-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die Erfindung betrifft die Übertragung von großen Mengen an Daten von einem oder mehreren Kommunikationsnetzwerkknoten mit Sensoren zu einem oder mehreren Konzentratoren und ist insbesondere auf das Übertragen von Daten unter strengen Zeitbeschränkungen von Knoten, die direkt oder indirekt an Wälzlagern angebracht sind, gerichtet.
-
HINTERGRUND
-
Ein Wälzlager weist einen Innenring, einen Außenring und mehrere Wälzelemente oder - körper auf, die zwischen diesen zwei Ringen angeordnet sind. Diese Wälzelemente können Kugeln, Rollen oder Nadeln sein. In der Bedeutung der Erfindung können ein Wälzlager und ein Wälzelementlager beispielsweise ein Kugellager, ein Rollenlager oder ein Nadellager sein.
-
In dem Gebiet von Wälzlagern ist es bekannt, einen oder mehrere Sensoren anzubringen, um einen oder mehrere physikalische Parameter zu messen und diese physikalischen Parameter in elektrische Signale umzuwandeln. Wenn es zum Testen von Lagern in einem Prüfzentrum kommt, kann jedes Lager voll von Sensoren sein, um alles von einer Temperatur bis zu einer Last an unterschiedlichen Positionen an und Teilen des Lagers zu messen. In Großlagern können sogar Sensoren in einem oder mehreren seiner Rollen sein. Lager stellen ein großes Problem dar, wenn versucht wird, alle Daten, die die Sensoren erzeugen, kabellos zu sammeln, Lager sind meistens aus Stahl hergestellt. Kabellose Übertragung, insbesondere unter Verwendung von Funkfrequenzen, und Stahl passen nicht gut zusammen. Dass die Datenübertragungsrate nach unten gehen wird und die Knoten keinen unbegrenzten Zwischenspeicherraum haben, erzeugt ein Problem. Es gibt nach wie vor Raum für Verbesserungen.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Messsystem mit einer effizienten Datenübertragung mit niedrigem Overhead zwischen einem oder mehreren Knoten und einem oder mehreren korrespondierenden Konzentratoren zu definieren.
-
Die vorher erwähnte Aufgabe wird durch ein Messsystem mit verbesserten Datenübertragungseigenschaften erreicht, um effiziente Datenübertragungen in einer Umgebung zu ermöglichen, die in Bezug auf Funkfrequenz schwierig ist. Gemäß der Erfindung werden zwei unterschiedliche Datenübertragungsprotokolle verwendet, wobei jedes in seinem eigenen Funkfrequenzband überträgt. Das erste Datenübertragungsprotokoll ist ein unsynchronisiertes Netzwerk, wobei Knoten aktiv einen Konzentrator anstupsen können, um Beachtung zu bekommen. Wenn ein Knoten die Beachtung des Konzentrators hat, wird der Konzentrator dann den Knoten zu einem zweiten Datenübertragungsprotokoll hinüberschalten, welches ein Zeitmultiplexnetzwerk in einem unterschiedlichen Frequenzband ist. Das TDM-Netzwerk ist in der Lage, selektiv und effizient sowohl kleine als auch größere Datenpakete zu übertragen. Der Konzentrator ist in der Lage, beide Netzwerke zur selben Zeit aktiv zu halten.
-
Die vorher erwähnte Aufgabe wird auch gemäß der Erfindung durch ein Messsystem erreicht, welches einen Konzentrator und einen oder mehrere Knoten aufweist. Der Konzentrator weist einen ersten Sendeempfänger, der in einem ersten Funkfrequenzband mit einem ersten Datenübertragungsprotokoll arbeitet, und einen zweiten Sendeempfänger auf, der in einem zweiten Funkfrequenzband mit einem zweiten Datenübertragungsprotokoll arbeitet. Jeder der einen oder mehreren Knoten weist einen Mehrbandsendeempfänger, einen oder mehrere Sensoren und/oder Mittel, um mit einem oder mehreren Sensoren zu verbinden, und einen Knotencontroller auf. Der Mehrbandsendeempfänger ist angeordnet, um in der Lage zu sein, zwischen dem ersten Funkfrequenzband mit dem ersten Datenübertragungsprotokoll und dem zweiten Funkfrequenzband mit dem zweiten Datenprotokoll umzuschalten. Der eine oder die mehreren Sensoren wandeln eine oder mehrere physikalische Größen in elektrische Sensorsignale um und/oder haben Mittel, um mit einem oder mehreren Sensoren zu verbinden, die eine oder mehrere physikalische Größen in elektrische Sensorsignale umwandeln. Der Knotencontroller ist angeordnet, um über das zweite Datenübertragungsprotokoll die elektrischen Sensorsignale an den Konzentrator zu übertragen. Gemäß der Erfindung weist der Konzentrator des Weiteren einen Konzentratorcontroller auf, der angeordnet ist, um kontinuierlich mit dem ersten Sendeempfänger nach Statusnachrichten von dem einen oder mehreren Knoten zu horchen, und, wenn eine Statusnachricht von einem Knoten empfangen wird, dann eine Nachricht zurück zu dem Knoten mit Anweisungen, die Kommunikation auf das zweite Frequenzband umzuschalten, zusammen mit Parametern für den Knoten für das zweite Datenübertragungsprotokoll zu senden. Der Knotencontroller ist auch angeordnet, um den Mehrbandsendempfänger beim Zurücksetzen auf das erste Funkfrequenzband mit dem ersten Datenübertragungsprotokoll als Standard einzustellen und dann in vorbestimmten Zeitintervallen eine Statusnachricht zu senden und dann ein vorbestimmtes Wartezeitintervall auf eine Antwort zu warten.
