Система дистанционного доступа к электронным счетчикам

 

Изобретение относится к средствам автоматического считывания показаний счетчика, в частности к поддержке связи электронных счетчиков по протоколу TCP/IP. Технический результат заключается в обеспечении двухстороннего дистанционного доступа к счетчикам по локальным и глобальным сетям с использованием стандартных протоколов сети связи. Электронная система измерений включает глобальную сеть, работающую по протоколу TCP/IP, локальную сеть, содержащую множество счетчиков для измерения электроэнергии, газа или воды, и память для хранения измеренных данных, межсетевой интерфейс для связи с указанными сетями и сервер, работающий по протоколу HTTP, связанный с локальной сетью и с множеством межсетвых интерфейсов и выполненный с возможностью доступа к указанным измеренным данным для обеспечения доступа в глобальной сети к измеренным данным. 14 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится, в основном, к электронным счетчикам и к автоматическому считыванию показаний счетчика, более конкретно, к поддержке электронных счетчиков по протоколу TCP/IP для двухстороннего дистанционного доступа к счетчикам по локальным и глобальным сетям.

Изобретение относится к системе автоматического считывания показаний счетчиков электрической энергии и других бытовых счетчиков (например, водяных и газовых счетчиков). Конкретно, изобретение предназначено (но не ограничено) для использования в электронном счетчике. Дополнительная информация по электронным счетчикам содержится в патенте США 5.548.527 от 20 августа 1996 года, озаглавленном "Программируемый счетчик электрической энергии, в котором используется энергонезависимая память" (патент принадлежит компании “ABB Power T&D Company”. Более подробная информация по системам автоматического считывания показаний счетчика имеется в патенте США 5.553.094 от 3 сентября 1996 года, озаглавленном "Сеть радиосвязи для удаленных станций формирования данных".

Изобретение включает использование совокупности протоколов транспортного и прикладного уровней для взаимодействия сетей (протокол TCP/IP) и сервера передачи гипертекста (HTTP). Термины HTTP ("протокол передачи гипертекстовых файлов") и TCP/IP (“протокол управления передачей/протокол Интернет”) хорошо известны специалистам в области организации сетей для передачи данных. Протокол TCP/IP используется, например, в известном стеке протоколов для соединения разнородных устройств в пределах одной сети.

Изобретение также включает использование межсетевого интерфейса или "шлюза". Шлюз - узел в сети, который соединяет две иным образом несовместимые сети. Шлюзы могут выполнять кодирование и процессы преобразования протокола. "Протокол" - набор правил или процедур, относящихся к формату и согласованию времени передачи данных между двумя устройствами. Как правило, протоколы делят файл на блоки равного размера или пакеты. Эти пакеты передаются на приемное устройство, в котором используется математическая процедура для того, чтобы определить, были ли эти блоки или пакеты получены без искажений.

Электронная система измерения в соответствии с изобретением включает глобальную сеть, (WAN), работающую в соответствии с протоколом TCP/IP; локальную сеть (LAN), включающую множество счетчиков, каждый из которых имеет соответствующую электронику для измерения заданного количества энергии, подаваемой потребителю от коммунального предприятия, и памятью для сохранения измеренных данных и контрольных параметров счетчика; шлюз, оперативно соединенный с локальной или глобальной сетью и сервер протокола передачи гипертекстовых файлов (сервер HTTP), оперативно соединенный с локальной сетью и шлюзом, благодаря чему создается глобальная сеть для дистанционного доступа к измеренным данным и контрольным параметрам счетчиков.

Предпочтительные варианты изобретения дополнительно включают общий межсетевой интерфейс (CGI), соединенный с сервером HTTP для использования при доступе к измеренным данным. Альтернативно, система согласно изобретению может включать виртуальную подсистему в виде программы для разделения вычислительных ресурсов, соединенную с сервером HTTP и использованную доступе к данным.

Упомянутое выше заданное количество предпочтительно относится к количеству электроэнергии, воды или газа.

Сервер HTTP и межсетевой интерфейс CGI могут быть встроены в каждый из счетчиков или в шлюз.

Другие особенности настоящего изобретения раскрыты ниже.

