照明ネットワークにおける無線制御システム及び方法

专利摘要:
本発明は、主に、照明ネットワークにおいて用いられ得る無線制御システム及び方法を提案する。本発明の無線制御システム及び方法は、伝送のために、制御端末において送信されるべきデータ信号を、様々な周波数の様々なタイムスロットにおいて配信し、前記システム内の各ノードは、所定の周波数の所定のタイムスロットにおいて、前記各ノードの対応するデータ信号しか受信しないであろう。従って、前記ノードの動作レートを変えないままにしながら、前記制御端末において、高い動作レートが得られ得る。これは、各ノードの前記無線送受信機のコストをかなり減らし、それにより、前記システム全体のコストをそれに応じて減らすのに役立ち、高い拡張性を実現する。
公开号:JP2011512697A
申请号:JP2010539036
申请日:2008-12-23
公开日:2011-04-21
发明作者:シュエチェン キアン；レイ フェン
申请人:コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ；
IPC主号:H04J1-00

专利说明:

[0001] 本発明は、無線制御技術に関し、とりわけ、照明ネットワーク用の無線制御システム及び方法に関する。]
背景技術

[0002] 最近、制御モードが、ユーザが、照明ネットワークを、様々な照明プロファイルを表示するよう、リアルタイムで制御することを可能にするような、中央制御照明ネットワークが、広く用いられている。このような制御モードを用いる制御システムの主な特徴は、一般に、多数（数千又は数万）のノードと比較して、１つ又は少数のコンソールしかないことから、コンソールとノードとの間の通信のためのデータレートが非対称であることである。]
[0003] 従来、コンソールとノードとは、ケーブルを介して接続されており、このような接続は、前記システムの設置、試運転及びメンテナンスにおいて、前記システムに多くの技術的困難及びトラブルをもたらし得る。無線通信技術の発達により、人々は、有線接続によってもたらされる困難及びトラブルを取り除くために、ケーブルの代わりに、無線接続を用いることができるかどうか探り始めた。無線制御システムは、非常に魅力的ではあるが、無線制御システムには、例えば、データレート、通信距離、コスト管理及び商品化するのに必要とされる時間などの、照明ネットワークに適用される場合の表示に関する多くの未解決の問題がある。理論上は、照明ネットワークのために、特別に、新しい無線制御システムを開発することもできるが、高いコスト及び商品化するための長い時間が、このような新しいシステムの適用及び普及を妨げるであろう。]
[0004] それ故、既存の無線ネットワークプロトコルをフルに用いる方が、現在、相対的により良い解決策であろう。しかしながら、既存の無線ネットワークプロトコルには、照明ネットワーク、特に、大規模な照明ネットワークにそのまま適用される場合に、幾つかの深刻な問題がある。]
[0005] 例として、１個のコンソールと１００００個のノードとを持つ照明ネットワークを取りあげると、各ノードは、無線送受信機と、３つのカラフルな（赤色／緑色／青色の）ランプとを有し、前記１００００個のノードから成る照明ネットワークは、ビデオ又は静止画像を表示するのに用いられ得る画面を形成すると仮定され得る。ビデオが表示される必要がある場合、各ランプは、無線で、１／２５秒以内に８ビットのデータを受信し得る。故に、各ノードの受信機の平均データレートは、８×２５×３ｂｐｓ＝６００ｂｐｓ（ビット／秒）となるが、コンソールの送信機の場合、その総データレートは、６００×１００００ｂｐｓ＝６Ｍｂｐｓになるであろう。逆に、ノードの送信機及びコンソールの受信機は、たまにしか動作せず、それらは、非常に低いレートで情報を伝送する。]
[0006] このような上記の照明システムに対して、必要とされる無線制御は、明らかに、６Ｍｂｐｓを超えるデータレートをサポートするＴＤＭＡ（時分割多元接続）システム、又は１００００個より多くの周波数チャネルを持つＦＤＭＡ（周波数分割多元接続）システムによって実施され得る。しかしながら、６Ｍｂｐｓを超えるデータレートをサポートすることができるＴＤＭＡシステムは、高価すぎて、このような用途における使用には適さず、各チャネルが６００ｂｐｓで動作する１００００個のチャネルを同時にサポートすることができるＦＤＭＡシステムは、現在、実際にはなく、このようなＦＤＭＡシステムを様々な照明ネットワークに合わせてカスタマイズすることは、長い開発期間と高いコストとを必要とするであろう。更に、ＴＤＭＡシステム及びＦＤＭＡシステムの拡張性は非常に限られている。]
発明が解決しようとする課題