-
Das zweite Datenübertragungsprotokoll ist geeignet ein Zeitmultiplexübertragungsprotokoll. Vorzugsweise für eine Broadcastanfrage in dem zweiten Datenübertragungsprotokoll bekommen alle Knoten einen Zeitslot zu Antwort. In manchen Ausführungsformen werden individuelle Knotenanfragen implementiert und für eine individuelle Knotenanfrage in dem zweiten Datenübertragungsprotokoll ist der adressierte Knoten der einzige Knoten während des Zeitframes, der einen Zeitslot bekommt, und der Zeitslot wird die gesamte verfügbare Zeit in diesem Zeitframe zugeteilt werden. Vorteilhafterweise für eine Multiknotenanfrage in dem zweiten Datenübertragungsprotokoll sind dann diese adressierten Knoten die einzigen Knoten während dieses Zeitframes, die einen Zeitslot bekommen, und diese Zeitslots werden die gesamte verfügbare Zeit in dem Zeitframe verwenden und gleichmäßig zwischen ihnen aufgeteilt werden.
-
Vorzugsweise wird eine Funkmodulationstechnologie mit Zirpenfrequenzspreizung (CSS), wie beispielsweise LoRa, für die Hardware- und Datenverbindungsschichten verwendet. In manchen Ausführungsformen kann das Messsystem mehrere Konzentratoren in einer Verkettung aufweisen, wobei jeder Konzentrator seine eigenen Knoten aufweist. Ein oder mehrere der mehreren Konzentratoren können auch virtuell sein, wenn dies den Datendurchsatz verbessern würde. Da die Paketlänge aufgrund von Hardwarebeschränkungen begrenzt sein kann, kann es nützlich sein, mehrere unterschiedliche Konzentratorzeitslots für unterschiedliche Mengen an Knoten zu haben, wodurch die Effizienz der Datenübertragung maximiert wird. Das heißt, wenn die Anzahl von Knoten groß wird, wird der einzelne Knotenübertragungsslot groß, möglicherweise größer als die physikalische Grenze. Es macht dann Sinn, die Knoten in verschiedene Konzentratorslots zu segmentieren, gerade so wie wenn sie verkettet sind. In manchen Ausführungsformen sind zumindest manche der Sensoren direkt oder indirekt an einem Lagerteil angebracht. In manchen Ausführungsformen sind zumindest manche der Knoten direkt an einem Lagerteil angebracht.
-
Die unterschiedlichen zusätzlichen Verbesserungen des Messsystems gemäß der Erfindung können in irgendeiner gewünschten Weise kombiniert werden, solange keine widersprüchlichen Merkmale kombiniert werden.
-
Andere Vorteile dieser Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung ersichtlich werden.
-
Figurenliste
-
Die Erfindung wird nun detaillierter für erläuternde und in keiner Weise beschränkende Zwecke mit Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben werden, in denen
- 1 ein Blockdiagramm eines Messsystems gemäß der Erfindung darstellt,
- 2 ein Datagramm darstellt,
- 3 ein Beispiel eines Zeitdiagramms des ersten Datenübertragungsprotokolls darstellt,
- 4 ein Beispiel eines Zeitdiagramms des zweiten Datenübertragungsprotokolls mit kleinen Nutzlasten von den Knoten darstellt,
- 5 ein Beispiel eines Zeitdiagramms des zweiten Datenübertragungsprotokolls mit großen Nutzlasten von dem zweiten Knoten darstellt,
- 6 ein Beispiel eines Zeitdiagramms des zweiten Datenübertragungsprotokolls darstellt, wobei zwei Konzentratoren/Gateways verkettet sind, der erste Konzentrator/Gateway mit einer großen Nutzlast von seinem ersten Knoten und der zweite Konzentrator/Gateway mit kleinen Nutzlasten von seinen zwei Knoten.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
Um das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung klarzustellen, werden manche Beispiele ihrer Verwendung nun in Zusammenhang mit den 1 bis 6 beschrieben werden.
