DE102017119629A1

DE102017119629A1 - Verfahren zur Funkübertragung von Daten in einem Erfassungssystem sowie Sensorsende- und Empfangsgerät

Info

Publication number: DE102017119629A1
Application number: DE102017119629.3A
Authority: DE
Inventors: Dirk Matussek
Original assignee: Techem Energy Services GmbH
Current assignee: Techem Energy Services GmbH
Priority date: 2017-08-28
Filing date: 2017-08-28
Publication date: 2019-02-28
Anticipated expiration: 2037-08-29
Also published as: DE102017119629B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Funkübertragung von Daten in einem Erfassungssystem (1) beschrieben, bei dem Daten von einem Sensorsendegerät (2) erfasst und in einem Funknetzwerk (3) als Datentelegramm (10, 11, 12, 13, 14) entsprechend einem Prädiktions-Sendezeitschema unidirektional an ein Empfangsgerät (4) gesendet werden, wobei das Sensorsendegerät (2) zu durch das Prädiktions-Sendezeitschema bestimmten Sendezeitpunkten ein Datentelegramm (10, 11, 12, 13, 14) aussendet, und wobei das Empfangsgerät (4) zu den durch das Prädiktions-Sendezeitschema bestimmten Sendezeitpunkten ein Empfangsfenster zum Empfangen des ausgesendeten Datentelegramms (10, 11, 12, 13, 14) öffnet. Es ist vorgesehen, dass Datentelegramme (10, 11, 12, 13, 14) ausgesendet werden, die zu verschiedenen Datentelegrammtypen gehören, wobei sich die Datentelegrammtypen durch den Dateninhalt und/oder die Zugehörigkeit zu verschiedenen Sendestandards unterscheiden, und dass für das Aussenden von Datentelegrammen (10, 11, 12, 13, 14) der verschiedenen Datentelegrammtypen jeweils ein eigenes Prädiktions-Sendezeitschema verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funkübertragung von Daten in einem Erfassungssystem, insbesondere einem Verbrauchsdaten-Erfassungssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es werden Daten von einem insbesondere batteriebetriebenen Sensorsendegerät, bspw. einem Verbrauchserfassungsgerät mit Sender, erfasst sowie ggf. verarbeitet und in einem Funknetzwerk als Datentelegramm entsprechend einem Prädiktions-Sendezeitschema unidirektional an ein Empfangsgerät gesendet.
Ein Prädiktions-Sendezeitschema ist ein Sendezeitschema mit prädizierbaren Sendezeitpunkten der Datentelegramme, bspw. durch vorgegebene Sendeintervalle, in denen die Datentelegramme ausgesendet und empfangen werden. Das Sensorsendegerät sendet ein Datentelegramm also zu durch das Prädiktions-Sendezeitschema bestimmten Sendezeitpunkten aus und das Empfangsgerät öffnet zu den durch das Prädiktions-Sendezeitschema bestimmten Sendezeitpunkten ein Empfangsfenster, um das ausgesendete Datentelegramm zu empfangen. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Sensorsendegerät sowie ein entsprechendes Empfangsgerät, zwischen denen die Datentelegramme übertragen werden.
Die Erfindung bezieht sich also insbesondere die Datenübertragung in einem System zur Erfassung von Mess- und/oder Prozessdaten durch batteriebetriebene drahtlose Sensoren (Sensorsendegerät) und deren Übertragung an batteriebetriebene Datensammler (Empfangsgerät). Solche Systeme werden beispielsweise zur Verbrauchswerterfassung von Wärme, Wasser, Gas oder Strom in Wohn- oder Gewerbegebäuden eingesetzt. Als weitere erfindungsgemäße Anwendungsgebiete sind alle Formen von drahtlosen, batteriebetriebenen Sensor- oder Aktuatornetzwerken zu nennen.
Drahtlose Systeme zur Erfassung von Daten, insbesondere zur Erfassung von Verbrauchsdaten, sind seit langem bekannt. Dazu werden typischerweise batteriebetriebene Verbrauchserfassungsgeräte verwendet, die regelmäßig per Funk Verbrauchswerte und ggf. andere Prozessdaten an Datensammler im Funkreichweitenbereich übertragen. Die Verbrauchserfassungsgeräte haben aus Gründen der Wirtschaftlichkeit Batterielebensdauern von mehr als zehn Jahren. Die Datensammler, in denen die empfangenen Verbrauchsdaten bis zu deren Ablesung zwischengespeichert werden, sind typischerweise ebenso batteriebetrieben, um Kosten für eine Verkabelung zur Netzversorgung zu sparen. Auch hier werden vergleichbare Batteriebetriebszeiten angestrebt.
Die Datensammler werden entweder vor Ort mit einem tragbaren Service-Computer beispielweise über eine optische Schnittstelle abgelesen, oder verfügen über ein Gateway (Modem, GSM-Modul o.ä.), mit dem sie die gesammelten Daten an eine zentrale Leitstelle übermitteln können. Um auch größere Gebäude mit dem Funkübertragungssystem abzudecken, werden in der Regel mehrere Datensammler pro Gebäude benötigt. Diese können wiederum untereinander drahtgebunden oder drahtlos vernetzt sein, sodass nur ein zentraler Datensammler im Gebäude oder in einer Gruppe von Gebäuden mit einem Gateway zur Datenfernübertragung bzw. mit einer lokalen Ableseschnittstelle ausgestattet sein muss. Es kann aber auch jeder Datensammler ein solches Gateway zur Datenfernübertragung aufweisen.
Um die angestrebte lange Betriebsdauer aus Batterien zu gewährleisten, müssen die einzelnen Aussendungen der Verbrauchserfassungsgeräte möglichst kurz gehalten werden. Typische Aussendungsdauern der Datentelegramme betragen 4 bis 7 ms bei einer Datenrate von 30 bis 100 kbps. Die kurze Dauer der einzelnen Aussendungen ist einerseits begründet durch die begrenzte Gesamtbatterieladung, andererseits aber auch durch den begrenzten Strom, den die hier typischerweise eingesetzten Lithiumzellen über einen bestimmten Zeitraum liefern können. Die Stromversorgungen der Senderschaltungen werden daher meist mit Kondensatoren (Sendestützkondensatoren) gepuffert, die im Augenblick der Aussendung den benötigten Spitzenstrom während der Aussendungsdauer liefern können. Durch die weitere wichtige Anforderung nach sehr geringem Leckstrom (zur Vermeidung einer hohen Selbstentladung der Batterie während der Einsatzzeit) sind die Kondensatoren allerdings in ihrer Kapazität begrenzt. Daraus resultiert, dass auch die Dauer der einzelnen Aussendungen eines Datentelegramms begrenzt ist. Diese Begrenzung führt dazu, dass - in dem durch das Sendeschema vorgegebenen Datentelegramm - nur eine begrenzte Anzahl von Daten (Nutzdaten) übertragen werden kann.
Zwischen den einzelnen Aussendungen werden die aufgrund ihrer Aufgabe auch als Senderstützkondensatoren bezeichneten Kondensatoren durch die Batterie wieder geladen, wobei Ladezeit für den Kondensator gegenüber mittleren Sendeintervalle im Bereich von 30 Sekunden bis 4 Stunden vernachlässigt werden kann. Typische Ladenzeiten für den Kondensator liegen - abhängig vom Entladezustand der Batterie - in der Größenordnung von 50 bis 500 ms.
Außerdem gibt es durch Zulassungsbestimmungen insbesondere für die bei Datenübertagung verwendeten Frequenzbänder Grenzen der Sendehäufigkeit und Sendedauer durch den so genannten Duty-Cycle. Dieser ist in den lizenzfreien Frequenzbändern, in denen die beschriebenen Verbrauchswerterfassungssysteme typischerweise arbeiten, auf beispielsweise 0,1%, gemittelt über eine Stunde, begrenzt.
In der europäischen Norm EN 13757-4:2013 werden zusätzlich zu Verbrauchszählern mit unidirektionalem Funk, also nur mit einem Funk-Sender (entsprechend der vorliegenden Erfindung), auch bidirektionale Funkmodi standardisiert. Letztere werden dadurch batterieenergie-effizient gestaltet, dass sie regelmäßige Aussendungen - auch ohne Verbrauchswerte als Inhalt - vorsehen, denen nach wenigen Millisekunden ein kurzes Zeitfenster mit Empfangsbereitschaft des Zählers folgt. Sollte eine Gegenstelle, ein Datensammler oder ein tragbares mobiles Ablesegerät, Verbrauchswerte ablesen wollen, so kann sie diese durch eine entsprechende Datenanforderung, die sie im erwähnten Zeitfenster an den Verbrauchszähler sendet, anfordern. Der Verbrauchszähler sendet daraufhin die angeforderten Daten an die Gegenstelle. Dabei kann der Verbrauchszähler mehrere aktuell ermittelte oder gespeicherte Messgrößen zur Ablesung per Datenabfrage bereit halten, beispielsweise bei Wärmezählern akkumulierte Energiewerte zu bestimmten Stich-Zeitpunkten, die aktuelle Wärmeleistung und den aktuellen Volumenstrom im Heizkreis. So wird ein Batterieenergiesparender Betrieb des bidirektionalen Verbrauchszählers ermöglicht, da immer nur genau die benötigten Werte übertragen werden, und dies immer nur genau dann, wenn sie benötigt werden. Eine derartige Technik wird oftmals eingesetzt, wenn die verschiedenen Messgrößen in unterschiedlichen, womöglich auch unregelmäßigen Zeitintervallen benötigt werden.
Drahtlose Datenerfassungssysteme mit bidirektional kommunizierenden Sensoren, z.B. Verbrauchszählern als Sensorsendegeräte, haben allerdings den Nachteil, dass im Verbrauchszähler neben dem Funksender auch ein Funkempfänger benötigt wird. Dies führt sowohl zu erhöhten Hardware-Kosten als auch zu einer höheren Systemkomplexität und damit verbundenen Entwicklungs- und Testaufwänden sowie komplexeren Abläufen im laufenden Betrieb. So ist beispielsweise eine Analyse ggf. auftretender Fehler in bidirektionalen Systemen deutlich komplizierter als in unidirektionalen Systemen. All dies ist insbesondere dann nachteilig, wenn es bei Massenprodukten, wie beispielsweise Funk-Heizkostenverteilern als Sensorsendegeräte, von denen in typischen Wohnimmobilien vier bis sieben Stück pro Wohnung installiert sind, auf extrem geringe Herstellungs-, Betriebs- und Wartungskosten ankommt. Bei Funk-Heizkostenverteilern ist es, wie bei anderen Verbrauchszählern auch, aufgrund gesetzlicher Regelungen erforderlich, dass die Kosten der Energieverbrauchserfassung in einem angemessenen Verhältnis zu den durch die verbrauchsabhängige Energieverbrauchsabrechnung zu erzielenden Einsparungen stehen. Somit verbieten sich hier oft bidirektionale Übertragungssysteme.
Ein weiterer Nachteil bidirektionaler Datenübertragungssysteme ist, dass von den beiden Übertragungsstrecken, die vom Sensorsendegerät zum Empfangsgerät und jene in umgekehrter Richtung, diejenige mit dem geringeren Link-Budget die Reichweite bestimmt. Um hier durch Asymmetrien im Link-Budget nicht zu viel Reichweite zu verlieren, muss im Sensorsendegerät ein Empfänger vorgesehen werden, der eine ähnliche Empfindlichkeit aufweist, wie der Empfänger auf der Gegenseite im Empfangsgerät, also beispielsweise im Datensammler. Dies führt in der Regel zu erhöhten Hardwarekosten, weil die Empfänger im Datensammler zur Erreichung möglichst großer Funkreichweiten eine möglichst hohe Empfangsempfindlichkeit aufweisen sollten.
Für die stromsparende unidirektionale Datenübertragung von Sendern zu Empfängern in drahtlosen Sensornetzwerken mit batteriebetriebenen Sendern und Empfängern sind weiter Techniken der zeitlichen Synchronisation bekannt. Beispielsweise wird in der DE 199 05 316 A1 ein System vorgeschlagen, in dem Datenpakete von Sendern an Empfänger übertragen werden, wobei die Sendezeitpunkte der Datensender so gewählt werden, dass sie von den Empfängern vorausberechnet werden können, die dann gezielt für das kurze Zeitintervall der Datenübertragung eingeschaltet werden und auf Empfang gehen (Prädiktions-Sendezeitschema). Bei der Berechnung des erwarteten nächsten Sendezeitpunktes wird der gemessene zeitliche Abstand der letzten und der vorletzten Aussendung des jeweiligen Senders durch einen Korrekturfaktor berücksichtigt. Die Empfangsfenster werden um Vorlauf- und Nachlauf-Toleranz-Zeiträume erweitert, um zwischenzeitlich entstandene Gangabweichungen von Sender- und Empfängeruhren abzufangen. In einer Variante wird vorgeschlagen, die Länge der Empfangsfenster abhängig vom zeitlichen Abstand zum letzten und vorletzten Datenempfang überproportional zu verlängern. Dies ermöglicht es dem Empfänger, das Zeitfenster für einen ersten Empfangsversuch zunächst relativ kurz zu halten und erst im relativ seltenen Fall eines tatsächlichen Nichtempfangs das Zeitfenster des nächsten Empfangsversuchs so groß zu machen, dass die inzwischen akkumulierte Zeitabweichung zwischen Sender und Empfänger mit großer Sicherheit abgedeckt und der Sender wieder „eingefangen“ wird.
Synchrone Sende- und Empfangsschemata sind auch in der Standardisierung von Übertragungsprotokollen von Verbrauchszähler-Schnittstellen auch für den unidirektionalen Funkbetrieb bekannt. So ist in der Norm EN 13757-4:2013 ein prädizierbares Sendezeitschema für batteriebetriebene Verbrauchszähler festgelegt. In diesem Sendezeitschema werden die synchronen Telegramme nach individuellen Sendeintervallen übertragen (berechnet vom Beginn des Telegramms bis zu dem Beginn des nächsten Telegramms): $t_{A C C} = (1 + (| n_{A C C} - 128 | - 64) / 2048) \times t_{N O M}$
wobei gilt:

t_ACC: individuelles Sendeintervall von dem Telegramm mit der Access-Number n_ACC zum nachfolgenden Telegramm;
n_ACC: Wert der Access-Number (0 bis 255) (zyklischer Aussendungszähler);
t_NOM: festgelegtes Nenn-Sendeintervall t_NOM = n × 2 s
n: festgelegte ganze Zahl

Im Standard-Zeitschema ist der Abstand zwischen zwei synchronen Aussendungen also nur von n_ACC, einem zyklischen Aussendungszähler, der von 0 bis 255 hochzählt und dann wieder bei 0 beginnt, abhängig. Hierdurch wird eine pseudostochastische (und damit auch im Empfänger prädizierbare) Variation der Sendezeitpunkte in einem Schwankungsbereich um das festgelegte Nenn-Sendeintervall erreicht. Diese individuellen Sendeintervalle führen also zu (tatsächlichen) Sendezeitpunkten der Datentelegramme, die um durch das Nenn-Sendeintervall festgelegte Nenn-Sendezeitpunkte in einem Schwankungsbereich schwanken. Dieser Schwankungsbereich ist durch die vorstehende Formel definiert und - allgemein - durch das Sendeschema bekannt.
Solche Übertragungssysteme, bei denen die Empfänger nur gezielt dann betrieben werden, wenn die Sender auch senden, ermöglichen batteriebetriebene Datensammler mit einer zeitlichen Datenauflösung von kleiner oder gleich einem Tag einzusetzen.
Nachteilig ist hier in Verbindung mit unidirektionaler Datenübertragung aber das starre Zeitraster, in dem die Übertragungen stattfinden müssen. Im oben beschriebenen Norm-Zeitschema variiert das individuelle Sendeintervall um ein festgelegtes Nenn-Sendeintervall. Dadurch kann das Sendeintervall aber keine Rücksicht darauf nehmen, wie häufig ein bestimmter Messwert tatsächlich benötigt wird bzw. wie aktuell er bspw. für bestimmte Applikationen im Datensammler sein muss.
Die Anforderungen an Häufigkeit und Aktualität einzelner Dateninformationen können jedoch anwendungsabhängig stark schwanken. Um immer die geforderte Aktualität beziehungsweise Häufigkeit der Daten sicherstellen zu können, muss zwangsläufig das kleinstmögliche Sendeintervall gewählt werden. Dabei werden häufig zumindest ein Teil der Dateninformationen öfter übermittelt als notwendig, was zu einem unnötigen Batterieverbrauch sowohl im Sender als auch im Empfänger führt.
Oft ist auch eine strikte Trennung der verschiedenen Protokollschichten nach dem OSI-Modell gefordert. Hier soll dann die Sendehäufigkeit, die der Verbindungsschicht bzw. dem MAC-Layer („Medium Access“) zugeordnet ist, unabhängig von der Anwendungsschicht sein, aus der Sensorwerte in unterschiedlichen Zeitintervallen und Aktualitäten gefordert sein können.
