БЕСПРОВОДНАЯ СЕТЕВАЯ СИСТЕМА С УЛУЧШЕННЫМИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ВОЗМОЖНОСТЯМИ РАЗРЕШЕНИЯ КОНФЛИКТОВ АДРЕСОВ
WIRELESS NETWORK SYSTEM WITH ENHANCED ADDRESS CONFLICT RESOLVING FUNCTIONALITY

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к беспроводной сетевой системе и способу работы беспроводной сетевой системы.
Уровень техники
В настоящее время беспроводные сетевые системы являются общепринятыми для соединения устройств связи или вычислительных устройств с соответствующими сетями. Настоящая разработка пытается обеспечить беспроводную технологию для более широкого диапазона приложений, таких как для управления бытовыми или промышленными приборами, например устройствами освещения, датчиками температуры, счетчиками электроэнергии или нагревательными устройствами, использующими блоки дистанционного управления.
Главной трудностью таких приложений является то, что, в основном, необходимо конфигурировать и поддерживать относительно большое количество устройств, в то же время предоставляя пользователю простое конфигурирование во время установки и легкость использования во время работы. Обычно в таких сетевых системах каждое участвующее устройство имеет различаемый сетевой адрес, так что можно направлять сообщения на выбранное устройство, используя его сетевой адрес или определенную пользователем группу устройств с соответствующими адресами. Например, в сетевой системе, имеющей блок дистанционного управления и многочисленные управляемые устройства освещения, блок дистанционного управления должен быть способен адресовать команду управления требуемому устройству или обработать принятые показания датчиков соответствующим образом.
В таких сетевых системах, поэтому, обычно является важным то, что не происходит дублирования адресов, т.е. не более одному устройству назначается один и тот же сетевой адрес. Особенно в сетевых системах, использующих одновременное присвоение адресов, например в сетях, где адреса назначаются одновременно многочисленными блоками дистанционного управления, дублирование адресов легко может произойти и должно быть рассмотрено.
В известном уровне техники существуют способы для рассмотрения проблем дублирования адресов в сетевой системе. Например, документ PACMAN: Passive Autoconfiguration for Mobile Ad Hoc Networks. IEEE Journal on selected areas in communications, Vol. 23, No. 2, March 2005 описывает различные установки мобильных эпизодических сетей и способов обнаружения дублирования адресов. Кроме того, в документе США 2003/0020595 А1 описывается система и способ для конфигурирования беспроводных сетей, использующих информацию о положении. Устройства сетевой системы обеспечиваются сверхширокополосными радиопередатчиками, позволяющими определять расстояние между устройствами.
Согласно документу специальная процедура связывания инициируется на этапе конфигурирования беспроводной сетевой системы. Во время процедуры связывания контроллер запрашивает каждое устройство для отправки своего соответствующего предварительно запрограммированного адреса. Затем выбирается ближайшее к контроллеру устройство и запрашиваются все другие устройства, использует ли совместно другое устройство этот же сетевой адрес. Если обнаруживается дублирование адресов, затрагиваемые устройства управляются так, чтобы придать их адресам случайный характер. Процесс затем повторяется для всех устройств и адресов до тех пор, пока не будет завершено связывание и, таким образом, конфигурирование сетевой системы.
Способ, описанный в документе США 2003/0020595 А1, рассматривает проблему дублирования адресов.
Поэтому, задачей настоящего изобретения является обеспечение беспроводной сетевой системы, которая позволяет выполнять экономически эффективное, простое и надежное конфигурирование и работу системы.
Раскрытие изобретения
Задача решается посредством беспроводной сетевой системы и способа работы беспроводной сетевой системы согласно пунктам 1 и 12 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения относятся к предпочтительным вариантам осуществления изобретения.
Основная идея изобретения заключается в обеспечении беспроводной сетевой системы, в которой дублирование адресов иногда также упоминаемое как конфликт сетевых адресов обнаруживается и разрешается во время нормальной работы без необходимости в специальной процедуре связывания или ввода в действие, позволяя использовать любую, например, стандартную процедуру связывания или ввода в действие.
Беспроводная сетевая система согласно изобретению содержит по меньшей мере устройство управления и функциональное устройство, сконфигурированное для работы в сети. Каждое устройство имеет интерфейс связи для передачи и приема данных по беспроводной среде, которая, предпочтительно, представляет собой совместно используемую среду. Интерфейс связи может быть любого подходящего типа, например интерфейсом оптической связи, хотя предпочтительно, что интерфейсом связи является интерфейс радиочастотной (РЧ) связи, наиболее предпочтительно - сконфигурирован для связи посредством стандартного протокола связи, такого как IEEE 802.11 или IEEE 802.15.4.
Функциональное устройство дополнительно содержит первый сетевой адрес. Сетевой адрес может быть любого подходящего вида, предоставляющего возможность того, что функциональное устройство при нормальных обстоятельствах является индивидуально адресуемым в сетевой системе, т.е. обеспечивая то, что не присутствует конфликт адресов. Формат и длина сетевого адреса может зависеть от конкретного используемого протокола связи и, в отношении длины сетевого адреса, т.е. доступного диапазона адресов, конечно, от предполагаемого размера сети или количества устройств. Так как единственным необходимым для адресования устройств, являющихся индивидуально частью сети, является предпочтительным уникальный адрес «в масштабах сети». Однако сетевой адрес предпочтительно должен давать возможность, что каждое устройство в сетевой системе является индивидуально адресуемым. Первый сетевой адрес может быть предопределенным, например, установленным на заводе или назначенным упомянутым устройством управления во время предшествующей процедуры ввода в действие или связывания. Конечно, устройство управления также может предпочтительно обеспечиваться с выделенным сетевым адресом для приема одноадресных сообщений, таких как, например, показания датчика надлежащим образом.
