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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem ein einzelner
Netzknoten auf einen gemeinsamen HF-Kanal eines drahtlosen Netzes
zugreifen kann, welches eine Netzsteuerknoten und mehrere weitere
Netzknoten aufweist. Die Erfindung betrifft ferner einen einzelnen
Netzknoten zur Verwendung in einem drahtlosen Netz, welches einen Netzsteuerknoten
und mehrere weitere Netzknoten aufweist, welche über einen gemeinsamen HF-Kanal miteinander
kommunizieren. Die Erfindung betrifft ferner ein drahtloses Netz,
das einen Netzsteuerknoten und mehrere einzelne Netzknoten umfasst,
welche über
einen gemeinsamen HF-Kanal miteinander kommunizieren.
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Ein
Netz, welches aus mehreren Netzknoten oder Einzelknoten besteht,
welche miteinander und mit einem Netzsteuerknoten (auch als ein "Hauptknoten" oder "Zentralknoten" bezeichnet) über drahtlose (Funk-
oder HF-) Verbindungen kommunizieren, wird im Allgemeinen als ein
drahtloses (Funk- oder HF-) Netz bezeichnet. In drahtlosen Multihop-Netzen
enthält
jeder Knoten einen Knoten-Controller, welcher eine digitale Signalverarbeitungseinrichtung
(z.B. einen Mikroprozessor) und einen HF-Transceiver enthält. Daten werden zwischen den
Einzelknoten und dem Steuerknoten mittels eines als "Hopping" ("Springen") bekannten Verfahrens übermittelt
(übertragen),
bei welchem einzelne Dateneinheiten von dem Steuerknoten zu einem
Zielknoten und von einem Ursprungsknoten (Quell-/Absenderknoten)
zu dem Steuerknoten übertragen
werden, indem sie in allen Fällen,
in welchen der Ziel- oder Ursprungsknoten keine direkte Kommunikationsverbindung
mit dem Steuerknoten hat, von einem oder mehreren Zwischenknoten
gemäß einem
Netzrouting-Protokoll "gehoppt" (weitergeleitet
oder weitergesendet/weiter ausgestrahlt) werden. Jeder der Knoten,
welcher ein Paket zu einem oder mehreren anderen Knoten in dem Netz "hoppt" oder weitersendet,
wird gewöhnlich als
ein "Repeater-Knoten" oder einfach "Repeater" bezeichnet. Der
Zielknoten quittiert im Allgemeinen den Empfang eines Datenpaketes
von dem Steuerknoten, indem er ein Quittungs-Datenpaket auf eine ähnliche
Weise über
einen oder mehrere Repeater an den Steuerknoten zurücksendet.
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Es
können
verschiedene logische Einheiten von Daten verwendet werden, darunter
Pakete, Rahmen (Frames) oder Zellen. Im Interesse der Einfachheit
der Darstellung einer gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden jedoch die verwendeten Einheiten
von Daten "Pakete" sein, welche normalerweise
eine Größe im Bereich
von etwa 5–1000
Bytes haben. In diesem Zusammenhang soll der Begriff "Pakete" hier in dem Sinne
verstanden werden, dass er alle logischen Einheiten von Daten beinhaltet,
einschließlich
Rahmen oder Zellen. Im Allgemeinen werden Datenübertragungen mit Paket-Hopping
unter der Steuerung des Steuerknotens durchgeführt, welcher normalerweise ein
Computer ist, auf welchem die Steuerungssoftware für die Datenübertragung
resident ist. Das Datenübertragungsschema
mit Paket-Hopping ermöglicht
eine Verringerung der Kosten der HF-Transceiver und die Erfüllung der
Anforderungen von US FCC (Federal Communications Commission) Teil
15 oder ähnlichen
staatlichen Vorschriften.
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Solche
drahtlosen Paket-Hopping-Netze sind besonders zum Steuern einer
oder mehrerer Funktionen oder Systeme eines Gebäudes geeignet, z.B. des Beleuchtungssystems,
der Heizungs-, Lüftungs-
und Klimaanlagen und/oder der Sicherheitssysteme des Gebäudes, da
ein drahtloses Netz eine kostengünstige
Kommunikationsinfrastruktur innerhalb des Gebäudes bietet, welche nicht das
Hinzufügen
neuer Leitungen zu der vorhandenen Struktur erfordert, um die Netzinformationen
zu transportieren. Ferner können
solche Netze zusätzliche
Systeme unterstützen,
die in dem Gebäude
installiert werden, wie etwa Personenruf- (Paging-) oder Persönliche Kommunikationssysteme
(Personal Communications Systems, PCSs).
