JP6479200B2

JP6479200B2 - センサ読み取りをセンサからデータ収集装置に送信するために使用されるワイヤレス接続の構成

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Publication number: JP6479200B2
Application number: JP2017541911A
Authority: JP
Inventors: デイビッドファーナム、ティモシー
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2019-03-06
Anticipated expiration: 2035-12-11
Also published as: WO2017098193A1; US20180034694A1; JP2018506920A; US10404535B2

Description

本明細書で説明される実施形態は、センサ読み取りをセンサからデータ収集装置に送信するために使用されるワイヤレス接続の構成を管理するための方法に関する。

意思決定支援システムは、さまざまなユーティリティ（ガス、水道、電気など）の供給および分配に使用されるものを含む、複合インフラストラクチャの動作管理を補助するために用いられている。これらのシステムは、インフラストラクチャについての予想を行い、介入の必要性を特定するために、さまざまなセンサによって供給されるデータを履歴データとともに使用する。たとえば、サポートベクターマシンは、ユーティリティネットワークにおける需要予測のために使用され得る。そのようなシステムでは、報告される実際の測定値とそのような報告が行われる（または行われない）タイミングの両方に関して異常を検出することが重要な要件である。

通常、さまざまなセンサからの読み取りは、分析のために、ワイヤレス通信ネットワークを通じて中央処理装置に送信されることになる。ワイヤレスネットワークにおいてワイヤレス接続性または干渉の問題が生じた場合、センサ読み取りは、中央処理装置に届くのが遅れることがある、または全く届かないことがある。結果として、その後の予想の精度が悪化し、異常を検出する能力が損なわれる。したがって、異常なイベントが見過ごされないのを確実にするように、ワイヤレス通信ネットワークの構成を動的に最適化することが望ましい。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を例として説明する。
図１は、従来の意思決定支援システムの概略を示す。図２は、一実施形態によるシステムの概略を示す。図３は、別の実施形態によるシステムの概略を示す。図４は、一実施形態による送信制御システムの例を示す。図５は、２４時間期間にわたって複数のセンサから取得された例示的なセンサ読み取りを示す。図６は、２４時間期間にわたって単独のセンサから取得された読み取りとセンサ読み取りについての予測との比較を示す。図７は、一実施形態に従って実行されるステップのフローチャートを示す。図８は、別の実施形態に従って実行されるステップのフローチャートを示す。図９は、別の実施形態に従って実行されるステップのフローチャートを示す。図１０は、別の実施形態に従って実行されるステップのフローチャートを示す。図１１は、別の実施形態に従って実行されるステップのフローチャートを示す。図１２は、一実施形態に従って、意思決定支援システムのための適切なワイヤレスネットワーク構成の選択において使用されるクラスタ分析の例を示す。

第１の実施形態によれば、センサ読み取り（sensor readings）をセンサからデータ収集装置に送信するために使用されるワイヤレス接続の構成（configuration）を管理するための方法であって、
（ｉ）センサからセンサ読み取りを受信することと、
（ｉｉ）センサ読み取りの値をセンサ読み取りについての予測値と比較することと、
（ｉｉｉ）センサについての正常性パラメータの値を決定することと、ここで、正常性パラメータの値は、センサ読み取りの値が予測値と異なる度合い（extent）を規定する、
（ｉｖ）センサとデータ収集装置との間のワイヤレス接続の現在の構成を維持するのか構成を変更するのかを決定することと、ここで、現在の構成を維持するのか構成を変更するのかの決定は、正常性パラメータの値に少なくとも部分的に基づく、
を備える方法が提供される。

いくつかの実施形態において、ワイヤレス接続の現在の構成を維持するのか構成を変更するのかを決定するステップは、
ワイヤレス接続の現在の構成についての信頼性予測を取得すること
をさらに備え、信頼性予測は、センサから後続のセンサ読み取りを受信する際の遅延の見込み（likelihood）を示す。

いくつかの実施形態において、ワイヤレス接続の現在の構成を維持するのか構成を変更するのかを決定するステップは、
センサ読み取りの到着時間を予測到着時間と比較することによって、接続についての信頼性パラメータの値を決定すること
をさらに備え、信頼性パラメータは、到着時間が予測到着時間と異なる度合いを規定する。

いくつかの実施形態において、正常性パラメータが、受信されたセンサ読み取りの値とセンサ読み取りについての予測値との差が第１の閾値を上回ることを示し、信頼性パラメータが、センサ読み取りの到着時間と予測到着時間との差が第２の閾値を上回ることを示す場合に、ワイヤレス接続の構成が変更される。

