JP2019525536A - 知能ネットワークに用いる知能モジュール - Google Patents
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Abstract
少なくとも、電力線に接続するように構成された電気インタフェースおよび第1の解除可能なインタフェースを含むホスト装置と、電力線を介して情報を送信および受信する電力線通信モジュールと、少なくとも、第1の解除可能なインタフェースに相互接続される第2の解除可能なインタフェース、デジタル処理部、ならびに処理部に動作可能に接続され電力線通信モジュールを介して電力線上で処理部に情報を受信および送信させる命令を含んで構成された記憶部を含む知能モジュールとを有するシステム。【選択図】図2
Description
本願は、2016年6月22日に出願された米国仮特許出願第62/353275号、および2016年12月30日に出願された米国仮特許出願第62/440694号に基づくものであり、両出願の開示内容全体を参照により本願に取り込む。
付録Aは、本願の一部として提出され、簡易装置管理プロトコル(SDMP)について説明するものである。
本発明は、概ね住宅および建造物に用いる知能システムに関するものであり、より具体的には、既存のインフラストラクチャを知能システムのネットワークバックボーンに転用するモジュール装置に関する。
エネルギー効率、保安性および安全性は、住宅および建造物における、光および熱などの環境条件を制御する知能システムを必要とする懸案の数例にすぎない。本明細書で使用されるように、知能システムは、住宅または建造物内の環境条件(例えば、光強度、光質、温度、換気、湿度、濾過作用/空気質、音など)を監視し、1または複数の所定のパラメータまたは事象(例えば、時刻、使用率、温度など)および論理(例えば、xならばyである、または他の一般的な論理演算子)に基づいて、同じまたは別の環境条件を潜在的に制御する。一般的に、必ずしも必要ではないが、このような知能システムは、環境の変化(例えば、光の増加/減少、温度の増加/減少)をもたらす環境装置(例えば、ランプ、HVAC装置、除湿器)を要して、所望の環境条件(例えば、増光/減光、加熱/徐熱)を満たしてもよい。
例えば、プログラム制御可能なサーモスタットは、簡易な知能システムの一例である。サーモスタットは時刻に基づいて室温を設定するものであり、HVAC装置を反応させ、部屋を所望の温度に冷却または暖房する。より高度な知能システムの例としては、空間が使用されているか否かに応じて特定の空間で照明をオン/オフする知能照明システム、ならびに住宅または建造物の内部および周囲の動きを監視し、その動きがその特定の時刻にそこにいるべきではない人物の動きであると判断されると、警報(例えば、ライトを点滅、または音を発生、またはモバイル装置への通知)を作動させる保安システムがある。動きを感知し、広範囲の環境条件を測定する能力の信頼性がより高くなり、またより安価になるのに伴い、さらに別の知能システムが開発されている。
多くの場合、これらの知能システムは、異なるシステムコンポーネント(例えば、環境を制御するセンサ、処理部および環境装置)間の無線技術に依拠する。無線技術が好ましいのは、システムコンポーネント間の金属接続が必要であるところ、壁/天井を通す配線をすることなく、システムコンポーネントを既存の住宅または建造物内に設置することができるからである。
無線通信は便利ではあるが、特に信頼できるというものでもない。例えば、そのような用途に指定された無線帯域幅は狭く、混雑しやすくなってきている。このような空間における異なる装置間の競合は、しばしば、信号の低下、毀損、またはさもなければ途絶の原因となる。例えば、このような帯域幅で動作する古いコードレス電話は、送話時に他の無線装置の通信を途絶する可能性がある。さらに、無線通信は、住宅および建造物内の距離、信号遮断壁および他の構造物によって制限されがちである。そのため、設置が容易で、なおかつ上述した無線通信の制限という問題がないコンポーネントを有する知能システムが必要とされている。本発明は、とりわけこの必要性を満たす。
以下に、本発明のいくつかの態様の基本的な理解を目的として、本発明の概要を簡単に述べる。本概要は、本発明の詳細な全体像を示すものではない。本概要は、本発明の主要な/重要な要素を認識すること、または本発明の範囲を詳述することを意図するものではない。単に、後に提示する、より詳細な説明の前置きとして、本発明のいくつかの概念を簡略的な形式で提示することを目的とする。
本発明は、住宅または建造物の既存の知能インフラストラクチャを知能システムのネットワークバックボーンに転用する。具体的には、一実施形態において、本発明は、知能システムネットワークのバックボーンとして住宅/建造物の電力線を利用し、知能モジュール(IM)または「スマートスナップ(商標)」モジュールを導入して、電力線上の既存のコンセント(例えば、電気/光ソケット)をネットワーク上のノードに転用して、電力線に接続された装置間で情報の通信を行う。
電力線をネットワークバックボーンとして使用することにより、センサの広範な配列を構成することができる。ほとんどの現代の住宅および建造物は、住宅または建造物全体における様々なコンセントおよびランプソケットに電力を供給する配線の知能インフラストラクチャを有していると、出願人は理解している。また、出願人は、コンセントおよびランプソケットの数が、ほとんどの住宅用知能システムにおいて必要とされるセンサの一般的な数を大幅に上回ることを認識している。例えば、典型的なアメリカの住宅は、HVACを制御するサーモスタットを1つまたは2つ有するが、住宅には平均して51を超える照明用ソケットがある。同様に、オフィスビルには、1000平方フィート当たり平均25個のランプがある。したがって、コンセントに接続されたランプまたは他の装置とうまく相互係合するIMを使用することによって、これらのコンセントをネットワークノードに転用して、家屋の既存の電力線を、住宅または建造物の知能ネットワークの通信バックボーンに転用する。
電力線を介した通信は、公知の電力線通信(PLC)プロトコルを用いて行われる。また、Bluetooth(登録商標)、Bluetooth(登録商標) Low Energy(BLE)およびWi-Fiなどの他の無線技術を使用して、電力線ネットワークと無線でインタフェース接続することも可能である。
IMの特徴の1つは、特定のアプリケーション(例えば、光、動き、音、熱、湿度、画像などの検知)を実行するために必要なハードウェア/センサおよび/またはソフトウェアを組み込むことによって、特定のアプリケーション用に構成できることである。一実施形態では、IMモジュールは、その機能にかかわらず、フォームファクタが同一であり、したがって、それぞれが解除可能なインタフェースのホスト装置にプラグインすることができ、これによって、ホスト装置を変更することなく、ホスト装置の機能を変更することができる。
したがって、本発明の一態様は、IMを1または複数のホスト装置と組み合わせる知能システムである。一実施形態では、知能システムは、(a)少なくとも、電力線に接続するように構成された電気インタフェース、および知能モジュールの第2の解除可能なインタフェースと相互接続される第1の解除可能なインタフェースを含むホスト装置と、(b)電力線を介して情報を送信および受信する電力線通信モジュールと、(c)少なくとも、第1の解除可能なインタフェースに相互接続される第2の解除可能なインタフェース、デジタル処理部、ならびに、処理部に動作可能に接続され、処理部に電力線通信モジュールを介して電力線上で情報を受信および送信させる命令を含んで構成された記憶部を含む知能モジュールとを有する。このようなシステムは、様々な用途に使用することができる。特定の一実施形態では、本システムは、照明に用いるよう構成され、様々なセンサを有することにより情報処理機能をもつ照明を提供して、例えば、ほんの数例を挙げると、より高い効率、概日周期調節、治療的な眼の処置および細菌抑制など、様々な目的を達成する。
本発明の別の態様は、電力線に接続された装置とインタフェース接続し電力線を介して通信するように構成されたIMである。一実施形態では、IMは、電力線に接続されたホスト装置に取り付けられるように構成され、ホスト装置と協働する解除可能なインタフェースと電気的に相互接続するように構成された解除可能なインタフェースと、デジタル処理部と、処理部に動作可能に接続され、処理部に電力線通信モジュールを介して電力線上で情報を受信および送信させる命令を含んで構成された記憶部とを有する。
本発明のさらに別の態様は、IMを収容するように構成されたホスト装置である。一実施形態では、ホスト装置は、知能モジュールを有するネットワークに取り付けられるように構成され、電力線に接続するように構成された電気インタフェースと、電力線を介して情報を送信および受信する電力線通信モジュールと、動作要素と、動作要素を制御する制御回路と、デジタル処理部と、処理部に動作可能に接続され、処理部を少なくとも第1のモードで動作させる命令を含んで構成された記憶部とを有し、第1のモードでは、処理部は、電力線通信モジュールを介して電力線で情報を受信し、情報に基づいて制御回路を制御する。
本発明のさらに別の態様は、知能モジュールを有するネットワークに接続するように構成された装置である。一実施形態では、装置は、(a)電力線に接続するように構成された電気インタフェース、(b)電力線を介して情報を送信および受信する電力線通信モジュール、(c)動作要素、(d)動作要素を制御する制御回路、(e)デジタル処理部、および(f)処理部に動作可能に接続され、処理部を少なくとも第1のモードで動作させる命令を含んで構成された記憶部を有し、第1のモードでは、処理部は電力線通信モジュールを介して電力線で情報を受信し、情報に基づいて制御回路を制御する。特定の一実施形態では、処理部は、簡易装置管理プロトコル(SDMP)に基づいて命令を処理するように構成されている。
本発明のさらに別の態様は、複数のホスト装置のうちの1つに設置された少なくとも1つのIMを有する知能システムネットワークである。一実施形態では、ネットワークは、(a)2つ以上のコンセントを有する電力線、(b)上述の2つ以上のコンセントに接続され、電力線に電気的に接続され、電力線を介して通信するように構成された第1および第2の装置、ならびに(c)第1の装置に物理的および電気的に接続され、これにより第1の装置を介して電力線に電気的に接続され、第1および第2の装置の間で電力線を介して情報を送信させるように構成されたIMを有する。
本発明の別の態様は、無線装置と電力線を介して通信可能に接続された2つ以上のノードとの間での通信方法である。一実施形態では、本方法は以下の工程を含む。すなわち、(a)電力線上の少なくとも1つの第1のノードと無線装置との間で、無線リンクを介して少なくとも1つの第1の信号を通信し、および(b)少なくとも1つの第1のノードと少なくとも1つの第2のノードとの間で電力線を介して少なくとも1つの第2の信号を通信し、少なくとも1つの第1のノードまたは第2のノードのうちの少なくとも1つは装置に動作可能に接続され、装置は少なくとも第1の設定および第2の設定に構成され、第1の設定では、第2の信号が第1の信号に応答して第2の信号が装置を制御し、第2の設定では、第1の信号が第2の信号に応答し、第2の信号は装置からのデータを含む。
本発明のさらに別の態様は、領域内で対象体の位置を特定する位置特定システムおよび方法である。一実施形態では、対象体は固有の識別子を有し、本方法は、(a)対象体を探索可能な固有の識別子と相関させ、(b)電力線のコンセントに設置された少なくとも1つのIMを用いて、探索可能な固有の識別子を対象にして領域を探査し、(c)探索可能な固有の識別子が領域内で発見されたか否かに基づいて、ユーザに信号を伝達する。
図1(a)は、知能モジュール(IM)100がホスト装置150に差し込まれるよう配置されている本発明の一実施形態を示し、この実施形態では、装置150はランプ151である。そして、図1(b)は、ホスト装置150に差し込まれたIM100を示す。ホスト装置150は、一般的なランプレセプタクルを介して電力線(図示せず)に接続する電気インタフェース159を備える。IM100は、協働するプラグ接続可能なコネクタ101aおよび101bを使用してホスト装置150に取り付けられるように構成され、これによって、ホスト装置150を介してIM100を電力線に接続する。このようにして、ホスト装置およびIMが協働して電力線上の既存のコンセント(例えば、電気/光ソケット)をネットワークのノードに転用し、電力線に接続された装置間でデータ/制御信号の通信を行う。
本明細書で使用されるように、電力線上の「コンセント」は、電力線へのアクセスを提供する電力線に沿った任意の電気レセプタクル、ランプレセプタクル、ジャンクションボックス、差入口、または他のポイントを広く指す。1つの特定の実施形態では、コンセントは、電気レセプタクルまたはランプレセプタクルである。極めて特定の実施形態では、コンセントはランプレセプタクルである。本明細書で用いられる「電気インタフェース」は、上述のようにコンセントに接続するあらゆる公知のインタフェースである。例えば、コンセントが壁ソケットである場合、電気インタフェースは従来の突起状物であってもよく、コンセントがランプレセプタクルである場合、電気インタフェースは、レセプタクルの種類に応じて、ねじ付き基部、プラグ、または突起状物であってもよい。あるいは、コンセントがジャンクションボックスである場合、電気インタフェースは、周知のコネクタ(例えば、ワイヤナット)を使用してジャンクションボックス内の導体に接続されるワイヤであってもよい。当業者には明らかなことであるが、本開示を考慮して、さらに他の電気コンセントおよびインタフェースを用いることもできる。
上述のように、IMの1つの特徴として、上述した異なるアプリケーションを実行する異なる機能を、同じフォームファクタおよび解除可能なインタフェースを有するIMに包含させ、これにより異なるIMが同じホスト装置と互換性をもたせるようにできる。ゆえに、ホスト装置を変更することなく、ホスト装置の機能性を変更できる。さらに、図1に示す実施形態では、ホスト装置150は、一般的なランプのフォームファクタを有するランプ151であり、一般的なランプレセプタクルまたは既存のランプに接続する一般的な電気インタフェース159を有する。このように、本発明のホストランプおよびIMは、標準的なランプレセプタクルを有する既存の電力線を、強力なネットワークに変換することができる。その実施形態を図3に示す。
図2を参照すると、ホスト装置250に接続されたIM200を含む本発明のシステム290の一実施形態の概略図が示されている。ホスト装置250は、電力線(図示せず)に接続するように構成された電気インタフェース259を有する。電力線は電源253に電力を供給する。この特定の実施形態では、ホスト装置はさらに、電力線を介して情報を送信および受信する電力線通信(PLC)モジュール254を有する(この実施形態は、ホスト装置内の電力線通信モジュールを用いて構成されているが、例えば、IM200内に配置されるPLCモジュール208、またはシステムのスタンドアロン型コンポーネントであるPLCモジュールを含む別の構成とすることも可能であると理解すべきである)。システム290はまた、IM200とホスト装置250との間に解除可能な電気インタフェース210を有する。一実施形態では、ホスト装置は、IM200の第2の解除可能なインタフェース210bと協働する第1の解除可能なインタフェース210aを有し、これにより、図2の実施形態におけるIMによるPLCモジュール254および電力線へのアクセスが容易になる。IM200は、デジタル処理部201、ならびに、処理部に動作可能に接続され、処理部にPLCモジュールを介して電力線上で情報を受信および送信させる命令を含んで構成された記憶部202を有する。一実施形態では、IM200は、インタフェース210を介した電気インタフェース259を通じて電力線から電力を受け取る。
図3を参照すると、本発明のネットワーク300の一実施形態の概略図が示されている。ネットワークは、電力線320に電気的に接続される少なくとも1つの第1のノード331を有し、少なくとも1つの第1のノード331は、電力線上のコンセント(図示せず)に電気的に接続されるホスト装置350に物理的および電気的に接続されるIM 301を有する。これにより、IM 301は、コンセントを介して電力線に電気的に接続される。ネットワークはまた、電力線320に電気的に接続された少なくとも1つの第2のノード332を有し、少なくとも1つの第2のノード332は、電力線を介して通信するように構成されたホスト装置350を有し、少なくとも1つの第1および第2のノード331、332は、電力線320を介して両者間で情報を送信するように構成されている。一実施形態では、ネットワーク300は、電力線を介してIM 301から情報を受信するように、または電力線を介してIM 301に情報を送信するように構成され、電力線に接続された付加装置を有する。本願で使用されるように、用語「情報」は、制御信号、事象信号および/またはデータ信号を広く指す。例えば、制御信号は、ネットワーク上の装置へのコマンドであり、例えば、「歌を再生せよ」ということである。事象信号は、出来事に関するデータであり、例えば、「ユーザが再生/一時停止ボタンを押した」ことである。データ信号は、歌または映像などのコンテンツを表す。
