CN109388114B - 用于使用li-fi和增强现实连接到现场设备的方法和系统 - Google Patents

Abstract

用于使用LI‑FI和增强现实安全连接到工业工厂中的现场设备的方法和系统。用于识别和连接到工业工厂中的现场设备的方法和系统。在示例实施例中，可以实现步骤或操作以通过Li‑Fi无线通信提供与用户相关联的凭证，利用附接到现场设备的光传感器检测与Li‑Fi无线通信相关联的光图案，将信号从光传感器传输到控制器，所述控制器解码与用户相关联的凭证，并且如果凭证被授权，则允许用户获得与现场设备相关联的设备数据，其中所述数据包括所述工业工厂内的所述现场设备的位置。可以通过无线数据通信网络（例如，无线双向通信）从控制室和/或服务器获得这样的数据。

Description

用于使用LI-FI和增强现实连接到现场设备的方法和系统

技术领域

实施例涉及在工业和危险位置（诸如工业工厂）中使用的现场设备。实施例还涉及用于与这样的现场设备通信的无线通信技术和协议。实施例另外涉及AR（增强现实）和Li-Fi（光保真）无线通信技术。

背景技术

SCADA（监督控制和数据采集）系统和架构提供用于操作当今大多数工业系统的过程监督控制和数据收集能力。大多数工业过程和机器也由SCADA系统使用工业控制器（诸如PLC（可编程逻辑控制器））来控制。

传统的SCADA系统使得运营商能够从远程位置有效地监视现场设备，而现场操作员依靠传统的手持式设备（例如，智能电话、平板计算机等）来监视和配置难以操作的设备。现场操作员必须记住各种现场设备的资产标签，并基于标签/ID获取上下文信息。如果设备被安装在不容易地可到达或可访问的位置中，则这变得更具挑战性。用于基于GPS、地理标签、BLE（蓝牙低能量）信标、NFC（近场通信）标签和QR（快速响应）代码识别设备的当前方法在准确性和可访问性方面具有局限性。

用于监视和配置工业工厂中的现场设备的常规方法有许多问题。第一个问题涉及使用例如传统手持式设备连接到现场设备所需的时间和人员。第二，由于难以到达现场设备（例如，维持在高位置中的现场设备），获取ID/标签信息是非常困难的。第三，现场设备可能具有防止或限制实现基于BLE和Wi-Fi信标的通信方法的能力的功率限制。第四，在没有标签信息的情况下，与工业工厂中的特定附近中的现场设备连接是困难的。据信，消除这些问题将导致识别和连接到这样的现场设备时的更高效率和改进。

发明内容

提供以下发明内容以便于理解公开的实施例特有的创新特征中的一些，并且不旨在是完整描述。通过将整个说明书、权利要求书、附图和摘要作为整体，可以获得对本文公开的实施例的各个方面的完全理解。

因此，公开的实施例的一个方面是提供一种用于与位于工业和危险位置（诸如工业工厂）中的现场设备通信的改进的方法和系统。

公开的实施例的另一方面是提供用于利用AR和Li-Fi无线通信技术识别现场设备并与现场设备通信的方法和系统。

公开的实施例的又一方面是提供利用Li-Fi无线通信的现场设备的上下文查询。

公开的实施例的又一方面是提供与Li-Fi混合的AR方法，以易于现场设备识别。

现在可以如在本文中描述的那样实现前述方面和其他目的和优点。公开了用于识别和连接到工业工厂中的现场设备的方法和系统。在示例实施例中，可以实现步骤或操作用于通过Li-Fi无线通信提供与用户相关联的凭证，用附接到现场设备的光传感器检测与Li-Fi无线通信相关联的光图案，将信号从光传感器传输到控制器，所述控制器解码与用户相关联的凭证，以及如果凭证被授权，则允许用户获得与现场设备相关联的设备数据，其中数据包括工业设备内的现场设备的位置。可以通过无线数据通信网络（例如，无线双向通信）从控制室和/或服务器获得这样的数据。

另外，对于设备识别，可以利用AR（增强现实）来促进特定现场设备的识别。例如，可以实现步骤或操作用于利用配备有自动移动激光软件狗的移动设备来检测具有包括工业工厂内的现场设备的位置的数据的现场设备，所述自动移动激光软件狗自动地将激光指向与移动设备相关联的相机的相机能见距离的范围内的现场设备，并且经由与移动设备相关联的显示屏将数据显示为AR（增强现实）数据。

例如，在其中现场工作者（即，用户）需要在他或她附近找到特定设备的情况下，可以实现基于AR与Li-Fi的方法。也就是说，用户的移动设备（例如，智能电话、平板计算机等）可以配备有自动移动激光软件狗，所述自动移动激光软件狗自动地将激光指向移动设备的相机能见距离中的现场设备并且执行搜索以检测具有相应细节的所需现场设备。移动性服务器可以维护数据库，所述数据库将现场设备和它们的授权用户与动作和事件相关联。

附图说明

在附图中，相同的参考标号贯穿分离的视图指代相同或功能相似的元件，并且附图被并入说明书中并形成说明书的一部分，附图进一步说明了本发明，并且与本发明的具体实施方式一起，用于解释本发明的原理。

