KR20020003186A

KR20020003186A - 단방향 데이터 통신을 하기 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20020003186A
Application number: KR1020017006596A
Authority: KR
Inventors: 에드먼드 헨리 노위키; 랜달 베네트 토마스; 클리프턴 윌슨 그레이
Original assignee: 추후보충; 콘서넌스 테크놀로지스, 인크.
Priority date: 1998-11-25
Filing date: 1999-11-03
Publication date: 2002-01-10
Also published as: NO20012581L; EP1131908A1; WO2000031908A1; AU1519300A; NO20012581D0

Abstract

신호 전도 매체(108)를 통한 통신 방법이 제공된다. 본 방법은, 통신 장치(106)를 신호 전도 매체(108)에 연결하는 단계; 디지털 메시지 패킷의 주파수 및 길이에 기초하여 각각 채널 주기를 갖고, 공칭 주파수를 갖는 파형의 N개 채널을 정의하는 단계; 및 각 프레임에 대하여, 프레임을 구성하는 N개 채널들 중 하나의 채널을 임의로 선택하고, 신호 전도 매체(108)를 통해 상기 파형의 선택된 채널 상에 디지털 메시지 패킷을 전송하는 단계를 포함한다.

Description

단방향 데이터 통신을 하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHODS FOR UNIDIRECTIONAL DATA COMMUNICATION}

자신의 상태를 중앙 수신 장치로 다시 전송하는 동일한 전송 매체를 공유하는 다중 센서 장치를 포함하는 시스템은 종래에 함께 수신되는 신호를 분별하기 위해서 다양한 수단을 사용해왔다. 몇몇 기존 시스템은 매스터 동기화 소스로부터의 타이밍을 사용하여 각 센서로부터의 신호가 시간상 겹치지 않게 하는 것으로 공지되어 있다. 이러한 방식은 송신기와 수신기간의 양방향 통신을 요구한다. 공지된 다른 방식에서는, 각 송신기가 이를 통해 신호 패킷을 전송하는 시간 분할 다중화기에 연결되어 있다. 이 방식은 상이한 송신기들로부터의 신호 패킷간의 충돌을 방지하기 위해서 각 송신기가 할당된 채널상으로 전송할 것을 요구한다. 그러므로, 이 방식은 송신기에 다중화 하드웨어를 필요로 한다.

이 시스템과 방법은 특정 시간에 유효한 상태의 수신을 보증하기 때문에, 센서 상태의 시기 적절한 보고를 필요로 하는 시스템에 유용하다. 그러나, 상태의 시기 적절함이 요구되지 않는 응용들에 대해서는, 이 시스템과 방법을 전개하기 위해 필요해지는 복잡하고 비용이 많이드는 하드웨어가 이러한 시스템과 방법을 비효율적으로 만든다. 그러한 응용에서는, 복수개의 송신기로부터 수신기로 상태를 통신하기 위해 필요해지는 하드웨어의 복잡성과 비용을 감소시킨 시스템과 방법에 대한 기술이 필요하다. 본 발명은 당 기술에서의 이러한 필요성에 대해 처리한다.

본 발명은 데이터 통신에 관한 것으로, 구체적으로는 신호 전도 매체를 통해 단방향 데이터 통신을 하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

바람직한 실시예를 설명하는 하기의 상세한 설명 뿐 아니라, 상기의 요약은 첨부된 도면에 관련하여 명세서를 읽을 때 보다 잘 이해된다. 본 발명의 예시적인 목적으로, 도면에는 하기에서 잘 이해되어질 바람직한 실시예가 도시되어 있지만, 본 발명은 개시된 특정 방법 및 장치에 한하지는 않는다. 도면에서,

도 1은 본 발명에 따른 시스템의 블럭도.

도 2는 본 발명에 따라 복수의 채널이 정의되는 파형을 나타내는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 시스템의 바람직한 실시예의 상세한 블럭도.

도 4는 본 발명에 따른 방법의 플로우차트.

도 5는 본 발명에 따른 통신 장치의 기능 블럭도.

도 6은 원격 단말 유닛의 상세한 블럭도.

도 7은 100개의 통신 장치를 갖는 시스템에 대한 채널수 대 응답 시간의 플롯도.

도 8은 50개의 통신 장치를 갖는 시스템에 대한 채널수 대 응답 시간의 플롯도.

도 9는 25개의 통신 장치를 갖는 시스템에 대한 채널수 대 응답 시간의 플롯도.

당 기술에서의 상술된 필요성은 각 송신기는 상태 메세지를 랜덤한 시간 간격에 기초하여 단일 수신기로 송신하는 본 발명의 장치 및 방법에 의해 만족된다.

신호 전도 매체를 통하여 통신하기 위한 본 발명에 따른 방법은, 하나 이상의 통신 장치를 신호 전도 매체에 연결하는 단계, 및 디지털 메세지 패킷을 각 통신 장치에 있는 메모리에 저장하는 단계를 포함한다. 응용에 따라서, 신호 전도 매체는 전압 파형을 반송하는 교류 전류 전력 라인, 오디오 파형을 반송하는 오디오 전도체, 전자기 파형을 반송하는 전자기 링크 등일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 각 통신 장치는 관련된 모니터링되는 기기에 연결된다. 통신 장치는 모니터링되는 기기를 나타내는 적어도 하나의 파라미터를 측정한다. 각각의 디지털 메세지 패킷은 관련된 모니터링되는 기기를 나타내는 적어도 하나의 파라미터를 나타내는 필드를 포함한다.

