Verfahren zum Einrichten eines Beleuchtungssystems und Leuchte zum Einbinden in ein Beleuchtungssvstem

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft größere Beleuchtungssysteme z.B. in Bürohäusern oder Kaufhäusern und ein Verfahren zu deren Einrichtung. Die Erfindung betrifft ebenfalls Leuchten, die in solchen Beleuchtungssystemen zum Einsatz kommen. Hintergrund

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Einrichten eines Beleuchtungssystems und einer Leuchte zum Einbinden in ein Beleuchtungssystem nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.

Große Beleuchtungsanlagen z.B. in Bürogebäuden oder Kaufhäusern sind schon seit längerer Zeit voll vernetzt und werden von einem zentralen Lichtmanagementsystem aus gesteuert. Bei diesen Anlagen besteht das Problem, dass nach der Installation z.B. beim Neubau oder bei einer Umrüstung der Beleuchtungsanlage die Zuordnung der verschiedenen Geräte zum Einbauort nicht bekannt ist. Zwar hat jedes Gerät nach der Installation eine eindeutige Adresse mit der es über das Netzwerk angesprochen werden kann, jedoch ist nicht bekannt an welcher physikalischen Position das Gerät eingebaut wurde. Dies ist aber für das Lichtmanagementsystem essenziell, da es sonst keine räumlich zusammengehörigen Gruppen o.Ä. bilden kann. Daher wird das Beleuchtungssystem nach der Installation kommissioniert, d.h. jeder Leuchte und jedem Sensor etc. wird ein physikalischer Einbauort zugewiesen, und diese Information wird dem Lichtmanagementsystem zugänglich gemacht.

Dieser Prozess wird bei bekannten Systemen von Hand durchgeführt, da die bekannten Systeme nicht ausreichend vernetzt sind, um solch eine Kommissionierung automatisch durchführen zu können. Bekannte Lichtmanagementsysteme basieren z.B. auf dem DALI Industriestandard, bei dem bis zu 64 Geräte über einen gemeinsamen Bus angesprochen werden können. Das Lichtmanagementsystem vergibt hierzu nacheinander die 64 Adressen, und legt für jede Adresse eine Aktion, z.B. das Aufblinken einer Leuchte zur Identifizierung fest. Bei Sensoren ist die Prozedur aufwändiger, hier muss mittels eines Handgerätes, z.B. einer Taschenlampe jeder Sensor nacheinander angestrahlt werden, damit das Lichtmanagementsystem den Sensor der jeweiligen Netzwerkadresse zuordnen kann.

Für eine größere Beleuchtungsanlage ist das ein nicht zu unterschätzender Aufwand und entsprechend kostenintensiv.

Aufgabe

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Einrichten eines Beleuchtungssystems und eine Leuchte zum Einbinden in ein Beleuchtungssystem anzugeben, die möglichst ohne jegliche manuelle Konfiguration eingerichtet werden kann.

Darstellung der Erfindung

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Einrichten eines Beleuchtungssystems aufweisend mindestens zwei Leuchten die Teil eines

Netzwerkes sind und eine eindeutige Netzwerkadresse innehaben, wobei die Leuchten jeweils mindestens einen Sensor und mindestens einen Aktor aufweisen, gekennzeichnet durch die Schritte Messen des relativen Abstandes zwischen jeweils zwei Leuchten durch Auslesen mindestens eines Sensors einer Leuchte, bei gleichzeitiger Aktivierung mindestens eines Aktors der anderen Leuchte, Erzeugen mindestens eines Datensatzes, wobei jeder Datensatz die Netzwerkadresse beider Leuchten, die zur Messung herangezogene Sensor- / Aktorpaarung und den relativen Abstand beinhaltet, Zusammenführen der Datensätze zu einer geolokalisierten Netzliste und abgleichen der Netzliste mit einem dem Beleuchtungssystem zugrundeliegenden Geschossplan, um den physischen Standort jeder Leuchte zu bestimmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass es nach der Installation der Lichtanlage völlig autark ablaufen kann und keine manuelle Interaktion erfordert. Die vorhandenen Ressourcen in den Leuchten und im Beleuchtungssystem werden optimal genutzt, um einen völlig autark arbeitenden Einrichtungsprozess zu realisieren. Dabei werden alle messbaren Randbedingungen ausgenutzt, um die Einrichtung schnell und sicher bewerkstelligen zu können.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden bei einer Vielzahl von Leuchten Untersektionen gebildet, wobei für jede Untersektion bevorzugt ein Verdrahtungsplan der Leuchten, Sensoren und Aktoren vorliegt. Bei der Installation gesammelte Informationen werden damit vorteilhaft für eine besonders schnelle und sichere Einrichtung der Beleuchtungsanlage ausgenutzt und verwendet.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Leuchte einen Netzwerkswitch auf, an den die ihr zugeordneten Sensoren und Aktoren angeschlossen sind. Der Netzwerkswitch kann vorteilhaft dazu verwendet werden, die Zuordnung der Sensoren und Aktoren zur Leuchte abzufragen. Weiterhin vereinfacht er die Verdrahtung des Beleuchtungssystems erheblich, da lediglich Netzwerkkabel von einem PoE-Switch zu den Leuchten verlegt werden müssen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zur Messung des Abstandes zwischen zwei Leuchten mindestens ein Aktor einer Leuchte betrieben, während die Sensoren der verbleibenden Leuchten gleichzeitig messen und aus den Messergebnissen mittels Datenfusion der relative Abstand zwischen zwei Leuchten berechnet wird. Die Messergebnisse aller angesprochenen Leuchten können dazu beitragen, den Abstand zwischen zwei der angesprochenen Leuchten zu berechnen. Hierfür werden alle Messergebnisse gesammelt ausgewertet, so dass aufgrund der Messwerte ein schematischer Lageplan der Leuchten untereinander erstellt werden kann. Benachbarte Leuchten können hier lokalisiert werden und der Abstand kann über die Messergebnisse der Sensoren ermittelt werden. In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird bei einer Lichtmessung die

Umgebungshelligkeit mit in die Berechnung aufgenommen, um ein Maß für die Ortsnähe einer Leuchte zu einem Fenster bestimmen zu können. Mit dieser Maßnahme werden bekannte Randbedingungen vorteilhaft zur Ermittlung der Verschaltung der Lichtanlage mit verwendet. Da in einem Geschossplan üblicherweise Fenster und Türen verzeichnet sind kann die Messung Aufschluss darüber geben, welche angesprochenen Leuchten in Fensternähe zu finden sind. Dies ist eine große Hilfe bei der Erstellung des geolokalisierten Netzplanes.

In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung wird zur Abstandsbestimmung ein Lichtsensor und ein Mikrofon als Sensoren und mindestens ein Lichtmodul und ein Lautsprecher als Aktoren betrieben, um über den Laufzeitunterschied zwischen Lichtsignal und Tonsignal den relativen Abstand zweier Leuchten bestimmen zu können. Mit dieser Maßnahme kann der Abstand vorteilhaft besonders genau ermittelt werden, da dieser Laufzeitunterschied gut und einfach gemessen werden kann und durch den großen Geschwindigkeitsunterschied von Licht und Schall eine genaue Bestimmung des Abstandes zwischen Aktoren und Sensoren möglich ist.

Bei Leuchten mit nur wenigen verschiedenen Sensoren und Aktoren kann es passieren, dass die Daten nicht ausreichen, um sicher feststellen zu können, welche Leuchte mit einer bestimmten Netzwerkadresse wo installiert ist. Daher wird erfindungsgemäß bei einer ungenügenden Anzahl von auswertbaren Datensätzen ein erweitertes Verfahren durchgeführt, bei dem mit Hilfe eines mobilen Endgerätes mit Sensoren und Aktoren zusätzliche Datensätze manuell erzeugt werden, um die notwendigen Relationen berechnen zu können. Dies ist manchmal leider erforderlich, da das Beleuchtungssystem sonst nicht fertig konfiguriert werden kann. Es sei hier aber betont, dass dies nur bei sehr spartanisch ausgestatteten Leuchten der Fall ist. Bei einer Hardwareausstattung, wie sie vernetzte PoE-Leuchten übelicherweise aufweisen wird in den allermeisten Fällen auf eine manuelle Nachkonfiguration verzichtet werden können.

