JP2005086814A - 自動計器読み取りシステムにおけるデータ通信プロトコル - Google Patents

Abstract

【課題】計器とエンドポイントとが提供しうる情報に対してより良くアクセスならびに制御が可能な自動計器読み取り（ＡＭＲ）システムを提供する。
【解決手段】自動計器読み取り（ＡＭＲ）システムは、固定式またはモバイル式のリーダと需要計器に接続されるエンドポイントであって、前記固定式またはモバイル式のリーダが前記エンドポイントと無線周波数通信によって通信し得るものを備える。このシステムにおいて、固定式またはモバイル式のリーダは、応答モード指令を含むメッセージをエンドポイントに対して送信し、リーダからの応答モード指令によってエンドポイントはモバイルネットワークモードおよび固定式ネットワークモードのうちいずれにおいて応答すべきかが伝えられる。
【効果】計器とエンドポイントとが提供しうる情報に対してより良くアクセスならびに制御が可能となる。
【選択図】図１

Description

（優先権主張）
本件出願は、２００３年９月５日に出願された、「自動計器読み取りシステムにおけるデータ通信プロトコル」という名称の米国仮特許出願第６０／５００，５５０号（代理人整理番号１７２５．１６１ＵＳ０１）に基づいて優先権主張を行うものである。

（関連出願）
本件出願は、同一出願人による２００３年９月５日に出願された、「特定のオンエアデータ転送速度を検出するためのシステムおよび方法」という名称の米国仮特許出願第６０／５００，５０７号（代理人整理番号１７２５．１７３ＵＳ０１）、２００３年９月５日に出願された、「モバイル要求リセットのためのシステムおよび方法」という名称の米国仮特許出願第６０／５００，５１５号（代理人整理番号１７２５．１６２ＵＳ０１）、２００３年９月５日に出願された、「セルラーリユースに伴う隣接チャンネル操作を最適化するためのシステムおよび方法」という名称の米国仮特許出願第６０／５００，５０４号（代理人整理番号１７２５．１６０ＵＳ０１）、２００３年９月５日に出願された、「同期式データリカバリシステム」という名称の米国仮特許出願第６０／５００，４７９号（代理人整理番号１７２５．１５６ＵＳ０１）、２００３年９月５日に出願された、「自動計器読み取りシステムにおけるデータ通信プロトコル」という名称の米国仮特許出願第６０／５００，５５０号（代理人整理番号１７２５．１６１ＵＳ０１）、２００３年９月５日に出願された、「需要計器読み取りシステムにおける要素などに関するソフトウェアダウンロードの同調および制御」という名称の米国特許出願第１０／６５５，７６０号（代理人整理番号１０１４５−８０１１．ＵＳ００）および２００３年９月５日に出願された、「電気・ガス・水道データなどに関するフィールドデータ収集および処理システム」という名称の米国特許出願第１０／６５５，７５９号（代理人整理番号１０１４５−８０１2．ＵＳ００）に関連するものであり、これらは本件出願において引用して援用されるものである。

（発明の分野）
本発明は、自動計器読み取りシステムに関し、より具体的には自動計器読み取りシステムにおけるエンドポイントからリーダへのホッピングに用いられる通信プロトコルに関するものである。

現行の自動計器読み取り（ＡＭＲ）システムは、計器から得られる情報によって大きく制限される。一般に、ＡＭＲシステムにはリーダと計器に接続されたエンドポイントとが含まれる。典型的なシステムにおいて、エンドポイントが計器から消費量に関する計測値を得て数秒毎にバブルアップし、無線周波数信号を用いてこの消費量に関する計測値をリーダに送信する。あるいは、エンドポイントはリーダからそのエンドポイントがリーダに対して消費量に関する計測値を送信するように促すウェイクアップトーンを受信する。

この設定によって得られるものは計器からの単一の消費量に関する計測値のみであって、この計測値は、製造時において当初エンドポイントに対してプログラムされた計器記録の類に基づくものである。

したがって、計器とエンドポイントとが提供し得る情報に対してよりよくアクセスでき、これをよりよく制御することをシステムユーザに対して可能にするＡＭＲシステムが求められている。

本願発明は、自動計器読み取り（ＡＭＲ）システムにおいてエンドポイントとリーダとの間において用いられるデータ通信プロトコルに関するものである。この通信プロトコルによって、リーダはエンドポイントと会話をして計器に対して何をすべきか伝えることが可能となり、計器を再設定することが可能となり、エンドポイントに対して計器を再設定するように伝えることが可能となり、特定の応答を要求することが可能となり、エンドポイントに対してエンドポイントと計器との両方における特定の値を再プログラムするように伝えることが可能となり、エンドポイントが計器から特定の情報を得るように要求することが可能となり、またそれをエンドポイントに返信してさらにリーダに返信することなどが可能となる。

本願発明における好ましい実施例において、自動計器読み取り（ＡＭＲ）システムは、固定式あるいはモバイル式リーダおよびエンドポイントとを含むものである。エンドポイントは、需要計器に対して接続されており、固定式あるいはモバイル式リーダは、このエンドポイントと無線周波数通信によって通信を行うことが可能である。このシステムにおいて、固定式あるいはモバイル式リーダは、応答モード指令を含むメッセージをエンドポイントに対して送信し、このリーダからの応答モード指令によって、モバイル式ネットワークモードあるいは固定式ネットワークモードにおいて応答すべきかがエンドポイントに対して伝えられる。

本願発明の別の実施例において、一方向通信であろうと双方向通信であろうと、リーダはエンドポイントと通信する際に単一の無線周波数通信プロトコルを用いる。本願発明のさらに別の実施例において、エンドポイントとリーダとの間の無線周波数通信は、リーダからエンドポイントへと外向きに発信されるすべての通信がマンチェスター符号化されたものであるか、あるいは非ゼロ復帰データとして送信されるかを指令するデータリンク層を用いる通信プロトコルを用いることによって実施される。本願発明におけるさらに別の実施例において、通信プロトコルは、リーダとエンドポイントとの間で通信されるすべてのデータに対してスロット制御を行うトランスポート層を有するものである。本願発明におけるさらに別の実施例において、通信プロトコルは、リーダとエンドポイントとの間の通信のためにコマンドおよび制御フレームを用いる。本願発明におけるさらに別の実施例において、複数のリーダおよびエンドポイントが備えられる。各リーダは、これらリーダのうち少なくとも１つに対して制御フレームを提供するように時間内に準同期化される。

本願発明は、自動計器読み取り（ＡＭＲ）システムにおけるデータ通信プロトコルに関するものである。このプロトコルは、固定式およびモバイル式計器読み取りシステムのいずれにおいても一方向および双方向の両方を実現するために柔軟かつ拡張可能であるように設計されている。

（I． システムの構成要素）
図１において示されている、本願発明において用いられるＡＭＲシステム１００において、各構成要素は、一般的に電気用計器１０２、ガス用計器１０４および水道用計器１０６を含む（しかしながらこれらに限定されるものではない）複数のテレメトリー手段を含む。各計器は、電気駆動式あるいは電池駆動式であり得る。このシステムは、さらに複数のエンドポイント１０８を含み、それぞれがひとつの計器に対応してそれに接続されている。各エンドポイント１０８は、例えばＩｔｒｏｎ社製ＥＲＴなどの無線受信機／送信機を内蔵することが好ましい。このシステムはさらに、固定式あるいはモバイル式のいずれである、１つ以上のリーダを備えており、図１において図示されるのは：（１）例えばＩｔｒｏｎ製オフサイト計器読み取りシステムにおいて用いられるような、モバイル式である手持ちリーダ１１０、（２）Ｉｔｒｏｎ製モバイル式ＡＭＲシステムにおいて用いられるような、モバイル式である車両搭載型リーダ１１２、（３）セル中心制御ユニット（ＣＣＵ）およびネットワーク制御ノード（ＮＣＮ）のさらに別の構成要素を用いるＩｔｒｏｎ製固定式ネットワークＡＭＲシステムなどの固定式無線通信ネットワーク１１４、および（４）コンセントレータによる無線通信と一般加入電話網による電話通信との両方を用いるＩｔｒｏｎ製マイクロネットワークＡＭＲシステムなどの固定式マイクロネットワークである。もちろん、本発明の精神あるいは範囲を逸脱することなく、他の種類のリーダを用いることも可能である。さらにＡＭＲシステム１００に含まれるのは、電波中継局であるホストコンピュータ１１８である。このホストコンピュータには、計測値データの収集を管理してこれらデータを需要側あるいは供給側請求システム１２０に転送するのに役立つソフトウェアが含まれるものである。

