用于识别电气装置的系统的制作方法

1.本发明涉及一种用以识别连接至电气插座的电气装置的系统。本发明还涉及一种电气插座，该电气插座配置成将电力供应至电气装置和服务器以用于控制连接至电气插座的电气装置。


背景技术：

2.插入式无线开关为已知的，其允许用户远程地接通和关掉插入至该无线开关的任何装置。然而，用户必须记住哪个电气装置连接到哪个无线开关。如果他混淆了开关，或者在用户不知情的情况下，另一个人将电子设备从无线开关上拔下并将该电子设备插入不同无线开关，那么他可意外地接通或关掉错误装置。
3.因此，存在对于识别连接至无线开关的电气装置的需求。
4.本目标通过如独立权利要求书所要求保护的系统和电气插座来实现。


技术实现要素：

5.本发明的一个方面涉及一种用以识别连接至电气插座的电气装置的系统。该电气插座包括传感器，该传感器配置成测量供应至电气装置的电力供应的电气信号(例如，电波形，诸如电流或电压波形)，该电气装置连接至电气插座。第一处理器配置成接收所测量的电信号，并且基于该电信号而确定该电气装置的电气标记。第二处理器配置成将电气标记与标记数据库进行比较，以识别电气装置。
6.应当指出，第一处理器和第二处理器非必然地为不同的传感器。在一些情况下，可能有益的是，第一处理器和第二处理器为相同的。类似地，标记数据库可能部署于标记数据库服务器上，该标记数据库服务器可能与标记确定服务器相同；或替代地可能位于第二服务器上，例如在不同位置的第二服务器上。
7.用于确定电气装置的电气标记的第一处理器可能处于电气插座中，以避免在网络上传送大量的传感器数据。替代地，用于确定电气装置的电气标记的第一处理器可能处于远离电气插座的标记确定服务器上，并且电气插座可能包括通信接口，该通信接口配置成经由有线网络或无线网络将传感器数据发送至标记确定服务器。优点是，标记确定服务器可具有相比于受限面积的电气插座可用的处理能力更大的处理能力，并且电气插座的成本可降低。标记确定服务器可能位于与电气插座相同的建筑物中(也许建筑物包括大量的电气插座)或位于云中(例如，在包括数个电气插座的住宅的情况下，其中提供专用服务器的成本可能过高时)。
8.在用于确定电气装置的电气标记的第一处理器处于与包括标记数据库的服务器相同的服务器上的情况下，第一处理器和第二处理器可能为相同的，即，单一处理器用于确定电气装置的电气标记并且将该电气标记与标记数据库进行比较，以识别该电气装置。因此，标记确定服务器和标记数据库服务器将在相同且仅唯一的服务器上作为两项服务运行。
9.电气插口可能是电力可从其引出的位置，诸如固定于建筑物的壁或地面或固定于车辆中的电气插口。该电气插口可能是插入式装置，该插入式装置插入建筑物或车辆的电气插口中并且具有接通插口以用于向电气装置供应电力。更广泛地说，该电气插口还可能包括电气装置可能永久地(诸如壁开关)或非永久地(诸如延伸引线)连接的附件。
10.本发明基于分析电气装置的电气信号来识别该装置，例如以识别出，该电气装置已重新定位并插入不同插口。在本发明的语境中，电气装置的识别不应限于不同的独立装置，而是还应以较广泛意义来解释，例如用于相同类型的装置，例如相同品牌的直发器。
11.用以识别电气装置的电气信号可能包括由该电气装置所消耗的电流或功率，由电气装置或一些其它不同方式引入至供应电压的电压尖峰，该电压尖峰可进行测量并用于识别电气装置。电气信号可能通过处理器来取样并处理，该处理器在电气插座中实现以生成电气装置的电气标记。电气标记意味着，电气装置的电气信号转变成数据格式，该数据格式不仅允许数据减少而且能够使服务器将电气装置识别为相同电气装置，即使当电气装置的电气信号由于寄生效应而发生变化时，例如，环境温度变化时的热变化，或在生产期间引入至相同批次的电气装置的变化。因此，服务器可将从电气插座所接收的电气装置的电气标记，与电气装置的电气标记数据库进行比较，例如以判断该电气装置是否已包括于电气标记的数据库中。
12.电气装置的电气标记对于特定电气装置理想地为唯一的，以识别电气装置并且将其区别于不同类型的其它电气装置。例如，该电气标记理想地使得品牌“a”的手机充电器应区别于品牌“b”的手机充电器，如果它们在其电气设计上为真正不同的情况下。因此，电气标记对于用于电气装置的电气部件参数的微小变化理想地为稳健的，但足够灵敏以区别相同用途但不同制造商的电气装置。
13.电气装置的电气标记可能基于电气信号的频域频谱的一个或多个特征。发明人已发现，多种算法可用于从电气装置的频域频谱提取区分性且独特的特征，这些特征可用于识别电气装置并且将其区别于其它电气装置。