[0007] 本発明の目的の１つは、データ信号が、ＴＤＭＡとＦＤＭＡとの両方の特徴を取り入れた方法で送信され、従って、ノードの動作レートを変えないままにしながら、制御端末において、より高い動作レートが得られ得る、ハイブリッド無線制御システム及び方法を提供することである。]
課題を解決するための手段

[0008] 本発明による無線制御システムは、
各々、異なる周波数で動作して、異なるコンテンツのデータ信号を送信する複数の中央無線装置を含むコンソールと、
各々が、対応する周波数で、前記周波数に対応する中央無線装置から前記データ信号を受信するための端末無線装置を含み、前記周波数に対応する前記端末無線装置が、全て、各々、前記周波数チャネルの異なるタイムスロットにおいて動作する複数のノードとを有する。]
[0009] 本発明による無線制御方法は、
ａ．送信されるべきデータ信号を、複数の異なるサブ信号に分割するステップと、
ｂ．前記複数のサブ信号を、異なる周波数で送信されるべき複数のグループにグループ分けするステップと、
ｃ．同じ周波数で送信されるグループのサブ信号を、異なるタイムスロットにおいて、異なる受信端末に送信するステップとを有する。]
[0010] 本発明の無線制御システム及び方法においては、前記コンソールは、送信されるべき前記データ信号を、様々な周波数の様々なタイムスロットにおいて配信し、各ノードは、所定の周波数の所定のタイムスロットにおいてしか、前記各ノードの対応するデータ信号を受信しないであろう。それ故、各ノードにおいては前記無線送受信機の低い受信レートを維持しながら、それでも、前記コンソールは、複数のノードに、リアルタイムで、各々、高速データ信号を送信することができる。これは、各ノードの前記無線送受信機のコストをかなり減らし、それにより、前記システム全体のコストをそれに応じて減らすのに役立つ。更に、前記無線制御システムは、実際の適用中には、用いられる周波数の数又は各周波数におけるタイムスロットの数を調節することによって、様々な規模の照明ネットワークに適合させられることができ、従って、高い拡張性を得ることができる。]
[0011] 本発明の他の目的及び効果は、添付の図面及び請求項と一緒に解釈される以下の記載を参照することにより、本発明のより良い理解と共に、より明らかになり、容易に理解されるであろう。]
[0012] 以下、図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。]
図面の簡単な説明

[0013] 本発明の無線制御システムを用いる照明ネットワークの構造の概略図である。
本発明の第１実施例による無線制御システムの概略図である。
本発明の第２実施例による無線制御システムの概略図である。
本発明の第３実施例による無線制御システムの概略図である。]
実施例

