專利名稱：具有使用光通信的照明單元的照明系統(tǒng)的制作方法
具有使用光通信的照明單元的照明系統(tǒng)本發(fā)明涉及一種照明系統(tǒng)， 一種在照明系統(tǒng)中使用的照明單元和 一種控制照明系統(tǒng)的方法。本文中的照明系統(tǒng)被理解為包括多個照明單元的系統(tǒng)，連接這些 照明單元從而可以適當?shù)乜刂扑鼈?。這種照明系統(tǒng)可以安裝在建筑物 中，并且除了所安裝的照明單元(燈)之外還可以包括其他元件，例 如控制元件(例如開關(guān)，傳感器，高級控制器)等等。W0-A-2005/096677描述了一種照明系統(tǒng)，其可以用于辦7>室和 會議室。在房間中已知的空間位置安裝有照明單元(燈)。每個照明 單元包括有線連接或無線連接以與控制單元進行通信。該控制單元被 編程為運行自動調(diào)試處理。首先，關(guān)閉所有照明單元，接著將"導通 "命令傳送到第一個照明單元從而導通這個照明單元。所述控制器包 括光測量單元，控制器通過該光測量單元接收從照明單元發(fā)出的光。 照明單元的空間位置從所感知的光方向和所感知的強度水平或光強 變化推導出來。用這種方法，可以配置在具有幾個房間的建筑物內(nèi)的 照明系統(tǒng)，其中在每個房間都安裝了控制器單元。然而，安裝照明系統(tǒng)仍然需要一些在當前系統(tǒng)中不能自動進行的 配置步驟。這對于需要通過加密保證通信的照明系統(tǒng)特別是如此，這 樣的系統(tǒng)要求以安全的方式使得加密密鑰可用于每個照明單元。因此，本發(fā)明的目的是提供一種照明系統(tǒng)、照明單元和控制照明 系統(tǒng)的方法，其允許容易和自動的重配置。相應地，本發(fā)明提供了一種照明系統(tǒng)，其包括多個照明單元(10， 10，)，每個照明單元包括用于生成光的照明元件(12)，用于控制 所述照明元件(12)的光輸出的照明控制單元(14),用于在通信介 質(zhì)上發(fā)送和接收通信信號的通信單元(16， 16，)，用于從其他照明 單元(IO, 10，)接收光的光接收器(18),以及連接到所述光接收 器(18)、通信單元(16, 16，)和照明控制單元(14)的控制器單 元(20)。 本發(fā)明還涉及在根據(jù)權(quán)利要求1-3之一的系統(tǒng)中使用的照明單 元，所述照明單元包括用于生成光的照明元件(12),用于控制所述 照明元件(12)的光輸出的照明控制單元(14)，用于在通信介質(zhì)上 發(fā)送和接收通信信號的通信單元(16， 16，)，用于從其他照明單元 (10, 10，)接收光的光接收器(18)，以及連接到所述光接收器(18 )、通信單元(16， 16，)和照明控制單元(14)的控制器單元(20本發(fā)明還涉及在照明系統(tǒng)中使用的控制元件，所述元件包括用于 執(zhí)行開關(guān)、控制或傳感器功能的功能元件(24)，用于在通信介質(zhì)上 發(fā)送和接收通信信號的通信單元(16， 16，)，用于生成光的照明元 件(12),用于控制所述照明元件(12)的輸出的照明控制單元(14 )，和/或用于接收光的光接收器(18)，和連接到所述功能元件(24 )、光接收器(18)、通信單元(16, 16，)和照明控制單元(14) 的控制器單元(20)。此外，本發(fā)明涉及一種控制照明系統(tǒng)的方法，所述照明系統(tǒng)包括 多個照明單元(10, 10，)，每個所述照明單元包括用于生成光的照 明元件(12)，用于在通信介質(zhì)上進行通信的通信單元(16， 16，)， 和用于從其他照明單元(10， 10，)接收光的光接收器(18 )，其中 所述照明單元(IO， 10，)在所述通信介質(zhì)上進行通信，并且其中至 少在一個配置階段，至少一個所述照明單元(10， IO，)通過以控制 方式操作所述照明元件(12)來發(fā)送信息，并且至少一個其他照明單 元(IO， 10，)通過觀察所生成的光來接收所述信息。根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)包括多個照明單元。這些照明單元具有用 于生成光的照明元件，和控制照明元件的光輸出的相關(guān)照明控制單元 。進一步地，這里有用于在通信介質(zhì)上發(fā)送和接收通信信號的通信單 元，該通信介質(zhì)優(yōu)選地為共享介質(zhì)并且可以是標準通信介質(zhì)，例如 IEEE 802. 15. 4無線通信或電力線。存在光接收器來從其他照明單元 接收光?？刂破鲉卧B接到光接收器，通信單元和照明控制單元。顯而易見的是，這種照明單元和包括多個這種照明單元的照明系 統(tǒng)因為它們的下述能力而可以容易地被配置，這些能力為-控制其本身的光輸出，和-從其他照明單元接收光 -同時在通信介質(zhì)上進行通信以獲得控制和/或校準。 通過這種方法，建立附加的通信信道(光鏈路)，其允許在照明 單元之間發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。利用除了在通信介質(zhì)上的通信之外的這種 光鏈路上的數(shù)據(jù)傳輸，安全通信的簡單和自動建立(自舉)變?yōu)榭赡?。因為在大多數(shù)情況下，光鏈路的帶寬將小于通信介質(zhì)的帶寬，所以 對于大多數(shù)傳輸，優(yōu)選地使用通信介質(zhì)，而僅僅在光鏈路上傳輸補充 信息。在通信介質(zhì)上的通信優(yōu)選用于實現(xiàn)在照明單元之間的附加光鏈 路上的通信的校準。術(shù)語"校準"可理解為意思是在照明單元之間的 光通信的任意類型的時間關(guān)聯(lián)(即哪一個照明單元在什么時間和/或 持續(xù)多少時間來發(fā)送和/或接收光信號)，特別是順序(即照明單元 以什么順序發(fā)送和/或接收光信號)。因此，校準允許接收光信號的 照明單元適當?shù)亟忉屧撔畔?。所述照明元件可以包括任意類型的發(fā)光元件，例如白熾燈，氣體放電燈，焚光燈，LED等等?？赡苡幸粋€或多個這樣的發(fā)光元件存在， 其可以產(chǎn)生相同或不同顏色的光。這個照明元件的光輸出由照明控制 單元控制，其可以包括簡單地導通或關(guān)閉照明元件以及更復雜的調(diào)制 類型，比如以連續(xù)或離散方式改變光通量或顏色或時長或其他參數(shù)。通信單元在通信介質(zhì)上進行通信。這包括不局限于視線(如光) 和允許雙向通信的通信類型，比如射頻(RF)通信或電力線通信。現(xiàn) 在已知有許多不同的協(xié)議，根據(jù)這些協(xié)議可以組裝這樣的通信。如果 協(xié)議提供了節(jié)點之間的傳輸轉(zhuǎn)發(fā)(多跳)，則不必要求每個照明單元 都能夠物理上接收由每個其他照明單元直接(一跳)發(fā)射的信號。如 下面將要進一步說明的那樣， 一個優(yōu)選的實施例是使用根據(jù)在IEEE 802. 15.4上的"ZigBee"網(wǎng)絡(luò)棧的RF接口。光接收器可以是具有接收由其他照明單元的照明元件發(fā)射的光 的能力的任意類型的元件。例如僅使用簡單的光電二極管通過閾值鑒 別器來檢測任意入射光的存在或缺失是可能的?？商娲兀褂闷渌?類型的光敏元件也是可能的。在光接收器中可存在超過一個光敏元 件，例如可以從中接收光的每個方向一個光敏元件。對接收器的進一 步修改是可能的，以便例如它可以被選擇為對應于入射光的具體帶 寬，或它能對光相對于任何種類的背景照明(例如通過陽光或其他人
工光)的改變作出反應。
最后，控制器單元可以是能夠至少從光接收器接收信號、將控制 命令發(fā)送到照明控制單元以及在通信單元上發(fā)送/接收命令的任意類 型的處理單元。通過提供只作為接口的控制器單元，在通信單元上轉(zhuǎn) 發(fā)來自光接收器的輸入信號，以及響應于通過通信單元接收的命令來 控制照明控制單元，有可能發(fā)送很少的機載情報到照明單元?？商娲?地，還有可能使用具有足夠內(nèi)存的微控制器和本地實現(xiàn)照明單元行為 的編程，這在結(jié)合有關(guān)優(yōu)選實施例的說明中將變得明顯。
照明系統(tǒng)可以安裝在建筑物中。照明系統(tǒng)不必僅僅局限于照明單 元，而可以包括其他元件，比如控制元件(開關(guān)，調(diào)光器或復雜控制
單元，比如PC,傳感器元件等等)。
根據(jù)本發(fā)明的控制元件包括使得控制元件能夠在通信介質(zhì)上進 行通信的通信單元。此外，該控制單元包括功能元件。這個元件使得 控制元件能夠執(zhí)行其特定控制功能。該功能元件可以是或包括一個或 多個開關(guān)元件、控制元件(例如微處理器)、或用于感測傳感器值的 傳感器元件。
