JPH07170583A - 遠隔データ取得及び通信のシステム - Google Patents

遠隔データ取得及び通信のシステム

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JPH07170583A
JPH07170583A JP6167356A JP16735694A JPH07170583A JP H07170583 A JPH07170583 A JP H07170583A JP 6167356 A JP6167356 A JP 6167356A JP 16735694 A JP16735694 A JP 16735694A JP H07170583 A JPH07170583 A JP H07170583A
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JP
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data
level
collector
concentrator
transmission
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JP6167356A
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Inventor
Jacob Z Schanker
ジェイコブ、ジー、シャンカー
Daniel H Hollands
ダニエル、エイチ、ホランズ
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Itron Metscan Corp
Original Assignee
Itron Metscan Corp
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04Q9/00—Arrangements in telecontrol or telemetry systems for selectively calling a substation from a main station, in which substation desired apparatus is selected for applying a control signal thereto or for obtaining measured values therefrom
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q2209/00—Arrangements in telecontrol or telemetry systems
    • H04Q2209/40—Arrangements in telecontrol or telemetry systems using a wireless architecture
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04Q2209/00—Arrangements in telecontrol or telemetry systems
    • H04Q2209/70—Arrangements in the main station, i.e. central controller
    • H04Q2209/75—Arrangements in the main station, i.e. central controller by polling or interrogating the sub-stations

Abstract

(57)【要約】 本発明によるデータ取得及び通信システムは、無線送信
機を含む複数の収集装置、無線送信機、無線受信機及び
メモリを含むオプションとしての複数の集信装置、無線
送信機、無線受信機及びメモリを含む複数の制御装置、
第一の通信リンクを介して対応する集信装置に結合され
たオプションとしての複数のデータ通信ノード、及び第
二の通信リンクを介してデータ通信ノード或は次に低レ
ベルの装置に結合されたデータ管理プラットホームコン
ピュータを含む。収集装置、集信装置及び制御装置は互
いにＲＦ通信を介して、好ましくは、単一の搬送波周波
数の単一通信チャネルを使用する。収集装置は、好まし
くは、データを集信装置に異なる収集装置からの伝送間
の衝突を最小にするために４から６時間の間の間隔に
て、好ましくは、２００ミリ秒以下の伝送バーストにて
伝送する。こうして伝送されたデータは格納され、デー
タ保持の各要求される期間に対して、典型的には毎日、
冗長データが破棄される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的には、遠隔デー
タ取得及び通信システムに関する。より詳細には、本発
明は、複数の遠隔データ収集装置或は監視装置によって
取得或は生成されたデータを監視、収集及び通信するた
めの遠隔データ取得及び通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】公共事業（utilities ）及び他の産業は
無数の遠隔ポンイトからデータを取得し、このデータを
分析、課金、その他の目的のためにデータ処理センタに
通信するという共通の問題に直面する。典型的な例は家
庭、商業及び産業上の様々な分野において消費されるた
めに天然ガスを提供する天然ガス公益事業会社である。
天然ガス公益事業会社は課金その他の目的でデータを収
集するために定期的に読取られるべき数千或は数百万の
顧客ガスメータを持つ。データは、慣習的に、人が個々
のメータを回り個々のメータの読み値を記録するという
手段によって集められてきた。次に、こうして記録され
たデータは中央局に持ち帰られ、コンピュータ化された
課金システムに転送される。類似する問題を持つ公益事
