JP5554990B2

JP5554990B2 - 無線ネットワーク上のフィールドデバイスのための電力管理システム

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Publication number: JP5554990B2
Application number: JP2009530352A
Authority: JP
Inventors: スワパンチャクラボルティ; ケリーエムオース
Original assignee: ローズマウントインコーポレイテッド
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2007-09-06
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2027-09-06
Also published as: EP2076839A1; CN101529403B; EP2076839A4; EP2076839B1; US20080081676A1; WO2008042072A1; CN101529403A; US8103316B2; JP2010505339A

Description

本発明は、無線メッシュネットワーク上で通信するデバイスに関する。具体的には、本発明は、無線メッシュネットワーク上で動作するデバイスにおける電力管理に関する。

無線データ通信及び制御は、将来のセンサオートメーション、プロセス制御、セキュリティ、及び安全規制において支配的なプレーヤになるであろう。無線データ通信及び制御に重大な要求の一つは、ネットワークで通信するデバイスがその電力消費を最小にすることである。

低電力、センサ／アクチュエータベースの適用例のために設計された無線メッシュネットワークシステムにおいて、ネットワークの多くのデバイスは、長寿命電池によってか又は低電力エネルギスカベンジング電源によって、電力を供給されなければならない。１２０ＶＡＣユーティリティのような電力コンセントは、普通は、大きな据え付け費を負うことなく器具（センサ）及びアクチュエータが配置されなければならない危険領域に隣接して配置されることはなく、又はその中には許可されないことがある。低い据え付けコストの必要性によって、無線メッシュネットワークの一部として通信する電池電源デバイスの必要性が生じる。再充電できない一次電池のような有限電源の効果的使用が、高機能無線デバイスにとって極めて重要である。電池は５年より長く、好ましくは製品の寿命まで持つことが期待される。

自己編成マルチホップネットワークとも呼ぶことができる、真の無線メッシュネットワークにおいては、各デバイスは、ネットワークで、それ自体並びに他のデバイスに対してメッセージをルーティングできなければならない。ネットワークを通してノードからノードへホッピングするメッセージの概念は、低電力ＲＦラジオを用いることができ、さらに、メッシュネットワークは一端から他端へメッセージを送給する、かなりの物理的領域に渡る可能性があるため利点がある。高電力ラジオはメッシュネットワークにおいては必要ではなく、集中型基地局に直接話す遠隔デバイスを採用するポイント・ツー・ポイントシステムとは対照的である。

メッシュネットワークプロトコルは、デバイス間及びデバイスとデータコレクタ又は幾らかのより高いレベルの高速データバスへのブリッジ又はゲートウェイとの間でメッセージングするための代替経路の形成を可能にする。無線メッセージのための代替の冗長な経路を有することは、環境的影響のため又は干渉のために別の経路がブロックされた又は低下した場合でさえ、メッセージが流れる少なくとも１つの代替経路があることを保証することによって、データ信頼性を高める。

幾つかのメッシュネットワークプロトコルは、全てのデバイスが指定された親及び少なくとも１つの代替親を有するように、確定的にルートされる。メッシュネットワークの階層においては、人間の家族におけるように、親は子を持ち、子は孫を持ち、以下同様である。各デバイス（又は「ノード」）は、ネットワークを通して子孫のためのメッセージをゲートウェイのような何らかの最終目的地へ取り次ぐ。親デバイスは、電池電源又は有限エネルギ電源のデバイスとすることができる。ノードがより多くの子孫を持てば持つほど、より多くのトラフィックをルートしなければならず、今度は直接にそれ自体の電力消費を増加させ電池寿命を縮めることになる。

