用于仪表网络的多波段信道容量制造技术

一种通信系统，该通信系统通过一系列通信信道中的一个，经由RF网关转发来自或到多个远程端点的数据消息到数据积累站点。该通信系统监控来自每一个单独的端点到网关的信噪比，这些端点可以是公共事业仪表和相关的控制或监控点。基于服务质量和/或端点到网关通信的信噪比，系统给端点指定期望的通信信道。每一个期望的通信信道具有可变的数据传输速率和要求的SNR，每个信道的选择基于从端点到网关传输的信噪比。如果一个端点的信噪比发生变化，该系统基于更新的信噪比，给该仪表动态重新指定一个不同的通信信道。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于仪表网络的多波段信道容量相关申请的交叉引用本申请基于2010年12月23日申请的序列号为61/426,746的美国临时专利申请并要求其优先权。
本专利技术涉及一种控制多个字段端点(在某些情况下公用事业仪表)与固定位置网关的网络之间的数据消息的无线电通信的方法，这些网关轮流与处于中心位置的网络控制器通信。更具体地说，本专利技术涉及一种通过每一个对通信信道优化多个端点的使用以增大总的有效消息传输容量以及在需要之处增加网关和端点之间的直达路径以使单层通信可以实现的方法。
技术介绍
目前，自动抄表(AMR)系统允许仪表，例如电表、燃气表和水表，通过中间网关传送消费信息到后端服务器。典型地，中间网关与多个仪表使用RF通信，通过公共网络例如互联网，重新发送接收到的数据。尽管这样的系统，例如向美国申舒斯(SENSUS)公司购买的AMI系统，已经证明在一个中心、远程的位置，获取和处理仪表数据是有效的，这样的系统越来越普遍使用，提高了对AMI或智能电网系统的需求。作为一个例子，在一个包括200个网关和数百万个仪表的系统中，仪表和网关之间的通信导致网关每小时接收的消息超过一百万条。由于扩展的应用，未来智能电网系统预期每天交换超过十亿条消息。由于仪表与网关之间的高容量通信越来越多，需要更有效利用可用带宽以增强通信系统中各种设备之间通信的技术。另外，由于需要实时控制来保护输电网并对故障状态自动响应，响应时间延迟减到最小也很重要。这一点最好通过减少数据传递必须经过的节点数来实现。每次传递要求节点必须接收一条消息，解调该消息，进行纠错和可能的数据解密，对该消息重新打包，设置发送器硬件并重发该消息，每一步都需要处理时间。然而，网格系统依赖于节点之间的多次数据传递，使传递次数减到最少从而改善延时是本专利技术的一个目的。层数的最小值是1。因而，本专利技术的一个目的是用单一通信层提供可靠操作。目前，当一个仪表放置于一个网络系统中，指定给该仪表一个通信信道，通过该通信信道仪表与物理上与该仪表临近的每一个网关通信。当操作者安装这样一个系统时，每个仪表指定一个特定信道，通过该信道进行通信。尽管受过培训的人员尝试基于仪表到网关的邻近程度，或仪表与一个特定网关之间预期的信噪比，一旦仪表部署完成，通常通信信道频率不再改变，除非安装人员返回重新配置仪表，或在网络控制器后端需要附加设置。因此，尽管操作者可以根据部署尝试优化系统，如果区域的物理特性改变，或者其他变量被修改，系统会退出优化，这是不期望的。
技术实现思路
本专利技术涉及一种控制包含在通信系统中的大量终端(有时水表、燃气表或电表、负载控制器、PCT、通用显示器或类似的东西)与单层中间网关之间数据通信的系统和方法。系统优化用于仪表与网关之间传输数据的通信信道，以确保每个仪表以最大速率传输数据，同时确保最低“服务质量”和可靠性，甚至对于处于难以到达地点的端点，因而具有更低的信噪比(SNR)。在通信系统中仪表的初始安装过程中，每个仪表最初指定一个缺省通信信道，通过该通道进行仪表和网关之间的通信。由于仪表和网关之间的信噪比最初并不知道，并且较长的消息持续时间改善链路余量SNR，因而缺省通信信道被选择以具有相对长的消息持续时间。仪表安装到通信系统中后，该仪表与一个或多个网关之间传输通信消息。大多数情况下，每个仪表能够与通信系统中不只一个网关通信。网关配备测量信号质量的方法。这些方法可能包括信噪比、信号强度、静态或原始消息成功百分比或类似的东西。网关将这些信息转发到中央网络控制器。一系列消息在每个仪表与接收网关之间传送之后，网络控制器分析每一个网关接收到的来自每一个仪表的消息。特别地，在优选实施例中，系统确定在仪表与接收网关之间发送的消息的信噪比。网络控制器也分析原始通信成功百分比和/或在消息传递中的差距。收到期望数量的消息之后，或者经过预定的时间，系统确定每个端点与关联的最佳接收网关之间的信噪比。最佳接收网关是接收来自单个仪表消息，并具有最高信噪比的网关。基于每个网关接收到的消息的信噪比，系统确定指定给该仪表的通信信道是否是最合适的。如果仪表与网关之间的通信有相对较高的信噪比，系统指定一个通信信道给关联高SNR仪表的仪表。优选地，端点是可编程的，可从网络控制器通过指令编程，以与一个或多个网关通过多个不同通信信道进行通信。本专利技术的优选实施例通常使用三个网关接收信道的设置。这些信道由指定给它们的端点的类型来区分。到最佳服务器端点的高信号强度指定给一个信道，到最佳服务器端点的中等信号强度指定给另一个信道，到最佳服务器端点的低SNR指定给第三个信道。采用这种方式，弱SNR仪表不能与强SNR仪表相匹敌，因而增大噪声，其会降低弱仪表的可靠性并降低SNR，否则弱仪表可用于通信。另外，本专利技术教导当更高SNR可用时，使用高阶调制。众所周知，由于“香农限”的发现，SNR相关于最大的数据速率，该数据速率对应给定的误码率(BER)可靠性而发送。