专利名称：使用位置用于节点分组的制作方法
技术领域：
本发明涉及基于节点的定位信息来识别节点配置的结构，以及更特别地涉 及识别无线控制照明阵列的结构。
背景技术：
典型的无线照明阵列包括大量的发光体和少量的开关和传感器。发光体典 型地以矩形结构配置从而它们可提供均匀水平的背景光。照明阵列的各独立元 件通过无线通信网络相互通信，该网络由通信节点的阵列形成。无线网络提供 用于在相邻发光体之间和用于在发光体与开关或传感器之间进纟 il信的装置。为了运行这个照明系统，发光体的阵列被划分为多个组从而每个组由特定 开关或传感器控制。为了使得照明系统正确地工作，发光体被划分为数量相当 大的空间控制分组从而每个空间分组可被分配至撮接近的合适的开关或传感器 足很重要的。然而，在发光体被分配到空间分组之前，必须确定它们在阵列中 各fi的位置。使用拓扑生成算法推导在阵列中单个发光体的位置信息是公知的。这种拓 扑生成算法使用由节点网络以发光体对之间的距离形式提供的距离数据以获得 各独立发光体的相对位置。单个发光体位置的建立实现了对照明阵列结构的理解。正确地理解照明阵列的结构是进行发光体的正确空间分组的关键。然而， 用于推导阵列结构的通信节点之间的距离测量也会遇到错误。当计算各独立发 光体的相对位置时，距离测量中的这种错误将被传播，其导致了对阵列结构的 错吸里解。因此，各独立发光体不会置丁'正确的空间分组中，并且因此不会由 最接近的合适的开关或传f,来控制。发明内容根据本发明，提供了一种对所获得的无线节点的空间配置进行分组从而将 节点划分为多个节点组的方法，其中基于特定节点在空间配置中的位置来将所 述特定节点分配到特定组，从而每个组包括彼此相邻的节点。如果特定无线节点在节点空间配置中的位置落在定义该特定组中心的点或 点阵列的阈值距离内，该特定无线节点被分配到特定组。无线节点是无线通信网络的成员，其包括电驱动的无线通信节点，该节点被配置使得它们能够彼ithffi信从而控制无线照明阵列的操作。
现在将参考附图fflil实例来描述本发明的实施例，其中图1是示出包括发光体和开关盒的无线照明阵列的结构的说明；图2是示出所获得的包括通信节点并且对应于图1的无线照明阵列的无线通信网络的拓扑结构的说明；图3是示出位于第一开关盒内的各独立开关的示图；图4是示出位于第二开关盒内的各独立开关的示图；图5是拓扑生成算法获得通信网络结构的方法的说明；图6是拓扑生成算法获得通信网络结构的方法的进一步说明；图7是示出实施根据本发明的拓扑生成算法和分配算法的示图；图8是示出配置为实施根据本发明的分配算法的计算机结构的框图；图9是示出将各独^1{言节点连接起来的已构成控制线路的创建和评估的说明；图io是示出了各独iiM信节点至啦制线路的分配的说明；图11是示出与根据本发明的分配算法的操作相关联的步骤的流程图； 图12是示出用于整个照明阵列的通信节点之间的线路构造的说明； 图13是示出用于整个照明阵列的衝tl 点至啦制线路的分配的说明。
具体实施方式
根据本发明的无线照明阵列由电驱动发光体组成，其由较少量的开关或传 感器无线控制。每个发光体与无线通{言节点相关联，其被配置为能够与其相邻 节点和控制开关或传感器通信。无线通信节点形成了无线网络，其实现了待确 定照明阵列中的每个单元的功能。
参考图l，无线照明阵列l包括发光体2-23和开关盒24， 25。开关盒24， 25被这样配置它们能够舰图2所示的无线通信网络26来控制发光体2-23 的操作。无线通信网络26 fflM信节点27-50的配置而形成，该配置包括例如类似 ZigBee的无线模块。每个通信节点27-28与特定发光体2-23相关联。两个其它 的通信节点49-50分别与开关盒24 ， 25相关联。参考图3，第一开关盒24包括适用于控制照明阵列1中的三个3虫立发光体 组的三个开关52-54。在该实施例中，每个开关52-54 ^择开关，其被这样配 置它能够应用一系列预定设置到发光体的特定控制组。这些设置可以与例如 不同的亮度等级相对应。参考图4，第二开关盒25类^i也包括适用于相同装置 的三个开关55-57。因此，开关盒24， 25能够控制总计六个发光体组58-63。