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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft strukturierte Verkabelungssysteme,
und insbesondere in lokalen Netzen eingesetzte strukturierte Verkabelungssysteme.
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Hintergrund
der Erfindung
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Strukturierte
Verkabelungssysteme sind allgemein für den Einsatz in institutioneller
Infrastruktur bekannt. Derartige Systeme stellen eine standardisierte
und trotzdem flexible Plattform für eine dynamische Kommunikationsumgebung
bereit. Typischerweise verwenden Strukturverkabelungssysteme verdrillte
Kupferdrahtpaare, welche gemäß vorbestimmten
Kriterien installiert werden. Strukturierte Verkabelungssysteme
werden herkömmlicherweise
für Telefon-,
Datenkommunikations- sowie für
Alarm-, Sicherheits- und Zugangskontroll-Anwendungen eingesetzt.
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Derzeit
ist die Ethernet Local Area Networks (LANs) und Wide Area Networks
(WANs) bildende Infrastruktur so aufgebaut, dass sie Datenkommunikationssignale
mit hoher Bitrate zwischen Netzeinrichtungen transportiert und verteilt.
Die Netzeinrichtungen oder Elemente können beispielsweise Hubs, Switches
(Vermittlungen), Bridges, Router, Zwischenverbindungsvorrichtungen,
verschiedene Einrichtungen, die mit Network Interface Cards (NICs) ausgerüstet sind,
Datenserver, Desktop-PCs, tragbare PCs und andere verschiedene Netzeinrichtungen umfassen.
Was alle diese Einrichtungen u.a. gemeinsam haben, ist das, dass
alle elektrische Energie für ihren
Betrieb benötigen.
In jedem Falle wird die von diesen Einrichtungen verbrauchte elektrische
Energie durch interne oder externe Batterien oder durch eine von
einer Energieversorgungseinrichtung gelieferte Wechselstrom- bzw.
AC-Energie geliefert.
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Derzeit
benötigt
jede Netzelementeinrichtung, die nicht selbst mit Energie versorgt
wird, d.h., eine interne oder externe Batterie enthält, eine
Verbindung zu einer Quelle elektrischer Energie zusätzlich zu
der einen oder den mehreren Netzverbindungen. Die Notwendigkeit,
Netzeinrichtungen mit einer Quelle elektrischer Energie zu verbinden,
verkompliziert die Installation und macht sie teurer. Zusätzlich schränkt sie
die örtliche
Anordnung von Netzelementen auf Orte ein, in welchen Verbindungen
zu elektrischer Energie und Datennetzverbindungen zur Verfügung stehen.
Letztlich müssen
zwei getrennte Netze aufgebaut und betrieben werden, wobei jedes Netz
mit der Netzeinrichtung verbunden ist. Das eine Netz stellt die
Verteilung elektrischer Energie bereit und das andere Netz stellt
die Verbindungsfähigkeit zu
dem Datenkommunikationsnetz bereit.
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Ferner
muss, damit die Netzeinrichtungen während einer teilweisen oder
vollständigen
Unterbrechung oder einem Ausfall der elektrischen Energieversorgung
arbeiten, jede Netzeinrichtung ein internes Batterie-Reservesystem
enthalten, oder muss mit einer nicht unterbrechbaren Stromversorgung (UPS – Uninteruptable
Power Supply) verbunden sein. Abhängig von der Anwendung, wie
z.B. IP- oder LAN-Telefonen, kann die Anzahl von Netz einrichtungen,
die während
Stromausfällen
eines Gebäudes arbeiten
müssen,
sehr hoch sein.
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Somit
wäre es
wünschenswert,
die Notwendigkeit, dass jede Netzeinrichtung, die nicht im Batteriebetrieb
arbeitet, mit einer Quelle einer AC-Netzversorgung, d.h., mit einer
normalen AC-Steckdose, zusätzlich
zu einer Netzverbindung verbunden werden muss, zu beseitigen. Dieses
würde erheblich
die Anzahl elektrischer Kabel, AC-Steckdosen und zugeordneter Verbindungen
reduzieren, und dadurch die Installation von Netzeinrichtungen vereinfachen.
Zusätzlich
würde dieses
auch eine kosteneffektive Einrichtung für die Bereitstellung einer
nicht unterbrechbaren Stromversorgung für mehrere Netzeinrichtungen
bereitstellen.
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Es
ist auch wichtig zu betonen, dass die Datenkommunikationsnetzinfrastruktur
primär
dafür ausgelegt
und optimiert war, Datenkommunikationssignale mit hoher Bandbreite
und geringer Energie zu transportieren und nicht dafür ausgelegt
war, elektrische Energie zu liefern. Der IEEE 802.3 Standard erfordert,
dass die über
das Übertragungskabel
transportieren elektrischen Spannungen isoliert und auf Masse bezogen
an beiden Enden symmetriert sind.
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LAN-Kabel
der Kategorie 3 bis 5, RJ-45 Verbinder, die Leitungsschnittstellen
der Netzeinrichtungen und alle IEEE 802.3 kompatiblen Einrichtungen innerhalb
des Netzes waren nicht dafür
ausgelegt, elektrische Energie mit einem ausreichend niedrigen Pegel
zum Betreiben des Großteil
der Netzeinrichtungen transportieren.
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Daher
sollte jede Lösung,
welche die LAN-Infrastruktur nutzt, um gleichzeitig elektrische
Energie zu verteilen und Netzdatenkommunikationen bereitzustellen,
die nachstehenden unkte beachten: (1) die elektrische Energieverteilung über die
LAN-Infrastruktur sollte weder die Bitfehlerrate (BER) des Netzes über zulässige Pegel
hinaus erhöhen
noch die normalen Datenkommunikationen in irgendeiner Weise stören; (2)
die elektrische Energie auf der LAN-Infrastruktur sollte keinerlei
Möglichkeit
einer Verletzung oder eines Risikos für Benutzer und Netzwartungspersonal
mit sich bringen; (3) elektrische Energie über der LAN-Infrastruktur sollte
nicht verletzen oder eine Beschädigung
an normalen LAN-Geräten bewirken,
welche nicht dafür
ausgelegt sind, Energie aus dem Datenkommunikationsnetz zu empfangen;
und (4) die Hinzufügung
der elektrischen Energieversorgung über das Datenkommunikationsnetz sollte
die Zuverlässigkeit
des Netzes nicht verschlechtern.
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Systeme
zur Lieferung von Datenkommunikationssignalen über Energienetze sind im Fachgebiet
bekannt. Energieversorgungsleitungs-Trägersysteme sind allgemein bekannt
und funktionieren durch Überlagerung
relativ hochfrequenter Datensignale über eine niederfrequente Energieverkabelung. Diese
Systeme sind jedoch dafür
ausgelegt, über
Energieversorgungsleitungen zu arbeiten, die sich stark denen von
LANs unterscheiden. Das LAN-Medium ist dafür ausgelegt und aufgebaut,
Datenkommunikationssignale zu transportieren. Somit sind die Kabel, Verbinder,
Leitungsschnittstellenschaltung und Endgeräteeinrichtungen nicht für die Handhabung
hoher Pegel elektrischer Energie ausgelegt. Die ses unterscheidet
sich sehr von einer Überlagerung
von Datenkommunikationssignalen niedriger Energie über Energieversorgungsleitungsnetze.
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Eine
Blockdiagrammdarstellung, die ein Beispiel eines herkömmlichen
Datenkommunikationsnetzes darstellt, in welchem Netzeinrichtungen
mit der AC-Netzstromversorgung verbunden sind, ist in 24 dargestellt. Dieses Beispielnetz wird
präsentiert,
um die verschiedenen Netzelemente zu veranschaulichen, die man typischerweise
in einer LAN-Umgebung
findet. Das insgesamt mit 3010 bezeichnete Netz weist einen
Kombinations-WAN und/oder
LAN-Backbone. 3012 auf, der mit einem IP-Telefonieserver 3014 und/oder
mit einem oder mehreren Service-Providern 3015 und auch
mit einem LAN-Bridge/Router 3016 verbunden
ist, welcher mit einer Quelle einer AC-Energie über einen elektrischen Stecker 3022 verbunden
ist. Der IP-Telefonieserver 3014 hat die Funktion, einen
Telefondienst für mehrere
Internet- oder IP-Telefone 3052, 3036, 3028 bereitzustellen.
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Der
LAN-Bridge/Router 3016 ist mit zwei LAN-Hubs oder Switches 3018, 3020 verbunden. IP-Telefone 3028, 3036,
ein Laptop- oder anderer tragbare Computer 3032 und ein
Desktop-Computer 3040 sind mit dem LAN-Hub/Switch 3018 über Netzdatenverbindungen 3031 verbunden.
Der LAN-Hub/Switch 3018 ist mit einer getrennten Quelle einer
Wechselstromenergieversorgung über
einen elektrischen Stecker 3024 verbunden. Das IP-Telefon 3028/3036,
der tragbare Computer 3032 und Desktop-Computer 3040 sind
mit einer Quelle von AC-Energie über
elektrische Stecker 3030, 3038, 3034 bzw. 3042 verbunden.
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Der
LAN-Hub/Switch 3020 ist ebenfalls mit einer getrennten
Quelle von AC-Energie über
einen elektrischen Verbinder 3026 verbunden. Eine Videokamera 3044 (z.B.
eine Standard-Videokamera oder Web-Kamera), ein tragbarer Computer 3048 und IP-Telefon 3052 sind
mit dem LAN-Hub/Switch 3020 über Verbindungen 3042 nur
für Netzdaten
verbunden. Die Videokamera 3044, der tragbare Computer 3048 und
das IP-Telefon 3052 sind mit einer Quelle von AC-Energie über elektrische
Stecker 3046, 3050 bzw. 3054 verbunden.
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Es
ist anzumerken, dass jede Netzeinrichtung eine getrennte Datenkommunikationsverbindung
und eine Verbindung zu einer Quelle elektrischer Energie erfordert.
Die Datennetzverbindung wird in der normalen Weise unter Verwendung
einer Standard LAN-Verkabelung
mit konventionellen Hubs, Switches, Routern usw. aufgebaut. Elektrische Energie
wird jeder Netzeinrichtung über
mehrere AC-Stromnetzsteckdosen zugeführt. Somit muss jede Netzeinrichtung
mit wenigstens zwei Anlagenanschlüssen ausgerüstet sein: einem zu dem Datenkommunikationsnetz
und dem zweiten zu dem AC-Stromversorgungsnetz.
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US-A-5,799,196
offenbart ein Computersystem, das mit einem peripheren Bus verbunden
ist, in welchem eine entfernte eigenversorgte Universal Serial Bus
Einrichtung Reserve Energie an ein Computersystem liefert.
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Das
Dokument "Control
the Power Interface of USB"s
voltage bus" von
Jonathan M. Bearfield, published in Electronic Design, US, Penton
Publishing, Cleveland, OH, vol. 45, No. 15 (21-10-1997) pages 80,
82, 84, 86 offenbart einen selbst versorgten Hub zum Bereitstellen
von Energie für
die internen Funktionen und die stromab liegenden Anschlüsse eines Systems.
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Die
Universal Serial Bus (USB) Specification revision 1.0 (January 15,
1996) beschreibt ein Energieversorgungsverfahren unter Verwendung
eines Kabels, das ein verdrilltes Datendrahtpaar und eines nicht-verdrilltes
Energieverteilungspaar aufweist. In einer Ausführungsform wird eine über den
Bus versorgte Einrichtung bis zu einem vorbestimmten Grenzwert aus
dem Energieverteilungspaar versorgt und reagiert auf Host-Konfigurationsanforderungen über das
verdrillte Datendrahtpaar, um seine maximale Energieverbrauch anzuzeigen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein verbessertes strukturiertes Verkabelungssystem
und lokales Netz gemäß Anspruch
1, welche einderartiges System verwenden, bereit.
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Netzinstallationen,
welche die vorliegende Erfindung verwenden, können vereinfacht werden und
sind kostengünstiger,
da die Anzahl der erforderlichen Energieversorgungskabel, Energiesteckdosen und
AC-Netzteile oder -Adapter stark reduziert wird. Zusätzlich können Netzeinrichtungen,
Endgeräte
und andere Netzvorrichtungen ohne Rücksicht auf das Vorhandensein
oder die Lage von AC-Stromnetzsteckdosen angeordnet werden.
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Das
System der vorliegenden Erfindung stellt auch eine erhebliche Kostenreduzierung
bereit, indem es eine nicht unterbrechbare elektrische Reserveversorgung
für kritische
Netzeinrichtungen und Endgeräte
in dem Falle eines Energieversorgungsausfalls oder einer Unterbrechung
bereitgestellt wird. Dieses beruht auf der Tatsache, dass die Verteilung einer
Reserveenergie, d.h., einer Energie aus einer nicht unterbrechbaren
Energieversorgung von einigen Punkten in dem Netz über die
LAN-Infrastruktur weitaus effizienter ist als die Verbindung jedes
kritischen Netzelementes mit seiner eigenen UPS oder einer Reserveenergieversorgungsleitung.
Eine Annahme, die größtenteils
zutrifft, besteht darin, dass nur ein relativ kleiner Anteil der
Netzelemente, wie z.B. Hubs, Switches, Router usw. mit einer speziellen Quelle
einer nicht unterbrechbaren Energie verbunden werden muss, während der
Rest der kritischen Netzeinrichtungen seine Betriebsenergie über die LAN-Infrastruktur empfängt.
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Ein
weiterer Vorteil des Systems der vorliegenden Erfindung besteht
darin, dass die Sicherheitsanforderungen und die Kosten der Netzendgerätes reduziert
werden können,
da elektrische Energie nun aus über
die LAN-Infrastruktur gelieferten niedrigen Spannungen zugeführt werden
kann. Dieses steht im Gegensatz zu dem derzeitigen Verfahren, ein
in ternes oder externes 110/220 VAC Netzteil bereitzustellen, das
erfordert, dass das Netzteil eine Zertifizierung durch eine oder
mehrere Prüforganisationen,
wie z.B. Underwriters Laboratory (UL) erhält. In dem Falle von IP-Telefonie,
welche zunehmend populärer
wird, ermöglicht
die Bereitstellung der Energie über
das LAN, dem IP-Telefon über
eine Quelle nicht unterbrechbarer Energie zu verfügen, über die mit
dem PSTN verbundene normale analog basierende Telefone derzeit verfügen können.
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Die
hierin nachstehend präsentierte
Offenbarung beschreibt eine Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen,
Liefern und Verwalten elektrischer Energie über LAN-Netz-Infrastrukturen,
die primär
für digitale
Kommunikationszwecke ausgelegt sind. Die Erfindung hat die Funktion,
alle möglichen
Einflüsse auf
die Datenkommunikation zu reduzieren und die Kompatibilität mit der
IEEE 802.3 und anderen relevanten Standards aufrechtzuerhalten.
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Das
das System mit Energieversorgung über das Datennetz bzw. das "Power over LAN"-System der vorliegenden Erfindung arbeitet
mit Datenkommunikationsnetzen hoher Bandbreite, d.h., 10 Mbps, 100
Mbps, 1000 Mbps, welche natürlich
empfindlicher gegen Beeinflussungen, Nah- und Fernübersprechen
sind. Zusätzlich
berücksichtigt
die vorliegende Erfindung die Einschränkung in der Kabellänge, die
durch moderne LANs vorgegeben ist, d.h., Hunderte von Metern gegenüber Kilometern
im öffentlichen
Telefonnetz (PSTN), im Dienste integrierenden Nachrichtennetz (ISDN),
und in den "High
Bit Rate Digital Subscriber Loop (HDSL) Kommunikationsleitungen.
Die Erfindung offenbart neue Fernspeisungsverfahren, die besser
für Kurzstreckenverkabelungen
geeignet sind.
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Ferner
kann die über
LAN verteilte elektrische Energie als Gleich bzw. DC- oder niederfrequente
Wechsel. bzw. AC-Spannungen verteilt werden, welche in jedem Falle
Datenkommunikationssignalen nur minimal beeinflussen. Die über das
Datenkommunikationskabel gelieferte elektrische Energie kann unter
Verwendung von einem oder mehreren Reservepaaren in dem Kabel übertragen
werden. Ethernet-Kommunikationen erfordern zwei Paare (vier Leiter)
zur Implementation. Wenn 4-Paar (8- Leiter)-Kabel der Kategorie
3, 4 oder 5 verwendet werden, werden zwei Paare nicht für Datenkommunikation
verwendet. Die elektrische Energie kann unter Verwendung eines oder
mehrerer Kabeldrahtpaare übertragen
werden. Alternativ wird, wenn das Kabelpaar nur zwei Paare aufweist,
dann die elektrische Energie unter Verwendung von einem der zwei
verfügbaren
Paare, d.h., den Empfangs- oder Sendeleitern übertragen. Somit kann gemäß der Erfindung Energie über jede
Kombination verwendeter und/oder unverwendeter verdrillter Drahtpaare
in dem Datenkommunikationskabel geliefert werden.
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Es
wird somit gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein lokales Netz einschließlich eines
Hubs, mehrerer Knoten, einer Kommunikationsverkabelung, die die
mehreren Knoten mit dem Hub zur Erzeugung einer Datenkommunikation
verbindet, und ein Energieversorgungsverteiler bereitgestellt, der
so arbeitet, dass er wenigstens einen Teil der Betriebsenergie an
wenigstens einige von den mehreren Knoten über die Kommunikationsverkabelung
liefert.
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Ferner
umfasst gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Kommunikationsverkabelung wenigstens
einen Teil eines strukturierten Verkabelungssystems.
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Des
Weiteren ist gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Energieversorgungsverteiler innerhalb
des Hubs angeordnet.
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Zusätzlich ist
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Energieversorgungsverteiler außerhalb
des Hubs angeordnet.
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Ferner
ist gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Energieversorgungsverteiler teilweise
innerhalb des Hubs und teilweise außerhalb des Hubs angeordnet.
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Des
Weiteren beinhaltet gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die von dem Energieversorgungsverteiler
an wenigstens einige von den mehreren Knoten über die Kommunikationsverkabelung
gelieferte Betriebsenergie eine Reserveenergie.
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Zusätzlich enthält gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
der Energieversorgungsverteiler enthält einen Kombinator, und die
Kommunikationsverkabelung verbindet den Datenkommunikationskonzentrator über den Kombinator
mit den Knoten.
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Des
Weiteren enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
und wobei der Energieversorgungsverteiler ebenfalls in dem Hub angeordnet
ist.
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Zusätzlich enthält gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
und wobei der Energieversorgungsverteiler ebenfalls in dem Hub angeordnet
ist, und eine Energieversorgung und einen Kombinator enthält, wobei
der Kombinator Energie aus der Energieversorgung in die Kommunikationsverkabelung
speist, welche auch Daten aus dem Datenkommunikationskonzentrator transportiert.
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Bevorzugt
weist der Datenkommunikationskonzentrator einen LAN-Switch auf,
welcher als ein Datenkommunikations-Switch/Repeater funktioniert.
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Zusätzlich enthalten
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die mehreren Knoten wenigstens einen
von den nachstehenden Knotentypen: Wireless LAN-Access Points (Drahtlose
LAN-Zugangspunke), Notbeleuchtungssystemelementen, Durchsagelautsprechern, CCTV-Kaneras,
Alarmsensoren; Türüberwachungssensoren, Zugangsteuereinheiten,
Laptop-Computer, IP-Telefone, Hubs, Switches, Router, Monitore und
Speicherreserveeinheiten für
PCs und Arbeitsstationen.
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Des
Weiteren enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
enthält
der Energieversorgungsverteiler einen Kombinator und eine Energieversorgung,
verbindet die Kommunikationsverkabelung den Datenkommunikationskonzentrator über den
Kombinator mit den Knoten, und enthält der Kombinator eine mehrere
Koppler, wovon jeder mit einem Ausgang der Energieversorgung verbunden
ist.
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Ferner
enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
enthält
der Energieversorgungsverteiler einen Kombinator und eine Energieversorgung,
verbindet die Kommunikationsverkabelung den Datenkommunikationskonzentrator über den
Kombinator mit den Knoten, und weist der Kombinator mehrere Koppler
und mehrere Filter auf, wobei jeder Koppler über ein Filter mit einem Ausgang
der Energieversorgung verbunden ist.
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Des
Weiteren enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
enthält
der Energieversorgungsverteiler einen Kombinator und eine Energieversorgung,
verbindet die Kommunikationsverkabelung den Datenkommunikationskonzentrator über den
Kombinator mit den Knoten, und enthält der Kombinator mehrere Koppler
und mehrere Filter und mehrere intelligenten Energiezuordnungs-
und Berichtsschaltungen (SPEARs – smart power allocation and
reporting circuits), wobei jeder Koppler über einen Filter und eine SPEAR
mit einem Ausgang der Energieversorgung verbunden ist.
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Ferner
enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
enthält
der Energieversorgungsverteiler einen Kombinator und eine Energieversorgung,
und enthält
die Energieversorgung eine Energieversorgungs-Reserveeinrichtung.
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Zusätzlich oder
alternativ enthält
der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator, enthält der Energieversorgungsverteiler
einen Kombinator und eine Energieversorgung, verbindet die Kommunikationsverkabelung
den Datenkommunikationskonzentrator über den Kombinator mit den
Knoten, und weist der Kombinator mehrere Koppler und mehrere Filter auf,
wobei jeder Koppler über
einen Filter mit einem Ausgang der Energieversorgung verbunden ist.
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Ferner
enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
enthält
der Energieversorgungsverteiler einen Kombinator und eine Energieversorgung,
verbindet die Kommunikationsverkabelung den Datenkommunikationskonzentrator über den
Kombinator mit den Knoten, und enthält der Kombinator mehrere Koppler
und mehrere Filter und intelligente Energiezu ordnungs- und Berichtschaltungen
(SPEARs), wobei jeder Koppler über
einen Filter und eine SPEAR mit einem Ausgang der Energieversorgung
verbunden ist.
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Bevorzugt
enthält
der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator, enthält der Energieversorgungsverteiler
einen Kombinator und eine Energieversorgung, verbindet die Kommunikationsverkabelung
den Datenkommunikationskonzentrator über den Kombinator mit den
Knoten, und enthält
der Kombinator mehrere Koppler und mehrere Filter, wobei jeder Koppler über einen
Filter mit einem Ausgang der Energieversorgung verbunden ist.
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Zusätzlich oder
alternativ enthält
der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator, enthält der Energieversorgungsverteiler
einen Kombinator und eine Energieversorgung, verbindet die Kommunikationsverkabelung
den Datenkommunikationskonzentrator über den Kombinator mit den
Knoten, und weist der Kombinator mehrere Koppler und mehrere Filter und
mehrere intelligente Energiezuordnungs- und Berichtschaltungen (SPEARs),
wobei jeder Koppler über
einen Filter und eine SPEAR mit einem Ausgang der Energieversorgung
verbunden ist.
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Bevorzugt
enthält
der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator, enthält der Energieversorgungsverteiler
einen Kombinator und eine Energieversorgung, verbindet die Kommunikationsverkabelung
den Datenkommunikationskonzentrator über den Kombinator mit den
Knoten, und enthält
der Kombinator mehrere Koppler und mehrere Filter, wobei jeder Koppler über einen
Filter mit einem Ausgang der Energieversorgung verbunden ist.
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Zusätzlich oder
alternativ enthält
der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator, enthält der Energieversorgungsverteiler
einen Kombinator und eine Energieversorgung, verbindet die Kommunikationsverkabelung
den Datenkommunikationskonzentrator über den Kombinator mit den
Knoten, und enthält
der Kombinator mehrere Koppler und mehrere Filter und mehrere intelligente
Energiezuordnungs- und Berichtschaltungen (SPEARs), wobei jeder Koppler über einen
Filter und eine SPEAR mit einem Ausgang der Energieversorgung verbunden
ist.
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Ferner
arbeitet gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Energieversorgungsverteiler so, dass
er elektrische Energie über
die Kommunikationsverkabelung ohne inakzeptable Verschlechterung
der digitalen Kommunikation bereitstellt.
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Des
Weiteren weist gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Kommunikationsverkabelung wenigstens
ein verdrilltes Drahtpaar auf, das mit jedem Knoten verbunden ist,
wobei Energie über
ein verdrilltes Drahtpaar auch zusammen mit Daten übertragen
wird.
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Bevorzugt
enthält
der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator, enthält der Energieversorgungsverteiler
eine Energieversorgungsschnittstelle und eine Energieversorgung,
verbindet die Kommunikationsverkabelung den Datenkommunikationskonzentrator über die
Energieversorgungsschnittstelle mit den Knoten, und enthält die Energieversorgungs schnittstelle
mehrere Koppler und mehrere Filter und mehrere intelligente Energiezuordnungs-
und Berichtschaltungen (SPEARs), wobei jeder Filter über eine
SPEAR mit einem Ausgang der Energieversorgung verbunden ist.
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Zusätzlich weist
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Kommunikationsverkabelung wenigstens
zwei verdrillte Drahtpaare auf, die mit jedem Knoten verbunden sind,
wobei Energie über
ein verdrilltes Drahtpaar übertragen
wird, das sich von dem unterscheidet, über welches Daten übertragen
werden.
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Bevorzugt
enthält
der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator, enthält der Energieversorgungsverteiler
eine Energieversorgungsschnittstelle und eine Energieversorgung,
verbindet die Kommunikationsverkabelung den Datenkommunikationskonzentrator über die
Energieversorgungsschnittstelle mit den Knoten; und enthält die Energieversorgungsschnittstelle
mehrere Koppler und mehrere Filter und mehrere intelligente Energiezuordnungs-
und Berichtschaltungen (SPEARs), wobei jeder Filter über eine
SPEAR mit einem Ausgang der Energieversorgung verbunden ist.
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Zusätzlich oder
alternativ enthält
der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator, enthält der Energieversorgungsverteiler
eine Energieversorgungsschnittstelle und eine Energieversorgung,
verbindet die Kommunikationsverkabelung den Datenkommunikationskonzentrator über die
Energieversorgungsschnittstelle mit den Knoten, und enthält die Energieversorgungsschnittstelle
mehrere intelligente Energiezuordnungs- und Berichtschaltungen (SPEARs),
wobei jede SPEAR mit einem Ausgang der Energieversorgung verbunden
ist.
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Des
Weiteren enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
enthält
der Energieversorgungsverteiler einen Kombinator und eine Energieversorgung,
verbindet die Kommunikationsverkabelung den Datenkommunikationskonzentrator über den
Kombinator mit den Knoten, enthält
Kombinator mehrere Koppler und mehrere Filter und mehrere intelligente
Energiezuordnungs- und Berichtschaltungen (SPEARs), wobei jeder Koppler über ein
Filter und eine SPEAR mit einem Ausgang der Energieversorgung verbunden
ist, und jeder Koppler wenigstens zwei Anschlüsse besitzt, wovon einer mit
einem Anschluss des Datenkommunikationskonzentrators verbunden ist,
und der andere davon über
eine Kommunikationsverkabelung mit einem von den mehreren Knoten
verbunden ist.
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Es
wird auch gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein lokaler Netzknoten zur Verwendung
in einem lokalen Netz bereitgestellt, das einen Hub, mehrere Knoten,
eine Kommunikationsverkabelung, die die Vielzahl von Knoten mit
dem Hub zum Erzeugen einer digitalen Kommunikation verbindet und
ein Energieversorgungsverteiler enthält, der so arbeitet, dass er
wenigstens etwas Betriebsenergie an wenigstens einige von den mehreren
Knoten über
den Hub und die Kommunikationsverkabelung liefert, bereitgestellt, wobei
der lokale Netzknoten eine Kommunikationsverkabelungsschnitt stelle
enthält,
welche sowohl Energie als auch Daten empfängt und getrennt Energie an
einen Energieeingang des Knotens und Daten an einen Dateneingang
des Knotens liefert.
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Ferner
ist gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Energieversorgungsverteiler innerhalb
des Hubs angeordnet. Zusätzlich
oder alternativ ist der Energieversorgungsverteiler außerhalb
des Hubs angeordnet.
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Des
Weiteren ist gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Knoten für einen knoteninitiierten Schlafbetriebsmodus
in freiwilliger Energieverwaltung betreibbar. Bevorzugt hat der
Knoten die Funktionalität
in dem knoteninitiierten Schlafmodusbetrieb in freiwilliger Energieverwaltung,
die Zeitdauer TD1 seit der letzten Aktivität des Knotens zu messen. Wenn
TD1 einen ersten Schwellenwert bei Fehlen einer dem Schlafmodusbetrieb
widersprechenden Benutzer- oder Systemeingabe überschreitet, arbeitet der
Knoten dann in einem Schlafmodus, welcher einen reduzierten Energieverbrauch
mit sich bringt.
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Zusätzlich oder
alternativ hat der Knoten die Funktionalität in dem knoteninitiierten
Schlafmodusbetrieb in freiwilliger Energieverwaltung, die Zeitdauer
TD2 seit der letzten Kommunikation des Knotens zu messen. Wenn TD2
einen ersten Schwellenwert bei Fehlen einer dem Schlafmodusbetrieb
widersprechenden Benutzer- oder Systemeingabe überschreitet, arbeitet der
Knoten dann in einem Schlafmodus, welcher einen reduzierten Energieverbrauch
mit sich bringt.
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Ferner
kann gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Knoten mit der Funktionalität eines
normalen Betriebs des Knotens innerhalb eines periodisch auftretenden Zeitschlitzes
und eines Betriebs des Knotens in einem Schlafmodus außerhalb
des periodisch auftretenden Zeitschlitzes arbeiten.
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Ferner
kann der Knoten auch in einem Schlafmodus als Folge eines erfassten
Fehlerzustandes arbeiten. Bevorzugt hat der Knoten die Funktionalität, dass
der Knoten periodisch einen Selbsttest durchführt. Wenn der Knoten den Test
besteht, arbeitet er normal. Wenn jedoch der Knoten den Test nicht besteht,
arbeitet er in dem Schlafmodus.
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Des
Weiteren ist gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Knoten in einen vom Energieversorgungsverteiler
initiierten Schlafmodusbetrieb in freiwilliger Energieverwaltung
betreibbar. Bevorzugt hat der Knoten in dem vom Energieversorgungsverteiler
initiierten Schlamodusbetrieb in freiwilliger Energieverwaltung die
Funktionalität,
die Zeitdauer TD1 seit der letzten Aktivität des Knotens zu messen. Wenn
TD1 einen ersten Schwellenwert bei Fehlen einer dem Schlafmodusbetrieb
widersprechenden Benutzer- oder Systemeingabe überschreitet, arbeitet der
Knoten dann in einem Schlafmodus, welcher einen reduzierten Energieverbrauch
mit sich bringt.
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Zusätzlich hat
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Knoten die Funktionalität in dem
in dem von dem Energieverteiler initiierten Schlafmo dusbetrieb in
freiwilliger Energieverwaltung die Zeitdauer TD2 seit der letzten
Kommunikation des Knotens zu messen. Wenn TD2 einen ersten Schwellenwert
bei Fehlen einer dem Schlafmodusbetrieb widersprechenden Benutzer-
oder Systemeingabe überschreitet,
wird dann der Knoten dann in einem Schlafmodus betrieben, welcher
einen reduzierten Energieverbrauch mit sich bringt.
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Ferner
hat gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Knoten die Funktionalität, dass
der Energieversorgungsverteiler periodisch einen Test auf dem Knoten
durchführt.
Wenn der Knoten den Test besteht, wird er normal betrieben. Wenn
jedoch der Knoten den Test nicht besteht, wird er im Schlafmodus
betrieben.
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Ferner
befindet sich gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Kommunikationsverkabelungsschnittstelle
innerhalb wenigstens eines von den mehreren Knoten.
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Des
Weiteren befindet sich gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Kommunikationsverkabelungsschnittstelle außerhalb
wenigstens eines von den mehreren Knoten.
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Zusätzlich arbeitet
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Energieversorgungsverteiler so, dass
er elektrische Energie über
die Kommunikationsverkabelung ohne inakzeptable Verschlechterung
der digitalen Kommunikation liefert.
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Des
Weiteren enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Kommunikationsverkabelung wenigstens
ein verdrilltes Drahtpaar, das mit jedem Knoten verbunden ist, und
wobei Energie über
ein verdrilltes Drahtpaar übertragen
wird, über
welches auch mit Daten übertragen
werden.
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Zusätzlich enthält gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Kommunikationsverkabelung wenigstens
zwei verdrillte Drahtpaar, die mit jedem Knoten verbunden sind,
und wobei Energie über
ein verdrilltes Drahtpaar übertragen
wird, das sich von dem unterscheidet, über das Daten übertragen
werden.
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Bevorzugt
ist der Energieversorgungsverteiler so betreibbar, dass er elektrische
Energie über
die Kommunikationsverkabelung ohne inakzeptable Verschlechterung
der digitalen Kommunikation bereitstellt.
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Zusätzlich kann
die Kommunikationsverkabelung wenigstens ein verdrilltes Drahtpaar
aufweisen, das mit jedem Knoten verbunden ist, und wobei Energie über ein
verdrilltes Drahtpaar auch zusammen mit Daten übertragen wird.
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Ferner
enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Kommunikationsverkabelung wenigstens
zwei verdrillte Drahtpaar, die mit jedem Knoten verbunden sind,
und wobei Energie über
ein verdrilltes Drahtpaar übertragen
wird, das sich von dem unterscheidet, über das Daten übertragen
werden.
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Bevorzugt
ist der Energieversorgungsverteiler so betreibbar, dass er elektrische
Energie über
die Kommunikationsverkabelung ohne inakzeptable Verschlechterung
der digitalen Kommunikation bereitstellt.
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Ferner
enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Kommunikationsverkabelung wenigstens
ein verdrilltes Drahtpaars, das mit jedem Knoten verbunden ist, und
wobei Energie über
ein verdrilltes Drahtpaar auch zusammen mit Daten übertragen
wird.
-
Des
Weiteren enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Kommunikationsverkabelung wenigstens
zwei verdrillte Drahtpaar, die mit jedem Knoten verbunden sind,
und wobei Energie über
ein verdrilltes Drahtpaar übertragen
wird, das sich von dem unterscheidet, über das Daten übertragen
werden.
-
Außerdem enthält gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
enthält
der Energieversorgungsverteiler einen Kombinator, eine Verwaltungs-
und Steuereinheit und eine Energieversorgung, verbindet die Kommunikationsverkabelung
den Datenkommunikationskonzentrator über den Kombinator mit den
Knoten, und enthält
der Kombinator mehrere Koppler und mehrere Filter und mehrere intelligente
Energiezuordnungs- und Berichtsschaltungen (SPEARs), wobei jeder
Koppler über
ein Filter und eine SPEAR mit einem Ausgang der Energieversorgung
verbunden ist, und die SPEAR so betreibbar ist, dass sie der Verwaltungs- und
Steuereinheit den momentanen Stromverbrauch eines damit verbunden
Knotens berichtet.
-
Ferner
enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
enthält
der Energieversorgungsverteiler einen Kombinator und eine Energieversorgung,
verbindet die Kommunikationsverkabelung den Datenkommunikationskonzentrator über den
Kombinator mit den Knoten, und weist der Kombinator mehrere Koppler
und mehrere Filter und mehrere intelligente Energiezuordnungs- und
Berichtsschaltungen (SPEARs) auf, wobei jeder Koppler über ein
Filter und eine SPEAR mit einem Ausgang der Energieversorgung verbunden ist,
und die SPEAR so betreibbar ist, dass sie den an ein mit ihr verbundenen
Knoten gelieferten strombegrenzt.
-
Alternativ
enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
enthält
der Energieversorgungsverteiler einen Kombinator und eine Energieversorgung,
verbindet die Kommunikationsverkabelung den Datenkommunikationskonzentrator über den
Kombinator mit den Knoten, und enthält der Kombinator mehrere Koppler
und mehrere Filter und mehrere intelligente Energiezuordnungs- und
Berichtsschaltungen (SPEARs), wobei jeder Koppler über ein
Filter und eine SPEAR mit einem Ausgang der Energieversorgung verbunden ist,
und die SPEAR so betreibbar ist, dass sie automatisch einen mit
ihr verbundenen Knoten abtrennt, der einen Überstromzustand nach einem
Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer zeigt.
-
Zusätzlich enthält gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
enthält
der Energieversorgungsverteiler einen Kombinator und eine Energieversorgung,
verbindet die Kommunikationsverkabelung den Datenkommunikationskonzentrator über den
Kombinator mit den Knoten, und weist der Kombinator mehrere Koppler
und mehrere Filter und mehrere intelligente Energiezuordnungs- und
Berichtsschaltungen (SPEARs) auf, wobei jeder Koppler über ein
Filter und eine SPEAR mit einem Ausgang der Energieversorgung verbunden ist,
und die SPEAR so betreibbar ist, dass sie automatisch Energie von
einen mit ihr verbundenen Knoten abtrennt, der einen Überstromzustand
nach einem Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer zeigt und automatisch
den Konten danach wieder an Energie anschließt, wenn er keinen Überstromzustand
mehr anzeigt.
-
Außerdem enthält gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
enthält
der Energieversorgungsverteiler einen Kombinator und eine Energieversorgung,
verbindet die Kommunikationsverkabelung den Datenkommunikationskonzentrator über den
Kombinator mit den Knoten, enthält
der Kombinator mehrere Koppler und mehrere Filter und mehrere intelligente
Energiezuordnungs- und Berichtsschaltungen (SPEARs), wobei jeder
Koppler über
ein Filter und eine SPEAR mit einem Ausgang der Energieversorgung
verbunden ist, und die SPEAR einen Stromsensor enthält, welcher eine
Eingangsspannung Vin aus einer Energieversorgung erhält und ein
Signal erzeugt, das proportional zu dem dadurch hindurch fließenden Strom
ist, um mehrere Komparatoren, die das Signal von dem Stromsensor
erhalten und auch eine Bezugsspannung Vref aus entsprechen Bezugsspanungsquellen erhalten.
-
Bevorzugt
sind die Bezugsspannungsquellen programmierbare Bezugsspannungsquellen
und empfangen Steuereingangssignale aus den Verwaltungs- & Steuerschaltungen.
