ПРОТОКОЛЫ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ КОДИРОВАННЫМ СВЕТОМ
PROTOCOLS FOR DATA TRANSMISSION BY CODED LIGHT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к области систем кодированного света, осветительному устройству для приема и излучения кодированного света, способу, относящемуся к нему.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Видимый свет вызывает в последнее время интерес как новое средство связи с недавними разработками в твердотельном освещении, что упрощает точное управление характеристиками света. В последнее время находит поддержку модулирование видимого света от светильников, так что информация внедряется в излучаемое освещение, при этом оставаясь незаметной для пользователей. Эта концепция также называется передачей данных с помощью кодированного света. Как раскрыто в "Illumination sensing in LED lighting systems based on frequency division multiplexing", Г.Янг и др., IEEE Trans on Signal Processing, сс. 4269-4281, 2009 г., "Code division based sensing of illumination contributions in solid-state lighting systems", Дж.-П. Линнарц и др., IEEE Trans on Signal Processing, сс. 3984-3998, 2009 г., были предложены различные формы модуляции и схемы доступа, такие как FDMA, CDMA и амплитудная модуляция на основе пакетной передачи, чтобы добиваться этого.
Для множественного доступа в таких модулированных осветительных системах рассматриваются протоколы типа CSMA. Это, в свою очередь, имеет значение в управлении освещением в ограниченном использовании асинхронных типов управляющих протоколов. Организация по стандартизации IEEE в настоящее время разрабатывает спецификации физического уровня и уровня управления доступом к среде для связи с использованием видимого света по стандарту IEEE 802.15.7. Чтобы предоставлять возможность дешевой реализации формирователя, фундаментальная частота связи с помощью видимого света обычно ограничивается значением приблизительно 2 кГц, хотя, согласно стандарту IEEE 802.15.7 допускается более высокая частота. Это, в свою очередь, ограничивает скорость передачи данных, которая может поддерживаться по линии связи в видимом свете между двумя осветительными устройствами, максимальным значением в несколько кбит/с, что, в свою очередь, ограничивает пропускную способность сети. Эта ограниченная скорость передачи данных, в свою очередь, может быть недостаточной для приложений управления в реальном времени, когда осветительным устройствам нужно совместно использовать гораздо больше, чем несколько байт управляющей информации.
Например, в документе WO 2010/097737 раскрывается обычная оптическая связь, в которой автоматический ввод в действие источников света в осветительной системе подразумевает прием сообщения в источнике света от одного источника света и передачу сообщения другому источника света посредством связи с помощью видимого света.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Множество недостатков предшествующего уровня техники было идентифицировано в свете настоящего изобретения. Например, пропускная способность сети осветительной системы ограничивается скоростью передачи данных двухточечной линии связи и протоколом доступа к каналу. Как отмечено выше, скорость передачи данных двухточечной линии связи в системе модулированного освещения ограничивается несколькими кбит/с. Это также ограничивает общую пропускную способность сети при использовании протоколов CSMA/CA.
Ввиду вышеописанного, целью изобретения является разрешение или, по меньшей мере, уменьшение проблем, обсужденных выше. Целью настоящего изобретения является предложение протоколов для передачи данных с помощью видимого света и управления, так что пропускная способность сети улучшается, и причем это облегчает управление (псевдо-) синхронным освещением. Отдельной целью этого изобретения является предложение протоколов для увеличения пропускной способности сети системы модулированного освещения с тем, чтобы предоставлять возможность обмена (в реальном времени) интенсивной управляющей информацией. В целом, вышеуказанные цели достигаются посредством прилагаемой формулы изобретения.
Соответственно, предлагаются протоколы для передачи данных с помощью кодированного света и управления в осветительной системе, при этом каждое осветительное устройство передает модулированный свет во время освещения. В предложенных протоколах некоторые осветительные устройства должны обмениваться управляющей информацией через осветительную систему. В варианте осуществления предложенных протоколов некоторые промежуточные осветительные устройства декодируют принятые передачи от осветительных устройств, цифровым образом линейно кодируют принятые сигналы и распространяют наложенный модулированный свет. В другом варианте осуществления предложенных протоколов некоторые промежуточные осветительные устройства запускают одновременное освещение модулированным светом от осветительных устройств. В любом протоколе осветительные устройства используют принятый световой сигнал от промежуточных осветительных устройств, чтобы извлекать интересующий сигнал, устраняя сохраненные априори известные составляющие сигнала.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предоставляется осветительное устройство для приема и излучения кодированного света, содержащее: детектор света, выполненный с возможностью приема света и детектирования в принятом свете кодированного света; декодер света, выполненный с возможностью, в принятом кодированном свете, идентифицировать, по меньшей мере, первое входящее закодированное светом сообщение и второе входящее закодированное светом сообщение, заключенные в принятом свете, первое закодированное светом сообщение исходит от первого внешнего осветительного устройства, а второе закодированное светом сообщение исходит от второго внешнего осветительного устройства; формирователь света, выполненный с возможностью формировать исходящее закодированное светом сообщение, исходящее закодированное светом сообщение является комбинацией первого входящего закодированного светом сообщения и второго входящего закодированного светом сообщения; и излучатель света, выполненный с возможностью излучать закодированный свет, содержащий исходящее закодированное светом сообщение.
