CN107431640A - 受电装置、供电设备装置、以太网供电网络系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及以太网供电（PoE）系统。本发明提出了采用分级事件从PD（121）向PSE（110、910）通信。传感器（310、410、510a、510b）可以确定传感器值，关断PoE连接，以及重新连接，使得利用PSE（110、910）的上电周期将开始。传感器（310、410、510a、510b）提供与等级0、3有关的PoE电阻，其中等级与传感器值有关（例如，等级0=检测到存在；等级1=没有检测到存在）。可以（例如连续地，每分钟或者在传感器值发生变化使得需要通知PSE（110、910）的任何时候）重复此过程，并且在需要时可以使用多个周期以增加所通信的消息的长度。

Description

受电装置、供电设备装置、以太网供电网络系统及其方法
技术领域
本发明涉及经由通信链路接收功率的受电装置、经由通信链路供应功率的供电设备装置、以太网供电网络系统、操作经由通信链路接收功率的受电装置的方法、操作经由通信链路供应功率的供电设备装置的方法、操作以太网供电网络系统的方法以及操作经由通信链路接收功率的受电装置的计算机程序。
背景技术
在IEEE计算机学会的“IEEE标准802.3af-2003的部分3：带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）访问方法和物理层规范，修订：经由介质相关接口（MDI）的数据终端设备（DTE）供电”中描述了以太网供电（PoE）。借助于PoE，功率通过下述被供应到分离的数据设备和外围设备（如路由器、交换机、打印机后台处理程序（spooler）等）：已用于将这些连接至以太网的同一导线或网络连接。存在对所有种类的低功率负载利用相同标准的计划，所述低功率负载诸如例如是照明设备（传感器、交换机、光源等）或者娱乐电器，如有源扬声器、互联网广播、DVD播放器、机顶盒以及甚至电视机。IEEE标准802.3中的标准化正在继续进行支持例如高达每五类/六类（Cat5/6）连接100W的功率水平。
随着用于建筑物内部的功率分配的PoE供应系统成为行业的焦点，这些网络的一些具体的使用方面需要得到解决，以便使这些直流供电的网络（所谓的“DC电网”）得到广泛的采用。历史上，在为了向分离的联网装置（如路由器、交换机、打印机后台处理程序等）供应功率而引入PoE标准时，其是小的电源插头（power-plug）型电源的替代，原因是最初预期的负载大部分已经配备了通信和处理构件。
如上文所指出的，受电装置的示例可以是光源，但也可以是传感器或致动器。典型地，预见了供电设备（PSE）和受电装置（PD）之间的两条链路。在检测和分级之后建立功率输送链路。接下来，建立用于传统以太网数据的数据链路。两条链路共享一些部件（如变压器），但是每一个部件还具有大量的额外部件。对于具有监控功能的高功率、充分受控的光源而言，耗费这些付出会是可以接受的。而且，对于PoE的原始目标应用（诸如IP电话或IP照相机）而言，这是需要的并且是合理的。
然而在具有通常小的负载的照明系统或者类似的负载系统的新应用领域内（该负载具有低的本地计算和通信要求），有时通信和处理的开销相较于负载复杂性而言是不相称的。鉴于数据链路的实际使用，对于简单的检测器（如环境光传感器）或灯而言，用于通信链路的付出因此可能过高。在只需要很少的状态比特位的情况下安装能够传输10MB/s到1000MB/s的数据率的部件时尤其如此。
因而，需要具有廉价的数据通信能力的PD。
US 2006/0168459A1公开了一种在通过通信链路供应功率的系统中的电源装置和受电装置之间提供数据通信的电路和方法。电源装置（这种用于通过以太网供应功率的装置）从受电装置接收用于检测受电装置的检测信息以及用于确定受电装置的功率水平的分级信息。可以提供信息电路，以处置由受电装置提供的、除了检测和分级信息以外的信息。
US 2007/110360A1公开了一种通过通信链路（诸如以太网链路）向受电装置（PD）供应功率的系统和方法。该系统具有向PD提供功率的电源装置以及根据PD的任务动态地修改配给至PD的功率的动态功率配给机构。
US 7,587,289B1公开了一种能够固定到墙内、并使用数据信号沿其传输的同一电缆受电的传感器设施。数据电缆附接至该设施，并且用于传感器的功率与数据信号隔离。传感器可以连同建筑物自动化系统一起使用，以便提供环境输入，该环境输入诸如来自运动传感器、光传感器和音频传感器。传感器还可以与LED灯组合，以获得组合的设施，其例如在感测到运动或其他环境变化时发光。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种改进的经由通信链路接收功率的受电装置、一种改进的经由通信链路供应功率的供电设备装置、一种改进的以太网供电网络系统、一种改进的操作经由通信链路接收功率的受电装置的方法、一种改进的操作经由通信链路供应功率的供电设备装置的方法、一种改进的操作以太网供电网络系统的方法以及一种改进的操作经由通信链路接收功率的受电装置的计算机程序。