На фигуре 1 представлена схема общей сети, включающей глобальную сеть 10, шлюз 20, локальную сеть 30 и счетчики 40 в соответствии с изобретением.

На фигуре 2 схематично представлен вариант изобретения, в котором сервер HTTP и общий межсетевой интерфейс размещены в счетчике (счетчиках) 40.

На фигуре 3 схематично представлен вариант изобретения, в котором сервер HTTP и общий межсетевой интерфейс размещены в шлюзе 20,

На фигуре 4 показано, каким образом межсетевой интерфейс может быть заменен виртуальной подсистемой “Java” и апплетом “Java”.

На фигуре 5 представлен вариант изобретения, в котором одному или нескольким компьютерам обеспечивается доступ к счетчикам через сервер передачи от точки к точке (РРР) или интерфейс.

В одном варианте настоящего изобретения используется электронный счетчик, включающий протокольную связку TCP/IP) и сервер HTTP для двухстороннего доступа к данным счетчика. В другом варианте изобретения, протокольная связка TCP/IP включена в шлюз, обслуживающий множество счетчиков, связанных между собой через силовую линию или через двухстороннюю беспроводную сеть. Шлюз, используемый во втором варианте изобретения, включает сервер HTTP для доступа к данным, получаемых от множества счетчиков, и для передачи данных к отдельным счетчикам.

Основная архитектура изобретения показана на фигуре 1. Как упомянуто выше, включение сервера HTTP и протокольной связки TCP/IP в счетчик 40 или шлюз 20 при наличии множества счетчиков, соединенных через локальную сеть 30, обеспечивает непрерывный дистанционный доступ к параметрам счетчика. Как показано на этой фигуре, комплект N счетчиков 40 обеспечен сообщением через локальную сеть 30, которая не относится сетям типа TCP/IP. Локальная сеть 30 может, например, быть сетью шины CEBus, в которой передача данных осуществляется через силовую линию или линию радиосвязи (протокол связи через шину бытовой электроники (CEBus), который был принят в качестве стандарта “Ассоциацией электронной промышленности” (EIA-60) и определяет локальную сеть, как сеть, включающую множество носителей информации, включая силовую линию, линию радиосвязи, пару проводов, коаксиальный кабель и линию инфракрасной передачи сигналов. К локальной сети 30 также подключен шлюз 20, который соединен с глобальной сетью TCP/IP 10. С этой же глобальной сетью TCP/IP 10 также соединены другие устройства (не показаны), которым может потребоваться соединение с отдельными счетчиками или группами счетчиков. Эти устройства получают доступ к отдельным счетчикам, посылая команды, содержащиеся в пакетах TCP/IP с адресами назначения, которые являются уникальными для каждого счетчика.

В первом варианте изобретения (фигура 2) шлюз 20 получает пакеты от других устройств глобальной сети 10. Шлюз 20 включает интерфейс TCP/IP 22 и интерфейс 28 локальной сети. Интерфейс 28 локальной сети включает программное обеспечение для преобразования пакетов данных в формат, требуемый для передачи через локальную сеть. В этом случае шлюз 20 передает эти преобразованные пакеты по локальной сети 30 к счетчикам 40. При этом выполняются следующие операции.

1. Шлюз проверяет адрес пакета TCP/IP и определяет, является ли это адресом счетчика или счетчиков в пределах набора, поданного в шлюз через его локальную сеть. Если это не так, пакет не обрабатывается.

2. Если пакет предназначен для одного из счетчиков в локальной сети шлюза, шлюз проверяет адрес счетчика TCP/IP, приложенный к пакету, и определяет, является ли этот пакет адресом отдельного счетчика или это групповой адрес.

3. Если пакет адресован отдельному счетчику, то шлюз заключает этот пакет в больший пакет, который адресован счетчику, используя его уникальный адрес в локальной сети (который отличается от его адреса по протоколу TCP/IP).

4. Если пакет предназначен для групповой" передачи ко всем счетчикам, шлюз заключает пакет в больший пакет, передаваемый по специальному адресу локальной сети (который отличается от группового адреса TCW).

5. Если размер пакета превышает максимальный допустимый размер для локальной сети, шлюз разделяет пакет на меньшие части. Каждая часть имеет тот же самый адрес локальной сети, что и первоначальный большой пакет.

