DE69516541T2

DE69516541T2 - Steuernetzwerk und gestaltungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE69516541T2
Application number: DE69516541T
Authority: DE
Inventors: Otto Seiffert; Felix Widmer
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1995-01-19
Filing date: 1995-01-19
Publication date: 2000-11-23
Anticipated expiration: 2015-01-20
Also published as: WO1996022644A1; DE69516541D1; JPH10503907A; US6041044A; JP2991303B2; EP0804843B1; KR100225214B1; EP0804843A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Konfigurationsverfahren für digitale Datenübertragungsnetzwerke. Speziell wird in der Erfindung eine Netzwerkarchitektur definiert, die Knotenpunkte mit Sensorelementen und Betätigungselementern enthält, und ein Verfahren zum Konfigurieren einer solchen Netzwerkarchitektur bereitgestellt. Ganz speziell betrifft die Erfindung ein Steuersystem, z. B. für Gebäude, das von einer Person ohne Programmierkenntnisse konfiguriert werden kann.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Es wurden bereits zahlreiche Versuche unternommen, Gebäude und Industrieanlagen mit einem zuverlässigen und einfach zu bedienenden Steuernetzwerk für Geräte zu entwickeln, z. B. für das Umschalten von Belastungen in Abhängigkeit von aktuellen Sensorwerten wie Zeit oder Temperatur, und für Alarmanlagen. Während die Konstruktion von Modems oder Sende- und Empfangsvorrichtungen für die verschiedenen möglichen Übertragungsmedien, z. B. drahtlose Übertragung über Infrarot- oder Radiowellen, verdrillte Zweidrahtleitungen, Koaxialkabel und Wechselstromleitungen, sowie sichere und robuste Netzwerkprotolle in den letzten zehn Jahren erhebliche Fortschritte gemacht haben, existiert noch keine Steuernetzwerkarchitektur, die zumindest im Prinzip von jedermann installiert, konfiguriert und benutzt werden kann. Der Stand der Technik bietet zwar einem erfahre nen Netzwerkadministrator einige Hilfsmittel, das genannte Ziel wird aber bei weitem nicht erreicht.
In der US-Patentschrift US-A-4 864 492 wird ein System und ein Verfahren zur Anwendung eines wissensbasierten Expertensystems auf die Erstellung von individuell an die Workstations komplexer Netzwerke angepaßten Konfigurationsparametern beschrieben. Das Wissen wird dazu benutzt, ein Menü anzuzeigen, und zu steuern, welche Auswahlmöglichkeiten dem Netzwerkadministrator zur Verfügung stehen. Weitere Verweise auf den Stand der Technik betreffen Verfahren zur grafischen Darstellung der Netzwerktopologie.
In der US-Patentschrift US-A-4 942 540 beispielsweise wird ein Verfahren zum Erstellen und Auswählen eines Übertragungspfads zwischen dem Terminal eines Benutzers und einem Zielterminal beschrieben, bei dem die Übertragungsparameters aus einem Rollmenü ausgewählt werden. Die grafische Darstellung der Terminals und des Pfads werden als Reaktion auf verschiedene Menüauswahlen abgebildet. In der Europapatentanmeldung EP-A-0 490 624 wird ein System und ein Betriebsverfahren beschrieben, mit dem ein Netzwerkadministrator ein Netzwerk grafisch darstellen kann, indem er mehrere Knoten mit den entsprechenden Hardware- und Betriebssystemeigenschaften definiert, anschließend die Protokolle der Übertragungspfade zwischen den Knoten definieren kann, und anhand der für dieses Netzwerk aus Knoten und Übertragungspfad geltenden Einschränkungen anschließend Konfigurationsparameter für die verschiedenen Betriebssysteme der Knoten, bei denen es sich typischerweise um Workstations oder PCs handelt, generieren kann. Dieser Ansatz richtet sich offensichtlich nur an professionelle Netzwerkadministratoren.
In WO 92/16895 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Übertragung von Daten in einem Netzwerksystem beschrieben, in dem Variablen benutzt werden, um eine solche Übertragung durchzuführen. Die Daten, die z. B. von einem Sensor kommen, werden in einem Speicherbereich des Knotens gespeichert. Der Wert der Variablen wird dann übertragen und wiederum in einem anderen Knoten gespeichert. Die Vorrichtung benutzt Netzwerkvariablen, die speziell das SNVT-Format (ein Format mit standardisierten Netzwerkvariablen) benutzen. Die Bindung der Daten an SNVT-Variablen impliziert die Verwendung vorgegebener Skalen mit vorgegebener Definition. Außerdem wird nicht nur der Wert der Variablen, sondern auch die Maßeinheit übertragen. Dies führt zu einem relativ hohen Datenaufkommen. Die Möglichkeit, daß verschiedene Kopien der Daten existieren, hat insofern ähnliche Auswirkungen als für jede Kopie wiederum der gesamte Datensatz einschließlich der Maßeinheit gespeichert und übertragen wird.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein intuitiv zu bedienendes Verfahren zur Netzwerkkonfiguration, speziell für die Steuerung und Automatisierung der Gebäudetechnik bereitzustellen, das die Nachteile der Systeme und Verfahren nach dem Stand der Technik überwindet.
In der Erfindung wird davon ausgegangen, daß beispielsweise zur Steuerung der Gebäudetechnik ein Netzwerk vorhanden ist, das aus einzelnen Knoten besteht. Jeder Knoten besteht aus mindestens einem Modem oder einer Sende-/Empfangsvorrichtung zur Übertragung von Daten über ein Übertragungsmedium. Ferner enthält jeder Knoten einen Schreib-/Lesespeicher (r/w) zum Speichern des Mikrocode und einen Mikroprozessor zum Ausführen des im Speicher gespeicherten Mikrocode. Jeder Knoten im Netzwerk besitzt eine Kennung. Die Knotenkennung ermöglicht es, durch Lesen eines bestimmten Teils der übertragenen Daten, z. B. eines Vorsatzes, den sendenden und/oder empfangenden Knoten zu identifizieren. Im allgemeinen besitzt jeder Knoten mindestens ein Sensorelement oder ein Betätigungselement. Die Netzwerke, die in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen, sind im wesentlichen sogenannte Peer-to-Peer-Netzwerke, und es wird angenommen, daß ein spezieller Knoten mit einer Benutzerschnittstelle vorhanden ist. Dieser spezielle Knoten hat die Aufgabe, Eingaben eines Benutzers zu empfangen oder Informationen über das Netzwerk und seine Knoten anzuzeigen und zu speichern. Als "Peers" können die Knoten nach der Konfigurierung des Netzwerks direkt miteinander kommunizieren, ohne daß der spezielle Knoten dafür benötigt wird.
