ES2876402T3 - Un sistema de control centralizado que controla las interacciones y la cooperación entre dispositivos operados por radio que operan en una red en malla que soporta múltiples protocolos de comunicación por radio - Google Patents

Abstract

Un sistema de comunicación por radio controlado centralmente que comprende una red en malla constituida por una pluralidad de puentes controlados por radio (30), donde un puente respectivo está conectado de forma inalámbrica a un dispositivo respectivo, donde los respectivos puentes (30) comprenden un primer puerto de comunicación controlado por radio en comunicación con la red en malla (33), y un segundo puerto de comunicación controlado por radio en comunicación con al menos un dispositivo sin conexión (109), o al menos un dispositivo orientado a la conexión (110), donde los respectivos puentes de red en malla (30) están proporcionando traducción de protocolo distribuida de los respectivos protocolos de comunicación por radio entre los primer y segundo puertos controlados por radio respectivos de los puentes, lo que permite la comunicación de paquetes de datos en malla a través de la red en malla (120) entre diferentes dispositivos (109, 110), donde los paquetes de datos en malla comprenden una carga útil que incluye una identidad de dispositivo del dispositivo desde el que se origina la carga útil, una unidad de control central CU (100), que se conecta en un punto a la red en malla (120), está configurada para recibir y transmitir paquetes de datos en malla hacia/desde puentes en la red en malla, y está configurada para ejecutar un programa de aplicación de software de control CSA (400), donde, cuando la CSA (400) está recibiendo un paquete de datos en malla a través de una interfaz de red en malla controlada por radio (411), la CSA (400) está configurada para ejecutar un conjunto de capas de abstracción (402, 403, 404), de este modo, el contenido del paquete de datos en malla proveniente del puente se pone a disposición de la CSA (400), donde las capas de abstracción comprenden al menos una capa de multiplexor/demultiplexor (404), una capa de administrador de protocolo (403), una capa de administrador de dispositivo (402), la CSA (400) está configurada para usar la identidad de dispositivo del dispositivo desde el que se origina la carga útil para buscar los atributos respectivos (62) almacenados en una matriz de interacción IM (60), donde al menos uno de los atributos es una identidad de dispositivo de al menos otro dispositivo con el que el dispositivo está configurado para poder comunicarse y utilizar la identidad de dispositivo del al menos otro dispositivo para buscar en la IM (60) al menos una identidad de puente del puente en comunicación con el al menos otro dispositivo, y buscar además al menos un atributo en la IM (60) que define interoperaciones permitidas y no permitidas entre los dispositivos, donde la CU (100) está configurada para ejecutar interoperaciones permitidas entre dispositivos respectivos, donde, dependiendo de la interoperación permitida entre los dispositivos, la CU (100) puede transmitir la carga útil recibida y/o comandos en un paquete de datos en malla al puente en comunicación con el al menos otro dispositivo.

Description

DESCRIPCIÓN

Un sistema de control centralizado que controla las interacciones y la cooperación entre dispositivos operados por radio que operan en una red en malla que soporta múltiples protocolos de comunicación por radio

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere al control de dispositivos electrónicos operados por radio usados en sistemas de telemetría y automatización, y especialmente a un sistema de control centralizado que proporciona interoperación, cooperación e intercambio de datos entre dispositivos que operan en una red en malla constituida por puentes inalámbricos.

ANTECEDENTES

En la técnica anterior se sabe que la interoperación y cooperación entre dispositivos operados por radio en redes inalámbricas está restringida por muchos parámetros y problemas de diseño, como diferencias en estándares de interfaz electrónica, protocolos de comunicación, radiofrecuencias, regulaciones y legislaciones públicas e implementaciones específicas de proveedores. Algunas clases de dispositivos y sus protocolos están habitualmente diseñados para su uso en campos de aplicación específicos, por ejemplo, dentro de un entorno doméstico privado, en aplicaciones de medición, tecnología de bienestar o como parte de una "Internet de todo" inalámbrica.

Los protocolos de comunicación por radio se pueden dividir en algunas clases principales:

estándares abiertos como los definidos en las normas europeas (estándares EN, por ejemplo, KNX RF y Wireless M-Bus) y los estándares de la industria impulsados por consorcios o grupos de intereses especiales (por ejemplo, ZigBee, Bluetooth, Z-Wave y Thread). También existen otros protocolos definidos por el proveedor, que pueden o no haber sido liberados al dominio público (por ejemplo, NEXA de ARC Technology). Las autoridades reguladoras detrás de estos diferentes protocolos normalmente no emprenderán ninguna acción que facilite la interoperabilidad o la cooperación entre dispositivos con diferentes protocolos de comunicación por radio, sino que se centrarán en el desarrollo y despliegue en el mercado de sus propios estándares específicos. Además, los proveedores de dispositivos operados por radio pueden encontrar comercialmente beneficioso introducir un nuevo protocolo en lugar de utilizar los estándares existentes.

Desde la perspectiva de un usuario, estas limitaciones de interoperación aparecen a menudo como artificiales y representan un problema para el uso óptimo de los sistemas y dispositivos disponibles en el mercado. Los usuarios son muy heterogéneos y también lo son sus campos de aplicación y requisitos, pero un problema común es que se ven restringidos por estos límites y pueden tener que comprar soluciones de varios proveedores que operan en paralelo.

Algunos protocolos pueden utilizar tecnología sin batería, usando, por ejemplo, la energía cinética en una pulsación de botón, como por ejemplo, ciertos interruptores basados en KNX RF, para transmitir una breve ráfaga de datos. Otros protocolos necesitan más energía para completar el intercambio de datos inalámbrico y son más adecuados para su uso con fuente de alimentación por batería o de la red.

La interoperación entre dispositivos operados por radio, incluso dentro de estándares abiertos, se ve aún más desafiada por las normas emitidas por las autoridades locales dentro de regiones geográficas dadas que coinciden con las regulaciones locales. Ejemplos de protocolos que han adoptado dichas regulaciones locales son KNX RF y Wireless M-Bus. Algunos ejemplos son, por ejemplo:

- KNX RF define diferentes frecuencias. En Australia KNX RF usa 433 MHz, mientras que en Europa se usan frecuencias tanto de 433 MHz como de 868 MHz. El uso de dispositivos KNX RF de un proveedor australiano requiere un sistema basado en 433 MHz, mientras que la frecuencia usada más frecuentemente por los proveedores europeos es 868 MHz. El usuario puede instalar sistemas paralelos o sistemas que soporten ambas frecuencias para utilizar dispositivos de ambas regiones.

- Wireless M-Bus define un conjunto diferente de modos, que no pueden interactuar debido a diferencias en las capas físicas de los dispositivos de radio. Por ejemplo, el modo T en Australia define 433 MHz, mientras que el modo T en Europa define 868 MHz.

Incluso para dispositivos que usan un mismo protocolo de comunicación, la interoperación como, por ejemplo, un dispositivo que enciende otro dispositivo, puede no ser posible debido a atributos específicos del proveedor, implementaciones o definiciones ambiguas en un estándar específico. Un ejemplo de dicho estándar es, por ejemplo, los dispositivos basados en ZigBee, donde los proveedores a menudo definen su propio perfil de dispositivo privado, evitando que los dispositivos de otros proveedores interoperen o cooperen con sus dispositivos.

Una limitación común de muchos protocolos de RF ampliamente usados es que solo admiten la interoperación con dispositivos que se comunican con un mismo protocolo a través de la conformidad operativa lógica directa entre dispositivos que se encuentran dentro de un alcance de radio físico específico entre sí y solo soportan topología de red punto a (multi)punto, por ejemplo. La transmisión de paquetes de radio desde los dispositivos a menudo se limita a uno o unos pocos saltos, incluso cuando se introducen enrutadores en una red inalámbrica.

En la técnica anterior se sabe cómo organizar la traducción de protocolos de comunicación por radio. Por ejemplo, el documento US20030158954 A1 desvela un procedimiento y un aparato para facilitar las comunicaciones por radio entre sistemas de comunicaciones que operan en diferentes protocolos de comunicaciones. El proceso implica recibir una primera señal de comunicación, traducir la señal de comunicación de un primer protocolo a un segundo protocolo y retransmitir la señal de comunicación. Los protocolos de comunicaciones pueden incluir al menos uno de un formato de datos, el sistema de temporización de datos, el esquema de codificación, el modo de transmisión y la frecuencia portadora. Se puede configurar un traductor definido por software para recibir la señal de comunicación, realizar la traducción del protocolo y retransmitir la señal de comunicación.

El documento US 2013/0114582 A1 desvela un procedimiento de operación de un sistema de red en malla inalámbrica que tiene un primer dispositivo de red en malla inalámbrica que soporta un primer protocolo de dispositivo de red en malla inalámbrica. Una aplicación de acuerdo con el procedimiento soporta un segundo protocolo de dispositivo de red en malla inalámbrico, y un controlador traduce entre el segundo protocolo de dispositivo de red en malla inalámbrica de la aplicación y el primer protocolo de dispositivo de red en malla inalámbrica de modo que la aplicación pueda intercambiar datos con el primer dispositivo de red en malla inalámbrica. Una pasarela proporciona una interfaz al primer dispositivo en malla inalámbrica mientras que una plataforma de aplicación acoplada a la pasarela soporta el segundo dispositivo de red en malla inalámbrica.

