CN101939949B - 用于与无线传感器控制网络中的休眠设备进行无线通信的方法和工具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种与被配置用于楼宇自动化系统内的自动化部件进行通信的方法。该方法包括：确定第一通信进度表，以使得该第一通信进度表被配置成支配供自动化部件使用的活动进度表；把第一通信进度表传送到自动化部件，以使得自动化部件当前实施第二通信进度表来支配该活动进度表；以及把第二通信进度表调节为等于所传送的第一通信进度表，以使得活动进度表响应于该调节而提高通信频率。该方法还可以包括定义第一通信进度表等于第二通信进度表时的持续时间。

Description

用于与无线传感器控制网络中的休眠设备进行无线通信的方法和工具
相关申请的交叉引用
根据35 U.S.C §119(e)本专利要求于2007年9月20日提交的美国临时专利申请序列号60/994.441(2007P19574US)以及于2007年9月20日提交的美国临时专利申请序列号60/994.443(2007P19472US)的优先权，出于各种目的这些申请的内容由此被并入以供参考。
本专利涉及与此同期提交的题为“METHODS TO VERIFYWIRELESS NODE PLACEMENT FOR RELIABLECOMMUNICATION IN WIRELESS SENSOR CONTROLNETWORKS”的共同未决的美国专利申请美国专利申请序列号12/135.670，出于各种目的该申请的内容被并入以供参考。
本专利还涉及于2006年10月31日提交的共同未决的美国专利申请序列号11/590.157(2006P18573US)以及于2004年8月8日提交的共同未决的美国专利申请序列号10/915.034(2004P13093US)，出于各种目的这些申请的内容由此被并入以供参考。
技术领域
本公开大体上涉及在楼宇自动化系统内操作的无线网格网络内的通信。具体而言，本公开涉及用于与部署在楼宇自动化系统内的休眠无线设备进行通信的方法和工具。
背景技术
楼宇自动化系统(BAS)典型地在诸如采暖通风与空调(HVAC)系统、安全服务、消防系统等等的建筑物内集成并控制元件和服务。所集成的受控系统被布置且被组织成一个或多个现场级网络(FLN)，所述现场级网络包含为定义或建立网络而分布的应用或过程特定的控制器、传感器、致动器或其他设备。现场级网络为该建筑物的特定楼层或区域提供总体控制。例如，现场级网络可以是RS-485兼容网络，该RS-485兼容网络包括被配置成控制在楼层或区域内的元件或服务的一个或多个控制器或应用特定的控制器。控制器进而可以被配置成接收来自传感器或其它设备(诸如例如为监视楼层或区域而部署的室温传感器(RTS))的输入。在本示例中提供给控制器的输入、读数或信号可以是代表物理温度的温度指示。该温度指示可以被由控制器执行的过程控制例程(诸如比例积分控制例程)利用以把风门(damper)、加热元件、冷却元件或其他致动器向预定的设置点驱动或调节。
提供给在给定的现场级网络内操作的一个或多个控制器的信息诸如温度指示、传感器读数和/或致动器位置进而可以被传送到自动化级网络(ALN)或楼宇级网络(BLN)，所述自动化级网络或楼宇级网络例如被配置成执行控制应用、例程或循环、协调基于时间的活动进度表、监视基于优先级的超控或报警以及给技术人员提供现场级信息。楼宇级网络和所包括的现场级网络进而可以被集成到任选的管理级网络(MLN)中，所述管理级网络提供一种用于分布式访问与处理的系统以允许远程监督、远程控制、统计分析以及其它更高级功能性。与BAS配置和组织有关的示例和附加信息可以在于2006年10月31日提交的共同未决的美国专利申请序列号11/590.157(2006P18573US)以及于2004年8月8日提交的共同未决的美国专利申请序列号10/915.034(2004P13093US)中找到，出于各种目的这些申请的内容由此被并入以供参考。
