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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf elektronische
Zähler
und eine automatische Zählerablesung
und insbesondere auf TCP/IP-aktivierte
elektronische Zähler
für Zweiwegefernzugriff über Lokalbereichsnetzwerke
und Weitbereichsnetzwerke.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf automatische Zählerablesesysteme
(AMR systems = Automatic Meter Reading systems) zur Verwendung beim
automatischen Ablesen von elektrischen Energie- und anderen Verbrauchszählern (z.B.
Wasser- und Gaszählern).
Die Erfindung ist insbesondere für die
Verwendung bei einem elektronischen Zähler bestimmt, obwohl sie nicht
darauf begrenzt ist. Weitere Hintergrundinformation über elektronische
Zähler können in
den US-Patent Nr.
5 548 527, 20. August 1996, mit dem Titel „Programmable Electrical Energy Meter
Utilizing a Non-Volatile Memory" (erteilt
an ABB Power T&D
Company Inc.) gefunden werden. Mehr Hintergrund über automatische Zählerablesesysteme
können
in dem US-Patent Nr. 5 553 094, 3. September 1996, mit dem Titel „Radio
Communication Network for Remote Data Generating Station" gefunden werden.
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Das
US 5 691 715 beschreibt
eine Vorrichtung zum Erfassen von betrügerischen Stromleitungskommunikationssignalen.
Das bekannte System umfasst ein Weitbereichsnetzwerk und ein Lokalbereichsnetzwerk
mit einer Mehrzahl von Zählern. Ein
Gateway ist funktionsmäßig mit
dem Weitbereichnetzwerk und dem Lokalbereichsnetzwerk gekoppelt,
wodurch dem Weitbereichsnetzwerk ein Fernzugriff auf die durch die
Zähler
des Lokalbereichsnetzwerks gemessenen Daten bereitgestellt wird.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein elektronisches Ablesesystem
bereitzustellen, das einen Fernzugriff auf eine Mehrzahl von elektronischen Zählern ermöglicht.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung beinhaltet, wie ausführlicher nachstehend erläutert wird,
die Verwendung einer TCP/IP-Protokollreihe und eines Hypertexttransferprotokollservers
(HTTP-Server). Die Begriffe „HTTP" und „TCP/IP" sind in den Netzwerk- und
Telekommunikationstechniken bekannt. Beispielsweise bezieht sich
TCP/IP auf einen bekannten Satz von Protokollen zum Verknüpfen ungleichartiger Vorrichtungen über Netzwerke.
Die Erfindung beinhaltet ebenfalls die Verwendung eines „Gateway". Ein Gateway ist
ein Knoten in einem Netzwerk, der zwei ansonsten inkompatible Netzwerke
verbindet. Gateways können
Code- und Protokollumwandlungs-prozesse durchführen. Ein „Protokoll" ist ein Satz von Regeln oder Prozeduren,
die sich auf das Format und die Zeitsteuerung von Datenübertragungen
zwischen zwei Vorrichtungen beziehen. Protokolle brechen typischerweise
eine Datei in Blöcke oder
Pakete gleicher Größe auf.
Diese werden gesendet, und die empfangene Vorrichtung verwendet eine
mathematische Prozedur, um zu bestimmen, ob der Block oder das Paket
richtig empfangen wurde.
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Ein
elektronisches Ablesesystem in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung umfasst ein Weitbereichsnetzwerk
(WAN = wide area network), das in Übereinstimmung mit einem TCP/IP-Protokoll arbeitet;
ein Lokalbereichsnetzwerk (LAN = local area network), das eine Mehrzahl
von Zählern
umfasst, von denen jedes umfasst: eine Zählerektronik zum Messen einer
vorgeschriebenen Menge, die durch ein Versorgungsunternehmen geliefert
wird, und einen Speicher zum Speichern gemessener Daten und Zählersteuerparameter;
einen Gateway, der funktionsmäßig mit
dem LAN und dem WAN gekoppelt ist; und einen HTTP-Server, der funktionsmäßig mit
dem LAN und dem Gateway gekoppelt ist, wobei der HTTP-Server angepasst
ist, um auf die gemessenen Daten zuzugreifen, wodurch dem WAN mit
ein Fernzugriff auf die gemessenen Daten und Steuerparameter der
Zähler
bereitgestellt wird.
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Gegenwärtig bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung umfassen ferner eine CGI-Anwendung, die mit dem HTTP-Server
zur Verwendung beim Zugreifen auf die gemessenen Daten gekoppelt ist.
