KR101797257B1 - 전기 이벤트 검출 장치 및 전력 사용 검출 및 분류 방법 - Google Patents

Abstract

일부 실시예는 하나 이상의 전기 장치의 전기 상태를 검출하도록 구성된 장치에 관한 것일 수 있다. 하나 이상의 전기 장치들은 전력선 기반시설에 연결되고 그 전력선 기반시설상에서 하나 이상의 고주파 전기 신호를 생성한다. 이 장치는 (a) 계산 유닛의 프로세서상에서 구동하도록 구성된 프로세싱 모듈; 및 (b) 콘센트에 연결되도록 구성된 감지 장치를 포함할 수 있다. 감지 장치는: (a) 감지 장치가 콘센트가 연결되면, 콘센트를 통해 하나 이상의 고주파 전기 신호를 수신하고 그 하나 이상의 고주파 전기 신호를 하나 이상의 제1 데이터 신호로 변환하도록 구성된 데이터 수집 수신기를 구비할 수 있다. 콘센트는 전력선 기반시설과 전기적으로 연결될 수 있다. 감지 장치는 계산 유닛과 통신을 한다. 프로세싱 모듈은 또한 하나 이상의 제1 데이터 신호를 이용하여 적어도 일부에서 하나 이상의 전기 장치의 전기 상태를 식별하도록 구성된다. 고주파 전기 신호는 10킬로헤르쯔에서 3메가헤르쯔 범위의 전기 신호를 포함한다. 다른 실시예들이 개시된다.

Description

전기 이벤트 검출 장치 및 전력 사용 검출 및 분류 방법{ELECTRICAL EVENT DETECTION DEVICE AND METHOD OF DETECTING AND CLASSIFYING ELECTRICAL POWER USAGE}

관련 출원의 교차-참조

본 출원은 2007년 9월 18일 제출된 미국 가출원번호 60/973,188호를 우선권 주장하여 2008년 9월 16일 제출된 미국 출원번호 12/283,869호의 이익을 주장하는 일부-계속 출원 건이다. 본 출원은 또한 2010년 4월 26일 제출된 미국 가출원번호 61/328,122호 및 2010년 12월 22일 제출된 미국 가출원번호 61/426,472호의 우선권도 주장한다. 미국 출원번호 12/283,869호, 미국 가출원번호 60/973,188호, 미국 가출원번호 61/328,122호 및 미국 가출원번호 61/426,472호는 본원에 참고로서 통합된다.

본 발명은 일반적으로 전기 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전기 이벤트(electrical event) 검출 장치 및 전력 사용을 검출하고 분류하는 방법에 관한 것이다.

전기 기기의 작동을 검출하고 분류하는 현재의 많은 접근들은 각각의 전기 장치가 그 장치의 상태 변화(예를 들어, 장치의 턴-온 및 턴-오프)를 살피는 전용 센서를 가지는 분산 모델(distributed model)을 사용한다. 장치 레벨 감지는 개념적으로는 간단하지만 시간이 많이 필요하고 설치 및 유지가 비싸다. 마이크, 가속도계 및 비디오 카메라가 전기 기기의 작동을 검출하기 위해 구조물 전체에 배치되는 간접 감지 기술도 사용되고 있다. 이러한 기술은 효과적이긴 하지만, 설치 및 유지 보수에 많은 비용을 필요로 하며 홈 설정에서 개인 정보 보호 문제를 일으킬 수 있다. 예를 들어, 전기 이벤트 감지의 한 기술은, 생활 공간 전체에 분포된 마이크를 통해 스위치와 모터의 작동을 간접적으로 듣는 것을 포함한다.

따라서, 가정 또는 다른 구조물의 전기 장치의 전기적 상태에 대한 상세한 정보를 제공할 수 있는 장치나 방법에 대한 필요나 잠재적 이익이 존재하고 상대적으로 저렴한 배치비용을 가지며 전문적인 설치를 필요로 하지는 않아야 한다.

일부 실시예들은 하나 이상의 전기 장치의 전기 상태를 검출하도록 구성된 장치에 관한 것일 수 있다. 하나 이상의 전기 장치는 전력 기반시설에 연결되고 전력 기반시설상에서 고주파 전기 잡음을 생성한다. 이러한 장치는 (a) 계산 유닛의 프로세서상에서 구동되도록 구성된 프로세싱 모듈; 및 (b) 콘센트(electrical outlet)에 연결되도록 구성된 감지 장치를 포함할 수 있다. 감지 장치는 (a) 감지 장치가 콘센트(electrical outlet)에 연결되는 경우 콘센트를 통해 고주파 전기 잡음을 수신하고 고주파 전기 잡음을 하나 이상의 제1 데이터 신호로 변환시키도록 구성된 데이터 수집 수신기를 가질 수 있다. 콘센트는 전력 기반시설에 전기적으로 연결될 수 있다. 프로세싱 모듈은 또한 하나 이상의 제1 데이터 신호를 적어도 부분적으로 사용하여 하나 이상의 전기 장치의 전기 상태를 식별하도록 구성된다. 감지 장치는 계산 유닛과 통신을 한다. 고주파 전기 잡음은 10KHz에서 3MHz 범위의 전기 잡음을 포함한다.

다른 실시예들은 하나 이상의 전기 장치의 전력 사용을 검출하고 분류하는 방법에 관한 것이다. 하나 이상의 전기 장치는 전력선에 연결된다. 이러한 방법은 전력선 상에서 실질적으로 연속적인 전기 잡음을 포함하는 둘 이상의 전기 신호를 캡쳐하는 단계; 둘 이상의 전기 신호에 실질적으로 연속적인 전기 잡음을 적어도 부분적으로 이용하여 전력선 상에서의 하나 이상의 전기 이벤트의 발생을 검출하는 단계; 및 하나 이상의 전기 장치 중 적어도 하나의 장치의 전기 상태 변화를 하나 이상의 전기 이벤트와 연관시키는 단계를 포함할 수 있다. 둘 이상의 전기 신호에서의 실질적으로 연속적인 전기 잡음은 약 1초 보다 긴 시간에서 전력선 상에서 식별될 수 있는 전기 신호를 포함한다.

또 다른 실시예들은 구조물의 전력선 기반시설에서 둘 이상의 전기 이벤트를 검출하도록 구성된 전기 이벤트 검출 장치에 관한 것이다. 이러한 전기 이벤트 검출 장치는 (a) 고주파 성분을 가지는 하나 이상의 전기 신호를 수신하고 처리하도록 구성된 수신 모듈로서, (1) 전력선 기반시설과 연결되도록 구성된 전기적 인터페이스; (2) 전기적 인터페이스와 연결되고 하나 이상의 전기 신호의 하나 이상의 부분을 통과시키도록 구성된 하나 이상의 필터 회로; 및 (3) 하나 이상의 필터 회로의 출력과 연결되고 하나 이상의 전기 신호를 하나 이상의 전기 신호의 고주파 성분에 관련된 정보를 가지는 하나 이상의 데이터 신호로 전환하도록 구성된 변환기 모듈을 포함하는 수신 모듈; 및 (b) 프로세서상에서 구동되도록 구성된 프로세싱 모듈로서, (1) 하나 이상의 전기 신호의 고주파 성분과 관련된 정보를 이용하여 둘 이상의 전기 이벤트가 발생되었는지 여부를 결정하도록 구성된 이벤트 검출 모듈; (2) 둘 이상의 전기 이벤트를 분류하도록 구성된 분류 모듈; 및 (3) 둘 이상의 전기 이벤트의 제1 이벤트를 제1 이벤트 유형으로 연관시키고 하나 이상의 전기 이벤트의 제2 이벤트를 제2 이벤트 유형으로 연관시키도록 구성된 트레이닝 모듈을 포함하는 프로세싱 모듈을 포함할 수 있다. 둘 이상의 전기 이벤트는, 구조물의 전력선 기반시설에 연결된 하나 이상의 전기 장치를 턴온시키는 것과 구조물의 전력선 기반시설에 연결된 하나 이상의 전기 장치를 턴온시키는 것을 포함한다. 하나 이상의 전기 신호의 고주파 성분은 10KHz가 넘는 전기 신호를 포함한다.

실시예에 대한 추가 설명을 원활히 하기 위해, 하기 도면이 제공된다.
도 1은 제1 실시예에 따른, 예시적인 전기 이벤트 검출 장치의 도면을 나타낸다.
도 2는 제1 실시예에 따른, 도 1의 전기 이벤트 검출 장치의 블록도를 나타낸다.
도 3은 일 실시예에 따른, 전기 장치가 턴 온 및 턴 오프되는 것을 보여주는 예시적인 주파수 도메인의 워터폴 플롯(waterfall plot)을 나타낸다.
도 4는 제1 실시예에 따른, 도 1의 전기 이벤트 검출 장치의 예시적 데이터 수집 수신기의 부분 회로도를 나타낸다.
도 5는 제2 실시예에 따른, 예시적인 전기 이벤트 검출 장치의 도면을 나타낸다.
도 6은 제2 실시예에 따른, 도 5의 전기 이벤트 검출 장치의 감지 유닛의 블록도를 나타낸다.
도 7은 일 실시예에 따른, 전기 이벤트 검출 장치를 제공하는 방법의 예시적 실시예를 위한 순서도를 나타낸다.
도 8은 일 실시예에 따른, 전력 기반구조에 연결된 하나 이상의 전기 장치에 의한 전력 사용을 검출하고 분류하는 방법에 대한 예시적 실시예를 위한 순서도를 나타낸다.
도 9는 일 실시예에 따른, 특정 전기 장치의 전기적 상태의 변화에 제1 데이터 신호를 상관시키기 위해 프로세싱 모듈을 트레이닝시키는 제1 전기 신호를 사용하는 예시적 단계의 순서도를 나타낸다.
도 10은 일 실시예에 따른, 구조물의 예시적 베이스라인 잡음 시그니쳐(noise signature)의 그래프를 나타낸다.
도 11은 일 실시예에 따른, 새로운 장치의 예시적 잡음 시그니쳐의 그래프를 나타낸다.
도 12는 일 실시예에 따른, 베이스라인 잡음이 제거된 후 새로운 전기 장치의 예시적 잡음 시그니쳐의 그래프를 나타낸다.
도 13은 일 실시예에 따른, 예시적 전기 이벤트 검출 장치의 예시적 배치에 사용되는 구조물들을 위한 인구통계학적(demographic) 데이터 표를 나타낸다.
도 14는 일 실시예에 따른, 예시적 배치 동안에 예시적 전기 이벤트 검출 시스템의 성능을 보여주는 표를 나타낸다.
도 15는 일 실시예에 따른, 예시적 배치 동안에 예시적 전기 이벤트 검출 시스템의 성능을 보여주는 혼동 행렬(confusion matrix)을 나타낸다.
도 16은 일 실시예에 따른, 예시적 배치 동안에 예시적 전기 이벤트 검출 시스템의 최소 트레이닝 데이터를 사용하는 경우 분류 정확도를 요약하고 있는 또 다른 표를 나타낸다.
도 17은 일 실시예에 따른, 10중 검증(10-fold validation) 분류를 사용하여 서로 다른 구조물에 걸쳐 사용되는 4개의 전기 장치를 분류하는 예시적 이벤트 검출 시스템의 성능 표를 나타낸다.
도 18은 일 실시예에 따른, 특성 공간에서 특성 벡터를 시각화함으로써 4개의 임의로 선택된 전기 장치에 대하여 시간 경과에 따른 시그니쳐의 시간적 안정성 또는 변화를 보여주는 그래프를 나타낸다.
도 19는 일 실시예에 따른, 전기 이벤트 검출 시스템에서 관찰되는 스펙트럼의 그래프로서, 동일한 모델의 4개의 CFL(소형 형광등)에 의해 발생하는 잡음의 스펙트럼을 보여준다.
도 20은 일 실시예에 따른, 건물의 서로 다른 두 벽 콘센트에 플러그 삽입된 전기 장치의 테스트로부터 데이터 일부의 스펙트럼 그래프를 나타낸다.
도 21은 일 실시예에 따른, 다양한 조광 레벨에서 조광기(dimmer)에 의해 발생된 전자기 간섭 신호의 그래프를 나타낸다.
도 22는 먼저 전원이 들어온 경우 예시적 CFL 램프 제품이 만드는 전자기 간섭의 짧은 버스트(burst)를 보여주는 그래프를 나타낸다.
도 23은 도 1의 계산 유닛의 실시예를 구현하기에 적합한 컴퓨터를 나타낸다.
도 24는 도 23의 계산 유닛의 섀시 내부의 회로 기판에 포함된 구성요소들 예의 대표적인 블록도이다.
설명의 간략화 및 명료성를 위해, 도면의 그림들은 일반적인 구성 방식을 설명하고 있으며, 공지된 특징 및 기술들에 대한 설명 및 세부내용들은 본 발명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 방지하기 위해 생략될 수 있다. 또한, 도면의 구성요소들은 일정한 비율로 그려질 필요는 없다. 예를 들어, 도면상의 일부 구성요소들의 치수는 본 발명의 실시예에 대한 이해를 돕기 위해 다른 구성요소들에 대해 상대적으로 과장될 수 있다. 서로 다른 도면에서 동일한 참조 번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
상세한 설명 및 특허청구범위상의 "제1", "제2", "제3", "제4" 등의 용어들은, 만약 있다면, 유사한 구성요소들을 구분하기 위해 사용될 수 있으며 특정한 연속적인 또는 시간순서를 설명하기 위해 필요한 것은 아니다. 그렇게 사용되는 용어들은 본원에서 설명된 실시예들을 설명하는 적절한 상황에서 서로 교체될 수 있으며 예를 들어 달리 본원에 설명되거나 묘사된 것과 다르게 작동할 수 있음을 이해해야 한다. 또한, "포함하다" 및 "가지다"라는 용어 그리고 이의 변형된 용어들은 구성요소 리스트를 구비하는 프로세스, 방법, 시스템, 물건, 디바이스 또는 장치가 반드시 이들 구성요소로 한정되지는 않으며 그러한 프로세스, 방법, 시스템, 물건, 디바이스 또는 장치에 목록으로 표현되지 않거나 고유하지 않은 다른 구성요소를 포함 할 수 있도록, 비배타적으로 포함된 것들을 망라하도록 의도된다.
상세한 설명 및 청구범위에 있는 "왼쪽", "오른쪽", "앞", "뒤", "상부", "하부", "위에", "아래" 등의 용어는, 만약 있다면, 설명을 목적으로 사용되며 영구적인 상대적 위치를 설명하기 위해 필요한 것은 아니다. 그렇게 사용되는 용어들은 예를 들어, 본원에서 설명된 본 발명의 실시예들이 본원에서 표현되거나 달리 설명된 것보다 다른 방향에서 작동할 수 있도록 적절한 환경에서 상호 교체될 수 있음을 이해해야 할 것이다.
"연결", "연결된", "연결하다", "연결하는" 등의 용어들은 넓게 이해되어야 하며 둘 이상의 구성요소나 신호를 전기적, 기계적 및/또는 기타 방식으로 연결하는 것을 언급한다. 두 개 이상의 전기적 구성요소가 전기적으로 연결될 수는 있으나 기계적 또는 기타 방식으로는 연결될 수는 없거나; 두 개 이상의 기계적 구성요소는 기계적으로는 연결될 수 있지만, 전기적 또는 기타 방식으로는 연결될 수 없거나; 두 개 이상의 전기적 구성요소는 기계적으로 연결될 수 있지만, 전기적으로 또는 다른 방식으로는 연결되지 않을 수 있다. 연결은 영구적, 반-영구적, 또는 오직 한 순간과 같은 어떠한 시간 길이 동안일 수 있다.
"전기적 연결" 등은 넓게 이해되어야 하며 전력 신호, 데이터 신호, 및/또는 전기적 신호의 다른 유형이나 조합인 어떠한 전기적 신호를 포함하는 연결을 포함한다. "기계적 연결" 등은 넓게 이해되어야 하며 모든 유형의 기계적 연결을 포함한다.
"연결된"등의 단어 근방의 "분리 가능하게", "분리 가능한" 등의 단어의 부재는 해당 연결 등이 분리 가능하거나 분리 가능하지 않음을 의미하지는 않는다.

