用于通过使用电力/数据骨干网络集成多个模块的系统

具体实施方式

现在参照附图，其中，这里始终使用类似的附图标记表示类似的要素，示出和描述用于通过使用电力/数据骨干网络集成多个模块的系统和方法的各种示图和实施例，并且，描述其它可能的实施例。附图未必按比例绘制，并且，在一些情况下，仅仅出于解释的目的夸大和/或简化附图。基于可能的实施例的以下的例子，本领域技术人员将理解许多可能的应用和变更方式。

以下的公开描述对于交通工具或结构的全部或一部分提供和控制集成的电力和数据网络和相应的模块组件。术语“交通工具”可包含能够移动的任何人造机械或机电系统(例如，摩托车、汽车、卡车、船和航空器)，而术语“结构”可包含不能移动的任何人造系统。虽然作为例子在本公开中使用交通工具和结构这两者，但是，可以理解，本公开的教导可被应用于许多不同的环境和特定的环境内的变体。因此，本公开可被应用于陆地环境中的交通工具和结构，包括有人操纵的和遥控的陆地交通工具，以及地上和地下结构。本公开还可被应用于海洋环境中的交通工具和结构，包括被设计为在水上或水下使用的船只和其它有人操纵的和遥控的交通工具和静止的结构(例如，石油平台和潜水研究设施)。本公开还可被应用于航空环境中的交通工具和结构，包括有人操纵的和遥控的航空器、航天器和卫星。

参照图1，在一个实施例中，示出虚拟电气和电子器件接口和管理系统(VEEDIMS，或者，这里简单地由“V”前缀表示)控制环境(VCE)100。VCE 100可包含被配置成软件层102和硬件层104以提供分布的和局部的水平的智力的软件和硬件组件。软件层102可包含VEEDIMS控制器(VController)层106、VEEDIMS网络(VNet)传输层108和VEEDIMS模块(VModule)驱动器层110。硬件层104可包含一个或更多个VController 112、VCE电源114、VEEDIMS开关(VSwitch)116和VModule 118，各硬件组件之间的连接由VNet缆线120和/或VEEDIMS电力(VPower)缆线122提供。

软件层102提供用于硬件层104的控制指令，并且使得硬件层能够操作、收集数据、监视和报告事件以及执行提供VEEDIMS操作环境(VOE)所需要的其它功能。由软件层102提供的功能的实际物理位置可根据VCE 100的配置改变。例如，某些软件功能在一些配置中可位于VController 112中，但在其它的配置中可位于VModule 118中。

VController 106包含VEEDIMS控制器核芯(kernel)，所述VEEDIMS控制器核芯执行VEEDIMS控制器驱动器(未示出)与其它的功能。VEEDIMS控制器驱动器是被配置为与VModule 118交互作用的软件模块，如下面描述的那样，该VModule 118直接操作、管理和监视在VCE 100内操作的电气和电子系统。VEEDIMS控制器驱动器是可相对通用的高水平驱动器，而更加专用的驱动器(例如，在VModule驱动器层110中)被设置在解释通用的高水平驱动器和物理组件接口之间的通信的较低的软件层中。

VNet传输层108可基于诸如以太网协议的优化版本的开放的协议，并且携载广播和/或可寻址VNet通信量以支持VCE 100的高速实时操作能力。VNet通信量基于数据包，并且，在本公开中使用的术语“数据包”可包含任意类型的包封数据，包含数据报、帧和数据包等，并且，包封信息可包含声音、视频、数据和/或其它信息。VNet通信量中的一些或全部可被加密。

与VNet骨干(后面描述)结合的VNet传输层108使得能够通过使用高带宽网络将网络通信向下集成到离散的输入/输出(I/O)水平。这与常规的交通工具网络化技术相反，该常规的交通工具网络化技术一般应用网络化以关于交通工具中的给定的子系统实现非常特定的目的。除了以太网以外，可被VNet传输层108使用的其它协议包含传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)、用户数据报协议(UDP)、超文本传输协议(HTTP)、Modbus(由Modicon公开的串行通信协议)、蓝牙、Firewire、Controller Area Network(CAN)和Flexray。例如，VEEDIMS可使用Modbus TCP作为实际的以太网通信标准，并且使用Modbus作为实际的串行通信标准，以可通过使用Modbus TCP访问的其它应用专用低水平协议为网关。

如后面更加详细地描述的那样，VModule驱动器层110被配置为与VModule 118的内部硬件和与VModule内部硬件物理连接的设备交互作用。它们可以是器件专用驱动器，所述器件专用驱动器被编写为使得特定的子系统(例如，VModule 118和器件/组件)或器件可在VCE 100内运行。

硬件层104提供可执行软件层102的硬件平台，并且还提供各种子系统和组件之间的通信和电力链路。VController 112运行VEEDIMS控制器核芯，该VEEDIMS控制器核芯是VController层106的一部分，并且负责管理VOE。VController 112一般负责完成关键任务，并且可具有功能重叠责任，以使当VController失效时可导致的问题最小化。

一个或更多个VCE电源114可直接或间接向VCE 100内的所有组件提供电能。VCE电源114可与由在后面描述的VNet缆线120和VPower缆线122形成的电网耦合。电网可以是使用监视的磁学液压断路器和逐循环或后折电流限制电子器件以保护组件和布线并加快诊断和故障恢复的高质量(例如，航空级)电网。监视给予交通工具的操作员电气系统失效原因的立即指示，并且可包含解决问题所采取的步骤。可以使用电流后折以使电气故障限于子系统，由此容忍故障并且即使出现故障也提供具有最大的可能的功能性的交通工具。

VSwitch 116包含物理外壳，该物理外壳包含使得VSwitch能够用作VController 112和VModule 118之间的VNet通信量的导管的电子器件和连接器。VSwitch还将从VCE电源114接收的电力(即，VPower电流)分配给VModule。

VModule 118是离散的电气/电子接口模块，该电气/电子接口模块被设计为使得任何电气/电子器件能够通过由VSwitch 116和VNet缆线120形成的VNet骨干(例如，网络或多点通信总线)实现与VCE 100的数字数据和电力连接。在一些实施例中，VModule 118可至少包含有限的控制功能。