Как преимущество, такое осветительное устройство предоставляет возможность повышенной пропускной способности сети и разрешает поддержку высокоскоростного обмена управляющей информацией через осветительную систему. По сравнению с классическим протоколом CSMA/CA пропускная способность может быть значительно повышена. Улучшение, в целом, зависит от топологии системы. Для конфигурации системы с тремя осветительными устройствами в последовательной конфигурации пропускная способность может увеличиваться примерно на 33-50%.
Каждое сообщение из первого закодированного светом сообщения и второго закодированного светом сообщения может содержать маяковое сообщение, соответственно, причем каждое маяковое сообщение содержит адрес источника и адрес получателя. Декодер света может быть дополнительно выполнен с возможностью извлекать адрес получателя из каждого сообщения из первого закодированного светом сообщения и второго закодированного светом сообщения, чтобы проверять в базе данных адресов, способно ли осветительное устройство связываться с адресом получателя или нет, и формировать ответное сообщение, содержащее подтверждение этого, только в случае, если осветительное устройство способно связываться с адресом получателя, а излучатель света может быть выполнен с дополнительной возможностью излучать закодированный свет, содержащий ответное сообщение. Такое маяковое сообщение и/или ответное сообщение могут оптимизировать информационную пропускную способность осветительной системы, идентифицируя кратчайший и/или быстрейший путь передачи данных от осветительного устройства по адресу источника к осветительному устройству по адресу получателя.
Осветительное устройство может дополнительно содержать память. По меньшей мере, одно из первого входящего закодированного светом сообщения и второго входящего закодированного светом сообщения может представлять первое составное закодированное светом сообщение и второе составное закодированное светом сообщение соответственно. Декодер света может быть выполнен с возможностью идентифицировать, по меньшей мере, в одном из первого составного закодированного светом сообщения и второго составного закодированного светом сообщения, по меньшей мере, два отдельных закодированных светом сообщения. Сообщения могут быть идентифицированы посредством сравнения, по меньшей мере, одного из первого составного закодированного светом сообщения и второго составного закодированного светом сообщения, по меньшей мере, с одним сохраненным закодированным светом сообщением, сохраненным в памяти. Принятые сообщения могут, таким образом, быть сравнены с сохраненной априори информацией, тем самым, предоставляя возможность извлечения неизвестной информации, устраняя сохраненную априори информацию из принятого составного сообщения. Как преимущество, это предоставляет возможность декодирования отдельных сообщений, исходящих от нескольких излучающих свет источников из одного наблюдения принятого закодированного света.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения предоставляется система кодированного света, содержащая осветительное устройство, первое внешнее осветительное устройство и второе внешнее осветительное устройство, как описано в данном документе.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предоставляется способ, чтобы в осветительном устройстве принимать и излучать кодированный свет, содержащий: прием, посредством детектора света осветительного устройства, света и детектирование в принятом свете закодированного света; идентификацию в принятом закодированном свете, посредством декодера света осветительного устройства, первого входящего закодированного светом сообщения и второго входящего закодированного светом сообщения, заключенных в принятом свете, первое закодированное светом сообщение исходит от первого внешнего осветительного устройства, а второе закодированное светом сообщение исходит от второго внешнего осветительного устройства; формирование, посредством формирователя света осветительного устройства, исходящего закодированного светом сообщения, исходящее закодированное светом сообщение является комбинацией первого входящего закодированного светом сообщения и второго входящего закодированного светом сообщения; и излучение, посредством излучателя света осветительного устройства, закодированного света, содержащего исходящее закодированное светом сообщение.
Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны и разъяснены со ссылкой на описанные далее в данном документе варианты осуществления. Преимущества и варианты осуществления первого аспекта одинаково применимы ко второму и третьему аспектам соответственно и наоборот.
Как правило, все выражения, использованные в формуле изобретения, должны интерпретироваться согласно их обычному значению в технической области, если явно не определено иное в данном документе. Все ссылки на "определенный/неопределенный/упомянутый [элемент, устройство, компонент, средство, этап и т.д.]" должны интерпретироваться открыто как ссылающиеся, по меньшей мере, на один экземпляр упомянутого элемента, устройства, компонента, средства, этапа и т.д., если явно не заявляется иное. Этапы любого способа, раскрытого в данном документе, не должны выполняться в точном раскрытом порядке, если это явно не заявлено.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Другие признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидны из последующего подробного описания предпочтительного в настоящее время варианта осуществления со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг. 1 иллюстрирует осветительные системы согласно предшествующему уровню техники;
Фиг. 2a-d иллюстрируют осветительные системы согласно вариантам осуществления;
Фиг. 3 иллюстрирует осветительное устройство согласно вариантам осуществления;
Фиг. 4a-d показывает экспериментальные результаты производительности для осветительных систем согласно вариантам осуществления; и
Фиг. 5 показывает блок-схему последовательности операций для способа согласно вариантам осуществления.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Настоящее изобретение теперь будет описано подробнее далее в данном документе со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых показаны предпочтительные в настоящее время варианты осуществления изобретения. Это изобретение может, однако, быть осуществлено во множестве различных форм и не должно истолковываться как ограниченное вариантами осуществления, изложенными в данном документе; наоборот, эти варианты осуществления предоставляются в качестве примера, так что это раскрытие будет полным и завершенным и будет полностью доносить рамки изобретения до специалистов в данной области техники. Аналогичные номера ссылаются на аналогичные элементы по всему описанию.