Otro ejemplo de la técnica anterior es TI CC1350, que puede ser un puente que comprende un traductor de protocolo de comunicación por radio. Se puede encontrar una descripción del circuito integrado en el enlace http://www.electronicsweeklv.com/news/Droducts/micros/ti-redesigns-wireless-mcus-ground-2015-02/. El circuito puede manejar dos radios, por lo que funciona como un puente, pero está limitado a manejar una radio cada vez. Por lo tanto, el puente selecciona uno de los dos protocolos antes de conmutar al otro de los dos protocolos. Otros ejemplos de la técnica anterior están representados por el documento US-A-015/071163, que describe dispositivos en malla móviles para su uso dentro de una red en malla inalámbrica configurada para interceptar señales celulares, convertir las señales celulares en otro protocolo de comunicación y redireccionar las señales celulares convertidas a través y más allá de la red en malla inalámbrica, y el documento USA-2012/092984, que describe una red en malla que comprende varios nodos de puntos de acceso inalámbricos organizados en mallas respectivas, donde un nodo principal de la malla se comunica con los nodos de pasarela, y donde el nodo principal comprende dos radios que operan simultáneamente para soportar conexiones a múltiples mallas y/o dispositivos de usuario final.

Por lo tanto, existe la necesidad de un sistema de comunicación por radio mejorado que proporcione traducción de protocolo entre diferentes protocolos de comunicación por radio que al mismo tiempo controle y facilite la interoperación y cooperación entre dispositivos en la interconexión de redes de radio. También existe la necesidad de proporcionar la posibilidad de ampliar los alcances de comunicación por radio entre los dispositivos de radio que se encuentran fuera de los alcances de comunicación por radio físicos definidos de estándares específicos.

OBJETO DE LA INVENCION

En particular, puede verse como un objeto de la presente invención proporcionar una red de comunicación por radio que supere los problemas de la técnica anterior

- organizando un sistema de control centralizado que controle las posibles interacciones entre dispositivos controlados por radio que operan en un mismo protocolo de comunicación,

- o en diferentes protocolos de comunicación,

- ampliando el alcance operativo de protocolos nuevos y existentes,

- resolviendo posibles problemas de interferencia mediante distribución física de transceptores de radio, - donde la interoperabilidad o cooperación entre dispositivos se define por un conjunto de reglas controladas por el sistema centralizado, que proporciona actualización dinámica de puentes e itinerancia de dispositivos en la red en malla.

Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar una alternativa a la técnica anterior.

RESUMEN

Por tanto, el objeto descrito anteriormente y varios otros objetos están destinados a obtenerse en un primer aspecto de la invención, como se define en la reivindicación 1, proporcionando un sistema de comunicación por radio controlado centralmente que comprende una red en malla constituida por una pluralidad de puentes controlados por radio, donde un puente respectivo está conectado de forma inalámbrica a un dispositivo respectivo, donde los respectivos puentes comprenden un primer puerto de comunicación controlado por radio en comunicación con la red en malla, y un segundo puerto de comunicación controlado por radio en comunicación con al menos un dispositivo sin conexión, o al menos un dispositivo orientado a la conexión, donde los respectivos puentes de red en malla están proporcionando traducción de protocolo distribuida de los respectivos protocolos de comunicación por radio entre los primer y segundo puertos controlados por radio respectivos de los puentes, lo que permite la comunicación de paquetes de datos en malla a través de la red en malla entre diferentes dispositivos,

donde los paquetes de datos en malla comprenden una carga útil que incluye una identidad de dispositivo del dispositivo desde el que se origina la carga útil,

una unidad de control central CU, que se conecta en un punto a la red en malla, está recibiendo y transmitiendo paquetes de datos en malla hacia/desde puentes en la red en malla, y está configurada para ejecutar un programa de aplicación de software de control CSA,

donde, cuando la CSA está recibiendo un paquete de datos en malla a través de una interfaz de red en malla controlada por radio, la CSA está configurada para ejecutar un conjunto de capas de abstracción, de este modo, el contenido del paquete de datos en malla proveniente del puente se pone a disposición de la CSA, donde las capas de abstracción comprenden al menos una capa de multiplexor/demultiplexor, una capa de administrador de protocolo, una capa de administrador de dispositivo,

la CSA usa la identidad de dispositivo del dispositivo desde el que se origina la carga útil para buscar los atributos respectivos almacenados en una matriz de interacción IM, donde al menos uno de los atributos es una identidad de dispositivo de al menos otro dispositivo con el que el dispositivo está configurado para poder comunicarse y utilizar la identidad de dispositivo del al menos otro dispositivo para buscar en la IM al menos una identidad de puente del puente en comunicación con el al menos otro dispositivo, y buscar además al menos un atributo en la IM que define interoperaciones permitidas y no permitidas entre los dispositivos,

donde la CU está configurada para ejecutar interoperaciones permitidas entre dispositivos respectivos,

donde, dependiendo de la interoperación permitida entre los dispositivos, la CU puede transmitir la carga útil recibida y/o comandos en un paquete de datos en malla al puente en comunicación con el al menos otro dispositivo.

FIGURAS

El sistema de acuerdo con la presente invención se describirá ahora con más detalle con referencia a las figuras adjuntas. Las figuras ilustran ejemplos de realizaciones de la presente invención y no deben interpretarse como limitantes de otras posibles realizaciones que están dentro del alcance del conjunto de reivindicaciones adjunto. La figura 1 ilustra un ejemplo de realización de la presente invención.

La figura 2 ilustra un ejemplo de comunicación en el ejemplo de realización ilustrado en la figura 1.

La figura 3 ilustra los puentes en un ejemplo de realización de acuerdo con la presente invención.

La figura 4 ilustra un ejemplo de un componente del sistema, CSA, en el ejemplo de realización ilustrado en la figura 1.

La figura 5 ilustra un ejemplo de una aplicación de un dispositivo de acuerdo con la presente invención.

La figura 6 ilustra un ejemplo de una operación entre dispositivos de acuerdo con la presente invención.

La figura 7 ilustra un ejemplo de conmutación de carga de acuerdo con la presente invención.

Las figuras 8a, 8b y 8c ilustran un ejemplo de ampliación del alcance de radio e itinerancia de dispositivos controlados por radio en el ejemplo de realización ilustrado en la figura 1.

La figura 9 ilustra un ejemplo de una casa con diversos dispositivos de iluminación que son encendidos o apagados.

La figura 10 ilustra la secuencia de mensajes para operación de los dispositivos en la figura 9.

La figura 11 ilustra las interconexiones y los atributos de dispositivo en la IM 60 para el ejemplo en la figura 9. La figura 12 ilustra un ejemplo de un edificio con itinerancia de dispositivos BLE.

La figura 13 ilustra la secuencia de mensajes para operación de los dispositivos en la figura 12.

La figura 14 ilustra una posible implementación de hardware de un puente con orientación de antena que minimiza el acoplamiento entre las antenas.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Usando un sistema de hogar inteligente como ejemplo, sería beneficioso si numerosos dispositivos diferentes, que operan a través de diversos protocolos de RF, pudieran interoperar y cooperar. Por ejemplo: el propietario de una casa está viajando y ha configurado el sistema de casa inteligente en modo "ausente" usando una unidad inteligente (por ejemplo, una tableta) conectada a Internet. Cuando el sistema entra en modo "ausente", el sistema puede configurarse para aplicar medidas de seguridad adicionales como la activación de cerraduras de puertas adicionales, etc. Un detector de movimiento puede detectar un ladrón que entra en la casa a través de una ventana. El sistema encenderá entonces todas las luces, notificará a una central de alarma de seguridad conectada y, para empeorar las cosas para el ladrón, encenderá el sistema de riego por agua del césped alrededor de la casa.

La experiencia de un ladrón a menudo puede hacer que el propietario de la casa instale dispositivos de seguridad adicionales en la casa y, por ejemplo, instale nuevos detectores de rotura de cristales de ventanas, que pueden operar a través de un protocolo que aún no es compatible con el sistema ya instalado en la casa. Entonces puede ser necesario instalar un segundo sistema en la casa solo para soportar los dispositivos de seguridad adicionales.

Otro ejemplo de integración de diferentes dispositivos funcionales inalámbricos heterogéneos en un sistema operado en común se encuentra dentro de la tecnología de bienestar, donde un sistema que proporciona manejo local y distribución segura de dispositivos de salud personales conectados, y/o datos de dispositivos de sensores vestidos en el cuerpo, también debe soportar control de parámetros del edificio como calidad del aire, iluminación y temperatura.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, la interoperación y cooperación de dispositivos operados por radio, que pueden operar con diferentes protocolos de comunicación por radio, puede facilitarse usando una red troncal en malla común. La red en malla puede comprender múltiples dispositivos convertidores configurados para proporcionar traducción de protocolo específica desde/hacia el protocolo de la red en malla, y hacia/desde protocolos de dispositivos de RF en comunicación con el dispositivo convertidor, utilizando el protocolo de RF específico que soporta el dispositivo convertidor. Un aspecto importante de la presente invención es usar los dispositivos convertidores como puentes y constituir la red en malla distribuyendo puentes físicamente alrededor de ubicaciones o dentro de casas, etc., donde se instalará la red en malla. Por lo tanto, la pluralidad de puentes está formando la red en malla y está proporcionando traducciones de protocolo entre el protocolo de red en malla usado en la red en malla y protocolos respectivos utilizados por dispositivos específicos. Un sistema de acuerdo con la presente invención utiliza traducción de protocolo distribuida configurada en puentes de red en malla en lugar de, por ejemplo, traducción de protocolo centralizada en un ordenador o sistema controlador centralizado.

