CN103874235A

CN103874235A - 用于led照明控制的低速无线局域网

Info

Publication number: CN103874235A
Application number: CN201410073474.9A
Authority: CN
Inventors: 范振灿; 刘国旭; 孙国喜; 冯向光
Original assignee: Shineon Beijing Technology Co Ltd
Current assignee: Shineon Beijing Technology Co Ltd
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2014-06-18

Abstract

本发明涉及无线通信技术领域，提出了一种用于LED照明控制的低速无线局域网，包括：至少一个网络控制设备和至少一个网络终端设备；其中，每个网络控制设备和至少一个网络终端设备采用单主多从设备网络结构组成私有网络，每个网络控制设备控制至少一个网络终端设备，每个网络终端设备仅与一个网络控制设备通信；网络终端设备通过ZigBee网络与其他设备交互。本发明通过专门用于LED灯无线遥控的新型的独立局域网，有效提高了组网和通信效率，同时进一步控制了成本，满足了LED生产方面的特殊需求。

Description

用于LED照明控制的低速无线局域网

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种用于LED照明控制的低速无线局域网。

背景技术

ZigBee是一种低成本低功耗的近距离无线组网通讯技术，在无需太高速率的近距离无线操控领域，相对于技术复杂、功耗大、组网规模小的蓝牙方式，ZigBee技术可用来进行更经济更高效的自动控制。目前一个典型的应用就是以ZigBee等技术对LED灯具进行遥控，这类低速局域通信技术一般基于IEEE Std182.15.4（LR-WPANs）定义的PHY和MAC通信网络结构。在ZigBeeAlliance中还专门定义了针对LED照明的ZigBee Lighting Link（ZLL）标准，其中对照明器件的网络功能做了进一步定义。通过以上标准的定义，LED照明器件的无线网络通信实现了标准化，不同厂商生产的LED照明以及控制器件能够兼容使用，并能并入其他ZigBee控制的智能化局域网中。

然而，以ZigBee网络结构用于LED照明仍有一定的缺点，其中最主要的缺点是：

1.成本高。ZigBee和其他无线局域网相比，低功率低成本是其主要优势。但ZigBee的低成本是相对于大多数普通电器而言，对于本身成本极低的LED照明设备来说，其生产量大，对成本更为敏感，ZigBee设备成本会有很大的影响。

2.集成困难。ZigBee通信模块中复杂的数字电路难以和电源驱动模块集成在一起，相应增加了成本。

3.不适用于器件数量较多的场合。在某些应用中，LED数量达到成百上千，组网规模呈指数级增长，这会导致局域网（WPANs）的延迟（Latency）增加，影响使用效果。

发明内容

（一）本发明所要解决的技术问题：

针对现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何简单有效地提高控制LED照明的无线网络组网效率。

（二）技术方案

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种用于LED照明控制的低速无线局域网，包括：至少一个网络控制设备、至少一个网络终端设备和ZigBee网络；其中，每个所述网络控制设备和至少一个所述网络终端设备采用单主多从设备网络结构组成一个私有网络；在所述私有网络中，每个网络控制设备为中心设备，控制本私有网络中的全部网络终端设备，每个网络终端设备仅与一个网络控制设备通信；在所述低速无线局域网，网络终端设备通过ZigBee网络与其他设备交互。

优选地，私有网络中的所述网络控制设备和所述网络终端设备之间采用单个或者多个区域或者国际通信标准机构设定的局域网可用的频段进行通信。

优选地，私有网络中的所述网络控制设备和所述网络终端设备之间采用与所述Zigbee网络不相冲突的ZigBee定义频段通信。

优选地，所述网络终端设备采用简化的防冲突机制的通信模块结构，所述通信模块与驱动模块集成在一起。

优选地，所述网络控制设备为同时具备所述私有网络接口和所述ZigBee网络接口的设备，所述网络终端设备为所述网络控制设备控制的灯具。

优选地，所述网络控制设备为ZigBee全功能设备，所述网络终端设备拥有ZigBee主网的MAC地址，所述网络控制设备在ZigBee主网中拥有其控制下的所有网络终端设备的MAC地址。

优选地，若所述ZigBee网络中已拥有ZLL标准的控制设备，则所述网络控制设备为一个透明设备。

优选地，所述网络终端设备作为ZLL网络中的虚拟设备，其拥有ZLL网络中有限功能设备的地位。

优选地，所述私有网络中的发射功率大于所述ZigBee网络。

优选地，所述灯具为LED照明设备。

（三）技术效果

相对于现有技术，本发明提供了一种用于LED照明控制的低速无线局域网，通过专门用于LED灯无线遥控的新型的独立局域网，有效提高了组网和通信效率，同时进一步控制了成本，满足了LED生产方面的特殊需求。