无线设备，诸如遵守IEEE 802.15.4/ZigBee协议的设备，可以被实施在楼宇自动化系统的控制方案内而不会招致附加的布线或安装成本。遵守ZigBee的设备诸如全功能设备(FFD)和精简功能设备(RFD)可以被互连以在楼宇自动化系统内提供设备网或网格。例如，全功能设备被设计成具有为建立与其它全功能设备的对等连接和/或执行对现场级网络的楼层或区域特定的控制例程而所必需的处理能力。全功能设备典型地是线路供电的设备，其总是醒着和/或工作(active)并且准备通信。每个全功能设备进而可以与星型结构(hub and spoke)布置中的一个或多个精简功能设备通信。诸如上面描述的温度传感器之类的精简功能设备被设计成具有为完成(一个或多个)特定任务并且把信息直接传送到所连接的全功能设备而所必需的有限处理能力。精简功能设备典型地是电池供电的设备，其将睡眠和/或不工作保持延长的时间段以节省电池能量。
发明内容
本公开大体上提供与部署在楼宇自动化系统(BAS)内的无线设备的通信。移动无线设备或工具可以被配置并且用来人工地或自动地与BAS内的休眠或不工作的无线设备和/或自动化部件通信。
在一个示例性实施例中，公开了一种与被配置用于楼宇自动化系统内的自动化部件进行通信的方法。该方法包括：确定第一通信进度表，以使得该第一通信进度表被配置成支配供自动化部件使用的活动进度表；把第一通信进度表传送到自动化部件，以使得自动化部件当前实施第二通信进度表来支配该活动进度表；以及把第二通信进度表调节为等于所传送的第一通信进度表，以使得活动进度表响应于该调节而提高通信频率。
在另一个实施例中，公开了一种用于与楼宇自动化系统内的自动化部件进行通信的移动设备。该设备包括与存储器通信的处理器。该处理器可以被配置成：确定第一通信进度表，该第一通信进度表被配置成支配供自动化部件使用的活动进度表；经由无线通信部件把第一通信进度表传送到自动化部件，其中自动化部件当前实施第二通信进度表来支配该活动进度表；以及把自动化部件内的第二通信进度表调节为等于所传送的第一通信进度表，其中活动进度表响应于该调节而提高通信频率。
本发明的附加特征和优点在下列具体实施方式和附图中被描述并且将从中显现出来。
所提供的方法、工具和教导涉及在楼宇自动化系统(BAS)内操作的自动化部件之间的通信。
具体实施方式
本文所讨论的实施例包括自动化部件、无线通信部件和/或收发器。这些设备可以是遵守IEEE 802.15.4/ZigBee的自动化部件，诸如：个域网(PAN)协调器，其可以被实施为现场控制盘(panel)收发器(FPX)；全功能设备(FFD)，被实施为楼层级设备收发器(FLNX)；以及精简功能设备(RFD)，被实施为可以用于楼宇自动化系统(BAS)中的无线室温传感器(WRTS)。本文所标识的设备被提供作为可以在体现本文所公开的教导的楼宇自动化系统内集成并利用的自动化部件、无线设备和收发器的示例，并且不打算限制本文所要求保护和讨论的设备以及教导的类型、功能性和互用性。此外，所公开的楼宇自动化系统描述了可以包括单独无线通信部件和收发器的自动化部件，然而要理解无线通信部件和收发器可以被集成到可在楼宇自动化系统内操作的单个自动化部件。
可以包括如上面描述的设备且如上面描述地进行配置的一个示例性楼宇自动化系统是由西门子楼宇科技有限公司(Siemens BuildingTechnologies，inc)提供的APOGEE
Figure GPA00001139177500041
系统。APOGEE
Figure GPA00001139177500042
系统可以实施RS-485有线通信、以太网、专用协议和标准协议、以及已知的和/或可预见的无线通信标准，诸如例如遵守ZigBee标准和/或ZigBee认证的无线设备或自动化部件的IEEE 802.15.4无线通信。ZigBee标准、专用协议或其他标准典型地被实施在可以利用低数据率和/或要求低功耗的嵌入式应用中。此外，ZigBee标准和协议适合用于建立廉价的、自组织的网格网络，所述网格网络可以适合用于诸如楼宇自动化的工业控制及感测应用。因而，遵守ZigBee标准或协议被配置的自动化部件可能要求有限的功率量以允许个别无线设备在有限的电池充电上操作延长的时间段。
