JP5723075B2 - エンドポイントリピータ機能選択 - Google Patents

Description

本明細書において開示される本発明は、バッテリ作動デバイス（battery operated device）に関する。より詳細には、本発明は、バッテリ作動ユーティリティエンドポイントデバイスのリピータとしての選択的オペレーションを実行するための方法およびデバイスに関する。

一般に電気、水道、ガス、およびオイルメータを含むユーティリティ計測デバイスは、それぞれエンドポイントデバイスと結合され、または、関連付けられていることが多い。このようなエンドポイントデバイスは、データ収集および格納、サービス切断機能、および無線周波数（ＲＦ）送信および／または受信機能を含む、様々な通信機能などの、様々な機能性を提供することがある。このようなＲＦ機能は、データのアップロードを目的として、すなわち、ユーティリティ消費情報の報告、さらにはデータ収集関連パラメータを含むエンドポイントオペレーションに関連付けられたオペレーティングシステムまたはパラメータの更新のためのデータ受信を目的として、中央ファシリティ（central facility）との通信に採用されることがある。

多くの例では、エンドポイントデバイスおよびそれらに関連付けられたユーティリティ消費測定関連デバイスは、ネットワーク構成に編成（organized）される。メッシュ型ネットワークは、一部のそのようなネットワークに対する仕組みの既知の例である。そのような例示的なネットワーク構成において、情報は、中央ファシリティに関連して、個々のエンドポイントデバイスとの間に一般的に案内（direct）されるため、その情報は１つのデバイスから他のデバイスに送信されることがある。場合によっては、個々のエンドポイントはリピータとして動作し、中央ファシリティもしくは他の中央収集デバイスと直接通信することができない別のエンドポイント、または、何らかの他の理由で、中央ファシリティもしくは他の中央収集デバイスと直接通信しないように動作するエンドポイント、との間において、情報(データなど）を伝達するよう構成されることがある。

エンドポイントに使用可能な電源の種類を考慮すると、ある動作問題は、エンドポイントの異なる種類に応じて発生することがある。場合によっては、電気メータは電力消費に対して監視されている同一の電力線から、電力を引き込むことがある。そのような例では、停電の間を除いて電力が使用可能である。しかし、他のユーティリティ消費メータおよびエンドポイントの組み合わせは、通常想定される動作条件の間での動作に使用可能なバッテリ電力を有するのみであることがある。場合によっては、水道、ガス、およびオイルメータは、電気メータと比べて、いわゆる「通常」動作の間のバッテリ電力から作動されることになる可能性が高い。

一部の環境においてＲＦ通信をさらに複雑にするのは、井戸や穴、言い換えると地下にエンドポイントを設置（install）するという一般的な方法である。このような設置は、送信機、受信機、または送受信機にかかわらず、関連付けられた通信デバイス間で達成可能範囲（range achievable）を本質的に縮小する傾向がある。送信範囲に対するこのような制限を解決するために、現在知られている取り組みにおいて、様々なリピータおよびアンテナ構成が以前から提供されてきた。場合によっては、１つの地中エンドポイント（below ground endpoint）は、リピータとして機能して、エリアコレクタ（area collector）、集線デバイス（concentrator device）、または中央ファシリティの「圏外」にあることがある、別のそのような地中エンドポイントからの情報を中継することがある。さらに、または代替的には、地下設備（underground installations）に対する通信機能を向上させるために、地上アンテナが以前から提供されてきた。

エンドポイントオペレーティングシステムおよび手法の様々な実装が開発されてきているが、本発明の技術にしたがって以下に開示される、所望の電力効果のすべてを一般に包含する設計は、いまだに出現していない。

従来技術において直面し、および、本発明が扱う、認識された特徴に鑑み、バッテリ作動ネットワークエンドポイントおよび中央ファシリティ間の通信を向上させるための手法が提供されてきた。このような手法の一部の実施形態にしたがって、エンドポイントデバイスのネットワークが確立されてもよく、そのようなエンドポイントの少なくとも一部がリピータとして動作するように構成される。メッセージをリピートすることをサポートするのに十分なバッテリ容量を有するそのようなエンドポイントは、その容量を示すために他のエンドポイントに信号を送信する。そのような手法を使用して、中央ファシリティにおいては認識されないエンドポイントから、メッセージが中継されてもよい。