Рассмотрим осветительную систему предшествующего уровня техники согласно Фиг.1. Осветительная система включает в себя три осветительных устройства 2a, 2b, 2c. Осветительные устройства 2a, 2b, 2c находятся в диапазоне считывания друг друга, осветительные устройства 2a и 2b находятся в диапазоне связи друг с другом, и осветительные устройства 2b и 2c находятся в диапазоне связи друг с другом. Диапазон считывания, таким образом, как правило, больше диапазона связи. Диапазон считывания - это диапазон, в котором предстоящая передача может быть детектирована, в то время как диапазон связи - это диапазон, в котором передача может быть успешно декодирована. В линейной конфигурации на Фиг.1 осветительное устройство 2a способно беспроводным образом связываться с осветительным устройством 2b, а осветительное устройство 2b способно беспроводным образом связываться также с осветительным устройством 2c. Предположим, что осветительное устройство 2a намеревается передать сообщение s1(t) осветительному устройству 2c, и что осветительное устройство 2c намеревается передать сообщение s2(t) осветительному устройству 2a. Согласно CSMA/CA-протоколу (множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий) осветительное устройство, желающее передать сообщение, сначала должно прослушивать канал связи в течение предварительно определенного интервала времени, чтобы определять, осуществляет ли передачу или нет другое осветительное устройство по тому же каналу связи в диапазоне считывания. Если канал связи считывается как незанятый, осветительному устройству разрешается начать процесс передачи. Следовательно, на стадии i) (т.е. в первом временном интервале) на Фиг. 1 осветительное устройство 2a передает сообщение s1(t) осветительному устройству 2b. Если канал связи считывается как занятый, осветительное устройство откладывает свою передачу на случайный период времени. После того как процесс передачи начинается, все еще возможен случай, что фактическая передача данных приложения не происходит. Предотвращение коллизий используется, чтобы улучшать CSMA-характеристику, не разрешая беспроводную передачу осветительного устройства, если другое осветительное устройство осуществляет передачу, таким образом, уменьшая вероятность коллизии вследствие использования случайного усеченного экспоненциального двоичного алгоритма отсрочки времени. Следовательно, на стадии i) на Фиг.1 осветительное устройство 2c не может передавать сообщение s2(t), поскольку канал связи занят осветительным устройством 2a. Протоколу CSMA/CA, таким образом, требуется четыре временных интервала связи, чтобы обмениваться сообщениями s1(t) и s2(t) между осветительными устройствами 2a и 2c; на стадии i) осветительное устройство 2a передает сообщение s1(t) осветительному устройству 2b; на стадии ii) осветительное устройство 2b передает сообщение s1(t) осветительному устройству 2c; на стадии iii) осветительное устройство 2c передает сообщение s2(t) осветительному устройству 2b; и на стадии iv) осветительное устройство 2b передает сообщение s2(t) осветительному устройству 2a.
Вообще говоря, существует два семейства протоколов, предлагаемых настоящим изобретением. Далее в данном документе эти протоколы будут обозначены как протокол I и протокол II соответственно. Также, предложенные протоколы будут описаны посредством рассмотрения двух топологий осветительной системы; линейной конфигурации (как на Фиг. 2a-b), которая является типичной в коридорах, и решетчатой конфигурации (как на Фиг. 2c), которая является типичной в ячеечных и открытых офисах.
Работа двух предложенных семейств протоколов будет описана ниже со ссылками на осветительные системы 1a, 1b, 1c и 1d на Фиг. 2a-2d соответственно. Перед описанием двух семейств протоколов в деталях будет описано осветительное устройство, которое может быть преимущественно использовано в осветительных системах 1a, 1b, 1c и 1d.