有线或无线设备诸如遵守IEEE 802.15.4/ZigBee的自动化部件可以包括例如与RJ-11或其他类型的连接器的RS-232连接、RJ-45以太网兼容端口、和/或通用串行总线(BUS)连接。这些有线、无线设备或自动化部件进而可以被配置成包括单独的无线收发器或其他通信外围设备或与其对接从而允许有线设备经由上述无线通信协议或标准与楼宇自动化系统通信。可选地，单独的无线收发器可以耦合到无线设备(诸如遵守IEEE 802.15.4/ZigBee的自动化部件)以允许经由第二通信协议(诸如例如802.11x协议(802.11a、802.11b…802.11n等)或者任何其它通信协议)进行通信。这些示例性有线、无线设备还可以包括人机界面(MMI)诸如基于web的界面屏幕，其提供对可配置的设备属性的访问并且允许用户建立或检修BAS的其他设备和元件之间的通信。
讲述一种可以结合本文所提供的方法、系统和教导的示例性楼宇自动化系统或控制系统。该控制系统包括第一网络，诸如与一个或多个控制器(诸如多个终端或模块式设备控制器(MEC))通信的自动化级网络(ALN)或管理级网络(MLN)。MEC或控制器是可以耦合第一网络到第二网络(诸如现场级网络(FLN))的可编程设备。第一网络可以与第二网络有线或无线地耦合或通信。在这个示例性实施例中第二网络可以包括连接到楼宇自动化部件(被个别标识为自动化部件)的第一有线网络部分和第二有线网络部分。第二有线网络部分可以经由另一自动化部件耦合到无线楼宇自动化部件。例如，楼宇自动化部件可以包括五个被个别标识为自动化部件的无线设备。在一个实施例中，第一自动化部件可以是连接到第二自动化部件的有线设备，其可以包括或可以不包括无线功能性。在这种配置中，第一自动化部件可以利用或共享第二自动化部件所提供的无线功能性以定义互连的无线节点。自动化部件进而可以经由例如控制器和/或其它自动化部件与第一网络通信或连接到第一网络。其它自动化部件可以是与第二有线网络部分通信的现场控制盘FPX或另一个全功能设备，该第二有线网络部分进而可以与第一网络通信。
控制系统还可以包括8个自动化部件。自动化部件可以被配置或布置成建立一个或多个无线传感器及控制网络(WSCN)-诸如第一和第二网格网络。自动化部件诸如例如全功能设备或精简功能设备和/或可配置终端设备控制器(TEC)，可以协作以在第一网络、控制系统和网格网络或子网和内的其他设备之间无线地传送信息。例如，第一自动化部件可以通过发送被寻址到分配给每个互连的自动化部件和/或现场控制盘的网络标识符、别名和/或媒体访问控制(MAC)地址的消息，而与第一网格网络内的其他自动化部件通信。在一种配置中，第一网格网络内的个别自动化部件以与现场控制盘直接通信，或者可选地个别自动化部件可以以层次方式被配置以使得仅一个部件(例如第三自动化部件)与现场控制盘通信。第二网格网络的自动化部件进而可以与第一网格网络的个别自动化部件或者现场控制盘通信。
在第一网格网络内部署的自动化部件可以是被配置成在低供电状态中“休眠”或保持不工作的电池供电的耐用设备。可选地，自动化部件中的一个或多个可以是被配置成总是保持“醒着”或工作的线路供电的设备。例如，控制器可以线路供电的“母”设备到“子”设备，所述设备在这个示例中是第一网格网络的自动化部件。当例如可以是电池供电的设备的自动化部件从预定的休眠时段醒来或重新激活时，其可以被配置成轮询、检查母控制器或以其它方式与母控制器通信。第一自动化部件和控制器之间的轮询或通信在这个示例中用来传递控制器上存储的可能在预定的休眠或不工作时段期间已被引导到自动化部件的任何消息、命令和/或指令。
定义无线节点的自动化部件可以与第二网络以及第二网格网络的自动化部件无线通信以便于控制系统内的不同元件、部分和网络之间的通信。个别自动化元件和/或网格网络之间的无线通信可以以直接或点对点方式或者以经过节点或包括节点或网络的设备的间接或路由方式进行。在可选的实施例中，不提供第一有线网络部分，并且还可以利用无线连接。
