專利名稱：家用設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及連接到交流(AC)電力線的裝置，更具體地講，涉及在無線電話裝置、因特網(wǎng)裝置和家用設(shè)備之間交換信息。
背景技術(shù)：
人們對與連接到AC電力線的裝置交換信息興趣極大。更具體地講，用戶想要遠(yuǎn)程控制并檢測家用設(shè)備。目前，通過電力線發(fā)送和接收計算機(jī)、電視和電話信號是可能的。將來，用戶還想能夠在離家期間監(jiān)視和控制恒溫器、冰箱、電爐、照明裝置、加熱和冷卻系統(tǒng)等等。
在這些配置中，一個或者多個設(shè)備，例如個人電腦、電視機(jī)、電話、立體聲系統(tǒng)會連接到AC電力線以接收電力，可使用電力線通信(PLC)適配器來接收和發(fā)送信息信號。PLC適配器可嵌入設(shè)備中，以便從AC電力線提取信息信號。
多數(shù)描述電力線通信網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)主要關(guān)心電力線通信(PLC)協(xié)議的物理層規(guī)范。例如，現(xiàn)有技術(shù)集中在調(diào)制器、解調(diào)器、變換器、濾波器、信號檢測器、同步器等方面。
此外，多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)只允許同種設(shè)備之間通信，或者與特定一類設(shè)備的通信，例如，只在電話之間通信，只在音頻監(jiān)視器之間通信，只與NTSC類型的設(shè)備通信等等。
于1998年7月7日授予Patel等人的題為“電力線通信系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制裝置”的美國專利NO.5777545描述了一種使用脈沖編碼調(diào)制的電力線通信系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制裝置。
于1998年9月8日授予Patel等人的題為“適于電力線通信的裝置”的美國專利NO.5805053描述了一種通過電力線互相發(fā)送和接收信息的電氣設(shè)備。該裝置使用了變壓器、帶通濾波器和放大器以及整形器。
于2000年7月4日授予C1arey等人的題為“具有可由經(jīng)電力線傳輸?shù)男盘栠h(yuǎn)程復(fù)位的斷路器的配電系統(tǒng)”的美國專利NO.6084758描述了一種配電系統(tǒng)，其中位于負(fù)荷中心的斷路器由使用諸如X10或者CEBus系統(tǒng)的電力線通信系統(tǒng)的自動開關(guān)遠(yuǎn)程復(fù)位。產(chǎn)生復(fù)位信號的遠(yuǎn)程主控單元最好通過插入到遠(yuǎn)離受影響的負(fù)荷中心的可達(dá)到位置來連接到未受影響的分支電路。自動開關(guān)可以由主控單元單別地或者全局地訪問。
于2001年4月17日授予Asghar等人的題為“具有通過直接序列擴(kuò)頻碼識別的節(jié)點的家用設(shè)備網(wǎng)絡(luò)”的美國專利NO.6218931描述了一種網(wǎng)絡(luò)接口，該網(wǎng)絡(luò)接口把家用設(shè)備連接到碼分多址(CDMA)網(wǎng)絡(luò)中，以傳送設(shè)備控制和狀態(tài)信號。擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生編碼，擴(kuò)頻混頻器用擴(kuò)頻碼調(diào)制窄帶傳輸信號，然后將該信號耦合到網(wǎng)絡(luò)的物理媒體中。
于2001年6月12日授予Bullock等人的題為“利用電力線轉(zhuǎn)換和分配輸入無線電話信號”的美國專利NO.6246868描述了一種系統(tǒng)，其中公開了無線信號通過AC電力線接收、轉(zhuǎn)換，并分配到建筑物、辦公室或者綜合性建筑內(nèi)的一個或者多個電話通信設(shè)備。該系統(tǒng)用于接收PC、蜂窩和/或衛(wèi)星通信信號，并提供通?？色@得的標(biāo)準(zhǔn)電話設(shè)備的接口。通過使用電力線載波信道，可以訪問遠(yuǎn)離標(biāo)準(zhǔn)電話配線的電話設(shè)備。而且，通過經(jīng)電力線分配這種接收到的無線信號，就可以將多個電話設(shè)備用于接收所分配的信號。此外，該系統(tǒng)允許以前安裝的電話通過無線通信設(shè)備通信并與其通信。該系統(tǒng)只關(guān)心分配電話信號，沒有解決控制各種非電話家用設(shè)備以及與之通信的普遍問題，以及獲取有關(guān)這些設(shè)備的狀態(tài)信息的問題，這是一個局限。