針发光体2-23 由通信节点27-48的其中之一控制，因此，在照明阵列1运行之前，*节点 27-48必须被分配给六个控制组58-63的其中之一。图13示出了节点27-48到控 制组58-63的最终分配。运行照明阵列l的第一阶段是^m信网络26。 SM31网络发现过程来实 现，该过程由加电时的所有通信节点27-50来发起。网络26中的每个通信节点 27-50调谐到控制信道并且广播一个"广告"消息，其包含其节点M和所有其 它节点识别它们自己的请求。在一个随机的时间之后，每个其它节点用其身份 和功能来回答该消息。然而，节点27-50不能提供它们的位置信息。因此在这个 阶段，网络26的拓扑结构是未知的。可以使用拓扑生成算法51来建立网络26的拓扑结构。因为节点网络26的 结构等同于发光体阵列2-23和开关盒24， 25的结构，网络26的拓扑结构用于获得对照明阵列1的结构的理解。尽管以下描述与使用拓扑生成算法51推导网络拓扑结构有关，在本发明的 另一个实施例中，可以手动建立网络26的拓扑结构或由一些其它装置来预定义， 例如由对应于通信节点27-50的位置的模板。拓扑生成算法51使用由无线通信网络26提供的距离 来计算每个节点 的相对位置并因此计算发光体的相对位置。在无线网络26中，距离数据以在通 信节点对27-50之间采取的距离测量的形式而被提供。节点及其相邻节点之间的
距离的计算由这些距离测量直接获得，其禾U用类似接收信号强度指示(RSSI) 或飞行时间的技术 行。在RSSI盼瞎形中，在通信节点对之间交换的无线信号的接收强度被用于计 算它们之间的距离。传输信号的强度以与传播距离成反比并且与信号的波长成 正比的比率下降。因此，考虑到波长，节点对之间的距离可从接收节点的传输 信号的衰减中计算。在飞行时间测量的情形中，通信节点对之间的距离通过观糧无线电信号在 它们之间传播所用的时间来计算。已知无线电信号以光速传播，因此，节点对 之间的飞行时间的精确测量提供了它们之间距离的精确计算。图5和6示出了拓扑生成算法51使用距离测量来获得图2的节点31 ， 32， 35， 36的位置的方法。在距离数据的收集之后，拓扑生成算法51选择网络26 中的第一节点32并且分配给它一个标定参考位置。随后它将第二节点31置于 周围圆圈32a上的点上，该圆圈的半径由两个节点32， 31之间的距离测量定义。 在第一节点32和第三节点36之间以及第二节点31和第三节点36之间进行的 进一步的距离测量使得第三节点36位于第一圆圈32a和第二圆圈31a的交点上。第二圆圈31a的半径定义了第二节点31和第三节点36之间的距离。如果获 得的网络26的拓扑结构被反射或旋转，对于自动运行目的来说是没有关系的， l大l此圆圈32a， 31a之间的两个交点都是第三节点36的有效位置。一旦被建立起来，三个节点31， 32， 36的位置fflil拓扑牛成算法51而被 用作参考网络26中第四节点35的定位的固定框架。参考图6，第四节点35可ffiilia行三个最终距离领懂来定位。这在第一节 点32和第四节点35之间；第二节点31和第四节点35之间；以及第三节点36 和第四节点35之间进行。测量分别由圆圈32b， 32b和36a的半径进^1定义并 且第四节点35位于它们的交点上。拓扑生成算法51能够ffiM相同的方法使用第一到四节点31， 32， 35， 36 的位置作为参考点来计算网络26中剩余节点的位置。然而，用于计算节点27-50之间距离的RSSI或飞行时间测量可能被比如温 度和电池电量的一些因素影响。此外，由于部件差异、天线性能变化和多路径 效应，可能存在由此引入的误差。当计算通信节点对27-50之间的距离时将维持 这种误差，并且因此导致了一定程度上获得的节点位置的不确定性。这种影响在图2中有所反映，由此可见拓扑生成算法51获得的网络结构是不规则的。然 而，通常已知照明阵列的结构是规则的，从而它们能够提供背景光的最小工作 等级。照明阵列的结构例如可以由假平顶结构来指示。为了克服这种不确定性并且将发光体分配到正确的控制组58-63，提供了一 种分配算法64，如图11所示，其适用于解释所获得的照明阵列1的结构。尽管 先前描述了在获得的节点位置中的缺陷，但分配算法64被配置使得能够分配节 点27-48到正确控制组58-63，如图12所示。