リピータとして動作する地中エンドポイントの使用から生じる１つの問題は、特に、そのようなエンドポイントがその動作電力をバッテリ電源から引き込む場合、バッテリから供給される限定的な電力源に与えられる追加的なドレイン（drain）である。そのため、エンドポイントのバッテリ供給にかかる追加的なドレインを最小限にし、バッテリ寿命を最大化する機構を提供することが効果的であろう。

ある実施形態において、メッセージをリピートする有効性（availability）を示す信号の送信は、中央ファシリティへのエンドポイントの通信パスの信頼性に基づいて、許可されてもよい。一部の本発明の例示的な実施形態において、送信される信号は、ディスカバリビット（discovery bit）に対応してもよい。

他の実施形態において、エンドポイントは測定デバイスと関連付けられ、それにより、エンドポイントが中央ファシリティに測定データを送信してもよい。選択された実施形態において、測定デバイスは、消費測定デバイスでもよく、そのような実施形態の一部においては、水道、ガス、およびオイルメータのうちの一つに対応してもよい。

また、一部の実施形態における本発明は、中央ファシリティと複数のエンドポイントとを含むネットワークに関する。そのような例示的な実施形態において、エンドポイントはバッテリ電力供給（battery powered）であり、中央ファシリティと通信する通信能力を有する。一部のそのような実施形態においては、エンドポイントのうち選択されたエンドポイントは、それらが他のエンドポイントからのメッセージをリピートすることをサポートするのに十分なバッテリ容量を有すると判定した後でのみ、そのようなリピータ機能能力を他のエンドポイントに示すリピータとして動作してもよい。他の本実施形態において、リピータ能力機能のインジケーションは、中央ファシリティへのエンドポイントの通信パスの信頼性に基づいて与えられる。選択された実施形態において、リピータとして動作するエンドポイントは、ディスカバリビットと称されてもよいものを送信することによって、そのような機能能力を他のエンドポイントに通知する。

特定の実施形態において、エンドポイントは、測定デバイスと関連付けられてもよく、それにより、エンドポイントは中央ファシリティに測定データを送信してもよい。選択されたそのような実施形態において、測定デバイスは、消費測定デバイスを備えてもよく、一部の実施形態においては、当該消費測定デバイスは、水道、ガス、およびオイルメータのうち少なくとも一つに対応してもよく、または、関連付けられてもよい。

本発明の追加的な実施形態は、本明細書の詳細な説明に記載されて、または、本明細書の詳細な説明に基づいて当業者に明らかになるだろう。また、さらに、本明細書において具体的に図示され、言及され、および論じられた構成、要素、およびステップの修正および変形は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の様々な実施形態および使用において、行われてもよいことを理解すべきである。変形には、限定されないが、図示され、言及され、または論じられた手段、構成、またはステップから同等手段、構成、またはステップへの置換、および様々な部分、構成、ステップなどの機能的、動作的、位置的反転を含んでもよい。

またさらに、異なる開示された本実施形態のみならず、本発明の異なる実施形態は、ここで開示された構成、ステップ、または要素の様々な組み合わせまたは構成、またはこれらに相当するもの（図面に明示されていない、または図面の詳細な説明に述べられていない構成、部分、またはステップの組み合わせ、またはそれらの構成を含む）を含んでもよいことが理解されるであろう。本発明の追加的な実施形態は、発明の概要に表現されているとは限らないが、上記の要約された物に参照しやすく記載された構成、コンポーネント、またはステップ、および／またはそうでない場合には本願で論じた他の特徴、コンポーネント、またはステップの態様の様々な組み合わせを含み、組み込むこともできる。当業者は、明細書の残りの部分を検討すれば、そのような実施形態の構成および態様ならびにその他をより深く理解するであろう。