-
Zusätzlich können die
Ausgangssignale der mehreren Komparatoren an einen Strombegrenzer und
Schalter geliefert werden, welcher eine Eingangsspannung Vin über den
Stromsensor empfängt und
eine strombegrenzte Ausgangsspannung Vout liefert.
-
Ferner
werden die Ausgangssignale der Komparatoren Verwaltungs- & Steuerschaltungen zugeführt, um
als Überwachungseingangssignale
zu dienen, die Information bezüglich
des durch die SPEAR fließenden
DC-Stroms liefern.
-
Zusätzlich enthält gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
enthält
der Energieversorgungsverteiler einen Kombinator und eine Energieversorgung,
verbindet die Kommunikationsverkabelung den Datenkommunikationskonzentrator über den
Kombinator mit den Knoten, und enthält der Kombinator mehrere Koppler,
wovon jeder wenigstens ein Paar von Transformatoren enthält, wovon
jeder einen Mittelabgriff an seiner Sekundärseite aufweist, über welche
die DC-Spannung jedem Draht eines damit verbundenen verdrillten
Paares zugeführt
wird.
-
Ferner
enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
enthält
der Energieversorgungsverteiler einen Kombinator und eine Energieversorgung,
verbindet die Kommunikationsverkabelung den Datenkommunikationskonzentrator über den
Kombinator mit den Knoten, und enthält der Kombinator mehrere Koppler,
wovon jeder wenigstens einen Transformator enthält, welcher dadurch gekennzeichnet
ist, dass er eine Sekundärwicklung
enthält,
die in zwei getrennte Wicklungen aufgeteilt ist, und einen Kondensator,
welcher zwischen die zwei getrennten Wicklungen geschaltet ist,
und welcher effektiv die zwei Wicklungen für Hochfrequenzsignale in Reihe
schaltet, aber die zwei Wicklungen effektiv für Gleichstrom isoliert.
-
Des
Weiteren enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
enthält
der Energieversorgungsverteiler einen Kombinator und eine Energieversorgung,
verbindet die Kommunikationsverkabelung den Datenkommunikationskonzentrator über den
Kombinator mit den Knoten, und enthält der Kombinator ein Paar
von Kondensatoren, welche effektiv verhindern, das DC-Spannung den
Datenkommunikationskonzentrator erreicht.
-
Des
Weiteren enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
enthält
der Energieversorgungsverteiler einen Kombinator und eine Energieversorgung,
verbindet die Kommunikationsverkabelung den Datenkommunikationskonzentrator über den
Kombinator mit den Knoten, und enthält der Kombinator zwei Paare
von Kondensatoren, welche effektiv verhindern, das DC-Spannung den
Datenkommunikationskonzentrator erreicht.
-
Zusätzlich enthält gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
enthält
der Energieversorgungsverteiler einen Kombinator und eine Energieversorgung,
verbindet die Kommunikationsverkabelung den Datenkommunikationskonzentrator über den
Kombinator mit den Knoten, und enthält der Kombinator eine selbst
symmetrierende kondensatorlose und transformatorlose Gleichtaktkopplungsschaltung.
-
Bevorzugt
enthält
die Kommunikationsverkabelungsschnittstelle einen Separator und
ein Paar von Transformatoren, wovon jeder einen Mittelabgriff an
seiner Primärwicklung
besitzt, über
welche die DC-Spannung aus jedem Draht des damit verbunden verdrillten
Paares entnommen wird.
-
Zusätzlich oder
alternativ enthält
die Kommunikationsverkabelungsschnittstelle einen Separator, welcher
wenigstens einen Transformator enthält, welcher dadurch gekennzeichnet
ist, dass er eine Primärwicklung
aufweist, die in zwei getrennte Wicklungen unterteilt ist, und einen
Kondensator, welcher zwischen die zwei getrennten Wicklungen geschaltet
ist, und welcher die zwei Wicklungen effektiv für Hochfrequenzsignale in Reihe
schaltet, aber effektiv die zwei Wicklungen für DC-Spannung isoliert.
-
Ferner
enthält
die Kommunikationsverkabelungsschnittstelle einen Separator, der
ein Paar von Kondensatoren aufweist, welche effektiv verhindern, dass
DC-Spannung einen Dateneingang eines damit verbundenen Knoten erreicht.
-
Zusätzlich enthält gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Kommunikationsverkabelungsschnittstelle
einen Separator, der zwei Paare von Kondensatoren aufweist, welche
effektiv verhindern, dass DC-Spannung einen Dateneingang eines damit
verbundenen Knoten erreicht.
-
Zusätzlich oder
alternativ enthält
gemäß die Kommunikationsverkabelungsschnittstelle
einen Separator, der eine selbst symmetrierende kondensatorlose
und transformatorlose Gleichtaktkopplungsschaltung.
-
Ferner
ist gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Knoten sowohl in der vollen Funktionalität als auch
in der Schlafmodusfunktionalität
betreibbar.
-
Des
Weiteren enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Knoten eine Steuerung, einen Schalter,
eine Überwachungsschaltung
und wenigstens eine Energieversorgung und Knotenschaltung, und wobei
der Schalter ein Steuereingangssignal aus der Steuerung empfängt, welche
ein Steuereingangssignal aus dem Sensor sowie ein Steuereingangssignal
aus der Überwachungsschaltung
empfängt,
welche kontinuierlich durch wenigstens eine Energieversorgung mit Energie
versorgt wird.
-
Zusätzlich enthält gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Knoten eine Energieversorgung, wobei
die Energieversorgung wenigstens ein wiederaufladbares Energiespeicherelement
enthält.
-
Es
wird ferner gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein lokales Netz mit einem Hub, mehreren
Knoten, einer Kommunikationsverkabelung, welche mehreren Knoten
mit dem Hub verbindet, um eine Datenkommunikation zu erzeugen, und
einen Energieversorgungsverteiler bereitgestellt, der so arbeitet
ist, dass er wenigstens etwas Betriebsenergie an wenigstens einige den
mehreren Knoten über
die Kommunikationsverkabelung liefert, wobei der Energieversorgungsverteiler
eine Energieverwaltungsfunktionalität enthält.
-
Ferner
steuert gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Energieverwaltungsfunktionalität die Lieferung
von Energie an wenigstens einige von den mehreren Knoten über die
Kommunikationsverkabelung. Bevorzugt überwacht und verwaltet die
Energieversorgungsfunktionalität
den Energieverbrauch der Knoten. Ferner misst die Energieverwaltungsfunktionalität Überstromsituationen
und bewirkt Energieversorgungsabschaltungen nach Bedarf.
-
Des
Weiteren arbeitet gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Energieverwaltungsfunktionalität in wenigstens einem
von einem Modus unfreiwilliger Energieverwaltung und einem Modus
freiwilliger Energieverwaltung. Bevorzugt liefert sie in dem unfreiwilligen
Energieverwaltungsbetriebsmodus, wenn der Energieversorgungsverteiler
eine Situation einer unzureichenden Energieverfügbarkeit für die Energieübertragung über die
Kommunikationsverkabelung an die Knoten feststellt, eine reduzierte
Menge an Energie an wenigstens einige von den Knoten. Ferner liefert
der Energieversorgungsverteiler auch Steuereingangssignale an die
Knoten, um sie zu veranlassen, in einem Modus mit reduzierter Energie
zu arbeiten.
-
Zusätzlich wird
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in dem freiwilligen Energieverwaltungsbetriebsmodus
eine reduzierte Energieverfügbarkeit
zu bestimmten Zeitpunkten einer reduzierten Aktivität befohlen.
-
Außerdem umfasst
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Energieverwaltungsfunktionalität wenigstens
eines von den nachstehenden funktionalen Elementen: Abfrage der
Kommunikationsverkabelungsverbindung zu Knoten, an welche Energie über die
Kommunikationsverkabelung übertragen
werden soll; Einstellen individueller Spannungs- und Strombegrenzungen für Knoten
wenigstens auf der Basis der Abfrageergebnisse der Kommunikationsverkabelungsverbindung
zu Knoten und vordefinierter Parameter; Senden geeigneter Signalisierungsmeldungen
an den entfernten Knoten; und Berichten des Status einer mit dem
Knoten verbundenen Leitung an eine Verwaltungsarbeitsstation.
-
Des
Weiteren kann gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Energieverwaltungsfunktionalität auch wenigstens eine
der nachstehenden funktionalen Elemente enthalten: die Spannung
wird an einem Ausgang des Energieversorgungsverteilers an einer
Leitung gemessen, welche für
die Übertragung
von Energie über
die Kommunikationsverkabelung bei nicht stattfindender Energieübertragung
darüber
vorgesehen ist. Wenn der Absolutwert der Spannung höher als ein
vorbestimmter progammierbarer Schwellenwert ist, wird die Leitung
als eine mit einer darauf vorhandenen Spannung aus einer externen
Quelle klassifiziert. Wenn der Absolutwert der Spannung nicht höher als
der vorbestimmte programmierbare Schwellenwert ist, wird eine Strombegrenzung
auf einen vorbestimmten programmierbaren Wert eingestellt und Energie über die
Leitung übertragen.
Danach werden die Spannung und der Strom an dem Ausgang des Energieversorgungsverteilers
für die
Leitung wenigstens zu einem vorbestimmten programmierbaren Zeitpunkt
auf der Basis der vorausgegangenen Messungen des Status des Knotens
und der Leitung, mit welchen er verbunden ist, gemessen. Bevorzugt
umfasst die Ermittlung des Status des Knotens und der Leitung wenigstens
eine von den nachstehenden Ermittlungen:
Keine Last Wenn Vout > V2 und der Absolutwert
von IO < I2 für alle T1,
T2, T3 ist
Kurzschluss Wenn Vout < V3 und der Absolutwert von IO > I3 für alle T1,
T2, T3 ist
NIC-Last Wenn VoutT3 < V4 und der Absolutwert von IO > I3 für alle T1,
T2, T3 ist
POL-LAST Wenn VoutT1 > V5 und VoutT2 > V5 und VoutT3 > V5 und der Absolutwert von IOT1 > I5 oder
der Absolutwert
von IOT2 > I5
der
Absolutwert von IOT3 > I5
wobei:
eine
Bedingung Keine Last eine ist, in welcher kein Knoten mit der Leitung
verbunden ist.
eine Bedingung Kurzschluss eine ist, in welcher
ein Kurzschluss über
den positiven und negativen Leitern der Leitung vor dem Knoten oder
in dem Knoten vorliegt.
eine Bedingung NIC-Last eine ist, in
welcher ein Netzschnittstellenkarten-(Network Interface Card)-Leitungstransformator über der
Leitung an dem Knoten angeschlossen ist.
eine Bedingung POL-LAST
eine ist, in welcher ein Power over LAN-Separator über der
Leitung an dem Knoten angeschlossen ist.
VO die Spannung an
dem Ausgang des Energieversorgungsverteilers für die Leitung ist;
V1
ein vorbestimmter programmierbarer Wert ist, welcher durch Messen
des höchsten
Spitzenwertes der Spannung Vout für eine Dauer von wenigen Minuten
erreicht wird, wenn keine Energie über die Leitung übertragen
wird;
V2 ein vorbestimmter programmierbarer Wert ist, welcher
durch Messen des niedrigsten Wertes Vout für eine Dauer von wenigen Minuten
erreicht wird, wenn keine Energie über die Leitung übertragen
wird, und wenn keine Last zwischen +Vout und –Vout an dem Ausgang der Energieversorgungsverteilers
für die
Leitung angeschlossen ist;
V3 ein vorbestimmter programmierbarer
Wert ist, welcher durch Messen des höchsten Spitzenwertes der Spannung
Vout für
eine Dauer von wenigen Minuten erreicht wird, wenn keine Energie über die
Leitung übertragen
wird, und wenn ein Widerstand zwischen +Vout und –Vout an
dem Ausgang des Energieversorgungsverteilers für die Leitung angeschlossen
ist;
V4 ein vorbestimmter programmierbarer Wert ist, welcher
bevorzugt durch Messen des höchsten
Spitzenwertes der Spannung Vout für eine Dauer von wenigen Minuten
erreicht wird, wenn Energie über
die Leitung übertragen
wird, und wenn ein Widerstand zwischen +Vout und –Vout an
dem Ausgang des Energieversorgungsverteilers für die Leitung angeschlossen
ist;
V5 ein vorbestimmter programmierbarer Wert ist, welcher
einen typischen Schwellenwert von Vin repräsentiert, bei welchem eine
Knotenenergieversorgung mit dem Betrieb beginnt;
VoutT1 die
zu einem ersten Zeitpunkt T1 gemessene Vout ist;
VoutT2 die
zu einem zweiten Zeitpunkt T2 gemessene Vout ist;
VoutT1 die
zu einem dritten Zeitpunkt T3 gemessene Vout ist;
IO der an
dem Ausgang des Energieversorgungsverteilers für die Leitung fließende Strom
ist;
IL1 der vorbestimmte programmierbare Wert des Ausgangsstroms
des Energieversorgungsverteilers für die Leitung ist;
I2
ein vorbestimmter programmierbarer Wert ist, welcher durch Messung
des maximalen Spitzenwertes des Stroms IO für eine Dauer von wenigen Minuten erreicht
wird, wenn keine Energie über
die Leitung übertragen
wird, und wenn keine Last an den Ausgang des Energieversorgungsverteilers
für die
Leitung angeschlossen ist;
I3 ein vorbestimmter programmierbarer
Wert ist, welcher durch Messung des minimalen Wertes des Stroms
IO für
eine Dauer von wenigen Minuten erreicht wird, wenn keine Energie über die
Leitung übertragen
wird, und wenn ein Widerstand zwischen +Vout und –Vout an
dem Ausgang des Energieversorgungsverteilers für die Leitung angeschlossen
ist;
I5 ein vorbestimmter programmierbarer Wert ist, welcher
durch Messung des maximalen Spitzenwertes des Stroms IO für eine Dauer
von wenigen Minuten erreicht wird, wenn keine Energie über die
Leitung übertragen
wird, und wenn keine Last an den Ausgang des Energieversorgungsverteilers
für die
Leitung angeschlossen ist;
IOT1 der zum Zeitpunkt T1 gemessene
IO ist;
IOT2 der zum Zeitpunkt T2 gemessene IO ist; und
IOT3
der zum Zeitpunkt T3 gemessene IO ist
Ferner umfasst gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Energieverwaltungsfunktionalität eine Funktionalität zur Überwachung
und Verwaltung des Energieverbrauchs während des normalen Betriebs
durch Messung des Stroms für
jeden Knoten. Bevorzugt umfasst die Funktionalität für die Überwachung und Verwaltung des
Energieverbrauchs während
des normalen Betriebs die Messung des Stroms für jeden Knoten in einer im
Wesentlichen zyklischen Weise. Außerdem kann die Funktionalität für die Überwachung und
Verwaltung des Energieverbrauchs während des normalen Betriebs
auch die Messung des Stroms für jeden
Knoten und einen Vergleich des gemessenen Stroms mit programmierbaren
vorbestimmten Bezugswerten für
jede Leitung beinhalten.
-
Zusätzlich kann
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung jeder Knoten als im Überstrom-, Unterstrom oder
Normal-Zustand befindlich klassifiziert werden. Die Überstromklassifizierung
umfasst programmierbare einstellbare Schwellenwerte.
-
Außerdem umfasst
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Normalzustands-Klassifizierung wenigstens
eine von den nachstehenden Unter-Klassifizierungen:
Aktivmodus, Schlafmodus und Niedrigenergiemodus.
-
Des
Weiteren arbeitet gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Funktionalität für die Überwachung und Verwaltung des
Energieverbrauchs während
des normalen Betriebs, um den Betrieb von als im Überstrom-Zustand
klassifizierten Knoten auf der Basis wenigstens einer der nachstehenden
Funktionalitäten
zu steuern: Wenn der Strom an einem Knoten einen regulären Überstromschwellenwert
für wenigstens
eine vorbestimmte Zeit überschreitet,
wird die Energieversorgung für
diesen Knoten nach einer vorbestimmten Zeit abgeschaltet, der an
einen Knoten angelegte Strom darf keinen hohen Überstromschwellenwert überschreiten,
und wenigstens ein Zwischenschwellenwert wird zwischen einem regulären Überstromschwellenwert
und dem hohen Überstromschwellenwert
definiert und eine vorbestimmte Zeit bis zum Abschalten als eine
Funktion davon festgelegt, welcher von derartigen Zwischenschwellenwerten überschritten
wird.
-
Ferner
arbeitet gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Funktionalität für die Überwachung und Verwaltung des
Energieverbrauchs während
des normalen Betriebs, um den Betrieb von als im Unterstrom-Zustand klassifizierten
Knoten auf der Basis wenigstens einer der nachstehenden Funktionalitäten zu steuern:
innerhalb einer relativ kurzen vorbestimmten Zeitdauer nach der
Detektion eines Knotens im Unterstrom-Zustand, wobei die vorbestimmte
Zeitdauer so gewählt ist,
dass eine unerwünschte
Reaktion auf Störeinflüsse vermieden
wird, wird die Lieferung von Strom an einen derartigen Knoten beendet.
-
Des
Weiteren enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung das lokale Netz eine Funktionalität zur Überwachung
des Gesamtstroms wie folgt: parallel wird der an alle Knoten über alle
Leitungen fließende
Gesamtstrom überwacht,
wobei der Gesamtstromfluss mit einem vorbestimmten Bezugswert verglichen
wird, und auf der Basis diese Vergleichs der Energieversorgungsverteiler
und die damit verbundenen Knoten als im Überstrom- oder Normalzustand
befindlich klassifiziert werden.
-
Zusätzlich beinhaltet
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Überstrom-Klassifizierung
programmierbare einstellbare Schwellenwerte.
-
Des
Weiteren arbeitet gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Funktionalität für die Überwachung und Verwaltung des
Energieverbrauchs während
des normalen Betriebs so, dass sie den Betrieb der als im Überstrom-Zustand
befindlichen klassifizierten Energieversorgungsverteiler auf der
Basis wenigstens einer der nachstehenden Funktionalitäten steuert:
wenn der Gesamtstrom einen regulären
Gesamtüberstromschwellenwert
für wenigstens
eine vorbestimmte Zeitdauer überschreitet,
wird die Energie an wenigstens einige von den Knoten entweder reduziert oder
nach einer vorbestimmten Zeit abgeschaltet, und in keinem Fall darf
der Gesamtstrom einen hohen Gesamtüberstromschwellenwert überschreiten, welcher über dem
regulären
Gesamtüberstromschwellenwert
liegt.
-
Ferner
bildet gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Energieversorgungsverteiler einen
Teil des Hubs. Alternativ bildet der Energieversorgungsverteiler
keinen Teil des Hubs.
-
Zusätzlich werden
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung Zwischenschwellenwerte zwischen dem regulären Gesamtüberstromschwellenwert
und dem hohen Gesamtüberstromschwellenwert
definiert und eine vorbestimmte Zeit bis zum Abschalten als eine
Funktion davon festgelegt, welcher von derartigen Zwischenschwellenwerten überschritten
wird.
-
Des
Weiteren arbeitet gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Energieversorgungsverteiler so, dass
er eine Strompegelklassifizierung jedes Knotens und des Energieversorgungsverteilers
an ein externes Überwachungssystem
berichtet. Bevorzugt arbeitet der Verteiler so, dass er Knoten über eine
bevorstehende Änderung
in der Stromversorgung unterrichtet. Zusätzlich oder alternativ arbeitet
der Energieversorgungsverteiler so, dass er wenigstens einen Betrieb bei
voller oder keiner Funktionalität
für individuelle Knoten
in einer unfreiwilligen Energieverwaltungsoperation bereitstellt.
-
Außerdem arbeitet
der Energieversorgungsverteiler gemäß wenigstens einigen von den
nachstehenden Funktionalitäten:
zu Beginn Ermitteln der für
ihn verfügbaren
Gesamtenergie sowie der Gesamtenergie, die derzeit an die Knoten
geliefert wird, Ermitteln der Beziehung zwischen dem Stromgesamtenergieverbrauch
(TPC) zu der Stromgesamtenergieverfügbarkeit (TPA). Wenn TPC/TPA
kleiner als ein erster Schwellenwert ist, Zuführen voller Energie zu zusätzlichen
Knoten nacheinander auf einer Prioritätsbasis; und wenn TPC/TPA größer als
ein zweiter Schwellenwert ist, der höher als der erste Schwellenwert
ist, aufeinanderfolgendes Unterbrechen der Energie zu einzelnen
Knoten auf einer Prioritätsbasis. Wenn
jedoch TPC/TPA zwischen dem erstem und zweitem Schwellenwert liegt,
Abfragen, ob ein neuer Knoten Energie benötigt, und wenn ein neuer Knoten eine
Stromversorgung anfordert, und ein Knoten mit niedrigerer Priorität als der
neue Knoten derzeit eine Stromversorgung empfängt, Abschalten des Knotens mit
der niedrigeren Priorität
von der Energie und Verbinden des Knotens mit der höheren Priorität mit der Energie.
-
Ferner
arbeitet gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Energieversorgungsverteiler so, dass
er wenigstens einen Betrieb bei voller oder keiner Funktionalität mit Noteingriff
für einzelne
Knoten in einer unfreiwilligen Energieverwaltungsoperation bereitstellt.
Bevorzugt arbeitet der Energieversorgungsverteiler in Abhängigkeit
von der nachstehenden Funktionalität in einem Betrieb unfreiwilliger
Energieverwaltung durch: Messen eines Notbedarfs für Energie
an einen vorgegebenen Knoten, und danach Zuweisen einer höchsten Priorität an den
vorgegebenen Knoten.
-
Zusätzlich arbeitet
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Energieversorgungsverteiler so, dass
er wenigstens einen von einem Betrieb bei voller oder keiner Funktionalität Warteschlangen-prioritätsgesteuert
in einem Betrieb unfreiwilliger Energieverwaltung bereitstellt. Bevorzugt
arbeitet der Energieversorgungsverteiler mit der nachstehenden Funktionalität in einem
Betrieb unfreiwilliger Energieverwaltung durch: zunächst Ermitteln
der für
ihn verfügbaren
Gesamtenergie sowie der Gesamtenergie, die er derzeit an alle Knoten
liefert, Ermitteln der Beziehung zwischen dem momentanen Gesamtenergieverbrauch
(TPC) zu der momentanen Gesamtenergieverfügbarkeit (TPA). Wenn TPC/TPA
kleiner als ein erster Schwellenwert ist, Zuführen von voller Energie zu
zusätzlichen
Knoten nacheinander auf einer Basis Warteschlangen-gesteuerter Priorität; wenn
TPC/TPA größer als
ein zweiter Schwellenwert ist, der höher als der erste Schwellenwert
ist, Unterbrechen der Energie für
einzelne Knoten nacheinander auf einer Prioritätsbasis. Wenn jedoch TPC/TPA
zwischen dem ersten und zweiten Schwellenwert liegt, Abfragen, ob ein
neuer Knoten Energie benötigt;
und wenn ein neuer Knoten Energie benötigt, Einfügen des neuen Knotens am Ende
der Warteschlange.
-
Ferner
arbeitet gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Energieversorgungsverteiler so, dass
er wenigstens einen von einem Betrieb bei voller oder keiner Funktionalität auf einer
Zeitzuteilungs-Prioritätsbasis
in einem Betrieb unfreiwilliger Energieverwaltung bereitstellt.
Zusätzlich
oder alternativ arbeitet der Energieversorgungsverteiler mit der
nachstehenden Funktionalität
in einem Betrieb unfreiwilliger Energieverwaltung durch: zunächst Ermitteln
der für
ihn verfügbaren
Gesamtenergie sowie der Gesamtenergie, die er derzeit an alle Knoten
liefert, Ermitteln der Beziehung zwischen dem momentanen Gesamtenergieverbrauch
(TPC) zu der momentanen Gesamtenergieverfügbarkeit (TPA). Wenn TPC/TPA
kleiner als ein erster Schwellenwert ist, Zuführen von voller Energie zu
zusätzlichen
Knoten nacheinander auf einer Basis Zeitzuteilungsgesteuerter Priorität; wenn
TPC/TPA größer als
ein zweiter Schwellenwert ist, der höher als der erste Schwellenwert
ist, Unterbrechen der Energie für
einzelne Knoten nacheinander auf einer Prioritätsbasis. Wenn jedoch TPC/TPA
zwischen den ersten und zweiten Schwellenwerten liegt, Abfragen ob
ein neuer Knoten Energie benötigt;
wenn ein Knoten mit niedriger Priorität in dem Sinne, dass er Energie
für eine
längere
Zeit bezogen hat, welche über
einer vorbestimmten minimalen Zeit liegt, momentan Energie empfängt, Ab schalten
der Energie von dem Knoten niedrigerer Priorität und Verbinden des Knotens
mit höherer
Priorität
mit Energie.
-
Zusätzlich arbeitet
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Energieversorgungsverteiler so, dass
er eine Vorausmeldung an einen Knoten bezüglich einer Änderung in
der an diesen zu liefernden Energie bereitstellt. Des Weiteren arbeitet
der Energieversorgungsverteiler so, dass er wenigstens einen von
einem Betrieb bei voller oder keiner Funktionalität für einzelne
Knoten in einem Betrieb unfreiwilliger Energieverwaltung bereitstellt.
Bevorzugt arbeitet der Energieversorgungsverteiler mit wenigstens
einer von den nachstehenden Funktionalitäten: zunächst Ermitteln der für ihn verfügbaren Gesamtenergie
sowie der Gesamtenergie, die er derzeit an alle Knoten liefert;
Ermitteln der Beziehung zwischen dem momentanen Gesamtenergieverbrauch
(TPC) zu der momentanen Gesamtenergieverfügbarkeit (TPA). Wenn TPC/TPA kleiner
als ein erster Schwellenwert ist, Zuführen von voller Energie zu
zusätzlichen
Knoten nacheinander auf einer prioritätsgesteuerten Basis; wenn TPC/TPA größer als
ein zweiter Schwellenwert ist, der höher als der erste Schwellenwert
ist, Reduzieren der Energie für
einzelne Knoten nacheinander auf einer Prioritätsbasis. Wenn jedoch TPC/TPA
zwischen den ersten und zweiten Schwellenwerten liegt, Abfragen
ob ein neuer Knoten Energie benötigt
oder ein Knoten zusätzliche
Energie benötigt;
und wenn ein neuer Knoten Energie benötigt oder ein Knoten zusätzliche Energie
benötigt
und ein Knoten mit geringerer Priorität als der neue Knoten momentan
Energie empfängt,
Reduzieren der Energie an dem Knoten mit der niedrigeren Priorität und Liefern
von Energie an den neuen Knoten oder erhöhter Energie an einen Knoten,
welcher zusätzliche
Energie benötigt.
-
Des
Weiteren arbeitet gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Energieversorgungsverteiler so, dass
er wenigstens einen Betrieb bei voller oder reduzierter Funktionalität mit Noteingriff
für einzelne
Knoten in einem Betrieb unfreiwilliger Energieverwaltung bereitstellt. Zusätzlich oder
alternativ arbeitet der Energieversorgungsverteiler gemäß der nachstehenden
Funktionalität
in einem Betrieb unfreiwilliger Energieverwaltung durch: Erfassen
eines Notbedarfs für
Energie bei einem gegebenen Knoten; und anschließend Zuweisen einer höchsten Priorität an dem
vorgegebenen Knoten.
-
Außerdem arbeitet
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Energieversorgungsverteiler so, dass
er wenigstens einen von einem Betrieb bei voller oder reduzierter Funktionalität Warteschlangen-prioritätsgesteuert
in einem Betrieb unfreiwilliger Energieverwaltung bereitstellt.
Bevorzugt arbeitet der Energieversorgungsverteiler mit der nachstehenden
Funktionalität
in einem Betrieb unfreiwilliger Energieverwaltung durch: zunächst Ermitteln
der für
ihn verfügbaren
Gesamtenergie sowie der Gesamtenergie, die er derzeit an alle Knoten
liefert, Ermitteln der Beziehung zwischen dem momentanen Gesamtenergieverbrauch
(TPC) zu der momentanen Gesamtenergieverfügbarkeit (TPA). Wenn TPC/TPA
kleiner als ein erster Schwellenwert ist, Zuführen von voller Energie zu
zusätzlichen
Knoten oder zusätzlicher
Energie zu Knoten, welche momentan Energie empfangen, nacheinander
auf einer Basis Warteschlangen-gesteuerter Priorität; wenn
TPC/TPA größer als
ein zweiter Schwellenwert ist, der höher als der erste Schwellenwert
ist, Reduzieren der Energie für
einzelne Knoten nacheinander auf einer Prioritätsbasis. Wenn jedoch TPC/TPA
zwischen dem ersten und zweiten Schwellenwert liegt, Abfragen, ob
ein neuer Knoten Energie benötigt
oder ob ein Knoten zusätzliche
Energie benötigt;
und wenn ein neuer Knoten Energie benötigt, Einfügen des neuen Knotens am Ende
der Warteschlange.
-
Ferner
arbeitet gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Energieversorgungsverteiler so, dass
er wenigstens einen von einem Betrieb bei voller oder reduzierter Funktionalität auf einer
Zeitzuteilungs-Prioritätsbasis in
einem Betrieb unfreiwilliger Energieverwaltung bereitstellt. Bevorzugt
arbeitet der Energieversorgungsverteiler mit der nachstehenden Funktionalität in einem
Betrieb unfreiwilliger Energieverwaltung durch: zunächst Ermitteln
der für
ihn verfügbaren
Gesamtenergie sowie der Gesamtenergie, die er derzeit an alle Knoten
liefert, Ermitteln der Beziehung zwischen dem momentanen Gesamtenergieverbrauch
(TPC) zu der momentanen Gesamtenergieverfügbarkeit (TPA). Wenn TPC/TPA
kleiner als ein erster Schwellenwert ist, Zuführen von zusätzlicher
Energie zu Knoten oder von Energie zu zusätzlichen Knoten nacheinander
auf einer Basis Zeitzuteilungs-gesteuerter Priorität; wenn
TPC/TPA größer als
ein zweiter Schwellenwert ist, der höher als der erste Schwellenwert
ist, Reduzieren der Energie für
einzelne Knoten nacheinander auf einer Prioritätsbasis. Wenn jedoch TPC/TPA
zwischen den ersten und zweiten Schwellenwerten liegt, Abfragen
ob ein Knoten zusätzliche Energie
benötigt
oder neuer Knoten Energie benötigt;
wenn ein Knoten mit niedriger Priorität in dem Sinne, dass er Energie
für eine
längere
Zeit bezogen hat, welche über
einer vorbestimmten minimalen Zeit liegt, momentan Energie empfängt, Abschalten
der Energie von dem Knoten niedrigerer Priorität und Verbinden des Knotens
mit höherer
Priorität
mit Energie.
-
Zusätzlich arbeitet
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Energieversorgungsverteiler so, dass
er wenigstens einen von einem Betrieb mit voller oder keiner Funktionalität für einzelne
Knoten in einem Betrieb unter freiwilliger Energieverwaltung bereitstellt.
Bevorzugt arbeitet der Energieversorgungsverteiler mit wenigstens
einer von den nachstehenden Funktionalitäten: zunächst Ermitteln der für ihn verfügbaren Gesamtenergie
sowie der Gesamtenergie, die er derzeit an alle Knoten liefert;
Ermitteln der Beziehung zwischen dem momentanen Gesamtenergieverbrauch
(TPC) zu der momentanen Gesamtenergieverfügbarkeit (TPA). Wenn TPC/TPA
kleiner als ein erster Schwellenwert ist, Zuführen von voller Energie zu
zusätzlichen
Knoten nacheinander auf einer prioritätsgesteuerten Basis; wenn TPC/TPA
größer als
ein zweiter Schwellenwert ist, der höher als der erste Schwellenwert
ist, Unterbrechen der Energie an einzelne Knoten nacheinander auf
einer Prioritätsbasis.
Wenn jedoch TPC/TPA zwischen den ersten und zweiten Schwellenwerten
liegt, Abfragen ob ein neuer Knoten Energie benötigt oder ein Knoten zusätzliche
Energie benötigt;
und wenn ein neuer Knoten Energie benötigt und ein Knoten mit geringerer
Priorität
als der neue Knoten momentan Energie empfängt, Unterbrechen der Energie
an dem Knoten mit der niedrigeren Priorität und Verbinden des Knoten
mit höherer Priorität mit Energie.
-
Ferner
arbeitet gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Energieversorgungsverteiler so, dass
er wenigstens einen Betrieb bei voller oder keiner Funktionalität mit Noteingriff
für einzelne
Knoten in einem Betrieb freiwilliger Energieverwaltung bereitstellt.
Bevorzugt arbeitet der Energieversorgungsverteiler gemäß der nachstehenden
Funktionalität
in einem Betrieb freiwilliger Energieverwaltung durch: Erfassen
eines Notbedarfs für
Energie bei einem gegebenen Knoten; und anschließend Zuweisen einer höchsten Priorität an dem
vorgegebenen Knoten.
-
Außerdem arbeitet
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Energieversorgungsverteiler so, dass
er wenigstens einen von einem Betrieb bei voller oder reduzierter Funktionalität auf einer
Warteschlangen-Prioritätsbasis
in einem Betrieb freiwilliger Energieverwaltung bereitstellt. Bevorzugt
arbeitet der Energieversorgungsverteiler mit der nachstehenden Funktionalität in einem
Betrieb freiwilliger Energieverwaltung durch: zunächst Ermitteln
der für
ihn verfügbaren
Gesamtenergie gemäß einem
Energieeinsparungsprogramm sowie der Gesamtenergie, die er derzeit
an alle Knoten liefert, Ermitteln der Beziehung zwischen dem momentanen
Gesamtenergieverbrauch (TPC) zu der momentanen Gesamtenergieverfügbarkeit
(TPA). Wenn TPC/TPA kleiner als ein erster Schwellenwert ist, Zuführen von
voller Energie zu zusätzlichen
Knoten nacheinander auf einer Basis Warteschlangen-gesteuerter Priorität; wenn
TPC/TPA größer als ein
zweiter Schwellenwert ist, der höher
als der erste Schwellenwert ist, Unterbrechen der Energie für einzelne
Knoten nacheinander auf einer Prioritätsbasis. Wenn jedoch TPC/TPA
zwischen den ersten und zweiten Schwellenwerten liegt, Abfragen
ob ein neuer Knoten Energie benötigt;
wenn ein neuer Knoten Energie benötigt, Hinzufügen des
neuen Knotens zum Ende der Warteschlage.
-
Zusätzlich arbeitet
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Energieversorgungsverteiler so, dass
er wenigstens einen von einem Betrieb bei voller oder keiner Funktionalität auf einer
Zeitzuteilungs-Prioritätsbasis
in einem Betrieb freiwilliger Energieverwaltung bereitstellt. Zusätzlich oder
alternativ arbeitet der Energieversorgungsverteiler mit der nachstehenden
Funktionalität
in einem Betrieb freiwilliger Energieverwaltung durch: zunächst Ermitteln
der für
ihn verfügbaren
Gesamtenergie gemäß einem
Energieeinsparungsprogramm sowie der Gesamtenergie, die er derzeit
an alle Knoten liefert, Ermitteln der Beziehung zwischen dem momentanen
Gesamtenergieverbrauch (TPC) zu der momentanen Gesamtenergieverfügbarkeit (TPA).
Wenn TPC/TPA kleiner als ein erster Schwellenwert ist, Zuführen von
voller Energie zu zusätzlichen
Knoten nacheinander auf einer Basis Zeitzuteilungs-gesteuerter Priorität; wenn
TPC/TPA größer als
ein zweiter Schwellenwert ist, der höher als der erste Schwellenwert
ist, Unterbrechen der Energie aus einzelnen Knoten nacheinander
auf einer Prioritätsbasis.
Wenn jedoch TPC/TPA zwischen den ersten und zweiten Schwellenwerten
liegt, Abfragen ob ein Knoten zusätzliche Energie benötigt oder
neuer Knoten Energie benötigt;
wenn ein Knoten mit niedriger Priorität in dem Sinne, dass er Energie
für eine längere Zeit
bezogen hat, welche über
einer vorbestimmten minimalen Zeit liegt, momentan Energie empfängt, Abschalten
der Energie von dem Knoten niedrigerer Priorität und Verbinden des Knotens
mit höherer
Priorität
mit Energie.
-
Des
Weiteren arbeitet gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Energieversorgungsverteiler so, dass
er wenigstens einen von einem Betrieb mit voller oder reduzierter
Funktionalität
für einzelne
Knoten in einem Betrieb unter freiwilliger Energieverwaltung bereitstellt. Zusätzlich oder
alternativ arbeitet der Energieversorgungsverteiler mit wenigstens
einer von den nachstehenden Funktionalitäten: zunächst Ermitteln der für ihn verfügbaren Gesamtenergie
gemäß einem
Energieeinsparungsprogramm sowie der Gesamtenergie, die er derzeit
an alle Knoten liefert; Ermitteln der Beziehung zwischen dem momentanen
Gesamtenergieverbrauch (TPC) zu der momentanen Gesamtenergieverfügbarkeit
(TPA). Wenn TPC/TPA kleiner als ein erster Schwellenwert ist, Zuführen von
voller Energie zu zusätzlichen
Knoten nacheinander auf einer prioritätsgesteuerten Basis; wenn TPC/TPA
größer als
ein zweiter Schwellenwert ist, der höher als der erste Schwellenwert
ist, Reduzieren der Energie an einzelne Knoten nacheinander auf
einer Prioritätsbasis.
Wenn jedoch TPC/TPA zwischen den ersten und zweiten Schwellenwerten
liegt, Abfragen ob ein neuer Knoten Energie benötigt oder ein Knoten zusätzliche
Energie benötigt;
und wenn ein neuer Knoten Energie benötigt und ein Knoten mit geringerer
Priorität als
der neue Knoten momentan Energie empfängt, Reduzieren der Energie
an dem Knoten mit der niedrigeren Priorität und Zuführen von Energie zu dem neuen
Knoten oder erhöhter
Energie zu einem Knoten, der zusätzliche
Energie benötigt.
