確定網絡中設備相對位置的方法和用於實施該方法的設備的網絡的製作方法

2023-09-19 14:28:00 1

專利名稱：：確定網絡中設備相對位置的方法和用於實施該方法的設備的網絡的製作方法確定網絡中設備相對位置的方法和用於實施該方法的設備的網絡發明領域本發明涉及一種在網絡中確定設備相對位置的方法，以及涉及用於實施該方法的i殳備的網絡。
背景技術：
：在具有若干個可控制設備的或多或少有些複雜的系統中，諸如沿街等的建築物中較大的照明系統，通常希望將設備(例如帶有開關的燈)捆綁在該系統中。這允許例如設備的遙控。當今可以使用具備其自身唯一ID的設備。但仍需知道這些設備在系統中位於"何處"，以使操作者或控制單元能夠控制正確的設備。US申請No.2003/0222603公開了一種系統和方法，用於關聯組件的位置及其ID。在一個實施方式中，每個組件分別操作，操作者記錄下每個情況下的物理坐標。這將非常耗時，且需要至少一個人員，並且在從操作者的位置無法檢查設備，諸如大型建築物中的照明系統等的情況下很有可能需要更多的人員。有時也很難於激活諸如高杆上的街燈設備。
發明內容本發明的一個目的是提供一種方法，其能夠通過較少的工作量提供關於網絡中若干設備的實際物理位置的信息。本發明的再一個目的是提供一種系統用於實施該方法。由此，本發明提供一種在導言中所提及的方法，包含下述步驟--給網絡提供電纜和多個可尋址的設備以及由此連接的控制單元；一選擇多個設備中的一個，其它設備為剩餘設備；--同步這些設備；--藉助於所選擇的設備在網絡上提供檢測信號，所述檢測信號可以由剩餘設備檢測，其中檢測信號具有作為時間函數遞增的幅度；--確定對於每個剩餘設備的檢測時間，在該檢測時間上所述剩餘設備能夠檢測到檢測信號；—在控制單元中收集剩餘設備各自的檢測時間；以及--評估檢測時間以確定i殳備的相對位置。根據本發明的方法提供了這樣的可能性，基於由網絡中的一個設備所發送的信號被其它設備所測量到的時間，至少相對於彼此確定設備位置。在根據本發明的方法中，設備中的一個，甚至包括控制單元自身，被選擇用來發送檢測信號到網絡中。該檢測信號將沿著網絡的電纜而傳播並衰減，這是因為電纜表現出損耗。這意味著物理上離發送設備更遠的設備將收到更弱的信號，並且通常在時間上只能稍晚地檢測信號。通過增大信號的幅度，越來越多和越來越遠的設備將能檢測到信號。換而言之，去往發送設備的物理距離可以通過設備第一次能夠檢測到發送設備發送的信號所花的時間來確定。通過收集這些時間(檢測時間)，可以得到網絡中設備相對於發送設備的物理次序的信息。如果網絡是例如線性網絡，可以據此確定設備的相對次序，從而還有設備的絕對次序和物理位置。該信息可以直接由系統或操作者所使用。節省了很多工作，且該方法甚至可以是自動的，如下面將討論的。本發明還提供設備的網絡，包括電纜、多個可尋址的設備，以及由此連接的控制單元，其中設備的網絡被構建並配置用於執行本發明的方法。在這裡的"可尋址，，意味著設備可以響應於穿過網絡攜帶其特定ID的消息。根據本發明的網絡提供設備的物理次序和位置^皮確定而無需操作者分別操作設備的可能性。這節約了安裝設備時大量的工作，例如當"綁定"他們時。本發明的不同實施方式是可能的，並且形成了從屬權利要求的主題，這將在下面討論。特殊地，剩餘設備的檢測時間被確定為同步與所述設備第一次確定信號高於預定水平之間的時間。同步例如可以通過任何已知的協議發生，諸如PowerLon協議，或者通過簡單地在網上提供信號，該信號可以由每個設備檢測到，並且可以用來(復位)設置內部時鐘。