Con referencia al ejemplo anterior, los sensores de rotura de cristales pueden integrarse con otros dispositivos en un sistema de acuerdo con la presente invención simplemente añadiendo un puente en la red en malla que soporta el nuevo protocolo. Un aspecto adicional de esta solución es que añadir un nuevo puente, es decir, un dispositivo, contribuye a la regeneración de la red en malla, ya que se introducen más rutas de comunicación en la red en malla. Por lo tanto, la combinación de un puente y un dispositivo conectado correspondiente aumenta la robustez de la red en malla en lugar de disminuir la capacidad de la red. Sin embargo, una traducción de protocolo habitualmente no es suficiente para permitir la interoperación o cooperación entre dispositivos en una red. En cierto sentido, dos dispositivos que pueden interoperar o cooperar deben diseñarse para poder hacerlo, es decir, teniendo una conformidad operativa lógica directa entre ellos. Además, un comando específico enviado desde un primer dispositivo de RF con un primer protocolo de RF a un segundo dispositivo de RF con un segundo protocolo de RF permitirá que el comando sea recibido por el segundo dispositivo de RF. Sin embargo, la acción asociada con el comando puede no estar entre los comandos que el segundo dispositivo está diseñado para interpretar o ejecutar, o por alguna razón no se le permite ejecutar. Sin embargo, esto no excluye la posibilidad de que el primer dispositivo de RF pueda emitir otro comando que el segundo dispositivo de RF pueda interpretar. Los dispositivos que pueden operar dentro de este concepto se denominan dispositivos complementarios. Además, aún es posible traducir un comando en una secuencia de comandos que, en suma, proporcionarán la acción prevista del comando. Dichas traducciones de un comando están dentro del concepto y alcance de los dispositivos que tienen una conformidad operativa lógica directa entre ellos. El concepto de dispositivos complementarios y/o dispositivos que tienen una conformidad operativa lógica directa entre ellos se denota como interconexión entre dispositivos. Además, es importante comprender que una interconexión puede ser a nivel semántico y puede ser una interconexión permitida o una interconexión prohibida.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, un dispositivo o sistema de control centralizado, por ejemplo un sistema informático, está en comunicación con la red en malla. Cuando se añade un puente a la red en malla y, por lo tanto, se fusiona un nuevo protocolo en la red en malla, la unidad de control central puede configurarse con la funcionalidad requerida para interconectar los nuevos dispositivos conectados al puente añadido con los dispositivos existentes en la red.

En un ejemplo de realización de la presente invención, un convertidor de protocolo se implementa como un componente de software en un puente de red controlado por radio que tiene un primer puerto de interfaz que se conecta a la red en malla y al protocolo de red en malla, y un segundo puerto que se conecta a un dispositivo operado por radio que usa un protocolo de comunicación por radio específico. En una red en malla de acuerdo con la presente invención, la red en malla está constituida por puentes con un puente para cada dispositivo operado por radio que la red en malla está controlando. Además, está dentro del alcance de la presente invención que un puente pueda soportar múltiples protocolos de comunicación por radio y pueda conectar una pluralidad de dispositivos controlados por radio a la red en malla.

En un ejemplo de realización de la presente invención, como se ilustra en la figura 1, una unidad de control denominada CU 100 permite a un usuario especificar interconexiones entre dispositivos o definir acciones a realizar en los dispositivos en un momento dado, en una secuencia específica o debido a una entrada a la unidad de control. Las interacciones permitidas entre dos dispositivos o una pluralidad de dispositivos se definen en una matriz de interacción (IM) 60 como se ilustra en la figura 6. La CU 100 realizará a continuación operaciones autónomas y control de los dispositivos de acuerdo con reglas de interconexiones definidas en la IM 60.

Con referencia al documento US 2013/0114582 A1, que describe una pasarela (GW) que soporta múltiples protocolos de RF, tiene un punto de conexión de RF para cada protocolo respectivo. Múltiples transceptores de radio están integrados dentro de la misma unidad y con una distancia física limitada entre las fuentes de frecuencia (transmisores) y las antenas radiantes podrían causar interferencias de radio y espurias como se analizó anteriormente.

Adicionalmente, además de estar diseñado de acuerdo con los estándares oficiales de comunicación por radio, un diseño de un dispositivo inalámbrico con múltiples radios y antenas será inherentemente propenso a interferencias entre las señales emitidas por las respectivas antenas. La razón es simple, un tamaño limitado del dispositivo puede hacer que las distancias entre antenas sean demasiado cortas para evitar el problema de la interferencia. La figura 14 ilustra un ejemplo de una disposición de antenas de un puente de acuerdo con la presente invención. La ilustración indica que las respectivas antenas de un primer transmisor están orientadas ortogonalmente a la antena de un segundo transmisor del mismo puente, que por ejemplo se implementa en una placa de circuito impreso de 5 cm de largo x 3 cm de ancho.

La retroadaptación de nuevos protocolos de radio en dicha GW requiere añadir un nuevo transceptor de radio físico (TRX) a la GW o reemplazar toda la GW. Además, ambas soluciones añaden un coste adicional para mantener actualizada una GW existente cuando se introducen nuevos estándares en el mercado. Las GW inteligentes existentes con un conjunto fijo de transceptores de RF no se pueden ajustar a escala fácilmente sin añadir un nuevo TRX, lo que requiere pruebas de conformidad de acuerdo, por ejemplo, con normas como los estándares de emisión por radio ETSI EN 300220 y -328.

Cambiar el hardware y/o software en la GW para poder soportar la nueva radio también podría requerir nuevas pruebas de conformidad funcional, por ejemplo, para estar en conformidad con Bluetooth SIG de radios ya existentes en la CU, en caso de que se introduzcan efectos inesperados. Un ejemplo de la técnica anterior con múltiples TRX en una unidad es: - Lesswire HWC: http://www.lesswire.com/en/products/connected-homesystems/connected-home/hwc/overview/

Por otro lado, la CU 100 controla las interoperaciones entre dispositivos inalámbricos y está conectada a la red en malla 120 en un punto de conexión (de este modo, toda la comunicación en la red en malla 120 es visible para la CU 100) y puede conectarse adicionalmente a sistemas externos a través de protocolos de Internet. Un dispositivo inalámbrico está conectado a la red en malla 120 a través de un puente que, en un extremo, está conectado a la red en malla 120 y, en el otro extremo, al dispositivo inalámbrico. Un traductor de protocolo de comunicación por radio ubicado dentro del puente adapta el dispositivo al protocolo de radio en malla. La CU 100 controla cómo un dispositivo interopera con otro dispositivo en la red en malla 120. Al distribuir físicamente puentes con una mayor distancia entre ellos en un edificio, por ejemplo, se evitan problemas de interferencia entre múltiples transmisores. El efecto de conectar la CU 100 en un punto es permitir que la CU 100 vea todas las comunicaciones en la red en malla. Está dentro del alcance de la presente invención que otros esquemas de conexión que proporcionen el mismo efecto técnico de hacer que todas las comunicaciones en la red en malla sean visibles para el CU 100 puedan usarse en realizaciones de acuerdo con la presente invención.

Añadir un nuevo dispositivo es simple, instalar el puente respectivo y conectar el dispositivo al puente. A continuación añadir el dispositivo a la matriz IM 60 de la CU 100 junto con las definiciones de funcionalidad permitida.

Cada puente no está destinado a conectarse a una red informática, sino que se conecta solo entre los dos protocolos de radio. Cada protocolo puede ser protocolos en malla o punto a multipunto.

Con referencia a la figura 6, las interconexiones 64 definidas en la IM 60 pueden ser entre dispositivos a nivel semántico (consulte, por ejemplo, The Open Connectivity Foundation (OCF) para más definiciones de nivel semántico), independientemente de su funcionalidad y protocolo subyacente. En el lado izquierdo de la tabla, hay una lista de dispositivos numerados como D1, D2, etc. En el lado derecho están las interconexiones definidas enumerando las ID de dispositivo que forman parte de las interconexiones respectivas. Por ejemplo, D2 tiene interacciones definidas con D1, D6 y D7. Los otros atributos de la IM 60 son una colección de características del dispositivo. Por ejemplo, protocolo del dispositivo (P1, P2, etc.), ubicación geográfica (A, B, C, etc.), ID del dispositivo (identidad 1, 2, 3, etc.), tipo de dispositivo (T1, T2, T3, etc.), ID de puente relacionado (identidad B1, B2, B3, etc.) y valor del indicador de intensidad de la señal recibida (RSSI) (-38, -87, etc.) y número de secuencia de operación de conmutación de carga (1, 2, 3, etc.). Un atributo puede ser una dirección IPv6 para el dispositivo, para una conexión perfecta a redes IP externas. La IM 60 será capaz de definir interconexiones entre dispositivos usando un mismo protocolo de comunicación por RF, así como diferentes protocolos de comunicación por RF.

Ejemplos de dispositivos que podrían interoperar a nivel semántico usando los atributos e interconexiones especificados en la IM 60 podrían ser:

- Un accionador basado en KNX RF (por ejemplo, Cherry Switches/ZF Energy Harvesting Wireless Switch o Dinuy Movement Sensor DM SEN R02), o aplicación de teléfono inteligente, que controla bombillas basadas en BLE o Z-Wave.