6. Каждая часть разделенного пакета передается в локальную сеть для приема одним или несколькими счетчиками. Шлюз отвечает за получение подтверждений приема пакета от счетчиков и за повторную передачу пакетов, если они не получены.

Каждый отдельный счетчик прослушивает локальную сеть на предмет обнаружения пакетов. Счетчик воссоздает первоначальный пакет глобальной сети TCP/IP от одного или нескольких пакетов локальной сети и затем выполняет команды, содержащиеся в пакете, и посылает результаты назад в шлюз. Этот процесс включает следующие операции:

1. Счетчик проверяет адрес локальной сети пакета, чтобы убедиться, что этот адрес предназначен для конкретного счетчика или что он является групповым адресом. Если адрес не является ни одним из вышеупомянутых, счетчик игнорирует этот пакет.

2. Если пакет адресован конкретному счетчику, сигнал подтверждения приема посылается назад шлюзу. Если в пакете найдена ошибка, на шлюз посылается сигнал отказа от обработки.

3. Полученный пакет добавляется к любой, ранее полученной части большого пакета, разделенного на части. Когда получены все части разделенного пакета, весь первоначальный пакет TCP/IP извлекается и вводится в программное обеспечение интерфейса TCP/IP, соединенного со счетчиком.

4. Программное обеспечение интерфейса TCP/IP проверяет пакет, чтобы убедится в необходимости начала обслуживаются. В этом случае предположим, что пакет предназначен для обслуживания сервера HTTP. (Возможно, что имеются другие серверы, соединенные со счетчиком, к которому может быть послано сообщение TCP/IP).

5. Сервер HTTP проверяет пакет данных, чтобы убедится в необходимости выполнения заданных операций. В этом случае предположим, что пакет содержит запрос на выполнение прикладной программы в счетчике, чтобы извлечь текущие показания счетчика и отослать их обратно источнику запроса. Сервер HTTP инициализирует эту прикладную программу через общий межсетевой интерфейс (CGI).

6. Прикладная программа CGI просит счетчик найти текущее показание. Прикладная программа счетчика воздействует непосредственно на электронику счетчика, чтобы получить требуемую информацию. Показание счетчика передается обратно на интерфейс CGI, который записывает показание в сообщение, используя язык HTML. Сообщение HTML передастся обратно на сервер HTTP.

7. Сервер HTTP кодирует сообщение HTML в виде пакета TCP/IP и пересылает его в интерфейс счетчика TCP/IP.

8. Интерфейс TCP/IP счетчика посылает пакет в шлюз, используя тот же самый набор операций, который используется шлюзом для посылки первоначального запроса на счетчик.

9. Как только шлюз получит пакет ТСР/ТР от счетчика, он снова передает пакет в глобальную сеть, где инициируется команда для его получения.

Во втором варианте изобретения (фигура 3) шлюз выполняет большинство задач, поставленных счетчикам в первом варианте (фигура 2). Сервер HTTP 24 и прикладная программа 26 CGI передаются в шлюз 20, и счетчики работают только со своим интерфейсом 42 локальной сети, которая не использует протокол TCP/IP. Обработка пакетов, полученных из глобальной сети 10, осуществляется следующим образом:

1. Шлюз проверяет адрес пакета TCP/IP и определяет, является ли он адресом счетчика или счетчиков в наборе, переданном в шлюз через его локальную сеть. Если это не так, пакет не обрабатывается.

2. Программа интерфейса TCP/IP проверяет пакет, чтобы убедиться в необходимости начала обслуживания. В этом случае предположим, что пакет предназначен для обслуживания сервером HTTP, находящимся теперь в шлюзе. (Возможно, что имеются другие прикладные программы сервера, выполняемые в счетчике, которому должны быть переданы сообщения TCP/IP).

3. Сервер HTTP проверяет пакет, чтобы убедиться в необходимости обслуживания. В этом случае предположим, что пакет содержит запрос на выполнение прикладной программы, чтобы получить текущее показание отдельного счетчика и отослать эти данные назад инициатору запроса. Сервер HTTP инициализирует эту прикладную программу через общий межсетевой интерфейс CGI (26).