在本发明的一方面当中，提供了一种经由通信链路接收功率的受电装置，所述受电装置包括：分级信息提供单元，其配置成在所述受电装置的分级阶段期间向所述通信链路提供分级信息；传感器信息提供单元，其配置成向所述分级信息提供单元提供传感器信息；其中，所述分级信息提供单元配置成基于所述传感器信息提供所述分级信息。
这里，术语“供电设备”（PSE）可以例如是指向单个链路节段（即从PSE到PD的链路的部分）提供功率的DTE或中跨装置。术语“受电装置”（PD）一般是指或者从PSE汲取功率、或者向PSE请求功率的装置。在简单的示例中，本文中使用的通信链路可以是将PSE和PD相互耦合的以太网电缆。
PSE可以配置成对PD分级，以允许实现诸如负载管理的特征。对PD的成功分级需要：a)成功的PD检测，以及随后b)成功的PD分级。常规PD提供允许PSE对该PD的功率需求进行分级的信息。PD在分级周期期间发送的信息在本文中被称为“分级信息”。提供分级信息的PD的元件被称为分级信息提供单元。
“分级阶段”是指检测到PD之后的时间段，其中PD可以将它的等级信息通信到PSE。根据本发明，PD可以通信等级信息，该等级信息并不涉及PD的功率需求，而是关于其他信息。具体而言，信息可以关于来自传感器的信息，其在本文中被称为“传感器信息”。该信息从传感器信息提供单元提供。在一简单示例中，传感器信息提供单元可以是传感器自身。
具有完全PoE兼容行为的实施例涉及包括传感器（诸如例如，（例如基于PIR的）移动检测器）的PD，该传感器通过提供对应于最低等级的等级信息把未检测到移动进行分级，并且通过提供对应于更高等级的等级信息把检测到移动进行分级。用以运行PIR以及获得移动/存在信息的功率可以包含在传感器中的可再充电的能量储存器或电池中。包含传感器的PD可以按照下述方式实现：其仅在短时间内从PSE取得功率以对该电池或可再充电的能量储存器进行再充电，并且然后在最低功率特征值（MPS）电流下运转。因此，PD将被PSE关闭，并且下一协商周期将开始。这还确保了PSE将有规律地请求含有有关于运动或无运动的信息的等级。对应修改的PSE中的固件或者控制上位系统中的软件可用于利用此信息，并且（例如）在检测到运动的任何时候激活传感器附近的灯。
在实施例中，所述受电装置还包括电流控制单元，该电流控制单元配置成控制所述受电装置在所述分级阶段期间汲取的电流。在示例中，所述电流控制单元可以是电流控制路径，但是可设想其它实现方式（诸如例如可调整的电阻器等）。通过控制PD在分级阶段期间汲取的电流，有可能从一个分级周期到下一分级周期改变分级信息（又称为“分级特征”）。
在另一实施例中，所述分级信息提供单元还配置成在所述分级阶段期间基于所述受电装置的功率水平提供所述分级信息；并且在第一模式中，所述分级信息提供单元在所述分级阶段期间基于所述受电装置的功率水平提供所述分级信息；并且在第二模式中，所述分级信息提供单元在所述分级阶段期间基于所述传感器信息提供所述分级信息。在一示例中，所述第一模式对应于默认模式，其中PD通过提供静态（即不可变的）等级信息来操作。典型地，静态等级信息将对应于PD的功率需求。第一模式还可以被称作静态等级模式。第二模式可以对应于实际通信模式，其中PD向PSE通信传感器信息。在第二模式中，PD通过提供动态（即有可能从一个分级周期到下一分级周期进行变化的）等级信息来进行操作。具体而言，传感器信息可以被转换为动态等级信息。第二模式还可以被称为动态等级模式。
在另一实施例中，在所述第一模式中，所述分级信息提供单元基于所述受电装置的预确定功率水平提供所述分级信息。预确定功率水平可以是“标称”（中间）功率水平，即传感器为了执行其测量而随着时间的推移将消耗的功率水平。其可以从该水平向着任一方向（更高和更低）改变其等级信息以指示感测事件。
在另一实施例中，在所述第一模式中，所述分级信息提供单元基于所述受电装置的最大功率水平提供所述分级信息。
在另一实施例中，所述受电装置配置成在对应于所述受电装置的第一启动的第一分级阶段期间在所述第一模式中操作。具体而言，可能存在学习阶段（例如在调试阶段期间）设置模式，在其期间，例如，由PSE读出PD的识别符和类型。在学习阶段期间，例如，通过软件控制的断电，可以执行分级周期的序列。在这种意义上来说，在进入“第二启动”阶段之前可能存在多个“第一启动”，其中分级信息基于传感器信息。换言之，实施例提出了使用很多传感器不需要大量的功率这一事实，使得传感器简单地在等级上步进以向PSE提供附加信息。例如，PD可能需要5W，并且因此将一般分级在等级2中。通过指示更高的等级，PD可以向PSE指示附加信息。
在另一实施例中，所述受电装置配置成在对应于所述受电装置的第二启动的第二分级阶段期间在所述第二模式中操作，所述第二启动在所述第一启动之后。假设PD在第一启动和第二启动之间保持插入（即耦合至PSE）。
在另一实施例中，所述通信链路对应于以太网连接。
在另一实施例中，所述传感器信息基于所述受电装置的部件的寿命、存在检测器输出、环境光传感器输出、温度传感器输出和/或受电装置识别信息中的至少一个。
在另一实施例中，所述受电装置还包括配置成储存所述传感器信息和比特位位置信息的存储单元，其中所述比特位位置信息包括有关数据帧内的比特位位置的信息。在另一实施例中，所述存储单元包括非易失性存储器。在另一实施例中，所述存储单元包括缓冲的易失性存储器。
