ITTO20110877A1 - Rete di comunicazione fra dispositivi elettronici e metodo di riconoscimento automatico dei dispositivi elettronici connessi alla rete. - Google Patents

Description

TITOLO: RETE DI COMUNICAZIONE FRA DISPOSITIVI ELETTRONICI E METODO DI RICONOSCIMENTO AUTOMATICO DEI DISPOSITIVI ELETTRONICI CONNESSI ALLA RETE.

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La presente invenzione si riferisce a una rete di comunicazione di dispositivi elettronici, sia intelligenti sia passivi, ad esempio che comunicano via wireless, atta alla gestione di un sistema fisico.

Detta rete di comunicazione comprende almeno un nodo atto ad identificare, in modo automatico, almeno una periferica ad esso connessa.

Sono noti, nel campo delle reti di sensori senza fili o wireless, diversi sistemi con predeterminate configurazioni e architetture, atte a consentire lo scambio di dati fra l’unità di controllo centrale e i vari dispositivi connessi alla rete.

Sono altresì noti dispositivi elettronici in cui, a seguito di un’implementazione di un programma per elaboratore dedicato, à ̈ possibile rendere qualsiasi dispositivo elettronico comunicante con un’unità di controllo tramite rete wireless.

Tale dispositivo deve quindi essere opportunamente programmato prima di essere utilizzato, in funzione del dispositivo elettronico a cui à ̈ connesso.

Sono inoltre noti dispositivi di supporto atti a rendere operativi attuatori i quali possono essere connessi ad una rete.

Sono noti metodi per il collegamento di dispositivi all’interno di una rete di calcolatori elettronici o PC.

Sono altresì noti metodi per la connessione di dispositivi di diversa natura i quali utilizzano middleware, cioà ̈ costrutti di programmi per elaboratore orientati al dispositivo.

Tali middleware possono essere utilizzati sia in reti cablate sia in reti wireless.

Normalmente dette reti per la comunicazione di dispositivi elettronici comprendono:

• un centro di gestione della rete, basato, ad esempio, su un computer o un sistema integrato o embedded;

• un software di gestione della rete, in esecuzione sul centro di gestione, che consenta a un operatore di agire sui diversi componenti della rete e dell'impianto;

• un insieme di oggetti intelligenti dotati di un'unità di elaborazione e di alcune periferiche come memoria, timer, convertitori, interfacce, ecc., in grado di comunicare via radio sia tra loro, sia con il centro di gestione della rete, sia con altre reti, attraverso interfacce radio eterogenee;

• alimentatori, anche da fonti di energia di varia natura;

• router che hanno il compito di mettere in comunicazione gli oggetti con il centro di gestione della rete, se questi sono troppo distanti. I router, per taluni scenari, possono anche mettere in comunicazione sotto-reti o gruppo di nodi, che condividono lo stesso protocollo di comunicazione.

Detti oggetti intelligenti possono essere protetti dal mondo esterno da un involucro in grado di garantirne un adeguato grado di isolamento e protezione.

Tali oggetti intelligenti sono inoltre dotati di un insieme di dispositivi elettronici, sottoforma, ad esempio, di sensori di varia natura, preferibilmente sensori di temperatura, umidità, luminosità, ecc., e di attuatori di varia natura, come ad esempio elettrovalvole, relà ̈, motori elettrici, compositori, ecc..

In particolare, detto software di gestione della rete consente di:

• impostare i parametri trasmissivi degli oggetti intelligenti visti come elementi, o nodi, di una rete.

• impostare i parametri della rete nella sua interezza.

• impostare i parametri di lavoro degli oggetti intelligenti, quando questi sono autonomi.

• impostare le direttive da impartire agli oggetti intelligenti, quando questi sono collaborativi.

• memorizzare, visualizzare ed elaborare i risultati dell'elaborazione degli oggetti intelligenti in tempo reale.

Le reti per la comunicazione sopracitate non sono in grado di connettere e disconnettere automaticamente diverse tipologie di dispositivi elettronici intelligenti e non, senza una complicata fase di programmazione manuale.

Nelle reti sopracitate risulta complesso poter, ad esempio, sostituire un dispositivo connesso ad un nodo con un altro dispositivo, ad esempio con caratteristiche tecniche, sia di funzionalità sia di utilizzo, completamente diverse dal precedente.

La presente invenzione si propone di risolvere il problema sopracitato realizzando una rete di comunicazione fra dispositivi elettronici, comprendente nodi atti a riconoscere automaticamente il dispositivo che ad esso viene collegato ed a implementare i driver, i programmi e i protocolli più opportuni per la sua gestione ed il suo utilizzo.

Un aspetto della presente invenzione riguarda una rete di comunicazioni per dispositivi elettronici con le caratteristiche dell’allegata rivendicazione 1.

Un ulteriore aspetto della presente invenzione riguarda un metodo per il riconoscimento di un dispositivo connesso alla rete di comunicazione secondo la presente invenzione.

Le caratteristiche accessorie sono riportate nelle allegate rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche e i vantaggi della rete di comunicazione secondo la presente invenzione saranno meglio chiari ed evidenti dalla seguente descrizione di una forma di realizzazione, e dalle allegate figure, le quali illustrano rispettivamente:

• la figura 1 mostra un esempio schematico di una rete di comunicazione fra dispositivi elettronici secondo la presente invenzione;

• la figura 2 mostra uno schema a blocchi dei dispositivi compresi in un nodo della rete secondo la presente invenzione;

• le figure 3A e 3B illustrano diverse forme di realizzazione alternative della rete di comunicazione fra dispositivi secondo la presente invenzione.

Con riferimento alle citate figure, la rete di comunicazione fra dispositivi elettronici 4 comprende un’unità di controllo centrale 2, atta alla gestione della rete tramite, ad esempio, un opportuno programma di gestione “G†memorizzato su un supporto di memoria 21.