Alternativ kann das erfinderische System eine virtuelle Maschine
umfassen, die mit dem HTTP-Server zur Verwendung beim Zugreifen
auf die Daten gekoppelt ist.
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Die
vorgeschriebene Menge ist vorzugsweise Elektrizität, Wasser
oder Gas.
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Der
HTTP-Server und die CGI-Anwendung können in jedem der Zähler oder
alternativ in dem Gateway eingebettet sein.
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Weitere
Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nachstehend offenbart.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 stellt
schematisch ein AMR-Netzwerk dar, das ein Weitbereichsnetzwerk 10,
einen Gateway 20, ein Lokalbereichsnetzwerk und Zähler 40 in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung umfasst.
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2 stellt
schematisch eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar, bei der ein HTTP-Server und eine
gemeinsame Gateway-Schnittstelle in dem/den Zähler(n) 40 angeordnet
sind.
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3 stellt
schematisch eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar, bei der ein HTTP-Server und eine
gemeinsame Gateway-Schnittstelle in dem Gateway 20 angeordnet sind.
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4 veranschaulicht,
wie die gemeinsame Gateway-Schnittstelle durch eine virtuelle Java-Maschine
und ein Java-Applet ersetzt werden könnten.
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5 porträtiert eine
Ausführungsform
der Erfindung, bei der einem oder mehreren Computer(n) Zugriff auf
die Zähler über einen
PPP-Server oder -Schnittstelle gegeben wird.
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Ausführliche
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Die
vorliegende Erfindung benutzt bei einer Ausführungsform einen elektronischen
Zähler,
der eine TCP/IP-Protokollreihe und einen HTTP-Server zum Zweiwegezugriff
auf die Zählerdaten
beinhaltet. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die
TCP/IP-Protokollreihe in einem Gateway aufgenommen, der mehrere
Zähler
bedient, die durch eine Stromleitung oder ein drahtloses Zweiwegenetzwerk verbunden
sind. Der bei einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung benutzte Gateway beinhaltet einen HTTP-Server
zum Zugreifen auf Daten von mehreren Zählern und zur Übertragung
von Daten an einzelne Zähler.
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Die
Basis-Architektur der vorliegenden Erfindung wird in 1 gezeigt.
Wie erwähnt,
ermöglicht das
Einbetten eines HTTP-Servers und eines TCP/IP-Protokollstacks in einem Zähler 40 oder
eines Gateway 20 an mehreren Zählern durch ein Lokalbereichsnetzwerk
(LAN) 30 einen Fernzugriff auf Zählerparameter auf einer kontinuierlichen
Grundlage. Wie gezeigt, kommuniziert ein Satz von N Zählern 40 durch
ein LAN vom Nicht-TCP/IP-Typ 30. Das LAN 30 kann
beispielsweise ein CEBus-Netzwerk sein, das eine Stromleitung oder
Funkfrequenzkommunikationen benutzt (das CEBus-Protokoll (Consumer
Electronics Bus protocol) wurde als ein Electronics Industry Associations
Standard (EIA IS-60) angenommen und definiert ein LAN, das mehrere
Medien, einschließlich
Stromleitung, Funk, Twisted-Pair-Kabel, Koaxialkabel und Infrarotsignalgebung
verwendet). Mit dem LAN ist ebenfalls ein Gateway 20 verbunden,
der ebenfalls mit einem TCP/IP-Weitbereichsnetzwerk (TCP/IP-WAN) 10 verbunden
ist. Andere Anwendungen (nicht gezeigt) sind ebenfalls mit dem TCP/IP-WAN 10 verbunden und
können
einen Zugriff auf die einzelnen Zähler oder Gruppen von Zählern erfordern.
Diese Anwendungen greifen auf einzelne Zähler durch Senden von Befehlen
zu, die in Paketen mit angehängten TCP/IP-Zieladressen
enthalten sind, die für
jeden Zähler
eindeutig sind.
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Bei
der ersten Implementierung der Erfindung (2) empfängt der
Gateway 20 Pakete von anderen Anwendungen an dem WAN 10.
Der Gateway 20 umfasst eine TCP/IP-Schnittstelle 22 und eine
LAN-Schnittstelle 28. Die LAN-Schnittstelle 28 umfasst Software
zum Transformieren der Datenpakete in das Format, das zur Übertragung
auf dem LAN 30 erforderlich ist. Der Gateway 20 überträgt dann
diese umformatierten Pakete über
das LAN 30 an die Zähler 40.