- Interconexión entre un monitor de agua KNX RF (por ejemplo, Siemens QFP910) y un interruptor para desconectar la energía en una habitación si se detecta agua. Definir un conjunto de reglas para identificar fugas de agua usando medidores de agua Wireless M-Bus que miden el consumo de agua a nivel de decilitros (por ejemplo, Kamstrup Multical 21).

- Uso de detectores de movimiento, interruptores de luz y bombillas, independientemente del protocolo de RF subyacente, para lograr un control de luz avanzado.

La figura 4 ilustra un programa de aplicación de software de control (CSA) 400, que está configurado para ser ejecutado en la CU 100. A continuación, la CU 100 está manejando la IM 60 y las conexiones hacia las redes externas 405, los sistemas externos 115, la interfaz en malla de RF 411 y las conexiones locales (por ejemplo, TCP/IP 407 o Bluetooth 409, 410), lo que permite al usuario configurar y actualizar el sistema usando al menos una unidad inteligente 116.

Las figuras 9, 10 y 11 ilustran un ejemplo de realización de la presente invención que ilustra cómo se puede lograr la interoperación entre diferentes tipos de dispositivos. La bombilla AZ-Wave 904 y las luces descendentes de Bluetooth Low Energy (BLE) 902, 903 están controladas por un sensor de movimiento KNX RF 901. Todos los dispositivos y sus interconexiones se definen en la IM 60 junto con atributos específicos de dispositivo y de tipo. Cuando el usuario se mueve por la habitación, el sensor de movimiento 901 envía un mensaje KNX RF estandarizado 1001 al puente KNX RF 103. El puente KNX RF 103 traduce e integra la carga útil del mensaje KNX RF en un paquete de red en malla 1002. La CU 100 en la interfaz en malla de RF 411 recibe el paquete de red en malla. La capa DMUX 404 de la CSA 400 volverá a ensamblar el paquete si está segmentado/fragmentado y lo pasará al administrador de protocolo 414. El administrador de protocolo decodificará el paquete recibido y pasará los datos al administrador de dispositivo 413 que a su vez transforma los datos en un formato de interoperación común que incluye parámetros específicos de dispositivo. El administrados del sistema 412 puede entonces buscar 1003 los dispositivos interconectados 64 y sus atributos a partir de la IM 60 para deducir qué operación debe realizarse. En este ejemplo, el sensor de movimiento 901 está interconectado 64 a las luces descendentes BLE 902, 903 y la bombilla Z-Wave 904. La bombilla Z-Wave 904 realizará una operación de luces encendidas 1004, 1005, mientras que las luces descendentes 902, 903 se encenderán a un porcentaje de atenuación preestablecido 1006, 1007, 1008 definido por uno de los atributos en la IM 60. Los controladores de dispositivos determinarán la acción específica a realizar por dispositivo. El procesamiento adicional de los datos transmitidos es manejado por los siguientes niveles en la CSA 400 y transmitido a los dispositivos.

El controlador de dispositivo para el sensor de movimiento 901 en el ejemplo anterior puede tener temporizadores internos que se reinician cada vez que el dispositivo ha registrado un movimiento. Si el temporizador se agota, el controlador de dispositivo emitirá una operación de apagado de luces al administrador de dispositivo 413. La operación de apagado de luces se manejará de manera similar a la operación u operaciones descritas en el ejemplo anterior.

En un ejemplo de realización de la presente invención, la CU 100 tiene un punto fijo de conexión por radio 411, que es una red en malla L20, donde los convertidores de protocolo 30, denominados puentes 101 a 106, traducen cada protocolo y envían los datos hacia y desde la CU 100, usando la red en malla como una red troncal 120 y como se desvela en la figura 1. Normalmente, la red en malla 120 opera a una frecuencia seleccionada que proporciona el rendimiento de radio más óptimo. Para soportar la redundancia y/o la operación multicanal de más de un dispositivo, en el que cada uno está operando en diferentes canales, la CU puede equiparse con más de una conexión por radio, una para cada canal.

La figura 2 ilustra cómo los puentes 22, 23 soportan la traducción de al menos un protocolo de radio específico, encapsulando la conexión y los parámetros de protocolo, como la ID única del puente y la métrica de conectividad 21, en los paquetes de datos en malla 24, 25 hacia y desde la CU 100. Por ejemplo, el direccionamiento a IPv6 es soportado por los puentes en toda la red en malla 120, lo que permite la conectividad IP de un extremo a otro para los dispositivos que interactúan con la CU 100, los sistemas externos 115 o los dispositivos del mismo nivel. Los puentes 22, 23 participan en la formación y regeneración de la red en malla 120, y un puente 22, 23 puede actuar como enrutador para otros puentes dentro de la red en malla 120. De acuerdo con un ejemplo de realización de la presente invención, solo los puentes constituyen la red en malla 120, mientras que los enrutadores son opcionales. Una conectividad tradicional de punto a (multi)punto generalmente está limitada por su topología de red simple que es poco flexible, y el alcance de radio es limitado sin introducir uno o más repetidores. Incluso con repetidores, seguirá siendo una red fija, vulnerable a los cambios en el entorno, que habitualmente requiere cierto grado de planificación de la red durante la instalación. Una red en malla 120 autoformante y autorregenerable introduce rutas de transmisión flexibles en la red y supera las limitaciones con redes fijas de punto a (multi)punto que tienen un número limitado de saltos. Ejemplos de dichas redes son las consideraciones de enrutamiento y los protocolos para topologías en malla definidos por el grupo de trabajo IETF 6LoWPAN y Tinymesh de Tiny Mesh AS [1]. En Tinymesh, la formación y regeneración de la red es una operación totalmente autónoma.

Como una mejora adicional del rendimiento del alcance de radio y la penetración de la señal, podrían usarse frecuencias por debajo de 1 GHz dentro de la red en malla 120. Una posible implementación es que un puente 101 a 106, además de la traducción de protocolo, también convierte de una radiofrecuencia alta a baja, lo que mejora el alcance de radio limitado de, por ejemplo, protocolos basados en 2,4 GHz. El uso de frecuencias por debajo de 1 GHz puede soportar opcionalmente los parámetros de canal de RF definidos por IEEE 802.15.49 y CEPT ERC 70­ 03. El uso de la red en malla 120 de largo alcance por salto permitirá un ejemplo de una realización de la presente invención para facilitar los despliegues en una ciudad/comunidad inteligente y no estar limitado al uso en interiores.

En una realización opcional de la presente invención, al menos un puente de la red en malla (120), además de la traducción de protocolo, convierte la radiofrecuencia de la radio del al menos un puente que está en comunicación con dispositivos de una radiofrecuencia alta dada a una más baja, aumentando así el alcance de la comunicación por radio a un dispositivo adaptado a la radiofrecuencia más baja.

En una realización opcional adicional de la presente invención, un primer puente en comunicación por radio con un segundo puente convierte la radiofrecuencia de la radio que está en comunicación con el segundo puente de una radiofrecuencia alta dada a una más baja, aumentando así el alcance de comunicación por radio desde el primer puente hasta el segundo puente, donde el segundo puente está adaptado a la radiofrecuencia más baja.

En un ejemplo de una realización de la presente invención, el soporte para protocolos adicionales en la red en malla 120 se logra introduciendo un nuevo puente 105 en el sistema configurado con la traducción de protocolo necesaria. Además, la CSA 400 en la CU 100 puede actualizarse y las nuevas interconexiones y configuraciones de dispositivos se definen en la IM 60. Cualquier calificación y certificación de radio requerida se limita únicamente al puente añadido 105, lo que limita el coste y la complejidad de soportar nuevos protocolos. Como una mejora adicional del sistema, el puente añadido contribuirá a poblar la red en malla 120 con capacidades de enrutamiento adicionales.

Los sistemas inalámbricos en general eliminan la necesidad y los costes relacionados con el cableado. Usando un sistema de radio como en ejemplos de la técnica anterior, puede ser necesario poblar un edificio o una instalación con varias GW y/o enrutadores, para cubrir toda el área basándose en el rendimiento de radio del sistema en cuestión. En un ejemplo de una realización, donde todos los factores como la red en malla, las radiofrecuencias por debajo de 1 GHz, la traducción de cualquier protocolo en los puentes y la interconexión central y el control de los dispositivos, contribuyen todos a reducir la planificación, el coste de instalación y la complejidad. También garantiza la flexibilidad a largo plazo mediante la capacidad de incluir nuevos protocolos en cualquier momento con un esfuerzo y un coste limitados.

El hardware de la CU 100 comprende una interfaz de RF para cada red en malla 411, una interfaz inalámbrica de corto alcance opcional 410 para soportar la conectividad con las unidades inteligentes 116 y una interfaz IP 407 para la conectividad hacia las unidades inteligentes y los sistemas externos 115. Tiene al menos un microprocesador para ejecutar la CSA 400 y una memoria no volátil para almacenar el contenido de la IM 60 y otras configuraciones de la aplicación. Toda la unidad se puede implementar, por ejemplo, en un dispositivo físico de 5 cm de ancho, 7 cm de largo y 3 cm de alto. La carcasa del dispositivo se fabrica normalmente en plástico, de modo que las antenas de los distintos transceptores se podrán implementar en el interior de la carcasa, sin ningún conector para antenas externas. El dispositivo tiene un conector para la fuente de alimentación, ya que es menos probable que el funcionamiento con batería sea posible. También tiene un conector para la interfaz IP, que normalmente será un conector RJ45 estándar. Opcionalmente, se puede proporcionar alimentación a través del conector de interfaz IP.