自动化部件可以是全功能设备或精简功能设备。虽然在此讨论了自动化部件，但是可以结合所讨论的控制系统内部署的任一自动化部件利用该配置、布局和零部件(componentry)。自动化部件在这个示例性实施例中可以包括与存储器或储存媒介通信的处理器，诸如INTEL
Figure GPA00001139177500061
PENTIUM
Figure GPA00001139177500062
、AMD
Figure GPA00001139177500063
ATHLON
Figure GPA00001139177500064
或者其它8、12、16、24、32或64位的处理器类。存储器或储存媒介可以包含随机存取存储器(RAM)、可擦写(flashable)或不可擦写只读存储器(ROM)和/或硬盘驱动器(未示出)、或者任何其它已知或设想的储存设备或机构。自动化部件还可以包括通信部件。通信部件可以包括例如为实施与控制系统的有线通信而所必需的端口、硬件和软件。通信部件可以可选地或另外包含通信耦合到天线或其它广播硬件的无线发射器和接收器(或者集成收发器)。
示例性自动化部件的子部件，处理器、存储器和通信部件、和可以被耦合并配置成经由通信总线彼此共享信息。以此方式，诸如软件或固件的计算机可读指令或代码可以被储存在存储器上。处理器可以经由通信总线读取和执行计算机可读指令或代码。所得到的命令、请求和查询可以被提供到通信部件以便经由发射器和天线传输到在第一和第二网络和内操作的其它自动化部件。子部件可以是分立部件或者被集成到一个(1)或多个集成电路、多芯片模块和/或混合物。
示例性自动化部件可以是例如部署或安放在建筑物内的WRTS。在操作中，WRTS可以监视或检测建筑物的区或区域内的温度。代表所检测温度的温度信号或指示还可以由WRTS生成。在另一个实施例中，自动化部件可以是例如耦合到传感器或其它自动化部件的致动器。在操作中，致动器可以接收来自另一个自动化部件的信号、指示或命令并且依据所接收的信号调节机械部件的位置。该命令或指示可以被储存或保存在存储器内以便稍后处理或传送到控制系统内的另一个部件。
讲述一种在控制系统中可以实施的自动化部件的示例性物理配置。例如，该配置可以代表无线FLN诸如第二网络，包括第一和第二网格网络。示例性配置示出了其中第一网格网络包括第一和第二区域而第二网格网络包括第三区域的建筑物。这些区域进而包括自动化部件。例如，第一区域包括自动化部件，第二区域包括自动化部件，而第三区域包括自动化部件。区域、网格网络和自动化部件可以以任何已知的方式或配置被部署在建筑物内以为其中所感兴趣的任何空间提供传感器覆盖。
如先前所讨论的，自动化部件可以在控制系统内的操作中被配置成控制和监视楼宇系统和诸如温度、气流等等的功能。为了执行其在控制系统内的预计功能，所部署的自动化部件需要彼此通信以及与例如控制器、现场控制盘和/或其它自动化部件通信。
讲述一种可以与自动化部件中的一个或多个协作用来完成与配置和控制系统有关的现场勘测、调试和诊断功能的移动工具或设备的示例性实施例。
移动设备可以是例如膝上型计算机、个人数字助理(PDA)或智能电话，其利用例如高级精简指令集机器(Advanced RISC Machine，ARM)体系结构或任何其它系统体系结构或配置。移动设备在这个示例性实施例中可以利用一个或多个操作系统(OS)或内核，诸如例如PALM OS、MICROSOFT MOBILE
Figure GPA00001139177500072
、BLACKBERRY OS、SYMBIAN OS
Figure GPA00001139177500074
和/或开放式LINUXTM OS。这些或其它熟知的操作系统可以允许程序员创建用于移动设备的各种各样的程序、软件和/或应用。
