JP2005512387A - 家庭用電気機器ネットワーク - Google Patents

Abstract

ネットワークにより、遠隔地にいるユーザが、電力線ネットワークへの電気接続しかない様々な装置と通信し、それを制御することができる。ハイブリッドネットワークでは、異なるネットワークドメイン間の通信は、適当なメッセージマッピングが行われる場合にしか利用することができない。メッセージマッピングにより、結果として、種々のネットワークを識別するプロトコルの指定に基づいて、正しいフレーム変換の判定につながる。本発明は、ユーザによりリモートアクセス装置に入力されるアプリケーションレベルの情報と、関連する物理層電力線搬送通信フレームとの間の双方向変換を行う方法を含む。

Description

【０００１】
［技術分野］
本発明は、包括的にはＡＣ電力線に接続された装置に関し、特に、無線電話装置、インターネット装置、および家庭用電気機器の間での情報の通信に関する。
【０００２】
［背景技術］
ＡＣ電力線に接続された装置との情報の通信に大きな関心が集まっている。より具体的には、ユーザは、家庭用電気機器を遠隔地から制御し検知したいと思っている。現在、コンピュータ信号、テレビジョン信号、および電話信号をＡＣ電力線で送受信することが可能である。将来、ユーザは、家から離れている間に、サーモスタット、冷蔵庫、レンジ台、証明器具、冷暖房システム等も監視および制御できるようになることを望むようになろう。
【０００３】
かかる構成では、１つまたは複数の家庭用電気機器、たとえば、ＰＣ、テレビジョン、電話、ステレオは、電力を受け取るためにＡＣ電力線に接続されるとともに、電力線搬送通信（ＰＬＣ）アダプタを使用して、情報信号を送受信することができる。ＰＬＣアダプタを電気機器に埋め込んで、ＡＣ電力線から情報信号を抽出することができる。
【０００４】
電力線搬送通信ネットワークについて記載する大半の従来技術の文献は、主に、電力線搬送通信（ＰＬＣ）プロトコルの物理層仕様に関係するものである。たとえば、当業界では、変調器、復調器、変換器、フィルタ、信号検出器、同期装置等に焦点があてられてきた。
【０００５】
加えて、大部分の従来技術によるシステムでは、同様の装置間、または特定の分類の装置に対して、たとえば電話間でのみ、オーディオモニタ間でのみ、ＮＴＳＣ式装置に対してのみ等の通信しかできない。
【０００６】
１９９８年７月７日付けでPatel他に付与された米国特許第５，７７７，５４５号「Remote control apparatus for power line communications system」は、パルスコード変調を使用する電力線搬送通信システム向けの遠隔制御装置を記載する。
【０００７】
１９９８年９月８日付けでPatel他に付与された米国特許第５，８０５，０５３号「Appliance adapted for power line communications」は、電力線を介して互いに情報を送受信する電気機器を記載する。この構成では、変圧器、バンドパスフィルタ、増幅器、および整形器を用いる。
【０００８】
２０００年７月４日付けでClarey他に付与された米国特許第６，０８４，７５８号「Power distribution system with circuit breakers remotely resettable by signals transmitted over the power lines（回路遮断器を電力線を介して遠隔場所より再閉路できる配電システム）」は、負荷センターにある回路遮断器が、Ｘ１０またはＣＥバスシステム等の電力線通信システムを使用して再閉路することによって遠隔場所からリセットされる配電システムを記載する。リセット信号を発生する遠隔マスターユニットが、好ましくは影響を受ける負荷センターから離れたアクセス可能な場所にプラグ接続することによって、影響を受けない分岐回路に接続される。再閉路は、マスターユニットによって個々にまたはグローバルにアドレスすることができる。
【０００９】