-
Außerdem arbeitet
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Energieversorgungsverteiler so, dass
er wenigstens einen Betrieb bei voller oder keiner Funktionalität mit Noteingriff
für einzelne
Knoten in einem Betrieb freiwilliger Energieverwaltung bereitstellt.
Bevorzugt arbeitet der Energieversorgungsverteiler gemäß der nachstehenden
Funktionalität
in einem Betrieb freiwilliger Energieverwaltung durch: Erfassen
eines Notbedarfs für
Energie bei einem gegebenen Knoten; und anschließend Zuweisen einer höchsten Priorität an dem
vorgegebenen Knoten.
-
Des
Weiteren arbeitet gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Energieversorgungsverteiler so, dass
er wenigstens einen von einem Betrieb bei voller oder reduzierter
Funktionalität
auf einer Warteschlangen-Prioritätsbasis
in einem Betrieb freiwilliger Energieverwaltung bereitstellt. Bevorzugt
arbeitet der Energieversorgungsverteiler mit der nachstehenden Funktionalität in einem
Betrieb freiwilliger Energieverwaltung durch: zunächst Ermitteln
der für
ihn verfügbaren
Gesamtenergie gemäß einem
Energieeinsparungsprogramm sowie der Gesamtenergie, die er derzeit
an alle Knoten liefert, Ermitteln der Beziehung zwischen dem momentanen
Gesamtenergieverbrauch (TPC) zu der momentanen Gesamtenergieverfügbarkeit (TPA).
Wenn TPC/TPA kleiner als ein erster Schwellenwert ist, Zuführen von
Energie zu zusätzlichen Knoten
oder zusätzlicher
Energie zu Knoten, welche zur Zeit Energie empfangen, nacheinander
auf einer Basis Warteschlangen-gesteuerter Priorität; wenn TPC/TPA
größer als
ein zweiter Schwellenwert ist, der höher als der erste Schwellenwert
ist, Reduzieren der Energie für
einzelne Knoten nacheinander auf einer Prioritätsbasis. Wenn jedoch TPC/TPA
zwischen den ersten und zweiten Schwellenwerten liegt, Abfragen
ob ein neuer Knoten Energie benötigt
oder ein Knoten zusätzliche
Energie benötigt;
und wenn ein neuer Knoten Energie benötigt, oder ein Knoten zusätzliche
Energie benötigt;
Hinzufügen
des neuen Knotens zum Ende der Warteschlage.
-
Ferner
arbeitet gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Energieversorgungsverteiler so, dass
er wenigstens einen von einem Betrieb bei voller oder reduzierter Funktionalität auf einer
Zeitzuteilungs-Prioritätsbasis in
einem Betrieb freiwilliger Energieverwaltung bereitstellt. Bevorzugt
arbeitet der Energieversorgungsverteiler mit der nachstehenden Funktionalität in einem
Betrieb freiwilliger Energieverwaltung durch: zunächst Ermitteln
der für
ihn verfügbaren
Gesamtenergie gemäß einem
Energieeinsparungsprogramm sowie der Gesamtenergie, die er derzeit
an alle Knoten liefert, Ermitteln der Beziehung zwischen dem momentanen
Gesamtenergieverbrauch (TPC) zu der momentanen Gesamtenergieverfügbarkeit
(TPA). Wenn TPC/TPA kleiner als ein erster Schwellenwert ist, Zuführen von
zusätzlicher
Energie Knoten oder von Energie zu zusätzlichen Knoten nacheinander auf
einer Basis Zeitzuteilungs-gesteuerter Priorität; wenn TPC/TPA größer als
ein zweiter Schwellenwert ist, der höher als der erste Schwellenwert
ist, Reduzieren der Energie an einzelne Knoten nacheinander auf
einer Prioritätsbasis.
Wenn jedoch TPC/TPA zwischen den ersten und zweiten Schwellenwerten
liegt, Abfragen ob ein Knoten zusätzliche Energie benötigt oder
neuer Knoten Energie benötigt;
wenn ein Knoten mit niedriger Priorität in dem Sinne, dass er Energie
für eine
längere
Zeit bezogen hat, welche über
einer vorbestimmten minimalen Zeit liegt, momentan Energie empfängt, Reduzieren
der Energie an den Knoten niedrigerer Priorität Liefern von Energie an einen
Knoten mit höherer
Priorität.
-
Bevorzugt
enthält
der Energieversorgungsverteiler eine Energieverwaltungs- & Steuereinheit, welche
die an verschiedene Knoten über
die Kommunikationsverkabelung gelieferte Energie überwacht und
steuert.
-
Zusätzlich enthält gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Energieversorgungsverteiler eine
Verwaltungsarbeitsstation, welche so arbeitet, dass sie den Betrieb
der Energieverwaltungs- & Steuereinheit
steuert.
-
Bevorzugt
steuert die Verwaltungsarbeitsstation den Betrieb mehrerer Energieverwaltungs- & Steuereinheiten.
-
Ferner
kommuniziert gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Energieverwaltungs- & Steuereinheit über einen
Datenkommunikationskonzentrator mit verschiedenen Knoten, um dadurch
deren aktuellen Modus der Energienutzung zu steuern.
-
Ferner
kommuniziert gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Energieverwaltungs- & Steuereinheit
mit verschiedenen Knoten über
Steuermeldungen, welche bei den Knoten decodiert und für die Steuerung
verwendet werden, ob dort eine Voll- oder Teilfunktionalität bereitgestellt
wird.
-
Des
Weiteren erfasst gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Energieverwaltungs- & Steuereinheit,
dass keine Stromnetz-Versorgung für den Energieversorgungsverteiler
verfügbar
ist und sendet eine Steuermeldung aus, um die Knoten zu veranlassen,
in einem Reservebetrieb oder Betrieb mit verringerter Energie zu
arbeiten.
-
Bevorzugt
enthält
der Knoten eine wesentliche Schaltung, welche sowohl für einen
Betrieb mit voller Funktionalität
als auch reduzierter Funktionalität erforderlich ist, und eine
nicht-wesentliche
Schaltung, welche für
einen Betrieb bei reduzierter Funktionalität nicht erforderlich ist.
-
Ferner
enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Knoten einen Schalter und eine Steuerung,
welche den Betrieb des Schalters steuert, welcher wählbar die
nicht-wesentliche Schaltung betreibt. Bevorzugt enthält der Knoten
auch eine Energieversorgung, wobei die Steuerung in Reaktion auf
ein Ausgangssignal aus der Energieversorgung betreibbar ist. Zusätzlich oder
alternativ kann der Knoten auch einen Sensor enthalten, wobei die
Steuerung in Reaktion auf ein aus dem Sensor empfangenes Eingangssignal
arbeitet.
-
Ferner
misst gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Sensor einen Spannungspegel der an
die Energieversorgung gelieferten elektrischen Energie. Ferner misst der
Sensor auch ein an ihn über
die Kommunikationsverkabelung aus dem Energieversorgungsverteiler übertragenes
Steuersignal.
-
Ferner
empfängt
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Steuerung ein Steuereingangssignal
aus der Energieversorgung, die anzeigt, dass Stromnetzenergie zur
Verfügung
steht; dieses betätigt
den Schalter so, dass Energie sowohl an die wesentliche Schaltung als
auch die nicht-wesentliche Schaltung geliefert wird, und wenn die
Steuerung ein Steuereingangssignal aus der Energieversorgung empfängt, das
anzeigt, dass die Netzstromenergie nicht verfügbar ist, und der Sensor anzeigt,
dass ausreichend Energie über
die Kommunikationsverkabelung verfügbar ist, betreibt die Steuerung
den Schalter so, dass Energie sowohl an die wesentliche Schaltung
als auch an die nicht-wesentliche
Schaltung geliefert wird. Bevorzugt betätigt, wenn die Steuerung ein
Steuereingangssignal aus der Energieversorgung empfängt, das
anzeigt, dass keine Stromnetzenergie über die Energieversorgung verfügbar ist,
und der Sensor anzeigt, dass keine ausreichende Energie verfügbar ist,
die Steuerung den Schalter so, dass ausreichende Energie mit höchster Priorität an die
wesentliche Schaltung geliefert wird, und wenn zusätzliche
Energie über
die von der wesentlichen Schaltung benötigte hinaus verfügbar ist,
diese an die nicht-wesentliche Schaltung über den Schalter geliefert
wird.
-
Zusätzlich oder
alternativ empfängt
die Überwachungsschaltung
ein eine Absicht, den Knoten zu verwenden, anzeigendes Benutzereingangssignal oder
eine Steuermeldung über
die Kommunikationsverkabelung, das eine Notwendigkeit für einen
Betrieb in einem Mo dus voller Funktionalität anzeigt, und reagiert darauf,
indem sie den Schalter veranlasst, die Knotenschaltung in einem
Modus voller Funktionalität
arbeiten zu lassen.
-
Ferner
erfasst gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Sensor einen Spannungspegel einer
an wenigstens eine Energieversorgung gelieferten elektrischen Energie.
-
Des
Weiteren erfasst gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Sensor ein an ihn über die
Kommunikationsverkabelung aus dem Energieversorgungsverteiler übertragenes
Steuersignal.
-
Zusätzlich enthält gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Knotenschaltung eine wesentliche
Knotenschaltung und eine nicht-wesentliche Knotenschaltung. Der Schalter
enthält
auch einen Schalter der wesentlichen Knotenschaltung und einen Schalter
der nicht-wesentlichen Knotenschaltung. Bevorzugt betreibt, wenn
die Steuerung ein Steuereingangssignal aus der wenigstens einen
Energieversorgung empfängt,
das anzeigt, dass Stromnetzenergie zur Verfügung steht, die Steuerung den
Schalter der wesentlichen Knotenschaltung und Schalter der nicht-wesentlichen
Knotenschaltung so, dass Energie sowohl an die wesentlichen Knotenschaltschaltung
als auch nicht-wesentliche
Knotenschaltschaltung geliefert wird, und wenn keine Stromnetzenergie über die
wenigstens eine Energieversorgung verfügbar ist, aber der Sensor anzeigt,
dass ausreichend Energie über die
Kommunikationsverkabelung verfügbar
ist, betreibt die Steuerung den Schalter der wesentlichen Knotenschaltung
so, dass Energie sowohl an die wesentliche Knotenschaltung als auch
die nicht-wesentliche Knotenschaltung geliefert wird.
-
Ferner
betreibt gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wenn die Steuerung ein Steuereingangssignal
aus der wenigstens einen Stromversorgung empfängt, das anzeigt, dass keine
Stromnetzenergie über
die wenigstens eine Stromversorgung verfügbar ist, und der Sensor anzeigt,
dass keine ausreichende Energie verfügbar ist, die Steuerung den
Schalter der wesentlichen Knotenschaltung so, dass ausreichende
Energie mit höchster
Priorität
an die wesentliche Knotenschaltung geliefert wird, und wenn zusätzliche
Energie über
die von der wesentliche Knotenschaltung benötigte hinaus zur Verfügung steht,
wird sie über den
Schalter der nicht-wesentlichen Knotenschaltung an die nicht-wesentliche
Knotenschaltung geliefert.
-
Außerdem ist
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Knoten in einem von drei Modi, einem
Modus voller Funktionalität,
wenn sowohl die wesentliche als auch die nicht-wesentliche Knotenschaltung
in Betrieb sind, einen Modus wesentlicher Funktionalität, wenn
der wesentliche Knotenschaltung in Betrieb ist, und einem Schlaffunktionalitätsmodus,
in welchem wenigstens ein Teil des wesentlichen Knotenschaltung
nicht in Betrieb ist, betreibbar.
-
Ferner
stellt gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Energieversorgung eine eingeschränkte Reserveenergie bereit.
Zusätzlich
oder alternativ ermöglicht
die Energieversorgung einen intermittierenden Betrieb des Knotens
in Situationen, in welchen nur eine sehr eingeschränkte Energie über die
Kommunikationsverkabelung übertragen
werden kann.
-
Es
wird gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung auch ein Netzenergieversorgungsverteiler
zur Verwendung in einem lokalen Netz bereitgestellt, das einen Hub,
mehrere Knoten und eine Kommunikationsverkabelung, die mehrere Knoten
mit einem Hub zur Erzeugung einer digitalen Kommunikation dazwischen
verbindet, enthält,
wobei der Energieversorgungsverteiler so betreibbar ist, dass er
wenigstens etwas Betriebsenergie an wenigstens einige von den mehreren
Knoten über
die Kommunikationsverkabelung liefert.
-
Ferner
ist gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Energieversorgungsverteiler innerhalb
des Hubs angeordnet.
-
Des
Weiteren ist gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Energieversorgungsverteiler außerhalb
des Hubs angeordnet. Alternativ ist der Energieversorgungsverteiler teilweise
innerhalb des Hubs und teilweise außerhalb des Hubs angeordnet.
-
Zusätzlich enthält gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die von dem Energieversorgungsverteiler
an wenigstens einige von den mehreren Knoten über die Kommunikationsverkabelung
gelieferte Betriebsenergie eine Reserveenergie.
-
Des
Weiteren enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
der Energieversorgungsverteiler einen Kombinator, und die Kommunikationsverkabelung
verbindet den Kommunikationskonzentrator über den Kombinator mit den
Knoten.
-
Außerdem enthält gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
wobei der Energieversorgungsverteiler ebenfalls in dem Hub angeordnet
ist.
-
Des
Weiteren enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
wobei der Energieversorgungsverteiler ebenfalls in dem Hub angeordnet
ist und eine Energieversorgung und einen Kombinator enthält, wobei
der Kombinator Energie aus der Energieversorgung an die Kommunikationsverkabelung
liefert, welche auch Daten aus dem Datenkommunikationskonzentrator
transportiert.
-
Bevorzugt
enthält
der Kombinator mehrere Koppler, wovon jeder mit einem Ausgang der
Energieversorgung verbunden ist.
-
Zusätzlich enthält gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Kombinator mehrere Koppler und mehrere
Filter, wobei jeder Koppler über
ein Filter mit einem Ausgang der Energieversorgung verbunden ist.
-
Außerdem kann
der Kombinator mehrere Koppler und mehrere Filter und mehrere intelligente Energiezuordnungs-
und Berichtsschaltungen (SPEARs) enthalten, wobei jeder Koppler über ein Filter
und eine SPEAR mit einem Ausgang der Energieversorgung verbunden
ist.
-
Zusätzlich enthält gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Energieversorgungsverteiler eine
Energieversorgung, und die Energieversorgung enthält eine
Stromnetzausfall-Reserveeinrichtung.
-
Des
Weiteren enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Kombinator mehrere Koppler und mehrere
Filter, wobei jeder Koppler über
ein Filter mit einem Ausgang einer Energieversorgung verbunden ist.
-
Bevorzugt
enthält
der Kombinator mehrere Koppler und mehrere Filter und mehrere intelligente Energiezuordnungs-
und Berichtsschaltungen (SPEARs), wobei jeder Koppler über ein
Filter und eine SPEAR mit einem Ausgang der Energieversorgung verbunden
ist.
-
Außerdem enthält gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Kombinator mehrere Koppler und mehrere
Filter, wobei jeder Koppler über
ein Filter mit einem Ausgang einer Energieversorgung verbunden ist.
-
Zusätzlich kann
der Kombinator auch mehrere Koppler und mehrere Filter und mehrere
intelligente Energiezuordnungs- und Berichtsschaltungen (SPEARs)
enthalten, wobei jeder Koppler über
ein Filter und eine SPEAR mit einem Ausgang der Energieversorgung
verbunden ist.
-
Außerdem kann
der Kombinator auch mehrere Koppler und mehrere Filter enthalten,
wobei jeder Koppler über
ein Filter mit einem Ausgang einer Energieversorgung verbunden ist.
-
Des
Weiteren arbeite gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Energieversorgungsverteiler so, dass
er elektrische Energie über
die Kommunikationsverkabelung ohne inakzeptable Verschlechterung
der digitalen Kommunikation liefert.
-
Ferner
enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Kommunikationsverkabelung wenigstens
ein verdrilltes Drahtpaar, das mit jedem Knoten verbunden ist, wobei
Energie über
ein verdrilltes Drahtpaar überragen
wird, über
welches auch Daten übertragen
werden.
-
Bevorzugt
enthält
der Energieversorgungsverteiler eine Energieversorgungsschnittstelle
und eine Energieversorgung, verbindet die Kommunikationsverkabelung
den Datenkommunikationskonzentrator über die Energieversorgungsverteilungsschnittstelle
mit den Knoten, und enthält
die Energieversorgungsschnittstelle mehrere Filter und mehrere intelligente
Energiezuordnungs- und Berichtsschaltungen (SPEARs) enthält, wobei
jedes Filter über
eine SPEAR mit einem Ausgang der Energieversorgung verbunden ist.
-
Zusätzlich enthält gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Kommunikationsverkabelung wenigstens
zwei verdrillte Drahtpaare, die mit jedem Knoten verbunden sind,
wobei Energie über
ein verdrilltes Drahtpaar übertragen
wird, welches sich von dem unterscheidet, über welches auch Daten übertragen
werden.
-
Außerdem enthält gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
enthält
der Energieversorgungsverteiler eine Energieversorgungsschnittstelle
und eine Energieversorgung, verbindet die Kommunikationsverkabelung den
Datenkommunikationskonzentrator über
den Kombinator mit den Knoten, und enthält die Energieversorgungsschnittstelle
mehrere Filter und mehrere intelligente, Energiezuordnungs- und
Berichtsschaltungen (SPEARs) enthält, wobei jedes Filter über eine
SPEAR mit einem Ausgang der Energieversorgung verbunden ist.
-
Des
Weiteren enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
enthält
der Energieversorgungsverteiler eine Energieversorgungsschnittstelle
und eine Energieversorgung, verbindet die Kommunikationsverkabelung den
Datenkommunikationskonzentrator über
den Kombinator mit den Knoten, enthält der Kombinator mehrere Koppler
und mehrere Filter und mehrere intelligente Energiezuordnungs- und
Berichtsschaltungen (SPEARs), wobei jeder Koppler über ein
Filter und eine SPEAR mit einem Ausgang der Energieversorgung verbunden
ist, und weist jeder Koppler wenigstens zwei Anschlüsse auf,
wovon einer mit einem Anschluss des Datenkommunikationskonzentrators verbunden
ist, und der andere davon über
die Kommunikationsverkabelung mit einem von den mehreren Knoten
verbunden ist.
-
Zusätzlich enthält gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
enthält
der Energieversorgungsverteiler einen Kombinator, eine Verwaltungs-
und Steuereinheit und eine Energieversorgung, verbindet die Kommunikationsverkabelung
den Datenkommunikationskonzentrator über den Kombinator mit den
Knoten, enthält
der Kombinator mehrere Koppler und mehrere Filter und mehrere intelligente
Energiezuordnungs- und Berichtsschaltungen (SPEARs), wobei jeder
Koppler über
ein Filter und eine SPEAR mit einem Ausgang der Energieversorgung
verbunden ist, und die SPEAR so arbeitet, dass sie der Verwaltungs-
und Steuereinheit den momentanen Verbrauch eines damit verbundenen
Knoten berichtet.
-
Des
weiteren enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
enthält
der Energieversorgungs verteiler einen Kombinator und eine Energieversorgung,
verbindet die Kommunikationsverkabelung den Datenkommunikationskonzentrator über den
Kombinator mit den Knoten, enthält
der Kombinator mehrere Koppler und mehrere Filter und mehrere intelligente
Energiezuordnungs- und Berichtsschaltungen (SPEARs), wobei jeder
Koppler über
ein Filter und eine SPEAR mit einem Ausgang der Energieversorgung
verbunden ist, und die SPEAR so arbeitet, dass sie den an einen
mit ihr verbundenen Knoten maximalen Strom begrenzt.
-
Des
Weiteren enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
enthält
der Energieversorgungsverteiler einen Kombinator und eine Energieversorgung,
verbindet die Kommunikationsverkabelung den Datenkommunikationskonzentrator über den
Kombinator mit den Knoten, enthält
der Kombinator mehrere Koppler und mehrere Filter und mehrere intelligente
Energiezuordnungs- und Berichtsschaltungen (SPEARs), wobei jeder
Koppler über
ein Filter und eine SPEAR mit einem Ausgang der Energieversorgung
verbunden ist, und die SPEAR so arbeitet, dass sie automatisch einen
mit ihr verbundenen Knoten, der einen Überstrom-Zustand anzeigt, nach
Ablauf einer programmierbaren vorbestimmten Zeitdauer abtrennt.
-
Zusätzlich enthält gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
enthält
der Energieversorgungsverteiler einen Kombinator und eine Energieversorgung,
verbindet die Kommunikationsverkabelung den Datenkommunikationskonzentrator über den
Kombinator mit den Knoten, enthält
der Kombinator mehrere Koppler und mehrere Filter und mehrere intelligente
Energiezuordnungs- und Berichtsschaltungen (SPEARs), wobei jeder
Koppler über
ein Filter und eine SPEAR mit einem Ausgang der Energieversorgung
verbunden ist, und die SPEAR so arbeitet, dass sie automatisch einen
mit ihr verbundenen Knoten, der einen Überstrom-Zustand anzeigt, nach Ablauf einer programmierbaren
vorbestimmten Zeitdauer abtrennt und automatisch den Knoten danach
wieder mit der Energieversorgung verbindet, wenn er keinen Überstromzustand
mehr anzeigt.
-
Des
Weiteren enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
enthält
der Energieversorgungsverteiler einen Kombinator und eine Energieversorgung,
verbindet die Kommunikationsverkabelung den Datenkommunikationskonzentrator über den
Kombinator mit den Knoten, enthält
der Kombinator mehrere Koppler und mehrere Filter und mehrere intelligente
Energiezuordnungs- und Berichtsschaltungen (SPEARs), wobei jeder
Koppler über
ein Filter und eine SPEAR mit einem Ausgang der Energieversorgung
verbunden ist, und die SPEAR einen Stromsensor, welcher ein Spannungseingangssignal
Vin aus einer Energieversorgung empfängt, und ein Signal erzeugt,
welcher proportional zu dem dadurch hindurchfließenden Strom ist, und mehrere
Komparatoren enthält,
die ein Signal aus dem Stromsensor empfangen und auch eine Bezugsspannung
Vref aus entsprechenden Bezugsspannungsquellen empfangen.
-
Bevorzugt
sind die Bezugsspannungsquellen programmierbare Bezugsspannungsquellen
und empfangen Steuereingangssignale aus Verwaltungs- & Steuerschaltungen.
-
Zusätzlich können die
Ausgangssignale der mehreren Komparatoren an einen Strombegrenzer und
Schalter geliefert werden, welcher eine Eingangsspannung Vin über den
Stromsensor empfängt,
und eine strombegrenzte Ausgangsspannung Vout liefert.
-
Ferner
können
die Ausgangssignale der Komparatoren an Verwaltungs- & Steuerschaltungen geliefert
werden, um als Überwachungseingangssignale
zu dienen, die Information bezüglich
des durch die SPEAR hindurchfließenden Gleichstroms liefern.
-
Des
Weiteren enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
enthält
der Energieversorgungsverteiler einen Kombinator und eine Energieversorgung,
verbindet die Kommunikationsverkabelung den Datenkommunikationskonzentrator über den
Kombinator mit den Knoten, enthält
der Kombinator mehrere Koppler, wovon jeder wenigstens ein Paar
von Transformatoren enthält,
wovon jeder einen Mittelabgriff an seiner Sekundärseite aufweist, über welchen
die DC-Spannung für
jeden Draht eines damit verbundenen verdrillten Paares zugeführt wird.
-
Zusätzlich enthält gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
enthält
der Energieversorgungsverteiler einen Kombinator und eine Energieversorgung,
verbindet die Kommunikationsverkabelung den Datenkommunikationskonzentrator über den
Kombinator mit den Knoten, enthält
der Kombinator mehrere Koppler, wovon jeder wenigstens einen Transformator
enthält,
welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass er eine Sekundärwicklung
enthält,
welche in zwei getrennte Wicklungen aufgeteilt ist, und einen Kondensator,
welcher zwischen die zwei getrennten Wicklungen geschaltet ist,
und welcher effektiv die zwei Wicklungen für Hochfrequenzsignale in Serie
schaltet, aber effektiv die zwei Wicklungen für DC-Spannung isoliert.
-
Ferner
enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
enthält
der Energieversorgungsverteiler einen Kombinator und eine Energieversorgung,
verbindet die Kommunikationsverkabelung den Datenkommunikationskonzentrator über den
Kombinator mit den Knoten, und enthält der Kombinator ein Paar
von Kondensatoren, welche effektiv verhindern, dass DC-Spannung den Kommunikationskonzentrator
erreicht.
-
Des
Weiteren enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
enthält
der Energieversorgungsverteiler einen Kombinator und eine Energieversorgung,
verbindet die Kommunikationsverkabelung den Datenkommunikationskonzentrator über den
Kombinator mit den Knoten, und enthält der Kombinator zwei Paare
von Kondensatoren, welche effektiv verhindern, dass DC-Spannung
den Kommunikationskonzentrator erreicht.
-
Zusätzlich enthält gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Hub einen Datenkommunikationskonzentrator,
enthält
der Energieversorgungsverteiler einen Kombinator und eine Energieversorgung,
verbindet die Kommunikationsverkabelung den Datenkommunikationskonzentrator über den
Kombinator mit den Knoten, und weist der Kombinator eine selbst-symmetrierende
kondensatorlose und transformatorlose Gleichtaktkopplungsschaltung
auf.
-
Bevorzugt
enthält
der Energieversorgungsverteiler eine Energieverwaltungsfunktionalität.
-
Zusätzlich kann
der Energieversorgungsverteiler eine Energieverwaltungs- & Steuereinheit
enthalten, welche die an die verschiedenen Knoten über die
Kommunikationsverkabelung gelieferte Energie überwacht und steuert.
-
Des
Weiteren kann der Energieversorgungsverteiler eine Verwaltungsarbeitsstation
enthalten, welche so arbeitet, dass sie den Betrieb der Energieverwaltungs- & Steuereinheit überwacht.
-
Des
Weiteren steuert gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Verwaltungsarbeitsstation den Betrieb
von mehreren Energieverwaltungs- & Steuereinheiten.
-
Bevorzugt
kommuniziert die Energieverwaltungs- & Steuereinheit mit verschiedenen
Knoten über
einen Datenkommunikationskonzentrator, um dadurch deren aktuellen
Modus der Energienutzung zu steuern.
-
Zusätzlich kommuniziert
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Energieverwaltungs- & Steuereinheit
mit verschiedenen Knoten über
Steuermeldungen, welche bei den Knoten decodiert werden und zur
Steuerung verwendet werden, ob dort eine Voll- oder Teilfunktionalität bereitgestellt
wird.
-
Zusätzlich erfasst
die Energieverwaltungs- & Steuereinheit,
dass die Stromnetzenergie für
den Energieversorgungsverteiler nicht verfügbar ist und sendet eine Steuermeldung,
um die Knoten zu veranlassen, in einem Reservemodus oder Modus mit
reduzierter Energie zu arbeiten.
-
Ferner
enthält
der Knoten eine wesentliche Schaltung, welche sowohl für einen
Betrieb mit voller Funktionalität
als auch reduzierter Funktionalität erforderlich ist, und eine
nicht-wesentliche
Schaltung, welche für
einen Betrieb mit reduzierter Funktionalität nicht erforderlich ist.
-
Es
wird ferner gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Aufbau eines lokalen
Netzes bereitgestellt mit den Schritten der Bereitstellung eines Hubs,
der Bereitstellung mehrerer Knoten, der Verbindung der mehreren
Knoten mit dem Hub, um eine Datenkommunikation unter Verwendung
eines Kommunikati onskabels bereitzustellen, und zum Betreiben eines
Energieversorgungsverteilers, um wenigstens etwas Betriebsenergie
an wenigstens einige von den mehreren Knoten über das Kommunikationskabel
zu liefern.
-
Es
wird auch gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Aufbau eines lokalen
Netzknotens in einem lokalen Netz bereitgestellt mit den Schritten
der Bereitstellung eines Hubs, der Bereitstellung mehrerer Knoten,
der Verbindung der mehreren Knoten mit dem Hub, um eine Datenkommunikation
unter Verwendung eines Kommunikationskabels bereitzustellen, und
zum Betreiben eines Energieversorgungsverteilers, um wenigstens
etwas Betriebsenergie an wenigstens einige von den mehreren Knoten über den
Hub zu liefern, wobei das lokale Netz eine Kommunikationsverkabelungsschnittstelle
enthält, welche
Energie und Daten empfängt,
und getrennt Energie an einen Energieeingang des Knotens und Daten
an einen Dateneingang des Knotens liefert.
-
Es
wird auch gemäß noch einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Aufbau eines lokalen
Netzknotens in einem lokalen Netz bereitgestellt mit den Schritten
der Bereitstellung eines Hubs, der Bereitstellung mehrerer Knoten,
der Verbindung der mehreren Knoten mit dem Hub, um eine Datenkommunikation
unter Verwendung eines Kommunikationskabels bereitzustellen, und
zum Betreiben eines Energieversorgungsverteilers, um wenigstens
etwas Betriebsenergie an wenigstens einige von den mehreren Knoten über die
Kommunikationsverkabelung zu liefern, wobei der Energieversorgungsverteiler
eine Energieverwaltungsfunktionalität enthält.
-
Es
wird auch gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Aufbau eines lokalen
Netzknotens in einem lokalen Netz bereitgestellt mit den Schritten der
Bereitstellung eines Hubs, der Bereitstellung mehrerer Knoten und
einer die mehreren Knoten mit einem Hub verbindenden Kommunikationsverkabelung,
um eine Datenkommunikation unter dazwischen bereitzustellen, wobei
der Energieversorgungsverteiler so arbeitet, dass er wenigstens
etwas Betriebsenergie an wenigstens einige von den mehreren Knoten über die
Kommunikationsverkabelung liefert.
-
Es
wird gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein System zur Verteilung von elektrischer
Energie über
eine Datenkommunikations-Verkabelungsinfrastruktur
an eine oder mehrere elektrische Energie verbrauchende Netzvorrichtungen
bereitgestellt, welches ein Datenkommunikationsverkabelungsnetz,
eine Quelle elektrischer Energie, wenigstens einen mit der Quelle elektrischer
Energie und mit dem Datenkommunikationsverkabelungsnetz verbundenen
Energie/Daten-Kombinator, wobei der wenigstens eine Energie/Daten-Kombinator
so arbeitet, dass er ein niederfrequentes Energiesignal erzeugt
und in ein Datenkommunikationssignal, das aus dem Datenkommunikationsverkabelungsnetz
empfangen wird so einspeist, dass er ein kombiniertes Energie/Daten-Signal
erzeugt, welches anschließend
an das Datenkommunikationsverkabelungsnetz ausgegeben wird, und
wenigstens einen Energie/Daten-Splitter, der dafür angepasst ist, das kombinierte
Energie/Daten-Signal zu empfangen und daraus das ursprüng liche Datenkommunikationssignal
und das niederfrequente Energiesignal zu extrahieren und abzutrennen.
-
Das
Datenkommunikationsnetz kann aus einem Ethernet-basierenden Local
Area Network (LAN) bestehen. Der Energie/Daten-Kombinator kann als
eine eigenständige
Einheit in dem Local Area Network(LAN)-Hub oder in dem Local Area
Network-(LAN)-Switch integriert sein.
-
Der
Energie/Daten-Kombinator kann mehrere Eingangsanschlüsse nur
für Daten
und mehrere Anschlüsse
für Daten
plus Energie enthalten, wobei jeder Dateneingangsanschluss und Ausgangsanschluss
für Daten
plus Energieausgabe einen getrennten Kanal bildet. Zusätzlich ist
der Energie/Daten-Kombinator dafür
angepasst, elektrische Energie aus einer AC-Stromnetzsteckdose, einer nicht unterbrechbaren
Stromversorgung (UPS) oder von einem anderen Energie/Daten-Kombinator
zu erhalten.
-
Der
Energie/Daten-Kombinator weist eine Einrichtung zum Filtern von
Hochfrequenzstörungen und
Welligkeit, zum Messen des Stroms in dem niederfrequenten Energiesignal,
zum Verbinden und Trennen des niederfrequenten Energiesignals mit und
von dem kombinierten Ausgangs-Energie/Daten-Signal und zum Detektieren
von Zuständen
ohne Last und Überlast
auf den kombinierten Ausgangsenergie/Daten-Signal auf.
-
Das
System weist ferner eine Verwaltungseinheit zum Überwachen und Beliefern der
in dem Datenkommunikationsverkabelungsnetz angeordneten Energie/Daten-Kombinatoren
und Energie/Daten-Splitter über
das Datenkommunikationsverkabelungsnetz auf.
-
Der
Energie/Daten-Splitter kann als eigenständige Einheit implementiert
sein oder in einer Netzvorrichtung integriert sein. Der Energie/Daten-Kombinator
kann einen AC/DC- oder DC/DC-Energiewandler enthalten, um das entzogene
Niederfrequenzenergiesignal in eine oder mehrere Ausgangsspannungen
umzuwandeln.
-
Es
wird gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Verteilung von elektrischer
Energie über
eine Datenkommunikations-Verkabelungsinfrastruktur
an eine oder mehrere elektrische Energie verbrauchende Netzvorrichtungen
bereitgestellt, wobei das Verfahren die Schritte einer Erzeugung
eines niederfrequenten Energiesignals aus einer Quelle elektrischer Energie,
einer Einspeisung des niederfrequenten Energiesignals in ein über das
Datenkommunikationsverkabelungsnetz transportiertes Datenkommunikationssignal,
um so ein kombiniertes Energie/Daten-Signal zu erzeugen, des Übertragens
des kombinierten Energie/Daten-Signal auf dem Datenkommunikationsverkabelungsnetz,
des Empfangs des über das
Datenkommunikationsverkabelungsnetz transportierten Energie/Daten-Signals
und Aufsplittens des kombinierten Energie/Daten-Signals so aufweist, dass
das von dem niederfrequenten Energiesignal getrennte Datenkommunikationssignal
erzeugt wird.
-
Ferner
enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung das Datenkommunikationsnetz ein Ethernet-basierendes Local
Area Network (LAN).
-
Des
Weiteren umfasst gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Quelle elektrischer Energie eine
AC-Stromnetzsteckdose. Die Quelle der elektrischen Energie kann auch
eine nicht unterbrechbare Stromversorgung (UPS) umfassen.
-
Zusätzlich umfasst
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung das Verfahren die Schritte: Filtern von
Hochfrequenzstörungen
und Welligkeit aus dem niederfrequenten Energiesignal, Messen des
Stroms in dem niederfrequenten Energiesignal, Verbinden und Trennen
des niederfrequenten Energiesignals mit dem und von dem kombinierten
Ausgangs-Energie/Daten-Signal, Detektieren von Zuständen ohne
Last und Überlast auf
dem kombinierten Ausgangsenergie/Daten-Signal und Umwandeln des
entzogenen Niederfrequenzenergiesignals in eine oder mehrere Ausgangsspannungen.
-
Es
wird ferner gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein System zur Verteilung elektrischer
Energie über
eine Datenkommunikationsverkabelungs-Infrastruktur an eine oder mehrere elektrische
Energie verbrauchende Netzeinrichtungen bereitgestellt, welches
ein Datenkommunikationsverkabelungsnetz, eine Quelle elektrischer
Energie, eine Energieversorgungseinrichtung zum Erzeugen eines niederfrequenten
Energiesignals aus der Quelle elektrischer Energie, eine mit dem
Datenkommunikationsverkabelungsnetz verbundene Kombinatoreinrichtung,
wobei die Kombinatoreinrichtung zum Einspeisen des niederfrequenten
Energiesignals auf ein Datenkommunikationssignal dient, das über das
Datenkommunikationsverkabelungsnetz übertragen wird, um so ein kombiniertes
Energie/Daten-Signal zu erzeugen, eine Regeleinrichtung zum Regeln
der Einspeisung des niederfrequenten Energiesignals auf das Datenkommunikationssignal,
wobei die Regelung das Beenden der Einspeisung des niederfrequenten
Energiesignals und die Begrenzung von dessen Stroms beinhaltet,
aber nicht darauf beschränkt
ist, und eine Extraktionseinrichtung zum Extrahieren des niederfrequenten
Energiesignals aus dem kombinierten Energie/Daten-Signal und zum
Ausgeben des ursprünglichen
Datenkommunikationssignals und des niederfrequenten Energiesignals
enthält.
-
Ferner
enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung das Datenkommunikationsnetz ein Ethernet-basierendes Local
Area Network (LAN).
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Des
Weiteren ist gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Energieversorgungseinrichtung dafür angepasst,
elektrische Energie aus einer AC-Stromnetzdose
zu empfangen. Die Energieversorgungseinrichtung kann auch dafür angepasst
sein, elektrische Energie aus einer nicht unterbrechbaren Stromversorgung (UPS)
aufzunehmen.
-
Zusätzlich enthält gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Vorrichtung Einrichtungen zum Filtern
von Hochfrequenzstörungen
und Welligkeit.
-
Ferner
enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Regelvorrichtung eine Einrichtung
zum Messen des Stroms in dem niederfrequenten Energiesignal.
-
Zusätzlich enthält gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Regelvorrichtung eine Einrichtung
zum Detektieren von Zuständen
ohne Last und Überlast
in dem kombinierten Ausgangs-Energie/Daten-Signal.
-
Des
Weiteren enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung das System eine Verwaltungseinheit, um
die in dem Datenkommunikationsverkabelungsnetz angeordneten Energie/Daten-Kombinatoren
und Energie/Daten-Splitter über
das Datenkommunikationsverkabelungsnetz zu überwachen und zu versorgen.
-
Ferner
enthält
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Extraktionsvorrichtung einen AC/DC-Energiewandler, um
das entzogene niederfrequente Energiesignal in eine oder mehrere
Ausgangsspannungen umzuwandeln.
-
Außerdem enthält gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Extraktionsvorrichtung einen DC/DC-Energiewandler, um
das entzogene niederfrequente Energiesignal in eine oder mehrere
Ausgangsspannungen umzuwandeln.