Согласно изобретению функциональное устройство дополнительно содержит память конфигурации устройства для хранения по меньшей мере второго сетевого адреса. Память конфигурации устройства может быть любого подходящего типа, например изменяемая память, такая как один или несколько внутренних или внешних блоков RAM (оперативного запоминающего устройства) или флэш-памяти. Чтобы сделать возможным улучшенное реконфигурирование, первый сетевой адрес предпочтительно хранится в упомянутой памяти конфигурации устройства.
Чтобы улучшить назначение упомянутого второго сетевого адреса и дополнительно упростить связь устройств в случае конфликта адресов, функциональное устройство дополнительно содержит предопределенный идентификатор, позволяющий индивидуализировать упомянутое функциональное устройство. Предопределенный идентификатор в случае конфликта сетевых адресов позволяет выполнять направленную, т.е. одноадресную связь с упомянутым функциональным устройством, даже если дополнительные устройства совместно используют один и тот же сетевой адрес.
Например, предопределенный идентификатор может представлять собой установленный на заводе адрес или выбранный случайным образом ключ. Конечно, достаточно, когда упомянутый предопределенный идентификатор является «квази-уникальным», так что с относительно высокой вероятностью два устройства, имеющих один и тот же идентификатор, не будут присутствовать в одной и той же беспроводной сетевой системе. Предопределенный идентификатор может быть жестко закодированным, например, в интерфейсе связи, или содержаться в подходящей памяти, например в упомянутой памяти конфигурации устройства. Предпочтительно, что предопределенный идентификатор представляет собой расширенный адрес, например уникальный адрес управления доступом к среде передачи (MAC-адрес). Наиболее предпочтительно в последнем случае, что сетевой адрес представляет собой короткий адрес, т.е. короче упомянутого предопределенного идентификатора.
Согласно изобретению функциональное устройство дополнительно содержит прикладной интерфейс, соединяемый с прикладным устройством и сконфигурированный для приема команды управления прикладным устройством по упомянутой беспроводной среде, например от упомянутого устройства управления. Прикладной интерфейс является подсоединяемым к прикладному устройству, например, для выполнения функции управления, переключения или восприятия при приеме упомянутой команды управления прикладным устройством. Прикладное устройство может быть любого подходящего вида, такое как блок освещения, нагревательное устройство или любой другой тип электрически управляемого устройства. Например, в случае подсоединенного блока освещения прикладной интерфейс может конфигурироваться на включение и выключение блока освещения или затемнение блока освещения при приеме соответствующей команды управления прикладным устройством. Кроме того, прикладной интерфейс может, альтернативно или дополнительно, быть сконфигурирован с возможностью отправки значения данных прикладного устройства для подсоединенного прикладного устройства в ответ на команду управления прикладным устройством, например показание температуры датчика температуры, показание водомера или счетчика электроэнергии или оповещение о задымленности или сигнализатора пожара по упомянутой беспроводной среде.
Предпочтительно, что упомянутое функциональное устройство интегрировано с прикладным устройством, например, содержится в блоке освещения.
Конечно, устройство управления и/или функциональное устройство может содержать дополнительные компоненты, такие как, например, блок источника энергии, например батарею или подсоединенный к электрической сети блок источника энергии, блок обработки, пользовательский интерфейс или дополнительную память. Предпочтительно, что каждое из устройства управления и/или функционального устройства содержит центральный блок обработки, приспособленный для по меньшей мере отправки/приема команд по интерфейсу связи и реализующий по меньшей мере часть режима работы каждого из устройств. Центральный блок обработки может, по меньшей мере частично, управляться с использованием подходящего программирования, содержащегося в памяти.
Согласно изобретению устройство управления сконфигурировано для отправки команды управления прикладным устройством на упомянутое функциональное устройство с упомянутым первым сетевым адресом. Устройство управления, таким образом, обеспечивает рабочую команду для управления прикладным интерфейсом упомянутого функционального устройства, например для управления прикладным устройством или опроса значения данных прикладного устройства. При приеме упомянутой команды управления прикладным устройством функциональное устройство отправляет сигнал подтверждения на упомянутое устройство управления для подтверждения приема команды управления прикладным устройством. Сигнал подтверждения может быть любого подходящего типа и содержит по меньшей мере указание, что команда управления прикладным устройством устройства управления была принята упомянутым функциональным устройством. Сигнал подтверждения может дополнительно содержать данные, например показания датчика, и т.д. Предпочтительно, что сигнал подтверждения содержит первый сетевой адрес, позволяющий выполнять простую идентификацию источника сигнала. Принятая команда управления прикладным устройством может направляться непосредственно на прикладной интерфейс или временно сохраняться в подходящей памяти, например, в памяти конфигурации устройства.
Согласно изобретению устройство управления принимает упомянутый сигнал подтверждения и определяет, принимается ли более одного сигнала подтверждения. Если принимается более одного сигнала подтверждения упомянутым устройством управления, т.е. более одного сетевого устройства ответило на команду управления прикладным устройством, адресованную посредством первого сетевого адреса, обнаруживается конфликт адресов. Следовательно, устройство управления отправляет информацию о конфликте по меньшей мере на упомянутое функциональное устройство.
