DE69421723T2

DE69421723T2 - Übertragungsprotokoll für entfernte datenerfassungsstationen

Info

Publication number: DE69421723T2
Application number: DE69421723T
Authority: DE
Inventors: Erwin Holowick; Dennis Johnson; Don Marcynuk
Original assignee: Itron Inc
Current assignee: Itron Inc
Priority date: 1994-05-23
Filing date: 1994-09-22
Publication date: 2000-06-29
Anticipated expiration: 2014-09-23
Also published as: CA2190836A1; ES2139755T3; EP0761070B1; AU700310B2; WO1995032595A1; KR100355510B1; BR9408595A; AU7737094A; JP3623510B2; NZ273897A; DE69421723D1; EP0761070A1; CA2190836C; JPH10500814A

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein Protokoll zur Übertragung von Daten über ein Übertragungsnetzwerk, wie etwa das Netzwerk, das in WO-A-93/02515 offenbart ist, welche der US- Seriennummer 07/732,183 entspricht. Das in WO-A-93/02515 offenbarte Übertragungsnetzwerk umfaßt eine Mehrzahl von Netzwerk-Servicemodulen, wobei jedes Netzwerk-Servicemodul mit einer körperlichen Vorrichtung zur Erzeugung von Daten gekoppelt ist, welche Benutzung oder andere Information betreffen und die durch entfernte Zellknoten und zwischengeordnete Datenstationen an eine zentrale Datenstation übertragen werden.

Beschreibung des relevanten Stands der Technik

Es wurden in den vergangenen Jahren viele Versuche unternommen, um ein automatisches Zählerlesesystem für Gebrauchszähler, wie sie etwa für Elektrizität, Gas und Wasser verwendet werden, zu entwickeln, welches Zählerablesepersonal vermeidet, das die Zählerstände inspizieren und persönlich notieren muß. Es gibt natürlich eine Vielzahl Gründe, um die Entwicklung eines Systems dieser Art zu versuchen.
Die meisten der bekannten Systeme waren wenig erfolgreich. Das System, welches einigen Erfolg erzielt hat oder am meisten verbreitet ist, weist eine automatische Zählerleseeinheit auf, welche an einem bestehenden Zähler an der Verbraucherseite angebracht ist und eine relativ kleine Übertrager- und Empfängereinheit von sehr kurzer Reichweite umfaßt. Die Einheit wird regelmäßig von einer fahrenden Leseeinheit abgefragt, welche auf einem geeigneten Fahrzeug an die verschiedenen Orte getragen wird. Die fahrende Leseeinheit fragt jede automatische Zählerleseeinheit ab, um gespeicherte Daten zu erhalten. Dieser Ansatz hat einen begrenzten Wert, da er das Transportieren der Ausrüstung an die verschiedenen Orte verlangt und deshalb nur mit sehr geringer Häufigkeit, beispielsweise monatlich, Ablesungen gemacht werden können. Dieser Ansatz vermeidet es, daß eine Zählerableseperson das Grundstück tatsächlich betritt, um den Zähler persönlich zu inspizieren, was in sich einen gewissen Wert, jedoch nur einen begrenzten Wert, darstellt.
Es wurden alternative Vorschläge gemacht, bei welchen das Lesen von einem zentralen Ort ausgeführt wird, sie waren jedoch wenig erfolgreich. Ein Vorschlag beinhaltet eine Anordnung, bei welcher eine Übertragung durchgeführt wird un ter Verwendung der Leistungsübertragungsleitung des Elektroenergiebetriebs. Die Übertragung wird deshalb entlang der Leitung durchgeführt und fragt wiederum jede entfernte Leseeinheit ab. Diese Vorrichtung stieß auf nennenswerte technische Schwierigkeiten.
Eine weitere Alternative versuchte, die vorbestehenden Telefonleitungen für die Übertragung zu nutzen. Der Telefonleitungsvorschlag weist einen signifikanten Nachteil auf, da er einer Anzahl von anderen Parteien, insbesondere die Telefongesellschaft, einbeziehen muß, um das System zu implementieren. Die Versorgungsgesellschaften zögern, ein System zu verwenden, welches nicht durch sie selbst vollständig gesteuert und verwaltet werden kann.
Ein weiteres System, das Funkübertragung verwendet, wurde von Data Beam entwickelt, welches eine Tochtergesellschaft von Connecticut Natural Gas war. Diese Anordnung wurde in etwa 1986 entwickelt und erfuhr nachfolgend wenig Aufmerksamkeit, und man glaubt, daß gegenwärtig keine Installationen in Betrieb sind. Das System umfaßt eine Zählerlesevorrichtung, die an dem Zähler mit einer Übertragungsantenne angebracht ist, welche von der Zählerlesevorrichtung separat ist. Die Übertragungsantenne ist an dem Gebäude oder einem anderen Teil des Installationsortes angebracht, welcher es der Antenne ermöglicht, über eine relativ große Entfernung zu übertragen. Das System verwendet eine Anzahl von Empfangseinheiten, von denen jede dazu ausgebildet ist, Daten von einer großen Zahl von Übertragern, im Bereich von 10.000 bis 30.000, zu empfangen. Um maximale Reichweite zu erreichen, sind die Übertrager in einem gewissen Ausmaß gerichtet oder wenigstens an einem geeigneten Ort des Gebäudes angebracht, um zu der gewünschten Empfangsstation hin zu übertragen. Die Anordnung führt zur Verwendung einer mi nimalen Zahl von Empfangsstationen zur optimalen Kosteneffizienz.
Die separate Übertragungsantenne führte jedoch zu nennenswerten Installationsproblemen aufgrund der Verdrahtung der Antenne durch das Gebäude zu dem Übertrager und Empfänger. Der voraussichtlich hohe Wert der zur Übertragung verwendeten Leistung brachte sehr teure Batteriesysteme oder sehr teure Verdrahtung mit sich. Der Vorschlag zur Verminderung der übermäßigen Kosten war es, die Übertragungseinheit unter mehreren Versorgern, die das Gebäude bedienen, aufzuteilen, so daß die Kosten des Übertragers beispielsweise zwischen drei Versorgern für das Gebäude aufgeteilt werden können. Eine solche Installation verlangt es, daß separate Versorgergesellschaften bei der Installation kooperieren. Obwohl dies sehr wünschenswert ist, ist eine solche Kooperation in der Praxis schwer zu erreichen.
Um Zeitablaufsprobleme zu vermeiden, wurden die Zählerleseeinheiten dazu ausgebildet, auf einer Zufallszeitbasis zu übertragen. Jedoch führt die sehr große Zahl von bis zu 30.000 Zählerleseeinheiten, welche an eine einzige Empfangsstation berichten, zu einer sehr großen Zahl von möglichen Kollisionen zwischen den zufällig übertragenen Signalen. Das System, wie es vorgeschlagen wurde, mit täglichen oder häufigeren Berichtssignalen, könnte deshalb bis zu 20% bis 50% der übertragenen Signale aufgrund von Kollisionen oder Interferenz verlieren, was zu einer Datenkommunikation mit sehr niedriger Effizienz führt. Die Verwendung von Übertragern an den Zählerleseeinheiten, welche von maximaler Leistung sind, verlangt einen größeren Interferenzschutzradius zwischen Systemen, die die gleiche zugewiesene Frequenz verwenden.
Ein alternatives Funkübertragungsnetzwerk ist als ALOHA bekannt. ALOHA weist eine Anzahl von Rundfunkstationen auf, die mit einer einzigen Empfangsstation kommunizieren, wobei die Rundfunkstationen bei Zufallsintervallen übertragen. Bei dem ALOHA-System treten Kollisionen auf, so daß Meldungen verloren gehen. Die Lösung für dieses Problem ist es, die erneute Übertragung der Information von der Empfangsstation zu überwachen, so daß es jeder Rundfunkstation bekannt ist, wenn ihre Übertragung verloren wurde. Jede Rundfunkstation wird dann dazu programmiert, die verlorene Information nach einer vorbestimmten, im allgemeinen pseudozufälligen Zeitdauer, erneut zu übertragen. Das ALOHA- System macht es notwendig, daß die erneute Übertragung der Information von der Empfangsstation im wesentlichen unmittelbar stattfindet und daß jede Rundfunkstation auch eine Empfangsmöglichkeit aufweist.
Zellulare Telefonnetzwerke sind in einem weiten Maß implementiert. Zellulare Systeme verwenden jedoch verschiedene Frequenzen und weisen diese verschiedenen entfernten Stationen zu. Während dies bei einer anspruchsvollen Verwendung für Sprachübertragungen akzeptierbar ist, können die Kosten und Komplikationen bei der relativ weniger anspruchsvollen Verwendung für die Überwachung entfernter Stationen nicht akzeptiert werden. Die Technologie von zellularen Telefonen führt zu der Erkenntnis, daß Vorrichtungen dieser Art Netzwerke mit verschiedenen Frequenzen verwenden müssen.
Während theoretisch das automatische Ablesen von Zählern sehr wünschenswert ist, ist es selbstverständlich sehr preisempfindlich, und es ist somit für jedes System sehr wichtig, daß es derart angepaßt wird, daß der Preis pro Einheit bei insbesondere der großen Zahl von Zählerleseeinheiten auf einem Minimum gehalten wird. Die hohen Kosten von Übertragungsvorrichtungen mit großer Leistung, Empfangsvorrichtungen und Batteriesystemen führen im allgemeinen zu Kosten pro Einheit, die unakzeptierbar hoch ist.

Überblick über die Erfindung

Ein Hauptziel der Erfindung ist ein Übertragungsnetzwerk zur Übertragung von Daten von einer Mehrzahl von Netzwerk- Servicemodulen zu einer zentralen Datenstation.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Übertragungsnetzwerk, welches für ein automatisches Zählerablesesystem geeignet ist.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Übertragungsnetzwerk zum Sammeln von Daten von entfernten Datenerzeugungsstationen, welches einfach und ökonomisch zu installieren und zu warten ist.
Noch ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Übertragungsnetzwerk zum Sammeln von Daten von Netzwerk-Servicemodulen, welches spektral effizient ist und inhärente Übertragungsredundanz aufweist, um die Zuverlässigkeit zu verbessern und Betriebskosten zu mindern.
Ein zusätzliches Ziel der Erfindung ist ein Übertragungsnetzwerk mit offener Architektur, welches neue Technologie beinhaltet und es dem Netzwerkbetreiber erlaubt, einen beliebig großen zusammenhängenden oder nicht zusammenhängenden geographischen Bereich zu bedienen.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Einige bevorzugte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Es wird ein Verfahren bereitgestellt zur Übertragung über ein großflächiges Übertragungsnetzwerk zwischen einer zentralen Datenstation (CDT), einer Mehrzahl von zwischengeordneten Datenstationen (IDT), einer Mehrzahl von entfernten Zellknoten (RCN) und einer Mehrzahl von Netzwerk- Servicemodulen (NSM). Das Verfahren verwendet eine Mehrzahl von Rahmen, wobei ein jeder Rahmen eine Mehrzahl von Kanälen aufweist. Während eines jeden Rahmens überträgt eine zwischengeordnete Datenstation ein IDT- Synchronisationssignal an die Mehrzahl von entfernten Zellknoten unter Verwendung eines ersten Kanals des Rahmens. Die zwischengeordnete Datenstation überträgt auch ein erstes Abfragesignal, welches mit dem IDT- Synchronisationssignal synchronisiert ist, an die Mehrzahl der entfernten Zellknoten, und zwar unter Verwendung eines zweiten Kanal des Rahmens.
Bei Empfang des IDT-Synchronisationssignals synchronisiert die Mehrzahl von entfernten Zellknoten eine RCN- Zeitgeberschaltung mit dem IDT-Synchronisationssignal. Die Mehrzahl von entfernten Zellknoten überträgt dann ein RCN- Synchronisationssignal, synchronisiert mit dem IDT- Synchronisationssignal, unter Verwendung eines vierten Kanals des Rahmens.
Das RCN-Synchronisationssignal wird von wenigstens einem Netzwerk-Servicemodul empfangen. Netzwerk-Servicemodule, die das RCN-Synchronisationssignal empfangen, synchronisieren eine NSM-Zeitgeberschaltung mit dem RCN- Synchronisationssignal. Sobald es synchronisiert ist, überträgt das Netzwerk-Servicemodul unter Verwendung von Funkwellen ein NSM-Paketsignal an wenigstens einen entfernten Zellknoten unter Verwendung eines fünften Kanals des Rahmens. Diese Übertragung von dem Netzwerk-Servicemodul zu dem entfernten Zellknoten kann zu einem Zeitpunkt stattfinden, welcher zufällig oder pseudozufällig aus einer vorbestimmten Zeitdauer ausgewählt ist. Alternativ kann das Netzwerk-Servicemodul in Antwort auf ein Steuersignal, welches von einem entfernten Zellknoten empfangen wird und das NSM-Paketsignal anfordert, unter Verwendung von Funkwellen senden. Das Steuersignal von dem entfernten Zellknoten kann auch dazu verwendet werden, Steuerinformation von der zwischengeordneten Datenstation und/oder der zentralen Datenstation an das Netzwerk-Servicemodul zu übertragen. Diese Steuerinformation kann eine Anforderung für eine sofortige Zählerablesung oder eine andere Echtzeitantwort von dem Netzwerk-Servicemodul umfassen.
In Ergänzung zur Übertragung von Daten, welche entweder zufällig oder in Antwort auf ein Steuersignal von einem besonderen entfernten Zellknoten stattfindet, kann das NSM- Paketsignal auch dazu verwendet werden, Alarmzustände von dem Netzwerk-Servicemodul zu dem entfernten Zellknoten zu übertragen. Derartige Alarmzustände können dem Verlust elektrischer Verbindung, Kippen des Netzwerk-Servicemoduls als Anzeige von unsachgemäßem Eingriff oder andere unübliche Zustände umfassen. Diese Alarmzustände können auf einer Echtzeitbasis unter Verwendung eines Echtzeitkanals des Rahmens übertragen werden. Bei Empfang eines Alarmzustands von dem Netzwerk-Servicemodul überträgt der entfernte Zellknoten den Alarmzustand an die zwischengeordnete Datenstation; die zwischengeordnete Datenstation überträgt den Alarmzustand an die zentrale Datenstation; die zentrale Datenstation verarbeitet den Alarmzustand und antwortet mit geeigneter Anweisung zurück an das Netzwerk-Servicemodul unter Verwendung des Steuersignals.
Das NSM-Paketsignal wird von wenigstens einem entfernten Zellknoten empfangen, welcher das NSM-Paketsignal spei chert. Jeder entfernte Zellknoten empfängt eine Vielzahl von NSM-Paketsignalen von einer Vielzahl von Netzwerk- Servicemodulen. Die Vielzahl von Netzwerk-Servicemodulen ist eine Untermenge der Mehrzahl von Netzwerk- Servicemodulen. Jeder entfernte Zellknoten speichert das von der Vielzahl von Netzwerk-Servicemodulen empfangene NSM-Paketsignal. Bei Empfang des ersten Abfragesignals, welches von der zwischengeordneten Datenstation unter Verwendung des zweiten Kanals des Rahmens gesendet wurde, überträgt der entfernte Zellknoten das gespeicherte NSM- Paketsignal als ein RCN-Paketsignal unter Verwendung eines dritten Kanals des Rahmens.
Das RCN-Paketsignal wird von der zwischengeordneten Datenstation auf dem dritten Kanal des Rahmens empfangen. Jede zwischengeordnete Datenstation empfängt eine Vielzahl von RCN-Paketsignalen von einer Vielzahl von entfernten Zellknoten. Die Vielzahl von RCN-Paketsignalen wird dann von der zwischengeordneten Datenstation gespeichert. Bei Empfang eines zweiten Abfragesignals, welches von der zentralen Datenstation unter Verwendung eines sechsten Kanals des Rahmens gesendet wurde, überträgt die zwischengeordnete Datenstation die gespeicherten RCN-Paketsignale als ein IDT- Paketsignal unter Verwendung eines siebten Kanals des Rahmens. Das IDT-Paketsignal wird von der zentralen Datenstation auf dem siebten Kanal des Rahmens empfangen.
Alternativ kann das erfindungsgemäße Verfahren, wie es hier ausgeführt und ausführlich beschrieben ist, ohne die Mehrzahl von zwischengeordneten Datenstationen ausgeführt werden, in welchem Fall die zentrale Datenstation die Rollen und Funktionen einnimmt, die andernfalls von den zwischengeordneten Datenstationen bereitgestellt werden.
Das großflächige Übertragungsnetzwerk, wie es hier ausführlich beschrieben ist, sammelt NSM-Daten, die von einer Mehrzahl von physikalischen Vorrichtungen erzeugt werden, die innerhalb einer geographischen Fläche angeordnet sind. Die physikalischen Vorrichtungen können beispielsweise ein Verbrauchszähler sein, wie er für Elektrizität, Gas oder Wasser verwendet wird. Jedes Netzwerk-Servicemodul ist mit einer jeweiligen physikalischen Vorrichtung gekoppelt.
Das Netzwerk-Servicemodul (NSM) umfaßt eine NSM- Empfangseinrichtung, eine NSM-Übertragungseinrichtung, eine NSM-Prozessoreinrichtung, eine NSM-Speichereinrichtung und eine Antenne. Die NSM-Empfängereinrichtung, welche optional ist, empfängt ein Steuersignal bei einer ersten Trägerfrequenz oder einer zweiten Trägerfrequenz. In einem bevorzugten Betriebsmodus empfängt die NSM-Empfängereinrichtung das Steuersignal auf der ersten Trägerfrequenz wegen spektraler Effizienz. Das großflächige Übertragungsnetzwerk kann unter Verwendung nur einer einzigen Trägerfrequenz, d. h. der ersten Trägerfrequenz, arbeiten. Das Steuersignal erlaubt es dem Oszillator der NSM-Übertragungseinrichtung, sich mit der Frequenz des entfernten Zellknotens zu verriegeln, was Drift korrigiert. Signalisierungsdaten können auch von dem entfernten Zählknoten an das Netzwerk-Servicemodul unter Verwendung des Steuersignals übertragen werden.
Die NSM-Prozessoreinrichtung ordnet Daten von der physikalischen Vorrichtung in Datenpakete an, überträgt die Daten an die NSM-Speichereinrichtung und verwendet das empfangene Steuersignal zur Einstellung der ersten Trägerfrequenz des NSM-Übertragers. Die NSM-Daten können Zählerablesungen, Verwendungszeit und andere Informationen oder Zustände von einer Mehrzahl von Sensoren umfassen. Die NSM- Prozessoreinrichtung kann für alle Netzwerk-Servicemodule in der geographischen Fläche derart programmiert werden, daß alle entsprechenden Verbrauchszähler oder andere Vorrichtungen, die von dem Netzwerk-Servicemodul bedient werden, abgelesen werden. Die NSM-Prozessoreinrichtung kann auch dazu programmiert sein, Spitzenverbrauch in vorbestimmten Intervallen zu lesen, wie etwa alle 15 Minuten, während einer Zeitdauer, wie etwa einem Tag. Die NSM- Speichereinrichtung speichert NSM-Daten von der physikalischen Vorrichtung. Die NSM-Prozessoreinrichtung kann dazu programmiert sein, maximale und minimale Sensorablesungen oder Pegel während der Zeitdauer, wie etwa einem Tag zu verfolgen und zu speichern.
Die NSM-Übertragungseinrichtung überträgt bei der ersten Trägerfrequenz die jeweiligen NSM-Daten von der physikalischen Vorrichtung als ein NSM-Paketsignal. Das NSM- Paketsignal wird zu einer Zeit, die zufällig oder pseudozufällig aus einer vorbestimmten Zeitdauer, d. h. unter Verwendung eines Einweg-Zufallszugriffprotokolls, ausgewählt ist, durch die NSM-Prozessoreinrichtung übertragen. Der NSM-Übertrager umfaßt einen Synthesizer oder eine gleichwirkende Schaltung zur Steuerung seiner Übertragerträgerfrequenz. Die NSM-Übertragereinrichtung ist mit der Antenne verbunden, um die NSM-Paketsignale mehrdirektional zu übertragen.
Eine Mehrzahl von entfernten Zellknoten ist innerhalb der geographischen Fläche angeordnet und näherungsweise gleichförmig beabstandet, so daß jedes Netzwerk-Servicemodul im Bereich mehrerer entfernter Zellknoten ist, so daß jeder entfernte Zellknoten NSM-Paketsignale von einer Vielzahl von Netzwerk-Servicemodulen empfangen kann. Die entfernten Zellknoten sind bevorzugterweise derart beabstandet, daß Signale von jedem der Netzwerk-Servicemodule von wenigstens zwei entfernten Zellknoten empfangen werden können. Jeder entfernte Zellknoten (RCN) umfaßt eine RCN- Übertragereinrichtung, eine RCN-Empfängereinrichtung, eine RCN-Speichereinrichtung, eine RCN-Prozessoreinrichtung und eine Antenne. Die RCN-Übertragereinrichtung überträgt bei der ersten Trägerfrequenz oder der zweiten Trägerfrequenz das Steuersignal mit Signalisierungsdaten. Das Übertragen eines Steuersignals von der RCN-Übertragereinrichtung ist optional und wird nur verwendet, wenn die NSM- Empfängereinrichtung bei dem Netzwerk-Servicemodul verwendet wird, wie dies vorangehend erläutert wurde.
Die RCN-Empfängereinrichtung empfängt bei der ersten Trägerfrequenz eine Vielzahl von NSM-Paketsignalen, welche von einer Vielzahl von Netzwerk-Servicemodulen übertragen werden. Jedes der NSM-Paketsignale wird typischerweise zu verschiedenen Zeitpunkten empfangen, da sie zu einem Zeitpunkt übertragen wurden, welcher zufällig oder pseudozufällig innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer ausgewählt wurde. Die Vielzahl von Netzwerk-Servicemodulen ist typischerweise eine Untermenge der Mehrzahl von Netzwerk-Servicemodulen. Die RCN-Empfängereinrichtung empfängt auch Abfragesignale von der zwischengeordneten Datenstation und hört oder lauscht auf benachbarte entfernte Zellknoten, wenn diese durch die zwischengeordnete Datenstation abgefragt werden.
Die RCN-Speichereinrichtung speichert die empfangene Vielzahl von NSM-Paketsignalen. Die RCN-Prozessoreinheit faßt die von den Netzwerk-Servicemodulen empfangenen NSM- Paketsignale zusammen, identifiziert Duplikate von NSM- Paketsignalen und löscht duplizierte NSM-Paketsignale. Wenn ein Abfragesignal von einer zwischengeordneten Datenstation gesendet wurde, überträgt die RCN-Übertragereinrichtung auf der ersten Trägerfrequenz die gespeicherte Vielzahl von NSM-Paketsignalen als ein RCN-Paketsignal.
Wenn ein erster entfernter Zellknoten mit einem ersten Abfragesignal durch die zwischengeordnete Datenstation abgefragt wird, empfangen benachbarte entfernte Zellknoten das durch den ersten entfernten Zellknoten übertragene RCN- Paketsignal. Bei Empfang eines Bestätigungssignals von der zwischengeordneten Datenstation an dem benachbarten entfernten Zellknoten löscht die jeweilige RCN- Prozessoreinrichtung aus der jeweiligen RCN- Speichereinrichtung Meldungen, d. h. NSM-Paketsignale, welche von den Netzwerk-Servicemodulen empfangen wurden, welche die gleiche Meldungsidentifizierungsnummer aufweisen, wie die Meldungen, die in dem RCN-Paketsignal von dem ersten entfernten Zellknoten an die zwischengeordnete Datenstation übertragen wurden.
Die Mehrzahl von zwischengeordneten Datenstationen ist innerhalb der geographischen Fläche angeordnet und derart beabstandet, daß ein die geographische Fläche überlagerndes Netz gebildet ist. Jede zwischengeordnete Datenstation umfaßt eine IDT-Übertragereinrichtung, eine IDT- Speichereinrichtung, eine IDT-Prozessoreinrichtung und eine IDT-Empfängereinrichtung. Die IDT-Übertragereinrichtung umfaßt einen Synthesizer oder eine gleichwirkende Schaltung zur Steuerung der Trägerfrequenz, und erlaubt es der IDT- Übertragereinrichtung, die Trägerfrequenz zu ändern. Die IDT-Übertragereinrichtung überträgt bevorzugterweise auf der ersten Trägerfrequenz oder der zweiten Trägerfrequenz das erste Abfragesignal unter Verwendung eines ersten Abfrage-Zugriffsprotokolls an die Mehrzahl entfernter Zellknoten. Wenn das erste Abfragesignal durch einen entfernten Zellknoten empfangen wird, antwortet dieser entfernte Zellknoten durch Senden des RCN-Paketsignals an die zwischengeordnete Datenstation, die das Abfragesignal sandte. Wenn die zwischengeordnete Datenstation das RCN-Paketsignal erfolgreich empfängt, dann sendet die IDT- Übertragereinrichtung ein Bestätigungssignal an den entfernten Zellknoten. Jede zwischengeordnete Datenstation empfängt eine Vielzahl von RCN-Paketsignalen von einer Vielzahl entfernter Zellknoten. Die Vielzahl entfernter Zellknoten ist typischerweise eine Untermenge der Mehrzahl entfernter Zellknoten.
Die IDT-Empfängereinheit empfängt das RCN-Paketsignal, welches auf der ersten Trägerfrequenz von dem entfernten Zellknoten übertragen wurde, welcher abgefragt wurde. Nach Abfrage einer Vielzahl entfernter Zellknoten hat die IDT- Empfängereinrichtung somit eine Vielzahl von RCN- Paketsignalen erhalten.
Die IDT-Speichereinrichtung speichert die empfangenen RCN- Paketsignale. Die IDT-Prozessoreinrichtung faßt die NSM- Paketsignale, welche in den von der Vielzahl entfernter Zellknoten empfangenen RCN-Paketsignalen eingebettet sind, zusammen, identifiziert Duplikate von NSM-Paketsignalen und löscht die duplizierten NSM-Paketsignale, d. h. Meldungen von Netzwerk-Servicemodulen, welche die gleiche Meldungsidentifizierungsnummer aufweisen. In Antwort auf ein zweites Abfragesignal von einer zentralen Datenstation überträgt die IDT-Übertragereinrichtung die gespeicherte Vielzahl von empfangenen RCN-Paketsignalen als ein IDT-Paketsignal an die zentrale Datenstation.
Obwohl dies von der vorliegenden Erfindung, wie sie gegenwärtig ausgelegt ist, nicht verlangt ist, können die zwischengeordneten Datenstationen auch benachbarte zwischengeordnete Datenstationen abhorchen, und zwar auf die gleiche Weise wie dies für einen gegebenen entfernten Zellknoten beschrieben wurde, welcher benachbarte entfernte Zellknoten abhört. Derartiges Abhören von zwischengeordneten Datenstationen würde als eine zusätzliche Maßnahme zur Identifizie rung von duplizierten NSM-Daten und der Eliminierung derartiger Daten vor dem Senden der nicht duplizierten Daten an die zentrale Datenstation dienen.
Die zentrale Datenstation (CDT) umfaßt eine CDT- Übertragereinrichtung, eine CDT-Empfängereinrichtung, eine CDT-Prozessoreinrichtung und eine CDT-Speichereinrichtung. Die CDT-Übertragereinrichtung überträgt sequentiell das zweite Abfragesignal unter Verwendung eines zweiten Abfrage-Zugriffsprotokolls an jede der zwischengeordneten Datenstationen. Die CDT-Empfängereinrichtung empfängt eine Mehrzahl von IDT-Paketsignalen. Die zentrale Datenstation, zwischengeordnete Datenstationen und die entfernten Zellknoten können durch Funkkanäle, Telefonkanäle, faseroptische Kanäle, Kabelkanäle oder andere Kommunikationsmedien gekoppelt sein. Die CDT-Prozessoreinrichtung dekodiert die Mehrzahl von IDT-Paketsignalen als eine Mehrzahl von NSM-Daten. Die CDT-Prozessoreinrichtung identifiziert auch Duplikate von NSM-Daten und löscht die duplizierten NSM-Daten. Die CDT- Speichereinrichtung speichert die NSM-Daten in einer Datenbank.
Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden zum Teil in der nachfolgenden Beschreibung angegeben und sind zum Teil aus der Beschreibung offensichtlich, oder sie können durch Ausführen der Erfindung erlernt werden. Die offenbarte Erfindung kann angepaßt werden zur Verwendung bei jeglicher Anwendung, die Messung der Verwendung einer gegebenen Ressource durch die Verwendung eines Zählers oder einer anderen Meßvorrichtung verlangt. Die Ziele und Vorteile der Erfindung können auch realisiert und erlangt werden durch die Gerätschaften und Kombinationen, die in den beigefügten Ansprüchen angegeben sind.
Die beigefügten Zeichnungen, welche in die Beschreibung einbezogen sind und einen Teil hiervon bilden, erläutern bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erklären.
Fig. 1 erläutert die Topologie des hierarchischen Übertragungsnetzwerks,
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines Netzwerk- Servicemoduls,
Fig. 3 ist ein repräsentatives NSM-Datenpaket,
Fig. 4 ist eine Liste repräsentativer Anwendungen, welche durch das Übertragungsnetzwerk unterstützt werden,
Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm eines Netzwerk- Servicemoduls,
Fig. 6 zeigt eine Draufsicht von vorne eines elektrischen Verbrauchszählers mit einer Erfassungseinheit,
Fig. 7 zeigt eine Draufsicht von unten des elektrischen Verbrauchszählers,
Fig. 8 ist eine Darstellung eines typischen Ausdrucks der durch das Netzwerk-Servicemodul erhaltenen Information,
Fig. 9 ist ein Blockdiagramm eines entfernten Zellknotens,
Fig. 10 ist ein Blockdiagramm einer zwischengeordneten Datenstation,
Fig. 11 ist ein Blockdiagramm einer zentralen Datenstation,
Fig. 12 zeigt die Konfiguration des Übertragungsnetzwerks zur Bedienung weit getrennter geographischer Flächen,
Fig. 13 erläutert ein typisches Übertragungsnetzwerk mit zunehmendem Anwachsen der Zahl der bedienten Flächen,
Fig. 14 erläutert eine Zweiweg-Rahmenstruktur für das großflächige Übertragungsnetzwerk,
Fig. 15 zeigt Beispiele einer Unterkanalstruktur,
Fig. 16 erläutert eine allgemeine Slot-Struktur,
Fig. 17 stellt eine Daten-Slot-Kanalbeschreibung bereit,
Fig. 18 erläutert die Synchronisationskanal-Slots,
Fig. 19 erläutert den IRS-Slot in dem Synchronisationskanal,
Fig. 20 erläutert den IIS-Unterkanal,
Fig. 21 erläutert die Feldsequenz, die benutzt wird, um den RNS-Slot in dem Synchronisationskanal zu füllen,
Fig. 22 erläutert den Endbereich des RMS-Slots in dem Synchronisationskanal,
Fig. 23 erläutert den RNH-Slot in dem Synchronisationskanal,
Fig. 24 erläutert verschiedene Formen von Redundanz,
Fig. 25 erläutert das HDLC-Datenstreckenrahmenformat,
Fig. 26 erläutert die IRD-Datenstreckenpaketstruktur,
Fig. 27 erläutert die RIR-Datenstreckenpaketstruktur,
Fig. 28 erläutert die IRH-Datenstreckenpaketstruktur, bei der 24 Bits in dem Slot nicht verwendet sind,
Fig. 29 erläutert die MRR-Datenstreckenpaketstruktur,
Fig. 30 gleicht der RIQ-Datenpaketstruktur mit 64 nicht verwendeten Bits in dem Slot,
Fig. 31 erläutert die RND-Aussendung zur Klassenadressen- Datenstreckenpaketstruktur,
Fig. 32 erläutert die RND-Aussendung an Individualadreß- und Rückabfrage-Datenstreckenpaketstruktur,
Fig. 33 erläutert die Steuerdatenstreckenpaketstruktur für RNC-Aussendung mit spezieller Anwendung,
Fig. 34 zeigt Wechselwirkungen zwischen Netzwerk und physikalischen Schichten,
Fig. 35 erläutert Knotenidentifizierungen,
Fig. 36 ist eine beispielhafte Rangadreßspezifikation für ausgewählte/nicht ausgewählte Netzwerk- Servicemodule,
Fig. 37 stellt gemeinsame Felder von Sendemeldungen dar,
Fig. 38 ist ein Beispiel für eine Verwendungszeittabelle und einen Plan für Sendung-an-Klassenadresse,
Fig. 39A und 39B zeigen ein Beispiel für eine Service- Wiederverbindung Sendung-an-Einzeladresse,
Fig. 40 erläutert die Lieferung von Rückabfragemeldungen an Netzwerk-Servicemodule,
Fig. 41 zeigt eine NRR-Netzwerkmeldungsstruktur in dem Kontext eines Datenstreckenpakets,
Fig. 42 erläutert das RND-Sendung-an-Klassenadreß- Meldungsformat in dem Kontext eines Datenstreckenpakets,
Fig. 43 erläutert das RND-Sendung-an-Einzeladreß- und Rückabfrage-Netzwerk-Datenformat in dem Kontext des Datenstreckenpakets,
Fig. 44 erläutert das Netzwerk-Meldung-Format, welches zur Verteilung von CAT-Einträgen verwendet wird, und zwar in dem Kontext eines Datenstreckenpakets,
Fig. 45 erläutert das Format eines Unterkanalbezeichners,
Fig. 46 erläutert das RIR-Netzwerkmeldungsformat, welches zur Weitergabe von NSM-Meldungen verwendet wird, und zwar im Kontext eines Datenstreckenpakets,
Fig. 47 erläutert Unterfelder von RIR-Netzwerkmeldungen, welche das Datenstreckensteuerfeld umfassen,
Fig. 48 erläutert die Unterfelder, welche Statusfelder für entfernte Zellknoten umfassen,
Fig. 49 erläutert eine maximale Anzahl von NSM-Meldungen pro RIR,
Fig. 50 erläutert das IRH-Netzwerkmeldungsformat in dem Kontext eines Datenstreckenpakets,
Fig. 51 erläutert die Unterfelder, die das SAC-Feld umfassen,
Fig. 52 erläutert das RID-Netzwerkmeldungsformat zum Liefern von NSM-Sendungsmeldungen an entfernte Zellknoten,
Fig. 53 erläutert die Unterfelder, welche verschiedene IRD-Felder umfassen,
Fig. 54 erläutert das IRD-Netzwerkmeldungsformat zum Liefern von NSM-Rückabfragemeldungen an entfernte Zellknoten,
Fig. 55 erläutert die Unterfelder, welche das "parms" - Feld der IRD-Meldung von Fig. 54 umfassen,
Fig. 56 erläutert das RIQ-Meldungsformat, welches verwendet wird, um von der zwischengeordneten Datenstation Service zu verlangen, und zwar in dem Kontext eines Datenstreckenpakets,
Fig. 57 erläutert eine Zusammenfassung von Meldungsprioritäten,
Fig. 58A und 58B erläutern ein vorläufiges Datenflußdiagramm für die Netzwerksteuerung der zentralen Datenstation,
Fig. 59 erläutert ein Steuermeldungsformat, das mit einem spezifischen Protokoll eines allgemeinen Formats kompatibel ist,
Fig. 60 erläutert den Serviceverkehr für ein einzelnes Nachbarschaftsnetzwerk,
Fig. 61 ist ein Beispiel des Nachbarschaftsnetzwerkverkehrs, der etwa 16% der theoretischen Netzwerckapazität darstellt,
Fig. 62 erläutert Raumaufteilungsmultiplexierung, welche die Weitetrennung von gleichzeitig abgefragten Bereichen zeigt,
Fig. 63 erläutert Amplitudenteilungsmultiplexierung, welche Zonen mit gleichzeitiger Abfrage zeigt,
Fig. 64 erläutert direktionale Multiplexierung, bei welcher korrespondierende Quadranten aller Nachbarschaftsnetzwerke gleichzeitig abgefragt werden,
Fig. 65 erläutert Polarisationsmultiplexierung, bei welcher alternierende Zonen mit verschiedener Polarisation arbeiten, wobei Bereiche in den Ecken jeder Zone Interferenz haben können,
Fig. 66 erläutert SDMP unter Verwendung hexagonaler Zellen,
Fig. 67 erläutert einen Vergleich von IDT- Abfrageprotokollen,
Fig. 68 zeigt einen Vergleich einer Standardkanal-Slot- Zuweisung mit einer überarbeiteten Slot-Zuweisung für einen DA-Kanal,
Fig. 69 zeigt eine Konfiguration von Echtzeitkanälen, welche in Paaren eingesetzt werden, um deterministische Übertragung an die NSM-Ebene zu unterstützen, und zwar in dem Fall von direktionaler Multiplexierung, wobei die vier Quadranten der Nachbarschaft sequentiell abgedeckt werden,
Fig. 70 zeigt einen Performance-Vergleich von verschiedenen Kanal/Rahmenstrukturen für DA-Anwendungen,
Fig. 71 erläutert Rahmenkonfigurationen unter Verwendung von Echtzeitkanälen für DA-Funktionen und
Fig. 72 erläutert eine mögliche Rahmenkonfiguration unter Verwendung von allokierten D/A-Slots.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Es wird nun im Detail Bezug genommen auf die vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, von denen Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen erläutert sind, wo bei gleiche Bezugszeichen über die verschiedenen Darstellungen gleiche Elemente bezeichnen.
Ein Großflächen-Übertragungsnetzwerk überträgt Daten von einer Mehrzahl von Netzwerk-Servicemodulen an eine zentrale Datenstation. Das Großflächen-Übertragungsnetzwerk sammelt NSM-Daten, welche von einer Mehrzahl von physikalischen Vorrichtungen erzeugt werden, die in einer geographischen Fläche liegen. Das Großflächen-Übertragungsnetzwerk, wie es erläuternd in Fig. 1 gezeigt ist, ist ein geschichtetes Netzwerk mit einer hierarchischen Übertragungstopologie, umfassend eine Mehrzahl von Netzwerk-Servicemodulen 110, eine Mehrzahl entfernter Zellknoten 112, eine Mehrzahl zwischengeordneter Datenstationen 114 und eine zentrale Datenstation 120. Die physikalischen Vorrichtungen können beispielsweise ein Verbrauchszähler, wie er für Elektrizität, Gas oder Wasser verwendet wird, sein.
Die zentrale Datenstation steuert den Netzwerkbetrieb. Intelligenz liegt bei allen Schichten des Netzwerks vor, wodurch die Arbeitsbelastung der zentralen Datenstation verringert wird. Die einem jeden Modul zugefügte Intelligenz ist eine Funktion der Anwendung dieses Moduls.

