专利名称：用于远程资产监视的系统和方法
技术领域：
本发明涉及用于监视和管理数据的系统和方法。更具体地，但并非限制，本发明涉及一种系统，该系统用于以本质上安全的方式远程监视储罐、容器、分配槽、管线等处的情形和管理作为这种监视的结果而收集的数据。
背景技术：
储罐液位、通过管线的气/液流或用电量通常是人们关心的问题。长久以来，人们已认识到需要远程地对这些情形进行监视。当前，在可以方便地将电子可读仪表用于这种监视的同时，却几乎没有可用于对这样的仪表进行远程监视的备选方案。
例如，许多家庭将液化石油气作为主要的能量源，尤其是将其用于产热家电，如加热系统、烤箱与炉灶、热水器等等。通常，每户均配备了其自身的储罐，以满足其家用的能量要求。户主必须定期检查储罐的表计，当储罐液位较低时，需要订购更多的液化石油气。另外，供应商可以与户主达成协议，以定期检查储罐液位，当需要时，重新加满储罐。在两种方法中，定期检查表计至少是不方便的、不可靠的，并可能导致较高成本。
一种已知的替代方案是，为这些储罐配备电子可读表计。在一个这样的配置中，上述表计连接到用电池供电的射频发射器，该发射器定期将储罐液位发送到位于住宅内的接收器。该接收器收集使用信息，且每隔一定时间便通过电话线呼叫液化气供应商，以向其汇报上述收集的信息。也可以将该接收器配置成识别异常情况和自发地汇报一些事件(如最低液位、表现为泄漏的使用情况，等等)。尽管对人工监视而言这是重大的改进，但这些系统仍然受到了一些限制。
例如，这些限制包括不存在为控制、特殊监视或改变计划等目的而将数据传送回储罐的手段；不顾更新的需要或变化的情形，以固定的速率发送数据，从而浪费了发射器电池的使用寿命；发送是以异步方式进行的，从而，在具有多个发射器的区域内，某些发送有时将发生重叠，导致破坏了来自这些发射器的数据。
尽管这些限制可以在双向工作的系统中得到克服，但在监视位置处设置接收器将进一步减少电池的使用寿命。目前系统的预期电池寿命是以年数来衡量的。为储罐处的电池供电单元中的无线接收器持续供电显然是不现实的。为电池的变化或重新充电而对监视系统进行维护所需的人力将接近人工读表计所需的人力。
如果为储罐提供公用供电服务和在此处设置电话线，则显然不需要关心电池的使用状况，然而这种情形将大幅度增加储罐安装的成本与复杂性。此外，在储罐附近设置用电设备将增加因液化气的泄漏或排出(在注气过程结束、配件被拆离时发生)而造成的火灾风险。
应当注意，其他远程存储或输送系统也受到了类似问题的影响。远程管线流量计、电表等等需要监视。即使采用电子可读表计，监视系统通常也需要将特殊读取设备运送到上述表计处，需要与监视系统连接的永久线路连接，或者，如果以无线的方式进行监视，则每次仅在经过相对固定的时间后才进行报告。
现有的地下储油罐提供了与监视有关的问题的例子。传统上，将较长的量尺插入储油罐，以确定罐中剩下的油量。在过去几年中，人们对地下油罐的老化问题和泄漏对环境的影响问题的关注日益增加。政府管制已导致了更为严格的监视要求，而这些要求实际上不可能用人工的方式来执行。
在现有的安装中，不易实施用于监视地下储罐的自动化系统。为了为这样的监视系统安装布线，需要进行大量的挖掘工作，这些挖掘通常要透过储罐周围的水泥覆盖物。也需要对储罐中的或其周围的设备与布线进行设计，以便在发生燃料或气体逸出时防止爆炸或火灾。此前，无线检测是不实际的，仅仅因为难以从地下位置发送RF信号。
市场压力持续推动着将本质上安全的、响应次数与可靠性得到提高的电子设备用于远程资产监视(如监视和汇报储罐泄漏)。因而，挑战仍然存在，且仍然需要对远程资产监控的系统与方法进行改进，而这正是本发明所针对的目标。
发明内容
本发明提供了一种用于监视和汇报存储或输送系统处的情况的系统，该系统克服了前述问题，并减轻了上述需要。该系统包括用于读出遥测数据(如材料在存储容器内的高度或输送速率)的传感器；与上述传感器通信的数据链路，该数据链路具有配置成用于双向无线数字通信的无线收发机；对上述数据链路的传输进行中继的中继器，其中，该中继器包括作为能源补充设备的太阳能电池板和数据门，该数据门具有配置成用于与一个或多个数据链路通信的无线收发机以及用于与计算机系统进行另外的通信的通信接口。
在一个优选实施例中，上述数据链路与数据门采用了一些节能技术，使得这些设备非常适于由电池供电。这样的节能技术包括让调压器间歇性地工作；对发射器与相应接收器的工作进行规划和同步，以允许对发射器和接收器进行断电；使用耐噪声的协议，该协议使得发射器能利用可能的最低功率输出来进行工作。
在另一个优选实施例中，上述通信接口可通过1)传统的陆上线路；2)蜂窝/个人通信业务电话系统；或3)卫星通信系统来提供连接。对本发明而言，这样的系统统称为“公共网络”。
在另一个优选实施例中，上述数据门通过公共网络与配置成数据库服务器的计算机系统通信。通过诸如局域网、因特网等计算机网络，该数据库服务器使得从一个或多个数据门收集的数据可以为多个应用程序使用。软件应用程序可提供(举例地而非限制地)自动定单输入；调度；警报；例行维护请求；计划信息；历史数据；依照选定类型(如地理区域、顾客人口统计状况、历史使用情况等)的使用；后勤控制等等。
在另一个优选实施例中，在远程监视现场设置了可控设备，从而，通过与监视现场的可控设备通信的数据门与数据链路，计算系统便可对上述存储或输送系统进行管理。因而，便可以远程地改变监视标准，或者，可以远程地控制硬件设备。
通过查阅附图和阅读优选实施例的详细说明，本领域技术人员将更为清楚地理解本发明的其他目标、特征和优点。
图1示出了本发明的用于监视和管理的系统的优选实施例。
图2提供了图1的系统的数据链路的仰视图。
图3提供了图2的数据链路的侧视图。
图4提供了图3的数据链路的框图。
图5提供了用于与图3的一个或多个数据链路通信的数据门的框图。
图6提供了用于图1的本发明系统中的中继器的框图。