いくつかの実施形態において、方法は、
センサからの後続のセンサ読み取りについての到着時間を予測することと、
センサ読み取りのうちの１つまたは複数が予測された時間に受信されない場合に、受信されていないセンサ読み取りについての値を推定することと、ここで、推定された読み取りは、センサから受信されている最後のセンサ読み取りの値に基づく、
推定されたセンサ値に基づいて、ステップ（ｉｉ）から（ｉｖ）を実行することと
を備える。

いくつかの実施形態において、方法は、複数のセンサの各々についてステップ（ｉ）から（ｉｖ）を実行することを備える。

いくつかの実施形態において、センサとデータ収集装置との間のそれぞれのワイヤレス接続がワイヤレスネットワークの一部を備え、
方法は、
受信されたセンサ読み取りの値とセンサ読み取りについての予測値との差が第１の閾値を上回る、および／またはセンサ読み取りの到着時間と予測到着時間との差が第２の閾値を上回る、センサを特定することと、
特定されたセンサごとに、正常性値および信頼性パラメータの値を記録することと、ここで、信頼性パラメータの値は、到着時間が予測到着時間と異なる度合いを規定する、
記録された値に基づいて、データ収集装置までのワイヤレス接続が構成の変更を必要とする複数のセンサを含む、ワイヤレスネットワークにおける１つまたは複数の領域を特定することと、
複数のセンサのワイヤレス接続に変更をもたらすように、１つまたは複数の領域においてワイヤレスネットワークの構成を調整することと
を備える。

いくつかの実施形態において、ワイヤレスネットワークにおける１つまたは複数の領域を特定することは、記録された値に対してクラスタリングアルゴリズムを実施することと、記録された値のクラスタに関連付けられた地理的領域を特定することとを備える。

いくつかの実施形態において、ワイヤレス接続の構成を変更することは、現在の構成の信頼性予測よりも高い信頼性予測を有する構成を選択することを備え、信頼性予測は、特定の構成を使用するときに、センサから後続のセンサ読み取りを受信する際の遅延の見込みを示す。

いくつかの実施形態において、構成を変更することは、センサとデータ収集装置との間のワイヤレス接続に割り当てられた帯域幅および／または電力を調整することを備える。

いくつかの実施形態において、構成を変更することは、センサ読み取りがワイヤレス通信ネットワークにおける異なる経路を介してデータ収集装置にルーティングされるように、センサとデータ収集装置との間の通信を再ルーティング（re-routing）することを備える。

いくつかの実施形態において、構成を変更することは、ワイヤレス接続に関して、異なる周波数、チャネル割り当て、または変調スキームを利用することを備える。

いくつかの実施形態において、構成を変更することは、センサ読み取りについての報告間隔を変更することを備える。

いくつかの実施形態において、センサ読み取りは、１つまたは複数の場所でのユーティリティ使用量の測定を備える。

第２の実施形態によれば、１つまたは複数のコンピュータプロセッサによって実行されると、第１の実施形態による方法をコンピュータに実行させるコンピュータ実行可能命令を備えるコンピュータ可読媒体が提供される。

第３の実施形態によれば、
１つまたは複数のプロセッサと、
１つまたは複数のコンピュータプロセッサによって実行されると、第１の実施形態による方法をコンピュータに実行させるコンピュータ実行可能命令を備える非一時的コンピュータ可読媒体と
を備えるコンピュータシステムが提供される。

本明細書で説明される実施形態は、センサによって報告されるデータと、異なる予測およびワイヤレスネットワークモデルとの相関関係を考慮することによって、センサネットワーク通信インフラストラクチャに対する最適化を特定するようにする。とりわけ、実施形態は、異なる予想モデル（分析モデルおよびシミュレーションモデルなど）と比較される受信データの正常性を定量化し、これをワイヤレスデータ転送の信頼性と組み合わせるようにする。本明細書で使用されるとき、用語「正常性」は、受信データ値が、モデルによって予想される範囲内に入るか否かを指し、「信頼性」は、ワイヤレスネットワークの性能、とりわけ、センサとデータ収集装置との間の通信リンクが、データ転送の満足のいく速度を達成することができるか否かを指し、言い換えれば、信頼性は、センサから読み取りを受信する際に発生する遅延の見込みを反映することが理解されるであろう。正常性および信頼性の測定は次いで、ネットワークおよびワイヤレスモデル予想に基づいた最も適切な構成を選択することによって、ワイヤレス通信インフラストラクチャを最適化するために使用され得る。

実施形態は、配信されるコンテンツについての知識に基づいてコンテンツ配信が最適化される知識ベースネットワーキングパラダイムと併せて使用され得る。実施形態は、コンテンツの予想可能性（または正常性）に基づいて、データ配信の信頼性を最適化する手助けをすることができる。