Die DE 101 32 971 B4 betrifft die Ablesung von Verbrauchszählern mit einem tragbaren Empfangs- und Ablesegerät. Diese mobile Ablesung (Walk-in, Walk-by, Drive-by) erfolgt in der Regel nur einmal jährlich. Deswegen müssen die Verbrauchszähler in der kurzen Zeitspanne der Anwesenheit des Ablesers umfangreiche im Laufe der Ableseperiode im Zähler gespeicherte Verbrauchswert-Historien, die ggf. für spätere Zwischenabrechnungen bei zwischenzeitlichem Mieterwechsel benötigt werden, an das mobile Empfangsgerät übermitteln. Dabei gelten wieder die weiter oben beschriebenen Einschränkungen bezüglich der Dauer einer einzelnen Aussendung. Um dies zu erreichen, wird die Sendehäufigkeit des Verbrauchszählers in den saisonal bevorzugten Ablesezeiten gegenüber dem Rest des Jahres erhöht ist, um den über das gesamte Jahr gemittelten Energieverbrauch des Zählers niedrig zu halten und trotzdem einen ausreichend schnellen Zugriff auf die Verbrauchsdaten zu haben.
In der DE 10 2004 041 421 B4 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem die Reichweite von funkfähigen Verbrauchserfassungsgeräten durch ein Kodemultiplex-Verfahren (DSSS, Direct Sequence Spread Spectrum) erhöht wird. Durch einen Korrelator im Empfänger eines Datensammlers können Funkaussendungen bei einem deutlich geringerem Rauschabstand von dem Empfänger dennoch ausgewertet werden. Das so vergrößerte Link-Budget der Funkverbindung ermöglicht eine größere Reichweite und damit über die geringere Anzahl der pro Gebäude erforderlichen Datensammler eine deutlich verbesserte Wirtschaftlichkeit des Systems. Im aus dem Stand der Technik bekannten KodemultiplexVerfahren ist jedoch von Nachteil, dass jedes zu übertragende Datenbit zu einer ganzen Sequenz zu übertragender Chips, dem Symbol, führt. Der Systemgewinn, der direkt mit der Symbollänge steigt, hat im gleichen Maß eine Verringerung der Netto-Datenrate zur Folge. Unter der oben geschilderten begrenzten Dauer einer einzelnen Aussendung auf wenige Millisekunden führt dies dazu, dass pro Aussendung nur noch sehr wenige Daten übertragen werden können. Während beispielsweise bei einer Chiprate von 100 kcps („kilo-chips per second“) bei einer NRZ-Kodierung eine Netto-Datenrate von 100 kbps möglich ist, sinkt diese bei einer Symbollänge von z.B. 13 auf 100/13 = 7,7 kbps. Das ist der „Preis“ für den Systemgewinn von 13, entsprechend 11dB. Bei einer möglichen Aussendungslänge von z.B. 6,5 ms lassen sich bei NRZ-Kodierung also 650 Bits (≈81 Bytes) pro Aussendung übertragen, bei dem Kodemultiplexverfahren in diesem Beispiel nur 50 Bits (≈6 Bytes).
Dies ist besonders nachteilig, wenn in unidirektionalen Übertragungssystemen viele verschiedene Messwerte oder gar Messwert-Historien zur Verfügung gestellt werden sollen, insbesondere wenn man berücksichtigt, dass trotz der geringe Datenmenge pro Aussendung trotzdem eine eindeutige Identifikation des Sensors enthalten muss, um die Daten zuordnen zu können. Für die reinen Nutzdaten bleibt kaum noch Platz im zu übertragenden Datenpaket.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Möglichkeit zur Funkübertragung mittels eines unidirektionalen Funknetzwerks zu schaffen, welches energieeffizient eine bedarfsgerechte Übermittlung von Daten ermöglicht. Dabei sollte das Verfahren vorteilhafter Weise auch möglichst flexibel in ein Übertragungsverfahren für Verbrauchserfassungsgeräte nach dem Standard EN 13757-4:2013 oder ggf. anderen Standards integrierbar sein.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie geeignet konfigurierte Sende- und Empfangsgeräte nach den Merkmalen der Ansprüche 14 und 15 gelöst, indem ein Verfahren der eingangs genannten Art realisiert wird, bei dem Datentelegramme ausgesendet werden, die zu verschiedenen Datentelegrammtypen gehören, die sich durch ihren Dateninhalt und/oder die Zugehörigkeit zu verschiedenen Sendestandards unterscheiden.
Ein unterschiedlicher Dateninhalt ergibt sich durch unterschiedliche Daten (im Sinne von Dateninformationen) der Sensorsendegeräte, die in den Datentelegrammen der verschiedenen Datentelegrammtypen zusammengefasst werden. Bei der Verbrauchsdatenerfassung können diese unterschiedlichen Daten (Dateninformationen) bspw. unterschiedliche Verbrauchs- und/oder Sensorwerte (aktuelle Verbrauchswerte, Tagesendverbrauchswerte, Monatsendverbrauchswerte, Stichtagsverbrauchswerte, unterschiedliche Werte einer Verbrauchswerthistorie, erfasste Temperaturwerte oder dgl.) sein. Die Dateninformation gibt also die Art bzw. den Typ der Dateninformation an, bspw. eine bestimmte Temperatur, die natürlich verschiedene Datenwerte annehmen kann, ohne dass sich die Dateninformation (bestimmte Temperatur) ändert.
Der unterschiedliche Dateninhalt kann sich auch durch eine unterschiedliche Gruppierung von unterschiedlichen Daten (im Sinne von unterschiedlichen Dateninformationen) ergeben. Verschiedene Sendestandards können verschiedene definierte Normen, wie bspw. die europäische Norm EN 13757-4:2013, oder proprietäre Standards sein. Erfindungsgemäß wird für das Aussenden von Datentelegrammen der verschiedenen Datentelegrammtypen jeweils ein eigenes Prädiktions-Sendezeitschema verwendet wird, d.h. vorzugsweise jeder Datentelegrammtyp verwendet sein eigenes Prädiktions-Sendezeitschema.
So lassen sich verschiedene Dateninformationen (in dieser Offenbarung auch einfach als „Daten“ bezeichnet) mit der jeweils erforderlichen Aktualität übertragen, wobei die einzelnen Aussendungen der Datentelegramme ausreichend kurz sind, um durch batteriebetriebene Sensorsendegeräte realisiert werden zu können. Aufgrund der Prädiktion der Sendezeitpunkte können die Empfangsgeräte auch genau zu den Sendezeitpunkten entsprechend kurze Empfangszeitfenster öffnen, so dass auch batteriebetriebene Empfangsgeräte genutzt werden können. Da die Prädiktions-Sendezeitschemata für die verschiedenen Datentelegrammtypen unabhängig voneinander realisiert werden, lassen sich flexibel auch standardkonforme Übertragungsverfahren mit speziellen Anforderungen bestimmter Daten (im Sinne von Datentypen) kombinieren, die durch den Standard nicht realisiert werden können, bspw. weil kein Datenfeld für die gewünschten Dateninformationen vorgesehen ist und/oder die gewünschte Datenrate (d.h. das gewünschte Sendeintervall) mit dem Standard nicht realisiert werden kann.
Diese speziellen Anforderungen für bestimmte Daten werden erfindungsgemäß also durch Datentelegramme eines anderen Datentelegrammtyps mit einem anderen (eigenen) Prädiktions-Sendezeitschema realisiert, das die Datentelegramme verschachtelt mit Datentelegrammen nach dem standardkonformen Übertragungsverfahren aussendet bzw. überträgt. Hierdurch wird der Standard in keiner Weise beeinflusst, sondern bspw. proprietär durch zusätzliche, unabhängige Datentelegramme eines anderen Datentelegrammtyps ergänzt.
Erfindungsgemäß wird also ein prädizierbares Sendezeitschema, beispielsweise das standardkonforme Sendezeitschema nach EN 13757-4:2013, verwendet, das einen Batteriebetrieb sowohl der als Sensorsendegeräte dienenden und unidirektional sendenden Verbrauchserfassungsgeräte als auch der als Empfängergeräte dienenden Datensammler erlaubt. Die verschiedenen Messwerte (bzw. allgemeiner Daten oder Dateninformationen), die das unidirektionale Verbrauchserfassungsgerät zur Verfügung stellt, werden dabei jeweils in einzelnen Aussendungen von Datentelegrammen übertragen, wobei ein Datentelegramm nur einen Datenwert (Messwert) oder eine Gruppe von zusammengefassten Datenwerten (Messwerten) enthalten kann, zumindest solange eine zulässige Gesamtlänge und/oder Aussendezeit für ein Datentelegramm nicht überschritten wird. Dabei können die verschiedenen Daten/Messwerte in Datentelegrammen der verschiedenen Datentelegrammtypen (mit dem jeweils aktuellen Datenwert) unterschiedlich häufig übertragen, bspw. abhängig von der Häufigkeit ihrer Entstehung bzw. ihrer Generierung im Verbrauchszähler oder dem Informationsbedarf einer auf Seiten des Datenempfängers nachgelagerten Applikation.
Da die nach verschiedenen Datentelegrammtypen aufgeteilten Daten erfindungsgemäß gesondert (d.h. in gesonderten eigenständigen Datentelegrammen nach gesonderten Prädiktions-Sendezeitschemata) übertragen werden, lassen sich die einzelnen Aussendungen (Datentelegramme) so kurz gestalten, dass sogar ein oben bereits beschriebenes Kodemultiplexverfahren eingesetzt (ggf. auch abhängig von den Datentelegrammtyp) werden kann. Damit ist eine erhebliche Reichweitenerhöhung bei der Übertragung Daten möglich, ohne dass zwangsläufig die Anzahl der Datentelegramme erhöht werden muss. Dies stellt eine bevorzugte Verwendungsmöglichkeit der Erfindung dar.
Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Verwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform für den Prädiktionsempfang kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Sendezeitpunkte der Datentelegramme in den verschiedenen Prädiktions-Sendezeitschemata durch (nominelle) Nenn-Sendezeitpunkte eines Nenn-Sendeintervalls des jeweiligen Prädiktions-Sendezeitschemas und dessen zeitliche Phasenverschiebung relativ zu den Nenn-Sendeintervallen der anderen Prädiktions-Sendezeitschemata definiert werden. Das Nenn-Sendeintervall ist die zeitliche Dauer zwischen aufeinanderfolgend ausgesendeten Datentelegrammen bzw. Nenn-Sendezeitpunkten desselben Prädiktions-Sendezeitschemas.
Grundsätzlich können die Nenn-Sendezeitpunkte durch die Wahl der Nenn-Sendeintervalle und die zeitliche Phasenverschiebung jedes der Nenn-Sendeintervalle (bspw. empirisch) durch Erstellung von Sendezeit-Zeitstrahlen mit den Nenn-Sendezeitpunkten (Nenn-Sendeintervall) der Aussendungen der Datentelegramme und Verschieben dieser Sendezeit-Zeitstrahlen relativ zueinander (Phasenverschiebung) so angepasst bzw. verschoben werden, dass die Nenn-Sendezeitpunkte gar nicht oder möglichst wenig überlappen. Die Sendezeit-Zeitstrahlen können explizit als Zeitstrahlen oder implizit durch Rechenvorschriften gebildet werden, welche das zeitliche Verhalten der Aussendungen der Datentelegramme abbilden.
Für zwei Nenn-Sendeintervalle ergibt sich ein vollständiger Sendezyklus spätestens nach einer Zeit, die dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen (der zeitlichen Länge) der Nenn-Sendeintervalle entspricht. Nach diesem vollständigen Sendezyklus wiederholt sich der vorhergehende Sendezyklus in identischer Weise bezogen auf die zeitlichen Phasenlagen der einzelnen Sendezeitpunkte, wobei zu übertragende Daten ggf. aktualisiert werden.
Daher ist es für die Festlegung der Phasenlagen der Nenn-Sendeintervalle zweier Prädiktions-Sendezeitschemata ausreichend, einen vollständigen Sendezyklus dahingehend zu optimieren, dass die Nenn-Sendezeitpunkte der verschiedenen Nenn-Sendeintervall sich während dieses vollständigen Sendezyklus möglichst wenig überschneiden.
Der Nenn-Sendezeitpunkt der Datentelegramme kann begrifflich insbesondere die Dauer der Aussendung mit umfassen, welche durch die tatsächliche Sendezeit und eine mögliche Ladezeit eines Stützkondensators nach der Aussendung (d.h. bis die nächste Aussendung eines Datentelegramms erfolgen kann) gebildet wird. Der Nenn-Sendezeitpunkt kann also strenggenommen eine Zeitdauer bzw. ein Zeitraum sein. Diese Zeitdauer/Zeitraum wird in dieser Offenbarung der Einfachheit halber dennoch als „Sendezeitpunkt“ oder „Nenn-Sendezeitpunkt“ bezeichnet. Der Sendezeitpunkt oder Nenn-Sendezeitpunkt (als Zeitdauer) wird im Folgenden so angegeben, dass sich die Dauer der Aussendung einschließlich ggf. der Ladezeit des Stützkondensators an den nominellen Nenn-Sendezeitpunkt anschließen. Der nominelle Nenn-Sendezeitpunkt wird in dieser Offenbarung auch kurz als Nenn-Sendezeitpunkt bezeichnet (an den sich dann die Dauer der Aussendung anschließt).
Ferner kann, wie später noch beschrieben wird, auch ein möglicher Schwankungsbereich der (tatsächlichen) Sendezeitpunkte um die (nominellen) Nenn-Sendezeitpunkte so berücksichtigt werden, dass sich die (tatsächlichen) Sendezeitpunkte in den verschiedenen Prädiktions-Sendezeitschemata möglichst wenig überlappen.
In diesem Fall können in den Sendezeit-Zeitstrahlen statt des Nenn-Sendezeitpunkts jeweils der Schwankungsbereich um den Nenn-Sendezeitpunkt eingetragen werden.
Bei unterschiedlicher Phasenlage und beliebigen (verschiedenen) Nenn-Sendeintervallen kann es vereinzelt im Laufe des vollständigen Sendezyklus zu Kollisionen kommen, die jedoch in der Regel schon bei dem nächsten Datentelegramm dieses Prädiktions-Sendezeitschemas nicht mehr auftreten und daher die Funktion nicht stören.
Für Optimierung der Sendezeitpunkte anhand von Sendezeit-Zeitstrahlen zur Vermeidung von Kollisionen kann es vorteilhaft sein, wenn die Nenn-Sendeintervalle den Faktor 10 eines Basis-Sendeintervalls nicht überschreiten, wobei das Basis-Sendeintervall als die kürzeste Dauer zwischen zwei aufeinander folgenden Aussendungen eines Datentelegramms in einem der angewendeten Prädiktions-Sendezeitschemata gewählt werden kann, wie später noch ausführlicher beschrieben. Dies führt zu kurzen vollständigen Sendezyklen (zumindest in Einheiten des Basis-Sendeintervalls), die übersichtlich sind und eine Optimierung der Sendezeitpunkte (ggf. auch als Zeiträume mit oder ohne Schwankungsbereich) zur Vermeidung von Kollisionen bei der Aussendung von Datentelegrammen einfach zulassen.
Die vorgenannten Definitionen sind auch in 1 dargestellt.
Im Rahmen eines Verbrauchserfassungsnetzwerks kann ein solches Basis-Sendeintervall für den Prädiktionsempfang bspw. zwischen 1 Minute und 20 Minuten liegen, bspw. bei 4 Minuten, 10 Minuten oder 17 Minuten. Grundsätzlich ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Nach der Norm EN 13757-4:2013 ist das Nenn-Sendeintervall als t_NOM = n × 2 s definiert, wobei n eine geeignet gewählte natürliche Zahl ist.
Die Erfindung lässt sich grundsätzlich jedem definierten Nenn-Sendeintervall realisieren, bei dem die Datentelegramme im Vergleich zu dem Nenn-Sendeintervall ausreichend kurz sind. Allgemeiner ausgedrückt soll der erlaubte Duty-Cycle des verwendeten Frequenzbands, definiert als das Verhältnis der Dauer eines Datentelegramms bezogen auf das Nenn-Sendeintervall und gemittelt über eine Stunde, nicht überschritten werden. Dabei tragen die Aussendungen aller Datentelegrammtypen zum Duty Cycle bei, der also von der Summe aller Aussendungen eingehalten werden muss.
Wählt man ein Basis-Sendeintervall von bspw. 10 Minuten, lassen sich ein Nenn-Sendeintervall von 17 Minuten durch den Faktor 1,7 für das erste Prädiktions-Sendezeitschema und von 83 Minuten durch den Faktor 8,3 für ein zweites und ein drittes Prädiktions-Sendezeitschema wählen. Der vollständige Sendezyklus dauert dann die Zeit T_Sendezyklus = 14.110 Minuten (d.h. allgemeiner dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen aller Nenn-Sendeintervalle). Dieser Zeitraum lässt sich noch einfach anhand von Sendezeit-Zeitstrahlen optimieren, deren Phasenlage relativ zueinander so eingestellt wird, dass möglichst wenig Überschneidungen auftreten.
