CN107006103B - 灯网络中的通信方法和灯网络 - Google Patents

Abstract

本申请描述了一种灯网络的操作和控制方法。该灯网络包括设置在使用短程网络的多个分组(A、B)中的多个灯。每个灯包括控制模块(23、28)以用于控制灯的正常操作并且用于通过短程网络与分组中的指定分组控制器(23'、28'、31、32)和其它控制模块进行短程通信。每个指定分组控制器(23'、28'、31、32)还可操作用于与中央服务器进行长程通信并且对该指定分组控制器作为控制模块的专用信息和从分组中的其它控制模块接收的信息进行发送。与多于一个分组有关的信息能够经由相邻分组的分组控制器经由长程网络并旁路中央服务器在相邻分组之间快速交换，或者通过与相邻分组的控制模块的短程连接在相邻分组之间直接交换。分组控制器(23'、28'、31、32)的失效能够通将分组中的另一控制模块(23、28)指定为新的分组控制器并且围绕新的分组控制器重新形成灵活的短程网络来进行管理。

Description

灯网络中的通信方法和灯网络

技术领域

本发明涉及一种灯网络的操作且尤其是控制方法，其中，这些灯特别地为路灯。

背景技术

本领域的现有技术中为灯网络配备有智能化日益提高的控制系统。例如，能够采用远程管理系统来操作灯网络，其中，连接到PC(Personal Computer，个人计算机)上的管理台的已知为区段控制器的装置通过灯的控制模块来控制大量的灯。因为过大而难以集成到灯中的区段控制器必须被装配成使得待控制的灯能够经由短程通信模块与控制器通信。区段控制器的失效导致灯网络的控制失效。最后，网络中的延迟相当大，这是因为一个区段控制器可控制大量的灯。由此，因为大延迟而使得高优先级事件无法及时发送到可能的其它分组。

发明内容

本申请所描述的发明旨在建立一种灯网络的操作方法，该方法不仅更易于启动，而且保障了通信稳定性的提高和通信的加快。

该任务由权利要求1中所描述的方法以及权利要求10中所描述的对象来解决。本发明的有利实施例参照上述权利要求以及以下说明在从属权利要求中进行了描述。

根据本发明的方法能够用于使网络的安装更加便利。与此同时，通信稳定性的提高和通信的加快得到了保障。根据本发明的操作网络的方法，特别是控制网络的方法、特别是控制路灯网络的方法使用多个控制模块，这多个控制模块中的每一个被分配或将被分配给一个灯，并且每个控制模块配备有长程通信模块(例如，GSM、GPRS、铱系统或其它蜂窝系统、或者以太网连接)、短程通信模块(ZigBee、6LoWPAN等)，优选地还配备有近场通信模块、地理坐标模块(基于GPS(全球定位系统)、GLONASS(全球导航卫星系统)、Galileo(伽利略卫星导航系统)、BeiDou(北斗导航卫星系统)或其它尤其基于卫星的定位系统来确定控制模块的位置)、控制器以及额外的控制输出(例如，基于数字可寻址照明接口DALI，或者基于0到10伏或1到10伏)。控制模块中的至少一个包括传感器(例如，雷达或红外传感器)，该传感器能够产生传感器信息，分别为与多于一个分组有关的传感器数据。控制输出能够将控制信号发送到灯(优选为路灯)的发光体的驱动器上。此外，网络配备有通过长程通信模块可达的至少一个服务器。该服务器上能够运行合适的远程管理软件。长程通信模块能够基于不同的网络技术。例如，这些网络技术可以是蜂窝网络、IP网络或者长程端对端网络。

为了安装和/或操作网络，控制模块被划分为多个控制模块分组。该划分是基于控制模块所提供的关于环境、灯和/或控制模块的信息。特别地，将最多200个、优选地不多于50个控制模块分配给一个分组。将控制模块划分为一个或更多个控制模块分组优选地是由服务器实现的。

作为环境信息，除地理坐标之外，还可以考虑与短程网络中的相邻控制模块有关的信息(例如，连接质量和/或其它RF特征和/或邻表)和/或环境专用信息(例如，周围的光强度)。关于灯的信息可以是与所分配的灯使用的发光体、发光体的驱动器和/或其它细节(例如，当前光强度或昏暗度)有关的信息。控制模块信息特别是用于清楚标识控制模块的信息，例如，该控制模块的IP地址或者另一UID(Unique IDentifier，唯一标识符)。

根据本发明，服务器针对每个分组选择一个控制模块作为分组控制器。对应分组中的其它控制模块使用其短程通信模块与该控制器通信。这意味着分组中的通信使用对应的短程通信模块。在分组内，分组的控制模块通过其对应的短程通信模块形成短程网络、优选地形成网状网络。

