EP1332566A1 - Verfahren zum vermeiden von kommunikations-kollisionen zwischen co-existierenden plc-systemen bei der nutzung eines allen plc-systemen gemeinsamen physikalischen übertragungsmediums und anordnung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum vermeiden von kommunikations-kollisionen zwischen co-existierenden plc-systemen bei der nutzung eines allen plc-systemen gemeinsamen physikalischen übertragungsmediums und anordnung zur durchführung des verfahrens

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EP1332566A1
EP1332566A1 EP01993071A EP01993071A EP1332566A1 EP 1332566 A1 EP1332566 A1 EP 1332566A1 EP 01993071 A EP01993071 A EP 01993071A EP 01993071 A EP01993071 A EP 01993071A EP 1332566 A1 EP1332566 A1 EP 1332566A1
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EP
European Patent Office
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physical transmission
plc systems
threshold value
decision
signal
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EP01993071A
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Kurt Aretz
Wolfgang Gröting
Ralf Kern
Werner Troks
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Siemens AG
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B2203/00—Indexing scheme relating to line transmission systems
    • H04B2203/54—Aspects of powerline communications not already covered by H04B3/54 and its subgroups
    • H04B2203/5462—Systems for power line communications
    • H04B2203/5495—Systems for power line communications having measurements and testing channel

Definitions

  • the invention relates to a method for avoiding communication collisions between co-existing PLC systems when using a physical transmission medium common to all PLC systems according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to an arrangement for carrying out said method according to the preamble of claim 4.
  • PLC Powerline Communication
  • ETSI European Telecommunications Standards Institute
  • the decision as to whether a physical transmission channel is occupied or not is not made as a function of a fixed, defined threshold value that is exceeded or not by a determined average noise level on the physical transmission channel, but in Dependence on at least one single variable threshold value determined simultaneously, that of the determined average
  • Noise level is exceeded or not. If the decision is made as a function of several determined variable threshold values, these can form a combination on which the final decision ultimately depends. The more such variable decision values are taken into account, the more time-invariant disturbance events on the physical transmission channel can be taken into account or their effects can be classified by appropriate combination. Overall, this enables a much more differentiated decision than before. As a result, the probability of error in this decision is minimized. In total, the invention solves the problem of time access to the physical PLC transmission medium by means of an intelligent evaluation of the current noise or interference level on a physical PLC transmission medium. No common transmission procedure of the various PLC systems working with the relevant physical transmission medium is necessary.
  • Each independent PLC terminal evaluates the current noise and interference level on the Powerline using a moving average and decides depending on at least one adaptive threshold value whether another PLC terminal transmits on the relevant Powerline. The time access to the Powerline channel is then dependent on this decision.
  • the well-known carrier sense multiple access algorithm abbreviated CSMA, can be used for the access.
  • the means for generating an overall decision signal can be designed in such a way that an active or non-active overall decision signal is controlled at least essentially in each case starting from the same subcomponents. If the fact that a predetermined signal is generated is given a meaning, conversely, the fact that such a signal is not generated can be assigned a second meaning.
  • the advantage is that hardware components can be saved. On the other hand, separate sub-groups of components can also be provided for the active or inactive switching of the overall decision signal with the corresponding meaning, which override each other in the given cases. This solution also has advantages that may need to be used in some cases.
  • the single figure shows a 230 V network to which a terminal of a PLC system is coupled.
  • a terminal of a PLC system is coupled.
  • those essential components are shown in a schematic representation that are necessary for the present terminal to be able to make a decision as to whether a desired PLC channel on the 230 V network is occupied or not.
  • a first of these components is a coupler that decouples the signal to be detected from the 230V line.
  • the decoupled signal is filtered in a filter, so that only frequencies for rectification by a rectifier arrive at which a transmission signal is expected from a terminal of another PLC system.
  • This signal is then smoothed in a switching device for smoothing the rectified transmission signal.
  • This smoothed signal G represents the noise level on the selected transmission ** signal on average.
  • the mean noise level G determined up to that point is fed to a device for threshold value decisions.
  • the determined average noise level G is fed to a device for adapting threshold values.
  • the device for threshold value decisions and the device for adapting threshold values each have at least one component for making at least one threshold value decision or for adapting at least one threshold value.
  • the said devices each have a corresponding number of components for making a corresponding number of threshold value decisions or for adapting a corresponding number of threshold values.
  • the determined average noise level G for a threshold value decision and an adaptation for a threshold value is fed to a pair consisting of a component for the threshold value decision and for the adaptation of a threshold value.