このＡＭＲシステム１００およびデータプロトコルは、一方向式計器読み取りと双方向式計器読み取りのいずれにおいても利用可能である。一方向式計器読み取りシステムにおいて、リーダはエンドポイントから非同期的に送信されるメッセージに対して傾聴することが可能であるのに対して、双方向式計器読み取りシステムにおいて、リーダはエンドポイントと通信してエンドポイントに対して指令を送り、またエンドポイントがリーダに対して応答することも可能となる。

（II． システムプロトコル）
本願発明の通信プロトコルについて、北アメリカにおいて用いられ得る１４３０ ＭＨｚ帯域に関連して説明するものの、本願発明の精神あるいは範囲から逸脱することなく、適当な形で他の無線周波数帯域を用いることが可能であることを理解されたい。また本願発明の通信プロトコルは、（１）物理層、（２）データリンク層、（３）ネットワーク層、（４）トランスポート層、（５）セッション層、（６）プレゼンテーション層および（７）アプリケーション層とを含む、国際標準化機構のオープンシステムインターコネクション（ＯＳＩ）プロトコルスタックに関連しても説明される。

（II.Ａ． システムプロトコル ― 物理層）
物理層は、通信の物理的特性を表すものである。この層は、ネットワークを介してビットストリームを電気的および機械的レベルにおいて伝播する。これによってキャリアを通じてデータを送受信するための手段をハードウェアに提供するものである。リーダの物理層特性は、図２において見受けられ、これにおいて（１）操作モード、（２）周波数帯域、（３）チャネル帯域幅、（４）モジュレーションスキーム、（５）偏差、（６）符号化、（７）ビットレート、（８）周波数安定性、（９）最低受信感度、（１０）送信出力、（１１）プリアンブル長、および（１２）転送モードとが与えられている。

第１のデータ転送速度および第２のデータ転送速度における、双方向式ＡＭＲシステムにおけるエンドポイントのための物理層特性がそれぞれ図３Ａおよび図３Ｂにおいて表に示されている。これらの特性として、（１）操作モード、（２）周波数帯域、（３）チャネル帯域幅、（４）モジュレーションスキーム、（５）偏差、（６）符号化、（７）ビットレート、（８）周波数安定性、（９）最低受信感度、（１０）最低プリアンブル長、および（１１）製造デフォルト周波数とが含まれる。一方向式ＡＭＲシステムにおけるエンドポイントのための物理層特性が同様に図４における表に示されている。しかしながら、本願発明の精神あるいは範囲から逸脱することなく、適当な形で他の物理層特性を用いることが可能であることを理解されたい。

（II.Ｂ． システムプロトコル − データリンク層）
このデータリンク層は、どのようにしてパケットが物理層を介して送信されるかを特定するものであり、フレーミング、すなわちパケットの最初と最後とをマークするビットパターンをも含むものである。この層により、物理レベルにおける同期化が得られる。これによって、送信プロトコルに関する知識と管理とが提供されるものである。当該データ通信プロトコルにおいて、すべての外向きのデータ送信、すなわちリーダの中央無線局からエンドポイントに向けてのすべての通信は、保証された転移中央ビットを用いてマンチェスター符号化されて、各データビットはａ_nａ_n（バー）として符号化される（マンチェスター符号化構造については図５を参照のこと）。エンドポイントからの内向きの送信は、外向きの通信同様、マンチェスター符号化されたデータとして、あるいはＮＲＺ（非ゼロ復帰）データとして送信される。この選択は、コマンドおよび制御フレームにおけるＭＣＨフラグの値に基づいている。

このデータリンク層は、カウントダウンタイマを備える。このカウントダウンタイマは、タイマビットを表すのにシーケンス反転変調を用いる。各システムには、１０ビット擬似ノイズ（ｐｎ）シーケンスが割り当てられている（有効なシーケンスについては下記の表１を参照のこと）。このデータストリームにおけるシーケンスは、タイマビット値０を表し、このデータストリームにおけるシーケンスの反転は、タイマビット値１を表す。タイマ値は、１０タイマビットあるいは１００データビットから構成されている。カウントダウンタイマは、１０２３あるいは１１１１１１１１１１の２進法から始まり、順番にゼロへとカウントしてすべてのタイマビットをシステムＰＮシーケンスあるいはその反転へと符号化する。トータルカウンタ時間は、１０２４００／ｒ（単位：秒）であり、ここにおけるｒは、ビットレート（毎秒ビット）である。図６において、シーケンス反転変調カウントダウンイマの一例が示されている。

表１： ＰＮシーケンス

すべての内向きのパケット送信には、２４ビットあるいは２５ビットからなるプリアンブルが先行し、プリアンブル、長さあるいは長さ＿バーバイトを除くすべてのヘッダ情報を含む１６ビットＣＲＣコードが最後に添付される。ＣＲＣ多項式は、０×１０２１である。ＣＲＣ初期値は、０×００００である。ＣＲＣ処理は、最初に最重要バイト（ＭＳＢ）から実施されて、最終チェックサムは反転されない。

（II.C． システムプロトコル − ネットワーク層）
ネットワーク層は、パケットがどのようにして発信元ネットワークから送付先ネットワークへとたどり着くかを特定するものである。この層は、データのルーティング（外向きの通信については正しい送付先へと正しい方向に送信し、入ってくる通信についてはパケットレベルにおいて受信すること）を実施する。ネットワーク層は、ルーティングと転送とを実施する。当該データ通信プロトコルにおいて、ネットワーク層の機能性は電気式エンドポイントにおいてのみ実行される、すなわち電池駆動式エンドポイント、あるいは変換装置またはリピーターとして機能するエンドポイントにおいては用いられない。この層は、データを転送するために必要なリーダと任意のエンドポイントとの間に発生する必要があるホッピング機能を制御するものである。このホッピングプロトコルは、Ｉｔｒｏｎ製ＡＭＲシステムにおいて現在使用されているため、ここにおいては詳述しない。

（II.Ｄ． システムプロトコル − トランスポート層）
トランスポート層は、例えば信頼性（「データが送付先に到着したか否か」）に関する問題を解消するために用いられ、データが正しい順番に到着することを実現するものである。この層は、エンド・トゥ・エンド制御（例えば、すべてのパケットが到着したか否かを決定する、など）とエラーチェックを管理する。さらに完全なデータ送信を実現するものである。当該データ通信プロトコルにおいて、スロット制御がトランスポート層において実施される。これにはスロット割り当て、タイミング、さらには必要なパケット化とが含まれる。図７においてパケット構造が詳述されている。メッセージ、メッセージタイプおよびフラグをプレゼンテーション層から受け取り、適当なサイズのパケットへと分割される。各パケットにはエンドポイントＩＤ、フラグ、メッセージタイプ、エンドポイントタイプおよびパケット長によってスタートされる。パケット長は、ヘッダ情報を除くメッセージそのもののバイト数を表す。ひとつのパケットにおいて２５４バイト以上必要とされる場合、長さフィールドの値は０×ＦＦに設定され、メッセージ構造の実際の長さはバイト１４（上位バイト）および１５（下位バイト）に設定されてメッセージのバイトがその後に続く。すべてのパケットは、メッセージにおいて整数である数のバイトを含む必要がある。

メッセージの一部として用いられる場合、パケット数バイトは、表２において示されるように設定され、最初の４ビットがメッセージにおける総パケット数を、また最後の４ビットがパケット番号を構成するものである。

表２ パケット番号

フラグバイトは、表３において示されるように設定される。最初の２ビットは未使用で、最後の２ビットがエンコーダ番号（複数エンコーダユニットの場合）を表すものであって、００＝エンコーダ０、０１＝エンコーダ１、１０＝エンコーダ２および１１＝エンコーダ３である。５番目のビットは、現在進行中のイベントの状態を表すものであり、０＝進行中のイベントがない場合、１＝進行中のイベントがある場合を表す。６番目のビットは、セキュリティビットを表すものであり、０＝セキュリティが無効である場合、１＝セキュリティが有効である場合を表す。７番目のビットは、リレービットを表すものであり、０＝元のエンドポイントからのメッセージである場合、１＝リレーを介したメッセージである場合を表す。８番目のビットは、再送ビットを表すものであり、０＝パケット送信における最初の試みである場合、１＝再送である場合である。

