JP2009529214A - 光通信を利用した照明ユニットを有する照明システム - Google Patents

Abstract

【課題】照明システムの容易かつ自動的な再コンフィギュレーションを可能にすること
【解決手段】照明システムおよびこの照明システムを作動させる方法について記述する。複数の照明ユニット（１０、１０’）の各々は、光出力を制御するための照明制御ユニット（１４）を有する照明要素（１２）と、通信メディア、例えばＲＦまたは電力ライン通信を通して通信するための通信ユニット（１６、１６’）とを備える。これらユニット（１０、１０’）は、更に他の照明ユニット（１０、１０’）からの光を受けるための光受信機（１８）を有する。光受信機（１８）、通信ユニット（１６、１６’）および照明制御ユニット（１４）にはコントローラユニット（２０）が接続されている。少なくともコンフィギュレーションフェーズにおいて、容易かつ自動化されたセットアップを可能にするよう、照明ユニット（１０、１０’）は変調された態様で照明要素（１２）を作動させることにより情報を送り、この情報は発生された光を観察する別の照明ユニット（１０、１０’）により受信される。第１の特徴によれば、第１照明ユニット内の照明要素（１２）をターンオンし、放出された光が別の照明ユニットによって観察されたかどうかに応じ、クラスター情報を発生することにより、照明ユニット（１０、１０’）をクラスターとなるようにグループ分けする。第２の特徴によれば、照明ユニット（１０、１０’）は、通信ネットワークを形成し、変調シーケンスに従って照明要素（１２）を作動させることにより、コードデータ（７８ａ、７８ｂ）を送信し、次にこのコードデータ（７８ａ、７８ｂ）によって暗号化されたコンフィギュレーションデータ（８０）を、通信メディアを通して送信することにより、参入照明ユニット（６６）と通信する。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明システム、照明システム内で使用するための照明ユニット、および照明システムを制御する方法に関する。

本明細書における照明システムとは、複数の照明ユニットを備え、これら照明ユニットが適当に制御できるように接続されているシステムを意味すると理解する。かかる照明システムはビルに設置でき、設置された照明ユニット（ランプ）以外に他の要素、例えば制御要素（例えばスイッチ、センサ、先端技術コントローラ）などを含むことができる。

国際特許出願第WO-A-2005/096677号は、オフィスおよび会議室で使用できる照明システムについて述べている。部屋内の公知の空間的位置に照明ユニット（ランプ）が設置されており、各照明ユニットは、コントローラユニットと通信するための有線接続または無線接続を含む。制御ユニットは、自動コミッショニングプロセスを作動するようにプログラムされている。まず最初にすべての照明ユニットがターンオフされ、次に照明ユニットのうちの第１ユニットにオンコマンドが伝送され、この照明ユニットをターンオンするようになっている。コントローラは、光測定セルを備え、このセルによってコントローラは、照明ユニットから発生された光を受ける。認識される光の方向および認識される光強度レベルまたは光強度変化から、照明ユニットの空間的位置が推定される。このように、数個の部屋を有するビル名の照明システムを構成することができ、各部屋にコントローラユニットを設置できる。

しかしながら、照明システムを設定するにはまだいくつかのコンフィギュレーションステップが必要であるが、これらステップは現在のシステムでは自動化されていない。このことは、暗号化により通信を安全にしなければならない照明システムにも特に当てはまり、これにより各照明ユニットで安全に暗号化鍵を利用できるようにしなければならない。

従って、本発明の目的は、容易かつ自動的な再コンフィギュレーションを可能にする照明システム、照明ユニットおよび照明システムを制御する方法を提供することにある。

従って、本発明は、
複数の照明ユニット（１０、１０’）を備え、前記各照明ユニットは、
光を発生するための照明要素（１２）と、
前記照明要素（１２）の光出力を制御するための照明制御ユニット（１４）と、
通信メディアを通して通信信号を送受信するための通信ユニット（１６、１６’）と、
他の照明ユニット（１０、１０’）からの光を受けるための光受信機（１８）と、
前記光受信機（１８）、前記通信ユニット（１６、１６’）および前記照明制御ユニット（１４）に接続された制御ユニット（２０）とを備える照明システムに関する。

本発明は、
光を発生するための照明要素（１２）と、
前記照明要素（１２）の光出力を制御するための照明制御ユニット（１４）と、
通信メディアを通して通信信号を送受信するための通信ユニット（１６、１６’）と、
他の照明ユニット（１０、１０’）からの光を受けるための光受信機（１８）と、
前記光受信機（１８）、前記通信ユニット（１６、１６’）および前記照明制御ユニット（１４）に接続された制御ユニット（２０）とを備える、請求項１〜３のうちの１項に記載のシステムにおいて使用するための照明ユニットにも関する。

本発明は、
スイッチング、制御またはセンサ機能を実行するための機能要素（２４）と、
通信メディアを通して通信信号を送受信するための通信ユニット（１６、１６’）と、
光を発生するための照明要素（１２）および前記照明要素（１２）の出力を制御するための照明制御ユニット（１４）および／または光を受けるための光受信機（１８）と、
前記機能要素（２４）、光受信機（１８）、通信ユニット（１６、１６’）および照明制御ユニット（１４）に接続されているコントローラユニット（２０）とを備える、照明システムで使用するための制御要素にも関する。

更に本発明は、照明システムを制御する方法であって、前記照明システムは、複数の照明ユニット（１０、１０’）を備え、前記照明ユニットの各々は、光を発生するための照明要素（１２）と、
通信メディアを通して通信するための通信ユニット（１６、１６’）と、
他の照明ユニット（１０、１０’）からの光を受けるための光受信機（１８９とを備え、
前記照明ユニット（１０、１０’）は、前記通信メディアを通して通信し、
少なくともコンフィギュレーションフェーズにおいて、前記照明ユニット（１０、１０’）のうちの少なくとも１つは、制御された態様で前記照明要素（１２）を作動させることにより情報を送り、少なくとも１つの別の照明ユニット（１０、１０７）は、前記発生された光を観察することにより、前記情報を受信する、照明システムを制御する方法にも関する。

本発明に係わる照明システムは、複数の照明ユニットを含む。照明ユニットは光を発生するための照明要素と、照明要素の光出力を制御する関連する照明制御ユニットとを有する。更に、通信メディアを通して通信信号を送受信するための通信ユニットも設けられ、この通信メディアは共用メディアとすることが好ましく、標準的な通信メディア、例えばＩＥＥＥ８０２.１５.４無線通信または電力ラインとすることができる。他の照明ユニットからの光を受けるための光受信機も設けられる。光受信機、通信ユニットおよび照明制御ユニットにはコントローラユニットが接続される。

後に明らかとなるように、かかる１つの照明ユニットおよび複数の照明ユニットを備える照明システムは、
自己の光出力を制御する能力、
他の照明ユニットからの光を受ける能力
通信メディアを通して通信する間、制御および／または整合を行うことができる能力により容易に構成できる。

このように、照明ユニットの間でデータを送受信できるようにする別の通信チャンネル（光リンク）が設定される。通信メディアを通した通信の他に、この光リンクを通したこのデータの転送により、安全な通信の容易かつ自動化された設定（ブートストラッピング）が可能となる。ほとんどのケースでは、光リンクのバンド幅のほうが通信メディアのバンド幅よりも狭いので、ほとんどの通信に対して通信メディアを使用し、光リンクを通して相補的な情報だけを送信することが好ましい。

照明ユニットの間の追加光リンクに通して通信の整合を行うのに、通信メディアを通した通信を使用することが好ましい。「整合」なる用語は、照明ユニットの間の光通信の任意のタイプの時間補正（すなわちどの照明ユニットがどの時間および／またはどの時間長さで光信号を送受信するか）、特に順序の決定（すなわちどの順序で照明ユニットが光信号を送受信するか）を意味すると解す。従って、整合により光信号を受ける照明ユニットは、この情報を正しく解読できるようになる。

照明要素として、任意のタイプの発光要素、例えば白熱ランプ、ガス放電ランプ、蛍光ランプ、ＬＥＤなどを挙げることができる。同じカラーまたは異なるカラーの光を発生するこれら発光要素の１つ以上が存在し得る。照明制御ユニットにより、この照明要素の光出力を制御し、この制御は、光要素を単にオンオフすることだけでなく、輝度光束またはカラーまたは時間長さ、または別のパラメータを連続的または離散的に変えるような、より複雑なタイプの変調を含むことができる。