-
1 stellt ein Blockdiagramm eines Messsystems gemäß der Erfindung dar. In diesem Beispiel gibt es einen Konzentrator/Gateway 100 mit drei Knoten 103, 105, 107. Jeder Knoten 103, 105, 107 hat seine(n) entsprechende(n) Sensor(en) 123, 125, 126, 127, die integral mit einem betreffenden Knoten oder mit einem betreffenden Knoten verbindbar sind. Jeder Sensor ist angeordnet und dazu bestimmt, entweder direkt oder indirekt an einem Element angebracht zu sein, wenn er im Einsatz ist, wie beispielsweise einem Teil eines Wälzlagers. Der Konzentrator 100 weist zwei Sendeempfänger 111, 112 auf, jeder geeignet mit einer Antenne. In manchen Ausführungsformen kann eine geteilte Mehrbandantenne durch beide Sendeempfänger 111, 112 verwendet werden. In manchen anderen Ausführungsformen können beide oder einer der Sendeempfänger 111, 112 getrennte Übertragungs- und Empfangsantennen haben. Ein Sendeempfänger 111 arbeitet in einem ersten Funkfrequenzband mit einem ersten Datenübertragungsprotokoll und der andere 112 arbeitet in einem zweiten Funkfrequenzband mit einem zweiten Datenübertragungsprotokoll. Der Konzentrator kann und wird im Einsatz und aktiv seine beiden Sendeempfänger aktiv zum gleichzeitigen Gebrauch haben. Jeder der Knoten 103, 105, 107 hat eine(n) Mehrbandantenne/Sendeempfänger 113, 115, 117, wobei jeder angeordnet ist, um in der Lage zu sein, zwischen dem ersten Funkfrequenzband unter Verwendung des ersten Datenübertragungsprotokolls und dem zweiten Funkfrequenzband unter Verwendung des zweiten Datenübertragungsprotokolls umzuschalten.
-
Das erste und das zweite Funkfrequenzband sind unterschiedlich, das erste und das zweite Datenübertragungsprotokoll sind unterschiedlich. Das erste Datenübertragungsprotokoll ist ein unsynchronisiertes Netzwerk, das heißt, die Knoten 103, 105, 107 und der Konzentrator 100 sind nicht dahin gehend synchronisiert, wann jeder der Knotensendeempfänger 113, 115, 117 Daten übertragen kann. In dem ersten Datenübertragungsprotokoll wird der Konzentrator 100 nach einer Statusübertragung von einem oder mehreren der Knoten 103, 105, 107 horchen und darauf warten und dann mehr oder weniger direkt danach eine(n) Befehl/Anfrage zurück zu dem Knoten senden. Wenn die Knoten zu dem ersten Datenübertragungsprotoll umgeschaltet sind, werden sie aus einem Schlafmodus aufwachen und eine Statusübertragung übertragen und dann eine vorbestimmte Zeit auf eine(n) Befehl/Anfrage von dem Konzentrator 100 warten. Wenn ein Knoten keine(n) Befehl/Anfrage innerhalb der vorbestimmten Zeitgrenze empfängt, wird er zurück zu dem Schlafmodus gehen und dann nach einer vorbestimmten Schlafmoduszeitverzögerung die Sequenz des Übertragens einer Statusübertragung etc. wiederholen. Der Grund, dass die Knoten einen großen Teil der Zeit in einem Schlafmodus sind, ist, dass sie sehr wahrscheinlich Vorrichtungen mit sehr geringer Energie sind, die durch Batterien mit Energie versorgt werden, und, indem ein Knoten so weit wie möglich im Schlafmodus gehalten wird, Energie spart. Wenn ein(e) Befehl/Anfrage von dem Konzentrator in der vorbestimmten Zeit empfangen wird, wird der betreffende Knoten den Befehl/die Anfrage ausführen. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ermöglicht dies, dass die Knoten die Beachtung des Konzentrators über das erste Datenübertragungsprotoll bekommen, und das System kann dann Knoten, wie sie kommen, in das zweite synchronisierte Datenübertragungsprotoll hinzufügen, das eine höhere effektive Datenübertragungsrate hat.