본 발명의 방법은 파형의 N 채널을 정의하는 것을 포함하며, N 채널들은 프레임을 구성한다. N은 본 발명에 따라 상기 통신 장치의 수에 기초하여 정의된다. 바람직하게, N은 통신 장치의 수의 약 1.4배가 되도록 정의된다. 각각의 N 채널은 파형의 공칭(nominal) 주파수 및 메세지 패킷의 메세지 길이에 기초한 채널 주기를 갖는다. 바람직하게, 채널 지속 기간은 파형의 제로-크로싱(zero-crossing) 사이의 시간에 기초한다. 파형의 각 프레임에 대하여, 채널은 프레임을 구성하는 N 채널 중에서 임의로 선택되고, 디지털 메세지 패킷은 선택된 채널 상의 신호 전도 매체를 통하여 송신된다. 바람직하게는, 채널을 임의로 선택하는 단계는 통신 장치에 식별 번호를 부여하는 단계와, 상기 식별 번호로 시드(seed)된 의사 난수 번호를 통한 식별 번호에 기초하여 채널을 임의로 선택하는 단계를 포함한다.

디지털 메시지 패킷 내의 각 비트에 있어서, 비트가 하이(high) 비트이면, 하나의 비트 주기 동안 제1 톤(tone)이 전송된다. 이와 유사하게, 비트가 로우(row) 비트이면, 하나의 비트 주기 동안 제2 톤이 전송된다. 비트 주기는 상기 파형의 연속하는 제로 크로싱들 간의 시간보다 길지는 않는다. 따라서, 채널 주기는 다수의 비트 주기를 포함한다.

바람직하게는, 수신기는 또한 신호 전도 매체 및 중앙 저장소(central repository)에 연결된다. 수신기는 통신 장치로부터 디지털 메시지 패킷을 수신하고, 각각의 모니터링되는 기기의 전류 상태를 나타내는 시스템 상태 메시지를 인코딩하고, 시스템 상태 메시지를 중앙 저장소에 전달한다.

본 발명에 따른 통신 장치는 디지털 메시지 패킷을 저장하는 메모리와, 제어 프로세서와, 제어 프로세서를 신호 전도 매체에 연결시키는 라인 인터페이스를 포함한다. 제어 프로세서는 파형상에서 N개의 채널들을 규정하고, N개의 채널들 중에서 하나의 채널을 임의로 선택하고, 메모리로부터 디지털 메시지 패킷을 판독하고, 선택된 채널 상에서 신호 전도 매체를 통해 디지털 메시지 패킷을 전달한다.바람직하게는, 통신 장치는 메모리에 저장된 식별 번호에 기초하여 선택된 채널을 임의로 선택하는 의사 난수 번호 발생기를 포함한다. 통신 장치는 통신 장치에 연결된 모니터링되는 기기를 나타내는 적어도 하나의 측정 파라미터를 측정하는 파라미터 미터(meter)를 선택적으로 포함한다.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 시스템(100)은 복수의 통신 장치 또는 원격 센서 모듈(RSM)(102) 및 원격 단말 유닛(RTU)(104)를 포함한다. 각각의 RSM(102)은 관련 모니터링되는 기기(106) 및 신호 전도 매체(108)에 연결된다. RTU(104)는 신호 전도 매체(108) 및 중앙 저장소(112)에 연결된다.

시스템(100)은 다양한 응용에 설치될 수 있다. 본 명세서에서는 몇몇 예시들이 제공되는데, 이들은 설명만을 위한 것이며 보호받고자 하는 범위를 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 시스템(100)은 모니터링되는 기기(106)에 의해 소비되는 전기 에너지를 모니터링하는 데에 이용될 수 있다. 이 예시에서, 모니터링 대상 기기(106)는 실외 조명 설비 또는 그 외의 다른 전기 부하일 수 있고, 신호 전도 매체(108)는 그 설비에 전압 파형을 반송하는 교류(AC) 전원선일 수 있다. 다른 예시에서, 시스템(100)은 모니터링되는 기기(106) 내에 포함되어 있는 액체의 부피를 모니터링하는 데에 이용될 수 있다. 이 예에서, 모니터링되는 기기(106)는 연료 탱크일 수 있고, 신호 전도 매체(108)는 그 탱크 또는 탱크 부근의 임의의 지점에 전압 파형을 반송하는 AC 전압선일 수 있다. 다른 예에서, 시스템(100)은 모니터링되는 기기(106)의 오디오 출력을 모니터하도록 배치될 수 있다. 이 예에서는, 모니터링되는 기기(106)는 공중 어드레스 시스템에서 스피커일 수 있고 신호 전달 매체(108)는 스피커에 오디오 파형을 반송하는 오디오 전달체일 수 있다. 마찬가지로, 신호 전달 매체(108)는 전자기파를 반송하는 마이크로파 또는 다른 전자기 링크일 수 있다. 다른 유사한 응용은 당 기술에 숙련된자에게는 명백할 것이다.

주기적으로, 각 RSM(102)은 관련 모니터링되는 기기(106)를 표시하는 적어도 하나의 파라미터를 측정한다. 예를 들면, 모니터링되는 기기(106)가 실외 점등 설비이면, RSM(102)은 전류, 전압, 전력 등을 측정하도록 사용될 수 있다. 모니터링되는 기기(106)가 연료 저장 탱크이면, RSM(102)은, 예를 들어, 저장 탱크 내의 연료량을 측정하도록 사용될 수 있다. 모니터링되는 기기(106)가 오디오 스피커이면, RSM(102)은, 예를 들어, 스피커로부터의 오디오 출력을 측정하도록 사용될 수 있다. 일반적으로, RSM(102)이 관련 모니터링되는 기기(106)를 표시하는 임의의 측정가능한 파라미터를 측정하도록 사용될 수 있다. 다른 이러한 파라미터는, 예를 들어, 압력, 온도, 응력(strain) 등을 포함한다.