图1图示了根据示例实施例的用于识别和连接到工业工厂中的一个或多个现场设备的系统的示意图；

图2图示了描绘用于从现场设备捕获数据的现有技术方法的图解图；

图3图示了描绘根据示例实施例的用于利用Li-Fi通信来识别和连接到工业工厂中的一个或多个现场设备的系统的图；

图4图示了描绘根据另一示例实施例的用于识别和连接到工业工厂中的一个或多个现场设备的方法的逻辑操作步骤的操作的流程图；

图5图示了描绘根据又一示例实施例的用于识别和连接到工业工厂中的一个或多个现场设备的方法的逻辑操作步骤的操作的流程图；

图6图示了描绘根据示例实施例的通过指示器和软件狗指向设备的激光器的图解图，所述软件狗从移动设备获取输入并自动指向相应的现场设备；

图7图示了描绘根据示例实施例的在移动设备的上下文中显示的过程数据、诊断、配置、3D扩展视图以及配备有AR的支持特征的图解视图；

图8图示了描绘根据示例实施例的识别所需设备的类型的图像识别、Li-Fi的使用以及具有由用户在移动设备的上下文中提供的标签/ID细节的设备的检测的图解视图；

图9图示了可以根据示例实施例实现的计算机系统/装置的示意性视图；

图10图示了也可以根据示例实施例实现的包括模块、操作系统和用户界面的软件系统的示意性视图；

图11图示了可以根据示例实施例实现的安全系统的示意图；以及

图12图示了根据示例实施例的到Li-Fi通信器适配器的HART的示意图。

具体实施方式

在这些非限制性实施例中讨论的特定值和配置可以变化，并且被引用仅用于说明至少一个实施例，并且不旨在限制其范围。

现在将在下文中参考附图更全面地描述实施例，在附图中示出了本发明的说明性实施例。在本文中公开的实施例可以以许多不同的形式实现，并且不应被解释为限于在本文中阐述的实施例；而是，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达实施例的范围。如在本文中使用的那样，术语“和/或”包括相关联的列出的条目中的一个或多个的任何和所有组合。

将详细参考本发明的公开的实施例（示例性实施例），所述公开的实施例的示例在附图中图示，并且其可以是优选的或替代的实施例。在以下描述中，参考形成其一部分的附图，并且其中通过图示的方式示出了可以在其中实施本发明的具体示例性实施例。足够详细地描述了这些实施例以使得本领域技术人员能够实施本发明，并且要理解，可以利用其他实施例，并且可以在不脱离本发明的范围的情况下做出改变。因此，以下描述仅是示例性的。

虽然已经关于一个或多个实现说明了本发明，但是在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，可以对说明的示例做出变更和/或修改。另外，虽然可能已经关于若干实现中的仅一个公开了本发明的特定特征，但是这样的特征可以与其他实现的一个或多个其他特征组合，如对于任何给定或特定功能可能期望和有利的那样。此外，从在具体实施方式和权利要求的任一个中使用的术语“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“有”或其变型的范围的程度上说，这样的术语旨在以类似于术语“包括了”的方式包括。术语“……中的至少一个”被用于意指可以选择列出的条目中的一个或多个。

图1图示了描绘根据示例实施例的用于识别和连接到工业工厂中的一个或多个现场设备的系统10的图。如在图1中示出的那样，系统10涉及通过无线链路26向操作员24传输数据。操作员24可以使用Li-Fi通信向一个或多个移动设备27、29、31、33等等提供他或她的授权细节。图1中示出了操作员24持有移动设备17（例如，智能电话、平板计算机等），所述移动设备17配备有光传感器19，所述光传感器19感测光图案并将信号传输到其中可以解码操作员凭证的控制器。注意，移动设备27、29、31、33等中的每个可以配备有能够经由无线通信（例如，无线数据通信网络）来通信的天线。

系统10允许移动设备17和控制室11之间的双向通信20，所述控制室11包括主计算机和应用以及能够与主计算机15和应用通信的编组面板13。注意，主计算机15中的一个或多个可以是传统计算机和/或可以运行传统应用。注意，如在本文中使用的术语“传统”通常指代“传统设备”，所述“传统设备”是过时的、老式的或不再生产的计算设备或装备。这包括大多数设备和软件应用不支持或不再常用的所有设备。术语“传统”也可以类似地指代“传统应用”。因此，在图1中示出的计算机15中的一个或多个可以是传统设备和/或可以使用传统应用。

捆绑的传感器电缆14与编组面板13和（一个或多个）接线盒16通信，所述（一个或多个）接线盒16又与多个现场设备18通信。因此可以从移动设备17接收用户的ID用于Li-Fi通信，所述用户的ID被传输到控制室11。双向通信20（即，信息和控制数据）通过无线链路（例如，无线数据通信网络）在移动设备17和控制室（以及计算机15）之间建立通信链路。