Das Beispiel verdeutlicht den nachstehend erwähnten, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform genutzten Vorteil der gebrochen ganzzahligen Verhältnisse der verschiedenen Nenn-Sendeintervalle. Wenn das obige Beispiel leicht angepasst wird, werden wesentlich kleinere und damit besser handhabbare Dauern für den vollständigen Sendezyklus erreicht. Bei Nenn-Sendeintervallen von 12min, 18min und 90min beträgt der vollständige Sendezyklus (das kleinste gemeinsame Vielfache KGV aller Intervalle) nur 180min.
Um durch ein systematisches Vorgehen eine Kollision von Datentelegrammen zu vermeiden, kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Nenn-Sendeintervalle der Prädiktions-Sendezeitschemata als jeweils ganzzahliges Vielfaches eines Basis-Sendeintervalls gewählt werden. Dies ist gleichbedeutend damit, dass der Quotient der Nenn-Sendeintervalle von zwei Prädiktions-Sendezeitschemata ein gebrochen ganzzahliges Verhältnis bildet.
Es ist vorteilhaft, dass die Nenn-Sendeintervalle der verschiedenen Prädiktions-Sendezeitschemata unterschiedliche Vielfache (in diesem Zusammenhang sind ganzzahlige Vielfache gemeint) des Basis-Sendeintervalls (oder allgemeiner unterschiedliche Nenn-Sendeintervalle) und/oder unterschiedliche Phasenlagen aufweisen, um die Kollisionswahrscheinlichkeit für Aussendungen von Datentelegrammen unterschiedlicher Prädiktions-Sendezeitschemata zu minimieren.
Das Basis-Sendeintervall stellt somit das kürzeste der möglichen Nenn-Sendeintervalle dar, wenn als Vielfaches der Faktor 1 verwendet wird, was durch den Begriff „Vielfaches“ mit erfasst ist bzw. sein soll.
Das Basis-Sendeintervall (d.h. dessen Dauer) kann gerade der Anzahl „eins“ der gewählten Einheit entsprechen. Die Einheit kann bspw. Millisekunden, Sekunden, Minuten oder dergleichen ein. Das Basis-Sendeintervall kann aber bspw. auch so gewählt werden, dass es gerade die Sendehäufigkeit einstellt, mit der Datentelegramme im schnellsten Fall nach einem der angewendeten Prädiktions-Sendezeitschemata gesendet werden sollen, bspw. 4 Minuten.
Der ein gebrochen ganzzahliges Verhältnis bildende Quotient 2/3 besagt für diesen Beispielfall eines 4-minütigen Basis-Sendeintervalls gerade, dass nach dem ersten Prädiktions-Sendezeitschema Datentelegramme alle 8 Minuten = 2 . 4 Minuten und nach den zweiten Prädiktions-Sendezeitschema alle 12 Minuten = 3 . 4 Minuten (entsprechend dem Nenn-Sendeintervall ohne Berücksichtigung des Schwankungsbereichs) ausgesendet werden. Dies entspricht den (nominellen) Nenn-Sendezeitpunkten. Bei Anwendung des Schwankungsbereichs verschieben sich die Sendezeitpunkte zeitlich maximal in diesen Schwankungsbereich.
Indem die Nenn-Sendeintervalle als ganzzahliges Vielfaches eines Basis-Sendeintervalls gewählt werden, sind in den Sendezeit-Zeitstrahlen für die Prädiktions-Sendezeitschema die grundsätzlich möglichen Sendezeitpunkte (bzw. Zeiträume in dem bereits erläuterten Kontext) für die Aussendung von Datentelegrammen als ganzzahliges Vielfaches des Basis-Sendeintervalls festgelegt. Welcher der Nenn-Sendezeitpunkte tatsächlich realisiert wird, hängt von dem ganzzahligen Vielfachen des Basis-Sendeintervalls ab, das für das Nenn-Sendeintervall des jeweiligen Prädiktions-Sendezeitschema realisiert wird. Bei einem ganzzahligen Vielfachen von 5 wird in dem Nenn-Sendeintervall nur jeder fünfte der grundsätzlich möglichen Nenn-Sendezeitpunkte wahrgenommen.
Die nicht innerhalb dieser grundsätzlich möglichen Zeitpunkte bzw. Zeiträume für die Aussendung von Datentelegrammen liegenden Zeiten in dem Sendezeit-Zeitstrahl des Prädiktions-Sendezeitschemas können für eine Aussendung von Datentelegrammen eines phasenverschobenen Prädiktions-Sendezeitschemas verwendet werden, ohne dass es zu Kollisionen der ausgesendeten Datentelegramme kommen kann.
So können durch Verschiebung der Sendezeit-Zeitstrahlen relativ zueinander die Phasenverschiebungen der Nenn-Sendeintervalle der verschiedenen Prädiktions-Sendezeitschemata so eingestellt werden, dass eine kollisionsfreie Aussendung aller Datentelegramme erreicht werden kann.
Dies liegt daran, dass alle möglichen Nenn-Sendezeitpunkte in allen Sendezeit-Zeitstrahlen (d.h. alle ganzzahligen Vielfachen des Basis-Sendeintervalls unabhängig von dem tatsächlichen Nenn-Sendeintervall) der verschiedenen Prädiktions-Sendezeitschemata bekannt sind und jeweils denselben Abstand (SendeIntervall) aufweisen. Durch eine zeitliche Phasenverschiebung der Nenn-Sendeintervalle von zwei Prädiktions-Sendezeitschemata relativ zueinander werden alle diese möglichen (sowohl die genutzten als auch die nicht genutzten) Nenn-Sendezeitpunkte in Phase zueinander verschoben, so dass eine Überscheidung nicht auftreten kann, wenn die Phasenverschiebung einmal richtig eingestellt ist.
Dies veranschaulicht 1 für das erste und das zweite Nenn-Sendeintervall, die gerade durch das 2-fache bzw. 4-fache des Basis-Sendeintervalls gebildet sind.
Eine Überschneidung kann erfindungsgemäß dadurch vermieden werden, dass die zeitliche Phasenverschiebung zwischen den Nenn-Sendeintervallen zweier Prädiktions-Sendezeitschemata einem nicht-ganzzahligen Vielfachen des Basis-Sendeintervalls entspricht. So überlappen die Nenn-Sendezeitpunkte für die Aussendungen der Datentelegramme der verschiedenen Prädiktions-Sendezeitschemata nicht, wobei natürlich die Dauer für die Aussendung der Datentelegramme (und ein möglicher Schwankungsbereich) mit berücksichtigt werden kann. Die Berücksichtigung dieser Zeiträume als Sendezeitpunkte führt dazu, dass sich durch die Länge dieser Zeitraums ergebende definierte Intervalle aus einem Zahlenstrahl der reellen Zahlen um die natürlichen Zahlen (einschließlich der Zahl 0) herum als Faktor für das Basis-Sendeintervall ausgeblendet wird. Vorzugsweise wird als Phasenverschiebung für jedes der verwendeten Prädiktions-Sendezeitschemata ein geeigneter (jeweils verschiedener) Faktor zwischen 0 und 1, d.h. ein Faktor kleiner 1, verwendet. Hierdurch wird sichergestellt, dass keines der Datentelegramme überlappt, auch wenn alle Datentelegramme zufällig in demselben Basisintervall übertragen würden. Dies ist in der Praxis meist nicht der Fall; dennoch wird vorzugsweise in jedem Basis-Sendeintervall ein Nenn-Sendezeitpunkt (umfassend die Dauer der Aussendung und einen möglichen Schwankungsbereich) reserviert.
Dies kann einfacher Weise dadurch erreicht werden, dass für die Nenn-Sendeintervalle aller Prädiktions-Sendezeitschemata jeweils eine verschiedene Phasenverschiebung vorgesehen wird. Indem die Nenn-Sendeintervalle der verschiedenen Prädiktions-Sendezeitschemata jeweils eine eigene Phasenverschiebung aufweisen, wird eine geringstmögliche Überlappung der bzw. einzelner Sendezeitpunkte (Nenn-Sendezeitpunkte oder tatsächliche Sendezeitpunkte) erreicht. Dies gilt grundsätzlich, und vermeidet in dem vorbeschriebenen Fall, dass die Nenn-Sendeintervalle ganzzahlige Vielfache eines Basis-Sendeintervalls sind, bei geeigneter Größe der jeweiligen Phasenverschiebung sicher Kollisionen bei der Aussendung von Datentelegrammen aller in dem Sensorsendegerät vorgesehener Prädiktions-Sendezeitschemata.
Vorzugsweise wird die „verschiedene Phasenverschiebung“ auf genau einen Nenn-Sendezeitpunkt eines ausgewählten Prädiktions-Sendezeitschemas bezogen, der beliebig bestimmt werden kann und als Referenz-Sendezeitpunkt für die Ermittlung der Phasenverschiebung aller Prädiktions-Sendezeitschemata (bzw. deren Nenn-Sendeintervalle) dient. Im Falle von Nenn-Sendeintervallen, die als ganzzahliges Vielfache eines Basis-Sendeintervalls gewählt werden, und Phasenverschiebungen, die als nicht-ganzzahliges Vielfaches des Basis-Sendeintervalls gewählt werden, wird ein Basis-Sendeintervall für die Einstellung der Phasenverschiebung zugrunde gelegt.
Unter „verschiedene Phasenverschiebung“ wird verstanden, dass die Sendezeitpunkte (Zeitdauer/Zeiträume) der Datentelegramme jeweils nicht überlappen. Unter „Sendezeitpunkt“ wird der Zeitraum verstanden, in der ein Sender des Sensorgeräts durch die Aussendung eines Datentelegramms nicht für die Aussendung eines anderen Datentelegramms zur Verfügung steht. Dies umfasst zumindest die Dauer der Aussendung des Datentelegramms, d.h. die Zeit, in der der Sender des Sensorsendegeräts mit der Aussendung des Datentelegramms beschäftigt ist. Bei batteriebetriebenen Sensorsendegeräten steht die für die Aussendung des Datentelegramms benötigte Energie meist nicht direkt aus der Batterie zur Verfügung. In diesen Fällen kann ein Senderstützkondensator vorgesehenen sein, der nach der Aussendung eines Datentelegramms aus der Batterie wieder aufgeladen werden muss, bevor das nächste Datentelegramm ausgesendet kann. Auch diese Aufladezeit für den Senderstützkondensator wird im Rahmen dieser Offenbarung dem Begriff „Sendezeitpunkt“ bzw. „Dauer der Aussendung“ zugerechnet. Dies gilt sowohl für Nenn-Sendezeitpunkte der Datentelegramme nach dem Nenn-Sendeintervall als auch für die (tatsächlichen) Sendezeitpunkte, die in einem Schwankungsbereich um die Nenn-Sendezeitpunkte variieren.
Erfindungsgemäß können die (tatsächlichen) Sendezeitpunkte also in einem Schwankungsbereich zufällig um den durch das Nenn-Sendeintervall vorgegebenen Nenn-Sendezeitpunkt schwanken.
Der zufällige Schwankungsbereich kann durch stochastische oder pseudostochastische Variationen der Sendezeitpunkte erzeugt werden. Eine zufällige Variation der Sendezeitpunkte der Datentelegramme kann bspw. aufgrund von Vorgaben eines Übertragungsprotokolls vorgegeben sein, wie vorstehend bereits für die Norm EN 13757-4:2013 beschrieben. Solche Variationen der Sendezeitpunkte innerhalb des Schwankungsbereichs können bspw. zur Vermeidung bzw. Minimierung systematischer Kollisionen von Datentelegrammen verwendet werden, die in nominell gleichen Sendeintervallen gleicher Phasenlage versendet werden oder bei verschiedenen Nenn-Sendeintervallen und Phasenlagen eines Sensorsendegeräts selten periodisch auftreten würden. Außerdem werden systematische Kollisionen zwischen verschiedenen Sensorsendegeräten in demselben Verbrauchsdaten-Erfassungssystem vermieden und die Anzahl tatsächlicher Kollisionen vermindert.
Diese Schwankungsbereiche um die Nenn-Sendezeitpunkte können immer vorgesehen sind, auch wenn dies vorstehend oder im Folgenden nicht ausdrücklich erwähnt ist und nur auf die Nenn-Sendeintervalle Bezug genommen wird. Die dadurch bedingte Variation der Sendezeitpunkte der Datentelegramme wird bei der Ermittlung der Phasenverschiebung der Nenn-Sendeintervalle der Prädiktions-Sendezeitschemata in dem Sinne berücksichtigt, dass der Sendezeitpunkt als der Zeitraum verstanden wird, in dem die reale Aussendung des Sendetelegramms erfolgen kann (also einschließlich der Dauer der Aussendung und ggf. einer Aufladezeit für den Sendestützkondensator in dem angegebenen Schwankungsbereich).
Der Schwankungsbereich kann vorzugsweise auf die Dauer des Nenn-Sendeintervalls bezogen sein und bis etwa ±5% oder vorzugsweise etwa ±3% der Dauer des Nenn-Sendeintervalls betragen. Im Falle der Norm EN 13757-4:2013 beträgt dieser Schwankungsbereich etwa ±3%.
In diesem Schwankungsbereich dürfen die tatsächlichen Sendezeitpunkte eines Datentelegramms des Nenn-Sendintervalls um den Nenn-Sendezeitpunkt zeitlich schwanken. Auch in diesem Fall gilt, dass Sendezeitpunkt durch den Nenn-Sendezeitpunkt definiert wird, um den herum lediglich eine gewisse zufällige Schwankung im Sinne einer zeitlichen Abweichung (bspw. entsprechend einer definierten pseudostochastischen Vorgabe) definiert wird.
Vorzugsweise ist der Schwankungsbereich symmetrisch um den Nenn-Sendezeitpunkt angeordnet. Der (tatsächliche) Sendezeitpunkt kann dann um den Schwankungsbereich vor (negative zeitliche Abweichung) oder nach (positive zeitliche Abweichung) dem Nenn-Sendezeitpunkt liegen. Der Schwankungsbereich ist insbesondere der Betrag der größten positiven und negativen Abweichung um den Nenn-Sendezeitpunkt. Im Fall unterschiedlicher positiver und negativer Abweichungen kann auch die absolut größte Abweichung (positiv oder negativ) als Schwankungsbereich definiert werden.
Der Schwankungsbereich stellt also ausgehend von dem Nenn-Sendezeitpunkt einen Zeitraum dar, in dem der tatsächliche Sendezeitpunkt eines Datentelegramms liegen kann. Bei der Optimierung der verschiedenen Prädiktions-Sendezeitschemata kann dieser Zeitraum der Schwankungsbreite ähnlich berücksichtigt werden, wie dies bereits für den Zeitraum beschrieben ist, der die Dauer der Aussendung und ggf. das Wiederaufladen des Sendestützkondensators umfasst. Dazu schließt der Sendezeitpunkt in dem Sendezeit-Zeitstrahl die gesamte (positive und negative) Zeitdauer des Schwankungsbereichs mit ein. Diese Zeitdauer ist durch den Nenn-Sendezeitpunkt des Nenn-Sendeintervalls eines Prädiktions-Sendezeitschemas dann blockiert, und darf von (entsprechend gebildeten) Sendezeitpunkten der anderen Prädiktions-Sendezeitschemata nicht verwendet werden.
Dies wird anhand eines Beispiels erläutert, das unter Bezug auf 2 beschrieben wird.
Beträgt das Basis-Sendeintervall 100 s und die Zeitdauer für die Aussendung eines Datentelegramms inklusive Ladezeit für den Sendestützkondensator 5 ms sowie der Schwankungsbereich 10 ms, dann muss um jeden nominellen Nenn-Sendezeitpunkt ein Intervall mit dem Betrag von 10 ms vor dem nominellen Nenn-Sendezeitpunkt und ein Intervall mit dem Betrag von 15 ms dem nominellen Nenn-Sendezeitpunkt eines Datentelegramms ausgeblendet werden. Dieses Intervall gibt die Zeitdauer an, in der kein anderes Datentelegramm ausgesendet werden darf.
Nach einem Datentelegramm eines ersten Prädiktions-Sendezeitschemas (kurz: „erstes Datentelegramm“) steht als Bereich des Basis-Sendeintervalls für die Aussendung ein anderen Datentelegramms nach einem zweiten Prädiktions-Sendezeitschema (kurz: „zweites Datentelegramm“) also nur der Zeitraum [0,015 s; 99,990 s] des Basis-Sendeintervalls zur Verfügung, wenn für alle denkbaren Basis-Sendeintervalle eine Kollision mit einem Datentelegramm des ersten Nenn-Sendezeitschemas vermieden werden soll. Der tatsächliche Sendezeitpunkt (Zeitdauer) des anderen Datentelegramms des zweiten Prädiktions-Sendezeitschemas (unter Berücksichtigung der Dauer des Aussendendes des Datentelegramms und der Schwankungsbreite) muss also vollständig in dem Zeitraum des [0,015 s; 99,990 s] des Basis-Sendeintervalls liegen.
Wenn man für das zweite Datentelegramm (anderes Datentelegramm nach dem zweiten Prädiktions-Sendezeitschema) dieselbe Dauer für die Aussendung und dieselbe Schwankungsbreite annimmt, darf der (nominelle) Nenn-Sendezeitpunkt für das zweite Datentelegramm also nur in dem Zeitraum [0,025 ms, 99,975ms]. Die minimale Phasenverschiebung des zweiten zu dem ersten Datentelegramm liegt also bei 0,025 s, die maximale Phasenverschiebung also bei 99,775 s, jeweils bezogen auf ein Basis-Sendeintervall.