본 발명에 따르면, 각 RSM(102)은 신호 전달 매체(108)를 통해, RTU(104)에, 측정된 파라미터(들)의 디지털 표시를 포함하는 디지털 메시지 패킷을 전송한다. RTU(104)는 복수의 RSM으로부터 디지털 메시지 패킷을 수신하고, 전화망(110)을 통해 중앙 저장소(112)에 시스템 상태 메시지를 전송하는데, 시스템 상태 메시지는 각각의 모니터링되는 기기(106)의 현재 상태를 표시한다.

양호한 실시예에서는, RSM(102)은 송신기를 포함하고, 메시지는 수신하지 않는다. 양호하게는, RTU(104)는 수신기 전용이고, 신호 전달 매체(108)를 통해 메시지를 송신하지는 않는다. 이는, 설치와 관련된 하드웨어와 시스템(100)의 유지 비용이 종래 기술보다는 상당히 저렴하기 때문에, 사용자에게 상당한 이득을 제공한다.

각각의 디지털 메시지 패킷은 복수의 디지털 인코딩된 필드를 포함한다. 양호한 실시예에서는, 디지털 메시지 패킷은 헤더의 스타트 필드(SOH), 어드레스 식별 번호(AN) 필드, 데이터 필드 및 사이클 리던던시 체크(CRC) 필드를 포함한다. SOH 필드는 새로운 디지털 메시지 패킷의 시작을 식별하는 소정의 비트 시퀀스이다. 양호한 실시예에서, SOH 필드는 1 바이트(0x55)이다. AIN은 메모리(130)에 저장되고, RSM(102)을 고유하게 식별한다. AIN 필드는 시스템(100) 내의 모든 RSM(102)이 고유의 어드레스를 가질 수 있도록 충분히 길어야 된다. 양호한 실시예에서, AIN 필드는 4 바이트이다. 데이터 필드는 측정된 파라미터(들)의 디지털 표시로 구성된다. 그러므로, 데이터 필드는 임의의 길이가 될 수 있다. RSM이 조명 기구를 모니터하는 데에 사용되는 양호한 실시예에서, 데이터 필드는 길이가 4바이트 이고, 1바이트는 각각 모니터링되는 조명 기구에 관한 여러가지 정보와, 전류, 전압, 위상각을 나타낸다. CRC 필드는 일련의 체크비트를 제공하여, 메시지 패킷이 수신될 때 그 메시지 패킷의 완전성을 검증한다. 양호한 실시예에서, CRC 필드의 길이는 4 바이트이다. 그러므로, 양호한 실시예에서, 디지털 메시지 패킷은 11바이트 또는 88비트의 메시지 길이를 갖는다.

신호 전도 매체(108)는 공칭 주파수를 갖는 파형을 전달한다. 도 2는 다수의 채널(502)이 본 발명에 따라 정해지는 파형(500)을 도시한 것이다. 각각의 채널(502)은 파형(500)의 공칭 주파수와 디지털 메시지 패킷의 메시지 길이에 기초하여 채널 기간, 또는 주기 T를 갖는다. 더욱 구체적으로, 각 채널 주기 T는 다수의비트 기간 τ로 구성된다. 채널 주기를 구성하는 비트 기간 τ의 수는 디지털 메시지 패킷 내의 비트 수와 동일하다. 그러므로, 메시지 길이가 88 비트인 실시예에서, 채널 주기 T=88τ이다. 양호한 실시예에서, 비트 기간 τ는 파형(500)의 연속적인 제로 크로싱(506) 사이의 시간보다 크지 않다. 제로 크로싱(506)이 일어나는 주파수는 파형(500)의 공칭 주파수에 비례한다. 그러므로, 채널 주기 T는 파형(500)의 공칭 주파수에 의해 분할된 메시지 길이(비트의 길이)에 기초한다.

한 비트는 한 비트 기간 τ동안 파형(500)에 중첩된 소정의 주파수의 오디오 톤으로서 신호 전도 매체(108) 상에 표시된다. 비트를 전달하는데 사용된 톤의 주파수가 본 방법에 중요하지는 않지만, 양호한 실시예에서는, 80 kHz의 톤이 "1" 비트를 나타내는데 사용되고, 76 kHz의 톤이 "0" 비트를 나타내는데 사용된다. 이와 마찬가지로, 톤의 기간도 본 방법에 중요하지 않다. 그러나, 양호한 실시예에서, 비트는 파형(500)의 연속적인 제로 크로싱(506) 사이에서 전달된다. 신호 전달 매체(108)가 AC 전력선인 바람직한 실시예에서, 예를 들면, 파형(500)은 교류 전류 전압 파형이다. 전형적으로, 상기 파형의 일반적인 주파수는 60Hz (예를 들면, 북미지역에서) 또는 50Hz (예를 들면, 유럽지역에서)이다. 60Hz의 일반 주파수를 갖는 사인 전압 파형은 120Hz의 속도로 제로-크로싱(zero-crossing)을 가진다. 바람직한 실시예에서, 상기 제로-크로싱은 시간의 기준선으로 사용된다(즉, 각 비트는 제로-크로싱과 동기된다). 따라서, 하나의 비트 주기, t는 1/120Hz 또는 8.33ms이다. 디지털 메시지 패킷이 88비트 길이의 메시지 길이를 가지고, 각 비트 주기, t가 8.33ms인 바람직한 실시예에서, 채널 주기, T는 약733ms(88b x 8.33ms)이다.