La figura 4 representa un ejemplo de la CSA 400 que comprende varias capas de abstracción 404, 407, 410, 411, 412, 413, 414 que manejan una tarea específica en el sistema. Las capas más bajas 407, 410, 411, más cercanas al hardware, manejan la transmisión de datos hacia y desde la interfaz en malla RF 411, 412 o la interfaz IP 407. Los paquetes IPv6 de Internet se pueden comprimir de acuerdo con lo especificado por el grupo de trabajo 6LoWPAN, que describe los mecanismos de encapsulación y compresión de encabezados que permiten que los paquetes IPv6 se envíen y reciban a través de redes inalámbricas de RF. La capa de MUX/DMUX 404 segmenta/fragmenta y vuelve a ensamblar los datos en malla o de paquetes IP. Dependiendo del protocolo usado por el dispositivo de destino, el administrador de protocolo 414 tiene un controlador específico de protocolo, que maneja los parámetros y datos específicos de protocolo, que son requeridos por los puentes y el administrador del sistema 412 para traducir la carga útil hacia y desde el dispositivo. Cada dispositivo requiere un controlador de dispositivo 402, que puede mantener el estado del dispositivo en la IM 60, realizar acciones/reacciones específicas de dispositivo, control y gestión de datos, recopilación de datos y formateo de datos hacia y desde la IM 60. El administrador del sistema 412 realiza toda la supervisión y control de dispositivos y la comunicación entre dispositivos, dispositivos y CU 100, dispositivos y sistemas externos y entre la CU 100 y sistemas externos basándose en los atributos, parámetros e interconexiones configurados en la IM 60. Además, realiza tareas administrativas, como la inicialización de la aplicación, la lectura y escritura de datos hacia y desde la memoria no volátil, el manejo de la interfaz de usuario 116, la programación y priorización de tareas, la gestión de la IM 60 y la actualización de software de los puentes 101 a 106 y la CU 100.

La IM 60 puede implementarse como una base de datos que comprende entradas por dispositivo de atributos relevantes 62 para que la CU 100 interactúe, controle y mantenga el estado de los respectivos dispositivos. Los atributos 62 son, por ejemplo, protocolo de destino, clase de dispositivo y funcionalidad soportada del dispositivo, secuencias de acción/reacción, puente conectado, ubicación geográfica, ID única, valor de RSSI e interconexiones 64 con otros dispositivos. Cuando se introduce un nuevo dispositivo en el sistema, el dispositivo se registra en la IM 60, los parámetros del dispositivo se actualizan y el sistema puede adoptar el dispositivo automáticamente basándose en parámetros conocidos del tipo de dispositivo. Si se desconoce el tipo de dispositivo, puede que sea necesario actualizar la CSA 400. El usuario puede configurar además los parámetros del dispositivo, los atributos 62 y las interconexiones 64 en la IM 60 antes de su uso. Cuando un dispositivo cambia de estado, la CSA 400 verificará el estado del dispositivo y determinará si el cambio de estado requiere una acción/reacción en otros dispositivos basándose en las interconexiones 64 entre los dispositivos o transmitirá el estado a la interfaz de usuario 116 y sistemas externos 115.

En un ejemplo de una realización de la presente invención, los puentes 30 comprenden al menos un transceptor de protocolo de destino 32 y al menos un transceptor que soporta la red en malla 33 hacia la CU 100. Los transceptores 32, 33 pueden ser conjuntos de chips separados o una solución combinada que usa la misma implementación física. La transformación de los datos hacia y desde los dispositivos usando uno de los protocolos de destino soportados y hacia y desde la red en malla se procesa localmente en el hardware del puente 31. Si es necesario, la IM 60 proporciona la información necesaria a través del protocolo y el dispositivo para el protocolo de destino en cuestión. La carga útil del dispositivo, incluida una ID única para el dispositivo, métrica de conectividad del dispositivo (por ejemplo, RSSI) y una ID única para el puente 30 y, si es necesario, la sobrecarga del protocolo de destino, se ajusta o se extrae del formato de trama 26 para la red en malla LW en el intercambio de datos con la CU 100. Para futuras actualizaciones y el soporte de nuevas características, el firmware 31 en el puente 30 se puede actualizar por aire usando la red en malla 120. La unidad completa se puede implementar, por ejemplo, en un dispositivo físico de 3 cm de ancho, 5 cm de largo y 2 cm de alto. La carcasa del dispositivo normalmente será de plástico, por lo que las antenas de los distintos transceptores se podrán implementar en el interior de la carcasa, sin conector para antenas externas. El dispositivo también tiene un conector opcional para fuente de alimentación.

La figura 7 ilustra cómo los dispositivos de alto consumo de energía normalmente se encenderán simultáneamente después de un corte de energía, creando un gran pico de corriente de irrupción 71.

La fuente de alimentación de red se puede dimensionar para el pico total máximo y no para el consumo de energía promedio máximo. En la mayoría de los casos, el proveedor de energía no puede encender o apagar dichos dispositivos en un área o ubicación específica para limitar el pico de consumo.

En un ejemplo de realización de la presente invención, los dispositivos de alta potencia controlados por radio pueden encenderse o apagarse en una secuencia específica o aleatoria. Un retardo de tiempo específico, o aleatorio, entre cada dispositivo puede ser especificado por los atributos 62 en la IM 60, o controlado por un sistema externo 115, con el fin de limitar el pico de consumo de energía 72 o para regular el consumo total de energía durante un tiempo definido dentro de una ubicación definida.

La figura 5 ilustra un tipo de dispositivo 109 operado por batería que está configurado para estar en un estado de suspensión de bajo consumo y se activará solo en intervalos regulares o en eventos específicos y con una ventana de tiempo de transmisión (TX) y recepción (RX) muy estrecha. La estrecha ventana de tiempo de RX restringe el número de saltos en una red de múltiples saltos debido a la latencia inherente del sistema. En la mayoría de los casos, el dispositivo solo puede ser soportado por una solución de un solo salto. En un ejemplo de una realización, la CU 100 puede transferir datos de respuesta preconfigurados 51 para ser almacenados en el puente 53 y el puente 53 puede enviar los datos dentro de la ventana de tiempo de RX del dispositivo en la siguiente activación.

Los protocolos de radio se pueden dividir en dos clases principales basándose en la conectividad, que son protocolos sin conexión (CLP) 801 y los protocolos orientados a la conexión (COP) 802, y algunos protocolos admiten ambas clases de conectividad basándose en los modos o el contexto.

Los protocolos sin conexión no tienen ningún método o procedimiento para establecer un enlace lógico entre dispositivos y los datos transmitidos pueden considerarse de difusión (a todos los dispositivos dentro del alcance) o multidifusión (a un grupo designado de dispositivos dentro del alcance), y tan pronto como el dispositivo CLP tiene datos para enviar, normalmente solo se transmitirán. Los protocolos orientados a la conexión requieren que se establezca una conexión lógica entre los dispositivos antes de transferir datos. Esto generalmente se logra siguiendo un conjunto de reglas que especifican cómo se debe iniciar, negociar, administrar y finalmente terminar una conexión. En la mayoría de los protocolos de la técnica anterior, los dispositivos COP establecerán una conexión entre sí en una topología de pares. Los dispositivos pueden almacenar datos de conectividad para sesiones posteriores, pero si uno de los dispositivos se mueve a otra ubicación que está fuera del alcance de radio del par previamente conectado, no será capaz de conectarse o tendrá que establecer una nueva conexión a un dispositivo par diferente, y todos los datos específicos de la sesión anterior pueden no ser válidos.

Un ejemplo de un protocolo que soporta los intercambios de datos CLP y COP es BLE, tal como lo conoce un experto en la materia. Cuando un dispositivo periférico BLE no está en una conexión, se indica como anunciante o difusor BLE, y cuando un dispositivo central BLE no está en una conexión, se indica como escáner u observador BLE. El intercambio de datos sin conexión en BLE es unidireccional, desde el anunciante/difusor hacia el escáner/observador. Cuando está en una conexión, BLE soporta la comunicación dúplex.

En un ejemplo adicional de uso de puentes de acuerdo con la presente invención, los datos de un dispositivo CLP que se mueve en una red en malla de puentes 120, donde los datos recibidos por uno o más puentes dentro del alcance del dispositivo, serán transferidos a través de la red en malla 120 a la CU 100. Los puentes pueden aplicar filtros para minimizar el tráfico en el sistema.

Los dispositivos COP pueden clasificarse en dos clases principales: a) tipo general, o b) conocidos por el puente. Un dispositivo COP general es un dispositivo donde el puente desconoce la configuración y el conjunto de datos específicos del dispositivo y requerirá un conjunto de instrucciones desde la CU 100 para interactuar con el dispositivo. Un dispositivo COP conocido es un dispositivo donde la configuración y la forma de realizar intercambios de datos ya está configurada en el puente y la tarea de crear una conexión puede no requerir la implicación de la CU 100.

En un ejemplo adicional de uso de puentes de acuerdo con la presente invención, cuando un dispositivo COP no conocido por los puentes, el dispositivo COP puede entrar en la red en malla o se está moviendo en una red en malla de puentes 120. Uno o más puentes en la red en malla están detectando el dispositivo. Los puentes que detectan el dispositivo están transfiriendo los datos de detección a la CU 100. La CU 100 determina qué puente entrará en una conexión con el dispositivo y transfiere las instrucciones y los datos de configuración necesarios para que el puente seleccionado posteriormente realice intercambios de datos hacia y desde el dispositivo y la red en malla.

