JP2017530570A - ネットワークノードによるｒｆエネルギーハーベスティング - Google Patents

Abstract

ネットワーク内のノードの回路によってエネルギーハーベストを行うための様々な実施形態が開示される。ノードは、ＲＦ送受信機を介して、ネットワーク内の他のノードとデータの通信を行うことを含む通信モードで作動する。ノードは、ノードに電力を供給するエネルギー貯蔵装置を含む。ノードは、ＲＦスイッチを介して、通信モードからエネルギーハーベストモードに切り替わる。エネルギーハーベストモードは、アンテナを介してノードにアクセス可能な受信したＲＦ放出波を含む。ＲＦ放出波はＤＣ電力に変換され、また、ＤＣ電力はエネルギー貯蔵装置に蓄えられる。【選択図】図２

Description

ガス又は水道メータのための通信モジュール（または他の任意のバッテリー駆動式のユーティリティ装置）は、１５から２０年のバッテリー寿命を維持することができなければならない。これは、第一に、効率的にエネルギーを蓄えるバッテリーの使用および前記通信モジュール（無線通信機）の消費電力を最小限に抑えることで達成することができる。消費電力を最小限に抑えるために、前記無線通信機は、ほとんどの時間において低電力の「スリープ」モード状態であるが、ネットワークにより任意のデータを通信するために周期的にウェイクアップし、その後スリープモードに戻る。

配置され作動している多数の装置の消耗した電池を交換することは、時間のかかる困難な仕事である。これらメータ装置のバッテリーの使用可能寿命を延ばすことは、ユーティリティオペレータの時間と費用の大幅な節約に繋がり得る。

本発明の様々な様態は、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍｅｔｅｒｉｎｇ Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ（ＡＭＩ）システムの一部として配置され得る、例えばユーティリティメータ等のノードによって蓄えられるエネルギーを補うために周囲の高周波（ＲＦ）放出を収集することに関連している。一実施態様では、ノードはＲＦ送受信機を介して、ネットワーク内の他のノードとデータを通信することを含む通信モードで動作する。ノードは、ノードに電力を供給する、例えばバッテリー等のエネルギー貯蔵装置を含む。様々な実施形態では、ノードは外部電源に接続されなくてもよい。

ノードは、通信モードからエネルギーハーベストモードへの切り替えを行うためにＲＦスイッチを用いる。モードの切換は、低電力のスリープモードに入る、および／又は、ネットワーク経由で通信を行う追加のデータが存在しないノードであることに起因して起こり得る。エネルギーハーベストモードは、アンテナを介してノードにアクセス可能なＲＦ放出波を受信することを含み、ＲＦ放出波の解読復号化は試みない。ノードは、ＲＦ放出波を直流電流（ＤＣ）に変換し、ＤＣ電力をエネルギー貯蔵装置に蓄える。ＲＦ放出波は、整流器を使用してＤＣ電力に変換されてもよい。ノードは、送信されるデータ、受信予定のデータ、および／又は、他の考えられる状況を有することに部分的に基づいて通信モードに戻ってもよい。

本開示の多くの様態は、添付の図面を参照することによりより一層理解されるであろう。図面中の構成要素は、必ずしも寸法を定めるものではなく、その代わりに本開示の原理を明確に例示することに重点を置くものである。また、図面では、同様の参照番号は複数の図面を通して対応する部分を指す。

図１は、本開示の様々な実施形態に基づくネットワーク環境を示す図面である。

図２は、本発明の様々な実施形態に基づき、図１のネットワーク環境内におけるノードの例を示すブロック図である。

図３は、本発明の様々な実施形態に基づき、図１のネットワーク環境内においてノード内に実装されるＲＦハーベスト機能の一例を示すフローチャートである。

図４は、本発明の様々な実施形態に基づき、図１のネットワーク環境内においてノード内で実装されるＲＦハーベスト機能の他の例を示すフローチャートである。

図５は、本発明の様々な実施形態に基づき、図１のネットワーク環境内におけるノードの他の例を示すブロック図である。

本明細書に開示された技術は、エネルギー蓄積装置によってノードに提供されるエネルギーを補うために、周囲のＲＦの放出波を収集するノードを目指している。例えば、移動電話システムの周波数帯、テレビ放送の周波数帯、並びに、認可されていない産業、科学、および医療（ＩＳＭ）の周波数帯（９００ＭＨおよび２．４ＧＨｚ）等の商業利用されている様々なＲＦ周波数帯によるＲＦ放出波からエネルギーを収集するために、ノードはアンテナを使用してもよい。例えば、研究調査は、典型的な都市環境における−６０から−１４ｄＢ／平方メートルの範囲における周囲のＲＦエネルギーの密度を示し、すべてが６８５ＭＨｚから３．５ＧＨｚの周波数範囲である。これら調査研究において、ほとんどのエネルギーが１．８〜１．９ＧＨｚの周波数帯内であることが分かっている。

