DE19911657A1 - Verfahren zur Übertragung von Daten - Google Patents
Verfahren zur Übertragung von DatenInfo
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Abstract
Zum Auslesen einer Vielzahl von Verbrauchsmessern (20 bis 27) wird ein Funknetz (10) vorgeschlagen, welches Datensammelstationen (14 bis 20) umfaßt, die jeweils mit einem Verbrauchsmesser oder einer Gruppe von Verbrauchsmessern (21 bis 28) über einen Funkkanal gekoppelt ist. Die Datensammelstationen (14 bis 20) können ihrerseits nicht alle direkt mit einer zentralen Datenverwaltungsstation (12) kommunizieren, vielmehr benötigen einige der Datensammelstationen andere Datensammelstationen als Zwischenstationen für die Datenübertragung. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, die Datenübertragung zwischen den Datensammelstationen und der Datenverwaltungseinheit in Zeitsegmenten durchzuführen, die eine zur topologischen Hierarchie des Netzwerkes anlaloge Hierarchie von Zeitschlitzblöcken umfassen. Sendezeitschlitze und Empfangszeitschlitze der verschiedenen Sammelstationen sind in den Zeitschlitzblöcken unterschiedlicher Hierarchienummer vorgegeben.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung
von Daten von einer Mehrzahl von Sammelstationen für
Daten zu einer Verwaltungsstation für Daten gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges Verfahren ist in der US 5 764 158 A offen
bart.
Bei ihm werden einige der Sammelstationen zugleich auch
als Relais- oder Zwischenstationen verwendet, über welche
solche Sammelstationen, die nicht in direktem Funkkontakt
mit der Verwaltungsstation stehen, ihre Daten an die
Verwaltungsstation übermitteln können. Die verschiedenen
Sammelstationen bilden so zusammen mit der Verwaltungs
station ein Datenübertragungsnetz mit baumähnlicher
Struktur. Dabei kann man jeder der Sammelstationen eine
Hierarchienummer zuordnen, die angibt, über wieviele
andere Sammelstationen die Datenübertragung zur Verwal
tungsstation hin erfolgt.
Bei diesem bekannten Verfahren sind die Empfangseinheiten
und Sendeeinheiten dauernd mit der Stromversorgung verbun
den. Nun ist es für viele Anwendungen wünschenswert,
daß die Stromversorgung aus Batterien erfolgt. In diesem
Falle braucht man zu den einzelnen Sammelstationen keine
Netzleitungen zu legen, ist also frei in der Wahl ihres
Anbringungsortes, und die Funktionsfähigkeit des Netzes
ist auch dann gewährleistet, wenn die Netzversorgung
zusammenbricht oder manipuliert wird.
In der DE 42 25 042 A1 ist ein Verfahren beschrieben,
welches gestattet, von einer Vielzahl von Verbrauchsmes
sern die Zählerstände preisgünstig und stromsparend
von den Verbrauchsmessern zu einer Sammelstation für die
Zählerstände zu übertragen. Hierzu sind die einzelnen
Verbrauchsmesser nur mit Sendeeinheiten versehen, die zu
stochastisch vorgegebenen Zeitpunkten den Zählerstand an
die Sammelstation senden. Oft sind nun Wohnanlagen aber
so groß, daß eine einzige Sammelstation für die Verbrauchs
werte nicht ausreicht. In anderen Wohnanlagen sind die
funktechnischen Verhältnisse so ungünstig, daß nicht alle
Verbrauchsmesser direkt an eine einzige Sammelstation
senden können. Oft werden auch aus Sicherheitsgründen
mehrere Sammelstationen vorgesehen, um die Meßdaten
eines einzigen Verbrauchsmessers von zwei oder mehr
Sammelstationen erfassen zu können. Bei derartig ausgeleg
ten Verbrauchserfassungsanlagen muß dann ein Ableser
mehrere Sammelstationen aufsuchen und die dort gespeicher
ten Daten übernehmen.
Soweit nachstehend eine Unterscheidung zwischen der
Verwaltungsstation und den Sammelstationen des Funknetzes
nicht unterschieden werden muß, wird einfach von den
Stationen oder einer Station des Netzwerkes gesprochen.
Durch die vorliegende Erfindung soll daher ein Verfahren
der eingangs angesprochenen Art geschaffen werden, wel
ches das Sammeln aller erfaßten Daten an einer einzigen
Verwaltungsstation für Daten ermöglicht, bei welchem
jedoch zugleich auch gewährleistet ist, daß der Energie
verbrauch so klein ist, daß mit den gängigen Langzeit
batterien Betriebsdauern in der Größenordnung von 5
bis 10 Jahren erreicht werden.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Ver
fahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die
mit dem Auslesen der Verbrauchsdaten verbundene Arbeit
stark reduziert, da dies an einer einzigen Verwaltungs
station erfolgen kann. Man kann dort auch den Aufwand
treiben, eine verhältnismäßig teure Datenfernübertra
gungseinrichtung (Telefon- oder Funkmodem oder ein ande
res Funksystem mit großer Reichweite) vorzusehen, so daß
das Auslesen der Zählerstände vollständig ohne mensch
liches Eingreifen erfolgen kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Zeit, in
welcher eine Datenübertragung stattfindet, in spezieller
Weise organisiert. Den verschiedenen Sammelstationen
werden gewisse Zeitschlitze zugeordnet, in welchen ihnen
der zur Datenübertragung verwendete gemeinsame Funkkanal
ausschließlich zur Verfügung gestellt wird. Diese Zeit
schlitze bilden zusammen einen Zeitschlitzblock. Zusätz
lich ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß man für dieje
nigen Sammelstationen, die unterschiedliche Hierarchie
nummer aufweisen, Zeitschlitzblöcke unterschiedlicher
Hierarchienummer vorsieht. Die Gesamtheit der Zeitschlitz
blöcke unterschiedlicher Hierarchie bilden zusammen
eine Zeitspanne, die nachstehend als Zeitsegment bezeich
net wird.
Diese Art der Organisation der Datenübertragung ermöglicht
es, die verschiedenen Sammelstationen nur für genau
vorgegebene kurze Zeitspannen für ein Senden von Daten
bzw. ein Empfangen von Daten zu aktivieren. Diese Akti
vierungszeiten sind verglichen mit der Gesamtlänge eines
Zeitsegmentes nur kurz, so daß man einen mittleren Strom
bedarf einer Sammelstation von nur 1 bis 3 µA erhält.
Bei typischen Objektgrößen muß eine Anlage zur automati
schen Auslesung von Zählerständen etwa 30 Sammelstationen
und bis zu 500 Verbrauchszähler umfassen. Dies läßt
sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren leicht realisie
ren, wobei man mit dem erfindungsgemäßen Verfahren so
wohl bei optimalen Funkverbindungen (alle Sammelstatio
nen haben direkte Funkverbindung zur Verwaltungsstation;
Sterntopologie) und auch extrem schlechten Funkbedingun
gen (nur eine Sammelstation hat direkten Funkkontakt
zur Verwaltungsstation, alle anderen Stationen müssen
jeweils über Relaisstationen bildende weitere Sammel
stationen zur Verwaltungsstation Daten übertragen; Ketten
topologie) Rechnung tragen kann. Auch beliebige gemischte
baum- oder sternartige Topologien des Funknetzes können
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren definiert und ver
wendet werden.
Die Qualität des Funkkontaktes einer Sammelstation zur
Verwaltungsstation hängt zum einen von festen Gegeben
heiten ab, z. B. von in der Verbindungslinie stehenden
Hindernissen und Fertigungstoleranzen der Sammelstatio
nen, welche die Sendeleistung und/oder die Empfangsempfind
lichkeit betreffen. Dabei können je nach den vorliegenden
Fertigungsungenauigkeiten auch Unsymmetrien der Daten
übertragung auftreten, so daß z. B. die Sammelstation
A die Sammelstation B empfangen kann, nicht aber die
Sammelstation B die Sammelstation A. Gleiches gilt für
die Funkkontakte zwischen den Sammelstationen und der
Verwaltungsstation.
Zu diesen festen Gegebenheiten kommen noch Änderungen
in der Funktopologie, die vorübergehender Art sind,
z. B. Abschattungen durch unterschiedliche Stellung von
Türen, Möbeln usw. Derartigen Änderungen in der Qualität
der Funktopologie des Netzes kann man bei Anwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einfache Weise
Rechnung tragen; das Funknetz kann sich von selbst an
die jeweils herrschenden Verhältnisse in Abständen an
passen.
Auch Eigen- und Fremdstörer können zu kurzzeitigen Be
einträchtigungen von einzelnen Funkverbindungen führen.
In solchen Fällen ist es oft nicht lohnend, eine komplett
neue Funktopologie aufzubauen, da solche Störungen oft
rasch wieder verschwinden. Bei Anwendung des erfindungs
gemäßen Verfahrens kann man in solchen Fällen auf ein
fache Weise redundante Funkverbindungen als Ausweich
lösungen einsetzen.
Durch die erfindungsgemäße Strukturierung der Datenüber
tragung auf der Basis von Zeitschlitzen, Zeitblöcken
und Zeitsegmenten ist auch automatisch gewährleistet,
daß die für Jedermanns-Bänder zulässige Belegungszeit
durch jede Sammelstation bzw. Verwaltungsstation zwischen
0,1% und 1% pro Stunde liegt (je nach Frequenzband).
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es auch nicht
notwendig, daß die Sammelstationen die Daten aller Zäh
lerstände von angeschlossenen Verbrauchsmessern zwischen
speichern. Man kommt ohne Datenstau beim Zusammenlaufen
von Datenströmen an einem Knoten ohne große Zwischen
puffer aus, obwohl die oben genannten Beschränkungen
bezüglich Stromverbrauchs und maximale Belegung der
Funkzeit bestehen. Für die Praxis ist es ausreichend,
wenn die Zählerstände der Verbrauchsmesser nur zwei
Mal pro Monat abgelesen werden. Um die oben genannte
Betriebsdauer von 5 bis 10 Jahren ohne Batteriewechsel
zu gewährleisten, darf aber die zu aktualisierende Topo
logie-Analyse nur wenig Funk-Kommunikation erfordern.
Dies ist bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
der Fall.
Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
auch die Zeit klein gehalten, in welcher die Empfangs
einheiten der Sammelstationen und der Verwaltungsstation
eingeschaltet werden. Die zum Betreiben der Empfangs
stationen notwendigen Ströme sind zwar kleiner als die
zum Treiben der Sendeeinheiten, sie betragen aber typi
scherweise noch 50% des Sendestromes.
In den Patentansprüchen und in der vorliegenden Beschrei
bung sollen unter dem Begriff Sammelstation nicht nur
solche Stationen verstanden werden, die die Zählerstände
einer Vielzahl von Verbrauchsmessern erhalten und diese
Daten dann an die Verwaltungsstation weitergeben, sondern
auch solche Stationen, die direkt einen Verbrauchsmesser
enthalten, wobei diese Stationen dann zusätzlich noch
als Relaisstationen dienen können oder auch nicht, und
auch Stationen, die nur der Funkübertragung im Netz dienen.
Wo von Verbrauchszählern gesprochen wird, sollen hierunter
sowohl solche verstanden werden, die als Ausgangssignal
den Zählerstand abgeben, als auch solche, die nur Inkre
mente des Verbrauchs an ihrem Ausgang bereitstellen,
wobei die Integration der Verbrauchsinkremente dann
einer nachgeordneten Datenverarbeitungsstation bestimmt
werden, die auch durch eine Station des Netzwerkes gebildet
sein kann.
Generell kann die Übernahme von Daten von einem Verbrauchs
messer durch eine Sammelstation über Leitungen, Funk,
optisch oder sonstig (z. B. Ultraschall) erfolgen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unter
ansprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs
beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher
erläutert. In dieser zeigen:
Fig. 1 eine räumliche Darstellung der Anordnung
verschiedener Datensammelstationen und einer
Datenverwaltungsstation eines Funknetzes,
welches zum Auslesen von Verbrauchsmessern
dient;
Fig. 2 eine Darstellung des in Fig. 1 gezeigten
Funknetzes, wobei die Verwaltungsstation
und die Sammelstationen nach Hierarchienummern
geordnet wiedergegeben sind;
Fig. 3 das in Fig. 2 gezeigte nach Hierarchienummern
geordnete Funknetz zusammen mit den Verbrauchs
messern, deren Zählerstände an die Verwaltungs
station weitergegeben werden sollen, wobei
hier zusätzlich die undirektionalen Funk
verbindungen zwischen den Verbrauchsmessern
und den Sammelstationen bzw. der Verwaltungs
station eingetragen sind;
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Sammelstation;
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer aus einer Sammel
station abgeleiteten Verwaltungsstation, die
zugleich einen Verbrauchsmesser umfaßt; und
Fig. 6 eine schematische Darstellung, in welcher
der Aufbau von Zeitschlitzblöcken und Zeit
segmenten dargestellt ist, wie er bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird.
Für die Zwecke der Erläuterung des erfindungsgemäßen
Verfahrens sei ein Beispiel betrachtet, bei welchem
die Zählerstände von sechs Verbrauchsmessern, die bezüg
lich einer Datenverwaltungsstation teilweise funktechnisch
ungünstig angeordnet sind, zu einer Datenverwaltungssta
tion übertragen werden sollen.
Fig. 1 zeigt das hierzu verwendete Funknetz, welches
insgesamt mit 10 bezeichnet ist.
Der Punkt, an welchem die gesamten Verbrauchsdaten an
fallen sollen, ist eine Datenverwaltungsstation 12,
die mit vier Datensammelstationen 14, 16, 18, 20 zusammen
arbeitet.
In Fig. 1 sind Funkverbindungen, die zwischen der Daten
verwaltungsstation 12 und den Datensammelstationen 14
bis 20 sowie unter den Datensammelstationen bestehen,
durch Pfeile angedeutet, wobei Doppelpfeile eine bidirek
tional nutzbare Funkverbindung und einfache Pfeile nur
unidirektional nutzbare Funkverbindungen angeben. Die
unidirektionalen Funkverbindungen werden bei dem betrach
teten Ausführungsbeispiel nicht verwendet.
Fig. 2 zeigt die Topologie des in Fig. 1 gezeigten
Funknetzes, wobei die Datenverwaltungsstation und die
Datensammelstationen in unterschiedlichen hierarchischen
Ebenen angeordnet sind, die durch eine Hierarchiezahl
h (h = 0 . . . H) gekennzeichnet sind. Diese Zahl gibt an,
wieviele unterschiedliche Funkverbindungen benützt werden
müssen, um eine betrachtete Datensammelstation mit der
Datenverwaltungsstation zu verbinden. Im vorliegenden
Fall liegt h zwischen 0 (Verwaltungsstation) und 2 (Da
tensammelstationen 14 und 18).
In Fig. 3 ist dargestellt, wie sechs Verbrauchsmesser
22, 23, 24, 26, 27, 28 den Datensammelstationen 14, 16, 18,
20, zugeordnet sind. Die Verbrauchsmesser 22 bis 28
enthalten jeweils einen in Fig. 4 schematisch dargestell
ten Meßteil 32 und ein Sendeteil 34, welches mit einer
Antenne 36 verbunden ist. Die von der Antenne 36 ausge
strahlten Funkwellen werden von einer Antenne 38 der Da
tensammelstation aufgefangen, die mit einem Empfangsteil
40 der Datensammelstation verbunden sind. An deren Aus
gang ist ein Signalaufbereitungskreis 42 angeschlossen,
auf welchen in Signallaufrichtung ein Speichersteuerkreis
44 angeschlossen ist.
Unter den von den Verbrauchsmessern an die Datensammel
station übertragenen Daten befindet sich neben dem Zähler
stand eine Identifikationsnummer für den Verbrauchsmesser,
die in der Fabrik insgesamt nur einmal und für einen
bestimmten Verbrauchsmesser vergeben wird.
Der Speichersteuerkreis 44 kann aus dem auf ihn gegebenen
Signal somit erkennen, von welchem mehrerer mit der
betrachteten Datensammelstation in Verbindung stehender
Verbrauchsmesser das gerade einlaufende Signal stammt
und adressiert gemäß der Verbrauchsmesser-Identifizierungs
nummer einen Speicher 46, in welchem dann der Zählerstand
des betrachteten Verbrauchsmessers abgelegt wird. Die
Dateneingangsklemme des Speichers 46 ist mit DI, die
Adressklemme für das Einlesen mit AW bezeichnet. Entspre
chend hat der Speicher 46 eine Datenausgangsklemme DO
sowie eine Klemme zum Adressieren des Speichers für
das Auslesen AR.
Ähnlich haben die Sammelstationen jeweils eine Arbeits
einheit 48 zum Durchführen verschiedener Steuerfunktionen
und logischer Arbeiten, eine Sendeeinheit 50 sowie eine
Empfangseinheit 52. Letztere sind mit Antennen 54 bzw.
56 verbunden, die in der Praxis auch durch eine einzige
Antenne und ggf. eine Sende/Empfangsweiche ersetzt sein
können.
An den Ausgang der Empfangseinheit 52 ist ein Signalauf
bereitungskreis 58 angeschlossen, dessen Ausgang mit
dem Eingang eines Weichenkreises 60 verbunden ist.
Die von einer Sammelstation abgegebenen Datenpakete
enthalten einen Nutzteil, der die Identifizierungs
nummern und die Zählerstände eines oder einer Mehrzahl
von Verbrauchsmessern enthält, die entweder direkt an
eine Datensammelstation angeschlossen sind oder die
ihre Daten an eine betrachtete Datensammelstation über
eine andere Datensammelstation übertragen haben. Zusätz
lich zu diesem Nutzteil enthalten die von den Sammel
stationen und auch von der Verwaltungsstation abgegebenen
Datenpakete ein Kopfteil, welches eindeutig angibt,
von welcher der Sammelstationen bzw. der Verwaltungs
stationen das Datenpaket stammt, ob es sich bei dem Daten
paket um ein in Aufwärtsrichtung, in höhere Hierarchieebenen
zu übertragendes Datenpaket oder eine in Abwärtsrichtung,
in Richtung auf die Datenverwaltungsstation zu übertra
gendes Datenpaket handelt, und ferner, ob es sich um ein
Datenpaket handelt, das der Organisation des Funknetzes
dient, oder um ein einfach nur zu übertragendes Verbrauchs-
Datenpaket handelt.
Wie noch näher beschrieben werden wird, kennt jede Daten
sammelstation ihre Hierarchiezahl. Wenn nun der Weichen
kreis 60 erkennt, daß die einlaufenden Daten von der
Datenverwaltungsstation oder einer Datensammelstation
geringerer Hierarchiezahl stammt, so weiß sie, daß es
sich bei den einlaufenden Daten nicht um Verbrauchsdaten
handelt sondern um solche Daten, die zur internen Orga
nisation des Funknetzes benötigte Befehle oder andere
von den Datensammelstationen zu beachtende Gegebenheiten
handelt. Zusätzlich kann man dem Kopfteil solche Daten
pakete, die zur Steuerung der Arbeitsweise des Funknetzes
dienen, Befehlscodes zugeben, die z. B. ein in der son
stigen Datenübertragung nicht verwendetes ASCII-Zeichen
umfassen.
Auf Grund dieses Aufbaus der Datenpakete kann somit
der Weichenkreis 60 zwischen Meßdaten und Steuerungs-
oder Organisationsdaten unterscheiden.
Liegen Meßdaten vor, so gibt der Weichenkreis 60 das
Datenpaket auf den einen Eingang eines Umpackkreises 66,
der an seinem anderen Eingang mit einem Festwertspeicher
68 verbunden ist. Dieser enthält die Kennung für die
betrachtete Datensammelstation. Der Umpackkreis 66 setzt
dann den Nutzteil des eingelaufenen Datenpaketes mit einem
neuen Kopfteil zusammen, welches die Kennung der betrach
teten Datensammelstation enthält. Das Ausgangssignal des
Jmpackkreises wird auf den einen Eingang eines Auswahl
kreises 70 gegeben, der weiter unten genauer beschrieben
wird.
Stellt der Weichenkreis 60 fest, daß gemäß Kopfteil
des eingelaufenen Datenpaketes Steuerdaten vorliegen,
so gibt sie diese auf den einen Eingang eines Steuer
rechners 72. Dieser arbeitet mit einem Schreib/Lese
speicher 74 zusammen. In diesem Speicher liegen u. a.
