DE2742497A1

DE2742497A1 - Verfahren zur datenuebertragung zwischen einer zentrale und einer mehrzahl von unterstationen

Info

Publication number: DE2742497A1
Application number: DE19772742497
Authority: DE
Inventors: Fritz Hoesel; Karlheinz Schreyer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-09-21
Filing date: 1977-09-21
Publication date: 1979-03-29
Also published as: IT7827821A0; FR2404233A1; GB2008897A; IT1098473B; NL7809483A; LU80256A1; GB2008897B; SE7809784L; BE870658A; DK416078A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen: Berlin und München VPA 77 P 2 3 S 6 BRD

Verfahren zur Datenübertragung zwischen einer Zentrale und einer Mehrzahl von Unterstationen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Datenübertragung zwischen einer Zentrale und einer Mehrzahl von Unterstationen, wobei von der Zentrale ein Aufruf an jeweils eine bestimmte Unterstation ausgesendet wird, welche daraufhin eine Antwort an die Zentrale sendet, wobei diese Antwort in der Zentrale registriert und ausgewertet wird.

Eine derartige Datenübertragung wird beispielsweise in Systemen zur Ortung von Landfahrzeugen verwendet. Die einzelnen Fahrzeuge sind dabei Unterstationen, und ihre Standorte können beispielsweise aufgrund von Laufzeiten elektromagnetischer Wellen vom Fahrzeug zu verschiedenen Empfängern bestimmt werden. In anderen Fällen werden die Standorte aufgrund von Daten ermittelt, die im Fahrzeug gesammelt und in der Zentrale über Funk mitgeteilt werden (z.B. der zurückgelegte Weg).

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Aber auch andere Daten, etwa über den Fahrzeugzustand, werden in solchen Systemen über Funk an eine Zentrale gemeldet. Dabei ist es wichtig, die berechneten Standorte ebenso wie sonstige festgestellte Daten immer auf einem möglichst aktuellen Stand zu halten. Das stellt besonders bei großen Fahrzeugflotten hohe Anforderungen an die Datenaustauschgeschwindigkeit. Aus verschiedenen Gründen ist es auch günstig, die Fahrzeuge wahlfrei von der Zentrale aus aufrufen zu können. Dann kann man aber auch die Aufrufzeit für die einzelnen Fahrzeuge nicht einsparen.

Die Datenaustauschprozedur läuft im allgemeinen so ab, daß von der Zentrale nach der Anlaufzeit des dort vorhandenen Aufrufsenders Synchronisiermuster ausgesendet werden. Anschließend folgt ein Startzeichen und dann werden Daten übertragen (z.B. Fahrzeugadresse, Befehl, weitere Informationen, Sicherungsredundanz). Das angesprochene Fahrzeug antwortet in gleicher Weise, unter Umständen jedoch ohne seine Adresse. Synchronisiermuster sind erforderlich, um die empfangende Station auf das Bit- und Zeichenraster des ausgesendeten TeIegramms (Aufruf oder Antvort) einzustellen.

Um möglichst viele Daten in einer bestimmten Zeit zu übertragen, ist man bestrebt, im Telegramm keine der Datensicherung dienende Redundanz zu haben, d.h., daß alle denkbaren Bit-Kombinationen zur Informationsübertragung verwendet werden können. Eine im Informationsteil vorkommende Bit-Kombination, die dem Synchronwort (Synchronisiennuster) entspricht, darf dann nicht als Synchronwort ausgewertet werden. Deshalb ist in solchen Systemen vorgesehen, daß die Empfangseinheit sich nach der Empfangssynchronisierung für die voraussichtliche Empfangszeit gegen eine Neusynchronisation sperrt. Wird nun aufgrund eines Störsignals, das fälschlich als Synchronwort identifiziert wird, die Empfangseinheit vorzeitig synchronisiert, so kann das eigentliche Synchronwort nicht mehr erkannt werden, der richtige Startzeitpunkt wird also verpaßt und die

