CN102474950A - 联网控制系统设备的网格互联 - Google Patents

Abstract

本发明涉及互连联网控制系统设备的网格，具体而言，涉及互连具有互连发光体网格的照明系统。本发明的基本思想是互连建筑物的不同单元中安装的诸如照明系统的发光体之类的联网控制系统设备的网格和提供用于互连网格的设备的地址分配方案以使得可以明确寻址互连网格的所有设备。

Description

联网控制系统设备的网格互联

技术领域

本发明涉及联网控制系统设备的网格互连，具体而言，涉及具有互连发光体（luminairies）网格的照明系统互连。

背景技术

联网控制系统是商业、工业和机构业务市场中以及还有消费市场中的普遍存在的趋势。联网控制系统的实例是具有许多光源的复杂照明系统。专业环境的实例是温室、厂房、体育馆、办公楼和室外（矩阵）光显示器中应用的照明系统。特别地，在专业环境中变得越来越关注于基于个体和局部控制联网控制系统的设备，例如，以便节省大照明系统中的能量或用于光场景设置。设备的控制可以基于传感器和人的输入。

可以通过向需要控制的一个或多个设备附接包括CPU和网络连接的节点来实现对联网控制系统设备的单独控制。节点通过有线或无线网络互连。每个节点具有网络地址，可以向其发送针对给定节点的消息。消息可以被发送到一个网格的节点，但是通常不向其它网格的节点发送。

WO2007/102114A1涉及无线通信网络中无线通信节点的分组，其被配置成控制照明阵列中发光体的操作。提供了用于把无线通信节点的所得空间布置进行分组的计算机算法。通信网络中每个节点的位置对应于照明阵列中特定发光体的位置。该算法把节点的布置划分成多个空间组，每个组是通过把组的成员节点联结在一起的线定义的。这些组根据它们的统计属性来分级，并且大量的组被选为控制组，以使得可以通过单个开关或传感器控制每个控制组的成员节点并且因而控制发光体。

发明内容

本发明的目的是提供允许联网控制系统的设备的网格之间交互的系统、方法以及设备。

独立权利要求的主题解决该目的。从属权利要求示出了进一步的实施例。

本发明的基本思想是互连建筑物的不同单元中安装的诸如照明系统的发光体之类的联网控制系统设备的网格，以及提供用于互连网格的设备的地址分配方案，使得可以明确寻址互连网格的所有设备。因而，可以把设备的不同网格组合到一个总体联网控制系统，该系统可以例如通过与受控设备相同的网格中的相关控制设备或通过网格外部的一个或多个位于中央的设备进行控制。

本发明的实施例提供用于互连联网控制系统设备的网格的方法，包括

－提供网格之间的互连，以及

－提供用于互连网格设备的地址分配方案。

通过提供用于互连网格的地址分配方案，有可能通过统一方式来寻址互连网格的每个设备。另外，有可能在人类干预减少的情况下不模糊地定位例如在包含数个互连网格的建筑物中的每个设备。

网格之间互连的提供可以包括提供不同网格的设备之间的点对点链路。可以例如在网格的对边处（例如，在位于建筑物中邻近房间中的两个网格之间）提供点对点链路。

用于互连网格设备的寻址方案的提供可以包括向互连网格的设备分配唯一地址。例如，可以通过把一个网格的地址空间扩展到互连网格的这种方式把一个网格的寻址方案应用于互连网格。在例如互连网格中设备的密度不同的情况下，根据所提供的寻址方案的设备编号可以是连续或间断的。因而，可以从互连网格创建单个网格。

向互连网格设备分配唯一地址可以包括在网格之间的点对点链路上交换配置消息，其中，配置消息发起互连网格设备的地址的改变。交换的配置消息可以例如在点对点链路上从一个网格发送到互连网格并且向互连网格传输所述一个网格的寻址以使得后者网格可以继续所述一个网格的寻址。配置消息可以例如包含地址计数器，该计数器可以被接收设备用来更新它的地址并在把配置消息转发给下一个设备以便地址更新之前递增该地址计数器。以这种方式，可以通过交换配置消息完成互连网格地址的自动更新。