전력선상의 전력은 전기 잡음을 포함할 수 있다. 전력선상에 존재하는 전기 잡음은 전력선과 전기적으로 연결된 전기 장치의 작동에 의해 야기될 수 있다. 이러한 전기 잡음 유형을 전도성 전자기 간섭(electromagnetic interference, EMI)이라 한다. EMI는 과도 잡음(transient noise) 및 연속 잡음(continuous noise)의 두 가지 유형으로 분류될 수 있다. 일부 실시예에서, 전기 장치가 턴온 될 때 발생하는 연속 또는 과도 전기 잡음은 매우 적은 교류 전기 사이클(예를 들어, 미국에서는 하나의 교류 전기 사이클은 1초의 1/60임) 이후의 전기 잡음과 동일한 형태는 아니다. 예를 들어, 소형 형광등(CFL)의 전기 잡음은 CFL이 예열되는 동안의 매우 적은 교류 전기 사이클 동안에는 일 형태를 가지며 이후 전기 잡음의 형태는 CFL이 예열된 후에는 제2 형태로 바뀐다. 다른 예에서, DC(직류) 모터가 연속 잡음을 가지지만 DC 모터의 연속 잡음은 마이크로 초 동안만 유지되며, DC 모터가 구동되는 동안 매 교류 전기 사이클마다 반복될 수 있다. 후술되는 전기 이벤트 검출 장치는 이러한 모든 유형의 전기 잡음을 검출할 수 있다.

과도 잡음은 일반적으로 수십 나노 초에서 수 밀리 초까지 관찰될 수 있는 짧은 기간이 특징이다. 반면에, 연속 잡음(즉, 실질적으로 연속적인 잡음)은 전기 장치가 작동하는 동안 계속 관찰될 수 있다. 많은 실시예에서, 본원에서 사용된 "연속적인 잡음"은 되풀이되거나, 지속적이거나, 중단되지 않거나 또는 반복되는 잡음을 의미할 수 있다. 동일하거나 다른 실시예에서, 잡음은 만약 잡음 내의 패턴이 매 교류 사이클마다 반복된다면 또는 전기 잡음 신호가 전기 장치가 작동하는 동안 멈추지 않고 관찰된다면 연속적일 수 있다. 만약 잡음 내에 교류 사이클 멈춤이 한번 발생한다면 잡음은 여전히 연속적인 잡음으로 고려될 수 있다.

많은 예에서, 연속 전기 잡음은 하나의 교류 전기 사이클 보다 더 긴 시간 동안 전력선 상에서 식별 가능하다. 다른 예에서, 연속 전기 잡음은 하나의 교류 전기 사이클보다 짧은 시간 동안 식별 가능하지만 전기 신호는 셋 이상의 교류 전기 사이클에서 반복된다. 다른 예에서, 연속 전기 잡음은 약 10 밀리 초(milisecond) 보다 긴 시간 동안 전력선 상에서 식별할 수 있는 전기 신호일 수 있다. 다른 예에서, 연속 전기 잡음은 약 50 밀리 초 보다 긴 시간 동안 전력선 상에서 식별할 수 있는 전기 신호일 수 있다. 또 다른 예에서, 연속 전기 잡음은 약 1초보다 긴 시간 동안 전력선 상에서 식별할 수 있는 전기 신호일 수 있다. 또 다른 예에서, 연속 전기 잡음은 약 10초 보다 긴 시간 동안 전력선 상에서 식별할 수 있는 전기 신호일 수 있다.

과도 잡음과 연속 잡음은 모두 좁은 주파수 대역 내에 집중되거나 광대역폭 상에 걸쳐 분포될 수 있다(즉, 광대역 잡음). CFL은 전력선 기반시설과 전기적 연결로 인해 전력선 상에서 도전되는 연속 잡음을 생성하는 전기 장치의 일례이다. 구조물의 전기 배선 시스템이 구조물의 회로 차단 판넬에 병렬로 상호 접속되어 있기 때문에, 전도된 EMI는 구조물의 전력선 기반시설을 통해 주어진 전기 장치로부터 널리 전파된다.

연속 잡음은 보통 전기 장치의 작동 및 내부 전자기기에 고유하다. 연마기(grinder)와 같은 기기는 이러한 유형의 전기 장치 모터 부시(bush)에 의한 전기적 접촉이 연속적으로 단속되기 때문에 AC(교류) 전력 주파수(미국에서는 60Hz) 및 고조파 주파수(120Hz, 180Hz 등)와 동기된 전기 잡음을 방출한다.

스위치-모드 전원 공급장치(switched-mode power supply, SMPS)는 SMPS를 이용하여 전기 장치에서 필요한 출력 전압을 제공하기 위하여 스위칭 조절기(switching regulator)를 포함하는 전원공급 유닛이다. SMPS의 기능은 보통 전력 기반시설로부터 수신된 입력 전압과는 다른 레벨에서 조절된 출력 전압을 제공하는 것이다. SMPS를 사용하는 전기 장치들은, 기존의 전원 공급장치에 비해 더 높은 효율, 더 작은 사이즈, 및 더 낮은 비용으로 인해 널리 퍼지고 있다. 게다가, 제조자들은 최소 에너지 효율 요구사항(예를 들어, 미국 에너지부의 에너지 스타 프로그램)을 충족시키기 위하여 자신들의 제품에 점점 더 SMPS를 사용하고 있다. 예를 들어, 현재 형광등뿐만 아니라 대부분의 개인용 컴퓨터들은 SMPS를 사용한다. 10년 전 이전에는, 미숙한 SMPS 기술 및 저비용, 단일 칩 SMPS 구현이 없었기 때문에 대부분의 소비자 전자 장치들은 SMPS를 사용하지 않았다.

최신 SMPS-기반 전기 장치들은 전원 공급장치의 내부 공진기와 동기된 잡음을 발생시킨다. 또한, 종래의 선형 전력 조절기와는 대조적으로, SMPS는 초과 전력을 열로서 소모하지는 않지만, 대신 인덕터에 에너지를 저장하고 이 전력선으로부터 저장된 에너지를 필요 시 부하로 출력하도록 스위칭함으로써, 종래의 전원 공급 장치 보다 훨씬 적은 에너지 손실을 가진다. SMPS의 작은 크기와 효율에 대한 핵심은 전력 트랜지스터를 이용하여 스위칭 주파수로 알려진 고주파수에서 그 저장된 전기 에너지를 스위칭한다는 것이다. 스위칭 주파수는 보통 60Hz 교류 라인 주파수(미국에서)보다 훨씬 높은데, 이는 더 높은 주파수에서는, 요구되는 인덕터 또는 변압기가 매우 작기 때문이다. 통상의 SMPS는 수십에서 수백 킬로헤르쯔(kHz)에서 작동한다. 스위칭 파형은 SMPS가 전력을 공급하는 전기 장치의 전력 요구에 부합하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, CFL의 전원 공급장치는 SMPS를 사용하여 CFL에 동력을 공급하기에 필요한 고전압을 생성한다. SMPS의 작동 원리의 기초인 스위칭 동작은 스위칭 주파수 주변에 집중된 대량의 EMI를 발생시킨다.

더욱이, 대부분의 현대 소비자 전자 기기들은 기계적 스위치 대신 "소프트 스위치"를 사용하는 쪽으로 이동하고 있다. 기계적 스위치와 달리, 소프트 스위치는, 전기 장치에 전력을 전자적으로 사이클링하는 소프트웨어 구동 푸시 버튼을 이용한다. 이러한 유형의 스위치에서는, 소프트웨어 구동 전자 스위치에 의해 전기 장치의 간접적 활성화가 활성화 순간 발생하는 과도 잡음을 최소화 한다. 소프트 스위치를 사용하는, LCD(액정디스플레이) 모니터 및 DVD 플레이어 등과 같은 여러 장치들은 검출될 수 있는 과도 잡음을 생성하지 않는 것이 관찰되었다. LCD 모니터 및 DVD 플레이어와 같은 소프트웨어 구동 장치들은 거의 대부분 SMPS-기반이며, 따라서 전기 이벤트 검출 장치(100)(도 1)는 전기 장치에서 만들어지는 EMI를 모니터링하는 것에 의해 전력 상태의 변화를 검출할 수 있다.

최신 SMPS-기반 전기 장치와 같이, 조광기(dimmer) 역시 적어도 하나의 내부 트라이악(triac) 스위치의 작동으로 인해 연속 잡음을 만든다. 이러한 연속 잡음은 조광기가 제어하는 백열등 부하를 검출하고 식별하는데 사용될 수 있다. SMPS에 의해 생성되는 협대역 잡음과 달리, 조광기는 수백 킬로헤르쯔에 걸치는 광대역 잡음을 발생하며, 분산이 큰 가우시안 분포로 모델링 될 수 있다.

더욱이, 미국에서는, 연방통신위원회(FCC)가 전력선 기반시설에 연결되는 모든 전기 장치를 위한 규칙(예를 들어, 47 C.F.R. part 15/18: Consumer Emission Limits)을 설정하였으며, 여기서는 전기 장치가 전력선 기반시설상에 되돌아 올 수 있는 EMI의 최대량을 지시하고 있다. 이 FCC 제한은 현재 150kHz 부터 500kHz 주파수 범위에서 66dBuV(일 마이크로 볼트당 볼트의 데시벨율)이며, 이는 50옴 부하에 걸쳐 거의 -40dBm(일 밀리와트당 와트의 데시벨율)이다.

도면으로 돌아가서, 도 1은, 제1 실시예에 따른, 예시적 전기 이벤트 검출 장치(100)의 도면이다. 도 2는, 제1 실시예에 따른, 전기 이벤트 검출 장치(100)를 포함하는 예시적 시스템(200)의 블록도이다. 일부 실시예에서, 전기 이벤트 검출 장치(100)는 시스템(200)의 하나 이상의 전기 장치(290)(도 2)의 전기적 상태를 검출하도록 구성될 수 있다. 전기 이벤트 검출 장치(100)는 시스템(200)의 구조물의 전력선 기반시설(150)에서의 하나 이상의 전기 이벤트를 검출하도록 구성될 수도 있다. 많은 예에서, 전기 이벤트 검출 장치(100)는 전기 장치(290)에 의해 전력선 기반시설(150)상에 있는 연속 잡음을 사용하여 전기 장치(290)의 전기적 상태를 검출하거나 또는 전력선 기반시설(150)상의 전기 이벤트를 검출할 수 있다. 시스템(200) 및 전기 이벤트 검출 장치(100)는 단지 예시적인 것이며 본원에 설명된 실시예로 제한되는 것은 아니다. 전기 이벤트 검출 장치(100)는 본원에 특별히 언급되거나 설명되지 않은 많은 다양한 예 또는 실시예에서 채용될 수 있다.

일부 예에서, 전기 장치(290)는 하나 이상의 고주파 전기 신호를 생성한다. 다양한 실시예에서, 고주파 전기 신호(예를 들어, 수십 킬로헤르쯔에서 몇 메가헤르쯔 범위의 전기 신호)는 하나 이상의 SMPS에 의해 또는 전기 장치(290)의 다른 전기 컴포넌트(예를 들어, 내부 트라이악 스위치 또는 내부 공진기(SMPS가 아닌))에 의해 생성될 수 있다. 동일하거나 다른 예에서, 고주파 전기 신호는 전력선 기반시설(150)의 교류 전기 사이클에 대해 주기정상성(cyclostationary)일 수 있다. 고주파 전기 신호는 광의의(wide-sense) 주기정상성 신호일 수 있다. 일부 예에서, 고주파 전기 신호는 제2, 제3 또는 제4 차 통계치의 주기정상성을 나타낼 수 있다.

많은 실시예에서, 고주파 전기 신호는 10 킬로헤르쯔에서 3 메가헤르쯔 범위의 전기 신호이다. 또 다른 실시예에서, 고주파 전기 신호는 약 10 킬로헤르쯔에서 약 1 메가헤르쯔 범위의 고주파 전자기 간섭이다. 또 다른 실시예에서, 고주파 전기 신호는 약 30 킬로헤르쯔에서 300 킬로헤르쯔 범위에서의 고주파 전자기 간섭이다.

동일하거나 다른 실시예에서, 고주파 전기 신호는 약 10 킬로헤르쯔 초과의 전기 신호이다. 일부 실시예에서, 전기 이벤트 검출 장치(100)는 약 10 킬로헤르쯔에서 약 3 메가헤르쯔, 또는 보다 구체적으로는, 약 10 킬로헤르쯔에서 약 1 메가헤르쯔의 주파수 범위에 걸쳐 -100dBm 에서 -10dBm 의 연속 잡음을 캡쳐하기에 충분히 민감할 수 있다.

일부 예에서, 전기 이벤트 검출 장치(100)에 의해 검출되는 하나 이상의 전기 이벤트는 전력선 기반시설(150)에 연결된 전기 장치(290)의 작동 및 비작동(즉, 턴온 및 턴오프)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 전기 이벤트는, 전기 장치의 전원공급장치에 의해 전기 장치의 나머지로 제공되는(예를 들어, 조광기 스위치를 켜는) 전력량이 변화하거나 제한되는 이벤트일 수도 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 전기 장치(290) 각각은 (a) 전원 켜짐 상태; (b) 대기 전원 상태; 또는 (c) 완전한 전원 꺼짐 상태의 세 가지 전력 상태 중 하나를 가질 수 있다. 전원 켜짐 상태는 전기 장치가 파워 온 되는 경우 및 전기 장치의 전력 사용이 정격 상태보다 더 많은(즉, 대기 또는 전원 꺼짐 상태가 아닌) 경우의 모든 전원상태를 포함한다.

대기 전원 상태는 전기 장치가 명목상으로는 오프되지만 전기 장치의 하나 이상의 기능을 위한 전력을 여전히 끌어온다. 즉, 대기 전원 상태의 전기 장치는 명목상으로는 턴 오프되지만, 하나 이상의 기본 설정되거나, 연속되는 또는 일정한 기능을 위해 전력을 여전히 끌어온다. 예를 들어, 사용자가 비디오 카세트 레코더(VCR) 또는 디지털 비디오 레코더(DVR)을 턴 오프한 후, VCR 및 DVR은 전력선 기반시설(150)로부터 전력을 끌어와 장치 상의 하나 이상의 디스플레이(예를 들어, 시계 또는 하나 이상의 LED(발광다이오드))를 점등하고/하거나 하나 이상의 내부 기능을 수행한다. 이 경우, 비록 사용자가 VCR 또는 DVR이 꺼졌다고 여기긴 하지만, VCR 또는 DVR은 실제로는 대기 전원 상태에 있다. 다른 예에서, 사용자가 전기 장치를 턴 오프한 후, 전기 장치는 전력을 계속 끌어와 내부 배터리를 충전하므로 대기 전원 상태가 된다.