Eventualmente, tale dispositivo 4 comprende almeno una unità di elaborazione dati 41, realizzando dispositivi elettronici 4 intelligenti.

Nelle forme di realizzazione preferite, ad esempio illustrate nelle figure 1, 3A e 3B, tale rete comprende almeno un nodo 6, a cui viene connesso almeno uno dei dispositivi elettronici 4. La connessione di un dispositivo elettronico 4 al nodo 6 può essere elettrica, tramite un opportuno collegamento elettrico fisico, ad esempio un bus, oppure elettromagnetica, tramite un collegamento senza fili, ad esempio radio. Detta connessione à ̈ atta al trasferimento di informazioni da e verso detto dispositivo 4.

Detto nodo 6 comprende almeno una scheda madre 61, ed almeno una scheda figlia 62 a cui può essere connesso, elettricamente o tramite onde radio, un dispositivo 4 sopracitato.

Ai fini della presente invenzione con il termine scheda madre 61 si intende un circuito elettronico comprendente una pluralità di componenti elettronici, quali ad esempio circuiti integrati, resistori, condensatori ecc., atta ad assumere una funzione di master o gestore, nella gerarchia di dispositivi elettronici compresi nel nodo 6.

Ai fini della presente invenzione con il termine scheda figlia 62 si intende un circuito elettronico comprendente una pluralità di componenti elettronici, quali ad esempio circuiti integrati, resistori, condensatori ecc., atta ad assumere una funzione di slave o suddito, rispetto a detta scheda madre 61, nella gerarchia di dispositivi elettronici compresi nel nodo 6.

Detta scheda madre 61 e detta scheda figlia 62, elettricamente connesse fra loro, sono in grado di riconoscere automaticamente la tipologia di dispositivo elettronico 4, connesso al nodo 6, in particolare a detta scheda figlia 62. Il riconoscimento automatico dei dispositivi 4 consente alla rete, ad esempio a detta unità di controllo centrale 2, attraverso le comunicazioni, di gestire e/o utilizzare detto dispositivo 4, in funzione delle caratteristiche tecniche intrinseche del dispositivo 4 stesso connesso.

Detta rete à ̈ preferibilmente una rete wireless, in cui i nodi 6 comunicano, sia fra loro sia con l’unità di controllo centrale 2, via onde radio. Ogni nodo 6 comprende almeno un dispositivo ricetrasmettitore 64, al fine di comunicare sia con altri nodi 6 sia con l’unità di controllo centrale 2, dotata anch’essa di un dispositivo ricetrasmettitore 22, ed altre reti.

Detta rete può comprendere uno o più dispositivi ricetrasmettenti, ad esempio un gateway, atti a consentire la comunicazione dell'intera rete, secondo la presente invenzione, con altre reti, come ad esempio le reti GPRS, internet, Bluetooth, ecc.. Ad esempio, usando un trasmettitore Bluetooth si può implementare un migliore sistema di proximity detection rispetto a quello che si potrebbe ottenere con il protocollo di comunicazione della rete; oppure, à ̈ possibile interfacciare il dispositivo 4, o il nodo 6 a cui à ̈ connesso, a internet con un cellulare o un trasmettitore Wi-Fi, per il trasferimento di dati e per far collaborare tali reti eterogenee.

Tale rete wireless viene preferibilmente realizzata secondo uno o più soluzioni protocollari, atte a mettere in comunicazione oggetti, macchine e dispositivi. Preferibilmente vengono implementati protocolli di comunicazione low data rate o high data rate, quali, ad esempio, ZigBee, Wi-Fi, Bluetooth, 6LoWPAN, Ant, Dash7, WirelessHART, ecc..

Detti dispositivi elettronici 4 possono eventualmente comprendere varie tipologie di sensori in funzione del sistema fisico in cui tale rete viene implementata, ed alle grandezze fisiche, quali ad esempio temperatura, umidità ecc., che tale rete deve monitorare.

Detti dispositivi 4 possono essere sensori di varia natura quali, ad esempio, temperatura, umidità, luminosità, gas, livelli di liquido, distanza, accelerazione, velocità, ecc., sia analogici sia digitali, ad esempio sia MEMS (Micro Electro-Mechanical System) sia NEMS (Nano Electro-Mechanical Systems). Detti sensori sono atti a raccogliere informazioni dal mondo fisico sottoforma di misurazioni di una grandezza chimica o fisica, tradotta in una grandezza analogica o digitale.

Tali dispositivi 4 possono essere sensori atti a determinare le prestazioni della rete a cui gli stessi dispositivi 4 o altri dispositivi elettronici sono connessi. Inoltre, detti dispositivi elettronici 4 possono essere attuatori di varia natura in funzione del sistema fisico in cui detta rete à ̈ implementata, ed in funzione delle attività che detto dispositivo elettronico 4 deve svolgere all’interno del sistema fisico.

In particolare detti attuatori possono essere di varia natura, quali ad esempio motori, relà ̈, ecc., per operare attivamente sul sistema fisico con azioni elettriche, meccaniche o di altra natura.

I dispositivi 4 compresi nella rete possono essere sia dispositivi analogici sia dispositivi digitali.

Tali dispositivi 4, inoltre, possono essere dispositivi di interconnessione fra reti o gateway, atti a consentire la comunicazione dell'intera rete, secondo la presente invenzione, con altre reti, come ad esempio le reti GPRS, internet, Bluetooth, ecc..

Infine, tali dispositivi 4 possono essere ulteriori dispositivi elettrici, meccanici o elettromeccanici, oltre a quelli sopracitati, atti ad ampliare le funzionalità della rete, per la gestione e il monitoraggio del sistema fisico in cui la stessa rete à ̈ implementata.