  • the threshold value signal adapted by the respective component for adapting a threshold value is supplied to the component further belonging to the respective pair concerned in order to make a threshold value decision in addition to the determined average noise level G.
  • the respective component for making a threshold decision compares the respective incoming signals with one another and generates an active signal at the output if the determined average noise level G is greater than the respectively adapted threshold value supplied, for example Sl.
  • the total output signal is an active or, for example, a YES signal
  • this signal documents, for example, that the physical transmission channel being examined is free and that a so-called carrier signal may be sent by a PLC terminal that wants to send.
  • the total output signal is an inactive signal or, for example, an NO signal
  • this signal documents, for example, that the physical transmission channel being examined is occupied and that no carrier signal may be sent from a PLC terminal that wants to send. Should such a signal be sent anyway It can be assumed that a so-called collision, a communication collision, is associated with it.
  • the components for adapting a threshold value are integrators with a respectively associated time constant Tl or Tn.
  • the components carry the adaptive threshold value S1 or respectively generated by them from the average noise level G determined to Sn accordingly fast or slowly. Changes in the signal for the average noise level G, which are at least partially characteristic of certain types of interferers, can thus be taken into account in a corresponding manner and can be included in the decision as to whether the physical transmission channel being examined is occupied or not. If, for example, the mean noise level G is raised in the longer term by a corresponding disturbance, then the threshold values which are decisive for whether an occupied physical transmission channel is present or not are also raised. In principle, the decision situation then corresponds to that which existed before the fault occurred. Only a transmit signal on the physical transmission channel will then lead to the correspondingly set threshold values being exceeded, and not just the interference itself.
  • the logic combination circuit for the combinative merging of the individual derived signals of the respective components for a respective threshold value decision can comprise, for example, AND or OR elements which are interconnected in such a way that the individually generated signals of the components have a significance for the threshold value decisions is attributed before it affects the overall output signal. This achieves a further improvement with regard to the reliability of the overall threshold decision.

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Abstract

Es wird im Hinblick auf die Zuverlässigkeit des Gesamtergebnisses ein verbessertes Verfahren zum Vermeiden von Kommunikations-Kollisionen zwischen Co-existierenden PLC-Systemen bei der Nutzung eines allen PLC-Systemen gemeinsamen physikalischen Übertragungsmediums sowie zu dessen Durchführung eine Anordnung vorgeschlagen, deren Kern es ist, dass die Entscheidung, ob ein physikalischer Übertragungskanal belegt ist oder nicht, neben einem mittleren Rauschpegel (G) von wenigstens einem einzigen sich an auftretende Störungen auf dem physikalischen Übertragungskanal anpassenden Schwellwert (z.B. S1) abhängig ist. In einer weiteren Verbesserung können mehrere solcher sich anpassende Schwellwerte (S1 bis Sn) vorgesehen sein, die mit einer entsprechenden logischen Verknüpfungsschaltung zu einem Gesamtentscheidungssignal zusammengefasst sind. Durch die logische Verknüpfungsschaltung können den einzelnen zwischenzeitlich ermittelten Schwellwertentscheidungen Wertigkeiten zugeordnet sein.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Vermeiden von Kommunikations-Kollisionen zwischen Co-existierenden PLC-Systemen bei der Nutzung eines al- len PLC-Systemen gemeinsamen physikalischen Übertragungsmediums und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
Verfahren zum Vermeiden von Kommunikations-Kollisionen zwischen Co-existierenden PLC-Systemen bei der, Nutzung eines al- len PLC-Systemen gemeinsamen physikalischen Übertragungsmediums und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermeiden von Kommunikations-Kollisionen zwischen Co-existierenden PLC-Systemen bei der Nutzung eines allen PLC-Systemen gemeinsamen physikalischen Übertragungsmediums gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zur Durchführung des besagten Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4.
In einem Powerline Communication (PLC) Netzwerk besteht das Problem, dass die an dem Netzwerk angeschlossenen PLC-Sys- teme, die auf einem gleichen physikalischen Übertragungskanal senden wollen, zuerst prüfen müssen, ob der physikalische Übertragungskanal für sie frei ist. Bisher ist auf dem gleichen physikalischen Übertragungskanal innerhalb einer entsprechenden System-Reichweite der Betrieb von nur einem PLC- System möglich. Die Zuweisung, ob ein PLC-System senden darf oder nicht, muss in einem Zeit- und/oder Frequenz- und/oder Codeduplex-Betrieb erfolgen. Voraussetzung hierfür ist jedoch, dass alle angeschlossenen Systeme dasselbe Übertragungsverfahren benützen und somit gegenseitig Daten austauschen können.
