СПОСОБЫ ДЛЯ ВЫБОРА И УПРАВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВАМИ Российский патент 2014 года по МПК H05B37/02 G08C17/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к выбору и управлению устройствами, в частности к способам по выбору и управлению устройствами на основе технологии беспроводной связи.

Уровень техники

Во внутренних и внешних средах, где люди живут и работают, размещаются различные виды электронных и электрических устройств, например множество светильников, расположенных в различных местах. Пользователь выбирает и управляет этими устройствами для того, чтобы удовлетворять свои потребности в работе и жизни. В настоящий момент люди обычно используют неподвижные контроллеры, как, например, панель управления, смонтированную на стене, для управления этими устройствами. В этом случае, если пользователь хочет управлять устройством, он должен подойти к панели управления для манипулирования клавишей или ручкой, соответствующей устройству. Поскольку количество устройств увеличивается, панель управления становилась бы более сложной с большим количеством кнопок или ручек, соответствующим множеству устройств, а пользователь должен помнить, какая кнопка управляет соответствующим устройством. Хотя технология беспроводной связи была использована для сокращения расстояния между пользователем и панелью управления, как, например, пульт управления для управления каждым устройством удаленно, пульт управления все равно является сложным из-за большого количества кнопок, меню или опций для каждого устройства. Таким образом, пульт управления является объемным, и его пользовательский интерфейс не очень удобен для пользователя.

В ежедневных условиях работы и проживания, среди множества устройств, расположенных в одной и той же области управления, пользователь обычно хочет выбрать и управлять только устройством, которое находится в конкретном местоположении по отношению к нему, как, например, на конкретном расстоянии от него или в конкретном направлении по отношению к нему. Например, когда пользователь покидает гостиную и входит в спальную комнату, он хочет включить светильники в спальной комнате или выключить светильники в гостиной; или он хочет включить светильники, на которые показывает находящийся в его руке пульт управления, а другие светильники сохранить в неизменном состоянии. В предшествующем уровне техники беспроводной контроллер отправляет пробное сообщение для того, чтобы выявить все устройства, находящиеся в его области управления, а каждое устройство отправляет соответствующий сигнал обратной связи к беспроводному контроллеру согласно с протоколами, как, например, с протоколом множественного доступа с контролем несущей и предотвращением коллизий (CSMA/CA). После того как беспроводной контроллер примет сигнал обратной связи от всех устройств, он выберет целевое устройство, расположенное в конкретном относительном местоположении, сравнивая информацию радиопередачи пробного сообщения или сигналы обратной связи, как, например, индикатор интенсивности принятого сигнала (RSSI) или время прохождения, и отправляет управляющий сигнал к целевому устройству для управления им. Очевидно, что существующая система требует обратной связи от всех устройств и выбирает целевое устройство в зависимости от всей принятой различной обратной информации, даже если система хочет выбрать только одно целевое устройство на конкретном расстоянии или направлении. Когда количество устройств увеличивается, количество сигналов обратной связи также увеличивается, таким образом, беспроводной контроллер требует больше времени для обработки и более высоких возможностей обработки; между тем, большое количество обратной информации увеличивало бы вероятность возникновения коллизий канала по причине способа произвольного доступа, такого как CSMA/CA, таким образом, беспроводной контроллер имеет потребность в большем количестве времени для сбора всех сигналов обратной связи от всех устройств. Эти недостатки имеют результатом более длинную задержку перед выбором и управлением целевым устройством через беспроводной контроллер и неудовлетворительное восприятие пользователем.

Сущность изобретения

Следовательно, было бы полезным предоставить способ для выбора и управления устройствами, имеющий более короткую задержку выбора и управления на основе технологии беспроводной связи. Было бы также полезно уменьшить количество сигналов обратной связи в последовательности операций по выбору и управлению для упрощения беспроводного контроллера, сохранения энергии и уменьшения электромагнитного излучения в окружающей среде.

Для того чтобы лучше решить одну или более из этих задач, согласно вариантам осуществления касательно одного аспекта изобретения, предоставлен способ для использования в устройстве для содействия беспроводному контроллеру в выборе целевых устройств, при этом способ содержит этапы, на которых: i. устройство принимает пробное сообщение от беспроводного контроллера и получает информацию относительного местоположения по отношению к беспроводному контроллеру; ii. определяет время ответа для ответа согласно первому предварительно заданному правилу на основе информации относительного местоположения; iii. устройство детектирует сигналы ответа от других устройств до истечения времени ответа; определяет, отправлять или не отправлять свой сигнал ответа согласно второму предварительно заданному правилу и процедуре детектирования сигналов ответа от других устройств до истечения времени ответа, при этом сигнал ответа заключает в себе информацию относительного местоположения.

Согласно вариантам осуществления, касающимся другого аспекта настоящего изобретения, предоставлен способ для использования в беспроводном контроллере для выбора целевых устройств из одного или более устройств, при этом способ содержит следующие этапы: I. отправку пробного сообщения к одному или более устройствам; II. прием одного или более сигналов ответа, отправленных одним или более устройствами, при этом каждый из сигналов ответа заключает в себе информацию относительного местоположения, описывающую относительное местоположение устройства по отношению к беспроводному контроллеру; III. на основе информации относительного местоположения из одного или более сигналов ответа, выбор целевого устройства из одного или более устройств согласно предварительно заданному правилу.

Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения каждое устройство определяет различное время ответа согласно различным относительным местоположениям по отношению к беспроводному контроллеру, на основе предварительно заданного правила, т.е. чем больше относительное местоположение устройства соответствует местоположению целевого устройства, тем скорее это устройство ответит, и скорее беспроводной контроллер примет его ответ, что значительно уменьшает задержку в выборе целевого устройства; при этом другие устройства не отвечают, когда они обнаруживают, что существуют устройства, лучше соответствующие целевому устройству, чем они, посредством детектирования сигналов ответа других устройств, таким образом, их потребление энергии, а также передача радиосигналов и электромагнитное излучение в области уменьшается, а сложность обработки сигналов ответа с точки зрения беспроводного контроллера будет упрощаться.