-
Gemäß der Erfindung ist es ein(e) Befehl/Anfrage, den Knoten von dem ersten Datenübertragungsprotoll, das in dem ersten Funkfrequenzband arbeitet, zu dem zweiten Datenübertragungsprotoll, das in dem zweiten Funkfrequenzband arbeitet, wechseln zu lassen. Der Befehl/ die Anfrage wird dann alle notwendigen Parameter und Synchronisierungsdetails aufweisen, die für den Knoten notwendig sind, um sich zu dem zweiten Datenübertragungsprotoll zu bewegen, das in dem zweiten Funkfrequenzband arbeitet. Das zweite Datenübertragungsprotoll ist ein synchronisiertes Netzwerk, um einen größeren Datendurchlauf zu erreichen, da es mit dem unsynchronisierten ersten Datenprotokoll eine hohe Wahrscheinlichkeit einer Kollision von Datenpaketen gibt. Geeignet gibt es eine Kollisionsdetektion und dann eine erneute Übertragung in einer zukünftigen Zeit, dies stiehlt Datendurchsatz.
-
Die Knoten werden zu dem ersten Datenübertragungsprotoll, das in dem ersten Funkfrequenzband arbeitet, beginnen und die Knoten werden auch zu diesem voreingestellt, beispielsweise wenn eine Überwachungsschaltung anspricht oder der Knoten aus der Synchronisierung mit den anderen Knoten und dem Konzentrator heraus geht.
-
Das synchronisierte zweite Datenübertragungsprotoll teilt jedem Knoten einen Zeitslot zu, wann er übertragen kann. Weitere Details werden unten folgen.
-
2 stellt ein Datagramm 230 dar, ein Datenpaket, das geeignet sowohl für das erste als auch das zweite Datenübertragungsprotoll verwendet werden kann. Das Datagramm 230 weist einen Header 232, eine Nutzlast 234 und optional eine zyklische Redundanzprüfung (CRC) 236 der Nutzlast 234 auf. Der Header 232 weist üblicherweise eine Präambel, Quell- und Zieladressen, eine Größe der Nutzlast, eine CRC des Headers, Sequenz des Datagramms, einen Zeitstempel etc. auf. Der Header 232 weist zumindest Basisinformationen auf, um die Nutzlast ordnungsgemäß zu ihrem Ziel zubekommen und anzuzeigen, woher sie kam. Der Header 232 und die CRC 236 sind beide Overhead, sie sind die Mittel für die Nutzlast 234, um von A, der Quelladresse, zu B, der Zieladresse, zu kommen. Wenn die Nutzlast 234 dieselbe Größe in Bytes wie der Header 232 hat, dann ist der Overhead gleich oder größer als die Nutzlast 234. Wenn wir in der Lage sind, Pakete bei einer Rate von 1000 Bytes pro Sekunde zu senden, so ist dann die effektive Datenübertragungsrate nur 500 Bytes pro Sekunde oder weniger. Für ein zweites Beispiel lassen wir den Header 232 bei derselben Größe und wenn wir dann die Nutzlast 234 erhöhen, sodass der Header 232 nur 10% eines Datagramms/Pakets 230 darstellt, dann bekommen wir mit derselben Rate von 1000 Bytes pro Sekunde eine effektive Datenübertragungsrate von 900 Bytes pro Sekunde. Es wird höchstwahrscheinlich sogar höher gehen, da es weniger Datenpakete pro Sekunde und pro große Menge an Daten geben wird, somit werden die Zwischenpaketverzögerungen ebenfalls geringer sein. Das ist beinahe die doppelte nutzbare Datenrate. Es muss auch einen Ausgleich dazwischen geben, wie groß die Nutzlastfähigkeit in dem Datagramm ist, und der Größe der Datenmengen, die zu transportieren sind. Wenn ein Prozent der Datenmengen 5000 Bytes sind und die anderen 99% 50 Bytes sind, dann gäbe es eine enorme Verschwendung, und eine sehr geringe effektive Datenrate, wenn die Nutzlastgröße bei 5000 Bytes in allen Datagrammen/Paketen festgelegt werden würde. Dann würden 99% der Datagramme nur eine Nutzlast von lein Prozent seiner Fähigkeit haben. Wir nehmen an, dass jede Datenmenge getrennt gesendet werden muss. Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist die Fähigkeit, die Größe der Nutzlast 234 in Abhängigkeit von der Kapazitätsverfügbarkeit und der Datenmengengröße zu ändern.