業の他の例としては、電気及び水道事業がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】消費データ収集手順に
おける進歩がこれまでにも見られるが、但し、殆どのシ
ステムはいまだに人によるメータ読取りに依存する。但
し、生活スタイル及び社会的条件は、メータを読むため
にメータ読取り要員が家庭の構内に接近することをます
ます困難なものにしている。
【０００４】従って、本発明の目的は、メータ読取りプ
ロセスを自動化することによって人手によるメータ読取
りの必要性を排除することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、複数の異なる
遠方の地理上の位置に設置された各々が無線送信機、マ
イクロコントローラ及びメモリを含む複数のデータ収集
装置（data collectordevices）；各々が無線送信機、
無線受信機、マイクロコントローラ及びメモリを含むオ
プションとしての一つ或はそれ以上のデータ集信装置
（data concentrator devices ）；無線送信機、無線受
信機、マイクロコントローラ及びメモリを含む一つ或は
複数の制御装置（controller devices）；及びオプショ
ンとしての第一の通信リンクを介して対応する集信装置
に結合された一つ或はそれ以上のデータ通信ノード、及
びデータ通信ノード或は装置の次に低いレベルに第二の
通信リンクを介して結合されたデータ管理プラットホー
ムのメインコンピュータから構成される遠隔データ取得
及び通信システムに関する。システムの用途に依存し
て、一つ或はそれ以上の中間レベル、例えば、集信装置
及び／或はデータ通信ノードを省くこともできる。
【０００６】収集装置、集信装置及び制御装置は、互い
にＲＦ通信を介して、好ましくは、単一のＲＦ通信チャ
ネルを介して通信する。収集装置はデータを集信装置に
複数の収集装置からの伝送間の衝突を最小にするために
短い伝送、例えば、２００ミリ秒より短い伝送にて送信
する。第一の時間間隔内のランダムに決定された時刻に
おける最初のこの短い伝送の後、同一のデータ収集装置
からの後続の短い伝送が典型的には各データ収集装置か
らの少なくとも一回の成功裡のデータ取得が要求される
丸一日というより長い時間期間内の一連の略同一の間隔
において起こる。これによって、全てが単一のＲＦチャ
ネルにて伝送される場合でも、一つ或はそれ以上のデー
タ集信装置と関連する事実上に全ての非常に多数の遠隔
地に位置するデータ収集装置からのデータの収集及び処
理が可能となる。
【０００７】
【実施例】本発明は、図１に簡略的に示され、また図２
にデータ流れ図形式にて示されるように、それぞれ、好
ましくは、ＡからＥまでの５レベルと言う多くのレベル
の階層ネットワーク状に配列された遠隔データ取得及び
通信システム（remote data acquisition and communic
ation system）を提供する。図３には、無線伝送を介し
て通信する３つの低レベルＡからＣに対する典型的な地
理的配置（geographical siting ）から見たネットワー
クトポロジが示される。最も低いレベルＡは複数の収集
装置（collector devices ）を含むが、これは、絶え
ず、一次データ（primary data）、例えば、ガスメータ
によって生成されたガス消費データの監視及び格納を行
なう。選択された間隔において、この収集装置は累積消
費データ（cumulative consumption data ）を運ぶ何分
の一秒という短い継続期間を持つ低パワー無線信号をレ
ベルＢに位置する対応する集信装置（concentrator dev
ices）に送信する。レベルＢの集信装置は、無線受信
機、無線送信機、及びメモリを備えたマイクロコントロ
ーラを含む。ある与えられた集信装置の付近内の全ての
収集装置からの伝送は集信装置のマイクロコントローラ
のメモリ内に受信及び格納される。集信装置内におい
て、個々のデータ収集装置からの個々のデータ取得の日
付及び時刻が取得されたデータの各パケットと関係付け
られる。集信装置は、そのメモリ内に格納されたデー
タ、及びそれらの時刻及び日付を、レベルＣの対応する
制御装置に、制御装置によって伝送されるコントローラ
ポーリング信号（controller polling signal ）に応答
して送信する。
【０００８】レベルＣの所の制御装置は、無線受信機、
無線送信機、メモリを備えたマイクロコントローラ、並
びに、物理通信リンク、例えば、従来の電話回線に結合
された電話モデム（telephone modem ）、或は専用のハ
ードワイヤ通信リンクを含む。但し、物理通信リンクと
して、他の手段、例えば、光リンク、或は交流周波数
（alternate frequency ）無線リンクを使用することも
可能である。制御装置は、一般的には、コントローラポ
ーリング信号を集信装置に、一日に一度伝送するが、但
し、より最新のデータの読取りが必要とされる場合は、
より頻繁的なポーリングも可能である。各制御装置の付
近及び支配下内の全ての集信装置からのデータは、その
制御装置のマイクロコントローラのメモリ内に制御装置
がレベルＤの所のデータ通信ノードからデータが制御装
置からデータ通信ノードにアップロード（uploaded）さ
れるべきであることを表わす通信ノードポーリング信号
（communications node polling signal）を受信するま
で格納される。レベルＣの所の制御装置とレベルＤの所
のデータ通信ノードとの間のデータ転送は、好ましく
は、上記説明のように、電話回線或はこれと等価な設備
を通じて達成されるが、別の方法として、無線或は光通
信リンクをこの目的のために使用することもできる。
【０００９】レベルＤの所の各データ通信ノードは、好
ましくは、１００万（one million）或はそれ以上まで
の収集装置を含む大きな地理的エリアを処理することが
できるミニコンピュータ（mimicomputer）を含む。Ｄレ
ベルの所のデータ通信ノードはレベルＥに専用の広帯域
