WO2001050627A1 - Anordnung zur übermittlung eines bidirektionalen isdn-datenstroms über ein niederspannungsstromnetz - Google Patents

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Abstract

Ein für eine Datenübermittlung über das Niederspannungsstromnetz (NSN) umgesetzter S2m-Datenstrom (S(2m)) wird über den Außerhausbereich (AHB) des Niederspannungsstromnetzes (NSN) von einem ISDN-orientierten Kommunikationsnetz (ISDN-KN) zu einem Verbraucher geführt. Hier wird der S2m-Datenstrom (S(2m)) durch eine Koppeleinrichtung (KF) in verschiedene S0-Datenstrome (S(0)) gegliedert und über den Inhausbereich (IHB) des Niederspannungsstromnetzes (NSN) an, an das Niederspannungsstromnetz (NSN) angeschlossene, eine S0-Schnittstelle aufweisende Kommunikationsendgeräte (KE1,...,KE8) weitergeleitet. Eine bidirektionale Umsetzung des S0-, bzw. des S2m-Datenstroms (S(0), S(2m)) für eine Übermittlung über das Niederspannungsstromnetz (NSN) erfolgt durch geeignete Umwandlungseinrichtungen (S2m/PLC, PLC/S2m, S0/PLC, PLC/S0).

Description

Beschreibung
Anordnung zur Übermittlung eines bidirektionalen ISDN-Daten¬ stroms über ein Niederspannungsstromnetz
Die starke Entwicklung des Telekommumkationsmarktes m den letzten Jahren hat zur Folge, daß der Suche nach bisher unge¬ nutzten Übertragungskapazitäten mehr Bedeutung beigemessen wird, bzw. daß versucht wird vorhandene Ubertragungskapazita- ten effizienter zu nutzen. Ein bekanntes Datenubertragungs- verfahren ist die Übermittlung von Daten über das Stromversorgungsnetz, in der Literatur häufig als ' Powerlme Communi- cation' kurz als ' PLC ' bezeichnet. Ein Vorteil der Nutzung des Stromversorgungsnetzes als Medium zur Datenübertragung liegt m der bereits bestehenden Netzinfrastruktur. So verfugt fast jeder Haushalt sowohl über einen Zugang zum Strom- versorgungsnetz als auch über ein bestehendes, weit verzweigtes Inhausstromnetz.
Das Stromversorgungsnetz gliedert sind in Europa e nach Art der Energieübertragung m verschiedene Netzstrukturen bzw. Ubertragungsebenen. Die Hochspannungsebene mit einem Span- nungsbereich von 110 kV bis 380 KVB dient einer Energieübertragung über weite Entfernungen. Die Mittelspannungsebene mit einem Spannungsbereich von 10 kV bis 38 kV dient dazu, die elektrische Energie vom Hochspannungsnetz m Verbrauchernahe zu fuhren und wird für den Verbraucher durch geeignete Netz- transformatoren auf eine Niederspannungsebene mit einem Span- nungsbereich bis 0,4 kV abgesenkt. Die Niederspannungsebene untergliedert sich wiederum in einen sogenannten Außerhausbe- reich - auch als 'Last Mile' oder 'Access Bereich' bezeichnet - und m einen sogenannten Inhausbereich - auch als 'Last Meter' bezeichnet. Der Außerhausbereich der Niederspannungsebene definiert den Bereich des Stromversorgungsnetzes zwischen Netztransformator und einer jeweils einem Verbraucher zugeordneten Zahleremheit . Der Inhausbereich der Niederspan- nungsebene definiert den Bereich von der Zahleremheit bis zu Anschlußeinheiten für den Verbraucher.
Für eine Datenübertragung über das Stromversorgungsnetz sind m Europa durch die Norm EN 50065 vier unterschiedliche Fre¬ quenzbereiche - in der Literatur häufig als CENELEC-Bander A bis D bezeichnet - mit einem zugelassenen Frequenzbereich von 9 kHz bis 148,5 kHz und jeweils einer maximal zulassigen Sendeleistung festgelegt, die allein für eine Datenübermittlung auf Basis der ' Powerline Communication' reserviert sind.