En un ejemplo adicional del uso de puentes de acuerdo con la presente invención, cuando se usa una unidad inteligente 116, el usuario puede configurar la IM 60 para retransmitir ciertos tipos de datos de difusión a puentes relevantes. Además, especificando interconexiones entre dispositivos COP, los dispositivos COP son capaces de establecer una conexión aparente entre sí usando ejemplos de realizaciones de la presente invención.

En un ejemplo adicional del uso de puentes de acuerdo con la presente invención, un puente puede soportar la itinerancia de dispositivos COP, operar como una baliza dinámica y, por ejemplo, participar en el control ambiental de la temperatura y la iluminación con la misma configuración en el puente. Un aspecto beneficioso de este ejemplo es que, de lo contrario, sería necesario utilizar diferentes puentes en la misma ubicación física para lograr la misma funcionalidad que en este ejemplo opcional de realización.

Usando el protocolo BLE como ejemplo, la CU 100 puede proporcionar un dispositivo periférico BLE en un puente 85 con los datos publicitarios a transmitir, ya sea a cualquier central BLE que esté escuchando o a una central BLE específica identificada por, por ejemplo, la dirección mAc BLE del dispositivo. Estos datos de conectividad también pueden contener información de emparejamiento y vinculación y claves de cifrado que se obtienen de una sesión anterior en el mismo puente o en otro diferente. La CU 100 también puede especificar qué central BLE 86 de puente debe conectarse a un dispositivo BLE publicitario, y los datos de conectividad pueden incluir información de emparejamiento y vinculación previamente negociada y claves de cifrado obtenidas de la central BLE en el mismo puente 87 o en otro diferente. Los dispositivos CLP normalmente solo transmitirán datos cuando estén disponibles o en determinados intervalos. Sin embargo, solo los dispositivos dentro del alcance de radio del dispositivo transmisor recibirían los datos.

La figura 8a muestra un ejemplo de cómo se pueden retransmitir datos de difusión o multidifusión entre los dispositivos CLP 811, 812. Un primer dispositivo CLP, 811, está transmitiendo datos que son recibidos 813 por el puente 85. El puente reenvía los datos 803 a la CU 100. La CU 100 retransmitirá a continuación 804 los datos al segundo puente 86, que a su vez transmitirá 814 los datos para que puedan ser recibidos por el segundo dispositivo CLP 812, y viceversa. Usando BLE como ejemplo, el anunciante BLE 811 difundiría 813 datos publicitarios al puente cercano 85, que a su vez envía 803 la carga útil publicitaria y la información del dispositivo a la CU 100. La Cu 100 envía 804 la información al puente 86 que está en el alcance de radio de un escáner BLE 812. El puente 86 asume el papel del anunciante y transmite 814 los datos publicitarios que serán recibidos por el escáner 812. Es posible que un puente BLE actúe tanto como periférico/anunciante BLE como central/escáner BLE usando, por ejemplo, un Nordic Semiconductor nRF51822 [2] y el S130 Softdevice [3] (pila de software BLE). El Softdevice S130 soporta un periférico de enlace y 8 centrales de enlace al mismo tiempo.

Si, por ejemplo, un dispositivo COP vestible en el cuerpo se mueve dentro de la red, el sistema se puede configurar para mantener el intercambio de datos con el dispositivo transfiriendo la conexión a puentes cercanos para una calidad de conexión óptima. Esta itinerancia es manejada por la CU 100 o de forma autónoma por los puentes basándose en un conjunto de métricas de conexión predefinidas.

La figura 8b. 1) representa dos dispositivos COP 88, 110, donde el sistema puede configurarse para establecer una conexión aparente 808. El primer dispositivo COP 88 establece una conexión 805 con un puente cercano 85. El puente 85 envía los datos de conexión a la CU 100, que puede deducir, basándose en los atributos de la IM 60 y los datos de conectividad, a qué dispositivo estaba destinada la conexión. La CU 100 enviará, a continuación, instrucciones a un puente cercano 86 del dispositivo COP de destino 110 para establecer una conexión con el dispositivo 110. El sistema, al establecer una conexión exitosa, retransmitirá los datos de carga útil entre los dispositivos COP 88, 110, que se supone que están en aparente conexión directa entre sí.

Por ejemplo, la CU 100 puede transferir datos de conectividad BLE a una central BLE en un puente y a un periférico BLE en otro puente, lo que hace posible que dos dispositivos BLE establezcan una conexión con su puente respectivo y realicen intercambio de datos con el dispositivo BLE par aparente.

Usando BLE como ejemplo, dos dispositivos BLE 88, 110 están intercambiando datos a través de sus puentes conectados 85, 86 y la CU 100 de acuerdo con aspectos de la presente invención. Los datos a intercambiar son extraídos por el firmware (FW) 31 de la base de datos GATT o la pila BLE en el puente conectado del dispositivo transmisor, y transferidos al puente conectado del dispositivo BLE receptor, que realizará la transformación necesaria del paquete e insertará los datos en la base de datos GATT o en la pila BLE donde después se envían al dispositivo BLE. Este intercambio de datos bidireccional se puede manejar en varias capas de la pila BLE. Puede manejarse pasando datos puros de carga útil en la capa de aplicación o extrayendo paquetes de protocolo BLE (por ejemplo, GATT, ATT, L2CAp , HCI) y pasándolos de un puente a otro.

La figura 8b 2) representa la itinerancia de la conexión aparente 808 entre dos dispositivos COP, como se describe en la figura 8b 1). Por ejemplo, si el segundo dispositivo 110 se está moviendo fuera del alcance de radio del puente conectado 86, la CU 100 está configurada para determinar si la calidad del enlace se ha degradado por debajo de un cierto valor umbral, por ejemplo basándose en métricas de conexión como RSSI. La CU 100 puede decidir entonces que el puente 86 debe terminar o transferir la conexión 806 y, a continuación, transferir los datos de la conexión a un tercer puente 87 a través de 804, 807. Se puede establecer una nueva conexión 810 al segundo dispositivo COP 110 y reanudar el intercambio de datos entre los dispositivos COP 88, 110 a través de la conexión aparente 808, 809. Durante el período de este procedimiento, la conexión al primer dispositivo COP 88 no se ve afectada y la conexión aparente 808, 809 entre los dispositivos se mantiene incluso aunque el intercambio de datos pueda haber resultado afectado por el procedimiento.

Los dispositivos, que solo están en itinerancia dentro de la red y no están en una conexión aparente con otro dispositivo en la red, basándose en el tipo de dispositivo COP, la itinerancia del dispositivo es realizada de forma autónoma mediante los puentes para tipos de dispositivos conocidos, o controlada por la CU para dispositivos COP generales.

La figura 8c representa un ejemplo de una realización de la presente invención donde un dispositivo COP está en itinerancia en la red y está intercambiando datos con la CU. En la figura 8c) 1) un medidor de glucosa 110 está acoplado en una conexión 815 con el puente 85 y está intercambiando datos con la CU 100 y se está moviendo en la dirección 817. En la figura 8c) 2) el dispositivo se ha desconectado del puente 85 y ha establecido una nueva conexión 816 con el puente 86 y ha reanudado el intercambio de datos con la CU 100. El procedimiento de itinerancia para un dispositivo conocido requiere mucho menos tráfico en la red en malla 120 cuando se realiza la operación de itinerancia.

Las figuras 12 y 13 ilustran un ejemplo de una realización que logra una interoperación de itinerancia de un dispositivo COP entre dos puentes. Una aplicación típica está dentro de la tecnología de bienestar con dispositivos de supervisión de salud conectados personales. Dos dispositivos BLE, un medidor de glucosa 110 y un dispositivo inteligente 88, están en una conexión aparente 808. Mientras el medidor de glucosa 110 se está moviendo 1201, el puente BLE 86 está notificando 1303 el RSSI para el dispositivo conectado a la CU 100 repetidamente, basándose en las respuestas 1302 a los eventos de conexión BLE 1301. Basándose en el RSSI, la CU 100 puede determinar si la calidad de enlace está por debajo de un valor umbral 1304 definido en la IM 60, y si es así, enviará instrucciones 1305 al puente BLE 86 para terminar la conexión 1306 al medidor de glucosa 110. Cuando el medidor de glucosa 110 se desconecta, comenzará la publicidad BLE 1307, 1308, siendo el mismo paquete publicitario, que es recibido por ambos puentes BLE 86, 87. Los puentes BLE 86, 87 reenviarán los datos publicitarios 1309, 1310 a la CU 100, que busca 1311 los atributos de los puentes, como valores umbral, a partir de la IM 60, para determinar qué puente puede establecer una nueva conexión con el medidor de glucosa 110. Basándose en estos criterios, el puente BLE 87 recibe instrucciones 1312 para establecer una nueva conexión 1313 con el medidor de glucosa 110. Durante todo este proceso 1201, se mantiene la conexión real 805 entre el puente BLE 85 y el dispositivo inteligente 88, y desde la perspectiva del dispositivo inteligente, se mantiene la conexión aparente 808, 809.