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Der
Steuerknoten solcher Gebäudesteuerungsnetze
ist normalerweise ein Gebäudecomputer. Die
Einzelknoten und der Gebäudecomputer
führen verschiedene
Softwareprogramme aus, welche zueinander komplementär sind und
welche zusammen die Systemsteuerungs-Software darstellen. Die Einzelknoten
sind normalerweise überall
im Gebäude verteilt,
um den Zustand/Wert vorgeschriebener Parameter des Gebäudesystems,
das gesteuert wird, zu überwachen
und um in Reaktion auf von dem Gebäudecomputer ausgegebene Befehle
Steuersignale zu erzeugen, um die vorgeschriebenen Parameter je nach
Erfordernis einzustellen. Es ist wichtig, dass der Gebäudecomputer
in der Lage ist, Daten zu und von jedem Knoten im Netz zu senden
und zu empfangen, um den Zu stand/Wert der vorgeschriebenen Parameter
ordnungsgemäß zu überwachen
und um Befehle auszugeben, um den Zustand/Wert der vorgeschriebenen
Parameter entsprechend der Systemsteuerungs-Software je nach Erfordernis
einzustellen.
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Ein
beispielhaftes Gebäudesteuerungsnetz ist
ein automatisches oder intelligentes Beleuchtungssteuerungssystem,
welches Leuchtstärken, Nutzungszustand,
Energieverbrauch als eine Funktion der Zeit und/oder andere Beleuchtungsparameter jedes
Raumes und/oder Bereiches des Gebäudes innerhalb des Netzes überwacht,
d.h. jedes Raumes und/oder Bereiches des Gebäudes, welcher mit (einem) Beleuchtungsmodul(en)
ausgestattet ist, der (die) mit einem Knoten-Controller (auch als
eine "Wall Unit" (Wandeinheit) bezeichnet)
verbunden ist (sind), welcher einen HF-Transceiver, eine digitale Signalverarbeitungseinrichtung
(z.B. einen Mikrocontroller oder Mikroprozessor) und Steuerschaltungen enthält, um den
Leuchten zu signalisieren, dass sie ihre Helligkeitspegel ändern sollen.
Jedes Beleuchtungsmodul und sein zugehöriger Knoten-Controller stellen
zusammen einen Knoten in dem Netz dar, welches Gegenstand der Steuerung/des
Managements des Gebäudecomputers
ist.
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In
einem solchen intelligenten Beleuchtungssteuerungssystem ist jedes
der Beleuchtungsmodule vorzugsweise über seine zugehörige Wandeinheit separat
programmierbar (z.B. durch Bewohner bzw. Nutzer des Gebäudes), um
eine direkte Steuerung der Einstellung des Dimmerballastes desselben
und somit eine direkte Steuerung der Leuchtstärke der Lampe(n) desselben
zu gewährleisten.
Zu diesem Zweck weist jeder der Knoten einen oder mehrere Sensoren
auf (z.B. Nutzungszustands-, Tageslicht- (Umgebungsbeleuchtungs-)
und Dimm-/Leuchtstärkensensor),
welche Sensor-Rückmeldedaten
der digitalen Signalverarbeitungseinrichtung (z.B. einem Mikroprozessor)
des Knoten-Controllers
zuführen, welche
so programmiert ist, dass sie die Sensor-Rückmeldedaten analysiert (verarbeitet)
und Steuersignale zum Regeln der Leuchtstärke der zugehörigen überwachten
Lampe(n) erzeugt, so wie es erforderlich ist, um die programmierten örtlichen
Beleuchtungsbedingungen zu erzielen.
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Die
Sensor-Rückmeldedaten
werden außerdem
von jedem Knoten im Netz zu dem Gebäudecomputer übertragen,
wenn sie von dem Gebäudecomputer
eine entsprechende Anforderung erhalten oder wenn sich die örtlichen
Beleuchtungsbedingungen ändern.
Der Gebäudecomputer
analysiert (verarbeitet) die Sensor-Rückmeldedaten entsprechend der
auf ihm installierten Beleuchtungssystem-Steuerungssoftware und
sendet Steuerungsdaten (Befehle) zu den Einzelknoten, so wie es
erforderlich ist, um die Be leuchtungsniveaus der überwachten
Räume/Bereiche
des Gebäudes
entsprechend der Beleuchtungssystem-Steuerungssoftware einzustellen, z.B.
um die Energieeffizienz des Beleuchtungssystems zu optimieren, und
dadurch die programmierten Beleuchtungsniveaus, die von den einzelnen
Beleuchtungsmodulen vorgesehen werden, zu übersteuern. Somit sind die
verteilten Module zusätzlich zu
der Tatsache, dass sie separat programmierbar sind und zu einem
unabhängigen
Betrieb in der Lage sind, funktional in ein einziges gebäudeweites
Netz integriert, das von dem Gebäudecomputer
gesteuert wird.