図3を参照すると、本発明のネットワーク上で通信する方法の一実施形態が示されている。第1の信号は、電力線320上のIM 301aを有する1つの第1のノード331と無線装置380との間で無線リンク391を介して通信され、第2の信号は、電力線320上のIM 301aを有する第1のノード331と少なくとも1つの第2のノード332との間で通信される。第2のノードは、以下に述べるように、ホスト装置350、例えば、ランプ351、ステレオ352、ストーブ353またはスイッチ/コンセント355を有する。装置350は、少なくとも第1の設定または第2の設定に構成される。第1の設定では、第2の信号は第1の信号に応答し、第2の信号は装置を制御する。例えば、第1の信号は、無線装置380からの昇音コマンドであってもよく、電力線320を通じて送信される第2の信号は、当該コマンドに基づくものである。すなわち、音響システムの音量の増加を要求する。第2の設定では、第1の信号は第2の信号に応答し、第2の信号は装置から得たデータを含む。例えば、装置353はオーブンであり、電力線320を通じてIM 301aを有する第1のノード331に第2の信号を送信して、オーブンの状態、例えば予熱されていることを示す。そして、第1のノードは、オーブンが予熱されていることを示す第1の信号を無線装置380に送信する。第1のノードと第2のノードとの間の距離は、無線信号の通常の範囲を超えることができると理解すべきである。
上述の各要素について、以下に、選択した別の実施形態に関連して、より詳細に述べる。
ホスト装置
再び図1を参照すると、本発明の一態様は、電力線に接続されたホスト装置150とインタフェース接続するIM100の性能である。ホスト装置は、電力線に電気的に接続可能な任意の装置であってもよく、IMとインタフェース接続するように、および/または、電力線を介してIMと通信するように構成されている。ホスト装置の例には、ランプ、天井ファン、照明器具、照明設備、産業用/商業用/オフィス用建造物照明器具/照明システム、電気コンセント、スイッチ、調光器、IMアダプタ、および、オーブン、食器洗い機、コーヒーマシン、ステレオ、ディスプレイスクリーンまたはHVAC装置などの電化機器が含まれる。
再び図1を参照すると、本発明の一態様は、電力線に接続されたホスト装置150とインタフェース接続するIM100の性能である。ホスト装置は、電力線に電気的に接続可能な任意の装置であってもよく、IMとインタフェース接続するように、および/または、電力線を介してIMと通信するように構成されている。ホスト装置の例には、ランプ、天井ファン、照明器具、照明設備、産業用/商業用/オフィス用建造物照明器具/照明システム、電気コンセント、スイッチ、調光器、IMアダプタ、および、オーブン、食器洗い機、コーヒーマシン、ステレオ、ディスプレイスクリーンまたはHVAC装置などの電化機器が含まれる。
いくつかの実施形態では、ホスト装置は、上述したように、電気コンセントによって電力供給される。しかし、実施形態によっては、別の装置を介して電力を供給してもよい。例えば、ホスト装置は、USBケーブルによってコンピュータにプラグ接続してもよく、USBケーブルを介して電力を受信し、コンピュータを介してPLC信号を送信してもよい。実施形態によってはまた、電力線と併せて、または電力線に代えて、別の電源を使用してもよい。例えば、別の電源は、バッテリ(電力線が電力を供給しないときに、装置への電力供給を維持するために使用できる)および無線エネルギー伝送(エバネセント電力伝送および誘導電力伝送を含む)を含む。いくつかのホスト装置は、電力線から物理的に切断されてもよいが、無線通信(ホスト装置自体によって、またはホスト装置に連結されたIMによって実行可能)を介して、ネットワークシステムの別の部分(電力線に接続されている)と通信可能であってもよい。
図2を参照すると、ホスト装置は、必ずしも必要ではないが、一般的には、IMをサポートすることの他に、いくつかの機能を備えている。この機能は、制御回路と、場合によっては作業を行う動作要素とを含んでいてもよい。機能は大きく異なっていてもよい。例えば、装置がランプまたは表示部として働く場合、制御回路は、図2に示すように、LED光ドライバ回路257aおよび257bを有していてもよく、動作要素は、ドライバ回路257aおよび257bによってそれぞれ駆動されるLED258aおよび258bとしてもよい。制御回路および動作要素の他の多くの実施形態は、本発明の範囲内である。例えば、ホスト装置が、オーブン、食器洗い機、コーヒーマシン、HVAC装置または洗濯機などの機器である場合、動作要素は、熱源および/またはモータであってもよく、制御回路は、加熱要素および/またはモータに電力を供給し、制御する公知の電子機器であってもよい。さらに別の例では、ホスト装置が、ステレオまたは可聴アラームなどのオーディオコンポーネントである場合、動作要素は、スピーカでよく、制御回路は、増幅器および制御装置でよい。別の実施形態では、ホスト装置はスイッチなどの制御装置であってもよく、制御装置は動作要素を有さないが、その機能には電力および/または信号の制御が含まれる。例えば、装置が調光器スイッチとして働く場合、制御回路は、例えば、ツェナーダイオードを有していてもよい。さらに別の実施形態では、ホスト装置は、IMを支援する機能(例えば、IM 301を支援するアダプタ356(図3を参照))以外の機能を有していなくてもよい。
一実施形態では、ホスト装置は、電力線を介して通信する性能を有するように構成されている。具体的には、一実施形態では、ホスト装置250は、電力線通信モジュール254を有する。電力線通信(PLC)は、電気配線を用いてデータの伝送ならびに交流(AC)電力の伝送および分配の双方を同時に行う通信プロトコルである。また、電力線キャリア、電力線デジタル加入者回線(PDSL)、幹線通信、電力線電気通信、または電力線ネットワーキング(PLN)としても知られている。特定の一実施形態では、PLCプロトコルはHomePlug PLCであるが、他のPLCプロトコルを使用してもよいことを理解されたい。このようなPLCは技術分野において周知のものであり、例えば、https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_1901に説明が載っている。
PLCモジュール、無線モジュールおよび/または機能回路の動作を容易にするために、ホスト装置は、デジタル処理部251および記憶部252を有していてもよい。このような処理部は周知のものであり、上述したさまざまなモジュールまたは機能回路に統合してもよい。機能回路の性能の高さによって、および、ホスト装置がPLCまたは無線通信モジュールを有しているか否かによって、処理部を必要としない場合がある。
一実施形態では、PLCモジュールは、PLCモジュールを介したホスト装置の制御を容易にする制御インタフェースを有する。具体的には、制御インタフェースは、PLCモジュール内のソフトウェアモジュールであり、データバスとインタフェース接続して、ホスト装置と通信を行う。しかしながら、他の実施形態を採ってもよいと理解すべきである。例えば、制御インタフェースは、個別のモジュールであってもよいし、あるいは別のコンポーネント(例えば、IM)に組み込まれていてもよい。
インタフェースは、さまざまな方法で構成されてよい。例えば、インタフェースは、ネットワークからPLC制御信号、例えば、オン/オフ、色、明るさ、音量の増加、音量の低減を受信し、次いで、制御信号をホスト装置コントローラに伝送することにより、ホスト装置がコマンドを実行する。好ましくは、このようなインタフェースを軽快にすることで、ハードウェアのコストを削減する。例えば、一実施形態では、PLCモジュール/インタフェースは、NXP Inc.が販売するLPC824チップを有する。
一実施形態では、制御インタフェースに関連して簡易なコマンドプロトコルが使用される。例えば、一実施形態では、簡易装置管理プロトコル(SDMP)を使用して、ランプおよび電化機器などのホスト装置を動作させる軽量コマンドプロトコルを提供する。SDMPの詳細な説明を付録Aとして本明細書に添付する。このような簡易プロトコルは、ZigBeeなどのIPベースの通信と比較して、簡易で、汎用性が高く、安価なハードウェアの使用を容易にするが、本発明の特定の実施形態では、ZigBeeのようなIPベースの通信もまた、ホスト装置の制御に使用できることを理解されたい。
図2に関連して述べたように、PLC通信および/または無線通信用に構成されたホスト装置を有することは、装置がそれ自体のIMを有することなくネットワーク上で動作することができるので望ましいことがある。すなわち、一実施形態では、一部のホスト装置だけがIMを有し、残りのホスト装置はネットワークをリッスンするだけである。例えば、図3に示すように、ネットワーク300はホスト装置350を含む多数の第2のノード332を有しているが、必ずしもIMが設けられていなくてもよい。このような構成では、第2のノードホスト装置をそれぞれ、IM 301を有する第1のノード331のホスト装置350によって制御してもよい。各第2のノードホスト装置はPLC機能を備えているため、IMから動作命令を受信し、その命令に従って動作することができる。換言すれば、そのように構成されたホスト装置は、ネットワークをリッスンして、IMの有無にかかわらずコマンドを受信/実行することができる。
ホスト装置がIMを収容することを意図していない場合、ホスト装置は、IM収容用のインタフェースを有してもよく、あるいは有していなくてもよい。しかしながら、一実施形態では、IMを収容するようにすべてのホスト装置を構成することで、ネットワークが適応性のあるものとなり、IMを1つの装置から別の装置に移せるように、またはホスト装置を変更または再構成することなく別のIMを追加することができる。さらに、すべてが比較的安価なIMインタフェースを有するホスト装置を製造することで、在庫レベルを低減でき、規模の経済性を活用することができる。
ホスト装置は、無線で通信する機能を備えていてもよい。例えば、一実施形態では、ホスト装置250は、Wi-Fi、Bluetooth(登録商標)、Bluetooth(登録商標) Low Energy、ZigBee、Z−Wave、セルラ方式、および任意の他の公知の無線通信技術など、公知の無線技術を支援することができる無線通信モジュール(WCM)260を有する。WCM260との通信に使用される無線装置は、例えば、いくつか例を挙げると、タブレット、スマートフォン、スマートウォッチ、スイッチ、遠隔コントローラ、センサ、追跡装置/スマートタグ(例えば、www.thetileapp.com)、スピーカ、マイクロフォン、またはスマートハブ(例えば、http://www.amazon.com/Amazon-Echo-Bluetooth-Speaker-with-WiFi-Alexa/dp/B00X4WHP5E)を含む任意の公知の無線装置でもよい。
上述のように、他の実施形態では、ホスト装置は、PLCおよび/または無線通信モジュールを有していないと理解すべきである。例えば、以下に述べるように、PLCまたは無線機能は、IMを介してホスト装置に付与してもよい。
さらに、いくつかの実施形態は、電力線上の情報を単独で受信して、対応できるホスト装置のコンポーネントを有していてもよい。例えば、一実施形態では、スマート表示システムは、グラフィックが表示されているコンピュータを介して受信されたデータとは別に、データを受信することができる。例えば、スマートモニタは、デスクトップコンピュータに接続され、さらに電力線を介して電力を受け取る。モニタは、その電力線を通じてデータを受信し、当該データは、その放射スペクトルを調整するようにモニタに指示するものでもよい(例えば、夕方に青色成分を減少させ、朝に青色成分を増加させる)。これにより、各個別のコンピュータが青色光強度を制御するのではなく、オフィスビルなどの建造物内の青色光の制御を行う集約型ポリシーを有効にすることができる。
一実施形態では、ネットワーク300は、端末相互間のデータ暗号化、ならびに匿名性およびデータアクセス権に対する緻密な制御を行う。これを受けて、一実施形態において、ホスト装置150は暗号化モジュール256を備え、暗号化モジュールは専用チップを有していてもよい。このようなチップは一般的に入手可能であり、しばしば処理部チップに組み込まれる。例えば、このようなチップは、Microchipを通じて市販されている。
上述のコンポーネント同士は、公知の通信プロトコルおよびバスを使用して相互接続させてもよい。例えば、図2に示すように、一実施形態では、処理部251は、シリアルペリフェラルインタフェース(SPI)バスを介して記憶部252、PLC254およびインタフェース210に接続され、I2C内部集積回路(I2C)バスを介して暗号化部256に接続され、さらに、パルス幅変調(PWM)信号によって駆動回路257a、257bに接続される。
ホスト装置は、電源253も含む。電源253は、電気インタフェース259を介してAC電力線(図示せず)に電気的に接続されている。電源は、電力を必要とするホスト装置およびIMのすべてのコンポーネントに電力を供給するが、そのようなコンポーネントへの接続は、簡略化のために図2には示されていないと理解すべきである。例えば、IMは、インタフェース210を介して電源253から電力を受け取る。このような電源は周知のものであり、他の公知のコンポーネント、例えば、AC-DC変換器、電圧調整器または他の電力線変調回路を含んでいてもよい。
知能モジュール
上述したように、IM100は、少なくとも1つのホスト装置150に電気的に接続される。一実施形態では、このような接続を容易にするために、IMは、ホスト装置の優先的に解除可能なインタフェース101bに接続する解除可能なインタフェース101aを有する。一実施形態では、インタフェース101は、制御/データ信号および電力の両方を供給する。このような接続は周知のものであり、例えば、カードエッジコネクタ、USBコネクタ、シリアルペリフェラルインタフェース(SPI)コネクタ、または他の公知の電気コネクタを含む。例えば、一実施形態では、簡易で標準的な20ピンSPIコネクタが使用される。したがって、本発明の一態様は、ランプ、電化機器、AV機器、アダプタ、および電力線に接続された他の装置など、既存の装置と解除可能に相互係合するIMの性能がある。
上述したように、IM100は、少なくとも1つのホスト装置150に電気的に接続される。一実施形態では、このような接続を容易にするために、IMは、ホスト装置の優先的に解除可能なインタフェース101bに接続する解除可能なインタフェース101aを有する。一実施形態では、インタフェース101は、制御/データ信号および電力の両方を供給する。このような接続は周知のものであり、例えば、カードエッジコネクタ、USBコネクタ、シリアルペリフェラルインタフェース(SPI)コネクタ、または他の公知の電気コネクタを含む。例えば、一実施形態では、簡易で標準的な20ピンSPIコネクタが使用される。したがって、本発明の一態様は、ランプ、電化機器、AV機器、アダプタ、および電力線に接続された他の装置など、既存の装置と解除可能に相互係合するIMの性能がある。
別の実施形態では、インタフェース101は、例えば米国特許出願第14/543,164号に開示されているような磁気インタフェースである。いくつかの実施形態では、インタフェースは、異なる極性(すなわち、一部の磁性体はN極を示し、一部の磁性体はS極を示す)およびさまざまな位置を有する複数の磁性体を有する。このように、モジュール上の磁性体とランプとが適切に整合されるときにのみ、モジュールを取り付けることができる。いくつかの実施形態では、磁性体は、ポリマグネット(www.polymagnet.com)で採られているような、複雑な極構造からなる。いくつかの実施形態では、インタフェースは、複数の磁性体を有し、複数の磁性体のうちの一部は、電気信号(電力および/またはデータ)を搬送することができる。
IMおよびホスト装置は、解除可能なインタフェースを有するものとして示されているが、実施形態によっては、IMはホスト装置と一体化して、容易に取り外せないようにしてもよいと理解すべきである。このような実施形態は、例えば、IMの追加費用がホスト装置に比較してわずかである場合に好ましい。