表３ フラグ

システムにおけるある種のエンドポイントは、一方向式固定ネットワークに適応した場合、より高い出力レベルにおいて不定期な（一日数回）固定フォーマットメッセージを送信するというオプションを有する。このメッセージは、表８において示されるように独自の構造を有している。この場合のカスタムパケットは、送信に先立ってＢＣＨ符号化されている（２５５，１３９，１５）。符号化多項式は、
０×４６１４０７１３２０６０１７５５６１５７０７２２７３０２４７４５３５６７４４５₈である。複数エンコーダエンドポイントパケットについて、このパケットは各々のエンコーダについて生成されて送信される。高出力パルスデータパケット構造のためのフラグは、以下の表４において示されているように設定される。最初の４ビットは未使用であり、５番目と６番目のビットがエンコーダ番号を表すものであって、００＝エンコーダ０、０１＝エンコーダ１、１０＝エンコーダ２および１１＝エンコーダ３である。７番目のビットは、リレービットを表すものであり、０＝元のエンドポイントからのメッセージである場合、１＝リレーを介したメッセージである場合を表す。８番目のビットは、エラーコードを表すものであって、重要なエンドポイントエラーが発生したことを示すものである。

表４． フラグ

各エンドポイントは、前述の固定フォーマットメッセージに代えて、あらかじめプログラムされたメッセージタイプを送信するように設定されていてもよい。

（II.Ｅ．システムプロトコル − セッション層）
セッション層は、各端末におけるアプリケーション間の会話、交換およびダイアログを設定、調整および停止するものである。これは、セッションおよびコネクション調整を実施するものである。当該データ通信プロトコルにおいて、セッション層は、一般にリーダからエンドポイントに対して送信されるコマンドおよび制御フレームを構成するものである。

（II.Ｅ.i．システムプロトコル − セッション層／双方向コマンドおよび制御）
コマンドおよび制御フレームは、個別あるいはグループ単位における双方向式エンドポイントに対してコマンドを与えるために用いられる。さらにエンドポイントにおけるリアルタイムクロックを再調整するのにも役立つ。図９Ａにおいて、双方向通信におけるコマンドおよび制御フレームが図示されている。図示されているように、コマンドおよび制御フレームには、フレーム内における３つの「Ｐ」フィールドにて示されるように、２４ビットプリアンブルが先立つものである。最初の１６ビットは、交互のパターンＡＡＡＡｈであることが好ましく、クロックのリカバリのために用いられる。最後の８ビットは、フレームおよびタイミング同調のために用いられる。

コマンドおよび制御フレームのフィールド「０」は、システム認証（ＩＤ）を表すものである。各システムには８ビットＩＤ値が付与され、これがエンドポイントにおいて保存されて地理的に近い範囲内にある、異なるシステムを区別する。これらエンドポイントは、自身のシステムからのコマンドあるいはＩＤナンバー、正しいセキュリティパスワード、およびフィールド「０」が０×００であることによって特定してアドレスされたコマンドに対して応答するように設定されている。このシステムＩＤは、後述されるセルＩＤとほとんど同一である。しかしながら、システムＩＤが普遍的であるのに対してセルＩＤは局地的である。すなわち一つのシステムにおける複数のセルが、同一のシステムＩＤを有することはあってもセルＩＤはそれぞれ異なる。

コマンド（および）制御フレームにおけるフィールド「１」は、フレームＩＤを表す。システムにおける各リーダにはフレームＩＤが付与されて、ウェイクアップシーケンスにおける位置に基づいて使用される。ウェイクアップシーケンスにおける位置は、任意のシステムにおいて用いられる周波数リユースパターンに直接関連する。前述のとおり、表１はフレームＩＤがチャネルに関連するものであり、チャネルはセルリユース率に関連するものである。

コマンドおよび制御フレームにおけるフィールド「２」は、セルＩＤを表す。各セルには８ビットＩＤ値が付与され、これがエンドポイントにおいて保存されて地理的に近い範囲内にある、異なるシステムを区別する。

コマンドおよび制御フレームにおけるフィールド「３」乃至「６」は、ＵＴＣ（協定世界時）として定義されるＲＴＣであり、これはグリニッジ標準時１９７０年１月１日における午前零時（００：００：００）からの秒数を表す３２ビット値である。

フィールド「７」はコマンドフラグ「１」のフィールドであり、最初の三ビットは表５にあるとおり、スロット長を定義している。

表５． スロット長

４番目のビットは、フォワードエラーコレクションビットであって、０＝フォワードエラーコレクションなしの場合であり、１＝フォワードエラーコレクション・オールレスポンスの場合である。５番目のビットは、スロットモードを表すものであって、０＝コマンドに対して準ランダムスロットにて応答する場合（スロット化ＡＬＯＨＡ）であって、１＝コマンドに対して定義されたスロットにて応答する場合である。フィールド「７」における６番目のビットは、データタイプを定義づけるものであって、０＝エンドポイントからの非ゼロ復帰応答である場合であって、１＝エンドポイントからマンチェスター符号化されている場合である。フィールド「７」における７番目と８番目のビットは、コマンドターゲットを表し、００＝全セル、０１＝ＥＰＩＤ＿ＨＩにて定義されるグループ（フィールド「１２」）、１０＝ＥＰＩＤ＿ＬＯにて定義されるグループ（フィールド「１５」）、１１＝（ＨＩ／ＬＯを含む）ＥＰＩＤに定義されるエンドポイントであって、フィールド「１２」乃至「１５」である。単独のエンドポイント通信において、コマンドターゲット（ＴＧＴ）は１１に設定され、エンドポイントは、このフレームとエンドポイント応答との間における最低２５ミリ秒間にコマンド処理を行った後、直ちに応答する。

コマンドおよび制御フレームにおけるフィールド「８」は、コマンドフラグ「２」のフィールドであって、最初の４ビットが未使用である。５番目と６番目のビットはエンコーダ番号を定義するものであって、００＝エンコーダ０、０１＝エンコーダ１、１０＝エンコーダ２および１１＝エンコーダ３である。最後の７番目および８番目のビットは、送信モードを表し、００＝送信モード１であり、すなわちモバイル式の応答が必要な場合であって、０１＝送信モード２、すなわち固定式ネットワークの応答が必要な場合であって、また１０／１１は未使用である。後述のＶ章も参照のこと。

コマンドおよび制御フレームにおけるフィールド「９」は、スロットオフセットを表す。このスロットオフセットは、複数パケットメッセージにおけるパケット間のスロット番号を定義するものである。例えば、エンドポイントにおける初期スロット番号が５０であってスロットオフセットが１２０である場合、３パケットメッセージがスロット５０、１７０および２９０において送信される。

コマンドおよび制御フレームにおけるフィールド「１０」および「１１」は、最初の非請求メッセージを表す。具体的に、これらは非請求メッセージ（ＵＭ）が始まるスロット番号を定義するものである。いかなるＵＭがセル読み取りの間に生成された場合、ここで定義されたスロットの後、準ランダム的に選択されたスロットにて報告される。このフィールドの値が０×００００である場合、エンドポイントから非請求メッセージは送信されない。

コマンドおよび制御フレームにおけるフィールド「１２」乃至「１５」は、リーダが通信したいと思うエンドポイントのエンドポイントＩＤを提供するものである。
フィールド「１６」と「１７」は、セキュリティフィールドであって、プレゼンテーション層との関連において後述される。

フィールド「１８」は、コマンドセットを定義するものである。コマンドは２つのグループに分類される：（１）普遍的なものと、（２）タイプに特有なものである。普遍的なコマンドには０乃至６３の番号が与えられ、すべてのシステムエンドポイントに対して適用され得る。タイプに特有なコマンドには６４乃至２５５の番号が与えられ、以下の表６におけるコマンドセットフィールドの下位ニブルに応じて変化するものである。