通信ユニットは、通信メディアを通して通信を行い、この通信は、（光のような）見通し線通信だけに限定されず、双方向の通信、例えば無線（ＲＦ）通信または電力ライン通信を可能にするようなタイプの通信も含む。今日、多くの異なるプロトコルが知られており、かかる通信は、これらプロトコルに従って構成できる。プロトコルがノード間の通信信号の転送（マルチホップ）について対策を講じている場合、どの照明ユニットも、他のどの照明ユニットからの信号を直接（ワンホップ）、物理的に受信できるようになっている必要はない。更に後述するように、好ましい実施形態は、ＩＥＥＥ８０２.１５.４の頂部にスタックされたジグビー（ＺｉｇＢｅｅ）ネットワークに従ってＲＦインターフェースを使用することである。

光受信機は、他の照明ユニットの照明要素から発生される光を受ける能力を有する任意のタイプの要素でよい。例えばスレッショルド弁別器により、入射光が存在するｋａ、または存在しないかを検出するために、簡単なフォトダイオードを使用することが可能である。これとは異なり、他のタイプの感光要素を使用することも可能である。光受信機内に２つ以上の感光要素が存在してもよく、例えば光を受けることができる方向ごとに感光要素を１つずつ設けてもよい。更に受信機が入射光の特定のバンド幅に対して、選択的になることができるよう、または任意のタイプのバックグラウンド照明に対して（例えば日光または他の人工光を通し）光変化に反応できるよう、受信機を更に変更することができる。

最後にコントローラユニットは光ユニットからの信号を少なくとも受け、制御コマンドを照明制御ユニットへ送り、更に通信ユニットを通してコマンドを送受信できるような任意のタイプの処理ユニットとすることができる。また、インターフェースとしてのみ働くコントローラユニットを設け、通信ユニットを通し、光受信機からの着信信号を転送し、通信ユニットを解して受信したコマンドに応答し、照明制御ユニットを制御することにより、照明ユニットに対し、極めて小さいオンボードインテリジェンス信号を送ることができる。これとは異なり、好ましい実施形態の説明に関連して明らかとなるように、十分なメモリを有するマイクロコントローラおよび照明ユニットの作動を局部的に実行するプログラムを使用することも可能である。

照明システムをビル内に設置できる。照明システムは、照明ユニットだけに限定する必要はなく、別の要素、例えば制御要素（スイッチ、ディマー、または複雑な制御ユニット、例えばＰＣ、センサユニットなど）を含むことができる。

本発明にかかわる制御要素は、制御要素が通信メディアを通して通信できるようにする通信ユニットを備える。更に制御要素は、機能要素を含む。制御要素が特別な制御機能を実行できるようにするのは、この機能要素である。機能要素は、スイッチング要素、制御要素（例えばマイクロプロセッサ）、またはセンサ値を検出するためのセンサ要素のうちの１つ以上でもよいし、これらの１つ以上を含んでもよい。

制御要素は、出力を制御するための照明制御要素に関連する、光を発生する照明要素、または照明ユニットまたは他の制御要素から発生される光を受けるための光受信機、または照明要素と光受信機の双方の組み合わせのうちのいずれかを更に含む。この制御要素、光受信機（存在する場合）、および照明制御ユニット（存在する場合）に、制御要素のコントローラユニットが接続される。このコントローラユニットは、制御要素の機能要素を作動させる。更にこのコントローラユニットは、コントローラ要素がネットワーク内でスイッチング、制御またはセンサ機能、通信メディアを通した機能要素の出力信号の伝送を実行できるようにする。

照明要素と光受信機の双方を有する制御要素は、照明ユニット（プラス追加機能要素）のすべての特徴を有する。従って、かかる制御要素は（特別な）タイプの照明ユニットとして見えるので、照明ユニットに関するこれまで説明したか、または以下説明するすべての記載は、かかる制御要素にも当てはまる。

照明ユニットのクラスタリング
本発明の第１の好ましい実施形態では、コンフィギュレーションステップ中に、照明ユニットを１つ以上のクラスターにグループ分けする。特に複数の部屋を有するビル内に照明システムを設置する場合、同じクラスター内のすべての照明ユニットが同じ部屋に位置し、同じ部屋内のすべての照明ユニットが同じクラスター内に位置するよう、照明ユニットをグループ分けし、よって、単一制御ポイント（例えばスイッチ）からクラスター全体を制御できるようにしなければならない。これらクラスターは、他の照明ユニットから発生される光を観察できる照明ユニットの能力を示す。このことは（好ましくは、すべての照明要素を最初にターンオフした後で）、
第１照明ユニットの照明要素をターンオンすること、および
第１照明ユニットの照明要素から発せられる光を、どの照明ユニットが観察するかに応じて、クラスター情報を発生することにより達成できる。

このように、照明ユニットの設置のトポロジーに従ってクラスター情報を自動的に発生することが可能である。好ましくは、異なる照明ユニットがターンオンするごとに、複数の照明ユニットに対してこれらステップを繰り返すことが好ましい。システム内のすべての照明ユニットに対して上記ステップを繰り返すことが好ましいが、絶対的に必要なわけではない。

クラスタリング中の作動を制御し、および／または非集中的に（すなわち複数の照明ユニットに）または集中的に（すなわち１つの中央デバイス内に）クラスタリング情報を記憶できる。

集中的にクラスタリングを実行する場合、中央デバイスは通信ユニットを有する中央ユニットとすることができる。この中央ユニットは上記ステップをトリガーするためのコマンドを通信メディアを通して送る。最初の照明ユニットから発せられる光を観察する、少なくとも１つの、しかしながら好ましくは全ての照明ユニットが、この光の観察を検出情報として、すなわち光を観察したか否かの情報として、中央ユニットへレポートする。中央ユニットは検出された情報を処理し、クラスターリストを発生し、記憶する。

クラスタリングを非集中的に実行する場合、照明ユニット自身が上記ステップに従って作動をコンフィギュアする。整合を行うために、照明ユニットは通信メディアを通して通信できる。発生されたクラスター情報は、１つ以上の照明ユニットの一部である記憶手段内のクラスターテーブルとして記憶できる。有効な非集中作動を行うためにすべての照明ユニットはクラスターテーブルのための記憶手段を備えることが好ましい。しかしながら、１つのユニットに利用できるクラスター情報は、完全でなくてもよく、すなわちシステム内のすべての照明ユニットのクラスタリングを記述すればよいと理解すべきである。むしろ、クラスタリング情報はここの照明ユニットに対応するクラスター情報、例えば同じクラスター内のすべての照明ユニットに対する識別子のリストに限定されることが好ましい。

安全なネットワークコンフィギュレーション
別の好ましい実施形態では、自動的に、かつ安全に安全通信をセットアップ（ブートストラップ）するために、別の光通信チャンネルを使用する。

例えば暗号化により共用メディアを通した通信を安全にするよう、関連するセキュリティメカニズムをブートストラップ化しなければならない。このことは特に、最初の（初期の）秘密を確立しなければならないこと（すなわちその秘密を直接鍵として使用するか、または更なる暗号メッセージ交換の認証のために使用しなければならない）を意味する。

照明ユニットを設置後、共用メディアを通して通信距離（この通信距離は、１つの部屋または１つのビルに制限されているわけではない）の境界を予測することは容易ではないが、光伝搬の特性により、一般に光通信はビル内の１つの部屋だけに制限される。

セキュリティブートストラップの目的のために、コンフィギュレーションフェーズ中に同じ部屋内にあると証明されたデバイスは、認証されたと安全に見なすことができる。これら特性は、照明ユニットに利用できる光通信リンクを通してセキュリティブートストラップのために使用される（例えば初期の秘密を含む）コードデータを送信することによって使用される。このように、同じ部屋内にあるデバイスだけが認証され、ネットワーク通信距離内にあるが、部屋の外側にあるデバイスは認証されない。

ネットワークの一部が既にコンフィギュアされたと見なすことにより、コンフィギュレーションがスタートする広義の意味で、単一照明ユニットでも１つのネットワークと見なすことができるが、ネットワークは一般に複数の照明ユニット（ノード）を含むことに留意すべきである。従って、（１つの）最初の（ペアの）ノードの間でネットワークを設定するのに、同じ機構を適用できる。ネットワーク内の照明ユニット（および可能な場合には他のタイプのノード、例えば制御ユニット）は、通信メディアを通して通信するように構成されている。

（例えば新しく設置された）照明ユニットがネットワークに参入することができるようにするために、光リンクを通してコードデータが送られる。このコードデータは、ブートストラッピングセキュリティ（例えば初期の秘密）として使用され、例えば対称な暗号化のための鍵、非対称な暗号化のための鍵ペア、対称または非対称な鍵の一部、データの一部として使用でき、これらから一部または完全な対称または非対称の鍵を照明ユニット内で計算できる。例えば暗号メッセージ交換（例えばディフィ−ヘルマン法）の認証のために、このコードデータを使用できる。