電力を節約するために、幾つかのプロトコルは、メッセージに注意を向けるために、制限された時間の量においてのみノードのラジオをオンにすることにより、どのノードも、あらゆる時間の期間中に扱うことができるトラフィックの量を制限する。故に、平均電力を削減するために、プロトコルは、オンとオフの状態の間でラジオのデューティサイクルを可能にすることができる。幾つかのプロトコルは、電力を節約するために、ネットワーク全体が同時にオンとオフになるように、グローバル・デューティサイクルを用いる。他のプロトコル（例えばＴＤＭＡベース）は、互いにリンクされるノードの通信する対のみが所定の時間に同期様式でオンとオフに変わるようにスケジュールされるローカル・デューティサイクルを用いる。典型的には、リンクは、ノードの組に、通信のための特定のタイムスロット、ラジオにより用いられるＲＦ周波数チャネル、その時点で、誰が受信しているか（Ｒｘ）、及び誰が伝送しているか（Ｔｘ）を割り当てることにより、予め定められる。

メッシュネットワークは、新規なデバイスをセキュリティ保護されたネットワークに組み込むために「加入」として知られるプロセスを用いる。加入プロセス中、多数の情報交換及び構成が行われる。

新規なデバイスは、全ての使用可能なネットワークチャンネルを通して走査してもよいし、あるいはラジオレンジ内の同様のデバイスを見つけるために、所定のチャネル又はチャンネルの部分集合を用いてもよい。新規なデバイスは、ネットワークに加盟するために、新規なデバイスが使用可能な既存のネットワークノードを探す。可聴範囲内にある各デバイスの存在が記録される。新規なデバイスは、近隣のデバイスでハンドシェイクプロトコルを確立するために、メッセージを送り、ネットワークに加わるように要求し、デバイス番号及びネットワークＩＤを提供する。近隣系は、ネットワークマネージャにその要求を通信し、これは例えば、ネットワーク・ゲートウェイで稼動するソフトウェアプログラム又はゲートウェイに接続するサーバとすることができる。新規なデバイスは、ネットワークマネージャが、新規なデバイスがネットワークに参加するのを可能にするために確立されなければならないリンクを判断できるように、ネットワークマネージャにその「近隣系」リストを提供する。

好ましくは、新規なデバイスは、ネットワークマネージャからの加入メッセージをデコードするために、そのあらかじめ構成されたセキュリティ情報を用い、ネットワークマネージャがリンクを確立するために必要な他の情報と共に、ネットワークの新規なデバイスから他のデバイスへ期待されるセキュリティ保護された応答を送信し戻す。

新規なデバイス及びその新規な親と子は、要求されたリンクを確立するために、ネットワークマネージャから構成情報を受信し実装する。新規なデバイスは、次に、ネットワークに完全に加えられ参加する。

たいていのネットワークにおいては、上述の加入プロセスは、新規なデバイスがネットワークに加わる場合にのみ起こる。そのプロセスは、新規なデバイスの近隣におけるネットワーク活動に応じて、１５分から２０分かかることがある。

無線データ通信が可能なフィールドデバイスは、無線ネットワークで通信するためのネットワーク・インターフェースモジュールと、センサ又はアクチュエータのような変換器を動作させるためのデバイスインターフェースモジュールとを含む。ネットワーク・インターフェースモジュール及びデバイスインターフェースモジュールへの電気出力の分配は、電力制御モジュールによって制御される。電力制御モジュールは、ネットワーク・インターフェースモジュールが、無線ネットワークに加わろうとしている間に、電力を受け取るように電力を割り当てる。ネットワーク・インターフェースモジュールが、無線ネットワークに加わると、電力制御モジュールは、ネットワーク・インターフェースモジュール及びデバイスインターフェースモジュールが電気出力を共有するように、電力を割り当てる。

ネットワークのノードを定義する多数のフィールドデバイスを含む無線メッシュネットワークの線図である。図１の無線メッシュネットワークのノードの１つを表す無線フィールドデバイスを示すブロック図である。図２の無線フィールドデバイスのネットワーク・インターフェースモジュール及びデバイスインターフェースモジュールへの電力分配の制御を示す工程系統図である。