Фиг. 3 схематично иллюстрирует в виде функциональных блоков осветительное устройство 2, такое как осветительные устройства 2a, 2b, 2c, 2d, 2e и 2f на Фиг.2a-2c. Осветительное устройство 2 конфигурируется, чтобы излучать свет освещения, а также кодированный свет, при этом кодированный свет содержит закодированное светом сообщение. Осветительное устройство 2 содержит формирователь 5 света, излучатель 6 света, детектор 3 света и декодер 4 света. По меньшей мере, часть функциональности формирователя 5 света и декодера 4 света может быть реализована посредством блока 7 обработки. Формирователь 5 света выполнен с возможностью формировать закодированное светом сообщение, которое должно быть передано другому осветительному устройству. Излучатель 6 света ассоциируется с функцией освещения источника 2 света (т.е. для испускания света освещения) и может быть любым подходящим источником света. Например, излучатель 6 света предпочтительно содержит один или более LED, но также очень хорошо мог бы содержать один или более галогенных, FL- или HID-источников и т.д. Излучатель 6 света возбуждается формирователем 5 света. Излучатель 6 света может, таким образом, принимать от формирователя 5 света управляющий сигнал, относящийся к свету, который должен быть излучен. Детектор 3 света выполнен с возможностью принимать свет, излучаемый, по меньшей мере, одним другим источником света, и в принятом свете детектировать закодированный свет. Детектор 3 света может содержать фотодетектор или фотодетектор или любой другой подходящий детектор света. Например, детектор 3 света может содержать устройство с зарядовой связью (CCD), CMOS-детектор, фотодиод (среди прочего, обратно-смещенный LED), фототранзистор, фоторезистор или т.п. Декодер 4 света выполнен с возможностью принимать от детектора света сигнал, указывающий детектированный свет, такой как форма его волны и его интенсивность. Декодер 4 света, таким образом, выполнен с возможностью декодировать закодированное светом сообщение, заключенное в принятом свете.
Источник 2 света может дополнительно содержать приемник 8 сообщений для приема информации, такой как информация, относящаяся к планированию передачи исходящих закодированных светом сообщений, и/или другие параметры закодированного света, который должен излучаться. Передача и прием информации может использовать одно из множества различных средств связи. Например, приемник 8 сообщений может быть приемником, сконфигурированным с возможностью принимать закодированный свет. Приемник 8 сообщений может содержать инфракрасный интерфейс для приема инфракрасного света. Альтернативно приемник 8 сообщений может быть радиоприемником (т.е. на основе радио) для приема передаваемой беспроводным образом информации. Еще альтернативно приемник 8 сообщений может содержать разъем для приема информации, передаваемой по проводу. Провод может быть кабелем сети электропередачи. Провод может быть компьютерным кабелем.
Осветительное устройство 2 может дополнительно содержать память 9. Информация, относящаяся к параметрам передаваемых и/или принимаемых закодированных светом сообщений, и кодовые параметры, относящиеся к ним, могут быть сохранены в памяти 9.
Осветительное устройство 2 может дополнительно содержать внутренний индикатор 10 времени. Внутренний индикатор 10 времени может быть частью (или обеспечиваться посредством) блока 7 обработки. Внутренний индикатор 10 времени может, кроме того, быть инициализирован посредством приема сигнала от центрального индикатора времени, который может содержаться в блоке 11 дистанционного управления (как на Фиг.2d). Это может предоставлять возможность тактовой синхронизации между отдельными источниками света осветительной системы.
Рассмотрим теперь предложенную осветительную систему 1a согласно Фиг. 2a, работающую согласно предложенному протоколу I. Осветительная система 1a включает в себя три осветительных устройства 2a, 2b, 2c. Осветительные устройства 2a, 2b, 2c находятся в диапазоне считывания друг друга, осветительные устройства 2a и 2b находятся в диапазоне связи друг с другом, и осветительные устройства 2b и 2c находятся в диапазоне связи друг с другом. Согласно протоколу I первые два временных интервала связи остаются такими же, что и временные интервалы i) и iii) связи в традиционном протоколе CSMA/CA. Чтобы подчеркивать цифровую природу этого протокола, символ k используется, чтобы представлять время.
На стадии i) осветительное устройство 2a передает, на этапе S02a, первое закодированное светом сообщение s1(k) осветительному устройству 2b. Для того, чтобы выполнять это, формирователь 5 света осветительного устройства 2a формирует закодированное светом сообщение s1(k) и инструктирует излучателю 6 света осветительного устройства 2a излучать закодированный свет, содержащий закодированное светом сообщение s1(k). Закодированное светом сообщение s1(k) принимается, на этапе S04a, как свет детектором 3 света осветительного устройства 2b, который пропускает принятый свет декодеру 4 света осветительного устройства 2b, чтобы декодировать закодированное светом сообщение s1(k). Декодер 4 света осветительного устройства 2b, таким образом, выполнен с возможностью, на этапе S06a, идентифицировать, по меньшей мере, первое входящее закодированное светом сообщение, заключенное в принятом свете. Принимая во внимание осветительное устройство 2b, осветительное устройство 2a может рассматриваться как первое внешнее осветительное устройство.
