DE102006017094A1

DE102006017094A1 - Transmission method for data telegrams over single radio channel, involves inverting bits of at least some telegram portions and alternating bits of original telegram portions with inverted bits

Info

Publication number: DE102006017094A1
Application number: DE102006017094A
Authority: DE
Inventors: Björn Schlotzhauer; Jörg Koch; Michael Niehaus
Original assignee: Elan Schaltelemente GmbH and Co KG
Current assignee: Elan Schaltelemente GmbH and Co KG
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2006-04-10
Publication date: 2006-11-09

Abstract

A data telegram is comprised of telegram portions that include a preamble portion, identification portion, input/output data division portion, counter portion and check total portion. At least some of the telegram portions are transmitted twice by inverting the bits of the telegram portions and alternating the bits of the original telegram portions with the inverted bits.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Übertragung von Datentelegrammen über eine Funkstrecke, wobei das Datentelegramm mehrere Telegramm-Teile umfasst.The The invention relates to a method for transmitting data telegrams over a radio link, wherein the data telegram comprises a plurality of telegram parts.

Allgemein ist ein Datentelegramm im Rahmen einer seriellen Funk-Datenübertragung gemäß 1 beispielsweise derart aufgebaut, dass dieses eine Präambel, ein Syncwort, Daten und eine Daten-Prüfsumme umfasst. Dabei dient die Präambel der Abstimmung des Empfängers auf den folgenden Datenstrom. Das folgende Syncwort markiert den Beginn der auszuwertenden Daten, wobei die Daten die eigentlich zu übermittelnden Informationen einschließlich Sender-Identifikation umfassen. Die Daten-Prüfsumme wird über die Daten gebildet und dient zur Feststellung der Korrektheit der übertragenden Daten.In general, a data telegram in the context of a serial radio data transmission according to 1 for example, constructed to include a preamble, a syncword, data, and a data checksum. The preamble serves to tune the receiver to the following data stream. The following sync word marks the beginning of the data to be evaluated, the data comprising the information actually to be transmitted, including sender identification. The data checksum is formed over the data and serves to determine the correctness of the transmitted data.

Physikalisch ist es dabei nicht zu vermeiden, dass in solchen Telegrammen übertragene Bits verfälscht werden und solche Verfälschungen Einfluss auf die Datenqualität nehmen.Physically It is unavoidable that transmitted in such telegrams Bits are corrupted and such adulterations Influence on the data quality to take.

Beim Betrieb von funkbasierten Systemen, insbesondere dann, wenn sie sogenannten Duty-Cycle-Regelungen unterworfen sind, muss ein Datentelegramm möglichst kurz sein, damit innerhalb einer Zeitspanne möglichst viele Telegramme übertragen werden können. Andererseits können die Datentelegramme nicht beliebig kurz gehalten werden, da dies die Datenintegrität (Datenqualität) und damit die Verfügbarkeit bzw. Zuverlässigkeit einer Funkstrecke negativ berühren würde.At the Operation of radio-based systems, especially if they so-called duty-cycle regulations are subject to a data telegram preferably be short so that as many telegrams as possible are transmitted within a time span can. On the other hand the data telegrams are not kept arbitrarily short, as this is the data integrity (Data quality) and thus the availability or reliability touch a radio link negatively would.

Negativ berührt wird die Datenqualität funkbasierter Datentelegramme zum einen durch die bekannten physikalischen Einflüsse der Hochfrequenztechnik, wie Interferenzen, Absorptionen, Beugungen, Reflexionen etc., zum anderen aber auch durch Toleranzen der beteiligten Hardware in Sendern und Empfängern. So stellt z. B. bei digitalen Funkstrecken die Anhäufung von Null-Bits und 1-Bits (0en, 1en) in Datentelegrammen je nach gewähltem Codierverfahren für den Empfänger ein Problem dar.negative touched will the data quality radio-based data telegrams on the one hand by the known physical influences high frequency technology, such as interference, absorption, diffraction, Reflections, etc., but also by tolerances of the involved Hardware in senders and receivers. So z. B. in digital radio links the accumulation of Zero bits and 1-bits (0s, 1s) in data telegrams depending on the selected coding method for the receiver a problem.