Der Faktor zur Multiplikation mit dem Basis-Sendeintervall (100ms in dem Beispiel) für die Ermittlung der Phasenverschiebung zwischen dem ersten und dem zweiten Datentelegramm muss also zwischen 0,025/100=0,00025 und 99,975/100=0,99975 liegen. Je nach Nenn-Sendeintervall des ersten und des zweiten Prädiktions-Sendezeitschemas muss natürlich nicht nach jedem Datentelegramm des ersten Prädiktions-Sendezeitschemas ein Datentelegramm des zweiten Prädiktions-Sendezeitschemas ausgesendet werden. Wenn ein zweites Datentelegramm ausgesendet wird, folgt es aber immer mit der gewählten Phasenverschiebung nach dem ersten Datentelegramm.
Grundsätzlich kann für mehr als zwei Prädiktions-Sendezeitschemata die Phasenverschiebung auf vergleichbare Weise ermittelt werden. Abstrakter formuliert wird für die Ermittlung der Phasenverschiebung eines Datentelegramms nach einem weiteren Prädiktions-Sendezeitschema also in dem Basis-Sendeintervall ein für die Aussendung des Datentelegramms noch freier Zeitraum ermittelt und die Phasenverschiebung für den nominellen Nenn-Sendezeitpunt so eingestellt, dass der Sendezeitpunkt (Zeitdauer) inklusive der Dauer für die Aussendung und eines Schwankungsbereichs vollständig in dem noch freien Zeitraum liegt.
In der Praxis kann auch ein ausreichend großer Sicherheitsabstand zu dem Bereich der zulässigen Phasenverschiebung gewählt werden, der bspw. etwa mindestens 0,5s von oder zu dem nächsten Nenn-Sendezeitpunkt eines Datentelegramms beträgt. Hierdurch ist die Zeitdauer für die Aussendung eines Datentelegramms inklusive Ladezeit für den Sendestützkondensator sicher nach oben abgeschätzt, die in der Praxis üblicher Weise nicht mehr als 500 ms beträgt.
Konkret kann die (zeitliche) Phasenverschiebung zwischen dem (nominellen) Nenn-Sendezeitpunkt eines Datentelegramms eines (ersten) Prädiktion-Sendezeitschemas und dem (nominellen) Nenn-Sendezeitpunkt des nächst folgenden Datentelegramms eines weiteren (zweiten) Prädiktions-Sendezeitschemas dadurch ermittelt werden, dass

- die längste Dauer der Aussendung eines Datentelegramms nach einem der Prädiktions-Sendezeitschemata ermittelt wird und dass
- der Betrag der größten Schwankungsbreite in positiver oder negativer Richtung um den nominellen Nenn-Sendezeitpunkt eines Datentelegramms nach einem der Prädiktions-Sendezeitschemata ermittelt wird.

Das nächst folgende Datentelegramm des weiteren (zweiten) Prädiktions-Sendezeitschemas soll das Datentelegramm sein, das bei einer Aussendung in demselben Basis-Sendeintervall dem Datentelegramm des einen (ersten) Prädiktionsschemas mit der kürzesten Phasenverschiebung folgt. Die Begriffe „erstes“ und „zweites“ Prädiktions-Sendezeitschema sind nicht im Sinne Aufzählung zu verstehen, sondern im Sinne einer zeitlichen Abfolge der Nenn-Sendezeitpunkte der verschiedenen Prädiktions-Sendezeitschemata im Sinne des zeitlich früheren (ersten) und des zeitlich späteren (zweiten) Nenn-Sendezeitpunkts. Diese Begriffe gelten entsprechend auch bei mehr als zwei Nenn-Sendezeitpunkten.
Die Phasenverschiebung zwischen dem Nenn-Sendezeitpunkt des Datentelegramms des einen (ersten) Prädiktions-Sendezeitschemas und dem Nenn-Sendezeitpunkt des nächst folgenden Datentelegramms des weiteren (zweiten) Prädiktions-Sendezeitschemas wird dann erfindungsgemäß größer als die Summe aus der Dauer der Aussendung dem zweifachen Betrag der größten Schwankungsbreite um den Nenn-Sendezeitpunkt gewählt.
Ergänzend kann erfindungsgemäß ein Sicherheitsabstand bei der Bestimmung der Phasenverbschiebung berücksichtigt werden, der praktischer Weise direkt der Dauer der Aussendung des Datentelegramms zugerechnet werden kann. Die für die Berechnung der Dauer der Aussendung des Datentelegramms berücksichtigte Zeitspanne kann entsprechend die tatsächliche durch den Sender benötigte Sendezeit, die Zeit für das Wiederaufladen des Senderstützkondensators und den Sicherheitsabstand umfassen. Der Sicherheitsabstand kann vorzugsweise mindestens den Betrag der Schwankungsbreite umfassen. Je nach Anzahl der in dem Basis-Sendeintervall zu sendenden Datentelegramme kann der Sicherheitsabstand ansonsten aber frei angepasst werden. In jedem Fall ist der Sicherheitsabstand kleiner als die Dauer des Basis-Sendeintervalls.
Es ist erfindungsgemäß vorteilhaft, die Phasenverschiebung des nominellen Nenn-Sendezeitpunkts für die Prädiktions-Sendezeitschemata als von dem Anfang des Basis-Sendeintervalls gemessene Zeitdauer zu bestimmen. Dies erfolgt ggf. zusätzlich zur Bestimmung der Phasenverschiebung relativ zu dem Nenn-Sendezeitpunkt zuletzt ausgesendeten letzten Datentelegramms eines anderen Prädiktions-Sendezeitschemas, das bezogen auf den Beginn des Basis-Sendeintervalls vor dem Datentelegramm liegt (nächst vorangehende Datentelegramm). Das Festlegen der Phasenverschiebung (vorzugsweise des Nenn-Sendezeitpunkts ohne Berücksichtigung eines möglichen Schwankungsbereichs) für jedes Prädiktions-Sendezeitschema ab dem Beginn des Basis-Sendeintervalls hat den Vorteil, dass die Phasenverschiebung unabhängig von anderen Prädiktions-Sendezeitschemata genau definiert ist und mit Kenntnis des Basis-Sendeintervalls (einschließlich dessen zeitlicher Lage) angewendet werden kann. Für die Praxis kann es sowohl für Sender als auch Empfänger allerdings sinnvoll sein, den Sendezeitpunkt eines Datentelegramms relativ zu dem zuletzt davor gesendeten Datentelegramm zu ermitteln (d.h. die Phasenverschiebung zu dem nächst vorangehenden Datentelegramm zu bestimmen), weil so Gangunterschiede der Uhrenbausteine in Sender und Empfänger eine möglichst geringe Auswirkungen auf die Ermittlung der Sende- und Empfangszeitpunkte haben.
Erfindungsgemäß kann die Phasenverschiebung zwischen dem Nenn-Sendezeitpunkt des nächst vorangehenden Datentelegramms des einen Prädiktions-Sendezeitschemas und dem Nenn-Sendezeitpunkt des nächst folgenden Datentelegramms des weiteren Prädiktions-Sendezeitschemas kleiner gewählt wird als die Differenz der Summe aus der von dem Anfang des Basisintervalls berechnete Phasenverschiebung des nächst vorangehenden Datentelegramms des einen Prädiktions-Sendezeitschemas, der Dauer der Aussendung und dem zweifachen Betrag der größten Schwankungsbreite um den Nenn-Sendezeitpunkt von dem Basisintervall, d.h. der Dauer des Basisintervalls. Durch diese Art der Berechnung der Phasenverschiebung wird sichergestellt, dass die Phasenverschiebung so gewählt wird, dass der tatsächliche Sendezeitpunkt in einem zeitlichen Bereich des Basisintervalls liegt, in dem die Aussendung des Datentelegramms eines Prädiktions-Sendezeitschemas (auch unter Berücksichtigung eines möglichen Schwankungsbereichs) nicht durch die Aussendung eines Datentelegramms eines anderen Prädiktions-Sendezeitschemas gestört wird.
Eine erfindungsgemäß besonders vorteilhafte Anordnung von Nenn-Sendezeitpunkten der Datentelegramme verschiedener Prädiktions-Sendezeitschemata kann sich ergeben, wenn die Phasenverschiebungen der Nenn-Sendezeitpunkte von Datentelegrammen der Prädiktions-Sendezeitschemata in einem Basis-Sendeintervall nach steigender Länge des Nenn-Sendeintervalle sortiert werden.
Bei mehreren Prädiktions-Sendezeitschemata kann mit anderen Worten und gemäß einer bevorzugten Ausführungsform also vorgeschlagen werden, dass die Nenn-Sendezeitpunkte der Datentelegramme der verschiedenen Nenn-Sendeintervalle so angeordnet werden, dass die Datenteleramme der verschiedenen Prädiktions-Sendezeitschemata in einem Basis-Sendeintervalls in einer zeitlichen Abfolge ausgesendet werden, die einer ansteigenden Sortierung der Länge der Nenn-Sendeintervalle entspricht. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die Nenn-Sendezeitpunkte der Datentelegramme der Prädiktions-Sendezeitschemata, die häufiger gesendet werden, in dem Basis-Sendeintervall früher gesendet werden als Datentelegramme, die weniger oft gesendet werden.
Eine solche Verteilung und Anordnung der Sendeintervalle hilft bei der Optimierung der Länge der Empfangszeitfenster in dem Empfangsgerät, weil die Unsicherheit in der Systemuhrzeit zwischen Sensorsendegerät und Empfänger umso kleiner ist, je kürzer der vorherige Empfang eines Datentelegramms zu einem anstehenden Empfang des nächsten Empfangszeitfensters ist. Dies liegt an dem hier verwendeten Prädiktionsempfang, weil die Sende- und damit auch die Empfangszeitpunkte der verschiedenen Datentelegramme entsprechend den verschiedenen Prädiktions-Sendeschemata bekannt sind. Damit kann das Empfangsgerät die Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Datentelegrammen desselben Sendegeräts sehr genau abschätzen, auch wenn die Systemuhrzeit zwischen Sensorsendegerät und Empfangsgerät bspw. aufgrund von Toleranzen der verwendeten Uhrenquarze divergieren.
Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen werden, dass die Länge des durch das Empfangsgerät zu den Sendezeitpunkten geöffneten Empfangsfensters abhängig von der Dauer seit dem letzten Empfang eines nach dem Prädiktions-Sendezeitschema empfangenen Datentelegramms gewählt wird, sich insbesondere mit dieser Dauer verlängert.
Grundsätzlich ist es erfindungsgemäß für jedes Nenn-Sendeintervall möglich, die Phasenverschiebung um ein ganzzahliges Vielfaches eines Basis-Sendeintervalls zu verlängern oder zu verkürzen. Hierdurch wird die relative Phasenlage der verschiedenen Nenn-Sendeintervalle der verschiedenen Prädiktions-Sendezeitschemata nicht verändert. Die Datentelegramme werden lediglich nicht mehr in demselben Basis-Sendeintervall übertragen, sondern in verschiedenen Basis-Sendeintervallen. Die relative Lage der nominalen Nenn-Sendezeitpunkte zu dem Beginn des Basissendeintervalls, in dem die Übertragung dann tatsächlich stattfindet, bleibt aber gleich.
In Erweiterung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Aussendung von Daten durch Datentelegramme verschiedener Datentelegrammtypen mit jeweils eigenen Prädiktions-Sendezeitschemata kann erfindungsgemäß in einer Variante der Erfindung vorgeschlagen werden, dass für einen Datentelegrammtyp nach einem Prädiktions-Sendezeitschema vorgesehen wird, nach dem Aussenden eines auslösenden Datentelegramms nach einem der Prädiktions-Sendezeitschemata in einem Mehrfachaussendungs-Zeitraum eine vorgegebene, insbesondere einstellbar vorgegebene, Anzahl von Mehrfachaussendungen dieses auslösenden Datentelegramms oder eines anderen definierten Datentelegramms auszusenden. Die Anzahl von Mehrfachaussendungen kann 1 oder größer als 1 sein, wobei die Zeitpunkte der Mehrfachaussendungen durch den Empfänger prädizierbar oder nicht prädizierbar sein können. Für diesen einen Datentelegrammtyp gibt das erfindungsgemäß vorgeschlagene Prädiktions-Sendezeitschema anstelle der Sendezeitpunkte der einzelnen Datentelegramme (bspw. durch Vorgabe der nominellen Nenn-Sendezeitpunkte) erfindungsgemäß also nur einen Mehrfachaussendungs-Zeitraum vor, in der die Aussendung einer vorgegebenen Anzahl der Datentelegramme erfolgt.
Hierdurch ist es möglich, bestimmte Datentelegramme auch mit einer höheren Datenrate zu übertragen, als sie beispielsweise durch ein Basis-Sendeintervall erreichbar ist. Es können auch Aussendungen nach einem Sendezeitschema erfolgen, in dem die genauen Sendezeitpunkte der einzelnen in dem Mehrfachaussendungs-Zeitraum ausgesandten Telegramme für den Empfänger nicht prädizierbar sind. Die einzelnen Datentelegramme sind nur dann prädizierbar, wenn dem Empfänger bekannt ist, wann die einzelnen Datentelegramme der vorgegebenen Anzahl der Datentelegramme innerhalb des Mehraussendungs-Zeitraums gesendet werden.
Während ein Hauptanwendungsgebiet des Prädiktionsempfangs stationär in einem Gebäude angebrachte, batteriebetriebene Datensammler sind, kommen die Mehrfachaussendungen bspw. für mobile Empfangsgeräte in Betracht, mit denen bspw. Stichtagswerte eines Verbrauchserfassungssystems kurz nach einem Stichtag durch eine Walk-in, Walk-by oder Drive-by Ablesung ausgelesen werden sollen. Diese mobilen Geräte befinden sich üblicher Weise während der Ablesung in einem Gebäude im Dauerempfang, so dass kein Prädiktionsempfang notwendig ist, bei dem zu den prädizierbaren Sendezeitpunkten Empfangszeitfenster geöffnet werden. Damit die Stichtagswerte bei der Ablesung möglichst schnell erfasst werden, ist jedoch eine möglichst hohe Datenrate bei der Aussendung der Stichtagswerte wünschenswert. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mehrfachaussendungen kann die Datenrate bis an die physikalischen Grenzen gesteigert werden. Damit ist gemeint, dass die Datentelegramme in einem minimalen Abstand ausgesendet werden könnten, der durch die Dauer der Aussendung eines Datentelegramms sowie die sich ggf. anschließende Ladezeit für den Sendestützkondensator (und ggf. einen einzuhaltenden Duty Cyle) vorgegeben ist. Diese Sendehäufigkeit lässt sich erreichen, ohne die Prädiktions-Sendezeitschemata zu stören. In der Praxis wird diese Sendehäufigkeit jedoch üblicher Weise niedriger ausfallen.
Das in den Mehrfachaussendungen ausgesandte Datentelegramm kann erfindungsgemäß dasselbe auslösende Datentelegramm sein, das die Mehrfachaussendungen auslöst und in einem der Prädiktions-Sendezeitschemata ausgesendet wurde. Es ist jedoch auch möglich, ein Datentelegramm zu erzeugen, das ausschließlich in Mehrfachaussenden ausgesendet wird und lediglich durch ein davon verschiedenes Datentelegramm (auslösendes Datentelegramm) nach einem der Prädiktions-Sendezeitschemata ausgelöst wird.
Der Mehrfachaussendungs-Zeitraum kann erfindungsgemäß in einem vorgegebenen, insbesondere einstellbar vorgegebenen, zeitlichen Abstand zu dem auslösenden Datentelegramm vorgesehen werden. So ist es möglich, den Mehrfach-Aussendungszeitraum unmittelbar an die Aussendung des auslösenden Datentelegramms anzuschließen. In diesem Fall kann zur Planung von kollisionsfreien Aussendungen der Datentelegramme der Mehrfach-Aussendungszeitraum unmittelbar der Aussendungszeit für das Datentelegramm hinzuaddiert werden. In diesem Fall lässt sich die zeitliche Planung der in dem Mehrfach--Aussendungszeitraum gesendeten Datentelegramme unmittelbar in die bereits erläuterte Planung für die nach den Prädiktions-Sendezeitschemata ausgesandten Datentelegrammen einbinden.
Der Mehrfach-Aussendungszeitraum wird dabei gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise so gewählt, dass er in einem freien Bereich des Basis-Sendeintervalls liegt, der nicht durch mögliche Aussendungen anderen Datentelegramme bereits belegt ist.
Ohne Empfang des vorausgegangenen Datentelegramms im Prädiktionsempfang (die Mehrfachaussendungen auslösendes Datentelegramm) kann das Empfangsgerät das die Mehrfachaussendungen der Datentelegramm nicht im Prädiktionsempfang empfangen, sondern müsste ein Dauer-Empfangszeitfenster öffnen, bis die gewünschten Datentelegramme empfangen wurden. Erst dann könnte das Empfangszeitfenster geschlossen werden.