Sollte eine Manuelle Nachkonfiguration wirklich notwendig werden, so wird der physische Standort des mobilen Endgerätes für eine Messung bezüglich des Geschoss- planes bevorzugt manuell bestimmt. Damit wird die manuelle Nachkonfiguration schnell und einfach, da durch die Messung an einigen verschiedenen Standorten im Geschoss die Konfiguration normalerweise schnell abgeschlossen werden kann.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß ebenfalls mit einer Leuchte zum Einbinden in ein Beleuchtungssystem, wobei die Leuchte in das Netzwerk mit je einer eindeutigen Netzwerkadresse eingebunden ist, wobei die Leuchte zur Einrichtung des Beleuchtungssystems zusammen mit den weiteren Leuchten in dem Beleuchtungssystem, vor allem mit den weiteren Leuchten im gleichen Geschoß das oben beschriebene Verfahren durchführt. Wenn die Leuchten vorteilhaft zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind, dann kann die Beleuchtungsanlage einfach und mit wenig Aufwand konfiguriert werden. Insbesondere bei einer Leuchte mit einer adäquaten Anzahl von Sensoren und Aktoren kann die Einrichtung automatisch und ohne manuellen Eingriff erfolgen, was viel Arbeit und Kosten spart.

Die Installation der Leuchte im Beleuchtungssystem gestaltet sich besonders einfach, wenn die Leuchte über eine Netzwerkleitung in das Netzwerk eingebunden ist, und über die Netzwerkleitung gleichzeitig die Energie zum Betrieb bezieht. Damit entfällt ein Anschluss der Leuchte ans Stromnetz, der in den meisten Ländern zwingend von geschultem Fachpersonal durchgeführt werden muss. Durch die vorteilhafte Bereitstellung der Energie über die Netzwerkleitung kann die Leuchte von jedermann einfach und kostengünstig installiert werden, da die Netzwerkleitung lediglich Schutzkleinspannung führt.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Leuchte einen Netzwerkswitch auf, an den die der Leuchte zugeordneten Komponenten wie Sensoren und Aktoren angeschlossen und über das Netzwerk ansprechbar sind. Dies hat den Vorteil, dass mit nur einer Netzwerkleitung eine Vielzahl an Sensoren und Aktoren angeschlossen werden können und sich die Installation des Beleuchtungssystems erheblich vereinfacht.

Bevorzugte Sensoren können Helligkeitssensoren, Funkempfangsmodule, Mikrophone oder Kameras sein. Diese Sensoren sind für die automatische Einrichtung besonders geeignet und stellen damit eine sehr vorteilhafte Ausstattung der Leuchte dar. Ebenfalls bevorzugt sind die Aktoren Lichtmodule, Funksender oder Lautsprecher.

Diese Aktoren wiederum sind für die automatische Einrichtung ebenfalls hervorragend geeignet und mit den vorgenannten Sensoren optimal kombinierbar, so dass mit diesen beiden Gruppen vorteilhaft eine besonders einfache und exakte Einrichtung der Beleuchtungsanlage erfolgen kann. In einer weiteren Ausführungsform bilden die Funkempfangsmodule und Funksender einen Wireless-LAN Accespoint gemäß IEEE-802.11 Standard oder ein Zigbee-Modul gemäß I EEE-802.15.4 Standard oder ein Bluetooth-Modul gemäß IEEE-802.15 Standard. Damit wird der Nutzwert der Leuchte vorteilhaft erhöht und diese Konstellatio- nen tragen alle zur schnelleren und genaueren Einrichtung des Beleuchtungssystems bei, da mit ihnen vorteilhaft eine gute und genaue Messung des Abstandes zwischen zwei Leuchten durchführbar ist.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einrichten eines Beleuchtungssystems und der erfindungsgemäßen Leuchte zum Einbinden in ein Beleuchtungssystem ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an hand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:

Fig.l eine bevorzugte Ausführungsform einer vernetzten Leuchte, die ihre

Betriebsenergie über die Netzwerkleitung bezieht,

Fig. 2 eine schematische Verdrahtung der Leuchte aus Fig. 1 in einem Beleuchtungssystem,

Fig. 3 eine typische Verdrahtung eines Beleuchtungssystems z.B. in einem

Büroraum gemäß einer bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 4 eine typische Verdrahtung eines Beleuchtungssystems in einem Stockwerk eines Gebäudes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Leuchte mit Netzwerkanbindung,

Fig. 6 eine beispielhafte Abstrahlcharakteristik einer Deckenleuchte, Fig. 7 die Abstrahlcharakteristik einer Bi-Q.uad Antenne, wie sie im vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet wird,

Fig. 8 eine idealisierte kegelförmige Abstrahlcharakteristik einer Deckenleuchte mit 30° Abstrahlwinkel und die +-3° Toleranz für die Funkabdeckung, Fig. 9 das Prinzip der Strahlformung für hochfrequentes drahtloses Netz

mittels eines MIMO-Antennenarrays,

Fig. 10 eine Installation in einem rechteckförmigen Raum gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 11 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum

automatischen Einrichten eines Beleuchtungssystems,

Fig. 12 ein Ablaufdiagramm einer Subroutine für die Erstellung eines Geschossplans,

Fig. 13 ein Ablaufdiagramm einer Subroutine zur Ermittlung der Nachbarschaftsbeziehungen zwischen den verschiedenen Geräten im System, Fig. 14 ein Ablaufdiagramm einer Subroutine zum Abgleich des ermittelten

Plans mit den Nachbarschaftsbeziehungen zum erstellten oder vorhandenen Geschossplan,

Fig. 15 ein Ablaufdiagramm eines Teilverfahrens zur manuellen Unterstützung des Verfahrens zum automatischen Einrichten eines Beleuchtungssys- tems.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Eine bevorzugte Ausführungsform der Beleuchtungsanlage vereinheitlicht und vereinfacht die Verdrahtung der Leuchten durch eine Lösung, die die Energieversorgung und die Netzwerkleitung in einer gemeinsamen Zuleitung unterbringt. Bevorzugt wird als Netzwerk ein Ethernet und als Netzwerkleitung eine Ethernetleitung verwendet und die Energieversorgung über ein sogenanntes„Power over Ethernet (PoE)" bewerkstel- ligt. Damit ist als einzige Zuleitung eine Ethernetleitung zur Leuchte notwendig, was die Verdrahtung stark vereinfacht. Diese Leitungen führen auch keine für Menschen gefährlichen Spannungen, weswegen zur Verdrahtung keine Fachleute mehr benötigt werden. Generell werden im Folgenden die englischen Fachbegriffe verwendet, um die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung klar und deutlich zu beschreiben. Die Fachbegriffe werden im Folgenden kurz erläutert:

PoE (Power over Ethernet) ist ein Verfahren, eine Gleichspannung in die Netzwerkleitung einzuprägen, um die Energieversorgung (landläufig auch als Spannungsversor- gung oder Stromversorgung bezeichnet) über die Netzwerkleitung bewerkstelligen zu können. Die Gleichspannung ist eine Schutzkleinspannung und damit bei Berührung für den Menschen ungefährlich. Damit sind bei der Installation keine besonderen Vorkehrungen zu treffen, die Installation muss nicht mit geschultem Personal erfolgen.

WiFi-Accesspoint bezeichnet einen Wireless-LAN Zugangspunkt, also einen Zugangs- punkt zu einer drahtlosen Netzwerkverbindung, siehe auch

https://de.wikipedia.org/wiki/Wireless Access Point.

PoE-Switch bezeichnet einen Netzwerkswitch, der gleichzeitig ein PoE-Injektor ist, also gleichzeitig die Gleichspannung in die Netzwerkleitung einprägt, siehe auch

https://de.wikipedia.ore/wiki/Power over Ethernet. Dazu weist der PoE-Switch 2 ein Leistungsfähiges Netzteil auf, welches vom Stromnetz 4 gespeist wird.

MAC-Adresse ist die Physikalische Adresse eines Gerätes, um es in einem LAN- Netzwerk ansprechen zu können. Die MAC-Adresse ist in der IEEE 802.3 Norm für Ethernet festgelegt. Eine Erklärung kann z.B. ebenfalls bei Wikipedia aufgerufen werden (https://de.wikipedia.ore/wiki/MAC-Adresse) Lichtmanagementsystem bezeichnet ein übergeordnetes System, in dem alle Daten zusammenlaufen, und in dem auch das im Folgenden bezeichnete Verfahren ausgeführt wird, siehe auch https://de.wikipedia.ore/wiki/Lichtmanagementsystem. Das Lichtmanagementsystem 3 kann dabei in klassischer Weise ein zentrales System z.B. in einem Technikraum sein. Im Prinzip ist das Lichtmanagementsystem aber lediglich ein Programm, welches unter einem Betriebssystem läuft. Es ist daher auch denkbar dass das Lichtmanagementsystem in einer der Leuchten 1 ausgeführt wird, die dann sozusagen als„Master"- Leuchte fungiert. Über die WiFi-Funktionalität der Leuchte kann das Lichtmanagementsystem mit mobilen Endgeräten wie Smartphones oder Tablets kommunizieren, die dann als Schnittstelle zur Administration dienen.