바람직한 실시예에서, N개 채널은 프레임(508)을 구성한다. 채널의 수, N은 중요하지 않고, 아래에 설명하는 이유로 인해 시스템(100)내의 RSMs(102)의 수의 약 144배가 바람직하다. 예를 들면, 약 90RSMs가 배치된 본 발명에 따른 시스템에서, 프레임(508)은 약 130채널(~1.44 x 90)을 포함한다. 각 채널은 정수, n으로 표시되고 - n은 1 부터 N까지임 -, 채널 주기 T를 갖는다. 그러므로, 프레임은 (N x T)의 프레임 주기를 가진다. 따라서, 본 실시예에서 프레임 주기는 약 95초(130 채널 x 733ms/채널)이다.

RTU(104)는 각 제로-크로싱(506)에 대해 1 비트를 디코딩한다. RTU(104)가 상술한 바와 같이 SOH 필드를 검출할 때, RTU(104)는 디지털 메시지 패킷이 수신되었는지 여부를 검증하기 시작한다. SOH가 일단 검출되면, RTU(104)는 하나의 디지털 메시지 패킷(즉, 상기 예에서는 88비트)에 대응하는 비트스트림을 저장하고, 사이클 리던던시 체크를 비트스트림에 적용한다. CRC가 성공적이면, RTU(104)는 유효 디지털 메시지 패킷이 수신된 것으로 이해한다. 따라서, RTU(104)는 RSMs(102)와 RTU(104)사이의 공통 프레임 또는 채널 타이밍 동기 구성이 없어도 RSMs(102)로부터 메시지 패킷을 수신할 수 있다.

청구된 방법 및 장치가 아래의 장치에 한정되지 않는다는 것을 본 기술 분야의 숙련된 사람에게 자명하더라도, 본 발명의 장치 및 방법의 사용을 설명하기 위해서, 야외 조명이 모니터링되고 있는 설비(즉, 모니터링되는 기기(106)가 조명 프레임인 시스템(100))를 설명할 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 통신 장치 또는 RSM(102)은 각각 모니터링되는 장치 또는 조명 설비(108)에 연결된다. 각 RSM은주전력 분배 패널(82)를 거쳐 AC 파워 라인(108) 또는 신호 전도 매체(signal conduction medium)에 접속된다. 주전력 라인(84)는 주전력 또는 트랜스포머(86)으로 부터의 전기 에너지를 주전력 분배 패널(82)로 분배한다. 각 RSM(102)는 주전력 분배 패널(82)로 부터 나오는 브랜치 회로(80)에 전기적으로 접속된다. RTU(104)는 AC 파워 라인(108)을 거쳐 주전력 라인(84)에 접속된다. 시스템(100)이 하나 이상의 트랜스포머(86)로 부터 공급되는 조명 기구를 모니터하는 실시예에서, RTU(104)는 각 트랜스포머 피드에 접속 될수 있다.

각 RSM(102)는 도 4에 연관되어 다음에 기술되는 방법(400)을 사용하여, 조명 기구(106)에 연관된 전류, 전압, 그리고 위상각을 측정하고, 이들 디지털 메시지 패킷의 데이터를 RTU(104)로 전송한다. RTU(104)는 각 모니터링되는 조명 기구(106)에서 소비된 전력을 측정하기 위하여 계산을 하고, 이 정보를 전화 네트워크(110)을 통해 중앙 저장소(112)로 전송한다. 중앙 저장소(112)는, 예를들어 컴퓨터(112b)(예로서, 데스크탑 PC) 또는 FAX(112a)를 포함할 수 있다.

전송 상태의 보고 스타일은 중앙국 소프트웨어에 의해 형성될 수 있다. 특히, 컴퓨터(112b)의 응용 소프트웨어는 사용자로 하여금 RSM(102) 및 RTU(104)의 로케이션을 형성하도록 하며, RTU(104)의 주파수 및 보고 스타일을 형성하도록 하며, 모든 모니터링되는 로케이션에 대한 상태 보고서를 생성하도록 하며, 히스토리 로그(history log)를 보도록 하며, RSM 어드레스를 조명기구 타입, 전구 타입, 인스톨 정보 등의 일반 기기 정보로 그리고 실제의 필드 로케이션으로 상호 참조하도록 한다.

도 4는 본 발명에 따른 방법(400)의 바람직한 실시예의 플로우 차트이다. 단계(402)에서, RSM(102)는 그것에 관련 모니터링되는 기기(106)의 대표적인 적어도 하나의 측정된 파라미터를 측정하며 그 측정된 파라미터를 대표하는 필드를 포함하는 디지털 메시지 패킷을 인코딩한다. RSM(102)는 메모리(130) 내의 디지털 메시지 패킷을 저장함으로써 전송 준비를 한다.

단계(404)에서, RSM(102)는 다수의 N 채널 구성 프레임(508)로 부터 무작위로 선택 채널 k를 선택한다. 선택 채널 k는 RSM(102)가 결국 신호 전도 매체(108)을 통해 RTU(104)로 디지털 메시지 패킷을 전송하게 되는 프레임(508)에 대한 채널이다.

바람직한 실시예에서, 선택 채널 k는 AIN으로 시드(seed)된 의사 난수 발생기(PRNG)에 의해 선택된다. 각각의 RSM에 대해 고유의 시드를 사용하는 것은 큰 개수의 RSM (모두 동일한 PRNG 프로그램을 사용함)들이 동시에 에너지를 공급받더라도 임의의 두개가 동일한 난수 계열에서 함께 로크될 확률이 무시할 정도로 작도록 보장해 준다.

