METODO, SISTEMA Y DISPOSITIVO INALAMBRICO DE TRANSFERENCIA DE PROTOCOLO ENTRE LOS ESTANDARES DMX-512 E IEEE 802.15.4
El objeto de la presente invencion hace referencia a un metodo para comunicar dos estandares de comunicaciones distintos, DMX-512 (Digital MultipleX) e IEEE 802.15.4 para el control de iluminacion, asi como un sistema capaz de llevar a cabo dicha comunicacion. El sistema disenado esta compuesto por al menos dos dispositivos: un transmisor y un receptor, que una vez instalados permiten el control inalambrico de la iluminacion de dispositivos compatibles con el estandar DMX.
Asi mismo tambien se presenta esta memoria un dispositivo de iluminacion inalambrico basado en tecnologia LED con intensidad luminosa programable capaz de soportar protocolo IEEE 802.15.4 directamente, y por lo tanto capaz de funcionar con el metodo de la invencion.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
El control de iluminacion en eventos publicos tales como conciertos, teatros, conferencias, etc., se realiza preferentemente bajo el estandar de comunicaciones DMX-512 (Digital MultipleX). Este estandar permite el control, mediante comunicacion a traves de cable, de la intensidad de iluminacion de distintos dispositivos luminosos por medio de senales digitales que se transmiten mediante un sistema cableado.
El estandar DMX-512 es un estandar de comunicaciones simple y robusto, que posee la capacidad de controlar hasta 512 canales mediante un protocolo de comunicaciones asmcrono y unidireccional de transmision serie. Es capaz de alcanzar velocidades de hasta 250, 000 Baudios mediante una interfaz fisica compatible con la capa fisica de transmision RS-485 que consta de dos cables de senal y una toma de tierra. Esta interfaz funciona como un bus de comunicaciones de transmision multipunto con transmision de senales en forma diferencial, lo que aumenta de forma considerable la inmunidad frente a ruido externo y siendo capaz de transmitir a largas distancias, por encima de 1000 metros.
El sistema DMX-512 posee un solo emisor y multiples receptores, pudiendo el emisor
seleccionar el receptor al que se le envia la information. La conexion entre emisor y
receptores se realiza mediante conectores XLR de 5 pines o XLR de 3 pines.
Cada transmisor DMX-512 env^a 512 valores de 8 bits, donde cada uno toma valores comprendidos entre 0 y 255, donde 0 implica luz apagada y 255 es el maximo de intensidad en dicho canal. Cada receptor conectado a la lmea del bus RS-485 puede elegir uno de los 512 canales para controlar su salida. El protocolo DMX-512 requiere que el transmisor repita la transmision una vez por segundo.
Respecto al control inalambrico de dispositivos luminosos, en la actualidad existen en el mercado una gran variedad de dispositivos que transmiten de forma inalambrica entre dos puntos, sin embargo, solo la especificacion Zigbee hace referencia al control de forma inalambrica de la intensidad luminosa de una lampara. Por otro lado, el estandar IEEE 802.15 se centra en el desarrollo de redes LR-WPAN (Low Rate - Wireless Personal Area Network) de alta escalabilidad y con baja tasa de datos. Este estandar esta especialmente indicado para bajo consumo, hecho este que se puede conseguir en los nodos mediante la utilizacion de modos de bajo consumo durante largos periodos de tiempo. Ademas, dadas sus posibilidades de direccionamiento, esta comunicacion inalambrica permite la creacion de redes de hasta 65, 536 nodos, con lo que disponemos de una elevada escalabilidad.
El estandar IEEE 802.15.4 define la capa fisica y el control de acceso al medio de redes inalambricas. La capa fisica define la posibilidad de utilizacion de 16 canales en la banda ISM de 2.4 GHz, comprendidos desde 2400 MHz hasta 2483.5 MHz, de forma que puede seleccionarse cualquiera de estos canales para proporcionar robustez ante posibles inferencias en la red inalambrica. Estos canales se encuentran separados entre si 5 MHz. Tambien define para la comunicacion una modulation O-QPSK (Offset quadrature phase- shift keying) con velocidad de 250, 000 baudios y codification DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) para aumentar la robustez de la comunicacion.