Daten, die im einzelnen angeben, zu welchen Zeitpunkten
die verschiedenen Sammelstationen des Funknetzes senden
und empfangen dürfen. Wie dies im einzelnen erfolgt,
wird später unter Bezugnahme auf Fig. 6 noch genauer
erläutert.
Der Weichenkreis 60 schickt in jedem Falle die Kopf
teile der einlaufenden Datenpakete auf den Steuerrech
ner 72. Ist in dem Kopfteil neben der Kennung der Daten
sammelstation, welche das Datenpaket geschickt hat,
zusätzlich noch ein Befehl enthalten, wird dieser Befehl
vom Steuerrechner 72 ausgeführt, insbesondere werden dann
im Nutzteil des Datenpaketes enthaltene Angaben darüber,
wann die einzelnen Datensammelstationen senden und empfan
gen dürfen, im Schreib/Lesespeicher 74 abgelegt.
Ein weiterer typischer Befehl, der sich in einem nach
oben durchgereichten einlaufenden Steuerdatenpaket befinden
kann, ist ein Synchronisierbefehl. Wird ein solcher
vom Steuerrechner 72 festgestellt, so beaufschlagt er
die Rückstellklemme R einer internen Uhr 76, deren Zeit-
Grundeinheit gleich einem Zeitschlitz gewählt ist, also
derjenigen Zeitspanne, innerhalb welcher der gemeinsame
Funkkanal einer Datensammelstation oder der Verwaltungs
station zum Senden oder zum Empfangen zugeteilt wird.
Stellt der Steuerrechner 72 fest, daß gemäß dem Inhalt
des Schreib-/Lesespeichers 74 zum gegebenen Zeitpunkt
einer anderen mit ihm gemäß Netztopologie verbundene Sammel
station Daten überstellen soll, so aktiviert er über ein
UND-Glied 78 die Sendeeinheit 50. Ist dagegen zum betrach
teten Zeitpunkt gemäß dem Inhalt des Schreib/Lesespeichers
74 eine andere Sammelstation oder die Verwaltungsstation
zum Senden berechtigt, von der von der betrachteten Sammel
station Daten gemäß der eingestellten Organisation des
Funknetzes Daten übernommen werden sollen, so aktiviert der
Steuerrechner 72 seine Empfangseinheit 52. Liegt keine der
genannten Bedingungen vor, so bleibt in dem betrachteten
Zeitschlitz sowohl die Sendeeinheit 50 als auch die
Empfangseinheit 52 ausgeschaltet.
Der Auswahlkreis 70 stellt zu Beginn jeder Zeitscheibe
fest, ob ein Ausgangssignal des Umpackkreises 66 vorliegt.
Ist dies der Fall, gibt er dieses Signal auf einen Filter
kreis 80 weiter. Dieser arbeitet mit einem Speicher 82
zusammen, in welchem das jeweils zuletzt gesendete Daten
paket gespeichert wird.
Ist das anstehende Datenpaket vom zuvor gesendeten Daten
paket verschieden, wird von einem Ausgang des Filterkrei
ses 80 ein Aktivierungssignal auf die zweite Eingangs
klemme des UND-Gliedes 78 gegeben. Gleichzeitig wird
dann das einlaufende Datenpaket in den Speicher 82 gescho
ben und über einen zweiten Ausgang des Filterkreises
80 auf den Eingang eines Parallel/Seriell-Umsetzers
84 gegeben. Dessen Ausgang ist mit der Sendeeinheit
50 verbunden.
Stellt der Auswahlkreis 70 fest, daß an seinem ersten
Eingang vom Umpackkreis 66 her kein Datenpaket ansteht,
so aktiviert er einen Packkreis 86. Dieser ruft unter
Adressierung des Speichers 46 die dort anstehenden Daten
ab und stellt sie zu einem Nutzteil zusammen. Unter
Verwendung des Inhaltes des Festwertspeichers 68 stellt
der Packkreis 86 dann ein der betrachteten Sammelstation
entsprechendes Kopfteil zusammen und setzt das Nutzteil
und das Kopfteil zu einem Datenpaket zusammen, welches
auf den zweiten Eingang des Auswahlkreises 86 gegeben
wird. Vom letzteren wird es dann in gleicher Weise weiter
gegeben wie die vom Umpackkreis 66 erhaltenen durchlau
fenden Datenpakete.
In Fig. 4 ist jeweils nur ein einzelner Verbrauchsmesser
und eine einzelne Sammelstation angedeutet, die von der
betrachteten Sammelstation verschieden sind. Es versteht
sich aus dem oben Gesagten jedoch, daß in Wirklichkeit
mehrere Datensammelstationen und die Datenverwaltungssta
tion mit der Sammelstation über Funk gekoppelt sind,
ferner mehrere Verbrauchsmesser mit der Datensammelsta
tion gekoppelt sind.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel arbeiten
die Sendeteile 34 und das Empfangsteil 40 auf einem
Funkkanal, der von dem zur Kommunikation unter den Daten
sammelstationen und der Datenverwaltungsstation verwen
deten Funkkanal verschieden ist, so daß das Übernehmen
von Verbrauchsdaten von den Verbrauchsmessern und das
Übermitteln von Datenpaketen zwischen den Datensammel
stationenen und der Datenverwaltungsstation einander nicht
behindern.
Bei einem abgewandelten, in der Zeichnung nicht wiederge
gebenen Ausführungsbeispiel kann man aber die Sendeteile
der Verbrauchsmesser so wählen, daß diese auf der gleichen
Frequenz arbeiten wie die Empfangseinheiten 52 der Sammel
stationen. Logisch werden dann die Verbrauchsmesser
genau so behandelt wie eine Sammelstation mit dem einzigen
Unterschied, daß hier nur eine unidirektionale Datenüber
tragung stattfindet.
In weiterer Abwandlung der Erfindung kann man gemäß
Fig. 5 auch eine Station des Netzwerkes zugleich mit Meß
gerätefunktion versehen. Hierzu wird der Eingang des
Speichersteuerkreises 44 zusätzlich direkt mit dem Ausgang
des nur ein Meßteil umfassenden weiteren Verbrauchsmes
sers 25 verbunden, und die von dort erhaltenen Daten
werden gemäß der Nummer des entsprechenden Verbrauchs
messers vom Speichersteuerkreis 44 im Speicher 46 abge
legt.
Dabei kann man gemäß Fig. 5 die Funkübertragung weiterer
Verbrauchsdaten von anderen Verbrauchsmessern belassen;
in weiterer Abwandlung kann man aber auch die betrachtete
Station als nur mit dem einen über Leitungen angeschlos
senen Verbrauchsmesser zusammenarbeitend ausbilden, d. h.
die Antenne 38, das Empfangsteil 40 und den Signalaufbe
reitungskreis 42 weglassen.
Die oben beschriebenen Datensammelstationen können mit
einigen Abwandlungen auch als Datenverwaltungsstation
verwendet werden, wie in Fig. 5 dargestellt.
Die vom Auswahlkreis 80 abgegebenen Datenpakete werden
ständig auf einen Verwaltungsrechner 88 gegeben. Handelt
es sich um Verbrauchsdaten-Datenpakete werden diese ggf.
nach Bearbeitung (z. B. Entfernen der Kopfteile) in einem
Massenspeicher 90, z. B. einer Festplatte, abgelegt. In
größeren zeitlichen Abständen, etwa halbjährlich, werden
die gesamten aufgelaufenen Daten (oder falls gewünscht
auch nur die jüngsten Zählerstände) über ein Modem 92 an
eine Ablesezentrale übermittelt, die die Verbrauchsab
rechnung gegenüber den Abnehmern vornimmt. Das Modem 92
kann ein hochwertiges Funkmodem oder eine auf eine Daten
leitung (z. B. Telefonleitung) arbeitendes Modem sein.
Um die Datenübertragung an den Verwaltungsrechner ohne
größere Eingriffe in den restlichen mit den Datensammel
stationen gleichen Aufbau der Station zu vermeiden, kann
man logisch für die Datenverwaltungsstation den Verwal
tungsrechner als Station mit nochmals niederer Hierarchie
nummer behandeln. Der Verwaltungsrechner 88 erzeugt dann
einfach ein Blockiersignal, wenn er Verbrauchsdaten-Daten
pakete empfängt. Dieses wird über einen Inverter 94 auf
einen dritten Eingang des UND-Gliedes 78 gegeben, so
daß die Sendeeinheit 50 bei der Abwärts-Übertragung zum
Verwaltungsrechner 88 gesperrt bleibt.
Der Verwaltungsrechner 88 erledigt auch die Konfigurierung
des Netzes (Zeitschlitzzuteilung). Die von ihm erzeugten
Steuer- oder Organisations-Datenpakete werden auf den Ein
gang des Parallel/Seriell-Umsetzers 84 gegeben und können
so in Aufwärtsrichtung gesendet werden, nachdem der
Verwaltungsrechner bei Bereitstellung eines solchen
Datenpaketes kein Blockiersignal bereitstellt.
Nunmehr wird bezugnehmend auf Fig. 6 der Datenfluß
zwischen den einzelnen Datensammelstationen und der
Verwaltungsstation beschrieben.
Für die Zwecke der Datenübertragung wird die Zeit in
einzelne Zeitschlitze unterteilt. In jedem dieser Zeit
schlitze darf eine einzige der Datensammelstationen oder
die Datenverwaltungsstation senden oder empfangen. Bei ins
gesamt 5 Stationen benötigt man somit fünf Zeitschlitze,
die in der oberen Teilfigur von Fig. 6 mit Z1 bis Z5
bezeichnet sind. Ferner sind zwei Zeitschlitze Z6 und Z7
vorgesehen, die als Reserve dienen.
Die Zeitschlitze Z1 bis Z7 bilden zusammen einen Zeit
schlitzblock B.
Wie oben dargelegt, hat das hier betrachtete Funknetzwerk
Stationen mit Hierarchienummern h von 0 bis 2. Die ent
sprechenden Sendeaktivitäten und Empfangsaktivitäten,
die wieder zeitlich gegen Überlappung gesichert sein
müssen, werden in Zeitschlitzblöcken B0, B1 und B2 abge
wickelt. Ferner wird noch ein Zeitschlitzblock B3 als
Reserve vorgesehen.
