多相配电系统上的设备的基于相位的操作的制作方法
【专利摘要】在一个实施例中，计算机网络中的设备监视该设备处的电源的交流（AC）波形，其中该电源是多相电源系统的一部分。一旦该设备确定该设备处的多相电源系统的具体相位，那么该设备加入特定于该具体相位的有向非循环图（DAG）（900）。在另一实施例中，设备检测AC波形的零交叉时间，并且随后可以基于相对于计算机网络的跳频超帧内的相应位置的零交叉的时间来确定该设备处的多相电源系统的具体相位。如果过多电力正被从具体相位中提取，则需求响应请求（DR1000）可被在特定于相位的DAG上发送。
【专利说明】多相配电系统上的设备的基于相位的操作
【技术领域】
[0001]本公开总地涉及计算机网络，并且更具体地涉及电力传输网中的设备的基于相位的操作和有向非循环图(DAG)建立。
【背景技术】
[0002]电力一般经由由通过电力线互联的电站、传输电路和子站的网络组成的传输和分配网从发电厂传输到终端用户(工业、公司、房主等)。一旦在终端用户处，电力就可被用来给任意数目的设备提供动力。交流(AC)电力到终端用户的传送最常采用三相电力的形式，其中幅度一般相同并且彼此相位差为120°的三个电流波形被产生。如果三相系统上的负载在各相位之间同等均衡，则没有电流流经中性点，这是电网的重要设计方面，从而允许对变压器容量的高效使用、减少的材料(例如，中性导体的尺寸)等。然而，存在许多可造成各相位之间的不均衡的因素，例如过度的负载使用率、倒下的电力线等。
[0003]电力传输网的拓扑通常考虑三相系统的均衡，结果每个终端用户(并且因而终端用户的设备)经由特定相位的电流波形而连接到电网(尽管某些客户可被连接到电网的两个或三个相位)。然而最常见的是，终端用户，更具体地说是终端用户的设备，不了解它们在哪个相位上操作。相应地，没有超出对电网的物理拓扑进行规划之外的对设备的基于相位的控制，一旦其被安装则是难以改变的(并且改变经常是昂贵的)。
【专利附图】
【附图说明】
[0004]通过结合附图参考以下描述，这里的实施例可被更好理解，在附图中相似的标号指示相同或者功能类似的元件，其中:
[0005]图1图示出示例性的计算机网络；
[0006]图2图示出示例性的网络设备/节点；
[0007]图3图示出示例性的消息；
[0008]图4图示出示例性的多相配电系统；
[0009]图5A-B图示出多相配电系统的示例性相位表示；
[0010]图6图示出多相配电系统的示例性交流(AC)波形；
[0011]图7图不出具有超巾贞的不例性跳频序列；
[0012]图8A-B图示出与跳频超帧有关的AC波形的示例性零交叉；
[0013]图9图示出图1的计算机网络中的示例性基于相位的有向非循环图(DAG)；
[0014]图10图示出DAG上的示例性需求响应(DR)消息；
[0015]图11图示出图4的示例性多相配电系统的变化；
[0016]图12图示出图9的计算机网络中的示例性基于相位的DAG的对应变化；
[0017]图13图示出用于创建基于相位的DAG的示例性简化过程；并且
[0018]图14图示出用于基于多相系统中的设备与跳频的关系来确定该设备的具体相位的示例性简化过程。【具体实施方式】
[0019]篮览
[0020]根据本公开的一个或多个实施例，计算机网络中的设备监视该设备处的电源的交流(AC)波形，其中该电源是多相电源系统的一部分。一旦该设备基于AC波形确定该设备处的多相电源系统的一个或多个具体相位，那么该设备加入特定于该具体相位的有向非循环图(DAG)。
[0021]根据本公开的一个或多个附加实施例，跳频计算机网络中的设备监视该设备处的电源的AC波形，其中该电源是多相电源系统的一部分。该设备检测AC波形的零交叉时间，并且随后可以基于相对于计算机网络的跳频超帧内的对应位置的零交叉的时间来确定该设备处的多相电源系统的具体相位。
[0022]描述
[0023]计算机网络是通过用于在诸如个人计算机和工作站之类的终端节点或者诸如传感器、公用事业计量仪表等其他设备之间传输数据的通信链路和段而互联的地理分布式节点集合。许多类型的网络是可用的，类型的范围从局域网(LAN)到广域网(WAN)。LAN通常通过位于诸如建筑物或者校园之类的相同一般物理位置的专用私有通信链路来连接节点。另一方面，WAN通常通过诸如公用载波电话线、光学光路径、同步光学网络(S0NET)、同步数字层次(SDH)链路、或者诸如IEEE61334、IEEEP1901.2等电力线通信(PLC)之类的长距离通信链路来连接地理上分散的节点。此外，移动自组织(Ad-Hoc)网络(MANET)是一种无线自组织网络，其通常被视为通过联合组成任意拓扑的无线链路相连的移动路由(和相关主机)的自配置网络。
[0024]智能对象网络具体而言是具有诸如传感器、致动器等空间分布式自治设备的一种特定类型的网络。例如，传感器网络可协同监视不同位置处的诸如能量/功率消耗、资源消耗等物理或环境条件。另一类型的智能对象包括例如负责打开/关闭引擎或者执行任何其他动作的致动器。一般而言，智能对象网络可包括能够在计算机网络上传送信息的任何类型的设备，例如家用电器(空调、冰箱、灯等)、工业设备(供热、通风和空气调节(HVAC)、泵、马达等)以及其他“智能”设备。
[0025]就是说，智能对象网络通常通过诸如无线网络之类的计算机网络而互联，尽管有线连接也是可用的。例如，智能对象网络中的每个智能设备(节点)一般可被配备以无线电收发器或者其他通信端口、微控制器以及诸如电池(或者具体到这里的实施例为传输网电源)之类的能量源。通常，对传感器节点的尺寸和成本约束导致对诸如能量、存储器、计算能力和带宽之类资源的相应约束。相应地，对于传感器网络，反应式路由协议可以，尽管无需，用来代替先应式路由协议。