注意，术语Li-Fi（也被称为“LiFi”或“Li Fi”）指代使用可见光通信的形式和OWC（光学无线通信）的子部分的双向、高速和完全联网的无线通信技术，其可以被实现为RF通信（例如，Wi-Fi、蜂窝网络等）的补充，或者在一些实施例中被实现为数据广播的替换。Li-Fi包括UV可见光通信或红外和近紫外，而不是射频频谱，是OWC技术的部分，其携带更多信息，并可能提供对RF带宽限制的解决方案。如在本文中使用的术语“Li-Fi”（或“LiFi”或“LiFi”）因此指代通信系统，其中信息被编码为位于电磁频谱的可见部分中的光信号，并且可以包括LED（激光发射二极管）或其他激光发射构件，以及形成接收构件的光电检测器。LED可以提供可见范围内的光信号。该信号是强度调制的，其允许信息传输。

在图1中示出的解决方案可以提供上下文查询协议和用于识别工业工厂中的一个或多个现场设备的方法。图1的顶部8图示了涉及特定的操作的序列的上下文查询协议实现，其被概括如下。用户或工厂操作员24使用Li-Fi提供他或她的凭证。然后，被附接到由操作员24使用的移动设备17的光传感器19感测光图案并将信号传输到其中操作员的或用户的凭证被解码的控制器。如果由现场设备27、29、31、33等中的一个或多个授权，则允许用户或操作员24通过无线数据通信链路从“云”或从控制室（例如，控制室11）获得设备数据。

在图1中示出的下部6一般地概述了设备识别。例如，在其中现场工作者需要在他或她的附近中找到特定现场设备的情况下，可以使用AR和Li-Fi来协助现场工作者做该任务。为了实现这一点，移动设备17可以配备有自动移动激光软件狗，所述自动移动激光软件狗协助将激光自动地指向移动设备的相机的能见距离内的潜在现场设备，并执行搜索以检测所需的现场设备，其中相应的细节在移动设备17的显示区域21中显示。例如，移动性服务器可以维护数据库，所述数据库将诸如现场设备18或现场设备27、29、31、33等的现场设备和它们的授权用户与特定的动作和事件相关联。

注意，在本文中讨论和图示的移动设备17是手持式设备的示例，其可以是例如经由无线通信（诸如由无线数据通信网络促进）与其他计算机或计算机设备或服务器通信的客户端设备。因此，移动设备可以是例如在一些情况下实现为台式计算机或便携式设备的客户端设备，诸如蜂窝电话、智能电话、显示寻呼机、射频（RF）设备、红外（IR）设备、个人数字助理（PDA）、手持式计算机、平板计算机、膝上型计算机、台式计算机、机顶盒、可穿戴计算机或组合各种特征（诸如前述设备的特征或诸如此类）的集成设备。

这样的客户端设备可以在能力或特征方面不同。要求保护的主题旨在覆盖广泛的潜在变化。例如，蜂窝电话（例如，智能电话）可以包括数字小键盘或功能有限的显示器，诸如用于渲染文本和其他媒体的单色液晶显示器（LCD）。然而，相比之下，作为另一示例，web使能的客户端设备可以包括一个或多个物理或虚拟键盘、大容量存储设备、一个或多个加速度计、一个或多个陀螺仪、全球定位系统（GPS）或其他位置识别类型能力，或者具有高度的功能的显示器，诸如例如触敏彩色2D或3D显示器。

在一些情况下，这样的客户端设备可以包括或可以执行多种操作系统，在一些示例实施例中包括个人计算机操作系统，诸如Windows、iOS或Linux，或移动操作系统，诸如iOS、Android或Windows Mobile或者诸如此类。这样的客户端设备可以包括或可以执行多种可能的应用，诸如使能与其他设备通信的客户端软件应用，诸如经由电子邮件、短消息服务（SMS）或多媒体消息服务（MMS）来传送一个或多个消息，包括经由网络，诸如社交网络，包括例如Facebook®、LinkedIn®、Twitter®、Flickr®、Google+®，仅提供一些可能的示例。

这样的客户端设备还可以包括或执行用于传送内容（诸如例如文本内容、多媒体内容或者诸如此类）的应用。这样的客户端设备还可以包括或执行用于执行多种可能的任务的应用，所述任务诸如浏览、搜索、播放各种形式的内容（包括本地存储或流式传输视频或游戏（例如，幻想体育联盟等））。提供前述内容以说明要求保护的主题旨在包括广泛的可能的特征或能力。

图2图示了描绘用于从现场设备捕获数据的现有技术方法的图解图。通常，需要现场工作者获取或记住设备细节（诸如资产标签）以与传统手持式设备或移动应用连接。工业工厂配备有数千个携带各个ID的设备。在许多情况下，这些现场设备被保持在高处或在危险环境中，其中获得现场设备细节是挑战。例如，为了连接到现场设备30，用户必须从控制室或者通过经过有线连接来连接他或她的手持式设备（例如，智能电话、平板计算设备等）来获得与该现场设备相关联的唯一ID。在图5中示出的场景35中，相对于与用户36相关联的手持式设备34，诸如与现场设备32相关联的QR码38的QR码是不容易访问的，并且对于保持在高度或危险位置（例如在工业工厂内）的现场设备而言，没有可靠的方法是可用的。

因此，由公开的实施例提供的解决方案消除了对用户唯一识别所需的现场设备的ID/标签信息的需要。工厂工作者细节可以被传输到设备，所述设备通过例如SCADA被验证以授权。这些细节也通过公开的Li-Fi方法提供。用户的移动设备（例如，手持式设备）将根据用户的要求将激光指向感兴趣的现场设备。