In einem Aufwärts-Übertragungsmodus, in welchem Daten
von unteren Hierarchieebenen zu höheren weitergegeben
werden, folgen die Zeitschlitzblöcke B0, B1, B2, B3
aufeinander und bilden zusammen ein Zeitsegment DUP.
Bei einer Abwärts-Datenübertragung folgen die Zeitschlitz
blöcke B3, B2, B1 und B0 in dieser Reihenfolge aufeinan
der und bilden ein Zeitsegment DDN.
Die Zeitsegmente DDN dienen bei der hier betrachteten
Anlage zur Erfassung der Zählerstände von Verbrauchs
messern in der Regel als solche Zeitsegmente, in denen
Zählerstände in Richtung auf die Datenverwaltungsstation
12 weitergereicht werden. Derartige Zeitsegmente können
aber auch - entsprechend markiert - Nachrichten und Fehler
meldungen von den oberen Hierarchieebenen in untere
Hierarchieebenen weitergeben.
Die Aufwärts-Zeitsegmente DUP sind in der Regel solche,
in denen Steuer- oder Organisationsdaten von der Daten
verwaltungsstation an die Sammelstationen weitergegeben
werden. Es handelt sich hierbei insbesondere um Informa
tionen darüber, zu welchen Zeitpunkten die einzelnen
Datensammelstationen und die Datenverwaltungsstation für
ein Senden oder Empfangen einen Zeitschlitz zugeteilt
bekommen haben.
In der Praxis können die Zeitsegmente dicht aufeinander
folgen, vorzugsweise werden jedoch zwischen die einzel
nen Zeitsegmente Pausen stochastischer Dauer eingefügt,
wie dies im einzelnen in der DE 198 24 471 A1 beschrieben
ist.
Typischerweise hat man dann eine Abfolge von Zeitsegmen
ten, wie sie im unteren Teildiagramm von Fig. 6 wieder
gegeben ist. Man erkennt dort Zeitsegmente DDN, in denen
Meßdaten in Abwärtsrichtung der Hierarchie zur Datenver
waltungsstation bewegt werden, Zeitsegmente IDL, in
denen im Funknetz keinerlei Datenübertragung stattfindet
und Zeitsegmente DUP, in denen Steuerbefehle und/oder Orga
nisationsdaten von der Datenverwaltungsstation nach oben
zu den Datensammelstationen durchgeschoben werden, wobei
sich im Kopfteil der entsprechenden Datenpakete auch ein
Steuerbefehl zur Synchronisierung der internen Uhren der
Datensammelstationen befinden kann.
Zwischen diesen Zeitsegmenten liegen, wie durch Unterbre
chung der Zeitachse angedeutet, Pausen stochastischer
Länge, die dadurch erzeugt werden, daß man die interne
Zeit der Datenverwaltungsstation und der Datensammelsta
tionen unter Verwendung eines Algorhythmus manipuliert,
der den verschiedenen Stationen des Funknetzes gleicher
maßen bekannt ist, z. B. in Steuer-Zeitsegmenten DUP
mit von der Verwaltungsstation nach oben geschoben wird.
Unter den Steuerdaten der Steuer-Zeitsegmente DUP können
auch solche sein, die den Datensammelstationen befehlen,
den jeweils zum Empfang und zum Senden verwendeten Funk
kanal zu wechseln. Durch einen solchen Wechsel des Funk
kanales wird die Störsicherheit des Funk-Datenübertragungs
netzes verbessert.
Für das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Funknetz mit fünf
Stationen (Datenverwaltungsstation und vier Datensammel
stationen) wird jeder Station ein Zeitschlitz gleicher
Nummer zugeteilt. Damit hat man dann folgende Verhältnisse:
Aus den Fig. 1 und 2 gehen folgende Empfangsverbin
dungen hervor:
Stationsnummer | |
empfangene Stationen | |
1 | 3, 4, 5 |
2 | 1, 3, 4, 5 |
3 | 1, 4, 5 |
4 | 2, 3 |
5 | 1, 2, 4 |
Bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel hat man beim
Übertragen von Datenpaketen in Aufwärtsrichtung (darunter
insbesondere auch die Steuerdatenpakete und die Synchro
nisationsdatenpakete) folgende Zeitschlitze für Empfang
(Anzahl der Zeitschlitze pro Zeitschlitzblock = 7).
Anstelle einer Absolut-Zeitschlitznummer in einem Zeitseg
ment wird nachstehend auch eine indizierte Schlitznummer
verwendet, die die Hierarchienummer B des Zeitschlitz
blockes und die Zeitschlitznummer im Zeitschlitzblock an
gibt. Diese sind bei der gegebenen Zeitschlitzzahl pro
Zeitschlitzblock leicht in einander umrechenbar.
Man erkennt, daß man diejenigen Zeitschlitze, die dadurch
frei werden, daß man zwei oder mehr Stationen gleicher
Hierarchienummer auf einen gemeinsamen Zeitschlitz legt,
als Reserve-Zeitschlitz verwenden kann.
Der Sendezeitpunkt der verschiedenen Stationen bei Aufwärts
datenübertragung sind wie folgt:
Die Empfangsschlitze bei Abwärts-Datenübertragung sind:
Die Sendeschlitze für Abwärts-Datenübertragung sind:
Nachstehend sei ein Beispiel für eine Aufwärts-Datenüber
tragung näher beschrieben. Es kann sich dabei z. B. um
eine Datenübertragung handeln, welche die Datenverwal
tungsstation bei der ersten Inbetriebnahme des Netzes
und insbesondere vor Durchführung einer von ihr initiier
ten Ablesung handeln, die dazu dient, die gesamte Netz
werktopologie neu zu analysieren und zu optimieren.
Hierzu übermittelt die Datenverwaltungsstation 12 ein
Synchronisationstelegramm in einem Aufwärts-Datenpaket DUP.
Dieses enthält u. a. die Hierarchienummer der verschie
denen Datensammelstationen und die Liste der zuletzt
von der Datenverwaltungsstation empfangenen Datensammel
stationen. Alle diese Botschaft empfangenden Datensammel
stationen, die in der Liste enthalten sind, definieren
sich dann jeweils als zur Hierarchie der sendenden Daten
sammelstation bzw. der Datenverwaltungsstation nächst
höheren Hierarchienummer zugehörig.
Die nachstehende Tabelle 7 zeigt die Weitergabe des
Aufwärts-Datenpaketes und gibt an, in welchen Zeitschlitz
blöcken und welchen Zeitschlitzen die Datenübertragung
erfolgt. Jede Datensammelstation kennt nach Empfang
eines Aufwärts-Synchronisierdatenpaketes, in dessen
Liste sie vorkommt, ihre Hierarchie. Sie kann dann je
weils alle Aufwärts-Empfangsfenster bis zum nächsten
Synchronisations-Datenpaket (z. B. nach 15 Zeitsegmenten)
schließen und braucht nur noch im nächsten Zeitschlitz
block das Aufwärts-Datenpaket mit ihrer Nachbarliste
und ihrer Hierarchienummer weiterzugeben.
Insgesamt hat jede Station einmal gesendet. Folgende
Empfangszeitschlitze waren offen:
Stations-Nr. | |
Empfangszeitschlitznr. | |
1 | keiner |
2 | 2 (Block 3) |
3 | 1 (Block 2) |
4 | 4 (Block 3) |
5 | 5 (Block 2) |
Aus der obigen Tabelle 4 ergibt sich ferner, daß jede
Station einmal empfangen gesendet hat.
Nunmehr soll unter Bezugnahme auf Fig. 3 ein Beispiel
für eine Abwärts-Datenübertragung im Funknetz besprochen
werden. Das Funknetz selbst hat die in Fig. 2 gezeigte
Topologie, die Verbrauchsmesser 22 bis 28 sind mit dem
Funknetz über einen gesonderten ihnen gemeinsamen Funk
kanal gekoppelt, wie oben schon beschrieben. Sie über
tragen ihre Daten unidirektional an die verschiedenen
Datensammelstationen.
Wenn nun von der Datenverwaltungsstation 12 ein Einlesen
der Zählerstände der Verbrauchszähler 22, 23 und 25
bis 28 vorgenommen werden soll, so stellt die Datenverwal
tungseinheit 12 zunächst fest, daß ihr der Zählerstand
des Verbrauchsmessers 23 schon durch Direktempfang bekannt
ist. Die Datenverwaltungsstation schickt daher angehängt
an einen Synchronisierbefehl die Anforderungsliste 22,
0, 26, 27, 28 auf den Weg. Hierbei wird die nicht ange
forderte Datensammelstation als Leernummer mit aufgeführt,
um die Länge des Datenpaketes und dessen Verarbeitung
in den verschiedenen Datensammelstationen unabhängig
davon zu halten, wieviele Verbrauchsmesser schon in
einer Hierarchieebene abgelesen werden konnten, die
der Hierarchieebene einer betrachteten Sammelstation
vorgeschaltet sind. Schrittweise reduziert sich dann
die Anforderungsliste wie folgt:
Man kann nun zur Reduktion der Anzahl der insgesamt
zu öffnenden Empfangszeitschlitze für eine sich an
schließende Abwärts-Datenübertragung vorab eine Abwärts-
Aktivierungsliste erstellen, die dann folgendermaßen
aussieht:
Bei der dann anschließend durchgeführten Abwärts-Daten
übertragung der Zählerstände sind dann nur noch folgende
Empfangszeitschlitzfenster zu öffnen:
Datenübertragung für Verbrauchsmesser 22:
Zeitschlitzblock 11: Station 3; Zeitbschlitz 4; Station 5; Zeitschlitz 2.
Zeitschlitzblock 12: Station 1, Zeitschlitz 2 (Reserve: Zeitschlitz 4).
Datenübertragung für Verbrauchsmesser 22:
Zeitschlitzblock 11: Station 3; Zeitbschlitz 4; Station 5; Zeitschlitz 2.
Zeitschlitzblock 12: Station 1, Zeitschlitz 2 (Reserve: Zeitschlitz 4).
Für eine Abwärtsübertragung des Verbrauchsmesser 16 sind
die Zeitschlitze 13 bis 16 vorgesehen. Innerhalb dieser
Zeitschlitze wird aber keine Empfangseinheit aktiviert,
da der Zählerstand vom Verbrauchsmesser 16 direkt der
Datenverwaltungsstation 12 übermittelt wird.