图7提供了一种方法的流程图，该方法用于通过在图1的本发明系统中使用的网络在数据链路与数据门之间进行通信。
图8提供了一种方法的流程图，该方法用于通过无线网络在数据链路、数据门和服务器之间进行通信，且上述服务器配置成接受在图1的本发明系统中使用的HTTP输入。
具体实施例方式
在详细解释本发明之前，重要的是应懂得本发明不限于其在所述的结构中的应用细节和本文所述的步骤。本发明可以具有其他实施例，并可以用多种方法来实施和实现。应当懂得，本文采用的措辞和术语专用于说明目的，而非用其进行限制。
现在参考附图，其中，在整个几幅视图中，相同的附图标记表示相同的部分。在图1中，示出了本发明的监视与管理系统(“系统”)20的框图。系统20对监视储罐泄漏尤其有用。在典型的系统中，一个或多个数据链路(本文中也称为资产接口设备)22a-f与数据门24(本文中也称为传输设备)通信。数据门24与公共网络26通信，而后者又与服务器28通信。在一个优选实施例中，系统20包括中继器30，该中继器使用太阳能电池板32来为包含在其中的电池重新充电。下面将更为详细的介绍，沿系统20的数据路径发生的通信是双向的。
大体上，数据链路(如22a-f)是配置成与数据门24进行双向数字通信的无线收发机。数据链路22在本质上是安全的，它用电池供电，并设置在壳体内，适于在户外使用。然而，应当注意，之所以将数据链路22归入本质上安全的级别，并不在于其外壳，而在于其电流消耗量极低的电路构造。数据链路22最好也包括用于读取电子可读表计的电路或其他传感器，以使得它对远程读取以下这些设施(举例的而非限制的)上的仪表有用丙烷储罐34；储油罐36；柴油储罐38；压缩气体储罐40；水表或煤气表42；电表44，等等。
对本领域技术人员而言，显而易见，传统上，上述设备均配有表计，以便对其进行可视的监视。已使用公知方法将机械表计转换为电子可读配置，或者，除机械表计外，可以方便地添加现有的电子可读的传感器。此外，这些设备通常位于户外或位于遥远的区域，这使得人工监视很不方便，且很少为自动监视的目的来提供电力供应和设置用于通信的布线。从而，为监视这些设备，最理想的方法是采用不受天气影响的、无线的和由电池供电的设备。
接下来参考图2和图3，数据链路22最好包括具有开口端48的壳体46；通过开口端48纳入、并设置在壳体46内的电路板50；盖52，它由紧固件54固定到壳体46，对开口端48进行覆盖，以便将数据链路22与环境隔绝。在组装过程中，紧固件54与紧固件保持凸部接合，以便将盖52固定到壳体46。然而，应当注意，将数据链路22归入本质安全的级别是因为数据链路22的电路配置，而不是因为壳体46与固定到壳体46的盖52。
电路板50包括无线收发机58；传感器接口电路60，用于从电子可读仪表或传感器接收数据，或是将控制信号发送给与上述资产进行交互的可控设备；计算电路62(如微控制器、微处理器或其他用于控制数据链路22的工作的可编程设备)。最好为每个数据链路22分配一个独立的标识符，以允许数据门(图1)单独地与任何特定的数据链路22进行通信。如图1所示，多个数据链路22可通过单个数据门24进行通信。应当注意，尽管如图1所示的系统是可能的，但在更典型的安装中，数据门24最可能从与普通类型的传感器连接的多个数据链路接收信号。例如，可以用几个数据链路来监视住处附近的天然气储罐，且所有数据链路通过一个或多个设有太阳能电池板的中继器(如图1的中继器30和太阳能电池板32)向单个或多个数据门(如图1的数据门24)汇报，可以用这样的配置来监视服务站处的多个地下储罐，其中，每个储罐具有其自身的数据链路22。
现在转到图4，数据链路22最好包括电路板22，该电路板包括无线收发机58，在图中以RF接口电路的形式示出，并配置成用于与中继器30和/或数据门24(均见图1)进行无线通信；包括时钟电路的计算电路62，在图中以处理器的形式示出，用于控制数据链路22；耐用电池64，用于为数据链路22供电；调压器电路66，对上述时钟电路进行响应，并由该时钟电路间歇地启动预定长度的工作时间，以便将电池64的功率导入数据链路22的电路；预定电容值的电容器，其中，在启动调压器电路66时，在所述预定长度的工作时间内，耐用电池64向该电容器提供电能，以便为所述电容器充电。当通过时钟电路使调压器电路停用时，耐用电池64继续为时钟电路供电，直到所述时钟电路重新启动调压器电路66为止。
接下来参考图5，数据门24最好包括电路板68，该电路板包括无线收发机70，在图中以RF接口电路的形式示出，并配置成与数据链路22a-f进行无线通信，而且，任选地与公共网络26(见图1)进行无线通信；计算电路72，在图中以处理器的形式示出，用于控制数据门24；耐用电池74，用于为数据门24供电；调压器电路76，用于控制输入数据门24的电路的功率；并且，在一个优选实施例中，还包括通信接口电路，用于与公共网络26通信。在一个优选实施例中，该公共网络是传统的电话网络，然而，应当注意，其他众所周知的公共网络包括蜂窝电话网；CDMA电话网；CDPD、GSM和GPRS网络(它们是蜂窝电话网的子集)；卫星通信网；因特网；等等。计算电路66(图4)最好包括用于存储配置信息、警报阈值和从数据链路22(图1)等接收的信息的存储器。
如图1所示，服务器32通过公共网络(如通过传统的陆地电话网)与数据门24通信。服务器32包括服务器(即HTTP服务器)，该服务器用于管理其与客户之间的网络连接与信息流。就本发明而言，该服务器的目的是将信息发往数据门24和从该数据门接收信息，并使得上述数据能为其他设备使用。
在该优选实施例中，数据门24与服务器32之间的通信以UDP格式来进行。UDP格式允许上述数据门与服务器交换合适大小的分组，而不至于给数据门造成过重的负担。竞争的分组格式将增加数据门的复杂性和软件覆盖区(software footprint)。按照设计，服务器32预期处理HTTP格式的数据。为兼顾上述服务器和数据门24的需求，在这两种装置进行通信期间，在服务器上运行UDP网关应用程序，该程序在服务器32的HTTP格式和数据门24的UDP格式之间进行转换。