На стадии ii) осветительное устройство 2c, на этапе S02b, передает второе закодированное светом сообщение s2(k) осветительному устройству 2b. Формирователь 5 света осветительного устройства 2c формирует закодированное светом сообщение s2(k) и инструктирует излучателю 6 света осветительного устройства 2c излучать закодированный свет, содержащий закодированное светом сообщение s2(k). Закодированное светом сообщение s2(k) принимается, на этапе S04b, как свет детектором 3 света осветительного устройства 2b, который пропускает принятый свет декодеру 4 света осветительного устройства 2b, чтобы декодировать закодированное светом сообщение s2(k). Декодер 4 света осветительного устройства 2b, таким образом, выполнен с возможностью, на этапе S06b, идентифицировать, по меньшей мере, второе входящее закодированное светом сообщение, заключенное в принятом свете. Принимая во внимание осветительное устройство 2b, осветительное устройство 2c может рассматриваться как второе внешнее осветительное устройство. После декодирования сообщения s1(k) и сообщения s2(k), формирователь 5 света осветительного устройства 2b, на этапе S08, формирует новое сообщение s1(k)+s2(k), являющееся комбинацией сообщения s1(k) и сообщения s2(k), в качестве исходящего закодированного светом сообщения. Декодер 4 света может сначала декодировать первое входящее закодированное светом сообщение s1(k) и второе входящее закодированное светом сообщение s2(k) из принятого света и затем повторно кодировать каждое упомянутое входящее закодированное светом сообщение и второе входящее закодированное светом сообщение (согласно так называемому принципу декодирования и пересылки, который, как таковой, известен в области техники). Исходящее закодированное светом сообщение затем формируется из повторно закодированных кодированных светом сообщений. Комбинация может содержать сложение первой формы волны, представляющей первое входящее закодированное светом сообщение s1(k), со второй формой волны, представляющей второе входящее закодированное светом сообщение s1(k). Первое входящее закодированное светом сообщение s1(k) и второе входящее закодированное светом сообщение s2(k) могут, например, представлять первую двоичную информационную последовательность и вторую двоичную информационную последовательность соответственно. В таком двоичном контексте, т.е. конечное поле имеет элементы 0 и 1, где 0+0=0, 1+0=0+1=1 и где 1+1=0, "+" может, таким образом, представлять операцию XOR (исключающее ИЛИ) отдельных битов. Комбинация может, таким образом, содержать выполнение поразрядной операции XOR между первой двоичной информационной последовательностью и второй двоичной информационной последовательностью. В целом, операция "+" может быть определена над конечным полем, согласно которому значения закодированных светом сообщений были определены и/или закодированы.
На стадии iii) излучатель 6 света осветительного устройства 2b, на этапе S10, излучает закодированный свет, содержащий исходящее закодированное светом сообщение. Преимущественно исходящее закодированное светом сообщение передается как всенаправленное широковещательное сообщение. Имея ранее сохраненное сообщение s1(k) как априорную информацию в своей памяти 9, осветительное устройство 2a при приеме и детектировании s1(k)+s2(k) способно устранять априорную составляющую s1(k), чтобы извлекать сообщение s2(k). Более подробно, сообщение, имеющее информационные составляющие, исходящие, по меньшей мере, от двух осветительных устройств (например, типа s1(k)+s2(k)), именуется составным закодированным светом сообщением. В целом, осветительные устройства могут принимать более одного такого составного закодированного светом сообщения, см. Фиг. 2c. Таким образом, по меньшей мере, одно из первого входящего закодированного светом сообщения и второго входящего закодированного светом сообщения может представлять первое составное закодированное светом сообщение и второе составное закодированное светом сообщение соответственно. Согласно осветительной системе 1a осветительное устройство 2a принимает одно составное закодированное светом сообщение s1(k)+s2(k) от осветительного устройства 2b. Отдельное закодированное светом сообщение в таком составном закодированном светом сообщении может быть идентифицировано посредством сравнения составного закодированного светом сообщения с уже известным закодированным светом сообщением (в общем, первое составное закодированное светом сообщение может быть сравнено со вторым составным закодированным светом сообщением). Уже известное (составное) закодированное светом сообщение может быть сохранено в памяти 9. Сравнивая составное закодированное светом сообщение s1(k)+s2(k) с известным и сохраненным закодированным светом сообщением s1(k), осветительное устройство 2a, таким образом, способно в данном случае идентифицировать два отдельных закодированных светом сообщения: s1(k) и s2(k). Сравнение может содержать вычитание сохраненного закодированного светом сообщения(ий) из первого составного закодированного светом сообщения. Информация, представляющая сохраненное закодированное светом сообщение(я), может, таким образом, быть устранена из составного закодированного светом сообщения. Аналогично, имея ранее сохраненное сообщение s2(k) как априорную информацию в своей памяти 9, осветительное устройство 2c при приеме и детектировании s1(k)+s2(k) способно устранять априорную составляющую s2(k), чтобы извлекать сообщение s1(k). В сравнении с системой предшествующего уровня техники на Фиг.1 пропускная способность сети улучшается на 33% (вместо 2 сообщений, обмениваемых в течение 4 временных интервалов, необходимы только 3 временных интервала, чтобы обмениваться 2 сообщениями). Как очевидно для специалиста в области техники, и как будет иллюстрировано ниже, осветительная система 1a не ограничивается только наличием трех осветительных устройств, а может быть расширена, чтобы иметь множество осветительных устройств.
