CN101194294B - 网状簇归组 - Google Patents

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Abstract

提供了用于将网状网络归组的系统和方法。网状网络使得能够使用各种网络将能量数据从能量感测装置转移到目的地装置,并且减小了安装计量站的需要。本发明的实施例将在其它情况下不能通信的网状网络联接或归组。经归组的网状网络之间的连接可以是使用定向天线或无源天线的无源连接,或者是使用较高功率RF装置、太阳能转发器、移动网状装置等的有源连接。通过在网关处执行负载平衡、通过监视可用通信路径的信噪比等以智能方式路由能量数据。亦可为了限定低功率簇、地址阻挡簇和基于频率的簇而产生网状簇。簇归组便利于能量数据从能量感测装置到能量管理站的高效转移。

Description

网状簇归组
技术领域
[0001] 本发明的实施例涉及用于计量能量分配系统中的能量的系统和方法。更具体地, 本发明的实施例涉及通过将网状簇(mesh cluster)归组来传输能量数据以便利于能量数 据从能量感测装置到能量管理站的转移的系统和方法。
背景技术
[0002] 通常,计量能量分配系统如配电系统内的特定点可能非常昂贵,且安装计量点存 在资金和实践障碍。这些费用中的一些是外部部件(如电压互感器或电流互感器)、试运转 (commissioning)费用、测量柜费用和安装费用。
[0003] 与计量点相关联的一项大的安装费用是包括通信线管的通信线的费用和安装。在 评估添加新计量点的益处时,现有通信的可用性、扩展这些通信的费用以及布设通信线所 涉及的劳动可能是抑制性因素。可替选地,可在无任何通信的情况下安装计量点。在这种 情况下,人必须亲自到计量仪处并读显示器,记录能量值,并将此信息传送到中央系统。此 方法易出现人为差错,另外,随着时间推移,这可能是昂贵的通信方法。
[0004] 与一些计量点相关联的另一项大的安装费用是向计量装置提供足够的功率供给 或单独电源的费用。例如,计量装置可在高电压电势点处监视,尽管该装置可能够监视高电 压电势,但该装置所需的控制功率必须处于显著较低的电势。可替选地,计量装置可能监视 非电的量,如流量计的输出。可能不容易取得用于该计量装置的传统电源,在这种情况下需 要额外的安装费用来向计量装置提供控制功率。
[0005] 又一项安装费用与至计量点的物理安装相关联。通常,计量点必须安装到某种测 量柜或测量架中,该测量柜或测量架具有用于固定计量装置的安装螺钉或显示器的孔。很 多时候,必须在测量柜内制造显示孔和螺钉孔,或者必须购买测量柜,这进一步增加了安装 费用。
[0006] 通常,能量计量点的试运转费用相对高。经常需要在现场有工厂代表来全面试运 转能量计量系统。另外,如果向计量装置发送了错误的设置,可能出现难以校正的错误。例 如,当监视装置被设置为错误的用于电能监视的PT或CT比率时,出现试运转错误,这是因 为可能根据次级测量计算出错误的初级测量。另一个例子可包括对于来自另一计量装置的 脉冲输出的监视设置错误的每个脉冲的值。额外的试运转费用包括对具有能量计量系统或 SCADA软件的监视装置的通信的人工设置。所连接的每个计量点必须在该计量点处以及在 软件系统处配置有连通。这些配置在任一位点处的任何错误可能导致没有连通,并可能需 要查找故障,这进一步增加了试运转费用。
[0007] 通常,更靠近能量供给处来安装计量点的优点超过了障碍;然而,随着能量顺着能 量分配系统向消耗方行进并最终到达负载,计量点的费用常常超过了益处。然而,在额外计 量点处监视能量分配是所期望的和有经济益处的(特别是在进一步顺着能量分配系统向 负载行进时)。当知道更多关于所使用能量的信息时,可以进行更多工作来减少能量使用。 需要减少在能量管理系统内拥有额外计量点的成本。需要减少安装、试运转以及外部部件如电流互感器、电压互感器和测量柜的费用。当减少这些费用时,能量费用分析的经济回报 超过了更靠近每个能量负载来计量的减少了的费用障碍。这些额外计量点可帮助产生整个 设施内能量费用的更清晰表示,且该信息可帮助该设施减少其能量费用。
[0008] 在其中在各种单元之中使用大量电力的设施例如建筑物或设备中,希望允许建筑 物业主将能量费用分拨给设施内的不同单元即消耗方。对于商业办公建筑物,这些单元可 包括建筑物内的不同租户或设施的公共负载如电梯或HVAC系统。对于工业设施,这些单元 可包括设施内的不同生产线、机器或工艺。与基于固定的或公式化的方法(如按比例,例如 美元每平方英尺,或者基于工艺/机器的理论消耗)来分拨费用相比,基于使用适当监视装 置进行的实际测量的分拨可获得更精确和有用的信息以及更公平的费用分配。
[0009] 用于这些监视装置的安装和持续费用(即运转和维护费用)是在决定监视系统是 否值得投资时的重要考虑。尽管可人工读取监视装置(这没有增加安装费用),但是人工数 据收集可能增加持续/运转费用。可替选地,可将监视装置互连并经由通信链路来自动读 取监视装置。然而,典型通信链路需要布线以将监视装置互连,这增加了安装费用。另外, 建筑物中的特定租户可能希望通过读取能量计或累计他们的能量使用的另一能量监视装 置来验证正确地向他们开账单。这对于提供租户可查看的显示器的典型能量计而言可能是 直截了当的但劳动密集且麻烦的过程。
[0010] 可使用新兴无线网状(或专门)联网技术来在提供自动化数据收集的同时减少监 视装置的安装费用。亦称为网状拓扑或网状网络的网(mesh)是一种利用网络节点之间的 许多冗余互连来将装置相连接的网络拓扑。每个网络节点对于其中该装置不是预定接收方 的所接收通信而言有效地充当转发器/路由器,以便利于装置之间通过网络的通信。使用 无线互连允许更简单且成本效率更高地实施这样的网状拓扑:其中每个装置是节点并且使 用基于RF的链路来与在它附近的其它装置中的至少一些无线互连。网状联网技术一般分 为两种类别:高速高带宽;和低速低带宽低功率。第一类装置通常比第二类装置更复杂和 昂贵。由于能量监视通常不需要高速/高带宽通信,所以第二类装置就数据吞吐量而言常 常是足够的。