数据门24向服务器发出的每个请求被限制在500字节或更少，而这个大小正好与单个UDP包的大小相符合。为实现密集传输，用未经处理的二进制格式来发送上述UDP分组中的数据。在服务器处，UDP网关将来自UDP分组的数据扩展为ASCII字符串，并加入HTTP服务器的地址，以创建单个HTTP请求行。然后，由UDP网关接收来自HTTP服务器的响应，并将其缓冲保存在存储器中。服务器将该响应拆分成500字节的分段(易通过UDP发送)，并将第一个分组发送给数据门24。当数据门24接收到该第一个分组时，它向UDP网关发出对下一个分组的请求。该过程持续进行，直到所有分组均从服务器32发送至数据门24为止。如果数据门请求某分组但在经过一段时间后未收到该分组，则它简单地重复该请求。
应当注意，在一个优选的实施例中，服务器32是网络服务器，且世界上任何地点的因特网连接均可几乎实时地发送和接收去往和来自数据门24的信息。
重新参考图4，数据链路22的传感器接口电路60也可以与设计成用于直接的电子读取的传感器(如离散传感器、压力传感器、液面传感器、测力传感器、流量计、加速度计等等)一起使用。在一个优选实施例中，传感器接口电路60之间的互连包括回送连接，从而使得处理器62能确定是否连接了传感器和在何时连接了传感器。当未连接传感器时(如在运输中或存储时)，数据链路22保持不工作，且不试图通过无线网络进行传输。一旦检测到传感器，数据链路便试图连接到网络。
如上所述，数据链路22能读取来自各种传感器的数据。在一个优选实施例中，在连接传感器且数据链路22开启与数据门24的通信后，数据链路22向数据门24发送请求，以找出连接了何种类型的传感器。数据门24将该请求转发给服务器32。服务器32从数据库查找何种类型的传感器将连接到数据链路22，并向数据门24汇报该传感器类型。数据门24又向数据链路22汇报该传感器类型，且数据链路22根据连接的传感器对其自身进行配置。
参考图1，如果因任何数据链路22a-f与数据门24之间的距离过大而导致不能可靠地接收RF信号，则可以在数据链路22a-f与数据门24之间插入一些设有太阳能电池板的中继器30。图6中示出了中继器30的框图。中继器30最好包括印刷电路板80，用于支持无线收发机(以RF接口电路的形式示出，用于与数据链路22a-f进行无线通信)和/或数据门；以传感器形式示出的、包括时钟电路的计算电路84，用于控制中继器30；太阳能电池板，用于对包含在中继器30之中的耐用电池进行再充电。在发送数据分组期间，如下文详细叙述的，在发送每个分组后，随着发射机的停用，将传输空白分组。如果存在中继器，则它接收到来的分组，并在发送设备停止工作期间重新发送任何接收到的分组。
应当注意，最好数据链路22和数据门24均由电池供电。控制数据链路22和数据门24的工作，以便最大程度地节省电池功率。在一个优选实施例中，以预定的、同步的方式来进行每个数据链路和其相关的数据门24之间的传输。为节省电池功率，可以将数据链路和数据门的整个射频接口断电，直到下个预定的事件为止。
在另一个优选实施例中，通过调压器的间歇工作来节省电池功率。再次参考图4，由电池64通过调压器66将功率提供给数据链路22的电路。如果为举例的目的而假设调压器66具有50毫安的静态电流，且调压器66以正常方式连续工作，则电池64将总承受至少50毫安的电流流出。另一方面，如果调压器间歇工作(可能具有百分之二的占空比)，则在调压器66工作期间，对电容器68进行充电，而在调压器66停止工作期间，操作该数据链路的电路。尽管在调压器66停止工作期间，电容器68两端的电压将出现下跌，但通过为电容器68选择合适的值，可以将上述电压的下跌设置为可以忽略的水平。根据该电路的功率要求，本领域技术人员可以方便地选择这样的电容器，其中能量＝.5CV2上述能量是指停止工作期间为上述电路供电所需的电能，C是电容器68的电容值，且V是可容忍的下跌电压。另外，可通过试验手段选择电容器C的值。
采取上述例子，尽管数据链路的工作电路的功耗保持不变，但调压器66的静态电流已由50毫安减小为1毫安。
本发明的系统的另一个独特特征提高了抗扰度，消除了与接收的数据流的抖动(或不对称)有关的问题，并允许以比之前的系统所需功率更低的RF功率来进行传输。在通过射频接口发送数据时，在数据的上升沿和下降沿通常存在抖动。在相关的问题中，上升时间和下降时间通常存在显著的不同。这两个问题所导致的结果是，在准确定位数据流中的实际数据位和上述数据位的发送速率方面，存在某种程度的不确定性。此外，存在中位噪声的可能，该噪声可导致将单个位读成与所发送的二进制值相反的值。
为正确解析到来的数据，以十六倍于接收数据的发送速率的采样速率来对该数据进行采样。每个无线传输以一组交替的一和零开始。处理器使用这个组来确定每个位的起始的参考点。当接收到数据时，处理器忽略每个位的头三个样本与最后三个样本，以避免由抖动或不对称引起的错误。剩下的10个样本则用于依照多数原则来确定位的状态。由于这种接收方案的抗扰度和其对不对称的容忍，上述无线电设备可以以最小的功率进行发送，同时保持信号携带的数据的完整性。
图7示出了前述的数据完整性方案的方法的图解100，该方法始于步骤102，并继续在过程步骤104中将要通过网络(如20)发送的数据在发送装置(如数据链路22)处打包成分组，其中，该分组由多个连续的、表示由传感器电路(如60)收集的位组成。在处理步骤106中，构造前置码，并将其附加到发射装置处的上述多个连续位。该前置码是根据预定的位组合构造的。随着将该前置码附加到上述多个连续位，在过程步骤108中，由所述发送装置以预定的位传输速率通过网络传输上述多个连续位和附加的前置码。
