具有低复杂度和低功耗的功率分配系统的制作方法

本发明涉及用于控制经由网络连接（例如局域网（LAN）连接）向负载元件（诸如——但不限于——照明系统的灯或照明器）分配功率的系统的领域。

背景技术：

智能对象是其主要功能是扩充有智能行为和通信能力的设备。许多日常设备可以通过在它们中嵌入某种智能而被更有效地或者以新的方式利用。这种趋势已经出现在用于家庭和办公室市场的一些照明产品中。示例是日光感测或存在检测。这些是将若干对象与通信能力组合并且使它们不只是其部件的总和的简单示例。随着越来越多的设备将配备有微处理器和通信能力，将涌现更复杂的设备间行为。

为了控制照明器或其它负载设备，当今非常常见的是从（中央）控制器向照明器发送控制信号。例如，数字可寻址照明接口（DALI）和数字复用（DMX）是从灯控制器向照明器发送用于例如调光的命令的完全公知的协议。DALI或DMX信号通过导线被分配到照明器，并且照明器通过单独且不同的导线连接到市电。

用于新通信支柱的非常可能的候选者是因特网，其通过以太网或其它LAN联网启用。以太网具有以下主要优点：其无所不在，并且由于所涉及的巨大体积，为设备配备以太网通信构件可以以低成本容易地进行。以太网在1975年左右由Xerox开发并且后来历经多次升级和改进。自以太网向公知的8P8C/10BASE-T（或RJ45）连接器和布线过渡以来，其已经享有与较旧设备的完全后向兼容性。由于与该技术兼容的大量设备，这种形式的以太网被料想存活更多年。

以太网网络上的大多数业务由互联网协议（IP）分组组成。在1981年左右标准化到RFC 791中的互联网协议是当今因特网的支柱。它允许分组以高效且鲁棒的方式在该网络上行进。越来越多的设备正在加入因特网，并且它们中的大多数不是传统个人计算机（PC）或膝上型计算机。手机革命将通信设备放到每一个人的口袋里。当前的智能电话革命将每一个人永久地连接到因特网。这意味着每一个人都携带可以以若干方式与我们周围的智能对象交互的设备。

对以太网的非常令人感兴趣的最新添加是还通过以太网线缆递送DC功率的能力，同时保持与不利用此功能的装备完全兼容。在2003年首次标准化的IEEE 802.3af标准允许以太网设备的高达15W的消耗。在2009年开发的第二标准将该消耗推到25W的功率。该保守限制的原因是期望与厚线缆捆兼容。对于一些使用情况，这不是要求，并且制造商已经创建了更高功率的以太网供电（PoE）扩展。电源制造商甚至正在供应递送每以太网端口高达95W的产品或在单个以太网线缆之上具有高达200W的功率输送能力的功率模块。对PoE的这些高功率扩展（不是符合任何IEEE标准，而是通常提供一定水平的兼容性）大部分用于新兴应用，诸如PoE膝上型计算机、电视和高性能相机。尽管这样的功率水平显然要求关于线缆布局的考虑，但是其提供直接从以太网开关为甚至大功率的照明器供电的潜力。

PoE是向设备输送功率和数据的标准化方式。PoE日益用于例如监控相机、IP语音（VoIP）电话、计算机监视器乃至照明器。它可以用于所有种类的低功率负载，比如照明装备（传感器、开关、光源等）或娱乐器具，比如有源扬声器、互联网收音机、DVD播放器、机顶盒乃至电视机。这样的优点在于功率和控制数据通过相同线缆传输。这意味着不必安装用于功率和用于数据的单独线缆（就像如果数据由例如DALI提供的情况一样）。对于PoE，可以使用Cat5线缆。这些线缆一般以多种多样的长度并且以非常低的成本可用。可替换地，可以使用Cat6或Cat7线缆。

大多数PoE开关提供了根据简单网络管理协议（SNMP）通过命令管理端口的可能性。SNMP实现了例如以下功能：

– 接通和关断特定端口；

– 测量PoE设备正在从特定端口汲取的功率；以及

– 设置定时器以在给定时间接通/关断端口。

图1示出PoE照明设施的示意性架构。两组N个照明器10-1至20-N和22-1至22-N连接到相应PoE开关10、12，并且数据（以太网）和功率（PoE）通过Cat5线缆（或任何其它多导线线缆）从PoE开关10、12传输至每一个照明器。N可以是任何值，典型地N可以在4至48的范围中。在图1的示例中，经由供电电网110向PoE开关10、12供给功率，并且经由以太网连接或总线120在每一个PoE开关处提供有线以太网。然而，还可以经由无线连接提供因特网连接。在图1中，两个PoE开关10、12通过Cat5线缆呈菊花链式链接以向每一个PoE开关10、12提供以太网。任一个PoE开关使其相应的照明器20-1至20-N或22-1至22-N连接到它，但是这还可以是照明器和其它PoE设备的组合。在图1中的示例中，存在连接成检测例如日光的占用或存在的两个传感器30、32。传感器30、32可以向特定照明器子集给出命令，例如以在检测到存在时接通。