14.发明人已发现，用于从电气信号的频域频谱提取电气装置的一个或多个区分性且独特的特征的特别合适算法包括，音频编码算法(其通常用于编码并压缩音频数据，诸如语音编码算法，该语音编码算法用于压缩语音以用于蜂窝网和互联网传输或用于语音识别)和音频特征提取算法(其通常用于从音频信号提取特性特征，使得它们可进行识别并分类)。利用此类算法的优点为，它们可能将用作电气装置的电气标记的所编码数据量减少至用以唯一地识别电气装置所必需的那些特征，从而减少必须储存或在电气插座和服务器之间传输的数据量。
15.利用语音编码算法已发现为特别方便的，因为它们已知一段时间并且软件库可用，以在电气插座中所实现的低性能处理器来执行这种任务。因此，无需将传感器信号的样本发送至服务器。有利地，仅在电气插座中所计算的电气标记可能必须通信至服务器。
16.可从频域频谱进行提取或确定的一个或多个特征可包括以下项的一者或多者：梅尔频率倒频系数(mel frequency cepstral coefficient,mfcc)、线性预测编码(linear predictive coding,lpc)系数、线性预测倒频系数(linear predictive cepstral coefficient,lpcc)和小波。
17.电气标记的数据库可能是本地服务器上的本地数据库，即，包括所有电气装置的
数据库，这些电气装置至今已连接至与相同本地服务器通信的电气插座，例如，住处或办公室的所有电气插座。如果服务器不可从数据库检索到电气装置的合适的电气标记，那么服务器可能向用户界面发送消息，要求用户通过电气装置的名称或品牌和类型来标识该电气装置。例如，当用户第一次将新手机充电器连接至电气插座时，本地服务器通常将无法在标记数据库中找到该新连接的电气装置的适当电气标记。然后，本地服务器在用户的智能手机或平板电脑上打开例如对话窗口，并且要求用户输入该电气装置的品牌和类型或该电气装置的昵称。例如，用户可能录入“乔的手机充电器”。然后，本地服务器可更新本地数据库。每当单独电气装置重新连接至相同或另一电气插座并且电气标记发送至本地服务器时，本地服务器将在数据库中找到电气标记和所分配标识，例如昵称“乔的手机充电器”。
18.本地服务器可能与多个本地服务器所连接的中央服务器通信。中央服务器的数据库可能通过可信实体来维护，该可信实体确定市场上可获得的电气装置的标记和标识。中央服务器还可能用于收集电气装置的标记和标识，这些电气装置已插入至所有本地服务器的电气插座的任一者。优选地，中央服务器不接受昵称，而仅接受电气装置的品牌和官方类型名称。在不可在本地标记数据库中找出电气装置的合适电气标记的情况下，本地服务器然后可能向中央服务器查询电气装置的标识。
19.电气装置所连接的电气插座例如经由有线通信链接(诸如以太网或电力线)或无线通信链接(诸如wi
‑
fi或zigbee)与服务器通信。
20.电气插座可能将所连接的电气装置的电气标记周期性地发送至服务器，从而指示该电气装置仍连接至电气插座。作为选项，电气插座可能在发送至服务器的消息中包括关于所连接的电气装置的状态信息，例如，所连接电气装置从电气插座引出的功率量。这使得服务器能够根据请求生成具有所有活动的电气装置的状态列表，即，连接至电气插座并且消耗电力的电气装置。如果系统用户不在家并且担心其可能意外地将电气装置(诸如其熨斗)接通，那么用户可连接至服务器(例如，利用其手机或平板电脑上的应用程序)并检查其住宅中的所有活动的电气装置(即，目前连接至其住宅中电气插座的所有电气装置)。如果熨斗在活动的电气装置的列表上未示出，那么用户确信他们未将熨斗一直接通。
21.在本发明的另一个方面，处理器配置成基于电气装置的标识而生成电气插座的控制信号。电气插座还包括开关，该开关配置成控制连接至电气插座的电气装置的电力供应，其中该开关基于控制信号而进行控制。
22.配置成生成控制信号的处理器可能位于服务器上，并且服务器的通信接口还可能配置成将该控制信号发送至电气插座。该服务器可能提供中心场所，以用于管理电气插座，和基于连接至电气插座的电气装置的标识而控制所要接通和关掉的电气插座。
23.本发明的这个方面例如允许用户远程地控制其电气装置，无关于电气装置所连接的电气插座。考虑到先前情景，其中用户从状态报告发现，其熨斗在住宅一直接通的情况下，该用户可向服务器发送关掉命令并且该服务器关掉熨斗所连接的电气插座。
24.在本发明的另一个方面，用以关掉具体电气装置的控制信号基于策略而生成，以用于控制所识别的电气装置或用于控制所识别的电气装置所属的电气装置类别。特别地，这种策略可能包括以下项的至少一者：所识别的电气装置的操作是否允许或禁止；所识别的电气装置的操作所允许的时间长度；以及所识别的电气装置的操作在一天中所允许的哪些时间和/或在一星期中的所允许的哪些天。如果允许所识别的电气装置的操作，那么控制
信号配置成启用电气插座的开关以将电力供应至所识别的电气装置；或如果禁止所识别的电气装置的操作，那么控制信号配置成禁用电气插座的开关以阻止所识别的电气装置的电力供应。