При приеме упомянутой информации о конфликте упомянутым функциональным устройством функциональное устройство сохраняет второй сетевой адрес, отличный от упомянутого первого сетевого адреса, в упомянутой памяти конфигурации устройства, так что функциональное устройство является адресуемым в сетевой системе, используя второй сетевой адрес. Конфликт адресов, таким образом, обнаруживается во время работы сетевой системы, т.е. в ответ на команду управления прикладным устройством. Изобретение, таким образом, выгодно позволяет разрешить дублирование адресов, когда необходимо во время работы беспроводной сетевой системы изобретения, т.е. в режиме сетевой связи.
Главное преимущество настоящего изобретения заключается в том, что не является необходимой сложная процедура присвоения адреса или связывания для обнаружения конфликтов адресов во время установления или конфигурирования сетевой системы. Вместо этого, все конфликты адресов разрешаются тогда, когда они происходят во время работы сетевой системы, т.е. на этапе, когда функциональное устройство конфигурируется для сетевой работы с соответствующим сетевым адресом и связывается с устройством управления, также упоминаемым как «бывшее в употреблении» или «не новое с завода» функциональное устройство.
Настоящее устройство является особенно выгодным в сетях, которые используют, главным образом, широковещательную, многоадресную связь или групповую связь для управления функциональными устройствами, такими как, например, в сетях освещения. Кроме того, настоящее изобретение является выгодным в случае одновременного присвоения адресов, например в случае, если обеспечивается более одного устройства управления для ввода в действие и назначения сетевого адреса присоединяющемуся функциональному устройству, так как в данном случае обычно трудно гарантировать, что не произойдет дублирования адресов.
Хотя изобретение было описано выше со ссылкой на единственное устройство управления и единственное функциональное устройство, необходимо заметить, что сетевая система, конечно, может содержать многочисленные устройства управления, функциональные устройства или другие сетевые устройства. Предпочтительно, что беспроводная сетевая система содержит по меньшей мере два устройства управления, т.е. первое и второе устройства управления, выполненные для параллельной, т.е. одновременной работы и/или ввода в действие.
Как описано выше, второй сетевой адрес дополнительно сохраняется в упомянутой памяти конфигурации устройства, так что упомянутое функциональное устройство является адресуемым в сетевой системе, используя упомянутый второй сетевой адрес. В случае, если упомянутый первый сетевой адрес хранится в упомянутой памяти конфигурации устройства, функциональное устройство предпочтительно сконфигурировано для удаления или перезаписи упомянутого первого сетевого адреса, так как этот адрес больше не требуется.
Чтобы получить второй сетевой адрес, функциональное устройство может быть сконфигурировано для выбора самого упомянутого адреса, если принимается информация о конфликте, например, используя способ присвоения предопределенного сетевого адреса или посредством случайного выбора сетевого адреса в соответствии с используемым протоколом связи и данным адресным пространством.
Согласно разработке изобретения устройство управления сконфигурировано для назначения и отправки второго сетевого адреса на упомянутое функциональное устройство. Настоящий вариант осуществления обеспечивает дополнительное улучшенное разрешение конфликта адресов, позволяя назначать второй сетевой адрес в соответствии со способом присвоения центрального предопределенного сетевого адреса устройства управления. Кроме того, назначение упомянутого второго сетевого адреса устройством управления имеет преимущество в том, что устройство управления уже «знает» адрес для последующего управления прикладным устройством, опуская сложную передачу второго адреса на устройство управления. Предпочтительно, что устройство управления сконфигурировано для хранения второго сетевого адреса в подходящей памяти, например в изменяемой памяти конфигурации сети.
Как описано выше, упомянутое устройство управления может быть конкретно сконфигурировано для назначения упомянутого второго сетевого адреса, согласно способу присвоения предопределенного сетевого адреса. Например, устройство управления может быть сконфигурировано для последовательного назначения адресов в данном адресном пространстве и сохранения сетевой переменной, относящейся к последнему назначенному адресу, так что блок управления может назначать функциональному устройству сетевой адрес вне уже присвоенного диапазона.
Альтернативно или дополнительно, устройство управления может быть сконфигурировано для работы в режиме сбора адресов, в котором устройство управления передает широковещательно команду запроса адреса и последовательно принимает адреса всех устройств в сети. Устройство управления в данном случае может быть сконфигурировано для определения неиспользуемого адреса данного адресного пространства в соответствии с настоящей сетевой системой и назначения упомянутого неиспользуемого адреса функциональному устройству в качестве упомянутого второго сетевого адреса. Второй сетевой адрес затем отправляется на упомянутое функциональное устройство.
Существуют различные возможности для передачи второго сетевого адреса на функциональное устройство. Например, второй сетевой адрес может содержаться в информации о конфликте, отправляемой устройством управления на функциональное устройство. Альтернативно или дополнительно, упомянутый второй сетевой адрес может передаваться в сообщении обновления адреса, например отправляться последовательно с передачей информации о конфликте.