在进行该程序时，分配算法64适 用于在通j言节点2748之间建立一系列直线。在本发明的这个例子中，在图2 的x-y空间中建立-一系列线路，然而在本发明的另一个实施例中，可以在x-y-z 空间中建立这些线路。建立的每根线路经过尽可能多的节点，将节点连接起来 从而形成空间组。参考图7，这样fOT分配算法64:使得其可以由ffiil网关接口66与无线网 络26通信的便携式电脑65来实施。类似地，分配算法64可由手持电脑设备比 如PDA来实施。网关接口 66包括在计算机65上运行的独立禾Mi字，其通过由开关盒节点49， 50之一提供的网关/Affl信网络26请求并收集数据。收集的 包括每个节点 27-50的功能以及每对节点27-50之间的距离测量。网关接口 66持续地监视网 络26并且能够检测网络26是否添加了新的节点，或者新节点是否从网络26中、"参考图8，计算机65的硬件包括用于执行分配算法64以及用于管理和控制 计算机65的操作的中央处理单元(CPU) 67。 CPU67 ffiit总线68连接到多个 设备，这些设备包括例如5更盘驱动器69的存储设备，以及包括ROM 70和RAM 71的内存设备。该计算机硬件进一步包括提供用于与通信网络26交互的装置的 网72和允许用户监视计^t几65的操作的显示器73。便携式电脑65适用于ffiil串行电缆或以太网电缆与网关通信。然而，在本 发明的另一个实施例中，计算机65可以与网关进行无线通信。在本发明的另一个实施例中，这样使用分配算法64:其可以由集成到无线 通信网络26中的计算机硬件来实施。这种5更件可能例如作为开关盒节点49， 50的一部分而被包括在其中。再次参考图7，在照明阵列l的运行中，计算机65ilil由开关盒节点49， 50之一提供的网关从无线通信网络26中请求并接收距离数据。使用接收的距离数据，计算机65实施拓扑生成算法51以建立如前所述的网络26的拓扑结构。 在网络拓扑结构建立之后，计算机65实施分配算法64并且将节点2748分配到控制组58-63 。通信节点27-50提供有存储装置从而它们肖,存储分配配置。随后，通信节点27-50育,在每次照明阵列1被打开时执行所存储的KS。 分配算法64包括线路结构处理、阈值处理和线路分类和选择处理。阈值处理允许分配算法64克月艮由如前所述在RSSI或飞行时间测量中的误差造成的缺陷。在完成线路分类和选择处理之后，分配算法64输出一组兼容的控制线路 58-63 ，其被用于将节点2748分配到控制组58-63 。参考图9，建立的线路74将节点75连接到另一个节点76。另外两个节点 77， 78落在线路74的阈值距离79内，并且因此分配算法64也将这两个节点 77， 78连接到线路74。在该例子中，阈值距离79被定义为与线路74垂直，并 且呈现在其两侧。因此在线路74的每一侧定义了阈值边界79a， 79b。第三节点 80距离线路74的位置太远而不能落在阈值距离79内，并且因此其没被包括在 内。图ll的步骤S11.2进一步描述了该处理。分配算法64 M将所有落在阈值距离79中的节点75-78连接到线路74上 而克月艮了由观鹏处理引起的缺陷。fflilS种方式，分配算法64被配置使得育詢多 吸收通信节点27-50的與虫获得的位置的误差。结果是节点分配的精确度被大大 提高了，这意味着各个单独的节点更有可能被分配给正确的控制组58-63。从图 9可以看出，节点80落在由阈值距离79定义的阈值边界79a， 79b之外，并且 因此其不被包括在与线路74相关联的控制组之内。参考图IO，在线路74的建立和其它节点77， 78的f忝加之后，该线路形成 了之字形74a。第三节点80没有被分配处理添加，并且因此没有形成与线路74a 相关联的空间组的一部分。参考图12，在节点网络26上建立了一系列线路。在该阶段，节点2748中 很多被添加到多个线路上，这使得它们成为多个控制组的可能成员。参考图ll， S11.4，分配算法64开始将所有节点标记为"未分配"。再次参考图ll，步骤S11.3， 一旦分配算法64完成建立各线，其评估每条 线路的质量并且为每条线路打分。该分数基于线路的长度、该线路包括的节点 数量、节点与该线路的直接路径的标准偏差和该线路上节点之间的距离的标准 偏差。