通信リンク、例えば、電話回線、Ｔ１キャリア、光ファ
イバ網、統合システムデジタルネットワーク（integrat
ed systems digital networks （ＩＳＤＮ）、地表マイ
クロウエーブリンク（surface microwave links ）、衛
星通信リンク或は流星バースト通信リンク（meteor bur
st communications links ）を介して結合される。
【００１０】システムの用途及びシステム内の収集装置
の数によっては、中間レベルの一つ或は複数、例えば、
集信装置及び／或は通信ノードを省略することもでき
る。
【００１１】レベルＥの所のデータ管理プラットホーム
（data management platform）は全データ取得システム
に対するメインコンピュータ（main computer ）であ
り、これは、システムデータベース及びネットワーク管
理情報を提供し、また、公益事業（utility ）の課金シ
ステム（billing system）に対するゲートウエイ（gate
way ）として機能する。
【００１２】特定の集信装置によって受信されることが
意図されたある少数の収集装置の伝送が一つ或は複数の
他の集信装置によっても受信されることに注意すべきで
ある。重複データを運ぶことによるネットワーク資源へ
の追加の負担を排除するために、Ｂレベル以上の一つ或
はそれ以上のネットワークレベル、例えば、Ｃ、Ｄ及び
Ｅレベルの任意の所で、冗長メッセージが格納され、認
識され及び除去される。
【００１３】レベルＡの所に採用される収集装置は、公
共料金計（utility meter ）に直接に取り付けられる
か、或は公共料金計から離れた位置に設置され、ケーブ
ルを介して公共料金計のカウンティング（counting）或
はパルス出力に接続される。収集装置はまた、特に、実
質的に非機械的なソリッドステートメータ（non-mechan
ical solid-state meters ）の場合は、新たに設計され
たメータの一統合部分（integral part ）として製造す
ることもできる。収集装置は、好ましくは、入力条件付
け回路（input conditioning circuits ）、パルスカウ
ンティング回路、低パワー無線送信機、及びパワー制御
回路を含むが、これらの全てが一つのマイクロコントロ
ーラ、例えば、Motorola社によって製造されるMC68HC70
5B5 によって制御される。
【００１４】本発明によるシステムは、ここでは、本発
明のシステムの代表的な用途としての複数の遠隔地に位
置するガスメータからのデータの取得及び通信との関連
から説明されるが、他の複数の公共料金計量用途（util
ity metering applications）、例えば、他のエネルギ
計量用途、例えば、電気計量器の読取り、及び非エネル
ギ計量用途、例えば、水の消費の計量などを含む他の分
野にも用途を持つ。さらに、このシステムは、複数の異
なる公共料金計量源から同時的にデータを取得、伝送及
び処理する能力、例えば、典型的には同一の住所或は事
業所に位置する二つ或はそれ以上の遠隔に位置するガ
ス、水道及び電気計量器からのデータを同時に取得する
能力を持つ。
【００１５】このシステムを経済的に生存可能であり、
また経済的に有利にするためには、収集装置が初期コス
トが安価であり、据付が容易であり、最小のパワー消費
にて長期間に渡って動作が可能であることが要求され
る。最小のパワー消費のこの目的は、収集装置内に低い
電流消費の回路を使用することによって、及び、収集装
置が無線送信機のみを含むという事実によって達成され
る。つまり、本発明によるこれら収集装置は、送信専用
の装置であり、より高いレベルの装置からのポーリング
コマンドを受信することを要求されない。このために、
これら収集装置には受信機を持つことが要求されない。
つまり、受信機が要求される場合は、受信機がポーリン
グコマンドを受信するために動作状態に維持されなけれ
ばならないが、これは、収集装置のバッテリ或は電源に
大きな負担を掛け、また、達成可能な動作寿命を低減す
ることとなる。さらに、収集装置は受信機回路がない場
合の方が一層安価となる。
【００１６】実際、システムの全てのレベルの所の全て
のユニットの全ての電力要件が最小にされるべきであ
る。例えば、全てのユニットの無線送信機のパワー出力
は非常に低く、典型的には、１０ミリワットのオーダと
される。本発明によるシステムにおいては他の効率がシ
ステムの複数のレベル間でＲＦ伝送を使用することによ
って達成されるが、これは、システムによって要求され
る電話接続の数及び継続期間を最小にし、こうして動作
コストを最小にする。
【００１７】但し、送信専用収集装置を採用するために
は、収集装置によって受取り通知或は再伝送要求が受信
できないために、収集装置からの伝送が集信装置によっ
て受信されることを保証するための方法が提供されなけ
ればならない。収集装置から送信されるデータの最終的
に意図される宛先は、Ｂレベルの所の集信装置ではな
く、Ｅレベルの所のデータ管理プラットホームである。
典型的には、Ｅレベルにおいては、毎日、各メータから
一回のメータ読取りデータのみが要求されるために、受
信の実時間確認は必要とされない。Ｅレベルの所のプロ
セッサが受信された全てのデータを編成することによっ
て、どの収集装置が任意の特定の２４時間期間の間にデ
ータを報告したかを知るのみで十分である。
【００１８】バッテリの交換と関連する運転コストを低
減するために、長寿命一次セル蓄電池（long-life prma
ry cell battery ）、例えば、３．６ボルトの開路時電
圧（open circuit voltage）及び３．３ボルトの負荷
（閉路）時電圧を持つサイズＡＡリチウム塩化チオニル
蓄電池（lithium thionyl-chloride battery）が使用さ
れる。これによって、最小の電流消費にて、バッテリの
交換無しに１０年間の収集装置の動作寿命が達成可能で