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Datenübertragungen
in solchen Netzen erfolgen im Allgemeinen zwischen dem Gebäudecomputer
und den Einzelknoten und umgekehrt über einen gemeinsamen Übertragungskanal
(d.h. einen gemeinsam genutzten Kanal). Um die gleichzeitigen Übertragungen
von Paketen über
den gemeinsamen Netzkanal auf ein Minimum zu begrenzen, wird ein Kanalzugriffsprotokoll
verwendet. Das gebräuchlichste
Kanalzugriffsprotokoll ist das Carrier Sense Multiple Access (Vielfachzugriff
mit Trägererkennung,
CSMA) Protokoll, gemäß welchem
jeder der Knoten, bevor er ein Paket sendet, eine zufällige Verzögerungszeit
wartet und danach den Kanal abfragt, um zu bestimmen, ob er verfügbar ("frei") oder nicht verfügbar ("belegt") ist. Falls der
Kanal als frei erkannt wird, sendet der Knoten das Paket, und falls der
Kanal als belegt erkannt wird, wartet er eine weitere zufällige Verzögerungszeit,
bevor er erneut den Zustand des Kanals abfragt, bevor er einen weiteren Versuch
unternimmt, das Paket zu senden.
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Der
Mikrocontroller oder Mikroprozessor, der in den Knoten von drahtlosen
Netzen wie denjenigen, die oben beschrieben wurden, verwendet wird,
weist normalerweise eine serielle Schnittstelle auf, welche Byte
für Byte
(d.h. byteweise) durch den Prozessor selbst adressiert wird. Daher
kann der Prozessor ein ankommendes Signal erst erkennen, nachdem
ein ganzes Byte empfangen worden ist. An sich ist eine wirkliche
Echtzeiterkennung von ankommenden Signalen nicht möglich. Es
wird immer eine Verzögerung um
ein Byte zwischen dem Zeitpunkt, zu dem ein ankommendes Signal empfangen
wird, und dem Zeitpunkt, zu dem das ankommende Signal erkannt wird, vorhanden
sein.
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Im
Allgemeinen wird, sobald das erste Informationsbyte empfangen worden
ist, ein Bitflag gesetzt, das den Prozessor darüber informiert, dass Daten
ankommen (d.h. empfangen werden). In einem typischen Netz, das mit
9600 Baud betrieben wird, werden Bytes in Intervallen von 1 ms eingetaktet,
so dass ein Prozessor, der eine Taktfrequenz von 2 MHz aufweist,
nicht weniger als 500 Anweisungen in dem Intervall von 1 ms zwischen
dem Zeitpunkt, zu dem ein ankommendes Signal empfangen wird, und
dem Zeitpunkt, zu dem das ankommende Signal erkannt wird, ausführen kann.
Falls irgendeine dieser Anweisungen den Sender des HF-Transceivers
des Knotens aufruft, während
dieses Intervalls von 1 ms mit dem Senden von Daten zu beginnen,
kommt es zu einem Konflikt oder einen Kollision zwischen den Daten,
die gesendet werden, und den Daten, die empfangen werden, gleichgültig, ob
die ankommenden Daten für
den Knoten bestimmt sind. Solche Kollisionen bewirken offensichtlich
eine Verschlechterung des Datendurchsatzes des Netzes und stellen
daher einen wesentlichen Nachteil der gegenwärtig verfügbaren drahtlosen Netze dar.
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Der
Begriff "Nachbarschaft" oder "Zelle" wird hier in der
Bedeutung verwendet, dass er den Bereich bezeichnet, welcher einen
gegebenen Knoten und alle anderen Knoten umfasst, von welchen der gegebene
Knoten ein HF-Signal empfangen kann, das eine ausreichende Stärke hat,
um von dem gegebenen Knoten zu fordern, auf die Beendigung des Empfangs
des HF-Signals zu warten, bevor er seine eigenen Datenübertragungen
initiiert, z.B. entsprechend einem CSMA-Protokoll. In den gegenwärtig verfügbaren drahtlosen
Netzen werden die Einzelknoten im Netz jeweils zum Zeitpunkt der
Installation und Initialisierung des Netzes so konfiguriert, dass sie
innerhalb einer vordefinierten Zellgröße arbeiten, welche für alle Knoten
einheitlich ist. Normalerweise wird die Zellgröße durch die Sendeleistung
der in den Knoten verwendeten Sendeschaltung und die Empfindlichkeit
der Empfangsschaltung, die durch die Auslegung der Schaltung bestimmt
wird, bestimmt. Für
manche Systeme kann dies zu einer zu großen Zellgröße führen, die zur Folge hat, dass
der Datendurchsatz des Netzes dadurch wesentlich verschlechtert
wird, dass der Knoten selbst dann gezwungen wird zu warten, wenn
er kommunizieren könnte,
ohne eine Kollision zu verursachen. Andererseits, wenn die Zellgröße zu klein
gewählt
wird, kann die Kollisionsrate zwischen empfangenen und gesendeten
Datenpaketen zu hoch werden, da ein Knoten in der Zelle unter dem
Eindruck, dass innerhalb der Zelle keine Übertragung stattfindet, welche
durch den Knoten gestört
werden könnte,
fälschlicherweise beginnen
kann, selbst zu senden. Tatsächlich
kann der Knoten zu einem vom Rest des Netzes isolierten Knoten werden.