단계(406)에서 RSM 의 채널 카운터는 각 프레임(508)의 개시시에 시작된다(즉, n은 1에 설정된다). 이 시점에서, 채널 카운터는 채널을 계수하기 시작한다(즉, 매 T 초마다 한번씩 n 증분함). 채널 카운터는 현재 채널인 n 이 선택된 채널 k 와 같아질 때까지 단계(408)에서 현재 채널 n 을 트래킹한다. 단계 (408)에서 n=k 일 때, 단계(410)에서 RSM(102)은 메모리(130)로부터 디지털 메시지 패킷을 판독하고 신호 전달 매체(108)상에서 디지털 메시지 패킷을 선택된 채널 k 로 전송한다. RSM(102)은 전체 프레임이 지나갈 때까지(즉, n=N 이 될 때까지) 단계(412)에서 채널을 계수하기를 지속한다. 모든 N 채널이 경과하였을 때(즉, 현재 프레임에 대한 프레임 주기가 경과하였을 때), 처리는 다음 프레임에 대해 다시 단계 (402)에서 시작한다. 신규 채널 k는 임의로 선택된 각 프레임이다. 따라서, 그 상에서 RSM(102)이 자신의 관련 모니터링되는 기기(106)에 상응하는 디지털 메시지 패킷을 송신하는, 임의로 선택된 채널 k 는 일반적으로 프레임마다 달라진다.

다시 한번, 시스템(100)이 실외의 고정식 조명기구의 전력 소모를 모니터하는 데에 사용되는 양호한 실시예를 고려하자. 모니터링되는 기기 또는 고정식 조명기구(106)가 에너지를 공급받았을 때, 관련된 RSM(102)은 활성화된다. RSM(102)은 전류가 안정화되는 동안까지 잠시동안 기다렸다가 그후에 고정식 조명기구(106)의 전류 및 위상각을 측정한다. 측정된 전류 및 위상각은 이후에 신호 전달 매체(108)상에서 전송되기 위한 준비로 디지털식으로 인코딩된다. 모니터링되는 기기(106)가 에너지를 공급받고 있는 한, RSM(102)은 방법(400)을 계속적으로 실행한다. 모니터링되는 기기(106)가 고장난다면(즉, 전구가 타버린다면) 전류는 감소한다. RSM(102)은 이 감소된 전류를 측정하고 이 정보를 RTU(104)로 전달한다.

도 5는 본 발명에 따른 통신 장치 또는 원격 센서 모듈(RSM)(102)의 기능 블럭도를 도시하였다. RSM(102)는 다음의 소자들을 포함한다: 논리 및 제어 프로세서(120), RSM(102)를 신호 전달 매체(108)로 연결시키는 라인 인터페이스(122), 의사 난수 발생기(PRNG)(124), 선택적인 비트 동기화를 제공하기 위해 사용되는 제로 크로싱 전압 검출기(126), 논리 및 제어용의 프로세서(120)에게 타이밍을 제공하는데에 사용되는 발진기(128), 메모리(130),및 채널 카운터(132). 바람직하게는, RSM(102)은 또한 다음의: RSM 전자기기에 전력을 공급하기 위해 사용된 비분리(non-isolated) 전원, RSM(102)를 신호 전도 매체(108) 상의 전도체에 연결시키기 위해 그리고 필요한 경우 기기(106)를 모니터하기 위해 사용된 3개의 전도체를 갖는 라인 구동기 및 RSM(102)을 보호하기 위해 사용된 과도 초과전압 프로텍션과 같은 소자들(도 5에는 도시 생략)을 포함한다. RSM(102)은 또한 모니터링되는 기기(106)를 나타내는 파라미터를 측정하고 디지털적으로 인코딩하는 파라미터 미터(132)를 포함할 수 있다.

바람직하게는, RSM(102)은 다음의 알고리즘으로 프로그램된다: 선택 채널, k를 임의적으로 선택하는 의사-난수 발생기 알고리즘; 체크 비트를 발생시키는 체크 비트 알고리즘; 채널들 및 프레임들을 카운트하는 채널 카운트 알고리즘; 체크 섬(check sum)을 생성하는 체크섬 알고리즘; 및 반송파를 발생시키고 그것을 메시지와 함께 변조하기 위한 변조기 알고리즘.

바람직하게는, RSM(102)은 영구적이고, 방후(weather proof) 포장으로 패키지되어 있다. 예를 들어, 바람직한 실시예에서, 각 RSM(102)은 맞춤형 에폭시 수지 포장으로 패키지된 인쇄 회로 기판 조립체(PCBA)를 포함한다. RSM(102)은 길이 3.9", 폭 1.7", 및 높이 1.4" 보다는 작을 것으로 예상된다. 물론 전자 부품의 물리적 크기가 적어질수록, RSM(102)에 대한 보다 바람직한 실시예가 될 것이다.

도 6은 원격 단말 유닛(RTU)(104)의 바람직한 실시예이다. RTU(104)는 호스트 디지털 신호 프로세서(DSP)(140) 및 슬레이브 DSP(142)를 포함한다. 슬레이브DSP(142)는 바람직하게는 ANALOG DEVICE ADSP-2181이고, 마스터 DSP(140) 및 슬레이브 DSP(142) 양자에 의해 액세스될 수 있는 공유 메모리(156)를 포함한다. 슬레이브 DSP(142)는 복조하고, 디코드하고, RSM(102)로부터 수신된 디지털 메시지 패킷의 완전성을 비준하는 주파수 시프트 키잉(FSK) 수신기로서 기능한다. 슬레이브 DSP(142)는 공유 메모리(156) 내의 복조되고, 디코드되고, 비준된 메시지를 저장한다.