在本发明的另一方面当中，提供了一种经由通信链路供应功率的供电设备装置，所述供电设备装置包括：分级信息接收单元，其配置成在分级阶段期间经由所述通信链路接收分级信息；以及传感器信息检索单元，其配置成从所述分级信息中检索传感器信息。在简单的示例中，所述分级信息接收单元可以是PSE的输入端口。借助于传感器信息检索单元，使PSE能够经由在检测之后由PD提供的等级信息从PD接收传感器信息。如本文中所解释的，可以避免PD侧（和/或PSE侧）的复杂数据接口。
在另一实施例中，所述供电设备装置配置成基于所述传感器信息调整经由所述通信链路供应的功率的量。在示例中，PD可以将其寿命通信给PSE，其中PD的功率需要趋于其寿命终点发生变化。在检测到超过预确定值的寿命时，PSE可以增加提供给PD的功率。例如，如果PD是灯，那么本发明由此确保：即使趋于灯的寿命终点，灯的亮度也保持恒定。
在另一实施例中，所述供电设备装置配置成在所述供电设备装置检测到随着时间变化的分级信息的情况下选择性地启用所述传感器信息检索单元。具体而言，在实施例中，分级信息因分级事件而异。如果事情在许多事件期间发生变化，这些事件按照时间顺序发生，那么随着时间的推移还存在变化。应当指出，第一和第二分级事件之间的时间段可以不同于第三和第四分级事件之间的时间段。还应当指出，通过考虑（例如）分级信息的变化率，PSE可以将时间作为额外的标准。也就是说，分级信息的快速变化可以用信号发送需要更经常的测量。以类似的方式，变化率还可以向PSE用信号发送紧急度的水平。通过能够通信封装到等级特征内的传感器信息，PD配置成从一个分级周期到下一分级周期改变等级信息。PSE进而可以配置成检测等级信息已经发生变化（即使PD保持耦合至通信链路）。这样，PSE可以识别出配置成通信嵌入等级信息中的传感器信息的能够实施通信的PD。因此，只有存在能够实施通信的PD，PSE才可以启用传感器信息检索单元。
在本发明的另一方面中，提供了一种以太网供电网络系统，其包括：根据本发明的供电设备装置；根据本发明的受电装置；以及将所述供电设备装置与所述受电装置耦合起来的通信链路。
在本发明的另一方面当中，提供了一种操作经由通信链路接收功率的受电装置的方法，所述方法包括：在所述受电装置的分级阶段期间向所述通信链路提供分级信息；向所述分级信息提供单元提供传感器信息；其中，在传感器模式中，所述分级信息基于所述传感器信息。
在本发明的另一方面当中，提供了一种操作经由通信链路供应功率的供电设备装置的方法，所述方法包括：在分级阶段期间经由所述通信链路接收分级信息；从所述分级信息中检索传感器信息。
在本发明的另一方面当中，提供了一种操作根据本发明的以太网供电网络系统的方法，所述方法包括：在所述受电装置上提供传感器信息；在所述受电装置的分级阶段期间，经由所述通信链路将分级信息从所述受电装置传输到所述供电设备装置；其中，在传感器模式中，所述分级信息基于所述传感器信息；从在所述供电设备处的所述分级信息中检索所述传感器信息。
在本发明的另一方面中，提供了一种操作经由通信链路接收功率的受电装置的计算机程序，该计算机程序包括程序代码构件，该程序代码构件用于当计算机程序在控制根据本发明的受电装置的计算机上运行时，使该受电装置执行根据本发明的操作受电装置的方法的步骤。
应当理解，权利要求1的受电装置、权利要求8的供电设备装置、权利要求11的以太网供电网络系统、权利要求12的操作受电装置的方法、权利要求13的操作供电设备装置的方法、权利要求14的操作以太网供电网络系统的方法以及权利要求15的操作受电装置的计算机程序具有类似和/或相同的优选实施例，这些实施例在从属权利要求中限定。
应当理解，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求或上述实施例与相应的独立权利要求的任何组合。
本发明的这些和其它方面将从下文描述的实施例显而易见，并且将参考下文描述的实施例予以阐释。
附图说明
在下述附图中：
图1A示出了PoE系统的典型布局，
图1B和1C示出了受电装置的主电流和电压波形，
图2示出了表示PSE和PD的交互的流程图，
图3示意性和示例性地示出了受电装置的实施例，
图4示意性和示例性地示出了具有分级通信的无源红外传感器受电装置的实施例，
图5示意性和示例性地示出了包括温度传感器的PD的实施例，
图6和图7示出了图4的受电装置的主波形，
图8示意性和示例性地示出了数据帧和识别以及传感器数据传输的实施例，
图9示意性和示例性地示出了供电设备装置的实施例，
图10示意性和示例性地示出了一种操作受电装置的方法的实施例，
图11示意性和示例性地示出了一种操作供电设备装置的方法的实施例，并且
图12示意性和示例性地示出了一种操作以太网供电网络系统的方法1200的实施例。
具体实施方式
图1A示出了PoE系统100的典型布局，该PoE系统包括供电设备（PSE）110和PoE负载120，该PoE负载包括受电装置（PD）121。PoE连接可以借助于PSE 110的多个输出插孔或端口1121、…、112n之一与PD 121的输入插孔或端口1221、…、122n之间的所谓的跳接电缆1501、…、150n来实现。在PoE系统中，典型地，PSE电源单元113和PD电源单元123以及PSE数据处理单元114和PD数据处理单元124共享相同的PoE连接1501、…、150n。在多负载系统中，每一个负载连接至PSE 110的多个输出端口（包括第一端口1121到第n端口112n）中的单独的一个输出端口，而PSE控制单元115配置成控制正确的供电。因而，每个负载（诸如PD 121）单独地指示通过以太网连接接收功率的适宜性，并且与PSE 110单独地协商所需功率的可得性。这需要在每个PD 121中有PD控制单元125。在PSE 110侧，PSE控制单元115监督所有端口上的协商。