Das Abwärtssegment für die Übermittlung des Zählerstan
des des Verbrauchsmessers 26 ist wie folgt:
Zeitschlitzblock 19: Station 5, Zeitschlitz 2.
Zeitschlitzblock 20: Station 1, Zeitschlitz 5.
Zeitschlitzblock 19: Station 5, Zeitschlitz 2.
Zeitschlitzblock 20: Station 1, Zeitschlitz 5.
Das Abwärtsübertragungs-Zeitsegment für den Verbrauchs
messer 27 ist wie folgt:
Zeitschlitzblock 24: Station 1, Zeitschlitz 5.
Zeitschlitzblock 24: Station 1, Zeitschlitz 5.
Das Abwärtsübertragungs-Zeitsegment für den Verbrauchs
messer 28 ist:
Zeitschlitzblock 27: Station 3, Zeitschlitz 4
Zeitschlitzblock 28: Station 1, Zeitschlitz 3.
Zeitschlitzblock 27: Station 3, Zeitschlitz 4
Zeitschlitzblock 28: Station 1, Zeitschlitz 3.
Bei dem oben beschriebenen einfachen und überschaubaren
Beispiel ist die Einsparung an zu öffnenden Empfangszeit
schlitzen gegenüber demjenigen Fall, in dem keine vorhe
rige Analyse der Abwärtsdatenübertragung erfolgt, zahlen
mäßig nicht sehr groß. Deutliche Verbesserungen ergeben
sich aber bei der für die Batterieauslegung wesentlichen
worst case-Situation, bei der eine Station sehr viele
Nachbarn haben kann, für welche sie ohne eine Voranalyse
stets alle verfügbaren Empfangszeitschlitze öffnen müßte.
Allgemein gilt für die Auslegung eines Funknetzes zum
Auslesen einer Vielzahl von Verbrauchsmessern, das oben
stehend nur anhand eines einfachen und übersichtlichen
Ausführungsbeispieles beschrieben wurde, Folgendes:
Dadurch, daß die einzelnen Datensammelstationen unter einander und zur Datenverwaltungsstation synchronisiert sind, kann man kontrollierte kurze Empfangszeitfenster verwenden, die sonst wegen der Toleranzen der internen Uhren von Datenverwaltungsstationen und Datensammelsta tionen (Quarztoleranzen) nicht möglich wären.
Dadurch, daß die einzelnen Datensammelstationen unter einander und zur Datenverwaltungsstation synchronisiert sind, kann man kontrollierte kurze Empfangszeitfenster verwenden, die sonst wegen der Toleranzen der internen Uhren von Datenverwaltungsstationen und Datensammelsta tionen (Quarztoleranzen) nicht möglich wären.
Jeder Station wird bei der Fertigung, Montage oder In
betriebnahme eine fortlaufende Nummer im Bereich zwischen
1 und N und damit ein zyklischer Zeitschlitz in einem
Zeitschlitzblock zugeteilt, wobei die Länge eines Zeit
schlitzes beispielsweise jeweils 1/16 s betragen kann.
Am einfachsten werden die Zeitschlitze direkt nach der
Stationsnummer vergeben.
Dabei erhält dann die Datenverwaltungsstation zweckmäßig
die Nummer 1 und damit auch den ersten Zeitschlitz in
einem Zeitschlitzblock.
N sei die Maximalzahl der Stationen des Funknetzwerkes
(z. B. 30). Hinzu kommen dann noch zwei Reserve-Zeit
schlitze für andere Funktionen. Die (N + 2) Zeitschlitze
aller Datensammelstationen und der Datenverwaltungsein
heit bilden einen Zeitschlitzblock.
Grundsätzlich darf die Datenverwaltungsstation und jede
Datensammelstation nur in ihrem Zeitschlitz senden.
Dadurch ist die Kommunikation stets frei von Kollisionen
zwischen den Stationen (Datensammelstationen und Daten
verwaltungsstation).
Die Synchronisation wird durch regelmäßige Synchronisa
tionstelegramme aufrechterhalten, die die Datenverwal
tungseinheit in festen Zeitabständen von beispielsweise
jeweils etwa 15 Minuten in einem Synchronisier-Aufwärts
datenpaket bewerkstelligt.
Das oben beispielhaft beschriebene Funkübertragungsver
fahren zwischen Stationen unterschiedlicher Hierarchie
nummer stellt nun einerseits sicher, daß die Daten aller
Verbrauchsmesser, die in einer oder in mehreren der
Datenverwaltungsstationen gespeichert sind, bei beliebi
ger Funktopologie und auch bei gelegentlichen Fremdstö
rungen sicher zur Datenverwaltungsstation gelangen.
Dabei werden stromfressende unnötige Sendevorgänge und
vor allem unnötige stromfressende Empfangsvorgänge ver
hindert, indem nach Analyse der Funkverhältnisse die
zu öffnenden Sendezeitschlitze und Empfangszeitschlitze
für jede Station genau vorgegeben werden.
Aus Gründen der Stromersparnis wird jede Kommunikation
als unquittierte broadcast-Botschaft versandt, die jeweils
eine oder mehrere Nachbarstationen erreicht. Je nach
der zuvor vorgenommenen Zeitschlitzprogrammierung kann
eine von einer broadcast-Botschaft erreichte Station
diese Botschaft ignorieren, sie empfangen, sie verarbei
ten und speichern oder sie zu einer neuen auszusendenden
broadcast-Botschaft verarbeiten, die dann jeweils im
nächsten Zeitschlitzblock im der jeweiligen Station
zugeordneten Sendezeitschlitz gesendet wird.
Jede Station erhält dynamisch eine Hierarchie-Nummer
h zugeordnet. h gibt die Mindestzahl der Funkübertragungen
an, die erforderlich sind, damit entweder eine Botschaft
der Datenverwaltungsstation die jeweilige Station errei
chen kann oder damit umgekehrt eine Botschaft einer
Datensammelstation die Datenverwaltungsstation erreichen
kann. Datensammelstationen, die mit der Datenverwaltungs
station direkt bidirektional kommunizieren können, haben
die Hierarchienummer h = 1. Datensammelstationen, die
nicht direkt mit der Datenverwaltungsstation kommunizie
ren können, vielmehr nur indirekt über mindestens eine
Datensammelstation mit h = 1 mit der Datenverwaltungs
station kommunizieren können, erhalten die Hierarchie
nummer h = 2 usw.
Jedes Funknetzwerk hat eine maximale topologische Tiefe
und damit eine maximale Hierarchie-Nummer H. Bei beliebi
gen Funknetzwerken kann H höchstens = N - 1 sein (jede
Hierarchieebene enthält nur eine Station; das Netzwerk
bildet eine lineare Kette).
Zur Vereinfachung werden nur bidirektionale Funkverbin
dungen bei der Betrachtung der Netztopologie berücksich
tigt. Zwar können bei assymetrischen Sende-Leistungen
und/oder Empfangsempfindlichkeiten auch unidirektionale
Verbindungen im Funknetz gegeben sein, diese sind dann
aber (es sei denn, Empfänger oder Sender einer Station
wären defekt) stets in der Nähe der Empfindlichkeits
grenze der Funkverbindung. Damit sind derartige Funkver
bindungen unsicher und leicht störbar, so daß man auf
solche nur unidirektionalen Verbindungen im Hinblick
auf eine Vereinfachung des topologischen Netzwerkes
in der Regel verzichten wird.
Bei dem Datenübertragungsverfahren, welches Gegenstand
der vorliegenden Anmeldung ist, bilden die jeweils (N + 2)
regelmäßigen Sendezeitschlitze der Datenverwaltungsein
heit und diejenigen der (N - 1) Datensammelstationen
einen Zeitschlitzblock und die verschiedenen Zeitschlitz
blöcke können sich direkt (ohne Zwischenpausen) aneinan
der anschließen oder es können zwischen aufeinander
folgenden Zeitschlitzblöcken oder zwischen Gruppen auf
einander folgenden Zeitschlitzblöcken Zwischenpausen
mit variabler Länge vorgesehen werden.
In jedem Zeitschlitzblock kann eine Datenübertragung
von einer Hierarchieebene des Funknetzwerkes zu einer
benachbarten Hierarchieebene erfolgen, und zwar in Auf
wärtsrichtung oder in Abwärtsrichtung. Bei der Datenüber
tragung in Aufwärtsrichtung werden zunächst Daten von
der Datenverwaltungsstation 12 an diejenigen Datensammel
stationen übermittelt, die die Hierarchienummer h = 1
haben. Dann erfolgt die Datenübertragung von h = 1 bis
h = 2 usw. bis hin zu H = (N - 1), soweit die höheren
Hierarchieebenen auf Grund der gegebenen Funktopologie
überhaupt von Interesse sind.
Die Gesamtheit der zur Datenübertragung von der untersten
Hierarchieebene h = 0 bis zur höchsten jeweils benötigten
Hierarchieebene benötigten Zeitschlitzblöcke sowie ein
Reserve-Zeitschlitzblock für andere Funktionen werden
zu einem Zeitsegment zusammengefaßt.
Ein Zeitsegment besteht somit aus einer Folge von Zeit
schlitzblöcken, die unterschiedlichen Hierarchienummern
zugeordnet sind (sowie dem Reserve-Zeitschlitzblock),
und jeder der Zeitschlitzblöcke umfaßt (N + 2) Zeit
schlitze.
Ein Zeitsegment hat somit bei einem rein linearen Funk
netz, bei welchem auf jeder Hierarchieebene genau eine.
Station vorgesehen ist, eine Dauer von (N + 2) = x (N -
1 + 1) Zeitschlitzen. Ist N = 30 und die Länge eines
Zeitschlitzes 1/16 s so ergibt sich eine Länge des Zeit
segmentes von 60 s, also einer Minute.
Um bei mehreren unabhängigen Funknetzwerken, die den
gleichen Funkkanal nutzen, Dauerkollisionen zu vermeiden,
werden nach den einzelnen Zeitsegmenten pseudostochasti
sche Pausen eingefügt, deren Länge zwischen beispiels
weise 1 und 256 Zeitschlitzen schwanken kann. Zur Erzeu
gung dieser Pausen wird ein Pausenzeitalgorythmus ver
wendet, der für jedes Funknetzwerk anders gewählt ist.