注意，如在本文所用的那样，术语SCADA（监督控制和数据采集）指代实现工业过程或工业控制系统的系统。例如，SCADA系统可以使用与传感器、致动器和现场设备（例如，可编程逻辑控制器或远程终端单元）的通信来监视和控制制造过程。SCADA系统提供控制能力和用于与过程的控制和数据采集交互的用户界面。可以由SCADA系统执行各种应用。配置应用可以作为用于加标签于包括在控制过程中的现场设备的工具或以其他方式标记包括在控制过程中的现场设备的工具来操作。业务对象应用可以监视正在制造的零件或正在执行的过程的进度。其他应用客户端可能包括可视化应用、工作流程监视、报告或通信应用。注意，术语“SCADA”和“SCADA系统”可以被可互换地使用以指代相同的通用系统。

图3图示了描绘根据示例实施例的用于利用Li-Fi（光保真）通信来识别和连接到工业工厂中的一个或多个现场设备的系统40的图。注意，在本文中图示和讨论的类似或相同的参考标号指代相同或类似的部分或元件。例如，在图3中示出的移动设备17包括还在图1中示出的显示区域或显示器21。在图3中示出的示例场景中，用户凭证从移动设备17被传输到灯驱动器46，所示灯驱动器46又被连接到LED灯48。LED（发光二极管）可以由人眼无法觉察的极高速度闪烁。尽管如此，光电检测器50将容易地拾取信号，并且然后将接收的信号转换成电流以提供这样的速度。如在图3中示出的那样，接收器52包括光电检测器50，所述光电检测器50与放大和处理单元54电通信，所述放大和处理单元54又将接收的数据传输到一个或多个现场设备56。

图4图示了描绘根据另一示例实施例的用于识别和连接到工业工厂中的一个或多个现场设备的方法60的逻辑操作步骤的操作的流程图。在图4中示出的方法60允许设施连接到用户（诸如例如在图1中示出的现场操作员24）的附近中的感兴趣的现场设备。如在块62处指示的那样，过程开始。然后，如在块64处示出的那样，可以实现步骤或操作，其中从在移动设备（诸如例如移动设备17）上运行的移动应用或“应用程序”选择感兴趣的现场设备。此后，如在块66处描绘的那样，可以实现步骤或操作，其中通过激光（例如，Li-Fi通信）将用户ID（标识）细节传输到相应的现场设备。附接有光接收器的现场设备然后可以解码细节并将这样的细节作为数据传输到SCADA，如在块68处示出的那样。如果确定用户被授权，则现场设备将其连接发布到用户的移动设备并且然后通过无线链路来将信息可视化，如在块70处描绘的那样。过程然后终止，如在块72处示出的那样。

图5图示了描绘根据又一示例实施例的用于识别和连接到工业工厂中的一个或多个现场设备的方法80的逻辑操作步骤的操作的流程图。在图5中示出的方法80促进搜索具有已经由移动应用或“应用程序”已知的ID细节的具体现场设备。如在块84处示出的那样，可以实现步骤或操作，其中在移动应用程序中搜索现场设备的ID/标签细节。然后，如在块86处示出的那样，可以实现步骤或操作，其中指示“应用程序”经由图像识别搜索所需种类的现场设备，并且向所有设备发送短消息。信息包括用户和设备标签信息，所述用户和设备标签信息通过如在本文中讨论的Li-Fi通信来传输。

此后，如在块88处示出的那样，可以实现步骤或操作，其中如果标签细节与用户的附近中的现场设备中的任一个匹配，则相应的现场设备将接收的用户细节传输到SCADA。然后，如在块90处示出的那样，如果确定用户设备被授权，则（一个或多个）现场设备向移动设备发布连接信息，并且通过无线链路将信息可视化。过程然后终止，如在块92处示出的那样。

图6图示了描绘根据示例实施例的通过指示器和软件狗指向设备的激光器的图解图100，所述软件狗从移动设备17获取输入并自动指向相应的现场设备。在图6中描绘的图示示出了在显示区域21中显示的图像。图像可以包括各种部件和硬件的图像，包括例如一个或多个现场设备的图像。用户可以点击图像中示出的感兴趣的设备106。软件狗从移动设备17获取输入并自动指向嵌入图像103中示出的相应设备102。也就是说，激光器19指向对应于在显示器21中示出的设备106的设备102。

图7图示了描绘根据示例实施例的在移动设备17的上下文中显示的过程数据、诊断、配置、3D扩展视图以及配备有AR的支持特征的图解图110。也就是说，在图7中的显示区域21中示出的图像示出了现场设备的图以及显示的触摸屏图形按钮或图标，当由用户触摸所述触摸屏图形按钮或图标时，所述所述触摸屏图形按钮或图标可以触发包括过程数据、诊断、配置、3D模型、扩展视图和3D/视图关闭的动作或操作。

应当理解，公开的实施例提供了胜过常规方法的多个益处。例如，公开的实施例与一个或多个现场设备建立快速移动接口，并且通过消除对进入危险区域或在高处攀爬以获取现场设备标签细节的需要来提高安全性。另外，这样的实施例可以通过提供基于AR（增强现实）的可视化来改变我们看数据的方式。此外，这样的实施例提供基于人的角色的信息并且允许在中央系统上或在中央系统处将动作重新编码。利用该方法，与特定现场设备相关的所有相关文档和支持信息对用户而言是经由无线链路容易地可得到的并且经由用户的移动设备（诸如在本文中图示的移动设备17）可显示的。