図１は、自己編成メッシュネットワーク１０を示し、ネットワークマネージャ１２及び個々のデバイス又はノード１４Ａ−１４Ｉを含む。自己編成メッシュネットワーク１０は、個々のデバイス１４Ａ−１４Ｉが多重経路を通ってデータを送る無線通信ネットワークである。
ネットワークマネージャ１２は、例えば、ネットワーク・ゲートウェイ上又はホストコンピュータ上で稼動するソフトウェア・アプリケーションを含むことができる。ネットワークマネージャ１２は、デバイスの幾つかと直接に（単一ホップ）通信可能であり（この場合はデバイス１４Ａ、１４Ｂ，１４Ｃ及び１４Ｆ）、残りのデバイスと間接的に（複数ホップ）通信可能である。

一実施形態によると、各々のデバイス１４Ａ−１４Ｉがネットワーク１０に加わったとき、ネットワークマネージャ１２は、ネットワーク１０内の他のデバイスと話す際に用いるスケジュールをデバイスに与えることが好ましい。各デバイスには、そのデバイスに対して親又は子のいずれかである近くのデバイスから往復するデータを送るために用いる特定の時間と無線周波数を表すスロットが提供される。

一実施形態においては、デバイス１４Ａ−１４Ｉは、分散型工業プロセスシステムにおけるフィールドデバイスである。フィールドデバイスは、圧力、温度、流量、又は流体レベルのようなプロセスパラメータをモニタするためのセンサ（又は複数のセンサ）を有するトランスミッタとすることができる。代替的に、フィールドデバイスは、ネットワーク１０上で受信される制御命令信号に応じて制御機能を提供するアクチュエータを含むことができる。

図２は、個々のデバイス１４Ａ−１４Ｉの各々を表すことができるノード又はフィールドデバイス１４のブロック図を示す。デバイス１４は、電源２０、電力制御モジュール（ＰＣＭ）２２、トランシーバ２４、ネットワーク・インターフェースモジュール（ＮＩＭ）２６、デバイスインターフェースモジュール（ＤＩＭ）２８、及び変換器３０を含む。

電源２０は、電池、又は太陽電池、熱電電池、原子力電池のような再生可能エネルギ源、又は蓄積キャパシタと連動するエネルギスカベンジャとすることができる。フィールドデバイス１４の効果的寿命は、電源２０の容量、及びそれが再生可能であるか否かに拠る。

電力制御モジュール２２は、電源２０からフィールドデバイス１４の他の構成部品へのエネルギの分配又は割り当てを制御する。特に、電力制御モジュール（ＰＣＭ）２２は、トランシーバ２４とネットワーク・インターフェースモジュール（ＮＩＭ）２６によって実行されるネットワーク通信機能と変換器３０及びデバイスインターフェースモジュール（ＤＩＭ）２８によって実行されるデバイス機能との間に電力を割り当てる。

トランシーバ２４は、デバイス１４とメッシュネットワーク１０内の他の同様のデバイスとの間に無線通信を提供する。特に、トランシーバ２４は、ネットワーク１０でそこへルートされる制御メッセージを受信し、変換器３０及びＤＩＭ２８の作用に基づいてメッセージを制御するための応答を伝送し、メッシュネットワーク通信プロトコルによって要求されるように、親ノード及び子ノードへメッセージをリレーする。

ネットワーク・インターフェースモジュール（ＮＩＭ）２６は、トランシーバ２４の動作を制御する。それは、トランシーバ２４によって受信される受信メッセージを処理し、メッシュネットワークを通してトランシーバ２４によって伝送される発信メッセージをフォーマットする。ＮＩＭ２６は、また加入プロセスを担当するものであり、デバイス１４は、メッシュネットワーク１０に加わりその一部となる。