Netzwerke des erwähnten Typs sind bekannt. Ein frühes Beispiel wurde von N. McArthur et al. in "The intelligent plug", Wireless World, Dez. 1979, S. 46-51, beschrieben. Ein neueres Netzwerk wird in der Europapatentanmeldung EP-A-0 393 117 beschrieben.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist durch die in den beigefügten Ansprüchen definierten Merkmale definiert. Insbesondere ist sie dadurch charakterisiert, daß ein Knoten eines Steuernetzwerks, der außerdem Modem-Mittel zum Senden und/oder Empfangen von Daten über ein Übertragungsmedium und mindestens ein Sensorelement besitzt, konfigurierbare Konvertierungsmittel, um die Ausgabe des Sensorelementes in digitale Daten umzuwandeln, die über das Übertragungsmedium übertragen werden, und Mittel zum Speichern von Konfigurationsdaten für die Verwendung durch das konfigurierbare Konvertierungsmittel enthält, und die Konfigurationsdaten aus extern gelieferten Steuerbedingungsdaten, die das Sensorelement betreffen, abgeleitet werden. Ein Knoten mit Betätigungselementen enthält das entsprechende konfigurierbare Konvertierungsmittel, um die von einem Sensorelement gesendeten Daten zu interpretieren und die angeforderte Operation des Betätigungselementes auszulösen.
Ein wichtiger Aspekt der Erfindung ist, daß der Datenverkehr im Netzwerk in einem definierten digitalen Datenformat, d. h. einem Bitmuster, erfolgt. Das Bitmuster zeigt an, ob ein (aktueller) von einem Sensorelement gemessener Wert eine Bedingung erfüllt oder nicht. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Bitmuster auf die Ein-Bit-Darstellung von WAHR oder FALSCH, d. h. "1" oder "0", reduziert, wodurch die Datenübertragung über das Übertragungsmedium wesentlich eingeschränkt wird. Die übertragene Datenmenge wird auch dadurch reduziert, daß ein Knoten nicht kontinuierlich Daten an das Netzwerk sendet, sondern nur, wenn sich der logische Wert der betreffenden Bedingung von WAHR in FALSCH oder umgekehrt ändert.
Zum besseren Verständnis kann dieses Verfahren als eine Abbildung oder eine komprimierte Umwandlung des Gesamtbereichs eines Sensorelementes in eine begrenzte Anzahl von Intervallen betrachtet werden, wobei jedes Intervall einem definierten Bitmuster zugeordnet ist. Im Gegensatz zu konventionellen linearen oder logarithmischen Konvertierungsmitteln, die einen Eingangswert nach einem festen Codierungsschema in den ent sprechenden Ausgangswert umwandeln, wird das vorliegende Codierungsschema dynamisch einem Sensorelement zugeordnet und an die Anforderungen oder Bedingungen angepaßt, die extern von einem Benutzer des Netzwerks festgelegt werden. Im Idealfall wird das Datenaufkommen im Netzwerk dadurch auf "Statusberichte" reduziert, die von mit Sensorelementen ausgestatteten Knoten ausgegebenen und von mit Betätigungselementen ausgestatteten Knoten empfangen werden. Allerdings erfordern möglicherweise bestimmte Funktionen des Netzwerks, z. B. alle Anwendungen, die vom aktuellen Zustand eines Sensorelementes abhängen, eine kontinuierliche Übertragung eines (festgelegten) codierten Signals. Der erfindungsgemäße Konfigurationsprozeß liefert Sensordaten, die nicht von der speziellen (physischen) Natur der gemessenen Parameter abhängig sind, und die beliebig kombiniert werden können, um ein Betätigungselement zu steuern.
Die Erfindung eignet sich besonders für Peer-to-Peer-Steuernetzwerke, wie sie beispielsweise zur Steuerung von Belastungen in Gebäuden oder Industrieanlagen Anwendung finden. Sie weist ein erheblich reduziertes Datenaufkommen im Netzwerk auf und ist daher vorzugsweise auf Übertragungsmedien mit geringer Bandbreite oder geringem Durchsatz anwendbar. Solche Übertragungsmedien können beispielsweise Infrarot-Lichtwellen, Ultraschallwellen oder Wechselstromleitungen sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird jede Bedingung eines Sensorelementes (IF-Bedingung) einer bestimmten Bitposition in der von dem Knoten mit dem Sensorelement ausgegebenen Datenfolge zugeordnet. Wenn der Bereich dieses Sensorelementes beispielsweise durch die IF-Bedingungen des Benutzers in vier In tervalle unterteilt wird, kann mit vier Bit angegeben werden, ob die betreffende Bedingung erfüllt ist.
Die IF-Bedingung kann jedoch nach anderen Codierungsschemata, codiert werden, z. B. durch Binärcodierung. In diesem Fall würden vier Intervalle durch nur zwei Bits codiert. Dem Fachmann ist klar, daß das spezielle Codierungsschema beliebig aus dem Spektrum bekannter Codierungsschemata ausgewählt werden kann.
Ein weiterer Aspekt der vorliegende Erfindung besteht darin, daß jeder Knoten mit einem Betätigungselement, dessen Aktionen durch die IF-Bedingungen eines oder mehrerer Sensorelemente gesteuert werden, Informationen über das Bitmuster, die codierte Darstellung, die jeder der IF-Bedingungen zugeteilt ist, zusammen mit den betreffenden logischen Verknüpfungen, d. h. Booleschen Operationen wie "UND" oder "ODER", die einzelne IF-Bedingungen miteinander verknüpfen, empfangen. Die dritte Information, die zu den Knoten mit Betätigungselementen gebracht wird, betrifft die Priorität, die wirksam wird, wenn eine Benutzereingabe inkonsistente oder widersprüchliche IF- Bedingungen enthält.
Diese und andere neuartige Merkmale, die als charakteristische Merkmale der vorliegenden Erfindung erachtet werden, sind in den beigefügten Ansprüchen definiert. Die Erfindung selber und ein bevorzugtes Verwendungsbeispiel sowie weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden am besten durch die nachstehende ausführliche Beschreibung illustrativer Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlich.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen haben folgenden Inhalt:
Fig. 1 zeigt ein Netzwerk mit mehreren Knoten, die an die Stromleitungen eines Gebäudes angeschlossen sind.
Fig. 2 zeigt Details einer Bildschirmanzeige wie sie während des erfindungsgemäßen Konfigurierungsprozesses vorkommt.
Fig. 3A zeigt Details einer Datenübertragung in bekannten Steuernetzwerken.
Fig. 3B zeigt Details einer erfindungsgemäßen Datenübertragung.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