例えばＡＭＩ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍｅｔｅｒｉｎｇ Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）ネットワークの一部としてユーティリティサービス（例えば、電気、水、又はガス）のためのメータに使用されるノードは、それら周波数帯のすべて又は一部のために調整された１つ以上の広帯域アンテナと組み合わせることができる。広帯域アンテナは、ＲＦエネルギーを集め又は「ハーベスト」し、例えばＲＦ／マイクロ波整流回路によって、ＤＣ電気エネルギーに変換することができる。前記整流回路の直流出力は、変換回路により、例えば、バッテリーやスーパーキャパシタ等のノードのエネルギー貯蔵装置に蓄えられる。エネルギー貯蔵装置に蓄えられたエネルギーは、稼働時にノードに直流電源を供給する。ハーベストされたエネルギー量が、稼働時の全段階においてノードによって消費されるエネルギー量に相当しない場合、そのエネルギーはエネルギー貯蔵装置に蓄えられたエネルギーを補うために用いられる。

本明細書で定義されるように、「ノード」は、メッシュネットワーク内において、メッセージ配信に関連する機能の実行が可能なインテリジェントデバイスを含む。１つのシステムにおいて、ノードは、例えば住宅又はアパートといった施設に配置されるメータとして、例えば、ガス、水道又は電気といった公共サービスの消費量を測定することができる。このようなメータは、ＡＭＩに使用されるＲＦネットワークの一部になり得る。ノードの他の例は、ルータ、コレクタ又はコレクションポイント、ホストコンピュータ、ハブ、又は、ネットワークに接続され、且つ、通信周波数帯を使用して情報の送信、受信、又は転送を行うことができるその他電子装置を含む。

ノードは、本発明の実施に際し機能させることが可能な複数の構成要素を含むことができる。例えば、ノードはメッシュネットワーク内の同様のノードおよび／又はその他デバイスとの通信を可能にする無線通信機を含むことができる。各ノードの無線通信機は、無線通信機がコンピュータのように機能することを可能にするプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）のような装置を有してもよく、コンピュータ機能やコマンド機能を実行して、本明細書に記載される本発明の実装を提供する。ノードはまた、他のノードとの通信に関連する情報を保存するための記憶媒体を含んでもよい。このような記憶媒体は、例えば、記憶装置、フロッピーディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、又は、ノードの内部に配置されるか、ネットワークを介しノードによってアクセス可能であるその他記憶装置を含むことができる。また、ノードは、時間管理を行うための水晶振動子（例えば、時計）と、バックアップ電源を提供するためのエネルギー蓄積装置（例えば、バッテリー）とを含んでもよい。いくつかのノードは、エネルギー蓄積装置のみによって電力供給されてもよい。

図１を参照すると、ＡＭＩ又はその他測定ネットワークの一部として使用され得るメッシュネットワークが例示されている。ヘッドエンドシステム１０３は、ネットワーク１０６を介して通信することにより、測定ネットワークを制御する。ヘッドエンドシステム１０３がノード１０９との通信に使用し得るネットワーク１０６は、その他ノード１１０〜１１２、コレクタ１１５、ルータ１１８、あるいはその他装置を含んでいてもよい。通信は、任意の適したプロトコルおよび任意の適したネットワーク構成を使用して行われてもよい。ネットワーク１０６によって使用されるプロトコルは、ＩＥＥＥ ８０２．１５．４、ＰＲＩＭＥ、Ｇ３、および／又はＴＣＰ／ＩＰプロトコルを含むが、これらに限定されない。いくつかのノード１０９〜１１２はルータ１１８にデータを送信してもよい。ルータ１１８は、同様に、ネットワーク１０６内のコレクタ１１５にデータを送信することができる。コレクタは複数のルータからデータを受信してもよい。コレクタ１１５はヘッドエンドシステム１０３と通信する。ヘッドエンドシステムは複数のコレクタに対して情報を送受信してもよい。

例えばノード１０９等のノードは、通常、例えば住宅又は企業等の地理的に分散された位置にあるメータであってもよい。メータは電気、水道、又は天然ガスといった資源を監視し、前記資源の使用を測定するために使用される。メータは、様々なサービスコマンドをサポートするスマートメータであってもよい。これらサービスコマンドは、リモート又はメータの手動操作によって、公共サービスの停止又はサービスの制限を可能にしてもよい。また、メータは、メータが実施した機能のエントリを含むイベントログを保存するものであってもよい。サービスコマンドはヘッドエンドシステム１０３から発信され、ネットワーク１０６を介してノード１０９〜１１２に送信されてもよい。