在网络的正常操作过程中，分组控制器能够仅将分组控制器自身的环境信息、灯信息和/或控制模块(专用)信息、以及从网络的其它控制模块接收的对应信息经由长程通信模块发送到服务器。为此，正常操作被理解为网络的通常操作，其中，网络的每个控制模块被分配给分组并且全部控制模块执行实际任务来控制灯。对于上文和下文中所述的方法，信息的传输总是通过基于专用的通信协议传输对应数据来执行的。

根据本发明，与多于一个分组相关的信息在相邻分组之间快速交换。与多于一个分组相关的信息特别地为传感器信息或基于传感器信息的数据，例如与驾驶车辆或行人的照明环境有关的信息。基于通过旁路服务器经由长程网络直接发送信息到相邻分组的分组控制器或者经由短程网络直接发送信息到相邻分组的控制模块，通信速度相比于现有技术得以增加。

特别地，该信息能够从配备有创建信息的传感器的控制模块直接发送。出于协议的考虑，能够向服务器通知各个信息。

如果所使用的频带不同于一个分组内正常操作过程中所使用的频带，与多个分组相关的基于传感器信息的数据能够经由短程网络直接发送到相邻分组的控制模块，将服务器旁路。这意味着短程通信模块优选地应当是可多路复用的。

为了避免错误告警或者为了优化照明环境，基于事件的传感器信息的传输能够遵循事件的空间发生和/或时间发生。例如，若仅一个车辆靠近十字路口，则无法发送信息；然而，若不同的传感器将两个或更多个车辆的靠近被告知该相同的分组控制器，则该信息能够被发送到相邻的分组并且不同分组中的灯的亮度能够增大。

若对应的软件能够对控制模块进行分组独立选择以用于与多个分组相关的数据的交换，则这对于服务器是有益的。例如，若这些将要交换传感器信息的控制模块在概览图中被标记出来，则这能够直观地得到支持。对于配备有属于所标记的不同分组的控制模块的相邻分组的边缘处的大型交叉道路，这使得可以快速增加正在靠近的汽车的行驶方向上的光量。当然，该选择以及相应的通信伙伴可以被提供给示例性列表中的各个分组中受影响的成员。

由于分组内的各个控制模块存在冗余装配，在分组控制器失效的情况下服务器能够很容易确定新的分组控制器。一旦在分组(即在短程通信网络级，PAN为个人局域网络)中声明了新的分组控制器，则未被定义为分组控制器的其它控制模块通过分组控制器建立自身的连接。这意味着服务器能够继续控制并监视系统。与此同时，每个分组的单个有效控制模块(分组控制器)的花费显著低于全部控制模块通过各自的长程模块分别与服务器通信的网络。内部分组网络装配为网状网络使得系统以及PAN级的系统和通信的失效安全更强。

上文和下文中为解释方法步骤所使用的“与”(with)并非必须表示所连接的方法步骤是同时的。更确切地说，这些方法步骤可以(但非必须)是同时的。

在此情况下的服务器不一定是具有独立硬件的独立数据处理系统。服务器还可以仅是远程管理程序的项目专用部分。服务器还可以是同一硬件或云中的虚拟服务器。

为了装配网状网络，各分组控制器从服务器接收与该分组控制器的分组中的成员有关的数据并且分组控制器确定自身为与其它分组成员关联的分组控制器能够是有利的。替选地或额外地，其它分组成员可以接收与通信路径或者期望分组控制器有关的数据，从而保证与服务器的通信以及多个分组之间的通信不存在问题。

因此，由服务器提供的信息能够是用于控制模块的信息，该控制模块将信息告知给同一分组中的相邻控制模块。例如，服务器能够通过观察各控制模块的地理坐标来提取该数据。

为了在安装新的灯或者新的控制模块时(例如，将控制模块成功整合到分组网络中或者成功建立与服务器的联系)和/或在各个灯的维护工作之后将成功调试/启动通知给操作人员，一旦达到所要求的状态，控制模块能够在预定时间间隔或者可测定时间间隔期间以不同的亮度等级操作灯。

较优地，控制模块中的至少一个在初始安装和/或重新安装之后，从服务器接收与分组之间的数据传输有关的信息以及针对灯的操作的参数集合。该集合例如包括调光曲线。

为了便于在没有延迟地尽快启动网络，控制模块能够在第一次启动之后自动扫描短程网络中的其它控制模块，借此建立内部相邻模块表，该内部相邻模块表包含短程网络中最接近的相邻模块。该列表之后能够被发送给服务器。特别地，在装配网状网络并分配分组控制器之后，该相邻模块信息能够与其它的灯专用信息或控制模块专用信息一同被发送到服务器。