Вышеприведенные и другие признаки настоящего изобретения будут разъяснены в вариантах осуществления, описанных ниже.

Краткое описание чертежей

Признаки, задачи и преимущества настоящего изобретения будут легко понятны с помощью следующих подробных, не ограничивающих примерных вариантов осуществления, описанных со ссылкой на прилагаемые чертежи, где одинаковые или подобные ссылочные символы обозначают одинаковые или подобные устройства.

Фиг.1 показывает топологию, в которой беспроводной контроллер выбирает ближайший светильник, согласно варианту осуществления изобретения;

Фиг.2 показывает схематичную блок-схему главных компонентов в светильнике согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.3 показывает схематичную блок-схему основных компонентов беспроводного контроллера для выбора и управления устройствами согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.4 показывает блок-схему последовательности операций способа, в которой беспроводной контроллер выбирает целевое устройство из множества устройств согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.5 - схематичный вид первого предварительно заданного правила, используемого каждым светильником для определения времени его ответа на основе RSSI согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6 показывает топологию, в которой беспроводной контроллер выбирает светильник, на который указывает беспроводной контроллер, согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание вариантов осуществления

Варианты осуществления будут примерно объяснены со ссылкой на фиг.1-фиг.6, на которых светильники используются в качестве примера.

Вариант 1 осуществления

Фиг.1 показывает топологию области освещения в сети беспроводного управления. Эта область освещения является внутренней средой и включает в себя две соседние комнаты R1 и R2. Светильники с D1 по D3 смонтированы в комнате R1, а D4 и D5 - в комнате R2. Беспроводной контроллер С отправляет управляющие сигналы к каждому светильнику посредством одноадресной передачи или многоадресной передачи на основе индивидуальной идентификации каждого светильника для управления его функциями освещения, такими как включение/выключение, яркость, цвет, фокусировка или вращение. Завершение запуска светильников означает, что система знает расположение каждого светильника. Способ запуска является широко известным для специалистов в данной области техники, и настоящее изобретение не будет предоставлять дополнительные подробности.

Как показано на фиг.2, каждый светильник содержит осветительный компонент 210, модуль 220 беспроводной связи, использующий беспроводные протоколы, такие как ZigBee™, процессор 230, память 240 и источник 250 питания. Модуль 220 беспроводной связи осуществляет связь с беспроводным контроллером С, используя ZigBee™ или другие протоколы для установления беспроводной сети. Каждый светильник принимает пробное сообщение, отправленное беспроводным контроллером C, измеряет RSSI или время прохождения сигналов, отправленных беспроводным контроллером C, и отвечает сигналом ответа; сигнал ответа заключает в себе уникальную идентификационную информацию светильника. Беспроводной контроллер выбирает желаемый светильник, извлекает его уникальную идентификацию из его ответного сигнала и отправляет управляющий сигнал с уникальной идентификацией в виде одноадресной передачи к светильнику. Процессор 230 и память 240 включают/выключают осветительный компонент 220, регулируют его яркость и так далее, согласно управляющему сигналу, отправленному беспроводным контроллером C. Источник 250 питания может соединяться с электропитанием от сети 120В/60Гц или 220В/50Гц, и заключает в себе трансформатор, и предоставляет электричество для осветительного компонента 210, модуля 220 беспроводной связи, процессора 230 и памяти 240 светильников.

Как показано на фиг.3, беспроводной контроллер содержит приемопередатчик 310, подключенный к приемопередающей антенне, процессор 320, память 330 и пользовательский интерфейс 340. Пользовательский интерфейс 340 заключает в себе управляющие интерфейсы, такие как кнопка, ручка или сенсорный экран, процессор 320 генерирует пробное сообщение или управляющий сигнал для светильников согласно режиму работы пользователя, а сигнал передается приемопередатчиком 310. Приемопередатчик 310 также основан на протоколе ZigBee™ и осуществляет связь с каждым светильником. Память 330 хранит принятую идентификационную информацию светильников. Беспроводной контроллер может быть автономным и специальным изделием для системы освещения, или может быть реализован в PDA (персональном цифровом секретаре) или мобильном телефоне, и он может также быть интегрированным в другие беспроводные контроллеры, такие как пульт управления телевизора.

Этот вариант осуществления будет разъяснять настоящее изобретение по отношению к выбору и управлению светильниками на основе RF (радиочастотной) технологии, такой как протокол ZigBee™. Должно быть понятно, что настоящее изобретение не ограничено RF-технологией и также является применимым к другим беспроводным технологиям, таким как инфракрасная, ультразвуковая и лазерная. Область освещения не ограничена внутренними средами, как показано на фиг.1, и является также применимой для внешних сред, таких как парки, стадионы и строительные площадки. Более того, настоящее изобретение является применимым для выбора и управления любыми другими устройствами, такими как устройства регулирования температуры или устройства воспроизведения звука.

В этом варианте осуществления, пользователь, держа беспроводной контроллер С, входит в комнату R1 из комнаты R2, а светильники D1-D3 в R1 являются выключенными, между тем как D4 и D5 в R2 являются включенными. В этот момент времени пользователь обычно желает включить ближайший светильник D1 для того, чтобы осветить эту комнату. Пользователь вводит команду "включить ближайший светильник" в беспроводной контроллер С через пользовательский интерфейс.

Как показано на фиг.4, сначала на этапе S10 беспроводной контроллер С отправляет пробное сообщение по одному каналу (определенному ресурсу связи, такому как время и частота) к светильникам D1-D5 в пределах области управления. Он отправляет пробное сообщение обычно в виде широковещательной передачи. Каждый светильник принимает и детектирует пробное сообщение в канале и распознает, что беспроводной контроллер С в настоящий момент выбирает ближайшие целевые устройства.