마스터 DSP(140)는 또한 바람직하게는 ANALOG DEVICE ADSP-2181이다. 마스터 DSP(140)는 공유 메모리(156)로부터의 디코드된 메시지를 검색하고, 주목하고 있는 파라미터(전력 또는 부피 같은)를 메시지들에 포함된 데이터로부터 계산하고, 주목하는 파라미터로부터 모니터링되는 기기의 상태의 변화를 결정한다. 마스터 DSP(140)은 또한 파워업 상에서 슬레이브 DSP(142) 내로 실행 가능한 코드를 부스트하고 다운로드하며 호스트 PC와의 통신에 대하여 슬레이브 DSP(142)를 제어한다. 마스터 DSP(140)는 상태 정보 및 프로그램 정보를 업로드 및 다운로드하며, 또한 비휘발성, 또는 플래쉬 메모리(152)에 메시지를 로깅(log)한다.

RTU(104)는 신호 전도 매체(108)에 접속될 수 있는 라인 인터페이스(144)를 포함한다. 라인 인터페이스(144)는 RTU(104)를 임의의 파형을 반송하는 신호 전도 매체(108)에 접속시키도록 구성된다. 예컨데, 신호 전도 매체(108)가 AC 전력 라인인 일 실시예에서, 신호 전도 매체(108)는 예컨데 120, 208, 240, 277 또는 480 볼트와 같은 공지의 전압을 반송하는 단일 위상 또는 3 위상 전력 라인들중 하나일 것이다. RTU(104)는 또한 전화망(110)과 접속될 수 있으며 시스템 상태 메시지를중앙 저장소에 전송할 수 있는 전화망 인터페이스(146)를 포함한다. 모뎀(148)은 RTU(104)가 전화망(110)을 통해 시스템 상태 메시지를 전송하기 전에 이 메시지를 변조하도록 포함된다. 바람직하게는, RTU(104)는 예컨데 범용 비동기식 수신기-전송기(UART)와 같은 직렬 인터페이스(150)를 또한 포함한다. 직렬 인터페이스(150)는 마스터 DSP(140)로부터 출력된 병렬 데이터를 모뎀(148)에 입력된 직렬 비트 스트림으로 변환한다. 직렬 인터페이스(150)는 외부 직렬 통신 장치(예컨데, 무선 모뎀)에 또한 접속될 수 있다. 바람직하게, RTU(104)는 또한 전원(154)을 포함한다.

상술한 바와 같이, 바람직한 실시예에서, 각각의 트랜스포머 공급 AC 전원은 단일 RTU(104)를 사용한다. 모니터링되는 기기(106)가 활성화될 때마다, RTU(104)는 그 트랜스포머 피드상에 설치된 복수의 RSM(102)으로부터 디지털 메시지 패킷을 수신한다. 단일 RTU(104)는 90 RSM(102)까지 조작할 수 있음을 이해할 것이다.

부수적으로, 다수의 RSM(102)으로부터의 기기 상태 메시지가 충돌할 것이며, RTU(104)는 수신된 메시지를 디코딩할 수 없게 될 것이다. 이는 RSM(102)이 연속적으로 재전송하며 RTU(104)가 모든 전송을 수신할 필요가 없기 때문에, 본 발명에 따라 수용가능하게 된다. 충돌없이 연속적으로 데이터를 전송할 수 있는 가능성이 계산되었다. 이하 후술될 바와 같이, 이런 가능성은 공지된 다양한 포워드 에러 정정 코드를 사용함에 의해 개선될 수 있다.

다음의 논의에서, 많은(M) RSM(102)이 단일 RTU(104)와 통신한다고 가정하자. RSM이 활성화될 때, 이는 T초(즉, 채널 주기)의 지속 기간 동안 전송된다.각각의 RSM(102)은 하나의 프레임 동안 한번 활성화되고, 여기서 프레임은 N*T의 지속 기간을 가지며, N은 하나의 프레임을 구성하는 채널수이다. 프레임 시작부에서, 각각의 RSM(102)은 전송용 채널 k를 임의로 선택한다. 각각의 RSM(102)은 채널들 중 하나를 선택하는데 있어서 동일한 확률을 갖는다. 2개 이상의 RSM(102)이 동시에 액티브이면(즉, 이들이 모두 전송용으로 동일한 채널을 선택하면), 경합이 발생하여 전송이 무효가 될 것이다. 시스템이 Q개 프레임들에 대하여 동작하는 동안 각각의 RSM(102)으로부터 적어도 하나의 유효 메시지를 수신할 확률을 P라 하자. Q개 프레임의 정보를 전송하는데 T_tot초가 걸린다.

Q 에 대해서 수학식 1을 다시 정리하면 다음과 같다:

수학식 2의 좌우변에 N*T를 곱하면 다음과 같다:

따라서, 수학식 3은 M개 RSM 각각으로부터 P라는 연속 확율로 적어도 하나의 유효 전송을 얻는데 걸리는 시간을 나타낸다.

도 7은 M = 100, T = 0.2초, 및 P = 0.99에 대한 응답 시간 T_tot을 N의 함수로 나타내고, N은 135 내지 155의 범위이다.

도 8은 M = 50, T = 0.2초, 및 P = 0.99에 대한 응답 시간 T_tot을 N의 함수로 나타내고, N은 70 내지 75의 범위이다.

도 9는 M = 25, T = 0.2초, 및 P = 0.99에 대한 응답 시간 T_tot을 N의 함수로 나타내고, N은 33 내지 39의 범위이다.

도 7 내지 9를 비교하면, 주어진 수의 RSM, M에 대하여, 최소 시간 T_tot동안 모든 송신기들로부터 적어도 하나의 우수한 메시지를 제공하는 채널의 최적 수 N이 있다는 것을 나타낸다.