根据IEEE标准802.3 af，PSE可以基于PD提供的分级信息对PD分级。通过对PD分级，意图在于向PSE通知PD在操作期间需要的最大功率。等级0是PD的默认值。等级1到3可以用于PSE处的备选功率管理情形。对PD的分级基于功率。对PD的分级是PD将在所有的输入电压和操作模式各处汲取的最大功率。PD根据最大功率汲取返回等级0到3。具体而言，标准需要PD在分级期间呈现一个，且仅一个分级特征。因此，在PoE的最初构想当中，此分级数据被用于PSE的功率预算目的。
下面的表格列举了在PD输入连接器处测得的PD功率分级和分级特征（即分级电流）。
在供电阶段之后，发起新的检测和分级事件。其原因之一是PoE连接（例如跳接电缆）可能已从PD断开连接，并且将被连接至非PoE兼容的装置的以太网端口。通过发起新的检测和分级事件，通过最小电流的测量避免了向非PoE装置施加高电压。
这里，PoE关于在分级期间提供数据以及终止/重新发起连接的可能性被用于建立低数据率通信。在这种意义上来说，使用针对经由PoE链路的低数据率通信的在分级中包含的信息。相应地，能够免除额外的数据链路或者替代的输电线通信电路。
图1B和图1C示出了受电装置的主电流和电压波形IPD、UPD。如果能够忽略跳接电缆中的电压降，那么预期这些波形在PD端和PSE端相同。假定PSE正发起检测和分级，那么通常考虑在PSE侧观测到的波形。
在图1B和图1C中的分级阶段Δtc期间，PD 121将向PSE 110呈现等级。根据本发明的实施例，对等级的选择并非主要由PD 121的额定功率来确定，而是PD 121（经由传感器，从存储器等）捕获某信息并根据该信息选择等级。设置等级借助于电流控制单元来实现，该电流控制单元控制PD 121在分级阶段Δtc期间汲取的电流I0、…、I4。由于IEEE标准802.3af仅预见仅四个等级水平，电流波形I4表示超过最大值30mA的不符合标准的电流。原则上，不合要求的等级的电流也可以用于向PSE用信号发送信息。还应当指出，标准当然随着时间的推移而演变，并且在未来新的水平、步长、计时、序列等可用于指示其他的等级。
图2示出了表示PSE 110和PD 121的交互的流程图。更具体地，示出了第一应用中的操作的流程图。这里，在每一个分级周期Δtc期间，仅向PSE 110通信一个测量结果。
在任意时间点，PSE 110将开始特定端口上的检测（步骤220）。连接至该端口的PD（例如PD 121）利用所指定的检测电阻器的表示来确认（步骤230）。接下来，PSE 110开始分级（步骤221）。PD 121可以使用从分级信号I0、…、I3可获得的能量来对它的内部电路和传感器上电，捕获信息（温度、环境光水平、存在、灯的状态、开关位置、…）（步骤231），并将其转化为对应的分级信息（步骤233）。PSE 121可以配置成识别该分级电流，并且因此识别等级，并且因此识别感测结果（在几个等级的大致分辨率内）（步骤222）。之后，该信息可以由PSE110及其他装置或系统使用。例如，基于结果，PSE 110能够将下一读出周期安排到更早或更晚的时间点t（步骤224）。PSE 110还可以使此信息对光控制或建筑物自动化系统可得，并从该系统接收信息。也可以在PSE内实现控制动作，例如，可以基于来自该传感器端口的分级结果来激活或者停用另一端口。
如本文中所解释的，本发明的一方面涉及从PD向PSE传输“经修改的”分级特征，以便提供花费不多的通信方案。在这种意义上来说，建立整个系统可以按照下述顺序进行：首先，将PD连接至PSE。接着，发起PD的启动。接着，PD基于PD的标称功率水平呈现分级特征。接着，重新启动PD。最后，PD呈现基于PD的传感器信息的分级特征。这样，PSE可以按照常规方式解释最开始的分级特征，而接下来的分级特征被解释为包含来自PD的传感器信息。换言之，在上文描述的实施例中，PSE主动请求第一等级代码，并且此后直接重新启动协商以获得状态信息。
可设想特别针对传感器的不同的机制，其中感测信息（例如存在或不存在）可能在随机的时间发生变化。在该实施例中，传感器在第一连接时间或者在PSE正对常规装置上电时受到检测和分级。等级信息于是将对应于传感器运行将需要的功率。然而，在传感器决定发送其状态时，其可能（例如）短暂地中断最低功率特征值（MPS），并且从而请求新的协商周期，其然后在该新的协商周期内呈现状态相关等级（即对应于传感器信息而非PD的功率需求的等级信息）。PSE可以进行记录（bookkeep），以便在仅有MPS的短暂削弱的情况下检测等级正随着时间的推移而变化（其指示尚未发生PD的人工改变，这还可能给出不同的等级）。另外地和/或替代地，PD可以配置成有意地进入过电流保护，使得PD将被PSE关闭并且进而被重新协商。
在PSE 110一侧，可以使用经适配的固件以便按照可调整的速率发起分级周期，以将检测到的分级信息转发给上位的管理系统，或者甚至对数据进行预处理。
