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Dokumentenidentifikation DE102004058266A1 08.06.2006
Titel HomePlug-Adapter
Anmelder devolo AG, 52070 Aachen, DE
Erfinder Weling, Nico, Eupen, BE
Vertreter Kohlmann, K., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 52078 Aachen
DE-Anmeldedatum 03.12.2004
DE-Aktenzeichen 102004058266
Offenlegungstag 08.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.06.2006
IPC-Hauptklasse H04L 12/46(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen HomePlug-Adapter zur Vernetzung von Netzwerkhosts über ein Hausstromnetz mit einem HomePlug-Chip sowie mindestens einer Netzwerkschnittstelle und einem zwischen den HomePlug-Chip und den Netzstecker geschalteten Koppler zur Ein- und Auskopplung von Hochfrequenzsignalen in bzw. aus dem Hausstromnetz.
Um die Lebensdauer durch eine stetige Erwärmung nicht zu verkürzen und darüber hinaus geringere Energiekosten zu verursachen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der HomePlug-Adapter einen mit jeder Netzwerkschnittstelle verbundenen Logikbaustein aufweist, der die von jeder Netzwerkschnittstelle eingehenden Signale auswertet und dass der Logikbaustein ein Steuersignal zum Abschalten des HomePlug-Chips in Abhängigkeit vom logischen Zustand des von jeder Netzwerkschnittstelle eingehenden Signals generiert.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen HomePlug-Adapter zur Vernetzung von Netzwerkhosts über ein Hausstromnetz mit einem HomePlug-Chip sowie mindestens einer Netzwerkschnittstelle und einem zwischen den HomePlug-Chip und den Netzstecker geschalteten Koppler zur Ein- und Auskopplung von Hochfrequenzsignalen in bzw. aus dem Hausstromnetz.

Neben den verbreiteten kabelgebundenen und kabellosen Netzwerktechnologien, wie Funknetzwerke, besteht die Möglichkeit der Heimvernetzung über vorhandene Stromleitungen im Haus. Diese Vernetzungstechnologie ist kostengünstig und komfortabel, da keine Kabel verlegt werden müssen und jede Steckdose als Anschluss an das Heimnetzwerk dienen kann. Die einzelnen Netzwerkgeräte werden über einen sogenannten HomePlug-Adapter mit dem Hausstromnetz verbunden. Die über das Hausstromnetz zu übertragenden Daten werden im Frequenzbereich von 4,3 bis 20,9 MHz auf die Stromleitung mit einer OFDM-Modulation (OFDM = Orthogonal Frequency Devision Multiplexing) aufmoduliert, so dass nur ein sehr kleiner Teil der Signalleistung an die Umgebung abgegeben wird. Der Stromzähler im Haus dient bei derartigen Stromleitungsnetzwerken als physikalische Barriere nach außen, da die Daten durch den Tiefpass-Filter sehr stark gedämpft werden. Zur Erhöhung der Sicherheit eines Stromleitungsnetzwerkes ist es jedoch empfehlenswert, zusätzlich eine Verschlüsselungstechnologie zu verwenden. Die Standards für die Vernetzung über das Hausstromnetz wurden von der "HomePlug-Powerline Alliance" entwickelt. Der zum Zeitpunkt dieser Anmeldung gültige HomePlug-Standard ergibt sich aus "HomePlug-Powerline Alliance, HomePlug 1.0.1 specification, 01. Dezember 2001".