如果线路具有很长的长度，包括大量的节点并且对于两个标准偏差具有较小的值，分配算法64将该线路打分为高质量。一旦所有建立的线路被打分，分配算法64 m线路的分数将它们分类到列表中。最高分的线路位于列表的顶部以及最低分的线路位于底部。在该阶段， 网络26中的一些节点有可能被添加到皿一条的已^L线路上。参考步骤S11.5,在将线路以质量顿序分类之后，分配算法64开始对控制 组的选择。该算法从列表中选择最高分的线路作为第一控制线路并且在步骤 S11.6将所有与其相关联的节点标记为"已分配"。随后，在步骤S11.7中分配算 法64从列表中选择次高分数，并且在步骤S11.8中检查线路是否包含己经在步 骤S11.6中被分配到第一线路的任意节点。如果第二线路不包含已经分配的节点，则该线路作为第二控制线而被接受 并且分配算法64通过将其所有节点标记为"已分配"而进行到步骤S11.9。反 之，如果第二线路包含已经分配的节点，线路算法64返回到步骤S11.7并且尝 试选择列表中下一个最佳线路。分配算法64 M31与已经被接受为控制线的线路 斜率相比较鄉一步评估每根预期的控制线的斜率。与已经被接受的线路交叉 的预期线路被自动忽略。分配算法64继续这种方式直到第二线路被接受为控制线。随后其应用同样 的处理 择第三控制线。MS种方式，分配算法64选择不同的即没有共享 节点的控制线。参考步骤S1U0，在每次接受线路时，分配算法64检査是否尝试过所有线 路。如果答案是否，那么算法64返回到步骤S11.7并且尝试列表中的下一根线。 如果答案是是，那么算法64进行到步骤S11.11。在此，分配算法64检查是否 95%的节点已经被分配到已接受的控制线。如果小于95%的节点被分配到接受的线路，那么在步骤S11.12a中分配算法 64从列表中删除最高分的线路，并且返回到步骤S11.4。在此，所有节点被再次 标记为"未分配"并且重新开始选择控制线的程序。另一方面，如果95%或者更多的节点被分配到接受的控制线，节点的分配 被认为是成功的。分配算法64继续在步骤S11.12b中来将任意剩余未分配节点
添加到它们最近的接受的控制线上，完成控制线的选择。每根接受的控制线定义通信节点的空间控制组58^63。随后参考网络26的 已确定拓扑结构从而为旨控制组58-63确定合适的开关盒24， 25，并且适当 的绑定指令被发送出去以将控制组58-63连接到合适的开关盒24， 25。参考图13，通{言节点的网络26被划分为控制组58-63。第一控制组58包含 第-一组通f言节点27-30并且由第一开关盒24中的第一开关52控制。第二控制组 59包含第二组通{言节点31-34并且由第一开关盒24中的第二开关53控制。第 三控制组60包含第三组通j言节点35-38并且由第一开关盒24的第三开关54控 制。第四控制组61包含第四组通信节点3942并且由第二开关盒25的第一开关 55控制。第五控制组62包含第五组通信节点4346并且由第二开关盒25的第 二开关56控制。最后，第六控制组63包含第六组通^1 点47， 48并且由第二 开关盒25的第三开关57控制。发光体58-63的各个组能被独立控制，因为*组被分配到开关盒24， 25 之--中的独立幵关52-57。在使用中，开关盒24， 25可与附近的照明传感器通 信从而对开关52-57提供控制输入。随后发光体的各组可以响应于落在预编程阈 值之下的环境光等级而被自动打开。开关52-57可以为发光体提供简单的开/关功能，但是开关52-57可适用于能够提供对应于发光体发出的变化光强的多个设置。为了提供具有最大灵活性的 照明系统，每个控制组可以与邻近配置的其自身的照明传感器相关联，从而其 独立于其它组被控制。开关盒24， 25还可与运动传感器、红夕卜传繊等通信。此外，开关盒24， 25可被配置以与比如开关、刻度盘、触摸屏面板或建ft管理系统的用户驱动的 控制装置通信。M这种方式，用户可以独立地控制发光体58-63的各个组从而 为特定环境定制照明设置。可以理解的是本发明的范围不仅限于无线照明阵列，其还可应用于包括一 系列独立通信节点的任意类型的无线通信装置。此外，在此公开的技术通常一 般应用于任意定位应用，其中基于有可能有错误的单个位置测量来识别规则的 结构。尽管在本申请中将权利要求阐述为特定特征的结合，但是应当理解的是，