所述信號可以是短的且為相對強的比方說100mV的峰值信號。優選地，該同步信號具有不同於所使用的檢測信號的其它特性，例如不同的頻率。這避免了混淆以及信號的衝突。注意到設備應當包含內部時鐘，以為了能夠測量時間。此外，注意到當所選擇的設備通過網絡發送同步信號時，所述信號也將對於每電纜的單位長度延遲某個時間周期，正像檢測信號那樣。如杲該每長度延遲對於同步信號和檢測信號基本上相同，則時間測量可以非常準確。但是即使該延遲略有不同，根據本發明的方法和系統仍能夠確定相對時間延遲，從而確定相對3巨離，雖然有一些不夠精確。網絡的設備應當具有內部時鐘，諸如可以出現在不同的ic中。此外，設備應當能夠檢測信號和通信(同步、檢測、在收集數據時詢問)，並通過網絡發送檢測信號，諸如檢測時間信息，以及至少對於所選擇的一個或多個設備的檢測信號。所有這些細節在現有技術中是公知的，並且在此無需進一步解釋。在特定實施方式中，評估檢測時間的步驟包括以遞增次序和遞減次序之一來排序檢測時間。這是一種簡單而有效地確定網絡中設備的(物理)次序的方式。當設備離發送檢測信號的所選擇設備越遠，時間延遲將越大，反之亦然。因而，根據檢測時間來排序設備還允許建立物理次序。在特定實施方式中，該方法進一步包括向控制單元提供網絡配線地圖的步驟。所述配線地圖對於網絡幾乎是一直可用的，並提供設備所處於位置的信息，而無需知道個別設備的位置。根據本發明的方法然後將能夠提供這些稍後的信息。換而言之，該方法允許跨配線地圖填入設備的個別ID,以便能夠控制那些個別的設備。注意到在單個線性網絡的情況中，諸如沿單條街道的照明，所述配線地圖將不提供很多的附加信息。然而，在諸如多層建築物的照明的配線地圖情況中，所述組合可以證明更有效。注意到所述配線地圖可以作為一些數據的邏輯集^皮加入至控制單元。在特定實施方式中，方法進一步包含選擇剩餘設備中的一個，優選地具有最高的檢測時間，並重複同步、提供檢測信號、確定並收集檢測時間、以及再評估設備的相對位置的步驟。這在例如下面的情況中是有用的。當用於發送檢測信號的設備被隨機地選擇時，這通常是因為沒有更多的信息可獲得，然後很有可能在至少兩個方向上有設備。在這種情況下，4艮難確切地確定所有設備的物理次序，這是因為任意時間延遲可以在所選擇設備的任意方向發生。進一步的信息可以通過緊接著選擇剩餘設備中的一個而獲得，即其它設備中的一個，作為新選擇的設備發送檢測信號，並對其它設備重複確定並收集檢測時間的步驟。這樣可以獲得附加的次序信息，這些信息可以與第一信息組合以確定網絡中設備真實的物理次序。用於選擇另一個設備的有用準則可以是最高檢測時間，因為具有最高檢測時間的設備通常是最遠的設備，因而是線路的末端。選擇這樣的設備對於其它的設備來說僅有一個方向。在某些情況下，網絡中可能發生更多複雜的連接，諸如並行或分支連接等，本申請中為了簡明起見所有都採用"並行"來表述。這些更為複雜的連接將使得某些設備表現出相同(或至少類似)的檢測時間，而無需處於物理上相同的位置。在這種情況下，選擇並行設備中的一個作為發送檢測信號的設備將是有幫助的。在新檢測中這將並行設備的數量減少了至少一個。注意到在三個或更多的嚴格對稱的並行設備中，這將不夠充分，則仍需要例如人工檢測。然而僅當這些並行為問題r丄管如此r本方法仍將i供良好的時;節省:至少對於那些並非嚴格對稱的設備。在特定實施方式中，網絡包含的電纜具有每單位長度的延遲時間和衰減是基本恆量的特性。這允許相當精確地測量檢測時間，甚至允許測量絕對距離。然而，電纜沿其長度具有所述恆量特性不是必須的，其可以沿長度略有不同。