완전한 전원 꺼짐 상태는 전력선 기반시설(150)로부터 어떠한 전력도 끌어오지 않는(즉, 완전한 제로 전력) 전원 상태이다. 사용자가 전기 장치를 턴 오프시킨 후에도 전력을 끌어오는 VCR 또는 DVR의 경우에, VCR 및 DVR은 전기 장치의 플러그를 전력선 기반시설(150)로부터 빼거나 또는 VCR 또는 DVR이 전력을 끌어오는 것을 완전히 멈추도록 VCR 또는 DVD의 플러그를 전기 스위치에 꽂음으로써 완전한 오프 상태에 놓일 수 있다.

본원에서 사용된 바와 같이, "턴 온" 및 유사한 표현은 전기 장치를 완전한 전원 꺼짐 상태 또는 대기 전원 상태 중 한 상태에서 전원 켜짐 상태로 이동시킴을 의미한다. 유사하게, 본원에서 사용된 "턴 오프" 및 유사한 표현은 전기 장치를 전원 켜짐 상태로부터 완전한 전원 꺼짐 상태 또는 대기 전원 상태 중 한 상태로 이동시킴을 의미한다. 또한, "전원 꺼짐 상태" 및 유사한 표현은 완전한 전원 꺼짐 상태 또는 대기 전원 상태 중 한 상태를 의미한다. "전원 켜짐 상태" 및 유사한 표현은 전원 켜짐 상태를 의미한다.

일부 예에서, 조광기 및 텔레비전과 관련되어 후술될 바와 같이, 전기 이벤트 검출 장치(100)는 전기 장치(290)의 중간 상태를 검출할 수도 있다. 즉, 전기 이벤트 검출 장치(100)는 전기 장치(290)의 서로 다른 전원 켜짐 상태를 검출할 수 있다.

도 3은 일 실시예에 따른, 턴 온 및 턴 오프되는 전기 장치들을 보여주는 예시적인 주파수 도메인 워터폴 플롯(waterfall plot)(300)이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 예시적인 전기 장치가 턴 온 되는 경우 장치가 작동하는 동안 지속되는 협대역 연속 잡음 시그니쳐를 보여준다. 또한, 도 3에서 잡음이 잡음 중심(예를 들어, 전기 장치의 SMPS의 스위칭 주파수)에서 강도가 가장 세고 더 낮은 주파수 및 더 높은 주파수에서는 강도가 감쇠되는 것을 볼 수 있다. 감쇠되는 강도는 스위칭 주파수에서 평균을 가지는 가우시안 함수로 대략 모델링 될 수 있다. 이러한 분포는 전원 공급장치의 부하 특성뿐만 아니라 스위칭 회로 코어를 이루는 컴포넌트들의 허용 오차에 기인한 것일 수 있다. 만약 모든 전기 장치들 및 이들의 컴포넌트들이 이상적이라면, 도 3에서는 스위칭 주파수에서의 단일의 좁은 신호 피크가 보일 것이다. SMPS 컴포넌트의 허용 오차는 CFL의 동일한 모델의 다양한 유닛 등과 같은 다른 동일한 장치들간의 차이를 허용할 수도 있다. 마지막으로, 전력선 그 자체는 전송 함수로 여겨질 수 있고(즉, 감지 소스와 전기 장치간 인덕턴스의 차이) 여러 유사한 전기 장치 간의 추가적인 차이점을 제공할 수 있다.

도 1 내지 도 2로 돌아가면, 전기 이벤트 검출 장치(100)는 (a) 전력선 기반시설(150)(즉, 구조물의 전력선)의 적어도 하나의 콘센트(151)에 연결되도록 구성된 적어도 하나의 감지 유닛(110); 및 (b) 적어도 하나의 계산 유닛(120)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전기 이벤트 검출 장치(100)는 전력선 기반시설(150), 콘센트(151), 또는 전기 장치(290)를 포함하지 않는다. 다른 실시예에서, 전기 이벤트 검출 장치(100)는 또한 계산 유닛(120)을 포함하지 않는다. 일부 예에서, 전기 이벤트 검출 장치(100)는 프로세싱 모듈(222)(도 2)을 포함하지만 계산 유닛(120)은 포함하지 않는다.

감지 유닛(110)은 (a) 적어도 하나의 수신기 모듈 또는 데이터 수집 수신기(211); (b) 컨트롤러(215); (c) 송신기가 있는 통신 장치(216); 및 (d) 데이터 수집 수신기(211), 컨트롤러(215), 및 통신 장치(216)로 전력을 제공하도록 구성된 전력원(217)을 포함할 수 있다. 계산 유닛(120)은 (a) 수신기가 있는 통신 장치(221); (b) 프로세싱 모듈(222); 및 (c) 저장 모듈(230)을 포함할 수 있다.

제한적이지는 않으나, 전기 이벤트 검출 장치(100)를 사용하는 간단한 예에서는 전력선 기반시설(150)상에 하나 이상의 고주파 전기 신호(예를 들어 EMI)를 발생시키는 전기 장치(290)(도 2)를 포함한다. 감지 유닛(110)은 전력선 기반시설(150) 상의 고주파 전기 신호(예를 들어, 연속 잡음)를 검출하고 고주파 전기 신호와 관련된 정보를 포함하는 하나 이상의 데이터 신호를 생성할 수 있다. 감지 유닛(110)은 유선 및/또는 무선 통신 방법을 사용하여 계산 유닛(120)과 데이터 신호를 통신을 할 수 있다. 계산 유닛(120)은 데이터 신호를 이용하여 적어도 부분적으로 전기 장치(290)의 전기적 상태를 식별할 수 있다.

데이터 수집 수신기(211)는 전력선 기반시설(150)로부터 하나 이상의 전기 신호를 수신 및 처리하도록 구성될 수 있다. 전기 신호는 고주파 성분(예, EMI)을 포함할 수 있다. 즉, 데이터 수집 수신기(211)는 고주파 성분을 가지는 전기 신호를 수신하고 이 전기 신호, 특히 고주파 성분을 하나 이상의 데이터 신호로 변환하도록 구성될 수 있다.

도 4는 제1 실시예에 따른, 예시적 데이터 수집 수신기(211)의 부분 회로도이다. 도 2 및 도 4를 참고하면, 다양한 실시예에서, 데이터 수집 수신기(211)는 (a) 전력선 기반시설(150)의 콘센트(151)(도 1)와 연결되도록 구성된 적어도 하나의 전기적 인터페이스(212); (b) 하나 이상의 필터 회로(213); 및 (c) 적어도 하나의 변환기 모듈(214)을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 전기적 인터페이스(212)는 2-P(prong) 또는 3-P(prong) 전력 커넥터를 포함할 수 있다.

일부 예에서, 필터 회로(213)는 전기적 인터페이스(212)와 전기적으로 연결되고 전력 기반시설에서 들어오는 전기 신호의 일부를 필터링 하도록 구성될 수 있다. 필터 회로는 고주파 전기 잡음을 통과시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 데이터 수집 수신기(211)는 AC 라인 주파수(미국에서는 60Hz)를 필터링하여 변환 모듈(214)이 강한 60Hz 주파수 성분에 의해 과부하되지 않도록 한다. 동일하거나 다른 예에서, 필터 회로(213)는 고역 통과 필터를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 고역 통과 필터는 50kHz에서 30MHz(메가헤르쯔)까지의 본질적으로 평탄한 주파수 응답을 가질 수 있다. 고역 통과 필터의 3dB(데시벨) 코너는 36.7kHz에 있을 수 있다. 이 3dB 코너는 전기 신호 내의 EMI의 전 범위 및 다른 고주파 연속 잡음을 보기 위해 충분한 넓은 대역을 허용한다. 일부 예에서, 필터 회로(213)는 10dB 감쇠기(attenuator)를 포함하기도 하여 신호 주파수 또는 AC 라인 상태에 상관 없이 데이터 수집 수신기(211)의 입력에서 일정한 50-옴 로드가 나타내도록 한다. 추가적으로, 일부 예에서, 라인 전압으로부터의 안정성 및 분리를 위해, 고 저압 캐패시터가 사용될 수 있다. 동일하거나 다른 예에서, 도 4에 도시된 극성이 사용될 수 있다. 즉, 일 실시예에서, 이 라인 및 중성 라인(neutral line)은 반대로 연결되어서는 안되며, 분리 캐패시터는 안전을 위해 AC-라인 정격 폴리에스터 필름 타입이 되어야 한다.

일부 예에서, 필터 회로는 캐패시터(461, 462) 및 저항기(463, 464, 465)을 포함할 수 있다. 캐패시터(461, 462)는 0.1㎌ 캐패시터(450V 폴리에스터 캐패시터)일 수 있다. 저항기(463, 465)은 100옴, 1와트 정격 저항일 수 있다. 저항기(464)은 75옴, 1와트 정격 저항일 수 있다.

변환기 모듈(214)은 필터 회로(213)에 전기적으로 연결될 수 있고 필터 회로(213)로부터 필터링된 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 변환기 모듈(214)은 하나 이상의 필터링된 신호를 하나 이상의 데이터 신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 데이터 신호는 하나 이상의 전기 신호의 고주파 성분에 관한 정보를 포함한다. 일부 예에서, 변환기 모듈(214)은 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 아날로그-디지털 변환기는 소정의 속도(예를 들어, 1MHz)에서 필터링된 전기 신호를 샘플링할 수 있다. 일 예에서, 변환기 모듈(214)에는 USRP (범용 소프트웨어 무선 주변장치)가 포함될 수 있다.

일부 예에서, 통신 장치(216)에는 무선 송신기가 포함될 수 있고, 통신 장치(221)는 무선 수신기일 수 있다. 일부 예에서, 전기 신호는 WI-FI(무선 피델리티), IEEE (전기 전자 기술자 협회) 802.11 무선 프로토콜, 또는 블루투스 3.0+HS (하이 스피드) 무선 프로토콜을 이용하여 전송될 수 있다. 또 다른 예에서, 이들 신호들은 지그비 (802.15.4), Z-웨이브 또는 전용 무선 표준을 통해 전송될 수 있다. 다른 예에서, 통신 장치(216)는 무선 접속 또는 유선 접속(예를 들어, 전선을 이용)을 이용하여 전기 신호를 전송할 수 있다.

북 아메리카 및 세계의 많은 다른 지역에서는, 대부분의 구조물 내의 전력 기반시설에서는 보통 3-상 전력이 사용된다. 일부 구조물에서는, 전력선 기반시설(150)의 위상에 걸쳐 강한 잡음 신호가 검출될 수 있다. 그러나, 전기적 인터페이스(212)가 연결되는 콘센트(151)와 반대 위상을 가지는 일부 구조물의 일부에서는, 전기 이벤트를 검출하는 것이 어려울 수 있다. 일부 예에서, 각 위상에 감지 유닛(110)을 설치하거나(즉, 3-상 전력을 이용하여 구조물에 두 개의 감지 유닛을 설치) 또는 두 개 위상 모두가 존재하는(예를 들어, 드라이어(dryer)를 위한 전기 커넥터) 가용 240V 콘센트에 감지 유닛(110)을 설치하는 것 중 하나가 이 문제를 해결할 수 있다. 두 개의 감지 유닛(110)을 설치하는 것은 전기 이벤트 검출 장치(100)로 하여금 두 개의 상 모두에서 이벤트를 캡쳐할 수 있게 해주지만, 두 개의 유사한 장치를 위한 비슷한 형태의 시그니쳐 기회를 증가시키기도 한다. 그러나, 비슷한 형태의 시그니쳐 문제는 두 개의 감지 유닛(100) 중 어느 것이 이벤트를 검출했는지를 알면 해결될 수 있다.

일부 예에서, 프로세싱 모듈(222)은 소프트웨어를 구비할 수 있고, (a) 하나 이상의 서로 다른 전기 이벤트 유형과 하나 이상의 전기 이벤트를 연관시키도록 구성된 트레이닝 모듈(223); (b) 데이터 신호를 이용하여 하나 이상의 전기 이벤트가 적어도 일부에서 발생되었는지 여부를 결정하도록 구성된 이벤트 검출 모듈(224); (c) 하나 이상의 전기 이벤트 유형을 분류하도록 구성된 분류 모듈(226); 및 (d) 사용자와 통신하도록 구성된 통신 모듈(225)을 포함할 수 있다.

계산 유닛(120) 또는 프로세싱 모듈(222)은 하나 이상의 제1 데이터 신호(예를 들어, 하나 이상의 전기 신호의 고주파 성분에 관한 정보)을 이용하여 적어도 부분적으로 전기 장치(290)의 전기적 상태를 식별하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시예에서, 계산 유닛(120) 및/또는 프로세싱 모듈(222)은 통신 장치(216)로부터 하나 이상의 데이터 신호를 이용하여 적어도 일부에서 하나 이상의 전기 장치에 의해 소비된 전력을 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세싱 모듈(222)은 통신 장치(216)로부터의 데이터 신호를 이용하여 언제 하나 이상의 전기 장치(290)의 첫 번째 하나가 적어도 부분적으로 전원이 켜지거나 꺼지는 지를 식별하도록 구성될 수 있다.

이하에 후술하는 바와 같이, 일부 예에서, 감지 유닛(110)으로부터 수신된 데이터 신호에 더하여, 프로세싱 모듈(222)은 다음과 같은 데이터 타입을 이용하여 전기 장치(290)의 전기적 상태를 식별할 수 있다: (a) 규제 기구(regulatory agency)로부터의 데이터베이스의 데이터; (b) 앞서 관찰된 데이터 신호에 관한 데이터를 포함하는 하나 이상의 데이터베이스로부터의 데이터; (c) 전기 장치의 하나 이상의 라벨(label)로부터의 데이터; 및/또는 (d) 하나 이상의 전기 장치의 식별(identification)과 관련된 사용자로부터의 데이터.

이하 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 이벤트 검출 모듈(224)은, 통신 장치(216)로부터의 데이터 신호를 이용하여 하나 이상의 전기 이벤트가 적어도 부분적으로 발생되었는지 여부를 결정하도록 구성된다. 분류 모듈(226)은 전력선 기반시설(150) 상에 전기 이벤트를 일으킨 전기 장치의 특정한 전기 이벤트를 결정하도록 구성될 수 있다. 분류 모듈(226)은 전력선 기반시설(150)상의 전기 이벤트를 특정한 전기 장치의 전력 상태의 변화와 연관시키도록 구성될 수 있다.

트레이닝 모듈(223)은 전력선 기반시설(150)상의 특정 전기 신호를 특정한 전기 이벤트와 상관시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 트레이닝 모듈(223)은 전력선 기반시설(150)상의 특정 전기 이벤트가 특정 전기 애플리케이션(예를 들어, 형광등, 컴퓨터 또는 세탁기)을 턴-온하거나 턴-오프하는 것에 대응하는 것을 결정하도록 구성될 수 있다.

일부 예에서, 트레이닝 모듈(223)은 데이터 수집 수신기(211)에 의해 검출된 전기 이벤트를 특정 전기 이벤트와 상관시키 위해 트레이닝 또는 교정 시퀀스를 수행하도록 구성될 수 있다. 교정 시퀀스를 수행한 후, 트레이닝 모듈(223)은 트레이닝 교정 데이터를 분류 모듈(226)에 제공하여 분류 모듈(226)이 데이터 수집 수신기(211)에 의해 검출된 전기 이벤트를 특정 전기 장치의 상태의 특정한 변화와 상관시킬 수 있다. 예시적인 트레이닝 또는 교정 시퀀스들은 도 8의 방법(800)의 단계(835)와 관련하여 설명된다.