控制元件進一步包括用于生成光的照明元件，其與用于控制光輸 出的照明控制單元相關(guān)聯(lián)，或包括用于接收由照明單元發(fā)射的光的光 接收器或其他控制元件，或包括照明元件和光接收器二者。控制元件 的控制器單元連接到功能元件、光接收器(如果存在)、和照明控制 單元(如果存在)。該控制器單元對控制元件的功能元件進行操作。 它使得控制元件能夠執(zhí)行在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的開關(guān)、控制或傳感功能，在通信 介質(zhì)上傳送其功能元件的輸出。
應該注意，帶有照明元件和光接收器二者的控制元件具有照明單 元(加上附加功能元件)的所有特性。因此，這種控制元件可以被看 作一種(特殊)類型的照明單元，以便上面和下面描述的關(guān)于照明單 元的所有說明也可以適用于這種控制元件。
照明單元的分纟且(clustering)
在本發(fā)明的第一個優(yōu)選實施例中，在配置步驟期間，照明單元被 分為一個或多個組。特別地，如果照明系統(tǒng)安裝在具有多個房間的建 筑物中，那么照明單元應該這樣分組以使得在相同分組中的所有照明
單元位于相同的房間中，反之亦然，以便從單個控制點(例如開關(guān)) 控制整個分組是可能的。這些分組反映了照明單元觀察由其他照明單 元發(fā)射的光的能力。這可以通過(優(yōu)選地在首先關(guān)閉所有照明元件之
后的)下列處理獲得
-導通第一照明單元的照明元件，以及
-取決于那些照明單元觀察到由第 一照明單元的照明元件發(fā)射 的光來生成分組信息，。
以這種方式，有可能根據(jù)照明單元安裝的拓樸結(jié)構(gòu)自動地生成分 組信息。優(yōu)選地，為多個照明單元重復這些步驟，其中每次導通不同 的照明單元。為系統(tǒng)中所有照明單元重復這些步驟是進一步優(yōu)選的， 但不是絕對必需的。
可以控制分組期間的操作，和/或分組信息以分散方式(即在多 個照明單元中)或以集中方式(即在一個中央設(shè)備中)進行存儲。
如果以集中方式執(zhí)行分組，則中央設(shè)備可以是具有通信單元的中 央單元。該中央單元經(jīng)通信介質(zhì)發(fā)送命令以觸發(fā)所述步驟。至少一個 但優(yōu)選所有觀察到由第一照明單元發(fā)射的光的照明單元將這個作為 檢測信息報告給中央單元，即是否觀察到光。中央單元處理該檢測信 息以生成并存儲分組列表。
如果以分散方式執(zhí)行分組，則照明單元自己組織根據(jù)上述步驟的 操作。為獲得校準，它們可以在通信介質(zhì)上通信。所生成的分組信息 可以作為分組表格存儲在存儲裝置中，其中該存儲裝置為一個或多個 照明單元的一部分。對于有效的分散操作，優(yōu)選所有照明單元都包括 用于分組表格的存儲裝置。然而，應該注意的是，可用于一個單元的 分組信息不需要是完整的，即描述系統(tǒng)中所有照明單元的分組。代之 以，優(yōu)選局限為與個別照明單元相關(guān)的分組信息，例如相同分組中的 所有照明單元的標識符列表。
安全網(wǎng)絡(luò)配置
在進一步的優(yōu)選實施例中，附加的光通信信道用于自動卻安全的 安裝(自舉)安全通信。
為了例如通過加密在共享介質(zhì)上確保安全通信，需要自舉相關(guān)的 安全機制，其特別地意指建立第一("初始")秘密(例如其被直接
用作密鑰，或用于進一步加密消息交換的認證)。
而在照明單元安裝之后，不容易預測在共享介質(zhì)(其沒有被局限 于一個房間，或甚至一個建筑物)上的通信范圍的邊界，光傳播的特 性將光通信限制在建筑物內(nèi)的單個房間中。
為安全自舉的目的，在配置階段期間被證明在相同房間內(nèi)的設(shè)備 可以安全地假定為被認證了 。通過傳輸編碼數(shù)據(jù)(例如包括所述初始 秘密)而采用這些特征，并用于在照明單元可用的光通信鏈路上的安 全自舉。以這種方式，只有在相同房間中的設(shè)備被認證，而在網(wǎng)絡(luò)通 信范圍內(nèi)但在房間外的設(shè)備沒有被認證。
假定已經(jīng)配置了一部分網(wǎng)絡(luò)來開始配置。應該注意的是，從廣義 上來說，甚至單個照明單元也可以被認為是網(wǎng)絡(luò)，雖然網(wǎng)絡(luò)一般包括 多個照明單元(節(jié)點)。因此，相同的機制可應用于在第一 (對)節(jié) 點之間建立網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的照明單元(以及可能的其他類型節(jié)點，例 如控制單元)被配置為在通信介質(zhì)上通信。
為了允許(例如新安裝的)照明單元加入網(wǎng)絡(luò)，編碼數(shù)據(jù)在光鏈 路上發(fā)送。該編碼數(shù)據(jù)用在自舉安全(例如作為初始秘密)中，并且 可以用作例如對稱加密密鑰，非對稱加密密鑰對，可以從中在在照明 單元中中計算出部分或完整對稱或非對稱密鑰的部分數(shù)據(jù)。例如，所
述編碼數(shù)據(jù)可以用于加密消息交換的認證(例如Diffle-Hellman)
通過在照明單元"導通，，階段期間以最簡單的情形對編碼數(shù)據(jù)進 行"根據(jù)光線(in light)"編碼并根據(jù)這些控制照明元件，使得編 碼數(shù)據(jù)從加入的照明單元傳輸?shù)街辽僖粋€已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)中配置的照明 單元(網(wǎng)絡(luò)節(jié)點)，或從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳輸?shù)皆摷尤氲恼彰鲉卧?，或者?者均可。更一般而言，通過"調(diào)制序列"(以廣義來理解)實現(xiàn)所述 解碼，該"調(diào)制序列"包括照明參數(shù)(強度，顏色等)隨時間的任意 類型改變。優(yōu)選地，該序列涉及隨時間變化的光通量。作為簡單的實 例，可以使用開/關(guān)按鍵。
高級光源(例如LED)能夠使用高級的光調(diào)制特性來傳輸信息。 它們可以通過改變例如光強或頻率或時長或上述的任意《且合的其他 關(guān)參數(shù)來產(chǎn)生復雜的時變照明模式。這當然會需要合適的光接收器， 其能夠測量已調(diào)制的參數(shù)。隨著照明元件和光接收器的日益復雜，在
光鏈路上攜帶更高數(shù)量的信息更為容易。
在優(yōu)選實施例中，已經(jīng)配置的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之一被選擇為記錄員的角 色。由于在共享介質(zhì)上的通信的范圍和傳播一般會不同于在光鏈路上 的范圍和傳播，不是所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都能夠在光鏈路上與加入的照明
單元進行通信。因此，在加入的照明單元的^L線中的已配置照明單元 被選為記錄員。這是通過已經(jīng)在通信介質(zhì)上通告的所述加入照明單元 在光鏈路上發(fā)送檢測信號(例如調(diào)制它的照明元件的操作)來實現(xiàn)。 如果網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接收到檢測信號，這表示在這個節(jié)點和加入的照明單元 之間的光通信是可能的。因此，該節(jié)點可以被選為記錄員，以便隨后 在該記錄員和加入的照明單元之間交換所述編碼數(shù)據(jù)。如果超過一個 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接收到檢測信號，則在它們當中選擇記錄員。這可以通過網(wǎng) 絡(luò)(標準通信介質(zhì))內(nèi)部的通信而實現(xiàn)。