Предопределенный идентификатор может быть особенно полезным для выбора упомянутого функционального устройства в случае конфликта адресов. Поэтому, предпочтительно, что упомянутое устройство управления отправляет упомянутый второй сетевой адрес на упомянутое функциональное устройство, адресуемое посредством упомянутого предопределенного идентификатора. Согласно вышеупомянутым вариантам осуществления информация о конфликте и/или сообщение обновления адреса, таким образом, могут предпочтительно отправляться на упомянутое функциональное устройство, адресуемое посредством упомянутого предопределенного идентификатора.
Предопределенный идентификатор может сохраняться в упомянутом устройстве управления, например в соответствующей памяти конфигурации сети во время ввода в действие или связывания, так что устройство управления, в случае конфликта адресов, может адресовать функциональное устройство соответствующим образом посредством упомянутого предопределенного адреса.
Альтернативно или дополнительно и согласно разработке изобретения функциональное устройство может быть сконфигурировано для отправки упомянутого предопределенного идентификатора упомянутому устройству управления в ответ на упомянутую команду управления прикладным устройством или упомянутую информацию о конфликте.
Настоящий вариант осуществления выгодно позволяет выполнять вышеупомянутый выбор функционального устройства в случае конфликта адресов без необходимости иметь список устройств с соответствующими предопределенными идентификаторами, хранимыми в устройстве управления.
Как описано выше, функциональное устройство может быть сконфигурировано для отправки упомянутого предопределенного идентификатора упомянутому устройству управления в ответ на упомянутую команду управления прикладным устройством, например, содержащуюся в упомянутом сигнале подтверждения. В случае конфликта адресов устройство управления тогда уже имеет сведения о предопределенных идентификаторах всех конфликтующих устройств, если приняты сигналы подтверждения. Особенно в данном случае устройство управления предпочтительно может быть сконфигурировано для обеспечения упомянутого второго сетевого адреса в упомянутой информации о конфликте, адресуемой посредством упомянутого предопределенного идентификатора.
Хотя вышеописанный вариант осуществления делает возможной очень эффективную связь только с ограниченным количеством передач, обмениваемых между устройством управления и функциональным устройством, предопределенный идентификатор всегда будет передаваться в упомянутом сигнале подтверждения, увеличивая протокольные накладные расходы даже в том случае, когда не происходит дублирования адресов.
Поэтому может быть альтернативно возможным, что функциональное устройство сконфигурировано для отправки упомянутого предопределенного идентификатора на упомянутое устройство управления в ответ на упомянутую информацию о конфликте. Устройство управления тогда может отправлять упомянутый второй сетевой адрес на функциональное устройство в упомянутом сообщении обновления адреса, как описано выше. Так как предопределенный идентификатор согласно настоящему варианту осуществления передается только в случае обнаруженного конфликта адресов, существенно уменьшаются протокольные накладные расходы.
Предпочтительно, что функциональное устройство при сохранении упомянутого второго сетевого адреса обеспечивает идентификационный сигнал. Идентификационный сигнал может быть любого подходящего типа, позволяющий пользователю идентифицировать и выбирать функциональное устройство, например визуальный или акустический сигнал. Идентификационный сигнал позволяет пользователю проверять в случае конфликта адресов, правильно ли было выбрано функциональное устройство.
Как описано выше, интерфейсы связи устройств могут быть выполнены для использования в стандартных сетевых системах. Связь устройства управления и функционального устройства, поэтому, может соответствовать любому подходящему протоколу связи, известному в настоящее время, согласно которому может устанавливаться беспроводная связь. Подходящая группа предпочтительных протоколов связи для реализации настоящего изобретения обычно упоминается как эпизодические беспроводные сетевые системы.
Особенно подходящим и предпочтительным протоколом связи для реализации настоящего изобретения является ZigBee. Поэтому согласно разработке изобретения интерфейс связи выполнен для использования в сетевой системе ZigBee.
ZigBee представляет собой открытый стандарт и основывается на протоколе связи IEEE 802.15.4, который определяет физический уровень (PHY) линии связи и уровень управления доступом к среде передачи (MAC). ZigBee использует данный протокол и определяет сетевой уровень (NWK) и уровень (APL) приложений поверх МАС-уровня, предусмотренного в IEEE 802.15.4. Описание ZigBee и стек протоколов ZigBee описывается в спецификации ZigBee, например в документе «l_053474r17ZB», описывающем «ZigBee 2007, датированном 17 января 2008 г., имеющемся в компании Zigbee Alliance Inc.
Наиболее предпочтительно, что интерфейс связи выполнен для ZigBee Pro, который позволяет выполнять полезное «плоское» назначение сетевого адреса. Объяснение ZigBee Pro и соответствующего стека протоколов связи описывается в документе 074855r05, датированном январь 2008 г., имеющемся в компании Zigbee Alliance, Inc.
Ссылаясь на ZigBee, предопределенный идентификатор предпочтительно соответствует МАС-адресу, иногда также упоминаемому как расширенный адрес. Упомянутый сетевой адрес предпочтительно соответствует короткому адресу ZigBee данной персональной сети (PAN), т.е. настоящей сетевой системе. Вышеупомянутая команда управления прикладным устройством наиболее предпочтительно ссылается на связь на прикладном уровне и может соответствовать прикладному объекту.
Наиболее предпочтительно, что устройство управления представляет собой конечное устройство. В контексте настоящего изобретения «конечное устройство» представляет собой сетевое устройство, которое не имеет возможностей маршрутизации и которое не является обязательно постоянно активным в сетевой системе. Устройство может быть в «спящем» режиме или режиме ожидания в течение длительных периодов времени и активным только тогда, когда необходима передача, например управление прикладным устройством. Его общая потребляемая мощность, таким образом, значительно понижается. Предпочтительно, что устройство управления соответствует конечному устройству ZigBee, и наиболее предпочтительно, что устройство управления представляет собой устройство с ограниченными функциями (RFD) согласно ZigBee.