图8图示了描绘根据示例实施例的识别所需设备的类型的图像识别、和Li-Fi的使用以及具有由用户在移动设备的上下文中提供的标签/ID细节的设备的检测的图解视图112。图8图示了其中操作员可能具有定位具体现场设备并与具体现场设备通信以及在设备上执行动作的任务的场景。这允许用户使用具有Li-Fi的图像识别特征在他或她的附近中的多个类似设备中快速搜索相应的现场设备。如由AR促进的那样，在显示屏上“指向”所需的现场设备。

例如，如在图8中的场景中示出的那样，图像识别识别所需设备的类型，然后使用公开的Li-Fi方法，检测具有由用户提供的标签/ID细节的设备。也就是说，在图8中的移动设备17的显示区域21中示出了多个现场设备118。指示移动设备17自动将激光指向各个现场设备116，并且如果ID细节匹配，则由这样的设备接收回复。因此，操作员能够自动执行识别/搜索任务。公开的方法实际上加速了该任务，同时消除了对手动检查设备标签细节以搜索感兴趣的现场设备的需要。

注意，在涉及工业工厂显示和控制的一些场景中，注册用户在他或她进入不同区域时，可以在工业工厂周围携带他或她的移动设备。BLE（蓝牙低能量）和/或Wi-Fi信标可以位于工业工厂内用于室内跟踪，并且以在他或她移动通过各个区域时协助用户与周围环境交互。此外，配备有Li-Fi接收器的装备协助快速访问具体控制或参数。该方法的益处包括用公开的Li-Fi通信促进的安全的通信的方法。该方法还减少了工业工厂设置中的GUI（图形用户界面）硬件成本，同时提供允许用户搜索附近现场设备并与所述附近现场设备通信的快速用户界面。

如由本领域技术人员可以理解的那样，实施例可以在方法、数据处理系统或计算机程序产品的上下文中实现。因此，实施例可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例或组合软件和硬件方面的实施例的形式，全体在本文中通常称为“电路”或“模块”。此外，实施例在一些情况下可以采取计算机可用存储介质上的计算机程序产品的形式，所述计算机可用存储介质具有在介质中实现的计算机可用程序代码。可以使用任何合适的计算机可读介质，包括硬盘、USB闪存驱动器、DVD、CD-ROM、光学存储设备、磁存储设备、服务器存储设备、数据库等。

用于执行本发明的操作的计算机程序代码可以用面向对象的编程语言（例如，Java、C++等）来写。然而，用于执行特定实施例的操作的计算机程序代码也可以用常规的过程编程语言（诸如“C”编程语言）来写，或者用面向视觉的编程环境（诸如例如VisualBasic）写。

程序代码可以完全地在用户的计算机上、部分地在用户的计算机上、作为独立软件包、部分地在用户的计算机上并且部分地在远程计算机上或完全地在远程计算机上执行。在后者的情况下，远程计算机可以通过局域网（LAN）或广域网（WAN）、无线数据网络（例如，Wi-Fi、WiMAX、802.xx和蜂窝网络）被连接到用户的计算机，或者可以经由大多数第三方支持的网络（例如，通过使用因特网服务提供商的因特网）对外部计算机进行连接。

在本文中至少部分地参考根据本发明的实施例的方法、系统和计算机程序产品以及数据结构的流程图图示和/或框图来描述实施例。将理解，图示的每个块和块的组合可以由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可以被提供给例如通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令创建用于实现在一个或多个块中指定的功能/动作的构件。要清楚，公开的实施例可以在例如专用计算机或通用计算机或其他可编程数据处理装置或系统的上下文中实现。例如，在一些实施例中，数据处理装置或系统可以被实现为专用计算机和通用计算机的组合。

这些计算机程序指令还可以被存储在计算机可读存储器中，所述计算机程序指令可以引导计算机或其他可编程数据处理装置以特定方式运转，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生包括实现在本文中图示和描述的各种一个或多个块、流程图以及其他架构中指定的功能/动作的指令构件的制品。

计算机程序指令还可以被加载到计算机或其他可编程数据处理装置上，以使得在计算机或其他可编程装置上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实现在一个或多个块中指定的功能/动作的步骤。

图中的流程图和框图图示了根据本发明的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。在该方面中，流程图或框图中的每个块可以表示模块、段或指令的部分，其包括用于实现指定的（一个或多个）逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些替代实现中，在块中指出的功能可以脱离在图中指出的顺序发生。例如，取决于涉及的功能，连续示出的两个块实际上可以基本上同时执行，或者块有时可以以相反的顺序来执行。还将注意，框图和/或流程图图示的每个块以及框图和/或流程图图示中的块的组合可以由执行指定功能或动作或执行专用硬件和计算机指令的组合的基于专用硬件的系统来实现。