表６． コマンドセット

コマンドおよび制御フレームにおけるフィールド「１９」乃至「２１」は、コマンドおよびコマンドボディを定義するものである。具体的には、フィールド「１９」の８つのコマンドビットはコマンドタイプを示すものであって、０乃至６３番は普遍的なコマンドであり、６４乃至２５５はタイプに特有なコマンドである。フィールド「２０」および「２１」は、１６ビットを表し、コマンドタイプを実行するのに必要なデータが与えられている。図１０および１１における表において、本願発明のシステムにおいて可能なコマンドタイプとコマンドボディとが示されている。普遍的なコマンド（図１０）を参照するに、当該システムは（１）状態をレポートすること、（２）システム番号を新しいシステム番号に変更すること、（３）グループ番号を新しいグループ番号に変更すること、（４）システムスロット番号を新しいシステムスロット番号に変更すること、（５）セルＩＤを新しいセルＩＤに変更すること、（６）スロット番号をレポートすること、（７）認証されたデータのパケットを再送すること、（８）受信機のバブルアップ期間を設定すること、（９）バブルアップチャネルを設定すること、（１０）バブルアップ時間を設定すること、（１１）送信出力を設定すること、および（１２）チャネル周波数を設定することなどを実施し得るものの、これらに限定されるものではないことが理解され得る。

タイプに特有なコマンド（図１１）を参照するに、数多くのその他のコマンドが利用可能であって、これらには（１）消費量データをレポートすること、（２）使用時間（ＴＯＵ）データをレポートすること、（３）ロギングデータをレポートすること、（４）温度をレポートすること、（５）改ざんデータをレポートすること、（６）設定フラグを設定すること、（７）消費量を初期化すること、（８）イベントサマリーをレポートすること、（９）エンドポイントにおける診断チェックを実施すること、あるいは（１０）メモリ内容をレポートすることなどが含まれるものの、これらに限定されるものではない。

コマンドおよび制御フレームのフィールド「２２」および「２３」は、エンドポイントの応答周波数を指定するものである。この応答周波数は、１６ビットフラグとして設定され、エンドポイントのための有効な応答周波数を識別する。例えば、応答周波数が０×００Ｃ１の値である場合（ビット７、６、０が設定されている場合）、このエンドポイントはチャネル７、チャネル６あるいはチャネル０にて応答することが可能である。

フィールド「２４」は、後の使用のために未使用とされている。
フィールド「２５」は、拡張された制御フレームの長さをバイトで表したものである。０の値は、拡張フレームが存在しないことを表す。

コマンドおよび制御フレームのフィールド「２６」および「２７」は、巡回冗長検査（ＣＲＣ）を表すものである。具体的には、フィールド「２６」および「２７」は、１６ビットＣＲＣを表すものである。このＣＲＣは、０×１０２１で与えられる多項式であることが好ましい。ＣＲＣの初期値は０×００００である。このＣＲＣ処理は、最初に最重要ビット（ＭＳＢ）から実行されて、最終チェックサムは反転されない。

（II.Ｅ.ii．システムプロトコル − セッション層／一方向コマンドおよび制御）
簡素化を目的として、一方向装置は図９Ｂにおいて示されるプログラムフレームを使用することを選択する場合がある。このコマンドおよびコマンドボディバイトは、双方向装置との関連において説明されたものと類似している。コマンド数のためのバイトは、このフレームにおいて続くコマンドの総数を表し、その最大値は８である。コマンドフラグは、下記の表７において図示されている。最初の２ビットが送信モードを表し、００＝送信モード０、また０１＝送信モード１であって、１０／１１は未使用である。３番目のビットは、データロギングを表し、０＝データロギングが無効である場合、１＝データロギングが有効である場合である。４番目のビットは、フォワードエラーコレクションを表し、０＝応答に対してフォワードエラーコレクションを無効にする場合、１＝応答に対してフォワードエラーコレクションを有効にする場合を表す。５番目および６番目のビットは、モードセットを表し、００＝ストックモード、０１＝テストモード、１０＝未使用モード、１１＝通常モードである。７番目と８番目のビットは、未使用である。

表７． コマンドフラグ

（II.Ｅ．iii． システムプロトコル−セッション層／特別コマンド−チャネル周波数）
コマンドおよび制御フレームにおけるコマンドのうち特定のものについて以下に詳述する。例えば、コマンド３３は、設定チャネル周波数である。システムエンドポイントの各々は、最大１６チャネルをサポートしており、これらは個々に設定される。これらは連続するチャネルであってもなくてもよい。チャネルのナンバリングは、周波数帯域に基づいて異なる。例えば、本願発明の実施様態において、１４２７−１４３２ＭＨｚ帯域は、６．２５ｋＨｚ周波数チャネルに分割されて、周波数チャネル０が１４２７．０００ＭＨｚに中心を持ち、周波数チャネル１が１４２７．００６２５ＭＨｚに中心を持つ、などとなる。エンドポイントチャネル１５が４８０の値にプログラムされている場合、このエンドポイントの受信機は常に１４２７．０００（＋．００６２５＊４８０）＝１４３０．０００ＭＨｚにて作動する。これを別の周波数帯域に拡張させることも可能である。例えば、４３３−４３５ＭＨｚ帯域は、２５ｋＨｚ周波数チャネルに分割されて、周波数チャネル０が４３３．０００ＭＨｚに中心を持ち、周波数チャネル１が４３３．０２５ＭＨｚに中心を持つ、などとなる。

設定チャネル周波数コマンドのコマンドボディは、以下の表８に詳述されている。

表８． コマンドボディ／チャネル周波数

個々の周波数は、プログラムされるチャネル（１−１５）を上位ニブルから、周波数を下位の１２ビットの中から選択することによってエンドポイントに対してプログラムされる。エンドポイントチャネル０は、製造デフォルト周波数であり、編集され得ないことが好ましい。エンドポイント１５は、受信機の周波数である。その周波数は、製造時におけるチャネル０のものと同じ周波数に初期化され、インストール前あるいはインストール時にプログラムされることが好ましい。エンドポイントチャネルの用法は、以下の表９に示されている。

表９． エンドポイントチャネルの用法

設定フラグコマンド、すなわちコマンド９０、９１および９２は、エンドポイントにおける各フラグを設定するために使用される。各フラグコマンドは、以下に示すように８ビットフラグマスクと８ビットフラグとを含むものである（設定フラグ１コマンドボディ）。

表１０． フラグマスク

表１１． フラグ

フラグマスクフィールドは、このコマンドによって変形されるフラグを決定する。任意のビット位置における「１」は、フラグフィールドにおける関連する値が変形されるべきであることを意味する。例えば、０×１７の値（４，２，１および０のビットは上位である）は、フラグフィールドにおける値であるビット４，２，１および０がエンドポイントにおける関連するフラグに書き込まれなければならないことを意味する。表７におけるフラグフィールドに関していえば、最初の３ビットが将来の成長を見越して未使用となっているのに対して、４番目のビットであるＴ×Ｂは、エンドポイントが送信バブルアップモードにあるかどうかを決定し、５番目のビットであるＵＭＣが非請求メッセージチャネルを定義するものであって、すなわちＵＭＣ＝０であるならＵＭをチャネル１４にて送信する場合、ＵＭＣ＝１ならＵＭをチャネル１５にて送信する場合である。フラグフィールドにおける６番目のビットは、固定式ネットワークモードを定義するものであって、０＝の場合、このエンドポイントはモバイル式／手持ち式モードでのみ機能する場合であって、１＝の場合、このエンドポイントはモバイル式／手持ち式／固定式ネットワークモードにて機能する場合である。フラグフィールドの７番目のビットは、フォワードエラーコレクションを定義するものであって、０＝の場合、高出力パルスにフォワードエラーコレクションが適用されない場合であって、１＝高出力パルスにフォワードエラーコレクションが適用される場合である。フラグフィールドの８番目のビットは、マルチプルメッセージインテグレーションを定義するものであって、０＝の場合、高出力パルスにマルチプルメッセージインテグレーションが適用されない場合であって、１＝の場合、高出力パルスにマルチプルメッセージインテグレーションが適用される場合である。

（II．Ｅ．iv システムプロトコル−セッション層／特別コマンド−テストコマンド）
現在のデータ通信プロトコルは、システムのテストおよび分析に用いられる、少なくとも２つのコマンドを備える。第１のコマンドは、コマンド２１０、すなわちＵＭ（非請求メッセージ）を生成する場合である。このコマンドによって自動的にコマンドおよび制御フレームの対象とされるすべてのエンドポイントにおいて非請求メッセージを生成する。これによってエンドポイントによってサポートされる、最も低い番号のＵＭを生成する。第２のコマンドは、コマンド２１１、すなわちスクリーミング・バイキング・モードに入る場合である。このスクリーミング・バイキング・モードは、一定の送信モードであって、テストのためにのみ用いられるものである。このコマンドが受信されると、エンドポイントはコマンドにおいて定められた数分間に、そのＩＤを繰り返し送信する。０の値が送信されると、このモードは１５秒間有効となる。