在过程步骤110中，由接收装置(如数据门24)检测上述前置码的预定位组合，以确定上述多个连续位的起始位置。也就是说，上述多个连续位的起始位置基于所述预定的位组合。在过程步骤112中，在上述接收装置处采样上述多个连续位中的每个位。该接收装置以预定的位采样速率采样上述多个连续位中的每个位，且该位采样速率大于上述预定的位传输速率。让上述采样速率大于上述预定的位传输速率，便可确保在上述分组的多个连续位中的每个位的采样期间获得上述多个连续位中的每个位的多个采样值。在过程步骤114中，丢弃了所采样的位的预定数目的头几个样本；在过程步骤116中，丢弃了所采样的位的预定数目的最后几个样本；而且，在步骤118中，由数据门处理所采样的位的剩下的样本，以确定该位的二进制状态。在最终的过程步骤120中，结束了前述的数据完整性方案100的方法。
在一个备选的优选实施例中，每个链路的末端使用两个128位的加密密钥来对有效载荷数据进行加密。该传输方案也提供了前向纠错，它将每个字节转换成12位的值，从而允许接收机检测和纠正大量的位错误。这种技术也允许以更低的功率将无线电波传输得更远。这样的加密和前向纠错方案在业内是众所周知的。
在另一个优选实施例中，以第二RF频率复制所有数据传输。在其他无线电通信均在一个信道上进行(实际上在该信道上发生了通信阻塞)的情况下，仍可以在第二信道上正确接收该数据。
图8示出了前述的数据完整性方案的方法的图解200，该方法始于起始步骤202，并继续在过程步骤204中将要通过网络(如20)发送的数据在发送装置(如数据链路22)处打包成分组，其中，该分组由多个表示由传感器电路(如60)收集的数据的连续位组成。在过程步骤206中，构造前置码，并将其附加到发送装置处的上述多个连续位。该前置码是根据预定的位组合构造的。随着将该前置码附加到上述多个连续位，在过程步骤208中，通过网络和经由第一信道上的RF传输发送上述多个连续位和附加的前置码。且上述多个连续位和附加的前置码是由上述发送装置以预定的位传输速率传输的。随着将该前置码附加到上述多个连续位，在过程步骤210中，通过网络并经由第二信道上的RF传输以相同的位传输速率重新发送上述多个连续位与附加的前置码。
在过程步骤212中，由接收装置(如数据门24)检测通过上述第一信道传输的前置码的预定位组合，以确定上述多个连续位的起始位置。也就是说，上述多个连续位的起始位置基于所述预定的位组合。在过程步骤212中(或过程步骤214中)，如果对上述前置码的检测未成功，则该方法进行到过程步骤216。
在过程步骤216中，在上述接收装置处对上述多个连续位中的每个位进行采样。该接收装置以预定位采样速率来对上述多个连续位中的每个位进行采样，该采样速率大于上述预定的位传输速率。让采样速率大于上述位传输速率确保在分组的多个连续位中的每个位的采样期间可采样上述多个连续位中的每个位的多个样本。在过程步骤218中，丢弃了所采样的位的预定数目的头几个样本；在步骤220中，丢弃了所采样的位的预定数目的最后几个样本；在过程步骤222中，由数据门对所采样的位的剩余样本进行处理，以确定该位的二进制状态；并且，在过程步骤224中，由上述接收装置将响应分组发送至上述发送装置。前述的数据完整性方案200的方法在最后的过程步骤226中结束。
在另一个优选实施例中，将上述有效载荷数据限制为每次发送不超过16个字节。在应用前向纠错之前，为整个分组计算16位的校验和。然后，在使用纠错方案来重构最初的分组后，在接收段重新计算该校验和。如果最初的校验和与重新计算的校验不一致，则忽略该分组。增加有效载荷数据的长度将导致异常按比例增加，且将出现不可纠正的错误。如果必须进行更长的传输，则将有效载荷数据分成16个字节的传输。
在另一个优选实施例中，每当接收一个分组时，接收装置便确定来自其传输伙伴的所接收信号的强度。下一个发送到该伙伴的分组包括对上一次所接收信号的强度的指示。以这种方式，传输两端的装置可确定其接收的传输的质量。如果该信号的强度低于理想强度，则装置将把未来传输的输出功率略向上调，且如果接收的功率超过用于完成良好接收所需的功率，则装置将把未来传输的输出功率略向下调。这允许每个装置将其输出功率最小化，从而使得其电池寿命变为最长。
通过举例而非限制的方式，给出了下面的以位时间表示的RF网络定时的实例(用于包括了以上每个优选实施例的系统)在位时间0-699中，数据链路通过信道1发送分组；在位时间700-1399中，数据链路通过信道2发送相同的分组；在位时间1400-2099中，中继器(如果存在)通过信道1重发上述分组；在位时间2100-2799中，中继器(如果存在)通过信道2重发上述分组；在位时间2800-3499中，数据门处理接收的分组；在位时间3500-4199中，数据门通过信道1发送响应分组；在位时间4200-4899中，数据门通过信道2发送相同的响应分组；在位时间4900-5599中，中继器(如果存在)通过信道1重发上述响应分组；在5600-6299中，中继器(如果存在)通过信道2重发上述响应分组。应当注意，在优选实施例中，对于长度比16个字节短的有效载荷数据，定时不发生改变。当发送较短的分组时，对于数据传输顺序的每个阶段，更早地关掉发射器与接收器来节能，并且，对该顺序中的下一个事件发生的时刻而言，这样做是为了对射频接口进行重新供电。