In una forma di realizzazione, non limitativa, tali dispositivi elettronici 4 comprendono un alimentatore 43 il quale à ̈ atto ad alimentare detto dispositivo sfruttando l’energia della rete elettrica o altre fonti di energia quali ad esempio batterie, impianti solari, impianti eolici e celle di Peltier.

In una forma di realizzazione, non limitativa, detti dispositivi elettronici 4 sono preferibilmente dotati di un involucro di protezione, atto alla protezione sia del dispositivo dagli agenti esterni sia dei dispositivi posti in prossimità di detto dispositivo 4, ad esempio protezione meccanica o elettromagnetica.

Detto nodo 6 à ̈ atto a mettere in comunicazione i dispositivi 4 sia con l’unità di controllo centrale 2 sia con altri nodi 6. Inoltre, detti nodi 6 svolgono le funzioni di router, tale da smistare il flusso di dati all’interno della rete e, per taluni scenari, possono anche mettere in comunicazione reti diverse, ad esempio atte a monitorare diversi sistemi fisici.

In una forma di realizzazione, non limitativa, ad esempio illustrata in figura 3B, il dispositivo di ricetrasmissione 64 oltre ad essere utilizzato come dispositivo di comunicazione del nodo 6 con altri nodi, viene utilizzato come dispositivo elettronico 4. Tale ricetrasmettitore 64 ed in particolare può essere utilizzato come sensore di distanza, in termini di lunghezza, ad esempio fra due nodi oppure come misuratore del traffico entrante e/o uscente dal suddetto nodo 6. Ad esempio misurando la potenza del segnale radio ricevuta da un secondo nodo 6, conoscendo la potenza trasmessa da un primo nodo 6, la rete à ̈ in grado di determinare la distanza fra i due nodi sopracitati.

Un esempio, non limitativo, di sistema fisico in cui detta rete di comunicazione può essere applicata à ̈ un sistema per la contabilizzazione del calore e la termoregolazione di un edificio o stabile abitativo.

In questo esempio, non vincolante, l’unità di controllo centrale 2 della rete à ̈ costituito da un elaboratore elettronico o PC, posto ad esempio nei pressi del vano caldaia di un edificio. In tale unità di controllo centrale 2, il software o programma di gestione della rete “G†implementa un algoritmo di contabilizzazione del calore e ripartizione dei costi tra i condomini. A partire da misure di calore effettuate in ogni unità abitativa dell'edificio, tale programma “G†determina la ripartizione dei costi attinenti al riscaldamento dell'edificio a ciascun condomino sulla base dei suoi consumi effettivi.

La misura di calore in ogni unità abitativa à ̈ compiuta da alcuni dispositivi elettronici 4, alimentati ad esempio a batteria, dotati, preferibilmente, di almeno un sensore di temperatura in grado di misurare direttamente il calore emesso da ogni radiatore.

Tali misure sono comunicate, ad esempio via radio, all’unità di controllo centrale 2 della rete con una periodicità assegnata e programmabile dal software di gestione “G†.

Altri dispositivi elettronici 4, alimentati direttamente dalla rete elettrica, comprendono attuatori in grado di regolare il regime di funzionamento di ciascun radiatore, sulla base delle esigenze di ciascun condomino, tramite ad esempio almeno un’elettrovalvola.

Detta rete, grazie ai nodi 6 secondo la presente invenzione, à ̈ in grado di configurarsi con dispositivi elettronici 4 di diversa natura quali ad esempio, sensori, attuatori, sistemi di comunicazione, senza la necessità di dover riprogettare l’intera rete. Detti nodi 6 inoltre contribuiscono al corretto flusso di dati da e verso l’unità di controllo 2.

Ogni nodo 6, secondo le presente invenzione, comprende almeno un alimentatore 63 atto a prelevare energia da una sorgente di alimentazione e di trasferirla ai dispositivi compresi nel nodo 6.

Ogni scheda madre 61 comprende almeno un dispositivo di controllo 611 atto a:

• gestire i dispositivi elettronici 4 connessi ad un nodo 6 tramite almeno una di dette schede figlie 62 a cui tale dispositivo 4 à ̈ connesso,

• eseguire una prima elaborazione dei dati provenienti da una di dette schede figlie 62 ed, eventualmente, dai dispositivi elettronici 4,

• trasmettere i dati elaborati verso altri nodi 6 e/o verso l’unità di controllo centrale 2.

Detto dispositivo di controllo 611 comprende, essenzialmente, almeno un microcontrollore, almeno un supporto di memoria non volatile, ad esempio EEPROM, ed eventualmente una pluralità di elementi opzionali, quali ad esempio contatori, calendari, schede di memoria aggiuntive, volatili o non volatili ecc.. Detta pluralità di elementi opzionali à ̈ atta ad espandere le funzionalità di controllo sul dispositivo elettronico 4.

Come sopracitato a detta scheda figlia 62 sono connessi, elettricamente o tramite onde radio, uno o più dispositivi elettronici 4.

Tale scheda figlia 62 Ã ̈ in grado di gestire dal punto di vista elettrico ogni dispositivo 4 ad esso connesso garantendo il corretto circuito di gestione di ogni dispositivo 4.

Ai fini della presente invenzione, con il termine circuito di gestione si intende un circuito atto a consentire il corretto funzionamento del dispositivo 4 al fine di svolgere correttamente le funzioni a cui à ̈ preposto, ad esempio circuiti di polarizzazione, FPGA, circuito di memorizzazione, ecc..

In una forma di realizzazione, non limitativa, detta scheda figlia 62 comprende un’unità di elaborazione dati 621 atta a controllare e a gestire il flusso di dati da e verso la scheda madre 61, e da e verso il dispositivo elettronico 4.