Ein Bluetooth Beacon ist ein für die indoor Navigation vorgesehenes kleines Gerät, welches ständig über Bluetooth seine Position oder einen Identifikationscode sendet. Geräte können z.B. mit dem proprietären iBeacon Standard kompatibel sein, siehe auch https://de.wikipedia.org/wiki/IBeacon. Ein Bluetooth Beacon ist also sozusagen ein Funkfeuer, und wird ähnlich wie in der Luftfahrt zur Navigation angewendet.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer vernetzten Leuchte, die ihre Betriebsenergie über die Netzwerkleitung bezieht. Die Leuchte 1 weist einen Netz- werkanschluss 11 auf, der PoE (Power over Ethernet) fähig ist. Um Sensoren und Aktoren in der Leuchte über das Netzwerk zugänglich machen zu können, weist die Netzwerkschnittstelle einen Netzwerkswitch 110 auf, an den die Sensoren und Aktoren angeschlossen sein können. Um die Betriebsenergie von der Netzwerkleitung zu extrahieren und eine interne Stromversorgung bereitzustellen ist eine Stromversorgung 12 vorgesehen. Die Leuchte 1 weist mindestens ein LED Modul 13 auf, welches wiederum eine Optik und einen Treiber für die LEDs aufweisen kann. Weiterhin weist die Leuchte 1 Aktoren 14 auf. Aktoren sind in der bevorzugten Ausführungsform ein Lautsprecher, der z.B. als Freisprecheinrichtung in einem Konferenzraum genutzt werden kann. Ein Bluetooth Beacon für die Indoor-Positionierung kann ebenfalls als Aktor vorgesehen sein. Im Prinzip ist ja das mindestens eine LED-Modul ebenfalls ein Aktor, jedoch wird dieser aufgrund der Natur der Leuchte gesondert behandelt. Man könnte sich das LED-Modul 13 aber auch als Aktor 14 denken.

Die Leuchte 1 weist weiterhin einen oder mehrere Sensoren 15 auf. In der bevorzugten Ausführungsform ist ein Lichtsensor, ein Mikrofon und eine Videokamera zur Anwe- senheitsdetektion vorgesehen. Es können aber auch andere Sensoren wie Luftreinheitssensoren, Temperatursensoren, Luftdrucksensoren oder ähnliches vorgesehen sein. Die Leuchte 1 weist weiterhin eine Datenverarbeitungseinheit 16 auf. Die Datenverarbeitungseinheit 16 ist im Prinzip ein Computer, der hier einen WiFi-Accesspoint, auch als WLAN-Zugangspunkt bezeichnet, umfasst. Die Datenverarbeitungseinheit 16 arbeitet unter einem Betriebssystem 162, welches die Prozesse gleichzeitig und mit vorbestimmter Priorität abarbeitet. Als Betriebssystem kommt hier ein OpenWRT (https://de.wikipedia.org/wiki/OpenWrt) zum Einsatz. Dies ist ein LINUX-basiertes embedded Betriebssystem, welches speziell für Router und für WiFi-Accesspoints angepasst wurde. Prinzipiell kann aber auch jedes andere geeignete Betriebssystem verwendet werden. Das Betriebssystem 162 bewerkstelligt die Leistungsregelung 1621 der Leuchte. Bei mehreren eingesetzten Sensoren kümmert es sich um die Verarbeitung 1624 der Sensordaten und führt eine Sensorfusion 1622 durch, um die Sensordaten anzupassen und zu vereinheitlichen. Das Betriebssystem 16 ist auch für das Management 1623 der Ethernet-Schnittstelle 11 verantwortlich. Der Betrieb 1625 und die Ansteuerung des WiFi-Accesspoints 161 gehört ebenfalls zu den Aufgaben des Betriebssystems 16. Weiterhin ist das Betriebssystem 16 ebenfalls für die Lichtsteuerung zuständig und kann externe Lichtsteuerbefehle verarbeiten sowie Sensordaten und Aktorzustände zurückmelden.

Fig. 2 zeigt eine schematische Verdrahtung der Leuchten 1. Aus technischen Gründen können dabei nur jeweils etwa 6 bis 8 Leuchten von einem passiv gekühlten PoE-

Switch 2 mit Energie versorgt werden. Da der POE-Switch in der Zwischendecke installiert wird, besteht eine Forderung diesen passiv zu kühlen. Die passive Kühlung wiederum begrenzt die Leistungsdichte des zugehörigen Netzteils und damit bei gegebener Gehäusegröße des Switches seine Leistung. Dies führt zu der Einschränkung, mit einem PoE-Switch lediglich 6 bis 8 Leuchten versorgen zu können. Der PoE-Switch 2 weist für jede PoE-Portleitung einen Injektor 211 auf, der eine Gleichspannung in die Netzwerkleitung des Ports einprägt. Damit versorgt die Portleitung die Leuchten sowohl mit Energie als auch mit Informationen über das Netzwerk. Die Injektoren selbst benötigen eine Energieversorgung in Form eines Netzteils 221. Da das Netzteil 221 den gesamten Strom für alle 6 Leuchten 1 liefern muss, ist es notwendig dass es entsprechend leistungsfähig ausgelegt ist.

In einer alternativen Ausführungsform wird kein POE-Switch 2 verwendet, der in der Zwischendecke installiert ist, sondern eine Serverversion, die in einem Technikraum oder Serverraum im Stockwerk installiert ist. Hier ist keine passive Kühlung vorgeschrieben, die POE-Switche 2 können daher wesentlich leistungsfähiger dimensioniert werden und sehr viele Leuchten 1 mit Strom versorgen. Nachteil dieser Lösung ist die lange Leitungslänge der Zuleitungen zu den Leuchten 1, die aufgrund des niedrigen Kupferanteils in den Netzwerkkabeln zu erhöhten Verlusten führt. Hier hat die bevor- zugte Ausführungsform mit in der Zwischendecke installiertem POE-Switch 2 dank der kurzen Zuleitungen eine bessere Bilanz aufzuweisen.

Fig. 3 zeigt eine typische Verdrahtung eines Beleuchtungssystems z.B. in einem Büroraum. Der Büroraum weist eine Türe 6 und Fenster 7 auf. Es sind 6 Leuchten 1 in dem Raum installiert, die von einem PoE-Switch 2 mit Strom und Information versorgt werden. Der PoE-Switch 2 wiederum wird von einem Lichtmanagementsystem 3 gesteuert und aus dem Stromversorgungsnetz 4 mit Energie versorgt. Jede der Leuchten 1 weist eine eindeutige Netzwerkadresse auf, die dem Lichtmanagementsystem 2 bekannt ist. Die Netzwerkadressen der angeschlossenen Geräte können softwaremäßig abgefragt und automatisch im Lichtmanagementsystem 2 eingespeichert werden. Die Netzwerkadresse der Leuchte kann z.B. deren MAC-Adresse sein.