-
Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
-
Die
vorliegende Erfindung wird aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung
in Verbindung mit den Zeichnungen verständlicher und deutlicher.
-
In
den Zeichnungen ist bzw. sind:
-
1A und 1B vereinfachte
Blockdiagrammdarstellungen von zwei alternativen Ausführungsformen
eines lokales Netzes, das eine Energieversorgung enthält, die
so betreibbar ist, dass sie elektrische Energie an Knoten eines
lokalen Netzes über
eine gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgebaute und betreibbare Kommunikationsverkabelung
liefert;
-
2A und 2B vereinfachte
Blockdiagrammdarstellungen von zwei alternativen Ausführungsformen
eines lokales Netzes, das eine Energieversorgung enthält, die
so betreibbar ist, dass sie elektrische Energie an Knoten eines
lokalen Netzes über
eine gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgebaute und betreibbare Kommunikationsverkabelung
liefert;
-
3A und 3B vereinfachte
Blockdiagrammdarstellungen von Hubs, die in den Ausführungsformen
der 1A bzw. 1B nützlich sind;
-
4A und 4B vereinfachte
Blockdiagrammdarstellungen von Hubs und Energieversorgungs-Subsystemen,
die in den Ausführungsformen der 2A und 2B nützlich sind;
-
5 eine
vereinfachte Blockdiagrammdarstellung einer intelligenten Energiezuordnungs- und Berichtsschaltung,
die in den Ausführungsformen
der 3A, 3B, 4A und 4A nützlich ist.
-
6 eine
vereinfachte schematische Darstellung der Ausführungsform von 5;
-
7A und 7B vereinfachte
Blockdiagrammdarstellungen von LAN-Knotenschnittstellenschaltungen, die
in den Ausführungsformen
der 1A und 2A bzw. 1B und 2B nützlich sind;
-
8A–8G vereinfachte
Blockdiagramm- und Schaltbilddarstellungen von verschiedenen Ausführungsformen
eines in den Ausführungsformen
der 3A und 4A nützlichen
Kombinators;
-
9A–9G vereinfachte
Blockdiagramm- und Schaltbilddarstellungen von verschiedenen Ausführungsformen
eines in den Ausführungsformen
der 1A, 2A und 7A nützlichen Kombinators;
-
10A und 10B vereinfachte
Blockdiagrammdarstellungen von zwei alternativen Ausführungsformen
eines Kommunikationsnetzes, das eine Energieversorgung und Verwaltung über eine
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgebauten und betreibbaren Kommunikationsverkabelung
enthält;
-
11A und 11B vereinfachte
Blockdiagrammdarstellungen von zwei alternativen Ausführungsformen
eines lokalen Netzes, das eine Energieversorgungs- und Verwaltungseinheit
enthält,
die so betreibbar ist, dass sie elektrische Energie an lokale Netzknoten über eine
Kommunikationsverkabelung liefert;
-
12A und 12B vereinfachte
Blockdiagrammdarstellungen eines in den Ausführungsformen der 10A und 10B nützlichen
Hubs;
-
13A und 13B vereinfachte
Blockdiagrammdarstellungen eines in den Ausführungsformen der 11A und 11B nützlichen
Hubs und einer Energieversorgung und Verwaltungs-Subsystem;
-
14A und 14B vereinfachte
Blockdiagrammdarstellungen von zwei in den Ausführungsformen der 10A, 10B, 11A und 11B nützlichen
Knotenkonfigurationen;
-
15 eine vereinfachte Blockdiagrammdarstellung
einer Knotenkonfiguration, welche in 14A und 14B dargestellte Merkmale kombiniert;
-
16 ein verallgemeinertes Flussdiagramm; das Energieverwaltung
sowohl im normalen Betrieb als auch in Betriebsmodi mit reduzierter
Energie der Netze der 10A, 10B, 11A und 11B darstellt;
-
17 ein verallgemeinertes Flussdiagramm, das einen
Schritt in dem Flussdiagramm von 16 darstellt;
-
18A und 18B zusammen
ein verallgemeinertes Flussdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform
der Abfrage und Anfangsenergieversorgungs-Funktionalität darstellt,
welche in 17 auftritt;
-
19A, 19B, 19C und 19D verallgemeinerte
Flussdiagramme, welche jeweils einen möglichen Mechanismus für einen
Betrieb mit voller oder keiner Funktionalität in einem Schritt unfreiwilliger
Energieverwaltung in dem Flussdiagramm von 16 darstellen;
-
20A, 20B, 20C und 20D verallgemeinerte
Flussdiagramme, welche jeweils einen möglichen Mechanismus für einen
Betrieb mit voller oder reduzierter Funktionalität in einem Schritt unfreiwilliger
Energieverwaltung in dem Flussdiagramm von 16 darstellen;
-
21A, 21B, 21C und 21D verallgemeinerte
Flussdiagramme, welche jeweils einen möglichen Mechanismus für einen
Knoten-initiierten Schlafmodusbetrieb in einem Schritt freiwilliger Energieverwaltung
von 16 darstellen;
-
22A, 22B, 22C und 22D verallgemeinerte
Flussdiagramme, welche jeweils einen möglichen Mechanismus für einen
Hub-initiierten Schlafmodusbetrieb in einem Schritt freiwilliger
Energieverwaltung von 16 darstellen;
-
23A, 23B, 23C und 23D verallgemeinerte
Flussdiagramme, welche jeweils einen möglichen Mechanismus für einen
priorisierten Betrieb unter voller oder keiner Funktionalität in einem
Schritt freiwilliger Energieverwaltung von 16 darstellen;
-
24A, 24B, 24C und 24D verallgemeinerte
Flussdiagramme, welche jeweils einen möglichen Mechanismus für einen
priorisierten Betrieb unter voller oder reduzierter Funktionalität in einem
Schritt freiwilliger Energieverwaltung von 16 darstellen;
-
25 eine Blockdiagrammdarstellung eines herkömmlichen
Datenkommunikationsnetzes, in welchem Netzvorrichtungen mit der
AC-Stromnetzenergieversorgung verbunden sind;
-
26A und 26B eine
Blockschaltbilddarstellung eines gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebauten
Beispieldatenkommunikationssystems ist, wobei Netzvorrichtungen
ihre elektrische Verbindungsfähigkeit
und Daten-Verbindungsfähigkeit über dasselbe
Kabel erhalten;
-
27 eine Blockdiagrammdarstellung, die eine Energie/Daten-Kombinatoreinheit
darstellt, um elektrische Energie in die Datenkommunikations-Infrastruktur
einzugeben; und
-
28 eine Blockdiagrammdarstellung, die eine Energie/Daten-Splittereinheit
zum Abtrennen elektrischer Energie aus der Datenkommunikations-Infrastruktur
enthält.
-
Detaillierte
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
-
Es
wird nun auf 1A Bezug genommen, welche eine
vereinfachte Blockdiagrammdarstellung eines lokales Netzes ist,
das gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgebaut und betreibbar ist. Wie es
in 1A zu sehen ist, wird ein lokales Netz (LAN) bereitgestellt,
das einen Hub 10 aufweist, welcher über eine Verkabelung 11,
bevorzugt ein strukturiertes Verkabelungssystem, mit mehreren LAN-Knoten,
wie z.B. einem Desktop-Computer 12, einer Web-Kamera 14,
einem Faxgerät 16,
einem auch als IP-Telefon 18 bekannten LAN-Telefon, einem
Computer 20 und einem Server 22 verbunden ist.
-
Die
Verkabelung 11 ist bevorzugt eine herkömmliche LAN-Verkabelung mit
vier Paaren verdrillter Kupferdrähte,
die unter einem gemeinsamen Mantel zusammengefasst sind. In der
Ausführungsform
von 1A wird, wie es hierin nachstehend beschrieben
wird, wenigstens eines von den Paaren der verdrillten Kupferdrähte zur Übertragung
sowohl von Daten als auch elektrischer Energie zu den Knoten des
Netzes verwendet. Typischerweise werden zwei derartige Paare zum Übertragen
sowohl von Daten als auch elektrischer Energie über jede Leitung verwendet,
die einen Hub mit jedem Knoten verbindet, während ein derartiges Paar nur
Daten transportiert, und ein viertes Paar in Reserve gehalten wird,
und weder Daten noch Energie überträgt.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird ein Energieversorgungs-Subsystem 30 bereitgestellt,
welches so arbeitet, dass es wenigstens etwas Betriebs- oder Reserveenergie
an wenigstens einige von den mehreren Knoten über den Hub 10 und
die den Hub mit den verschiedenen LAN-Knoten verbindende Kommunikationsverkabelung
liefert.
-
In
der dargestellten Ausführungsform
von 1A ist das Subsystem 30 innerhalb des
Hubs 10 angeordnet und enthält eine Energieversorgung 32, welche
Betriebsenergie und/oder Reserveenergie für verschiedene LAN-Knoten über die
Kommunikationsverkabelung liefert. Die Kommunikationsverkabelung
verbindet einen LAN-Switch 34 über einen Kombinator 36 mit
den verschiedenen LAN-Knoten. Der Kombinator speist elektrische
Energie aus der Energieversorgung 32 in die Kommunikationsverkabelung für wenigstens
einige von den LAN-Knoten ein. Bidirektionale Datenkommunikationen
aus dem LAN-Switch 34 passieren den Kombinator 36 im
Wesentlichen ohne Beeinflussung.
-
Man
kann sehen, dass die Kommunikationsverkabelung 11 von dem
Hub 10 zu dem Desktop-Computer 12, Faxgerät 16 und
Computer 20 sowohl Daten als auch Reserveenergie liefert,
während die
Kommunikationsverkabelung von dem Hub 10 zu der Hub-Kamera 14 und
dem LAN-Telefon 18 sowohl Daten als auch Betriebsenergie
liefert, und die Kommunikationsverkabelung von dem Hub an den Server 22 nur
Daten in einer typischen LAN-Anordnung
liefert, die gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung aufgebaut und betreibbar ist.
-
Es
ist ein besonderes Merkmal der Ausführungsform von 1A,
dass sowohl Daten als auch Energie über dasselbe verdrillte Kupferpaar
transportiert werden.
-
Man
wird erkennen, dass jeder von den LAN-Knoten 12–20,
welche Energie über
die Kommunikationsverkabelung empfangen, einen Separator enthält, um die
elektrische Energie von den Daten abzutrennen. In der dargestellten
Ausführungsform von 1A sind
die Separatoren typischerweise in den entsprechenden Knoten enthalten
und sind nicht getrennt bezeichnet, während andererseits erkennbar
ist, dass alternativ diskrete Separatoren verwendet werden könnten.
-
Es
wird nun auf 1B Bezug genommen, welche eine
vereinfachte Blockdiagrammdarstellung eines gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgebauten und betreibbaren Netzes ist.
Wie es in 1B zu sehen ist, wird ein lokales
Netz (LAN) mit einem Hub 60 bereitgestellt, welcher über eine
Verkabelung 61, bevorzugt ein strukturiertes Verkabelungssystem
mit mehreren LAN-Knoten, wie z.B. einem Desktop-Computer 62,
einer Web-Kamera 64, einem Faxgerät 66, einem auch als
IP-Telefon 68 bekannten LAN-Telefon,
einem Computer 70 und einem Server 72 verbunden
ist.
-
Die
Verkabelung 61 ist bevorzugt eine herkömmliche LAN-Verkabelung mit
vier Paaren verdrillter Kupferdrähte,
die unter einem gemeinsamen Mantel zusammengefasst sind. In der
Ausführungsform
von 1B wird im Gegensatz zu der vorstehend unter Bezugnahme
auf 1A beschriebenen Anordnung, und wie es hierin
nachstehend beschrieben wird, wenigstens eines von den Paaren der
verdrillten Kupferdrähte
nur für
die Übertragung
von elektrischer Energie zu den Knoten des Netzes verwendet, und
wenigstens eines von den Paaren der verdrillten Kupferdrähte wird
nur für
die Übertragung von
Daten verwendet. Typischerweise werden zwei derartige Paare nur
für die Übertragung
von Daten verwendet und zwei derartige Paare werden nur für die Lieferung
elektrischer Energie über
die einen Hub mit jedem Knoten verbindende Leitung verwendet.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird ein Energieversorgungs-Subsystem 80 bereitgestellt,
welches so arbeitet, dass es wenigstens etwas Betriebs- oder Reserveenergie
an wenigstens einige von den mehreren Knoten über den Hub 60 und
die Kommunikationsverkabelung 61, die den Hub mit den verschiedenen
LAN-Knoten verbindet, liefert.
-
In
der in 1B dargestellten Ausführungsform
ist das Subsystem 80 innerhalb des Hubs 60 angeordnet
und enthält
eine Energieversorgung 82, welche Betriebsenergie und/oder
Reserveenergie an die verschiedenen LAN-Knoten über die Kommunikationsverkabelung
liefert. Die Kommunikationsverkabelung verbindet einen LAN-Switch 84 über eine Energieversorgungsschnittstelle 86 mit
den verschiedenen LAN-Knoten. Die Energieversorgungsschnittstelle 86 verteilt
elektrische Energie aus der Energieversorgung 82 über verdrillte
Paare der Kommunikationsverkabelung 61, welche nicht für den Transport von
Daten verwendet werden, an wenigstens einige von den LAN-Knoten.
Bidirektionale Datenübertragungen
aus dem LAN-Switch 84 passieren die Energieversorgungsschnittstelle 86 im
Wesentlichen ohne Beeinflussung.
-
Es
ist zu sehen, dass die Kommunikationsverkabelung 61 von
dem Hub 60 zu dem Desktop-Computer 62, dem Faxgerät 66 und
dem Computer 70 sowohl Daten als auch Reserveenergie über getrennte
verdrillte Paare liefert, während
die Kommunikationsverkabelung 61 von dem Hub 60 zu
der Hub-Kamera 64 und dem LAN-Telefon 68 sowohl
Daten als auch Betriebsenergie über
getrennte verdrillte Paare überträgt, und
die Kommunikationsverkabelung 61 von dem Hub 60 zu
dem Server 72 nur Daten in einer typischen LAN-Anordnung überträgt, die
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgebaut und betreibbar ist.
-
Es
ist ein spezielles Merkmal der Ausführungsform von 1B,
dass Daten und Energie auf getrennten verdrillten Kupferpaaren jeder
Kommunikationsverkabelungsleitung transportiert werden.
-
Man
erkennt, dass jeder von den LAN-Knoten 62–70,
welcher Energie über
die Kommunikationsverkabelung 61 empfängt, einen Verbinder enthält, um die
verdrillten Paare, die elektrische Energie an eine Knotenstromversorgung
liefern, zu verbinden, und um getrennt die verdrillten Paare, die
Daten an einen Dateneingang des Knotens liefern, zu verbinden. In
der dargestellten Ausführungsform
von 1B sind die Verbinder typischerweise innerhalb der
entsprechenden Knoten und sind nicht getrennt bezeichnet, da man
erkennt, dass alternativ diskrete Verbinder verwendet werden können.
-
Man
erkennt, dass 1A und 1B zwei Ausführungsformen
eines Systems darstellen, das elektrische Energie an mehrere LAN-Knoten über einen
Hub und eine Kommunikationsverkabelung liefert, die den Hub mit
verschiedenen LAN-Knoten verbindet. Weitere zwei Ausführungsformen
eines Systems, welche elektrische Energie an mehrere LAN-Knoten über einen
Hub und eine Kommunikationsverkabelung liefern, die den Hub mit
den verschiedenen LAN-Knoten verbinden, sind in 2A und 2B dargestellt. 2A und 2B stellen ein
lokales Netz mit einer Energieversorgung dar, die so betreibbar
ist, dass sie elektrische Energie an lokale Netzknoten über eine
Kommunikationsverkabelung liefert.
-
In
der dargestellten Ausführungsform
von 2A liefert ein herkömmlicher Hub 100 keine
elektrische Energie über
die Kommunikationsverkabelung 101 und ein Energieversorgungs-Subsystem 130 ist
außerhalb
des Hubs 100 angeordnet und enthält eine Energiever sorgung 132,
welche Betriebsenergie und/oder Reserveenergie an verschiedene LAN-Knoten über die
Kommunikationsverkabelung 101 liefert. Die Kommunikationsverkabelung
verbindet einen LAN-Switch 134 des konventionellen Hubs 100 mit
einem Kombinator 136 in einem Energieversorgungs-Subsystem 130 und
verbindet den Kombinator mit den verschiedenen LAN-Knoten. Der Kombinator 136 liefert
elektrische Energie aus der Energieversorgung 132 über die
Kommunikationsverkabelung an wenigstens einige von den LAN-Knoten. Die
bidirektionale Datenübertragung
aus dem LAN-Switch 134 passiert den Kombinator 136 im
Wesentlichen ohne Beeinflussung.
-
Die
Verkabelung 101 ist bevorzugt eine herkömmliche LAN-Verkabelung mit
vier Paaren verdrillter Kupferdrähte,
die unter einem gemeinsamen Mantel zusammengefasst sind. In der
Ausführungsform
von 2A wird, wie es hierin nachstehend beschrieben
wird, wenigstens eines von den Paaren der verdrillten Kupferdrähte zum Übertragen
sowohl von Daten als auch elektrischer Energie an die Knoten des
Netzes verwendet. Typischerweise werden zwei derartige Knoten für die Übertragung
sowohl von Daten als auch elektrischer Energie über jede das Energieversorgungs-Subsystem 130 mit
jedem Knoten verbindende Leitung übertragen, während ein
derartiges Paar nur Daten transportiert und ein viertes Paar in
Reserve gehalten wird und weder Daten noch Energie transportiert.
-
Man
sieht, dass die Kommunikationsverkabelung 101 aus dem Energieversorgungs-Subsystem 130 zu
dem Desktop-Computer 112, Faxgerät 116 und Computer 120 sowohl
Daten als auch Reserveenergie transportiert, während die Kommunikationsverkabelung
aus dem Energieversorgungs-Subsystem 130 zu der Hub-Kamera 114 und
dem LAN-Telefon 118 sowohl Daten als auch Betriebsenergie überträgt, und
die Kommunikationsverkabelung von dem Hub 100 an den Server 122 nur
Daten überträgt, und
das Subsystem 130 in einer typischen LAN-Anordnung, die
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgebaut und betreibbar ist, passieren
kann, aber nicht muss.
-
Es
ist ein besonderes Merkmal der Ausführungsform von 2A,
dass sowohl Daten als auch Energie auf demselben verdrillten Kupferpaar
transportiert werden.
-
In
der dargestellten Ausführungsform
von 2A ist jeder von den LAN-Knoten 112–120,
welcher Energie empfängt,
mit einem externen Separator zum Abtrennen der Daten von der über die
Kommunikationsverkabelung eingespeisten elektrischen Energie versehen.
Die den entsprechenden Knoten 112–120 zugeordnet externen
Separatoren sind mit entsprechenden Bezugszeichen 142–149 bezeichnet.
Jeder derartige Separator besitzt einen Kommunikationsverkabelungseingang
und getrennte Daten-Energieausgänge.
Man erkennt, dass einige oder alle von den Knoten 112–120 alternativ
mit internen Separatoren versehen sein können, und dass einige oder
alle Knoten 112–120 mit
externen Separatoren versehen sein können.
-
Man
erkennt, dass zusätzlich
zu den hierin vorstehend beschriebenen LAN-Knoten die vorliegende
Erfindung mit beliebigen anderen geeigneten Knoten nützlich ist,
wie z.B. drahtlose LAN-Zugangspunkten, Notbeleuchtungssystemelementen,
Durchsagelautspre chern, CCTV-Kameras, Alarmsensoren, Türüberwachungssensoren,
Zugangssteuereinheiten, Laptop-Computern, Netzelementen, wie z.B. Hubs,
Switches und Routern, Monitoren und Speicherreserveeinheiten für PCs und
Arbeitsstationen.
-
In
der dargestellten Ausführungsform
von 2B liefert ein herkömmlicher
Hub 150 keine elektrische Energie über die Kommunikationsverkabelung 151 und
ein Energieversorgungs-Subsystem 180 ist außerhalb
des Hubs 150 angeordnet und enthält eine Energieversorgung 182,
welche Betriebsenergie und/oder Reserveenergie an verschiedene LAN-Knoten über die
Kommunikationsverkabelung 151 liefert. Die Kommunikationsverkabelung
verbindet einen LAN-Switch 184 eines herkömmlichen Hubs 150 mit
einer Energieversorgungsschnittstelle 186 in einem Energieversorgungs-Subsystem 180 und
verbindet die Energieversorgungsschnittstelle 186 mit den
verschiedenen LAN-Knoten. Die Energieversorgungs-Schnittstelle verteilt
elektrische Energie aus der Energieversorgung 182 über die
Kommunikationsverkabelung an wenigstens einige von den LAN-Knoten.
Eine bidirektionale Datenübertragung
aus dem LAN-Switch 184 passiert die Energieversorgungsschnittstelle 186 im
Wesentlichen ohne Beeinflussung.
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Die
Verkabelung 151 ist bevorzugt eine herkömmliche LAN-Verkabelung mit
vier Paaren verdrillter Kupferdrähte,
die unter einem gemeinsamen Mantel zusammengefasst sind. In der
Ausführungsform
von 2B wird im Gegensatz zu der
vorstehend unter Bezugnahme auf 2A beschriebenen Anordnung,
und wie es hierin nachstehend beschrieben wird, wenigstens eines
von den Paaren der verdrillten Kupferdrähte nur für die Übertragung elektrischer Energie
an die Knoten des Netzes und wenigstens eines von den Paaren der
verdrillten Kupferdrähte
nur für
die Übertragung
von Daten verwendet. Typischerweise werden zwei derartige Paare
nur zur Übertragung
von Daten und zwei derartige Paare nur zum Übertragen von elektrischer
Energie über
jede Leitung, die einen Hub mit jedem Knoten verbindet, verwendet.
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Man
sieht, dass die Kommunikationsverkabelung 151 von dem Hub 150 zu
dem Desktop-Computer 162,
dem Faxgerät 166,
und dem Computer 170 sowohl Daten als auch Reserveenergie
transportiert, während
die Kommunikationsverkabelung von dem Hub 150 zu der Hub-Kamera 164 und
dem LAN-Telefon 168 sowohl Daten als auch Betriebsenergie
transportiert, und die Kommunikationsverkabelung von dem Hub 150 zu
dem Server 172 nur Daten transportiert, und das Subsystem 180 in
einer typischen LAN-Umgebung, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgebaut und betreibbar ist, passieren
kann, aber nicht muss.
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Es
ist ein spezielles Merkmal der Ausführungsform von 2B, dass die Daten und die Energie auf getrennten
verdrillen Kupferpaaren in jeder Kommunikationsverkabelungsleitung
transportiert werden.
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In
der dargestellten Ausführungsform
von 2B ist jeder von den LAN-Knoten 162–170,
welcher Energie empfängt,
mit einem externen Verbinder versehen, um getrennt Daten und elektrische
Energie aus der Kommunikationsverkabelung zu liefern. Die den ent sprechenden
Knoten 162–170 zugeordneten
externen Verbinder sind durch entsprechende Bezugszeichen 192–199 bezeichnet.
Jeder von derartigen Verbindern besitzt einen Kommunikationsverkabelungseingang
und getrennte Daten- und Energieausgänge. Man wird erkennen, dass
einige oder alle von den Knoten 162–170 alternativ mit
internen Verbindern versehen sein können, und dass einige oder
alle von den Knoten 162–170 mit externen
Verbindern versehen sein können.
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Man
erkennt, dass zusätzlich
zu den hierin vorstehend beschriebenen LAN-Knoten die vorliegende
Erfindung mit beliebigen anderen geeigneten Knoten nützlich ist,
wie z.B. drahtlose LAN-Zugangspunkten, Notbeleuchtungssystemelementen,
Durchsagelautsprechern, CCTV-Kameras, Alarmsensoren, Türüberwachungssensoren,
Zugangssteuereinheiten, Laptop-Computern, Netzelementen, wie z.B. Hubs,
Switches und Routern, Monitoren und Speicherreserveeinheiten für PCs und
Arbeitsstationen.
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Es
wird nun auf 3A Bezug genommen, welches
eine vereinfachte Blockdiagrammdarstellung eines Hubs, wie z.B.
eines Hubs 10 ist, der in der Ausführungsform von 1A nützlich ist.
Der Hub 10 weist bevorzugt einen herkömmlichen, kommerziell erhältlichen
LAN-Switch 34 auf, welcher als ein Datenkommunikations-Switch/Repeater
arbeitet und mit dem Kombinator 36 verbunden ist. Der Kombinator 36 weist
typischerweise mehrere Koppler 220 auf, wovon jeder über ein
Filter 222 mit einer intelligenten Energiezuordnungs- und
Berichtsschaltung (SPEAR) 224 verbunden ist. Jede SPEAR 224 ist
mit einer Energieversorgung 32 für die Aufnahme elektrischer Energie
daraus verbunden. Man erkennt, dass die Energieversorgung 32 physisch
außerhalb
des Hubs 10 angeordnet sein kann. Die Energieversorgung 32 kann
mit einer Energieausfall-Reserveeinrichtung, wie z.B. einer Batterieverbindung
ausgestattet sein.
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Jeder
Koppler 220 besitzt zwei Anschlüsse, wovon einer bevorzugt
mit einem Anschluss des LAN-Switch 34 verbunden ist und
der andere davon über
eine Kommunikationsverkabelung mit einem LAN-Knoten verbunden ist.
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Die
Koppler 220 arbeiten bevorzugt so, dass sie elektrische
Energie in die Kommunikationsverkabelung im Wesentlichen ohne Beeinflussung
der Datenkommunikation darüber
einspeisen.
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Filter 222 arbeiten
bevorzugt so, dass sie eine unerwünschte Kopplung zwischen den
Anschlüsse
und den Paaren, die üblicherweise
als "Übersprechen" bekannt ist, vermeiden,
und verhindern, dass Beeinflussungen aus der Energieversorgung 32 die
Kommunikationsverkabelung erreichen. Alternative Filter 222 müssen nicht
vorgesehen sein.
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Ein
zentrales Verwaltungs- und Steuersystem 226, das typischerweise
in einem Mikrocontroller verkörpert
ist, steuert bevorzugt den Betrieb der Energieversorgung 32,
des LAN-Switch 34,
der Koppler 220, der Filter 222 und der SPEARs 224.
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Es
wird nun Bezug auf 3B genommen, welche eine vereinfachte
Blockdiagrammdarstellung eines Hubs, wie z.B. eines Hubs 60 ist,
der in der Ausführungsform
von 1B nützlich
ist. Der Hub 60 weist bevorzugt einen herkömmlichen,
kommerziell erhältlichen
Switch 84 auf, welcher als Datenkommunikations-Switch 60/Repeater
arbeitet und mit der Energieversorgungsschnittstelle 86 verbunden
ist. Die Energieversorgungsschnittstelle 86 weist typischerweise
mehrere Filter 272 auf, welche jeweils mit einer intelligenten
Energiezuweisungs- und Berichtsschaltung (SPEAR) 274 verbunden
sind. Jede SPEAR 274 ist mit der Energieversorgung 82 verbunden,
um daraus elektrische Energie aufzunehmen. Man erkennt, dass die
Energieversorgung 82 physisch außerhalb des Hubs 60 angeordnet
sein kann. Die Energieversorgung 82 kann mit einer Energieausfall-Reserveeinrichtung,
wie z.B. einer Batterieverbindung versehen sein.
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Die
Filter 272 arbeiten bevorzugt so, dass sie eine unerwünschte Kopplung
zwischen den Anschlüssen,
die üblicherweise
als "Übersprechen" bekannt ist, vermeiden,
und verhindern, dass Beeinflussungen aus der Energieversorgung 32 die
Kommunikationsverkabelung erreichen.
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Ein
zentrales Verwaltungs- und Steuersystem 276, das typischerweise
in einem Mikrocontroller verkörpert
ist, steuert bevorzugt den Betrieb der Energieversorgung 82,
des LAN-Switch 84,
der Koppler 220, der Filter 272 und der SPEARs 274.
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Es
ist zu sehen, dass in der Ausführungsform von 3B keine Koppler vorgesehen sind, da Energie und
Daten über
getrennte verdrillte Paare übertragen
werden. Die auf den Leitern über
die Energieversorgungsschnittstelle transportierten Daten bleiben
im Wesentlichen durch den Betrieb der Energieversorgungsschnittstelle
unbeeinflusst.
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Es
wird nun auf 4A Bezug genommen, welche eine
vereinfachte Blockdiagrammdarstellung eines Hubs 100 und
des Energieversorgungs-Subsystems 130 ist, das in der Ausführungsform
von 2A verwendet wird. Der Hub 100 enthält bevorzugt
einen herkömmlichen,
kommerziell erhältlichen LAN-Switch 134,
welcher als ein Daten-Kommunikations-Switch/Repeater funktioniert und mit
dem einen Teil des Energieversorgungs-Subsystems 130 bildenden
Kombinator 136 verbunden ist. Der Kombinator 136 weist
typischerweise mehrere Koppler 320 auf, wovon jeder über ein
Filter 322 mit einer intelligenten Energiezuordnungs- und
Berichtsschaltung (SPEAR) 324 verbunden ist. Jede SPEAR 324 ist
mit der Energieversorgung 132 (2A) für die Aufnahme
von elektrischer Energie daraus verbunden. Man erkennt, dass die
Energieversorgung 132 physisch außerhalb des Energieversorgungs-Subsystems 130 angeordnet
sein kann. Die Energieversorgung 132 kann mit einer Energieausfall-Reserveeinrichtung, wie
z.B. einer Batterieverbindung versehen sein.
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Jeder
Koppler 320 besitzt zwei Anschlüsse, wovon einer bevorzugt
mit einem Anschluss des LAN-Switch 134 verbunden ist und
der andere davon bevorzugt über
eine Kommunikationsverkabelung mit einem LAN-Knoten verbunden ist.
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Die
Koppler 320 arbeiten bevorzugt so, dass sie die elektrische
Energie in die Kommunikationsverkabelung ohne Beeinflussung der
Datenkommunikation darin einspeisen.
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Die
Filter 322 arbeiten so, dass sie eine unerwünschte Kopplung
zwischen Anschlüssen
und Kopplung zwischen Paaren, üblicherweise
als "Übersprechen" bekannt, verhindern
und verhindern, dass eine Störung
aus der Energieversorgung 132 die Kommunikationsverkabelung
erreicht.
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Ein
zentrales Verwaltungs- und Steuersystem 326, das typischerweise
in einem Mikrocontroller verkörpert
ist, steuert bevorzugt den Betrieb der Energieversorgung 132,
der Koppler 320, der Filter 322 und der SPEARs 324.
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Es
wird nun auf 4B Bezug genommen, welche eine
vereinfachte Blockdiagrammdarstellung eines Hubs 150 und
des Energieversorgungs-Subsystems 180 ist, das in der Ausführungsform
von 2B verwendet wird. Der Hub 150 enthält bevorzugt
einen herkömmlichen,
kommerziell erhältlichen LAN-Switch 184,
welcher als ein Daten-Kommunikations-Switch/Repeater funktioniert und mit
einem einen Teil des Energieversorgungs-Subsystems 180 bildenden Energieversorgungsschnittstelle 186 verbunden
ist. Die Energieversorgungsschnittstelle 186 weist typischerweise
mehrere Filter 372 auf, wovon jeder mit einer intelligenten
Energiezuordnungs- und Berichtsschaltung (SPEAR) 324 verbunden
ist. Jede SPEAR 374 ist mit der Energieversorgung 182 (2B) für
die Aufnahme von elektrischer Energie daraus verbunden. Man erkennt,
dass die Energieversorgung 182 physisch außerhalb
des Energieversorgungs-Subsystems 182 angeordnet sein kann. Die
Energieversorgung 182 kann mit einer Energieausfall-Reserveeinrichtung,
wie z.B. einer Batterieverbindung versehen sein.
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Die
Filter 372 arbeiten so, dass sie eine unerwünschte Kopplung
zwischen Anschlüssen
und Kopplung zwischen Paaren, üblicherweise
als "Übersprechen" bekannt, verhindern
und verhindern, dass eine Störung
aus der Energieversorgung 182 die Kommunikationsverkabelung
erreicht.
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Ein
zentrales Verwaltungs- und Steuersystem 376, das typischerweise
in einem Mikrocontroller verkörpert
ist, steuert bevorzugt den Betrieb der Energieversorgung 182,
der Filter 372 und der SPEARs 374.
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Es
ist zu sehen, dass in der Ausführungsform von 4B keine Koppler vorgesehen sind, da Energie und
Daten über
getrennte verdrillte Paare übertragen
werden. Die auf den Leitern über
die Energieversorgungsschnittstelle transportierten Daten bleiben
im Wesentlichen durch den Betrieb der Energieversorgungsschnittstelle
unbeeinflusst.
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Man
erkennt, dass die Energieversorgung 32 (3A), Energieversorgung 82 (3B), Energieversorgung 132 (4A) und Energieversorgung 182 (4B) Ausgangsenergie an die SPEARs 224 (3A), SPEARs 274 (3B), 324 (4A) bzw. 374 (4B),
jeweils über
ein Paar von Leitern liefern, wovon einer als positiver Leiter bezeichnet
und mit (+) dargestellt wird, und der andere davon als ein negativer
Leiter bezeichnet und mit (–)
dargestellt wird. Die an die entsprechenden positiven und negativen
Leiter angelegten Spannungen werden entsprechend als +Vin und –Vin bezeichnet.
Die Differenz dazwischen wird als Vin bezeichnet.
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Es
wird auf 5 Bezug genommen, welche eine
vereinfachte Blockdiagrammdarstellung einer intelligenten Energiezuordnungs-
und Berichtsschaltung (SPEAR) 400 ist, die insbesondere
in den Ausführungsformen
von 3A, 3B und 4A, 4B nützlich ist, wenn Gleichstrom
in die Kommunikationsverkabelung eingespeist wird.
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Die
SPEAR 400 weist bevorzugt einen Stromsensor 402 auf,
welcher eine Eingangsspannung +Vin aus der Energieversorgung empfängt und ein
Signal erzeugt, welches proportional zu dem durchfließenden Strom
ist. Ein aus der Energieversorgung 32 (3A), 82 (3B), 132 (4A) oder 182 (4B)
empfangenes Spannungseingangssignal –Vin liefert ein Spannungsausgangssignal –Vout, welches
typischerweise gegenüber
dem Spannungseingangssignal –Vin
unverändert
ist.
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Das
Ausgangssignal des Stromsensors 402 wird mehreren Komparatoren 404 zugeführt, welche auch
entsprechende Bezugsspannungen Vref aus entsprechenden programmierbaren
Bezugsspannungsquellen 406, welche typischerweise als A/D-Wandler
implementiert sind, empfangen. Die programmierbaren Bezugsspannungsquellen 406 empfangen
Steuereingangssignale aus Verwaltungs- & Steuerschaltungen 226 (3A), 276 (3B), 326 (4A) und 376 (4B)
bevorzugt über
einen Bus 407. Alternativ müssen die Spannungsquellen 406 nicht
programmierbar sein.
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Die
Ausgangssignale der Komparatoren 404 werden einem Strombegrenzer
und einem Schalter 408 zugeführt, welcher eine Eingangsspannung
Vin über
den Stromsensor 402 empfängt und ein strombegrenztes
Spannungsausgangssignal Vout liefert. Die Ausgangsspannungen +Vout
und –Vout
werden als Eingangssignale an einen A/D-Wandler 409 geliefert,
welcher eine digitale Anzeige von Vout, welche die Differenz zwischen
+Vout und –Vout
ist, an die Verwaltungs- & Steuerschaltungen 226 (3A), 276 (3B), 326 (4A) und 376 (4B)
bevorzugt über
den Bus 407 ausgibt. Die Ausgangssignale der Komparatoren 404 werden
an die Verwaltungs- & Steuerschaltungen 226 (3A), 276 (3B), 326 (4A) und 376 (4B)
bevorzugt über
den Bus 407 geliefert, um als Überwachungseingangssignale zu
dienen, die Information bezüglich
des durch die SPEAR fließenden
Gleichstrom liefern.
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Die
Ausgangssignale von einigen der Komparatoren 404 werden
direkt an den Strombegrenzer und Schalter 408 geliefert,
während
die Ausgangssignale von anderen Komparatoren 404 daran über einen
Zeitgeber 410 und ein Flipflop 412 geliefert werden.
Die Komparatoren, deren Ausgangssignale direkt an den Strombegrenzungsschalter 408 geliefert werden,
erzeugen eine Zwischenstrombegrenzung bei einem relativ hohen Schwellenwert,
während
die Komparatoren, deren Ausgangssignale an den Strombegrenzungsschalter 408 über den
Zeitgeber 410 und das Flipflop 412 geliefert werden,
eine verzögerte
Stromabschaltung bei einem relativ niedrigen Schwellenwert erzeugen.
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Das
Flipflop 412 reagiert auf externe Eingangssignale, welche
eine Fernsteuerung des Betriebs des Strombegrenzers und des Schalters 408 durch
die Verwaltungs- & Steuerschaltungen 226 (3A), 276 (3B), 326 (4A) und 376 (4B) über den
Bus 407 freigeben.
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Man
erkennt, dass die vorstehend beschriebene SPEAR-Schaltung auch auf
dem negativen Leiter betrieben werden kann. In einem derartigen
Falle würde
ein Kurz-Leiter zwischen Vin und Vout angeschlossen werden.
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Man
erkennt ferner, dass die Komponenten der SPEAR auch in einer alternativen
Sequenz organisiert sein können.
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Es
wird nun auf 6 Bezug genommen, welche eine
vereinfachte Schaltbilddarstellung einer bevorzugten Implementation
der Ausführungsform von 5 ist.
Da identische Bezugszeichen in beiden 5 und 6 verwendet
werden, glaubt man, dass die Schaltbilddarstellung von 6 selbst
erläuternd
ist, und daher der Kürze
wegen keine zusätzliche
Textbeschreibung davon hier bereitgestellt wird.
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Es
wird nun auf 7A Bezug genommen, welche eine
vereinfachte Blockdiagrammdarstellung einer LAN-Knoten-Schnittstellenschaltung
ist, die in den Ausführungsformen
von 1A und 2A beispielsweise
für externe
Separatoren 142–149 nützlich ist.