一実施形態では、IMは、PLC通信モジュール208および/または無線通信モジュール(WCM)207を有する。モジュール207には、例えば、ホスト装置に関連して上述したものが挙げられる。PLCおよび/またはWCMをIMに組み込むことは、ホスト装置150が任意のPLC通信モジュール155または無線通信モジュール154を有していない場合に好ましい。上述のように、PLCは、電気配線を用いてデータの伝送、および交流(AC)電力の伝送または分配を同時に行う公知の通信プロトコルである。同様に、上述したように、無線通信モジュール(WCM)270は、Wi-Fi、Bluetooth(登録商標)、Bluetooth(登録商標) Low Energy、ZigBee、Z-Wave、セルラ方式、およびあらゆる他の公知無線通信技術など、公知の無線技術をサポートしてもよい。WCM270との通信に使用される無線装置は、例えばいくつか例を挙げると、タブレット、スマートフォン、スマートウォッチ、スイッチ、遠隔操作装置、センサ、追跡装置/スマートタグ、スピーカ、マイクロフォンまたはスマートハブを含む、任意の公知の無線装置であってもよい。
IMは、デジタル処理部201(すなわち、システムオンチップまたは「SoC」)、および本明細書で述べるように、処理部201を動作させる命令を含んで構成される関連する記憶部202を有する。一実施形態では、記憶部は、処理部に動作可能に接続され、処理部に電力線通信モジュールを介して電力線上で情報を受信および送信させる命令を含んで構成されている。処理部および記憶部のハードウェア構成は広く知られているため、本明細書では詳述しない。
一実施形態では、上述の1または複数のコンポーネントは、単一のチップに集積される。例えば、一実施形態では、デジタル処理部、記憶部およびBluetooth(登録商標)無線モジュールは、共通のチップに集積される。このようなモジュールは、一般に入手可能である(例えば、NFR52シリーズのSoCチップを使用するRigado製のBMD300)。一実施形態では、BMD300は、カードエッジコネクタによって調整され、ホスト装置とのプラグ接続を補助する。記憶部は、アプリケーション要件を満たすように構成してもよい。例えば、一実施形態では、64KのRAMおよび512Kのフラッシュ記憶部が使用される。
上述のコンポーネント同士は、公知の通信プロトコルおよびバスを使用して相互接続することができる。例えば、図2に示すように、一実施形態では、処理部201は、SPIバスを介して記憶部202およびインタフェース210に接続され、例えば、I2Cバス、アナログまたはSPIバスを含む様々なリンクを使用して、センサモジュール203内の様々なセンサに接続される。
一実施形態では、処理部201は、第1および第2の2つのモードの少なくとも一方のモードで動作する。第1のモードでは、処理部は、PLCモジュールまたは無線モジュールのいずれかを介してコマンド信号を受信し、次いで、コマンド信号またはその一種をホスト装置に送信して、ホスト装置を制御する。例えば、IMはランプホスト装置に接続され、電力線上の別の装置から、または無線装置から、ランプを減光する制御信号を受信してもよく、その場合、IMは、ランプの機能回路を制御してランプを減光できるであろう。別の例では、IMは、電圧低下保護エネルギー監視装置としてエネルギー供給部にインタフェース接続される。電圧が低下した状況では、網状電極はユーザに十分な電力を供給することができず、電力量が低下する。この状況では、IMは、例えば、クラウドを介して、エネルギー供給部と通信する。エネルギー供給部は、起こり得る電圧低下状況を予測する際に、IMと交信して、住宅における全体的な消費の削減を求める。これは、知能ネットワークによって、例えば、いくつかの機能に優先順位を付け、重要ではない機能または装置を停止することによって可能となる。十分な数の住宅が要求に応じると、電圧低下またはバックアウトを回避できる。
第2のモードでは、処理部は、データ生成モジュール103からデータを取得し、次いで、PLCモジュールを介して電力線上で、または無線通信モジュールを介して無線で、データまたはデータに基づく信号を送信する。以下に詳細に述べるように、データ収集モジュールから得るデータは、例えば、センサデータ、音声/映像データ、またはホスト装置のデータであってもよい。例えば、データは、使用率に関するセンサデータであってもよく、IMは、使用率に基づいて出力を減少/増加させる信号を、電力線上の特定のグループ内の他のランプに送信してもよい。電力線上の特定のグループ内の他のランプに信号を送って出力を低減/増加させる以外に、IMは、ホスト装置を制御して出力を低減/増加させてもよいと理解すべきである。
データ収集
一実施形態では、IMは、データ収集モジュール203を備え、データ収集モジュールはIM200を介して電力線または無線で送信するデータを収集するように働く。データ収集モジュール203は、様々な異なる実施形態を有し、例えば、センサ、音声/映像装置、ホストモニタインタフェース、およびサードパーティモニタを含んでいてもよい。一実施形態では、グループデータ収集装置は、単一のモジュールで構成されている。例えば、図2を参照すると、一実施形態では、マイクロフォン204、受動赤外線検出器(PIR)205、および周囲光センサ(ALS)206が、データ収集モジュール203内に一括され、データ収集モジュールは、上述の処理部を含むBluetooth(登録商標)モジュールとインタフェース接続するように構成されている。このようなセンサの組合せは、スマート照明を補助することに有効であることが判っている。他の組合せを用いて、他の用途を補助してもよいと理解すべきである。例えば、一実施形態では、PIR、マイクロフォンおよびネットカムは、保安または監視用途で使用されるモジュールに一括収納される。
一実施形態では、IMは、データ収集モジュール203を備え、データ収集モジュールはIM200を介して電力線または無線で送信するデータを収集するように働く。データ収集モジュール203は、様々な異なる実施形態を有し、例えば、センサ、音声/映像装置、ホストモニタインタフェース、およびサードパーティモニタを含んでいてもよい。一実施形態では、グループデータ収集装置は、単一のモジュールで構成されている。例えば、図2を参照すると、一実施形態では、マイクロフォン204、受動赤外線検出器(PIR)205、および周囲光センサ(ALS)206が、データ収集モジュール203内に一括され、データ収集モジュールは、上述の処理部を含むBluetooth(登録商標)モジュールとインタフェース接続するように構成されている。このようなセンサの組合せは、スマート照明を補助することに有効であることが判っている。他の組合せを用いて、他の用途を補助してもよいと理解すべきである。例えば、一実施形態では、PIR、マイクロフォンおよびネットカムは、保安または監視用途で使用されるモジュールに一括収納される。
一実施形態では、IM(またはIMからの任意の通信)によって収集されたデータは、公開鍵基盤(PKI)を使用して保護される。これは、ハードウェアベースの装置認証である。端末相互間のデータ暗号化、ならびに匿名性およびデータアクセス権に対するきめ細かい制御が行われる。そのために、一実施形態では、システム200は、暗号化モジュール256を有している。図2に示す実施形態では、暗号化モジュール256はホスト装置内に配置されるが、他の構成を採ってもよい。例えば、暗号化機能は、IM内に配置または統合されてもよく、あるいは独立型のコンポーネントとして存在してもよい。
以下に、本発明のIMに組込み可能な様々なセンサの一部について簡単に説明する。さらに他のデータ収集装置も、本開示に照らして当業者の知るところとなるであろう。
a.占有センサ
例えば、一実施形態では、IM100は、建造物または住宅内の特定の部屋または空間の占有を判断するように構成されている。占有は、空間の照明をいつ点けるか、または空間の温度をいつ調整するかの判断を行う際の重要なパラメータとなる傾向がある。本発明のネットワークは、数が非常に多くなりがちな電力線のコンセントを使用するため、ネットワークは、住宅または建造物内の多くの異なる場所から使用者の高分解能データを収集する性能を有する。
例えば、一実施形態では、IM100は、建造物または住宅内の特定の部屋または空間の占有を判断するように構成されている。占有は、空間の照明をいつ点けるか、または空間の温度をいつ調整するかの判断を行う際の重要なパラメータとなる傾向がある。本発明のネットワークは、数が非常に多くなりがちな電力線のコンセントを使用するため、ネットワークは、住宅または建造物内の多くの異なる場所から使用者の高分解能データを収集する性能を有する。
占有センサは、技術分野で周知である。例えば、一実施形態では、占有センサは、動きに依拠して住人の存在を確認する赤外線動作センサであってもよい。特定の一実施形態では、占有センサは、受動赤外線センサ(PIRセンサ)であり、受動赤外線センサは、その視野に存在する対象体から放射される赤外線(IR)光を測定する電子センサである。本発明に適したモーションセンサは周知のものであり、例えばMurataから市販されている。
あるいは、一実施形態では、占有センサは、空間内の使用者の熱プロファイリングによって占有性を判断してもよい。このような手法は、熱プロファイルを利用して、同一空間または部屋を占有する可能性がある様々な動物を区別することができるため、赤外線モーションセンサよりも信頼性の高い結果を提供することができる。とくに、多くの住宅で猫や犬などのペットを飼っているが、ペットは例えば赤外線動作検出を用いる通常のモーションセンサの作動の誘因となる場合があるため、ペットまたは動物が部屋の温度または光に関心を示さなくても、センサは空間または部屋が占用されていると示して、照明をオンにし、あるいは部屋の温度を調節してしまうことがある。そこで、一実施形態では、IMは、人間の熱プロファイルに基づいて占有性を判断する高精度の占有センサを含む。本発明に適したモーションセンサおよび占有センサは周知のものであり、例えばGOOEEから市販されている。さらに別の実施形態では、使用率は、ソフトウェアによって定義づけられる3D画像センサによって判断される。このようなセンサとして、http://www.vayyar.comを参照されたい。さらに別の占有センサは、レーダまたはソナー技術に拠るものである。一実施形態では、センサは、1または複数のレンズを使用して、その視野を拡大させる。
b.光センサ
別の実施形態では、IMのセンサは、光センサを有する。光センサを用いて、光の強度または光の質/スペクトルのいずれかを感知することができる。例えば、室内に自然太陽光が比較的多い場合、ランプの光出力を低減させることが、効率の観点から一般に好ましい。周囲光(例えば、自然太陽光)の強度を測定する周囲光センサ(ALS)は周知のものであり、例えば、Silicon Labsから市販されている。
別の実施形態では、IMのセンサは、光センサを有する。光センサを用いて、光の強度または光の質/スペクトルのいずれかを感知することができる。例えば、室内に自然太陽光が比較的多い場合、ランプの光出力を低減させることが、効率の観点から一般に好ましい。周囲光(例えば、自然太陽光)の強度を測定する周囲光センサ(ALS)は周知のものであり、例えば、Silicon Labsから市販されている。
他の実施形態において、光の質(すなわち、光のスペクトルまたはそこから得られる量)を監視して一定の治療光照射線量をもたらして、眼の状態を矯正したり、概日周期の制御を行ったりする。このような用途は、例えば、米国特許出願第15/135,287号、第15/383,897号および第15/229,959号に開示されている。これらの文献を、参照により本願に取り込む。本願の用途に適したスペクトルセンサは周知のものであり(例として、分光計)、例えばOcean Opticsから市販されている。
c.熱センサ
別の実施形態では、センサは、部屋の温度を監視する熱センサである。室温を知ることは、建造物の住居全体にわたる聴覚/空調を調節するために重要である。さらに、温度データを占有データと組み合わせると、住宅/建造物をより効率良く暖房/空調することができる。熱データを使用して、火災が起きていないか、または火災が生じる可能性がないかの判断を行うこともできる。このような熱センサは、一般的には、サーモスタット、温度計、赤外線検出器、または他の公知の熱検出装置を含む。このような用途に適した熱測定装置は周知のものであり、例えばSilicon Labsから市販されている。
別の実施形態では、センサは、部屋の温度を監視する熱センサである。室温を知ることは、建造物の住居全体にわたる聴覚/空調を調節するために重要である。さらに、温度データを占有データと組み合わせると、住宅/建造物をより効率良く暖房/空調することができる。熱データを使用して、火災が起きていないか、または火災が生じる可能性がないかの判断を行うこともできる。このような熱センサは、一般的には、サーモスタット、温度計、赤外線検出器、または他の公知の熱検出装置を含む。このような用途に適した熱測定装置は周知のものであり、例えばSilicon Labsから市販されている。
d.音センサ
別の実施形態では、センサは音センサである。例えば、ユーザは、育児室または子供部屋に音響検出器を設けて、乳児/子供が目覚めた時に気付くようにしたいと望む場合がある。あるいは、聴覚障害者は、音センサを使用して、ドアベル、目覚まし時計、または他の可聴信号を検知したいと望むこともある。大きな住宅に住んでいる人々も、音を検出する音センサを設けなければ音が聞こえない可能性があることから、音センサを必要とすることがある。マイクロフォンのような適切な音センサはよく知られたものであり、例えばKnowlesから市販されている。IMは、音を検出すると、光を点滅させるか、または別の方法によって信号を送信するようにプログラムすることができる。
別の実施形態では、センサは音センサである。例えば、ユーザは、育児室または子供部屋に音響検出器を設けて、乳児/子供が目覚めた時に気付くようにしたいと望む場合がある。あるいは、聴覚障害者は、音センサを使用して、ドアベル、目覚まし時計、または他の可聴信号を検知したいと望むこともある。大きな住宅に住んでいる人々も、音を検出する音センサを設けなければ音が聞こえない可能性があることから、音センサを必要とすることがある。マイクロフォンのような適切な音センサはよく知られたものであり、例えばKnowlesから市販されている。IMは、音を検出すると、光を点滅させるか、または別の方法によって信号を送信するようにプログラムすることができる。
一実施形態では、IMは、上述のように音を検出する以外にも、可聴命令を記録するマイクロフォンを搭載することにより、可聴命令を処理して、ネットワーク上の任意のホスト装置に対するコマンドを生成することができる。可聴命令の処理は公知であり、例えばクラウド処理(後述する)またはローカル音声認識モジュールを含む様々な方法で行ってもよい。
e.バイオメトリックセンサ
別の実施形態では、センサは、使用者の生体測定値(例えば、心拍動および心拍リズム)を測定するように構成されている。例えば、IMはセンサを用いて構成して、心拍および心拍リズムを検出することにより、人間を観察し、人間または緊急隊員に潜在的な健康問題を適宜警告してもよい。このような用途は、病院または老人ホームなど、居住者の健康が問題となり得る場所において好ましいであろう。このような用途に適したバイオメトリックセンサは周知のものであり、例えばModern Deviceから市販されている。
別の実施形態では、センサは、使用者の生体測定値(例えば、心拍動および心拍リズム)を測定するように構成されている。例えば、IMはセンサを用いて構成して、心拍および心拍リズムを検出することにより、人間を観察し、人間または緊急隊員に潜在的な健康問題を適宜警告してもよい。このような用途は、病院または老人ホームなど、居住者の健康が問題となり得る場所において好ましいであろう。このような用途に適したバイオメトリックセンサは周知のものであり、例えばModern Deviceから市販されている。
f.RFIDセンサ
さらに別の実施形態では、センサは、RFIDタグの位置を突き止めて識別する無線自動識別(RFID)読取器である。例えば、RFIDタグ(必須ではないが、好ましくは受動RFIDタグ)を対象体に取り付けて、対象体を建造物内で追跡し、動向を把握することができる。このようなセンサは、誤って置かれた対象物の位置を突き止めたり、ペットおよび子供(首輪および衣服)を追跡したりしてもよく、さらには、物品を監視して、適切な在庫レベルを維持したり、または盗難を監視したりしてもよい。