光ユニットがオンとなっている時間により、最も簡単なケースにおける光内のコードデータを符号化し、更にこれに従って照明要素を制御することにより、参入照明ユニットからネットワーク内で既にコンフィギュアされている少なくとも１つの照明ユニット（ネットワークノード）へ、またはネットワークノードから参入照明ユニットへ、またはその双方の方向でコードデータを送信する。より一般的には、時間を通した照明パラメータ（強度、カラーなど）の任意のタイプの変化を含むことができる変調シーケンス（広義に理解すべき）により、符号化を実行する。このシーケンスは時間に対して変化する光束に関係していることが好ましい。簡単な例として、オン／オフキーイングを使用できる。

先端技術の光源（例えばＬＥＤ）は、情報を転送するのに高度な光変調機能を使用できる。これら光源は、光の他のパラメータ、例えば光の強度または周波数もしくは時間長さもしくはそれらの任意の組み合わせを変えることにより、時間に対して変化する複雑な照明パターンを発生できる。当然ながら、これを行うには変調されたパラメータを測定できる適当な光受信機が必要となる。照明要素および光受信機の複雑さが増すにつれ、光リンクを通して、より大量の情報を搬送することが容易となる。

好ましい実施形態では、レジストラの役割のために既にコンフィギュアされているネットワークノードのうちの１つを選択する。共用メディアを通した通信の距離および伝搬は、一般に光リンクを通した距離および伝搬とは異なるので、ネットワークノードの全てが光リンクを通した参入照明ユニットと通信できるわけではない。従って、参入照明ユニットの見通し線内でコンフィギュアされた照明ユニットがレジストラとして選択される。これは通信メディアを通して既にアナウンスされた参入照明ユニットが光リンクを通して検出信号を送ることにより（例えば照明要素の作動を変調することにより）、行われる。ネットワークノードが検出信号を受信した場合、このことはこのノードと参入照明ユニットとの間の光通信が可能であることを示している。従って、ノードをレジストラとして選択でき、よってレジストラと参入照明ユニットとの間でコードデータを交換する。２つ以上のネットワークノードが検出信号を受信した場合、その中からレジストラを選択する。このことは、ネットワーク（標準通信メディア）内での通信によって行うことができる。

参入照明ユニットとネットワークノードとの間のコードデータの交換は、双方向であることが好ましい。このコードデータは、参入照明ユニットからネットワークノードへ送信される第１コードと、ネットワークノードから参入照明ユニットへ送信される第２コードとを含むことができる。第１コードデータと第２コードデータとは、他のコードデータと、例えばＸ−ＯＲ演算または連接またはハッシシングし、光リンクを通して安全に設定された（少なくとも一時的な）初期の共用秘密を構築することができる。好ましい実施形態は、通信メディアを通し、性能をより良好にするよう、レジストラと参入ノードとの間で実行されるディフィ−ヘルマンの鍵交換プロトコル（または他の任意の非対称鍵プロトコル）をパスワード認証するのに、このデータ要素を使用する。安全鍵ヒエラルヒー、例えばディフィ−ヘルマンのトラストセンターマスター鍵を設定するのに、前記データ要素を直接使用することもできる。

以下説明する実施形態を参照すれば、本発明の上記およびそれ以外の様相、特徴および／または利点がより明らかとなろう。

以下、図面を参照し、本発明の好ましい実施形態について説明する。

図１は、照明ユニット１０の第１実施形態を略図として示す。照明ユニット１０は照明要素１２を備え、この照明要素は上記のように任意のタイプの照明要素とすることができる。本例では、照明ユニット１２は部屋を照明するために使用すべきハロゲンランプとなっている。照明要素をオンオフに切り替え、および／または照明ユニットをディミングすることにより、照明要素１２からの光束を制御するために、照明制御ユニット１４が設けられている。ＲＦ通信インターフェースとして本例ではＲＦ通信および制御のためのＩＥＥＥ８０２.１５.４の頂部にスタックされたジグビーネットワークとして通信ユニット１６が設けられている。本例ではＲＦ通信が標準通信メディアとして使用されており、本例では複数のフォトダイオードを備えた光受信機１８が設けられている。照明制御ユニット１４、通信ユニット１６および光受信機１８は、コントローラユニット２０に接続されており、このコントローラユニット２０は、ローカルに記憶されたオペレーティングプログラムを作動させるマイクロコントローラとなっている。すべての照明ユニットおよび照明ユニットの要素には、電源２２が接続されており、後述するように、外部に記憶／メモリユニット１０をオプションとして設けてもよい。

照明ユニット１０は、ＲＦインターフェース１６を通して同じタイプの他の照明ユニットだけでなく、ジグビー／ＩＥＥＥ８０２.１５.４インターフェースを含む他のデバイス（例えばセンサ、スイッチ、コントローラ）とも通信できる。図１に示されたタイプの複数の照明ユニットは、ネットワークを形成するように構成でき、このネットワークでは、アドレス指定、メディアアクセス、競合検出などだけでなく、他のノードに向けられた受信したネットワークメッセージの転送（マルチホップ通信）も含むジグビー／ＩＥＥＥ８０２.１５.４プロトコルに従う、標準通信メディア（ＲＦ）を通した通信が構成されている。ＲＦネットワークでは、ネットワークノードをユニークかつ統一的にアドレス指定できる。これらユニークなアドレスは、ＲＦ通信ユニット１６内に（ＩＥＥＥ８０２.１１内のＭＡＣアドレスとして）物理的にハード符号化してもよいし、またはネットワークに隣接しながら（例えば、ジグビー内のＩＤとして）割り当てられた論理アドレスでもよい。

図２は、第２実施形態において通信ユニット１が電力ライン通信ユニットとなっている点を除けば、すべての点で、図１の照明ユニット１０と同一となっている照明ユニット１０’の第２実施形態を示す。幹線電力接続部２２で、変調された信号を通して、照明ユニット１０’（およびその他のノード）のネットワークが通信する。これら電力ライン通信は、標準的な通信メディアとして働く。更に再び標準的な通信メディアを通した通信は、アドレス指定、ネットワーキング、メディアアクセスなどに関して構成されていると見なす。

図３は、２つの部屋３２、３４を有するビル３０の一部の記号表示を示す。このビル３０内には、照明ユニット４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５４だけでなく、スイッチ３６、３８および後述する中央ユニット５６も備えた照明システムが設置されている。これら照明ユニット４０〜５４は、図１を参照してこれまで説明したようなＲＦ制御式照明ユニットとなっている。これら照明ユニットは部屋３２、３４の天井に設置されており、これら照明要素１２はルーム照明として働く。

スイッチ３６、３８は、図４に略図で示されている。これらスイッチの機能を制御要素として作動させるために、外部からアクセスできるスイッチ２４が設けられている。コントローラユニット２０によってスイッチング状態（オン／オフ）を呼び出し、標準通信媒体を通した通信を行うためにこれらスイッチはＲＦ通信ユニット１６を備える。更に、これらスイッチ３６、３８は、照明ユニット１０と同じ要素、すなわち照明要素１２（スイッチ３６、３８の場合には１つだけのＬＥＤ）と、照明制御ユニット１４と、ＲＦ通信ユニット１６と、光受信機１８と、コントローラユニット２０とを備える。

図４の例は、照明要素１２と光受信機１８の双方を示しているが、これとは異なり、これら２つの要素のうちの一方しか存在していなくてもよいと理解すべきである。

ビル３０内では、更に中央ユニット５６が存在する。図５は、中央ユニット５６の略図を示し、この中央ユニット５６は照明ユニット１０に関連して既に説明した要素のうちの一部、すなわちＲＦ通信ユニット１６と、コントローラユニット２０とを備える。中央ユニット５６は、クラスターテーブルを記憶するための記憶ユニット２６を更に備える。この記憶ユニット２６は、マイクロコントローラ２０がアクセス（読みだし／書き込み）できる任意のタイプの永久または揮発性記憶装置とすることができる。この中央ユニット５６は、上記要素から成る論理エンティティとして理解すべきである。その物理的な構成は限定すべきでない。すなわち中央ユニット５６は、例えばいくつかの通信メディア（例えば長距離技術、例えばイーサネット（登録商標）、８０２.１１、インターネット）を介してゲートウェイノードに接続されており、送信された情報を、照明ユニット４０〜５４の通信モジュール１８（例えばジグビー／ＩＥＥＥ８０２.１５.４）により使用される通信メディアに変換する（記憶装置およびコントローラを備えた）ＰＣとすることができる。

作動時に、照明システムは部屋３２、３４のための室内照明を行う。照明ユニット４０〜５４は、ネットワークとして構成され、ネットワークではＲＦリンクを通して制御コマンドが伝送される。この制御コマンドは、例えばスイッチ３６から部屋３２内のすべての照明ユニットに発生されるスイッチングコマンドを含む。これら制御コマンドに応答し、照明ユニットが作動される。すなわちスイッチ３６、３８のスイッチング要素２４のスイッチング状態に応答し、照明要素１２がオンまたはオフに切り替えられる。

