CN113632423B - 用于控制数据通信的单元 - Google Patents

Abstract

一种用于控制包括一个或多个设备(100)的娱乐设施的系统(706)，其中系统(706)包括：‑每一个设备(100)的控制单元(300)；‑每一个设备(100)的通信单元(700)，其包括第一通信端口(704)、第二通信端口(703)、交换机组件(701)和旁路组件(702)；‑适于全双工通信的一个或多个数据连接(705)；‑中央管理单元(301)，其包括适于从设备(100)接收监控消息(1209)的监控模块(1205)。

Description

用于控制数据通信的单元

技术领域

本发明总体涉及与娱乐设施中的设备的数据通信的控制，娱乐设施中的设备是基于它们接收的数据来控制的。特别地，本发明提供了一种解决方案，其提供冗余控制、允许直接设置和配置、并且使得能够在设施运行时直接监控。

背景技术

在诸如节日、音乐会和戏剧表演之类的娱乐应用中，采用专业设施来控制诸如例如聚光灯和/或扬声器之类的设备。在这种情况下，设备的行为方式是经由中央灯光或声音控制台设定的，并且这些控制数据通过通信电缆的网络被发送到各种灯或扬声器。这些设施通常相当广泛，有数百台连接的设备。这种专业设施的用户经常面临如下问题：为每个新事件或节目设置不同的设施，在每种情况下都需要通信网络的新设置和配置。考虑到设施的范围，这需要进行大量设定。一旦娱乐设施在运行中，用户就会面临由于供电中断或连接故障而导致的在数据传输中出现的问题，结果对设备的控制被中断。归根结底，考虑到连接的设备数量众多，要检测故障是否发生以及发生在哪里并非简单。因此，存在对于允许可靠的数据传输并且便于用户配置和操作的解决方案的一般需求。

已知传统的DMX解决方案，其中DMX512(数字复用)协议被用于数据通信。尽管事实上这个协议现在已经有32年了，但它在今天的专业AV市场上仍然经常使用。DMX使用RS-485标准作为接口，其只允许半双工通信。图1示出了这种DMX解决方案的布置，其中灯100从中央控制台102控制。由于标准将DMX限制为512个通道，如果设备所需的通道总数大于512，则这不足以将所有连接的设备连接到一个DMX控制器。因此，采用了所谓的DMX域101，其是同时使用的并行DMX线，参见图1。

这样的传统DMX解决方案伴随着许多限制。首先，在连接设备时，用户应考虑每个域(universe)512个通道的限制，并在必要时开始一个新的域。以这种方式，一个设置中的多个设备可以具有相同的起始地址，因为它们被连接到另一个域。此512个通道的限制以及使用不同的域来克服它会在设施的准备、连接和设置过程中导致相当大的复杂性。因为为所有这些域铺设到控制器的物理电缆是复杂且低效的，所以也存在诸如图2中所示的解决方案，其中DMX-512信号在控制台102和以太网-DMX转换器200之间通过以太网传送。在这种情况下，通过一根电缆传送多个DMX域。所有域都是顺序地传输的，使得每个域被“轮流”寻址。对于网络中的每一跳，在此跳中由于分组的处理而导致延迟。这称为驻留时间。在网络中有多跳的情况下，驻留时间将乘以跳数，从而得到累积的驻留时间，这会导致网络中第一跳和最后一跳之间的同步问题。

除了设置传统DMX解决方案由于512个通道的限制而复杂这一事实，配置这样的解决方案也很费力。为此，用户或技术人员在能够操作连接的设备之前必须进行“打补丁(patching)”。“打补丁”是用来定义在真实世界中使用DMX地址和所谓的域来实现设置的虚拟描述的过程。连接的设备可以通过监听它们物理连接到的DMX域中设置的起始地址来操作。此起始地址必须针对每个设备进行设置，并让控制器知道。根据设定的选项或设定，使用的通道数可能会因设备而异，即使它们具有同一类型。这意味着，由于设备监听DMX信号的范围重叠，一个设备以不希望的方式对本意给另一个设备的控制做出反应，这可能会出现问题。对于大多数灯光控制器，设备在打补丁期间会被分配唯一ID，该ID从根本上链接到某个域中的某个起始地址。为此，通常使用所谓的修改文件(fixture file)。此文件表示设备被控制的可能性。因设备类型而异的此修改文件必须事先加载到控制器中。在适用于大多数控制器的离线环境中，这会使打补丁过程复杂化。

传统DMX解决方案的另一个限制在于可靠性或冗余性。在传统DMX解决方案中，DMX域中所有连接的设备都通过菊花链的方式相互连接。菊花链的意思是将连接的设备从一个设备到另一个设备链接在一起。在该设备内部，信号的输入和输出彼此直接连接。因此，所有设备都接收相同的控制，但只监听来自所设定的起始地址的通道。这具有以下优点：当链中间的一个或多个设备遭遇电力中断时，沿着链进一步连接的设备继续正确地接收它们的信号。换句话说，它们的正确控制不受在它们前面连接的设备的影响，并且在电力中断的情况下，菊花链提供对设备的冗余控制。然而，在电缆故障或其他问题而非上述电力中断的情况下，线路上的位于问题“之后”的设备将接收到故障信号或根本没有信号。假设所有设备都在DMX线路上连续连接，则不可能经由替代路由到达连接的设备。因此，传统DMX解决方案不提供完全冗余控制，因为在出现诸如电缆故障的问题的情况下不能保证数据传送。

传统DMX解决方案的最后一个限制是由于使用RS-485标准(其为半双工)作为接口。这意味着发送和接收在相同的信号线路上发生，但不是同时发生。这种限制导致需要额外的协议来提供双向通信。因此，在几年前开发出来了RDM协议，它可以实现为DMX的扩展，以为接收者提供“回传”通信的可能性。这是通过请求/响应系统进行的。照明控制器将向其中一个接收器(设备)发送请求，由此控制器将其自身设置为接收器模式，并且接收器将扮演发送器的角色。设备对请求作出响应，之后双方都恢复到其原始状态。然而，RDM伴随着一些限制。首先，RDM是一种非常慢的协议，并且它的带宽低。它也完全基于定时，因此难以实现。此外，在线路上可以且应该始终存在“大师”在场。正因为如此，关于连接的设备中正在发生什么的信息的分发仍然非常有限，使得用户难以洞察网络中是否存在问题以及哪里存在问题。