Durch die m diesem Frequenzbereich zur Verfugung stehende geringe Bandbreite und die eingeschränkte Sendeleistung sind hierbei jedoch nur Datenübertragungsraten von einigen 10 kBit/s realisierbar.
Für Telekommunikationsanwendungen, wie z.B. einer Übermittlung von Sprachdaten, werden in der Regel jedoch Datenübertragungsraten im Bereich von einigen MBit/s benotigt. Für die Realisierung einer solchen Datenübertragungsrate ist vor al- lern eine genügend große Ubertragungsbandbreite erforderlich, die ein Frequenzspektrum bis 20 MHz mit geeignetem Ubertra- gungsverhalten bedingt. Eine Datenübertragung im Frequenzbereich bis 20 MHz mit einem geeigneten Ubertragungsverhalten ist heute ausschließlich m der Niederspannungsebene des Stromversorgungsnetzes realisierbar.
Eine Übermittlung von digitalen Sprachdaten stellt zusatzlich zur Bandbreite hohe Anforderungen in Bezug auf die Echtzeit- fahigkeit und die zulassige maximale Bitfehlerrate - kurz BER - des Datenubertragungssystems . Zusätzlich bedingt eine Übermittlung von digitalen Sprachdaten eine kollisionsfreie Punkt-zu-Multipunkt-Datenubertragung im Vollduplexbetrieb, d.h. eine fehlerfreie, gleichzeitige Datenübertragung m beiden Ubertragungsrichtungen zwischen mehreren Teilnehmern. Ein bekanntes Datenubertragungsverfahren zur Übertragung von digitalen Sprachdaten ist das ISDN-Ubertragungsverfahren (In- tegrated Services Digital Network) . Eine Datenübertragung ge- maß dem ISDN-Ubertragungsverfahren welches die obengenannten Bedingungen erfüllt kann beispielsweise auf Basis einer SL- Schnittstelle - m der Literatur häufig auch als Basi¬ sanschluß bezeichnet - bzw. einer Sm-Schnιttstelle - m der Literatur häufig auch als Primarmultiplexanschluß oder ' PCM- Highway' (Puls Code Modulation) bezeichnet - erfolgen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Ma߬ nahmen vorzusehen, durch welche eine Übermittlung eines bidi- rektionalen ISDN-Datenstro s über ein Niederspannungsstromnetz erfolgen kann.
Die Losung dieser Aufgabe erfolgt erfmdungsgemaß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. 5.
Ein wesentlicher Vorteil der erfmdungsgemaßen Anordnung besteht darin, daß durch eine Umsetzung einer S0- bzw. einer S2m-Schnιttstelle für eine Datenübermittlung auf Basis der 'Powerlme Communication' - insbesondere über das Niederspan- nungsstromnetz - bei einem an das Stromversorgungsnetz angeschlossenen Verbraucher eine Übermittlung von digitalen Sprachdaten mittels herkömmlicher ISDN-Kommunikationseinrich- tungen ohne einen separaten, aufwendigen Anschluß an ein digitales Kommunikationsnetz ermöglicht wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind m den Unter- anspruchen angegeben.
Ein Vorteil von in den Unteranspruchen definierten Ausgestal- tungen der Erfindung besteht unter anderem darin, daß die bestehende Baumstruktur des Niederspannungsstromnetzes im Inhausbereich auf einfache Weise auf eine Master-Slave-Kommuni- kationsbeziehung zwischen einer als Master-Einrichtung konfigurierten, einem jeweiligen Verbraucher zugeordneten Umwand- lungsemrichtung bzw. Koppeleinrichtung und den an das Niederspannungsstromnetz im Inhausbereich angeschlossenen, als Slave-Emrichtung konfigurierten Kommunikationseinrichtungen abgebildet werden kann.