In Fig. 1 ist ein Netzwerk mit mehreren Knoten 10 dargestellt. Alle Knoten 10 des Netzwerks enthalten moderne Mittel 11, die es einem Knoten-Controller 12 ermöglichen, Daten gemäß einem Steuercode, der während des Konfigurierungsprozesses im Speicher 13 jedes Knotens gespeichert wird, an ein Übertragungsmedium zu übertragen. Das Übertragungsmedium 15 im beschriebenen Beispiel bilden die Stromleitungen in einem Gebäude. Wie bereits erwähnt kann die vorliegende Erfindung aber auch auf ein beliebiges anderes Übertragungsmedium angewendet werden. Weitere Komponenten eines Knotens 10 sind Sensorelemente 16 und Betätigungselemente 17, von denen jeder Knoten eine beliebige Kombination enthalten kann. Die Sensor- und Betätigungselemente 16, 17 sind an geeignete konfigurierbare Konvertierungsmittel 18 angeschlossen, die nach einem festgelegten Umwandlungsschema arbeiten, das während der Installation und Konfigurierung des Netzwerks selber nicht geändert werden. Beispiele für diese bekannten Konvertierungsmittel sind A/D- und D/A-Wandler, F/D- und D/F-Wandler und ähnliche. Ein spezieller Knoten 101 enthält außerdem Mittel zum Ausführen von Programmen und bildet eine Schnittstelle für die Kommunikation mit einem menschlichen Bediener oder Benutzer. Dieser spezielle Knoten 101 wird im folgenden als Administrator- oder A-Knoten 101 bezeichnet. In dem beschriebenen Beispiel ist der A-Knoten 101 ein Personal Computer (PC) mit einer Platine, die das moderne Mittel 11 und alle anderen Komponenten enthält, die notwendig sind, damit der PC als Knoten 10 innerhalb des Netzwerks kommunizieren kann. Es ist klar, daß das beschriebene Netzwerk trotz der Existenz eines speziellen Knotens, d. h. des A-Knotens 101, zu der Klasse der Peer-to-Peer-Netzwerke gehört. Im Betriebsmodus des Netzwerks, nach Abschluß des Konfigurierungsprozesses, wird der A-Knoten 101 ununterscheidbar von den anderen Knoten 10 des Netzwerks.
Der erste Schritt beim Aufbau des Netzwerks beinhaltet die Identifikation aller installierten Knoten gegenüber dem A- Knoten. Dieser Identifikationsprozeß kann nach verschiedenen Verfahren ausgeführt werden. Im vorliegenden Beispiel enthält ein im A-Knoten installiertes Konfigurierungsprogramm eine Bibliothek vordefinierter Knotentypen. Bei der Installation eines neuen Knotens wird ein Signal generiert, das es dem A- Knoten ermöglicht, den Knotentyp mit allen zugehörigen Sensor- und Betätigungselementen durch eine Knotenkennung, d. h. eine Adresse, die eine individuelle Kommunikation mit dem neu installierten Knoten ermöglicht, zu identifizieren.
Nachdem alle Knoten des Netzwerks installiert und als in der Bibliothek gespeicherte Knotentypen identifiziert sind, wird auf einer Anzeigevorrichtung des A-Knotens eine zweispaltige Tabelle 20 wie in Fig. 2 erstellt. Der A-Knoten besitzt außerdem ein Mittel, das alle Anweisungen, die vom Benutzer in die erste Spalte eingegeben werden, als IF-Anweisungen und alle Anweisungen, die vom Benutzer in die zweite Spalte eingegeben werden, als THEN-Anweisungen interpretiert. Außerdem werden alle Anweisungen in einem Feld der IF-Spalte als durch UND verknüpft betrachtet und Anweisungen in zwei verschiedenen Feldern als durch ODER verknüpft. Der Konfigurierungsprozeß zwingt den Benutzer, in die erste Spalte nur Anweisungen einzugeben, die Betätigungselemente betreffen. Die verfügbaren Elemente 211 werden für jeden Knoten als Gruppe 21 von Piktogrammen unter dem benutzerdefinierten Namen des Knotens angezeigt. Der unerfahrene Benutzer kann Tabelleneinträge erstellen, indem er das gewünschte Piktogramm 211 eines Elementes mit einem Zeigegerät (Maus) in ein Feld der Tabelle 20 zieht und losläßt. Nach dem Ziehen und Loslassen wird der Benutzer nach weiteren Details der zu definierenden Bedingung gefragt.
Wenn die Tabelleneinträge der gewünschten Netzwerkkonfiguration und den Steuerparamatern entsprechend fertiggestellt sind, generiert der A-Knoten alle erforderlichen Konfigurationsdaten und sendet sie an die anderen Knoten im Netzwerk. Wie dies im einzelnen geschieht wird im folgenden an einem einfachen Fall beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, daß das spezielle Ver fahren (z. B. die Definition der Variablen) von einem Fachmann leicht abgewandelt werden kann.