さらに別の実施形態では、センサは、RFIDタグの位置を突き止めて識別する無線自動識別(RFID)読取器である。例えば、RFIDタグ(必須ではないが、好ましくは受動RFIDタグ)を対象体に取り付けて、対象体を建造物内で追跡し、動向を把握することができる。このようなセンサは、誤って置かれた対象物の位置を突き止めたり、ペットおよび子供(首輪および衣服)を追跡したりしてもよく、さらには、物品を監視して、適切な在庫レベルを維持したり、または盗難を監視したりしてもよい。
g.種々のセンサ
さらに他のセンサを使用して、湿気/湿度を検出したり、煙などの有害ガス、一酸化炭素、放射線量などを含む様々な危険因子または脅威因子を測定したりしてもよい。このようなセンサは周知のものであり、一般に入手可能である。
さらに他のセンサを使用して、湿気/湿度を検出したり、煙などの有害ガス、一酸化炭素、放射線量などを含む様々な危険因子または脅威因子を測定したりしてもよい。このようなセンサは周知のものであり、一般に入手可能である。
h.サードパーティセンサ
別の実施形態では、センサは、政府または公益事業体などのサードパーティに情報を提供するサードパーティセンサであってもよい。例えば、一実施形態では、センサは、住宅または建造物の動きを感知する地震センサである。このようなデータを使用して、居住者に地震が間もなく発生するという警報を発することができ、または、このようなデータをクラウドもしくは他のサードパーティに送信して、クラウドもしくは他のサードパーティは、異なる情報源から地震データを収集して地震パターンを判断する。地震パターンは、地震などの地震性事象を示すものでよい。用途に適する地震センサは、動きを感知するように構成された加速度計または他の装置を含んでいてもよい。これらのセンサは周知のものであり、Wilcoxonから市販されている。サードパーティセンサの別の例は、エネルギー使用に関するデータを収集するエネルギー供給部センサであってもよい。サードパーティデータ収集のさらに他の例は、本願を鑑みれば自明であろう。
別の実施形態では、センサは、政府または公益事業体などのサードパーティに情報を提供するサードパーティセンサであってもよい。例えば、一実施形態では、センサは、住宅または建造物の動きを感知する地震センサである。このようなデータを使用して、居住者に地震が間もなく発生するという警報を発することができ、または、このようなデータをクラウドもしくは他のサードパーティに送信して、クラウドもしくは他のサードパーティは、異なる情報源から地震データを収集して地震パターンを判断する。地震パターンは、地震などの地震性事象を示すものでよい。用途に適する地震センサは、動きを感知するように構成された加速度計または他の装置を含んでいてもよい。これらのセンサは周知のものであり、Wilcoxonから市販されている。サードパーティセンサの別の例は、エネルギー使用に関するデータを収集するエネルギー供給部センサであってもよい。サードパーティデータ収集のさらに他の例は、本願を鑑みれば自明であろう。
i.音声/視覚モニタリング
データ収集モジュール203は、画像および/または音声を記録するマイクロフォン、スチルカメラまたはビデオカメラなどの音声/視覚/視聴覚機器を備えていてもよい。このようなマイクロフォンおよびカメラは周知のものであり、例えばインターネットカメラ/ウェブカムを含む。カメラを用いて、可視光スペクトルまたは可視光スペクトル外の電磁スペクトル(例えば、赤外線)において画像化してもよい。さらに、カメラは、パン/チルト/ズームなどの他の機能的制御部を有してもよく、これらの制御部はIMによって、もしくはIMを介して制御されてもよく、または制御されなくてもよい。
データ収集モジュール203は、画像および/または音声を記録するマイクロフォン、スチルカメラまたはビデオカメラなどの音声/視覚/視聴覚機器を備えていてもよい。このようなマイクロフォンおよびカメラは周知のものであり、例えばインターネットカメラ/ウェブカムを含む。カメラを用いて、可視光スペクトルまたは可視光スペクトル外の電磁スペクトル(例えば、赤外線)において画像化してもよい。さらに、カメラは、パン/チルト/ズームなどの他の機能的制御部を有してもよく、これらの制御部はIMによって、もしくはIMを介して制御されてもよく、または制御されなくてもよい。
ホスト装置の知能モジュール管理
別の実施形態では、IMは、ホスト装置とインタフェース接続して、データを収集するように、および/または、ホスト装置を制御するように働く。具体的には、ホスト装置インタフェースは、例えば、アラーム、動作パラメータ(例えば、動作温度、動作時間、効率、強度)を含むデータをホスト装置から収集するように構成されていてもよく、および/または、動作パラメータを変更するコマンドなどをホスト装置に送信するように構成されていてもよい。
別の実施形態では、IMは、ホスト装置とインタフェース接続して、データを収集するように、および/または、ホスト装置を制御するように働く。具体的には、ホスト装置インタフェースは、例えば、アラーム、動作パラメータ(例えば、動作温度、動作時間、効率、強度)を含むデータをホスト装置から収集するように構成されていてもよく、および/または、動作パラメータを変更するコマンドなどをホスト装置に送信するように構成されていてもよい。
いくつかの実施形態では、ホスト装置はある程度の計算能力を備えている。例えば、標準的な機能を実行する(所定の温度プロファイルを維持する、またはプログラムされた洗浄工程を実行する)のに十分な計算能力を有する冷蔵庫または食器洗い機であってもよい。しかし、このような計算能力は、高度な計算機能(スマートネットワークとのコマンドの送信または受信、複雑な命令の実行など)を実行するには十分ではない。このような実施形態では、そのような付加的な計算能力をIMが提供する。例えば、IMは、ネットワーク通信機能(機器が他の装置と「対話する」ことを可能にする)を提供し、当該機器をスマート機器に変えることができる。特定の例では、食器洗い機は、動作センサおよび存在センサを有するスマートネットワークに接続するIMを収容する。ネットワークの人工知能は、全員が家を出たと判断すると、その情報を食器洗い機に送信して、食器洗い機内が十分に溜まっていれば、洗浄動作を開始する。
いくつかの実施形態では、ホスト装置の制御は、IMが設置されるとIMに移る。制御を実現する方法はたくさんある。図4の実施形態では、ホスト装置の処理部402はマスタ装置であり、1つ以上のスレーブ装置404および406と通信する。処理部402は、クロックライン(410)を介して各スレーブ装置にクロック信号を供給し、マスタアウトスレーブイン(MOSI)ライン(412)を介して各スレーブ装置にコマンドおよびデータを送信し、マスタインスレーブアウト(MISO)ライン(414)を介して各スレーブ装置からデータを受信する。処理部402は、チャネル選択ラインCS1またはCS2を介して相互作用するスレーブ装置を選択する。例えば、CS1に切り替えることによりスレーブ装置1を選択し、CS2に切り替えることによりスレーブ装置2を選択してもよい。図4の実施形態はさらに、コネクタ408および対応するデータ回線を示す。図示した実施形態では、コネクタを介したモジュールの接続は行われていない。処理部402は、割込みライン、すなわちIntライン上の信号極性を監視して、IMなどのモジュールがいつ接続されたかを判断する。
一実施形態では、スレーブ装置1こと404は、他の装置と通信するように構成されたネットワーキングモジュールである。ネットワーキングモジュールは、電力線通信方法を用いて電力線を介して通信するように構成されていてもよい。例えば、ネットワーキングモジュールは、PLCモジュール254または208などのPLCモジュールであってもよい。様々な実施形態において、ネットワーキングモジュールは、無線方法または有線方法を使用して通信するように構成可能である。処理部402は、対応するチャネル選択信号、例えばCS1を切り替えることによって、ネットワーキングモジュールを選択する。対応するチャネルが選択されると、コマンドおよび/またはデータはMOSIライン412を介してネットワーキングモジュールに送信され、データは、MISOライン414を介して処理部に提供される。
図5に示す実施形態では、IM508は処理部502に接続されている。上述したように、処理部は、割込みラインすなわちIntライン上の信号極性を監視して、いつIMがシステムに接続されたかを判断する。接続されると、IM508は、割込みラインを切り替えて、IM508が接続されたことを処理部502に通知する。IMが検出されると、処理部502は、マスタ装置としての動作から、スレーブ装置としての動作に切り替わり、これにより、マスタの責務をIM508に渡す。さらに、MOSIおよびMISOラインが別の経路に切り替えられ、これにより、処理部はシステム内の他のスレーブ装置と同じ方法でIMと通信する。MOSIおよびMISOラインは、処理部内部で別の経路に切り替えられてもよいし、あるいは、1以上の外部切替装置を使用して、信号の経路を切り替えることによって、別の経路に切り替えられてもよい。図4および図5を参照すると、処理部においてMOSIラインおよびMISOラインを切り換えた順序が分かる。さらに、処理部は、接続されているスレーブ装置、これらのスレーブ装置の性能および各スレーブ装置の識別情報をIMに伝送する。
IMは、通信回線512を用いて各スレーブ装置にコマンドを送信し、通信回線514を介して各スレーブ装置からデータを受信する。知能モジュールはさらに、システムのクロック信号を送出する510を介して、クロック信号を提供してもよい。一実施形態では、第1のスレーブ装置を選択するために、IMは、第1のスレーブ装置に対応するチャネル、例えばCS1を選択するように処理部に命令する。第1のスレーブ装置が選択されると、IMは、通信回線512および514を介して第1のスレーブ装置と直接通信することができる。
これにより、IM508は、処理部502を各スレーブ装置とIM508との間の仲介手段として動作させる必要なく、各スレーブ装置との高速接続を直接行うことができる。記憶部または速度の制限により、処理部502の帯域幅を制限して、処理部がデータを受信および送信できる速度を制限してもよい。例えば、処理部が大きなデータパケットをバッファリングするのに十分な記憶部を有していないことで、処理部とIMの間の通信データ転送速度が制限される場合がある。このような実施形態では、処理部は、約1MHzのデータ速度でIMにデータを提供することができ、一方、ネットワーキングモジュールは、約8MHz以上の速度でデータを提供することができる。したがって、各スレーブ装置と直接通信することによって、IMは、より速いデータ転送速度でデータを送信および受信することができる。これにより、直接接続すれば、処理部が最初にデータを受信してデータをIMに伝送した場合よりも速い速度で、データをIMに伝送することが可能になる。例えば、IM508は、高解像度動画をネットワーク内の別の装置にストリーミングできるカメラを有する場合、最初に動画データを処理部502に送信し、次に処理部からネットワーキングモジュールに送信するよりも速い速度で、動画データをカメラからネットワーキングモジュール(スレーブ装置1である504)に直接送信する。これにより、速いデータ伝送速度が求められる高画質の動画をストリーミングすることが可能になる。
一実施形態では、IM508は、ネットワーキングモジュール(スレーブ装置1である504)を介してコマンドを受信し、コマンドを復号して、復号したコマンドを対応する電子コンポーネントに送信する。例えば、IM508は、ネットワーキングモジュールから第1のコマンドを受信し、コマンドを復号して、コマンドがホスト装置の照明コンポーネントに対応するかを判断する。その後、IMは、復号されたコマンドを照明コンポーネントに伝送してもよい。IMは、復号されていないコマンドをホスト装置に提供してもよい。IMは、ネットワーキングモジュールを介してコマンドを受信し、コマンドがホスト装置の電子コンポーネントに対応するかを確認し、復号されていないコマンドを適切なコンポーネントまたはホスト装置の処理部502に送信して当該コマンドを復号し、さらに対応するコンポーネントに伝送してもよい。
IMシステムとレガシー制御システムの統合
一実施形態では、IMは、レガシー制御システムとインタフェース接続するように構成されている。このような制御システムは、例えば、0〜10V、DALIまたはDMXなどのプロトコルを使用するハードワイヤード制御部を含む。これらの制御部は、調光器、占有/不在センサなどを含んでいてもよい。通常、制御部は、電力線とは別の、1組の電気回線上で情報を送信する。このような制御部は、装置(例えば、光源に接続された調光器)に直接配線されてもよく、または制御入力および他の入力(ソフトウェア設定、日時など)に基づいて、制御部から入力を受信し、装置に命令を送るレガシー中央制御システム(LCCS)に接続されてもよい。LCCSは、建造物内の制御部を調整するコンピュータを基盤としたシステムであってもよい。
既存の建造物は、そのようなレガシー制御部および配線を有することがあるため、本発明の実施形態は、これらと互換性を有することが望ましい場合がある。このような互換性は、様々な方法で得ることができる。いくつかの「ハードワイヤード」の実施形態では、IMが接続されるホスト装置は、レガシー制御システムへの接続を直接受け入れる(例えば、さらに2本のワイヤをホスト装置に接続することができる)。IMはさらに、他のデータ源(本願の他の箇所で述べるように、電力線および無線を含む)から入力されたデータに加えて、制御システムから得た入力されたデータも考慮する。ホスト装置への接続は、中間処理部を介して制御信号を処理してもよく、または、このような接続を受け入れるホスト装置内の規格ドライバに直接接続されてもよい。このような実施形態は、建造物がすでにそのようなレガシーシステムに結線されている場合に有利となり得る。ハードワイヤードの実施形態は、個別制御部(例えば、スイッチ)またはLCCSなどのレガシー制御システムの任意のノードに接続してもよい。
「配線されていない」実施形態では、レガシー制御システムは中間システムに接続され、中間システムは、レガシーシステムから制御データを受信し、別の通信プロトコルを使用してデータ信号を知能システムに送信する。例えば、一実施形態では、ゲートウェイは、レガシー制御システムから1または複数のハードワイヤード通信を受信する。次に、ゲートウェイは、制御データを変換し、電力線または無線プロトコルを介してIMに信号を送信する。レガシーハードワイヤード接続はゲートウェイに対してのみ行われるので、このような実施形態は有利なものとなり得る。
図6aは、レガシー制御システムへの接続に関する実施形態を示す。レガシー制御装置601は、レガシー接続部604(1〜10Vなど、細い接続線として示す)を介してレガシー中央制御システム602に接続される。レガシーシステムはさらに、スマートホスト装置603の1つに接続される。スマートホスト装置は、電力線605(太い接続線として示す)を介して接続され、電力線は、他の要素(図示せず)に向かって延びている。ホスト装置の1つは、知能モジュール605を有する。ここで、レガシーシステムは、制御命令をホスト装置に直接送信するものであり、本例では、ホスト装置は照明システムであってもよい。
図6bは別の実施形態を示し、本形態では、スマートゲートウェイボックス606が使用される。ゲートウェイは、レガシーシステムに接続し、レガシー命令をスマートシステムの他の部分に送る。スマートホストは、電力線を介してゲートウェイに接続する。この場合、知能モジュールは、スマート要素(605または606を含む)のうち1つに存在してもよく、または、システムは、(例えば、各コンポーネントがPLC通信チップおよび処理部を有する場合)知能モジュールを必要としない内蔵型であってもよい。
いくつかの実施形態では、無線通信はまた、いくつかのネットワーク要素間で使用することも可能である。いくつかの実施形態では、スマートゲートウェイ606およびスマートホスト605は、レガシー制御システムに接続されることなく、建造物内に配置される。このような場合、スマートゲートウェイボックスは、ネットワークの中枢として働き、命令(例えば、無線命令)を受信し、これらの指令を他の要素に送ってもよい。
