Пропускная способность многополосных каналов для сети счетчиков

Изобретение относится к технике связи. Технический результат заключается в надежном функционировании с одноуровневой связью. Система связи, которая ретранслирует сообщения с данными от или к множеству удаленных оконечных устройств посредством RF шлюзов в аккумулирующий данные пункт по одному из группы каналов связи. Система связи отслеживает соотношение сигнал/шум сообщения от каждого отдельного оконечного устройства, которое может представлять собой счетчики коммунальных услуг и соответствующие точки управления или контроля, к шлюзу. На основе качества обслуживания и/или соотношения сигнал/шум сообщения оконечных устройств к шлюзам система назначает оконечному устройству необходимый канал связи. Каждый из необходимых каналов связи имеет различающуюся скорость передачи данных и требующееся SNR, и каждый канал выбирается на основе соотношения сигнал/шум передач от оконечного устройства к шлюзам. Если соотношение сигнал/шум изменяется для оконечного устройства, система динамически переназначает другой канал счетчику на основе обновленного соотношения сигнал/шум. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

Настоящая заявка основывается на предварительной патентной заявке США № 61/426,746, поданной 23 декабря 2010 года, и по ней испрашивается приоритет.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее раскрытие, в основном, относится к способу управления радиопередачей сообщений с данными между множеством периферийных оконечных устройств (в некоторых случаях счетчиков коммунальных услуг) и сетью фиксированно размещенных шлюзов, которые, в свою очередь, осуществляют связь с расположенным в центре сетевым контроллером. Более конкретно, настоящее раскрытие относится к способу, который оптимизирует использование каналов связи каждым из множества оконечных устройств, для того чтобы увеличить общий объем эффективных передач сообщений, и там, где это необходимо, увеличить прямой контакт между шлюзом и оконечным устройством, таким образом, обеспечивая возможность одноуровневой связи.

В настоящее время существуют автоматизированные системы считывания данных счетчиков (AMR), которые позволяют счетчикам, таким как счетчики электричества, газа и воды, сообщать информацию по потреблению оконечному серверу через промежуточные шлюзы. Обычно промежуточные шлюзы осуществляют связь с множеством счетчиков, используя RF связь, и ретранслируют принятые данные через сеть общего пользования, такую как интернет. Хотя такие системы, как система FlexNet® AMI, имеющаяся в наличии у Sensus США, имеют подтвержденную эффективность при получении и обработке данных счетчиков на центральном удаленном местоположении, увеличивающееся общее использование таких систем увеличило потребность в AMI или интеллектуальных энергосистемах. В качестве примера, в системе, которая включает в себя 200 шлюзов и миллионы отдельных счетчиков, осуществление связи, происходящее между счетчиками и шлюзами, привело к вариантам осуществления, в которых, в общей сложности, шлюзами ежечасно принимаются более 1 миллиона сообщений. Из-за расширяющихся приложений ожидается, что будущие интеллектуальные энергосистемы будут ежедневно обмениваться более, чем 1 биллионом сообщений. По причине этого возрастающего большого объема сообщений между счетчиками и шлюзами технике требуется более эффективно использовать имеющуюся ширину полосы для того, чтобы улучшить связь между различными устройствами в системе связи. Дополнительно, поскольку требуется оперативное управление для защиты энергосистемы и автоматического реагирования на состояния неисправности, также важно минимизировать задержку времени реагирования. Это также достигается наилучшим образом путем уменьшения количества узлов, в которых необходимо передавать данные. Каждая передача требует того, что узел должен принимать сообщение, демодулировать сообщение, применять коррекцию ошибок и, возможно, дешифрацию данных, переупаковывать сообщение, настраивать аппаратное обеспечение передатчика и повторно передавать сообщения, причем каждый этап требует времени обработки. Поскольку многосвязные системы основываются на множестве передач данных между узлами, целью данного раскрытия является минимизация количества передач, таким образом, оптимизируя задержку. Известно, что минимальным количеством уровней является один уровень. Таким образом, целью раскрытия является обеспечение надежного функционирования с одноуровневой связью.

В настоящее время, когда отдельный счетчик размещается в сетевой системе, счетчику назначается канал связи, по которому осуществляется связь между счетчиком и каждым из шлюзов в физическом соседстве от счетчика. Когда оператор устанавливает такую систему, каждому счетчику назначается специальный канал, по которому осуществляется связь. Хотя обученный персонал пытается выбрать канал связи на основе близости счетчика к шлюзу или предполагаемого соотношения сигнал/шум между счетчиком и конкретным шлюзом, но как только счетчик размещается, частота канала связи обычно не меняется, кроме тех случаев, когда установщик возвращается для переконфигурирования счетчика или когда требуется дополнительная настройка на оконечном сетевом контроллере. Таким образом, хотя оператор может пытаться оптимизировать систему при размещении, если физические характеристики местности меняются, или если другие переменные величины модифицируются, система выпадет из оптимизации, что является нежелательным.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее раскрытие относится к системе и способу для управления передачей данных между множеством оконечных устройств (иногда счетчиков воды, газа или электричества, контроллеров нагрузки, PCT, служебных дисплеев и подобных им), содержащихся в системе связи, и единичным уровнем промежуточных шлюзов. Система оптимизирует канал связи, используемый для передачи данных между счетчиками и шлюзами, для того чтобы гарантировать то, что каждый из счетчиков осуществляет передачу данных на максимальной скорости с одновременным обеспечением минимального «качества обслуживания», и надежно, даже для оконечных устройств, которые находятся в труднодоступных местах и, таким образом, имеют более низкое соотношение сигнал/шум (SNR).

