СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ДИСТАНЦИОННОЙ ТЕЛЕМЕТРИИ Российский патент 2011 года по МПК H04Q9/00 

Изобретение относится к области беспроводной передачи в центр обработки данных информации от удаленных датчиков, расположенных на местности в определенном порядке, а также команд им из этого центра.

Удаленные датчики используют во многих отраслях промышленности для мониторинга, измерения или записи текущих или критических данных. Например, коммунальные предприятия используют счетчики коммунальных услуг, расположенные в месте нахождения потребителя, для измерения потребления услуг.

В обычной системе измерения потребления коммунальных услуг каждому потребителю коммунальных услуг выставляют счет через определенный промежуток времени. Использование коммунальной услуги измеряют, как правило, электромеханическим счетчиком с визуальным индикатором, таким как набор циферблатов, или с индикатором типа «одометр». Определенные лица, обычно служащие коммунального предприятия, периодически осматривают каждый счетчик в районе обслуживания для визуального считывания представленных на счетчике данных об объеме потребления.

Этой системе измерения потребления коммунальных услуг присущи такие недостатки, как высокий уровень затрат на обслуживание и невысокая надежность из-за отсутствия возможности осуществлять постоянный мониторинг за измерением объема потребления коммунальных услуг. При такой системе коммунальное предприятие должно оплачивать персоналу поездки к каждому счетчику для визуального считывания информации. Для осмотра всех счетчиков требуется довольно много времени. Кроме того, большинство электромеханических счетчиков может быть вскрыто, а показания подделаны лицами, которые желают уменьшить свои счета за потребление услуг. Поскольку показания со счетчика обычно снимаются не чаще, чем один раз в месяц, подделка может быть неочевидна для коммунального предприятия. Другим недостатком обычной системы измерения объема потребления коммунальных услуг является невозможность обнаружения локального сбоя, такого как локализованное длительное нарушение энергоснабжения или уменьшение освещения, поскольку с отдаленных устройств информация не считывается на регулярной основе.

Известно изобретение по патенту РФ №2310293 на «Способ и устройство беспроводной дистанционной телеметрии с использованием ad-hoc (одноранговых) сетей», позволяющее в определенной степени снизить затраты на снятие информации с удаленных датчиков и повысить надежность за счет осуществления периодического мониторинга за измерением потребления коммунальных услуг. Это изобретение является наиболее близким предлагаемому нами изобретению по технической сущности и достигаемому результату и поэтому принимается нами за прототип. Изобретение по патенту РФ №2310293 предназначено для снятия показаний с удаленных датчиков посредством беспроводной связи с ними с использованием одноранговых сетей произвольной структуры.

В соответствии с этим изобретением снятие информации в определенном месте осуществляют с помощью телеметрического устройства (ТУ). Показания ТУ считывают непосредственно с него с помощью мобильного устройства (МУ) в случае прямой радиовидимости МУ с этим ТУ. Кроме того, при отсутствии прямой радиовидимости МУ с ТУ прием МУ информации от этого ТУ осуществляют через одноранговую сеть ТУ-ретрансляторов, с которой МУ и ТУ находятся в зоне радиовидимости. МУ, как правило, располагают в автомобиле. Затем информацию с МУ в период неинтенсивной нагрузки на сеть передают на центральный контроллер. В случае отсутствия прямой радиовидимости МУ с центральным контроллером передачу принятой от ТУ информации в центральный контроллер также осуществляют через посредство хотя бы одной одноранговой сети ТУ-ретрансляторов, с которой МУ и центральный контроллер находятся в зоне радиовидимости. Центральный контроллер по изобретению-прототипу может включать в себя компьютерную систему и связанные с ней хранилище базы данных и интерфейсную схему с прикладным программным обеспечением для осуществления установленных функций управления.

Изобретение-прототип по сути является полуавтоматическим и имеет следующие недостатки:

- невозможность без участия человека снимать информацию с датчиков и передавать ее для обработки;

- необходимость нести неизбежные затраты на эксплуатацию МУ, в том числе оплату труда человека, управляющего им;

- нерегулярность съема и передачи информации из-за периодического нахождения МУ вне зоны радиовидимости с ТУ, с центральным контроллером или с соответствующей сетью ТУ-ретрансляторов;

- возможность потери МУ информации, снятой с ТУ, в случае выхода из строя МУ до его перемещения в зону радиовидимости с центральным контроллером и до передачи ему снятой с ТУ информации;

- ограниченный объем памяти МУ, которой может не хватить для считывания всей информации с ТУ, и необходимость в этом случае приема этой информации несколькими мобильными устройствами и ее собирание в единое целое в центре обработки. Этот недостаток приводит к усложнению, и как следствие, к снижению надежности.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности снятия и передачи информации с удаленных ТУ в центр обработки данных и команд из этого центра удаленным ТУ, а также упрощение способа передачи и уменьшение затрат на его эксплуатацию.

