CN109964429B - 用于发送家用数据的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

家用数据被作为数据电报(14)从数据源(10)不同步地在时隙中经由可自由访问的且被相应强烈地被占用的传输信道(17)发送给存储器(20)。因为在此出现的对长的数据电报(14)的干扰影响，必须多次(n)重复发送所述长的数据电报，直至一次不受干扰地接收到数据电报(14m)。借助于比较器(21)，由在一定时间段内不受干扰地接收到的数据电报的数量(m)与在此期间实际发送的数据电报的数量(n)的比率(14m/14n)确定包错误率(PER)。通过改变每时间单位的重复发送(n＝>n’)，尽管在传输条件变化的情况下仍能够自适应地维持预设的包错误率(PER)。

Description

用于发送家用数据的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于重复发送家用数据的方法以及一种用于实施根据本发明的方法的装置。
背景技术
在EP 2 953 275 A1中描述了一种无线电传输***，其中数据源以传感的方式检测一系列的消耗测量值。由测量值、源标识和传送附加值构成的相应的数字化的测量值数据组或计量数据组从该数据源起通过双向的短程数据无线电下行链路以与来源相关地编码的数据电报的形式传送给远程运行的存储器。数据电报也称为包或数据包，并且存储器连同数据处理装置一起也称为集中器。相反地，上行链路能够将信息、如资费变化规定从存储器传送给数据源并在那里进行评估。从存储器中能够将源自多个数据源的数据电报选择性地中间存储并且必要时预处理，经由长距离无线电例如在移动无线电标准中调用，并且直接通过无线电或借助于存储介质传送给总部，在所述总部中例如为了创建消耗账单而评估数据。
测量值或可双向传输的数据例如可以是对冷水和热水、气体、热量或电力的消耗，所述数据通常由传感器在现场基于计数器来确定。此外，可双向传输的数据也可以是其它家用的和远程作用技术的变量(尤其是期望值和实际值)，如室内温度或通风口盖的角位置。
数据电报可以整体地或者分解成部分电报或部分数据包(并且在这种情况下在接收侧重新组合成完整的数据电报)来传输。这样的数据传输在所谓的时隙中不同步地进行，例如作为VHF频谱中的载波的频率调制，但是优选在UHF频谱中的非特定许可的ISM(工业、科学和医学)和/或SRD(短程设备)频带之一中并且因此在先验未知的和变化的瞬时的信道占用率的情况下进行。因为因此期待的是，在存储器中接收到的数据电报在其传送期间受到干扰，从而其不能在存储器中评估，数据电报从数据源的收发器中的发送器以一定的间隔重复地发送给存储器的收发器中的接收器，使得能至少一次预期无干扰的接收。
在计量技术中，因此必须承受一定的、最终通过重复发送克服的、所谓的包错误率(PER；packet error rate包错误率)，所述包错误率为成功接收到的数据电报或部分电报的数量与在该时间段期间实际发送的数据电报或部分电报的已知的数量之间的比率。另一方面，对于数据电报(包)需要一定的实时性，所述实时性根据数据内容可以是几分钟或几小时直至几天；在此之前，尽管在传输信道中存在干扰影响，但是最终必须以足够的概率将当前重复发送的数据电报正确地记录在存储器中。该方式能够使频繁地重复所发送的数据电报显现为是所期望的。但是其由此会导致传输信道的不必要的负荷。此外，应寻求尽可能小的重复发送次数，以便避免在数据源的收发器的发送器中不必要地使用例如具有其预设的功能持续时间的电池。因此，在电池功能持续时间开始时仍然合理的是，为发送器的控制装置固定地预设数据电报的至少根据经验在任何情况下足够的次数的重复发送，尽管如此在所计算的电池功能持续时间结束时不应比在统计上对于在结果方面正确地传送当前的数据电报所需的那样进行更多的重复发送。
发明内容
在已知这样的条件下，本发明所基于的技术问题是，优化重复发送的次数，直至当前的数据电报相应地不受干扰地存在于存储器中。