В течение изначальной установки счетчиков в системе связи каждому счетчику изначально назначается используемый по умолчанию канал связи, по которому будет осуществляться связь между счетчиком и шлюзом. Используемый по умолчанию канал связи выбирается так, чтобы иметь относительно большую продолжительность сообщения, поскольку соотношение сигнал/шум между счетчиком и шлюзом изначально является неизвестным, и более длительная продолжительность сообщения улучшает энергетический запас линии связи SNR.

После того как счетчик был установлен в системе связи, счетчик осуществляет передачу сообщений связи между счетчиком и одним или более шлюзами. Во многих случаях каждый из счетчиков будет иметь возможность осуществлять связь с более чем одним шлюзом системы связи. Шлюзы оборудованы средствами для измерения качества сигнала. Эти средства могут включать в себя SNR, мощность сигнала, подавление шумов, или исходную долю успешных сообщений, или подобные им. Шлюзы пересылают эту информацию центральному сетевому контроллеру.

После того как серии сообщений пересылаются между каждым счетчиком и принимающими шлюзами, сетевой контроллер анализирует сообщения, принятые каждым из шлюзов от каждого отдельного счетчика. Как правило, в предпочтительном варианте осуществления система определяет соотношение сигнал/шум сообщений, пересланных между счетчиками и принимающими шлюзами. Сетевой контроллер также анализирует исходную долю успешных сообщений и/или промежутки в доставке сообщений.

После того как было принято необходимое количество сообщений или истекло предварительно определенное время, система определяет соотношение сигнал/шум между каждым оконечным устройством и соответствующим наилучшим принимающим шлюзом. Наилучший принимающий шлюз представляет собой шлюз, который принимает сообщения от отдельного счетчика и имеет самое высокое соотношение сигнал/шум.

На основе соотношения сигнал/шум для сообщений, принятых на каждом из шлюзов, система определяет, является ли канал связи, назначенный счетчику, наиболее желаемым. Если связь между счетчиком и шлюзом имеет относительно высокое соотношение сигнал/шум, система назначит счетчику канал связи, соответствующий счетчикам с высоким SNR. Преимущественно оконечное устройство является программируемым командами от сетевого контроллера для того, чтобы осуществлять связь со шлюзом или шлюзами по множеству различных каналов связи. Предпочтительный вариант осуществления раскрытия обычно использует наборы из трех приемных каналов для шлюза. Каналы различаются типом оконечного устройства, которое назначается им. Оконечные устройства с высокой мощностью сигнала по отношению к наилучшему серверу назначаются одному каналу, оконечные устройства со средней мощностью сигнала по отношению к наилучшему серверу назначаются другому каналу, и оконечные устройства с низким SNR по отношению к наилучшему серверу назначаются еще третьему каналу. Таким способом счетчик со слабым SNR не конкурирует со счетчиком с сильным SNR, тем самым увеличивая шум, который снижает надежность слабого счетчика и снижает SNR, которое слабый счетчик в противном случае будет иметь в распоряжении для осуществления связи.

Дополнительно настоящее раскрытие указывает на использование модуляций более высокого порядка, когда являются доступными более высокие уровни SNR. С момента открытия «предела Шэннона» известно, что SNR является связанным с максимальной скоростью передачи данных, которые могут отправляться для заданной надежности коэффициента битовых ошибок (BER). Таким образом, сетевой контроллер предпочтительного варианта осуществления отдает команду оконечному устройству применить модуляцию, которая переносит большие скорости передачи данных, обеспечивая то, что оконечное устройство продемонстрировало достаточное SNR для поддержания этой модуляции. Данное раскрытие использует N-FSK для достижения этого увеличения в скорости передачи данных, где N представляет собой 2, 4, 8 и 16 и где одна и та же полоса частот используется для каждого N. Данное раскрытие является одинаково применимым к другим формам модуляций, таким как ASK, PSK и т.д. Следовательно, для заданной полосы частот эффективная скорость передачи данных возрастает там, за что приходится расплачиваться только SNR. Каждое оконечное устройство с более высоким SNR эффективно увеличивает общую пропускную способность сети, поскольку больше сообщений может доставляться за 24 часовой период. Таким образом, предпочтительный вариант осуществления также выделяет способы модуляции при помощи применяемого частотного канала. Каждый из множества различных каналов связи имеет в результате различную продолжительность и скорость передачи сообщений. Канал с низким SNR, например, не может переносить такой же объем данных, как и канал с сильным SNR. Считается, что это именно фундаментально оптимальное использование широко распространенных SNR от оконечных устройств динамически увеличивает объем эффективных сообщений в сети, вместе с тем поддерживая минимум требуемого качества обслуживания (BER).