Netzwerk-Servicemodul

Information wird an der untersten Ebene des Großflächen- Übertragungsnetzwerks der Fig. 1 erfaßt, und das Netzwerk- Servicemodul 110 führt die Datenerfassungsfunktionen durch. Die Netzwerk-Servicemodule 110 umfassen Zählerservicemodule für Elektrizität, Gas und Wasser, ein Service- Unterbrechungsmodul, ein Last-Management-Modul, ein Alarmüberwachungsmodul oder jedes andere Modul, das mit dem Großflächen-Übertragungsnetzwerk verwendet werden kann. Die Netzwerk-Servicemodule können bei anderen Anwendungen, wie etwa Verkaufsautomaten, Zahltelephonen usw. verwendet werden, wo die Sammlung entfernter Daten wünschenswert ist.
Die Netzwerk-Servicemodule 110 sind mit dem Großflächen- Übertragungsnetzwerk über Hochfrequenz-Funkkanäle, typischerweise in dem 928 MHz bis 952 MHz-Band sowie verwandten Frequenzen in dem 902 MHz-912 MHz und 918 MHz bis 928 MHz-Bändern verbunden. Funkkanäle in diesen Bändern sind das bevorzugte Kommunikationsmedium, da die Verwendung von Funkverbindungen die Notwendigkeit von galvanischen Verbindungen mit den Netzwerk-Servicemodulen eliminiert, was die Installationskosten im Vergleich zu anderen Kommunikationsmedien, wie etwa Telefon, Kabelnetzwerke und Stromleitungsträgern, drastisch reduziert. Der Betrieb in den Hochfrequenzbändern erlaubt auch die Verwendung kleiner Antennen, so daß die Nachrüstung von Standard-Wattstundenzählern vereinfacht ist. Funkkommunikationskanäle in anderen Bändern können jedoch gleichfalls gut arbeiten.
Bei der in Fig. 2 gezeigten exemplarischen Anordnung umfaßt das Netzwerk-Servicemodul (NSM) 110 eine NSM- Empfängereinrichtung, eine NSM-Übertragereinrichtung, eine NSM-Prozessoreinrichtung, eine NSM-Speichereinrichtung und eine NSM-Antenne 322. Die NSM-Übertragereinrichtung und die NSM-Empfängereinrichtung sind mit der NSM-Antenne 322 gekoppelt. Die NSM-Prozessoreinrichtung ist mit der NSM- Übertragereinrichtung, der NSM-Empfängereinrichtung, der NSM-Speichereinrichtung und der physikalischen Vorrichtung gekoppelt. Die physikalische Vorrichtung ist als Basissensoren 320 und andere Sensoren 322 und eine Anwendungssteuerschnittstelle 324 dargestellt. Das Netzwerk-Servicemodul umfaßt auch eine Wechselspannungsversorgung 310 und eine Notstrombatterie-Leistungsquelle 312.
Die NSM-Empfängereinrichtung ist als ein NSM-Empfänger 316 ausgeführt und sie ist optional. Wenn ein NSM-Empfänger 316 an dem Netzwerk-Servicemodul enthalten ist, dann kann der NSM-Empfänger 316 zum Empfang eines RCN- Synchronisationssignals und/oder eines Steuersignals, welches Signalisierungsdaten umfaßt, verwendet werden. Das RCN-Synchronisationssignal und/oder das Steuersignal können bei entweder einer ersten Trägerfrequenz oder einer zweiten Trägerfrequenz übertragen werden. Normalerweise wird die erste Trägerfrequenz von der NSM-Übertragereinrichtung zum Übertragen an einen entfernten Zellknoten verwendet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform empfängt der RSN- Empfänger 316 das RCN-Synchronisationssignal und/oder das Steuersignal zur spektralen Effizienz auf der ersten Trägerfrequenz. Somit kann das Großflächen- Übertragungsnetzwerk unter Verwendung nur einer einzigen Trägerfrequenz, d. h. der ersten Trägerfrequenz, arbeiten. Das RCN-Synchronisationssignal kann eine Zeitreferenz zur Aktualisierung einer lokalen Uhr bereitstellen und als eine Frequenzreferenz für das Netzwerk-Servicemodul dienen. Signalisierungsdaten, wie etwa Bearbeitung von Service- Unterbrechungen oder Steuerung von Lasten, können auch von dem entfernten Zellknoten an das Netzwerk-Servicemodul unter Verwendung des Steuersignals gesendet werden. Während die Netzwerk-Servicemodule durch das Steuersignal abgefragt werden könnten, ist im allgemeinen ein derartiges Abfragen nicht nötig und wird vorzugsweise bei der vorliegenden Erfindung nicht verwendet. Das RCN-Synchronisationssignal kann als Teil des Steuersignals oder ein von dem Steuersignal separates Signal enthalten sein.
Die NSM-Prozessoreinrichtung, welche als eine NSM-Steuerung 314 ausgeführt ist, ordnet Daten von der physikalischen Vorrichtung in Datenpaketen an und überträgt die Daten an die NSM-Speichereinrichtung, welche als ein NSM-Speicher 315 ausgeführt ist. Der Begriff NSM-Daten ist derart definiert, daß er Daten von der physikalischen Vorrichtung umfaßt. Die NSM-Steuerung 314 kann ein Mikroprozessor oder eine gleichwirkende Schaltung sein, um die verlangten Funktionen auszuführen. Die NSM-Steuerung 314 verwendet das empfangene RCN-Synchronisationssignal und/oder Steuersignal zur Einstellung der ersten Trägerfrequenz des NSM- Übertragers. Die NSM-Daten können Zählerablesungen, Zeit der Verwendung und andere Informationen oder Zustände von einer Mehrzahl von Sensoren umfassen. Die NSM-Steuerung 314 kann, für jedes Netzwerk-Servicemodul in einer geographischen Fläche, dazu programmiert sein, all die entsprechenden Benutzungszähler oder anderen Vorrichtungen, welche von dem Netzwerk-Servicemodul bedient werden, jeweils zu lesen. Die NSM-Steuerung 314 kann programmiert werden, um den Spitzenverbrauch zu vorbestimmten Intervallen, wie etwa alle 15 Minuten, während einer Zeitdauer, wie etwa einem Tag, zu lesen. Die NSM-Steuerung 314 kann auch dazu programmiert sein, maximale und minimale Sensorablesungen oder Pegel während der Zeitdauer, wie etwa einem Tag, abzulesen.
Der NSM-Speicher 315 speichert NSM-Daten von der physikalischen Vorrichtung. NSM-Daten können Zählerablesungsdaten und Verwendungszeit (TOU) und andere Informationen oder Zustände von einer Mehrzahl von Sensoren umfassen. Der NSM- Speicher 315 kann ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) oder jede andere Art von magnetischen Medien und andere im Stand der Technik bekannte Speichervorrichtungen umfassen. Die NSM-Steuerung 314 verwendet das empfangene RCN- Synchronisationssignal und/oder Steuersignal zur Einstellung der ersten Trägerfrequenz des NSM-Übertragers 318.
Die NSM-Übertragereinrichtung ist als ein NSM-Übertrager 318 ausgeführt. Der NSM-Übertrager 318 überträgt bei der ersten Trägerfrequenz unter Verwendung von Funkwellen die jeweiligen NSM-Daten von der physikalischen Vorrichtung in kurzen Meldungspaketen, welche NSM-Paketsignale genannt werden. Die NSM-Paketsignale können eine Dauer von 100 Millisekunden aufweisen, obwohl andere Zeitdauern verwendet werden können, um bestimmte Systemanforderungen zu erfüllen. Das durch den NSM-Übertrager 318 übertragene NSM- Paketsignal folgt einem allgemeinen oder festen Format, und ein repräsentatives Meldungspaket ist in Fig. 3 dargestellt. In dieser Meldung ist enthalten: Eine Präambel; ein Eröffnungsrahmen; ein Meldungstyp; eine Meldungsidentifikation; ein Servicemodul-Typ; eine Meldungsnummer; eine Servicemoduladresse; ein Datenfeld; eine Fehlererfassung und ein abschließender Rahmen.
Der NSM-Übertrager 318 ist mit einer NSM-Antenne 322 zur mehrdirektionalen Übertragung des NSM-Paketsignals verbunden. Der NSM-Übertrager 318 umfaßt einen Synthesizer, Kristalloszillator oder eine gleichwirkende Schaltung zur Steuerung seiner Übertrager-Trägerfrequenz und des Zeitablaufs.
Das NSM-Paketsignal wird zu einem Zeitpunkt übertragen, welcher durch die NSM-Prozessoreinrichtung zufällig oder pseudozufällig, d. h. unter Verwendung eines Einweg- Zufallszugriffsprotokolls, ausgewählt ist. Alternativ kann das NSM-Paketsignal in Antwort auf eine Abfrage übertragen werden, welche als Teil eines Steuersignals von einem entfernten Zellknoten empfangen ist, welcher das NSM- Paketsignal anfordert. Um den Netzwerkbetrieb zu vereinfachen und Kosten zu reduzieren, fragt das Großflächennetzwerk, wie es hier ausgeführt ist, einzelne Netzwerk- Servicemodule nicht ab. Statt dessen berichtet jedes Netzwerk-Service-Modul autonom mit einer für die unterstützte Anwendung geeigneten Rate. Routinereporte werden deshalb zufällig oder pseudozufällig zu festen Durchschnittsinter vallen übertragen, während Alarmsignale unmittelbar nachfolgend der Erfassung von Alarmzuständen übertragen werden. Alarmsignale können mehrere Male mit zufälligen Verzögerungen übertragen werden. Dies vermeidet die Störung zwischen Alarmmeldungen, wenn viele Alarme gleichzeitig auftreten, wie etwa bei einem großflächigen Stromausfall.
Als eine alternative Anordnung kann das Netzwerk- Servicemodul programmiert werden, um drei verschiedene Arten von Meldungen zu verschiedenen Intervallen zu übertragen. Die erste Art von Meldung kann die akkumulierte Benutzungsinformation betreffen. Die zweite Art von Meldung kann einen Alarmzustand betreffen, welcher im wesentlichen sofort übertragen wird. Die Alarmzustände, die auftreten, können einen unsachgemäßen Vorgang oder das Fehlen elektrischer Spannung als Anzeige eines Stromausfalls betreffen. Die dritte Art von Information, die weniger häufig übertragen werden kann, kann die Verwaltungsinformation betreffen.
Nach der Vorbereitung des Pakets von Daten zur Übertragung ist die Steuerung 314 dazu ausgebildet, das Datenpaket während einer Zufallszeitdauer zu halten. Diese Zufallsdauer kann berechnet werden unter Verwendung verschiedener Zufälligkeitstechniken, welche beispielsweise eine Pseudo- Zufallsberechnung auf der Grundlage der Drehung der Zählerscheibe zu jedem beliebigen Zeitpunkt umfaßt. Auf diese Weise ist jedes der Netzwerk-Servicemodule dazu ausgebildet, zu einer Zufallszeit zu übertragen. Die Steuerung 314 ist derart ausgebildet, daß die Übertragung innerhalb einer speziellen vorbestimmten Ruhezeit nicht stattfindet, so daß die Netzwerk-Servicemodule während dieser Ruhezeit nicht übertragen dürfen. Diese Ruhezeit kann eingestellt werden als eine Stunde in jeder Achstundenperiode. Auf diese Weise würde nach Ablauf einer achtstündigen Periode jedes der Netzwerk-Servicemodule zu einem zufälligen Zeitpunkt wäh rend der nachfolgenden sieben Stunden übertragen, gefolgt von einer einstündigen Ruhezeit.
Die Netzwerkkapazität oder der Durchsatz ist begrenzt durch die Wahrscheinlichkeit von Meldungskollisionen bei jedem entfernten Zellknoten 112. Da alle Netzwerk-Servicemodule 110 einen einzigen Trägerkanal teilen und zu Zufallszeiten übertragen, können mehrere Netzwerk-Servicemodule 110 innerhalb eines Bereichs eines gegebenen entfernten Zellknotens 112 gleichzeitig übertragen, wobei die NSM- Paketsignale an dem entfernten Zellknoten 112 kollidieren. Wenn die empfangenen Signalpegel vergleichbar sind, dann interferieren die überlappenden Meldungen gegenseitig, was Empfangsfehler verursacht, und beide Meldungen gehen verloren. Wenn jedoch ein Signal wesentlich stärker wäre als das andere, dann wird das stärkere Signal erfolgreich empfangen. Da zudem beide Signale von wenigstens zwei, und bevorzugterweise vier, entfernten Zellknoten empfangen werden, ist die Wahrscheinlichkeit, daß beide Meldungen empfangen werden, relativ groß, außer wenn die Netzwerk-Servicemodule in dichter räumlicher Nähe sind. Während eines Intervalls T sendet jeder NSM-Übertrager innerhalb einer geographischen Fläche, die einen einzigen entfernten Zellknoten umgibt, eine einzige Meldung aus, und zwar zu einem Zufallszeitpunkt und von einer Dauer M, und an mehrere potentielle entfernte Zellknoten-Empfängerstationen.
N = Nummer des Übertragers/Zelle
M = Meldungsdauer (Sekunden)
T = Meldungsintervall
PC = Wahrscheinlichkeit für Kollision
PS = Wahrscheinlichkeit für keine Kollision
Sobald jeder Übertrager, Ti, die Übertragung beginnt, ist die Wahrscheinlichkeit, daß ein weiterer bestimmter Über trager, Tj, eine weitere Übertragung vollendet oder beginnt, 2M/T. Die Wahrscheinlichkeit, daß es keine Kollision gibt, ist 1-2M/T. Wenn es N-1 andere Übertrager gibt, dann ist die Wahrscheinlichkeit für keine Kollision, PS, gegeben durch
PS = (1 - 2M/T)N-1.
Für große N
PS = (1-2M/T)N
Für einen gegebenen Übertrager, Ti, ist die Wahrscheinlichkeit, daß eine Kollision während dem Intervall T auftritt,
PC = 1 - PS = 1 - (1-2M/T)N.
Die Wahrscheinlichtkeit, daß Kollisionen zu An aufeinanderfolgende Versuchen auftreten, ist
Pcn = (Pc)An
Für M = 0,3 Sekunden, T = 8 Stunden = 28,8 · 10³ Sekunden.
PS = (1 - 2M/T)N 1-2.08 · 10&supmin;&sup5; = (0,999979)N
Aus Sicht eines entfernten Zellknotens hängt die Zahl von Übertragern, NT, deren Signalpegel den Rauschpegel des Emp fängers übersteigt und deshalb zuverlässig empfangen werden kann, ab von:
(a) der Dichte an Übertragern;
(b) dem Übertragungsleistungspegel,
(c) dem Übertragungswegverlust,
(d) Hintergrundrauschen.
Der Übertragungswegverlust ist aufgrund von Dämpfung, Reflexion, Beugung und Streuphänomenen, welche Funktionen des Terrains, der Gebäudestruktur und des Antennenorts sind, hochvariabel. Einige dieser Parameter können sogar auf täglicher oder saisonaler Basis variieren.
Beim Abschätzen der Netzwerk-Leistungsfähigkeit ist das einfache Meldungskollisionsmodell jedoch nicht vollständig genau, da:
1. zufällige Rauschspitzen aus verschiedenen Quellen Meldungen verdecken können, die nicht kollidieren,
2. einige kollidierende Meldungssignale werden von derart ausreichend unterschiedlicher Amplitude sein, daß das stärkere Signal noch korrekt empfangen werden wird.
Ein statistisches Modell kann entwickelt werden, um Daten bereitzustellen, durch welche eine Bestimmung durchgeführt werden kann für die beste Anordnung und Zahl von entfernten Zellknoten für einen bestimmten geographischen Ort. Somit kann das Modell Daten umfassen, die in Bezug stehen zu Häuserdichte, dem oben definierten N-Wert, und die auch in Bezug stehen zu der Dämpfung des Signals und dem Ort und dem Vorhandensein von Bäumen.
Fig. 4 ist eine erläuternde Auflistung von Anwendungen, die durch das Netzwerk-Servicemodul in dem Großflächen- Übertragungsnetzwerk unterstützt werden. Das Nachfolgende ist eine detaillierte Diskussion der Stromzähleranwendung.

Netzwerk-Servicemodul mit einem Stromzähler

Ein Netzwerk-Servicemodul 110 ist schematisch in Fig. 5 gezeigt, und es ist in einem geeigneten Gehäuse 211 angebracht, das in Fig. 6 und 7 erläutert ist, wobei das Gehäuse eine geeignete Anbringungsanordnung zur Befestigung des Gehäuses im Inneren eines herkömmlichen Stromzählers 212 umfaßt. Jedes Netzwerk-Servicemodul ist mit einer jeweiligen physikalischen Vorrichtung gekoppelt. In Fig. 6 ist die physikalische Vorrichtung ein Stromzähler 212.
Es wird auf die Fig. 5, 6 und 7 Bezug genommen. Der Stromzähler 212 umfaßt ein äußeres Gehäuse, welches als eine Abdeckung 213 ausgeführt ist, die im allgemeinen transparent ist. Innerhalb des Gehäuses ist das Zählersystem vorgesehen, welches eine Scheibe 214 umfaßt, die um eine vertikale Achse dreht und mit einer Rate angetrieben wird, die von dem aus der Anlage gezogenen Strom abhängt. Die Anzahl der Umdrehungen der Scheibe 214 wird von einem Zählsystem gezählt, welches mechanische Skalen 215 umfaßt. Der Zähler ist von herkömmlichem Aufbau, und verschiedene Auslegungen sind in der Technik wohlbekannt.
Eine Antenne 217 ist an einer Klammer 216 angebracht, die von dem Gehäuse innerhalb der Abdeckung 213 getragen ist. Die Antenne ist, wie gezeigt, bogenförmig und erstreckt sich um den Umfang der Vorderfläche. Andere Antennenkonfigurationen sind möglich.
Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist die Antenne 217 jedes Netzwerk-Servicemoduls innerhalb der Abdeckung des Zählers angebracht. Somit ist die NSM-Antenne 217 an der Haltestruktur des Netzwerk-Servicemoduls 110 selbst angebracht. Dies ermöglicht es, daß das Netzwerk-Servicemodul 110 relativ billig als eine integrale Vorrichtung gefertigt werden kann, welche in einem Vorgang einfach installiert werden kann. Dies stellt jedoch eine NSM-Antenne 217 bereit, welche über nur relativ kurze Distanzen übertragen kann. Zusätzlich ist der Leistungspegel auf einem relativ niedrigen Wert der Größenordnung von 10 bis 100 Milliwatt gehalten, wobei die Energie hierfür von einem kleineren Batteriesystem bereitgestellt werden kann, welches relativ preiswert ist. Eine NSM-Antenne 217 von dieser Art, welche bei dem obigen Leistungswert überträgt, würde eine Reichweite in der Größenordnung von 1 bis 2 km aufweisen.
Das Netzwerk-Servicemodul 110 ist in einem versiegelten Gehäuse 211, welches eine unsachgemäße Behandlung der Sensoren, des Mikroprozessors und des Speichers, die in dem Gehäuse angeordnet sind, verhindert.
Wir wenden uns nun Fig. 5 zu. Das Netzwerk-Servicemodul kann optional eine Erfassungsvorrichtung umfassen, welches den Mikroprozessor 220 verwendet, welcher, diesem zugeordnet, einen Speicher 221 umfaßt. Ein wesentlicher Sensor dient zur Zählerablesung, zum Messen der Menge von Elektrizität, der Menge von Wasser oder der Menge von verbrauchtem Gas. Ein solcher Sensor erübrigt eine Zählerableseperson, indem er es dem System erlaubt, die Verbrauchsmenge der physikalischen Vorrichtung automatisch zu berichten.
Eine beliebige Zahl von Sensoren kann vorgesehen sein, um Ereignisse unbefugten Eingriffs auf das Netzwerk- Servicemodul der vorliegenden Erfindung zu erfassen, und die Sensoren können angepaßt sein für Elektrizität, Gas, Wasser oder andere Anwendungen. Zum größten Teil würden die von den verschiedenen Sensoren berichteten Informationen als solche mit niedriger Datenrate betrachtet werden. Das Großflächen-Übertragungsnetzwerk unterstützt verteilte Automatisierungsfunktionen, umfassend Zähler-Grundablesung, Benutzungszeit-Zählerablesung, Service-Verbindungs- und Unterbrechungsvorgänge, Alarmbericht, Bericht über Service- Diebstahl, Lastforschung, Wohnungslaststeuerung, kommerzielle und industrielle Lastbeschränkung und verteilte Überwachungssteuerung und Datenbeschaffung (SCADA). Ferner ist das Großflächen-Netzwerk leicht erweiterbar, um neue Anwendungen zu unterstützen, wenn sie entwickelt werden.
Während der Schwerpunkt beispielsweise auf automatischer Zählerablesung und auf Messung der Benutzungsdauer eines Stromzählers liegt, werden andere Funktionen, wie etwa 15 Minuten-Spitzenverbrauchsaufzeichnung, Netzleistungsüberwachung, d. h. Ausfall und Wiederherstellung, Erfassung von unbefugtem Zugriff und Zeiteinhaltung unterstützt.
Es folgt eine repräsentative Auflistung möglicher Sensoren, welche mit dem Netzwerk-Servicemodul der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Jeder Sensor ist optional, und ein Fachmann kann dem Netzwerk-Servicemodul der vorliegenden Erfindung Varianten hinzufügen. Beispielsweise zeigt Fig. 5 erläuternd einen Temperatursensor 227 und einen Batteriepegelsensor 228; jedoch kann jeder Sensor 227, 228 ersetzt werden oder ergänzt durch andere mögliche Sensoren aus der nachfolgenden repräsentativen Liste von Sensoren.
(a) Ein Neigungssensor 222 erfaßt Bewegung des Gehäuses über einen Winkel größer als einen vorbestimmten Winkel, so daß, sobald die Vorrichtung installiert ist, ein Hinweis erhalten werden kann, ob das Gehäuse entfernt ist oder ob der Zähler aus seiner normalen Orientierung bewegt wurde.
(b) Ein Sensor 223 für elektrisches Feld erfaßt die Gegenwart eines elektrischen Felds. Außer bei einem Stromausfall sollte der Sensor für elektrisches Feld fortgesetzt das Vorhandensein eines elektrischen Felds erfassen, außer wenn der Zähler von dem System entfernt wird.
(c) Ein akustischer Sensor 24 erfaßt Schall. Der erfaßte Schall wird über einen Filter 225 übertragen, der dazu ausgebildet ist, durch analoge oder digitale Techniken das Schallsignal zu filtern, um nur den Schall durchzulassen, der durch vorangehende Experimente bestimmt wurde, in Bezug zu Schneid- oder Bohrtätigkeit, insbesondere an der Abdeckung, zu stehen.
(d) Ein Magnetsensor 226 erfaßt die Gegenwart eines magnetischen Felds. Ein magnetisches Feld wird erzeugt durch die Spulen, die die Scheibe drehen, so daß magnetische Felder immer vorhanden sein sollten, außer der Zähler wurde umgangen oder entfernt. Es ist wohlbekannt, daß die Drehrate der Scheibe von dem magnetischen Feld abhängt, und diese Drehrate kann durch Ändern des Magnetfelds durch Anlegen eines Permanent- oder Elektromagnets im Bereich des Zählers verändert werden, um das magnetische Feld zu ändern. Der Magnetsensor 226 spricht deshalb auf Änderungen des Magnetfelds an, die größer sind als eine vorbestimmte Größe, um somit anzuzeigen, daß ein Versuch gemacht wurde, das Magnetfeld benachbart zu der Scheibe zu ändern, um die Drehung der Scheibe zu verlangsamen.
(e) Ein Temperatursensor 227 erfaßt Wärme, so daß die einer bestimmten Zeitperiode zugeordnete Temperatur aufgezeichnet werden kann. Ein Batteriepegelsensor ist bei 228 angedeutet. Die Sensoren 226, 227 und 228 übertragen Information über einen Analog-Digital-Wandler 328 an den Mikroprozessor 220. Die Informationen von den Sensoren 227 und 228 können übertragen werden, um den "Verwaltungs"-Status des Betriebs der Einheit anzugeben. Der Temperatursensor 227 kann bei Bedarf weggelassen werden, und diese Information kann durch von einer öffentlichen Wetterinformationsquelle erhaltene Information ersetzt werden. In einigen Fällen ist der Zähler innerhalb des Gebäudes angeordnet, und somit bleibt die Temperatur im wesentlichen konstant, wohingegen die Außentemperatur bekanntermaßen den Verbrauch sehr drastisch ändert.
(f) Ein Verbrauchssensor umfaßt einen direkten Verbrauchsüberwacher 229, der von einem sehr einfachen Aufbau sein kann, da er nicht als ein genaues Maß für den Verbrauch der verwendeten Elektrizität dienen soll, der direkte Verbrauchsmonitor kann deshalb einfach eine Vorrichtung sein, welche den Wert des erzeugten magnetischen Felds erfaßt, und zwar auf der Annahme, daß dieser Wert proportional zu dem gezogenen Strom ist. Der erhaltene direkte Verbrauchswert kann dann mit einer Messung des Verbrauchs vervollständigt werden, wie er durch die Drehung der Scheibe 214 aufgezeichnet wird. In dem Fall, daß der direkte Verbrauchszähler einen über eine Zeitperiode summierten Verbrauch ergibt, der verschieden ist von dem durch die Drehung der Scheibe 214 gemessenen Verbrauch, und zwar um eine Menge, die größer ist als eine vorbestimmte Größe, dann kann der direkte Verbrauchszähler 229 verwendet werden, um ein Signal für unbefugten Zugriff bereitzustellen. Dies gäbe einen Hinweis auf beispielsweise ein mechanisches Anhängsel, das an die Scheibe gefügt wurde, um den aufgezeichneten Verbrauch zu vermindern.
(g) Ein Vorwärts/Rückwärtssensor 230, der nachfolgend detaillierter beschrieben wird, erfaßt die Rückwärtsdrehung der Scheibe 214 und stellt dem Mikroprozessor bei Erfassung eines solchen Ereignisses eine Eingabe bereit.
(h) Ein Abdeckungssensor 231 wird verwendet, um das kontinuierliche Vorhandensein der Abdeckung 213 zu erfassen. Der Abdeckungssensor umfaßt eine lichtemittierende Diode (LED) 232, welche einen Lichtstrahl erzeugt, der dann auf eine Fotodiode 233 reflektiert wird. Das Fehlen des reflektierten Strahls an der Fotodiode 233 wird erfaßt und als ein Signal für unbefugten Zugriff an den Mikroprozessor 220 übertragen. Der reflektierte Strahl wird durch einen reflektierenden Streifen 234 erzeugt, der an der Innenfläche der Abdeckung benachbart zu der Diode 232 angebracht ist, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist.
Die obigen Sensoren erfassen somit verschiedene Ereignisse unbefugten Zugriffs, so daß das Vorhandensein eines solchen unbefugten Zugriffs in dem Speicher 221 unter der Steuerung des Mikroprozessors 220 aufgezeichnet werden kann.
Der Mikroprozessor 220 umfaßt auch einen Taktsignalgenerator 335, so daß der Mikroprozessor 220 eine Mehrzahl von Zeitperioden erzeugen kann, die aufeinanderfolgend und jeweils von einer vorbestimmten Länge sind. Bei dem gezeigten Beispiel der vorliegenden Erfindung sind die Zeitdauern acht Stunden lang, und der Mikroprozessor 220 ist dazu ausgebildet, in jeder achtstündigen Periode das Vorhandensein eines unbefugten Eingriffs aus einem oder mehreren Signalen für unbefugten Eingriff aufzuzeichnen.
Wie in Fig. 8 gezeigt, wird die Reihe von vorbestimmten Zeitdauern aufgezeichnet mit der zugewiesenen Reihe gegenüber bestimmten Daten und wobei jede achtstündige Periode innerhalb des Tages einen separaten Aufzeichnungsort innerhalb des Speichers 221 aufweist. Eine solche Serie ist in Fig. 8 gezeigt, wobei eine Anzahl von Ereignissen 236 unberechtigten Zugriffs angedeutet ist. Der Ausdruck zeigt somit an, wann ein Ereignis unbefugten Zugriffs 236 aufgetreten ist und er gibt zudem dann an, welche Art von Ereignis unbefugten Zugriffs stattgefunden hat.
Die Drehung der Scheibe 214 wird auch erfaßt, um die Zahl der Drehungen der Scheibe sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung genau aufzuzeichnen.
In Fig. 8 zeigt eine Tabelle 237 in graphischer Form die Menge von Drehungen einer Scheibe, und zwar aufgezeichnet in achtstündigen Perioden, wie vorangehend beschrieben. Für eine Zeitperiode ist dargestellt, daß die Scheibe in eine Rückwärtsrichtung 238 gedreht hat. Immer wenn die Scheibe in eine Rückwärtsrichtung dreht, wird die Rückwärtsdrehung von der Zahl von Drehungen abgezogen, die auf dem herkömmlichen Aufzeichnungssystem 215, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, gezählt werden.
Wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt, wird die Erfassung der Drehung der Scheibe durchgeführt durch die Bereitstellung eines dunklen Segments 239, das an der Unterseite der Scheibe ausgebildet ist, was den Rest der Scheibe als ein reflektierendes oder weißes Material beläßt. Das Erfassungssystem stellt somit ein Paar von lichtemittierenden Dioden 240, 241 bereit, welche an dem Gehäuse positioniert sind, um Licht auf die Unterseite der Scheibe zu richten. Die lichtemittierenden Dioden 240, 241 weisen um die Scheibe einen winkelmäßigen Abstand auf. Die Dioden sind Fotodioden 242, 243 zugeordnet, welche Licht empfangen, wenn die Scheibe derart positioniert ist, daß das Licht von der zugeordneten lichtemittierenden Diode 240, 241 auf den re flektierenden Teil der Scheibe fällt, und das Licht wird unterbrochen, wenn der dunkle Teil der Scheibe die verlangte Position erreicht. Grundsätzlich wird deshalb eine des Paars lichtemittierende Dioden 240, 241 oder Fotodioden 242, 243 verwendet, um den Durchlauf des dunklen Segments zu erfassen, was selbstverständlich eine Drehung der Scheibe 214 ist. Die Richtung der Drehung wird dann erfaßt durch Überprüfen durch die andere des Paars, ob das dunkle Segment die erste des Paars erreicht und ob die zweite des Paars auch das dunkle Segment sieht, oder ob sie das reflektierende Material sieht. Vorausgesetzt, daß die Sensoren mit richtigem Abstand in Bezug auf die Abmessung des Segments angeordnet sind, gibt dies deshalb die Richtung an, in welche die Scheibe gedreht wird, um die Position zu erreichen, die durch die erste des Paars Dioden erfaßt wird.
Um Energie zu sparen, sind die Sensoren hauptsächlich in einem Abtastmodus, der einen adaptiven Abtastratenalgorithmus verwendet. In einem Beispiel ist das dunkle oder nicht reflektierende Segment 108º des Bogens, und es ist eine 50º-Verlagerung zwischen den Sensoren vorgesehen. Bei einem praktischen Beispiel eines herkömmlichen Zählers liegt die maximale Drehrate in der Größenordnung von zwei Umdrehungen pro Sekunde. Ein Grund-Abtastintervall kann ausgewählt werden bei 125 m/sec, kurz genug um sicherzustellen, daß wenigstens eine dunkle Abtastung von dem dunklen Segment erhalten wird. Während des Betriebs wird nur das erste Paar von Sensoren kontinuierlich abgetastet. Wenn eine Dunkel- Antwort beobachtet wird, wird eine zweite bestätigende Abtastung erzielt, und die Abtastrate wird auf 16 pps erhöht. Sobald ein helles Segment der Scheibe erfaßt wird, wird der zweite Sensor abgetastet. Wenn der zweite Sensor noch das dunkle Segment sah, dann wird Drehung im Uhrzeigersinn festgestellt. Wenn ein helles Segment erfaßt würde, dann wird Drehung gegen den Uhrzeigersinn angezeigt.
Bei niedrigeren Geschwindigkeiten ergibt der Algorithmus eine Abtastrate von 8 pps für 70% einer Drehung und 16 pps für 30% einer Drehung für das erste Paar von Sensoren plus zwei Abtastungen für die Richtungserfassung des zweiten Paars. Für einen jahresmittleren Verbrauch von 12.000 kWh dreht die Scheibe näherungsweise 1,6 millionenmal.
Um die Gegenwart von Streulicht zu erfassen, das die Messungen stören könnte, wird die Fotodiodenausgabe unmittelbar vor und unmittelbar nach der Aktivierung der lichtemittierenden Diode (LED) abgetastet. Wenn Licht erfaßt wird bei abgeschalteter LED, wird Streulicht angezeigt, und ein Alarm kann nach einer bestätigenden Überprüfung initiiert werden. Letztere kann eine Überprüfung von anderen Sensoren, wie etwa des nachfolgend beschriebenen optischen Kommunikations-Port-Sensors umfassen.
Wie in Fig. 5 gezeigt, wird die Übertragung von der Zähler- Lese-Einheit durch Funkübertragung von dem Mikroprozessor 220 über eine Modulationsvorrichtung 250 durchgeführt, welche die Verbindung mit der Antenne 322 bildet. Die Übertragung des Signals wird unter der Steuerung des Mikroprozessors 220 durchgeführt. Die durch die Modulationsvorrichtung 250 durchgeführte Modulation kann von einer geeigneten Art sein, umfassend beispielsweise Phasenmodulation unter Amplitudenumtastung ("amplitude shift keying") (ASK), Phasenumtastung ("phase shift keying") (PSK), wie etwa binäres PSK (BPSK), Frequenzmodulation unter Verwendung von Frequenzumtastung ("frequency shift keying") (FSK), wie etwa beispielsweise binäres FSK oder Streuspektrums-Modulation ("spread spectrum modulation"). Dies erlaubt es dem System, ohne Zuweisung einer bestimmten Frequenz verwendet zu wer den, so daß das Signal Empfängern, die nicht Zugang zu dem Dekodieralgorithmus haben, mit dem das Signal aus den verschiedenen Frequenzen, auf denen es übertragen wird, zurückerhalten werden kann, lediglich als Rauschen erscheint.

Entfernte Zellknoten

Eine Mehrzahl von entfernten Zellknoten 112 in Fig. 1 ist innerhalb des geographischen Bereichs angeordnet, und sie sind näherungsweise gleichförmig derart angeordnet, daß jedes Netzwerk-Servicemodul 110 innerhalb der Reichweite von mehreren entfernten Zellknoten 112 angeordnet ist, um eine überlappende Abdeckung bereitzustellen. Die entfernten Zellknoten 112 könnten typischerweise mit Abständen von 0,5 Meilen an Leitungs- oder Lichtmasten angebracht sein. Jeder entfernte Zellknoten 112 stellt eine Abdeckung über einen begrenzten Bereich bereit, etwa wie die Zelle in einem zellularen Telefonnetzwerk. Entfernte Zellknoten 112 sind bevorzugterweise mit einem solchen Abstand voneinander angeordnet, daß sie überlappende Abdeckung bereitstellen, so daß im Mittel jedes durch ein Netzwerk-Servicemodul 110 übertragenes NSM-Paketsignal von 3 oder 4 entfernten Zellknoten 112 empfangen wird, und dies selbst bei Gegenwart von Schwund bzw. Fading. Folglich hat die Errichtung eines hohen Gebäudes nahe einem Netzwerk-Servicemodul 110 eine geringe oder keine Auswirkung auf den Meldungsempfang, und auch das Versagen eines entfernten Zellknotens 112 führt nicht zum Verlust von NSM-Paketsignalen oder NSM-Daten.
Wie in Fig. 9 erläuternd dargestellt ist, umfaßt jeder entfernte Zellknoten (RCN) 112 von Fig. 1 eine RCN- Übertragereinrichtung, eine RCN-Empfängereinrichtung, eine RCN-Speichereinrichtung, eine RCN-Prozessoreinrichtung und eine RCN-Antenne 422. Die RCN-Übertragereinrichtung, die RCN-Empfängereinrichtung, die RCN-Speichereinrichtung und die RCN-Prozessoreinrichtung kann ausgeführt sein als ein RCN-Übertrager 418, ein RCN-Empfänger 416, ein RCN-Speicher 415 bzw. ein RCN-Prozessor 414. Der RCN-Übertrager 418 und der RCN-Empfänger 416 sind mit der RCN-Antenne 422 gekoppelt. Der RCN-Prozessor 414 ist gekoppelt mit dem RCN- Übertrager 418, dem RCN-Empfänger 416 und dem RCN-Speicher 415.
Der RCN-Übertrager 418 überträgt unter der Steuerung des RCN-Prozessors 414 ein RCN-Synchronisationssignal und/oder ein Steuersignal unter der Verwendung von Funkwellen auf der ersten Trägerfrequenz oder der zweiten Trägerfrequenz. Die Auswahl der Frequenz hängt davon ab, welche Frequenz für den NSM-Empfänger 316 bei jedem der Mehrzahl von Netzwerk-Servicemodulen 110 verwendet wird. Die Übertragung eines RCN-Synchronisationssignals und/oder eines Steuersignals von dem RCN-Übertrager ist optional und wird dann verwendet, wenn der NSM-Empfänger 316 bei dem Netzwerk- Servicemodul 110 verwendet wird. Das Steuersignal kann Signalisierungsdaten umfassen, welche an das Netzwerk- Servicemodul 110 gesendet werden. Die Signalisierungsdaten können das Netzwerk-Servicemodul 110 auffordern, Zustandsdaten oder andere Daten zu übertragen, die Berichtszeitperiode einstellen, zum Beispiel von einer 8-Stunden- Periode auf eine 4-Stunden-Periode, und andere Befehle, Steuerungen und "Verwaltungs"-Aufgaben, wenn nötig.
Der RCN-Empfänger 416 empfängt auf der ersten Trägerfrequenz eine Vielzahl von NSM-Paketsignalen, welche von einer Vielzahl von Netzwerk-Servicemodulen 110 über Funkwellen übertragen werden. Jedes der Vielzahl von NSM-Paketsignalen wird typischerweise zu einem unterschiedlichen Zeitpunkt empfangen, da sie zu einer Zeit übertragen werden, welche zufällig oder pseudozufällig aus der vorbestimmten Zeitdauer bestimmt wird. Die Vielzahl von Netzwerk-Servicemodulen 110 ist üblicherweise eine Untermenge der Mehrzahl von Netzwerk-Servicemodulen 110. Die empfangenen NSM- Paketsignale werden von dem RCN-Prozessor 414 mit einer Zeitmarke versehen und in dem RCN-Speicher 415 temporär gespeichert, bevor sie zu der nächsthöheren Netzwerkebene übertragen werden. Der RCN-Empfänger 416 empfängt auch Abfragesignale von der zwischengeordneten Datenstation 114 und horcht bzw. lauscht nach benachbarten entfernten Zellknoten, wenn diese von der zwischengeordneten Datenstation 114 abgefragt werden.
Der RCN-Prozessor 414 faßt die von den Netzwerk- Servicemodulen empfangenen NSM-Paketsignale zusammen, identifiziert Duplikate von NSM-Paketsignalen und löscht die duplizierten NSM-Paketsignale. Der RCN-Prozessor 414 steuert den RCN-Übertrager 418 und den RCN-Empfänger 416. Der RCN-Speicher 415 speichert die empfangene Vielzahl von NSM- Paketsignalen. Somit wird jedes der NSM-Paketsignale, wie es von den Netzwerk-Servicemodulen 110 empfangen wird, von jedem der entfernten Zellknoten 112 empfangen, dekodiert und in dem RCN-Speicher 415 gespeichert.
Der entfernte Zellknoten 112 umfaßt einfach ein geeignetes widerstandsfähiges Gehäuse, welches auf einem Gebäude, Lichtmast oder Strommast an einem geeigneten Ort in der betroffenen Gegend angebracht werden kann. Der entfernte Zellknoten 112 kann batteriebetrieben sein und er kann eine einfache Rundstrahlantenne als ein integriertes Teil des Gehäuses oder daran gelagert aufweisen.
Die an den entfernten Zellknoten 112 periodisch akkumulierte Information wird über eine abgefragte Funkübertragungsverbindung an einen höherrangigen Netzwerkknoten weitergeleitet, der, wie in Fig. 1 dargestellt, als zwischengeordnete Datenstation 114 bezeichnet wird. Die Übertragungsver bindung kann alternativ über Kabel oder einen anderen Übertragungskanal erfolgen. Die zwischengeordneten Datenstationen 114 sind typischerweise mit Abständen von 4 Meilen angeordnet und können günstigerweise bei Unterstationen angeordnet sein und eine Abdeckung von bis zu 100 Zellen bereitstellen. Entfernte Zellknoten empfangen auch Zeitinformation und Steuersignale von zwischengeordneten Datenstationen.
Wenn ein Abfragesignal von einer zwischengeordneten Datenstation 114 gesendet wird, überträgt der RCN-Übertrager 418 bei der ersten Trägerfrequenz die gespeicherte Vielzahl von NSM-Paketsignalen als ein RCN-Paketsignal an die zwischengeordnete Datenstation 114.
Wenn ein erster entfernter Zellknoten mit einem ersten Abfragesignal von der zwischengeordneten Datenstation abgefragt wird, empfangen benachbarte entfernte Zellknoten 112 das von dem ersten entfernten Zellknoten übertragene RCN- Paketsignal. Bei Empfang eines Bestätigungssignals von der zwischengeordneten Datenstation, welche den ersten entfernten Zellknoten abgefragt hat, an den benachbarten entfernten Zellknoten 112 löscht der jeweilige RCN-Prozessor aus dem jeweiligen RCN-Speicher Meldungen von den Netzwerk- Servicemodulen, die die gleiche Meldungsidentifizierungsnummer aufweisen, wie die Meldungen, die in dem RCN- Paketsignal von dem ersten entfernten Zellknoten an die zwischengeordnete Datenstation übertragen wurden. Die Meldungsidentifizierungsnummer ist in einem typischen NSM- Datenpaket in Fig. 3 dargestellt.
Fig. 1 stellt eine Mehrzahl von Netzwerk-Servicemodulen 110 dar. Die Netzwerk-Servicemodule 110 sind in einem Muster über dem Grund dargestellt. Dieses Muster hängt ab von den Orten der Netznutzung, welche im allgemeinen nicht ein be stimmtes Muster aufweisen und welche hinsichtlich der Dichte von Ort zu Ort nennenswert variiert.
Die entfernten Zellknoten 112 sind regelmäßig angeordnet, wobei ein Abstand zwischen den entfernten Zellknoten 112 in Bezug auf die Netzwerk-Servicemodule 110 derart vorgesehen ist, daß jedes Netzwerk-Servicemodul 110 an wenigstens zwei und bevorzugterweise vier der entfernten Zellknoten 112 übertragen kann. Somit sind die entfernten Zellknoten 112 mit signifikant höherer Zahl vorgesehen, als es unbedingt notwendig ist, damit die Signale von jedem Netzwerk- Servicemodul 110 von einem bestimmten der entfernten Zellknoten 112 empfangen werden. Die entfernten Zellknoten 110 empfangen theoretisch in hohem Maß doppelte Information. In einer normalen Wohngegend würde eine Anordnung der entfernten Zellknoten 112 derart, daß jedes Netzwerk-Servicemodul 110 von vier derartigen Zellknoten 112 empfangen werden kann, zu einer regelmäßigen Anordnung führen, bei welcher jeder entfernte Zellknoten 112 auf etwa 1000 der Netzwerk- Servicemodule 110 antworten würde.
Jedes der Netzwerk-Servicemodule 110 ist dazu ausgebildet, einen akkumulierten Wert der Netzbenutzung für eine eingestellte Zeitdauer, welche in dem dargestellten Beispiel 8 Stunden ist, zu berechnen. Nachfolgend zu der achtstündigen Periode trifft die NSM-Steuerung 314 die Vorbereitungen, um die Information in einem Paket von Daten als ein NSM- Paketsignal zu übertragen. Das Paket von Daten umfaßt:
(a) die Summe der Benutzung während der eingestellten Dauer, zum Beispiel 8 Stunden.
(b) Die in dem NSM-Speicher 315 bisher akkumulierte Benutzungssumme. Die Übertragung dieser Information stellt sicher, daß selbst dann, wenn eine Meldung verloren geht, was dazu führt, daß die Summe für eine der Zeitdauern nicht an die zentrale Datenstation übertragen wird, die zentrale Datenstation 120 die Menge in den fehlenden Zeitdauern aus der akkumulierten Summe zurückrechnen kann.
(c) Einige oder alle der oben angegebenen Signale in Bezug auf unbefugten Zugriff.
(d) Den Zeitpunkt der Übertragung.
(e) Eine Meldungsnummer, so daß die Meldungen aufeinanderfolgend numeriert sind. Auf diese Weise kann der entfernte Zellknoten 112 wiederum bestimmen, ob eine Meldung verloren ging oder ob die erhaltene Information lediglich eine Duplikat-Meldung von einer doppelten der empfangenden Stationen ist.
(f) Verwaltungsinformation in Bezug auf den Zustand des Netzwerk-Servicemoduls 110, beispielsweise die Temperatursensorwerte und die Batteriepegelanzeige- Sensorwerte.
Wenn an dem entfernten Zellknoten 112 Information empfangen wird, wirkt der RCN-Prozessor 414 dahingehend, die empfangene Information in dem RCN-Speicher 415 zu speichern und die Information dann zu analysieren. Der erste Schritt der Analyse ist es, aus den empfangenen Meldungen den Identifizierungscode, der das jeweilige Netzwerk-Servicemodul 110 betrifft, zu extrahieren. Die dieses Netzwerk-Servicemodul 110 betreffende Information wird in ein RCN- Speicherregister eingefügt, welches dieses Netzwerk- Servicemodul 110 betrifft, um die bereits gespeicherte Information zu aktualisieren.
Eine Technik zur Vermeidung der Übertragung von duplizierter Information von den entfernten Zellknoten 112 zu der zwischengeordneten Datenstation 114 verlangt es, daß jeder entfernte Zellknoten 112 die Übertragungen der anderen entfernten Zellknoten 112 überwacht. Wenn die Signale über wacht werden, wird die übertragene Information mit der in dem überwachenden entfernten Zellknoten 112 gespeicherten Information verglichen, und wenn irgendwelche redundante Information in dem Speicher des überwachenden entfernten Zellknotens 112 gefunden wird, wird die redundante Information dann gelöscht. Unter Verwendung dieser Technik wird dann, wenn ein sehr hohes Maß an Redundanz verwendet wird, die Zeit zur Übertragung von den entfernten Zellknoten 112 an die zwischengeordnete Datenstation nicht signifikant erhöht.
In Ergänzung zu der periodischen Übertragung der Verbrauchsdaten kann jedes Netzwerk-Serivcemodul 110 dazu programmiert werden, ein Alarmsignal zu übertragen, wenn der Wegfall der elektrischen Spannung oder ein übermäßiger unbefugter Zugriff auf das Netzwerk-Servicemodul erfaßt wird. Die Übertragung des Alarmsignals kann um eine kurze zufällige Zeitdauer verzögert werden, so daß dann, wenn der Spannungsverlust aufgrund eines eine Mehrzahl von Orten betreffenden Stromausfalls auftritt, nicht alle Signale zur gleichen Zeit empfangen werden. Die entfernten Zellknoten 112 und die zwischengeordneten Datenstationen 114 können dazu programmiert sein, derartige Alarmsignale sofort weiter zu übertragen. Auf diese Weise erhält die zentrale Datenstation 120 unmittelbare Information in Bezug auf Stromausfälle, einschließlich der betroffenen Gegend. Dies erlaubt es natürlich, schnelle Instandsetzungsfunktionen einzuleiten.
In Ergänzung zu der automatischen Alarmsignalübertragung können die zentrale Datenstation oder die zwischengeordneten Datenstationen eine Anforderung zur Übertragung von Daten an ein bestimmtes Netzwerk-Servicemodul über einen Echtzeitkanal senden. Bei Empfang einer solchen Anforderung antwortet das Netzwerk-Servicemodul mit einer laufenden Ab lesung der Netzbenutzung, des Alarmzustands oder anderer verlangter Daten. Dieser Echtzeitkanal erlaubt es der zentralen Datenstation, minutengenaue Daten zu sammeln, anstatt auf die nächste gemäß Zeitplan vorgesehene Übertragung durch das Netzwerk-Servicemodul zu warten. Dieser Echtzeitkanal kann auch dazu verwendet werden, eine Netzunterbrechung oder andere Befehle von der zentralen Datenstation an ein bestimmtes Netzwerk-Servicemodul zu schicken, wobei nahezu sofortige Ergebnisse eintreten, wenn dies nötig ist.
Ferner können die entfernten Zellknoten 112 dazu ausgebildet sein, Steuersignale für Betriebsausrüstungen innerhalb des Grundstücks, in dem das Netzwerk-Servicemodul 110 angeordnet ist, zu übertragen. Die entfernten Zellknoten 112 sind notwendigerweise geeignet regelmäßig angeordnet, um derartige Informationen zu übertragen, so daß die Information in jedem der betroffenen Grundstücke unter Verwendung einer relativ kleinen Übertragungsleistung und unter Verwendung der für das Zählerablesesystem bereits vorhandenen Ausrüstung empfangen werden kann. Diese Übertragungsfähigkeit kann verwendet werden, um beispielsweise funkgesteuerte Schalter innerhalb des Grundstücks für Ausrüstungen für relativ hohe Spannung zur Lastabschaltung bei Spitzenperioden zu steuern. Bei ähnlichen Anordnungen kann das Netzwerk-Servicemodul 110 eine Empfangsmöglichkeit aufweisen, um die Erfassung von Signalen zu ermöglichen, die von den entfernten Zellknoten 112 übertragen werden. In einem Beispiel können diese Signale Synchronisationssignale derart betreffen, daß jedes der Netzwerk-Servicemodule 110 mit dem entfernten Zellknoten 112 und/oder der zwischengeordneten Datenstation 114 und der zentralen Datenstation 120 exakt zeitsynchronisiert ist. Diese exakte Synchronisierung kann dazu verwendet werden, um den Verbrauch während besonderer Zeitdauern genau zu erfassen, was es dem Netzbetreiber er möglicht, für den Verbrauch während verschiedener Zeitperioden verschiedene Beträge zu berechnen, um den Verbrauch zu Nicht-Spitzenzeiten zu fördern, und dies wieder zum Zwecke der Lastverteilung.
Die Abschwächung eines Funksignals ist proportional zum inversen Abstand von der QuelleN. Im freien Raum ist N gleich 2. Bei realistischeren Beispielen, wo Gebäude, Bäume und andere geographische Hindernisse stören, liegt die Potenz N im allgemeinen zwischen 4,0 und 5,0. Diese Störung vermindert somit den Abstand, über den das Signal von dem Netzwerk-Servicemodul überwacht werden kann, nennenswert. Somit ist die Anzahl von Netzwerk-Servicemodulen, welche von einem einzigen entfernten Zellknoten überwacht werden kann, nennenswert vermindert. Ferner vermindert das große N die Signalstärke nach einem vorbestimmten Abstand schnell, so daß ein Netzwerk-Servicemodul, welches bei einem bestimmten Abstand wirksam überwacht werden kann, die Signalstärke nach diesem Abstand schnell abfällt. Dies ermöglicht es, daß die durch jeden entfernten Zellknoten 112 definierten Zellen von recht spezifischer Größe sind und daß der Grad an Überlapp von Zellen in der Praxis ohne große statistische Variationen eingestellt werden kann.
Ein Vorteil dieses Systems ist es, daß Netzwerk- Servicemodule, die in einer Position angeordnet sind, welche geographisch gesehen sehr nachteilig für die Übertragung zu dem nächsten entfernten Zellknoten ist, von einem anderen der entfernten Zellknoten überwacht werden können. Somit können bei herkömmlichen Systemen einige der Netzwerk-Servicemodule aufgrund eines speziellen geographischen Problems überhaupt nicht überwacht werden. Bei der vorliegenden Erfindung ist diese Möglichkeit aufgrund der Tatsache nennenswert vermindert, daß das betroffene Netzwerk- Servicemodul wahrscheinlich in einer Position ist, um von einer größeren Zahl von entfernten Zellknoten überwacht zu werden, so daß das geographische Problem wahrscheinlich nicht alle entfernte Zellknoten betrifft.
Die erhöhte Dichte entfernter Zellknoten erlaubt es den Netzwerk-Servicemodulen, mit einer integralen NSM-Antenne zu arbeiten, welche als Teil der Zählerleseeinheit ausgebildet sein kann, die innerhalb des herkömmlichen Stromverbrauchszählers angeordnet sein kann. Auf diese Weise kann das Netzwerk-Servicemodul innerhalb des Zählergehäuses vollkommen aufgenommen sein, was es ermöglicht, daß die Installation innerhalb einer sehr kurzen Zeitdauer abgeschlossen ist, was eine aufgrund von Verdrahtungsproblemen hervorgerufene Unzufriedenheit des Kunden vermeidet und die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung einer separat montierten NSM-Antenne vermindert. Zudem vermindert diese Anordnung die Kosten des Netzwerk-Servicemoduls signifikant auf einen Wert, die Installation des Systems ökonomisch gesehen gangbar zu machen.
Die vorliegende Erfindung kann ein System einsetzen, bei dem die Netzwerk-Servicemodule nur während einer vorbestimmten Zeitdauer übertragen dürfen, so daß eine freie Zeitdauer vorhanden ist, um auf der gleichen Frequenz zwischen der zwischengeordneten Datenstation und dem entfernten Zellknoten ohne Störung durch die Netzwerk- Servicemodule zu übertragen. Diese Übertragungsebene kann ausgeführt werden unter Verwendung eines Abfragesystems von den zwischengeordneten Datenstationen an jeden der entfernten Zellknoten, was wiederum bevorzugterweise ein direktionales Übertragungssystem an der zwischengeordneten Datenstation umfaßt. Dieses System erlaubt die Optimierung der Dichte entfernter Zellknoten, um Kosten/Performance- Kriterien bei verschiedenen Einsatzszenarien zu erfüllen.
Durch Erkennen der nichtflüchtigen Natur der Informationsquelle und der Hinnehmbarkeit des Verpassens einer gelegentlichen Aktualisierung aufgrund von Übertragungsfehlern oder Kollisionen ermöglicht die vorliegende Erfindung die Implementierung von Datensammelnetzwerken von größerer Einfachheit und bei niedrigeren Kosten, als es mit bestehenden Ansätzen für Verbindungsnetzwerke möglich ist, die Zweiwegübertragung umfassen. Die vorliegende Erfindung stellt deshalb ein Funkübertragungsnetzwerk bereit, welches dazu eingesetzt werden kann, Daten von einer großen Zahl von Zählerüberwachungsvorrichtungen zu sammeln, die über ein großes Gebiet verteilt sind, und zwar unter Verwendung von Übertragern mit sehr niedriger Leistung und in Verbindung mit einer regelmäßigen Anordnung entfernter Zellknoten, die alle auf einem einzigen Funkübertragungskanal bzw. einer einzigen Frequenz arbeiten.