ある。
【００１９】無線通信に依存するシステムのユニット、
つまり、図３の地理的位置付けの図面内に簡略的に示さ
れるＡ、Ｂ及びＣレベルのユニットの動作範囲は、複数
の要因に依存し、これらの全ては、個々の実現において
異なる。これら要因には、送信機のパワー出力、アンテ
ナの利得或は損失、送信機及び受信機の両方の所におけ
るアンテナの高さ、動作の周波数、受信機の感度、並び
に壁、建物、金属物体、及び周囲の雑音レベル等のよう
な妨害物と関連しての局所的な条件等が含まれる。ある
動作範囲における信号レベルは絶対的なものではなく、
統計的変数要因（statistical variability factor）或
は信頼水準（confidence level）も含むべきである。
【００２０】例えば、４フィートの高さに取り付けられ
た１０ミリワットの有効放射パワーを持つ積分アンテナ
（integral antenna）を備えたＡユニットを持つ１８４
ＭＨｚにて動作する本システムの一つの典型的な実現に
おいては、１マイクロボルトの感度及び２０フィートの
高さの所で単位利得を持つアンテナを備えたＢユニット
までの動作範囲（レンジ；rane）は、１２ｄＢの典型的
な壁及び建物の減衰の効果が考慮された場合、９９．９
％の信頼度において、約０．２７マイルである。また、
両方が１０ミリワットの送信機パワー出力、１マイクロ
ボルトの感度、及び２０フィートの高さの単位利得アン
テナを持つＢユニットとＣユニットとの間の動作範囲
は、妨害物による減衰に対する６ｄＢの要因を考慮に入
れた場合、約０．６５マイルである。０．２７マイルの
ＡからＢユニットまでの動作範囲に基づくと、Ｂユニッ
トは、典型的には、０．２３平方マイルのＡユニットの
エリアを処理でき、Ｃユニットは、典型的には、１．３
平方マイルのＡ及びＢユニットを包囲するエリアを処理
することができる。
【００２１】数千或は数１００万の個々のメータ／収集
装置を巻き込むこのような無線に基づくデータ取得シス
テムの動作の探究においては、データ伝送に対して多く
の数の異なるＲＦバンドを使用できると期待することは
現実的でない。多数の異なるＲＦバンドを実質的にフル
タイムに使用することは実際問題として不可能である。
但し、一つのシステム内の多数の装置が同一或は隣接す
るＲＦバンドを使用して通信する場合は、伝送の干渉及
び劣化も現実的な問題となる。そして、これらの問題
は、あるシステム内の伝送装置及び伝送の数が増加する
と掛け算的に深刻となる。驚くことに、本発明人は、数
千から数１００万の伝送装置を持つシステム内において
毎日本当に数１００万のデータ伝送を成功裡に処理する
ことができるシステムを開発した。好ましくは、これら
装置の全ては、単一のＲＦチャネル或は周波数にて動作
する。
【００２２】本発明においては、好ましくは、ネットワ
ーク全体に対する全ての無線通信が、送信収集装置の数
がいかに大きいか、或はこれが多様な地理的な位置内に
いかに広がっていようが、単一の無線チャネルを使用し
て遂行される。ネットワークは、同時的な伝送間で衝突
が発生することを考慮に入れ、これらの発生に対する手
当を行なう。一つの実現においては、５０ｋＨｚのチャ
ネル幅、及び１８３．５から１８４．５ＭＨｚ帯域内の
搬送波周波数が採用される。第二の実現においては、２
５ｋＨｚのチャネル幅が採用され、搬送波周波数は２１
６から２２０ＭＨｚの帯域内とされる。さらにもう一つ
の実現においては、１２．５ｋＨｚのチャネル幅、及び
約９２８／９５２ＭＨｚ、或は９５６ＭＨｚ或は９３２
／９４１ＭＨｚの近傍の搬送波周波数、或はペアにされ
た周波数が採用される。但し、他の周波数及びチャネル
幅を採用することもできることに注意する。特定の割り
当てられる搬送波周波数は、典型的には、問題となる地
域の規制認可との関係で決定される。
【００２３】ある収集装置からの個々の伝送がある集信
装置によって受信される絶対的な保証は存在しないこと
に注意する。採用される無線周波数に一時的な干渉が存
在することもある。また、ある一つの与えられた地理的
エリア内の一つ以上の収集装置が同時に送信を行ない、
干渉或は衝突を発生させ、このためにこれら伝送の片方
或は両方が単一の集信装置の所で完全には受信できなく
なるある限定された確率が存在する。
【００２４】本発明は、二つ或はそれ以上の収集装置か
らの同時的な伝送間の衝突の可能性を収集装置の伝送の
継続期間を好ましくは約１８０から２００ミリ秒或はこ
れ以下に制限することによって最小にする。ある特定の
時間間隔における衝突の可能性をＰc によって表わすも
のとすると、破壊的な衝突なしに集信装置によって成功
裡に受信されるデータ伝送の確率はＰs ＝（１−Ｐc ）
である。成功裡の伝送の確率は２４時間間隔内に一回以
上伝送を行なうことによって、つまり、時間的多様性
（temporal diversity）を導入することによって著しく
向上することができる。つまり、Ｐc は要求される伝送
期間内における特定の伝送の反復の回数の関数である。
本出願人は、コンピュータシミュレーションによって、
最大数の伝送が成功裡に受信される確率を最大にする反
復の好ましい回数を実証した。多すぎる反復はトラヒッ
クを増加させ、過剰な衝突につながり、また、バッテリ
の負荷も増大させる。反復の数は、単一の伝送の成功の
改良されない確率に依存する。
【００２５】各伝送の成功は独立した事象であるため
に、２４時間期間内に少なくとも一つの伝送が成功する
確率は、ｎが２４時間期間当りに収集装置によって行な
われる伝送の回数であるとすると、Ｐs ＝（１−Ｐc ）
n である。本発明人のコンピュータシミュレーション
は、伝送間の好ましい間隔は４から６時間、つまり、ｎ
が６から４の間であることを示す。一つの好ましい実現
においては、６時間伝送間隔、つまり、ｎ＝４が採用さ
れる。
【００２６】単一のＢユニットによって処理されている
地理的エリア内で動作し、６時間期間内に少なくとも一
度ランダムに伝送する多数のＡユニットの挙動のコンピ