[0026]图1是例示性地包括通过诸如链路105之类的各种通信方法互联的“智能”节点/设备200 (例如，如图所示标记为“A”到“J”并且在下面的图2中描述)的示例性计算机网络100的示意性框图。例如，节点之间的链路可以是有线链路或者可包括无线通信介质，其中某些节点200可例如基于距离、信号强度、当前操作状态、位置等与其他节点200通信。本领域技术人员将理解任何数目的节点、设备、链路等可被在计算机网络中使用，以及这里示出的视图是为了简化。[0027]注意到一种示例性的通信链路105是电力线通信链路，其经常在许多方面展示与无线(射频或者说“RF”)链路类似的属性，例如在损失、碰撞等方面。另外，如本领域技术人员将会明白的，电力线通信系统是多跳系统，其中尽管底层传输介质(电力线)使所有节点(例如，像广播域)互联，但是PLC网络中的节点通过中继/路由消息的其他节点而通过传输介质相互通信。
[0028]数据分组140 (例如，流量和/或消息)可被使用诸如传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)、用户数据报协议(UDP )、多协议标签交换(MPLS )、各种私有协议等预先定义的网络通信协议在计算机网络100的节点/设备之间交换。在该情境下，协议由定义节点如何相互交互的一组规则组成。此外，网络100内的分组取决于设备能力可被以不同方式传输，例如源路由分组。
[0029]图2是可被与这里描述一个或多个实施例一起使用的示例性节点/设备200的示意性框图，例如作为网络100中的智能设备。该设备可包括网络接口 210、处理器220 (例如，8-64位微控制器)，以及通过系统总线250互联的存储器240。显著地，该设备还可由诸如电池之类的电源260或者关于这里的一个或多个实施例更具体地为“插入式”电源来提供电力。
[0030]网络接口 210包含用于通过与网络100相耦合的物理和/或无线链路来传送数据的机械、电气和信号电路。网络接口可被配置为使用尤其包括TCP/IP、UDP、无线协议(例如，IEEE标准802.15.4、WiF1、蓝牙? )、以太网、电力线通信(PLC)协议、电力线宽带(BPL)等
在内的各种不同通信协议来发送和/或接收数据。注意到某些设备可具有两种不同类型的网络连接210。例如，设备可具有用来与计算机网络(例如网格单元)内的其他设备通信的一个或多个接口，并且对于某些其他设备(“根”设备)，另一接口可被用作根节点与例如通过WAN定位的头端设备之间的WAN上行链路网络接口。
[0031]存储器240包括可由处理器220寻址的用于存储与这里描述的实施例相关联的软件程序和数据结构的多个存储位置。显著地，某些设备可具有有限的存储器或者没有存储器(例如，除了对于在设备上操作的程序/处理之外没有用于存储的存储器)。处理器220可包括适用于执行软件程序和操纵数据结构245的必要元件或逻辑。其多个部分通常驻留在存储器240中并由处理器执行的操作系统242尤其通过调用支持在设备上执行的软件处理和/或服务的操作来在功能上组织设备。这些软件处理和/或服务可包括路由处理/服务244，路由处理/服务244可包括例示性的有向非循环图(DAG)处理246。另外，例示性的相位检测处理247以及需求响应(DR)处理248也可存在于存储器240中，以供如这里描述的使用。
[0032]本领域技术人员将显见包括各种计算机可读介质在内的其他处理器和存储器类型可被用来存储和执行与这里描述的技术有关的程序指令。另外，虽然说明书图示出各种处理，但是明确预期到各种处理可被实现为被配置为按照这里的技术(例如根据类似处理的功能)进行操作的模块。
[0033]路由处理(服务)244包含由处理器220执行以履行诸如本领域技术人员将会理解的先应式或者反应式路由协议之类的一个或多个路由协议所提供的功能的计算机可执行指令。这些功能在具有能力的设备上可被配置为管理例如包含用来做出路由/转发决定的数据的路由/转发表。具体而言，在先应式路由中，在计算到网络中的任何目的地的路由(例如，诸如开放最短路径优先(OSPF)或者中间系统到中间系统(ISIS)或者优化链路状态路由(OLSR)之类的链路状态路由)之前发现并知晓连通性。另一方面，反应式路由发现邻居(即没有对网络拓扑的先验知识)，并且响应于所需要的到目的地的路由而将路由请求发送到网络中以确定哪个邻近节点可被用来达到期望目的地。示例性的反应式路由协议可包括自组织按需距离矢量(A0DV)、动态源路由(DSR)、动态MANET按需路由(DYMO)等。显著地，在没有能力或者未被配置为存储路由条目的设备上，路由处理244可仅由源路由技术所必需的提供机制组成。就是说，对于源路由，网络中的其他设备可以告诉具有更少能力的设备具体向哪里发送分组，并且具有更少能力的设备只是按指示转发分组。
[0034]低功率有损网络(LLN)，例如某些智能对象网络，可被使用在例如用于“智能电网”和“智能城市”的大量应用中。LLN中的大量挑战已被提出，例如:
[0035]I)链路一般是有损的，结果分组递送速率/比率(PDR)由于例如相当大地影响比特误差率(BER)的各种干扰源而可以动态变化；
[0036]2)链路一般是低带宽，结果控制平面流量一般必须被约束并且较之低速率数据流量是可以忽略的；
[0037]3)存在需要指定一组链路和节点度量的若干用例，其中的一些是动态的，因而需要特定的平滑函数来避免路由不稳定，从而相当大地耗尽带宽和能量；
[0038]4) 一些应用可能需要约束路由，例如以建立将避开非加密链路、缺少能量的节点等的路由路径；