この機能を提供するためには、照明システムの完全な設置およびコンフィギュレーションを提供しなければならない。以下、コンフィギュレーションをどのように自動化するかについて説明する。

自動クラスタリング
第１の特徴は、自動クラスタリング機構にある。提案されるクラスタリング記憶の対象は、照明ユニットの環境（ビル３０）の建築トポロジーを鏡のように正確に示す、照明ネットワーク全体のサブネットワークトポロジーを得ることである。このプロトコルは、２つの通信モード、すなわちＲＦ通信と光通信の双方に依存する。

ネットワークノードすなわち照明ユニット４０〜５４およびスイッチ３６、３８は、本例のジグビー（ＩＥＥＥ８０２.１５.４）のように、使用するＲＦ通信技術の（標準化された）発見および自動コンフィギュレーション機能により、ネットワークの「論理的近接度」（すなわち同じ部屋にあること）とは別個に、ネットワークノードの近接ノードすべてを見つけることができる。光通信は近接ノードのリストを光学的に見ることができるノードだけ、すなわち（壁または天井裏に隠されていない）同じ部屋内に設置されたノードだけに制限することを考慮に入れている。照明ユニットが棚内に設置されていたり、隠れた天井内に設置されていたり、または直接見ることができない他の場所に設置されていたりしても、かかるユニットからの一部の光束を部屋内のある場所で、例えば壁の反射により、光受信機１８の適当な選択により見ることができたり、光受信機１８を適当に選択すれば、他の照明ユニットにより観察することもできる。

上記のようにネットワークノードは、ビル３０内の室内照明として働く比較的強力な照明要素１２を有する照明ユニット４０〜５４を含むだけでなく、ネットワークノードでもあるスイッチ３６、３８および（補助）照明要素も含むことができ、これらスイッチおよび照明要素は通常の作動時に、例えばステータス制御のため、または暗闇でもスイッチを容易に探すことができるように使用できる。この照明要素は、その後の動作で、例えばスイッチが他の部屋にはなく、同じ部屋にあるすべての照明ユニットの作動を決定するため、スイッチ３６、３８の正しいクラスターに割り当てるように、光受信機１８と共にクラスタリングフェーズで使用される。これとは異なり、照明ユニット４０〜５４からの光通信信号を受けるよう、スイッチに照明要素１２ではなく、光受信機１８だけを設けてもよい。更にこれとは異なり、照明ユニット４０〜５４が受信すべき光信号を送るように、光受信機１８ではなく、照明要素１２だけをスイッチに設けてもよい。光通信、送信または受信、またはその双方に関する制御要素の能力は、以下、可能な変形例として概略を示した手順の、対応する適合化を必要とする。

自動化されたクラスタリングアルゴリズムの第１実施形態：中央コーディネート化
第１実施形態では、中央ユニット５６は照明システムのネットワーク内の１つのノードとなっており、中央ユニット５６にはコントローラユニット２０が設けられ、このコントローラユニット２０は本例では極めて簡単にできる、照明ユニット４０〜５４またはスイッチ５６、３８内のコントローラユニット２０よりもより複雑な計算を実行できる。中央ユニット５６は、すべてのネットワークノードのリストを維持し、クラスターリストを記憶するための記憶手段２６も含む。

ネットワークノードの各々は中央ユニット５６のアドレス（およびマルチホップンネットワークにおいては、中央ユニット５６へのルートの少なくとも開始点）を知っていると見なす。更に、中央ユニット５６はサーチすべきアドレススペースについて知っていると見なす。すなわち中央ユニット５６は（ＭＡＣアドレスまたは他のシリアル番号と共に）ＲＦネットワークを介して関連付けされたすべてのノードの全リストを有するか、および／または使用すべき論理アドレススペース（すなわちジグビーのツリーアドレス指定パラメータにより定められる論理アドレススペース）について知っていると見なす。中央ユニット５６の役割とジグビーのＰＡＮ−コーディネータの役割とが組み合わされている場合、このことを容易に満たすことができる。

中央ユニット５６は、次のようにコミッショニングメカニズムを制御する。
１．（例えば全てのライトをターンオフし、クラスタリング手順の実行時間の間、中央ユニット５６は、他の制御デバイスからの入力を無視することをライトに伝えるよう）ネットワークワイドな「クラスターのための準備」メッセージを送ることにより、クラスター手順をトリガーする。この中央ユニットは自動的に、またはユーザーとの相互対話によりトリガーできる。

中央ユニット５６は、各ネットワークノード”ｉ”，を１つずつ選択し、ＲＦリンクを開始、セマンティックス、すなわち＞”ｉ”，introduce yourself（自己紹介）＜（ここで、”ｉ”は照明ユーザー４０〜５４だけでなく、スイッチ３６、３８のすべての識別子の間で変化する）と共に、このネットワークノードにクラスタリングメッセージを送る。

このクラスタリングメッセージを受信後、ノード”ｉ”は、
ＲＦリンクを介し、アドレス／識別子を含む＞hello ”ｉ”＜メッセージを（限られた一斉送信レンジで）一斉送信し、
光信号送信のために、所定の時間（光オン時間）の間に照明要素１２をオンにスイッチングする。

＞hello ”ｉ”＜メッセージの受信後、各ノード”ｎ”は光センサを使ってノード’ｉ’が発生した光も検出したかどうかをチェックする。光が検出された場合、ノード’ｎ’はノード”ｉ”およびノード”ｎ”アドレスを有するユニキャストの”hello response”メッセージを中央ユニット５６に送る。光が検出されなかった場合、メッセージは送らない。

”hello response”メッセージを受信すると、中央ユニット５６はノード”ｉ”のクラスターメイトのリストへ各ノード”ｎ”のアドレスを加える。オプションとして、中央ユニット５６は、（ノード”ｉ”のクラスターに既に属すような）導入／クラスター化すべきノードのリストから各ノード”ｎ”を除き、まだ導入／クラスター化すべきノードのリストを短くし、よって例えばクラスタリング手続きを実行するのに必要なトラヒック量および時間を低減することができる。これとは異なり、中央ユニット５６は各ノード”ｎ”のクラスターメイトのリストにノード”ｉ”を加えてもよい。更に中央ユニット５６は、ノード”ｉ”のクラスターメイトのテーブル項目だけでなく、”hello response”メッセージにおけるノード”ｎ”の各々も満たすことができる。これには２つの利点がある。すなわち一方で、リストをより少ない作動（従って少ないトラヒック）で満たし、２つのノードの間の光リンクが一方向にしか存在しない他方の状況では、それらのトポロジー状の関連付けを行うことができる。

この手順は、クラスターにすべてのノードを割り当てるまで、導入すべきノードのリスト内の次のノードに対して繰り返す。

中央ユニット５６は、各クラスターにユニークな識別子を割り当てる。すなわち各クラスターにグループのアドレスを割り当てる。このアドレスは、例えばＭＡＣ、ＮＫＷまたは独立したヘッダーフィールドで搬送されるアプリケーションレイヤーマルチキャスト／グループアドレスまたはクラスター識別子でよい。次に、中央ユニットは割り当てられたネームを、このクラスター内の各ノードに通知する。

このことは、ユニキャストまたは一斉送信メッセージ（クラスター識別子と共に所定のクラスターに属す全てのノードのペイロードリスト）をアドレス指定することによって実行できる。ノードの各々はクラスター識別子を記憶し、オプションとしてクラスターメイトのリストも更新する。

第１実施形態に従った例
図３に示されたシナリオでは、まず照明ユニット４０へ（ＲＦを通して）クラスタリングメッセージを送ることにより、”prepare for clustering（クラスタリングを準備）”メッセージ後のクラスタリングアルゴリズムを中央ユニット５６によって開始し、次に照明ユニット４０は、（照明ユニットの識別子”４０”を含む）＞hello”４０”＜メッセージを（ＲＦを通して）一斉送信し、その照明要素１２をターンオンする。光は、同じ部屋３２内のネットワークノード、例えばノード４２、４８、５０、３６によってしか観察されない。

全てのノード４０〜５４および３６、３８は、＞hello”４０”＜の一斉送信メッセージを受信する。しかしながら、光を観察したノードしか、中央ユニット５６へレポートを戻さない。これらレポートから、中央ユニット５６は最初の照明ユニットのクラスターユニットを発生し、次のようにクラスター識別子を割り当てる。
クラスター＃１
ノード”４０”
ノード”４２”
ノード”４８”
ノード”５０”
ノード”３６”

次に中央ユニット５６は、アドレス指定すべき次のノードを選択する。中央ユニットは単に次に利用できるノードを選択することができるが、既にクラスター化されたノード（すなわちクラスター＃１のクラスターリストに含まれるノード）およびノード４４をスキップする。再びノード４４は、ＲＦを通して通信するようにトリガーされ、照明要素をターンオンし、部屋３４内の全てのノードからのレポートは、次の第２クラスターリストを発生する。
クラスター＃２
ノード”４４”
ノード”４５”
ノード”５２”
ノード”５４”
ノード”３８”

