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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein intelligentes Messsystem mit einem digitalen Stromzähler und einer Kommunikationsvorrichtung. Insbesondere werden Aspekte für einen vereinfachten Nutzerzugriff auf die Kommunikationsvorrichtung offenbart.
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HINTERGRUND
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Intelligente Messsysteme (iMSys) umfassen als Hauptkomponenten einen als Basiszähler (BZ) ausgebildeten digitalen Stromzähler und eine als Smart Meter Gateway (SMGW) ausgebildete Kommunikationsvorrichtung. Das Smart Meter Gateway bindet moderne Messeinrichtungen und technische Geräte (z.B. auf erneuerbaren Energien basierende Stromerzeugungsanlagen, Gas-Messeinrichtungen, oder Wärmepumpen) sicher in ein Kommunikationsnetz ein. Darüber hinaus stellt das Smart Meter Gateway Funktionen zur Erfassung, Verarbeitung, Verschlüsselung und Versendung von Daten bereit.
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Das Smart Meter Gateway ist in einem verplombten Installationsraum des Basiszählers montiert und verfügt über eine für einen Endkunden nutzbare Home Area Network- (HAN) Schnittstelle, die als Ethernet-Anschluss ausgeführt ist. Über die HAN-Schnittstelle stellt das Smart Meter Gateway Daten für den Endkunden bereit. So kann der Endkunde mit Hilfe eines Ethernet-Kabels beispielsweise einen Personal-Computer mit dem Ethernet-Anschluss verbinden und seine Verbrauchs- bzw. bei einer Erzeugungsanlage seine Einspeisewerte abfragen.
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Der Basiszähler befindet sich üblicherweise in einem Zählerschrank im Keller eines Gebäudes. Viele Endkunden haben aber in ihrem Keller keine Ethernet-Verbindung zu ihrem Personal-Computer, so dass ein Auslesen von Verbrauchswerten nur mit Aufwand möglich ist. Will der Endkunde einen tragbaren Laptop-Computer an den Ethernet-Anschluss anschließen, so muss das Ethernet-Kabel aus dem Zählerschrank herausgeführt werden, was ein Verschließen des Zählerschranks verhindert. Dies ist insbesondere bei einem Auslesen von Verbrauchswerten über einen langen Zeitraum unerwünscht. Auch ein spontanes Auslesen von Verbrauchswerten erfordert, dass sich der Endkunde in den Keller begibt und seinen Laptop-Computer über das Ethernet-Kabel mit dem Ethernet-Anschluss verbindet.
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Von Endkunden bevorzugt genutzte Endgeräte sind Smartphones und Tablets. Smartphones und Tablets sind aber im Allgemeinen ausschließlich für drahtlose Kommunikation über ein Wireless Local Area Network (WLAN), Mobilfunk (2G, 3G, 4G, 5G) und/oder Bluetooth ausgelegt und weisen keinen Ethernet-Anschluss auf. Somit kann der Endkunde mit seinen bevorzugt genutzten Endgeräten keine Verbrauchswerte von dem Smart Meter Gateway empfangen.
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Das Dokument
US 7 091 878 B2 betrifft eine Anordnung zur Erkennung von Manipulationen in einem Zähler mit einem Service-Trennschalter. Die Anordnung verwendet eine Spannungserfassungsschaltung, die nur eine einzige Verbindung zu einer digitalen Verarbeitungsschaltung für die Zuleitungen eines Hausanschlusses benötigt. Die
1 zeigt einen Stromzähler. Eine Gehäusebaugruppe ist um den Stromzähler angeordnet und umschließt verschiedene Komponenten, wie Spannungssensoren und Stromsensoren. Die Spannungssensoren und Stromsensoren empfangen Spannungs- und Stromsignale, die für einer Last zugeführte Spannungen und Ströme repräsentativ sind, und erzeugen daraus Messsignale. Eine Kommunikationsschaltung ist mit einer Verarbeitungsschaltung gekoppelt und empfängt Signale von einem entfernten Gerät, das außerhalb der Gehäusebaugruppe angeordnet ist.