于2001年9月11日授予Hoctor等人的題為“用于電力線通信(PLC)的裝置和方法”的美國專利NO.6288632提供一種發(fā)射機(jī)，它通過電力線廣播用于傳遞信息的信號，該信號包括一個超集，該超集包括若干信號音集合。具體講，這些信號音集合的信號的特征在于具有一個諧波間隔內(nèi)的主瓣的頻譜形狀。每個不同的信號音集合有一個主瓣。
最近，IBM已經(jīng)描述了一種稱之為業(yè)務(wù)管理框架的軟件工具包，這個工具包的設(shè)計完全符合OSGI(首創(chuàng)的開放式業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān))規(guī)范。OSGI規(guī)范是開放式工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，用于將“智能裝置”連接到因特網(wǎng)，所述“智能設(shè)備”包括從家用設(shè)備和機(jī)頂盒到游戲機(jī)和醫(yī)療設(shè)備的各種各樣的設(shè)備。這樣，可以對所連接的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。但是，該工具包沒有解決只與電力線有連接的設(shè)備的普遍問題。
因此，需要一種系統(tǒng)、方法和網(wǎng)絡(luò)，使遠(yuǎn)程用戶能夠與只與電力線網(wǎng)絡(luò)有電連接的各種設(shè)備通信并控制它們。
發(fā)明公開一種網(wǎng)絡(luò)，使遠(yuǎn)程用戶能夠與僅與電力線網(wǎng)絡(luò)有電連接的各種設(shè)備通信并對其進(jìn)行控制。在混合網(wǎng)絡(luò)中，只有進(jìn)行正確的消息映射，才可獲得不同網(wǎng)絡(luò)域之間的通信。消息映射要求根據(jù)標(biāo)識不同網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議規(guī)范確定正確的幀轉(zhuǎn)換。本發(fā)明包括一種在由用戶輸入到遠(yuǎn)程訪問設(shè)備中的應(yīng)用層信息和相關(guān)的物理層電力線通信幀之間作雙向轉(zhuǎn)換的方法。
附圖簡要說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的家用設(shè)備網(wǎng)絡(luò)框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用層電力線通信幀的框圖；以及圖3是根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用層電力線通信幀和物理層電力線網(wǎng)絡(luò)幀之間的轉(zhuǎn)換框圖。
實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的家用設(shè)備網(wǎng)絡(luò)100。網(wǎng)絡(luò)100的主要目的是允許用戶使用遠(yuǎn)程訪問設(shè)備控制家用設(shè)備并與其交換信息。電力線通信接口(PLCI)120結(jié)合了至少兩個獨立的和不同的包括根據(jù)本發(fā)明的家用設(shè)備網(wǎng)100的子網(wǎng)局域AC電力線網(wǎng)絡(luò)(PLN)103與電話通信網(wǎng)101，或者局域AC電力線網(wǎng)絡(luò)103與例如因特網(wǎng)的廣域異種通信網(wǎng)102。
電話網(wǎng)101可以包括普通老式電話業(yè)務(wù)(POTS)以及遠(yuǎn)程訪問設(shè)備111，例如蜂窩電話。因特網(wǎng)102的結(jié)構(gòu)和操作是周知的。應(yīng)該理解，可以從世界范圍內(nèi)訪問因特網(wǎng)。家庭104用的AC電力線網(wǎng)絡(luò)(PLN)103也是周知的。家用設(shè)備131-134連接到PLN 103。
此后，術(shù)語“家用設(shè)備”廣義地用于表示連接到AC PLN 103并包括設(shè)備適配器140的任何電力線通信設(shè)備(PLCD)。設(shè)備適配器140經(jīng)配置，在PLN 103上使用PLN幀接收141和發(fā)送142信息。更詳細(xì)的描述如下。作為本發(fā)明的一個特征，PLCD所要求的唯一的電連接是到PLN 103的連接，雖然應(yīng)理解，例如電視的某些設(shè)備也可以有其它連接，例如到有線電視網(wǎng)絡(luò)的連接，不過本發(fā)明不關(guān)心這種其它的電連接。