根据数据和/或感测任务的复杂性，PD 121内的简单模拟电路可能足以将信息转化为通往PD控制单元（诸如例如PD控制器芯片）的分级信号。更复杂的任务或数据可能需要用于产生信息或者数据流的微控制器。仍然省去了数据接口的成本、物理尺寸（PCB占地面积）和功率消耗，导致了简单、高效、低成本的解决方案。
以一方式准备存在于节点控制单元315中的信息，以操纵由PD控制单元用信号发送的分级和/或终止PD的功率消耗。节点控制器配置成接收传感器信息，并且转换该传感器信息，使得呈现给PD控制器芯片330的Rclass引脚和Vin引脚的等级特征被分别修改。此外，节点控制器还决定重新启动PD。在实施例中，节点控制器因此还耦合到PD控制器芯片的停机引脚。换言之，重新启动功能也需要由节点控制器来触发，该节点控制器是PD侧上了解此机制的实体。在使用相同的机制的系统中，但通过重新启动由PSE触发的周期性协商，可以省略这样的连接，并且节点控制器仅监测PD电压，以便查看新的协商周期已启动。
对于一个示例性的PD控制单元，这在图3中得到描绘，图3示意性和示例性地示出PD 300的实施例，其中传感器信号311从传感器310提供至节点控制单元315，节点控制单元315将传感器信号转化为针对可调整的R级单元320的命令316。在本实施例中，可调整的R级单元320可以在PD控制单元330的Rclass引脚和Vin引脚之间耦合。然后，PD控制单元330可以在分级期间使用引脚Rclass和Vin的加载。节点控制单元315还可以配置成监测输入电压。此外，可能存在其他的传感器和控制信号。PD 300还包括线整流器301、302。PD 300还包括单元340，该单元包括辅助电源和可选的负载。
PSE 110配置成捕获分级信息。PSE 110能够在任何速率下为了它的内部功率预算的目的读取该信息。因此，在PSE侧不需要额外的硬件或软件工作。在实施例中，在PSE上可以存在其他逻辑，以正确地解释经修改的分级信号。在典型实施例中，PSE因此将需要把等级代码理解为对应于附加信息，而不是纯粹的功率预算指示。然而，常规的PSE可能仍然能够与根据本发明的PD一起操作而没有任何错误，只要所请求的等级功率在PSE预算中可用并且能够以相关功率值为PD供电即可。在实施例中，从PSE外部监测协商可以是有可能的，使得等级信息被正确地解释。例如，计算机可以使用PSE的管理端口来读取当前在不同端口处协商的等级。在此实施例中，可以使用常规PSE，其中PD将主动地请求重新协商，以便发送经修改的等级信息。
对于仅预见四个等级的PoE系统100，只有有限量的数据（即两比特位）可以并入分级周期中（几毫秒内）。
PSE 110可以“意识到”分级被用于通信，但是其也可以与任何正常管理的开关一起使用，其中使分级信息对上位控制系统可用。在该情况下，PoE系统100需要以某种方式“知道”具有某编码方案的某类型或传感器被连接到PSE 110的端口1121、…、112n。替代地和/或另外地，可以在给定的时间段内对变化的功率等级信息进行评估，使得某类型传感器的存在被自动通知给系统。即，尽管常规的受电装置随着时间的推移呈现恒定的等级特征，但是根据本发明的PD可能根据传感器输出而改变其等级特征。此变化指示能够通信其等级特征的PD的存在。
图4示意性和示例性地示出了受电装置（PD）400的实施例，其包括具有分级通信的无源红外传感器（PIR）410。在要区分“不存在”与“存在”时，无源红外传感器（PIR）检测器被频繁地选择，其有利地具有非常低的功率消耗。PD 400可以包括能量储存器440（诸如例如电容器），其用检测/分级/操作电压来充电。存在用于控制由PD 400在分级期间汲取的实际电流的受控电流路径。在图4所示的示例中，这可以在市售的PD控制单元（诸如例如PD控制器芯片，该PD控制器芯片配置成经由其引脚RClass上的加载接收有关等级的信息）内实现。在实施例中，此等级信息取决于PIR 410输出的存在信息411：到RClass引脚的第一负载420a被存在检测电路410激活。可选的第二加载420b可以设置默认状态的分级电流（并且因此设置等级）。其他的芯片控制器可以与通过采用RClass引脚不同地提供分级特征。在一些实施例中，可以使用外部电阻器来设置等级。在其他实施例中，可以使用可编程接口。在另外（still further）的实施例中，可以使用引脚来设置等级。
图6和图7示出了PD 400的主波形。为简单起见，假定PIR 410的瞬时启动。实际上，之前的供电周期已对能量储存器440充电，使得PIR 410是有源的，除非周期之间的停顿过长。
如果未检测到存在，如图6所示，那么消耗第一分级电流I1（在示例中，I1可以指示等级1）。如果检测到存在，如图7所示，那么消耗第二分级电流I3（在示例中，I3可以指示等级3）。PSE 110将识别第一或第二分级电流水平I1、I3，并将因此知晓由检测器410感测的存在状态。
在从PSE 110“读取”状态之后，即，在分级阶段Δtc之后，PSE 110可以在一定时间Δtsd内向PD 400提供功率，例如以对储存元件充电，直到发起停机。
在没有从PSE 110输送功率的时间段期间，可以从能量储存器440向PD 400供电。替代地，PD 400可以在电源电压已下降低于临界值后停机，并且将启动下一周期。PD 400也可以消耗最小电流以便使通往PSE 110的PoE链路保持活动。