网格地址的改变可以取决于网格与另一网格的一个或多个点对点链路。经由点对点链路连接到另一网格的设备的一个网格的设备地址可以例如确定另一设备的地址的改变。

网格之间互连的提供还可以包括提供连接网格的网格网关节点。取代创建单个网格，利用网格网关节点创建多个网格的网格。网格网关节点可以在由网格网关节点连接的网格之间路由消息。因而，网格网关节点可以控制网格之间的“通信量”。

所述方法可以进一步包括传感器的网格与联网控制系统设备的互连网格的互连。因而，也可以在互连网格和地址空间中集成传感器网格以使得传感器可以被视为设备并且以与联网控制系统中的设备相同的方式被寻址。控制程序不知晓任何寻址差异但是可以适于在给定设备的类型和位置的情况下区分设备之间的功能。

用于互连网格设备的寻址方案的提供可以包括向每个网格分配网格地址以便寻址网格，其中，网格地址用于通过互连网格路由消息。消息可以例如包含网格地址和被寻址的网格中目的地设备的地址。利用这些地址，可以通过整个网格把消息路由到目的地设备。

本发明的实施例提供使得处理器能够执行根据本发明的和如上所述方法的计算机程序。

根据本发明的另一实施例，可以提供存储根据本发明的计算机程序的记录载体，例如，CD-ROM、DVD、记忆卡、软盘、互联网存储设备或适合存储计算机程序以便光学或电子访问的类似数据载体。

本发明的另一实施例提供被编程以执行根据本发明方法的计算机，例如PC（个人计算机）。

本发明的另一实施例提供用于互连联网控制系统设备的网格的系统，其中，该系统适于执行以下动作

－提供网格之间的互连，以及

－提供用于互连网格设备的地址分配方案。

该系统可以进一步适于执行本发明的和如上所述的方法。

此外，本发明的实施例涉及适于应用在本发明的和如前所述的系统中的网格网关节点，其中，该节点包括

－用于在由网格连接节点连接的不同网格之间路由消息的路由装置。

该路由装置可以适于通过从接收的消息中提取网格地址来路由消息以及把消息路由到由网格地址指定的网格的目的地设备。

本发明的这些和其它方面将根据下文中描述的实施例而清楚明白并参照下文中描述的实施例进行阐述。

将参照示范性实施例在下文中更详细地描述本发明。然而，本发明不限于这些示范性实施例。

附图说明

图1示出了建筑物地面上数个联网照明系统的网格的实例；

图2示出了根据本发明与点对点链路互连的图1的网格；

图3示出了根据本发明与网格网关节点互连的图1的网格；

图4示出了根据本发明连接两个网格的网格网关节点的实施例；

图5示出了根据本发明用于互连联网控制系统设备的网格的方法的实施例的流程图；

图6示出了根据本发明传感器和发光体网格的集成的实施例；以及

图7示出了根据本发明传感器和发光体网格的集成的另一实施例。

具体实施方式

以下，功能上类似或相同的元件可以具有相同的附图标记。即使以下描述的本发明实施例涉及照明系统，本发明通常适用于包括布置在网格中的数个设备的联网控制系统。术语“光”和“发光体”描述同样内容。