ュータシミュレーションがマイクロソフトクィックベー
シック（Microsoft Quick Basic ）に書込まれ、８０２
８６マイクロプロセッサ及び８０２８７数値演算コプロ
セッサチップ（８０２８７ math co-processor chip ）
を使用してパーソナルコンピュータ上で実行された。Ａ
ユニットの伝送の継続期間は２００ミリ秒であるものと
想定された。６時間期間内には２１，６００，０００ミ
リ秒が存在する。呼の開始時刻をミリ秒単位で６時間期
間の開始から表わすアレイがランダム数（乱数）発生ル
ーチンによって生成される数によって満たされた。次
に、このアレイの隣接するセルがこのプログラムによっ
てこうして想定された２００ミリ秒の呼の継続期間内に
時間においての重複が存在するか確かめるためにチェッ
クされた。これらの重複が衝突としてカウントされた。
このプログラムはまた別のＢユニットの受信機の所のＡ
ユニットの伝送と衝突する可能性があるＢユニットの伝
送のシミュレーションも可能となるように改良された。
１００から１５，０００の範囲の数のＡユニットのシミ
ュレーションが遂行された。６時間以外の発呼周期もシ
ミュレートされた。
【００２７】以下のテーブル1.は、シミュレーション結
果を表わすが、これは、複数の伝送で得ることが可能な
成功の確率の向上を示す。我々は既に成功裡の伝送の確
率は要求される伝送期間内の特定の伝送の反復の数の関
数であることを示した。この確率はまたある与えられた
エリア内で伝送を行なっている収集装置の数の関数でも
あり、これはまた、一般的には、顧客密度、収集装置の
送信機及び集信装置の受信機の無線伝送の動作範囲（距
離）の関数である。非常に高い密度をここに説明のシス
テムによって扱うことが可能である。
【００２８】
【表１】 図４は、一日当りの各収集装置の成功裡の伝送の確率と
集信装置Ｂ当りの収集装置Ａの数の関係を示す。
【００２９】このような高度に望ましい結果は、全ての
収集装置の初期伝送時間をそれらの伝送が発呼期間を通
じて均一に広がる傾向を持つようにランダム化し、さら
には、実際の間隔の長さをほんの僅かだけランダム化す
ることによって達成される。前述のように、個々の伝送
がその中で起こる発呼期間は６時間とされる。収集装置
内にバッテリを設置した後、最初の正規の伝送は所定の
時間長の間隔内のある時点、例えば、０から６時間の間
に発生する。この最初の伝送の個々の具体的な時刻は一
様に分散されたランダム変数である。これは、複数のデ
ータ収集装置の伝送時刻がこの伝送間隔を通じて均一に
分配されることを保証する。その後の伝送は、最初の伝
送の後の同一の伝送期間隔で起こるが、但し、この間隔
に意図的に少しのランダムさ、例えば、約３０秒の変動
が導入される。これは、二つ或はそれ以上の特定の収集
装置の伝送が１回の伝送間隔の際に衝突した場合、これ
らが次の伝送期間においては衝突しないようにし、こう
して、収集装置がロックステップ同期（lock-step sync
hronization ）に入り、これに付随して複数の収集装置
からの成功裡のデータ伝送の確率が劣化することを阻止
する。
【００３０】全ての無線伝送は受信されたデータにエラ
ーが存在しないことを保証するためにＸ．２５パッケト
標準に基づく無線データプロトコルを使用して行なわれ
る。収集装置の伝送は、前述のように、好ましくは、非
接続同報通信モード（unconnected broadcast mode）に
て行なわれ、一方、集信装置及び制御装置の伝送は成功
裡の接続を確立し、データパケット伝送が正しく受信さ
れた場合、受取り確認通知を送る。あるパケットが崩壊
して受信された場合は、これが認識及び破棄され、これ
に対する再伝送要求がシステム内のその発信源に送られ
る。
【００３１】各集信装置からのデータのポーリング或は
収集は、好ましくは、２４時間期間内に一度遂行される
が、これ以上或はこれ以下のポーリング周期も可能であ
る。実際、ＥレベルがＢレベルまでのネットワーク資源
の全てを制御することができる。どのＣユニットがどの
Ｂユニットをポール（poll）するか決定し、これらがポ
ーリングを行なうとき、Ｅレベルが無線チャネル資源に
対して大きなコントロールを与える。このコントロール
は、チャネル利用性を最大にし、衝突の確率を最小にす
るために使用することができる。
【００３２】Ａ、Ｂ及びＣレベル間の全ての通信は、好
ましくは、無線（wireless）であり、典型的には、超短
波（very high frequency 、ＶＨＦ）レンジ内の単一チ
ャネルにて動作する無線信号（radio signal）によって
運ばれるが、但し、このシステムは、極超短波（ultra
high frequency、ＵＨＦ）レンジ内で動作することもで
きる。一つの実施例においては、秒当り１２００ビット
の変調速度の直接周波数偏移キー変調（direct frequen
cy shift keying modulation）が使用される。最大偏差
は＋／−４ｋＨｚである。他のタイプの変調及び異なる
パラメータを採用することもでき、変調のタイプは本発
明の制限的な特徴ではない。
【００３３】本システムのもう一つの重要な特徴は、例
えば、ガスメータの監視であれば、メータによって与え
られる停電、改竄（tamper）、或は傾斜（tilt）指標等
のような状態であり得る警告状態、或は他の異常が発生
した場合、標準の動作指令が無効にされ、これらが直ち
にネットワークの上層に送られることである。動作の通
常のモードにおいては、ネットワークが、ＡとＢリンク
を除いては、最も高いレベルから低いレベルに向かって
下方にポーリングされるが、警告状態の場合はこの流れ
が逆転される。警告メッセージは、これらが収集装置に
よって検出された場合、通常の６時間発呼間隔シーケン
スをバイパスして直ちに伝送される。警告メッセージが
集信装置によって受信されると、これらは、直ちに、集
信装置から制御装置へと再伝送される。制御装置は、警
告と共にその対応するデータ通信ノードに呼を発信す
