JP2013118621A - センサーネットワークの通信を確立する方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサーネットワークの通信路を確立する。
【解決手段】センサーネットワークは、アクセスポイント装置を表す複数のルートノードと、センサーデバイスを表す少なくとも１つの非ルートノードとを含むツリー構造を持つ。センサーネットワーク内の各ノードには、非ルートノードがルートノードよりも高いランク値を持つように、他のノードとの相対的な位置を決定するランク値を対応付ける。複数のルートノードのサブセットにおける各ルートノードから少なくとも１つの非ルートノードへ、各ルートノードに対応付けられた非ルートノードの数を定めるツリーサイズ値を含む制御メッセージをフォワーディングする。制御メッセージを受信すると、サブセットにおける各ルートノードのうちの１つを選択し、サブセットにおける各ルートノードの各ツリーサイズが実質的に互いに平衡を保つように、少なくとも１つの非ルートノードとの間の通信路を確立する。
【選択図】図１

Description

関連出願

この出願は、２０１１年１０月１９日提出の英国特許出願第１１１８０７４．２号に基づく優先権を主張するものであって、その全内容を援用する。

本明細書で説明する実施形態は、一般に、センサーネットワークの通信の確立に関する。

二酸化炭素排出量を削減し、エネルギー効率を改善することの必要性は、ここ数年にわたり大幅に増している。現状とは異なった双方向性のある配電に関し、スマートグリッドが多くの統制市場で提案されている。「スマートグリッド」は、情報フィードバックおよび相互運用の方式を含む電力供給ネットワークを表現するために導入された用語である。結果として、スマートグリッド利用を可能にするための試みに対する機運は高まっている。スマートグリッドを具体化する目的の１つに、利用可能な電力供給に電力需要を一致させることがある。これには、電力需要を特定し、また可能な電力供給権限の範囲内に需要を適応させるよう需要家に強制する供給者からの情報を提供するための、需要家の家屋からグリッドへの計量情報のフローが必要である。

以下の添付の図面を参照しながら実施形態を説明する。
図１は、自動メータインフラストラクチャ（ＡＭＩ）ネットワークの例を示す。 図２は、図１に示されたＡＭＩネットワーク内のコンセントレータ装置においてＤｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｄｉｒｅｃｔｅｄ Ａｃｙｃｌｉｃ Ｇｒａｐｈ（ＤＯＤＡＧ）を構築する処理を示す。 図３は、図１に示されたＡＭＩネットワーク内のスマートメータ装置とコンセントレータ装置の間の通信路を確立する処理を示す。 図４は、実施形態によるスマートメータ装置のブロック図を示す。 図５は、スマートメータ装置とコンセントレータ装置の間の通信を確立する実施形態の処理を示す。 図６は、実施形態によるコンセントレータ装置のブロック図を示す。 図７は、スマートメータ装置がコンセントレータ装置のネットワークに加入する際にコンセントレータ装置で行なわれる実施形態の処理を示す。 図８は、スマートメータ装置がコンセントレータ装置のネットワークから離れる際にコンセントレータ装置で行なわれる実施形態の処理を示す。

以下では添付の図面に基づいて具体的な実施形態を詳細に説明する。本実施形態は、例示のみを目的とするものであって、保護を求める範囲を限定するものと見なされるべきでないことを理解されたい。

スマートグリッド応用を実現するための重要なソリューションの１つは、自動メータインフラストラクチャ（ＡＭＩ）の展開であって、これは住居周辺にコンセントレータ装置を配置することにより行なわれる。住宅地に設置されたスマートメータ（ＳＭ）装置は、関係するコンセントレータ装置と通信を行う。コンセントレータ装置は、ユーティリティ・プロバイダーの管理システム（一般に制御センターと呼ばれる）に通信を中継する。

ＡＭＩネットワーク１０の単純化した概観を図１に示す。図１のＡＭＩネットワーク１０は、ユーティリティ・プロバイダーの管理システム１２を含んでいる。管理システム１２は、これに接続されたコンセントレータ装置２０、３０、４０において収集され、これらから送られた計量データを管理する。上述したように、スマートメータ（ＳＭ）装置２１、２２、３１、４１、４２、４３および４４は消費者の家屋に設けられ、エネルギー消費量を記録する。スマートメータ装置の各々は、電気、ガスあるいは水道の消費量を測定するように構成することができる。

スマートメータ装置で収集された計量データは、各コンセントレータ装置を経由してユーティリティ・プロバイダーの管理システム１２に伝送される。計量データを無線媒体あるいは有線媒体によって伝送できることを当業者であれば理解するであろう。

この図示の例においては、３つのコンセントレータ装置２０、３０、４０がユーティリティ・プロバイダーの管理システム１２に接続されているが、実用的な実装によっては、これより多くの（あるいは少数の）コンセントレータ装置を含んでもよい。実用的な実装では、コンセントレータ・ネットワークが潜在的に何千ものスマートメータ装置を含みうることにも留意されたい。

図１のＡＭＩネットワークに示したようにスマートメータ装置は、それらの付近で利用可能なコンセントレータ装置に接続されるが、付近の他のコンセントレータ・ネットワークに接続されたスマートメータ装置は比較的少ない一方で、特定のコンセントレータ・ネットワークが混雑する状況に陥ることがある。例えば、図１のＡＭＩネットワーク１０では、コンセントレータ装置３０には１つのスマートメータ装置しか接続していないが、コンセントレータ装置４０には４つのスマートメータ装置が接続している。