Tale dispositivo di elaborazione dati 621 Ã ̈ in grado, in modo automatico, di determinare il numero e la tipologia dei dispositivi elettronici 4 montati sulla stessa scheda figlia 62, indipendentemente dal numero di dispositivi 4 connessi, e dall'ordine in cui tale dispositivo 4 Ã ̈ stato connesso al nodo 6.

Ogni scheda figlia 62 comunica alla scheda madre 61 il numero e la tipologia di ogni dispositivo 4 connesso al nodo 6.

Detto alimentatore 63, ha il compito di prelevare energia da una sorgente di alimentazione, anche instabile, come ad esempio una batteria, un pannello solare, una cella di peltier, una piccola turbina eolica, un alimentatore da muro, una presa USB, ecc., e di trasformarla in una sorgente di alimentazione stabilizzata, atta all’alimentazione dei dispositivi compresi nel nodo 6, ed eventualmente ai dispositivi elettronici 4 ad esso collegati. Detto alimentatore 63 à ̈ inoltre atto a ricaricare una batteria con l’energia in eccesso, rendendola disponibile qualora la sorgente di alimentazione primaria fosse indisponibile. Preferibilmente, in ogni nodo 6 à ̈ compreso un solo alimentatore 63, opportunamente progettato in funzione del numero di dispositivi 4, che potrebbero essere connessi al nodo 6.

Detto alimentatore 63 à ̈ inoltre atto ad adattarsi automaticamente alla sorgente primaria a cui viene connesso, garantendo comunque un’alimentazione stabilizzata al nodo 6 stesso ed eventualmente ai dispositivi elettronici 4 connessi allo stesso nodo 6.

Infine, detto alimentatore 63, in una forma di realizzazione, non limitativa, à ̈ connesso con la scheda madre 61 ed almeno una scheda figlia 62, inviando segnali inerenti allo stato di funzionamento dell’alimentatore stesso. In base ai segnali ricevuti dall’alimentatore 63 la scheda madre 61 e le schede figlie 62 possono, ad esempio, ridurre i propri consumi energetici, segnalando all’unità di controllo centrale 2 il malfunzionamento dell’alimentatore 63 compreso nel nodo 6.

Ogni scheda figlia 62, ha il compito di interfacciarsi con il dispositivo elettronico 4, per svolgere le operazioni per le quali lo stesso dispositivo 4 Ã ̈ stato connesso al nodo 6.

La scheda madre 61, almeno una scheda figlia 62 e l’alimentatore 63 sono interconnessi elettricamente tra loro, attraverso ad esempio una linea seriale, in modo tale da consentire lo scambio di informazioni tra loro. Per assolvere alle funzionalità di comunicazione e configurazione automatica dei dispositivi elettronici 4, compresi nella scheda figlia 62, à ̈ necessario che la scheda madre 61 e una o più di dette schede figlie 62 comunichino tra di loro attraverso uno o più bus o linee di comunicazione, ad esempio il bus I2C o il bus CAN. Il trasferimento dei dati tramite tale bus avviene, in generale, grazie all'accesso arbitrato a tale bus, secondo una modalità atta a gestire le collisioni, ad esempio mediante la modalità multi-master di tale bus o linee di comunicazione.

La modalità di gestione del bus dovrà comunque essere scelta in modo da minimizzare la probabilità di collisione fra la scheda madre 61 e le schede figlie 62 comprese nel nodo 6, massimizzando lo scambio dati o throughput del bus, e minimizzando latenze, ritardi e sovraccarichi di comunicazione. Tale metodo di gestione del bus, infine, deve essere in grado di minimizzare le linee di connessione fisiche utilizzate.

Ogni dispositivo 4 connesso ad almeno un nodo 6 può essere gestito, ad esempio, comunicando con tale dispositivo, sia dal nodo 6 a cui à ̈ connesso, sia da un ulteriore nodo 6, non direttamente connesso al dispositivo 4, sia ancora con l’unità di controllo centrale 2. Ad esempio, nella forma di realizzazione, non limitativa, in cui la scheda figlia 62 sia comprendente dell’unità di elaborazione dati 621, tale dispositivo 4 può essere gestito sia dal nodi 6 a cui à ̈ connesso, sia dall’unità di controllo 2, sia ancora da altri nodi 6 compresi nella rete.

Ogni dispositivo 4 connesso ad ogni nodo 6, viene dunque identificato dalla scheda figlia 62 a cui à ̈ connesso, e dalla scheda madre 61 a cui tale scheda figlia 62 à ̈ connessa.

Ad ogni dispositivo elettronico 4 viene associato un codice identificativo in modo tale che ogni nodo 6 della rete sia in grado di giungere a tale dispositivo 4 tramite la scheda madre 61 a cui tale dispositivo 4 à ̈ connessa, per poter sfruttare tutte le potenzialità di tale dispositivo 4.

Il dispositivo di controllo 611 regola il flusso dati, da e per ogni dispositivo elettronico 4 connesso al nodo 6, evitare conflitti sulla linea di comunicazione dati.

Riguardo il riconoscimento automatico da parte del nodo 6 di un dispositivo elettronico 4, e la configurazione delle schede figlie 62 connesse alla scheda madre 61, à ̈ necessaria una fase iniziale di scambio dati o handshaking, durante la quale il dispositivo di controllo 611 à ̈ messo nelle condizioni di riconoscere le schede figlie 62 connesse alla scheda madre 61, e i dispositivi 4 a loro volta connessi a ogni singola scheda figlia 62. La scheda madre 61 assegna alle schede figlie 62, ed ai dispositivi 4 ad esse connessi, un indirizzo dinamico, al fine di poter realizzare un nodo 6 comprendente una pluralità di schede figlie 62 evitando conflitti di indirizzo e di utilizzo del bus su cui vengono trasmessi i dati.