[0011] 能量监视装置可包括测量kWh、kVAh、kVARh, kff要求、kVA要求、kVAR要求、电压、 电流等中至少一种的电能计。能量监视装置亦可包括测量水、空气、气体和/或蒸汽的消耗 的装置。
发明内容
[0012] 本发明的实施例涉及用于将网状簇归组的系统和方法。经归组的网状簇例如用来 将能量传感器或其它监视装置所收集的能量数据发送到目的地装置如能量管理站。将网状 簇联接或归组可提供若干优点,包括用于传输能量数据的较高带宽以及能量数据的智能路 由。在某些情形下,长距连接可减少将网状簇归组在一起所需的装置或转发器的数量。
[0013] 用来将网状簇归组的连接可以是无源的或有源的。网状簇归组还可包括由较大的 网状簇形成一个或多个单独的网状簇。上述连接可以是无源天线、具有较高RF功率的装 置、基于太阳能的装置或转发器,且还可包括诸如其它频谱的可替选连接。上述连接还可包 括介质如普通老式电话系统(“POTS”)、电力线载波、宽带频率、同轴线缆、IEEE 802. 11a、 IEEE802. lib ,IEEE 802. llg、IEEE 802. lis协议和系统、串联连接、以太网等或它们的任何组合。
[0014] 可建立可在转发数据之前收集数据的网关。这可扩展数据存储并且还可实现数据 压缩。这可提高带宽并且还可增强安全性。
[0015] 在一个实施例中,通过标识至少第一网状簇和第二网状簇来将网状簇归组。网状 簇之一通常包括能量感测装置。然后该方法将第一网状簇与第二网状簇归组。该归组可包 括无源和/或有源连接以及备用频率的使用。最后,能量感测装置所收集的能量数据被发 送到第二网状簇。
[0016] 在另一例子中,一种方法首先使用第一网状簇内的第一 RF装置收集能量数据。然 后,该方法使用无源连接将第一网状簇中的至少一个装置与第二网状簇中的至少一个装置 相连接。接着,该方法通过无源连接将数据从第一 RF装置经过第二网状簇路由到网关。
[0017] 在另一个例子中,该方法将具有一个或多个装置的网状簇归组为至少第一网状簇 和第二网状簇。接着,第一网状簇被配置成使得第一网状簇中的装置之间的通信不干扰第 二网状簇中的通信。然后,该方法建立第一网状簇和第二网状簇之间的连接。该方法可以 是无源的、有源的,或者可使用现有的无线或有线的基础结构。
[0018] 本发明的这些和其它优点和特征将从下面的描述和所附权利要求中更加显而易 见,或者可通过如下所述的本发明的实践来获悉。
附图说明
[0019] 为了进一步阐明本发明的上述和其它优点和特征,将参照在附图中图示的本发明 具体实施例来进行本发明的更具体描述。应理解这些附图仅描绘本发明的典型实施例,因 此不应视为对本发明范围的限制。将通过使用附图、利用附加特性和细节来描述和解释本 发明,在附图中:
[0020] 图1图示了用于实施本发明实施例的包括多个网状簇的示例性网络;
[0021] 图2图示了用于将网状簇归组以转移能量数据的系统和方法的一个实施例;
[0022] 图3图示了用于将网状簇归组的系统和方法的另一实施例;
[0023] 图4图示了高层建筑物中的示例性网状簇及其归组;
[0024] 图5图示了分开特定距离的网状簇的示例性归组;以及
[0025] 图6图示了将网状簇归组的示例性流程图。
具体实施方式
[0026] 这里,短语“与......耦合”被定义为意指直接连接或者通过一个或多个中间部
件间接连接。这样的中间部件可包括基于硬件、通信和软件的部件。另外的中间部件可包 括电场耦合部件和磁场耦合部件。本文中所含数字指代各组使用数字前缀和字母后缀的 项目,如IlOaUlOb和110c。单独列出而无字母后缀的数字指代这些项目中的至少一个。 例如,当项目组如转发器转换器被称为转发器转换器110时,这意味着指代转发器转换器 IlOaUlOb或IlOc中的至少一个。
[0027] 本发明的实施例涉及用于将网状网络(这里亦称为网状簇)归组的系统和方法。 在某些情形下,将网状网络归组可包括将网状网络分成多个网状网络。在另一实施例中,将 网状网络归组可包括将网状网络链接在一起。[0028] 将网状网络归组在一起对如何转移数据有有益影响。可改进路由数据的能力并使 之更可靠。取决于将网状网络如何归组,可发生同时和高数据量通信,且可避免数据碰撞。 将网状网络归组可包括(例如但不限于)在网络内产生网状簇、将RF装置或节点智能归 组、智能路由数据以及多个网关。将网状网络归组可免于通信损失、提供较不昂贵的架构、 实现长传输距离的加密并且便利于进行便宜的且便携的归组。
[0029] 本发明的实施例通过减少计量点的安装费用和试运转费用来减少计量费用。另 外,本发明的实施例减小了对外部部件如电压互感器、电流互感器和测量柜的需要。本发明 的实施例能够通过使用下面讨论的技术的各种组合来减少这些费用。通过减少这些费用, 可增加能量分配系统如电能分配系统内计量点的数量;可使用类似方法来增加整个其它能 量分配系统如水、空气、气体和蒸汽分配系统的计量点数目。
[0030] 网状网络是包括多个装置以及这些装置之间的多个通信路径的网络。在网状网络 中,这些装置常常是RF装置并且可通过无线和/或有线通信路径通信。每个装置可从网状 网络中的其它装置接收数据以及向网状网络中的其它装置重发送数据。网状网络可以是具 有经规划的和/或未规划的基础结构的专门网络。
[0031] 数据在网状网络内的传输通常一个装置接一个装置地发生。随着数据在网状网络 内一个装置到一个装置地跳跃,数据最终到达目的地装置。然而,存在两个或更多网状网络 不能通信的情形。不能通信可能与不足的RF功率、距离等相关。本发明的实施例因此将这 些类型的网状网络归组在一起以便利于通信。如下面更详细描述的那样,网状网络可根据 许多种准则来归组,并且组之间的连接可以是无源或有源的且可包括使用其它载波和协议 的可替选连接。