PLCI 120包括電力線網(wǎng)絡(luò)適配器(PLNA)126，信號音到電力線通信(PLC)幀映射單元(TMU)122和顯示頁服務(wù)器(PPS)124。該系統(tǒng)還包括使用圖形用戶界面129的電力線通信適配器PLCA 128以及由在家的用戶訪問的外部編程功能。
如圖1所示，所有網(wǎng)絡(luò)單元通過PLCA 128相連。PLCI 120在TMU122和PLNA 126之間，以及PPS 124和PLNA 126之間作為網(wǎng)橋工作。PLCA 128還可以執(zhí)行和遠(yuǎn)程訪問設(shè)備111一樣的功能，因此包括I/O接口129。例如，系統(tǒng)100的用戶可以在家104中設(shè)置并檢測設(shè)備屬性。
電力線通信幀TMU 122在信號音頻率及由用戶輸入到遠(yuǎn)程訪問設(shè)備111的語音命令與如圖2和圖3所示的PLC幀200之間作轉(zhuǎn)換。PLC幀獨立于PLN 103的物理特性，因此可以視為與網(wǎng)絡(luò)100的應(yīng)用層兼容。PLNA128可以把PLC幀200映射到下述的PLN幀310。PLN幀依賴于PLN103的物理層。
根據(jù)本發(fā)明的各應(yīng)用層PLC幀包括驗證碼字段201，如下描述，它可以是ESN(電子系列號)或者個人用戶標(biāo)識。在操作字段210中，PLC幀分成兩類從連接到網(wǎng)絡(luò)103的PLC設(shè)備讀取設(shè)備值的幀，以及將值寫入網(wǎng)絡(luò)103中PLC設(shè)備的幀。例如，電話鍵盤上的輸入“1”映射到“讀”操作211，輸入“2”映射到“寫”操作212。
設(shè)備ID字段(Z)220從連接到PLC網(wǎng)絡(luò)103的家用設(shè)備131-134中選擇一個特定設(shè)備。PLC設(shè)備131-134中的每一類，燈、電視機(jī)、空調(diào)器、安全設(shè)備等具有一組相關(guān)屬性，例如開/關(guān)狀態(tài)、溫度調(diào)節(jié)設(shè)置、定時器設(shè)置等。家庭104可能有幾個同樣的PLC設(shè)備的情況，例如位于不同位置的微波爐。因此，為了彼此獨立地控制這些設(shè)備，可以將位置ID(P)輸入字段230。對象屬性字段(Q)240指定要讀或者要寫的特定裝置屬性，并且屬性值字段(R)250包含要讀或者要寫的值，例如78(度)。
電力線網(wǎng)絡(luò)幀如圖3所示，PLCA 128把PLC幀200轉(zhuǎn)換為PLN幀310。每個讀操作或者寫操作被插入PLN幀的業(yè)務(wù)代碼字段(SC)311。PLN幀300還包括源ID 312、目的地ID 313、字節(jié)計數(shù)器(BC)314、對象屬性代碼(OPC)315以及如果操作是寫操作，則要寫入到設(shè)備中的值(凈荷)316。取決于操作和待寫入或者讀出的數(shù)據(jù)值，幀長可以改變，所以需要字節(jié)計數(shù)字段314。FCC 317字段提供前向糾錯碼。
PLNA 126在PLN 103上廣播PLN幀，并等候來自PLCD 131-134中相關(guān)的一個PLCD的響應(yīng)。如果PLCI 120不包括PLCA 128，則幀轉(zhuǎn)換功能300可由TMU 122和/或PLNA 126執(zhí)行。如果通過因特網(wǎng)102通信，則幀轉(zhuǎn)換功能300可由PPS 124和/或PLNA 126執(zhí)行，或者完全在PPS 124中完成。把TMU和PPS功能移到遠(yuǎn)程訪問設(shè)備111中也是可能的。在這種情形下，通過從遠(yuǎn)程訪問設(shè)備111上可用的菜單作正確的選擇，在遠(yuǎn)程訪問設(shè)備111上產(chǎn)生幀并轉(zhuǎn)換成PLN 310幀，然后將該PLN幀發(fā)送到PLNA 126。
網(wǎng)絡(luò)協(xié)議電話網(wǎng)101可以使用任何標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，包括雙音多頻(DTMF)信號(按鈕音)用于信令目的，以及CDMA用作信道112上的載波協(xié)議。PLNA 126和PLCA 128之間的線路114可以使用RS-232或紅外信令。線路132上的協(xié)議使用電力線通信協(xié)議(PLCP)，該協(xié)議在下面作更詳細(xì)的描述。
在PLCP中，PLNA 126將幀310發(fā)送到PLN 103，并等候來自接收該幀的設(shè)備131-134的響應(yīng)和結(jié)果。響應(yīng)信息是由PLC設(shè)備發(fā)回PLNA 126的確認(rèn)(ACK)分組。如果PLNA沒有在規(guī)定時間間隔內(nèi)，例如幾毫秒內(nèi)，收到來自PLC設(shè)備131-134的ACK分組，則視為未確認(rèn)?？赡苡斜匾獜腜LNA把同一幀向PLC設(shè)備發(fā)送幾次，或者直到收到來自該設(shè)備的ACK。在ACK分組之后，PLC設(shè)備發(fā)送第二幀即“結(jié)果幀”。該“結(jié)果幀”包括由“讀自”操作返回的值。