る。通信ノードは、すると、データ管理プラットホーム
に警告状態を知らせる。ソフトウエアフィルタが各レベ
ルにおいて誤った警告呼がネットワークにあふれること
を阻止するために使用される。ある与えられたソース或
はある与えられたエリアからの警告呼の量及び頻度によ
って、呼を直ちに転送することを止めて、単に、次の正
規の報告期間或は報告呼においてこれが発生したことを
報告する決定がなされる。
【００３４】前述のように、通信は通常は最も高いレベ
ルから最も低いレベルに下流方向に向けて行なわれる。
こうして、ＥレベルはＤレベルを呼出し、格納されたデ
ータ、動作統計（operating statistics）、及び診断或
は他の情報を送るように要求する。ＥレベルはまたＤレ
ベルにその動作パラメータ、例えば、Ｃレベルコントロ
ーラを呼出すためのそのポーリングスケジュールを修正
するように命令し、Ｄレベルに新たなコンフィギュレー
ションデータを送信することができる。このデータは、
Ｄレベルに対するものであっても、さらに低いレベル、
例えば、Ｃ或はＢレベルに対するものであっても良く、
後者の場合は、Ｄレベルは次にこれをネットワークの下
流に転送する。Ｅレベルは、また、Ａレベルを除いて下
位の任意のレベルに新たな或は修正されたオペレーティ
ングソフトウエアを送ることができる。これは、修正を
物理的に下位レベルの現地に訪問することなく行なうこ
とを可能にする。
【００３５】本発明は、データ発生の様々な遠隔ポイン
トにおいて任意のタイプのデータを遠隔的に監視及び集
めるために使用することができる。但し、本発明は、大
きな複数の多様な地理的遠隔位置において公共料金計に
よって生成された消費データを遠隔的に監視するために
特に有効である。
【００３６】（例）本発明のシステムの様々なレベルは
以下の装置及びソフトウエアを使用して実現することが
できる。
【００３７】収集装置は、独立ユニット（self-contain
ed unit ）であり、これは、例えば、現存のガスメータ
上に搭載することも、壁或は他の適当な位置に固定され
た張り出しだな上に搭載することも、或は新たなメータ
設計内に組み込むこともできる。この公共料金計或は他
の装置は、収集装置の入力回路に供給されるコンタクト
クロージャ（contact closures）或はパルスを生成すべ
きである。典型的には、コンタクトクロージャの速度
は、ガス、電気、或は測定される他の媒質（mediums ）
の測定量の流速と関連付けられる。例えば、ガスメータ
の場合、コンタクトクロージャの開閉のサイクルはガス
流の１立方フィートに対応する。
【００３８】入力回路は監視されるコンタクトの状態の
変化を検出できなければならない。通常は、二つのコン
タクトが監視され、一つは使用量に対するものであり、
もう一つは、改竄或は警告に対するものである。改竄
（tamper）或は警告コンタクトは通常は閉じた状態にあ
り、改竄或は警告時に開く。使用量コンタクトは、使用
の過去の履歴に依存してある時間において開いていたり
閉じていたりする。状態の変化の検出は最小のパワー消
費にて達成されなければならない。これは、本出願人と
譲受人を同一とする１９９１年１２月３日付で申請の審
理中の合衆国特許出願第０７／８０１，８５５号におい
て説明される入力回路を使用して、或は集積回路フリッ
プフロップ或は双安定ゲートを使用する周知の技法を使
用して達成することができる。
【００３９】状態の変化が検出されると、例えば、モト
ローラ（Motorola）MC68HC705b5 のような、通常は、電
流消費を最小にするために休眠モード或は非常に低速に
て動作しているＣＭＯＳマイクロコントローラは、これ
を覚醒させる割り込み信号を受信し、こうして、これは
メータコンタクトの状態の変化或はパルスの累積カウン
トを格納する内部レジスタ或はメモリ位置を増分するこ
とが可能となる。コンタクトパルス速度は典型的には４
Ｈｚ以上でないために、コンタクト状態（開いているか
閉じているか）を連続して監視することは必要ではな
く、状態の変化が見逃されないことを確保するのに十分
な頻度で状態を調べるのみで良く、結果として大きなパ
ワーの節約が実現される。入力回路に対するタイミング
は、電流の消費を最小にするために、マイクロコントロ
ーラと独立した別個のタイミング回路によって提供され
る。
【００４０】改竄或は警告コンタクトの状態変化が検出
されると、ＣＭＯＳマイクロコントローラは割り込み信
号を受信するが、これはマイクロコントローラを覚醒さ
せ、これに直ちに警告メッセージをフォーマット化し、
このメッセージを伝送するために送信機を活性化するよ
うに指令する。これによって、警告は、収集装置内の全
ての他のタイミング考慮とは独立して直ちに送信され
る。
【００４１】マイクロコントローラはバッテリを接続す
ることによって最初に活性化されると、ＲＯＭ内に格納
されたブートルーチン（boot routine）を実行するが、
このルーチンは、収集装置を初期化し、典型的には０か
ら６時間の間の時間期間を表わす出力数を生成する疑似
ランダム発生器の実行を開始させる。マイクロコントロ
ーラは、次に、その番号に達するまでカウントを開始
し、或はこの番号からゼロに達するまでカウントを行な
う。いずれかに達した時点で送信機が起動され、マイク
ロコントローラによってフォーマット化され、タイミン
グを計られた収集装置のデータ伝送が遂行される。典型
的には６時間とされる割り当てられた発呼期間内の最初
の呼のこのランダム化は、同時に据え付けられ活性化さ
れた二つ或はそれ以上の収集装置が同時に伝送を行なう
確率が非常に小さくなることを確保することを助け、こ
うして、“衝突（collisions）”、つまり、二つ或はそ
れ以上の接近して位置された収集装置からの同時伝送に
起因する相互干渉が最小にされる。
【００４２】マイクロコントローラが正常の速度にて動
作している電流消費の状態にあるために、公称的に固定
された間隔を持つその後の伝送は、別個の低電流消費の