這使得測量略有不精確，但是更長的檢測時間仍然意p未著更長的i^巨離，因此仍可以確定相對的物理次序。注意到原則上相同類型的電纜可以用在所有的網絡中，因此在整個網絡中其特性應該是相同或非常類似的。然而，特性可能局部不同，諸如由於電洩露(絕緣不好，等)或其它影響。注意到所述不同的特性可以表示為虛擬的附加電纜長度或缺少電纜長度。特別地，檢測信號包含具有頻率為10kHz和lMHz之間的信號，優選地大約在95kHz和148.5kHz之間。更一般地，所用的檢測信號通常應當表現出合理的每單位長度衰減，並且由網絡管理員所允許。注意到單位長度可能取決於網絡的大小諸如沿汽車高速公路照明的非常大的網絡和諸如私人住宅中照明的小網絡要求不同的檢測時間解析度，因而需要不同的單位長度。此外，在很多情況下合理的衰減通過由電子電纜中所謂的皮膚效應獲得。這使得電流主要在薄表面層傳導，其因此增大了損耗(衰減)。皮膚效應隨頻率而增大，例如DC信號由整個導體所傳輸，無論導體的橫截面是什麼，而幾MHz的信號僅在非常薄的表面層中傳輸(如果全部在導體中)。指出的範圍在提供合理的損耗並從而得到距離的解析度時有用。然而在例如衰減是由於其他原因而造成的情況下並不排除其它頻率，諸如電纜內部固有的高得多的電阻損耗。注意到有利的是對於檢測信號和在設備和控制單元之間通信使用不同的頻率。還可以提供使用電力線路網絡作為該網絡的優點。這意味應用在該方法中的信號由電力線路電纜所承載。在很多國家所述通過電力線路傳輸信號的通信是服從規則的。例如，在歐洲電力線路信號傳輸必須限定在9kHz-148.5kHz的頻率範圍內。該頻讀^皮進一步地如下劃分為"波段"以供分配給特定應用A波段9-95kHz用於電力供應者B波段95-125kHz供客戶使用，沒有協議C波,殳125-140kHz供用戶通過CENELEC協議4吏用D波段140-148.5kHz供客戶使用，沒有協議高於148.5kHz:電力線路通信禁用。在其它國家可以應用其它波段，在這種情況下必須調整檢測信號和/或其它信號的頻率。檢測信號的強度變化的方式並沒有嚴格限制。然而在特定實施方式中，檢測信號的幅度在時間上基本線性遞增。這在信號強度與時間之間給出了非常典雅及簡單的對應關係。例如，設備可能具有比方為xmV的檢測限制，檢測信號的幅度在較低值處開始，或者例如簡單地在OmV處。然後通過增大幅度，在時間上的一些點最近的剩餘設備將第一次檢測到檢測信號，因為本地信號強度高於檢測限制。檢測時間被記錄下。然後，隨著檢測信號強度一直增大，越來越多的設備將檢測到信號，直到所有的設備檢測到檢測信號。然後所有的檢測時間可以被控制單元讀取，由控制單元收集在其中。注意到檢測限制可以設置為等於電纜中的噪聲電平。然而，還可以將該限制設置為某個略高的值，以排除該隨機噪聲的影響。在可替換的實施方式中，檢測信號的幅度基本與時間成對數增長。換而言之，考慮到檢測信號通常沿網絡的電纜基本表現出指數衰退的影響，幅度雖然增大了，但是是以不斷減小的速率增大。通過仔細地選擇對數參數，有可能獲得一種方法，其中時間與距離之間的關係基本為線性。在另一個可替換的實施方式中，檢測信號的幅度步進式遞增，優選地具有在大約lms與5s之間的恆定幅度的時間，優選地在大約5ms與0.1s之間。儘管步進式增加將影響檢測的絕對解析度，該實施方式具有使測量更可靠的優點。在步進的平穩水平期間，幅度在某個時間段被很好地定義。這意味著諸如噪聲或電壓峰值等臨時的或變化的影響將達到平均數。這可以例如通過在平穩時間期間內重複檢測測量而獲得，或者通過在所述平穩期間檢測以及如果檢測在基本所有的平穩期間內可靠地進行則只對測量計數，等等。