除了传统DMX解决方案之外，在现有技术中还已知基于以太网的解决方案。在这种情况下，以太网技术用于在中央控制台和连接的设备之间传送数据。在这种情况下使用了各种拓扑。例如，设备是串联连接的，每个设备中都有交换机，其确定数据分组是打算用于该设备本身，还是应被中继到下一个设备。另一种可能性是使用星形拓扑，其中每个设备都连接到中央交换机，该中央交换机从控制台接收数据并将其路由到适当的设备。

这些基于以太网的解决方案也具有许多限制。首先，使用以太网的结果是用户的知识必须通过网络技术和相关联的协议来拓宽。这可能会在实践中造成障碍。

此外，这些基于以太网的解决方案无法为连接的设备提供冗余控制。以太网是全双工的，并且在这种情况下无法对串联连接的设备实现菊花链。在串联连接的设备之一出现电力中断的情况下，该设备的交换机停止工作，使得不再向沿链更远的设备发出任何信号。在使用星型拓扑时不会出现此问题，但星型拓扑的最大缺点在于其需要额外的电缆连接到星型拓扑的集线器。此外，在这种情况下还需要额外的组件，即网络交换机。此网络交换机对于冗余性来说是弱点。

最后，已知的基于以太网的解决方案在使用的通信协议方面具有限制。通常，使用建立在DMX512和RDM协议之上的协议，例如Art-Net和ArtRdm。这些都是传统DMX512和RDM协议的简单直接的以太网实现，因此上述典型的DMX问题被合并到该标准中。

以上说明，现有技术中目前没有允许简单直接的设置和完全冗余控制的解决方案。此外，现有解决方案都不向用户提供能够以简单直接的方式查阅关于网络的信息的可能性，诸如设备如何物理地彼此连接或网络中的问题在哪里发生的信息。这使得网络的初始配置和在设施运行的同时解决问题都变得复杂。

本发明的目的是描述一种用于控制专业娱乐设施的解决方案，其克服了现有技术解决方案的上述缺点。更具体地，本发明的目的是描述一种解决方案，其提供冗余控制，允许简单直接的设置和配置，并且能够在设施运行的同时进行简单直接的监控。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于控制包括一个或多个设备的娱乐设施的系统，其中所述系统包括：

-所述一个或多个设备中的每一个的控制单元；

-所述一个或多个设备中的每一个的通信单元；

-适于生成数据的中央管理单元；

-适于在中央管理单元和所述一个或多个设备的通信单元之间传送数据、适于全双工通信的一个或多个数据连接，

其中所述通信单元包括：

-适于将所述通信单元连接到所述数据连接的第一通信端口和第二通信端口；

-适于经由全双工通信与所述管理单元交换数据的交换机组件；

-旁路组件，适于以如下方式在第一状态和第二状态之间切换所述通信单元：在第一状态下，所述第一通信端口和所述第二通信端口被连接到所述交换机组件，并且在第二状态下，所述第一通信端口被连接到所述第二通信端口，

并且其中，所述中央管理单元包括适于从所述一个或多个设备接收监控消息的监控模块，所述监控消息包括所述设备和/或连接到所述设备的设备的一个或多个特性。

换言之，本发明涉及一种用于控制娱乐设施的系统。娱乐设施包括一个或多个设备。设备是适于执行特定动作或功能并且由控制单元控制的机器，该控制单元基于接收到的控制数据来确定该设备应该执行哪些动作。例如，该设备是适于产生光的灯或聚光灯，或者是适于产生声音的扬声器。这样的设备通常形成包括大量设备的完整设施(例如，专业娱乐设施)的一部分。设备也可以是AV(音频/视频)设备。设备的其他示例还有：投影仪、相机、监控器、升降机、移动景物元件、用于生成诸如火焰或雾之类的特殊效果的机器等。设备由控制单元(例如控制器)控制，控制单元接收数据并基于该数据将设备置于期望状态，例如打开或关闭灯、设置期望的光强度或颜色、期望的音量、执行期望的运动等。此外，每个设备都有通信单元，例如插件板(add-on board)，其连接到控制单元的主机板以便交换数据。在另一实施例中，通信单元和控制单元由一块板实现。

该系统还包括中央管理单元。例如，这是借以手动地或经由计算机生成用于控制设备的数据的照明控制台或声音控制台。这些数据经由数据连接(例如，通信电缆)传送到通信单元。数据连接在中央管理单元和通信单元之间运行，或者在通信单元本身之间运行。因此，数据通信可以直接在中央单元和设备之间传递，或者设备可以经由串联连接的设备接收其数据。数据连接适于全双工通信，这意味着发送和接收可以同时进行。

通信单元包括第一通信端口和第二通信端口。这些通信端口中的每一个适于将通信单元连接到数据连接。数据连接通常是通信电缆。数据连接允许将数据(例如，控制数据)发送到通信单元或从通信单元接收数据。

数据连接适于全双工通信。这意味着数据可以同时在两个不同方向上通过数据连接传送而不相互干扰。例如，这种全双工通信可以通过以太网获得。使用这种数据连接的优点是对通道数量没有限制，因此，与传统的DMX解决方案相比，不需要使用并行的域。换言之，本发明使得能够在安装期间根据需要连接电缆，而不必考虑线路上的设备的最大数量。这有助于简化设施的设置。

通信单元还包括适于与控制单元交换数据的交换机组件。在设备的正常操作期间，即，当设备被供电时，交换机组件经由通信端口接收数据，它决定这些数据是否是打算用于该设备，然后它将该数据中继到控制单元(用于控制设备本身)或另一通信端口(用于中继到另一设备)。典型地，交换机组件是与微处理器组合的普通或管理型交换机。交换机组件适于全双工通信，这意味着它允许通过一个连接同时发送和接收数据。这样的优点在于，设备能够同时接收数据(例如，控制数据)和发送数据(例如，标识特性、错误消息、关于维护要求的警报、来自传感器的通知等)。以这种方式，设备被赋予在设备认为必要的任何时候进行自身通信的能力。与经由半双工请求/响应系统建立双向通信的现有解决方案相比，本发明允许具有从网络分发信息的无限可能性的快速双向通信。