ＡＭＩネットワークは、ノード間に枝があり、各ノードが装置を表し、各枝がネットワーク内の通信リンクを表わす木（ツリー）のような構造として表現できることを当業者であれば理解するであろう。一般的に、上記ネットワークのトポロジーはいくつかのツリーから構成され、その各々はシンクノード（またはルートノード）を根（ルート）とし、いくつかの葉ノード（または非ルートノード）がこれに接続している。したがって、ルートノードに接続された非ルートノードの数によりツリーのサイズは決まる。

ＡＭＩネットワークのノードの一例は、処理能力およびメモリが制限された低価格で低消費電力の無線デバイスである。ネットワーク内でノードを接続するリンクは、高損失率、低データ速度、そして不安定性を特徴とする。このようなネットワークは、一般に、Ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ Ｌｏｓｓｙ Ｎｅｔｗｏｒｋ（ＬＬＮ）と呼ばれる。

“ＲＰＬ：ＩＰｖ６ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ ａｎｄ Ｌｏｓｓｙ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”（Ｔ．Ｗｉｎｔｅｒ ｅｔ ａｌ．，ｈｔｔｐ：／／ｔｏｏｌｓ．ｉｅｔｆ．ｏｒｇ／ｈｔｍｌ／ｄｒａｆｔ−ｉｅｔｆ−ｒｏｌｌ−ｒｐｌ−１９）に記載されるように、ルーティング・プロトコルは、このようなネットワークにおけるツリー生成を行うことに関して、インターネット技術特別調査委員会（ＩＥＴＦ）のＲｏｕｔｉｎｇ ｏｖｅｒ Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ ａｎｄ Ｌｏｓｓｙ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＲＯＬＬ）ワーキング・グループによって策定された。

ＲＰＬプロトコルによると、ネットワーク局情報を維持するためにＤｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｄｉｒｅｃｔｅｄ Ａｃｙｃｌｉｃ Ｇｒａｐｈ（ＤＯＤＡＧ）が用いられる。ＤＯＤＡＧは、閉路が存在しないように全エッジが方向付けられるという性質を持つ有向グラフである。ＲＰＬプロトコルによって生成された各ＤＯＤＡＧは、シンクノードをルートとする。ＤＯＤＡＧルート（またはシンクノード）は、典型的には、ＡＭＩネットワーク内のコンセントレータ装置またはセンサーネットワーク内のシンクノードである。

葉ノード（あるいは非ルートノード）からの経路は、シンクノード（またはルートノード）を指向してこれを終端とし、ＤＯＤＡＧのエッジを構成する。ＤＯＤＡＧの各ノードには、ＤＯＤＡＧルートへのどの経路であってもこれに沿ってノードのランクが単調減少するようなランク値が対応付けられる。

ルートノードにおけるＤＯＤＡＧを構築する処理のフローチャートを図２に示す。

ＤＯＤＡＧを構築するために、ステップＳ１−１において、ルートノードはＤＯＤＡＧ情報オブジェクト（ＤＩＯ）と呼ばれる制御メッセージを発行する。ＤＩＯは、ＤＯＤＡＧに関する情報を伝えるものであって、以下を含んでいる。

・ＤＯＤＡＧルートを起点とするものであるとしてＤＯＤＡＧを識別するのに用いられるＤＯＤＡＧ識別子（ＤＯＤＡＧＩＤ）、
・互いに関するＤＯＤＡＧ内の位置を判定するために各ノードで用いられるランク情報、
・Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ Ｃｏｄｅ Ｐｏｉｎｔ（ＯＣＰ）によって特定される目的関数。これは、ＤＯＤＡＧ内で用いられるメトリックと、ＤＯＤＡＧランクを計算する方法を指定する。

ＤＩＯメッセージを受信し、ＤＯＤＡＧに未加入であって加入することを望む他のノード（すなわち非ルートノード）は、その親リストにＤＩＯセンダー（ＤＩＯが通過した前のノード）を加え、自身の（親ノードに対応付けられる）ランクをＯＣＰにより計算し、更新されたランク情報によってＤＩＯメッセージをブロードキャストするものとする。

既にＤＯＤＡＧに加入しているノードが別のＤＩＯメッセージを受信したときには次のような選択肢がありえる。

１． ＲＰＬによって推奨された何らかの基準に基づいて該ＤＩＯを廃棄する。

２． 既存のＤＡＧ内の位置を維持するように該ＤＩＯを処理する。

あるいは、
３．ＯＣＰおよび現経路コストによって自身の位置を（低ランクを獲得することにより）改善する。

ＤＯＤＡＧが構築された後は、非ルートノードは、次ホップノードとしての自身の親ノードに、（ルートノードへ向かう）上方トラフィックをフォワーディングすることができるであろう。

ルートノードから非ルートノードへの外向きトラフィックをサポートするために、非ルートノードは、Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ Ａｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔ Ｏｂｊｅｃｔ（ＤＡＯ）と呼ばれる制御メッセージを発行するものとする。図２に示されるように、ＤＡＯメッセージは、ステップＳ１−２において、ルートノードによって受信される。ＤＡＯメッセージによって伝えられる情報は次のものを含む。