И на этапе S20 светильник D1 принимает это пробное сообщение и измеряет информацию расстояния, например, интенсивность сигнала или время прохождения пробного сообщения, которая указывает расстояние между D1 и беспроводным контроллером C. Конкретнее, основанный на ZigBee™ модуль 220 беспроводной связи светильников может принимать и распознавать пробное сообщение и измерять RSSI пробного сообщения. Протокол ZigBee™ и его способ измерения для RSSI хорошо известны для специалистов в данной области техники и не являются фокусом настоящего изобретения, поэтому дополнительные подробности описываться не будут.

В то же время (задержка передачи радиосигналов игнорируется), на этапе S20' и S20", светильники D2 и D3 также принимают это пробное сообщение и получают информацию расстояния между D2 и D3 и беспроводным контроллером C, как, например, RSSI пробного сообщения. Светильники D4 и D5 выполняют подобные этапы, как и D3, и это не будет разъясняться в следующем описании, пока не станет необходимым.

После этого на этапе S21, S21' и S21" каждый из светильников D1, D2 и D3, соответственно, определяет его время ответа T_D1, T_D2 и T_D3 для ответа беспроводному контроллеру С согласно первому предварительно заданному правилу на основе его информации расстояния, т.е. RSSI пробного сообщения в этом варианте осуществления. В этом варианте осуществления, поскольку беспроводному контроллеру С требуется выбрать ближайший светильник, первое предварительно заданное правило является таковым:

чем короче расстояние, указанное информацией расстояния, тем меньше время ответа.

Согласно этому правилу, в сравнении с традиционным случайным ответом всех светильников на основе CSMA/CA в предшествующем уровне техники беспроводной контроллер принимает сигнал ответа от ближайших светильников как можно быстрее, таким образом, задержка для выбора ближайшего светильника является более короткой, а вероятность коллизии уменьшается. Конкретнее, ослабление при распространении радиосигнала соотносится с расстоянием между передатчиком и приемником, как, например, сформулировано следующим уравнением Фриса:

$$\frac{P_r}{P_t}=G_r{G}_t{\left(\frac{\lambda }{4\pi R}\right)}^2$$ $$$$ (1)

где P _r и P _t являются мощностью приема и мощностью передачи соответственно, G _t и G _r являются коэффициентами усиления антенны передатчика и приемника, соответственно, λ является длиной волны радиосигнала и R является расстоянием между передатчиком и приемником. Очевидно, что каждый светильник может использовать RSSI пробного сообщения (P _r/P _t) в качестве информации о расстоянии, указывающей расстояние между им самим и беспроводным контроллером C, где беспроводной контроллер С использует всенаправленную передающую антенну, что означает, что пробное сообщение отправляется с одинаковой передающей мощностью к каждому светильнику во всех направлениях (360 градусов), коэффициенты усиления антенн всех светильников являются одинаковыми, а помехи, вызванные шумом и т.д., являются одними и теми же. Следовательно, первое предварительно заданное правило состоит в том, что:

чем больше RSSI пробного сообщения, тем меньше определяемое время ответа.

Этот вариант осуществления настоящего изобретения предлагает механизм с приоритетами и сегментацией, и каждый светильник использует этот механизм для определения его времени ответа согласно его RSSI пробного сообщения. Как показано на фиг.5, RSSI разделен на 6 различных сегментов согласно нескольким пороговым значениям, и каждый сегмент соответствует одному сегменту времени ответа, где RSSI больший, чем верхняя граница U, соответствует временному сегменту 0~T1, RSSI меньший, чем верхняя граница U и больший, чем пороговое значение R1, соответствует временному сегменту T1~T2, и так далее; RSSI меньший, чем нижняя граница L, соответствует сегменту времени после T5, где T5>T4>T3>T2>T1>0. Каждый светильник сначала выбирает соответствующий сегмент RSSI согласно его RSSI пробного сообщения, и затем он выбирает соответствующий сегмент времени ответа согласно его выбранному сегменту RSSI, и наконец, он определят время ответа в его выбранном сегменте времени ответа. В предпочтительном варианте осуществления определение времени ответа в сегменте времени ответа является случайным, для того, чтобы избежать коллизии ответа между несколькими светильниками в одном и том же сегменте RSSI и одном и том же сегменте времени ответа. Эти светильники в одном и том же сегменте времени ответа дополнительно используют протоколы доступа к среде передачи, как, например, CSMA/CA или ALOHA для отмены, когда происходит коллизия.

В этом варианте осуществления светильник D1 является ближайшим к беспроводному контроллеру С, а D3 является наиболее удаленным, следовательно RSSI1 пробного сообщения в D1 является наибольшим, RSSI2 в D2 является средним и RSSI3 в D3 является наименьшим. В этом варианте осуществления RSSI1 и RSSI2 находятся между верхней границей U и пороговым значением R1, а RSSI3 находится между пороговыми значениями R1 и R2. Следовательно, на этапах S21, S21' и S21" светильники D1, D2 и D3 соответственно определяют их времена ответа T_D1, T_D2 и T_D3 в T1~T2, T1~T2 и T2~T3. В предпочтительном варианте осуществления эти времена ответа определяются случайно в сегментах времени.

После этого, на этапе S22, светильник D1 детектирует сигналы ответа других устройств в канале ответа до истечения T_D1. Таким образом действует и светильник D2 до истечения T_D2 на этапе S22', и светильник D3 до истечения T_D3 на этапе S22". Если бы RSSI светильника являлось большим, чем верхняя граница, его время ответа являлось бы 0 и он не детектировал бы сигналы ответа от других устройств, а отправлял бы сигналы ответа незамедлительно. Следует понимать, что все светильники в области освещения должны быть синхронизированы. Синхронизация могла бы быть достигнута пробным сообщением, отправленным беспроводным контроллером C, так как область освещения является относительно небольшой, а время передачи пробного сообщения, отправленного от каждого беспроводного контроллера С к каждому светильнику, является приблизительно одинаковым, следовательно, каждый светильник может быть синхронизирован посредством его принятого пробного сообщения. Синхронизация могла бы быть достигнута с использованием других существующих способов, однако настоящее изобретение не будет предоставлять дополнительные подробности.