在另一实施例中，具有四个不同的光水平等级（例如10勒克斯以下、10到500勒克斯、500到550勒克斯、高于550勒克斯）的环境光传感器可以使用四个状态（根据四个等级，其对应于IEEE标准802.3 af中的等级的最低数量）。新周期的终止和起始的安排与前面讨论的非常像，差异是光水平可能触发事件的机会。
图5示意性和示例性地示出具有三个状态的PD 500的实施例，其中PD 500包括温度传感器。三个不同的温度等级可以指例如20℃以下、20℃到25℃、高于25℃。在使用温度敏感开关510a（例如具有25℃的跳变点）、510b（例如具有20℃的跳变点）的情况下（见图5），它们可以经由电阻单元520a、520b、520c与PD控制单元330的RClass输入直接耦合，如图5所示。在最简单的情况下，电阻单元520a、520b、520c是固定电阻器。根据（多个）有源开关，某数量或电阻单元520a或520b将有效地加载RClass信号，这导致对应修改的分级电流。此实施例可以提供即时启动。
随着对兼容性的一些限制，另外，负温度系数（NTC）热敏电阻/正温度系数（PTC）热敏电阻可直接用作RClass。应当指出，由于标准允许针对不同等级指定的电流范围，另外，可以使用普通热敏型电阻器。对于该目的来说，没有必要改变PD控制器芯片，因为在每个电流值（即等级信息）被允许的情况下，该电流值将具有某解释。一方面，然而，采用NTC/PTC导致在允许的非重叠等级之外的分级电流值，其可能不被某些PSE所接受。另一方面，通过使用专门定制的PSE（例如具有各自的固件），本文提出的通信方案甚至将允许准连续温度测量。
应当指出，在与感测部分解耦之后，本发明还可以与光源或其他负载结合使用。在这种意义上来说，在另一实施例中，趋于其寿命终点的灯可能需要提高其输入功率，以便输送恒定的光输出。因此，灯可以在某时间点选择更高的功率等级。PSE将检测到这一点，并且上位管理系统能够注意到负载的增加的功率需求，并且因此导出所需要的负载的维护/修理的信息。上位管理系统典型地对应于智能控制系统，该智能控制系统处置（例如）所有的灯、维护、建筑物等。在这种意义上来说，上位管理系统可以是监督控制系统，其能够访问PSE信息，并且其可以配置成响应于所述信息采取行动。
在另一实施例中，更复杂的数据可被封装到数据帧内，并在多个周期期间被传输。
更复杂的数据的示例可以是灯的识别或状态信息，诸如例如识别符、校准数据、热沉温度、操作小时数。在每个上电期间，负载可以发送一或两比特位的信息，该信息之后根据数据帧结构来解码。应当指出，根据灯的使用，可能花若干周来读出完整的帧（例如，在一天只开一次的灯的情况下）。对于老化信息（计算到例如50000小时），此延迟是可接受的，并且不造成相关限制。
典型地，根据本发明的受电装置的实施例将仅使用实际的和更高的功率等级（而没有指示更低功率的等级），以便避免影响PSE的功率预算。应当指出，如果PD正使用在其功率需求方面的最高等级，那么其只能够利用下分级（即用信号发送对应于更低水平等级的等级信息）来通信。然而，这样的下分级将给常规PSE带来问题，因为那时实际功率消耗将超过所协商的功率，并且PSE将关闭PD。因此，在操作包括未配置成接受变化的等级信息的PSE的系统时，建议仅使用上分级（即用信号发送对应于更高水平等级的等级信息）来通信。实际上，大多数传感器不需要大量的功率来操作，使得对应于PD的功率需求的等级信息典型地指示低水平等级。因此，对于正常情况下的通信，将使用足够上分级的可能性。等级0可以与任何其他的（真实）等级结合使用。例如，真实功率消耗高达5W的负载可以指示其自身处于等级2中，并且还可以处于等级0中。因此，等级2和等级0可用作数字比特位0和1的表示，并且分级为等级0和等级2的序列导致0和1的比特流。对于此类通信而言，PD的实施例将典型地包括非易失性存储器，其用于储存数据帧内的信息（例如操作小时数）和比特位位置两者。
为了更快的周期时间，可以在快速序列中发起多个分级周期。在与光源相结合的情况下，优选地，额外的时隙（例如在夜间，办公室未被占用时）被用于此，使得多重分级事件将不引起可见的赝象或停机时间。
例如在PoE系统的调试期间，可以使用多个分级周期。
能够实施本文中提出的基于分级的通信方案的每一个传感器、灯等可以具有识别符（唯一和/或一般的类型）和/或编码表，并且可以配置成在第一分级事件期间自动发送此数据。此后，发起正常的操作（与传感器信息相关的分级）。
图8示意性和示例性地示出了数据帧和识别以及传感器数据传输的实施例。行801示出了分级事件的编号。行802示出了相应的比特位（如上文所指出的，对于级别0、…、3的示例而言，每个分级事件可以通信两个比特位）。正常的负载将呈现静态等级。这可以在行803到806中看出，其中演示了针对等级0（行803）、等级1（行804）、等级2（行805）和等级3（行806）的从正常的灯传输的分级特征。（基于微控制器的）能够实施通信的PD能够呈现一等级，该等级可能从一个分级周期到下一分级周期发生变化。此概念可以用于检测这样的PD的存在。在图8的示例中，为此保留八比特位806a、807a、808a。对于正常的灯（行803到806），等级信息从一个分级周期到下一分级周期保持不变（即，一次又一次地重复同样的两比特位）。因此，此静态等级通知PSE：该装置为非通信PD。与此相反，对于能够实施通信的PD而言（行807和808），等级特征可能从一个分级周期到下一分级周期发生变化。因此，此动态等级通知PSE：该装置为能够实施通信的PD。