IMは、レガシーシステムから得たデータを様々な方法で処理することができる。例えば、レガシーシステムから得たデータは、一次元(例えば、調光制御部の位置)であってもよいが、IMは、複数の次元または1つのパラメータに沿って放射光を変調することができる(すなわち、スペクトルパワー分布(SPD)形状または相関色温度(CCT)に関係なく光強度を変化させる)。一実施形態では、IMは、レガシーシステムから得たデータを変換して、ホスト装置の1つのパラメータを制御する。例えば、レガシー調光部は光強度を制御するが、放射光の他のパラメータは、他のデータに基づき独立して決定される。例えば、光のSPDは、時刻によって決定されてもよく、または、他のセンサ(レガシーセンサもしくは他のセンサのいずれか)の影響を受けるものでもよい。別の実施形態では、IMは、レガシーシステムから得たデータを、放射光のパラメータに関連する制御手段に変換する。例えば、レガシー調光部は、光強度とCCT/SPDを同時に制御し、強度とSPDは直接相互に結び付けられる。様々なパラメータ(例えば、強度およびSPD)間の関係は、予め決定されてもよく(例えば、フィラメントランプの「暖かい調光」に倣う曲線であってもよく)、またはユーザの好みとして定義されてもよい(例えば、ユーザはSPD内の青色部を、高強度の時に最大化し、低強度の時に最小化すると決定してもよい)。異なる出力パラメータ間のこのような関係は、記憶部またはファームウェアに存在していてもよい。これらの関係は、数値ルックアップテーブル、または、出力パラメータを一緒にレガシー入力に結び付ける数式の形態を採ってもよい。他の実施形態では、レガシーシステムから得たデータは多次元である。例えば、2つの個別の調光部が、照明システムにデータを送ってもよい。2つのデータストリームは、放射光の異なるパラメータ、例えば強度およびSPDを、個々に変調することができる。
上述の方法は、IM照明システムをレガシー制御システムと統合するものとみなしているが、他のIMシステムをレガシー制御システムに統合してもよいと理解すべきである。例えば、IMシステムは、出力温度がレガシー制御ボックスによって制御される暖房装置であってもよい。
ネットワーク
IMは、住宅または建造物の電力線をバックボーンとして使用する異なるネットワーク構成に適している。例えば、図3を再び参照すると、ネットワーク300は、第2のノード332とともに電力線320に電気的に接続される第1のノード331を有し、第1および第2のノード331、332は、相互間で電力線320を介して情報を伝送するように構成されている(電力線320は、通常は壁の内側に設けられ視認できないが、簡略かつ例示的に説明するために、アパートの壁の外側に描かれていると理解すべきである)。上述のように、第1および第2のノードのホスト装置350は、同一のものであってもよいし、異なるものであってもよい。一実施形態では、電力線に接続されたノードは、PLC通信機能を有する。
IMは、住宅または建造物の電力線をバックボーンとして使用する異なるネットワーク構成に適している。例えば、図3を再び参照すると、ネットワーク300は、第2のノード332とともに電力線320に電気的に接続される第1のノード331を有し、第1および第2のノード331、332は、相互間で電力線320を介して情報を伝送するように構成されている(電力線320は、通常は壁の内側に設けられ視認できないが、簡略かつ例示的に説明するために、アパートの壁の外側に描かれていると理解すべきである)。上述のように、第1および第2のノードのホスト装置350は、同一のものであってもよいし、異なるものであってもよい。一実施形態では、電力線に接続されたノードは、PLC通信機能を有する。
本願において想定されるネットワークは、ローカルエリアネットワーク(LAN)を含む。場合によっては、ネットワークは、部屋、家、商業/オフィスフロア、商業/オフィスビル、倉庫に及ぶ。場合によっては、すべてのホスト装置および知能モジュールが、同じネットワークに属する。また、場合によっては、ネットワークは、通信可能なサブネットワークに分割される。例えば、複数の階床を有する大規模な建造物では、各階(または建造物の他の区画)でネットワーク(アドレスなどの個別のリストを伴う)を有していてもよく、ゲートウェイによりサブネットワーク間の通信が可能となる。一部の用途では、LANはさらに、WAN、インターネットまたは何らかのクラウドサービスなどのより大きなネットワークに接続される。場合により、LANの物理的範囲は、1000m未満、300m未満、100m未満、30m未満である。
本発明のネットワークは、異なるノードにおいて、異なるホスト装置を用いて、異なった構成にすることができる。例えば、図3を再度参照すると、ホスト装置は、ランプ351、ステレオ352、ストーブ353、コンセント354、調光器355、アダプタ356およびインターネットゲートウェイ357を含み、これらはすべて電力線320に接続されている。これらはそれぞれが、ネットワーク上の異なるノードである。そのうちの多くは第1のノードであり、これらにはIMが設置されていることを意味する一方で、その他は第2のノードであり、IMが設置されていないことを意味する。具体的には、IM 301は、いくつかのランプ351a、351b、351c、コンセント354およびプラグイン式アダプタ356に組み込まれる。残りのホスト装置350は第2のノード332の一部であり、第1のノード331と通信可能にリンクされているが、必ずしもIMが設置されているとは限らない。一実施形態では、すべてのノード間の接続は、PLC通信を使用する電力線320を通じて行われる。
一実施形態では、ネットワーク上のノードは、グループに割り当てられ、各グループは、グループを制御する少なくとも1つの第1のノードを有する。グループは、例えば、ホスト装置の機能(例えば、照明、音、温度)、建造物内におけるホスト装置の位置(例えば、居間、台所、寝室等)、および/もしくはこれらの使用パターン(例えば、日常的な使用、事象駆動的使用)、または基準の任意の組合せを含む、様々な基準に基づいて割り当てることができる。例えば、ランプ351は、居間で一群にされるため、グループ370に割り振られてもよい(位置ベース)。寝室341および隣接するトイレ343のランプ351は、寝室および隣接するトイレで使用されるランプが、通常は夕方および朝に一緒に使用されるため、グループ372に割り振られてもよい(日常的な使用ベース)。育児室341、廊下346および台所345のランプ351は、真夜中に乳児が目を覚ました際に一緒に使用されるため、これらの空間の照明がグループ371に割り振られてもよい(事象駆動的使用ベース)。
さらに、ノードは、複数のグループに属し得ると理解すべきである。例えば、玄関間347、寝室341および居間340のランプは、誰かがドアベルを鳴らした場合に、ユーザがそれらの部屋を照明したいと望む場合もあるため、グループ373に割り振られてもよい(事象駆動的使用)。本例では、グループ373は、グループ370および372のランプの一部を含む。
さらに、いくつかの実施形態では、ネットワーク300は、Wi-Fi 385およびモデム386を介して、クラウド384と24/7接続を行うインターネットゲートウェイ357を有していてもよい。このような特定のネットワークでは、IM 301aは、スマートフォン380または他の無線遠隔制御装置から送信される無線信号391と相互作用するように構成されている。同様に、IM 301bは、ステレオ332の遠隔制御装置381と通信するように、無線を用いて構成されている。
用途
ネットワーク300は、多様な用途に役立つ。
ネットワーク300は、多様な用途に役立つ。
スマート照光
一実施形態では、1つ以上のIMをホストランプ装置と組み合わせて使用して、スマート照明システムを構成する。このようなスマート照明システムをさまざまな方法で構成することにより、いくつかの例として、光強度もしくは光スペクトルのいずれかあるいはその両方を変更したり、または、効率、均一な光強度、概日周期もしくは細菌抑制などのパラメータを最適化したりすることができる。
一実施形態では、1つ以上のIMをホストランプ装置と組み合わせて使用して、スマート照明システムを構成する。このようなスマート照明システムをさまざまな方法で構成することにより、いくつかの例として、光強度もしくは光スペクトルのいずれかあるいはその両方を変更したり、または、効率、均一な光強度、概日周期もしくは細菌抑制などのパラメータを最適化したりすることができる。
a.効率
一実施形態では、スマート照明システムは、効率を最大化するように構成されている。例えば、一実施形態では、システムは、ランプのネットワークグループ370を含む。すなわち、ホストランプ351aにはIM 301aが設置され、他のホストランプ350はPLCモジュールを有するが、必ずしもIMを有していなくてもよい。本システムにおけるIM 301aは多数のセンサを含んで構成され、これらのセンサを使用してデータを収集して、ランプの効率的な動作を支援する。このような特定の実施形態では、センサは、PIR、マイクロフォンおよびALSを含む。センサのこのような選択は、所定の空間/部屋の占有および周囲光を測定するために重要となるデータ、すなわち、ランプ370のグループをオン/オフすべきか、およびランプ370が動作すべき強度を判断する際の、2つの重要なパラメータを提供するように示されている。具体的には、PIRとマイクロフォンが組み合わされて動作し、占有の有無を判断する。すなわち、PIRが赤外線を検出し、マイクロフォンが音を検出する。2つのセンサが組み合わさることにより、各装置を単独で使用する場合よりも高い信頼性で占有を表示できる。次に、占有データを使用して、いつ照明を点灯すべきかを判断することができる。さらに、以下に述べるように、占有データを使用して占用者のパターンおよび習慣を学習することにより、ホスト装置をより良好に動作させることができる。ALSは、室内の光の周囲レベルを検出して、室内のランプ351の全体的な光強度を、1日の様々な時間を通じて制御する。さらに他の構成を採るセンサを使用して効率を最適化してもよい。このような構成は、当業者であれば、本願に照らして理解の及ぶものであろう。
一実施形態では、スマート照明システムは、効率を最大化するように構成されている。例えば、一実施形態では、システムは、ランプのネットワークグループ370を含む。すなわち、ホストランプ351aにはIM 301aが設置され、他のホストランプ350はPLCモジュールを有するが、必ずしもIMを有していなくてもよい。本システムにおけるIM 301aは多数のセンサを含んで構成され、これらのセンサを使用してデータを収集して、ランプの効率的な動作を支援する。このような特定の実施形態では、センサは、PIR、マイクロフォンおよびALSを含む。センサのこのような選択は、所定の空間/部屋の占有および周囲光を測定するために重要となるデータ、すなわち、ランプ370のグループをオン/オフすべきか、およびランプ370が動作すべき強度を判断する際の、2つの重要なパラメータを提供するように示されている。具体的には、PIRとマイクロフォンが組み合わされて動作し、占有の有無を判断する。すなわち、PIRが赤外線を検出し、マイクロフォンが音を検出する。2つのセンサが組み合わさることにより、各装置を単独で使用する場合よりも高い信頼性で占有を表示できる。次に、占有データを使用して、いつ照明を点灯すべきかを判断することができる。さらに、以下に述べるように、占有データを使用して占用者のパターンおよび習慣を学習することにより、ホスト装置をより良好に動作させることができる。ALSは、室内の光の周囲レベルを検出して、室内のランプ351の全体的な光強度を、1日の様々な時間を通じて制御する。さらに他の構成を採るセンサを使用して効率を最適化してもよい。このような構成は、当業者であれば、本願に照らして理解の及ぶものであろう。
b.概日周期への適応
別の構成では、IMおよびその関連装置は、人の概日周期に適応するように構成されている。光の強度および質は、人の概日周期に有意な影響を与えることが明らかになっている。例えば、米国特許出願第15/135,287号および第15/229,959号を参照されたい(同文献を参照により本願に取り込む)。例えば、比較的高い青色光成分を有する白色光は、人間の概日周期に刺激を与える傾向があり、代謝を増加させるのに対し、比較的低い青色光成分を有する白色光は、代謝を低下させ、これにより安静/睡眠を誘発する傾向があることが一般に知られている。したがって、時刻によって、光中の青色光成分を増加または減少させるように光を調整してもよい。
別の構成では、IMおよびその関連装置は、人の概日周期に適応するように構成されている。光の強度および質は、人の概日周期に有意な影響を与えることが明らかになっている。例えば、米国特許出願第15/135,287号および第15/229,959号を参照されたい(同文献を参照により本願に取り込む)。例えば、比較的高い青色光成分を有する白色光は、人間の概日周期に刺激を与える傾向があり、代謝を増加させるのに対し、比較的低い青色光成分を有する白色光は、代謝を低下させ、これにより安静/睡眠を誘発する傾向があることが一般に知られている。したがって、時刻によって、光中の青色光成分を増加または減少させるように光を調整してもよい。
例えば、人々は、メラトニン濃度を高く維持すべきである夜間およびメラトニン濃度を低くすべきである朝に、寝室および隣接するトイレを使用する傾向がある。したがって、一実施形態では、寝室341やトイレ343のライト351は、IM 301bを含むアダプタ356とともにネットワークグループ372に属している(本例では、寝室およびトイレのランプだけを同じグループにしているが、すべてのランプを同一グループにして、人間の概日周期に適応させてもよいと理解すべきである)。IM 301bは、光の特性(すなわち、光のレベルやスペクトル)を調整して、夜遅い時間における白色光中の青色光量を最小にするように構成されている。具体的には、IMは光センサを含んで構成されていてもよく、光のCCTを感知してランプのCCTを調整することで、1日を通して太陽に追随する。例えば、日中は、ランプのCCTは3000K〜6500Kのフルスペクトルであり、日没時には、CCTが1800K〜2700Kまで低下するにつれて、ランプは青色光を低下させるように指示を受ける。一方、ルーメン出力は、日中は比較的一定に、例えば850ルーメンに維持され、夜間は例えば600ルーメンに低減される。したがって、この実施形態では、メラトニン濃度が低い早朝および昼間は、ランプによって放出される光は、人間を刺激することが知られている青色光が豊富である。簡単なCCT調整を超えた、より高度なスペクトル調整を用いて、例えば、紫色光を使用することによって、所定のCCTに対する青色光(または概日刺激光)の量を減少させてもよい。
本発明のネットワーク通信機能を使用して、複数の発光体のスペクトルを一斉に調整してもよい。例えば、表示部および電球が放出するスペクトルを調整して、青色含有量を同時に減少させてもよい。このような調整命令は、PLC信号と無線信号とを組み合わせることによって送信されてもよい。
c.細菌抑制
別の構成では、IMおよびその関連装置は、細菌が特に問題となり得る部屋および建造物、例えば、台所、育児室および病院において細菌を抑制するように構成されている。例えば、一実施形態では、台所345および育児室344はランプ351を用いて構成され、ランプ351は、405ナノメートル(可視紫色)を放射および誘導するブースト機能を有する制御されたLEDを配列して構成され、細菌抑制効果を得る。研究者らは、405ナノメートルの紫色光が細菌のDNAに影響を及ぼすことを発見した。このような波長は、UV-Cよりも弱いものの、UV-Cの有害な影響を回避でき、安全な光と同等であることから、光で細菌を抑制できる。したがって、ランプを調節して白色光の紫色光成分を増加させることにより、細菌の発生を減少させることができる。特に、動的ソフトウェア制御LED配列は、100%のより高い細菌抑制効果を得るために、405ナノメートル(可視紫色)を放射して導くブースト機能を含む。このような紫色光発光照明は、技術分野において周知のものである。例えば、所定の位置で最も高効率の紫色光を生成できる独自の技術、特にSoraaは、白色LEDランプの励起光として、通常は4〜5個の紫色発光ダイオードを点灯する。あるいは、スペクトル内の紫色光成分を増加させるのではなく、IMおよびその関連装置は、部屋に人がいないと判断すると紫色光を発するように構成されてもよい。
別の構成では、IMおよびその関連装置は、細菌が特に問題となり得る部屋および建造物、例えば、台所、育児室および病院において細菌を抑制するように構成されている。例えば、一実施形態では、台所345および育児室344はランプ351を用いて構成され、ランプ351は、405ナノメートル(可視紫色)を放射および誘導するブースト機能を有する制御されたLEDを配列して構成され、細菌抑制効果を得る。研究者らは、405ナノメートルの紫色光が細菌のDNAに影響を及ぼすことを発見した。このような波長は、UV-Cよりも弱いものの、UV-Cの有害な影響を回避でき、安全な光と同等であることから、光で細菌を抑制できる。したがって、ランプを調節して白色光の紫色光成分を増加させることにより、細菌の発生を減少させることができる。特に、動的ソフトウェア制御LED配列は、100%のより高い細菌抑制効果を得るために、405ナノメートル(可視紫色)を放射して導くブースト機能を含む。このような紫色光発光照明は、技術分野において周知のものである。例えば、所定の位置で最も高効率の紫色光を生成できる独自の技術、特にSoraaは、白色LEDランプの励起光として、通常は4〜5個の紫色発光ダイオードを点灯する。あるいは、スペクトル内の紫色光成分を増加させるのではなく、IMおよびその関連装置は、部屋に人がいないと判断すると紫色光を発するように構成されてもよい。