次に図１、図２、および図３を参照して実施形態を説明する。比較の目的のために、図１は、従来の意思決定支援システムの概略を示し、図２および図３は各々、一実施形態によるシステムを示す。

最初に図１を参照すると、１つまたは複数の変数をモニタするために使用されるセンサＳが示されている。対象の変数は、特定のユーティリティの使用量を反映することができ、たとえば、センサは、水道メーター、ガスメーター、電気メーターなどであり得る。センサは、関連付けられた送信機（Ｔｘ）を有し、この送信機は、ワイヤレス通信リンク１０１を介して、センサから受信機（Ｒｘ）にセンサ読み取りを送信するために使用される。センサは、所定の間隔で、読み取りを実行し、それからそれらの測定値を受信機に送信するように自動化されている。読み取りは、受信機から、データが分析され得るデータ収集装置１０３へと送られる。データ収集装置は、たとえばコンピュータサーバの形態を取ることができる。

図２に示されるシステムは、図１に示されるシステムと同様のコンポーネントを有するが、センサＳからデータ収集装置への信号の送信を調整する（mediate）ために使用される送信制御システム２０３をさらに含む。図２に示される実施形態において、送信制御システム２０３は、ワイヤレス通信リンクのもう一方の側のデータ収集装置に設けられる。しかしながら、送信制御システムは、センサおよび／またはデータ収集装置からのデータにアクセスできれば、いくつかの場所のうちの任意の１つに設置されてもよいことが理解されるであろう。

図３は、データ収集装置１０３が複数のセンサからセンサ読み取りを受信し、複数のセンサの各々がそれぞれのワイヤレス通信リンク３０１〜３０９を介してデータ収集装置へのデータを通信する実施形態を示す。図２にあるように、送信制御システム２０３は、データ処理装置と通信している受信機側に設けられている。

送信制御システム２０３のコンポーネントが図４においてより詳細に示されている。送信制御システムは、比較ユニット４０１と、ネットワークコントローラ４０３とを含む。使用時には、比較ユニット４０１は、センサからセンサ読み取りを受信し、その読み取りをセンサ読み取り予測モデル４０５と比較する。センサ読み取り予測モデルは、異なる時間点でのセンサ読み取りについての期待値を規定し、センサから取得された前の読み取りに基づいて、または複数のセンサから取得されたセンサ読み取りの平均として生成され得る。例として、図５は、２４時間期間にわたって異なるセンサから受信されたセンサ読み取りを示し、図６は、単一のセンサから取得された読み取りと、その１つのセンサについてのセンサ読み取り予測モデルとの比較を示す。

再び図４を参照すると、センサ読み取り予測モデル４０５は、メモリに記憶されていてもよく、または比較ユニットによって自発的に生成されてもよい。たとえば、週の時間（たとえば、平日または週末）および現在の季節に応じて、異なるモデルが使用され得る。

比較ユニットは、正常性パラメータの値を決定するために、センサ読み取りと、センサ読み取り予測モデル４０５で予測された値との比較を使用する。正常性パラメータは、受信されたセンサ読み取りがセンサ読み取り予測モデルによって予想されたものと合致する度合いを規定する。例示的な実施形態において、正常性パラメータは、予想された値と比較された、受信されたセンサ読み取りにおけるパーセンテージ誤差として決定される。

比較ユニットは、正常性パラメータの値をネットワークコントローラに出力し、ネットワークコントローラは、ワイヤレス通信リンクの今の構成が適切であるか否かを評価するために、正常性パラメータの値を使用する。本実施形態において、ネットワークコントローラは、センサ読み取りの正常性を考慮して、ワイヤレス通信リンクに要求される最小限の信頼性を決定する。そうするために、ネットワークコントローラは、センサ読み取りの正常性の関数として、要求される信頼性を示すルックアップテーブル４０７（図４にグラフによって図示される）を調べる。要求される最小限の信頼性を定めると、ネットワークコントローラは次に、ワイヤレス通信リンクについての現在の構成が要求される度合いの信頼性を満たしているかどうかを決定する。本実施形態において、ネットワークコントローラは、ワイヤレス通信リンクの異なる構成についての予想される（予測される）信頼性を示す第２のルックアップテーブル４０９を調べる。受信されたセンサ読み取りがセンサ読み取り予測に近いほど、正常性についてのスコアが高くなり、このことは、一定の異常検出確度を達成するために、より少ない読み取りしか（およびより低い信頼性で）要求されないことを意味する。反対に、値が異常であるほど、すなわち、受信されたセンサ読み取りと予測値との偏差が大きいほど、そのセンサからの後続の読み取りの信頼できる（および速い）検出が望ましい。

