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漫谈软件定义照明(SDL)

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(原标题:漫谈软件定义照明(SDL))

SDL系统

商业智能照明领域具有灯的数量多、分散、动态效果要求酷炫可靠等特点,对智能照明系统提出了很高的要求。MacBee技术联盟率先在MacBee的灯控应用上提出SDLSoftware-Defined Lighting,软件定义照明),很好的解决了商业智能照明的这个难题。 SDL通过向上逐层抽象,给照明效果设计者提供了简单易用的操作平台。SDL系统架构一般如下图所示: 图1-1 SDL系统架构 漫谈软件定义照明(SDL)  照明效果设计者可以在SDLDIY平台自由设计灯控效果,也可直接导入图片、动画、视频等,直接转换成灯控效果。灯控效果为一些列的控制序列,存储于SDL控制中心,并通过IP网络、链路抽象层(Link Abstract LayerLAL)、无线网关下发给智能灯。 整个系统的技术瓶颈在链路抽象层及其下的链路层,以及多灯同步。在照明领域,目前链路层技术实现呈现多样性,ZigBeeBluetoothMacBeeDALIWiFiGPRS等多种方案并存。 建筑外墙、顶棚等大面积照明效果展示时,整体效果要达到比较柔顺的视觉效果,需要10fps以上的帧率、灯之间时间同步误差不超过50ms,这给链路层提出了很高的要求。要满足这个要求,链路层协议需要数据传输时延低、传输可靠、节点间时间同步性好。下面我们看看智能照明领域主流技术方案的情况。

ZigBee

2002年以来,ZigBee 联盟及其成员公司一直致力于为构建低功耗无线物联网(IoT)的可互操作产品创建标准、认证计划和测试工具。迄今应用ZigBee 标准的设备数量在全球已经超过十亿。 漫谈软件定义照明(SDL) 作为一种无线通信技术,ZigBee 虽然只能在低速率、静态、高节点密度或数据传输控制少的网络中应用。在SDL应用中,ZigBee广播支持差,单播路由多跳转发后时间误差达到秒级,这使得基于ZigBeeSDL效果不尽人意。但由于其具有低功耗、低成本、时延短、网络容量大、安全可靠等特点,加上飞利浦、欧司朗的推动,已被越来越多主流厂商使用。

蓝牙

蓝牙5.0是蓝牙技术联盟(Bluetooth Special Interest Group)2016616日发布的新一代蓝牙标准。相比于蓝牙4.2,蓝牙5.0有全面的提升,无论是通信速度、通信距离还是通信容量都有大幅度的改善。而相比于其他无线技术:无线2.4GWiFi等来说,蓝牙具有加密措施完善,传输过程稳定以及兼容设备丰富等诸多优点。但是蓝牙传输距离短,限制了组网的灵活性。 漫谈软件定义照明(SDL) 在无线通信协议遍地开花的今天,蓝牙5.0却能够普及几乎所有数码设备,让各种数码设备之间能够无线沟通。正是凭借如此强大的功能,蓝牙5.0占有了无线通讯市场的不少份额,成为众多企业厂商的选择。

WiFi

WiFi技术的优势在于无线电波覆盖广(100m)网络速度较高,移动性好,厂商进入此门槛低。但WiFi协议应用在智能照明上,连接的物品数量一多,连接的稳定性就备受考验,而且穿透性问题也有待解决。同时,WiFi拥有较高的带宽是以提高功耗为代价的,因此便携WiFi装置需要较高的电能储备,这限制了智能照明场合的推广。

DALI

DALIDigital Addressable Lighting Interface,数字可寻址照明接口)是一种两线双向串行数字通信协议,是照明生产厂商因节能的需求,研究和开发出来的数字照明控制通信系统。DALI通信协议的标准化,加速了群控、智能照明节能产品的推广和应用。 DALI是使用有线控制,这使得在工程实施不方便,具有一定局限性。DALI单组可寻址空间为1-64,最多可以控制16组。如果需要控制更多的灯,需要进行扩展。DALI传输速率是1200bps,当传输数据量较多时,需要消耗比较长的时间,控制实时性不是很好。