Обратимся теперь к предложенной осветительной системе 1b согласно Фиг. 2b которая работает согласно предложенному протоколу II. Осветительная система 1b включает в себя три осветительных устройства 2a, 2b, 2c. Осветительные устройства 2a, 2b, 2c находятся в диапазоне считывания друг друга, осветительные устройства 2a и 2b находятся в диапазоне связи друг с другом, и осветительные устройства 2b и 2c находятся в диапазоне связи друг с другом. Чтобы подчеркивать аналоговую природу этого протокола, символ t используется, чтобы представлять время. Согласно протоколу II осветительному устройству 2a и осветительному устройству 2b предоставляется возможность передавать данные одновременно, хоть и необязательно синхронно.
Таким образом, на стадии i) осветительное устройство 2a передает, на этапе S02a, первое закодированное светом сообщение s1(t) осветительному устройству 2b и осветительному устройству 2c, на этапе S02b передает второе закодированное светом сообщение s2(t) осветительному устройству 2b. Осветительному устройству 2b может потребоваться принимать свет в течение продолжительности передачи s1(t)+s2(t). При приеме первого закодированного светом сообщения s1(t) и второго закодированного светом сообщения s2(t) осветительное устройство 2b формирует исходящее сообщение s1(t)+s2(t). Однако, поскольку первое закодированное светом сообщение s1(t) и второе закодированное светом сообщение s2(t) могут передаваться в одно и то же время, осветительное устройство 2b может, на этапе S04, принимать s1(t) и s2(t) как наложенное сообщение, т.е. s1(t)+s2(t). Первое закодированное светом сообщение s1(t) и второе закодированное светом сообщение s1(t) могут, таким образом, на этапе S06, в принятом закодированном свете идентифицироваться как общее наложенное сообщение. Исходящее сообщение s1(t)+s2(t) затем передается посредством испускаемого закодированного света из осветительного устройства 2b во втором временном интервале, т.е. на стадии ii) согласно вышеописанному, т.е. посредством формирования, на этапе S08, исходящего закодированного светом сообщения формирователем 5 света и посредством излучения, на этапе S10, закодированного света, содержащего исходящее сообщение, излучателем 6 света. Исходящее закодированное светом сообщение может быть усилением принятого света (согласно так называемому принципу усиления и пересылки, который, как таковой, известен в области техники). Следом за приемом исходящего сообщения s1(t)+s2(t), осветительное устройство 2a устраняет априори известную аналоговую составляющую s1(t), чтобы извлекать сообщение s2(t). Аналогично, осветительное устройство 2c устраняет априори известную аналоговую составляющую s2(t), чтобы извлекать сообщение s1(t). В сравнении с системой предшествующего уровня техники на Фиг.1 пропускная способность сети улучшается на 50% (вместо 2 сообщений, обмениваемых в течение 4 временных интервалов, необходимы только 2 временных интервала, чтобы обмениваться 2 сообщениями). Как очевидно для специалиста в области техники, и как будет иллюстрировано ниже, осветительная система 1b не ограничивается только наличием трех осветительных устройств 2a, 2b, 2c, а может быть расширена, чтобы иметь множество осветительных устройств.
Могут потребоваться некоторые условия для того, чтобы протокол II работал. Например, осветительным устройствам может потребоваться наличие доступа к информации, относящейся к тому, какие осветительные устройства в осветительной системе могут одновременно излучать закодированные светом сообщения. Осветительному устройству, кроме того, может потребоваться возможность координировать одновременное освещение от двух или более осветительных устройств (как осветительное устройство 2b в осветительной системе 1b на Фиг.2b). Осветительным устройствам может, кроме того, требоваться знать, должны они находиться в широковещательном режиме или нет. Осветительным устройствам может, кроме того, требоваться знать, какие сообщения необходимо декодировать в конкретном временном интервале. Эти аспекты могут быть урегулированы следующим образом. Когда осветительное устройство имеет сообщение для передачи, оно передает маяковое сообщение. Маяковое сообщение может содержать адрес самого осветительного устройства (т.е. адрес источника) и адрес, по меньшей мере, одного намеченного приемника (т.е. адрес получателя, по меньшей мере, для одного целевого осветительного устройства) для сообщения. После извлечения адреса получателя из закодированного светом сообщения(ий) прослушивающее осветительное устройство (т.е. осветительные устройства, принимающие маяковое сообщение) может использовать эту информацию, чтобы определять, может ли оно служить в качестве координатора одновременного освещения. Например, каждое прослушивающее осветительное устройство может проверять в базе данных адресов, имеет ли возможность осветительное устройство связываться с адресом получателя или нет. База данных может быть локально сохранена в памяти 9 или удаленно доступна осветительному устройству. Если это так, они отправляют служебный маяковый сигнал инициирования одновременной передачи посредством формирования ответного сообщения, содержащего подтверждение того, что может происходить одновременное освещение между некоторыми парами осветительных устройств. Осветительное устройство, передавшее маяковое сообщение, может передавать свое закодированное светом сообщение исключительно в ответ на принятый маяковый сигнал инициирования передачи в предварительно определенном интервале времени после передачи маякового сообщения. Ответное сообщение может быть сформировано только в случае, когда осветительное устройство имеет возможность связываться с адресом получателя. Такое осветительное устройство затем передает закодированные светом сообщения в следующем временном интервале (и сохраняет переданное сообщение). Координирующее осветительное устройство(а) принимает одновременное освещение в этом временном интервале. В последующем временном интервале промежуточные координирующие осветительные устройства перенаправляют наложенное сообщение, пока осветительное устройство(а), принимающее наложенное сообщение, имеет возможность декодировать наложенное сообщение из принятого закодированного света, устраняя сначала сохраненную составляющую переданного сообщения.