图9-10仅被示出为其中可以实现示例实施例的数据处理环境的示例性图。应该理解，图9-10仅是示例性的，并且不旨在断言或暗示关于其中可以实现公开的实施例的方面或实施例的环境的任何限制。在不脱离公开的实施例的精神和范围的情况下，可以对描绘的环境做出许多修改。

如在图9中图示的那样，一些示例实施例可以在数据处理系统/装置400的上下文中实现，所述数据处理系统/装置400可以包括例如一个或多个处理器，诸如处理器341（例如，CPU（中央处理单元）和/或其他微处理器）、存储器342、输入/输出控制器343，以及在一些情况下，微控制器332。系统/装置400还可以包括外围USB（通用串行总线）连接347、键盘344和/或另一输入设备345（例如，指向设备，诸如鼠标、轨迹球、笔设备等）、显示器346（例如，监视器、触摸屏显示器等）和/或其他外围连接和部件。

如图示的那样，数据处理系统/装置400的各种部件可以通过系统总线351或类似架构电通信。系统总线351可以是例如在例如数据处理系统/装置400内的计算机部件之间或者向以及从其他数据处理设备、部件、计算机等传递数据的子系统。数据处理系统/装置400可以在一些实施例中被实现为例如基于客户端-服务器的网络（例如，因特网）中或者客户端和服务器的上下文（即，其中在客户端和服务器上实施方面）中的服务器。数据处理系统/装置400可以在一些实施例中被实现为例如服务器、个人计算机、移动设备和/或其他设备或系统等。在一些情况下，数据处理系统/装置400可以是诸如在本文中讨论的客户端设备。在其他情况下，系统/装置400可以起与诸如手持式设备17的客户端设备通信的客户端/服务器或其他联网布置中的服务器的作用。

因此，数据处理系统/装置400可以是例如独立台式计算机、膝上型计算机、智能电话、平板计算设备（例如，iPad、基于Android的平板计算机等）等等，其中，每个这样的设备被可操作地连接到基于客户端-服务器的网络或其他类型的网络（例如，蜂窝网络、Wi-Fi等）和/或与基于客户端-服务器的网络或其他类型的网络（例如，蜂窝网络、Wi-Fi等）通信。

图10图示了用于引导在图9中描绘的数据处理系统/装置400的操作的计算机软件系统/装置450。例如，存储在存储器342中的软件应用454通常包括内核或操作系统451和壳或接口453。一个或多个应用程序（诸如软件应用程序454）可以被“加载”（即，从例如大容量存储设备或另一个存储器位置传递到存储器342中），用于由数据处理系统/装置400执行。数据处理系统/装置400可以通过接口453接收用户命令和数据；然后，可以由数据处理系统/装置400根据来自操作系统451和/或软件应用454的指令来作用于这些输入。在一些实施例中，接口453可以用于显示结果，于是用户459可以提供附加的输入或终止会话。软件应用454可以包括（一个或多个）模块452，所述（一个或多个）模块452可以例如实现各种指令或操作，诸如在本文中讨论的那些。模块452还可以由实现诸如在本文中关于图1-8讨论和图示的特定指令、步骤或操作的模块或子模块的组来组成。

以下讨论旨在提供其中可以实现系统和方法的合适计算环境的简要的一般描述。尽管不是必需的，但是将在由单个计算机执行的计算机可执行指令（诸如程序模块）的一般上下文中描述公开的实施例。在大多数情况下，“模块”可以构成软件应用，但也可以被实现为软件和硬件两者（即，软件和硬件的组合）。

通常，程序模块包括但不限于执行特定任务或实现特定数据类型和指令的例程、子例程、软件应用、程序、对象、部件、数据结构等。此外，本领域技术人员将理解，公开的方法和系统可以用其他计算机系统配置来实施，诸如例如手持式设备、多处理器系统、数据网络、基于微处理器或可编程的消费电子产品、联网的PC、小型计算机、大型计算机、服务器以及诸如此类。

注意，在本文中使用的术语模块可以指代执行特定任务或实现特定数据类型的例程和数据结构的集合。模块可以由两部分组成：接口，其列出常量、数据类型、变量和可以由其他模块或例程访问的例程；以及实现，其通常是私有的（仅对该模块可访问）并且其包括实际实现模块中的例程的源代码。术语模块也可以简单地指代应用，诸如被设计以协助执行具体任务（诸如文字处理、会计、库存管理等）的计算机程序。

图9-10因此旨在作为示例而不作为公开的实施例的架构限制。另外，这样的实施例不限于任何特定应用或计算或数据处理环境。代之以，本领域技术人员将理解，公开的方法可以被有利地应用于多种系统和应用软件。此外，公开的实施例可以在多种不同的计算平台上实现，所述计算平台包括Macintosh、UNIX、LINUX以及诸如此类。

图11图示了可以根据示例实施例实现的安全系统200的示意图。可以理解，可以用利用Li-Fi技术的安全通信来实现实施例。由于在手持式设备中或在现场设备中缺乏安全特征或定义的安全协议，通信容易受到安全威胁，诸如伪装、黑客攻击、中间人攻击、窃听攻击等。因此，非常期望提供安全框架，诸如在图11中描绘的示例系统200的安全框架。