当前的任务借助于根据本发明的用于重复发送家用数据的方法和相对应的装置来实现。
在第一方面，本发明涉及一种用于经由传输信道将家用数据作为数据电报从数据源以一定的间隔重复发送给存储器的方法，所述传输信道在工业、科学和医学和/或短程设备频带之一中具有随机干扰，所述频带具有未知的且变化的瞬时的信道占用，其中，在比较器中为在一个时间段内接收到的数据电报确定作为不受干扰地接收到的数据电报与在此期间发送的数据电报的比率的包错误率，其中，针对当前的发送情况准不连续地或不连续地确定当前的包错误率，其中，为了影响包错误率而改变未来的重复发送的次数以便尽管在传输信道中存在干扰影响仍以足够的概率将当前重复发送的数据电报正确地记录在存储器中，其中，所述干扰由与信道中的其他信号叠加引起，其中，将所述未来的重复发送的次数经由传输信道存储在比较器中并且传送给数据源的收发器，其中，通过改变所述未来的重复发送的次数来确定期望的或最优的包错误率，并且将由当前的包错误率确定的信道占用或信道干扰的当前的概率和所述期望的或最优的包错误率用于确定数据电报或部分电报的所需的发送次数。
在第二方面，本发明涉及一种用于经由传输信道以一定的间隔重复发送家用数据的装置，所述传输信道在工业、科学和医学和/或短程设备频带之一中具有随机干扰，所述频带具有未知的且变化的瞬时的信道占用，所述装置设计用于实施根据本发明的方法，所述装置在数据源中构造有传感器和收发器并且在存储器中构造有收发器，其中，在存储器中设有比较器，该比较器设置用于，由不受干扰地接收到的数据电报的数量与在此期间发送的数据电报的数量的比例来确定包错误率，其中，由包错误率推导出未来重复发送的次数，其中，所述未来重复发送的次数由存储器的收发器发送给数据源的收发器。
因此，在存储器中准不连续地或不连续地确定瞬时的包错误率(在成功接收到的数据电报与在此期间实际当前发送的数据电报的比率的意义上)。通过改变重复发送的次数或频率，对于瞬时的传输条件(由未受干扰地接收到的数据电报的数量表示)，能够将包错误率设定为期望值。该重复预定值由存储器在上行链路中传送给相应的数据源，并且在存储器中保持可用，以用于下一次确定当前的包错误率。因此，通过自适应地调整重复发送，将有效的传输条件保持恒定，以获得所寻求的包错误率。
适宜地，每个相对长的数据电报以本身已知的方式不作为整体传输，而是以相应的个体化地、依次发送的部分电报的形式传输，所述数据电报在存储器中重新分组成或组合成总数据电报，以便在存储器或数据收集器中尽可能快速地接收至少一个未受干扰的数据电报。如果在此证实：特定的数据电报受到干扰，那么所述干扰通常实际上仅涉及该数据电报中的特定的、短的部分电报。恰好该部分电报在后续接收重复的数据电报时不会再次受到干扰，从而现在借助将该部分电报接受到先前的受干扰地接收到的数据电报中而在该处更快速地提供完整的、未受干扰的数据电报，就像必须等待重复的、完全未受干扰地接收到的数据电报一样；随着包错误率的值的相应的增加，所述包错误率的值在上面定义的意义中在值0与1之间延伸。
附图说明
以下参考附图更详细地阐明根据本发明的解决方案，在此：
图1示出借助于根据本发明的方法的数据电报发送的简化的示意图；以及
图2示出通信***的简化的示意图，在该通信***中借助根据本发明的方法传送数据电报。
具体实施方式
在图1中，由多个数据源10i将由传感器11提供的、通常模拟的数据在AD转换器12中进行AD转换，并且将所述数据与来自编码器13的其它信息，如来源标记、时间戳、奇偶校验位和/或类似信息进行组合，使得组成完整的数据电报14。数据电报14由在源侧的收发器16中的发送器15在一定的时间段内重复地(即n次地)经由例如随机干扰的传输信道17传送给中央存储器20的收发器19的接收器18。因为干扰影响，例如仅可以无错误地、即可评估地接收到重复发送的数据电报14n之中的m<n个数据电报。在存储器20中，比较器21由无错误地接收到的数据电报14m与实际在所述时间段内重复发送的数据电报14的***已知的数量n的比率m/n确定针对所使用的传输信道17上的当前遇到的传输条件的包错误率PER。最佳的是，在实践中实际上不能实现的包错误率PER＝1，因为m＝n。适宜地，比较器21能够设计为在存储器20内的装置和/或设计为纯软件解决方案或者说软件实现机构。