（II．Ｅ．v．システムプロトコル−セッション層／特別コマンド−拡張コマンド）
データ通信プロトコルのコマンド４８，４９，５０および５１は、コマンドおよび制御フレームの拡張として実行される。この拡張コマンドは、同じ送信セッションにおけるコマンドおよび制御フレームのすぐ後に続く。コマンド４８は、複数非グループ化エンドポイントコマンドである。システムが特定のエンドポイント群に対してコマンドを発して特定のススロットへとベクトルする必要がある場合、コマンド４８が発せられる。中央無線局はその後これらエンドポイントに対してコマンドを図１２において示されるように発する。このコマンドは、最大１６の特定のエンドポイントに対して向けられるために用いられ得る。パケット長は、このメッセージの対象となるエンドポイントの数を表すものである。なお、コマンド４８は、セキュリティパスワードを必要とするコマンドに対しては使用され得ない。コマンド４８の構造により、８バイトプリアンブルを表すものであって、それぞれのエンドポイントのための０×ＡＡＡＡ、ＡＡＡＡ ＡＡＡＡ ＡＡ９６の値と、長さと、エンドポイントＩＤとコマンドボディと各エンドポイントの応答バイトとを有している。この応答バイトは、以下の表１２において図示されている。

表１２． 応答バイト

この応答バイトは、最初の４つのバイトを未使用として最後の４つのバイトを用いて応答周波数ニブルを定義する。具体的には、これら４つのビットフラグは、エンドポイントが予めプログラムされたチャネルのうちどれに応答すべきかを定義するものである。ＣＨＮ＝００００である場合は、元のコマンドおよび制御フレームからの応答周波数バイトを用いる場合である。コマンド４８の構造は、前述のＣＲＣをも含むものである。

コマンド４９、すなわちベクトル・アンド・リッスンフレームは、中央無線局あるいはリーダがエンドポイントに対して任意のデータブロックをダウンロードする必要がある場合に発せられる。このコマンドを受け取ると、エンドポイントは図１３において示されるようにデータフレームを受け取る。このコマンドは、各エンドポイントがそれぞれアドレスされている場合（すなわちＴＧＴ＝１１）にのみ有効である。このデータはエンドポイントのタイプに特有である。なお、ベクトル・アンド・リッスンフレームは、０×ＡＡＡＡ、ＡＡＡＡ ＡＡＡＡ ＡＡ９６の値を有する８バイトプリアンブルを含むものである。さらにパケット長は、ヘッダ情報を除くメッセージそのものにおけるバイト数を表すものであり、ＣＲＣがメッセージボディにおけるすべてのバイトを計算したものである。

「個々のエンドポイントに対する複数コマンド」というコマンドを表すコマンド５０は、中央無線局あるいはリーダが一つの特定のエンドポイントに対して一連のコマンドをダウンロードする必要がある場合に用いられる。このコマンドを受け取ると、エンドポイントは図１４において示されるデータフレームを受け取る。このコマンドは、各エンドポイントがそれぞれアドレスされている場合（すなわちＴＧＴ＝１１）にのみ有効である。この構造を用いて最大２４のコマンドをエンドポイントに対して発することが可能である。なお、パケット長は、この構造内において発せられ得るコマンド数を表すものである。

「拡張フレーム・モバイル・リード」コマンドであるコマンド５１は、拡張フレームと照会された応答スロットとの間にスロット化ＡＬＯＨＡ期間が存在する、複数非グループ化エンドポイントコマンド構造を用いる。このコマンドを認識したすべてのエンドポイントが応答する。拡張フレームによってアドレスされたものの中にそのエンドポイントがある場合、１６スロット分オフセットされてコマンドに従って応答する。エンドポイントが特別にアドレスされていない場合、プログラムされたデフォルトメッセージを用いてスロット化ＡＬＯＨＡセクションにおいて応答する。

（II．Ｆ．システムプロトコル ― プレゼンテーション層）
通常はオペレーションシステムの一部であるプレゼンテーション層は、入出力されるデータをあるプレゼンテーションフォーマットから別のものに変換するものであって、シンタックス層と呼ばれることもある。現在のデータ通信プロトコルにおいて、プレゼンテーション層は、データセキュリティと必要なデータの圧縮・解凍を扱うものである。

データセキュリティは、顧客によって有効あるいは無効にされ得る、簡単な２レベル式プロトコルであることが好ましい。レベル１は、通常データの転送のための簡単な暗号化を提供するものであって、レベル２は、オーソライズされていないユーザがエンドポイントのパラメータを変更することを防止するためにエンドポイントに対して書き込みセキュリティを提供するものである。

レベル１は、エンドポイントから電波中継局へと伝達される、通常データのために使用されることを意図されている。すべてのデータは、シンプルな８ビットＸＯＲマスクを用いて暗号化される。レベル１のセキュリティによってフラグおよび暗号化をマスクすることが可能となりレベル２のパラメータ書き込みによって編集可能である。ＸＯＲマスクのための製造デフォルトは、シリアル番号の最後の８ビットである。レベル１のセキュリティはメッセージそのもののみに適用されるものであって、ＥＰＩＤ、フラグあるいはメッセージタイプに適用されるものではない。レベル１のセキュリティは、マスク値を０に設定することによって無効にすることが可能である。

レベル２のセキュリティは、エンドポイントのパラメータを変更するために電波中継局のコマンドに対して使用されることを意図されている。操作、セキュリティおよび再プログラムに関するパラメータの変更を含むものである。レベル２の機能は独立式であって、レベル１の機能が有効な状態であってもそうでなくても適用され得るものである。各エンドポイントは、１６ビットパスワードを有する。このパスワードは、インストール時において最初に定義され、有効なレベル２コマンドによって編集することが可能である。すべての書き込みコマンドは、エンドポイントによって有効であるとみなされる、現行のパスワードを含まねばならない。セキュリティを強化するために、レベル１の機能がアクティブである場合、レベル１の暗号化マスクをパスワードに対して適用することが可能である。パケットデータについて圧縮は実施されない。

（II．Ｇ．システムプロトコル ― アプリケーション層）
アプリケーション層は、通信パートナーが識別され、サービスの質が識別され、ユーザ認証とプライバシーが検討されてデータシンタックスに関するすべての制約が識別される層である（この層は、アプリケーションのうち、いくつかのアプリケーション層の機能を実施するものもあるものの、アプリケーションそのものではない）。当該データ通信プロトコルにおいて、エンドポイントのアプリケーション層は、アプリケーションプログラムインターフェース（ＡＰＩ）との関連において用いられる。プレゼンテーション層によってデータが要求された場合、アプリケーション層はＡＰＩを介してその処理を実行して要求されたメッセージに一つの８ビット値とともに単一のブロックとして返送する。この値は、メッセージタイプを表すものである。

（III． システムオペレーション）
本願発明における１４３０ＭＨｚにおける双方向ＡＭＲシステムは、５つの連続する無線周波数チャネルにおいてもっとも効率的に作動するように指定されている。これによって、エンドポイントにおいてより安価で（広い）受信機セクションを使用しながらも、連邦通信委員会指令の最大５０ｋＨｚの送信スペクトルを維持することが可能である。すべての装置、エンドポイントおよびリーダにおける送信スペクトルは、送信時において５０ｋＨｚあるいはそれ以下の帯域幅を維持しなければならない。リーダにおける受信機もまた、該当するチャネルに対する良好な選択性を有することが必要である。エンドポイントの受信機は、主にエンドポイントの費用を低減することを目的として、より広い受信帯域幅を受け入れることが可能である。

システムに対して割り当てられた２５０ｋＨｚのスペクトルを観察するためには図１５を参照せよ。図示されているように、このスペクトルは５つの５０ｋＨｚチャネルに分割されている。中央チャネル、すなわちチャネル３は、システム１００のための制御チャネルとして指定されている。すべてのエンドポイント１０６は、このチャネルにおいて傾聴する。こうして、各リーダが外向きの送信に関して準同期化されている場合、この中央チャネルアプローチによって各エンドポイントがより広い受信帯域幅を使用しながらも通常問題となる干渉を避けることが可能となる（同期化については後述する）。図１５における図では、帯域幅の違いが表示されている。リーダの選択性が良好であるため、各エンドポイントは各セルにおいて異なるチャネルにて応答することが可能となり、同時にシステムにおける最大データスループットが可能となる（セルのリユースについては後述する）。

