АВТОМАТИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА К ЭКСПЛУАТАЦИИ УСТРОЙСТВ СЕТЕВОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
AUTOMATIC PREPARATION FOR OPERATION OF NETWORK CONTROL SYSTEM DEVICES

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к автоматической подготовке к эксплуатации устройств сетевой системы управления, в частности, к автоматической подготовке к эксплуатации беспроводных переключателей в системах управления освещением.
Уровень техники
Сетевые системы управления являются повсеместной тенденцией на коммерческих, промышленных и учредительских деловых рынках, а также на потребительских рынках. Типичным примером сетевой системы управления является система управления освещением с множеством сетевых, в частности, взаимосоединенных источников света. В будущем ожидается, что эти сетевые системы освещения будут развиваться, в частности, ввиду новых разработок в отношении источников света, таких как светильники на основе LED (светоизлучающих диодов), ведущих к более высокому количеству источников света. Установка, подготовка к эксплуатации, конфигурация и руководство систем управления освещением часто сложны, а также являются актуальным фактором в отношении общей стоимости собственности. В частности, подготовка к эксплуатации, которая требуется для определения устройств и установления их ролей в управлении освещением, является затруднительной задачей даже в проводных системах управления освещением с множеством переключателей и светильников и становится еще тяжелее в системах, где устройства не имеют проводных соединений и осуществляют только беспроводную связь, например, с использованием RF-передач (радиочастотных).
В системе управления освещением с проводными переключателями назначение переключателей (т. е. то, каким светильником(-ами) они управляют) более или менее обуславливается проводкой. Установщик подключает переключатель к некоторому порту на контроллере, и таким образом, функция переключателя очевидна. Беспроводной переключатель, однако, физически не соединен с системой, и таким образом, его назначение абсолютно не определено сразу после установки. Это означает дополнительную сложность для лица, готовящего систему к эксплуатации, которое должно определить и расположить переключатели для того, чтобы иметь возможность сообщить системе, где какой переключатель. Это трудоемкая и подверженная ошибкам задача.
Прямым решением для назначения беспроводных переключателей светильникам в системе управления освещением было бы позволить приемникам в светильниках принять переключатели с самым сильным RSSI (индикатором интенсивности принятого сигнала) в качестве переключателей, которые должны ими управлять: когда эти переключатели нажимаются, например установщиком, все светильники будут принимать сигнал от каждого переключателя, но с различными RSSI. В принципе, светильники в той же комнате, что и переключатель, при измерении будут получать наивысший RSSI от переключателя в их комнате, в то время как светильники в других комнатах будут наблюдать более низкий RSSI; чем они дальше, тем более низким в общем случае будет RSSI. Ввиду конкретных условий, таких как преграждающая мебель, двери или даже положение антенн, может случаться так, что некоторые приемники в той же комнате, что и переключатель, примут сигнал с более низкой интенсивностью, чем некоторые приемники в соседней комнате. Это приводит к неправильному назначению.
Для того чтобы улучшить подготовку к эксплуатации, US2008/0157957A1 раскрывает способ для подготовки к эксплуатации беспроводных узлов освещения в здании путем генерирования первой карты топологии сети системы управления освещением, установленной в здании, с использованием принятых RSSI-значений, и второй карты топологии сети с использованием значений ToF (времени прохождения) и сравнения этих двух карт для определения местонахождения перегородок внутри здания.
Международная патентная публикация № WO 2007/040398 раскрывает способ установки беспроводной сети, где измеряется интенсивность сигнала пакета данных, переданного по связи между узлами беспроводной сети. Это измерение затем используется для обеспечения возможности установки узлов беспроводной сети.
Сущность изобретения
Задача изобретения заключается в том, чтобы обеспечить улучшенный способ и систему для автоматической подготовки к эксплуатации сетевых систем управления, в частности, беспроводных переключателей в системах управления освещением.
Задача решается объектами по независимым пунктам формулы изобретения. Дополнительные варианты осуществления показаны зависимыми пунктами формулы изобретения.