Zum Anschluss von aktiven Netzwerkgeräten – sogenannten Netzwerkhosts- über das Hausstromnetz kommen beispielsweise die zum Stand der Technik gehörigen HomePlug-Adapter der Fa. devolo AG, Aachen in Betracht. Verfügbar sind HomePlug-Adapter mit Ethernet-Schnittstelle oder alternativ mit USB-Schnittstelle. Mit mehreren derartigen HomePlug-Adaptern lässt sich beispielsweise durch Anschluss von Personalcomputern an die Schnittstellen ein hausinternes Computernetzwerk über das Hausstromnetz aufbauen. Die bekannten HomePlug-Adapter erlauben die Integration von Netzwerksgeräten, die dem IEEE 802.3-Standard entsprechen. So kann beispielsweise durch den Anschluss eines Internetzugangsgerätes, beispielsweise eines Modem-Routers an einen der HomePlug-Adapter, die Stromleitung als Internet-Verlängerung in andere Räume genutzt werden. Dabei erfolgt der Internetzugang jedoch nicht aus der Steckdose, sondern über das Internetzugangsgerät, das in herkömmlicher Weise mit dem Internetzugang verbunden ist, beispielsweise mit einem DSL-, ISDN oder einem Telefonanschluss.

Nachfolgend wird ein bekannter HomePlug-Adapter der Firma devolo AG anhand von 1 beschreiben:

Die bekannten HomePlug-Adapter weisen neben der Netzwerkschnittstelle einen HomePlug-Chip und einen zwischen dem HomePlug-Chip und dem Netzstecker des HomePlug-Adapters geschalteten Koppler auf. Bei dem Koppler handelt es sich um einen Kopplungs-Transformator zur Ein- und Auskopplung der Hochfrequenzsignale in bzw. aus dem Hausstromnetz. Bei dem HomePlug-Chip handelt es sich um eine spezielle integrierte Schaltung, die die Funktion des derzeit gültigen HomePlug-Standards 1.0.1 realisiert. Der HomePlug-Chip gliedert sich in ein analoges, mit dem Koppler verbundenes Frontend, das die Funktion eines Bandpass-Filters, eines Digital/Analog- und Analog/Digitalwandlers sowie eines Verstärkers umfasst. Die Zugangssteuerung der Netzwerksgeräte im Hausstromnetz bewirkt der HomePlug MAC/PHY (PHY = Physical Layer/MAC = Media Access Control). Ferner ist in dem HomePlug-Chip ein Host Interface integriert, das die Kommunikation mit dem Ethernet-PHY bzw. der USB-Schnittstelle steuert. Bei dem Ethernet-PHY handelt es sich um ein physikalisches Interface für die Ethernet-Schnittstelle. In das physikalische Interface ist die DSP (Digitaler Signal Prozessor) basierte, physikalische Übertragungstechnik nach IEEE 802.3/802.3u implementiert. Das physikalische Interface unterstützt die MII (Media Independent Interface) Schnittstelle zur Kommunikation mit dem HomePlug-Chip. An das physikalische Interface ist die RJ 45-Buchse angeschlossen.

Sobald der bekannte HomePlug-Adapter über das Hausstromnetz mit Spannung versorgt wird, wird der HomePlug-Chip dauerhaft aktiviert. Der HomePlug-Adapter weist daher eine kontinuierliche Leistungsaufnahme am 230 Volt-Stromnetz von etwa 3,3 Watt auf. Hieraus resultiert eine stetige Erwärmung des HomePlug-Adapters, die die Lebensdauer herabsetzen kann. Darüber hinaus verursacht die kontinuierliche Leistungsaufnahme auch dann Stromkosten, wenn der Netzwerkzugang über den HomePlug-Adapter nicht genutzt wird. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn der an der Ethernet- oder USB-Schnittstelle angeschlossene Netzwerkhost, beispielsweise der Personalcomputer, abgeschaltet ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein HomePlug-Adapter der eingangs erwähnten Art zu schaffen, dessen Lebensdauer durch eine stetige Erwärmung nicht verkürzt wird und der darüber hinaus geringere Energiekosten verursacht.

Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf dem Gedanken, die Aktivierung des HomePlug-Chips zeitweilig zu unterbinden.

Im einzelnen wird die Aufgabe bei einem HomePlug-Adapter der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass der HomePlug-Adapter einen mit jeder Netzwerkschnittstelle verbundenen Logikbaustein aufweist, der die von jeder Netzwerkschnittstelle eingehenden Signale auswertet und dass der Logikbaustein ein Steuersignal zum Abschalten des HomePlug-Chips in Abhängigkeit vom logischen Zustand des von jeder Netzwerkschnittstelle eingehenden Signals generiert.