Затем на этапе S23, S23' и S23" светильники D1, D2 и D3 соответственно принимают решение, отправлять или нет сигнал ответа согласно второму предварительно заданному правилу и процедуре детектирования сигнала ответа от других светильников до истечения соответствующего времени ответа. Второе предварительно заданное правило содержит следующие подправила:

а) сигнал ответа отправляется, если не детектирован сигнал ответа от других светильников до истечения времени ответа; и

b) сигнал ответа отправляется, если, по меньшей мере, один сигнал ответа от других светильников детектирован до истечения времени ответа, а расстояние других светильников до беспроводного контроллера С является большим, чем расстояние от любого из светильников D1, D2 и D3 до беспроводного контроллера С.

В одном случае T_D2, случайно определенное в сегменте T1~T2 времени ответа светильником D2, является меньшим, чем T_D1, случайно определенное в том же самом сегменте времени посредством D1, где и T_D2, и T_D1 являются меньшими, чем T_D3. В этом случае второе предварительно заданное правило, используемое D2, выполняется в соответствии с a): поскольку светильник D2 не детектировал никакого сигнала ответа от других устройств до истечения T_D2, он отправляет его сигнал ответа к беспроводному контроллеру С на этапе S23', при этом сигнал ответа заключает в себе его RSSI пробного сообщения. Этот сигнал ответа будет также принят светильником D1 на этапе S23 и D3 на этапе S23", которые детектируют сигналы ответа до истечения T_D1 и T_D3, соответственно.

Этап S23, выполняемый светильником D1, может быть разделен на этапы S230 и S231. Конкретнее, на этапе S230 светильник D1 принимает сигнал ответа D2 и извлекает RSSI пробного сообщения D2. На этапе S231 D1 сравнивает его с собственным RSSI пробного сообщения на основе вышеприведенного второго предварительно заданного правила b: D1 также отправляет его сигнал ответа к беспроводному контроллеру С, поскольку светильник D1 знал о том, что беспроводной контроллер C выбирал ближайший светильник (например, он проинструктирован в пробном сообщении), а RSSI пробного сообщения D2 является меньшим, чем RSSI пробного сообщения D1, что означает, что светильник D1 находится ближе к беспроводному контроллеру C, чем D2.

Между тем, на этапе S23" светильник D3 также принимает сигнал ответа D2, и извлекает RSSI пробного сообщения D2, и сравнивает RSSI с его собственным RSSI пробного сообщения на основе вышеприведенного второго предварительно заданного правила b). Светильник D3 отказывается от ответа, поскольку светильник D3 знает о том, что беспроводной контроллер C выбирает ближайший светильник, а RSSI пробного сообщения D2 является большим, чем RSSI пробного сообщения D3, что означает, что светильник D2 находится ближе к беспроводному контроллеру C, чем D3. В альтернативном варианте светильник D3 знает о том, что сегмент времени ответа D2 является большим, чем его сегмент времени ответа, это означает то, что его RSSI пробного сообщения задано в более нижнем сегменте, чем D2, поэтому он не имеет потребности в том, чтобы извлекать RSSI пробного сообщения D2 и сравнивать RSSI с его собственным RSSI, и может сразу же отказаться от своего ответа. При отказе от ответов более дальних светильников вероятность коллизий ответов других более близких светильников снижается, и потребление энергии светильников, отказывающихся от их ответов, а также электромагнитное излучение в области освещения уменьшается.

В другом случае (не показан на фиг.4), T_D1, случайно определенное в сегменте Т1~Т2 ответа светильником D1, меньше, чем T_D2, случайно определенное светильником D2. Следовательно, светильник D1 первым отправил бы его сигнал ответа, включающий в себя его RSSI пробного сообщения, к беспроводному контроллеру C, и этот сигнал ответа также принимается светильниками D2 и D3. Светильники D2 и D3 получают RSSI пробного сообщения D1, определяют, что D1 находится ближе к беспроводному контроллеру, чем они, и, таким образом, отказываются от их ответов. Вероятность коллизий, потребление энергии и электромагнитное излучение уменьшаются.

После этого на этапе S11 беспроводной контроллер C принимает один или более сигналов ответа, отправленных светильником D1 или светильниками D1 и D2, при этом светильник D1 или светильники D1 и D2 отправляют их сигналы ответа, сравнивая расстояние между беспроводным контроллером C и каждым из D1, D2 и D3. Сравнение выполняется косвенным образом, при этом система определяет различные времена ответа для каждого светильника согласно их различным RSSI пробного сообщения, и отказывается от ответов относительно далеких светильников. В реальной системе беспроводной контроллер C может установить предельный срок приема после того, как он осуществил широковещательную передачу пробного сообщения, и может принимать ответы только до истечения предельного срока.

Должно быть понятно, что если T_D1 и T_D2 являются равными или практически равными, светильники D1 и D2 могут отправлять сигналы ответа в одно и то же время. В этом случае два светильника могли бы отменять или повторно отправлять их сигналы ответа на основе текущих протоколов доступа к среде передачи, как, например, CSMA/CA или ALOHA. И во время упомянутой задержки светильники продолжают детектирование того, отправили или нет другие светильники сигналы ответа, и будут выполнять действия, упомянутые выше, как, например, получение и ответ или отказ от ответа, когда был детектирован сигнал ответа.

Затем на этапе S12 на основе информации относительного местоположения в одном или более сигналов ответа беспроводной контроллер C выбирает ближайший целевой светильник из одного или более соответствующих светильников согласно предварительно заданному правилу.

Конкретнее, в одном случае беспроводной контроллер C принимает сигналы ответа, отправленные светильниками D2 и D1, а сигналы ответа заключают в себе RSSI пробного сообщения каждого светильника. Затем, сравнивая RSSI каждого светильника, беспроводной контроллер C выбрал бы светильник D1 с наибольшим RSSI в качестве ближайшего светильника. В другом случае беспроводной контроллер C принимает только сигнал ответа, отправленный светильником D1, и определил бы D1 в качестве ближайшего светильника. Таким образом, выбирается целевой светильник D1, который является ближайшим к пользователю.