通過合適地選擇步長大小，仍然可以獲得任何所需的解析度。例如，步長大小可以選擇為時間上線性，即一直均勻增大，或時間對數增大等等。在特定實施方式中，檢測信號以在大約0.5mV和10mV之間的步長增大，優選地在lmV和5mV之間。所述步長大小在大多數情況下提供了足夠的解析度，雖然步進的總數量被充分限制了。尤其是與上述所提及的時間刻度相結合，總的測量可以迅速而可靠地被執行。儘管如此，還可以選擇其他的測量時間，例如比lms更短的時間周期，特別是在只有非常小的噪聲或者非常快的測量設備的情況下。如上述已經提及的，本發明還提供一種設備的網絡，包含多個可尋址的設備和控制單元，其中設備的網絡被構建並配置用來執行本發明的方法。特別地，至少兩個設備，優選地所有的設備能夠提供並檢測到檢測信號，並確定所流逝的時間。儘管原則上所有要被確定次序的設備必須能夠提供信號，因為檢測時間必須被控制單元等等所讀取，當多餘一個的設備能夠充當檢測信號的源時，這是有利的。然後，在兩個或更多的設備的位置不明確時，能夠提供檢測信號的其它設備中的一個或多個可以用來執行本發明的方法，從而提供附加的甚或充分的信息來確定所有設備的相對次序。注意到對於所有的設備並不是都必須能夠提供所述檢測信號。限制了必須由操作者來完成的工作量的任意數量都是有利的。此外注意到，對檢測信號相同的考慮同樣適用於同步信號，其也是由所選擇的一個或多個設備提供的。本發明的這些以及其它方面從下面描述的實施方式中顯而易見，並將參考下述的實施方式而闡明。在圖中圖1概略地示出了用於根據本發明方法的網絡；圖2a和2b示出了檢測電壓對時間的例子；圖3概略地示出了可替換的網絡。具體實施方式圖1概略地示出了用於根據本發明方法的網絡。此處10是概略的電力電纜，12是控制單元，A到I是九個設備，經由電力電纜10所連接。所述網絡可以是例如照明網絡，-現頻照相電路，才艮警網絡，諸如此類。電纜IO末端上的箭頭頭部指示在每個方向或多或少設備可以連接。在執行該方法之前，設備具有唯一的ID,但是還不知道這些設備位於<可處。本發明的方法可以如下工作。例如隨才幾地選擇一個設備。^f艮設一個設備被選擇，(稍後)將清楚它是在圖1中標為F的設備。原則上任何其它設備也可以是所選擇的設備。這將參考圖3進一步討論。作為第一個步驟，執行所有設備A-I的同步。另外，所選擇的設備F可以穿過網絡向它們發出脈沖或其它合適的信號。所述同步還可以由控制單元根據已知的同步協議而執行。下一步，所選擇的設備F將開始在網絡上提供檢測信號，例如電壓掃描或步進式增大的信號。在網絡電纜10被連接至電力線(mains)時，該信號可以具有允許的頻率，這在允許信號沿電纜10的長度呈現出足夠的衰減時是有用的。在這種情況下，選擇120kHz的頻率，儘管在歐洲任何95-148.5kHz波段內的頻率都是可選擇的。此外，當電纜IO沒有連接到電力線時，可以使用任何想要的或合適的頻率。圖2a和2b示出了檢測信號的幅度Vd對於時間t的例子。圖2a是簡單的線性掃描。圖2b示出了步進式增大，具有幅度為Vs的步長以及ts的時間步長，在步長期間內幅度基本為常量，檢測可以可靠執行。Vd和ts可以根據期望的精度而選擇，但是例如在1和5mV之間以及10和200ms之間的步長是好且有用的值，儘管其它的值在環境需要的情況下(例如大量的噪聲)也可以;波使用。現在，在圖1的網絡中有兩路設備，即E到A以及G到I。當F開始發送檢測信號時，在第一路中設備E將第一個檢測到信號，從而E具有檢測時間td的最小值，假設其為例如1T。