変換器３０は、（圧力、温度、フロー、又は流体レベルのような）プロセスパラメータを感知するためのセンサ又は複数のセンサとすることができる。変換器３０は、無線メッシュネットワーク上で報告されることもできる第２のパラメータ又は変数を感知するための付加的センサを含むことができ、第１のプロセスパラメータの計測を処理するときに、フィールドデバイス１４によって用いられることができる。例えば、第１のプロセスパラメータが、圧力又はフローであるとき、温度センサは、感知される第１のパラメータ信号の温度依存を正すための感知された温度信号を提供するために用いることができる。

他の実施形態においては、変換器３０は、メッシュネットワーク上で受信した制御入力に基づいて機械機能を実行するアクチュエータとすることができる。例えば、変換器３０は、制御されているプロセスにおいて、流体のフローを制御するために用いられるバルブアクチュエータとすることができる。

デバイスインターフェースモジュール（ＤＩＭ）２８は、感知する又は作動させる機能を実行するために、電力を変換器３０へ提供する。変換器３０がセンサであるときには、ＤＩＭ２８は、センサ信号を処理し、無線メッシュネットワーク１０上でメッセージに伝送するためのＮＩＭ２６に提供されるセンサ出力を生成する。変換器３０がアクチュエータであるときには、ＤＩＭ２８は、トランシーバ２４によって受信され、ＮＩＭ２６によってＤＩＭ２８に提供されるメッセージに基づいて、制御又は命令入力をアクチュエータに提供する。

通常動作中、電力制御モジュール（ＰＣＭ）２２は、電源２０からＮＩＭ２６とＤＩＭ２８との間に電力を割り当てるので、トランシーバ２４の動作及び変換器３０の動作の両方が起こることになる。ＮＩＭ２６及びＤＩＭ２８によるこの電力の共有は、デバイス１４がネットワーク１０の一部である限り起こる。

デバイス１４が、最初にネットワーク１０に加わるとき、並びに、通信が失われてデバイス１４がネットワーク１０との接触を再確立して再加入しなければならない間は、ＤＩＭ２８及び変換器３０による電力の消費は、必要でない。ＮＩＭ２６による電力消費は、加入シーケンスの間は最大であり、ネットワーク接続が確立された通常動作の間はより少ない。それ故、加入シーケンスの間、ＰＣＭ２２は、電力をＮＩＭ２６にのみ割り当てる。

加入シーケンスの間、ＮＩＭ２６は、トランシーバ２４がネットワーク１０の一部である近くのデバイスからの伝送に注意を向けるようにさせる。１つ又はそれ以上の近隣のデバイスの存在を検出するとすぐに、ＮＩＭ２６は、トランシーバ２４がハンドシェイクプロトコルメッセージを隣接系に送るようにさせる。隣接系との通信を確立するとすぐに、ＮＩＭ２６は、隣接系の１つにネットワークへ加わるように要求するメッセージを送る。このメッセージは、デバイス１４のデバイス番号及びネットワークＩＤを含む。隣接系は次に、ネットワークマネージャ１２にネットワークに加わるように要求するメッセージを転送し、ネットワークマネージャ１２は、加入承認プロセスを実行しネットワーク１０に対してデバイス１４を構成する。ネットワークマネージャ１２は、どの隣接するデバイスがデバイス１４の親及び子になるかを判断し、トランシーバ２４がデバイス１４に向けられたメッセージにいつ注意を向けるべきか、いつメッセージを送るべきか、及びどのチャンネルの伝送及び受信が行われるべきかについてのネットワークスケジュールを確立する。デバイス１４のこの構成は、ネットワークマネージャ１２によってデバイス１４へ送られる一連の構成メッセージを通して実行される。

ＮＩＭ２６がネットワーク１０に加わるための初期電力要求は高く、加入プロセスはかなりの時間がかかることがある。結果として、ＮＩＭ２６の必要電力は加入プロセスの間高い。他の全ての電力消費は、加入プロセスの間ＰＣＭ２２によって削減され、全ての利用可能な電力は、ＮＩＭ２６に割り当てられる。