中央ユニット５６は、クラスターリストがクラスターのどの部分となっているか、どの部分がこの情報を記憶できるかをすべてのノードに通知するように、双方のクラスターリグトと共に一斉送信ＲＦメッセージを送る。

この簡単な例は、ネットワークノードのトポロジおよび配置の従来の技術がなくても、完全なクラスタリング情報を自動的にどのように発生でいるかを示している。

第１実施形態の可能な変形例
第１実施形態に係わるクラスタリングアルゴリズムをどのように実現できるかに関して可能な別の方法および拡張方法が多数存在する。

標準通信メディアを通し送られた＞hello”ｉ”＜メッセージの直後またはその若干後に、「光オン時間」がスタートできる。例えば、同時ＲＦおよび光通信を行うために、光オン時間の長さ、例えば視野内のすべてのネットワークノードで適性に検出すべき、照明ユニットをターンオンにしなければならない最小時間を「光オン時間」＝（２×ｒ）×ＲＴＴ（ここで、ｒは無線一斉送信距離＝一斉送信ホップ数に等しく、ＲＴＴはホップ値の無線ラウンドトリップ時間を示す。

中央ユニット５６がクラスターリストを統合すれば有利となり得る。全ての他のノードにとって、１つのクラスター内の一部のノードしか直接見ることができなかったり、または例えば一斉送信距離が短すぎたり、または複雑な部屋の構造（例えばＬ字形状）に起因し、１つのクラスター内のどのノードにも達することができなかったりすることが有り得る。更に同じクラスター（のうちの一部）に対していくつかのエントリーがあり得る。従って、同じクラスターの一部を見つけるようなアルゴリズムが有利であり（このアルゴリズムはクラスターメイトリスト内の一部のノードを共用しなければならず）、更に接続されたサブクラスターを１つのクラスターにマージする。かあるアルゴリズムをストレートフォワードに構成できる。

上記ステップ３では、中央ユニット５６に応答する代わりに、ノード”ｎ”のうちのすべてがノード”ｉ”に応答でき、次にノード”ｉ”がクラスターメイトのリストを中央ユニット５６に転送できる。このことは、中央ユニット５６への長距離（例えばマルチホップ）トラヒック量を低減する。

制御ノード（例えばセンサ、アクチュエータ、コントローラ、コンピュータ）などの光通信能力に応じ、クラスターへのこれら能力の割り当てを、受信した光信号（照明要素１２が利用できない場合）への”hello response”メッセージだけに基づくか、または照明ユニットの＞hello”ｉ”＜メッセージ（光受信機１８が利用できない場合）への照明ユニットの応答に基づき、中央ユニット５６によって実行できる。従って、手順を適合するためには、少なくとも中央ユニット５６は、これら制御モードの光通信能力を知っていなければならない。

自動クラスタリングアルゴリズムの第２実施形態：分散コーディネート
第１実施形態に反し、この実施形態では中央ユニットは存在しない。その代わりに、各ネットワークノードがクラスター識別子とクラスターメイトのリストから成る自己のクラスターテーブルを維持する。各ネットワークノードは（図１、２に示されるように）クラスターテーブル記憶装置を備える。

例えばビーコン信号を使って、あるＭＡＣプロトコルを使用するものとする。当初、クラスターテーブルは空であり、クラスター識別子はセットされていない。

次のステップでクラスタリングを自動的に行う。

第１ネットワークノード（照明ユニットまたはスイッチ）が（例えばクラスタリング手順の実行時間の間に、すべてのライトをターンオフし、他の制御デバイスからの入力を無視するようにこれらライトに伝えるよう）ネットワークワイドな”prepare for clustering”メッセージを送ることにより、クラスタリング手順をトリガーする。この第１照明ユニットは、例えばＰＡＮコーディネーターまたはユーザーがトリガーする照明ユニット、または自動的にトリガーされるか、またはユーザーとの相互対話によってトリガーされる他の任意に選択されたノードとすることができる。

次に、第１ネットワークノードは、ＲＦリンクを通して距離が限定された一斉送信クラスタリングメッセージとして次の情報を送る。

選択されたクラスター識別子（この識別子は、乱数、連続数またはノードの自己の識別子から誘導した数でもよく、最後のケースでは、個々のアドレスとクラスターアドレスとを区別するのに、ノードアドレス内の少なくとも１ビットの情報が必要である）。

照明ユニットの自己の識別子（基礎となるプロトコル層から入手できない場合）。

プロトコル内の指定されたサクセッサ（後継）ノードの識別子。すなわち自らを紹介するための次のノード。このサクセッサノードは、送信側ノードのうちの、以前クラスター化されていない無線隣接ノードから選択される。サクセッサノードを指定できない場合、サクセッサフィールド内の一斉送信アドレスと共に、またはこれを伴うことなく、メッセージを送り、隣接ノードは基礎となるＭＡＣ規則に従い、メディアにアクセスしようとする（例えばランダムバックオフ遅延を伴う場合、ＭＡＣでは任意の衝突を検出できると見なす）。

上記クラスタリングメッセージを送る間（またはその後の短時間の間）、この第１ノードは光信号を使用する。すなわち所定の光オン期間の間、第１ノードは照明要素１２をターンオンする。

ノードのすべては、ＲＦおよび光受信機の双方への入力をチェックする。これら受信機の動作は、ＲＦまたは光リンクを通して受信した信号に依存する。

無線クラスタリングメッセージおよび光信号の双方を受信するノードは、クラスタリングメッセージからのクラスター識別子をそれらのクラスター識別子として記憶すると共に、それらのクラスターテーブル内に自らを紹介する送り側／ノードの識別子を記憶する。

無線クラスタリングメッセージしか受信しない（光信号は受信しない）ノードは、自らを紹介する送り側／ノードの識別子を、それらのクラスターに属しないものとして記憶し（すなわち別のリストでは非メイトリストを記憶するか、またはそのリストを既に見たものおよび別のクラスターに属すとして表示する）、将来それをアドレス指定することを回避する。

サクセッサノードとして指定されたノード（照明ユニットまたはスイッチ）は、次のクラスタリングメッセージを作成し、光信号を受信したかどうかに応じると共に、既にクラスターの一部となっているかにも応じたコンテントと共に、そのメッセージを、距離が限られた一斉送信信号として送る。

指定されたサクセッサノードがプレデッサノードから無線信号および光信号の双方を受信できる場合、クラスタリングメッセージは同じクラスターＩＤ、自己の識別子および隣接ノードから選択されたサクセッサノードを含む。サクセッサを選択するためのアルゴリズムは、既にクラスタリング手順で通信したノード（例えば自己のクラスターテーブルまたは非メイトリストに既にリストされたノード）の選択を防止しなければならない。

指定されたサクセッサノードがプレデッサノードの光信号を受信せず、その指定されたサクセッサノードがまだどのクラスターにも属していない場合（例えばどのノードも他の光信号を受信せず、かつクラスタリング手順を通過していない場合）、そのクラスタリングメッセージは新しいクラスターＩＤ、自己の識別子および隣接ノードからの（まだクラスター化されていない）サクセッサを含む。

指定されたサクセッサノードがプレデッサ（前任）ノードの光信号を受信せず、既にあるクラスターに属している場合（すなわち指定されたサクセッサノードが前に同時光信号と共に、あるクラスタリングメッセージを受信していた場合）、そのクラスタリングメッセージは、そのノードが既に属しているクラスターのクラスターＩＤ、自己の識別子および（まだクラスター化されていない）隣接ノードからのサクセッサを含む。

次に、指定されたサクセッサノードは、照明ユニットもターンオンする。

選択肢ｂ）およびｃ）は、サクセッサが同じクラスターの一部でない（そのサクセッサは光信号を受信しなかったからである）場合を示すことに留意すべきである。ステップｂ）およびｃ）において、上記のように続けるのとは異なり、同じクラスター内のサクセッサを探すことを試みるようにサクセッサの選択を繰り返すことができる。これを達成するために、サクセッサとして選択されたが、光信号を受信しなかったノードは、プレデッサノードがこの種の”negative acknowledgement”からクラスター境界を検出し、変更されたサクセッサと共にクラスタリングメッセージを新たに送ることができるよう、ユニキャスト内のＲＦリンクを介し、プレデッサノードに応答するか、またはサイレント状態のままでなければならない。これによって、１つのクラスターに属す全てのノードをまず探すことが可能となり、次のクラスターに対し、下記のステップ４および５で説明するように手順を自動的に再トリガーする。この実行オプションを使用する場合、再トリガーのためのタイムアウトを短くすることができる。すなわちクラスターごとのノードの期待数（例えば２０〜５０）に適合させることができる。

