DE2832311A1

DE2832311A1 - Verfahren zur informationsgehalt-erhoehung bei der uebertragung von nachrichten

Info

Publication number: DE2832311A1
Application number: DE19782832311
Authority: DE
Inventors: Albert Dipl Ing Blum; Gerhard Dipl Ing Funk
Original assignee: Patelhold Patenverwertungs and Elektro-Holding AG
Current assignee: Patelhold Patenverwertungs and Elektro-Holding AG
Priority date: 1978-06-27
Filing date: 1978-07-22
Publication date: 1980-01-10
Also published as: SE7905498L

Description

Verfahren zur Informationsgehalt-Erhöhung bei der Ueber-
tragung von Nachrichten.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Informationsgehalt-Erhöhung bei der Uebertragung von Nachrichten, insbesondere Messwert-Nachrichten, bei welchem Verfahren die Messwerte periodisch abgetastet und mittels Analog-Digital-Umsetzer in Form eines digitalen Codes dargestellt werden.
Abnehmende Kosten für intelligente Daten-End-Geräte, wachsende Ansprüche an Reaktionszeiten und Genauigkeiten sowie nicht abnehmende Kosten für installierte Bandbreiten zwingen zur rationellen Ausnutzung der Uebertragungswege mit nützlichem Informationsaustausch.
Die beiden bekannten Verfahren der Messwert -Ueb ertragung, nämlich das zyklische Uebertragen und das spontane Uebertragen bei Aenderung stellen zwei extreme Methoden dar, die beide ihre Nachteile haben: Zyklische Messwert-Uebertragungsverfahren verstopfen bei kleiner Messwertänderungsrate die Uebertragungskanäle mit Nachrichten ohne Informationsgehalt und verzögern dadurch spontan auftretende Ereignis-Nachrichten. Spontane Messwert-Uebertragungen benötigen einen grösseren Identifikationsteil und beanspruchen deshalb lange Uebertragungszeiten, wenn sich viele Werte ändern.
Entscheidend für die Auslegung von Datenwegen und Uebertragungsprozeduren sind funktionelle Angaben über den effektiv benötigten Informationsaustausch.
Besonders zu beachten sind Grenzfälle, z.B. gefährliche Störsituationen: hier sind die für den Betrieb notwendigen dringenden Funktionen deutlich von den weniger dringenden Funktionen abzugrenzen: Wieviel Information muss wie rasch und wie zuverlässig an die ferne Station übermittelt sein? Welche Detail-Informationen dürfen verzögert werden? Da die Systeme für Grenzfälle dimensioniert werden, sind sie bei Normalbetrieb stets überdimensioniert.
Die gestellten Fragen gelten allgemein für alle Betriebszustände, also sowohl für Melde-Zustände als auch für Messwerte. Bei groben Schwankungen eines Messwertes täuscht die bisweilen mit 12 Bit-Auflösungsvermögen geforderte Messwert-Uebertragung eine Genauigkeit von - 0,024 % am Empfangsort vor, obwohl wegen Schwankungen der Transfer-Verzögerung der empfangene Wert längst um einige % vom Istwert abweichen kann. Beschränkt man deshalb z.B. die Forderung nach 12 Bit Genauigkeit nur auf Zeitabschnitte, in denen sich der Messwert wenig ändert, und führt man bei groben Schwankungen eine gröbere Auflösung ein, so kommt man den wahren Prozessbedürfnissen nach Genauigkeit und kurzen Reaktionszeiten wesentlich näher.
Messgrössen, bei denen starke Schwankungen weniger häufig vorkommen als kleine Schwankungen, enthalten in den höherwertigen Bitstellen wesentlich seltener neue Informationen als in den niedrigerwertigen Bit stellen. Es ist deshalb nicht einzusehen, weshalb die höherwertigen Stellen genau so häufig übertragen werden wie die niedrigerwertigen.
Theoretisch genügte es, nur jene Bitstellen zu übertragen, die sich seit der letzten Uebertragung geändert haben. Da aber diese Uebertragung zusätzlich informieren müsste, um welche Bitstellen es sich handelt, wird die Reduktion der Messwertbit durch die Erweiterung der Identifikationsbit aufgehoben.
Hier setzt nun die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrundeliegt, in dieser Situation einen wirksamen Kompromiss zu finden. Gekennzeichnet ist die Erfindung durch eine feste, teilweise überlappende Unterteilung der Messwertinformation in n Anteile mit verschiedener Wertigkeit und weiter dadurch, dass die verschiedenen Anteile durch unterschiedliche Identifikationsmerkmale ergänzt werden.
Für n=2 erfolgt eine Unterteilung in einen Grob- und einen Fein-Anteil eines Messwertes. Dabei genügt ein einzelnes zusätzliches Identifikationsbit, das je nach seinem Binärwert den Grob- oder den Fein-Anteil bezeichnet.
Die Erfindung sei jetzt anhand der Figuren 1 bis 4 näher erläutert. Fig. la zeigt das Prinzip der Aufteilung für den Fall n=2. MW ist der Messwert, GR ist der Grob-Anteil, FE der Fein-Anteil, UE der Ueberlappungsbereich. Mit MSB ist das höchstwertige Bit, mit LSB das niedrigstwertige Bit angedeutet.
Fig. lb zeigt das zusätzliche Identifikationsbit I, das bei dem Grob-Anteil "0" und bei dem Fein-Anteil 1 beträgt.
Das Verfahren wird am Beispiel eines 12 Bit-Messwertes, der mit 8 Bit übertragen wird, erläutert.
In Fig. 2 ist MW=Wll ... WOO wieder der Messwert, GR=Gll ... G05 der Grob-Anteil zu 7 Bit und FE=Fo6 ... FOO der Fein-Anteil zu ebenfalls 7 Bit. I=0 bezeichnet das Identifikationsbit für den Grob-Anteil. Bei der Initialisierung einer Messwert-Uebertragung wird der momentane Grob-Anteil mit Berücksichtigung des Rundungsfehlers, der durch das Abschneiden des Wertes beim Bit W05 entsteht, als Wert Gll bis G05, ergänzt mit dem Identifikationsbit I=0, gesendet.
Ausserdem wird der Wert mit 5 Nullen ergänzt und örtlich gespeichert.
Die Empfangsstation speichert den Wert Gll bis G05 ebenfalls ab und gibt ihn mit 5 Nullen rechts ergänzt an die Auswertung weiter. Der Wert weicht folglich vom Messwert mit der vollen Auflösung (2 2) um maximal - 16 Schritte ab. Auf den vollen Messbereich bezogen entspricht dies einem maximalen Fehler von f 0,38 /a.
Bei den folgenden Uebertragungszyklen wird im Sender geprüft, ob der Ist-Messwert um mehr als - 64 Schritte vom abgespeicherten Grobmesswert abweicht (dies entspricht einem Aenderungsbereich von - 1,56 % des Messbereichs).
Ist dies der Fall, so wird der neue Grobwert gespeichert und übertragen.
Andernfalls wird (s. Fig. 3) die Differenz zwischen Grob-und Istwert als Feinmesswert-Inkrement D gebildet und, ergänzt durch das Identifikationsbit I=l, gesendet. Die Empfangsstation addiert den Inkrementwert D vorzeichenrichtig (als 2er Komplement-Zahl) zum gespeicherten Grobwert (s. Fig. 4) und gibt das Resultat zur Auswertung frei.
Nach diesem Verfahren wird der Grobwert als Stützwert beim Initialisieren der Uebertragung und anschliessend nur bei Messwertänderungen um mehr als - 1,56 M übertragen. Dies hat bei starken Messwert-Schwankungen eine vorteilhafte Filterwirkung. Eine zusätzliche periodische Grobwert-Uebertragung auch in Zeitabschnitten schwacher Messwert-Aenderung steigert speziell in Systemen mit kleiner Sicherung gegen Daten-Verlust die Zuverlässigkeit der Messwert-Uebertragung.
Das beschriebene Verfahren ist auf verschiedene Zahlensysteme der Messwert-Erfassung wie Binary offset-Code oder bipolare Zählsysteme in 2er-Komplement-Zahlen-Darstellung anwendbar.
Allgemein ist die Datenreduktion für Messwerte mit geradzahliger Wort länge durch die Beziehung Uebertragene Bits = 1/2 (Wortlänge + 4) gegeben (8 Bit-Messwerte kommen z.B. mit 6 Uebertragungsbit aus). Für ungeradzahlige Wort längen mit nur 1 Bit Ueberlappung des Grob- und Fein-Bereichs ist die Reduktion durch: übertragene Bits = 1/2 (Wortlänge + 3) gegeben.

