專(zhuān)利名稱(chēng):照明網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種無(wú)線控制技術(shù),尤其涉及一種用于照明網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線控制系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù):
近來(lái),中央控制的照明網(wǎng)絡(luò)正在被廣泛應(yīng)用,這種控制方式允許用戶(hù)實(shí)時(shí)地控制照明網(wǎng)絡(luò)顯示出不同的照明效果。采用這種控制方式的控制系統(tǒng)的 一個(gè)主要特征是在控制臺(tái)與節(jié)點(diǎn)之間用于通信的數(shù)據(jù)速率是不對(duì)稱(chēng)的,因?yàn)橥ǔG闆r控制臺(tái)下只有一個(gè)或少數(shù)幾個(gè),而節(jié)點(diǎn)數(shù)通常非常多(上千、乃至上萬(wàn)個(gè))。
現(xiàn)有技術(shù)中,控制臺(tái)與節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)電纜連接,這會(huì)給系統(tǒng)的安裝、調(diào)試和維護(hù)帶來(lái)了許多工程上的困難和麻煩。隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展,人們開(kāi)始考慮能否使用無(wú)線連接代替電纜以消除有線連接帶來(lái)的困難和麻煩。盡管無(wú)線控制系統(tǒng)非常有吸引力,但在應(yīng)用到照明網(wǎng)絡(luò)
時(shí),仍有許多顯示的問(wèn)題有待解決,比如數(shù)據(jù)速率、通信距離、成本控制以及市場(chǎng)化所需的時(shí)間等。雖然理論上可以針對(duì)照明網(wǎng)絡(luò)單獨(dú)開(kāi)發(fā)一種全新的無(wú)線控制系統(tǒng),但高昂的成本以及較長(zhǎng)的市場(chǎng)化時(shí)間都會(huì)阻礙這類(lèi)全新的系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。
因此,充分利用現(xiàn)有的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)-漢則會(huì)是目前相對(duì)較好的解決方案。但現(xiàn)有的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在直接用于照明網(wǎng)絡(luò)特別是規(guī)模較大的照明網(wǎng)絡(luò)時(shí),存在一些嚴(yán)重的問(wèn)題。
以一個(gè)包含l個(gè)控制臺(tái)和10000個(gè)節(jié)點(diǎn)的照明網(wǎng)絡(luò)為例,假設(shè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)包括一個(gè)無(wú)線收發(fā)機(jī)和對(duì)應(yīng)的3個(gè)顏色(紅/綠/藍(lán))的燈,這10000
個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的照明網(wǎng)絡(luò)形成一個(gè)屏幕,可用來(lái)顯示視頻或靜態(tài)的圖像。當(dāng)需要顯示視頻時(shí),每個(gè)燈要在1/25秒內(nèi)從控制臺(tái)無(wú)線接收8個(gè)比特的數(shù)據(jù),因此每個(gè)節(jié)點(diǎn)的接收機(jī)的平均數(shù)據(jù)速率為8*25*3bps=600bps (比特/秒),而對(duì)于控制臺(tái)的發(fā)射機(jī)來(lái)說(shuō),總的數(shù)據(jù)速率將是600*10000bps=6Mbps。與此不同的是,節(jié)點(diǎn)的發(fā)射機(jī)和控制臺(tái)的接收機(jī)只是偶爾工作,而且以非常低的速率傳輸信息。
4顯然,針對(duì)上述這樣的一個(gè)照明網(wǎng)絡(luò),需要使用能夠支持超過(guò)
6Mbps數(shù)據(jù)速率的TDMA (時(shí)分多址)系統(tǒng),或者具有10000個(gè)以上頻率信道的FDMA (頻分多址)系統(tǒng)來(lái)提供無(wú)線控制。但是,能夠支持超過(guò)6Mbps數(shù)據(jù)速率的TDMA系統(tǒng)非常昂貴因而不適合此類(lèi)應(yīng)用,而目前實(shí)踐中也沒(méi)有能夠同時(shí)支持10000個(gè)信道且每個(gè)信道工作在600bps的FDMA系統(tǒng),為不同的照明網(wǎng)絡(luò)單獨(dú)定制這樣的FDMA系統(tǒng)不但研發(fā)時(shí)間長(zhǎng)而且成本也非常高。除此以外,TDMA和FDMA系統(tǒng)的可擴(kuò)展性十分有限。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提出一種混合無(wú)線控制系統(tǒng)和方法,其數(shù)據(jù)信號(hào)的發(fā)送方式結(jié)合了 TDMA和FDMA的特點(diǎn),能夠在保持節(jié)點(diǎn)工作速率不變的情況下在控制端獲得較高的工作速率。