在实际中，在零时刻，数据链路通过信道1发送分组，并在剩余的位时间内停用除时钟电路之外的所有电路。在位时间约为660时，为通过信道2进行发送，该数据链路重新启动和配置上述无线电设备。在位时间为700时，数据链路通过信道2发送相同的分组。然后，数据链路再次停用除时钟电路之外的所有电路，直到位时间约为3460(当其因预期信道1上的、来自数据门的响应而重新启动电路)为止。如果，到位时间为3520时未检测到分组的起始，则数据链路假定数据已被破坏，并停用除时钟电路之外的所有电路。在位时间为4160时，预计到信道2上的、来自数据门的响应，数据链路重新启动上述电路。再次地，如果到位时间为4220时时仍未检测到该分组的起始，则数据链路停用除时钟电路之外的所有电路，并因预期到信道1上的、来自中继器上的响应而在位时间为4860时重新启动电路。如果该尝试也未成功，则数据链路停用除时钟电路之外的所有电路，并因预期到信道1上的、来自中继器上的响应而在位时间为5560时重新启动电路。在该过程中，当接收到有效的响应分组时，数据链路处理该数据，并停用除时钟电路之外的所有电路，直到下次预定的传输为止。
当将数据门(如图1的数据门24)首次投入使用时，它首先进入“学习”模式。在学习模式中，在不存在到来的分组的情况下，数据门保持闲置。响应于对分组的接收，数据门安排来自数据链路(如图1的22)的下一次传输。在学习模式中，数据门为所有可用的数据链路制订计划，使得不存在具有重叠传输的两个装置。而且，数据门存储了关于何时进行来自数据链路的传输(即需要启动链路的时刻)的精确信息。
对本领域技术人员而言，显而易见(特别地，从发明系统20的双向特性所提供的灵活性可看出)，所引用的本文给出的工作模式实例仅是本发明的数据管理系统能实现的许多工作模式之一。通过举例而非限制的方式，本发明的系统所包括的数据传输的固有可靠性使得系统非常适于对数据链路(如图1的22)进行重新编程。这样的编程包括警报阈值、识别传感器类型、装载程序来指导数据链路的工作，或甚至为数据链路中的处理器下载更新后的软件。
应当注意，尽管图1是根据具有单个数据门24的系统绘制的，但是，在典型的配置中，可以设想服务器32与多个数据门24进行通信，而每个数据门又与一个或多个数据链路22通信。从而，发明系统能同时监视和管理几乎任何数目的存储或输送系统。也应当注意，在典型的系统中，服务器32向应用程序提供信息，而这些应用程序可以使之前需要某些人工数据输入的过程自动化，例如(但不是对本发明进行限制)安排将丙烷输送到用户的储罐；定期为输送的天然气、水、电能开出帐单；管理罐场保存的材料；等等。此外，可分析该系统收集的数据，以识别泄漏、偷盗等的可能性，并在检测出这样的事件时生成警报。
在一个优选实施例中，用发明的监视系统20来检测地下储罐的泄漏。不论用于确定是否发生泄漏的技术是何种技术，均需要将储罐的状态向监视系统汇报。在监视所需的各种物品到位以前，已经安装了许多地下储罐。当前，通过挖掘附近的建筑物与储罐之间的沟渠，可以加入布线。这是一个成本高昂与耗时的过程。而使用本发明的系统，通过用于灌注的入口便可将具有无线接口的监视系统设置到储罐内。
对本领域技术人员而言，显而易见，当从数据链路22传送至数据门24时，从地下发出的射频信号将受到严重的衰减。然而，本发明的系统20能自动适应该环境。首先，通过上述的过采样方案，系统200能从非常微弱的接收数据中提取数据。第二，如上所述，该系统将根据所接收信号的强度自动调节功率水平。第三，可加入一些中继器来中继数据链路22和数据门24之间传输的信号，以保证传输的完整性。
对本领域技术人员而言，显而易见，可以对上述优选实施例进行一些不背离本发明的精神或范围的修改。通过举例而非限制的方式，上述公共网络还可包括数据的光纤传输、陆上的微波链路、红外数据链路等等。尽管为本公开的目的描述了当前的优选实施例，但对本领域技术人员而言，显而易见的是，还存在许多变更和修改。且这样的变更和修改被包含在本发明的精神之内。
权利要求
1.一种资产接口装置包括将所述装置电路间歇地启动预定的操作时段的时钟电路；与所述时钟电路通信的传感器电路，其中，所述传感器电路对有关与所述资产接口装置通信的资产的操作数据进行响应；与所述传感器电路通信的收发机电路，其中，所述收发机电路在所述预定的操作时段内发送和接收所述操作数据；以及与所述传感器电路和所述收发机电路通信的、并插入在这两种电路之间的控制电路，在所述操作时段内转换所述操作数据，其中，将所述时钟电路、传感器电路、收发机电路和控制电路中的每种电路配置成用于本质上安全的操作。
2.如权利要求1所述的装置，还包括对所述时钟电路进行响应的调压电路，其中，当由所述时钟电路将所述调压电路启动所述预定的操作时段时，所述调压电路将能量导入每个所述传感器、收发机和控制电路，以向所述传感器、收发机和控制电路供电。
3.如权利要求2所述的装置，还包括与所述调压电路通信的能源，其中，为所述传感器、收发机和控制电路的工作，所述能源提供由所述调压电路导入所述传感器、收发机和控制电路中每一个的能量。
4.如权利要求3所述的装置，其中，所述调压电路包括预定电容值的电容器，当启动所调压电路时，所述能源在所述预定的操作时段内将能量提供给所述电容器，以便对所述电容器充电。
5.如权利要求4所述的装置，其中，所述电容器与所述时钟电路通信，并在由所述时钟电路停用所述调压电路时将能量提供给所述时钟电路，并继续将能量提供给所述时钟电路，直到由所述时钟电路重新启动所述调压电路为止。
6.如权利要求5所述的装置，其中，选择所述电容器的所述预定电容值，以便使停用所述调压电路期间所述电容器两端的电压下跌为最小。
7.如权利要求4所述的装置，还包括与所述控制电路通信的传输功率调节电路，其中，当信号强度低于理想强度时，所述传输功率调节电路增加所述收发机电路的输出功率，而当所述信号强度大于进行良好接收必需的信号强度时，所述调节电路减少所述收发机电路的输出功率。
8.一种用于通过网络在发送装置和接收装置之间进行通信的方法包括以下步骤(a)在所述发送装置处将要通过所述网络发送的数据打包成分组，其中，所述分组包括多个连续位；(b)通过所述网络发送所述多个连续位，其中，所述多个连续位是由所述发送装置以预定的位传输速率发送的；以及(c)在与所述发送装置通信的所述接收装置处采样所述多个连续位，其中，所述接收装置以预定的位采样速率采样所述多个连续位的每个位，且所述预定的位采样速率大于所述预定的位传输速率，使得在所述分组的所述多个连续位的每个位的采样期内采样了所述多个连续位的每个位的多个样本。