Канал связи, назначенный каждому из счетчиков, определяется на основе соотношения сигнал/шум между ним и наилучшим сервером TGB. Если соотношение сигнал/шум является высоким, система назначает канал связи, имеющий наиболее короткую продолжительность сообщения. Каждый из каналов связи включает в себя значение верхнего порога и значение нижнего порога для соотношения сигнал/шум, которые должны присутствовать для того, чтобы канал связи назначался счетчику.

В течение функционирования системы, если соотношение сигнал/шум сообщений, передающихся отдельным счетчиком шлюзу, меняется, система переназначает канал связи на основе скорректированного соотношения сигнал/шум. В качестве примера, если соотношение сигнал/шум увеличивается, система назначит канал связи, имеющий более короткую продолжительность сообщений и увеличенную скорость передачи. Подобным образом, если соотношение сигнал/шум уменьшается, система выберет канал связи, имеющий более низкую скорость связи и более длительную продолжительность сообщения. Если счетчику уже назначен канал связи, имеющий самую низкую скорость связи и самую длительную продолжительность сообщений, система может (необязательно) переслать опросные сообщения от шлюза и ответные сообщения к шлюзу посредством промежуточного оконечного устройства, которое снабжено возможностями хранения и пересылки.

В соответствии с настоящим раскрытием система назначает канал связи каждому из отдельных счетчиков на основе соотношения сигнал/шум для сообщений, отправленных от счетчика самому оптимальному шлюзу. Если соотношение сигнал/шум изменяется в течение использования, система переназначит канал связи на основе скорректированного соотношения сигнал/шум.

Любой канал в системе может использоваться в режиме опрос-ответ или в режиме «по собственной инициативе» ALOHA.

Настоящее раскрытие также описывает двухстороннее функционирование. Раскрытие (необязательно) осуществляет управление исходящей RF мощностью от первого шлюза так, что только достаточная мощность используется для достижения намеченного оконечного устройства. Это сохранение RF мощности снижает воздействие RF мощности на дистанцированные приемники оконечных устройств, которые обслуживаются ближайшим к нему вторым шлюзом и не предназначаются для того, чтобы слышать исходящее сообщение первого шлюза. Предшествующий уровень техники описывает много путей для обеспечения управления мощностью, которые приводят к значительной сложности (такие как те, которые используются QUALCOMM, которые расходуют пропускную способность канала для обеспечения управления в режиме реального времени исходящей RF мощностью оконечных устройств). Настоящее раскрытие использует простую, преимущественно статическую зависимость: из-за взаимодействия сигналов, если энергетический запас линии связи от оконечного устройства к шлюзу является сильным, тогда обратный объем мощности требуется для передачи данных от шлюза к оконечному устройству. Следовательно, когда опросное сообщение от шлюза отправляется к тому оконечному устройству, оно передается на пониженной мощности. Дополнительно, поскольку имеется избыточное SNR, опросное сообщение может передаваться от шлюза на большей скорости передачи данных (как обсуждалось выше для входящих сообщений к шлюзу).

Дополнительно, предпочтительное использование назначает исходящие каналы от шлюза к оконечному устройству на основе этой обратной зависимости для мощности. Таким способом все «сильные» по SNR оконечные устройства слушают на канале, который (необязательно) может настраиваться на модуляцию с более высокой скоростью передачи данных и достигать высокого качества обслуживания, даже если шлюз передает более низкий объем мощности. Например, если оконечное устройство имеет избыток SNR в 20 дБ сверх того, что требуется для демодулирования модуляции, на которую оно настроено, тогда шлюз может передавать исходящую мощность, на 20 дБ меньшую. Это фактически уменьшает воздействие передачи шлюза на оконечное устройство, которое может находиться в четыре раза дальше.

Сниженная исходящая мощность позволяет большее многократное использование частоты, что увеличивает общую пропускную способность сети, и пониженный шум увеличивает имеющееся SNR для приемников оконечных устройств, тем самым повышая качество предоставленного обслуживания. Аналогичные преимущества получают на оконечных устройствах с низким SNR, так что шлюз может использовать больший объем исходящей мощности RF передачи для связи со счетчиком, который трудно достичь, без необходимости использования многосвязных промежуточных уровней связи. Настоящее раскрытие делает следующий шаг, при котором шлюз снабжен дополнительной исходящей мощностью в 10 дБ свыше той, которая требуется для баланса энергетического запаса линии связи в обоих направлениях. Это позволяет шлюзу проникнуть внутрь здания для того, чтобы послать опросное сообщение, в результате чего оконечное устройство имеет возможность ответить шлюзу. Даже если тот опрашивающий шлюз не может слышать ответа, в предпочтительном варианте осуществления все шлюзы слушают на всех частотах в любой момент времени. Таким образом, шлюз, который не передавал опросное сообщение, может принять ответ от оконечного устройства и переправить этот ответ сетевому контроллеру. Это в особенности является полезным, если шлюз неисправен.