Дополнительно на этапе S13 беспроводной контроллер C отправлял бы сгенерированный управляющий сигнал для управления ближайшим светильником D1 к D1 согласно схеме передачи, соответствующей RSSI пробного сообщения D1, при этом управляющий сигнал заключает в себе уникальную идентификацию D1 для облегчения его реорганизации. Конкретнее, если RSSI пробного сообщения D1 составляет -5 дБ, между тем как модуль беспроводной связи светильников требует RSSI -7 дБ для приема и детектирования управляющего сигнала, беспроводной контроллер C уменьшает его мощность передачи приблизительно на 1 дБ, для того, чтобы гарантировать то, что светильник D1 получит управляющий сигнал с RSSI -6 дБ. Таким образом потребление энергии беспроводного контроллера С и электромагнитное излучение в области освещения уменьшается. Поскольку этот управляющий сигнал предназначен только для D1, не важно, получат ли его другие светильники.

Должно быть понятно, что настоящее изобретение не ограничено механизмом с приоритетами и сегментацией. Когда количество светильников является небольшим и в одном сегменте времени ответа присутствует немного коллизий ответов, другой вариант осуществления настоящего изобретения предлагает непосредственно распределять различные времена ответа для светильников с различным RSSI пробного сообщения. Например, время ответа является 0 для RSSI большего, чем верхняя граница U, а время ответа T1 для RSSI находится между U и R1 и так далее. Таким образом, ближайший светильник отвечал бы первым, а другие светильники отказывались бы от их ответа, поскольку они детектировали сигнал ответа ближайшего светильника. Таким образом, задержка для выбора ближайшего светильника беспроводным контроллером C и вероятность коллизий могут быть сокращены, потребление энергии каждым светильником может быть уменьшено и электромагнитное излучение в области освещения может быть уменьшено. Также самый ранний сигнал ответа, принятый беспроводным контроллером C, должен быть отправлен от ближайшего светильника.

Вышеупомянутый вариант осуществления разъясняет настоящее изобретение посредством примера включения светильника, и должно быть понятно, что настоящее изобретение также применимо для других вышеупомянутых команд управления, таких как выключение, регулировка яркости, цвета, фокусировки, направления и так далее.

Настоящее изобретение также применимо для выбора второго ближайшего светильника. Конкретнее, беспроводной контроллер C может установить максимальный RSSI в пробном сообщении. Каждый светильник принимает его пробное сообщение и сначала делает вывод, удовлетворяет ли его RSSI пробного сообщения третьему предварительно заданному правилу: меньше ли RSSI пробного сообщения, чем максимальный RSSI. Если это так, он продолжает вышеприведенные этапы S20-S23 для ответа, в противном случае он отказывается от его ответа. Таким образом, отфильтровываются светильники, которые имеют наименьшие расстояния до беспроводных контроллеров С или которые имеют меньшее расстояние, чем расстояние предварительно заданного порогового значения. Максимальный RSSI получают предварительным выбором ближайшего светильника согласно вышеприведенному варианту осуществления или посредством опыта или экспериментов в реальной окружающей среде. Подобным образом, настоящее изобретение также применимо для выбора группы ближайших светильников.

Дополнительно настоящее изобретение также является применимым для выбора самого дальнего светильника. Например, после входа в комнату R1 пользователь желает выключить светильники D4 и D5 в комнате R2. В этом случае первое предварительно заданное правило, использующееся светильниками для определения их времени ответа, такое:

чем больше расстояние, указанное информацией расстояния, тем короче время ответа.

Когда RSSI используется для описания расстояния, правило является таким:

чем меньше RSSI пробного сообщения, тем короче время ответа.

Между тем, второе предварительно заданное правило, используемое, чтобы сделать вывод, отвечать или отказать в ответе, содержит:

a) отправку сигнала ответа, если не детектирован сигнал ответа от других светильников до истечения времени ответа; и

c) отправку сигнала ответа, если детектирован, по меньшей мере, один сигнал ответа от других светильников до истечения времени ответа, а расстояние от других светильников до беспроводного контроллера является меньшим, чем расстояние от этого светильника до беспроводного контроллера.

Механизм с приоритетами и сегментацией также применим в этом варианте осуществления. И этот вариант осуществления может быть использован для управления дополнительными светильниками через установку минимального RSSI в пробном сообщении. В этом случае пробное сообщение заключает в себе минимальный RSSI, и каждый светильник делает вывод, удовлетворяет ли его RSSI пробного сообщения третьему предварительно заданному правилу: больше ли RSSI пробного сообщения, чем минимальный RSSI. Если это так, он выполняет подобные этапы, как вышеприведенные этапы S20-S23 для ответа; в противном случае он отказывается от своего ответа. Подобным образом, этот вариант осуществления также применим для выбора группы самых дальних светильников.

Аналогичным образом, посредством установки одного максимального RSSI и одного минимального RSSI одновременно, варианты настоящего изобретения могут быть использованы для выбора одного или большего количества светильников, расположенных в пределах или за пределами этого диапазона. Специалисты в данной области техники могут получить варианты осуществления в различных сценариях на основе раскрытия и идей настоящего описания без изобретательской деятельности, и настоящее описание не будет предоставлять дополнительных подробностей.

После выбора одного или более светильников вокруг беспроводного контроллера С, беспроводной контроллер С предоставляет список светильников для пользователя, из которого пользователь может сделать выбор вручную.

Вышеприведенные команды, различные этапы по выбору и управлению для светильников на различных расстояниях могут быть легко введены в беспроводной контроллер C пользователем. Например, в пользовательском интерфейсе беспроводного контроллера С существуют опции "расстояние" и "функция". Пользователь может установить "расстояние" в "ближайшее", а "функцию" в "включить"; или установить "расстояние" в "самый дальний", а "функцию" в "выключить" для ввода его команд в беспроводной контроллер C, который мог бы впоследствии генерировать соответствующее пробное сообщение и начинать этапы по выбору и управлению.