9.如权利要求8所述的方法，还包括以下步骤(d)在所述发送装置处为所述多个连续位构建前置码，其中所述前置码包括预定的位组合；以及(e)在所述接收装置处检测所述预定的位组合，以根据所述预定的位组合确定所述多个连续位的起始位置。
10.如权利要求9所述的方法，还包括以下步骤(f)对在所述接收装置处接收的所述多个连续位的每个位而言，(i)忽略在所述采样期的开始部分采样的所述多个连续位的每个位的预定数目的样本；(ii)保存在所述采样期的中间部分采样的所述多个连续位的每个位的预定数目的样本；(iii)忽略在所述采样期的结束部分采样的所述多个连续位的每个位的预定数目的样本；(iv)处理所述多个连续位的每个位的所述预定数目的保存样本，以确定所述多个连续位的每个位的二进制状态；和(g)根据步骤(f)(iv)确定的所述多个连续位的每个位的所述二进制状态重构所述分组。
11.如权利要求8所述的方法，其中，所述预定的位采样速率为所述预定的位传输速率的十六倍，且所述方法还包括(d)对在所述接收装置处接收的所述多个连续位的每个位而言，(i)忽略在所述采样期的开始部分采样的所述多个连续位的每个位的预定数目的样本；(ii)保存在所述采样期的中间部分采样的所述多个连续位的每个位的预定数目的样本；(iii)忽略在所述采样期的结束部分采样的所述多个连续位的每个位的预定数目的样本；(iv)处理所述多个连续位的每个位的所述预定数目的保存样本，以确定所述多个连续位的每个位的二进制状态；和(e)根据步骤(d)(iv)确定的所述多个连续位的每个位的所述二进制状态重构所述分组。
12.如权利要求11所述的方法，其中步骤(d)(i)忽略的样本的所述预定数目为三。
13.如权利要求11所述的方法，其中步骤(d)(ii)保存的样本的所述预定数目为十。
14.如权利要求11所述的方法，其中步骤(d)(iii)忽略的样本的所述预定数目为三。
15.如权利要求10所述的方法，其中，步骤(f)(iv)处理的所保存样本的所述预定数目为十，步骤(f)(iii)忽略的样本的所述预定数目为三，步骤(f)(ii)保存的样本的所述预定数目为十，且步骤(f)(i)忽略的样本的所述预定数目为三。
16.如权利要求11所述的方法，其中，所述预定的位采样速率为所述预定的位传输速率的十六倍，且步骤(d)(iv)处理的所保存样本的所述预定数目为十，步骤(d)(iii)忽略的样本的所述预定数目为三，步骤(d)(ii)保存的样本的所述预定数目为十，且步骤(d)(i)忽略的样本的所述预定数目为三。
17.如权利要求15所述的方法，其中所述网络是无线的。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述网络是无线的。
19.一种用于通过无线网络在数据链路、数据门和配置成接受HTTP输入的服务器之间进行通信的方法，包括以下步骤(a)在所述数据链路处将要通过所述网络发送的数据打包成分组，其中，所述分组包括多个连续位；(b)在所述数据链路处为所述多个连续位构建前置码，其中所述前置码包括预定的位组合；(c)通过第一射频信道，将具有所述前置码的所述分组从所述数据链路发送，其中，所述前置码和所述多个连续位由所述数据链路以预定的位传输速率发送；(d)通过第二射频信道，将具有所述前置码的所述分组从所述数据链路发送，其中，所述前置码和所述多个连续位由所述数据链路以预定的位传输速率发送；(e)在所述数据门检测通过所述第一射频信道发送的所述前置码的所述位组合，以根据所述预定的位组合确定所述多个连续位的起始位置；另外(f)当确定通过所述第一射频信道发送的所述多个连续位的所述起始位置未成功时，在所述数据门检测通过所述第二射频信道发送的所述前置码的所述位组合，以根据所述预定的位组合确定所述多个连续位的起始位置；(g)在所述数据门采样所述多个连续位，其中，所述数据门以预定的位采样速率采样所述多个连续位的每个位，且所述预定的位采样速率大于所述预定的位传输速率，使得在所述分组的所述多个连续位的每个位的采样期内采样了所述多个连续位的每个位的多个样本；以及(h)通过所述第一和第二射频信道将响应分组从所述数据门发送到所述数据链路。
20.如权利要求19所述的方法，还包括(i)对在所述数据门接收的所述多个连续位的每个位而言，(1)忽略在所述采样期的开始部分采样的所述多个连续位的每个位的预定数目的样本；(2)保存在所述采样期的中间部分采样的所述多个连续位的每个位的预定数目的样本；(3)忽略在所述采样期的结束部分采样的所述多个连续位的每个位的预定数目的样本；(4)处理所述多个连续位的每个位的所述预定数目的保存样本，以确定所述多个连续位的每个位的二进制状态；和(j)根据在步骤(i)(4)中确定的所述多个连续位的每个位的所述二进制状态重构所述分组；(k)形成包括来自所述重构分组的第一报头的UDP分组；(l)将所述UDP分组从所述数据门发送到所述服务器；和(m)在所述服务器中执行程序，所述程序包括以下步骤(1)接收所述UDP分组；(2)将所述UDP分组的数据扩充为ASII字符串；(3)向所述ASII字符串加入预定信息，以形成有效的HTTP请求行；和(4)将所述HTTP请求行递交给所述服务器。
21.如权利要求20所述的方法，还包括以下步骤(n)在所述服务器内执行程序，所述程序包括以下步骤(1)将响应接收到所述HTTP请求行；(2)从所述响应形成多个UDP响应分组，每个所述UDP响应分组包括第二报头与响应数据；和(3)将所述UDP响应分组从所述服务器发送到所述数据门；和(o)在所述数据门接收所述多个UDP响应分组。