当業者に向けられた、最良の形態を含む本発明の完全かつ実施可能な開示が、明細書に記載される。これは、以下に説明する、添付図面を参照する。
本発明にしたがって、少なくとも一部のエンドポイントデバイスがリピータとして機能するよう構成されている、複数のエンドポイントデバイスを採用する例示的なネットワークの例示的部分を示す。 本発明で採用することができる、エンドポイントデバイスおよび関連計測コンポーネントを概略的に示す図である。 本発明にしたがって、例示的なエンドポイントの動作コンポーネントおよび関連計測コンポーネントを示すブロック図である。 本発明にしたがって、オペレーションの例示的な方法を示すフローチャートである。

本明細書および添付図面全体における参照符号の繰り返しの利用は、ここで開示されている技術における同一のまたは類似の構成、要素、またはステップを表すことを意図している。

発明の概要において論じられたように、本発明は特にバッテリ作動デバイスに関する。より詳細には、本発明は、バッテリ作動ユーティリティエンドポイントデバイスのリピータとしての選択的オペレーションを実行するための方法および装置に関する。

本技術の態様の選択された組み合わせは、本発明の複数の異なる実施形態に対応する。本明細書において提示および記載される実施形態の各例は、本発明の限定を暗示するものでないことは理解されるだろう。一実施形態の一部として説明または記載される構成またはステップは、他の実施形態の態様と組み合わせて用いることにより、さらに別の実施形態をもたらすこともできる。さらに、ある構成は、同一のまたは類似の機能を果たす、明示されない同様のデバイスまたは構成と置き換えることもできる。

以下において、バッテリ作動エンドポイントの構成を含む本発明のリピータ機能の本実施形態が、詳細に示される。図面を参照すると、図１は、少なくとも一部がリピータとして機能するよう構成されている（または構成することができる）、複数の例示的／代表的なエンドポイント１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１２０を一般に採用する例示的なネットワーク１００の例示的部分を示している。図１に示す例示的な構成において、エンドポイント１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１２０のそれぞれは、リピータとして動作することができるため、エンドポイント１１２の場合、エンドポイント１１０および１１６の間の両方向矢印に示されるように、エンドポイント１１０および１１６に対するリピータとして、機能してもよい。他の状況においては、エンドポイントは、中央ファシリティ１４０のアンテナ１４２と、エンドポイント１１６、１１８との間で、それぞれ両方向矢印１３６、１３８で示されるように、中央ファシリティ１４０と直接通信することができる。エンドポイントのリピータとしての特定の使用についてのさらなる詳細は、例えば、本発明の譲受人に譲渡されている米国特許第８，０２４，７２４号に開示されている。

以下の記載において、用語「エンドポイント」は、無線周波数（ＲＦ）送信とともに消費測定コンポーネントの手段によって通信するよう構成されたコンポーネントを含む、コンポーネントの組み合わせを表す唯一の意味（singular designation）として使用されてもよい。ＲＦ通信コンポーネントは、一般に送受信機と称されてもよい。また、そのような消費測定デバイスは一般に、水道メータに対応してもよく、また、限定されないが、ガスおよびオイルを含む、他のコモディティ（commodity）の消費または生産の測定に対する１または複数の測定デバイスを含んでもよい。さらに送受信機は、エンドポイントおよび中央ファシリティ間、さらには他のエンドポイント間における通信を提供するよう構成されてもよい。用語「エンドポイント」は、ここでの包括的なコンテキストから当業者によって理解されるように、前述の事項の変形を包含することが意図される。