Bei einer Neuinstallation stellt sich nun das Problem dar, dass die PoE-Switche 2 und die Leuchten 1 wahllos am PoE Switch 2 angeschlossen wurden. Das Lichtmanagementsystem kann nun zwar die MAC-Adressen aller angeschlossenen Leuchten und PoE-Switche abfragen und abspeichern, jedoch ist anfangs noch nicht bekannt, wel- eher PoE-Switch 2 sich in welchem Raum befindet und welche Leuchten in diesem

Raum zu finden sind. Fig.4 zeigt beispielhaft eine solche Situation für ein Stockwerk. Für alle in den Räumen sich befindlichen Leuchten 1 und PoE Switche 2, die letztlich mit einem Stockwerksswitch 8 verbunden sind, sind die Zuordnung der Adressen zu den Positionen nicht bekannt und müssen ermittelt werden. Hier setzt nun das vorge- schlagene Verfahren an. Da die PoE-Switche einzeln über ihre eigene MAC-Adresse (hier z.B. die Adresse 00:80:41:ae:fc:3c) angesprochen werden können, kann das Lichtmanagementsystem 3 abfragen, welche Leuchten an diesem Switch angeschlossen sind. Der Switch meldet nun also z.B. die sechs MAC-Adressen der sechs angeschlossenen Leuchten zurück. In einem größeren Gebäude wird sich eine Vielzahl an PoE-Switchen befinden, die nun so in Teilnetze zerlegt werden, um den folgenden Prozess einfacher und übersichtlicher zu gestalten. Praktisch gesehen werden die an einen PoE-Switch 2 angeschlossenen Leuchten fast immer oder zumindest sehr oft zusammen mit dem PoE-Switch in einem Raum installiert sein. Unter Umständen können diese PoE-Switche wiederum an einen übergeordneten Switch 8 angeschlossen sein, der z.B. für ein Stockwerk oder für den Teil eines Stockwerkes zuständig ist. Von diesem wiederum ist oftmals die Verkabelung bekannt, beziehungsweise kann ebenfalls Softwareseitig abgefragt werden. Hier kann nun ebenfalls angesetzt werden und alle PoE-Switche und dazugehörigen Leuchten, die an solch einem Stockwerksswitch 8 angeschlossen sind, können als Teilnetz aufgefasst werden. In einem Folgenden Schritt werden nun eine Anzahl an Datensätzen generiert, wobei jeder Datensatz die Information zweier Leuchten 1, das verwendete Sensor-Aktorpaar und die relative Distanz zwischen diesen beiden Leuchten 1 enthält. Diese Informationen werden automatisch generiert, indem die Netzwerkfähigkeit der Leuchten 1 ausgenutzt wird. Dazu werden einige oder alle Aktoren 14, inklusive den LED-Modulen 13 sowie einige oder alle Sensoren 15 verwendet, um die Nachbarschaftsverhältnisse der Leuchten 1 untereinander herauszufinden.

Dazu kann z.B. eine der Leuchten in einen blinkenden Betriebsmodus versetzt werden, während alle anderen Leuchten ausgeschaltet sind und nur mit ihren Sensoren empfangen. Das Blinken dient zunächst einmal zur Abhebung von Fremdlicht, z.B. wenn sich eine Leuchte in der Nähe von einem Fenster befindet. Das Blinken muss aber nicht nur zur reinen Abhebung von Fremdlicht dienen, sondern kann auch weitergehende Funktionalität beinhalten. Wenn das Blinkmuster einstellbar ist, dann kann jeder Aktor eindeutig über die Blinkfrequenz registriert werden, und es können z.B. mehrere Aktoren gleichzeitig eingeschaltet und parallel erkannt werden. Dies ist vor allem sinnvoll, wenn die Sensoren Videokameras sind, die mehrere Blinkmuster gleichzeitig aufnehmen und über einen Algorithmus zuordnen können. Vor allem kann zwischen dem Aktor und einer evtl. PWM-gedimmten Fremdleuchte in der Nähe unterschieden werden. Das Blinkmuster muss auch nicht regelmäßig sein, sondern kann digitale Daten repräsentieren. So kann über das Blinkmuster z.B. die Adresse (MAC-Adresse) der Leuchte übertragen werden und so die Leuchte schon anhand ihres Blinkmusters eindeutig identifiziert werden. Das Blinkmuster kann dann auch über das Netzwerk den möglichen Empfängern mitgeteilt werden , so dass diese in der Lage sind, dieses zeitsynchron zur Aussendung zu erwarten. Diese zusätzliche Information erlaubt eine erhöhte Empfindlichkeit des Empfangs und somit eine zuverlässigere und schnellere Einrichtung des Systems. Weiterhin kann das Blinkmuster auch anstatt oder zusätzlich zur Adresse eine Information zu einem Schlüssel für eine sichere Verbindung enthalten und damit eine Diversität zur Verbindung über das Netzwerk realisieren beziehungsweise eine sicherere zwei Faktor Authentifizierung gewährleisten. Wenn die Sensoren Videokameras sind, können bei zeitsynchronen Aufnahmen mehrerer Kameras die Leuchten systematisch zu- und abgeschaltet werden, was zusätzliche Informationen generiert, die die Zuordnung sich überlappender Kamerabilder leichter machen.

Die Messergebnisse der Sensoren werden von der Sensorsignalverarbeitung 1624 z.B. normiert und ausgewertet. Stehen mehrere gleichwertige Signale zur Verfügung, so werden diese noch mittels Sensorfusion 1622 zusammengefasst. Die ausgewerteten Signale werden an das Lichtmanagementsystem 3 gesendet. Je nach Signalpegel lässt sich daraus z.B. eine Aussage ableiten, welche Leuchten am nächsten zu der aktiven Leuchte angeordnet sind. Weiterhin kann z.B. gleichzeitig zum Blinken ein Tonsignal ausgesendet und von den umliegenden Leuchten mittels Mikrofon aufgenommen werden. Der Unterschied der Laufzeit von Licht- und Tonsignal gibt eine Indikation über den Abstand zwischen den Leuchten. Die WiFi-Accesspoints werden ebenfalls für die Auswertung herangezogen, da hier über die Signalpegel auch Aussagen zum relativen Abstand zwischen den Leuchten 1 getroffen werden können, siehe hierzu z.B. Robin . Sind in einer Leuchte Kameras als Anwesenheitsdetektor eingebaut, so können diese ebenfalls recht zuverlässige Daten vor allem im Zusammenhang mit den LED- Modulen 13 in der aktiven Leuchte liefern. Der Algorithmus schaltet in einer strukturierten Weise die Aktoren in den Leuchten 1 ein- und aus und misst jeweils mit den passenden Sensoren an den anderen Leuchten um möglichst schnell alle möglichen Messwerte zu generieren.

Jede Kombination von Aktoren/Sensoren, bei denen durch den Betrieb der Aktoren der aktiven Leuchte in den anderen Leuchten Daten von passenden Sensoren generiert werden können wird als Messpärchen oder Messungstype bezeichnet. Bei einer Anzahl nL Leuchten 1 und Π Μ verschiedenen Typen von Messungen sind (ηι_ ² -ηι_)*χ* ηΜ Messungen notwendig um die Zuordnung rein rechnerisch bestimmen zu können.

Im Lichtmanagementsystem 3 laufen alle Daten zusammen und werden mittels eines geeigneten Algorithmus ausgewertet. Dabei können weiterhin Daten wie die Absolutwerte der Messsignale der Lichtsensoren ausgewertet werden, um z.B. zu bestimmen welche der Leuchten 1 sich in der Nähe eines Fensters befindet. Der im Lichtmanagementsystem 3 ablaufende Algorithmus wird weiter unten anhand der Figuren 11 bis 15 beschrieben. Sind alle Datensätze bestimmt, so wird der nächste Schritt durchgeführt, der darin besteht, die gefundenen Datensätze daraufhin auszuwerten, wie sie zu dem gegebenen Geschossplan des Gebäudes passen und zu bestimmen, welche der im Geschossplan angegebenen Leuchten mit der gefundenen übereinstimmt, so dass jeder im Geschossplan angegebenen Leuchte die MAC-Adresse der real an dieser Position installierten Leuchte zugeordnet werden kann. Hierbei werden die gefundenen Randbedingungen wie z.B. die Nähe zu Fenstern im Algorithmus einbezogen, um so viel Informationen zu generieren, dass eine eindeutige Zuordnung der Leuchten gefunden werden kann.

Dazu wird der Geschossplan dahingehend interpretiert, dass ebenfalls für alle im Plan gefundenen Leuchten Datensätze mit vom Algorithmus erzeugten Adressen und den jeweiligen Abständen zwischen den Leuchten erzeugt werden.

Dem Algorithmus stehen danach zwei Listen zur Verfügung, eine aus dem Geschossplan erzeugte und eine mit obigen Algorithmus gemessene/errechnete mit den realen MAC-Adressen der Leuchten 1. Diese beiden Listen müssen nun aufeinander abgegli- chen werden, so dass eine möglichst eindeutige Zuordnung der Datensätze und damit der entsprechenden Leuchten 1 aus den zwei Listen getroffen werden kann.

Im ersten Unterschritt werden alle möglichen Verteilungen der verfügbaren MAC- Adressen zu den physikalischen Installationsorten im Geschossplan berechnet und dann im zweiten Schritt der Quotient aus der gemessenen beziehungsweise errechneten Entfernung zwischen zwei Leuchten 1 und der berechneten Entfernung zwischen zwei Leuchten 1 aus dem Geschossplan berechnet.