VCE 100中的互连由VNet缆线120和VPower缆线122提供。VNet缆线120是能够在VController 112、VSwitch 116和VModule 118之间提供数字信号路径和直流(DC)电压互连的物理VNet分布缆线敷设介质。VPower缆线122是专用于从VCE电源114向VController112和VSwitch 116传输高安培数DC电压的物理电力分布缆线敷设介质。

由VNet缆线120和VPower缆线122提供的功能可根据特定的VCE 100改变。例如，一些VCE实现可能只需要支持十二伏DC电力应用，而其它的实现可能要求更高的电压(例如，二十四伏DC、四十八伏DC或50/60Hz的110/220VAC)。在具有更高的电力需求的VCE实现中，可设置专用版本的VSwitch 116、VModule 118、VNet缆线120和VPower缆线122。可通过使用颜色代码缆线敷设和不同配置和键控的连接器识别专用版本，以避免连接功率不兼容的VSwitch 116和VModule 118的可能性。

VNet缆线120的一个实施例形成为组合电力分布和数据网络化能力的集成的单缆线连接器组合件(assembly)。组合件可包含提供与VCE 100内的VModule 118或子系统的坚固的(rugged)接口(rugged interface)的满足特定的进入保护标准(例如，符合IP-67或类似的水平保护密封的资格)的耐水连接器。连接器可具有上述的特定的电力分布水平(例如，十二、二十四或四十八伏DC或110/220VAC 50/60)，并且可包含能够携载需要的电流的中性(neutral)接点和被设计为供多个高性能协议使用的网络连接器。VNet缆线连接器可支持各种水平的以太网(例如，10baseT、100baseT和1000baseT)。除了以太网以外或者作为其替代方案，其它的实施例可支持诸如通用串行总线(USB)协议、Firewire、CAN和Flexray的协议。可以按照航空标准由具有适于恶劣应用环境的温度等级(rating)的耐腐蚀材料制造VNet缆线组合件的连接器壳。可以使用具有足以使串扰或其它噪声维持在不干扰VNet数据通信量的水平处的屏蔽性能的匹配的夹套缆线组合件。

VNet缆线120将中性布线集成在单个缆线概念(concept)中，以防止接地回路、降低噪声并提高可靠性。在常规上，汽车、船只、飞机和类似的环境已使用交通工具的金属底盘作为DC操作电压的返回路径。主要作为成本节省措施完成这一点，但这可导致下游失效。例如，与大地的电连接可根据使用的材料的光洁度(finish)和成分处于不同的电化(galvanic)电势，并且，这可加速已经不利的操作环境中的腐蚀。电路的电阻可随时间改变，从而导致穿过相同的公共接地点的电压改变，这常常在电路之间引起电气噪声。因此，通过使用VNet缆线120，VEEDIMS最小化或消除由于VNet缆线被配置作为受保护的地线而气密性的高可靠性的连接被设计用于隔离电路返回路径所引起的这些问题，并且最小化或消除感应的电气串扰

由于VNet缆线的作为具有气密性的受保护地线的配置和被设计为使电路返回路径隔开的高可靠性连接消除这些问题或使它们最小化，并且消除引起的电气串扰或使其最小化。

可以理解，除了VNet缆线120以外或作为其替代方案，可以使用许多不同类型的通信介质，包含铜和光纤。如果使用光纤，那么VModule 118或VCE 100的另一组件可执行光纤向铜和铜向光纤的转换。

另外参照图2，在另一实施例中，示出图1的硬件层104的一种可能的配置。在本例子中，VController 112通过VPower缆线122与VCE电源114耦合并且通过VNet缆线120与VSwitch 116耦合。由于VNet缆线120不能携载电力并且/或者可能不能提供为VSwitch和依赖VSwitch供电的组件供电所需要的电力量，因此VCE电源114也与VSwitch 116耦合。虽然VModule 118可与下面描述的其它的VModule连接，但是VModule 118仅连接到了VSwitch 116。虽然没有示出，但VController 112在一些实施例中可直接与VModule 118连接(即，没有介入的VSwitch 116)。VController 112和VSwitch 116中的一个或两个可与VCE电源114通信，以确定电力可用性、将功耗需求反馈到VCE电源并控制电力水平。

除了与VSwitch 116耦合以外，VModule 118可通过可作为VNet缆线120或另一基于总线的模拟和/或数字I/O接口的输入/输出(I/O)接口202与子系统/器件200耦合。虽然在本例子被表示为处于VCE100的外面，但子系统/器件200可以是VCE的一部分。VModule 118可与子系统/器件200一体化以形成单个的子系统，或者可如所示出的那样是分开的。

通过在VModule或子系统/器件被插入VNet骨干之后自动地使VModule 118或子系统/器件200与VCE一体化，VCE 100可支持“即插即用”功能。VModule 118或子系统/器件200与VCE 100的一体化状态可由发光二极管(LED)或另一指示器指示。例如，当子系统/器件200与VNet骨干耦合时，子系统的LED颜色可指示子系统的一体化状态。红色LED可指示子系统200没有与VCE 100一体化(例如，由于缺少可用的电力)，绿色LED可指示子系统被一体化并且处于操作之中。如果当首先被插入时没有被一体化，如果例如电力变得对于子系统/器件200来说是可用的，那么LED颜色可从红色变为绿色，

VCE 100可支持自公开(self-publishing)。在自公开中，当诸如启用VModule 118或VEEDIMS的子系统或器件(例如，其中至少集成基本VModule功能的一个)的新的组件与VNet骨干连接时，新的组件公开其“个性”(例如，电力需求、能力和其它的信息)。作为替代方案，VController 112或另一组件可询问新的组件以确定其个性。如果新的组件是某族的成员(在后面描述)，那么VCE 100可能已具有一定的关于新的组件的信息(例如，最大功耗)。因此，不同于常规的意义上的添加作为VCE 100的一部分的新的组件(这常常需要将关于新的组件的信息输入到VCE中)，VCE使得新的组件能够被简单地插入VNet骨干并然后识别关于新的组件的相关信息。

VCE可支持自动更新。在自动更新中，当诸如启用VModule 118或VEEDIMS的子系统或器件(例如，其中至少集成基本VModule功能的一个)的新的组件与VNet骨干连接时，新的组件可发送信息以更新关于新的组件的VOE的更高控制水平。这避免输入关于新的组件的信息时的人为错误。