Настоящее раскрытие обеспечивает немедленное бесперебойное восстановление, поскольку любой шлюз может послать опросное сообщение из близлежащей зоны, соседней с неисправным шлюзом, и поскольку любой близлежащий шлюз может слышать ответ. Дополнительно, алгоритм опроса сетевого контроллера автоматически увеличивает предаваемую RF мощность шлюзов, если предшествующая операция опроса терпит неудачу. Дополнительно, оконечные устройства имеют несколько режимов ответа, которые автоматически может активизировать опросное сообщение. Например, опрос, который потерпел неудачу на канале с высоким SNR, будет автоматически послан повторно сетевым контроллером для того, чтобы ответить на модуляции с низким SNR, таким образом, снижая необходимое SNR и, таким образом, увеличивая эффективный энергетический запас линии связи. Этот способ является очень мощным для того, чтобы динамически гарантировать качество обслуживания, даже когда шлюз неисправен или существует другое условие, которое может влиять на сигнальные тракты сети. Например, в предпочтительном варианте осуществления снижение скорости передачи данных с 25 Кбит/сек до 4 Кбит/сек может обеспечить динамический бюджет линии в 15 дБ с использованием той же самой полосы частот сигнала. Дополнительное снижение в данных может обеспечить дополнительный «размах» энергетического запаса линии связи в 10 дБ. Этот признак невозможен на многосвязной сети и помогает устранить необходимость во множестве уровней и обеспечивает возможность функционирования с единичным уровнем.

Следует отметить, что сетевой контроллер может являться частью домашней сети, сети здания, района, города, штата или страны.

Различные другие признаки, цели и преимущества изобретения станут очевидными из дальнейшего описания, взятого совместно с чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Чертежи иллюстрируют один режим, в настоящий момент предполагающий осуществление раскрытия. На чертежах:

Фиг. 1 представляет собой схематичную иллюстрацию системы связи для ретрансляции информации счетчиков от множества счетчиков к оконечному аккумулятору данных;

Фиг. 2 представляет собой схематичную иллюстрацию отдельных каналов, использующихся для связи между счетчиками и промежуточными шлюзами;

Фиг. 3 представляет собой блок-схему, описывающую один вариант осуществления функционирования системы связи; и

Фиг. 4 представляет собой графическую иллюстрацию сильной и слабой связи между счетчиками и принимающей вышкой.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1 иллюстрирует систему 10 связи для осуществления связи между множеством счетчиков 12 и оконечным аккумулирующим данные пунктом или сервером 14. В варианте осуществления, показанном на Фиг. 1, счетчики 12 могут представлять собой любой тип счетчиков коммунальных услуг, таких как счетчик электричества, газовый счетчик или счетчик воды. Сервер 14 для аккумулирования данных может располагаться в коммунальном предприятии, компании по аккумулированию данных третьей стороны или в любом другом местоположении, которое принимает аккумулированные данные счетчиков и обрабатывает данные для анализа, выставления счетов или для любой другой цели. Система 10 связи, показанная на Фиг. 1, может представлять собой систему связи FlexNet®, имеющуюся в наличии у Sensus USA. Однако предполагается, что другие различные типы систем связи находятся в пределах объема настоящего раскрытия.

В варианте осуществления, показанном на Фиг. 1, каждый из счетчиков 12 передает информацию или одному из множества шлюзов 16, или промежуточному счетчику 18. Промежуточный счетчик 18 ретранслирует информацию от каждого из оконечных счетчиков 12 к одному или более из шлюзов 16. Промежуточный счетчик 18, таким образом, обеспечивает дополнительный диапазон связи для каждого из счетчиков 12, который не может непосредственно осуществлять связь с одним из шлюзов 16.

Как проиллюстрировано на Фиг. 1, связь между каждым из счетчиков 12 и одним из шлюзов происходит по одному или более беспроводным трактам 20 связи. Беспроводная связь между счетчиком 12 и шлюзом 16 происходит с применением RF сигнала передачи данных.

Каждый из шлюзов 16, в свою очередь, имеет возможность осуществлять связь по глобальной сети (WAN) 22 общего пользования. В показанном варианте осуществления WAN общего пользования представляет собой интернет. Таким образом, как известно, каждый из шлюзов 16 имеет возможность осуществлять связь с одним или более аккумулирующими данные пунктами 14 через WAN 22 общего пользования.

В дополнение к промежуточным счетчикам 18 система 10 связи, показанная на Фиг. 1, также может включать в себя ретранслятор 24, который может использоваться или для передачи информации от отдельного счетчика 12 через шлюз 16, или непосредственно через WAN 22 общего пользования.

Как проиллюстрировано на Фиг. 1, каждый из счетчиков 12 преимущественно может осуществлять связь с более чем одним шлюзом 16, так что если один из трактов 20 связи к шлюзу 16 прерывается по любой причине, счетчик 12 может по-прежнему осуществлять связь с другим шлюзом 16. Связь с избыточностью между каждым из счетчиков 12 и шлюзами 16 обеспечивает более устойчивую и надежную систему связи.

Хотя система, показанная на Фиг. 1, включает в себя пять отдельных шлюзов 16, должно быть понятно, что в относительно больших системах система может включать в себя десятки или сотни отдельных шлюзов 16, каждый из которых обслуживает множество счетчиков 12. Фиг. 1 представляет собой упрощенную иллюстрацию для облегчения понимания настоящего раскрытия.