Основная идея изобретения заключается в нахождении ограничений из установки сетевой системы управления в отношении этой сетевой системы управления и в учитывании этих ограничений во время процесса автоматической подготовки к эксплуатации на основе обработки интенсивности сигнала. Поскольку подготовка к эксплуатации на основе интенсивности сигнала может быть ненадежной ввиду преград между передатчиком и приемником сигнала, положения антенн RF-передатчиков, корпусов передатчиков и приемников, применение ограничений, найденных из установки, может помочь увеличить надежность подготовки к эксплуатации на основе обработки интенсивности сигнала.
Один вариант осуществления изобретения обеспечивает способ автоматической подготовки к эксплуатации устройств сетевой системы управления, которая содержит одно или несколько первых устройств и одно или несколько вторых устройств, имеющих возможность осуществлять связь беспроводным образом, причем беспроводные сигналы от первых устройств принимаются одним или несколькими вторыми устройствами, и для каждого принятого беспроводного сигнала определяется интенсивность сигнала, и причем подготовка к эксплуатации содержит следующие этапы:
- обработка определенных интенсивностей сигналов с учетом ограничений, найденных из установки сетевой системы управления, для подготовки к эксплуатации, и
- назначение первых устройств одному или нескольким из вторых устройств в зависимости от результата обработки.
Этот способ основан не только на измерениях интенсивности сигнала между двумя устройствами для подготовки к эксплуатации, что может быть хорошим, но не очень надежным показателем для расстояния между устройствами, но также принимает в расчет ограничения во время подготовки к эксплуатации на основе измерений интенсивности сигнала, чтобы могла достигаться более надежная подготовка к эксплуатации. Ограничения, например, содержатся в наборе данных, подходящих для вычисления. Ограничениями обычно являются значения, относящиеся к установке и, например, определению препятствий для установки сетевой системы управления, таких как максимальное количество первых устройств, назначаемых одному второму устройству, и наоборот.
Например, установка сетевой системы управления может содержать одну или несколько комнат, и ограничения, найденные из установки, могут быть одним или несколькими из следующего:
- количество первых устройств в каждой комнате;
- количество вторых устройств в каждой комнате;
- количество комнат, которым назначено одно первое устройство.
В каждой комнате, например, одно второе устройство может быть использовано в качестве контроллера комнаты, и ограничение может заключаться в том, что только одно первое устройство назначается одному второму устройству. Дополнительным ограничением может быть, например, то, что первое устройство может быть назначено только одному контроллеру комнаты, чтобы беспроводной переключатель, применяющийся в качестве первого устройства, мог управлять только инфраструктурой, установленной в комнате, посредством соответственного контроллера комнаты, которому он назначен, и не инфраструктурой соседней комнаты.
Обработка может содержать следующие этапы:
- определение полной интенсивности сигнала для нескольких различных возможных назначений первых устройств и вторых устройств, которые удовлетворяют ограничениям, найденным из установки сетевой системы управления, и
- выбор назначения первых устройств и вторых устройств с наибольшей полной интенсивностью сигнала из определенных полных интенсивностей сигналов.
Этап определения полной интенсивности сигнала может содержать способ перебора над всеми возможными комбинациями распределений первых устройств и вторых устройств или эвристический способ.
Этап обработки может дополнительно содержать взвешивание интенсивности сигнала каждого принятого беспроводного сигнала в зависимости от установки. Например, значения для взвешивания могут относиться к ограничениям установки, таким как расстояние комнат от некоторого места в здании, в котором установлена сетевая система управления.
Значения для взвешивания интенсивностей сигналов могут оцениваться на основе действительных измерений интенсивностей сигналов беспроводных сигналов.
Дополнительный вариант осуществления изобретения обеспечивает компьютерную программу, обеспечивающую возможность процессору осуществлять способ согласно изобретению, описываемый здесь.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения, может быть обеспечен носитель записи, хранящий компьютерную программу согласно изобретению, например CD-ROM, DVD, карта памяти, дискета, устройство Интернет-памяти или подобный носитель данных, подходящий для хранения компьютерной программы для оптического или электронного доступа.
Другой вариант осуществления изобретения обеспечивает компьютер, запрограммированный для выполнения способа согласно изобретению, описанный выше.