En dicho estandar inalambrico se definen la posibilidad de varios tipos de dispositivos (Full Function Device FFD o Reduced Function Device RFD) segun su funcionalidad. La implementation de uno u otro tipo dependera del coste, topologia requerida en la aplicacion y hardware disponible. En la especificacion se definen se definen varias topologias que permiten ampliar de forma considerable el radio de action y la tolerancia a fallos de nodos en la red:
Formacion de una red estrella. Esta red esta formada por un solo dispositivo FFD
(Coordinador PAN) y varios dispositivos RFD (End Device, ED). En esta red, el coordinador PAN es quien centraliza la comunicacion con el resto de los dispositivos, siendo estos los dispositivos finales en la comunicacion. En esta topologia de red, los dispositivos ED no se pueden comunicar entre si estableciendo cualquier comunicacion a traves del Coordinador PAN de la red. Esta topologia permite disminuir la latencia de los datos transmitidos, aunque por restricciones fisicas es la que menos nodos permite integrar. En la Figura 3 se muestra una topologia tipo estrella, y como se establece el flujo de datos entre el coordinador de la red y los dispositivos finales de la red ED ("End Devices").
Formacion de una red punto a punto (peer-to-peer). Es una topologia punto a punto, donde cada dispositivo es capaz de comunicarse con cualquier otro dispositivo dentro de su radio de propagation. Este tipo de redes formadas principalmente por dispositivos FFD proporcionan una robustez adicional, puesto que permite redundancia de caminos en la transmision de la information como se muestra en la Figura 4, asegurando la integridad en la entrega de informacion.
El solicitante no conoce en el estado de la tecnica ningun dispositivo, metodo o sistema que permita el control de sistemas de iluminacion mediante el estandar IEEE 802.15.4.
DESCRIPCION DE LA INVENCION
La presente invention esta basada en la combination de dos estandares de comunicaciones, y pretende disminuir el coste economico y el tiempo necesario para la instalacion y mantenimiento de dispositivos y sistemas cableados dedicados a la luminotecnia.
Para ello consta de los elementos definidos en las reivindicaciones.
Este metodo y sistema son capaces de hacer compatibles los protocolos DMX-512 e IEEE
802.15.4 haciendo posible el control inalambrico de iluminacion de lamparas que actualmente se realiza con sistemas cableados por medio del protocolo DMX-512.
El sistema disenado esta compuesto de al menos dos dispositivos: un transmisor y un
receptor, pudiendo ampliarse hasta un transmisor y 512 receptores, sustituyendo de esta
forma todo, o solo parcialmente, el bus DMX implementado mediante tres cables, por un bus
inalambrico.
Cada uno de los dispositivos componentes del sistema son capaces de recibir y transmitir datos series bajo las capas fisicas RS-485 e IEEE 802.15.4, y por tanto, se encuentran constituidos por un microprocesador como unidad de procesamiento, un transceptor (transceiver) inalambrico compatible con la capa fisica del estandar IEEE 802.15.4 y un transceiver RS-485, compatible con la capa fisica del estandar DMX-512.
El metodo consta de varias etapas:
En el nodo transmisor, la funcion de la unidad de procesamiento es observar en el bus los direccionamientos y parametros de control trasmitidos por la unidad centralizadora/transmisora del estandar DMX-512. Asi mismo, analizara las direcciones y los parametros de control y, siempre que estas correspondan a dispositivos inalambricos receptores, seran encapsuladas en tramas IEEE 802.15.4 para su posterior transmision hacia los nodos receptores de la red establecida bajo el estandar inalambrico. De esta manera, las tramas de control DMX-512 seran transmitidas a distintos nodos de la red de forma inalambrica, segun el direccionamiento establecido por el emisor DMX. Ademas, el dispositivo inalambrico transmisor debe generar las senales necesarias siendo el nodo encargado de generar cualquier senal necesaria en el bus para la correcta ejecucion del protocolo DMX.
Cuando sea necesario, en el nodo receptor se procedera al des-encapsulado de las tramas
802.15.4 para su posterior transmision a los equipos que utilicen DMX-512 como control de iluminacion. Tambien sera el encargado de transmitir cualquier asentimiento 802.15.4 que garantice la integridad de la comunicacion inalambrica.
La red inalambrica que se establece mediante el estandar IEEE 802.15.4 puede tener una topologia simple de estrella o mas compleja como una red en malla (mesh topology) con redundancia de caminos. La seleccion de una topologia u otra depende del radio de cobertura que necesite el evento y de la latencia de los datos.