Viele Hersteller von PLC Systemen setzen eigene Übertragungsverfahren ein, so dass eine PLC-System übergreifende Kommunikation nur möglich ist, wenn wenigstens für die Zuweisungser- mittlung bezüglich eines physikalischen Übertragungskanals einheitliche Standards implementiert sind. Solche Standards sind derzeit nicht vorhanden.
Eine der Möglichkeiten zur Vermeidung des zeitgleichen Kanalzugriffs im gleichen Frequenzband ist innerhalb der bekannten DECT-Spezifikation beschrieben. Es ist beschrieben, dass mittels der Auswertung einer sogenannten RSSI-Infor ation entschieden wird, ob ein Frequenzband frei ist und für eine Übertragung in diesem Band zur Verfügung steht.
Beim European Telecommunications Standards Institute (ETSI) wird derzeit eine Schrift verfasst, in der erwähnt ist, die Zuweisung eines physikalischen Übertragungskanals von dem allgemeinen mittleren Rauschpegel auf diesem physikalischen Übertragungskanal abhängig zu machen und davon, ob dieser mittlere Rauschpegel einen definierten Wert überschreitet oder nicht. Liegt eine Überschreitung dieses Wertes vor, wird der physikalische Übertragungskanal als belegt angesehen und ein Senden durch ein wartendes System erfolgt nicht. Umgekehrt wird davon ausgegangen, dass, wenn der definierte Wert nicht überschritten wird, der physikalische Übertragungskanal frei ist von einem wartenden PLC-System genutzt werden kann.
Diese Vereinfachung der Sachlage birgt jedoch die Gefahr von Fehlentscheidungen in sich. Es wirken ständig sehr viele Ereignisse elektrophysikalisch auf das PLC-Netzwerk ein. So kann es beispielsweise passieren, dass durch Baumaschinen und/oder Küchenmaschinen auf dem physikalischen Übertragungskanal ein so hoher Rauschpegel verursacht wird, dass dieser den definierten Wert für den erlaubten Rauschpegel überschreitet, obwohl auf dem physikalischen Übertragungskanal nicht gesendet wird. Der physikalische Übertragungskanal stünde also für PLC-Systeme zur Verfügung, er wird aber nicht genutzt, weil der physikalische Übertragungskanal als belegt angesehen wird. Die Leistungsfähigkeit von PLC-Systemen wird dadurch reduziert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art eine solche Verbesserung vorzuschlagen, dass die Fehlerwahrscheinlichkeit bei der Ermittlung der Entscheidung darüber, ob ein physikalischer Übertragungskanal besetzt ist oder frei, minimiert wird. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine einfache An- Ordnung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das die im Anspruch 1 angegebenen Verfahrensschritte aufweist. Diese Aufgabe wird außerdem erfindungsgemäß durch eine Anordnung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 4 aufweist .
Es ist Kern der Lösungen der vorliegenden Aufgabe, dass die Entscheidung darüber, ob ein physikalischer Übertragungskanal belegt ist oder nicht, nicht in Abhängigkeit von einem festen definierten Schwellwert erfolgt, der von einem ermittelten mittleren Rauschpegel auf dem physikalischen Übertragungskanal überschritten wird oder nicht, sondern in Abhängigkeit von wenigstens einem einzigen gleichzeitig ermittelten verän- derlichen Schwellwert, der von dem ermittelten mittleren
Rauschpegel überschritten wird oder nicht. Erfolgt die Entscheidung in Abhängigkeit von mehreren ermittelten veränderlichen Schwellwerten, können diese eine Kombination bilden, von der letztlich die Endentscheidung abhängt. Je mehr solche veränderlichen Entscheidungswerte berücksichtigt werden, um so mehr zeitinvariant auftretende Störereignisse auf dem physikalischen Übertragungskanal können berücksichtigt bzw. durch entsprechendes Kombinieren in deren Auswirkungen eingestuft werden. Insgesamt wird auf diese Weise eine sehr viel differenziertere Entscheidung ermöglicht als bisher. Als Folge davon wird die Fehlerwahrscheinlichkeit dieser Entscheidung minimiert. In Summe wird durch die Erfindung mittels einer intelligenten Auswertung des aktuellen Rausch- bzw. Störpegels auf einem physikalischen PLC-Übertragungsmedium auf sichere Weise das Problem des zeitlichen Zugriffs auf das physikalische PLC- Übertragungsmedium gelöst. Dabei ist kein gemeinsames Übertragungsverfahren der diversen mit dem betreffenden physikalischen Übertragungsmedium arbeitenden PLC-Systeme notwendig. Es ist auch nicht notwendig, eine