Дополнительный вариант осуществления изобретения относится к инструменту подготовки к эксплуатации для сетевой системы управления, содержащему
- средство связи для связи с устройствами сетевой системы управления и для приема от одного или нескольких вторых устройств интенсивностей сигналов беспроводных сигналов от первых устройств, принятых и определенных одним или несколькими вторыми устройствами, и
- средство обработки, выполненное с возможностью выполнения способа изобретения, описанного выше, для того, чтобы назначить первые устройства одному или нескольким из вторых устройств.
Еще один дополнительный вариант осуществления изобретения обеспечивает сетевую систему управления, содержащую
- одно или несколько первых устройств,
- несколько вторых устройств, выполненных с возможностью приема беспроводных сигналов от первых устройств и определения для каждого принятого беспроводного сигнала интенсивности сигнала, и
- контроллер системы, выполненный с возможностью
- принимать определенные интенсивности сигналов,
- обрабатывать определенные интенсивности сигналов с учетом ограничений, найденных из установки сетевой системы управления, для подготовки к эксплуатации, и
- назначать первые устройства одному или нескольким из вторых устройств в зависимости от результата обработки.
Система может быть системой управления освещением и
- одно или несколько первых устройств могут быть беспроводными переключателями и/или компьютерами, выполненными с возможностью беспроводной связи со вторыми устройствами, и
- несколько вторых устройств могут быть беспроводными контроллерами комнаты и/или беспроводными светильниками.
Система может быть системой управления освещением, а первые устройства и вторые устройства могут быть беспроводными светильниками. Таким образом, назначение первых устройств вторым устройствам является группированием беспроводных светильников также на основе планировки установки, а не только измерений интенсивности сигнала.
Контроллер системы может быть интегрирован во второе устройство. Например, контроллер системы может быть частью светильника системы управления освещением.
Контроллер системы может быть выполнен с возможностью выполнения способа по изобретению, описанного выше. Например, контроллером системы может быть вычислительное устройство, конфигурируемое программой, осуществляющей изобретательский способ для автоматической подготовки к эксплуатации устройств сетевой системы управления.
Эти и другие аспекты изобретения станут очевидны и объяснены со ссылками на варианты осуществления, описанные далее.
Далее изобретение будет описано более подробно со ссылками на примерные варианты осуществления. Однако изобретение не ограничивается этими примерными вариантами осуществления.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 изображает вариант осуществления беспроводной системы управления освещением, установленной в трех комнатах, с несколькими беспроводными светильниками, контроллерами комнаты и беспроводными переключателями согласно изобретению;
фиг.2 изображает вариант осуществления беспроводной системы управления освещением, установленной в пяти комнатах, с несколькими беспроводными светильниками, контроллерами комнаты и PDA в качестве беспроводных переключателей согласно изобретению;
фиг.3 изображает структурную схему варианта осуществления контроллера системы для системы управления освещением согласно изобретению; и
фиг.4 изображает блок-схему варианта осуществления способа для автоматической подготовки к эксплуатации устройств системы управления освещением.
Описание вариантов осуществления
Далее функционально схожие или идентичные элементы могут иметь одинаковые условные обозначения. Кроме того, варианты осуществления изобретения описаны посредством систем управления освещением, хотя настоящее изобретение в общем случае применимо к любой сетевой системе управления, содержащей несколько устройств, использующих беспроводную связь, например передачу RF-сигнала.
Фиг.1 изображает установку системы управления освещением в трех комнатах R1-R3 здания. Система управления освещением содержит центральный контроллер SC системы, в каждой комнате по одному контроллеру RC1-RC3 комнаты, одному RF-переключателю S1-S3 и по шесть светильников L1-L6, L7-L12, L13-L18. Каждый контроллер RC1-RC3 комнаты имеет возможность осуществлять связь посредством RF-передачи с одним или несколькими назначенными RF-переключателями S1-S3 и управлять светильниками в соответственных комнатах в зависимости от сигналов назначенного RF-переключателя.
Кроме того, каждый контроллер RC1-RC3 комнаты соединяется с центральным контроллером SC системы, который может руководить системой управления освещением и, в частности, выполнять автоматическую подготовку к эксплуатации после установки системы управления освещением.