[0039]5)网络的规模可变得极大，例如大约数千到数百万个节点；以及
[0040]6)节点可能受低存储器、降低的处理能力、低电源(例如电池)的约束。
[0041]换言之，LLN是其中路由器及其互联均受约束的一类网络:LLN路由器通常带约束(例如，处理能力、存储器和/或能量(电池))地操作，并且其互联例示性地以高损失速率、低数据速率和/或不稳定为特征。LLN由来自几打上至数千乃至数百万LLN路由器的任何事物组成，并且支持(LLN内部的设备之间的)点对点流量、(从中央控制点到LLN内部的设备的子集的)点对多点流量以及(从LLN内部的设备向中央控制点的)多点对点流量。
[0042]在Winter 等人的题为 “ IPv6Routing Protocol for Low Power and Lossy Networks”〈draft-1etf-roll-rpl-18>的因特网工程任务组(IETF)因特网草案(2011年2月4日版)中规定的示例性协议提供了支持从LLN内部的设备向中央控制点(例如，LLN边界路由器(LBR)或者总称为“根节点/设备”)的多点对点(MP2P)流量以及从中央控制点到LLN内部的设备的点对多点(P2MP)流量(以及点对点或者说“P2P”流量)的机制。RPL (发音为“ripple”)一般可被描述为除了定义用来约束控制流量、支持修复等的一组特征之外还构建在路由流量/分组140中使用的有向非循环图(DAG)的距离矢量路由协议。显著地，如本领域技术人员可认识到的，RPL还支持多拓扑路由(MTR)的概念，由此多个DAG可被构建以根据个体需求来携带流量。
[0043]注意到虽然LLN和RPL在这里被描述，但是这里描述的技术可被与任何类型的计算机网络(智能对象网络)和任何适合类型的DAG创建协议一起利用。
[0044]DAG是具有以下属性的有向图:所有边缘以不应该存在循环(回路)的方式确定方向。所有边缘被包含在朝向一个或多个根节点(例如，“簇头(clusterhead)”或者“汇点(sink)”)并且在一个或多个根节点处终止的路径中，经常以使DAG的设备与具有诸如因特网、广域网或者其他域的更大基础设施互连。此外，面向目的地的DAG (DODAG)是根在单个目的地处即在没有外出边缘的单个DAG根处的DAG。DAG内的特定节点的“父母”是该特定节点在朝向DAG根的路径上的紧接后继者。还注意到树是一种DAG，其中DAG中的每个设备/节点一般具有一个父母或者一个优选父母。DAG—般可基于目标函数(OF)来构建。目标函数的角色一般是指定关于如何构建DAG的规则(例如，父母数目、后备父母等)。
[0045]此外，一个或多个度量/约束可被路由协议广告以优化DAG。另外，路由协议允许包括一组可选约束来计算约束路径，例如如果链路或节点不满足所需约束，则当计算最佳路径时其被从候选者名单中“删除”。(可替代地，约束和度量可与OF分开。)此外，路由协议可包括定义主机或者一组主机(例如充当数据采集点的主机或者向外部基础设施提供连通性的网关)的“目标”，其中DAG的主要目标是让DAG内的设备能够到达目标。在节点无法遵守目标函数或者不理解或支持所广告的度量的情况下，其可被配置为作为叶节点加入DAG。如这里所使用的，各种度量、约束、策略等被看作“DAG”参数。
[0046]例示性地，用于选择路径(例如，优选父母)的示例性度量可包括成本、延迟、等待时间、估计传输计数(ETX)等，而可被施加于路由选择的示例性约束可包括各种可靠性阈值、对电池操作的约束、多路径分集、带宽要求、传输类型(例如，有线、无线等)。OF可提供定义负载均衡要求的规则，例如所选择的父母的数目(例如，单个父母树或者多个父母DAG)ο显著地，路由度量和约束可被如何获得的示例可以在Vasseur等人的题为“RoutingMetrics used for Path Calculation in Low Power and Lossy Networks，，〈draft-1etf-roll-routing-metrics-18>的IETF因特网草案(2011年2月22日版)中找到。另外，示例性 OF (例如，缺省 0F)可以在 Thubert 的题为“RPL Objective FunctionO’’〈draft-1etf-roll-of0-05>的IETF因特网草案(2011年I月5日版)中找到。
[0047]构建DAG可利用发现机制来构建网络以及路由传播的逻辑表示，以建立网络内的状态以使得路由器知道如何将分组朝向其最终目的地转发。注意到“路由器”指代可以转发流量以及生成流量的设备，而“主机”指代可以生成流量但是不转发流量的设备。另外，“叶”可被用来一般性地描述通过一个或多个路由器连接到DAG但是自身无法将在DAG上接收到的流量转发到DAG上的另一路由器的非路由器。当构建DAG时，控制消息可被在网络内的设备之间传输以用于发现和路由传播。
[0048]根据例示性的RPL协议，DODAG信息对象(DIO)是携带允许节点发现RPL实例、学习其配置参数、选择DODAG父母集和维持上行路由拓扑的信息的一类DAG发现消息。此外，目的地广告对象(DAO)是沿着DODAG向上传送目的地信息以使得DODAG根(和其他中间节点)可以提供下行路由的一类DAG发现回复消息。DAO消息包括标识目的地的前缀信息、记录支持源路由的路由的能力，以及确定特定广告的新鲜度的信息。显著地，“上行”或者说“上”路径是在从叶节点朝向DAG根的方向上(例如，遵循DAG内的边缘的朝向)引导的路由。相反地，“下行”或者说“下”路径是在从DAG根朝向叶节点的方向上引导(例如，一般在与DAG内的上行消息相反方向上行进)的路由。