Ein weiterer Vorteil von m den Unteranspruchen definierten Ausgestaltungen der Erfindung besteht darin, daß durch e ne Nutzung der für die S0-Schnιttstelle implementierten Ubertra- gungsmechanismen eine bidirektionale und kollisionsfreie Datenübermittlung über das Niederspannungsstromnetz bei bis zu maximal 8 angeschlossenen, als Slave konfigurierten Kommuni- kationsemπchtungen ohne zusätzlichen I plementierungsauf- wand realisiert werden kann.
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an¬ hand der Zeichnung naher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1: ein Strukturbild zur schematischen Darstellung eines Stromversorgungsnetzes; und Fig. 2: ein Strukturbild zur schematischen Darstellung einer Anordnung zur Uoermittlung eines ISDN-Daten- stroms über das Niederspannungsnetz.
Fig. 1 zeigt ein Strukturbild mit einer schematischen Dar- Stellung eines Stromversorgungsnetzes. Das Stro versorgungs- netz gliedert sind in Abhängigkeit der Energieubertragungart in verschiedene Netzstrukturen bzw. Ubertragungsebenen. Die Hochspannungsebene bzw. das Hochspannungsnetz HSN mit einem Spannungsbereich von 110 kV bis 380 kV dient einer Energie- Übertragung über weite Entfernungen. Die Mittelspannungsebene bzw. das Mittelspannungsnetz MSN mit einem Spannungsbereich von 10 kV bis 38 kV dient dazu, die elektrische Energie vom Hochspannungsnetz in Verbrauchernahe zu fuhren. Das Mittelspannungsnetz MSN ist dabei über eine die jeweiligen Spannun- gen umsetzende Transformatorstation HSN-MSN TS mit dem Hochspannungsnetz HSN verbunden. Das Mittelspannungsnetz MSN ist zusatzlich über eine weitere Transfor atorstat cr MSN-NSN TS mit dem Niederspannungsnetz NSN verbunden.
Die Niederspannungsebene bzw. das Niederspannungsnetz mit ei- ne Spannungsbereich bis 0,4 kV gliedert sich m einen soge¬ nannten Außerhausbereich AHB und m einen sogenannten Inhaus¬ bereich IHB. Der Außerhausbereich AHB definiert den Bereich des Niederspannungsnetzes NSN zwischen der weiteren Transfor¬ matorstation MSN-NSN TS und einer einem jeweiligen Verbrau- eher zugeordneten Zahlereinheit ZE . Durch den Außerhausbereich AHB sind mehrere Inhausbereiche IHB mit der die Umset¬ zung auf das Mittelspannungsnetz MSN realisierenden weiteren Transformatorstation MSN-NSN TS verbunden. Der Inhausbereich IHB definiert den Bereich von der Zahlereinheit ZE bis zu im Inhausbereich IHB angeordneten Anschlußeinheiten AE . Eine
Anschlußeinheit AE ist beispielsweise eine an das Niederspannungsnetz NSN angeschlossene Steckdose. Das Niederspannungsnetz NSN im Inhausbereich IHB ist dabei m der Regel als Baumnetzstruktur ausgelegt, wobei die Zahlereinheit ZE die Wurzel der Baumnetzstruktur bildet.
Für eine Übermittlung von digitalen Sprachdaten über das Stromversorgungsnetz ist eine Ubertragungsbandbreite von einigen MBit/s mit einem geeigneten Ubertragungsverhalten not- wendig, welche zur Zeit nur im Niederspannungsnetz NSN realisierbar ist.