Asimismo, la red podria funcionar de forma sincronizada mediante balizamiento (beacon
enable mode) si no son necesarios varios niveles jerarquicos, o en modo asmcrono sin
balizamiento (non-beacon enable mode) si la red requiere bastantes niveles jerarquicos para
ampliar la cobertura de accion de la red.
El dispositivo que funciona como coordinador PAN (Personal Area Network) de la red
802.15.4 sera aquel que se encuentra conectado al bus DMX (nodo transmisor inalambrico) donde tambien se encuentra el emisor de dicho protocolo. Este nodo esta conectado al bus DMX mediante un conector XLR de 5 polos, y dado que es el coordinador PAN de la red inalambrica, tambien gestiona dicha red avisando de posibles problemas en la red (falta de cobertura, fallo de nodos, etc) mediante senalizacion de diodos led integrados en la misma placa de circuito impreso.
El dispositivo inalambrico que se encarga del control de uno o varios receptores DMX (nodo receptor inalambrico) podran ser dispositivos RFD o dispositivos FFD, segun lo requiera la topologia y la funcionalidad requerida. Este dispositivo dispone de un conector XLR de 5 polos para su conexion al sistema con intensidad luminosa compatible con DMX.
La invencion tambien presenta el diseno de un dispositivo de iluminacion basado en tecnologia LED cuya intensidad luminosa es programable a traves del protocolo IEEE 802.15.4, y por lo tanto conectable directamente al nodo transmisor del sistema descrito anteriormente sin requerir el desencapsulado de las tramas IEEE 802.15.4. Este dispositivo permite el control a traves del sistema descrito anteriormente (sistema de compatibilidad entre protocolo DMX-512 e IEEE 802.15.4) aunque sin necesidad de disponer de capa fisica DMX, lo que redunda en un diseno mas reducido y de menor coste. El dispositivo luminoso objeto de invencion esta compuesto por un regulador de intensidad (Dimmer) , un transceiver inalambrico compatible con la capa fisica del protocolo IEEE802.1.4 y una unidad de procesamiento.
El regulador de intensidad tiene como objetivo variar la intensidad de corriente que circula por la lampara LED, obteniendo asi distintos niveles de intensidad luminosa dependiendo de los niveles programados en el transmisor DMX. La unidad de procesamiento sera la encargada de traducir dichos niveles de intensidad recibidos a traves del transceiver
802.15.4 a niveles logicos compatibles con el regulador.
Como principales ventajas de la invencion se citan:
- Facil instalacion y mantenimiento, sin necesidad de desplegar sistemas de cableado para la comunicacion.
- Control inalambrico compatible con los sistemas cableados.
- Facil expansion de la red de iluminacion sin necesidad de instalacion de nuevos cables para el control de intensidad.
- Establecimiento de un sistema de acuse de recibo para evitar posibles perdidas de datos durante las transmisiones.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Para complementar la description realizada y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracteristicas de la invention, se acompana como parte integrante de dicha descripcion, un conjunto de dibujos donde con caracter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1. Muestra el esquema a nivel de sistema del dispositivo transmisor de control inalambrico.
Figura 2. Muestra el esquema del sistema receptor de control inalambrico para dispositivos con interfaz DMX
Figura 3. Muestra el esquema del sistema luminoso receptor de intensidad variable con interfaz integrada IEEE 802.15.4.
Figura 4. Representation esquematica del sistema de control de iluminacion que contiene los dispositivos de las figuras 1, 2 y 3, distribuidos en una red de control inalambrica con topologia estrella y su conexion al estandar DMX-512.
Figura 5. Representacion esquematica del sistema de control de iluminacion que contiene los dispositivos de las figuras 1, 2 y 3, distribuidos en una red de control inalambrica con topologia punto a punto y su conexion al estandar DMX-512.
REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION
El objeto de la presente invencion es un metodo y dispositivo que evitan la instalacion de cables en espectaculos de luminotecnia tales como conferencias, teatros, conciertos, etc. Para ello combina la utilization dos estandares, siendo el estandar inalambrico IEEE
802.15.4 el que define la capa fisica y el acceso al medio, mientras que el estandar DMX- 512 solo define el acceso al medio.