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US 5193209 offenbart ein
Telefonkommunikationssystem, insbesondere eine in einem Fahrzeug
angebrachte Telefoneinrichtung, wobei Nachrichtenkanäle überwacht
werden. Das elektrische Feld jedes Nachrichtenkanals wird bestimmt
und mit einem vorgegebenen Schwellwertpegel verglichen, um zu bestimmen,
ob die betreffenden Nachrichtenkanäle belegt sind. Ein Controller
berechnet einen Belegtheitsgrad der Nach richtenkanäle auf der
Basis der Anzahl der Nachrichtenkanäle, die einem Versorgungsbereich
zugewiesen sind, und der Anzahl der Nachrichtenkanäle, die
als belegt bestimmt wurden.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren, einen einzelnen Netzknoten
und ein drahtloses Netz des dargelegten Typs zu schaffen, welche den
Nachteil der gegenwärtig
verfügbaren
drahtlosen Netze hinsichtlich einer beeinträchtigten Kommunikation infolge
zu häufiger
Kollisionen überwinden.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Um
die Aufgabe der Erfindung zu erfüllen, umfasst
das Verfahren die folgenden Schritte:
Erzeugen eines Stärkeanzeigesignals,
das auf die Signalstärke
eines ankommenden HF-Signals schließen lässt;
Vergleichen des Stärkeanzeigesignals
mit einem Schwellwert-Vergleichssignal und Erzeugen eines Vergleichsausgangssignals,
das einen High-Pegel aufweist, wenn ein Spannungspegel des Stärkeanzeigesignals
größer als
ein Spannungspegel des Schwellwert-Vergleichssignals ist, und andernfalls
einen Low-Pegel aufweist; und
Prüfen des Logikpegels des Vergleichsausgangssignals
vor dem Initiieren einer Datenübertragung
und Aufrufen einer Verzögerung,
wenn das Vergleichsausgangssignal einen High-Pegel aufweist.
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Auf
diese Weise werden an einem gegebenen Knoten eines drahtlosen Netzes
ankommende HF-Signale in Echtzeit erkannt, indem eine Vergleichsschaltung
zum Vergleichen eines Signals, welches auf die Stärke eines
ankommenden HF-Signals schließen
lässt,
mit einem vorgegebenen Schwellwertpegel verwendet wird. Auf diese
Weise wird der Zeitraum verkürzt,
in welchem ein Prozessor im Knoten noch eine Übertragung initiieren könnte, während er
sich unter dem Eindruck befindet, dass in der Zelle keine Übertragung
aktiv ist, wohingegen in Wirklichkeit eine solche Übertragung
aktiv ist (die Latenz zwischen dem Beginn einer Übertragung und dem Zeitpunkt,
zu dem ein Prozessor in einem anderen Knoten über die Übertragung informiert wird).