Dieser Algorythmus ist der Datenverwaltungsstation und
den Datensammelstationen jeweils bekannt. Es kann aus
reichen, diesen Algorythmus nur der Datenverwaltungs
station von außen zuzuteilen. Die Datenverwaltungsstation
kann den Algorythmus in einem Aufwärts-Datenpaket den
zugehörigen Datensammelstationen mitteilen.
Ebenfalls zur Reduktion von Kollisionen zwischen räum
lich benachbarten Funknetzwerken kann man vorsehen,
daß man in jedem Zeitsegment den Funkkanal und/oder
das Verfahren, nach welchem die zu übertragenden Daten
moduliert werden (z. B. Amplitudenmodulation, Frequenzmo
dulation, Impulsbreitenmodulation etc.), zu ändern.
Unter den Zeitsegmenten hat es solche, in denen über
haupt keine Kommunikation im Funknetzwerk erfolgt (idle
Zeitsegmente), Aufwärts-Zeitsegmente, in denen Datenpakete
jeweils von einer Hierarchieebene an eine nächsthöhrere
weitergegeben werden, und Abwärts-Zeitsegmente, in denen
Daten von einer höheren Hierarchieebene an eine niederere
Hierarchieebene übertragen werden.
Die Aufwärts-Datensegmente bestehen aus einer zur Ab
deckung der Tiefe des Netzwerkes ausreichenden Anzahl
von Zeitschlitzblöcken (manixal N - 1). Sie dienen in
erster Linie zur Synchronisierung von Verwaltungsstation
und Datensammelstationen, wobei diese Blöcke zusätzlich
auch noch angehängte weitere Daten umfassen können,
wie z. B. die jeweils von den Stationen zu öffnenden
Sendezeitschlitze und Empfangszeitschlitze umfassen
können, aber auch die Übermittlung von Zählerständen
ausgewählter spezieller Verbrauchsmesser anfordern können.
Auch weitere Arbeiten, die von bestimmten Sammelstationen
durchgeführt werden sollen, (z. B. Rückmeldungen über
den Ladezustand der Batterien usw.) können auf diese
Weise angefordert werden. Wird nichts anderes fest
gelegt, so handelt es sich bei den Zeitsegmenten um
idle-Zeitsegmente.
Jedes K-te Zeitsegment, (z. B. jedes 15. Zeitsegment) ist
ein Aufwärts-Datensegment, welches die Datenverwaltungs
station u. a. zur Zeit-Synchronisation der Datensammelsta
tion verwendet. Es enthält in erster Linie einen Synchro
nisations-Befehl, auf den noch zusätzliche Daten folgen
können.
Im ersten Zeitschlitzblock eines Aufwärts-Zeitsegmen
tes sendet die Datenverwaltungsstation ihr Aufwärts-
Datenpaket. Die Datensammelstationen mit h = 1 empfangen
dieses Datenpaket im folgenden Zeitschlitzblock (jede
Datensammelstation in ihrem Empfangszeitschlitz) und
geben es im folgenden Zeitschlitzblock (jede Datensam
melstation wiederum in ihrem Zeitschlitz) an die Daten
sammelstationen mit h = 2 weiter. Dies wiederholt sich
bis die Datensammelstationen der letzten verwendeten
Hierarchieebene erreicht sind (bis maximal H = N - 1).
Jede Datensammelstation öffnet somit im Zeitschlitzblock
H - 1 des K-tens Zeitsegmentes mindestens einen Empfangs
schlitz zu einer Station der nächstniedrigeren Hierarchie
ebene (bei h = 1 im der Datenverwaltungsstation zugeord
neten Zeitschlitz des ersten Zeitschlitzblocks).
In den höheren Hierarchieebenen der Aufwärts-Datenüber
tragung kann es im Gegensatz zur Hierarchieebene 1 auch
mehrere Stationen mit h - 1 geben, von denen eine be
trachtete Datensammelstation Aufwärts-Datenpakete und
Synchronisierbefehle erhalten kann. Um Strom zu sparen
und redundante Funkwege effektiv zu nutzen, kann man
wie folgt vorgehen: Jede Station öffnet bei Aufwärts-
Datenübertragung im entsprechenden Aufwärts-Zeitsegment
mindestens einen Empfangszeitschlitz zu einer ihrer
Nachbarstationen auf der nächstniedrigaeren Hierarchie
ebene (eine Datensammelstation, die sich auf h = 1 be
findet, öffnet einen Empfangszeitschlitz entsprechend
dem Zeitschlitz der Datenverwaltungsstation im ersten
Zeitschlitzblock).
Trifft das in regelmäßigen Zeitabständen erwartete Syn
chronisations-Datenpaket in diesem erwarteten Empfangs
zeitschlitz nicht ein, so kann die auf den Synchronisier
befehl wartende Datensammelstation innerhalb desselben
Zeitschlitzblockes eventuell noch einen weiteren Empfangs
zeitschlitz desselben Zeitschlitzblockes öffnen, der
später liegt und ermöglicht, das Synchronisier-Datenpaket
von einer anderen benachbarten Datensammelstation mit
derselben Hierarchie h - 1 zu erhalten.
Liegt keine Störung vor, muß also zur Aufwärts-Datenüber
tragung (und damit zur Synchronisierung) jede Datensammel
station nur genau einmal einen einzigen Empfangszeit
schlitz öffnen (zur Synchronisierung z. B. alle 15 Minuten).
Liegt eine Störung vor und ist Redundanz gegeben, kann
sie alle Alternativwege und/oder bei nur kurzzeitigen
Störungen auch nur einen einzigen geringfügig späteren
Empfangszeitschlitz nutzen, was nur geringen zusätzlichen
Aufwand bedeutet.
Insgesamt benötigt eine Aufwärts-Datenübertragung von
der Datenverwaltungsstation an alle Datensammelstationen
maximal genau ein Zeitsegment. Innerhalb dieses Zeitseg
mentes sendet jede der Datensammelstationen grundsätzlich
genau einmal. Ist die Sendedauer dabei kleiner als 1/1000
der Länge des Zeitsegmentes (beim betrachteten Ausführung
beispiel kleiner 60 ms), so sind die Grenzbedingungen
für die Bandbelegung selbst eines 0,1%-Funkbandes automa
tisch erfüllt.
Gleichzeitig weiß jede Datensammelstation stets, daß
sie bei Aufwärts-Datenübertragung von der Datenverwal
tungseinheit her nur im Zeitschlitzblock (h - 1) empfangs
bereit sein muß und im Zeitschlitzblock h in dem ihr
zugeordneten Zeitschlitz senden muß. Bei Abwärts-Daten
übertragung muß sie ebenfalls nur für einen Zeitschlitz
block empfangsbereit sein (den Zeitschlitzblock h + 1)
und muß dann nur im folgenden Zeitschlitzblock (h) in
dem ihr zugeordneten Zeitschlitz senden.
Da eine Datensammelstation die aktuelle topologische
Tiefe des gesamten Funknetzwerkes nicht kennt, wird
für die Datenübertragung in Abwärtsrichtung vereinbart,
daß immer von der maximalen topologischen Tiefe also
von H = N - 1 ausgegangen wird.
Abwärts-Zeitsegmente werden nur nach entsprechender
Vorankündigung durch eine broadcast-Botschaft der Daten
verwaltungsstation eingeleitet. Empfängt also eine Daten
sammelstation mit der Hierarchienummer H eine solche
Ankündigung, so weiß sie, daß sie 2 × (N - H - 1) Zeit
schlitzblöcke später eventuell Daten aus der nächst
oberen Hierarchieebene erwarten muß. Weiß sie dann zu
sätzlich aus einem Vortest (siehe unten), von welchem
der insgesamt N Datensammelstationen sie überhaupt Daten
empfangen kann (ihre Funkempfangs-Nachbarn der Hierar
chieebene h + 1), so reduziert sich die Zahl der zu
öffnenden Empfangszeitschlitze und damit der Strombedarf
weiter.
Bei der Abwärts-Datenübertragung werden also von einer
oder mehreren Datensammelstationen Datenpakete in Rich
tung auf die Datenverwaltungsstation zu übertragen,
wobei in jedem Zeitschlitzblock jeweils ein Datenpaket
(ungünstigster Fall der Stationskette) bis (N - 1) Daten
pakete (reine Sterntopologie) im Takt der Zeitschlitz
blöcke um eine Hierarchieebene weiter abwärts gereicht
werden. Stets erreichen die nach unten zu übertragenden
Datenpakete im letzten Block des Abwärts-Zeitsegmentes
gemeinsam die Datenverwaltungsstation.
Bei dem bisherigen Verfahren, das ohne Zeitschlitzzutei
lung arbeitet, besteht bei der Abwärts-Datenübertragung
noch das Problem, daß eine Station in einem Übertragungs
zyklus von einer Hierarchieebene zur anderen bis zu
(N - 2) Datensätze von den Datensammelstationen mit
h + 1 empfangen kann, während sie aber im folgenden
Übertragungszyklus nur einen einzigen Datensatz weiter
geben kann. Dadurch müssen die Datensammelstationen
Datensätze über mehrere Übertragungszyklen zwischen
puffern können, was das Vorsehen entsprechend großer
Speicher zur Folge hat und die Hardwarekosten und den
Programmieraufwand erhöht. Für die Aufwärts-Datenüber
tragung-besteht dieses Problem beidem bekannten Verfah
ren nicht, da ja nur ein einziges von der Datenverwaltungs
station abgegebenes Datenpaket gleichzeitig im Netzwerk
ist, auch wenn es über viele Zwischenstationen übertra
gen wird.
Zur Lösung dieses "Stauproblems" muß die Struktur der
zu übertragenden Datensätze betrachtet werden: Zur Daten
verwaltungsstation sollen ja insgesamt die Daten (Zähler
stände und Identifizierungsnummern) einer Reihe von
Verbrauchsmessern übertragen werden. Die Daten eines
bestimmten Verbrauchsmessers können wegen der Redundanz
der primären Funkverbindung von den Verbrauchszählern
zu den Datensammelstationen gleichzeitig in mehreren
Stationen zur Übertragung im Funknetzwerk bereitstehen.