２００１年４月１７日付けでAsghar他に付与された米国特許第６，２１８，９３１号「Home-appliance network with nodes identified by direct-sequence spreading codes」は、住宅用電気機器を符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）に接続して、電気機器制御信号および状態信号を伝達するネットワークインタフェースを記載する。拡散コード発生器がコードを発生し、拡散ミキサ(spread mixer)が狭帯域伝送信号を拡散コードで変調し、次いでネットワークの物理媒体に結合される。
【００１０】
２００１年６月１２日付けでBullock他に付与された米国特許第６，２４６，８６８号「Conversion and distribution of incoming wireless telephone signals using the power line（電力線を利用した着信無線電話信号の変換および分配）」は、ビル、オフィス、複合ビルにおける１つまたは複数の電話通信装置に接続される交流電力線を介して無線信号の受信、変換、および分配を行うシステムを記載する。このシステムは、ＰＣＳ、セルラおよび／または衛星通信信号の受信を提供するとともに、標準の汎用電話機器に対するインタフェースを提供する。電力線搬送波チャネルを利用することにより、標準の電話配線から離れた場所にある電話機器にアクセスすることができる。また、かかる受信無線信号を電力線上に分配することによって、複数の電話装置で分配信号を受信することができる。加えて、このシステムでは、既存の電話を用いて無線通信装置上および無線通信措置との通信が可能になる。制約として、このシステムは、電話通信信号の分配にしか関係せず、電話以外の様々な家庭用電気機器の制御および通信という一般問題、および電気機器についての状態情報取得という問題に対処していない。
【００１１】
２００１年９月１１日付けでHoctor他に付与された米国特許第６，２８８，６３２号「Apparatus and method for power line communication (PLC)」は、電力線を介し情報を通信するための信号を同報通信するトランスミッタを提供する。信号は上位セットを含み、上位セットはトーンセットを含む。具体的に、トーンセットの信号は、高調波間隔（harmonic interval）内で主ローブを示すスペクトル形状を特徴とする。異なるトーンセットそれぞれに主ローブがある。
【００１２】
最近、ＩＢＭが、ＯＳＧＩ（オープンサービスゲートウェイイニシアティブ）に完全に準拠するように設計された、Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ（商標）と呼ばれるソフトウェアツールキットについて記載した。ＯＳＧＩ仕様は、家庭用電気機器およびセットトップボックスからゲーム機および医療装置まであらゆるものを含む「スマートデバイス」をインターネットに接続するオープン業界標準である。このため、接続された装置を遠隔地から操作することができる。不都合なことに、このツールキットは、電力線にしか接続されない装置の一般問題に対処していない。
【００１３】
したがって、遠隔地にいるユーザが、電力線ネットワークへの電気接続しかない様々な装置と通信し、それを制御できるようにするシステム、方法、およびネットワークが必要である。
【００１４】
［発明の開示］
ネットワークにより、遠隔地にいるユーザが、電力線ネットワークへの電気接続しかない様々な装置と通信し、それを制御することができる。ハイブリッドネットワークでは、異なるネットワークドメイン間の通信は、適当なメッセージマッピングが行われる場合にしか利用することができない。メッセージマッピングにより、結果として、種々のネットワークを識別するプロトコルの指定に基づいて、正しいフレーム変換の判定につながる。本発明は、ユーザによりリモートアクセス装置に入力されるアプリケーションレベルの情報と、関連する物理層電力線搬送通信フレームとの間の双方向変換を行う方法を含む。
