DE102010046480B4 - Verfahren und System zur Übertragung eines Schaltbefehls an Stromnetzeinheiten - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Übertragung eines Schaltbefehls von einem Steuer-Server an eine Vielzahl von Stromnetzeinheiten eines Stromnetzes über ein Mobilfunknetz, in dem dem Steuer-Server und jeder Stromnetzeinheit jeweils ein Mobilfunk-Endgerät zugeordnet ist, wobeia) in einem ersten Übertragungsschritt vom Steuer-Server der Schaltbefehl an alle in einer Sendeliste aufgeführte Stromnetzeinheiten im UDP-Transportprotokoll ausgesandt wird,b) in einem zweiten Übertragungsschritt von jeder Stromnetzeinheit, die den Schaltbefehl empfangen hat, im UDP-Protokoll eine Empfangsquittung an den Steuer-Server ausgesandt wird,c) in einem Auswertungsschritt beim Steuer-Server ermittelt wird, von welchen Stromnetzeinheiten Empfangsquittungen vorliegen, und diese zur Aktualisierung aus der Sendeliste gelöscht werden,und die Schritte a) - c) wiederholt werden, bis die Sendeliste vollständig gelöscht ist oder ein Abbruchkriterium erfüllt ist,wobei nach Erfüllung des Abbruchkriteriums eine zweite Phase der Übertragung gestartet wird, in der eine Verbindung mit den in der Sendeliste verbliebenen Stromnetzeinheiten im TCP-Transportprotokoll aufgebaut und der Schaltbefehl in diesem Protokoll übertragen wird, wobei eine fehlgeschlagene Übertragung protokoll-gesteuert selbsttätig wiederholt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung eines Schaltbefehls von einem Steuer-Server an eine Vielzahl von Stromnetzeinheiten eines Stromnetzes so wie ein System zur Durchführung des Verfahrens.
• Es ist bekannt, Komponenten eines Stromnetzes (nachfolgend bezeichnet als Stromnetzeinheiten), etwa Schaltsteuereinrichtungen von Straßenbeleuchtungen oder zum Last-Management eines Energieversorgungssystems, zentral zu steuern. Es ist des Weiteren bekannt, zur langreichweitigen Übertragung der entsprechenden Signale über die sogenannte Luftschnittstelle den Langwellenbereich der elektromagnetischen Strahlung zu nutzen. In Europa geschieht dies über den Standard der Europäischen Funk-Rundsteuerung; vgl. www.efr.de oder EP 1 479 260 B1 der Anmelderin. Ein fortgeschrittenes Verfahren und System dieser Art, bei dem neben Steuerinformationsblöcken auch Anzeigeinformationsblöcke zur Übertragung beispielsweise meteorologischer Daten an die Stromnetzeinheiten vorgesehen sind, ist in der WO 2009/112228 A1 der Anmelderin beschrieben.
• Den Vorteilen der Langwellen-Übertragung stehen jedoch auch Nachteile gegenüber, von denen die begrenzte Bandbreite von besonderer Relevanz ist.
• Aus DE 10 2007 040 660 A1 ist ein Verfahren zur Übertragung eines Schaltbefehls von einem Steuer-Server an eine Vielzahl von Stromnetzeinheiten eines Stromnetzes über ein Mobilfunknetz bekannt. Einschlägigen Stand der Technik stellen darüber hinaus die US 2007/0130255 A1 und DE 10151119 C2 dar.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren und System der genannten Art bereitzustellen, welches insbesondere über hinreichende Bandbreiten-Reserven verfügt.
• Diese Aufgabe wird in ihrem Verfahrensaspekt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ihrem Systemaspekt durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Zweckmäßige Ausbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
• Das vorgeschlagene System ist für komplexe Steuerungsprozesse unter Einschluss einer sehr großen Anzahl von Stromnetzeinheiten, auch unter hohen Anforderungen an die zeitgenaue und/oder gleichzeitiger Ausführung von Steuerbefehlen, geeignet. In einer vorteilhaften Ausführung hat es einen Rückkanal zur Ausführungsbestätigung der Schaltung und zur Übertragung allgemeiner Statusinformationen der Stromnetzeinheiten an den Steuer-Server.