在加入的照明單元和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的編碼數(shù)據(jù)交換優(yōu)選是雙向 的。因此，編碼數(shù)據(jù)可以包括從加入的照明單元傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)節(jié)點的第 一編碼，和從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳輸?shù)郊尤氲恼彰鲉卧牡诙幋a。第一和第 二編碼數(shù)據(jù)可以例如相互異或，連接，用一個哈希另一個等從而創(chuàng)建 (至少是暫時的)初始共享秘密，其經(jīng)光鏈路來安全地建立。在優(yōu)選 實施例中，這個數(shù)據(jù)元素用于口令認證Diffie-Hellman密鑰交換協(xié) 議(或任何其他非對稱密鑰協(xié)議)，而該協(xié)議是為了更好的性能而在 通信介質(zhì)上在記錄員與加入的節(jié)點之間執(zhí)行的。所述數(shù)據(jù)元素還可以 直接用于創(chuàng)建安全密鑰等級結(jié)構(gòu)，例如ZigBee Trust Centre Master Key (ZigBee信任中心主密鑰)。
根據(jù)下面描述的實施例并且參照下面描述的實施例，本發(fā)明的這 些和其他方面的特性和/或優(yōu)點將是明顯的。


現(xiàn)在將參照附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中
圖1示出了帶有RF通信單元的照明單元的第一實施例的示意圖
圖2示出了帶有電力線通信單元的照明單元的第二實施例的示 意圖3示出了具有安裝在建筑物中的照明單元的照明系統(tǒng)的實施
例的象征表示；
圖4示出了開關(guān)單元的示意圖； 圖5示出了中央單元的示意圖6給出了具有安裝在建筑物中的照明單元的照明系統(tǒng)的實施 例的象征表示；
圖7示出了在照明系統(tǒng)配置期間的網(wǎng)絡(luò)中通信的象征表示。
優(yōu)選實施例描述
圖1示出了照明單元10的第一實施例的示意性表示。照明單元 10包括照明元件12,其如上所述可以是任意類型的照明元件。在本 實例中，照明元件12是用于照亮房間的面素燈。提供了照明控制單 元14以通過導通或關(guān)閉和/或使調(diào)暗照明元件來控制來自照明元件 12的光通量。提供通信單元16作為RF通信接口，在本實例中，IEEE 802. 15. 4上的ZigBee網(wǎng)絡(luò)棧用于RF通信和控制。在這個實例中， RF通信用作標準通信介質(zhì)。存在光接收器18，在本實例中其包括多 個發(fā)光二極管。照明控制單元14,通信單元16和光接收器18連接 到控制器單元20，其為運行本地存儲的操作程序的微控制器。電源 22連接到照明單元中的所有單元和元件。將會說明，存儲器/可選地 可以存在儲存器/存儲單元26。
照明單元IO可以經(jīng)由RF接口與相同類型的其他照明單元以及包 括ZigBee/IEEE802. 15.4接口的其他設(shè)備(例如傳感器，開關(guān)，控制 器)進行通信。圖1中示出類型的多個照明單元可以被配置為形成網(wǎng) 絡(luò)，其中根據(jù)ZigBee/IEEE 802. 15. 4協(xié)議來組織標準通信介質(zhì)(RF )上的通信，其包括尋址，介質(zhì)接入，沖突檢測等，以及所接收到的 網(wǎng)絡(luò)消息的轉(zhuǎn)發(fā)(導向其他節(jié)點(多跳通信))。在RF網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng) 絡(luò)節(jié)點是可唯一和均勻地尋址的。這些唯一的地址可以;故物理地硬編 碼在RF通信單元16中(作為IEEE 802. 11中的MAC地址)或它們可 以是在加入網(wǎng)絡(luò)時分配的邏輯地址(例如在ZigBee中的短ID)。
圖2示出了照明單元IO，的第二實施例，其在除了通信單元16， 之外的所有方面都與圖1的照明單元IO相同，該通信單元16，在第二 實施例中是電力線通信。照明單元10，(和其他節(jié)點)的網(wǎng)絡(luò)經(jīng)由在 總線連接22上調(diào)制的信號來進行通信。在這個實例中，電力線通信
充當標準通信介質(zhì)。這里又假定針對尋址，組網(wǎng)，介質(zhì)接入等等組織 在標準通信介質(zhì)上的通信。
照明系統(tǒng)
圖3示出了帶有兩個房間32， 34的建筑物30的一部分的象征表 示。在建筑物30中，安裝的照明系統(tǒng)包括照明單元40， 42, 44， 46, 48， 50， 52， 54以及開關(guān)36， 38 (以及將在以后說明的中央單元56 )。照明單元40-54是如上結(jié)合圖1所述的RF控制的照明單元。它 們安裝在房間32， 34的天花板上，其中它們的照明元件12用作房間 照明。
在圖4中示出了開關(guān)36， 38的示意表示。為執(zhí)行它們作為控制 元件的功能，提供了外部訪問開關(guān)24。該開關(guān)的狀態(tài)(開/閉)由控 制器單元20讀出。對于在標準通信介質(zhì)上的通信，它們包括RF通信 單元16。進一步地，開關(guān)36, 38包括與照明單元10相同的元件， 即照明元件12 (其在開關(guān)36， 38的情形中僅僅為一個LED)，照明 控制單元14， RF通信單元16，光接收器18和控制器單元20。
應該注意到，雖然圖4的實例示出了照明元件12和光接收器18 二者，但是可替代地的是有可能僅僅存在這兩個元件中的一個。
在建筑物30中，進一步存在中央單元56。圖5示出了中央單元 56的示意性表示，其包括早已在上面結(jié)合照明單元IO描述的一些元 件RF通信單元16和控制器單元20。中央單元56進一步包括用于 存儲分組表的存儲單元26.存儲單元26可以是任意類型的、可由微 控制器20訪問(讀/寫)的永久或易失性存儲器。這個中央單元56 要被理解為邏輯實體，其包括上述元件。其它的物理實現(xiàn)應該不受限 制，即該中央單元56可以是PC (帶有存儲器和控制器)，經(jīng)一些通 信介質(zhì)(例如更長距離的技術(shù)，例如以太網(wǎng)，802.11，因特網(wǎng))連接 到網(wǎng)關(guān)節(jié)點，將所傳輸?shù)男畔⑥D(zhuǎn)換為由照明單元40-54通信模塊18 (例如ZigBee/IEEE 802.15.4 )使用的通信介質(zhì)。
在操作中，照明系統(tǒng)為房間32， 24提供了房間照明。照明單元 40-54以網(wǎng)絡(luò)進行組織，其中通過RF鏈路傳輸控制命令。這包括開 關(guān)命令，例如從開關(guān)36到房間32中所有照明單元發(fā)出的開關(guān)命令。 作為對這些控制命令的響應，來操作這些照明單元，即響應于開關(guān)
36， 38中的開關(guān)元件24的開關(guān)狀態(tài)來導通或關(guān)閉照明元件12。
為提供這個功能，必需提供照明系統(tǒng)的完整安裝和配置。在下面， 將說明如何實現(xiàn)自動配置。
自動分組
笫一方面是自動分組機制。所提出的分組機制的目標是獲得整個 照明網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)拓樸結(jié)構(gòu)，其準確地反映了照明單元環(huán)境(建筑物 30)的建筑學拓樸結(jié)構(gòu)。該協(xié)議依賴于兩個通信模式RF通信和光 通信。
通過l吏用中的RF通信才支術(shù)(如在本實例中的ZigBee ( IEEE 802.15.4 ))的(標準化)發(fā)現(xiàn)和自動配置特征，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，即照明 單元40-54和開關(guān)36， 38,能找到所有它們的"鄰近節(jié)點"(例如 在相同房間內(nèi))與它們的"邏輯相近性"無關(guān)。光通信允許將"鄰近 節(jié)點"的列表限制在那些僅僅光學可見的節(jié)點，即位于相同房間內(nèi)的 那些節(jié)點(沒有隱藏在墻壁或天花板之后)。即使照明單元安裝在架 子上、在隱藏的天花板內(nèi)或其它不能被直接"看見"的地方，這種單 元的一些光通量例如經(jīng)過墻壁反射也能在房間內(nèi)某些地方被觀察到， 以及通過適當選擇光接收器18，這些光通量也能由其他照明單元觀 察到。