Sind dem Empfangsgerät aber der Sendezeitpunkt des vorausgegangenen Datentelegramm und der feste zeitliche Abstand zwischen dem synchronen Datentelegramm und dem Mehrfach-Aussendungszeitraum bekannt, können auch die Mehrfachaussendungen der Datentelegramme in einem Prädiktionsempfang durch das Empfangsgerät empfangen werden, indem durch das Empfangsgerät während des Mehrfach-Aussendungszeitraums ein Empfangszeitfenster geöffnet wird.
Erfindungsgemäß kann die Anzahl von Mehrfachaussendungen eines Datentelegramms in einem Mehrfach-Aussendungszeitraum abhängig von dem Vorliegen von Bedingungen variiert werden. Hierdurch wird eine einfache diskrete Häufigkeitssteuerung der Mehrfachaussendungs-Datentelegramme erreicht.
Diese Kriterien für das Erfüllen der Bedingungen können dem Sensorsendegerät und ggf. dem Empfangsgerät bspw. bei einer Inbetriebnahme oder Wartung durch ein Inbetriebnahme-Tool vorgegeben werden. Ein vorgegebenes Kriterium kann bspw. eine Zeitspanne nach einem definierten Datum sein, in dem die Anzahl der in Mehrfachaussendungen ausgesendeten Datentelegramme gegenüber der restlichen Zeit eines Jahres erhöht ist. Bei einer Verbrauchswerterfassung bietet sich hier bspw. eine Zwei-Monats-Zeitspanne nach einem Stichtag für die Verbrauchswerterfassung an, während der eine Ablesung üblicher Weise stattfindet. Hier kann die Anzahl der ausgesendeten Mehrfach-Datentelegramme mit den Stichtagsverbrauchswerten gegenüber der übrigen Zeit erhöht werden, um eine möglichst schnelle Auslesung im Walk-in, Walk-by-Betrieb oder Drive-by-Betrieb zu ermöglichen.
In vergleichbarer Weise ist es möglich, die Nenn-Sendeintervalle eines (oder mehrerer) Prädiktions-Sendezeitschemas zu ändern. abhängig von dem Vorliegen von Bedingungen zu variieren. Eine bevorzugte Ausführung dieser Variante lässt sich in Verbindung mit der Verwendung von Basis-Sendeintervallen erreichen, wobei die Nenn-Sendeintervalle als ganzzahlige Vielfache des Basis-Sendeintervalls gebildet werden. Hierbei lässt sich die Häufigkeit der Sendezeitpunkte der Datentelegramme durch Erhöhen des ganzzahligen Vielfachen des Basis-Sendeintervalls beliebig verlängern. Die kürzeste Aussendungsrate wird durch das Basis-Sendeintervall vorgegeben.
Erfindungsgemäß ist es gemäß dem vorgeschlagenen Verfahrens also möglich, dass ein Gesamt-Sendezeitschema aufgestellt wird, in dem alle Sendezeitpunkte der Datentelegramme nach den Prädiktions-Sendezeitschemata und den Mehrfach-Datenaussendungen - zumindest für ein Sensorsendegerät - so eingestellt werden, dass alle Datentelegramme kollisionsfrei gesendet werden können.
Dies kann in der Konzeptionsphase des Erfassungssystems erfolgen und über Konfigurationsdateien in den Sensorsendegeräten und den Empfangsgeräten hinterlegt werden, so dass die Recheneinheiten der Sensorsendegeräte und der Empfangsgeräte die erfindungsgemäße Prädiktionsübertragung realisieren können.
Besonders vorteilhaft können die in den verschiedenen Datentelegrammen enthaltenen Daten über die zeitliche Lage der Empfangszeitpunkte der Datentelegramme unterscheidbar sein. Dies kann bspw. aufgrund Ihrer Phasenlage in dem Basis-Sendeintervall erfolgen, wobei der Beginn des Basis-Sendeintervall bspw. durch ein ausgezeichnetes Datentelegramm festgelegt wird, vorzugsweise als der Nenn-Sendezeitpunkt dieses Datentelegramms oder durch eine durch eine bekannte Phasenverschiebung des Nenn-Sendezeitpunkts zu dem Basis-Sendeintervall, bzw. präziserer dem Beginn des Basis-Sendeintervalls. Diese Bedeutungen werden in dieser Offenbarung häufig synonym verwendet.
Dies ermöglicht es dem Empfangsgerät, die Daten auch ohne eine zusätzliche Kennung eindeutig einem bestimmten Dateninhalt, bspw. dem Stichtagsverbrauchswert oder einem aktuellen Verbrauchswert, zuzuordnen. Vorteilhaft ist eine solche Zuordnung, wenn Prädiktions-Übertragungsverfahren in irgendeiner der beschriebenen Ausgestaltungen erfindungsgemäß dafür verwendet wird, zusätzlich zu den Datentelegrammen gemäß eines Standards, die bspw. dem Basis-Sendeintervall ausgesendet werden, Informationen außerhalb dieses Standards auszusenden und im Prädiktionsempfang zu empfangen, ohne dass der Standard als solcher verletzt wird, weil die standardkonformen Datentelegramme überhaupt nicht verändert werden. In diesem Fall müssen die Datentelegramme mit den zusätzlichen Informationen keine Kennung enthalten, die den Dateninhalt eindeutig identifizieren. Es ist aber eine Kennung des Datentelegramms möglich, die eine Unterscheidung ermöglicht, ob das Datentelegramm ein nach dem Standard versendetes Datentelegramm ist oder nicht.
Eine erfindungsgemäß bevorzugte Verwendung des beschriebenen Verfahrens insbesondere im Zusammenhang mit der DIN EN 13757-4:2013 liegt also darin, ergänzend zu den entsprechend dem Standard versendeten Datentelegramme weitere Datentelegramme zu versenden bzw. zu übertragen, die für ergänzenden Applikationen oder Services genutzt werden können, ohne die standardgemäße Datenübertragung zu stören.
Die Datentelegramme können erfindungsgemäß auch eine Kennzeichnung ihres Telegrammtyps aufweisen, insbesondere als Bit einer Telegrammtyp-Identifikation und/oder eines Data Record Headers. Hierdurch kann das Empfangsgerät einfach unterscheiden, ob es sich um ein Datentelegramm einem Prädiktions-Sendezeitschema handelt oder ein Datentelegramm, das in einem Mehrfach-Aussendungszeitraum ggf. zu zufälligen, nicht prädizierbaren Zeitpunkten ausgesendet wird.
Ein besonders bevorzugtes Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aus der Verbrauchswerterfassung sieht mindestens zwei verschiedenen Datentelegrammtypen vor. Ein erster Datentelegrammtyp sieht die Aussendung von Verbrauchswerten nach einem insbesondere herstellerunabhängigen Standard-Übertragungsverfahren vor, bspw. nach der EN 13757-4:2013 oder einem anderen Verfahren vor, das insbesondere das Empfangen der Verbrauchswerte von den Sensorsendegeräten durch nicht proprietäre Datensammler als Empfangsgeräte ermöglicht. Ein zweiter Datentelegrammtyp sieht die Aussendung von Verbrauchswerten durch mobile Empfangsgeräte für eine Walk-in, Walk-by oder Drive-by-Ablesung vor. Diese mobil ausgesendeten Verbrauchswerte müssen in einem ersten Zeitraum nach einem Ablesestichtag (bspw. zwei oder drei Monate nach dem Ablesestichtag) möglichst schnell durch die mobilen Empfangsgeräte ablesbar sein, damit die Ablesung vieler Liegenschaften in kurzer Zeit möglich ist. Außerhalb dieses ersten Zeitraums sollen mobile Ablesungen möglich bleiben. Zur Energieeinsparung soll die Übertragungsrate jedoch deutlich reduziert sein.
Zur Erläuterung werden bespielhaft die folgenden konkreten Übertragungsbedingungen vorgesehen:
Die Datentelegramme nach dem ersten Datentelegrammtyp, die insbesondere einen Stichtags-Verbrauchswert und einen aktuellen Verbrauchswert enthalten, werden zum Empfang durch stationäre Datensammler (entsprechend ihren nominellen Nenn-Sendezeitpunkten im Prädiktions-Sendezeitschema) alle 4 Minuten übertragen und entsprechen dem herstellerunabhängigen Standard-Übertragungsverfahren, damit diese Datentelegramme durch alle standardkonformen Datensammler im Prädiktionsempfang empfangen werden können.
Die Datentelegramme nach dem zweiten Datentelegrammtyp enthalten den Stichtags-Verbrauchswert und Monatsverbrauchswerte der letzten zwölf Monate. Diese werden durch proprietäre mobile Datenverfassungsräte abgelesen, die ein Dauer-Empfangszeitfenster öffnen, zumindest bis alle Verbrauchswerte empfangen sind. Diese Datentelegramme sollen in einen Zeitraum von zwei Monaten nach Stichtag für die Auslesung im Mittel alle 30 Sekunden übertragen werden. Außerhalb dieses Zeitraums, d.h. in den restlichen zehn Monaten, sollen auch die Datentelegramme des zweiten Datentelegrammtyps alle 4 Minuten übertragen werden.
Die Aussendung der Datentelegramme dauert (für jedes Datentelegramm sowohl des ersten als auch des zweiten Datentelegrammtyps) insgesamt 35 ms. Diese Zeitdauer umfasst die tatsächliche Sendezeit (inklusive der Zeit für das Aufladen des Stützkondensators nach der Aussendung) den von 5 ms, einen Schwankungsbereich von jeweils 10 ms vor und nach dem nominellen Nenn-Sendezeitpunkt sowie einen Sicherheitstand von 10 ms. Diese Werte dienen nur der Erläuterung und sind in der diese Beispiele erläuternden 3 und 4 nicht maßstabsgerecht wiedergegeben.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Zahlenwerte beschränkt. Gleichwohl stellt die beschriebene Größenordnung der Zahlenwerte einen typischen Anwendungsfall in der Verbrauchswerterfassung dar.
Im Rahmen des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens gibt es verschiedene Möglichkeiten, diese Anforderungen zu realisieren.
In einer ersten, auch in 3 dargestellten Variante wird das Basis-Sendeintervall auf 30 Sekunden (oder einen ganzzahligen Teiler von 30 Sekunden - die nachfolgenden Zahlen sind dann entsprechend anzupassen) eingestellt.
Das Nenn-Sendeintervall des ersten Prädiktions-Sendezeitschemas für den ersten Datentelegrammtyp wird durch das 8-fache des Basis-Sendeintervalls gebildet. Dies ergibt eine mittlere Sendehäufigkeit von einem Datentelegramm alle 4 Minuten.
Das Nenn-Sendeintervall des zweiten Prädiktions-Sendezeitschemas für den zweiten Datentelegrammtyp wird für zwei Monate nach dem Stichtag durch das 1-fache des Basis-Sendeintervalls gebildet und führt zu einer mittleren Sendehäufigkeit von einem Datentelegramm alle 30 Sekunden bzw. 8 zweiten Datentelegrammen zwischen zwei ersten Datentelegrammen. In den übrigen zehn Monaten wird das Nenn-Sendeintervall des zweiten Prädiktions-Sendezeitschemas für den zweiten Datentelegrammtyp auch durch das 8-fache des Basis-Sendeintervalls gebildet, was zu einer mittleren Sendehäufigkeit von einem zweiten Datentelegramm alle 4 Minuten führt.
Die Phasenverschiebung der Nennseite des ersten Datentelegrammtyps zu dem zweiten Datentelegrammtyps wird auf 35ms eingestellt, wobei grundsätzlich natürlich auch das erste Datentelegramm vor dem zweiten Datentelegramm gesendet werden könnte. Die hier beispielhaft gewählte Phasenverschiebung entspricht der minimal möglichen Phasenverschiebung. In der Praxis würden typischer Weise wohl Phasenverschiebungen zwischen 0,5 bis 2 Sekunden gewählt.
Diese Phasenverschiebung gilt in jedem der Basis-Sendeintervalle, in denen sowohl das erste als auch das zweite Datentelegramm gesendet werden, unabhängig von dem Nenn-Sendeintervall des zweiten Prädiktions-Sendezeitschemas.
In dieser Variante lässt der Sendezeitpunkt jedes der zweiten Datentelegramme eigenständig und unabhängig von dem ersten Datentelegramm ermitteln.
Abstrakter formuliert werden in dieser ersten Variante also verschiedene Prädiktions-Sendezeitschemata erzeugt, die jeweils Nenn-Sendeintervalle für das Aussenden von Datentelegrammen vorsehen, die mit einer Phasenverschiebung relativ zueinander bezogen auf eine Basis-Sendeintervall angeordnet werden. Dadurch beeinflussen sich die in den verschiedenen Nenn-Sendeintervallen ausgesendeten Datentelegramme nicht, auch wenn sie dasselbe Nenn-Sendeintervall aufweisen. Das Basis-Sendeintervall wird entsprechend der kürzesten einzustellenden Sendehäufigkeit ausgewählt, d.h. in jedem Fall nicht länger. Die Nenn-Sendeintervalle eines oder mehrerer der verschiedenen Prädiktions-Sendezeitschemata werden abhängig von Bedingungen verändert, indem in Abhängigkeit vom dem Eintreten der Bedingungen andere ganzzahlige Vielfache des Basis-Sendeintervalls als Nenn-Sendeintervall gewählt werden.
In einer zweiten, in 4 dargestellten Variante wird das Basis-Sendeintervall auf 4 Minuten eingestellt. Das Nenn-Sendeintervall des ersten Prädiktions-Sendezeitschemas für den ersten Datentelegrammtyp wird durch das 1-fache des Basis-Sendeintervalls gebildet. Dies ergibt eine mittlere Sendehäufigkeit von einem Datentelegramm alle 4 Minuten.
Das zweite Prädiktions-Sendezeitschema erzeugt entsprechend dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren nach dem Aussenden eines ersten Datentelegramms (d.h. eines Datentelegramms entsprechend dem ersten Prädiktions-Sendezeitschema) einen Mehrfach-Aussendungszeitraum, in dem zweite Datentelegramme gesendet werden.
Bei einer Länge des Basis-Sendeintervalls von 4 Minuten und einer Dauer der Aussendung eines Datentelegramms von 35 ms beträgt der innerhalb des Basis-Sendetelegramms zur Verfügung stehende Zeitraum, in dem keine Kollisionen mit dem ersten Datentelegramm auftreten können, 3 Minuten, 59 Sekunden und 965 Millisekunden. Entsprechend wird der Mehrfach-Aussendungszeitraum maximal bis zu dieser Dauer gewählt, wobei vorzugsweise der zur Verfügung stehende Zeitraum möglichst weitgehend ausgenutzt wird.
Eine Phasenverschiebung für den Beginn des Mehrfach-Aussendungszeitraums wird dann so festgelegt, dass der Mehrfach-Aussendungszeitraum noch innerhalb des Basis-Sendeintervalls liegt. Wenn der freie Zeitraum in dem Basis-Sendeintervall genutzt wird, wird die Phasenverschiebung also so gewählt, dass der Mehrfach-Aussendungszeitraum unmittelbar nach dem Beenden der Dauer des Aussendens Datentelegramms erfolgt, wobei der Schwankungsbereich berücksichtigt wird. Die Phasenverschiebung wird - gerechnet ab dem nominellen Nenn-Sendezeitpunkt - also durch die Summe der möglichen Schwankungsbreite nach dem Nenn-Sendezeitpunkt, der Dauer für die Aussendung des Datentelegramms (einschließlich für das Wiederaufladen des Stützkondensators, sofern vorgesehen) und den Sicherheitsabstand (soweit vorgesehen) gebildet. In dem vorgenannten Zahlenbeispiel ergibt sich also eine Phasenverschiebung von 25 ms nach dem Nenn-Sendezeitpunkt des ersten Datentelegramms. Bei einem kürzer gewählten Mehrfach-Aussendungszeitraum kann die Phasenverschiebung entsprechend verlängert werden, wobei der Mehrfach-Aussendungszeitraum vorzugsweise in die Mitte des nicht genutzten Zweitraums des Basis-Sendeintervalls gelegt werden kann. Hierdurch wird der Abstand zwischen den ersten Datentelegramm und dem Mehrfachaussendungs-Zeitraum nach der Aussendung des letzten (nächst vorangehenden) und vor der Aussenden des nächsten (nächst nachkommenden) ersten Datentelegramm gleich eingestellt.
In diesem Mehrfach-Aussendungszeitraum werden dann die zweiten Datentelegramme nach dem zweiten Prädiktions-Sendezeitschema ausgesendet, wobei die Anzahl der Mehrfachaussendungen in den ersten zwei Monaten nach dem Stichtag auf 8 gesetzt wird und in den übrigen 10 Monaten auf 1 gesetzt wird. Die Aussendung der zweiten Datentelegramme kann gleichverteilt über den Mehrfach-Aussendungszeitraum oder zufällig (stochastisch oder pseudostochastisch) oder nach einer beliebigen zeitlichen Vorgabe erfolgen, weil die einzelnen Aussendungen der zweiten Datentelegramme innerhalb des Mehrfach-Aussendungszeitraum nicht mehr zu für den Empfänger prädizierbaren Zeitpunkten erfolgen muss. Wenn der Empfänger die zeitliche Vorgabe für die Aussendung der zweiten Datentelegramme innerhalb des Mehrfach-Aussendungszeitraum kennt, ist ein Prädiktionsempfang der einzelnen Datentelegramme gleichwohl möglich. Hierdurch lassen sich auch Aussendehäufigkeiten erzeugen, die kleiner als das Basis-Sendeintervall sind.