・デスティネーション（ＤＡＯメッセージを発行する非ルートノード）がどれだけ遠いかを決めるためにノードによって用いられるランク情報。

・外向きの経路に沿って訪れたノードを記録するための逆経路情報。

ＤＡＧによって示された内向きの経路に従って非ルートノードからルートノードにこのＤＡＯメッセージを渡す際に、すべての中間ノードが、ＤＡＯメッセージからの逆経路情報を記録する。したがって、ルートノードから非ルートノードへの完全な下方パスが確立される。

ステップＳ１−３において、ルートノードと、ＤＡＯメッセージの受信元である非ルートノードとの間に経路が既に確立されているかどうかを該ルートノードがチェックする。

ｙｅｓの場合、ステップＳ１−１乃至Ｓ１−３を繰り返す。そうでなければ、その非ルートノードへの経路が追加されて、当該ルートノードと当該非ルートノードとの間にリンクが確立する。

図３は、ルートノードとの通信路を確立するために非ルートノードで行なわれる処理を示している。

ステップＳ２−１：処理は、付近のルートノードを検出するためのチャネルスキャンを含む初期化処理で始まる。

ステップＳ２−２：非ルートノードは、ＤＩＯ制御メッセージをリッスンする。

ステップＳ２−３：非ルートノードは、ＤＩＯ制御メッセージを受信したかチェックする。

ｙｅｓの場合、非ルートノードは、ルートノードのツリーに加入する準備をする（ステップＳ２−４）。これは以下を含む。

・ＤＯＤＡＧＩＤとランク情報を記録すること。

・ルートを選択し、これに最低ランクを対応付けること。

・関連するルートノードへのＤＡＯ制御メッセージの送信の準備をすること。

ＲＰＬの働きを要約すると、ツリーの一部でない非ルートノードは、ＤＩＯを受信すると次のステップを実行するであろう。

１．ＤＩＯを処理すること。

２．ＤＩＯを出したルートのツリーに加入すること。

３．当該ツリーのルートノードにＤＡＯを送ることにより、下方経路のセットアップを要求すること。

本明細書で説明した実施形態のインプリメンテーションによれば、ＡＭＩネットワーク内のＲＰＬプロトコルアプリケーションを機能強化することができる。

一実施形態によれば、センサーネットワークの通信路を確立する方法が提供される。前記センサーネットワークは、前記センサーネットワーク内のアクセスポイント装置を表す複数のルートノードと、前記センサーネットワーク内のセンサーデバイスを表す少なくとも１つの非ルートノードとを含むツリー構造を持つ。前記センサーネットワーク内の各ノードには、前記非ルートノードが前記ルートノードよりも高いランク値を持つように、他のノードとの相対的な位置を決定するランク値が対応付けられる。前記方法は、前記複数のルートノードのサブセットにおける各ルートノードから前記少なくとも１つの非ルートノードへ、前記サブセットにおける前記各ルートノードに対応付けられ、前記サブセットにおける各ルートノードに対応付けられた非ルートノードの数を定めるツリーサイズ値を含む制御メッセージをフォワーディングすることを含む。また、前記制御メッセージを受信すると、前記サブセットにおける前記各ルートノードのうちの１つを選択し、前記サブセットにおける前記各ルートノードの各ツリーサイズが実質的に互いに平衡を保つように、前記サブセットにおける前記各ルートノードの前記各ツリーサイズ値に基づいて、前記少なくとも１つの非ルートノードとの間の通信路を確立することを含む。

該方法は、前記制御メッセージを受信すると、前記非ルートノードにおいて選択メトリックを決定することを含んでもよい。

該選択メトリックは、前記ツリーサイズ値と前記ランク値の関数を含んでもよい。

前記選択されたルートノードは、前記サブセットにおける残余のルートノードの選択メトリックより低い選択メトリックを含んでもよい。

上記方法は、前記少なくとも１つの非ルートノードから前記選択されたルートノードへ追加的な制御メッセージをフォワーディングすることを含んでもよい。前記追加的な制御メッセージは、前記少なくとも１つの非ルートノードが前記選択されたルートノードとの通信路を確立する意図を示す。

該方法は、前記通信路を確立すると、前記選択されたルートノードの前記ツリーサイズ値をインクリメントすることを含んでもよい。

第２の実施形態によれば、センサーネットワークの通信路を確立する方法が提供される。前記センサーネットワークは、前記センサーネットワーク内のアクセスポイント装置を表す複数のルートノードと、前記センサーネットワーク内のセンサーデバイスを表す少なくとも１つの非ルートノードとを含むツリー構造を持つ。前記センサーネットワーク内の各ノードには、前記非ルートノードが前記ルートノードよりも高いランク値を持つように、他のノードとの相対的な位置を決定するランク値が対応付けられる。前記少なくとも１つの非ルートノードで実行される前記方法は、複数のルートノードのサブセットにおける各ルートノードから、前記サブセットにおける前記各ルートノードに対応付けられ、前記サブセットにおける各ルートノードに対応付けられた非ルートノードの数を定めるツリーサイズ値を含む制御メッセージを受信することを含む。また、前記制御メッセージを受信すると、前記サブセットにおける前記各ルートノードのうちの１つを選択し、前記サブセットにおける前記各ルートノードのツリーサイズが実質的に互いに平衡を保つように、前記サブセットにおける前記各ルートノードの前記各ツリーサイズ値に基づいて、前記少なくとも１つの非ルートノードとの間の通信路を確立することを含む。