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Ausgang der Vergleichsschaltung mit einem Eingang des digitalen
Signalprozessors (z.B. Mikroprozessors) des Knotens gekoppelt. Der
Mikroprozessor ist vorzugsweise so programmiert, dass er diesen
Eingang prüft, bevor
er versucht, Daten zu senden, wodurch die Wahrscheinlichkeit, dass
sich eine Kollision infolge sich überschneidender Vorgänge des
Sendens und Empfangens von Daten ereignet, auf ein Minimum begrenzt
wird. Bei der gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird der Ausgang der Vergleichsschaltung
sowohl an ein Interruptfreigabe-Pin als auch an ein HF-Kanal-Statusabfrage-Eingangspin
des Mikroprozessors angelegt, wobei der Mikroprozessor so programmiert
ist, dass er in Reaktion auf einen High-Pegel aufweisenden Ausgang
der Vergleichsschaltung eine zufällige
Verzögerung
vor dem Senden oder erneuten Senden von Daten (entsprechend einem
CSMA-Protokoll) aufruft.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der vorgegebene Schwellwert für die mehreren Netzknoten nicht
einheitlich. Vorteilhafterweise ist ein Schwellwert eines Einzelknotens
so beschaffen, dass die Zellgröße die richtige
Balance zwischen einer zu großen
und einer zu kleinen Zellgröße trifft, wobei
ein akzeptables Niveau an Kollisionen erreicht wird.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der vorgegebene Schwellwertpegel,
der in der Vergleichsschaltung eines gegebenen Knotens verwendet
wird, selektiv verändert, um
dadurch selektiv die Größe der Zelle
zu verändern,
in welcher sich der gegebene Knoten befindet. Vorzugsweise wird
der Schwellwertpegel automatisch entsprechend einem vorgeschriebenen
Algorithmus über
Netzbefehle gesteuert, die von dem Netzsteuerknoten (z.B. Gebäudecomputer)
des Netzes ausgegeben werden, und/oder entsprechend einem Softwareprogramm,
welches in jedem Knoten resident ist. In diesem Zusammenhang werden
die Nachbarschafts- oder Zellgrößen, in
welchen sich die Einzelknoten in dem Netz befinden, vorzugsweise adaptiv
auf eine solche Weise verändert,
dass der Datendurchsatz des Netzes maximiert wird.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst außerdem einen einzelnen Netzknoten
für ein
drahtloses Netz und ein drahtloses Netz, welche die Fähigkeit aufweisen,
das oben beschriebene Verfahren der vorliegenden Erfindung zu implementieren.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese
und verschiedene weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung
mit den beigefügten
Zeichnungen leicht verständlich.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines beispielhaften drahtlosen Netzes
(intelligentes Beleuchtungssteuerungssystem für ein Gebäude), welches bei der praktischen
Realisierung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
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2 ein
Blockschaltbild eines Knoten-Controllers eines einzelnen Netzknotens,
welcher einen Aspekt der vorliegenden Erfindung verkörpert; und
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3 ein
Blockschaltbild einer gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsform
der Vergleichsschaltung des in 2 dargestellten
Knoten-Controllers.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Zusammengefasst,
werden gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung an einem gegebenen Knoten eines drahtlosen
Netzes ankommende HF-Signale in Echtzeit erkannt, indem eine Vergleichsschaltung
verwendet wird, um ein Signal, welches auf die Stärke eines
ankommenden HF-Signals schließen
lässt,
mit einem vorgegebenen Schwellwertpegel zu vergleichen. Der Ausgang
der Vergleichsschaltung ist mit einem Eingang des digitalen Signalprozessors
(z.B. Mikroprozessors) des Knotens gekoppelt. Der Mikroprozessor
ist vorzugsweise so programmiert, dass er diesen Eingang prüft, bevor er
versucht, Daten zu senden, und somit die Wahrscheinlichkeit, dass
sich eine Kollision infolge sich überschneidender Vorgänge des
Sendens und Empfangens von Daten ereignet, auf ein Minimum begrenzt.
Bei einer gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der Ausgang der Vergleichsschaltung
ein TTL-Signal, welches an ein Interrupt-Eingangspin des Mikroprozessors
angelegt wird, wobei der Mikroprozessor so programmiert ist, dass
er in Reaktion auf einen High-Pegel aufweisenden Ausgang der Vergleichsschaltung einen
Interrupt erzeugt. Bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird der Ausgang der Vergleichsschaltung
außerdem an
ein Pegel- oder HF-Kanal-Statusabfrage-Eingangspin des Mikroprozessors
angelegt, wobei der Mikroprozessor so programmiert ist, dass er
in Reaktion auf einen High-Pegel aufweisenden Ausgang der Vergleichsschaltung
eine zufällige
Verzögerung
vor dem Senden oder erneuten Senden von Daten (entsprechend einem
CSMA-Protokoll) aufruft.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der vorgegebene Schwellwertpegel,
der in der Vergleichsschaltung eines gegebenen Einzelknotens verwendet
wird, adaptiv verändert
werden, um zu ermöglichen,
dass die Größe der Zelle,
in welcher sich der gegebene Knoten befindet, adaptiv verändert wird.