按照本發(fā)明的一種無(wú)線控制系統(tǒng),包括
一個(gè)控制臺(tái),包括若干分別工作在不同頻率上的中央無(wú)線裝置,用于發(fā)送不同內(nèi)容的數(shù)據(jù)信號(hào);以及
若干個(gè)節(jié)點(diǎn),每個(gè)節(jié)點(diǎn)包括一個(gè)終端無(wú)線裝置,用于在一個(gè)相應(yīng)的頻率上接收來(lái)自該頻率所對(duì)應(yīng)的一個(gè)中央無(wú)線裝置的數(shù)據(jù)信號(hào),且所有對(duì)應(yīng)于該頻率的終端無(wú)線裝置分別工作在該頻率信道的不同時(shí)隙上。
按照本發(fā)明的一種無(wú)線控制方法,包括步驟
a、 將一個(gè)待發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)分割為桌干個(gè)不同的子信號(hào);
b、 將所述若干個(gè)子信號(hào)分為若干個(gè)組,分別在不同的頻率進(jìn)行發(fā)送;以及
c、 將在同 一頻率上進(jìn)行發(fā)送的一組子信號(hào)分別在不同的時(shí)隙發(fā)送給不同的接收端。
在本發(fā)明的無(wú)線控制系統(tǒng)和方法中,控制臺(tái)將待發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)分散在不同頻率的不同時(shí)隙中進(jìn)行發(fā)送,每個(gè)節(jié)點(diǎn)只會(huì)在一個(gè)預(yù)定頻率的預(yù)定時(shí)隙上接收到與其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信號(hào)。因此在保持每個(gè)節(jié)點(diǎn)處的無(wú)線收發(fā)機(jī)的低接收速率的情況下,但控制臺(tái)仍能夠?qū)崟r(shí)地發(fā)送出高速率的數(shù)據(jù)信號(hào)分別給許多個(gè)節(jié)點(diǎn)。這有助于大幅降低每個(gè)節(jié)點(diǎn)的無(wú)線收發(fā)機(jī)的成本,從而相應(yīng)地降低整個(gè)系統(tǒng)的成本。另外,在實(shí)際應(yīng)用中,對(duì)所用的頻率數(shù)量或每個(gè)頻率上的時(shí)隙數(shù)量進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整即可使該無(wú)線控制系統(tǒng)適用于不同規(guī)模的照明網(wǎng)絡(luò),從而獲得較高的可擴(kuò)展性。
通過(guò)參考以下結(jié)合附圖的說(shuō)明以及權(quán)利要求書(shū)中的內(nèi)容,并且隨著對(duì)本發(fā)明的更全面的理解,本發(fā)明的其他目的及效果將變得更加清楚和易于理解。
附圖簡(jiǎn)述
現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述,其中
圖1示出了使用本發(fā)明無(wú)線控制系統(tǒng)的照明網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖2示出了本發(fā)明無(wú)線控制系統(tǒng)第一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖3示出了本發(fā)明無(wú)線控制系統(tǒng)第二種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖;以及
圖4示出了本發(fā)明無(wú)線控制系統(tǒng)第三種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
在所有附圖中,相同的標(biāo)號(hào)表示相似或相應(yīng)的特征或功能。
具體實(shí)施例方式
下面仍以前述的包含1個(gè)控制臺(tái)和10000個(gè)節(jié)點(diǎn)的照明網(wǎng)絡(luò)為例,來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明無(wú)線控制系統(tǒng)用于該照明網(wǎng)絡(luò)時(shí)的工作原理。
參照?qǐng)Dl所示,該照明網(wǎng)絡(luò)包括控制臺(tái)10和由10000個(gè)節(jié)點(diǎn)30組成的屏幕20??刂婆_(tái)10可以通過(guò)發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)給每個(gè)節(jié)點(diǎn)30,分別控制其明暗和顏色的變化,從而使屏幕20上顯示相應(yīng)的內(nèi)容。每個(gè)節(jié)點(diǎn)30包含一個(gè)無(wú)線收發(fā)機(jī)31和紅綠藍(lán)三個(gè)顏色的燈LR、 Lg和Lb。這三個(gè)燈的亮度由無(wú)線收發(fā)機(jī)31所接收到的24比特的信號(hào)所控制。