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Information nicht richtig empfangen. Dies ließ sich bei bekannten Systemen nur dadurch vermeiden, daß ein verhältnismäßig langes Synchronisiermuster übertragen und empfangen werden mußte, um eine Fehlsynchronisation durch eine kurze Störung zu vermeiden. Diese Maßnahme verlängert aber insgesamt die Datenaustauschzeit.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Verfahren zur Datenübertragung zwischen einer Zentrale und mehreren Unterstationen die Synchronisierzeiten und damit die gesamten Ubertragungszeiten zu verkürzen und dabei gleichzeitig die Gefahr von Fehlsynchronisationen auszuschalten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß mit dem Ende des Aufrufs in der Zentrale jeweils eine Rechen- und Zeitmeßeinheit in Gang gesetzt wird, welche aufgrund bekannter Reaktionsund Laufzeiten in der Unterstation und auf dem Übertragungsweg den Anfangszeitpunkt für die ankommende Antwort festlegt und zu diesem Zeitpunkt erst das Empfangsregister freigibt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist also die Empfangseinheit während einer bestimmten Vorlaufzeit gesperrt, wobei diese Vorlaufzeit die Reaktionszeit der Unterstation, also die Anlaufzeit des Senders, aber auch die minimale Laufzeit zwischen Unterstation und Zentrale umfaßt. Erst nach dieser Vorlaufzeit wird das Empfangsregister freigegeben, wenn also der Fahrzeugsender und der Fahrzeugmodulator bereits arbeiten. Damit kann aber die Empfangseinheit selbst bei einem Minimum an Synchronisierzeichen - bei ungestörtem Funkempfang - das Startzeichen nicht verpassen.

Zweckmäßigerweise wird die Vorlaufzeit so gewählt, daß sie neben den Reaktions- und Laufzeiten auch die Dauer des Synchronwortes umfaßt. Diese Vorlaufzeit kann in der Rechen- und Zeitmeßeinheit in einem Vorlaufspeicher fest programmiert werden.

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Dabei ist in einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, daß ein Zeitzähler mit dem Ende des jeweiligen Aufrufs auf den Wert der programmierten Vorlaufzeit gesetzt wird und dann von diesem Wert an rückwärts bis Null abläuft.

In weiterer Ausgestaltung des Übertragungsverfahrens wird vorgesehen, die Vorlaufzeit nicht ganz bis zum Ende ablaufen zu lassen, sondern das Empfangsregister schon etwas vor dem Ende des Synchronwortes freizugeben, so daß das Freigabesignal nicht unmittelbar mit dem von der Unterstation ankommenden Startsignal zusammenfällt. Der Zeitpunkt für das Freigabesignal kann in einfacher Weise an den Zählerausgängen programmiert werden. Dies hat den Vorteil, daß die einmal für das ganze System ermittelte Vorlaufzeit mit ihrem richtigen Wert in die Vorlaufspeicher einprogrammiert werden kann und nicht verändert zu werden braucht.

Zur Datenübertragung wird zweckmäßigerweise eine Zweifrequenz-Modulation verwendet, bei der die eine Binärziffer durch eine Periode einer ersten Modulationsfrequenz und die zweite Binärziffer durch eine halbe Periode einer zweiten Modulationsfrequenz gebildet wird, wobei die zweite Modulationsfrequenz genau den halben Wert der ersten Modulationsfrequenz besitzt. Ein solches Verfahren ist in der deutschen Auslegeschrift 25 49 635 beschrieben. In diesem Fall braucht kein Frequenzdiskriminator verwendet zu werden, sondern es genügt, jeweils die Signalflanken zur Demodulation und zur Synchronisation auszuwerten. Als zweckmäßig hat sich dabei für das vorliegende Verfahren herausgestellt, als Synchronisierzeichen lediglich eine Periode der zweiten Modulationsfrequenz und als Startzeichen eine Periode der ersten Modulationsfrequenz zu verwenden.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.

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Es zeigt

Fig. 1 ein Telegrammschema beim herkömmlichen Datenaustausch zwischen Zentrale und Unterstation,

c Fig. 2 ein Telegrammschema für die erfindungsgemäße Datenübertragung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Zentrale zur Durchführung des erfindungsgemäßens Verfahrens,

Fig. 4 eine Detailschaltung für einen Ausschnitt IV aus Fig. 3,

Fig. 5 ein Diagramm zur Signalabtastung.