Ein weiteres Problem in diesem Zusammenhang stellt sich, wenn über die gesamten Nutzdaten des Telegramms zusätzlich eine Prüfsumme bzw. Checksumme gebildet werden muss. Im Falle einer Verfälschung wäre der Empfänger gezwungen, das gesamte Datentelegramm zu verwerfen, auch wenn die Verfälschung nur in einem Teil des Telegramms stattgefunden hat, die für die Aufrechterhaltung des Betriebs des an den Empfängern angeschlossenen Geräts nicht wichtig ist. Dadurch verringert sich die Verfügbarkeit der Funkstrecke.One Another problem in this context arises when talking about the total payload of the telegram additionally a checksum or checksum must be formed. In the case of a falsification, the recipient would be forced to pay the whole Discard data telegram, even if the falsification only in part of the Telegram has taken place for the maintenance of the operation of the receivers connected device is not important. This reduces the availability the radio link.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der oben genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die Verfügbarkeit einer Funkstrecke optimiert und die Informationsextraktion bei einer gestörten Funkdatenübertragung verbessert wird.From that The invention is based on the object, a method of the above-mentioned type in such a way that the availability a radio link optimized and the information extraction at a disturbed Radio data transmission is improved.

Die Aufgabe wird u. a. dadurch gelöst, dass zumindest ein Telegramm-Teil zumindest zweifach übertragen wird, wobei das zumindest eine Telegramm-Teil invertiert und abwechselnd je ein Bit des ursprünglichen Telegramm-Teils und ein Bit des invertierten Telegramm-Teils gesendet wird. Dadurch ergeben sich keine Häufungen von 0-Bit oder 1-Bit, die den Empfänger in eine Richtung verstimmen und dadurch die Daten verfälschen würden.The Task becomes u. a. solved by that at least one telegram part transmitted at least twice is, wherein the at least one telegram part inverted and alternating one bit each of the original one Telegram part and one bit of the inverted telegram part sent becomes. This results in no accumulations of 0-bit or 1-bit, the receiver in detune one direction and thereby falsify the data.

Gemäß einer bevorzugten Verfahrensweise erfolgt eine Aufteilung des Datentelegramms in einem ID-Teil und einem Daten-Teil mit jeweils getrenntem Prüfsummen-Teil. Dadurch kann der Empfänger weiterhin durch die ID angesprochen werden, auch wenn im Daten-Teil oder in dem Prüfsummen-Teil der Daten Verfälschungen auftreten.According to one preferred procedure is a division of the data telegram in an ID part and a data part, each with a separate checksum part. This allows the recipient to continue be addressed by the ID, even if in the data part or in the checksum part the data adulteration occur.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Verfahrensweise ist vorgesehen, dass der ID-Teil zweifach übertragen wird, wobei abwechselnd je ein Bit normal und ein Bit invertiert gesendet wird. Dadurch ergibt sich eine Wiederholung der ID, die die Wahrscheinlichkeit verringert, dass die ID durch Bit-Fehler nicht mehr korrekt empfangen werden kann.According to one Another preferred procedure is that the ID part transmitted twice , alternating one bit each normal and one bit inverted is sent. This results in a repetition of the ID, the reduces the likelihood that the ID is due to bit errors can not be received correctly anymore.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Verfahrensweise ist vorgesehen, dass separate Prüfsummen-Teile für den ID-Teil und den Daten-Teil übertragen werden. Hierbei ist vorgesehen, dass der Prüfsummen-Teil der ID zumindest zweifach übertragen wird, wobei abwechselnd ein Bit normal und ein Bit invertiert gesendet werden.According to one Another preferred procedure is that separate Checksum parts for the Transfer ID part and the data part become. It is provided that the checksum part of the ID at least is transmitted twice, alternately sending one bit normal and one bit inverted become.

Schließlich ist des Weiteren vorgesehen, dass der Daten-Teil und der Zähler-Teil zumindest zweifach übertragen werden, wobei abwechselnd ein Bit normal und ein Bit invertiert gesendet werden. Der Prüfsummen-Teil der Daten-/Zähler-Teile wird jedoch nur einfach übertragen, da nachfolgende Daten (Zusatztelegramm) für die Verfügbarkeit nicht relevant sind.Finally is further provided that the data part and the counter part transmitted at least twice alternating with one bit normal and one bit inverted be sent. The checksum part the data / counter parts however, it is simply transmitted because subsequent data (additional message) are not relevant for availability.

Es ist vorgesehen, dass die Telegramm-Daten nach dem NRZ (Non Return To Zero)-Codierverfahren codiert werden. Durch das NRZ-Verfahren und die oben genannten Maßnahmen wird ein Manchester-ähnliches Datentelegramm mit einer Wiederholung des Dateninhalts und gleichzeitiger Aufteilung der Daten in Teile gestaltet, die für die Verfügbarkeit wichtig bzw. weniger wichtig sind.It is envisaged that the telegram data will be coded according to the NRZ (Non Return To Zero) coding method. By the NRZ method and the above measures, a Manchester-like data telegram with a repetition of the data content and simultaneous division the data into parts that are important or less important to availability.