25.在公共场所(例如，医院或机场)，公共场所的经营者可能希望允许游客在公共场所安装的电气插座上使用移动电话充电器，但希望防止使用可能构成安全隐患的装置，例如可能引起火灾的熨斗或可能用于盗窃的钻孔机。分类数据库(对于该数据库中的每个电气标记，其包括至少一种类别项)可能用于限制或允许某些类型的电气装置的使用。一种类别“手机充电器”可能包括手机充电器的所有已知电气标记的列表。另一种类别“吹风机”可能包括吹风机的所有吹风机的标记的列表。
26.策略可能被组织为白名单，包括允许在某些电气插座处使用的电气装置的标记或类别的列表。如果新电气装置连接至电气插座，那么该电气插座分别将电气装置的电气信号或标记发送至策略服务器。策略服务器查找电气标记可归属到该电气装置的电气标记或类别的策略。如果在白名单中无法检索出该标记，那么服务器将向相应电气插座发送控制信号以关掉开关，并且从而阻断装置的电力供应。
27.类似地，服务器可能在黑名单中查找新连接的电气装置。如果电气标记未处于黑名单中，那么向电气装置供应电力。在黑名单包括电气标记的情况下，服务器向相应电气插座发送控制信号来关掉电气装置，以阻止该电气装置接收电力。
28.类似地，其它限制可能应用于电气装置，例如电气装置可能仅在规定时间段期间使用，例如电加热器可能仅在冬季月份期间、营业时间期间或最大时间跨度内允许使用。
29.在本发明的另一个方面，策略防止视为不安全的电气装置进行操作。在本发明的另一个方面，关于视为不安全的电气装置的信息是基于由所述电气装置的制造商所提供的召回信息。
30.时常地，制造商意识到，其产品随着时间的推移可能是有缺陷的。特定品牌和类型的产品(通过其电气标记所识别)可关掉以避免由该产品所引起的任何安全隐患。服务器的策略可能定期地更新以包括已由其制造商召回的电气装置。
31.在本发明的另一个方面，系统可能包括多个电气插座，其中电气装置连接至多个电气插座中的一个电气插座，其中电气装置所连接的电气插座还配置成向服务器发送能够确定该特定电气插座的电气插座信息；并且服务器中的通信接口还配置成向经识别的电气插座发送控制信号以控制该经识别的电气装置。
32.该多个电气插座可能包括多个经识别电气装置。服务器中的通信接口可能进一步配置成接收请求(例如，从用户)以控制连接至该多个电气插座中的一个电气插座的特定经识别的电气装置。服务器中的通信接口还可能配置成将控制信号发送至特定的经识别的电气插座，以控制该特定的经识别的电气装置。这可允许连接至该多个电气插座的特定的电气装置的用户远程控制，而无需用户必须在电气插座和特定的电气装置之间安装远程控制装置，因为连接至多个电气插座的所有电气装置可被控制。用户也无需了解特定的电气装置所连接的电气插座，因为系统利用特定的电气装置的电气标记而找到特定的电气插座。这可允许用户例如使用其智能电话来远程地控制特定的电气装置，例如从而允许用户关闭他们在住宅可能意外地一直连接至电气插座的熨斗。
33.在本发明的另一个方面，如果对应于电气装置的电气标记在标记数据库中未找
到，那么将请求发送至该电气装置的用户以识别电气装置，并且由用户所提供的电气装置的标识被储存于标记数据库中。
34.在本发明的这个方面，在用户的帮助下，标记数据库中的缺失条目(即，已发送至该数据库但在该数据库中无法找到的电气装置的标记)可添加至数据库。例如，当用户利用应用程序来控制他装置时，当用户第一次将新电气装置插入至电气插座上并且在电气标记数据库中无法检索到该新插入电气装置的电气标记时，该应用程序可能要求用户添加该信息。
35.在本发明的另一个方面，电气插座配置成将电力供应至电气装置。电气插座包括传感器，该传感器配置成测量与电气装置的电力供应相关联的电气信号(例如，电气波形，诸如电流或电压波形)。处理器配置成基于所测量的电气信号而确定电气装置的电气标记。通信接口配置成将电气标记传输至服务器。
36.在本发明的另一个方面，电气信号是由电气装置所消耗的电流。用以测量由电气装置所消耗的电流的常见方式是测量电阻器上的电压降，该电阻器串联至电气装置的负载。对于高电流/功率装置，这将要求相当大的电阻器。本发明提出改用霍尔效应传感器测量由馈电装置的电流引起的磁场。
37.电气装置的电气标记可能基于电气信号的频域频谱的一个或多个特征。发明人已发现，多种算法可用于从电气装置的频域频谱提取区分性且独特的特征，这些特征可用于识别电气装置并且将其区别于其它电气装置。
38.发明人已发现，用于从电气信号提取电气装置的一个或多个区分性且独特的特征的特别合适算法包括，音频编码算法(其通常用于编码并压缩音频数据，诸如语音编码算法，该语音编码算法用于压缩语音以用于蜂窝网络和互联网传输或用于语音识别)和音频特征提取算法(其通常用于从音频信号提取特性特征，使得它们可被识别并分类)。利用此类算法的优点为，它们可将要用作电气装置的电气标记的编码数据量减少至仅仅是唯一地识别该电气装置所必需的那些特征，从而减少必须在电气插座和服务器之间传输的数据量。