为了影响包错误率PER，可以由比较器21将未来的源侧的发送的次数改变为n’。可以程序控制地、远程控制地或直接在存储器20中经由控制元件根据操纵器22(handhabe)的形式来影响或预设：所述改变应该在何种意义上和何种强度下发生。作为操纵器22，例如可以设有硬件技术操控装置或纯软件实现机构。在实践中寻求如下的包错误率的值，所述包错误率的值尽管在变化的传输条件下仍是尽可能恒定的并且可根据所传送的数据电报的寻求的实时性来预设。所述值例如能通过改变重复次数n来实现或确定。
在预设的时间段内n’>n时，可以增大发送数据电报14的重复频率、亦即降低包错误率，并且反之亦然。但是，在任何情况下，在用于收发器16的电池23的运行时间段结束时，应借助于n’<n来降低发送的重复频率，以便保护电池23。未来的重复发送的次数n’由存储器侧的收发器19的发送器24在上行链路中传送给源侧的发送器15的控制器，并且还将所述未来的重复发送的次数保持在比较器21中以用于下一次确定包错误率PER。
通常，在可自由访问且相应强地占用的传输信道17中发生干扰影响，所述干扰影响尤其对数据电报14n产生影响，所述数据电报例如由数据源10不同步地在时隙中发送给存储器20。因此，必须多次重复地发送相应的数据电报14，直至已至少一次未受干扰地接收数据电报14m。借助于比较器21，在一定的时间段内由未受干扰地接收到的数量m与在此期间实际发送的数据电报的数量n的比率14m/14n确定包错误率PER。为了对于存储器20可用的、未受干扰的数据电报14m的优化的数据实时性，例如增加每时间单位的未来的重复发送的次数n’，亦即根据该定义降低包错误率PER；并且反之亦然。可以程序控制地、远程控制地或在现场手动地对改变未来的重复发送的次数n＝>n’产生影响，以在当前的传输条件下实现特定的、预设的包错误率PER。因此，根据本发明，能通过使重复发送次数n’适配于瞬时的传输条件来自适应地优化包错误率PER，因为为了在尽管变化的传输条件下仍维持期望的包错误率PER，可以预设从存储器20到数据源10的相应的重复次数n’。
在图2中示出无线电传输***或通信***，其包括多个数据源10和一个存储器20。数据源10设计为消耗计数器、例如设计为水计数器、气体计数器、热量计数器或电流计数器，所述消耗计数器检测当前的消耗并且将其以消耗数据的形式传输给存储器20。数据源10分别包括用于检测消耗数据的传感器11，例如用于确定消耗介质(例如水或气体)的穿流量的超声传感器，以及具有发送器15的用于经由传输信道17、亦即双向的传输信道来发送和/或接收数据电报或部分电报的收发器16。存储器20设计为具有收发器19的数据收集器或者说数据集中器并且用于接收、收集和/或转发数据或者说消耗数据。用于尤其是重复地发送家用数据、例如消耗数据的根据本发明的装置分别包括数据源10的传感器11和收发器16以及存储器20的收发器19。
消耗计数器将数据无线地传输给数据收集器，例如通过无线电经由未经许可的频带、如ISM和/或SRD频带传输。消耗计数器分别包括一个发送器15，该发送器在发送时间和发送持续时间中必须遵守在能量消耗或可用的能量方面的限制，亦即例如与电池23的充电状态有关。在这种情况下，除了对收发器16的供能以外，电池23还可以设置用于对传感器11供能。消耗计数器以规则的间隔发送其数据电报，其中，数据收集器接收处于接收范围内的消耗计数器的数据。
由于经由未许可的频带的传输，信道占用率(Kanalbelegung)通常首先是未知的并且也可能变化。由于信道占用率未知，难以预测可实现的数据实时性。为了传输例如使用如下方法，在该方法中数据电报被划分成多个部分电报，以时间上的间歇发送所述多个部分电报(电报分割)。随后，将部分电报在接收器中、亦即尤其是在数据收集器中重新组合。