第２のルックアップテーブルに基づいて、ネットワークコントローラは、ワイヤレス通信リンクの現在の構成が要求される最小限の信頼性を提供しているかどうかを決定する。今の構成が必要な信頼性を提供していると予測されない場合、ネットワークコントローラは、必要な度合いの信頼性を提供することになる構成を採用するためのネットワークコントローラに、メッセージを出力する。

追加の検査として、ワイヤレス通信リンクの現在の構成が要求されるレベルの信頼性を示すと予測される場合に、ネットワークコントローラは、リンクの実際の性能がその予測と一致するかどうかを決定する。そうするために、ネットワークコントローラは、センサ読み取りの到着時間をモニタし、これらをワイヤレス通信リンクの今の構成についての性能モデル（図４には示されていない）と比較する。性能モデルは、センサからのセンサ読み取りの到着の期待時間を規定する。

異なるワイヤレス構成は、その構成が使用中であるときに、センサ読み取りの到着時間を予測するためにネットワークコントローラが使用することができる、それ独自の関連付けられた性能モデルを各々有することになることが理解されるであろう。性能モデルは、無線伝搬と、受信機および送信機構成と、インフラストラクチャに対するセンサのネットワーク接続性とを考慮する。センサ読み取り予測モデルと同様に、性能モデルは、予想を引き出すために、履歴データと信頼性目標とを活用することができる。通常、予想は、時刻／曜日／年月に依存した需要および／または誤差率などの側面から引き出される。性能モデルはその後、意思決定支援システム内の後続の使用のために記憶される。

ネットワークコントローラは、現在のセンサ読み取りの到着時間を記録し、これを、センサ読み取りについて最後の期待到着時間から経過した時間（すなわち、今の構成についての性能モデルによって予測された到着時間と、センサからデータが受信された実際の時間との時間差）を決定するために使用する。この時間差を使用して、ネットワークコントローラは、ワイヤレス構成についての信頼性の測定を決定する。

一般に、センサ読み取りの期待到着時間とセンサ読み取りの実際の受信との時間差が増加するにつれて、信頼性は低下すると考えられることになる。したがって、信頼性は、この時間差とは逆に一定割合で増減する値として表現され得る。測定された信頼性が、ある（所定の）程度だけ予測信頼性に及ばないことが決定された場合、ネットワークコントローラは、ワイヤレス通信リンクについて異なる構成を採用するための命令を再び発行することになる。

本明細書で説明される実施形態において、ワイヤレス通信リンクの構成は、１つまたは複数のやり方で調整され得る。たとえば、接続の信頼性は、ワイヤレス接続に割り当てられた帯域幅および／または電力の量を増加させることによって強化され得る。代替としてまたはそれに加えて、構成の変更は、ワイヤレス接続に関して、異なる周波数、チャネル割り当て、または変調スキームを利用することを含むことができる。

センサとデータ収集装置とがワイヤレス通信ネットワークによって接続され、ワイヤレス通信リンクがそのネットワークの一部を形成するいくつかの実施形態において、構成の変更は、センサとデータ収集装置との間の通信を再ルーティングすることによってもたらされてもよい。言い換えれば、センサ読み取りは、ワイヤレス通信ネットワークにおける異なる経路を介してデータ収集装置にルーティングされてよい。

いくつかの実施形態において、送信制御システムは、センサ読み取りが実行される間隔、および／またはセンサ読み取りがデータ収集装置に送信される間隔を、センサが変更するための命令を発行することができる。

本明細書で説明される実施形態において、送信制御システムは、ワイヤレス通信の信頼性が測定予想可能性に適応されるのを確実にする手助けをすることができる。結果として、要求されるレベルの確度で異常を検出することをなおも可能にしながら、動作コストまたはバッテリ電力消費量が削減され得る。

実施形態は、予想の期待精度に基づいて適正な構成を選択するように働き、予測が異常を検出するのに十分正確であるときには、より低い信頼性を提供し、精度が悪いときには、より高い信頼性を提供する。いくつかのケースでは、期待正常状態（すなわち、予想モデルが正確であるとき）とほぼ同等の小さな異常を迅速に検出することは、不必要であることが認識されるであろう。また、一定の予測モデルは、ひとまず受け入れられる程度に（すなわち、異常な読み取りを検出することはなおもできる）機能してよく、センサネットワークのオーバーエンジニアリングを避けることによって、コストは最小限に維持され得る。最も適切なワイヤレス通信構成および予測モデルが、異常を検出する／診断することができるという要求される目標を提供するように選択され得る。

図７は、データ収集が（図２に示された例にあるように）単一のセンサからセンサ読み取りを受信する実施形態において、送信制御システムによって実施されるステップのフローチャートを示す。ステップＳ７０１からＳ７０３において、センサ読み取り予測を生成するために使用されるパラメータ、およびセンサとデータ収集装置との間のワイヤレス接続についての性能予測とともに、センサについての履歴センサデータ読み取りがメモリにロードされる。

