JP2008148340A - 分散型直列制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】外部の制御マネジャーのかわりに、あるいはこれに加えて、セル内に一体的に記憶させた制御論理によって各セルを制御できるようにし、かつセルを直列接続させてケーブル配線を少なくできるようにした、分散型トポロジーを提供する。
【解決手段】分散型検出、制御、通信を可能にするネットワークトポロジーにより、電源と、少なくとも２つの電導体を具備する通信チャンネルを介して電源ならびに相互がつながれる、複数のラインパワード直列インテリジェントセル（ＰＳＩＣ）と、各ＰＳＩＣに固有に参照符をつけるためのアドレス手段と、前記ＰＳＩＣのひとつに埋設したもしくは供給される制御論理にしたがって作動するためにＰＳＩＣのひとつに結合された、少なくとも一つのペイロード素子と、を具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、布線通信（ｗｉｒｅｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）と制御システムに関し、特に、複数のセンサー、アクチュエータ、処理素子（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）を持つネットワークにおいて同一線にそって電力とメッセージ情報の同時分配（ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）をもたらす装置に関する。

分散型制御システム（ｄｉｓｔｒｉｂｔｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ）として知られるものは、電力とデータの供給が行われるいくつかのインテリジェント「セル」を具備し、このセルには一つまたはそれ以上のセンサー、アクチュエーターなどの外部ペイロード素子が結合（ｃｏｕｐｌｅｄ）され、またセルにおいて、アクチュエーターはプロセッサーが生成する制御信号に呼応して作動し、プロセッサー自体はデータ信号とセンサーで生成されるセンサー信号に反応（ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ）する。

かかるネットワークは例えば、Ｅｃｈｅｌｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡された特許文献１（Ｍａｒｋｋｕｌａ， Ｊｒ．ら）にみられるが、この技術に関してＥｃｈｅｌｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ名義の米国特許がこれら以外にもいくつかある。プログラム可能なセルには、それぞれ製造過程で、固有（ｕｎｉｑｕｅ）の４８ビットの識別番号（ＩＤ）が与えられており、この番号はセルにおいて不変に保たれる。セルは電力線（ｐｏｗｅｒ ｌｉｎｅ）、撚線対、無線周波数（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）など、異なる媒体に結合されてネットワークを形成することができる。

ネットワーク内のセルはグループを形成して、特定の機能を果たし、それぞれのＩＤを介してアドレスされる。セルの一部（アナウンサー）は例えばスイッチの状態を検出するタスクを与えられ、他のセル（リスナー））は照明（ｌｉｇｈｔ）の制御などの制御をタスクとする。これらセルは複数のタスクを実行でき、ネットワーク内の異なるグループのメンバーになることができる。例えば、あるセルは、あるグループについてはリピーター（ｒｅｐｅａｔｅｒ）として、また他のグループについてはリスナーとして機能することができる。

図１に、Ｅｃｈｅｌｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡された特許文献２（Ｂａｕｍａｎｎら）に記載されるような、典型的なネットワーク・コンフィギュレーション１を示す。セルは複数のノード２によって示し、ノードは撚線対３によって互いに接続している。線は多数の分岐を形成し、それぞれに単一のノードが接続されて、すべて中央の電力サプライ４から撚線対を通って電力を受ける。電力サプライ４は電源結合器５（ｓｏｕｒｃｅ ｃｏｕｐｌｅｒ）を通ってネットワークと接続する。このような配置においては、それぞれのノードは有効な線成端（ｌｉｎｅ ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）を形成するため、追加分岐を必要に応じて接続して、新しいノードでそれぞれの分岐を終端させれば、より多くのノードをネットワーク内に収める（ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｅｄ）ことができる。

このネットワーク・コンフィギュレーションでは、既知の星型トポロジー（ｓｔａｒ ｔｏｐｏｌｏｇｉｅｓ）に比べ、ケーブリング・オーバーヘッド（ｃａｂｌｉｎｇ ｏｖｅｒｈｅａｄ）を少なくすることで、追加ノードを収納するための拡張（ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）が比較的容易にできる。しかし、図１に示すバス・トポロジーの場合、それぞれのセルあるいはノードを個々にアドレスするには、複雑なアドレス操作（ａｄｄｒｅｓｓｉｎｇ）が必要である。さらに、伝送ノード（ｔｒａｎｓｍｉｓｔｔｉｎｇ ｎｏｄｅ）は全ネットワークをつなぐ（ｔｉｅｓ ｕｐ）ため、２つ以上のノードが同時にデータ伝送
を行うのを妨げることになる。

さらに、上記特許文献１ならびにその他の先行技術のノードあるいはセルは一般に中央管理方式（ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）を採用しており、そのため各ノードはノード自体にとっては外部の論理に従って作動している。

記述したような制御ネットワークの展開は、これもＥｃｈｅｌｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡された特許文献３（Ｓｕｔｔｅｒｌｉｎら）に記載される方式によるデータの電力信号へのスーパーインポジション（ｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｄａｔａ ｏｎ ａ ｐｏｗｅｒ ｓｉｇｎａｌ）に端を発している。このようなトポロジーは、各電力出口（ｐｏｗｅｒ ｏｕｔｌｅｔ）が中央分電盤（ｃｅｎｔｒａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｂｏａｒｄ）に放射状に接続される、放射状すなわち星型トポロジーを主として採用してきた家庭用ならびに産業用配線分配システム（ｗｉｒｉｎｇ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）のトポロジーによって決まる。したがって、このようなシステムにおいては、それぞれのセルをそれぞれの電力出口に結合するようにすると、星型トポロジーをもつ非分散型ネットワークを必然的に形成することになる。