メータの機能性および連続運転を維持するために、ノード１０９は補充電源／バックアップ電源、又は、単一電源のいずれかとしてエネルギー蓄積装置を含んでもよい。運転時の消費電力を削減するために、ノード１０９はアンテナを使用して、例えば、移動電話システムの周波数帯、テレビ放送の周波数帯、ＩＳＭ周波数帯等の商業利用されている様々なＲＦ周波数帯からの周囲のＲＦ放出波１２１からエネルギーを収集してもよい。この方法によるＲＦ放出波のハーベストにはその他資源によって消費される電力を削減するという利点がある一方で、前記ノードが長期間単一電源としてエネルギー貯蔵装置に依存した場合には特に危機的状況になりうる。

いくつかの実施形態では、通信の発生が予期されていない期間中に、ノード１０９はＲＦ放出波１２１からのエネルギーハーベストを開始してもよい。このような期間において、電力の浪費を防ぐために、ノード１０９の前記構成要素の一部は低電力の「スリープ」モードに入ってもよい。これら実施形態では、ノードの１つ以上のアンテナを送受信用の回路からＲＦハーベスティング用の回路に切替えるためにＲＦスイッチが使用されてもよい。

他の実施形態では、ノードは、前記アンテナの使用により、および前記通信回路とは異なる他の回路を介して、ノードの通信とは関係なく、周囲のＲＦ放出波１２１からエネルギーをハーベストしてもよい。これら実施形態では、前記ＲＦハーベストは、連続して、又は、前記ノードの前記エネルギー貯蔵装置に関連して閾値が満たされた場合（例えば、前記エネルギーレベルが容量の５０％以下）に行われてもよい。

また、ノードによって受信される前記周囲のＲＦ放出波の増加を目的として、ＲＦ放出波の転送を開始するようリクエストを行うために、ノードはネットワーク１０６の他の装置と通信を行ってもよい。このような状況は、典型的に、例えば外部電源から電力の提供を受けている他の装置に追加のＲＦ放出波を供給するようリクエストを行うバッテリー式ノードにおいて生じる。追加のＲＦ放出波リクエストは、例えば、前記ノードの前記エネルギー貯蔵装置が閾値に達した場合、周囲のＲＦ放出波１２１が不足している場合、および／又は、その他基準に基づいて発生する。

図２を参照すると、前記ＲＦハーベスト技術を実行するノード１０９の例示的な実施形態のブロック図が示されている。ノード１０９は、アンテナ２０１に代表される１つ以上のアンテナを含み、ノード１０９に対する通信の転送および受信のため、並びに、エネルギーとして蓄えられるＲＦ放出波を収集するために使用されてもよい。アンテナ２０１の設計は、ネットワーク１０６内でノードが通信を行うＲＦ周波数帯およびノードがＲＦ放出波を収集するＲＦ周波数帯に影響を受けてもよい。例えば、アンテナ２０１は前記ＩＳＭ９００ＭＨｚ周波数帯のためのアンテナを含み、また、１．８〜１．９ＧＨｚのＲＦ周波数帯で使用される別のアンテナを含んでもよい。

図２の例示的な実施形態では、アンテナ２０１が送受信用のシグナルパス又はＲＦハーベスト用のシグナルパスのいずれかにアンテナ２０１を接続するＲＦスイッチ２０３に接続される。前述のとおり、例えば、ＲＦハーベストおよびデータ通信を同時に行うといった他の配置についても可能である。図２では、送受信用のシグナルパスは、ノード１０９とのデータ通信に使用される前記回路を含み、一方、ＲＦハーベスト用のシグナルパスは、収集されたＲＦ放出波を用いたエネルギー貯蔵装置の充電に使用される前記回路を含む。ノードは、送受信用のシグナルパスがＲＦスイッチを介して選択される場合においては「通信モード」で動作し、ＲＦハーベスト用のシグナルパスが選択される場合には「ＲＦハーベストモード」で動作するとされている。

前記ＲＦハーベスト用のシグナルパスは、整流器２０５、充電回路２０７、エネルギー貯蔵装置２０９、および／又は、本明細書では詳細に記載されていないその他構成要素を含む。整流器２０５は、インプットとしての収集されたＲＦ放出波からのエネルギーをアウトプットとしてのＤＣ電気エネルギーに変換するＲＦ／マイクロ波整流器である。前記整流器は、例えば、ダイオードを使用して実装されてもよい。

充電回路２０７は、整流器２０５からのＤＣアウトプットの電圧又はその他構成要素を調整し、エネルギー貯蔵装置２０９での貯蔵に適した形態にしてもよい。エネルギー貯蔵装置２０９とは、バッテリー、キャパシタ、スーパーキャパシタ、および／又はその他電気エネルギー貯蔵装置等の１つ以上のエネルギー貯蔵装置のことを表している。図２に示されている実施形態では、エネルギー貯蔵装置２０９はノード１０９に対する唯一の電源であるが、外部電源をローカルのエネルギー貯蔵装置と併用する他の構成についても可能である。