图2示出具有PoE开关10、照明器20-1至20-N和用户接口（UI）40的图1的PoE照明系统的更详细的架构。类似的架构例如公开在WO 2012/028981 A1中。在一个照明器20-1中示出驱动器202。其它照明器的驱动器未示出。在PoE开关10中，指示了电源单元（PSU）102。每一个照明器20-1至20-N和22-1至22-N包含驱动器202以向（多个）光源施加正确的电流和电压，该光源可以是发光二极管（LED）、经磷光体转换的LED、有机LED（OLED）、激光二极管、经磷光体转换的激光二极管、荧光灯、卤素灯、高强度放电（HID）灯和/或超高性能（UHP）灯。驱动器202一般可以是可调光的，并且可以根据其从UI 40接收的信号进行调光。而且接通和关断灯可以通过经由以太网连接提供的数据来控制。UI 40可以是经由以太网连接到PoE开关10、12并且运行适当的软件以生成针对照明器20-1至20-N的命令（例如调光、接通和关断等）的PC。

可替换地，UI 40可以是经由以太网连接120提供针对照明器20-1至20-N的控制数据的专用设备（例如面板）。

IP受控照明器20-1至20-N提供了许多优点，如以上所描述的。然而，由于在每一个照明器中对以太网的需要的缘故，成本是高的。此外，当照明器20-1至20-N关断时，在系统中仍旧存在某种功耗，因为以太网在每一个照明器中仍旧是活跃的并且因为PoE开关10中的PSU 102仍旧接通。

另外的缺点是必须容纳在照明器20-1至20-N中的驱动器202的尺寸。对于一些照明器类型，该尺寸不成问题，但是对于一些照明器类型，小型化是有价值的驱动因素。

US 2010/0171602 A1公开了一种管理代理，其能够访问负载共享构件、功率计、数字电子通信开关的功率输出控制电路，并且具有管理开关中的开关电路的功率的能力。功率计使得管理代理能够标识由被启用和操作中的开关电路消耗的功率。该信息（加上经由PoE分派到每一个端口的功率的知识）和指定功率分派偏好的策略信息被用在双程功率管理方法中。

技术实现要素：

本发明的目的是实现一种具有低复杂度和低功耗的基于LAN的功率分配控制系统，其能够开关各个负载设备。

该目的通过如权利要求1中所要求保护的控制设备、如权利要求8中所要求保护的负载设备、如权利要求9中所要求保护的系统、如权利要求11中所要求保护的方法以及如权利要求14中所要求保护的计算机程序产品实现。

因此，具有低复杂度的负载设备（例如照明器等）可以被提供并且经由LAN连接（例如通过PoE）供电而不以IP节点为特征。这是具有吸引力的，因为利用这样的系统，基于LAN的电源的降低的安装努力和复杂性可以同样应用于不要求高级控制的设施。这可以通过使用一些网络开关所具有的网络管理协议能力来实现。另外，当仅要求受控负载设备的最小功能性时，可以实现功率分配系统的小尺寸和低功耗。特别地，当受控负载设备关断时可以降低功耗。而且，照明器的尺寸可以最小化，因为不需要实现智能。

根据第一方面，网络开关可以通过采用网络扫描和探查网络管理协议兼容的网络开关的缓存表中的自身网络地址来发现。由此，可以实现针对功率分配控制的网络开关的自动检测。

根据可以与以上第一方面组合的第二方面，所选LAN端口可以通过检查所述发现的网络开关的可用LAN端口的哪些二层地址缓存表（例如MAC地址缓存表或查找表）为空或者不具有链接来发现。这些发现的LAN端口（即其地址）然后可以存储在控制设备的查找表中。因此，可以提供用于功率分配控制系统的自动调试的简单且直接的方案。当负载设备（例如照明器）和控制设备（例如传感器）连接到相同开关时，它们自动彼此配对。