Man erkennt, dass die Schaltung von 7A alternativ
in die LAN-Knoten eingebaut sein kann, wie es beispielsweise in 1A dargestellt
ist.
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7A stellt typische Bestandsteilelemente eines
Netzknotens 500 dar, welcher einen Datensendeempfänger 502,
eine über
das Stromnetz gespeiste Energieversorgung 504 und verschiedene
andere Elemente 506 in Abhängigkeit von der Funktionalität des Knotens
enthält.
Die Schnittstellenschaltung weist typischerweise einen Separator 508 auf,
welcher so arbeitet, dass er Daten und elektrische Energie über die
Kommunikationsverkabelung empfängt, und
ein Datenausgangssignal an den Datensendeempfänger 502 und ein getrenntes
Energieausgangssignal an eine über
das Kommunikationskabel gespeiste Energieversorgung 510 liefert,
welche bevorzugt einen Teil des Netzknotens 500 bildet,
welcher bevorzugt den Datensendeempfänger 502 und möglicherweise
irgendwelche andere geeignete Schaltungen mit Energie versorgt.
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Es
wird nun auf 7B Bezug genommen, welche eine
vereinfachte Blockdiagrammdarstellung einer LAN-Knoten-Schnittstellenschaltung
ist, die in den Ausführungsformen
der 1B und 2B beispielsweise
als elektrischer Verbinder 192–199 geeignet ist.
Man erkennt, dass die Schaltung von 7B alternativ
in LAN-Knoten, wie es beispielsweise in 1B dargestellt
ist, eingebaut sein kann.
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7B stellt typische Bestandsteilelemente eines
Netzknotens 550 dar, welcher einen Datensendeempfänger 552,
eine über
das Stromnetz gespeiste Energieversorgung 554 und verschiedene
andere Elemente 556 in Abhängigkeit von der Funktionalität des Knotens
enthält.
Die Schnittstellenschaltung weist typischerweise einen Verbinder 558 auf,
welcher so arbeitet, dass er Daten und elektrische Energie über die
Kommunikationsverkabelung empfängt, und
ein Datenausgangssignal an den Datensendeempfänger 552 und ein getrenntes
Energieausgangssignal an eine über
das Kommunikationskabel gespeiste Energieversorgung 560 liefert,
welche bevorzugt einen Teil des Netzknotens 550 bildet,
welcher bevorzugt den Datensendeempfänger 552 und möglicherweise
irgendwelche andere geeignete Schaltungen mit Energie versorgt.
-
Nun
wird Bezug auf die 8A–8E genommen,
welche vereinfachte Blockdiagrammdarstellungen verschiedener Ausführungsformen
eines Kopplers sind, der in den Ausführungsformen der 3A und 4A nützlich ist.
Die verschiedenen Ausführungsformen
haben den gemeinsamen Zweck, DC-Energie in die Kommunikationsverkabelung
ohne Belastung der Symmetrie darin einzukoppeln, während gleichzeitig
eine minimale Änderung
in deren Leitungsimpedanz erzeugt und eine Sättigung oder ein Durchbrennen
von damit verbundenen Leitungstransformatoren verhindert wird.
-
8A beschreibt einen Koppler 600, wie z.B.
den Koppler 220 (3A)
oder den Koppler 320 (4A),
der zur Verwendung mit einem LAN gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung geeignet ist, und welcher ein Paar zusätzlicher
Transformatoren 610 für
jeden Kanal enthält.
Die Transformatoren 610 sind typischerweise 1:1 Transformatoren,
welche dadurch gekennzeichnet sind, dass sie einen Mittelabgriff
an der Sekundärseite
enthalten, über
welchen die DC-Spannung beiden Drähten eines verdrillten Paares
zugeführt wird.
-
Diese
Struktur bewahrt die Symmetrie der Leitung und verhindert eine Kernsättigung.
Diese Struktur hat auch den Vorteil, dass aufgrund der Tatsache,
dass dieselbe Spannung auf beiden Drähten des verdrillten Paares
gleichzeitig transportiert wird, das Auftreten eines Kurzschlusses
daran entlang keine Energieüberlastung
bewirkt. Ein zusätzlicher
Vorteil dieser Struktur besteht darin, dass sie kein Durchbrennen
eines LAN-Knotens bewirkt, welcher nicht speziell für die Aufnahme
von Energie über
das verdrillte Paar angepasst ist.
-
8B beschreibt einen Koppler 620, wie z.B.
den Koppler 220 (3A)
oder den Koppler 320 (4A),
der zur Verwendung mit einem LAN gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung geeignet ist, und welcher ein Paar zusätzlicher
Transformatoren 630 für
jeden Kanal enthält.
Die Transformatoren 630 sind typischerweise 1:1 Transformatoren,
welche dadurch gekennzeichnet sind, dass sie eine Sekundärwicklung 632 enthalten,
welche in zwei getrennte Wicklungen 634 und 636 aufgeteilt
ist. Ein Kondensator 640 ist zwischen die Wicklungen 634 und 636 geschaltet.
Der Kondensator verbindet die zwei Wicklungen für Hochfrequenzsignale, wie
z.B. Datensignale wirksam in Reihe, isoliert aber wirksam die zwei
Wicklungen für DC-Spannung.
-
Diese
Struktur ermöglicht
den Wicklungen, entsprechende positive und negative Spannungen über dasselbe
verdrillte Paar zu transportieren. Ein Vorteil dieser Struktur ist,
dass sie einen Netto-Null-DC-Strom über das verdrillte Paar anlegt
und somit das Magnetfeld beseitigt, das andernfalls vorliegen würde, wenn
das verdrillte Paar DC-Strom in denselben Richtungen transportieren
würde.
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8C beschreibt einen Koppler 650, wie z.B.
einen Koppler 220 (3A)
oder Koppler 320 (4A),
der zur Verwendung mit einem LAN gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung geeignet ist, und welcher ein Paar von Kondensatoren 660 enthält, welche
wirksam verhindern, dass DC-Spannung den LAN-Switch erreicht. Diese
Struktur ist relativ einfach und erfordert keinen zusätzlichen
Transformator.
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8D beschreibt einen Koppler 670, wie z.B.
den Koppler 220 (3A)
oder den Koppler 320 (4A),
welcher zur Verwendung mit einem LAN gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung geeignet ist, und welcher zwei Paare
von Kondensatoren 680 und 690 enthält, welche
effektiv verhindern, dass DC-Spannung den LAN-Schalter erreicht. Diese Struktur ist
ebenfalls relativ einfach und erfordert keinen zusätzlichen
Transformator.
-
Diese
Struktur hat auch den Vorteil, dass aufgrund der Tatsache, dass
dieselbe Spannung auf beiden Drähten
des verdrillten Paares gleichzeitig transportiert wird, das Auftreten
eines Kurzschlusses daran entlang keine Energieüberlastung bewirkt. Ein zusätzlicher
Vorteil dieser Struktur besteht darin, dass sie kein Durchbrennen
eines LAN-Knotens bewirkt, welcher nicht speziell für den Empfang
von Energie über
das verdrillte Paar angepasst ist.
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8E beschreibt einen Koppler 700, wie z.B.
den Koppler 220 (3A)
oder Koppler 320 (4A),
welcher zur Verwendung mit einem LAN gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung geeignet ist, und welcher eine selbst
symmetrierende Gleichtaktkopplungsschaltung ist. Der Kombinator 700 weist
zwei Paare einstellbarer aktiver Symmetrierungsschaltungen 702 und 704 auf,
welche in Verbindung mit entsprechenden Mess- und Steuerschaltungen 706 und 708 betreibbar
sind.
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Es
ist ein spezielles Merkmal der Ausführungsform von 8E, dass die zwei Paare einstellbarer aktiver
Symmetrierungsschaltungen 702 und 704 in Verbindung
mit entsprechenden Mess- und Steuerschaltungen 706 und 708 betreibbar
sind, um genau identische Spannung auf jeden von den zwei Drähten, die
ein damit verbundenes verdrilltes Paar bilden, aufrechtzuerhalten.
-
Normalerweise
wird das Ausgangssignal eines LAN-Switch in die Kommunikationsverkabelung über einen
Isolationstransformator 710 eingespeist, welcher nicht
Teil des Kopplers 700 ist. Wenn genau identische Spannungen,
wie vorstehend, erwähnt
an jeden von den zwei Drähten,
die das verdrillte Paar ausbilden, angelegt werden, liegt keine
DC-Spannung über
den Sekundärwicklungen
des Isolationstransformators 710 an, und somit fließt kein DC-Strom
durch diesen. Dieses erübrigt
die Notwendigkeit von DC- Isolationskondensatoren
und verbessert somit das Symmetrierungs- und Impedanzanpassungsverhalten
des Kombinators.
-
Man
erkennt, dass, obwohl in einem theoretisch idealen System keine
Notwendigkeit für
eine aktive Symmetrierung, wie sie in der Ausführungsform von 8E vorgesehen ist, vorhanden wäre, in der Realität aufgrund
von Veränderungen
in dem DC-Widerstand über
dem gesamten Kommunikationsverkabelungssystem die DC-Spannungen
auf den zwei Drähten
des verdrillten Paares bei Abwesenheit einer aktiven Symmetrierung
nicht identisch wären,
und somit einen DC-Spannungsabfall über der Sekundärseite des
Transformators 710 erzeugen, welche entweder eine Sättigung
oder ein Durchbrennen des Transformators 710 bewirken würde.
-
Es
wird nun Bezug auf 8F genommen, welche eine vereinfachte
schematische Darstellung einer bevorzugten Implementation der Ausführungsform
von 8E ist. Da identische Bezugszeichen
in beiden 8E und 8F verwendet
werden, wird die Schaltbilddarstellung von 8F für selbst
erläuternd
gehalten und daher ist hierin zur Verkürzung keine zusätzliche
Textbeschreibung dafür
vorgesehen.
-
Es
wird nun Bezug auf 8G genommen, welche eine vereinfachte
schematische Darstellung einer bevorzugten Implementation der Ausführungsform
von 8E ist. Da identische Bezugszeichen
in beiden 8E und 8G verwendet
werden, wird die Schaltbilddarstellung von 8G für selbst
erläuternd
gehalten und daher ist hierin zur Verkürzung keine zusätzliche
Textbeschreibung dafür
vorgesehen.
-
Es
wird nun Bezug auf die 9A–9G genommen,
welche vereinfachte Blockdiagrammdarstellungs- und Schaltbilddarstellungen
verschiedener Ausführungsformen
eines in den Ausführungsformen der 1A, 2A und 7A bevorzugt
in Kombination mit entsprechenden Kombinatoren von 8A–8G nützlichen
Separators sind.
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Zusätzlich zu
den in den 9A–9G enthaltenen
Komponenten können
diese Separatoren auch geeignete Filter enthalten, um Übersprechen
zwischen Paaren und zwischen Anschlüssen zu vermeiden.
-
Die
verschiedenen Ausführungsformen
haben den gemeinsamen Zweck der Auskopplung der DC-Energie aus der
Kommunikationsverkabelung ohne die Symmetrie dazwischen zu beeinträchtigen, während gleichzeitig
eine minimale Änderung
in der Leitungsimpedanz erzeugt wird und eine Sättigung oder ein Durchbrennen
von damit verbundenen Leitungstransformatoren verhindert wird.
-
9A beschreibt einen Separator 1600, wie
z.B. den Separator 142 (2A), der
zur Verwendung mit einem LAN gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung geeignet ist und welcher ein Paar zusätzlicher
Transformatoren 1610 für
jeden Kanal enthält.
Die Transformatoren 1610 sind typischerweise 1:1 Transformatoren, welche
dadurch gekennzeichnet sind, dass sie einen Mittelabgriff an der
Primärwicklung
enthalten, von welchem die DC-Spannung aus beiden Drähten eines
verdrillten Paares entnommen wird.
-
Diese
Struktur hält
die Symmetrie der Leitung aufrecht und verhindert eine Kernsättigung.
Diese Struktur hat auch den Vorteil, dass aufgrund der Tatsache,
dass dieselbe Spannung auf beiden Drähten des verdrillten Paares
gleichzeitig transportiert wird, das Auftreten eines Kurzschlusses
daran entlang keine Energieüberlastung
bewirkt. Ein zusätzlicher
Vorteil dieser Struktur besteht darin, dass sie kein Durchbrennen
eines LAN-Knotens bewirkt, welcher nicht speziell für den Empfang
von Energie über das
verdrillte Paar angepasst ist.
-
9B beschreibt einen Separator 1620, wie
z.B. den Separator 142 (2A), der
zur Verwendung mit einem LAN gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung geeignet ist und welcher ein Paar zusätzlicher
Transformatoren 1630 für
jeden Kanal enthält.
Die Transformatoren 1630 sind typischerweise 1:1 Transformatoren, welche
dadurch gekennzeichnet sind, dass sie eine Primärwicklung enthalten, welche
in zwei getrennte Wicklungen 1634 und 1636 aufgeteilt
ist. Ein Kondensator 1640 ist zwischen die Wicklungen 1634 und 1636 geschaltet.
Der Kondensator verbindet wirksam die zwei Wicklungen für Hochfrequenzsignale,
wie z.B. Datensignale in Reihe, isoliert aber effektiv die zwei
Wicklungen für
DC-Spannung.
-
Diese
Struktur ermöglicht
den zwei Wicklungen, entsprechende positive und negative Spannung über dasselbe
verdrillte Paar zu transportieren. Ein Vorteil dieser Struktur ist,
dass sie einen Netto-Null-DC-Strom über dem verdrillten Paar anlegt, und
somit das Magnetfeld beseitigt, das ansonsten existieren würde, wenn
das verdrillte Paar DC-Strom in denselben Richtungen transportieren
würde.
-
9C beschreibt einen Separator 1650, wie
z.B. den Separator 142 (2A), der
zur Verwendung mit einem LAN gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung geeignet ist und welcher ein Paar Kondensatoren 1660 enthält, welche
effektiv die DC-Spannung am Erreichen der Knotenschaltungen hindern.
Diese Struktur ist relativ einfach und erfordert keinen zusätzlichen Transformator.
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9D beschreibt einen Separator 1670, wie
z.B. den Separator 142 (2A), der
zur Verwendung mit einem LAN gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung geeignet ist und welcher zwei Paare zusätzlicher
Kondensatoren 1680 und 1690 enthält, welche
effektiv die DC-Spannung am Erreichen der Knotenschaltungen hindern.
Diese Struktur ist relativ einfach und erfordert keinen zusätzlichen
Transformator.
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Diese
Struktur hat auch den Vorteil, dass aufgrund der Tatsache, dass
dieselbe Spannung auf beiden Drähten
des verdrillten Paares gleichzeitig transportiert wird, das Auftreten
eines Kurzschlusses daran entlang keine Energieüberlastung bewirkt. Ein zusätzlicher
Vorteil dieser Struktur besteht darin, dass sie kein Durchbrennen
eines LAN-Knotens bewirkt, welcher nicht speziell für den Empfang
von Energie über
das verdrillte Paar angepasst ist.
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9E beschreibt einen Separator 1700, wie
z.B. den Separator 142 (2A), der
zur Verwendung mit einem LAN gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung geeignet ist und welcher eine selbst
symmetrierende Gleichtaktkopplungsschaltung ist. Der Seperator 1700 weist
zwei Paare einstellbarer aktiver Symmetrierungsschaltungen 1702 und 1704 auf,
welche in Verbindung mit entsprechenden Mess- und Steuerschaltungen 1706 und 1708 betreibbar
sind.
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Es
ist ein spezielles Merkmal der Ausführungsform von 9E, dass die zwei Paare einstellbarer aktiver
Symmetrierungsschaltungen 1702 und 1704 in Verbindung
mit entsprechenden Mess- und Steuerschaltungen 1706 und 1708 betreibbar
sind, um genau identische Spannung auf jeden von den zwei Drähten, die
ein damit verbundenes verdrilltes Paar bilden, aufrechtzuerhalten.
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Normalerweise
wird das Eingangssignal eines LAN-Switch in die Kommunikationsverkabelung über einen
Isolationstransformator 710 eingespeist, welcher nicht
Teil des Separators 1700 ist. Wenn genau identische Spannungen,
wie vorstehend, erwähnt
an jeden von den zwei Drähten,
die das verdrillte Paar ausbilden, aufrechterhalten werden, liegt keine
DC-Spannung über
den Primärwicklungen
des Isolationstransformators 1710 an, und somit fließt kein
DC-Strom durch diesen. Dieses erübrigt
die Notwendigkeit von DC-Isolationskondensatoren
und verbessert somit das Symmetrierungs- und Impedanzanpassungsverhalten
des Separators.
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Man
erkennt, dass, obwohl in einem theoretisch idealen System keine
Notwendigkeit für
eine aktive Symmetrierung, wie sie in der Ausführungsform von 9E vorgesehen ist, vorhanden wäre, in der Realität aufgrund
von Veränderungen
in dem DC-Widerstand über
dem gesamten Kommunikationsverkabelungssystem die DC-Spannungen
auf den zwei Drähten
des verdrillten Paares bei Abwesenheit einer aktiven Symmetrierung
nicht identisch wären,
und somit einen DC-Spannungsabfall über der Primärseite des
Transformators 1710 erzeugen, welche entweder eine Sättigung
oder ein Durchbrennen des Transformators 1710 bewirken
würde.
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Es
wird nun Bezug auf 9F genommen, welche eine vereinfachte
schematische Darstellung eines Teiles einer bevorzugten Implementation
der Ausführungsform
von 9E ist, die deren Elemente 1702 und 1706 enthält. Da identische
Bezugszeichen in beiden 9E und 9F verwendet
werden, wird die Schaltbilddarstellung von 9F für selbst erläuternd gehalten
und daher ist hierin zur Verkürzung
keine zusätzliche
Textbeschreibung dafür
vorgesehen.
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Es
wird nun Bezug auf 9G genommen, welche eine vereinfachte
schematische Darstellung eines Teils einer bevorzugten Implementation
der Ausführungsform
von 9E ist, die deren Elemente 1702 und 1706 enthält. Da identische
Bezugszeichen in beiden 9E und 9G verwendet
werden, wird die Schaltbilddarstellung von 9G für selbst erläuternd gehalten
und daher ist hierin zur Verkürzung
keine zusätzliche
Textbeschreibung dafür
vorgesehen.
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Die
Schaltungen der 9F und 9G sind
vorgesehen, um sicherzustellen, dass die Spannung auf beiden Leitern
des verdrillten Paares, an welche sie angeschlossen sind, identisch
sind, um einen Stromsfluss durch die Transformatoren 1710 (9E) zu verhindern. Dieses wird durch die Schaltungen
von 9F und 9G verhindert,
indem der durch die aktiven Filter 1702 und 1704 fließende Strom
unter der Steuerung der Elemente 1706 bzw. 1708 verändert wird.
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Es
wird nun Bezug auf 10A genommen, welche eine vereinfachte
Blockdiagrammdarstellung eines Kommunikationsnetzes ist, welches
eine Energieversorgung und Verwaltung über eine Kommunikationsverkabelung
enthält,
die gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgebaut und betreibbar ist.
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Wie
es in 10A zu sehen ist, wird ein
lokales Netz (LAN) bereitgestellt, das einen Hub 2010 aufweist,
welcher über
eine Verkabelung, bevorzugt ein strukturiertes Verkabelungssystem
mit mehreren LAN-Knoten, wie z.B. einem Desktop-Computer 2012,
einer Web-Kamera 2014,
einem Faxgerät 2016,
einem auch als IP-Telefon 2018 bekannten LAN-Telefon, einem Computer 2020 und
einem Server 2022 verbunden ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird ein Energieversorgungs-Subsystem 2030 bereitgestellt,
welches so arbeitet, dass es wenigstens etwas Betriebs- oder Reserveenergie
an wenigstens einige von den mehreren Knoten über den Hub 2010 und
die den Hub mit den verschiedenen LAN-Knoten verbindende Kommunikationsverkabelung
liefert.
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In
der dargestellten Ausführungsform
von 10A ist das Subsystem 2030 innerhalb
des Hubs 2010 angeordnet und enthält eine Energieversorgung 2032,
welche Betriebsenergie und/oder Reserveenergie an verschiedene LAN-Knoten über die Kommunikationsverkabelung
liefert. Die Kommunikationsverkabelung verbindet einen LAN-Switch 2034 über einen
Kombinator 2036 mit den verschiedenen LAN-Knoten. Der Kombinator
koppelt elektrische Energie aus der Energieversorgung 2032 über die
Kommunikationsverkabelung an wenigstens einige von den LAN-Knoten.
Bidirektionale Datenübertragungen
aus dem LAN-Switch 2034 passieren den Kombinator 2036 im
Wesentlichen ohne Beeinflussung.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist im Hub 2010 eine Energieverwaltungs & Steuereinheit 2038 vorgesehen, welche
die von dem Subsystem 2030 an die verschiedenen LAN-Knoten über die
Kommunikationsverkabelung gelieferte Energie überwacht und steuert. Die Energieverwaltungs & Steuereinheit 2038 kommuniziert
bevorzugt mit einer Verwaltungsarbeitsstation 2040 bevorzugt über ein
LAN oder WAN. Die Verwaltungsarbeitsstation 2040 arbeitet
bevorzugt unter der Kontrolle einer Bedienungsperson, um den Betrieb
der Energieverwaltungs & Steuereinheit 2038 zu
kontrollieren.
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Man
erkennt, dass eine Verwaltungsarbeitsstation 2014 den Betrieb
von mehreren Energieverwaltungs- und Arbeitseinheiten 2038 steuern
kann. Die Energieverwaltungs & Steuereinheit 2038 kann auch
mit verschiedenen LAN-Knoten über
den LAN-Switch 2034 durch Bereitstellen von LAN-Meldungen
für die
Knoten kommunizieren, um dadurch deren aktuellen Energiemodus zu
steuern. Beispielsweise kann die Energieverwaltungs & Steuereinheit 2038 Steuermeldungen
senden, welche bei den LAN-Knoten decodiert und von den Steuerungen
in der Schaltung der 14A und 14B zur Steuerung verwendet werden, ob dort eine
Voll- oder Teilfunktionalität
bereitgestellt wird.
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In
einem spezifischen Falle kann, wenn die Energieverwaltungs & Steuereinheit 2038 misst, dass
keine Stromnetzenergie für
die Energieversorgung 2032 verfügbar ist, eine Steuermeldung über den
LAN-Switch 2034 senden, um die verschiedenen LAN-Knoten
zu veranlassen, in einem Notmodus oder Modus mit reduzierter Energie
zu arbeiten.
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Man
sieht, dass die Kommunikationsverkabelung von dem Hub 2010 zu
dem Desktop-Computer 2012,
dem Faxgerät 2016 und
dem Computer 2020 sowohl Daten als auch Notenergie transportiert, während die
Kommunikationsverkabelung von dem Hub 2010 zu der Hub-Kamera 2014 und
dem LAN-Telefon 2018 sowohl Daten als auch Betriebsenergie
transportiert, und die Kommunikationsverkabelung von dem Hub zu
dem Server 2022 nur Daten in einer typischen LAN-Anordnung
transportiert, die gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgebaut und betreibbar ist.
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Man
erkennt, dass jeder von den LAN-Knoten 2012–2020,
welcher Energie über
die Kommunikationsverkabelung empfängt, einen Separator für die Abtrennung
der elektrischen Energie von den Daten enthält. In der in 10A dargestellten Ausführungsform sind die Separatoren
typischerweise in den entsprechenden Knoten angeordnet und sind nicht
getrennt bezeichnet, wobei erkennbar ist, dass alternativ diskrete
Separatoren verwendet werden können.
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Es
ist ein spezielles Merkmal der Ausführungsform von 10A, dass sowohl Daten als auch Energie auf demselben
verdrillten Kupferpaar transportiert werden.
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Man
erkennt, dass 10A eine Ausführungsform
eines Systems darstellt, das elektrische Energie an mehrere LAN-Knoten über einen
Hub und eine Kommunikationsverkabelung, die den Hub mit den verschiedenen
LAN-Knoten verbindet, liefert. Eine weitere Ausführungsform eines Systems, das elektrische
Energie an mehrere LAN-Knoten über
einen Hub und eine Kommunikationsverkabelung, die den Hub mit verschiedenen
LAN-Knoten verbindet, liefert, ist in 11A dargestellt. 11A stellt ein lokales Netz dar, das eine Energieversorgungs-
und Verwaltungseinheit enthält,
die so betreibbar ist, dass sie elektrische Energie an lokale Netzknoten über eine
Kommunikationsverkabelung liefert.
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Es
wird nun Bezug auf 10B genommen, welche eine vereinfachte
Blockdiagrammdarstellung eines Kommunikationsnetzes ist, das eine
Energieversorgung und Verwaltung über eine Kommunikationsverkabelung
enthält,
die gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgebaut und betreibbar ist.
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Wie
es in 10B zu sehen ist, wird ein
lokales Netz (LAN) bereitgestellt, das einen Hub 2010 aufweist,
welcher durch Verkabelung, bevorzugt ein strukturiertes Verkabelungssystem
mit mehreren LAN-Knoten, wie z.B. einem Desktop-Computer 2062,
einer Web-Kamera 2064,
einem Faxgerät 2066,
einem als auch als IP-Telefon 2068 bekannten LAN-Telefon, einem Computer 2070 und
einem Server 2072 verbunden ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird ein Energieversorgungs-Subsystem 2080 bereitgestellt,
welches so betreibbar ist, dass es wenigstens etwas Betriebs- oder
Notenergie an wenigstens einige von den mehreren Knoten über den
Hub 2060 und die den Hub mit den verschiedenen LAN-Knoten
verbindende Kommunikationsverkabelung liefert.
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In
der dargestellten Ausführungsform
von 10B ist das Subsystem 2080 innerhalb
des Hubs 2060 angeordnet und enthält eine Energieversorgung 2082,
welche Betriebsenergie und/oder Notenergie an verschiedene LAN-Knoten über die
Kommunikationsverkabelung liefert. Die Kommunikationsverkabelung
verbindet einen LAN-Switch 2084 über eine Energieversorgungsschnittstelle 2086 mit
den verschiedenen LAN-Knoten. Die Energieversorgungsschnittstelle
liefert elektrische Energie aus der Energieversorgung 2082 über die
Kommunikationsverkabelung an wenigstens einige von den LAN-Knoten.
Bidirektionale Datenübertragungen
aus dem LAN-Switch 2084 passieren die Energieversorgungsschnittstelle 2086 im
Wesentlichen ohne Beeinflussung.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist in dem Hub 2060 eine Energieverwaltungs- & Steuereinheit 2088 vorgesehen,
welche die von einem Subsystem 2080 an die verschiedenen
LAN-Knoten über
die Kommunikationsverkabelung gelieferte Energie überwacht
und steuert. Die Energieverwaltungs- & Steuereinheit 2088 kommuniziert
mit einer Verwaltungsarbeitsstation 2090 bevorzugt über ein
LAN oder WAN. Die Verwaltungsarbeitsstation 2090 arbeitet
bevorzugt unter der Steuerung einer Bedienungsperson, um den Betrieb
der Energieversorgung und Steuereinheit 2088 zu steuern.
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Man
erkennt, dass eine Verwaltungsarbeitsstation 2090 den Betrieb
von mehreren Energieverwaltungs- & Steuereinheiten 2088 steuern
kann. Die Energieverwaltungs- & Steuereinheit 2088 kann auch
mit verschiedenen LAN-Knoten über
den LAN-Switch 2084 kommunizieren, indem Standard-LAN-Meldungen
an die Knoten geliefert werden, um dadurch deren aktuellen Modus
der Energienutzung zu steuern. Beispielsweise kann die Energieverwaltungs- & Steuereinheit 2088 Steuermeldungen
senden, welche bei den LAN-Knoten
decodiert und von den Steuerungen in der Schaltung der 14A und 14B zur
Steuerung verwendet werden, ob dort eine Voll- oder Teilfunktionalität bereitgestellt
wird.
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In
einem spezifischen Fall, in welchem die Energieversorgungs- und
Steuereinheit 2088 misst, dass die Stromnetzversorgung
für die
Energieversorgung 2082 nicht verfügbar ist, kann sie eine Steuermeldung über den
LAN-Switch 2084 senden, um die verschiedenen LAN-Knoten
zu veranlassen, in einem Notmodus oder Modus mit reduzierter Energie
zu arbeiten.
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Man
sieht, dass die Kommunikationsverkabelung von dem Hub 2060 zu
dem Desktop-Computer 2062,
dem Faxgerät 2066 und
dem Computer 2070 sowohl Daten als auch Notenergie transportiert, während die
Kommunikationsverkabelung von dem Hub 2060 zu der Hub-Kamera 2064 und
dem LAN-Telefon 2068 sowohl Daten als auch Betriebsenergie
transportiert, und die Kommunikationsverkabelung von dem Hub zu
dem Server 2072 nur Daten in einer typischen LAN-Anordnung
transportiert, die gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgebaut und betreibbar ist.
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Man
erkennt, dass jeder von LAN-Knoten 2062–2070, welcher Energie über die
Kommunikationsverkabelung empfängt,
einen Verbinder enthält, um
getrennt elektrische Energie und Daten bereitzustellen. In der dargestellten
Ausführungsform
von 10B sind die Verbinder typischerweise
in den entsprechenden Knoten und sind nicht getrennt bezeichnet,
da erkennbar ist, dass alternativ diskrete Verbinder verwendet werden
könnten.
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Es
ist ein spezielles Merkmal der Ausführungsform von 10B, dass Daten und Energie auf getrennten verdrillten
Kupferpaaren jeder einzelnen Kommunikationsverkabelungsleitung transportiert werden.
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Man
erkennt, dass 10B eine Ausführungsform
eines Systems darstellt, das elektrische Energie an mehrere LAN-Knoten über einen
Hub und eine Kommunikationsverkabelung, die den Hub mit verschiedenen
LAN-Knoten verbindet, liefert. Eine weitere Ausführungsform eines Systems, das
elektrische Energie an mehrere LAN-Knoten über einen Hub und eine den
Hub mit den verschiedenen LAN-Knoten verbindende Kommunikationsverkabelung
liefert, ist in 11B dargestellt. 11B stellt ein lokales Netz mit einer Energieversorgungs-
und Verwaltungseinheit dar, die so betreibbar ist, dass sie elektrische
Energie an lokale Netzknoten über
eine Kommunikationsverkabelung liefert.
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In
der dargestellten Ausführungsform
von 11A liefert ein herkömmlicher
Hub 2100 keine elektrische Energie über die Kommunikationsverkabelung
und eine Energieversorgung und ein Verwaltungs-Subsystem 2130 ist
außerhalb
des Hubs 2100 angeordnet und enthält eine Energieversorgung 2132,
welche Betriebsenergie und/oder Notenergie an verschiedene LAN-Knoten über die
Kommunikationsverkabelung sowie über
die Energieverwaltungs- & Steuereinheit 2133 liefert.
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Die
Kommunikationsverkabelung verbindet einen LAN-Switch 2134 eines
herkömmlichen
Hubs 2100 mit einem Kombinator 2136 in einem Energieversorgungs-
und Verwaltungs-Subsystem 2130 und verbindet
den Kombinator mit den verschiedenen LAN-Knoten. Der Kombinator 2136 speist
elektrische Energie aus der Energieversorgung 2132 über die Kommunikationsverkabelung
für wenigstens
einige von den LAN-Knoten ein. Bidirektionale Datenkommunikationen
aus dem LAN-Switch 2134 passieren den Kombinator 2136 im
Wesentlichen ohne Beeinflussung.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird in einem Energieversorgungs- und Verwaltungs-Subsystem 2130 eine Energieverwaltungs- & Steuereinheit 2133 bereitgestellt,
welche die von dem Subsystem 2130 an die verschiedenen
LAN-Knoten über
die Kommunikationsverkabelung gelieferte Energie überwacht
und steuert. Die Energieverwaltungs- & Steuereinheit 2133 kommuniziert
bevorzugt mit einer Verwaltungsarbeitsstation 2140 bevorzugt über ein
LAN oder WAN.
-
Die
Verwaltungsarbeitsstation 2140 arbeitet bevorzugt unter
der Steuerung einer Bedienungsperson, um den Betrieb der Energieverwaltungs- & Steuereinheit 2133 zu
steuern. Man erkennt, dass eine Verwaltungsarbeitsstation 2140 den
Betrieb von mehreren Energieverwaltungs- & Steuereinheiten 2133 steuern
kann.
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Man
sieht, dass die Kommunikationsverkabelung von dem Hub 2100 zu
dem Desktop-Computer 2112,
dem Faxgerät 2116 und
dem Computer 2120 sowohl Daten als auch Notenergie transportiert, während die
Kommunikationsverkabelung von dem Hub 2100 zu der Hub-Kamera 2114 und
dem LAN-Telefon 2118 sowohl Daten als auch Betriebsenergie
transportiert, und die Kommunikationsverkabelung von dem Hub 2100 zu
dem Server 2122 nur Daten transportiert und durch das Subsystem 2130 in einer
typischen LAN-Anordnung,
die gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgebaut und betreibbar ist, leiten
kann aber nicht muss.
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In
der dargestellten Ausführungsform
von 11A ist jeder von den LAN-Knoten 2112–2120, welcher
Energie empfängt,
mit einem externen Separator zum Trennen der Daten von der in die
Kommunikationsverkabelung eingespeisten elektrischen Energie versehen.
Die entsprechenden Knoten 2112–2120 zugeordneten
externen Separatoren sind mit entsprechenden Bezugszeichen 2142–2150 bezeichnet.
Jeder derartige Separator besitzt einen Kommunikationsverkabelungseingang
und getrennte Daten- und Energieausgänge. Man erkennt, dass einige
oder alle von den Knoten 2112–2120 alternativ mit
internen Separatoren versehen sein können, und dass einige oder
alle von den Knoten 2112–2120 mit externen
Separatoren versehen sein können.
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Man
erkennt, dass zusätzlich
zu den hierin vorstehend beschriebenen LAN-Knoten die vorliegende
Erfindung mit irgendwelchen anderen geeigneten Knoten, wie z.B.
drahtlose LAN-Zugangspunkten, Notbeleuchtungssystemelementen, Durchsagelautsprechern,
CCTV-Kameras, Alarmsensoren, Türüberwachungssensoren,
Zugangssteuereinheiten, Laptop-Computern, Netzelementen, wie z.B.
Hubs, Switches und Routern, Monitoren und Speichernoteinheiten für PCs und
Arbeitsstationen nützlich ist.
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In
der dargestellten Ausführungsform
von 11B liefert ein herkömmlicher
Hub 2150 keine elektrische Energie über die Kommunikationsverkabelung
und eine Energieversor gung und ein Verwaltungs-Subsystem 2180 ist
außerhalb
des Hubs 2150 angeordnet und enthält eine Energieversorgung 2182,
welche Betriebsenergie und/oder Notenergie an verschiedene LAN-Knoten über die
Kommunikationsverkabelung sowie eine Energieverwaltungs- & Steuereinheit 2183 liefert.
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Die
Kommunikationsverkabelung verbindet einen LAN-Switch 2184 eines
herkömmlichen
Hubs 2150 mit einer Energieversorgungsschnittstelle 2186 in
einem Energieversorgungs- und
Verwaltungs-Subsystem 2180 und verbindet den Kombinator
mit den verschiedenen LAN-Knoten. Die Energieversorgungsschnittstelle 2186 liefert
elektrische Energie aus der Energieversorgung 2182 über die
Kommunikationsverkabelung an wenigstens einige von den LAN-Knoten.
Bidirektionale Datenübertragungen
aus dem LAN-Switch 2184 passieren die Energieversorgungsschnittstelle 2186 im
Wesentlichen ohne Beeinflussung.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird in einem Energieversorgungs- und Verwaltungs-Subsystem 2180 eine Energieverwaltungs- & Steuereinheit 2183 bereitgestellt,
welche die von dem Subsystem 2180 an die verschiedenen
LAN-Knoten über
die Kommunikationsverkabelung gelieferte Energie überwacht
und steuert. Die Energieverwaltungs- & Steuereinheit 2183 kommuniziert
bevorzugt mit einer Verwaltungsarbeitsstation 2190 bevorzugt über ein
LAN oder WAN.
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Die
Verwaltungsarbeitsstation 2190 arbeitet bevorzugt unter
der Steuerung einer Bedienungsperson, um den Betrieb der Energieverwaltungs- & Steuereinheit 2183 zu
steuern. Man erkennt, dass eine Verwaltungsarbeitsstation 2190 den
Betrieb von mehreren Energieverwaltungs- & Steuereinheiten 2183 steuern
kann und auch dem Betrieb von mehrere Hubs steuern kann
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Man
sieht, dass die Kommunikationsverkabelung von dem Hub 2150 zu
dem Desktop-Computer 2162,
dem Faxgerät 2166 und
dem Computer 2170 sowohl Daten als auch Notenergie transportiert, während die
Kommunikationsverkabelung von dem Hub 2150 zu der Hub-Kamera 2164 und
dem LAN-Telefon 2168 sowohl Daten als auch Betriebsenergie
transportiert, und die Kommunikationsverkabelung von dem Hub 2150 zu
dem Server 2172 nur Daten transportiert und durch das Subsystem 2180 in einer
typischen LAN-Anordnung,
die gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgebaut und betreibbar ist, leiten
kann aber nicht muss.
-
In
der dargestellten Ausführungsform
von 11B ist jeder von den LAN-Knoten 2162–2170, welcher
Energie empfängt,
mit einem externen Verbinder zum getrennten Bereitstellen von Daten
und elektrischer Energie von der Kommunikationsverkabelung versehen.
Die entsprechenden Knoten 2112–2120 zugeordneten
externen Verbinder sind mit entsprechenden Bezugszeichen 2192–2199 bezeichnet.
Jeder derartige Verbinder besitzt einen Kommunikationsverkabelungseingang
und getrennte Daten- und Energieausgänge. Man erkennt, dass einige
oder alle von den Knoten 2112–2120 alternativ mit
internen Verbindern versehen sein können, und dass einige oder
alle von den Knoten 2162–2170 mit externen
Verbindern versehen sein können.