Durch obige Maßnahmen lassen sich prinzipiell Datenverfälschungen im hinteren Teil durch die Redundanz aufdecken und die korrekten Teile weiterhin verwenden. Problematisch bleibt aber der vordere Teil mit Präambel und Syncwort bzw. ID. Eine Störung würde den Beginn der Datenübertragung verschleiern und damit eine „normale" Auswertung der Nutzdaten verhindern.By above measures In principle, data can be falsified in the back through the redundancy reveal and the correct parts continue use. But the front part with preamble and Sync word or ID. A disturbance would the Start of data transmission disguise and thus a "normal" evaluation of the user data prevent.

Gemäß einer weiteren Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass anstelle einer Orientierung auf exakte Positionen im Datentelegramm eine Orientierung am Bit-Muster der Senderidentifikation (Sender-ID) oder Sender-ID-Prüfsumme, die dem Empfänger bekannt ist, erfolgt. Sobald ein solches Bit-Muster aufgefunden wird, kann – ausgehend von diesem relativen Startpunkt – das gesamte Telegramm mit bekannter Länge und mehrfacher Wiederholung durch Verifizierung aller Prüfsummen bezogen auf die vorliegenden Datenabschnitte bewertet werden. Man verlässt sich dabei nicht auf die erste Fundstelle des Bit-Musters, sondern sucht gleich nach möglichen weiteren Vorkommen. Anschließend sucht man sich das Vorkommen mit der höchsten Anzahl korrekter Daten/Prüfsummen-Pakete und verwendet dessen Daten weiter.According to one Another variant of the method is provided that instead of a Orientation to exact positions in the data telegram an orientation the bit pattern of the sender identification (sender ID) or sender ID checksum, the receiver is known takes place. Once such a bit pattern found can, can - starting from this relative starting point - the entire telegram with known length and multiple repetition by verification of all checksums be evaluated based on the available data sections. you leaves not on the first reference of the bit pattern, but look for possible further occurrences. Then searches you look at the occurrence with the highest Number of correct data / checksum packets and continues to use its data.

Eine Mindestanzahl von korrekten Daten/Prüfsummen-Paketen kann je nach Anwendungsfall vorgegeben werden. Ein Unterschreiten bedeutet keine direkte Auswertbarkeit des Telegramms.A Minimum number of correct data / checksum packets may vary Use case can be specified. Falling below means no direct evaluation of the telegram.

Um bei stärkster Störung der Übertragung noch eine Verfügbarkeit des Telegramms zu realisieren, d. h. zu der Mindest-Anzahl der benötigten korrekten Daten/Prüfsummen-Pakete zu gelangen, können die verfälschten Daten an den Positionen mit ansonsten korrekten Prüfsummen (also identisch mit Prüfsummen der an sich korrekten Daten/Prüfsummen-Paare) unter Einschränkungen zurückgenommen werden:
Weichen die verfälschten Daten von denen als korrekt erkannten Daten mit nur einem Bit ab, wobei die Prüfsummen aber identisch sind, lässt sich aufgrund der Hamming-Distanz schließen, dass dieses unterschiedliche Bit vor der Übertragung identisch gewesen sein muss, da ansonsten auch die Prüfsumme verändert wäre. Daher kann dieses Bit aus der Prüfsumme rekonstruiert werden. Dabei ist ein geeigneter Prüfsummen-Algorithmus zu verwenden, beispielsweise eine Variante des Längs-/Quer-Paritätsverfahrens, mit dem sich die Position des verfälschten Bits exakt bestimmen und so auch gezielt korrigieren lässt.In order to realize an availability of the telegram in the strongest disturbance of the transmission, ie to arrive at the minimum number of required correct data / checksum packets, the corrupted data at the positions with otherwise correct checksums (ie identical to checksums of the per se correct data / checksum pairs) under restrictions:
If the corrupted data deviates from the data recognized as correct with only one bit, but the checksums are identical, it can be concluded from the Hamming distance that this different bit must have been identical before the transmission, since otherwise the checksum also changes would. Therefore, this bit can be reconstructed from the checksum. In this case, a suitable checksum algorithm is to be used, for example a variant of the longitudinal / transverse parity method with which the position of the corrupted bit can be precisely determined and thus also specifically corrected.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen -für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden Ausführungsbeispielen.Further Details, advantages and features of the invention do not arise only from the claims, the characteristics to be taken for them - alone and / or in combination - but also from the description below of the drawing to be taken embodiments.