在专业环境中变得越来越关注于基于个体和局部控制光。这种环境的实例是温室、厂房、体育馆、办公楼和室外（矩阵）光显示器。取代接通或关断所有发光体，优选的是，控制单个发光体或发光体组以便局部创建某些区域中的光效果，例如，以便照射办公楼中的某些区域或创建仅用于温室中某个地方的一些植物的光。另外，常常需要利用例如照明系统的中央控制器单独控制照明系统的发光体，这仅在调试（即，在计算机的数据库中记录它们在照明设施中的至少相对位置以使得操作员可以决定激活哪个发光体）照明系统的所有发光体的情况下是可能的。复杂照明系统通常被组织成联网控制系统，这意味着诸如发光体或发光体组之类的系统设备是网络的一部分并且可以例如通过控制消息单独被寻址和被控制。控制消息可以例如通过诸如被提供用于控制例如室外（矩阵）光显示器的发光体的计算机之类的中央控制器集中生成，但是也可以基于例如在温室或办公室的照明系统中的本地（local）传感器结果。

可以通过将通信节点附接到需要控制的每个发光体（例如，镇流器）来进行这种联网照明系统中发光体的单独控制。该节点可以集成在发光体中或作为单独设备附接。节点可以包括被编程以接收和执行寻址到相应节点的控制命令的微控制器。可寻址节点构成联网控制系统的设备。节点可以控制单个发光体或数个发光体。在联网照明系统中，每个节点具有唯一的网络地址，以使得来自给定控制器的消息可以直接寻址和路由到每个节点。消息指的是用于控制附接到被寻址的节点的设备的任何控制命令，例如，“对连接到地址为xyz的节点的所有发光体调光”或“激活地址为xyz的节点处的发光体”。消息或控制命令被发送给建筑物或环境内给定位置处的节点或节点组，以调节给定位置处的照明。还可以基于传感器值或人类推动的执行机构（例如，光开关）控制照明系统的光。光可以利用单独的导线连接到开关点，或者利用有线总线系统连接到利用无线通信技术连接的控制点。

常常把诸如办公室之类的建筑物单元中照明系统设施的光组织在矩形网格中。特别地，尽管也可以构想其它单元类型，但可以辨别四个类型的单元：

1. 小办公室空间（1－4个占用者）

2. 大办公室空间（具有许多桌子的开放办公室空间）

3. 走廊（连接办公室空间）

4. 接待区

在前两个单元类型内通常以矩形图案布置光。传感器可以在相同的空间内以另一矩形图案布置。在单元类型3（走廊）内，通常以一个或更多个线布置光。而在单元4中不同类型发光体的光网格可以共存。有时使用较复杂圆形片段图案。在每个建筑物单元内光可以通过使用自动调试方法自动找到它们的网格位置。通过本发明和如下所述，网格可以互连以便不模糊地自动定位建筑物中的每个节点，同时保持与建筑物内连接到它的发光体和节点的位置直接有关的地址的自动分配。

在一个单元内，微控制器（节点）可以与矩形中放置的一个或更多个光点相关联。光点可以包括一个或多个发光体。可以把节点放置在网格中。表示为[列，行]对的网格中节点的位置表示节点的位置。节点可以通过点对点通信信道互连。对于一些应用，不总是需要提供网格中邻近节点之间的所有点对点连接。仅沿着行、或仅沿着列约束连接对于一些应用而言可能是足够的。然而当节点故障时，通信链中继此节点之后的所有节点将不会接收任何命令直到修复节点为止。提供连接行或列的交叉链路增强了故障容差，以使得一个节点的故障不影响任何其它节点。

网络以与有线或无线点对点连接互连的网状网络、或者星形网络组织，或者组织为多站式（multi-drop）有线网络或者组织为无线网络。根据大多数标准，制造商向网络接口分配作为用来与它的直接连接的邻居通信的设备地址的硬件地址。硬件地址的实例是根据以太网标准的MAC（媒体访问控制）地址。通常向每个节点给出网络范围地址（例如，因特网地址），并且建立硬件地址与网络地址之间的映射。网络地址与设备的位置或功能无关。在本发明的此实施例中，把每个节点的位置存储在节点中。使用此位置直接寻址节点。结果是，每个节点可以通过它的位置而不再通过它的硬件地址或网络范围地址而被寻址。