Фиг.3 изображает структурную схему контроллера SC системы, содержащего средство 10 связи, например модуль беспроводной связи, такой как интерфейс WiFi™, Bluetooth, ZigBee™, и/или модуль проводной связи, такой как интерфейс LAN (локальной сети). Благодаря средству 10 связи, контроллер SC системы имеет возможность осуществлять связь с контроллерами RC1-RC3 комнаты, в частности, конфигурировать каждый контроллер RC1-RC3 комнаты согласно результату описанного здесь способа подготовки к эксплуатации.
Контроллер SC системы дополнительно содержит процессор 12, такой как микроконтроллер или микропроцессор, и память 14, хранящую программу, конфигурирующую контроллер SC системы для подготовки к эксплуатации системы управления освещением, как показано на фиг. 1 и 2. Контроллер SC системы может осуществляться, например специализированным управляющим компьютером для системы управления освещением или стандартным персональным компьютером (PC) с беспроводным и/или проводным интерфейсом, исполняющим программу для подготовки к эксплуатации системы управления освещением.
Контроллер SC системы принимает планировку установки освещения, создаваемую проектировщиком, например, посредством специализированной программы для установки освещения, исполняемой контроллером SC системы. В этой планировке указывается местоположение светильников L1-L18 и RF-переключателей S1-S3. В офисном здании будет, например, несколько светильников и один переключатель на комнату, как показано на фиг.1.
Блок-схема программы подготовки к эксплуатации, исполняемой контроллером SC системы, показана на фиг.4. Программа автоматически находит из вышеупомянутой планировки, что есть три комнаты R1-R3, в каждой по шесть беспроводным образом управляемых светильников L1-L6, L7-L12, L13-L18 и по одному переключателю S1-S3. Кроме того, программа находит из планировки, что есть контроллер RC1-RC3 комнаты в каждой комнате R1-R3, который служит в качестве приемника для RF-передач от переключателей S1-S3 и который управляет светильниками в этой комнате. В самом простом случае, контроллеры комнаты и светильники соединены в проводную сеть, и их местоположения известны.
Ввиду RF-связи между контроллерами RC1-RC3 комнаты и RF-переключателями S1-S3, каждый контроллер RC1-RC3 комнаты принимает RF-сигналы от каждого переключателя S1-S3, как показано на фиг.1 пунктирными стрелками от переключателей S1-S3 к контроллерам RC1-RC3 комнаты.
На первом этапе Rjk, интенсивность сигнала переключателя k в комнате j, измеряется контроллером RC1-RC3 комнаты.
jk
Следующая задача заключается в том, чтобы определить, какой переключатель находится в какой комнате, т.е. назначить переключатель k комнате j, что обозначается A, где значение 1 означает, что переключатель k находится в комнате j, а значение 0 означает, что он не в этой комнате. Тогда целью является максимизировать полную интенсивность сигнала = ∑ Rij * Aij.
Планировка установки говорит, что есть N комнат и N переключателей (с N=3 в примере, показанном на фиг.1). Таким образом, на первом этапе S10 для подготовки к эксплуатации программа автоматически находит следующие ограничения из планировки установки:
Ограничение, согласно которому в каждой комнате должен быть один переключатель:
И как дополнительное ограничение, что переключатель должен быть назначен только одной комнате:
ik
Контроллер SC системы извлекает измеренные интенсивности сигналов R из контроллера RC1-RC3 комнаты и генерирует на этапе S12 таблицу R с измеренными интенсивностями сигналов, где каждая строка содержит измерения одного контроллера комнаты, а каждый столбец содержит измерения каждого контроллера комнаты от одного переключателя. Например, таблица или матрица с измеренными интенсивностями сигналов для примера, показанного на фиг.1, может быть следующей:
т. е. контроллер RC1 комнаты при измерении получит значение интенсивности сигнала 50 (произвольных единиц) от переключателя S1, 30 от переключателя S2 и 10 от переключателя S3, контроллер RC2 комнаты при измерении получит значение интенсивности сигнала 15 от переключателя S1, 30 от переключателя S2 и 60 от переключателя S3, и контроллер RC3 комнаты при измерении получит значение интенсивности сигнала 35 от переключателя S1, 40 от переключателя S2 и 50 от переключателя S3.