[0032] 网状簇或网络以各种方法和方式归组或联接。例如具有分路器和衰减器的同轴线 缆可用作无源天线。天线紧邻网状簇而布置,于是天线能够在无电接触的情况下将簇归组 在一起。同轴线缆或其它线缆可用来联接簇或者将多个簇归组。这种类型的无源天线可用 来将例如建筑物中的信号传播到分开的网状簇。无源天线如同轴线缆具有不需要外部功率 的益处,从而允许其被安装在提供功率可能困难、昂贵或不可能的地点。一种将水平分散在 商业建筑物如零售商场内的网状簇归组的可能方法可以与置于商业建筑物房顶上的无源 天线如有损同轴线缆的使用相结合。
[0033] 另一方面,有源连接可以是具有分路器的RF装置。该RF装置可例如在一端具有天 线而在另一端具有与同轴线缆的直接连接。在这种情况下,应使用衰减器来确保RF装置不 被过度供电。有源连接还可将电力线载波(PLC)与无线传输相组合。PLC可用来传输信号 或数据经过无线死区。有源连接还可使用其它授权的或未授权的无线或有限方案来实现。
[0034] 网接入点是这样的地方:其中可分接网状簇或网络以接入包括有线/无线网络的 其它网络。
[0035] 图1图示了使用包括转发器转换器110、转发器115和能量传感器120的示例性网 络来在能量管理站100和能量传感器120之间传输通信数据包。该网络可包括有线和/或 无线连接。RF装置包括RF转发器转换器110、RF转发器115、RF能量传感器120、RF信号 强度传感器或RF显示装置140中的至少一个。
[0036] RF装置利用RF网状网络进行通信。使用RF通信,本发明的实施例可能够通过显 著减少使得通信线在计量点处可用的费用以及维护能量管理站100和计量点之间通信线的费用,来减少计量附加点的费用或者减少将能量分配系统中的现有计量点回连通到能量 管理站100或SCADA软件的费用。
[0037] 能量管理站100可以是驻留在计算机上的软件或驻留在智能电子装置(IED)上的 固件。RF能量传感器120是能够计量至少一个与能量相关的参数并且能够通过RF网状网 络通信的计量装置或能量传感器。RF能量传感器120在本文中可称为能量传感器120或传 感器120。能量传感器120可包括各种测量耦合装置。这允许能量传感器120测量各种形 式的能量或者与各种形式的能量的测量耦合。
[0038] 用来监视电气参数的电能传感器的一个例子由使用适于测量电能参数的测量耦 合装置的能量传感器120b和能量传感器120c (在下文中将更详细地讨论)代表。能量传 感器120的一个可替选实施例可包括测量耦合装置如用于脉冲计数器的数字输入,其中该 脉冲计数器用来读取脉冲。在图1中示出了一个例子,其中能量传感器120e通过脉冲连接 145监视来自流量计125的脉冲。这些脉冲可来源于可测量水、空气、气体、电或蒸汽能的另 一能量计。一个可替选实施例可包含与所测量能量直接耦合的测量耦合装置。
[0039] RF转发器115在本文中可称为转发器115。RF转发器转换器110在本文中可称为 转发器转换器110。能量管理站100与转发器转换器IlOa耦合,转发器转换器IlOa允许能 量管理站100通过网络(其可包括一个或多个网状网络)与网络内的能量传感器120通信 并且从能量传感器120接收数据。该能量管理站可具有与通信中枢105如以太网网络、LAN 或WAN的连接或与可替选通信介质160的连接,并且可能够经过连接到通信中枢105的转 发器转换器110b、或者经过连接到可替选介质(如通信路径160a和160b所示的电话连接 或卫星130)的转发器转换器IlOa和IlOc与该网络连通。通信中枢105可在其中转发器 转换器IlOb在无线网络和通信中枢105之间转移或传递通信包的通信信道中使用。可替 选通信介质160或通信中枢可包括任何通信信道,如电话网络、以太网、内联网、因特网、卫 星130或微波介质。可替选通信信道的另一例子是通过通信路径160a和160b与转发器转 换器IlOa和IlOc结合使用的卫星130。
[0040]在图 1 中,无线通信路径 150a、150b、150c、150d、150e、150f、150g、150h、150i、 150j、150k和1501表示一些可能在RF装置之间的可能无线通信路径。所用无线网络技术 是专门无线网状网络技术。专门网络可不具有基础结构或者可包括未规划的基础结构。对 于通信网络如有线以太网网络则通常要求预先仔细规划基础结构。网状网络是可包含多个 用以传送信息的路径的网络。本发明实施例所使用的网状网络可以是部分网状网络,因为 一些节点可仅连接到与其交换最多数据的那些节点。另外,由于RF发送功率、距离和信噪 比,每个节点可能不能与每个其它节点直接连通。
[0041] RF装置如使用专门无线网状联网技术的转发器转换器110、转发器115、能量传感 器120和RF显示装置140可由通信范围内的其它RF装置自动标识。这些附加RF装置可 用来扩展无线网络范围、带宽、吞吐量和鲁棒性。例如,如果RF能量传感器120安装在当前 不在网状网络的范围内的区域中,则安装者仅需添加适当的转发器115以扩展网状网络的 范围。在另一例子中,系统可被设计有与第一转发器11¾的服务区域的一部分重叠的第二 转发器115d,在此情况下,处于重叠区域中的RF能量传感器120a具有至少两个不同的回 到能量管理站100的通信路径:150e-150g-150a或150d-150b-150a。这增大了系统的鲁棒 性,这是因为当第一 RF转发器11¾由于RF噪声而被暂时阻挡或者被损坏时,RF能量传感器120a可仍然能够经由第二转发器通信。可保证网状网络的安全,使得附加RF装置必须 固定到网络或者包含为网络内的鉴别装置所接受的安全密钥。通信安全性可包括其中在RF 网状网络上传输加密或签名的数据以及公开密钥的公开和私有密钥系统。
[0042] RF装置可能够将它们的RF发送功率自动修改为仅具有以足够的信噪比(SNR)到 达网状网络中的RF转发器所需的强度。因此,当RF功率被设置为最低所需水平时,网络安 全可得以增强。另外,RF装置功率供给需求被降低。