VCE 100可通过电力划分支持有效的电力使用。在电力划分中，当诸如启用VModule 118或VEEDIMS的子系统或器件(例如，其中至少集成基本VModule功能的一个)的新的组件与VNet骨干连接时，VController 112或诸如VSwitch 116的另一组件可关于是否存在足以操作新的组件的电力作出决定。这种决定可基于新的组件的操作规范，这些操作规范可在新的组件被连接时由新的组件公开，或者可通过询问新的组件获得。如果足够的电力是可用的，那么可用的电力量减少，并且新的组件被接收到VCE 100中作为活动的。如果由于新的组件的电力需求超过可用的电力或一些电力被保留并且对于新的组件来说是不可用的因此不存在足够的可用的电力，那么使得新的组件不能访问VCE 100或将其置于非活动状态，直到足够的电力是可用的。

如果新的组件没有启用VEEDIMS，那么它插入的VModule 118可进行测试，以确定新的组件的电力使用，或者可通过假定电力是可用的而简单地分配一定水平的电力。例如，如果没启用VEEDIMS的风扇被插入VModule 118中，那么风扇不能公开关于其个性的信息并且不能被询问以找到这些信息。因此，VModule 118可监视风扇的操作以识别电力和电流要求、温度和类似的信息，以构建风扇的简档并防止短路和其它的问题。VModule 118然后可通过使用简档信息更新VOE，由此用作VEEDIMS代理以提供至少具有基本的VEEDIMS功能性的没启用VEEDIMS的风扇。

由于可在不同水平的VCE上监视和控制功耗以保证它被有效使用，因此电力划分还可使得VCE 100更加环境友好。可以使用这种控制以识别高电力需求组件用于更换并且一般地调节VCE 100内的功耗。

VCE 100可支持软件和硬件冗余。例如，可通过使用用于完成关键操作的多个硬件组件(例如，VController 112)并通过为VController112、VSwitch 116和VModule 118提双端口和其它满足条件提供硬件冗余。VController 112、VSwitch 116和VModule 118中的一些或全部也可使用心跳或其它的通知方法以使得VCE 100能够检测软件、硬件和链路失效并相应进行调整。

另外参照图3，在另一实施例中，图1的VCE 100的一个可能的配置示出使多个VSwitch 116和VModule 118相互耦合(即，菊花式链接)的能力。菊花式链接VSwitch 116的能力使得在VCE 100中单独的VNet缆线120和VPower缆线122不需要分别从各VSwitch回到VController 112和VCE电源114。类似地，菊花式链接VModule 118的能力使得单独的VNet缆线120不需要从各VModule回到VSwitch116。由于VCE 100可配有在整个交通工具或其它环境中分布的VSwitch 116和VModule 118，因此这使得能够更加有效地敷设缆线。

菊花式链接可包含电力、数据，或电力和数据这两者。VSwitch 116和VModule 118中的一个或更多个可包含被配置为使数据通往其它的VSwitch和VModule的以太网开关以启用VNet信息量菊花式链接。并且，可以沿菊花式链接的一个方向发送电力，并且可沿其它方向发送数据。因此，在提供分布式的和去耦合(即，模块化)的系统的同时，对于VCE 100的任何给定的配置，高水平的灵活性是可用的。

在本例子中，VController 112与用于电力的VCE电源114(虚线)和用于VNet数据通信的VSwitch 116a和116b(实线)耦合。VSwitch116a向VModule 118a供给VNet数据和电力，该VModule 118a又向菊花式链接的VModule 118b供给VNet数据和电力。VSwitch 116b与VSwitch 116c和VModule 118c耦合并且向VSwitch 116c供给VNet数据并向VModule 118c供给VNet数据和电力。注意，VSwitch 116b不直接与VCE电源114耦合。VSwitch 116c与VModule 118d和118e以及VSwitch 116b耦合。VSwitch 116c向VSwitch 116b供给电力，并且向VModule 118d和118e供给VNet和电力。虽然没有示出，但VController 112和/或VSwitch 116可与VCE电源114通信以确定电力可用性、将功耗需求传回到VCE电源并控制电力水平。

另外的VSwitch 116(未示出)可与VController 112耦合并且/或者从VSwitch 116a～116c菊花式链接，并且，另外的VModule 118(未示出)可与VSwitch 116a～116c中的一个耦合，或从VModule118a～118e菊花式链接。并且，多个VSwitch 116可与单个VSwitch耦合，并且，多个VModule 118可与单个的VModule耦合。对于可连接的VSwitch 116和VModule 118的数量的限制可包含可用的端口的数量、以及链接组件所需要的电力量对(versus)链接可用的电力量。相对长的链接所需要的连接的数量会增加更换缆线和组件的难度。

虽然没有示出，但是可以理解，可以使用许多不同的网络构形。例如，可以在VCE 100中使用环形网络配置和星状网络配置。

参照图4，示出图1的VController 112的一个实施例。VController112包含VEEDIMS中央处理单元(VCPU)400、存储器402、通信/电力接口404、和一个或更多个内部通信链路406。可以理解，VController 112的组件的配置和类型可根据要使用VController的特定VCE 100改变。例如，在交通工具环境中，VController 112可被设计为具有最小数量的提供希望的功能所需要的端口的相对紧凑的集成电路板。相反，在诸如结构的环境(例如家庭或写字楼)中，由于空间一般较不重要，因此可使用较不紧凑的VController 112。并且，VController 112对于用于许多不同的VCE中可以是相对一般的，或者，对于用于具有高度特定的需求(例如，航空航天环境)的特定的VCE 100中可以是定制的。

VCPU 400实际上可代表多处理器或分布式处理系统；存储器402可包含不同水平的高速缓冲存储器、主存储器、硬盘和远程存储位置；通信/电力接口404可代表专用于接收、划分/组合数据和电力和传送的多个接口。例如，通信/电力接口404可具有通过VPower缆线122从VCE电源114接收电力的第一接口(未示出)和通过VNet缆线120与一个或更多个VSwitch 116通信的第二接口(未示出)。在一些实施例中，VController 112还可通过VNet缆线120向VSwitch 116发送电力。通信/电力接口404的数据传送能力可同时提供有线(例如，VNet缆线120)和无线功能。

