DE4243026C2 - Funkalarmanlage mit asynchroner Übermittlung von Meldungen über Zeitkanäle unterschiedlicher Periodendauern - Google Patents
Funkalarmanlage mit asynchroner Übermittlung von Meldungen über Zeitkanäle unterschiedlicher PeriodendauernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Funkalarmanlage gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 (DE 40 35 070 A1).
Die Security-(Sicherheits-)Electronic hat sich zu einer
wertvollen Hilfe entwickelt, um Brand, Raub, Diebstahl,
Einbruch, Überfall und Entführung sofort zu melden. Im
wesentlichen haben die verschiedenen Komponenten einer
Alarmanlage folgende Aufgaben zu erfüllen:
Erkennen, Auswerten, Alarmieren.
Erkennen, Auswerten, Alarmieren.
- a) Das Erkennen eines Einbruchsvorgangs erfolgt mit automatischen Detektoren (Meldern), die je nach Anwendungszweck nach verschiedenen Prinzipien arbeiten,
- b) die Auswertung der Meldungen geschieht in einer Zentraleinheit, abhängig von unterschiedlichen Zustandsbedingungen,
- c) die Alarmierung erfolgt entweder durch Weiterleitung des Alarms, etwa zu einer Polizeidienststelle oder in Form eines örtlichen Alarms durch Aktivieren von Alarmgebern wie Sirenen, Alarm-Blitzleuchten oder dgl.
Moderne Alarmanlagen bestehen in der Regel aus einer
Zentraleinheit (einschließlich Stromversorgung),
Schalteinrichtungen zum Scharf-/Unscharfschalten,
automatischen Einbruchmeldern, manuell betätigbaren
Überfallmeldern, Übertragungseinrichtungen und/oder
örtlichen Alarmgebern und einem Leitungsnetz.
Als Melder werden je nach zu schützendem Objekt und
Aufwand vom einfachen Riegel- oder Magnetkontakt bis hin
zu Ultraschallmeldern der verschiedensten Varianten
eingesetzt. Unabhängig von ihrer Wirkungsweise kann man
die Melder in drei Gruppen einteilen: Melder für
Freigeländeüberwachung, Melder für Außenhautüberwachung
und Melder für Innenraum und Objektüberwachung.
Bei herkömmlichen Alarmanlagen sind die automatischen
Einbruchmelder über sogenannte Meldelinien mit der
Zentrale in Reihenschaltung verbunden und arbeiten nach
dem Ruhestromprinzip. Durch alle Melder fließt ständig
ein bestimmter Ruhestrom. Wird durch die Auslösung eines
Melders der Strom unterbrochen, so erfolgt Alarmmeldung.
Alarm wird ebenfalls ausgelöst bei Zerstörung oder
Kurzschluß der Meldelinie an einer beliebigen Stelle.
Verschiedene Komponenten, wie beispielsweise
Schalteinrichtungen, örtliche Alarmgeber usw. werden
zusätzlich über eine sogenannte Sabotagelinie geschützt,
d. h. es wird Alarm ausgelöst, wenn diese Komponenten
geöffnet oder beschädigt werden.
Damit erfüllen herkömmliche leitungsgebundene
Alarmanlagen die hohen Anforderungen vom Verband der
Sachversicherer in Bezug auf die Störsicherheit. Bei
Verwendung von Lichtwellenleitern sind die Vorteile: hohe
Störsicherheit gegen elektromagnetische Wellen, hohe
Übertragungskapazität und galvanische Trennung von Sender
und Empfänger. Nachteilig ist jedoch der hohe Aufwand für
die Verlegung des Leitungsnetzes, insbesondere wenn dies
nachträglich erfolgt.
Aus der eingangs genannten DE 40 35 070 A1 ist eine Funkalarmanlage bekannt,
welche eine hinreichende Sicherung gegen eine Störung
durch Blockierung der Funkstrecken sowie gegen eine
Manipulation von außen bietet. Die daraus bekannte
Funkalarmanlage besteht aus einer Zentraleinheit mit
einer Empfängereinheit zum Empfangen von Funksignalen von
Meldern in Form von Datentelegrammen. Die
Empfängereinheiten sind so ausgelegt, daß nur
Datentelegramme von zu der Funkalarmanlage gehörige
Meldern verarbeitet werden, um einen Alarm oder eine
Funktion auszulösen. Insbesondere um eine Manipulation
von außen mit einem anlagegleichen Funksender zu
verhindern, sendet jeder Melder der Funkalarmanlage
wenigstens zwei Funksignale unterschiedlicher
Trägerfrequenz aus, die gleich oder unterschiedlich
codiert (im Sinne einer Kennung) sind. Dementsprechend
empfängt die Zentraleinheit mit ihrer Empfängereinheit
mindestens zwei verschiedene Funksignale von jedem Melder
und überprüft die Zugehörigkeit der die Funksignale
abgebenden Melder durch Überprüfung der Gültigkeit der
Codierung (Kennung).