Поставленная задача решена путем создания полностью автоматического способа снятия и передачи информации с удаленных ТУ в центр обработки данных (ЦОД) и команд из этого центра соответствующим ТУ.

В соответствии с предлагаемым в качестве изобретения способом датчик или иной прибор объединяют с устройством беспроволочной связи в единое ТУ. В качестве ТУ используют всего 2 однотипных устройства, различающихся только способами энергообеспечения. Энергообеспечение осуществляют непосредственно от электросети или автономным питанием от батарей. Для упрощения способа можно применять только одну систему связи, например систему, которая является расширением протокола IEEE.802.11. Расширение этого стандарта делает его пригодным и для устройств с батарейным питанием. При этом все ТУ, помимо снятия и передачи информации со своих датчиков, также выполняют функции ретрансляторов.

В этом случае ТУ-соседи принимают информацию от любого из соседних ТУ-источников, запоминают ее и местонахождение соседнего ТУ-источника, передавшего информацию, а затем передают полученную информацию ТУ-адресату, если ТУ-адресат находится в пределах радиовидимости ТУ-соседа, или передают ее другому ТУ-соседу, находящемуся на оптимальном маршруте к ТУ-адресату.

Информацию, снятую ТУ со своего датчика, хранят в ТУ до момента подтверждения, что она принята ЦОД. Периодичность (регулярность) снятия информации с конкретных ТУ и ее передачи в ЦОД задают из ЦОД.

С помощью таких ТУ снимают информацию с датчиков, которые размещают на местности, и передают ее за один сеанс в ЦОД. При этом за этот же сеанс могут быть переданы команды из центра обработки данных телеметрическому устройству. Объем передаваемой информации не ограничивают, так как он определяется только возможностями компьютера ЦОД.

Маршрут, по которому передают информацию от ТУ-источника ТУ-адресату (в качестве ТУ-источника может выступать ЦОД или конкретное ТУ, то же касается и ТУ-адресата), выбирают следующим образом.

При размещении на местности все ТУ обнаруживают и запоминают все аналогичные устройства (ТУ-соседей), находящиеся в зоне их радиовидимости, для возможной передачи информации через них. При необходимости ТУ-источнику послать информацию ТУ-адресату, который не находится в зоне радиовидимости ТУ-источника и который при этом не знает маршрута, через какого ТУ-соседа можно послать информацию ТУ-адресату, ТУ-источник рассылает всем ТУ-своим соседям короткий запрос о местонахождении ТУ-адресата (запрос типа - «где находится ТУ с таким-то адресом?»). Затем ТУ-соседи ТУ-источника, если ТУ-адресат не находится в зоне их радиовидимости, рассылают копии запроса ТУ-источника своим ТУ-соседям и при этом запоминают местонахождение ТУ-источника и ТУ-своих соседей, которым они направили запрос, Как только запрос ТУ-источника достигнет ТУ-адресат, ТУ-адресат запоминает местонахождение ТУ-своих соседей, через которые ТУ-адресат получил запрос, и посылает им ответ о своем местонахождении (ответ типа - «я здесь»). Затем ТУ-соседи ТУ-адресата запоминают местонахождение ТУ-адресата и посылают его ответ своим ТУ-соседям, от которых они получили запрос. В результате все ТУ, участвующие в запросе о местонахождении ТУ-адресата, запоминают информацию о местонахождении как ТУ-источника запроса, так и ТУ-адресата, а также информацию о местонахождении всех ТУ-соседей, через которые прошел запрос.

Помимо адресов ТУ-источника и ТУ-адресата запрос и ответ на него содержат поля для учета продолжительности маршрута путем учета количества промежуточных ТУ-ретрансляторов, через которые проходит запрос. Каждый ТУ-ретранслятор по пути к ТУ-адресату увеличивает значение поля на 1. Кроме учета промежуточных ТУ-ретрансляторов запрос и ответ содержат поля для учета качества связи через каждого ТУ-ретранслятора. При этом если оценка качества связи ТУ-ретранслятора с другим ТУ-ретранслятором, которому он передает запрос, будет ниже, чем значение в этом поле, то это значение уменьшается до величины фактической оценки качества. Таким образом, к ТУ-адресату (как и к ТУ-промежуточным ретрансляторам) запрос прибывает многократно, но каждый по своему маршруту со своим значением количества пройденных ТУ-ретрансляторов и показанием качества на данном маршруте. По этим данным каждый ТУ-ретранслятор вычисляет и запоминает оптимальный маршрут как к ТУ-источнику, так и к ТУ-адресату.