Согласно разработке изобретения устройство управления представляет собой мобильное устройство, в котором термин «мобильный» понимается как включающий в себя устройства, которые являются легко транспортируемыми вручную, т.е. имеющие соответствующий размер и вес. Предпочтительно, что упомянутое мобильное устройство не подключено к электрической сети, например имеющее батарею или другой подходящий источник энергии.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения устройство управления содержит пользовательский интерфейс управления для инициирования упомянутой команды управления прикладным устройством. В контексте настоящего изобретения термин «пользовательский интерфейс управления» понимается как содержащий любой интерфейс для взаимодействия пользователя, подобный интерфейсу ввода для инициирования отправляемой команды управления прикладным устройством или устройству отображения для отображения упомянутого значения данных прикладного устройства. Например, пользовательский интерфейс управления может содержать несколько кнопок и/или жидкокристаллический дисплей (LCD-дисплей). Конечно, устройство управления может быть сконфигурировано для управления более чем одним функциональным устройством с адресуемыми надлежащим образом командами управления прикладным устройством. Устройство управления предпочтительно представляет собой устройство дистанционного управления, например, с питанием от батареи.
Наиболее предпочтительно, что функциональное устройство представляет собой блок освещения, содержащий по меньшей мере источник света. Источник света подсоединен к упомянутому прикладному интерфейсу, так что упомянутый источник света является управляемым посредством соответствующей команды управления прикладным устройством. Источник света может быть любого подходящего типа, такого как источник света ламп накаливания, галогенных ламп или LED. Наиболее предпочтительно, что источник света выполнен для освещения комнаты или офиса. Источник света может быть подсоединен к упомянутому прикладному интерфейсу для управления любым подходящим параметром. Например, прикладной интерфейс может быть сконфигурирован для включения и выключения источника света, затемнения источника света и/или установки цвета света в случае источника света с управляемым цветом.
Дополнительные полезные варианты осуществления упоминаются в зависимых пунктах формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Вышеупомянутые и другие задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из последующего описания предпочтительных вариантов осуществления, в которых:
фиг. 1 изображает вариант осуществления устройства управления в схематическом виде;
фиг. 2 изображает первый вариант осуществления функционального устройства в схематическом виде;
фиг. 3 изображает вариант осуществления беспроводной сетевой системы в символическом представлении;
фиг. 4 изображает второй вариант осуществления беспроводной сетевой системы;
фиг. 5 изображает блок-схему последовательности операций первого варианта осуществления связи в случае конфликта сетевых адресов;
фиг. 6 изображает блок-схему последовательности операций другого варианта осуществления связи в случае конфликта сетевых адресов;
фиг. 7 изображает схематический чертеж беспроводной сетевой системы после того, как был разрешен конфликт адресов, и
фиг. 8а и 8b изображают другие варианты осуществления функционального устройства в схематических видах.
Осуществление изобретения
Фиг. 1 изображает первый вариант осуществления устройства 1 управления - в настоящем примере устройство дистанционного управления в схематическом представлении. Устройство 1 управления содержит интерфейс 2 связи с подходящей антенной 3, предусмотренной для радиочастотной беспроводной связи согласно протоколам связи ZigBee и IEEE 802.15.4, ниже упоминаемый как ZigBee» или «протокол ZigBee. IEEE 802.15.4 обеспечивает физический уровень (PHY) линии связи и уровень управления доступом к среде передачи (MAC). ZigBee обеспечивает сетевой уровень (NWK) и прикладной уровень (APL) поверх МАС-уровня. Описание ZigBee и стека протоколов ZigBee описываются в спецификации ZigBee, например в документе 05347 4r17ZB, датированном 17 января 2008 г., имеющемся в компании Zigbee Alliance Inc. Интерфейс 2 связи может дополнительно реализовывать профиль стека ZigBee Pro. Объяснение ZigBee Pro и соответствующего стека связи описывается в документе 074855r05, датированном январь 2008 г., имеющемся в компании Zigbee Alliance Inc.
Интерфейс 2 связи соединен с центральным блоком 4 обработки (CPU), который управляет связью по интерфейсу 2 связи, используя, например, микроконтроллер с подходящим программированием. CPU 4 соединен с пользовательским интерфейсом 5 управления, имеющим кнопки 6 и LSD-дисплей 7 для функций управления сетью и для инициирования команды управления прикладным устройством, как объяснено ниже. Изменяемая память 8 конфигурации сети обеспечивается для хранения сетевых адресов и дополнительных данных связи. Батарея 9 подает на все компоненты устройства 1 управления электрическую энергию. Устройство 1 управления представляет собой конечное устройство ZigBee, иногда упоминаемое как устройство с ограниченными функциями (RFD), и является спящим, когда не требуется никакой связи, таким образом, экономя энергию батареи.
Устройство 1 управления может выполнять связь с другими беспроводными устройствами по интерфейсу 2 связи, формируя сеть связи, использующую протокол ZigBee, который обеспечивает функциональные возможности сети, включающие в себя адресацию, доступ к среде передачи, возможности маршрутизации и т.д.