통신 모듈(225)은 전기 이벤트 검출 장치(100)의 하나 이상의 사용자와 정보를 통신하기 위해 그리고 상기 사용자로부터 정보를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 사용자는 통신 모듈(225)을 사용하여 트레이닝 또는 교정 시퀀스 동안 정보를 입력할 수 있다. 또한, 통신 모듈(225)은 사용자에게 전기 이벤트가 발생하면 이를 알려줄 수 있다. 일부 실시예에서, 통신 모듈(225)은 도 23의 모니터(2306), 키보드(2304), 및/또는 마우스(2310)를 사용할 수 있다.

저장 모듈(230)은 트레이닝 모듈(223), 이벤트 검출 모듈(224), 통신 모듈(225), 및 분류 모듈(226)에 의해 사용된 정보 및 데이터를 저장할 수 있다. 일부 예에서, 저장 모듈(230)은 USB 포트(2312)(도 23)의 USB 장치, CD-ROM 및/또는 DVD 드라이브(2316)(도 23)의 CD-ROM 또는 DVD, 하드 드라이브(2314)(도 23), 또는 메모리(2408)(도 24)를 포함할 수 있다.

프로세싱 모듈(222)은 계산 유닛(120)의 프로세서(예를 들어, 도 24의 중앙처리장치(CPU)(2410))상에서 구동되도록 구성될 수 있다. 본원에서 사용된 "계산 유닛"은, 하나 이상의 위치에서의 단일 컴퓨터, 단일 서버 또는 클러스터 또는 컴퓨터 및/또는 서버의 클러스터 또는 조합을 지칭할 수 있다. 일 예에서, 계산 유닛(120)은 도 23 및 도 24에 설명된 컴퓨터를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 계산 유닛(120)은 사용자에게 적어도 부분적으로는 로컬 위치에 있을 수 있다. 다른 예에서, 사용자는 인터넷 또는 다른 네트워크를 통해 계산 유닛(120)에 접근 할 수 있다.

일부 예에서, 계산 유닛(120)은 제1 서버일 수 있다. 제1 서버는 전기 이벤트 검출 장치(100)의 사용자의 홈 컴퓨터 또는 전기 이벤트 검출 장치(100)가 설치되는 건물의 소유자가 소유하거나 제어하는 컴퓨터일 수 있다. 다른 예에서, 제1 서버는 그 구조물에 위치한 (프로세서가 있는) 다른 전기 장치(예를 들어, 홈 컨트롤 또는 자동화 시스템, 보안 시스템, 환경 제어 시스템)일 수 있다. 제1 서버는 통신 장치(221)의 제1 부분, 저장 모듈(230), 트레이닝 모듈(223), 이벤트 검출 모듈(224), 통신 모듈(225), 및 분류 모듈(226)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 제2 서버(예를 들어, 전기 이벤트 검출 장치(100)의 제조사 또는 판매사, 유틸리티 회사, 또는 보안 모니터링 회사가 소유하거나 제어하는 컴퓨터 또는 서버)는 이러한 모듈들의 겹쳐질 수 있는 제2 부분을 포함할 수 있다. 이들 예에서, 계산 유닛(120)은 제1 서버 및 하나 이상의 서버의 조합을 구비할 수 있다.

도 5는, 제2 실시예에 따른, 전기 이벤트 검출 장치(500)를 포함하는 예시적 시스템의 도면이다. 도 6은 제2 실시예에 따른 전기 이벤트 검출 장치(500)의 감지 유닛(510)의 블록도이다. 일부 실시예에서, 전기 이벤트 검출 장치(500)는 시스템(501)의 하나 이상의 전기 장치(290)(도 2)의 전기적 상태를 검출하도록 구성될 수 있다. 전기 이벤트 검출 장치(500)는 시스템(501)의 전력선 기반시설(150)(도 1 및 도 5)의 하나 이상의 전기 이벤트를 검출하도록 구성될 수도 있다. 많은 예에서, 전기 이벤트 검출 장치(500)는 전기 장치(290)(도 2)에 의해 전력선 기반시설(150)상에 놓이는 연속 잡음을 이용하여 전기 장치(290)의 전기 상태를 검출하거나 또는 전력선 기반시설(150)상의 전기 이벤트를 검출할 수 있다. 전기 이벤트 검출 장치(500)에 의해 검출된 전기 이벤트는 전력선 기반시설(150)에 연결된 전기 장치(290)(도 2)의 작동 및 비작동(즉, 턴온 및 턴오프)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 전기 이벤트는 전기 장치의 전력 공급에 의해 전기 장치의 나머지에 제공된(예를 들어, 조광기 스위치를 켜는) 전력량이 변동되거나 제한되는 이벤트일 수 있다. 시스템(501) 및 전기 이벤트 검출 장치(500)는 단지 예시적인 것이며 본원에 설명된 실시예로 제한되는 것은 아니다. 시스템(501) 및 전기 이벤트 검출 장치(500)는 본원에서 특별히 언급되거나 설명되지 않은 많은 다양한 실시예 또는 예에서 채용될 수 있다.

도 5 및 도 6을 참고하면, 전기 이벤트 검출 장치(500)는: (a) 감지 유닛(510); (b) 전력선 기반시설(150)의 콘센트(151)에 연결되도록 구성된 허브(540); (c) 계산 유닛(120)에 허브(540)를 연결시키도록 구성된 라우터(505); 및 (d) 계산 유닛(120)을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 허브(540)는 라우터(505)의 사용 없이 계산 유닛(120)과 연결될 수 있는데, 이 경우 전기 이벤트 검출 장치(500) 및 시스템(501)은 라우터(505)를 포함하지 않는다.

일부 예에서, 감지 유닛(510)은 전기 차단 판넬(breaker panel)(552) 및 유틸리티 전력계(553) 중 적어도 하나와 연결된다. 다른 예에서, 감지 유닛(510)은 전기 차단 판넬(552) 또는 유틸리티 전력계(553) 중 적어도 하나와 일체로 형성되거나 또는 그 일부로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 전기 이벤트 검출 장치(500)는 전기 차단 판넬(552), 유틸리티 전력계(553), 전력선 기반시설(150), 콘센트(151) 또는 전기 장치(290)를 포함하지 않는다. 다른 실시예에서, 전기 이벤트 검출 장치(500)는 계산 유닛(120) 또는 라우터(505)도 포함하지 않는다. 일부 예에서, 전기 이벤트 검출 장치(500)는 프로세싱 모듈(222)은 포함할 수 있으나 계산 유닛(120)은 포함하지 않을 수 있다.

제한적이지는 않지만, 전기 이벤트 검출 장치(500)를 이용하는 간단한 예는 하나 이상의 고주파 전기 신호를 만드는 전기 장치(290)(도 2)를 포함한다. 감지 유닛(510)은, 전력선 기반시설(150)상의 고주파 전기 신호를 검출할 수 있고, 고주파 전기 신호에 관련되는 정보를 포함하는 하나 이상의 데이터 신호를 생성할 수 있다. 감지 유닛(510)은 전력선 기반시설(150)상의 전력선 통신(PLC) 방법을 이용하여 허브(540)와 데이터 신호를 통신할 수 있다. 허브(540)는 유선 또는 무선 통신 방법을 이용하여 계산 유닛(120)과 데이터 신호 통신을 할 수 있다. 계산 유닛(120)은 그 데이터 신호를 이용하여 적어도 일부에서 하나 이상의 전기 장치의 전기적 상태를 식별할 수 있다.

도 5 및 도 6을 참고하면, 감지 유닛(510)은: (a) 데이터 수집 수신기(611); (b) 컨트롤러(615); (c) 통신 장치(616); 및 (d) 전력원(617)을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 컨트롤러(615) 및 전력원(617)은 도 2의 컨트롤러(215) 및 전력원(217)와 각각 유사하거나 또는 동일할 수 있다. 감지 유닛(110)(도 1 및 도 2)에 유사하게, 감지 유닛(510)은 전력선 기반시설(150)로부터의 하나 이상의 전기 신호를 처리하는 것에 의해 전력선 기반시설(150)상의 연속 잡음을 검출하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 감지 유닛(150)은 고주파 성분을 가지는 전기 신호를 수신하고, 전기 신호, 특히 전기 신호의 고주파 성분을 하나 이상의 데이터 신호로 변환하도록 구성될 수 있다.

데이터 수집 수신기(611)는: (a) 하나 이상의 전류 변압기(628, 629); (b) 하나 이상의 필터 회로(613); 및 (c) 적어도 하나의 변환기 모듈(614)을 포함할 수 있다.

전류 변압기(628, 629)는, 컨덕터를 통해 AC 전류 흐름량을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 전류 변압기(628, 629)는 컨덕터 내의 더 큰 전류에 비례하는, 작고 측정하는 것이 쉬운 신호를 만들어 낼 수 있다. 구체적으로는, 전류 변압기(628, 629)는 각각의 AC 위상을 위한 하나의 전류 변압기를 이용하여 전기 차단 판넬(552)을 유틸리티 전력계(553)와 연결시키는 두 개의 컨덕터를 통해 흐르는 전류량을 측정한다. 구조물에서 소비된 전체 전력량은 각각의 AC 위상에 의해 공급된 전력의 합이다.

다른 예에서, 전류 변압기(628, 629)는 전류 변압기가 아니다. 전류 변압기(628, 629)는 홀(Hall) 효과 센서, 로고스키 코일(Rogowski coil), 전류 변압기, 또는 분류기(shunt resistor)와 같은 전류를 측정하는 임의의 장치일 수 있다. 예를 들어, 전류 변압기(628, 629)는 분류기일 수 있다. 즉, AC 전류는 적은 저항 통해 흐를 수 있으며 데이터 수집 수신기(611)는 이 작은 저항에 걸쳐 발생되는 작은 전압을 측정할 수 있다. 이 측정된 작은 전압은 전기 차단 판넬(552)을 유틸리티 전력계(533)와 연결시키는 두 개의 컨덕터를 통해 흐르는 전류의 양에 비례한다.

일부 예에서, 필터 회로(613)는 전력 기반시설로부터의 들어오는 전기 신호의 일부를 필터링 하도록 구성된다. 예를 들어, 필터 회로(613)는 AC 라인 기본 주파수(미국에서는 60Hz)를 필터링하여 변환기 모듈(614)이 강한 60Hz 주파수 성분에 의해 과부하 되지 않도록 한다. 동일하거나 다른 실시예에서, 필터 회로(613)는 고역 통과 필터를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 필터 회로(613)는 도 2의 필터 회로(213)와 유사하거나 동일할 수 있다.

변환기 모듈(614)은 필터 회로(613)와 전기적으로 연결될 수 있고 필터 회로(613)로부터 필터링된 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 변환기 모듈(614)은 하나 이상의 데이터 신호로 하나 이상의 필터링된 신호를 전환시키도록 구성될 수 있다. 데이터 신호는 전기 신호의 고주파 성분과 관련된 정보를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 변환기 모듈(614)은: (a) 아날로그-디지털 변환기(619); 및 (b) 디지털 신호 프로세서(618)를 포함할 수 있다.

다양한 실시예에서, 통신 장치(616)는 PLC 송신기를 포함할 수 있다. PLC 송신기는 전력전송을 위해 사용되는 컨덕터(예를 들어, 전력선 기반시설(150))상의 데이터를 전송하기 위한 송신기일 수 있다. 통신 장치(616)는 전력선 기반시설(150)과 전기적으로 연결될 수 있고 전력선 기반시설(150)상에서 허브(540)로 데이터 신호를 통신하도록 구성될 수 있다. 동일한 또는 상이한 예에서, 통신 장치(616)와 허브(540) 간의 PLC 통신은 양방향일 수 있다. 다른 예에서, 통신 장치(616)는 통신 장치(216)와 유사하거나 동일할 수 있고 라우터(505) 및/또는 계산 유닛(120)으로 직접 데이터 신호를 전송할 수 있다.

허브(540)는 (a) 전력선 기반시설(150)(도 5)의 콘센트(151)(도 5)에 연결되도록 구성된 전기적 인터페이스(641); 및 (b) 통신 장치(643)를 포함할 수 있다.

다양한 실시예에서, 전기적 인터페이스(641)는 2-P(prong) 또는 3-P(prong) 전력 커넥터를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 전기적 인터페이스(641)는 PLC 수신기를 포함할 수도 있다. 전기적 인터페이스(641)의 PLC 수신기는 전력선 기반시설(150)을 통해 감지 유닛(510)의 통신 장치(616)로부터 데이터 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 전기적 인터페이스(641)는 PLC 송신기를 포함할 수도 있다.

통신 장치(643)는 전기적 인터페이스(641)와 전기적으로 연결되고 전기적 인터페이스(641)로부터 데이터 신호를 수신할 수 있다. 일부 예에서, 통신 장치(643)는 무선 송신기를 포함할 수 있다. 무선 송신기는 라우터(505)를 통해 계산 유닛(120)으로(또는 계산 유닛(120)으로 직접) 데이터 신호를 전송할 수 있다. 다른 예에서, 통신 장치(643)는 유선으로 라우터(505) 및/또는 계산 유닛(120)과 연결되고 그 유선상으로 데이터 신호를 통신할 수 있다. 또 다른 예에서, 허브(540)는 계산 유닛(120) 또는 라우터(505)와 일체로 되거나 일부가 될 수 있다.

도 7은 일 실시예에 따른, 전기 이벤트 검출 장치를 제공하는 방법(700)의 예시적 실시예를 위한 순서도이다. 방법(700)은 단지 예이며 본원에서 제시된 실시예로 한정되는 것은 아니다. 방법(700)은 본원에서 특정하게 언급되거나 설명되지 않은 많은 다양한 실시예나 예에 채용될 수 있다. 일부 실시예에서, 방법(700)의 단계, 절차 및/또는 공정은 제시된 순서대로 수행될 수 있다. 다른 실시예에서, 방법(700)의 단계, 절차 및/또는 공정은 다른 적절한 순서로 수행될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 방법(700)의 단계, 절차 및/또는 공정 중 하나 이상이 조합되거나 생략될 수 있다.

도 7을 참고하면, 방법(700)은 적어도 하나의 데이터 수집 수신기를 제공하는 단계(710)를 포함한다. 일부 실시예에서, 데이터 수집 수신기는 전력 기반시설로부터의 하나 이상의 전기 신호를 수신하고 처리하고 이러한 전기 신호를 제1 데이터 신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 데이터 수집 수신기는 도 2의 데이터 수집 수신기(211) 또는 도 6의 데이터 수집 수신기(611)와 유사하거나 동일할 수 있다. 동일하거나 다른 예에서, 단계(710)는 제2 데이터 수집 수신기를 제공하는 것을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 제1 데이터 수집 수신기는 구조물의 전력 기반시설의 제1 위상과 연결될 수 있고 제2 데이터 수집 수신기는 구조물의 전력 기반시설의 제2 위상과 연결될 수 있다.

도 7의 방법(700)은 통신 장치를 제공하는 단계(715)로 계속된다. 일부 실시예에서, 통신 장치는 송신기를 포함할 수 있고 제1 데이터 신호를 전송하도록 구성될 수 있다. 예로서, 통신 장치는 도 2의 통신 장치(216) 또는 도 6의 통신 장치(616)와 유사하거나 동일할 수 있다.