-
3 stellt ein Beispiel eines Zeitdiagramms des ersten Datenübertragungsprotokolls entlang einer Zeitlinie 390 dar, die in die Zeitlinienreihen 340, 343, 345, 347 geteilt ist. Eine erste Zeitlinienreihe 340 für Pakete von einem Konzentrator/Gateway, eine zweite Zeitlinienreihe 343 für Pakete von dem ersten Knoten, eine dritte Zeitlinienreihe 345 für Pakete von dem zweiten Knoten und eine vierte Zeitlinienreihe 347 für Pakete von dem dritten Knoten.
-
Der erste Knoten wird in regelmäßigen Intervallen aus dem Schlafmodus aufwachen und ein Statuspaket 344 aussenden. Nach dem aussenden des Statuspakets wird der Knoten für eine vorbestimmte Lauschzeit wach bleiben, um zu sehen, ob es einen Konzentrator/Gateway gibt, der auf das Statuspaket mit einem Befehls-/Anfragepaket 341 antwortet. Wenn es kein Befehls-/Anfragepaket innerhalb der vorbestimmten Lauschzeit gibt, dann schläft der Knoten wieder ein und wacht nach einer vorbestimmten Schlafzeit wieder auf und wiederholt den Prozess, bis das Befehls-/Anfragepaket 341 kommt. Der Konzentrator/Gateway hat zwei Sendeempfänger, von denen einer in dem ersten Funkfrequenzband lauscht, das gemäß dem ersten Datenübertragungsprotokoll arbeitet. Wenn der Konzentrator ein Statuspaket von einem Knoten empfängt, wird er ein Befehls-/Anfragepaket zurück zu dem Knoten senden. Dieses Befehls-/Anfragepaket kann ein Befehl für den Knoten sein, seinen Mehrbandsendeempfänger zu dem zweiten Funkfrequenzband umzuschalten und eine Kommunikation gemäß dem zweiten Datenübertragungsprotokoll zu beginnen. Die Statusanfragen von den Knoten kommen zufällig, in einer unkontrollierten Weise, und daher kollidieren manchmal Pakete, dies kann dort gesehen werden, wo ein Statuspaket 346 von dem zweiten Knoten exakt zu derselben Zeit gesendet wird wie ein Statuspaket 348, das von dem dritten Knoten gesendet wird, was eine Kollision 343 zwischen den zwei Paketen verursacht, welche beide Pakete 346, 348 korrumpiert. Diese Pakete müssen somit zu unterschiedlichen Zeiten erneut gesendet werden.
-
In dem ersten Datenübertragungsprotokoll sind die Einheiten nicht synchronisiert und es sind die Knoten, die die Initiative ergreifen, zufällig und somit anfällig auf Kollisionen, die die Übertragungsraten wirklich verringern. In dem zweiten Datenübertragungsprotokoll sind die Einheiten synchronisiert, und es ist der Konzentrator/Gateway, der verantwortlich ist.
-
4 stellt ein Beispiel eines Zeitdiagramms des zweiten Datenübertragungsprotokolls mit kleinen Nutzlasten von den Knoten entlang einer Zeitlinie 491 dar, die in Zeitlinienreihen 450, 453, 455, 457 geteilt ist. Eine erste Zeitlinienreihe 450 für Pakete von einem Konzentrator/Gateway, eine zweite Zeitlinienreihe 453 für Pakete von dem ersten Knoten, eine dritte Zeitlinienreihe 455 für Pakete von dem zweiten Knoten, und eine vierte Zeitlinienreihe 457 für Pakete von dem dritten Knoten. In dem zweiten Datenübertragungsprotokoll sind alle Knoten mit dem Konzentrator/Gateway synchronisiert. Der Konzentrator wird kontinuierlich die Knoten synchronisieren, sodass ihre individuelle(n) Zeiteinteilung/Takte keine Zeit haben werden, zu einem Zustand zu driften, in dem der Knoten nicht innerhalb der gesetzten Randbedingungen kommunizieren kann. Kollisionen sollten nicht auftreten. Um das Risiko von auftretenden Kollisionen zu verringern, ist etwas Bewegungsfreiheit in das zweite Datenübertragungsprotokoll eingebaut. Es gibt kleine Verzögerungen/Wartezeiten 462, 464, 466, 468 zwischen Paketen, sodass kleine Synchronisierungsvariationen nicht verursachen werden, dass Pakete kollidieren. Die Knoten werden starten 460, 461, auf ein Befehls-/Anfragepaket 451, 452 von dem Konzentrator ein bisschen vor der erwarteten Ankunft des Pakets 451, 452 zu lauschen, dies wird auch etwas Spielraum hinsichtlich der Synchronizität zwischen den Vorrichtungen geben.