无论其是否涉及与在任意权利要求中声明的相同发明，以及无论其是否减轻了 5本发明解决的任意或全部相同的技术问题，本发明的公开范围还包括在lt匕明 确或隐含或对其的任意概括所公开的任意新颖的特征或任意特征的新颖结合。 申请人:在此声明，在本申请或者从中获得任意其它申请的进程中，可以对这些 特征和/或这些特征的结合撰写新的权利要求。
权利要求
1. 一种对所获得的无线节点(27-50)的空间配置进行分组的方法，其包括将所述配置划分为多个空间组，其中如果一特定节点在所述配置中的空间位置与一特定组的已定义中心之间的距离等于或小于已定义的阈值距离，则所述特定节点被分配到所述特定组。
2. 根据权利要求1的方法，其中每个空间组的中心由通过两个或多个节点的线路来定义，以及特定节点和特定组的中心之间的所淑巨离作为节点在所述配 置中的位置与该组的中心定义线路上的最近点之间的最短距离而被测量。
3. 根据权利要求2的方法，包括根据组内分配节点的数量来对各组进行分级。
4. 根据权禾腰求2或3的方法，包括根据分配节点的位置与各组的中心定义 线路之间的距离的统计离差来对各组进行分级。
5. 根据权利要*2、 3跑的方法，包括根据相邻的分配节点之间的距离的统 计离差来对各组进行分级。
6. 根据权利要求4或5的方法，其中所述统计离差是标准偏差或变量。
7. 根据权利要彩-6任意一个的方法，包括根据各组的中心定义线路的长度 来对各组进行分级。
8. 根据前述任一权利要求的方法，包括基于所述空间组的属性将所述空间 组分类为等级顺序。
9. 根据权利要求8的方法，包括选择多个所述空间组来定义独立的控制组( 58-63)。
10.根据权利要求9的方法，包括不允许所述节点(27-50)成为超过一个 的所述控制组(58-63)的成员。
11.艮据权禾腰求9或10的方法，包括以所述等级顺序选择所述空间组作为 所述控制组(58-63)。
12. 根据权利要求9， 10或11的方法，包括如果所述控制组的选择不成功， 忽略顶级的空间组并且重新开始所述控制组(58^63)的选择。
13. 根据权利要求9-12任意一个的方法，包括如果所述控制组(58-63)的选 择成功，将所述控制组(5"3)结合到适当的控制装置。
14. 根据前述任一权利要求的方法，其中所述阈值距离(79) ^ilii用户选 择装置来预定的。
15. —种配置来对所获得的无线节点(27-50)的配置进行分组的装置，其 包括可操作来将所述配置划分为多个空间组的装置，其中如果一特定节点在所 述配置中的空间位置与一特定组的已定义中心之间的距离等于或小于已定义的 阈值距离，贝U所述特定节点被分配至U所述特定组。
16. 根据权利要求15的装置，其中所述无线节点(27-50)是无线通信网络( 26)中的电驱动通j言节点。
17. 根据权利要求16的装置，其中所述无线通信网络(26)被这样配置使 得它能够控制无线照明阵列(1)的操作。
18. 根据权利要求17的装置，其中每个所述无线节点(27-50)与包括部分无 线照明阵列(1)的发光体(2-23)或开关盒(24， 25)相关联。
19. 根据权利要求18的装置，其中所述开关盒(24， 25)被配置以控制发光 体(2-23)的操作。
20.—种计算机程序，当其被处理器执行时，其适用于实现权禾腰求1-14之任一的方法。
全文摘要
一种用于对所获得的无线通信节点的空间配置进行分组的计算机算法。无线通信节点形成无线通信网络并且被配置以控制照明阵列中的发光体的操作。通信网络中的每个节点的位置与照明阵列中特定发光体的位置相对应。该算法将节点的配置划分为多个空间组，每个组由将该组的成员节点连接起来的直线确定。这些组根据它们的统计属性分级并且多个组被选择作为控制组，从而每个控制组的成员节点，以及因此发光体，可由单个开关或传感器控制。
文档编号H04L12/28GK101401355SQ200780008239
公开日2009年4月1日 申请日期2007年3月5日 优先权日2006年3月6日
发明者P·R·西蒙斯, S·M·皮彻斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司