Außerdem wird bei der aus der DE 40 35 070 A1 bekannten
Funkalarmanlage beschrieben, daß die von den einzelnen
Meldern abgestrahlten Funksignale in einer
Auswerteeinheit einer Feldstärkenüberprüfung unterzogen
werden, wodurch die Störsicherheit noch weiter erhöht
werden kann. Zur Erfüllung der VdS-Richtlinien werden bei
dieser Funkalarmanlage die Nachrichtenkanäle unter
Anwendung des Frequenzmultiplexverfahrens gebildet.
Weiterhin ist aus der EP-0 293 627 A1 ein
Funkübertragungsverfahren für eine Alarmanlage bekannt,
bei dem zur Übermittlung von Informationen zwischen einer
Zentraleinheit und den Komponenten der Alarmanlage
jeweils dieselbe Funkfrequenz verwendet wird. Die
einzelnen Nachrichtenkanäle werden dabei nach einem
Zeitmultiplexverfahren gebildet. Diese Nachrichtenkanäle
werden zyklisch, d. h. zeitlich getrennt nacheinander in
der Zentraleinheit abgefragt, ob über den jeweiligen
Zeitkanal eine Nachrichtenübertragung erfolgt. Um nun
nutzlose und zeitraubende Abfragezyklen zu vermeiden,
wird beim Funkübertragungsverfahren gemäß der EP-A1-0 293 627
ein Abfragezyklus nur dann durchlaufen, wenn in einer
vorangegangen, sehr viel kürzeren Summenabfrage, bei der
alle Komponenten gleichzeitig abgefragt werden,
festgestellt worden ist, daß bei wenigstens einer
Komponente (z. B. einem Melder) eine Information
angefallen ist.
Schließlich ist aus der EP-0 316 853 A1 eine
Funkalarmanlage bekannt, bei der zur Sicherung gegen
Sabotage zusätzliche Impulse, sogenannte Pseudoimpulse,
übertragen werden. Das zeitrichtige Eintreffen der
Zusatzimpulse wird in der Zentraleinheit erkannt und
entsprechend gewertet.
Prinzipiell sind zur Nachrichtenübertragung über ein von
einer Vielzahl von Einrichtungen gemeinsam benutztes
Übertragungsmedium (z. B. Leitung, Funkstrecke) drei
Grundverfahren bekannt, nämlich das
Zeitmultiplex-Verfahren, das Frequenzmultiplex-Verfahren
und das Codemultiplex-Verfahren.
Beim Zeitmultiplex-Verfahren steht jeder Einrichtung die
gesamte Bandbreite eines einzigen Funkkanals zur
Verfügung, welches von der Einrichtung aber nur für kurze
Zeitabschnitte benutzt werden darf. Die Zeichen oder
Zeichenfolgen verschiedener Einrichtungen sind ineinander
verschachtelt und werden mit entsprechend höherer Bitrate
im einzigen Funkkanal übertragen, wobei der jeweils einer
Einrichtung zugeordnete Zeitkanal (Nachrichtenkanal) sich
periodisch mit der Rahmenperiodendauer wiederholt.
Beim Frequenzmultiplex-Verfahren wird die zur
Nachrichtenübertragung zur Verfügung stehende
Gesamtbandbreite in schmale Frequenzbänder unterteilt,
welche jeweils einem Nachrichtenübertragungskanal
entsprechen. Für die Dauer der Funkübertragung steht
jeder Einrichtung ein solches schmales Frequenzband zur
Verfügung. In der Praxis werden bei Funkalarmanlagen zwar
zur Nachrichtenübertragung Frequenzmultiplex- oder
Zeitmultiplex-Verfahren eingesetzt.