先行技術のコンフィギュレーションにいくつかの欠点があることは明白であろう。一般に、通信はあるセルの出力（ｏｕｔｐｕｔ）と、これに接続された複数のセルの対応する入力（ｉｎｐｕｔ）との間で成立（ｅｆｆｅｃｔｅｄ）する。これはシステム内での限定的なデータ伝送（ｌｉｍｉｔｅｄ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｆｅｒ）という結果をもたらす。さらに、ネットワークの一部に結合されたノイズなど（ｎｏｉｓｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｏ ａ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ）、通信に問題がある場合、いくつかのセルが並列接続していて、ノイズがネットワーク全体の劣化をもたらすため、問題の出所を突き止めるのがより困難になる。

加えて、このようなコンフィギュレーションでは、隣りあう分岐間の接合部（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）で入手可能な電力が分割（ｓｐｌｉｔ）され、各分岐に届くのは電源から供給されるパワ一の一部にすぎないため、コンフィギュレーションは電力不足（ｐｏｗｅｒ−ｌｉｍｉｔｅｄ）になる。

最後に、先に述べたように、製造過程でセルに焼き付けるか（ｂｕｒｎｔ ｉｎｔｏ）あるいは設置時に手で取り付けるかした固有ＩＤを用いてアドレスしなければならない。これには、各セルのネットワーク内での位置があらかじめコントローラーにわかるようにコントローラーをプログラムしなければならないため、ネットワークの柔軟性が失われる。そのため、セルを互いに交換する、追加する、取り除くなどすると、それに応じてコントローラを再度プログラムし直さなければならず、この種のトポロジーではリアルタイムで処理中に「その場で」（“ｏｎ ｔｈｅ ｆｌｙ”）アドレスを割り当てるための用意がない。

米国特許４，９１８，６９０ 米国特許５，４５４，００８ 米国特許５，１４８，１４４

発明の要旨
したがって本発明の目的は、外部の制御マネジャーのかわりに、あるいはこれに加えて、セル内に一体的に記憶させた（ｓｔｏｒｅｄ ｉｎｔｅｇｒａｌｌｙ ｔｈｅｒｅｉｎ）制御論理によって各セルを制御できるようにし、かつセルを直列接続させてケーブル配線（ｃａｂｌｉｎｇ）を少なくできるようにした、分散型トポロジー（ｄｉｓｔｒｉｂｕ
ｔｅｄ ｔｏｐｏｌｏｇｙ）を提供することにある。

これらの目的は、分散型検出、制御、通信（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｓｅｎｓｉｎｇ， ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）を可能にするネットワークトポロジーにより、本発明の好ましい実施例にしたっがて実現できるものであり、
電源と、
少なくとも２つの電導体（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ）を具備する通信チャンネルを介して電源ならびに相互がつながれる（ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｏ ｔｈｅ
ｐｏｗｅｒ ｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ ｔｏ ｅａｃｈ ｏｔｈｅｒ）、複数のラインパワード直列インテリジェントセル（ｌｉｎｅ−Ｐｏｗｅｒｅｄ， Ｓｅｒｉａｌｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｃｅｌｌｓ（ＰＳＩＣｓ））と、
各ＰＳＩＣに固有に参照符をつける（ｕｎｉｑｕｅｌｙ ｒｅｆｅｒｅｎｃｉｎｇ）ためのアドレス手段と、
前記ＰＳＩＣのひとつに埋設したもしくは供給される制御論理にしたがって作動するためにＰＳＩＣのひとつに結合された、少なくとも一つのペイロード素子（ｐａｙｌｏａｄ
ｅｌｅｍｅｎｔ）と、
を具備する。

セルの直列接続を可能にするこのようなトポロジーを用いることで、一つのセルと隣接するセルとの間でいずれの方向にもデータを送ることができる。さらに、ある一組の隣接セル間の通信は、他の隣接セル間で同時に行われる通信とは独立している。これは星型あるいはバストポロジー（ｂｕｓ ｔｏｐｏｌｏｇｙ）を用いる従来システムではもちろん不可能である。

本発明の一実施例によれば、制御データは電力信号にスーパーインポーズされ、各セル内においてネットワーク内の先行セル（ｐｒｅｃｅｄｉｎｇ ｃｅｌｌ）から受取られる電力信号から抽出されて、同じようにネットワーク内の後続セル（ｓｕｃｃｅｅｄｉｎｇ ｃｅｌｌ）に供給される電力信号にスーパーインポーズされる。

あるいは、バス型配置のネットワークの全セルに直接電力を供給し、データだけ直列式にセルからセルへ、いずれか一方または双方向に供給してもよい。

図面の簡単な説明
本発明を理解し、実地での実施方法を知るために、ここで好ましい実施例をいくつか非制限的な例を通して、かつ添付図面を参照して、説明する。図中、
図１は、典型的な従来技術による分散型ネットワークを概略的に示す。
図２は、本発明による分散型ネットワークを概略的に示す。
図３は、図１のネットワークで用いられるＰＳＩＣの主要構成部品を機能的に示すブロック図である。
図４は、かかるネットワークにおける個々のＰＳＩＣのアドレス操作を行うための主要操作ステップを示すフロー図である。

図２は、全体を１０で表す分散型インテリジェントネットワークを示すもので、ネットワークはラインパワード直列インテリジェントセル（ＰＳＩＣ）１３と、撚線対１２を介してこれに電力を供給する電源１１を具備し、ＰＳＩＣ１３はそれぞれ（双方向通信チャンネルを構成する）撚線対１８、１９、１０を介して他のＰＳＩＣ１４、１５、１６、１７と直列に接続している。

以下の説明の目的上、ＰＳＩＣ１３、１４、１５、１６、１７はそれぞれ第１、第２、第３、第４、第５ＰＳＩＣとするが、事実、ＰＳＩＣはこの順序で個別にアドレスされ、その結果撚線対によって構成される双方向通信チャンネルに沿っていずれかの方向に逐次伝送されるデータは、適切なＰＳＩＣとの間で正しくやりとりされる。