適当な無線周波数ＡＳＩＣを用いることにより、この構造における３つの連続するチャネルに低減して２つ以上の大容量のチャネルが帯域に亘って分散してスペクトルアロケーションに関する要求を緩和する。エンドポイントへの干渉保護を低減することによって、別の構成においてまったく別のチャネルモデルを使用することも可能となる。しかしながら、個別チャネルモデルの場合、エンドポイントはさらに別のベースバンドフィルタリングを必要として、特に帯域における高出力部分において作動する場合には、制御チャネルにおいて隣接するチャネルと干渉の影響をわずかに多く受けやすくなる。個別チャネルのオプションによって、複数の外向きチャネルにおいてモバイル式操作が用いられる場合、さらにシステムにおける複数制御チャネルを設けることが可能となる。個別チャネルモデルを使用する場合、５チャネルブロックにおけるチャネル２および４は、制御信号のために用いられる。

単一の制御チャネルを持つシステムにおいてセル対セルの干渉を緩和するために、各リーダは、後述される制御フレームがオーバーラップしないように時間基準にて同期化されねばならない。連続的な制御フレーム間に「デッドタイム」を追加することによって、各受信機は、完全に横並びにあるよりも準同期化され得る。好ましい実施例において、受信機は互いに対して０．５秒内にある準同期化装置となり、これはＮＴＰ（ネットワークタイムプロトコル）などのプロトコルによって容易に達成し得る。もちろん、本願発明の精神と範囲とから逸脱することなく他の準同期化時間を用いることも可能である。したがって、リーダにおいてはＧＰＳやその他の高精度タイムベースは不要である。

ＡＭＲシステムにおいて、各リーダには、その位置に基づいてウェイクアップシーケンスにおいて使用するためのフレームＩＤが付与される。ウェイクアップシーケンスにおける位置は、任意のシステムにおいて使用される周波数リユースパターンと直接的に関連する。図１６における図のタイミングは、３セルリユースにおける段階的ウェイクアップシーケンスの一例として示されている。図示されるように、これらタイミングは±０．５秒のエンドポイント間におけるクロック精度のためであって、得られる値が±１秒のものだけである場合には、デッドタイムを５に、また公称フレームタイムを２２．５秒に延長する必要がある。その他のタイミングはそのままである。リーダにおいてＧＰＳが利用可能である場合、デッドタイムを低減してタイムフレームタイミングを短くすることが可能である。いずれの場合でも、最低デッドタイムが０．５秒であることが好ましい。

図１６において示されているように、最初のウェイクアップシーケンスは、Ｔ＝０の時点において起動される。最初の１８．５秒間、ウェイクアップを取得し（ＳＩＫカウントダウンタイマ）、次の０．２５秒（コマンドおよび制御、フレーム２）が経過して最後の２．５秒はデッドタイムである。タイムラインにおける残りの時間は、応答スロットのためのホールドオフタイムとなっており、フレーム番号＊公称フレームタイム、または２＊２０＝４０秒のホールドオフタイムとなっている。Ｔ＝２０の時点において、２番目のウェイクアップシーケンスが起動される。同様に、最初の１８．５秒間、ウェイクアップを取得し（ＳＩＫカウントダウンタイマ）、次の０．２５秒（コマンドおよび制御、フレーム１）が経過して最後の２．５秒はデッドタイムである。この場合の応答スロットのためのホールドオフタイムも同様にフレーム番号＊公称フレームタイムであって、１＊２０＝２０秒のホールドオフタイムとなっている。Ｔ＝４０の時点において、３番目のウェイクアップシーケンスが起動される。同様に、最初の１８．５秒間、ウェイクアップを取得し（ＳＩＫカウントダウンタイマ）、次の０．２５秒（コマンドおよび制御、フレーム０）が経過して最後の２．５秒はデッドタイムである。応答スロットのためのホールドオフタイムは、以下のように計算される：フレーム番号＊公称フレームタイム、または、０＊２０＝０秒のホールドオフタイムとなっているので、このセルにおけるスロット０が開始するまでに各エンドポイントは２．５秒与えられるということである。

前述のように、図１６における例は、３セルリユースパターンである。しかしながら、この例は、さらに必要に応じてフレームを加えることによってより多いセルのリユース率に対して適用され得る。１４３０ＭＨｚシステムにおいて、推奨される最大のセルリユースは５である。これによって、最初に送信されるセルにおけるホールドオフタイムが１００秒となり、エンドポイントがスロットタイミングに対して正確なタイミングを保つために十分に短い時間となる。

システムによって特定されない限り、フレームＩＤは、以下の表１３に基づいて使用されるセルの周波数に関連づけられることが好ましい。

表１３． フレームＩＤ

システム１００におけるスループットを最大限にするために、１４３０ＭＨｚ帯域においてセルリユーススキームが採用される。リユース率は、３，４，５，７あるいは９セルパターンであることが好ましい。ディレーを鑑みるとより小さなパターンが好ましいが、フィールドにおける実際のシステムの無線周波数プランニングおよびインストール時に最終選択をすることが好ましい。７および９のパターンは、仮想セルモデルにおいて使用されることが好ましい。リユースパターンについては３セル（ＡＢＣ）、４セル（ＡＢＣＤ）および５セル（ＡＢＣＤＥ）リユースパターンを示す図１７，１８および１９においてそれぞれ示されている。

（IV． モバイル式および手持ち式操作）
モバイル式または手持ち式モードにおいて操作する場合、「デッドタイム」の２．５秒は適用されない。それに代わってコマンドおよび制御フレームの最後プラス２５ミリ秒の時点でスロット「０」が出現する。なお、添付された計器を読み取るのにおよび／またはチャージポンプをフル稼働させるために必要な時間のため、すぐに応答すべきであるとされているのにもかかわらずスロット「０」においてエンドポイントは応答する場合もそうでない場合もある。

プログラムモードにおいて、手持ち式制御においてはその感度を最大３０ｄＢ下げて近接したプログラム距離における過負荷状態を避けるようになっている。手持ち式機器とエンドポイントとは、モバイル式操作モードにおいてはサイト伝播経路のラインにおいて最も接近した場合０．５メートル、最も離れた場合で３００メートルほどのプログラム距離において作動せねばならない。

モバイル式操作時において、モバイルがシステム内を移動するにつれて、標準の読み取りサイクルのウェイクアップシーケンス、コマンドおよび制御データおよび受信部分が継続的に繰り返される。このタイミングは、１乃至５秒サイクルの範囲であることが好ましい。図２０において５つのチャネルを用いたモバイル操作の概略図が示されている。

コマンドおよび制御フレームは、モバイルを聞き取ることができて正しいシステムＩＤを有するすべてのエンドポイントからの消費量に関する計測値を求めるグループコール読み取りを含むことが好ましい。エンドポイントは、グループコールに対してランダムなスロットあるいはランダムなチャネルにて応答する。このランダムなチャネルは、コマンドおよび制御フレームにおいて与えられる利用可能なチャネルの一覧から選択される。ランダムなスロットは、フレームのスロット化ＡＬＯＨＡ部分における５０ｍｓスロットのうちの一つである（スロット化ＡＬＯＨＡとは、送信が予め決められたタイムスロット内において開始して終了する必要があるという点を除いて通常ＡＬＯＨＡと同様のランダムアクセススキームである。固定式ネットワークと同様、タイムスロットは、コマンドおよび制御フレームの最後からマークされている）。

リーダが任意のエンドポイントから応答を聞き取った場合、それが範囲内にあることが分かり、次のコマンドおよび制御フレームにおいてエンドポイントに対して特定の応答を要求することができる。このコマンドおよび制御フレームは、通常のコマンドフレームと拡張された制御フレームの両方とを含むことによって、単一のパスにおいて可能な限り多くのエンドポイントに対してモバイルがアクセスし得るようにすることが期待される。モバイルがエンドポイントからの応答を要求した場合、応答が予想されるチャネルおよびタイムスロットとを伝える。これによってＭＤＰ式応答において伝達されるより長いメッセージ間の衝突の可能性を最小限にすることが可能である。モバイルサイクルにおいて、モバイル性能を向上させるために、電池式エンドポイントは、通常より高い率においてそれぞれの受信機をバブルアップさせるか、第１のコマンドおよび制御フレームにを同期化することが必要となる場合がある。