图1呈现了实例办公室地面。用圆形表示发光体，用星形表示传感器。（网格）节点可以控制一个或两个发光体。附图标记18指明节点。一些节点通过它们的坐标指明。在图1中示出的办公室地面的左手侧，每节点一个发光体的网格10在3个办公室上伸展。在右手侧，大办公室或实验室空间包含每节点两个发光体的一个网格16。在走廊中存在每节点两个发光体的两个网格12和14。因而，地面包括四个不同网格10、12、14、以及16，其中每个网格具有它自身的寻址方案。在每个网格内通信是可能的。结果是，存在检测器和光传感器的值可以在网格网络上发送以调节灯的亮度，但是无法在网格之间发送。本发明的此实施例解决网格间通信。

因为可以在三个办公室之间重新配置墙壁，所以对于网格10未在物理上施加三个网络中的分离。在图1中，这导致针对左边三个办公室的一个网格10。取决于所选取的办公室空间，需要办公室之间的逻辑分离。对于左手侧的三个办公室，传感器与发光体之间的连接必须通过建筑师在数字图上建立并且因此被传送到控制灯的建筑气候（building climate）程序。

给定建筑物单元内的通信是不够的。接下来的步骤是互连它们之间的网格10、12、14和16以使得可以进行地面范围通信。这可能在用于联网控制系统的控制程序在中央建筑物范围计算机上运行时是必需的。未来，可以利用当前网格提案构想运行用于一个建筑物单元的控制程序的中央控制器。

以下描述和解释根据本发明用于互连功能网格的两个实施例：

1. 创建每地面单一网格

2. 创建互连网格

一旦照明网格互连，照明网络就可以连接到传感器网络，如稍后将会描述的。

在第一实施例中，创建每地面单一网格：

通过互连处于彼此相对的节点来建立每地面单一网格，如图2所示，图2示出了与图1具有相同网格的相同办公室地面。在网格之间部署了点对点链路20。使用图2中示出的编号，新链路对是：（[11，2]，[11，3]）、（[[11，4]，[11，5]）、（[7，2]，[7，3]）、（[3，2]，[3，3]）、（[2，4]，[2，5]）、（[1，4]，[1，5]）以及（[2，8]，[1，8]）。在图2中，节点地址相对于图1已经改变了，因为在点对点链路20上交换配置消息，其发起网格10、12、14和16中节点的地址改变。因为每列的密度对于网格的左部10比对于网格的右部16高得多，所以编号在右部16中间断。例如节点[5，5]是节点[11，5]的下邻居。节点[11，5]从左节点[11，2]经由节点[11，3]和[11，4]获取行号11。节点[2，8]从下节点[1，8]获取列号8。图2示出了每个节点具有唯一地址，但是它还示出了编号比各个建筑物单元的更不直观，以及取决于实现的点对点链路。

在第二实施例中，创建互连网格：

取代把多个网格互连到单一网格，通过把该多个网格与网格网关节点22互连创建多个网格的网格。在与在图2中插入了单个点对点链路20的相同位置处，添加了网格网关节点22。图3示出作为连接到点对点连接的黑色节点的网格节点。网格网关节点22连接行和列中的网格。对于从左向右经过网格网关节点22的每个消息，把网格列号增加一。确定与单个网格的列号和行号相同，以使得不需要节点的地址改变。为了允许寻址多个网格的网格中的节点，每个网格10、12、14、16的分配的网格标识{0，0}、{0，1}、{0，2}和{1，2}与具有节点坐标的地址类似。此第二互连解决方案由于需要专用网格网关节点所以在节点和安装上略微较昂贵，但是也更灵活和直观。

图4更详细地示出了网格网关节点22。节点22包括用于从其它（标准）节点18接收消息和向其它（标准）节点18发送消息的收发器26。此外，网格网关节点22包括如下所述控制网格上路由的路由装置25。