[0049]一般而言，DAG发现请求(例如D10)消息被从DAG的一个或多个根设备向下朝向叶而传输，从而通知每个连续的接收设备如何到达根设备(就是说，请求所接收自的地方一般是根的方向)。相应地，DAG在朝向根设备的上行方向上被创建。DAG发现回复(例如DAO )然后可被从叶返回到一个或多个根设备(除非不必要，例如仅针对上行流)，从而通知另一方向上的每个连续接收设备如何到达下行路由的叶。该处理帮助建立路由表以向DAG中的任何节点而非仅向叶发送下行消息。能够维持路由状态的节点在发送DAO消息之前可聚合来自其所接收的DAO消息的路由。而不能够维持路由状态的节点可附加下一跳父母地址。DAO消息然后被直接发送到DODAG根，DODAG根继而构建拓扑并且在本地计算到DODAG中的所有节点的下行路由。这种节点然后可以使用源路由技术通过DAG中不能够存储下行路由状态的区域来到达。
[0050]图3图示出当构建DAG时可被用于发现和路由传播的示例性简化控制消息格式300，例如作为DIO或者DA0。消息300例示性地包括具有标识消息类型(例如，RPL控制消息)的一个或多个字段312以及指示特定类型消息(例如DIO或DAO (或者DAG信息征集))的特定代码的头部310。消息的体/有效载荷320内可以是用来中继相关信息的多个字段。具体而言，这些字段可包括各种标志/比特321、顺序号322、等级值323、实例ID324、DODAGID325以及其他字段，每个如本领域技术人员可以更详细地认识到的。另外，对于DAO消息，用于目的地前缀326和传输信息字段327的附加字段等(例如，用于ACK的DA0_SequenCe)也可被包括。对于DIO或DA0，一个或多个附加子选项字段328可被用来在消息300内提供附加或者定制信息。例如，目标代码点(OCP)子选项字段可被在DIO内用来携带指定将被用于构建相关DAG的特定目标函数(OF)的代码。可替代地或者除此之外，子选项字段可被用来在消息300内携带某些其他信息，例如指示、请求、能力、列表等，如这里例如可在一个或多个类型长度值(TLV)字段中描述的。例如，子选项字段可被用来携带如下面描述的基于相位的信息。
[0051]设备的基于相位的操作
[0052]如上面提到的，电力一般经由由通过电力线互联的电站、传输电路和子站的网络组成的传输网从发电厂传输到终端用户(工业、商业、居住等)。一旦在终端用户处，电力就可被用来给任意数目的诸如设备200之类的设备提供动力。交流(AC)电力到终端用户的传输和分配最常采用三相电力的形式，其常见形式是三相电力。对于更小客户(例如，家庭)，通常单个相位被采用为属性。对于更大的安装(更大的房屋、建筑物)，全部三个相位可被带到配电盘，单个和多个(两相或三相)电路可被从该配电盘馈送。
[0053]图4图示出到上面图1的示例性设备A-J的示例性电力传输和分配网400。(注意到虽然这里的术语经常指代“传输”或者“分配”，但是本领域技术人员将认识到这里的实施例可广泛地覆盖电网的传输和分配部分两者。)例如，分配中心410 (例如，发电厂、变电站等)通过多条传输线路415向设备200提供电力。在这里的实施例中，所提供的电力是多相源系统的一部分，其中多个相位(例如，三个)在线路415上传输到设备，使得每个设备一般被连接到电网的一特定相位。如图所示，三个相位的电力，L1、L2和L3，被提供给设备A-J(中性/地可被各相位共享)。显著地，这里示出的视图被极大简化，因为每个相位一般可被用来给整个建筑、邻里等供电，并且还可向那些设施内的许多(例如，数十、数百、数千)设备提供电力。另外，虽然这里示出的视图一般被任意连接，但是基于相位的分配网拓扑一般产生相似相位设备(例如，建筑、邻里等内的那些)的“群集”。
[0054]图5A图示出传输(分配)网的电力的示例性相位表示500。具体而言，幅度一般相同并且彼此相位差为120°的三个电流波形(L1、L2和L3)被例示性地产生。从终端用户返回到供电变压器的电流都共享中性线(中性点505)。如果负载被均匀地分配在所有三个相位上，如它们在图5A中一样，则中性线中的返回电流的总和大约为零。然而，诸如图5B中的任何不均衡的相位负载可产生中点处的电流506，其可造成变压器的低效使用、发电机的振动或者其他问题，包括(但不限于)极端情况下的欠压或断电。存在许多可产生各相位之间的不均衡的因素，例如过度的负载使用率、倒下的电力线等。
[0055]电力传输网的拓扑通常考虑三相系统的均衡，结果每个终端用户(并且因而终端用户的设备)经由特定相位的电流波形而连接到电网。然而最常见的是，终端用户，更具体地说是终端用户的设备，不了解它们在哪个相位上操作。换言之，分配网的拓扑独立于计算机网络的拓扑。相应地，没有超出对电网的物理拓扑进行规划之外的对设备的基于相位的控制，一旦其被安装则是难以改变的(并且改变经常是昂贵的)。例如，如果在分配系统中检测到不均衡，当前没有可用来以基于相位的方式高效地控制插入电网的设备的机制。
[0056]这里的技术因而提供了在多相电力分配网中对联网设备的基于相位的控制。具体而言，根据如在下面更详细描述的本公开的一个或多个实施例，计算机网络中的设备监视该设备处的电源的交流(AC)波形。一旦该设备基于AC波形确定该设备处的多相电源系统(电力分配网)的具体相位，该设备然后可加入特定于该具体相位的有向非循环图(DAG)。控制消息(例如，需求响应或者说“DR”消息)然后可基于其相关相位而被引导至特定DAG上的设备。