Die Erfindung macht sich die Tatsache zu Nutze, dass die an den HomePlug-Adapter angeschlossenen Netzwerkhosts auswertbare Signale generieren, die an der Netzwerkschnittstelle anliegen. In dem der HomePlug-Adapter einen mit jeder Netzwerkschnittstelle verbundene Logikbaustein aufweist, lässt sich feststellen, ob an der Netzwerkschnittstelle ein eingeschalteter oder ausgeschalteter Netzwerkhost angeschlossen ist. Abhängig von dieser Information generiert der Logikbaustein ein Steuersignal zum zeitweiligen Abschalten des HomePlug-Chips in Abhängigkeit vom logischen Zustand des an der Netzwerkschnittstelle abgefragten Signals.

Der erfindungsgemäße HomePlug-Adapter unterscheidet sich von den herkömmlichen HomePlug-Adaptern durch den Logikbaustein. Der Logikbaustein wertet die von den Netzwerkhosts eingehenden Signale der Netzwerkschnittstellen aus und steuert den HomePlug-Chip. Abhängig von dem logischen Zustand der Netzwerkschnittstelle entscheidet der Logikbaustein, ob der HomePlug-Chip aktiviert oder abgeschaltet wird. Bei aktiviertem HomePlug-Chip befindet sich der HomePlug-Adapter im Betriebsmodus, während er sich bei abgeschaltetem HomePlug-Chip in einem Energiesparmodus befindet. Lediglich bei aktiviertem HomePlug-Chip weist der HomePlug-Adapter die eingangs erwähnte Leistungsaufnahme von etwa 3,3 Watt auf, während im Energiesparmodus diese Leistungsaufnahme deutlich reduziert wird. Hieraus resultiert der Vorteil, dass die Betriebstemperatur des HomePlug-Adapters während des Energiesparmodus absinkt, was sich insbesondere bei geringer Nutzungsintensität des HomePlug-Adapters positiv auf dessen Lebensdauer auswirken kann. Der geringere Stromverbrauch hat darüber hinaus günstigere Betriebskosten des HomePlug-Adapters zur Folge.

Eine Ethernet-Schnittstelle des erfindungsgemäßen HomePlug-Adapters ist in an sich bekannter Weise über ein physikalisches Interface mit dem HomePlug-Chip verbunden. Die Funktionsweise des physikalischen Interfaces wurde eingangs erläutert. Der Logikbaustein wertet bei vorhandener Ethernet-Schnittstelle das Ethernet Link Signal aus, dass das physikalische Interface erzeugt, wenn an der Ethernet-Schnittstelle ein aktiver Netzwerkhost angeschlossen ist. Ein solcher Netzwerkhost ist beispielsweise ein Personalcomputer oder ein Internet-Zugangsgerät.

Ist die Netzwerkschnittstelle des erfindungsgemäßen HomePlug-Adapters indes als USB-Schnittstelle ausgestaltet, wertet der Logikbaustein die Versorgungsspannung der USB-Schnittstelle aus. Dort ist das USB-Power Signal vorhanden, wenn an der USB-Schnittstelle ein aktiver Netzwerkhost angeschlossen ist. In diesem Fall nutzt der Logikbaustein als Information die Versorgungsspannung, die an der USB-Schnittstelle eines aktiven Netzwerkhosts standardmäßig anliegt.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der HomePlug-Adapter mit mehreren gleichen oder verschiedenen Netzwerkschnittstellen ausgestattet. Der Logikbaustein ist in der Lage, mehrere gleiche oder unterschiedliche Netzwerkschnittstellen auszuwerten. Wenn an einer der Schnittstellen ein eingeschalteter Netzwerkhost angeschlossen ist, generiert der Logikbaustein kein Steuersignal zum Abschalten des HomePlug-Chips. Das Steuersignal zum Abschalten wird lediglich dann generiert, wenn an keiner der Schnittstellen eines HomePlug-Adapters ein eingeschalteter Netzwerkhost angeschlossen ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen

1 eine Darstellung eines zum Stand der Technik gehörigen HomePlug-Adapters der Firma devolo AG;

2 eine schematische vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen HomePlug-Adapters;

3 eine schematische vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen HomePlug-Adapters mit Ethernet-Schnittstelle sowie

4 eine vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen HomePlug-Adapters mit Ethernet und USB-Schnittstelle.