Vorzugsweise wird der Schwellwertpegel automatisch entsprechend
einem vorgeschriebenen Algorithmus über Netzbefehle gesteuert,
die von dem Netzsteuerknoten (z.B. Gebäudecomputer) des Netzes ausgegeben
werden, und/oder entsprechend einem Softwareprogramm, welches in
jedem Knoten resident ist. In diesem Zusammenhang werden die Nachbarschafts-
oder Zellgrößen in dem
Netz adaptiv auf eine solche Weise verändert, dass der Datendurchsatz
des gesamten Netzes maximiert wird.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun, um der Einfachheit ihrer Beschreibung
willen, unter Bezugnahme auf das beispielhafte drahtlose Netz 50,
das in 1 dargestellt ist, ausführlicher beschrieben. Bei der
gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsform ist
das Netz 50 als ein intelligentes Beleuchtungssteuerungssystem
für ein
Gebäude
konfiguriert. Das Netz 50 weist mehrere Einzelknoten 52 und
einen Gebäudecomputer
(Netzsteuerknoten) 54 auf. Jeder der Einzelknoten 52 enthält vorzugsweise
(ein) Beleuchtungsmodul(e) 53 und einen Knoten-Controller 56,
der mit dem (den) Beleuchtungsmodul(en) 53 gekoppelt ist.
Das (die) Beleuchtungsmodul(e) 53 jedes Knotens 52 weist
(weisen) vorzugsweise einen Dimmerballast 55 und (eine)
Lampe(n) 57 auf, die von dem Dimmerballast 55 angesteuert
wird (werden).
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, weist der Knoten-Controller 56 jedes
Knotens 52 vorzugsweise einen HF-Sender 58 und
einen HF-Empfänger 60,
die gemeinsam mit einer HF-Antenne 62 gekoppelt sind, und
einen Mikroprozessor 64 (oder eine andere geeignete digitale
Signalverarbeitungseinrichtung), der sowohl mit dem HF-Sender 58 als
auch mit dem HF-Empfänger 60 gekoppelt
ist, auf. Der HF-Sender 58 und der HF-Empfänger 60 sind
normalerweise zusammen als eine integrierte Komponente vorgesehen,
d.h. als ein HF-Transceiver.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält der
Knoten-Controller 56 jedes Knotens 52 ferner eine
Vergleichsschaltung 72, welche einen ersten Eingang A aufweist,
der mit einem Ausgang 71 des HF-Empfängers 60 gekoppelt
ist, welcher auf die Stärke
eines ankommenden HF-Signals schließen lässt, z.B. eines von einem nahe
gelegenen Knoten gesendeten HF-Signals, und einen zweiten Eingang B,
der mit einem Schwellwert-Vergleichssignal
Tc gekoppelt ist, welches einen vorgegebenen Spannungspegel aufweist.
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Der
Ausgang 71 des HF-Empfängers 60 ist vorzugsweise
ein Signal, welches auf die Stärke
oder relative Stärke
eines beliebigen ankommenden HF-Signals schließen lässt (d.h. eines beliebigen HF-Signals
innerhalb seines "Hörbereiches"), dessen Trägerfrequenz
dieselbe ist wie die Betriebsfrequenz des gemeinsam genutzten Kanals
des Netzes 50. Zum Beispiel kann das Empfangsfeldstärke-Anzeiger-(Receive
Signal Strength Indicator, RSSI)Signal verwendet werden, das von
dem Frequenzsynthesizer eines typischen HF-Empfängers erzeugt wird. Im Allgemeinen
erhöht
sich der Spannungspegel des RSSI-Signals linear mit zunehmender
Signalstärke
des Trägers,
z.B. bis zu einem Sättigungspegel
von SV für
einen Empfängereingangspegel
von ungefähr –30 dB.
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Das
Schwellwert-Vergleichssignal Tc weist vorzugsweise einen vorgegebenen
Spannungspegel auf, welcher durch den Mikroprozessor 64 entsprechend
einem Softwareprogramm, welches auf dem Mikroprozessor 64 resident
ist, und/oder entsprechend den von dem Gebäudecomputer 54 ausgegebenen
Netzbefehlen selektiv verändert
werden kann, aus Gründen,
welche im Folgenden in vollem Umfang ersichtlich werden.
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Das
Ausgangssignal Co der Vergleichsschaltung 72 wird vorzugsweise
sowohl an ein erstes Eingangspin I1 als auch an ein zweites Eingangspin I2
des Mikroprozessors 64 angelegt. Das erste Eingangspin
I1 des Mikroprozessors 64 ist vorzugsweise ein Interruptfreigabe-Pin,
und das zweite Eingangspin I2 des Mikroprozessors 64 ist
vorzugsweise ein HF-Kanal-Statusabfrage-Pin. Das Ausgangssignal Co
der Vergleichsschaltung 72 ist vorzugsweise ein TTL-Signal,
welches einen ersten Logikpegel (z.B. High-Pegel) aufweist, wenn
der Spannungspegel des RSSI-Signals den vorgegebenen Schwellwertpegel (d.h.
den Spannungspegel des Schwellwert-Vergleichssignals Tc) übersteigt,
und andernfalls einen zweiten Logikpegel (z.B. Low-Pegel).