エラーの取り扱い：（衝突を回避するために、例えばｎ×光オン時間＋追加ランダムバックオフ遅延時間（ここでｎはデフォルトまたはネットワークサイズに依存できる）の）タイムアウト後、全くコンタクトされていない（ＲＦリンクを介し、どのクラスタリングメッセージも受信していなければ、どの光信号も観察していない）ノードは、次のパラメータを有するクラスタリングメッセージを送る。
クラスターＩＤ＝選択されていない（すなわち一斉送信または０）
（オプションの自らのＩＤ）
上記のように光信号送信を伴うサクセッサＩＤ＝非選択（例えば一斉送信または０）

光信号および無線信号の双方を受信する（既にクラスター化された）各ネットワークノードは、トリガーノードのＩＤに設定されたサクセッサＩＤおよびクラスターＩＤを含むＲＦリンクを通して、送信により回答しなければならない。新たにクラスター化されたノードが、まだクラスター化されていない隣接ノードを有する場合、このノードはステップ１のように進むクラスタリング手順を続けることができる。

かかる新しいクラスタリングメッセージを受信する、まだクラスター化されていない他のノードは、応答クラスタリングメッセージを待たなければならず、その後（新しいクラスタリングメッセージが続かない場合）、ステップ４のような手順の前に所定のタイムアウトを待たなければならない。

所定のタイムアウト（例えば５つのクラスタリングスロット）内で、ステップ４に説明したクラスタリングメッセージへの応答がない場合、トリガーノードは新しいクラスタリー識別子を選択し、ステップ１のように進まなければならない。

第２実施形態に従った例
（中央ユニット５６を有しない）図３に示されたシナリオでは、ネットワークノード５０がクラスタリング手順をトリガーするとものする。このノードはＲＦリンクを通して次のクラスタリングメッセージ、
クラスタリングメッセージ［クラスター＃１、ノード”５０”、サクセッサノード”４８”］を送り、同時に”光オン時間”の間、照明要素１２をターンオンする。部屋３２には照明ユニット５０が設置されているので、光は同じ部屋３２内のネットワークノード、すなわちノード４０、４２、４８および３６にしか観察されない。従って、これらノードは次のクラスター情報を記憶する。

ノード４０、４２、４８、３６のクラスター情報
クラスター識別子＃１
ノード５０

ＲＦメッセージだけを受信し、光信号を受信しないノードは、それらの非メイトリストにクラスター５０を追加する。

ノード４４、４６、５２、５４、３８の非メイトリスト
ノード５０

次に、指定されたサクセッサは［クラスター＃１、ノード”４８”、サクセッサノード”４２”］を送り、その照明ユニット１４をターンオンすることによりクラスタリングを続ける。これによって次のようなリストエントリーとなる。

ノード４０、４２、４８、５０、３６のクラスター情報
クラスター識別子＃１
ノード５０
ノード４８
ノード４４、４６、５２、５４、３８の非メイトリスト
ノード５０
ノード４８

すべてのネットワークノードがアドレス指定され、別のサクセッサを選択できなくなるまでこれが続けられ、最後に次のようなクラスターリストが発生する。

ノード４０、４２、４８、５０、３６のクラスター情報
クラスター識別子＃１
ノード５０
ノード４８
ノード４０
ノード４２
ノード３６

ノード４４、４６、５２、５４、３８のクラスター情報
クラスター識別子＃２
ノード５２
ノード４４
ノード３８
ノード４６
ノード５６

自動クラスタリングの双方の実施形態のための可能な変形例
任意に実施形態に係わるクラスタリングアルゴリズムをどのように構成できるかに関して別の方法および拡張例も存在する。

光オン時間の長さは、送信時間＋メディア伝送遅延時間＋受信側ノードでの処理遅延時間として計算できる。次にこの所定時間長さをこの最小時間、例えば１ｓよりも長く選択できる。

ノードのレンジ内にあり得る照明要素１２を用いないで、照明ユニットと他のネットワークノード（例えばセンサ、アクチュエータ、コントローラ、コンピュータなど）との間を区別するためのアルゴリズムが必要となり得る。このような区別は、無線を通してクラスタリングフレーム内で送られたデバイスアドレスに”node type”フィールドを追加することによって行うことができる。しかしながら、このフィールドは基礎となるネットワークスタック（例えばジグビーによって既に提供されているデバイスおよびサービス発見機構）により、既にカバーされていることがある。

単一指向性光通信能力だけを用いて、例えば光受信機１８を用いず、または照明要素１２を用いず、他のネットワークノード（例えばセンサ、アクチュエータ、コントローラ、コンピュータなど）をクラスター化するためのアルゴリズムが必要となり得る。これら制御要素の光通信能力に応じて、それぞれ照明ユニットまたは追加メッセージによりクラスタリングメッセージの検出だけに基づき、クラスターに通信能力を割り当てるようにプロトコルを適合化できる。従って、手順を適合化するためには、少なくとも制御ノードの隣接ノードには、クラスターメッセージ内に含まれる能力フィールドを介し、これら制御ノードの光通信能力が分かっていなければならない。

クラスター化すべきノード”ｉ”が＞hello”ｉ”＜メッセージをまず一斉送信し、次にクラスターメイト”ｎ”からの”hello response”メッセージを受信し、次に分散アルゴリズムによって定められた規則に従って選択されたサクセッサノード（クラスターメイトでないことが好ましい）にユニキャストの”clustering message”を送るに過ぎないという点で、集中アルゴリズムと非集中アルゴリズムの双方の特徴を組み合わせることができる。

上記好ましい実施形態では、ＲＦ通信と光通信とがインターリーブされている。しかしながら、各照明ユニットが（例えばオン／オフキーイングシーケンス、光束変調、カラーまたは時間長さ変化で）情報を搬送するように光を変調できる場合、各照明ユニットは、例えば光リンクを通してユニークなＩＤを送信できる。次に、トリガリング”prepare for clustering”メッセージを受信後に、ノードがクラスタリング順序に同意できれば（照明ユニットが自らを光通信によってネットワークに自己紹介するのに必要な、意図する最大時間長さである”clustering slot duration”が既知であると仮定する）、標準通信メディアを通した別の通信は必要でなくなる。このクラスタリング順序は種々の方法で選択できる。ノードがある種のロジカル構造（例えばジグビーでは、ルートとしてのＰＡＮコーディネータを有するツリー）で構成されている場合、クラスタリングアルゴリズムはこの構造に従うことができる（例えばジグビーのノードはＰＡＮコーディネータからスタートして、リーフノードまで進む）。これとは異なり、ヒエラルヒーアドレス指定のジグビー方式を採用できる。ノードの各々は、ネットワークトポロジー内でユニークに既に識別されており、各照明ユニットまたはスイッチに対するスケジュールが定められたタイムスロットを、例えば”clustering slot duration”で乗算したノードアドレスのように指定できる。ノードアドレスの代わりにランダムに選択した数を使用することもできる。また、当技術分野で公知のような（”flooding algorithms”の概念に従う）スケジュールアルゴリズムのいずれかを使用できる。

上記の記載におけるすべての照明ユニット４０〜５４は、ＲＦリンクを通して通信している間、上記とは異なり、電力ライン通信ユニーク１６’を通して通信する、図２に示されたタイプの照明ユニットを使用することもできる。

安全なネットワークコンフィギュレーション
本発明の第２の特徴によれば、照明ユニット（だけでなくスイッチ、センサ、コントローラのような他のネットワークノード）も安全にネットワーク内に自動的に構成できる。安全性は光通信を使用することによって得ることができ、この光通信は、境界のあるトポロジカル領域、例えば（不透明な）壁によって境界が定められた部屋内に、その伝搬特性により制限される。

このため、ネットワークノードは光リンクを通して、ある量の情報を送信しなければならない。極めて頻繁には光束を変えることができない簡単な単一カラーの照明要素１２（例えばＨＩＤランプ）に対しては、光が必要な情報にマッチする（例えば送信すべき情報が”１９８”である場合、１９８個の１０ｍｓスロットの間、例えば１.９８秒の間、ランプをターンオンできる）ように、光のオン時間長さを制御することによって、これを行うことができる。これを行うには、光受信機１８は、（例えばタイマーまたはカウンターにより）光信号の時間長さを測定できなければならない。このことは、他の光源に対してこの簡単な方法を適用する際に、好ましい実施形態となる。

低速の光束の変更を行うことができる簡単な単一カラーの照明要素１２（例えば白熱ランプ）では、（時間が問題でない場合）２秒のビット長さで低速のオンオフキーイングを使用できる。これを行うには、光受信機１８はこのオンオフキーイングを呼び出しできなければならない（すなわちそれをシフトレジスターに記憶できなければならない）。