Вышеприведенные варианты осуществления используют RSSI пробного сообщения в качестве информации расстояния для указания расстояния между светильниками и беспроводным контроллером C. В альтернативном варианте время прохождения пробного сообщения или и RSSI и время прохождения пробного сообщения могут быть использованы для указания расстояния. Специалисты в данной области техники могут обоснованно рассчитывать на то, что также могут быть использованы другие возможности передачи радиосигнала; эти применения находятся в пределах объема охраны прилагаемой формулы изобретения, и настоящее описание не будет предоставлять дополнительные подробности.

Вышеприведенные варианты осуществления разъясняют применение настоящего изобретения, в котором беспроводной контроллер использует всенаправленную антенну для выбора ближайшего или более близких светильников, самого дальнего и наиболее отдаленных светильников или светильников, находящихся в пределах или за пределами диапазона. Другое применение настоящего изобретения будет разъяснено ниже, в котором беспроводной контроллер C применяет направленную антенну для выбора светильников с конкретным азимутом к беспроводному контроллеру C.

Вариант 2 осуществления

Как показано на фиг.6, передающая антенна беспроводного контроллера C является направленной, как, например, направленная антенна с возможностью формирования диаграммы направленности. Этот вид антенны имеет относительно более сильную мощность передачи в пределах диапазона угла A, как, например, в направлении, на которое указывает беспроводной контроллер C, и имеет более слабую мощность передачи в другом угловом диапазоне. Следовательно, когда пользователь желает выбрать светильник D2 и управлять им, он может направить свой ручной беспроводной контроллер C по направлению к D2. Таким образом, азимут θ между светильником D2 и углом передачи беспроводного контроллера С (который представляет собой угол между направлением максимальной передачи и направлением к D2) является небольшим; между тем как азимуты светильников D3 и D1 являются относительно большими.

Сначала беспроводной контроллер C осуществляет широковещательную передачу пробного сообщения, а мощность передачи в пределах угла A является большой, между тем как она является слабой за пределами угла A.

Затем светильники, принявшие пробное сообщение, выполняют этапы, подобные описанным выше: они определяют информацию относительного местоположения по отношению к беспроводному контроллеру. В этом варианте осуществления информация относительного местоположения является информацией азимута, а конкретно коэффициентом направленного действия RSSI пробного сообщения. По причине свойства передачи направленной антенны беспроводного контроллера C, коэффициент направленного действия RSSI пробного сообщения в светильнике D2 является большим, тогда как для светильников D3 и D1 он является небольшим. Модуль 220 беспроводной связи светильников имеет возможность измерения коэффициента направленного действия RSSI пробного сообщения, и эта реализация хорошо известна специалистам в данной области техники, поэтому настоящее изобретение не будет предоставлять дополнительные подробности.

Затем каждый из светильников D2, D3 и D1 соответственно определяет его время ответа T_D1, T_D2 и T_D3 для ответа согласно первому предварительно заданному правилу на основе информации азимута. Поскольку беспроводной контроллер C выбирает светильник, на который он показывает, первое предварительно заданное правило является таковым:

чем меньше азимут, указанный информацией азимута, тем меньше время ответа.

В случае, когда коэффициент направленного действия RSSI пробного сообщения указывает информацию азимута, правило является таковым:

чем больше коэффициент направленного действия RSSI пробного сообщения, тем меньше время ответа.

Таким образом, светильники в пределах указанного углового диапазона A отвечали бы настолько быстро, насколько это возможно. Задержка в выборе целевого светильника и вероятность коллизии в ответе уменьшалась бы, и повышалось бы качество взаимодействия с пользователем.

Предпочтительно, механизм с приоритетами и сегментацией, описанный выше, мог бы быть применен светильниками для того, чтобы избежать коллизий.

Поскольку коэффициент направленного действия RSSI пробного сообщения в светильнике D2 является большим, его определяемое время T_D2 ответа является более коротким, чем T_D3 и T_D1 светильников D3 и D2. Каждый светильник детектирует сигналы ответа от других светильников. Светильник D2 не детектирует сигналы ответа от других светильников до истечения T_D2, поэтому он отправляет свой сигнал ответа, который был бы принят беспроводным контроллером C, а также детектирован светильниками D3 и D1.

Затем светильники D3 и D1 делают вывод о том, что коэффициент направленного действия RSSI пробного сообщения D2 является большим, чем их, что означает, что D2 имеет меньший азимут к углу передачи беспроводного контроллера C, и таким образом D2 более подходяще расположен в пределах диапазона угла A, поэтому они отказываются от своих ответов. Таким образом, вероятность коллизии, потребление энергии и электромагнитное излучение уменьшаются.

При этом беспроводной контроллер C определяет, что светильник D2 является целевым светильником согласно сигналу ответа от D2. Дополнительно он отправляет управляющий сигнал к светильнику D2 согласно схеме передачи, соответствующей коэффициенту направленного действия RSSI пробного сообщения D2.

Должно быть понятно, что вышеприведенный вариант осуществления не ограничен механизмом с приоритетами и сегментацией. Когда количество светильников является небольшим и существует несколько коллизий ответов в одном сегменте времени ответа, другой вариант осуществления изобретения предлагает распределять различные времена ответа для светильников с различными коэффициентами направленного действия RSSI пробного сообщения.

Подобным образом настоящее изобретение применимо для выбора светильников из диапазона указанного угла. В этом случае первое предварительно заданное правило, используемое светильниками для определения времени ответа, является таковым:

чем больше азимут, указанный информацией азимута, тем меньше время ответа.