Im beschriebenen Beispiel stellt die Bibliothek für jedes Sensorelement eine STATE DEF-Variable zur Verfügung. Im Fall eines Helligkeitssensorelementes sieht die Variablendefinition in der Programmiersprache C folgendermaßen aus:
typedefstruct {
SNVT_lux Schwellenwert1;
SNVT_lux Schwellenwert2;
char Logische Verknüpfung;
SNS_MATRIX snsMatrix;
}
BGT_STATE_DEF;
Die Definition ermöglicht es einem Benutzer, zwei Schwellenwerte zu definieren. Die Schwellenwerte können als vom Helligkeitssensor gemessener Wert betrachtet werden. Es ist zu beachten, daß das tatsächliche Format dieser Meßwerte im Netzwerk von festgelegten Umwandlungs- und Formatierungsoperationen (z. B. einer A/D-Umwandlung) abhängig sind, die von Netzwerkumgebung zu Netzwerkumgebung und/oder von Sensortyp zu Sensortyp unterschiedlich sein können. Diese Formate, die im folgenden als "uncodierte Formate" bezeichnet werden, sind aber nicht Gegenstand der aktuellen Erfindung. Eine dritte Variable, bei der es sich um eine Zeichenvariable handelt, gibt die Beziehung zwischen den beiden Schwellenwerten, z. B. gleich, größer als, kleiner als usw., an, deren Werte durch die Objektbibliothek vordefiniert sind und der Benutzereingabe entsprechend zugewiesen werden. Die Variable SNS_MATRIX, definiert als
typedefstruct {
unsigned outSNSStIndex :2; /* Zeilenposition */
unsigned outStatePos :6; /* Bitpos. in NV "STATE" */
}
SNS_MATRIX;
belegt eine Bitposition in der Matrix, die aus den kombinierten Nutzlasten aller übertragenen Netzwerkvariablen eines Knotens aufgebaut ist. Details zu diesen Netzwerkvariablen werden weiter unten beschrieben. Wenn ein Benutzer will, daß der Helligkeitssensor verschiedene Geräte oder dasselbe Betätigungselement unter verschiedenen Bedingungen steuert, werden mehrere BGT_STATE_DEF-Variablen definiert.
Die Information in den STATE_DEF-Variablen wird für alle Sensorelemente in der Konfigurationsvariablen kombiniert, die im Fall des Helligkeitssensors definiert ist als:
typedefstruct {
}
SNS_BGT_CFG;
Die Konfigurationsvariable enthält neben den STATE_ DEF-Variablen Informationen über die Verarbeitung einer Meldung, daß der Sensor defekt ist, und Informationen über das Zeitinter vall, nach dem ein neuer Wert vom Sensor übermittelt wird (Aktualisierungsintervall).
Bei der Rolle der erwähnten Netzwerkvariablen (NV) sind einige physische Einschränkungen des Steuernetzwerks zu beachten. Da die Erfindung speziell für Übertragungsmedien mit geringer Bandbreite und starkem Rauschen konzipiert ist, ist die zu übertragende Datenmenge begrenzt und muß entsprechend verwaltet werden. In einem ersten Schritt der Zuordnung von Netzwerkressourcen zu den Knoten, wird jedem Knoten, der im oben beschriebenen Installationsschritt identifiziert wird, eine endliche Anzahl von Netzwerkvariablen (NVs) zugewiesen. Eine Netzwerkvariable ist eine Datenfolge, die effektiv als Behälter dient und entweder durch eine Startbitfolge (Vorsatz) oder durch eine Stopbitsequenz (Nachsatz) oder durch eine Kombination von Vorsatz und Nachsatz gekennzeichnet ist. Zusätzlich zu diesen Bits umfaßt die Netzwerkvariable entweder eine feste oder eine variable Anzahl von Bits, die die zu übertragende Information bilden, d. h. die Daten, die in der gängigen Datenübertragungsterminologie als "Nutzlast" bezeichnet wird. Beispiele für Netzwerkvariablen sind in Fig. 3 dargestellt.
Die Nutzlast, die in Form einer endlichen Anzahl von Netzwerkvariablen für jeden Knoten innerhalb des Netzwerks zugewiesen ist, wird in einem zweiten Zuweisungsschritt den Sensorelementen des Knotens zugewiesen. Mit diesem Zuordnungsschritt wird jedem Sensorelement eine maximale Anzahl möglicher Zustände zugewiesen, die der maximalen Anzahl von Anweisungen entspricht, die ein Benutzer bei der beschriebenen Konfigurierung jedem der Sensorelemente zuteilen kann. Im wesentlichen ist für jedes Sensorelement eine feste Anzahl von Bits in der Nutzlast der NVs reserviert.