Die bei dieser Transformation beteiligten Schritte sind:
- 1. Der Gateway prüft die TCP/IP-Adresse des Pakets
und bestimmt, ob sie die Adresse eines Zählers oder von Zählern innerhalb
des Satzes ist, der an den Gateway durch sein LAN angeschlossen ist.
Falls nicht, wird das Paket ignoriert.
- 2. Wenn das Paket für
einen der Zähler
an dem LAN des Gateway bestimmt ist, prüft der Gateway die mit dem
Paket verbundene TCP/IP-Zähleradresse
und bestimmt, ob es eine einzelne Zähleradresse oder eine Rundfunkadresse
ist.
- 3. Wenn das Paket an einen einzelnen Zähler adressiert ist, dann kapselt
der Gateway das Paket in ein größeres Paket
ein, das an den Zähler adressiert
ist, unter Verwendung seiner eindeutigen WAN-Adresse (die sich von
seiner TCP/IP-Adresse unterscheidet).
- 4. Wenn das Paket zum Rundsenden an alle Zähler bestimmt ist, dann kapselt
der Gateway das Paket in ein größeres Paket
ein, das an die besondere Rundfunkadresse des LAN (die sich von
der TCW-Rundfunkadresse unterscheidet) adressiert ist.
- 5. Wenn das Paket größer als
die maximal erlaubte Paketgröße für das LAN
ist, dann segmentiert der Gateway das Paket in kleinere Stücke. Jedes Stück wird
mit der gleichen LAN-Adresse als das größere Ursprungspaket etikettiert.
- 6. Jedes Stück
des segmentierten Pakets wird auf das LAN für den Empfang durch einen oder
mehrere der Zähler übertragen.
Der Gateway ist für den
Empfang von Bestätigungen
von Paketempfängen
von den Zählern
und für
das erneute Übertragen
der Pakete, wenn sie nicht empfangen werden, verantwortlich.
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Jeder
einzelne Zähler
hört an
dem LAN auf Pakete. Ein Zähler
bildet das TCP/IP-WAN-Ursprungspaket aus einem oder mehreren LAN-Paketen
erneut und führt
dann die in dem Paket enthaltenen Befehle aus und sendet die Ergebnisse
zurück an
den Gateway. Die bei diesem Prozess beteiligten Schritte sind:
- 1. Der Zähler
prüft die
LAN-Adresse des Pakets, um zu sehen, ob sie für diesen Zähler bestimmt oder eine Rundfunkadresse
ist. Wenn die Adresse keines von diesen ist, ignoriert der Zähler das Paket.
- 2. Wenn das Paket spezifisch für den Zähler adressiert ist, wird eine
Bestätigung
des Empfangs an den Gateway zurückgesendet.
Wenn ein Fehler in dem Paket gefunden wird, wird eine negative Bestätigung an
den Gateway zurückgesendet.
Für Rundfunkübertragungen
wird keine Bestätigung
gesendet.
- 3. Das empfangene Paket wird an irgendeines der zuvor empfangenen
Stücke
des größeren segmentierten
Pakets angehängt.
Wenn alle Stücke des
segmentierten Pakets empfangen sind, wird das gesamte TCP/IP-Ursprungspaket
extrahiert und an die TCP/IP-Schnittstellensoftware in dem Zähler gesendet.
- 4. Die TCP/IP-Schnittstellensoftware prüft das Paket, um zu sehen,
welcher Dienst angefordert wird. In diesem Fall sei angenommen,
dass das Paket für
die Wartung durch den HTTP-Server bestimmt ist. (Es ist möglich, dass
es weitere Server geben könnte,
die auf dem Zähler
laufen, an die TCP/IP-Nachrichten
gesendet werden könnten.)
- 5. Der HTTP-Server prüft
das Datenpaket, um zu sehen, welcher Vorgang angefordert wird. In
diesem Fall sei angenommen, dass das Paket eine Anforderung enthält, dass
ein auf dem Zähler
auszuführendes
Anwendungsprogramm seine aktuelle Ablesung extrahiert und sie an
den Urheber der Anforderung zurücksendet.
Der HTTP-Server wird dieses Anwendung durch die CGI-Schnittstelle (Common
Gateway Interface) einleiten.
- 6. Die CGI-Anwendung wird die Zähleranwendungssoftware abfragen,
um die aktuelle Ablesung zu finden. Die Zähleranwendung greift direkt auf
die Zählerektronik
zu, um die erforderliche Information zu bekommen. Die Ablesung wird
dann an die CGI-Anwendung zurückgeleitet,
die die Ablesung in eine Nachricht unter Verwendung von HTML schreibt.