センサー２２が、第１ＰＳＩＣ１３の入力に接続され、一対のセンサー２３、２４が、第３ＰＳＩＣ１５のそれぞれの入力に、センサー２５が第４ＰＳＩＣ１５の入力の一つに接続される。同様に、一対のアクチュエータ２６、２７が第２ＰＳＩＣ１４のそれぞれの出力に、アクチュエータ２８が第５ＰＳＩＣ１７の出力に接続される。マネジャー２９は第３ＰＳＩＣ１５の入力に結合されて、ネットワーク内の他のＰＳＩＣに制御データを経由させる方法ならびに、これに結合されているアクチュエータを制御する方法をＰＳＩＣに指示（ｄｉｒｅｃｔ）するために、所定（ｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ）の論理をネットワークに供給し、またネットワークのＰＳＩＣ、アクチュエータ、センサーの状態をモニターする、外部論理制御とモニター素子を構成している。

ＰＳＩＣの動作（ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）とアドレス操作（ａｄｄｒｅｓｓｉｎｇ）を説明する前に、図２を参照してＰＳＩＣの一般的な特長をいくつか明記しておく。まず、ＰＳＩＣ１３乃至１７は必ずしも同一ではない。たとえば、第１のＰＳＩＣ１３は、第２ＰＳＩＣの入力に接続する出力と第４ＰＳＩＣ１６の入力に接続する出力の２つの出力を持つ。他方、ＰＳＩＣはすべて、単一の電力入力しか持たないことを特徴とする。第２に、ＰＳＩＣに任意でセンサーまたはアクチュエータを接続してもよく、あるいはまた第４ＰＳＩＣ１６のようにまったく何も接続しなくてもよい。ＰＳＩＣにペイロード素子が接続されていない場合は、そのＰＳＩＣは通信チャンネル上の電力／データ信号を増幅して、長大な通信線上で信号が減衰するのを補償（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ ｆｏｒ）するための中継器（ｒｅｐｅａｔｅｒ）として機能する。普通長大な通信チャンネル全体に間隔を置いて設けられるこうした中継器は、それ自体公知であり、例えば上記で引用したＢａｕｍａｎｎらに対する米国特許５４５４００８に記載されている。前記米国特許の内容は言及により本書に組み込まれる。

第３に、マネジャー２９により構成される外部論理制御ユニットは、任意でネットワーク１０のＰＳＩＣの一つに接続することができる点に注目されたい。その場合、マネジャー２９は各ＰＳＩＣに記憶されたディスクリート論理（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｌｏｇｉｃ）を補完（ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ）することができ、あるいは必要であれば、ＰＳＩＣ内に設けるべき内部論理を省くこともできる。非常に単純なシステムでは、例えば、センサー２２を光依存抵抗子（ｌｉｌｇｈｔ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｒｅｓｉｓｔｏｒ）とし、アクチュエーター２８をＰＳＩＣ１７によって制御される照明灯（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｌｉｇｈｔ）にして、センサー２２に投下される照明レベルの関数としての照明灯照度（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｏｆ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｌａｍｐ）を制御することもできる。その場合、アクチュエーター２８は必要な照明レベルを表す制御信号に呼応することになり、この信号はＰＳＩＣ１７に内包される（ｃｏｎｔａｉｎｅｄ ｔｈｅｒｅｉｎ）ローカル論理（ｌｏｃａｌ ｌｏｇｉｃ）、またはマネジャー２９からネットワーク１０を通って伝送される論理、あるいはまたこれらの組合せに基づいて第５ＰＳＩＣ１７により生成される。

いずれのアプローチによる場合でも、センサー２２で生成されセンサー信号を表すデータは、第２、第３ＰＳＩＣ１４、１５をそれぞれ介して、第１ＰＳＩＣ１３によってマネジャー２９に、また第４ＰＳＩＣ１６を介して第５ＰＳＩＣ１７に供給される。このようにして、マネジャー２９およびアクチュエーター２８が接続された第５ＰＳＩＣ１７は、センサー２２の照明レベルに呼応してアクチュエーター２８を制御するための正しい制御信号を生成する。第５ＰＳＩＣ１７がマネジャー２９によって制御される場合は、制御信
号は撚線対１９と１８に沿って、第１ＰＳＩＣ１３に逐次供給され、第１ＰＳＩＣ１３から撚線対２０、２１に沿って、逐次第５ＰＳＩＣ１７に供給される。いずれの場合も、状態データ（ｓｔａｔｕｓ ｄａｔａ）がネットワーク内の各ＰＳＩＣによってマネジャー２９に供給されることで、マネジャー２９はネットワーク１０内のすべてのセンサーとアクチュエーターの状態をモニターすることができる。

したがって、このような単純なシステムの場合、アクチュエーター２８はセンサー信号に呼応するが、この信号自体はアクチュエーター２８から離れた場所で生成されるものでもよいことに留意されたい。他方、必要であれば、アクチュエーターをアクチュエーターと同じＰＳＩＣに接続したセンサーに呼応するようにしてもよい。事実、多重センサー（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｓｅｎｓｏｒｓ）と多重アクチュエーター（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｔｕａｔｏｒｓ）を同一ＰＳＩＣに接続することもできるが、ただし十分なセンサーと、アクチュエーターインターフェースがその中に設けられていることが条件であることは言うまでもない。

第１ＰＳＩＣ１３ならびに第３、第５ＰＳＩＣ１５、１７（これらはそれぞれの分岐の最後のＰＳＩＣである）を除き、ネットワーク内のすべてのＰＳＩＣは先行ＰＳＩＣ（ａ
ｐｒｅｃｅｄｉｎｇ ＰＳＩＣ）から電力ならびにデータを受取り、電力とデータを後続ＰＳＩＣ（ａ ｓｕｃｃｅｅｄｉｎｇ ＰＳＩＣ）に供給する。第３、第５ＰＳＩＣ１５、１７はもちろん、それぞれ別のＰＳＩＣと接続するためのインターフェースを具備していてよいが、実際にはこのインターフェースは使われない。しかし、第１ＰＳＩＣ１３は、電力を電源１１から受けるものの、データはここから受けないという点で他のＰＳＩＣとは異なっている。同じように、後続ＰＳＩＣから受取るデータを電源１１に供給することはない。このことから、第１ＰＳＩＣ１３は一般的なＰＳＩＣアーキテクチャーを完全に具現しておらず、このアーキテクチャーについては第２ＰＳＩＣ１４についてよりよく説明されている。