Auch wenn im vorliegenden Beispiel beide Zuweisungsschritte statisch sind, d. h. vor dem eigentlichen Konfigurierungsprozeß definiert werden, betrachtet die Erfindung auch auf jeder Ebene eine dynamische Ressourcenzuweisung in Abhängigkeit von der vom Benutzer gewünschten Konfiguration. In dieser Variante werden entweder Netzwerkvariablen einem Knoten in Abhängigkeit von der Anzahl der ihn betreffenden Anweisungen zugewiesen, oder Bitpositionen in der Nutzlast der einem Knoten zugewiesenen NVs werden nur für die tatsächlich vom Benutzer definierten Anweisungen reserviert. Ein offensichtlicher Vorteil der dynamischen Ressourcenzuweisung besteht darin, daß die Ressourcen ökonomischer genutzt werden als bei einer statischen Zuweisung. Dieser Vorteil wird aber durch komplexere und zeitraubendere Verwaltungsoperationen wieder aufgehoben.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sei bei der Behandlung der Einträge in der zweiten Spalte der Tabelle noch einmal darauf hingewiesen, daß die THEN-Anweisungen Zustände von Betätigungselementen in den Knoten definieren. Die Benutzereingaben in dieser Spalte werden in Konfigurationsvariablen umgewandelt. Die Konfigurationsvariable zur Steuerung eines Stromschalters ist beispielsweise definiert durch:
typedefstruct {
}
ACT_230_CFG;
Diese Definition enthält eine Zahl, die die Anzahl der vom Benutzer definierten Anweisungen für diesen Stromschalter angibt (diese Zahl wird mit der maximalen Anzahl verglichen, die dem Stromschalter bei der Initialisierung zugewiesen worden ist), sowie die definierten Zustände selber. Die durch die RULE_DEF
typedef struct {
}
RULE_DEF:
angegebenen Zustände beinhalten den gewünschten Zustand (stateAct), der im Fall des Schalters entweder EIN, AUS oder WECHSEL sein kann, dargestellt durch 0, 1 oder 2. RULE_DEF enthält ferner Variablen (inACTStIndex und inStatePos), die eine Bitposition in den Nutzlasten oder der Matrix der kombinierten Nutzlasten der empfangenen Netzwerkvariablen (NVs) bezeichnen, und eine Variable (logicRule), die bestimmt, welche logische Operation mit dem Bit, das an der bezeichneten Position in der NV steht, ausgeführt werden soll, sowie das nächste Bit gemäß der Angabe durch die nächste RULE_DEF für dieses Betätigungselement. Wenn logicRule auf "UND" gesetzt ist, kann stateACT ohne Zuweisung bleiben, da die Operation des Betätigungselementes nur nach der Evaluierung der folgenden RULE_DEF ausgeführt wird. Nur wenn als Wert von logicRule "ODER" festgestellt wird, wird die durch stateAct definierte Operation ausgeführt, sofern die durch alle vorausgehenden durch UND verknüpften RULE_DEFs definierten Bedingungen erfüllt sind. Die folgenden RULE_DEFs für das gleiche Betätigungselement werden ignoriert, unabhängig davon, ob sie durch UND-Operatoren verknüpft sind oder nicht. Sind sie nicht durch UND ver knüpft, so wird die folgende RULE_DEF oder Gruppe von RULE_DEFs entsprechend verarbeitet.
Nach der Evaluierung der beschriebenen Variablen werden diejenigen STATE_CFG- und ACT_CFG-Variablen, die den Sensorelementen und den Betätigungselementen eines Knotens zugewiesen sind, zu einer CFG-Variablen kombiniert.
typedefstruct {
SNS_BGT_CFG snsBgtCfg; /*Helligk.Sensor Konfiguration */
SNS_PSH_CFG snsPshCfg; /*Drucktastensensor Konfig. */
ACT_230_CFG act230Cfg; /*Stromrelais Konfiguration */
}
CFG;
definiert beispielsweise die CFG-Variable für einen Knoten, der als Sensorelemente einen Helligkeitssensor und eine Drucktaste und als Betätigungselement einen Stromschalter, z. B. ein Relais, enthält. Wenn die vom A-Knoten generierten CFG-Daten an alle Knoten gesendet und in deren lokalen Mikrocodespeicher geladen werden, ist die Codierung als Basis der Erfindung im wesentlichen abgeschlossen. Damit das Netzwerk voll funktionsfähig ist, müssen aber noch die NVs, die Informationen über den Zustand eines Sensorelementes enthalten, an die Knoten adressiert werden, die die Betätigungselemente enthalten, welche durch den Zustand des Sensorelementes gesteuert werden. Die Aufgabe der Adressierung einzelner Knoten in einem Netzwerk kann durch verschiedene Verfahren gelöst werden, die dem Fachmann im Prinzip bekannt sind. In dem im Beispiel beschriebenen Netzwerk werden die einem Knoten zugewiesenen NVs durch einen individuellen Vorsatz identifiziert. Der Knoten, der ein Betätigungselement enthält, wird angewiesen, alle NVs, die relevante Sensordaten enthalten, in einem Prozeß zu empfangen, der als "Bindung" oder Verbindung bezeichnet werden kann.