-
In dem Beispiel, das in 4 gezeigt ist, sendet der Konzentrator eine(n) Broadcastbefehl/Anfrage 451, beispielsweise eine Statusanfrage. Da sie als eine Broadcastanfrage hinausgeht, werden alle Knoten in diesem Fall mit einem Statuspaket 454, 456, 458 innerhalb ihrer zugeteilten Zeitslots erwidern. Die Knoten berechnen ihre individuellen zugeteilten Zeitslots von dem Beginn der Broadcastanfrage 451. Der Zeitframe ist geeignet bemessen, sodass die Zeitslots, die für jeden Knoten zugeteilt sind, groß genug für die individuellen Statuspakete 454, 456, 458 von den Knoten sind.
-
Wenn die Knoten Messdaten von ihren Sensoren übertragen sollen, sind die zugeteilten Zeitslots nicht groß genug für die Messdaten. Wie vorher erläutert, ist das Aufteilen von großen Mengen an Daten in viele kleine Pakete keine effiziente Weise Daten zu übertragen, da sich der Overhead pro übertragene Nutzlastdaten erhöht. Gemäß der Erfindung wird ein Knoten befähigt, alle Zeitslots, die für alle Knoten verfügbar sind, zu verwenden, wenn ein Knoten individuell aufgefordert wird, Daten zu übertragen.
-
5 stellt ein Beispiel eines Zeitdiagramms des zweiten Datenübertragungsprotokolls mit großer Nutzlast von dem zweiten Knoten entlang einer Zeitlinie 591 dar, die in Zeitlinienreihen 550, 553, 555, 557 geteilt ist. Eine erste Zeitlinienreihe 550 für Pakete von einem Konzentrator/Gateway, eine zweite Zeitlinienreihe 553 für Pakete von dem ersten Knoten, eine dritte Zeitlinienreihe 555 für Pakete von dem zweiten Knoten, und eine vierte Zeitlinienreihe 557 für Pakete von dem dritten Knoten. Es gibt weniger kleine Verzögerungen/Wartezeiten 562, 568 zwischen Paketen, da es nicht so viele Pakete in einem Zeitframe gibt. Hier sendet der Konzentrator ein individuelles Befehls-/Anfragepaket 551 an den zweiten Knoten, die anderen Knoten werden dann während dieses Zeitframes still bleiben und nur der zweite Knoten sendet ein großes Datenpaket 559. Dies wird den Gesamtoverhead zum Übertragen dieser Daten sehr gering halten. Der Konzentrator sendet dann ein anderes Befehls-/Anfragepaket 552 zu Beginn des folgenden Zeitframes.
-
Es gibt Gelegenheiten, bei denen es eine Erweiterung geben muss, und die einzige Weise dies zu handhaben, ist es, mehr Konzentratoren mit ihren angehängten Knoten mit Sensoren einzuführen. Dies kann gemäß der Erfindung durch Verkettung der Konzentratoren erreicht werden, die alle dieselben zwei Funkfrequenzbänder verwenden. 6 stellt ein Beispiel eines Zeitdiagramms des zweiten Datenübertragungsprotokolls mit zwei Konzentratoren/Gateways, die verkettet sind, dar, der erste Konzentrator/Gateway mit einer großen Nutzlast von seinem ersten Knoten und der zweite Konzentrator/Gateway mit kleinen Nutzlasten von seinen zwei Knoten. Dies ist entlang einer Zeitlinie 691 dargestellt, die in Zeitlinienreihen 650, 653, 655, 657, 670, 673, 675 geteilt ist. Eine erste Zeitlinienreihe 650 für Pakete von einem ersten Konzentrator/Gateway, eine zweite Zeitlinienreihe 653 für Pakete von dem ersten Knoten des ersten Konzentrators, eine dritte Zeitlinienreihe 655 für Pakete von dem zweiten Knoten des ersten Konzentrators, eine vierte Zeitlinienreihe 657 für Pakete von dem dritten Knoten des ersten Konzentrators, eine fünfte Zeitlinienreihe 670 für Pakete von einem zweiten Konzentrator/Gateway. Dargestellt sind auch die Wartezeiten 662, 663, 665, 667, 669 zwischen Paketen, um eine Überlappung/Kollision zwischen Paketen zu vermeiden.