Die HTML-Nachricht wird an den HTTP-Server zurückgesendet.
- 7. Der HTTP-Server codiert die HTML-Nachricht als ein TCP/IP-Paket und sendet
es an die TCP/IP-Schnittstelle des Zählers.
- 8. Die TCP/IP-Schnittstelle des Zählers sendet das Paket an den
Gateway mit dem gleichen Satz von Schritten, die der Gateway verwendete,
um die ursprüngliche
Anforderung an den Zähler
zu senden.
- 9. Sobald der Gateway das TCP/IP-Paket von dem Zähler empfängt, überträgt er das
Paket erneut auf das WAN, bei dem es die Ursprungsanwendung für den Befehl
empfangen kann.
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Bei
der zweiten Ausführungsform
der Erfindung (3) übernimmt der Gateway die meisten der
Aufgaben, die den Zählern
bei der ersten Ausführungsform
zugewiesen wurden (2). Der HTTP-Server 24 und
eine CGI-Anwendung 26 werden
zu dem Gateway 20 bewegt, und die Zähler behalten nur ihre Schnittstelle 42 zu
dem Nicht-TCP/IP-LAN. Die Verarbeitung der von dem WAN 10 empfangenen
Pakete wird wie folgt fortgesetzt:
- 1. Der Gateway
prüft die
TCP/IP-Adresse des Pakets und bestimmt, ob sie die Adresse eines
Zählers
oder von Zählern
innerhalb des Satzes ist, der mit dem Gateway durch sein LAN verbunden
ist. Falls nicht wird das Paket ignoriert.
- 2. Die TCP/IP-Schnittstellensoftware prüft das Paket, um zu sehen,
welcher Dienst angefordert wird. In diesem Fall sei angenommen,
dass das Paket für
die Wartung durch den HTTP-Server bestimmt ist, der nun in dem Gateway
enthalten ist. (Es ist möglich,
dass es weitere Serveranwendungen geben könnte, die auf dem Zähler laufen,
an die TCP/IP-Nachrichten gesendet werden könnten.)
- 3. Der HTTP-Server prüft
das Datenpaket, um zu sehen, welcher Vorgang angefordert wird. In
diesem Fall sei angenommen, dass das Paket eine Anforderung enthält, dass
ein Anwendungsprogramm ausgeführt
wird, um die aktuelle Ablesung eines einzelnen Zählers zu bekommen und sie an den
Urheber der Anforderung zurück
zu senden. Der HTTP-Server wird diese Anwendung durch die CGI (26)
einleiten.
- 4. Die CGI-Anwendung 26 läuft nun innerhalb des Gateways.
Sie muss die LAN-Adresse des spezifizierten Zählers bestimmen und ein Befehlspaket an
ihn über
das LAN senden.
- 5. Der Befehl wird von dem Zähler
empfangen und veranlasst die Zähleranwendung,
die Elektronik abzufragen, um die aktuelle Ablesung zu finden.
- 6. Die Zählerablesung
wird in ein LAN-Paket eingekapselt und an den Gateway zurückgesendet.
- 7. Die CGI-Anwendung empfängt
das LAN-Paket von dem Zähler
und extrahiert die Zählerablesung.
Die Ablesung wird in eine HTML-Nachricht geschrieben und an den
HTTP-Server zurückgesendet.
- 8. Der HTTP-Server codiert die HTML-Nachricht als ein TCP/IP-Paket und sendet
es an die TCP/IP-Schnittstelle des Gateway 22.
- 9. Die TCP/IP-Schnittstelle des Gateway 22 sendet das
Paket auf das WAN 10, wo es die Ursprungsanmeldung für den Befehl
empfangen kann.
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Beide
Implementierungen der vorliegenden Erfindung wurden beschrieben,
wie sie CGI-Anwendungen 46, 26 verwenden, um die
Einzelheiten des Zugreifens auf die aktuelle Ablesung für einen
Zähler zu
handhaben. Wie in 4 gezeigt, könnte die CGI-Anwendung durch
eine virtuelle Java-Maschine (VM) 26' ersetzt werden, die eine Java-Anwendung 26'' ausführt, die die gleichen Operationen
wie die CGI-Anwendung durchführt.