加入プロセスが起こると、ＮＩＭ２６は、ネットワークマネージャ１２によって提供されるネットワークスケジュールに従ってトランシーバ２４をオン及びオフに変える。デューティサイクルは、非常に低い可能性があり、トランシーバは、メッセージを受信する又は伝送する順番の短い時間にオンに変わる。このように、トランシーバ２４は、デバイス１４へ又はデバイス１４から、メッセージが送信されない間、電力を消費しない。

一実施形態においては、ＮＩＭ２６が、ネットワーク１０に加わると、ＰＣＭ２２は、ＤＩＭ２８並びにＮＩＭ２６へ電力を利用可能にする。ＤＩＭ２８が、（例えば、デバイス１４の内蔵時間スケジュールに従って、又はトランシーバ２４によって受信されＮＩＭ２６によってＤＩＭ２８に供給されるメッセージに応じて）起動するたびに、ＤＩＭ２８は、ＮＩＭ２６が現時点でネットワーク１０に接続しているかどうかを見るためのチェックを開始する。ＮＩＭ２６が、加入プロセスを通してネットワーク１０への接続を確立していない場合、又はネットワーク１０との通信が失われた場合には、ＮＩＭ２６は、ネットワーク１０に接続していないことを示す。その場合には、ＤＩＭ２８は、節電モードに置かれ、実質的に電力消費を削減し、ＮＩＭ２６がネットワーク１０に加わる又は再び加わるのに成功するまで、全ての利用可能電力は、ＰＣＭ２２によってＮＩＭ２６へ割り当てられる。

ＮＩＭ２６がネットワーク１０に接続していることを示す場合には、ＤＩＭ２８は、変換器３０の動作を開始するのを許可される。これは、センサ計測、及びＤＩＭ２８によるそのセンサ計測の信号処理を含むことができる。処理されたセンサ信号は、次に、センサ出力がネットワーク上で伝送されたメッセージに提供されるのが可能になるまで、それが格納されるＮＩＭ２６に、ＤＩＭ２８によって提供される。

メッセージが、センサ出力を含んで、ネットワーク上で送信されたときに、確認通知信号は、センサ出力を含むメッセージがその目的地へ到達したことを示すデバイス１４へ送り返されることができる。確認通知信号は、ＮＩＭ２６がネットワーク内で依然としてアクティブであるという表示をＮＩＭ２６へ提供する。同様に、ネットワーク１０でデバイス１４上で向けられる制御メッセージは、センサ出力又はアクチュエータの動作のようなデータを要求することができる。制御メッセージの受信は、またそれが依然としてネットワーク１０の一部であることをＮＩＭ２６に示す。

図３は、デバイス１４内の電力割り当ての一実施形態を示す工程系統図を示す。図３に示されるように、動作は、デバイス１４の開始で始まる（ステップ５０）。開始するとすぐに、ＰＣＭ２２は、初めに電力を電源２０からＮＩＭ２６へ割り当てる（ステップ５２）。ＮＩＭ２６は、次に加入プロセスを開始する（ステップ５４）。加入プロセスが成功してＮＩＭ２６がネットワークに今や入っていることを示すまで、電力はＰＣＭ２２によって実質的にＮＩＭ２６に引き続き割り当てられる（ステップ５６）。

ＮＩＭ２６が加入プロセスを完成させてネットワーク１０内にいることを示すと、ＰＣＭ２２は次に、ＮＩＭ２６とＤＩＭ２８との間に電力を割り当てる（ステップ５８）。アクティブになるときはいつでも、ＤＩＭ２８は、ＮＩＭ２６のステータスのチェックを開始する（ステップ６０）。ＤＩＭ２８は、デバイス１４の内蔵スケジュールに従って周期的に作動することができるか、あるいは、トランシーバ２４及びＮＩＭ２６によってネットワーク１０上で受信するメッセージに応じて作動することができる（ステップ６２）。