ステップＳ７０４において、読み取りが、センサから受信され、正常性パラメータの値を決定するために、センサ読み取り予測に対して比較される。センサ読み取りと予測値との差が所定の限度内である場合、措置は取られず、ネットワークコントローラは、単にセンサからの次のセンサ読み取りの受信を待つ（ステップＳ７０５）。受信された読み取りと予測値との差が閾値を上回る場合、方法はステップＳ７０６へと進み、ここで、ネットワークコントローラは、ワイヤレス通信の今の構成についての予測信頼性がこの差に対応するのに十分かどうか、すなわち、予測信頼性が、受信されたセンサデータにおける異常の継続的な存在がタイムリーに検出されるのを確実にするために十分であるか否かを決定する。予測信頼性が十分でない場合、ネットワークコントローラは、より信頼できる構成へと移るために、ワイヤレス構成を変えるための命令を出力する（ステップＳ７０７）。

ステップＳ７０６で予測信頼性が十分であることが決定された場合、今の構成の実際に測定された信頼性がその予測と一致するか否かについての検査が行われる（ステップＳ７０８）。ネットワークコントローラは、今のセンサ読み取りの到着時間を性能モデルによって予想された到着時間と比較することによって、信頼性を計算する。これが許容できる範囲内であることがわかった場合、ワイヤレス接続は、予測性能に従って機能しているとみなされ、それにより構成を調整するための措置は取られない。しかしながら、信頼性が不適当であると決定された場合、ネットワークコントローラは、より信頼できる構成へと移るために、ワイヤレス通信リンクの構成を変えるための命令を送る。

図８は、データ収集が（図３に示された例にあるように）ネットワークにおける複数のセンサからセンサ読み取りを受信する実施形態において、送信制御システムによって実施されるステップのフローチャートを示す。この例では、ネットワークにおいて合計でＳ個のセンサがあると想定される。図８に示されるように、ネットワークコントローラは、図７に関連して上記で説明されたのと同じステップを実施し、個々のセンサの１つごとに、すなわち各時間間隔で、ネットワークコントローラは、センサ読み取りとそのそれぞれのセンサ読み取り予測モデルとにおける偏差を考慮に入れたときに、そのそれぞれのワイヤレス通信リンクが要求されるレベルの信頼性を満たすかどうかを決定するために、センサｉ＝１．．．Ｓの間で繰り返す。

図９は、さらなる実施形態において送信制御システムによって実施されるステップのフローチャートを示す。本実施形態は、各時間間隔の開始にあたり、各それぞれのセンサから（期待される）読み取りが受信されているか否かについての検査が行われる（ステップＳ９０４）という点において、図８に示された実施形態とは異なる。読み取りが受信されている場合、受信されたセンサ読み取りの正常性、および必要であれば、目下構成されているワイヤレス接続の信頼性を決定することによって、方法は、図８の実施形態にあるように進む。ステップＳ９０４で受信されている読み取りがない場合、送信制御システムは、そのセンサから受信されている最も最近の履歴データに基づいて、センサ読み取りを推定する（ステップＳ９０５）。したがって、以前のセンサ読み取りがいかなる異常な挙動の兆候も示していない場合、送信制御システムは、（届かない）読み取りはなおも期待に沿っており、直ちに措置が取られる必要のないネットワークにおける一時的な障害であると想定することになる。一方で、最近のセンサ読み取りがデータにおける異常の存在を示している場合、送信制御システムは、相いれない読み取りを受信するような時間まで、異常が存在したままであると想定することになる。

センサからの届かない読み取りが、必ずしもワイヤレス構成が変更される結果になる必要があるとは限らないことが認識されるであろう。今の構成についての性能モデルは、減衰および干渉などの無線伝搬の影響に起因して、各センサからメッセージが届かないことが起こり得る周波数を推定するために使用されてよく、特定の時間間隔でセンサ読み取りの受信に失敗することは今のワイヤレス構成の期待に沿っており、その構成の予測性能が、（推定された）センサ読み取りと予測センサ読み取りとの差を考慮してもなお適当であると考えられるという条件で、そのセンサのためにワイヤレス構成を調整するための措置が取られる必要はない。

図１０は、さらなる実施形態による送信制御システムによって実施され得るステップのフローチャートを示す。ここでは、以前に説明された実施形態と対照的に、異なるワイヤレス接続の構成が、センサごとに個々に調整されるのではなく、集合的に調整される。