マイクロコントローラ２１１は、ノード１０９の操作およびデータ通信の管理を担う。この目的を達成するために、マイクロコントローラ２１１は、前記送受信用のシグナルパスによるデータの転送および受信を容易にする送受信回路２１３とＲＦスイッチの管理を行う。いくつかの実施形態では、マイクロコントローラ２１１はまた、充電回路２０７を介してエネルギー貯蔵装置２０９の充電をモニタリングしてもよい。ノード１０９の様々な構成要素は、エネルギー貯蔵装置２０９から電力を受けてもよい。エネルギー貯蔵装置２０９からの前記電力は、異なる電気部品の電気的な要件に沿うよう、電圧レギュレータ２１５によって調整されてもよい。例えば、電圧レギュレータ２１５は、前記エネルギー貯蔵装置からの３．０Ｖの出力電力をマイクロコントローラ２１１が求める３．４５Ｖに調整することができる。

図３を参照すると、様々な実施形態に基づく、例えばノード１０９のようなノードの方法３００のための前記ＲＦハーベスト動作の実施例を表すフローチャートが示される。図３のフローチャートは、本明細書に記載される方法３００のＲＦハーベスト動作の実装のために採用されてもよい様々な異なる種類の機能的配置のうちの単なる一例を示しているに過ぎない。図３のフローチャートに図示される動作は、ノードが通信モードでの作動からハーベストモードでの作動へと推移する様子を示している。前述のとおり、ノードがネットワークを介して通信を行うことを可能とし、同時に周囲のＲＦ放出波からのエネルギー収集を可能としながら、この実装の様々な変化は可能である。

ブロック３０３から開始し、前記ノードはＲＦハーベストモードを開始するか、通信モードを継続するかを決定する。当該決定は、ネットワーク内におけるその他デバイスとの現在もしくは予測されるデータ通信、ノードのエネルギー貯蔵装置の閾値、および／又は、当業者によって理解され得る他の基準に基づいて行われてもよい。例えば、前記ノードがデータ通信を行っていない、又は、データ通信が予定されていない場合において、ノードがＲＦ放出波を収集するためにハーベストモードに入った際に、ノードの構成要素のいくつかが低電力の「スリープモード」に入ってもよい。同様に、エネルギー貯蔵装置のエネルギーレベルが、例えば閾値の５０％以下であるとノードが検知した場合、ノードは必要不可欠ではない通信を実施せずに、ＲＦハーベストを開始してもよい。

ノードが、ＲＦハーベストを開始する準備が整っていないと判断した場合、方法３００の処理実行はブロック３０３に戻る。一方、ＲＦハーベストが開始される場合、ブロック３０６では、ノードは、受けとったＲＦ放出波をＲＦハーベスト用のシグナルパスに供給する位置にＲＦスイッチを位置させてもよい。その後、ブロック３０９では、ノードはノードの１つ以上のアンテナを介してＲＦ放出波を受け取ってもよい。ノードはアンテナを用いて、例えば、移動電話システムの周波数帯、テレビ放送の周波数帯、ＩＳＭ周波数帯（９００ＭＨｚおよび２．４ＧＨｚ）、および／又はその他可能性のある周波数帯等、商業利用されている様々なＲＦ周波数帯によるＲＦ放出波からエネルギーを収集してもよい。例えば、研究調査は典型的な都市環境における−６０から−１４ｄＢ／平方メートルの範囲における周囲のＲＦエネルギーの密度を示し、すべてが６８５ＭＨｚから３．５ＧＨｚの周波数範囲である。これら調査研究において、ほとんどのエネルギーが１．８から１．９ＧＨｚの周波数帯内であることが分かっている。

次に、ブロック３１２では、ノードの整流器が、様々な受信ＲＦ放出波からのエネルギーをＤＣ電気エネルギーに変換する。次に、ブロック３１５では、整流器からのＤＣ電力アウトプットが、充電回路を使用してノードのエネルギー貯蔵装置に蓄えられてもよい。充電回路は、エネルギー貯蔵装置の充電に用いられるＤＣ電力の特性の監視および調整、エネルギー貯蔵装置の現在の容量の監視、および／又はその他再充電機能のために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、前記整流器からのＤＣ電力アウトプットの一部又はすべてが、例えばマイクロコントローラのようなノードのその他構成要素の少なくとも１部又は１つ以上の直接的な動力となるために使用されてもよい。例えば、スリープモード等の低電力使用状態にある間、ＲＦ放出波から収集されたエネルギーは様々な構成要素（例えば、マイクロコントローラ）によって消費される電力の相当分を十分に供給することができる。

次に、ブロック３１８では、ノードがＲＦハーベスト（例えば、ハーベストモード）を継続するかを決定する。当該決定は、ネットワーク内におけるその他デバイスとの現在もしくは予測されるデータ通信、ノードのエネルギー貯蔵装置の閾値、および／又は、当業者によって理解され得る他の基準に基づいて行われてもよい。例えば、ノードがエネルギー貯蔵装置のエネルギーレベルが閾値の１００％であると判断した場合、貯蔵容量に空きがないことから、ノードがエネルギーのハーベストを継続する必要がなくなる。同様に、ノードがユーティリティメータの読取り値をすぐにヘッドエンドシステムにレポートすることが予定されている場合、ノードは予定されている通信データの送信のためにハーベストモードを終了してもよい。