En el caso de que el medidor de glucosa 110 tenga un perfil conocido por el puente o esté certificado de acuerdo con estándares reconocidos, como por ejemplo especificado por Continua Alliance, los datos requeridos para reanudar la conexión en el segundo puente pueden ser un pequeño subconjunto de los datos de conexión. En el caso de que haya varios dispositivos que están en itinerancia en la red, este procedimiento garantizará una latencia mínima en la itinerancia de las conexiones. Si hay numerosos dispositivos certificados por Continua en itinerancia en el sistema, se garantizará un uso mínimo de ancho de banda por dispositivo en itinerancia.

En un ejemplo de itinerancia de un medidor de glucosa 110 certificado de acuerdo con el perfil de supervisión continua de glucosa (CGM) especificado por Bluetooth SIG, y adoptado por Continua Alliance, se requiere un pequeño subconjunto de datos de conexión para reanudar el funcionamiento de un segundo puente ubicado. Los datos de conexión podrían ser la dirección MAC, la información de emparejamiento y/o vinculación y las características y descriptores definidos por el servicio de CGM.

En la técnica anterior, la itinerancia de dispositivos de velocidad básica de Bluetooth (BBR/Bluetooth clásico) en un entorno clínico se realizaba usando una implementación personalizada, que incluía un procedimiento de conmutación maestro-esclavo y WIFI como red troncal [4].

Además, está dentro del alcance de la presente invención que la unidad de control central (100) pueda configurarse para identificar una ruta en la red en malla (120) hacia un dispositivo específico (109, 110) usando una métrica de conectividad (21), donde la métrica de conectividad (21) se basa al menos en un indicador de identificación único asociado con el puente (30) que está en comunicación con el dispositivo específico (109, 110), y un valor de indicador de intensidad de la señal de radio recibida, que indica la calidad de conectividad entre el dispositivo y el puente que está en comunicación.

Además, la unidad de control central (100) puede configurarse con una matriz de interacción configurable (60) que proporciona elementos de matriz direccionables que están configurados para definir interacciones permitidas y no permitidas entre dispositivos (109, 110).

Además, cuando se añade un nuevo puente (30) en la red en malla (120), la adición puede contribuir a formar y regenerar la red en malla (120).

Además, al menos un puente (30) de la red en malla (120) puede configurarse opcionalmente como un enrutador de red.

Además, cuando se añade un nuevo dispositivo (109, 110) al sistema usando un protocolo de comunicación que no se usó anteriormente en la red en malla (120), esto puede requerir:

añadir un puente (30) que se comunique con el nuevo dispositivo (109, 110) y que está configurado con un traductor de protocolo de comunicación adaptado al nuevo protocolo de comunicación, y donde cualquier calificación y certificación de radio requerida se limita al puente añadido (30) únicamente.

Además, la unidad de control central (100) puede configurarse además para transferir datos específicos de conexión usando parámetros de conectividad conocidos: los datos específicos de conexión se registran en la matriz de interacción (60) siendo datos de al menos un primer puente ubicado, al menos un segundo puente ubicado está recibiendo los datos específicos de conexión mientras que al menos uno de los dispositivos (109, 110) soportados por la red en malla (120) está en itinerancia entre el al menos primer puente ubicado y el al menos segundo puente ubicado.

Además, los datos de conexión específicos pueden comprender especificaciones necesarias que permitan que dos dispositivos orientados a la conexión mantengan una conexión aparente a través de la red en malla (120) cuando al menos uno de los dispositivos orientados a la conexión está en itinerancia.

Además, al menos un dispositivo orientado a la conexión puede comprender una configuración, o un conjunto de datos, que permite que el dispositivo orientado a la conexión reanude la conexión en un segundo puente ubicado cuando está en itinerancia fuera del alcance de un primer puente ubicado.

Además, cuando la configuración y los conjuntos de datos de un dispositivo orientado a la conexión son conocidos por un primer puente, el puente puede configurarse para establecer, en primer lugar, de forma autónoma una conexión con el dispositivo y, en segundo lugar, permitir que la CU 100 interopere con el dispositivo e intercambie datos.

Además, cuando los dispositivos sin conexión están transmitiendo datos, los datos recibidos por los puentes pueden transferirse a la CU 100.

Además, donde la unidad de control central (100) puede configurarse para preparar datos que se almacenarán en un puente (30) en comunicación con un dispositivo operado por batería (109, 110) configurado con una ventana de tiempo estrecha para recibir datos, y cuando el dispositivo anuncia su presencia, el puente transmitirá los datos preparados al dispositivo. Además, la unidad de control central (100) puede configurarse para comunicarse a través de una red de protocolo de Internet, donde la unidad de control central (100) está configurada para permitir la supervisión remota o local del sistema, control remoto o local del sistema, y configuración remota o local del sistema. Además, donde al menos un puente identificado o un grupo de puentes identificados puede ser configurado, por la unidad de control central (100), para transmitir un conjunto definido de datos a cualquier dispositivo dentro del alcance de radio de los puentes.

Además, donde la CU (100) puede configurarse con más de una conexión por radio, donde cada una está operando en diferentes canales, proporcionando así redundancia y/u operaciones multicanal de más de un dispositivo.

Además, donde al menos un puente de la red en malla (120), además de la traducción de protocolo, puede convertir la radiofrecuencia de la radio del al menos un puente que está en comunicación con dispositivos de una radiofrecuencia alta definida a una más baja, aumentando así el alcance de la comunicación por radio a un dispositivo adaptado a la radiofrecuencia más baja.

Además, donde un primer puente en comunicación por radio con un segundo puente puede convertir la radiofrecuencia de la radio que está en comunicación con el segundo puente de una radiofrecuencia definida alta a una más baja, aumentando así el alcance de comunicación por radio del primer puente al segundo puente, donde el segundo puente está adaptado a la radiofrecuencia más baja.

Además, donde los puentes pueden configurarse con filtros que minimizan el tráfico en la red en malla.

Aunque la presente invención se ha descrito en relación con las realizaciones especificadas, no debe interpretarse como limitada en modo alguno a los presentes ejemplos. El alcance de la presente invención se establece mediante el conjunto de reivindicaciones adjunto.

ABREVIATURAS ATT Protocolo de atributos (BLE)

BLE Bluetooth de baja energía (Bluetooth Smart)

BBR Velocidad básica de Bluetooth (Bluetooth clásico)

CGM Supervisión continua de glucosa

CLP Protocolo sin conexión

COP Protocolo orientado a la conexión

CSA Aplicación de software de control (aplicación que se

dispositivo).

CU Unidad Central

DMUX Demultiplexación

EN Norma europea

FW Firmware

GATT Perfil de atributo genérico (BLE)

GHz Gigahercio

GW Pasarela

HCI Interfaz de controlador de host (BLE)

ID Identificación

IETF Grupo de Trabajo de Ingeniería de Internet

IM Matriz de interacción

IP Protocolo de Internet

IPv6 Protocolo de Internet versión 6

L2CAP Protocolo de adaptación y control de enlace lógico (BLE)

MAC Protocolo de acceso a medios

MUX Multiplexación

RF Radiofrecuencia

RSSI Indicación de intensidad de la señal recibida

RX Recibir

TCP Protocolo de Control de Transmisión

TRX Transceptor

TX Transmitir

Inalámbrico Bus medidor inalámbrico

M-Bus 6L0WPAN IPv6 a través de redes de área personal inalámbricas de baja potencia

DEFINICIONES:

KNX RF Protocolo de comunicaciones para edificios inteligentes.

M-Bus inalámbrico Protocolo para medición inteligente.

NEXA Marca dentro de los productos de domótica inalámbricos.

BLE Bluetooth de baja energía, protocolo de comunicaciones

para dispositivos inteligentes energéticamente eficientes. Marca comercial Bluetooth Smart.

BBR Velocidad básica de Bluetooth, que es el protocolo Bluetooth original, también conocido como Bluetooth clásico.

Thread Un protocolo basado en IPv6 para que los dispositivos domésticos "inteligentes" se comuniquen en una red.

Z-WAVE Especificación de comunicaciones inalámbricas para domótica.

Zig Bee Protocolo de comunicaciones inalámbricas para redes de área personal.

Baliza Dispositivos BLE que transmiten un conjunto de datos definido a cualquier dispositivo receptor dentro del alcance de la radio.

iBeacon Protocolo de baliza estandarizado por Apple para difundir un identificador único universal. Eddystone Estándar de baliza de código abierto definido por Google.