Zwischengeordnete Datenstation

Die Mehrzahl zwischengeordneter Datenstationen 114 ist innerhalb des geographischen Gebiets angeordnet und sie sind mit Abstand voneinander angeordnet, um ein Netz zu bilden, das dem geographischen Gebiet überlagert ist. Die zwischengeordneten Datenstationen sind typischerweise mit einem solchen Abstand voneinander angeordnet, daß sie große geographische Gebiete abdecken. Die zwischengeordneten Datenstationen sind bevorzugterweise derart mit Abstand voneinander angeordnet, daß sie überlappende Abdeckung bereitstellen, so daß, im Mittel, ein von einem entfernten Zellknoten übertragenes RCN-Paketsignal von zwei oder mehr zwischengeordneten Datenstationen empfangen wird.
Wie in Fig. 10 erläuternd dargestellt ist, umfaßt jede zwischengeordnete Datenstation eine erste IDT- Übertragereinrichtung, eine zweite IDT- Übertragereinrichtung, eine IDT-Speichereinrichtung, eine IDT-Prozessoreinrichtung, eine erste IDT- Empfängereinrichtung, eine zweite IDT-Empfängereinrichtung und eine IDT-Antenne. Die erste IDT-Übertragereinrichtung, die zweite IDT-Übertragereinrichtung, die IDT- Speichereinrichtung, die IDT-Prozessoreinrichtung, die erste IDT-Empfängereinrichtung und die zweite IDT- Empfängereinrichtung können ausgeführt sein als ein erster IDT-Übertrager 518, ein zweiter IDT-Übertrager 519, ein IDT-Speicher 515, ein IDT-Prozessor 514, ein erster IDT- Empfänger 521 bzw. ein zweiter IDT-Empfänger 522. Der erste IDT-Übertrager 518 und der erste IDT-Empfänger 521 sind mit der IDT-Antenne 522 gekoppelt. Der IDT-Prozessor 514 ist mit dem ersten IDT-Übertrager 518 und dem zweiten IDT- Übertrager 519 und dem ersten IDT-Empfänger 521 und dem zweiten IDT-Empfänger 522 gekoppelt. Der zweite IDT- Übertrager 519 und der zweite IDT-Empfänger 522 können als eine Vorrichtung, wie etwa ein Modem 523, ausgeführt sein.
Der erste IDT-Übertrager 518 unter der Steuerung des IDT- Prozessors 514 umfaßt einen Synthesizer oder eine gleichwirkende Schaltung, um die Trägerfrequenz zu steuern und es dem ersten IDT-Übertrager 518 zu ermöglichen, die Trägerfrequenz zu ändern. Der erste IDT-Übertrager 518 überträgt bevorzugterweise auf der ersten Trägerfrequenz oder der zweiten Trägerfrequenz das erste Abfragesignal unter Verwendung eines ersten Abfrage-Zugriff-Protokolls an die Mehrzahl entfernter Zellknoten. Wenn das erste Abfragesignal von einem entfernten Zellknoten empfangen wird, antwortet der entfernte Zellknoten durch Aussenden des RCN- Paketsignals an die zwischengeordnete Datenstation, die das erste Abfragesignal gesendet hat. Wenn die zwischengeordnete Datenstation das RCN-Paketsignal erfolgreich empfängt, dann sendet der erste IDT-Übertrager 518 ein Bestätigungs signal an den entfernten Zellknoten. Bei Empfang des Bestätigungssignals löscht der RCN-Prozessor 414 an dem entfernten Zellknoten die in dem RCN-Paketsignal an die zwischengeordnete Datenstation gesendeten Daten aus dem RCN- Speicher 415.
Die Signalübertragung kann durch Funkwellen über einen Kanal im freien Raum oder unter Verwendung eines Hochfrequenzsignals über ein Kabel oder einen anderen Kanal erfolgen. Somit kann der Übertragungskanal zwischen dem entfernten Zellknoten und den zwischengeordneten Datenstationen freier Raum, Kabel oder eine Kombination hiervon oder andere gleichwirkende Kanäle sein. Zwischengeordnete Datenstationen können auch ein IDT-Synchronisationssignal übertragen, um Zeitgeberinformation und Steuersignale an entfernte Zellknoten zu bringen. Entfernte Zellknoten, welche wichtige SCADA-Funktionen ausführen, können häufiger abgefragt werden als eine zwischengeordnete Datenstation, um die Netzwerk-Antwortzeit zu vermindern.
Der erste IDT-Empfänger 521 empfängt das RCN-Paketsignal, das auf der ersten Trägerfrequenz von dem entfernten Zellknoten, der abgefragt wurde, übertragen wurde. Somit hat, nach sequentieller Abfrage einer Vielzahl entfernter Zellknoten 112, der erste IDT-Empfänger 521 zeitsequentiell eine Vielzahl von RCN-Paketsignalen empfangen. Die Vielzahl von RCN-Paketsignalen ist üblicherweise eine Untermenge der Mehrzahl von RCN-Paketsignalen.
Der IDT-Speicher 515 speichert die empfangenen RCN- Paketsignale. Der IDT-Prozessor 514 faßt die NSM- Paketsignale, die in den RCN-Paketsignalen enthalten sind, die von der Vielzahl entfernter Zellknoten erhalten wurden, zusammen, identifiziert Duplikate von NSM-Paketsignalen und löscht die duplizierten NSM-Paketsignale, d. h. Meldungen von Netzwerk-Servicemodulen, welche die gleiche Meldungsidentifizierungsnummer aufweisen.
In Antwort auf ein zweites Abfragesignal von einer zentralen Datenstation 120 überträgt der zweite IDT-Übertrager 519 die gespeicherte Vielzahl von RCN-Paketsignalen als ein IDT-Paketsignal an die zentrale Datenstation 120. Der zweite IDT-Übertrager 519 und der zweite IDT-Empfänger 522 können als ein Modem 523 oder eine andere Vorrichtung zur Übertragung von Information über ein Übertragungsmedium 525 ausgeführt sein, welches die zwischengeordnete Datenstation über eine Telefonleitung oder einen anderen Übertragungskanal mit der zentralen Datenstation verbindet.
Die zwischengeordneten Datenstationen können eine oder mehrere Richtungsantennen 522 umfassen. Die zwischengeordnete Datenstation ist dazu ausgebildet, während der Ruhezeit die Antenne 522 oder die Antennen auf jeden der entfernten Zellknoten zu richten und an den jeweiligen entfernten Zellknoten das erste Anfragesignal zu übertragen, was den entfernten Zellknoten aufruft, die gespeicherte Information aus dem RCN-Speicher 415 zu übertragen. Die Verwendung von mehr als einer Antenne kann die Kommunikation mit mehreren als einem Zellknoten zur gleichen Zeit erlauben. Von dem entfernten Zellknoten wird deshalb lediglich verlangt, die Information bei Anforderung in einem zusammengefügten Paket zu übertragen, welches an die zwischengeordnete Datenstation übertragen wird und zur Analyse gesammelt wird.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das erfindungsgemäße Verfahren ohne die Mehrzahl zwischengeordneter Datenstationen ausgeführt werden, in welchem Fall die zentrale Datenstation die Rollen und Funktionen übernimmt, die andernfalls von den zwischengeordneten Datenstationen bereitgestellt werden würden.

Zentrale Datenstation

An der oberen Ebene der Hierarchie findet sich eine zentrale Datenstation 120, welche als ein Netzwerk-Steuerzentrum und ein Datenkonsolidierungspunkt wirkt. Die zentrale Datenstation 120 steuert den Grund-Netzwerkbetrieb, was es der zentralen Datenstation ermöglicht, globale Entscheidungen in Bezug auf die Netzwerkorganisation zu treffen. Der Zweck der zentralen Datenstation ist es, die Information von einer Mehrzahl von Netzwerkknoten in einer kohärenten Form zu integrieren, welche an verschiedene Netzbetreibergruppen für spezifische Anwendungen weitergegeben werden kann. In Ergänzung zur Verbindung regionaler Datenstationen ist die zentrale Datenstation mit verschiedenen kritischen SCADA-Standorten verbunden, wobei einige von diesen zusammen mit zwischengeordneten Datenstationen an Unterstationen angeordnet sein können. Auf dieser Ebene gibt es relativ wenige Übertragungsverbindungen, so daß die benötigten ausgewählt werden können, um Kosten, Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit zu optimieren. Die Übertragung zwischen der zentralen Datenstation 120 und der Mehrzahl von zwischengeordneten Datenstationen 114 wird ausgeführt unter Verwendung eines Übertragungsmediums 525, wie etwa Telefonleitungen, T1-Trägern, faseroptischen Kanälen, Koaxialkabelkanälen, Mikrowellenkanälen oder Satellitenverbindungen.
Wie in Fig. 11 erläuternd dargestellt ist, umfaßt die zentrale Datenstation (CDT) eine CDT-Übertragereinrichtung, eine CDT-Empfängereinrichtung, eine CDT- Prozessoreinrichtung und eine CDT-Speichereinrichtung. Die CDT-Übertragereinrichtung, die CDT-Empfängereinrichtung, die CDT-Prozessoreinrichtung und die CDT- Speichereinrichtung können ausgeführt sein als ein CDT- Übertrager 618, ein CDT-Empfänger 616, ein CDT-Prozessor 614 bzw. ein CDT-Speicher 615. Der CDT-Übertrager 618 und der CDT-Empfänger 616 sind mit dem Übertragungsmedium 525 gekoppelt. Der CDT-Prozessor 614 ist mit dem CDT-Übertrager 618, dem CDT-Empfänger 616 und dem CDT-Speicher 615 gekoppelt. Der CDT-Übertrager 618 und der CDT-Empfänger 616 können ein Modem 625 sein oder eine andere geeignete Vorrichtung zur Übertragung von Information über das Übertragungsmedium 525 zwischen der zentralen Datenstation 120 und jeder zwischengeordneten Datenstation 114.
Der CDT-Übertrager 618 überträgt das zweite Abfragesignal zeitsequentiell unter Verwendung eines zweiten Abfragezugriffprotokolls an die Mehrzahl von zwischengeordneten Datenstationen. Der CDT-Empfänger 616 empfängt eine Mehrzahl von IDT-Paketsignalen. Der CDT-Prozessor 614 dekodiert die Mehrzahl von IDT-Paketsignalen als eine Mehrzahl von NSM- Daten. Der CDT-Prozessor 614 identifiziert auch Duplikate von NSM-Daten und löscht die duplizierten NSM-Daten. Der CDT-Speicher 615 speichert die NSM-Daten in einer Datenbank. Die NSM-Daten werden nach Wunsch ausgegeben, analysiert oder verarbeitet.

Dienstüberblick

Die Leistungsfähigkeit des Netzwerks ist zu einem großen Teil bestimmt durch die Leistungsfähigkeit der Verbindung zwischen dem Netzwerk-Servicemodul 110 und dem entfernten Zellknoten 112, welche definiert ist durch die Verlustrate für Meldungen des Netzwerk-Servicemoduls. Die Netzwerkarchitektur ist dahingehend ausgelegt, die Verlustrate an Meldungen des Netzwerk-Servicemoduls zu minimieren, wobei diese definiert ist als der Anteil an übertragenen Meldungen des Netzwerk-Servicemoduls, welche von den entfernten Zellknoten nicht empfangen werden. Die zwei Problemgruppen, die die Meldungsverlustrate beeinflussen, sind:
1. die relativ großen und variierenden Wegverluste, die durch die Art der städtischen Ausbreitungsumgebung verursacht werden, und
2. gleichzeitige Meldungsübertragungen oder Kollisionen, welche für jedes Mehrfachzugriffssystem ein Problem sind.
Die Problemgruppe der großen und variierenden Wegverluste wird gelöst unter Verwendung von:
1. Übertragungsleistungseinstellung,
2. Wegredundanz, gesteuert durch den Gitterabstand der entfernten Zellknoten und
3. Mehrfachübertragungen pro Tag.
Die Kollisionsproblemgruppe wird gelöst unter Verwendung von:
1. Wegredundanz, gesteuert durch den Gitterabstand der entfernten Zellknoten,
2. Mehrfache Übertragung pro Tag,
3. Unterteilung des Durchsatzes in Abhängigkeit von Priorität und
4. Einfang-Effekt (capture effect).
Der Abstand zwischen entfernten Zellknoten kann ausgewählt werden, um die Wegredundanz zu steuern, was zu einem einstellbaren Wert der Leistungsfähigkeit führt. Man beachte, daß Wegredundanz und Mehrfachübertragung pro Tag verwendet werden, um beide Problemgruppen zu lösen, und sie sind somit Hauptmerkmale des Großgebiet-Übertragungsnetzwerks. Die Auswirkung von Kollisionen ist minimal, so daß die Wahrscheinlichkeit des Empfangs eines Pakets zu einem beliebi gen Zeitpunkt des Tages auf einem außergewöhnlich hohen Wert gehalten wird.
Die Verbindungsbilanz enthält alle Gewinne und Verluste zwischen dem Leistungsverstärker des Netzwerk-Servicemoduls und dem Empfänger des entfernten Zellknotens, und sie wird verwendet, um die maximalen Wegverluste zu berechnen, die auf jeglicher Verbindung erlaubt sind. Das minimale empfangbare Signal an dem entfernten Zellknoten wird mit -115 dBm abgeschätzt, was gleich der Summe des Grundrauschens und des Träger-Rausch-Pegels ist, welcher notwendig ist, um die Meldung bei beispielsweise 10 dB zu empfangen.
Jedes Netzwerk-Servicemodul weist viele entfernte Zellknoten innerhalb der Empfangsreichweite auf, was die Zuverlässigkeit des Paketempfangs erhöht. Wenn ein Netzwerk- Servicemodul überträgt, wird die Übertragung möglicherweise von vielen entfernten Zellknoten empfangen. Einige der entfernten Zellknoten sind in Schatten-Schwundzonen und empfangen das Signal nicht, wohingegen andere aufgrund von Abschattung ein erhöhtes Signal haben.
Obwohl einige der entfernten Zellknoten von dem Netzwerk- Servicemodul relativ weit entfernt sind und somit der mittlere Wegverlust über dem maximalen erlaubten Wert liegt, so ist der Empfang der Übertragung des Netzwerk-Servicemoduls möglich, wenn Signalpegelfluktuationen, Abschattung, Mehrwegübertragung usw. zu dem Signalpegel ausreichend beigetragen haben. Ähnlich hören einige der entfernten Zellknoten, welche nahe dem Netzwerk-Servicemodul angeordnet sind, das Netzwerk-Servicemodul nicht, da Signalvariationen den Signalnetzwerkpegel um einen nennenswerten Betrag vermindert haben. Der unerwartete Verlust an Netzwerk- Servicemodulübertragungen wird vorhersehbar aufgehoben durch die beschriebenen vorteilhaften Gewinne.
In Ergänzung zu Kurzzeit-Variationen bei dem Signalempfang beeinflussen auch Langzeit-Effekte den Erfolg der Übertragung. Während der Lebensdauer des Systems ändert sich die städtische Landschaft aufgrund von Gebäudebau und Abriß und von Blattwuchs. Diese Änderungen der Landschaft beeinflussen die Verbindung zwischen den Netzwerk-Servicemodulen und dem entfernten Zellknoten, was dazu führt, daß einige entfernte Zellknoten die Übertragungen des Netzwerk- Servicemoduls nicht mehr empfangen, während neue entfernte Zellknoten beginnen, die Übertragungen dieser selben Netzwerk-Servicemodule zu empfangen. Man erwartet, daß für jede Verbindung, die nicht mehr verfügbar ist, eine neue Verbindung einsatzfähig wird.
Die hierarchische Auslegung des Großgebiets- Übertragungsnetzwerks erlaubt es dem Abnehmer, ein beliebig großes zusammenhängendes oder nicht zusammenhängendes geographisches Gebiet zu bedienen, das, wie in Fig. 12 gezeigt, viele Anwendungen und eine große Zahl von Endpunkten enthält.
Fig. 12 erläutert den Aufbau des Großgebiet- Übertragungsnetzwerks zur Bedienung weit getrennter geographischer Gebiete. Dies umfaßt die Bereitstellung eines Großgebiet-Übertragungsnetzwerks zur Bedienung weit getrennter geographischer Gebiete sowie isolierter kleinerer Gemeinden über Satellit, Faseroptik, Mikrowelle oder andere Fernnetze. Aufgrund der besonderen Art des Einkanal- Übertragungskonzepts und des mikrozellularen Streukonzepts des Großgebiet-Übertragungsnetzwerks ist das Großgebiet- Übertragungsnetzwerk ideal für viele traditionell schwierige Umgebungen, da es gegenüber den traditionellen Funkproblemen, wie etwa Schwund (Fading), Nullen, Mehrwegübertragung und Verlust der Sichtlinie, typisch für gebirgige oder dichte städtische Gebiete, immun ist. Die hierarchische Auslegung des Großgebiet-Übertragungsnetzwerks erlaubt es, daß nicht zusammenhängende Gebiete über einem großen geographischen Gebiet bedient werden. Getrennte Gebiete weisen ihre eigene zwischengeordnete Datenstation auf, welche mit der zentralen Datenstation kommuniziert. Daten von nicht zusammenhängenden Gebieten würden auf die Ebene der zentralen Datenstation übertragen werden.
Das Großgebiet-Übertragungsnetzwerk unterstützt einen breiten Bereich an Anwendungen zur Überwachung, verifizierbaren Steuerung und prompter Übertragung. Ein Teil dieses Anwendungsbedarfs ist und bleibt im Zusammenhang mit Hausanschlüssen. Aufgrund des standardisierten Netzwerk- Schnittstellenprotokolls und der Meldungspaketkonfiguration ist das Großgebiet-Übertragungsnetzwerk in der Lage, seine Serviceangebote durch entweder neue Hardware oder Software leicht zu erweitern. Das Großgebiet-Übertragungsnetzwerk bietet nicht nur für Strom-, Gas- und Wasserzähler spezialisierte Netzwerk-Servicemodule an, sondern stellt auch eine Reihe allgemeiner Module mit Eingabe/Ausgabe- Schnittstellen nach Industriestandard für Kontaktschluß und Spannungs- oder Stromerfassung bereit. Dies ermöglicht es einer Vielfalt von Anbietern, eine Kommunikationsschnittstelle für ein Großgebiet-Übertragungsnetzwerk in ihre eigenen Produkte einzubeziehen, seien es Sicherungen, Alarme, Temperatursensoren, Verkaufsautomaten usw.
Das Großgebiet-Übertragungsnetzwerk kann einen einzigen integrierten Datenkanal für andere Netzbetriebsanwendungen bereitstellen. Einige dieser Anwendungen sind Hardwareorientiert, viele sind jedoch Anwendungssoftwareorientiert. Sie beinhalten die Erzeugung von neuen Reporten und Diensten mit neuer wertergänzter Information. Obwohl einige zur primären Verwendung durch den Netzbetreiber vor gesehen sind, können viele zum Verkauf an den Kunden angeboten werden, was einen neuen Einkommensstrom für den Netzbetreiber erzeugt.
Das Großgebiet-Übertragungsnetzwerk kann sich einfach und kosteneffizient ausdehnen, um neue Wachstumsszenarien in Bezug auf Hardware und Anwendungssoftware zu unterstützen. Das Großgebiet-Übertragungsnetzwerk kann implementiert werden in den Regionen des Benutzerserviceterritoriums und für diese Dienste, welche in einem Implementierungsplan am meisten benötigt werden, der durch geographische Verteilung nicht beeinträchtigt ist.
Das Großgebiet-Übertragungsnetzwerk kann die Ausdehnung von SCADA aufgrund seiner sehr zuverlässigen drahtlosen Übertragungsfähigkeiten unterstützen. Viele Netzbetreiber würden gerne zu ihrer SCADA instrumentelle Überwachungspunkte hinzufügen, die mit diesen Punkten zusammenhängenden Verdrahtungskosten und Schwierigkeiten verhindern SCADA- Wachstum an Unterstationen oder anderen Standorten. Es können allgemeine Netzwerk-Servicemodule verwendet werden, um diese Probleme zu lösen.
Die Schlüsselfragen in Bezug auf Ausdehnung sind:
1. Größe und Anordnung des geographischen Gebiets,
2. die Zahl an Endpunkten, die bedient werden kann, und
3. die Leichtigkeit, mit der die Anzahl von Anwendungen erhöht werden kann.
Wenn die Anzahl der Endpunkte zunimmt, entweder aufgrund einer Zunahme der Zahl der Anwendungen in einem geographischen Gebiet oder aufgrund einer Zunahme der Größe des bedienten geographischen Gebiets, nimmt der Netzwerkverkehr zu. Die Menge an erzeugtem zusätzlichen Verkehr hängt von der Art der hinzugefügten Anwendung ab. Verkehrszunahmen in dem Großgebiet-Übertragungsnetzwerk werden durch Hardware- Erweiterung an der zentralen Datenstation und durch Installation von zusätzlichen zwischengeordneten Datenstationen in dem neuen Gebiet behandelt. Fig. 13 zeigt ein typisches Übertragungsnetzwerk mit zunehmender Größe in der Zahl an bedienten Gebieten.
Mit Zunahme der Anzahl von Endpunkten wird die Identifizierung der Meldungsquelle eine weitere Fragestellung. Ein Großgebiet-Übertragungsnetzwerk stellt mehr als eine Trillion Seriennummern für jede Art von Servicemodul bereit, was eindeutige Modulidentifizierung während der Lebensdauer des Systems ermöglicht.
Es wird angenommen, daß mit Zunahme der Zahl der Anwendungen die Menge an Verkehr von einer gegebenen Quadratmeile zunimmt. Bisherige Simulationen haben angezeigt, daß mehr als 20.000 Endpunkte pro Quadratmeile bedient werden können, wobei diese maximale Anzahl von den Eigenschaften abhängt, welche entfernte Zellknoten eingesetzt werden, der Hausdichte und der Meldungsberichtshäufigkeit. Ein dichtes städtisches Gebiet mit Parzellen von 35 Fuß · 100 Fuß enthält näherungsweise 5.000 Wohnungen pro Quadratmeile.
Eine zentralisierte Steuerung des Großgebiet- Übertragungsnetzwerks wird dadurch erreicht, daß die zentrale Datenstation Zugriff auf Netzwerkstatusdaten erhält, welche sie dazu verwendet, Entscheidungen in Bezug auf Netzwerkoptimierung zu treffen. Diese Entscheidungen werden an die zwischengeordneten Datenstationen und entfernten Zellknoten nach Bedarf hinuntergeladen.
Die zentralisierte Verkehrssteuerung wird auf den Ebenen der entfernten Zellknoten und zwischengeordneten Datensta tionen erreicht durch Verwendung von Prioritätstabellen, Meldungsspeicherbefehlen und Alarmspeicherbefehlen. Die Struktur von Prioritätstabellen wird nachfolgend beschrieben.
Bei jeder Messung, die durch das System übertragen wird, gibt es eine Menge an Identifizierungskennungen, die die Meldungsart und die Quelle angeben. Die Prioritätstabellen in den entfernten Zellknoten und den zwischengeordneten Datenstationen enthalten eine Auflistung aller Identifizierungskennungen in dem System. Diese Tabellen werden zuerst installiert zur Inbetriebnahmezeit, sie können jedoch von der zentralen Datenstation nach Bedarf aktualisiert werden. Wenn während der Betriebsdauer des Netzwerks ein Bedarf nach Änderung der Meldungsprioritäten besteht, kann diese Änderung durchgeführt werden mit minimaler Auswirkung auf den Netzwerkverkehr.
Die Steuerung des Alarmverkehrs innerhalb des Netzwerks verlangt eine weitere Tabelle, da Alarmbericht für eine kurze Zeitdauer höhere Verkehrswerte erzeugt. Diese stoßartige Verkehrserzeugung kann zu Stauproblemen führen, und somit erlaubt es eine Alarmbefehlstabelle der zentralen Datenstation, am Ende des Alarms Alarmmeldungen aus Puffern des entfernten Zellknotens und der zwischengeordneten Datenstation zu löschen. Diese Prioritätstabelle erlaubt es dem Netzbetreiber, die Verzögerung aufgrund von Alarmverkehr maßzuschneidern, um besonderen Bedürfnissen gerecht zu werden.
Sowohl die Prioritätstabellen als auch die Alarmbefehle werden von dem Meldungspeicherbefehlsmodul verwendet, um den Verkehr auf dem Netzwerk geeignet zu verwalten. Die Meldungsspeicherbefehle halten die Meldungsschlange aufrecht, stellen sicher, daß Antwortzeiten innerhalb der Spe zifikation liegen und übertragen Leistungsdaten an die zentrale Datenstation zur Verwendung für die Netzwerksteuerung.
Die Netzwerk-Servicemodule übertragen Meldungen an die entfernten Zellknoten, welche dann die oben beschriebenen Tabellen verwenden, um die Meldungsschlange zu organisieren. Alle Meldungen erreichen den Anwendungsschalter mit der spezifizierten Verzögerung. Die zentrale Datenstation lädt Daten für die drei Steuermodule und Tabellen nach Bedarf herunter.

Zuweisung von Bandbreite an Anwendungen

Es sollten viele Fragestellungen in Betracht gezogen werden, wenn entschieden wird, wie die begrenzte verfügbare Übertragungsbandbreite aufgeteilt und den verschiedenen Verwendungen zugewiesen werden, die von dem Großgebiet- Übertragungsnetzwerk benötigt werden. Die Auslegung von Netzwerken sollte Betriebs- und Leistungsziele mit den verfügbaren Ressourcen in Einklang bringen. Das Großflächen- Übertragungsnetzwerk erfüllt Ziele an verschiedenen Abstraktionsebenen mit
- Niedrigpreisauslegung der Netzwerk-Servicemodule,
- lange Standzeit für batteriebetriebene Netzwerk- Servicemodule,
- große Menge an Netzwerkverkehr, dies jedoch langsam und gleichförmig,
- Verbindungen zwischen Servicemodul und entferntem Zellknoten und zwischen entferntem Zellknoten und zwischengeordneter Datenstation,
- Zusatzkapazität an der Verbindung zwischen Netzwerk- Servicemodul und entferntem Zellknoten, um einem Konkurrenzzugriff Rechnung zu tragen,
- Mehrfachkopien von NSM-Meldungen werden auf Verbindungen zwischen entferntem Zellknoten und zwischengeordneter Datenstation gegeben,
- niedrigvolumiger Verkehr auf der Verbindung zwischen entferntem Zellknoten und Netzwerk-Servicemodul,
- breiter Bereich von Lieferzeiterfordernissen für die Verbindung zwischen entferntem Zellknoten an Netzwerk-Servicemodul und
- Fähigkeit für Anpassung zur Unterstützung zukünftiger, noch nicht bekannter Dienste.
Die Bandbreitenzuweisung beeinflußt Kriterien zur Protokollauslegung. Rahmen werden in gleichgroße Kanäle unterteilt, und Kanäle werden in sogenannte Slots unterteilt, die verschiedenen Verbindungen zugeordnet sind. Die Protokollauslegungsparameter umfassen Verbindungsslotgröße, Kanalgröße, Anzahl von Kanälen pro Rahmen und Anzahl von Rahmen pro Zyklus. Perioden von System-Ruhezeit können einfach erreicht werden, indem einfach ein Kanal oder Unterkanal einer Verwendung nicht zugeordnet wird. Diese Ruhezeit kann nützlich sein zur Diagnose von Übertragungsproblemen oder zur Lokalisierung von Konfliktquellen.
Anwendungsdiensten wird Zugang zu Verbindungsslots innerhalb definierter Kanäle der Verbindungen von Netzwerk- Servicemodul zu entferntem Zellknoten und entferntem Zellknoten zu Netzwerk-Servicemodul erlaubt. Zugriff kann exklusiv oder gemeinsam mit anderen Diensten sein. Die Anzahl von Kanälen sollte groß genug ein, um einer vernünftigen Zahl von Diensten eine Koexistenz ohne Notwendigkeit für gemeinsame Kanalzuweisung zu bieten. Die Gesamtkanalkapazität auf einer einem Anwendungsdienst zugeordneten bestimmten Verbindung kann reichen von einigen Kanälen bis zu einem einzigen Unterkanal, was ein 1/2, 1/4, 1/8 oder 1/16 Anteil eines Kanals ist, was eine flexible dynamische Zuteilung einer Verbindung an Dienste erlaubt. Ferner wird Kanalkapazität in einem weiten Bereich von Einheiten zugewiesen, von einigen ganzen Kanälen bis hinab zu einem Anteil, 1/16, eines Kanals, und zwar auf eine solche Weise, die für beide Extreme nahezu optimal ist. Die kleinste Einheit von Kanalzuweisung ist ein Kanal eines Rahmens für jeden Zyklus. Wenn jedoch die Anzahl von Kanälen pro Rahmen und Rahmen pro Zyklus groß ist, dann benötigt der zur Identifizierung eines Unterkanals verwendete Bezeichner viele Bits. Die Rahmengröße sollte klein genug sein, um sicherzustellen, daß aufeinanderfolgende Slots eines gegebenen Kanals häufig genug auftreten, so daß ein diesen Kanal verwendender Dienst, der eine Meldung innerhalb eines gegebenen Zeitraums liefern muß, dies auch tun kann. Diensten, die größere Mengen an Bandbreite benötigen, können einige ganze Kanäle gegeben werden; denjenigen, die eine kleine Menge benötigen, kann ein einziger Unterkanal einer geeigneten Größe gegeben werden. Der kleinste Unterkanal sollte einem bekannten Dienst mit kleinen Bandbreiteanforderungen entsprechen. Darüber hinaus sollte die Kanalgröße einem bekannten Dienst mit hohem Volumen entsprechen, so daß einer oder eine kleine Zahl von Kanälen die Anforderungen des Dienstes erfüllt. In beiden Fällen muß ein Netzwerk- Servicemodul nur mit einer kleinen Zahl von Kanalbezeichnern arbeiten, um sich zu orientieren. Die Zuweisung per Kanal weist den weiteren Vorteil auf, daß Versuche mit Optionen, ob entweder Dienste sich einen großen Block von Kanälen teilen oder jeder Dienst exklusiven Zugriff auf seine eigenen Kanäle erhält, hinausgeschoben werden.
Jede Verbindung in dem Großgebiet-Übertragungsnetzwerk ist mit ausreichend Bandbreite ausgestattet, um die Anwendungsdienste zu unterstützen. Es kann wiederum das Kanalkonzept verwendet werden, um einen Grad an Flexibilität zu erhal ten. Eine Verbindung kann derart definiert werden, daß sie nur in bestimmten Kanälen existiert oder Slots aufweist. Deshalb müssen nicht alle Kanäle die gleiche Slotstruktur aufweisen. Die Slotreihenfolge innerhalb eines Kanals kann auch beschränkt sein, beispielsweise sollte ein eine Abfrage enthaltender IDT-RCN-Slot vor einem RCN-IDT-Slot für die Antwort kommen, und zusätzlich ist eine Verzögerung von dem Ende eines Slots bis zum Beginn des nächsten Slots nötig, um der RCN Zeit zu geben, ihre Antwort zu formulieren, oder den Empfänger abzuschalten und den Übertrager anzuschalten. Um die Komplexität der Netzwerk-Servicemodule zu reduzieren, sollten Kanäle vom entfernten Zellknoten zum Netzwerk- Servicemodul, welche den Netzwerk-Servicemodulen zugänglich sind, eine gemeinsame Slotstruktur für entfernten Zellknoten an Netzwerk-Servicemodul aufweisen. Die grundlegende Slotgröße und Struktur werden zum Auslegungszeitpunkt festgelegt, und sorgfältige Analyse kann Probleme vermeiden. Dynamische Größenänderung und/oder Repositionierung von Slots innerhalb von Zeitkanälen ist auch möglich über Versendung geeigneter Parameter, es ist der zusätzlichen Komplexität jedoch nicht Wert.
Zudem geben viele Hardware-Designkriterien den oben angegebenen Auslegungsparametern, insbesondere der Verbindungsslotgröße, zusätzliche Randbedingungen auf. Um bei der Bestimmung von für die obigen Parameter optimalen Werten Unterstützung zu haben, ist es nützlich, das Verkehrsaufkommen an den verschiedenen Verbindungen und die Meldungslieferzeitanforderungen abzuschätzen.