Abstrakter formuliert werden in dieser zweite Variante also verschiedene Prädiktions-Sendezeitschemata erzeugt, von denen mindestens ein Prädiktions-Sendezeitschema ein Nenn-Sendeintervall für das Aussenden von Datentelegramme vorsieht und mindestens ein anderes Prädiktions-Sendezeitschema einen Mehrfach-Aussendungszeitraum vorsieht, der mit einer Phasenverschiebung zu dem Nenn-Sendezeitpunkt des Nenn-Sendeintervalls des Datentelegramms in dem Basis-Sendeintervall angeordnet wird. In dem Mehrfach-Aussendungszeitraum wird eine vorgegebene, je nach dem Erfüllen von Bedingungen variierte Anzahl von Datentelegrammen ausgesendet, so dass die Aussendung (einschließlich der Dauer der Aussendungen) vollständig in dem Mehrfach-Aussendungszeitraum liegen.
Die Erfindung betrifft auch ein batteriebetriebenes Sensorsendegerät, insbesondere eine Verbrauchserfassungsgerät, und ein vorzugsweise auch batteriebetriebenes Empfangsgerät, vorzugsweise einen Datensammler, mit denen das vorbeschriebene Verfahren umgesetzt werden kann. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Prädiktionskommunikation ermöglicht erst sinnvoll den Einsatz batteriebetriebener Verbrauchserfassungsgeräte und Datensammler, weil nur so ausreichende Betriebszeiten von 5 bis 10 Jahren ohne Batteriewechsel zuverlässig erreichbar sind.
Ein batteriebetriebenes Sensorsendegerät ist mit einem Sensor zum Erfassen von Daten, einem Sender zum drahtlosen Übertragen der erfassten Daten und einer Recheneinheit versehen, welche zur Steuerung der Erfassung und Übertragung (bezogen auf das Senden) der Daten eingerichtet ist. Die Recheneinheit ist zur Aussenden von Datentelegrammen entsprechend dem vorbeschriebenen Verfahren oder Teilen hiervon eingerichtet ist.
Entsprechend ist ein Empfangsgerät, insbesondere batteriebetriebenes Empfangsgerät, mit einem Empfänger zum Empfangen von drahtlos übertragenen Datentelegrammen und einer Recheneinheit versehen, welche zur Steuerung des Empfangs der Daten eingerichtet ist. Die Recheneinheit ist zum Empfangen von Datentelegrammen entsprechend dem vorbeschriebenen Verfahren oder Teilen hiervon eingerichtet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Dabei gehören alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale zum Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.
Es zeigen:

1 schematisch den begrifflichen Zusammenhang von Basis-Sendeintervall und verschiedenen Nenn-Sendeintervallen von Prädiktions-Sendeschemata;
2 schematisch mögliche Phasenverschiebungen der nominalen Nenn-Sendezeitpunkte eines Datentelegramms eines zweiten Nenn-Sendeintervalls nach der Aussendung eines Datentelegramms eines ersten Nenn-Sendeintervalls;
3 schematisch den begrifflichen Zusammenhang für eine Verschachtelung erster und zweiter Nenn-Sendeintervalle;
4 schematisch den begrifflichen Zusammenhang für eine Verschachtelung eines ersten Nenn-Sendeintervalls mit einem Mehrfach-Aussendezeitraum;
5 schematisch ein Sensorsendegerät und ein Empfangsgerät eines Erfassungssystems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß möglichen Ausführungsform;
6 eine Sendeabfolge mit drei unterschiedlichen Sendezeitschemata gemäß einer möglichen Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
7 eine Sendeabfolge mit drei unterschiedlichen Sendezeitschemata gemäß einer weiteren möglichen Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
8 eine Sendeabfolge mit synchronen und asynchronen Datentelegrammen gemäß einer weiteren möglichen Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
9 eine Sendeabfolge mit synchronen und asynchronen Datentelegrammen gemäß einer weiteren möglichen Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die 1 bis 4 erläutern die im Rahmen der Offenbarung verwendete Terminologie anhand von Beispielen, die vorstehend bereits erläutert wurden. Hierauf wird verwiesen. Gleichwohl stellen die Beispiele mögliche Anwendungen des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens dar, die ganz oder teilweise mit den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen oder Teilen hiervon kombiniert werden können.
Bevor konkrete Ausführungsbespiele detailliert anhand der Zeichnung beschrieben werden, werden verschiedene Aspekte der Erfindung anhand eines Verbrauchserfassungssystems beschrieben. Verschiedene Aspekte können entsprechend der Erfindung auch unabhängig voneinander und in beliebiger Kombination realisiert werden.
Ein Verbraucherfassungssystem weist mindestens ein Verbrauchserfassungsgerät bzw. Verbrauchszähler als Sensorsendegerät auf, das als Daten bestimmte Messwerte erfasst. Unter Messwert werden nicht nur gemessene Größen, sondern auch bspw. aus den gemessenen Größen abgeleitete Größen verstanden. Der Verbrauchszähler sendet die Messwerte an einen Datensammler als Empfangsgerät aus, wozu die Messwerte in Datentelegramme entsprechend einem Übertragungsprotokoll eingebettet werden. Die in ein Datentelegramm eingebetteten Messwerte können einzelne gemessene oder abgeleitete Größen sein oder mehrere gemessene und/oder abgeleitete Größen umfassen. Die in dem konkreten Beispiel verwendeten Begriffe werden jeweils synonym zu den in der allgemeinen Beschreibung und den Ansprüchen verwendeten Begriffen verstanden. So bedeutet beispielhaft „Verbrauchzähler“ allgemein Sensorsendegerät und „Datensammler“ allgemein Empfangsgerät.
Für jeden Messwert, den der Verbrauchszähler zur Verfügung stellt und in einem Datentelegramm an den Datensammler überträgt, ein eigenes Prädiktions-Sendezeitschema verwendet, das ein jeweils für den Messwert optimiertes Nenn-Sendeintervall (im Sinne der zeitlichen Dauer zwischen zwei aufeinander folgenden Aussendungen des Datentelegramms) aufweist. Der Messwert in dem Datentelegramm kann zwischen den Aussendungen aktualisiert werden, sofern in dem Verbrauchszähler ein neuer Messwert vorliegt.
So kann beispielsweise für den aktuellen Verbrauchswert ein Sendezeitschema mit einem Nenn-Sendeintervall von 17 Minuten gewählt werden, für den Tagesend-Verbrauchswert sowie den Stichtags-Verbrauchswert hingegen jeweils ein Sendezeitschema mit einem 83-minütigen Nenn-Sendeintervall. Da die letzten beiden Sendezeitschemata von einer gemeinsamen Geräteuhr (des Verbrauchszählers) gesteuert werden und das gleiche Nenn-Sendeintervall haben, können sie von ihren (zeitlichen) Phasenlagen her kollisionsfrei eingestellt werden. Ihre Phasenlange (auch als Phasenverschiebung bezeichnet) relativ zu dem ersten Sendezeitschema variiert dagegen von Aussendung zu Aussendung.
In dieser Variante kann ein Empfänger oder Empfangsgerät (Datensammler) jedes der drei Sendezeitschemata (Prädiktions-Sendezeitschemata) unabhängig von den jeweils anderen prädiktiv verfolgen, was eine vorteilhaft einfache Realisierung in der Software des Datensammlers ermöglicht. Die Aussendungen der drei Sendezeitschemata enthalten ein Unterscheidungskriterium, z.B. eine Telegrammtyp- oder Telegramm-Identifikation, damit die einzelnen Sendezeitschemata sicher voneinander unterschieden werden können. Anstelle einer expliziten Telegramm(typ)-Identifikation können beispielsweise bei Verwendung der M-Bus-Anwendungsschicht nach EN 13757-3:2013 auch die Data Record Header der verwendeten unterschiedlichen Data Records zur Unterscheidung der verschiedenen Telegrammen und/oder Telegrammtypen herangezogen werden. Telegramme unterscheiden können sich beispielsweise nur durch ihren Dateninhalt unterscheiden, Telegrammtypen können sich bspw. auch in der Art ihrer Übertragung (Datentelegrammtyp) unterscheiden. Dieser Unterscheid wird später noch genauer erläutert.
Weil die Sendezeitschemata eine prädiktive Verfolgung der Aussendungen der einzelnen Datentelegramme ermöglichen, werden sie auch als Prädiktions-Sendezeitschemata bezeichnet.
In einer anderen Variante liegen die Nenn-Sendeintervalle der Prädiktions-Sendezeitschemata (bzw. in einer kürzeren Sprechweise: die Prädiktions-Sendezeitschemata) für die einzelnen Datentelegramme (Messwerte) in einem harmonischen Verhältnis zueinander, das auch als Resonanz bezeichnet wird. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn für den Tagesend-Verbrauchswert ein 60-minütiges (Nenn-)Sendeintervall, für den Stichtags-Verbrauchswert ein 90-minütiges (Nenn-)Sendeintervall sowie für den aktuellen Verbrauchswert ein 15-minütiges (Nenn-)Sendeintervall gewählt wird.
Alle gewählten Intervalle sind ganzzahlige Vielfache von 15 Minuten und sind somit „in Resonanz“, sodass die Aussendungen immer in einer festen Phasenlage zueinander stehen. Die Aussendezeitpunkte der Datentelegramme dieser „resonanten“ bzw. „harmonischen“ Sendezeitschemata liegen relativ zueinander für jede Aussendung also gleich. Das kürzeste Nenn-Sendeintervall wird auch als Basis-Sendeintervall bezeichnet. Die anderen Nenn-Sendeintervalle dieser harmonischen Nenn-Sendeintervalle sind also ganzzahlige Vielfache des Basis-Sendeintervalls.
Durch geeignete Wahl der Phasenlagen (Phasenverschiebungen) der einzelnen Prädiktions-Sendezeitschemata zueinander kann in dieser Variante eine zeitliche Kollisionsfreiheit der ausgesendeten Datentelegramme für alle Datentelegramme (d.h. der gesamten Sendezeitschemata) untereinander garantiert werden.
Wenn in einem Standard vorgesehen ist, dass die Phasenverschiebung des Nenn-Sendezeitpunkts in dem jeweils aktuellen Sendeintervall eines Sendeschemas in einem Bereich von bspw. ±1/32 des Nenn-Sendeintervalls schwankt (Schwankungsbereich), muss der durchschnittliche zeitliche Abstand (Phasenverschiebung) zwischen den Aussendungen von Datentelegrammen mit dem 15-minütigen Nenn-Sendeintervall und denen mit dem 60-minütigen Nenn-Sendeintervall mindestens (15 + 60)min / 32 ≈ 2min 21s gewählt werden, um die zeitliche Kollisionsfreiheit zu garantieren.
Zwischen den Aussendungen mit dem 15-minütigen Nenn-Sendeintervall und denen mit dem 90-minütigen Nenn-Sendeintervall muss hierfür ein durchschnittlicher zeitlicher Abstand von mindestens (15 + 90)min / 32 ≈ 3min 17s gewählt werden. Mit anderen Worten muss die Phasenverschiebung (zeitlicher Abstand) also größer gewählt werden als die Summe der Schwankungsbereiche der Sendeintervalle der beiden verschiedenen synchronen Prädiktions-Sendezeitschemata.
Insbesondere bei dieser Variante mit harmonischen Prädiktions-Sendezeitschemata wird die Aussendung des Tagesend- und des Stichtags-Verbrauchswertes (mit dem 60- bzw. 90-Minuten-Nenn-Sendeintervall) bevorzugt jeweils kurz (wenige Minuten, aber mindestens in dem erwähnten Mindestabstand zur Sicherstellung der zeitlichen Kollisionsfreiheit) nach die Aussendung des aktuellen Verbrauchswertes (mit dem 15-Minuten-Nenn-Sendeintervall) durchgeführt. Diese Ausführung ermöglicht es, im Datensammler den Energieverbrauch für den Empfänger weiter zu optimieren, indem nur für die jeweils erste erwartete Aussendung eines Datentelegramms (hier also das Datentelegramm mit dem Aktuellwert) das Empfangsfenster im vollen Umfang geöffnet werden muss. Die Dauer der Öffnung des Empfangsfensters soll gegebenenfalls seit dem letzten Empfang aufgelaufene Uhrengangabweichungen zwischen Verbrauchszähler und Datensammler berücksichtigen. Diese liegt höchstens 15 Minuten zurück
Da die Aussendungen der anderen Datentelegramme in dieser Variante nur wenige Minuten danach stattfinden, können die entsprechenden Empfangszeitfenster deutlich kürzer ausfallen, da die in den wenigen Minuten auflaufende mögliche Uhrengangabweichung deutlich geringer ist. Dies spart eine der gesparten Öffnungszeit des Empfangszeitfensters entsprechende Menge an für die Aktivierung des Empfängers erforderlicher Batterieladung im Datensammler.
Ein weiterer Vorteil dieser Variante ist, dass die verschiedenen Inhalte der Aussendungen (d.h. der ausgesendeten Datentelegramme) nicht zwingend durch eine Telegramm- oder Telegrammtyp-Identifikation gekennzeichnet werden müssen, weil sie durch ihre zeitlichen Phasenlagen relativ zueinander eindeutig identifizierbar sind. Dadurch kann auf der Verbrauchszählerseite Batterieladung gespart werden, weil die Aussendungen entsprechend durch Verzicht auf die Kennung deutlich kürzer gehalten werden können.
Die zueinander harmonischen Nenn-Sendeintervalle (bzw. Prädiktions-Sendezeitschemata) müssen nicht zwingend ganzzahlige Vielfache voneinander sein. Auch gebrochene Verhältnisse erfüllen den grundsätzlichen Erfindungszweck. Wenn man im genannten Beispiel die 15-minütig ausgesendeten aktuellen Verbrauchswerte (kurz: Aktuellwerte) weglässt (oder diesen ein anderes Nenn-Sendeintervall zuweist, das ein Vielfaches des Basis-Sendeintervalls von 15 Minuten ist), haben die anderen beiden Nenn-Sendeintervalle ein Verhältnis von 2:3, wobei die genannten Vorteile weiterhin bestehen bleiben und nutzbar sind.
In einer weiteren vorteilhaften Erfindungsvariante, die mit dem Standard EN 13757-3:2013 realisiert werden kann, werden zwei unabhängige Telegramminhalte, die Verbrauchswerte für zwei verschiedene Anwendungen mit unterschiedlichen Aktualitäts-Anforderungen enthalten, nicht in zwei verschachtelten Nenn-Sendeintervallen übertragen, sondern machen von der Möglichkeit Gebrauch, zwischen in Nenn-Sendeintervallen ausgesendeten Datentelegrammen (die nachfolgend kurz auch als „synchrone“ Datentelegramme oder S-Telegramme bezeichnet werden, weil jedes Datentelegramm einen in dem Prädiktions-Sendeschema festgelegten Nenn-Sendezeitpunkt aufweist) Datentelegramme in einem Mehrfachaussendungs-Zeitraum (die nachfolgend kurz auch als „asynchrone“ Datentelegramme oder A-Telegramme bezeichnet werden, weil die Aussendung der einzelnen Datentelegramme in dem - grundsätzlich prädizierbaren - Mehrfachaussendungs-Zeitraum nicht genau vorhersagbar sein muss) zu senden.
Beide Datentelegramme (synchron oder asynchron) können standardgemäß an einem S-Bit im Extended Link Layer bzw. im Application Layer Header nach EN 13757-3:2013 unterschieden werden, das die Telegramme als „synchron“ bzw. „asynchron“ kennzeichnet.
Für die Übertragung des aktuellen Verbrauchswertes werden die S-Telegramme beispielsweise entsprechend dem Basis-Sendeintervall alle 15 Minuten gesendet. Der Stichtags-Verbrauchswert wird in diesem Beispiel mit einem Nenn-Sendeintervall alle 60 Minuten in einem A-Telegramm gesendet, und zwar in einem festen zeitlichen Abstand T_SA, z.B. jeweils 5 Sekunden, nach jedem vierten S-Telegramm. Dieser Zeitpunkt entspricht dem Öffnen des Mehrfachaussende-Zeitfensters. Der zeitliche Abstand T_SA wird so gewählt, dass ein im Sender des Verbrauchszählers enthaltener Senderstützkondensator ausreichend Zeit hat, nach der Aussendung des S-Telegramms (mit dem aktuellen Verbrauchswert) und vor der Aussendung des A-Telegramms (mit dem Stichtags-Verbrauchswert) durch die Batterie des Verbrauchszählers wieder aufgeladen zu werden.