図３は、電力とデータが一緒に伝送される場合に、ＰＳＩＣ１４に設けられる機能構成部品（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）を示すブロック図である。データ通信ネットワーク内で電力とデータを同一ケーブル束（ｃａｂｌｅ ｂｕｎｄｌｅ）によりデータ通信ネットワーク内の複数の通信ノードに送る方法そのものは既知であり、先に説明し言及により本書に組み込まれるＳｕｔｔｅｒｌｉｎらの米国特許５，１４８，１４４の冒頭部分に記述される電話方式でも長年用いられている。

第２ＰＳＩＣ１４は、第１ＰＳＩＣ１３と結合することで、ここから第１の入力電力とデータ信号をうけとる第１のポートを構成するラインインターフェース３０を含む。入力する結合信号（ｉｎｃｏｍｉｎｇ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｓｉｇｎａｌ）は、入力電力信号からの第１の入力データ信号を減結合（ｄｅｃｏｕｐｌｅ）させる電力／データ結合器／減結合器３１に送られる。分離された（ｓｅｐａｒａｔｅｄ）第１のデータ信号は、モデム３２に送られ、直流または交流電力信号そのものは電力ハンドリングユニット３３に送られて、ここから第１の出力電力信号を生成して、これに結合された電力サプライ３４に電力を供給し、電力サプライ３４は必要に応じていくつかの出力チャンネルを持っていて、ＰＳＩＣ１４内のローカル回路（ｌｏｃａｌ ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）に電力を与える（ｐｏｗｅｒｉｎｇ）。

モデム３２で受取った第１の入力データ信号はアナログであり、デジタルの形に変換されて処理制御ユニット３５に送られ、処理制御ユニット３５はこの第１入力データ信号を、ユニットに記憶させた制御論理に従って、あるいはこれに代えてまたはこれに加えて、処理制御ユニット３５に結合された通信ポート３６を介して３６マネジャー２９によって、処理制御ユニット３５に供給される外部論理に従って、処理する。

同様に、処理制御ユニット３５はそれぞれのセンサーインターフェース３７を介してユニット３５に送られるさまざまなセンサー信号に呼応することもでき、上記で説明したように、それぞれのアクチュエーターを処理制御ユニット結合させるために、複数のアクチュエーターインターフェース３８に処理制御ユニット３５を結合させてもよい。

処理制御ユニット３５は第１の入力データ信号を処理して、第１の出力データ信号を生成し、この信号はモデム３９によってアナログ信号に変換されて第２の電力／データ結合器／減結合器４０（第２の結合／減結合手段を構成する）に送られ、第２の電力／データ結合器／減結合器４０は、交流又は直流電力信号を第２の電力／データ結合器／減結合器４０が結合されている電力ハンドリングユニット３３から受取り、第１の出力データ信号を第１の出力電力信号と結合して（ｃｏｍｂｉｎｅｓ）、第１の出力電力／データ信号を生成し、この信号はラインインターフェース４１に送られる。ラインインターフェース４１は第２のポートを構成していて、ＰＳＩＣ１４と対応する後続ＰＳＩＣとの接続を可能にしている。必要であれば、それぞれがモデム３９と第２の電力／データ結合器／減結合器４０に接続させたラインインターフェース４１を具備した、対応する第２のポートを介して、多数のＰＳＩＣをＰＳＩＣ１４に結合させることもできる。

上記の配置では、センサーインターフェース３７とアクチュエーターインターフェース３８はそれぞれペイロードポートを構成していて、それぞれのペイロード素子を処理制御ユニット３５に接続することを可能にしている。

それぞれのアクチュエーターインターフェース３８を介して処理制御ユニット３５に接続されるさまざまなアクチュエーターと、場合によっては（ｐｏｓｓｉｂｌｙ）、それぞれのセンサーインターフェース３７を介してこれに接続されるセンサーの少なくともいくつかに対しても、効果的な操作のために処理制御ユニット３５によって生成されるデータ信号に加え、電力信号も供給する必要があることが明らかであろう。この目的のために、センサーインターフェース３７とアクチュエーターインターフェース３８はそれぞれ、対応するペイロードパワーインターフェース４２と関連しており（ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ）、ペイロードパワーインターフェース４２自体は、電力ハンドリングユニット３３と結合するとともに、処理制御ユニット３５から制御信号を受取ってモニター信号をこのユニット３５に送信するために処理制御ユニット３５に作動可能に（ｏｐｅｒａｔｉｖｅｌｙ）結合されている。このような手段により、各センサー、アクチュエーターの要件に対応するさまざまな電圧レベルが、処理制御ユニット３５内の制御論理にしたがって、あるいは外部からマネジャー２９を介してユニットに印加される制御論理にしたがって、対応するインターフェースに正しく与えられる。

上記説明では、ラインインターフェース３０は第１入力電力とデータ信号が供給される受信インターフェース（ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）とみなされており、一方ラインインターフェース４１は対応する第１出力電力とデータ信号を、これに接続される後続ＰＳＩＣに供給する。しかし、上記でみてきたように、ネットワーク１０内の通信チャンネルは双方向性であり、ＰＳＩＣ１４はそのため、同じように後続ＰＳＩＣからの第２の入力データ信号を受取るのに適している。この場合、電力／データ結合器／減結合器４０は、第１の出力電力信号からの第２の入力データ信号を減結合させ、モデム３９は、処理制御ユニットに供給するために、アナログの第２入力データ信号をデジタル信号に変換する。モデム３２はついで、デジタル信号をアナログ信号に再変換し、電力／データ結合器／減結合器３１がアナログ信号を入力電力信号にスーパーインポーズして、第２出力信号をラインインターフェース３０に供給する。