이어서, 도 7의 방법(700)은 컨트롤러를 제공하는 단계(720)를 포함한다. 예로서, 컨트롤러는 도 2의 컨트롤러(215) 또는 도 6의 컨트롤러(615)와 유사하거나 동일할 수 있다.

다음으로, 도 7의 방법(700)은 통신 장치, 데이터 수집 수신기 및 컨트롤러를 전기적으로 연결시키는 단계(725)를 포함한다. 예를 들어, 통신 장치, 데이터 수집 수신기 및 컨트롤러를 전기적으로 연결시키는 것은 도 2의 통신장치(216), 데이터 수집 수신기(211) 및 컨트롤러(215)를 전기적으로 연결시키는 것 또는 도 6의 통신장치(616), 데이터 수집 수신기(611) 및 컨트롤러(615)를 전기적으로 연결시키는 것과 유사하거나 동일할 수 있다.

도 7의 방법(700)은 계산 유닛을 제공하는 단계(730)로 계속된다. 일부 실시예에서, 계산 유닛은 제1 데이터 신호를 이용하여 하나 이상의 전기 장치의 전기적 상태의 변화를 결정하도록 구성될 수 있다. 예로서, 계산 유닛은 도 1 및/또는 도 5의 계산 유닛(120)과 유사하거나 동일할 수 있다.

일부 예에서, 단계(730)는 계산 유닛을 제공하는 것을 포함하여, (a) 통신 장치로부터 데이터 신호를 수신하도록 구성된 통신 장치; (b) 하나 이상의 전기 이벤트를 하나 이상의 상이한 전기 이벤트 유형과 상관시키도록 구성된 트레이닝 모듈; (c) 전기 이벤트가 발생했는지 여부를 결정하도록 구성된 이벤트 검출 모듈; (d) 전기 이벤트의 유형을 분류하도록 구성된 분류 모듈; 및 (e) 사용자와 통신하도록 구성된 통신 모듈을 포함한다. 예로서, 통신장치, 트레이닝 모듈, 이벤트 검출 모듈, 분류 모듈 및/또는 통신 모듈은 각각 도 2의 통신장치(221), 트레이닝 모듈(223), 이벤트 검출 모듈(224), 분류 모듈(226) 및 통신 모듈(225)과 유사하거나 동일할 수 있다.

도 8은, 일 실시예에 따른, 전력 기반시설에 연결된 하나 이상의 전기 장치의 전력 사용을 검출하고 분류하는 방법(800)의 일 실시예를 위한 순서도이다. 방법(800)은 단지 예이며 본원에 제시된 실시예로 제한되는 것은 아니다. 방법(800)은 본원에 특별히 언급되거나 설명되지 않은 다양한 실시예 또는 예에 채용될 수 있다. 일부 실시예에서, 방법(800)의 단계, 절차 및/또는 공정은 제시된 순서로 수행될 수 있다. 다른 실시예에서, 방법(800)의 단계, 절차 및/또는 공정은 다른 적절한 순서로 수행될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 방법(800)의 단계, 절차 및/또는 공정 중 하나 이상이 결합되거나 생략될 수 있다.

도 8을 참고하면, 방법(800)은 전력 기반시설에 데이터 수집 수신기를 연결시키는 단계(810)를 포함한다. 일부 예에서, 데이터 수집 수신기는 전기적 인터페이스를 포함할 수 있다. 전기적 인터페이스는 전력 기반시설을 연결하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전기적 인터페이스는 2P 또는 3P(prong) 전기 플러그일 수 있으며, 이 전기 플러그는 전력 기반시설의 벽의 전기 소켓에 연결될 수 있다. 다른 예에서, 데이터 수집 수신기는 구조물의 전기 차단 판넬 및/또는 유틸리티 전력계와 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(810)는 구조물의 2-위상 전력 기반시설의 각 위상에 하나의 데이터 수집 수신기를 연결하는 것을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 데이터 수집 수신기 및 전기적 인터페이스는 각각 도 2의 데이터 수집 수신기(211) 및 전기적 인터페이스(212)와 유사하거나 동일할 수 있다. 데이터 수집 수신기는 또한 도 6의 데이터 수집 수신기(611)와 유사하거나 동일할 수도 있다.

도 8의 단계(800)는 전력 기반시설로부터 하나 이상의 제1 전기 신호를 캡쳐하는 단계(815)로 계속된다. 일부 예에서, 캡쳐된 전기 신호에는 전기적 잡음, 보다 구체적으로는, 기본 주파수가 있는 연속적인 전기 잡음을 포함한다. 다양한 예에서, 연속적인 전기 잡음은 고주파수 전자기 간섭(예를 들어, 수십에서 수백 킬로헤르쯔 범위의 전기 신호)을 포함할 수 있다. 많은 실시예에서, 데이터 수집 수신기는 제1 전기 신호를 캡쳐할 수 있다.

이어서, 도 8의 방법(800)은 제1 전기 신호를 하나 이상의 데이터 신호로 변환시키는 단계(820)를 포함한다. 일부 예에서는 제1 전기 신호를 변환시키는 것은 먼저 필터 회로를 사용하여 전기 신호를 필터링한 후 변환기 모듈을 이용하여 필터링된 신호를 디지털 신호로 변환하는 것을 포함할 수 있다. 다양한 예에서, 고역 통과 필터를 제1 전기 신호에 적용하여, 예를 들면, AC 라인 주파수, AC 라인 주파수의 고조파 주파수 및/또는 다른 주파수들을 필터링할 수 있다. 이후, 필터링된 전기 신호를 제1 데이터 신호로 전환할 수 있는데, 이것은 예를 들어 필터링된 전기 신호를 1 MHz(메가헤르쯔)에서 샘플링할 수 있는 변환기 모듈(예를 들어, 아날로그-디지털 변환기)로 필터링된 전기 신호를 공급하는 것에 의해 이루어질 수 있다. 일부 예에서, 필터 회로 및 변환기 모듈은 도 2의 필터 회로(213) 및 변환기 모듈(214) 및/또는 도 6의 필터 회로(613) 및 변환기 모듈(614)과 유사하거나 동일할 수 있다.

다음으로, 도 8의 방법(800)은 제1 데이터 신호를 전송하는 단계(825)를 포함한다. 일부 실시예에서, 제1 전기 신호는 송신기를 사용하여 전송될 수 있다. 예로서, 송신기는 도 2의 통신장치(216) 또는 도 6의 통신장치(616)와 유사하거나 동일할 수 있다. 일부 예에서, 송신기는 무선 송신기일 수 있다. 다른 예에서, 제1 데이터 신호는 유선으로 전송될 수 있다. 또 다른 예에서, 제1 데이터 신호는 유선 및 무선 통신의 조합을 사용하여 전송될 수 있다. 예를 들어, 신호는 전력선을 통해 데이터 수집 수신기에서 허브까지 전송 될 수 있으며, 허브에서 계산 유닛까지 무선으로 전송될 수 있다.

도 8의 방법(800)은 제1 데이터 신호를 수신하는 단계(830)로 계속된다. 일부 실시예에서, 제1 전기 신호는 수신기를 사용하여 수신될 수 있다. 예로서, 수신기는 도 2의 통신 장치(221)의 수신기와 유사하거나 동일할 수 있다. 일부 예에서, 수신기는 무선 수신기일 수 있다. 다른 예에서, 제1 데이터 신호는 유선으로 유선 수신기에 의해 수신될 수 있고 또는 유선 및 무선 수신기의 조합을 사용하여 수신될 수 있다.

이어서, 도 8의 방법(800)은 컴퓨터이용 모듈상에서 구동하는 프로세싱 모듈을 트레이닝시켜 제1 데이터 신호를 특정 전기 장치의 전기적 상태의 변화에 상관시키도록 제1 전기 신호를 이용하는 단계(835)를 포함한다. 도 9는, 일 실시예에 따라, 프로세싱 모듈을 트레이닝시켜 제1 데이터 신호를 특정 전기 장치의 전기적 상태에서의 변화에 상관시키도록 제1 전기 신호를 이용하는 단계(835)의 예시적인 순서도이다.

도 9의 단계(835)의 첫 번째 절차는 제1 데이터 신호를 준비하는 절차(911)이다. 일부 예에서, 제1 데이터 신호는 2048-포인트 벡터로서 버퍼링되고, 제1 데이터 신호의 고속-푸리에 변환(FFT)을 계산하여 주파수 도메인 신호를 획득한다. 2048 포인트는 500kHz의 스펙트럼 폭으로 동일하게 확산될 수 있으며, 이는 FFT 빈(bin) 당 244Hz의 해상도의 수율을 갖는다. FFT 벡터 또는 주파수 벡터는 초당 244회 계산된다. 다른 예에서, FFT 빈의 다른 사이즈 및 포인트 벡터의 개수가 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 데이터 신호의 준비는 이벤트 검출 모듈에 의해 수행된다. 예를 들어, 이벤트 검출 모듈은 도 2의 이벤트 검출 모듈(224)와 유사하거나 동일할 수 있다.

도 9의 단계(835)의 다음 절차는 전력 기반시설상에서 하나 이상의 전기 이벤트의 발생을 검출하는 절차(912)이다. 대부분의 SMPS 장치는 제1 데이터 신호의 베이스라인 잡음 플로어(floor)보다 높은 8dB 에서 60dB가 되는 잡음 피크(peak)를 만들어 낸다. 대부분의 구조물에서, 베이스라인 잡음 플로어는 전체 스펙트럼에 걸쳐 -90dBm 에서 -70dBm 사이에서 예측할 수 없이 변화할 수 있다. 베이스라인 잡음의 변화 정도가 높기 때문에, 들어오는 주파수 벡터를 시간에 대해 평균화하여 안정적인 잡음 플로어를 획득한다. 일부 예에서, 소정 크기의 윈도우(예를 들어, 25)를 가지는 슬라이딩 윈도우 평균을 사용할 수 있다. 너무 작은 윈도우 크기를 사용하는 것은 잘못된 양성(positive)의 증가를 일으킬 수 있고, 반면에, 큰 윈도우 사이즈는 시스템을 위한 거의 동시 이벤트들간 필요한 시간의 양을 증가시켜 이들을 별개 이벤트로서 검출되게 한다.

일부 예에서, 이벤트 검출 모듈은 주파수 벡터의 소정 개수의 평균을 계산할 수 있고 이를 저장 모듈(230)(도 2)의 베이스라인 잡음 시그니쳐로서 저장한다. 도 10은, 일 실시예에 따른, 구조물의 베이스라인 잡음 시그니쳐의 일 예의 그래프(1000)를 나타낸다.

이후, 새로운 윈도우가 주파수 벡터의 모든 소정의 개수 마다 계산되고, 새로운 베이스라인 잡음 시그니쳐가 있는 차이 벡터가 산출된다. 전기 장치가 작동하여 주파수 도메인의 새로운 잡음이 전력선 기반시설로 유입되면, 차이 벡터가 이 변화를 반영한다. 따라서, 차이 벡터는 이벤트를 분할한다. 도 11은 일 실시예에 따른, 새로운 장치의 잡음 시그니쳐의 그래프(1100)의 일 예이다. 도 12는 일 실시예에 따른, 베이스라인 잡음이 제거된 후 새로운 장치의 잡음 시그니쳐의 그래프(1200)의 일 예이다.

다양한 실시예에서, 이벤트 검출 모듈은 차이 벡터를 스캔하여 소정의 임계값보다 큰 새로운 값을 찾을 수 있다. 이벤트 검출 모듈은 한번 설정되고 여러 구조물에서 사용되는 글로벌 임계값을 사용할 수 있다. 일부 예에서, 잡음 베이스라인을 상회하는 8 dB의 임계값은 충분한 전력 임계값일 수 있다. 윈도우 내의 벡터가 평균이기 때문에, 만약 윈도우가 이벤트에 대해 부분적으로만 중첩된다면, 이벤트 검출 모듈은 여전히 올바르게 이를 검출할 수 있을 것이지만, 차이 벡터는 더 작은 크기를 반영할 것이다. 이러한 잠재적 문제를 완화시키기 위해, 이벤트가 검출되면, 다음 윈도우 사이클을 이용하여 새로운 차이 벡터를 계산한다. 이벤트가 검출된 후에는, 그에 따라 베이스라인 잡음 벡터를 업데이트 하여 전력 기반시설의 새로운 잡음 플로어를 반영한다.

많은 예에서, 이벤트 검출 모듈은 차이 벡터를 이용하여 임계값을 넘는 진폭 또는 주파수 성분을 찾고 가우시안 함수를 적용하여 평균, 진폭, 및 편차 파라미터를 추출할 수 있다. 예로서, 도 12는 새롭게 작동된 장치로부터의 전기 신호의 예시적인 진폭(A), 평균(μ) 및 편차(σ)를 보여준다. 진폭의 변화는 장치가 턴온 되거나 턴오프 되느냐에 따라 양 또는 음이 될 수 있다. 잡음 시그니쳐는 반대되는 상태 천이에 대해 서로 역이다(즉, 턴온 및 턴오프는 역의 잡음 시그니쳐를 가짐).

의심되는 이벤트를 위한 특징 벡터는 일반적으로 글로벌 최대 주파수 성분인 중심 주파수의 파라미터를 이용하여 이벤트 검출 모듈에 의해 생성될 수 있다. 다른 피크들은 고조파 주파수에 존재할 수도 있다. 많은 예에서, 이벤트 검출 모듈은 유클리드 거리 측정 및 역 가중치의 KNN(k-가장 가까운 이웃)(k=1)을 적용하여 특징 벡터를 생성한다.

이어서, 도 9의 단계(835)는 특정 전기 장치를 특정한 전기 이벤트에 연관시키는 절차(913)를 포함한다. 일부 예에서, 트레이닝 모듈은 사용자와 함께 트레이닝 또는 교정 프로세스를 수행하여 이러한 연관을 생성할 수 있다.

만약 전기 이벤트 검출 시스템이 장치 식별을 위해 지문-기반 접근을 사용한다면, 구조물 내 다양한 장치들의 파라미터를 배우기 위한 트레이닝 프로세스를 필요로 할 수 있다. 일부 예에서, 이 트레이닝은 일반적으로 사용자가 각 장치를 최소 한번 작동시키는 것에 의해 수행될 수 있다.

다른 예에서, 전기 잡음 시그니쳐의 데이터베이스를 위한 다른 정보 소스는 클라우드 소싱(cloud sourcing)일 수 있다. 모든 전기 이벤트 검출 장치들 사이에서 공유되는 중앙 데이터베이스가 유지될 수 있다. 사용자가 새로운 기기에 라벨링하면, 이것은 공통의 보관소의 일부가 되어 장래의 질문이 그 정보를 이용하여 새로운 전기 장치를 식별하도록 한다. 예를 들어, 사용자는 교정 프로세스를 거친 다른 사용자가 제출한 인기 있는 소비자 전자 장치 시그니쳐들의 온라인 데이터베이스에 접근할 수 있다.

추가적으로, 감지된 EMI는 공학적인 신호이기 때문에, 장치를 물리적으로 작동시키거나 물리적으로 접근하지 않고 그러한 시그니쳐 데이터베이스를 생성할 수 있다. 이는, 특정한 전기 장치가 방출하는 다양한 잡음 피크에 대한 dBuV 의 주파수 및 원 크기가 리스트된, 장치의 미국 정부의 FCC(연방 통신 위원회) 준수 보고서 및 다른 기술적인 데이터시트로부터 정보를 발굴함으로써 실현될 수 있다.