ＲＦハーベストの継続が決定されたイベントでは、方法３００の処理実行がブロック３０９に戻る。一方で、ＲＦハーベストの現在の周期が終了すべきと判断された場合、ブロック３２１では、ノードがネットワーク内の他のデバイスと通信できるようにするために、ノードはアンテナが送受信用のシグナルパスに接続する位置にＲＦスイッチを配置する。その後、方法３００の処理実行はブロック３０３に戻る。

図４に移り、様々な実施形態に基づく、例えば、ノード１０９のようなノードの方法４００のためのＲＦハーベスト動作の実施例を表すフローチャートを示す。図４のフローチャートは、本明細書に記載される方法４００のＲＦハーベスト動作の実行のために採用されてもよい様々な異なる種類の機能的配置のうちの一例を示しているに過ぎない。図４のフローチャートに図示される動作は、通信モードでの作動からハーベストモードでの作動へ前記ノードが推移する様子であり、ノードが隣接するノードに対して、ノードによって収集されるべき追加のＲＦ放出波の生成を行うことによる周囲のＲＦ放出波の補填をリクエストする様子を示している。前述のとおり、ノードがネットワークを介して通信を行うことを可能とし、同時に周囲のＲＦ放出波からのエネルギー収集を可能としながら、この実装の様々な変化は可能である。

ブロック４０３から開始すると、ノードはＲＦハーベストモードを開始するか、通信モードを継続するかを決定する。当該決定は、ネットワーク内におけるその他デバイスとの現在もしくは予測されるデータ通信、ノードのエネルギー貯蔵装置の閾値、および／又は、当業者によって理解され得る他の基準に基づいて行われてもよい。

ノードが、ＲＦハーベストを開始する準備が整っていないと判断した場合、方法４００の処理実行はブロック４０３に戻る。一方、ＲＦハーベストが開始される場合、ブロック４０４では、ハーベストモードにおいて受信するエネルギーを補うことを目的として、ノードがネットワーク内の１つ以上の隣接するノードと通信し、追加のＲＦ放出波を発生させるようリクエストしてもよい。典型的に、ノードは、外部電源（例えば、電力供給網を介して供給される電力）又は利用可能な相当量のエネルギーを蓄えていることが知られる隣接するノードにリクエストを行う。

次に、ブロック４０６では、ノードは受けとったＲＦ放出波をＲＦハーベスト用のシグナルパスに供給する位置にＲＦスイッチを配置してもよい。その後、ブロック４０９では、ノードはそのノードの１つ以上のアンテナを介してＲＦ放出波を受信してもよい。追加のＲＦ放出波のリクエストに応答する近隣のノードは、当該領域にある他のノードに加えて、リクエストを行っているノードによって受信され得るＲＦエネルギーの連続波（ＣＷ）を発生させてもよい。ノードはアンテナを用いて、例えば、移動電話システムの周波数帯、テレビ放送の周波数帯、ＩＳＭ周波数帯（９００ＭＨｚおよび２．４ＧＨｚ）、および／又はその他可能性のある周波数帯等の商業利用されている様々なＲＦ周波数帯によるＲＦ放出波からエネルギーを収集してもよい。

次に、ブロック４１２では、ノードの整流器が様々な受信したＲＦ放出波からのエネルギーをＤＣ電力に変換する。次に、ブロック４１５では、整流器からのＤＣ電力アウトプットを、充電回路を使用してノードのエネルギー貯蔵装置に蓄えてもよい。充電回路は、エネルギー貯蔵装置を充電するために使用されるＤＣ電力の特性の監視および調整、エネルギー貯蔵装置の現在の容量の監視、および／又はその他考えられる充電機能のために使用されてもよい。

次に、ブロック４１８では、ノードがＲＦハーベスト（例えば、ハーベストモード）を継続するかを決定する。当該決定は、ネットワーク内におけるその他デバイスとの現在もしくは予測されるデータ通信、ノードのエネルギー貯蔵装置の閾値、および／又は、当業者によって理解され得る他の基準に基づいて行われてもよい。例えば、ノードがエネルギー貯蔵装置のエネルギーレベルが１００％の閾値であると判断した場合、貯蔵容量に空きがないことから、ノードがエネルギーの収集を継続する必要がなくなる。同様に、ノードがユーティリティメータの読取り値をすぐにヘッドエンドシステムにレポートすることが予定されている場合、ノードは予定されている通信データの送信のためにハーベストモードを終了してもよい。