Im Prinzip könnte jede Datensammelstation einfach in
jedem Abwärts-Zeitsegment in den Zeitschlitzblock ihrer
Hierarchie in ihrem Zeitschlitz jeweils einen Datensatz
eines Verbrauchszählers weitergeben, den sie entweder
selbst direkt empfangen hat oder dessen Daten sie von
einem ihrer h + 1-Nachbarn übertragungsfrei empfangen
hat. Auf diese Weise könnte sie dann diesen Datensatz
an die in Abwärtsrichtung nächste Hierarchieebene h - 1
weitergeben. Diese nächste Hierarchieebene könnte dann
feststellen, daß ihr diese Daten entweder aus einer
direkten Übertragung direkt vom betrachteten Verbrauchs
messer oder durch Weitergabe von einer anderen Station
mit h + 1 zu einem früheren Zeitpunkt bereits bekannt
ist, und sie könnte dann die mehrfach empfangenen Daten
nur einmal weitergeben. Auf diese Weise würden dann
eventuelle Datenredundanzen automatischen Strom sparend
schrittweise eliminiert.
Auch dann verbleibt aber noch das Problem der Datenkon
zentration und damit der Pufferung von Daten. Da von
jedem Verbrauchsmesser als primärer Datenquelle nur
maximal ein aktueller Datensatz im Funknetz existiert,
kann man die zu übertragenden Datensätze z. B. entspre
chend der fortlaufenden Fertigungsnummer der Verbrauchs
messer eindeutig identifizieren. Alternativ kann man
auch alle dem Funknetz zugeordneten Verbrauchsmesser
einfach von 1 bis M durchnummerieren. In jedem Fall
wird nun jedem Zeitsegment eine solche eindeutige Ver
brauchsmessernummer zugeordnet. Damit durchläuft in
einem Zeitsegment nur genau ein Datensatz eines Ver
brauchsmessers das Funknetzwerk. Dieser Datensatz kann
zwar im gleichen Zeitsegment von mehreren Stationen
(auch unterschiedlicher Hierarchie-Ebenen), die Daten
auf Grund der Redundanz der Primär-Funkverbindungen
gleichermaßen direkt vom Verbrauchsmesser empfangen
hatten, erstmals ins Funknetzwerk eingebracht worden
sein, und es kann daher bei einer Datensammelstation
innerhalb eines Zeitschlitzblockes zu einem mehrfachen
Empfang desselben Datensatzes in verschiedenen Zeit
schlitzblockes kommen. Weiterzugeben ist dann aber im
folgenden Zeitschlitzblock stets nur ein Datensatz,
so daß keine Pufferung von solchen weiterzugebenden
Datensätzen notwendig ist.
Gleichzeitig kann nun jede Datensammelstation nach dem
ersten Empfang eines Datensatzes alle weiteren Empfangs
zeitschlitze schließen, da ihr ja nun die Daten des
einzigen Verbrauchsmessers bekannt sind, die in diesem
Zeitsegment und im Zeitschlitzblock h + 1 ankommen können.
Sind ihr die Daten des Verbrauchsmessers des jeweiligen
Zeitsegmentes aber bereits durch direkten, eigenen Emp
fang bekannt, so braucht die Datensammelstation natürlich
überhaupt keinen Empfangszeitschlitz zu öffnen, wodurch
noch weiter Strom gespart wird.
Weiß eine Datensammelstation aus einem Vortest (siehe
unten), was die funktechnischen Nachbarn auf der Hierar
chieebene h + 1 sind, so reicht es aus, nur für deren
Sendezeitschlitze jeweils einen Empfangszeitschlitz
zu öffnen. Wüßte sie außerdem aus einem erweiterten
Vortest auch noch, von welcher Datensammelstation der
Hierarchieebene h + 1 sie überhaupt irgendwelche Daten
von dem jeweiligen Zeitsegment zugeordneten Verbrauchs
zählern empfangen kann, so könnte sie die Zahl der zu
öffnenden Empfangszeitschlitze weiter reduzieren.
Die Zuordnung von Zählernummern zu Zeitsegmenten und
damit die Zahl der aufeinanderfolgenden Abwärts-Zeit
segmente kann durch ein Aufwärts-Datenpaket der Daten
verwaltungsstation allen Datensammelstationen mitgeteilt
werden. Denkbar ist insbesondere die Übertragung der
Nummer eines einzelnen Verbrauchsmessers oder einer
Liste von auszulesenden Verbrauchsmessern. Die Anzahl
der Einträge in der Liste bestimmt dann gleichzeitig,
wieviele der folgenden Zeitsegmente Abwärts-Zeitsegmente
sein sollen. Da jedes K-Zeitsegment zur regelmäßigen
Synchronisierung der Datensammelstationen ein Aufwärts-
Zeitsegment ist, kann eine solche Liste auszulesender
Verbrauchsmesser maximal K - 1 Einträge enthalten, so
lange man zur Systemvereinfachung bei einer einfachen
Trennung von Aufwärts-Zeitsegmenten und Abwärts-Zeit
segmenten bleibt, was ein starres Synchronisier-Zeit
raster erlaubt.
Jede Datensammelstation, die eine solche Auslese-Zähler
liste zur Weitergabe erhält, kann die Auslese-Zählerliste
darauf prüfen, ob sie selbst die Daten eines der angefor
derten Verbrauchsmessers kennt. Dann kann sie diese
Daten in der Zähler-Ausleseliste entsprechend markieren,
so daß die Datensammelstationen höherer Hierarchieebenen
wissen, daß sie die Daten dieser Verbrauchsmesser nicht
mehr zu senden brauchen, da diese auf einer niedereren
Hierarchieebene schon bekannt sind.
Die Datensammelstationen werden ferner die empfangenen
Daten der (maximal (K - 1), also z. B. 14) Verbrauchsmesser
des laufenden Abwärts-Zeitsegmentes speichern. Kommt
es bei der Abwärts-Datenübertragungen zu Störungen (ins
besondere bei nichtredundanten Ästen oder Zweigen des
Netzes), so kann es vorkommen, daß die Daten einzelner
Verbrauchsmesser im letzten Zeitschlitzblock des Abwärts-
Zeitsegmentes nicht bei der Datenverwaltungsstation
ankommen. In diesem Fall kann die Datenverwaltungsstation
nach Abschluß der Datenübertragung solche fehlenden
Zählerdaten (evtl. gemeinsam mit weiteren neu angefor
derten Zählernummern) mit einer entsprechenden Anforde
rungsliste nach oben reichen. Haben die dann angeforder
ten Daten beim ersten Versuch schon erfolgreich einige
Hierarchie-Ebenen nach unten passiert, so müssen diese
Daten wegen der Zwischenspeicherung dieser (wenigen)
Werte im zweiten Anlauf nur noch den Restweg in Richtung
auf die Datenverwaltungsstation zurücklegen, da die
zwischenspeichernden Datensammelstationen ja nach oben
mitteilen, daß eine Datenübertragung von oben nicht
mehr notwendig ist. Dieses Verfahren einer positiven
Nachforderung fehlender Daten durch die Datenverwaltungs
einheit ist bei einer typischen Erfolgsrate von 90%
im Hinblick auf das Geringhalten des Stromverbrauches
effizienter als eine Positiv-Quittierung der Datenüber
tragung durch die verschiedenen Stationen.
Zur dynamischen Aktualisierung des Funknetzwerkes muß
jede Station ihre Hierarchienummer h sowie ihre funk
technischen Nachbarn mit (h + 1) und mit (h - 1) kennen.
Hierzu benötigt man eine allgemeine Nachbarschafts-Ana
lyse. Diese erfolgt in einer Voruntersuchung des Netzes
so, daß alle Stationen in Analyse-Zeitabständen, die allen
Stationen bekannt sind und nochmals größer sind als die
Synchronisier-Zeitabstände (z. B. alle 60 Zeitsegmente, d. h.
jede Stunde) in ihren jeweiligen Zeitschlitzen des ersten
Zeitschlitzblockes dieses Zeitsegmentes eine kurze Iden
tifikationsbotschaft aussenden, die u. a. ihre Stations
nummer sowie ihre momentane Hierarchienummer enthält. In
den Analyse-Zeitabständen senden somit alle Stationen,
während in den Synchronisier-Zeitabständen nur die Daten
verwaltungsstation sendet. Jede Station kann nun bei
Bedarf in dem Analyse-Zeitsegment ihre Nachbarschafts-
Hierarchiedaten kontrollieren und ggf. aktualisieren.
Hat eine Station mehrfach hintereinander kein Synchro
nisier-Datenpaket mehr erhalten, so markiert sie ihre
h-Nummer als ungültig. Hat nun eine Station z. B. wegen
einer topologischen Hierarchie-Änderung keinen (h - 1)
Nachbarn mehr gefunden und deshalb auch keinen Synchro
nisierbefehl mehr empfangen, so kann sie sich strom
sparend, nämlich nur innerhalb von N Zeitschlitzen eines
einzigen Zeitschlitzblockes neu synchronisieren oder
aktualisieren. Beim Synchronisieren wartet sie nur auf
ein empfangenes Datenpaket. Beim Aktualisieren sucht
sie sich gleich auch die Liste aller ihrer potentiellen
funktechnischen Nachbarn der Ebenen (h - 1) und (h + 1).
Dies erfolgt innerhalb eines einzigen Zeitschlitzblockes,
während hierfür sonst alle (N + 2) × (N - 1) Empfangszeit
schlitze aller Zeitschlitzblöcke eines Synchronisier-
Zeitsegmentes verwendet müssen.
Voraussetzung für ein solches Vorgehen ist, daß die
funktechnischen Nachbarn der betrachteten Station weiter
hin synchronisiert sind und damit deren Hierarchie unver
ändert und bekannt ist.
Ist letzteres nicht der Fall oder ist - wie bei einer
Erst-Inbetriebnahme - keinerlei Hierarchie des Funknetz
werkes bekannt, so wird in dem Netzanalyse-Zeitschlitz
block jede Station auf alle ihre Nachbarn hören. Zur
endgültigen Hierarchienummer-Bestimmung sendet die Daten
verwaltungsstation in vorgebenen Zeitabständen beim
nächsten Synchronisier-Datenpaket nach dem oben erwähnten
Broadcast-Nachbarermittlungszeitblock dann für eine
allgemeine topologische Neuorientierung ein erweitertes
Datenpaket, in welchem sie eine Liste all der Datensammel
stationen anhängt, die sie empfangen konnte. Jede benach
barte Datensammelstation, die dieses erweiterte Synchro
nisier-Datenpaket empfängt und die ihre Nummer in dieser
Liste vorfindet, weiß nun, daß sie die Hierarachienummer
1 hat, weil sie eine Botschaft der Datenverwaltungsstation
empfangen konnte, in der diese bestätigt, daß sie umge
kehrt die betrachtete Datensammelstation empfangen konnte.