Es zeigen:It demonstrate:

1 einen Telegrammaufbau nach dem Stand der Technik 1 a telegram structure according to the prior art

2 Beispiel einer Übertragung eines Telegramm-Teils nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und 2 Example of a transmission of a telegram part according to the inventive method and

3 einen erfindungsgemäßen Telegrammaufbau. 3 a telegram structure according to the invention.

1 zeigt einen üblichen Telegrammaufbau, wie dieser nach dem Stand der Technik zur Übertragung sicherheitstechnisch relevanter Daten verwendet wird. In dem Telegrammaufbau werden funktionelle Telegrammdaten wie Präambel-Teil 12 oder Zusatztelegramm-Teil 14 und sicherheitstechnisch relevante Telegrammdaten wie ID-Teil 16, IO-Daten-Teil 18 und Zähler-Teil 20 sowie Prüfsummen- bzw. Checksummen-Teil 22 unterschieden. 1 shows a conventional telegram structure, as this is used according to the prior art for the transmission of safety-relevant data. In the telegram structure are functional telegram data as preamble part 12 or additional telegram part 14 and safety-related telegram data such as ID part 16 , IO data part 18 and counter part 20 as well as the checksum or checksum part 22 distinguished.

Der Präambel-Teil 12 dient zum Erstellen eines Data-Slicers auf kommende Daten, d. h. zur Abstimmung des Empfängers mit dem nachfolgenden Datenstrom. Der ID-Teil 16 dient zur eindeutigen Zuordnung zwischen Mobilteil und Empfänger. Ein Ausbleiben über eine gewisse Zeitdauer würde zur Abschaltung des an den Empfänger angeschlossenen Geräts führen. In dem IO-Daten-Teil 18 werden Zustände der Eingänge des Mobilteils übertragen. Der Zähler-Teil 20 dient zur Erkennung eines „hängenden" Prozessors im Mobilteil, wobei der Prüfsummen-Teil 22 zur Fehlererkennung dient. Der Zusatztelegramm-Teil 14 kann vorgesehen sein, um beispielsweise Informationen über den Ladezustand eines Akkus, der Kalibrierung oder als Reserve zu dienen.The preamble part 12 Used to create a data slicer on incoming data, ie to tune the receiver with the subsequent data stream. The ID part 16 serves for the clear assignment between handset and receiver. Failure to do so for a period of time would cause the unit connected to the receiver to shut down. In the IO data part 18 states of the inputs of the handset are transmitted. The counter part 20 is used to detect a "hanging" processor in the handset, with the checksum part 22 used for error detection. The additional telegram part 14 may be provided to, for example, information about the state of charge of a battery, the calibration or to serve as a reserve.

Wie bereits eingangs erläutert kann ein in einem Empfänger angeordneter Data-Slicer bzw. ein Komparator durch Häufung von Nullen oder Einsen verstellt werden, wodurch nachfolgende Daten verfälscht werden können. Die Häufung von Nullen und Einsen in einem Datentelegramm sollten daher weitgehend vermieden werden.As already explained at the beginning can one in a receiver arranged data slicer or a comparator by accumulation of Zeros or ones are misaligned, resulting in subsequent data falsified can be. The accumulation of zeros and ones in a data telegram should therefore be broad be avoided.

Auch wird das Datentelegramm unbrauchbar, wenn beispielsweise ein Bit in dem ID-Teil des Datentelegramms verfälscht ist. Folglich ist eine Redundanz im Datentelegramm nötig, um Auswirkungen von verfälschten Bits zu verringern bzw. zu eliminieren.Also, the data message is unusable, for example, if a bit in the ID part of the data message is corrupted. Consequently, a redundancy in the data telegram is necessary to effect to reduce or eliminate erroneous bits.

Ein verfälschtes Bit in dem IO-Daten-Teil 18 oder in dem Zähler-Teil 20 des Datentelegramms macht dieses unbrauchbar, wenn nur eine Prüfsumme über alles definiert und übertragen würde. Eine Aufteilung des Datentelegramms mit getrennten Prüfsummen für den ID-Teil und den IO-Daten-Teil sowie den Zähler-Teil ist daher vorgesehen.A corrupted bit in the IO data part 18 or in the counter part 20 of the data telegram renders this unusable if only a checksum was defined and transmitted over everything. A division of the data telegram with separate checksums for the ID part and the IO data part and the counter part is therefore provided.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, den ID-Teil vorzugsweise doppelt zu übertragen.According to the invention It is proposed to transmit the ID part preferably twice.