該方法は、前記制御メッセージを受信すると選択メトリックを決定することを含んでもよい。

前記選択メトリックは、前記ツリーサイズ値と前記ランク値の関数を含んでもよい。

前記選択されたルートノードは、前記サブセットにおける残余のルートノードの選択メトリックより低い選択メトリックを含んでもよい。

該方法は、前記選択されたルートノードへ追加的な制御メッセージをフォワーディングすることを含んでもよい。前記追加的な制御メッセージは前記選択されたルートノードとの通信路を確立する意図を示す。

第３の実施形態によれば、センサーネットワークの通信路を確立する方法が提供される。前記センサーネットワークは、前記センサーネットワーク内のアクセスポイント装置を表す複数のルートノードと、前記センサーネットワーク内のセンサーデバイスを表す少なくとも１つの非ルートノードとを含むツリー構造を持つ。前記センサーネットワーク内の各ノードには、前記非ルートノードが前記ルートノードよりも高いランク値を持つように、他のノードとの相対的な位置を決定するランク値が対応付けられる。前記複数のルートノードのサブセットにおける各ルートノードで実行される前記方法は、前記サブセットにおいて各ルートノードに対応付けられ、前記サブセットにおける各ルートノードに対応付けられた非ルートノードの数を定めるツリーサイズ値を含む制御メッセージを前記少なくとも１つの非ルートノードへフォワーディングすることを含む。また、通信路を確立するために前記サブセットにおけるルートノードが前記少なくとも１つの非ルートノードによって選択されたならば、前記少なくとも１つの非ルートノードから追加的な制御メッセージを受信することを含む。前記追加的な制御メッセージは、前記少なくとも１つの非ルートノードが、前記選択されたルートノードとの通信路を確立する意図を示す。

該方法は、前記追加的な制御メッセージを受信すると前記少なくとも１つの非ルートノードとの前記通信路を確立することを含んでもよい。該方法は、前記通信路を確立すると前記ツリーサイズ値をインクリメントすることを含んでもよい。

第４の実施形態によれば、複数のアクセスポイント装置および少なくとも１つのセンサーデバイスを具備するセンサーネットワークが提供される。前記センサーネットワーク内の装置およびデバイスの各々には、前記センサーデバイスが前記アクセスポイント装置よりも高いランク値を持つように、該ネットワーク内の他のデバイスとの相対的な位置を決定するランク値が割り当てられる。前記複数のアクセスポイント装置の各々は、前記アクセスポイント装置の各々に対応付けられ、前記アクセスポイント装置の各々に対応付けられたセンサーデバイスの数を定めるネットワークサイズ値ネットワークサイズ値を含む制御メッセージを前記少なくとも１つのセンサーデバイスへフォワーディングする。前記少なくとも１つのセンサーデバイスは、前記複数のアクセスポイント装置のサブセットにおける各アクセスポイント装置から前記制御メッセージを受信すると、前記サブセットにおける前記各アクセスポイント装置のうちの１つを選択し、前記各アクセスポイント装置の各ネットワークサイズが実質的に互いに平衡を保つように、前記サブセットにおける前記各アクセスポイント装置の前記各ネットワークサイズ値に基づいて、前記少なくとも１つのセンサーデバイスとの間の通信路を確立する。

前記少なくとも１つのセンサーデバイスは、前記制御メッセージを受信すると、選択メトリックを決定してもよい。

前記選択メトリックは、前記ネットワークサイズ値および前記ランク値の関数を含んでもよい。

前記選択されたアクセスポイント装置は、前記サブセットにおける残余のアクセスポイント装置の選択メトリックよりも低い選択メトリックを含んでもよい。

前記少なくとも１つのセンサーデバイスは、前記選択されたアクセスポイント装置へ追加的な制御メッセージをフォワーディングしてもよい。前記追加的な制御メッセージは、前記少なくとも１つのセンサーデバイスが、前記選択されたアクセスポイント装置との通信路を確立する意図を示す。

前記選択されたアクセスポイント装置は、前記通信路を確立すると、前記ネットワークサイズ値をインクリメントしてもよい。

第５の実施形態によれば、センサーネットワークに実装されるセンサーデバイスが提供される。前記センサーネットワークは複数のアクセスポイント装置および少なくとも１つのセンサーデバイスを具備する。前記センサーネットワーク内の装置およびデバイスの各々には、前記センサーデバイスが前記アクセスポイント装置よりも高いランク値を持つように該ネットワーク内の他のデバイスとの相対的な位置を決定するランク値が割り当てられる。前記センサーデバイスは、前記複数のアクセスポイント装置のサブセットにおける各アクセスポイント装置から、前記サブセットにおける前記各アクセスポイント装置に対応付けられ、前記サブセットにおいて各アクセスポイント装置に対応付けられたセンサーデバイスの数を定めるネットワークサイズ値を含む制御メッセージを受信する通信ユニットを具備する。また、前記サブセットにおける各アクセスポイント装置の各ネットワークサイズが実質的に互いに平衡を保つように、前記サブセットにおける前記各アクセスポイント装置の前記各ネットワークサイズ値に基づいて、前記サブセットにおける前記アクセスポイント装置のうちの１つを選択し、前記センサーデバイスとの間の通信路を確立する信号プロセッサを具備する。

前記信号プロセッサは、前記制御メッセージを受信すると、選択メトリックを決定してもよい。

前記選択メトリックは、前記ネットワークサイズ値および前記ランク値の関数を含んでもよい。

前記選択されたアクセスポイント装置は、前記サブセットにおける残余のアクセスポイント装置の選択メトリックよりも低い選択メトリックを含んでもよい。

前記通信ユニットは、前記選択されたアクセスポイント装置に追加的な制御メッセージを送信してもよい。前記追加的な制御メッセージは、前記選択されたアクセスポイント装置との通信路を確立する意図を示す。