如上所述，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不僅包括具有在建筑物30中用作房間照明 的相對較強的照明元件12的照明單元40-54，而且開關(guān)36， 38也是 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點且包括(輔助的)照明元件，其在正常操作中用于例如狀態(tài) 控制或在便于黑暗中找到開關(guān)。這個照明單元連同光接收器18 —起 在分組階段中使用來將開關(guān)36， 38分配到正確的分組，以便在后續(xù) 的操作中，例如開關(guān)確定在相同房間內(nèi)而不是在其他房間內(nèi)的所有照 明單元的操作?？商娲?，開關(guān)可以僅裝備有光接收器18而沒有照 明元件12，來接收來自照明單元40-54的光通信?？商娲?，開關(guān) 可以僅裝備有照明元件12而沒有光接收器18，從而發(fā)送要由照明單 元40-54接收的光信號。如下面在"可能變體"中所述的那樣，關(guān)于 光通信(發(fā)送或接收或二者兼具)的控制元件的性能會要求這些過程 的相應^奮改。
自動分組算法的第一實施例中央?yún)f(xié)調(diào)
在第一實施例中，中央單元是照明系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點。中央單元 56裝備有控制器單元20，該控制器單元與在這個實施例中可能是非 常簡單的照明單元40-54或開關(guān)36， 38中的控制器單元20相比，可 以執(zhí)行更復雜的計算。中央單元56還包括用于保持所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點列 表和用于存儲分組列表的存儲裝置26。
假定每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都知道中央單元56的地址(以及在多跳網(wǎng)絡(luò) 中，至少到中央單元的路由的開始點)。我們進一步假定中央單元 56知道將要搜索的地址空間，即它具有關(guān)于經(jīng)由RF網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)的所 有節(jié)點的完整列表(具有它們的MAC地址或其他序列號)，和/或它 知道將要使用的邏輯地址空間(例如由ZigBee樹形尋址參數(shù)定義的 秀卩些)。^!口果中央單元56的角色與ZigBee PAN—Coordinator (網(wǎng)絡(luò) 協(xié)調(diào)器)的角色相結(jié)合，則這可以很容易完成。
中央單元56控制調(diào)試機制如下
0.中央單元56通過發(fā)送網(wǎng)絡(luò)范圍的"準備分組"消息(例如對 于用于分組過程的執(zhí)行時間，關(guān)閉所有燈并告訴它們忽略來自其他控 制設(shè)備的輸入)來觸發(fā)分組過程。該中央單元可以自動被觸發(fā)或由用 戶的交互而觸發(fā)。
逐個地，中央單元56選擇每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點"i"并經(jīng)RF鏈路向它 發(fā)送分組消息，起具有語義> "i，， ， introduce yourself (介紹你 自己) <，其中"i，，取值在照明單元40-54以及開關(guān)36， 38的所有 標識符之間。
在接收到這個分組消息之后，節(jié)點"i，，
-經(jīng)過RF鏈路，廣播(具有受限的廣播范圍)包括其地址/標識
符的〉tiel10 "i" <消息， -為光學信令的目的，在預定時間段內(nèi)("光導通周期")導通
其照明元件12。
在接收到〉he110 "i" <消息之后，每個節(jié)點"n"檢查是否它也 使用它的光傳感器檢測到由節(jié)點"i"發(fā)射的光如果檢測到該光， 則節(jié)點"n，，將具有節(jié)點"i，，和節(jié)點"n，，地址的單播"hello response ，，消息發(fā)送到中央單元56。如果沒有檢測到該光，這不發(fā)送消息。
當接收到"hello response"消息(多個)時，中央單元56將
每個節(jié)點"n，，的地址加入到節(jié)點"i"的分組成員列表中?？蛇x地， 中央單元56可以從將要被引入/分組的節(jié)點列表中刪除每個節(jié)點"n "(因為其已經(jīng)屬于節(jié)點"i"的分組)，從而縮短仍要被引入/分組 的節(jié)點列表，即減少執(zhí)行分組過程所需的流量和時間?？商娲?，中 央單元56可以將節(jié)點"i"添加到每個節(jié)點"n，，的分組成員列表中 。而且，中央單元56可以填充在"hello response"消息(多個) 內(nèi)的節(jié)點"i"以及每個節(jié)點"n"的分組成員表條目。這有兩個優(yōu)點 一方面，用更少的操作(并因此更少的流量)來填充列表，而另一方 面，在兩個節(jié)點之間只是單向存在光鏈路的情況下，它們的拓樸關(guān)聯(lián) 仍然可以發(fā)生。
對將要被引入的節(jié)點列表中的任意下一個節(jié)點重復該過程，直到 把所有節(jié)點都分配到分組為止。
中央單元56給每個分組分配唯一的標識符，例如為之分配組地 址；它可以是例如MAC， NKW或應用層多播/組地址或在獨立標頭字段 中攜帶的分組標識符。然后，它向這個分組中的每個節(jié)點告知所分配 的名稱。
這可以通過以單播或廣播消息來尋址每個節(jié)點來完成(該消息的 有效負載列出了屬于給定分組的所有節(jié)點以及分組標識符)。每個節(jié) 點存儲該分組標識符，并且可選地它還更新分組成員列表。
根據(jù)第一實施例的實例
在圖3示出的方案中，由中央單元56在"準備分組"消息之后 啟動分組算法，這通過首先發(fā)送分組消息(在RF上)到照明單元40， 照明單元接著廣播〉he110 "40"〈消息(在RF上)(包括照明單元的 標識符"40")并且導通它的照明元件12來啟動。該光只能由在相 同房間32中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點即節(jié)點42， 48， 50， 36觀察到。
所有節(jié)點40-54和36， 38已經(jīng)接收到hello "40"〈廣播消息。 但是只有那些觀察到光的節(jié)點向中央單元56返回報告。根據(jù)這些報 告，中央單元56生成了第一照明單元的分組列表并分配分組標識符
aUSTER并l (分組#1 )
節(jié)點"40"
節(jié)點"42"
節(jié)點"48" 節(jié)點"5 0" 節(jié)點"36"
然后，中央單元56選擇要被尋址的下一個節(jié)點。當它可以簡單 地選擇下一個可用節(jié)點時，它將會跳過已經(jīng)分組的節(jié)點(即那些包含 在分組#1的分組列表中的節(jié)點)并尋址節(jié)點44。再次，節(jié)點44被觸 發(fā)在RF上通信并且導通它的照明元件，而來自房間34中的所有節(jié)點 的報告將生成第二分組列表
CLUSTEM2 (分組#2 )
節(jié)點"44"
節(jié)點"46"
節(jié)點"52"
節(jié)點"54"
節(jié)點"38"
中央單元56發(fā)送帶有兩個分組列表的廣播RF消息，以便通知所 有節(jié)點，它們是那個分組的 一部分并可以它們存儲該信息。
這個簡單的實例表明，如何在沒有任何網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的拓樸和設(shè)置的 背景知識的情況下，可以自動生成完整的分組信息。
第一實施例的可能變體
關(guān)于如何可以實現(xiàn)根據(jù)第一實施例的分組算法，有許多可能的替 代方法和擴展
"光導通周期，，可以在〉hel10 "i，，〈消息在標準通信介質(zhì)上發(fā) 送之后立即或過一段時間開始。例如，對于同時進行的RF和光通信 而言，"光導通周期，，的持續(xù)時間，即照明單元應當導通從而被視線 內(nèi)的所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點適當?shù)貦z測到的最小時間段可以計算如下"光導 通周期"=(2*r) *RTT,其中r等于"無線廣播距離"=廣播跳點的 數(shù)量，而RTT表示每一跳的無線往返時間。
如果中央單元56合并分組列表，則這可能是有利的?？赡馨l(fā)生 不是所有在一個分組中的節(jié)點對于其他節(jié)點都是直接可見，或例如廣 播范圍太小，且不能到達在一個分組中的每個節(jié)點，或由于復雜的房 間結(jié)構(gòu)(例如L型)。此外，對于(部分)相同的分組可以存在幾個
條目。因此，會找到相同分組的各個部分(應該共享"分組成員列表 "中的一些節(jié)點)并將相連接的子分組合并為一個分組的算法可能是 有利的。這個算法可以直接實現(xiàn)。