Die Fig.1 zeigt ein Telegrammschema für den Datenaustausch

¹^ zwischen4iner Zentrale Z und einer Unterstation UST. Dabei wird von der Zentrale Z nach dem Anlaufen des Aufrufsenders ein Synchronisiermuster SY1 ausgesendet. Anschließend folgt ein Startzeichen ST und dann ein Datenblock DAZ. Dieser Datenblock DAZ kann neben den eigentlichen Informationen auch eine Sicherungsredundanz enthalten. Nach Abschluß dieses von der Zentrale ausgesandten Datenblocks DAZ läuft der Sender der Unterstation, im Falle eines Ortungssystems, also der Sender öines Fahrzeuges, an und sendet zunächst ebenfalls ein Synchronisiermuster SY1, dann ein Startzeichen ST und dann seinen Datenblock DAU. Die Reaktionszeit bis zum Beginn des ausgesendeten Synchronisierzeichens ist mit RZ bezeichnet. Sie umfaßt neben der Anlaufzeit und den übrigen im Fahrzeugsender anfallenden Reaktionszeiten auch die kürzeste Laufzeit vom Fahrzeug bis zum Empfänger. Die Empfangseinheit der Zentrale ist bei einem herkömmlichen System vom Zeitpunkt A an empfangsbereit, also von dem Zeitpunkt an, zu dem der Aufruf der Zentrale Z beendet ist. Um eine Fehlsynchronisation des Empfängers während der Reaktionszeit RZ auszuschließen, wird der Empfänger so eingestellt, daß er nur auf ein langes Synchronwort SY1 synchronisiert,und dadurch wird die Gesamtzeit T1 bis zum Ende des von der Unterstation UST ausgesendeten Telegramms entsprechend lang.

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Fig. 2 zeigt ein entsprechendes Telegranmschema bei der erfindungsgemäßen Datenübertragung. Das von der Zentrale aus gesendete Telegramm ist wie in Fig.1 aufgebaut. Es enthält also ein gleichlanges Synchronisierzeichen SY1, ein Startzeichen ST und den Datenblock DAZ. In der Unterstation UST ist wie vorher die Reaktionszeit RZ zu berücksichtigen. Dann folgt aber ein wesentliches verkürztes Synchronisierzeichen SY2. Das Startzeichen ST und der Datenblock DAU sind wieder wie vorher aufgebaut. Das verkürzte Synchronisierzeichen SY2 kann deshalb eingesetzt werden, weil die Empfangseinrichtung, also im wesentlichen das Empfangsregister in der Zentrale, nicht mit dem Zeitpunkt A empfangsbereit ist, sondern erst zum Zeitpunkt B. Das Empfangsregister ist also erst kurz vor dem Startzeichen ST aufnahmebereit, so daß eine Fehlsynchronisierung während der Reaktionszeit RZ nicht möglich ist und auch ein sehr kurzes Synchronisierzeichen ausreicht.

Zu diesem Zweck wird eine Vorlaufzeit in einer Rechen- und Zeitmeßeinheit gespeichert, welche die Reaktionszeit RZ und die Länge des Synchronisierzeichens SY2 umfaßt. Die Rechen- und Zeitmeßeinheit gibt allerdings das Empfangsregister nicht genau mit dem Ende der Vorlaufzeit VZ frei, sondern bereits etwas früher zum Zeitpunkt 3, so daß dieses Freigabesignal nicht unmittelbar mit dem Startzeichen ST zusammenfällt.

Aufgrund des verkürzten Synchronisierzeichens wird die für die Datenübertragung von einer Unterstation benötigte Zeit T2 wesentlich kürzer als die in Fig.1 gezeigte Zeit T1.

Die Fig.3 zeigt ein Blockschaltbild für eine Zentrale eines Fahrzeugortungssystems, in dem das erfindungsgemäße Übertragungsverfahren anwendbar ist. Kernstück der Zentrale ist eine Datenverarbeitungsanlage DVA, in der die Reihenfolge des Aufrufs der einzelnen Fahrzeuge festgelegt und die auszusendenden Daten an eine Sendeeinrichtung SND bereitgestellt werden .Von dieser Sendeeinrichtung SND werden die Daten in einem Modulator M einer Trägerfrequenz aufmoduliert, so daß sie von einem Fahrzeug

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empfangen werden können. Die Antwort des Fahrzeuges wird ebenfalls auf einem Träger moduliert ausgesendet und in der Zentrale bzw. in einzelnen der Zentrale vorgeschalteten Empfangsstationen einem Demodulator DM zugeführt. Das niederfrequente Datensignal NF wird über einen Sinus-Rechteck-Wandler SRW einem Demodulator DEM zugeführt, der die ankommenden Daten auswertet und in ein Empfangsregister RG eingibt. Ein zur Sicherungsredundanz im Datenblock enthaltenes Codewort wird einem Codegenerator CD zugeführt.