第６の実施形態によれば、センサーネットワークに実装されるアクセスポイント装置が提供される。前記センサーネットワークは、複数のアクセスポイント装置および少なくとも１つのセンサーデバイスを含む。前記センサーネットワーク内の装置およびデバイスの各々には、前記センサーデバイスが前記アクセスポイント装置よりも高いランク値を持つように、該ネットワーク内の他のデバイスとの相対的な位置を決定するランク値が割り当てられる。前記アクセスポイント装置の各々は、前記アクセスポイント装置に対応付けられ、前記アクセスポイント装置に対応付けられたセンサーデバイスの数を定めるネットワークサイズ値を含む制御メッセージを、前記少なくとも１つのセンサーデバイスへフォワーディングする通信ユニットを具備する。前記通信ユニットは、通信路を確立するために前記アクセスポイント装置が前記少なくとも１つのセンサーデバイスによって選択されたならば、前記少なくとも１つのセンサーデバイスから追加的な制御メッセージを受信する。前記追加的な制御メッセージは、前記少なくとも１つのセンサーデバイスが、前記アクセスポイント装置との通信路を確立する意図を示す。

前記通信ユニットは、前記追加的な制御メッセージを受信すると、前記少なくとも１つのセンサーデバイスとの前記通信路を確立してもよい。

前記アクセスポイント装置は、前記通信路を確立すると前記ネットワークサイズ値をインクリメントする信号プロセッサを具備してもよい。

一実施形態は、コンピュータによって実行された時、コンピュータに上記方法を行なわせるコンピュータ実行可能命令を含むコンピュータプログラムを提供する。該コンピュータプログラムは、記憶媒体あるいは信号媒体で具体化されてもよい。記憶媒体は、光学的記憶手段、磁気記憶手段、あるいは電子的記憶手段を含んでもよい。

ここで説明される実施形態は、特定のハードウェアデバイス、適切なソフトウェアによって構成された汎用デバイス、あるいは両方の組合せに組み込むことができる。態様は、完全なソフトウェア実装、あるいは既存ソフトウェアの変更あるいは拡張のための（プラグインのような）アドオンコンポーネントとして、ソフトウェア製品によって具体化することができる。そのようなソフトウェア製品は記憶媒体（例えば光ディスクあるいはＦＬＡＳＨメモリのような大容量記憶装置メモリ）あるいは（ダウンロードのような）信号媒体で具体化してもよい。実施形態に適している特定のハードウェアデバイスとしては、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡあるいはＤＳＰのような特定用途向けデバイス、あるいは他の専用機能ハードウェア手段を含んでもよい。当業者であれば、上述のソフトウェアまたはハードウェアによる実施形態の議論は、まだ発見されていないものへの発明の将来的な実施、または確定した実行手段への発明の実施を何ら制限するものではないことを理解するであろう。

ここで、図４および５を参照して実施形態を説明する。この実施形態は、図１のＡＭＩネットワーク内のスマートメータ装置の実装に関する。

図４に示されるように、スマートメータ装置５０は、従来の構造の電力消費メータ５２を含む。上記メータは、一般に、測定点における瞬間電圧と瞬間電流を測定することにより、瞬時電力消費量の測定量を決定する。時間とともに、期間当たりの電力消費量が累加される。

電力消費メータ５２は、電力消費量信号を信号プロセッサ５４へ渡す。信号プロセッサ５４は、該電力消費量信号を適切な方法で処理する。この処理の一部は、エネルギー消費量を課金目的でモニタリングすることであるが、スマートメータ装置には、電源消費量をユーザーが削減または管理するために変更可能なアクティビティを特定するという課題もある。これは、（夜間蓄熱式ヒーターの充電、あるいは洗濯機、皿洗い機などのような大型の屋内電気器具の使用のような）「待機」状態での使用量が多い接続機器、すなわち使用頻度が低い接続機器を特定することによる。このようにして信号プロセッサ５４によって判定することのできる上記情報は、適切な表示装置５６を通じてユーザーに伝えることができる。当業者であれば、スマートメータ装置５０に表示装置５６を統合したり、スマートメータ装置５０に接続可能な別ユニットとして表示装置５６を提供してもよいことを理解するであろう。

またスマートメータ装置５０は、電源に接続された制御装置にインライン通信によってメッセージを伝達する能力を持ち得ることを想定する。この場合、制御装置は、電源供給プラグに埋め込まれるか、または電源供給プラグと対応するソケットとの間のインラインのデバイスの形式としてもよい。この通信能力は無線であってもよいし、電源供給への変調（電力線通信）であってもよい。本開示は、直接的にはそのような構成に関係はないが、上記の記述は背景として提供される。

通常はスマートメータから取外し可能なデバイスは無いものと想定されるが、データまたはプログラムの情報を導入するとともにデータを抽出するためのメモリーカード等が接続される設備は存在し得る。

信号プロセッサ５４は、作業メモリ５８に格納され、および／または大容量記憶装置６０から取り出し可能な機械コード命令を実行可能である。また、スマートメータ装置５０は、アンテナ６４に接続された通信ユニット６２を含む。図４に示される実施形態において、作業メモリは、実行命令を記憶し、信号プロセッサ５４によって実行されると、コンセントレータ装置あるいは付近の他の装置との通信を確立する。