4. После этого в шлюзе выполняется прикладная программа CGI 26. Эта программа должна определить адрес локальной сети указанного счетчика и послать пакет команд этому счетчику по локальной сети.

5. Команда поступает в счетчик и инициирует прикладную программу счетчика па посылку запроса в электронную часть счетчика, чтобы найти текущее показание.

6. Показание счетчика формируется в пакет для передачи по локальной сети и отсылается обратно в шлюз.

7. Межсетевой интерфейс CGI получает пакет по локальной сети от счетчика и извлекает показание счетчика. Это показание записывается в сообщение HTML и отсылается обратно на сервер HTML.

8. Сервер HTTP кодирует сообщение HTML как пакет TCP/IP и пересылает его в интерфейс 22 шлюза TCP/IP.

9. Интерфейс 22 шлюза TCP/IP посылает пакет в глобальную сеть 10, где программа, инициирующая команды, может получить этот пакет.

Оба варианта изобретения были раскрыты как использование прикладных программ 46, 26, чтобы подробно описать процедуру доступа к текущим показаниям счетчика. Как показано на фигуре 4, прикладная программа CGI может быть заменена виртуальной подсистемой (VM) Java 26’, выполняющей прикладную программу Java 26’’, которая выполняет те же самые операции, что и прикладная программа CGI.

Кроме того, оба варианта были описаны, используя пример, где текущее показание отдельного счетчика запрашивается прикладной программой, связанной с глобальной сетью. Прикладная программа в глобальной сети может также записывать данные в счетчик или в счетчики, используя аналогичные процедуры. Эти данные могут изменить параметры, воздействуя на работу счетчика или счетчиков. В качестве примера можно указать на изменение скорости.

Любой вариант, в котором используются серверы TCP/IP и HTTP, поддерживает считывание показаний счетчиков или установку их параметров, используя броузеры типа Netscape™ или Explorer™. Коммунальные предприятия и домовладельцы могут при необходимости выполнять дистанционное считывание показаний счетчиков через соответствующие броузеры. Можно иметь доступ к отдельному счетчику или группе счетчиков, как если бы счетчик (счетчики) представляли собой интернетовский сайт, и их текущие показания или другие данные могут быть отображены с помощью броузера. Счетчики могут посылать бланки броузеру, чтобы пользователь мог их заполнить для изменения параметров счетчиков. Операции считывания и обновления параметров счетчиков могут быть защищены кодированием и паролями.

Как показано на фигуре 5, броузер может получить доступ к счетчикам через телефонную линию по протоколу передачи от точки к точке (РРР) и сервер 60, подключенный к глобальной сети 10 или непосредственно к шлюзу 20. Сервер РРР соединен с модемами (на чертеже не показаны), чтобы обеспечить связь линии TCP/IP с броузером на другом конце линии. Сервер РРР посылает пакеты от телефонной линии на глобальную сеть, где они принимаются соответствующим шлюзом. В случае подключения телефонной линии непосредственно к шлюзу, программное обеспечение РРР включает интерфейс 21 для прямого соединения с глобальной сетью TCP/IP с помощью интерфейса 22 с тем, чтобы пакеты, полученные по телефонной линии, обрабатывались бы таким же образом, как и пакеты, полученные по глобальной сети 10.

Броузер может быть заменен интеллектуальным устройством, которое обеспечивает доступ к серверу HTTP для автоматизированного считывания показаний счетчика и установки параметров счетчика на запланированной и повторной основе. Прикладная программа использует считывание показаний счетчика, чтобы создавать или обновлять записи в базе данных. Эта прикладная программа может быть прикладной программой Java, которая может взаимодействовать с серверами HTTP и базами данных, которые поддерживают протоколы HTTP.