以前の実施形態にあるように、方法は、センサ読み取り予測を生成するために使用されるパラメータと、センサとデータ収集装置との間のワイヤレス接続についての性能予測とともに、センサについての履歴センサデータ読み取りをメモリにロードすることによって始まる（ステップＳ１００１からＳ１００３）。

ステップＳ１００４では、センサのうちの第１のセンサから読み取りが受信され、センサについての正常性パラメータの値を決定する（ステップＳ１００５）ために、センサ読み取り予測に対して比較される。この事例では、受信された読み取りと予測値との差が閾値を上回る場合、方法は、対象のセンサについて「異常な結果」が記録されるステップＳ１００６へと進む。同時に、センサとデータ収集装置との間のワイヤレス通信リンクの信頼性が計算され、記録される。

ステップ１００５において、受信されたセンサ読み取りと予測値との差が規定された閾値を超えていないとわかった場合、方法は、ステップＳ１００７へと進む。ここで、センサとデータ収集装置との間のワイヤレス通信リンクの信頼性が計算され、そのリンクの現在の構成に基づいて予測された信頼性に対して比較される。測定された信頼性が予測と一致するとみなされる場合、措置は取られない。しかしながら、測定された信頼性が予測信頼性に及ばないことが決定された場合、センサについて「異常な結果」が再び記録される（ステップＳ１００６）。このケースでは、ステップＳ１００５で決定された「正常性」読み取りもまた、ワイヤレス通信リンクの測定された信頼性と並んで記録される。

したがって、各「異常な結果」は一対の値を備え、その１つは、対象のセンサ読み取りについて決定された正常性であり、その２つ目は、センサとデータ収集装置との間のリンクについての信頼性であることがわかるであろう。「異常な結果」を記録するためには、２つの値のうちの１つのみが異常である必要があることに留意されたい。センサ読み取りがセンサ読み取り予測モデルによって予測された値と一致したとしても、センサとデータ収集装置との間のリンクの信頼性はなおも計算されることになり、信頼性が期待に及ばないことがわかった場合には、センサ読み取りの正常性と信頼性の両方が記録されることになる。同様に、センサ読み取りが予測値から著しく逸脱することがわかった場合には、ワイヤレス通信リンクの今の構成についての信頼性が期待内であるとわかったとしても、センサ読み取りの正常性と通信リンクの信頼性の両方が記録されることになる。

ステップＳ１００５からＳ１００７がセンサｉ＝１．．．Ｓの各々について完了されると、方法は、異常な結果を有すると特定されたセンサについてクラスタ分析が実施されるステップＳ１００８およびＳ１００９へと進む。一例において、クラスタ分析は、侵入異常検出（intrusion anomaly detection）のための事前アプローチに使用されているfuzzy-c-meansクラスタリングを使用して実施される。ここで、アルゴリズムは、異なる組み合わされた正常性／信頼性の状態に対して、イベント（およびイベントを欠くこと）のメンバーシップを決定するために使用される。基本原理は、さまざまなモデルを使用する個別のイベント分類が、異常なイベントの組み合わされた決定を可能にすることである。分類状態は、同様の測定正常性の異なるグループを表す。各測定は、各グループに対するメンバーシップ、または関連付けられた発生の確率を有し、ここで、すべてのクラスに対するすべての確率の和は１である。異常なイベントが発生するとき、それらのイベントが低い深刻度グループ内に入ることが望ましく、これは予想および異常を検出するためにかかった時間の信頼性がよりよいことを意味する。

説明の目的のために、本例において、システムは、自動メーター読み取り（ＡＭＲ）センサが短距離無線ネットワークインフラストラクチャを介して接続されている、ＡＭＲデバイスを使用する水道消費量計測に基づくシステムであると想定されることになる。センサは、需要計画、圧力管理、および漏水検出など、意思決定支援システムを補助するための処理および使用のために、データ収集装置に読み取りを報告する。無線インフラストラクチャは、８６８ＭＨｚまたはＩＳＭ帯域で動作するため、時間および空間にわたって変化する干渉および伝搬の異常（ビル、メーターピット、および車両に関連した減衰など）を受けやすく、読み取りが届かない結果になることがある。

個々の異常なイベントの正常性および信頼性は、一組の分類状態を定義することによって、クラスタ化される。図１２は、週のうちの異なる時間に取得されたセンサ読み取りに対応し、したがって異なるセンサ読み取り予測モデルに対して比較されている２つの異なる例を指し示す。ここで、縦座標軸を標示するのに使用される用語「深刻度」は、信頼性の逆を定義することが理解されるであろう。両方の例において、分類状態の数は３として設定され、３つのクラスタが個々の読み取り／イベントについて最も起こりそうな状態を表している。