Далее из всех возможных маршрутов передачи информация ТУ-источник выбирает оптимальный - наикратчайший и с высоким качеством связи, запоминает его и по нему в дальнейшем пересылает информацию ТУ-адресату.

Аналогичный процесс поиска маршрута повторяют и в случае, если посылка информации по уже известному маршруту стала невозможной из-за перемещения одного из ТУ, находящегося на этом маршруте, выхода ТУ из строя, выключения, появления помех и т.д.

В результате создают самоорганизующуюся сеть приема-передачи информации, устойчивую к помехам и к изменению топологии.

Целесообразно такие ТУ выполнять с запасом объема памяти, а также с запасом по пропускной способности информации, которую они могут принимать и передавать, помимо объема, необходимого для обслуживания собственных датчиков или иных приборов. Это позволяет использовать полученную устойчивую сеть для связи и передачи информации вне целей, для которых сеть непосредственно создавалась.

Технический результат, получаемый при реализации вышеописанного автоматического способа снятия и передачи информации с удаленных ТУ в центр обработки данных, заключается в следующем:

- без участия человека снимают информацию с датчиков и передают ее для обработки, что позволяет исключить влияние «человеческого фактора» и повысить достоверность и скорость съема и передачи информации;

- исключают затраты на эксплуатацию МУ, в том числе на оплату труда человека, управляющего им, что делает предлагаемый способ экономически более эффективным;

- обеспечивают регулярность съема с датчиков и передачи полученной информации в ЦОД, так как периодичность снятия информации с ТУ и ее передачи в ЦОД задают из самого ЦОД, что позволяет повысить достоверность получаемой информации;

- исключают возможность потери информации, снятой с ТУ, так как информацию, снятую конкретным ТУ со своего датчика, хранят в ТУ до момента подтверждения, что она принята ЦОД;

- исключают ограничение объема передаваемой ТУ за один сеанс информации и небходимость передачи всей информации за несколько сеансов с последующим ее собиранием в ЦОД в единое целое, так как объем передаваемой информации определяется только возможностями компьютера ЦОД, что позволяет упростить процесс передачи информации и повысить надежность передачи;

- учитывают при выборе маршрута для передачи по нему информации продолжительность каждого маршрута и качество связи по нему.

Таким образом, предлагаемый в качестве изобретения способ автоматического снятия и передачи информации с удаленных ТУ в центр обработки данных и команд от него к удаленным ТУ позволяет повысить надежность и качество снятия и передачи информации с удаленных ТУ и соответствующих команд к ним, а также упростить способ передачи и уменьшить затраты на эксплуатацию.

Предложенный способ автоматической дистанционной телеметрии может быть реализован с использованием существующих датчиков или иных приборов, а также существующей элементной базы с модификацией известного прикладного программного обеспечения.

Изобретение относится к области телеметрии. Технический результат заключается в повышении надежности снятия и передачи информации. Датчик или иной прибор объединяют с устройством беспроволочной связи в единое телеметрическое устройство. Информацию, снятую телеметрическим устройством со своего датчика, хранят в этом телеметрическом устройстве до момента подтверждения, что она принята центром обработки данных. Периодичность снятия информации с каждого телеметрического устройства и ее передачи в центр обработки данных задают из этого центра. При этом все телеметрические устройства, помимо снятия и передачи информации со своих датчиков, выполняют функции ретрансляторов при передаче информации от телеметрического устройства-источника в центр обработки данных и команд из этого центра соответствующим телеметрическим устройствам. Маршрут передачи информации от телеметрического устройства в центр обработки данных и команд из центра обработки данных телеметрическому устройству выбирают с учетом продолжительности маршрута путем учета количества телеметрических устройств, через которые пройдут информация и команды, а также с учетом качества связи, обеспечиваемого каждым телеметрическим устройством на этом маршруте. 6 з.п. ф-лы.