移动设备可以包括用于输入和/或查看配置信息或数据的触摸屏、用于数据储存和存储扩展的存储卡槽。存储卡槽还可以被用于专门卡和插入式设备(诸如例如无线网卡)，以扩展移动设备的功能容量。移动设备可以包括天线以便于经由诸如下列的一个或多个通信协议的连接性：WiFi(WLAN)；Bluetooth(蓝牙)或其它个域网(PAN)标准；蜂窝通信和/或本文所公开的或可预见的任何其它通信标准。移动设备还可以包括用于经由红外线数据协会(IrDA)标准进行通信的红外(IR)端口。移动设备可以被配置和设计成具有与上文所讨论的示例自动化部件的通信部件类似且兼容的通信部件。在自动化部件和移动设备中的一个或多个内利用的通信部件可以被选择和配置成与本文所讨论的任一个通信协议或标准相互兼容且相符合。在实施例中移动设备可以包括或结合部署在示例的自动化部件内的部件、元件和/或功能性。
可以提供硬按键以允许直接访问预定的功能，或者经由通过触摸屏提供的虚拟键盘输入信息。硬按键的数量和配置可以被改变以提供例如全QWERTY键盘、数字键盘或者任何其它期望布置。移动设备还可以包括用于与呈现在触摸屏上的紧急信息或数据进行交互的跟踪球、开关(toggle)或其它导航输入。
移动设备可以被配置成与所部署的自动化部件以及控制器、现场控制盘和/或其它自动化部件中的一个或多个通信。此外，移动设备可以被配置成利用专门或专用“唤醒(WAKEUP)”命令与电池供电的设备或“休眠”设备(例如一个或多个自动化部件)通信，所述命令可以直接从移动设备传输，或者经由与所感兴趣的休眠自动化部件相关联的控制器、现场控制盘和/或其它自动化部件进行传输。
讲述一种用于与一个或多个自动化部件进行通信的示例性方法或算法，该自动化部件可以是不工作/睡眠的，例如自动化部件的内部部件(包括处理器、存储器和通信部件)。该方法提供与一个或多个自动化部件直接或经由控制器、现场控制盘和/或其它自动化部件等的通信。所公开的通信可以包括被配置成改变或修改(一个或多个)自动化部件的不工作或休眠进度表的专门“WAKEUP”命令。
移动设备可以把特殊或专用WAKEUP命令传送到第一和第二网格网络内的所有休眠或不工作自动化部件。WAKEUP命令可以指定一个或多个自动化部件对于“休眠”模式到“醒着”模式多久转变一次以与移动设备通信，以及指定正常的休眠/醒着进度表多久应当被由WAKEUP命令传送的进度表所超控。例如，为了节省电池能量，一个或多个自动化部件可以每六十(60)秒激活一次。
由移动设备传送的WAKEUP命令可以由一个或多个全功能设备(诸如控制器、现场控制盘和/或其它自动化部件)接收并缓存。所存储或缓存的WAKEUP命令进而可以被传送到在WAKEUP命令被初始传送时可能是睡眠或不工作的一个或多个自动化部件。因而，当休眠的一个或多个自动化部件针对新消息唤醒并且轮询其相关全功能设备时，WAKEUP命令可以被传递。
自动化部件可以对所接收的WAKEUP命令做出响应。例如，WAKEUP命令可以包括用于改变自动化部件的活动进度表的指令和值。WAKEUP命令可以引导一个或多个自动化部件以一秒激活一次和/或每六十(60)秒当中保持醒着三十(30)秒，例如每两(2)秒激活一次。可选地，WAKEUP命令可以引导一个或多个自动化部件以在一段时间内连续保持醒着，直到被命令恢复正常的活动进度表为止。在一个示例中，可以经由WAKEUP命令来命令第一自动化部件以在二十(20)分钟的持续时间内一秒激活一次。
典型地是与处理器相关联的时钟定时器的定时器可以用来确定所分配的二十(20)分钟的持续时间是否已经流逝。如果时段或持续时间还未流逝，则第一自动化部件根据先前示例可以继续实施所改变的活动进度表并且评价该持续时间。如果时段或持续时间已经流逝，则第一自动化部件根据先前示例可以返回到在接收WAKEUP命令之前原始实施的正常或标准活动进度表。
通过改变一个或多个自动化部件的活动调度表，移动设备可以建立与自动化部件的直接通信链路。该直接通信链路消除了控制器、现场控制盘和/或其它自动化部件缓存和存储来自自动化部件的数据的需要，这进而缩短了总通信时间。缩短的总通信时间可以延长精简功能设备(在这个示例性中为自动化部件)的电池寿命，因为可以发送整个消息而不是多个部分消息。此外，移动设备经由直接通信链路接收更准确的信息而不是缓存并存储在控制器、现场控制盘和/或其它自动化部件上的延迟数据。