在上述步驟3中，而不是響應于中央單元56，而是所有節(jié)點"n "可以響應于節(jié)點"i",而節(jié)點"i"接著可以將其"分組成員"列 表轉(zhuǎn)發(fā)給中央單元56。這將減少到中央單元56的長距離(即多跳) 的通信量。
取決于控制節(jié)點(例如傳感器，致動器，控制器，計算機等)的 光通信性能，可以通過單獨基于對已接收的光信號(如果沒有可用的 照明元件12)的它們的"hello response (響應)"消息，或可替 代地基于照明單元對它們的〉he110 "i"〈消息的響應(如果沒有可用 的光接收器18)，由中央單元56進行它們到分組的分配。為了相應 地修改該過程，這些控制節(jié)點的光通信能力至少對中央單元是已知的
自動分組算法的第二實施例分布式協(xié)作
與第一實施例相反，這里不存在中央單元。而是每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點維 護它自己的分組表格，該表格包括分組標識符和分組成員列表。每個 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點包括分組表格存儲器26 (如圖1，圖2所示)。
我們假定使用了一些MAC協(xié)議，例如使用信標信號等。開始時， 分組表格是空的而且沒有設(shè)置分組標識符。
以下列步驟中自動地實施分組
第一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(照明單元或開關(guān))通過發(fā)送網(wǎng)絡(luò)范圍的"準備分 組"消息(例如對于分組過程的執(zhí)行時間，關(guān)閉所有燈并告訴它們忽 略來自其他控制設(shè)備的輸入)。第一照明單元可以是例如PAN協(xié)調(diào)器， 或由用戶觸發(fā)的照明單元，或只是任何其他任意選擇的節(jié)點；其被自 動觸發(fā)或由用戶交互觸發(fā)。
然后第一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在RF鏈路上發(fā)送作為有限范圍廣播分組消息 的下列信息
-被選擇的分組標識符(這可以是隨機數(shù)，順序號或從節(jié)點本身
的標識符導出，在后面的情況中，需要節(jié)點地址中的至少l位信息來 區(qū)分單個節(jié)點和分組)；
-照明單元本身的標識符(如果無法根據(jù)基礎(chǔ)協(xié)議層得到)； -在協(xié)議中的指定后續(xù)者的標識符，即引入它自己的下一個節(jié)點 。該后續(xù)節(jié)點在發(fā)送節(jié)點的先前未被分組的無線近鄰中選擇。如果沒 有后續(xù)者可以指定，僅僅發(fā)送該消息而在后續(xù)者字段中沒有或有廣播 地址，并且近鄰將會根據(jù)底層MAC規(guī)則(例如帶有隨機返回延遲，假 定在MAC上任何沖突都是可檢測的)來試圖訪問該介質(zhì)。
當發(fā)送上面定義的分組消息時(或之后立即)，該第一節(jié)點使用 光信號傳輸，即導通其照明元件12達預定義的"光導通周期"時長
所有節(jié)點檢查在RF和光接收器二者上的輸入。它們的操作依賴 于在RF或光鏈路上接收的信號
接收到無線分組消息和光信號二者的節(jié)點將來自分組消息的分 組標識符存儲為"它們的"分組標識符并且將發(fā)送者/介紹自己的節(jié) 點的標識符存儲在"它們的"分組表格中。
僅接收無線分組消息(且沒有光信號)的節(jié)點將發(fā)送者/介紹自 己的節(jié)點的標識符存儲為不屬于"它們的"分組(例如在另一個列表 中，"非成員列表"，或?qū)⑵錁擞洖橐呀?jīng)看見并屬于不同的分組)， 從而避免將來尋址該節(jié)點。
指定為后續(xù)者的節(jié)點(照明單元或開關(guān))創(chuàng)建下一個分組消息并 作為有限范圍的廣播來發(fā)送，其內(nèi)容依賴于它是否接收到光信號，并 且也依賴于它是否已經(jīng)是分組的一部分。
如果指定的后續(xù)者節(jié)點能夠從前任節(jié)點接收無線和光信號二者， 則它的分組消息包括相同的分組ID，它自己的標識符和從它的近鄰 中選出的后續(xù)者節(jié)點。選擇后續(xù)者的算法應該防止選擇已經(jīng)在分組過 程中傳輸過的節(jié)點(即那些早已在"自己的"分組表格或非成員列表 中列出的節(jié)點)。
如果指定的后續(xù)者節(jié)點沒有接收到前任節(jié)點的光信號，并且如果 它還不屬于任何分組(即既還沒有接收任何其他光信號又沒有經(jīng)過分 組過程)，則它的分組消息包括新分組ID,它自己的標識符和來自 它的(但沒有被分組的)近鄰當中的后續(xù)者。
如果指定的后續(xù)者節(jié)點沒有接收到前任節(jié)點的光信號并且早已 屬于某個分組(即它先前接收到一些分組消息，并具有同時的光信號
傳遞)，則它的分組消息包括它已經(jīng)屬于的分組的分組ID,它自己 的標識符和來自它的(但沒有被分組的)近鄰當中的后續(xù)者。 然后，它也導通其照明單元。
應該注意到，替代方案b)和c)涉及這樣的情況其中后續(xù)者 不是相同分組的一部分(因為它沒有接收到光信號)。作為如上面在 步驟b)和c)中所描述的繼續(xù)的替代，可以重復對后續(xù)者的選擇以 試圖在相同的分組內(nèi)找到后續(xù)者。為了實現(xiàn)這個，被選為后續(xù)者但沒 有接收到光信號的節(jié)點應該經(jīng)RF鏈路以單播響應前任節(jié)點(或只保 持沉默)，從而前任節(jié)點能夠從這種"否定應答"中檢測該分組的邊 界，并且重新發(fā)送帶有改變的后續(xù)者的分組消息。這將允許查找屬于 一個分組的所有節(jié)點；對于下一個分組，如在下面的步驟4和5所述， 將自動重新觸發(fā)該過程。如果使用這個實現(xiàn)選項，可以縮短用于重新 觸發(fā)的暫停時間，即以適應每個分組期望的節(jié)點數(shù)量(例如20-50 )
錯誤處理在暫停時間(例如11* "光導通周期"+為避免沖突的 附加隨機返回延遲；其中n可以是缺省的或網(wǎng)絡(luò)規(guī)模相關(guān)的)之后根 本還沒有被聯(lián)系的節(jié)點發(fā)送伴隨著如上所述的光信號傳輸?shù)膸в邢?列參數(shù)的分組消息
-分組ID-未被選擇(例如廣播或零)
-(可選地它自己的ID)
-后續(xù)者ID-未被選擇(例如廣播或零)。
接收到光和無線信號的每個(已經(jīng)分組的)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點應當在RF 鏈路上應答包括分組ID和被設(shè)置為觸發(fā)節(jié)點ID的后續(xù)者ID的傳輸 。如果新分組的節(jié)點仍然有一些尚未分組的近鄰，它可以如步驟1中 的處理那樣繼續(xù)分組過程。
其他接收到這種新分組消息的尚未分組的節(jié)點應該等待該響應 分組消息，并隨后(如果沒有新的分組消息隨后)，在如步驟4那樣 處理之前等待預定的暫停時間。
如果在預定的暫停時間(例如5分組時間片)內(nèi)沒有對步驟4描 述的分組消息的響應，則觸發(fā)節(jié)點就應該選擇新的分組標識符并如步 驟1 一樣繼續(xù)進行。
根據(jù)第二實施例的實例
在圖3 (但沒有中央單元56)顯示的方案中，我們假定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點 50觸發(fā)了分組過程。它在RF鏈路上發(fā)送了下列分組消息
Clustering Message (分組消息)[cluster#l (分組#1) , node (節(jié) 點)"50" , successor node(后續(xù)者節(jié)點)"48"]
以及同步地導通其照明元件12達"光導通周期"。由于照明單 元50安裝在房間32中，光只能由相同房間32中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點觀察到， 即節(jié)點40， 42， 48和36觀察到。因此，這些節(jié)點存儲下列分組信息
節(jié)點40, 42， 48， 36的分組信息(CLUSTER INFORMATION OF NODES 40，42,48,36 )
分組標識符井1
節(jié)點50
只接收到RF消息而沒有光信號傳遞的節(jié)點將分組節(jié)點5 0添加到 它們的非成員列表中
節(jié)點44， 46， 52， 54, 38的非成員列表(NON-MATES-LIST OF NODES 44，46，52，54， 38)