用于VController层106(例如，VEEDIMS控制器核芯和VEEDIMS控制器驱动器)和VNet传输层108的指令可被存储在存储器402中并被VCPU 400执行。VController层106功能可完全由VController 112处理，或者，VController层功能中的一些或全部可被下推到VSwitch 116水平或更低。如后面讨论的那样，为了控制VCE100的参数并获得关于VCE的数据，可以由VController 112提供附加的功能，以允许用户与VController交互作用。如果在VCE 100中存在多个VController 112，那么它们可包含提供负载平衡功能并且如果VController中的一个失效则保证冗余的软件。

参照图5，示出图1的VSwitch 116的一个实施例。VSwitch 116包含处理单元(PU)500、存储器502、通信/电力接口504、和一个或更多个内部通信链路506。可以理解，VSwitch 116的组件的配置和类型可根据要使用VSwitch的特定VCE 100改变。例如，在交通工具环境中，VSwitch 116可被设计为具有最小数量的提供希望的功能所需要的端口的相对紧凑的集成电路板。相反，在诸如结构的环境(例如家庭或写字楼)中，由于空间一般较不重要，因此可使用较不紧凑的VSwitch 116。并且，VSwitch 116对于用于许多不同的VCE中可以是相对一般的，或者，对于用于具有高度特定的需求(例如，航空航天环境)的特定的VCE 100中可以是定制的。

PU 500实际上可代表多处理器或分布式处理系统，并且，存储器502可包含不同水平的高速缓冲存储器、主存储器、硬盘和远程存储位置。在本例子中，可以在具有诸如由San Diego，CA的Netburner，Inc.，制造的嵌入的系统的电路板上形成PU 500和存储器502。电路板可包含用于电力、通信和其它连接的多个端口。

通信/电力接口504可代表专用于接收VNet数据信息量和电力、划分/组合VNet数据信息量和电力、并传送VNet数据信息量和电力的多个接口。例如，通信/电力接口504可具有通过VPower缆线122从VCE电源114接收电力并且使电力通往PU 500和存储器502的第一接口(未示出)和通过VNet缆线120与VController 112、VSwitch116和VModule 118通信的第二接口(未示出)。

第二接口可被配置为识别链接VSwitch 116与VController 112的VNet缆线120不具有电力分量，或者，链接两者的VNet缆线可被插入不支持电力的VSwitch中的指定的插槽中。通信/电力接口504可包含第一和第二接口之间的连接，以使通过VPower缆线122接收的电力通往与其它的VSwitch 116和VModule 118耦合的VNet缆线120。如果VNet缆线120具有用于数据和电力的两个单独的通道，那么第一和第二接口可单独地与适当的通道耦合。如果在单一信号中携载数据和电力(例如，在分开的频率上)，那么第一和第二接口可合并VNet数据信息量和电力信号以产生单一的外出信号。

通信/电力接口504的第一和第二接口还可被配置为允许VNet数据信息量和电力中的一些或全部通过VSwitch 116。例如，如果另一VSwitch 116通过VNet缆线120与通信/电力接口504的输入/输出端口耦合，那么通信/电力接口可以使接收的电力中的一些以及接收的VNet数据信息量中的一些或全部通往其它的VSwitch。通信/电力接口504还可包含使得VSwitch 116能够控制经由VNet缆线120的电力传输的滤波器或其它的控制电路。通信/电力接口504的数据传送能力可同时提供有线(例如，VNet缆线120)和无线功能。

用于VNet传输层108并用于与VController层106交互作用的指令可被存储在存储器502中并被PU 500执行以在VCE 100中建立VSwitch 116作为多应用执行接口(MAXI)。在一些实施例中，VSwitch116可包含用于VController层106的至少一部分的指令。在其它的实施例中，VSwitch 116可仅提供基本VNet数据信息量开关(例如，在具有单独可访问的VModule 118的VCE 100中)，并且，可在满足其自身的电力消耗需求之后简单地使任何剩余的电力通往连接的VSwitch和VModule。

参照图6，示出图1的VModule 118的一个实施例。如前面描述的那样，VModule 118是被设计为使得任何电气/电子器件能够通过由VSwitch 116和VNet缆线120形成的VNet骨干具有与VCE 100的数据和电力连接性的离散的电气/电子接口模块。一般地，由于例如会在机动交通工具中发现仪表板量表(gauge)，因此VModule 118被设计为向VOE提供硬件(以及在一些应用中的软件)摘录层(abstractionlayer)，使得在驻留于VController 112中的VController层106处动作的通用软件控制驱动器可控制这种低水平器件。

VModule 118包含VEEDIMS远程处理单元(VRPU)600、存储器602、通信/电力接口604、和一个或更多个内部通信链路606。可以理解，VModule 118的组件的配置和类型可根据要使用VModule的特定VCE 100改变。例如，在交通工具环境中，VModule 118可被设计为具有最小数量的提供希望的功能所需要的端口的相对紧凑的集成电路板。相反，在诸如结构的环境(例如家庭或写字楼)中，由于空间一般较不重要，因此可使用较不紧凑的VModule 118。并且，VModule118对于用于许多不同的VCE中可以是相对一般的，或者，对于用于具有高度特定的需求(例如，航空航天环境)的特定的VCE 100中可以是定制的。

VRPU 600实际上可代表多处理器或分布式处理系统，并且存储器602可包含不同水平的高速缓冲存储器、主存储器、硬盘和远程存储位置。在本例子中，可以在具有诸如由San Diego，CA的Netburner，Inc.，制造的嵌入的系统的电路板上形成VRPU 600和存储器602。电路板可包含用于电力、通信和其它连接的多个端口。

通信/电力接口604可代表专用于接收VNet数据信息量和电力、划分/组合VNet数据信息量和电力并传送VNet数据信息量和电力的多个接口。例如，通信/电力接口604可具有从与VSwitch 116耦合的VNet缆线120接收电力的第一接口(未示出)和经由相同的VNet缆线接收和传输VNet数据的第二接口(未示出)。如果VNet缆线具有用于数据和电力的两个单独的通道，那么第一和第二接口可单独地与适当的通道耦合。如果在单一信号中组合数据和电力(例如，在分开的频率上)，那么第一和第二接口可对进入的信号进行滤波以使数据和电力分开。