Wenn dem Datensammler als Empfangsgerät das Öffnen des Mehrfachaussende-Zeitfensters bekannt ist, in dem die Verbrauchszähler A-Telegramme in diesem Beispiel in einem festen Abstand von T_SA =5s nach S-Telegrammen senden können, kann er gezielt zu diesen Zeitpunkten stromsparend auf Empfang gehen (d.h. sein Empfangszeitfenster öffnen, in dem der Empfänger aktiviert ist), um ggf. gesendete A-Telegramme zu empfangen, bspw. bis ein solches Telegramm empfangen wurde. Es ist möglich, ein erstes asynchrones Datentelegramm direkt nach dem Öffnen eines Mehrfachaussende-Zeitraums zu senden, dem ggf. weitere asynchrone Datentelegramme in dem Mehrfach-Aussendezeitraum folgen.
Ist dem Datensammler darüber hinaus bekannt, alle wie viele S-Telegramme ein A-Telegramm ins Zeitschema eingestreut wird (d.h. nach wie vielen der S-Telegramme ein Mehrfachaussende-Zeitfenster geöffnet wird), kann er noch gezielter und damit stromsparender die A-Telegramme empfangen. Für dieses Beispiel sei angenommen, dass die festgelegte Anzahl von S-Telegrammen (mit einem identifizierten Dateninhalt, auch als identifizierte Datentelegramme bezeichnet), nach einer festgelegten Anzahl von n=4 von identifizierten S-Telegrammen (mit dem aktuellen Verbrauchswert) ausgesendet wird.
Dabei kann ggf. nötigenfalls auch ein standardgemäßer Aussendungszähler für S-Telegramme, n_ACC, zu Hilfe genommen werden, indem festgelegt wird, dass die A-Telegramme jeweils nach den S-Telegrammen, deren n_ACC -Werte ein ganzzahliges Vielfaches von 4 sind, gesendet werden. Daher bietet es sich erfindungsgemäß an, A-Telegramme im Anschluss an standardgemäße S-Telegramme (nach dem EN 13757-4:2013-Standard) zu versenden.
In einer Variante können ein oder mehrere A-Telegramme zwischen allen S-Telegrammen ausgesendet werden. Wenn beispielsweise der Stichtags-Verbrauchswert in S-Telegrammen nach dem Standard alle 60 Minuten (Nenn-Sendeintervall) übertragen wird, kann der aktuelle Verbrauchswert alle 15 Minuten in je vier (ganzzahliger Faktor m=4) A-Telegrammen zwischen jeweils zwei S-Telegrammen übertragen werden. Der zeitliche Abstand der A-Telegramme untereinander wird dabei so gewählt, dass er jeweils ¼ (allgemein: 1/m) des individuellen Nenn-Sendeintervalls beträgt. Mit dem individuellen Nenn-Sendeintervall ist das Nenn-Sendeintervall des Prädiktions-Sendezeitschemas gemeint, nach dem das identifizierte Datentelegramm ausgesendet wird, welches die asynchrone Aussendung des A-Telegramms anstößt (triggert). Dieses Beispiel ist ein Spezialfall, wonach für die Aussendung der A-Telegramme die zur Verfügung stehende Zeit zwischen aufeinanderfolgenden S-Telegrammen, zwischen denen kein anderes S-Telegramm versendet wird, ermittelt wird, unabhängig davon, ob es sich um S-Telegramme nach demselben oder verschiedenen Prädiktions-Sendezeitintervallen handelt. Dieser allgemein Fall ist also auch gültig, falls verschiedene S-Telegramme gemäß verschiedenen Prädiktions-Sendezeitintervallen ineinander verschachtelt verwendet werden.
Wenn der Faktor m auf der Empfängerseite ebenso bekannt ist wie der Abstand T_SA zwischen einem S-Telegramm und dem ersten danach folgenden A-Telegramm, beispielsweise T_SA =5s, dann ist dem Empfänger ein stromsparender Prädiktionsempfang der A-Telegramme möglich.
In einer weiteren Variante wird der Faktor m jahreszeitlich, beispielsweise in Abhängigkeit vom jährlichen Abrechnungs-Stichtag der Verbrauchswerte, zwischen zwei Werten m0 und m1 umgeschaltet. Dies ist ein Beispiel für den Fall, dass mehrere Datentelegramme des zweiten Telegrammtyps (A-Telegramme) mit denselben Daten aufeinander folgend ausgesendet werden, wobei die Zahl (Faktor m) der ausgesendeten Datentelegramme des zweiten Telegrammtyps (A-Telegramme) abhängig von dem Erfüllen vorgegebener Kriterien variierbar ist, in diesem Fall also innerhalb einer nach dem Abrechnungs-Stichtag liegenden Zeitspanne als vorgegebenes Kriterium.
So könnte beispielsweise der Stichtags-Verbrauchswert sowie der aktuelle Verbrauchswert (Aktuellwert) in S-Telegrammen alle 4 Minuten übertragen werden. In den A-Telegrammen wird eine Historie von monatlichen Verbrauchswerten inklusive des Stichtags-Verbrauchswertes gesendet. In einem Zeitraum von beispielsweise zwei Monaten nach dem jährlichen Abrechnungs-Stichtag werden zwischen den S-Telegrammen jeweils acht A-Telegramme gesendet (Faktor m1=8), also durchschnittlich alle 30s. Im Rest des Abrechnungsjahres wird zwischen den S-Telegrammen jeweils nur ein A-Telegramm gesendet (Faktor m0=1), also durchschnittlich alle 4min. Dieser Fall entspricht dem in 4 erläuterten Beispiel.
Auf diese Weise kann ein Verfahren nach DE 101 32 971 B4 standardkonform mit dem EN 13757-4:2013-Standard realisiert werden, das eine vorteilhafte jährliche Drive-by-, Walk-in oder Walk-by-Ablesung mit Hilfe der A-Telegramme ermöglicht. Hier wird in der Regel in einem begrenzten Zeitraum (hier zwei Monate) nach dem Abrechnungs-Stichtag abgelesen, in dem eine höhere Sendehäufigkeit erforderlich ist, im Rest des Jahres hingegen kann der Verbrauchszähler seltener senden, was die Batterieladung spart, aber trotzdem eine verspätete Ablesung (mit entsprechender Wartezeit) erlaubt. Dieser Empfang mit den mobilen Empfangsgeräten ist üblicher Weise kein Prädiktionsempfang, kann aber dennoch standardkonform integriert werden.
Gleichzeitig wird eine stromsparende Ablesung durch stationäre Datensammler mit prädiktivem Empfang der S-Telegramme ermöglicht, wobei die Datensammler die A-Telegramme stromsparend ignorieren können.
Ein solches Szenario ist dann besonders vorteilhaft, wenn die Verbräuche eines Gebäudes zunächst per Walk-in, Walk-by- bzw. Drive-by-Ablesung geschehen soll, eine spätere Nachrüstung des Gebäudes mit Datensammlern für die stationäre Ablesung aber möglich bleiben soll, ohne dass die in den Wohnungen installierten unidirektionale sendenden Verbrauchserfassungsgeräte aufwendig (d.h. nach Terminvereinbarung mit dem Bewohner) in einen anderen Sendemodus umgeschaltet werden müssen. Da in diesem Szenario der Drive-by bzw. Walk-by/Walk-in-Empfänger in der Regel nicht auf einen batteriesparenden prädiktiven Empfangsbetrieb angewiesen sind, ist es in diesem Fall auch nicht zwingend erforderlich, dass die A-Telegramme wie oben beschrieben untereinander den prädizierbaren Abstand Ts/m0 bzw. Ts/m1 (Ts = aktuelles Intervall zwischen den S-Telegrammen) haben, sondern es können beliebige Zufallsabstände gewählt werden, die lediglich die korrekte Anzahl (m0 bzw. m1) der A-Telegramme pro S-Telegramm sicherstellen.
In unabhängigen Untervarianten der Erfindung lassen sich die Telegramminhalte der einzelnen verschachtelten Aussendungen unabhängig voneinander per Service-Schnittstelle konfigurieren.
In unabhängigen Untervarianten der Erfindung werden die Telegramme der einzelnen verschachtelten Aussendungen mit unabhängigen Schlüsseln verschlüsselt. So können die Schlüssel für einzelne Ablesedienstleistungen an einzelne Kunden unabhängig herausgeben.
Das vorstehend anhand konkreter Beispiele auf dem Gebiet der Verbrauchserfassung als besonders bevorzugter Ausführungsform in verschiedenen Varianten beschriebene, erfindungsgemäße Datenübertragungsverfahren hat den Vorteil, dass es einfachen und kostengünstig zu realisierenden unidirektionalen drahtlosen Verbrauchserfassungsgeräten (Verbrauchszählern) ermöglicht, mehrere verschiedene Messwerte in der jeweils gewünschten, ggf. auch hohen, Aktualität an Datensammler durch Übertragung von Datentelegrammen zu liefern, wie sie sonst komplexeren und teureren bidirektionalen Verbrauchszählern vorbehalten bleiben.
Durch die Aufteilung der einzelnen Messwerte (einzelne erfasste Größen/Daten oder zu Gruppen zusammengefasste Größen/Daten) in einzelne Aussendungen von jeweils eigenen Datentelegrammen, können die Aussendungen so kurz bleiben, dass sogar die Anwendung eines Kodemultiplex-Verfahrens (DSSS) möglich wird. Daraus resultiert - in der eingangs beschriebenen Weise - ein höheres Linkbudget als bei herkömmlichen Kanalkodierungen, was zu einer erhöhten Reichweite führt. Das wiederum ermöglicht eine geringere Ausstattungsdichte der Gebäude mit Datensammlern und führt somit zu geringeren System kosten.
Unabhängig davon, ob ein DSSS-Verfahren oder ein standardkonformer Sendemodus eingesetzt wird, ermöglicht das zugrundeliegende prädizierbare Sendezeitschema den Einsatz von mittels Langzeitbatterien als Energieversorgung betriebenen Datensammlern, was zu einer Reduzierung der Installationskosten und einer höheren Akzeptanz durch die Kunden führt.
Ein weiterer Vorteil liegt darin Erfindung ist, dass für den Falle, dass die Ablesung nur eines Teils der ausgesendeten verschiedenen Messwerte erforderlich ist, der batteriebetriebene Datensammler auch nur die dafür relevanten Sendezeitschemata verfolgen muss. Die nicht benötigten Messwerte können vom Datensammler energiesparend ignoriert werden. Außerdem hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass sich ein stromsparendes Sendeschema für die Ablesung mit stationär installierten batteriebetriebenen Datensammlern mit einem für die Walk-in, Walk-by bzw. Drive-by-Ablesung optimierten Sendeschema standardkonform kombinieren lässt.
5 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Erfassungssystem 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem batteriebetriebenen Sensorsendegerät 2 und einem batteriebetriebenen Empfangsgerät 4. Das Sensorsendegerät 2 weist einen Sensor 5 zum Erfassen von Messwerten auf. Aus diesen Messwerten kann das Sensorsendegerät 2, oder eine Recheneinheit 7 des Sensorgeräts 2, abgeleitete Daten erstellen.
Beispielsweise kann in einer Verbrauchswerterfassung aus einer gemessenen Temperatur in bekannter Weise ein aktueller Verbrauchswert (Aktuellwert) bestimmt werden. Durch Summenbildung können aus den Aktuellwerten zusätzlich der Gesamtverbrauch eines Tages (Tagesendverbrauchswert) oder der Gesamtverbrauch einer Abrechnungsperiode (Stichtagsverbrauchswert) ermittelt werden. Diese verschiedenen Werte werden als Daten in Datentelegrammen mittels eines Senders 6 des Sensorsendegeräts 2 über das Funknetzwerk 3 ausgesendet. Die Sendezeitpunkte sind für die verschiedenen Daten nach einem eigenen Sendezeitschema bestimmt, und zu diesen Zeitpunkten sendet der Sender 6 des Sensorsendegeräts 2, gesteuert von der Recheneinheit 8, die entsprechenden Datentelegramme 10, 11, 12, 13, 14 zu den definierten Sendezeitpunkten ausgesendet, wie beispielhaft in dem Zeitstrahl der Sendezeitschemata gemäß den 2 bis 5 dargestellt.
Einem Empfangsgerät 4 sind diese Sendezeitschemata bekannt, nach denen das Sensorsendegerät 2 die verschiedenen Datentelegramme 10, 11, 12, 13, 14 aussendet. Eine Recheneinheit 8 des Empfangsgeräts 4 ermittelt so den nächsten Sendezeitpunkt für das jeweilige Datentelegramm 10, 11, 12, 13, 14 und öffnet zu diesem Zeitpunkt, oder in einem Zeitraum um diesen Zeitpunkt, ein Empfangszeitfenster durch Aktivieren des Empfängers 9.
Damit können die ausgesandten Datentelegramme 10, 11, 12, 13, 14 zu den vorhergesagten Sendezeitpunkten prädiktiv empfangen und der Empfänger 7 zwischen den Aussendungen der einzelnen Datentelegrammen 10, 11, 12, 13, 14 deaktiviert werden, um in dem Empfangsgerät 4 Energie zu sparen.
Sowohl das Sensorsendegerät 2 als auch das Empfangsgerät 4 sind in den beschriebenen Ausführungsbeispielen batteriebetrieben, und werden nachfolgend auch als Verbrauchszähler und Datensammler bezeichnet.
6 zeigt einen Sendezeit-Zeitstrahl mit Prädiktions-Sendezeitschemata für die Aussendung von synchronen Datentelegrammen 10, 11, 12 der bereits erläuterten Variante mit den drei übertragenen Messwerten „Aktuellwert“ (Datentelegramm 10), „Tagesendverbrauchswert“ (Datentelegramm 11) und „Stichtagsverbrauchswert“ (Datentelegramm 12) mit jeweils eigenem Prädiktions-Sendezeitschema in entsprechenden Nenn-Sendeintervallen.
Die Datentelegramme 10 mit dem Aktuellwert werden mit einem Nenn-Sendeintervall 15 von 17 Minuten entsprechend einem ersten Prädiktions-Sendezeitschema ausgesendet, wobei die durch Schwankungsbereich um das Nenn-Sendeintervall auftretenden, relativ kleinen Verschiebungen der tatsächlichen Sendezeitpunkte in den Zeichnungen nicht dargestellt sind.
In einem davon völlig unabhängigen, eigenen zweiten Prädiktions-Sendezeitschema werden mit einem Nenn-Sendeintervall 16 von 83 Minuten die Datentelegramme 11 mit dem Tagesendverbrauchswerten ausgesendet.
Mit demselben 83-minütigen Nenn-Sendeintervall 17 eines wiederum unabhängigen, einen dritten Prädiktions-Sendezeitschema werden die Datentelegramme 12 mit den Stichtagsverbrauchswerten ausgesendet. Die Datentelegramme 11, 12 sind in ihrer Phasenlage derart zueinander versetzt, dass keine Kollisionen zwischen den Datentelegrammen 11, 12 auftreten. Der zeitliche Abstand zwischen den Datentelegrammen 11, 12 bleibt konstant, weil die Nenn-Sendeintervalle 16, 17 gleich sind, und damit in einem harmonischen (resonanten) Verhältnis zueinander stehen.
Das Nenn-Sendeintervalle 15 und das Nenn-Sendeintervall 16 bzw. 17 stehen dagegen in keinen harmonischen Verhältnis zueinander, so dass es über die Zeit zu einzelnen Kollisionen 21 zwischen den Datentelegrammen 10, 11 und zu einzelnen Kollisionen 22 zwischen den Datentelegrammen 10, 12 kommt. Für diesem Fall sind die Sensorsendegeräte dazu eingerichtet nur eines der Datentelegramme 10, 11 bzw. 10, 12 zu übertragen.
7 stellt schematisch eine Variante des Sendezeit-Zeitstrahls aus 6 dar, bei dem die verschiedenen Datentelegramme 10, 11, 12 mit jeweils unterschiedlichen Nenn-Sendeintervallen 18, 19, 20 unterschiedlicher Prädiktions-Sendezeitschemata ausgesendet werden, die anders als in 6 in einem harmonischen Verhältnis zueinander stehen, d.h. ganzzahlige Vielfache eines Basis-Sendeintervalls 18 sind.
Das zeitliche Grundraster wird dabei durch das als Basis-Sendeintervall bezeichnete Nenn-Sendeintervall 18 für die Aussendungen von Datentelegrammen 10 mit dem aktuellen Verbrauchswert (Aktuellwert) gebildet. Es beträgt 15 Minuten und schwankt gemäß dem EN13757-4-Zeitschema um maximal ±29s (Schwankungsbereich) um den Mittelwert 15 Minuten, der dem Nenn-Sendeintervall entspricht.
Die Aussendungen von Datentelegrammen 11 mit den Tagesendverbrauchswerten haben ein Nenn-Sendeintervall von 60 Minuten und schwanken individuell in einem Schwankungsbereich von ±113s. Wenn die Datentelegramme 11 mit den Tagesendverbrauchswerten im Mittel beispielsweise 150s nach den Datentelegrammen 10 mit den Aktuellwerten gesendet werden, ist in diesem Prädiktions-Sendezeitschema sichergestellt, dass die Datentelegramme 10 immer recht kurz (etwa 150s) vor den Datentelegrammen 11 gesendet werden. Dieser Abstand ist (abgesehen von dem Schwankungsbereich) konstant, so dass es zu keinen Kollisionen zwischen den Datentelegrammen 10 und den Datentelegrammen 11 kommt. Es wird darauf hingewiesen, dass die schematische 7 (sowie alle übrigen 6, 8 und 9) die zeitlichen Abstände nicht proportional, sondern lediglich schematisch wiedergeben.