[0014] 図面の全体を通じて、同じ参照符号は、同様の又は対応する特徴又は機能を示す。]
[0015] 本発明の無線制御システムの、照明ネットワークに適用される場合の動作原理を詳細に説明するため、ここでも、引き続き、１個のコンソールと１００００個のノードとを有する前述の照明ネットワークを例として用いる。]
[0016] 図１を参照すれば、照明ネットワークは、コンソール１０と、１００００個のノード３０で形成される画面２０とを有する。コンソール１０は、各ノード３０にデータ信号を送信して、前記各ノードの明るさ及び色の変化を各々制御し、それによって、対応するプロファイルを画面２０に表示させることができる。各ノード３０は、無線送受信機３１と、赤色、緑色及び青色の３つのランプＬＲ、ＬＧ及びＬＢとを有する。前記３つのランプの明るさは、無線送受信機３１によって受信される２４ビット信号によって制御される。] 図１
[0017] 本発明の無線制御システムは、主に、コンソール１０が、所望のコンテンツを表示するよう画面２０を適切に制御することができるように、照明ネットワーク内のコンソール１０とノード３０との間の無線接続を確立するのに用いられる。各ノード３０が無線送受信機３１を有することから、システム全体のコストは、主に、各無線送受信機のコストによって決定される。]
[0018] 本発明の無線制御システムの構造は、図２に示されている通りであり、前記無線制御システムは、ＴＤＭＡシステム及びＦＤＭＡシステムの特徴を取り入れたハイブリッド伝送方式を使用し、ブロードキャストモードとＴＤＤ（時分割デュプレックス）モードとの両方で動作することができる。] 図２
[0019] コンソール１０は、Ｍ個の中央無線送受信機ＴＲｘ１〜ＴＲｘＭを持ち、ノード３０は、Ｍ×Ｎ＝１００００個の端末無線送受信機３１を持つ。コンソール１０のＭ個の中央無線送受信機ＴＲｘ１〜ＴＲｘＭは、各々、Ｍ個の異なる搬送周波数ｆ１、ｆ２、…、ｆｍで動作するが、データ送受信に関して同期する。中央無線送受信機ＴＲｘ１〜ＴＲｘＭは、全て、時間的に連続して動作する。各中央無線送受信機の動作レートがＲであると仮定すると、コンソール１０によって到達され得る最高レートは、ＲＣとなり、ここで、ＲＣ＝Ｍ×Ｒである。]
[0020] システムの動作中、各ノード３０は、コンソールから受信した信号に従って、対応する表示を実施し、コンソールは、合計でＭ×Ｎ個のノード３０に異なるコンテンツをリアルタイムで送信する必要があり、故に、コンソール１０の無線チャネルは、Ｍ×Ｎ個のサブチャネルに分割される。容易な実施方法は、まず、無線チャネルを、周波数に従って分割し、次いで、各周波数サブチャネルを、タイムスロットに従って分割する方法である。図２に示されているように、この実施例は、各々がＮ個のタイムスロットに分割されているＭ個の周波数サブチャネルを含み、従って、Ｍ×Ｎ個のサブチャネルがある。各中央無線送受信機は、固定周波数サブチャネルで動作し、Ｎ個の端末無線送受信機３１と通信し、各ノード３０の端末無線送受信機３１は、固定周波数サブチャネルの固定タイムスロットで動作する。これらのＭ×Ｎ個のサブチャネルで送信されるコンテンツは互いに異なるが、コンソール１０は、時間的同期を維持し、従って、画面２０が、確実に、適切なビデオ又は画像を表示することができるようにする。] 図２
[0021] ブロードキャストモードにおいては、コンソール１０は、まず、各フレームのビデオ又は画像を、Ｍ×Ｎ個のデータ信号に分割し、次いで、前記Ｍ×Ｎ個のデータ信号を、Ｍ×Ｎ個のサブチャネルを介して、対応するノード３０に送信する。図２に示されているように、各グリッドは、１個のデータ信号を表し、ここで、ＣｈＮＭは、対応するサブチャネルを表し、ＴＲＮＭは、対応するノードの無線送受信機を表す。] 図２
[0022] 画面２０が静止又は擬似静止画像を表示している場合、表示は、ゆっくりと、例えば５フレーム／秒で更新される。この時、ダウンリンク、即ち、コンソール１０からノード３０に向かう方向は、非常に低いデータレートを必要とする。故に、多くのフレームが、ノード３０によって生成されるフィードバック信号を送信するためのアップリンクチャネルとして用いられ得る空きタイムスロットを持つ。図３に示されているように、アップリンク及びダウンリンクは、デュプレックス通信を実現するように、交互にフレーム信号を送信し得る。静止画像を表示する場合の表示精度の要求は、動的なビデオを表示する場合と比べて高いことから、ここでデュプレックス通信を用いる意味は、デュプレックス通信はデータ伝送の信頼性を高めることができることにある。] 図３
[0023] アップリンクにおける信号も時間的に同期している必要がある。しかし、アップリンクにおいて正確な同期を維持することは相対的に難しい。なぜなら、各々のノードの送受信機は、異なる応答時間を持つからである。この問題は、実際には、アップリンクチャネルにおいて、同時に、繰り返し符号化を用いることによって改善され得る。なぜなら、アップリンクにおけるフィードバック信号は、ダウンリンクと比べて非常に少ないビットしか含まないからである。この方法は、実施可能である。更に、全体のデータレートが低いことから、データ伝送の信頼性を更に高めるために、アップリンクとダウンリンクとの両方においてＦＥＣ（前方誤り訂正）が用いられ得る。]
[0024] ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）などの幾つかの無線通信プロトコルにおいては、無線送受信機が様々な周波数帯で動作する場合、様々なデータレートを持つ。この場合には、異なる周波数サブチャネルにおいては、分割タイムスロット数が異なる。図４に示されているように、Ｍ番目の周波数で動作する無線送受信機は、低いデータレートであり、故に、Ｍ番目の周波数サブチャネルにおけるタイムスロットの数は、他の周波数サブチャネルにおけるタイムスロットの数より少ない。] 図４
[0025] 上記の実施例から、本発明のブロードキャストモードにおいては、各ノードの無線送受信機の受信レートは非常に低いが、それでも、コンソールは、複数のノードに、リアルタイムで、各々、高速データ信号を送信することができることが分かる。これは、各ノードの無線送受信機のコストをかなり減らし、それにより、システム全体のコストをそれに応じて減らすのに役立つ。更に、ノードの無線送受信機が低いレートで動作することは、通信距離を増大させるのにも役立つ。]
[0026] デュプレックスモードにおいては、ノードのフィードバック情報及びＦＥＣなどによって、コンソールとノードとの間の通信が、より信頼性が高いものになり得る。]
[0027] 本発明の無線制御システムの別の重要な特徴は、その豊かな拡張性である。実際的な使用においては、無線制御システムは、規模に応じてＭ又はＮの値を調節することによって、様々な規模の照明ネットワークに適合させられ得る。]
[0028] 本発明の実施例においては、無線制御システムは、照明ネットワークを制御するのに用いられているが、このような無線制御システムは、多数のノードがリアルタイムで制御される必要がある他の環境においても用いられ得ることは明らかである。]
[0029] 上記の実施例は、本発明を限定するものではなく、説明するものであり、当業者は、本発明において開示されているような無線制御システム及び方法に対して、本発明の内容及び添付の請求項の保護範囲から逸脱することなく、様々な改善がなされ得ることを理解するであろうことに注意されたい。それ故、本発明の保護範囲は、添付の請求項によって決定されるべきである。更に、請求項において用いられている如何なる参照符号も、請求項の保護範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。]