ＤＩＭ２８によるチェックが開始されるとすぐに、ＰＣＭ２２は、ＮＩＭ２６がネットワーク１０に現時点で入っているかどうかを判断する（ステップ６４）。ＮＩＭ２６がネットワーク１０に入っていない場合には、ＰＣＭ２２は、ＤＩＭ２８が節電モードに入るようにさせる（ステップ６６）。ＤＩＭ２８が節電モードであれば、電力はもう一度実質的にＮＩＭ２６に割り当てられる（ステップ５２）。

ＮＩＭ２６が、ネットワーク１０に接続していることを示す場合には、ＤＩＭ２８は変換器３０を作動させる（ステップ６８）。ＤＩＭ２８は、電力を変換器３０に提供し、変換器の型に拠って、センサ信号を受信するか又はアクチュエータを動作させる。ＤＩＭ２８は次に、変換器の活動の結果を報告するデータをＮＩＭ２６に提供する（ステップ７０）。これは、ＤＩＭ２８によって得られたセンサ出力とすることができ、あるいはアクチュエータの動作に関するフィードバックとすることができる。

ＮＩＭ２６は、ネットワーク１０上でのデータの伝送のための次のタイムスロットまでＤＩＭ２８からのデータを格納する。ＮＩＭ２６は、ＤＩＭ２８から受信したデータをフォーマットしてメッセージにし、そのメッセージがネットワーク上でふさわしい時間にトランシーバ２４によって伝送されるようにする（ステップ７２）。

ＰＣＭ２２によるデバイス１４の電力管理は、ＮＩＭ２６及びＤＩＭ２８に対する電力要求を分離し、それらの電力要求が順次に満たされるのを可能とする。デバイス１４が無線ネットワーク１０に加わっているときにはいつでも、これは全体の電力要求を削減する。ＮＩＭ２６は、無線ネットワークへの接続を確立するために加入プロセスを実行するのに必要な電力を供給される。ＤＩＭ２８は、ＮＩＭ２６がネットワークに加わっていない限り、非活動状態であり、電力を与えられない。

加入プロセスが起こった後で、電力管理は、ＮＩＭ２６の削減された電力要求を利用する。ＮＩＭ２６が通常ネットワーク動作の中に入れば、ＤＩＭ２８はパワーアップされ、必要に応じて変換器３０を動作させるのに用いることができる。

電力管理プロセスは、内蔵ハードウェア、ソフトウェア又はファームウェアを用いるデバイス１４によって内部で実行されることができる。

本発明は好ましい実施形態に関して説明されたが、当業者であれば本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細に変更を行うことができることを認識するであろう。

１０：自己編成メッシュネットワーク
１２：ネットワークマネージャ
１４Ａ−１４Ｉ：ノード
２０：電源
２２：電力制御モジュール
２４：トランシーバ
２６：ネットワーク・インターフェースモジュール
２８：デバイスインターフェースモジュール
３０：変換器