特别是在根据新的控制模块的数量的不同以预定时间和/或由于服务器的初始化基于控制模块的环境经由短程网络提出分组请求的情况下，在分组内部实现理想的(即快速)通信。为此，经由分组控制器对网状网络中到服务器的通信进行短时间的限制并且仅允许基于短程模块和相应协议观察网状网络中的最接近的相邻模块并与之通信是有帮助的。这用于建立邻模块表或列表，其中同时寄存有与信号强度和/或各相邻模块的连接的质量有关的信息。该信息能够被缓存和/或存储并在之后通过分组控制器被发送，或者在控制模块的全部长程通信模块有效的情况下，直接发送给服务器。

为使服务器能够选择合适的分组控制器并建立理想分组，以下可以是有益的：各控制模块寄存并保存与这些控制模块在短程网络中的UID、在长程网络中的IP地址、在近场网络中的UID、灯专用信息、短程网络中的多个邻居(短程网络中特别地多达50个、优选地多达10个相邻控制模块)的数据(包括相邻控制模块的UID和/或扫描过程中相邻控制模块的连接质量)，并且随后在给定时间经由分组控制器将该信息(数据)发送到服务器。如果控制模块是有效的(即配备有有效长程网络接入)，则服务器可以直接从控制模块接收该信息。

网络的调试以及划分为分组和/或分组控制器的分配随后较优地能够自动在服务器上执行。替选地或额外地，划分为分组和/或分组控制器的分配可以由用户输入改变。例如，这对于在服务器上运行的程序引起分组控制器的模糊选择的情况是有益的。

为了将网络中的延迟保持在要求水平以下，较优地应当为每个分组分配在服务器上设定最大可定义数量的控制模块，可以200个控制模块为上限。以多至2000个灯进行的测试和仿真表明，更大的网络分组中的延迟变得过大而不能保证网络状态的正常操作和定期检查。

较优地，控制模块的数量应当少于每个分组150个控制模块，特别地少于50个控制模块。

特别地，对于各分组的分组控制器的选择和/或控制模块的分配能够将以下规则中的至少一些考虑在内：

-有效控制模块与无效控制模块之间的比例，

-短程网络中相邻控制模块的可用性，

-网络故障的次数，

-网络改变(新的控制模块相对于删除的控制模块)，

-短程网络中连接质量的改变，

-与长程网络供应商的连接的估计成本，

-相邻分组之间的传感器数据的通信，

-分组中的延迟(包括距离决定的延迟)，

-备选项(失效分组控制器的替代品)，和/或

-考虑时间控制阻尼的稳定组件。

较优地，这些规则由AI系统进行映射和链接。这些规则的简单实施能够使用逻辑操作，例如与(AND)/或(OR)/或非(NOR)链接。

此外，在服务器根据控制策略定义至少一个替代分组控制器的情况下失效安全增强。该至少一个替代分组控制器在当前分组控制器失效时从挂起状态切换到有效状态。

为了实现由短程网络进行环境信息探测以及在短程网络中的通信以使得正常操作(与服务器的通信)问题更少，短程网络中的对应通信在所述网络的不同频带中进行是有益的。较优地，同一天线能够用于此(多路复用操作)。

根据如上文和下文中所描述而设计的本发明的网络也具有相应的优点。

附图说明

参照以下附图说明对本发明的进一步优点和详细特征进行说明。附图示出了：

图1：根据本发明的网络；

图2：根据本发明的另一网络；

图3：如图2所示的根据本发明的对象的组件；以及

图4：如图2所示的根据本发明的对象的组件。

具体实施方式

以下所述设计示例的单独技术特征也能够与上文所述的设计示例以及独立权利要求和其它进一步权利要求的特征结合以形成根据本发明的对象。如有必要，功能上等同的元件具有相同的附图标记。

本发明包括网络，该网络包括服务器和多个灯具，每个灯具具有用于对该灯具的操作进行控制的控制器或控制模块。每个控制器通过GSM调制解调器或小功率无线网络(LPRN)连接到服务器上并且决定该控制器与服务器的通信能够达到怎样的程度。在优选实施例中，这些控制器能够通过分组控制器形成小型网络。分组控制器具有有效GSM调制解调器。该有效GSM调制解调器在小型网络中共享，并且通过有效GSM调制解调器在运营商GSM网络上实现与服务器的通信。