Physikalische Schichten

Das Großgebiet-Übertragungsnetzwerk ist ein hierarchisches Netzwerk, welche synchrone, in Slots unterteilte Zweiweg- Funkübertragungen einsetzt. Der Zugriff auf einen einzigen RF-Kanal durch alle Knoten wird beherrscht durch ein Schema der zeitunterteilten Muliplexierung (TDM). Die physikalische Schicht ist für dieses Schema verantwortlich.
Im Rahmen dieser Offenbarung wurden die folgenden Abmachungen getroffen, um die Bezeichnung bestimmter Verbindungen zu vereinfachen. Verbindungsnamen umfassen drei Buchstaben. Der erste Buchstabe bezeichnet den Quellknoten, der zweite Buchstabe bezeichnet den Bestimmungsknoten, und der dritte Buchstabe bezeichnet den Verbindungstyp. Quell- und Bestimmungsknoten sind beschränkt auf zwischengeordnete Datenstation (I), entfernter Zellknoten (R) und Netzwerk- Servicemodul (N). Die Verbindungsarten können sein Bericht (R), Herunterladen ("Download") (D), Synchronisation (S), Kopf ("Header") (H), Anforderung ("Request"), und spezielle Steuerung ("special control") (C). Unter Verwendung dieser Konvention würde die Anforderungsverbindung von entfernten Zellknoten an Netzwerk-Servicemodul beispielsweise mit RNQ bezeichnet werden, die Kopf-Verbindung von zwischengeordneter Datenstation an entfernten Zellknoten würde mit IRH bezeichnet werden, usw.
Fig. 14 faßt beispielhaft die TDM-Strategie zusammen. Die Haupteinheit der Zeitunterteilung ist ein Kanal von einer Sekunde. Das System weist 30 derartiger Kanäle auf, welche mit S, 0, 1, ., 28 numeriert sind. Ein 30 Sekundenintervall, welches als ein Rahmen bezeichnet wird, wird somit in 30 Ein-Sekunden-Kanäle unterteilt. Die Ein-Sekunden-Kanäle sind unterteilt in Slots, und jede der verschiedenen Verbindungen weist ihren eigenen vordefinierten Slot innerhalb jedes Kanals zur Verwendung auf. Somit kann jede der verschiedenen Verbindungen derart betrachtet werden, daß sie 30 Kanäle aufweist, obwohl einige der Kanäle für einige der Verbindungen nicht existieren können. Tatsächlich wird der Synchronisationskanal (S) insgesamt von der physikalischen Schicht zur Knotensynchronisierung verwendet und steht an allen anderen definierten Verbindungen nicht zur Verwendung zur Verfügung. Diese Verbindungen umfassen:
- RND - Befehle von dem entfernten Zellknoten an das Netzwerk-Servicemodul,
- NRR - Berichte von dem Netzwerk-Servicemodul an den entfernten Zellknoten
- IRH - zwischengeordnete Datenstation fragt entfernten Zellknoten ab oder kündigt ein Herunterladen an,
- IRD - Herunterladen von zwischengeordneter Datenstation an entfernten Zellknoten,
- RIR - entfernter Zellknoten antwortet auf Abfrage von zwischengeordneter Datenstation,
- RIQ - entfernter Zellknoten fordert zwischengeordnete Datenstation auf, ihn abzufragen und
- RNC - entfernter Zellknoten sendet Steuerung für Spezialanwendung (SAC) an Netzwerk-Servicemodule.
Die in Fig. 14 gezeigte Slotstruktur kann für alle Kanäle von 0 bis 28 gelten, oder aber einige der Kanäle könnten durch andere Strukturen definiert sein. Knoten, die die konstituierenden Verbindungen nutzen, sollten derartige Strukturen kennen. In dieser Hinsicht kennen Netzwerk- Servicemodule jedoch nur die eine gezeigte Struktur, Verbindungen zwischen entfernten Zellknoten und zwischengeordneten Datenstationen können auf Kosten von zunehmender Komplexität andere Strukturen entwickeln. Ein Kanal kann eine Gruppe von drei NRR oder RND-Slots, nicht jedoch beides enthalten, und, obwohl derartige Slotbezeichnungen anders zugewiesen werden können, ist die gewählte Verbindung zwischen Kanalzuweisungsumkonfigurationen statisch. Slots tragen keine explizite Bezeichnung für ihre beabsichtigte Verwendung, vielmehr spiegelt die Kanalzuweisungstabelle (CAT) dies in ihren Einträgen wieder. Wenn beispielsweise ein Slot zu der RND-Verbindung gehört, dann besteht ein CAT- Eintrag, der einer Art von Netzwerk-Servicemodul sagt, daß es auf diesen Kanal horchen soll, und auch entfernten Zellknoten wird gesagt, daß sie diesen Kanal zur Übertragung gewisser Arten von Meldungen an die Netzwerk-Servicemodule verwenden sollen. Der Slot, der als aus entweder einer IRD- oder einer RIR-Verbindung bestehend dargestellt ist, kann zu einer gegebenen Zeit auch einer der beiden sein, die Verwendung steht jedoch unter direkter dynamischer Steuerung der zwischengeordneten Datenstation, welche dies in dem vorangehenden IRH-Slot anzeigt.
Obwohl die CAT-Verteilung eine Netzwerkschichtfunktion ist, sollte die physikalische Schicht wissen, welcher Kanal für eine Empfangs/Übertragungsoperation, die der Kanal durchführt, zu verwenden ist. Den Netzwerk-Servicemodulen ist es erlaubt, ihre Berichte in einen beliebigen einer Menge voller Kanäle zu übertragen und nach bestimmten Unterkanälen nach Abwärtsmeldungen zu horchen. Verschiedene Arten von Netzwerk-Servicemodulen oder solchen, welche verschiedenen Netzen angehören, die sich ein gemeinsames Netzwerk teilen, können leicht koexistieren und exklusiven Kanälen zugewiesen sein. Die einem Netzwerk-Servicemodul zugewiesenen Kanäle werden nicht permanent zugewiesen, vielmehr würde ein CAT-Eintrag auf einem bestimmten Unterkanal ausgesendet werden, so daß Netzwerk-Servicemodule über dynamische Rekonfigurationen der Kanalzuweisungen auf dem laufenden gehalten werden können. Beim Einsatz würde einem Netzwerk- Servicemodul mitgeteilt werden, wo es nach seinem CAT- Eintrag suchen soll. Ein CAT-Eintrag enthält einen Netzwerk-Servicemodultyp, zum Beispiel 8 Bit, eine Bitkarte der erlaubten Aufwärtskanäle, die das Netzwerk-Servicemodul verwenden darf, zum Beispiel 28 Bit, und zwei Unterkanäle, die Abwärtskanälen zugewiesen sind, zum Beispiel jeweils 12 Bit. Ein Mehr-Dienst-Netzwerk-Servicemodul kann separate CAT-Einträge für jede Art von Dienst benötigen. Batteriebetriebenen Netzwerk-Servicemodule und solche, die schnelle Antwortzeiten benötigen, könnte ein CAT- Verteilungsunterkanal derart zugewiesen werden, daß sie nur ein Paket empfangen müßten, um ihren Eintrag zu erhalten. CAT-Einträge für netzbetriebene Netzwerk-Servicemodule können in einer zirkulierenden Liste plaziert werden, welche sortiert ist nach Netzwerk-Servicemodultyp und mit einigen Anzeichen für die Länge der Liste versehen ist, und zwar in einem Unterkanal, der von mehreren Typen von Netzwerk- Servicemodulen gemeinsam verwendet wird. CAT-Einträge würden erhalten werden durch Empfang aufeinanderfolgender Pakete von dem Unterkanal, bis der benötigte Eintrag gefunden ist. Man beachte, daß jeder Slot ein Datenstreckenpaket enthalten kann, und das allen solchen Paketen eine Präambel mit festgelegter Länge vorangeht, welche von der physikalischen Schicht verwendet wird, um den Beginn des Pakets zu erkennen. Zudem sind benachbarte Slots durch eine Schutzzeit getrennt, um Zeitgebungsinkonsistenzen über das Netzwerk zu erlauben. Dies lockert die Anforderung, daß Netzwerk-Servicemodule perfekt synchronisiert sein müssen. Ein Paket kann, innerhalb Grenzen, verfrüht oder verspätet sein und immer noch korrekt lokalisiert und empfangen werden.

TDM-Unterkanalplan

Ein Zeit-Raum-Kanal kann unterteilt sein in 16 Unterkanäle, die es einem erlauben, kleine Bereiche der gesamten Bandbreite, etwa 0,2%, Anwendungen mit niedrigen Bandbreitenanforderungen zuzuordnen.
Der Zweck von Zyklen ist es, in der Lage zu sein, einen Kanal in kleinere Unterkanäle zu unterteilen. Insbesondere können 1/2, 1/4, 1/8 oder 1/16 Bruchteile einer Kanalgröße für Unterkanäle definiert werden. Beispielsweise umfaßt ein 1/2-Kanal von Kanal 3 den Kanal 3-Slot in jedem Sekundenrahmen, oder alternativ Kanal 3 in nur den Rahmen mit einer geraden Rahmenzahl. Dies ist in Fig. 15 dargestellt, wo die dunklen Rahmen die sind, die den angegebenen Unterkanal (XXX0) enthalten. Fig. 15 erläutert auch Unterkanäle der Größe 1/4, 1/8 und 1/16, die Unterteilung eines einzigen Kanals in mehrere Unterkanäle ungleicher Größe und die beiden RND{0}-Slots aus den 480 1-Sekundenkanalperioden eines Zyklus, welche den Unterkanal RND{0}.3.X000 umfassen.
Beispielsweise bezeichnet RND{0}.3.XX10 einen Unterkanal der Größe 1/4 des Kanals 3 auf der RND{0}-Strecke. "XX10" gibt sowohl die Größe des Unterkanals als auch die exakte Untermenge von Rahmen an, und zwar von jedem Zyklus, der zu diesem Unterkanal gehört. Im Grunde ist "XX10" eine Binärzahl, die angibt, daß ein Rahmen, dessen Nummer binär in den Nullen und Einsen übereinstimmt, einen Rahmen darstellt, der einen Slot enthält, der zu dem Unterkanal gehört. In diesem Beispiel enthalten die Rahmen 2, 6, 10 und 14 Slots, die zu Unterkanal RND{0}.3.XX10 gehören. Man beachte, daß dieses Unterkanalbezeichnungsschema nicht die Möglichkeit eines Unterkanals mit nicht gleichförmig beabstandeten Slots ausschließt, wie etwa RND{0}.3.00XX, oder überlappende Unterkanäle, wie etwa RND{0}.3.XXX0 und RND{0}.3.X010. Es kann Situationen geben, in welchen beide dieser Eigenschaften gewünscht sind. Die folgende Konvention wird angenommen: Alle Unterkanäle, mit welchen die Netzwerk-Servicemodule handeln, haben die Form: XXXY, XXYY, XYYY oder YYYY, wobei die Ys Nullen oder Einsen darstellen. Ferner werden nur die Kanäle 0 bis 7 verwendet, um Unterkanäle zu erzeugen, die für Netzwerk-Servicemodule sichtbar sind.
Die drei Abwärts-RND-Slots können bestimmte Netzwerk- Servicemodul-an-Netzwerk-Servicemodul-Strecken darstellen, während die drei Aufwärts-NRR-Slots pro Kanal einfach Teil einer einzigen Strecke sind. Netzwerk-Servicemodule, die in einen gegebenen Kanal übertragen dürfen, können dies in jedem der drei NRR-Slots tun.
Perioden von Systemruhezeit können einfach erhalten werden, indem einfach ein Kanal oder Unterkanal einer Verwendung nicht zugeordnet wird.

Datenpakete und Slots der physikalischen Schicht

Die physikalische Schicht verwendet ein gemeinsames konzeptuelles Modell für Zeitslots, wobei jeder Slot ein einziges Datenstreckenpaket einer bestimmten festen oder maximalen Größe trägt.
Die physikalische Schicht des Großflächenübertragungsnetzwerks ist definiert zur Bereitstellung eines Paketlieferungsservice in Slots an die Datenstreckenschicht. Dies ist eine Erweiterung des üblichen Rahmens der physikalischen Schicht, welche einen Mechanismus zur Übertragung und zum Empfang von Strömen von Binärwerten bereitstellt, aus welchen die Datenstreckenschicht ihre Paketstruktur aufbaut. Für die zeitunterteilte Multiplexierung ist die physikalische Schicht zuständig, und auf Grund des Gedankens der bezeichneten Slots endlicher Größe, welche für die Datenstreckenschicht sichtbar sind, ist ein Paketlieferungsservice eine offensichtliche Folge. Zudem überwachen Netzwercknoten im allgemeinen den Funkkanal nicht kontinuierlich, und die Netzwerkknoten haben im allgemeinen nicht ausreichend genaue lokale Uhren, um in konstanter Synchronisierung mit der TDM-Struktur zu bleiben. Die physikalische Schicht identifiziert Slotgrenzen durch Übertragen und Er kennen gewisser Signalmuster, welche zu Beginn der Pakete der Datenstreckenschicht fixiert sind. Die exakte Natur solcher Präambelfelder hängt von der Leistungsfähigkeit der Übertragerhardware ab.
Datenkanalslots sind durch die vier in Fig. 16 gezeigten Felder charakterisiert. Das führende Schutzfeld von acht Millisekunden trennt aufeinanderfolgende Slots und erlaubt es entfernten Zellknoten, aus Stromsparzuständen aufzuwachen und in entweder einen Übertragungs- oder Empfangszustand überzugehen. Das Schutzfeld gibt Netzwerkknoten auch Zeit, ihre Sende-Empfänger zwischen Slots zu rekonfigurieren. Die Präambel wird verwendet, um Slot- und Bitsynchronisierung zu erstellen. Das Datenstreckenschichtpaket trägt eine beliebige Sequenz von Bits, welche formatiert sind, wie es von der Datenstreckenschicht bestimmt ist. Netzwercknoten, die versuchen, das Paket in einem Slot zu empfangen, sollten einige Bits entfernt von dem Beginn der Präambel zu horchen beginnen, weshalb Probleme unwahrscheinlich sind, falls Paketdateninhalte wie die Präambel aussehen. Ein kurzes nachfolgendes Schutzfeld erlaubt Zeitdriften des Netzwerk-Servicemoduls innerhalb des Rahmens, erlaubt es dem Datenstreckenschichtpaket, vollständig übertragen und empfangen zu werden, bevor der nächste Slot beginnt, und läßt einen Übertrager das letzte Datenbit eine zusätzliche halbe oder ganze Bitdauer halten, um zu verhindern, daß Abtastempfänger bei der letzten Abtastung des letzten Bits eine Störung erleiden. Datenstreckenschichtpakete sind entweder von fester Länge oder haben ein explizites Längenfeld, weshalb der nachfolgende Schutz nicht als ein "Stopp"-Feld wirken muß.
Fig. 17 beschreibt die Slot-Eigenschaften der sieben verschiedenen Arten von Datenkanalslots. Verschiedene Bitraten werden auf verschiedenen Strecken benutzt, und die in der Figur gezeigten Werte geben dies wieder. Ein Markierungsfeld eines Datenstreckenpakets kann von der physikalischen Schicht auch verwendet werden, um den Start des Pakets zu erkennen.

Der Datenstreckenschicht bereitgestellte Dienste

Die physikalische Schicht stellt Datenübertragungs- Auslösung- und Zeitbezugsdienste an höhere Schichten bereit. Die physikalische Schicht stellt an dem Netzwerk- Servicemodul eine Anzahl von Diensten an die Datenstrecken- und die Netzwerkschicht bereit. Diese Dienste umfassen: Erhalt von Netzwerksynchronisierung, wie sie von einer höheren Schicht explizit verlangt werden kann, Aufrechterhalten der gegenwärtigen Zeit zwischen Synchronisierungen und deren Rückgabe auf Anforderung, Überprüfen nach und, falls vorhanden, Empfang eines Pakets angegebener Länge oder Empfang von Bytes bis anders angewiesen von einem angegebenen Kanal oder Unterkanal, Ortung des Beginns eines angegebenen Slots innerhalb eines gegebenen Kanals und Übertragung einer angegebenen Präambel gefolgt von einer Serie von Bytes eines an sie übergebenen Datenverbindungspakets und Erfassen abnormaler Zustände und Abbruch seiner Aktion mit einem geeigneten Statusrückmeldecode bei Erfassung derartiger nicht normaler Zustände.
Ergänzend zu diesen Diensten des Netzwerk-Servicemoduls stellt die physikalische Schicht an den entfernten Zellknoten auch ergänzende Dienste bereit. Diese Dienste umfassen die Rückgabe von Betriebszustandszeigern und Zählern nach Aufforderung; Rückgabe eines empfangenen Signals als eine digitalisierte analoge Wellenform; Erhalt des IRS-Slots von der zwischengeordneten Datenstation für jeden Rahmen; Erzeugen der RNS- und RNH-Slots an die Netzwerk-Servicemodule für jeden Rahmen; wenigstens so lange abzuhören, wie es nö tig ist, um zu schließen, daß kein Paket vorhanden ist, von allen Slots für Netzwerk-Servicemodul an entfernten Zellknoten in einer vorgegebenen Menge von Kanälen, nicht notwendigerweise allen Kanälen, und Verfügbarmachen der eingehenden Pakete an höhere Schichten; und Empfang und Weiterleitung an eine höhere Schicht von allen Paketen, die in dem IRH-Slot ankommen.
An den zwischengeordneten Datenstationen stellt die physikalische Schicht auch zusätzliche Dienste bereit. Diese Dienste umfassen Rückgabe von Betriebszustandszeigern und Zählern nach Aufforderung; Rückgabe eines empfangenen Signals als eine digitalisierte analoge Wellenform; Erzeugung des IRS-Slots in jedem Rahmen; und Abhören des RIQ-Slots in jedem Rahmen, der einen RIQ-Slot aufweist, und Weitergabe jedes empfangenen Pakets an höhere Schichten.
Sollten für einige Kanäle alternative Slotstrukturen definiert sein, sollten die physikalischen Schichten des entfernten Zellknotens und der zwischengeordneten Datenstation diese kennen und im allgemeinen in der Lage sein zu: (a) auf Verlangen in einem bestimmten Slot empfangen und übertragen zu können, (b) bestimmte Slots kontinuierlich abzuhören und (c) in bestimmten Slots eine feste oder einfach erhaltene Sequenz wiederholt zu übertragen. Diese Fähigkeit würde somit Zusammenspiele der Art entfernter Zellknoten- an-entfernter Zellknoten und zwischengeordnete Datenstation-an-zwischengeordnete Datenstation unterstützen, mit Ausnahme vielleicht der Synchronisierung der zwischengeordneten Datenstation. Es ist nicht nötig, daß die physikalischen Schichten des entfernten Zellknotens und der zwischengeordneten Datenstation in dieser Beziehung Feldumprogrammierbar sind, sondern vielmehr, daß die oben genannten Fähigkeiten zukünftig Teil ihres erforderlichen Betriebs werden.

Synchronisationsphilosophie der physikalischen Schicht auf höherer Ebene - IRS-Slot

Der in Fig. 18 dargestellte Synchronisationskanal (S) ist der physikalischen Schicht zugeordnet und wird dazu verwendet, Frequenz-, Slot- und Zeitsynchronisierung über das Netzwerk zu erreichen. Die zwischengeordneten Datenstationen behalten genaue Frequenz- und Zeitreferenzen bei und verteilen Referenzsignale an entfernte Zellknoten, welche diese wiederum an Netzwerk-Servicemodule weiterleiten.

IDT-RCN-Synchronisierung

Zwischengeordnete Datenstationen weisen genaue Funkfrequenz- und Zeittaktgeber auf, mit welchen sich der Rest des Netzwerks synchronisiert. Das primäre Mittel zur Synchronisierungsverteilung ist der Synchronisationskanal (5). Entfernte Zellknoten empfangen Synchronisierungsmeldungen von dem IRS-Slot, der von den zwischengeordneten Datenstationen übertragen wird. Entfernte Zellknoten wiederum übertragen Synchronisierungsmeldungen an Netzwerk-Servicemodule in den RNS- und RNH-Slots.
Der in Fig. 19 dargestellte IRS-Slot des S-Kanals wird durch zwischengeordnete Datenstationen an entfernte Zellknoten übertragen und enthält die folgenden Felder:
- Zeitsynchronisierung und Frequenzreferenzmuster, 112 Bit;
- dem Datenpaket vorangehende Zeiger, 8 Bit;
- ein Datenpaket, das Zeit und Rahmeninformation enthält, insgesamt 40 Bit mit 8 freien;
- Wochentag, 0..6, 3 Bit;
- Stunde, 0..23, 5 Bit;
- Minuten geteilt durch 4, 0..14, 4 Bit;
- Rahmennummer, 0..15, 4 Bit - beachte, daß die Rahmennummer auch die am wenigstens signifikanten 2 Bit der Minuten bereitstellt, was anzeigt, daß die Sekunden entweder :00 oder :30 sind;
- Zeiger für heute und morgen, was anzeigt, ob Sommerzeit gilt, und
- CRC, 16 Bit.
Alle 30 Sekunden führen die zwischengeordneten Datenstationen eine interne Synchronisierungsprozedur durch, welche, da die Synchronisierungsprozedur die Verwendung des RF- Empfängers und Übertragers der zwischengeordneten Datenstation mit sich bringt, während RND/NRR-Slots durchgeführt werden kann. Idealerweise sollte die Synchronisierungsprozedur unmittelbar vor dem IRS-Slot in dem S-Kanal stattfinden, und deshalb ist die Synchronisierungsprozedur während der ersten Hälfte des Kanals 28 zur Ausführung vorgesehen. Obwohl die Zeitinformation an die entfernten Zellknoten auch auf eine andere Weise geliefert werden kann, ist es, da die Rahmennummer benötigt wird und auch geschützt werden muß, d. h. durch ein CRC, kein Nachteil, daß man in dem Paket so viele Datenbits hat, wie Bits in dem CRC sind.
Entfernte Zellknoten sind in der Lage, die Zeitsynchronisierungs- und Frequenzreferenzmuster zu suchen und diese zu erkennen, um Frequenz-, Rahmen- und Zeitsynchronisierung zu erhalten. Ein entfernter Zellknoten, der vollkommen disorientiert ist, überträgt nicht. Sobald er jedoch synchronisiert ist, ist der entfernte Zellknoten in der Lage, richtig zu arbeiten, und dies selbst dann, wenn gelegentlich ein oder zwei IRS-Slots verfehlt werden. Besondere Sorgfalt wird darauf verwendet sicherzustellen, daß die entfernten Zellknoten ihre Uhren mit dem IRS-Slot synchronisieren.

IDT-IDT-Synchronisierung

Die Aufrechterhaltung der Synchronisierung zwischen zwischengeordneten Datenstationen ist ein besonderes Problem. Die Rahmenstruktur stellt anfänglich einen speziellen Unterkanal bereit, der der Unterstützung dieser Aufgabe gewidmet ist. In dem Fall von gepaarten RF-Kanälen können die zwischengeordneten Datenstationen unter Verwendung des Haupt-RF-Kanals synchronisieren, während entfernte Zellknoten und Netzwerk-Servicemodule den anderen RF-Kanal verwenden. Der Unterkanal IIS.0.0000, d. h. ein 1/16-Unterkanal des Kanals 0 auf der IDT-an-IDT-Verbindung, der in Fig. 20 erläutert ist, kann verwendet werden, um alle zwischengeordneten Datenstationen in Bezug auf eine zwischengeordnete Daten-Haupt-Station zu synchronisieren. Ein weiterer Slot oder ein weiterer Unterkanal können notwendig sein, wenn einige zwischengeordnete Datenstationen diese Synchronisierung an jene zwischengeordnete Datenstationen weiterleiten müssen, welche die zwischengeordneten Daten-Haupt-Station nicht hören können. Der IIS-Slot ist dem IRS-Slot ähnlich.

NSM-Synchronisierung - RNS-Slot

Der RNS-Slot des S-Kanals ist dazu bestimmt, eine große, leicht erkennbare Rahmenbeginnmarkierung zu sein, die Netzwerk-Servicemodule ohne großen Aufwand finden können. Sobald er lokalisiert ist, stellt der RNS-Slot sowohl eine Funkfrequenzreferenz und eine Subsekunden- Zeitsynchronisierung für den Rahmenbeginn bereit.
Der RNS-Slot wird für zwei Zwecke verwendet. Der erste ist die Bereitstellung eines Rahmensynchronisierungsmusters, welche einfach zu finden, einfach zu erkennen und mit normalen Datenpaketen nicht einfach zu verwechseln ist. Der zweite ist die Bereitstellung einer Frequenzreferenz. Um das erste Ziel zu erreichen, ist der Slot so groß wie möglich und, wie in Fig. 21-22 dargestellt, mit einer wiederholten Serie von 46 der folgenden 18-Bit RNS-Felder gefüllt:
- ein Synchronisierungsmuster (011111111110), welches ein einfach erkennbares Muster ist und sich als eine Frequenzreferenz wiederholt (z. B. 12 Bits),
- eine Zählung für die Anzahl von RNS-Feldern, die bis zu dem RNH-Slot verbleiben (6); und ein abschließendes Feld unmittelbar vor dem RNH-Slot, welches enthält:
- 22 Einsen, die zur Verifikation von Frequenz-Sync verwendet werden, und
- ein 4-Bit RNS-Abschluß-Zeiger oder RNH-Anfangszeiger.
Die RNS-Slot-Felder müssen nicht CRC-geschützt sein. Die Synchronisierung ist festgelegt, und nachfolgende Zählerfelder sind aufeinanderfolgende Werte und sind inhärent redundant.
Die Netzwerk-Servicemodule erhalten die Synchronisierung von dem RNS-Slot unter zwei verschiedenen Umständen. Der erste tritt auf, wenn das Netzwerk-Servicemodul sich resynchronisieren muß, bevor es empfängt oder überträgt, während das Netzwerk-Servicemodul jedoch noch in ausreichender Synchronisierung mit dem Netzwerk ist. In diesem Fall erscheint das Netzwerk-Servicemodul mehr oder weniger dort, wo der RNS-Slot angeordnet ist, und es beginnt seine Suche von dort. Man erwartet, daß der RNS-Slot innerhalb der ersten oder zweiten Prüfung angeordnet ist. Der zweite Umstand, in dem Synchronisierung notwendig ist, liegt dann vor, wenn das Netzwerk-Servicemodul vollkommen außer Tritt ist und Synchronisierung finden muß. In diesem Umstand be ginnt das Netzwerk-Servicemodul seine Suche zu einem zufälligen Zeitpunkt. Unabhängig von diesen Umständen folgt das Netzwerk-Servicemodul, sobald das Netzwerk-Servicemodul seine Suche nach dem RNS-Slot beginnt, den gleichen Schritten, insbesondere: (a) das Netzwerk-Servicemodul horcht nach dem Synchronisierungsmuster; (b) wenn nicht, schaltet das Netzwerk-Servicemodul den Empfänger des Netzwerk- Servicemoduls ab, wartet und versucht es dann wieder; (c) wenn das Muster gefunden ist, tastet das Netzwerk- Servicemodul das Muster ab und empfängt den Zähler für den Start des RNH-Felds, wobei die Zählung in Einheiten von RNS-Feldern erfolgt; (d) das Netzwerk-Servicemodul kann dann entweder das nächste Zählerfeld überprüfen, um die Synchronisierung zu bestätigen, oder es kann einfach bis zum Beginn des RNH-Felds verzögern; und (e) das RNH-Feld empfangen.

Zeitverteilung zum NSM-RNH-Slot

Der in Fig. 23 dargestellte RNH-Slot in dem S-Kanal wird von den entfernten Zellknoten verwendet, um Rahmenidentifizierung und aktuelle Zeit des Tages an die Netzwerk- Servicemodule zu liefern. Der RNH-Slot enthält Informationen in Bezug auf Zeit, Rahmen und Protokoll, die von dem entfernten Zellknoten an die Netzwerk-Servicemodule geliefert werden und die umfassen:
- Wochentag, 0..6, 3 Bit;
- Stunde, 0..23, 5 Bit;
- Minuten geteilt durch 4, 0..14, 4 Bit - beachte, daß die Rahmennummer auch die am wenigsten signifikanten 2 Bit der Minuten bereitstellt und anzeigt, ob die Sekunden entweder :00 oder :30 sind;
- Rahmennummer, 0..15, 4 Bit;
- Sommerzeitzeiger, heute, morgen, 2 Bit insgesamt;
- ID für aktiven CAT, 0..3, 2 Bit, 4- Kanalzuweisungstabellen können zu jeder Zeit definiert sein, nur eine kann jedoch zu einer gegebenen Zeit aktiv sein. Wenn die Netzwerk-Servicemodule ihre Einträge aus mehr als einer dieser Tabelle aufzeichnen können, dann kann das Großgebiet-Übertragungsnetzwerk sofort, oder wenigstens an einer Rahmengrenze zu einer anderen Tabelle umschalten, die aufgestellt sein kann, um bestimmte Ausnahmeumstände zu behandeln, die schnell und wenigstens während einer kurzen Dauer auftreten können. Diese Umstände können eine plötzliche Umverteilung von Bandbreite nötig machen, um ein drohendes Ansteigen von Meldungen, zum Beispiel Alarmen, durchzubringen. Nicht alle Netzwerk-Servicemodule müssen vier CAT-Einträge aufrecht erhalten. Bei denjenigen, welche nur einen handhaben können, ist das Netzwerk-Servicemodul, wenn die Umschaltung zu einer anderen Tabelle auftritt, nicht berechtigt zu übertragen oder zu empfangen. Alternativ kann es eine Gemeinsamkeit zwischen den Tabellen geben, und zwar derart, daß die "dümmeren" Netzwerk-Servicemodule wie üblich fortfahren, oder aber, es können beispielsweise die Kanäle 0-15 nur einen CAT- Eintrag aufweisen, während die Kanäle 15-28 doppelte Einträge aufweisen, wobei die "dümmeren" Netzwerk- Servicemodule auf die Verwendung von nur den Kanälen 0- 15 beschränkt sind.
- CAT-Versionssequenznummer, 0..15, 4 Bit. Dieses Feld sagt dem Netzwerk-Servicemodul, wann die Kanalzuweisungen geändert wurden und ein neuer CAT-Eintrag erhalten wird.
- Freie Bits, die zur zukünftigen Definition reserviert sind, zum Beispiel 8 Bit; und
- CRC, zum Beispiel 16 Bit.
Die in dem RNH-Slot enthaltenen Felder wurden ausgewählt, um die Empfangszeit des Netzwerk-Servicemoduls insgesamt zu minimieren. Da das Netzwerk-Servicemodul periodisch nach Rahmen und Frequenzsynchronisierung suchen muß, kann es Zeitinformation zur gleichen Zeit aufgreifen, anstatt zu einem separaten Unterkanal zu gehen, um sie aufzugreifen. Das Feld für die CAT-Versionsnummer erlaubt es dem Netzwerk-Servicemodul, seinen CAT-Eintrag nur dann zu erhalten, wenn es notwendig ist, anstatt ihn periodisch aufzugreifen.

Definition der Datenstreckenschicht

Die Datenverbindung zwischen zwischengeordneter Datenstation und entferntem Zellknoten ist stärker am Herkömmlichen orientiert als die Verbindung zwischen dem entfernten Zellknoten und dem Netzwerk-Servicemodul. Die Datenstreckenschicht ist typischerweise mit der Verkapselung ("encapsulation") von Netzwerkschichtmeldungen in Paketen betroffen, sowie mit der zuverlässigen Übertragung von Paketen über eine physikalische Verbindung mit der notwendigen Synchronisierung, mit Fehler und Ablaufsteuerung. Datenstreckenprotokolle befassen sich im allgemeinen mit der Verwendung einer einzigen physikalischen Verbindung, die die beiden Netzwerkknoten direkt verbindet.

RCN-NSM-Strecke

Die Datenstreckenschicht des Großgebiet- Übertragungsnetzwerks benötigt nicht viele der bei mehr herkömmlichen Übertragungsnetzwerken gefundenen Fähigkeiten und unterstützt diese nicht. Die Strecke ist verbindungslos. Alternativ kann man alle Verbindungen als fest und permanent betrachten. In beiden Fällen gibt es keine Notwendigkeit, die Verbindungen dynamisch zu öffnen bzw. zu schließen. Netzwerk-Servicemodule werden nicht abgefragt, da sie autonom übertragen. Die Meldungsübertragung ist nicht garantiert, obwohl die meisten mehr als einmal übertragen werden, um die Erfolgswahrscheinlichkeit zu verbessern. Einzelne Pakete werden nicht bestätigt, obwohl höhere Schichten eine direkte oder indirekte Bestätigung des Empfangs erhalten können. Die Datenstreckenschicht stellt nicht sicher, daß empfangene Pakete den höheren Schichten in der gleichen Ordnung, wie sie übertragen wurden, bereitgestellt werden, obwohl Meldungen oberer Schichten entweder in sich oder explizit numeriert sind, wenn sie in mehrere Pakete aufgebrochen werden. Zwischen verschiedenen Netzwerk-Servicemodulen und entfernten Zellknoten gibt es im allgemeinen keine Ablaufsteuerung. Netzwerk-Servicemodule erzeugen normalerweise nur eine Hand voll Meldungen pro Tag und empfangen Meldungen sogar noch seltener.
Die Datenstreckenschicht führt Datenstrecken-Adreßerkennung einschließlich globaler Sendungen aus. Sie stellt auch Fehlererkennung bereit, indem sie in alle Pakete ein CRC- Prüffeld einfügt, das bei Empfang verifiziert wird. Pakete, die die CRC-Verifizierung nicht erfüllen, werden normalerweise gezählt und nicht beachtet. Entfernte Zellknoten stellen auch die Option bereit, ein Paket als ein digitalisiertes Analogsignal zu erfassen.

IDT-RCN-Strecke

Die Strecke zwischen zwischengeordneter Datenstation und entferntem Zellknoten ist eine abgefragte Master/Slave- Zugriffsstrecke mehr herkömmlicher Art, oder in HDLC- Sprache ein nicht ausgewogener normaler Antwortmodus. Als Master ist die zwischengeordnete Datenstation verantwortlich für die Protokollintegrität; Initiierung sämtlicher Dialoge, Bestimmung, wann erneute Übertragung, in jegliche Richtung, notwendig ist, und Durchführung von Korrekturmaßnahmen, wenn der Dialog außer Synchronisierung gerät. Datenstrecken-Adreßerkennung und CRC-Fehlererkennung sind herkömmlich. Paket-Sequenznummer; Bestätigungen durch Rücksenden der Sequenznummer des letzten erfolgreich empfangenen Pakets; und erneute Paketübertragungen werden eingesetzt. Separate Sequenznummern werden für einzeln adressierte und verwendete Ströme von Paketen verwendet. Ablaufsteuerung wird insoweit durchgeführt, als daß jedes Paket bestätigt werden muß, bevor das nächste gesendet werden kann, mit Ausnahme von Sendungen von der zwischengeordneten Datenstation an den entfernten Zellknoten und RIQs.
Da die Bestätigung, daß alle entfernten Zellknoten eine Sendung erhalten haben, eine relativ lange Zeitdauer beanspruchen kann, können mehrere Pakete gesendet werden, bevor Bestätigung notwendig ist. Dies kann ein verschiebbares Fenster, ein selektives Zurückweisungs-ARQ-Protokoll sein. Die globale Natur solcher Sendungen verlangt es, daß das CDT für die Koordinierung der IDTs verantwortlich ist, um sicherzustellen, daß alle gleichzeitig übertragen und zu bestimmen, wann erneute Übertragung notwendig ist.
Ein entfernter Zellknoten kann ein Paket kontinuierlich auf der IRQ-Strecke übertragen, wie etwa der unbalancierte asynchrone Antwortmodus oder ARM bei HDLC bei der Anforderung, daß der entfernte Zellknoten abgefragt wird.

Definition der Datenstreckenschicht

Einige Begriffe werden verwendet, um die Datenstreckenschicht zu definieren, und sie werden hier definiert:
Flußsteuerung: Flußsteuerung ist eine Technik, um sicherzustellen, daß eine übertragende Station eine empfangende Station nicht mit Daten überschüttet.
Halten- und Warten-Flußsteuerung: Halten- und Warten- Flußsteuerung ist eine Technik, die verhindert, daß ein Quellknoten ein weiteres Paket überträgt, bevor der Bestimmungsknoten das momentane Paket bestätigt hat.
Schiebefenster-Flußsteuerung: Unter Schiebefenster- Flußsteuerung wird jedes Paket mit einer k-Bit-Sequenzzahl versehen, und bis zu n = 2k-1 Pakete können übertragen werden, bevor der Quellknoten anhalten und auf Bestätigung warten muß. Der Bestimmungsknoten bestätigt ein oder mehrere Pakete durch Senden eines Pakets an den Quellknoten, welches die Sequenznummer anzeigt, von der der Bestimmungsknoten annimmt, sie als nächstes zu erhalten.
Fehlersteuerung: Fehlersteuerung betrifft die Mechanismen zur Erfassung und Korrektur von Fehlern, die bei der Übertragung von Paketen auftreten. Pakete können verloren gehen, wenn Kollisionsumstände den Zielknoten in einem solchen Ausmaß beeinflussen, daß der Zielknoten nicht bemerkt, daß ein Paket übertragen wurde. Ein beschädigtes Paket ist ein solches, welches empfangen wurde, aber fehlerhafte Bits aufweist. Diese Mechanismen werden als automatische Wiederholungsanforderungen ("Automatic Repeat Request", ARQ) bezeichnet, und die folgenden Fehlersteuerungstechniken werden üblicherweise eingesetzt:
- Fehlererfassung: Typischerweise wird ein CRC verwendet.
- Positive Bestätigung: Der Empfänger sendet ein ACK für erfolgreich empfangene, fehlerfreie Pakete zurück.
- Erneute Übertragung nach Zeitüberschreitung: Der Quellknoten überträgt ein Paket, das nicht bestätigt wurde, nach einer vorbestimmten Zeitdauer erneut.
- Negativbestätigung: Der Zielknoten sendet ein NAK für Pakete zurück, in welchen ein Fehler erfaßt wurde; auf Sendestrecken kann ein Knoten nur NAK durchführen, wenn das nächste erfolgreich empfangene Paket anzeigt, daß ein oder mehrere dazwischenliegende nicht empfangen wurden.
Anhalten- und Warten-ARQ: Anhalten- und Warten-ARQ basiert auf Anhalten- und Warten-Flußsteuerung. Der Bestimmungsknoten sendet für jedes empfangene Paket ACK oder NAK zurück, und der Quellknoten muß Zeitüberschreitung in dem Fall verwenden, in dem entweder das Originalpaket oder die Bestätigung des Originalpakets verloren gegangen ist. Pakete sind sequenznumeriert, mindestens mit einem Bit, für den Fall, daß die Quelle aufgrund von verlorenem ACK erneut überträgt. Wenn diese Technik auf Schiebefenster-Flußsteuerung angepaßt wird, wird diese Technik als kontinuierliche ARQ bezeichnet.
Gehe-N-Zurück-ARQ: Gehe-N-Zurück-ARQ ist eine Variante von kontinuierlichem ARQ auf der Grundlage von Schiebefenster- Flußsteuerung. Wenn Mehrfachpakete übertragen werden und eines verloren geht, d. h. der Quellknoten während des Wartens auf ACK/NAK in Zeitablauf gerät, oder beschädigt ist, d. h. der Bestimmungsknoten ein NAK zurücksendet, dann werden dieses Paket und alle, die nachfolgend kamen, erneut übertragen. Wenn ein ACK verloren geht oder beschädigt wird, ein nachfolgendes ACK jedoch gesendet wird, bevor der Quellknoten in Zeitüberschreitung gerät, dann ist das spätere ACK kumulativ, und keine erneuten Übertragungen sind notwendig. Pakete müssen sequenznumeriert sein, und bis zu n = 2k-1 ACKs können ausbleiben.
ARQ mit selektiver Zurückweisung: Unter Verwendung von ARQ mit selektiver Zurückweisung sind die erneut übertragenen Rahmen nur diejenigen, welche ein NAK erhalten oder welche in Zeitüberschreitung geraten. Sowohl Quell- als auch Bestimmungsknoten sind komplizierter, da sie in der Lage sein müssen, außer der Reihe geratene Pakete zu speichern und zu behandeln. Der Bestimmungsknoten verwendet Sequenznummern, um zu bestimmen, ob ein Paket verloren gegangen ist, und er kann weiterhin Unterpakete empfangen. Eine Fenstergröße von n ≤ 2k-1 ist notwendig, um sicherzustellen, daß es keinen Überlapp zwischen Quell- und Bestimmungsfenstern gibt.

Erhalt von zuverlässigem Datentransport über die RCN-NSM- Strecken

Eine Datenstrecke mit konkurrierendem Mehrfachzugriff und Paketfehlererkennung, jedoch ohne jegliche Bestätigungen, verläßt sich auf andere Techniken, um eine hohe Wahrscheinlichkeit für Meldungsübertragung zu erreichen.
Paket-Funkübertragungen sind gelegentlich von Beeinträchtigungen aufgrund von Rauschen, Interferenz oder Kollisionen betroffen. Netzwerkknoten, welche ihren eingebauten Selbsttest nicht bestehen, beenden die Funkübertragung. Das System führt Fehlersteuerung auf verschiedenen Abstraktionsebenen durch.

Fehlererfassung und Korrektur

Empfangene Signale stimmen mit bestimmten physikalischen Synchronisierungsmustern überein, welche der Meldung vorangehen, bevor sie als Paket betrachtet wird, wodurch Rau schen und beeinträchtigte Meldungen herausgefiltert werden. Bitmuster, die verwendet werden, um die Rahmen/Kanal- Struktur zu erzeugen, werden auch ausgewählt, um Fehlinterpretation entweder aufgrund von Rauschen oder da ein Teil der zulässigen Meldungen gleich aussieht, zu verhindern. Im allgemeinen kann ein Schema mit zwei Ebenen eingesetzt werden, wo zwei Muster, die durch ein festes Zeitintervall getrennt sind, übereinstimmen. Alle Pakete werden weiterhin geschützt, indem sie unter Verwendung eines zyklischen Codes, zum Beispiel einem 16-Bit-CRC, codiert werden, was einen Grad von Informationsredundanz erfordert. Obwohl dies nicht notwendig ist, kann ein fehlerkorrigierender Code verwendet werden, um gewisse Arten von Fehlern wiederherzustellen, zum Beispiel um Einzelfehlerkorrektur mit einem Hamming-Code zu erzielen. Einzelfehlerkorrektur kann auch mit einfach der CRC erzielt werden, und zwar unter Einsatz von beträchtlichen Rechenkosten und unter Verwendung einer "Brute Force"-Suchmethode.