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Daher
wird, wenn die Stärke
des ankommenden HF-Signals, das von dem HF-Empfänger 60 empfangen
wird, ein vorgegebenes Niveau übersteigt,
ein Komparator-Ausgangssignal
Co mit High-Pegel erzeugt, wodurch das erste Eingangspin I1 des
Mikroprozessors 64 freigegeben wird und bewirkt wird, dass
ein Interrupt generiert wird. Dieser Interrupt wird vorzugsweise
an der positiven Flanke (Anstiegsflanke) des Komparator-Ausgangssignals Co
erzeugt, falls der Mikroprozessor 64 sich im "Ruhezustand" befindet, um dadurch
dem Mikroprozessor 64 eine Echtzeitanzeige zu liefern,
dass Eingangsdaten "bevorstehen".
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Der
Mikroprozessor 64 ist so programmiert, dass er den Status
des zweiten Eingangspins I2 prüft,
bevor er Daten sendet (d.h. bevor er den HF-Sender 58 aufruft,
Daten zu senden). Wenn das zweite Eingangspin I2 freigegeben ist
(d.h. das Komparator-Ausgangssignal
Co High-Pegel aufweist), wird eine zufällige Zeitverzögerung aufgerufen, bevor ein
weiterer Versuch unternommen wird, die Datenübertragung entsprechend dem
CSMA-Protokoll zu initiieren.
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Dieser
zusätzliche
Mikroprozessoreingang I2 ist erforderlich, weil die meisten kostengünstigen Steuerungs-Mikroprozessoren
(d.h. Mikrocontroller) nicht in der Lage sind, verschachtelte Interrupt-Aufrufe
zu verarbeiten. Wenn daher der Mikrocontroller eines gegebenen Knotens
bereits eine Sende-Interrupt-Routine aufgerufen hat, nimmt er den
am Eingang I1 generierten Empfangs-Interrupt bis zur Beendigung
seines Sendevorgangs nicht wahr. Daher bewirkt, nachdem das Sendepaket
erstellt worden ist, eine Prüfung
des Eingangspins I2 vor dem Initiieren der eigentlichen HF-Übertragung,
dass die Möglichkeit
unerwünschter
Kollisionen noch weiter eingeschränkt wird.
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Da
der Logikpegel des Komparator-Ausgangssignals Co, das an das zweite
Eingangspin I2 des Mikroprozessors 64 angelegt wird, eine
Echtzeitanzeige dafür
liefert, ob ankommende Daten von dem HF-Empfänger 60 empfangen
werden oder nicht, wird die Wahrscheinlichkeit unerwünschter
Kollisionen infolge sich überschneidender
Vorgänge
des Empfangens und Sendens von Daten auf ein Minimum begrenzt, selbst
in dem Falle, wenn eine Datenübertragung
gerade von einem nahe gelegenen Knoten initiiert worden ist (d.h.
das erste vollständige Byte
noch nicht empfangen worden ist), wodurch das oben beschriebene
Problem, das bei den gegenwärtig
verfügbaren
Systemen auftritt, vermieden wird.
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Bei
der gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird der Spannungspegel des Schwellwert-Vergleichssignals
Tc vorzugsweise automatisch adaptiv von dem Mikroprozessor 64 entsprechend
einem vorgeschriebenen Algorithmus über Netzbefehle verändert, die
von dem Gebäudecomputer 54 ausgegeben
werden, und/oder entsprechend einem Softwareprogramm, welches in
jedem Knoten 52 resident ist. Auf diese Weise kann die
Stärke
des ankommenden HF-Signals, das von dem HF-Empfänger 60 empfangen
wird (z.B. die Stärke,
die durch das RSSI-Signal gemessen wird), welche erforderlich ist,
um das Interrupteingabe-Pin I1 und das Pegelabfrage-Pin I2 des Mikroprozessors 64 freizugeben,
adaptiv verändert werden.
Indem auf diese Weise die "Empfindlichkeit" des zugehörigen Knotens 52 für ankommende HF-Signale
verändert
wird, kann die effektive Größe der Nachbarschaft
oder Zelle, in welcher sich der betreffende Knoten befindet, selektiv
(adaptiv) verändert
werden.