Aufteilung des zur Verfügung stehenden Frequenzbereiches in verschiedene Bänder vorzunehmen, da der Kanalzugriff in dieser Implementierung nur im Zeitbereich abgewickelt wird (TDD-Verfahren: Time Division Duplex-Verfahren) . Jedes unabhängige PLC-Endgerät wertet den aktuellen Rausch- und Störpegel auf der Powerline über einen gleitenden Mittelwert aus und entscheidet in Abhängigkeit wenigstens eines einzigen adaptiven Schwellwertes, ob ein anderes PLC-Endgerät auf der betreffenden Powerline sendet. Der zeitliche Zugriff auf den Powerline-Kanal erfolgt dann in Abhängigkeit dieser Entscheidung. Für den Zugriff kann dann zum Beispiel der bekannte Carrier Sense Multiple Access Algorithmus, abgekürzt CSMA, zum Einsatz kommen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Danach können für die Mittel zur Erzeugung eines Gesamtent- scheidungs-Signals in der Weise ausgebildet sein, dass ein aktives bzw. nicht aktives Gesamtentscheidungssignal wenigstens im wesentlichen jeweils von den gleichen Unterkomponen- ten ausgehend gesteuert ist. Wenn dem Umstand, dass ein vorgegebenes Signal erzeugt ist, eine Bedeutung beigemessen wird, kann umgekehrt dem Umstand, dass ein solches Signal nicht erzeugt ist, eine zweite Bedeutung zugeordnet werden. Der Vorteil ist, dass Hardware-Komponenten eingespart werden können. Auf der anderen Seite können aber auch für das Aktiv- bzw. Inaktiv-Schalten des Gesamtentscheidungs-Signals mit der jeweils entsprechenden Bedeutung eigene Untergruppen von Komponenten vorgesehen sein, die sich gegenseitig in den gegebenen Fällen überschalten. Auch diese Lösung weist Vorteile auf, die in manchen Fällen möglicherweise genützt werden sollen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.
In der einzigen Figur ist ein 230V-Netz gezeigt, an das ein Endgerät eines PLC-Systems angekoppelt ist. Von dem besagten Endgerät sind nur diejenigen wesentlichen Komponenten in schematischer Darstellung gezeigt, die dafür notwendig sind, dass von dem vorliegenden Endgerät eine Entscheidung darüber getroffen werden kann, ob ein gewünschter PLC-Kanal auf dem 230V-Netz belegt ist oder nicht.
Eine erste dieser Komponenten ist ein Koppler, der das zu de- tektierende Signal von der 230V-Leitung ausgekoppelt. Das ausgekoppelte Signal wird in einem Filter gefiltert, so dass nur Frequenzen zur Gleichrichtung durch einen Gleichrichter gelangen, bei denen ein Sendesignal von einem Endgerät eines anderen PLC-Systems erwartet wird. Anschließend wird dieses Signal in einer Schaltvorrichtung zum Glätten des gleichgerichteten Sendesignals geglättet. Dieses geglättete Signal G stellt den Rauschpegel auf dem ausgewählten Übertragungs**- signal im Mittel dar.
Der bis dahin ermittelte mittlere Rauschpegel G wird einer Einrichtung für Schwellwertentscheidungen zugeführt. Daneben wird der ermittelte mittlere Rauschpegel G einer Einrichtung zum Adaptieren von Schwellwerten zugeführt. Die Einrichtung für Schwellwertentscheidungen und die Einrichtung zum Adap- tieren von Schwellwerten weisen jeweils mindestens eine Komponente zum Treffen wenigstens einer Schwellwertentscheidung bzw. zum Adaptieren wenigstens eines Schwellwertes auf. Sol- len mehrere Schwellwerte berücksichtigt werden, weisen die besagten Einrichtungen jeweils entsprechend viele Komponenten zum Treffen von entsprechend vielen Schwellwertentscheidungen bzw. zum Adaptieren von entsprechend vielen Schwellwerten auf. Dabei wird der ermittelte mittlere Rauschpegel G für jeweils eine Schwellwertentscheidung und eine Adaption für einen Schwellwert einem Pärchen bestehend aus einer Komponente für die Schwellwertentscheidung und für die Adaption eines Schwellwertes zugeführt. Vom Ausgang einer jeweiligen Komponente für die Adaption eines Schwellwertes wird das von der jeweiligen Komponente zum Adaptieren eines Schwellwertes adaptierte Schwellwertsignal der zum jeweiligen betreffenden Pärchen weiter gehörenden Komponente zum Treffen einer Schwellwertentscheidung neben dem ermittelten mittleren Rauschpegel G zugeführt. Die jeweilige Komponente zum Treffen einer Schwellwertentscheidung vergleicht die jeweiligen ankommenden Signale miteinander und erzeugt ein Aktiv-Signal am Ausgang, wenn der ermittelte mittlere Rauschpegel G größer ist als der jeweils noch zugeführte adaptierte Schwellwert z.B. Sl.