Wenn die Zuordnung richtig war sollten alle errechneten Quotienten im Wesentlichen denselben Wert aufweisen, tun sie das nicht, ist die Zuordnung aller Wahrscheinlich- keit nach falsch. Ist also die Summe der absoluten Abweichungen der Quotienten vom Mittelwert aller Quotienten größer als ein vorbestimmter Wert, dann ist die gefundene Verteilung aller Wahrscheinlichkeit nach falsch. Bei der richtigen Zuweisung ist diese Summe minimal, es muss also eine Minimumsuche auf diese Summe durchgeführt werden, um die richtige Zuordnung zu finden. Da bei verschiedenen Messtypen Überbestimmungen auftreten, können diese dazu benutzt werden, um die Signifikanz des gefundenen Ergebnisses zu verifizieren beziehungsweise bei zwei oder mehreren gleichen Ergebnissen die Signifikanz zu erhöhen, um die richtige Verteilung zu finden.

Wenn Leuchten mit bereits bekannter Position in die Berechnungen und Messungen mit einfließen können, dann kann das die Suche nach der richtigen Verteilung erhöhen und die Wahrscheinlichkeit, die richtige Verteilung gefunden zu haben deutlich erhöhen.

Sollten sich wegen schlechter Ausstattung der Leuchten 1 mit Sensoren und Aktoren nicht genügend Datensätze generieren lassen, so besteht die Möglichkeit, die benötig- ten Informationen in einem manuellen Prozess z.B. über ein mobiles Endgerät wie ein Tablet oder ein Smartphone zu erzeugen indem eine Person von Leuchte zu Leuchte läuft und über die im mobilen Endgerät installierten Sensoren wie Kameras und Lichtsensoren die Datensätze zu generieren. Die Kommunikation mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann dabei über die WiFi-Schnittstelle erfolgen. Der Algorithmus gibt dabei so viele Messerfassungen vor wie notwendig, um die Zuordnung berechnen zu können.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Netzwerkswitch in der Leuchte so gestaltet, dass er über eine oder mehrere Antennen mit Richtwirkung verfügt. Dabei ist die Abstrahlcharakteristik der Antennen ähnlich zu der des Lichtes der Leuchte.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Leuchte 5. Die Leuchte 5 weist einen Eingang 51 zum Anschließen eines Netzwerkes mit einer integrierten Leistungsversorgung auf. Die integrierte Leistungsversorgung ist kompatibel zum PoE-Standard gemäß IEEE 802.3af und 802.3at und zum zukünftigen Standard IEEE 802.3bt. Um die über das Netzwerk übertragene Leistung verwenden zu können weist die Leuchte 5 eine Leistungsversorgungseinheit 53 auf, die die elektrische Leistung vom Nutzsignal trennt und für die Komponenten der Leuchte aufbereitet. Das Nutzsignal des Netzwerkes wird einer Steuerungseinheit 55 zugeführt, die die Daten verarbeitet. Hierbei werden reine Netzdaten z.B. aus dem Internet von Steuerbefehlen für die Leuchte getrennt. Die reinen Netzdaten werden an einen Accesspoint 59 weitergegeben, die Steuerbefehle werden ausgeführt, beziehungsweise an die zwei LED-Module 57 weitergegeben, die die Befehle entsprechend ausführen. Der Accesspoint 59 betreibt ein drahtloses Netzwerk gemäß WLAN Standard. In einer weiteren Ausführungsform betreibt der Accesspoint zusätzlich noch ein ZigBee und/oder ein Bluetooth Netzwerk. Der Accesspoint weist eine Antenne 591 auf, mittels der das drahtlose Netzwerk betrieben wird. Die Antenne ist dabei als Bi-Q.uad-Antenne mit Reflektor ausgestaltet, deren Abstrahlcharakteristik an die Abstrahlcharakteristik der LED- Module angepasst ist. Die beiden Abstrahlcharakteristiken sind dabei im Wesentlichen kongruent, so dass bei gleichmäßiger Ausleuchtung des Raumes mit mehreren der Leuchten auch eine gute Netzabdeckung des drahtlosen Netzes gegeben ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird komplett auf die Netzanschlüsse je Leuchte verzichtet, und jede Leuchte wie bei der Ausführungsform oben über ein Netzwerkkabel mit Energie versorgt. Hierbei wird der mittlerweile recht verbreitete Power over Ethernet (PoE) Standard gemäß IEEE 802.3af oder at verwen- det. Bei größeren Flächenleuchten kommt auch der noch recht neue IEEE 802.3bt zur Verwendung. Der neuere IEEE 802.3at Standard erlaubt bis zu 25,4W Leistung über die Netzwerkleitung zu übertragen. Der kommende IEEE 802.3bt Standard erlaubt voraussichtlich mindestens 50W Leistung pro Netzwerkleitung zu übertragen. Dies ist für moderne LED Leuchten genug, um eine exzellente Beleuchtungsqualität zu gewährleis- ten. Generell kann gesagt werden, dass die vorgeschlagene Ausführungsform weg von wenigen mit großen und leistungsstarken Accesspoints ausgestatteten Leuchten hin zu mehr ausgestatteten Leuchten geht, die dann nicht mehr über das Stromnetz sondern über PoE versorgt werden.

Diese Lösung hat den Vorteil einer erheblich vereinfachten Verkabelung, da nur noch Netzwerkkabel zu den jeweiligen Leuchten gelegt werden müssen, und die Leuchten dann nur noch mittels des bekannten RJ45 Steckers angesteckt werden. Da die Netzwerkleitungen lediglich Schutzkleinspannung führen, kann die Installation von jedermann durchgeführt werden und muss nicht mehr durch speziell geschultes Personal wie bei Netzspannung bewerkstelligt werden. Weiterhin kann die kongruente Ab- Strahlcharakteristik dazu ausgenutzt werden, um eine verbesserte automatische kommissionierung des Beleuchtungssystems zu erreichen, da die unterschiedlichen Charakteristika des Funknetzwerkes und des Lichtes bei gleicher Abstrahlcharakteristik ausgenutzt werden können. Zum Beispiel geht WLAN durch Decken und Wände, während das Licht dies nicht tut. Damit kann z.B. festgestellt werden, ob sich Leuchten im gleichen Stockwerk oder Raum befinden.

Bei der vorgeschlagenen Ausführungsform sind auch die Accesspoints 59, also die Netzwerkzugangspunkte, wesentlich leistungsschwächer, da sie ja nur noch einen deutlich kleineren Bereich versorgen müssen, was mit weniger Leistung gut bewerkstelligt werden kann. Bei modernen Accesspoints kann davon ausgegangen werden, dass sie im Schlafmodus unter 0,5W und im Betrieb nur etwa ein Watt an Leistung benötigen. Dies kann über PoE leicht bewerkstelligt werden, auch zusätzlich zur benötigten Leistung für die Beleuchtung. Zusätzlich ist es bei vielen kleinen Accesspoints 59 in den Leuchten 5 wahrscheinlicher, dass ein Accesspoint gerade nicht benutzt wird, und in einen stromsparenden Schlafmodus versetzt werden kann. Die Versorgung der Leistung wird hierbei von einem Netzteil 53 mit angeschlossenem Steuerteil 55 be- werkstelligt, welches die Versorgungsleistung von den Daten trennt, und in den Daten enthaltene Steuerdaten für die Leuchte gleich interpretiert und ausführt. Dieses Netzteil 53 ist also zwischen den Eingang der Leuchte und den Accesspoint beziehungsweise ein Leuchtmodul 57 der Leuchte geschaltet. Das Leuchtmodul 57 beher- bergt eine oder mehrere Lichtquellen wie LEDs oder LED-Module. Das Leuchtmodul 57 weist hierbei eine bestimmte Lichtabstrahlcharakteristik auf, wie sie für Leuchten dieses Typs üblich ist.