通信单元还包括适于在第一状态和第二状态之间切换通信单元的旁路组件。第一状态例如是正常状态，在该正常状态下设备按其应该的方式操作。在第一状态下，第一和第二通信端口各自连接到交换机组件。在这种情况下，通信单元经由通信端口接收数据，并且交换机组件将数据中继到控制单元或另一通信端口。例如，当由于故障而未能向设备供电时，切换到第二状态。在第二种状态下，两个通信端口直接彼此连接，并且数据直接从一个端口中继到另一个端口，而不通过交换机组件。换言之，交换机组件被旁路。

旁路组件包括例如位于交换机组件和两个通信端口中的每一个之间的交换机或中继器。取决于设备是否被供电，交换机或中继器随后切换到另一状态。结果，在第一状态下，在第一通信端口、交换机组件和第二通信端口之间形成数据连接。相反，在第二状态下(例如经由交换机或中继器的另一状态获得)，在第一通信端口和第二通信端口之间形成数据连接。旁路交换机组件的可能性具有以下优点：在发生诸如未能向设备供电的问题的情况下，数据仍然被中继到下一个设备，并且因此在串联连接的设备的情况下的数据传输不会中断。以此方式，与已知的以太网解决方案相比，设备中的交换机不再形成防止冗余控制的关键组件，并且在设备供电中断的情况下保证了冗余，就像DMX菊花链的情况一样。

该系统还包括适于从一个或多个设备接收监控消息的监控模块，监控消息包括所述设备和/或连接到所述设备的设备的一个或多个特性。监控模块允许从网络收集监控消息，然后以集中式方式进行处理。监控消息包括例如关于哪个相邻设备连接到该设备的信息；换言之，该设备指示哪些是连接到它自己的端口的它的邻居。这具有的优点是，用户能够以简单直接的方式洞察网络中存在哪些设备以及它们的相互连接。监控消息还可以包括与设备的状态有关的特性，或与相邻设备的状态有关的特性。以这种方式，可以发送错误消息，或者设备可以指示其邻居已死机。以这种方式，用户可以清楚地了解网络中发生问题的位置，从而有机会以针对性的方式进行干预。

因此，根据本发明的用于控制娱乐设施的系统提供了一种冗余的、简单直接地设置和配置的解决方案，并且可以以简单直接的方式从中收集与网络有关的信息。最后，应该注意的是，其中所述通信单元不包括旁路组件、但是存在监控模块和全双工数据连接的系统也提供了简单直接的设置和信息收集的优点。在通信单元上提供旁路组件提供了额外的优点，即提供冗余的控制和可靠的信息收集。

可选地，该系统还包括适于基于接收到的监控消息产生连接图的映射模块，该连接图包括一个或多个设备及其连接的一个或多个特征。例如，连接图是网络中存在哪些设备及其电缆布线的表示。换言之，连接图示出了网络的拓扑，即存在哪些设备以及电缆是如何连接的完整地图。这具有帮助用户将他们选择的ID分配给设备的优点。连接图还可以表示与经由电缆布线进行的数据传输有关的特性。这意味着连接图不仅显示了物理电缆布线，还指示了数据是经由哪些连接传输的。例如，实现环冗余所需的来自RSTP协议的数据可以经由API被解释、处理和可用。这有助于用户的主动和实时的监控，并快速解决问题或故障。

可选地，该系统还包括适于从和/或向一个或多个设备接收和/或发送发现消息的发现模块。发现模块形成例如中央管理单元的一部分，或者形成也经由网络通信的独立模块。发现消息包括设备的一个或多个标识特性，例如ID或标识号，或某些元数据。发现模块的存在具有如下优点：用户能够以简单直接的方式洞察网络中存在哪些设备。例如在照明控制台上的中央控制器也能够以这种方式接收关于哪些设备位于网络中以及它应该如何操作设备的信息。这有助于网络的简单直接的设置和配置。

可选地，该系统还包括适于向通信单元发送配置消息的配置模块。配置消息包括用于配置通信单元或控制单元的一个或多个参数。例如，这样的参数是可配置交换机组件的配置参数，通过该配置参数可以修改交换机组件的设定，以便创建到设备的备选路由，即创建环冗余。这种参数的另一示例是诸如ID的初始化参数，其由用户选择并被中继到通信单元。例如，用户可以借助显示电缆拓扑的连接图直接指定灯具ID。该设备经由配置模块接收灯具ID，其结果是以分散方式存储该配置。这对冗余有利。此外，现有设置上的新用户能够从分散存储的信息查看整个设置的配置。以这种方式，与现有技术的当前状态形成对比的是，控制器及其操作员之间不需要更多的切换。配置消息还可以包括设备的某些元数据或用于配置设备的其他数据。这允许用户自动和远程地运行网络的配置，这有助于实现简单直接的设置。

可选地，该系统还包括适于收集与通信单元有关的时间信息并将该时间信息合并到用于控制的数据中的同步模块。例如，交换机组件采用PTP(精确定时协议)，由此来使用时间戳测量一个通信单元中的处理时间。该值被添加到数据分组中，之后可以在每一跳上重复该过程。通过这种方式，同步模块能够在系统上线时或在拓扑改变的情况下测量所有网络分组被所有接收设备接收需要多长时间。使用这些结果，可以确定最大帧速率和最大延迟。此外，此信息可用于跨各种设备获得精确同步。在这种情况下，与应该执行动作的确切时间相关的命令被合并到发送到设备的数据中。设备可以仅在用于此的命令所指示的确切时间执行要执行的动作。

可选地，数据连接采用全双工以太网技术。全双工以太网采用两条线路以用于同时发送和接收数据。这防止了两个方向上的数据传输相互干扰，从而实现最佳性能。

可选地，交换机组件是可配置的。例如，交换机组件是“管理型交换机”和微处理器的组合，其中交换机的设置可以经由微处理器进行调整。以此方式，可以在通信单元的使用期间调整交换机组件的配置，例如以便不再经由第一通信端口而是经由第二通信端口接收数据业务。这具有提供额外冗余的优点。实际上，可配置交换机组件的使用允许用户实现环冗余，其中设备在一个或多个环中以电缆连接。因此，在电缆或设备出现故障的情况下，可以选择备选路由以到达设备，从而防止数据业务陷入停滞。该备选路由通过改变适当交换机的配置并通过应用诸如RSTP(快速生成树协议)之类的协议来获得。可选地，即使在实时控制期间，到备选路由的切换也可以完全自动发生。当电缆突然出现故障时，网络中的所有设置都会自动调整，并且备选路由将接管。