節(jié)點50
然后，指定的后續(xù)者通過發(fā)送分組消息[cluste"l (分組#1)， node(節(jié)點)"48" ， successor node(后續(xù)者節(jié)點)"42"]來繼 續(xù)進行分組，并導通其照明單元12。這導致下列列表條目
節(jié)點40， 42， 48， 50， 36的分組信息(CLUSTER INFORMATION OF NODES 40，42,48，50， 36)
分組標識符并l
節(jié)點50
節(jié)點48
節(jié)點44， 46， 52, 54, 38的非成員列表(NON-MATES-LIST OF NODES 44，46，52，54， 38) 節(jié)點50 節(jié)點48
繼續(xù)這個過程，直到所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都被尋址并且沒有其他的后續(xù) 者可以選擇為止，最后產(chǎn)生下列分組列表
節(jié)點40， 42, 48， 50， 36的分組信息(CLUSTER INFORMATION OF
NODES 40， 42, 48 分組標識符并1 節(jié)點50 節(jié)點48 節(jié)點40 節(jié)點42 節(jié)點36
節(jié)點44， 46， 52 NODES 44，46， 52 分組標識符并2 節(jié)點52 節(jié)點44 節(jié)點38 節(jié)點46 節(jié)點54
自動分組的兩個實施例的可能變體
關(guān)于根據(jù)任意實施例的分組算法如何實現(xiàn)的問題，還有一些替代 的方法和擴展
"光導通周期，，的時長可以計算為發(fā)送時間+介質(zhì)傳輸延遲+ 在接收節(jié)點處的處理延遲。接著，可以將預定的時長選擇為高于這個 最短時間，例如ls。
可能需要該算法來區(qū)分照明單元和可能在它們的范圍內(nèi)而沒有 照明元件12的其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(例如傳感器，致動器，控制器，計算 機等)。這可以例如通過將"節(jié)點類型"字段加入到在射頻上發(fā)送的 分組幀內(nèi)的設(shè)備地址中來實現(xiàn)。然而，這可能已經(jīng)被底層網(wǎng)絡(luò)棧所覆 蓋(例如已經(jīng)由ZigBee提供的設(shè)備和服務發(fā)現(xiàn)機制)。
可能需要該算法來將僅具有單向光通信能力，即沒有光接收器 18或沒有照明元件12的其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(例如傳感器，致動器，控制 器，計算器，等等)進行分組。取決于這些控制元件的光通信能力， 所述協(xié)議可以進行改變以僅僅基于由照明單元對它們的分組消息的 檢測或通過附加消息來將它們分別分配給分組。為了相應地改變該過
50， 36)
54， 38的分組信息(CLUSTER INFORMATION OF 54， 38)
程，這些控制節(jié)點的光通信能力必須至少對它們的近鄰節(jié)點是已知 的，這例如經(jīng)由包含在分組消息內(nèi)的能力字段來實現(xiàn)。
集中式和分散式算法的特點可以相結(jié)合，其中要被分組的節(jié)點"i "首先廣播〉he110 "i"〈消息，隨后從它的分組成員"n"接收"hello response (響應)"消息，并僅僅隨后將單播"clustering message (分組消息)"發(fā)送到后續(xù)者節(jié)點，其中根據(jù)由分布式算法定義的規(guī) 則來選擇該后續(xù)者節(jié)點(優(yōu)選不是組員)。
在上面的優(yōu)選實施例中，RF和光通信進行交織。然而，如果每 個照明單元能夠?qū)膺M行調(diào)制以便它攜帶信息(例如以開/關(guān)密碼序 列、光通量調(diào)制，顏色或持續(xù)時間改變形式)，那么它可以例如在光 鏈路上傳輸其唯一 ID。然后，在觸發(fā)"準備分組"消息的接收之后， 如果節(jié)點能夠另外同意分組順序(假定"分組時間片時長，，是公知的， 其為照明單元經(jīng)光通信將它自己"介紹"到網(wǎng)絡(luò)上說需要的預期最大 時長)，則任何在標準通信介質(zhì)上的進一步通信不是必需的?？梢杂?各種方法選擇分組順序。如果節(jié)點以某種類型邏輯結(jié)構(gòu)進行組織(例 如在ZigBee中以PAN協(xié)調(diào)器作為根的樹)，則分組算法可以遵循這 個邏輯結(jié)構(gòu)，(例如在ZigBee實例中從PAN協(xié)調(diào)器開始向下到葉 節(jié)點)?？商娲?，可以部署分層次尋址的ZigBee方案每個節(jié)點 在網(wǎng)絡(luò)拓樸中被唯一標識，可以將用于每個照明單元或開關(guān)的預定時 間片指定為例如節(jié)點地址乘以"分組時間片"。取代節(jié)點地址，可以 使用隨機選擇的數(shù)。同樣，可以使用本領(lǐng)域公知的任何調(diào)度算法(例 如遵循"泛洪算法(flooding algorithm)"的概念)。
雖然在上述說明中的所有照明單元40-54在RF鏈路上進行通信， 可替代地，有可能使用圖2所示類型的照明單元，其在電力線通信單 元16，上通信。
安全網(wǎng)絡(luò)配置
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，照明單元(以及諸如開關(guān)，傳感器，控 制器之類的其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點)可以以安全的方式自動地組織成網(wǎng)絡(luò)。通 過使用光通信實現(xiàn)安全，其中該光通信由于光傳播特性而限制在有界 的拓樸區(qū)域內(nèi)，例如由(非透明)墻壁限定的房間內(nèi)。
為此，需要網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在光鏈路上傳輸一些信息量。對于光通量不
能非常頻繁地改變(例如HID燈)的簡單單色照明元件12,這能通 過控制該光導通時長以便與所需信息(例如如果要被傳輸?shù)男畔⑹?"198"，則可以將燈導通達198個10ms時間片，即1.98s)相匹配 來實現(xiàn)。這要求光接收器18能夠測量光信號的時長(例如利用計時 器或計數(shù)器)。這是優(yōu)選的實施例，因為這個簡單的方法也適用于任 何其他光源。
對于可以允許緩慢通量改變(例如白熾燈)的簡單單色照明元件 12，例如可以使用慢速導通/關(guān)閉鍵控，其例如具有2s的位時長(如 果時間不是問題的話)。這將要求光接收器18能夠讀取這個開/關(guān)鍵 控(例如將它存儲在移位寄存器中)。
最后，對于非常靈活的光源(例如LED)，可以通過改變光的其 他參數(shù)，例如光強或頻率或時長或上述的任意組合而產(chǎn)生復雜的時變 照明模式。這當然會要求能夠測量經(jīng)調(diào)制參數(shù)的合適的光接收器18
由此得到的安全水平不僅取決于在光鏈路上傳輸?shù)男畔⒘浚?取決于這個信息如何用于安全自舉。
在加入節(jié)點和"記錄員"之間的認證優(yōu)選地是相互的，因此優(yōu)選， 在二者之間的每一個方向通過光鏈路傳輸信息。在信息交換之后，用 合適的方法，例如按位異或，哈希，連接等組合兩個信息片。
由此得到的編碼數(shù)據(jù)可以多種方式用于安全自舉。它能例如根據(jù) SPEKE ( D. Jablon. ACM SIGCOMM， vol.26, no. 5，第5-26頁，1996 年10月， Strong Password-Only Authenticated Key Exchange) 或DH-EKE算法(S， M. Bellovin和M.Merritt， "Encrypted Key Exchange: Pas sword-Based Protocols Secure Against Dictionary Attacks", Proceeding of I.E.E.E. Symposium on Research in Security and Privacy, Oakland, 1992年5月)來口令認證在標準通 信介質(zhì)上的Diff ie-Hellman交換。它可以用在任何形式的口令認證 密鑰協(xié)議中(S. M. Bellovin和M. Merritt， "Encrypted Key Exchange: Password-Based Protocols Secure Against Dictionary Attacks", Proceeding of I. E. E.E. Symposium on Research in Security and Privacy, Oakland, 1992年5月)。它也可以用于推導作為成對主密 鑰的密鑰(例如ZigBee Trust Centre Master Key ( ZigBee信任中