Fig. 6 zeigt die Abstrahlcharakteristik eines solchen Lichtmoduls. Je nach Auslegung des Beleuchtungssystems kann die Charakteristik angepasst und der Abstrahlwinkel des Leuchtmoduls entsprechend gewählt werden. Im Folgenden Beispiel weist die Leuchte einen recht schmalen, direkten Abstrahlwinkel von lediglich 30° auf. Dadurch kann eine gute Beleuchtungsstärke unterhalb der Leuchte erreicht werden, und durch eine entsprechende Anzahl an Leuchten ist die Lichtverteilung im Raum trotz des schmalen Abstrahlwinkels gut. Das bestechende an der vorgeschlagenen Ausführung ist nun die Tatsache, dass der in der Leuchte eingebaute Accesspoint eine Abstrahlcharakteristik aufweist, die im Wesentlichen der des Leuchtmoduls entspricht. Dies hat den unschätzbaren Vorteil dass ein Lichtplaner, der die Beleuchtung in einem Gebäude plant mit dieser Planung gleichzeitig ein optimal ausgelegtes WLAN-Netzwerk plant. Denn wenn die Lichtpla- nung eine gleichmäßige Beleuchtungsstärke im Raum ergibt, dann ergibt das automatisch auch eine exzellente Abdeckung mit WLAN oder entsprechend einem anderen Funknetzwerk. Um dies zu erreichen, sind die üblicherweise eingesetzten Stabantennen nicht mehr ausreichend. Es müssen Antennen mit einer unsymmetrischen Abstrahlcharakteristik wie beispielsweise Bl-Q.uad-Antennen verwendet werden. Diese weisen wie die Leuchtmodule einen Reflektor auf, der die Strahlung in eine Raumhalbkugel bündelt. Je nach Antennenform ergeben sich dabei Abstrahlcharakteristiken, die kongruent zu denen des Lichts sind. Natürlich kann die„Keule" bedingt durch die unterschiedliche Wellenlänge nicht exakt gleich ausfallen, aber es kann eine gute Ähnlichkeit erreicht werden, die fast kongruent wird. Informationen zur Bi-Q.uad- Antenne können hier abgerufen werden: https://de.wikipedia.org/wiki/Quadantenne. Fig. 7 zeigt die Abstrahlcharakteristik einer solchen Bi-Q.uad-Antenne. Es ist im Vergleich mit Fig. 6 deutlich zu sehen, dass hier eine sehr ähnliche Abstrahlcharakteristik gegeben ist. Um dies zu erreichen muss natürlich jedes verwendete Frequenzband seine eigene Antenne verwenden, um hier Kongruenz zu ermöglichen. Dabei wird von einem idealisierten Modell gemäß Fig. 8 ausgegangen, welches einen idealisierten Abstrahlkegel elektromagnetischer Strahlung zeigt. In diesem Fall hat der Kegel einen Abstrahlwinkel von 30°. Der mittlere 81 der Kreise ist der Winkel für das abgestrahlte Licht auf der Referenzebene 86. Die anderen beiden Kreise bezeichnen die +-3°-Linie, was einer Toleranz von +-10% entspricht, innerhalb derer sich die Abstrahlung des WLANs befinden sollte. Sofern dies erreicht wird kann von einer Kongruenz zwischen der Lichtabstrahlung und der Funkstrahlung gesprochen werden. Diese Kongruenz muss natürlich auf eine bestimmte Referenzebene bezogen werden, da die Abstrahlcharakteristiken im Raum unterschiedlich sein können. Die Referenzebene 86, auf der sich die Kreise befinden, ist hier der Fußboden. Die Betrachtung kann aber ebenfalls für andere Referenzebenen, z.B. die Referenzebenen 84 oder 85 angestellt werden. Diese Ebenen können z.B. die Höhen der Tischflächen von Bürotischen darstellen. Bei modernen hochfahrbaren Bürotischen gibt es ja zumindest zwei Ebenen für jede Endstellung des Tisches.

Soll das 60GHz Frequenzband für WLAN ebenfalls verwendet werden, dann ist auf- grund der deutlich unterschiedlichen Frequenz zu den beiden etablierten Bändern bei 2,4GHz und bei 5GHz eine andere Vorgehensweise beim Antennendesign notwendig. Hier kann nicht mit einer einfachen Bi-Q.uad-Antenne gearbeitet werden. Da aufgrund der extrem hohen Frequenz die Reichweite im 60GHz Bereich sehr niedrig ist, muss hier mit Antennendesigns mit sehr hoher Verstärkung und Richtwirkung gearbeitet werden. Dies kann mit einem MIMO-Antennenarray bewerkstelligt werden. Mit diesem MIMO-Array wird ein Space-time-Coding erreicht, bei dem jede Information über eine dedizierte Antenne versandt wird, über die eine optimale Übertragung zum Teilnehmer möglich ist. Der Standort des Teilnehmers wird also in den Übertragungsweg mit einbezogen. Das grundsätzliche Prinzip kann hier nachgelesen werden:

https://de.wikipedia.org/wiki/MIMO (Nachrichtentechnik) Fig. 9 zeigt die Abstrahlcharakteristiken der verschiedenen Antennen in einem solchen MIMO-Array. Die Abstrahlung ist scharf gebündelt um einen möglichst hohen Antennengewinn

(https://de.wikipedia.Org/wiki/Antennentechnik#Richtfaktor und Antennengewinn) zu erreichen. Je nach Standort des Teilnehmers wird nun die Antenne aktiviert, bei der die größte Feldstärke am Gerät des Teilnehmers zu erreichen ist.

Fig. 10 zeigt nun bespielhaft einen Raum mit der vorgeschlagenen Beleuchtungsanlage. In diesem Raum, befinden sich wie z.B. in den USA üblich 16x8 Deckenpaneele in einer abgehängten Decke in 2,8m Höhe. In 10 dieser Deckenpaneele ist je eine Leuchte 5 eingebaut. Der Kreis um jede dieser Leuchten bezeichnet die vom Licht und vom WLAN bestrichene Fläche. Es ist gut zu sehen, dass die Abdeckung mit einer guten Beleuchtungsstärke exzellent ist und gleichzeitig eine gute Abdeckung des Funknetzwerks erreicht wird. Da hier in der Zeichnung die Halbwertsbreiten der Signalstärke für die Planung zugrunde gelegt sind ist natürlich auch außerhalb der gezeichneten Bereiche mit einem Signal der Zelle zu rechnen. Mit geeigneter Rasterisierung der Kanäle kann hier die Störung benachbarter Zellen verhindert werden.

Die Figuren 11 bis 15 zeigen schematisch einen möglichen Ablauf des oben in den Figuren 1 bis 4 schon grob beschriebenen Verfahrens zum automatischen Einrichten eines Beleuchtungssystems. Dieses Verfahren wird im Lichtmanagementsystem 3 durchgeführt und erlaubt in vielen Fällen eine vollautomatische Einrichtung eines neu installierten Beleuchtungssystems. Selbst wenn die Einrichtung aufgrund fehlender Daten nicht vollständig automatisch durchgeführt werden kann, so ist die manuelle Interaktion zur Einrichtung des Beleuchtungssystems auf ein minimum reduziert und lässt sich schnell und einfach bewerkstelligen. Damit ist insgesamt eine sehr kostenef- fiziente Einrichtung einer neu installierten Beleuchtungsanlage möglich.

Fig. 11 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens. Das Verfahren startet am Punkt 1110. Im ersten Schritt 1111 werden vom Lichtmanagementsystem 3 alle im System vorhandenen Komponenten identifiziert. Das kann z.B. über einen Broadcast Befehl des Lichtmanagementsystems 3 an alle im Netzwerk befindlichen Geräte geschehen. Jedes dieser Geräte, seien es Aktoren 14, Sensoren 15, Netzwerkswitche 2, 110 oder Leuchten 1 beziehungsweise 5 sendet seine eindeutige ID an das Lichtmanagementsystem 3 zurück. Dies kann z.B. die MAC Adresse des Gerätes sein. Auch die Netzwerkswitche 2, 110 haben eine eindeutige ID. Die Netzwerkswitche werden gesondert abgefragt und liefern die eindeutigen IDs der an sie angeschlossenen Geräte zurück. Anhand dieser IDs fasst das Lichtmanagementsystem 3 im Schritt 1112 die an einen Netzwerkswitch 2, 110 angeschlossenen Geräte in Unterstrukturen zusammen, da die Wahrscheinlichkeit groß ist, dass diese Geräte auch räumlich nicht weit entfernt voneinander installiert sind. Im Schritt 1113 wird in eine Schleife eingestiegen, die alle Unterstrukturen durchläuft. Es wird bei der ersten Unterstruktur gestartet und die Schleife bis zur letzten Unterstruktur abgearbeitet.