バンが最大毎時３０マイルにおいて移動している場合、１０秒間に４４０フィート移動する。またそのバンの通信半径は、期待されるパワーレベルと受信機の感度（例えば１４ ｄＢｍ エンドポイントＴＸパワー、バンにおける感度が−１１０ｄＢ ＲＸ、２０ｄＢｍマージンおよびエンドポイントが５’である場合）を満たすもので、２２．６Ｋチップ／秒のデータ転送速度で作動する１４００ ＭＨｚのシステムである場合、およそ５００フィートとなる。このマージンは、ＭＤＰデータパケットが現行のＳＣＭ式メッセージに比べてかなり長く、エラーが生じない限り繰り返されないために含まれるものである。低いリトライ率を達成するためには、ＢＥＲを０．０１％にまでカットすることが望ましい。これを通常の条件下において行うためには、さらにマージンを２０ｄＢ増やす必要があるが、同様の結果を得るためにバンの受信機においてダイバーシティセットアップを用いることが可能である。このためにバンにおいては５から６フィート離れて設置される２つのアンテナと、各チャネルにつき別の受信機復調装置チェーンとが必要となる。複数回繰り返されるＳＣＭデータに関しては、システムはかなり低いマージンにて作動しながらもバンにおける優れた読み取り信頼性を達成することが可能となる。通常の消費量に関するデータを収集する場合、このシステムでは約１２００フィートの受信地域半径を得ることが可能である。

図２１において、現行のＥＲＴからの０ｄＢマージンＳＣＭメッセージと比較した場合の、本願発明における低マージンＳＣＭメッセージと２０ｄＢマージンＩＤＲメッセージとの受信地域リングが示されている。

現行のモバイルプロトコルにおいて、各エンドポイントは、平均して約１２乃至２５秒間バンの範囲内にある。これは、エンドポイントをウェイクアップさせて、それがどれであるかを認識し、送信すべきＭＤＰ（モバイルデータパケット＝最大２５０バイトの未加工データ）を要求し、ＭＤＰを受信して、場合によっては必要に応じて再度リクエストを行ってプロセスの一部分を得るために適当な時間である。

基本システムにおいて、ＭＤＰ応答については最大７５％利用の５つのチャネルがある。したがって、一秒あたりの有効データ転送速度は４２３７５ＢＰＳあるいは５２９６バイトあるいは一秒当たり２１ブロックとなる。このシステムは一計器につき一つのブロックを参照するため、このシステムは一秒あたり２１の新しい計器をサポートすることができる。したがってモバイルの公称範囲は５００フィートとなる。これにより、最も密集した特定のシステムに関してでも、その時々での範囲における計器は約１７５となる。バンが３０ｍｐｈにて移動している場合、システムは一秒あたり４４フィートの新しい計器を得る。地理的概算において、その結果は一秒あたり新たに１２計器ということになる。したがって、システムは、一秒あたり２１の新しい計器を処理することができるものの、一秒あたり１０乃至１２計器の範囲にして行くことができない。したがって、密集したシステムにおいてフルセットのリトライを実施することが可能となる（これによって１１．３６３６３ＫＢＰＳの低いデータ転送速度と最大２５０バイトＭＤＰとになり、より小さいパケットあるいはより高いデータ転送速度のオプションが可能である場合にはさらに状況はよくなる）。

（V． モバイル式および固定式ネットワークオペレーションにおける応答の最適化）
再プログラミングを行うことなくモバイル式および固定式ネットワークシナリオの両方において作動せねばならないエンドポイントにおける電池効率、範囲および全システムの堅牢性とを最適化するためには、以下の手順を用いるのが好ましい。リーダからの外向きの送信にはエンドポイントの応答モードを指定するフラグが含まれる。応答モードフラグが「モバイル式」である場合、エンドポイントはより低出力（例えば＋１４ｄＢｍ）および前述のように動的にランダム化されたスロットにおいて応答する。エンドポイントが「固定式ネットワーク」フラグが設定されていることを認識すると、割り当てられたスロットにてより高出力（例えば＋３０ｄＢｍ）にて応答する。このシナリオによる利点は、モバイル式の場合には、リーダは、多くの演算を必要としてすべての範囲内におけるエンドポイントと有効に通信するための通信時間を余計に消費するものであり得る、複数のスロットダイナミック割り当ての問題をかかえることがない。また、エンドポイントにとってはパワーを節約して干渉を低減することが可能となる。これにより、リトライの数を減らしながらより多くのデータを送信し得る性能につながる。固定式ネットワークの場合、高出力モードによってシステムが装置の最大値域を得ることが可能（インフラストラクチャーの費用を低減することが可能）でありながら割り当てられたスロットによって干渉が緩和される。システムの準静止的な性質によって、固定式ネットワークにおいて各スロットが有効に割り当てられる。なお、従来のシステムにおいては、１つあるいは別のモードにおいてのみ作動するようにエンドポイントを静止的にプログラムすることだけが可能であった。よって、従来の手順においては、エンドポイントを再プログラムすることなく混在するモード操作をすることが不可能であった。したがって、本願発明は、モバイル式操作のために低出力操作とダイナミックスロット割り当ての組み合わせであって、固定式ネットワーク用の高出力スロット化操作がすべて外向きのウェイクアップデータにおけるフラグによって制御されているものを提供するものである。送信／応答モードを定義するコマンドおよび制御フレームにおけるフィールド「８」およびビット７，８を参照せよ。

本願発明は、その本質的な特質の精神から逸脱することなく、他の特定の形態において実施され得るものであるため、例示された実施例は、あらゆる意味において例示的であって限定的でないとみなされるべきであり、本発明の範囲を示すものとしては前述の説明ではなく、添付された請求の範囲を参照すべきである。

図１は、本願発明によるデータ通信プロトコルを用いる無線に基づく自動計器読み取りシステムを図示するものである。 図２は、リーダの物理層特性を含む表である。 図３Ａは、データ転送速度１におけるエンドポイントの物理層特性を含む表である。 図３Ｂは、データ転送速度２におけるエンドポイントの物理層特性を含む表である。 図４は、一方向ＡＭＲシステムにおけるエンドポイントの物理層特性を含む表である。 図５は、マンチェスター符号化構造を示す図である。 図６は、シーケンス反転変調カウントダウンタイマの一例である。 図７は、データパケット構造を図示するものである。 図８は、高出力パルスデータパケット構造を図示するものである。 図９Ａは、双方向コマンドおよび制御フレームを図示するものである。 図９Ｂは、一方向コマンドおよび制御フレームを図示するものである。 図１０Aは、本願発明におけるデータ通信プロトコルのための普遍的なコマンドタイプを含む表である。 図１０Bは、本願発明におけるデータ通信プロトコルのための普遍的なコマンドタイプを含む表である。 図１１Aは、本願発明におけるデータ通信プロトコルのためのタイプ別のコマンドを含む表である。 図１１Bは、本願発明におけるデータ通信プロトコルのためのタイプ別のコマンドを含む表である。 図１１Cは、本願発明におけるデータ通信プロトコルのためのタイプ別のコマンドを含む表である。 図１１Dは、本願発明におけるデータ通信プロトコルのためのタイプ別のコマンドを含む表である。 図１１Eは、本願発明におけるデータ通信プロトコルのためのタイプ別のコマンドを含む表である。 図１１Fは、本願発明におけるデータ通信プロトコルのためのタイプ別のコマンドを含む表である。 図１２は、データ通信プロトコル「複数非グループ化エンドポイントコマンド」のコマンド４８を図示するものである。 図１３は、データ通信プロトコル「ベクトル・アンド・リッスンフレーム」のコマンド４９を図示するものである。 図１４は、データ通信プロトコル「個々のエンドポイントに対する複数のコマンド」のコマンド５０を図示するものである。 図１５は、システムにおけるチャネルスペクトルの図である。 図１６は、３セル・リユースパターンのための段階的なウェイクアップシーケンスのタイミング図の一例である。 図１７は、３セル・リユースパターンの一例である。 図１８は、４セル・リユースパターンの一例である。 図１９は、５セル・リユースパターンの一例である。 図２０は、５つのチャネルを用いた当該システムのモバイル式操作を図示するものである。 図２１は、受信地域リングを図示するものである。