網(wǎng)絡(luò)操作在網(wǎng)絡(luò)100操作期間，用戶可以與家用設(shè)備131-134交換數(shù)據(jù)。所交換的數(shù)據(jù)可能包括狀態(tài)信息、設(shè)備設(shè)置以及命令。狀態(tài)和設(shè)置信息可以包括例如溫度讀取值和溫度調(diào)節(jié)設(shè)置。其它狀態(tài)信息可能包括開/關(guān)狀態(tài)和定時器信息、以及命令開關(guān)特定設(shè)備、啟動記錄功能等。
用戶驗證用戶可以通過撥打與PLCI 120相關(guān)的家庭電話號碼以啟動操作。僅當(dāng)用戶驗證成功時連接才建立。在移動電話網(wǎng)中，用戶驗證涉及一組功能，這組功能用于防止通過使用偽造的移動標(biāo)識(MIN)和電子系列號(ESN)信息非法編程的電話來對網(wǎng)絡(luò)101進(jìn)行欺詐性訪問。當(dāng)可以證明移動電話111中獨立計算的結(jié)果和網(wǎng)絡(luò)101中獨立計算的結(jié)果相同時，成功的驗證結(jié)果就出現(xiàn)了。如果遠(yuǎn)程訪問設(shè)備111不是蜂窩電話，驗證可以基于使用存儲在TMU或者PLCA中的預(yù)定的登記的個人用戶標(biāo)識登錄。注意，ESN或者用戶標(biāo)識還可以為TMU或者PLCA所知，以便對PLCI 120的訪問只限于預(yù)定的訪問設(shè)備。
TMU 122具有一些與標(biāo)準(zhǔn)電話機(jī)能力集相同的能力。也就是說，TMU可以在檢測到鈴聲信號時“摘機(jī)”。也就是，激活訪問設(shè)備和TMU，使用戶能夠與PLCI 120通信。
在構(gòu)造好應(yīng)用層PLC幀200之后，TMU 122把該幀發(fā)給PLCA128，PLCA把PLC幀200轉(zhuǎn)換成用在PLN 103的線路132上的合適的PLN幀310。注意，作為一個特性，PLCI 120可以用于任意數(shù)量的PLC協(xié)議，因為PLC幀200在應(yīng)用級構(gòu)造，獨立于PLC網(wǎng)103的物理層。這樣，只有PLNA 126需要知道PLC網(wǎng)絡(luò)103是如何實現(xiàn)的，例如，使用60赫茲110伏或者50赫茲220伏，或者使用特定的調(diào)制技術(shù)，用于在電力線上提供載波信號。類似地，PLCI 120對電話網(wǎng)101的結(jié)構(gòu)和協(xié)議不敏感，除了TMU 122。這樣，PLCI 120提供適應(yīng)任何地方的通用應(yīng)用級接口，這與特定于特定物理層協(xié)議的現(xiàn)有技術(shù)家庭網(wǎng)絡(luò)不同。
響應(yīng)對幀的廣播，相關(guān)PLC設(shè)備適配器140處理在該幀中指定的讀/寫操作。在讀操作情形下，PLC設(shè)備構(gòu)造結(jié)構(gòu)相似的PLC響應(yīng)幀，該響應(yīng)幀傳回TMU 122，并且TMU把該幀映射成可由PLC訪問設(shè)備111查看或收聽的信號。例如，溫度讀數(shù)或者定時器值可以轉(zhuǎn)換成文本、音頻信號或圖形輸出。
因特網(wǎng)接入在備選實施例中，遠(yuǎn)程訪問設(shè)備111包括對因特網(wǎng)瀏覽器的支持，以及PPS 124具有因特網(wǎng)地址。例如，訪問設(shè)備是具有標(biāo)準(zhǔn)因特網(wǎng)功能的個人計算機(jī)或無線設(shè)備，例如蜂窩電話，PDA等。遠(yuǎn)程訪問設(shè)備111還可以為每種類型的家用設(shè)備存儲顯示頁模板。在網(wǎng)絡(luò)103中檢測到新的PLC設(shè)備時，構(gòu)造具有適當(dāng)?shù)目刂瓢粹o的新顯示頁。由PPS 124維護(hù)的所有有效顯示頁通過PLA或者PLCA定期更新。任何顯示頁可以隨時“上載”到PLC遠(yuǎn)程訪問設(shè)備111。用戶可以瀏覽任何設(shè)備的顯示頁，并且如上述那樣執(zhí)行讀寫操作，不過目前使用圖形用戶界面。