Die in den 2 bis 4 dargestellten HomePlug-Adapter weisen übereinstimmend wie die aus dem Stand der Technik bekannten HomePlug-Adapter einen Kopplungs-Transformator zwischen dem HomePlug-Chip und der Steckdose auf, der jedoch der Übersichtlichkeit halber in den 2 bis 4 nicht dargestellt wurde. Der HomePlug-Chip und soweit vorhanden das physikalische Interface für die Ethernet-Schnittstelle stimmt mit dem HomePlug-Chip sowie dem physikalischen Interface des HomePlug-Adapters nach dem Stand der Technik überein, so dass insoweit auf die Erläuterung zu 1 Bezug genommen wird.

Aus 2 ist ersichtlich, dass der erfindungsgemäße HomePlug-Adapter zusätzlich einen mit Logik gekennzeichneten Logikbaustein aufweist, der zwischen die mindestens eine Netzwerkschnittstelle und den HomePlug-Chip geschaltet ist. Der Logikbaustein wertet die von der Netzwerkschnittstelle eingehenden Signale aus und generiert in Abhängigkeit vom logischen Zustand des von jeder Netzwerkschnittstelle eingehenden Signals ein Steuersignal, das den HomePlug-Chip aktiviert oder abschaltet. Die gepunktet dargestellten weiteren Netzwerkschnittstellen verdeutlichen, dass der Logikbaustein in der Lage ist, mehrere Schnittstellen auszuwerten. Der erfindungsgemäße HomePlug-Adapter kann daher beispielsweise über eine Ethernet und eine USB-Schnittstelle verfügen (vgl. 4).

Anhand des in 3 dargestellten HomePlug-Adapters mit Ethernet-Schnittstelle wird nachfolgend die Auswertung der von der Ethernet-Schnittstelle eingehenden Signale näher erläutert. Der Logikbaustein wertet das Ethernet Link Signal (Eth. Link) aus. Das Ethernet Link Signal liegt an einem digitalen Ausgang des Chips (Ethernet PHY). an, der das physikalische Interface bildet Dieses Signal beinhaltet die Information, ob an der Ethernetanschlussbuchse (RJ45-Buchse) ein Netzwerkkabel eingesteckt ist, das mit einem aktiven Netzwerkhost, beispielsweise einem Personalcomputer verbunden ist. Ist eine Verbindung zu einem eingeschalteten Netzwerkhost vorhanden, ist das Ethernet Link Signal logisch "1". Ist kein aktiver Netzwerkhost vorhanden, ist das Ethernet Link Signal logisch "0". Abhängig von dieser Information schaltet der Logikbaustein mit Hilfe des Steuersignals den HomePlug-Chip ab, wenn das Ethernet Link Signal logisch "0" ist. Der HomePlug-Adapter geht damit in den Energiesparmodus über. Aus dem unter dem Blockschaltbild dargestellten Signalverlauf ist erkennbar, dass sich bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel das Steuersignal, das der Logikbaustein generiert, wie das Ethernet Link Signal verhält. Der Signalverlauf verdeutlicht, dass bei nicht vorhandenen Ethernet Link Signal der HomePlug-Chip abgeschaltet wird, während bei vorhandenen Ethernet Link Signal der HomePlug-Chip aktiviert wird.