在一些示例实施例中，诸如在图11中示出的那样，可以实现三次握手，其涉及由操作员使用的手持式/移动设备、一个或多个现场设备212以及被示出为密钥管理器/SCADA202的SCADA/数据链路密钥管理服务提供商。用于握手的该独特解决方案可以被用于上下文查询/维护。

只有当移动设备受到安全性握手时，携带移动设备（诸如例如先前讨论的移动设备17）的用户208才可以诊断、配置、导航和/或上下文地进行关于现场发射器的查询。如在图11中示出的那样，可以实现握手过程，其中用户208基于他或她想要执行的活动（例如，配置/诊断/导航/维护/等）获得安全访问。用户208可以通过Li-Fi将他或她的凭证连同用户想要执行的活动共享给设备，诸如由图11中的箭头210指示的那样（即，箭头210表示Li-Fi和D-信任（D-Trust））。由用户共享的细节和资产细节可以被传递给SCADA（例如，密钥管理器/SCADA 202），用于由SCADA对设备和用户两者认证。SCADA用其预配置的数据库来验证设备和用户，并相应地针对认证确认。在某些情况下，可以提供应用特定认证。因此，可以通过认证的方式来保证在现场中的所有发射器上促进的数据交换。

如在图11中示出的那样，安全计划206可以包括特定于特定应用（例如，SA）的安全关联，诸如SA ID 120、与设备特征密钥“af10...,”相关联的设备ID等等。该方法的目的是用于为设备配置提供访问。类似地，SA ID 121使用不同的设备特征密钥来保护与设备1的上下文查询单播消息。在图11中示出的箭头204表示关于以上讨论的所需活动（即，配置/诊断/导航/维护/等）的安全密钥的传输。在图11中示出的箭头214表示批准请求（即，有线和/或无线）。

注意，公开的实施例的其他优点可以包括实现用户凭证的记录，访问设备，被存储在发送器存储器中用于将来参考。此外，如先前描述的那样，可以基于人的角色和应用（例如，工程师/工厂管理者/管理员）来将数据可视化。公开的实施例的其他的优点在于用使用可见光或红外线的光无线通信的通信不穿过墙壁；因此，这样的通信应该是100％的网络安全性安全。光无线通信的使用也不干扰现有的无线电通信，并且对其他电子仪器没有任何影响。这些优点使得光无线通信的使用成为用于在现场发射器和手持式设备之间建立通信信道的理想解决方案。

图12图示了根据示例实施例的到Li-Fi通信器适配器的HART（高速可寻址远程传感器（transducer））的示意图。注意，如在本文中使用的那样，HART通常指代HART（高速可寻址远程传感器）协议。如在图12中示出的那样，外部Li-Fi适配器304插件可以被固定在现有的传统发射器上，并且通过在现场设备中使能双向Li-Fi通信，可以建立无线通信。在图12中示出了具有集成的Li-Fi能力的示例现场设备315。示例现场设备315包括相对于位于显示模块上方的用于Li-Fi的光电二极管310的端盖308。

现场设备315进一步包括连接到传感器电缆的通信模块。显示模块、通信模块312和传感器电缆316可以被保持在电子器件壳体314内。因此，手持式设备302包括Li-Fi适配器304，所述Li-Fi适配器304使得手持式设备302能够通过Li-Fi与现场设备315通信。示出到图11中的手持式设备302的右边的图形306指示了使用电话闪光灯创建OOK信号，从而使能现场设备315和手持式设备302之间的Li-Fi通信。

因此，可以实现用于在手持式设备/移动设备、现场设备和SCADA/数据链路密钥管理服务提供商之间建立无缝安全三次握手通信的方法。公开的实施例包括安全系统拓扑，所述安全系统拓扑确定哪些节点要被保护、哪些节点可以与设备通信以及如何传递数据。用于握手的该独特解决方案可被使用例如用于上下文查询/维护。

附加优点包括以下事实：公开的方法比常规方法更鲁棒和安全，并且还提供基于会话的安全登录。公开的方法还提供高级别的安全性以防止未授权的访问、消除窃听，以及将设备控制限制于仅具有具体预定义特权的用户。用于访问SCADA系统或操作（诸如固件升级、维护）的所有用户尝试都被日志记录在不可变更的“系统日志（syslog）”记录中。

借助Li-Fi上的视线通信，该方法提供了用于将现场设备和手持式/移动设备链接在一起的安全方法和系统，由此消除了诸如远程干扰、窃听之类的安全忧虑。公开的实施例还可以包括并行地针对多个设备的固件升级的概念。

此外，公开的实施例包括显示多个AR图像、检测用户的注视、基于用户的注视确定目标对象、识别与目标对象相关联的相关联的AR图像以及一旦通过无线链路建立通信就覆盖过程数据。此外，可以从头的法向矢量导出用户的注视方向，以消除沉浸式AR环境中的多模态3D交互的歧义。使用AR图像识别方法与Li-Fi，操作员能够自主地执行设备识别和搜索任务，同时消除对手动检查设备标签细节作为搜索用户的附近中的感兴趣的设备的部分的需要。

结合在本文中公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的该可互换性，以上一般地依据它们的功能已经描述了各种说明性的部件、块、模块、电路和步骤。这样的功能被实现为硬件还是软件取决于特定应用和施加在整个系统上的设计约束。熟练的技术人员可以针对每个特定应用以不同方式实现描述的功能，但是这样的实现决定不应被解释为导致从公开的实施例的范围的脱离。