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Das Dokument
CN 207 516 417 U betrifft eine externe Kommunikationsschnittstelle für elektrische Energiezähler. Die Kommunikationsschnittstelle umfasst eine Leiterplatte mit zwei RJ45-Schnittstellen, die am Rande der Leiterplatte angeordnet sind. Jede RJ45-Schnittstelle umfasst acht PINs. Die erste und die zweite PIN sind jeweils mit den positiven und negativen Stromversorgungselektroden eines elektrischen Energiezählers verbunden, die vierte und fünfte PIN sind jeweils mit den positiven und negativen Anschlüssen eines Satzes von Anschlussklemmen verbunden, die dritte und sechste PIN sind nicht belegt, und die siebte und achte PIN sind geerdet. Zur Stromversorgung eines Zählerablesegeräts kann dieses mit der RJ45-Schnittstelle verbunden werden.
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Das Dokument
US 2017 / 0 219 378 A1 betrifft einen Verbrauchszähler umfassend eine Messschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie Verbrauchsdaten misst, einen Speicher, der so konfiguriert ist, dass er Zählerdaten einschließlich der Verbrauchsdaten speichert, und einen Empfänger, der so konfiguriert ist, dass er eine Prioritätsnachricht von einer Quelle außerhalb des Verbrauchszählers empfängt. Die
1 zeigt einen Verbrauchszähler und eine Fernquelle, die sich außerhalb des Verbrauchszählers befindet und mit diesem in Kommunikationsverbindung steht. Der Verbrauchszähler umfasst eine Messschaltung, einen Speicher, einen Transceiver und eine Stromversorgung.
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Das Dokument
EP 2 418 801 A betrifft ein System und Verfahren zur Durchführung von Diagnosen an einem Haushaltsgerät unter Verwendung einer Unterzählereinrichtung, die Leistungseigenschaften in Bezug auf die Verwendung des Geräts innerhalb eines Netzwerks misst und Daten an eine Hausenergie-Steuereinheit sendet. Die Unterzählereinrichtung umfasst einen oder mehrere Sensoren, insbesondere einen Stromwandler, eine Rogowski-Spule, einen Shunt-Widerstand oder einen Hall-Effekt-Sensor, um Daten zu sammeln, die sich auf mindestens eine der folgenden Größen beziehen: Wirkleistungsverbrauch, Blindleistungsverbrauch, Netzfrequenz, Netzspannung, Leistungsfaktor, Vergleich von führender/nacheilender Spannung und Strom, und Scheinleistung.
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KURZER ABRISS
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Der vorliegenden Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, ein intelligentes Messsystem mit einem digitalen Stromzähler und einer Kommunikationsvorrichtung bereitzustellen, welches einem Endkunden ermöglicht, drahtlos Daten von der Kommunikationsvorrichtung zu empfangen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein intelligentes Messsystem gemäß Anspruch 1. Weitere Aspekte der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird ein intelligentes Messsystem vorgeschlagen, welches einen digitalen Stromzähler, eine Kommunikationsvorrichtung und ein Gehäuse umfasst. Der digitale Stromzähler umfasst eine erste Kommunikationsschnittstelle und eine zweite Kommunikationsschnittstelle, und die Kommunikationsvorrichtung umfasst eine dritte Kommunikationsschnittstelle und eine vierte Kommunikationsschnittstelle. Die Kommunikationsvorrichtung ist dazu eingerichtet, über die dritte Kommunikationsschnittstelle und die erste Kommunikationsschnittstelle mit dem digitalen Stromzähler zu kommunizieren, die vierte Kommunikationsschnittstelle ist dazu eingerichtet ist, Datenzugriff auf die Kommunikationsvorrichtung von außerhalb des Gehäuses bereitzustellen und die zweite Kommunikationsschnittstelle ist dazu eingerichtet ist, außerhalb des Gehäuses eine Stromversorgung bereitzustellen.
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Um einem Endkunden, in dessen Gebäude das intelligente Messsystem eingebaut ist, zu ermöglichen, drahtlos über die vierte Kommunikationsschnittstelle Daten von der Kommunikationsvorrichtung zu empfangen, kann an die vierte Kommunikationsschnittstelle ein Funk-Kommunikationsmodul angeschlossen werden. Derartige Funk-Kommunikationsmodule müssen zum Betrieb mit Strom versorgt werden. Intelligente Messsysteme stellen aber außerhalb des Gehäuses keine Stromversorgung bereit. Ist das intelligente Messsystem in einem Zählerschrank installiert, so gibt es üblicherweise auch in dem Zählerschrank keine externe Stromversorgung.