Фиг. 2c иллюстрирует осветительную систему 1c, которая работает согласно предложенному протоколу II. Однако, как поймет специалист в области техники, осветительная система 1c может также работать согласно предложенному протоколу I. Осветительная система 1c содержит шесть осветительных устройств 2a, 2b, 2c, 2d, 2e и 2f соответственно. Осветительные устройства 2a, 2b, 2c, 2d, 2e и 2f размещаются в конфигурации решетки. В осветительной системе 1c, осветительные устройства 2a, 2b, 2c, 2d, 2e и 2f ассоциируются с закодированными светом сообщениями A, B, C, D, E и F соответственно, которые должны быть переданы всем другим осветительным устройствам 2a, 2b, 2c, 2d, 2e и 2f в осветительной системе 1c. Как понимает специалист в области техники, каждое из закодированных светом сообщений A, B, C, D, E и F соответственно может быть ассоциировано с одним или более конкретными осветительными устройствами, предназначенными, чтобы принимать одно или более конкретных закодированных светом сообщений из закодированных светом сообщений A, B, C, D, E и F. Дополнительно предполагается, что осветительные устройства 2a, 2b, 2c, 2d, 2e и 2f находятся в диапазоне считывания друг друга, и что каждое из осветительных устройств 2a, 2b, 2c, 2d, 2e и 2f находится только в диапазоне связи с его ближайшим по вертикали и/или горизонтали соседом. Т.е. осветительное устройство 2a находится в диапазоне связи только с осветительным устройством 2b и осветительным устройством 2d; осветительное устройство 2b находится в диапазоне связи только с осветительным устройством 2a, осветительным устройством 2c и осветительным устройством 2e, и т.д.
Под управлением протокола II, в первом временном интервале, т.е. на стадии i), каждое из осветительных устройств 2a, 2b, 2c, 2d, 2e и 2f одновременно распространяет сообщение (A, B, C, D, E и F), которое ему необходимо отправить своим соседним осветительным устройствам 2a, 2b, 2c, 2d, 2e и 2f, и сохраняет свое собственное сообщение в памяти 9. Соседние осветительные устройства 2a, 2b, 2c, 2d, 2e и 2f прослушивают накладывающееся сообщение; например, осветительное устройство 2a принимает одновременные сообщения B (от осветительного устройства 2b) и D (от осветительного устройства 2d) в первом временном интервале, и, следовательно, принимает совмещенное сообщение B+D. Аналогично, осветительное устройство 2b принимает одновременные сообщения A (от осветительного устройства 2a), C (от осветительного устройства 2c) и E (от осветительного устройства 2e) в первом временном интервале и, следовательно, принимает наложенное сообщение A+C+E. Декодер 4 света может, таким образом, быть дополнительно выполнен с возможностью идентифицировать, в принятом закодированном свете, также третье входящее закодированное светом сообщение, заключенное в принятом свете, причем третье закодированное светом сообщение исходит от третьего внешнего осветительного устройства.
Во втором временном интервале, т.е. на стадии ii), каждое осветительное устройство 2a, 2b, 2c, 2d, 2e и 2f распространяет совмещенное сообщение, принятое в первом временном интервале; например, осветительное устройство 2a распространяет сообщение A'=B+D, тогда как оно принимает комбинацию сообщения B'=A+C+E (исходящего от осветительного устройства 2b) и сообщения D'=A+E (исходящего от осветительного устройства 2d). Во втором временном интервале, т.е. на стадии ii), осветительное устройство 2b распространяет сообщение B'=A+C+E. Формирователь 5 света может, таким образом, быть дополнительно выполнен с возможностью включать также третье входящее закодированное светом сообщение в исходящее закодированное светом сообщение. Для осветительных систем, где осветительное устройство принимает две или более копий одного и того же сообщения от двух или более различных осветительных устройств, две или более копий могут быть объединены для достижения выигрыша от разнесения.
В третьем временном интервале, т.е. на стадии iii), каждое осветительное устройство 2a, 2b, 2c, 2d, 2e и 2f распространяет наложенное сообщение, принятое во втором временном интервале (после устранения априори известных составляющих сигнала); например, осветительное устройство 2a распространяет сообщение A''=A+C+E+A+E=C, тогда как оно принимает комбинацию сообщения B''=B+D+F+B+F+B+D=B (исходящего от осветительного устройства 2b) и сообщения D''=B+D+B+D+F=F (исходящего от осветительного устройства 2d).