用于实现结合在本文中公开的方面描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块和电路的硬件可以用通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或其他可编程逻辑器件、离散门或晶体管逻辑、分立硬件部件或设计用于执行在本文中描述的功能的其任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但是，在替代方案中，处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一个或多个微处理器或任何其他这样的配置。替代地，一些步骤或方法可以由特定于给定功能的电路来执行。例如，一些实施例可以在专用计算机而不是通用计算机的上下文中实现，或者反之亦然。

在一个或多个示例性方面中，描述的功能可以以硬件、软件、固件或其任何组合来实现。如果以软件实现，则功能可以作为一个或多个指令或代码被存储在计算机可读介质上或通过计算机可读介质传输。在本文中公开的方法或算法的步骤可以在执行的处理器可执行软件模块中实现，所述执行的处理器可执行软件模块可以驻留在计算机可读介质上。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，所述通信介质包括便于将计算机程序从一个地方传递到另一个地方的任何介质。存储介质可以是可以由计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限制，这样的计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储设备、磁盘存储设备或其他磁存储设备或者可以被用于承载或存储以指令或数据结构形式的期望程序代码并且可以由计算机访问的任何其他介质。

此外，任何连接被适当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线（DSL）或无线技术（诸如红外线、无线电和微波）从web站点、服务器或其他远程源传输软件，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或无线技术（诸如红外线、无线电和微波）被包括在介质的定义中。如在本文中使用的磁盘和盘包括压缩盘（CD）、激光盘、光盘、数字多功能盘（DVD）、软盘和蓝光盘，其中磁盘通常磁地再现数据，而盘用激光光学地再现数据。以上的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。此外，方法或算法的操作可以作为代码和/或指令的一个或任何组合或集合驻留在机器可读介质和/或计算机可读介质上，其可以被并入到计算机程序产品中。

提供公开的实施例的前述描述以使本领域中的任何技术人员能够制造或使用本发明。对本领域技术人员来说，对这些实施例的各种修改将是容易显而易见的，并且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在本文中定义的一般原理可以被应用于其他实施例。因此，本发明不旨在被限于在本文中示出的实施例，而是要符合与以下权利要求以及在本文中公开的原理和新颖特征相一致的最宽范围。

Claims (8)

1.一种用于识别和连接到工业工厂中的现场设备的方法，所述方法包括：

通过Li-Fi无线通信提供与用户相关联的凭证；

用附接到移动设备的光传感器检测与所述Li-Fi无线通信相关联的光图案；

将信号从所述光传感器传输到控制器，所述控制器解码与所述用户相关联的所述凭证；

如果所述凭证被授权，则允许所述用户获得与所述现场设备相关联的设备数据；

利用配备有自动移动激光软件狗的移动设备来检测具有所述数据的所述现场设备，所述自动移动激光软件狗自动将激光指向在与所述移动设备相关联的相机的相机能见距离的范围内的现场设备，所述数据包括所述工业工厂内的所述现场设备的位置；以及

经由与所述移动设备相关联的显示屏将所述数据显示为增强现实AR数据。

2.如权利要求1所述的方法，其中通过无线数据通信网络从服务器获得与所述现场设备相关联的所述数据，所述服务器与所述无线数据通信网络处于通信中。

3.如权利要求1所述的方法，其中通过无线数据通信网络从控制室获得与所述现场设备相关联的所述数据。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述Li-Fi无线通信包括通过Li-Fi的视线通信，这促进了所述现场设备和所述移动设备之间的安全链路，这消除了包括远程干扰窃听的安全问题。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述Li-Fi无线通信通过高速可寻址远程传感器HART协议使能到Li-Fi通信器适配器，其中所述Li-Fi通信器适配器与所述移动设备集成。

6.一种用于识别和连接到工业工厂中的现场设备的系统，所述系统包括：

Li-Fi无线通信，其中通过所述Li-Fi无线通信提供与用户相关联的凭证；

附接到移动设备的光传感器，其中与所述Li-Fi无线通信相关联的光图案是利用附接到所述移动设备的所述光传感器可检测的；

控制器，其中信号从所述光传感器被传输到所述控制器，所述控制器解码与所述用户相关联的所述凭证，其中如果所述凭证被授权，则允许所述用户获得与所述现场设备相关联的设备数据；

移动设备，其配备有自动移动激光软件狗，所述自动移动激光软件狗自动将激光指向在与所述移动设备相关联的相机的相机能见距离的范围内的现场设备，以检测具有所述数据的所述现场设备，所述数据包括所述工业工厂内的所述现场设备的位置；以及

显示屏，其用于经由与所述移动设备相关联的所述显示屏将所述数据显示为增强现实AR数据。

7.如权利要求6所述的系统，其中所述Li-Fi无线通信包括通过Li-Fi的视线通信，这促进所述现场设备和所述移动设备之间的安全链路，这消除了包括远程干扰窃听的安全问题。

8.如权利要求6所述的系统，其中所述Li-Fi无线通信由高速可寻址远程传感器HART协议使能到Li-Fi通信器适配器，其中所述Li-Fi通信器适配器与所述移动设备集成。

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