心主密鑰))，或可以用作從記錄員到加入節(jié)點傳輸配置信息的(暫 時)加密密鑰(例如主密鑰，網(wǎng)絡(luò)密鑰等)，或可以用作成對主密鑰
(例如ZigBee Trust Centre Master Key ( ZigBee信任中心主密鑰 ))。取決于網(wǎng)絡(luò)所要求的安全和密度水平，可以相應選擇合適的機制。
在第一步驟中，在加電之后，未配置的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點以"發(fā)現(xiàn)模式" 啟動。在這個階段，節(jié)點首先嘗試經(jīng)由標準通信介質(zhì)與已有網(wǎng)絡(luò)相關(guān) 聯(lián)。
如果節(jié)點能檢測到已有網(wǎng)絡(luò)，則它使用標準化的機制(例如 ZigBee/IEEE 802. 15. 4 )將自己通告給所述網(wǎng)絡(luò)，并繼續(xù)進行安全自 舉過程。
如果節(jié)點不能檢測到任何已有網(wǎng)絡(luò)，則它在它自己上創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)， 這例如通過發(fā)出ZigBee信標消息，或任何其他合適的自我宣告消息 并聽取也尚未配置的節(jié)點的發(fā)現(xiàn)消息來進行。如果它檢測其他的未配 置的節(jié)點，它繼續(xù)進行安全自舉過程。
每當新節(jié)點的自我宣告消息("I，m new(我是新的)")被已 配置的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接收時，這個已配置節(jié)點承擔用于加入節(jié)點的"挑戰(zhàn) 者，，角色并發(fā)送廣播消息到網(wǎng)絡(luò)中，以表示新節(jié)點要求配置。
可選地，從這個時間點開始直到完成(或中斷)配置為止，不會 接收進一步的配置要求。
挑戰(zhàn)者將"信號"命令發(fā)送到新節(jié)點，同時觸發(fā)它以在光鏈路上 發(fā)送預定義的信息。
只有不存在阻礙加入節(jié)點和其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的光傳輸?shù)恼系K 物(例如墻和天花板)時，所述信息才可由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點觀察到。應該注 意到，在相同的建筑物或甚至在相同房間中，有可能是網(wǎng)絡(luò)中的一些 但不是所有配置的節(jié)點可以觀察到所述序列(例如在L型房間中)。
那些已經(jīng)在光鏈路上接收到信息的已配置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點將這個事件 報回到挑戰(zhàn)者。然后，挑戰(zhàn)者選擇它們中之一 (例如報告事件的第一 個節(jié)點)，并指派該節(jié)點承擔相對于加入節(jié)點的"記錄員"角色(要 注意，記錄員角色也可以由"挑戰(zhàn)者"節(jié)點本身來承擔)。
記錄員建立與新設(shè)備的安全關(guān)系。為了在安全模式(即具有對新 節(jié)點的認證)下完成這個，經(jīng)過光鏈路在新節(jié)點與記錄員之間交換信
息。因為光鏈路被限制于房間的物理邊界，所以在該配置步驟期間在 相同房間中存在的、被安全地假定為真實的節(jié)點會被認證。
安全網(wǎng)絡(luò)配置的實例
圖6顯示了建筑物70的象征表示。在建筑物70內(nèi)部，有圖1所 示類型的四個照明單元60， 62， 64， 66。它們是簡單的卣素燈，所 以們使用光時長控制用于在光鏈路上傳輸信息。這四個照明單元中的 三個照明單元60, 62， 64已經(jīng)被配置為ZigBee網(wǎng)絡(luò)。
圖7顯示了配置期間的信號交換，其中RF消息顯示為虛線而光 信號傳輸被顯示為實線。照明單元66用"hello"消息72開始。從 已配置的照明單元60， 62， 64中選擇照明單元62作為挑戰(zhàn)者。糸匕戰(zhàn) 者62在網(wǎng)絡(luò)上廣播"信號，，命令74，其使得加入節(jié)點66導通它的 照明元件12達56*10ms=560ms來編碼預定值"56"(消息76)，并 且網(wǎng)絡(luò)節(jié)點60， 64準備接收光通信。
消息76只被節(jié)點60， 64觀察到，而沒有被節(jié)點62觀察到。顯 然，節(jié)點62沒有到加入節(jié)點66的光連接。節(jié)點60， 64將它們對消 息76 ( "56")的觀察報告給挑戰(zhàn)者62,而挑戰(zhàn)者62選擇節(jié)點60 作為記錄員R。
記錄員60生成第一隨機數(shù)"183"，并通過導通其照明單元12 達1.83ms時長而將該隨機數(shù)傳輸?shù)郊尤氲恼彰鲉卧?6 (消息78a ) 。加入的照明單元66接收并存儲該消息78a。接著，它生成隨機數(shù)
"027"并將它作為消息78b傳輸。然后，記錄員60和加入節(jié)點66 合并隨機序列(在這個實例中通過簡單連接)從而具有共享密碼
"183027"。
接下來，這個密碼被用作臨時密鑰，其隨后被用于加密在標準通 信介質(zhì)上從記錄員發(fā)送到加入節(jié)點的配置數(shù)據(jù)80 (ZigBee/IEEE 802. 15. 4的Trust Centre Master Key (信任中心主密鑰))。如果 該密鑰長度不夠，則可以對該值"183027"進行哈希以獲得臨時密鑰
安全網(wǎng)絡(luò)配置的可能變體
關(guān)于如何可以實現(xiàn)根據(jù)任意實施例的分組算法，也存在一些可替
代的方法和延伸
由加入的照明單元66響應于"信號"消息而傳輸?shù)男畔⒉恍枰?是固定的預定序列?？商娲兀谶@個序列中編碼在通信中使用的數(shù) 據(jù)(例如加入照明單元的MAC-地址(部分))也是可能的。
盡管在上面的說明中，所有照明單元都在RF鏈路上進行通信， 但可替代地，使用圖2顯示類型的照明單元也是可能的，其在電力線 通信單元16，上進行通信。
盡管在前面的實例中，已經(jīng)分別描述了本發(fā)明的兩個方面，這兩 個方面的結(jié)合當然是可能的。因此，使用在光鏈路上進行認證的安全 網(wǎng)絡(luò)配置的照明系統(tǒng)可以進一步使用上述自動分組過程之一來將節(jié) 點配置成組。
在前面，將會意識到單數(shù)引用被認為也包含復數(shù)且反之亦然，并 且對特征或設(shè)備的特定數(shù)量的引用不被解釋為將本發(fā)明限制于特征
或設(shè)備的這個特定數(shù)量上。同時，比如"包括"，"包含"，"有"， "具有"，"并入，，等表達被解釋為非排他性的，即這種表達被解釋 為不排斥其他項目的存在。
雖然已經(jīng)結(jié)合特定實施例描述了本發(fā)明，但其不受限制于在這里 提出的特定形式。相反地，本發(fā)明的范圍僅僅由附加權(quán)利要求所限制
權(quán)利要求中包括參考符號，然而所包含的參考符號僅僅是為了清 晰的原因，而不應該被解釋為對本權(quán)利要求的范圍的限制。
權(quán)利要求