最終的に、極めてフレキシブルな光源（例えばＬＥＤ）に対しては、光の他のパラメータ、例えば光の強度または周波数、もしくは時間長さ、もしくはそれらの組み合わせを変えることにより、複雑に時間的に変化する照明パターンを発生できる。当然ながらこれを行うには、変調されたパラメータを測定できる適当な光受信機１８が必要である。

この結果生じるセキュリティレベルは、光リンクを通して送信される情報量だけでなく、セキュリティブートストラップに対してこの情報をどのように使用するかによっても決まる。

参加ノードとレジストラとの間の認証は、相互にすることが好ましいので、これら２つの間で光リンクを通していずれかの方向に情報を送信することが好ましい。情報を交換した後に、双方の情報を適当に、例えばＸＯＲ演算、ハッシング、連接方法で組み合わせる。

この結果得られるコードデータを多数の方法でセキュリティブートストラッピングに使用できる。このコードデータは、例えばＳＰＥＫＥ（D. ジャブロン著、「強力なパスワード−認証された鍵交換専用」、コンピュータコミュニケーションレビュー、ＡＣＭ ＳＩＧＣＯＭＭ、第２６巻第５号５〜２６ページ、１９９６年１０月）、またはＤＨ−ＥＫＥアルゴリズム（S.M.ベロヴィンおよびM.メリット著、「暗号化された鍵交換：ディクショナリー攻撃に対して安全なパスワードに基づくプロトコル」、ＩＥＥＥ議事録、セキュリティおよびプライバシーにおける研究シンポジウム、オークランド、１９９２年５月）に従って、標準的な通信メディアを通したディフィーヘルマン（Diffie-Hellman）法の交換をパスワードで認証できる。このコードデータは任意の形態のパスワード認証されたキーの一致（S.M.ベロヴィンおよびM.メリット著、「暗号化された鍵交換：ディクショナリー攻撃に対して安全なパスワードに基づくプロトコル」、ＩＥＥＥ議事録、セキュリティおよびプライバシーにおける研究シンポジウム、オークランド、１９９２年５月）で使用できる。更にこのコードデータは、鍵をペア状のマスターキー（例えばジグビーのトラストセンターマスターキー）として誘導するのにも使用でき、またはレジストラから参入ノードへコンフィギュレーションデータを送信するための（一時的）暗号化鍵（例えばマスターキー、ネットワークキーなど）としても働くことができるし、またはペア状のマスターキー（例えばジグビートラストセンターのマスターキー）として使用することもできる。従って、必要なレベルのセキュリティおよびネットワークの密度に応じ、適当な機構を選択できる。

第１ステップでは、パワーアップ後、コンフィギュアされていないネットワークノードが”discovery mode”でスタートする。このフェーズの間、ノードはまず標準的な通信メディアを介して現在のネットワークと関連しようと試みる。

ノードが、存在しているネットワークを検出できる場合、ノードは標準化された機構（例えばジグビー／ＩＥＥＥ８０２.１５.４）を使って、自らをネットワークにアナウンスし、セキュリティブートストラッピング手順を続ける。

ノードが、存在しているネットワークを検出できない場合、ノードは前記ジグビービーコンメッセージまたは他の適当な自己アナウンスメントメッセージを送ることにより、自らの上にネットワークを形成し、まだコンフィギュアされていないノードによりディスカバリーメッセージを聴取する。ノードがコンフィギュアされていない別のノードを検出した場合、そのノードはセキュリティブートストラッピング手順を続ける。

コンフィギュアされたネットワークノードにより、新しいノードの自己アナウンスメッセージ（”I'm new（私は、新規です）”）がコンフィギュアされたネットワークノードによって受信されるときはいつも、このコンフィギュアされたノードは参入ノードに対する”challenger”の役割をとり、新しいノードがコンフィギュアされたがっている旨を示す一斉送信メッセージをネットワーク内に送る。

オプションとして、時間内のこの時点からコンフィギュレーションが完了（または放棄）されるまで、更なるコンフィギュレーションリクエストを受け入れることはない。

チャレンジャーは新しいノードが光リンクを通してあらかじめ定められた情報を送ることをトリガーする”signal”コマンドを新しいノードに送る。

参入ノードと他のネットワークノード（例えば壁および天井）との間の光伝搬を阻害する障害物が存在しない場合に限り、ネットワークノードにより情報が観察される。同じビル内または部屋（例えばＬ字形の部屋）内において、ネットワーク内のすべてではない一部のコンフィギュアされたノードが、シーケンスを観察することに留意すべきである。

コンフィギュアされたネットワークノードのうちで、光リンクを通して情報を受信したノードは、この事象をチャレンジャーにレポートする。次にチャレンジャーは、コンフィギュアされたネットワークノードのうちの１つ（例えばその事象をレポートした最初のノード）を選択し、このノードは参入ノードに対する”registrar（レジストラ）”の役割をとることを、このノードに指定する（レジストラの役割は”challenger”ノード自身によってもとることができることに留意されたい）。

レジストラは新しいデバイスとの安全な関係を確立する。このことを安全に行うには、例えば新しいノードの認証により、光リンクを介し、新しいノードとレジストラとの間で情報を交換する。光リンクは部屋の物理的境界に限定されているので、安全に真正と見なすことができる、このコンフィギュレーションステップ中の同じ部屋内に存在するノードだけを認証する。

安全なネットワークコンフィギュレーションの例
図６は、ビル７０の記号表示を示す。ビル７０内には図１に示されたタイプの４つの照明ユニット６０、６２、６４、６６が存在する。これら照明ユニットは、簡単なハロゲンランプであるので、これらユニットは光リンクを通して情報を送信するための光時間制御を使用する。これら４つの照明ユニットから３つの照明ユニット６０、６２、６４が既にジグビーネットワークとして構成されている。

図７にはコンフィギュレーション中の信号の交換が示されており、ここでは点線でＲＦメッセージが示されており、実線で光信号が示されている。照明ユニット６６は、”hello”メッセージ７２でスタートし、コンフィギュアされた照明ユニット６０、６２、６４から、照明ユニット６２がチャレンジャーとして選択されている。チャレンジャー６２は、ネットワークで”signal”コマンド７４を一斉送信し、参入ノード６６が、５６×１０ｍｓ＝５６０ｍｓの時間の間に、照明要素１２をオンにスイッチするようにさせ、所定の値”５６”（メッセージ７６）をコード化し、ネットワークノード６０、６４が光通信信号の受信の準備をさせる。

メッセージ７６はノード６０、６４によって観察されるだけでなく、ノード６２によっても観察される。明らかにノード６２は参入ノード６６への光接続を有していない。ノード６０、６４は、メッセージ７６（”５６”の観察をレポートし、チャレンジャー６２は、ノード６０をレジストラＲとして選択する。

レジストラ６０は、第１のランダム値”１８３”を発生し、１.８３ｍｓの間、照明ユニット１２をターンオンすることにより、前記ランダム値を参入照明ユニット６６へ送信する（メッセージ７８ａ）。参入照明ユニット１２は、メッセージ７８ａを受信し、これを記憶する。次に照明ユニット１２はランダム値”０２７”を発生し、これをメッセージ７８ｂとして送信する。レジストラ６０と参入ノード６６の双方は、”１８３０２７”の共用秘密コードを有するように（本例では簡単な連結により）、ランダムシーケンスを１つにまとめる。

以下、この秘密コードを一時的鍵として使用し、次にこの一時的鍵は標準通信メディアを通してレジストラから参入ノードに送られるコンフィギュレーションデータ８０（ジグビー／ＩＥＥＥ８０２.１５.４に対するトラスト中心マスター鍵）を暗号化するのに使用される。この鍵の長さが十分でない場合、一時的な鍵を得るために、値”１８３０２７”をハッシングすることができる。

安全なネットワークコンフィギュレーションのための可能な変形例
任意の実施形態に従い、クラスタリングアルゴリズムをどのように構成できるかに関して、別のいくつかの方法および拡張例も存在する。

”シグナル”メッセージに応答して、参入照明ユニット６６によって送信される情報を、固定された所定のシーケンスにする必要はない。これとは異なり、このシーケンスでデータをコード化することも可能であり、通信内、例えば参入照明ユニットのＭＡＣアドレス（のうちの一部）でこのデータを使用する。

これまでの説明では、すべての照明ユニットは、ＲＦリンクを通して通信しているが、これとは異なり、電力ライン通信ユニット１６’を通して通信する、図２に示されたタイプの照明ユニットを使用することも可能である。

これまでの例では、本発明の２つの特徴を別々に説明したが、当然ながらこれら２つを組み合わせることも可能である。従って、光リンクを通して認証により安全なネットワークコンフィギュレーションを使用する照明システムは、ノードをグループにコンフィギュアするための上記自動クラスタリング手順のうちの１つを更に使用できる。