Fig. 2 zeigt ein Strukturbild zur schematischen Darstellung einer Anordnung zur Übermittlung eines ISDN-Datenstroms über das Niederspannungsnetz NSN des Stromversorgungsnetzes. Für eine Übermittlung des ISDN-Datenstroms über das Niederspannungsnetz NSN werden zwei Teilbereiche definiert. In einem ersten Teilbereich wird ein S2m-Datenstrom S(2m) über eine im Außerhausbereich AHB des Niederspannungsnetzes NSN konfigu- rierte Punkt-zu-Punkt-Verbmdung von einem ISDN-Kommumka- tionsnetz ISDN-KN zu einem Verbraucher, d.h. zum Inhausbereich IHB des Niederspannungsnetzes NSN übermittelt. Ein S2ιr- Datenstrom S (2m) umfaßt dabei im wesentlichen 30 Nutzdatenka¬ näle, welche jeweils als ISDN-orientierte B-Kanäle mit einer Ubertragungsbitrate von jeweils 64 kBit/s ausgestaltet sind und einen Signalisierungskanal D, welcher als ISDN-orien- tierter D-Kanal mit einer Ubertragungsbitrate von 64 kBit/s ausgestaltet ist. In einem zweiten Teilbereich wird der am Inhausbereich IHB empfangene S2m-Datenstrom S (2m) in mehrere So-Datenströme S(0) aufgespaltet und über im Inhausbereich IHB konfigurierte Punkt-zu-Multipunkt-Verbindungen an, an das Niederspannungsnetz NSN im Inhausbereich IHB - im weiteren als Inhausnetz bezeichnet - angeschlossene Kommunikationsend¬ geräte KE1,...,KE8 übermittelt. Ein S0-Datenstrom S(0) umfaßt dabei im wesentlichen 2 Nutzdatenkanäle, welche jeweils als ISDN-orientierte B-Kanäle mit einer Ubertragungsbitrate von jeweils 64 kBit/s ausgestaltet sind und einen Signalisierungskanal D, welcher als ISDN-orientierter D-Kanal mit einer Ubertragungsbitrate von 16 kBit/s ausgestaltet ist.
Hierzu wird im ersten Teilbereich der über das ISDN-orien- tierte Ko munikationsnetz ISDN-KN empfangene S2m-Datenstrom
S(2m) durch eine erste Umwandlungseinrichtung S2m/PLC in ein für eine Datenübermittlung über das Niederspannungsnetz NSN vorgesehenes Datenformat umgewandelt und als PLC-Datenstrom in das Niederspannungsnetz NSN im Außerhausbereich AHB einge- speist. Die erste Umwandlungseinrichtung S2m/PLC kann beispielsweise in der weiteren, die Spannungsumsetzung zwischen dem Mittelspannungsnetz MSN und dem Niederspannungsnetz NSN realisierenden Transformatorstation MSN-NSN TS angeordnet sein. Durch eine zweite, einem jeweiligen Inhausbereich IHB zugeordnete Umwandlungseinrichtung PLC/S2m wird der in das
Niederspannungsnetz NSN gespeiste PLC-Datenstrom aus dem Niederspannungsnetz NSN herausgefiltert und in einen S2m-Daten- strom S(2m) zurückgewandelt. Die zweite Umwandlungseinrichtung PLC/S2m kann dabei beispielsweise in der dem jeweiligen Inhausbereich IHB zugeordneten Zählereinheit ZE angeordnet sein. Ein Verfahren für eine bidirektionale Umsetzung eines S2m-Datenstroms S(2m) für eine Datenübermittlung über das Niederspannungsnetz NSN wurde bereits m der deutschen Pa¬ tentanmeldung mit dem internen Aktenzeichen GR 99 P 5994 DE vorgeschlagen.
Der S2m-Datenstroms S (2m) wird anschließend an eine im In¬ hausbereich IHB angeordnete Koppeleinrichtung KF weitergelei- tet, durch welche eine Umsetzung des S^m-Datenstroms S(2m) auf mehrere S0-Datenstrome S(0) erfolgt. Aufgrund der Konfigurierung der S2m-Schnιttstelle S (2m) und der S0-Schnιttstelle S(0) können maximal 15 unterschiedliche S0-Datenstrome S(0) definiert werden. Die Koppeleinrichtung KF kann durch eine private Kommumkationsanlage - durch das m Klammern gesetzte PBX (Private Branche eXchange) angedeutet - realisiert werden.