• Die vorgeschlagene Lösung zeichnet sich zunächst dadurch aus, dass in einem ersten Übertragungsschritt vom Steuer-Server der Schaltbefehl an alle in einer Sendeliste aufgeführte Stromnetzeinheiten im UDP-Transportprotokoll ausgesandt wird. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass in einem zweiten Übertragungsschritt von jeder Stromnetzeinheit, die den Schaltbefehl empfangen hat, im UDP-Protokoll eine Empfangsquittung an den Steuer-Server ausgesandt wird. In einem Auswertungsschritt beim Steuer-Server wird ermittelt, von welchen Stromnetzeinheiten Empfangsquittungen vorliegen, diese werden zur Aktualisierung aus der Sendeliste gelöscht werden, und die genannten Schritte werden wiederholt, bis die Sendeliste vollständig gelöscht ist oder ein Abbruchkriterium erfüllt ist.
• Mit diesem Verfahren wird eine Gruppe angesprochen, die unter Umständen mehrere zehntausend Empfänger beinhalten kann. Wichtig ist dabei, dass jeder Empfänger sicher erreicht wird. Die Inhalte sind dabei typischerweise nicht zeitkritisch. Der Adressierungsalgorithmus verwendet hierfür das UDP-Protokoll, da weniger Protokollheader entsteht und der Server bei vielen Empfängern weniger ausgelastet wird.
• Empfängt ein Client in diesem Szenario einen Schaltbefehl, so bestätigt er den Empfang wieder über ein UDP Paket, dies aber bevorzugt erst nach Ablauf einer Quittierungsfrist. Damit wird das Datenaufkommen im Netz und am Server reduziert und die Verteilungsdichte der Anfragen geglättet. Der Server wiederholt das Senden des Schaltbefehls an alle Clients, die nicht binnen einer gewissen Antwortzeit eine Empfangsbestätigung geschickt haben. Dieser Zyklus wird wiederholt, bis alle Clients erreicht werden konnten, beziehungsweise bis ein Abbruchkriterium erreicht wurde, weil davon auszugehen ist, dass ein Client nicht mehr erreicht werden kann, da eventuell ein Hardwaredefekt oder ein Stromausfall vorliegt. Durch die Wiederholungen werden auch Clients erreicht, die durch geringe Netzstärke im Mobilfunknetz eine hohe Fehlerrate bei Datenübertragungen aufweisen.
• Gemäß einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass nach Erfüllung des Abbruchkriteriums eine zweite Phase der Übertragung gestartet wird, in der eine Verbindung mit den in der Sendeliste verbliebenen Stromnetzeinheiten im TCP-Transportprotokoll aufgebaut und der Schaltbefehl in diesem Protokoll übertragen wird, wobei eine fehlgeschlagene Übertragung protokoll-gesteuert selbsttätig wiederholt wird.
• Dieses Szenario ist ebenfalls auf Massenadressierung ausgelegt, allerdings mit der Betonung auf schnelle Erreichbarkeit und vor allem auf synchrone Schaltung aller adressierten Empfänger. Der Server adressiert in zwei Phasen. Zuerst versucht er so viele Empfänger wie möglich zu erreichen, indem er die Schaltbefehle über das UDP-Protokoll verschickt. Das besondere ist hierbei jedoch, dass er den Befehl mit geringem zeitlichem Abstand mehrfach hintereinander absendet. Dies erhöht die Zuverlässigkeit der Übertragung. Wie oft der Schaltbefehl gesendet wird, entscheidet insbesondere ein Algorithmus, der die Anzahl der Wiederholungen in Abhängigkeit von der Empfangsgüte des Clients ausgibt. Die Empfangsgüte jedes Clients wird in der Datenbank abgelegt und/oder nach jeder Übertragung zu einem Client neu abgestimmt.
• Konnte ein Empfänger in der ersten Phase nicht angesprochen werden, hat er also auf keinen der UDP Schaltbefehle mit einer Empfangsbestätigung reagiert, so wird er in den „Verteiler“ für die zweite Phase aufgenommen. In der zweiten Phase wird für jeden Empfänger eine TCP-Verbindung aufgebaut und der Schaltbefehl auf diesem Weg übertragen. Vorteilhaft ist dabei die eingebaute Neu-Übertragung im Fehlerfall bei TCP, was die Zuverlässigkeit der Übertragung stark erhöht. Der größere Zeit- und Rechenbedarf für TCP-Verbindungen fällt dabei nicht so stark ins Gewicht, da typischerweise nur wenige Clients über die zweite Phase angesprochen werden müssen.
• In einer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass insbesondere deren Sendesignale-Amplitude, und/oder das Abbruchkriterium in Abhängigkeit von einem vorgespeicherten Erfahrungswert oder einem aus den Empfangsquittungen bestimmten Ist-Wert der Empfangsstärke der den Stromnetzeinheiten zugeordneten Mobilfunk-Endgeräte eingestellt wird.
• Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass mit dem oder jedem Schaltbefehl eine Zeitinformation übertragen wird, die den Zeitpunkt der Ausführung spezifiziert. Da die Zeit aller Empfänger (Stromnetzeinheiten) zyklisch synchronisiert wird, findet ein befohlener Schaltvorgang - sofern als gleichzeitig spezifiziert - tatsächlich vollkommen gleichzeitig statt.
• Zusätzlich verschickt jede Stromnetzeinheit im Abstand mehrerer Stunden UDP-Nachrichten mit geringem Übertragungsvolumen, betreffend der Signalstärke (allgemeiner: Netzqualität). Basierend auf diesen Daten weist der Algorithmus jeder Stromnetzeinheit eine gewisse Anzahl an Wiederholungen zu, nach denen das Abbruchkriterium für den Steuer-Server erfüllt ist.
• In einer weiteren Ausführung der Erfindung erfolgt die Kommunikation zwischen dem Steuer-Server und den Stromnetzeinheiten über eine gesicherte Verbindung, insbesondere ein VPN. Des Weiteren ist bevorzugt eine Mobilfunk-Übertragung zu den bei den Stromnetzeinheiten vorgesehen Empfängern über das GPRS-Übertragungsverfahren oder neuere Mobilfunkstandards vorgesehen, die IP basierte Kommunikation ermöglichen.
• Der Server ist über die erwähnte gesicherte Verbindung im gleichen Subnetz wie die Empfänger (GPRS-Clients). Die Clients, die im Mobilfunknetz eines ausgewählten Betreibers eingebucht sind, werden über dem Server bekannte IP-Adressen angesprochen.
• Bei nur einem Empfänger wird das Einzeladressierungsszenario angewendet. Es ist gekennzeichnet durch eine sofortige Übertragung des Schaltbefehls. Da die Schaltbefehle in diesem Szenario meist sehr zeitkritisch sind und zuverlässig ankommen müssen, wird über das TCP-Protokoll eine Verbindung zum entsprechenden Client aufgebaut. Durch die eingebauten Wiederholungen bei Fehlübertragungen ist das TCP-Protokoll am besten geeignet, um eine stabile Verbindung zu erreichen. Bei diesem Szenario quittiert der Client den Empfang unmittelbar mit einer Empfangsbestätigung. Nach Erhalt der Empfangsbestätigung verschickt der Server keine weiteren Daten an den Client.
• Wesentliche Aspekte des erfindungsgemäßen Systems ergeben sich ohne weiteres aus den oben erläuterten Verfahrensaspekten, ohne dass dies hier erneut ausgeführt werden muss.
• Es soll jedoch erwähnt werden, dass gemäß der Erfindung der Steuer-Server Auswertungsmittel zur Auswertung von Empfangsquittungen zur Aktualisierung einer Sendeliste und eine Ablaufsteuerung zur modifizierten Wiederholung eines vorbestimmten Schaltbefehl-Übertragungsvorganges gemäß der jeweils aktualisierten Sendeliste aufweist.
• Zu erwähnen ist weiterhin, dass vorzugsweise der Steuer-Server eine Umschalteinheit zur Umschaltung von einer Übertragung im UDP-Transportprotokoll auf eine Übertragung im TCP-Transportprotokoll im Ansprechen auf die Erfüllung eines Abbruchkriteriums für die UDP-Übertragung aufweist.
• In einer weiteren Ausgestaltung des Systems gemäß einer oben erwähnten bevorzugten Verfahrensführung sind sowohl beim Steuer-Server als auch bei den Stromnetzeinheiten (Clients) Zeitgeber vorgesehen, mit denen die Einhaltung eines vorbestimmten Sendezeitpunktes für Empfangsquittungen seitens der Stromnetzeinheit gewährleistet und andererseits der pünktliche Eingang der Empfangsquittungen während eines vorbestimmten Zeitfensters seitens des Steuer-Servers erfasst wird.
• Die Stromnetzeinheiten weisen in bevorzugten Ausgestaltungen des Systems Schaltsteuereinrichtungen von Beleuchtungsanlagen oder zum Last-Management eines Energieversorgungssystems auf. Der Begriff „Stromnetzeinheiten“ ist hierbei in breitestmöglichem Sinne zu verstehen und schließt etwa auch strombetriebene Haushaltsgeräte als Verbraucher oder Stromerzeugungsanlagen, wie Photovoltaik-Anlagen oder Windräder oder etwa auch Energiespeichereinrichtungen (wie etwa die über eine Ladefunktion mit dem Netz verbundenen Akkus eine Elektroautos), ein.