39.利用语音编码算法已发现为特别方便的，因为它们已知了一段时间并且软件库可用，以在电气插座中所实现的低性能处理器来执行这种任务。因此，无需将电气信号的样本发送至服务器。有利地，仅在电气插座中所计算的电气标记可能必须通信至服务器。
40.可从频域频谱进行提取或确定的一个或多个特征可能包括以下项的一者或多者：梅尔频率倒频系数(mfcc)、线性预测编码(lpc)系数、线性预测倒频系数(lpcc)和小波。
41.在本发明的另一个方面，电气插座还包括接收器和开关，该接收器配置成从服务器接收控制信号，该开关配置成基于该控制信号而控制连接至电气插座的电气装置的电力供应。
42.电气插座可能包括电气插座识别信息，并且通信接口可能配置成将该电气插座识别信息传输至服务器，例如，当将电气标记发送至服务器时。
43.通过利用唯一的插座识别信息，用户可获得关于电气装置所连接的电气插座的信息。在初始设置中，用户可能将单独的名称赋予每个电气插座，例如“床头柜”或“电视角”。在用户正查找电气装置但已丢失他最后使用该装置的踪迹的情况下，他可能通过从包括服务器已知的所有装置的列表选择该电气装置而在他智能电话或平板电脑上发起搜索。服务
器维护电气装置的状态列表(包括它最后连接的电气插座)，或者服务器开始从每个电气插座轮询信息，该信息相关于当前正在连接至每个电气插座的电气装置。
44.在本发明的另一个方面，用于控制连接至电气插座的电气装置的服务器包括通信接口和处理器；该通信接口配置成从电气插座接收连接到该电气插座的电气装置的电气标记，该处理器配置成将该电气标记与标记数据库进行比较，以识别该电气装置。
45.在本发明的另一个方面，用于控制连接至电气插座的电气装置的服务器包括通信接口和处理器；该通信接口配置成从电气插座接收来自连接至该电气插座的电气装置的测量的电气信号，该处理器配置成基于该测量的电气信号而确定该电气装置的电气标记，并且将该电气标记与标记数据库进行比较，以识别该电气装置。电气标记可能基于电气信号的频域频谱的一个或多个特征来确定。
附图说明
46.现将参考附图通过仅实例的方式，对本发明的实施例进行描述，其中：
47.图1示出了具有电气插座、wi
‑
fi接入站和服务器的系统，
48.图2示出了具有电气插座和本地服务器的另一系统，
49.图3更详细地示出了电气插座，和
50.图4示出了由系统所执行的方法步骤。
具体实施方式
51.本文档内的术语“用户”应指代希望获取信息和/或控制他或用户组成员(例如，他家人成员)所用的电气装置的任何自然人。在下文中，使用术语“受控”，即使仅检索关于电气装置的信息。在本文，术语“用户”还指代采用由本发明所提供的服务的组织或其他实体，例如希望限制其工作人员、患者或访客使用特定电气装置的医院。术语“"单个用户”包括用户组的所有成员，因为它未指代用户的数量，而是分别指代控制特定位置(例如，在住宅、组织、办公室，例如公共场所)的电气插座的用户或用户组。“用户位置”应指代由电气插座所限定的区域，该电气插座通过单个用户来控制。虽然本发明的系统可完全部署在用户位置的本地，但一些或大部分的任务可由系统提供商来执行。术语“系统提供商”指代服务提供商，该服务提供商托管多个用户的数据库并且还可能通过提供信息来添加额外的值，否则，用户将必须自己添加这些值或甚至将无法获得该信息。
52.本发明在较广泛意义上涉及收集正在或已事先插入电气插座的电气装置的数据。由于本发明将术语"电气插座"也用于电气装置可固定地连接的电力接口，术语“连接至电气插座”将用于插入至电气插座的电气装置以及固定地连接至任何类型的配电接口的电气装置，诸如灯开关。根据本发明的电气插座被适配成收集关于所连接的电气装置的电气信号的数据，该数据允许所连接的电气装置的识别。
53.本发明的至少一部分基于不同类型的数据的收集、存储、访问和比较。该数据可能集合于较小列表中，这些列表由本地处理器来管理；或者集合于一个或多个集中组织的数据库中，这些数据库由一个或多个中央处理器来管理。虽然计算机信息技术领域的技术人员将仅在大量信息需要数据库管理软件来收集和检索该信息的情况下提到数据库，但术语“数据库”在本文用于指代相关数据的任何集合，即使数据仅通过以顺序次序读取数据集进
行检索，直至分别找到或未找到所搜索数据。
54.在这种意义上，术语“服务器”涉及具有处理器的处理装置，该处理器配置成执行下述任务的至少一者：处理所接收数据，例如将所接收数据添加至数据库，在数据库中检索数据，比较数据，生成用于控制电气插座的控制信号，将数据传输至用户或另一个数据库，将控制信号传输至电气插座。在系统中，可能部署一个以上的服务器，例如用户位置处的服务器和服务提供商的位置处的中央服务器，用户位置处的服务器例如集成至他的wifi站，或作为专用装置、用户控制装置，以用于控制单个用户可访问的系统的一部分，例如具有安装于用户智能电话、平板电脑或膝上型电脑上的应用程序。