На схематичной иллюстрации, показанной на Фиг. 1, связь между отдельными счетчиками 12 и одним или более шлюзами 16 может осуществляться по одному из пяти каналов связи, проиллюстрированных под ссылочными символами A-E на Фиг. 1 и обозначенных ссылочными числами 26-34. Каждый из отдельных каналов 26-34 может иметь незначительно различающиеся протоколы связи, которые дают возможность системе 10 связи оптимизировать связь между отдельными счетчиками 12 и множеством шлюзов 16. В дополнение к пяти каналам A-E система связи также включает в себя шестой канал 36, который разделен на два подканала. Канал 36 является приоритетным каналом для ответных передач данных от шлюза 16 счетчикам, также как для приоритетной или аварийной связи между счетчиками и шлюзом 16. Приоритетный канал показан на Фиг. 1 ссылочным числом 36 и ссылочными символами PR на Фиг. 1.

Ссылаясь теперь на Фиг. 2, показанное там представляет собой схематичную иллюстрацию каждого из каналов и эксплуатационные характеристики каждого. Хотя специфические свойства показаны для каждого канала связи, должно быть понятно, что свойства для каждого из каналов могут изменяться во время работы в пределах объема настоящего раскрытия.

Полоса частот 38 канала связи представляет собой полную полосу частот, использующуюся для связи между счетчиками 12 и шлюзами 16. В показанном варианте осуществления полоса частот 38 канала связи представляет собой 150 кГц. Как описывалось ранее, полоса частот 38 канала связи является разделенной на два отдельных канала A-E, также как и приоритетный канал 36. Каждый из каналов 26-34 имеет полосу частот в 25 кГц.

При изначальной настройке системы связи управляющий блок, содержащийся в каждом из отдельных счетчиков 12, является запрограммированным для осуществления связи со шлюзом по используемому по умолчанию каналу 26. Счетчик 12 включает в себя приемопередатчик на связи с управляющим блоком как для отправки, так и для приема сообщений с использованием техник для RF связи. Управляющий блок может выборочно программироваться или локальным образом, или удаленным образом с использованием RF связи. Управляющий блок, таким образом, диктует способ, которым сообщения передаются от счетчика 12.

Используемый по умолчанию канал 26 имеет скорость передачи данных в 8 Кбит/сек, так что счетчики имеют возможность передавать сообщение одному или более шлюзам примерно за 107,6 Мсек. На такой скорости шлюз может принимать девять сообщений в секунду. Как проиллюстрировано в ряду 40, канал 26 является особенно необходимым, когда связь между счетчиком 12 и шлюзом 16 имеет низкое соотношение сигнал/шум.

Канал 28 связи занимает соседние 25 кГц полосы частот и имеет другую технику модуляции, как показано в ряду 42. Канал 28 имеет скорость передачи данных в 16 Кбит/сек, так что каждое отдельное сообщение передается примерно за 56,7 Мсек. На такой скорости шлюз может приниматься примерно восемнадцать сообщений в секунду. Как может быть понятно из Фиг. 2, если счетчик осуществляет связь по каналу B вместо канала A, время, требующееся для ретрансляции каждого отдельного сообщения, соответствующим образом уменьшается. Однако из-за этого уменьшенного времени передачи, любой шум, содержащийся в сигнале, будет иметь большее воздействие. Таким образом, канал B является более подходящим для передач, которые имеют соотношение сигнал/шум среднего уровня.

Канал связи C занимает следующие 25 кГц и может иметь скорость передачи данных или 16, или 24 Кбит/сек. На такой скорости каждое сообщение передается примерно за 40,8 Мсек, так что каждым шлюзом могут приниматься двадцать четыре сообщения в секунду. Еще раз, поскольку время, требующееся для каждого сообщения для отправки, уменьшается, передачи по каналу C являются более чувствительными к шуму. Таким образом, канал C применяется, когда связь между счетчиком и отдельным шлюзом имеет более высокое соотношение сигнал/шум по сравнению с каналами A или B.

Канал D занимает следующие 25 кГц и опять передает данные или на 16, или на 24 Кбит/сек. Когда счетчик ретранслирует информацию по каналу D, каждое сообщение занимает примерно 25,5 Мсек для завершения. Снова, поскольку время, требующееся для завершения сообщения, уменьшается, сообщения являются более чувствительными к шуму. И опять, канал D является полезным для сообщений, которые имеют незначительно более высокое соотношение сигнал/шум по сравнению с каналом C.

И, наконец, канал E является полезным для связи, при которой сообщения имеют самое высокое соотношение сигнал/шум. Связь, имеющая место по каналу E, осуществляется на скорости до 36 Кбит/сек, так что каждое отдельное сообщение ретранслируется за 20,2 Мсек. При такой связи с шлюзом могут приниматься 49,5 сообщений в секунду. Требование канала E высокого соотношения сигнал/шум обозначает, что связь по каналу E является чрезвычайно необходимой для счетчиков, которые являются физически близкими к шлюзу, или где связь между счетчиком и шлюзом является относительно беспрепятственной.