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Um dieses Problem zu lösen, ist die zweite Kommunikationsschnittstelle dazu eingerichtet ist, außerhalb des Gehäuses eine Stromversorgung bereitzustellen. Folglich kann über die zweite Kommunikationsschnittstelle ein Funk-Kommunikationsmodul mit dem zum Betrieb notwendigen Strom versorgt werden. So wird die zweite Kommunikationsschnittstelle entgegen ihrer eigentlichen Bestimmung nicht als Kommunikationsschnittstelle, sondern als Stromquelle verwendet.
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Um aus Sicherheitsgründen einen externen Datenzugriff über die zweite Kommunikationsschnittstelle auf den digitalen Stromzähler zu verhindern, kann die zweite Kommunikationsschnittstelle dazu eingerichtet sein, die Stromversorgung außerhalb des Gehäuses bereitzustellen ohne einen Datenzugriff auf den digitalen Stromzähler zu ermöglichen.
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Das intelligente Messsystem kann ferner ein Netzwerkkabel mit einem ersten Stecker an einem Ende des Netzwerkkabels und einem zweiten Stecker am anderen Ende des Netzwerkkabels umfassen, wobei der erste Stecker innerhalb des Gehäuses mit der zweiten Kommunikationsschnittstelle verbunden ist und der zweite Stecker dazu eingerichtet ist, die Stromversorgung außerhalb des Gehäuses bereitzustellen. Dadurch kann mit Hilfe des Netzwerkkabels ausschließlich die Stromversorgung nach außerhalb des Gehäuses verlegt werden.
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In einer Ausführungsform erstreckt sich das Netzwerkkabel durch das Gehäuse nach außen. Dazu kann in dem Gehäuse eine Aussparung für einen Kabeldurchlass vorgesehen sein. Der zweite Stecker kann auch in ein von außerhalb des Gehäuses zugängliches Netzteil integriert sein.
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Um sicherzustellen, dass von der zweiten Kommunikationsschnittstelle nur eine externe Stromversorgung, jedoch kein externer Datenzugriff auf den digitalen Stromzähler ermöglicht wird, kann das Netzwerkkabel dazu eingerichtet sein, ausschließlich die Stromversorgung außerhalb des Gehäuses bereitzustellen ohne eine Datenkommunikation zu ermöglichen.
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So kann das Netzwerkkabel als ein Bus-Kabel mit einer Vielzahl von Leitungen ausgebildet sein, wobei das Netzwerkkabel dazu eingerichtet ist, nur eine Versorgungsspannung und ein Bezugspotential zu übertragen. Beispielsweise kann das Bus-Kabel sechs Leitungen umfassen, wobei nur zwei Leitungen belegt sind. Es ist auch denkbar, dass sich in dem Bus-Kabel nur zwei Leitungen befinden.
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Vorzugsweise kann es sich bei dem ersten Stecker des Netzwerkkabels um einen Western-Modular-Stecker RJ12 6p/6c handeln, bei dem nur der PIN 2 und der PIN 3 belegt sind.
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Um handelsübliche Funk-Kommunikationsmodule, wie beispielsweise eine sogenannte „WLAN-Bridge“, ohne Verwendung von Adaptern mit Strom zu versorgen, kann der zweite Stecker mit einem Universal Serial Bus- (USB) Anschluss verbunden sein, der von außerhalb des Gehäuses zugänglich ist. Der USB-Anschluss kann beispielsweise in einem Netzteil integriert sein. Bei dem ersten Stecker kann es sich um einen Ethernet-Stecker handeln.
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Das intelligente Messsystem kann ferner ein Kommunikationsmodul, insbesondere ein Funk-Kommunikationsmodul (beispielsweise eine WLAN-Bridge), umfassen, welches dazu eingerichtet ist, eine Funkverbindung zu einem Kommunikationsnetzwerk bereitzustellen. Das Kommunikationsmodul kann über den zweiten Stecker mit Strom versorgt werden und über die vierte Kommunikationsschnittstelle mit der Kommunikationsvorrichtung kommunizieren. Dadurch kann ein drahtloser Zugriff auf ein Home Area Network (HAN) bereitgestellt werden.
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Zur sicheren und platzsparenden Befestigung aller Komponenten des intelligenten Messsystems kann das intelligente Messsystem eine Hutschiene umfassen, wobei die Kommunikationsvorrichtung und der zweite Stecker, oder ein Netzteil, mit dem der zweite Stecker verbunden ist, an der Hutschiene befestigt sind.