Auf diese Weise ist festgestellt, daß eine bidirektionale
Funkverbindung zwischen der betrachteten Datensammel
station und der Datenverwaltungsstation besteht. Gleich
zeitig kann in dem Broadcast-Zeitschlitzblock jede Daten
sammelstation eine entsprechende Liste von benachbarten
Datensammelstationen aufbauen, die sie in dem Broadcast-
Zeitsegment empfangen konnte. Bei den Datensammelstatio
nen mit h = 1 sind dies gerade die Kandidaten für Nach
barn mit h = 2.
Bei der Weitergabe dieser Informationen definiert die
betrachtete Datensammelstation dann ihre eigene Hierar
chienummer zu h = 1 und hängt eine Liste aller von ihr
empfangenen Nachbarn an, die damit potentielle Kandida
ten für h = 2 sind. Die Feststellung von benachbarten
Datensammelstationen mit niederer und höherer Hierarchie
nummer erfolgt dann analog für die höheren Hierarchie
ebenen. Auch die vollständige Neuanalyse der Netzwerk
topologie ist somit innerhalb eines Zeitsegmentes abge
schlossen. Dies ermöglicht es, eine vollständige Neu
konstruktion des Funknetzwerkes in regelmäßigen Zeitab
ständen vorzunehmen, ohne daß hierfür nennenswert Strom
aufgewandt werden müßte.
Claims (25)
1. Verfahren zur Übertragung von Daten einer Mehrzahl
von Sammelstationen für Daten, die jeweils eine
Sendeeinheit und eine Empfangseinheit aufweist, zu einer
Verwaltungsstation für Daten, die ebenfalls eine Sende
einheit und eine Empfangseinheit aufweist, über einen
gemeinsamen bidirektionalen Funkkanal, bei welchem
- a) für die einzelnen Sammelstationen eine Hierarchie nummer (h) bestimmt wird, die angibt, über wieviele Zwischenstationen die betrachtete Sammelstation die Verwaltungsstation erreichen kann,
- b) den einzelnen Sammelstationen jeweils eine Stations kennung zugeordnet wird,
- c) die von einer Sammelstation zu übermittelnden Daten sätze zusammen mit der Stationskennung und der Hierar chienummer der Station zu einem Datenpaket zusammen gefaßt werden,
- a) die einzelnen Sammelstationen in Abständen durch von der Verwaltungsstation in Aufwärtsrichtung abgege bene Synchronisier-Datenpakete synchronisiert werden,
- b) die Funkübertragung in aufeinanderfolgenden Zeit schlitzblöcken durchgeführt wird, die jeweils einer Hierarchienummer zugeordnet sind, und
- c) für die einzelnen Sammelstationen jeweils ein Zeit schlitz innerhalb eines Zeitschlitzblockes zum Senden oder Empfangen vorgegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sammelstationen in einem Abwärts-Datenüber
tragungsmodus ihre Empfangseinheiten nur für diejenigen
Zeitschlitze von solchen Zeitschlitzblöcken aktivieren,
die andere Sammelstationen mit um 1 höherer Hierarchie
nummer entsprechen, von denen sie Datenpakete übernehmen
sollen und/oder in einem Aufwärts-Datenübertragungsmodus
nur in Zeitschlitzen solcher Zeitschlitzblöcke aktiviert
werden, die einer Station mit um 1 niedrigerer Hierarchie
nummer entsprechen, von der Datenpakete übernommen wer
den sollen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Stationen nur in vorgegebnen Zeit
schlitzen eines Zeitschlitzblockes zum Senden oder Emp
fangen aktiviert werden, deren Zeitschlitznummer einer
funktechnisch benachbarten Station entsprechen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß Daten, welche die funktechnisch benachbarten
Stationen benachbarter Hierarchieebenen angeben, in
einer Aufwärts-Datenübertragung von der Verwaltungs
station her nach oben durch die Hierarchieebenen durch
gegeben werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen einzelnen Zeitschlitz
blöcken oder Gruppen von Zeitschlitzblöcken pseudosto
chastische Pausen der Datenübertragung eingeschoben
werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß ein zur pseudostochastischen Vorgabe der Funk
übertragungspausen verwendeter Algorithmus für das durch
die Gesamtheit der Sammelstationen und die Verwaltungs
station gebildete Funknetz spezifisch ist und in den
einzelnen Stationen des Funknetzes abgelegt ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß in den Sammelstationen zum Syn
chronisieren ihrer Empfangseinheiten jeweils für minde
stens denjenigen Zeitschlitz des Zeitschlitzblockes akti
viert wird, der derjenigen Station mit um 1 niederer
Hierarchienummer entspricht, welcher der Zeitschlitz
mit der niedersten Nummer zugeordnet ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sammelstationen zusätzlich ihre Empfangs
einheiten für einen weiteren Zeitschlitz aktivieren,
der einer weiteren Sammelstation mit um 1 niederer
Hierarchienummer entspricht.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sammelstationen in gleicher
Weise wie sie untereinander arbeiten mit Telemetrie-
Verbrauchsmessern zusammenarbeiten und jedem der Ver
brauchsmesser ein Zeitschlitz zugeordnet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß in einem durch die Gesamtheit der Zeitschlitz
blöcke unterschiedlicher Hierarchienummer gebildeten
Zeitsegment nur ein Datensatz eines Verbrauchsmessers
übermittelt wird und die Sammelstationen jeweils nach
Erhalt eines Datenpaketes ihre Empfangseinheiten für
den Rest eines durch die Zeitblöcke unterschiedlicher
Hierarchienummer gebildeten Zeitsegmentes abschalten.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Verwaltungsstation in einem Auf
wärts-Zeitsegment festlegt, welche der Sammelstationen
für die Datenübertragung zwischen einem Verbrauchs
messer und der Verwaltungsstation zum Empfangen und
Senden zu aktivieren sind.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sammelstationen prüfen, mit welchen der
angeforderten Verbrauchsmesser sie in direktem Kontakt
stehen und die entsprechend markierte Verbrauchsmesser-
Anforderungsliste an die Sammelstationen höherer Hierar
chienummer weiterleiten.
13. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sammelstationen die empfangenen Datenpakete
der direkt mit ihnen zusammenarbeitenden Verbrauchs
messer speichern.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da
durch gekennzeichnet, daß den Sammelstationen im
verglichen mit der Länge eines Zeitsegmentes langen
Zeitabständen in einem Aufwärts-Zeitsegment ihre Sta
tionsnummer und ihre Hierarchienummer übermittelt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß den Sammelstationen in dem genannten Aufwärts-
Zeitsegment Informationen über die Hierarchienummern
anderer funktechnisch mit ihr verbundenen Sammelstatio
nen übermittelt werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Sammelstation dann, wenn
sie über längere Zeit kein Synchronisier-Datenpaket
mehr empfangen hat, ihre Empfangseinheit nur noch für
den der Datenverwaltungseinheit zugeordneten Zeitschlitz
aktiviert.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß in einem Analyse-Zeitschlitzblock alle Stationen
in dem ihnen jeweils zugeordneten Zeitschlitz eine Ana
lyse-Datenpaket senden, welches ihre Stationsnummer,
ihre Hierarchienummer und die Liste ihrer funktechni
schen Nachbarn beinhaltet.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, da
durch gekennzeichnet, daß die Sammelstationen in
einem Abwärts-Zeitsegment die Identifizierungsdaten
von Verbrauchsmessern übertragen, von denen ihnen Meß
ergebnisse vorliegen, und die Sammelstationen ihre Emp
fangseinheiten nur für diejenigen Zeitschlitze anschal
ten, die nach unten gemeldeten Verbrauchsmessern zuge
ordnet sind.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, da
durch gekennzeichnet, daß eine Sammelstation von
einem oder von mehreren Verbrauchsmessern inkrementale
Verbrauchsdaten empfängt, die inkrementalen Daten auf
akumuliert und den so erhaltenen jeweiligen Zählerstand
des Verbrauchsmessers in einem Abwärts-Zeitsegment an
die Datenverwaltungsstation überträgt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Sammelstation von einem
oder mehreren Verbrauchsmessern dessen Zählerstand emp
fängt und speichert und den jeweiligen Zählerstand in
einem Abwärts-Zeitsegment zur Datenverwaltungsstation
hin überträgt.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Sammelstation Zählerstände
von einem oder mehreren Verbrauchsmessern zu verschie
denen Zeitpunkten speichert und dann die Gesamtheit
dieser Zählerstände zusammen als ein Datenpaket in einem
Abwärts-Zeitsegment in Richtung zur Datenverwaltungseinheit
überträgt.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sammelstationen in Aufwärts-
Zeitsegmenten Datenpakete der Verwaltungseinheit jeweils
an eine Gruppe funktechnisch entfernter Verbrauchsmesser
weiterleiten.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,
daß das Datenpaket der Verwaltungseinheit eine An
forderungsliste für einen Verbrauchszähler oder eine
Gruppe von Verbrauchszählern enthält, die an eine oder
mehrere Sammelstationen übertragen werden.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, da
durch gekennzeichnet, daß die Verwaltungseinheit
in Abständen ein Synchronisier-Datenpaket in einem Auf
wärts-Zeitsegment an die Sammelstationen abgibt.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, da
durch gekennzeichnet, daß die Verwaltungseinheit
in zeitlichen Abständen ein Analyse-Datenpaket in einem
Aufwärts-Zeitsegment an die Sammelstationen abgibt,
welches die Sammelstationen veranlaßt, in den ihnen
zugeordneten Zeitschlitzen jeweils ein Test-Datenpaket
zu senden, welches ihre Stationsnummer, bisherige Hierar
chienummer und vorzugsweise auch ihre funktechnischen
Nachbarstationen umfaßt.
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