[0057]另外，根据如在下面更详细描述的本公开的一个或多个附加实施例，为了确定具体相位，设备可检测AC波形的零交叉时间，并且随后可以基于相对于计算机网络的跳频超帧内的对应位置的零交叉的时间来确定该设备处的多相电源系统的具体相位。在一个或多个相关实施例中，DR消息可被与对预期相位的指示一起发送到所有设备，以使得每个设备知晓其相位并且因而知晓是否要对DR消息作出反应。
[0058]例示性地，这里描述的技术可通过硬件、软件和/或固件来执行，例如根据相位检测处理247来执行，相位检测处理247可包含由处理器220执行以例如结合DAG处理246(DAG的创建、加入DAG,等等)来执行与这里描述的新颖技术有关的功能的计算机可执行指令。例如，这里的技术可被看作对诸如RPL协议之类的传统协议的扩展，并且因而相应地将由本领域中了解的执行RPL协议的类似组件来处理。
[0059]在操作上，通过在设备处监视电源的AC波形(例如来自其电源的)，相位检测处理247可以基于AC波形确定该设备的电力的具体相位。虽然其他技术是可能的，但是可被用来确定相位的一种例示性新颖技术是通过检测AC波形的零交叉的时间，以及基于相对于计算机网络的跳频超帧内的对应位置的零交叉的时间来确定具体相位。
[0060]例如，如在图6中示出，AC电源电路的通常形式是正弦波600。在三相系统中，三个电路导体携带三个(相同频率的)交流LI (600-1)、L2 (600-2)和L3 (600-3)，其在不同时间到达其瞬时峰值。为了简化，这里的示例忽略了在许多拓扑中使用的中性线。以导体(LI)的一个正弦波作为参考，其他两个正弦波在时间上被延迟一个电流周期的三分之一(L2)和三分之二(L3)。注意到每个单相波形在电压过零的时刻变为零。例示性的技术确定这些“零交叉”610，例如每当波过零，或者如图所示，每当波增加通过零(或者可替代地减少通过零)。
[0061]每个设备(利用相位检测处理247)可以确定其波形零交叉的时刻，610-1、610_2或者610-3。利用所确定的零交叉，设备然后需要将该时间(这些时间)与全局参考时钟相关联。根据例示性的技术，每个节点通过将零交叉与用于跳频序列的超级信道时钟进行交叉参考来确定其所处于的相位。
[0062]跳频，也称作“跳频扩展频谱(rass)”是例如使用对发射器和接收器两者都已知的伪随机序列通过在许多频率信道之间快速切换载波来发射无线电信号的方法。例如，跳频可被用作跳频码分多路存取(FH-CDMA)方案中的多路存取方法。一般而言，如本领域技术人员可认识到的，利用跳频的传输与固定频率传输的不同之处在于跳频传输抗干扰并且难以拦截。相应地，跳频传输对于诸如传感器网络、LLN、军事应用等许多应用而言是有用的技术。
[0063]具体而言，如在图7中示出，在跳频网络中，时间帧(“超级帧”)在跳频序列700内被划分为有规律的时间槽710 (1、I1、III等)，每个在不同频率上操作。参考时钟可被提供给整个网络(例如，网格/单元)的时间巾贞，并且每个节点的媒体访问控制(MAC)层将时间划分为与其邻居(例如父节点)的时间槽边界对齐的时间槽。另外，每个时间槽710可被进一步划分为子时间槽720，例如一个时间槽内的6、8或者12个子时间槽。例示性地，MAC层负责调度其中分组被发送的时间槽，其主要目的是传输时间的随机化以避免与邻居的分组的碰撞。
[0064]根据该例示性的相位确定技术，每个设备可接收关于相对于跳频超帧700的每个相位的零交叉时刻的信息。例如，这种“解释”信息可经由DIO消息300被向下中继到网络的各节点，以使得每个节点/设备可使用该信息来确定如何继续进行。例如根据一具体实施例，DAG根可被用作参考节点，DAG中的所有其他节点对照该参考节点来校准其相位测量结果。就是说，在某些实施例中对特定节点可见的唯一事物是其自己的电力正弦波何时过零。为了将这带入视角，节点可能需要参考来自DAG根的零交叉信息或者将其零交叉报告给根以供计算，每个如在下面描述。
[0065]图8A图示出零交叉610与跳频超帧700之间的示例性关联。例如，通过将波形600重叠到超帧700上，可见零交叉610如何对应于超帧内的具体位置(例如，具体子帧720)。在具有上面的解释信息的情况下，每个设备可以基于相对于跳频超帧的时刻其零交叉何时发生来确定其是连接到相位L1、L2还是L3。注意到通过跳频帧的零交叉基于相位在某些点处发生，但是这些点可以在任何地方发生(以对解释信息已知的方式)。这里示出的视图仅仅是为了例示。
[0066]认识到电抗负载和电容器组可影响三个相位之间的具体角度。因此，当负载随着时间而改变时，具体的相关零交叉也可随着时间而改变。根据具体实施例，每个节点监视其零交叉的时刻并将其报告给DAG根。DAG根对来自每个节点的报告时刻求平均并且记录与节点相连的相位。还应当注意到相位(零交叉)差异通常比各相位之间的名义上的120度更小。上面提到的系统的一个方面是检测(并记录)节点何时例如由于维护或者电网恢复而被从一个相位切换到另一个相位。
[0067]另外，图8B图示出这些零交叉在帧710之间如何可能不是相同的，因为波形的周期与超帧内的帧的周期可能不直接符合。相应地，解释信息可包括对于每个特定相位的波形而言贯穿超帧的零交叉时刻的数目。可替代地或者除此之外，因为波形600的周期是规律的(即前后一致，例如60Hz)，在一个实施例中解释仅仅是每个波形的第一个零交叉，乃至更简化地为特定波形的第一个零交叉(因为剩余波形是等距的，例如对于三相系统在第一个波形的周期的三分之一和三分之二处)。
[0068]再次注意到使用跳频超帧仅仅是用来确定相位的一种示例性技术。其他技术可被在此使用，例如使用零交叉的那些(例如，与通用网络时钟相关联)，或者其他(例如，使用在每个单独相位的传输线路上传输并检测到的信号或者脉冲)。