Claims

無線ネットワーク上で通信するためのネットワーク・インターフェースモジュールと、
変換器を動作させるためのデバイスインターフェースモジュールと、
使用可能な電気出力が前記ネットワーク・インターフェースモジュール及び前記デバイスインターフェースモジュールによって、どのように共有されるかを判断するための電力制御器であって、前記制御器は、前記ネットワーク・インターフェースモジュールのネットワーク状態をモニタし、前記ネットワーク・インターフェースモジュールと前記デバイスインターフェースモジュールの間の電力の割当てを独立して制御し、前記ネットワーク・インターフェースモジュール及び前記デバイスインターフェースモジュールの一方に割り当てられた前記使用可能な電気出力の一部は、前記ネットワーク・インターフェースモジュール及び前記デバイスインターフェースモジュールの他方には使用可能ではない電力制御器と、
前記ネットワーク・インターフェースモジュールの前記モニタされたネットワーク状態の関数として電力割当て優先シーケンスを提供する、前記電力制御器によって利用されるソフトウェア又はファームウェアであって、前記電力割当て優先シーケンスは、前記ネットワーク・インターフェースモジュールが前記無線ネットワークに接続されていないときに、前記デバイスインターフェースモジュールの状態に関わらず前記電力制御器による前記ネットワーク・インターフェースモジュールへの電力の割当てを優先するものであるソフトウェア又はファームウェアと、を含み
前記デバイスインターフェースモジュールは、前記電力割当て優先シーケンスに従って、前記ネットワーク・インターフェースモジュールが前記無線ネットワークに加わった後に使用可能な電気出力の増大したシェアを有するものであることを特徴とするフィールドデバイス。
前記ネットワーク・インターフェースモジュールからのメッセージを前記ネットワークへ伝送するための、及び前記ネットワーク・インターフェースモジュールへのメッセージを前記ネットワークから受信するための、無線トランシーバをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のフィールドデバイス。
電気出力を提供するための電源をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のフィールドデバイス。
前記電源は、電池、太陽電池、熱電電池、原子力電池、及び蓄積キャパシタのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項３に記載のフィールドデバイス。
前記変換器は、少なくとも１つのセンサ又はアクチュエータを含むことを特徴とする請求項１に記載のフィールドデバイス。
前記電力制御器は、いかなる所与の時間にも全体の電力消費を最小にするように、使用可能な電気出力がどのように共有されるかを判断することを特徴とする請求項１に記載のフィールドデバイス。
前記デバイスインターフェースモジュールが起動するとすぐに、前記ネットワークインターフェースが、現時点で前記無線ネットワークに接続しているかどうかに応じて、前記電力制御器が、前記電気出力を前記デバイスインターフェースモジュールに割り当て続けるべきかどうかを判断することを特徴とする請求項１に記載のフィールドデバイス。
メッセージを無線ネットワークへ伝送し、かつ無線ネットワークから受信するための無線トランシーバと、
前記無線トランシーバの動作を制御するためのネットワーク・インターフェースモジュールと、
変換器と、
前記変換器の動作を制御するためのデバイスインターフェースモジュールと、
電源と、
前記ネットワーク・インターフェースモジュールのネットワーク状態をモニタし、前記ネットワーク・インターフェースモジュールと前記デバイスインターフェースモジュールの間の電力の割当てを独立して制御する電力制御モジュールと、
前記ネットワーク・インターフェースモジュールの前記モニタされたネットワーク状態の関数として電力割当て優先シーケンスを提供する、前記電力制御器によって利用されるソフトウェア又はファームウェアであって、前記電力割当て優先シーケンスは、前記ネットワーク・インターフェースモジュールが前記無線ネットワークに接続されていないときに、前記デバイスインターフェースモジュールの状態に関わらず前記電力制御器による前記ネットワーク・インターフェースモジュールへの電力の割当てを優先するものであるソフトウェア又はファームウェアと、
を含むことを特徴とするフィールドデバイス。
前記無線ネットワークへのネットワーク接続が確立されていないときに、前記電力制御モジュールは、前記電力制御モジュールによって前記デバイスインターフェースモジュールに割り当てられた節電モード電力を除き、全ての利用可能な電力を前記ネットワーク・インターフェースモジュールに割り当てることを特徴とする請求項８に記載のフィールドデバイス。
前記無線ネットワークへのネットワーク接続が確立されているときに、前記電力制御モジュールは、前記ネットワーク・インターフェースモジュール及び前記デバイスインターフェースモジュールの両方が電力を受け取るように、電力を割り当てることを特徴とする請求項９に記載のフィールドデバイス。