Устройство 1 управления позволяет выполнять управление по меньшей мере функциональным устройством 21, которое показано на фиг. 2 в схематическом виде, согласно первому варианту осуществления. Функциональное устройство 21 содержит, соответственно устройству 1 управления, интерфейс 2 связи, обеспечиваемый для беспроводной РЧ-связи, согласно стандарту ZigBee. Интерфейс 2 связи содержит предопределенный МАС-адрес для связи на МАС-уровне и соединен с CPU 24, который управляет связью. МАС-адрес со ссылкой на ZigBee представляет собой расширенный сетевой адрес, т.е. 64-битовый уникальный идентификатор.
CPU 24 соединен с памятью 28 конфигурации устройства и прикладным интерфейсом 25, который согласно настоящему варианту осуществления приспособлен для управления лампой 23, т.е. включения и выключения лампы 23 и затемнения лампы 23. Прикладной интерфейс 25 является управляемым по сети при приеме соответствующей команды управления прикладным устройством от устройства управления, такого как устройство 1 дистанционного управления. Все компоненты подсоединены к блоку 22 источника энергии, имеющему подключение к электрической сети (не показано).
Функциональное устройство 21 сконфигурировано для связи в беспроводной сетевой системе и приема команд управления прикладным устройством устройства 1 управления. Функциональное устройство 21, таким образом, вводится в действие, т.е. конфигурируется со всеми необходимыми параметрами связи, например выбором канала, необязательным ключом сети и, наиболее важно, с первым сетевым адресом, изображенным на фиг. 2, посредством «AD1», назначенным устройством 1 управления. Первый сетевой адрес сохраняется в памяти 28 конфигурации сети функционального устройства 21 и в памяти 8 конфигурации сети устройства 1 управления (не показана). Первый сетевой адрес AD1 обеспечивает то, что функциональное устройство 21 является уникально адресуемым в сетевой системе, т.е. что функциональное устройство 21 является адресуемым для одноадресной связи с упомянутым адресом AD1.
Сетевой адрес представляет собой короткий сетевой адрес, который со ссылкой на ZigBee представляет собой 16-битовый уникальный идентификатор в масштабах сети для связи в настоящей сетевой системе (персональной сети, PAN) по сетевому уровню (NWK). Как описано выше, сетевой адрес AD1 был назначен функциональному устройству 21 устройством 1 управления в предшествующей процедуре ввода в действие или связывания, например стандартной процедуре ввода в действие, как описано в спецификации ZigBee. Чтобы сделать возможным ввод в действие устройством 1 управления, предопределенный диапазон адресов из данного адресного пространства назначается устройству 1 управления. В настоящем примере сети ZigBee короткий сетевой адрес представляет собой 16-битовый адрес, так что может быть назначено в итоге 65 536 коротких адресов.
Как устройство 1 управления, так и функциональное устройство 21 сконфигурированы для обнаружения и разрешения конфликта адресов, также упоминаемого как дублирование адреса, во время работы в ответ на команду управления прикладным устройством, направленной упомянутому функциональному устройству 21. Такой конфликт адресов может происходить тогда, когда сетевой адрес случайно назначается более чем одному устройству. Соответствующая работа и передача сообщений в случае конфликта адресов объясняется ниже со ссылкой на варианты осуществления на фиг. 3-7.
Фиг. 3 изображает вариант осуществления сетевой системы (PAN) 10, содержащей устройство 1 управления, функциональное устройство 21, второе устройство 1′ управления и дополнительные функциональные устройства 11, 12. Как указано пунктирными линиями на фиг. 3, функциональное устройство 21 связано с устройством 1 управления, тогда как дополнительные функциональные устройства 11, 12 связаны со вторым устройством 1′ управления, т.е. устройства 21, 11, 12 сконфигурированы для управления ассоциированным устройством 1, 1′ управления. Как объяснено выше, первый сетевой адрес AD1 назначается функциональному устройству 21. Оба дополнительных функциональных устройства 11, 12 вводятся в действие вторым устройством 1 управления с соответствующими короткими сетевыми адресами AD3 и AD4.
Ниже предполагается, что лампа 23 функционального устройства 21 должна управляться индивидуально, т.е. используя одноадресную команду управления прикладным устройством. При приведении в действие соответствующей кнопки 6 устройства 1 управления устройство 1 управления, таким образом, отправляет команду управления прикладным устройством на функциональное устройство 21, адресуемое первым сетевым адресом AD1. Функциональное устройство 21 при приеме команды управления прикладным устройством отправляет сигнал подтверждения на устройство 1 управления и пропускает команду управления прикладным устройством на прикладной интерфейс 25, который соответствующим образом управляет лампой 23.
Согласно варианту осуществления по фиг. 3 дополнительные устройства 11, 12 не реагируют, так как команда управления прикладным устройством адресуется посредством первого сетевого адреса AD1, который единственно и уникально назначается функциональному устройству 21. Сеть 10, таким образом, является нормально работающей и позволяет выполнять направленную, т.е. одноадресную связь.
Однако особенно в случае, если сетевая система 10 содержит два устройства 1, 1′ управления, которые как вводят в действие устройства, так и которым одновременно назначаются адреса сетевым устройствам, легко может произойти дублирование адресов, как можно видеть на фиг. 4. В данном случае первый сетевой адрес AD1 также назначается устройству 11. Как функциональное устройство 21, так и дополнительное функциональное устройство 11, таким образом, принимают команду управления прикладным устройством, адресуемую посредством AD1. Чтобы сделать возможной одноадресную связь в таких ситуациях, обнаруживается и разрешается конфликт адресов.