根据可以与以上第一或第二方面组合的第三方面，控制设备包括壁式开关或用于检测人的存在并且响应于检测结果而发起功率开关操作的传感器，或用于手动发起所述功率开关操作的用户接口，或用于基于传感器输入控制照明的建筑物管理系统。这允许针对所提出的低复杂度、低功率和低尺寸功率分配控制系统的宽广范围的实现方式。

根据可以与以上第一至第三方面中的至少一个组合的第四方面，网络开关可以是中跨设备。由此，控制设备不需要在其端口处提供LAN功能性，使得可以进一步降低整个功率分配控制系统的复杂性的功耗。

根据可以与第一至第四方面中的至少一个组合的第五方面，网络开关可以适于在所有其LAN端口关断的情况下关断主电源单元。这允许功耗的甚至进一步的降低。

要指出的是，控制设备可以基于具有分立硬件组件、集成芯片或芯片模块的布置的分立硬件电路或基于由存储在存储器中、写入在计算机可读介质上或者从诸如因特网之类的网络下载的软件例程或程序控制的信号处理设备或芯片而实现。

应当理解的是，权利要求1的控制设备、权利要求8的负载设备、权利要求9的系统、权利要求11的方法和权利要求14的计算机程序产品具有类似和/或等同的优选实施例，特别地如从属权利要求中所限定的。

应当理解的是，本发明的优选实施例还可以是从属权利要求或以上实施例与相应独立权利要求的任何组合。

本发明的这些和其它方面将从以下描述的实施例显现，并且将参照以下描述的实施例进行阐述。

附图说明

在以下附图中：

图1示出菊花链式PoE照明设施的示意性架构，

图2示出图1的PoE照明设施的更详细的示意性框图，

图3示出根据第一实施例的功率分配控制系统的示意性框图，以及

图4示出根据第二实施例的自动系统配置过程的流程图。

具体实施方式

现在基于用于照明系统的功率分配控制系统来描述本发明的实施例，其中各个照明器由至少一个SNMP受控PoE开关接通。

针对所提出的实施例的基础在于PoE不必与IP控制组合。PoE标准具体地设计成允许PoE在没有任何IP控制的情况下或者在甚至完全没有以太网数据的情况下使用。这意味着装备可以在没有IP节点的相关联的成本、复杂性和功耗的情况下利用PoE，从而节省微控制器和以太网收发器。在以下实施例中，提供作为所谓的“哑灯”的低成本照明器，其不以智能或通信构件为特征，并且提出具有这些种类的照明器的功能照明系统。

必须实现的最小量的控制是能够接通或关断哑灯。利用PoE，可以开关到PoE开关的市电供给，但是这在PoE照明系统中不是所期望的。这具有接通/关断连接到该开关的所有照明器的效果。然而，这还将破坏连接到该开关的所有设备的数据链路。因此，应当可能的是开关各个照明器并且还将要求连续数据链路的设备连接到开关。另外，开关过程可能太缓慢。在应用市电之后，使灯接通可能花费超过1分钟。原因在于PoE认证可能花费高达2s，并且逐个端口地进行。

根据各种实施例，所提出的功率分配控制系统仅包括PoE照明器（即哑灯）并且使用传感器或UI元件作为控制元件以发布简单网络管理协议（SNMP）命令来控制照明。SNMP是用于控制各种网络装备的协议。它例如被网络管理员用于确定使用开关上的哪些端口以及甚至哪些介质访问控制（MAC）地址与该端口相关联。SNMP是在高端专业开关上提供的共同特征。

使用SNMP不是控制照明的仅有方式。在此它仅作为示例来描述。由开关或中跨理解的任何协议将足以达成相同目的。

另外，提出控制设备与哑仅PoE照明器之间的自动调试。所要求的链路可以自动形成在位于相同网络开关（即PoE开关）上的设备之间。为了实现这一点，通过利用SNMP来接通和关断PoE开关的各个端口。

图3示出根据第一实施例的功率分配控制系统的示意性框图，其具有没有任何显著的处理和/或通信能力的示例性数目的四个哑灯60-1至60-4。哑灯60-1至60-4由PoE供电，但是不拥有除经由PoE输送功率（这可以嵌入在PoE功率分配集成电路中）所必需的之外的任何显著的处理/通信能力。当通过PoE施加电压时，它们将接通，并且当不存在功率时，显然它们将关断。