El sistema disenado esta compuesto de al menos dos nodos: un transmisor (3) y un receptor (5). Como se puede observar en las figuras 1 y 2, tanto el transmisor (3) como el receptor (5)
en su realization practica estan dotados de comunicacion inalambrica, y comprenden una unidad de procesamiento formada por un microprocesador (8) con requerimientos de potencia y memoria suficientes para la ejecucion de la pila de protocolos 802.15.4, asi como la codificacion/decodificacion de senales del protocolo DMX-512. Tambien incluyen un transceiver inalambrico compatible con la capa fisica del estandar inalambrico IEEE
802.15.4 (7) en la banda de 2, 4GHz con modulation O-QPSK con codification DSSS. Asi mismo, estos dispositivos tambien pueden conectarse al bus (1) cableado del estandar DMX-512, para lo cual tambien incluyen un transceiver RS-485 (9). La unidad de procesamiento de cada dispositivo gestiona el estandar de control DMX-512, conectandose al bus de datos serie mediante el transceiver RS-485 (9) , y realizando el cambio de protocolo hacia IEEE 802.15.4.
Tambien se ha descrito en este documento un nuevo dispositivo inalambrico (6) , con interfaz IEEE 802.15.4 integrada que permite el control de luminosidad por un transmisor DMX a traves del sistema transmisor descrito con anterioridad. La figura 3 muestra el esquema a nivel de sistema de dicho dispositivo, en la que un LED (10) es controlado por un regulador de intensidad (11) segun las ordenes traducidas por la unidad de procesamiento.
El sistema puede comprender igualmente varios elementos luminosos (12) tradicionales, similares a los elementos luminosos DMX (4) , pero conectados directamente al bus (1) cableado del estandar DMX 512, como se aprecia en la figura 1.
Primer ejemplo
En la figura 4 muestra una primera realizacion particular de la invention. El esquema representa un sistema para controlar varios elementos luminosos DMX (4) regulando su intensidad mediante una pluralidad de dispositivos inalambricos receptores (5) de la figura 2, y un dispositivo inalambrico transmisor (3) de la figura 1 distribuidos en una red de tipo estrella. Tambien muestra la utilization de dispositivos inalambricos (6) con interfaz IEEE
802.15.4 (figura 3) como posibles sustitutos de dispositivos con interfaz DMX.
El usuario introduce en una mesa de control de iluminacion (2) , como unidad centralizadora del estandar DMX-512 y controlador/transmisor DMX, la configuration correspondiente para cada punto de luz, y se envia a traves del bus DMX (1) al dispositivo inalambrico transmisor (3). Este realiza el encapsulado en tramas IEEE 802.15.4 cuando corresponda y transmite al receptor (5) los parametros de control. La utilizacion de la interfaz RS-485 permite
conexiones de elevada longitud, y ademas es robusta y muy inmune al ruido. El hecho de que permita conexiones de elevada longitud es muy adecuado para espectaculos en grandes recintos. A partir de este instante, se ha realizado la conversion del estandar DMX- 512 al estandar inalambrico IEEE 802.15.4. El dispositivo transmisor se encarga de enviar la 5 informacion a los diferentes receptores (5) , que seran dispositivos inalambricos. Esto produce un elevado ahorro en cable, facilitando la instalacion del sistema, asi como el mantenimiento y la localization de averias. Finalmente, los dispositivos receptores controlan a los elementos de luminosidad DMX (4) mediante una interfaz RS-485 y el desencapsulado de las tramas IEEE 802.15.4.
Aquellos parametros de control que se envien a dispositivos inalambricos (6) no sufren la reconversion al estandar DMX-512, pues estos dispositivos inalambricos (6) no lo requieren, Segundo ejemplo
La figura 5 muestra una segunda realization de la invention. La diferencia respecto de la 15 realizacion de la figura 4, es que los dispositivos inalambricos receptores (5) y los dispositivos inalambricos (6) con interfaz 802.15.4 integrada, estan distribuidos formando una red inalambrica punto a punto, donde cada dispositivo es capaz de comunicarse con cualquier otro dispositivo dentro de su radio de propagation. Este tipo de redes, formadas principalmente por dispositivos FFD, proporcionan una robustez adicional, puesto que 20 permiten redundancia de caminos en la transmision de la informacion asegurando la integridad en la entrega de informacion.