通信/电力接口604的第一和第二接口可被配置为允许VNet数据信息量和电力中的一些或全部通过VModule 118。例如，如果另一VModule 118通过VNet缆线120与通信/电力接口604的输入/输出端口耦合，那么通信/电力接口604可以使接收的电力中的一些以及接收的VNet数据信息量中的一些或全部通往其它的VModule。通信/电力接口604的数据传送能力可同时提供有线(例如，VNet缆线120)和无线功能。

通信/电力接口604的第一和第二接口可连接VModule 118与一个或更多个子系统/器件200。例如，第一和第二接口中的一个或两个可形成图2的I/O接口202，或者，通信/电力接口604可包含用于与子系统/器件200通信和电力分配的一个或更多个其它的基于总线的模拟和/或数字I/O接口。VModule 118可通过使用例如经由I/O接口202的I/O扫描对于附着的子系统/器件200中的故障执行异常报告。在一些实施例中，VModule 118的通信/电力接口604可用作网关以提供附着的子系统/器件200对于外部无线器件(未示出)的访问。

用于VNet传输层108、VModule驱动器层110以及用于与VController层106交互作用的指令可被存储在存储单元602中并被VRPU 600执行以在VCE 100中配置VModule 118作为MAXI。在一些实施例中，VModule 118可包含用于VController层106的至少一部分的指令。

VModule驱动器层110包含在VOE和与VModule 118耦合的子系统/器件200之间提供接口的专用的器件接口专用驱动器软件。例如，在诸如交通工具的VCE 100中，诸如油温、压力、水温等的来自离散的传感器的信号数据通过VModule驱动器层110的专用的驱动器从子系统/器件200被捕获，被聚集，并且被VModule 118处理。VModule118取得传感器数据并在VNet骨干上将其作为VNet信息量(例如，作为VEEDIMS兼容数据流)发送到VController 112。可以理解，对于不VEEDIMS兼容的传感器数据，可在将其发送到VController 112之前通过VModule 118转换它。在更加特定的例子中，为了通知操作员交通工具的当前状态，可以开发VController层106中的VController层驱动器以驱动转速计、速度计和一系列的其它的仪表。为了实现这一点，与VModule 118连接的离散的传感器产生通过基于相应的VModule驱动器层110由VModule聚集和处理的数字或模拟信号数据。VModule 118通过VNet骨干将处理的信号数据传送到VController 112以供VCPU 400处理。VController 112可然后向交通工具的操作员呈现该信息。

VModule 118使得新的子系统和组件能够在不需要高水平的变化的情况下与VOE一体化。例如，为了支持新的物理电气/电子设备和任何相应的软件，可对于VModule 118写入驱动器。将会处于VModule驱动器层110中的驱动器会被写入以符合被VController层106使用的VEEDIMS标准接口协议。标准接口协议是可通过VEEDIMS开发工具包(VDK)得到的，或者以另外的方式被公开以供开发人员使用。该方法在构思上与在用于控制盘驱动的UNIX操作系统环境中编写的通用盘驱动控制器驱动器的思想类似。当开发新的盘驱动时，不管处于其硬件水平的任何新的操作能力如何，由于只要新的驱动的低水平驱动器被设计为与较高水平的通用盘驱动控制器驱动器兼容，新的驱动的任何特有的方面对于通用器件驱动器就是透明的，因此，通用盘驱动控制器驱动器都能够与新的驱动交互作用。因此，只要它们的驱动器符合VEEDIMS标准接口协议，新的子系统和组件就能够在不需要高水平的VCE变化的情况下与VOE 100一体化。

VModule 118可具有可在VCE 100内使用的特有的标识符，以将其与其它的VModule区分开。特有的标识符可以是介质访问控制(MAC)地址、IP地址或任何其它特有标识代码(例如，序列号)。

如下面更详细地描述的那样，VModule 118可维持其自身的存储在非易失性存储器(例如，存储器602)中的完全加密密码保护的内部站点。该信息可包含产品文件和修订水平、完全材料清单(BOM)和维修和制造历史。VModule 118可将该数据广播或发送到VCE 100中的对等VModule和更高水平的组件(例如，VSwitch 116和VController 112)。VModule 118可在非易失性存储器中维持失效之前的事件的缓存数据瞬像，以供故障分析，并且还可存储运行小时和其它感兴趣的参数。通过使用这种信息，可以在不需要重新配置VCE的软件的情况下实现失效的VModule 118的更换。VModule 118可被配置为在启动时执行诊断并根据需要报告其状态。并且，VModule 118以及VSwitch 116和VController 112均可产生心跳信号，并且，VController 112可监视心跳以确定各种VCE组件的状态。

参照图7，示出系统构架700的一个实施例。系统构架700将VCE100视为具有可被广泛访问并且可被操纵的信息顶层、作为关键任务的中心控制层和器件层。系统构架700着眼于信息顶层，并且主要对于数据获取和诊断使用底层。作为例子，参照交通工具层、商店(例如，交通工具修理间)层和企业层描述系统构架700。本实施例中的VCE 100包含交通工具层中的图1的VController 112和VModule118、商店层中的VEEDIMS车队诊断702和企业层中的VEEDIMS车队管理704。在本例子中，对于数据获取、编辑和分析使用由SanLeandro，CA的OSIsoft，Inc.，提供的PI系统。但是，可以理解，可以使用其它的系统，并且，本公开不限于PI系统。

在本实施例中，图1的VCE 100被配置为支持串行数据存储，这使得能够在出现事件(例如，失效)之后执行基于时间和偏移的故障分析。常规的汽车诊断系统基于错误代码范例。在错误代码范例中，特定的故障产生存储在计算机中的预定的错误代码，从而在理论上允许服务技术人员诊断故障的根本原因并对系统进行维修。不幸的是，这种预定的错误代码方法不能捕获无法预料的故障事件或一系列的事件，这常常导致故障检修期延长，这可能永远无法识别原始问题的根本原因。例如，如果错误不能被离析，那么线束的大的部分或者甚至更大的零件组合件会在消除故障产生组件的尝试中被更换。对于顾客、经销商和制造商来说，这种用于解决问题的试验和错误方法的成本是极高的。