-
Man
erkennt, dass zusätzlich
zu den hierin vorstehend beschriebenen LAN-Knoten die vorliegende
Erfindung mit irgendwelchen anderen geeigneten Knoten, wie z.B.
drahtlose LAN-Zugangspunkten, Notbeleuchtungssystemelementen, Durchsagelautsprechern,
CCTV-Kameras, Alarmsensoren, Türüberwachungssensoren,
Zugangssteuereinheiten, Laptop-Computern, Netzelementen, wie z.B.
Hubs, Switches und Routern, Monitoren und Speichernoteinheiten für PCs und
Arbeitsstationen nützlich ist.
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Es
wird nun Bezug auf 12A genommen, welche eine vereinfachte
Blockdiagrammdarstellung eines Hubs, wie z.B. eines Hubs 2010 ist,
der in der Ausführungsform
von 10A nützlich ist. Der Hub 2010 weist
bevorzugt einen herkömmlichen,
kommerziell erhältlichen
LAN-Switch, wie z.B. den LAN-Switch 2034 (10A) auf, welcher als ein Datenkommunikations-Switch/Repeater
arbeitet und mit einer Koppler- und Filtereinheit 2037 verbunden
ist, welche Koppler 220 und Filter 222 gemäß Darstellung
in 3A enthält
und einen Teil eines Kombinators 2036 bildet (10A).
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Die
Koppler- und Filtereinheit 2037 ist mit mehreren intelligenten
Energiezuweisungs- und Berichtsschaltungen (SPEARs) 2224 verbunden.
Jede SPEAR 2224 ist mit der Energieversorgung 2032 (10A) zur Aufnahme von elektrischer Energie daraus
verbunden. Man erkennt, dass die Energieversorgung 2032 physisch
außerhalb
des Hubs 2010 angeordnet sein kann. Die Energieversorgung 2032 kann
mit einer Energieversorgungs-Ausfalleinrichtung,
wie z.B. einer Batterieverbindung ausgestattet sein.
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Die
Energieverwaltungs- & Steuereinheit 2038 (10A) enthält
bevorzugt SPEAR-Steuerungen 2160,
welche bevorzugt über
einen Bus 2162 mit einem Mikroprozessor 2164,
einem Speicher 2166 und einer Kommunikationsschaltung 2168 verbunden
sein kann, welche typischerweise einen Modem enthält. Das
Energieverwaltungs- und Steuer-Subsystem 2038 arbeitet
bevorzugt so, dass es den Betrieb aller Koppler, Filter und SPEARs
in dem Kombinator 2036 steuert, sowie den Betrieb der Energieversorgung 2032 steuert.
Das Energieverwaltungs- und Steuer-Subsystem 2038 kommuniziert
bevorzugt mit der Verwaltungsarbeitsstation 2040 (10A), um einer Bedienungsperson zu ermöglichen,
die den verschiedenen LAN-Knoten in verschiedenen Betriebsmodi des
Systems zugeordnete Energie zu überwachten
und zu steuern.
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Es
wird nun Bezug auf 12B genommen, welche eine vereinfachte
Blockdiagrammdarstellung eines Hubs, wie z.B. des Hubs 2060 ist,
der in der Ausführungsform
von 10B nützlich ist. Der Hub 2060 weist
bevorzugt einen herkömmlichen,
kommerziell verfügbaren,
LAN-Switch, wie z.B. LAN-Switch 2084 (10B) auf, welcher als ein Datenkommunikations-Switch/Repeater
funktioniert und mit einer Filtereinheit 2087 verbunden
ist, welche Filter 222 gemäß Darstellung in 3B enthält
und einen Teil der Energieversorgungsschnittstelle 2086 (10B) bildet.
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Die
Filtereinheit 2087 ist mit mehreren intelligenten Energiezuweisungs-
und Berichtsschaltungen (SPEARs) 2274 verbunden. Jede SPEAR 2274 ist
mit der Energieversorgung 2082 (10B)
zur Aufnahme von elektrischer Energie daraus verbunden. Man erkennt,
dass die Energieversorgung 2082 physisch außerhalb
des Hubs 2066 angeordnet sein kann. Die Energieversorgung 2082 kann
mit einer Netzausfallreserveeinrichtung, wie z.B. einer Batterieverbindung
versehen sein.
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Die
Energieverwaltungs- & Steuereinheit 2088 (10B) enthält
bevorzugt SPEAR-Steuerungen 2276,
welche bevorzugt über
einen Bus 2278 mit einem Mikroprozessor 2280,
einem Speicher 2282 und einer Kommunikationsschaltung 2284,
welche typischerweise einen Modem enthält, verbunden sind. Das Energieverwaltungs-
und Steuer-Subsystem 2088 arbeitet
bevorzugt so, dass es den Betrieb aller Filter und SPEARs in der
Energieversorgungsschnittstelle 2086 steuert, sowie den
Betrieb der Energieversorgung 2082 steuert. Die Energieverwaltungs- & Steuereinheit 2088 kommuniziert
bevorzugt mit der Verwaltungsarbeitsstation 2090 (10B), um einer Bedienungsperson zu ermöglichen,
die den verschiedenen LAN-Knoten in verschiedenen Betriebsmodi des
Systems zugeordnete Energie zu steuern und zu überwachen.
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Es
wird nun Bezug auf 13A genommen, welche eine vereinfachte
Blockdiagrammdarstellung eines Hubs und eines Energieversorgungs-
und Verwaltungs-Subsystems ist, das in der Ausführungsform von 11A nützlich
ist. Der Hub 2100 (11A)
weist bevorzugt einen herkömmlichen, kommerziell
erhältlichen
LAN-Switch 2134 auf, welcher als ein Datenkommunikations-Switch/Repeater funktioniert
und mit dem Kombinator 2136 verbunden ist, der einen Teil
des Energieversorgungs-Subsystems 2130 bildet.
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Der
Kombinator 2136 enthält
eine Koppler- und Filtereinheit 2137, welche Koppler 320 und
Filter 322 gemäß Darstellung
in 4A enthält.
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Die
Koppler- und Filtereinheit 2137 ist mit mehreren intelligenten
Energiezuweisungs- und Berichtsschaltungen (SPEARs) zu 2324 verbunden. Jede
SPEAR 2324 ist mit der Energieversorgung 2132 (11A) zur Aufnahme von elektrischer Energie daraus
verbunden. Man erkennt, dass die Energieversorgung 2132 physisch
außerhalb
des Energieversorgungs- und Verwaltungs-Subsystems 2130 angeordnet
sein kann. Die Energieversorgung 2132 kann mit einer Energieversorgungsausfall-Noteinrichtung,
wie z.B. einer Batterieverbindung versehen sein.
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Die
Energieverwaltungs- & Steuereinheit 2133 (11A) enthält
bevorzugt SPEAR-Steuerungen 2360,
welche bevorzugt über
einen Bus 2362 mit einem Mikroprozessor 2364,
einem Speicher 2366 und einer Kommunikationsschaltung 2368,
welche typischerweise einen Modem enthält, verbunden sind. Die Energieverwaltungs- & Steuereinheit 2133 arbeitet
bevorzugt so, dass sie den Betrieb aller Koppler, Filter und SPEARs
im Kombinator 2136 steuert sowie den Betrieb der Energieversorgung 2132 steuert.
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Das
Energieverwaltungs- und Steuer-Subsystem 2133 kommuniziert
bevorzugt mit der Verwaltungsarbeitsstation 2140 (11A), um einer Bedienungsperson zu ermöglichen, die
den verschiedenen LAN-Knoten in verschiedenen Betriebsmodi des Systems
zugeordnete Energie zu steuern und zu überwachen.
-
Es
wird nun Bezug auf 13B genommen, welche eine vereinfachte
Blockdiagrammdarstellung eines Hubs und eines Energieversorgungs-
und Verwaltungs-Subsystems ist, das in der Ausführungsform von 11B nützlich
ist. Der Hub 2150 (11B)
weist bevorzugt einen herkömmlichen, kommerziell
erhältlichen
LAN-Switch 2184 auf, welcher als ein Datenkommunikations-Switch/Repeater funktioniert
und mit einer Energieversorgungsschnittstelle 2186 verbunden
ist, die einen Teil des Energieversorgungs-Subsystems 2180 bildet.
-
Die
Energieversorgungsschnittstelle 2186 enthält eine
Filtereinheit 2187, welche Filter 372 gemäß Darstellung
in 4B enthält.
-
Die
Filtereinheit 2187 ist mit mehreren intelligenten Energiezuweisungs-
und Berichtsschaltungen (SPEARs) zu 2374 verbunden. Jede
SPEAR 2374 ist mit der Energieversorgung 2182 (11B) zur Aufnahme von elektrischer Energie daraus
verbunden. Man erkennt, dass die Energieversorgung 2182 physisch
außerhalb
des Energieversorgungs- und Verwaltungs-Subsystems 2180 angeordnet
sein kann. Die Energieversorgung 2182 kann mit einer Energieversorgungsausfall-Noteinrichtung,
wie z.B. einer Batterieverbindung versehen sein.
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Die
Energieverwaltungs- & Steuereinheit 2133 (11A) enthält
bevorzugt SPEAR-Steuerungen 2360,
welche bevorzugt über
einen Bus 2362 mit einem Mikroprozessor 2364,
einem Speicher 2366 und einer Kommunikationsschaltung 2368,
welche typischerweise einen Modem enthält, verbunden sind. Die Energieverwaltungs- & Steuereinheit 2133 arbeitet
bevorzugt so, dass sie den Betrieb aller Koppler, Filter und SPEARs
im Kombinator 2136 steuert sowie den Betrieb der Energieversorgung 2132 steuert.
-
Die
Energieverwaltungs- und Steuereinheit 2183 kommuniziert
bevorzugt mit der Verwaltungsarbeitsstation 2190 (11B), um einer Bedienungsperson zu ermöglichen,
die den verschiedenen LAN-Knoten in verschiedenen Betriebsmodi des
Systems zugeordnete Energie zu steuern und zu überwachen.
-
Es
wird nun Bezug auf die 14A und 14B genommen, welche vereinfachte Blockdiagrammdarstellungen
von zwei unterschiedlichen Knotenkonfigurationen sind, die in den
Ausführungsformen
der 10A, 10B und 11A, 11B nützlich sind.
-
Die
in 14A zu sehende Schaltung enthält eine
Schaltung, welche bevorzugt in einem Knoten ausgebildet ist, wobei
Teile der Schaltung alternativ in einem Separator oder einem diesem
Knoten zugeordneten Verbinder ausgebildet sein können.
-
Der
Knoten enthält
unabhängig
von seiner Art, beispielsweise irgendeiner von den Knoten 2012–2020 in 10A, 2062–2070 in 10B, 2112–2120 in 11A oder 2162– 2170 in 11B typischerweise eine Schaltung, welche sowohl
für einen
Betrieb mit voller Funktionalität
als auch reduzierter Funktionalität, hier als "wesentliche Schaltung" benannt und mit
dem Bezugszeichen 2400 bezeichnet, erforderlich ist, und
eine Schaltung, welche nicht für
einen Betrieb bei reduzierter Funktionalität erforderlich ist, die hier
als "nicht wesentliche
Schaltung" benannt
und mit dem Bezugszeichen 2402 bezeichnet ist. Beispielsweise
enthält,
wenn der Knoten ein IP-Telefon aufweist, die wesentliche Schaltung 2400 die
Schaltung, die einem Benutzer ermöglicht, über das Telefon zu sprechen
und zu hören,
während die
nicht-wesentliche Schaltung 2402 automatische Wiederwahl,
Telefonverzeichnis- und Lautsprecherfunktionalität bereitstellt.
-
Die
Schaltung 2400 und 2402, welche typischerweise
Teil des Knotens ist, wird durch das Bezugszeichen 2404 dargestellt.
Ein weitere Schaltung, welche in dem Knotens eingebaut sein kann
oder nicht, wird nun beschrieben. Eine Energieversorgung 2406,
wie z.B. die Energieversorgung 510 (7A) oder 560 (7B) empfängt
elektrische Energie über
die Kommunikationsverkabelung aus einem Separator, wie z.B. dem
in 7A dargestellten Separator 508, oder
aus einem Verbinder, wie z.B. den in 7B dargestellten
Verbinder 558. Die Energieversorgung 2406 liefert
elektrische Energie getrennt an die wesentliche Schaltung 2400 und über einen Schalter 2410 an
die nicht-wesentliche Schaltung 2402. Der Schalter 2410 kann
auch elektrische Energie aus einer Energieversorgung 2412,
welche mit der Stromnetzversorgung verbunden ist, empfangen und übertragen.
-
Der
Schalter 2410 empfängt
ein Steuereingangssignal aus einer Steuerung 2414, welche
typischerweise ein herkömmlicher
Mikrocontroller ist, der ein binäres
Ausgangssignal erzeugt. Die Steuerung 2414 empfängt ein
Steuereingangssignal aus einem Sensor 2416. Bevorzugt empfängt die
Steuerung 2414 auch ein Steuereingangssignal aus der Energieversorgung 2412.
-
Der
Sensor 2416 kann in einer Anzahl unterschiedlicher Arten
implementiert sein. Er kann beispielsweise den Spannungspegel der
an die Energieversorgung 2406 gelieferten elektrischen
Energie messen. Zusätzlich
oder alternativ kann er ein daran geliefertes Steuersignal, wie
z.B. ein über
die Kommunikationsverkabelung aus der Energieverwaltungs & Steuereinheit 2038 über den
Kombinator 2036 (10A)
oder einer ähnlichen
Schaltung in der Ausführungsform
von 11A geliefertes Signal messen.
Alternativ kann er ein daran geliefertes Steuersignal, wie z.B.
ein über
die Kommunikationsverkabelung aus der Energieverwaltungs & Steuereinheit 2088 über die
Energieversorgungsschnittstelle 2086 ( 10B) oder einer ähnlichen Schaltung in der Ausführungsform
von 11B geliefertes Signal messen.
-
Der
Sensor 2416 kann Eingangssignale entweder aus Energie-
und Datenausgangssignale des Separators 508 (7A) oder des Verbinders 558 (7B) oder beide empfangen. Das Eingangssignal,
das er aus dem Datenausgang des Separators 508 oder Verbinders 558 empfängt, kann
von einem Eingangssignal in die wesentliche Schaltung abgezapft
sein, welche eine Steuersignaldecodierungsfunktionalität enthalten
kann, kann aber bevorzugt von einem Ausgangssignal der wesentlichen
Schaltung abgeleitet sein, welche ein decodiertes Steuersignal liefert.
-
Die
Funktionalität
der Steuerung 2414 kann wie folgt zusammengefasst werden:
Wenn die Steuerung 2414 ein Steuereingangssignal aus der
Energieversorgung 2412 empfängt, das anzeigt, dass Stromnetzenergie
zur Verfügung
steht, betätigt
sie den Schalter 2410 so, dass Energie sowohl der wesentlichen
Schaltung 2400 als auch der nicht-wesentlichen Schaltung 2402 zugeführt wird.
-
Wenn
keine Stromnetzenergie über
die Energieversorgung 2412 verfügbar ist, aber der Sensor 2412 anzeigt,
dass genügend
Energie über
die Kommunikationsverkabelung verfügbar ist, betreibt die Steuerung 2414 den
Schalter 2410 so, dass Energie sowohl an die wesentliche
Schaltung 2400 als auch an die nicht-wesentliche Schaltung 2402 geliefert wird.
-
Wenn
jedoch keine Stromnetzenergie über die
Energieversorgung 2412 verfügbar ist und der Sensor 2412 anzeigt,
dass keine ausreichende Energie verfügbar ist, betätigt die
Steuerung den Schalter 2410 so, dass ausreichende Energie
mit höchster Priorität an die
wesentliche Schaltung 2400 geliefert wird. Wenn zusätzliche
Energie über
die von der wesentlichen Schaltung 2400 benötigte hinaus
verfügbar
ist, kann sie auch an die nicht-wesentliche Schaltung 2402 über den
Schalter 2410 geliefert werden.
-
Alternativ
kann die Betätigung
des Schalters 2410 durch die Steuerung 2414 nicht
alleine oder überhaupt
durch die verfügbare
Energie bestimmt werden, sondern stattdessen nur durch Steuersignale,
die von dem Sensor 2416 vollständig oder teilweise unabhängig von
der verfügbaren
Energie gemessen werden.
-
Es
wird nun Bezug auf 14B genommen. Die in 14B zu sehende Schaltung enthält eine Schaltung, welche bevorzugt
in einen Knoten eingebaut ist, wobei Teile der Schaltung alternativ
in einem diesem Knoten zugeordneten Separator oder Verbinder eingebaut
sein können.
Eine Energieversorgung 2436, wie z.B. die Energieversorgung 510 (7A) oder 560 (7B)
empfängt
elektrische Energie über
eine Kommunikationsverkabelung aus einem Separator, wie z.B. dem
in 7A dargestellten Separator 508 oder aus
einem Verbinder, wie z.B. dem in 7B dargestellten
Verbinder 558. Die Energieversorgung 2436 liefert
elektrische Energie über
einen Schalter 2438 an die Schaltung 2440 des
Knotens. Der Schalter 2438 kann auch elektrische Energie
aus einer Energieversorgung 2442 empfangen, welche mit
Stromnetzenergie verbunden ist.
-
Der
Schalter 2438 empfängt
ein Steuereingangssignal aus einer Steuerung 2444, welcher
typischerweise ein herkömmlicher
Mikrocontroller ist, der ein binäres
Ausgangssignal erzeugt. Die Steuerung 2444 empfängt ein
Steuereingangssignal aus einem Steuereingangssignal aus einem Sensor 2446,
sowie einem Steuereingangssignal aus einer Überwachungsschaltung 2448.
Die Überwachungsschaltung 2448,
welche kontinuierlich durch die Energieversorgung 2436 oder
die Energieversorgung 2442 versorgt wird, misst einen Be darf
des LAN-Knotens aus einer Schlafmodusfunktionalität in einen
Voll-Funktionalitätsmodus
umzuschalten. Sie kann diesen Bedarf messen, indem sie beispielsweise
ein Benutzereingangssignal empfängt,
das eine Absicht anzeigt, den Knoten zu verwenden, oder indem sie
eine Steuermeldung über
die Kommunikationsverkabelung empfängt. Die Steuerung 2444 kann
auch ein Steuereingangssignal aus der Energieversorgung 2442 empfangen.
-
Der
Sensor 2446 kann in einer Anzahl unterschiedlicher Arten
implementiert sein. Er kann beispielsweise den Spannungspegel der
an die Energieversorgung 2446 gelieferten elektrischen
Energie messen. Zusätzlich
oder alternativ kann er ein daran geliefertes Steuersignal, wie
z.B. ein über
die Kommunikationsverkabelung aus der Energieverwaltungs & Steuereinheit 2038 über den
Kombinator 2036 10A)
oder einer ähnlichen
Schaltung in der Ausführungsform
von 11A geliefertes Signal messen.
Alternativ kann er ein daran geliefertes Steuersignal, wie z.B.
ein über
die Kommunikationsverkabelung aus der Energieverwaltungs & Steuereinheit 2088 über die
Energieversorgungsschnittstelle 2086 (10B) oder einer ähnlichen Schaltung in der Ausführungsform
von 11B geliefertes Signal messen.
-
Die
Funktionalität
der Steuerung 2444 kann wie folgt zusammengefasst werden:
Bei Fehlen einer konträren
Anzeige aus der Überwachungsschaltung 2448 oder
aus dem Sensor 2446 betreibt die Steuerung den Schalter 2438 so,
dass die Schaltung 2440 nicht arbeitet. Wenn ein geeignetes
Eingangssignal entweder von der Überwachungsschaltung 2448 oder
von dem Sensor 2446 empfangen wird, die einen Betriebsbedarf
der Schaltung 2440 anzeigen, betätigt die Steuerung 2444 den
Schalter 2438, um einen Betrieb der Schaltung 2444 zu
bewirken.
-
Es
wird nun Bezug auf 15 genommen. Die in 15 zu sehende Schaltung enthält eine Schaltung, welche bevorzugt
in einen Knoten eingebaut ist, wobei Teile der Schaltung alternativ
in einem diesem Knoten zugeordneten Separator eingebaut sein können.
-
Der
Knoten enthält
unabhängig
von seiner Art, beispielsweise irgendeiner von den Knoten 2012–2020 in 10A, 2062–2070 in 10B, 2112–2120 in 11A oder 2162–2170 in 11B typischerweise eine Schaltung, welche sowohl
für einen
Betrieb mit voller Funktionalität
als auch reduzierter Funktionalität, hier als "wesentliche Schaltung" benannt und mit
dem Bezugszeichen 250 bezeichnet, erforderlich ist, und
eine Schaltung, welche nicht für
einen Betrieb bei reduzierter Funktionalität erforderlich ist, die hier
als "nicht wesentliche
Schaltung" benannt
und mit dem Bezugszeichen 2502 bezeichnet ist. Beispielsweise
enthält,
wenn der Knoten ein IP-Telefon aufweist, die wesentliche Schaltung 2500 die
Schaltung, die einem Benutzer ermöglicht, über das Telefon zu sprechen
und zu hören,
während die
nicht-wesentliche Schaltung 2502 automatische Wiederwahl,
Telefonverzeichnis- und Lautsprecherfunktionalität bereitstellt.
-
Die
Schaltung 2500 und 2502, welche typischerweise
Teil des Knotens ist, wird durch das Bezugszeichen 2504 bezeichnet.
Ein weitere Schaltung, welche in den Knoten eingebaut sein kann
oder nicht, wird nun beschrieben.
-
Eine
Energieversorgung 2506, wie z.B. die Energieversorgung 510 (7A) oder 560 (7B) empfängt elektrische
Energie über
die Kommunikationsverkabelung aus einem Separator, wie z.B. dem in 7A dargestellten Separator 508 oder einem
in 7B dargestellten Verbinder 558. Die Energieversorgung 2506 liefert
elektrische Energie getrennt über
einen Schalter 2508 an die wesentliche Schaltung 2500 und über einen
Schalter 2510 an die nicht-wesentliche Schaltung 2502.
Die Schalter 2508 und 2510 können auch elektrische Energie
aus einer Energieversorgung 2512, welche mit dem Stromnetz verbunden
ist, empfangen und die Übertragung
steuern.
-
Die
Schalter 2508 und 2510 empfangen jeweils ein Steuereingangssignal
aus einer Steuerung 2514, welche typischerweise ein herkömmlicher
Mikrocontroller ist, der ein binäres
Ausgangssignal erzeugt. Die Steuerung 2514 empfängt ein
Steuereingangssignal aus einem Sensor 2516. Bevorzugt empfängt die
Steuerung 2514 auch ein Steuereingangssignal aus der Energieversorgung 2512.
-
Der
Sensor 2516 kann in einer Anzahl unterschiedlicher Arten
implementiert sein. Er kann beispielsweise den Spannungspegel der
an die Energieversorgung 2506 gelieferten elektrischen
Energie messen. Zusätzlich
oder alternativ kann er ein daran geliefertes Steuersignal, wie
z.B. ein über
die Kommunikationsverkabelung aus der Energieverwaltungs & Steuereinheit 2038 über den
Kombinator 2036 10A)
oder einer ähnlichen
Schaltung in der Ausführungsform
von 11A geliefertes Signal messen.
Alternativ kann er ein daran geliefertes Steuersignal, wie z.B.
ein über
die Kommunikationsverkabelung aus der Energieverwaltungs & Steuereinheit 2088 über die
Energieversorgungsschnittstelle 2086 (10B) oder einer ähnlichen Schaltung in der Ausführungsform
von 11B geliefertes Signal messen.
-
Der
Sensor 2516 kann Eingangssignale entweder aus Energie-
und Datenausgangssignale des Separators 508 (7A) oder des Verbinders 558 (7B) oder beide empfangen. Das Eingangssignal,
das er aus dem Datenausgang des Separators 508 oder Verbinders 558 empfängt, kann
von einem Eingangssignal in die wesentliche Schaltung abgezapft
sein, welche eine Steuersignaldecodierungsfunktionalität enthalten
kann, kann aber bevorzugt von einem Ausgangssignal der wesentlichen
Schaltung abgeleitet sein, welche ein decodiertes Steuersignal liefert.
-
Die Überwachungsschaltung 2540,
welche kontinuierlich durch die Energieversorgung 2436 oder
die Energieversorgung 2506 versorgt wird, misst einen Bedarf
des LAN-Knotens
aus einer Schlafmodusfunktionalität in einen Voll-Funktionalitätsmodus
umzuschalten. Sie kann diesen Bedarf messen, indem sie beispielsweise
ein Benutzereingangssignal empfängt,
das eine Absicht anzeigt, den Knoten zu verwenden, oder indem sie
eine Steuermeldung über
die Kommunikationsverkabelung empfängt.
-
Die
Funktionalität
der Steuerung 2514 kann wie folgt zusammengefasst werden:
Wenn die Steuerung 2514 ein Steuereingangssignal aus der
Energieversorgung 2512 empfängt, das anzeigt, dass Stromnetzenergie
verfügbar
ist, betätigt
sie die Schalter 2508 und 2510 so, dass Energie
sowohl an die wesentliche Schaltung 2500 als auch die nicht-wesentliche
Schaltung 2502 geliefert wird.
-
Wenn
keine Stromnetzenergie über
die Energieversorgung 2512 verfügbar ist, aber der Sensor 2516 anzeigt,
dass genügend
Energie über
die Kommunikationsverkabelung verfügbar ist, betreibt die Steuerung 254 die
Schalter 2508 und 2510 so, dass Energie sowohl
an die wesentliche Schaltung 2500 als auch an die nicht-wesentliche
Schaltung 2502 geliefert wird.
-
Wenn
jedoch keine Stromnetzenergie über die
Energieversorgung 2512 verfügbar ist und der Sensor 2516 anzeigt,
dass ausreichende Energie verfügbar
ist, betätigt
die Steuerung den Schalter 2508 so, dass ausreichende Energie
mit höchster Priorität an die
wesentliche Schaltung 2500 geliefert wird. Wenn zusätzliche
Energie über
die von der wesentlichen Schaltung 2500 benötigte hinaus
verfügbar
ist, kann sie auch an die nicht-wesentliche Schaltung 2402 über den
Schalter 2510 geliefert werden.
-
Alternativ
kann die Betätigung
des Schalters 2510 durch die Steuerung 2514 nicht
alleine oder überhaupt
durch die verfügbare
Energie bestimmt werden, sondern stattdessen nur durch Steuersignale,
die von dem Sensor 2516 vollständig oder teilweise unabhängig von
der verfügbaren
Energie gemessen werden.
-
Bei
Fehlen einer konträren
Anzeige aus der Überwachungsschaltung 2540 oder
aus dem Sensor 2516 betreibt die Steuerung den Schalter 2508 so, dass
die Schaltung 2500 nicht arbeitet. Wenn ein geeignetes
Eingangssignal entweder von der Überwachungsschaltung 2540 oder
von dem Sensor 2516 empfangen wird, die einen Betriebsbedarf
der Schaltung 2500 anzeigen, betätigt die Steuerung 2514 den Schalter 2508,
um einen Betrieb der Schaltung 2500 zu bewirken.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung kann die Energieversorgung 2406 in
der Ausführungsform
von 14A, die Energieversorgung 2436 in
der Ausführungsform
von 14B und die Energieversorgung 2506 in
der Ausführungsform
von 15 so aufgebaut sein, dass
sie wiederaufladbare Energiespeicherungselemente enthalten. In einer
derartigen Anordnung bieten diese Energieversorgungen eine eingeschränkte Notenergie
zur Verwendung in dem Falle eines Energieausfalls oder in jedem
anderen entsprechenden Umstand. Sie können auch einen intermittierenden Betrieb
von LAN-Knoten in Situationen ermöglichen, in welchen nur eine
sehr eingeschränkte
Energie über
die Kommunikationsverkabelung übertragen werden
kann.
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Es
wird nun Bezug auf 16 genommen, welche ein verallgemeinertes
Flussdiagramm ist, das die Energieverwaltung sowohl im normalen
Betriebsmodus als auch in Modi redu zierter Energie der Netze der 10A, 10B, 11A und 11B darstellt.
Wie es in 16 zu sehen ist, steuert die Energieverwaltungs & Steuereinheit 2038 (10A), 2088 (10B), 2133 (11A) oder 2138 (11B)
die Zuführung
von Energie zu wenigstens einigen LAN-Knoten über die Kommunikationsverkabelung,
bevorzugt gemäß einer
vorbestimmten Funktionalität,
welche hierin nachstehend unter Bezugnahme auf 17 beschrieben wird.
-
Die
Energieverwaltungs & Steuereinheit 2038 (10A), 2088 (10B), 2133 (11A) oder 2138 (11B) überwacht
und verwaltet den Energieverbrauch dieser LAN-Knoten. Sie misst Überstromsituationen und bewirkt
nach Bedarf Energieabschaltungen. Die Energieverwaltungs & Steuereinheit 2038 (10A), 2088 (10B), 2133 (11A) oder 2138 ( 11B)
kann entweder in einem Modus unfreiwilliger Energieverwaltung oder
einem Modus freiwilliger Energieverwaltung arbeiten. Normalerweise
wird der Betriebsmodus zu dem Zeitpunkt gewählt, an dem das LAN konfiguriert
wird, wobei es jedoch möglich
ist, dass die Modusauswahl später
stattfindet.
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In
einem Betriebsmodus unfreiwilliger Energieverwaltung liefert, wenn
die Energieverwaltungs- & Steuereinheit
eine Situation einer unzureichenden Energieverfügbarkeit für die Energieübertragung über die
Kommunikationsverkabelung an die LAN-Knoten misst, eine reduzierte
Energiemenge an wenigstens einige von den LAN-Knoten und kann auch
Steuermeldungen oder andere Steuereingangssignale an die LAN-Knoten
liefern, um diese zu veranlassen, in einem Modus reduzierter Energie
zu arbeiten. In einem Betriebsmodus freiwilliger Energieverwaltung
wird eine reduzierte Energieverfügbarkeit
durch die Verwaltung zu bestimmten Zeitpunkten reduzierter Aktivität, wie z.B.
in der Nacht und an Wochenenden befohlen, um Energiekosten einzusparen.
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In
einer Ausführungsform
eines Betriebsmodus freiwilliger Energieverwaltung ermittelt die
Verwaltung, welche Knoten welche Energiemenge zu welchem Zeitpunkt
aufnehmen. Dieses ist eine nicht-dynamische, nicht-bedingungsabhängige Ausführungsform
und wird in der Beschreibung, welche folgt, nicht im Detail beschrieben.
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In
einer weiteren Ausführungsform
eines Betriebsmodus freiwilliger Energieverwaltung ermittelt die
Verwaltung einen Wert verfügbarer
Energie zu einem gegebenen Zeitpunkt und die Funktionalität der vorliegenden
Erfindung behandelt den von Verwaltung befohlenen Energiepegel als
die verfügbare
Energie. Der Betrieb der vorliegenden Erfindung kann ähnlich dem
für eine
unfreiwillige Energieverwaltung sein, wobei sich jedoch die Schwellenwerte
und Antworten unterscheiden.
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Es
wird nun Bezug auf 17 genommen, welche eine bevorzugte
Vorgehensweise für
die Lieferung elektrischer Energie an wenigstens einige von den
LAN-Knoten gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt. Nach der Initialisierung des Hubs 2010 (10A), 2016 (10B)
oder des Energieversorgungs- und Verwaltungs-Subsystems 2130 (11A), 2180 (11B)
wird die Kommunikationsverkabelungsverbindung zu Knoten, an welche Energie über die
Kommunikationsverkabelung übertragen
werden soll, abgefragt.
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Die
Initialisierung des Hub 2010 (10A), 2060 (10B) oder Subsystem 2130 (11A), 2180 (11B)
beinhaltet bevorzugt automatisch ausgeführte Testprozeduren, welche
einen korrekten Betrieb der Kommunikation des Hubs des Hub 2010 (10A), 2060 (10B)
oder Subsystem 2130 (11A), 2180 (11B) mit der Verwaltungsarbeitsstation 2040 (10A), 2090 (10B), 2140 (11A) oder 2190 (11B),
falls vorhanden, sicherstellen, um gewünschte Betriebsparameter des Hubs
oder Subsystems für
jeden Knoten zu bestimmen und um eine interne Datenbank aufzubauen,
die die gewünschten
Betriebsparameter für
jeden Knoten enthält.
Während
des normalen Betriebs des Systems können die verschiedenen Betriebsparameter für jeden
Knoten durch eine die Verwaltungs-Arbeitsstation 2040 (10A), 2090 (10B), 2140 (11A) oder 2190 (11B)
verwendende Bedienungsperson modifiziert werden.
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Die
Abfrage wird hierin nachstehend unter Bezugnahme auf die 18A und 18B beschrieben.
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Wenn
ermittelt wird, dass der gerade abgefragte Knoten Eigenschaften
zur Energieversorgung über
das LAN (Power-over-LAN) hat, und in der internen Datenbank als
ein Knoten klassifiziert ist, an welchen Energie über die
Kommunikationsverkabelung übertragen
werden soll, werden die SPEAR-Paramater auf der Basis der Inhalte
der internen Datenbank eingestellt und Energie an den Knoten über die
Kommunikationsverkabelung übertragen.
Wenn angebracht, werden geeignete Signalisierungsmeldungen an den
entfernten Knoten gesendet und der Status der mit dem Knoten verbundenen
Leitung an die Verwaltungs-Arbeitsstation 2040 berichtet.
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Die
vorstehende Prozedur wird dann sequentiell für jede Leitung des Hubs 2110 oder
des Subsystems 2130, an welche Energie über die Kommunikationsverkabelung übertragen
werden soll, wiederholt.
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Es
wird nun Bezug auf die 18A und 18B genommen, welche zusammen ein Flussdiagramm
sind, das eine bevorzugte Ausführungsform der
Abfrage und der anfänglichen
Energieversorgungsfunktionalität
darstellt, welche in 17 auftritt.
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Wie
es in den 18A und 18B zu
sehen ist, wird zu Beginn die Spannung an dem Ausgang der SPEAR 224 (3A), 274 (3B), 324 (4A) oder 374 (4B)
entsprechend einer Leitung gemessen, an welche Energie über die
Kommunikationsverkabelung übertragen
werden soll. Wenn der Absolutwert der Spannung höher als ein vorbestimmter programmierbarer
Schwellenwert V1 ist, wird die Leitung als eine klassifiziert, die
eine Spannung darauf aus einer externen Quelle führt. In einem derartigen Falle
wird keine Energie über
die Kommunikationsverkabelung geliefert.
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Wenn
der Absolutwert der Spannung nicht höher als der vorbestimmte programmierbare Schwellenwert
V1 ist, wird die SPEAR-Strombegrenzung IO auf einen vorbestimmten programmierbaren Wert
IL1 eingestellt. Der SPEAR-Schalter 408 (5)
wird auf EIN geschaltet.
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Die
Spannung und der Strom an dem Ausgang der SPEAR werden gemessen,
typischerweise zu drei vorbestimmten programmierbaren Zeitpunkten
T1, T2 und T3. Die Zeitpunkte T1, T2 und T3 sind typischerweise
durch eine Zeitkonstante bestimmt, die durch die Induktivität der typischen
NIC-Transformatoren und den maximalen DC-Schleifenwiderstand und eine maximale
zulässige
Länge der
Kommunikationsverkabelung zwischen dem Hub oder Subsystem und einem
Knoten bestimmt ist. Typischerweise ist T1, T2 und T3 gleich dem
1-, 2- und 10-fachen der vorstehenden Zeitkonstante.
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Typische
Werte für
T1, T2 und T3 sind 4 ms, 8 ms bzw. 40 ms.
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Auf
der Basis dieser Messungen wird der Status des Knotens und der Leitung,
die mit ihm verbunden ist, ermittelt. Ein typischer Satz von Ermittlungen
ist hierin nachstehend dargestellt:
Keine Last Wenn Vout > V2 und der Absolutwert
von IO < I2 für alle T1,
T2, T3 ist
Kurzschluss Wenn Vout < V3 und der Absolutwert von IO > I3 für alle T1,
T2, T3 ist
NIC-Last Wenn VoutT3 < V4 und der Absolutwert von IO > I3 für alle T1,
T2, T3 ist
POL-LAST Wenn VoutT1 > V5 und VoutT2 > V5 und VoutT3 > V5 und der Absolutwert von IOT1 > I5 oder
der Absolutwert
von IOT2 > I5
der
Absolutwert von IOT3 > I5
wobei:
eine
Bedingung Keine Last eine ist, in welcher kein Knoten mit der Leitung
verbunden ist.
eine Bedingung Kurzschluss eine ist, in welcher
ein Kurzschluss über
den positiven und negativen Leitern der Leitung vor dem Knoten oder
in dem Knoten vorliegt.
eine Bedingung NIC-Last eine ist, in
welcher ein Netzschnittstellenkarten-(Network Interface Card)-Leitungstransformator über der
Leitung an dem Knoten angeschlossen ist.
eine Bedingung POL-LAST
eine ist, in welcher ein Power over LAN-Separator über der
Leitung an dem Knoten angeschlossen ist.