【００１５】
［発明を実施する最良の形態］
ネットワークアーキテクチャ
図１は、本発明による家庭用電気機器ネットワーク１００を示す。ネットワーク１００の主な目的は、ユーザがリモートアクセス装置を使用して家庭用電気機器を制御するとともに、家庭用電気機器と情報を交換できるようにすることである。電力線搬送通信インタフェース（ＰＬＣＩ）１２０が、本発明による家庭用電気機器ネットワーク１００を含む、少なくとも２つの別個の異なるサブネットワーク：ローカルＡＣ電力線ネットワーク（ＰＬＮ）１０３と電話通信網１０１、またはローカルＡＣ電力線ネットワーク１０３と広域異質通信ネットワーク１０２、たとえばインターネットを統合する。電話網１０１は、従来のアナログ電話回線サービス（ＰＯＴＳ）ならびにリモートアクセス装置１１１、たとえばセルラ電話を含むことができる。インターネット１０２の構造および動作は既知である。インターネットは、世界規模ベースでアクセス可能なことがわかる。家庭１０４用のＡＣ電力線ネットワーク（ＰＬＮ）１０３もまた十分に理解されている。家庭用電気機器１３１〜１３４は、ＰＬＮ１０３に接続される。
【００１６】
以下、「家庭用電気機器」なる用語は、ＡＣ ＰＬＮ１０３に接続するとともに、デバイスアダプタ１４０を含む任意の電力線搬送通信装置（ＰＬＣＤ）を広く指すために使用する。デバイスアダプタ１４０は、ＰＬＮフレームを使用してＰＬＮ１０３上で情報を受信（１４１）および送信（１４２）するように構成され、これについてはさらに詳細に後述する。本発明の特徴として、ＰＬＣＤに必要な唯一の電気接続はＰＬＮ１０３への接続であり、テレビジョン等、装置によっては、他の接続、たとえばケーブルＴＶ網接続も有する場合があるが、本発明は、かかる他の電気接続に関係しないことを理解されたい。
【００１７】
ＰＬＣＩ１２０は、電力線ネットワークアダプタ（ＰＬＮＡ）１２６、トーン−電力線搬送通信（ＰＬＣ）フレームマッピングユニット（ＴＭＵ）１２２、およびプレゼンテーションページサーバ（ＰＰＳ）１２４を含む。システムは、家庭にいるユーザがアクセスするグラフィカルユーザインタフェース１２９および外部プログラミング機能性とともに、電力線通搬送通信アダプタＰＬＣＡ１２８も含む。
【００１８】
図１に示すように、すべてのネットワーク要素は、ＰＬＣＡ１２８を介して接続される。ＰＬＣＩ１２０は、ＴＭＵ１２２とＰＬＮＡ１２６との間、およびＰＰＳ１２４とＰＬＮＡ１２６との間のネットワークブリッジとして機能する。ＰＬＣＡ１２８は、リモートアクセス装置１１１と同じ機能を行うこともできるため、Ｉ／Ｏインタフェース１２９も含む。たとえば、システム１００のユーザは、家庭１０４にいながら、電気機器の属性をセットし検知することができる。
【００１９】
電力線搬送通信フレーム
ＴＭＵ１２２は、ユーザがリモートアクセス装置１１１に入力するトーン周波数および音声コマンドと、図２および図３に示すＰＬＣフレーム２００との間の変換を行う。ＰＬＣフレームは、ＰＬＮ１０３の物理的特性から独立しているため、ネットワーク１００のアプリケーション層と互換性があると考えることができる。ＰＬＮＡ１２８は、ＰＬＣフレーム２００を後述するＰＬＮフレーム３１０にマッピングすることができる。ＰＬＮフレームは、ＰＬＮ１０３の物理層に依存する。
【００２０】
本発明による各アプリケーション層ＰＬＣフレーム２００は、後述の認証コードフィールド２０１を含み、これはＥＳＮまたは個人ユーザＩＤであることができる。アクションフィールド２１０では、ＰＬＣフレームが２つのタイプ：ネットワーク１０３に接続されたＰＬＣ装置から装置値を読み出すフレーム、およびネットワーク１０３内のＰＬＣ装置に値を書き込むフレーム、に分類される。たとえば、電話キーパッド上の「１」への入力は「読み出し」アクション２１１にマッピングされ、「２」の入力は「書き込み」アクション２１２にマッピングされる。
【００２１】
