M1–Mn können untereinander bidirektionale Funkverbindungen bestehen.
Das Verfahren der Funkübertragung sei anhand der 2 erläutert:
Die Meßgeräte M1–Mn "schlafen" während des Zeitintervalls T und gehen dann für eine kurze vorgegebene Zeitdauer auf Empfang.
Phase 1:
Der zentrale Datensammler DS sendet zu einem Zeitpunkt, an welchem die Daten der Meßgeräte M1–Mn abgerufen werden sollen, für eine Zeitdauer Befehlstelegramme aus, welche etwas größer ist als das Zeitintervall T. Dadurch ist gewährleistet, daß sämtliche Meßgeräte M1–Mn die Befehlstelegramme empfangen können. Den Befehlstelegrammen sind dabei Zählwerte zugeordnet. Somit können sich die Meßgeräte M1–Mn auf den Beginn der Datenübertragung synchronisieren.
Das Befehlstelegramm ist dabei derart ausgebildet, daß es sukzessive bis zu einem zeitlichen Nullpunkt zurückzählt und dabei gewissermaßen die Meßgeräte M1–Mn im Schlepptau hat. Erreicht das Befehlstelegramm den zeitlichen Nullpunkt 0, befinden sich die Meßgeräte M1–Mn ebenfalls am zeitlichen Nullpunkt 0. Somit ist die Phase 1 abgeschlossen.
Phase 2:
Ausgehend von diesem zeitlichen Nullpunkt 0 senden die Meßgeräte M1–Mn zeitlich nacheinander zu den Zeitpunkten t1–tn ihre Daten aus, welche von dem zentralen Datensammler DS empfangen werden. Die Zeitpunkte sind dabei festgelegt durch die eindeutig identifizierende Seriennummer der Meßgeräte M1–Mn.
Es kann dabei der Fall eintreten, daß aufgrund zu großer Reichweite zwischen einem der Meßgeräte M1–Mn und dem Datensammler DS die Sendeleistung nicht ausreicht, um das entsprechende Datensignal an den zentralen Datensammler DS zu übertragen. In diesem Fall merkt der zentrale Datensammler DS, daß von einem bestimmten Meßgerät M1–Mn das Datensignal noch fehlt.
Durch die Phase 1 sind alle Meßgeräte M1–Mn zeitlich synchronisiert. Da sie das Ende der Synchronisationsphase kennen, können sie zeitgleich wieder auf Empfang gehen. Dies kann genutzt werden, um nun die fehlenden Meßgeräte M1–Mn einzeln anzufordern. Dieses Verfahren funktioniert dabei nur in deterministischer Weise, weil die Meßgeräte M1–Mn aufgrund ihres in der Regel sehr kleinen Speichers nur ein fremdes Datentelegramm zwi schenspeichern können. Auf der anderen Seite kann die Periode von Anfrage und Antwort auf das Nötige verkürzt werden, wenn die Perioden für die Aussendung von Befehlstelegrammen durch den Datensammler D und der Antworten durch die Meßgeräte M1–Mn befehlsabhängig sind, nämlich auf nur ein Anfragetelegramm und einer direkt darauf folgenden Antwort durch das angesprochene Meßgerät M1–Mn. Die nicht explizit angesprochenen Meßgeräte M1–Mn gehen alle auf Empfang, um später als Vermittler zu dienen.
Diverse Meßgeräte M1–Mn haben nun die Daten empfangen. Der Datensammler DS gibt dann über eine weitere Session den Befehl, das Datentelegramm zu übermitteln, was in der Folge-Session von allen Meßgeräten M1–Mn, die das Datentelegramm empfangen haben, beantwortet wird. Der Datensammler DS sucht sich die Übertragung mit der besten Empfangsgüte aus. Der Datensammler DS befiehlt sodann in der nächsten Session die Verknüpfung des entsprechenden Meßgerätes über ein anderes Meßgerät. Da wiederum alle Meßgeräte M1–Mn zuhören, löschen alle nicht angesprochenen Meßgeräte M1–Mn das fremde Telegramm. Das angesprochene Meßgerät M1–Mn bestätigt die Funktion als Vordermann.
Es kann aber auch sein, daß auf die gezielte Anfrage des Datensammlers DS an ein fehlendes Meßgerät M1–Mn dessen Antwort diesmal doch bei dem Datensammler DS ankommt, also ein Vordermann nicht mehr bestimmt werden muß.

DS: Datensammler
M1–Mn: Meßgeräte
T: Zeitintervall
0: Zeitlicher Nullpunkt
t1–tn: Zeitpunkte

Claims

Verfahren zur Funkübertragung von Daten einer Mehrzahl von Meßgeräten (M1 – Mn) an einen gemeinsamen zentralen Datensammler (DS), wobei die Meßgeräte (M1–Mn) periodisch nach einem vorgegebenen Zeitintervall (T), in welchem sie sich nicht auf Empfangsbereitschaft befinden, jeweils für eine bestimmte Zeitdauer auf Empfangsbereitschaft gehen, wobei der Datensammler (DS) für die Dauer des vorgegebenen Zeitintervalls (T) oder etwas länger Datentelegramme aussendet, welche von sämtlichen Meßgeräten (M1Mn) gleichzeitig empfangen werden, wobei durch den Empfang der Datentelegramme sämtliche Meßgeräte (M1–Mn) auf einen gemeinsamen zeitlichen Nullpunkt gesetzt werden und wobei ausgehend von diesem zeitlichen Nullpunkt die Meßgeräte (M1–Mn) nacheinander zu unterschiedlichen Zeitpunkten ihre Datensignale an den Datensammler (DS) aussenden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Datensammler (DS) dergestalt Datentelegramme aussendet, daß er bis zu dem zeitlichen Nullpunkt taktweise fortschreitet und dabei die Meßgeräte (M1–Mn) an diesen taktweisen Fortschritt anbindet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbleiben des Empfangs des Datensignals eines bestimmten Meßgerätes (M1–Mn) dieses Meßgerät (M1–Mn) nochmals unter Zwischenschaltung wenigstens eines anderen Meßgerätes (M1–Mn) das Datensignal an den Datensammler (DS) sendet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Perioden für die Aussendung von Befehlstelegrammen durch den Datensammler (D) und der Antworten durch die Meßgeräte (M1–Mn) befehlsabhängig sind.