Приоритетный канал 36, показанный на Фиг. 1, является разбитым на два подканала, проиллюстрированных ссылочными числами 46 и 48. Первый подканал 46 представляет собой канал для ответов, использующийся каждым из счетчиков для ответа на опросный запрос, посланный любым из шлюзов. Канал 46 для ответов реализуется на более низкой скорости передачи данных в 4 Кбит/сек, где каждое сообщение занимает приблизительно 215,2 Мсек для завершения. Поскольку ответы на опросы используются менее часто, относительно длительная продолжительность сообщения не является настолько существенной, как с другими каналами, описанными ранее.

Подканал 48 также занимает 12,5 кГц, но вместе с тем использует более быструю скорость передачи данных в 16 Кбит/сек, так что каждое сообщение принимается за 24,5 Мсек. Подканал 48 применяется для ретрансляции аварийных состояний и других срочных сообщений от счетчика 12 к шлюзу 16.

Как может стать понятным при помощи вышеупомянутого описания каналов, использующихся для переправления сообщений между счетчиками 12 и шлюзами 16, выбор отдельных каналов, двигаясь направо от канала 26 к самому левому каналу 34, уменьшает количество времени, требующееся для каждого из сообщений, которые необходимо передать, что в принципе является желательным. Однако из-за этого уменьшенного времени передачи соотношение сигнал/шум, требующееся для того, чтобы гарантировать, что сообщения принимаются верно, означает, что канал E должен применяться только со счетчиками, которые имеют самое высокое соотношение сигнал/шум, в то время как канал A должен применяться с теми счетчиками, которые передают сообщения, имеющие более низкое соотношение сигнал/шум. Система настоящего раскрытия является выполненной с возможностью выбирать, по какому каналу должна происходить связь между каждым из счетчиков 12 и шлюзами 16, способом, который будет описываться ниже.

Теперь, по отношению к Фиг. 3, когда система изначально настраивается, управляющий блок в каждом из отдельных счетчиков сконфигурирован так, чтобы передавать данные счетчика шлюзу по используемому по умолчанию каналу A, как проиллюстрировано этапом 50. Как описывалось со ссылкой на Фиг. 2, канал A представляет собой канал связи в 25 кГц, который имеет самую большую продолжительность сообщения. Большая продолжительность сообщения гарантирует то, что канал A связи является особенно желательным для передачи сообщений, которые имеют низкое соотношение сигнал/шум. Поскольку канал A является наиболее устойчивым и может работать с передачами, имеющими относительно низкое SNR, канал A назначается каждому счетчику как используемый по умолчанию.

Как только отдельный счетчик размещается в системе 10 связи, счетчик 12 передает сообщения по трактам 20 связи, показанным на Фиг. 1. Сообщения, переданные каждым отдельным счетчиком 12, могут приниматься множеством шлюзов, что также проиллюстрировано на Фиг. 1. Как показано на Фиг. 3, каждый из отдельных счетчиков отправляет сообщения шлюзам на этапе 52 и один или более шлюзов принимают сообщения, как проиллюстрировано на этапе 54.

Когда каждый шлюз 16 принимает сообщение, шлюз определяет соотношение сигнал/шум для каждого сообщения, принятого от счетчика. Соотношение сигнал/шум сообщается наряду с данными счетчика на пункт 14 передачи данных через WAN 22 общего пользования. Определенное на этапе 56 соотношение сигнал/шум определяется для каждого сообщения, принятого от множества счетчиков, на каждом из шлюзов 16, принимающих сообщение. Соотношение сигнал/шум представляет собой измерение, определяемое как отношение мощности сигнала к мощности шума, который искажает сигнал. Чем выше соотношение сигнал/шум, тем выше мощность сигнала по отношению к шуму, содержащемуся в сигнале. Таким образом, когда соотношение сигнал/шум является высоким, сообщения могут передаваться за более короткий период времени, поскольку меньше вероятность, что приемник сигналов примет искаженный сигнал.

Возвращаясь к ссылке на Фиг. 1, когда аккумулирующий данные пункт 14 принимает данные от каждого из счетчиков 12 через шлюз 16, аккумулирующий данные пункт 14 может определить, какой шлюз 16 принял сообщение от каждого счетчика, и определить, какой шлюз 16 принимает сообщение с самым высоким соотношением сигнал/шум. Как иллюстрирующий пример, самый левый счетчик 12, показанный на Фиг. 1, осуществляет связь с двумя самыми левыми шлюзами 16. Каждый шлюз 16 ретранслирует принятое сообщение аккумулирующему данные пункту 14. Аккумулирующий данные пункт 14 может затем определить, который из двух шлюзов, которые принимают сообщение от самого левого счетчика 12, принимает сообщение с самым высоким соотношением сигнал/шум.

На этапе 58 система выбирает шлюз 16, который имеет самое высокое соотношение сигнал/шум для сообщений, принятых от счетчика 12.

Как только система определяет, какой шлюз 16 имеет самое высокое соотношение сигнал/шум на этапе 58, затем система может усреднить соотношение сигнал/шум за определенный период времени. Усреднение соотношения сигнал/шум за период времени обеспечивает более точный расчет соотношения сигнал/шум для сообщений, передающихся счетчиками к шлюзам.