예를 들어, 소비자 전자 장치들은, 발생된 EMI가 일정한 미리 정의된 한도 내에 있음을 보증해 주는, FCC와 같은 곳에서의 어떠한 인증을 통과할 필요가 있다. 인증의 결과는 그 장비의 전기적 사양 및 잡음 특성을 설명하는 공개적으로 구할 수 있는 문서이다. 정보는 다양한 기기에 대해 예상된 공진 주파수를 포함하는 데이터베이스를 구축하는데 사용될 수 있는 공개적으로 구할 수 있는 문서로부터 추출될 수 있다. 이러한 정보의 다른 소스는, 소비자 전자 장치 내에서 발견되는 내부 집적회로 및 공진기의 데이터시트를 발굴하는 것으로부터 얻을 수 있다.

다시 도 2를 참고하면, 계산 유닛(120)(도 1)은 저장 모듈(230)(도 2)에 연관 및 교정 프로세스 결과를 저장할 수 있다. 이 정보는 나중에 하나 이상의 잡음 시그니쳐를 특정한 전기 이벤트와 연관시키는데 사용될 수 있다.

동일하거나 다른 실시예에서, 저장 모듈(230)은 전기 장치의 전기 잡음 시그니쳐의 데이터베이스를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 전기 장치의 전기 잡음 시그니쳐는 제3자(예를 들어, 전기 이벤트 검출 장치(100)(도 1) 및/또는 (500)(도 5)의 제조자)에 의해 제공될 수 있다.

동일하거나 다른 실시예에서, 교정 프로세스는, 전기 이벤트 검출 장치(100)의 사용자가 전기 장치를 특정 전기 이벤트에 관련시키는 것을 도와주는 라벨링 프로세스(labeling process)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서 트레이닝 시퀀스는 트레이닝 모듈(223)이 작동하는 동안 그리고 전력선 기반시설(150)상의 전기 이벤트를 기록하는 동안 전기 장치 각각을 턴온 및 턴오프시키는(또는 집 또는 다른 구조물에서 SMPS를 사용하여 전기 장치를 적어도 턴온 및 턴오프 시키는) 전기 이벤트 검출 장치(100)의 사용자를 포함한다.

전기 이벤트를 식별하기 위해, 트레이닝 모듈(223)(또는 이벤트 검출 모듈(224))은 분할된 데이터의 크기 변화를 계속 찾는 슬라이딩 윈도우 스텝 검출기를 적용할 수 있다. 트레이닝 모듈(223)(또는 이벤트 검출 모듈(224))은, 학습된 또는 미리 정해진 임계값보다 큰 변화율로 점진적으로 증가하거나 감소하는 신호를 만나게 되면 스텝 검출기를 작동시킬 수 있다.

일부 예에서, 학습된 임계값은 임의의 큰 수로 설정되고 적은 단계로 감소된다. 각각의 단계를 위해, 트레이닝 모듈(223)(또는 이벤트 검출 모듈(224))은 별개로 일어나는 이벤트의 임의의 서브세트(subset)를 분할할 수 있다. 만약 이벤트의 올바른 개수가 계산된다면, 그 임계값은 받아들여진다. 그렇지 않다면, 그 임계값은 줄어들고, 프로세스는 반복된다. 예를 들어, 만약 서브세트가 4개의 이벤트를 포함하고 있다면, 분할된 4 단계 증가 및 4 단계 감소가 있어야 한다. 트레이닝 모듈(223)(또는 이벤트 검출 모듈(224))은 이 패턴이 보일 때까지 검출 임계값을 점차 감소시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 학습된 임계값은 최소의 감독 또는 사람의 개입으로 설정된다. 다른 실시예에서, 트레이닝 모듈(223)은 임계값의 양을 소정의 양(예를 들어, 8dB)으로 설정할 수 있다.

전기 장치 각각에 대해 전원을 사이클링한 후, 사용자는 통신 모듈(225)을 사용하여 트레이닝 모듈(223)에 의해 검출된 각각의 전기 이벤트에 라벨링할 수 있다. 예를 들어, 만약 사용자가 (1) 텔레비전을 턴온 및 턴오프하고; (2) 방안에 형광등 4개 각각을 턴온 및 턴오프 한다면, 전기 이벤트 검출 장치(100)에 의해 검출된 첫 번째 두 개의 전기 이벤트는 텔레비전이 턴온 및 턴오프된 것으로 라벨이 붙여지고, 다음 8개 전기 이벤트는 조명들 각각을 턴온 및 턴오프한 것으로 라벨이 붙여질 수 있다. 유사하게, 사용자는 집 또는 빌딩 내의 모든 전기 장치들에 대해 전력을 사이클 온 및 사이클 오프하고 유사한 라벨링 절차를 수행할 수 있다.

다른 예에서, 통신 모듈(225)은 특정한 전기 이벤트가 발생되면 사용자가 타임 스탬프로 표시할 수 있도록 하는 휴대용 전기 장치(예를 들어, 캘리포니아 주 Cupertino 시에 위치한 애플 컴퓨터사의 아이폰® 또는 아이패드® 장치) 상에서 구동될 수 있는 일부분을 포함할 수 있다. 이들 예에서는, 통신 모듈(225)의 일부를 구동시키는 전기 장치를 나르는 동안, 사용자는 동안 구조물 내의 모든 전기 장치상에서 모바일 전력을 사이클 온 및 사이클 오프할 수 있다. 사용자는 통신 모듈(225)을 사용하여 언제 전기 이벤트가 발생하는 지를 표시할 수 있다. 예를 들어, 트레이닝 모듈(223)이 작동되고 전기 이벤트를 기록하는 동안, 사용자는 랩톱 컴퓨터를 턴온 시키고 전기 장치의 버튼을 눌러 전기 장치가 전기 이벤트의 설명을 기록하고 이벤트가 발생한 시간을 기록하게 할 수 있다.

트레이닝 모듈(223)은 모바일 전기 장치에 의해 기록된 데이터 및 데이터 수집 수신기(211)에 의해 기록된 전기 신호를 상관시킬 수 있다. 일부 예에서, 모바일 전기 장치는 이 데이터를 계산 유닛(120)에 즉시(예를 들어, 실시간) 전달할 수 있고, 다른 예에서는, 이 데이터는 트레이닝 프로세스가 종료된 후(예를 들어, 배치(batch) 모드) 계산 유닛(120)으로 통신될 수 있다.

또 다른 예에서, 사용자는 구조물 내의 모든 전기 장치에 대해 전력을 사이클 온 및 사이클 오프할 수 있고, 트레이닝 모듈(223)은 저장 모듈(230)(또는 온라인 데이터베이스) 내에 저장된 전기 장치의 전기적 잡음 시그니쳐에 접근하고 특정한 전기 장치의 전기적 잡음 시그니쳐와 전기 이벤트를 자동적으로 연관시킬 수 있다. 여러 실시예에서, 사용자는 건물 내의 전기 장치에 관한 정보(예를 들어, 제조사, 모듈 번호 및/또는 시리얼 번호)를 입력하여 트레이닝 모듈(223)을 도와 전기 이벤트를 구조물 내 전기 장치의 전기적 잡음 시그니쳐와 연관시킬 수 있다. 즉, 트레이닝 모듈(223)은 데이터 수집 수신기(211)(도 2)에 의해 검출된 전기 잡음 신호를 건물 내 전기 장치의 저장된 전기 잡음 시그니쳐와 비교하여 전기 이벤트를 특정한 전기 장치와 연관시킬 수 있다.

다양한 실시예에서, 트레이닝 시퀀스를 취하는 대신, 트레이닝 모듈(223) 또는 분류 모듈(226)은, 전기 이벤트 검출 장치(100)가 구동 중일 때 새로운 전기 장치가 처음으로 작동하는 경우 전기적 잡음 시그니쳐의 데이터베이스에 접근할 수 있다. 이 경우, 새로운 전기 장치의 전기 잡음 시그니쳐는 전기 잡음 시그니쳐 데이터베이스와 비교되어 매칭되는 시그니쳐를 찾을 수 있다.

동일하거나 다른 예에서, 전기 잡음 시그니쳐 데이터베이스를 이용하여 전기 이벤트가 식별될 수 없다면, 그 전기 이벤트는 수동으로 라벨링할 수 있다. 일부 예에서, 트레이닝 모듈(223)은 전기 장치를 장치 카테고리(예를 들어, 텔레비전)로 분류하고, 사용자는 정확한 라벨(예를 들어, 소니 KDL-40V TV)을 제공할 수 있다. 만약 사용자가 많은 전기 장치를 가지고 있다면, 사용자는 전기 장치를 스위치 온 및 오프할 수 있고, 전기 이벤트 검출 장치(100)는 보다 정확한 정보로 업데이트할 수 있는 카테고리 라벨이 있는 리스트를 생성할 수 있다. 도 9의 절차(911)의 일부로서 특정 전기 장치를 특정 잡음 시그니쳐로 연관시키는 것이 완료된 후, 도 9의 단계(835)는 종료된다.

다시 도 8을 참고하면, 방법(800)은 전력 기반시설에서 제2 전기 신호를 캡쳐링하는 단계(840)로 진행한다. 단계(840)는 단계(815)와 유사하거나 동일하다.

도 8의 방법(800)은 제2 전기 신호를 제2 데이터 신호로 변환시키는 단계(845)로 진행한다. 단계(845)는 단계(820)과 유사하거나 동일하다.

이어서, 도 8의 방법(800)은 제2 데이터 신호를 전송하는 단계(850)를 포함한다. 단계(850)는 단계(825)와 유사하거나 동일하다.

다음으로, 도 8의 방법(800)은 제2 데이터 신호를 수신하는 단계(855)를 포함한다. 단계(855)는 단계(830)와 유사하거나 동일하다.

도 8의 방법(800)은 전력 기반시설상에서 하나 이상의 전기 이벤트의 발생을 검출하는 단계(860)로 계속된다. 단계(860)는 도 9의 절차(912)와 유사하거나 동일할 수 있다. 이 단계에서, 이벤트 검출 모듈은 소정의 임계값을 초과하는 전기 신호 내에 피크를 위치시킬 수 있다.

이어서, 도 8의 방법(800)은 하나 이상의 전기 장치의 적어도 하나의 전기 장치의 전기 상태 변화를 하나 이상의 전기 이벤트와 연관시키는 단계(865)를 포함한다. 일부 예에서, 전기 장치의 전기 상태 변화는 (a) 완전한 전원 꺼짐 상태(또는 대기 전원 상태)에서 전원 켜짐 상태; 또는 (b) 전원 켜짐 상태에서 완전한 전원 꺼짐 상태(또는 대기 전원 상태)로의 변화 중 하나일 수 있다.

동일하거나 다른 실시예에서, 전기 이벤트는 전기 장치에 제1 전력을 제공하는 제1 상태로부터 전기 장치에 제2 전력을 제공하는 제2 상태로의 변화일 수 있다. 이 예에서, 제1 전력은 제2 전력과는 다르다. 일부 실시예에서, 제1 전력과 제2 전력은 전원 꺼짐 상태는 아니다.

이벤트 검출 모듈(224)(도 2)은 차이 벡터를 이용하여 임계값을 초과하는 피크를 찾아내고 가우시안 함수를 적용하여 평균, 진폭 및 편차 파라미터를 추출할 수 있다. 각각의 분할된 이벤트에 대해 특징 벡터가 만들어지고 KNN 모델을 구축하는데 사용될 수 있다. KNN 모델은 자동적으로 전기 이벤트의 소스를 결정하는데 사용될 수 있다. 이벤트 검출 모듈(224)(도 2)은 유클리드 거리 측정 및 역 가중치의 KNN (k=1)을 적용한다.

동일하거나 다른 예에서, 이벤트 검출 모듈(224)(도 2)이 데이터 수신 수신기(211)(도 2)로부터 전기 신호 내에 피크를 위치시킨 후, 이벤트 검출 모듈(224)은 신호로부터 3개 특징, 즉 (1) 단계 변화의 상대적 크기; (2) 변화-흐름의 기울기; 및 (3) 알려지지 않은 이벤트의 상승 또는 하강 시간을 추출할 수 있다. 이러한 3개의 특징은 불명확한 전기 장치에서 유용할 수 있다.

이벤트 검출 모듈(224)(도 2)은 전기 이벤트에 관해 수집된 정보를 이용하여 그것을 특정 전기 장치에 연관시킬 수 있다. 예를 들어, 이벤트 검출 모듈(224)(도 2)은 전기 이벤트의 시그니쳐를 트레이닝 프로세스로부터 저장된 시그니쳐와 비교하여 어떠한 전기 장치가 이벤트를 유도하였는 지 및 이벤트 유형을 결정할 수 있다.

다음으로, 도 8의 방법(800)은 사용자에게 하나 이상의 전기 이벤트와 관련된 정보를 표시하는 단계(870)를 포함한다. 일부 예에서, 통신 모듈(225)(도 2)은 사용자에게 하나 이상의 전기 이벤트에 대한 정보를 표시할 수 있다. 이 정보는 다양한 형태로 표시될 수 있다. 일부 실시예에서, 특정한 시간 동안 구조물 내의 둘 이상의 전기 장치의 전기 상태를 도표 형식으로 사용자에게 제시할 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 전기 이벤트에 대한 정보는 실시간으로 표시될 수 있다. 단계(870) 이후, 단계들(840, 845, 850, 855, 860, 865 및 870)이 새로운 전기 이벤트가 발생하는 시간 마다 반복되어 그 전기 이벤트를 식별할 수 있다. 이러한 단계들을 이용하여, 시스템은 하나 이상의 전기 장치의 전력 사용을 검출하고 분류할 수 있다.

전기 이벤트 검출 장치(100)의 예시적인 실시예의 테스트 결과를 본 명세서에 나타내었다. 아래에 상세히 후술될 바와 같이, 전기 이벤트 검출 장치(100)(도 1)의 예시적 실시예의 테스트 결과는, 각각의 전기 장치 레벨(예를 들어, 특정한 텔레비전, 랩톱 컴퓨터, 또는 CFL 램프)에서의 연속 잡음 전기 이벤트를 식별하고 분류할 때 93.82%의 평균 분류 정확도를 가졌다.

전기 이벤트 검출 장치(100)의 예시적 실시예는 120V, 60Hz 전기 기반시설에서 테스트되었다. 그러나, 전기 이벤트 검출 장치(100)(도 1)는 하드웨어와 소프트웨어에 작은 변화를 가지는 서로 다른 주파수 및 정격 전압을 이용하여 전기 기반시설에 쉽게 적용될 수 있다. 분상 배선(split phase wiring)(즉, 180도 위상차를 가지는 두 개의 120V 지선들)을 가지는 구조물에 대해, 일부 예에서는, 두 위상간 누화(crosstalk)는 전기 이벤트 검출 장치(100)(도 1)가 한 위치에서 모니터를 계속하여 두 위상 모두에서 이벤트를 캡쳐하도록 한다.

전기 이벤트 검출 장치(100)(도 1)의 예시적 실시예를 이용하여 7개의 다른 구조물에 적용하였다. 한 구조물에서는 보다 긴 시간(즉, 6개월) 동안 데이터를 수집하였고 다른 복수의 건물들에서는 보다 짧은 시간 동안 데이터를 수집하였다. 이러한 접근방법은, 전기 이벤트 검출 장치(100)(도 1)의 장기간 시간적 안정성뿐만 아니라 구조물의 다양한 설정에 전기 이벤트 검출 장치(100)(도 1)의 일반적 적용 가능성을 보여준다. 도 13은, 일 실시예에 따른, 전기 이벤트 감지 장치(100)의 예시적 실시예의 예시적 배치에서 사용되는 구조에 대한 인구통계학적 데이터의 표(1300)를 보여준다.