Im zweiten Teilbereich ist die Koppeleinrichtung KF über jeweils eine S0-Schnιttstelle mit - maximal fünfzehn - dritten Umwandlungseinrichtungen SO/PLC verbunden, durch welche die Koppeleinrichtung mit dem Inhausnetz verbunden ist. Das In- hausnetz weist m der Regel eine Baumnetzstruktur auf, wobei die Koppeleinrichtung KF im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel die Wurzel der Baumnetzstruktur darstellt. Die Koppeleinrichtung KF ist dabei jeweils über eine dritte Umwandlungseinrichtungen SO/PLC mit einem Ast des Inhausnetzes verbunden. Durch die dritten Umwandlungseinrichtungen SO/PLC wird der
So-Datenstrom S(0) in das für eine Datenübermittlung über das Niederspannungsnetz NSN vorgesehene Datenformat umgewandelt und als PLC-Datenstrom in das Inhausnetz eingespeist.
Des weiteren sind im zweiten Teilbereich Kommunikationsendge- rate KE1,...,KE8 über jeweils eine S0-Schnιttstelle an vierte Umwandlungseinrichtungen PLC/SO angeschlossen, durch welche die Kommunikationsendgerate KE1,...,KE8 mit dem Inhausnetz verbunden sind. Ein Anschluß der vierten Umwandlungsemπch- tungen PLC/SO an das Inhausnetz erfolgt über Anschlußeinheiten AE - in der Regel herkömmliche Steckdosen. Durch die vierten Umwandlungseinrichtungen PLC/SO wird der durch eine dritte Umwandlungseinrichtung SO/PLC in das Inhausnetz ge¬ speiste PLC-Datenstrom aus dem Inhausnetz herausgefiltert, in einen S0-Datenstrom S(0) zurückgewandelt und an ein entspre¬ chendes Kommunikationsendgerät KE1,...,KE8 weitergeleitet. Ein Verfahren für eine bidirektionale Umsetzung eines S0-Da- tenstroms S(0) für eine Datenübermittlung über das Nieder¬ spannungsnetz NSN wurde bereits in den deutschen Patentanmel¬ dungen mit den internen Aktenzeichen GR 99 P 5993 DE, GR 99P 5992 DE und GR 99 P 5991 DE vorgeschlagen.
Aufgrund der Baumnetzstruktur des Inhausnetzes wird für eine Datenübermittlung im Inhausbereich für jeden Ast des Inhaus¬ netzes eine Master-Slave-Kommunikationsbeziehung eingerichtet. Hierbei wird die entsprechende dritte Umwandlungsein- richtung SO/PLC als die Datenübermittlung steuernde Master- Einrichtung - durch das in Klammern gesetzte Ml, ...,M15 angedeutet - und die an den Ast angeschlossenen vierten Umwandlungseinrichtungen als Slave-Einrichtungen - durch das in Klammern gesetzte S1,...,S8 angedeutet - konfiguriert. Eine Adressierung der Einrichtungen kann durch eine der Master- Einrichtung M1,...,M15 und den Slave-Einrichtungen S1,..,S8 jeweils eindeutig zugeordnete MAC-Adresse (Medium Access Control) erfolgen. Die MAC-Adresse ist eine eindeutige, auf der Schicht 2 des OSI-Referenzmodells angesiedelte 6 Byte lange Hardware-Adresse.
Aufgrund der für die S0-Schnittstelle implementierten Übertragungsmechanismen sind durch eine jeweilige Master-Einrichtung M1,...,M15 maximal 8 Slave-Einrichtungen S1,...,S8 ad- ressierbar, so daß bis zu acht Kommunikationsendgeräte
KE1,...,KE8 an einem Ast des Inhausnetzes anschließbar sind. Für eine kollisionsfreie Datenübertragung zwischen der Master-Einrichtung M1,...,M15 und den jeweiligen, an einem Ast des Inhausnetzes angeschlossenen Slave-Einrichtungen S1,...,S8 wird ein zyklisch fester, hierarchischer Sendeablauf zwischen der Master-Einrichtung M1,...,M15 und den Sla- ve-Einrichtungen S1,...,S8 eingerichtet. Dieser Sendeablauf wird in der Literatur üblicherweise als 'Polling' bezeichnet.