装置ＩＤフィールド（Ｚ）２２０は、ＰＬＣネットワーク１０３に接続されている家庭用電気機器１３１〜１３４のうちの特定の１つを選択する。各クラスのＰＬＣ装置１３１〜１３４：ランプ、テレビジョン、温度調節器、セキュリティ装置等は、オン／オフ状態、サーモスタット設定、タイマ設定等、関連する属性のセットを有する。家庭１０４には、同じＰＬＣ装置、たとえば電子レンジがいくつかの場所に何台かある場合がある。このため、かかる装置を互いに独立して制御するために、ロケーションＩＤ（Ｐ）をフィールド２３０に入力することができる。オブジェクト属性フィールド（Ｑ）２４０は、読み出すかまたは書き込むべき特定装置の属性を指定し、属性値フィールド（Ｒ）２５０は、読み出すかまたは書き込むべき値、たとえば７８（度）を含む。
【００２２】
電力線ネットワークフレーム
図３に示すように、ＰＬＣＡ１２８は、ＰＬＣフレーム２００をＰＬＮフレーム３１０に変換する。各読み出しまたは書き込みアクションは、ＰＬＮフレーム３１０のサービスコードフィールド（ＳＣ）３１１に挿入する。ＰＬＮフレーム３００は、ソースＩＤ３１２、デスティネーションＩＤ３１３、バイトカウンタ（ＢＣ）３１４、オブジェクト属性コード（ＯＰＣ）３１５、およびアクションが書き込みアクションの場合に装置に書き込む値（ペイロード）３１６も含む。フレームサイズは、アクションおよび書き込むかまたは読み出すデータ値に応じて可変であるため、バイトカウントフィールド３１４がある。ＦＣＣ３１７フィールドは、順方向誤り修正コードを提供する。
【００２３】
ＰＬＮＡ１２６は、ＰＬＮ１０３上でＰＬＮフレームを同報通信し、ＰＬＣＤ１３１〜１３４のうちの関連するものからの応答を待つ。ＰＬＣＩ１２０がＰＬＣＡ１２８を含まない場合、フレーム変換機能性３００は、ＴＭＵ１２２および／またはＰＬＮＡ１２６によって行うことができる。通信がインターネット１０２を介するものである場合、フレーム変換機能性３００は、ＰＰＳ１２４および／またはＰＬＮＡ１２６によって行うか、あるいはすべてＰＰＳ１２４内で完了することができる。ＴＭＵおよびＰＰＳの機能性をリモートアクセス装置１１１に移すことも可能である。このような場合、リモートアクセス装置１１１にて利用可能なメニューから適当に選択することで、リモートアクセス装置１１１上でフレームが生成され、ＰＬＮ３１０に変換され、次いでＰＬＮフレームがＰＬＮＡ１２６に送信される。
【００２４】
ネットワークプロトコル
電話網１０１は、シグナリング目的のためのデュアルトーンマルチフリーケンシ（ＤＴＭＦ）信号（タッチトーン）およびチャネル１１２上の搬送波プロトコルのためのＣＤＭＡを含む任意の標準プロトコルを使用することができる。ＰＬＮＡ１２６とＰＬＣＡ１２８との間のライン１１４には、ＲＳ−２３２または赤外線シグナリングを用いることができる。ライン１３２上のプロトコルは、さらに詳細に後述する電力線搬送通信プロトコル（ＰＬＣＰ）を使用する。
【００２５】
ＰＬＣＰでは、ＰＬＮＡ１２６が、フレーム３１０をＰＬＮ１０３に送信し、フレームを送信した装置１３１〜１３４からの応答および結果を待つ。応答情報は、ＰＬＣ装置からＰＬＮＡ１２６に返送される肯定応答（ＡＣＫ）パケットである。ＰＬＮＡが、指定された時間間隔、たとえば数ミリ秒以内にＰＬＣ装置１３１〜１３４からＡＣＫパケットを受信しない場合には、否定応答であると考えられる。同じフレームをＰＬＮＡからＰＬＣ装置に数回、またはＡＣＫを装置かから受信するまで、送信する必要がある場合がある。ＡＣＫパケットの後、ＰＬＣ装置は、「結果フレーム」である第２のフレームを送信する。「結果フレーム」は、「読み出し」アクションによって戻される値を含む。
【００２６】
ネットワークオペレーション
ネットワーク１００の動作中、ユーザは、家庭用電気機器１３１〜１３４とデータを交換することができる。交換されるデータとしては、状態情報、電気機器設定、およびコマンドが挙げられる。状態および設定情報としては、たとえば、温度示度およびサーモスタット設定を挙げることができる。他の状態情報としては、オン／オフ状態およびタイマ情報、ならびに特定の電気機器をオン／オフするコマンドおよび記録機能を開始するコマンド等を挙げることができる。