[0043] 转发器115用来在能量传感器120和能量管理站100之间或者在两个RF装置之 间接收和重发送无线包。例如,如果通信路径150e不可用,则转发器11¾可便利于能量 传感器120a和显示装置140之间的通信。这些转发器115可能够执行无线包的路由。这 些路由表可在转发器中存储于非易失性存储器中,使得在电力停歇之后可快速恢复网络通 信。RF装置可使用自复原特征,自复原特征利用如下网络架构,该网络架构可经受住至少一 个其传输路径如网状或部分网状网络的故障。自复原特征可允许RF装置重引导通信包以 便避开不能工作的转发器115或RF装置。另外,转发器115可能够确定它们是否是通信包 的最终目的地、对包进行解码并且还执行所提供的指令。此指令可以是修改RF装置内的设 置、部分固件升级、通信确认或者用以产生备用通信包的指令。RF转发器115电路的至少一 部分可实施于ASIC芯片内。
[0044] 转发器转换器110可用来以与转发器类似的方式按需要来转发RF信号。转发器 转换器110还可称作网关装置,因为它们可用作两个不同网络之间的网关。在某些情形下, RF转发器功能可从转发器转换器中省去以减少费用;然而,当转发器转换器110具有此能 力时,可能存在额外的费用节省,因为无需转发器115就扩展了网络。另外,转发器转换器 110可工作为在无线网状网络和其它通信装置如以太网中枢、电力线载波、电话网络、因特 网、其它无线技术、微波、扩展频谱等之间提供桥。另外,转发器转换器110可能够确定它们 是否是通信包的最终目的地、对包进行解码并且还执行所提供的指令。此指令可以是修改 RF装置内的设置、部分固件升级、通信确认或者用以产生备用通信包的指令。RF转发器转 换器110电路的至少一部分可实施于ASIC芯片内。
[0045] 能量传感器120可能够以与转发器115相同的方式转发RF信号。在某些情形下, RF转发器功能可从能量传感器120中省去以减少费用;然而,当能量传感器120具有此能 力时,可能存在额外的费用节省,因为无需RF转发器115就扩展了网络。可充当RF转发器 115的能量传感器120可增大网络的范围和鲁棒性以及减少组建无线网状网络所需的部件 数目。传感器120具有产生包含它们已进行或计算出的测量的通信数据包这一额外任务。 另外,能量传感器120可报告能量传感器120的状态。另外,能量传感器120可能够确定它 们是否是通信数据包的最终目的地、对包进行解码并且还执行所提供的指令。此指令可以 是修改能量传感器120内的设置、部分固件升级、通信确认或者用以改变输出或控制一装 置的指令。能量传感器120用来监视或测量至少一个能量参数。此能量参数可直接地、间 接地或者经由另一监视装置来监视,该另一监视装置比如是具有脉冲输出的能量计或具有 通信端口的能量计。可替选地,能量传感器120可监视对能量分配系统有影响的参数,如温 度、振动、噪声、断路器闭合等。能量传感器120电路的至少一部分可实施于ASIC芯片内。
[0046] RF装置可包括无线RF显示装置140。在本文中这些RF显示装置140可称为显示 装置140。这些RF显示装置140可安装或附着到测量柜之外。RF显示装置140可显示一个或多个能量传感器120的读数。这些能量传感器120可以在测量柜内、在RF显示装置140 附近、或者可经由连通来访问。显示装置140可包含允许访问能量传感器内各种显示和量 的用户接口,如键盘、触针或触摸屏。另外,这些RF显示装置140能够使指定值或不同能量 传感器120的各种读数相关联、计算和显示来自(这些RF显示装置140在无线网状网络上 可访问的)能量传感器120的各种参数或参数推导。
[0047] 例如,如果IED 135能够测量总线上的电压或者该电压是指定常数并且提供预期 功率因数,则显示装置140能够使这些值相关联并且以至少可用的精度计算各种能量参数 如kVA、kVAR和kW,并且在屏幕上显示它们或者将它们记录到存储器中。RF显示装置140 可用作有源RF转发器115d以增强来自测量柜200内或RF显示装置140附近的传感器的 RF信号。RF显示装置140可使用本文中讨论的各种备用电源技术来供电。RF显示装置140 的至少一部分可实施于ASIC芯片内。
[0048] 能量传感器120能够直接测量并且将数据经由RF转发器115和RF转发器转换器 110无线地提供给能量管理站100。可替选地,能量传感器120或其它RF装置可直接内置 于IED 135中,比如,能量传感器120a内置于IED 135中。在此例子中,能量传感器120a可 访问IED 135内的至少一个值或寄存器,并且能够使用无线网状网络将数据无线地发送到 能量管理站100。在某些配置中,取决于IED 135的集成,能量传感器120a能够执行IED设 置、寄存器修改、IED 135的控制和固件升级。在可替选实施例中,转发器转换器110模块可 直接连接到IED 135上的现有通信端口。转发器转换器110可能够从该装置的通信端口汲 取功率以对自身供电并且通过无线网状网络提供与该装置的完全连通。可从通信端口得到 的功率的两个例子是由USB通信端口提供的功率或者从RS-232端口汲取的寄生功率。可 替选地,转发器转换器110可从外部功率源供电或者由下文中描述的可替选功率源供电。
[0049] 如上所述,安装功率计量、布缆等的过程可能是颇昂贵的。网状网络的一个优点是 将能量传感器所收集的能量数据发送到远程能量管理站的能力。然而,存在这样的情况:现 有网状网络不能够通信并因此对使用网状网络将数据从源发送到目的地的能力产生影响。 本发明的实施例涉及将这些网状网络归组以便利于能量数据的转移和收集的系统和方法。 同时,本发明的实施例还可以因各种原因(包括通信、功率和安全原因)而将现有网状网络 分成较小的网状网络。
[0050] 图2图示了本发明的一个实施例。图2图示了用于将网状网络或簇归组的系统和 方法。图2图示了网状簇202、网状簇204和网状簇206。每个网状簇202、204、206分别包 括多个RF装置218、220、222。如上所述,RF装置可以是转发器、转发器转换器、能量传感 器、网关等或它们的任何组合。网状簇202例如可对应于图1所示的网络的至少一部分。