在最初的八比特位之后，可能存在针对装置类型的六比特位809（例如，类型1是存在检测器，如行807中所示；类型32是温度传感器，如行808中所示）。然后，可能存在针对装置的识别符的十比特位810（例如行807中的567或者行808中的209）（该识别符未必是全局唯一的，但优选在PSE范围内唯一）。因此，前24比特位（或者前12个分级事件）对应于识别阶段Δtid。接下来，从分级事件#13起，使用阶段Δtu开始，并且传感器提供感测值相关的分级，其可以由PSE（或者由上位控制单元）例如基于PD类型的知识而转化为传感器值。这里，存在/不存在传感器（行807）在分级周期13到15和18期间报告“不存在”（见附图标记807b和807d），并在分级周期16和17期间报告“存在”（见附图标记807c）。以类似的方式，温度传感器（行808）可以报告相应的温度范围“<20℃”、“20-25℃”或者“>25℃”。
应当指出，图8的“x轴”对应于分级事件的序列，并且不一定对应于线性时间轴。
只要PD在其整个寿命期间在一个PoE系统中被使用并且该系统记录所有的分级结果，这将导致一致的解释。可以存在重置过程，以重新开始识别。
本文呈现的通信方案将要求PSE侧的兼容性以及控制系统中的数据处理。具体而言，可以提供根据本发明的PD，而不需要数据通信IC。
本发明的示例应用是在（例如专业建筑物中的）PoE照明、HVAC（暖通空调）和感测网络中。本发明的另一应用涉及简单的传感器（存在传感器、环境光传感器等）。本发明的另一应用涉及低待机功率、低成本PoE传感器。本发明的另一应用涉及可靠的传感器，其提供以太网无关的通信信道。本发明的另一应用涉及允许实现“不智能（dumb）”灯（即，没有通信构件的灯和/或没有单独的通信的灯和/或具有非常有限的内部控制电路的灯），这些灯实际上并非是绝对的“不智能”。
图9示意性和示例性地示出了经由通信链路1501、…、150n供应功率的供电设备装置910的实施例。供电设备装置910包括：分级信息接收单元915，其配置成在分级阶段期间经由所述通信链路1501、…、150n接收分级信息；以及传感器信息检索单元990，其配置成从所述分级信息中检索传感器信息。
PoE连接可以借助于PSE 910的多个输出插孔或端口9121、…、912n之一与PD的输入插孔或端口之间的跳接电缆1501、…、150n实现。在所示的示例中，供电设备装置910还包括PSE电源单元913和PSE数据处理单元914。PSE控制单元915监督所有端口上的协商。
图10示意性和示例性地示出了操作受电装置121的方法1000的实施例，该受电装置经由通信链路1501、…、150n接收功率。方法1000包括步骤1010：在所述受电装置121的分级阶段期间向所述通信链路1501、…、150n提供分级信息；步骤1020：向所述分级信息提供单元330提供传感器信息。在传感器模式中，所述分级信息基于所述传感器信息。
图11示意性和示例性地示出了操作供电设备装置110、910的方法1100的实施例，该供电设备装置经由通信链路1501、…、150n供应功率。方法1100包括步骤1110：在分级阶段期间经由所述通信链路1501、…、150n接收分级信息；以及步骤1120：从所述分级信息中检索传感器信息。
图12示意性和示例性地示出了操作以太网供电网络系统100的方法1200的实施例。方法1200包括步骤1210：在所述受电装置121上提供传感器信息；步骤1220：在受电装置121的分级阶段期间，经由通信链路1501、…、150n从受电装置121到供电设备装置110、910传输分级信息。在传感器模式中，所述分级信息基于所述传感器信息。方法1200还包括步骤1230：从所述供电设备装置110、910处的所述分级信息中检索所述传感器信息。
通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，可以理解和达成对所公开实施例的其它变型。
权利要求中，词语“包括”不排除其它元素或步骤，并且不定冠词“一（a或an）”不排除复数。
单个单元或设备可以实现权利要求中列举的若干项目的功能。在互不相同的从属权利要求中列举某些措施的纯粹事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。
计算机程序可以储存/分布在合适的介质上，诸如与其它硬件一起提供或作为其它硬件的部分提供的光学储存介质或固态介质，但是还可以以其它形式分布，诸如经由互联网或其它有线的或无线的电信系统。术语“计算机系统”还可以指嵌入的软件。
权利要求中的任何附图标记不应解释为限制范围。
本发明涉及以太网供电（PoE）系统。本发明提出使用分级事件从PD向PSE通信。传感器可以确定传感器值，关断PoE连接，以及重新连接，使得利用PSE的上电周期将开始。传感器提供与等级0、…、3有关的PoE电阻，其中等级与传感器值有关（例如等级0=检测到存在；等级1=没有检测到存在）。可以（例如连续地、每分钟或者在传感器值发生变化使得需要通知PSE的任何时候）重复此过程，并且在需要时可以使用多个周期来增加所通信的消息的长度。

Claims (15)