1. Способ автоматической дистанционной телеметрии, при котором размещают на местности удаленные телеметрические устройства с датчиками в пределах радиовидимости относительно друг друга, при этом хотя бы несколько из этих устройств устанавливают в пределах радиовидимости с центром обработки данных, снимают показания с датчиков и по беспроводной связи передают информацию в центр обработки данных, отличающийся тем, что датчик или иной прибор объединяют с устройством беспроволочной связи в единое телеметрическое устройство с электропитанием от сети или автономным питанием от батарей, периодичность снятия информации с каждого телеметрического устройства и ее передачи в центр обработки данных задают из центра обработки данных, при этом все телеметрические устройства, помимо снятия и передачи информации со своих датчиков, выполняют функции ретрансляторов при передаче информации от телеметрического устройства - источника в центр обработки данных и команд из этого центра соответствующим телеметрическим устройствам, а для выбора маршрута передачи информации при размещении на местности все телеметрические устройства обнаруживают и запоминают местонахождение всех аналогичных устройств - соседей, находящихся в зоне радиовидимости, для возможной передачи данных через них, при необходимости телеметрического устройства - источника послать информацию телеметрическому устройству - адресату, которое не находится в зоне радиовидимости телеметрического устройства - источника, и который не знает маршрута, через какое телеметрическое устройство - соседа можно посылать данные телеметрическому устройству - адресату, телеметрическое устройство - источник рассылает всем телеметрическим устройствам - соседям запрос о местонахождении телеметрического устройства - адресата, в свою очередь, телеметрические устройства - соседи, если телеметрическое устройство - адресат не находится в зоне их радиовидимости, рассылают копии запроса телеметрического устройства - источника своим телеметрическим устройствам - соседям и при этом запоминают местонахождение телеметрического устройства - источника и как только запрос телеметрического устройства - источника достигнет телеметрического устройства адресата, телеметрическое устройство - адресат посылает ответ о своем местонахождении всем телеметрическим устройствам - соседям телеметрического устройства - адресата, от которых к нему пришел запрос, и которые, в свою очередь, также рассылают ответ всем телеметрическим устройствам - своим соседям, через которые прошел запрос, при этом все телеметрические устройства - соседи, участвующие в поиске местонахождения телеметрического устройства - адресата, запоминают информацию о местонахождении как телеметрического устройства - источника запроса, так и телеметрического устройства - адресата, а также информацию о местонахождении всех телеметрических устройств - своих соседей, через которые прошел запрос, всю эту информацию передают телеметрическому устройству - источнику запроса, который из всех возможных маршрутов передачи информация телеметрическому устройству - адресату выбирает наикратчайший маршрут, имеющий высокое качество связи, обеспечиваемое каждым телеметрическим устройством на этом маршруте, запоминает его и по нему в дальнейшем пересылает информацию телеметрическому устройству - адресату.

2. Способ автоматической дистанционной телеметрии по п.1, отличающийся тем, что аналогичный процесс поиска маршрута телеметрические устройства и центр обработки данных повторяют в случае, если передача информации по уже известному маршруту стала невозможной из-за перемещения одного из телеметрических устройств, находящегося на этом маршруте, выхода телеметрического устройства из строя, его выключения, появления помех и т.п.

3. Способ автоматической дистанционной телеметрии по п.1, отличающийся тем, что при передаче информации применяют только одну систему беспроводной связи, например систему, которая является расширением протокола IEEE 802.11, и которая пригодна для устройств с батарейным питанием.

4. Способ автоматической дистанционной телеметрии по п.1, отличающийся тем, что информацию, снятую телеметрическим устройством со своего датчика, хранят в этом телеметрическом устройстве до момента подтверждения, что она принята центром обработки данных.

5. Способ автоматической дистанционной телеметрии по п.1, отличающийся тем, что информацию от телеметрического устройства в центр обработки данных и команды из центра обработки данных этому телеметрическому устройству передают за один сеанс.

6. Способ автоматизированной дистанционной телеметрии по п.1, отличающийся тем, что телеметрические устройства выполняют с запасом объема памяти, а также с запасом по пропускной способности информации, которую они могут принимать и передавать помимо объема, необходимого для обслуживания собственных датчиков или иных приборов и работы при этом в качестве ретрансляторов.

7. Способ автоматической дистанционной телеметрии по п.1, отличающийся тем, что маршрут передачи информации от телеметрического устройства в центр обработки данных и команд из центра обработки данных телеметрическому устройству выбирают с учетом продолжительности маршрута путем учета количества телеметрических устройств, через которые пройдут информация и команды, а также с учетом качества связи, обеспечиваемого каждым телеметрическим устройством на этом маршруте.