Das Empfangsregister RG und der Codegenerator CD sind aber erst empfangsbereit, wenn in der Startzeichenerkennung SZ das vom Demodulator eingegebene Startzeichen erkannt wurde. Um jedoch auszuschließen, daß ein vor dem eigentlichen Datentelegramm ankommendes Störsignal als Startzeichen ausgewertet wird, ist die Startzeichenerkennung SZ zunächst gesperrt, sie wird erst von einer Rechen- und Zeitmeßeinheit RZE freigegeben. Die Vorlaufzeit VZ (Fig.2) ist in einem Vorlaufspeicher VS fest programmiert. Sie wird in die Rechen- und Zeitmeßeinheit mit einem Signal SP eingegeben, welches von der Sendeeinrichtung SM) abgegeben wird und das Ende eines Aufrufs kennzeichnet. Die Rechen- und Zeitmeßeinheit RZE beginnt mit dem Signal SP zu laufen und gibt mit dem Ablauf der programmierten Vorlaufzeit ein Freigabesignal FS an die Startzeichenerkennung SZ.

Allerdings wird der Ablauf der Vorlaufzeit nicht vollständig abgewartet, sondern das Freigabesignal wird etwas früher gebildet, wie bereits erwähnt.

Die Fig.4 zeigt in einer Detailschaltung die Rechen- und Zeitmeßeinheit mit der Startzeichenerkennung und dem Demodulator. Die Rechen- und Zeitmeßeinheit enthält im wesentlichen einen Zähler, der aus zwei hintereinandergeschalteten Binärzählern Z1 und Z2 gebildet ist. Jeder der beiden Zähler hat vier Binär-

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stellen, also daß sich insgesamt eine Zählkapazität von 2 bis ergibt. Die Zähler werden mit einem Takt T geschaltet; bei

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Anlegen einer positiven Spannung an die Potentialeingänge P wird rückwärts gezählt. Über die Ladeeingänge L werden die Zähler geladen, und zwar auf den an den Eingängen 2° bis 2 anstehenden Wert. Dieses Laden erfolgt mit dem Signal SP, welches von der Sendeeinrichtung SND der Zentrale (Fig.3) kommt und das Ende eines Aufruftelegramms anzeigt.

Die Vorlaufzeit, auf welche die Zähler Z1 und Z2 gesetzt werden, ist im Vorlaufspeicher programmiert. Je nachdem, ob die Brücken BR1 ... 6 eingelegt sind, wird über die Negationsglieder N1 an den entsprechenden Zählereingängen das Signal 1 erzeugt. Wo keine Brücke BR eingelegt ist, ergibt das Pluspotential über den jeweiligen Widerstand R und das betreffende Negationsglied N1 ein Signal 0 am Zählereingang. Da die Zähler rückwärts zählen, sind die Zählerausgänge alle O, sobald beide Zähler abgelaufen sind. Da man jedoch das Freigabesignal FS für die Startzeichenerkennung kurz vor Ablauf der Vorlaufzeit abgeben will, enthält die Rechen- und Zeitmeßeinheit eine Subtrahiereinrichtung mit den Negationsgliedern N2 und dem Koinzidenzglied KO. Zur Erzeugung des Freigabesignals FS müssen alle Eingänge des Koinzidenzgliedes KO logisch 1 sein. Der Ausgang M des Zählers Z2 erfüllt diese Bedingung, wenn dieser höherwertige Zähler abgelaufen ist. Die Ausgänge des niederwertigen Zählers Z1 werden mit Ablauf der eingestellten Vorlaufzeit nacheinander zu Null, über die Negationsglieder N2 kann von jedem Zählerausgang ein Signal 1 an das Koinzidenzglied KO gegeben werden. Um jedoch vor dem endgültigen Ablauf der Vorlaufzeit das Freisignal bereits zu erzeugen, kann man einzelne Ausgänge des Zählers Z1 direkt (unter Umgehung des jeweiligen Negationsgliedes N2) mit dem Koinzidenz glied KO verbinden. Auf diese Weise wird über den Verteiler VE ein niedriger Zeitwert eingestellt, bei dessen Erreichen das Freigabesignal FS erzeugt wird. Dieser am Verteiler VE eingestellte Zeitwert wird also von der programmierten Vorlaufzeit subtrahiert.

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Das Freigäbesignal FS wird der Startzeichenerkennung zugeführt, welche im wesentlichen aus einem NAND-Glied ND1 besteht. Dem anderen Eingang dieses NAND-Gliedes ND1 wird das Signal (S aus dem Demodulator zugeführt.