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In
diesem Zusammenhang bewirkt ein Erhöhen des Spannungspegels des
Schwellwert-Vergleichssignals Tc, das von der Vergleichsschaltung 72 verwendet
wird, um das Komparator-Ausgangssignal Co zu erzeugen, praktisch
eine Verkleinerung der Zellgröße des betreffenden
Knotens, und ein Verringern des Spannungspegels des Schwellwert-Vergleichssignals
Tc, das von der Vergleichsschaltung 72 verwendet wird,
um das Komparator-Ausgangssignal Co zu erzeugen, bewirkt praktisch
eine Vergrößerung der
Zellgröße dieses
Knotens. Anders ausgedrückt,
ein Erhöhen
des Spannungspegels des Schwellwert-Vergleichssignals Tc der Komparatorschaltung 72 eines
gegebenen Knotens 52 bewirkt eine Verringerung der Anzahl
anderer Knoten, deren Sendungen eine ausreichende Signalstärke haben, um
den Mikroprozessor 64 dieses Knotens zu veranlassen, ein
Datenübertragung
zu verzögern,
während eine
Verringerung des Spannungspegels des Schwellwert-Vergleichssignals
Tc der Komparatorschaltung 72 eines gegebenen Knotens 52 eine
Verringerung der Anzahl anderer Knoten bewirkt, deren Sendungen
eine ausreichende Signalstärke
haben, um den Mikroprozessor 64 dieses Knotens zu veranlassen,
ein Datenübertragung
zu verzögern.
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Es
wird nun zusätzlich
auf 3 Bezug genommen; sie zeigt eine gegenwärtig bevorzugte
Ausführungsform
der Vergleichsschaltung 72, welche einen Komparator 80 aufweist,
dessen nichtinvertierender Eingang A mit dem RSSI-Signal von dem HF-Empfänger 60 gekoppelt
ist und dessen invertierender Eingang mit einem Ausgangsende eines RC-Filters 82 gekoppelt
ist, das aus einem Widerstand 84 und einem Kondensator 86 besteht.
Das Eingangsende des RC-Filters 82 ist vorzugsweise mit
einem pulsweiten-modulierten
(PWM) Signalausgang vom Mikroprozessor 64 gekoppelt. Das
RC-Filter 82 ist so bemessen (d.h. die Werte von R und
C sind so eingestellt), dass die Frequenz des PWM-Signals in eine
stabile Gleichspannung umgewandelt wird, welche als das Schwellwert-Vergleichssignal
Tc dient. Hierbei ist, da der Zweck des RC-Filters 82 darin
besteht, eine stabile GS-Vergleichsspannung zu liefern, die Ansprechgeschwindigkeit
des RC-Filters 82 keine
Einschränkung,
und daher kann der Kondensator 86 eine große Kapazität C haben,
und die Frequenz des PWM-Signals kann niedrig sein. Der Mikroprozessor 64 eines
gegebenen Knotens 52 verändert, gesteuert von einem
in diesem residenten Softwareprogramm und/oder gesteuert durch Netzbefehle,
die von einem Gebäudecomputer 54 ausgegeben
werden, selektiv (adaptiv) die Pulsweite des PWM-Signals und damit
den Spannungspegel des von dem RC-Filter 82 erzeugten Schwellwert-Vergleichssignals
Tc auf eine solche Weise, dass die Größe der Zelle, in welcher sich
der gegebene Knoten befindet, selektiv (adaptiv) vergrößert oder
verkleinert wird. Vorzugsweise werden die Zellgrößen adaptiv auf eine solche
Weise verändert,
dass der Datendurchsatz des Netzes 50 maximiert wird.
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Für Fachleute
des relevanten Fachgebietes ist offensichtlich, dass bei der Realisierung
der vorliegenden Erfindung auch andere Verfahren zur Erzeugung eines
variablen Schwellwert-Vergleichssignals angewendet werden können. Zum
Beispiel kann ein Ausgangsvergleichs-(Output Compare, OC)Timer verwendet
werden, um einen OC-Ausgangspin
des Mikroprozessors 64 automatisch auf eine solche Weise
hin- und herzuschalten, dass ein PWM-Signal erzeugt wird, oder es
kann ein Widerstands-Teilnetzwerk verwendet werden, um das variable
Schwellwert-Vergleichssignal Tc zu erzeugen. Stattdessen kann auch
ein digitaler Komparator verwendet werden, mit digitalem Schwellwert-Vergleichssignal
und digitalem RSSI-Signal oder deren Äquivalenten.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung im Obigen ausführlich beschrieben wurde, sind
selbstverständlich
viele Varianten und/oder Modifikationen der hier gelehrten grundlegenden
erfinderischen Konzepte, welche Fachleute auf dem relevanten Fachgebiet entwickeln
könnten,
noch im Rahmen der vorliegenden Erfindung enthalten, welcher in
den beigefügten Patentansprüchen definiert
ist.