Anwendungen des Codemultiplex-Verfahrens sind bei
Autotelefonsystemen bekannt (s.a. EP-0 241 954 A2 oder
EP-0 211 460 A2). Beim Codemultiplex-Verfahren werden die
verschiedenen, über das gemeinsame Übertragungsmedium
(z. B. Funkstrecke) geführten Nachrichten durch
Basis-Modulation einem Träger aufmoduliert und das sich
ergebende im Vergleich zur Kanalbandbreite schmalbandige
Signal wird durch Multiplex-Modulation mit Hilfe eines
den Empfänger kennzeichnenden Codeworts auf die
Kanalbandbreite spektral gespreizt. In den
Sendeeinrichtungen der Funkstationen ist ein
Codegenerator angeordnet, welcher ein die
Sendeeinrichtung kennzeichnenden Code erzeugt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer
Funkalarmanlage die Bildung von Nachrichtenkanälen derart
vorzunehmen, daß die Möglichkeit der direkten
Manipulation von außen zuverlässig verhindert wird und
dennoch eine kostengünstige Realisierung für die mit der
Zentraleinheit in Verbindung stehenden Einrichtungen
erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer
Funkalarmanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1
gelöst.
Die erfindungsgemäße Funkalarmanlage weist den Vorteil
auf, daß kein Aufwand für eine
Zeitschlitzsynchronisierung erforderlich ist, wie sie für
ein TDMA-System (Time Division Multiple Access)
unverzichtbar ist und welches beispielsweise in der US-PS
4,290,056 ausführlich beschrieben ist. Erst dies
ermöglicht, die zahlenmäßig überwiegenden Verbindungen
zwischen Meldern und Zentraleinheit als unidirektionale
Strecken auszubilden.
Weiterhin wird bei der erfindungsgemäßen Funkalarmanlage
sichergestellt, daß, selbst im Fall einer Überlagerung
mehrerer Meldungen, der momentan angewählte Sender sicher
empfangen wird.
Die kostengünstige Realisierung ergibt sich daraus, daß
in den Meldern nur ein Sender erforderlich ist. Der hohe
Empfängeraufwand entsteht nur in der/den (wenigen)
Zentraleinheit/einheiten; dort ist zumindest die
Stromversorgung kein Problem.
Entsprechend der Erfindung müssen zwar die Meldungen in
ausreichend kleinen Zeitabständen wiederholt werden, da
diese vom Empfänger asynchron abgehört werden. Vom
Verband der Sachversicherer ist im Moment für alle 10
Sekunden ein Datentelegrammaustausch vorgeschrieben. Wenn
man davon ausgeht, daß während der überwiegenden Zeit
keine Störungen vorliegen und somit die durchschnittliche
Zeitdauer zwischen zwei Datentelegrammen etwa 25 Sekunden
beträgt, läßt sich der Energieverbrauch durch die
Sicherheitsabfragen um den Faktor 2,5 reduzieren, ohne
Einschränkungen in der Betriebssicherheit der Alarmanlage
hinnehmen zu müssen.
Die Ausgestaltung der Funkalarmanlage nach Patentanspruch
1 weist den Vorteil auf, daß es sich bei einer
Blockade des Funkkanals mit hoher Wahrscheinlichkeit um
eine Sabotage und nicht um ein "natürliches" Ereignis
(z. B. Mitbenutzer des Frequenzbandes) handelt.
Erfindungsgemäß erfolgt die Überwachung der Melder und
der Funkstrecke Melder zur Zentraleinheit durch zyklische
Meldungen.
Eventuell könnten bei Routinemeldungen Sendepausen
eingelegt werden, wenn dafür von der Zentraleinheit die
Störfeldstärke des Funkkanals überwacht wird. Ein
Sendeblock zwischen zwei Pausen muß dabei länger als die
längste Beobachtungszeit Tk sein.
Als besonders vorteilhaft zur Erhöhung der
Übertragungssicherheit hat sich die Ausgestaltung nach
Patentanspruch 2 erwiesen, wenn jedes Datentelegramm
aufeinanderfolgende Blöcke mit gleich langen Codewörtern
umfaßt. Wird außerhalb von den gegebenen Codewörtern bzw.
Zeitabständen ein Signal empfangen, so ist dies ein
erster Hinweis auf Sabotage.
Die Ausführungsform der Funkalarmanlage nach
Patentanspruch 3 erfordert einen geringen
Schaltungsaufwand, ohne daß Einschränkungen in der
Betriebssicherheit der Alarmanlage hingenommen werden
müssen.
Die erfindungsgemäße Funkalarmanlage wird im folgenden
anhand einer in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsform näher beschrieben und erläutert. Es
zeigt:
Fig. 1 das Blockschaltbild einer bevorzugten
Ausführungsform und
Fig. 2 einen zeitlichen Verlauf am Beispiel einer
Überlagerung von Sendebursts.
