专利名称：家用设备网络的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及连接到交流(AC)电力线的装置，更具体地讲，涉及在无线电话装置、因特网装置和家用设备之间交换信息。
背景技术：
人们对与连接到AC电力线的装置交换信息兴趣极大。更具体地讲，用户想要远程控制并检测家用设备。目前，通过电力线发送和接收计算机、电视和电话信号是可能的。将来，用户还想能够在离家期间监视和控制恒温器、冰箱、电炉、照明装置、加热和冷却系统等等。
在这些配置中，一个或者多个设备，例如个人电脑、电视机、电话、立体声系统会连接到AC电力线以接收电力，可使用电力线通信(PLC)适配器来接收和发送信息信号。PLC适配器可嵌入设备中，以便从AC电力线提取信息信号。
多数描述电力线通信网络的现有技术文献主要关心电力线通信(PLC)协议的物理层规范。例如，现有技术集中在调制器、解调器、变换器、滤波器、信号检测器、同步器等方面。
此外，多数现有技术系统只允许同种设备之间通信，或者与特定一类设备的通信，例如，只在电话之间通信，只在音频监视器之间通信，只与NTSC类型的设备通信等等。
于1998年7月7日授予Patel等人的题为“电力线通信系统的远程控制装置”的美国专利NO.5777545描述了一种使用脉冲编码调制的电力线通信系统的远程控制装置。
于1998年9月8日授予Patel等人的题为“适于电力线通信的装置”的美国专利NO.5805053描述了一种通过电力线互相发送和接收信息的电气设备。该装置使用了变压器、带通滤波器和放大器以及整形器。
于2000年7月4日授予C1arey等人的题为“具有可由经电力线传输的信号远程复位的断路器的配电系统”的美国专利NO.6084758描述了一种配电系统，其中位于负荷中心的断路器由使用诸如X10或者CEBus系统的电力线通信系统的自动开关远程复位。产生复位信号的远程主控单元最好通过插入到远离受影响的负荷中心的可达到位置来连接到未受影响的分支电路。自动开关可以由主控单元单别地或者全局地访问。
于2001年4月17日授予Asghar等人的题为“具有通过直接序列扩频码识别的节点的家用设备网络”的美国专利NO.6218931描述了一种网络接口，该网络接口把家用设备连接到码分多址(CDMA)网络中，以传送设备控制和状态信号。扩频码发生器产生编码，扩频混频器用扩频码调制窄带传输信号，然后将该信号耦合到网络的物理媒体中。
于2001年6月12日授予Bullock等人的题为“利用电力线转换和分配输入无线电话信号”的美国专利NO.6246868描述了一种系统，其中公开了无线信号通过AC电力线接收、转换，并分配到建筑物、办公室或者综合性建筑内的一个或者多个电话通信设备。该系统用于接收PC、蜂窝和/或卫星通信信号，并提供通常可获得的标准电话设备的接口。通过使用电力线载波信道，可以访问远离标准电话配线的电话设备。而且，通过经电力线分配这种接收到的无线信号，就可以将多个电话设备用于接收所分配的信号。此外，该系统允许以前安装的电话通过无线通信设备通信并与其通信。该系统只关心分配电话信号，没有解决控制各种非电话家用设备以及与之通信的普遍问题，以及获取有关这些设备的状态信息的问题，这是一个局限。
于2001年9月11日授予Hoctor等人的题为“用于电力线通信(PLC)的装置和方法”的美国专利NO.6288632提供一种发射机，它通过电力线广播用于传递信息的信号，该信号包括一个超集，该超集包括若干信号音集合。具体讲，这些信号音集合的信号的特征在于具有一个谐波间隔内的主瓣的频谱形状。每个不同的信号音集合有一个主瓣。
最近，IBM已经描述了一种称之为业务管理框架的软件工具包，这个工具包的设计完全符合OSGI(首创的开放式业务网关)规范。OSGI规范是开放式工业标准，用于将“智能装置”连接到因特网，所述“智能设备”包括从家用设备和机顶盒到游戏机和医疗设备的各种各样的设备。这样，可以对所连接的设备进行远程操作。但是，该工具包没有解决只与电力线有连接的设备的普遍问题。