So braucht der zugeordnete Datensammler nur für den Empfang der Datentelegramme 10 mit den Aktuellwerten das vollständige Empfangszeitfenster (d.h. ein Empfangszeitfenster in seiner vollständigen Länge) zu öffnen, um die Uhrengangabweichungen zwischen dem Verbrauchszähler und dem Datensammler auffangen zu können. Für den Empfang der Datentelegramme 11 mit den Tagesendverbrauchswerten 4 kann das Empfangszeitfenster kleiner gewählt werden (und damit Strom für den Empfänger 9 gespart werden), weil der letzte Empfang im Schnitt ja nur 150s zurückliegt, und eine Uhrengangabweichung innerhalb dieser kurzen Zeit deutlich kleiner ist als nach 15 Minuten (=900s).
Wenn beispielsweise in 15 Minuten mit einer Uhrengangabweichung zwischen Verbrauchszähler und Datensammler von bis zu ±30ms gerechnet werden muss, so ist das Empfangsfenster 30ms vor dem prädizierten Sendezeitpunkt des Datentelegramms 10 mit dem Aktuellwert zu beginnen.
Bei dem Datentelegramm 11 mit dem Tagesendverbrauchswert wären es in 60 Minuten entsprechend 120ms. Da aber 150s vor Empfang des Datentelegramms 11 immer bereits ein Datentelegramm 10 empfangen wurde, braucht hier also nur die in 150s zu erwartende Abweichung von ±5ms bei der Öffnung des Empfangszeitfensters berücksichtigt zu werden. Der Vorlauf des Empfangszeitfensters kann also von 120ms auf 5ms reduziert werden, was eine erhebliche Einsparung des durchschnittlichen Datensammler-Empfangsstroms bedeutet.
Die zeitliche Lage der Aussendungen der Datentelegramme 12 mit dem Stichtagsverbrauchswert, deren Nenn-Sendeintervall 20 auf 90 Minuten eingestellt ist und mit einem Schwankungsbereich von maximal ±169s um diesen Wert schwankt, wird zum Beispiel im Mittel 200s nach der Aussendung des Datentelegramms 10 gelegt. So erfolgt auch die Aussendung des Stichtagsverbrauchswerts mit dem Datentelegramm 12 immer kurz nach den Datentelegrammen 10 mit dem Aktuellwert, was auch hier ein kürzeres Empfangszeitfenster ermöglicht.
Ein definierter relativer Abstand zwischen den Datentelegrammen 11 mit dem Tagesendverbrauchswerte und den Datentelegrammen 12 mit dem Stichtagsverbrauchswertwertes muss in dem (die Zeitabstände maßstäblich wiedergebenden) 7 nicht gesondert dimensioniert und eingehalten werden, weil die Aussendungen dieser beiden Datentelegramme 11, 12 durch ihre Art der zeitlichen Verschachtelung (Phasenlage) weder untereinander noch mit den Aussendungen der Datentelegramme 10 per se nicht zeitlich kollidieren können. Alle Aussendungen erfolgen jede für sich unabhängig in ein eigenen Prädiktions-Sendezeitschema.
Da die Datentelegramme 10, 11, und 12 der drei verschiedenen Messwerte bei dieser Dimensionierung auch immer in derselben Reihenfolge ausgesendet werden, kann diese Reihenfolge auch zur Unterscheidung der Inhalte der Datentelegramme herangezogen werden. So ist die Übertragung einer TelegrammIdentifikation, welche den Dateninhalt der Datentelegramme 10, 11, 12 identifiziert, in den Datentelegrammen 10, 11, 12 nicht zwingend erforderlich, was sich durch eine Verkürzung der Datentelegramme energiesparend in den Verbrauchszählern auswirkt. Insbesondere in den Datentelegrammen 11, 12 kann auf eine solche Telegrammidentifikation verzichtet werden.
8 zeigt die oben beschriebene Erfindungsvariante, in der zwischen S-Telegrammen 13 (Datentelegrammen des ersten Prädiktions-Sendezeitschemas mit einem Nenn-Sendeintervall 23) abrechnungsjahreszeitlich eine Zahl von m₀ bzw. m₁ A-Telegrammen 14 (Datentelegramme des zweiten Prädiktions-Sendezeitschema in einem Mehrfachaussende-Zeitraum) eingefügt werden.
Die S-Telegramme 13, die für die Ablesung mit stationären Datensammlern vorgesehen sind und beispielsweise den aktuellen Verbrauchswert und den Stichtagsverbrauchswert enthalten, werden Nenn-Sendeintervall 23 beispielsweise alle 240s (4 Minuten) gesendet. Das verwendete Prädiktions-Sendezeitschema entspricht dem standardisierten Sendeschema aus der Norm EN 13757-4:2013, wobei das individuelle Sendeintervall T_i der S-Telegramme gemäß dem standardisierten Sendeschema dem Nenn-Sendeintervall 23 entspricht (bzw. t_ACC aus der EN 13757-4:2013). Zwischen den S-Telegrammen 13 werden die A-Telegramme 14 in einen zwischen den S-Telegrammen 13 eingebetteten Mehrfachaussende-Zeitraum gesendet. Die A-Telegramme 14 sind für eine Drive-by, Walk-in oder Walk-by-Ablesung vorgesehen und enthalten bspw. eine Historie von monatlichen Verbrauchswerten inklusive des Stichtagsverbrauchswertes. Während der ersten zwei Monate nach dem jährlichen Abrechnungsstichtag, in denen typischerweise die Ablesung stattfindet, wird eine höhere Sendehäufigkeit benötigt. Deswegen werden in diesem Zeitraum eine Zahl von m₁=8 A-Telegramme 14 zwischen je zwei S-Telegrammen 13 (in dem Mehrfachaussende-Zeitraum) eingefügt. Ihr zeitlicher Abstand 24 etwa beträgt T_i/m₁ = 240s/8 = 30s (ohne Berücksichtigung der Dauer der Aussendung und eines etwaigen Schwankungsbereichs, deren Auswirkungen bereits erläutert wurden).
Im Rest des Abrechnungsjahres wird die Sendehäufigkeit der A-Telegramme 14 herabgesetzt, um im Verbrauchszähler Batterieladung einzusparen, aber eine verspätete Ablesung weiterhin zu ermöglichen. Deswegen wird in diesem Zeitraum die Zahl von m₀=1 A-Telegrammen zwischen je zwei S-Telegramme eingefügt. Der zeitliche Abstand 25 des einen A-Telegramms 14 zwischen zwei S-Telegrammen 13 entspricht im Wesentlichen dem Nenn-Sendeintervall 23 für die S-Telegramme 13, wie 9 zu entnehmen ist.
Dies liegt daran, dass die Aussendung (Sendezeitpunkt) für das erste der A-Telegramme 14 in einem festen zeitlichen Abstand 26 zu einem Sendezeitpunkt für ein identifiziertes S-Telegramm 13 liegt; in dem dargestellten Beispiel gerade zu Beginn des Mehrfach-Aussendezeitraums. Dieser feste zeitliche Abstand 26 zwischen dem S-Telegramm 13 und dem ersten der ggf. mehreren A-Telegramme 14 ist über das gesamte Abrechnungsjahr gleich und hängt nicht von einer ggf. nach bestimmten Kriterien variierenden Anzahl m0 oder m1 von A-Telegrammen ab. Dieser feste zeitliche Abstand 26 (Phasenverschiebung zwischen dem S-Telegramm 26 und dem Beginn des Mehrfachaussende-Zeitraums) kann bspw. über das gesamte Jahr T_SA=5s betragen.
In den möglichen Ausführungsformen wurden entsprechend den 6 und 7 ineinander verschachtelte Nenn-Sendeintervalle verschiedener Prädiktions-Sendezeitschemata beschrieben. Die 8 und 9 beschreiben als Beispiel die Kombination eines Prädiktions-Sendezeitschemas mit einem Nenn-Sendezeitschema und eines Prädiktions-Sendeschemas mit einem Mehrfachaussende-Zeitraum, wobei die Anzahl m₀, m₁ der in dem Mehrfachaussende-Zeitraum ausgesandten Datentelegramme abhängig von bestimmten Bedingungen variieren kann.
Der Übersichtlichkeit halber wurde keine Kombination von ineinander verschachtelten Nenn-Sendeintervallen mit Mehrfachaussende-Zeiträumen beschrieben, die erfindungsgemäß auch möglich sind. Zur zumindest weitestgehend kollisionsfreien Aussendung von Datentelegrammen bietet sich in diesem Fall das Erstellen eines Gesamt-Sendezeitschemas ein, das die Einstellung von Nenn-Sendeintervallen, deren Phasenlagen der S-Telegramme und der Mehrfachaussende-Zeiträume für die A Telegramme in einem Sendezeit-Zeitstrahl übersichtlich ermöglicht. Dies kann bspw. während der Konzeptionsphase des Erfassungssystems erfolgen.
Bezugszeichenliste

1: Erfassungssystem
2: Sensorsendegerät
3: Funknetzwerk
4: Empfangsgerät
5: Sensor
6: Sender
7: Recheneinheit des Sensorsendegeräts
8: Recheneinheit des Empfangsgeräts
9: Empfänger
10: Datentelegramm mit Aktuellwert
11: Datentelegramm mit Tagesendverbrauchswert
12: Datentelegramm mit Stichtagsverbrauchswert
13: in Nenn-Sendeintervall versendetes Datentelegramm (S-Telegramm)
14: in Mehrfachaussende-Zeitraum versendetes Datentelegramm (A-Telegramm)
15: Nenn-Sendeintervall für Aktuellwerte
16: Nenn-Sendeintervall für Tagesendverbrauchswerte
17: Nenn-Sendeintervall für Stichtagsverbrauchswerte
18: Nenn-Sendeintervall für Aktuellwerte als Basis-Sendeintervall
19: Nenn-Sendeintervall für Tagesendverbrauchswerte
20: Nenn-Sendeintervall für Stichtagsverbrauchswerte
21: Kollision von Datentelegrammen
22: Kollision von Datentelegrammen
23: Nenn-Sendeintervall für S-Telegramm
24: zeitlicher Abstand der m1 A-Telegramme
25: zeitlicher Abstand der m0 A-Telegramme
26: fester zeitlicher Abstand zwischen S-Telegramm und A-Telegramm

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19905316 A1 [0012]
DE 10132971 B4 [0019, 0151]
DE 102004041421 B4 [0020]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm EN 13757-4:2013 [0009, 0025, 0041, 0060]
DIN EN 13757-4:2013 [0099]

Claims

Verfahren zur Funkübertragung von Daten in einem Erfassungssystem (1), bei dem Daten von einem Sensorsendegerät (2) erfasst und in einem Funknetzwerk (3) als Datentelegramm (10, 11, 12, 13, 14) entsprechend einem Prädiktions-Sendezeitschema unidirektional an ein Empfangsgerät (4) gesendet werden, - wobei das Sensorsendegerät (2) zu durch das Prädiktions-Sendezeitschema bestimmten Sendezeitpunkten ein Datentelegramm (10, 11, 12, 13, 14) aussendet, und - wobei das Empfangsgerät (4) zu den durch das Prädiktions-Sendezeitschema bestimmten Sendezeitpunkten ein Empfangsfenster zum Empfangen des ausgesendeten Datentelegramms (10, 11, 12, 13, 14) öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass - Datentelegramme (10, 11, 12, 13, 14) ausgesendet werden, die zu verschiedenen Datentelegrammtypen gehören, wobei sich die Datentelegrammtypen durch den Dateninhalt und/oder die Zugehörigkeit zu verschiedenen Sendestandards unterscheiden, - für das Aussenden von Datentelegrammen (10, 11, 12, 13, 14) der verschiedenen Datentelegrammtypen jeweils ein eigenes Prädiktions-Sendezeitschema verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendezeitpunkte der Datentelegramme in den verschiedenen Prädiktions-Sendezeitschemata durch Nenn-Sendezeitpunkte eines Nenn-Sendeintervalls (15, 16, 17, 18, 19, 20, 23) des jeweiligen Prädiktions-Sendezeitschemas und dessen zeitliche Phasenverschiebung relativ zu den Nenn-Sendeintervallen (15, 16, 17, 18, 19, 20, 23) der anderen Prädiktions-Sendezeitschemata definiert werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nenn-Sendeintervalle der Prädiktions-Sendezeitschemata als jeweils ganzzahliges Vielfaches eines Basis-Sendeintervalls gewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Phasenverschiebung zwischen den Nenn-Sendeintervallen zweier Prädiktions-Sendezeitschemata einem nicht-ganzzahligen Vielfachen des Basis-Sendeintervalls entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Nenn-Sendeintervalle aller Prädiktions-Sendezeitschemata jeweils eine verschiedene Phasenverschiebung vorgesehen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendezeitpunkte in einem Schwankungsbereich zufällig um den durch das Nenn-Sendeintervall (15, 16, 17, 18, 19, 20, 23) vorgegebenen Nenn-Sendezeitpunkt schwanken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebung zwischen dem Nenn-Sendezeitpunkt eines Datentelegramms eines Prädiktion-Sendezeitschemas und dem Nenn-Sendezeitpunkt des nächst folgenden Datentelegramms eines weiteren Prädiktions-Sendezeitschemas in dem Basis-Sendeintervall dadurch ermittelt wird, - dass die längste Dauer der Aussendung eines Datentelegramms nach einem der Prädiktions-Sendezeitschemata ermittelt wird, - dass der Betrag der größten Schwankungsbreite um den Nenn-Sendezeitpunkt eines Datentelegramms nach einem der Prädiktions-Sendezeitschemata ermittelt wird, - dass die Phasenverschiebung zwischen dem Nenn-Sendezeitpunkt des Datentelegramms des einen Prädiktions-Sendezeitschemas und dem Nenn-Sendezeitpunkt des nächst folgenden Datentelegramms des weiteren Prädiktions-Sendezeitschemas größer als die Summe aus der Dauer der Aussendung und dem zweifachen Betrag der größten Schwankungsbreite um den Nenn-Sendezeitpunkt gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebung des Nenn-Sendezeitpunkts des Datentelegramms für die Prädiktions-Sendezeitschemata von dem Anfang des Basis-Sendeintervalls gemessene Zeitdauer bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebung zwischen dem Nenn-Sendezeitpunkt des nächstvorangehenden Datentelegramms des einen Prädiktions-Sendezeitschemas und dem Nenn-Sendezeitpunkt des nächst folgenden Datentelegramms des weiteren Prädiktions-Sendezeitschemas kleiner gewählt wird als die Differenz der Summe aus der von dem Anfang des Basisintervalls berechnete Phasenverschiebung des nächst vorangehenden Datentelegramms des einen Prädiktions-Sendezeitschemas, der Dauer der Aussendung und dem zweifachen Betrag der größten Schwankungsbreite um den Nenn-Sendezeitpunkt von dem Basisintervall.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebungen der Nenn-Sendezeitpunkte von Datentelegrammen der Prädiktions-Sendezeitschemata in einem Basis-Sendeintervall nach steigender Länge des Nenn-Sendeintervalle sortiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Datentelegrammtyp nach einem Prädiktions-Sendezeitschema vorgesehen wird, nach dem Aussenden eines auslösenden Datentelegramms nach einem der Prädiktions-Sendezeitschemata in einem Mehrfachaussendungs-Zeitraum eine vorgegebene Anzahl von Mehrfachaussendungen dieses Datentelegramms oder eines anderen Datentelegramms auszusenden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Mehrfachaussendungen und/oder die Nenn-Sendeintervalle eines Prädiktions-Sendezeitschemas abhängig von dem Vorliegen von Bedingungen variiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in den verschiedenen Datentelegrammen (10, 11, 12, 13, 14) enthaltenen Daten über die zeitliche Lage der Empfangszeitpunkte der Datentelegramme (10, 11, 12, 13, 14) unterscheidbar sind und/oder die Datentelegramme (10, 11, 12, 13, 14) eine Kennzeichnung ihres Telegrammtyps aufweisen.
Batteriebetriebenes Sensorsendegerät (2) mit einem Sensor (5) zum Erfassen von Daten, einem Sender (6) zum drahtlosen Übertragen der erfassten Daten und einer Recheneinheit (7), welche zur Steuerung der Erfassung und Übertragung der Daten eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (7) zur Aussenden von Datentelegrammen (10, 11, 12, 13, 14) entsprechend dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 eingerichtet ist.
Empfangsgerät (4) mit einem Empfänger (7) zum Empfangen von drahtlos übertragenen Datentelegrammen (10, 11, 12, 13, 14) und einer Recheneinheit (8), welche zur Steuerung des Empfangs der Daten eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (8) zum Empfangen von Datentelegrammen (10, 11, 12, 13, 14) entsprechend dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 eingerichtet ist.