REFERENCIAS:

[1] https://tiny-mesh.com/

[2] https://www.nordicsemi.com/eng/Products/Bluetooth-Smart-Bluetooth-low-energy/nRF51822

[3] https://www.nordicsemi.com/eng/Products/S130-SoftDevice

[4] MEDINFO 2015: EHealth-enabled Health (ISBN 9781614995647), página 198, Bluetooth Roaming for Sensor Network System in Clinical Environment https://books.google.no/books?id=OmZrCgAAQBAJ&pg=PA198&lpg=PA198&dq=bluetooth+roaming+japan &source=bl&ots=Gzi6z6nNtz&sig=kKL5ewQmdeyRTwpyLdIrqRBbFNY&hl=en&sa=X&ved=0ahUKEwi28J6-6d7NAhWCJSwKHZSmCZ8Q6AEINTAC#v=onepage&q=bluetooth%20roaming%20 japan&f=false

Claims (21)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de comunicación por radio controlado centralmente que comprende una red en malla constituida por una pluralidad de puentes controlados por radio (30), donde un puente respectivo está conectado de forma inalámbrica a un dispositivo respectivo, donde los respectivos puentes (30) comprenden un primer puerto de comunicación controlado por radio en comunicación con la red en malla (33), y un segundo puerto de comunicación controlado por radio en comunicación con al menos un dispositivo sin conexión (109), o al menos un dispositivo orientado a la conexión (110), donde los respectivos puentes de red en malla (30) están proporcionando traducción de protocolo distribuida de los respectivos protocolos de comunicación por radio entre los primer y segundo puertos controlados por radio respectivos de los puentes, lo que permite la comunicación de paquetes de datos en malla a través de la red en malla (120) entre diferentes dispositivos (109, 110),

donde los paquetes de datos en malla comprenden una carga útil que incluye una identidad de dispositivo del dispositivo desde el que se origina la carga útil,

una unidad de control central CU (100), que se conecta en un punto a la red en malla (120), está configurada para recibir y transmitir paquetes de datos en malla hacia/desde puentes en la red en malla, y está configurada para ejecutar un programa de aplicación de software de control CSA (400),

donde, cuando la CSA (400) está recibiendo un paquete de datos en malla a través de una interfaz de red en malla controlada por radio (411), la CSA (400) está configurada para ejecutar un conjunto de capas de abstracción (402, 403, 404), de este modo, el contenido del paquete de datos en malla proveniente del puente se pone a disposición de la CSA (400), donde las capas de abstracción comprenden al menos una capa de multiplexor/demultiplexor (404), una capa de administrador de protocolo (403), una capa de administrador de dispositivo (402),

la CSA (400) está configurada para usar la identidad de dispositivo del dispositivo desde el que se origina la carga útil para buscar los atributos respectivos (62) almacenados en una matriz de interacción IM (60), donde al menos uno de los atributos es una identidad de dispositivo de al menos otro dispositivo con el que el dispositivo está configurado para poder comunicarse y utilizar la identidad de dispositivo del al menos otro dispositivo para buscar en la IM (60) al menos una identidad de puente del puente en comunicación con el al menos otro dispositivo, y buscar además al menos un atributo en la IM (60) que define interoperaciones permitidas y no permitidas entre los dispositivos,

donde la CU (100) está configurada para ejecutar interoperaciones permitidas entre dispositivos respectivos, donde, dependiendo de la interoperación permitida entre los dispositivos, la CU (100) puede transmitir la carga útil recibida y/o comandos en un paquete de datos en malla al puente en comunicación con el al menos otro dispositivo.

2. El sistema de la reivindicación 1, donde la capa de multiplexor/demultiplexor (404) está configurada para al menos segmentar/fragmentar y reensamblar datos de paquetes de red en malla recibidos a través de la interfaz de red en malla controlada por radio (411), la capa de administrador de protocolo (403) está configurada al menos para manejar parámetros específicos de protocolo y datos de puentes respectivos,

la capa de administrador de dispositivo (402) está configurada al menos para realizar una acción específica de dispositivo de un dispositivo específico que la capa de administrador de dispositivo (404) está configurada para controlar.

3. El sistema de la reivindicación 1, donde la IM (60) está configurada como una base de datos, donde se enumera una asociación entre identidades de dispositivo y sus respectivos atributos (62).

4. El sistema de la reivindicación 1, donde cuando un primer dispositivo orientado a la conexión (88) establece una conexión aparente con un segundo dispositivo orientado a la conexión (110), el primer dispositivo orientado a la conexión (88) está configurado para establecer la conexión (805) a un puente cercano (85) y el puente (85) está configurado para transmitir los datos de conexión a la CU 100,

la CU 100 está configurada para usar al menos los datos de conectividad en la IM 60 y los datos de conexión recibidos para deducir a qué segundo dispositivo orientado a la conexión (110) está destinada la conexión, la CU 100 está configurada para dar instrucciones a un puente (86) cerca del segundo dispositivo orientado a la conexión (110) para que establezca una conexión con el segundo dispositivo orientado a la conexión (110), y cualesquiera cargas útiles pueden ser transmitidas entre los dos dispositivos orientados a la conexión.

5. El sistema de la reivindicación 4, donde si el segundo dispositivo orientado a la conexión (110) está en itinerancia fuera del alcance de radio del puente conectado (86), la CU 100 está configurada para detectar una calidad de enlace reducida basándose en una métrica de conexión que comprende al menos un valor de indicador de intensidad de la señal de radio recibida (RSSI), y la CU 100 está configurada para dar instrucciones al puente conectado (86) de que termine la conexión y transfiera los datos de conexión a un tercer puente (87) y se establece una nueva conexión al segundo dispositivo orientado a la conexión (110) en itinerancia.

6. El sistema de la reivindicación 1, donde la CU (100) está configurada para recibir y actualizar la IM (60) con datos de conexión de dispositivo desde al menos un primer puente ubicado, donde

al menos un segundo puente ubicado está configurado para recibir los datos de conexión actualizados desde la CU (100) mientras que al menos uno de los dispositivos (109, 110) soportados por la red en malla (120) está en itinerancia entre el al menos primer puente ubicado y el al menos segundo puente ubicado.

7. El sistema de la reivindicación 1, donde la CU (100) está configurada además para identificar una ruta en la red en malla (120) hacia un dispositivo (109, 110), usando una métrica de conectividad (21), donde la métrica de conectividad (21) se basa al menos en la identidad de puente del puente (30) que está en comunicación con el dispositivo (109, 110) y un valor de indicador de intensidad de la señal de radio recibida, que indica la calidad de conectividad entre el dispositivo y el puente que está en comunicación.

8. El sistema de la reivindicación 1, donde añadir un nuevo puente (30) a la red en malla (120) contribuye a formar y regenerar la red en malla (120), donde un puente añadido puede actuar como un enrutador para otros puentes dentro de la red en malla (120).

9. El sistema de la reivindicación 1, donde al menos un puente (30) de la red en malla (120) se puede configurar como un enrutador de red en malla.

10. El sistema de la reivindicación 1, donde añadir un nuevo dispositivo (109, 110) al sistema usando un protocolo de comunicación no usado previamente en la red en malla (120) requiere:

añadir un puente (30) configurado para comunicarse con el nuevo dispositivo (109, 110)

y que está configurado con un traductor de protocolo de comunicación adaptado al nuevo protocolo de comunicación, y

donde cualquier calificación y certificación de radio requerida se limita al puente añadido (30) únicamente.

11. El sistema de la reivindicación 1, donde la configuración y los conjuntos de datos de un dispositivo orientado a la conexión son conocidos por un primer puente, el puente está configurado para establecer primero de forma autónoma una conexión con el dispositivo y, en segundo lugar, permitir posteriormente que la CU (100) interopere con el dispositivo e intercambie datos.

12. El sistema de la reivindicación 1, donde los dispositivos sin conexión están configurados para difundir datos, donde los respectivos puentes que reciben los datos están configurados para transferir los datos a la CU (100).

13. El sistema de la reivindicación 1, donde la CU (100) está configurada para preparar datos para ser almacenados en un puente (30) en comunicación con un dispositivo operado por batería (109, 110), donde el dispositivo operado por batería está configurado con una ventana temporal estrecha para recibir datos, y cuando el dispositivo anuncia su presencia, el puente está configurado para transmitir los datos preparados al dispositivo.

14. El sistema de la reivindicación 1, donde la CU (100) está configurada para comunicarse a través de una red de Protocolo de Internet, donde la CU (100) está configurada para permitir la supervisión remota o local del sistema, el control remoto o local del sistema y la configuración remota o local del sistema.

15. El sistema de la reivindicación 1, donde al menos un puente identificado o un grupo de puentes identificados están configurados, por la CU (100), para transmitir un conjunto definido de datos a cualquier dispositivo dentro del alcance de radio de los puentes.

16. El sistema de la reivindicación 1, donde la CU (100) está configurada con más de una conexión por radio, donde cada conexión por radio está operando en diferentes canales, proporcionando de este modo redundancia y/u operaciones multicanal de más de un dispositivo.

17. El sistema de la reivindicación 1, donde al menos un puente de la red en malla (120), además de la traducción de protocolo, está configurado para convertir la radiofrecuencia de la radio del al menos un puente que está en comunicación con dispositivos de una radiofrecuencia definida alta a una más baja, aumentando de este modo el alcance de comunicación por radio a un dispositivo adaptado a la radiofrecuencia más baja.

18. El sistema de la reivindicación 1, donde un primer puente en comunicación por radio con un segundo puente está configurado para convertir la radiofrecuencia de la radio que está en comunicación con el segundo puente de una radiofrecuencia definida alta a una más baja, aumentando de este modo el alcance de comunicación por radio desde el primer puente al segundo puente, donde el segundo puente está adaptado a la radiofrecuencia más baja.

19. El sistema de la reivindicación 1, donde los respectivos puentes están configurados con filtros que minimizan el tráfico en la red en malla.

20. El sistema de la reivindicación 1, donde cuando un dispositivo cambia de estado, la CSA (400) está configurada para verificar el estado del dispositivo y determinar si el cambio de estado requiere una acción/reacción en otros dispositivos basándose en las interconexiones (64) entre los dispositivos, o transmitir el estado a la interfaz de usuario (116) y sistemas externos (115).

21. El sistema de la reivindicación 1, donde el al menos otro dispositivo enumerado en la IM (60) es una pluralidad de dispositivos, donde cada interacción respectiva de cada uno respectivo de la pluralidad de dispositivos está configurada para ser ejecutada en una secuencia aleatoria, o en una secuencia sincronizada en el tiempo, o la secuencia es controlada por un sistema externo (115)