[发明专利]经由电力线和射频通信的智能设备网状网络

说明书

技术领域

本发明涉及在不需要网络控制器的情况下通过一个或多个物理介质彼此通信的智能设备。

背景技术

在许多应用中使用低成本设备之间的通信。例如，在家庭环境中，如果房间传感器、电灯开关、灯调光器和互联网网关之间通信，则它们能够一起工作。当家里的房间有人时应开灯，否则根据由远程计算机上运行的程序建立的条件发出警报。

可使用许多不同的物理通信介质来建立通信设备网络。通常使用光纤、同轴电缆、双绞线和其它结构化布线来形成包括PC、打印机和其他计算设备的相对高性能的局域网。如使用手持远程控制器一样，可以在一个房间中的短距离范围内使用红外信号。而移动电话、寻呼机和长距离微波通信则使用经许可的射频(RF)波段。

当在现有建筑(例如家庭)中创建低成本设备的网络时，这些物理介质都有缺点。大多数已经建立的家庭中没有结构化布线，而增加结构化布线具有破坏性并且价格昂贵。红外信号没有覆盖整个房子。经许可的RF通常需要用户支付定制费。

现有的电力线(powerline wiring)和未经许可的RF频带不具有这些问题。它们随处可见并且可由用户任意使用。然而，它们具有其它的问题。即使在存在实际噪音、由线提供电力的设备信号衰减和多个设备之间可能干扰的情况下，电力线上的设备也必须通信。使用未经许可的RF波段的设备必须发射低功率，并且未经许可的波段通常拥挤着多个用户。

在电力线上通信的许多现有设备使用已知的X10(见美国专利号4,200,862、授权日期为1980年4月29日的专利文献)协议。使用与电力线的过零点同步的低振幅120KHz的脉冲来完成信号传输。大部分X10设备只能够发送或接收，但是不能同时发送和接收。X10发送器在不需要确认应答的情况下发送命令，从而大部分控制是开环的。用户通常必须通过在接收设备上人为设置机械的“房间码”和“单元码”开关来地配置X10系统。

通过添加RF至X10转换设备，在RF手持远程控制器中发出的命令可以对电力线上的X10接收器进行操作。RF中继设备可用于增加这种系统的范围。一般地，RF远程控制信令协议独立于X10信令协议，并且非常类似于红外远程控制器使用的信令协议。

对于基本X10设备的改进已见诸于市场(见Smarthomepro Catalog，63D，Spring 2004)。在必要时包括有命令确认和重试的双向通信能够实现更可靠的性能。中继器和多相桥接器可解决这种信号衰减的问题。使用非易失性存储器(例如EEPROM)和系统控制器能够简化系统设置。

使用扩展频谱技术的电力线和RF信令可以比类似窄带X10信令更快更可靠。美国专利5,090,024、授权日期为1992年2月18日的专利文献公开了这种系统，并且美国专利号5,777,544、授权日期为1998年7月7日的专利文献公开了与窄带信令组合的扩展频谱。扩展频谱信号的编码和解码比窄带处理更加复杂，而更加复杂意味着相对更高的成本。

不管在物理介质上使用哪种信号传输方法，包括多个设备的系统必须解决相互干扰的问题。对于该问题的许多解决方案是通用的。

在频分多路复用(FDM)中，窄带设备通过调整为可用频谱中的不同波段来保持会话。扩展频谱系统可使用码分多路复用(CDM)的不同扩频序列，或者这些系统可使用不同的跳频图案。使用这些方法，网络中的每个设备必须明确知道如何与其它每个设备进行连接。不可能立刻向所有设备发出广播。

对于所有设备共享同一通信信道并不复杂，但是很通用。在电力线上或在RF波段中的窄带通信的成本比频率捷变方法的成本低。通常使用时分多路复用(TDM)或载波侦听多路访问(CSMA)方法来管理设备干扰。

TDM使得在介质上的每个设备仅在特定时隙中发送数据。可以以多种方式来分配时隙。

IEEE 802.5令牌环网络通过传送称为令牌的特定包来动态地向期望发送的设备分配时隙。设备可以仅在其拥有令牌时进行发送。在完成传输之后，该设备将令牌释放给下一设备。这种网络的更完整描述见http://www.pulsewan.com/data101/token ring basics.htm。

受让给路创电子公司(Lutron Electronics Company)的美国专利号5,838,226、5,848,054、5,905,442和6,687,487的专利文献公开了一种包括主设备、从设备和中继器的灯光控制系统，其中所述主设备、从设备和中继器通过RF进行通信并且也可以在电力线上进行通信。