可选地，旁路组件适于在设备是活动的时将通信单元切换到第一状态，并且在设备是不活动的时将通信单元切换到第二状态。例如，当设备未被供电或设备不通电时，设备为不活动的。在这种状态下，旁路组件将通信单元切换到两个通信端口彼此直接连接的第二状态。

可选地，旁路组件采用一个或多个交换机或中继器。这样的交换机或中继器位于交换机组件和第一通信端口之间以及交换机组件和第二通信端口之间。例如，采用转换中继器交换机，其根据设备的电压状态打开或关闭。这具有以下优点：根据设备的电压状态或供电，以简单直接的方式获得旁路组件自动切换到所需状态。

可选地，通信单元还包括适于将通信单元连接到适于全双工通信的数据连接的一个或多个额外通信端口。除了已经存在的第一和第二通信端口，这些通信端口是额外的通信端口。例如，可以存在第三通信端口，或者第三和第四通信端口。额外通信端口的存在允许用户获得期望的网络拓扑。一个或多个额外端口还可以用于例如提供来自附加源的数据传输，附加源例如是采用灯光网络向扬声器提供数据的声音控制台。

可选地，一个或多个额外的通信端口适于接收电流。这意味着还经由数据连接供电，例如，第三通信端口连接到该数据连接，换言之，该端口可以充当PD(受电设备)。例如，采用PoE(以太网供电)。这具有通信单元能够自行启动的优点：可以实现与另一设备的通信，而不必启动主机设备或为此向主机设备供电。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于控制包括一个或多个设备的娱乐设置的方法，包括：

-提供中央管理单元、适于全双工通信的一个或多个数据连接、所述一个或多个设备中的每一个的控制单元、以及所述一个或多个设备中的每一个的通信单元，其中通信单元包括：第一通信端口、第二通信端口、旁路组件和交换机组件；

-由中央管理单元生成数据；

-经由数据连接在中央管理单元和通信单元之间传送数据；

-由控制单元控制所述一个或多个设备中的每一个；

-通过控制单元控制数据通信，包括：

·经由连接到第一和/或第二通信端口的数据连接传送数据；

·在第一状态和第二状态之间切换所述通信单元，其中，在第一状态下，第一通信端口和第二通信端口连接到交换机组件，并且在第二状态下，第一通信端口连接到第二通信端口，

·经由全双工通信在交换机组件和管理单元之间交换数据；

-由中央管理单元从所述一个或多个设备接收监控消息，所述监控消息包括所述设备和/或连接到所述设备的设备的一个或多个特性。

换言之，本发明涉及一种用于控制包括一个或多个设备的娱乐设施的方法。设备是适于执行特定动作或功能并且由控制单元控制的机器，控制单元基于接收到的控制数据来确定该设备应该执行哪些动作。例如，设备是适于产生光的灯或聚光灯，或者是适于产生声音的扬声器。这样的设备通常形成包括大量设备的完整设施(例如，专业娱乐设施)的一部分。设备也可以是AV(音频/视频)设备。设备的其他示例还有：投影仪、相机、监控器、升降机、移动景物元件、用于生成诸如火焰或雾的特殊效果的机器等。设备由控制单元(例如控制器)控制，控制单元接收数据并基于该数据将设备置于期望的状态，例如打开或关闭灯，设置期望的光强度或颜色、期望的音量，执行期望的运动等。数据，例如在中央照明或声音控制台或中央管理单元上生成的并且包括典型的控制命令的数据，被传送到设备的控制单元。该数据通信可以在中央单元和设备之间直接传递，或者该设备可以经由串联连接的设备接收其数据。在根据本发明的方法中，为每个设备提供通信单元。通信单元例如是插件板，其连接到控制单元的主机板以便交换数据，或与控制单元集成。

在根据本发明的方法的步骤中，经由适于全双工通信的一个或多个数据连接来传送数据。这些数据连接连接到通信单元的(多个)第一和/或第二通信端口。数据连接通常是通信电缆。典型地，控制数据例如被发送到通信单元。

数据连接适于全双工通信。这意味着数据可以同时在两个不同方向上通过数据连接传送，而不会相互干扰。例如，这种全双工通信可以通过以太网获得。使用这种数据连接的优点是对通道数量没有限制，因此，与传统的DMX解决方案相比，不需要使用并行的域。换言之，本发明使得能够在安装期间根据需要连接电缆，而不必考虑线路上的设备的最大数量。这有助于简化安装设置。

根据本发明的方法还包括通过通信单元上的交换机组件交换数据。在这种情况下，交换机组件通过全双工通信与控制单元、与第一通信端口和与第二通信端口交换数据。在设备的正常操作期间，即当设备被供电时，交换机组件经由通信端口接收数据，它决定这些数据是否打算用于该设备，然后它将该数据中继到控制单元(用于控制设备本身)或另一通信端口(用于中继到另一设备)。通常，交换机组件是与微处理器组合的普通或管理型交换机。交换机组件适于全双工通信，这意味着它允许通过一个连接同时发送和接收数据。其优点在于，设备能够同时接收数据(例如，控制数据)和发送数据(例如，标识特性、错误消息、关于维护要求的警报、来自传感器的通知等)。以这种方式，设备被赋予在设备认为必要时进行自身通信的能力。与经由半双工请求/响应系统建立双向通信的现有解决方案相比，本发明允许具有从网络分发信息的无限可能性的快速双向通信。

根据本发明的方法还包括通过通信单元上的旁路组件在第一状态和第二状态之间切换通信单元。第一状态例如是正常状态，在该正常状态下设备按其应该的方式操作。在第一状态下，第一和第二通信端口各自连接到交换机组件。在这种情况下，通信单元经由通信端口接收数据，并且交换机组件将数据中继到控制单元或另一通信端口。例如，当由于故障而未向设备供电时，发生到第二状态的切换。在第二状态下，两个通信端口直接彼此连接，并且数据直接从一个端口中继到另一个端口而无需通过交换机组件。换言之，交换机组件被旁路。