一実施形態によれば、スマートメータ装置において付近のコンセントレータ装置との通信を確立する方法が実行される。この処理を図５を参照しながら説明する。

ステップＳ３−１：初期化処理が行われる。これは、ＡＭＩネットワーク内のコンセントレータ装置との通信の確立のためにチャネルを検出するチャネルスキャンの実行を含んでいる。

ステップＳ３−２：スマートメータ装置は、ＤＩＯ制御メッセージの存在を検出する。

ステップＳ３−３：スマートメータ装置は、ＤＩＯ制御メッセージを受信したかを定期的にチェックする。

ｙｅｓの場合、ステップＳ３−４において、スマートメータ装置は、コンセントレータ装置のルートＩＤ（ＤＯＤＡＧＩＤ）と、そのランク情報を記録する。ＤＩＯ制御メッセージには、コンセントレータ装置に対応付けられたスマートメータ装置の数も含まれている。前節で述べたように、コンセントレータ・ネットワークは木のような構造として規定することができる。また、同ネットワークに対応付けられたスマートメータ装置の数は、ツリーのサイズとして規定される（ここではツリーサイズ値と称する）。

また、スマートメータ装置は、ランクとツリーサイズの関数として表現される選択メトリックを以下のように決定する。

ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｒｉｃ＝ｆ（ｒａｎｋ，ｔｒｅｅｓ ｓｉｚｅ） （１）
ステップＳ３−５：利用可能なチャネルをすべてスキャンしたかチェックする。そうでなければ、スマートメータ装置は次の利用可能なチャネルのスキャンを継続する（ステップＳ３−６）。

ステップＳ３−７：少なくとも１つのコンセントレータ装置が見つかったかチェックする。そうでなければ、ステップＳ３−１乃至Ｓ３−６を繰り返す。

ステップ３−８では、スマートメータ装置５０によって検出された個々のコンセントレータ装置について計算された選択メトリックに基づいて、対応付けられるべき「最良」のコンセントレータ装置を選択する。コンセントレータ装置が選択されると、スマートメータ装置は、このコンセントレータ装置に対応付けられたチャネルに合わせる。

ＲＰＬプロトコルに従って、スマートメータ装置５０は、対応付けられたコンセントレータ装置に対し、そのネットワークに加入する意向を示すＤＡＯ制御メッセージを作成して送信する（ステップＳ３−９）。

図６は、一実施形態に従い、コンセントレータ装置７０として動作するように（ソフトウェアまたは特定用途向けハードウェアコンポーネントによって）構成されたハードウェアを概略的に示す。

図６に示されたコンセントレータ装置７０は、特定の実施形態に従って、一般に、１つまたは複数の他の装置との通信チャネルを確立するために用いることができる。コンセントレータ装置の実際の実装は、それがアクセスポイント局のような何らかの通信装置であってもよいという点で非特異的であることを当業者であれば認識するであろう。

コンセントレータ装置７０は、作業メモリ７４に記憶され、および／または大容量記憶装置７４から取り出された機械コード命令を実行するよう動作可能なプロセッサ７２を含む。

汎用バス８８に接続された通信ユニット８２は、アンテナ９０に接続される。図６に示された実施形態において、作業メモリ７６は、プロセッサ７２によって実行されることにより付近の他の装置との通信を確立する実行命令を記憶する。

具体的な実施形態に従う通信ファシリティ８０もまた作業メモリ７６に記憶されており、これは、アプリケーション群７８のいずれかの実行によって生成されたデータを処理し、スマートメータ装置やユーティリティ・プロバイダーの管理システムのような別の装置への伝送ならびにこれら別の装置との通信のために通信ユニット８２に渡すための通信プロトコルを実行するためのものである。アプリケーション７８および通信ファシリティ８０のソフトウェアは、便宜上、作業メモリ７６および大容量記憶装置７４に部分的に記憶してもよいことが理解されるであろう。作業メモリ７６および大容量記憶装置７４に記憶されたデータのそれぞれにアクセス可能な速度が異なることを考慮に入れて、これを効率的に管理するために、任意でメモリマネージャーを設けても良い。

通信ファシリティ８０に対応するプロセッサ実行可能命令をプロセッサ７２が実行することにより、該プロセッサ７２は、認識された通信プロトコルに従って別の装置との通信を確立するよう動作することができる。

図７は、実施形態に従い、スマートメータ装置がコンセントレータ装置と接続する場合にコンセントレータ装置で実行される方法を示している。

図７を参照すると、ステップＳ４−１において、コンセントレータ装置は、その付近のスマートメータ装置群にＤＩＯ制御メッセージを送信する。スマートメータ装置群は、このＤＩＯ制御メッセージを受信すると、図５を参照しながら上述した方法を行なうことにより、当該コンセントレータ装置のネットワークに加入するかどうかを決定する。スマートメータ装置がコンセントレータ装置に接続することを決定すると、該スマートメータ装置は、コンセントレータ装置にＤＡＯメッセージを送信するであろう。ステップＳ４−２において、コンセントレータ装置はスマートメータ装置からのＤＡＯメッセージを受信する。