[0051] 网状网络可用来向/从特定装置或节点发送数据。例如,装置208是与能量管理 系统209通信的装置。能量传感器如能量传感器211所产生的数据被路由到装置208。装 置208可以是转发器转换器或网关。能量传感器211亦可包括转发器。传感器211所包括 的或与传感器211耦合的转发器可将数据发送到簇202中的其它装置,直到该数据到达装 置208。这先前在图1中描述过。
[0052] 在另一例子中,网状簇204中的装置215具有想发送到能量管理站209的数据,能 量管理站209是图1中的能量管理站100的一个实施例。在此例子中,在网状簇204和网 状簇202之间形成连接210。实现了将网状簇204和202永久地或暂时地归组在一起。[0053] 将簇永久地或暂时地归组可取决于各种因素。簇可例如在峰值记录时间期间、在 特定传输频率未使用或可用时、在太阳能可用时等被动态归组。簇可在固件升级或其它类 型的配置编程期间动态形成。可替选地,网状簇可在“广播”配置改变或固件升级期间联接 并形成一个大簇。
[0054] 连接210、214和216表示网状簇之间的连接。在被连接后,网状簇202、204和/ 或206可视为单个网状簇或网络200。连接210、214和216可以是无源的或有源的并且可 以是无线的或有线的。在此例子中,连接210和214是无线的而连接216是有线的。当然, 亦可在网状簇之间建立多个连接。这有助于网状簇归组克服通信问题。例如,如果连接210 实效,则可使用网状簇206中的节点和连接216和214将来自装置215的数据发送到能量 管理站20。
[0055] 在网状簇的无源归组中,连接210、214和216可使用定向天线、无源天线如有损同 轴线缆等来实现。无源连接亦可利用现有基础结构如建筑物布线、系统布缆等。
[0056] 将网状簇202、204和/或206归组亦可以是有源的。在网状簇的有源归组中,连 接210、214和216可使用具有较高RF功率的节点或RF装置来表示或完成。亦可使用太阳 能转发器。亦可使用移动网状转发器来将网状簇归组。在移动网状转发器的情形下,网状 簇的归组由于移动性质而可能是暂时的。移动网状转发器例如可连接在设备上或者由人员 携带。移动网状RF装置亦可具有使得移动网状装置(mobile mesh device)能够收集和存 储数据的存储器。所收集的数据可在后来当移动网状装置处在其它网状簇或网关的范围内 时发送。
[0057] 包括节点、转发器和网关的RF装置可利用附加通信链路以便将网状簇归组。例 如,这些通信链路包括光通信链路、局域网、普通老式电话服务(Ρ0Κ)、ΙΕΕΕ 802. lla、IEEE 802. lib ,IEEE 802. llg、IEEE 802. lis等、电力线载波(PLC)、串行通信、长距RF、以太网等 或它们的任何组合。
[0058] 图3图示了网状网络归组的另一例子。在此例子中,网状簇300被细分成多个簇 308、310和312。通过降低RF功率来将网状簇归组为较小的簇。换言之,网状簇可以是低 功率RF区。例如,网状簇308中的装置或节点可用降低的功率发送。降低的RF功率可提 高例如安全性。如果能量维护站320处于网状簇312中,则网状簇308可通过连接316 (其 可以是有源的或无源的)与网状网络312连接。
[0059] 网状网络300可以以各种方式细分成网状网络308、310和312。如上所述,低功 率RF节点可用来限制装置的范围并由此产生图3中的网状网络。在另一例子中,网状网络 300内的装置可阻挡或掩蔽地址。因而,特定网状网络内仅包括具有特定地址的装置。在另 一例子中,网状网络308中的装置可在与网状簇310和312中的装置或节点不同的频率下 调谐或工作。在另一例子中,定向天线的使用可将网状网络308与网状网络310和312分 开。在另一例子中,网状网络内的装置可具有可互换的无线电。具有无线电“A”的装置形 成网状簇310,而具有无线电“B”的装置形成网状簇312。
[0060] 如参考图2所述,网状网络308、310和312可使用连接314、316和318来连接。因 此,连接314、316和318可表示有源和/或无源连接。在某些情况下,有源或无源连接可与 特定RF装置集成。例如,装置322可具有在较高RF功率下发送的能力或者可具有高增益 定向天线。类似地,可类似地配备装置324。[0061] 网状簇归组亦可使用其它准则来进行。簇308、310和312可按照数据类型(电数 据、气体数据等)、地理区域、测量类型、通信类型、空间位置(楼层/建筑物/区)、限定的 地址(掩蔽)、数据(账单、电力质量、趋势、效用、发生器、消耗方等)来归组。可为了便利 于负载平衡或信噪比“优化”而产生簇。
[0062] 网状簇归组能力不限于现有网状簇被细分的情况,而且还可适用于图2所示的情 况。例如,可基于前述准则将簇204与簇202归组在一起。
[0063] 图4图示了用于实施本发明实施例的示例性环境。图4图示了包括多个楼层的建 筑物400。在此例子中,每个楼层包括装置410。装置410可包括能量传感器、转发器、转发 器转换器等或它们的任何组合。在会堂400中,高层406之一上/中的特定装置将能量数 据传送到网关412(其可包括能量管理站100)的能力可能需要数据被传递经过各楼层上的 相继装置。
[0064] 图4图示了建筑物401的另一视图,其已将各个装置归组为多个网状簇。在此例 子中,簇418包括楼层406中的装置410,簇416包括楼层404中的装置410,簇414包括楼 层402中的装置。本领域技术人员能理解,亦可形成其它网状簇或者将其它网状簇归组。部 分因为装置411和网关412之间的路径被缩短,簇418中的装置411与网关412通信的能 力得到提高。
[0065] 在图4中,可以以多种方式将装置410归组为簇。可仅将线缆安装在特定楼层上, 而不是将线缆安装到每个楼层或每个装置410。现有基础结构可用来提供备用通信路径。 连接408例如可表示有线连接和/或无线连接。在某些实施例中,可使用包括授权或未授 权连接的其它无线连接。