Im folgenden wird die Funktionsweise eines erfindungsgemäß konfigurierten Netzwerks an dem oben beschriebenen Beispiel ausführlicher erläutert, wobei von einem Szenario ausgegangen wird, in dem der Benutzer will, daß ein Stromrelais eines Knotens 1 auf "AUS" geschaltet wird, wenn die vom Helligkeitssensor eines Knotens 2 gemessene Helligkeit einen Schwellenwert von 30000 Lux überschreitet und gleichzeitig die Drucktaste von Knoten 2 auf der Position "EIN" steht. Wenn die gemessene Helligkeit innerhalb eines Bereichs zwischen 0 und 20000 Lux liegt, sollte das Stromrelais ebenfalls nur betätigt werden, wenn die Drucktaste von Knoten 2 auf "EIN" steht. Schließlich wird in dem Szenario angenommen, daß der Benutzer eine kontinuierliche Anzeige der gemessenen Helligkeitswerte auf dem Bildschirm des A-Knotens wünscht.
In dem Installationsschritt werden Knoten 1, der einen Stromschalter enthält, und Knoten 2, der den Helligkeitssensor enthält, mit der Stromleitung verbunden, indem einfach ein Stecker in eine Steckdose gesteckt wird. Jeder Knoten tauscht eine Initialisierungssequenz mit dem aktivierten A-Knoten aus, der ebenfalls an dieselbe Stromleitung angeschlossen ist. Der A-Knoten vergleicht die Initialisierungssequenz jedes Knotens mit Einträgen in seiner Knotenbibliothek und generiert ein Knotenobjekt, das Informationen über den Knoten, seine Sensor- und Betätigungselemente, die zulässigen Zustände und ihre maximale Anzahl sowie die dem Knoten zugewiesenen Netzwerkvariablen (NVs) enthält. Gleichzeitig wird eine grafische Darstellung oder ein Piktogramm für jeden Knoten und seine Elemente (siehe Fig. 2) generiert, damit der Benutzer den folgen den Konfigurierungsschritt mit Hilfe einer Maus ausführen kann.
Das Konfigurationssystem läßt dem Benutzer die Wahl zwischen einem Überwachungsmodus und einem Konfigurationsmodus. Da der Überwachungsmodus keine vorrangige Aufgabe der Erfindung ist, soll hier zuerst auf diesen Modus eingegangen werden: Nach Auswahl des Piktogramms für den Helligkeitssensor von Knoten 2 wird der Benutzer im wesentlichen gefragt, in welchen Zeitintervallen die Meßdaten angezeigt werden sollen. Das Konfigurationssystem identifiziert dann eine spezielle Netzwerkvariable (SNV), deren Nutzlast nur das uncodierte Format des wie erwähnt definierten Helligkeitswertes enthält. Außerdem werden die Zeitintervalle, in denen der Knoten 2 die SNV generiert und sendet, nach der Benutzereingabe festgelegt. Der A-Knoten wird angewiesen, diese SNV zu empfangen und den Helligkeitswert nach Ausführung geeigneter Umwandlungsoperationen anzuzeigen. Der Wert kann auch in Form von Daten, die für eine weitere Verarbeitung mit einem Tabellenkalkulationsprogramm oder ähnlichem geeignet ist, direkt gesendet und gespeichert werden. Die Verarbeitung der SNV ist in Fig. 3A schematisch dargestellt. Wie erwähnt ist die Generierung und Verarbeitung der uncodierten Formatdaten kein besonderes Anliegen der Erfindung.
Im Konfigurationsmodus, der als wichtiges Element der Erfindung betrachtet wird, generiert das Konfigurationssystem die in Fig. 2 dargestellte Tabelle. Der Benutzer kann jetzt mit der Maus die Sensorelemente 211 gemäß dem oben beschriebenen Szenario in Felder der ersten Spalten ziehen. Um den ersten Betriebsmodus oder die Bedingungen wie im Szenario beschrieben zu generieren, genügt es, das Helligkeitssensor- Piktogramm in das erste Feld der IF-Spalte der Konfigurationstabelle zu ziehen und im Schwellenwert-Eingabedialog 30000 Lux als einen der Schwellenwerte einzugeben. Außerdem wird GRÖSSER ALS ausgewählt. Das Drucktasten-Piktogramm von Knoten 2 wird in dasselbe Feld gezogen, wonach das Konfigurationssystem automatisch eine UND-Verknüpfung der beiden Sensorelementzustände herstellt. Der Benutzer kann die Drucktaste als logischen Schalter benutzen und setzt ihren Wert auf EIN. Dann wird das Stromschalterelement von Knoten 1 in das benachbarte Feld der THEN-Spalte der Konfigurationstabelle gezogen und der Wert OFF angegeben. Um den zweiten Betriebsmodus zu konfigurieren, wird wiederum das Helligkeitssensorelement von Knoten 2 in das nächste Feld der IF-Spalte der Konfigurationstabelle gezogen und als Schwellenwerte 0 Lux und 20000 Lux eingegeben. Diese Werte sind durch KLEINER ALS und KLEINER ODER GLEICH mit dem Meßwert verknüpft. Das Drucktasten-Piktogramm von Knoten 2 wird wieder in dasselbe Feld gezogen, wonach das Konfigurationssystem wie oben automatisch eine UND-Verknüpfung zwischen den beiden Zuständen des Sensorelementes herstellt. Das Ziehen und Konfigurieren des Stromschalterelementes erfolgt auf die gleiche Weise wie oben, und das Stromschalterelement wird auf EIN gesetzt.