附图说明

图1是现有技术中ZigBee网络拓扑结构示意图；

图2是本发明的一个实施例中低速无线局域网的结构示意图；

图3是RS485完整的全双工通信协议周期示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

ZigBee网络主要是针对局域无线遥控网络，和WiFi等其他无线网络相比，Zigbee具有以下特点：

1.低成本。ZigBee的网络结构简单，成本比WiFi等局域网要低得多。

2.低功耗。ZigBee网络设备的功耗极低，可以在电池驱动的条件下工作数年。

3.低数据率。ZigBee网络最大数据率为250Kbps。

4.低带宽。ZigBee采用的几个通带，带宽分别为5MHz或者更低，远远低于WiFi带宽。

如图1所示，标准ZigBee网络一般为星形或点对点拓扑结构，其中实心圆点表示全功能设备（Full Function Device），空心圆点表示有限功能设备（Reduced Function Device），双向箭头表示通信数据流（CommunicationFlow）。通过网络中的协调器（Coordinator）进行组织，可以灵活自由地组建个人局域网（PAN）；一般情况下，一个协调器可连接多达255个节点，而几个协调器则可形成一个大规模的网络。但是，因为ZigBee网络结构中过于强调节点间的交互和双向通信能力，在网络规模较大的情况下，网络的组织方式复杂、通信协调难度大、数据交互量大，会严重影响网络效率和使用效果。加上很多设备（比如LED照明设备）并不需要与全部节点进行交互，甚至可能不需要双向通信功能，这也造成了设备成本和组织效率的浪费。

本发明利用LED照明对耗能要求相对较低的特点，提出一个新型的独立局域网Isolated Lighting Network（ILN，孤立照明网络），专门用于LED灯的无线遥控，有效提高了组网和通信效率，同时进一步控制了成本，满足了LED生产方面的特殊需求。

参见图2，在本发明的一个实施例中，用于LED照明控制的低速无线局域网包括：至少一个网络控制设备Network Control Unit（NCU）和至少一个网络终端设备Network End Unit（NEU）；其中，每个网络控制设备和至少一个网络终端设备采用单主多从设备网络结构组成私有网络，每个网络控制设备控制至少一个网络终端设备，每个网络终端设备仅与一个网络控制设备通信；网络终端设备通过ZigBee网络与其他设备（包括但不限于其他网络终端设备或ZigBee网络设备）交互。

在本发明的优选实施例中，私有网络的设备间采用单个或者多个区域或者国际通信标准机构（如FCC等）设定的局域网可使用的频段进行通信，也可以采用和现有的Zigbee网络不相冲突的ZigBee定义频段通信。如果采用ZigBee频段，则需要保证和ZigBee主网没有网络冲突。优选地，网络控制设备NCU为同时具备私有网络ILN接口和ZigBee网络接口的设备，网络终端设备NEU为NCU控制的灯具（灯具优选为LED照明设备）。

更优选地，该无线局域网中还包括如下特征：

1.NCU为ZigBee全功能设备。

2.NCU为ILN的中心设备，控制所有的NEU。

3.每个NEU拥有ZigBee主网的MAC地址。

4.NCU在ZigBee主网中拥有其控制下的所有NEU的MAC地址。

5.ZigBee主网和NEU设备的通信都通过NCU实现。

6.所有NEU都直接和NCU通信，NEU不具有和其他NEU设备的通信功能。

由于NEU只和NCU通信，ILN可以采用简单的单主多从设备网络结构（Single-Master-Multi-Slave Netwrok），NEU只需要采用简化的防冲突机制（Anti-Collision Mechanism）的通信模块结构，因此可以和驱动模块集成。同时，由于LED灯本身是一个耗能设备，NEU对能耗要求不高，通信状态时几十毫瓦（mW）的通信功率对整个LED灯效率的影响微乎其微，因此ILN可以采用较大发射功率的设计，技术要求的降低使得集成度大大提高，成本大大降低。

在具体方案实施中，视乎网络的要求，NCU可以是一个本身具有控制功能的全功能ZigBee设备（FFD）。如果ZigBee网络中已经拥有控制LED网络ZLL的设备，NCU本身也可以是一个透明设备（Invisiable Device）。在后者情况下，NEU本身可以作为ZLL网络中的虚拟设备，其拥有在ZLL中的有限功能设备地位。