【００２７】
ユーザ認証
ユーザは、ＰＬＣＩ１２０に関連付けられる家の電話番号に電話をかけることによって動作を開始することができる。接続は、ユーザ認証が成功した場合にのみ確立される。携帯電話網では、ユーザ認証は、偽造携帯ＩＤ（ＭＩＮ：counterfeit mobile identification）および電子シリアルナンバー（ＥＳＮ）情報が不法にプログラムされた電話によるネットワーク１０１への不正アクセスを阻止するために使用される機能セットに関連する。携帯電話１１１およびネットワーク１０１が、セル電話およびネットワーク１０１の双方において独立して行われる計算について同一の結果を有すると実証できる場合に、認証が成功する。リモートアクセス装置１１１がセルラ電話ではない場合には、ＴＭＵまたはＰＬＣＡに格納されている所定の登録された個人ユーザＩＤを用いてのログインに基づいて認証することができる。ＥＳＮまたはユーザ識別は、ＴＭＵまたはＰＬＣＡにも知られ得るため、ＰＬＣＩ１２０へのアクセスは、所定のアクセス装置のみに制限されることに留意する。
【００２８】
ＴＭＵ１２２は、基準電話セットと同じ機能のいくつかを有する。すなわち、ＴMＵは、リング信号を検出すると「オフフック」になることができる。すなわち、アクセス装置およびＴＭＵが起動され、ユーザがＰＬＣＩ１２０と通信できるようになる。
【００２９】
アプリケーション層ＰＬＣフレーム２００が構築された後、ＴＭＵ１２２は、このフレームをＰＬＣＡ１２８に送信し、ＰＬＣＡはＰＬＣフレーム２００を、ＰＬＮ１０３のライン１３２上にて使用される適当なＰＬＮフレーム３１０に変換する。特徴として、ＰＬＣフレーム２００は、ＰＬＣネットワーク１０３の物理層から独立して、アプリケーションレベルにて構築されるため、ＰＬＣＩ１２０を任意の数のＰＬＣプロトコルと併用可能なことに留意する。このため、ＰＬＮＡ１２６は、ＰＬＣネットワーク１０３がどのように実施されるか、たとえば、６０Ｈｚ１１０ボルト、または５０Ｈｚ２２０ボルト、あるいは電力線に搬送波信号を提供するために使用される特定の変調技法を知る必要があるだけである。同様に、ＰＬＣＩ１２０は、ＴＭＵ１２２以外において、電話網１０１の構造およびプロトコルに対して鈍感である。したがって、ＰＬＣＩ１２０は、どこでも適合可能な汎用アプリケーションレベルインタフェースを提供し、これは、特定の物理層プロトコルに限定される従来技術によるホームネットワークとは対照的である。
【００３０】
フレームの同報通信に応答して、関連するＰＬＣデバイスアダプタ１４０が、フレームにて指定される読み出し／書き込みアクションを処理する。読み出しアクションの場合、ＰＬＣ装置は、構造の類似する応答ＰＬＣフレームを構築し、これがＴＭＵ１２２に返送され、ＴＭＵがフレームを、ＰＬＣアクセス装置１１１により閲覧または聴聞可能な信号にマッピングする。たとえば、温度示度またはタイマ値をテキスト、オーディオ信号、またはグラフィック出力に変換することができる。
【００３１】
インターネットアクセス
代替の実施の形態では、リモートアクセス装置１１１は、インターネットブラウザサポートを含み、ＰＰＳ１２４はインターネットアドレスを有する。たとえば、アクセス装置は、標準的なインターネット可能パーソナルコンピュータまたは無線装置、たとえば、セル電話、ＰＤＡ等である。リモートアクセス装置１１１は、各タイプの家庭用電気機器ごとに温度プレゼンテーションページも格納することができる。ネットワーク１０３にて新しいＰＬＣ装置が検出されると、適当な制御ボタンを有する新しいプレゼンテーションページが構築される。ＰＰＳ１２４に維持されるすべてのアクティブプレゼンテーションページは、ＰＬＮＡまたはＰＬＣＡを介して定期的に更新される。あらゆるプレゼンテーションページは、随時、ＰＬＣリモートアクセス装置１１１に「アップロード」することができる。ユーザは、任意の装置のプレゼンテーションページをブラウジングし、上述した読み出しおよび書き込みアクションを、この場合にはグラフィカルユーザインタフェースを使用して行うことが可能である。