本發(fā)明無(wú)線控制系統(tǒng)主要用于在該照明網(wǎng)絡(luò)中建立控制臺(tái)10和節(jié)點(diǎn)30之間的無(wú)線連接,以便控制臺(tái)10能夠正確地控制屏幕20顯示所要的內(nèi)容。由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)30都有一個(gè)無(wú)線收發(fā)機(jī)31,整個(gè)系統(tǒng)的成本很大程度上由每個(gè)無(wú)線收發(fā)機(jī)的成本來(lái)決定。
本發(fā)明無(wú)線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示,其使用的是一種混合傳輸方案,結(jié)合了 TDMA和FDMA系統(tǒng)的特點(diǎn),既可以工作在廣播模式下,也可以工作在TDD時(shí)分雙工模式下。
控制臺(tái)10具有M個(gè)中央無(wú)線收發(fā)機(jī)TRxl TRxM,而節(jié)點(diǎn)30具有M*N= 10000個(gè)終端無(wú)線收發(fā)機(jī)31??刂婆_(tái)IO的M個(gè)中央無(wú)線收發(fā)機(jī)TRxl-TRxM分別工作在M個(gè)不同的載頻fi, f2,…,fm,但他們?cè)跀?shù)據(jù)收發(fā)上是同步的。所有的中央無(wú)線收發(fā)機(jī)TRxl-TRxM在時(shí)間上
6是連續(xù)工作的。假設(shè)每個(gè)中央無(wú)線收發(fā)機(jī)工作速率為R,則控制臺(tái)10能夠達(dá)到的最高速率為Rc,其中RcHV^R。
在系統(tǒng)工作中,每個(gè)節(jié)點(diǎn)30根據(jù)從控制臺(tái)接收到的信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的顯示,而控制臺(tái)需要實(shí)時(shí)地發(fā)送不同的內(nèi)容給總共1^^N個(gè)節(jié)點(diǎn)30,因此將控制臺(tái)IO的無(wú)線信道劃分為]V^N個(gè)子信道。 一種比較容易實(shí)現(xiàn)的方式是先將無(wú)線信道按照頻率進(jìn)行劃分,再將每個(gè)頻率子信道按照時(shí)間進(jìn)行劃分。如圖2所示,本實(shí)施例中共有M個(gè)頻率子信道,每個(gè)頻率子信道又被劃分為N個(gè)時(shí)隙,這樣就相當(dāng)于有IvPN個(gè)子信道。每個(gè)中央無(wú)線收發(fā)機(jī)對(duì)應(yīng)工作在一個(gè)固定的頻率子信道,并和N個(gè)終端無(wú)線收發(fā)機(jī)31進(jìn)行通信,而每個(gè)節(jié)點(diǎn)30的終端無(wú)線收發(fā)機(jī)31則工作在一個(gè)固定的頻率子信道的固定時(shí)隙上。盡管這M*N個(gè)子信道中所傳輸?shù)膬?nèi)容各不相同,但由控制臺(tái)IO保持時(shí)間上的同步,從而保證屏幕20上能夠顯示出正確的視頻或者圖片。
在廣播模式下,控制臺(tái)10首先將每個(gè)幀的視頻或圖片分成Iv^N個(gè)單位的數(shù)據(jù)信號(hào),然后分別通過(guò)上述M*N個(gè)子信道將這M*N個(gè)單位的數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送給相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)30。如圖2中所示,每個(gè)方格代表一個(gè)單位的數(shù)據(jù)信號(hào),其中Ch畫(huà)代表一個(gè)相應(yīng)的子信道,而TR薩則代表一個(gè)相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)的無(wú)線收發(fā)機(jī)。
當(dāng)屏幕20正在顯示一幅靜態(tài)或偽靜態(tài)的圖片時(shí),顯示更新較慢,比如只有5幀/秒。這時(shí)下行鏈路,即從控制臺(tái)10到節(jié)點(diǎn)30方向上所需要的數(shù)據(jù)速率很低。因此許多幀上具有空閑的時(shí)隙,這些時(shí)隙可以被用作上行鏈路信道來(lái)發(fā)送節(jié)點(diǎn)30產(chǎn)生的反饋信號(hào)。如圖3所示,上下行鏈路可以交替發(fā)送幀信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)雙工通信。而由于在顯示靜態(tài)圖片時(shí),對(duì)顯示精確度的要求比顯示動(dòng)態(tài)的視頻時(shí)要高,因此這里使用雙工通信的意義在于可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?br>
對(duì)于上行鏈路中的信號(hào)也要求在時(shí)間上是同步的。但由于各節(jié)點(diǎn)的收發(fā)機(jī)在響應(yīng)時(shí)間上的差異,要在上行鏈路中保持非常精確的同步相對(duì)比較困難。在實(shí)踐中,這個(gè)問(wèn)題可通過(guò)在上行鏈路信道中使用重復(fù)編碼來(lái)減輕,而且由于上行鏈路中的反饋信號(hào)相對(duì)于下行鏈路只包含非常少的比特?cái)?shù),因此這種方法是切實(shí)可行的。另外,由于整體的數(shù)據(jù)速率比較低,在上行鏈路和下行鏈路中都可以使用FEC (前向糾錯(cuò))來(lái)進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?br>