Schritt 1114 ist der Startpunkt der Schleife, der immer wieder angesprungen wird, so lange noch nicht alle Unterstrukturen abgearbeitet sind. Im Schritt 1115 werden die räumlichen Nachbarschaftsbeziehungen der Unterstruktur ermittelt, dieser Schritt wird ausführlich in Fig. 13 erläutert. Im Schritt 1116 wird geprüft, ob schon alle n Unterstrukturen abgearbeitet sind, also ob der Zähler n die Zahl der Unterstrukturen im System wiederspiegelt. Ist dies nicht der Fall, wird der Zähler n im Schritt 1117 um eins erhöht und die Schleife 1114, 1115, 1116, erneut durchlaufen. Ist dies der Fall, werden im Schritt 1118 die Nachbarschaftsbeziehungen aller Geräte aller Unterstrukturen ermittelt, da ja bisher nur die Nachbarschaftsbeziehungen in der jeweiligen Unterstruktur ermittelt wurde.

Im Schritt 1119 wird dann überprüft, ob schon ein Geschoßplan in das Lichtmanagementsystem 3 abgespeichert wurde. Ist dies nicht der Fall, erstellt das Lichtmanagementsystem 3 im Schritt 1120 einen Geschoßplan und geht dann zum Punkt 1121, ist schon ein Geschoßplan vorhanden dann geht das Lichtmanagementsystem sofort zum Punkt 1121. Der Schritt 1120 wird ausführlich in Fig. 12 erläutert. Im Schritt 1122 werden dann die gefundenen Nachbarschaftsbeziehungen mit dem Geschoßplan abgeglichen und dadurch die Komponenten einem Einbauplatz im Geschoßplan zugeordnet. Dieser Schritt wird ausführlich in Fig. 14 erläutert. Im Schritt 1123 schließlich wird geprüft, ob schon eine Systemkonfiguration vorhanden ist. In einer Systemkonfi- guration wird beispielsweise gespeichert, welche Komponenten wie Leuchten von welchen Komponenten wie Lichtschaltern gesteuert werden. Ist eine Systemkonfiguration vorhanden, dann wird sie in das System anhand der gefundenen Nachbarschaftsbeziehungen und anhand des Geschoßplanes im Schritt 1124 implementiert und zum Punkt 1126 gesprungen. Ist keine Konfiguration vorhanden, dann wird im Schritt 1125 eine Basiskonfiguration implementiert, bei der z.B. alle in einem Raum befindlichen Schalter alle Leuchten ansteuern, und danach zum Punkt 1126 gesprungen. Damit ist das Ende der Kommissionierung im Schritt 1127 erreicht.

Fig. 12 zeigt ein Ablaufdiagramm für die Subroutine„Geschossplan erstellen". Ein Geschossplan ist der Plan eines Geschosses eines Gebäudes, der die Konturen der

Wände umfasst, sowie gegebenenfalls die Positionen und Adressen der Geräte, soweit sie schon durch Nachbarschaftsbeziehungen bekannt sind. Solch ein Geschossplan ist das Ergebnis der Subroutine„Geschossplan erstellen".

Die Subroutine startet am Punkt 1210. Auch hier gibt es eine Routine, die alle Un- terstrukturen durchläuft um den Algorithmus zuverlässiger und robuster zu machen.

Gestartet wird bei der Unterstruktur 1, der Sprungpunkt 1212 wird übergangen und in einer Abfrage 1213 wird geprüft, ob Kamerasensoren in der Unterstruktur vorhanden sind. Ist dies der Fall, werden im Schritt 1214 alle gespeicherten Kamerabilder abgerufen und an das Lichtmanagementsystem 3 gesendet. Gegebenenfalls werden vom Lichtmanagementsystem 3 die Erstellung weiterer Bilder initiiert. Durch den Bildinhalt kann auch gleich eine geeignete Vorpositionierung der Kamerasensoren erfolgen. Die Bilder werden vom Lichtmanagementsystem 3 im Schritt 1215 in einem internen Algorithmus auf Überlappungen geprüft, und soweit möglich zu einem Gesamtbild montiert. Dieses montieren ist z.B. von Google Street View oder von der Erstellung von Panoramafotos bekannt. Auch Programme wie Hugin (http://hugin.sourceforge.net/) weisen die erforderlichen Routinen auf, um die Bilder zu einem Gesamtbild zusammenzufügen.

Ist das Gesamtbild der Unterstruktur zusammengefügt, dann wird ein Bildverarbeitungsalgorithmus herangezogen, der das Gesamtbild der Unterstruktur analysiert, und die Strukturen wie Wände und andere bauliche Besonderheiten extrahiert und daraus einen interpretierbaren Geschoßplan erstellt. Auch die Kamerasensoren werden anhand des von ihnen gelieferten Bildinhaltes im Plan vorpositioniert.

Wird in der Abfrage 1213 festgestellt, dass keine weiteren Unterstrukturen mehr vorhanden sind, dann wird zum Punkt 1220 gesprungen. Das weitere Vorgehen vom Punkt 1220 an wird weiter unten erläutert.

In einer Abfrage 1216 wird geprüft, ob weitere Unterstrukturen vorhanden sind. Ist dies der Fall, dann wird wieder zum Punkt 1212 verzweigt und die Routine zur Erfassung der Unterstruktur mit den Schritten 1213, 1214 und 1215 erneut durchlaufen. Sind alle Unterstrukturen abgearbeitet, dann wird in der Abfrage 1216 zum Schritt 1218 verzweigt, in dem alle Unterstrukturbilder wiederum mit dem schon in der Unterstrukturroutine verwendeten Stitching-Algorithmus zusammengefügt werden. Auch hier werden dann im resultierenden Gesamtbild mittels des Bildverarbeitungsalgorithmus die Strukturen wie Wände, Türen etc. extrahiert und die Position der Kame- rasensoren in den Geschoßplan eingefügt. In der Abfrage 1219 wird dann abgefragt, ob das Gesamtbild vollständig ist oder es noch„weiße Flecken" gibt, also Lücken im Bild vorhanden sind. Dies kann ebenfalls der Bildverarbeitungsalgorithmus feststellen. Sind keine Lücken im Bild vorhanden, so ist der Geschoßplan vollständig und die Subroutine wird im Punkt 1222 beendet. Ist das Bild nicht vollständig, dann ist eine manuelle Unterstützung notwendig, und es wird zum Punkt 1220 gesprungen. Vom Punkt 1220 aus wird die Subroutine 1221 angesprungen, die den Vorgang der manuellen Unterstützung der Kommissionierung beschreibt. Nach der manuellen Unterstützung wird wieder zum Punkt 1212 gesprungen, und der Vorgang der Geschossplanerstellung automatisch fortgesetzt. Der fotografisch oder manuell erstellte Geschossplan benötigt nicht unbedingt die Positionen aller Geräte. Sind genügend konsistente Nachbarschaftsbeziehungen vorhanden, kann auch ein System ohne vollständig bekannte Positionen aller Geräte kommissioniert werden (z.B. Altbau; nicht alle Positionen der Leuchten genau bekannt, Kommissionierung über Unterstrukturzugehörigkeit). Fig. 13 zeigt das Ablaufdiagramm der Subroutine„Nachbarschaftsbeziehungen ermitteln". Ziel dieser Subroutine ist eine Karte mit allen im System vorhandenen Komponenten. Die Karte zeigt die Positionierung und die Abstände der einzelnen Komponen- ten an. Weiterhin fallen als Nebenergebnis weitere Informationen zum Geschoßplan wie Fenster an, die evtl. in der Subroutine„Geschossplan erstellen" nicht gefunden werden konnten. Als Ressourcen für diese Subroutine werden Sensor-Aktorpaarungen benutzt, die wichtige Informationen liefern. Sensor-Aktorpaarungen können zum Beispiel zwei WiFi-Accesspoints sein, von denen einer im Sendemodus und einer im Empfangsmodus arbeitet. Weitere Sensor-Aktorpaarungen sind Lichtsensor- Leuchtmodul, Kamera-Leuchtmodul, Mikrofon-Lautsprecher, aber auch zwei Kameras, deren Bilder sich überlappen. Auch andere drahtlose Funkprotokolle können zur Generierung von Nachbarschaftsinformationen genutzt werden soweit vorhanden.

Ziel ist es, möglichst viele Informationen zu sammeln um so ein stark überbestimmtes System zu haben, das mittels Datenfusion zu mehr Robustheit und Zuverlässigkeit gereicht.