旁路组件包括例如位于交换机组件和两个通信端口中的每一个之间的交换机或中继器。根据设备是否被供电，交换机或中继器随后切换到另一状态。结果，在第一状态下，在第一通信端口、交换机组件和第二通信端口之间形成数据连接。相反，在第二状态下(例如经由交换机或中继器的另一状态获得)，在第一通信端口和第二通信端口之间形成数据连接。旁路交换机组件的可能性具有以下优点：在发生诸如未向设备供电的问题的情况下，数据仍然被中继到下一个设备，并且因此在串联连接的设备的情况下的数据传输不会中断。这样，与已知的以太网解决方案相比，设备中的交换机不再形成防止冗余控制的关键组件，并且在设备供电中断的情况下保证了冗余，就像DMX菊花链的情况一样。

根据本发明的方法还包括由中央管理单元接收来自所述一个或多个设备的监控消息，监控消息包括所述设备和/或连接到所述设备的设备的一个或多个特性。监控模块允许从网络收集监控消息，然后以集中式方式进行处理。监控消息包括例如关于哪个相邻设备连接到该设备的信息；换言之，该设备指示哪些是连接到它自己的端口的它的邻居。这具有的优点是，用户能够以简单直接的方式洞察网络中存在哪些设备以及它们的相互连接。监控消息还可以包括与设备的状态有关的特性，或与相邻设备的状态有关的特性。通过这种方式，可以发送错误消息，或者设备可以指示其邻居已死机。通过这种方式，用户可以清楚地了解网络中发生问题的位置，从而有机会以针对性的方式进行干预。

附图说明

图1示出了现有技术中已知的传统DMX解决方案的可能拓扑。

图2示出了包括现有技术中已知的传统DMX解决方案、到中央控制台的以太网连接和以太网-DMX转换器的组合的拓扑。

图3是根据现有技术在传统DMX解决方案中使用的菊花链的示意表示，并且图示了当向设备供电中断时发生的情况。

图4是根据现有技术在传统DMX解决方案中使用的菊花链的示意表示，并且图示了当电缆布线出现问题时发生的情况。

图5是根据现有技术的基于以太网的解决方案的示意表示，并且图示了当向设备供电中断时发生的情况。

图6是根据现有技术的基于以太网的解决方案的示意表示，并且图示了当电缆布线出现问题时发生的情况。

图7是根据本发明的系统的实施例的示意表示，并且图示了当向设备供电中断时发生的情况。

图8是根据本发明的系统的实施例的示意表示，并且图示了当电缆布线出现问题时的情况。

图9示出了根据本发明的实施例的可能拓扑。

图10示出了根据本发明的通信单元的实施例以及与主机板的协作。

图11示出了根据本发明的实施例的旁路组件的实施例。

图12示出了根据本发明的系统的实施例，其中示意性地表示了中央管理单元中存在的模块。

具体实施方式

图1示出了现有技术已知的常规DMX解决方案的可能拓扑。图1示出了从中央控制台102控制的灯100。还表示了多个DMX域101，这些DMX域101是同时使用的并行DMX线路。由于DMX解决方案中的512个通道的限制，使用这样的DMX域101是必要的。

图2示出了包括现有技术中已知的传统DMX解决方案、到中央控制台102的以太网连接和以太网-DMX转换器200的组合的拓扑。在这种情况下，DMX-512信号在控制台102和以太网-DMX转换器200之间通过以太网传送，以便避免必须为所有域101铺设到控制台102的物理电缆。

图3和图4示出了根据现有技术在传统DMX解决方案中使用的菊花链的示意表示。图3图示了当向设备供电中断时在菊花链的情况下发生的情况。该图示出了中央管理单元301。例如，它是借以手动地或经由计算机程序生成用于控制设备100的数据的照明控制台或声音控制台。设备100是适于执行动作的机器，例如产生光、声音、运动等。例如，它是灯、聚光灯、扬声器、相机、监控器、升降机等。每个设备100具有控制单元300，例如控制器，控制单元300能够解读接收到的控制数据并将其转换成设备100的期望状态，例如，打开或关闭灯、设置期望的灯光强度、设置期望的颜色等。在如图3中所表示的DMX解决方案中，设备100串联连接，即数据从中央管理单元301中继到设备100，然后再中继到下一个设备100。在使用DMX菊花链的情况下，连接的设备100经由数据连接303从一个设备100到下一个设备链接在一起，如图3中所示。在给设备100的供电中断302的情况下，链中更远的设备100正确地接收它们的信号。然而，在故障电缆中出现故障或其他问题，而不是上述电力中断的情况下，线路上位于问题“之后”的那些设备将接收到故障信号或根本没有信号。这在图4中示出。中断400导致设备100(在图中是链中的最后一个)不再接收任何数据信号。因此，利用诸如现有技术中已知的采用菊花链的传统DMX解决方案，不能获得完全冗余控制。

图5和图6示出了现有技术中已知的基于以太网的解决方案的示意表示。图5和图6示出了其中设备100串联连接的拓扑。为每个设备100提供控制单元300和交换机500。交换机500确定数据是打算用于该设备100还是用于后续设备100。在第一种情况下，数据被中继到控制单元300，而在另一种情况下，数据被中继到下一设备100。图5图示了在给设备100的供电中断302的情况下在这种已知的基于以太网的解决方案的情况下发生的情况。在设备100的供电发生这样的中断302的情况下，在针对第一设备的图5的情况下，受影响的设备100的交换机500也将被中断。因此，由第一设备100接收的数据不再被中继到其他设备100。结果，数据业务陷入停顿。图6图示了在通信电缆中发生故障400的情况下数据业务也陷入停顿：在图6中，不再有到串联连接的最后一个设备100的任何数据业务。因此，诸如从现有技术中已知的基于以太网的解决方案不允许获得冗余控制。