7在有些無(wú)線通信協(xié)議中,比如ZigBee (紫蜂)中,當(dāng)無(wú)線收發(fā)機(jī)工作在不同頻段時(shí),其數(shù)據(jù)速率是不同的。在這種情況下,不同的頻率子信道中所劃分出的時(shí)隙的數(shù)量也不相同。如圖4所示,其中,工作在第M個(gè)頻率的無(wú)線收發(fā)機(jī)處于一個(gè)較低的數(shù)據(jù)速率,因此在第M個(gè)頻率子信道中的時(shí)隙數(shù)也比其它頻率子信道中的時(shí)隙數(shù)要少。
通過(guò)上述實(shí)施例可以看出,本發(fā)明在廣播模式下,盡管在每個(gè)節(jié)點(diǎn)處的無(wú)線收發(fā)機(jī)的接收速率非常低,但控制臺(tái)仍能夠?qū)崟r(shí)地發(fā)送出高速率的數(shù)據(jù)信號(hào)分別給許多個(gè)節(jié)點(diǎn)。這有助于大幅降低每個(gè)節(jié)點(diǎn)的無(wú)線收發(fā)機(jī)的成本,從而相應(yīng)地降低整個(gè)系統(tǒng)的成本。此外,節(jié)點(diǎn)處的無(wú)線收發(fā)機(jī)工作在低速率下也有助于提高通信距離。
而在雙工模式下,可以通過(guò)節(jié)點(diǎn)的反饋信息以及FEC等手段使控制臺(tái)與節(jié)點(diǎn)之間的通信更加可靠。
本發(fā)明無(wú)線控制系統(tǒng)的另外一個(gè)重要特性是具有完全的可擴(kuò)展性,在實(shí)際應(yīng)用中,對(duì)M或N的值進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整即可使該無(wú)線控制系
統(tǒng)適用于不同規(guī)4莫的照明網(wǎng)絡(luò)。
雖然本發(fā)明實(shí)施例中無(wú)線控制系統(tǒng)是用來(lái)控制照明網(wǎng)絡(luò),但很顯然,這類(lèi)無(wú)線控制系統(tǒng)也可用于其它具有大量節(jié)點(diǎn)需要實(shí)時(shí)控制的情況。
應(yīng)當(dāng)注意的是,上述實(shí)施例用于說(shuō)明、而非限制本發(fā)明,并且,在不脫離所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍的前提下,本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,對(duì)上述本發(fā)明所公開(kāi)的無(wú)線控制系統(tǒng)及方法,還可以在不脫離本發(fā)明內(nèi)容的基礎(chǔ)上做出各種改進(jìn)。因此,本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)由所附的權(quán)利要求書(shū)的內(nèi)容確定。此外,不應(yīng)當(dāng)將權(quán)利要求中的任何參考標(biāo)記解釋為限制權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種無(wú)線控制系統(tǒng),包括一個(gè)控制臺(tái),包括若干分別工作在不同頻率上的中央無(wú)線裝置,用于發(fā)送不同內(nèi)容的數(shù)據(jù)信號(hào);以及若干個(gè)節(jié)點(diǎn),每個(gè)節(jié)點(diǎn)包括一個(gè)終端無(wú)線裝置,用于在一個(gè)相應(yīng)的頻率上接收來(lái)自該頻率所對(duì)應(yīng)的一個(gè)中央無(wú)線裝置的數(shù)據(jù)信號(hào),且所有對(duì)應(yīng)于該頻率的終端無(wú)線裝置分別工作在該頻率信道的不同時(shí)隙上。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其中所述每個(gè)節(jié)點(diǎn)還包括至少一個(gè) 燈,并且所述每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)其終端無(wú)線裝置收到的數(shù)據(jù)信號(hào)控制燈的亮 度。
3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng),其中所述不同內(nèi)容的數(shù)據(jù)信號(hào)可組 成一個(gè)視頻或靜態(tài)圖像的幀數(shù)據(jù)信號(hào),用于控制所述節(jié)點(diǎn)的燈組成的矩 陣或屏幕顯示相應(yīng)的^L頻或靜態(tài)圖^f象。
4. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng),其中所述控制臺(tái)是根據(jù)所述節(jié)點(diǎn)的燈所處的不同位置,來(lái)將所述的幀數(shù)據(jù)信號(hào)分割成不同內(nèi)容的數(shù)據(jù)信 號(hào),并分別由一個(gè)預(yù)定的中央無(wú)線裝置在其工作頻率的一個(gè)預(yù)定時(shí)隙上 進(jìn)行發(fā)送,以使每個(gè)被分割出的數(shù)據(jù)信號(hào)只會(huì)被一個(gè)對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)所收 到。
5. 如^又利要求1至4中任意一個(gè)所述的系統(tǒng),其中所述終端無(wú)線 裝置和中央無(wú)線裝置均為無(wú)線收發(fā)機(jī)。
6. 如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng),其中所述終端無(wú)線裝置的數(shù)量多于 中央無(wú)線裝置的數(shù)量。
7. 如權(quán)利要求6所迷的系統(tǒng),其中所述終端無(wú)線裝置的數(shù)量為所 有工作頻率上的時(shí)隙數(shù)的總和。
8. 如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng),其中所述中央無(wú)線裝置還用于接收 來(lái)自節(jié)點(diǎn)的反饋信號(hào)。
9. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng),其中所述節(jié)點(diǎn)妁終端無(wú)線裝置在系 統(tǒng)空閑的幀的時(shí)隙上發(fā)送所述反饋信號(hào)。
10. —種無(wú)線控制方法,包括步驟a、 將一個(gè)待發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)分割為若干個(gè)不同的子信號(hào);b、 將所述若干個(gè)子信號(hào)分為若干個(gè)組,分別在不同的頻率進(jìn)行發(fā) 送;以及C、將在同一頻率上進(jìn)行發(fā)送的一組子信號(hào)分別在不同的時(shí)隙發(fā)送 給不同的接收端。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法,其中所述的每個(gè)接收端包括至少一個(gè)燈,每個(gè)接收端根據(jù)其收到的子信號(hào)控制其燈的亮度。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法,其中所述的數(shù)據(jù)信號(hào)為一個(gè)視頻 或靜態(tài)圖像的幀數(shù)據(jù)信號(hào),用于控制所述接收端的燈組成的矩陣或屏幕 顯示相應(yīng)的視頻或靜態(tài)圖像。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法,步驟a是根據(jù)所述接收端的燈所 處的不同位置,將所述的幀數(shù)據(jù)信號(hào)分割成若干個(gè)不同的子信號(hào)。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法,其中所述每個(gè)接收端工作在一個(gè) 預(yù)定頻率的預(yù)定時(shí)隙上,使得每個(gè)接收端只會(huì)收到一個(gè)對(duì)應(yīng)的子信號(hào)。
15. 如權(quán)利要求10至14中任意一個(gè)所述的方法,還包括步驟 d、接收來(lái)自不同接收端的反饋信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種無(wú)線控制系統(tǒng)及方法,其主要可以用于照明網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明無(wú)線控制系統(tǒng)及方法將控制端待發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)分散在不同頻率的不同時(shí)隙中進(jìn)行發(fā)送,而系統(tǒng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)只會(huì)在一個(gè)預(yù)定頻率的預(yù)定時(shí)隙上接收到與其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信號(hào)。因此能夠在保持節(jié)點(diǎn)工作速率不變的情況下在控制端獲得較高的工作速率。這有助于大幅降低每個(gè)節(jié)點(diǎn)的無(wú)線收發(fā)機(jī)的成本,從而相應(yīng)地降低整個(gè)系統(tǒng)的成本,并實(shí)現(xiàn)較高的可擴(kuò)展性。
文檔編號(hào)H05B37/02GK101472363SQ20071016009
公開(kāi)日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2007年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月24日
發(fā)明者雷 馮, 錢(qián)學(xué)誠(chéng) 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司