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Um die erste, die zweite und die dritte Kommunikationsschnittstelle vor Manipulation und Datendiebstahl zu sichern, kann das Gehäuse dazu eingerichtet sein, Zugriff von außen auf die erste Kommunikationsschnittstelle, die zweite Kommunikationsschnittstelle und die dritte Kommunikationsschnittstelle zu verhindern.
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Um nicht unbemerkt auf die erste, die zweite und die dritte Kommunikationsschnittstelle zugreifen zu können, kann das Gehäuse verplombt sein.
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Vorzugsweise ist der digitale Stromzähler ein Basiszähler, ist die Kommunikationsvorrichtung ein Smart Meter Gateway (SMGW), sind die erste Kommunikationsschnittstelle, die zweite Kommunikationsschnittstelle und die dritte Kommunikationsschnittstelle Schnittstellen für ein lokales metrologisches Netzwerk (LMN) und ist die vierte Kommunikationsschnittstelle eine Schnittstelle für ein Home Area Network (HAN).
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Figurenliste
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der hier beschriebenen Vorrichtungen und Systeme ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie aus der Figur.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung eines intelligenten Messsystems mit einem digitalen Stromzähler und einer Kommunikationsvorrichtung; und
- 2 zeigt eine PIN-Belegung für einen LMN-Bus.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines intelligenten Messsystems 1 mit einem digitalen Stromzähler 2 und einer Kommunikationsvorrichtung 3, die in einem verplombten Gehäuse 8 eingebaut sind. Der digitale Stromzähler 2 ist als Basiszähler ausgebildet und umfasst eine erste LMN-Anschlussbuchse 4 und eine zweite LMN-Anschlussbuchse 5. Die erste LMN-Anschlussbuchse 4 und die zweite LMN-Anschlussbuchse 5 sind jeweils als Western-Modular-Buchse RJ12 6p/6c ausgebildet. Die Kommunikationsvorrichtung 3 ist als SMGW ausgebildet und umfasst eine dritte LMN-Anschlussbuchse 6 und eine HAN-Anschlussbuchse 7. Die dritte LMN-Anschlussbuchse 6 ist als Western-Modular-Buchse RJ12 6p/6c ausgebildet und die HAN-Anschlussbuchse 7 ist als Ethernet-Buchse ausgebildet.
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Auf einer Hutschiene 15 sind die Kommunikationsvorrichtung 3 und ein Netzteil 16 montiert. Über ein erstes LMN-Buskabel 17, dessen Stecker in der ersten LMN-Anschlussbuchse 4 und der dritten LMN-Anschlussbuchse 6 stecken, kommunizieren der Basiszähler 2 und das SMGW 3 miteinander. Dabei erfolgt auch eine Versorgung der zählerseitigen LMN-Bus-Schnittstelle durch das SMGW 3 mit Strom. Ein erster LMN-Stecker 11 eines zweiten LMN-Buskabels 10 steckt in der zweiten LMN-Anschlussbuchse 5 und ein zweiter LMN-Stecker des zweiten LMN-Buskabels 10 (in 1 nicht gezeigt) ist in dem Netzteil 16 integriert. Das Netzteil 16 umfasst eine USB-Anschlussbuchse 12, welche mit dem zweiten LMN-Stecker elektrisch verbunden ist. Die Stecker der beiden LMN-Buskabel 10 und 17 sind jeweils als Western-Modular-Stecker RJ12 6p/6c ausgebildet.
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Das SMGW 3, die Hutschiene 15, das Netzteil 16, das LMN-Buskabel 10 und das LMN-Buskabel 17 befinden sich in einem verplombten Bauraum 9 des Basiszählers 2 und sind durch das Gehäuse 8 vor einem Zugriff von außen geschützt. Lediglich die HAN-Anschlussbuchse 7 und die USB-Anschlussbuchse 12 sind von außen zugänglich.
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Die USB-Anschlussbuchse 12 ist derart ausgebildet, dass sie nur eine externe Stromversorgung, jedoch keinen Datenzugriff auf den Basiszähler 2 bereitstellt. Dies kann auf verschiedene Weisen realisiert werden.
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So kann die zweite LMN-Anschlussbuchse 5 derart ausgebildet sein, dass nur die PINs für Versorgungsspannung und Bezugspotential belegt sind.