55.在下文中，数据库可能由本发明使用：
56.用户装置数据库包括所有电气装置的信息，该信息归属于单个用户。该用户装置数据库包括已识别为已插入在用户位置处的电气装置。该用户装置数据库可能包括每个电气装置的昵称，和/或关于该电气装置的品牌和/或制造的信息。该用户装置数据库还可能包括每个电气装置的状态数据，例如该装置是否实际连接，该电气装置所连接的电气插座或最后连接的电气插座，或者该装置的使用数据，例如该电气装置在过去24小时内的电力消耗。该用户装置数据库可以是本地数据库或可托管于中央数据库上。
57.术语“本地”在本文指代处于用户附近的数据库，例如安装于用户住宅或组织的营业场所中的服务器上的数据库。与之相比，术语“中央”指代可由多个单用户进行访问的数据库。术语“私人数据”意指下述数据，该数据归属于单个用户，并且因此另一单个用户不应具有该用户的私人数据的访问权。在私人数据在多个用户的中央数据库中进行管理的情况下，访问权管理将确保对私人数据的访问受限于相应单个用户。与之相反，“公共数据”至少可通过系统的所有授权用户来访问。
[0058]“电气插座数据库”储存了关于部署于单个用户位置的所有电气插座的信息。该电气插座数据库可能包括部署于用户位置的电气插座的昵称。当安装新电气插座时，用户将在其用户控制装置上收到提示以将电气插座的位置添加至电气插座数据库，例如“皮特的床头插口”、“厨房1号插口”、“厨房2号插口”、“门旁的厨房插口”，只要对用户有意义。该电气插座数据库可能在本地托管，例如托管于用户现场的专用装置中，或托管于用户的控制装置上，例如他的智能电话。在其它实施例中，该电气插座数据库可能托管于系统提供商所提供的中央服务器上，限制为仅由单个用户来访问。
[0059]“标记数据库”包括先前已识别的电气装置的标记。优选地，该标记数据库包括关于每个电气装置的额外信息，例如，允许个人识别电气装置的该电气装置的品牌和制造商。可选地，该标记数据库还包括每个电气装置的至少一个类别，例如“电话充电器”、“吹风机”、“直发器”、“灯泡”、“电视机”、“洗衣机”，等等。理想地，该标记数据库为集中托管数据库，该集中托管数据库允许系统的所有用户的访问。这意味着对于用户来说，每当他连接新电气装置时，该装置的标记对于标记数据库均可能是已知的，并且用户可从该标记数据库中检索关于他的电气装置的任何额外信息，而不是自己将该额外的信息输入到他的本地数据库中。因此，理想地，该标记数据库是公共数据，并且由系统提供者进行集中管理。
[0060]
可选地，“策略数据库”可能用于管理所识别的电气装置的访问权限。因此，该策略数据库是私人数据，但可本地管理或集中地管理。
[0061]
图1示出了本发明的一个实施例，其中电气装置1可能与电力插头2一起插入电气
插座3中。电气插座3与相导体l、中性导体n和保护导体e一起连接至耗电单元4(过去称为保险丝盒)，以用于向插入电气插座3的任何电气装置1供应电力。电气装置1可以为任何电气装置，诸如带灯泡的标准灯、吹风机、直发器、电器(诸如洗衣机和滚筒式烘干机)，或手机或笔记本电脑的充电器，等等。
[0062]
为清楚起见，图1仅示出了单个用户的一个电气插座1。然而，显而易见的是，用户在他住宅中会已安装多个电气插座1。理想地，用户住宅中的所有电气插座例如均为根据本发明的电气插座。
[0063]
看起来非常明显的是，带有电感或电容负载的电气装置在它们消耗电力时引起电流波动或产生电压峰值。然而，测试表明，甚至纯电阻负载在消耗电力时也会引起波动。由电气装置所引起的这些波动为电子器件的特征，并将重复模式施加至电流上，这可用于使电气装置区别于另一电气装置。然而，这些模式由于其它影响可能随着热效应频率和电源电压以及其它寄生效应而变化。与其直接地比较电流波动的模式，更适当的是从电流波动模式计算电气装置的标记，该标记理想地消除寄生效应对电气装置的电流模式的影响。作为次要作用，该标记利用更少的数据来描述电流波动模式，并且当比较电气装置的两个标记以判断它们是否可归属于相同电气装置或不同电气装置时，允许改善可靠性。
[0064]
如下文将进一步更详细地所示，电气插座3包括配置成与其它实体通信的电气插座处理器30(将在后文解释)和取样电路，该取样电路用于将由电气装置1所消耗的电流取样成数据样本。这些数据样本通过电气插座处理器经由wi
‑
fi连接4从电气插座3通信至本地wi
‑
fi接入站5。在本实例中，数个电气插座可能通过它们的本地ip地址或其mac码来彼此区别。然后，wi
‑
fi接入站4经由网络6(在本实施例中为互联网)将这些数据样本传输至远程位置的中央服务器7。在本实施例中，电气插座形成了数据块，该数据块除了数据样本外还包括电气插座的mac地址，使得数据样本归属于电器装置1所插入的单独电气插座3。