拡張無線通信
また、本発明のネットワークを利用して、電力線バックボーンを使用することで無線通信を強化して、無線ネットワークにおける範囲を拡張するか、または障害を回避することもできる。例えば、図3を再び参照すると、一実施形態において、ネットワーク300は、部屋341に設けられた無線使用可能なIM 301を含む第1のノード331bと、別の部屋340に設けられたホストステレオ装置352を備える第2のノード332とを有する。第2のノード(すなわち、ホストステレオ装置352)および第1のノード(すなわち、IM 301)は、図3に示すように、電力線320を介して通信可能にリンクされる。部屋341の無線遠隔制御装置381を使用して、ステレオ装置352を制御する(注記:当該無線装置は上述したように任意の無線装置でよい)。通常、部屋341の無線装置381は、2つの装置間に壁342およびその他の構造物が存在するため、部屋340内のステレオ装置353を制御することができない。しかしながら、ネットワーク300は、第1および第2のノード331、332を接続する電力線320を介して通信することによって、無線装置381とステレオ装置353との通信を補助する。すなわち、壁342が装置381と353との間の無線信号を遮断していたとしても、第1のノード331のIM 301bは、装置381から無線信号を受信して、ホスト装置(この場合、IMアダプタ356)と協働して、無線信号に基づく信号を、電力線320に沿って、ホストステレオ装置352が取り付けられている第2のノード332に送信するように構成される。本実施形態では、ホストステレオ装置はPLCモジュールを含み、IM 301bから信号を受信し、それに応じて、例えば音量の増減または電源のオン、オフなどの応答をステレオに命令する。
また、本発明のネットワークを利用して、電力線バックボーンを使用することで無線通信を強化して、無線ネットワークにおける範囲を拡張するか、または障害を回避することもできる。例えば、図3を再び参照すると、一実施形態において、ネットワーク300は、部屋341に設けられた無線使用可能なIM 301を含む第1のノード331bと、別の部屋340に設けられたホストステレオ装置352を備える第2のノード332とを有する。第2のノード(すなわち、ホストステレオ装置352)および第1のノード(すなわち、IM 301)は、図3に示すように、電力線320を介して通信可能にリンクされる。部屋341の無線遠隔制御装置381を使用して、ステレオ装置352を制御する(注記:当該無線装置は上述したように任意の無線装置でよい)。通常、部屋341の無線装置381は、2つの装置間に壁342およびその他の構造物が存在するため、部屋340内のステレオ装置353を制御することができない。しかしながら、ネットワーク300は、第1および第2のノード331、332を接続する電力線320を介して通信することによって、無線装置381とステレオ装置353との通信を補助する。すなわち、壁342が装置381と353との間の無線信号を遮断していたとしても、第1のノード331のIM 301bは、装置381から無線信号を受信して、ホスト装置(この場合、IMアダプタ356)と協働して、無線信号に基づく信号を、電力線320に沿って、ホストステレオ装置352が取り付けられている第2のノード332に送信するように構成される。本実施形態では、ホストステレオ装置はPLCモジュールを含み、IM 301bから信号を受信し、それに応じて、例えば音量の増減または電源のオン、オフなどの応答をステレオに命令する。
いくつかの実施形態では、ネットワークは、インターネットへの接続が制限されたスタンドアロン型ネットワークであるため、ネットワークは住宅/建造物のインターネットとの接続性の影響を受けない。例えば、一実施形態では、ネットワーク内の1つの「ゲート」装置だけが、外界(例えば、インターネットクラウド)にアクセスできる。その他の装置は、ローカルネットワークアクセスのみを有するPAN装置(例えば、Bluetooth(登録商標))である。これらの装置は、ネットワークを介してゲートと通信することによって、外界とアクセスできる。例えば、Bluetooth(登録商標)接続を有するスマートフォン380は、IM 301aを有する近くのランプ351aに接続する。ランプ351aはPLCを介してインターネットモデム386に接続するため、スマートフォンは、図3に示すように、壁または他の構造物によって無線ルータ385のBluetooth(登録商標)の直接的な動作範囲にない場合でも、インターネットアクセスを行うことができる。
別の例では、ネットワークはゲートウェイハブ357を有し、ゲートウェイハブ357は、Wi-Fi385およびインターネットモデム386などの公知の無線リンクを使用して音声起動され、インターネットに無線でリンクされる。このようなゲートウェイは公知のものであり、市販されている(例えば、Amazon Echo)。一実施形態では、ゲートウェイ357は、ユーザからの可聴命令を「リッスンして」、この命令をクラウド(例えば、Amazon Cloud)に送信し、そこで命令は、第1または第2のノード上の特定の装置(例えば、特定の製造業者によって供給される上述のホストランプ装置)に関するものとして認識される。次いで、命令は、クラウドから製造業者のクラウドに送信され、製造業者のクラウドによって処理され、住宅内の特定の装置(すなわち、ホストランプ装置)の、実行されるべき機能部に対して送り返される。このようなネットワークアーキテクチャの利点は、ホスト装置が、ハブのソフトウェアに特定の命令プログラミングを行うことなく、汎用ゲートウェイハブと互換性をもつことができることである。
無線通信は、第1のノード331と第2のノード332との間のPLC通信によって実行されるものとして図3に示しているが、通信は、2つの第1のノード間で実行してもよく(すなわち、ホストステレオ装置356を有するノードもIMを有してもよい)、または2つの第2のノード間で実行してもよい(すなわち、第2のノード上のホスト装置はPLCモジュールを有し、無線通信を受信する装置は無線通信モジュールを有する)。
別の実施形態では、無線通信は、無線対応の第2のノードと、PLCを有さないか、さもなければ電力線に接続されていないためにネットワーク上にない無線対応の装置との間で行われる。ネットワーク上にない無線対応装置の一例は、スタンドアロン型のバッテリ作動式煙探知器である。装置が無線信号(例えば、煙の検知)を送信すると、無線通信機能を有する第2のノードは、当該信号を受信し、PLCを使用して電力線に沿って適切なネットワークノード、例えば、煙の検知を示す(可聴および/または可視式)警報器を有するノードにその信号を転送する。このようにして、ネットワークは、ネットワーク化されていない/電池で動作する無線装置の有効範囲を拡大する。
無線の有効範囲を拡大するさらに他の構成は、本開示に照らして明らかである。
位置特定システム
一実施形態では、知能ネットワークは、対象体の位置を特定し、および/または監視する位置特定システムとして構成されている。対象体は、本発明のIM内の対応するセンサによって検出される固有の識別子を有する任意の物でよく、識別子は例えば、固有の物理的、可聴的、温度的または電気的特徴である。多数のIMが住宅または建造物中のコンセントで使用される可能性があるため、本発明は独自のプラットフォームを構築して、住宅または建造物内の対象体の位置を高精度で探し出す。したがって、位置特定システムは、例えば鍵、電話、リモコン、スマートフォン、財布または小銭入れなど、住宅内で紛失、置き間違え、または置き忘れることが多い対象体を見つけるように適合される。さらに、本システムを使用して、住宅/建造物内を動き回る子供/ペットを、彼らの身体または彼らが身に着けている服/首輪のいずれかを追跡することによって監視することができる。さらに別の実施形態では、本システムを使用して店舗または工場における製品または在庫を監視し、在庫レベルの観測や、盗難の防止をすることができる。位置特定システムのさらに他の用途は、本開示を考慮すれば、当業者には明らかであろう。
一実施形態では、知能ネットワークは、対象体の位置を特定し、および/または監視する位置特定システムとして構成されている。対象体は、本発明のIM内の対応するセンサによって検出される固有の識別子を有する任意の物でよく、識別子は例えば、固有の物理的、可聴的、温度的または電気的特徴である。多数のIMが住宅または建造物中のコンセントで使用される可能性があるため、本発明は独自のプラットフォームを構築して、住宅または建造物内の対象体の位置を高精度で探し出す。したがって、位置特定システムは、例えば鍵、電話、リモコン、スマートフォン、財布または小銭入れなど、住宅内で紛失、置き間違え、または置き忘れることが多い対象体を見つけるように適合される。さらに、本システムを使用して、住宅/建造物内を動き回る子供/ペットを、彼らの身体または彼らが身に着けている服/首輪のいずれかを追跡することによって監視することができる。さらに別の実施形態では、本システムを使用して店舗または工場における製品または在庫を監視し、在庫レベルの観測や、盗難の防止をすることができる。位置特定システムのさらに他の用途は、本開示を考慮すれば、当業者には明らかであろう。
一実施形態では、少なくとも1つのIMは、所定の領域を探査し、その領域内における対象体の有無を信号で知らせるように構成される。IMによる上記領域の探査を可能にする様々な方法があり、例えば、画像認識、音響プロファイル、熱プロファイル、そしてさらには、RFIDタグによって伝送または反射される電磁署名が含まれる。システムは、対象体を、探索可能な特有の識別子(例えば、画像認識変換(例としてフーリエ領域画像)、音響プロファイル、熱プロファイル、RFIDタグ等)と関連付けるように構成される。これにより、IMは、領域を探査して固有の被識別体を探索し、対象体がその領域において検出されたか否かをユーザに知らせる。システムは、様々な方法で探索を実行するように構成することができる。例えば、ユーザは、特定の対象体を探索する(例えば、鍵を探索する)ようにシステムに直接指示することができ、または、探索を自動的に開始させる規則を確立することができる(例えば、ユーザが家を出ようとしている場合、ユーザが財布を持っているかの確認を行い、持っていなければユーザに信号を送る)。
例えば、図3を参照すると、位置特定システムの一実施形態を示している。ここでは、少なくとも1つのIM 301aは、RFID読取部を有して構成され、RFIDタグに関し居間340の領域348aを探査する。このようなRFIDタグは周知のものであり、受動型および能動型RFIDタグを含む。ユーザが対象体を探索したいと欲する場合、おそらくはスマートフォン380または他のユーザインタフェースを使用して、メニューから対象体を選択することになる。次に、対象体が固有のRFIDタグと関連付けられる。IM 301aは、RFID読取部が領域348a内で対象体のタグを検出したときに、信号が送信されるようにする。
信号の種類は変更してもよい。一実施形態では、信号は、IM 301aまたはIMが接続されるホスト装置350によって送信される視覚信号または可聴信号(例えば、点滅光またはビープ音)である。例えば、ホスト装置がランプ351である場合、ランプは、発せられている光を変調して、探している対象体がランプの領域内にあることをユーザに示してもよい。別の実施形態では、信号は、ネットワーク300から無線装置380に無線で送信して、ユーザに通知する。例えば、本システムは、ユーザの財布が領域348a内にあることを知らせる電子メールを、ユーザのスマートフォンまたはコンピュータに送信してもよい。
上述の例では、位置特定システムは、単一のIMに関連して検討されている。しかしながら、システムの柔軟性、信頼性および精度は、複数のIMを使用する場合に、特に複数のIMがネットワーク接続される場合に、著しく向上すると理解すべきである。一実施形態では、複数の第1のノードはRFID読取部を含んで構成されたIMを有し、複数のIMに対する対象体の位置の表示を行う。好ましい実施形態では、領域348a、348bおよび348cに及ぶ少なくとも3つのIM 301a、301cおよび301dを使用して、対象体のRFIDタグの位置を三角測量する。三角測量は周知の概念であり、3つのIM内およびその周囲の対象体の正確な位置を得ることができる。
図3に示すように、IMをネットワーク化することにより、別の便益を得ることができる。第1に、ネットワーク300が実質的にすべての第1のノードを位置特定システムで使用できるようにするため、IMの三角測量を容易にすることができる。上述のように、典型的な住宅または建造物は多くのコンセントを有することから、本発明の位置特定システムは多くのセンサを搭載して、住宅または建造物内の対象体の位置の高分解能表示を行うことができる。さらに、ネットワークは、探している対象体の位置を信号で知らせる別の方法を支援する。例えば、IMがランプに関連付けられている場合、ランプが所定の連続的な点滅を行って、ユーザを探索対象体に案内することができる。さらに別の実施形態では、位置情報は、別のノード、例えば、コンピュータ、スマートフォンまたはクラウドに送信される。
さらに、機械学習(後述)を位置特定システムと統合して、ユーザの習慣を学習し、ユーザが通常携帯する物を持ち忘れているときに、ユーザに知らせることも可能であろう。例えば、図3を参照すると、ユーザが財布を持たずに玄関間347から出て行こうとしている場合、システムは、財布を持ち忘れていることをユーザに警告する。本実施形態では、システムは、特定のユーザが玄関間347を通過して玄関ドアに向かって歩くときに、財布を持っているか否かを自動的に探査し、財布が検出されない場合、ユーザに信号を送るようにプログラムされる。システムは、様々な方法でユーザに警告してもよい。例えば、一実施形態では、システムは、玄関間の照明を点滅させてもよい。または、システムは、ユーザのスマートフォンまたは自動車に警告を送ってもよい。
ネットワークは、図3に開示するパーソナルエリアネットワーク300を越えて、大規模領域ネットワーク通信を行うマルチロケーションネットワークを含むように拡張することも可能である。例えば、ユーザの作業ネットワークにおいて、ユーザは、「財布を自宅に忘れた」または「鍵をオフィスに忘れた」などの警告を受信することができる。同様に、ネットワークをホテルの部屋まで拡張させて、ユーザがチェックアウト後に忘れ物をした場合、ユーザにその旨を知らせてもよい。
一般的な部類の実施形態では、スマートネットワークは、機械学習を利用してユーザの行動について学習し、この学習に基づいて知能ネットワークの動作を適応させる。言い換えれば、ネットワーク300が、家中の様々なコンセントに多数のIMを有し、これによって、ユーザの行動、例えば、ユーザの位置/在室状況(例として、上述したIPS)、所定のランプの所定光度での使用、電化機器の使用、ステレオの音量、温度設定やその他を、時間、日、季節、周囲光、温度、湿度などの環境条件の関数として、および/または、ドアベルが鳴る、乳児が泣く、犬が吠える、テレビを見る、音楽を聴く、寝る、調理をする、浴槽で乳児を洗うなどの事象を観測して記録する性能により、ネットワークは、ユーザの様々な正確かつ洞察に満ちた行動を学習する。これにより、ネットワークはネットワーク上のホスト装置の制御、例えば、照明器具、暖房機器、電化機器の制御を行って、ユーザの行動に適合させることが可能になる。撮像能を有する装置を使用して、顔認識を含む視覚情報によってユーザを認識/識別してもよい。データ入力は、センサから取得されるか、またはネットワークを介して送信されるデータの他に、日付、時刻、気象/環境データ、屋外光量、室内でのユーザ位置、位置に対する時間、ユーザの動き、ユーザの一般的な活動レベル、特定の言葉または仕草、ユーザの装置操作、ユーザの過去の行動(起床時間または過去の睡眠パターンなど)を含む。