표 1은 서로 다른 양의 RSM에 대한 신뢰도 대 응답 시간을 나타낸다. 이러한 예는 프레임 당 128개 채널, 64 비트 메시지 및 1/20 Hz 비트 타임에 기초한 것이다.

90 RSMs	45 RSMs
응답 시간	신뢰도	응답 시간	신뢰도
11.4 분	90.000%	05.7 분	90.000%
14.8 분	99.000%	07.9 분	99.000%
19.3 분	99.900%	10.2 분	99.900%
22.8 분	99.990%	12.5 분	99.990%
26.0 분	99.999%	14.8 분	99.999%

당업자라면, 본 발명의 바람직한 실시예에 수치 변환 및 변경이 있을 수 있다는 점 및 이러한 변환 및 변경은 본 발명의 사상을 벗어나지 않고도 이루어 질 수 있다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 이하 청구의 범위는 본 발명의 진정한 사상 및 범위에 포함되는 이러한 모든 등가적인 변화들을 커버한다.

Claims

신호 전도 매체를 통한 통신 방법에 있어서,

메모리를 포함하는 통신 장치를 상기 신호 전도 매체에 연결하는 단계;

메시지 길이를 가진 디지털 메시지 패킷을 상기 메모리에 저장하는 단계;

공칭 주파수를 가진 파형의 N개 채널을 정의하는 단계 -상기 N개의 채널은 하나의 프레임을 구성하고, 상기 N개 채널 각각은 상기 파형의 공칭 주파수 및 상기 디지털 메시지 패킷의 메시지 길이에 기초하는 채널 주기를 가짐-; 및

상기 파형의 각 프레임에 대해, 상기 프레임을 구성하는 N개 채널 중에서 하나의 채널을 임의로 선택하는 단계, 및 상기 파형의 선택된 채널 상에서 상기 신호 전도 매체를 통해 상기 디지털 메시지 패킷을 전송하는 단계

를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 채널 주기의 지속 기간은 상기 파형의 공칭 주파수로 나누어진 상기 디지털 메시지 패킷의 메시지 길이에 기초하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 채널 주기의 지속 기간은 상기 파형의 제로 크로싱들(zero-crossings) 사이의 시간에 기초하는 방법.
제3항에 있어서, 상기 채널 주기는 다수의 비트 주기를 포함하고, 상기 비트주기는 상기 파형의 연속적인 제로 크로싱들 사이의 시간보다 크지 않은 방법.
제4항에 있어서, 상기 디지털 메시지 패킷은 다수의 비트를 포함하고, 상기 비트는 하이 비트 또는 로우 비트이며,

상기 전송 단계는 상기 디지털 메시지 패킷의 각 비트에 대해,

상기 비트가 하이 비트인 경우, 하나의 상기 비트 주기 동안 제1 톤을 전송하는 단계; 및

상기 비트가 로우 비트인 경우, 하나의 상기 비트 주기 동안 제2 톤을 전송하는 단계

를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 채널을 임의로 선택하는 단계는

상기 통신 장치에 식별 번호를 할당하는 단계; 및

상기 식별 번호에 기초하여 상기 선택된 채널을 임의로 선택하는 단계

를 포함하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 선택된 채널을 임의로 선택하는 단계는 상기 식별 번호에 의해 시드된(seeded) 의사 난수 발생기를 통해 상기 식별 번호에 기초하여 상기 선택된 채널을 임의로 선택하는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 신호 전도 매체는 교류 전력선이며, 상기 파형은 전압 파형인 방법.
제1항에 있어서, 상기 신호 전도 매체는 오디오 전도체이고, 상기 파형은 오디오 파형인 방법.
제1항에 있어서, 상기 신호 전도 매체는 전자기 링크이고, 상기 파형은 전자기 파형인 방법.
제1항에 있어서,

수신기를 상기 신호 전도 매체에 연결하는 단계; 및

상기 수신기가 상기 통신 장치로부터 상기 디지털 메시지 패킷을 수신하는 단계

를 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 다수의 상기 통신 장치를 상기 신호 전도 매체에 연결하는 단계; 및

상기 통신 장치의 수에 기초하여 N을 정의하는 단계

를 포함하는 방법.
제12항에 있어서, N은 통신 장치 수의 약 1.4배로 정의되는 방법.
제12항에 있어서,

적어도 하나의 상기 통신 장치를 모니터링되는 관련 기구에 연결하는 단계;

상기 적어도 하나의 통신 장치와 관련된 상기 모니터링되는 기구를 나타내는 적어도 하나의 측정된 파라미터를 측정하는 단계;

수신기를 상기 신호 전도 매체에 연결하는 단계; 및

상기 수신기가 상기 적어도 하나의 통신 장치로부터 상기 디지털 메시지 패킷을 수신하는 단계

를 더 포함하고,

상기 적어도 하나의 통신 장치에 의해 전송된 상기 디지털 메시지 패킷은 상기 적어도 하나의 측정된 파라미터를 나타내는 필드를 포함하는 방법.
제14항에 있어서,

상기 수신기를 중앙 저장소에 연결하는 단계; 및

상기 수신기가 상기 모니터링되는 기구 각각의 현재 상태를 나타내는 시스템 상태 메시지를 인코딩하여 상기 시스템 상태 메시지를 상기 중앙 저장소로 전달하는 단계

를 더 포함하는 방법.
신호 전도 매체를 통한 통신을 위한 통신 장치에 있어서,

메시지 길이를 가진 디지털 메시지 패킷을 저장하는 메모리;