精简功能设备可以经历延长的电池寿命，因为它可以暂时保持在工作状态来传送和/或接收指令等等。以此方式，精简功能设备不必连续地加电和/或激活来轮询消息，相反，精简功能设备可以典型地维持(即在不被WAKEUP命令修改时)延长休眠设备电池寿命的节电例程。
应当理解，对本文所描述的当前优选实施例的各种变化和修改对本领域技术人员将是显而易见的。例如，这些配置的元件可以根据系统要求、性能要求以及其它期望性能以任何已知的方式进行布置和互换。在又一个示例中，部署在移动设备上的功能性可以被部署并用在一个或多个全功能设备上。在又一个示例中，部署在移动设备上的功能性可以遍及控制系统的建立、配置和安装而被自动触发和操作。可以基于本发明所提供的教导和公开并且在不减少本文所公开的预计优点的情况下做出容易理解的变化和修改。因此这样的变化和修改旨在由所附权利要求书覆盖。

Claims (14)

1.一种与被配置用于楼宇自动化系统内的自动化部件进行通信的方法，该方法包括：
在移动设备中确定第一通信进度表，该第一通信进度表被配置成支配供自动化部件使用的活动进度表；将包含所述第一通信进度表的激活命令从所述移动设备传送到控制器；
在控制器处缓存接收到的激活命令；从控制器把包含第一通信进度表的被缓存的激活命令传送到自动化部件，其中自动化部件当前实施第二通信进度表来支配该活动进度表；
在自动化部件处接收包含第一通信进度表的被缓存的激活命令；
响应于接收的激活命令，把自动化部件的第二通信进度表调节为等于所传送的第一通信进度表，其中活动进度表响应于该调节而提高通信频率，
在移动设备和自动化部件之间建立直接通信链路。
2.权利要求1的方法，其中确定第一通信进度表包括识别目标通信频率。
3.权利要求2的方法，其中识别目标通信频率包括识别持续时间。
4.权利要求1的方法，其中活动进度表包括与不工作时段相关联的第一时段和与工作时段相关联的第二时段，其中第一时段长于第二时段。
5.权利要求1的方法，其中第一通信进度表引导自动化部件以一秒激活通信一次。
6.权利要求1的方法，其中把所述激活命令传送到自动化部件包括经由第二自动化部件把所述激活命令传送到自动化部件。
7.权利要求1的方法，还包括：
定义第一通信进度表等于第二通信进度表时的持续时间。
8.一种与楼宇自动化系统内的自动化部件进行移动通信的系统，该系统包括：
移动设备，该移动设备包括与存储器通信的处理器，该处理器被配置成：
确定第一通信进度表，该第一通信进度表被配置成支配供自动化部件使用的活动进度表；
将包含所述第一通信进度表的激活命令从所述移动设备传送到控制器；
控制器，被配置成：
接收由移动设备传送的激活命令；
在控制器处缓存接收到的激活命令；
经由无线通信部件把缓存的包含所述第一通信进度表的激活命令传送到自动化部件，其中自动化部件当前实施第二通信进度表来支配该活动进度表；
其中自动化部件接收被缓存的激活命令和第一通信进度，并把自动化部件内的第二通信进度表调节为等于所传送的第一通信进度表，其中活动进度表响应于该调节而提高通信频率；以及
其中移动设备建立通往自动化部件的直接通信链路。
9.权利要求8的系统，其中处理器被配置成利用目标通信频率来确定第一通信进度表。
10.权利要求9的系统，其中目标通信频率包括持续时间。
11.权利要求8的系统，其中活动进度表包括与不工作时段相关联的第一时段和与工作时段相关联的第二时段，其中第一时段长于第二时段。
12.权利要求8的系统，其中第一通信进度表引导自动化部件以一秒激活通信一次。
13.权利要求8的系统，其中到自动化部件所传送的激活命令经由第二自动化部件传送到自动化部件。
14.权利要求8的系统，其中处理器还被配置成：
定义第一通信进度表等于第二通信进度表时的持续时间。
CN200880116824.8A 2007-09-20 2008-09-15 用于与无线传感器控制网络中的休眠设备进行无线通信的方法和工具 Active CN101939949B (zh)

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