MacBee

MacBee是近年来异军突起的新技术,它是为智能 家居 系统量身定制的协议,特别适合于智能照明领域。MacBee技术联盟以解决短距离通信为己任,以“开放、共享、共赢”为宗旨,联盟内知识产权共享、互联互通。SDL也是MacBee技术联盟率先提出并实现的。 MacBee作为一种超低功耗微蜂窝无线物联网协议,具有高可靠、低时延、高效率等特点,并通过多网关IP-Mesh技术简化无线链路,把复杂的处理交给成熟的IP网络来实现。 图6-1 MacBee Lighting网络拓扑 漫谈软件定义照明(SDL)  MacBee无线网络基于TDMATime Division Multiple Access,时分复用)的无竞争传输方式,备在网关周期性广播信标帧协调下,在规定时隙按需进行消息传输,减少因竞争导致的退避和重传,最大化利用有限的空口资源。 MacBee无线协议把一个协议周期分为128个时隙,分为非竞争时隙和自由竞争时隙两类。每个非竞争时隙只存在一个发送者,避免多设备同时发送导致的空口资源竞争、冲突而带来的丢包。自由竞争周期用于紧急数据通信 SDL系统中,多灯时间同步是非常关键的环节。MacBee利用专有时间同步技术,能把时间失步控制在25ms以内,大大优于其它协议。 MacBee为基础的的SDL系统中,控制中心通过IP网络把智能灯的执行序列集发送到每个网关;网关再通过MacBee协议把不同的控制序列集发送给不同的智能灯,这中间传输跳数是固定的,避免了ZigBeeThread等基于路由的多跳传输带来的延时大的问题。智能灯之间通过MacBee信令精确同步时间,按照预期的时序控制智能灯的亮度、色温、RGB值等,从而从宏观到微观很好的实现了SDL系统。

Thread

ZigBee类似,Thread同样基于低成本、低功耗的802.15.4芯片组开发,是新一代的IP-based无线网状网络协议标准,可以支持低功耗连线、上百个节点控制、以及可靠的信息安全防护功能。Thread不仅可以赋予每个连网节点一个特定的IPv6位址,与网关直接建立连线,还具有自我修复功能,不会被任何一个失效的节点影响整体网络功能。 特别值得注意的是,Thread无线网状网络架构可达到极低的控制信号延迟,比同样为网状网络拓扑的ZigBee更加出色。同时,由于开发背景的相似,目前很多正在使用ZigBee的产品,只需一次简单的软件升级,便可支持Thread,非常易于安装,并且可以扩展到数百台设备;但又不同于ZigBeeThread标准统一,不像ZigBee的产品,由于各个厂家的实现方式不同,导致不同产品间无法兼容使用,这同样可以说是Thread相较于ZigBee优势。 当然,Thread也有基于路由传输的通病,就是时延高、控制不及时,这限制了在SDL系统中的应用。 可以说,Thread能够帮助设计者更容易实现大量灯具的即时控制,并且能为物联网照明添加更多的创意,以加速智能 家居 时代的到来。  

SDL案例

2016年底在银河风云大厦举办的银河之夜灯光秀,近400MacBee智能灯在SDL控制中心控制下,颜色、亮度不断同步切换,通过MacBee协议实现准实时,给在场的无数观众展现了SDL的非凡魅力。 漫谈软件定义照明(SDL)   

谁主浮沉

正如MacBee技术联盟发起人曾雨先生所言,每一种协议的兴起都是因为满足了某种场景的需要。如果一种协议可以满足物联网所有需求,那么根本不会诞生其它协议。事实上,每一种协议都会有各自最为擅长的场景。 当今智能智能照明通信协议的竞争如同当年互联网的各个门户网站角逐较量,相信未来会是一个发展以及融合的时代,百花齐放百家争鸣,各种协议或将共存。但谁会成为主流,谁又会被取代,最终由市场决定。当然,不可否认的是,MacbeeThread正在由ZigBeeBluetoothWiFi把持的市场中突围而出,或将为智能照明通讯带来重大变革。
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