哑灯60-1至60-4或其它种类的哑负载连接到PoE开关50。在PoE开关50上，一个或多个控制器（即接通/关断开关）56设有IP节点功能性和SNMP能力。另外，向端口55-1至55-4供给数据和功率经由二层网络开关54基于相应MAC地址而实现。经由到因特网的连接130来提供用于IP上行链路业务的上行链路端口（UL）58。

功率分配控制系统自动工作，使得触发连接到PoE开关50的以太网端口P5的灯开关70（即照明控制开关或照明控制器）禁用功率从主电源单元（PSU）52经由PoE连接P向不包含IP节点的PoE开关50的那些端口（P1至P4）55-1至55-4的供给。因此，哑灯60-1至60-4连接到那些端口。

灯开关70经由PoE连接P被供电，并且经由以太网数据连接D向PoE开关50发送命令以接通和关断特定端口。灯开关70可以实现为简单的壁式开关或者连接到与PoE开关50相同的以太网网络的传感器，并且当检测到人存在时可以接通和关断哑灯60-1至60-4中的特定个体或全部。这可以通过向PoE开关50发送命令以接通和关断PoE端口55-1至55-4中的特定个体或全部来进行。

作为可替换的选项，灯开关70可以实现为适于手动关断PoE端口55-1至55-4中的特定个体或全部的UI。

作为另外的选项，灯开关70可以实现为建筑物管理系统，其从传感器和其它设备得到输入并且使控制照明的程序运行（例如取决于日时、星期几）。

为了实现这一点，灯开关70的IP节点必须能够弄清楚其连接到的PoE开关50的IP地址。如果它知晓其连接到的PoE开关50的IP地址，那么灯开关70的IP节点可以使用SNMP来启用或禁用到哑负载的功率。还需要知晓PoE开关50的哪个端口（即图3中的P1至P4）具有连接到此的哑PoE灯，以及哪个端口（即图3中的P5）具有连接到此的完整IP节点。应当仅开关端口P1至P4处的哑节点。

因此，灯开关70能够每PoE端口单独地启用/禁用PoE电源并且经由SNMP查询MAC地址查找表。更具体地，灯开关70可以通过采用IP网络扫描并且探查SNMP兼容的网络开关的缓存表中的其自身MAC地址来发现其连接到什么PoE开关。此外，灯开关70可以发现当灯开关70被触发时开关的哪些PoE端口应当被接通/关断的方式是通过检查某个PoE端口的哪些MAC缓存表为空而同时PoE设备存在于另一侧上来实现的。一种可替换方案是简单地寻找不具有链接或具有空MAC缓存表的PoE端口。

PoE开关50可以借助于中跨实现，该中跨然后可以借助于SNMP命令来进行管理以便允许针对某些端口的通电/断电控制。中跨包含没有任何数据交换功能性的PoE的功率系列（power train）。当PoE开关50是开关时，它通常被称为端跨或端点。否则，如果它为在不具有PoE能力的开关与PoE设备之间的居间设备，其被称为中跨。例如，外部PoE注入器是中跨设备。中跨不向其端口提供以太网。如果与开关相结合地使用，它允许数据连接。这提供进一步的成本降低和进一步的功率降低的优点。另一方面，PoE开关组合这些功能，提供数据和功率二者。这提供以下优点：低成本照明器（仅接通/关断功能性）可以与具有智能并且接收实现所有种类的高级特征（例如调光）的以太网命令的常规照明器组合。

在第一实施例的修改中，PoE开关50可以适于接通和关断其主PSU（电源单元）。如果所有端口P1至P5被关断，主PSU 52可以被关断，以便降低备用功率。此外，PoE开关50可以具有辅助PSU（在图3中未示出），其具有用于微处理器的较低的电压和较低的功率。该PSU将保持接通以接收接通主PSU 52的命令。

图4示出根据第二实施例的自动系统配置过程的流程图，其中照明控制设备（例如图3的灯开关70）根据SNMP协议利用命令来控制PoE开关的PoE端口。

该过程在步骤S400中开始。首先，照明控制设备的IP节点必须找出其连接到的PoE开关的IP地址。在步骤S401中，该节点将从动态主机配置协议（DHCP）服务器接收IP地址和网络掩码并且然后可以扫描其子网的所有IP地址以找到提供SNMP的主机。DHCP是用在IP网络上的标准化联网协议，其动态地配置IP地址和因特网通信所需的其它信息。DHCP允许计算机和其它设备自动地从中央DHCP服务器接收IP地址，从而减少对网络管理员或用户而言必须手动配置这些设置的需要。