本公开通过提供系统构架700以支持所有时序和事件驱动数据的高分辨率捕获及其在小型非易失性数字介质中的存储解决该问题。该系统还允许回顾和分析数据以观察各种系统在特定的故障的间隔中的状态。这种能力使得能够使系统数据与被顾客通知或被VCE 100记录的特定的故障事件相关联，并且还使得能够分析事件前数据流，以形成逐渐导致失效的因素的全面画面。该分析过程使得服务技术人员能够使用计算工具以迅速有效地诊断间歇故障的原因，这些间歇故障在常规上是最难检测和维修的故障事件。

VCE 100还提供存储所有收集的产生的数据的能力。通过仅对于压缩和异常进行过滤，可以在不损失分辨率的情况下增加存储效率。并且，通过使用传输技术(例如，蓝牙和其它的有线和无线技术)，累积的数据可被下载，以用于旨在识别改进的后面的分析而不仅仅是解决当前的问题。例如，可以分析数据以识别可被用于限定用于防止未来的组件失效的预测手段的故障条件。

可以组织数据，以用于快速的检索和先进的搜索，诸如用于逻辑表达或极限外的偏移的搜索。在一些实施例中，数据存储(例如，数据库)可使用存储到数据流的特定部分的开始和结束的指针的成批子系统，由此通过使用覆盖在类似的事件之间进行比较。例如，为了开发最佳引擎开始的模型并预测当参数漂移时对于维护的需要(例如，冷起动时的发动(crank)时间)，可通过成批子系统组织所有的引擎开始事件，因此可以迅速取回和比较开始事件。数据库的效率使得能够实现复杂的分析，包括多元统计分析。这使得能够进行实时数据分析，该实时数据分析不仅执行故障检测，而且还通过观察远离正常操作参数的趋势执行预防性维护功能。在一些例子中，VCE 100可被配置为基于绝好的简档(例如，一组最佳的性能参数)进行控制并且当性能偏离该简档时触发报警。

为了实现这种水平的分析，VModule 118通过使用传感器和其它的反馈机构收集关于附着的子系统/器件200(图2)的信息。可通过诸如基于总线的I/O接口706、模拟I/O接口708和数字I/O接口710的接口获得该信息。I/O接口706、708和710中的每一个使信息穿过允许VModule 118以均匀的方式与不同类型的I/O接口中的每一个通信的通用I/O接口层712。

I/O接口712在寄存器图714中存储信息，该寄存器图714能够访问Modbus/TCP驱动器716和嵌入组件历史对象(ECHO)驱动器718(例如，被由San Leandro，CA的OSIsoft，Inc.，提供的PI系统支持的ECHO)。如后面描述的那样，Modbus/TCP驱动器716和ECHO驱动器718与VController 112的相应的组件通过接口连接。

寄存器图714还能够访问VEEDIMS动态控制器720，该VEEDIMS动态控制器720被配置为从寄存器图获得信息、处理信息并且更新和维持文件722。在具有高度的复杂性或者具有大的制造体积的交通工具中，文件版本控制会是复杂的问题。为了解决该问题，VEEDIMS在VModule 118内或在另一子系统内嵌入整个文件集，从而使得服务技术人员能够即时得到它。另外，服务日志可被存储，该服务日志可被更新以精确地反映交通工具的服务历史。在一些实施例中，服务日志可与自动更新日志的记帐系统链接。

动态控制器720还可通过使用诊断模块724执行诊断并维持源自诊断的信息，并且可通过使用配置模块726配置VModule和子系统/器件参数并维持配置信息。动态控制器720可使得可通过使用前面描述的嵌入的网络服务器经由超文本传输协议(HTTP)接口728得到文件722和与诊断模块724和配置模块726有关的信息。在本例子中，使得信息对于商店层中的VEEDIMS车队诊断702是可用的，但可使得其对于许多其它的用户是可用的，这些用户包括与VCE 100对应的交通工具的操作员。

VController 112包含经由VModule 118的Modbus/TCP 716从寄存器图714接收信息的Modbus/TCP驱动器730。Modbus/TCP驱动器730将信息传入可视化模块732中，该可视化模块732可在将被处理信息传往ECHO组件736之前处理信息。VController 112还包含通过VModule 118的ECHO驱动器718从寄存器图714接收信息的ECHO驱动器734。ECHO驱动器734将信息传往ECHO组件736。ECHO组件736可通过ECHO上载组件738向企业层中的VEEDIMS车队管理704发送信息中的一些或全部。ECHO组件736还可在ECHO数据库740中存储信息中的一些或全部，该ECHO数据库740可负责以高的速度(例如，实时或近实时)对大量的时间戳数据进行收集和存档。

被VController 112和VModule 118存储的数据中的一些或全部可被存储在被设计为耐受诸如意外事故的高的冲击和高的温度情况的“黑匣子”中。从而，即使各种子系统受损或受到破坏，上述的数据也对于分析是可用的。

商店层中的VEEDIMS车队诊断702包含网络浏览器742，该网络浏览器742可被用于通过由VModule 118的网络服务器提供的HTTP接口728访问和观察文件数据722和诊断数据724。由于由VModule 118给出的数据的HTTP性质，因此可以在不需要私有设备和工具的情况下实现对于数据的访问。由于数据可被加密，由于只有具有适当的特许证的用户才可访问数据，因此可以维持安全性。VEEDIMS车队诊断702还可包含配置工具744，该配置工具744可被用于与配置模块726交互作用，以获得配置信息并且通过使用eXtensible Markup Language(XML)配置信息配置VModule 118、其它的VModule和附着的子系统/器件的参数。

VEEDIMS车队诊断702还包含从VController 112的ECHO数据库740获得数据的ECHO组件746。数据可通过PI ECHO驱动器748被传往PI服务器750，并且，可以使用各种PI分析工具752以分析商店层中的数据中的一些或全部。该数据可通过ECHO上载组件754被传往企业层中的VEEDIMS车队管理704。

企业层中的VEEDIMS车队管理704包含从ECHO上载组件738和754接收数据的ECHO上载组件756。ECHO上载组件756将数据传往ECHO组件758，该ECHO组件758通过PI ECHO驱动器760在PI数据库762中存储数据。PI分析工具766可访问PI数据库762中的数据，以通过PI服务器764进行分析。