Как только система выбирает шлюз с самым высоким соотношением сигнал/шум, система анализирует соотношение сигнал/шум для передачи данных от счетчика к шлюзу, как проиллюстрировано на этапе 60. Среднее соотношение сигнал/шум сравнивается с верхним и нижним порогом для каждого из каналов 26-34, показанных на Фиг. 2. Преимущественно, каждый из каналов 26-34 имеет значение минимального порога и значение максимального порога для соотношения сигнал/шум, требующегося для передачи по каждому из каналов. Как описывалось выше, поскольку каждый из каналов имеет уменьшающуюся продолжительность сообщений, важно, чтобы выбирался надлежащий канал для каждого отдельного счетчика.

Как только значения соотношения сигнал/шум сравнены с различными порогами для каждого отдельного канала, система выбирает необходимый канал, как проиллюстрировано на этапе 62. Как описывалось выше, система пытается выбрать канал, имеющий самую низкую продолжительность сообщения на основе соотношения сигнал/шум, рассчитанного для сообщения от счетчика к шлюзу. Как только система выбирает необходимый канал для счетчика, выбор канала сообщается управляющему блоку счетчика. Необходимый канал назначается счетчику на этапе 64. После того как новый канал был назначен, система возвращается на этап 52 и управляющий блок, содержащийся в каждом из отдельных счетчиков, начинает отправлять сообщения шлюзам на вновь назначенном канале. Этот процесс непрерывно повторяется, так что если свойства счетчика изменяются, или вносится дополнительная помеха между счетчиком и шлюзом, счетчик может приводиться в соответствие с новыми данными, чтобы передавать информацию по другому каналу.

В варианте осуществления, показанном на Фиг. 3, предполагается, что сравнение SNR с порогом для каждого канала, как проиллюстрировано на этапе 60, может происходить только в необходимом интервале. В качестве примера, этап 60 может происходить только однажды в день. Таким образом, новый канал не будет назначаться счетчику более, чем один раз в день для того, чтобы снизить сложность функционирования системы.

Поскольку физическая конфигурация счетчиков и помехи, наводимые между счетчиками и шлюзом, будут меняться редко, было обнаружено, что изменения для канала, назначенного счетчику, происходят ежедневно только в менее чем 1% счетчиков. Однако система, функционирующая в соответствии с настоящим раскрытием, позволяет конфигурации каждого отдельного счетчика автоматически корректироваться, если произойдут любые изменения в помехах между счетчиками и шлюзами.

Если система определяет на этапе 60, что соотношение сигнал/шум находится ниже самого нижнего порога для канала A, как показано на Фиг. 2, тогда система определяет, что отдельный счетчик не имеет возможности непосредственно осуществлять связь со шлюзом 16. В такой ситуации управляющий блок каждого отдельного счетчика может тогда являться сконфигурированным для связи с одним из промежуточных счетчиков 18, показанных на Фиг. 1.

Как описывалось со ссылкой на Фиг. 3, если система определяет, что соотношение сигнал/шум при осуществлении связи счетчика с самым желаемым шлюзом больше, чем значение порога для текущего канала, назначенного счетчику, система перемещает счетчик на один из каналов налево от текущего канала, показанного на Фиг. 2. Перемещение назначенного канала направо на Фиг. 2 увеличивает скорость передачи, уменьшает время передачи сообщений и, таким образом, улучшает функционирование системы путем перемещения счетчиков на более желаемый канал. Если ранее счетчику предписывалось осуществлять связь через промежуточный счетчик 18, счетчик может быть переконфигурирован для осуществления связи непосредственно с одним из шлюзов 16.

Альтернативным образом, если система определяет на этапе 60, что текущий канал, назначенный счетчику, находится выше соотношения сигнал/шум для счетчика, система перемещает назначенный канал счетчику слева, со ссылкой на Фиг. 2, для того чтобы уменьшить скорость передачи и увеличить время передачи сообщений. Если счетчик уже на канале A, тогда система переконфигурирует счетчик в режим «приятель», в котором счетчик осуществляет связь с одним из промежуточных счетчиков 18, а не непосредственно со шлюзом 16.

ВАРИАНТ СИЛЬНОГО СЧЕТЧИКА

Фиг. 4 иллюстрирует реализацию, в которой иллюстрируются три типичных счетчика в системе, имеющей три вышки A, B и C. Зона передачи каждого счетчика определяется равенством πR², где радиус R представляет собой расстояние от счетчика. Вследствие этого, если все три вышки A, B и C находятся в пределах радиуса передачи сильного счетчика, тогда примерно 27 вышек будут находиться под воздействием некоторого уровня мощности сигнала. Системы предыдущего уровня техники снижают это воздействие путем применения управления мощностью на оконечном устройстве и пытаясь нормализовать мощность, принимаемую на любой заданной вышке (QUALCOMM). Это расходует полосу частот управляющего канала и фактически снижает избыточность сигнала на удаленной вышке, когда конфликта по данным не происходит.

Настоящее раскрытие исключает потерю предполагаемого сообщения во время конфликтов в радиоэфире путем постоянного отслеживания уровня мощности приема или, подобно этому, в течение приема сообщения.