したがって、第１モデム３２が第１入力データ信号と第２出力データ信号の同時二重ハ
ンドリング（ｆｕｌｌ ｄｕｐｌｅｘ ｈａｎｄｌｉｎｇ）を可能にする一方、同時に、第２モデム３９が第１出力データ信号と第２入力データ信号の同時二重ハンドリングを可能にすることがわかる。したがって、ＰＳＩＣ１４は４種類の独立した通信を同時に実行できる。

本発明はＰＳＩＣを直列接続することで、ＰＳＩＣの一つから前後いずれかの方向に隣り合うＰＳＩＣにデータを送ることができるという特徴を持つが、データを電力信号にスーパーインンポーズさせることは要件ではない。必要であれば、電力は共通の電力バスを介してネットワークのＰＳＩＣそれぞれに供給することもでき、あるいは、既知の星型トポロジーを用いて放射状に各ＰＳＩＣに供給してもよい。いずれの場合も、電力信号、データ信号はディスクリートに扱われる（ｄｉｓｃｒｅｔｅｌｙ ｈａｎｄｌｅｄ）ため、電力／データ結合器／減結合器３１、４０は省略することができる。事実、データと電力が同じ撚線対によって供給される場合でも、第１ＰＳＩＣ１３は電源１１から電力のみをうけとり、一方データは第２ＰＳＩＣ１４を介してのみ第１ＰＳＩＣ１３に供給されることがわかる。この目的のために、先に指摘したように、第１ＰＳＩＣ１３の内部アーキテクチャーの一部は、他のＰＳＩＣのものとは異なっている。特に、電力信号は電力ハンドリングユニット３３に直接供給されるため、電力／データ結合器／減結合器３１は省略してもよい。同じような理由から、必要であれば、最後のＰＳＩＣ（すなわち、図２に示す例では第５ＰＳＩＣ１７）には後続ＰＳＩＣが接続されていないので、この中の電力／データ結合器／減結合器４０は省略できる。他方、ネットワークを拡張する必要がある場合は、簡略化した第５ＰＳＩＣ１７は電力／データ結合器／減結合器４０に接続したラインインターフェース４１を持つものと交換する必要がある。

ＰＳＩＣの内部アーキテクチャーを説明し終わったところで、そのアドレス操作を説明する。アドレスを行うと、受取り側ＰＳＩＣ（ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ＰＳＩＣ）はデータをどの後続ＰＳＩＣを経由（ｔｏ ｒｏｕｔｅ）させればよいかがわかり、またどのセンサーからデータが送られたのかを特定する。この目的のために、各データパケット（ｄａｔａ ｐａｃｋｅｔ）は、本技術分野で周知の通り、所定のプロトコールに従って発信源（ｓｏｕｒｃｅ）と目的地（ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ）アドレスを定義するヘッダーを含んでいる。

図４は、ネットワークのトポロジーに従って、ネットワーク１０に示すＰＳＩＣのそれぞれを、ディスクリート（ｄｉｓｃｒｅｔｅｌｙ）にかつ個別にアドレスする際の主要ステップをフロー図として示す。ネットワークトポロジーによって、第１、第２、第３ＰＳＩＣ１３、１４、１５で構成される主分岐のＰＳＩＣの数が決まる。第１ＰＳＩＣ１３は電源１１に直接接続されていることを「確かめ」（“ｓｅｅｓ”）、自らに内部アドレスＩ＝１を割り当てる（ａｓｓｉｇｎｓ）。これに続く（ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔ）ＰＳＩＣは、ＰＳＩＣが先行ＰＳＩＣの第１出力に、あるいは分岐が２つしかない単純なケースではその第２出力に、接続されているかどうかによって作動する。この場合、先行ＰＳＩＣの第１出力に接続されているＰＳＩＣは、先行ＰＳＩＣのインデックス＋１、すなわちＩ_Ｎ−１＋１に等しい内部アドレスＩ_Ｎを自らに割り当てる。

他方、現行ＰＳＩＣが先行ＰＳＩＣの第１出力に接続されていない場合、図２に示すネットワーク１０の場合のように分岐が２つしかないと仮定して、現行ＰＳＩＣのインデックスＩ_Ｎは１プラス主分岐のＰＳＩＣの数に設定される。その結果、主分岐に３つのＰＳＩＣ（１３、１４、１５）を持つネットワーク１０では、第４ＰＳＩＣのインデックスは（１＋３）すなわち４に設定される。

図４に示す論理が、図２に示す特定ネットワーク構成に適合させたものであるが、しかし追加分岐が設けられる場合、簡単な適応構造（ｓｉｍｐｌｅ ａｄａｐｔａｔｉｏｎ）
に修正可能であることが明らかであろう。このプロセスは、たとえばシステムのパワリングアップに当たって（ｏｎ ｐｏｗｅｒｉｎｇ ｕｐ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ）独立して実施できる。

図４に関連して説明したような論理を採用することの利点は、アドレス操作論理（ａｄｄｒｅｓｓｉｎｇ ｌｏｇｉｃ）を変える必要が全くないまま、第４、第５ＰＳＩＣ１６、１７からなる第２分岐にＰＳＩＣを追加したり除去したりできる点である。事実、分岐が一つしかないより単純な場合では、上記のようなアドレス論理を用いることで、単一の分岐からＰＳＩＣを容易に追加したり除去したりでき、ネットワークが完全にフレキシブルになる。