ＲＦハーベストの継続が決定されたイベントでは、方法４００の処理実行がブロック４０９に戻る。一方で、ＲＦハーベストの現在の周期は終了すべきであると判断された場合、ブロック４２１では、ノードがネットワーク内の他のデバイスと通信できるようにするために、ノードはアンテナが送受信用のシグナルパスに接続する位置にＲＦスイッチを配置する。任意の動作として、ブロック４２４では、一旦ノードが通信モードに戻ると、ノードは隣接するノードに通知を送信し、ノードがハーベストモードを終了したこと、および、ノードが追加のＲＦ放出波の送信を必要としていないことを知らせる。いくつかの実装では、ブロック４０４でリクエストされたとおりに追加のＲＦ放出波を発生させる隣接するノード４０４は所定の期間の間リクエストのとおり動作してもよい。その後、方法４００の処理実行はブロック４０３に戻る。

次に、図５には本明細書で開示される技術を実行するために使用されるノード１０９〜１１２の例を示す他のブロック図が示される。ノード１０９〜１１２は処理装置５０２を含むことができる。処理装置５０２の非限定的な例は、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）、ステートマシン、又はその他適切な処理装置を含む。処理装置５０２は１つを含む任意の数の処理装置を含むことができる。処理装置５０２は、記憶装置５０４のようなコンピュータ読取可能な記録媒体に通信可能に接続することができる。処理装置５０４は記憶装置５０４にそれぞれ格納されたコンピュータ実行可能なプログラム命令および／又はアクセス情報を実行することができる。いくつかの実装形態では、処理装置５０２および記憶装置５０４は、マイクロコントローラ２１１等のマイクロコントローラの構成要素として組み込まれてもよい。

記憶装置５０４は、処理装置５０２によって実行される場合において、処理装置５０２に本明細書に記載される動作を実行させる命令を格納することができる。記憶装置５０４は、例えば（ただし、これらに限定されないが）、電子、光学、磁気、又は、コンピュータ読み取り可能な命令を処理装置に提供することのできる別方式のストレージ装置等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であってもよい。このような光学、磁気、又は別方式のストレージ装置の非限定的な例は、読み取り専用（「ＲＯＭ」）装置、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）装置、磁気ディスク、磁気テープ、又は、その他磁気ストレージ、メモリチップ、ＡＳＩＣ、設定済みのプロセッサ、光学ストレージ装置、又は、コンピュータプロセッサが命令を読み取ることのできる他の任意の媒体を含む。命令は、コンパイラによって生成されたプロセッサ固有の命令および／又は任意の適切なプログラミング言語で書かれたコードからのインタプリタを含んでもよい。任意のプログラミング言語の非限定的な例は、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ♯、Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｐｙｔｈｏｎ、Ｐｅｒｌ、ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ（登録商標）等を含む。

ノード１０９〜１１２は、ノード１０９〜１１２の１つ以上の構成要素と通信可能に接続することのできるバス５０６を含むことができる。互いに通信する個別の構成要素として、処理装置５０２、記憶媒体５０４、バス５０６が図５に図示されているが、別方式の実装が可能である。例えば、処理装置５０２、記憶媒体５０４およびバス５０６がプリント回路基板、又は、プログラミングコードの格納および実行を行うノード内に配置可能な他の適切な装置の構成要素とすることができる。

ノード１０９〜１１２はまた、例えば、送受信回路２１３によって実装されてもよいネットワークインターフェースデバイス５０８を含むことができる。ネットワークインターフェースデバイス５０８は、アンテナ２０１を介して１つ以上のワイヤレス通信リンクを確立するよう構成された送受信装置である。ネットワークインターフェースデバイス５０８の非限定的な例はＲＦトランシーバであり、メッシュネットワーク１０６内で他のノード１０９〜１１２への通信リンクを確立するための１つ以上の構成要素を含むことができる。

本明細書では、特許請求の範囲の対象が完全に理解されるように、多くの具体的な詳細について記載している。ただし、当業者であれば、これらの特定の詳細事項がなくても、特許請求の範囲の対象が実施され得ることを理解するであろう。他の例では、特許請求の範囲の対象を曖昧にしないように、いずれかの当業者により知られている方法、装置、又はシステムについては、詳細は説明を省いている。