ステップＳ４−３において、コンセントレータ装置は、コンセントレータ装置とスマートメータ装置の間に通信路があるかどうかをチェックする。

ｙｅｓの場合、ステップＳ４−１乃至Ｓ４−３を繰り返す。そうでなければ、コンセントレータ装置とスマートメータ装置の間に通信路を確立する（ステップＳ４−４）。これにより、コンセントレータ装置に対応付けられたツリーサイズ値をインクリメントする（ステップＳ４−５）。更新されたツリーサイズ値は、後のＤＩＯ制御メッセージに含まれる（ステップＳ４−６）。そして、ステップＳ４−１乃至Ｓ４−６の処理が繰り返される。更新されたＤＩＯメッセージは、コンセントレータ装置に対応付けられたすべてのスマートメータ装置、ならびに、コンセントレータ・ネットワークに加入する意思のあるスマートメータ装置に送信されることになる。

図８は、スマートメータ装置がコンセントレータ装置のネットワークから離れる際にコンセントレータ装置で行なわれる方法を示す。図８に示すように、コンセントレータ装置は、スマートメータ装置との間の通信路がまだ存在しているかを判定する（ステップＳ５−１）。ｙｅｓの場合、ステップ５−１が繰り返される。そうでなければ、ステップＳ５−２において、コンセントレータ装置のツリーサイズ値をディクリメントする。更新されたツリーサイズ情報は、続くＤＩＯ制御メッセージに含まれる（ステップ５−３）。そして、ステップＳ５−１乃至Ｓ５−３の処理が繰り返される。

説明した実施形態の方法によれば、スマートメータ装置は、コンセントレータ装置のネットワークに加入する前に、詳細な情報を得た上での決定を行なうことができる。更に、上述した実施形態は標準ＲＰＬプロトコルとの互換性に影響を及ぼすことなく実装することができる。実際のところ、スマートメータ装置の付近の各コンセントレータ装置に負荷を分散することにより、プロトコルを強化することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (19)