ネットワークを様々な方法で構成して、機械学習を行うことができる。一実施形態では、様々なノード上の様々なセンサを使用することで、ネットワークは、深層学習(深層構造学習、階層学習または深層機械学習としても知られる)を使用して、特定の事象および/または環境条件に関係するユーザの特定の行動を学習する。これは、データ内の高レベルの抽象的概念をモデル化しようと試みる一連のアルゴリズムに基づく機械学習から派生したものである。単純な事例では、2組のニューロンを有してもよく、その一方は入力信号を受信し、他方は出力信号を送信する。入力層は、入力を受信すると、入力の修正版を次層に渡す。深層ネットワークでは、入力と出力の間に多くの層があり(層はニューロンで構成されていないものの、ニューロンの考え方を補助することができる)、アルゴリズムは複数の線形変換と非線形変換で構成される多重処理層を使用できるようになる。別の実施形態では、ネットワークは、ニューラルネットワーク(コネクショニストシステムとも呼ばれる)として構成され、ニューラルネットワークは、生物学的脳が軸索によって連結された生体ニューロンの大きなクラスタに関する問題を解決する方法を、大まかにモデル化するニューラル装置の大きな集合体に基づく計算手法を採り入れる。各ニューラル装置は、他の多くのニューラル装置と接続され、リンクは、接続されたニューラル装置の活性化状態に対するリンクの効果において、強制的または抑制的であり得る。個々のニューラル装置はそれぞれに、そのすべての入力値を一緒に組み合わせる加算関数を有していてもよい。別の実施形態では、ベイズ推定を用いる。ベイズ推定は、ベイズの定理が、より多くの証拠または情報が利用可能になるにつれて、仮説の確率を更新するために使用される、統計的推論方法である。ベイズ更新は、一連のデータの動的分析において特に重要である。
特定の一実施形態において、ネットワーク300は、屋内測位システム(IPS)を支援する。IPSは、占有データを、時間や事象データなどの他のデータと統合して、住宅または建造物内の人の位置を監視および予測する。一般に、住宅または建造物における人々の動きは、時間および/または事象に関係する傾向がある。ネットワークは、住宅や建造物に居住する人々の様々なパターン、例えば、帰宅時間の傾向、および、1日の様々な時間帯において占用する部屋の傾向を学習することができる。本発明のネットワークは非常に多くなりがちな電力線のコンセントを使用するため、ネットワークは、住宅または建造物内の多くの異なる場所から居住者の特定の高分解能データを収集する性能を有する。住宅または建造物内の人々の典型的な動きを理解し学習することによって、スマートシステムは、人々が住宅内を移動するときに、例えば、所望の光および温度を提供するように適応することができる。
占有データを日時および/または事象データ(例えば、育児室の音やドアベル)などの他のデータとともに使用して、ネットワーク300をIPSとして用いることにより、住宅または建造物内における人の位置だけでなく、その予測される動作も判断することができる。1つの単純な例として、IPSは、夜の特定の時間に、ある人が寝室341から起き出てトイレ343を使用することを学習する。これに基づき、人が午後10時から午前5時の間に起き上がって寝室341から出る場合、ランプ群372は、(上述したように)その人を覚醒させないように、低強度で低青色光成分の照光すべきである、という規則を確立することができる。
もっと複雑な例では、IPSは、午前1時から午前3時までの間に育児室344で物音が発生すると、寝室341にいる人が起き上がり、廊下346を移動し、居間340を通って台所345に入り、電子レンジ353を1分間使用して哺乳瓶を加熱した後に、居間および廊下を戻って育児室344に入る、ということを学習する。この学習に基づいて、ネットワーク(またはネットワークに接続されたコンピュータ)は、例えば、午前1時から午前3時までの間に育児室で音がしたとき、電子レンジに哺乳瓶が入っていたら、レンジを1分間加熱し、低青色光でランプ群371を点灯するという規則を作る。本例に付言すると、寝室にいる人が乳児の世話をするまでになかなか目を覚まさないことが多い場合、システムは、その人がベッドから出るまで、乳児がしばしば長時間(例えば、5分超)物音を立てることを学習する。このような場合、上述の規則を一部修正して、1〜3時の間に育児室で物音が5分以上続いても人が寝室341のベッドを離れていない場合、強度の青色光を使用してランプ群372を点滅させる(すなわち、人の目を覚まさせる)。基本的に、ユーザの行動に基づいて任意の規則を作ることができる。
ネットワーク設定
一実施形態では、IMおよびホスト装置は、ネットワークを確立する目的で自己識別するように構成される。自己識別を実現する様々な手法が、本発明の範囲内で可能である。以下の例は、ランプの自己識別を考慮するものであるが、ホスト装置は上述したように任意のホスト装置であってもよい。以下の例では、ランプ(または他のホスト装置)は、シリアル番号(すなわち、それらのハードウェアを示す固有の番号)と、ネットワーク上で通信を行う用に供するネットワークIDとを有する。IDは、ある場所(すなわち、ランプソケット)固有のものであるため、ランプを別のものに交換する場合、交換したランプのIDを取得すべきことになる。
一実施形態では、IMおよびホスト装置は、ネットワークを確立する目的で自己識別するように構成される。自己識別を実現する様々な手法が、本発明の範囲内で可能である。以下の例は、ランプの自己識別を考慮するものであるが、ホスト装置は上述したように任意のホスト装置であってもよい。以下の例では、ランプ(または他のホスト装置)は、シリアル番号(すなわち、それらのハードウェアを示す固有の番号)と、ネットワーク上で通信を行う用に供するネットワークIDとを有する。IDは、ある場所(すなわち、ランプソケット)固有のものであるため、ランプを別のものに交換する場合、交換したランプのIDを取得すべきことになる。
例えば、新規の設置では、4つの新しいランプ(そのうち、IMを有するのは1つだけ)が真新しいネットワークに組み込まれて、最初は同時にオン状態となっている。IMは、PLCを使用して電力線を介して信号を送信し、上述のようにPLCを備えた構成の他のIMまたはホスト装置を発見する。本例では、IMは他の3つのランプを発見するが、これらのランプにはまだIDがない。ID応答がない場合、IMは、3つのランプ(または、そのネットワーク/グループ内にあるランプの数だけ)のIDを決定して、個々のランプに割り当てる。のちにランプの1つが交換される場合には、IM付きランプは、ランプ交換を検知し、なくなったランプのIDを新しいランプに割り当てる。
別の例では、スマートランプの2つのグループが同じネットワーク上に存在し、各グループは、グループを管理する、IMを備えた少なくとも1つのランプを有している。2つのグループの2つのIMは、すべてのグループ情報(特定のランプIDおよびネットワークIDを含む)を交換する。さらに、各IMの特質が通信され、ネットワーク全体が、新しい機能を備えた新しいIMが存在することを認識する。
さらに他の例では、ネットワークは、ランプだけでなく、電化機器などの他の装置も含む。例えば、1つのグループはサーモスタットを有し、別のグループは温度計IMを有するランプを有する。設定時に、サーモスタットは、現在、温度計IMを有するランプがあることを学習する。次に、サーモスタットは「温度事象」を登録して、そのIMからデータを受信する。その後、両者は通信を行う(すなわち、IM温度計は、温度が変化するとデータを送信し、サーモスタットは登録済みであるため、データを受信する)。
別の例では、インターネットゲートウェイがクラウドに接続する(例えば、住宅のWi−Fiインターネットルータに接続することで)。ゲートウェイは、様々なクラウドサービスおよび様々なIM機能に関する情報を用いて構成される。IMは、自己自身を、ゲートウェイを介してクラウドサービスに登録することができる。例えば、電力ユーティリティセンサは、自己自身をユーティリティに登録し、または地震センサは、それ自体を米国地質調査所に登録する。ゲートウェイは、クラウド/インターネットに直接アクセスするIMをスクリーニングできるため、その存在は有用である。これにより、有利な情報保安機能が得られる。例えば、ゲートウェイは、ホームネットワークから受信したすべてのデータを、そのようなデータがクラウドに送信される前に暗号化する。復号されたデータは、ホームネットワーク上で安全な装置間で内部的に交換されるだけであり、したがって、ユーザの情報/データが公に共有されることはない。
製品の一括化
照明は一般にグループごとに操作されるので、いくつかの実施形態では、所定の部屋に対してランプをひとまとめにすることが好ましい。言い換えると、部屋ごとにランプを一括化することは理にかなうであろう。例えば、居間で使用される各ランプは、部屋が日中に使用されることが多いため、占有性を判断してさらに周囲光を調整するように構成された1つ以上のIMを有していてもよい。別の実施形態では、一組のランプを一纏めにして寝室で使用してもよく、これらのランプは寝室内の光質を調整するように構成された1つ以上のIMを有し、光質が占用者の概日リズムに追随するようにする。その他に育児室において部屋の一括化を行ってもよく、例えば、子供が起きているか、もしくは動き回っているかを判断する音センサを有するIM、または子供を画像化する画像化機能を備えていてもよい。台所の一括化は、IMが定期的に紫外線光を増加させて細菌を抑制する細菌抑制制御装置を有していることを特徴としてもよい。
照明は一般にグループごとに操作されるので、いくつかの実施形態では、所定の部屋に対してランプをひとまとめにすることが好ましい。言い換えると、部屋ごとにランプを一括化することは理にかなうであろう。例えば、居間で使用される各ランプは、部屋が日中に使用されることが多いため、占有性を判断してさらに周囲光を調整するように構成された1つ以上のIMを有していてもよい。別の実施形態では、一組のランプを一纏めにして寝室で使用してもよく、これらのランプは寝室内の光質を調整するように構成された1つ以上のIMを有し、光質が占用者の概日リズムに追随するようにする。その他に育児室において部屋の一括化を行ってもよく、例えば、子供が起きているか、もしくは動き回っているかを判断する音センサを有するIM、または子供を画像化する画像化機能を備えていてもよい。台所の一括化は、IMが定期的に紫外線光を増加させて細菌を抑制する細菌抑制制御装置を有していることを特徴としてもよい。
簡易装置管理プロトコル
序章
管理装置管理プロトコル(SDMP)は、ネットワーク内で、もしくは多重ネットワーク間で、データグラムを中継する通信プロトコルであり、管理ドメイン内の異種装置の階層グループの制御を目的とする。
序章
管理装置管理プロトコル(SDMP)は、ネットワーク内で、もしくは多重ネットワーク間で、データグラムを中継する通信プロトコルであり、管理ドメイン内の異種装置の階層グループの制御を目的とする。
設計原理
プロトコルは、以下の原理に則って設計される。
1.グループアドレス指定: アドレスモデルは、共通の物理的環境に揃えられる。例えば、物理的な照明スイッチは、同一回路上にある装置の物理的グループ化を制御する。プロトコルは、このようなグループ化を維持したり、もしくは物理的状態をモデル化し得ない付加的仮想グループまでグループ化を拡大させたりすることができる。このモデルにより、ソフトウェアの複雑化およびネットワークトラフィックが緩和する。
2.コネクションレス: 待ち時間およびネットワークトラフィックを緩和するために、SDMPインタラクションはコネクションレスである。しかしながら、インタラクションは、より高度に暗号化されたセッションにカプセル化されていてもよい。
3.複合装置: 装置は、複数のサービスまたは機能を支援するように発達しているため、各装置のアドレス指定を可能にする必要がある。照明器具を備えた天井ファンは、ファンおよび照明器具の両方の制御サービスを提供し、さらにサブ装置への追跡管理に対応する必要がある。
4.媒体非依存ブリッジ接続: サービスまたはユーザは、SDMPネットワークのメンバーにならなくても、SDMPネットワークと相互対話できる。これにより、ネットワークの制御または監視に伴う複雑度が低減する。
プロトコルは、以下の原理に則って設計される。
1.グループアドレス指定: アドレスモデルは、共通の物理的環境に揃えられる。例えば、物理的な照明スイッチは、同一回路上にある装置の物理的グループ化を制御する。プロトコルは、このようなグループ化を維持したり、もしくは物理的状態をモデル化し得ない付加的仮想グループまでグループ化を拡大させたりすることができる。このモデルにより、ソフトウェアの複雑化およびネットワークトラフィックが緩和する。
2.コネクションレス: 待ち時間およびネットワークトラフィックを緩和するために、SDMPインタラクションはコネクションレスである。しかしながら、インタラクションは、より高度に暗号化されたセッションにカプセル化されていてもよい。
3.複合装置: 装置は、複数のサービスまたは機能を支援するように発達しているため、各装置のアドレス指定を可能にする必要がある。照明器具を備えた天井ファンは、ファンおよび照明器具の両方の制御サービスを提供し、さらにサブ装置への追跡管理に対応する必要がある。
4.媒体非依存ブリッジ接続: サービスまたはユーザは、SDMPネットワークのメンバーにならなくても、SDMPネットワークと相互対話できる。これにより、ネットワークの制御または監視に伴う複雑度が低減する。
ネットワーク組織
物理トポロジ
SDMPネットワークは、一般的に、電力線バックボーンに依拠するものであり、SDMPパケットを含むイーサネット(登録商標)フレームを伝送する。
物理トポロジ
SDMPネットワークは、一般的に、電力線バックボーンに依拠するものであり、SDMPパケットを含むイーサネット(登録商標)フレームを伝送する。
サブ装置
装置内において、有線バス(例えばSPI)も使用して、装置のコンポーネント間または拡張部間でパケットを伝送することができ、これにより、各コンポーネントまたは拡張部を個々に、あるいはグループとして、制御および監視することができる。
装置内において、有線バス(例えばSPI)も使用して、装置のコンポーネント間または拡張部間でパケットを伝送することができ、これにより、各コンポーネントまたは拡張部を個々に、あるいはグループとして、制御および監視することができる。
仮想組織
SDMPの管理ドメインは、1または複数のコレクションを含んでいてもよい。コレクションは、異種装置の論理グループ化のモデルである。グループ化は、一般的に、室内の全装置または特定用途に供する一連の装置など、装置間の位置関係を反映している。
例:
1.居間のコレクションは、4つのランプ、天井ファンおよび自動式窓カバーを含んでいてもよい。
2.収集品棚のコレクションは、3つのレール照明を含んでいてもよい。
コレクションは、各々の位置に基づいてグループ化しなくてもよい。
例:
1.ファンのコレクションは、建造物中のすべてのファンを含んでいてもよい。
2.娯楽装置のコレクションは、家中のすべのスピーカおよびテレビを含んでいてもよい。
コレクションは、相互に階層的関係を有している。居間のコレクションは、1階のコレクションの一部要素であってもよく、1階のコレクションは別邸コレクションの一部であってもよい。
SDMPの管理ドメインは、1または複数のコレクションを含んでいてもよい。コレクションは、異種装置の論理グループ化のモデルである。グループ化は、一般的に、室内の全装置または特定用途に供する一連の装置など、装置間の位置関係を反映している。
例:
1.居間のコレクションは、4つのランプ、天井ファンおよび自動式窓カバーを含んでいてもよい。
2.収集品棚のコレクションは、3つのレール照明を含んでいてもよい。
コレクションは、各々の位置に基づいてグループ化しなくてもよい。
例:
1.ファンのコレクションは、建造物中のすべてのファンを含んでいてもよい。
2.娯楽装置のコレクションは、家中のすべのスピーカおよびテレビを含んでいてもよい。
コレクションは、相互に階層的関係を有している。居間のコレクションは、1階のコレクションの一部要素であってもよく、1階のコレクションは別邸コレクションの一部であってもよい。
アドレス化
ネットワーク内の装置には、1または複数の所属アドレスが割り当てられ、これにより、コレクション内の装置の所属が記録される。複数に所属することで、装置間の関係のモデル化の自由度がさらに高くなる。
メッセージは、通常はコレクションに宛てられるが、特定の装置に宛ててもよい。アドレスは以下のバイトからなり、従来の階層レベルに対応している。
Network、Zone、GroupおよびMemberのとり得るバイト値は、1〜255である。バイト1〜254は、個々の装置に割り当てられる。バイト255は、その階層レベルおよびそれより下位のレベルのすべての装置に同報通信を行うときのために残しておく。同報通信バイト未満のすべてのレベルで、各々のバイトを255に設定しなくてはならない。
例えば、以下のアドレスは有効である。
1. 1.2.3.4 − 1つの装置に送信