22.一种用于以本质上安全的方式监视挥发性物质的存储与输送系统的系统包括资产接口装置，所述装置包括时钟电路，所述电路间歇地将所述装置的低静态电流的调压电路启动预定的操作时段；连接到所述调压器的输出的电容器，其中，在所述预定的操作时段内对所述电容器充电，直到所述电容器的电压电平达到上限为止；与所述时钟电路通信的传感器电路，其中所述传感器电路对与所述挥发性物质的存储与输送系统有关的操作数据进行响应；与所述传感器电路通信的收发机电路，其中所述收发机电路在所述预定的操作时段内发送和接收所述操作数据；与所述传感器电路和所述收发机电路通信并处于这两者之间的控制电路，在所述预定的操作时段内转换所述操作数据，其中所述时钟电路、传感器电路、收发机电路和控制电路均根据本质上安全的操作方式进行配置，与所述资产接口设备通信的数据传输中继器，其中，所述数据传输中继器在所述预定操作时段接收所述操作数据并在所述预定操作时段重发所述操作数据；与所述资产接口设备和所述数据传输中继器通信的数据门，在所述预定操作时段内，所述数据门检测所述已发送的操作数据并重新发送所述操作数据；和与所述数据门通信的服务器，其中所述服务器从所述数据门接收所述操作数据和将操作数据发送到所述数据门来管理所述挥发性物质的存储与输送系统，其中所述挥发性物质的存储与输送系统包括与所述资产接口装置通信的可控装置，以对所述挥发性物质的存储与输送系统实施所述管理，且所述操作数据是通过经由无线网络在所述资产接口装置、所述数据门和所述服务器之间进行通信的各个步骤来传输的，其中所述服务器配置成接受HTTP协议。
23.如权利要求22所述的系统，其中，经由无线网络在所述资产接口装置、所述数据门和所述服务器之间进行通信的所述各个步骤包括(a)在所述资产接口装置处将要通过所述网络发送的所述操作数据打包成分组，其中所述分组包括多个连续位；(b)在所述资产接口装置处为所述多个连续位构建前置码，其中所述前置码包括预定的位组合；(c)从所述资产接口装置通过第一射频信道发送具有所述前置码的所述分组，其中所述前置码与所述多个连续位由所述资产接口装置以预定的位传输速率发送；(d)从所述资产接口装置通过第二射频信道发送具有所述前置码的所述分组，其中所述前置码与所述多个连续位由所述资产接口装置以预定的位传输速率发送；(e)在所述数据门确定通过所述第一射频信道发送的所述前置码的所述预定的位组合，以根据所述预定的位组合为所述多个连续位确定起始位置；(f)当为通过所述第一射频信道发送的所述多个连续位确定所述起始位置失败时，在所述数据门确定通过所述第二射频信道发送的所述前置码的所述预定的位组合，以根据所述预定的位组合为所述多个连续位确定起始位置；(g)在所述数据门采样所述多个位组合，其中所述数据门以预定的位采样速率采样所述多个连续位中的每一位，且所述预定的位采样速率大于所述预定的位传输速率，使得所述多个连续位的每个位的多个样本是在所述分组的所述多个连续位的每个位的采样期内采样的；以及(h)将响应分组通过所述第一和第二射频信道从所述数据门发送到所述资产接口装置。
24.如权利要求23所述的系统，其中，经由无线网络在所述资产接口装置、所述数据门和所述服务器之间进行通信的所述各个步骤还包括(i)对于在所述数据门接收的所述多个连续位的每个位而言，(1)忽略在所述采样期的开始部分采样的所述多个连续位的每个位的预定数目的样本；(2)保存在所述采样期的中间部分采样的所述多个连续位的每个位的预定数目的样本；(3)忽略在所述采样期的结束部分采样的所述多个连续位的每个位的预定数目的样本；(4)处理所述多个连续位的每个位的所述预定数目的保存样本，以确定所述多个连续位的每个位的二进制状态；以及(j)根据在步骤(i)(4)中确定的所述多个连续位的每个位的所述二进制状态重构所述分组；(k)形成包括来自所述重构的分组的第一报头的UDP分组；(l)将所述UDP分组从所述数据门发送到所述服务器；以及(m)在所述服务器中执行程序，所述程序包括以下步骤(1)接收所述UDP分组；(2)将所述UDP分组扩充为ASCII字符串；(3)将预定信息加入所述ASCII字符串，以形成有效的HTTP请求行；以及(4)将所述HTTP请求行递交给所述服务器。
25.如权利要求22所述的系统，其中，当由所述时钟电路将所述低静态电流的调压电路时启动所述预定的操作时段时，所述低静态电流的调压电路将能量导入所述传感器、收发机和控制电路中的每一个，以向所述传感器、收发机和控制电路供电。
26.如权利要求25所述的系统，还包括与所述低静态电流的调压电路通信的能源，其中，所述能源提供了在所述预定的操作时段内由所述低静态电流的调压电路导入到所述传感器、收发机和控制电路的能量。
27.如权利要求26所述的系统，其中所述电容器与所述时钟电路通信，并在由所述时钟电路启动所述低静态电流的调压电路时为所述时钟电路提供能量，并继续为所述时钟电路提供能量，直到由所述时钟电路重新启动所述低静态电流的调压电路为止。
28.如权利要求27所述的系统，其中，选择所述电容器，以便使在启动所述低静态电流的调压电路期间所述电容器两端的电压下跌为最小。
29.如权利要求22所述的系统，还包括与所述控制电路通信的传输功率调节电路，其中，当信号强度低于理想强度时，所述传输功率调节电路增加所述收发机电路的输出功率，而当所述信号强度大于进行良好接收所需的强度时，则减少所述收发机电路的所述输出功率。
30.如权利要求22所述的系统，其中所述中继器包括太阳能电池板。