盡管本發(fā)明通過最佳實施例的示例作了描述，但要理解，在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)本發(fā)明可以作各種變化和修改。因此，所附權(quán)利要求的目的是覆蓋在本發(fā)明真正精神和范圍內(nèi)的所有這樣的變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種家用設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，包括電話通信網(wǎng)絡(luò)，用于與遠(yuǎn)程訪問設(shè)備通信；交流電力線網(wǎng)絡(luò)，通過設(shè)備適配器連接到電力線通信設(shè)備；電力線通信接口，經(jīng)配置用于在應(yīng)用層電力線通信幀和物理層電力線網(wǎng)絡(luò)通信幀之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，所述應(yīng)用層電力線通信幀在所述電話通信網(wǎng)絡(luò)上所述遠(yuǎn)程訪問設(shè)備和所述電力線通信接口之間傳遞，以及所述物理層電力線網(wǎng)絡(luò)通信幀在所述電力線網(wǎng)絡(luò)上所述電力線通信接口和所述設(shè)備適配器之間傳遞。
2.如權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述遠(yuǎn)程訪問設(shè)備是無線電話，該無線電話包括用于產(chǎn)生并顯示所述應(yīng)用層電力線通信幀的圖形用戶界面。
3.如權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)，其特征在于還包括信號音到電力線通信幀映射單元，它把信號音頻率和由用戶輸入到所述遠(yuǎn)程訪問設(shè)備的語音命令轉(zhuǎn)換成所述應(yīng)用層電力線通信幀。
4.如權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述應(yīng)用層電力線通信幀獨立于所述電力線網(wǎng)絡(luò)的物理特性，并且所述電力線網(wǎng)絡(luò)幀依賴于所述電力線網(wǎng)絡(luò)的物理特性。
5.如權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)，其特征在于各應(yīng)用層電力線通信幀還包括驗證字段；操作字段；設(shè)備ID字段；位置ID字段；對象屬性字段；以及屬性值字段。
6.如權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)，其特征在于各物理層電力線網(wǎng)絡(luò)通信幀還包括業(yè)務(wù)代碼字段；源ID；目的地ID；字節(jié)計數(shù)器；對象屬性代碼；以及凈荷值。
7.如權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)，其特征在于第一應(yīng)用層電力線通信幀由所述遠(yuǎn)程訪問設(shè)備產(chǎn)生，所述電力線通信接口把所述第一應(yīng)用層電力線通信幀轉(zhuǎn)換成第一物理層電力線網(wǎng)絡(luò)通信幀，并且作為對所述第一物理層電力線網(wǎng)絡(luò)通信幀的響應(yīng)，所述設(shè)備適配器產(chǎn)生第二物理層電力線網(wǎng)絡(luò)通信幀，以及所述電力線通信接口把所述第二物理層電力線網(wǎng)絡(luò)通信幀轉(zhuǎn)換成用于所述遠(yuǎn)程訪問設(shè)備的第二應(yīng)用層電力線通信幀。
8.如權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)，還包括廣域網(wǎng)，其特征在于所述遠(yuǎn)程訪問設(shè)備通過顯示頁服務(wù)器與所述電力線通信接口通信。
全文摘要
一種網(wǎng)絡(luò)，使遠(yuǎn)程用戶能夠與僅與電力線網(wǎng)絡(luò)有電連接的各種設(shè)備通信并對這些設(shè)備進(jìn)行控制。在混合網(wǎng)絡(luò)中，只有進(jìn)行了正確的消息映射，才可獲得不同網(wǎng)絡(luò)域之間的通信。消息映射要求基于標(biāo)識不同網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議規(guī)范確定正確的幀轉(zhuǎn)換。本發(fā)明包括一種在由用戶輸入到遠(yuǎn)程訪問設(shè)備中的應(yīng)用層信息和相關(guān)的物理層電力線通信幀之間作雙向轉(zhuǎn)換的方法。
文檔編號H04L29/10GK1491492SQ02804549
公開日2004年4月21日 申請日期2002年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月6日
發(fā)明者Z·薩希諾格魯, G·方, Z 薩希諾格魯 申請人:三菱電機(jī)株式會社