因为各控制器与分组控制器通信，所以每个小型网络中并不需要存在多于一个有效GSM调制解调器，其优点在于能够降低成本(GSM网络成本)。各控制器使用LPRN来通过采用IPv6协议的6LoWAN与其分组控制器通信。因此，各小型网络包括网际协议版本6(IPv6)网络，并且该网络中的通信仅使用IPv6协议。

服务器也使用IPv6协议来操作。然而，为了将信息从各分组控制器发送到服务器，GSM网络是必需的，并且目前分组服务器和服务器使用网际协议版本4(IPv4)协议工作。这意味着分组控制器和服务器之间的通信需要从IPv6转换到IPv4以在GSM网络上传输，并且之后在服务器上转换回来。此外，GSM网络上的通信是加密且安全的，加密是依照适当的加密协议提供的。

服务器能够对通过GSM网络从分组控制器接收的加密通信进行解密，并且也能够对用于通过GSM网络传输到分组控制器的通信进行加密。这在分组控制器和服务器之间提供了端对端加密通信。

根据本发明所述的方法，图1示出了分配给分组控制器2的多个控制模块1。分组控制器2的硬件与控制模块1相同。然而，仅单独的分组控制器2能够使用长程连接3来与服务器4通信。典型地，这是接入本地蜂窝网络运营商，服务器则能够通过该本地蜂窝网络运营商并基于IP-WAN保持可达状态。例如，服务器和分组控制器之间的通信能够通过公共网际协议(TCP/IP)实现。如上所述，该通信使用IPv6协议，并且服务器和分组控制器之间的通信包括用于传输到GSM网络上的IPv6和IPv4之间的隧穿(tunnelling)、GSM网络上使用IPv4的通信以及服务器处IPv4和IPv6之间的隧穿。

很容易理解，对于IPv6和IPv4之间的转换/隧穿以及反向转换/隧穿的需求源于GSM网络工作在IPv4下。然而，在未来，一旦GSM网络工作在IPv6下，则不再需要该转换/隧穿。

还能够理解的是，在本发明的其它实施例中，分组控制器和服务器能够以与GSM网络相同版本的IP协议工作。

在分组7中，控制模块通过短程连接6彼此通信。较优地，通信可以基于IEEE802.15.4标准(例如，ZigBee)的网状网络。

单独分组7的控制模块1、2通常不能看到彼此并因此不会彼此干扰。然而，对于多个分组的通信而言，位于相邻位置的控制模块可能使用短程连接8来在分组之间共享/交换或转发传感器数据或者对应的信息。这则能够用于发起诸如增加光量(light volume)之类的动作。替选地，该通信还可以使用对应的分组控制器2。分组控制器2能够通过分组控制器在互联网或内联网中的IP地址看到彼此。控制模块可以与其它控制模块发送的信息以及该模块能够发送的方式是在服务器上定义的并且在分组之间采用短程通信的情况下尤其通过各控制模块的多路复用单元实现。

根据图2所示的本发明的另一设计示例，具有各自控制模块23和23'的多个灯沿街道24被设置。这些灯属于服务器上预定的一组灯或一组控制模块A。分组A和分组B均由虚线26或27标记。分组B包含具有相应的控制模块28或28'的灯，这些灯沿通往街道24的交叉街道29布置。内部为黑色的圆31和32标记具有有效控制模块、分组控制器的灯。传感器S1和S2被分别分配给控制模块23和28。对于传感器，首先可以考虑街道24或29中的雷达传感器、红外传感器(特别是被动式红外传感器)或感应线圈。这些传感器探测正在靠近的对象，使分组内以及分组之间控制模块调整分组的各路灯的灯以适应情况。

例如，路灯23的控制模块的传感器S1探测到正在靠近的对象(例如，汽车)，控制模块23和23'使分组A的光强度增大，并且该信息或与正在靠近的汽车有关的信息通过分组控制器23'被发送到分组B的分组控制器28'。随后，相关的灯28或28'(即服务器选择的灯)的亮度也被调节。替选地，配备有传感器S1的控制模块23能够与分组B的分组控制器28'或者与分配给该分组控制器的路灯的另一控制模块28直接通信，这意味着该信息在网络中共享并且分组B相应地做出反应。

各控制模块的分配以及由此第一分组的对应路灯的分配能够由服务器完成，其中向所述控制模块提供相邻分组的传感器的传感器信息并且该信息之后通过所述控制模块在分组之间传输。为此，特别地在服务器上可使用输入掩码。