アドレス操作論理を得る他の方法として、各ＰＳＩＣにエンコーダを設け、マネジャー２９が設けられている場合はマネジャー２９にも知られている（ｋｎｏｗｎ ａｌｓｏ ｔｏ ｔｈｅ Ｍａｎａｇｅｒ ２９）ディスクリートアドレスに手動で設定する。エンコーダはネットワークカード（ｎｅｔｗｏｒｋ ｃａｒｄｓ）で普通に用いられるＤＩＰスイッチの形式を取ってもよく、あるいＲＯＭに記憶させた固有のアドレスコードの形式であってもよい。必要であれば、組み合わせを用いることで、アドレスコードの一部をＰＳＩＣ内部に記憶させるとともに、他のアドレスを図４に示す論理に従ってネットワークトポロジーに基づいて「その場で」（ｏｎ ｔｈｅ ｆｌｙ）割り当てることもできる。このような配置は多数の分岐が用いられているような場合に特に好適であって、その結果、たとえば各分岐の第１ＰＳＩＣは、これに続く分岐における第１ＰＳＩＣのそれぞれのアドレスと矛盾することなく、ＰＳＩＣをさらに追加できるように適切にオフセットされた特定アドレスをプログラムしたハードウェアとすることができる。たとえば、第１分岐の第１ＰＳＩＣ１３には通常の方法で１というアドレスを与える一方、第２分岐の第１ＰＳＩＣ１６には１００に等しいアドレスを与えることができる。これにより、第２分岐の第１ＰＳＩＣ１６にあらかじめ設定したアドレスと矛盾することなく、最大９６の追加ＰＳＩＣを主分岐に接続することができる。ここまで終えたところで、各分岐のＰＳＩＣそれぞれのアドレス操作（ａｄｄｒｅｓｓｉｎｇ ｏｆ ｅａｃｈ ｏｆ ｔｈｅ ＰＳＩＣｓ）を、図４に関連して説明した上記ネットワークトポロジーに基づいて決定することができる。

マネジャー２９の形式で外部制御ユニットが設けられている場合は、マネジャー２９はあらかじめプログラムしておくことで、マネジャー２９がＰＳＩＣのそれぞれについていかなる行動（ａｃｔｉｏｎ）を取るべきかを知ること、その目的のためには、各分岐の第１ＰＳＩＣについて知っている（ｉｓ ａｗａｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ＰＳＩＣ）ことが必要であることは明らかである。しかし、マネジャー２９が省略されているような場合には、それぞれのＰＳＩＣは自身のアドレスを知っているだけでよく、各ＰＳＩＣに接続されている１つ又はそれ以上のアクチュエーターを作動させるために各ＰＳＩＣに送られるデータは、正しいＰＳＩＣアドレスによって適切にエンコードされる。

多数のセンサーやアクチュエーターをＰＳＩＣに接続することについて、典型的なネットワークを通して一般性をもたせて説明してきた。しかし、本発明は発明の精神から逸脱することなく修正を行うことを想定していることが理解される。たとえば、最も単純な形をとった場合、ネットワークにはペイロード素子を一つ設けるだけでよい。これをアクチュエーターにして、このアクチュエーターが接続されるＰＳＩＣ、あるいはその中に論理が記憶されたＰＳＩＣに供給される論理に呼応するようにしてもよい。あるいは、このペイロード素子としてセンサーを用い、このセンサーが生成するセンサー信号によってネットワーク中の異なるＰＳＩＣに、それぞれの制御信号を中継する（ｆｏｒ ｒｅｌａｙｉｎｇ ａ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｉｇｎａｌ）ようにしてもよい。このような配置は、たとえば、ネットワークで生成される制御信号に呼応するアクチュエ
ーターをもつ遠隔システムにネットワークを結合させるのに有用であろう。また、センサーはセンサーの状態に従って１つ以上の固定出力信号を生成するものであればどのような装置（ｄｅｖｉｃｅ）でもよい。したがってたとえば、センサーはどのスイッチ位置が選択されたかによって出力が決まる手動セレクタースイッチでもよい。

処理制御ユニットによって生成される制御信号は、ネットワークに直接あるいは間接に接続されたデータベースに最終的に入力されるデータによって、その一部又は全部を構成されていてもよいことは理解される。

また、本発明は特に双方向データ通信に適しているが、必要であれば、一方向のみにデータを供給するためにネットワークを利用できることも理解される。

さらにまた、本発明と添付のクレームの文脈内において、ＰＳＩＣについて用いられる「先行する」という語句は隣接ＰＳＩＣに結合され、これに電力を供給するＰＳＩＣを表すことに留意されたい。同じように、ＰＳＩＣについて用いられる「後続」なる語句は、隣接するＰＳＩＣに結合されてこれから電力を受取るためのＰＳＩＣを表す。

本発明はこのように、複数のインテリジェントセルが双方向通信チャンネルを介して直列に接続されて、データ（ならびに任意で電力）をネットワークに沿ってＰＳＩＣの一つから他のＰＳＩＣに任意でいずれの方向にも供給できるようになっているインテリジェント分散型ネットワーク（ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ，ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｎｅｔｗｏｒｋ）を提供する。

本発明の好適な実施態様は次のとおりである。

１．分散型検出、制御および通信を可能にするネットワークトポロジーであって、
電源と、
電源に結合され、少なくとも２つの導電体を具備するぞれぞれの通信チャンネルを介して互いに結合する、複数のラインーパワード直列インテリジェントセル（ＰＳＩＣｓ）と、
前記ＰＳＩＣのそれぞれを固有に参照するアドレス手段と、
前記ＰＳＩＣの一つに埋設されるかあるいは供給される制御論理に従って作動するためにＰＳＩＣの一つに結合される少なくとも一つのペイロード素子と
からなるネットワークトポロジー。

２．少なくとも一つのペイロード素子は、制御論理が呼応して制御データをネットワーク中の少なくとも一つの他のＰＳＩＣを経由させるセンサー信号を与えるためのセンサーである、上記１によるネットワークトポロジー。

３．少なくとも一つのペイロード素子は、ＰＳＩＣに供給される制御データに呼応して作動するためにＰＳＩＣの一つに結合されたアクチュエーターを含む、上記１によるネットワークトポロジー。

４．制御論理が、少なくとも部分的にＰＳＩＣの一つに接続されるディスクリートマネジメントユニットに含まれていることを特徴とする、上記１によるネットワークトポロジー。