引き続き図１を参照すると、エンドポイント１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１２０のそれぞれは、両方向矢印１３０、１３２、１３４、１３６、１３８にそれぞれ示されるＲＦ送信により通信するよう構成されていることを理解するであろう。一般に、エンドポイント１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１２０のそれぞれは、その送信範囲内で任意の他のエンドポイントと通信してもよく、概してアンテナ１４２に代表されるその通信機器の手段によって、中央ファシリティ１４０と通信してもよい。アンテナ１４２は、例えば最大１０００００の消費者ロケーションをカバーする大規模エリアに対するカバレッジを提供するよう位置する、比較的高いタワー構造であってもよい。場合によっては、中央ファシリティ１４０と配置（arrangement）（別途図示せず）が類似している複数の追加のローカル通信ファシリティが、例えば、特定のエリア内でまたは近隣に提供されて、エンドポイントと単一の中央ファシリティとの間において情報を中継してもよい。このような通信は、ＲＦ送信、または、同軸ケーブル、光ケーブル、専用電話線、無線セルラサービス、もしくは既存のまたは今後発展することになる他の適切な通信を含む、他の通信技術の手段によって実施されてもよい。

図２は、図１に示すエンドポイント１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１２０のそれぞれが、複数の要素を含むエンドポイント２００に対応してもよいことを示している。所与のエンドポイント２００が水道メータに対応するという特定の例では、このようなエンドポイント２００は、図１で、よりおおまかに図示／表現されるように、少なくとも部分的に地中にある筺体（enclosure）にハウジングされてもよい。引き続き図２を参照すると、入力水道線２２０および出力水道線２２２を有する水道メータ２１０は、それとコントローラ２３０および送受信機２４０とを関連付けてもよい。送受信機２４０は、アンテナ２４２とケーブル２４４の手段によって結合されてもよい。アンテナ２４２は、他のエンドポイントコンポーネントとともに地中の筐体内に配置されてもよく、または、地上に配置されてもよい（本明細書では具体的には示さない）。アンテナの位置は、数々の考慮すべき要素に基づいて決定されてもよく、それらの考慮すべき要素、および、実際に、最終的に選択されるロケーションおよび／またはアンテナの種類は、本発明の特定の限定にはならない。

図３を参照すると、本発明におけるエンドポイントおよび関連計測コンポーネントの動作コンポーネントを一般的に示すブロック図３００が示されている。図２を参照してすでに説明したコンポーネントに対応する識別番号は、３００番台の名称を除き、図３において同一の参照符号を持つことを理解するであろう。

したがって、図３に示すように、代表的エンドポイント３００は一般に入力部３２０および出力部３２２を有する消費測定部３１０を含む。前述したように、そのような配置は、場合によっては、入力および出力水道線を有する水道メータであってもよい。代替的実施形態において、当業者は、消費測定部３１０およびその関連入力線３２０および出力線３２２が、液化ガス、石油、天然ガス、および、場合によっては電気、の測定および処理を提供してもよいことを理解するであろう。さらに、本明細書での用語「消費」の使用は、「フロー」（flow）またはユーティリティの配送（delivery）を規定するために、より一般に使用されてもよいことを理解すべきである。あるいは、測定は、消費者により「使用」されるという意味での消費された量のみならず、ソース（例えば、油井またはガス井）により産出されるユーティリティの量または割合（rate）に適用してもよい。

引き続き図３を参照すると、信号は、消費測定部３１０によって生成され、代表的な信号線３３２の手段によって、プロセッサ３３０へ渡されてもよい。コントローラ３３０は、マイクロプロセッサ、コンピュータ、または消費測定部３１０から情報を受信し、場合によっては格納する他のデバイスに対応してもよい。そのような情報は、コントローラ３３０の一部に対応してもよく、または、別個のメモリデバイスもしくはその組み合わせに対応することができる関連メモリ部３３４に格納されてもよい。メモリ部３３０またはそのサブ部はまた、消費測定部３１０、コントローラ３３０、および／または送受信機３４０のオペレーションに関するオペレーション命令を格納するために使用されてもよい。例えば、コントローラ３３０に格納される命令は、データ収集の回数や種類、課金および／またはレート情報、ならびに／または送受信機３４０のオペレーションに関する情報に関するものであってもよい。

送受信機３４０は、通信回線３３６の手段によって命令を受信してもよく、および、例えば中央ネットワークファシリティから受信することができる情報を、同一の通信回線３３６または代替の通信回線によって、コントローラ３３０に転送してもよい。送受信機３４０は、アンテナ３４２、および送受信機３４０とアンテナ３４２を結合しているケーブル３４４の手段によって、ＲＦ通信信号を送信および／または受信してもよい。