因此，需要一种系统、方法和网络，使远程用户能够与只与电力线网络有电连接的各种设备通信并控制它们。
发明公开一种网络，使远程用户能够与仅与电力线网络有电连接的各种设备通信并对其进行控制。在混合网络中，只有进行正确的消息映射，才可获得不同网络域之间的通信。消息映射要求根据标识不同网络的协议规范确定正确的帧转换。本发明包括一种在由用户输入到远程访问设备中的应用层信息和相关的物理层电力线通信帧之间作双向转换的方法。
附图简要说明
图1是根据本发明的家用设备网络框图；图2是根据本发明的应用层电力线通信帧的框图；以及图3是根据本发明的应用层电力线通信帧和物理层电力线网络帧之间的转换框图。
实现本发明的最佳模式网络结构图1显示根据本发明的家用设备网络100。网络100的主要目的是允许用户使用远程访问设备控制家用设备并与其交换信息。电力线通信接口(PLCI)120结合了至少两个独立的和不同的包括根据本发明的家用设备网100的子网局域AC电力线网络(PLN)103与电话通信网101，或者局域AC电力线网络103与例如因特网的广域异种通信网102。
电话网101可以包括普通老式电话业务(POTS)以及远程访问设备111，例如蜂窝电话。因特网102的结构和操作是周知的。应该理解，可以从世界范围内访问因特网。家庭104用的AC电力线网络(PLN)103也是周知的。家用设备131-134连接到PLN 103。
此后，术语“家用设备”广义地用于表示连接到AC PLN 103并包括设备适配器140的任何电力线通信设备(PLCD)。设备适配器140经配置，在PLN 103上使用PLN帧接收141和发送142信息。更详细的描述如下。作为本发明的一个特征，PLCD所要求的唯一的电连接是到PLN 103的连接，虽然应理解，例如电视的某些设备也可以有其它连接，例如到有线电视网络的连接，不过本发明不关心这种其它的电连接。
PLCI 120包括电力线网络适配器(PLNA)126，信号音到电力线通信(PLC)帧映射单元(TMU)122和显示页服务器(PPS)124。该系统还包括使用图形用户界面129的电力线通信适配器PLCA 128以及由在家的用户访问的外部编程功能。
如图1所示，所有网络单元通过PLCA 128相连。PLCI 120在TMU122和PLNA 126之间，以及PPS 124和PLNA 126之间作为网桥工作。PLCA 128还可以执行和远程访问设备111一样的功能，因此包括I/O接口129。例如，系统100的用户可以在家104中设置并检测设备属性。
电力线通信帧TMU 122在信号音频率及由用户输入到远程访问设备111的语音命令与如图2和图3所示的PLC帧200之间作转换。PLC帧独立于PLN 103的物理特性，因此可以视为与网络100的应用层兼容。PLNA128可以把PLC帧200映射到下述的PLN帧310。PLN帧依赖于PLN103的物理层。
根据本发明的各应用层PLC帧包括验证码字段201，如下描述，它可以是ESN(电子系列号)或者个人用户标识。在操作字段210中，PLC帧分成两类从连接到网络103的PLC设备读取设备值的帧，以及将值写入网络103中PLC设备的帧。例如，电话键盘上的输入“1”映射到“读”操作211，输入“2”映射到“写”操作212。
设备ID字段(Z)220从连接到PLC网络103的家用设备131-134中选择一个特定设备。PLC设备131-134中的每一类，灯、电视机、空调器、安全设备等具有一组相关属性，例如开/关状态、温度调节设置、定时器设置等。家庭104可能有几个同样的PLC设备的情况，例如位于不同位置的微波炉。因此，为了彼此独立地控制这些设备，可以将位置ID(P)输入字段230。对象属性字段(Q)240指定要读或者要写的特定装置属性，并且属性值字段(R)250包含要读或者要写的值，例如78(度)。