Фиг. 5 изображает блок-схему последовательности операций первого варианта осуществления связи в случае конфликта адресов вместе с графическим представлением передаваемых сообщений. Связь реализуется в соответствии со следующими этапами:
1. При приведении в действие кнопки 6 управления пользовательского интерфейса 5 управления устройство 1 управления отправляет соответствующую команду управления прикладным устройством на функциональное устройство на этапе 51, например команду «включить лампу», адресуемую посредством первого короткого сетевого адреса AD1.
2. Функциональное устройство 21 на этапе 52, при приеме упомянутой команды управления прикладным устройством, направляет команду на прикладной интерфейс 25 для управления лампой 23. Дополнительно, функциональное устройство 21 отправляет сигнал подтверждения на устройство 1 управления, содержащее адрес AD1 и его МАС-адрес для идентификации. Согласно примеру на фиг. 3 также дополнительное функциональное устройство 11 отвечает посредством AD1 и соответствующего МАС-адреса, так как AD1 также назначается этому устройству.
3. На этапе 53 устройство 1 управления тогда определяет, принимается ли более одного сигнала подтверждения от дополнительных устройств. Согласно устройству, показанному на фиг. 4, дополнительный сигнал подтверждения принимается от функционального устройства 11, и конфликт адресов обнаруживается упомянутым устройством 1 управления. В случае фиг. 3, т.е. принимается только один сигнал подтверждения, конфликт адресов не присутствует в данный момент, и процедура сразу завершается.
4. При обнаружении конфликта адресов устройство управления на этапе 54 выбирает одно из устройств, например функциональное устройство 21, и отправляет информацию о конфликте на функциональное устройство 21, содержащую второй сетевой адрес AD2. Информация о конфликте адресуется посредством МАС-адреса функционального устройства 21, так что только функциональное устройство 21 рассматривает сообщение. Второй сетевой адрес AD2 определяется из предопределенного диапазона адресов, назначенного устройству 1 управления, т.е. неприсвоенный адрес предопределенного диапазона.
5. Функциональное устройство 21 принимает упомянутую информацию о конфликте на этапе 55, удаляет AD1 из его памяти 28 конфигурации устройства и сохраняет в ней AD2. Функциональное устройство затем активизирует лампу 23 в качестве идентификационного сигнала для пользователя и процедура завершается. Функциональное устройство 21 тогда является адресуемым без конфликта в сетевой системе 10, используя сетевой адрес AD2, как показано на фиг. 7.
Фиг. 6 изображает блок-схему последовательности операций дополнительного варианта осуществления связи в случае конфликта адресов. Связь соответствует, главным образом, варианту осуществления, показанному на фиг. 5. Однако согласно варианту осуществления по фиг. 6 сигнал подтверждения не содержит МАС-адреса, который уменьшает протокольные накладные расходы в случае, если не присутствует конфликт адресов. Связь согласно настоящему варианту осуществления реализуется в соответствии со следующими этапами:
1. В соответствии с этапом 51 на фиг. 5 устройство 1 управления отправляет команду управления прикладным устройством на функциональное устройство, адресуемое посредством AD1, на этапе 61 при приведении в действие соответствующей кнопки 6 управления пользовательского интерфейса 5 управления.
2. Функциональное устройство 21 на этапе 62, при приеме упомянутой команды управления прикладным устройством, направляет команду на прикладной интерфейс 25 для управления лампой 23. Кроме того, функциональное устройство 21 отправляет сигнал подтверждения на устройство 1 управления, содержащий адрес AD1 для идентификации. Также дополнительное устройство 11 отвечает и возвращает сигнал подтверждения, содержащий AD1.
3. На этапе 63 устройство 1 управления затем определяет, принимается ли более одного сигнала подтверждения. Согласно настоящему примеру дополнительный сигнал подтверждения принимается от функционального устройства 11 и обнаруживается дублирование адресов.
4. При обнаружении дублирования адресов устройство управления на этапе 64 отправляет информацию о конфликте, адресуемую посредством AD1, т.е. указание, что присутствует конфликт адресов.
5. Функциональные устройства 21, 11 принимают упомянутую информацию о конфликте на этапе 65 и отправляют свои соответствующие предопределенные МАС-адреса на устройство 1 управления. Информация о конфликте этапа 64, таким образом, соответствует команде запроса адреса.
6. Последовательно, устройство 1 управления при приеме МАС-адресов на этапе 66 выбирает одно из устройств, например функциональное устройство 21, и отправляет сообщение обновления адреса на функциональное устройство 21, адресуемое посредством МАС-адреса функционального устройства 21 и содержащее второй сетевой адрес AD2. Устройство 1 управления дополнительно сохраняет адрес AD2 для управления прикладным устройством в своей памяти 8 конфигурации сети.
7. Функциональное устройство 21 при приеме сообщения обновления адреса стирает AD1 и сохраняет AD2 в своей памяти 28 конфигурации устройства на этапе 67. Функциональное устройство активизирует лампу 23 в качестве идентификационного сигнала для пользователя и процедура завершается. Функциональное устройство 21 тогда является адресуемым в сетевой системе 10, используя AD2, как показано на фиг. 7.