Протоколы I и II могут быть распространены на произвольные сетевые конфигурации, где осветительные устройства выполнены с возможностью декодировать информацию, сохраняя переданный сигнал или подслушивая составляющую сигнала, так что он может быть использован, чтобы устранять мешающие составляющие сигнала из наложенного сигнала, чтобы извлекать интересующий сигнал(ы). Дополнительно, произвольные сетевые конфигурации могут всегда быть разделены на более мелкие конфигурации, чтобы получать линейные и решетчатые конфигурации, описанные ранее, и протокол связи и управления может выполняться над этими конфигурациями. Фиг. 2d иллюстрирует такую осветительную систему, содержащую множество разделенных осветительных систем 1d, где каждая осветительная система 1d может принимать форму осветительных систем 1a, 1b или 1c. Осветительная система дополнительно содержит устройство 11 дистанционного управления, выполненное с возможностью связываться с отдельными осветительными устройствами осветительных систем 1d.
Протоколы I и II были проверены с помощью экспериментальных результатов с тремя осветительными устройствами в линейной конфигурации (в качестве осветительных систем 1a и 1b на Фиг. 2a и b). Эти результаты иллюстрируются на Фиг. 4a-d, где для каждого графика x-ось представляет время, а y-ось представляет амплитуду.
На Фиг. 4a и b результаты показаны для протокола I. Фиг. 4a показывает передачи сигнала от осветительных устройств 2a и 2c осветительной системы 1a (верхние графики), принятые сигналы в осветительном устройстве 2b (средние графики) и успешное декодирование в промежуточном осветительном устройстве 2b в осветительной системе 1a (нижние графики). Круги и кресты на нижней схеме на Фиг. 4a обозначают биты переданных данных и декодированных данных, и их совпадение указывает успешное декодирование. Фиг. 4b показывает сигнал, переданный от осветительного устройства 2b (верхний график) и принятый в осветительных устройствах 2a и 2c (средние графики) и, в конечном счете, декодированный в них (нижние графики). Совпадение между кругами и крестами на нижних схемах на Фиг. 4b указывает успешное декодирование в осветительных устройствах 2a и 2c.
На Фиг. 4c и 4d результаты показаны для протокола II. Фиг. 4c показывает передачи сигнала от исходных осветительных устройств 2a и 2c осветительной системы 1b (верхние графики) и аналоговый наложенный принятый сигнал в промежуточном осветительном устройстве 2b в осветительной системе 1b (нижний график).
Фиг. 4d показывает сигнал, переданный от осветительного устройства 2b (верхний график) и принятый в осветительных устройствах 2a и 2c (следующие за верхними графики) и, в конечном счете, декодированный в них (нижние графики) после устранения априори известной составляющей аналогового сигнала (следующие за нижними графиками). Совпадение между кругами и крестами на нижних схемах на Фиг. 4d указывает успешное декодирование в осветительных устройствах 2a и 2c.
В общих словах, предложенное в данном документе является осветительным устройством, осветительной системой и способом передачи данных между первым осветительным устройством (2a) и вторым осветительным устройством (2c), по меньшей мере, через одно третье промежуточное осветительное устройство (2b). Такой способ может быть подытожен как содержащий:
передачу первого сигнала s1(k) данных первым осветительным устройством (2a);
передачу второго сигнала s2(k) данных вторым осветительным устройством (2c);
прием первого и второго сигналов данных третьим промежуточным осветительным устройством (2b);
передачу объединенного сигнала s1(k)+s2(k) данных третьим промежуточным осветительным устройством (2b);
прием объединенного сигнала s1(k)+s2(k) данных первым осветительным устройством (2a) и устранение априори известного первого сигнала s1(k) данных, чтобы получать второй сигнал s2(k) данных; и
прием объединенного сигнала s1(k)+s2(k) данных вторым осветительным устройством (2c) и устранение априори известного второго сигнала s2(k) данных, чтобы получать первый сигнал s1(k) данных.
В варианте осуществления (как определено протоколом II) этапы (i) и (ii) выполняются одновременно.
Изобретение, главным образом, описано выше со ссылкой на несколько вариантов осуществления. Изобретение может, в частности, быть применено к системам управления освещением или сетевому взаимодействию с помощью видимого света. Однако, как легко поймет специалист в данной области техники, варианты осуществления, отличные от описанных выше, одинаково возможны в рамках изобретения, которые определены прилагаемой формулой изобретения.
В системах кодированного света, которые описаны в данном документе, центральный контроллер освещения (такой как блок 11 дистанционного управления или одно из осветительных устройств 2a-f) может координировать ‘передачи’, т.е. определять, когда и как вывод света осветительных устройств 2a-2f модулируется в соответствии с используемым сетевым протоколом кодирования. Это дополнительно упрощается посредством ввода в эксплуатацию общего аспекта в осветительных системах. Таким образом, роль каждого осветительного устройства 2a-f может указываться и координироваться контроллером. Это делает сетевые системы закодированной светом передачи данных уникальными, а также очень эффективными.