[0066] 建筑物410中的装置410可归组为多个组或簇414、416和418。与这些组中的每 个组的通信于是可独立于与其它组的通信而发生。例如,簇414可在第一频率下工作,而第 二簇416在第二频率下工作。簇中的网关412或装置可具有适应频率偏移的能力。例如, 特定装置可在第一频率下接收,而在第二频率下发送。可使用适应频率偏移的能力来将簇 归组在一起。
[0067] 在一个实施例中,频率偏移与在特定频率范围内偏移信道不同。该偏移是从一个 频带偏移到另一个频带。该偏移可从900MHz频带到2. 4或5. 8GHz频带。该偏移可从授权 频带到未授权频带,反之亦然。装置亦可能够偏移到诸如蜂窝电话所使用的付费使用频率, 以提供备用通信路径。
[0068] 图5图示了本发明的另一实施。在此例子中,簇502、504和506在建筑物如商场 中。簇502、504和506形成可能不能与其它簇通信的簇。为了便利于例如将能量数据从簇 502中的装置发送到网关512的能力,需要将簇502、504和506归组。
[0069] 图5图示了簇502、504、506和网关512可怎样归组在一起的例子。无源的例子是 使用高增益定向天线510。此天线510可使得能够将簇503、504、506和网关512归组。在 此例子中,网关512可以是除了执行现有功能以外还被“挑选”成为“网关”装置的RF转发 器/装置或能量传感器。可替选地,可使用连接508来将簇归组在一起。连接508可以是屋 顶同轴线缆。连接508亦可实施为有源连接。可使用太阳能转发器、高功率RF装置、LAN、 IEEE 802. 11a、IEEE 802. lib、IEEE 802. llg、IEEE 802. lis 连接、电力线等来将簇 502、 504,506和网关512归组。
14[0070] 图6图示了一种在将能量数据从源装置如能量感测装置发送到目的地装置如能 量管理站100的情况下将网状簇归组的示例性方法。本领域技术人员能理解,亦可发送其 它数据类型。此外,可使用网状簇的归组来将数据发送到网状簇中的各种装置。可使用此 信息来设置或改变网状网络中的装置的功能或工作(改变用于接收/发送的频率和/或RF 功率、标识能量数据的优选通信路径、对能量感测装置重编程等)。
[0071] 图6图示了本发明的一种示例性方法。该方法首先将一个或多个网状簇归组602。 网状簇归组602可包括例如配置网状簇604、建立网状簇之间的连接606以及标识网状簇 608。配置网状簇604可包括例如标识待用于通过各种通信路径通信的频率、向网状簇中的 特定装置提供可被人工或远程重编程或设置的可互换无线模块、设置装置组的地址块、设 置RF功率电平等或它们的任何组合。建立连接606可包括例如安装无源或有源连接以便 利于网状簇之间的通信。归组亦可例如基于用户的预设命令来进行,或者基于标识的数据 特征或用户的命令动态地进行。
[0072] 如上所述,无源连接可包括诸如定向天线、有损线缆等的装置。无源连接不需要外 部功率源,而使用无源连接可实现先前不能通信的网状簇的通信。这具有使得计量装置的 安装更高效的效果,这是因为这些计量装置所收集的数据具有可传输能量数据的新的通信 路径或连接。类似地,来源于例如能量管理站的指令可经过经归组的网状簇发送到目的地装置。
[0073] 有源连接可包括可能需要电力的装置。这些连接包括高功率转发器或RF装置、太 阳能装置等。建立连接606亦可包括使用备用通信链路,例如光通信、LAN、WAN、因特网、以 太网连接、POTS、IEEE 802. 11a、IEEE 802. lib、IEEE 802. llg, IEEE 802. lis 等、PLC、串行 RS232、RS485 等、长距 RF。
[0074] 建立连接606和配置网状簇604亦可包括使得装置能够扫描其它频率以寻找可使 用的带宽。频率偏移可从授权频率到未授权频率,或者从一个频率范围如900MHz范围到 2. 4GHz范围或5. 8GHz范围,反之亦然。可人工和/或远程配置网状网络中的装置的频率偏 移能力。
[0075] 标识网状簇608可包括标识其中收集能量数据604的特定装置或网状簇。标识网 状簇602亦可包括建立两个或更多网状簇之间的连接。可能在两个或更多网状簇之间已经 存在连接。标识网状簇608亦可以指基于特定准则将网状簇归组在一起或者划分特定网状 簇。该准则的例子包括但不限于数据类型(电数据、气体数据等)、地理区域、测量类型、通 信类型、空间位置(楼层/建筑物/区)、限定的地址(掩蔽)、数据(账单、电力质量、趋势、 效用、发生器、消耗方等)、频率、地址掩蔽等或它们的任何组合。
[0076] 网状簇归组602亦包括从较大的网状簇产生多个网状簇。这些产生的网状簇可在 较低功率下工作、在不同频率下工作、通过选择性通信(例如通过阻挡地址)等或上面列出 的其它准则来工作。同时,所产生的网状簇亦可使用这里描述的无源和/或有源连接来彼 此通信。
[0077] 将网状簇归组602后,可收集数据610并且发送数据612。在经归组的网状簇之间 传输数据可以以诸如通过分析RF功率、与特定装置的可用连接等的智能方式实现。例如, 图1中的装置11¾具有多个可用的通信路径。其可选择基于例如装置11¾与能量管理站 100的接近度、路径150b的信噪比等、通过路径150b从传感器120b发送能量数据。[0078] 网状簇归组602亦可包括配置RF装置以收听频率或信道并切换到未使用或最低 程度使用的那个。网状簇中的装置于是可切换到未使用的频带。这可使得特定网状簇能够 长距离传输。该频谱亦可有益于短距离通信。例如,RF装置可能够使用未在本地区域或在 经归组的网状网络所覆盖的区域使用的商业频谱。例如,超高频率(UHF)通常为TV频道保 留。在诸如UHF的频率中的信道未在区内使用的情况下,网状网络中的装置可再使用特级 频率范围(通常为商业使用保留)来进行大范围传输。其它授权和未授权频率亦可为RF 装置所用。能够在发送通信之前收听其它内容可允许使用这些频率、减少其它装备之间的 冲突并且更好地利用适于安装环境的频率和频谱。在频率偏移发生之前可能需要RF装置 之间有一定程度的协作。可替选地,RF装置可收听特定已知频率以寻找通信包。这些特定 已知频率可由另一 RF装置或者由能量管理站100以动态功能编程。