由于ILN是非标准化的私有网络，其具体实施有较大的灵活性。在本发明的一个具体实施中，可以依客户的具体需求，采用不同的网络通信协议，调制标准。下面用一个很简单的无线RS485网络结构实施INL网络来举例说明，其中NCU为主设备，NEU为网络中的从设备，通信调制模式为调幅移匙调制（Amplitude Shift Keying）：当主设备要求通信时，发出通信要求，并输出目标从设备的网络地址；当该地址对应的从设备收到通信要求时，发出响应信号；主设备收到相应信号后，发出读写指令和数据；当从设备收到读写指令后，做出相应的响应，并在完成响应后，发出结束通信指令，从而完成通信。一个示例性的RS485完整的全双工通信协议周期如图3所示。

通过上述方式，本发明实现了简单高效的无线组网方式，该方案可以和现有的以IEEE Std182.15.4为标准的ZigBee局域网完全兼容；同时还与ZigBee Alliance定义的ZigBee Lighting Link（ZLL）标准兼容。另外，与现有ZigBee灯具相比，本发明的成本低廉；在拥有大量LED灯设备的网络系统，成本优势更加明显。加上本发明中的私有网络具有独立自定义的内网，可以实现厂商产品的自成体系，在市场竞争中容易获得品牌认同。

相对于现有技术，本发明提供了一种用于LED照明控制的低速无线局域网，与直接入网的LED灯具相比，本发明具有如下明显优势：

1.成本低廉。由于ILN网络拓扑结构简单，数据率低，灵敏度要求低，因此系统的成本远远低于ZLL网络设备。当网络中LED灯设备数量增加时，其价格优势更加明显。

2.集成度高。ILN网络的频带选择灵活性强，设备要求低，可以和功率驱动芯片集成在同一个芯片上。

3.系统通信效率高，数据延迟（Data Latency）低。由于ILN网络采用集中控制的星形结构，减少了不必要的组网模式，控制了通信交互规模，其数据传输效率提高；在LED设备数量众多的情况下，该优势更加明显。

虽然以上结合优选实施例对本发明进行了描述，但本领域的技术人员应该理解，本发明所述的方法和系统并不限于具体实施方式中所述的实施例，在不背离由所附权利要求书限定的本发明精神和范围的情况下，可对本发明作出各种修改、增加、以及替换。

Claims

1.一种用于LED照明控制的低速无线局域网，其特征在于，所述低速无线局域网包括：至少一个网络控制设备、至少一个网络终端设备和ZigBee网络；其中，

每个所述网络控制设备和至少一个所述网络终端设备采用单主多从设备网络结构组成一个私有网络；

在所述私有网络中，每个网络控制设备为中心设备，控制本私有网络中的全部网络终端设备，每个网络终端设备仅与一个网络控制设备通信；

在所述低速无线局域网，网络终端设备通过ZigBee网络与其他设备交互。

2.如权利要求1所述的低速无线局域网，其特征在于，私有网络中的所述网络控制设备和所述网络终端设备之间采用单个或者多个区域或者国际通信标准机构设定的局域网可用的频段进行通信。

3.如权利要求1所述的低速无线局域网，其特征在于，私有网络中的所述网络控制设备和所述网络终端设备之间采用与所述Zigbee网络不相冲突的ZigBee定义频段通信。

4.如权利要求3所述的低速无线局域网，其特征在于，所述网络终端设备采用简化的防冲突机制的通信模块结构，所述通信模块与驱动模块集成在一起。

5.如权利要求1所述的低速无线局域网，其特征在于，所述网络控制设备为同时具备所述私有网络接口和所述ZigBee网络接口的设备，所述网络终端设备为所述网络控制设备控制的灯具。

6.如权利要求1所述的低速无线局域网，其特征在于，所述网络控制设备为ZigBee全功能设备，所述网络终端设备拥有ZigBee主网的MAC地址，所述网络控制设备在ZigBee主网中拥有其控制下的所有网络终端设备的MAC地址。

7.如权利要求5所述的低速无线局域网，其特征在于，若所述ZigBee网络中已拥有ZLL标准的控制设备，则所述网络控制设备为一个透明设备。

8.如权利要求7所述的低速无线局域网，其特征在于，所述网络终端设备作为ZLL网络中的虚拟设备，其拥有ZLL网络中有限功能设备的地位。

9.如权利要求1所述的低速无线局域网，其特征在于，所述私有网络中的发射功率大于所述ZigBee网络。

10.如权利要求5所述的低速无线局域网，其特征在于，所述灯具为LED照明设备。