Il metodo di comunicazione fra scheda madre 61 e schede figlie 62, in fase di riconoscimento, al fine di evitare conflitti, e di conseguenza errori di comunicazione, preferibilmente, implementa la metodologia a token o testimone, in cui solamente la scheda figlia 62 in possesso di tale testimone o token può utilizzare il suddetto bus per comunicare con la scheda madre 61.

Tale testimone o token consta in un segnale elettrico, definito segnale token, immesso su un predeterminato cavo token, ad esempio un segnale elettrico allo stato logico basso, definendo una linea token.

Tale cavo token consta in due connessioni unidirezionali, opposte fra loro, in particolare disposta fra i due dispositivi, ad esempio la scheda madre 61 e una scheda figlia 62.

Ai fini della presente invenzione con il termine stato logico basso si intende un segnale elettrico, a una predeterminata tensione, a cui à ̈ associato un valore logico booleano corrispondente al valore 0, opposto allo stato logico alto a cui à ̈ associato un valore logico boouleano corrispondente al valore 1.

Tale cavo token mette in comunicazione la scheda madre 61 con le schede figlie 62, ed à ̈ configurato in modo tale da poter connettere, in qualsiasi istante, una nuova scheda figlia 62, senza dover riprogettare l’interconnessione dell’intero cavo token con le schede madre 61 o con le schede figlie 62 presenti nel nodo 6. In particolare, tale cavo token interconnette, con una doppia connessione unidirezionale, la scheda madre 61 con una prima scheda figlia 62 che a sua volta viene connessa ad una seconda scheda figlia 62, e così proseguendo sino alla n-esima scheda figlia 62.

Il metodo per il riconoscimento dei dispositivi 4 connessi ad un nodo 6 comprende i seguenti passi essenziali, preferibilmente consecutivi:

• imposizione della linea token a livello logico alto;

• passaggio del token dalla scheda madre 61 alla prima scheda figlia 62

• memorizzazione, da parte della prima scheda figlia 62, sia dell’indirizzo della scheda madre 61, sia dell’indirizzo associato dalla scheda madre 61 alla stessa scheda figlia 62;

• trasmissione della firma associata alla prima scheda figlia 62 verso la scheda madre 61;

• memorizzazione da parte della scheda madre 61 della firma e dell’indirizzo associato alla prima scheda figlia 62;

• associazione alla prima scheda figlia 62 delle funzioni base di ogni dispositivo 4 associato;

• propagazione verso l’unità di controllo centrale 2 della configurazione della prima scheda figlia e dei dispositivi 4 ad essa connessi;

• passaggio del token dalla prima scheda figlia, alla seconda scheda figlia, successiva.

La procedura continua fino a quando l'ultima scheda figlia 62 riceve il token comunicando il proprio indirizzo e la propria firma.

Preferibilmente, tale metodo di riconoscimento viene svolto, da parte della scheda madre 61, con una periodicità predeterminata, ad esempio ogni ora, al fine di rilevare sia la presenza di nuove schede figlie 62 e di conseguenza nuovi dispositivi 4 associati al nodo 6, sia eventuali malfunzionamenti di uno o più dispositivi 4 o di una o più schede figlie 62.

L’ultima scheda figlia 62 connessa alla scheda madre 61, terminato la scambio di dati con la scheda madre, tenta il passaggio del token ad una scheda figlia successiva, che effettivamente non esiste, portando la linea di token a livello logico basso. Allo scadere di un tempo Tmax, ad esempio temporizzato da un contatore compreso in ogni scheda figlia, se non viene recepita l’acquisizione del token da una scheda figlia successiva, l’ultima scheda figlia comunica alla scheda madre che sono terminate le schede figlie, ad esempio settando il bus di ritorno a livello alto.

Inoltre, allo scadere di un tempo massimo Tmax’, preferibilmente maggiore di Tmax, se la scheda figlia 62 non ha acquisito il token, la scheda madre 61 impone che il token venga passato alla scheda figlia successiva sino a che una scheda figlia acquisisce il token assumendo il controllo momentaneo del bus.

Tale funzionalità à ̈ utile nel caso in cui una scheda figlia 62 ha dei malfunzionamenti tali da non poter comunicare con la scheda madre, la scheda madre continua l’interrogazione delle schede figlie successive, segnalando, ad esempio all’unità di controllo centrale 2, il malfunzionamento di una o più schede figlie 62 comprese nel nodo 6.

Nella fase di imposizione della linea token la scheda madre 61, ed in particolare il dispositivo di controllo 611, impone che tutta la linea di token sia posta a livello logico alto, tramite ad esempio un resistore di pull-up posto su ogni scheda figlia 62 e sulla stessa scheda madre 61.

Successivamente si passa alla fase di passaggio del token. Tale fase ha il significato simbolico di cessione del diritto di comunicazione esclusiva sul bus. La detta prima scheda figlia 62 recepisce il cambio di transizione sulla linea token, acquisendo virtualmente il token.

Una volta che una scheda figlia acquisisce il suddetto token, ad esempio la prima scheda figlia 62, le restanti schede figlie 62, comprese in un nodo 6, sono invalidate ad usufruire del bus, ad esempio per la comunicazione dei dati verso la scheda madre 61.

Successivamente, si passa alla fase di memorizzazione. Con l’acquisizione del token inizia uno scambio dati fra la scheda madre 61 e la scheda figlia 62 in quel momento abilitata ad usare il bus. In tale fase la scheda madre 61, oltre a associare un indirizzo univoco alla scheda figlia 62 comunica l’indirizzo univoco che à ̈ associato alla stessa scheda madre 61. Tali dati vengono memorizzati su un supporto di memoria non volatile, ad esempio compresa nell’unità di elaborazione dati 621 compreso nella scheda figlia 62.