Das Blockschaltbild nach Fig. 1 zeigt eine
Funkalarmanlage mit asynchroner Übermittlung von
Meldungen über Zeitkanäle unterschiedlicher
Periodendauer. Im einzelnen werden bei der
erfindungsgemäßen Funkalarmanlage eine Vielzahl von
Nachrichtenkanälen zur Übertragung von Meldungen in Form
von Datentelegrammen zwischen Meldern M 1 . . . Mn,
insbesondere Glasbruchmelder, Infrarotmelder, kapazitiver
Melder, Körperschallmelder, Öffnungsmelder,
Mikrowellenmelder, Ultraschallmelder usw., zwischen
Schalteinrichtungen S, insbesondere Blockschloß,
zeitgesteuerte Schalteinrichtungen und elektronische
Schalteinrichtungen, und zwischen Steuerorganen ST,
insbesondere automatische Wählgeräte für
Alarmierungseinrichtungen, insbesondere Sirenen und
Blitzlampen oder dergl. und einer
mikroprozessorgesteuerten Zentraleinheit ZE gebildet. In
der Übertragungsrichtung von den Meldern M zur
Zentraleinheit ZE erfolgt die Bildung der
Nachrichtenkanäle durch unterschiedliche, für die
einzelnen Melder M charakteristische Periodendauern der
Meldungswiederholung TMi. Zur Übertragung der
Datentelegramme steht mindestens ein Funkkanal zur
Verfügung.
Wie aus Fig. 2 deutlich hervorgeht, ist die zeitliche
Differenz zwischen den einzelnen Periodendauern TMi
größer/gleich der Sendedauer TT des längsten
Datentelegramms. Dabei umfaßt jedes Datentelegramm
aufeinanderfolgende Blöcke mit gleich langen Codewörtern
zur Kennzeichnung des jeweiligen Melders M und zur
Übertragung der eigentlichen Information.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Funkalarmanlage werden L = 200
Nachrichtenkanäle gebildet. Die Funkalarmanlage wird in
einem Frequenzbereich von zwei bis drei GHz betrieben.
Bei einer Sendeleistung von ca. 10 mW beträgt die
Reichweite (Funkstrecke) im Gebäude etwa 30 m und im
Freifeld etwa 100 m. Im Normalbetrieb, d. h. wenn keine
Störfeldstärke (zum Beispiel von anderen Geräten, die im
Mikrowellenbereich arbeiten) detektiert wird, wird ein
Datentelegrammaustausch, beispielsweise alle 20-30
Sekunden, veranlaßt. Im Störbetrieb, d. h. wenn eine
Störfeldstärke detektiert wird, erfolgt der
Datentelegrammaustausch beispielsweise alle 4-5
Sekunden, wie dies in einer nicht vorveröffentlichten
Anmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen P 42 39 702.2
vorgeschlagen wird. Die Systemverzögerung Ts vom
Ansprechen eines Melders M bis zur Alarmauslösung liegt
(ebenso wie für Sabotageerkennung) bei 10 s. Mit einer
Netto-Datenmenge von 32 Bit (4 Byte pro Telegramm) und
einer Anzahl von 224 (16 Millionen) verschiedener
Codierungen kann weniger als ein Fehlalarm in 100 Jahren
erwartet werden. Durch diese hohe Übertragungssicherheit
werden die vom Verband der Sachversicherer gestellten
Forderungen an die Betriebssicherheit mehr als erfüllt.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform weist die
Zentraleinheit ZE einen mit dem Mikroprozessor MP
verbundenen Speicher SP auf, in welchem die benötigte
Systemabfragezeit TK und /oder die verschiedenen
Periodendauern der Meldungswiederholung gespeichert sind.
Im Melder M ist ein mit einer Taktquelle TQ verbundener
einstellbarer Teiler T angeordnet, dessen
Teilungsverhältnis entsprechend der zugeordneten
Periodendauer TMi ferngesteuert oder manuell einstellbar
ist.
Weitere Zentraleinheiten, Sirenen, Telefonwahlgeräte etc.
sind mit der Zentraleinheit ZE über bidirektionale
Funkübertragungskanäle verbunden; d. h. diese
Übertragungen werden durch die Rücksendung einer
Quittierung zusätzlich abgesichert.
Der Verbindungsablauf in der erfindungsgemäßen
Funkalarmanlage mit asynchroner Übermittlung von
Meldungen über Zeitkanäle unterschiedlicher Periodendauer
TMi wird im folgenden anhand Fig. 2 näher beschrieben.
Jeder Melder M sendet asynchron mit einer
Wiederholperiode TMi (i = Meldernummer) die
Datentelegramme über den gleichen Funkübertragungskanal
(die PN-Sequenz ist für die Anlage einheitlich) und
versieht das Meldungstelegramm mit einer kennzeichnenden
Meldernummer (ungefähr 16 Mio verschiedene
Kennzeichnungen). Durch das asynchrone Senden können sich
Telegramme überlagern und dadurch unbrauchbar werden.