-
Der erste Konzentrator sendet ein individuelles Anfragepaket 651 an seinen ersten Knoten, wobei der erste Knoten ein großes Datenpaket 659 zurücksendet. Da es keine weiteren Zeitslots gibt, die dem ersten Konzentrator zugeteilt sind, fährt der zweite Konzentrator mit dem Senden einer Broadcaststatusanfrage 671 an seine Knoten fort, wobei der erste und zweite Knoten des zweiten Konzentrators ihre Status in entsprechenden Datenpaketen 674, 676 in ihren entsprechenden Zeitslots zurücksenden. Wenn der zweite Konzentrator keine Zeitslots mehr hat, wird die Steuerung an den ersten Konzentrator zurückgegeben, der dann das Befehls-/Anfragepaket 652 senden wird.
-
Die Erfindung basiert auf der grundlegenden erfinderischen Idee zuerst des Verwendens eines unsynchronisierten Netzwerks für Knoten, um aktiv einen Konzentrator anzustupsen, um Beachtung zu bekommen, und dann den Konzentrator die Knoten über in ein Zeitmultiplexnetzwerk in einem unterschiedlichen Frequenzband umzuschalten. Das TDM-Netzwerk ist in der Lage, selektiv und effizient sowohl kleine als auch größere Datenpakete zu übertragen. Der Konzentrator ist in der Lage, beide Netzwerke zur selben Zeit aktiv zu halten. Das System kann durch Verkettung von mehr Mengen an Konzentratorframes und ihren jeweiligen Knoten entweder an demselben oder einem anderen Konzentrator erweitert werden. Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb des Schutzumfangs der folgenden Ansprüche variiert werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1 stellt ein Blockdiagramm eines Messsystems gemäß der Erfindung dar:
- 100
- Konzentrator/Gateway,
- 103
- erster Knoten,
- 105
- zweiter Knoten,
- 107
- dritter Knoten
- 111
- Antenne/Sendeempfänger, die/der in einem ersten Funkfrequenzband mit einem ersten Datenübertragungsprotokoll arbeitet,
- 112
- Antenne/Sendeempfänger, die/der in einem zweiten Funkfrequenzband mit einem zweiten Datenübertragungsprotokoll arbeitet,
- 113
- Mehrbandantenne/-sendeempfänger des ersten Knotens, die/der angeordnet ist, um in der Lage zu sein, zwischen dem ersten Funkfrequenzband mit dem ersten Datenübertragungsprotokoll und dem zweiten Funkfrequenzband mit dem zweiten Datenübertragungsprotokoll umzuschalten,
- 115
- Mehrbandantenne/-sendeempfänger des zweiten Knotens, die/der angeordnet ist, um in der Lage zu sein, zwischen dem ersten Funkfrequenzband mit dem ersten Datenübertragungsprotokoll und dem zweiten Funkfrequenzband mit dem zweiten Datenübertragungsprotokoll umzuschalten,
- 117
- Mehrbandantenne/-sendeempfänger des dritten Knotens, die/der angeordnet ist, um in der Lage zu sein, zwischen dem ersten Funkfrequenzband mit dem ersten Datenübertragungsprotokoll und dem zweiten Funkfrequenzband mit dem zweiten Datenübertragungsprotokoll umzuschalten,
- 123
- Sensor des ersten Knotens,
- 125
- erster Sensor des zweiten Knotens,
- 126
- zweiter Sensor des zweiten Knotens,
- 127
- Sensor des dritten Knotens.
- 2 stellt ein Datagramm dar,
- 230
- Datagramm,
- 232
- Header, der im Allgemeinen Präambel, Quell- und Zieladressen, Größe der Nutzlast, CRC des Headers, Zeitstempel, etc. aufweist,
- 234
- Nutzlast, die Daten, die von der Quelle zu dem Ziel zu übertragen sind,
- 236
- mögliche CRC der Nutzlast.
- 3 stellt ein Beispiel eines Zeitdiagramms des ersten Datenübertragungsprotokolls dar:
- 340
- Zeitlinie von Paketen von dem Konzentrator/Gateway,
- 341
- Befehls-/Anfragepaket von dem Konzentrator/Gateway,
- 342
- Kollision,
- 343
- Zeitlinie von Paketen von dem ersten Knoten,
- 344
- Statuspaket von dem ersten Knoten,
- 345
- Zeitlinie von Paketen von dem zweiten Knoten,
- 346
- Statuspaket von dem zweiten Knoten,
- 347
- Zeitlinie von Paketen von dem dritten Knoten,
- 348
- Statuspaket von dem dritten Knoten,
- 390
- Zeitlinie.