权利要求:

請求項1
各々、異なる周波数で動作して、異なるコンテンツのデータ信号を送信する複数の中央無線装置を含むコンソールと、各々が、対応する周波数で、前記周波数に対応する中央無線装置から前記データ信号を受信するための端末無線装置を含み、前記周波数に対応する前記端末無線装置が、全て、各々、前記周波数チャネルの異なるタイムスロットにおいて動作する複数のノードとを有する無線制御システム。
請求項2
前記ノードの各々が、少なくとも１つのランプを更に含み、前記ノードの各々が、前記ノードの各々の前記端末無線装置によって受信した前記データ信号に従って前記ランプの明るさを制御する請求項１に記載のシステム。
請求項3
前記異なるコンテンツのデータ信号が、ビデオ又は静止画像のフレームデータ信号であって、前記ノードの前記ランプによって形成されるマトリックス又は画面を、対応するビデオ又は静止画像を表示するよう制御するためのフレームデータ信号を形成することができる請求項２に記載のシステム。
請求項4
前記コンソールが、前記フレームデータ信号を、前記ノードの前記ランプの異なる位置に従って、異なるコンテンツのデータ信号に分割し、前記フレームデータ信号が、分割された各データ信号が、対応する１つのノードでしか受信されないように、所定の中央無線装置によって、前記所定の中央無線装置の動作周波数の所定のタイムスロットにおいて送信される請求項３に記載のシステム。
請求項5
前記端末無線装置及び前記中央無線装置が、両方とも、無線送受信機である請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシステム。
請求項6
前記端末無線装置の数量が、前記中央無線装置の数量より多い請求項５に記載のシステム。
請求項7
前記端末無線装置の数量が、全動作周波数におけるタイムスロットの数量の合計と等しい請求項６に記載のシステム。
請求項8
前記中央無線装置が、前記ノードからフィードバック信号を受信するのにも用いられる請求項５に記載のシステム。
請求項9
前記ノードの前記端末無線装置が、前記システムの空きフレームのタイムスロットにおいて前記フィードバック信号を送信する請求項８に記載のシステム。
請求項10
ａ．送信されるべきデータ信号を、複数の異なるサブ信号に分割するステップと、ｂ．前記複数のサブ信号を、異なる周波数で送信されるべき複数のグループにグループ分けするステップと、ｃ．同じ周波数で送信されるべきであるグループのサブ信号を、異なるタイムスロットにおいて、異なる受信端末に送信するステップとを有する無線制御方法。
請求項11
前記受信端末の各々が、少なくとも１つのランプを含み、前記受信端末の各々が、受信した前記サブ信号に従って前記ランプの明るさを制御する請求項１０に記載の方法。
請求項12
前記データ信号が、ビデオ又は静止画像のフレームデータ信号であって、前記受信端末の前記ランプによって形成されるマトリックス又は画面を、対応するビデオ又は静止画像を表示するよう制御するためのフレームデータ信号である請求項１１に記載の方法。
請求項13
前記ステップが、前記フレームデータ信号を、前記受信端末の前記ランプの異なる位置に従って、複数の異なるサブ信号に分割することによって実施される請求項１２に記載の方法。
請求項14
前記受信端末の各々が、対応する１つのサブ信号しか受信しないように、前記受信端末の各々が、所定の周波数の所定のタイムスロットにおいて動作する請求項１３に記載の方法。
請求項15
ｄ．様々な受信端末からフィードバック信号を受信するステップを更に有する請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載の方法。