Если бы контроллеры комнаты просто предположили, что самый сильный сигнал, который они приняли, исходит от переключателя в их комнате, назначение дало бы в результате то, что переключатель S1 управляет комнатой R1 (значение 50), переключатель S3 управляет комнатой R2 (значение 60), и переключатель S3 также управляет комнатой R3 (значение 50): переключатель S3, таким образом, управлял бы и комнатой R2, и комнатой R3, и это не согласовывалось бы с планировкой установки.
ij
ij
Таким образом, программа подготовки к эксплуатации, исполняемая контроллером SC системы, определяет на следующих этапах S16 и S18 агрегированную интенсивность сигнала = ∑ R * A для каждого назначения контроллера комнаты и переключателя, удовлетворяющего вышеприведенным ограничениям, найденным из планировки установки.
Далее перечислены все значения агрегированной интенсивности сигнала, взятые из матрицы R и удовлетворяющие ограничениям, найденным из планировки установки:
50(RC1-S1)+30(RC2-S2)+50(RC3-S3)=130
50(RC1-S1)+60(RC2-S3)+40(RC3-S2)=150
30(RC1-S2)+15(RC2-S1)+50(RC3-S3)=95
30(RC1-S2)+60(RC2-S3)+35(RC3-S1)=125
10(RC1-S3)+15(RC2-S1)+40(RC3-S2)=65
10(RC1-S3)+30(RC2-S2)+35(RC3-S1)=75
Максимальное из значений агрегированной интенсивности сигнала в вышеприведенном списке равно 150, так что со знанием ограничений, найденных из планировки установки, соответствующие ограничения дают максимальное значение 150, когда
т. е. с переключателем S1 в комнате R1, переключателем S2 в комнате R3 и переключателем S3 в комнате R2. На этапе S20 программа подготовки к эксплуатации выбирает максимальное из значений полной агрегированной интенсивности сигнала и назначает переключатель S1 контроллеру RC1 комнаты, переключатель S2 контроллеру RC3 комнаты и переключатель S3 контроллеру RC2 комнаты согласно выбранному максимальному из значений агрегированной интенсивности сигнала на следующем этапе S22. Для сравнения, при простом назначении с переключателем S1 в комнате R1, переключателем S2 в комнате R2 и переключателем S3 в комнате R3 значение агрегированной интенсивности сигнала равно только 50+30+50=130.
Алгоритм для определения A может осуществляться способом перебора над всеми возможными комбинациями матрицы R, описанной выше, или каким-либо эвристическим способом. Вышеописанный способ может быть дополнительно улучшен, как описано далее.
Оптимизирующая функция для агрегированной интенсивности сигнала, использованная выше, принимает в расчет только интенсивность сигнала каждого отправителя, т.е. каждого переключателя в одной комнате. В качестве улучшения, оптимизирующая функция может быть расширена весовой функцией, принимающей в расчет, что некоторый сигнал от переключателей будет принят в смежных комнатах: функция для максимизации тогда примет вид
где º обозначает матричное умножение. На этапе S14, найденные ограничения Aij комбинируются с весами Wij, как описано ранее.
Если, например, сигнал угасает с коэффициентом 2 на перегородку комнат между отправителем и приемником, относительная интенсивность сигнала в комнате отправителя будет 1, в смежной комнате - 0,5, и в следующей комнате - 0,25, весовой матрицей, которую следует использовать, является:
Значения, которые следует использовать, могут оцениваться из общего опыта или из действительных измерений. В сущности, эти значения не критичны; важно то, что информация о взаимном расположении комнат и приемников в них известна и используется в механизме назначения.
Подобным образом, способ может выполняться для предусмотрения ситуации, когда беспроводные приемники находятся в светильниках (а не в контроллерах комнаты), и таким образом, то же расположение светильников в комнате неизвестно после установки. С использованием данных из планировки установки может быть найдено не только назначение переключателей, но также и группирование светильников и их ассоциирование с переключателями. Например, светильники могут группироваться согласно интенсивности сигналов, принятых от других светильников, с учетом того, сколько светильников должно быть в каждой комнате на основе планировки установки. Аналогично назначению переключателей светильникам в таком случае некоего рода «назначение» светильников светильникам может выполняться, в котором светильники объединяются в группы назначенных светильников. Точность этого группирования/назначения будет выше, если принимаются в расчет ограничения из планировки освещения (поскольку, например, планировка установки может определять, что в комнате четыре лампы, и таким образом, пятая должна быть в другой группе/комнате).