Claims (25)

1. 自動計器読み取り（ＡＭＲ）システムであって、
   固定式またはモバイル式のリーダと、
   需要計器に接続されるエンドポイントであって、前記固定式またはモバイル式のリーダが前記エンドポイントと無線周波数通信によって通信し得るものとを備え、
   前記固定式またはモバイル式のリーダは、前記リーダに対してモバイル式または固定式ネットワークモードのいずれにおいて応答すべきかを前記エンドポイントに対して指示する前記エンドポイントのための応答モード指令を含むメッセージを送信することを特徴とするＡＭＲシステム。
2. モバイル式応答モード指令は、前記エンドポイントに対して低出力および動的にランダム化されたスロットにおいて前記リーダに対して応答すべきであると指令することを特徴とする、請求項１に記載のＡＭＲシステム。
3. 固定式応答モード指令は、前記エンドポイントに対して高出力および割り当てられたスロットにおいて前記リーダに対して応答すべきであると指令することを特徴とする、請求項１に記載のＡＭＲシステム。
4. 固定式応答モード指令は、前記エンドポイントに対して高出力および割り当てられたスロットにおいて前記リーダに対して応答すべきであると指令することを特徴とする、請求項２に記載のＡＭＲシステム。
5. 自動計器読み取り（ＡＭＲ）システムであって、
   リーダと、
   需要計器に接続されるエンドポイントであって、前記リーダが前記エンドポイントと無線周波数通信によって通信し得るものとを備え、
   前記リーダは、一方向通信あるいは双方向通信によって前記エンドポイントと通信するために単一の無線周波数通信プロトコルを使用することを特徴とするＡＭＲシステム。
6. 一方向通信によって前記エンドポイントは、前記リーダと通信して特定のメッセージタイプを伝達することが可能であることを特徴とする、請求項５に記載のＡＭＲシステム。
7. 双方向通信によって前記リーダは、前記エンドポイントと通信し、前記エンドポイントに対して指令を送り、前記エンドポイントを前記リーダに応答させることが可能であることを特徴とする、請求項５に記載のＡＭＲシステム。
8. 双方向通信によって前記リーダは、前記エンドポイントと通信し、前記エンドポイントに対して指令を送り、前記エンドポイントが前記リーダに応答させることが可能であることを特徴とする、請求項６に記載のＡＭＲシステム。
9. 自動計器読み取り（ＡＭＲ）システムであって、
   リーダと、
   需要計器に接続されるエンドポイントであって、前記リーダが前記エンドポイントと無線周波数通信によって通信し得るものとを備え、
   前記無線周波数通信は、通信プロトコルを用いることによって実施され、前記通信プロトコルは、前記リーダから前記エンドポイントへのすべての外向きの送信をマンチェスター符号化されたものとして、または前記エンドポイントから前記リーダへのすべての内向きの送信をマンチェスター符号化されたもの、あるいは非ゼロ復帰データとして指令するデータリンク層を含むことを特徴とするＡＭＲシステム。
10. 前記データリンク層は、シーケンス反転変調（ＳＩＫ）カウントダウンタイマを有することを特徴とする、請求項９に記載のＡＭＲシステム。
11. 自動計器読み取り（ＡＭＲ）システムであって、
    リーダと、
    需要計器に接続されるエンドポイントであって、前記リーダが前記エンドポイントと無線周波数通信によって通信し得るものとを備え、
    前記無線周波数通信は、通信プロトコルを用いることによって実施され、前記通信プロトコルはトランスポート層を有し、前記トランスポート層は前記リーダとエンドポイントとの間において送信されるすべてのデータのためのスロット制御を行うものであることを特徴とするＡＭＲシステム。
12. 前記スロット制御は、スロット割り当て、タイミングおよび前記データのパケット化とを含むものであることを特徴とする、請求項１１に記載のＡＭＲシステム。
13. パケット化されたデータのパケットは、パケット番号、ＩＤ、フラグ、メッセージタイプ、メッセージおよびエンドポイントのタイプとを含むことを特徴とする、請求項１２に記載のＡＭＲシステム。
14. 自動計器読み取り（ＡＭＲ）システムであって、
    リーダと、
    需要計器に接続されるエンドポイントであって、前記リーダが前記エンドポイントと無線周波数通信によって通信し得るものとを備え、
    前記無線周波数通信は、通信プロトコルを用いることによって実施され、前記通信プロトコルはコマンドおよび制御フレームを含むことを特徴とするＡＭＲシステム。
15. コマンドおよび制御フレームは、前記エンドポイントに対してコマンドを発することを特徴とする、請求項１４に記載のＡＭＲシステム。
16. 前記コマンドおよび制御フレームは、前記エンドポイントにおけるリアルタイムクロックを再調整することを特徴とする、請求項１４に記載のＡＭＲシステム。
17. 前記コマンドおよび制御フレームは、コマンド設定フィールドを有することを特徴とする、請求項１４に記載のＡＭＲシステム。
18. 前記コマンドセットは、普遍的なコマンドとタイプに特有なコマンドとを含むことを特徴とする、請求項１５に記載のＡＭＲシステム。
19. 前記コマンドおよび制御フレームはコマンドボディを含み、前記コマンドボディは、
    前記エンドポイントの状態をレポートする、
    前記エンドポイントのシステム番号を変更する、
    前記エンドポイントのグループ番号を変更する、
    前記エンドポイントのシステムスロット番号を変更する、
    前記エンドポイントのセルＩＤを変更する、
    前記エンドポイントに対してレポート用のスロット番号を与える、
    前記エンドポイントからの認識されたデータパケットの再送を要求する、
    前記エンドポイントのバブルアップチャネルを設定する、
    前記エンドポイントの送信パワーを設定する、および、
    前記エンドポイントのチャネル周波数を設定する、
    というコマンドからなるグループから選択されるコマンドを実施することを特徴とする、請求項１４に記載のＡＭＲシステム。
20. 前記コマンドおよび制御フレームはコマンドボディを含み、前記コマンドボディは、
    前記エンドポイントからの消費量データのレポートを請求する、
    前記エンドポイントからの使用時間データのレポートを請求する、
    前記エンドポイントからのロギングデータのレポートを請求する、
    前記エンドポイントから改ざんデータのレポートを請求する、
    前記エンドポイントにおける設定フラグを設定する、
    前記エンドポイントにおける消費量を初期化する、
    前記エンドポイントからのイベントサマリーのレポートを請求する、
    エンドポイントの診断チェックを実施する、および、
    前記エンドポイントにおけるメモリ内容のレポートを請求する、
    というコマンドからなるグループから選択されるコマンドを実施することを特徴とする、請求項１４に記載のＡＭＲシステム。
21. 前記コマンドおよび制御フレームは、複数のフィールドを有し、前記複数のフィールドは、フレームＩＤフィールド、セルＩＤフィールド、リアルタイムクロックフィールド、コマンドフラグフィールド、スロットオフセットフィールド、非請求メッセージフィールド、エンドポイントＩＤフィールド、セキュリティフィールド、コマンド設定フィールド、コマンドボディフィールドあるいは応答周波数フィールドから選択されることを特徴とする、請求項１４に記載のＡＭＲシステム。
22. 前記コマンドおよび制御フレームは、前記エンドポイントの応答周波数を指定することを特徴とする、請求項１４に記載のＡＭＲシステム。
23. 前記コマンドおよび制御フレームは、一方向プログラミングフレームまたは双方向コマンドおよび制御フレームを有することを特徴とする、請求項１４に記載のＡＭＲシステム。
24. 前記コマンドおよび制御フレームは、前記エンドポイントに対してテストコマンドを与えることを特徴とする、請求項１４に記載のＡＭＲシステム。
25. 自動計器読み取り（ＡＭＲ）システムであって、
    複数のリーダと、
    複数のエンドポイントであって、各エンドポイントが需要計器に接続され、前記複数のリーダが前記複数のエンドポイントと無線周波数通信によって通信し得るものとを備え、
    前記複数のリーダは、前記複数のエンドポイントのうち少なくとも１つに対して制御フレームを与えるように時間基準にて準同期化されるＡＭＲシステム。

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