图7和图8示出了根据本发明的实施例的系统706的示意表示。中央管理单元301生成数据，例如控制命令，其经由数据连接705传送到设备100。中央管理单元301还包括监控模块1205，如图12中所示。每个设备100由控制单元300控制。此外，为每个设备100提供通信单元700。在图7和图8的实施例中，设备100串联连接，其中每个设备100从前一个设备100或中央管理单元301接收数据，并将数据中继到后一个设备100。然而，在不脱离本发明的情况下，其他拓扑也是可能的。通信单元700包括将通信单元700连接到数据连接705的第一通信端口704和第二通信端口703。通信单元700还包括旁路组件702和交换机组件701。交换机组件决定经由第一通信端口704接收的数据是打算用于设备100的，还是应该经由第二通信端口703中继到后一个设备100。例如，在图7中，第二设备100将接收到的数据中继到第三设备100，而第三设备100的交换机组件701将数据中继到控制单元300。交换机组件例如是与微处理器相结合的可配置交换机，即“管理型交换机”。在这种情况下，微处理器位于管理型交换机和控制单元之间。图7还示出了旁路组件702的操作，更具体地，在向第一设备100供电时发生中断302的情况下。当正常向设备100供电时，诸如针对图7中的第二和第三设备100的情况，旁路组件702处于第一状态。在这种情况下，在第一通信端口704、交换机组件701和第二通信端口703之间形成数据连接，并且交换机组件701正常工作。当给第一设备100的供电存在中断302时，旁路组件702切换到第二状态，在所述通信端口704和第二通信端口703之间建立直接数据连接。以这种方式，尽管由于供电中断302、交换机组件701也已被中断的事实，但是数据业务没有遭受中断；相反，在这种情况下，交换机组件701进行旁路操作。因此，通过本发明，在设备100的供电中断302的情况下获得冗余控制。

图8还图示了本发明的实施例。本发明允许设备100以形成环的方式彼此连接。例如，在图8的实施例中，添加了额外的数据连接800。该图示出了在通信电缆中出现故障400的情况下如何由此获得冗余。在图8中的第一和第二设备100的情况下，交换机组件701经由第一通信端口704接收数据，并经由第二通信端口703发送数据。由于故障400，第三设备100的通信单元700不能再经由其第一通信端口704接收数据。然而，仍然有可能到达第三设备100，即经由沿着数据连接800的备选路线。因此，交换机组件701现在将经由第二通信端口703接收其数据。通过向在本实施例中可配置的交换机组件701提供另一配置设置，可以以这种方式反转数据业务。为此，使用适当的协议，例如采用RSTP(快速生成树协议)(IEEE802.1w)。通过这种方式，本发明允许获得冗余控制。

图9示出了根据本发明的实施例的可能拓扑。在该实施例中，通过采用数据连接705，从中央照明控制台906控制灯905的设施。数据连接适用于全双工通信。例如，它们采用全双工以太网技术。每个灯905具有第一通信单元700，其包括第一通信端口704和第二通信端口703。在图9的实施例中，每个通信单元700还具有第三通信端口900。每个通信端口适于连接到数据连接705。在图9的实施例中，另外存在声音控制台901，其生成用于控制扬声器902的数据。数据连接903允许声音控制台901连接到网络，而数据连接904将扬声器902连接到网络。数据连接903和904二者都适用于IP音频。

用户可以经由对用户来说尽可能容易的拓扑将设备905彼此连接；在该过程中，用户不必考虑一条线路上的设备905的最大数量。用户可以以形成环的方式将设备905彼此连接，如图9的实施例所示。结果，增加了冗余度。用户还可以采用第三端口900来获得期望的网络拓扑。为了对用户而言更容易，允许在网络中使用与本发明的说明书兼容的以太网交换机。

本发明还提供了通过互连通信端口来连接网络上已经形成的多种类型的用户组的可能性。这可以通过一个或多个额外的输出端口来实现。通过使用各种VLAN(例如，IEEE802.1Q或变型)，可以无中断地传送用于其他目的(例如，音频)的数据分组。当设备通过这些端口之一再次连接到本发明时，本发明将自动识别，并为这些端口提供正确的配置。

在本发明的实施例中，通信单元700被实施为可以独立于主机板生产的插件板。例如，主机板已经形成现有设施的一部分，并且包括用于控制灯光的技术。在该实施例中，通信单元700例如提供有镀金边缘连接器，其对应于为此目的提供的主机板上的连接插座。插件板从主机板接收它的供电，并提供有电压调节器，该电压调节器为所有组件提供正确的电压值。除了上述通信端口703、704之外，根据本实施例的通信单元还提供有两个额外的端口：允许经由磁连接器的连接的端口和在操作期间连接到主机板的处理单元的端口。此外，例如，第三通信端口900可以被设计为使得它可以充当PD(受电设备)。结果，通过传递PoE(以太网供电)，本发明能够自行启动。可以实现与另一设备的通信，而不必启动主机设备或为此向主机设备供电。

图10示出了根据本发明的实施例的通信单元700的实施例以及与主机板的协作。以下组件被示意性地表示：旁路组件702、第一通信端口704、第二通信端口703、管理型交换机1109、微处理器/CPU1101、存储器1100、时钟1103、磁性设备1108、连接器1102、第三通信端口900、主机电源1105、PoE PD驱动器1107、电压调节器1106、主机CPU 1104。

在图10的实施例中，交换机组件701包括管理型交换机1109和微处理器/CPU1101。例如，本实施例采用MicroChip的KSZ9477S管理型交换机，其是具有先进特征的管理型以太网交换机。例如，管理型交换机1109支持以下特征：无阻塞线速以太网交换机结构、用于拓扑管理和环/线性恢复的快速生成树协议(RSTP)支持、巨型分组支持、快速链接选项、自动协商和自动-MDI/MDI-X支持、IEEE1588v2精确时间协议支持、所有端口上的时间戳、以AVB/1588时钟计时的精确GPIO引脚、全特征转发和过滤控制(包括接入控制列表(ACL)过滤)、IEEE802.1X支持(基于端口的网络接入控制)、针对128个活动VLAN组和4096个VLAN Id的完整范围的IEEE802.1Q VLAN支持、基于每个端口的IEEE802.1p/Q标签插入或移除以及对双标签的支持、基于每个端口的VLAN ID标签/取消标签选项、针对多播分组过滤的IGMPv1/v2/v3侦听、IPv6多播监听器发现(MLD)侦听、QoS/CoS分组优先级支持：802.1p、基于DiffServ以及四个优先级上基于每个端口的802.1p优先级字段的重新映射、IPv4/IPv6 QoS支持、具有IEEE802.1p、IPv4 DiffServ、IPv6 TrafficClass动态分组映射的四个优先级队列。

根据本实施例的管理型交换机1109经由RGMII和SPI在通信单元700上连接到微处理器1101。这些通信线路用于配置交换机1109，并且还用于检索和接收通过网络发送到设备的信息。微处理器1101例如是MicroChip公司的SAMA5D36A。它是高性能ARM Cortex-A5MPU。它支持千兆EMAC、USB连接、UART和LCD控制器。它具有硬件加密引擎和对安全散列算法(SHA)的支持。诸如USB、UART或以太网的可用接口对主机板可用。这用于路由针对主机板的传入通信。