1.一种经由通信链路（1501、…、150n）接收功率的受电装置（121），所述受电装置（121）包括：
- 分级信息提供单元（330），其配置成在所述受电装置（121）的分级阶段期间向所述通信链路（1501、…、150n）提供分级信息；
- 传感器信息提供单元（310、410、510a、510b），其配置成向所述分级信息提供单元（330）提供传感器信息（311、411）；
- 其中所述分级信息提供单元（330）配置成基于所述传感器信息（311、411）提供所述分级信息。
2.根据权利要求1所述的受电装置（121），其中所述受电装置（121）还包括电流控制单元（320、420a、420b、520a、520b、520c），所述电流控制单元配置成控制所述受电装置（121）在所述分级阶段期间汲取的电流。
3.根据权利要求1所述的受电装置（121），其中所述分级信息提供单元（330）还配置成在所述分级阶段期间基于所述受电装置（121）的功率水平提供所述分级信息；并且
- 其中，在第一模式中，所述分级信息提供单元（330）在所述分级阶段期间基于所述受电装置（121）的功率水平提供所述分级信息；并且
- 其中，在第二模式中，所述分级信息提供单元（330）在所述分级阶段期间基于所述传感器信息（311、411）提供所述分级信息。
4.根据权利要求3所述的受电装置（121），其中，在所述第一模式中，所述分级信息提供单元（330）基于所述受电装置（121）的预确定功率水平提供所述分级信息。
5.根据权利要求3所述的受电装置（121），其中所述受电装置（121）配置成在对应于所述受电装置（121）的第一启动的第一分级阶段期间在所述第一模式中操作。
6.根据权利要求5所述的受电装置（121），其中所述受电装置（121）配置成在对应于在所述第一启动之后的所述受电装置（121）的第二启动的第二分级阶段期间在所述第二模式中操作。
7.根据权利要求1所述的受电装置（121），其中所述传感器信息（311、411）基于所述受电装置（121）的部件的寿命、存在检测器输出、环境光传感器输出、温度传感器输出和/或受电装置（121）识别信息中的至少一个。
8.一种经由通信链路（1501、…、150n）供应功率的供电设备装置（110、910），所述供电设备装置（110、910）包括：
- 分级信息接收单元（915），其配置成在分级阶段期间经由所述通信链路（1501、…、150n）接收分级信息；以及
- 传感器信息检索单元（990），其配置成从所述分级信息中检索传感器信息（311、411）。
9.根据权利要求8所述的供电设备装置（110、910），其中所述供电设备装置（110、910）配置成基于所述传感器信息（311、411）调整经由所述通信链路（1501、…、150n）供应的功率的量。
10.根据权利要求8所述的供电设备装置（110、910），其中所述供电设备装置（110、910）配置成在所述供电设备装置（110、910）检测到随着时间变化的分级信息的情况下选择性地启用所述传感器信息检索单元。
11.一种以太网供电网络系统（100），包括：
- 根据权利要求10所述的供电设备装置（110、910）；
- 根据权利要求1所述的受电装置（121）；以及
- 将所述供电设备装置（110、910）与所述受电装置（121）耦合起来的通信链路（1501、…、150n）。
12.一种操作经由通信链路（1501、…、150n）接收功率的受电装置（121）的方法（1000），所述方法（1000）包括：
- 在所述受电装置（121）的分级阶段期间向所述通信链路（1501、…、150n）提供（1010）分级信息；
- 向所述分级信息提供单元（330）提供（1020）传感器信息（311，411）；
- 其中，在传感器模式中，所述分级信息基于所述传感器信息（311、411）。
13.一种操作经由通信链路（1501、…、150n）供应功率的供电设备装置（110、910）的方法（1100），所述方法（1100）包括：
- 在分级阶段期间经由所述通信链路（1501、…、150n）接收（1110）分级信息；
- 从所述分级信息中检索（1120）传感器信息（311、411）。
14.一种操作根据权利要求11所述的以太网供电网络系统（100）的方法（1200），所述方法包括：
- 在所述受电装置（121）上提供（1210）传感器信息（311、411）；
- 在所述受电装置（121）的分级阶段期间，经由所述通信链路（1501、…、150n）将分级信息从所述受电装置（121）传输（1220）到所述供电设备装置（110、910）；
- 其中，在传感器模式中，所述分级信息基于所述传感器信息（311、411）；以及
- 从在所述供电设备装置（110、910）处的所述分级信息中检索（1230）所述传感器信息（311、411）。
15.一种操作经由通信链路（1501、…、150n）接收功率的受电装置（121）的计算机程序，所述计算机程序包括程序代码构件，所述程序代码构件用于，当所述计算机程序在控制根据权利要求1所述的受电装置（121）的计算机上运行时，致使所述受电装置（121）执行根据权利要求12所述的操作受电装置（121）的方法的步骤。
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