[0065]
中央服务器7中的处理器配置成执行数个不同软件应用程序、装置位置数据库81、用户装置数据库82、策略数据库83和标记数据库84。为利用这些数据库和由系统提供商所提供的服务，每个用户需要在中央服务器7上创建用户帐户，使得他的数据可保持为私人的。
[0066]
在电气插座3的制造期间，例如系统提供商的ip地址可能已预编程在处理器30的非易失性存储器中。当新电气插座3安装于用户位置时，电气插座将其电气插座标识发送到已设置于电气插座3中的实体。在第一实施例中，该实体为系统提供商的中央服务器7。中央服务器将电气插座标识添加至特定用户的电气插座数据库81，并向用户控制装置9发送请求以输入本电气插座装置3的昵称和/或描述。在从中央服务器7至用户的以后通信中，中央服务器7将使用该昵称/描述，使得用户容易地了解中央服务器7指代的电气插座3。
[0067]
当用户将新电气装置1连接到电气插座3时，该电气插座对所连接装置有关的特征的数据进行取样，并且在本第一实施例中，将取样数据发送至预设的标记检测服务器。在本第一实施例中，标记检测服务器与中央服务器7相同。在本实施例中，由中央服务器7所执行的应用之一是从所接收的取样数据计算电气装置1的标记。服务器7的处理器70尝试在标记数据库84中检索所计算的标记。如果中央服务器找到匹配条目，那么其将电气装置1添加至用户装置数据库82。然后，中央服务器向用户控制装置9发送请求，询问用户是否打算对于所检测到的电气装置分配昵称/描述。服务器7可能在电气插座数据库中检索所识别的装置
所连接的电气插座的昵称/描述，并且向用户提示该信息以避免任何误解。用户控制装置9上的应用程序将用户输入传送回至中央服务器7，然后中央服务器7可相应地更新用户装置数据库82。例如，用户可能已给出膝上型电脑的品牌和制造商，识别其为他女儿的膝上型电脑，并可能已赋予其昵称“玛利亚的膝上型电脑”。随着时间的推移，用户装置数据库82将载满曾连接至用户住宅的所有装置。
[0068]
该系统可能被不同地设置。一个选项可以为，所有电气插座以固定时间间隔(例如每10分钟)检查电器装置1的标记。只要电气装置生成标记，其显然会从电气插座引出电流。该数据发送至中央服务器7时，中央服务器7可能更新用户装置数据库82：所识别电气装置1仍连接至中央服务器7。替代地，中央服务器7可能通过定期请求连接至每个电气插座3的电气装置1的标记，而从电气插座3中提出该信息。在本发明的一个方面，电气插座7具有单独部件，该单独部件测量所连接的电气装置的功耗并且将该信息包括于至中央服务器7的消息中。
[0069]
假设用户的家人正在度假并且突然他妻子怀疑自己是否将直发器一直接通。在这种情况下，用户可登录至他在中央服务器7上的用户账户，并请求他住宅中具有“接通”状态的所有电气装置的列表。替代地，该应用程序可能允许从下拉列表中选择装置，并专门获取所选装置的信息。在直发器仍接通的情况下，用户可能向直发器所连接的电气插座发送关掉命令。电气插座3中的可控开关允许用户从该特定的电气插座3关掉电源。
[0070]
另一种应用可能为，父母打算限制其孩子使用电子游戏装置或使用电视机。在这种情况下，用户可能将一些规则添加至策略数据库83。例如，这些规则可能限制孩子的电视机的用户的每天最长时间，或者限制在某个时间窗口使用。用以实现这些策略规则的一种可能方式是，插口以固定的间隔向策略数据库83发送所连接装置的标记，策略数据库处理器查询策略数据库是否包含所接收标记的规则；并且如果发现阻断电气装置的条件，那么策略处理器向相应电气插座发回控制信号并且使电气装置1与电源断开。
[0071]
类似地，其他用户位置的其他用户可能限制特定类型的电气装置的使用，例如风扇加热器的使用，该风扇加热器具有高功耗并还导致火灾风险的增加。在这种情况下，策略数据库83可能包括阻止特定类别的装置的规则。在用户已选择对某些类别的电气装置1实施策略规则，并且标记数据库84提供了标记数据库84中每一者的类别的情况下，策略处理器必须将所识别的装置1的类别相比于策略数据库83中的禁止类别。在策略数据库表明该电气装置属于不允许的类别的情况下，则策略处理器配置成向该正在被考虑的装置所连接的电气插座发送控制信号，并且使该装置与任何电力断开。
[0072]
在本发明的另一个方面，标记数据库84可能包括由第三方所提供的特殊信息，例如由电气装置1的制造商所提供的信息。该特殊信息可能包括关于使用该电气装置的警告。通过获取在其用户装置数据库中具有该特定电气装置的所有用户，中央处理器可能将该警告转发至受影响用户。类似地，第三方可能甚至将装置标志为待关掉，因为使用该装置的危险性很高使得该装置应立即关掉。在这种情况下，标记数据库处理器将针对所有受影响用户生成“关掉”控制信号，并且将此信号发送至所有用户的电气插座，或者仅发送至实际已选择该选项的用户，以关掉向危险装置供应电力的电气插座。