コンピュータメモリ等の演算システムメモリ内に格納されたデータビットや２値デジタルシグナルに基づいた操作を、アルゴリズムや記号表現で表記する部分もいくつか存在する。これらのアルゴリズム記述又は表記は、データ処理技術の当業者が同じ分野の他の当業者に対して自分の仕事の内容を伝えるのに用いる技術の例である。アルゴリズムは、所望の結果につながる、一連の首尾一貫した操作又は類似処理である。これに関連して、操作又は処理は、物理量の物理的な操作を含む。典型的には、必ずしも必要ではないが、このような物理量は、記憶、送信、組み合わせ、比較、又はさもなければ操作され得る電気又は磁気的な信号の形態をとることができる。主に、一般的な用法という理由で、ビット、データ、値、要素、記号、符号、用語、数、数値等の形態でこのような信号を参照することは時として便利であると証明されている。しかしながら、これらのすべてや類似用語は、適切な物理量と関連されるべきであり、単なる便利なラベルにすぎないことを理解すべきである。特段記述しない限り、本明細書全体を通して、「処理」、「演算」、「計算」、「判定」、「識別」等の用語を用いて論ずるのは、１つ以上のコンピュータや類似の電子計算機器等のコンピューティング装置の動作や処理に言及していることは明らかである。ここで、これらコンピューティング装置は、物理的、電子的、又は磁気的な量として表現されたデータを、演算プラットフォームの記憶装置、レジスタ、又はその他の記憶装置、送信装置、又は表示装置内において操作又は変換するものである。

本明細書にて論じたシステム（又は複数のシステム）は、任意の特別なハードウエアアーキテクチャや構成に限定されない。コンピューティング装置は、１つ以上の関数呼び出しを条件に結果を提供する任意の適切な構成要素の配置を備えることができる。適切なコンピューティング装置は、多目的マイクロプロセッサベースのコンピュータシステムを備えている。このコンピュータシステムは、汎用コンピューティング装置から、本発明の対象の１つ以上の態様を実施する特定のコンピューティング装置までを対象として、当該コンピュータシステムをプログラミング又は構築する格納されたソフトウエアにアクセスするものである。任意の適切なプログラミング、スクリプト記述、又はその他の種類の言語や言語の組み合わせを用いて、コンピューティング装置をプログラミング又は構築するのに用いるソフトウエア内で本明細書の教示内容を実行するようにしてもよい。

本明細書に開示の複数の方法の態様は、このようなコンピューティング装置の動作で実行されるようにしてもよい。上記本実施例に示したブロックの順番は、変更することもでき、例えば、ブロックを並び替えたり、組み合わせたり、および/又は分割してサブブロックにすることも可能である。いくつかのブロック又は処理は、並行して実行することができる。

本明細書では、「となされる（ａｄａｐｔｅｄ ｔｏ）」や「構成される（ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ ｔｏ）」といった用語の使用は、追加的な仕事や動作を実行するようになされた装置、又は構成された装置を除外しないことを意味し、これらの表現は、オープンランゲージであって、他の構成要素を含み得ることを意図する表現である。加えて、「〜に基づく」という用語の使用は、オープンであって他の構成要素を含み得ることを意図しており、１つ以上の引用した条件や値に「基づいた」処理、動作、計算、又はその他の行動が、実際には、引用を超えた追加の条件や値に基づくこともあり得ることを意味している。本明細書に含まれる見出し、リスト、番号付けは、説明を容易にするためのみのものであり、限定するものではない。

本発明の対象は、その特定の態様に関して詳細に説明してきたが、当業者は、上記の理解を得る際に、容易にこのような態様に改変や変形を施したり、均等物を生成したりし得ることは理解されるであろう。したがって、本開示内容は、限定よりもむしろ実施例の目的のために提示されており、本対象にこのような改変、変形、および/又は追加を含めることは、当業者にとって非常に自明であり、除外されないことは理解されるべきである。

Claims (20)