在该方法中计算由于通过与信道中的其它信号的叠加引起的干扰而不能正确地传输数据的概率，所述概率通过包错误率PER来计算，所述包错误率PER由成功由接收器、亦即存储器20或数据收集器接收到的数据电报和/或部分电报的数量m与由发送器、亦即数据源10或相应的消耗计数器发送的数据电报和/或部分电报的数量n的比率形成(PER＝m/n)。在这种情况下，概率p1描述了部分电报受到干扰且不能被正确地传输的概率：
PER＝p1n
包错误率PER的理论推导可以通过如下方式进行：例如如果在具有特定的持续时间t(Slot)的时隙上存在具有特定的持续时间t
Figure GDA0003330705390000072
的干扰，则完全拒绝该时隙或频率信道。对于该时隙被干扰的概率p(Slot)适用：
Figure GDA0003330705390000071
因此，全部时隙被占用的概率p(alle)经由时隙数量n(Slot)以如下公式计算：
p(alle)＝PER＝p(Slot)n(Slot)
然而优选地，在根据本发明的方法中分别确定当前的包错误率PER(ist)。在通信***内部的消耗计数器的发送间隔已知，并且因此在特定的时间段内发送的数据电报的数量n(tx)也是已知的。在这种情况下，由实际接收到的数据电报数量n(Rx)、亦即在数据收集器处成功接收到的数据电报的数量和所发送的数据电报的已知的数量来确定当前的包错误率PER(ist)：
PER(ist)＝n(Rx)/n(tx)
此外，在通信***中也已知当前发送的部分电报的数量n(ist)，从而可以由对PER(ist)和n(ist)的认知来计算信道被占用或信道被干扰的当前的概率p(ist)：
p(ist)＝n(ist)√PER(ist)
因此，适宜地，可以确定期望的或最佳的PER(soll)。因此，对于最佳的PER(soll)，可以算出部分电报的所需的发送次数n(soll)：
n(soll)＝log(p(ist))·PER(soll)
随后，可以经由返回信道、亦即从收集器20到数据源10将所需的发送次数n(soll)告知数据源10或消耗计数器，尤其是与指令一起将数字电报或部分电报的次数n(soll)传输给数据源10的收发器16的接收器25。由此可以确定或设定期望的包错误率PER(soll)。
总之，因此可以借助根据本发明的方法通过对预设的发送的认知来确定当前的包错误率PER(ist)。由此可以确定部分电报或部分包的对于成功(基本上未受干扰地)发送数据电报所需的发送次数，将所述发送次数告知数据源10，以便调整发送次数。因此，通过根据本发明的方法通过调整或影响所发送的数据电报或部分电报的数量来实现对包错误率PER的自适应的控制。因此，以有利的方式，尽管在传输信道上存在不可避免的可变的干扰影响，但是仍能够优化重复发送的次数，直至当前的数据电报相应地不受干扰地存在于存储器20或数据收集器中。
附图标记列表：
10 数据源
11 传感器
12 AD转换器
13 编码器
14 数据电报
15 发送器(在10处的16)
16 收发器
17 传输信道
18 接收器(在20处的19)
19 收发器
20 存储器
21 比较器
22 操纵器
23 电池(用于15)
24 发送器(在20处的19)
25 接收器(在10处的16)
PER 包错误率
n 数量
p 概率
t 持续时间

Claims (12)

1.一种用于经由传输信道(17)将家用数据作为数据电报(14n)从数据源(10)以一定的间隔重复发送给存储器(20)的方法，所述传输信道在工业、科学和医学(ISM)和/或短程设备(SRD)频带之一中具有随机干扰，所述频带具有未知的且变化的瞬时的信道占用，其中，在比较器(21)中为在一个时间段内接收到的数据电报(14m)确定作为不受干扰地接收到的数据电报与在此期间发送的数据电报的比率(14m/14n)的包错误率(PER)，其中，针对当前的发送情况准不连续地或不连续地确定当前的包错误率(PER(ist))，其中，为了影响包错误率(PER)而改变未来的重复发送的次数(n’)以便尽管在传输信道