2. 1.1.1.255 − Network 1、Zone 1、Group 1のグループ1に同報通信
3. 1.1.255.255 − Network 1、Zone 1の全装置に同報通信
4. 1.255.255.255 − Network 1の全装置に同報通信
5. 255.255.255.255 − ネットワークの全装置に同報通信
そして、以下のアドレスは無効である。
1.1.1.255.1、
2.1.255.255.1、
3.255.1.1.1、
4.255.1.1.255
アドレスは、Network、Zone、Group、Memberの形式では、ドット付きの10進法で表される。
ネットワーク内の装置には、1または複数の所属アドレスが割り当てられ、これにより、コレクション内の装置の所属が記録される。複数に所属することで、装置間の関係のモデル化の自由度がさらに高くなる。
メッセージは、通常はコレクションに宛てられるが、特定の装置に宛ててもよい。アドレスは以下のバイトからなり、従来の階層レベルに対応している。
例えば、以下のアドレスは有効である。
1. 1.2.3.4 − 1つの装置に送信
2. 1.1.1.255 − Network 1、Zone 1、Group 1のグループ1に同報通信
3. 1.1.255.255 − Network 1、Zone 1の全装置に同報通信
4. 1.255.255.255 − Network 1の全装置に同報通信
5. 255.255.255.255 − ネットワークの全装置に同報通信
そして、以下のアドレスは無効である。
1.1.1.255.1、
2.1.255.255.1、
3.255.1.1.1、
4.255.1.1.255
アドレスは、Network、Zone、Group、Memberの形式では、ドット付きの10進法で表される。
例示のネットワークにおける同報通信用アドレス
以下の表は、一連のコレクションおよびこれに関連するアドレスを有するネットワークの例を示す。同報通信アドレスにメッセージを送信することにより、メッセージがグループ内およびサブグループ内のすべての装置に受信される。
以下の表は、一連のコレクションおよびこれに関連するアドレスを有するネットワークの例を示す。同報通信アドレスにメッセージを送信することにより、メッセージがグループ内およびサブグループ内のすべての装置に受信される。
ブリッジ接続
ネットワークブリッジは、電力線上の装置またはSPIの拡張部内で実現してもよい。これにより、スマートフォン、タブレット、デスクトップアプリケーションまたはクラウドサービスが、Wi−Fi、BLEまたはZigbeeなどの無線媒体を使用して、ネットワーク上の装置と相互に交信可能となる。
プロトコルをコネクションレスに設計することにより、ネットワークドメイン内のメンバー資格を取得することなく、このような外部要素と相互に交信可能となる。
ネットワークブリッジは、電力線上の装置またはSPIの拡張部内で実現してもよい。これにより、スマートフォン、タブレット、デスクトップアプリケーションまたはクラウドサービスが、Wi−Fi、BLEまたはZigbeeなどの無線媒体を使用して、ネットワーク上の装置と相互に交信可能となる。
プロトコルをコネクションレスに設計することにより、ネットワークドメイン内のメンバー資格を取得することなく、このような外部要素と相互に交信可能となる。
サービスおよびメッセージ
プロトコルのヘッダにはサービスおよびメッセージのフィールドが含まれ、パケットのインテントおよびペイロードの解読方法を示している。サービスは、メッセージ値用の独立した名前空間を確保する。このような設計により、装置製造業者は、一連の制御可能なパラメータおよび装置の特定の機能に関連するコマンドを定義することができる。
実際に、例えば以下のような、多くのサービスが既に実現されている。
− デバイスサービス
− ファームウェアダウンロードサービス
− プロビジョニングサービス
− 保安サービス
− 照明サービス
− 占有性サービス
− ドメインコントローラサービス
− 照明コントローラサービス
− 遠隔制御サービス
プロトコルのヘッダにはサービスおよびメッセージのフィールドが含まれ、パケットのインテントおよびペイロードの解読方法を示している。サービスは、メッセージ値用の独立した名前空間を確保する。このような設計により、装置製造業者は、一連の制御可能なパラメータおよび装置の特定の機能に関連するコマンドを定義することができる。
実際に、例えば以下のような、多くのサービスが既に実現されている。
− デバイスサービス
− ファームウェアダウンロードサービス
− プロビジョニングサービス
− 保安サービス
− 照明サービス
− 占有性サービス
− ドメインコントローラサービス
− 照明コントローラサービス
− 遠隔制御サービス
Claims (60)
- 少なくとも、電力線に接続するように構成された電気インタフェース、および、
第1の解除可能なインタフェースを含むホスト装置と、
前記電力線を介して情報を送信および受信する電力線通信モジュールと、
少なくとも、前記第1の解除可能なインタフェースに解除可能に係合する第2の解除可能なインタフェース、
デジタル処理部、ならびに、
該処理部に動作可能に接続され、該処理部に前記電力線通信モジュールを介して前記電力線上で情報を受信および送信させる命令を含んで構成された記憶部を含む知能モジュールとを有するシステム。 - 請求項1のシステムにおいて、前記電力線通信モジュールは前記ホスト装置に配置されているシステム。
- 請求項1のシステムにおいて、前記電力線通信モジュールは前記知能モジュールに配置されているシステム。
- 請求項1のシステムにおいて、前記記憶部は、前記処理部を少なくとも第1の設定または第2の設定で動作させる命令を含んで構成され、
前記第1の設定では、前記処理部は、前記電力線通信モジュールを介して前記電力線から情報を受信し、該情報に基づいて前記ホスト装置を制御し、
前記第2の設定では、前記処理部は、データ収集装置からデータを取得し、前記電力線通信モジュールを介して前記電力線上で前記データに基づく信号を送信するシステム。 - 請求項1のシステムにおいて、前記ホスト装置は前記データ収集装置を含むシステム。
- 請求項1のシステムにおいて、前記知能モジュールは前記データ収集装置を含むシステム。
- 請求項6のシステムにおいて、前記データ収集装置はセンサであるシステム。
- 請求項7のシステムにおいて、前記センサは前記知能モジュールと一体であるシステム。
- 請求項7のシステムにおいて、前記センサは、周囲光検出器、動き検出器、マイクロフォン、カメラ、煙探知器、CO検出器、温度計、湿度監視器またはメタン検出器のうちの少なくともいずれかであるシステム。
- 請求項1のシステムにおいて、前記知能モジュールはさらに、無線インタフェースを含むシステム。
- 請求項1のシステムにおいて、該システムはさらに、前記知能モジュールと通信可能にリンクされたネットワークゲートウェイを有するシステム。
- 請求項11のシステムにおいて、前記ネットワークゲートウェイは、前記知能モジュールの無線インタフェースに無線リンクされるシステム。
- 請求項1のシステムにおいて、前記ホスト装置はランプであるシステム。
- 請求項1のシステムにおいて、前記知能モジュールは、前記第2の解除可能なインタフェースを介してその全電力を受信するように構成されたシステム。
- 電力線に接続されたホスト装置に取り付けられるように構成された知能モジュールにおいて、該知能モジュールは、
前記ホスト装置と協働する解除可能なインタフェースに電気的に相互接続するように構成された解除可能なインタフェースと、
デジタル処理部と、
該処理部に動作可能に接続され、処理部に電力線通信モジュールを介して電力線上で情報を送信および受信させる命令を含んで構成された記憶部とを有するモジュール。 - 請求項15のモジュールにおいて、前記記憶部は、前記処理部を少なくとも第1の設定または第2の設定で動作させる命令を含んで構成され、
前記第1の設定では、前記処理部は、前記電力線通信モジュールを介して前記電力線から情報を受信し、該情報に基づいて前記ホスト装置を制御し、
前記第2の設定では、前記処理部は、データ収集装置からデータを取得し、前記電力線通信モジュールを介して、前記電力線上で前記データに基づく信号を送信するモジュール。 - 請求項15のモジュールにおいて、前記知能モジュールはセンサを含むモジュール。
- 請求項17のモジュールにおいて、前記センサは、周囲光検出器、動き検出器、マイクロフォン、カメラ、煙探知器、CO検出器、温度計、湿度監視器またはメタン検出器のうちの少なくともいずれかであるモジュール。
- 請求項16のモジュールにおいて、前記知能モジュールはさらに、無線インタフェースを含むモジュール。
- 請求項16のモジュールにおいて、前記知能モジュールは、前記解除可能なインタフェースを介してその全電力を受信するように構成されたモジュール。
- 知能モジュールを有するネットワークに接続するように構成された装置において、該装置は、
電力線に接続するように構成された電気インタフェースと、
前記電力線を介して情報を送信および受信する電力線通信モジュールと、
動作要素と、
該動作要素を制御する制御回路と、
デジタル処理部と、
該処理部に動作可能に接続され、該処理部を少なくとも第1のモードで動作させる命令を含んで構成された記憶部とを有し、前記第1のモードでは、前記電力線通信モジュールを介して前記電力線で情報を受信し、該情報に基づいて前記制御回路を制御する装置。 - 請求項21の装置において、前記処理部は簡易装置管理プロトコル(SDMP)に基づいて命令を処理するように構成された装置。
- 請求項21の装置において、前記動作要素は、光源、熱源、モータ、タイマ、表示部、音源または映像源である装置。
- 請求項23の装置において、前記動作要素は1または複数の発光ダイオードを含む装置。
- 請求項21の装置において、該装置はさらに、知能モジュールの第2の解除可能なインタフェースと相互接続するように構成された第1の解除可能なインタフェースを有する装置。
- 請求項21の装置において、該装置はさらに暗号化チップを含む装置。
- 2つ以上のコンセントを有する電力線と、
前記2つ以上のコンセントに接続され、前記電力線に電気的に接続され、前記電力線を介して通信するように構成された第1および第2の装置と、
前記第1の装置に物理的および電気的に接続され、これにより第1の装置を介して前記電力線に電気的に接続され、前記第1および第2の装置の間で前記電力線を介して情報を送信させるように構成されたIMとを有するネットワーク。 - 請求項27のネットワークにおいて、前記第1および第2の装置はランプであるネットワーク。
- 請求項27のネットワークにおいて、前記第1の装置は前記第2の装置とは異なる部屋にあるネットワーク。
- 請求項27のネットワークにおいて、前記第2の装置はIMに接続されていないネットワーク。
- 請求項27のネットワークにおいて、前記IMは無線装置との間で前記情報を無線で通信するように構成されたネットワーク。
- 請求項31のネットワークにおいて、前記IMは少なくとも第1または第2の設定として構成され、前記第1の設定では、該IMは前記無線装置から前記情報を無線で受信し、該情報が前記電力線を介して前記第2の装置に送信されるようにし、前記第2の設定では、前記第2の装置は、前記電力線を介して前記情報を前記IMに送信し、該IMは前記情報を前記無線装置に無線で送信するネットワーク。
- 請求項32のネットワークにおいて、前記無線装置は、タブレット、スマートフォン、時計、スイッチ、遠隔操作装置、センサ、RDIFタグ、スピーカ、マイクロフォンまたはインターネットハブであるネットワーク。
- 請求項27のネットワークにおいて、前記情報は、制御信号、事象信号またはデータ信号から選択されるネットワーク。
- 請求項34のネットワークにおいて、前記制御信号は、前記第1の装置または前記第2の装置を制御するネットワーク。
- 請求項35のネットワークにおいて、前記制御信号は、前記第1または第2の装置を作動させ、または作動停止させるネットワーク。
- 請求項27のネットワークにおいて、前記IMは、解除可能なインタフェースによって前記第1の装置に解除可能に接続され、前記解除可能なインタフェースを介して電力の供給を受けるネットワーク。
- 請求項27のネットワークにおいて、該ネットワークは建造物内のローカルエリアネットワークにあるネットワーク。
- 請求項38のネットワークにおいて、該ネットワークは住宅内のローカルエリアネットワークにあるネットワーク。
- 無線装置と電力線を介して通信可能に接続された2つ以上のノードとの間での通信方法において、該方法は、
前記電力線上の少なくとも1つの第1のノードと前記無線装置との間で、無線リンクを介して少なくとも1つの第1の信号を通信し、
前記少なくとも1つの第1のノードと少なくとも1つの第2のノードとの間で前記電力線を介して少なくとも1つの第2の信号を通信し、前記少なくとも1つの第1または第2のノードのうちの少なくとも1つは装置に動作可能に接続され、該装置は少なくとも第1の設定および第2の設定に構成され、前記第1の設定では、前記第2の信号が前記第1の信号に応答して、前記第2の信号が前記装置を制御し、前記第2の設定では、前記第1の信号が前記第2の信号に応答し、前記第2の信号は前記装置からのデータを含む通信方法。 - 請求項40の方法において、前記少なくとも1つの第1のノードは、前記電気回路上のランプコネクタに電気的に接続される方法。
- 請求項40の方法において、前記装置は、HVACコンポーネント、視聴覚コンポーネント、照明、スイッチ、サーモスタット、オーブン、動作検出器、温度撮像素子、カメラからなるグループから選択される方法。
- 請求項40の方法において、前記装置は前記第1および第2の設定の両方で構成された方法。
- 請求項40の方法において、前記少なくとも1つの第2の信号は、前記装置の前記動作を制御する少なくとも1つの制御信号と、少なくとも該装置から得られるデータとを含む方法。
- 請求項44の方法において、前記データは前記装置の前記状態に関連している方法。
- 領域内の対象体の位置を特定する位置特定方法において、前記対象体は固有の識別子を有し、該方法は、
前記対象体を探索可能な固有の識別子と相関させ、
電力線のコンセントに設置された少なくとも1つのIMを用いて、前記探索可能な固有の識別子を対象にして前記領域を探査し、
前記探索可能な固有の識別子が前記領域内で発見されたか否かに基づいて、ユーザに信号を伝達する位置特定方法。 - 請求項46の方法において、前記対象体は、鍵、電話、遠隔制御装置、スマートフォン、財布、小銭入れ、服、首輪、物品または在庫、人体またはペットの身体を含む位置特定方法。
- 請求項46の方法において、前記固有の識別子は、画像、音プロファイル、熱プロファイルまたは電磁署名を含む位置特定方法。
- 請求項48の方法において、前記固有の被識別体は電磁署名である位置特定方法。
- 請求項49の方法において、前記電磁署名はRFIDタグから送信され、前記IMはRFIDスキャナを有する位置特定方法。
- 請求項46の方法において、該方法はさらに、前記対象体の探索を開始するよう指示する位置特定方法。
- 請求項46の方法において、該方法はさらに、誘因となる事象に基づいて前記対象体の探索を自動的に促す位置特定方法。
- 請求項52の方法において、前記事象はユーザが領域を離れることである位置特定方法。
- 請求項46の方法において、前記信号伝達は視覚的または聴覚的信号を含む位置特定方法。
- 請求項46の方法において、前記信号伝達は、前記対象体に最も近い前記電力線に接続されたランプの前記光を変調することを含む位置特定方法。
- 請求項46の方法において、前記信号伝達は、無線装置に無線で信号を送信することを含む位置特定方法。
- 請求項46の方法において、前記信号伝達は、前記電力線上で別の装置に信号を送信することを含む方法。
- 請求項46の方法において、前記電力線は複数のコンセントを有し、該コンセントの少なくとも一部は、IMに探査をさせる構成をとるように接続される位置特定方法。
- 請求項58の方法において、前記IMは前記対象体の前記位置を三角測量するように構成された少なくとも3つのIMを有する位置特定方法。
- 請求項46の方法において、前記電力線は複数のコンセントを備え、該コンセントの少なくとも一部は、前記電力線を介して前記少なくとも1つのIMと通信するように構成されたランプに接続され、該ランプは変調を行って前記ユーザを前記対象体に案内する位置特定方法。
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US62/440,694 | 2016-12-30 | ||
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