제어 프로세서; 및

상기 제어 프로세서를 상기 신호 전도 매체에 연결하는 라인 인터페이스

를 포함하고,

상기 제어 프로세서는 공칭 주파수를 가진 파형의 N개 채널을 정의하고, 상기 N개 채널은 하나의 프레임을 구성하며, 상기 N 채널 각각은 상기 파형의 공칭 주파수 및 상기 메시지 패킷의 메시지 길이에 기초한 채널 주기를 갖고, 상기 제어 프로세서는 상기 프레임을 구성하는 N 채널 중에서 하나의 채널을 임의로 선택하고, 상기 메모리로부터 상기 디지털 메시지 패킷을 판독하여, 상기 선택된 채널 상에서 상기 신호 전도 매체를 통해 상기 디지털 메시지 패킷을 전송하는 통신 장치.
제16항에 있어서,

상기 제어 프로세서는 상기 메모리에 저장되어 있는 식별 번호에 기초하여 상기 선택된 채널을 임의로 선택하는 의사 난수 발생기를 포함하는 통신 장치.
제16항에 있어서,

상기 통신 장치와 관련 모니터링되는 기구를 나타내는 적어도 하나의 측정 파라미터를 측정하는 파라미터기를 더 포함하고,

상기 제어 프로세서는 상기 디지털 메시지 패킷을 인코딩하고 상기 디지털메시지 패킷을 상기 메모리에 저장하며,

상기 디지털 메시지 패킷은 상기 적어도 하나의 측정 파라미터를 나타내는 필드를 포함하는 통신 장치.
통신 시스템에 있어서,

공칭 주파수를 갖는 파형을 전달하는 신호 전도 매체에 연결된 복수의 통신 장치를 포함하되,

상기 각각의 통신 장치는

메시지 길이를 갖는 디지털 메시지 패킷을 저장하는 메모리와;

제어 프로세서와;

상기 신호 전도 매체에 연결된 원격 단말 유닛

을 포함하되,

상기 제어 프로세서는 공칭 주파수를 갖는 파형에 대한 N개의 채널을 정의하며, 상기 N개의 채널은 프레임을 이루고, 상기 N개의 채널 각각은 상기 파형의 공칭 주파수 및 상기 메시지 패킷의 메시지 길이에 기초한 채널 주기를 가지며, 상기 제어 프로세서는 상기 프레임을 구성하는 상기 N개의 채널들 중에서 하나의 채널을 임의로 선택하고, 상기 메모리로부터 상기 디지털 메시지 패킷을 판독하며, 상기 디지털 메시지 패킷을 상기 선택된 채널의 상기 신호 전도 매체를 통해 전송하고;

상기 원격 단말 유닛은 상기 복수의 통신 장치로부터 상기 디지털 메시지 패킷을 수신하는 통신 시스템.
제19항에 있어서,

상기 원격 단말 유닛은 중앙 저장소에 연결되고, 상기 원격 단말 유닛은 상기 디지털 상태 메시지에 제공된 데이터를 나타내는 시스템 상태 메시지를 인코딩하며, 상기 원격 단말 유닛은 상기 시스템 상태 메시지를 상기 중앙 저장소에 전달하는 통신 시스템.
제19항에 있어서,

상기 통신 장치와 관련 모니터링되는 장치를 나타내는 적어도 하나의 측정 파라미터를 측정하는 파라미터기를 더 포함하고,

상기 제어 프로세서는 상기 디지털 메시지 패킷을 인코딩하고 상기 디지털 메시지 패킷을 상기 메모리에 저장하며, 상기 디지털 메시지 패킷은 상기 적어도 하나의 측정 파라미터를 나타내는 필드를 포함하는 통신 시스템.
단방향 데이터 통신 방법에 있어서,

복수의 송신기를 신호 전도 매체에 연결하는 단계와;

수신기를 상기 신호 전도 매체에 연결하는 단계와;

상기 복수의 송신기 중 적어도 하나의 송신기에 제1 디지털 메시지 패킷을 저장하는 단계와;

제1 시간 지연 기간을 임의로 선택하는 단계와;

상기 제1 시간 지연 기간이 소멸된 후, 상기 적어도 하나의 송신기는 상기 제1 디지털 메시지 패킷을 상기 신호 전도 매체를 통해 상기 수신기에 송신하는 단계와;

상기 적어도 하나의 송신기에 상기 디지털 메시지 패킷을 저장하는 단계와;

제2 시간 지연 기간을 임의로 선택하는 단계와;

상기 제2 시간 지연 기간이 소멸된 후, 상기 적어도 하나의 송신기는 상기 신호 전도 매체 상의 상기 제2 디지털 메시지 패킷을 상기 수신기에 송신하는 단계

를 포함하는 방법.
제22항에 있어서,

상기 각각의 디지털 메시지 패킷은 메시지 길이를 가지며,

공칭 주파수를 갖는 파형을 정의하는 파형의 N개의 채널을 정의하는 단계를 더 포함하고,

상기 N개의 채널은 프레임을 이루고, 상기 N개의 채널 각각은 상기 파형의 공칭 주파수와 상기 디지털 메시지 패킷의 메시지 길이에 기초한 채널 주기를 갖는 방법.
제23항에 있어서,

상기 제1 시간 지연 기간을 임의로 선택하는 단계는 제1 프레임을 구성하는 N개의 채널 중에서 하나의 채널을 임의로 선택하는 단계를 포함하고,

상기 제1 디지털 메시지 패킷을 전송하는 단계는 상기 파형의 제1 선택 채널의 상기 신호 전도 매체를 통해 상기 디지털 메시지 패킷을 송신하는 단계를 포함하는 방법.