両方のグラフにおいて、最も右のクラスタが、異常検出のために最も重要であり、とりわけクラスタ中心の深刻度が高すぎるか否かを特定するために使用される。そのそれぞれのセンサでのグラフにおける各異常な結果を特定することによって、クラスタが、センサネットワークの特定の地理的領域に関するかどうかを突き止めることが可能である。たとえば、右側のクラスタが単一の領域に設置されたセンサから主に構成される場合、推測は、個々のセンサごとにではなく、全体としてのその領域におけるネットワークの性能について行われ得る。それに応じて、たとえば、追加の電力または帯域幅を領域全体に転用することによって、それらのセンサからのデータの報告は集合的に最適化され得る。センサをそのような集合的な方式で扱うことにより、センサ読み取りにおける異常を検出するために必要な信頼性および予想可能性を提供するようにワイヤレスネットワーク構成を適応させる、全体的なプロセスを単純化することができる。

送信制御システムによって実行されるものを含む本明細書で説明された主題の実践および動作は、たとえば、デジタル電子回路において、またはコンピュータソフトウェア、ファームウェア、もしくはハードウェアにおいて実現され得ることが認識されるであろう。本明細書で説明された主題の実践は、１つまたは複数のコンピュータプログラムを使用して、すなわち、データ処理装置による実行のために、またはデータ処理装置の動作を制御するようにコンピュータ記憶媒体上で符号化された、コンピュータプログラム命令の１つまたは複数のモジュールを使用して実現され得る。代替的にまたはそれに加えて、プログラム命令は、データ処理装置による実行のために好適な受信機装置への送信用に情報を符号化するように生成された、マシン生成電気信号、光信号、または電磁信号などの、人工的に生成された伝搬信号上で符号化され得る。コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読記憶デバイス、コンピュータ可読記憶基板、ランダムもしくはシリアルアクセスメモリアレイもしくはデバイス、またはそれらの１つもしくは複数の組合せであっても、またはそれらに含まれてもよい。その上、コンピュータ記憶媒体は伝搬信号ではないものの、コンピュータ記憶媒体は、人工的に生成された伝搬信号において符号化されたコンピュータプログラム命令の送信元または宛先であり得る。コンピュータ記憶媒体はまた、１つもしくは複数の別個の物理コンポーネントもしくは媒体（たとえば、複数のＣＤ、ディスク、もしくは他の記憶デバイス）であっても、またはそれらに含まれてもよい。

特定の実施形態が説明されてきたが、これらの実施形態は、例としてのみ提示されており、本発明の範囲を限定することを意図しない。実際、本明細書で説明された新規の方法、デバイス、およびシステムは、多様な形態で具現化されてよい。さらに、本明細書で説明された方法およびシステムの形態におけるさまざまな省略、置換、および変更は、本発明の趣旨から逸脱することなく行われ得る。添付の特許請求の範囲およびその均等物は、本発明の範囲および趣旨を含むような形態または変形を包含するように意図されている。