Хотя вышеупомянутый способ согласно варианту осуществления по фиг. 6 включает в себя большее количество передач в случае конфликта адресов, чем способ по фиг. 5, существенно уменьшаются протокольные накладные расходы в случае, если не присутствует конфликт адресов, так как МАС-адреса передаются только в случае конфликта адресов. Это может быть особенно полезным в случае сетевой топологии только с ограниченной доступной полосой частот.
Как описано выше со ссылкой на варианты осуществления по фиг. 5 и 6, устройство 1 управления на этапе 54 и этапе 66 выбирает одно из конфликтующих устройств. Выбор, наиболее просто, может происходить случайным образом или в соответствии с данной схемой выбора. Соответствующее устройство, которому было назначено AD2, активизирует свою лампу 23, так что пользователь может проверить выбор. В случае, если пользователь намеревается управлять другим устройством, может проводиться процесс повторного выбора, например, с приведением в действие соответствующей кнопки «повторного выбора» на интерфейсе 5 устройства 1 управления.
При приведении в действие процесса повторного выбора устройство 1 управления отправляет сообщение обновления адреса, содержащее дополнительный адрес «ADx», следующему конфликтующему устройству, от которого был принят МАС-адрес на этапе 53/66, т.е. в настоящем случае на дополнительное устройство 11. Сообщение обновления адреса адресуется посредством соответствующего МАС-адреса дополнительного устройства 11. Адрес ADx затем сохраняется в памяти 8 конфигурации сети устройства 1 управления и памяти 28 конфигурации устройства дополнительного устройства 11 соответственно. Дополнительное устройство 11 затем активизирует свою лампу 23 для идентификации пользователю.
Если более двух устройств совместно используют один и тот же сетевой адрес, процесс повторного выбора может проводиться для следующего принятого МАС-адреса соответственно.
Вышеупомянутые варианты осуществления не ограничиваются функциональными устройствами 21, имеющими лампу 23. Фиг. 8а изображает второй вариант осуществления функционального устройства 21′, который идентичен во всех аспектах функциональному устройству 21, за исключением того, что вместо лампы 23 датчик 70 температуры соединен с прикладным интерфейсом 25 для предоставления соответствующего значения данных прикладного устройства устройству 1 управления, которое при приеме отображается пользователю на дисплее 7 устройства 1 управления.
Фиг. 8b изображает дополнительный вариант осуществления функционального устройства 21″, которое также идентично ранее описанному функциональному устройству 21, за исключением того, что прикладной интерфейс 25 сконфигурирован для управления внешним прибором. Прибор является подключаемым к клеммам 71 и может быть, например, бытовым прибором, таким как нагревательный прибор, позволяющий дистанционно включать и выключать прибор, используя соответствующую кнопку 6 на интерфейсе 5 устройства 1 управления. Связь в случае конфликта адресов, конечно, соответствует связи, описанной выше.
Изобретение было изображено и описано подробно на чертежах и в вышеизложенном описании. Такое изобретение и описание должны рассматриваться иллюстративными или примерными, а не ограничивающими. Изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления.
Например, можно разработать изобретение в варианте осуществления, в котором:
- сетевая связь соответствует протоколу IEEE 802.11,
- устройство 1, 1′ управления не является устройством дистанционного управления, но компьютером или настенным выключателем,
- интерфейс 2 связи сконфигурирован для использования стандартного способа присвоения адресов ZigBee, вместо ZigBee Pro,
- функциональное устройство 21, 11, 12 вместо того, чтобы содержать лампу 23, содержит дополнительное прикладное устройство или соединено с прикладным устройством, таким как датчик влажности, сигнализатор пожара, индикатор задымленности, водомер, счетчик электроэнергии, газовый счетчик, нагревательный прибор или любой другой тип управляемого прибора.
- МАС-адрес функционального устройства 21, 21, 21 сохраняется в подходящей памяти, вместо того, чтобы содержаться в интерфейсе 2 связи, и/или
- устройство 1 управления, вместо определения второго адреса AD2 из упомянутого предопределенного диапазона адресов, конфигурируется для широковещательной передачи сообщения сбора адресов, на который все другие устройства в сети возвращают свои соответственно назначенные сетевые адреса. Устройство 1 управления затем определяет неприсвоенный адрес и назначает последний адрес функциональному устройству 21 в качестве AD2.
Другие разновидности описанных вариантов осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистом в данной области техники, практически использующим заявленное изобретение из чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения.
В вышеизложенном описании и в прилагаемой формуле изобретения, как предполагается, ссылка на единственное число также охватывает множественное число, и наоборот, и ссылка на конкретное число признаков или устройств не должна толковаться как ограничивающая изобретение конкретным числом признаков или устройств. Кроме того, выражения, такие как «включает в себя» или «содержит», не исключают другие элементы, и форма единственного числа не исключает множественное число.
Простой факт, что некоторые меры излагаются во взаимно разных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает, что комбинация этих мер не может использоваться для получения преимущества.
Компьютерная программа может сохраняться/распределяться на подходящем носителе, таком как носитель для оптического запоминающего устройства, носитель для магнитного запоминающего устройства или полупроводниковый носитель, поставляемый с другими аппаратными средствами или как часть их, но также может распределяться в других видах, таких как по Интернету или при помощи другой проводной или беспроводной системы связи.
Любые позиции в формуле изобретения не должны толковаться как ограничивающие объем формулы изобретения.