参照图8，在一个实施例中，交通工具800被示为可通过使用图1的VCE 100管理的环境。交通工具800包含底盘801，并且，位于底盘内并与其耦合的是为交通工具800提供推进、转向、制动和其它功能的多个子系统和相应的组件。可以理解，这里描述的子系统和组件仅是例子，并且，可以与交通工具800一起使用许多其它的子系统和组件。并且，示出的子系统和组件可以以与示出的那些不同的方式被配置，并且可以以不同的方式位于交通工具800中。

交通工具800包含轮胎802a、802b、802c和802d和分别向轮胎压力监视系统(TPMS)无线信号接收器806发送信号的相应的TPMS轮胎内传感器804a、804b、804c和804d。轮胎802a、802b、802c和802d与通过与引擎810耦合的传输系统(未示出)供给动力的轴808a和808b耦合。引擎控制单元(ECU)812可监视和管理引擎810的性能。例如，ECU 812可基于监视的参数控制引擎810中的燃料喷射。前灯组合件814a和814b和尾灯组合件816a和816b可与使得能够操纵形成前灯和尾灯的各种灯的电气系统耦合。

可分别通过使用“车门微开”传感器820a和820b监视车门818a和818b。当车门818a和818b分别被打开时，可以使用“车门打开”开关822a和822b以控制内部灯光、警报和其它的功能。驾驶员座椅824a和乘客座椅824b可分别包含指示人的存在的存在传感器826a和826b。

乘客车厢还可包含用于向驾驶员提供反馈信息(例如，速度、燃料水平和引擎温度)的仪表群828、位于方向盘830上的各种致动装置(例如，开关和按钮)、仪表板开关群832和交互式导航和信息屏幕834(例如，平的面板)。交互式屏幕834可被用于向用户提供导航信息、交通工具信息(例如，当前的燃料水平、需要燃料之前的估计的剩余里程和各种温度(例如，引擎和乘客车厢温度))和其它信息。可通过方向盘830上的致动装置控制风挡擦拭器组合件836。翻车保护杆(rollbar)灯组合件838a和838b可与使得能够通过例如交互式屏幕834操纵翻车保护杆灯组合件上的各种灯光的电气系统耦合。

燃料电池840可与测量来自引擎810的低压燃料回管上的流体流动的流量计842和测量通往引擎的高压燃料管线上的流体流动的流量计844耦合。燃料盖846可覆盖被流量计848监视的燃料填充管线。虽然没有示出，但传感器可监视燃料盖846以保证它处于适当位置。燃料电池840和各种流量计842、844和848可被监视。

可以理解，交通工具800可包含各种的子系统(未示出)，这些子系统被配置为监视和/或控制诸如点火、推进、转向、制动、油和轮胎压力、控制面板指示器、乘客车厢环境参数(例如，温度和空气流动)和音频/视频娱乐系统设置的交通工具功能。这些子系统的范围可以从复杂(例如，由ECU 812管理的燃料喷射)到相对简单(例如，内部“穹顶”灯的控制)。

另外参照图9，在图8的交通工具800中示出图1的VCE 100的一个实施例。交通工具800包含相互耦合并且与VSwitch 116耦合的VController 112和VCE电源114。VSwitch 116与第一VModule 118a耦合，该第一VModule 118a又与第二VModule 118b耦合。VModule118a和118b分别与尾灯组合件816a和816b耦合。在本例子中，各尾灯组合件816a和816b包含被分为倒车灯区域、制动灯区域和转弯信号区域的多个LED。在一些实施例中，VModule 118a和118b被加入它们各自的尾灯组合件中。在其它的实施例中，VModule 118a和118b与它们各自的尾灯耦合，但是是单独的组件。VController 112还与VModule 118c耦合，该VModule 118c又通过专有的缆线与ECM812耦合。

在本例子中，VCE 100中的VModule被分成多个类，包括无源开关类、螺线管/致动器类、电动机类、无源信息显示器类、交互式信息显示器类、无源数据通过类、反馈数据获取类和照明控制类。可以理解，这些类是例子，不意欲构成限制。并且，可以在某些类之间存在重叠，并且，一些类的一部分或全部可形成另一类的子集。

无源开关类包含诸如可被用于车门微开传感器820a和820b或乘客存在传感器826a和826b的简单的开/关状态开关或瞬间接触开关的子系统和组件。该类还可包含用于控制多种功能或状态的更复杂的多位置无源开关，这些功能或状态诸如可被用于风挡擦拭器控制中以激活风挡擦拭器组合件836的中速、慢速和快速擦拭间隔。

螺线管/致动器类包含用于以电气的方式打开车门、车尾行李箱盖或任何其它的单个动作或过程的子系统和组件。电动机类包含在操作风挡擦拭器(例如，风挡擦拭器组合件836)、车盖/车门打开机构、座位或镜子的移动、和类似的机动化操作时使用的子系统和组件。

无源信息显示器类包含为用户传输视觉显示信息的子系统和组件，包含仪表群828中的电气/电子仪表板计量仪、诸如可寻址矩阵液晶显示器(LCD)和有机发光二极管(OLED)显示器的有源显示器。交互式信息显示器类包含诸如交互式屏幕834、全球定位系统(GPS)导航装置、声音系统、有源显示器和具有状态显示的提供引擎待机/启动/停止控制开关能力的交互式启动器开关的子系统和组件。

无源数据通过类包含用于执行数据获取和通过的子系统和组件，包括无源显示器。反馈数据获取类包含诸如交互式显示器、照明控制模块和引擎控制模块的子系统和组件。照明控制类包含用于前灯组合件814a和814b、白天运行灯、尾灯组合件816a和816b和通用的内部和仪表面板照明的子系统和组件。