Recepiti gli indirizzi, si passa alla fase successiva di trasmissione della firma. In tale fase la scheda figlia 62 comunica la sua firma univoca alla scheda madre 61. Tale firma à ̈ memorizzata su un supporto di memoria non volatile compresa nella scheda figlia 62 stessa, ad esempio nell’unità di elaborazione dati 621.

Tale firma descrive con un codice, ad esempio alfanumerico, le tipologie di dispositivi 4 compresenti sulla scheda figlia 62 e per ogni tipologia di dispositivi 4 il numero e le macrocaratteristiche.

In una forma di realizzazione preferita, non limitativa, la firma di ogni scheda figlia 62 sarà così strutturata:

0xNS-0xS1-0xS2-0xS3-0xNA-0xA1-0xA2-0xA3-0xNG-0xG1-0xG2

Dove con 0xNS si intende il numero totale di sensori connessi alla scheda figlia, e con 0xS1-0xS2-0xS3 si intende un predeterminato codice associato ad ogni singolo sensore: tale codice à ̈, ad esempio, funzione della tipologia e dal numero di sensori della stessa tipologia compresi nella scheda figlia 62. Con 0xNA si esprime il numero totale di attuatori connessi alla scheda figlia e con 0xA1-0xA2-0xA3 si intende un predeterminato codice associato ad ogni singolo attuatore, ad esempio in funzione della tipologia e dal numero di attuatori della stessa tipologia compresi nella scheda figlia 62. In egual modo, 0xNG rappresenta il numero totale di gateway compresi e con 0xG1-0xG2 il codice associato ad ogni singolo gateway.

A titolo esemplificativo la prima scheda figlia comprendente tre sensori di cui due sono sensori di temperatura e uno di umidità comprendente un attuatore di tipo meccanico ed un solo gateway avrà la seguente firma:

0x3-0x2-0x4-0x7-0x1-0x2-0x1-0x9

Tale firma, dunque, specifica il numero totale di sensori, un codice identificativo per ogni singolo sensore, il numero totale di attuatori e un codice identificativo per ogni singolo attuatore, il numero totale dei gateway presenti e un codice identificativo per ogni gateway presente.

Nel caso in cui i dispositivi 4 compresi in una scheda 4 cambino, per numero o per tipologia, ad esempio viene sostituito un sensore di temperatura con un sensore di pressione, o viene introdotta e/o eliminata una tipologia di sensori 4, tramite sistemi noti di memorizzazione su supporti non volatili, viene modificata la firma in funzione delle modifiche svolte sulla scheda figlia 62.

La modifica della firma viene svolta, ad esempio da un operatore addetto, durante la rimozione e/o aggiunta del dispositivo 4, modificando il contenuto del supporto di memoria non volatile.

Successivamente, si passa alla fase di memorizzazione da parte della scheda madre 61. In tale fase i dati ricevuti dalla scheda figlia 61 vengono memorizzati su un supporto di memoria non volatile, ad esempio compreso nel dispositivo di controllo 611, compreso nella stessa scheda madre 61.

Successivamente alla fase di memorizzazione, si passa alla fase di associazione delle funzioni base ad ogni dispositivo 4. In tale fase viene sviluppato la sequenza di comandi base per la gestione di tutti i dispositivi 4 connessi al nodo 6, in modo tale da poter associare ad ogni singolo dispositivo 4 delle macro istruzioni per svolgere le operazioni essenziali quali, accensione, misurazione, trasmissione dati ecc.

Determinate, quindi, le dotazioni di dispositivi 4 e date le funzioni che si possono effettuare su ogni dispositivo 4, il nodo 6 Ã ̈ in grado di caricare/memorizzare, su un supporto di memoria non volatile, solo le porzioni di codice generiche necessarie per la configurazione e l'utilizzo di ogni singolo dispositivo 4.

Tali porzioni di codice generiche, ad esempio applicabili per un’intera categoria di sensori o attuatori, sono memorizzate su almeno una banca dati o libreria da cui la scheda madre 61, compresa in ogni nodo 6, può prelevare le porzioni di codice di interesse, in funzione dei dispositivi 4 connessi alle schede figlie 62.

Ai fini della presente invenzione con il termine libreria si intende una banca dati, organizzata secondo una qualsiasi metodologia, atta a contenere informazioni, funzioni e strutture dati, utili per lo sviluppo della rete, secondo la presente invenzione.

I dati contenuti all’interno di detta almeno una banca dati o libreria, possono essere aggiornati, da operatori addetti, al fine di mettere a disposizione porzioni di codice sempre più performanti o introdurre nuove funzionalità per la gestione dei dispositivi 4, o porzioni di codice per gestire nuove tipologie di dispositivi 4.

La modificazione dei contenuti di detta almeno una banca dati o libreria, avviene con i metodi noti per la modifica di dati su supporti di memoria non volatili.

Successivamente, viene svolta la fase di propagazione verso l’unità di controllo centrale 2 della configurazione della scheda figlia 62 e dispositivi 4 connessi alla stessa scheda figlia 62.

In questa fase la scheda madre 61 comunica all’unità di controllo centrale, il numero, la tipologia e le caratteristiche di ogni dispositivo 4 connesso alla scheda figlia la quale sta comunicando con la scheda madre 61.

Terminata la fase di propagazione si passa alla fase di passaggio del token alla scheda figlia successiva. In tale fase, terminato lo scambio dati fra la prima scheda figlia 62 con la scheda madre 61, la stessa prima scheda figlia 62, pone lo stato della linea token a livello logico basso, in uscita verso la scheda figlia successiva, ad esempio la seconda scheda figlia.