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Außerdem wurden
beide Implementierungen mit einem Beispiel beschrieben, wobei die
aktuelle Ablesung eines einzelnen Meters von einer mit dem WAN verbundenen
Anwendung angefordert wird. Eine Anwendung auf dem WAN kann ebenfalls
Daten in einen Zähler
oder Zähler
mit ähnlichen
Prozeduren schreiben. Die Daten könnten Parameter modifizieren,
die die Operationen des Zählers
oder der Zähler beeinflussen.
Ein Beispiel würde
Ratenaktualisierungen sein.
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Jede
der beiden Implementierungen unterstützt mit ihrer Verwendung von
TCP/IP- und HTTP-Servern das Ablesen von Zählern oder das Einstellen ihrer
Parameter mit Browsern, wie beispielsweise NetscapeTM oder
ExplorerTM. Versorgungsunternehmen und Hauseigentümer könnten eine
Zählerfernablesung
auf Anforderung über
ihre Browser durchführen.
Auf einen einzelnen Zähler oder
eine Gruppe von Zählern
könnte
zugegriffen werden, als ob der/die Zähler eine Webseite wäre(n), und
ihre aktuellen Ablesungen oder andere Daten könnten auf dem Browser angezeigt
werden. Die Zähler
könnten
Formulare an den Browser senden, die der Benutzer ausfüllen könnte, um
Parameter in den Zählern
zu ändern.
Sowohl die Ablesung als auch die Aktualisierung der Zähler würden durch
Verschlüsselung
und Passwörter
geschützt
sein.
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Wie
in 5 gezeigt, könnte
ein Browser Zugriff auf die Zähler
durch eine Telefonleitung auf einen PPP-Server (Punkt-zu-Punkt-Protokoll-Server) 60 erlangen,
der an das WAN 10 oder direkt an ein Gateway 20 angeschlossen
ist. Der PPP-Server ist schnittstellenmäßig mit Modems (nicht gezeigt)
verbunden, um eine TCP/IP-Verknüpfung
mit einem Browser an dem anderen Ende der Leitung bereitzustellen.
Der PPP-Server sendet die Pakete von der Telefonleitung auf das
WAN, wo sie von dem passenden Gateway empfangen werden. Im Fall
einer Telefonleitungsverbindung direkt mit einem Gateway umfasst
die PPP-Software eine Schnittstelle 21 zum direkten Verbinden
mit der TCP/IP-WAN-Schnittstelle 22, sodass die über die
Telefonleitung empfangenen Pakete auf die gleiche Art und Weise
wie Pakete gehandhabt werden, die über das WAN 10 empfangen werden.
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Der
Browser kann durch ein intelligentes Anwendungsprogramm ersetzt
werden, das auf den HTTP-Server zur automatisierten Zählerablesung und
Parametereinstellung auf einer geplanten und wiederkehrenden Grundlage
zugreift. Die Anwendung verwendet die Zählerablesungen, um Datensätze in einer
Datenbank zu erzeugen oder zu aktualisieren. Diese Anwendung könnte eine
Java-Anwendung sein,
die mit den HTTP-Servern und Datenbanken, die die HTTP-Protokolle unterstützen, wechselwirken
kann.
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Zusammenfassend
umfasst die vorliegende Erfindung die folgenden neuartigen Aspekte:
(1) Eingebetteter HTTP-Server in einem Zähler für den Zugriff auf Anforderung
auf Zählerdaten
und für
die Ferneinstellung von Zählerparametern;
(2) Eingebetteter HTTP-Server in einem Gateway zu mehreren Zählern, um
Parameter in einzelnen Zählern
an einem LAN abzulesen und einzustellen; (3) Verwenden von CGI für Fernzugriff
auf Zählerdaten
und um Zählerparameter
mit HTML-Formularen in HTTP-Browsern einzustellen; (4) Fernes Ablesen
und Einstellen von mehreren Zählerparametern
mit einer TCP/IP-Protokollreihe; (5) TCP/IP-Protokollreihe, die
in gekennzeichneten Knoten in einem CEBus LAN implementiert ist,
die CEBus-Router und -Brouter mit Fernzugriff durch TCP/IP auf Router/Brouter
und daher auf einzelne Zähler
an einem LAN aufweist; (5) SLIP-PPP-aktiviertes Gateway für TCP/IP-Fernzugriff
durch eine serielle Schnittstelle (beispielsweise Telefonleitung
oder ISDN) auf einem einzigen oder mehrere Zählerparameter (Einstellung
und Ablesung).
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Die
vorhergehende ausführliche
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung ist nicht bestimmt, den Schutzumfang der folgenden Ansprüche einzuschränken.