31.一种用于以本质上安全的方式监视地下储罐的泄漏的系统包括资产接口装置，所述装置包括时钟电路，所述电路间歇地将所述装置的低静态电流的调压电路启动预定的操作时段；连接到所述调压器的输出的电容器，其中，在所述预定的操作时段内对所述电容器充电，直到所述电容器的电压电平达到上限为止；与所述时钟电路通信的传感器电路，其中所述传感器电路对与所述挥发性物质的存储与输送系统有关的操作数据进行响应；与所述传感器电路通信的收发机电路，其中所述收发机电路在所述预定的操作时段内发送和接收所述操作数据；与所述传感器电路和所述收发机电路通信并处于这两者之间的控制电路，在所述预定的操作时段内转换所述操作数据，其中所述时钟电路、传感器电路、收发机电路和控制电路均根据本质上安全的操作方式进行配置，与所述资产接口设备通信的数据传输中继器，其中，所述数据传输中继器在所述预定操作时段接收所述操作数据并在所述预定操作时段重发所述操作数据；与所述资产接口设备和所述数据传输中继器通信的数据门，在所述预定操作时段内，所述数据门检测所述已发送的操作数据并重新发送所述操作数据；和与所述数据门通信的服务器，其中所述服务器从所述数据门接收所述操作数据和将操作数据发送到所述数据门来管理所述挥发性物质的存储与输送系统，其中所述挥发性物质的存储与输送系统包括与所述资产接口装置通信的可控装置，以对所述挥发性物质的存储与输送系统实施所述管理，且所述操作数据是通过经由无线网络在所述资产接口装置、所述数据门和所述服务器之间进行通信的各个步骤来传输的，其中所述服务器配置成接受HTTP协议。
32.如权利要求31所述的系统，其中，经由无线网络在所述资产接口装置、所述数据门和所述服务器之间进行通信的所述各个步骤包括(a)在所述资产接口装置处将要通过所述网络发送的所述操作数据打包成分组，其中所述分组包括多个连续位；(b)在所述资产接口装置处为所述多个连续位构建前置码，其中所述前置码包括预定的位组合；(c)从所述资产接口装置通过第一射频信道发送具有所述前置码的所述分组，其中所述前置码与所述多个连续位由所述资产接口装置以预定的位传输速率发送；(d)从所述资产接口装置通过第二射频信道发送具有所述前置码的所述分组，其中所述前置码与所述多个连续位由所述资产接口装置以预定的位传输速率发送；(e)在所述数据门确定通过所述第一射频信道发送的所述前置码的所述预定的位组合，以根据所述预定的位组合为所述多个连续位确定起始位置；(f)当为通过所述第一射频信道发送的所述多个连续位确定所述起始位置失败时，在所述数据门确定通过所述第二射频信道发送的所述前置码的所述预定的位组合，以根据所述预定的位组合为所述多个连续位确定起始位置；(g)在所述数据门采样所述多个位组合，其中所述数据门以预定的位采样速率采样所述多个连续位中的每一位，且所述预定的位采样速率大于所述预定的位传输速率，使得在所述分组的所述多个连续位的每个位的采样期采样了所述多个连续位的每个位的多个样本；以及(h)将响应分组通过所述第一和第二射频信道从所述数据门发送到所述资产接口装置。
33.如权利要求32所述的系统，其中，经由无线网络在所述资产接口装置、所述数据门和所述服务器之间进行通信的所述各个步骤还包括(i)对于在所述数据门接收的所述多个连续位的每个位而言，(1)忽略在所述采样期的开始部分采样的所述多个连续位的每个位的预定数目的样本；(2)保存在所述采样期的中间部分采样的所述多个连续位的每个位的预定数目的样本；(3)忽略在所述采样期的结束部分采样的所述多个连续位的每个位的预定数目的样本；(4)处理所述多个连续位的每个位的所述预定数目的保存样本，以确定所述多个连续位的每个位的二进制状态；以及(j)根据在步骤(i)(4)中确定的所述多个连续位的每个位的所述二进制状态重构所述分组；(k)形成包括来自所述重构的分组的第一报头的UDP分组；(l)将所述UDP分组从所述数据门发送到所述服务器；以及(m)在所述服务器执行程序，所述程序包括以下步骤(1)接收所述UDP分组；(2)将所述UDP分组扩充为ASCII字符串；(3)将预定信息加入所述ASCII字符串，以形成有效的HTTP请求行；以及(4)将所述HTTP请求行递交给所述服务器。
34.如权利要求31所述的系统，其中，当由所述时钟电路将所述低静态电流的调压电路启动所述预定的操作时段时，所述低静态电流的调压电路将能量导入所述传感器、收发机和控制电路中的每一个，以向所述传感器、收发机和控制电路供电。
35.如权利要求34所述的系统，还包括与所述低静态电流的调压电路通信的能源，其中，所述能源提供了在所述预定的操作时段内由所述低静态电流的调压电路导入到所述传感器、收发机和控制电路的能量。
36.如权利要求35所述的系统，其中所述电容器与所述时钟电路通信，并在由所述时钟电路启动所述低静态电流的调压电路时为所述时钟电路提供能量，并继续为所述时钟电路提供能量，直到由所述时钟电路重新启动所述低静态电流的调压电路为止。
37.如权利要求36所述的系统，其中，选择所述电容器，以便使在启动所述低静态电流的调压电路期间所述电容器两端的电压下跌为最小。
38.如权利要求31所述的系统，还包括与所述控制电路通信的传输功率调节电路，其中，当信号强度低于理想强度时，所述传输功率调节电路增加所述收发机电路的输出功率，而当所述信号强度大于进行良好接收所需的强度时，则减少所述收发机电路的所述输出功率。
39.如权利要求31所述的系统，其中所述中继器包括太阳能电池板。
全文摘要
一种用于远程监视某位置的情形和控制处于该位置的设备的系统和方法。本发明的系统包括与电子可读仪表通信的数据链路，该数据链路具有配置成用于无线数字通信的收发机；数据门，该数据门具有配置成与一个或多个数据链路通信的无线收发机，该数据门也具有用于连接到通信网(如陆地电话网、蜂窝/个人通信业务网、卫星通信网等)的接口。在一个优选实施例中，上述数据门通过上述通信网与服务器通信，在其中，处理了来自上述电子可读仪表的信息，并通过计算机网络使其他设备可以使用该信息。
文档编号G01F23/00GK1930594SQ200580007753
公开日2007年3月14日 申请日期2005年1月13日 优先权日2004年1月16日
发明者S·K·邦德, J·R·费特, M·高特, T·J·斯潘塞, C·小赞伯根 申请人:全球遥测技术公司