Tale passaggio del token fra le schede figlie 62 permette alla successiva scheda figlia di effettuare lo stesso procedimento per l’identificazione dei dispositivi 4 ad essa connessi e lo scambio dati con la scheda madre 61.

Terminato lo scambio di informazioni della scheda madre 61 con tutte le schede figlie 62 comprese nel nodo 6, la stessa scheda madre 61 trasmette una mappa completa ed aggiornata del numero di schede figlie 62 comprese nel nodo 6 e i dispositivi 4 connessi allo stesso nodo 6 specificando le funzioni che ogni dispositivo 4 può svolgere.

Dunque la scheda madre 61 propaga verso l’unità di controllo centrale 2 la totalità delle funzionalità che può esporre alla rete e le aggiorna a mano a mano che ne vengono rese disponibili di nuove. Il salvataggio della mappa aggiornata delle funzionalità dei singoli nodi 6 e/o dell’intera rete, può essere memorizzato su un supporto di memoria non volatile ad esempio ubicato nelle prossimità dell’unità di controllo centrale 2, il quale svolge la funzione di gestore della rete. In una forma di realizzazione alternativa le informazioni sulle funzionalità della rete possono essere suddivise fra una pluralità di nodi cluster-head 60 i quali svolgono una funzione di gestione della rete distribuita.

Preferibilmente, tramite un processo di machine learning per ogni singolo dispositivo elettronico 4, compreso in una scheda figlia 62, possono essere sviluppate le funzionalità dello stesso dispositivo 4 in modo tale da gestire in modo ottimale tutte le caratteristiche e funzionalità di ogni dispositivo 4.

Tale processo di machine learning à ̈ essenzialmente un programma implementativo atto allo sviluppo e alla creazione del codice per la gestione di ogni singolo dispositivo 4. Tale processo aggiunge, alle pozioni di codice di partenza associati alle funzioni e ai comandi di base, ulteriori costrutti o porzioni di codice per elaboratori atti alla gestione delle diverse caratteristiche e funzioni per ogni singolo dispositivo 4.

Tale processo di machine learning consente, tramite operazioni cicliche, di determinare le condizioni ottimali di utilizzo delle varie caratteristiche tecniche di ogni dispositivo 4, sviluppando un protocollo di gestione ottimale, adatto per ogni singolo dispositivo 4.

Tale processo di machine learning garantisce la semplicità nella fruizione delle funzionalità del dispositivo 4, poiché al programmatore verranno esposte sempre le solite interfacce, ottimizzate per quel singolo dispositivo direttamente nella rete e in maniera trasparente al programmatore stesso, gestendo un set di istruzioni standard.

Tramite detto protocollo vengono rese disponibili alla rete le nuove caratteristiche del dispositivo 4, le quali, tramite il programma di gestione della rete “G†possono essere correttamente utilizzate.

Tale processo di machine learning consente di configurare ogni circuito di gestione di ogni sensore o attuatore. Tale configurazione viene ad esempio svolta in serie. Preferibilmente, tale configurazione inizia configurando le funzionalità più importanti di ogni dispositivo 4, continuando fino a che tutte le funzionalità del dispositivo 4 sono correttamente configurate.

L’ordine di configurazione, viene stabilito preferibilmente a priori.

Il programma di gestione della rete “G†, comprende, inoltre, almeno una libreria di virtualizzazione dei componenti della rete, atta a creare una copia virtuale nel centro di gestione dei vari dispositivi attivi nella rete, ad esempio, i nodi 6, dispositivi 4, ecc.

Tali librerie di virtualizzazione sono inoltre atte a facilitare l’accesso a tutte le funzionalità fornite alla rete dallo specifico oggetto virtualizzato; ad esempio i dati scambiati dal nodo 6 con gli altri nodi 6 della rete, i dati memorizzati dal singolo nodo 6 all'interno di memorie di massa, in esso comprese ecc.

Nella forma di realizzazione preferita della rete, il programma di gestione della rete “G†comprende, inoltre, almeno una porzione di codice di gestore delle applicazioni, atto a consentire l’interazione fra la rete e l’operatore o utilizzatore finale. Tale porzione di codice di gestione, gestisce le applicazioni sviluppate per usufruire dei servizi forniti dalla rete stessa. Esso ha il compito di presentare, tramite dette applicazioni, i servizi erogati dalla rete di dispositivi elettronici 4, gestire l’utilizzo delle applicazione da parte dell’utilizzatore finale e, infine, gestire, ad alto livello, l’attuazione del servizio richiesto alla rete.

Il salvataggio dei dati della rete, dei programmi di gestione della singola rete, nonché di ogni singolo dispositivo 4 compreso nella stessa rete, può essere distribuito su nodi 6 diversi, i quali sono collegati alla rete. Con tale configurazione à ̈ possibile massimizzare la rete. In tale configurazione della rete vengono concentrati le funzioni in predeterminati nodi, ad esempio, un nodo ha lo scopo di ricevere i dati dal programma di gestione della rete, di memorizzarli in locale come backup e di inviarli a una macchina remota o all’unità di controllo centrale 2, dove l'operatore o utilizzatore finale potrà visualizzare l'elaborazione, o recuperare tali dati in casi di necessità.