VO die Spannung an
dem Ausgang des Energieversorgungsverteilers für die Leitung ist;
V1
ein vorbestimmter programmierbarer Wert ist, welcher durch Messen
des höchsten
Spitzenwertes der Spannung Vout für eine Dauer von wenigen Minuten
erreicht wird, wenn keine Energie über die Leitung übertragen
wird;
V2 ein vorbestimmter programmierbarer Wert ist, welcher
durch Messen des niedrigsten Wertes Vout für eine Dauer von wenigen Minuten
erreicht wird, wenn keine Energie über die Leitung übertragen
wird, und wenn keine Last zwischen +Vout und –Vout an dem Ausgang der Energieversorgungsverteilers
für die
Leitung angeschlossen ist;
V3 ein vorbestimmter programmierbarer
Wert ist, welcher durch Messen des höchsten Spitzenwertes der Spannung
Vout für
eine Dauer von wenigen Minuten erreicht wird, wenn keine Energie über die
Leitung übertragen
wird, und wenn ein Widerstand zwischen +Vout und –Vout an
dem Ausgang des Energieversorgungsverteilers für die Leitung angeschlossen
ist;
V4 ein vorbestimmter programmierbarer Wert ist, welcher
bevorzugt durch Messen des höchsten
Spitzenwertes der Spannung Vout für eine Dauer von wenigen Minuten
erreicht wird, wenn Energie über
die Leitung übertragen
wird, und wenn ein Widerstand zwischen +Vout und –Vout an
dem Ausgang des Energieversorgungsverteilers für die Leitung angeschlossen
ist;
V5 ein vorbestimmter programmierbarer Wert ist, welcher
einen typischen Schwellenwert von Vin repräsentiert, bei welchem eine
Knotenenergieversorgung mit dem Betrieb beginnt;
VoutT1 die
zu einem ersten Zeitpunkt T1 gemessene Vout ist;
VoutT2 die
zu einem zweiten Zeitpunkt T2 gemessene Vout ist;
VoutT1 die
zu einem dritten Zeitpunkt T3 gemessene Vout ist;
IO der an
dem Ausgang des Energieversorgungsverteilers für die Leitung fließende Strom
ist;
IL1 der vorbestimmte programmierbare Wert des Ausgangsstroms
des Energieversorgungsverteilers für die Leitung ist;
I2
ein vorbestimmter programmierbarer Wert ist, welcher durch Messung
des maximalen Spitzenwertes des Stroms IO für eine Dauer von wenigen Minuten erreicht
wird, wenn keine Energie über
die Leitung übertragen
wird, und wenn keine Last an den Ausgang des Energieversorgungsverteilers
für die
Leitung angeschlossen ist;
I3 ein vorbestimmter programmierbarer
Wert ist, welcher durch Messung des minimalen Wertes des Stroms
IO für
eine Dauer von wenigen Minuten erreicht wird, wenn keine E nergie über die
Leitung übertragen
wird, und wenn ein Widerstand zwischen +Vout und-Vout an dem Ausgang des Energieversorgungsverteilers
für die
Leitung angeschlossen ist;
I5 ein vorbestimmter programmierbarer
Wert ist, welcher durch Messung des maximalen Spitzenwertes des
Stroms IO für
eine Dauer von wenigen Minuten erreicht wird, wenn keine Energie über die
Leitung übertragen
wird, und wenn keine Last an den Ausgang des Energieversorgungsverteilers
für die
Leitung angeschlossen ist;
IOT1 der zum Zeitpunkt T1 gemessene
IO ist;
IOT2 der zum Zeitpunkt T2 gemessene IO ist; und
IOT3
der zum Zeitpunkt T3 gemessene IO ist.
-
Es
wird nun Bezug auf 19A–19D, 20A–20D, 21A–21D, 22A–22D, 23A–23D und 24A–24D genommen, welche verschiedene Funktionalitäten für die Überwachung
und Verwaltung des Energieverbrauchs gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellen. Die meisten oder alle Funktionalitäten, die hierin
nachstehend beschrieben werden, verwenden eine Basisüberwachungs-
und Verwaltungstechnik, welche nun beschrieben wird:
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Funktionalität für die Überwachung
und Verwaltung des Energieverbrauchs während des normalen Betriebs
die Messung des Stroms auf allen Leitungen. Dieses wird bevorzugt
in einer im Allgemeinen zyklischen Weise ausgeführt. Der gemessene Strom wird
mit programmierbaren vorbestimmten Bezugswerten für jede Leitung
verglichen. Alternativ oder zusätzlich
kann die Spannung gemessen und für
diesen Zweck verwendet werden. Auf der Basis dieses Vergleichs wird
jeder Knoten als in einem Überstromzustand
Unterstrom- oder
Normalzustand befindlich klassifiziert. Die Überstromklassifizierung kann
programmierbare einstellbare Schwellenwerte, wie z.B. einen hohen Überstrom
und einen regulären Überstrom
beinhalten. Die normale Klassifizierung kann Subklassifizierungen,
wie z.B. einen Aktivmodus, Schlafmodus und Niedrigenergiemodus aufweisen.
-
Das
System arbeitet so, dass es den Betrieb der als Überstrom-Knoten klassifizierten
Knoten in der nachstehenden Weise steuert: Wenn der Strom an einem
Knoten einen regulären Überstromschwellenwert
für mindestens
eine vorbestimmte Zeit überschreitet,
wird Energie für
diesem Knoten nach einer vorbestimmten Zeit abgeschaltet. In keinem
Falle wird zugelassen, dass ein an einen Knoten gelieferter Strom
den hohen Überstromschwellenwert überschreitet.
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung können
verschiedene Zwischenschwellenwerte zwischen dem regulären Überstromschwellenwert
und dem hohen Überstromschwellenwert
definiert werden und die vorgenannte vorbestimmte Zeit bis zum Abschalten
wird als eine Funktion davon bestimmt, welcher von derartigen Zwischenschwellenwerten überschritten
wird.
-
Das
System arbeitet so, dass es den Betrieb der als Unterstrom-Knoten
klassifizierten Knoten in der nachstehenden Weise steuert: Innerhalb
einer relativ kurzen vorbestimmten Zeit nach der Detektion eines
Unterstrom-Knotens, wobei die vorbestimmte Zeit so gewählt ist,
dass eine unerwünschte
Antwort auf eine Beeinflussung verhindert wird, wird die Zuführung von
Strom zu einem derartigen Knoten beendet.
-
Parallel
zu der hierin vorstehend beschriebenen Funktionalität wird der
Gesamtstromfluss an alle Knoten über
alle Leitungen überwacht.
Diese Überwachung
kann in einer zentralisierten Weise stattfinden oder kann alternativ
auf einer Extrapolation von Information basieren, die in der hierin
vorstehend beschriebenen Überwachung
der einzelnen Leitungen erhalten wird.
-
Der
gemessene Gesamtstrom wird mit einem programmierbaren vorbestimmten
Bezugswert verglichen. Auf der Basis dieses Vergleichs werden das
gesamte Energieversorgungs- und
Verwaltungs-Subsystem 2180 und die damit verbundenen Knoten
zusammen als in einem Überstromzustand oder
Normalzustand klassifiziert. Die Überstromklassifizierung kann
programmierbare einstellbare Schwellenwerte, wie z.B. einen hohen Überstrom und
einen regulären Überstrom
aufweisen.
-
Das
System arbeitet so, dass es den Betrieb von Hubs oder Energieversorgungs-
und Verwaltungs-Subsystemen, die als im Überstromzustand befindlich
klassifiziert werden, in der nachstehenden Weise steuert: Wenn der
Gesamtstrom einen regulären
Gesamtüberstromschwellenwert
für wenigstens eine
vorbestimmte Zeit überschreitet,
wird Energie an wenigstens einige von den Knoten entweder reduziert
oder nach einer vorbestimmten Zeit abgeschaltet. In keinem Falle
darf der Gesamtstrom den hohen Gesamtüberstromschwellenwert überschreiten.
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung können
verschiedene Zwischenschwellenwerte zwischen dem regulären Gesamtüberstromschwellenwert
und dem hohen Gesamtüberstromschwellenwert
definiert werden und die vorgenannte vorbestimmte Zeit bis zum Abschalten
wird als eine Funktion davon bestimmt, welcher von derartigen Zwischenschwellenwerten überschritten
wird.
-
Zusätzlich arbeitet
parallel zu der vorstehend beschriebenen Funktionalität das System
so, dass es entweder kontinuierlich oder intermittierend die Strompegelklassifizierung
jedes Knotens und des gesamten Hub oder Energieversorgungs- und
Verwaltungs-Subsystems an ein externes Überwachungssystem berichtet.
-
Ferner
arbeitet das System parallel zu der hierin vorstehend beschriebenen
Funktionalität
so, dass es Knoten über
eine bevorstehende Änderung in
der Stromzuführung
dazu unterrichtet.
-
Es
wird nun Bezug auf die 19A, 19B, 19C und 19D genommen, welche verallgemeinerte Flussdiagramme
sind, die jeweils einen möglichen
Mechanismus für
einen Betrieb mit voller oder keiner Funktionalität in einem
unfreiwilligen Energieverwaltungsschritt in dem Flussdiagramm von 16 darstellen.
-
19A stellt eine Basistechnik dar, die für einen
Betrieb mit voller oder keiner Funktionalität in einem Betrieb unfreiwilliger
Energieverwaltung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung nützlich
ist. Wie es in 19A zu sehen ist, ermittelt
das System zu Beginn die gesamte für es verfügbare Energie sowie die gesamte
Energie, die es momentan an alle Knoten liefert. Die Beziehung zwischen
dem momentanen Gesamtenergieverbrauch (TPC) zu der momentanen Gesamtenergieverfügbarkeit
(TPA) wird dann ermittelt.
-
Wenn
TPC/TPA kleiner als 0,8 ist, werden zusätzliche Knoten mit voller Energie
nacheinander auf einer Prioritätsbasis
versorgt. Wenn TPC/TPA größer als
typisch 0,95 ist, wird Energie zu einzelnen Knoten nacheinander
auf einer Prioritätsbasis
abgeschaltet.
-
Wenn
TPC/TPA gleich oder größer als
typischerweise 0,8, aber kleiner als oder gleich typischerweise
0,95 ist, wird eine Abfrage durchgeführt, ob ein neuer Knoten Energie
benötigt.
Falls ja, wird ein Knoten mit einer geringeren Priorität von der
Energieversorgung abgeschaltet, und der Knoten mit höherer Priorität mit der
Energieversorgung verbunden.
-
19B stellt eine Technik dar, welche für einen
Betrieb mit voller oder keiner Funktionalität mit Noteingriff in einem
Betrieb unfreiwilliger Energieverwaltung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist, nützlich ist. Die Technik von 19B kann in der Umgebung der Funktionalität von 19A verwendet werden.
-
Wie
es in 19B zu sehen ist, misst das System
einen Notbedarf für
Energie an einem gegebenen Knoten. In einem derartigen Falle wird
dem gegebenen Knoten die höchste
Priorität
zugewiesen und die Funktionalität
von 19A angewendet. Wenn die Notsituation
nicht mehr vorliegt, wird die Priorität des gegebenen Knoten auf
seine übliche
Priorität
zurückgeschaltet
und die Funktionalität
von 19A arbeitet dementsprechend.
-
19C stellt eine Technik dar, welche für einen
Betrieb mit voller oder keiner Funktionalität mit Warteschlangen-gesteuerter
Priorität
in einem Betrieb unfreiwilliger Energieverwaltung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung nützlich
ist. Wie es in 19C zu sehen ist, ermittelt
das System am Anfang die gesamte für es verfügbare Energie sowie die gesamte
Energie, die es derzeit an alle Knoten liefert. Die Beziehung zwischen
dem momentanen Gesamtenergieverbrauch (TPC) und der momentanen Gesamtenergieverfügbarkeit
(TPA) wird dann ermittelt.
-
Wenn
TPC/TPA kleiner als typisch 0,8 ist, werden zusätzliche Knoten mit voller Energie
nacheinander auf einer Basis Warteschlangen-gesteuerter Priorität typischerweise
auf einer "first
come, first serve"-Basis
versorgt. Wenn TPC/TPA größer als
typisch 0,95 ist, wird die Energie zu einzelnen Knoten nacheinander
auf einer Prioritätsbasis
unterbrochen.
-
Wenn
TPC/TPA gleich oder größer als
typisch 0,8, aber kleiner als oder gleich typisch 0,95 ist, wird
eine Anfrage durchgeführt,
ob ein neuer Knoten Energie benötigt.
Falls ja, wird dieser Knoten unten in der Warteschlange eingefügt.
-
19D stellt eine Technik dar, welche für einen
Betrieb mit voller oder keiner Funktionalität auf Zeitzuteilungs-Prioritätsbasis
in einem Betrieb unfreiwilliger Energieverwaltung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung nützlich
ist. Wie es in 19D zu sehen ist, ermittelt
das System am Anfang die gesamte für es verfügbare Energie sowie die gesamte
Energie, die es derzeit an alle Knoten liefert. Die Beziehung zwischen
dem momentanen Gesamtenergieverbrauch (TPC) und der momentanen Gesamtenergieverfügbarkeit
(TPA) wird dann ermittelt.
-
Wenn
TPC/TPA kleiner als typisch 0,8 ist, werden zusätzliche Knoten mit voller Energie
nacheinander auf einer Zeitzuteilungs-Prioritätsbasis, typischerweise auf
einer Basis, dass der Knoten mit der längsten Benutzungsdauer zuerst
abgeschaltet wird, versorgt. Wenn TPC/TPA größer als typisch 0,95 ist, wird
die Energie zu einzelnen Knoten nacheinander auf einer Prioritätsbasis
unterbrochen.
-
Wenn
TPC/TPA gleich oder größer als
typisch 0,8, aber kleiner als oder gleich typisch 0,95 ist, wird
eine Anfrage durchgeführt,
ob ein neuer Knoten Energie benötigt.
Falls ja, und ein Knoten mit niedrigerer Priorität in dem Sinne, dass er Energie über eine
längere
Zeit empfangen hat, welche über
einer vorbestimmten minimalen Zeit liegt, derzeit Energie empfängt, wird
der Knoten mit niedrigerer Priorität von der Energieversorgung
abgetrennt und der Knoten mit höherer
Priorität
mit der Energieversorgung verbunden.
-
Man
erkennt, dass es normalerweise erwünscht ist, dass der Knoten
im Voraus über
einen Wechsel in der ihm zugeführten
Energie informiert wird. Dieses kann durch eine Signalisierung über die Kommunikationsverkabelung
in einem üblichen
Datenübertragungsmodus
oder in einem beliebigen anderen geeigneten Modus erfolgen.
-
Es
wird nun Bezug auf die 20A, 20B, 20C und 20D genommen, welche verallgemeinerte Flussdiagramme
sind, welche jeweils einen möglichen
Mechanismus für
einen Betrieb bei voller oder reduzierter Funktionalität in einem
unfreiwilligen Energieverwaltungsschritt in dem Flussdiagramm von 16 darstellen.
-
20A stellt eine Basistechnik dar, die für einen
Betrieb mit voller oder reduzierter Funktionalität in einem Betrieb unfreiwilliger
Energieverwaltung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung nützlich
ist. Wie es in 20A zu sehen ist, ermittelt
das System zu Beginn die gesamte für es verfügbare Energie sowie die gesamte Energie,
die es momentan an alle Knoten liefert. Die Beziehung zwischen dem
momentanen Gesamtenergieverbrauch (TPC) zu der momentanen Gesamtenergieverfügbarkeit
(TPA) wird dann ermittelt.
-
Wenn
TPC/TPA kleiner als 0,8 ist, werden zusätzliche Knoten mit voller Energie
nacheinander auf einer Prioritätsbasis
versorgt. Wenn TPC/TPA größer als
typisch 0,95 ist, wird Energie zu einzelnen Knoten nacheinander
auf einer Prioritätsbasis
reduziert.
-
Wenn
TPC/TPA gleich oder größer als
typischerweise 0,8, aber kleiner als oder gleich typischerweise
0,95 ist, wird eine Abfrage durchgeführt, ob ein neuer Knoten zusätzliche
Energie benötigt. Falls
ja, und wenn ein Knoten mit geringerer Priorität momentan Energie empfängt, wird
die Energieversorgung des Knotens mit geringerer Priorität mit höherer Priorität mit der
Energieversorgung verbunden.
-
20B stellt eine Technik dar, welche für einen
Betrieb mit voller oder keiner Funktionalität mit Noteingriff in einem
Betrieb unfreiwilliger Energieverwaltung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist, nützlich ist. Die Technik von 20B kann in der Umgebung der Funktionalität von 20A verwendet werden.
-
Wie
es in 20B zu sehen ist, misst das System
einen Notbedarf für
Energie an einem gegebenen Knoten. In einem derartigen Falle wird
dem gegebenen Knoten die höchste
Priorität
zugewiesen und die Funktionalität
von 20A angewendet. Wenn die Notsituation
nicht mehr vorliegt, wird die Priorität des gegebenen Knoten auf
seine übliche
Priorität
zurückgeschaltet
und die Funktionalität
von 20A arbeitet dementsprechend.
-
20C stellt eine Technik dar, welche für einen
Betrieb mit voller oder keiner Funktionalität mit Warteschlangen-gesteuerter
Priorität
in einem Betrieb unfreiwilliger Energieverwaltung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung nützlich
ist. Wie es in 20C zu sehen ist, ermittelt
das System am Anfang die gesamte für es verfügbare Energie sowie die gesamte
Energie, die es derzeit an alle Knoten liefert. Die Beziehung zwischen
dem momentanen Gesamtenergieverbrauch (TPC) und der momentanen Gesamtenergieverfügbarkeit
(TPA) wird dann ermittelt.
-
Wenn
TPC/TPA kleiner als typisch 0,8 ist, werden zusätzliche Knoten mit voller Energie
oder Knoten mit zusätzlicher
Energie nacheinander auf einer Basis Warteschlangengesteuerter Priorität typischerweise
auf einer "first
come, first serve"-Basis versorgt.
Wenn TPC/TPA größer als
typisch 0,95 ist, wird die Energie zu einzelnen Knoten nacheinander auf
einer Prioritätsbasis
unterbrochen.
-
Wenn
TPC/TPA gleich oder größer als
typisch 0,8, aber kleiner als oder gleich typisch 0,95 ist, wird
eine Anfrage durchgeführt,
ob ein neuer Knoten Energie benötigt.
Falls ja, wird dieser Knoten unten in der Warteschlange eingefügt.
-
20D stellt eine Technik dar, welche für einen
Betrieb mit voller oder keiner Funktionalität auf Zeitzuteilungs-Prioritätsbasis
in einem Betrieb unfreiwilliger Energieverwaltung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung nützlich
ist. Wie es in 20D zu sehen ist, ermittelt
das System am Anfang die gesamte für es verfügbare Energie sowie die gesamte
Energie, die es derzeit an alle Knoten liefert. Die Beziehung zwischen
dem momentanen Gesamtenergieverbrauch (TPC) und der momentanen Gesamtenergieverfügbarkeit
(TPA) wird dann ermittelt.
-
Wenn
TPC/TPA kleiner als typisch 0,8 ist, werden zusätzliche Knoten mit voller Energie
oder Knoten mit zusätzlicher
Energie nacheinander auf einer Zeitzuteilungs-Prioritätsbasis,
typischerweise auf einer Basis, dass der Knoten mit der längsten Benutzungsdauer
zuerst abgeschaltet wird, versorgt. Wenn TPC/TPA größer als
typisch 0,95 ist, wird die Energie zu einzelnen Knoten nacheinander
auf einer Prioritätsbasis
unterbrochen.
-
Wenn
TPC/TPA gleich oder größer als
typisch 0,8, aber kleiner als oder gleich typisch 0,95 ist, wird
eine Anfrage durchgeführt,
ob ein neuer Knoten Energie oder ein Knoten zusätzliche Energie benötigt. Falls
ja, und ein Knoten mit niedrigerer Priorität in dem Sinne, dass er Energie über eine
längere
Zeit empfangen hat, welche über
einer vorbestimmten minimalen Zeit liegt, derzeit Energie empfängt, wird
der Knoten mit niedrigerer Priorität von der Energieversorgung
abgetrennt und der Knoten mit höherer
Priorität
mit der Energieversorgung verbunden.
-
Es
wird nun Bezug auf die 21A, 21B, 21C und 21D genommen, die verallgemeinerte Flussdiagramme
sind, welche jeweils einen möglichen
Mechanismus für
einen Knoteninitialisierten Schlafmodusbetrieb in einem freiwilligen Energieverwaltungsschritt
in dem Flussdiagramm von 16 darstellen.
-
21A veranschaulicht eine Situation, in welcher
ein Knoten in einem Schlafmodus als Folge eines Mangels an Aktivität für wenigstens
eine vorbestimmte Zeitdauer arbeitet. Wie es in 21A zu sehen ist, wird die Zeitdauer TD1 seit
der letzten Aktivität
des Knotens gemessen. Wenn TD1 typischerweise wenige Sekunden oder
Minuten bei Fehlen einer zu einem Schlafmodusbetrieb konträren Benutzer- oder
Systemeingabe überschreitet,
arbeitet der Knoten dann in einem Schlafmodus, welcher normalerweise
erheblich reduzierte Energieanforderungen mit sich bringt.
-
21B veranschaulicht eine Situation, in welcher
ein Knoten in einem Schlafmodus als Folge eines Mangels an Aktivität für wenigstens
eine vorbestimmte Zeitdauer arbeitet. Wie es in 21B zu sehen ist, wird die Zeitdauer TD2 seit
der letzten Kommunikation des Knotens gemessen. Wenn TD2 seit der
letzten Kommunikation wenige Sekunden oder Minuten bei Fehlen einer
zu einem Schlafmodusbetrieb konträren Benutzer- oder Systemeingabe überschreitet,
arbeitet der Knoten dann in einem Schlafmodus, welcher normalerweise
erheblich reduzierte Energieanforderungen mit sich bringt.
-
21C veranschaulicht eine Situation, in welcher
ein Knoten in einem Schlafmodus in Reaktion auf ein Taktsignal so
arbeitet, dass der Knoten innerhalb eines periodisch auftretenden
Zeitschlitzes, wenn eine Eingabe von dem System oder Benutzer fehlt,
aktiv ist. Wie es in 21C zu
sehen ist, sind die Zeitschlitze als Zeiten TD3 definiert, während die restliche
Zeit als TD4 definiert ist. Der Knoten ermittelt, ob er sich momentan
innerhalb des Zeitschlitzes TD3 befindet. Falls nicht, d.h., während der
Zeit TD4, arbeitet er in dem Schlafmodus.
-
21D stellt eine Situation dar, in welcher ein
Knoten in einem Schlafmodus als Ergebnis einer gemessenen Fehlerbedingung
arbeitet. Wie es in 21D zu sehen ist, führt der
Knoten periodisch einen Selbsttest durch. Der Selbsttest kann beispielsweise
ein Versuch sein, mit dem Hub oder der Energieversorgung und dem
Verwaltungs-Subsystem zu kommunizieren. Wenn der Knoten den Test
besteht, arbeitet er normal. Wenn der Knoten den Test nicht besteht,
arbeitet er in dem Schlafmodus.
-
Es
wird nun Bezug auf die 22A, 22B, 22C und 22D genommen, welche verallgemeinerte Flussdiagramme
sind, die jeweils einen möglichen
Mechanismus für
einen durch den Hub oder das Energieversorgungs- und Verwaltungs-Subsystem
initiierten Schlafmodusbetrieb in einem freiwilligen Energieverwaltungsschritt
in dem Flussdiagramm von 16 darstellen.
-
22A veranschaulicht eine Situation, in welcher
ein Knoten in einem Schlafmodus als Folge eines Mangels an Aktivität für wenigstens
eine vorbestimmte Zeitdauer arbeitet. Wie es in 22 zu
sehen ist, wird die Zeitdauer TD1 seit der letzten Aktivität des Knotens
wie durch den Hub oder das Energieversorgungs- oder Verwaltungssystem
erfasst gemessen. Wenn TD1 typischerweise wenige Sekunden oder Minuten
bei Fehlen einer zu einem Schlafmodusbetrieb konträren Benutzer-
oder Systemeingabe überschreitet,
arbeitet der Knoten dann in einem Schlafmodus, welcher normalerweise
erheblich reduzierte Energieanforderungen mit sich bringt.
-
22B veranschaulicht eine Situation, in welcher
ein Knoten in einem Schlafmodus als Folge eines Mangels an Aktivität für wenigstens
eine vorbestimmte Zeitdauer arbeitet. Wie es in 22B zu sehen ist, wird die Zeitdauer TD2 seit
der letzten Kommunikation des Knotens wie durch den Hub oder das Energieversorgungs-
oder Verwaltungssystem erfasst gemessen. Wenn TD2 seit der letzten
Kommunikation wenige Sekunden oder Minuten bei Fehlen einer zu einem
Schlafmodusbetrieb konträren
Benutzer- oder Systemeingabe überschreitet,
arbeitet der Knoten dann in einem Schlafmodus, welcher normalerweise
erheblich reduzierte Energieanforderungen mit sich bringt.
-
22C veranschaulicht eine Situation, in welcher
ein Knoten in einem Schlafmodus in Reaktion auf ein Taktsignal aus
dem Hub oder das Energieversorgungs- oder Verwaltungssystem so arbeitet, dass
der Knoten innerhalb eines periodisch auftretenden Zeitschlitzes,
wenn eine Eingabe von dem System oder Benutzer fehlt, aktiv ist.
Wie es in 22C zu sehen ist, sind die
Zeitschlitze als Zeiten TD3 definiert, während die restliche Zeit als
TD4 definiert ist. Der Knoten ermittelt, ob er sich momentan innerhalb
des Zeitschlitzes TD3 befindet. Falls nicht, d.h., während der
Zeit TD4, arbeitet er in dem Schlafmodus. Alternativ kontrolliert
der Hub oder das Energieversorgungs- oder Verwaltungssystem den
Knotenbetrieb, indem es die Energiezufuhr zu dem Knoten abhängig von
den vorgenannten Taktsignal steuert
-
22D stellt eine Situation dar, in welcher ein
Knoten in einem Schlafmodus als Ergebnis einer durch den Hub oder
das Energieversorgungs- oder Verwaltungssystem gemesse nen Fehlerbedingung arbeitet.
Wie es in 22D zu sehen ist, führt der Knoten
periodisch einen Selbsttest durch. Der Selbsttest kann beispielsweise
ein Versuch sein, mit dem Hub oder der Energieversorgung und dem
Verwaltungs-Subsystem zu kommunizieren. Wenn der Knoten den Test
besteht, arbeitet er normal. Wenn der Knoten den Test nicht besteht,
arbeitet er in dem Schlafmodus.
-
Es
wird nun Bezug auf die 23A, 23B, 23C und 23D genommen, welche verallgemeinerte Flussdiagramme
sind, die jeweils einen möglichen
Mechanismus für
einen Betrieb unter voller oder keiner Funktionalität in einem
freiwilligen Energieverwaltungsschritt in dem Flussdiagramm von 16 darstellen.
-
23A stellt eine Basistechnik dar, die für einen
Betrieb mit voller oder keiner Funktionalität in einem Betrieb freiwilliger
Energieverwaltung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung nützlich
ist. Wie es in 23A zu sehen ist, ermittelt
das System zu Beginn die gesamte ihr durch die Verwaltung zu einem
gegebenen Zeitpunkt gemäß einem
Energieeinsparungsprogramm zugewiesene Energie sowie die gesamte
Energie, die es momentan an alle Knoten liefert. Die Beziehung zwischen
dem momentanen Gesamtenergieverbrauch (TPC) zu der momentanen Gesamtenergiezuweisung
(TPL) wird dann ermittelt.
-
Wenn
TPC/TPL kleiner als 0,8 ist, werden zusätzliche Knoten mit voller Energie
nacheinander auf einer Prioritätsbasis
versorgt. Wenn TPC/TPL größer als
typisch 0,95 ist, wird Energie zu einzelnen Knoten nacheinander
auf einer Prioritätsbasis
reduziert.
-
Wenn
TPC/TPL gleich oder größer als
typischerweise 0,8, aber kleiner als oder gleich typischerweise
0,95 ist, wird eine Abfrage durchgeführt, ob ein neuer Knoten Energie
benötigt.
Falls ja, und wenn ein Knoten mit geringerer Priorität momentan Energie
empfängt,
wird der Knoten mit geringerer Priorität von der Energie getrennt
und der Knoten mit höherer
Priorität
mit Energie verbunden.
-
23B stellt eine Technik dar, welche für einen
Betrieb mit voller oder keiner Funktionalität mit Noteingriff in einem
Betrieb freiwilliger Energieverwaltung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist, nützlich ist. Die Technik von 23B kann in der Umgebung der Funktionalität von 23A verwendet werden.
-
Wie
es in 23B zu sehen ist, misst das System
einen Notbedarf für
Energie an einem gegebenen Knoten. In einem derartigen Falle wird
dem gegebenen Knoten die höchste
Priorität
zugewiesen und die Funktionalität
von 23A angewendet. Sobald die
Notsituation nicht mehr vorliegt, wird die Priorität des gegebenen
Knoten auf seine übliche
Priorität
zurückgeschaltet
und die Funktionalität
von 23A arbeitet dementsprechend.
-
Gemäß einer
alternativen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung kann die Funktionalität des Notknotens dazu dienen,
alle freiwilligen Energieverwaltungsbeschränkungen zu übergehen
-
23C stellt eine Technik dar, welche für einen
Betrieb mit voller oder keiner Funktionalität mit Warteschlangen-gesteuerter
Priorität
in einem Betrieb freiwilliger Energieverwaltung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung nützlich
ist. Wie es in 23C zu sehen ist, ermittelt
das System am Anfang die gesamte ihm zugewiesene Energie sowie die
gesamte Energie, die es derzeit an alle Knoten liefert. Die Beziehung
zwischen dem momentanen Gesamtenergieverbrauch (TPC) und der momentanen
Gesamtenergieverfügbarkeit
(TPL) wird dann ermittelt. Die Technik von 23C kann
in der Umgebung der von 23A angewendet
werden.
-
Wenn
TPC/TPL kleiner als typisch 0,8 ist, werden zusätzliche Knoten mit zusätzlicher
Energie nacheinander auf einer Basis Warteschlangen-gesteuerter
Priorität
typischerweise auf einer "first come,
first serve"-Basis
versorgt. Wenn TPC/TPL größer als
typisch 0,95 ist, wird die Energie zu einzelnen Knoten nacheinander
auf einer Prioritätsbasis unterbrochen.
-
Wenn
TPC/TPL gleich oder größer als
typisch 0,8, aber kleiner als oder gleich typisch 0,95 ist, wird
eine Anfrage durchgeführt,
ob ein neuer Knoten Energie benötigt.
Falls ja, wird dieser Knoten unten in der Warteschlange eingefügt.
-
23D stellt eine Technik dar, welche für einen
Betrieb mit voller oder zusätzlicher
Funktionalität
auf Zeitzuteilungs-Prioritätsbasis
in einem Betrieb freiwilliger Energieverwaltung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung nützlich
ist. Wie es in 23D zu sehen ist, ermittelt
das System am Anfang die gesamte ihm zugewiesene Energie sowie die
gesamte Energie, die es derzeit an alle Knoten liefert. Die Beziehung
zwischen dem momentanen Gesamtenergieverbrauch (TPC) und der momentanen
gesamten zugewiesenen Energie (TPL) wird dann ermittelt. Die Technik
von 23D kann in der Umgebung der
von 23A angewendet werden.
-
Wenn
TPC/TPL kleiner als typisch 0,8 ist, werden zusätzliche Knoten mit zusätzlicher
Energie nacheinander auf einer Zeitzuteilungs-Prioritätsbasis,
typischerweise auf einer Basis, dass der Knoten mit der längsten Benutzungsdauer
zuerst abgeschaltet wird, versorgt. Wenn TPC/TPL größer als
typisch 0,95 ist, wird die Energie zu einzelnen Knoten nacheinander
auf einer Prioritätsbasis
unterbrochen.
-
Wenn
TPC/TPL gleich oder größer als
typisch 0,8, aber kleiner als oder gleich typisch 0,95 ist, wird
eine Anfrage durchgeführt,
ob ein neuer Knoten Energie benötigt.
Falls ja, und ein Knoten mit niedrigerer Priorität in dem Sinne, dass er Energie über eine
längere
Zeit empfangen hat, welche über
einer vorbestimmten minimalen Zeit liegt, derzeit Energie empfängt, wird
der Knoten mit niedrigerer Priorität von der Energieversorgung
abgetrennt und der Knoten mit höherer
Priorität
mit der Energieversorgung verbunden.
-
Man
erkennt, dass es normalerweise erwünscht ist, dass der Knoten
im Voraus über
einen Wechsel in der ihm zugeführten
Energie informiert wird. Dieses kann durch eine Signali sierung über die Kommunikationsverkabelung
in einem üblichen
Datenübertragungsmodus
oder in einem beliebigen anderen geeigneten Modus erfolgen.
-
Es
wird nun Bezug auf die 24A, 24B, 24C und 24D genommen, welche verallgemeinerte Flussdiagramme
sind, welche jeweils einen möglichen
Mechanismus für
einen Betrieb bei voller oder reduzierter Funktionalität in einem
freiwilligen Energieverwaltungsschritt in dem Flussdiagramm von 16 darstellen.
-
24A stellt eine Basistechnik dar, die für einen
Betrieb mit voller oder reduzierter Funktionalität in einem Betrieb freiwilliger
Energieverwaltung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung nützlich
ist. Wie es in 24A zu sehen ist, ermittelt
das System zu Beginn die gesamte ihr zugewiesene Energie sowie die
gesamte Energie, die es momentan an alle Knoten liefert. Die Beziehung
zwischen dem momentanen Gesamtenergieverbrauch (TPC) zu der momentanen
Gesamtenergiezuweisung (TPL) wird dann ermittelt. Die Technik von 24A kann auch in der Umgebung der von 23A genutzt werden
-
Wenn
TPC/TPL kleiner als 0,8 ist, werden zusätzliche Knoten mit voller Energie
nacheinander auf einer Prioritätsbasis
versorgt. Wenn TPC/TPL größer als
typisch 0,95 ist, wird Energie zu einzelnen Knoten nacheinander
auf einer Prioritätsbasis
reduziert.
-
Wenn
TPC/TPL gleich oder größer als
typischerweise 0,8, aber kleiner als oder gleich typischerweise
0,95 ist, wird eine Abfrage durchgeführt, ob ein neuer Knoten zusätzliche
Energie benötigt. Falls
ja, und wenn ein Knoten mit geringerer Priorität momentan Energie empfängt, wird
dem Knoten mit geringerer Priorität Energie reduziert und der
Knoten mit höherer
Priorität
mit zusätzlicher
Energie versorgt.
-
24B stellt eine Technik dar, welche für einen
Betrieb mit voller oder reduzierter Funktionalität mit Noteingriff in einem
Betrieb freiwilliger Energieverwaltung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist, nützlich ist. Die Technik von 24B kann in der Umgebung der Funktionalität von 24A verwendet werden.
-
Wie
es in 24B zu sehen ist, misst das System
einen Bedarf für
zusätzliche
Energie an einem gegebenen Knoten. In einem derartigen Falle wird
dem gegebenen Knoten die höchste
Priorität
zugewiesen und die Funktionalität
von 24A angewendet. Sobald die
Notsituation nicht mehr vorliegt, wird die Priorität des gegebenen
Knoten auf seine übliche
Priorität
zurückgeschaltet
und die Funktionalität
von 23A arbeitet dementsprechend.
-
Gemäß einer
alternativen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung kann die Funktionalität des Notknotens dazu dienen,
alle freiwilligen Energieverwaltungsbeschränkungen zu übergehen
-
24C stellt eine Technik dar, welche für einen
Betrieb mit voller oder keiner Funktionalität mit Warteschlangen-gesteuerter
Priorität
in einem Betrieb freiwilliger Energieverwal tung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung nützlich
ist. Wie es in 24C zu sehen ist, ermittelt
das System am Anfang die gesamte ihm zugewiesene Energie sowie die
gesamte Energie, die es derzeit an alle Knoten liefert. Die Beziehung
zwischen dem momentanen Gesamtenergieverbrauch (TPC) und der momentanen
Gesamtenergieverfügbarkeit
(TPL) wird dann ermittelt. Die Technik von 24C kann
in der Umgebung der von 23A angewendet
werden.
-
Wenn
TPC/TPL kleiner als typisch 0,8 ist, werden zusätzliche Knoten mit zusätzlicher
Energie nacheinander auf einer Basis Warteschlangen-gesteuerter
Priorität
typischerweise auf einer "first come,
first serve"-Basis
versorgt.
-
Wenn
TPC/TPL größer als
typisch 0,95 ist, wird die Energie zu einzelnen Knoten nacheinander auf
einer Prioritätsbasis
unterbrochen.
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Wenn
TPC/TPL gleich oder größer als
typisch 0,8, aber kleiner als oder gleich typisch 0,95 ist, wird
eine Anfrage durchgeführt,
ob ein neuer Knoten Energie benötigt.
Falls ja, wird dieser Knoten unten in der Warteschlange eingefügt.
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24D stellt eine Technik dar, welche für einen
Betrieb mit voller oder zusätzlicher
Funktionalität
auf Zeitzuteilungs-Prioritätsbasis
in einem Betrieb freiwilliger Energieverwaltung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung nützlich
ist. Wie es in 24D zu sehen ist, ermittelt
das System am Anfang die gesamte ihm zugewiesene Energie sowie die
gesamte Energie, die es derzeit an alle Knoten liefert. Die Beziehung
zwischen dem momentanen Gesamtenergieverbrauch (TPC) und der momentanen
gesamten zugewiesenen Energie (TPL) wird dann ermittelt. Die Technik
von 24D kann in der Umgebung der
von 23A angewendet werden.
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Wenn
TPC/TPL kleiner als typisch 0,8 ist, werden zusätzliche Knoten mit zusätzlicher
Energie nacheinander auf einer Zeitzuteilungs-Prioritätsbasis,
typischerweise auf einer Basis, dass der Knoten mit der längsten Benutzungsdauer
zuerst abgeschaltet wird, versorgt. Wenn TPC/TPL größer als
typisch 0,95 ist, wird die Energie zu einzelnen Knoten nacheinander
auf einer Prioritätsbasis
unterbrochen.
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Wenn
TPC/TPL gleich oder größer als
typisch 0,8, aber kleiner als oder gleich typisch 0,95 ist, wird
eine Anfrage durchgeführt,
ob ein neuer Knoten Energie benötigt.
Falls ja, und ein Knoten mit niedrigerer Priorität in dem Sinne, dass er Energie über eine
längere
Zeit empfangen hat, welche über
einer vorbestimmten minimalen Zeit liegt, derzeit Energie empfängt, wird
dem Knoten mit niedrigerer Priorität die Energie reduziert und
der Knoten mit höherer
Priorität
mit zusätzlicher
Energie verbunden.