通信单元700的实施例还提供有存储器1100。这包括例如DDR2存储器的易失性主存储器，以及用于存储软件和捕获的数据的非易失性存储器，等等。

图11图示了根据本发明的旁路组件702的实施例。图11同样示出了第一通信端口704、第二通信端口703和交换机组件701。

在图11的实施例中，旁路组件702由八个双极单稳态转换中继交换机1002的交换机组成。然而，为了达到旁路组件702的类似功能，其他实施例也是可能的。在图10的实施例中，经由第一通信端口704进入的以太网连接连接到四个中继器。以类似的方式，第二通信端口703也连接到四个中继器。当给通信单元700供电时，通信端口703和704被连接到交换机组件701。该第一状态在图11中示出。当通信单元700没有接收到供电时，转换中继交换机1002处于无源空闲状态。结果，旁路组件702切换到第二状态，在第二状态下第一通信端口704的中继器1002连接到第二通信端口703的中继器1002。因此，两个通信端口的以太网对彼此连接。该连接导致分别连接到第一通信端口704和第二通信端口703的设备905之间的新通信，而现在断电的设备905不会使其中断。如果设备905恢复供电，则转换中继交换机1002将切换到活动状态，并且通信端口704和703中的每一个都连接到交换机组件701。然后，整个设备将表现为网络中的交换机跳(switch hop)，而转换中继交换机1002不会对其形成障碍。

图12示出了如何通过在设施中使用上述通信单元700的实施例来实现与网络的高级信息交换。特别地，根据本发明的一个实施例，示出了中央管理单元301中存在的模块的示意性表示。在图12的实施例中，在模块1200和中央管理单元301之一中生成控制数据1202，这些数据被传送到设备。通过使用全双工通信，可以在设备100和中央管理单元301之间同时交换其他信息。例如，从网络收集信息，并且在管理单元301中的模块1200中处理该信息。备选地，也可以例如在设置和配置时将信息从模块1200发送到设备100。

与网络的可能信息交换1203的示例发生在连接设备100时，其中本发明允许获得比经由现有技术中已知的“打补丁”过程更简单直接的设置和配置。当给设备100供电时，它能够通过网络发出发现消息1208。为此，中央管理单元301包括发现模块1204。发现消息1208包括个体信息，例如设备的标识。诸如发现模块1204的应用可以接收发现消息1208并存储它们。

还可以从网络收集诸如元数据之类的信息和与连接的端口(“邻居”)有关的信息。为此，中央管理单元301包括监控模块1205。基于接收到的信息，以监控消息1209的形式，应用中的映射模块1206能够构造网络的实时连接图，该实时连接图直观地描绘网络的拓扑，例如存在哪些设备100以及它们是如何连线的。以这种方式，用户因此能够快速且清晰地识别所有连接的设备100。监控消息1209还可以包括与设备100的状态有关的特性，或者与相邻设备的状态有关的特性。以这种方式，可以发送错误消息，或者设备100可以指示其邻居已经失效。

图12的实施例还包括配置模块1207，通过该配置模块1207，用户可以以简单直接的方式向每个设备100提供标识号(“灯具id”)。此外，用户可以根据相对位置修改应用中所描绘的拓扑，使得更好地在应用中反映物理设置。为了使这个过程更容易，可以采用“智能句法”。其示例是连续配备标识号(例如，1、2、3、……直到并包括12)作为指示序列中的第一个(“1”)和最后一个(“12”)设备的方式。在这个示例中，标识号2直到并包括11是自动分配的。

例如，当通过LLDP(链路层发现协议)(IEEE 802.1AB-2009或变型)改变端口状态时，可以请求(多个)相关端口上连接的相邻设备100的信息。可以经由API提供De LLDP数据。因此，为应用显示完整的电缆布线拓扑创建了可能性。

与本发明兼容的每个应用可以从相关设备100检索每个连接的设备100上的元数据。所有底层协议和配置参数在配置时经由配置消息1210的传输被自动设置，这导致比已知的“打补丁”的情况快得多且更简单直接的配置。元数据的示例是：灯具ID、位置、状态、实时配置信息，例如连接的LED的数量、用户历史、网络位置、地理位置、用户配置、固件、使用属性的可视表示、用于在可视化软件中重复使用的设备的虚拟表示。

与网络的可能信息交换的另一个示例是经由映射模块1206对网络的实时监控。在这种情况下，接收到的监控消息1209(包括关于设备及其邻居的信息)被用来产生实时连接图，该实时连接图被用户用于连续监控。在这种情况下，例如，该图不仅示出了存在哪些设备以及物理电缆是如何走向的，而且还示出了哪些数据连接是活动的。例如，实现环冗余所需的来自RSTP协议的数据可以经由API来解读、处理和提供。

与网络的可能信息交换的另一个示例是使用同步模块1212。例如，采用PTP(精确定时协议，例如PTPv2(IEEE 1588v2))或变型，通过其使用时间戳来测量一个通信单元700中的处理时间。该值被添加到PTP分组中，之后可以在每一跳上重复此过程。以此方式，同步模块1212能够以时间信息1211的形式测量当系统上线时或在拓扑改变的情况下所有接收设备接收所有网络分组需要多长时间。使用这些结果，可以确定最大帧速率和最大延迟。此外，该时间信息1211可以用于跨各种设备100获得准确的同步。在这种情况下，与应该执行动作的确切时间相关的命令被合并到发送到设备100的数据中。设备100可以仅在用于此的命令所指示的确切时间执行要执行的动作。例如，同步命令是通过将同步精确GPIO引脚放置在精确的执行时间点来发出的。

设定多个接收器的本发明的实施例也是可能的，这些接收器从设备接收相同或不同的信息。这种情况的示例可以是，一方面接收器A接收错误信息，而另一方面接收器B订阅来自该设备的所有监控。其示例是针对故障或维护要求的警报、已出现的问题或来自任何种类的传感器的数据。