Если конфликтующее сообщение возникает перед тем, как исходное сообщение завершилось и конфликтующее сообщение имеет уровень сигнала с достаточным C к I для демодуляции, тогда резерв «прерывает» первое сообщение и пытается демодулировать второе. В одном варианте осуществления два демодулятора DSP попытаются одновременно демодулировать первое и второе конфликтующие сообщения и применить CRC для сообщения или сверточное кодирование шифрованных данных для проверки, какое из сообщений было успешным.

ВАРИАНТ СЛАБОГО СЧЕТЧИКА

Слабый счетчик будет всегда в невыгодном положении по отношению к счетчикам с сильным или со средним SNR, которые всегда будут выигрывать конфликты из-за более высокого C к I и прерывать. Для нормализации этой статистики в случае слабого оконечного устройства оконечное устройство со слабым SNR, даже с их наилучшей серверной вышкой, помещается на отдельном канале, где конкурируют только другие счетчики со слабым SNR. В системе ALOHA без системы отсчета времени это обеспечит функционирование без выделения временных слотов, за исключением случаев конфликтов между оконечными устройствами, которые испытывают одинаковый уровень затухания, 10-15 дБ. Если один сигнал затухает так, чтобы обеспечить подходящее C к I для оконечного устройства для демодуляции, функция прерывания может привести ALOHA к функционированию с выделением временных слотов, даже без сигнала тактирования.

Минимум каналов, использующихся в данном способе, представляют собой один с низким SNR и один с высоким SNR. Как описывалось ранее, предполагается, что аккумулирующий данные пункт 14 будет оптимизировать конфигурацию оконечного устройства ежедневно. Дополнительно, предполагается, что даже в течение реконфигурирования менее чем 1% счетчиков будут реконфигурироваться на основе изменения в соотношении сигнал/шум.

1. Способ управления передачей данных счетчиков коммунальных услуг от счетчика коммунальных услуг одному из множества шлюзов, содержащий этапы:
ретрансляции множества сообщений от счетчика коммунальных услуг к одному или более шлюзам;
определения соотношения сигнал/шум сообщений, принятых каждым из множества шлюзов;
выбора одного из множества каналов связи для счетчика коммунальных услуг на основе самого высокого соотношения сигнал/шум для сообщений, принятых множеством шлюзов; и
назначения выбранного канала связи счетчику коммунальных услуг.

2. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этапы:
передачи множества сообщений от счетчика коммунальных услуг к одному или более шлюзам по выбранному каналу связи; и
определения соотношения сигнал/шум сообщений, принятых каждым из множества шлюзов, и выбора другого канала из множества каналов связи для счетчика коммунальных услуг, когда соотношение сигнал/шум для сообщений, принятых множеством шлюзов, увеличивается или уменьшается.

3. Способ по п. 2, в котором выбор канала связи основывается на соотношении сигнал/шум для оптимизации продолжительности сообщения.

4. Способ по п. 2, в котором выбирается новый канал связи, когда соотношение сигнал/шум для текущего канала связи превышает верхнее значение порога или опускается ниже нижнего значения порога для текущего канала связи.

5. Способ по п. 1, в котором канал связи выбирается из множества каналов связи, в котором канал связи выбирается на основе соотношения сигнал/шум для оптимизации продолжительности сообщения.

6. Способ по п. 1, в котором множество каналов связи имеют различные скорости модуляции и продолжительности сообщений.

7. Способ по п. 1, в котором соотношение сигнал/шум усредняется по множеству сообщений, принятых в течение предварительно определенного периода.

8. Способ выбора протокола связи для каждого счетчика коммунальных услуг из множества счетчиков коммунальных услуг в системе связи, включающей в себя множество шлюзов, каждый из которых осуществляет связь с оконечным сервером, причем способ содержит этапы:
назначения используемого по умолчанию канала связи каждому из множества счетчиков коммунальных услуг;
ретрансляции множества сообщений от каждого из счетчиков коммунальных услуг;
определения соотношения сигнал/шум сообщений, принятых на каждом из шлюзов для каждого из множества счетчиков коммунальных услуг;
выбора одного из множества каналов связи для каждого из счетчиков коммунальных услуг на основе самого высокого соотношения сигнал/шум на одном из шлюзов для множества сообщений, отправленных множеством счетчиков коммунальных услуг; и
назначение выбранного канала связи каждому из множества счетчиков коммунальных услуг.

9. Способ по п. 8, в котором используемый по умолчанию канал связи является одинаковым для всех из множества счетчиков коммунальных услуг.

10. Способ по п. 9, в котором множество каналов имеют увеличивающиеся скорости передачи и уменьшающиеся продолжительности сообщений, в котором канал связи выбирается для максимизации скорости передачи и минимизации продолжительности сообщений.

11. Способ по п. 8, дополнительно содержащий по меньшей мере один промежуточный счетчик коммунальных услуг, выполненный с возможностью принимать сообщения, переданные по меньшей мере одним из счетчиков коммунальных услуг, и ретранслировать принятое сообщение по меньшей мере одному из шлюзов, в котором промежуточный счетчик коммунальных услуг осуществляет связь по каналу связи, имеющему самую высокую скорость передачи и самую короткую продолжительность сообщения.

12. Способ по п. 8, в котором выбранный альтернативный канал связи основывается на самом высоком соотношении сигнал/шум на одном из множества шлюзов для каждого из множества счетчиков коммунальных услуг.