Anhand des Blockschaltbildes nach 4 wird ein erfindungsgemäßer HomePlug-Adapter mit zwei Netzwerk-Schnittstellen, nämlich einer Ethernet-Schnittstelle und einer USB-Schnittstelle näher erläutert. Der erfindungsgemäß vorgesehene Logikbaustein wertet nun abweichend zu dem Ausführungsbeispiel nach 3 sowohl das von der USB-Schnittstelle als auch das von der Ethernet-Schnittstelle eingehende Signal aus. Bei dem von der Ethernet-Schnittstelle eingehende Signal handelt es sich um das Ethernet Link Signal an dem digitalen Ausgang des physikalischen Interfaces. Insoweit wird auf die Erläuterungen zu 3 verwiesen. Bei dem von der USB-Schnittstelle eingehenden Signal handelt es sich um das USB Powersignal. Ist beispielsweise an der USB-Buchse der USB-Schnittstelle ein eingeschalteter Personalcomputer angeschlossen, liefert dessen USB-Bus standardmäßig eine Versorgungsspannung (USB-Power). Diese Versorgungsspannung liegt an der USB-Schnittstelle an und wird von dem Logikbaustein als logische "1" erkannt. Ist an der USB-Schnittstelle kein USB Kabel angeschlossen oder der angeschlossene Personalcomputer ausgeschaltet, liegt an der USB-Schnittstelle keine Versorgungsspannung an; dieser Zustand wird von dem Logikbaustein als logische "0" erkannt.

Hinsichtlich der Auswertung des Ethernet Link Signal, dass das physikalische Interface erzeugt, wird auf die Erläuterungen zu 3 verwiesen.

Der unter dem Blockschaltbild in 4 dargestellte Signalverlauf verdeutlicht, dass der Logikbaustein kein Steuersignal zum Abschalten des HomePlug-Chips generiert, wenn an der Ethernet-Schnittstelle oder der USB-Schnittstelle ein eingeschalteter Netzwerkhost angeschlossen ist, das heißt, wenn entweder das Ethernet Link Signal oder das USB Power Signal logisch "1" ist.

Sind an beiden Schnittstellen des erfindungsgemäßen HomePlug-Adapters eingeschaltete Netzwerkhosts angeschlossen, ist sowohl das Ethernet Link Signal als auch das USB Powersignal logisch "1". In diesem Fall erzeugt der Logikbaustein ebenfalls ein Steuersignal, das logisch "1" ist und aktiviert damit den HomePlug-Chip.


Anspruch[de]
  1. HomePlug-Adapter zur Vernetzung von Netzwerkhosts über ein Hausstromnetz mit einem HomePlug-Chip sowie mindestens einer Netzwerkschnittstelle und einem zwischen den HomePlug-Chip und den Netzstecker geschalteten Koppler zur Ein- und Auskopplung von Hochfrequenzsignalen in bzw. aus dem Hausstromnetz, dadurch gekennzeichnet,

    – dass der HomePlug-Adapter einen mit jeder Netzwerkschnittstelle verbundenen Logikbaustein aufweist, der die von jeder Netzwerkschnittstelle eingehenden Signale auswertet und

    – dass der Logikbaustein ein Steuersignal zum Abschalten des HomePlug-Chips in Abhängigkeit vom logischen Zustand des von jeder Netzwerkschnittstelle eingehenden Signals generiert.
  2. HomePlug-Adapter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Netzwerkschnittstelle eine Ethernet-Schnittstelle ist, die über ein physikalisches Interface mit dem HomePlug-Chip verbunden ist.
  3. HomePlug-Adapter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Netzwerkschnittstelle eine USB-Schnittstelle ist
  4. HomePlug-Adapter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Logikbaustein das Ethernet Link Signal auswertet, das das physikalischen Interface erzeugt, wenn an der Ethernet-Schnittstelle ein eingeschalteter Netzwerkhost angeschlossen ist.
  5. HomePlug-Adapter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Logikbaustein die Versorgungsspannung der USB-Schnittstelle auswertet, wobei das USB-Power Signal vorhanden ist, wenn ein eingeschalteter Netzwerkhost an der USB-Schnittstelle angeschlossen ist.
  6. HomePlug-Adapter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Logikbaustein kein Steuersignal zum Abschalten des HomePlug-Chips generiert, wenn an einer der Schnittstellen ein eingeschalteter Netzwerkhost angeschlossen ist.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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