下一個檢測到檢測信號的設備將是D,td例如為2T,等等。對於第二路中的設備可以獲得類似的結果。在這個例子中，假設相鄰的設備之間的距離為恆量，檢測信號電壓以這樣一種方式增大，即檢測時間基本上線性依賴於沿網絡電纜的實際距離，例如具有對數增長。當所選擇的設備F已經結束其工作，每個剩餘設備A-E和G-1的檢測時間:故諸如計算機或任何其它合適電路的控制單元12讀取並收集。以這種方式，我們得到檢測時間表，例如表l表1tableseeoriginaldocumentpage11沒有網絡配線的進一步知識，網絡中設備實際的次序並非顯而易見。這在例如查看設備E和G時是一清二楚的，其表現出相同的檢測時間。然而，清楚的是A必定最遠。因此，下一步可以是選擇A作為所選擇的設備，或"發送者"，並且用新選擇的設備A重複該方法。根據該方法，我們再次獲得結杲表格，即下面表2.表2tableseeoriginaldocumentpage11tableseeoriginaldocumentpage12從這個表很清楚的是，設備位於對應於字母次序的次序。這個簡單的例子示出了該方法能夠提供關於設備在網絡中物理次序(至少相對於彼此)的信息的例子。實際上，網絡通常更為複雜。作為例子，圖3被示出，其具有10個設備，一行5個(A到E)具有兩個分支(B-1-J和D-F-G-H)。再一次，出於簡化假設相鄰設備之間的傳播時間或延遲時間為1T。當所選擇的設備為E.G設備A,則不能知道所有設備的相對次序，因為例如C和I將成對示出相同的檢測時間。在這種更為複雜的網絡中，可以證明使用多個或者所有設備作為所選擇的設備是有利的。對於圖3詳細描述這個例子，我們得到我們以設備A開始，最後的設備為J。當從每個發送循環中收集到時間信息時，則得到下述矩陣。表3對於不同所選擇的設備的檢測時間tableseeoriginaldocumentpage12在這個表中從每個發送者我們可以看到設備是在何時檢測到檢測信號的。例如當設備A為所選擇的設備時，剩餘設備H在時間6T處檢測到檢測信號。檢測信號將在網絡上傳播，並在不同的路徑上引起較低信號電平。對於該定位方法，原則上鄰居是足夠的，因為他們總是最先接收到檢測信號。因此下一步驟將僅用發送者的直接鄰居(1T)來創建矩陣。表4直接鄰居tableseeoriginaldocumentpage13現在很清楚哪些設備是直接鄰居。現在通過連接讓我們以不同的方式來填充矩陣，並填入鄰居的名稱。表5不同表達方式的直接鄰居tableseeoriginaldocumentpage13formulaseeoriginaldocumentpage14該矩陣指示了從發送者A到B有一條路徑，則同樣從發送者B到A也有。這是顯而易見的，但是僅需要一條路徑。實際上當我們從上面開始時(在A),然後B到A的路徑不再需要，因此可以從表中移除。這將得到下述表中表6,僅有單向的直接鄰居tableseeoriginaldocumentpage14表6示出了從A開始的路由。注意可以從任何發送者開始，不是必須A。然而由於很容易確定A肯定是分支的末端，A是用來開始的一個;f艮好的^i美選者，正如E，H或J。現在可以以下述方式來形成路由在A開始，僅有的路徑(鄰居)是去往設備B的。設備B具有兩個直接鄰居，即兩個分支C和I。從I開始，該設備具有一個鄰居J，其沒有進一步的鄰居，因此該路徑在此結束。從C繼續，該設備具有一個新的鄰居D,等等。因此，發現了下述路由1)A-B-C-D-E2)D-F-G-H3)B-I-J這些路由可以很容易地映射在安裝圖中，將位置信息分配給圖使得能夠綁定所有的設備而無需人工地操作每個設備。