Подводя итоги, отметим, что изобретение включает следующие новые аспекты: (1) встроенный в счетчик сервер HTTP для доступа к данным счетчика по требованию и для дистанционной установки параметров счетчика; (2) встроенный в шлюз сервер HTTP для доступа к множеству счетчиков, чтобы считывать их показания и устанавливать параметры в отдельных счетчиках по локальной сети; (3) использование общего межсетевого интерфейса (CGI) для дистанционного доступа к данным счетчика и установки параметров счетчика, используя бланки HTML в броузерах HTTP; (4) дистанционное считывание показаний и установка параметров множества счетчиков, используя протокольную связку TCP/IP; (5) протокольная связка TCP/IP, применяемая в установленных узлах локальной сети CEBus, включая маршрутизаторы CEBus и мосты-маршрутизаторы с дистанционным доступом через TCP/IP к маршрутизатору или мосту-маршрутизатору и, следовательно, доступ к отдельным счетчикам по локальной сети; (6) передача данных от точки к точке (РРР), обеспечивающая шлюзу дистанционный доступ по протоколу TCP/IP через последовательный интерфейс (например, телефонную линию или цифровую сеть общего пользования (ISDN)) к одному или нескольким счетчикам (для установки параметров и считывания показаний).

Вышеприведенное подробное описание предпочтительных вариантов изобретения ни в коей мере не ограничивает рамки и объем защиты нижеследующих пунктов патентования. Специалисты в области электронного измерения понимают, что можно использовать различные модификации предпочтительных вариантов изобретения без выхода из духа и объема изобретения.

Формула изобретения

1. Электронная система измерения, содержащая:

- глобальную сеть (WAN), работающую в соответствии с протоколом TCP/IP;

- локальную сеть (LAN), содержащую множество счетчиков, каждый из которых включает измерительную электронику для измерения элктроэнергии, газа или воды, поставляемых коммунальным предприятием, и память для хранения измеренных данных и контрольных параметров счетчиков;

- межсетевой интерфейс, связанный с указанными сетями WAN и LAN; и

- сервер, работающий по протоколу передачи гипертекстовых файлов (HTTP), оперативно связанный с указанной сетью LAN и с указанным межсетевым интерфейсом, причем указанный сервер, работающий по протоколу HTTP, имеет доступ к указанным измеренным данным, благодаря чему указанная сеть WAN имеет дистанционный доступ к указанным измеренным данным и указанным контрольным параметрам указанных счетчиков.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит стандартный интерфейс для обмена данными (CGI), соединенный с указанным сервером HTTP для использования при доступе к указанным измеренным данным.

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что указанный сервер HTTP и указанный стандартный интерфейс CGI встроены в каждый из указанных счетчиков.

4. Система по п.3, отличающаяся тем, что каждый из указанных счетчиков дополнительно включает интерфейс TCP/IP.

5. Система по п.2, отличающаяся тем, что указанный HTTP сервер и прикладной интерфейс CGI встроены в указанный межсетевой интерфейс.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит виртуальную подсистему, соединенную с указанным сервером HTTP для ее использования при доступе к указанным данным.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что каждый из указанных счетчиков дополнительно включает интерфейс локальной сети (LAN).

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанный межсетевой интерфейс включает интерфейс локальной сети (LAN).

9. Система по п.1, отличающаяся тем, что каждый из указанных счетчиков включает интерфейс TCP/IP.

10. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанный межсетевой интерфейс включает интерфейс TCP/IP.

11. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит стандартный интерфейс обмена данными (CGI), соединенный с указанным сервером HTTP, в которой указанный сервер HTTP и интерфейс CGI встроены в каждый из указанных счетчиков, в которой указанный межсетевой интерфейс и каждый из указанных счетчиков включают интерфейс локальной сети (LAN) и интерфейс TCP/IP для измерения электроэнергии, воды или газа.

12. Система по п.11, отличающаяся тем, что указанная сеть LAN является локальной сетью с шиной CEBus LAN.

13. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит стандартный интерфейс обмена данными (CGI), соединенный с указанным сервером HTTP для его использования при доступе к указанным измеренным данным, причем указанный сервер HTTP и интерфейс CGI встроены в указанный межсетевой интерфейс; в каждый из указанных счетчиков и указанный интерфейс включают интерфейс локальной сети (LAN) и интерфейс TCP/IP для измерения электроэнергии, воды или газа.

14. Система по п.11, отличающаяся тем, что указанная локальная сеть (LAN) является локальной сетью шины бытовой электроники (CEBus).

15. Система по п.12, отличающаяся тем, что указанная локальная сеть (LAN) является локальной сетью шины бытовой электроники (CEBus).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5