Вышеприведенные варианты осуществления разъяснили применения настоящего изобретения для выбора соответственно ближайшего или близких светильников, и светильников, находящихся в пределах или за пределами указанного угла. Должно быть понятно, что эти функции выбора могли бы быть интегрированы в одну систему, в которой беспроводной контроллер отправляет различные пробные сообщения, соответствующие различным выборам, например, всенаправленно или направленно. И каждый светильник сохранял бы различные первое, второе и третье предварительно заданные правила по отношению к каждому выбору в его программе: когда пробное сообщение указывает выбор ближайшего светильника, загружаемое первое предварительно заданное правило для определения его времени ответа является таковым: чем короче расстояние или больше RSSI, тем меньше время ответа; а загружаемое второе предварительно заданное правило является таковым: светильник будет отказываться от своего ответа, если детектированный RSSI других светильников является большим, чем его RSSI; когда пробное сообщение указывает выбор самого дальнего светильника, загружаемое первое предварительно заданное правило является таковым: чем больше расстояние или меньше RSSI, тем короче время ответа, а загружаемое второе предварительно заданное правило является таковым: светильник будет отказываться от своего ответа, если детектированный RSSI других светильников является меньшим, чем его RSSI; когда пробное сообщение указывает выбор светильника в пределах диапазона указанного угла, загружаемое первое предварительно заданное правило является таковым: чем меньше азимут или больше коэффициент направленного действия RSSI, тем меньше время ответа; и загружаемое второе предварительно заданное правило является таковым: светильник будет отказываться от своего ответа, если детектированный коэффициент направленного действия RSSI других светильников является большим, чем его коэффициент направленного действия RSSI. Было бы удобно интегрировать эти функции выбора в виде программного обеспечения и программирования. Для каждого светильника предварительно заданные правила предварительно сохраняются в его память 240 и загружаются процессором 230. Для беспроводного контроллера также возможно осуществлять широковещательную передачу предварительно заданных правил к каждому светильнику перед выбором или во время выбора.

В вышеприведенных вариантах осуществления светильники измеряют информацию радиопередачи пробного сообщения, как, например, RSSI, время прохождения или коэффициент направленного действия RSSI и используют это в качестве информации относительного местоположения по отношению к беспроводному контроллеру. Должно быть понятно, что способ определения относительно местоположения светильника не ограничен измерением радиопередачи пробного сообщения. В других вариантах осуществления, в которых запуск каждого светильника был завершен, светильник определяет его информацию относительного местоположения, как, например, расстояние или азимут по отношению к беспроводному контроллеру, на основе вычисления его собственных координат и координат беспроводного контроллера, предоставленных беспроводным контроллером в пробном сообщении, затем определяет время ответа согласно его относительному местоположению и отвечает согласно порядку времени ответа или отказывается от своего ответа, если необходимо.

В вышеприведенном варианте осуществления беспроводной контроллер и светильники являются стационарными. Настоящее изобретение также применимо в случаях, когда либо беспроводной контроллер, либо светильник, либо оба являются мобильными. Беспроводной контроллер непрерывно выбирает и управляет ближайшим или самым дальним светильником. Этот вид динамического выбора также находится в пределах объема охраны формулы настоящего изобретения.

В вариантах осуществления настоящего изобретения используются способ, в котором светильники отвечают при различных временах ответа, определенных относительными местоположениями (как, например, различными RSSI пробных сообщений) для уменьшения коллизий ответа и выбора задержки, и способ, в котором светильник отказывается от ответов (например, если детектированный RSSI пробного сообщения других устройств является большим, чем тот, который у этого устройства) для уменьшения риска коллизий ответа, потребления энергии и электромагнитного излучения. Должно быть понятно, что два способа могут быть использованы раздельно или совместно для того, чтобы достичь лучших технических эффектов, чем в предшествующем уровне техники.

На основе вышеприведенных вариантов осуществления очевидно, что применения настоящего изобретения включают в себя, но не ограничены следующим:

- Выбор и управление ближайшим или самым дальним светильником;

- Выбор и управление светильником с самым меньшим или самым большим азимутом между светильником и углом передачи направленного беспроводного контроллера;

- Выбор и управление всеми светильниками в определенном диапазоне с относительным местоположением.

При этом настоящее изобретение применимо для выбора и управления любым другим домашним, офисным или производственным устройством, как, например, регуляторами температуры или воспроизводителями звука; также оно полезно для выбора маршрута в беспроводных самоорганизующихся сетях. Специалисты в данной области техники могут разумно осознавать, что все эквивалентные замены или очевидные варианты технических признаков будут демонстрировать ту же производительность.

Аспект способа настоящего изобретения разъяснен в вышеприведенных вариантах осуществления. Должно быть понятно, что настоящее изобретение может быть реализовано в виде устройства. Беспроводной контроллер и каждый светильник содержат различные устройства и субустройства, выполняющие каждый из вышеприведенных этапов. Специалисты в данной области техники получат варианты осуществления устройства на основе раскрытия и идей настоящего изобретения без изобретательской деятельности, и настоящее изобретение не будет предоставлять дополнительные подробности в материалах настоящей заявки.

Поскольку много различных вариантов осуществления настоящего изобретения могут быть сделаны без отступления от его сущности и объема, должно быть понятно, что изобретение не ограничено этими конкретными вариантами осуществления, описанными в материалах настоящей заявки, и объем изобретения ограничен лишь приложенной формулой изобретения.

Изобретение относится к выбору и управлению устройствами на основе технологии беспроводной связи. Технический результат - уменьшение сложности, задержки и потребления энергии при выборе для беспроводных устройств, которые являются особенно применимыми для беспроводных систем освещения. Для этого беспроводной контроллер отправляет пробное сообщение к одному или более устройствам; каждое устройство принимает пробное сообщение, получает информацию, касающуюся его относительного местоположения по отношению к беспроводному контроллеру, определяет время ответа для ответа согласно первому предварительно заданному правилу на основе информации его относительного местоположения; детектирует сигналы ответа от других устройств до истечения времени ответа; решает, отправлять или не отправлять свой сигнал ответа, согласно второму предварительно заданному правилу и процедуре детектирования сигналов ответа от других устройств; беспроводной контроллер принимает сигналы ответа, отправленные устройствами после сравнения информации относительного местоположения каждого устройства по отношению к беспроводному контроллеру и выбирает целевое устройство из этих устройств. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ содействия беспроводному контроллеру в выборе целевого устройства для использования в первом устройстве, содержащий этапы на которых:
i. принимают пробное сообщение от беспроводного контроллера и получают информацию относительного местоположения по отношению к беспроводному контроллеру на основе принятого пробного сообщения, при этом информация относительного местоположения содержит, по меньшей мере, одно из: RSSI пробного сообщения, времени прохождения пробного сообщения и коэффициента направленного действия RSSI пробного сообщения;
ii. определяют время ответа для ответа согласно первому предварительно заданному правилу на основе информации относительного местоположения, при этом первое предварительно заданное правило сконфигурировано, чтобы определять время ответа на основе информации относительного местоположения;
iii. детектируют сигналы ответа, отправленные от других устройств, до истечения времени ответа первого устройства; решают, отправлять или не отправлять сигнал ответа первого устройства согласно второму предварительно заданному правилу, при этом сигнал ответа заключает в себе информацию относительного местоположения, при этом второе предварительно заданное правило сконфигурировано, чтобы определять, отправлять или нет сигнал ответа первого устройства.