[0079] 在另一例子中,网状簇中的装置可适应频率偏移。该频率偏移可以是人工切换,或 者该装置可通过网状网络重编程。该装置或网状簇于是可使用包括授权和未授权通信频带 的各种频带来通信。
[0080] 图5可用来图示网状簇归组的例子。在图5的建筑物500(例如商场)中,标识网 状簇502、504和506。这些簇最初不能彼此通信。网状簇502、504和506然后被归组。这 可通过建立网状簇502、504和506之间的连接来实现。在此例子中,同轴线缆508用作无 源连接。可替选地,定向天线510可用来将网状簇502、504和506无源地连接。在又另一 实施例中,太阳能转发器可放置在建筑物500上以建立网状簇502、504和506之间的连接。 在网状簇502、504和506被归组后,可收集能量数据并使用这里所述的连接在网状簇之间 传输该能量数据。如图5所示,网状簇502、504和506亦可利用网关512来归组,网关512 可以是转发器转换器,并且用来通过某种类型的连接将能量数据发送到又另一网状簇。可 替选地,网关512可包括能量管理站,该能量管理站可经由通信中枢105连接到另一装置或 服务器。
[0081] 能量数据的传输指的是到特定装置和/或来自特定装置的数据。发送到网状簇中 各种装置的固件升级、配置参数等在能量数据的范围内。类似地,能量传感器所收集的数据 以及经归组的网状网络中的其它装置所收集的数据是能量数据的例子。
[0082] 在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下,可以以其它特定形式来实施本发 明。所描述的实施例在所有方面应视为仅是说明性的,而不是限制性的。因此,本发明的范 围由所附权利要求来指示,而不是由前面的描述来指示。落入权利要求的等同设置的含义 和范畴内的所有变化都将包括在权利要求的范围内。

Claims (42)

1. 一种将能量数据从能量感测装置传送到能量管理站的RF ( “射频”)装置的系统,该 系统包括:第一网状簇,包括第一 RF装置和能量感测装置,其中所述能量感测装置收集能量数据;第二网状簇,包括第二 RF装置,其中所述第一 RF装置和所述第二 RF装置中的至少一 个被配置成在授权和未授权频带之间偏移;以及连接,所述连接将所述第一网状簇与所述第二网状簇归组,使得所述能量感测装置所 收集的能量数据通过所述连接、使用所述授权频带或所述未授权频带从所述第一 RF装置 发送到所述第二 RF装置。
2.根据权利要求1所述的系统,其中所述第一 RF装置是转发器、无线电设备和转发器 转换器中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的系统,其中所述第二 RF装置是转发器、无线电设备和转发器 转换器中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的系统,其中所述连接包括无源连接。
5.根据权利要求4所述的系统,其中所述无源连接包括定向天线中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的系统,其中所述无源连接包括同轴线缆。
7.根据权利要求1所述的系统,其中所述连接包括有源连接。
8.根据权利要求7所述的系统,其中所述有源连接包括高功率RF装置、移动网状装置 和网关中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的系统,其中所述连接还包括备用通信链路。
10.根据权利要求9所述的系统,其中所述备用通信链路是下列中的至少一种: 光通信链路;局域网; POTS连接; 802. 11 连接; 电力线载波; 串行连接;以及 长距RF连接。
11.根据权利要求1所述的系统,其中所述第一RF装置和所述第二RF装置中的至少一 个扫描频带以标识用于传输数据的频带。
12.根据权利要求1所述的系统,其中基于下列中的至少一个在所述第一网状簇和所 述第二网状簇内路由所述能量数据:包括所述第一网状簇和所述第二网状簇中的网关的不同于所述第一 RF装置和所述第 二 RF装置的装置的负载;到所述第一网状簇和所述第二网状簇中的不同于所述第一 RF装置和所述第二 RF装置 的装置的通信路径的信噪比;所述第一网状簇和所述第二网状簇中的所述不同于所述第一 RF装置和所述第二 RF装 置的装置之间的距离;以及预先规定的装置和所述能量管理站之间的距离。
13. 一种将能量数据从能量感测装置传送到能量管理站的RF( “射频”)装置的系统, 该系统包括:第一网状网络,包括第一 RF装置和一个或多个网状簇,其中所述一个或多个网状簇是 通过降低所述一个或多个网状簇中的RF装置的RF功率来从所述第一网状网络中形成的; 第二网状网络,包括第二 RF装置,其中所述第一 RF装置和所述第二 RF装置中的至少 一个被配置成在授权和未授权频带之间偏移;以及所述第一网状网络的所述一个或多个网状簇中至少一个和所述第二网状网络中的所 述第二 RF装置之间的连接,其中在所述第一网状网络中收集的能量数据通过所述连接被 递送到所述第二网状网络。
14.根据权利要求13所述的系统,其中所述一个或多个网状簇中的每一个掩蔽某些地 址,使得预先规定的地址仅由预先规定的网状簇接收。
15.根据权利要求13所述的系统,其中所述一个或多个网状簇中的每一个在不同频率 下工作。
16.根据权利要求13所述的系统,其中由包括无源连接和有源连接中的一个或多个的 连接来连接所述一个或多个网状簇。