Nach der Ausführung dieser Schritte ist das Konfigurationsprogramm in der Lage, zwei CFG-Meldungen zu generieren und zu senden, wobei die CFG-Meldungen für Knoten 1 eine ACT_230_CFG- Meldung enthält. Die CFG-Meldung für Knoten 2 enthält eine SNS_BRIGHT_CFG-Meldung und eine SNS_PSH_CFG-Meldung. Die ACT_230_CFG-Meldung enthält vier RULE_DEFs wie oben definiert, die SNS_BRIGHT_CFG-Meldung enthält zwei BGT_STATE_DEFs, und die SNS_PSH_CFG-Meldung enthält eine PSH_STATE_DEF.
In der ersten BGT_STATE_DEF wird der Wert von SVNT_lux auf 30000 und die Zeichenvariable auf GRÖSSER ALS gesetzt. SNS_MATRIX wird auf einen nicht zugewiesene Bitposition BP22 der Nutzlast der Netzwerkvariablen 32, die Knoten 2 zugewiesen sind, gesetzt. Es wird davon ausgegangen, daß die Bitposition das 22. Bit der ersten übertragenen Netzwerkvariablen NV1(t) ist. Deshalb wird outSNSStIndex auf "1" gesetzt und verweist auf NV1(t), und outStatePos wird auf "22" gesetzt. Die zweite BGT_STATE_DEF enthält die Schwellenwerte 0 und 20000, und die Zeichenvariable wird auf "R" gesetzt, wodurch eine Bereichsbeziehung (0 < Meßwert ≤ 20000) angegeben wird. SNS_PSH_CFG enthält eine PSH_STATE_DEF, in der die Zeichenvariable auf "1" gesetzt ist, wodurch eine Schalterfunktion der Drucktaste signalisiert wird. Eine Bitposition in der Nutzlast von NV1 wird durch SNS_MATRIX definiert (als BP17).
In der ersten RULE_DEF zeigt die Bitangabe (inACTStIndex, in- StatePos) auf das erste oben zugewiesene Bit des Helligkeitssensors (Bitposition BP22) der zweiten Netzwerkvariablen NV2(r), die von Knoten 1 empfangen wird. Unter den Bedingungen des hier beschriebenen Szenarios ist NV2(r) gleich NV1(t), die erste NV, die von Knoten 2 gesendet wird. Der Wert von in- ACTStIndex wird auf "2" gesetzt, und inStatePos wird auf "22" gesetzt. Der Wert von logicRule wird auf "UND" gesetzt. Die Bitangabe der zweiten RULE_DEF zeigt auf Bitposition BP17, d. h. die Schalterposition. Die logicRule wird auf "ODER" gesetzt. Die Variable stateAct wird auf "ST_OFF" gesetzt.
In der dritten RULE_DEF zeigt die Bitangabe (inACTStIndex, in- StatePos) auf das zweite zugewiesene Bit des Helligkeitssensors (BP13) der zweiten empfangenen Netzwerkvariablen NV2(r). Der Wert von logicRule wird auf "UND" gesetzt. Die Bitangabe der vierten RULE_DEF zeigt auf Bitposition 17, d. h. die Schalterposition. Die logicRule wird auf "ODER" gesetzt. Die Variable stateAct wird auf "ST_ON" gesetzt. Die Werte von logic- Rule werden ebenfalls als Teil des konfigurierbaren Konvertierungsmittels 33 gespeichert.
Im beschriebenen Szenario wurde nur eine Netzwerkvariable, NV1(t) = NV2(r), benutzt. In einem allgemeineren Fall stehen jedoch jedem mit Sensorelementen ausgestattete Knoten mehrere NVs zu Verfügung, um Bits zu schreiben, die Sensorzustände bezeichnen. Dasselbe gilt auch für die mit Betätigungselementen ausgestatteten Knoten in bezug auf die Anzahl der eingehenden oder empfangenen NVs. In diesem Fall werden alle abgehenden oder gesendeten NVs eines Knotens als Matrizen 32 betrachtet, deren Zeilen die NVs und deren Spalten die Bitpositionen sind. Das gleiche gilt für die empfangenen NVs. Eine Zeile von Matrix 32 der gesendeten NVs erscheint somit als Zeile (wenn auch an einer anderen Zeilenposition) in der Matrix 31 der empfangenen NVs. Der Konfigurationsprozeß leitet für jedes Betätigungselement die Matrixpositionen aller Sensorzustände für dieses Betätigungselement ab.
Eine einfache Steuerschaltung kann mit den erfindungsgemäßen Mitteln folgendermaßen implementiert werden. Ein "zuDunkel"- Helligkeitssensorzustand (< 20000 Lux) wird definiert und mit dem Betätigungselementzustand "erhöhen", der die Stromabgabe an eine Lichtquelle erhöht, verknüpft. Ein "zuHell"-Zustand wird analog definiert (> 50000 Lux). Der Standardzustand des Betätigungselementes wird auf "STOP" gesetzt, wodurch die aktuelle Stromabgabe quasi "eingefroren" wird. Der Bereich zwischen 20000 Lux und 50000 Lux bildet eine Steuerhysterese, die Oszillationen der Steuerschaltung verhindert. Es ist leicht zu erkennen, daß diese Konfiguration eine Rückkopplungssteuerung der Helligkeit in einem Raum oder Gebäude ermöglicht.