1. センサーネットワークの通信路を確立する方法であって、前記センサーネットワークは、前記センサーネットワーク内のアクセスポイント装置を表す複数のルートノードと、前記センサーネットワーク内のセンサーデバイスを表す少なくとも１つの非ルートノードとを含むツリー構造を持ち、前記センサーネットワーク内の各ノードには、前記非ルートノードが前記ルートノードよりも高いランク値を持つように、他のノードとの相対的な位置を決定するランク値が対応付けられ、前記方法は、
   前記複数のルートノードのサブセットにおける各ルートノードから前記少なくとも１つの非ルートノードへ、前記サブセットにおける前記各ルートノードに対応付けられ、前記サブセットにおける各ルートノードに対応付けられた非ルートノードの数を定めるツリーサイズ値を含む制御メッセージをフォワーディングすることと、
   前記制御メッセージを受信すると、前記サブセットにおける前記各ルートノードのうちの１つを選択し、前記サブセットにおける前記各ルートノードの各ツリーサイズが実質的に互いに平衡を保つように、前記サブセットにおける前記各ルートノードの前記各ツリーサイズ値に基づいて、前記少なくとも１つの非ルートノードとの間の通信路を確立することと、を含む方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記制御メッセージを受信すると、前記非ルートノードにおいて選択メトリックを決定することをさらに含む、方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、前記選択メトリックは前記ツリーサイズ値と前記ランク値の関数を含む、方法。
4. 請求項２あるいは請求項３に記載の方法であって、前記選択されたルートノードは前記サブセットにおける残余のルートノードの選択メトリックより低い選択メトリックを含む、方法。
5. センサーネットワークの通信路を確立する方法であって、前記センサーネットワークは、前記センサーネットワーク内のアクセスポイント装置を表す複数のルートノードと、前記センサーネットワーク内のセンサーデバイスを表す少なくとも１つの非ルートノードとを含むツリー構造を持ち、前記センサーネットワーク内の各ノードには、前記非ルートノードが前記ルートノードよりも高いランク値を持つように、他のノードとの相対的な位置を決定するランク値が対応付けられ、前記少なくとも１つの非ルートノードで実行される前記方法は、
   複数のルートノードのサブセットにおける各ルートノードから、前記サブセットにおける前記各ルートノードに対応付けられ、前記サブセットにおける各ルートノードに対応付けられた非ルートノードの数を定めるツリーサイズ値を含む制御メッセージを受信することと、
   前記制御メッセージを受信すると、前記サブセットにおける前記各ルートノードのうちの１つを選択し、前記サブセットにおける前記各ルートノードのツリーサイズが実質的に互いに平衡を保つように、前記サブセットにおける前記各ルートノードの前記各ツリーサイズ値に基づいて、前記少なくとも１つの非ルートノードとの間の通信路を確立することと、を含む方法。
6. 請求項５に記載の方法であって、前記制御メッセージを受信すると、選択メトリックを決定することをさらに含む、方法。
7. 請求項６に記載の方法であって、前記選択メトリックは前記ツリーサイズ値と前記ランク値の関数を含む、方法。
8. 請求項６あるいは請求項７に記載の方法であって、前記選択されたルートノードは、前記サブセットにおける残余のルートノードの選択メトリックより低い選択メトリックを含む、方法。
9. センサーネットワークの通信路を確立する方法であって、前記センサーネットワークは、前記センサーネットワーク内のアクセスポイント装置を表す複数のルートノードと、前記センサーネットワーク内のセンサーデバイスを表す少なくとも１つの非ルートノードとを含むツリー構造を持ち、前記センサーネットワーク内の各ノードには、前記非ルートノードが前記ルートノードよりも高いランク値を持つように、他のノードとの相対的な位置を決定するランク値が対応付けられ、前記複数のルートノードのサブセットにおける各ルートノードで実行される前記方法は、
   前記サブセットにおいて各ルートノードに対応付けられ、前記サブセットにおける各ルートノードに対応付けられた非ルートノードの数を定めるツリーサイズ値を含む制御メッセージを前記少なくとも１つの非ルートノードへフォワーディングすることと、
   通信路を確立するために前記サブセットにおけるルートノードが前記少なくとも１つの非ルートノードによって選択されたならば、前記少なくとも１つの非ルートノードから追加的な制御メッセージを受信することとを含み、
   前記追加的な制御メッセージは、前記少なくとも１つの非ルートノードが、前記選択されたルートノードとの通信路を確立する意図を示す、方法。
10. コンピュータに、請求項１−９のいずれかの方法を実行させるコンピュータ実行可能命令を含むコンピュータプログラム。
11. 請求項１０のコンピュータプログラムを記憶するコンピュータ可読記憶媒体。
12. 複数のアクセスポイント装置および少なくとも１つのセンサーデバイスを具備するセンサーネットワークであって、前記センサーネットワーク内の装置およびデバイスの各々には、前記センサーデバイスが前記アクセスポイント装置よりも高いランク値を持つように、該ネットワーク内の他のデバイスとの相対的な位置を決定するランク値が割り当てられ、
    前記複数のアクセスポイント装置の各々は、前記アクセスポイント装置の各々に対応付けられ、前記アクセスポイント装置の各々に対応付けられたセンサーデバイスの数を定めるネットワークサイズ値ネットワークサイズ値を含む制御メッセージを前記少なくとも１つのセンサーデバイスへフォワーディングし、
    前記少なくとも１つのセンサーデバイスは、前記複数のアクセスポイント装置のサブセットにおける各アクセスポイント装置から前記制御メッセージを受信すると、前記サブセットにおける前記各アクセスポイント装置のうちの１つを選択し、前記各アクセスポイント装置の各ネットワークサイズが実質的に互いに平衡を保つように、前記サブセットにおける前記各アクセスポイント装置の前記各ネットワークサイズ値に基づいて、前記少なくとも１つのセンサーデバイスとの間の通信路を確立する、センサーネットワーク。
13. 請求項１２に記載のセンサーネットワークであって、前記少なくとも１つのセンサーデバイスは、前記制御メッセージを受信すると、選択メトリックを決定する、センサーネットワーク。
14. 請求項１３に記載のセンサーネットワークであって、前記選択メトリックは前記ネットワークサイズ値および前記ランク値の関数を含む、センサーネットワーク。
15. 請求項１３あるいは請求項１４に記載のセンサーネットワークであって、前記選択されたアクセスポイント装置は、前記サブセットにおける残余のアクセスポイント装置の選択メトリックよりも低い選択メトリックを含む、センサーネットワーク。
16. センサーネットワークに実装されるセンサーデバイスであって、前記センサーネットワークは複数のアクセスポイント装置および少なくとも１つのセンサーデバイスを具備し、前記センサーネットワーク内の装置およびデバイスの各々には、前記センサーデバイスが前記アクセスポイント装置よりも高いランク値を持つように該ネットワーク内の他のデバイスとの相対的な位置を決定するランク値が割り当てられ、前記センサーデバイスは、
    前記複数のアクセスポイント装置のサブセットにおける各アクセスポイント装置から、前記サブセットにおける前記各アクセスポイント装置に対応付けられ、前記サブセットにおいて各アクセスポイント装置に対応付けられたセンサーデバイスの数を定めるネットワークサイズ値を含む制御メッセージを受信する通信ユニットと、
    前記サブセットにおける各アクセスポイント装置の各ネットワークサイズが実質的に互いに平衡を保つように、前記サブセットにおける前記各アクセスポイント装置の前記各ネットワークサイズ値に基づいて、前記サブセットにおける前記アクセスポイント装置のうちの１つを選択し、前記センサーデバイスとの間の通信路を確立する信号プロセッサと、を具備するセンサーデバイス。
17. 請求項１６に記載のセンサーデバイスであって、前記信号プロセッサは前記制御メッセージを受信すると選択メトリックを決定する、センサーデバイス。
18. 請求項１７に記載のであって、前記選択メトリックは前記ネットワークサイズ値および前記ランク値の関数を含む、センサーデバイス。
19. センサーネットワークに実装されるアクセスポイント装置であって、前記センサーネットワークは、複数のアクセスポイント装置および少なくとも１つのセンサーデバイスを含み、前記センサーネットワーク内の装置およびデバイスの各々には、前記センサーデバイスが前記アクセスポイント装置よりも高いランク値を持つように、該ネットワーク内の他のデバイスとの相対的な位置を決定するランク値が割り当てられ、前記アクセスポイント装置の各々は、
    前記アクセスポイント装置に対応付けられ、前記アクセスポイント装置に対応付けられたセンサーデバイスの数を定めるネットワークサイズ値を含む制御メッセージを、前記少なくとも１つのセンサーデバイスへフォワーディングする通信ユニットを具備し、
    前記通信ユニットは、通信路を確立するために前記アクセスポイント装置が前記少なくとも１つのセンサーデバイスによって選択されたならば、前記少なくとも１つのセンサーデバイスから追加的な制御メッセージを受信し、前記追加的な制御メッセージは、前記少なくとも１つのセンサーデバイスが、前記アクセスポイント装置との通信路を確立する意図を示す、アクセスポイント装置。

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