각 구조물에 대해, 두 개의 전기 소켓이 있는 사용 가능한 전기 콘센트를 무작위로 선택하였다. 예시적 감지 유닛(110)은 하나의 전기 콘센트(151)에 연결되고 다른 전기 콘센트는 전력 계산 유닛(120)(도 1)에 사용되었다. 계산 유닛(120)(도 1)은 EMI 잡음을 생성하지만, 이 EMI 잡음은 베이스라인 잡음 일부로서 차감되었다. 설치 후, 스위칭 전원 공급 장치를 포함하는 구조물의 모든 전기 장치의 노트를 만들었다. 이 리스트는 CFL 전구를 가지는 조명장치뿐만 아니라 조광기 스위치에 의해 구동되는 백열 조명을 포함하였다. 조광기에 대해, 정확하고 반복적으로 중간 조광 레벨을 설정하는 어려움 때문에 이벤트는 0% 및 100% 조광 레벨(dim level)에서 단지 수집되었다. 조광기에 대한 보다 자세한 분석은 나중에 제공된다. 이후, 수집된 라벨은 지상실측정보(ground truth) 라벨링 소프트웨어로 공급되었다.

구조물 내 전기 장치들은 두 단계로 테스트되었다. 첫 번째 단계에서, 각 기기의 작동을 개별적으로 5회에서 6회씩 턴온 및 턴오프 하여 각 기기를 위한 분리된 시그니쳐가 캡쳐되도록 하였다. 전기 이벤트 감지 시스템이 이벤트를 검출할 때 마다(즉, 전기 장치가 턴온 된 경우), 특징들이 자동으로 추출되고 지상실측정보 라벨링 소프트웨어의 큐(que)로 보내졌다. 이벤트들이 캡쳐됨에 따라 그 이벤트들은 지상실측정보 라벨링 소프트웨어를 사용하여 라벨이 붙여졌다. 이 프로세스는 구조물 내 모든 전기 장치에 대해 수행되었다.

각 구조의 데이터 수집의 두 번째 단계에 대해, 목표는 중복 및 동시 이벤트가 발생할 수 있는 자연적 환경에서 데이터를 수집하는 것이다. 보다 자연적인 설정을 만들기 위해, 구조물의 소유자에게 임의의 제품 및/또는 제품의 논리적 그룹이 작용하는 동안, TV 시청, 음식 준비 등과 같은 특정 활동을 수행하도록 요청하였다. 예를 들어, DVD 플레이어, 디지털 케이블 상자와 게임 콘솔을 턴온 하였고, 그 다음, TV를 턴온 하여 범용 원격을 통해 TV 시청을 시뮬레이션하였다.

테스트 구조물 각각에서 이미 발견된 전기 장치 이외에도, 데이터는 각각의 구조물에서 동일한 랩톱 전원 어댑터, 동일한 두 개의 CFL, 그리고 동일한 카메라 충전기에서 수집되었다. 각 장치의 자연적 사용을 시뮬레이션 하기 위해, 이들 전기 장치는 구조물 내 이곳 저곳으로 이동하여 사용 가능한 임의의 콘센트들에 연결하였다. 이것은 서로 다른 구조물에서 수행될 이들 잡음 시그니쳐의 안정성 분석을 가능하게 했다.

지상실측정보 라벨 소프트웨어에 의해 수집된 데이터에 시간을 표시하고, 라벨링하고 XML(확장 마크업 랭귀지) 데이터베이스에 저장하였다. 이들 테스트를 통해 필요한 것보다 더 많은 특징들이 수집되었기에, XML 데이터베이스는 그 데이터를 쉽게 필터링 및 파싱(parsing)하여 바로 가져와서 처리 할 수 있는 형식으로 출력 데이터를 생성할 수 있었다.

전기 이벤트 검출 장치의 시간적 안정성과 장기적인 가능성을 테스트하기위해, 전기 이벤트 검출 장치의 예시적인 실시예는 6개월 동안 구조물 중 하나에 배치되었다. 이 기간 전체 동안 다른 구조물에서 사용된 지상실측정보-라벨링 도구의 약간의 변형을 사용하여 수동으로 이벤트를 수집하고 라벨링 하였다. 이벤트가 검출될 때마다, 로깅 도구(logging tool)는 추출된 특징들을 큐에 넣고 가청 비프(beep)를 생성하였다. 구조물의 거주자들은 라벨링 도구를 사용하여 작동하는 전기 기기에 이벤트를 라벨링하도록 지시 받았다.

라벨링 도구는 매우 간소화 된 인터페이스를 가지도록 설계되어, 화면 선택 목록에서 장치 라벨 선택만 요구하였다. 만약 사용자가 이상 6분이 넘게 큐에 있는 이벤트에 라벨링 하지 않으면, 그것은 알 수 없는 것으로 표시하고 그 큐에서 제거되었다. 이러한 특징은 거주자가 어떤 잘못 검출된 이벤트를 처리하고 거주자가 즉시 라벨링 도구를 사용할 수 없는 때 이벤트를 무시하도록 하였다. 편리한 기능이긴 하지만, 이러한 특징은 거주자가 잊거나 무시하는 결정을 한 실제 이벤트에 대한 라벨을 잃는다는 것을 의미하기도 한다. 그러나, 본 애플리케이션의 목적은 오랜 기간 동안 가능한 한 많은 지상실측정보 라벨을 수집하는 것이었다.

7개 구조물에서 총 2,576개의 전기 이벤트가 수집되었다. 이벤트의 가장 큰 수는 CFL 또는 조광기-기반이 되는 조명에서 나왔다. 다른 감지 가능한 장치의 대부분은, LCD(액정 디스플레이) 또는 LED (발광 다이오드) 텔레비전, 게임 콘솔, 개인용 컴퓨터, 전원 어댑터 등 일반 소비자 전자 기기였다

드라이어, 전기 스토브와 같은 가전 제품은 일부 테스트 구조물에서는 이벤트를 생성하는 것으로 나타나지 않았다. 일반적으로, 이러한 장치는 저항값이 큰 부하이며, 따라서 어떠한 고주파 잡음도 방출하지 않는다. 연속 잡음 이벤트가 가정(H7)의 세탁기에서 관찰되었는데, 이는 오직 가정(H7)만이 연속 잡음을 생성하는 최신 에너지 스타 규격의 고효율 세탁기를 가지고 있었기 때문이었다. 연속적인 전기 잡음은 SMPS를 통해 전원이 켜진 전자적으로 제어되는 DC (직류) 모터에서 나왔다. 또한, 대부분의 대형 가전 제품에서, SMPS의 사용은 가전제품 전체의 전력 소비에 비해 무시될 정도로 여겨진다.

구조물 내 전기 장치의 작동을 분류하는 성능을 결정하기 위해, 분류 방법을 두 개의 서로 다른 절차를 사용하여 평가하였다. 첫 번째 절차에서, 우리의 KNN 기반 분류기의 성능은 각 구조물에서 10배 교차검증을 사용하여 평가되었다. 두 번째 평가에서, 최소한의 트레이닝 설정(각 관심 장치에 대해 하나의 트레이닝 예)을 사용하여 보다 실제적이고 실제-세상 상황으로 시뮬레이션 하였다. 도 14는, 일 실시 예에 따른, 예시적인 배치 동안 예시적인 전기 이벤트 검출 시스템의 성능을 보여주는 표(1400)이다. 10배 교차 검증을 사용하여, 91.75 %의 전체 평균 정확도가 관찰되었다.

각 구조물의 혼동 행렬을 분석하면, H5와 H6 모두에서 일부 조명 장치들 간에 혼동이 있는 걸 알게 되었다. 도 15는, 일 실시예에 따른, 예시적인 배치를 하는 동안 예시적인 전기 이벤트 검출 시스템의 성능을 보여주는 혼동 행렬 표(1500)이다. 이 데이터로부터, 프로세싱 모듈이 서로 다른 방에 있는 한 유사한 조명 장치(즉, 동일한 모델과 브랜드)를 올바르게 식별한 것으로 관찰되었다. 그러나, 주택 H5와 H6는 동일한 기종의 형광등 장치가 서로 공간적으로 가깝게 위치한(1~2피트 거리) 방을 가짐으로써, 매우 유사한 잡음 시그니쳐를 만들었다. 따라서, 이러한 특정한 조명은 충분한 차이가 없었으며 또한 이들 조명들을 구분하기에 충분한 정도로 전력선 기반시설을 따라 멀리 떨어져 있지도 않았다.

더 높은 주파수 해상도를 가지는 하드웨어를 사용하는 것이 이 문제를 부분적으로 완화 할 수도 있다. 또한, 일부 애플리케이션을 위해, 공간적으로 같이 위치하는 조명을 논리적으로 결합 또는 클러스터링하는 것도 가능하다. 이 후자의 접근법을 사용하여, 서로 1~2 피트 떨어져 있는 동일한 모델의 조명 또는 장치를 하나의 이벤트로서 클러스터링 한 후 예시적인 배치 동안의 예시적 전기 이벤트 검출 시스템의 성능은 향상되었다. 이 접근법은 93.82 %의 전체적인 평균 정확성으로, H5(92.4 %)과 H6(91.8 %)로 분류 정확도의 증가를 가져왔다.

가정(H2)의 낮은 정확도는, 전기 이벤트 검출 장치(100)의 설치 지점의 반대 위상에 있던 같은 브랜드의 두 장치 사이의 혼동에 기인한 것이었다. 가정(H2)의 2층 일부는 전기적 위상 간에 매우 약한 연결을 나타내었고, 이는 그 위상의 전기 이벤트 검출 장치(100)에 연결을 요구함으로써 시그니쳐의 일부가 매우 유사하게 보이도록 하였다. 이 문제는, 예를 들어, 두 위상 각각에 하나로 두 개의 서로 다른 전기 이벤트 검출 장치(100)를 사용하거나, 또는 분상(split-phase) 240 V 콘센트에 하나의 전기 이벤트 검출 장치(100)를 설치하는 것으로 해결 될 수 있다.

N-배 교차 검증은 일반적으로 낙관적이며 실제 시스템의 예상된 분류 성능의 진정한 척도가 아니므로, 최소한의 트레이닝 세트, 즉, 각 장치를 위한 하나의 이벤트 시그니쳐를 사용하여 이를 모델링하고 시험 세트에 적용하여 후속 분석을 실시하였다. 예를 들어, 구조물의 소유자는 각 기기에 대한 몇 가지 트레이닝 이벤트를 제공하는 것만 하도록 했다. 도 16은, 일 실시예에 따른, 예시적인 배치 동안 예시적인 전기 이벤트 검출 시스템의 최소 트레이닝 데이터를 사용할 때의 분류 정확도를 요약한 또 다른 표(1600)이다. 이러한 검증 접근법을 사용하여, 정확도는 89.25 %로 발견되었다.

어떠한 두 개의 구조물도 정확히 동일한 전기 기반시설을 가지지 않고 전력선상에 철저히 다른 베이스라인 잡음을 가졌으며, 구조물에 걸쳐 잡음 시그니쳐의 이동성도 또한 조사하였다.

한 구조물의 전기 장치에 대한 학습된 신호가 다른 구조물의 유사한 전기 장치를 분류하는 데 사용할 수 있다는 것을 함께 시사하고 있음이 두 애플리케이션에서 구현되었다. 첫 번째 애플리케이션에서, 장치의 EMI 신호는 사용되는 구조물과 관계 없는 것으로 나타났다. 따라서, 신호는 전기 장치의 기능에 고유한 것이다. 둘째, EMI 신호는 복수이나 유사한 장치들에 대한 변동 한계 내에서 일치하는 것으로 나타났다. 즉, 동일한 브랜드 및 모델의 장치들로부터의 EMI 신호는 실질적으로 유사하다.

첫 번째 애플리케이션은 7개의 구조물 각각에 미리 선택된 4개의 장치 각각에서 데이터를 수집하였다. 이 애플리케이션은 구조물에 걸쳐 분류 결과를 통해 신호 이동성을 보여 주었다. 10-배 교차 검증 테스트의 10번 시도의 평균 정확도는 96.87% 였다. 4개의 장치 중 3개에서, 분류 정확도가 100% 였다. 이 결과는 이러한 장치들은 유사한 신호를 생성하는 것임을 강하게 암시한다. 오직 하나의 장치인, 랩톱 전원 어댑터만이 저조하게 수행되었다. 도 17은, 일 실시예에 따른, 10-배 유효성 분류를 사용하여 서로 다른 구조물에 걸쳐 사용된 4개 전기 장치 성능의 표(1700)를 보여준다.

가정(H6)에서 이 장치에 대한 특정 추출된 특징 벡터가 다른 구조물에서 약간 다르게 보이기 때문에 랩톱 전원 어댑터는 식별이 더 힘들었다. 그러나, 자세한 검사로, 랩톱 전원 어댑터에서 생성된 잡음은 중심 주파수로 진폭이 매우 가까운 고조 피크(harmonic peak)를 가졌다. 이러한 마진 차이는 프로세싱 모듈이 제1 고조파 주파수를 H6의 중심 주파수로 할당하게 하여 서로 다른 특징 벡터를 추출한다. 이 문제를 완화하는 간단한 방법은, 이벤트 특징 벡터와 KNN내에 가장 가까운 이웃간의 거리가 특정 임계값보다 큰 경우에만 이벤트를 분류하는 분류 모듈을 사용하는 것이다. 그렇지 않다면, 분류 모듈은 다음 번의 가장 강한 피크에서 새로운 특징 벡터를 구축 할 수 있다. 이러한 새로운 방법을 사용하여, 랩톱 컴퓨터에 대한 분류 정확도는 100% 였다.

두 번째 애플리케이션에서, 데이터는 동일한 모델의 8개의 20인치 델® LCD 모니터에서 수집되었다. 이 LCD 모델은 또한 가정 H5와 H7에서 함께 발견되었다. 모니터 중 하나에 대한 EMI 시그니쳐는 다른 구조물이나 다른 건물에서 얻은 다른 9개 모니터의 EMI 시그니쳐로 교체되었다. 예를 들어, 프로세싱 모듈은 가정(H7)으로부터의 시그니쳐를 사용하여 트레이닝되었고 가정(H5)에서 테스트되었다. 이 테스트는 LCD 모니터의 어떠한 시그니쳐도 다르다면, 다른 장치로 잘못 분류될 것임을 확인하였다. 모든 테스트는 100% 정확도를 가져왔고, 이는 유사한 제품 및 모델 장치는 유사한 시그니쳐를 만들어 냄을 암시한다.

더욱이, 모든 시그니쳐 또는 지문-기반 분류 시스템에 대해, 시간 안정성이 중요하다. 분류 모듈은, 이는 근본적인 특징이 시간에 걸쳐 안정적으로 유지됨을 필요로 하는, 빈번한 재-트레이닝을 요구하지 않고도 수 개월 동안(또는 이상적으로는 수년 동안) 잘 기능해야 한다.