17.根据权利要求16所述的系统,其中所述无源连接包括定向天线和有损同轴线缆中 的一个或多个,且其中所述有源连接包括高功率RF装置和太阳能转发器中的一个或多个。
18.根据权利要求13所述的系统,其中所述一个或多个网状簇中的预先规定的装置被 配置成从第一频率偏移到第二频率。
19.根据权利要求18所述的系统,其中所述预先规定的装置扫描另外的频率以标识可 用于传输所述能量数据的频率。
20.根据权利要求13所述的系统,其中所述连接还包括一个或多个备用连接,所述一 个或多个备用连接包括下列中的一种或多种:光通信链路; 局域网; POTS连接; 802. 11 连接; 以太网连接; 电力线载波连接; 串行连接;以及 长距RF连接。
21. 一种将网状簇归组以将能量数据从能量感测装置传送到能量管理站的方法,该方 法包括:标识至少第一网状簇和第二网状簇,所述第一网状簇包括第一 RF装置,且所述第二网 状簇包括第二 RF装置,所述第一 RF装置和所述第二 RF装置中的至少一个被配置成在授权 和未授权频带之间偏移,其中所述第一网状簇包括能量感测装置; 将所述第一网状簇与所述第二网状簇归组;标识包括待用于在所述第一网状簇和所述第二网状簇之间通过各种通信路径进行通 信的授权或未授权频谱在内的频谱;并且使用经标识的所述频谱将所述能量感测装置所收集的能量数据传送到所述第二网状簇。
22.根据权利要求21所述的方法,其中将所述第一网状簇与所述第二网状簇归组还包 括形成所述第一网状簇和所述第二网状簇之间的无源连接。
23.根据权利要求22所述的方法,其中形成所述第一网状簇和所述第二网状簇之间的 无源连接还包括下列中的至少一个:使用定向天线将所述第一网状簇与所述第二网状簇连接; 使用无源天线将所述第一网状簇与所述第二网状簇连接; 使用有损同轴线缆将所述第一网状簇与所述第二网状簇连接。
24.根据权利要求21所述的方法,其中将所述第一网状簇与所述第二网状簇归组还包 括形成所述第一网状簇和所述第二网状簇之间的有源连接。
25.根据权利要求M所述的方法,其中形成所述第一网状簇和所述第二网状簇之间的 有源连接还包括下列中的至少一个:向所述第一网状簇中的或所述第二网状簇中的装置提供较高RF功率; 使用太阳能转发器将所述第一网状簇与所述第二网状簇连接; 将所述能量数据从所述第一网状簇发送到移动网状装置,其中所述移动网状装置当在 所述第二网状簇的范围内时将所述能量数据发送到所述第二网状簇;以及 利用备用通信链路发送所述能量数据。
26.根据权利要求25所述的方法,其中利用备用通信链路发送所述能量数据还包括下 列中的一个或多个:使用光通信链路将所述能量数据发送到所述第二网状簇; 使用局域网将所述能量数据发送到所述第二网状簇; 使用普通老式电话服务将所述能量数据发送到所述第二网状簇; 使用802. 11将所述能量数据发送到所述第二网状簇; 使用电力线载波将所述能量数据发送到所述第二网状簇; 使用串行连接将所述能量数据发送到所述第二网状簇;以及 使用长距射频将所述能量数据发送到所述第二网状簇。
27.根据权利要求21所述的方法,其中将所述第一网状簇与所述第二网状簇归组还包 括在所述第一网状簇和所述第二网状簇中的至少一个内产生一个或多个簇。
28.根据权利要求27所述的方法,其中在所述第一网状簇和所述第二网状簇中的至少 一个内产生一个或多个簇还包括下列中的至少一个:降低所述第一网状簇和所述第二网状簇中的至少一个内的装置的RF功率; 阻挡所述第一网状簇和所述第二网状簇中的至少一个内的预先规定的装置的地址; 对于所述第一网状簇和所述第二网状簇中的至少一个内的不同装置使用不同频率。
29.根据权利要求21所述的方法,其中将所述第一网状簇与所述第二网状簇归组还包 括通过经标识的所述频谱接收所述能量数据。
30.根据权利要求21所述的方法,还包括将数据从所述第二网状簇发送到所述第一网 状簇、到所述能量感测装置。
31.根据权利要求21所述的方法,其中将所述能量感测装置所收集的能量数据发送到所述第二网状簇还包括以预定义的方式路由所述能量数据。
32.根据权利要求31所述的方法,其中以预定义的方式路由所述能量数据还包括使用 一个或多个网关。
33.根据权利要求32所述的方法,其中以预定义的方式路由所述能量数据还包括协调 所述一个或多个网关之间的通信。
34.根据权利要求32所述的方法,还包括基于信噪比标识所述能量数据的路径。
35.根据权利要求32所述的方法,还包括在所述一个或多个网关上执行负载平衡。
36. 一种将第一网状簇与另外的网状簇归组的方法,该方法包括:使用至少一种归组建立所述第一网状簇和第二网状簇之间的第一连接; 通过所述第一连接将能量数据从所述第一网状簇中的第一装置路由到所述第二网状 簇中的第二装置;并且当所述第一连接不可用时,通过所述第一网状簇和所述第二网状簇之间的备用连接将 所述能量数据从所述第一装置路由到所述第二装置,其中所述第一网状簇中的至少一个装 置提供频率偏移并且监视能适应所述能量数据的传输的频谱。
37.根据权利要求36所述的方法,其中建立所述第一网状簇和第二网状簇之间的第一 连接还包括下列中的至少一个:建立无源连接; 建立有源连接;以及在所述第一网状簇和所述第二网状簇中的至少一个内产生另外的网状簇。
38.根据权利要求37所述的方法,其中所述无源连接是定向天线或有损天线中的一种。
39.根据权利要求38所述的方法,其中所述有损天线是同轴线缆。
40.根据权利要求37所述的方法,其中所述有源连接是具有较高RF功率的装置、太阳 能转发器和网状移动装置中的至少一种。
41.根据权利要求36所述的方法,其中所述备用连接是下列中的至少一种: 光连接;局域网;授权或未授权无线网络; 备用频率; POTS连接; 电力线载波;以及 串行连接。
42.根据权利要求36所述的方法,其中所述至少一个装置所监视的所述频谱包括 802. 11网络、802. 22网络、超高频带、授权无线网络和未授权无线网络中的一种或多种。
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