2 zeigt ein Beispiel der Übertragung des Binärwertes „0000000001". Dieser wird einmal normal und einmal invertiert gesendet, wobei die Binärwerte nicht nacheinander, sondern abwechselnd je ein Bit des normalen Binärwertes und ein Bit des invertierten Binärwertes übertragen werden. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, den Binärwert mehrfach, d. h. vierfach oder sechsfach, nach oben genanntem Prinzip zu übertragen. 2 shows an example of the transmission of the binary value "0000000001", which is sent once normally and once inverted, whereby the binary values are not transmitted one after the other but alternately one bit of the normal binary value and one bit of the inverted binary value Binary value multiply, ie quadruple or sixfold, to transmit according to the above principle.

3 zeigt einen erfindungsgemäßen Telegrammaufbau 24. Neben der wiederholten Übertragung des ID-Teils 16 erfolgt auch eine separate Übertragung der Prüfsummen-Teile (26, 28) für den ID-Teil und IO-Daten-Teil sowie Zähler-Teil. Der Prüfsummen-Teil 26 des ID-Teils (16) wird zudem als invertierter Prüfsumme-Teil 24' doppelt übertragen, und zwar einmal normal und einmal invertiert nach dem in 2 dargestellten Prinzip. 3 shows a telegram structure according to the invention 24 , In addition to the repeated transmission of the ID part 16 a separate transmission of the checksum parts ( 26 . 28 ) for the ID part and IO data part and counter part. The checksum part 26 of the ID part ( 16 ) is also called an inverted checksum part 24 ' doubly transmitted, once normal and once inverted after the in 2 illustrated principle.

Zusätzlich werden der IO-Daten-Teil 18 und der Zähler-Teil 20 doppelt übertragen, d. h. mit einem invertierten IO-Daten-Teil 18' und einem invertierten Zähler-Teil 20'. Die Prüfsumme für den IO-Daten-Teil 18 und den Zähler-Teil 20 wird jedoch nur einfach übertragen, da der nachfolgende Datenteil (Zusatztelegramm) 14 für die Verfügbarkeit nicht relevant ist.In addition, the IO data part becomes 18 and the counter part 20 twice transferred, ie with an inverted IO data part 18 ' and an inverted counter part 20 ' , The checksum for the IO data part 18 and the counter part 20 However, it is only transmitted simply because the following data part (additional message) 14 is not relevant for availability.

Claims

Method for transmitting data telegrams ( 24 ) via a radio link, wherein the data telegrams ( 24 ) several telegram parts ( 12 . 16 . 18 . 20 . 22 ), characterized in that at least one telegram part ( 16 . 18 . 20 . 22 ) is transmitted at least twice, wherein the at least one telegram part is inverted and alternately one bit each of the original telegram part ( 16 . 18 . 20 . 22 ) and one bit of the inverted telegram part ( 16 ' . 18 ' . 20 ' . 22 ' ) is sent.

Method according to Claim 1, characterized in that a division of the data telegram ( 24 ) into an ID part ( 16 ) and a data part ( 18 ), each with a separate checksum part ( 26 . 28 ) he follows.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the ID part ( 16 ) is transmitted at least twice, alternately sending one bit each normal and one bit inverted.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the checksum part ( 24 ) of the ID part ( 16 ) is transmitted twice, alternately sending one bit normal and one bit inverted.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the data part ( 18 ) as well as the counter part ( 20 ) are transmitted twice, alternately sending 1 bit normal and 1 bit inverted.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the checksum ( 28 ) of the data part ( 18 ) and the counter part ( 20 ) is simply transmitted.

Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the data is coded according to the NRZ method.

Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that instead of an orientation to exact Positions in the data telegram an orientation to a known to the recipient Bit pattern of the transmitter identification and / or transmitter ID checksum takes place, where after finding such a bit pattern from this relative starting point a rating of the total telegram with known Length and multiple repetition by verification of all checksums takes place based on the respective data sections.

Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that a search for possible further occurrences performed the bit pattern where the occurrence data has the highest number of correct data / checksum packets continue to be used.

Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that a minimum number of correct data / checksum packets is given.

Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that in the receiver a checksum of the received data is formed, that the formed checksum with the transmitted checksum compared and in deviation in at least one bit, an error correction carried out becomes.

Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that for the reconstruction of the bit a checksum algorithm like a variant of the longitudinal / transverse parity method is used.