【００３２】
本発明を好ましい実施の形態の例として説明したが、他の様々な適合および変更を、本発明の精神および範囲内で行い得ることを理解されたい。したがって、併記の特許請求の範囲の目的は、本発明の真の精神および範囲内にあるかかるすべての変形および変更を包含することである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による家庭用電気機器ネットワークのブロック図である。
【図２】本発明によるアプリケーション層電力線搬送通信フレームのブロック図である。
【図３】本発明によるアプリケーション層電力線搬送通信フレームと物理層電力線ネットワークフレームとの間の変換のブロック図である。

Claims (8)

1. リモートアクセス装置と通信を行うための電話通信網と、
   デバイスアダプタを介して電力線搬送通信装置に接続されたＡＣ電力線ネットワークと、
   アプリケーション層電力線搬送通信フレームと物理層電力線ネットワーク通信フレームとの間の変換を行うように構成された電力線搬送通信インタフェースであって、前記アプリケーション層電力線搬送通信フレームは、前記電話通信網にて前記リモートアクセス装置と前記電力線搬送通信インタフェースとの間で通信され、前記物理層電力線ネットワーク通信フレームは、前記電力線ネットワークにて前記電力線搬送通信インタフェースと前記デバイスアダプタとの間で通信される電力線搬送通信インタフェースと
   を備える家庭用電気機器ネットワーク。
2. 前記リモートアクセス装置は、前記アプリケーション層電力線搬送通信フレームを生成し表示するためのグラフィカルユーザインタフェースを含む無線電話である請求項１記載のネットワーク。
3. ユーザにより前記リモートアクセス装置に入力されるトーン周波数および音声コマンドを、前記アプリケーション層電力線搬送通信フレームに変換するトーン−電力線搬送通信フレームマッピングユニットをさらに備える請求項１記載のネットワーク。
4. 前記アプリケーション層電力線搬送通信フレームは、前記電力線ネットワークの物理的特性から独立しており、電力線ネットワークフレームは、前記電力線ネットワークの物理的特性に依存する請求項１記載のネットワーク。
5. 前記アプリケーション層電力線搬送通信フレームのそれぞれは、
   認証フィールドと、
   アクションフィールドと、
   装置ＩＤフィールドと、
   ロケーションＩＤフィールドと、
   オブジェクト属性フィールドと、
   属性値フィールドと
   をさらに備える請求項１記載のネットワーク。
6. 前記物理層電力線ネットワーク通信フレームのそれぞれは、
   サービスコードフィールドと、
   ソースＩＤと、
   デスティネーションＩＤと、
   バイトカウンタと、
   オブジェクト属性コードと、
   ペイロード値と
   をさらに備える請求項１記載のネットワーク。
7. 電力線搬送通信フレームの第１のアプリケーション層は、前記リモートアクセス装置によって生成され、前記電力線搬送通信インタフェースは、前記電力線搬送通信フレームの第１のアプリケーション層を、第１の物理層電力線ネットワーク通信フレームに変換し、前記デバイスアダプタは、前記第１の物理層電力線ネットワーク通信フレームに応答して、第２の物理層電力線ネットワーク通信フレームを生成し、前記電力線搬送通信インタフェースは、前記第２の物理層電力線ネットワーク通信フレームを、前記リモートアクセス装置のための第２のアプリケーション層電力線搬送通信フレームに変換する請求項１記載のネットワーク。
8. 広域ネットワークをさらに備え、前記リモートアクセス装置は、プレゼンテーションページサーバを介して前記電力線搬送通信インタフェースと通信を行う請求項１記載のネットワーク。

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