- 4 stellt ein Beispiel eines Zeitdiagramms des zweiten Datenübertragungsprotokolls mit kleinen Nutzlasten von den Knoten dar:
- 450
- Zeitlinie von Paketen von dem Konzentrator/Gateway,
- 451
- Broadcastbefehls-/Anfragepaket von dem Konzentrator/Gateway an alle Knoten,
- 452
- Befehls-/Anfragepaket von dem Konzentrator/Gateway,
- 453
- Zeitlinie von Paketen von dem ersten Knoten,
- 454
- Status-/Datenpaket von dem ersten Knoten,
- 455
- Zeitlinie von Paketen von dem zweiten Knoten,
- 456
- Status-/Datenpaket von dem zweiten Knoten,
- 457
- Zeitlinie von Paketen von dem dritten Knoten,
- 458
- Status-/Datenpaket von dem dritten Knoten,
- 460
- synchronisierte Zeit, wann Knoten von dem Schlafmodus zum Lauschen auf Befehle/Anfragen von dem Konzentrator/Gateway gehen,
- 461
- synchronisierte Zeit, wann Knoten von dem Schlafmodus zum Lauschen auf Befehle/Anfragen von dem Konzentrator/Gateway gehen.
- 462
- Wartezeit, um eine Überlappung/Kollision zu vermeiden,
- 464
- Wartezeit, um eine Überlappung/Kollision zu vermeiden,
- 466
- Wartezeit, um eine Überlappung/Kollision zu vermeiden,
- 468
- Wartezeit, um eine Überlappung/Kollision zu vermeiden,
- 491
- Zeitlinie.
- 5 stellt ein Beispiel eines Zeitdiagramms des zweiten Datenübertragungsprotokolls mit großer Nutzlast von dem zweiten Knoten dar:
- 550
- Zeitlinie von Paketen von dem Konzentrator/Gateway,
- 551
- Befehls-/Anfragepaket von dem Konzentrator/Gateway an den zweiten Knoten,
- 552
- Befehls-/Anfragepaket von dem Konzentrator/Gateway,
- 553
- Zeitlinie von Paketen von dem ersten Knoten,
- 555
- Zeitlinie von Paketen von dem zweiten Knoten,
- 559
- großes Datenpaket von dem zweiten Knoten,
- 557
- Zeitlinie von Paketen von dem dritten Knoten,
- 562
- Wartezeit, um eine Überlappung/Kollision zu vermeiden,
- 568
- Wartezeit, um eine Überlappung/Kollision zu vermeiden,
- 591
- Zeitlinie.
- 6 stellt ein Beispiel eines Zeitdiagramms des zweiten Datenübertragungsprotokolls mit zwei Konzentratoren/Gateways, die verkettet sind, dar, der erste Konzentrator/Gateway mit einer großen Nutzlast von seinem ersten Knoten und der zweite Konzentrator/Gateway mit kleinen Nutzlasten von seinen zwei Knoten:
- 650
- Zeitlinie von Paketen von dem ersten Konzentrator/Gateway,
- 651
- Befehls-/Anfragepaket von dem ersten Konzentrator/Gateway an seinen ersten Knoten,
- 652
- Befehls-/Anfragepaket von dem ersten Konzentrator/Gateway,
- 653
- Zeitlinie von Paketen von dem ersten Knoten des ersten Konzentrators/Gateways,
- 655
- Zeitlinie von Paketen von dem zweiten Knoten des ersten Konzentrators/Gateways,
- 657
- Zeitlinie von Paketen von dem dritten Knoten des ersten Konzentrators/Gateways,
- 659
- großes Datenpaket von dem ersten Knoten des ersten Konzentrators/Gateways
- 662
- Wartezeit, um eine Überlappung/Kollision zu vermeiden,
- 663
- Wartezeit, um eine Überlappung/Kollision zu vermeiden,
- 665
- Wartezeit, um eine Überlappung/Kollision zu vermeiden,
- 667
- Wartezeit, um eine Überlappung/Kollision zu vermeiden,
- 669
- Wartezeit, um eine Überlappung/Kollision zu vermeiden,
- 670
- Zeitlinie von Paketen von dem zweiten Konzentrator/Gateway,
- 671
- Broadcastbefehls-/Anfragepaket von dem zweiten Konzentrator/Gateway an alle seine Knoten,
- 673
- Zeitlinie von Paketen von dem ersten Knoten des zweiten Konzentrators/Gateways,
- 674
- Status-/Datenpaket von dem ersten Knoten des zweiten Konzentrators/Gateways,
- 675
- Zeitlinie von Paketen von dem zweiten Knoten des zweiten Konzentrators/Gateways,
- 676
- Status-/Datenpaket von dem zweiten Knoten des zweiten Konzentrators/Gateways,
- 691
- Zeitlinie.