在下一步骤S402中，照明控制设备的IP节点确定提供SNMP的主机是否是开关以及照明控制器的IP节点是否连接到该开关。这可以通过查询针对每一个网络端口存储哪些MAC地址来进行。不是开关的SNMP主机将不具有与网络开关的MAC列表相关联的寄存器。在步骤S403中，照明控制器的IP节点检查是否已经在寄存器之一中找到其MAC地址。如果在步骤S403中没有找到IP地址，过程跳回到步骤S401并且重复扫描过程。作为可替换方案，过程可以在此停止。否则，如果已经在步骤S403中找到相关IP地址，照明控制器已经发现其连接到的PoE开关的SNMP节点的IP地址，并且过程继续到步骤S404以找出应当接通/关断PoE开关上的哪些端口。

既然照明控制器知晓其连接到的开关上的SNMP节点的IP地址，它可以在步骤S404中监视所发现的PoE开关维护的MAC列表。没有相关联的MAC地址的端口未被连接，或者仅包含没有IP能力的PoE装备。在下一步骤S405中，照明控制器检查是否已经找到没有相关联的MAC地址的（多个）端口。如果没有找到，过程跳回到步骤S404并且重复监视过程。作为可替换方案，过程可以在此停止。如果照明控制器在步骤S405中确定已经找到没有相关联的MAC地址的至少一个端口，过程继续到步骤S406并且所检测到的端口被记住（例如存储在查找表中）以用于随后的开关操作，并且功率分配控制系统现在配置用于适当操作。在步骤S407中，过程结束。

图4的以上过程，即找到连接到的开关的IP地址以及找出哪些端口包含哑灯，可以通过在照明控制器的IP节点上使用标准SNMP命令而在软件中实现。

利用以上实施例，当仅要求受控负载设备的最小功能性时，可以实现功率分配系统的低复杂度、小尺寸和低功耗。特别地，当受控负载设备关断时，功耗降低。而且，照明器的尺寸可以最小化，因为不需要实现智能。然而，照明器和PoE开关仍旧与更高级的PoE照明系统兼容。这例如在其中不需要高级控制的任何情形中是有益的。其可以与智能照明器无缝地组合。

总结来说，已经描述了一种用于控制经由LAN连接向负载元件分配功率的系统。低成本照明器或其它负载元件可以经由LAN连接来供电（例如通过以太网供电（PoE））而没有以互联网协议（IP）节点为特征。这是具有吸引力的，因为利用这样的系统，PoE的安装成本下降益处同样可以适用于不要求高级控制的设施。这意味着为了接通或关断它们，必须启用或禁用开关的LAN端口上的电源。当负载元件和负载控制器（例如照明控制器或灯开关）连接到相同开关时，它们自动彼此配对。这可以通过使用一些网络开关所具有的网络管理协议能力来实现。这允许容易的安装和自动直观的调试。

虽然已经在附图和前述描述中详细说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述要被视为是说明性或示例性的而非限制性的。本发明不限于具有作为负载设备的灯或照明器的所公开的实施例。其可以关于用于DC分配网络的任何类型的负载设备而实现，诸如所有种类的低功率负载，比如照明装备（传感器、开关、光源等）或娱乐器具，比如有源扬声器、互联网收音机、DVD播放器、机顶盒乃至电视（TV）机。

所提出的控制系统可以用于实现到PoE照明网络中的最小控制特征。它将基于物理网络基础设施而提供简单的接通/关断功能性和自动调试。

本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研究附图、公开内容和随附权利要求，可以理解和实现对所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”不排除多个。单个处理器或其它单元可以履行权利要求中叙述的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实不指示这些措施的组合不能用于获益。

前述描述详述了本发明的某些实施例。然而，将领会到的是，无论前文在文本上看起来多么详细，本发明都可以以许多方式实践，并且因而不限于所公开的实施例。应当指出的是，当描述本发明的某些特征或方面时特定术语的使用不应当理解为暗示该术语在本文中被重定义成限于包括该术语与其相关联的本发明的特征或方面的任何具体特性。

单个单元或设备可以履行权利要求中叙述的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实不指示这些措施的组合不能用于获益。

比如在图4中指示的操作那样的所描述的操作可以实现为计算机程序的程序代码构件和/或实现为专用硬件。计算机程序可以存储/分布在与其它硬件一起或者作为其部分而供应的合适的介质上，诸如光学存储介质或固态介质，但是还可以以其它形式分布，诸如经由因特网或其它有线或无线电信系统。