根据本发明的能够用于实现上述方法的控制模块优选地被设计为独立的单元，该独立的单元能够被安装在例如路灯的灯头部(参见图4)。图3中示出了安装在外部的控制模块的一些关键组件的进一步的细节。分解图包括控制模块、顶部壳体部33以及底部壳体部34。底部壳体部借助于密封圈36紧固到底座上，该底座安装在灯的顶部。底部壳体部通过卡扣型旋扭接触件37与底座连接。这些接触件37被紧固在壳体34中并且在中间电路板单元38的位置处。尤其是，控制器39、短程通信模块和长程通信模块以及尤其用于探测地震波的加速度传感器单元41位于该电路板单元上。

该图并未示出RFID读取器，也没有示出使用缆线40连接的红外传感器50。该RFID读取器能够被安装在灯壳体侧上的底座中以便于寄存近场中的RFID应答机的灯专用数据。

如图4中所示，根据图1或2所示的本发明的网络的路灯能够通过贫混凝土44、地基管45或致密填充材料46被紧固到地面上。可能被安装在灯头部48之内或之上的控制模块中的加速度传感器能够很容易地通过电线杆49来寄存在地下或者沿表面传播的地震波。能够通过连接到控制模块2上的被动式红外传感器50来识别可能的靠近车辆。在本案中，该控制模块被指定为分组控制器。此外，诸如亮度传感器或温度传感器之类的其它传感器能够被安装在灯头部48上。

Claims (10)

1.一种灯网络中的通信方法，所述方法包括以下步骤：

提供灯网络，所述灯网络包括多个灯，每个灯为路灯并且具有与该灯相关联的控制模块(1、2、23、23'、28、28')，每个控制模块包括：

长程通信模块，

短程通信模块，

地理坐标模块，

控制器(39)，

每个控制模块能够操作用于提供控制输出以控制所述灯的驱动器，

在至少一个控制模块上提供至少一个传感器，所述至少一个传感器适用于产生传感器信息，

提供至少一个服务器(4)，所述服务器能够通过所述长程通信模块来访问，

基于所述控制模块(1、2、23、23'、28、28')提供的环境信息、灯信息和/或控制模块信息将所述控制模块(1、2、23、23'、28、28')划分为控制模块(1、2、23、23'、28、28')的多个分组(A、B)，

在每个分组(A、B)的控制模块(1、2、23、23'、28、28')中选择一个控制模块作为分组控制器(2、23'、28')，该分组中的全部其它的控制模块(1、23、28)能够通过自身的短程通信模块与所述分组控制器通信，

由该分组(A、B)中的控制模块(1、2、23、23'、28、28')通过对应的短程通信模块形成短程网络，

在所述网络的正常操作过程中，将所述分组控制器自身的环境信息、灯信息和控制模块专用信息、以及经由所述短程通信模块从所述其它的控制模块(1、23、28)接收的对应信息从所述分组控制器(2、23'、28')发送到所述服务器，以及

基于与多个分组(A、B)相关的传感器信息以下述方式中至少一个发送数据：

经由所述长程网络从第一分组控制器发送到第二分组控制器(23'、28')，基于从所述第二分组控制器到所述分组(A、B)中与所述第二分组控制器相关联的控制模块(1、23、28)的传感器信息，对于数据的随后传输将所述服务器(4)旁路,

经由所述短程网络从分组控制器发送到相邻分组的控制模块(23'、28')，以及

经由所述短程网络从分组的除分组控制器之外的控制模块发送到相邻分组的控制模块。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过所述短程网络进行的与多个分组相关的数据的传送在与分组内的正常操作不同的频带中进行。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，当与多个分组(A、B)关联的传感器信息与事件有关时基于所述传感器信息发送数据的步骤的执行遵循以下各项中至少一个：所述事件的空间发生和时间发生。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，每个控制模块包括近场通信模块。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述短程网络是网状网络。

6.根据权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：所述服务器对用于交换与多个分组相关的数据的所述控制模块(1、2、23、23'、28、28')进行选择而不考虑所述分组。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述短程网络的不同频带被用于在正常操作过程中分组内的通信并且用于将基于与多个分组(A、B)相关的传感器信息的数据发送到相邻分组的控制模块。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，同一天线被用于所述不同频带。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述传感器(50)是以下各项中的至少一项：红外传感器、运动传感器、声音传感器和振动传感器。

10.一种灯网络，所述灯网络包括多个灯，每个灯为路灯并且具有与该灯相关联的控制模块(1、2、23、23'、28、28')，每个控制模块包括：

长程通信模块，

短程通信模块，

地理坐标模块，

控制器(39)，

所述网络根据权利要求1-9中任一项所述的方法来通信。