５．制御論理が、全面的にＰＳＩＣ内に含まれることを特徴とする、上記１によるネットワークトポロジー。

６．アドレス手段が、少なくとも部分的にＰＳＩＣ内でエンコードされることを特徴とする、上記１によるネットワークトポロジー。

７．アドレス手段が、固有アドレスコードを設定するための手動で設定可能なスイッチをＰＳＩＣ内に含む、上記６によるネットワークトポロジー。

８．アドレス手段が、ネットワークトポロジー内で固有（ｉｎｈｅｒｅｎｔ）であることを特徴とする、上記１によるネットワークトポロジー。

９．アドレス手段が、ネットワークトポロジー内で部分的に固有であることを特徴とする、上記１によるネットワークトポロジー。

１０．電源にもっとも近い位置にあって電力を直接電源から受取るＰＳＩＣが、第１のアドレスを割り当てられ、後続の（ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ）ＰＳＩＣがそれぞれ電源に対して接続されている順序に従って後続アドレスを割り当てられることを特徴とする、上記８によるネットワークトポロジー。

１１．電力とデータがともに共通のチャンネルによって供給され、少なくともＰＳＩＣの一つが、
電源に結合することで入力電力信号を受取る第１のポートと、
所定の論理に従って制御信号を生成するための処理手段と、
それぞれの後続ＰＳＩＣと結合するための少なくとも一つの第２のポートと、
第２のポートのそれぞれと処理手段とに結合されて、入力データ信号と、入力電力信号から発生する出力電力信号を受取り、データ信号を出力電力信号にスパーインポーズさせることにより、出力電力／データ信号を生成し、前記出力電力／データ信号をそれぞれの第２のポートに供給し、それぞれの第２のポートから前記入力データ信号を受取り、出力電力信号から入力データ信号を減結合するための各データ結合／減結合手段と、
からなる、上記１によるネットワークトポロジー。

１２．それぞれのアクチュエーターまたはセンサーに結合し、処理手段に結合されることで、制御信号を受取り、それぞれのアクチュエーターに制御信号を供給するか、もしくはそれぞれのセンサーからのセンサー信号を受取るためのペイロード素子をさらにそれぞれ少なくとも一つ含む、上記１１によるネットワークトポロジー。

１３．外部論理制御素子に結合して、前記所定論理を処理手段に供給するために処理手段に結合された通信ポートをさらに含む、上記１１によるＰＳＩＣ。

１４．外部論理制御素子に結合して、処理手段の状態をモニターするために処理手段に結合された通信ポートと、これに結合されたペイロード素子をさらに含む、上記１１によるＰＳＩＣ。

１５．外部論理制御素子に結合して、前記所定の論理を処理手段に供給するために、また処理手段の状態をモニターするために、処理手段に結合された通信ポートと、これに結合されたペイロード素子をさらに含む、上記１１によるＰＳＩＣ。

１６．電力とデータがともに共通のチャンネルに供給され、少なくともＰＳＩＣの一つが、
先行ＰＳＩＣと結合して、第１の入力電力／データ信号を受取り、第２の出力データ信号を伝送するための第１のポートと、
第１の入力電力／データ信号から第１の入力データ信号と入力電力信号を減結合させる
ため、また第２の出力データ信号を入力電力信号にスーパーインポーズして第２の出力電力／データ信号を生成するために、第１ポートに結合された第１のデータ結合／減結合手段と、
それぞれ後続ＰＳＩＣに結合するための、それぞれ少なくとも一つの第２のポートと、
第１の出力データ信号と入力電力信号から得られた出力電力信号を受取り、第１の出力データ信号を出力電力信号にスーパーインポーズして第１の出力電力／データ信号を生成し、前記第１の出力電力とデータ信号とをそれぞれの第２ポートに供給し、それぞれ第２ポートから第２の入力データ信号を受取り、第２の入力データ信号を出力電力信号から減結合するために第２ポートのそれぞれに結合された第２のデータ結合／減結合手段と、
第１と第２の入力データ信号を受取り、所定の論理に従って制御信号を生成するために第１と第２のデータ結合／減結合手段に結合された処理手段と、
を含む、上記１によるネットワークトポロジー。

１７．それぞれのアクチュエーターまたはセンサーに結合し、制御信号を受取って、制御信号をそれぞれのアクチュエーターに供給するか、またはそれぞれのセンサーからセンサー信号を受取るために処理手段に結合された少なくとも一つのペイロードポートをさらに含む、
上記１６によるＰＳＩＣ。

１８．外部論理制御素子に結合して、前記所定の論理を処理手段に供給するために、処理手段に結合された通信ポートをさらに含む、上記１６によるＰＳＩＣ。

１９．外部論理制御素子に結合して、処理手段の状態をモニターするために処理手段に結合された通信ポートと、これに結合されたペイロード素子をさらに含む上記１６によるＰＳＩＣ。

２０．外部論理制御素子に結合して、前記所定の論理を処理手段に供給し、処理手段の状態をモニターするために処理手段に結合された通信ポートと、これに結合されたペイロード素子をさらに含む、上記１６によるＰＳＩＣ。

２１．電力とデータが異なるチャンネル上のＰＳＩＣに供給され、少なくともＰＳＩＣの一つが、
先行ＰＳＩＣに結合してこれから第１の入力データ信号を受取り、これに対して第２の出力データ信号を送信するための第１のポートと、
前記第１のデータ信号を受取り、所定の論理に従って制御信号を生成するために第１のポートに結合された処理手段と、
それぞれのアクチュエーターまたはセンサーに結合し、処理手段に結合されることで制御信号を受取り、制御信号をそれぞれのアクチュエーターに供給するか、またはセンサー信号をそれぞれのセンサーから受取るために、それぞれ少なくとも一つのペイロード素子と、
それぞれの後続ＰＳＩＣに結合するために、それぞれ少なくとも一つの第２のポートと、
電源に結合して、電力を処理手段とセンサーおよび／またはアクチュエーターのそれぞれに供給するための第４のポートと、
を含む、上記１によるネットワークトポロジー。