Wegredundanz und Kollisionsvermeidung

Es besteht eine weitere Form von Redundanz in dem System, nämlich Mehrweg-Redundanz. Auf der NRR-Strecke können mehrere entfernte Zellknoten potentiell in der Lage sein, die Übertragung des gleichen Netzwerk-Servicemoduls zu hören, und da verschiedene Übertragungswege eingenommen werden, werden in dem Fall von Kollisionen verschiedene Einfangverhältnisse bestehen, wobei einige der entfernten Zellknoten die Meldung erfolgreich empfangen können. Auf der RND- Strecke übertragen mehrere entfernte Zellknoten gleichzeitig, so daß ein zeitweise blockierter Weg zwischen einem bestimmten Netzwerk-Servicemodul und einem entfernten Zellknoten das Netzwerk-Servicemodul nicht davon abhalten muß, die Meldung von einem anderen entfernten Zellknoten zu hören. Im Fall von Paketkollisionen bei Strecken mit konkur rierendem Zugriff, zum Beispiel NRR und RIQ, neigen Algorithmen zur zufälligen zeitlichen Verteilung dazu, die Meldungen über die Zeit zu verstreuen, um derartige Kollisionen zu vermeiden zu helfen, und die stärkere von zwei kollidierenden Meldungen kann tatsächlich aufgrund des Einfangeffekts korrekt empfangen werden.

Meldungsredundanz und Selbständigkeit

Die Anwendungsschicht von AMR-Diensten setzt Meldungsredundanz als eine weitere Maßnahme zur Unterstützung der Sicherstellung des zuverlässigen Datentransports ein. Fig. 24 erläutert verschiedene Arten von Redundanz. Die meisten Daten werden über eine ausgedehnte Zeitperiode mehrere Male berichtet, und sie werden in einer kumulativen Weise berichtet, um den Einfluß von verlorenen Meldungen weiter zu reduzieren. Nachfolgende Befehle an Netzwerk-Servicemodule werden ebenfalls mehrere Male wiederholt. Diese Befehle sind im allgemeinen von absoluter Natur. Befehle, welche einen Netzwerk-Servicemodulparameter "umschalten", werden vermieden.

Allgemeine Datenstrecken-Paketstruktur

Die Auslegung der auf den Strecken innerhalb des Großgebiet-Übertragungsnetzwerks verwendeten Datenstreckenpakete ist lose an den HDLC-Standard gehalten. Ein Hauptaugenmerk ist die effiziente Verwendung von Kanälen mit relativ niedriger Datenrate, d. h. kleinen Zeitslots. Fig. 25 stellt die Struktur eines wohlbekannten Standard-Datenstreckenpakets dar, nämlich das HDLC-Rahmenformat. Unter Verwendung dieser Struktur bezeichnen Zeigerfelder den Beginn und das Ende des Pakets, und implizit definieren sie die Länge des Informationsfelds mit variabler Länge. Die Quell- oder Bestimmungsadresse ist in einem Adreßfeld, das in Byte- Einheiten expandiert, angegeben. Ein Acht-Bit- oder, wenn größere Sequenznummern gewünscht sind, ein 16-Bit- Kontrollfeld identifiziert den Typ des Pakets, zum Beispiel Information zur Überwachung oder Umnumerierung, und enthält Sende- und Empfangssequenznummern. Verschiedene Arten von Überwachungsfunktionen sind definiert, um Flußsteuerung zu verwalten und erneute Paketübertragungen zu verlangen. Die Pakete vom umnumerierten Typ werden verwendet, um Betriebsmoden auszuhandeln und andere Arten von verwandten Statusinformationen bezüglich der Datenstrecke zu tragen. Die Struktur ist auf eine bidirektionale Punkt-zu- Punktverbindung ausgelegt, wobei alle Pakete bestätigt werden und wo eine Station mehrfach übertragene Pakete mit ausstehenden Bestätigungen haben kann.
Jede der verschiedenen Strecken des Großgebiet- Übertragungsnetzwerks weist eine Datenstrecken- Paketstruktur auf, die zwar lose an das HDLC-Format gehalten ist, jedoch hinsichtlich der speziellen Bedürfnisse und Zwecke der bestimmten Strecke optimiert ist. Wenn Datenstreckenpakete allgemein ausgelegt werden, geht dem Paket eine Präambel der physikalischen Schicht voran. Diese Präambel wird benötigt, um den Beginn eines Slots zu erkennen. Die Bitwerte einer empfangenen Präambel können verfügbar gemacht werden oder nicht, und die Pakete enden an dem letzten Bit des CRC. Die physikalische Schicht verlangt jedoch, daß ein Übertrager wenigstens ein Bit mit einem beliebigen Wert nach dem letzten Bit des CRC überträgt. Ein Markierungsmuster markiert den Beginn eines Datenstreckenpakets. Dieses Markierungsmuster wird als Teil des Datenstreckenpakets betrachtet, da die physikalische Schicht verwendet das Markierungsmuster jedoch auch, um den Beginn des Slots zu erkennen und macht dann dieses Feld der Datenstreckenschicht verfügbar.
Wenn Datenstreckenpakete einer bestimmten Art ausgelegt werden, so sind mit Ausnahme für IRD und RIR alle Pakete von fester Länge, und die Paketgrößen sind Byte-Vielfache, mit Ausnahme von RND und RNC. Ein IRD-Streckenpaket ist nur dahingehend speziell, als daß es immer mit einem vorangehenden IRH-Paket gepaart ist, wie dies in Fig. 26 dargestellt ist. RND-Streckenpakete sind dahingehend speziell, daß deren Struktur von deren CAT-Unterkanalzuordnung abhängt. Ergänzend weist jede Strecke ihr zugeordnet eine intrinsische Form der Adressierung auf: NRR, RIR und RIQ- Pakete enthalten Adreßfelder für den Quellknoten; IRH- Pakete enthalten Adreßfelder für den Bestimmungsknoten, welches die Sendeadressen sein können; IRD-Pakete beziehen sich implizit auf die gleiche Zieladresse wie das vorangehende IRH-Paket; RND-Adressierung hängt von der durch das CAT bezeichneten Unterkanalverwendung ab; und RNC ist implizit eine Strecke nur zum Senden. Ferner teilt sich die Datenstreckenschicht ein Steuerfeld mit der Netzwerkschicht, wo alle Pakete durch ein 16-Bit-CRC-Prüffeld geschützt sind, und Grundzahlen werden mit am meisten signifikantem Byte zuerst und Bit innerhalb Byte zuerst übertragen. Die Fig. 27 bis 30 stellen die RIR-Datum- Streckenpaketstruktur, die IRH-Daten-Strecken- Paketstruktur, NRR-Daten-Streckenpaketstruktur bzw. die RIQ-Daten-Strecken-Paketstruktur dar.

Datenstrecken-Paketstruktur - RND- und RNC-Strecken

Die RND-Strecke wird dazu verwendet, um Befehle und Betriebstabellen an Netzwerk-Servicemodule zu liefern. Verschiedene Verfahren der Lieferung und Adressierung werden eingesetzt, und jedes weist seine eigene Datenstrecken- Paketstruktur auf. Der CAT bestimmt, welche Arten von Anwendungsmeldungen in einem bestimmten Unterkanal getragen werden können, und er spezifiziert indirekt das Datenstrecken-Paketformat. Alle in diesem Unterkanal gesendeten Pakete müssen die gleiche Liefermethode und somit die gleiche Struktur aufweisen.
Die Datenstreckenschicht des Großgebiet- Übertragungsnetzwerks verwendet drei Liefermechanismen für Meldungen auf der RND-Strecke. Die erste, Senden-an-Klasse- Adresse wird verwendet für Meldungen, von welchen angenommen wird, daß sie von allen Netzwerk-Servicemodulen empfangen werden, die zu einer bestimmten Klasse gehören, üblicherweise auf der Grundlage der Netzwerk-Servicemodulart. Fig. 31 erläutert eine Datenstrecken-Paketstruktur für eine RND-Senden-an-Klasse-Adresse. Der zweite, Senden-an- Einzeladresse, wird verwendet für Meldungen, die für ein einzelnes Netzwerk-Servicemodul bestimmt sind. Die Meldung wird periodisch übertragen, und von dem Netzwerk- Servicemodul wird erwartet, die Meldung eventuell zu hören. Die dritte Rückabfrage wird ebenfalls für Meldungen verwendet, die für einzelne Netzwerk-Servicemodule bestimmt sind, die Meldung wird jedoch nicht übetragen, bevor das Netzwerk-Servicemodul eine Meldung sendet, die die Rückabfrage explizit verlangt. Fig. 32 erläutert eine Datenstrecken- Paketstruktur für RND-Senden-an-Einzeladresse und Rückabfrage. Ein Liefermechanismus wird auf jedem einzelnen Unterkanal verwendet, und ein auf einem solchen Unterkanal lauschendes Netzwerk-Servicemodul weiß, welcher Mechanismus verwendet wird.
Im allgemeinen wird die Datenstrecken-Schichtadresse auf einem Datenstreckenpaket auch dahingehend betrachtet, daß sie die Netzwerk-Schichtadresse für die in dem Datenstreckenpaket getragene Netzwerkmeldung ist. Dies schließt jedoch nicht aus, daß die Netzwerkschicht ebenfalls ein explizites Netzwerkschicht-Adressenunterfeld des Netzwerkmel dungsfelds aufweist. Tatsächlich wird auf diese Weise schichtweise Adressierung für Lastmanagement-Netzwerk- Servicemodule unterstützt, wobei die Datenstreckenschicht für diese Meldungen die Senden-an-Klasse-Adresse einsetzt und die Netzwerkschicht zusätzliche Adressenfelder aufweist.

RNC-Strecke

Die RNC- und RIQ-Strecken teilen sich einen gemeinsamen Slot in jedem Datenkanal. Die zwischengeordnete Datenstation kann in einem IRH-Paket einen speziellen Anwendungssteuerbefehl ausgeben, welcher von den entfernten Zellknoten in dem unmittelbar folgenden RNC/RIQ-Slot als Echo zurückgeschickt wird. Fig. 33 erläutert eine Datenstrecken- Paketstruktur zur speziellen Anwendungssteuerung für RNC- Senden.

Betriebliche Messungen

Datenstrecken-Schichtmodule verbuchen normale und Ausnahmen enthaltende Datenstreckenereignisse. Diese Statistiken werden verwendet zur optimierenden Systemeinstellung und zur Fehlerdiagnose.
Jede Schicht des Übertragungsnetzwerks sammelt an jedem Knoten eine statistische Übersicht des Netzwerkbetriebs. Diese Größen helfen dem Netzwerkverwalter zu entscheiden, ob das System ordnungsgemäß arbeitet, Werte für optimierend einstellbare Parameter zu bestimmen und die Ursache von Fehlern zu lokalisieren. Die geführten Statistiken umfassen:
- Zahl der übertragenen Pakete,
- Anzahl der erneuten Paketübertragungen,
- Anzahl der mit gültigen CRCs erhaltenen Pakete,
- Anzahl der Pakete mit CRC-Fehlern,
- Anzahl von Protokollverletzungen.
Zudem können höhere Schichten die Datenstreckenschicht bitten, Pakete mit CRC-Fehlern oder Pakete, die von schlechten Präambeln zusammen mit CRC-validierten Paketen geschickt wurden, in dekodierter binärer Form oder für ein beliebiges Paket als ein digitalisiertes Analogsignal weiterzuleiten.

Zusammenspiel zwischen Netzwerk und physikalischen Schichten

Die Datenstreckenschicht 97 der Fig. 34 verwendet die Dienste der physikalischen Schicht 98, während sie Dienste an die Netzwerkschicht 96 bereitstellt. Die von der physikalischen Schicht 98 verwendeten Dienste umfassen Warten auf den Beginn eines bestimmten Slots eines bestimmten Kanals oder Unterkanals; Frequenzauswahl; Übertragung eines Stroms von Bytes; Empfang eines Stroms von dekodierten Rohdatenbytes; Empfang eines Stroms von digitalisierten Abtastungen des Analogsignals zusammen mit dekodierten Werten; Abbruch eines in Verarbeitung befindlichen Vorgangs; Erhalten eines genauen Werts für die gegenwärtige Zeit; Erhalt eines Zustands der physikalischen Schicht und operative Messungen; und explizite Anforderung, daß sich die physikalische Schicht mit dem Netzwerk synchronisiert.
An die Netzwerkschicht 96 bereitgestellte Dienste umfassen Verkapselung einer Netzwerkmeldung in ein Paket und Übertragung der Netzwerkmeldung in einen bestimmten Slot; Empfang von Paketen aus vordefinierten Slots, Verifizierung von CRCs, Extrahierung und Pufferung von Netzwerkmeldungsfeldern und Rückgabe derselben auf Aufforderung; Rückgabe der momentanen Zeit; und Rückgabe des Zustands und operative Messungen, einschließlich jener der physikalischen Schicht 98.

Überblick über die Netzwerkschicht

Die Netzwerkschicht in dem OSI-Modell hat die Verantwortung für die Meldungslieferung von der Quelle zu der Bestimmung über ein einziges Netzwerk, möglicherweise unter Durchleitung durch ein oder mehrere zwischengeordnete Netzwerkknoten. Die in Fig. 34 erläuterte Netzwerkschicht 96 des Großgebiet-Übertragungsnetzwerks führt mehrere Funktionen aus, wie sie in herkömmlichen Übertragungsnetzwerken nicht gefunden werden.
Der Zweck der Netzwerkschicht 96 ist es, einen verallgemeinerten Kommunikationsmechanismus zur Unterstützung von Anforderungen der Anwendungsschicht bereitzustellen. Die Steuerung des gesamten Netzwerks wird betrachtet, als daß sie in der Netzwerkschicht enthalten ist. Wie von der vorliegenden Erfindung beansprucht, beabsichtigt die Netzwerkschicht 96 Endpunkt-zu-Endpunkt-Transportaufgaben, wie sie den OSI-Transport- und Netzwerk-Schichten zugeordnet sind. Die Netzwerkschicht 96 isoliert höhere Schichten von den Datenübertragungs- und Schaltungstechnologien, die verwendet werden, um Endpunkt-zu-Endpunkt-Verbindungen zwischen Systemen aufrechtzuerhalten und zu beenden, welche eine Anzahl von Datenstreckenverbindungen als Tandem umfassen kann, wenn die Systeme nicht direkt verbunden sind. Die Netzwerkschicht 96 stellt einen Meldungslieferungsdienst an höhere Schichten bereit und trägt auch Anwendungsschicht- Meldungen.
Das Großgebiet-Übertragungsnetzwerk ist dazu ausgelegt, verbindungslose Datenübertragung auf einer hierarchischen Netzwerkarchitektur zu unterstützen. Mit diesem Auslegungsziel im Hinterkopf können die Netzwerkschicht-Funktionen derart betrachtet werden, daß sie bereitstellen:
- Knotenadressierung,
- Streckenführung (Routing)
- Strategie zur Abfrage entfernter Zellknoten durch zwischengeordnete Datenstationen,
- Paketformat, in Bezug auf Netzwerksteuerung,
- Paketpriorität - in Bezug auf Meldungsverzögerung,
- Kanalzuweisungstabelle (CAT) in Bezug auf Meldungsdurchsatz,
- Aufwärtsmeldungslieferung (Bericht),
- Abwärtsmeldung, zum Beispiel Befehlslieferung,
- - Sendung an Klasse oder Rangadresse
- - Sendung an Einzeladresse,
- - umgekehrte Abfrage
- Abhorchen, eine Form redundanter Meldungsreduktion,
- Netzwerksteuerung, Herunterladen an entfernte Zellknoten,
- Operationelle Messungen.
Da Meldungsgrößen recht klein sind, um die Menge an Information, die getragen wird, zu maximieren, sind Netzwerk-, Datenstrecken- und in einigen Fällen sogar Anwendungsschicht-Meldungsfelder gelegentlich einigen Schichten gemeinsam, anstatt daß sie eine strikte Kapselung von höherschichtigen Meldungen innerhalb niederschichtigen Paketen/Rahmen umfassen. Tatsächlich scheint es gelegentlich, daß niederschichtige Felder für höherschichtige Gesamtheiten sichtbar sind.

Adressierung innerhalb des Großgebiet-Übertragungsnetzwerks

Netzwerkknoten innerhalb des Großgebiet- Übertragungsnetzwerks haben einzigartige Netzwerkadressen, jedoch weist jede Art von Knoten einen separaten Adreßraum auf. Die Identifizierung (ID) eines Knotens dient als Adresse des Netzwerks, der Datenstrecke und der physikalischen Schicht des Knotens. In einigen Fällen kann ein Knoten eine unterschiedliche Identifikation in der Anwendungsschicht aufweisen, welche nur der zentralen Datenstation bekannt ist, oder der Knoten kann eine zweite Klassenadresse oder Rangadresse aufweisen, auf welche der Knoten antwortet.

Einzelknotenadressen

Adressen können als Datenstreckenadressen betrachtet werden in Bezug auf die verwendeten Strecken, d. h. NSM-Adressen auf NRR/RND-Strecken und RCN-Adressen auf IRD/RIR-Strecken, sie können auch als Netzwerkadressen betrachtet werden, da es keine individuellen physikalischen Standort-zu-Standort- Strecken zwischen Knoten gibt. Knoten werden durch binäre Integer-Adressen einmalig identifiziert. Fig. 35 faßt den Adreßraum für jede Knotenart zusammen. Fig. 36 ist ein Beispiel von Rangadreßspezifikationen und ausgewählt/nicht ausgewählt-Netzwerk-Servicemodulen. Die Adreßraumgröße ist beträchtlich größer als in anderen denkbaren Netzwerken. Netzwerk-Servicemoduladressen müssen nur innerhalb jedes Netzwerk-Servicemodultyps einzigartig sein, so daß, wenn ein 8-Bit-Feld den NSM-Typ spezifiziert, der NSM-Adreßraum potentiell 256 mal so groß ist, wie er in Fig. 35 gezeigt ist.
Aufwärtsmeldungen sind implizit zur Lieferung an die zentrale Datenstation markiert, wo sie an geeignete Anwendungsprozesse auf der Basis des Inhalts, d. h. hauptsächlich NSM- und Meldungstyp, umgerichtet werden. Abwärtsmeldungen enthalten im allgemeinen nur Bestimmungsadressen, Aufwärtsmeldungen nur Quelladressen. Entfernte Zellknoten akzeptieren Meldungen von Netzwerk-Servicemodulen, welche sie hören. Wenn sie abgefragt werden, leiten entfernte Zellknoten Aufwärtsmeldungen an anonyme zwischengeordnete Datenstationen, zwischengeordnete Datenstationen, welche die Antwort eines entfernten Zellknotens oder ein RIQ hören, identifizieren jedoch zuerst den entfernten Quell-Zellknoten als solchen, der unter ihrer Steuerung steht. Jede zwischengeordnete Datenstation kann auch eine weitere Adresse aufweisen, die mit dem IDT-CDT-Netzwerk zugeordnet ist.

Sendungsadressierung

Es werden einige Abwandlungen der Sendungsadressierung eingesetzt. Aufgrund der Sendenatur des Funkmediums werden Meldungen versandt, selbst wenn es nur einen beabsichtigten Empfänger gibt. Für entfernte Zellknoten und zwischengeordnete Datenstationen, sollten sie auf einem Multicast-Medium existieren, ist die Adresse mit nur Einsen dazu reserviert, überhaupt eine Sendung an alle anzuzeigen. Die Menge entfernter Zellknoten, für welche die Sendung gilt, hängt davon ab, welche zwischengeordnete Datenstationen die Meldung übertragen. Wenn alle zwischengeordneten Datenstationen die Meldung gleichzeitig senden, dann haben alle entfernten Zellknoten die Möglichkeit, die Meldung zu hören. Wenn nur eine einzige zwischengeordnete Datenstation überträgt, dann kann die Meldung als solche angesehen werden, die nur zu den entfernten Zellknoten innerhalb des Hörbereichs dieser zwischengeordneten Datenstation gerichtet ist. Die Inhalte der Meldung können derart definiert sein, daß sie ferner die Meldung auf eine bestimmte Gruppe entfernter Zellknoten beschränkt.
Für Netzwerk-Servicemodule tritt die Sendungsadressierung unter mehreren verschiedenen Umständen auf und wird jeweils unterschiedlich behandelt. Gewisse Information ist für alle Netzwerk-Servicemodule bestimmt, und sie wird nur identifiziert durch den Slot/Unterkanal, den die Information belegt; keine Adresse ist spezifiziert. Gewisse Information ist nur für eine Art von Netzwerk-Servicemodul bestimmt. Die Information kann identifiziert werden entweder durch nur den Unterkanal oder durch Verwendung der Netzwerk- Servicemodulart als die Adresse. Gewisse Information ist für nur ein Netzwerk-Servicemodul bestimmt, und Netzwerk- Servicemodulart und Adresse sind nötig; alternativ kann die Art weggelassen werden, wenn sie in dem Unterkanal enthalten ist. Schließlich ist gewisse Information nur für eine Untermenge oder einen Rang der Netzwerk-Servicemodule einer bestimmten Art bestimmt. In diesem Fall haben alle Netzwerk-Servicemodule, die eine ranghaltige Adresse erkennen, zusätzlich zu ihrer normalen ID eine ihnen zugeordnete 24- Bit-Rangadresse. Eine ranghaltige Adresse in einem übertragenen Paket umfaßt zwei Teile, wobei der erste Teil ein 24- Bit-Muster ist und der zweite eine 24-Bit-Maske ist, die auswählt, welche der Musterbits entsprechenden Bits der Rangadresse eines Netzwerk-Servicemoduls übereinstimmen müssen, und zwar für das zu adressierende Netzwerk- Servicemodul. Die Art der verwendeten Netzwerk- Servicemoduladressierung ist für jede Art von gelieferter Meldung vorbestimmt, und Netzwerk-Servicemodule wissen dies. Innerhalb eines gegebenen Unterkanals wird nur ein NSM-Adressiermechanismus verwendet.

Streckenführung ("Routing") innerhalb des Großgebiet- Übertragungsnetzwerks

Meldungsstreckenführung in einem hierarchischen Netzwerk ist geradlinig, wenn man annimmt, daß alle Wege direkt sind. Die mehrschichtige Natur der Abwärtslieferung führt eine weitere Ebene von Netzwerk-Weitersynchronisation ein, nämlich die zwischen zwischengeordneten Datenstationen oder die zwischen entfernten Zellknoten. Rückabfragelieferung an Netzwerk-Servicemodule ist eine Art von Netzwerkverkehr, welcher das Treffen signifikanter Streckenführungsentscheidungen verlangt.
In die Aufwärtsrichtung übertragen die Servicemodule an keine bestimmten entfernte Zellknoten, und jeder entfernte Zellknoten, der die Meldung hört, leitet sie an jede zwischengeordnete Datenstation weiter, die sie abfragt, und die zwischengeordnete Datenstation wird sie an die zentrale Datenstation weiterleiten, wenn sie abgefragt wird. In dieser Hinsicht ist die einzige Entscheidung, die getroffen werden muß, die welche zwischengeordnete Datenstruktur einen gegebenen entfernten Zellknoten abfragen soll.
In Abwärtsrichtung haben für eine bestimmte zwischengeordnete Datenstation oder bestimmten entfernten Zellknoten bestimmte Meldungen einen direkten Weg von der zentralen Datenstation, wenn angenommen wird, daß jeder entfernte Zellknoten einer einzigen zwischengeordneten Datenstation zugeordnet ist. An entfernte Zellknoten gerichtete Sendemeldungen würden durch alle zwischengeordneten Datenstationen im Gleichklang übertragen werden. Ein fundamentales Konzept, das der gesamten Auslegung innewohnt, ist das, daß Abwärtsübertragung hauptsächlich durch einige Netzwerkknoten durchgeführt wird, die die gleiche Information im Gleichklang übertragen. Eine Konsequenz hiervon bringt es mit sich, daß zwischengeordnete Datenstationen an entfernte Zellknoten senden. Da die Strecke von zentraler Datenstation an zwischengeordnete Datenstation höchstwahrscheinlich nicht ein Multicast-Medium ist, ist die zentrale Datenstation nicht in der Lage, gleichzeitig mit allen zwischengeordneten Datenstationen zu sprechen. Da die zentrale Datenstation mit jeder zwischengeordneten Datenstation separat spricht, ruft die zentrale Datenstation deshalb die zwischengeordneten Datenstationen dazu auf, ihre Sendungen an entfernte Zellknoten zu einem gemeinsamen zukünftigen Zeitpunkt zu beginnen. Zwischengeordnete Datenstationen rufen entfernte Zellknoten ähnlich auf, da alle entfernten Zellknoten die meisten für Netzwerk-Servicemodule bestimmten Meldungen im Gleichklang übertragen.
Die Möglichkeit, irgendwelche tatsächlichen Streckenführungsentscheidungen zu treffen, kommt mit durch Rückfrage gelieferten Meldungen. Solche Meldungen werden nur zu den entfernten Zellknoten, sagen wir bis zu vier, heruntergeladen, welche wahrscheinlich die Rückabfrage des Zielnetzwerk-Servicemoduls hören. Im Vergleich dazu, daß alle Meldungen an alle entfernten Zellknoten gehen, sind die Speicheranforderungen für entfernte Zellknoten vermindert und der Meldungsdurchsatz ist erhöht, wenn Rückabfragemeldungen von Netzwerk-Servicemodulen an einzelne entfernte Zellknoten geliefert werden, dies jedoch auf Kosten, daß diese Lieferung an jeden entfernten Zellknotenkandidaten separat durchgeführt wird. Die Streckenführungstabelle an der zentralen Datenstation ist ebenfalls ein Aufwand dahingehend, daß es für jedes Netzwerk-Servicemodul notwendig ist aufzuzeichnen, welche entfernten Zellknoten normalerweise die Streckenführungstabelle hören.
Die vollständige Streckenführung umfaßt:
- die zentrale Datenstation - die Quelle der Lieferung,
- zwischengeordnete Datenstation bzw. -Stationen - welche für den entfernten Zellknoten zuständig ist (sind), der am besten in der Lage ist, die abschließende Lieferung auszuführen,
- entfernter bzw. entfernte Zellknoten - welche normalerweise das Zielnetzwerk-Servicemodul hören und ausgewählt werden, die endgültige Lieferung durchzuführen,
- das Netzwerk-Servicemodul - das Ziel der Lieferung.
Damit die Streckenführung wirksam ist, muß eine Art von Reziprozität zwischen einem Netzwerk-Servicemodul und den entfernten Zellknoten, welche es hören, bestehen, da ein entfernter Zellknoten eine Rückabfragemeldung nur liefern kann, wenn er die Rückabfrage des Netzwerk-Servicemoduls hört.
Eine mögliche Alternative zur individualisierten Lieferung von Rückabfragemeldungen an entfernte Zellknoten ist es, alle Meldungen an alle entfernte Zellknoten zu senden. Eine zweite Alternative würde es notwendig machen, daß jeder entfernte Zellknoten eine Liste der Netzwerk-Servicemodule unterhält, die der entfernte Zellknoten normalerweise hört, und obwohl alle Rückabfragemeldungen an alle entfernte Zellknoten übertragen werden würden, würden nur die entfernten Zellknoten, welche von einem Zielnetzwerk- Servicemodul hören, die Meldung zur späteren Lieferung speichern. Für Systeme mit niedrigem Verkehr könnten alle Meldungen an alle entfernten Zellknoten gesendet werden.
Ein noch weiterer Ansatz wäre es, die Netzwerk- Servicemodulsichtbarkeit mit den zwischengeordneten Datenstationen zu korrelieren, welche die entfernten Zellknoten abfragen, die das Netzwerk-Servicemodul hören. Auf diese Weise würde die zentrale Datenstation die Rückabfragemel dungen nur an die zwischengeordneten Datenstationen bzw. Station leiten, die mit dem Zielnetzwerk-Servicemodul verbunden ist, und nur die entfernten Zellknoten, welche die zwischengeordnete Datenstation hören, würde die NSM-Meldung erhalten. Es kann nun nützlich sein in Betracht zu ziehen, die entfernten Zellknoten wissen zu lassen, mit welcher zwischengeordneten Datenstation sie sprechen, so daß die entfernten Zellknoten, welche eine zwischengeordnete Datenstation hören können, jedoch durch die zwischengeordnete Datenstation nicht abgefragt werden, wissen, auf die Herunterladung hin nicht zu handeln. Das Argument dagegen, entfernten Zellknoten zu sagen, welche zwischengeordnete Datenstation abfragt, ist, daß, wenn eine zwischengeordnete Datenstation versagt, andere zwischengeordnete Datenstationen deren entfernte Zellknoten übernehmen können, ohne daß sich die entfernten Zellknoten bewußt sind, außer daß sie vielleicht eine Unregelmäßigkeit in einer Sequenznummer feststellen. Zwischengeordnete Datenstationen können jedoch dazu ausgelegt werden, die versagende zwischengeordnete Datenstation zu "entpersonalisieren". Der am besten erscheinende Kompromiß ist es, daß die zwischengeordneten Datenstationen ihre IDs an unter ihrer Verantwortung stehende entfernte Zellknoten weitergeben, so daß Herunterladungen nur an die RCNs gerichtet werden können, die einer bestimmten zwischengeordneten Datenstation angehören. Die ID der zwischengeordneten Datenstation würde nur dazu verwendet werden, anfänglich einen entfernten Zellknoten zu konfigurieren oder zu rekonfigurieren, sowie für spezielle Arten von Herunterladungen, wie etwa Rückabfragemeldungen.

Von den IDTs verwendete RCN-Abfragestrategie

Die von den zwischengeordneten Datenstationen verwendete Strategie zur Abfrage der entfernten Zellknoten umfaßt die Ordnung, mit der eine zwischengeordnete Datenstation ihre entfernten Zellknoten abfragt, die Art, in der die zwischengeordnete Datenstation auf RIQs reagiert, die Art, in der Herunterladungen und Statusabfragen mit Abfragen nach Meldungen verschachtelt sind, und die Koordination von benachbarten zwischengeordneten Datenstationen derart, daß nur eine den RF-Kanal zu einer Zeit benutzt.
Die zwischengeordnete Datenstation fragt ihre entfernten Zellknoten gemäß einer Menge von Regeln ab, welche dazu ausgelegt sind, eine minimale Abfragerate für einzelne entfernte Zellknoten zu garantieren; die Aufmerksamkeit dynamisch proportional zu dem Bedarf anzupassen, auf RIQs zeitgerecht zu antworten; uRTUs nötige Aufmerksamkeit zu zollen; geeignetes Zuteilen der Halb-Duplex-Strecken (IRD & RIR); und periodisches Sammeln von Statusberichten entfernter Zellknoten (uRTU). Um bei Bedarf die Aufmerksamkeit dynamisch proportional zum Bedarf anzupassen, sollte, wenn ein entfernter Zellknoten 20 Meldungen hatte und ein anderer 200, der letztere häufiger abgefragt werden, bis beide Zellknoten ähnliche Puffergrößen haben. Ähnliche Betrachtungen entstehen im Zusammenhang mit Meldungen hoher Priorität.
Ein Ziel des Systems ist es, in der Lage zu sein, daß zwischengeordnete Datenstationen in verschiedenen Teilen des Netzwerks ihre entfernten Zellknoten gleichzeitig abfragen. Wenn zwischengeordnete Datenstationen einander nahe sind oder wenn ein entfernter Zellknoten in der Reichweite mehrerer zwischengeordneter Datenstationen ist, dann stellt die Abfragestrategie auch Methoden bereit, welche einander störende gleichzeitige Abfragen/Antworten vermeiden. Ein Ansatz ist es, den zwischengeordneten Datenstationen den Zugang zu der IR-Strecke in lediglich zentral zugewiesenen Kanälen zu erlauben. Ein anderer Ansatz umfaßt die Verwen dung von Richtungsantennen an der zwischengeordneten Datenstation in Verbindung mit einer Auto-Konfiguration, welche Informationen dahingehend bereitstellt, welche Antenne für jeden entfernten Zellknoten zu verwenden ist. Ein dritter Ansatz gibt der zentralen Datenstation vollständige Steuerung über die Operationen aller zwischengeordneten Datenstationen. Sämtliche Ansätze beeinflussen die eingesetzte Abfragestrategie.
Alternative Ansätze zum Problem der Abfrage entfernter Zellknoten bringen es mit sich, daß die zentrale Datenstation Abfrageschemen erzeugt und an alle zwischengeordneten Datenstationen liefert. Bei dieser Alternative ist es den zwischengeordneten Datenstationen nicht erlaubt, von dem Plan abzuweichen, sondern vielmehr die zentrale Datenstation über die anstehenden Abfragezustände, einschließlich der RIQs, zu informieren, und die zentrale Datenstation stellt die Abfragepläne periodisch entsprechend ein. Die Abfragepläne sind dazu ausgelegt, inkrementelle Aktualisierungen zu ermöglichen und somit für jede kleine Änderung eine insgesamte Neuverteilung zu vermeiden.
Eine zweite Alternative verlangt es, daß die zentrale Datenstation zwischengeordnete Datenstationen anweist, welche Kanäle eine jede wann verwenden kann, um Störung durch gemeinsame Verwendung eines Kanals sowohl während der Abfragen/Herunterladungen der zwischengeordneten Datenstationen als auch während der Antworten der RCNs zu vermeiden. Bei dieser Alternative führen die zwischengeordneten Datenstationen alle anderen Entscheidungen durch dahingehend, welcher entfernte Zellknoten abzufragen ist und wann dieser abzufragen ist. Gleichzeitige Abfragungen von allen zwischengeordneten Datenstationen an alle entfernten Datenstationen würden dennoch unter direkter Steuerung der zentralen Datenstation stattfinden.

Lieferung von Sendemeldungen an NSMs

Unter einer Sendemeldungs-Lieferungsstrategie übertragen entfernte Zellknoten wiederholt Listen von Meldungen, und Netzwerk-Servicemodule horchen periodisch, um zu sehen, ob irgendwelche dieser Meldungen für sie bestimmt sind. Diese Methode wird verwendet, wenn Meldungen an mehrere Netzwerk- Servicemodule gleichzeitig geliefert werden oder wenn Meldungen mit minimaler Verzögerung geliefert werden. Fig. 37 listet gemeinsame Felder von Sendemeldungen.

Sendung an Klassenadresse

Senden an Klassenadressen liefert die gleiche Information an eine große Gruppe von Netzwerk-Servicemodulen. Fig. 38 erläutert ein Beispiel einer Zeittabelle und eines Zeitplans für die Verwendungszeit von Sendung an Klassenadresse. Das Verfahren wird verwendet sowohl für Kommandos kleiner Größe, welche einen schnellen Empfang benötigen, als auch für große Mengen von relativ statischer oder sich langsam ändernder Information. Als ein Beispiel für letzteres sei angeführt, daß Netzwerk-Servicemodule bis zu einer Woche brauchen können, um aktualisierte Information zu beschaffen. Die Lieferverzögerung ist eine Funktion der Zirkulationsperiode und davon, wie oft Netzwerk-Servicemodule auf entfernte Zellknoten horchen.
Fig. 37 listet die Arten von Feldern, welche derartige Meldungen umfassen. Die tatsächlichen Meldungsformate können von einem Meldungstyp zum anderen variieren, und Netzwerk-Servicemodule kennen die Strukturen von allen Meldungstypen, welche sie empfangen sollen. Entfernte Zellknoten lassen wiederholt eine Serie derartiger Meldungen in aufeinanderfolgenden Slots eines für diesen Zweck bestimmten Unterkanals zirkulieren. Im allgemeinen gilt jede Meldung nur für eine Art von Netzwerk-Servicemodul, und somit ist ein einziger Unterkanal jedem Netzwerk-Servicemodultyp zugeordnet, und nur die für den gleichen Netzwerk- Servicemodultyp bestimmten Meldungen erscheinen in diesem Unterkanal. In diesem Fall können die gleichen Meldungstyp- Codes für verschiedene Arten von Meldungen verwendet werden, welche in verschiedenen Unterkanälen erscheinen. Dies schließt es nicht aus, daß ein einziger Unterkanal Meldungen für mehrere Netzwerk-Servicemodul-Typen trägt, die verwendeten Meldungstyp-Codes müssen jedoch unzweideutig sein, oder der Typ des Netzwerk-Servicemoduls ist als Teil der Meldung enthalten. Das Meldungstypfeld selbst kann weggelassen werden, wenn es die einzige in dem Unterkanal transportierte Type ist. Es wird vorausgesetzt, daß die Zahl der benötigten verschiedenen Unterkanäle klein ist, und es wird auch vorausgesetzt, daß die Zahl von Meldungen in jeder Liste ebenfalls klein ist. Es können kleine Unterkanäle verwendet werden.
Jede einzelne Meldung kann zusätzliche Inhaltsfelder aufweisen, welche die Lieferung an eine spezielle Untermenge der empfangenden Netzwerk-Servicemodule weiter einschränkt. Die Netzwerk-Servicemodule eines angegebenen Typs empfangen solche Meldungen, jedoch nur die, welche jene Auswahlkriterien erfüllen, nehmen die Lieferung tatsächlich an und handeln auf die Meldung hin. Auf diese Weise ist hierarchische Adressierung eine Spezialisierung der allgemeinen Kategorie der Sendung-an-Klasse-Adressierung.

Sendung-an-Einzeladresse

Sendung-an-Einzeladressen liefert einzelne Paketmeldungen an einzelne Netzwerk-Servicemodule und, um dies zu ermöglichen, mit minimaler Verzögerung, d. h. unter 15 Minuten bei 90% der Zeit. Dies ist eine weitere Spezialisierung des allgemeinen Sendungs-Liefer-Mechanismus. Alle Meldungen enthalten die Adresse und möglicherweise den Netzwerk- Servicemodul-Typ eines einzigen Bestimmungs-Netzwerk- Servicemoduls. Die Liste der in einem Unterkanal zirkulierten Meldungen kann nach Adressen sortiert sein, um aus einer ergebnislosen Suche früh auszusteigen. Man erwartet, daß die Anzahl von benötigten Unterkanälen klein ist, Listen können jedoch recht lang sein, so daß größere Unterkanäle notwendig sein können. Eine bestimmte Meldung würde nur für eine begrenzte Zeitdauer zirkulieren, welche lang genug ist, um einem bestimmten Empfänger mehrere Möglichkeiten zu geben, sie zu hören. Um minimale Lieferungsverzögerung zu erreichen, müssen Netzwerk-Servicemodule auf den Unterkanal oft, oder vielleicht kontinuierlich, horchen. Fig. 39 erläutert ein Beispiel der Sendung zur erneuten Verbindung des Service an einzelne Adressen.

Lieferung von NSM-Sendemeldungen an RCNs

Sätze von Meldungen, welche für Netzwerk-Servicemodule durch Sendungslieferung bestimmt sind, werden an alle entfernten Zellknoten zusammen mit Parametern geliefert, welche angeben, wann mit der Übertragung der Meldungen begonnen werden soll und wie lange dies dauern soll, so daß alle entfernten Zellknoten auf eine koordinierte Weise arbeiten.
Die Verteilung von Netzwerk-Servicemodul-Sendemeldungen an entfernte Zellknoten soll die folgenden Ziele erreichen:
1. Der Sendungslieferungsmechanismus soll in der Lage sein, einige Meldungen mit relativ kurzer Verzögerung ab der Zeit der ursprünglichen Behandlung an der zentralen Datenstation zu liefern;
2. Meldungen haben eine endliche Lebensdauer, während der sie eine gewisse Anzahl von Malen übertragen werden;
3. Meldungslebensdauern reichen von Minuten bis zu Wochen;
4. entfernte Zellknoten lassen Listen von Meldungen zirkulieren;
5. Meldungen können der Liste hinzugefügt werden oder von dieser entfernt werden, oder neue Einträge können augenblickliche zu beliebigen Zeitpunkten ersetzen; während es möglich ist, daß alle Meldungen zur gleichen Zeit ungültig werden, so ist dies nicht notwendig und, da die neue Liste mit der alten viele Meldungen gemeinsam haben kann, wäre es wünschenswert, das Herunterladen der gesamten Liste für jede Änderung zu vermeiden;
6. alle entfernten Zellknoten sollten die gleichen Meldungen zur gleichen Zeit senden und, wenn sich die Menge an Meldungen ändert, muß es vermieden werden, daß einige entfernte Zellknoten die alte Menge senden, während andere die neue Menge senden.
Obwohl das dritte Ziel dadurch erreicht werden kann, daß die Listen nach Bedarf wachsen und schrumpfen dürfen, wobei die Liste so oft wie möglich zirkuliert, so würde es ein solcher Ansatz schwierig machen, nun das sechste Ziel zu erreichen. Ein Weg, das sechste Ziel zu erreichen, ist als Algorithmus A erläutert. Algorithmus A verwendet eine variable Zeitdauer, etwa Minuten, um zu bestätigen, daß alle entfernte Zellknoten die Änderungen an der Netzwerk- Servicemodul-Sendeliste erhalten haben. Wenn Listen mit festgelegter Länge tolerierbar sind, dann kann die als Algorithmus B gezeigte einfachere Verteilungsstrategie verwendet werden. Eine feste Anzahl von Slots wird verwendet, um die Liste an Meldungen zu zirkulieren. Slots können leer sein. Jede Netzwerk-Servicemodul-Meldung wird durch die entfernten Zellknoten nur innerhalb eines explizit angegebenen Zeitintervalls übertragen. Die zentrale Datenstation ist dafür verantwortlich zu verfolgen, wann Slots für neue Meldungen verfügbar werden. Die zentrale Datenstation kann es vorziehen, die Liste in Blöcke gleicher Größe zu unterteilen. Netzwerk-Servicemodul-Meldungen anzusammeln, und sie dann in regelmäßigen Intervallen blockweise abzuarbeiten. Es sei beispielsweise angenommen, daß es in einem vollen Kanal sechs RND-Slots pro Minute gibt, so kann eine Liste von 48 Meldungen in acht Minuten zu übertragen werden. Wenn die Liste in vier Blöcke von 12 Meldungen unterteilt ist und jeder Block eine 32-minütige Lebensdauer hat, kann die zentrale Datenstation den Beginn jedes Blocks um 8 Minuten versetzen, so daß sie dem Netzwerk alle acht Minuten 12 neue Meldungen zuführt, jedoch alle Meldungen noch für volle 32 Minuten zirkuliert werden. Mit dieser Rate kann die zentrale Datenstation 2160 Meldungen während des Verlaufs eines ganzen Tags übertragen. Es wäre jedoch schwierig, die Meldungen nach Bestimmungsadressen sortiert zu halten, wenngleich dies auch möglich wäre. Meldungslieferraten und Lebensdauern können durch die zentrale Datenstation dynamisch variiert werden, die Änderung von Listengrößen verlangt den gleichen Grad an Koordinierung wie Algorithmus A. Die maximale Listenlänge ist beschränkt durch die Speichergröße des entfernten Zellknotens.