Claims

1. Ein Knoten für ein Steuernetzwerk mit mindestens einem Sensorelement und mit Konvertierungsmitteln zum Umwandeln der Ausgabedaten des Sensorelementes und mit Modemmitteln zum Senden und/oder Empfangen von Daten über ein Übertragungsmedium und mit Speichermitteln, gekennzeichnet dadurch, daß das Konvertierungsmittel ein konfigurierbares Konvertierungsmittel 18 zum Umwandeln der Ausgabedaten des Sensorelementes 16 in digitale Daten BP13, BP17, BP22 ist, die angeben, ob ein vom Sensorelement 16 gemessener Wert eine Bedingung erfüllt oder nicht, und die über das Übertragungsmittel 15 zu senden sind, und daß das Speichermittel 13 zur Speicherung von Konfigurationsdaten dient, die vom konfigurierbaren Konvertierungsmittel 18 für die Umwandlung verwendet werden, wobei die Konfigurationsdaten aus extern bereitgestellten Steuerbedingungsdaten abgeleitet werden, die das Sensorelement betreffen.

2. Ein Knoten nach Anspruch 1, mit mindestens einem Betätigungselement 17, gekennzeichnet dadurch, daß das konfigurierbare Konvertierungsmittel 18 dafür ausgelegt ist, digitale Daten BP13, BP17, BP 22, die über das Übertragungsmedium 15 empfangen werden, in eine Operation des Betätigungselementes 18 umzuwandeln, und daß das Speichermittel 13 dafür ausgelegt ist, Konfigurationsdaten zu speichern, die vom konfigurierbaren Konvertierungsmittel 18 für die Umwandlung verwendet werden, wobei die Konfigurationsdaten aus extern bereitgestellten Steuerbedingungsdaten abgeleitet werden, die das Sensorelement betreffen.

3. Ein Knoten nach Anspruch 1 oder 2, der dadurch gekennzeichnet ist, daß das konfigurierbare Konvertierungsmittel 12 und das Speichermittel 13 Verbindungsmittel 33 besitzen, um digitale Daten BP 13, BP 17, BP22, die von mehreren Sensorelementen 16 empfangen werden und dasselbe Betätigungsmittel 17 betreffen, zu verbinden und durch logische Operatoren (UND, ODER), die ebenfalls aus extern bereitgestellten Steuerbedingungsdaten, die das Sensorelement betreffen, abgeleitet werden, mit einem Betätigungselement 17 zu verknüpfen.

4. Ein Knoten nach Anspruch 1 bis 3, in dem die von einem Sensorelement 16 gesendeten Daten auf ein Bit BP13, BP17, BP22 für jede extern bereitgestellte Steuerbedingungsangabe, die das Sensorelement 16 betrifft, reduziert ist.

5. Ein Knoten nach Anspruch 1, bei dem das konfigurierbare Konvertierungsmittel 18 ein Speichermittel 13 besitzt, um Mikrocode zu speichern, und außerdem Mikroprozessormittel 12 besitzt, um den im Speichermittel 13 gespeicherten Mikrocode auszuführen.

6. Ein Verfahren zum Konfigurieren eines Steuernetzwerks, das Knoten 10, 101 besitzt, von denen jeder Modemmittel 11 besitzt, um Daten über ein Übertragungsmedium 15 zu senden und/oder zu empfangen, wobei jeder Knoten 10, 101 ein Sensorelement 16 und/oder ein Betätigungselement 17 besitzt, mit einem konfigurierbaren Konvertierungsmittel 18 zum Umwandeln der Ausgabedaten des Sensorelementes 16 in digitale Daten BP13, BP17, BP22, die angeben, ob ein vom Sensorelement 16 gemessener Wert eine Bedingung erfüllt oder nicht, und die über das Übertragungsmedium 15 an einen an deren Knoten 10, 101 des Netzwerks gesendet wird, und/oder zum Umwandeln eines empfangenen Bitmusters in eine vorgegebene Operation des Betätigungselementes 17, wobei aus extern bereitgestellten Steuerbedingungsdaten

- IF-Informationen zu einem vorgegebenen Zustand des Sensorelementes,

- THEN-Informationen zu einer vorgegebenen Operation des Betätigungselementes

- wenn mehrere IF-Angaben das gleiche Betätigungselement 17 betreffen, logische Operationen mit den verschiedenen IF-Angaben

- wenn bestimmte THEN-Instruktionen eines der Betätigungselemente 17 betreffen, Prioritätsdaten bezüglich der Reihenfolge, in der verschiedene THEN-Instruktionen auszuführen sind

- und weitere Verbindungsinformationen zu den Knoten 10, 101, die Daten austauschen sollen

extrahiert und in Konfigurationsdaten umgewandelt werden, um diese in das an das Konvertierungsmittel 18 angeschlossene Speichermittel 13 zu laden und durch das konfigurierbare Konvertierungsmittel 18 zur Umwandlung zu verwenden.

7. Ein Verfahren nach Anspruch 7, bei dem eine Konfigurationstabelle 20 zur Vorformatierung der extern bereitgestellten Steuerbedingungsdaten generiert wird, die im wesentlichen eine IF-Spalte für Einträge, die sich auf vorgegebene Zustände von Sensorelementen 16 beziehen, und eine THEN-Spalte für Einträge, die sich auf vorgegebene Operationen von Betätigungselementen 17 beziehen, besitzt, und in der die Einträge in einem Feld der IF-Spalte durch eine logische UND-Verknüpfung und Einträge in verschiedenen Zeilen der Tabelle durch eine logisch ODER-Verknüpfung verknüpft werden.