２２．外部論理制御素子に結合して、前記所定の論理を処理手段に供給するために処理手段に結合された通信ポートをさらに含む、上記２１によるＰＳＩＣ。

２３．外部論理制御素子に結合して、処理手段の状態をモニターするために処理手段に結
合された通信ポートと、これに結合されたペイロード素子を、さらに含む上記２１によるＰＳＩＣ。

２４．外部論理制御素子に結合して、前記処理論理を処理手段に供給し、処理手段の状態をモニターするために処理手段に結合された通信ポートと、これに結合させたペイロード素子をさらに含む、上記２１によるＰＳＩＣ。

典型的な従来技術による分散型ネットワークを概略的に示す。 本発明による分散型ネットワークを概略的に示す。 図１のネットワークで用いられるＰＳＩＣの主要構成部品を機能的に示すブロック図である。 かかるネットワークにおける個々のＰＳＩＣのアドレス操作を行うための主要操作ステップを示すフロー図である。

Claims (15)

1. それぞれが少なくとも１対の撚線対を含み直流電力とデジタルデータ信号を同時に搬送する少なくとも第１，第２および第３のポイント−ツー−ポイントケーブル（ｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｐｏｉｎｔ ｃａｂｌｅｓ）と共に用いるための、複数のケーブルにデータ信号と電力を結合する装置であって、
   前記第１のケーブルの一端に接続するための第１コネクタと、
   前記第１のケーブルを渡るフル−デュープレックス（ｆｕｌｌ−ｄｕｐｌｅｘ）シリアルデジタルデータ通信を行うために、前記第１のコネクタに結合されている第１のモデムと、
   前記第２のケーブルの一端に接続するための第２コネクタと、
   前記第２のケーブルを渡るフル−デュープレックスシリアルデジタルデータ通信を行うために、前記第２のコネクタに結合されている第２のモデムと、
   前記第３のケーブルの一端に接続するための第３コネクタと、
   前記第３のケーブルを渡るフル−デュープレックスシリアルデジタルデータ通信を行うために、前記第３のコネクタに結合されている第３のモデムと、
   直流電力を供給するための電力サプライと、
   前記第１，第２，第３のコネクタ、前記第１，第２，第３のモデム、および前記電力サプライを収納する単一の囲み
   を具備し、
   前記第３のモデムは、前記第３と第１のケーブル間にデジタルデータ信号を通すために、前記第１のモデムに連結されており、
   前記第３のモデムは、前記第３と第２のケーブル間にデジタルデータ信号を通すために、前記第２のモデムに連結されており、
   前記電力サプライは、直流電力を前記第１と第２のケーブルに供給するために、前記第１と第２のコネクタに連結されており、
   前記装置はネットワーク内でアドレス可能である
   装置。
2. 電源から電力を受けるために電源に接続可能な電力コネクタをさらに具備し、電力コネクタは少なくとも前記電力サプライの電力に結合されている、請求項１による装置。
3. 少なくとも一つの前記第１と第２のケーブルの前記撚線対は、直流電力のみを運ぶために接続されている、請求項１による装置。
4. 直流電力は、個別の専用配線を用いて各ケーブルを渡って搬送される、請求項１に記載の装置。
5. 直流電力とデータ信号は、少なくとも一つの前記ケーブルの同一の線対を渡って搬送される、請求項１による装置。
6. 前記装置が、手動で割り当てられたアドレスを持つ、請求項１による装置。
7. 前記装置が、自動的に割り当てられたアドレスを持つ、請求項１による装置。
8. 前記第１のケーブルを渡る通信が、前記第２のケーブルを渡る通信とは独立している、請求項１による装置。
9. データの発信源または目的地である少なくとも一つのエクイプメント（ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）で用いられる、多重ケーブルを渡る直流電力とデータ信号の搬送のためのシステム
   であって、
   それぞれ少なくとも一つの電力消費回路を含む第１，第２および第３の装置と、一つの建物内の第１と第２のポイント−ツー−ポイントケーブルを具備し、
   前記ケーブルはそれぞれ、少なくとも２つの導電体を具備し、前記第１のケーブルは、前記第１と第２の装置を結合して第１のデジタルデータ双方向通信リンクを形成するために接続されており、前記第２のケーブルは、前記第１と第３の装置を結合して第２のデジタルデータ双方向通信リンクを形成するために接続されており、前記第一と第二のケーブルはそれぞれ、電力とデータ信号を同時に搬送するために接続されており、前記装置はそれぞれデータの発信源または目的地であるエクイプメントであるか、あるいは、データの発信源または目的地であるエクイプメントに接続可能であるかのいずれかであり、前記装置のうち少なくとも第１の装置は電源を前記第１と第２のケーブルに結合するために電源に接続可能であり、前記装置のうち少なくとも二つは、前記装置に接続された各ケーブルを渡って搬送された電力による電力供給を受けている、
   システム。
10. 前記第１の通信リンクを渡る通信が、前記第２の通信リンクを渡る通信を妨げない、請求項９によるシステム。
11. 前記第１と第２の通信リンクで、同じプロトコルが用いられる、請求項９によるシステム。
12. 直流電力とデジタルデータ信号は、別個の線を渡り前記ケーブルの少なくとも一つの内を搬送される請求項９によるシステム。
13. 直流電力とデジタルデータ信号は、同一線を渡り前記ケーブルの少なくとも一つの内を搬送される、請求項９によるシステム。
14. 前記装置の少なくとも一つはネットワーク内でアドレス可能である、請求項９によるシステム。
15. 前記の装置のうちの前記少なくとも一つは、前記装置のうち前記少なくとも一つと通信するデータ端末エクイプメント（ＤＴＥ）によって割り当てられたアドレスを持つ、請求項９によるシステム。

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