[0069]根据这里的一个或多个实施例，一旦设备知道其相位关系，则该设备可加入特定于具体相位的有向非循环图(DAG)。图9图示出例如通过上面描述的技术可在图1的网络100内创建的示例性DAG，以使得本质上为与相位之一相关联的每组节点(例如仪表)创建专门的DAG。例如，对于三相系统，三个对应的DAG可被创建(或者更多，例如为了一般维护和操作)。可基于每个节点的相位为每个节点选择某些链路以与具体父母通信(并且因而反过来以与孩子通信，如果有一个存在的话)。就是说，当选择潜在的父节点时，子节点将该父节点的相关相位看作DAG参数(相应地经由消息300而被传送到子节点)。这些所选择的链路构成多个DAG900，其各自从根节点向一个或多个叶节点(没有孩子的节点)延伸。流量/分组140 (在图1中示出)然后可以在朝向根的上行方向或者朝向叶节点的下行方向上独立地穿过DAG900中的每一个。
[0070]具体而言，在一个或多个实施例中，特定相位检测可以与来自原始DAG根的信息配合发生。例如，该处理可以以网络100中的所有节点与单个主根(例如在上面的图1中示出的拓扑中的节点A)通信作为开始。该初始根可以将特定相位选择为参考相位(例如，600-1，LI的波形)并且关于其所见的参考正弦波的零交叉610-1与超帧700的偏移来通知其DAG中的节点(路由域/单元)。其他两个根节点(例如节点B和节点C)可各自选择其他相位之一并且声明(广告)其将为之服务。节点然后可以开始迁移到新的DAG (900-2和900-3)，而某些节点因为其相位匹配原始根(节点A)的相位而留在原始DAG (现为900-1)中。
[0071]如在上面提到，DAG900-1、900-2和900-3可被配置为设备上的MTR实例，以使得通用的全包括的DAG可被用来确保到网络中的所有设备的连通性。另外，作为在特定于相位的DAG之上的附加特征，或者作为对全部特定于相位的DAG的替代，可为每个相位建立多播群组，以使得设备可加入特定于其相位的对应多播群组。类似地，虚拟局域网(VLAN)可被配置用于例如每个DAG上的每个相位，如本领域技术人员可认识到的。
[0072]既然每个设备意识到其电源的相位，则控制消息相应地基于相位可被在网络中传输。例如，节点现在可向数据采集设备(例如根节点)提供特定于相位的报告。另外，管理设备(例如分配中心410或者其他内的)可基于网络中的节点/设备的相位来向其发出“需求响应”或者说“DR”消息。例如，如上面在图5B中提到，不均衡例如由于过载相位等可在多相系统中发生，这可造成各种担忧/问题。
[0073]同样地，如在图10中示出，DR消息1000可被在特定DAG (例如900-2)上发出，并且该DAG上的任何节点(节点B、E和G)可调用其DR处理248来采取DR消息的所需动作。例如，如果过多电力正被从特定相位中(例如从子站中)取出，则DR消息1000可要求任何非必要的系统在该问题已被解决之前(例如，在清除该条件的第二 DR消息1000之前，或者在第一 DR消息中指示的设定时间段之后)节约能源(关闭、降低消耗、延迟操作等)。相应地，设备可在特定于其具体相位的DAG上接收特定于相位的DR消息，并且可按照请求对该DR消息作出反应/响应(如果能够这么做的话)。可替代地，例如在特定于相位的DAG未被创建的情况下，DR消息1000可以是特定于相位的但是被发送到通用DAG上的所有设备，结果所有设备接收该消息并且基于所指示的特定相位来确定是否要作出反应。
[0074]注意到这里的技术允许关于超帧对零交叉时刻进行动态监视，这因而允许对设备处的相位变化进行检测。例如，设备可基于AC波形检测到其曾被移动到另一相位，并且然后可自动调用到特定于新相位的DAG的DAG迁移(RPL树迁移)。注意到节点可具有指示何时改变DAG的政策，这是因为DAG迁移在控制平面消息、认证、要求等方面可以是昂贵的。
[0075]图11图示出电网中的示例性物理变化(例如，倒下的电力线)，其可导致设备作为恢复处理的一部分被移动到另一相位。相应地，基于上面描述的技术，节点H可相应地将DAG改变为如图12所示的900-2以加入特定于其新相位L2的DAG。
[0076]图13图示出从每个设备200的角度(例如，加入DAG)、根据这里描述的一个或多个实施例的用于创建基于相位的DAG900的示例性简化过程。过程1300在步骤1305处开始，并且继续进行到步骤1310，其中例如节点H的设备监视作为多相电源系统的一部分的电源的AC波形600。在步骤1315处，系统基于AC波形，例如根据其与跳频超帧的关系并且关于由如这里的例示性实施例描述的DAG根提供的参考并且还参考下面的图14，来确定多相电源系统的具体相位(例如LI)。
[0077]—旦设备的具体相位被确定，则在步骤1320中设备可加入特定于该具体相位的DAG，例如用于相位LI的DAG900-1。还注意到如上面描述，设备还可加入DAG上的相应多播群组。如果在步骤1325中检测到相位变化(例如通过步骤1310和1315中的监视和确定)，那么在步骤1330中设备可调用DAG迁移以因而加入特定于新确定的相位的第二 DAG。另外，如果在步骤1335中在DAG上接收到DR消息1000，则在步骤1340中设备可如上所述对DR消息作出反应。在在步骤1335中未接收到DR命令的情况下，过程返回到步骤1325，其中其检查是否曾发生电网的拓扑变化，这可能已经导致改变特定节点从中接收其电力的相位。
[0078]应当注意到，虽然过程1300内的某些步骤如上所述可以是可选的，但是图13中的步骤仅仅是用于例示的示例，并且某些步骤可被按需包括或者排除。