假定存在照明有线骨干网络，则它在把网格节点与有线骨干互连的方面良好。网格网关节点可以实现对于骨干与各个办公室单元网络之间的照明网络预见的网关功能。可以使用如同AODV（Ad-hoc按需距离矢量）的标准路由技术找到从指定网格节点到目的地网格节点的路径。此途径与骨干上互联网协议（IP）的运行配合良好。在网格网关节点中，照明控制软件（例如，通过路由装置执行）解包（unpack）接收到的消息并把它发送给网格中的目的地节点。在网格内，可以使用合适路由方法。可以利用IETF的6LoWPAN（“低功率无线个域网上的IPv6”的缩写）工作组提出的协议实现骨干上使用的IP地址向网格上使用的地址的转换。

与互联网协议解除关联的可替换方法是提供网格上的扁平化网络范围路由。这暗指网络地址包括选定网格内的网格地址（位置）和网格标识符。为了路由目的，每个节点可以存储每个节点中所有网格的标识符。利用每个标识符，节点还可以存储去往给定网格的路径所经过的网格节点的本地网格地址。在建筑物中给定相对较低数量网格和网络的层级组织的情况下，可以在网络上广播网格标识符。不失一般性，假定在具有网格节点g的网格G、以及具有网格节点h的网格H中存在节点k。网格节点h在骨干上广播网格标识符H和它自身的地址h。网格节点g将会接收消息并把网格标识符H和网格节点地址h存储在它的存储器中。网格节点G在网格G上广播网格标识符H及其自身地址g。节点k接收H和g这二者，以及把它们存储在存储器中。当k向H中的节点m发送包时，它向网格节点g路由包，g根据骨干路由规则把它传送给h，并且h把它路由到H中的目的地m。

图5示出了根据本发明用于互连网格的方法的实施例的流程图，其中，系统（例如，中央控制器（未示出））执行步骤S10和S12，并且可以通过网格的设备或节点（例如，作为设备或节点固件的一部分实现的）执行步骤S14、S16以及S18。该方法以提供网格之间互连的步骤S10开始。例如，在步骤S10中，中央控制器可以确定适合互连和建立点对点链路的不同网格的一些设备或节点，参照图3和节点对（[11，2]，[11，3]）、（[[11，4]，[11，5]）、（[7，2]，[7，3]）、（[3，2]，[3，3]）、（[2，4]，[2，5]）、（[1，4]，[1，5]）以及（[2，8]，[1，8]）。特别地，适合互连的节点或设备的确定可以根据网格中它们的位置来选择。在接下来的步骤S12中，在互连网格之间交换用于发起改变互连网格中地址的配置消息。中央控制器发出配置消息。原则上，节点或设备（例如，作为互连一部分的节点或设备）也可以发出配置消息。该方法继续由互连网格的设备执行的步骤S14。在步骤S14中，设备接收用于发起地址改变的配置消息。在以下步骤S16中，设备检查是否需要地址改变。设备可以例如把它的原始网格中它自身的实际地址与配置消息中包含的互连网格的地址空间相比较。如果所述比较导致实际地址与地址空间不兼容，则设备可以继续执行用于把它的地址改变为互连网格中合适地址的步骤S18。

接下来，描述根据本发明如图6和7中所示传感器和发光体网络的集成的实施例。可以通过与对于集成地面上建筑物单元的发光体网格进行的相同的原理进行传感器网络和发光体网络的集成。如图6中所示，一个或多个网格网关节点22可以把传感器（星形）的网格24与相同建筑物单元内发光体（用节点18表示）的网格互连。在图6中，如图6的左上角所示的两个网格与坐标为[0，1]、[0，3]和[0.5]的三个网格网关节点22互连。图6示出了一组可能性之中的仅仅一个。当发光体节点、传感器节点以及网格节点中的通信软件相同时，将会把图6中示出的地址分配给节点。每建筑物单元一个集成网络是可能的。可以如以上所解释的集成这些建筑物单元。在给定实例中传感器节点行在连接到下面网格节点的[1，x]处开始。对网格节点软件的调适使得传感器的行号也在0开始是完全可能的。