Eine Datenübermittlung ausgehend von einem der Kommunika- tionsendgeräte KE1,...,KE8 zu einem weiteren Kommunikations- endgerät KE1,...,KE8 oder über das ISDN-orientierte Kommunikationsnetz ISDN-KN erfolgt analog zu der oben beschriebenen Funktionsweise in umgekehrter Richtung.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zur Übermittlung eines S2r-Datenstroms (S (2m) ) über ein Niederspannungsstromnetz (NSN) , mit einer ersten, ein ISDN-orientiertes Kommumkationsnetz (ISDN-KN) mit einem Außerhausbereich (AHB) des Niederspan¬ nungsstromnetzes (NSN) verbindenden Umwandlungseinrichtung (S2m/PLC) zur bidirektionalen Umwandlung eines S2m-Daten- stroms (S (2m) ) und eines, eine gemäß dem S^m-Datenformat ab- gebildete Information übertragenden PLC-Datenstroms, und mit einer zweiten Umwandlungseinrichtung (PLC/S2m) zur bidirektionalen Umwandlung des PLC-Datenstroms und des S2m-Da- tenstroms (S (2m) ) , wobei die zweite Umwandlungseinrichtung (PLC/S2m) mit dem Außerhausbereich (AHB) des Niederspannungs- Stromnetzes (NSN) und einer einem Verbraucher zugeordneten Koppeleinrichtung (KF) verbunden ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die erste Umwandlungseinrichtung (S2m/PLC) m einer das Niederspannungsstromnetz (NSN) mit einem Mittelspannungsstromnetz (MSN) verbindenden Transformatorstation (MSN-NSN TS) angeordnet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die zweite Umwandlungseinrichtung (PLC/S2m) in einer dem Inhausbereich (IHB) zugeordneten Zahlereinheit (ZE) angeord¬
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Koppeleinrichtung (KF) eine private Kommumkationsan- lage (PBX) ist.
5. Anordnung zur Übermittlung eines Sc-Datenstroms (S(0)) u- ber ein Niederspannungsstromnetz (NSN) , mit einer ersten Umwandlungseinrichtung (SO/PLC) zur bιdιreκ- tionalen Umwandlung eines S0-Datenstroms (S(0)) und eines, eine gemäß dem S0-Datenformat abgebildete Information über¬ tragenden PLC-Datenstroms, wobei die erste Umwandlungsein¬ richtung (SO/PLC) mit einer einem Verbraucher zugeordneten Koppeleinrichtung (KF) und einem Inhausbereich (IHB) des Nie¬ derspannungsstromnetzes (NSN) verbunden ist, und mit mindestens einer zweiten Umwandlungseinrichtung (PLC/SO) zur bidirektionalen Umwandlung des PLC-Datenstroms und des So-Datenstroms, wobei die zweiten Umwandlungseinrichtungen (PLC/SO) jeweils mit dem Inhausbereich (IHB) des Niederspannungsstromnetzes (NSN) und mit einem, eine S0-Schnιttstelle aufweisenden Kommunikationsendgerat (KE) verbunden sind.
6. Anordnung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß für eine Datenübermittlung über den Inhausbereich (IHB) des Niederspannungsstromnetzes (NSN) eine Master-Slave-Kommu- nikationsbeziehung eingerichtet ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die erste Umwandlungseinrichtung (SO/PLC) als Master-Einrichtung (M1, ...,M15) konfiguriert ist.
8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die zweiten Umwandlungseinrichtungen (PLC/SO) als Slave- Emrichtungen (S1, ...,S8) konfiguriert sind.
9. Anordnung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß maximal acht Slave-Einrichtungen (S1,...,S8) an den Inhausbereich (IHB) des Niederspannungsstromnetzes (NSN) angeschlossen sind.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die zweiten Umwandlungseinrichtungen (PLC/SO) über Steck- dosen (AE) an den Inhausbereich (IHB) des Niederspannungsstromnetzes (NSN) angeschlossen sind.
PCT/DE2000/004544 1999-12-30 2000-12-19 Anordnung zur übermittlung eines bidirektionalen isdn-datenstroms über ein niederspannungsstromnetz WO2001050627A1 (de)

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