該方法很容易被優化，這是因為並不總是需要每個設備來充當發送者。在一個或兩個檢測循環後，我們已經可以開始計算路由，然後檢查是否所有的設備都定位了，即在路由中連接了與否。還沒有連接在路由中的設備應當開始發送檢測信號給其他設備。下一步可以再次計算路由並檢查是否需要另一個循環。權利要求1.一種在網絡中確定設備相對位置的方法，該方法包含下述步驟--給網絡提供電纜(10)、和多個可尋址的設備(A-I；A-J)以及由此連接的控制單元；--選擇多個設備(A-I；A-J)中的一個，其它設備為剩餘設備；--同步這些設備(A-I；A-J)；--通過所選擇的設備在網絡上提供檢測信號，所述檢測信號可以由剩餘設備檢測，其中檢測信號具有作為時間函數遞增的幅度；--確定對於每個剩餘設備的檢測時間，在該檢測時間上所述剩餘設備能夠檢測到檢測信號；--在控制單元(12)中收集剩餘設備各自的檢測時間；以及--評估該檢測時間以便確定設備(A-I；A-J)的相對位置。2.權利要求1的方法，其中剩餘設備的檢測時間^皮確定為同步與所述設備第一次確定信號高於預定電平之間的時間。3.前述任一權利要求的方法，其中評估檢測時間的步驟包括以遞增次序和遞減次序中的一個來排序檢測時間。4.前述任一權利要求的方法，進一步包括向控制單元(12)提供網絡配線地圖的步驟。5.前述任一權利要求的方法，進一步包含選擇剩餘設備中的一個，優選地具有最高的檢測時間，並且重複同步、提供檢測信號、確定並收集檢測時間以及再評估設備(A-I;A-J)的相對位置的步驟。6.前述任一權利要求的方法，其中網絡包含關於每單位長度的延遲時間和衰減具有基本恆定的特性的電纜(10)。7.根據前述任一權利要求的方法，其中檢測信號包含具有頻率為10kHz和lMHz之間的信號，優選地大約在95kHz和148.5kHz之間。8.前述任一權利要求的方法，其中檢測信號的幅度在時間上基本線形增大。9.根據權利要求1-8中任意一個的方法，其中檢測信號的幅度步進式遞增，優選地具有在大約lms與5s之間的恆量幅度的時間，優選J也在大約5ms與0.ls之間。10.權利要求9的方法，其中檢測信號以在大約0.5mV和10mV之間的步長增大，優選地在lmV和5mV之間。11.設備的網絡，包括電纜(IO)、多個可尋址的設備(A-I;A-J),以及由此連接的控制單元(12),其中設備(A-1;A-J)的網絡;故構建並配置用於執行前述權利要求中一個的方法。12.權利要求11的網絡，其中至少兩個設備(A-1;A-J)和優選地所有的設備，能夠提供並檢測到檢測信號，以及確定所流逝的時間。全文摘要本發明公開了一種在網絡中確定設備相對位置的方法，以及用於實現該方法的設備的網絡。在具有連接到多個設備(A-I)的電力電纜(10)的網絡中，我們需要知道其上的物理位置，以能夠有效地控制它們。這通常由人工來完成，但是本發明提出選擇一個設備穿過網絡以遞增的幅度來發送檢測信號，並測量每個剩餘設備檢測到檢測信號的時間。由於網絡中的信號損耗，更遠的設備將表現出更長的檢測時間。收集不同的檢測時間，使得控制單元(12)能夠確定設備(A-I)的全部或至少部分的相對位置。文檔編號H05B37/02GK101263745SQ200680033435公開日2008年9月10日申請日期2006年8月29日優先權日2005年9月12日發明者H·斯特芬斯申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司