中存在干扰影响仍以足够的概率将当前重复发送的数据电报正确地记录在存储器中，其中，所述干扰由与信道中的其他信号叠加引起，其中，将所述未来的重复发送的次数(n’)经由传输信道(17)存储在比较器(21)中并且传送给数据源(10)的收发器(16)，其中，通过改变所述未来的重复发送的次数(n’)来确定期望的或最优的包错误率(PER(soll))，并且将由当前的包错误率(PER(ist))确定的信道占用或信道干扰的当前的概率(p(ist))和所述期望的或最优的包错误率(PER(soll))用于确定数据电报或部分电报的所需的发送次数(n(soll))。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电池(23)设置用于运行数据源(10)的至少一个发送器(15)和/或传感器(11)，并且在电池(23)的运行时间段将要结束时减少所述未来的重复发送的次数(n’)或频率。
3.根据上述权利要求1或2所述的方法，其特征在于，程序控制地、远程控制地或手动地影响所述未来的重复发送的次数(n’)。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将彼此接续的数据电报(14n)分别作为部分电报来发送和接收，通过已经重复发送和接收的数据电报(14n)之一中的正确的部分电报来替换错误的部分电报。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据所述最优的包错误率(PER(soll))来预设包错误率(PER)。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，由在特定的持续时间n(tx)内发送的数据电报的数量和实际接收到的数据电报的数量n(Rx)来确定当前的包错误率PER(ist)，其中，根据所述当前的包错误率PER(ist)来改变所述未来的重复发送的次数(n’)。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，作为比较器(21)，设有在所述存储器(20)之内的设备和/或软件解决方案。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述传输信道(17)是双向的传输信道。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述数据源(10)是用于确定供应介质消耗的消耗计数器，和/或所述存储器(20)是数据收集器或数据集中器。
10.一种用于经由传输信道(17)以一定的间隔重复发送家用数据的装置，所述传输信道在工业、科学和医学(ISM)和/或短程设备(SRD)频带之一中具有随机干扰，所述频带具有未知的且变化的瞬时的信道占用，所述装置设计用于实施根据权利要求1至9之一所述的方法，所述装置在数据源(10)中构造有传感器(11)和收发器(16)并且在存储器(20)中构造有收发器(19)，其特征在于，在存储器(20)中设有比较器(21)，该比较器设置用于，由不受干扰地接收到的数据电报的数量(m)与在此期间发送的数据电报的数量(n)的比例(14m/14n)来确定包错误率(PER)，其中，由包错误率(PER)推导出未来重复发送的次数(n’)，其中，所述未来重复发送的次数(n’)由存储器(20)的收发器(19)发送给数据源(10)的收发器(16)。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，在所述存储器(20)中设有用于影响所述未来重复发送的次数(n’)的操纵器(22)。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述操纵器(22)是能手动操纵的、能远程控制的和/或能借助于软件控制的，即能程序控制的。
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