1. ネットワーク内のノードの回路網によってエネルギーハーベストを行うための方法であって、
   通信モードで動作するステップを含み、このステップは、
   高周波（ＲＦ）送受信機を介して、前記ネットワーク内の他のノードとデータを通信する処理を含み、前記ノードは該ノードに電力を供給するエネルギー貯蔵装置を含み、
   この方法は、
   前記ノード内のＲＦスイッチにより、前記通信モードからエネルギーハーベストモードに切り替えるステップを含み、このステップは、
   アンテナを介して前記ノードにアクセス可能なＲＦ放出波を受信する処理と、
   整流器に前記受信したＲＦ放出波を供給する処理と、
   前記ＲＦ放出波を直流（ＤＣ）エネルギーに変換する処理と、
   前記エネルギー貯蔵装置内に前記ＤＣ電力を蓄える処理とを含む方法。
2. 前記ノードが、追加のデータが前記ノードによって送信又は受信される必要があると判断した場合に、前記通信モードに戻るステップをさらに含み、前記通信モードは、
   前記アンテナを介して前記ノードにアクセス可能な追加のＲＦ放出波を受信する処理と、
   前記追加のＲＦ放出波から前記追加データを復元する処理とをさらに含む請求項１に記載の方法。
3. 前記ＲＦ放出波の前記変換が前記整流器を使用して行われる、請求項１に記載の方法。
4. 前記ノードがＡＭＩ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍｅｔｅｒｉｎｇ Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）システムの一部として配置されるユーティリティメータである、請求項１に記載の方法。
5. 前記エネルギー貯蔵装置が動作時に前記ノードの唯一の電源である、請求項１に記載の方法。
6. 前記エネルギーハーベストモードへの前記切り替えが、前記ノードによるスリープモードを開始可能であるとの決定に少なくとも部分的に基づく、請求項１に記載の方法。
7. 前記ＲＦ放出波の受信が、１つ以上のＲＦ周波数帯内で複数のＲＦシグナルを受信することを含む、請求項１に記載の方法。
8. ノードであって、
   プロセッサと、
   アンテナと、
   前記アンテナとの接続状態を切り替えるための高周波（ＲＦ）スイッチと、
   前記ノードに電力を供給するエネルギー貯蔵装置と、
   整流器と、
   前記ノードにアクセス可能なネットワーク上で通信するためのＲＦ送受信機と、
   前記ノード内で実行される管理アプリケーションを有する記憶装置とを備えるノードであって、前記管理アプリケーションはロジックを含み、該ロジックは前記ノードに、
   エネルギーハーベストモードで動作させ、該エネルギーハーベストモードは、
   前記アンテナを介して前記ノードにアクセス可能なＲＦ放出波を受信するステップと、
   前記整流器により前記ＲＦ放出波を直流（ＤＣ）エネルギーに変換するステップと、
   前記ＤＣ電力を前記エネルギー貯蔵装置に蓄えるステップとを含み、
   前記管理アプリケーションの前記ロジックは前記ノードに、前記ＲＦスイッチにより前記ハーベストモードから通信モードへの切り替えを行わせ、該通信モードは、
   前記ＲＦ送受信機を介して、前記ネットワーク内の他のノードとデータ通信を行うステップを含み、前記通信は前記エネルギー貯蔵装置からの電力を使用するノード。
9. 前記通信モードへの前記切り替えが、追加のデータが前記ノードによって送信又は受信される必要があると前記ノードが判断した場合に生じる、請求項８に記載のノード。
10. 前記ノードによって定期的に前記追加のデータが送信又は受信される必要がある、請求項９に記載のノード。
11. 前記管理アプリケーションが前記ノードへの追加のＲＦ放出波を親ノードに要求するためのロジックをさらに備える、請求項８に記載のノード。
12. 前記ネットワークが前記ノードを含む複数のノードのワイヤレスメッシュネットワークである、請求項８に記載のノード。
13. 前記ＲＦ送受信機が産業、科学、医療（ＩＳＭ）周波数帯の１つ以上の周波数帯で動作する、請求項８に記載のノード。
14. 前記ＲＦ放出波の受信が、１以上のＲＦ周波数帯の複数のＲＦ信号を受信することを含み、前記１以上のＲＦ周波数帯の一部は、前記ＩＳＭのＲＦ周波数帯の外側にある、請求項１３に記載のノード。
15. ノードの処理装置によって実行可能なプログラムを格納する、非一時的なコンピュータ読み取り媒体であって、
    前記プログラムは通信モードで前記ノードを動作させるためのコードを含み、該コードは、
    高周波（ＲＦ）送受信機を介して、前記ネットワーク内の他のノードとデータ通信を行わせるものであり、前記ノードは前記ノードに電力を供給するエネルギー貯蔵装置を備え、
    前記プログラムは、
    エネルギーハーベストモードで前記ノードを動作させるためのコードを含み、該コードは、
    アンテナを介して前記ノードにアクセス可能なＲＦ放出波を受信するステップと、
    整流器に前記受信したＲＦ放出波を提供するステップと、
    前記ＲＦ放出波を直流（ＤＣ）エネルギーに変換するステップと、
    前記エネルギー貯蔵装置に前記ＤＣ電力を蓄えるステップとを含み、
    前記プログラムは、
    前記ノードのＲＦスイッチを介して、前記ノードで行われる決定に応じて前記２つのモードの間でモードを切り替えるためのコードを含む非一時的なコンピュータ読み取り媒体。
16. 前記ノードが前記ノード内の前記エネルギー貯蔵装置からのみ電力を受ける、請求項１５に記載の非一時的なコンピュータ読み取り媒体。
17. 前記プログラムが親ノードに対して前記ノードへの追加のＲＦ放出波の送出を要求するためのコードをさらに含み、前記親ノードは外部電源から電力を受け取るものである、請求項１６に記載の非一時的なコンピュータ読み取り媒体。
18. 前記ノードが、ＡＭＩ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍｅｔｅｒｉｎｇ Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）システムの一部として配置される、請求項１５に記載の非一時的なコンピュータ読み取り媒体。
19. 前記決定が、閾値に到達した前記エネルギー貯蔵装置の電気レベルに基づいて前記エネルギーハーベストモードへの切り替えを行うことを含む、請求項１５に記載の非一時的なコンピュータ読み取り媒体。
20. 前記決定が、予定されたデータ通信の完了に基づいて前記エネルギーハーベストモードへ切り替えを行うことを含む、請求項１５に記載の非一時的なコンピュータ読み取り媒体。
    

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