根据前面的类列表，本发明的VModule 118a和118b被归为照明控制类模块。VModule 118c可被归入无源数据通过或反馈数据获取类。

VModule 118c是可与传统没启动VEEDIMS的子系统或组件交互作用以向传统没启动VEEDIMS的子系统或组件提供至少基本水平的VEEDIMS功能的VModule例子。VModule 118c通过专用缆线从ECM 812接收CAN总线数据。VModule 118c然后将CAN总线数据转换成VNet数据并在VNet骨干上发送转换的数据。这使得VCE 100可以在不需要在比VModule 118c高的VCE水平上执行其它的转换的情况下得到CAN总线数据。在一些实施例中，可以用启用VEEDIMS的ECM代替ECM 812，由此使得能够将ECM无缝地集成到VCE 100中。启用VEEDIMS的ECM可包含缓存引擎启动和运行数据直到更高水平的控制系统准备好接收它的能力。缓存技术可包容任何潜在因素，提供时间戳记的同步化，并使得能够在没有任何数据损失的情况下为了更新或维护而关断更高水平的系统。

作为例子，VModule 118a和118b分别包含具有Netburner的电路板，该Netburner执行指令，使得VModule中的每一个形成上述的MAXI板。各VModule 118a和118b包含运行尾灯组合件816a和816b的后灯区域的后灯所需要的多个电源，并且可包含用于运行制动灯和转弯信号区域的其它电源。

VModule 118a和118b可单独地对尾灯组合件816a和816b中的每一个的LED寻址，并且可使用光纤链路或其它的装置以从LED接收反馈以识别亮度水平等。例如，当交通工具800被启动时，VModule118a和118b可执行尾灯组合件816a和816b中的各LED的迅速测试以保证LED正在工作。可通过使用通过光纤链路获得的反馈实现这一点，由此使得VModule 118a和118b能够测量各LED或多组LED的亮度水平和颜色。颜色测试可精确到十八位的分辨率，该分辨率在尾灯组合件816a和816b的光输出上给予VModule 118a和118b高度的控制。通过使用该信息，VModule 118a和118b可通过使用例如脉冲宽度调制(PWM)集体驱动来控制LED的输出。

向VModule 118a和118b提供的反馈可被用于测试以外的各种目的。例如，反馈可被用于控制诸如白天运行灯的白天和晚上照明，并且可被用于基于环境光水平调整LED的强度。在另一例子中，反馈可被用于提供使用尾灯组合件816a和816b的主动反射体(reflector)。为了形成主动反射体，LED可保持为关，直到光纤检测到来自外部光源的光。可出现这一点的一种可能的情况是，如果交通工具800在晚上出现故障并且处于路边。不是使危险信号灯闪烁并耗尽电池，而是，光纤可以检测来自其它交通工具的前灯，并且可响应地激活LED中的一些或全部以提供交通工具存在的主动指示。LED可以闪光，或者以另外的方式被操纵以提供另外的指示器。

形成VModule 118a和118b的MAXI板可包含用于诸如照明控制的目的的一个或更多个通用串行接口。例如，MAXI板可在以太网和其它的专用数字控制协议上支持(被娱乐业用于照明控制的)DMX。MAXI板可支持其它的串行接口，包括RS232自适应串行端口。

在本例子中，尾灯组合件816a和816b分别包含位于VCE电源114和LED之间的电源(PS)板(未示出)。PS板可能没有启用VEEDIMS，但可通过单向信号或双向信号与VModule 118a和118b耦合。PS板能够设定LED的最大电流，并且，可通过位于PS板上的可寻址电位计通过相应的VModule 118a和118b控制该最大电流。PS板还可向LED发送PWM信号，以控制强度，并且，PWM信号可被VModule 118a和118b控制。注意，PS板的功能中的一些或全部可被局部控制，使得尾灯组合件816a和816b能够在没有VModule118a和118b的情况下操作。

参照图10，在另一实施例中，环境1000示出包含图1的VCE 100的结构1002。在本例子中，结构1002是包含多个楼层1004和1006和一个或更多个入口通道1008(例如，门)的地上建筑。诸如花床1010的风景设计可位于结构1002周围。结构1002可与多个组件和用于监视和控制组件的相应的系统相关联。例如，结构1002可与灌溉(irrigation)系统1012、环境控制系统1014、照明系统1016、报警系统1018和安全系统1020相关联。可以理解，系统1012、1014、1016、1018和1020中的每一个可代表多个系统或子系统。

灌溉系统1012可被配置为控制和监视对于花床1010和其它的外部风景设计和内部植物配置(未示出)的水分提供。环境控制系统1014可被配置为控制和监视加热和空气调节设施。照明系统1016可被配置为控制和监视结构1002的内部和外部照明，并且可代表内部照明系统和外部照明系统。报警系统1018可代表火警系统和安全报警系统。报警系统1018可被配置为控制和监视结构1002内的安全组件(例如，火警)以及安全报警(例如，门1008上的用于指示未授权进入的防盗报警或内门上的用于控制对于房间或办公室套房的访问的报警)。安全系统1020可被配置为控制和监视照相机、移动传感器和类似的安全装置，并且在一些实施例中还可控制和监视安全报警。

一个或更多个VController 112可被用于通过可以包含或不包含电力传输能力的VNet骨干监视和控制系统1012、1014、1016、1018和1020。VController 112与多个VModule 118a、118b和118c耦合。虽然没有示出，但一个或更多个VSwitch 116可位于VController 112和VModule 118a、118b和118c之间。

VModule 118a与灌溉系统1012耦合。Module 118b与环境控制系统1014和照明系统1016耦合。Module 118c与报警系统1018和安全系统1020耦合。各VModule 118a、118b和118c可如前面的实施例中描述的那样监视、询问和控制耦合的系统1012、1014、1016、1018和1020。

在一些实施例中，VCE 100可与诸如结构1002的主电网的更深的系统结合。在这些情况下，可以与其它的来源共享通过VCE 100获得的数据。例如，可以与电力公司共享电网数据，该电力公司又可汇集该信息和其它的数据以进行分析。该分析可被用于防止包含灯光变暗和照明不足的问题并跟踪给定区域中的需求。

应当理解，这里的附图和详细描述应被视为解释而不是限制，并且不意欲限于公开的特定的形式和例子。相反，在不背离由以下的权利要求限定的其精神和范围的情况下，包含任何进一步的修改、变化、重新配置、替换、替代方案、设计选择和对于本领域技术人员来说的显然的实施例。因此，以下的权利要求应被解释为包含所有的这些进一步的修改、变化、重新配置、替换、替代方案、设计选择和实施例。