Die Subroutine startet im Punkt 1310. Im Schritt 1311 werden geeignete Sensor- Aktorpaarungen ermittelt. Dabei kann jeder Sensor und jeder Aktor mehrfach in verschiedenen Paarungen verwendet werden, wenn dies zweckdienlich erscheint und den Informationsgehalt erhöht. Im Schritt 1312 wird eine Tabelle erstellt, die alle

Sensor-Aktorpaarungen enthält und die relativen Entfernungen zwischen Sensor und Aktor dazu. Mit dem Sprungpunkt 1313 wird eine Optimierungsschleife begonnen, in der im Punkt 1314 eine erste Karte erstellt wird, die alle vermessenen Komponenten, also Sensor-Aktorpaarungen enthält. Im Schritt 1315 wird dann die erstellte Karte auf Singularitäten überprüft. Dies können z.B. nicht zusammenpassende Abstandsdaten von zwei Geräten sein, die aufgrund von Reflektionen an Wänden entstanden sind. Sind genügend Datensätze vorhanden, so können diese„Ungereimtheiten" im Schritt 1315 bereinigt werden, und die Karte weiter verbessert werden, indem fehlende Wandteile etc. eingefügt werden. Mittels der funkbasierten und lichtbasierten Sensor- Aktorpaarung lassen sich Wände besonders gut bestimmen und die Position der Wände in der Karte überprüfen.

In der Abfrage 1316 wird dann mit einem Algorithmus die Güte der Karte festgestellt. Im Allgemeinen wird die Optimierungsschleife mehrmals durchlaufen, da anfangs die Karte immer wieder verändert wird und eine Neuberechnung der Daten notwendig macht. Daher wird bei nicht ausreichender Güte wieder zum Sprungpunkt 1313 gesprungen und die Schleife mit den Schritten 1314 und 1315 erneut durchlaufen. Ist die neue Karte besser als die vorige Karte, wird die Optimierungsschleife nochmals durchlaufen. Erst wenn sich im Schritt von der vorherigen zur aktuellen Karte keine Verbes- serung mehr feststellen lässt, dann wird die Subroutine„Nachbarschaftsbeziehungen ermitteln" im Punkt 1317 beendet.

Fig. 14 beschreibt die Subroutine, in der der errechnete Plan der Komponenten zueinander auf den vorhandenen oder im Schritt 1120 erstellten Geschoßplan abgeglichen wird. Ziel dieser Subroutine ist es am Ende einen Geschossplan zu haben, in dem alle im System vorhandenen Komponenten mit Position und Adresse eingetragen sind.

Die Subroutine startet im Punkt 1410, und geht über den Einsprungspunkt 1411 zur ersten Abfrage 1412, in der abgefragt wird, ob es immer noch Geräte im System gibt, für die keine Nachbarschaftsbeziehungen vorhanden sind. Ist dies der Fall, dann wird in die Subroutine„Kommissionierung manuell unterstützen" abgezweigt, in der die Geräte örtlich ausgemacht und die Nachbarschaftsbeziehungen ermittelt werden.

Sind für alle Geräte Daten vorhanden, da nn wird in der Abfrage 1412 zum Schritt 1414 abgezweigt, in der die zwei Pläne aufeinander abgeglichen werden, und in einem Verfahren, welches ebenfalls iterativ sein kann, die wahrscheinlichste Konfiguration der Geräte im Geschoss des Gebäudes ermittelt wird. Ist die wahrscheinlichste Konfiguration gefunden, dann endet diese Subroutine im Punkt 1415. Fig. 15 schließlich beschreibt die Subroutine beziehungsweise das Teilverfahren der manuellen Unterstützung des Verfahrens zum automatischen Einrichten eines Beleuchtungssystems, wenn eine vollautomatische Einrichtung mangels Daten und Informationen nicht möglich ist. Es ist Ziel des Verfahrens, jeden manuellen Eingriff zu minimieren, jedoch kann auf einige manuelle Schritte oftmals nicht verzichtet werden. Speziell beim„refurbishing" von alten Gebäuden werden oftmals einige manuelle Schritte notwendig sein.

Das Unterverfahren startet im Punkt 1510, und geht dann zur Abfrage 1511, in der festgestellt wird, welche Art von manuellem Eingriff notwendig ist. Es gibt einen Teilbereich, der der Erstellung/Ergänzung des Geschossplans gewidmet ist, und einen Teilbereich, der die Nachbarschaftsbeziehungen einiger Komponenten ergänzt, um für das automatische Zuordnungsverfahren genügend Daten zu haben.

Ist ein Geschoßplan zu erstellen oder zu ergänzen, dann wird zum Punkt 1512 verzweigt. Im , Schritt 1513 werden fehlende Bilder erstellt, um einen vollständigen Bilder- satz für die automatische Erstellung des Geschossplans zu haben. Sind bisher überhaupt keine Bilder vorhanden, dann kann der Geschossplan auch gleich manuell erstellt und in das Lichtmanagementsystem 3 eingespielt werden. Nach dem Schritt 1513 ist dieser Teilbereich abgearbeitet, und das Unterverfahren wird im Punkt 1516 beendet. Wird in der Abfrage 1511 festgestellt, dass ein manueller Komponentenabgleich notwendig ist, so wird zum Punkt 1514 verzweigt und im Folgenden der Schritt 1515 durchgeführt. Dieser beinhaltet die manuelle Ermittlung von Nachbarschaftsbeziehungen von bisher nicht erfassten Komponenten, oder Komponenten, für die bisher zu wenig Daten existieren. Dazu ist es notwendig, die nur von der (MAC-) Adresse her bekannten Geräte im Stockwerk des Gebäudes zu identifizieren. Bei Aktoren können diese angesprochen werden und Licht abgeben oder einen Ton abgeben. Eine Person geht das Geschoss ab bis sie den Aktor gefunden hat und stellt z.B. mittels einer App auf einem Mobilgerät die Nachbarschaftsbeziehungen fest. Mittels der App können diese gleich an das Lichtmanagementsystem 3 weitervermittelt werden. Bei Sensoren muss die Person selbst einen geeigneten Aktor verwenden, um das abgestrahlte Signal vom Sensor erfassen zu können. Die Person geht hierbei ebenfalls im Geschoß umher und erfährt z.B. über die mobile App, ob der Sensor das abgestrahlte Signal empfängt. Über die Stärke des Empfangssignals kann die Person zum betreffenden Sensor geleitet werden und dort die Nachbarschaftsbeziehungen feststellen. Das jeweilige Signal kann ebenfalls über das Mobilgerät, auf dem die App läuft abgestrahlt werden. Mobilteile wie Mobiltelefone haben die meisten notwendigen Aktoren und auch Sensoren an Bord, somit kann mittels einem Mobilgerät sehr einfach und schnell das manuelle Teilverfahren durchgeführt werden.

Sind die Nachbarschaftsbeziehungen aller fehlenden Geräte ermittelt und die Daten- bank im Lichtmanagementsystem 3 vervollständigt, dann wird der Schritt 1515 beendet und das Teilverfahren im Punkt 1516 damit ebenfalls beendet.

Bezugszeichenliste

1, 5 Leuchte

2 PoE-Switch

3 Lichtmanagementsystem

4 Versorgungsnetz

6 Türe

7 Fenster

8 übergeordneter Stockwerksswitch

11 Power over Ethernetfähige Netzwerkschnittstelle

110 Netzwerkswitch in der Netzwerkschnittstelle

12 Stromversorgung

13, 57 LED Module mit Optik und Treiber

14 Aktuatoren

15 Sensoren

16 Datenverarbeitungseinheit

161, 59 WiFi Accesspoint, Netzwerkzugangspunkt

162 Betriebssystem

1621 Leistungsregelung

1622 Sensorfusion

1623 Ethernet Management

1624 Sensorsignalverarbeitung

1625 Betrieb des WiFi Accesspoints

1626 Lichtsteuerung

211 I njektor

221 Netzteil

21, 22 Gateways und Steuerungsrechner für die Beleuchtungsanlage

DS Verteilnetzwerk, internes Netzwerk

AP#1..AP#N Accesspoints

BSS#1..BSS#N Basis Service Sets für Teilnehmer am Wireless LAN (WLAN) Netzwerk

41 Netzwerkzugangspunkte in den Leuchten

42 Funklöcher

81 Lichtabstrahlkreis einer Leuchte am Boden als Referenzebene

82 +3° (10%) Toleranzlinie der Abstrahlfläche des Funknetzes

83 -3° (10%) Toleranzlinie der Abstrahlfläche des Funknetzes

84 Referenzebene

85 Referenzebene

86 Referenzebene Fußboden

101 Deckenpaneele mit einer Grüße von 625mmx625mm

51 Eingang zum Anschließen eines Netzwerkes

53 Leistungsversorgungseinheit

55 Steuerungseinheit

591 Antenne