[0079]图14图示出根据这里描述的一个或多个实施例的基于多相系统中的设备的具体相位与跳频的关系来确定该具体相位的示例性简化过程。过程1400在步骤1405处开始，并且继续进行到步骤1410，其中例如节点H的设备监视多相电源系统的电源的AC波形600-1。在步骤1415中，设备/系统检测AC波形的零交叉610-1的时间，并且在步骤1420中将其与跳频相关联以基于相对于跳频超帧710内的相应位置的零交叉的时间来确定设备处的多相电源系统的具体相位，如在上面更详细描述的。注意到在该点处，设备可以或者可以不加入如上面提到的相应DAG。
[0080]如果在步骤1425中在设备处接收到DR消息1000，那么假定未加入DAG，在步骤1530中设备可确定DR消息是否旨在用于其具体相位(或者一组相位或所有相位)。如果是，那么在步骤1435中设备可以相应地对DR消息作出反应。过程1400返回到步骤1410来继续监视波形以检测设备相位的任何变化。
[0081]还应当注意到，虽然过程1400内的某些步骤如上所述可以是可选的，但是图14中的步骤仅仅是用于例示的示例，并且某些步骤可被按需包括或者排除。另外，虽然过程1300和1400是分别描述的，但是来自每个过程的某些步骤可被结合到每个其他过程中，并且这两个过程并未意味着是相互排斥的。
[0082]这里描述的新颖技术因而提供对计算机网络中由多相电力系统供电的设备的基于相位的操作/控制。具体而言，这些新颖技术基于哪个相位正在给具体设备供电来动态地创建DAG,这在一个或多个例示性实施例中基于关于跳频超巾贞的该相位的时刻。相应地,对计算机网络中的设备的控制可以是基于相位的，以使得诸如DR消息或者其他类型管理消息之类的消息可以基于网络中的特定设备的相应相位而被递送到(和接收自)这些特定设备。就是说，通过根据设备从中提取能量的特定相位来细分DAG，以相位为目标的消息(例如DR)可以穿过LLN而不影响去往/来自与其他相位相连的设备的流量。另外，上面的自适应(动态)技术提供了尤其对于具有大量节点的网络将会难以(如果不是实际上不可能的话)手动执行的功能。
[0083]虽然已经示出并描述了提供对计算机网络中由多相电力系统供电的设备的基于相位的操作/控制的例示性实施例，但是将会明白在这里的实施例的精神和范围内可做出各种其他变更和修改。例如，这里已经关于LLN尤其是RPL协议示出并描述了实施例。然而，更广阔意义上的实施例并不如此受限，而是事实上可被与利用DAG路由的其他类型的网络和/或协议(例如，距离向量协议)一起使用。另外，虽然上面的实施例一般地将多相电源系统描述为三相系统，但是这仅仅是多相系统的一个示例性实施例(诚然是当今最流行的类型)，并且不是意味着要限制这里的实施例。此外，如在上面提到，虽然上面的技术可被提及传输系统或者分配系统，但是这里的公开适用于电网的传输和分配部分两者。
[0084]另外，虽然上面的某些实施例描述了基于相位而加入特定DAG，或者基于相位变化而变为新DAG，但是可存在其中基于相位的DAG判定不可用的实例。例如，如果设备是由特定相位供电的，但是在该相位的DAG中没有可用的父节点，那么该设备可被强迫加入不同相位的DAG。在这种情况下，设备可将自身配置为忽略某些控制消息(例如，DR消息)，并且/或者可向其DAG根通知错配相位以供进一步处理和/或报告。通常，然而，因为基于相位的电力分配一般创建相似相位设备的区域(例如，建筑、邻里等)，与其相位的DAG分离的设备的相似度是受限的。其中基于相位的判定可能不可用(或者不必要)的一个实例是电池操作的设备与电网供电(插入式)设备共用计算机网络100的情况，在这种情况下电池操作的设备可加入更便利的那个DAG。
[0085]另外，虽然上面的技术描述了分布式的基于相位的确定，其中每个设备确定其自己的相位，但是在这里的一个或多个实施例中可以提供集中式计算，其中设备从外部源获悉其相位。例如，网络中的每个设备可向中央计算设备(例如，通用全包括DAG上的DAG根)发送诸如关于其检测到的零交叉的信息之类的信息，然后根设备可利用该设备的相关相位来响应该设备。另外，本领域技术人员应当认识到用于识别与设备相连的相位的零交叉技术仅仅是一个例示性实施例。这里的实施例还可以可替代地(或者除此之外)使用结合其他相位检测方法的系统，例如外部设备(例如，与GPS时钟同步操作的“相量(phasor ) ”)。
[0086]前面的描述已针对于特定实施例。然而将会显见可对所描述的实施例做出其他变更和修改，同时保持其一些或者全部优点。例如，明确预期到这里描述的组件和/或元件可被实现为在有形(非暂时)计算机可读介质(例如，盘/CD/等)上存储的具有在计算机、硬件、固件或其组合上执行的程序指令的软件。相应地，该描述将仅作为示例来理解并且不是要以其他方式限制这里的实施例的范围。因此，所附权利要求的目的是覆盖落入这里的实施例的真实精神和范围内的所有这种变更和修改。
【权利要求】
1.一种方法，包括:监视计算机网络中的设备处的电源的交流(AC)波形，所述电源是多相电源系统的一部分；基于所述AC波形来确定所述设备处的所述多相电源系统的具体相位；以及由所述设备加入特定于所述具体相位的有向非循环图(DAG)。
2.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述具体相位包括:检测所述AC波形的零交叉的时间；以及基于相对于所述计算机网络的跳频超帧内的相应位置的所述零交叉的时间来确定所述具体相位。
3.如权利要求1所述的方法，还包括:在特定于所述具体相位的DAG上接收需求响应(DR)消息；以及对所述DR消息作出反应。
4.如权利要求1所述的方法，还包括:基于到第二相位的所述AC波形来检测所述设备处的相位变化；以及由所述设备调用到特定于所述第二相位的第二 DAG的DAG迁移。