Claims (12)

1. Verfahren zur Übertragung eines Schaltbefehls von einem Steuer-Server an eine Vielzahl von Stromnetzeinheiten eines Stromnetzes über ein Mobilfunknetz, in dem dem Steuer-Server und jeder Stromnetzeinheit jeweils ein Mobilfunk-Endgerät zugeordnet ist, wobei a) in einem ersten Übertragungsschritt vom Steuer-Server der Schaltbefehl an alle in einer Sendeliste aufgeführte Stromnetzeinheiten im UDP-Transportprotokoll ausgesandt wird, b) in einem zweiten Übertragungsschritt von jeder Stromnetzeinheit, die den Schaltbefehl empfangen hat, im UDP-Protokoll eine Empfangsquittung an den Steuer-Server ausgesandt wird, c) in einem Auswertungsschritt beim Steuer-Server ermittelt wird, von welchen Stromnetzeinheiten Empfangsquittungen vorliegen, und diese zur Aktualisierung aus der Sendeliste gelöscht werden, und die Schritte a) - c) wiederholt werden, bis die Sendeliste vollständig gelöscht ist oder ein Abbruchkriterium erfüllt ist, wobei nach Erfüllung des Abbruchkriteriums eine zweite Phase der Übertragung gestartet wird, in der eine Verbindung mit den in der Sendeliste verbliebenen Stromnetzeinheiten im TCP-Transportprotokoll aufgebaut und der Schaltbefehl in diesem Protokoll übertragen wird, wobei eine fehlgeschlagene Übertragung protokoll-gesteuert selbsttätig wiederholt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Übertragung, insbesondere deren Sendesignale-Amplitude, und/oder das Abbruchkriterium in Abhängigkeit von einem vorgespeicherten Erfahrungswert oder einem aus den Empfangsquittungen bestimmten Ist-Wert der Empfangsstärke der den Stromnetzeinheiten zugeordneten Mobilfunk-Endgeräte eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei mit dem oder jedem Schaltbefehl eine Zeitinformation übertragen wird, die den Zeitpunkt der Ausführung spezifiziert.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Signalübertragung im Mobilfunknetz auf dem GPRS-Übertragungsverfahren oder UMTS- oder LTE-Standard basiert.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schaltbefehle zur Ausführung von Schaltvorgängen für Beleuchtungsanlagen oder zum Last-Management eines Energieversorgungssystems ausgestaltet und formatiert sind.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kommunikation zwischen dem Steuer-Server und den Stromnetzeinheiten über eine gesicherte Verbindung, insbesondere ein VPN, erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei dem Mobilfunk-Endgerät jeder Stromnetzeinheit eindeutig eine IP-Adresse zugeordnet ist, über die die Stromnetzeinheit adressiert wird.
8. System zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend einen Steuer-Server mit zugeordnetem Mobilfunk-Endgerät und eine Vielzahl von Stromnetzeinheiten mit jeweils zugeordnetem Mobilfunk-Endgerät, welche zur Nachrichtenübertragung im UDP-Transportprotokoll ausgerüstet sind, wobei der Steuer-Server eine Umschalteinheit zur Umschaltung von einer Übertragung im UDP-Transportprotokoll auf eine Übertragung im TCP-Transportprotokoll im Ansprechen auf die Erfüllung eines Abbruchkriteriums für die UDP-Übertragung aufweist.
9. System nach Anspruch 8, wobei der Steuer-Server mit zugeordnetem Mobilfunk-Endgerät und die Stromnetzeinheiten mit zugeordnetem Mobilfunk-Endgeräten zur Signalübertragung im TCP-Transportprotokoll ausgerüstet sind.
10. System nach Anspruch 8 oder 9, wobei die dem Steuer-Server und den Stromnetzeinheiten zugeordneten Mobilfunk-Endgeräte zur Mobilfunkübertragung nach dem GPRS- oder LTE-Standard ausgerüstet sind.
11. System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Stromnetzeinheiten Schaltsteuereinrichtungen von Beleuchtungsanlagen oder zum Last-Management eines Energieversorgungssystems aufweisen.
12. System nach einem der Ansprüche 8-11, wobei der Steuer-Server Auswertungsmittel zur Auswertung von Empfangsquittungen zur Aktualisierung einer Sendeliste und eine Ablaufsteuerung zur modifizierten Wiederholung eines vorbestimmten Schaltbefehl-Übertragungsvorganges gemäß der jeweils aktualisierten Sendeliste aufweist.