电力线网络帧如图3所示，PLCA 128把PLC帧200转换为PLN帧310。每个读操作或者写操作被插入PLN帧的业务代码字段(SC)311。PLN帧300还包括源ID 312、目的地ID 313、字节计数器(BC)314、对象属性代码(OPC)315以及如果操作是写操作，则要写入到设备中的值(净荷)316。取决于操作和待写入或者读出的数据值，帧长可以改变，所以需要字节计数字段314。FCC 317字段提供前向纠错码。
PLNA 126在PLN 103上广播PLN帧，并等候来自PLCD 131-134中相关的一个PLCD的响应。如果PLCI 120不包括PLCA 128，则帧转换功能300可由TMU 122和/或PLNA 126执行。如果通过因特网102通信，则帧转换功能300可由PPS 124和/或PLNA 126执行，或者完全在PPS 124中完成。把TMU和PPS功能移到远程访问设备111中也是可能的。在这种情形下，通过从远程访问设备111上可用的菜单作正确的选择，在远程访问设备111上产生帧并转换成PLN 310帧，然后将该PLN帧发送到PLNA 126。
网络协议电话网101可以使用任何标准协议，包括双音多频(DTMF)信号(按钮音)用于信令目的，以及CDMA用作信道112上的载波协议。PLNA 126和PLCA 128之间的线路114可以使用RS-232或红外信令。线路132上的协议使用电力线通信协议(PLCP)，该协议在下面作更详细的描述。
在PLCP中，PLNA 126将帧310发送到PLN 103，并等候来自接收该帧的设备131-134的响应和结果。响应信息是由PLC设备发回PLNA 126的确认(ACK)分组。如果PLNA没有在规定时间间隔内，例如几毫秒内，收到来自PLC设备131-134的ACK分组，则视为未确认。可能有必要从PLNA把同一帧向PLC设备发送几次，或者直到收到来自该设备的ACK。在ACK分组之后，PLC设备发送第二帧即“结果帧”。该“结果帧”包括由“读自”操作返回的值。
网络操作在网络100操作期间，用户可以与家用设备131-134交换数据。所交换的数据可能包括状态信息、设备设置以及命令。状态和设置信息可以包括例如温度读取值和温度调节设置。其它状态信息可能包括开/关状态和定时器信息、以及命令开关特定设备、启动记录功能等。
用户验证用户可以通过拨打与PLCI 120相关的家庭电话号码以启动操作。仅当用户验证成功时连接才建立。在移动电话网中，用户验证涉及一组功能，这组功能用于防止通过使用伪造的移动标识(MIN)和电子系列号(ESN)信息非法编程的电话来对网络101进行欺诈性访问。当可以证明移动电话111中独立计算的结果和网络101中独立计算的结果相同时，成功的验证结果就出现了。如果远程访问设备111不是蜂窝电话，验证可以基于使用存储在TMU或者PLCA中的预定的登记的个人用户标识登录。注意，ESN或者用户标识还可以为TMU或者PLCA所知，以便对PLCI 120的访问只限于预定的访问设备。
TMU 122具有一些与标准电话机能力集相同的能力。也就是说，TMU可以在检测到铃声信号时“摘机”。也就是，激活访问设备和TMU，使用户能够与PLCI 120通信。
在构造好应用层PLC帧200之后，TMU 122把该帧发给PLCA128，PLCA把PLC帧200转换成用在PLN 103的线路132上的合适的PLN帧310。注意，作为一个特性，PLCI 120可以用于任意数量的PLC协议，因为PLC帧200在应用级构造，独立于PLC网103的物理层。这样，只有PLNA 126需要知道PLC网络103是如何实现的，例如，使用60赫兹110伏或者50赫兹220伏，或者使用特定的调制技术，用于在电力线上提供载波信号。类似地，PLCI 120对电话网101的结构和协议不敏感，除了TMU 122。这样，PLCI 120提供适应任何地方的通用应用级接口，这与特定于特定物理层协议的现有技术家庭网络不同。