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Gemäß noch einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist das verbesserte strukturierte Verkabelungssystem ein
System zum Erzeugen, Liefern und Verteilen elektrischer Energie
an Netzelemente über
eine Datenkommunikationsnetz-Infrastruktur
innerhalb eines Gebäudes,
Geländes
oder Unternehmens auf. Die Zusammen legung der Energieverteilung
und Datenkommunikation über
nur ein Netz dient zur Vereinfachung und Reduzierung der Kosten
der Netzelementinstallation und für die Bereitstellung einer
Einrichtung zur Lieferung einer ununterbrochenen oder Notstromversorgung
an kritische Netzvorrichtungen im Falle eines Stromnetzausfalls.
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Hierin
nachstehend werden eine Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen,
Liefern und Verwalten von elektrischer Energie über eine LAN-Netz-Infrastruktur
beschrieben, die primär
für digitale
Kommunikationszwecke ausgelegt ist. Die Erfindung hat die Funktionen,
alle möglichen
Beeinflussungen auf die Datenübertragungen
zu reduzieren, und die Kompatibilität mit dem IEEE 802.3 und anderen
relevanten Standards aufrechtzuerhalten.
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Es
wird nun Bezug auf die 26A und 26B genommen, welche ein Blockdiagramm eines typischen
Datenkommunikationssystems darstellen, das gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und arbeitet, in welchem
Netzvorrichtungen elektrische Energie und eine Netzanschlußmöglichkeit über dasselbe
Kabel erhalten. Das insgesamt mit 3060 bezeichnete Netz
weist einen WAN- und/oder LAN-Backbone 3064 auf,
der mit einem IP-Telefonserver 3062, anderen Service Providern 3061,
einer Power-over-LAN-Verwaltungseinheit 3164 und einem LAN-Switch/Router 3066 verbunden
ist. Ein IP-Telefonieserver 3062 dient dazu, einen Telefondienst
für mehrere
mit dem Netz 3060 verbundene IP-Telefone bereitzustellen.
Die Power-over-LAN-Verwaltungseinheit 3164,
welche hierin nachstehend detaillierter beschrieben wird, stellt
Verwaltungs- und Energiemanagementfunktionen für alle für Power-over-LAN freigegebenen
Vorrichtungen in dem Netz bereit.
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Elektrische
Energie kann mit den Datenkommunikationssignalen in einem als Energie/Daten-Kombinator
bezeichneten Gerät
kombiniert werden. Das kombinierte Energie/Daten-Signal wird über eine
Standard-LAN-Verkabelung, wie z.B. eine LAN-Verkabelung der Kategorie 3, 4, 5, welche EIA/TIA
568A oder einen ähnlichen
Verkabelungsstandard erfüllt
und ein Netzvorrichtung, das die Funktion hat, Daten und Energie
aufzuteilen oder zu trennen, übertragen.
Das Datensignal wird in den Netzanschlüsse auf der Vorrichtung eingegeben,
und die elektrische Energie wird in den Energieeingabeverbinder
auf der Vorrichtung eingegeben.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
wird eine Energie/Daten-Kombinatoreinheit als eine eigenständige externe
Energie/Daten-Kombinatoreinheit 3168 implementiert. Alternativ
wird die externe Energie/Daten-Kombinatoreinheit 3168 zusammen mit
einem Netzelement, wie z.B. einem Hub oder einem Switch implementiert,
und als ein integrierter Energie/Daten-Kombinator-Hub/Switch 3072, 3090 bezeichnet.
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Ebenso
wird in einer Ausführungsform
der Energie/Daten-Splitter als ein eigenständiger externer Energie/Daten-Splitter 3156 implementiert.
Alternativ ist er in eine Netzvorrichtung, wie z.B. ein IP-Telefon 3102 integriert.
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Unabhängig davon,
ob der Energie/Daten-Kombinator 3168 und der Energie/Daten-Splitter 3156 als
eine eigenständige
externe Einheit oder in eine Netzvorrichtung integriert implementiert
sind, ist deren Funktionalität ähnlich.
Der Energie/Daten-Kombinator 3168 hat die Funktion, ein
niederfrequentes Energiesignal dem hochfrequenten Niederenergiedatenkommunikationssignal
zu überlagern. Das
niederfrequente Energiesignal kann eine Frequenz von beispielsweise
DC bis zu gewöhnlichen Energieversorgungsfrequenzen,
d.h., 50 oder 60 Hz aufweisen. Der Energie/Daten-Splitter 3156 hat
die Funktionen, das niederfrequente Energiesignal von dem hochfrequenten
Niedrigenergiedatenkommunikationssignal zu trennen.
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Verschiedene
alternative Ausführungsformen
des Power-over-LAN-Systems sind in den 26A und 26D dargestellt. Nicht alle von den Netzelementen
sind für
Power-over-LAN freigegeben. Nicht alle Vorrichtungen sind für Power-over-LAN freigegeben.
Herkömmliche
Non-power-over-LAN-Vorrichtungen können in demselben Netz enthalten
sein. Die für
Power-over-LAN freigegeben Vorrichtungen arbeiten transparent gegenüber nicht
freigegebenen Vorrichtungen-Typische
Anwendungen von Netz-Systemen/Elementen, auf die das Power-over-LAN-Systeme der vorliegenden
Erfindung angewendet kann, umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, im
Allgemeinen jedes System oder Element, das mit einem LAN verbunden
ist, und insbesondere IP- oder LAN-Telefone, digitale Videokameras,
Web-Kameras, Videokonferenzgeräte, Drahtlos-LAN-Produkte
mit Sendern und Empfängern,
drahtlose Computer, Arbeitsstationen und Netzdrucker. Ferner sind
Sicherheitssystemgeräte, wie
z.B. Alarmgeber und Sensoren eingeschlossen, die mit dem Netz verbunden
sind, ferngesteuerte "SmartHome"-Geräte, wie
z.B. "LonWorks"- oder "CEBus"-kompatible Produkte
und alle Arten von herkömmlichen
Datennetzvorrichtungen, wie z.B. Hubs, Switches, Router und Bridges.
Jede von den vorstehend aufgelisteten Vorrichtungen kann dafür angepasst
sein, seine elektrische Betriebsenergie aus der LAN-Infrastruktur
zu erhalten. Die Anzahl und Art von Vorrichtungen, die dafür angepasst
werden können, Energie über das
LAN zu empfangen, ist jedoch auf die Energiemenge beschränkt, die
die LAN-Verkabelung
in Hinblick auf Sicherheit und Kosten übertragen kann.
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Das
Power-over-LAN-System weist Systeme und Subsysteme auf, die miteinander
auf jeder Netzebene integriert werden können, d.h., von der Netzelement/Vorrichtungs-Ebene
bis zu der Netz-Hub- und Backbone-Switch-Ebene. Das Power-over-LAN-System
kann zu einer herkömmlichen LAN-Installation
hinzugefügt
werden, oder kann in die Netzelemente selbst, z.B. die Hubs, Switches, Router,
Bridges, usw. integriert werden.
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Einige
von den Geräten
erhalten die elektrische Energie aus den AC-Stromnetzsteckdosen
und einige empfangen die Energie über die LAN-Verkabelungs-Infrastruktur.
Der LAN-Bridge/Router 3066 empfängt AC-Stromnetzenergie über den
elektrischen Stecker 3068. Ebenso erhalten der integrierte Energie/Daten-Kombinator-Hub/Switch 3072 und
der herkömmliche
LAN-Hub/Switch 3106, 3128 AC-Stromnetzenergie über elektrische
Stecker 3074, 3108 bzw. 3110. Die externe
Energie/Daten-Kombinatoreinheit 3168 empfängt E nergie
aus der UPS 3171, welche wiederum mit der AC-Stromnetzenergie über den
elektrischen Stecker 3170 verbunden ist. Der integrierte
Energie/Daten-Kombinator-Hub/Switch 3090 empfängt Energie über die LAN-Verkabelung über das
Kabel 3088.
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Der
integrierte Energie/Daten-Kombinator-Hub/Switch 3072 ist
mit dem LAN-Bridge/Router 3066 über ein
Kabel 3070 verbunden, das nur Daten transportiert. Mit
dem Hub/Switch 3072 verbundene Netzvorrichtungen umfassen
IP-Telefone 3076, 3080. Das IP-Telefon 3076 ist über ein
kombiniertes Energie/Daten-Kabel 3086 verbunden und integriert einen
Energie/Daten-Splitter in dem Telefon. Das IP-Telefon 3080 ist
mit einem externen Energie/Daten-Splitter 3078 über ein
getrenntes Datenkabel 3082 und Energiekabel 3084 verbunden.
Der Energie/Daten-Splitter 3078 ist mit dem Hub/Switch 3072 über ein
Kabel 3077 verbunden, das sowohl Energie als auch Daten
transportiert.
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Mit
dem integrierten Energie/Daten-Kombinator-Hub/Switch 3090 verbundene
Vorrichtungen umfassen einen tragbaren Computer 3096 und
ein IP-Telefon 3102. Der tragbare Computer 3096 ist
mit einem externen Energie/Daten-Splitter 3094 über ein Kabel 3100,
das nur Daten transportiert und ein Energiekabel 3098 verbunden.
Der Energie/Daten-Splitter 3094 ist
mit dem Hub/Switch 3090 über ein Kabel 3092 verbunden,
das sowohl Energie als auch Daten transportiert. Das IP-Telefon 3102 ist über ein
Kabel 3104, das sowohl Energie als auch Daten transportiert
verbunden und integriert einen Energie/Daten-Splitter in dem Telefon. Man beachte, dass
der Hub/Switch 3090 einen internen Energie/Daten-Splitter
aufweist, um das von dem Hub/Switch 3072 empfangene kombinierte
Datenkommunikationssignal und elektrische Energiesignal zu trennen.
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Der
herkömmliche
LAN-Hub/Switch 3106 ist mit dem Bridge/Router 3066 über eine
Kabelverbindung 3134 und mit einer AC-Stromnetzenergie über einen
elektrischen Stecker 3108 verbunden. Mit dem Hub/Switch 3106 verbundene
Netzvorrichtungen umfassen ein IP-Telefon 3112 und einen
Desktop-Computer 3118, 3124. Das IP-Telefon ist
mit dem Hub/Switch 3106 über ein Kabel 3110 verbunden, das
nur Daten überträgt und mit
der AC-Stromnetzenergie über
einen elektrischen Stecker 3114. Desktop-Computer 3118, 3124 sind
mit dem Hub/Switch 3106 nur über Datenkabel 3116 bzw. 3122 und
mit der AC-Stromnetzenergie über
elektrische Stecker 3120 bzw. 3126 verbunden.
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Ein
Kabel 3132 nur für
Datenkommunikation verbindet den Bridge/Router 3066 mit
der externen Energie/Daten-Kombinatoreinheit 3168. Ein
Kabel 3166 nur für
Datenkommunikation verbindet die Energie/Daten-Kombinatoreinheit 3168 mit
einem herkömmlichen
LAN-Hub/Switch 3128, der mit der AC-Stromnetzenergie über einen
elektrischen Stecker 3130 verbunden ist. Die Energie/Daten-Kombinatoreinheit 3168 ist
mit mehreren Netzvorrichtungen, die eine netzwerkfähige Videokamera 3136, IP-Telefone 3142, 3158 und
Desktop-Computer 3150 umfassen, verbunden. Jede mit der
Energie/Daten-Kombinatoreinheit 3168 verbundene
Netzwerkvorrichtung weist eine Nur-Datenkommunikationsverbindung von der
Energie/Daten-Kombinatoreinheit 3168 zu dem Hub/Switch 3128 auf.
Unter normalen Betriebbedingungen werden die über das Datenkabel 3132 empfangenen
Kommunikationssignale an das Datenkabel 3166 weitergegeben, d.h.,
transparent gebrückt.
Im Falle eines Stromnetzausfalls, wird jedoch der herkömmliche
LAN-Hub/Switch 3128 umgangen, und die Datenkommunikationssignale
werden direkt an dien mit dem Energie/Daten-Kombinatoreinheit 3168 verbundenen
Netzvorrichtungen weitergeleitet.
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Die
netzfähige
Videokamera 3136 ist mit dem Energie/Daten-Kombinator 3168 über ein
Kabel 3138 verbunden, das sowohl Daten als auch Energie transportiert.
Das IP-Telefon 3142 ist mit einem externen Energie/Daten-Splitter 3140 über ein
getrenntes Datenkabel 3144 und ein Energiekabel 3146 verbunden.
Der Energie/Daten-Splitter 3140 ist mit der Energie/Daten-Kombinatoreinheit 3168 über ein
kombiniertes Energie/Daten-Kabel 3148 verbunden. Ähnlich ist
das IP-Telefon 3158 mit einem externen Energie/Daten-Splitter 3156 über ein
getrenntes Datenkabel 3162 und ein Energiekabel 3160 verbunden.
Der Energie/Daten-Splitter 3156 ist mit der Energie/Daten-Kombinatoreinheit 3168 über ein
kombiniertes Energie/Daten-Kabel 3154 verbunden. Der Desktop-Computer 3150 ist
mit der Energie/Daten-Kombinatoreinheit 3168 über ein
Kabel 3152 nur für
Datenkommunikation und mit der AC-Stromnetzenergie über einen
elektrischen Stecker 3172 verbunden.
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Wie
vorstehend beschrieben, kann das Netz 3060 dafür eingerichtet
sein, elektrische Notenergie im Falle eines Stromnetzausfalls zu
liefern. Eine oder mehrere UPS-Einheiten können strategisch in dem Netz 3060 platziert
sein, um Energie an kritische Netzvorrichtungen zu liefern, die
selbst im Falle eines Stromnetzausfalls mit Energie versorgt werden
müssen.
Beispiele umfassen IP-Telefone, vernetzte Sicherheitsvorrichtungen,
drahtlose LAN-Vorrichtungen,
welche Sender und Empfänger
enthalten usw. In dem in den 26A und 26B dargestellten Beispielnetz ist die UPS-Einheit 3171 mit
AC-Stromnetzenergie über
einen elektrischen Stecker 3170 verbunden und liefert Energie
an die externe Energie/Daten-Kombinatoreinheit 3168. Alternativ
können zusätzliche
UPS-Einheiten in dem Netz platziert sein und/oder die UPS 3171 kann
so eingerichtet sein, dass sie elektrische Energie an mehr als nur
eine Energie/Daten-Kombinatorvorrichtung liefert.
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Es
ist wichtig, anzumerken, dass die Verteilung von elektrischer Notenergie,
d.h., von Energie aus einer nicht unterbrechbaren Energiequelle,
von einigen wenigen Punkten in dem Netz über die LAN-Infrastruktur kosteneffektiver
ist, als die Verbindung jedes kritischen Netzelementes mit seiner
eigenen speziellen UPS ist, oder indem alternativ ein UPS-Energieverteilungs-Verkabelungssystem
durch die gesamte Organisation zusätzlich zu dem normalen Energieversorgungsnetz
aufgebaut wird. Im Falle eines Stromnetzausfalls wird elektrische
Energie aus dem UPS an diejenigen kritischen Netzelemente geliefert,
die sie benötigen.
Welches Power-over-LAN freigegebene Netzvorrichtungen Energie in
dem Falle eines Ausfalls empfangen sollen, kann von vorneherein
in dem Energie/Daten-Kombinator
konfiguriert werden. Die Konfiguration kann lokal über einen
Verwaltungsport oder ferngesteuert über die Verwaltungseinheit 3164 durchgeführt werden,
die mit dem LAN/WAN-Backbone 3064 verbunden ist.
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Es
wichtig anzumerken, dass ein Vorteil des Systems der vorliegenden
Erfindung darin liegt, dass die Sicherheitsanforderungen und Kosten
von Netzendgeräten
reduziert werden können,
da die elektrische Energie als Niederspannung über die LAN-Infrastruktur verteilt
wird. Im Falle der IP-Telefonie ermöglicht die Lieferung von Energie über das
LAN, dass das IP-Telefon eine Quelle nicht unterbrechbarer Energie
besitzt wie ihn mit dem PSTN verbundene normale analog basierende
Telefone haben.
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Die über das
LAN verteilte elektrische Energie kann entweder als DC- oder niederfrequente AC-Spannung
geliefert werden. In keinem Falle beeinflusst die Lieferung der
Energie über
die LAN-Infrastruktur die Datenkommunikationssignale. Die Energiespannungen über die
LAN-Verkabelungen werden unter 120 Volt Spitze gehalten, und der
Strom ist begrenzt, um eine Kompatibilität mit Sicherheitsstandards,
wie z.B. UL 609050 und EN 60950 einzuhalten.
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Man
beachte auch, dass die über
die LAN-Verkabelung gelieferte elektrische Energie unter Verwendung
eines oder mehrerer Reservepaare in dem Kabel übertragen werden kann. Die
Ethernetkommunikation erfordert die Implementation von zwei Paaren
(vier Leitern). Wenn die Verkabelungsanlage mit EIA-TIA 568A kompatibel
ist und vier Paare enthält,
bleiben dann zwei Paare unbenutzt. Die elektrische Energie kann
unter Verwendung von einem der zwei ungenutzten Paare übertragen
werden. In diesem Falle sind der Energiesplitter und -kombinator
nicht unbedingt erforderlich und es kann eine direkte Einspeisung
und Extraktion von Energie implementiert werden. Alternativ wird
dann, wenn das Kabel nur zwei Paare aufweist, die elektrische Energie
unter Verwendung eines der zwei verfügbaren Paare, d.h., der Empfangs-
und Sendedrähte übertragen.
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Es
wird nun Bezug auf 27 genommen, welche ein Blockdiagramm
einer Energie/Daten-Kombinatoreinheit zum Anlegen elektrischer Energie
an die Datenkommunikations-Infrastruktur darstellt. Wie vorstehend
beschrieben, funktioniert der Energie/Daten-Kombinator unabhängig davon, ob er als eine
eigenständige
externe Einheit oder in einem Netzelement integriert ist so, dass
er ein elektrisches Energiesignal und ein Datenkommunikationssignal kombiniert,
um ein kombiniertes Energie/Daten-Signal zu erzeugen. Die Beschreibung,
die folgt, verwendet den externen Energie/Daten-Kombinator als ein Darstellungsbeispiel.
Man beachte jedoch, dass die Beschreibung genauso auf die integrierte
Ausführungsform
zutrifft.
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Der
insgesamt mit 3180 bezeichnete Energie/Daten-Kombinator
weist eine Leitungsschnittstellenschaltung 3181, Filterungs-
und Schutzschaltung 3182, eine Energieversorgung 3184 und
eine Steuerung 3186 auf. Die Eingangsanschlüsse 3190 empfangen
nur Datensignale aus einem Hub oder Switch. Die Ausgangsanschlüsse 3188 geben
ein kombiniertes Daten-plus-Energie-Signal an verbundene Geräte aus,
die für
Power-over-LAN freigegeben sind, wie z.B. Energie/Daten-Splitter
oder integrierte Netzelemente.
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Die
Energie/Daten-Kombinatoreinheit 3180 ist mit einem herkömmlichen
LAN 10/100/1000 Base T-Hub oder Switch über die Dateneingangsanschlüsse 3190 verbunden.
Man beachte, dass obwohl 8 Dateneingangsanschlüsse dargestellt sind, der Energie/Daten-Kombinator eine beliebige
Anzahl von Dateneingangsanschlüssen,
wie z.B. 16, 24, 32 aufweisen kann. Der herkömmliche Hub oder Switch und Energie/Daten-Kombinator 3180 können dieselbe Anzahl
von Anschlüsse
aufweisen oder nicht, aber bevorzugt dieselben. Die Energie/Daten-Kombinatoreinheit 3180 hat
die Funktion, die DC- oder AC-Energie in jeden LAN-Kanal einzuspeisen.
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Die
Energie/Daten-Kombinatoreinheit 3180 ist dafür angepasst,
elektrische Energie aus der normalen AC-Stromversorgung des Gebäudes, einer UPS
oder einer anderen Vorrichtung, die Power-over-LAN freigegeben ist,
zu empfangen und an eine oder mehrere damit verbundene Netzvorrichtungen
zu verteilen. Jeder Ausgangskanal kann aus einem Ethernet-Kanal bestehen, der
nur Datenkommunikationssignale, nur Energiesignale oder sowohl Datenkommunikations-
als auch Energiesignale gleichzeitig transportiert. Die Energie/Daten-Kombinatoreinheit
weist eine Schaltung auf, die alle Beeinflussungen für die Datenübertragungen
minimiert.
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Die
Energieversorgung 3184 ist mit einer Quelle einer elektrischen
AC-Stromnetzenergie über einen
Verbinder oder ein Kabel 3192 verbunden. Alternativ kann
die Energie aus einer anderen Energie/Daten-Kombinatoreinheit empfangen
werden. Die Energieversorgung 3184 hat die Funktion, die
benötigte
Energie für
den Betrieb der Energie/Daten-Kombinatoreinheit 3180 selbst
und die gesamte Energie zu liefern, die von den stromab mit der
Einheit 3180 verbundenen ferngespeisten Netzvorrichtungen
benötigt
wird. Die Energieversorgung 3184 ist bevorzugt so aufgebaut,
dass sie einen Energiebedarf für
den schlechtesten Fall unterstützt,
d.h., das von einem Kanal benötigte
Maximum multipliziert mit der Anzahl der Kanäle. Alternativ ist die Energieversorgung 3184 so
aufgebaut, dass sie einen geringeren Energiebedarf unter der Annahme
unterstützt, dass
eine a priori Vorhersage des Energieverbrauchs durch alle Kanäle existiert.
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Die
Filter- und Schutzschaltung 3182 hat die Funktion, das
hochfrequente Datenkommunikationssignal ununterbrochen und transparent
vom Eingang zum Ausgang passieren zu lassen. Die Schaltung 3182 verhindert,
dass die niedrige Impedanz des Ausgangs der Energieversorgung das
Datenkommunikationssignal abschwächt
und verhindert, dass Kommunikationssignale auf einem Kanal in einen
anderen Kanal über
die gemeinsame Energieversorgungseinheit 3184 übertreten,
d.h., Übersprechen verhindern.
Die Schaltung hat auch die Funktion, die von Schaltnetzteilen erzeugte
Hochfrequenzwelligkeit und Störungen
zu filtern und eine hohe Ausgangsimpedanz aus der Energieversorgung
für hohe
Frequenzen zu erzeugen.
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Weitere
Funktionen der Filter- und Schutzschaltung 3182 umfassen
die Begrenzung der verfügbaren
Energie für
jeden Kanal abhängig
von einem vorbestimmten Pegel, eine Strommessung für jedes
Drahtpaar, minimale und maximale Stromschwellenwert-Bezugspegel, eine
Unsymmetrie- oder Stromleckagedetektion und die Fähigkeit,
Energie an/von jedem Kanal zu liefern und davon zu trennen. Die
minimalen und maximalen Stromschwellenwertbezugspegel können fest
sein oder über
die Verwaltungseinheit abhängig
von der Implementation und Konfiguration des Systems gesteuert sein.
Eine wesentliche Funktion der Schaltung 3182 ist die, dass
sie einen kurzgeschlossenen oder an derweitig fehlerhaften Anschluss,
abschaltet, so dass andere Betriebskanäle nicht beeinflusst werden.
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Die
Steuerung 3186 hat, geeignet programmiert, die Funktion,
den Betrieb der Komponenten innerhalb des Energie/Daten-Kombinators 3180 zu verwalten
und zu steuern, und Telemetriefunktionen für eine externe Verwaltungseinheit
bereitzustellen. Die Steuerung hat die Funktion, mit einer Verwaltungseinheit
zu kommunizieren, die entweder lokal oder abgesetzt über das
Netz verbunden ist. Die Steuerung ermöglicht eine Online-Modifikation
der jedem Kanal zugeteilten Energie. Weitere Funktionen beinhalten
die Statusmeldung, wie z.B. Meldung der von jedem Kanal verbrauchten
Energie, alle Kanalausfälle
und alle Ausfälle
innerhalb der Energie/Daten-Kombinatoreinheit selbst.
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In
der integrierten Ausführungsform
ist die Funktionalität
der Energie/Daten-Kombinatoreinheit in
einen herkömmlichen
Hub oder Switch mit LAN-Konnektivität, wie z.B. in einen 10, 100
oder 1000 BaseT integriert. Die interne Energieversorgung ist so
modifiziert, dass sie die erhöhte
Belastung des normalen Hub-Betriebs und der Fernenergiespeisefunktionen
unterstützt.
Eine Leitungsschnittstellenschaltung ist zwischen den Ausgangsanschlüssen und
der internen Vernetzungsschaltung des Hubs eingefügt. Zusätzlich ist
die Filterungs- und Schutzschaltung hinzugefügt, um die Leitungsschnittstellenschaltung
mit der Energieversorgung zu verbinden. Jeder von den Standard-LAN-Anschlüssen wird
durch einen kombinierten Daten-plus-Energie Anschluss ersetzt. Diese
integrierte Ausführungsform
dient dazu, die Gesamtsystemkosten zu reduzieren, den benötigten Platz
zu reduzieren und reduziert die Komplexität des Netzes. Es erfordert
jedoch eine Modifikation des herkömmlichen Hub oder Switch.
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Sowohl
in den externen als auch integrierten Ausführungsformen werden die von
dem Energie/Daten-Kombinator empfangenen Daten bidirektional von
jedem Kanaleingang zu seinem entsprechenden Kanalausgang übertragen.
Die Energie wird in jedem Kanalausgangsanschlusseingespeist. Der Betrag
der jedem Ausgangskanal zugeteilten Energie kann unabhängig eingestellt
werden. Zusätzlich ist
jeder Ausgangskanal selbst gegen Kurzschluss- und Überlastbedingungen
geschützt.
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Ferner
können
in Verbindung mit der Umgebung des externen Energie/Daten-Kombinators
zwei zusätzliche
LAN-Anschlüsse
optional bereitgestellt sein. Ein Eingangs-LAN-Anschluss und ein Ausgangs-LAN-Anschluss
können
vorgesehen sein, wodurch während
des normalen Betriebs zwei Anschlüsse miteinander gebrückt sind.
Der herkömmliche
Hub oder Switch wird über
den Ausgangs-LAN-Anschluss gespeist. Der Eingangs-LAN-Anschluss wird mit
der stromauf liegenden Netzvorrichtung z.B. dem Hub oder dem Switch verbunden.
Im Falle eines Stromnetzausfalls trennt die Energie/Daten-Kombinatoreinheit
die Eingangs- und Ausgangs-LAN-Anschlüsse und leitet die Datenkommunikation
von dem Eingangs-LAN-Anschluss direkt auf einen oder mehrere Ausgangskanäle. Somit
wird sowohl Daten- als auch Energiekontinuität in dem Falle bereitgestellt,
dass der stromauf liegende Daten-Hub oder Switch nicht arbeitet.
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Es
wird nun Bezug auf 28 genommen, welche ein Blockdiagramm
einer Energie/Daten-Splittereinheit zur Trennung der elektrischen
Energie von der Datenkommunikationsstruktur darstellt. Wie vorstehend
beschrieben, hat der Energie/Daten-Splitter die Funktion, einen
LAN-Kanal an seinem Eingang aufzunehmen, der sowohl Energie als
auch Daten gleichzeitig über
dieselben Kabeldrähte
transportiert, und die zwei Signale in ein Energiesignal und ein
Datensignal zu trennen. Diese beiden Signale werden dann an die
angeschlossene Netzvorrichtung weitergeleitet. Die zwei Ausgangssignale
können zwei
getrennte Kabelverbindungen, d.h., eine für Daten und eine für Energie
aufweisen. Die Datenkabelverbindung verhält sich wie ein für Datenkommunikation
ausgelegter Standard-LAN-Datenkanal,
der. Die Energiekabelverbindung dient zum Betreiben der Energielasten
mit aus dem kombinierten Eingangssignal entzogener Energie. Der
Energie/Daten-Splitter hat die Funktion, die Eingangsspannung von
der Ausgangsspannung zu isolieren. Zusätzlich kann ein AC/DC- oder
DC/DC-Spannungswandler verwendet werden, um die Eingangsspannung
auf einen oder mehrere Spannungspegel umzusetzen, um spezifische
Anforderungen der angeschlossenen Netzvorrichtungen zu erfüllen.
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Der
insgesamt mit 3200 bezeichnete Energie/Daten-Splitter weist
eine Leitungsschnittstellenschaltung 3202, Filterungs-
und Schutzschaltung 3206, einen Energiewandler 3208 und
eine Steuerung 3204 auf. Der Splitter 3200 wird
normalerweise zwischen der LAN-Wandauslasssteckdose
und der Netzvorrichtung angeschlossen. Funktionell verhindert der
Energie/Daten-Splitter 3200 den Durchlass von Hochfrequenzsignalen
durch den Energieausgang, indem er für hohe Frequenzen eine hohe
Impedanz darstellt, ermöglicht
den Durchgang von Niederfrequenz- und DC-Energiesignalen, und verhindert
die Durchleitung von Hochfrequenzstörungen aus dem Energiewandlereingang
zu dem Datenkanal.
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Die
Leitungsschnittstellenschaltung 3202 weist einen Daten-plus-Energie
Eingangsanschluss 3210 und einen Ausgangsanschluss 3212 nur
für Datenkommunikation
auf. Die entzogene Energie wird über
einen Energieausgangsanschluss 3214 ausgegeben. Die Leitungsschnittstellenschaltung 3202 empfängt das
Signal aus einem LAN-Kanal und stellt eine Hochpassfilterung bereit,
um einen ungestörten bidirektionalen
Transport des Datenkommunikationssignals von dem Daten-plus-Energie
Eingangsanschluss 3210 zu dem Ausgangsanschluss 3212 nur für Daten
zu ermöglichen.
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Die
Filterungs- und Schutzschaltung 3206 stellt eine Tiefpassfilterung
zwischen dem Daten-plus-Energie Eingangsanschluss 3210 und
dem Eingang des Energiewandlers 3208 bereit. Der Energiewandler 3208 akzeptiert
die aus dem LAN-Kanal entzogene Spannung und hat die Funktion, diese
in eine oder mehrere Ausgangsspannungen umzuwandeln. Der Energiewandler 3208 kann
einen AC/DC- oder einen DC/DC-Spannungswandler abhängig von der
aus dem LAN-Kanal entzogenen Spannung aufweisen. Der Energiewandler
kann dafür
angepasst sein, eine beliebige Anzahl von Spannungen in Abhängigkeit
von den spezifischen Anforderungen der an den Energie/Daten-Splitter 3200 angeschlossenen
Netzvorrichtungen erzeugen.
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Die
Steuerung 3204 hat, geeignet programmiert, die Funktion,
den Betrieb der Komponenten innerhalb des Energie/Daten-Splitters 3200 zu
verwalten und zu steuern und Telemetriefunktionen für eine externe
Verwaltungseinheit bereitzustellen. Die Steuerung hat die Funktion,
mit einer Verwaltungseinheit zu kommunizieren, die entweder lokal
oder abgesetzt über
das Netz verbunden ist. Weitere optionale Funktionen umfassen die
Statusmeldung, wie z.B. die Meldung der von jedem Kanal verbrauchten
Energie, aller Kanalausfälle
und aller Ausfälle
innerhalb des Energie/Daten-Splitters selbst.
-
In
der integrierten Ausführungsform
ist die Energie/Daten-Splitterfunktionalität in eine herkömmliche
Netzvorrichtung, wie z.B. ein IP- oder LAN-Telefon, einen tragbaren
oder Desktop-Computer integriert. Die Netzvorrichtung ist so modifiziert,
dass sie das kombinierte Energie/Daten-Signal empfängt. Der Standard
LAN-Anschluss und der Energieport sind durch einen kombinierten
Daten-plus-Energie Anschluss ersetzt. Eine Leitungsschnittstellenschaltung ist
zwischen den Eingangsanschluss und den internen Netzdaten- und Energieeingangsanschluss
eingefügt.
Zusätzlich
ist die Filterungs- und Schutzschaltung hinzugefügt, um die Leitungsschnittstellenschaltung
mit der Energieversorgung zu verbinden. Diese integrierte Ausführungsform
dient zur Reduzierung der Gesamtsystemkosten, zum Reduzieren des erforderlichen
Platzes und reduziert die Komplexität des Netzes. Sie erfordert
jedoch eine Modifikation einer herkömmlichen Netzvorrichtung.
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Es
wäre in
Hinblick auf Komplexität
und Kosten ineffizient, ein Energielieferungs- und Verteilungsnetz
unter der Annahme aufzubauen, dass jeder Netzanschluss und Knoten
gleichzeitig die maximal zugeordnete Ausgangsleistung verbraucht.
Zusätzlich
würde ein
Energienetz wahrscheinlich Energie-"Flaschenhälse" über
dem Datennetz erzeugen und die Verwendung einer speziellen Verkabelung erzwingen,
die nicht für übliche LAN-Installationen Standard
ist. Ferner würden
die zur Implementierung eines derartigen Energienetzes verwendeten
Geräte höchst wahrscheinlich
die Wärme
und Energiespezifikationen von Standard-Netzvorrichtungs-Schränken, welche
dafür ausgelegt
sind, stapelbare Hubs, Switches, Router und verschiedene Arten von
Netzverwaltungseinheiten aufzunehmen, überschreiten, was dazu führt, dass
derartige Geräte
nicht aufgenommen werden können.
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Daher
kann das Power-over-LAN-System der vorliegenden Erfindung bei dem
Aufbau des Energienetzes die statistischen Muster nutzen, die den erwarteten
Energieverbrauch während
(1) des normalen Netzbetriebs und während (2) des Notbetriebs im
Falle eines Gebäudestromversorgungsausfalls anzeigen.
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Die
Verwaltungseinheit 3164 (26A) weist
Software auf, die auf jedem mit dem Netz verbundenen PC oder Server
ausgeführt
werden kann. Die Verwaltungseinheit hat die Funktion, Telemetrie- und
Steuerinformation an die Power-over-LAN-Komponenten, wie z.B. die
Energie/Daten-Kombinatoren und Splitter zu übertragen, die über das
Netz verteilt sind. Das Datenkommunikationsnetz selbst transportiert
die Datenmeldungen zwischen den Power-over-LAN freigegebenen Geräten und
der Verwaltungseinheit. Die Verwaltungseinheit stellt Überwachungs-
und Lieferungsfunktionen bereit. Die Lieferungsfunkti on weist verfügbare Energieressourcen in
einer analogen Weise zum verwalteten Netzdatenverkehr zu und dient
dafür,
den Energiepfad über
das Netz von der Quelle zur Senke zu konfigurieren.
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Ein
Netzwerkverwalter ist in der Lage, das Systemverfahren zur Handhabung
derjenigen Netzanschlüsse
zu ermitteln, die keine Last, Überlast
oder Stromleckage nach Masse anzeigen. Die Energie an einem fehlerhaften
Anschluss kann abgeschaltet oder auf einen gewünschten Wert begrenzt werden. Der
Neustart aus einem Abschaltzustand kann automatisch auf der Basis
eines Anschlusszustandes erfolgen oder kann manuell durchgeführt werden.
Jeder Anschluss kann individuell in Abhängigkeit von der Systemeinrichtungskonfiguration
konfiguriert werden.
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Man
beachte, dass jeder Energie/Daten-Kombinator so aufgebaut sein kann,
dass er unabhängig
oder über
eine externe Steuerung verwaltet werden kann. Jeder Energie/Daten-Kombinator kann eine
spezielle LAN-Datenverbindung aufweisen oder er kann eine serielle/parallele
Kommunikation zu einem Netzhostsystem aufweisen, das wiederum Telemetrie-
und Steuerdaten an das Netz-LAN überträgt.
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Im
Falle eines Gebäudestromversorgungsausfalls
kann es sein, dass bestimmte Netzvorrichtungen und Knoten, z.B.
Hubs, Router, Bridges, Switches, usw. umgangen werden müssen, um
eine Daten- und Energiekontinuität
zwischen kritischen Netzknoten, Terminals und Geräten aufrechtzuerhalten. Die
elektrische Energie, die durch einen einzigen großen LAN-Kanal
zugeführt
wird, sollte in den meisten Fällen
ausreichen, um die Großzahl
der Netzvorrichtungen zu betreiben. Dieser LAN-Kanal würde wahrscheinlich
jedoch nicht ausreichen, um gleichzeitig einen normalen Netz-Hub/Switch
und alle mit ihm verbundenen Netzvorrichtungen zu betreiben. Zusätzlich sind
LAN-Geräte
typischerweise nutzlos, sofern sie nicht sowohl Energie als auch
Datenkommunikation gleichzeitig empfangen. Das Power-over-LAN-System
der vorliegenden Erfindung hat die Funktion, den Strom elektrischer
Energie und Datenkommunikationen in dem Falle eines Stromausfalls
sicherzustellen. Die LAN-Knoteneinheiten, d.h., Hubs, Switches,
usw. und Netzvorrichtungen schalten auf einen Betriebsmodus mit
verringerter Energie während
Gebäudestromversorgungsausfällen um.
Wenn sich eine Vorrichtung in einem Betriebsmodus mit verringerter
Energie befindet, reduziert sie ihre Datenverarbeitungsbandbreite und/oder
Verarbeitungsaktivitäten
und hält
nur einige wenige Anschlüsse
aktiv und schaltet ihre restlichen Anschlüsse ab, um ihren Gesamtenergieverbrauch zu
reduzieren. Somit kann eine Batterie-basierende UPS verwendet werden,
um mehrere kritische Netzelemente über längere Zeitdauer zu unterstützen.
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Der
Fachmann auf diesem Gebiet wird erkennen, dass die vorliegende Erfindung
nicht durch das was hierin vorstehend speziell dargestellt und beschrieben
wurde, beschränkt
ist. Stattdessen umfasst der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung sowohl
Kombinationen als auch Subkombinationen von verschiedenen hierin
vorstehend beschriebenen Merkmalen sowie Modifikationen und Varianten
davon, welche für
den Fachmann auf diesem Gebiet erkennbar sind und nicht dem Stand
der Technik entsprechen.