网络可以由多个控制器控制(如果可选地设定)的本发明的实施例也是可能的。这同时是可能的：本发明的实施例可以与这些命令结合利用优先级规则来设定。现有技术的当前状态仅在所谓的合并引擎的外部单元中允许这样做。现有技术的当前状态的问题在于，它面临与许多接收器同步执行这些操作有关的限制。本发明使得在每个设备中以分散的方式实现这一点成为可能，从而消除了对合并引擎的需求。结果，本发明提供了以高度的准确性和同步性同时控制具有多个控制器的许多设备的独特可能性。这额外增加了冗余性。

虽然已经通过具体实施例示出了本发明，但是本领域技术人员将清楚，本发明不限于上述说明性实施例的细节，并且本发明可以通过各种改变和修改来实现，而不因此脱离本发明的应用领域。因此，本实施例必须在所有方面都被视为说明性和非限制性的，并且本发明的应用领域由所附权利要求而不是通过上述描述来描述，因此，落入权利要求的含义和范围的任何改变都被因此并入本文。换言之，假设这涵盖了落入本专利申请中要求保护的底层基本原理和本质属性的应用领域内的所有改变、变体或等同。此外，本专利申请的读者将理解，术语“包括”或“包含”不排除其他元件或步骤，术语“一”不排除复数，并且诸如计算机系统、处理器或另一集成单元的单个元件可以执行权利要求中提到的各种辅助部件的功能。权利要求中的任何引用不能解释为对相应权利要求的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”、“a”、“b”、“c”等，当在说明书或权利要求书中使用时，用于在相似的元件或步骤之间进行区分，并不一定指示顺序或时间顺序。同样地，为了描述的目的使用术语“顶侧”、“底侧”、“上方”、“下方”等，并不一定是指相对位置。应当理解，这些术语在适当的情况下是可互换的，并且本发明的实施例可以根据本发明以不同于上述或图示的顺序或方向操作。

Claims (12)

1.一种用于控制包括一个或多个设备(100)的娱乐设施的系统(706)，其中所述系统(706)包括：

-所述一个或多个设备(100)中的每一个的控制单元(300)；

-所述一个或多个设备(100)中的每一个的通信单元(700)；

-适于生成数据的中央管理单元(301)；

-适于在所述中央管理单元(301)和所述一个或多个设备(100)的所述通信单元(700)之间传送数据、适于全双工通信的一个或多个数据连接(705)，

其中所述通信单元(700)包括：

-适于将所述通信单元(700)连接到所述数据连接(705)的第一通信端口(704)和第二通信端口(703)；

-适于经由全双工通信与所述控制单元(300)交换数据的交换机组件(701)；

-适于以如下方式在第一状态和第二状态之间切换所述通信单元(700)的旁路组件(702)：使得在所述第一状态下所述第一通信端口(704)和所述第二通信端口(703)被连接到所述交换机组件(701)，并且在所述第二状态下所述第一通信端口(704)被连接到所述第二通信端口(703)，

并且其中：

所述中央管理单元(301)包括适于从所述一个或多个设备(100)接收监控消息(1209)的监控模块(1205)，所述监控消息(1209)包括所述设备(100)和/或连接到所述设备(100)的设备(100)的一个或多个特性。

2.根据权利要求1所述的系统(706)，

其中所述系统(706)还包括适于基于所述监控消息(1209)产生连接图的映射模块(1206)，所述连接图包括所述一个或多个设备(100)及其连接的一个或多个特性。

3.根据权利要求1或2所述的系统(706)，

其中所述系统(706)还包括适于从和/或向所述一个或多个设备(100)接收和/或发送发现消息(1208)的发现模块(1204)，所述发现消息(1208)包括所述设备(100)的一个或多个标识特性。

4.根据权利要求1或2所述的系统(706)，

其中所述系统(706)还包括适于向所述通信单元(700)发送配置消息(1210)的配置模块(1207)，所述配置消息(1210)包括用于配置所述通信单元(700)或所述控制单元(300)的一个或多个参数。

5.根据权利要求1或2所述的系统(706)，

其中所述系统(706)还包括适于收集与所述通信单元(700)有关的时间信息并将所述时间信息(1211)合并到所述数据中的同步模块(1212)。

6.根据权利要求1或2所述的系统(706)，

其中所述数据连接(705)采用全双工以太网技术。

7.根据权利要求1或2所述的系统(706)，

其中所述交换机组件(701)是可配置的。

8.根据权利要求1或2所述的系统(706)，

其中所述旁路组件(702)适于当所述设备(100)是活动的时将所述通信单元(700)切换到所述第一状态以及当所述设备(100)是不活动的时将所述通信单元切换到所述第二状态。

9.根据权利要求1或2所述的系统(706)，

其中所述旁路组件(702)在所述交换机组件(701)与所述第一通信端口(704)和所述第二通信端口(703)中的每一个之间采用一个或多个交换机或中继器。

10.根据权利要求1或2所述的系统(706)，

其中所述通信单元(700)还包括：适于将所述通信单元(700)连接到适于全双工通信的数据连接的一个或多个额外通信端口。

11.根据权利要求10所述的系统(706)，

其中所述额外通信端口中的一个或多个适于接收电流。

12.一种用于控制包括一个或多个设备(100)的娱乐设施的方法，包括：

-提供中央管理单元(301)、适于全双工通信的一个或多个数据连接(705)、所述一个或多个设备(100)中的每一个的控制单元(300)、以及所述一个或多个设备(100)中的每一个的通信单元(700)，其中通信单元(700)包括：第一通信端口(704)、第二通信端口(703)、旁路组件(702)和交换机组件(701)；

-由所述中央管理单元(301)生成数据；

-经由所述数据连接(705)在所述中央管理单元(301)和通信单元(700)之间传送数据；

-由所述控制单元(300)控制所述一个或多个设备(100)中的每一个；

-通过所述控制单元(300)控制数据通信，包括：

°经由连接到所述第一和/或第二通信端口(704、703)的所述数据连接(705)传送数据；

°在第一状态和第二状态之间切换所述通信单元(700)，其中，在所述第一状态下，所述第一通信端口(704)和所述第二通信端口(703)被连接到所述交换机组件(701)，

并且在所述第二状态下，所述第一通信端口(704)被连接到所述第二通信端口(703)，

°经由全双工通信在所述交换机组件(701)和所述控制单元(300)之间交换数据；

-由所述中央管理单元(301)从所述一个或多个设备(100)接收监控消息(1209)，所述监控消息(1209)包括所述设备(100)和/或连接到所述设备(100)的设备(100)的一个或多个特性。

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