タイミング回路によってタイミングが決定される。この
ようなタイマ回路内に生来的に存在する公差が公称上の
間隔に対する実際の間隔の幾らかのランダム化を導入す
る。このランダム化は典型的にはユニット毎に異なる
が、これは望ましいことである。典型的には、１０から
３０秒間の少しの追加のランダム化がまたマイクロコン
トローラによってタイマ回路をこれを伝送のために覚醒
するときに導入される。ここに説明される様々なランダ
ム化技法を利用することによって、各収集装置からの伝
送に対する時間間隔は、同一システム内の他の収集装置
のそれらと独立してランダムに関連する開始及び終了時
間を持つことができる。
【００４３】送信機は、典型的には、要求される出力周
波数の三分の一で動作する水晶制御トランジスタ発振器
であり、これに３倍増幅器及び最終出力増幅器が続く。
他の組合わせも可能である。変調は発振器回路内の電圧
可変コンデンサ（voltage variable capacitor）によっ
て導入されるが、これは、マイクロコントローラによっ
て生成される変調二進データ信号に従って出力周波数を
少量、典型的には、２から４ｋＨｚシフトする。典型的
には、１２００ビット／秒とされるデータ速度はマクイ
ロコントローラのクロックによって制御され、典型的に
は、１８０から２００ミリ秒とされる伝送の継続期間は
データメッセージのビット数の関数である。アンテナ
は、収集装置が別個のアセンブリであるか、メータに組
み込まれているかに関係なく、アセンブリと一体にされ
る。最大の放射効率及び放射パターンの循環性のため
に、通常モードの螺旋アンテナ或は誘導的にロードされ
た垂直アンテナ（inductively loaded vertical antenn
a ）が通常採用される。これらアンテナの物理的高さは
四分の一波長よりもかなり短い。他の周知のタイプのア
ンテナ、例えば、ループアンテナを使用することもでき
る。
【００４４】集信装置及びコントローラユニットは、設
計及び構造は類似し、主にそれらユニットの一部分であ
るマイクロコントローラによって実行される命令が異な
る。これら集信装置及びコントローラユニットは、無線
送信機及び受信機、モトローラ（Motorola）MC68HC16Y1
のようなマイクロコントローラ、及び非揮発性及び揮発
性の両方の集積回路メモリ装置を含む。無線受信機及び
送信機の設計は、周知の設計技法に従い、例えば、弁別
検出器を持つ水晶制御二重変換スーパヘテロダイン受信
機、及び水晶制御トランジスタ発振器及びマルチプレク
サ連鎖、及びこれに続く出力パワー増幅器から構成され
る。受信機及び送信機に対する周波数の生成も周波数合
成を使用して達成される。受信される収集装置ユニット
の周波数の長期ドリフトを収容するために、受信機内に
割り当てられたチャネルバンド幅の走査が組み込まれ
る。特定の技法は、一部、システムの割り当てられた動
作周波数帯域に依存する。割り当てられた帯域に対して
適当な任意の標準アンテナを使用することができ、ある
長さの同軸伝送ラインを通じて集信装置或は制御装置に
接続される。
【００４５】集信装置に対するパワーは、好ましくは、
光起電力ソーラパネルから再充電される内部密封鉛−酸
（lead-acid ）蓄電バッテリから誘導される。制御装置
に対するパワーは類似の方法で誘導することも、或は再
充電を充電回路の内部で動作される送電線によって達成
することもできる。
【００４６】制御装置はＤレベルデータ通信ノードと通
信するための手段を必要とする。典型的には、これは、
電話回線への接続のための標準の電話モデムとされる。
【００４７】集信装置は動作範囲内の収集装置ユニット
からの伝送を受信する。マイクロコントローラは、プロ
グラム制御下において、受信されたデータパケットを分
解し、データの保全性のために循環冗長検査（cyclic r
edundancy check 、ＣＲＣ）バイトを検査し、次に、メ
ッセージが収集装置から受信された時の日付及び時刻を
付加し、その後データを格納する。また、データととも
に各収集装置に割り当てられ、その収集装置の非揮発性
メモリ内に格納された一意の識別バイトが格納される。
【００４８】集信装置プログラム内の仕分けルーチン
は、収集装置から受信されたがまだ次に高いレベルの制
御装置に転送されてない前のメッセージがあるか否かを
調べるためのチェックを行ない、存在する場合は、集信
装置は、結果的にこの古いデータを無効にし、集信装置
がその制御装置によってポーリングされた時、実際には
収集装置からの最も新たなデータのみがネットワークに
上流に向かって送られるようにする。
【００４９】冗長データに対する更なる仕分がＣ、Ｄ及
びＥレベルの所でプログラム制御下で遂行される。例え
ば、一つ以上の集信装置がある与えられた収集装置から
の同一メッセージを受信することがある。これら集信装
置がそれらのデータを同一のコントローラに報告した場
合は、コントローラは冗長データを仕分け及び認識する
ことができ、一つのメッセージのみが格納される。これ
は、Ｃレベル集信装置とＤレベルとの間のトラヒック負
荷を軽減する。同一の収集装置メッセージを受信する集
信装置が場合によっては制御装置に報告することもある
ために、Ｄレベルのデータ通信ノードはまた同一の収集
装置データが異なるコントローラから受信されてないか
を調べるための仕分けも行なう。これが事態が発生した
場合は、重複が排除されるが、これは、ＤレベルとＥレ
ベルとの間のメモリ要件及びトラヒック負荷を軽減す
る。
【００５０】Ｅレベルデータ管理プラットホームもまた
冗長データに対する仕分けを遂行する。これが行なわれ
る一つの方法は、同一のＡレベルの収集装置メッセージ
を持つ二つ或はそれ以上のＣレベル集信装置が異なるＤ
レベルのデータ通信ノードに報告する場合に実行され
る。これは比較稀であり、通常、隣接するＤレベルデー
タ通信ノード領域間の境界に沿ってのみ発生する。
【００５１】これらのＡからＥレベルの装置が協力し
て、非常に多数の遠方に位置する収集装置の実質的に全