因此，优选实施例中的网络控制器，控制端点使用传达更高数据速率的调制，假如该端点已证明有足够的SNR支持该调制。本专利技术使用N-FSK实现数据速率的提高，其中N为2、4、8和16，且相同波段用于每一个N。本专利技术同样适用于其他调制形式，例如ASK、PSK等。因此，对于给定的带宽，有效数据速率提高，而唯一的代价是SNR。每个具有更高SNR的端点有效提高总的网络容量，因为在24小时内可以传送更多的消息。因此，优选的实施例也通过使用的频率信道隔离调制方式。多个不同通信信道中的每一个，具有不同的消息持续时间和传输速率。低SNR信道，例如，不能传输像强SNR信道一样大的数据容量。人们相信，保持要求的最低服务质量(BER)的同时，来自端点广泛分布式SNRs的最重要的最佳使用动态增大了网络有效消息容量。确定指定给每个仪表的通信信道是基于它与最佳服务器TGB之间的信噪比。如果信噪比高，系统指定具有最短消息持续时间的通信信道。每个通信信道包括信噪比的一个上阈值和一个下阈值，用于将通信信道指定给仪表。在系统的操作过程中，如果由单个仪表传输到网关的消息的信噪比发生变化，系统基于调整的信噪比重新指定通信信道。作为一个例子，如果信噪比提高，系统会指定具有更短消息持续时间和增大的传输速率的通信信道。同样地，如果信噪比降低，系统会选择具有更低通信速率和更长消息持续时间的通信信道。如果仪表已经指定具有最低通信速率和最长消息持续时间的通信信道，系统可以通过一个配备存储和转发能力的中间端点，可选地转发来自网关的轮询消息和送到网关的应答消息。按照本专利技术，系统基于从仪表发出的到最佳网关的消息的信噪比，为每一个仪表指定通信信道。如果在使用过程中信噪比发生变化，系统基于调整的信噪比重新指定通信信道。可以用轮询-应答方式或者“自我发起”ALOHA方式，使用系统中的任何信道。本专利技术也描述了双向操作。本专利技术可选地控制第一个网关出站RF功率，这样只使用足够的功率抵达目标端点。这种RF功率的保留降低RF功率在远程端点接收器上的作用，该端点接收器由更接近它的第二个网关提供服务，不打算听到第一个网关的出站消息。现有技术描述了许多提供功率控制的方法，这些方法导致相当数量的复杂性(例如QUALCOMM使用的方法，消耗信道容量以提供端点RF输出功率的实时控制)。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.12.23 US 61/426,7461.一种用于控制端点与网关之间数据通信的方法，包括步骤：以第一通信信道和最后通信信道之间的连续序列定义多个通信信道，其中所述多个通信信道具有从所述第一通信信道到所述最后通信信道递增的传输速率和递减的消息持续时间；初始为所述端点指定缺省通信信道；将至少一条来自所述端点的消息，通过所述缺省通信信道，转发到所述网关；使用所述网关接收的所述消息的信噪比和信号质量中的至少一个，确定通信性能；基于所述的通信性能，为所述第一通信信道和最后通信信道之间的所述端点选择所述多个通信信道中的一个，由此将选定的信道关联于一个性能级别；以及将选定的通信信道指定给所述端点，这样所述端点通过所述选定的通信信道与所述网关通信。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述缺省通信信道具有缺省调制速率和缺省消息持续时间。3.根据权利要求2所述的方法，其中当所述信噪比超过上阈值时，所述选定的通信信道为所述最后通信信道。4.根据权利要求3所述的方法，其中当所述信噪比低于下阈值时，所述选定的通信信道为所述第一通信信道。5.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述信噪比选择所述通信信道，以优化调制速率和消息持续时间。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个通信信道具有不同于所述缺省通信信道的调制速率和消息持续时间。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述信噪比是在一个预定时间段内接收到的多个消息的平均值。8.一种控制仪表数据从仪表到多个网关中的一个的通信的方法，包括步骤：以第一通信信道和最后通信信道之间的连续序列定义多个通信信道，其中所述多个通信信道具有从所述第一通信信道到所述最后通信信道递增的传输速率和递减的消息持续时间；通过缺省通信信道，从所述仪表转发多个消息到一个或多个所述网关；确定所述多个网关中的每一个接收的所述消息的信噪比；基于所述多个网关接收的所述消息的最高信噪比，为所述仪表选择所述多个通信信道中的一个以优化调制速率和消息持续时间；以及将所述选定的通信信道指定给所述仪表。9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括步骤：通过所述选定的通信信道，从所述仪表传送多条消息到一个或多个所述网关；以及确定所述多个网关中的每一个接收的所述消息的所述信噪比，当所述多个网关接收的所述消息的所述信噪比增大或减小时，为所述仪表选择所述多个通信信道中的另一个。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述通信信道的选择基于所述信噪比，以优化消息持续时间。11.根据权利要求9所述的方法，其中当当前通信信...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·布里顿·桑德福特，
申请(专利权)人：胜赛斯美国公司，
类型：
国别省市：