[0073]
在本实施例中，插入至电气插座3的电气装置1的所有信息，和任何其它信息储存于唯一中央服务器7上。不同用户的数据对于其他用户保持为不可见的，并且用户仅可看到
和编辑与其用户账号相关的数据。
[0074]
图2示出了第二实施例，其中插座功率数据库81和用户装置数据库82位于用户位置处的专用装置控制服务器8中。在本实施例中，不设置策略数据库83，而是该策略数据库可在装置控制服务器8中实现。也不存在标记数据库84，以证明可在不访问标记服务器的情况下实现装置控制系统的最小实施例。然而，这暗示着用户的更多工作，因为没有可用于所识别的电气装置的品牌和制造商的自动信息。
[0075]
在图2的实施例中，已选择了电力插座3的处理器30，处理器30具有足够的计算能力来执行电力插座3中的电气标记的计算。这具有这样的优点：例如，由于通过计算所连接电气装置的电气标记而实现的数据压缩，将例如与装置控制服务器8交换的数据量减少了大约10倍。类似地，在前述图1的具有中央服务器7的先前所描述的实施例中，还可使用具有集成电气标记计算的电气插座。在这种情况下，用以从取样数据计算电气标记的专用电气标记处理服务器为不必要的。
[0076]
本领域的技术人员应当理解，数据库81、82、83、84的位置可选择于任何位置，只要足够计算能力和存储器在某个位置为可用的。因此，例如，插座电力数据库81、用户装置数据库82和策略数据库可能在wi
‑
fi接入站5中实现，或者可能在用户控制装置(例如在平板电脑8)上实现。
[0077]
图3示出了电气插座3的硬件实施方式。电气插座以夹具连接至带电导体l、中性导体n，并且通常连接至接地导体e。在带电导体l和中性导体n之间，在电压作为基准电压vref转发至插座电力处理器30之前，分压器rl、r2将该电压减少至约3伏。霍尔效应传感器31感测由电气装置1的负载r所消耗的电流i。在放大器amp中，传感器信号归一化成无关于所消耗电流i的实际量值，该信号处于预限定电压范围内，使得样本和保持电路s&h可利用样本和保持电路s&h的整个取样范围。在取样之后，数据样本由电力插座处理器30进行处理，如下文进一步解释。电力插座处理器30的输出随后由发射器tx(例如，wi
‑
fi电路)传输至接收器(例如，wi
‑
fi接入站5)。电气插座可能包括接收器rx，接收器rx配置成接收发往电力插座的ip消息。这些接收的信号可能例如包括用于控制开关s的控制信号，该开关s与带电导体l连接以中断从带电导体至电气装置的负载r的电源。
[0078]
本发明通过分析特定电气装置特有的电气信号而识别电气装置。例如，分析该装置在交流电全时段内的功耗变化和分析由电气装置所引起的电流的高频电流波动。电气装置影响这些电信号的方式如同每个不同电气装置的指纹，该指纹允许电气装置能被识别。指纹对于特定制造商和型号的电气装置往往为相同的或至少类似的，从而在先前已知相同的制造商和型号的电气装置的情况下允许新电气装置被识别。为协助识别，创建了所测量电气信号的数学表示，该数学表示在下文中称为电气装置的电气标记。
[0079]
在本发明的一个实施例中，为确定电气装置的电学标记，电流传感器使用霍尔效应传感器在连接到电气装置的电源周围测量由电气装置(诸如灯泡、冰箱、收集充电器，或吹风机，等等)所消耗的电流。
[0080]
发明人已意识到，合适的电气标记可从电气信号的频域频谱中的一个或多个区分性且独特的特征来生成。发明人已发现，多种算法可用于从电气装置的频域频谱提取不同且独特的特征，这些特征可用于识别电气装置并且将其区别于其它电气装置。
[0081]
发明人已发现，用于从电气信号的频域频谱提取电气装置的一个或多个区分性且
独特的特征的特别合适算法包括，音频编码算法(其通常用于编码并压缩音频数据，诸如语音编码算法，该语音编码算法用于压缩语音以用于蜂窝网和互联网传输或用于语音识别)和音频特征提取算法(其通常用于从音频信号提取特性特征，使得它们可进行识别并分类)。这些算法将用作电气装置的电气标记的所编码数据量减少至用以唯一地识别电气装置所必需的那些特征。这使得它们对于减少必须在电气插座和服务器之间进行储存或传输的数据量为理想的。
[0082]
特别地，发明人已发现，语音编码算法为特别合适的，因为它们已知一段时间，并且软件库可用于仅利用低性能处理器而确定电气标记，该低性能处理器对于其中成本、尺寸和低功耗为重要考虑因素的电气插座来说是期望的。
[0083]
另外，能够在电气插座中的低性能处理器上生成电气标记意味着，无需将电气信号的样本发送至服务器上，这减少了通信带宽，例如防止了电袜网络(a network of electrical socks)占用住宅中有限的wifi带宽。相反，仅在电气插座中所计算的电气标记才需要通信至服务器。