Тот же алгоритм может быть использован для назначения мобильного беспроводного устройства (например, сотового телефона или PDA) светильникам (группе светильников) в комнате, где мобильное беспроводное устройство находится в этот момент. В таком случае есть только один отправитель (мобильное устройство), и матрица R уменьшается до одного ряда. Фиг.2 изображает такой сценарий с PDA в качестве беспроводного переключателя освещения. Система управления освещением установлена в пяти комнатах R1-R5. В каждой комнате установлено четыре беспроводным образом управляемых светильника L1-L4, L5-L8, L9-L12, L13-L16, L17-L21 и контроллер RC1-RC5 комнаты. Контроллер RC1-RC5 комнаты соединен с контроллером SC системы. PDA находится в средней комнате R3 и исполняет программу для управления системой освещения. Программа обеспечивает возможность пользователю беспроводным образом управлять светильниками L1-L21 системы управления освещением. Для управления светильниками система управления освещением должна знать, в какой комнате PDA в действительности находится. Для беспроводной связи между PDA и контроллерами RC1-RC5 комнаты могут быть использованы различные технологии, например WiFi™, Bluetooth, ZigBee™. Когда пользователь хочет включить светильники L9-L12 в комнате R3, он может нажать кнопку программы для управления освещением на своем PDA. Это побуждает программу передавать RF-сигнал контроллерам RC1-RC5 комнаты для включения светильников в одной из комнат R1-R5. Каждый контроллер RC1-RC5 комнаты измеряет интенсивность RF-сигнала. Сейчас предполагается, что, ввиду окружающих условий, RSSI, измеренный контроллером RC3 комнаты в средней комнате R3, не является самым интенсивным, и измеренные интенсивности сигналов равны, например (i=RC1, RC2,..., RC5): Ri=(20 60 50 60 32) с весовыми значениями Wi=(0,25 0,5 1 0,5 0,25).
Предполагая, что PDA находится в средней комнате R3, ограничения Ai=(0 0 1 0 0) дают максимальный из полных RSSI 5+30+50+30+8=123.
Предполагая, что PDA находится во второй комнате R2, ограничения Ai=(0 1 0 0 0) дают полные RSSI 10+60+25+15=110.
Предполагая, что PDA находится в четвертой комнате R4, ограничения Ai=(0 0 0 1 0) дают полные RSSI 15+25+60+16=116.
Предполагая, что PDA находится в первой комнате R1, ограничения Ai=(1 0 0 0 0) дают полные RSSI 20+30+12,5=62,5.
Предполагая, что PDA находится в пятой комнате R5, ограничения Ai=(0 0 0 0 1) дают полные RSSI 12,5+30+32=74,5.
Даже хотя сигнал был сильнее во второй и четвертой комнате R2 и R4, соответственно, взвешенный результат дает точное местоположение PDA в комнате R3.
Изобретение может применяться к любым сетевым системам управления, в частности, к сетевым системам управления освещением, где, благодаря планировке установки, известны позиции устройств, таких как светильники и переключатели, в комнатах и относительное расположение комнат. Изобретение может, в частности, быть использовано для улучшения подготовки к эксплуатации устройств сетевой системы управления. В частности, изобретение может помочь уменьшить трудоемкость подготовки к эксплуатации и устранить ошибки.
По меньшей мере некоторые из функциональных возможностей изобретения могут выполняться аппаратными или программными средствами. В случае осуществления программными средствами, один или множество стандартных микропроцессоров или микроконтроллеров может быть использовано для обработки одного или множества алгоритмов, осуществляющих изобретение.
Следует заметить, что слово «содержать» не исключает возможности наличия других элементов или этапов и что упоминание в единственном числе не исключает возможности множества. Кроме того, любые условные обозначения в формуле изобретения не должны толковаться как ограничивающие объем изобретения.