これまでの説明では、単数の引用は複数を含み、その逆に、複数の引用は単数も含み、特定の数の特徴事項またはデバイスの引用は、本発明をこの特定の数の特徴事項またはデバイスに限定するものではいことが理解できよう。更に、「含む」、「備える」、「有する」、「具備する」、「内蔵する」、「包含する」なる表現は、非排他的なものであること、すなわちかかる表現は他のアイテムが存在することを否定するものではない。

特定の実施形態に関連し、これまで本発明について説明したが、本発明は本明細書に記載した特定の形態だけに制限されるものではない。むしろ本発明の範囲は特許請求の範囲のみによって制限される。

特許請求項には参照符号が記載されているが、この参照符号の記載は、単に明瞭にするためのものであり、請求項の範囲を限定するものと見なしてはならない。

ＲＦ通信ユニットを有する照明ユニットの第１実施形態の略図を示す。 電力ライン通信ユニットを有する照明ユニットの第２実施形態の略図を示す。 ビル内に設置された照明ユニットを有する照明システムの一実施形態のシンボル図を示す。 スイッチユニットの略図を示す。 中央ユニットの略図を示す。 ビル内に設置された照明ユニットを有する照明システムの一実施形態のシンボル図を示す。 システム内の照明システムをコンフィギュレーション中の、通信信号のシンボル図を示す。

符号の説明

１０、１０’ 照明ユニット
１２ 照明要素
１４ 照明制御ユニット
１６、１６’ 通信ユニット
１８ 光受信機
２０ コントローラユニット

Claims (14)

1. 複数の照明ユニット（１０、１０’）を備え、前記各照明ユニットは、
   光を発生するための照明要素（１２）と、
   前記照明要素（１２）の光出力を制御するための照明制御ユニット（１４）と、
   通信メディアを通して通信信号を送受信するための通信ユニット（１６、１６’）と、
   他の照明ユニット（１０、１０’）からの光を受けるための光受信機（１８）と、
   前記光受信機（１８）、前記通信ユニット（１６、１６’）および前記照明制御ユニット（１４）に接続された制御ユニット（２０）とを備える照明システム。
2. 第１照明ユニットにおいて、光を発生するよう照明要素をターンオンするステップと、
   照明ユニットのうちの別のユニットの光受信機により、前記発生された光が観察されるかどうかに応じ、クラスター情報を発生するステップと、
   整合を行うよう、前記通信メディアを通して前記通信ユニット（１６、１６’）の間で通信を行うステップとにより、
   前記照明ユニット（１０、１０’）における前記コントローラ（２０）は、前記照明ユニット（１０、１０’）を１つ以上のクラスターにグループ分けするため、前記照明ユニット（１０、１０’）を作動させるようにプログラムされている、請求項１に記載の照明システム。
3. コードデータ（７８ａ、７８ｂ）を示す変調シーケンスに従って光を発生するよう、前記照明要素（１２）を制御することにより、参入照明ユニット（６６）からネットワーク内の前記照明ユニットのうちの少なくとも１つへ、および／または前記ネットワーク内の前記照明ユニットのうちの少なくとも１つから前記参入照明ユニット（６６）へ、前記コードデータ（７８ａ、７８ｂ）を送信し、
   前記通信メディアを通して安全な通信を確立するよう、前記コードデータ（７８ａ、７８ｂ）を使用することにより、
   前記照明ユニット（１０、１０’）における前記コントローラ（２０）は、通信ネットワークを形成すると共に、前記参入照明ユニット（６６）と通信するため、前記照明ユニット（１０、１０’）を作動させるようにプログラムされている、請求項１記載の照明システム。
4. 光を発生するための照明要素（１２）と、
   前記照明要素（１２）の光出力を制御するための照明制御ユニット（１４）と、
   通信メディアを通して通信信号を送受信するための通信ユニット（１６、１６’）と、
   他の照明ユニット（１０、１０’）からの光を受けるための光受信機（１８）と、
   前記光受信機（１８）、前記通信ユニット（１６、１６’）および前記照明制御ユニット（１４）に接続された制御ユニット（２０）とを備える、請求項１乃至３の何れか１項に記載のシステムにおいて使用するための照明ユニット。
5. スイッチング、制御またはセンサ機能を実行するための機能要素（２４）と、
   通信メディアを通して通信信号を送受信するための通信ユニット（１６、１６’）と、
   光を発生するための照明要素（１２）および前記照明要素（１２）の出力を制御するための照明制御ユニット（１４）および／または光を受けるための光受信機（１８）と、
   前記機能要素（２４）、光受信機（１８）、通信ユニット（１６、１６’）および照明制御ユニット（１４）に接続されているコントローラユニット（２０）とを備える、請求項１乃至３の何れか１項に記載の照明システムで使用するための制御要素。
6. 照明システムを制御する方法であって、前記照明システムは、複数の照明ユニット（１０、１０’）を備え、前記照明ユニットの各々は、光を発生するための照明要素（１２）と、
   通信メディアを通して通信するための通信ユニット（１６、１６’）と、
   他の照明ユニット（１０、１０’）からの光を受けるための光受信機（１８９とを備え、
   前記照明ユニット（１０、１０’）は、前記通信メディアを通して通信し、
   少なくともコンフィギュレーションフェーズにおいて、前記照明ユニット（１０、１０’）のうちの少なくとも１つは、制御された態様で前記照明要素（１２）を作動させることにより情報を送り、少なくとも１つの別の照明ユニット（１０、１０７）は、前記発生された光を観察することにより、前記情報を受信する、照明システムを制御する方法。
7. 第１照明ユニットにおいて、光を発生するよう照明要素をターンオンするステップと、
   照明ユニットのうちの別のユニットの光受信機により、前記発生された光が観察されるかどうかに応じ、クラスター情報を発生するステップとにより、
   前記照明ユニット（１０、１０’）を１つ以上のクラスターにグループ分けする、請求項６記載の方法。
8. 異なる照明ユニット（１０、１０’）の照明要素（１２）をターンオンするたびに、複数の照明ユニットに対し、前記ステップを繰り返す、請求項７に記載の方法。
9. 前記照明ユニットは、複数の部屋（３２、３４）を有するビル（３０）内に設置されており、
   前記照明ユニット（１０、１０’）は、複数のクラスターにグループ分けされており、ここで同じ部屋内の全ての照明ユニットは、同じクラスターに割り当てられる、請求項７または８に記載の方法。
10. 前記照明システムは、前記通信メディアを通して通信するための少なくとも１つの通信ユニット（１６、１６’）を含む中央ユニット（５６）を備え、
    前記中央ユニット（５６）は、前記ステップを実行するためのコマンドを前記通信メディアを通して前記照明ユニットに送り、
    前記照明ユニットのうちの少なくとも１つは、前記発生された光が観察されたかどうかを示す検出情報を、前記中央ユニット（５６）に送り、前記クラスター情報を発生するよう前記検出情報を使用し、
    前記クラスター情報を前記中央ユニット（５６）に記憶する、請求項７乃至９の何れか１項に記載の方法。
11. 前記照明ユニットのうちの少なくとも１つはクラスターテーブルを記憶するための記憶手段（２６）を更に備え、前記クラスター情報のうちの少なくとも一部を前記クラスターテーブルに記憶する、請求項７乃至１０の何れか１項に記載の方法。
12. コードデータ（７８ａ、７８ｂ）を示す変調シーケンスに従って光を発生するよう、前記照明要素（１２）を制御することにより、参入照明ユニット（６６）からネットワーク内の前記照明ユニットのうちの少なくとも１つへ、および／または前記ネットワーク内の前記照明ユニットのうちの少なくとも１つから前記参入照明ユニット（６６）へ、前記コードデータ（７８ａ、７８ｂ）を送信し、
    通信メディアを通して安全な通信を確立するよう、前記コードデータ（７８ａ、７８ｂ）を使用することにより、
    通信ネットワークを形成する前記照明ユニット（１０、１０’）のうちの１つ以上が、参入照明ユニット（６６）と通信する、請求項６に記載の方法。
13. 前記参入照明ユニット（６６）は、変調されたシーケンスで光を発生するように照明要素（１２）を制御することによって検出信号（７４）を送り、前記参入照明ユニット（６６）から発生された光を観察することによって検出信号を受信する、前記ネットワーク内の前記照明ユニットからレジストラ（Ｒ）を選択し、
    前記レジストラ（Ｒ）と前記参入照明ユニット（６６）との間で前記コードデータ（７８ａ、７８ｂ）を交換する、請求項１２に記載の方法。
14. 前記コードデータは、前記ネットワーク内の前記照明ユニットから前記参入照明ユニット（６６）に送信される、少なくとも１つの第１コード（７８ａ）と、
    前記参入照明ユニット（６６）から前記ネットワーク内の前記照明ユニットへ送信される第２コード（７８ｂ）とを含む、請求項１２又は１３に記載の方法。

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