前記ネットワーク・インターフェースモジュールは、前記トランシーバへの電力を制御し、前記デバイスインターフェースモジュールは、前記変換器への電力を制御することを特徴とする請求項８に記載のフィールドデバイス。
前記電源は、電池、太陽電池、熱電電池、原子力電池、及び蓄積キャパシタのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項８に記載のフィールドデバイス。
前記変換器は少なくとも１つのセンサを含むことを特徴とする請求項８に記載のフィールドデバイス。
前記変換器はアクチュエータを含むことを特徴とする請求項８に記載のフィールドデバイス。
前記デバイスインターフェースモジュールが起動したときに、前記電力制御モジュールは、前記ネットワーク・インターフェースモジュールが確立されたネットワーク接続を有するかどうかを判断することを特徴とする請求項８に記載のフィールドデバイス。
ネットワーク接続が確立されているときより、ネットワーク接続が確立されていないときに、前記電力制御モジュールは、より大きな割合の前記電力を前記ネットワーク・インターフェースモジュールに割り当てることを特徴とする請求項８に記載のフィールドデバイス。
電源、無線トランシーバ、変換器、ネットワーク・インターフェースモジュール、及びデバイスインターフェースモジュールを含むフィールドデバイスを動作させる方法であって、
前記方法は、
前記ネットワーク・インターフェースモジュールが前記無線トランシーバを通して、無線ネットワークに接続しているかどうかを判断し、
前記ネットワーク・インターフェースモジュールと前記デバイスインターフェースモジュールの間の電力の割当てを管理する電力制御モジュールによって、前記ネットワーク・インターフェースモジュールが前記無線トランシーバを通して無線ネットワークに接続しているかどうかの前記判断をモニタし、
前記ネットワーク・インターフェースモジュールが前記無線トランシーバを通して無線ネットワークに接続しているかどうかの前記モニタされた判断の関数として電力割当て優先スケジュールを確立し、前記電力割当て優先スケジュールは、前記ネットワーク・インターフェースモジュールが前記無線ネットワークに接続されていないときに、前記デバイスインターフェースモジュールの状態に関わらず前記ネットワーク・インターフェースモジュールへの電力の割当てを優先するものであり、前記ネットワーク・インターフェースモジュールが前記無線ネットワークに接続しているかどうかの前記モニタされた判断及び前記電力割当て優先スケジュールに基づいて前記電力制御モジュールによって、前記ネットワーク・インターフェースモジュールと前記デバイスインターフェースモジュールとの間で前記電源から使用可能な電力を独立して割当て、前記ネットワーク・インターフェースモジュール及び前記デバイスインターフェースモジュールの一方に割り当てられた前記使用可能な電気出力の一部は、前記ネットワーク・インターフェースモジュール及び前記デバイスインターフェースモジュールの他方には使用可能ではないものである、
ことを含むことを特徴とする方法。
電力を割り当てることは、
前記ネットワーク・インターフェースモジュールが前記無線ネットワークに接続していないときに、前記デバイスインターフェースモジュールに割り当てられた節電モード電力を除き、全ての利用可能な電力を前記ネットワーク・インターフェースモジュールに割り当てることと、
前記ネットワーク・インターフェースモジュールが前記無線ネットワークに接続しているときに動作を起動するため、前記ネットワーク・インターフェースモジュール及び前記デバイスインターフェースモジュールの両方に電力を割り当てること、
を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
前記ネットワーク・インターフェースモジュールからの電力で前記無線トランシーバに電力供給することと、
前記デバイスインターフェースモジュールからの電力で前記変換器に電力供給すること、
をさらに含む請求項１７に記載の方法。
前記デバイスインターフェースモジュールが起動したときに、前記ネットワーク・インターフェースモジュールが、前記無線ネットワークに接続しているかどうかの判断が起こることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
前記無線ネットワークはメッシュネットワークとして構成されている請求項１に記載のフィールドデバイス。
前記無線ネットワークに加わるためのプロセスは、
既存のネットワークノードを探すこと、近隣のフィールドデバイスとのハンドシェイクプロトコルの確立、ネットワークマネージャを宛先とする近隣リストの提供、前記ネットワークマネージャからの構成情報の実装、及び前記無線ネットワーク中の前記フィールドデバイスからの１つ以上のリンクの確立、の内の１つ以上を含むものとして規定されることを特徴とする請求項１に記載のフィールドデバイス。
前記無線ネットワークはメッシュネットワークとして構成されている請求項８に記載のフィールドデバイス。