5.如权利要求1所述的方法，还包括:加入在所述DAG上建立的多播群组，所述多播群组特定于所述具体相位。
6.如权利要求1所述的方法，其中，虚拟局域网(VLAN)被配置在所述DAG上。
7.如权利要求1所述的方法，还包括:向外部源通知所述设备处的AC波形；以及接收来自所述外部源的通知，其中基于来自所述外部源的通知而确定所述设备处的多相电源系统的具体相位。
8.一种装置，包括:电源，其适用于接收电源的交流(AC)波形，所述电源是多相电源系统的一部分；网络接口，其适用于在计算机网络中通信；处理器，其与所述网络接口相耦合并且适用于执行一个或多个处理；以及存储器，其被配置为存储可由所述处理器执行的处理，所述处理当被执行时可操作来:监视所述AC波形；基于所述AC波形来确定所述电源处的所述多相电源系统的具体波形；以及经由所述网络接口加入特定于所述具体波形的有向非循环图(DAG)。
9.如权利要求8所述的装置，其中，所述处理当被执行以确定所述具体相位时可操作来:检测所述AC波形的零交叉的时间；以及基于相对于所述网络接口所使用的所述计算机网络的跳频超帧内的相应位置的所述零交叉的时间来确定所述具体相位。
10.如权利要求8所述的装置，其中，所述处理当被执行时还可操作来:在特定于所述具体相位的DAG上接收需求响应(DR)消息；以及对所述DR消息作出反应。
11.如权利要求8所述的装置，其中，所述处理当被执行时还可操作来:基于到第二相位的所述AC波形来检测所述电源处的相位变化；以及由所述装置调用到特定于所述第二相位的第二 DAG的DAG迁移。
12.—种具有编码在其上的软件的有形非暂时计算机可读介质，所述软件当被计算机网络中的设备上的处理器执行时可操作来:监视所述设备处的电源的交流(AC)波形，所述电源是多相电源系统的一部分；基于所述AC波形来确定所述设备处的所述多相电源系统的具体相位；以及使所述设备加入特定于所述具体相位的有向非循环图(DAG)。
13.如权利要求12所述的计算机可读介质，其中，所述软件当被执行以确定所述具体相位时可操作来:检测所述AC波形的零交叉的时间；以及基于相对于所述计算机网络的跳频超帧内的相应位置的所述零交叉的时间来确定所述具体相位。
14.如权利要求12所述的计算机可读介质，其中，所述软件当被执行时还可操作来:在特定于所述具体相位的DAG上接收需求响应(DR)消息；以及对所述DR消息作出反应。
15.如权利要求12所述的计算机可读介质，其中，所述软件当被执行时还可操作来:基于到第二相位的所述AC波形来检测所述设备处的相位变化；以及由所述设备调用到特定于所述第二相位的第二 DAG的DAG迁移。
16.—种方法,包括:监视跳频计算机网络中的设备处的电源的交流(AC)波形，所述电源是多相电源系统的一部分；检测所述AC波形的零交叉的时间；以及基于相对于所述计算机网络的跳频超帧内的相应位置的零交叉的时间来确定所述设备处的所述多相电源系统的具体相位。
17.如权利要求16所述的方法，还包括:由所述设备加入特定于所述具体相位的有向非循环图(DAG)。
18.如权利要求16所述的方法，还包括:接收特定于所述具体相位的需求响应(DR)消息；以及对所述DR消息作出反应。
19.如权利要求16所述的方法，还包括:基于到第二相位的所述AC波形来检测所述设备处的相位变化。
20.一种装置,包括:电源，其适用于接收电源的交流(AC)波形，所述电源是多相电源系统的一部分；网络接口，其适用于在跳频计算机网络中通信；处理器，其与所述网络接口相耦合并且适用于执行一个或多个处理；以及存储器，其被配置为存储可由所述处理器执行的处理，所述处理当被执行时可操作来:监视所述AC波形；检测所述AC波形的零交叉的时间；以及基于相对于所述计算机网络的跳频超帧内的相应位置的零交叉的时间来确定所述电源处的所述多相电源系统的具体相位。
21.如权利要求20所述的装置，其中，所述处理当被执行时还可操作来:经由所述网络接口加入特定于所述具体相位的有向非循环图(DAG)。
22.如权利要求20所述的装置，其中，所述处理当被执行时还可操作来:接收特定于所述具体相位的需求响应(DR)消息；以及对所述DR消息作出反应。
23.如权利要求20所述的装置，其中，所述处理当被执行时还可操作来:基于到第二相位的所述AC波形来检测所述电源处的相位变化。
24.一种具有编码在其上的软件的有形非暂时计算机可读介质，所述软件当被跳频计算机网络中的设备上的处理器执行时可操作来:监视计算机网络中的设备处的电源的交流(AC)波形，所述电源是多相电源系统的一部分；检测所述AC波形的零交叉的时间；以及基于相对于所述计算机网络的跳频`超帧内的相应位置的零交叉的时间来确定所述设备处的所述多相电源系统的具体相位。
25.如权利要求24所述的计算机可读介质，其中，所述软件当被执行时还可操作来:使所述设备加入特定于所述具体相位的有向非循环图(DAG)。
26.如权利要求24所述的计算机可读介质，其中，所述软件当被执行时还可操作来:接收特定于所述具体相位的需求响应(DR)消息；以及对所述DR消息作出反应。
27.如权利要求24所述的计算机可读介质，其中，所述软件当被执行时还可操作来:基于到第二相位的所述AC波形来检测所述设备处的相位变化。
【文档编号】G01D4/00GK103429993SQ201280012105
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2012年3月7日 优先权日:2011年3月8日
【发明者】什穆埃尔·谢弗, 让-菲利普·瓦瑟尔, 桑迪普·杰伊·舍迪 申请人:思科技术公司