Algorithmus A

i) Zwischengeordnete Datenstationen senden Änderungen, gegebenenfalls mehrmals, zusammen mit der Umschaltzeit, an alle entfernte Zellknoten,
ii) entfernte Zellknoten, die die Sendung hören, fahren fort, die alte Liste bis zur Umschaltzeit zu übertragen,
iii) zwischengeordnete Datenstationen bestätigen, daß jeder RCN die Sendung gehört hat; erneute Lieferung wenn nötig.
iv) Entfernte Zellknoten, die nach der Umschaltzeit immer noch übertragen, stoppen sofort beim Hören der Sendung.
v) Sobald alle entfernte Zellknoten den Empfang bestätigen, wie dies durch die zentrale Datenstation bestimmt ist, übertragen die zwischengeordneten Datenstationen den Umschaltbefehl.
vi) Wenn ein entfernter Zellknoten den Umschaltbefehl vor der Umschaltzeit hört, schaltet er zur Umschaltzeit von der alten auf die neue Liste, und zwar ohne Unterbrechung der Lieferung.
vii) Wenn ein entfernter Zellknoten bis zur Umschaltzeit den Umschaltbefehl nicht hört, beendet er zur Umschaltzeit die Übertragung.
viii) Wenn ein entfernter Zellknoten den Umschaltbefehl nur nach der Umschaltzeit hört, beginnt er, die neue Liste zu übertragen, er muß jedoch an der Stelle in der Liste beginnen, wo er wäre, wenn er zur Umschaltzeit begonnen hätte.
ix) Zwischengeordnete Datenstationen bestätigen, daß alle entfernten Zellknoten den Umschaltbefehl gehört haben; erneute Lieferung wenn notwendig.

Algorithmus B

i) Zwischengeordnete Datenstationen senden an alle entfernte Zellknoten, die NSM-Meldungsliste oder einen Teil hiervon, und zwar zusammen mit Sendungsbeginn und gesamten Lebensdauern; die Startzeit folgt dem Ende der Lebensdauer vorangehender Inhalte oder fällt hiermit zusammen.
ii) Entfernte Zellknoten, die die Sendung hören, beginnen bzw. beenden die Übertragung zu den angegebenen Zeiten.
iii) Entfernte Zellknoten, die die Sendung nicht hören, werden am Ende der gegenwärtigen Listenlebensdauer still.
iv) Zwischengeordnete Datenstationen bestätigen, daß jeder entfernte Zellknoten die Sendung gehört hat; erneute Lieferung, wenn notwendig.
v) Wenn der entfernte Zellknoten nur nach der Startzeit die Sendung hört, beginnt er, die neue Liste an dem Punkt in der Liste zu übertragen, wo er wäre, wenn er rechtzeitig begonnen hätte.
Da alle entfernten Zellknoten im Gleichklang übertragen müssen, werden im allgemeinen einige oder alle der folgenden Parameter jede an den entfernten Zellknoten zur abschließenden Lieferung übergebene NSM-Meldung begleiten:
- Unterkanal, in welchem die Meldung zu liefern ist;
- wann das erste Mal zu übertragen ist, von beiden Algorithmen benötigt;
- Meldungsverfallszeit, für Algorithmus B - ein spezieller Code könnte definiert werden, um anzuzeigen, daß die Meldung unbestimmt lange zirkuliert wird, z. B. TOU- Zeittabellen, jedoch kann dies nur funktionieren, wenn ein dem Algorithmus A ähnlicher Mechanismus existiert, um derartige Meldungen gegebenenfalls zu ersetzen;
- Position in der Liste, Algorithmus B;
- Ordnungskriterien, Algorithmus A - Meldungen könnten nach NSM-Adresse sortiert sein.

Lieferung von Rückabfragemeldungen an NSMs

Das Rückabfrageverfahren ist bestimmt zur Lieferung von Meldungen, für welche schnelle Lieferung nicht notwendig ist. Es ist dazu ausgelegt, an sowohl den Netzwerk- Servicemodulen als auch den entfernten Zellknoten Energie zu sparen, wobei die Kanalbandbreite effizienter genutzt wird als bei dem Liefermechanismus Sende-an-Einzeladresse. Die Zirkulierung langer Listen von adressierbaren Meldungen wird vermieden auf Kosten der Speicherung von Meldungen an den entfernten Zellknoten und Verzögerung der Lieferung, bis das Netzwerk-Servicemodul den entfernten Zellknoten abfragt, was Stunden oder selbst Tage dauern kann. Wenn ein Netzwerk-Servicemodul einen Bericht überträgt, hat das Netzwerk-Servicemodul im allgemeinen die Option, den entfernten Zellknoten zu fragen, ob es für das Netzwerk- Servicemodul Meldungen gibt:
Die Lieferung von Rückabfragemeldungen ist in Fig. 40 dargestellt. Jedes Netzwerk-Servicemodul, welches potentiell einen Befehl über Rückabfragelieferung empfangen kann, hat einen Abfragezeitplan, zum Beispiel einmal pro jeweils 10 Berichte, so daß periodisch eines der Berichtpakete des Netzwerk-Servicemoduls eine Rückabfrage anfordert. Wenn ein entfernter Zellknoten, der diesen Bericht empfängt, für dieses Netzwerk-Servicemodul einen Befehl auf der Basis von NSM-Art und Adresse hat, dann überträgt der entfernte Zellknoten den Befehl zu einem gegenseitig vereinbarten späteren Zeitpunkt. Das Netzwerk-Servicemodul horcht zu diesem Zeitpunkt. Sowohl das Netzwerk-Servicemodul als auch der entfernte Zellknoten berechnen die Lieferzeit unter Verwendung einer gemeinsamen Hash-Funktion, welche basieren kann auf der NSM-Adresse, der Zeit des ursprünglichen Berichts, des für den ursprünglichen Bericht verwendeten Slots und/oder einem beliebigen Feld in dem Bericht. Die Verzögerung bis zur Lieferung sollte lange genug sein, um es einem batteriebetriebenen Netzwerk-Servicemodul zu erlauben, sich wieder aufzuladen; für ein netzbetriebenes Netzwerk- Servicemodul kann die minimale Verzögerung kürzer sein. Die Verzögerung ist eine relativ einfach zu berechnende Funktion, und der Befehl wird in einem speziellen Unterkanal geliefert. Das Netzwerk-Servicemodul weiß auf der Grundlage seines CAT-Eintrags, welcher Unterkanal dies ist, während dies dem entfernten Zellknoten von der zentralen Datenstation explizit gesagt wird; die Liefer-Unterkanäle sind mit den an dem entfernten Zellknoten heruntergeladenen Kanälen gebündelt. Im Fall einer Hash-Kollision, welche auftritt, wenn zwei oder mehr Rückabfragemeldungen zufällig zur Lieferung in dem gleichen Slot veranschlagt sind, kann entweder eine Meldung herausgegriffen und geliefert werden oder eine Meldung kann in dem ausgewählten Slot geliefert werden und die zweite kann in dem nächsten darauffolgenden Slot in dem gleichen Unterkanal geliefert werden. Kollisionen einer Ordnung größer als zwei werden extrem selten erwartet. Ein Netzwerk-Servicemodul, das den Befehl eines anderen hört, kann dann in den nächsten Slot horchen. In beiden Fällen sollte die Priorität, d. h. ob dies die erste oder einzige Lieferung ist, den batteriebetriebenen Netzwerk- Servicemodulen gegeben werden.
Mögliche Alternativen und/oder Zusätze zu dem obigen Schema umfassen das Entfernen einer bestimmten Meldung von der Liste des entfernten Zellknotens, soweit der entfernte Zellknoten diese Meldung n-male geliefert hat; Entfernen jeglicher Meldungen, die ein entfernter Zellknoten für ein bestimmtes Netzwerk-Servidemodul haben kann, wenn der entfernte Zellknoten von diesem Netzwerk-Servicemodul während m Stunden nicht auf irgendeine Weise von diesem Netzwerk- Servicemodul kontaktiert wurde; Zuordnen einer Verfallszeit zu jeder Meldung, und zwar unabhängig von der Anzahl der Male, die sie übertragen wurde oder ob es einen Kontakt von dem Netzwerk-Servicemodul gab; Meldungen, welche wenigstens einmal geliefert wurden, werden zur frühen Entfernung unter Leitung der zentralen Datenstation auswählbar gestaltet; Einfügen der Menge an verbleibendem Raum in dem Meldungspuffer des entfernten Zellknotens in den an die zentrale Datenstation bereitgestellten Statusbericht; man erlaubt es dem entfernten Zellknoten, in seinem Puffer nur eine Meldung pro Netzwerk-Servicemodul zu speichern, was dazu führt, daß neue Meldungen alte Meldungen überschreiben; man erlaubt es dem entfernten Zellknoten, in seinem Puffer mehrere Meldungen pro Netzwerk-Servicemodul zu speichern, was dazu führt, daß der entfernte Zellknoten die nächste Meldung jedesmal dann liefert, wenn das Netzwerk-Servicemodul eine Rückabfrage durchführt, während dem Netzwerk- Serivcemodul auch angezeigt wird, ob der entfernte Zellknoten für das gleiche Netzwerk-Servicemodul weitere ungelieferte Meldungen hat; Einfügen einer Empfangsbestätigung für eine Meldung in dem nächsten Bericht des Netzwerk- Servicemoduls; und man erlaubt es der zentralen Datenstation, zusätzliche Kriterien anzugeben, welche von den Aufwärtsmeldungen zu erfüllen sind, welche die Rückabfrage eines Netzwerk-Servicemoduls enthalten, bevor die entsprechende Abwärtsmeldung geliefert wird.

Lieferung von Netzwerk-Servicemodul-Rückabfragemeldungen an entfernte Zellknoten

Zur Rückabfragelieferung an Netzwerk-Servicemodule bestimmte Meldungen werden an entfernte Zellknoten heruntergeladen, höchstwahrscheinlich um eine erfolgreiche Lieferung durchzuführen, und zwar zusammen mit Parametern, welche Liefer-Unterkanal und Meldungsdisponierung unter verschiedenen Umständen angeben.
NSM-Rückabfragemeldungen können an entfernte Zellknoten auf eine von wenigstens zwei Weisen verteilt werden:
α) Senden aller Meldungen an alle entfernte Zellknoten.
β) Liefern nur der Meldungen, von denen angenommen wird, daß sie von einem entfernten Zellknoten behandelt werden, einzeln an jeden entfernten Zellknoten.
Bei der Auswertung der obigen Alternativen werden einige Faktoren in Betracht gezogen. Diese umfassen die Zeitdauer, die eine gegebene Meldung in dem Speicher eines entfernten Zellknotens verbleibt, die von einem jeden entfernten Zellknoten tatsächlich gelieferte mittlere Meldungsrate, die Größe des Meldungspuffers des entfernten Zellknotens, die mittlere systemweite Meldungslieferungsrate und die Menge an Verkehr zwischen zwischengeordneter Datenstation und entferntem Zellknoten, die nötig ist, um die Meldungen an die entfernten Zellknoten zu verteilen.
Die Evaluierung des ersten Faktors, wie lange eine gegebene Meldung in dem Speicher eines entfernten Zellknotens verbleibt, findet wie folgt statt. Wenn ein Netzwerk- Servicemodul eine Rückabfrage im Mittel alle a Stunden ausführt, dann besteht eine mittlere Verzögerung von a/2 Stunden von der Zeit, zu der der entfernte Zellknoten eine Meldung erhält, bis zu der ersten Gelegenheit, die Meldung zu liefern. Wenn der entfernte Zellknoten die Meldung mehr als einmal liefert, bevor er die Meldung verwirft, dann bleibt die Meldung in dem Speicher des entfernten Zellknotens für insgesamt (n-1)a Stunden, wobei die Verzögerung für die letzte Lieferung im Mittel a/2 Stunden ist. Für a = 8 und n = 3 ist die mittlere Speicherlebensdauer einer Rückabfragemeldung 16 Stunden.
Der zweite Faktor, die mittlere Rate der von einem entfernten Zellknoten tatsächlich gelieferten Meldungen, kann wie folgt berechnet werden: Wenn ein Netzwerk von r entfernten Zellknoten pro Tag N Meldungen zu liefern hat und k entfernte Zellknoten jedes Netzwerk-Servicemodul hören, dann liefert jeder entfernte Zellknoten im Mittel kN/r Meldungen. Für r = 2500, N = 5000 und k = 4 wird jeder entfernte Zellknoten tatsächlich etwa 8 Meldungen pro Tag liefern.
Der dritte Faktor, die Größe des Meldungspuffers des entfernten Zellknotens, variiert zwischen den Alternativen α und β stark. Wenn das Netzwerk N Meldungen pro 24 Stundentag liefern muß und jede Meldung für (n-1)a Stunden gespeichert ist, dann ist unter α im besten Fall ein Puffer der Größe M = Na(n - 1): 24 nötig. Für die bei der Diskussion des ersten und des zweiten Faktors erhaltenen Größen berechnet sich dies zu dem Wert 3334. Unter β sollte eine Puffergröße von 2 oder 3 mal dem bei der Diskussion des zweiten Faktors erhaltenen Mittel ausreichen, um die von dem entfernten Zellknoten tatsächlich gelieferten Meldungen zu behandeln.
Der vierte Faktor, die mittlere systemweite Meldungslieferungsrate, variiert ebenfalls stark zwischen den Alternativen α und β. Wenn die maximale Zahl an Rückabfragemeldungen, die ein entfernter Zellknoten speichern kann, M, festgelegt ist, dann kann unter α die Gleichung aus der Diskussion des dritten Faktors verwendet werden, um den maximalen Wert von N und damit die maximale mittlere systemweite Rate zu bestimmen. Für M = 1000 wird eine Rate von 1500 Meldungen pro Tag erhalten. Unter der Alternative β ergibt sich dann, wenn die Formel aus der Diskussion des zweiten Faktors die Hälfte (oder ein Drittel) von M darstellt, unter Auflösen nach N mit M = 1000 eine Rate von 312.500 (oder 208.333) Meldungen pro Tag.
Schließlich kann der fünfte Faktor (benötigter Verkehr zwischen zwischengeordneter Datenstation und entferntem Zellknoten) für die Alternative α wie folgt berechnet werden: Im besten Fall muß jede der N Meldungen nur einmal an die entfernten Zellknoten gesendet werden, wobei mehrere Meldungen in einer einzigen Herunterladung als Block zusammengefaßt sein können. Wenn der Puffer des entfernten Zellknotens voll wird, zeigt die zentrale Datenstation explizit an, welche alten Meldungen zu überschreiben sind, da entfernte Zellknoten keine Möglichkeit haben zu wissen, welche Meldungen durch die anderen geliefert werden. Die Alternative β kann hingegen wie folgt berechnet werden: Jede Meldung wird an jeden der k entfernten Zellknoten, die zur abschließenden Lieferung bestimmt sind, geliefert, was nominell k mal länger dauert als das Senden an alle. Wenn mehrere entfernte zwischengeordnete Datenstationen an ihre entfernten Zellknoten gleichzeitig abfragen/herunterladen können, dann können mehrere verschiedene Netzwerk- Servicemodulmeldungen gleichzeitig verteilt werden. Da die zur Lieferung einer bestimmten Meldung ausgewählten k entfernten Zellknoten alle "nahe" dem Ziel-Netzwerk- Servicemodul sein müssen, sind die entfernten Zellknoten wahrscheinlich unter der Steuerung der gleichen zwischengeordneten Datenstation, und, anstatt jede Netzwerk- Servicemodul-Meldung separat an jeden entfernten Zellknoten zu senden, können k entfernte Zellknotenadressen an die Netzwerk-Servicemodulmeldung angefügt werden und die Netzwerk-Servicemodulmeldung muß nur einmal gesendet werden. Man kann diese beiden Techniken kombinieren, so daß diese Alternative tatsächlich weniger Zeit benötigt, um die N Meldungen zu verteilen, anstatt sie einfach zu senden.
Eine Zusammenfassung der Auswertung dieser Faktoren zeigt an, daß die Alternative β aus den folgenden Gründen überlegen ist. RCN-Puffererfordernisse sind viel kleiner und ein höherer systemweiter Meldungsdurchsatz kann erreicht werden; die RCN-Meldungspuffergröße ist der begrenzende Faktor für die Alternative α, wo der Puffer fast so groß sein müßte, wie die Anzahl der Meldungen, die an einem Tag systemweit zu übertragen wäre. Aus Sicht der entfernten Zellknoten ist der Verteilungsprozeß einfacher, da dem entfernten Zellknoten nicht mitgeteilt werden müßte, ob etwas, was in dem RCN-Puffer bereits besteht, verworfen/ersetzt werden müßte. Der Verteilungsprozeß ist für die zentrale Datenstation komplizierter, da die zentrale Datenstation entscheiden muß, an welche entfernte Zellknoten die zentrale Datenstation jede Meldung senden soll. Wenn mehrere zwischengeordnete Datenstationen verschiedene Pakete zur gleichen Zeit übertragen können, können schließlich die Anforderungen an die Verteilungsbandbreite sogar kleiner sein, als wenn an alle entfernten Zellknoten gesendet wird.
Eine zwischengeordnete Datenstation, oder gegebenenfalls mehrere gleichzeitig, übertragen eine Herunterladung, welche eine Liste von IDs entfernter Zellknoten, welche jeder NSM-Meldung zugeordnet sind, enthält. Alle entfernte Zellknoten, die diese Sendung hören, empfangen die NSM-Meldung, jedoch speichern lediglich die in der Herunterladung bezeichneten die NSM-Meldung tatsächlich. Eine Meldung wird aus dem Puffer eines entfernten Zellknoten entfernt, nachdem sie die verlangte Anzahl von Malen geliefert wurde oder wenn ihre angegebene Verfallszeit abgelaufen ist. In Abhängigkeit der Meldungs- und Paketgrößen können zwei oder drei solcher NSM-Meldungen in einer einzigen Herunterladung zu einem Block zusammengefaßt sein, wobei jedoch NSM-Meldungen wahrscheinlich einzeln, nachdem sie verfügbar wurden, ver teilt werden, außer wenn NSM-Meldungen an der zentralen Datenstation oder der zwischengeordneten Datenstation gehalten werden, bis solche Blocks gefüllt sind.
Die folgenden Parameter begleiten NSM-Meldungen an den entfernten Zellknoten, werden jedoch nicht an das Netzwerk- Servicemodul geliefert:
- Zur abschließenden Lieferung verwendeter Unterkanal;
- Anzeige des Algorithmus, zum Beispiel Hashing, zur Verwendung der Bestimmung des Lieferslots;
- Anzahl der Male der Meldungslieferung vor deren Verwerfung;
- Zeit vor Meldungsverfall in dem Fall der Nichtlieferung; bis zu 31 Stunden, oder Tage;
- Hash-Kollisionspriorität, d. h. Meldungen für batteriebetriebene Netzwerk-Servicemodule erhalten höhere Priorität;
- ob im Fall von Hash-Kollision Verkettung erlaubt ist oder nicht;
- zusätzliche Kriterien, die die entsprechende Aufwärtsmeldung bei gesetztem Rückabfragebit erfüllen muß, bevor die Lieferung stattfinden kann, wie etwa das Erfüllen eines Serviceunterbrechungs-Paßworts.

Konkurrenzzugriffsanforderung des entfernten Zellknotens für die Aufmerksamkeit der zwischen eordneten Datenstation

Die entfernten Zellknoten können die RIQ-Strecke verwenden, um eine Anforderung nach Bedienung durch die zwischengeordnete Datenstation zu übertragen. Alle entfernten Zellknoten konkurrieren um den Zugriff auf diese Strecke.
Unter bestimmten Bedingungen kann ein entfernter Zellknoten entscheiden, daß der entfernte Zellknoten durch die zwischengeordnete Datenstation früher als die normalerweise geplante Zeit für die nächste Abfrage der zwischengeordneten Datenstation abgefragt werden muß. Die RIQ-Strecke ist eine Konkurrenzzugriffsstrecke, welche von jedem entfernten Zellknoten verwendet werden kann, um eine RIQ-Meldung zu übertragen, um die Aufmerksamkeit der zwischengeordneten Datenstation anzufordern. Die RIQ-Meldung identifiziert den entfernten Zellknoten und enthält eine Anzeige darüber, warum die Anforderung ausgegeben wird, und zwar in der Form des Statusfelds des entfernten Zellknotens. Die zwei Hauptgründe, warum ein entfernter Zellknoten ein RIQ übertragen könnte, sind der, daß seine Meldungspuffer voll werden oder daß er Meldungen mit hoher Priorität (Alarme) weiterzuleiten hat. Bei geeigneter Abfrage der entfernten Zellknoten sollte ersteres nicht sehr oft auftreten, und auch letzteres wird nicht oft erwartet, außer wenn während eines großflächigen Stromausfalls viele entfernte Zellknoten Alarme mit hoher Priorität weiterzuleiten haben und eine Aktivität auf der RIQ-Strecke in Betracht gezogen werden muß. Der IRH-Meldung könnte ein Feld hinzugefügt werden, welches es den zwischengeordneten Datenstationen ermöglichen würde, spezielle Instruktionen in bezug auf die Verwendung des RIQ-Slots während Stromausfällen zu senden, wobei gegebenenfalls die entfernten Zellknoten angewiesen werden, die Verzögerungszeit zu erhöhen, die Priorität der Stromausfallmeldungen zu erniedrigen oder derartige Meldungen zu verwerfen. In dem Fall der sich füllenden Puffer sollte die Schwelle derart eingestellt ein, daß die Reaktion der zwischengeordneten Datenstation auf das RIQ nicht sehr schnell sein muß. In dem Fall von Meldungen mit hoher Priorität hängt die Verzögerung bei der Antwort auf das RIQ von den Anforderungen der die Meldung verursachenden Anwendung ab.
Sobald die zwischengeordnete Datenstation eine RIQ-Meldung erhält, entscheidet die zwischengeordnete Datenstation, ob der entfernte Zellknoten durch eine frühe Abfrage bedient werden soll oder nicht oder ob die regulär als nächstes veranschlagte Abfrage früh genug sein wird. Sobald die Entscheidung zur Durchführung einer frühen Abfrage getroffen ist, bestimmt die zwischengeordnete Datenstation die als nächstes verfügbare Gelegenheit zu deren Durchführung unter der Voraussetzung, daß die Aktionen aller zwischengeordneten Datenstationen koordiniert werden müssen. Bevor der entfernte Zellknoten abgefragt wird, hat der entfernte Zellknoten ersichtlich keine Versicherung, daß sein RIQ von der zwischengeordneten Datenstation überhaupt gehört wurde, und nach einer geeigneten Zeitüberschreitung des Wartens auf Abfrage gibt der entfernte Zellknoten das RIQ nach einem zufällig bestimmten Versatzintervall für den Fall, daß das erste RIQ mit einer RIQ-Meldung von einem weiteren entfernten Zellknoten kollidiert ist, erneut aus.
Wenn sich herausstellt, daß die Abfragezyklen kurz sind oder daß die Abfrage auf eine sehr fest koordinierte Sequenz beschränkt ist, was nötig sein kann, um Störungen von zwischengeordneten Datenstationen untereinander und/oder entfernten Zellknoten untereinander zu vermeiden, dann kann der Ansatz, daß ein entfernter Zellknoten "sofortige" Aufmerksamkeit anfordert, nicht gangbar sein, und die RIQ- Strecke kann unwirksam sein.

Reduktion von Meldungsredundanz

Die Existenz mehrerer Wege von einem Netzwerk-Servicemodul an mehrere entfernte Zellknoten erhöht die Wahrscheinlichkeit merklich, daß eine bestimmte NSM-Meldung von wenigstens einem entfernten Zellknoten gehört wird, dies jedoch auf Kosten eines zunehmenden Verkehrs, der von der Versendung mehrerer Kopien der gleichen Meldung herrührt, wenn sie von mehreren entfernten Zellknoten erfolgreich empfangen wird. Daß entfernte Zellknoten die Hochladungen anderer überwachen, ist eine Technik, welche eingesetzt werden kann, um redundante Meldungen zu vermindern. Andere in Betracht gezogene Techniken sind auch dokumentiert.
Meldungsredundanz ist ein fundamentales Merkmal des Großflächen-Übertragungsnetzwerks, welches zu der Fähigkeit des Systems beiträgt, eine hohe Wahrscheinlichkeit für den Empfang von NSM-Meldungen zu erzielen. Es ist jedoch nicht wünschenswert, mehrfache Kopien der gleichen Meldung, die von mehreren entfernten Zellknoten gehört wird, weiterzuleiten, und dies kann sogar unmöglich sein, wenn eine große Zahl von entfernten Zellknoten jedes Netzwerk-Servicemodul hört. Die Anzahl entfernter Zellknoten, welche eine gegebene NSM-Meldung erhalten, früher Überlapp genannt, wird auf drei bis vier abgeschätzt, kann jedoch höher sein.
Um die Notwendigkeit zur Redundanz-Reduktion zu betonen, sei eine zwischengeordnete Datenstation betrachtet, welche 25 entfernte Zellknoten bedient, wobei jeder entfernte Zellknoten alle 50 Sekunden abgefragt wird (dies ist optimistisch), und wobei fünf NSM-Meldungen pro Abfrage gesammelt werden, was zu einem maximalen Abfluß von sechs Meldungen pro Minute führt. Eine Abschätzung des Zuflusses an entfernten Zellknoten (abhängig von einer Anzahl von Annahmen) ist 9000 Meldungen pro Tag oder 6,25 Meldungen pro Minute. Perfekte Redundanzverminderung würde bedeuten, daß der entfernte Zellknoten nur eine oder keine von diesen weiterleiten muß.
Bei Überwachung horchen entfernte Zellknoten auf die Berichte, die benachbarte Zellknoten an die zwischengeordnete Datenstation übertragen, und verwerfen NSM-Meldungen, die ein Nachbar bereits weitergeleitet hat. Abhorchen von entfernten Zellknoten muß nicht den Empfang an der zwischengeordneten Datenstation bestätigen, da dies in der Verantwortlichkeit des abgefragten entfernten Zellknotens liegt. RIR-Meldungen sind derart strukturiert, daß der überwachende entfernte Zellknoten nicht den gesamten Bericht erhalten muß, um zu bestimmen, ob er eine der berichteten NSM- Meldungen hat, wodurch die zur Durchführung dieser Funktion benötigte Energie vermindert wird. NSM-Meldungen sind einheitlich identifiziert durch die Felder: nsmtyp, nsmadr, msgtype und msgmo. Die Meldungspriorität ist nützlich, um die Suche auf die geeignete Schlange zu lokalisieren.
Während Redundanzverminderung notwendig ist, weist Meldungsredundanzverminderung einen unerwünschten Nebeneffekt auf, nämlich die Zerstörung der Information, welche es der zentralen Datenstation erlaubt, zu bestimmen, welche entfernten Zellknoten ein bestimmtes Netzwerk-Servicemodul hören. Es kann jedoch gerade die zufällige Variation dessen, welche entfernte Zellknoten Meldungen von einem bestimmten Netzwerk-Servicemodul weiterleiten, ausreichend sein, um die entfernten Zellknoten zu identifizieren. Alternativ kann die Bestimmung eines bestimmten Meldungstyps, wie etwa CSTAT, welche einmal pro Tag übertragen wird, als nicht verwerfbar, ein weiterer Weg sein zu bestimmen, welche entfernten Zellknoten das Netzwerk-Servicemodul hören. Eine detailliertere Analyse von Hörmustern würde es jedoch notwendig machen, daß die Überwachung zeitweise abgeschaltet wird. Entfernte Zellknoten würden eine Zählung der Anzahl von NSM-Meldungen unterhalten, welche aufgrund von Überwachung verworfen wurden.
Die Leistungsfähigkeit einer Redundanzverminderungstechnik kann auf der Grundlage mehrerer Kriterien evaluiert werden.
Diese Kriterien umfassen die Menge an erzielter Verminderung; Kosten in Einheiten von elektrischer Energie, RAM und Übertragungsverwaltungsaufwand; Empfindlichkeit auf Redundanzwerte, was eine Funktion der Ausbreitungsbedingungen ist; rechnerische Komplexität und Netzwerkverwaltung, die zur Unterstützung des Vorhabens notwendig sind; und das Risiko, eine NSM-Meldung vollständig zu verwerfen.
Man erwartet, daß das Abhören wenigstens die Hälfte der redundanten Meldungen eliminiert, 10 bis 20% des LeistungsVerwaltungs des entfernten Zellknotens benötigt, kein zusätzliches RAM benötigt, eine nennenswerte Menge an Berechnung benötigt, um Nachbartabellen für jedes RCN zu bestimmen, und eine kleine Menge an Übertragungen benötigt, um diese Tabellen zu verteilen. Alternativ kann Abhören ausgeführt werden auf der Grundlage der Signalstärke des berichtenden entfernten Zellknotens alleine. Diese Technik ist auf jeden Grad an Redundanz anwendbar. Es gibt kein Risiko des vollständigen Verwerfens einer NSM-Meldung, es gibt jedoch die Möglichkeit, unfair oder unausgewogen dahingehend zu sein, daß einige entfernte Zellknoten mehr Meldungen als andere weiterleiten.
Alternativen zum Abhorchen, welche ebenfalls Meldungsredundanzverminderung bereitstellen können, umfassen Kanten- Einsammeln und partielle Abfrage; weiteres Einsammeln und partielle Abfrage, tabellenbasierte Meldungsannahme; Zufallsverwerfung, Zufallsverwerfung auf der Grundlage von Signalstärke und Signalstärke mit Ausnahmenliste. Jedes wird in den nachfolgenden Absätzen diskutiert.

Kanteneinsammeln und partielle Abfrage (Edge-Gather and Partial Poll)

Kanteneinsammeln und partielle Abfrage ("Edge-Gather and Partial Poll") verlangt von einem entfernten Zellknoten, einen oder mehrere Kantennachbarn abzufragen, in seinem lokalen Puffer nach redundanten Meldungen zu suchen und dann auf Abfrage durch die zwischengeordnete Datenstation zu warten. Ein Kantennachbar ist ein solcher, der durch die zwischengeordnete Datenstation nicht direkt abgefragt werden kann. Einige entfernte Zellknoten würden Nachbarn abfragen, andere nicht. Dieses Verfahren hat auch einen Einfluß auf die Abfragestrategie.

Weiteres Einsammeln und partielle Abfrage (Wider-Gather and Partial Poll)

Weiteres Einsammeln und partielle Abfrage("Wider-Gather and Partial Poll") verlangt von entfernten Zellknoten, deren Nachbarn auf die gleiche Weise abzufragen. Die Meldungen von 25 entfernten Zellknoten können in nur vier entfernten Zellknoten enden. Dieses Verfahren hat auch einen Einfluß auf die Abfragestrategie.

Tabellenbasierte Meldungsannahme

Unter Verwendung dieser Alternative wird, wenn eine NSM- Adresse in einer Tabelle des entfernten Zellknotens ist, diese durch den entfernten Zellknoten gespeichert. Etwa drei entfernte Zellknoten müßte die Adresse eines Netzwerk- Servicemoduls in ihren Listen haben.

Zufällige Verwerfung

Bei zufälliger Verwerfung wird ein gewisser Prozentsatz von NSM-Meldungen, mit Ausnahme von Alarmen und CSTAT, auf einer Zufallsbasis verworfen. Etwa die Hälfte der Meldungen könnte einfach verworfen werden. Wenn sechs entfernte Zell knoten eine NSM-Meldung hören, dann gibt es eine 98,4%ige Wahrscheinlichkeit dafür, daß man die Meldung noch über die zentrale Datenstation erhält.

Zufallsverwerfung auf der Grundlage von Signalstärke

Wenn Zufallsverwerfung auf der Grundlage von Signalstärke eingesetzt wird, behält der entfernte Zellknoten die Meldung, wenn die empfangene Signalstärke einen bestimmten Schwellwert übersteigt; wenn die empfangene Signalstärke in einem grauen Bereich ist, dann verwirft der entfernte Zellknoten die Meldung auf einer Zufallsbasis.

Signalstärke mit Ausnahmeliste

Unter Verwendung von Signalstärke mit Ausnahmeliste behält der entfernte Zellknoten die Meldung, wenn die empfangene Signalstärke einen Schwellwert übersteigt. Für die NSM- Meldungen, welche eine niedrige Signalstärke an allen diese hörenden entfernten Zellknoten aufweisen, würde die ID des sendenden Netzwerk-Servicemoduls an mehrere entfernte Zellknoten heruntergeladen werden, und jeder der entfernten Zellknoten, die das Netzwerk-Servicemodul hören, würde die Meldung unabhängig von der Signalstärke behalten.

Allgemeine Netzwerk-Meldungsstruktur

Netzwerkmeldungen sind in Datenstreckenpakete gekapselt, und die Adreß- und Steuerfelder sind im allgemeinen beiden Schichten gemeinsam. Die Netzwerkschicht unterscheidet zwischen Meldungen, welche unter Verwendung verschiedener Liefermechanismen Anwendungsschichtmeldungen tragen, und jenen Meldungen, die zur Steuerung des Betriebs des Netzwerks selbst verwendet werden. Die Meldungsstruktur der Netzwerk schicht des Großflächenübertragungsnetzwerks basiert nicht auf einem bestimmten Standard.
Verschiedene Mengen von Netzwerkmeldungen sind für jede Art von Netzwerkstrecke definiert. Eine Meldung kann ein explizites Meldungstyp-Unterfeld des Steuerfelds enthalten, oder der Meldungstyp kann implizit bestimmt werden durch den Kanal oder Unterkanal, über welchen sie übertragen wird, wobei dieser Kanal nur einen einzigen Typ von Meldung trägt. Wenn es vorhanden ist, kann ein Meldungstypfeld tatsächlich von der Anwendungsschichtmeldung geerbt werden, ebenso wie Adreß- und Steuerfelder, welche definitionsgemäß zu der Datenstreckenschicht gehören, als von der Netzwerkschicht geerbt betrachtet werden können.
Netzwerkmeldungen, welche dazu verwendet werden, Anwendungsschichtmeldungen zu transportieren, enthalten auch Steuerinformation, welche Knoten instruiert, wie oder wann abschließende Lieferung durchzuführen ist. Die Netzwerkschicht weiß nicht, wie der Inhalt solcher Anwendungsschichtmeldungen zu interpretieren ist. Andere Netzwerkmeldungen, die verwendet werden, um den Netzwerkbetrieb zu steuern, sind vollständig innerhalb der Netzwerkschicht definiert und tragen keine Anwendungsmeldung.
Da eine Anwendungsmeldung durch die Netzwerkschicht von Knoten zu Knoten übertragen wird, können verschiedene Formen von Netzwerkmeldungen an jeder aufeinanderfolgenden Strecke verwendet werden, Felder können umgeordnet werden, und Felder, die Meldungsattribute enthalten, können an die Originalmeldung angefügt oder von dieser entfernt werden.
Die Diskussion wendet sich nun der Beschreibung der Netzwerkmeldungen im Hinblick auf den Inhalt des "Steuer"-Felds und "Netzwerkmeldung"-Felds entsprechender Datenstreckenpakete für jede Strecke zu.

Netzwerk-Servicemodul-Berichtmeldungen

Eine NRR-Meldung (NRRM) enthält einen Anwendungsschichtbericht des Netzwerk-Servicemoduls und ist in ein Datenstreckenpaket gekapselt. Unterfelder des Steuerfelds bestehen für den Anwendungsmeldungstyp und für anwendungsspezifische Verwendung, wie etwa Sequenznumerierung, welche für ARQ nicht verwendet ist. Das "Netzwerkmeldung"-Feld ist identisch mit der Anwendungsmeldung. Fig. 41 erläutert eine NRR-Netzwerkmeldungsstruktur in dem Kontext eines Datenstreckenpakets.

Steuerfelder

Beschreibung:

- msgtype- Anwendungsmeldungstyp. Die Netzwerkschicht interpretiert msgtype nicht, verwendet dieses Feld jedoch, um Meldungspriorität abzuleiten und, zusammen mit msgno, einzelne Meldungen zum Zwecke der Überwachung zu identifizieren.
- msgno - Meldungssequenznummer. Inkremente modulo 16 mit jeder durch ein Netzwerk-Servicemodul übertragenen Meldung, unabhängig von msgtype. Wird von der Netzwerkschicht verwendet, um verlorene Meldungen zu identifizieren und zu zählen, zusammen mit msgtype, zur Überwachung; msgno wird nicht verwendet zur Meldungsbestätigung und Rückübertragung.
- revpoll - Rückabfrage. Wird innerhalb der Wahrheitsfindung der Datenstreckenschicht verwendet und es wird verwendet, um die Lieferung von Rückabfragebefehlen anzufordern, wenn es welche gibt.
- protocol status - kann verwendet werden, um einfache Anzeigen von Befehlsempfang zu berichten, etwa 1 Bit pro Satz, wenn das Netzwerk-Servicemodul kürzlich eine Sendung empfangen hat (Klasse oder einzeln) oder einen Rückabfragebefehl - verwendet von Head-End, um Lieferungsverzögerungen abzuschätzen. Es könnte eine Rückabfrageanzeige als ein ACK verwendet werden, um RCN- Steuerpufferraum freizugeben. Anzeigen für Sendungen könnten eine festgelegte Zeitdauer oder eine Anzahl von Meldungen weiterbestehen; Anzeigen für Rückabfrage könnten bis zur nächsten Rückabfrageanforderung weiterbestehen.
- priority - Meldungspriorität, wie sie in dem späteren Abschnitt mit dem Titel "Zusammenfassung von Meldungsprioritäten" definiert ist.

Netzwerkmeldungsfeld

Dieses Feld enthält Anwendungsberichtsdaten (RDATA), wie sie für MSGTYPE innerhalb von NSM-Typ definiert sind. Es sollte beachtet werden, daß die Datenstrecken und Netzwerkschichten eng verwandt sind und sich gemeinsame Adreß- und Steuerfelder teilen. Wenn ein entfernter Zellknoten den Bericht eines Netzwerk-Servicemoduls in einer RIR-Meldung an eine zwischengeordnete Datenstation weiterleitet, wird dieser in zwei Teile, NRRMa und NRRMb aufgebrochen, um Abhorchen zu erleichtern.

Meldungen für Netzwerk-Servicemodule - RND

Eine RND-Meldung enthält einen Anwendungschichtbefehl des Netzwerk-Servicemoduls und ist in ein Datenstreckenpaket gekapselt. Unterfelder des Steuerfelds existieren für den Typ der Anwendungsmeldung (Befehl) und zur anwenderspezifischen Verwendung, wie etwa Sequenznumerierung, was nicht für ARQ verwendet wird. Das "Netzwerkmeldung"-Feld ist mit Ausnahme von CAT-Verteilung mit dem Anwendungsbefehl identisch.

Sendung-an-Klasse-Adreßmeldungen

Fig. 42 erläutert ein RND-Senden-an-Klasse- Netzwerkmeldungsformat in dem Kontext eines Datenstreckenpakets. Eine vollständige Meldung umfaßt: optionale Adresse (nsmtype-Datenstreckenpaketfeld), Meldungs(befehls)typ, anwendungsspezifisches Steuer-Unterfeld und eine Anwendungsmeldung. Die Adresse kann nur weggelassen werden, und das "Netzwerkmeldung"-Feld kann um 8 Bit vergrößert werden, wenn der Lieferungsunterkanal nur einem einzigen Netzwerk- Servicemodultyp zugeordnet ist. Jede Anwendung ist für jede durchgeführte Meldungssequenzierung verantwortlich.

Lieferung an einzeln adressierte Netzwerk-Servicemodule

Die Lieferung an einzeln adressierte Netzwerk-Servicemodule ist im Prinzip zu der Sendung-an-Klassenadressierung identisch mit der Ausnahme, daß der nsmadr-Teil des Datenstreckenadreßfelds vorhanden sein muß, was dazu führt, daß ein "Netzwerkmeldungs"-Feld 32 Bits kleiner ist. Diese Meldungsstruktur wird sowohl für Sendung-an-Einzeladresse verwendet als auch für Rückabfragelieferungsmechanismen. Fig. 43 erläutert ein RND-Senden-an-Einzeladressenformat und Rückabfrage-Netzwerkmeldungsformat in dem Kontext eines Datenstreckenpakets.

CAT-Verteilung

CAT-Verteilung ist nur ein besonderer Fall von Senden-an- Klassenadresse, wobei das "Netzwerkmeldung"-Feld nur Netzwerkschichtdaten, d. h. keine Anwendungsdaten, enthält. CAT- Verteilung erfolgt in einem speziellen Unterkanal, so daß MSGTYPE weggelassen ist. Fig. 44 erläutert das Netzwerkmeldungsformat, welches zur Verteilung von CAT-Einträgen verwendet wird, in dem Kontext eines Datenstreckenpakets. Die CAT-Verteilungsmeldungsfelder umfassen:
- nsmtype - NSM-Typ
- appltyp - Anwendungsuntertyp innerhalb von NSM-Typ; erlaubt Lieferung von mehrfachen CAT-Einträgen an ein einziges Netzwerk-Servicemodul, wobei jeder für einen speziellen funktionellen Unterprozeß des Netzwerk- Servicemoduls bestimmt ist, zum Beispiel TOU oder Lastüberwachung; während die Erfindung, wie sie offenbart ist, jedem NSM-Typ einen einzigen CAT-Eintrag gibt, ist appltyp nun enthalten, um zukünftige Erweiterungen bereitzustellen.
- CAT ID - erlaubt schnelles Umschalten von einem CAT auf einen anderen.
- CAT-version - CAT-Versionsnummer. Diese wird verwendet, um alte gegenüber neuen Versionen des CAT zu identifizieren.
NRR-Kanalbitmap - Bitmap, wobei ein Bit einem jeden der Kanäle 1 bis 28 entspricht, in welchen das Netzwerk- Servicemodul seinen Bericht auf der NRR-Strecke übertragen darf. Jeder NRR-Slot mit den angegebenen Kanälen kann verwendet werden.
- RND-Sendeunterkanäle - identifiziert den Kanal, Unterkanal, Slot und die Unterkanalgröße, auf die das NSM- Modul horchen soll, und zwar nach an dieses gerichtete Sendung-an-Klassenadreßbefehlen, oder nach Senden-an- Einzeladressenbefehlen für einzelne Netzwerk- Servicemodule. Das Netzwerk-Servicemodul weiß, ob das Netzwerk-Servicemodul die Lieferung von Klassen oder Einzeladressenbefehlen erwarten soll.
- RND-Rückabfrageunterkanal - wie oben, außer für Rückabfragebefehle für einzelne Netzwerk-Servicemodule.
Aufgrund der relativ geringen RND-Paketgröße ist die Netzwerkschichtstruktur von Meldungen, die die RND-Strecken hinabgehen, stark anwendungsabhängig, was die Optimierung der Verwendung der verfügbaren Bits erlaubt. Fig. 45 erläutert das Format eines Unterkanalbezeichners.