最後に、消費測定部３１０、コントローラ３３０、および送受信機３４０のうちの１または複数に動作電力を供給することができる、バッテリ作動電源３５０が提供されていることが理解できるであろう。本発明にしたがって、バッテリ電源３５０の消費を最小限にするよう留意される。具体的には、特にエンドポイント３００がリピータデバイスとして動作するとき、そのようなリピーティングエンドポイントデバイス（repeating endpoint devices）を、限られた数または１つのみ使用することを避けるよう、留意される。このようにして、リピータとして動作するエンドポイント３００に課される追加的な負荷要件は、さらに多くのそのようなデバイス間で共有し、そうすることで、多くのエンドポイント間で追加的な負担を共有してもよい。

例示的な構成において、本発明に関するリピータ使用に対するシステム全体における「負荷レベル」は、例えば、考慮すべき事項の中でもとりわけ、残りのバッテリ容量に基づいている場合、リピータ機能を、比較的より多くのエンドポイント３００間で共有することができ、このようにして、エンドポイント３００全体のうちのそれぞれにおける、バッテリ容量の最小限の増加のみを必要とすることができる。バッテリコストは、各エンドポイントの最も大きいコストの一つであるため、ワークロード（workload）がより多くのリピータに分散されると、システムコストを最小限にすることができる。

さらに、リピータ負荷を共有するエンドポイントのグループとして選択されたエンドポイントはまた、非常に信頼性の高い通信パスを有すると認識されているエンドポイントである。さらに信頼性の高い通信パスでは、一般的に、および、より具体的には、リピータとして動作するエンドポイントはまた、バッテリの使用を最小限にするために、送信されるメッセージの周波数を減少させることができる。このような通信量の減少はまた、ＲＦ衝突を減少させ、これにより、通信の信頼性を高め、システム全体の性能に加えて、拡張されたバッテリ使用に貢献する。

例示的な実施形態において、所定レベルを超えるバッテリ容量を有し、少なくとも別のアップストリームエンドポイントへのサービス接続または中央ファシリティとの直接のサービス接続の十分な品質を有するエンドポイント３００は、周囲のエンドポイントにそのような事実を通知してもよい。当業者にとって公知であるように、ネットワーク環境において動作しているエンドポイントは、一般的に、実質すべての送信される信号に関連付けられたヘッダを送信する。そのようなヘッダは、識別情報、および、次のホップ（next-hop）アドレスなどの少なくとも一部のルーティング情報のみでなく、ディスカバリ情報（discovery information）も含む。本発明にしたがって、エンドポイントは、エンドポイントのディスカバリビットを含む信号を、そのようなエンドポイントがそのようなリピータ機能サービスを周囲の他のエンドポイントに提供するのに十分なバッテリ容量を持つということで、メッセージを受理し、および、転送する意思を有する、他のエンドポイントに、インジケータとして送信してもよい。このようにして、他のエンドポイントに対する、リピータとしてのエンドポイントの選択は、認識されていない（unheard）エンドポイントまでの近さ（proximity）に加え、選択されたリピータエンドポイントのバッテリ有効性に基づくことができる。

本質的にリピータとして動作するエンドポイントが、非常に信頼性の高い通信パスを有し、またそのことで全体のシステム性能およびバッテリの使用に大きな影響を与え得る通信の周波数を減少させることができるという、そのような動作によって、さらなる効果もまた導かれる。

図４を参照すると、本発明にしたがったオペレーションの例示的な方法のフローチャート４００が示されている。一般的に、少なくとも選択されたエンドポイントは、前述したように、測定デバイスに関連付けられている。したがって、ステップ４０２において、そのようなエンドポイントは、その後の送信のための測定データを収集してもよい。