[0084]
可能从频域频谱进行提取或确定的一个或多个特征可包括梅尔频率倒频系数(mel frequency cepstral coefficient,mfcc)、线性预测编码(linear predictive coding,lpc)系数、线性预测倒频系数(linear predictive cepstral coefficient,lpcc)和小波。
[0085]
以语音编码算法为例，存在语音编码技术(诸如线性预测编码(lpc)、波形编码和子带编码)的数种技术，这些技术基于人的发声轨迹的表征。
[0086]
图4示出了系统为获得连接至电气插座3的电气装置1的电子标记所执行的步骤。作为由电气装置所消耗的电流量值的函数，对于低功耗装置(诸如手机的充电器)，电流的量值将为低的，并且对于高功耗电器(例如吹风机或电加热器)，电流的量值将为高的。为此，第一步骤401中的电流传感器信号被归一化，例如被放大至接近预定电压水平的水平(例如通过具有可变增益的放大器)。这确保了，下一取样步骤可利用完整分辨率，而无关于由电气装置所消耗的电力量值。
[0087]
在第二步骤402，以适当的频率对电流传感器信号进行取样，以捕获对于处理和识别重要的所有必需的频率分量。根据奈奎斯特(nyquist)定理，取样频率必须为连续时间信号带宽的至少两倍，以避免混叠。对于语音传输来说，8khz为所选的典型取样频率，因为对于几乎所有扬声器的来说，所有重要语音能量包含在4khz以下的频率中。实验已经表明，类似于电气装置的识别，8khz的取样频率也为良好的选择以获得电气装置的足够可区别的电气标记。然而，本领域的技术人员应当理解，较高取样频率可能用于改善电气装置的识别质量。根据待实现的结果，本领域的技术人员将选择样本的适当分辨率。例如，为区别一个家庭中的所有电气装置，10至11位的分辨率将足够。为了外部数据库中的电气装置的自动识别，较高分辨率(例如15至16位)可能为必需的。
[0088]
在第三步骤403，电流样本然后分割成块进行处理。为生成电气装置的电气标记，块应包括交流波形的完整周期，该完整周期在其中干线电力为50hz频率的国家为20ms并且在其中干线电力为60hz频率的国家为24ms。优选地，块始终起始于一个周期的相同时间点，例如，在从负值到正值的零交叉点处开始。为确保这点，样本将取两个周期的长度，即，50hz干线电力样本取样40ms以确保每当取样过程开始时，取样信号块包括至少一个完整周期。
在取样块之间，检测完整周期的开始，并选择该完整周期的样本。在8khz取样频率和50hz干线电力的情况下，选择160个样本。
[0089]
众所周知，在常见语音编码算法中，预加重滤波器减小了功率谱的动态范围。预加重滤波器的主要目标是提升较高频率，以使频谱平坦化。这种预加重导致使用lpc的计算系数的更佳结果，并且当利用此类语音编码算法来生成电气标记时，也是如此。
[0090]
作为第四步骤404，lpc编码将利用语声检测器来将给定帧分类为有声或无声。为确定电气装置的电气标记，我们始终假设信号为有声的。因为有声语音具有集中于低频区域的能量，由于音调频率的较低值，所以在能量计算之前，通过对语音信号进行低通滤波，可获得更佳辨别。即，仅考虑低频分量的能量。出于确定电气标记的目的，已选择4000hz的带宽。迄今为止，所有测试电气装置在4000hz以上未产生明显信号，使得不需要较高带宽。
[0091]
在第五步骤405，确定信号的音调周期。对于男性语音信号，可能的音调频率范围通常见于在50hz和250hz之间，而对于女性，该范围通常落入120hz到500hz之间。关于周期，男性的范围为4ms至20ms，而女性为2ms至8ms。然而，当确定电气装置的电气标记时，发明人观察到，电气标记覆盖整个取样带宽的频率范围。
[0092]
许多技术已提出用于语音信号中音调周期的估计。关于电气装置的电气标记的确定，本发明利用自动关联方法。自动关联是，一个信号的两个样本之间的平均关联，这两个样本分隔τ个样本。
[0093]
在第六步骤406，预测系数通过使预测信号之间的均方误差最小化而确定，该预测信号在电气标记确定的情况下为最终电气标记和实际信号。已知为莱文森—德宾算法(levinson
‑
durbin algorithm)的有效算法用于从给定的语音波形估计线性预测系数。
[0094]
在语音编码算法中，参数的其中一者通常指示扬声器的音量，通常描述为增益计算。然而，这种额外信息对于识别电气装置为不必要的。如果需要关于实际电力消耗的信息，那么该信息可作为单独数据项进行传送。
[0095]
已发现，各自以十二至十六位所编码的八个至十二个参数提供了足够区分度的电气标记。本领域的技术人员应当理解，较高数量的参数和/或较高比特分辨率还可进一步改善这些电气标记的区分度。