响应对帧的广播，相关PLC设备适配器140处理在该帧中指定的读/写操作。在读操作情形下，PLC设备构造结构相似的PLC响应帧，该响应帧传回TMU 122，并且TMU把该帧映射成可由PLC访问设备111查看或收听的信号。例如，温度读数或者定时器值可以转换成文本、音频信号或图形输出。
因特网接入在备选实施例中，远程访问设备111包括对因特网浏览器的支持，以及PPS 124具有因特网地址。例如，访问设备是具有标准因特网功能的个人计算机或无线设备，例如蜂窝电话，PDA等。远程访问设备111还可以为每种类型的家用设备存储显示页模板。在网络103中检测到新的PLC设备时，构造具有适当的控制按钮的新显示页。由PPS 124维护的所有有效显示页通过PLA或者PLCA定期更新。任何显示页可以随时“上载”到PLC远程访问设备111。用户可以浏览任何设备的显示页，并且如上述那样执行读写操作，不过目前使用图形用户界面。
尽管本发明通过最佳实施例的示例作了描述，但要理解，在本发明的精神和范围之内本发明可以作各种变化和修改。因此，所附权利要求的目的是覆盖在本发明真正精神和范围内的所有这样的变化和修改。
权利要求
1.一种家用设备网络，包括电话通信网络，用于与远程访问设备通信；交流电力线网络，通过设备适配器连接到电力线通信设备；电力线通信接口，经配置用于在应用层电力线通信帧和物理层电力线网络通信帧之间进行转换，所述应用层电力线通信帧在所述电话通信网络上所述远程访问设备和所述电力线通信接口之间传递，以及所述物理层电力线网络通信帧在所述电力线网络上所述电力线通信接口和所述设备适配器之间传递。
2.如权利要求1所述的网络，其特征在于所述远程访问设备是无线电话，该无线电话包括用于产生并显示所述应用层电力线通信帧的图形用户界面。
3.如权利要求1所述的网络，其特征在于还包括信号音到电力线通信帧映射单元，它把信号音频率和由用户输入到所述远程访问设备的语音命令转换成所述应用层电力线通信帧。
4.如权利要求1所述的网络，其特征在于所述应用层电力线通信帧独立于所述电力线网络的物理特性，并且所述电力线网络帧依赖于所述电力线网络的物理特性。
5.如权利要求1所述的网络，其特征在于各应用层电力线通信帧还包括验证字段；操作字段；设备ID字段；位置ID字段；对象属性字段；以及属性值字段。
6.如权利要求1所述的网络，其特征在于各物理层电力线网络通信帧还包括业务代码字段；源ID；目的地ID；字节计数器；对象属性代码；以及净荷值。
7.如权利要求1所述的网络，其特征在于第一应用层电力线通信帧由所述远程访问设备产生，所述电力线通信接口把所述第一应用层电力线通信帧转换成第一物理层电力线网络通信帧，并且作为对所述第一物理层电力线网络通信帧的响应，所述设备适配器产生第二物理层电力线网络通信帧，以及所述电力线通信接口把所述第二物理层电力线网络通信帧转换成用于所述远程访问设备的第二应用层电力线通信帧。
8.如权利要求1所述的网络，还包括广域网，其特征在于所述远程访问设备通过显示页服务器与所述电力线通信接口通信。
全文摘要
一种网络，使远程用户能够与仅与电力线网络有电连接的各种设备通信并对这些设备进行控制。在混合网络中，只有进行了正确的消息映射，才可获得不同网络域之间的通信。消息映射要求基于标识不同网络的协议规范确定正确的帧转换。本发明包括一种在由用户输入到远程访问设备中的应用层信息和相关的物理层电力线通信帧之间作双向转换的方法。
文档编号H04L29/10GK1491492SQ02804549
公开日2004年4月21日 申请日期2002年12月4日 优先权日2001年12月6日
发明者Z·萨希诺格鲁, G·方, Z 萨希诺格鲁 申请人:三菱电机株式会社