Berichtmeldungen von entfernten Zellknoten

Eine zwischengeordnete Datenstation kann einen entfernten Zellknoten abfragen, um den entfernten Zellknoten entweder NSM-Meldungen weiterleiten zu lassen oder verschiedene Arten des internen Zustands zu berichten. NSM-Meldungen werden in einem RIR-Bericht umgeordnet, um das Überwachungsverfahren zur Redundanzsteuerung zu erleichtern.
Entfernte Zellknoten antworten auf Abfragen nach Meldungen durch das Senden eines Blocks von bis zu fünf Meldungen zu einer Zeit. Diese RCN-Berichtsmeldungen sind derart strukturiert, daß die Empfängerenergie von benachbarten Zellknoten vermindert wird, welche Überwachung verwenden, um Meldungsredundanzsteuerung durchzuführen. Die Felder von der NSM-Meldung, welche sie einzigartig identifizieren, werden in dem RCN-Bericht zuerst angeordnet, gefolgt von einer zwischengeordneten CRC. Das Überwachen entfernter Zellknoten kann das Horchen beenden, sobald sie dieses CRC erhalten. Der Rest des NSM-Meldungsinhalts kommt danach. Die Übertragungsenergie der entfernten Zellknoten wird weiter minimiert, indem diese Berichtsmeldungen variable Länge aufweisen. Die maximale Anzahl von NSM-Meldungen, welche in den Bericht paßt, hängt davon ab, wieviele zusätzliche Kennungsfelder von der zwischengeordneten Datenstation verlangt werden, und die Berichtmeldungsgröße variiert, da eine ganze Zahl von mit Kennung versehenen NSM-Meldungen kleiner sein kann als die Maximalgröße des Netzwerkmeldungsfelds eines RIR-Datenstreckenpakets. Entfernte Zellknoten, welche nur weniger als diese Zahl von NSM-Meldungen zu übertragen haben, übertragen eine kürzere Berichtsmeldung. Fig. 46 bis 49 erläutern das RIR- Netzwerkmeldungsformat, welches verwendet wird, um NSM- Meldungen zu übertragen, und zwar in dem Kontext eines Datenstreckenpakets, eines RIR-Netzwerkmeldungsunterfelds, welches das Datenstreckensteuerfeld enthält, Unterfeldern, die das RCN-Zustandsfeld enthalten, bzw. der maximalen Anzahl von NSM-Meldungen pro RIR.
Wie in Fig. 46 gezeigt, verwenden RCN-Berichte, welche NSM-Meldungen tragen, die RIR-Datenstreckenpaketstruktur auf eine spezialisierte Weise:
- control - Feld des Datenstreckenpakets
- msgtype - impliziert auch, daß in der Meldung ein bestimmter Typ von Eintrag enthalten ist (8 Bit)
- nitems - Anzahl der Einträge (0 ≤ n ≤ 15)
- seqref - Abfrage/Antwort-Referenzzahl (4 Bits)
- seqbcst - Sendesequenznummer (beinhaltet selektives ACK/NAK) (4)
- seqind - Meldungssequenznummer (pro einzelnem RCN) (4)
- length - Länge in Bytes des Netzwerk-Meldungsfelds des Datenstreckenpakets
- NSM msg IDs
- NRRMa1..n - Liste von n NSM-Meldungs-IDs
- intermediate CRC - zwischengeordnetes CRC; vom Beginn des Datenstreckenpakets an
- RCN status
- msgs.s - Anzeige der Zahl von NSM-Meldungen in dem RCN-Puffer (4)
- alms.s - Anzeige der Zahl von NSM-Alarmmeldungen in dem RCN-Puffer (4)
- RCNST - RCN-Sensorstatus (8)
- msgfmt - NSM-Meldungsformat (zeigt die angefügten Kennungen) (4)
- priority - höchste tatsächliche Priorität der enthaltenen NSM-Meldungen (4)
- NSM msg Contents (msgfmt zeigt an, welche Kennungen vorhanden sind)
- NRRMb1..n - Liste von n NSM msgs, die den obigen IDs entsprechen, wobei jeder mit Kennungen versehen ist:
- ptag - NSM-Meldungspriorität (4 Bit)
- vtag - NSM-Meldungswert (4)
- dtag - Anzeige des Datums des Meldungsempfangs (nur Wochentag) (3)
- etag - zeigt mit CRC-Fehler empfangene Meldung an (1)
- ttag - gibt Zeit des Meldungsempfangs an (16)
- ftag - gemessene Frequenz der NSM-Meldung (8)
- stag - gemessene Signalstärke der NSM-Meldung (8)
- crc - mit der NSM-Meldung empfangene Original-CRC (16)
- ctag - gemessener Korrelationskoeffizient bei Präambel (8)
- mtag - gemessene Gewinnzahl an Präambel (?)

RCN-Berichtsmeldungen - RCN-Status

Eine zwischengeordnete Datenstation kann einen entfernten Zellknoten abfragen, so daß der entfernte Zellknoten entweder NSM-Meldungen weiterleitet oder daß der entfernte Zellknoten verschiedene Arten des internen Zustands berichtet. Zustandsberichtsmeldungen enthalten interne Zustandsinformationen des entfernten Zellknotens.
Man erwartet, daß der Zustandsbericht des entfernten Zellknotens sich eng an die Form der Einweg-RIST-Meldung anlehnt. Neue Felder, welche für neue operationale Messungen, entweder in der physikalischen Schicht, der Datenstrecken oder der Netzwerkschicht, eingefügt werden können, umfassen:
- verfügbarer NSM-Steuerpufferraum;
- Anzahl von gelieferten Rückabfragemeldungen;
- Anzahl von NSM-Meldungen, welche aufgrund großflächiger Stromausfälle verworfen wurden;
- Anzahl von NSM-Meldungen, welche aufgrund von Überwachung (durch den Nachbarn oder anders) verworfen wurden;
- Anzahl von Paketen, welche aufgrund der nachfolgenden Schwellenwert-Präambelkorrelation verworfen wurden.

RCN-Abfragemeldungen

Eine zwischengeordnete Datenstation kann den IRH-Slot verwenden, um entweder entfernte Zellknoten nach Meldungen abzufragen oder um ein nachfolgendes Herunterladen anzukünden. Das IRH zeigt somit direkt an, ob der RIR/IRD-Slot als ein RIR-Slot oder als ein IRD-Slot zu verwenden ist. Der IRH kann auch verwendet werden, um spezielle Anwendungssteuerbefehle an entfernte Zellknoten zu liefern, welche unmittelbar an Netzwerk-Servicemodule weitergeleitet werden.
Zwischengeordnete Datenstationen steuern den Dialog mit entfernten Zellknoten entweder durch Abfragen einzelner entfernter Zellknoten nach spezieller Information oder durch Herunterladen an einen oder alle entfernte Zellknoten zu einem Zeitpunkt. Zwischengeordnete Datenstationen zeigen die gewünschte Operation in einer IRH-Meldung an, und der nachfolgende gemeinsam benutzte RIR/IRD-Slot wird geeignet verwendet entweder für die Antwort des entfernten Zellknotens auf die Abfrage oder das Herunterladen der zwischengeordneten Datenstation. Die IRH-Meldung wird in einem IRH//RIQ-Datenstreckenpaket getragen und enthält die folgenden Felder:
- slottype - zeigt die Verwendung des RIR/IRD-Slots an: RIR, IRD oder nicht verwendet (3 Bits)
- slottype - zeigt die Verwendung des RIR/IRD-Slots an: RIR, IRD oder nicht verwendet (3 Bits)
- seqno - Sequenznummer; die Interpretierung hängt von dem Kontext ab:
- seqref - Abfrage/Antwort-Referenznummer, wenn ein einzelner entfernter Zellknoten abgefragt wird
- seqind - Sequenznummer, wenn an einen einzelnen entfernten Zellknoten heruntergeladen wird
- seqbcst - Sequenznummer, wenn an alle entfernte Zellknoten gesendet wird
- msgtype - Typ der Daten, nach welchen abgefragt wird oder welche heruntergeladen werden
- index - Feldindex beim Herunterladen/Heraufladen eines Teils einer großen Tabelle
- special application control (SAC) - spezielle Anwendungssteuerung (SAC) - umfaßt Ladesteuerung SCRAM- Befehl
- SAC enable - zeigt an, ob entfernte Zellknoten das SAC-Feld weiterleiten sollen.
Fig. 50 erläutert ein IRH-Netzwerk-Meldungsformat in dem Kontext eines Datenstreckenpakets. Das SAC-Feld kann verwendet werden, um spezielle Anwendungssteuerbefehle an teilnehmende Netzwerk-Servicemodule zu liefern. Wenn ein entfernter Zellknoten ein IRH bei freigegebenem SAC-Befehl erhält, leitet der entfernte Zellknoten den Befehl in dem folgenden RIQ-Slot weiter, wobei jedes RIQ überschrieben wird, das er zu übertragen versucht. Netzwerk- Servicemodule, die in der Lage sind, solche speziellen Anwendungsbefehle zu empfangen, müssen die RIQ-Strecke kontinuierlich überwachen. Wenn das SAC-Freigabebit gelöscht ist, dann ist das SAC-Feld weggelassen. Fig. 51 erläutert die Unterfelder, die das SAC-Feld umfassen.
Abfragen, Antworten auf Abfragen und Herunterladungen an einzelne entfernte Zellknoten arbeiten alle unter einer Anhalten- und Warten-ARQ-Strategie, weshalb zur Fehllaufsteuerung ein einziges Bitsequenz-Zahlenfeld ausreichend ist. Es wird jedoch ein 4-Bit-Feld verwendet unter der Maßgabe, daß aufeinanderfolgende Meldungen nicht fortlaufende Sequenznummern, modulo 16, aufweisen müssen. Jegliche Sequenznummer, die von der zuletzt übertragenen abweicht, stellt eine neue Meldung dar, welche mit dem gleichen Meldungszahlenwert bestätigt wird, bevor die nächste Meldung gesendet werden kann.
Aufgrund der langen Verzögerung für die Beschaffung von Bestätigungen wird für das Senden eine Schiebefenster- Flußsteuerungsstrategie vorgeschlagen unter Verwendung der ARQ-Technik zur selektiven Zurückweisung zur Fehlersteuerung. Eine 4-Bit-Sequenznummer erlaubt bis zu acht außenstehende Meldungen, welche unzweideutig selektiv mit ACK oder NAK behandelt werden können. Ein ACK-n bestätigt alle außenstehende Meldungen mit Sequenznummern kleiner als n, bis zu 8, und sagt nichts über Meldung n, während ein NAK-n auch Meldungen kleiner als n bestätigt, jedoch eine erneute Übertragung der Meldung mit Sequenznummer n verlangt.

RCN-Herunterlademeldungen - Senden-an-NSM- Lieferungsmeldungen

Das Herunterladen von Information von einer zwischengeordneten Datenstation an einen entfernten Zellknoten besteht im allgemeinen entweder daraus, daß die Meldungen an Netzwerk-Servicemodule weitergeleitet werden, oder aus Anweisungen in bezug auf den Betrieb des entfernten Zellknotens selbst. Die Lieferung von Meldungen an Netzwerk- Serivcemodule kann dadurch gekennzeichnet sein, daß sie entweder durch koordiniertes gleichzeitiges Senden durch alle entfernte Zellknoten oder durch den Rückabfragemechanismus durchgeführt wird. Fig. 52 erläutert ein IRD- Netzwerk-Meldungsformat zur Lieferung von Netzwerk- Servicemodul-Sendemeldungen an entfernte Zellknoten. Fig. 53 erläutert die Unterfelder, welche verschiedene IRD- Felder umfassen. Eine Liste von Meldungen ist einem bestimmten Unterkanal zugeordnet. Verschiedene Unterkanale können jeweils ihre eigenen Listen haben. Es wird ein Mechanismus benötigt, der es der zwischengeordneten Datenstation erlaubt, die Länge der den Unterkanälen zugeordneten Meldungslisten zu ändern. Dies muß über alle entfernten Zellknoten koordiniert werden. Es ist das Hauptziel zu vermeiden, daß verschiedene entfernte Zellknoten verschiedene Meldungen zur gleichen Zeit senden. Um dies zu vermeiden, könnte für jeden in Verwendung befindlichen Unterkanal eine IRD-Meldung mit einer neuen Listenlänge gesendet werden, und von allen entfernten Zellknoten könnte verlangt werden, diese neue Listenlänge zu bestätigen, bevor sie Gültigkeit erlangt. Entfernte Zellknoten, welche nach ihrer Installierung oder nach einem Reset erstmalig online gehen, müssen auch mit dem Rest der bereits in Betrieb befindlichen Zellknoten synchronisiert werden.
Die Lieferung von NSM-Sendemeldungen an entfernte Zellknoten wurde früher diskutiert und beschrieb den allgemeinen Mechanismus zur Lieferung von NSM-Meldungen an entfernte Zellknoten zur nachfolgenden Sendelieferung. Unabhängig von der verwendeten Adressierungsmethode, welche Senden an alle, einige oder ein Netzwerk-Servicemodul sein kann, wird jede NSM-Meldung an die entfernten Zellknoten geliefert und nachfolgend auf eine gemeinsame Weise an die Netzwerk- Servicemodule übertragen. Entfernte Zellknoten unterhalten eine Liste mit fester Länge der NSM-Meldungen, die auf einem gegebenen Unterkanal zu übertragen sind, und sie übertragen die gesamte Liste an Meldungen wiederholt. Parameter beschreiben, wann und wo die NSM-Meldung zu übertragen ist; insbesondere:
- subchan - Lieferungsunterkanal
- initialSlot - Tag, Zyklus und Rahmennummer des ersten Listenelements für die erste Übertragung
- lifetime - Lebensdauer-Anzahl der Male, Rahmen, Meldungen, die gesendet wird, vor Verwerfen
- position - durch die NSM-Meldung in der Liste eingenommene Position.
Die zentrale Datenstation, von der alle NSM-Meldungen stammen, gibt an, daß höchstens eine Meldung in einem gegebenen Slot geliefert wird. Dies verlangt, daß der anfängliche Slot einer neuen Meldung in einer Listenposition nicht auftritt, bevor die Lebensdauer der Meldung, die sie überschreibt, abgelaufen ist.
Von entfernten Zellknoten wird erwartet, daß sie eine Liste von NSM-Befehlen in Slotordnung unterhalten, so daß, wenn der verlangte Slot auftritt, die Meldung bereit zur Übertragung ist. Im allgemeinen liefern die zwischengeordneten Datenstationen neue Befehle für Netzwerk-Servicemodule, bevor die alten ungültig werden, so daß die entfernten Zellknoten in der Lage sind, die neuen Befehle zu speichern, bis sie benötigt werden.
Zwischengeordnete Datenstationen können Algorithmus A verwenden, um die Länge der Meldungsliste, die jedem Unterkanal zugeordnet ist, zu konfigurieren. Die zentrale Datenstation sollte sicherstellen, daß die Umschaltzeit mit dem Beginn der Meldungsliste zusammenfällt. Entfernte Zellknoten beenden die Übertragung von Meldung mit dem Ende einer abgekürzten Liste und bleiben während Listenpositionen, welche "leer" sind, ruhig.
Bei dieser Auslegung müssen die entfernten Zellknoten CAT- Zuweisungen für einzelne NSM-Typen nicht kennen. Das Umschalten von einem CAT ID auf einen anderen bringt jedoch ernste Probleme mit sich, so daß es notwendig sein kann zu erklären, daß nur Aufwärts-Verkehr mit mehrfachen CATs arbeiten kann.
Dieser Mechanismus zur Meldungslieferung ist für ein regulär geplantes Meldungs-Lieferungsmuster gedacht und erlaubt nicht präemptives Ersetzen aktiv zirkulierender Meldungen. Wenn gewünscht, können "Löcher" in der Liste verbleiben, so daß dringende Meldungen zu beliebigen Zeiten eingefügt wer den können. Es können jedoch alle momentan betrachteten Meldungen unter Verwendung dieses Mechanismus geeignet geplant und geliefert werden.
Wenn Meldungen direkt an bestimmte Positionen plaziert werden, kann es eine Herausforderung sein, eine Liste von Meldungen sortiert zu halten. Dies kann jedoch potentiell gelöst werden, indem die gesamte Liste sofort ersetzt wird. Andernfalls müssen ungeordnete Listen toleriert werden.

RCN-Herunterlademeldungen - NSM- Rückabfragelieferungsmeldungen

Die Verteilung von Rückabfragelieferungsmeldungen für Netzwerk-Servicemodule an entfernte Zellknoten verlangt ein IRD mit anderem Format als für NSM-Meldungen zur Sendelieferung. Fig. 54 erläutert ein IRD-Netzwerk-Meldungsformat zur Lieferung von NSM-Rückabfragemeldungen an entfernte Zellknoten. Fig. 55 erläutert das Unterfeld, das das "parms"-Feld der IRD-Meldung in Fig. 54 umfaßt.
Durch NSM-Rückabfrage lieferbare Meldungen werden an alle entfernten Zellknoten innerhalb des Hörbereichs einer einzigen zwischengeordneten Datenstation gesendet, jedoch nur die IDs von nur jenen vier entfernten Zellknoten, welche zur abschließenden Lieferung gedacht sind, werden an jede NSM-Meldung angefügt. Es kann auch die globale RCN-Adresse verwendet werden, wenn dies gewünscht ist. Es werden Parameter verwendet, um zusätzliche Lieferdetails zu beschreiben, und welche nicht an die Netzwerk-Servicemodule weitergeleitet werden:
- subchan - Lieferungsunterkanal
- repetitions - Wiederholungen - Anzahl der Male, die die Meldung geliefert wird, bevor sie verworfen wird
- lifetime - Lebensdauer - Zeit vor dem Verfall der Meldung im Falle der Nichtlieferung
- hashParms - Hash-Algorithmus, Priorität und Verkettungsoption
- criteria - optionale Kriterien, die die NSM- Rückabfragemeldung erfüllen muß.
Da diese IRDs im allgemeinen nur an entfernte Zellknoten gerichtet werden, welche von einer einzigen zwischengeordneten Datenstation gesteuert werden, kann eine weitere Form der Adressierung entfernter Zellknoten effizienter sein als die Verwendung von Sendung an alle entfernten Zellknoten. Beispielsweise kann das rcnadr-Feld der IRD zusammengesetzt sein aus acht Einsen gefolgt von der 16-Bit-ID der zwischengeordneten Datenstation. Dies würde zu der Auswahl aller entfernter Zellknoten führen, welche durch diese zwischengeordnete Datenstation abgefragt werden. Weit voneinander entfernte zwischengeordnete Datenstationen können an ihre eigenen Mengen entfernter Zellknoten gleichzeitig senden. Eine separate ARQ-Sequenznummer für wahlweise Zurückweisung mit Schiebefenster würde für jeden entfernten Zellknoten nötig sein. Das Kriterienfeld muß mit den ersten 16 Bit der NSM-Meldung übereinstimmen, wobei das Rückabfragebit gesetzt ist, damit der Befehl geliefert wird. Dieser Mechanismus ist hauptsächlich als eine zusätzliche Sicherheitsmaßnahme vorgesehen, wenn Service-Unterbrechung verlangt ist, d. h. wenn das Kriterium ein verschlüsseltes Paßwort ist.

RCN-Herunterlademeldungen - andere Meldungen

Andere IRD-Meldungstypen tragen Netzwerk- Steuerungsinformation an entfernte Zellknoten. Zwischengeordnete Datenstationen laden entweder global oder einzeln adressiert verschiedene andere Arten von Steuerinformation an entfernte Zellknoten herunter. Diese Information kann eine Liste von benachbarten entfernten Zellknoten, CAT- Einträgen von entfernten Zellknoten, den NSM-Meldungen durch msgtype zugeordnete Prioritäten und andere operationelle Befehle und Parameter umfassen.

RIQ-Meldung

Ein entfernter Zellknoten überträgt eine RIQ-Meldung, um einen Dienst von der zwischengeordneten Datenstation anzufordern. Der Inhalt dieser Meldung identifiziert im Grunde den entfernten Zellknoten und stellt eine Anzeige für den Grund der Anforderung bereit. Fig. 56 erläutert das RIQ- Netzwerkmeldungsformat, welches verwendet wird, um einen Dienst von der zwischengeordneten Datenstation anzufordern, in den Kontext eines Datenpakets.
Die Felder eines RIQs sind eine Untermenge der RIR- Netzwerkmeldung. Es gibt zwei Hauptgründe, warum ein RCN ein RIQ übertragen könnte. Erstens, weil die Meldungspuffer des entfernten Zellknotens voll werden, und zweitens, weil der entfernte Zellknoten eine Meldung hoher Priorität, zum Beispiel Alarme, weiterzuleiten hat. Wenn notwendig, kann die zwischengeordnete Datenstation ableiten, welcher Fall vorliegt, indem sie auf die Unterfelder msgs.s und alms.s des Statusfelds des entfernten Zellknotens schaut.

RNC-Meldung

Wann immer ein entfernter Zellknoten eine IRH- Netzwerkmeldung empfängt, welche einen speziellen Anwen dungssteuerungsbefehl (SAC) zur Weiterleitung an Netzwerk- Servicemodule enthält, so tut dies der entfernte Zellknoten in dem unmittelbar folgenden RNC/RIQ-Slot. Der entfernte Zellknoten leitet das SAC einfach ohne Interpretierung weiter.
Der RNC-Slot ist vorgesehen zur sehr seltenen Verwendung zur Lieferung einer sehr beschränkten Menge an Steuerinformation an Netzwerk-Servicemodule mit einer sehr kurzen Verzögerung. Von Netzwerk-Servicemodulen wird erwartet, daß sie auf jedem RNC-Slot horchen. Der entfernte Zellknoten nimmt einfach das SAC-Feld der IRH, umgibt es mit einer Eröffnungsmarkierung und CRC und überträgt es.

Zusammenfassung von Meldungsprioritäten

Meldungen von allen Ebenen des Netzwerks haben eine zugeordnete Priorität, wobei Meldungen mit höherer Priorität vor denen mit niedrigerer Priorität übertragen werden. Folglich werden Meldungen mit höherer Priorität das Netzwerk mit geringerer Verzögerung überqueren als solche mit niedrigerer Priorität. Im allgemeinen wird der Prioritätswert als eine 4-Bit-Zahl codiert, wobei 0 die niedrigste Priorität und 15 die höchste Priorität darstellt. Für Meldungen, die durch Netzwerk-Servicemodule übertragen werden, gibt es zwei Prioritätswerte: niedrig (0) und hoch (12); letzteres entspricht nur Stromausfallalarmen von elektrischen Netzwerk-Servicemodulen. NSM-Meldungen tragen nicht notwendigerweise ihre tatsächliche Priorität in dem Prioritätsfeld. Statt dessen ist die tatsächliche Priorität eine Funktion des Prioritätsfelds, wie es in Fig. 57 dargestellt ist. Die "NSM-Niedrig" und "NSM-Hoch" zugeordneten tatsächlichen numerischen Prioritätswerte sind Parameter unter der Steuerung der zentralen Datenstation. NSM- Meldungen können mit Kennungen für die absoluten Prioritä ten in dem Rang von 1...14 versehen sein, dies ist jedoch für nur spezielle Umstände beabsichtigt.
Wenn NSM-Meldungen von dem entfernten Zellknoten empfangen werden, werden sie an das Ende der geeigneten Prioritätswarteschlange angefügt. Meldungsprioritäten werden in zwei Gruppen unterteilt, normale Meldungen und Alarme, und dies zum Zwecke der Bestimmung, wann ein entfernter Zellknoten ein RIQ übertragen soll. Der diese beiden Gruppen definierende Prioritätswert ist ein Parameter unter der Steuerung der zentralen Datenstation.
Die tatsächliche Priorität ist ein explizites Feld aller Meldungen, die von der Ebene der entfernten Zellknoten und im Netzwerk aufwärts stammen. Dies ermöglicht es, daß uRTUs und RCN- oder IDT-Statusmeldungen Prioritäten zugeordnet werden, wenn dies vorteilhaft ist, und stellt sicher, daß ein allgemeines Kriterium bestimmt, welche Meldungen zuerst zu übertragen sind. Im Fall von RIR-Meldungen, welche NSM- Berichte weiterleiten, ist die Priorität des RIR die der enthaltenen NSM-Meldung mit höchster tatsächlicher Priorität.
Prioritätsbehandlung des Abwärts-Verkehrs tritt nur als ein Nebeneffekt der Abfragestrategie und Befehlslieferung auf. Im allgemeinen wird angenommen, daß ein Anwendungsschichtprozeß an der zentralen Datenstation entscheidet, wann eine Herunterladung abzugeben ist, und die zwischengeordneten Datenstationen und entfernten Zellknoten leiten die Meldungen weiter, sobald sie die Meldungen erhalten, oder aber zu explizit veranschlagten Zeiten.

CDT-Netzwerksteueraufgaben

Die Netzwerkschichtsteuerung ist in der zentralen Datenstation enthalten und sie ist mit Netzwerkschichtsteuerfragen befaßt, die Fehlermanagement, Performance-Management, Betriebstabellen, Konfigurationsmanagement, Abwärts- Zeitsteuerung und den Prozeß zur Entwicklung einer Spezifikation umfassen.

Fehlermanagement

Fehler können auftreten entweder auf der Knotenebene, d. h. ungeeigneter Übertragungsfrequenz, niedrige Batteriespannung usw., oder auf der Netzwerkebene, d. h. nicht funktionierendes Abfragesystem, Herunterladungen, welche konsistent nicht arbeiten. Das Ziel der Fehlermanagementfunktion ist es, Fehleridentifizierungs- und Wiederherstellungsfunktionen an das System bereitzustellen, während es für die Netzwerkbenutzer transparent ist. Eine detaillierte Auflistung von Fehlerdefinitionen ist notwendig, bevor das Fehlermanagement für das Großflächen-Übertragungsnetzwerk ausgelegt werden kann. Um Fehlermanagement durchzuführen, müssen die richtigen Parameter gemessen werden. Die Schritte in der Fehlermanagementprozedur sind Fehlererkennung, Fehlerisolierung, System- oder Knotenrekonfigurierung und Fehler-Wiederherstellung.

Performance-Management

Selbst wenn das Netzwerk oder die Knoten nicht fehlerhaft sind, so kann die Leistungsfähigkeit ("Performance") des Großflächenübertragungsnetzwerks die Spezifikationen aus einer Reihe von Gründen nicht erfüllen, wie etwa ungeeigneter oder nicht abgestimmter Einsatz, nicht abgestimmte Betriebstabellen oder für die Art von Umgebung, in der das System arbeitet, ungeeignete Netzwerkalgorithmen. Das Ziel des Performance-Management-Systems ist es, es der zentralen Datenstation zu ermöglichen, die Leistungsfähigkeit des Netzwerks zu korrigieren, während die Benutzertransparenz beibehalten wird. Die Einbeziehung des Benutzers in Details des Performance-Managements kann zu einer Verbesserung der Routine führen.
Drei Schlüsselfunktionen des Performance-Management-Systems sind das Beschreiben der Leistungsfähigkeit des Systems mit einigen berechenbaren Parametern, Vergleichen der Leistungsfähigkeit des Systems mit den spezifizierten Leistungsfähigkeitsgrenzen und das Einleiten korrigierender Aktionen in solchen Fällen, wo die Leistungsfähigkeit außerhalb der Spezifikation liegt. Kalkulierbare Parameter können Überwachungseffizienz, Abfrageeffizienz, mittlere Meldungsverzögerung und Herunterladungseffizienz umfassen. Spezifizierte Leistungsfähigkeitsgrenzen können auch in der Form der kalkulierbaren Parameter vorliegen und obere und untere Grenzen für die Leistungsfähigkeitsparameter setzen.
Die Netzwerkleistungsfähigkeit wird über Änderungen der Steuertabellen verwaltet. Diese Tabellen werden von der zentralen Datenstation gesteuert und an den Zielknoten oder die Zielknoten heruntergeladen.

Betriebstabellen

Betriebstabellen, welche an der zentralen Datenstation aufgebaut werden können und sollten und welche in bezug zu dem Performance-Management stehen, umfassen Abfragetabellen für die zentrale Datenstation; Abfragetabellen für die zwischengeordnete Datenstation; Nachbarschaftstabellen für den entfernten Zellknoten, wenn Überwachung verwendet wird; Prioritätstabellen für die zwischengeordneten Datenstationen und die Hinaufladerichtung der entfernten Zellknoten; und IRLMAP für die zwischengeordneten Datenstationen.

Konfigurations-Management

Die Konfigurationsauflistung für das System ist eine Auflistung von allen Knoten und deren Orten und gegenwärtigem Betriebszustand. Der Konfigurations-Management-Abschnitt kann auch Kennungen umfassen, um den Typ von Meldung anzuzeigen, der gerade empfangen wird, sowie die Wahrscheinlichkeit, Meldungen der verschiedenen Typen zu empfangen.

Abwärtsplanung an der zentralen Datenstation, dazwischengeordneten Station und den entfernten Zellknoten

Ein Herunterladungsabwickler bzw. Planer ("scheduler") in der zentralen Datenstation lädt Meldungen in das Netzwerk mit einer Rate und zu Zeiten hinunter, welche sowohl durch die Meldungspriorität in Abwärtsrichtung und dem Bedarf nach effizienter Verwendung der Strecken zwischengeordneter Datenstation und zentraler Datenstation bestimmt sind. Für Meldungen, die an Netzwerk-Servicemodule oder entfernte Zellknoten gerichtet sind, ordnet die Netzwerksteuerung Steuerbytes zu, welche den Unterkanal oder Kanal bezeichnen, in welchen die Meldung zu übertragen ist, sowie die Start/Stop/andere Steuerinformation, welche notwendig ist, bevor ein Bestimmungsknoten deren Übertragung ausführen kann. Die zwischengeordnete Datenstation und der entfernte Zellknoten laden dann die Meldung innerhalb des angegebenen Unterkanals oder Kanals herunter. Die zwischengeordnete Datenstation und der entfernte Zellknoten führen keine Entscheidungen in bezug auf die Art des Kanals oder Unterkanals, welcher eine bestimmte Meldung erhält, durch, und dies selbst in dem Fall der Rückabfrage, wobei der entfernte Zellknoten die genaue Zeit der Herunterladung auswählt, der Typ des verwendeten Unterkanals jedoch von der zentralen Datenstation festgelegt ist. Aufwärtsabwicklung wird von dem Abfrageabwicklungsplan behandelt, welcher entweder an der zentralen Datenstation ausgelegt wird oder welcher an der zwischengeordneten Datenstation teilweise oder vollständig dynamisch ist.

Auslegungsprozeß

Bevor mit der Auslegung dieser Verwaltungsaufgaben begonnen wird, ist es notwendig, eine genauere Beschreibung der in jedem Managementsystem benötigten Aufgaben; eine Auflistung aller Netzwerkdaten, welche der zentralen Datenstation verfügbar sind; und eine Annahme über die in den Datenbanken gespeicherten Dateneinträge bereitzustellen. Die Auflistung der der zentralen Datenstation zugänglichen Netzwerkdaten wäre eine Untermenge des Datenverzeichnisses und würde nur die Dateneinträge umfassen, welche systemaufwärts übertragen werden. Diese Netzwerkdateneinträge beinhalten viele der operationellen Messungen, welche an jeder Schicht durchgeführt werden. Unter Verwendung dieser Dokumente könnte eine Spezifikation geschrieben werden, in welcher spezifische Operationen der RF-verfügbaren Dateneinträge umrissen werden können. Die Netzwerkschichtsteuerung wird eine Fehler-Management-Datenbank, eine Performance- Management-Datenbank und eine Konfigurations-Management- Datenbank benötigen. Diese Datenbanken können in einer integriert sein, oder sie können separat sein, und zwar in Abhängigkeit von zukünftigen Auslegungsentscheidungen.

Netzwerkschicht-Steuertabellen

Für die Netzwerkschicht sind für das RF-Netzwerk Steuertabellen notwendig, damit es richtig arbeitet. Das Netzwerk- Servicemodul, der entfernte Zellknoten und die zwischengeordnete Datenstation arbeiten mit diesen Tabellen und verwenden sie, um die Art von Operation festzulegen, die sie durchführen. Jeder Knoten enthält sowohl Steuertabellen als auch Betriebstabellen.

IDT-Steuertabellen

Die IDT-Netzwerk-Steuertabellen umfassen empfangene Meldungspriorität (Lieferung, Erzeuger, IDT-RCN-Streckenkarte, Herunterladungstabelle und Kanalzuweisungstabelle). Es kann zwei Kopien jeder Tabelle geben, eine, welche momentan verwendet wird, und eine, welche gerade zur zukünftigen Verwendung heruntergeladen wird.

RXPRI - Priorität empfangener Meldungen (aufwärts)

Für jede RCN-Meldung, die empfangen wird, prüft die zwischengeordnete Datenstation die Priorität unter Verwendung des RXPRI. Die Priorität der Meldung wird verwendet, um die Meldung im Speicher unter Verwendung der Speichermanagementprobleme anzuordnen und ein ICQ zu erzeugen, wenn dies verlangt ist. Meldungen mit höherer Priorität sollten für die zwischengeordnete Datenstation leicht zugänglich sein, damit die zwischengeordnete Datenstation diese Meldungen schnell an die zentrale Datenstation weiterleiten kann. Ein ICQ ist eine Anfrage nach Abfrage von der zwischengeordneten Datenstation an die zentrale Datenstation. Die Verwendung eines ICQ wird von der Art des zwischen zwischengeordneter Datenstation und zentraler Datenstation verwendeten Netzwerks abhängen.

Lieferung

Diese Tabelle wird von der zentralen Datenstation an die zwischengeordnete Datenstation hinuntergeladen, und sie ist allen zwischengeordneten Datenstationen in dem Netzwerk ge meinsam. Diese Tabelle muß auch die Prioritäten für uRTU- Meldungen enthalten.

Erzeuger ("Generator")

Diese Tabelle wird durch die zentrale Datenstation erzeugt.

IRLMAP - IDT-RCN-Streckenkarte

Alle Einträge in der CATTBL, welche nicht still sind, können durch die IRLMAP verwendet werden. Diese Karte ist indiziert unter Verwendung von Rahmen und Kanalnummern und legt die in diesem Rahmen und Kanal durchgeführten Operationen fest. Mögliche Operationen umfassen Abfragen; Herunterladen an einen einzigen entfernten Zellknoten durch knotenadressierbare Methoden; und Herunterladen an alle entfernten Zellknoten durch Senden. Wenn Abfragen erlaubt ist, dann verwendet die zwischengeordnete Datenstation die Abfragetabelle, um festzulegen, welche Abfrage in diesem Kanal auftritt. Wenn Herunterladen erlaubt ist, dann verwendet die zwischengeordnete Datenstation die Herunterladetabelle, um anzugeben, welche Herunterladung in diesem Kanal auftreten soll. Während Ruhezeiten führt die zwischengeordnete Datenstation keine Übertragungs/Empfangsfunktionen auf dem RF-Kanal aus. Diese Karte sollte während großer Zeitdauern konstant bleiben.

DWNTBL - Herunterladungstabelle

Für jeden Rahmen und Kanaltyp enthält die Herunterladungstabelle die Meldungen, welche zu einer gegenwärtigen Zeit heruntergeladen werden. Eine gegebene Meldung kann beispielsweise in nur einem Rahmen und Kanal heruntergeladen werden, in welchem Fall sie einmal alle 8 Minuten gesendet würde.

CATTBL - Kanalzuweisungstabelle

Die Kanalzuweisungstabelle für die zwischengeordneten Datenstationen gibt an, welche IRL-Kanäle zu verwenden sind und welche Ruhezeiten enthalten sollten.

RCN-Steuertabellen

Die RCN-Steuertabellen an der Netzwerkschicht umfassen Priorität der empfangenen Meldung, Nachbartabelle, Herunterladungstabelle, Kanalzuweisungstabelle, Betriebsknoten und CONFigur Es kann zwei Kopien jeder Tabelle geben, eine, welche gerade verwendet wird, und eine, welche zur zukünftigen Verwendung gerade heruntergeladen wird.

RXPRI - Priorität der empfangenen Meldung

Die Prioritätstabelle für empfangene Meldung ist die gleiche Tabelle wie die IDT. RXPRE, mit Ausnahme, daß sie keine uRTU-Meldungen angegeben hat.

NTBL - Nachbarschaftstabelle

Die Nachbarschaftstabelle wird anfänglich an der zentralen Datenstation auf der Grundlage des geographischen Abstands aufgebaut. Die Nachbarschaftstabelle kann auch an dem entfernten Zellknoten selbst während der ersten Tage der Installation auf der Grundlage von Signalstärken aufgebaut werden. Die Signalstärken von bis zu acht anderen entfernten Zellknoten werden von dem Beginn des Netzwerkbetriebs unter Verwendung laufender Mittelwerte, auf ("running aver- ages") aufrecht erhalten.

DWNTBL - Herunterladungstabelle

Die von dem entfernten Zellknoten an das Netzwerk- Servicemodul herunterzuladenden Meldungen sind hier aufgelistet, und zwar zusammen mit der Steuerinformation, die von der zentralen Datenstation herabgeleitet wird. Die Steuerinformation wird zerstört, wenn die Meldung zerstört wird.

CATTBL - Kanalzuweisungstabelle

Die Kanalzuweisungstabelle für die entfernten Zellknoten gibt an ...

OPMOD - Betriebsmodus

Der Betriebsmodus des entfernten Zellknotens wird durch die zentrale Datenstation unter Verwendung grundlegender Herunterladeverfahren eingestellt.

CONFIG

Die Konfiguration eines entfernten Zellknotens wird an den entfernten Zellknoten von der zentralen Datenstation heruntergeladen.

NSM-Steuertabellen

Das Netzwerk-Servicemodul tritt mit dem Netzwerk über die Verwendung von CATTBL in Berührung. Dies ist die einzige Steuertabelle in dem Netzwerk-Servicemodul.

CATTBL

Jedes Netzwerk-Servicemodul empfängt eine CAT-Tabelle, welche für dessen Betrieb spezifisch ist, und zwar gemäß nsmtyp. Die Verwendung der CAT-Tabelle wird anderswo in diesem Abschnitt beschrieben.

Operationelle Messungen und Tabellen

Sowohl die entfernten Zellknoten als auch die zwischengeordneten Datenstationen führen operationelle Messungen durch, um es der zentralen Datenstation zu ermöglichen, eine gewisse Sichtbarkeit in dem Netzwerk zu haben.

Operationelle IDT-Messungen und Tabellen

Die Netzwerkschicht an der zwischengeordneten Datenstationen mißt die Leistungsfähigkeit von Abfragen und Abwärtslieferungen. Die genommenen Messungen umfassen MSGHD.PLL, MSGHD.RIQ, MSGHD.UIQ, RCNSS, NPOLLA und NSPLL.

MSGHD.PLL

Diese Messung stellt die Anzahl von Meldungen dar, welche seit Inbetriebnahme gehört wurden. Dieser Wert läuft über, und es liegt an der zentralen Datenstation, das MSGHD-Feld oft genug anzufordern, um Konsistenz aufrechtzuerhalten. Dieses Feld wird für alle 10 Meldungen, welche von der zwischengeordneten Datenstation aus Abfragen erhalten werden, inkrementiert. Es wird verwendet, um eine Anzeige für die mittlere Anzahl von Meldungen pro Abfrage bereitzustellen.

MSGHD.RIQ

Diese Messung ist die Anzahl von Meldungen entfernter Zellknoten, die in einem RIQ-Slot gehört werden. Dieser Wert läuft über, und dieser Puffer wird einmal für jede von ei nem entfernten Zellknoten in dem RIQ-Slot empfangene Meldung inkrementiert.

MSGHD.UIQ

Diese Messung ist die Anzahl an in einem RIQ-Slot gehörten uRTU-Meldungen. Dieser Wert läuft über, und dieser Puffer wird einmal für jede von einem uRTU in dem RIQ-Slot empfangene Meldung inkrementiert.

RCNSS

Die zwischengeordnete Datenstation sollte einen RSSI-Wert erhalten, und zwar jedesmal, wenn die zwischengeordnete Datenstation eine RIR-Meldung erhält. Dieser RSSI-Wert wird an den geeigneten RCN-Adreßort von RCNSS unter Verwendung einer Technik mit laufendem Mittelwert eingefügt. Die Mittelung sollte über 256 Messungen genommen werden, nach welchen die Signalstärke auf 0 gesetzt werden kann. Die zentrale Datenstation sollte die Signalstärkendaten des entfernten Zellknotens je nach Bedarf zur Konfigurationsevaluierung während der Performance-Management-Routine der zentralen Datenstation anfordern.

NPOLLA

Diese Messung ist die Anzahl der Abfrageversuche. Diese Tabelle zeichnet die Anzahl von Abfrageversuchen pro entferntem Zellknoten seit Inbetriebnahme auf. Alle Wert laufen über. Diese Daten werden von der Performance-Management- Routine der zentralen Datenstation verwendet und sollten alle paar Stunden aufgegriffen werden.

NSPLL

Diese Messung ist die Anzahl erfolgreicher Abfragen. Diese Tabelle zeichnet die Anzahl von Abfrageversuchen auf, welche dazu führten, daß die richtigen entfernten Zellknoten antworten. Diese Daten sollten von der Performance- Management-Routine der zentralen Datenstation alle paar Stunden aufgegriffen werden.