本発明にしたがって、リピータとしてのオペレーションが可能なエンドポイントを含む、選択されたエンドポイントは、ステップ４０４においてそのアップストリームリンクを評価して、信頼できる方法で通信する能力を査定（assess）してもよい。

またステップ４０６において、エンドポイントはまた、それぞれのバッテリ容量を評価して、他のエンドポイントからのデータに対する、エンドポイントのリピータとしての追加的なオペレーションに対して十分な能力が存在するかを判定してもよい。示された例示的な実施形態において、十分なバッテリ容量が使用可能であり、エンドポイントが、十分に信頼できるアップリンク能力を十分に有している場合、リピータとしてのオペレーションが可能なエンドポイントは、次にステップ４０８において、他のエンドポイントにそのような能力を示す信号を送信してもよい。適切な実施形態において、ステップ４０８において送信される信号は、ディスカバリビットを含む。

リピータ能力のインジケーションのそのような送信された信号を受信するエンドポイントが、そのような信号のりピーティングが必要であると判定した場合、提供するエンドポイントは、次にステップ４１０において、そのようなサービスを必要とするエンドポイントに対してメッセージを中継してもよい。

十分なバッテリ容量があることは、場合によっては、所定レベルを超えるバッテリ容量の判定に基づいて決定されてもよく、一方、個々のアップストリーム通信の信頼度は、場合によっては、限定はされないが、サービス品質評価、中央ファシリティへのホップ数、およびエンドポイントによってすでにリピートされたトラフィックのレベルを含む、多くの異なる基準に基づいて、判定されてもよい。

本発明は、具体的な実施形態を用いて詳細に説明されたが、当業者が、上記を理解するに当たって、そのような実施形態の代替例、変形例、および対応例を容易に生み出す可能性があることは理解されるだろう。したがって、本開示の範囲は、限定というよりむしろ例示であり、本開示は、本発明のそのような修正例、変形例、および／または追加例を含むことを排除せず、このことは、当業者に容易に理解されるだろう。

Claims (4)

1. バッテリ作動ネットワークエンドポイントおよび中央ファシリティ間の通信を向上させるための方法であって、
   エンドポイントからディスカバリビットを含む信号を送信して、他のエンドポイントからのメッセージのリピーティングをサポートするのに十分なリピータ機能の有効性を、前記他のエンドポイントに示すステップと、
   前記中央ファシリティにおいて認識されることになる、前記リピータ機能を必要とするエンドポイントからのメッセージを中継するステップと
   を備え、
   前記ディスカバリビットを含む信号の送信は、前記エンドポイントが、所定のレベルを超えるバッテリ容量を有し、少なくとも別のアップストリームエンドポイントへのサービス接続、または、前記中央ファシリティとの直接のサービス接続の十分な品質を有している場合に行われることを特徴とする方法。
2. 前記エンドポイントが測定データを前記中央ファシリティに送信することができるように、測定デバイスを前記エンドポイントと関連付けるステップをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 中央ファシリティと、
   複数のエンドポイントであって、前記複数のエンドポイントの選択されたエンドポイントは、バッテリ電力供給であり、および、リピータとして動作する能力を有している、エンドポイントと
   を備えているネットワークであって、
   前記エンドポイントは、リピータとして動作する能力を有し、前記エンドポイントが他のエンドポイントからのメッセージのリピーティングをサポートするのに十分なリピータ機能を有すると判定した後のみに、ディスカバリビットを含む信号を前記他のエンドポイントに送信することによって、前記他のエンドポイントに前記能力のインジケーションを提供し、
   前記インジケーションは、前記エンドポイントが、所定のレベルを上回っているバッテリ容量を有し、少なくとも別のアップストリームエンドポイントへのサービス接続、または、前記中央ファシリティへの直接的なサービス接続の十分な品質を有している場合に提供される
   ことを特徴とするネットワーク。
4. 前記複数のエンドポイントの少なくとも選択されたエンドポイントに関連付けられた測定デバイスをさらに備えており、
   前記エンドポイントは、測定データを前記中央ファシリティに送信することができる
   ことを特徴とする請求項３に記載のネットワーク。

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