Claims

センサ読み取りをセンサからデータ収集装置に送信するために使用されるワイヤレス接続の構成を管理するための方法であって、
（ｉ）前記センサからセンサ読み取りを受信することと、
（ｉｉ）前記センサ読み取りの値を前記センサ読み取りについての予測値と比較することと、
（ｉｉｉ）前記センサについての正常性パラメータの値を決定することと、前記正常性パラメータの前記値は、前記センサ読み取りの前記値が前記予測値と異なる度合いを規定する、
（ｉｖ）前記センサと前記データ収集装置との間の前記ワイヤレス接続の現在の構成を維持するのか前記構成を変更するのかを決定することと、前記現在の構成を維持するのか構成を変更するのかの決定は、前記正常性パラメータの前記値に少なくとも部分的に基づく、
を備え、
前記ワイヤレス接続の前記現在の構成を維持するのか前記構成を変更するのかを決定することは、
前記ワイヤレス接続の前記現在の構成についての信頼性予測を取得することと、
前記信頼性予測と、前記センサ読み取りの前記値と前記予測値との差に基づいて決定される第１の閾値とを比較することと、
を備え、
前記信頼性予測は、前記センサから後続のセンサ読み取りを受信する際の遅延の見込みを示す、方法。
前記正常性パラメータの前記値が、前記受信されたセンサ読み取りの前記値と前記センサ読み取りについての前記予測値との差が第２の閾値を上回ることを示し、前記信頼性予測が前記第１の閾値を下回る場合に、前記ワイヤレス接続の前記構成が変更される、請求項１に記載の方法。
前記ワイヤレス接続の前記現在の構成を維持するのか前記構成を変更するのかを決定することは、
前記センサ読み取りの到着時間を予測到着時間と比較することによって、前記ワイヤレス接続についての信頼性パラメータの値を決定すること
をさらに備え、前記信頼性パラメータは、前記到着時間が前記予測到着時間と異なる度合いを規定する、請求項１または２に記載の方法。
前記正常性パラメータの前記値が、前記受信されたセンサ読み取りの前記値と前記センサ読み取りについての前記予測値との差が第２の閾値を上回ることを示す場合、かつ、前記信頼性予測が前記第１の閾値を下回る、または、前記信頼性パラメータの前記値が、前記センサ読み取りの前記到着時間と前記予測到着時間との差が第３の閾値を上回ることを示す場合に、前記ワイヤレス接続の前記構成が変更される、請求項３に記載の方法。
前記センサからの後続のセンサ読み取りについての到着時間を予測することと、
前記センサ読み取りのうちの１つまたは複数が前記予測された時間に受信されない場合に、受信されていない前記センサ読み取りについての値を推定することと、前記推定された読み取りは、前記センサから受信されている最後のセンサ読み取りの値に基づく、
前記推定されたセンサ値に基づいて、前記（ｉｉ）から（ｉｖ）を実行することと
を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
複数のセンサの各々について前記（ｉ）から（ｉｖ）を実行することを備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
センサ読み取りをセンサからデータ収集装置に送信するために使用されるワイヤレス接続の構成を管理するための方法であって、
複数のセンサの各々について、
（ｉ）前記センサからセンサ読み取りを受信することと、
（ｉｉ）前記センサ読み取りの値を前記センサ読み取りについての予測値と比較することと、
（ｉｉｉ）前記センサについての正常性パラメータの値を決定することと、前記正常性パラメータの前記値は、前記センサ読み取りの前記値が前記予測値と異なる度合いを規定する、
（ｉｖ）前記センサと前記データ収集装置との間の前記ワイヤレス接続の現在の構成を維持するのか前記構成を変更するのかを決定することと、前記現在の構成を維持するのか構成を変更するのかの決定は、前記正常性パラメータの前記値に少なくとも部分的に基づく、
を実行することを備え、
前記センサと前記データ収集装置との間のそれぞれのワイヤレス接続がワイヤレスネットワークの一部を備え、
前記方法は、
前記受信されたセンサ読み取りの前記値と前記センサ読み取りについての前記予測値との差が第１の閾値を上回る、および／または、前記センサ読み取りの到着時間と予測到着時間との差が第２の閾値を上回る、センサを特定することと、
特定されたセンサごとに、前記正常性パラメータの前記値および信頼性パラメータの値を記録することと、前記信頼性パラメータの前記値は、前記到着時間が前記予測到着時間と異なる度合いを規定する、
前記記録された値に基づいて、前記データ収集装置までのワイヤレス接続が構成の変更を必要とする複数のセンサを含む、前記ワイヤレスネットワークにおける１つまたは複数の領域を特定することと、
前記複数のセンサの前記ワイヤレス接続に前記変更をもたらすように、前記１つまたは複数の領域において前記ワイヤレスネットワークの前記構成を調整することと
を備える、方法。
前記ワイヤレスネットワークにおける前記１つまたは複数の領域を特定することは、前記記録された値に対してクラスタリングアルゴリズムを実施することと、前記記録された値のクラスタに関連付けられた地理的領域を特定することとを備える、請求項７に記載の方法。
前記ワイヤレス接続の前記構成を変更することは、前記現在の構成についての信頼性予測よりも高い信頼性予測を有する構成を選択することを備え、前記信頼性予測は、特定の構成を使用するときに、前記センサから後続のセンサ読み取りを受信する際の遅延の見込みを示す、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
前記構成を変更することは、前記センサと前記データ収集装置との間の前記ワイヤレス接続に割り当てられた帯域幅および／または電力を調整することを備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
前記構成を変更することは、センサ読み取りがワイヤレス通信ネットワークにおける異なる経路を介して前記データ収集装置にルーティングされるように、前記センサと前記データ収集装置との間の通信を再ルーティングすることを備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
前記構成を変更することは、前記ワイヤレス接続に関して、異なる周波数、チャネル割り当て、または変調スキームを利用することを備える、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
前記構成を変更することは、前記センサ読み取りについての報告間隔を変更することを備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
前記センサ読み取りは、１つまたは複数の場所でのユーティリティ使用量の測定を備える、請求項１から１３のいずれかに一項に記載の方法。
１つまたは複数のコンピュータプロセッサによって実行されると、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法をコンピュータに実行させるコンピュータ実行可能命令を備えるコンピュータ可読媒体。
１つまたは複数のプロセッサと、
前記１つまたは複数のコンピュータプロセッサによって実行されると、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法をコンピュータに実行させるコンピュータ実行可能命令を備える非一時的コンピュータ可読媒体とを備えるコンピュータシステム。