Claims (17)

1. RIVENDICAZIONI: 1. Rete di comunicazione fra dispositivi elettronici (4), comprendente un’unità di controllo centrale (2), atta alla gestione della rete tramite un opportuno programma di gestione (G) memorizzato su almeno un supporto di memoria (21); tale rete comprende almeno un nodo (6), a cui viene connesso almeno uno dei dispositivi elettronici (4), caratterizzato dal fatto che detto nodo 6 comprende almeno una scheda madre (61), ed almeno una scheda figlia (62) a cui à ̈ connesso, elettricamente o tramite onde radio, almeno un dispositivo (4); detta scheda madre (61) e detta scheda figlia (62), elettricamente connesse fra loro, sono atte a riconoscere e gestire automaticamente la tipologia di dispositivo elettronico (4) connesso a detta scheda figlia (62), in modo tale che la rete possa gestire detto almeno un dispositivo (4), in funzione delle caratteristiche tecniche intrinseche di ogni dispositivo (4) stesso connesso.
2. 2. Rete secondo la rivendicazione 1, in cui detta rete à ̈ una rete wireless, in cui i nodi (6) comunicano sia fra loro sia con l’unità di controllo centrale (2) via onde radio secondo uno o più soluzioni protocollari atte a mettere in comunicazione oggetti, macchine e dispositivi.
3. 3. Rete secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui ogni scheda madre (61) comprende almeno un dispositivo di controllo (611) atto a: • gestire i dispositivi elettronici (4) connessi ad un nodo (6) tramite almeno una di dette schede figlie (62) a cui tale dispositivo (4) à ̈ connesso, comprese nella rete; • eseguire una prima elaborazione dei dati provenienti da una di dette schede figlie (62); • trasmettere i dati elaborati verso altri nodi (6) e verso l’unità di controllo centrale (2).
4. 4. Rete secondo la rivendicazione 3, in cui ogni nodo (6) comprende inoltre, almeno un alimentatore (63) atto a prelevare energia da una sorgente di alimentazione e di trasferirla ai dispositivi compresi nel nodo (6).
5. 5. Rete secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto dispositivo elettronico (4) comprende almeno una unità di elaborazione dati (41).
6. 6. Rete secondo le rivendicazione 5, in cui detto dispositivo elettronico (4) à ̈ un sensore, atto a raccogliere informazioni dal mondo fisico sottoforma di misurazioni di una grandezza chimica o fisica, in funzione del sistema fisico in cui detta rete à ̈ implementata.
7. 7. Rete secondo la rivendicazione 5, in cui detto dispositivo elettronico (4) à ̈ un attuatore, atto ad operare attivamente sul sistema fisico con azioni elettriche, meccaniche o di altra natura, in funzione del sistema fisico in cui detta rete à ̈ implementata.
8. 8. Rete secondo la rivendicazione 5, in cui detto dispositivo elettronico (4), Ã ̈ un dispositivi di interconnessione fra reti o gateway, atto a consentire la comunicazione dell'intera rete e con altre reti
9. 9. Rete secondo la rivendicazione 5, in cui detto dispositivo elettronico (4), à ̈ un dispositivo elettrico o meccanico o elettromeccanico, atti ad ampliare le funzionalità della rete, per la gestione e il monitoraggio del sistema fisico in cui la stessa rete à ̈ implementata.
10. 10. Rete secondo la rivendicazione 5, in cui detto dispositivo elettronico (4) Ã ̈ un dispositivo di ricetrasmissione, atto sia a mettere in comunicazione il nodo (6) con altri nodi, sia a raccogliere informazioni come sensore.
11. 11. Rete secondo la rivendicazione 1, in cui il programma di gestione della rete (G) comprenda inoltre almeno una libreria di virtualizzazione dei componenti della rete, atte a creare una copia virtuale dei vari dispositivi attivi nella rete.
12. 12. Rete secondo la rivendicazione 11, in cui il programma gestione della rete (G) à ̈ opportunamente memorizzato su più supporti di memoria non volatile, opportunamente suddiviso, residente nell’unità di controllo centrale (2) e in uno o più nodi (6, 60).
13. 13. Rete secondo la rivendicazione 11, in cui il programma gestione della rete (G) à ̈ opportunamente memorizzato su più supporti di memoria non volatile, opportunamente suddiviso, residente nell’unità di controllo centrale (2) o in uno o più nodi (6, 60).
14. 14. Metodo di riconoscimento di un dispositivo elettronico (4), connesso a un nodo (6), da parte di una rete secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal comprendere i seguenti passi: • imposizione della linea token a livello logico alto; • passaggio del token dalla scheda madre (61) ad una prima scheda figlia (62); • memorizzazione, da parte della prima scheda figlia (62), sia dell’indirizzo della scheda madre (61), sia dell’indirizzo associato dalla scheda madre (61) alla stessa scheda figlia (62); • trasmissione della firma associata alla prima scheda figlia (62) verso la scheda madre (61); • memorizzazione da parte della scheda madre (61) della firma ed indirizzo associato alla prima scheda figlia (62); • associazione delle funzioni base ad ogni dispositivo (4) associato alla prima scheda figlia (62); • propagazione verso l’unità di controllo centrale (2) della configurazione della prima scheda figlia (62) e dei dispositivi (4) ad essa connessi; • passaggio del token dalla prima scheda figlia, alla seconda scheda figlia, successiva.
15. 15. Metodo secondo la rivendicazione 14, in cui tramite un processo di machine learning le funzioni base associate ad ogni singolo dispositivo elettronico (4), vengono ulteriormente sviluppate o caricate in memoria per essere selezionate in modo tale da gestire in modo ottimale tutte le caratteristiche e funzionalità di ogni dispositivo (4) connesso al nodo (6), gestendo un set di istruzioni standard.
16. 16. Metodo secondo la rivendicazione 14, in cui tale firma specifica: -il numero totale di sensori, -un codice identificativo per ogni singolo sensore, -il numero totale di attuatori, -un codice identificativo per ogni singolo attuatore, -il numero totale dei gateway presenti, -un codice identificativo per ogni gateway presente,
17. 17. Metodo secondo la rivendicazione 16, in cui la firma specifica inoltre: -il numero totale di altri dispositivi (4) compresi in un’ulteriore tipologia di dispositivi (4), -un codice identificativo per ogni dispositivo (4) appartenente a quest’ultima tipologia.