Erfindungsgemäß wiederholt jeder Sender mit einer ihm
eigenen Periodendauer TMi die Telegramme. Für die TMi muß
gelten:
- 1) Die Differenz der Periodendauern TMi zwischen zwei Sendern ist mindestens wie die Sendedauer TT eines Telegramms, d. h. TT < TMi - TMj mit i, j aus (1 . . . 200) und i << j
- 2) TT « TMi
oder genauer:
keine der Periodendauern TMi ist ein ganzzahliges Vielfaches einer anderen, d. h. TMmin < 1/2 TMmax + 1/4 TT.
Wie Fig. 2 deutlich zeigt, tritt bei Beobachtung von drei
Sendebursts mindestens einmal keine Überlagerung auf.
Da diese Überlegung für je zwei willkürlich wählbare
Sendebursts aus n möglichen gilt, ist dies auch für die
Überlagerung von Sendebursts unterschiedlicher
Periodendauer TM gezeigt.
Der Empfänger, d. h. die Zentraleinheit (oder die
Schalteinrichtung, Steuerorgane), beobachtet während der
Zeitdauer TK den Funkübertragungskanal und wertet alle
ankommenden Telegramme entsprechend ihrer Absendernummer
aus. Nach Ablauf von TK muß von jedem Sender mindestens
ein ungestörtes Telegramm angekommen sein.
Für die vorstehend beschriebene Systemkonfiguration bzw.
Systemparameter ergibt sich beispielsweise:
aus:
TK = 10 s
i = 1 . . . 200
TT = 1 ms
TM200 = max {TMi}
i = 1 . . . 200
TT = 1 ms
TM200 = max {TMi}
folgt
TM200 = (TK - TT) 2 = 4999.5 ms
TM1 = 4799.5 ms.
TM1 = 4799.5 ms.
D.h. das Tastverhältnis ST der Sendebursts beträgt hier
ca. 1 : 5000, was eine erhebliche Energieeinsparung im
Melder bedeutet.
Außerdem sind bei diesem Verfahren die gegenseitigen
Störungen der einzelnen Melder bereits berücksichtigt,
d. h. diese sind keine "Mitbenutzer" des gleichen
Frequenzbandes.
Claims (3)
1. Funkalarmanlage mit einer Vielzahl von
Nachrichtenkanälen zur Übertragung von Meldungen in
Form von Datentelegrammen zwischen Meldern, (M1 . . .
Mn), insbesondere Glasbruchmeldern, Infrarotmeldern,
kapazitiven Meldern, Körperschallmeldern,
Öffnungsmeldern, Mikrowellenmeldern,
Ultraschallmeldern usw., zwischen
Schalteinrichtungen (S), insbesondere
Blockschlössern, zeitgesteuerten
Schalteinrichtungen und elektronischen
Schalteinrichtungen, und zwischen Steuerorganen
(ST), insbesondere automatischen Wählgeräten für
Alarmierungseinrichtungen, insbesondere Sirenen und
Blitzlampen oder dergl. und einer
mikroprozessorgesteuerten Zentraleinheit (ZE),
dadurch gekennzeichnet, daß
zur asynchronen Übertragung von Meldungen in der
Übertragungsrichtung von den Meldern (M) zur
Zentraleinheit (ZE) mindestens ein Funkkanal zur
Verfügung steht, und daß die Bildung der
Nachrichtenkanäle durch unterschiedliche, für die
einzelnen Melder (M) charakteristische
Periodendauer der Meldungswiederholung (TMi) derart
erfolgt, daß die zeitliche Differenz zwischen den
einzelnen Periodendauern (TMi) größer/gleich der
Sendedauer (TT) des längsten Datentelegramms ist.
2. Funkalarmanlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
jedes Datentelegramm aufeinanderfolgende Blöcke mit
gleich langen Codewörtern zur Kennzeichnung des
jeweiligen Melders und zur Übertragung der
eigentlichen Information umfaßt.
3. Funkalarmanlage nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Zentraleinheit (ZE) einen mit dem
Mikroprozessor (MP) verbundenen Speicher (SP)
aufweist, in welchem die benötigte
Systemabfragezeit (TK) gespeichert ist und daß im
Melder (M) ein mit einer Taktquelle (TQ)
verbundener einstellbarer Teiler (T) angeordnet
ist, dessen Teilungsverhältnis entsprechend der
zugeordneten Periodendauer (TMi) ferngesteuert oder
manuell einstellbar ist.
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EP0607562A1 (de) | 1994-07-27 |
DE4243026A1 (de) | 1994-06-23 |
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