Operationelle RCN-Messungen und Tabellen

Die Netzwerkschicht an den entfernten Zellknoten erzeugt Tabellen, welche den Betrieb des entfernten Zellknotens in Aufwärts- und Abwärtsrichtung überwachen. Diese Tabellen umfassen MSGHD, MSGDIS, NPOLL, NACKs und mittlere Verzögerung für Meldungen mit hoher Priorität.

NSPLL

Diese Tabelle mißt die Anzahl von Meldungen, die seit Inbetriebnahme gehört wurden und läuft oben über.

NSPLL

Diese Tabelle mißt die Anzahl von Meldungen, welche aufgrund von Überwachung seit Inbetriebnahme verworfen wurden, und läuft oben über.

NSPLL

Diese Tabelle mißt die Anzahl von Abfragen, die an einen bestimmten entfernten Zellknoten getätigt wurden. Jedesmal, wenn ein entfernter Zellknoten abgefragt wird, wird dies inkrementiert. Wenn der entfernte Zellknoten nicht mit einem RIR antwortet, wird NPOLL dennoch inkrementiert.

NSPLL

Diese Tabelle mißt die Anzahl von mit NACK behandelten RIR- Meldungen. In den Fällen, in welchen der entfernte Zellknoten eine zwischengeordnete Datenstation aus welchen Gründen auch immer nicht hören kann, wird der entfernte Zellknoten die Abfrage oder das NACK nicht erhalten. Diese Zustände müssen durch die zwischengeordnete Datenstation gezählt werden.

Mittlere Verzögerung von Meldungen mit hoher Priorität von der zentralen Datenstation mit Lieferung an entfernten Zellknoten

Diese Zahlen werden verwendet, um das Hochprioritäts- Lieferungssystem des Großflächen-Übertragungsnetzwerks zu überwachen. Die Werte, die gemessen werden, helfen dabei, Bereiche zur Verbesserung des Systems zu identifizieren, und sie helfen bei Fehler- und Performance-Analysen. Dieser Wert wird als ein laufender Mittelwert unterhalten. Für jede Herunterladung an einen entfernten Zellknoten, entweder spezifisch oder über Rundsendung, schaut die Herunterladung auf die Zeitkennung und speichert die Differenz zwischen der Eintrittszeit und der Empfangszeit am entfernten Zellknoten.

Operationelle NSM-Messungen und Tabelle

Das Netzwerk-Servicemodul mißt die Abwärtslieferungsqualität. Dies erfolgt durch Zählen der Anzahl erfolgreicher Empfänge, die es erhält.

RNHSUC

Nach Erhalt der Frequenzsynchronisierung versucht das Netzwerk-Servicemodul, RNH zu empfangen. Jeder Versuch ist entweder erfolgreich oder nicht erfolgreich. Die Anzahl nicht erfolgreicher RNH-Versuche und die Gesamtzahl von RNH- Versuchen werden beide durch das Netzwerk heraufkommen. Beide sollten ein Byte oder eine Tetrade ("nibble") sein. Da es zwischen Überläufen nur 16 Vesuche gibt, müssen sie alle zwei Tage heraufkommen. Beide Tetraden laufen erzwungenermaßen gleichzeitig über, sobald die Anzahl der Versuche 16 erreicht.

RXSUC

Neben dem Empfang von RNH kann das Netzwerk-Servicemodul gelegentlich versuchen, Meldungen zu erhalten, welche auf seiner CAT-Tabelle veranschlagt sind. Jeder Empfangsversuch und jeder nicht erfolgreiche Versuch werden gezählt unter Verwendung von jeweils einer Tetrade, und sie werden an die zentrale Datenstation hinaufgeschickt. Dies macht ein Byte aus. Beide Tetraden laufen erzwungenermaßen gleichzeitig über, sobald die Zahl der Versuche 16 erreicht.

RVPLLSUC

Für alle Meldungen, welche durch Rückabfrage empfangen werden müssen, zählt das Netzwerk-Servicemodul die Anzahl von Rückabfrageversuchen und die Anzahl von nicht erfolgreichen Rückabfrageversuchen. Ein Rückabfrageversuch tritt definitionsgemäß dann auf, wenn das Netzwerk-Servicemodul eine Rückabfrageroutine durchführt. Ein nicht erfolgreicher Versuch ist definiert als eine Meldung in dem Slot, welcher für jemand anders ist. Beide Tetraden werden gleichzeitig auf 0 gesetzt, sobald die Anzahl der Versuche 16 erreicht.

Der Anwendungsschicht bereitgestellte Dienste

Die hinsichtlich der Netzwerk-Anwendungsschicht- Schnittstelle angenommene Philosophie ist die, daß Anwendungsprozesse, insbesondere an der zentralen Datenstation, Anwendungsmeldungen empfangen und, adressiert an Netzwerk- Servicemodule, der Netzwerkschicht bereitstellen, welche für die Abwicklung und Koordinierung der eigentlichen Lieferung verantwortlich ist. Die Hauptorte, an welchen eine signifikante Wechselwirkung zwischen der Netzwerk- und der Anwendungsschicht bestehen, sind das Netzwerk-Servicemodul und die zentrale Datenstation. Ersteres hat beschränkte Fähigkeiten, und in der Praxis ist es wahrscheinlich, daß die Datenvermittlung, Netzwerk und Anwendungsschichten eng miteinander verwoben sind. An der zentralen Datenstation ist der Aufwärtsmeldungsfluß relativ geradlinig. An der zentralen Datenstation ankommende Messungen durchlaufen einen Meldungsführungsprozeß, welcher sie an Wartende vorregistrierte Anwendungsprozesse richtet.
Von Anwendungsprozessen an der zentralen Datenstation ausgehende Abwärtsmeldungen sind eine andere Sache. Die Netzwerkschicht isoliert Anwendungsprozesse von den Details der Abwicklung und Koordinierung der Meldungslieferung. Der Anwendungsprozeß übergibt die Meldung, die er übertragen haben möchte, gegebenenfalls zusammen mit Anweisungen dahingehend, wieviele Male die Meldung zu senden ist oder einer Verfallszeit, einfach an die Netzwerkschicht. Die Netzwerkschicht entscheidet, wie und wann die Lieferung durchzuführen ist, wobei sie gegebenenfalls mehrere verwandte Meldungen zusammenfügt und dann eine koordinierte Lieferung an zwischengeordnete Datenstationen und nachfolgende entfernte Zellknoten und schließlich die Netzwerk-Servicemodule koordiniert.

Schnittstelle von Netzwerk zu Anwendung

Die Schnittstelle zwischen der Netzwerkschicht und der Anwendungsschicht existiert nur in dem Netzwerk-Servicemodul, uRTU und der zentralen Datenstation. Die Schnittstelle ist an jedem Knoten exakt die gleiche. Die in dem geschichteten Ansatz der Systemauslegung verwendete Philosophie ist die, daß die Meldungen an jeder Schicht durch die darunterliegenden Schichten nicht modifiziert werden, sondern in jungfräulicher Form geliefert werden.

Abwärtsrichtung - zentrale Datenstation an uRTU und zentrale Datenstation an Netzwerk-Servicemodul

Wenn die Anwendungsschicht der Netzwerkschicht eine Meldung übergibt, erscheint das Ziel des Pakets an der Spitze der Meldung, und sie wird verwendet, um die Meldung an den geeigneten Knoten zu führen. Die Auswahl des Slots, indem die Meldung zu übertragen ist, wird von der Netzwerkschicht ausgeführt.
Wenn die Meldung an dem Ziel ankommt, reicht die Netzwerkschicht das gleiche Paket, das sie erhalten hat, an die Anwendungsschicht hoch. Wenn es Aufgabe der Netzwerkschicht wäre, eine gegebene Meldung aufgrund der Länge oder aus Sicherheitsgründen in Pakete zu unterteilen, so ist es Aufgabe der Netzwerkschicht, am anderen Ende die richtige Meldung wieder zusammenzufügen, bevor sie an dem Zielknoten an die Anwendungsschicht gereicht wird. Es bestehen keine strukturellen Unterschiede zwischen Herunterladungen an das uRTU und das Netzwerk-Servicemodul.

Aufwärtsrichtung-uRTU an zentrale Datenstation und Netzwerk-Servicemodul an zentrale Datenstation

Die Anwendungsschicht antwortet auf eine Meldung gemäß dem für diesen Meldungstyp in Betrieb befindlichen Protokoll. Die gleiche Meldung, welche in die uRTU-Netzwerkschicht eingeführt wird, taucht bei der zentralen Datenstation an der Anwendung-Netzwerk-Schnittstelle wieder auf.
Alle Kennungen, ob in bezug auf physikalische Schicht, Datenvermittlungsschicht oder Netzwerkschicht, werden an der Netzwerksteuerung abgestreift, so daß nur die korrekte Meldung an der Anwendungsschicht erscheint.

Netzwerkschicht-Datenbanken

Die Netzwerkschicht enthält Datenbanken zur Konfigurationssteuerung, zum Performance-Management und zum Fehler- Management. Gemäß der Zugriffsphilosophie auf die Netzwerkschicht-Datenbank, wird auf die Netzwerkschicht-Datenbank durch die Netzwerkschichtsteuerung und den Netzwerkoperateur zugegriffen. Die allgemeinen Benutzer des Netzwerks haben nicht Zugriff auf diese Datenbank und können die Datenbank weder lesen noch auf dieser schreiben. Alle die Daten, welche allgemeine Benutzer möchten, sind anderswo lokalisiert. Der Netzwerkoperateur nimmt an dem Installationseintrag teil, hat jedoch keinen Zugriff, um auf einige der Dateneinträge, wie etwa Knotenstatus, Knotenperformance oder Installationszeit zu schreiben.

Konfigurationssteuerungs-Datenbankeinträge

Die Konfigurationssteuerungs-Datenbank hat eine potentielle Größe von 10 Millionen Kunden ((PG&E); wenn 41 Bytes pro Kunde plus zusätzliche 9 Bytes als Überschuß verwendet werden, ist das Ergebnis 10M*50 = 500 Mbytes.

Performance-Management-Datenbankeinträge

Die Performance-Management-Datenbank umfaßt Einträge, welche dazu ausgelegt sind, das Performance-Management sowohl auf Knoten als auch auf Netzwerkebene zu unterstützen. Knoten-Performance-Daten umfassen Batteriepegel und andere relevanten Daten. Netzwerk-Performance-Daten umfassen die Anzahl der von jedem Netzwerk-Servicemodul gehörten Meldungen, die entfernten Zellknoten, welche Meldungen von jedem Netzwerk-Servicemodul erhalten, der Mittelwert der zuletzt angegebenen Anzahl von Frequenzkennungen von diesem Netzwerk-Servicemodul, den Mittelwert der zuletzt angegebenen Anzahl von Signalstärkenkennungen von dem Netzwerk- Servicemodul und den Mittelwert der zuletzt angegebenen Anzahl von Zeitkennungsfehlern. 10 Millionen CMEs verlangt etwa 20.000 entfernte Zellknoten und etwa 800 zwischengeordnete Datenstationen.

Fehler-Management-Datenbankeinträge

Die Fehler-Management-Datenbank umfaßt eine Auflistung jener Knoten, welche momentan in Fehlerzuständen sind. Die Einführung von Knoten in diese Datenbank wird durch Fehleridentifizierungsmodule gesteuert. Die Fähigkeit des Netzwerks, schnell auf Fehlerzustände und Ereignisse zu reagieren, ist die Aufgabe der Fehlerantwortmodule, welche Konfigurationen für die zwischengeordneten Datenstationen und entfernte Zellknoten erneut berechnen. Die Fehler- Management-Datenbank ist deshalb recht klein und wird normalerweise keine Einträge aufweisen.

Datenbank-Zugriffszeiten und Netzwerkschicht-Prozessorgröße

Für jede durch die Netzwerkschicht an der zentralen Datenstation von den unteren Schichten empfangene Meldung müssen einige Datenbankeinfügungsoperationen durchgeführt werden. Es wird angenommen, daß für jede empfangene Meldung eine Suche durchgeführt werden muß, um die CME-Adresse zu finden, und daß etwa 15 Aktualisierungsoperationen durchgeführt werden, und zwar unter Verwendung von etwa 20 Instruktionen pro Aktualisierungsoperation. Unter Annahme einer binären Suche nach IM-Adressen, welche etwa 20 Sprünge gleich 20 · 4ops. = 80 ops benötigt, so ergibt dies etwa 80 Sprung ops. + 15 · 20 = 380 Netzwerkschichtoperationen pro Meldung. Unter Annahme eines 10 MHz-Takts benötigt jede Meldung 380 · 0.2 usec = 0,76 msec.

Netzwerkschichtauslegung - Datenflußdiagramm der Netzwerksteuerung

Ein vorläufiges Datenflußdiagramm für die Netzwerksteuerung der zentralen Datenstation ist in Fig. 58 gezeigt. Es ist die Wechselwirkung der Module zusammen mit einer kurzen Beschreibung der benötigten Softwaremodule gezeigt.

Verteilungsautomatisierungskanal

Verteilungsautomatisierungsdienste (DA-Dienste), welche Fernsteuerung und abgefragte Datenbeschaffung beinhalten, verlangen Zwei-Wege-Übertragung mit schnellerer Antwort und größerer Zuverlässigkeit als automatische Zählerablesedienste.
Grundlegende Datensammel- und Steuerdienste, wie etwa Zählerablesung und direkte Laststeuerung, können mit indirekten Bestätigungen effektiv funktionieren, und, mit Ausnahme von SCRAM-Befehlen verzögert sich die Meldungslieferung um Minuten bis Stunden. Dies ist nicht der Fall für Vertei lungsautomatisierungsanwendungen (DA-Anwendung), wo ein menschlicher Operateur beteiligt ist. Für Verteilungsautomation sollte die Antwort auf Befehle schnell und deterministisch sein. Im allgemeinen sind Antwortzeiten von 10 Sekunden das maximal wünschenswerte, 15 bis 30 Sekunden könnten für einige Anwendungen, welche üblich aber selten sind, beispielsweise Kondensatorbankumschaltung ein- oder zweimal pro Tag, akzeptabel sein. Zudem muß die Wahrscheinlichkeit für verlorene Meldungen für Verteilungsautomatisierungsanwendungen niedriger sein. Die Fähigkeit, IDT-Übertragungen zu koordinieren ist vermindert aufgrund der Notwendigkeit für kurze Übertragungsverzögerungen.
Fig. 59 erläutert ein Steuermeldungsformat, das mit einem speziellen Protokoll kompatibel ist.
Fig. 60 erläutert ein mögliches Meldungsverkehrsszenarium, welches drei verschiedenen Diensten innerhalb eines einzigen Nachbarschaftsnetzwerks zugeordnet ist. Im allgemeinen ist der tägliche DA-Verkehr wesentlich niedriger als der grundlegende Dienstverkehr, dies kann sich jedoch für kurze Zeitdauern bei Stromausfällen ändern, wo Spitzenwertverteilungsautomatisierungsverkehr wesentlich sein kann. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, Bandbreite für Verteilungsautomatisierung auf einer Rahmen-zu-Rahmen-Basis dynamisch erneut zuzuweisen oder genügend Kanäle zur Aufnahme des täglichen Verkehrs innerhalb einer einstündigen Periode zuzuweisen.
Ein isoliertes Nachbarschaftsnetzwerk weist beispielsweise eine theoretische Verkehrskapazität von 17.400 Meldungen pro Stunde auf, diese Kapazität wird jedoch durch nicht perfekte Überwachung auf etwa die Hälfte dieses Wertes reduziert. Eine weitere Verminderung der Kapazität kann von IDT-Abfragealgorithmen herrühren, welche die Störung zwischen aneinandergrenzenden Nachbarschaften minimieren.
Die Verkehrskapazität eines isolierten Nachbarschaftsnetzwerks ist durch den IRD/RIR-Slot begrenzt, welcher etwa fünf NSM-Berichtsmeldungen in jedem aktiven Kanal tragen kann, von welchen es bis zu 29 pro Rahmen geben kann. Dies ergibt eine stündliche Meldungskapazität von
I = 5 Meldungen/Kanal · 29 Kanäle/Rahmen · 120 Rahmen/Stund = 17400 Meldungen/Std oder 417.600 Meldungen pro Tag.
Wenn die Überwachungseffizienz, E, 57% ist und wenn die Abfrageeffizienz, P, 100% ist, dann ist die nicht redundante Meldungskapazität etwa 10.000 Meldungen/Stunde oder 240.000 Meldungen/Tag.
Diese Kapazität in runden Zahlen von 10.000 Meldungen pro Stunde stellt eine maximale Kapazität dar, welche durch praxisbezogene Betrachtungen in bezug auf die Abfrageeffizienz reduziert ist. Fig. 61 erläutert, als ein Beispiel, einen vernünftigen Wert für Verkehr, der einem Nachbarschaftsnetzwerk zugeordnet ist, welcher etwa 60% der theoretischen Kapazität darstellt. Der nachfolgende Abschnitt diskutiert eine praktische Netzwerkkapazität von 45.000 bis 175.000 Meldungen pro Tag in Abhängigkeit von Abfrageprotokollen und Zuweisungsbandbreite zur Verteilung von Automatisierungsanwendungen.

Netzwerkabfrageprotokolle für DA/DSN

Die Anforderungen an Verteilungsautomatisierung stellen zusätzliche Kriterien für die Auswahl von Netzwerkabfrageprotokollen dar.
Die Fig. 62 bis 66 erläutern vier verschiedene IDT- Abfrageprotokolle, wobei ein jedes dazu ausgelegt ist, die Wechselwirkung zwischen verschiedenen Meldungen zu verhindern, welche an entfernte Zellknoten und Netzwerk- Servicemodule entlang Nachbarschaftsgrenzen, an denen Wegverluste an zwei zwischengeordnete Datenstationen etwa gleich sind, geliefert werden oder von diesen empfangen werden. Jedes Protokoll setzt eine Methode zur Multiplexierung von Übertragungen ein, um gegenseitige Wechselwirkungen auszuschließen.
Das raumunterteilte Multiplexierungsprotokoll (SDNP), in Fig. 62 dargestellt, vermeidet Wechselwirkung durch Unterteilung großer Netzwerke in vier Gruppen von Nachbarschaftsnetzwerken, welche mit A, B, C, D bezeichnet sind. Die Gruppen sind wie in Fig. 62 und 66 dargestellt, derart angeordnet, daß kein Mitglied einer Gruppe benachbart zu anderen Mitgliedern der gleichen Gruppe angeordnet ist, und die Abfrage durch zwischengeordnete Datenstationen findet in nur einer Gruppe zu einer Zeit statt. Da Gruppenmitglieder durch wenigstens ein Nachbarschaftsnetzwerk, etwa 2 Meilen, getrennt sind, ist die Wahrscheinlichkeit von Meldungswechselwirkungen entlang von Nachbarschaftsgrenzen sehr klein. Ein Hauptvorteil von SDNP ist, daß zwischen zwischengeordneten Datenstationen keine Koordinierung nötig ist, und Abwärtsadressierung sehr einfach ist. In dem Fall eines IDT-Fehlers können zwischengeordnete Datenstationen der angrenzenden Nachbarschaft Teile des Bereichs durch überlappende Reichweite abfragen, eine gewisse Koordinierung der zwischengeordneten Datenstationen innerhalb benachbarter Gruppen kann jedoch notwendig sein, um Wechselwirkung in dem Zentrum des ausgefallenen Bereichs zu vermeiden. Trotz der Vorteile der Einfachheit und minimalen Koordinierung durch die zentrale Datenstation, weist die raumunterteilte Multiplexierung jedoch den Nachteil niedriger Effizienz auf, da nur ein Viertel des Netzwerks zu einer Zeit aktiv ist.
Das amplitudenunterteilte Multiplexierungsprotokoll (ADMP) verbessert die Effizienz der raumunterteilten Multiplexierung durch die Verwaltung der IDT-RCN-Übertragungen derart, daß benachbarte zwischengeordnete Datenstationen gleichzeitig mit entfernten Zellknoten sprechen können. Dies wird erreicht durch Unterteilung des Netzwerks, wie in Fig. 63 gezeigt, in vier Gruppen von Nachbarschaftsnetzwerken, wobei die zentralen Zonen als Zonen gleichzeitiger Abfrage bezeichnet sind. Innerhalb dieser Zonen übersteigen die Signalstärken von den zentralen IDT-Übertragungen jene von angrenzenden zwischengeordneten Datenstationen um einen Betrag, der größer ist als das Einfangverhältnis der RCN- Empfänger. Wird angenommen, daß die entfernten Zellknoten mit gleicher Leistung antworten, übersteigt die empfangene Signalstärke an den zwischengeordneten Datenstationen auch das Einfangverhältnis, so daß innerhalb dieser Zonen unabhängige Kommunikation stattfinden kann. Die Bereiche außerhalb der Zonen der Gleichzeitigkeit (P) werden unter Verwendung von SDMP so abgefragt, daß die Effizienz vermindert ist, die Gleichzeitigkeitszonen können jedoch 21 von 25 entfernten Zellknoten in einem typischen Nachbarschaftsnetzwerk ausmachen, wobei nur vier zur Abfrage durch SDMP verbleiben. Dies ergibt eine Gesamt-Abfrageeffizienz von 0,67.
Das direktional unterteilte Multiplexierungsprotokoll (DDMP) verbessert die Effizienz der Abfrage weiter. Bei einer seiner einfacheren Ausführungsformen setzt DDMP eine Richtungsantenne an jeder dazwischengeordneten Datenstation ein, was eine Abdeckung in 90º-Schritten bereitstellt, so daß Abfrage sequentiell in vier Quadranten eines Nachbar schaftsnetzwerks erzielt werden kann. Fig. 64 erläutert die sequentiellen Abdeckungsmuster A, B, C, D, welches synchron durch alle zwischengeordneten Datenstationen ausgeführt wird. Da die Abdeckungsflächen weit getrennt sind, ist die Wechselwirkung selbst dann minimal, wenn alle zwischengeordneten Datenstationen zusammen abfragen. Die Effizienz dieses Protokolls kann 100% erreichen, wenn entsprechende Quadranten vergleichbare Verkehrswerte aufweisen, da die Verweilzeit für jeden Quadranten gleich sein muß.
Das polarisationsunterteilte Multiplexierungsprotokoll (PDMP), wie es in Fig. 5 dargestellt ist, arbeitet auf eine ADMP ähnliche Weise, wobei jedoch zwischengeordnete Datenstationen gleichzeitig mit entgegengesetzten Antennenpolarisationen arbeiten. Die Eckbereiche jeder IDT- Abdeckungszone kann jedoch Wechselwirkung erfahren, so daß eine Art von SDMP nötig sein kann. Zudem benötigen auch entfernte Zellknoten die teureren polarisierenden Antennen, und zwei Typen müssen geführt werden.

Vergleich der Abfrageprotokolle

Es gibt signifikante Unterschiede hinsichtlich Kosten, Leistungsfähigkeit und Übertragungszuverlässigkeit zwischen den drei verschiedenen Abfrageprotokollen.
Fig. 67 vergleicht die Abfrageprotokolle hinsichtlich der besonderen Fragen in Zusammenhang mit Kosten, Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit.
Die Übertragungszuverlässigkeit bringt mehrere Fragen mit sich, wie etwa Wechselwirkung mit angrenzenden zwischengeordneten Datenstationen, welche entlang Nachbarschaftsnetzwerksgrenzen auftreten kann, Immunität gegenüber Wetterzuständen, welche Antennenmuster beeinflussen können, die Fä higkeit, Reserveabdeckung bereitzustellen für den Fall eines IDT-Ausfalls und topologische Flexibilität, welche die Fähigkeit kennzeichnet, neue zwischengeordnete Datenstationen innerhalb eines bestehenden Netzwerks hinzuzufügen, um die Abdeckung in einem Problembereich zu verbessern. Die DMP wird in allen Kategorien hoch veranschlagt, obwohl SDMP den höchsten Widerstand gegenüber Wechselwirkungen von angrenzenden zwischengeordneten Datenstationen her bereitstellt und Nachteile bei der topologischen Flexibilität überwinden kann durch Verminderung der Abfrageeffizienz von 25% bis 20%.
Die Protokolle können deterministische Antwortzeiten bereitstellen, welche für Verteilungsautomatisierungsanwendungen essentiell sind. Insgesamt ist der Performance- Gewinner jedoch die DMP, welche trotz möglicher Verzögerungen bei Alarmbericht die höchste Abfrageeffizienz zeigt.
Die Kosten beinhalten vier Komponenten: Hardware, Installation, Wartung und Entwicklung, wobei letzteres am nächsten in Bezug steht zur Komplexität.
Eine bevorzugte Wahl ist SDMP, welches im Hinblick auf die IDT-Antenne und den IDT/RCN-Speicher die einfachste Hardware aufweist und auch die einfachste Firmware hat. Obwohl ADMP nur geringfügig höhere Hardware-Kosten aufgrund des für die Abfragetabellen und Abfragealgorithmen nötigen zusätzlichen Speichers aufweist, ist seine Komplexität größer als bei SDMP, was mehr Forschungs- und Entwicklungsaufwand für sowohl die zwischengeordnete Datenstation als auch die zentrale Datenstation nötig macht. DDMP ist hinsichtlich der Kosten höher angesiedelt. Aufgrund der Notwendigkeit für ein steuerbares Antennenfeld, welches die Kosten einer zwischengeordneten Datenstation um mehrere 100 Dollar erhöhen kann. Zudem wird das Erfordernis, die Orientierung der zwischengeordneten Datenstation während der Installation sorgfältig einzuhalten, die Kosten und Unterhaltskosten erhöhen.

Kommunikationskanalkonfiguration für Verteilungsautomatisierung

Verteilungsautomatisierung verlangt Zwei-Weg-Übertragung mit schnellerer Antwort und größerer Zuverlässigkeit als automatische Zählerablesedienste. Um dieses Erfordernis zu erfüllen, müssen Kanäle für Verteilungsautomatisierungsdienste speziell konfiguriert sein.
Die grundlegende Übertragungsgranularität ist der 100 Millisekunden-Meldungsslot. Um die Übereinstimmung mit dem Kompatibilitätsziel des einzigen Funkkanals beizubehalten, wird jeder Sprung in der Hierarchie einen Slot benötigen. Wenn eine Bestätigungsmeldung an die NSM-Ebene geschickt wird, dann werden somit wenigstens vier Slots benötigt.
IDT an RCN - ein Slot @ 2 kb/s
RCN an NSM - 1 oder 2 Slots @ 1 kb/s
NSM an RCN - 1 Slot @ 2 kb/s
RCN an IDT - 1 Slot @ 2 kb/s
Möglicherweise kann ein doppelter Slot bei der RCN-an-NSM- Vermittlung nötig sein, um eine breitere Kompatibilität mit einigen bestehenden Netzprotokollen, wie etwa das PG&E- Protokoll, bereitzustellen, welches auf der NSM-Ebene arbeitet. Jedoch sind Netzwerk-Servicemodule, die Verteilungsautomatisierungsfunktionen unterstützen, in ihrer Funktionalität beschränkt und benötigen nicht mehr als zwei oder drei Byte Information in dem Datenfeld, welches in einen einzigen Slot paßt.
Aufgrund der strengeren Anforderungen im Hinblick auf Verlustraten der Verteilungsautomatisierungsmeldungen und der Antwortzeiten, stellen die richtungs- oder raumunterteilten Verfahren der Übertragung den einfachsten, schnellsten und zuverlässigsten Ansatz für die IDT- und RCN-Übertragung sowie für die NSM-an-RCN-Übertragung bereit. Zwischengeordnete Datenstationen sind in vier nicht angrenzende Gruppen unterteilt, und Übertragung tritt nur innerhalb einer Gruppe zu einer Zeit auf, was jegliche Notwendigkeit für die IDT-Koordinierung durch die zentrale Datenstation vermeidet. Da jedoch nur eine Gruppe zu einer Zeit überträgt, sind innerhalb eines Rahmens insgesamt 16 Slots zugewiesen, um einen einzigen unabhängigen "DA-Kanal" für jede Gruppe zwischengeordneter Datenstationen bereitzustellen. Die maximale Antwortzeit (TR) ist gleich
TR = 16#DA Slots/pro Rahmen/ · 30 Sekunden
Wenigstens zwei Ansätze, die die Übertragung mit schneller Antwort unterstützen, sind mit der Zweiweg-Rahmenstruktur kompatibel. Einer ist es, einen einzigen Slot (sagen wir NRR1) innerhalb jedes Rahmens zur Verteilungsautomatisierung bereitzustellen, wie dies in Fig. 68 gezeigt ist.
Dies würde eine Antwortzeit von
16/29 · 30 = 16,55 Sekunden
für jede Steuermeldung mit einer Kapazität von 217 Meldungen pro Stunde bereitstellen.
Ein zweiter Ansatz ist es, einen neuen Typ von Kanal zu bezeichnen, welcher Echtzeitkanal oder R-Kanal genannt wird und zehn Slots umfaßt, die wie in Fig. 69 dargestellt, zugewiesen sind. Wenigstens zwei Kanäle würden notwendig sein, um Verteilungsautomatisierung zu unterstützen, und sie könnten wie dargestellt organisiert sein mit zwei freien Slots/Kanal. Die freien Slots könnten als Konkurrenzzugriffsslots für DA-Informationssammlung eingesetzt werden, oder sie könnten verwendet werden, um den Typ des Kanals anzuzeigen, so daß andere Kanalkonfigurationen unterstützt werden könnten.

Kanal-Rahmen-Struktur für Verteilungsautomatisierung

Von den beiden Übertragungsansätzen für schnelle Antwort, nämlich zugewiesene DA-Slots in bestimmten Kanälen oder spezielle R-Kanäle genannte DA-Kanäle, scheint der R-Kanal- Ansatz ausreichend flexibel zu sein, so daß variable Mengen an Bandbreite den DA-Funktionen über den CAT- Verteilungsprozeß zugewiesen werden können, und zwar mit minimaler Auswirkung auf bestehende NSM-Firmware. Das Hinzufügen neuer Kanalkonfigurationen unabhängig von alten auf der NSM-Ebene ist möglich, wohingegen die Änderung von Slotzuweisungen in Zukunft zusätzliche NSM-Firmware erforderlich machen würde, um sowohl Slot- als auch Kanalzuweisungen zu unterstützen.
Fig. 71 zeigt eine mögliche Rahmenkonfiguration, welche die modifizierte Amplitudenmultiplexierung (ADMP) plus zwei Echtzeitkanalpaare einsetzt, um eine Nachbarschaftsnetzwerkkapazität von 120.000 Bericht/Steuermeldungen pro Tag plus 120 DA-Meldungen/Stunde (2880/Tag) mit einer maximalen Antwortzeit von 15 Sekunden bereitzustellen. Dies übersteigt die projektierten Anforderungen von 150 DA- Steuermeldungen/Tag für ein Nachbarschaftsnetzwerk.
Wenn direktionales Multiplexieren (DDMP) eingesetzt wird, müßten zwei R-Kanalpaare pro Rahmen zugewiesen werden, um eine Antwortzeit von 15 Sekunden zu erzielen. Da jeder der vier ABCD-Slots verwendet werden kann, um eine Meldung innerhalb einer Nachbarschaft zu senden, einer für jeden Quadranten, ist die theoretische DA-Meldungskapazität mit DDMP viermal größer als mit ADMP, wenn jedoch ein menschlicher Operateur beteiligt ist, wäre die Grenze in der Praxis jedoch eine Meldung pro R-Kanalpaar, d. h. 1/15 Sekunden. Die DMP würde jedoch für stärker automatisierte Steuerstrategien größere Kapazität bereitstellen. Fig. 70 vergleicht verschiedene Ansätze.
Fig. 72 zeigt eine Rahmenkonfiguration, welche zugewiesene D/A-Slots mit modifiziertem ADMP einsetzt, um eine Kapazität von 2880 DA-Meldungen/Tag mit 30 Sekunden Antwortzeit bereitzustellen. Antwortzeiten unter 16 Sekunden würden die Zuweisung von mehr als einem Slot pro Kanal notwendig machen, was die NSM-an-RCN-Berichtskapazität vermindern würde.
Es wird denjenigen, die fachkundig sind, klar sein, daß das Übertragungsnetzwerk zum Sammeln von Daten von entfernten Datenerzeugungsstationen der vorliegenden Erfindung verschiedentlich abgewandelt werden kann, ohne von dem Rahmen der Erfindung abzuweichen, und es ist vorgesehen, daß die vorliegende Erfindung Modifikationen und Variationen des Übertragungsnetzwerks abdeckt, sofern sie in den Rahmen der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente fallen.

Claims

1. Verfahren zur Übertragung von Daten zwischen einer zwischengeordneten Datenstation (IDT) (114), einer Mehrzahl entfernter Zellknoten (RCN) (112) und einer Mehrzahl von Netzwerkservicemodulen (NSM) (110), welche in einem hierarchischen Netzwerk miteinander verbunden sind, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch zeitunterteilte Multiplexierung (TDM) eines einzigen RF-Kanals unter Verwendung einer Mehrzahl von Rahmen, wobei ein jeder Rahmen eine Mehrzahl von Kanälen aufweist, wobei ein jeder Kanal eine Mehrzahl von Slots aufweist, wobei jeder Slot eine Zeitdauer zur Übertragung zwischen einem bestimmten Verbindungstyp einer Mehrzahl von Verbindungstypen in dem hierarchischen Netzwerk bereitstellt, umfassend die Schritte, während jedes Rahmens:

in einem ersten Slot in einem Synchronisierungskanal (S) des Rahmens von der zwischengeordneten Datenstation an die Mehrzahl von entfernten Zellknoten ein IDT- Synchronisierungssignal zu übertragen;

synchronisiert mit dem IDT-Synchronisierungssignal in einem ersten Slot in einem zweiten Kanal des Rahmens von der zwischengeordneten Datenstation an einen ersten entfernten Zellknoten ein erstes Abfragesignal zu übertragen;

an jedem der Mehrzahl entfernter Zellknoten das IDT- Synchronisierungssignal zu empfangen;

an jedem der Mehrzahl von entfernten Zellknoten in Antwort auf das Empfangen des IDT-Synchronisierungssignals eine jeweilige RCN-Zeitgeberschaltung mit dem IDT- Synchronisierungssignal zu synchronisieren;

an dem ersten entfernten Zellknoten das erste Abfragesignal zu empfangen;

synchronisiert mit dem IDT-Synchronisierungssignal in einem zweiten Slot in einem dritten Rahmen in Antwort auf das erste Abfragesignal ein RCN-Paketsignal von dem ersten entfernten Zellknoten an die zwischengeordnete Datenstation zu übertragen;

unter Verwendung von Radiowellen in einem zweiten Slot in dem Synchronisierungskanal des Rahmens in Antwort auf das Empfangen des IDT-Synchronisierungssignals und das Synchronisieren mit diesem ein RCN- Synchronisierungssignal von jedem der Mehrzahl entfernter Zellknoten an die Mehrzahl von Netzwerkservicemodulen zu übertragen;

an jedem der Mehrzahl von Netzwerkservicemodulen das RCN-Synchronisierungssignal zu empfangen;

an jedem der Mehrzahl von Netzwerkservicemodulen in Antwort auf das Empfangen des RCN- Synchronisierungssignals eine jeweilige NSM- Zeitgeberschaltung mit dem RCN-Synchronisierungssignal zu synchronisieren;

an einem ersten Netzwerkservicemodul Daten von einer ersten physikalischen Vorrichtung zu sammeln; und

unter Verwendung von Radiowellen in Antwort auf das Empfangen des mit dem IDT-Synchronisierungssignal synchronisierten RCN-Synchronisierungssignals und das Synchronisieren mit diesem in einem dritten Slot in einem vierten Kanal des Rahmens ein die Daten von der ersten physikalischen Vorrichtung enthaltendes erstes NSM- Paketsignal von dem ersten Netzwerkservicemodul an wenigstens einen der Mehrzahl entfernter Zellknoten zu übertragen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend die Schritte:

synchronisiert mit dem IDT-Synchronisierungssignal in einem vierten Slot in einem fünften Kanal des Rahmens ein Steuersignal von dem ersten entfernten Zellknoten an ein zweites Netzwerkservicemodul zu übertragen; und unter Verwendung von Radiowellen in einem fünften Slot in einem sechsten Kanal des Rahmens synchronisiert mit dem RCN-Synchronisierungssignal und in Antwort auf das Steuersignal ein zweites NSM-Paketsignal von dem zweiten Netzwerkservicemodul an den ersten entfernten Zellknoten zu übertragen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend die Schritte:

an dem ersten entfernten Zellknoten das erste NSM- Paketsignal zu empfangen;

an dem ersten entfernten Zellknoten das erste NSM- Paketsignal zu speichern;

synchronisiert mit dem IDT-Synchronisierungssignal in dem ersten Slot in dem zweiten Kanal des Rahmens ein zweites Abfragesignal von der zwischengeordneten Datenstation an den ersten entfernten Zellknoten zu übertragen;

an dem ersten entfernten Zellknoten das zweite Abfragesignal zu empfangen; und

synchronisiert mit dem IDT-Synchronisierungssignal und in Antwort auf das zweite Abfragesignal in dem zweiten Slot in dem dritten Kanal des Rahmens eine Mehrzahl gespeicherter NSM-Paketsignale als ein RCN-Paketsignal von dem ersten entfernten Zellknoten an die zwischengeordnete Datenstation zu übertragen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein jeder der Mehrzahl Verbindungstypen in einer aktualisierbaren Kanalzuwei sungstabelle angegeben ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, ferner umfassend die Schritte:

an der zwischengeordneten Datenstation das RCN- Paketsignal zu empfangen; und

in einen vierten Slot in einem fünften Kanal des Rahmens in Antwort auf das Empfangen des RCN-Paketsignals ein Bestätigungssignal von der zwischengeordneten Datenstation an den ersten entfernten Zellknoten zu übertragen.

6. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend die Schritte:

in einem Echtzeit-Anforderungskanal des Rahmens eine IDT-Anforderung für eine Menge angeforderter Daten von der zwischengeordneten Datenstation an das erste Netzwerkservicemodul zu übertragen;

an dem ersten Netzwerkservicemodul die IDT-Anforderung zu empfangen; und

in Antwort auf die IDT-Anforderung und in Echtzeit die Menge angeforderter Daten von dem ersten Netzwerkservicemodul an die zwischengeordnete Datenstation zu übertragen.

7. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend die Schritte:

in einem dritten Slot in dem Synchronisierungskanal des Rahmens ein CDT-Synchronisierungssignal von einer zentralen Datenstation an die zwischengeordnete Datenstation zu übertragen;

an der zwischengeordneten Datenstation das CDT- Synchronisierungssignal zu empfangen; und

in Antwort auf das Empfangen des IDT- Synchronisierungssignals eine IDT-Zeitgeberschaltung mit dem CDT-Synchronisierungssignal zu synchronisieren.

8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend die Schritte:

in einem vierten Slot in einem fünften Kanal des Rahmens ein zweites Abfragesignal von der zentralen Datenstation an die zwischengeordnete Datenstation zu übertragen;

an der zwischengeordneten Datenstation das zweite Abfragesignal zu empfangen; und

in einem fünften Slot in einem sechsten Kanal des Rahmens synchronisiert mit dem CDT-Synchronisierungssignal und in Antwort auf das zweite Abfragesignal eine erste Mehrzahl von RCN-Paketsignalen als ein IDT-Paketsignal von der zwischengeordneten Datenstation an die zentrale Datenstation zu übertragen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend die Schritte:

an der zentralen Datenstation das IDT-Paketsignal zu empfangen; und

in einem sechsten Slot in einem siebten Kanal des Rahmens in Antwort auf das Empfangen des IDT-Paketsignals ein Bestätigungssignal von der zentralen Datenstation an die zwischengeordnete Datenstation zu übertragen.

10. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend die Schritte:

in einem Echtzeit-Anforderungskanal des Rahmens eine CQT-Anforderung für eine Menge angeforderter Daten von der zentralen Datenstation an das erste Netzwerkservicemodul zu übertragen;

an dem ersten Netzwerkservicemodul die CDT-Anforderung zu empfangen; und

in Antwort auf die CDT-Anforderung und in Echtzeit die Menge angeforderter Daten von dem ersten Netzwerkservicemodul an die zentrale Datenstation zu übertragen.

11. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend die Schritte:

in einem sechsten Slot in einem siebten Kanal des Rahmens ein drittes Abfragesignal von der zentralen Datenstation an eine zweite zwischengeordnete Datenstation zu übertragen;

an der zweiten zwischengeordneten Datenstation das dritte Abfragesignal zu empfangen; und

in einem siebten Slot in einem achten Kanal des Rahmens in Antwort auf das dritte Abfragesignal eine zweite Mehrzahl von RCN-Paketsignalen als ein zweites IDT- Paketsignal von der zweiten zwischengeordneten Datenstation an die zentrale Datenstation zu übertragen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend die Schritte:

an der zentralen Datenstation das zweite IDT- Paketsignal zu empfangen; und

in einem achten Slot in einem neunten Kanal des Rahmens in Antwort auf das Empfangen des zweiten IDT- Paketsignals ein Bestätigungssignal von der zentralen Datenstation an die zweite zwischengeordnete Datenstation zu übertragen.

13. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend die Schritte:

an dem ersten Netzwerkservicemodul einen Alarmzustand zu erfassen; und

in Antwort auf das Erfassen des Alarmzustands in einem Echtzeit-Anforderungskanal des Rahmens den Alarmzustand von dem ersten Netzwerkservicemodul an die zwischenge ordnete Datenstation zu übertragen.

14. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend die Schritte:

an dem ersten Netzwerkservicemodul einen Alarmzustand zu erfassen; und

in Antwort auf das Erfassen des Alarmzustand in dem Echtzeit-Anforderungskanal des Rahmens den Alarmzustand von dem ersten Netzwerkservicemodul an die zentrale Datenstation zu übertragen.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Mehrzahl von Rahmen sechzehn Rahmen als einen Zyklus umfaßt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Mehrzahl von Kanälen dreißig Kanäle umfaßt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, worin ein jeder der Mehrzahl von Kanälen eine Dauer von einer Sekunde aufweist.