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Informationsgehalt-Erhöhung bei der Uebertragung von Nachrichten, insbesondere Messwert-Nachrichten, bei welchem die Messwerte periodisch abgetastet und mittels Analog-Digital-Umsetzer in Form eines digitalen Codes dargestellt werden, gekennzeichnet durch eine feste, teilweise überlappende Unterteilung der Messwert information in n Anteile mit verschiedener Wertigkeit und weiter dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Anteile durch unterschiedliche Identifikationsmerkmale ergänzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass n=2 ist und eine Unterteilung in einen Grob- und einen Feinteil eines Messwertes erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein einzelnes zusätzliches Identifikationsbit (I), das je nach seinem Binärwert den Grob- oder den Fein-Teil bezeichnet.
4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) bei der Initialisierung einer Nachrichtenübertragung wird der momentane Grob-Anteil (GR), ergänzt mit dem Identifikationsbit (I=O),gesendet und gleichzeitig örtlich gespeichert, b) die Empfangsstation speichert den empfangenen Grob-Anteil ebenfalls lnd gibt ihn nach Ergänzung durch Nullen an die Auswertung weiter, c) bei den folgenden Uebertragungszyklen wird im Sender geprüft, ob der Istwert in jenem Feinbereich liegt, der den gespeicherten Grobwert ergänzt und diesen zum Teil symmetrisch überlappt, d) ist diese Bedingung erfüllt, wird durch Subtraktion des durch Nullen ergänzten Grob-Anteils (GR) vom Fein-Anteil (FE) das Feinmesswert-Inkrement (D)=FE-GR gebildet und - durch das Identifikationsbit (I=l) ergänzt - gesendet, e) die Empfangsstation addiert vorzeichen- und stellenrichtig den Inkrementwert (D) zum gespeicherten Grobwert (R) und gibt das Resultat (GR+D=W) zur Auswertung frei, f) bei Nichtvorliegen der Bedingung aus c) wird der bei der Initialisierung vorgenommene Schritt wiederholt.