Der dargestellte Demodulator DEM ist für eine Zweifrequenz-Modulation ausgelegt, bei der die logische Eins durch eine Periode einer ersten Modulationsfrequenz und die logische Null durch eine halbe Periode einer zweiten Modulationsfrequenz gebildet wird, wobei die zweite Modulationsfrequenz genau den halben Wert der ersten Modulationsfrequenz besitzt. In diesem Fall brauchen lediglich die Potentialsprünge abgetastet zu werden, so daß eine aufwendige Frequenzbestimmung entfällt. Durch eine nicht weiter dargestellte Synchronisierung wird ein Abtasttakt AT, dessen Frequenz mit der zweiten Modulationsfrequenz übereinstimmt, so gelegt, daß jedes ankommende Zeichen in der zweiten Hälfte seiner Signallänge abgetastet wird.

Fig. 5 zeigt ein einfaches Beispiel, Die in den Demodulator eingegebenen Datensignale DA zeigen eine Periode bzw. zwei halbe Perioden der zweiten Modulationsfrequenz (937,5 Hz) und darauf eine Periode der ersten Modulationsfrequenz (1875 Hz). Diese Signale werden mit einem Abtasttakt AT mit einer Frequenz von 1875 Hz abgetastet. Ist nun das abgetastete Signal gegenüber dem vorhergehenden verändert, so bedeutet dies eine logische Null (zweite Modulationsfrequenz), ist das Signal im Potential gleichgeblieben, so erkennt der Demodulator eine logische Eins (erste Modulationsfrequenz). Dies wird in Fig.4 mit dem Flip-Flop FF1 und dem Exclusiv-Oder-Glied EX erkannt und entsprechend zum Setzen des Flip-Flops FF2 verwendet. Am Ausgang Q¹ steht dann das demodulierte Signal Null oder Eins an.

Beispielsweise kann als Synchronisierzeichen eine Periode der zweiten Modulationsfrequenz, also zwei aufeinanderfolgende

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Nullen, verwendet werden, wie in Fig.5 dargestellt. Darauf folgt dann als Startzeichen eine logische Eins in Form von einer Periode der ersten Modulationsfrequenz. Diese Start-Eins wird über das NAND-Glied ND1 weitergegeben, weil das Freigabesignal kurz vorher, also während der zweiten Synchronisier-Null, gekommen ist,und über die Kippstufe K wird ein Eingabesignal EIN für das Empfangsregister erzeugt. Die demodulierten Daten DAE können nunmehr in das Empfangsregister RG eingelesen werden.

6 Patentansprüche
5 Figuren

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Claims

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Patentansprüche; 2 / k ? A 9 7

Λ .} Verfahren zur Datenübertragung zwischen einer Zentrale und einer Mehrzahl von Unterstationen, wobei von der Zentrale ein Aufruf an jeweils eine bestimmte Unterstation ausgesendet wird, welche daraufhin eine Antwort an die Zentrale sendet, wobei diese Antwort in der Zentrale registriert und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ende (SP) des Aufrufs in der Zentrale jeweils eine Rechen- und Zeitmeßeinheit (RZE) in Gang gesetzt wird, welche aufgrund bekannter Reaktions- und Laufzeiten (RZ) in der Unterstation (UST) und auf dem Übertragungsweg den frühestmöglichen Anfangszeitpunkt für die ankommende Antwort (ST) festlegt und zu diesem Zeitpunkt (B) das Empfangsregister (RG) freigibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Reaktionszeit (RZ) der Unterstation, die Mindestlaufzeit und die Länge des Synchronisierzeichens (SY2) umfassende Vorlaufzeit einheitlich für alle Unterstationen (UST) in einem Vorlaufspeicher (VS) fest programmiert und mit dem Ende des Aufrufs (SP) in Gang gesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ende (SP) des Aufrufs ein Zeitzähler (Z1, Z2) auf den Wert der Vorlaufzeit (VZ) gesetzt wird und dann von diesem Wert rückwärts bis Null abläuft.
4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß über eine Programmierung am Zählerausgang (N2, VE, KO) ein Freigabesignal (FS) für das Empfangsregister bereits zu einem Zeitpunkt erzeugt wird, an dem der Zähler noch nicht bis Null abgelaufen ist.

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ORIGINAL INSPECTED

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2 7 Λ 2 4 9 7
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Datenübertragung eine Zweifrequenz-Modulation verwendet wird, wobei die eine Binärziffer (1) durch eine Periode einer ersten Modulationsfrequenz und die zweite Binärziffer (0) durch eine halbe Periode einer zweiten Modulationsfrequenz gebildet wird, und wobei die zweite Modulationsfrequenz genau den halben Wert der ersten Modulationsfrequenz besitzt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Synchronisierzeichen (SY2) lediglich eine ganze Periode der zweiten Modulationsfrequenz und als Startzeichen (ST) eine Periode der ersten Modulationsfrequenz verwendet wird.

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