てから集められた多量のデータをこれら収集装置の全て
が単一のＲＦチャネルにて伝送する場合でも成功裡に収
集及び処理することを可能にする遠隔データ取得及び通
信システムを提供する。
【００５２】本発明が幾つかの好ましい実施例との関係
で説明された。但し、特許請求項の範囲内で様々な修正
及びバリエーションが可能であることを理解すべきであ
る。
【００５３】
【発明の効果】メータ読取りプロセスが自動化されるの
で、人手によるメータ読取りの必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による遠隔データ取得及び通信システム
の階層ネットワーク構造を簡略的に図示している。
【図２】本発明による遠隔データ取得及び通信システム
の階層ネットワーク構造内のデータの流れを簡略的に図
示している。
【図３】図１及び図２に図解される階層ネットワーク構
造の３つの下層レベルの地理上の位置を簡略的に図示し
ている。
【図４】一日当りの各収集装置に対する成功裡の伝送と
集信装置当りの収集装置の数との関係をグラフ的に図示
している。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】遠隔データ取得及び通信のシステムであっ
    て、 各々のものが複数の略同一の指定された時間間隔の各々
    においてデータ伝送を行うための無線送信機を有し、各
    々のものについての前記時間間隔が同一システム内の他
    のものの時間間隔と独立かつランダムな関連である開始
    及び終端時間を有する、多数のデータ収集装置と、 各々がデータ伝送を受信するための無線受信機、及び受
    信されたデータを格納するためのメモリを含む、複数の
    制御装置と、 データ伝送の受信、システムの制御及び受信されたデー
    タの処理のためのデータ管理プラットホームコンピュー
    タと、 を含むことを特徴とするシステム。
  2. 【請求項２】前記無線送信機及び前記無線受信機は同じ
    キャリア周波数で動作するようになされる、ことを特徴
    とする請求項１記載のシステム。
  3. 【請求項３】複数の集信装置がさらに含まれ、各集信装
    置が無線送信機、前記収集装置からのデータ伝送を受信
    するための無線受信機及び前記収集装置から受信された
    データを格納するためのメモリを含む、ことを特徴とす
    る請求項２記載のシステム。
  4. 【請求項４】前記データ管理プラットホームコンピュー
    タが双方向通信リンクを介して各制御装置に結合され
    る、ことを特徴とする請求項２記載のシステム。
  5. 【請求項５】複数のデータ通信ノードがさらに含まれ、
    各データ通信ノードが前記制御装置からのデータ伝送を
    受信するための無線受信機、前記制御装置にポーリング
    信号を送信するための無線送信機、及びメモリを含み、
    前記データ通信ノードの各々が第一の通信リンクを介し
    て複数の制御装置に結合され、また、前記通信ノードの
    各々が第二の通信リンクを介して前記データ管理プラッ
    トホームコンピュータに結合される、ことを特徴とする
    請求項４記載のシステム。
  6. 【請求項６】前記ＲＦ送信機が集められたデータを約４
    から６時間の間で指定される時間間隔にて送信すること
    を特徴とする請求項５記載のシステム。
  7. 【請求項７】前記各集信装置が、各収集装置から受信さ
    れたデータの各パケットに、各データパケットの時刻及
    び日付並びにそれを送った収集装置の識別を示す追加の
    データを関連付ける能力を持つ、ことを特徴とする請求
    項２記載のシステム。
  8. 【請求項８】前記データ管理プラットホームコンピュー
    タが、前記制御装置に正確なデータ取得を確保するため
    に所定の時間期間内に少なくとも一度ポーリングを行な
    うように前記集信装置に指令する能力を持つ、ことを特
    徴とする請求項６記載のシステム。
  9. 【請求項９】前記集信装置の各々が、各収集装置から受
    信された各データのパケットと各パケットの時刻及び日
    付並びにそれを送った収集装置の識別を示す追加のデー
    タを関連付ける能力を持ち、また、前記集信装置、制御
    装置、データ通信ノード及びデータ管理プラットホーム
    コンピュータのうちの少なくとも一つが、任意に決定さ
    れた時間期間について取得された冗長データの識別及び
    破棄能力を持つことを特徴とする請求項５記載のシステ
    ム。
  10. 【請求項１０】前記各収集装置内の無線送信機が、各々
    が約１８０から２００ミリ秒の範囲内である継続期間の
    短いバーストを送信する、ことを特徴とする請求項１記
    載のシステム。
  11. 【請求項１１】前記通信リンクが、電話回線、Ｔ１キャ
    リア、光ファイバ網、統合システムデジタル網、地表マ
    イクロ波リンク、衛星通信リンク及び流星バースト通信
    リンクからなる一群から選択されたシステムを介して構
    成される、ことを特徴とする請求項５記載のシステム。
  12. 【請求項１２】各収集装置は、電源が供給された後にそ
    の最初のデータ伝送の時刻をランダムに選択し、各収集
    装置は、集信装置へのデータ伝送の間隔を極僅かだけラ
    ンダムに変化させる、ことを特徴とする請求項２記載の
    システム。
  13. 【請求項１３】各収集装置は、警告状態の検出により直
    ちに警告信号をシステムの上流に向かって伝送する能力
    を持つ、ことを特徴とする請求項２記載のシステム。
JP6167356A 1993-06-25 1994-06-27 遠隔データ取得及び通信のシステム Pending JPH07170583A (ja)

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