另一解决方案要求物理上调适发光体和传感器相对于彼此的位置。这在图7中示出。把传感器移动到了发光体旁边（在实例中移动到了右边但是其它三个方向中的任何方向也是可能的）。最终结果是对于整体照明基础设施使用一个网格。

上述网络结构促使动态构建中央控制程序可使用的基础设施。在建筑物基础设施的联网控制系统设备的调试之后，每个节点可以传送它的位置（地址）、设备类型和服务类型。这与UPnP（通用即插即用）协议或IETF SLP（服务定位协议）提供的功能性的不同之处在于以下一些显著点：

1. 组合的照明传感器网络是低速的且还可能是低能量的（无电池）并且需要比对于UPnP或SLP提出的更小的包。

2. 与建筑物单元耦合的网格位置是必要信息。

3. 建筑物网络中的传感器和设备与UPnP中的消费电子服务不同并且需要附加的标准化。

可以把本发明应用于诸如具有多个光源的复杂照明系统（例如，家庭、商店和办公室应用中安装的照明系统）之类的任何联网控制系统中。本发明特别地适用于具有互连设备的联网控制系统的大型设施，比如建筑物中安装的数个联网照明系统。

可以通过硬件或软件执行本发明的至少一些功能。在软件中实现的情形中，可以使用单个或多个标准微处理器或微控制器来处理实现本发明的单个或多个算法。

应当注意，词语“包括”不排除其它元件或步骤，且词语“一”或“一个”不排除多个。此外，不应当把权利要求中的任何附图标记解释成限制本发明的范围。

Claims (15)

1. 一种用于互连联网控制系统设备（18）的网格（10，12，14，16）的方法，包括

－提供网格之间的互连（20，22）（S10），以及

－提供用于互连网格设备的地址分配方案（S12－S18）。

2. 如权利要求1所述的方法，其中，提供网格之间的互连包括提供不同网格的设备之间的点对点链路（20）。

3. 如权利要求2所述的方法，其中，提供用于互连网格设备的寻址方案包括向互连网格的设备分配唯一地址。

4. 如权利要求3所述的方法，其中，向互连网格设备分配唯一地址包括在网格之间的点对点链路上交换配置消息，其中，配置消息发起互连网格设备的地址的改变。

5. 如权利要求4所述的方法，其中，网格地址的改变取决于网格与另一网格的一个或多个点对点链路。

6. 如权利要求1所述的方法，其中，提供网格之间的互连包括提供连接网格的网格网关节点（22）。

7. 如权利要求6所述的方法，其中，提供用于互连网格设备的寻址方案包括向每个网格分配网格地址以便寻址网格，其中，网格地址用于通过互连网格路由消息。

8. 如在前权利要求中任一项所述的方法，进一步包括把传感器（24）的网格与联网控制系统设备的互连网格互连。

9. 一种用于使得处理器能够执行如在前权利要求中任一项所述方法的计算机程序。

10. 一种存储如权利要求9所述计算机程序的记录载体。

11. 一种被编程以执行如权利要求1至8中任一项所述方法的计算机。

12. 一种用于互连联网控制系统设备（18）的网格（10，12，14，16）的系统，其中该系统适于执行以下动作

－提供网格之间的互连（20，22），以及

－提供用于被互连的网格设备的地址分配方案。

13. 如权利要求12所述的系统，适于执行如权利要求2至8中任一项所述的方法。

14. 一种网格网关节点（22），适于如权利要求12或13所述系统中的应用并包括用于在由网格网关节点连接的不同网格之间路由消息的路由装置（26）。

15. 如权利要求14所述的节点，其中，路由装置（26）适于通过从接收到的消息中提取网格地址来路由消息并适于把消息路由到由网格地址指定的网格的目的地设备。

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