1. 照明系統(tǒng)，包括-多個照明單元(10，10’)，每個照明單元包括-照明元件(12)，用于生成光，-照明控制單元(14)，用于控制所述照明元件(12)的光輸出，-通信單元(16，16’)，用于在通信介質(zhì)上發(fā)送和接收通信信號，-光接收器(18)，用于從其他照明單元(10，10’)接收光，以及-控制器單元(20)，連接到所述光接收器(18)，通信單元(16，16’)，和照明控制單元(14)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的照明系統(tǒng)，其中-所述照明單元(10， 10，)中的所述控制器(20)被編制為操作 所述照明單元(10， 10，)從而通過下列步驟將所述照明單元(10, 10，)分成一個或多個分組-在第一照明單元中，導通照明元件以發(fā)射光，-取決于所發(fā)射的光是否被所述其他照明單元的光接收器觀察 到，來生成分組信息，-在所述通信介質(zhì)上進行所述通信單元(16， 16，)之間的通信 以實現(xiàn)校準。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的照明系統(tǒng)，其中-所述照明單元(10， 10，)中的所述控制器(20)被編制為操 作所述照明單元(IO， 10，)以形成通信網(wǎng)絡(luò)并與加入的照明單元(66 )通信，這通過下列步驟進行-通過控制其照明元件(12)根據(jù)表示編碼數(shù)據(jù)(78a， 78b)的 調(diào)制序列發(fā)射光，將所述編碼數(shù)據(jù)(78a， 78b)從所述加入的照明單 元(66)傳輸?shù)剿鼍W(wǎng)絡(luò)中的至少一個所述照明單元，和/或從所述 網(wǎng)絡(luò)中的至少一個所述照明單元傳輸?shù)剿黾尤氲恼彰鲉卧?66)，-以及使用所述編碼數(shù)據(jù)(78a， 78b)在通信介質(zhì)上建立安全的 通信。
4. 在根據(jù)權(quán)利要求1-3其中之一的系統(tǒng)中使用的照明單元，所述 照明單元包括 -照明元件(12)，用于生成光，-照明控制單元(14)，用于控制所述照明元件(12)的光輸出， -通信單元(16， 16，)，用于在通信介質(zhì)上發(fā)送和接收通信信 號，-光接收器(18),用于從其他照明單元(10, 10，)接收光， 以及-控制器單元(20)，連接到所述光接收器(18)，通信單元U6， 16，)，和照明控制單元(14)。
5. 在根據(jù)權(quán)利要求1-3其中之一的照明系統(tǒng)中使用的控制元件， 所述元件包括-功能元件(24)，用于執(zhí)行開關(guān)，控制或傳感器功能，-通信單元(16， 16，)，用于在通信介質(zhì)上發(fā)送和接收通信信號， 以及-用于生成光的照明元件(12)和用于控制所述照明元件(12 )的輸出的照明控制單元(14),和/或用于接收光的光接收器(18 )以及-控制器單元(20),連接到所述功能元件(24),光接收器(18 )，通信單元(16， 16，)，和照明控制單元(14)。
6. 控制照明系統(tǒng)的方法，-所述照明系統(tǒng)包括多個照明單元(10， 10，)，每個照明單元包括-照明元件(12)，用于生成光，-通信單元(16, 16，)，用于在通信介質(zhì)上通信，-以及光接收器(18),用于從其他照明單元(10， 10，)接收光，-其中所述照明單元(10， 10，)在所述通信介質(zhì)上通信，以及 -其中，至少在配置階段，至少一個所述照明單元(10, 10，) 通過以受控制方式操作所述照明元件(12)來發(fā)送信息，以及至少一 個其他照明單元(10, 10，)通過觀察所生成的光來接收所述信息。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中-通過下面的步驟將所述照明單元(10， 10，)分為一個或多個 分組-在第一照明單元中，導通照明元件以發(fā)射光， -取決于所發(fā)射的光是否被所述其他照明單元(10， 10，)的光 接收器(18)觀察到來生成分組信息。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中-對于多個照明單元重復所述步驟，其中每次導通不同的照明單 元(10， 10，)的照明元件(12)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8的方法，其中-所述照明系統(tǒng)安裝在帶有多個房間(32， 34)的建筑物(30 )中，以及-所述照明單元(IO, IO，)被分成多個分組，其中在相同房間 中的所有照明單元被分配給相同的分組。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7-9中任意一個的方法，其中-所述照明系統(tǒng)還包括中央單元(56)，該中央單元(56)包括 至少一個用于在所述通信介質(zhì)上進行通信的通信單元(16, 16，)，-其中所述中央單元(56)在所述通信介質(zhì)上將命令發(fā)送到所述 照明單元以實施所述步驟，-以及其中至少 一 個所述照明單元發(fā)送檢測信息到所述中央單 元(56),該信息表示是否觀察到所發(fā)射的光，-以及其中所述檢測信息用于生成所述分組信息，-以及所述分組信息存儲在所述中央單元(56)處。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7-10中任意一個的方法，其中-所述照明單元中的至少一個還包括用于存儲分組表格的存儲 裝置(26)，-其中所述組信息的至少部分存儲在所述分組表格中。
12. 根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中-形成通信網(wǎng)絡(luò)的所述照明單元(10， 10，)中的一個或多個與 加入的照明單元(66)進行通信，這通過下列步驟進行-通過控制其照明元件以根據(jù)與所述編碼數(shù)據(jù)(78a, 78b)相對 應的調(diào)制發(fā)射光，來將編碼數(shù)據(jù)(78a， 78b)從所述加入的照明單元 (66)傳輸?shù)剿鼍W(wǎng)絡(luò)中的至少一個所述照明單元，和/或從所述網(wǎng) 絡(luò)中的至少一個所述照明單元傳輸?shù)剿黾尤氲恼彰鲉卧?66)，-以及使用所述編碼數(shù)據(jù)(78a， 78b)來在通信介質(zhì)上建立安全 的通信。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中-所加入的照明單元(66)通過控制其照明元件(12)以調(diào)制序 列發(fā)射光來發(fā)送檢測信號(74),-從所述網(wǎng)絡(luò)中的所述照明單元中選擇記錄員(R)，其通過觀 察從所述加入的照明單元(66)發(fā)射出的光來接收檢測信號。-以及在所述記錄員(R)和所述加入的照明單元(66)之間交 換所述編碼數(shù)據(jù)(78a， 78b)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12或13的方法，其中-所述編碼數(shù)據(jù)包括至少第一編碼(78a)，其從所述網(wǎng)絡(luò)中的 所述照明單元傳輸?shù)剿黾尤氲恼彰鲉卧?66),-以及第二編碼(78b)，其從所述加入的照明單元(66 )傳輸 到所述網(wǎng)絡(luò)中的所述照明單元。
全文摘要
描述了一種照明系統(tǒng)和一種操作該照明系統(tǒng)的方法。多個照明單元(10，10’)每個包括，具有用于控制其光輸出的照明控制單元(14)的照明元件(12)，和用于在通信介質(zhì)如RF或電力線通信上進行通信的通信單元(16，16’)。所述單元(10，10’)還具有用于從其他照明單元(10，10’)接收光的光接收器(18)?？刂破鲉卧?20)連接到光接收器(18)，通信單元(16，16’)和照明控制單元(14)。為了實現(xiàn)方便的自動化設(shè)置，至少在配置階段，所述照明單元(10，10’)通過以調(diào)制方式操作照明元件(12)來發(fā)送信息，而該信息由另一個觀察該生成的光的照明單元(10，10’)所接收。根據(jù)第一方面，通過導通第一個照明單元中的照明元件(12)并取決于發(fā)出的光是否被另外的照明單元所觀察到而生成分組信息從而將照明單元(10，10’)分組。根據(jù)第二方面，照明單元(10，10’)通過根據(jù)調(diào)制序列操作照明元件(12)來傳輸編碼數(shù)據(jù)(78a，78b)并接著在通信介質(zhì)上傳輸用編碼數(shù)據(jù)(78a，78b)加密的配置數(shù)據(jù)，從而形成通信網(wǎng)絡(luò)并與加入的照明單元(66)進行通信。
文檔編號H05B37/00GK101395968SQ200780008179
公開日2009年3月25日 申請日期2007年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月7日
發(fā)明者B·厄德曼, W·O·巴德 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司