2. Способ по п.1, в котором первое предварительно заданное правило содержит, по меньшей мере, одно из следующих подправил:
- информация относительного местоположения включает в себя информацию расстояния, и чем короче расстояние, указанное информацией расстояния, тем меньше время ответа, при этом информация расстояния соответствует любому одному из RSSI и времени прохождения пробного сообщения;
- информация относительного местоположения включает в себя информацию расстояния, и чем длиннее расстояние, указанное информацией расстояния, тем меньше время ответа, при этом информация расстояния соответствует любому одному из RSSI и времени прохождения пробного сообщения;
- информация относительного местоположения включает в себя информацию азимута, описывающую азимут между устройством и беспроводным контроллером, и чем меньше азимут, указанный информацией азимута, тем короче время ответа;
- информация относительного местоположения включает в себя информацию азимута, описывающую азимут между устройством и беспроводным контроллером, и чем больше азимут, указанный информацией азимута, тем короче время ответа.

3. Способ по п.1, в котором этап ii дополнительно содержит этапы, на которых:
а) выбирают соответствующий сегмент информации относительного местоположения согласно информации относительного местоположения;
b) выбирают соответствующий сегмент времени ответа согласно сегменту информации относительного местоположения;
c) выбирают время ответа в сегменте времени ответа.

4. Способ по п.1 или 2, в котором второе предварительно заданное правило содержит, по меньшей мере, одно из следующих подправил:
- отправляют сигнал ответа устройства, если не детектирован сигнал ответа от других устройств до истечения времени ответа;
- отправляют сигнал ответа устройства, если первое предварительно заданное правило задает, что чем меньше информация относительного местоположения, тем меньше время ответа, и, по меньшей мере, один сигнал ответа от других устройств детектируют до истечения времени ответа, и информация относительного местоположения другого устройства больше, чем информация относительного местоположения устройства;
- отправляют сигнал ответа устройства, если первое предварительно заданное правило задает, что чем больше информация относительного местоположения, тем короче время ответа, и, по меньшей мере, один сигнал ответа от другого устройства детектируют до истечения времени ответа, и информация относительного местоположения другого устройства меньше, чем информация относительного местоположения устройства.

5. Способ по п.1, при этом способ дополнительно содержит следующий этап между этапом i и этапом ii, на котором:
- решают, удовлетворяет ли информация относительного местоположения устройства третьему предварительно заданному правилу, и если это так, выполняют этап ii-этап iii.

6. Способ по п.5, в котором третье предварительно заданное правило используют для того, чтобы сделать вывод:
- короче ли расстояние между устройством и беспроводным контроллером, чем первое пороговое значение, и/или длиннее ли, чем второе пороговое значение; или
- меньше ли азимут между устройством и беспроводным контроллером, чем третье пороговое значение, и/или больше ли, чем четвертое пороговое значение.

7. Способ выбора целевого устройства из множества устройств для использования в беспроводном контроллере, при этом способ содержит этапы, на которых:
I. отправляют пробное сообщение ко множеству устройств, при этом пробное сообщение содержит первое предварительно заданное правило для использования множеством устройств, чтобы соответственно определить их время ответа;
II. принимают один или более сигналов ответа, отправленных, по меньшей мере, частью из множества устройств, при этом каждый из сигналов ответа заключает в себе информацию относительного местоположения, описывающую информацию относительного местоположения отправляющего устройства по отношению к беспроводному контроллеру;
III. на основе информации относительного местоположения, заключенной в одном или более сигналах ответа, выбирают целевые устройства из одного или более устройств согласно третьему предварительно заданному правилу.

8. Способ по п.7, в котором первое предварительно заданное правило содержит, по меньшей мере, одно из следующих подправил:
- чем короче расстояние между беспроводным контроллером и устройством, принимающим пробный сигнал, тем меньше время ответа;
- чем больше расстояние между беспроводным контроллером и устройством, принимающим пробный сигнал, тем меньше время ответа;
- чем меньше азимут, указанный информацией азимута, тем короче время ответа, при этом информация азимута описывает азимут между устройством и беспроводным контроллером;
- чем больше азимут, указанный информацией азимута, тем короче время ответа, при этом информация азимута описывает азимут между устройством и беспроводным контроллером.

9. Способ по п.8, в котором третье предварительно заданное правило содержит любой один из следующих пунктов:
- выбирают устройство с наибольшей информацией относительного местоположения в качестве целевого устройства;
- выбирают устройство с наименьшей информацией относительного местоположения в качестве целевого устройства; или
- выбирают устройство в пределах диапазона относительных местоположений в качестве целевого устройства.

10. Способ по п.8, при этом способ дополнительно содержит этап, на котором:
- отправляют управляющий сигнал для управления целевым устройством согласно схеме передачи, соответствующей информации относительного местоположения целевого устройства.

11. Способ по п.8, в котором пробное сообщение содержит предварительно заданное условие относительного местоположения, при этом предварительно заданное условие относительного местоположения используют для того, чтобы сделать вывод:
- короче ли расстояние между устройством и беспроводным контроллером, чем первое пороговое значение, и/или длиннее ли, чем второе пороговое значение; или
- меньше ли азимут от угла передачи беспроводного контроллера, чем третье пороговое значение, и/или больше ли, чем четвертое пороговое значение.