Im Ausführungsbeispiel gemäß der Figur sind mehrere Pärchen von Komponenten für die Erzeugung mehrerer Schwellwert-Entscheidungssignale vorhanden. Gemäß der vorliegenden Figur sind außerdem alle diese Schwellwert-Entscheidungssignale durch eine entsprechende logische VerknüpfungsSchaltung zu einem Gesamtausgangssignal zusammengefasst . Ist das Gesamtausgangssignal ein Aktiv- bzw. z.B. ein YES-Signal, dokumentiert dieses Signal beispielsweise, dass der untersuchte phy- sikalische Übertragungskanal frei ist und dass ein sogenanntes Carrier-Signal von einem Senden wollenden PLC-Endgerät gesendet werden darf. Ist im umgekehrten Fall das Gesamtausgangssignal ein Inaktiv-Signal bzw. z.B. ein NO-Signal, dokumentiert dieses Signal beispielsweise, dass der untersuchte physikalische Übertragungskanal belegt ist und dass kein Carrier-Signal von einem Senden wollenden PLC-Endgerät gesendet werden darf. Sollte dennoch ein solches Signal gesendet wer- den, ist davon auszugehen, dass damit eine sogenannte Colli- sion, eine Kommunikations-Kollision verbunden ist.
Bei den Komponenten zum Adaptieren eines Schwellwertes han- delt es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um Integratoren mit einer jeweils zugehörigen Zeitkonstante Tl bzw. bis Tn. Je nach gewählter Zeitkonstante führen die Komponenten den von ihnen aus dem ermittelten mittleren Rauschpegel G jeweils erzeugten adaptiven Schwellwert Sl bzw. bis Sn entspre- chend schnell bzw. langsam nach. Damit können unterschiedlich schnelle Änderungen im Signal für den mittleren Rauschpegel G, die wenigstens teilweise charakteristisch für bestimmte Arten von Störern sind, in entsprechender Weise berücksichtigt und in die Entscheidung darüber, ob der untersuchte phy- sikalische Übertragungskanal belegt ist oder nicht, mit einbezogen werden. Wird beispielsweise der mittlere Rauschpegel G durch eine entsprechende Störung längerfristig angehoben, dann werden die Schwellwerte, die dafür entscheidend sind, ob ein belegter physikalischer Übertragungskanal vorliegt oder nicht, ebenfalls angehoben. Die Entscheidungssituation entspricht dann im Prinzip wieder der, die vor dem Vorhandensein der Störung bestanden hat. Erst ein Sendesignal auf dem physikalischen Übertragungskanal wird dann zu einem Überschreiten von entsprechend eingestellten Schwellwerten führen und nicht schon die Störung an sich.
Die logische Verknüpfungsschaltung zum kombinativen Zusammenführen der einzelnen abgeleiteten Signale der jeweiligen Komponenten für eine jeweilige Schwellwertentscheidung kann bei- spielsweise UND- bzw. ODER-Glieder umfassen, die in einer solchen Weise zusammengeschaltet sind, dass den einzelnen erzeugten Signalen der Komponenten für die Schwellwertentscheidungen eine Wertigkeit beigemessen wird, bevor durch sie das Gesamtausgangssignal beeinflusst wird. Hierdurch wird eine weitere Verbesserung im Hinblick auf die Zuverlässigkeit der insgesamt erzielten Schwellwertentscheidung erreicht.

Claims

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dungs-Signals in der Weise ausgeführt sind, dass ein aktives bzw. nicht aktives Gesamtentscheidungssignal wenigstens im wesentlichen jeweils von den gleichen Unterkomponenten ausgehend gesteuert ist.
6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel für die Erzeugung des Gesamtentschei- dungs-Signals in der Weise ausgeführt sind, dass ein aktives bzw. nicht aktives Gesa tentscheidungs-Signal wenigstens im wesentlichen jeweils von einer eigenen Gruppe von Unterkompo- nenten ausgehend gesteuert ist.
EP01993071A 2000-10-31 2001-10-31 Verfahren zum vermeiden von kommunikations-kollisionen zwischen co-existierenden plc-systemen bei der nutzung eines allen plc-systemen gemeinsamen physikalischen übertragungsmediums und anordnung zur durchführung des verfahrens Withdrawn EP1332566A1 (de)

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