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Die 2 zeigt die als Western-Modular-Buchse RJ12 6p/6c ausgeführte LMN-Anschlussbuchse 5 mit sechs PINs. Die standardgemäße PIN-Belegung ist wie folgt: PIN 1: RS485 Bus-Leitung A, PIN 2: Versorgung +12V, PIN 3: GND, Bezugspotential; PIN 4: unbelegt, PIN 5: unbelegt, PIN 6: RS485 Bus-Leitung B. Damit über die Anschlussbuchse 5 keine Datenübertragung stattfinden kann sind nur die PIN 2 und die PIN 3 belegt.
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Die LMN-Anschlussbuchse 5 kann aber auch für die Übertragung von Daten und Strom ausgelegt sein. In diesem Fall kann die Trennung von Daten und Strom in einem der Stecker 11 des LMN-Buskabels 10, im LMN-Buskabel 10, und/oder im Netzteil 16 erfolgen.
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So kann das LMN-Buskabel 10 derart ausgebildet sein, dass es keine sechs Leitungen, sondern nur zwei Leitungen für die PIN 2 und die PIN 3 umfasst. Des Weiteren kann einer der beiden Stecker des LMN-Buskabels 10 derart ausgebildet sein, dass nur für die PIN 2 und die Pin 3 eine elektrische Verbindung mit den Leitungen des LMN-Buskabels 10 existiert.
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Ferner ist es denkbar, dass zwischen dem Stecker des LMN-Buskabels 10 und der USB-Anschlussbuchse 12 ein Steckelement (in 1 nicht gezeigt) vorgesehen ist, welches nur die für eine Stromversorgung notwendigen PINs des Steckers des LMN-Buskabels 10 mit den entsprechenden PINs der USB-Anschlussbuchse 12 elektrisch verbindet.
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Somit hat ein Endkunde Zugriff auf die als Ethernet-Buchse ausgebildete HAN-Anschlussbuchse 7 und die USB-Anschlussbuchse 12 als reine Stromversorgung. Der Endkunde kann beispielsweise eine WLAN-Bridge 30 mit dem SMGW verbinden. Die WLAN-Bridge 30 umfasst dazu ein Ethernet-Kabel 18 und ein USB-Kabel 19. Das Ethernet-Kabel 18 ist mit der HAN-Anschlussbuchse 7 verbunden und das USB-Kabel 19 ist mit der USB-Anschlussbuchse 12 verbunden. Über das Ethernet-Kabel 18 empfängt die WLAN-Bridge 30 Verbrauchsdaten von dem SMGW 3 und über das USB-Kabel 19 wird die WLAN-Bridge 30 ausschließlich mit Strom versorgt.
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Die WLAN-Bridge 30 sendet die von dem SMGW 3 empfangen Verbrauchsdaten über ein WLAN an ein Smartphone eines Endkunden (in 1 nicht gezeigt), wo die Verbrauchsdaten für den Endkunden visualisiert werden.
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Der Basiszähler 2 und die WLAN-Bridge 30 können sich in einem Zählerschrank im Keller eines Gebäudes (in 1 nicht gezeigt) befinden.
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Wenn sich der Basiszähler 2 in einem Kellerraum befindet, kann anstelle der WLAN-Bridge 30 auch ein Funk-Kommunikationsmodul vorgesehen sein, welches nach dem 3GPP Narrowband Internet of Things (NB-IoT) oder Long Range Wide Area Network (LoRaWAN) Standard arbeitet.
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Für den Fall, dass über das LMN-Bus-System mehrere Basiszähler an ein SMGW 3 angeschlossen werden können die Signale nachgelagerten Basiszähler über die vorgelagerten Basiszähler über den LMN-Bus zum SMGW „durchgeschleift“ werden.
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In den vorgestellten Beispielen sind unterschiedliche Merkmale und Funktionen der vorliegenden Offenbarung getrennt voneinander sowie in bestimmten Kombinationen beschrieben worden. Es versteht sich jedoch, dass viele dieser Merkmale und Funktionen, wo dies nicht explizit ausgeschlossen ist, miteinander frei kombinierbar sind. Wenn in der vorliegenden Offenbarung von Stecker und Buchse gesprochen wird, so sind auch Ausführungsformen umfasst, bei denen Stecker und Buchse jeweils vertauscht sind.