시간이 지남에 따라 잡음 시그니쳐의 안정성을 보여주기 위해, 전기 장치를 장기 배치 데이터세트로부터 선택하였고, 이는 두 가지 기준을 만족한다: (1) 장치는 배치 기간 동안 자신의 위치에 고정된다, 그리고 (2) 장치는 어떠한 방식으로도 변경되지 않는다(예를 들어, 전구를 교체하지 않음). 이러한 장치를 위해, 6개월의 평가 기간에 걸쳐 배포된 무작위로 선택된 EMI 시그니쳐 벡터를 추출하였다.

도 18은 일 실시예에 따른, 특징 공간 내에 특징 벡터를 시각화하는 것에 의해 무작위로 선택된 4개 장치에 대해 시간이 지남에 따른 시간 안정성 또는 시그니쳐의 변화를 보여주는 그래프(1800)이다. 여기에서 장시간 변동은 이러한 전기 장치의 단기간 변동에서 관찰된 것과 유사하며 어떠한 클러스터도 중복되지 않음이 관찰되었다.

시간적 변화가 어떻게 시간이 지남에 따라 분류 정확도에 영향을 미치는지를 보다 잘 이해하기 위해, 해당 배치의 마지막 날보다 1주 이상 앞서 발생된 모든 이벤트를 포함하는 각각의 전기 장치를 위한 테스트 세트를 생성하였고, 트레이닝 세트는 그 마지막 주에서 발생된 모든 전기 장치로부터의 전기 이벤트를 포함하도록 생성되었다. 이 설정은, 만약 테스트 세트 내의 연속 잡음 시그니쳐가 전기 장치 클러스터간의 거리 이상으로 벗어난다면, 프로세싱 모듈이 오분류를 보이게 됨을 확인하였다. 이 테스트는, KNN 분류기를 사용하여 100%의 정확도를 보여 주었는 데, 이는 전기 장치가 오랜 기간 동안 대부분 안정함을 나타낸다. 이 장기 애플리케이션이 여름 및 겨울철에 걸쳐 있었음에 주목하는 것이 중요하다.

복수의 TV 또는 보다 일반적으로는 동일한 브랜드의 CFL 전구들을 모두 사용하는 조명들을 가지는 것과 같이 여러 개의 유사한 장치를 보유하는 것은, 어느 구조물에서나 흔한 일이다. 이 동일한 여러 장치는, 만약 유사한 장치가 하나의 조합된 그룹으로 그룹핑되지 않는다면, 특히 문제를 일으킬 수도 있다. 예를 들어, 침실에 2개의 천정 조명을 그룹화하는 것은 허용 될 수 있지만, 다른 방이나 마루 바닥의 조명을 그룹화하는 것은 허용되지 않을 수 있다.

전기 장치의 스위칭 회로를 구성하는 부품에서의 부품 허용오차는 보통 전력선 기반시설에서 관찰되는 가우시안 핏(fit)의 평균이 이동되도록 스위칭 주파수에서 충분한 다양성을 도입한다. 도 19는 일 실시예에 따른, 4개 팩으로 구입된 같은 모델의 4개 CFL 램프에서 생성된 잡음 스펙트럼을 보여주는 전기 이벤트 검출 시스템에서 관찰되는 스펙트럼의 그래프(1900) 이다. 조명을 팩으로 구입하여 사용함으로써 빛이 동일한 제조 배치로부터 나오도록 한다. 스펙트럼은 CFL의 동일한 배치 사이에서도 중복되지 않음에 주목하라.

전기 이벤트 검출 시스템은, 별개로 관찰하는 경우에만 이 특징을 판별할 수 있는데, 즉, 이 특정 애플리케이션을 위한 잡음 없는 전력선을 만드는데 라인 분리 변압기가 사용되었다. 높은 ADC 해상도와 보다 큰 FFT으로, 이러한 결점은 극복할 수 있다. 따라서, 증가된 해상도는 더 나은 차별성을 제공할 수 있다.

발생된 EMI가 전력선을 따라 이동함에 따라, 여러 방식으로 영향을 미치긴 하지만, 대부분의 경우에서는, 전기 신호는 잡음의 소스와 감지의 포인트 사이의 라인 인덕턴스의 함수로서 감소한다. 따라서, 동일한 EMI를 생성하는 2개의 동일한 장치는 장치가 전력선을 따라 어디에서 부착되어 구조물-내 애플리케이션에서 관찰되느냐에 따라 감지 소스에서 다르게 보일 수 있다.

이를 확인하기 위해, 전기 장치를 구조물 내 2개의 서로 다른 위치에 연결하고 전기 이벤트 검출 시스템에 의해 감지된 원시 스펙트럼 데이터를 기록하였다. 도 20은 일 실시예에 따른, 2개의 서로 다른 위치에 연결된 전기 장치의 테스트로부터의 데이터 일부의 스펙트럼의 그래프(2000)이다. 그 형태에서 추출된 관련된 가우시안 파라미터들과 함께 피크의 평균 또는 피크의 위치의 일관성은, 관찰된 특징의 진폭이 변화함에도 불구하고 랩톱 어댑터와 같은 모바일 기기를 올바르게 식별하도록 한다. 또한, 구조물 내부에서, 그 구조물의 여러 부분에 위치한 유사한 전기 장치들은 전기 장치의 EMI 스펙트럼의 특징 형태를 관찰함으로써 구분될 수 있다. 이 결과는 구조물 내 존재하는 고정된 장치들의 개수(즉, 집안의 CFL 전구의 개수 또는 특정한 TV 유형의 개수)를 결정할 수 있음을 제시한다.

2개의 서로 다른 유형의 장치일가 동일한 가우시안 핏(Gaussian fit) 평균과 분산을 가질 가능성은 매우 작다. 기껏해야, 이 가능성은 두 전기 장치가 동일한 평균 주파수를 가질 확률인 1/(FFT 사이즈)일 수 있다. FFT 크기로 2,048이면, 이 가능성은 0.05% 이다. 실제에 있어서, 맞춰진 가우시안의 위치와 파라미터가 사용되기 때문에, 진짜 가능성은 휠씬 더 낮을 것이다.

SMPS 기반 장치와는 달리, 조광기는 자신의 내부 트라이악 스위치로부터 광대역 신호를 생성한다. 전기 이벤트 검출 시스템은 이 특징 추출 단계에서 가우시안 핏을 사용하도록 설계될 수 있다. 따라서, 비록 대역-제한된 균일한 분포가 보다 적합하더라도 조광기에 의해 방출된 광대역 잡음은 가우시안 분포로 모델링될 수 있다. 조광 제어된 장치에서는, 큰 편차를 가지는 가우시안 핏이 관찰된 것을 알았다. 도 21은, 일 실시예에 따른, 다양한 조광 레벨에서의 조광기에 의해 발생된 EMI 신호의 그래프(2100)이다.

다양한 조광 레벨에서 생성된 잡음 시그니쳐의 차이는 전기 이벤트 검출 장치(100)(도 1)가 조광 레벨을 추론하도록 할 뿐 아니라 조광기를 식별하도록 한다. 서로 다른 레벨에서는 트레이닝이 불가능하기 때문에, 잡음 특성에 대한 모델이 구축될 수 있으며, 조광 레벨 또는 트라이악의 도전 각도에 의해 잡음 특성이 어떻게 영향을 받는지가 결정될 수 있다.

분류 모듈의 성능과 견고성은 사용중인 특징들만큼만 양호하므로 근본적인 신호들로부터 더 많은 고급 특징을 탐색하고 추출하는 것이 바람직할 수 있다. 분류 모듈에 의해 사용될 수 있는 여러 다른 잠재적으로 유용한 특징들이 존재한다. 예를 들어, 여러 장치들은 스위치 온 되어 있는 짧은 시간 동안 지속되는 특징적인 EMI 패턴을 생산한다. 즉, 이들 전기 장치들은 SMPS가 시작되는 동안, 협대역 과도 EMI를 생성한다. 이러한 과도성은 보다 낮은 주파수에 있다. 도 22는 예시적인 CFL 램프가 먼저 파워 업 되는 경우 만들어 내는 EMI의 짧은 버스트를 보여주는 그래프(2200)이다. 이 짧은 버스트는 작동 중 램프를 따뜻하게 하는데 필요한 CFL의 점화 회로로부터 나온다. 마찬가지로, 여러 전원 공급장치를 가지는 최신 TV 및 DVD 플레이어와 같은 다른 장치들 및 지원 전자기기들도 전자 장치의 카테고리를 결정하기 위한 추가 정보를 제공할 수 있는 개시 잡음 시그니쳐를 만든다. 또 다른 예에서, 백라이트 제어를 위한 SMPS의 변조는 텔레비전에 표시되는 컨텐츠 및 채널 변경을 추론하는 데 사용할 수 있다.

전기 이벤트 검출 장치(100)(도 1)의 일부 예에서, 계산 유닛(120)(도 1)은 장치가 작동할 때 EMI 피크의 평균 또는 위치가 변경되지 않는 것으로 가정한다. 이러한 가정은 장치의 특정 유형의 장치에서는 사실이 아닐 수도 있다. 예를 들어, LCD TV의 특정 브랜드에의 전원 공급 장치의 스위칭 주파수는 스크린 밝기의 함수이다. 따라서, 이러한 LCD TV 브랜드에 대해서는, 평균 EMI 피크는 스크린 상의 컨텐츠가 변경함에 따라 이동된다. 일부 예에서, 계산 유닛(120)(도 1)은 시간에 따라 변하는 잡음 피크를 추적할 수 있고 이 데이터로부터 시간적 특징 또는 템플릿을 추출할 수 있다.

또한, 세탁기나 식기 세척기와 같은 일부 모터-기반 장치들은 그들의 모터 컨트롤러 내에 저 주파수의 주기적 잡음 패턴을 생성하며, 이는 해당 장치 및 장치의 상태를 식별하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 가정(H7)에서는, 세탁기가 회전 사이클에서는 일정한 잡음을, 대조적으로 세탁 사이클에서는 대략 0.1Hz의 간헐적인 잡음을 만들어내는 것이 관찰되었다. 이러한 특징은 계산 모듈에 의해 사용되어 유한 상태 머신 또는 보다 상세한 분류를 위한 통계적 모델을 구축할 수 있다.

전기 이벤트 검출 장치의 다양한 예는 거의 동시인 이벤트, 즉, 102밀리 초(ms) 만큼 가까운 이벤트를 검출할 수 있다. 즉, 102ms 이상 떨어져 발생되는 2개의 이벤트가, 하나의 특정 샘플링 주파수 및 평균 윈도우 사이즈를 사용하여 전기 이벤트 검출 장치의 다양한 예에 의해 분리 이벤트로서 성공적으로 검출될 수 있다. 이러한 전기 이벤트 검출 장치의 다양한 예를 사용할 때 만약 102ms 간격보다 짧은 간격에서 동시 이벤트가 발생하면, 개별 전기 이벤트들이 단일 이벤트로서 검출되고, 추출된 특징들은 여러 장치로부터의 특징의 집합이다. 따라서, 근본적인 특징은 그대로 유지되지만, 하나의 이벤트로 보고된다. 계산 모듈은 이들 혼합 기능을 분리하고 개별 장치를 식별하기 위해 다른 분류 접근방법을 사용할 수 있다.

도 23은 전기 이벤트 검출 장치(100)(도 1)의 적어도 일부의 실시예를 구현하는데 적합한 컴퓨터 시스템(2300)의 예시적인 실시예를 보여준다. 계산 유닛(120)(도 1)은 하나 이상의 컴퓨터 시스템(2300)을 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(2300)은 하나 이상의 회로 기판(미도시)을 포함하는 섀시(2302), USB(범용 직렬 버스) 포트(2312), 컴팩트 디스크 읽기 전용 메모리(CD-ROM) 및/또는 디지털 비디오 디스크(DVD) 드라이브(2316) 및 하드 드라이브(2314)를 포함한다. 섀시(2302) 내부의 회로 기판상에 포함된 구성요소들의 대표적 블록도가 도 24에 도시되어 있다. 도 24의 중앙 처리 유닛(CPU)(2410)은 도 24의 시스템 버스(2414)와 연결된다. 여러 실시예에서, CPU(2410)의 아키텍쳐는 다양한 상업적으로 배포된 아키텍처 패밀리에 부합할 수 있다.

시스템 버스(2414)는 또한 읽기 전용 메모리(ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM)모두를 포함하는 메모리(2408)에 연결된다. 메모리(2408) 또는 ROM의 비-휘발성 부분은 시스템 초기화 후 기능적 상태로 컴퓨터 시스템(2300)(도 23) 복구에 적합한 부트 코드 시퀀스로 인코딩될 수 있다. 또한, 메모리(2408)는 기본 입력-출력 시스템(BIOS)와 같은 마이크로코드를 포함 할 수 있다. 일부 예에서, 저장 모듈(230)(도 2)은 메모리(2408), USB(범용 직렬 버스) 포트(2312), 하드 드라이브(2314), 및/또는 CD-ROM 또는 DVD 드라이브(2316)를 포함할 수 있다.

도 24의 도시된 실시예에서, 디스크 컨트롤러(2404), 그래픽 어댑터(2424), 비디오 컨트롤러(2402), 키보드 어댑터(2426), 마우스 어댑터(2406), 네트워크 어댑터(2420) 및 하나 이상의 다른 I/D 장치 어댑터(2422) 등과 같은 다양한 I/O 장치가 시스템 버스(2414)에 연결될 수 있다. 키보드 어댑터(2426), 디스크 컨트롤러(2404), 및 마우스 어댑터(2406)는 컴퓨터 시스템(2300)(도 23)의 키보드(2304)(도 23 및 도 24), USB 포트(2312)(도 23 및 도 24) 및 마우스(2310)(도 23 및 도 24)와 각각 연결된다. 그래픽 어댑터(2424) 및 비디오 컨트롤러(2402)가 도 24에 별개 유닛으로서 표시되어 있지만, 비디오 컨트롤러(2402)는, 다른 실시예에서는, 그래픽 어댑터(2424)에 통합될 수 있거나 그 반대일 수도 있다. 비디오 컨트롤러(2402)는 컴퓨터 시스템(2300)(도 23)의 스크린(2308)(도 2)상에 이미지를 표시 하는 모니터(2306)(도 23 및 도 24)를 리프레시하기에 적합하다. 디스크 컨트롤러(2404)는 하드 드라이브(2314)(도 23 및 도 24), 및 CD-ROM 또는 DVD 드라이브(2316)(도 23 및 도 24)을 제어 할 수 있다. 다른 실 예에서, 구별된 유닛들이 이러한 장치들 각각을 개별적으로 제어하는 데 사용될 수 있다.

비록 컴퓨터 시스템(2300)(도 23)의 다른 많은 컴포넌트들이 도시되지 않았으나, 그러한 컴포넌트들 및 그 상호 연결은 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있다. 또한, 컴퓨터 시스템(2300) 및 섀시(2302) 내부의 회로 기판(도 23)의 구조와 구성에 관한 더 자세한 내용은 본원에서 설명할 필요는 없다.

도 23의 컴퓨터 시스템(2300)이 구동하면, USB 포트(2312)의 USB 장치상에, CD-ROM 및/또는 DVD 드라이브(2316)의 CD-ROM 또는 DVD 상에, 하드 드라이브(2314) 상에, 또는 메모리(2408)(도 24) 내에 저장된 프로그램 명령이 CPU(2410)(도 24)에 의해 실행된다. 이러한 장치에 저장된 프로그램 명령의 일부는 도 8의 방법(800)을 수행하기에 적합할 수 있다.

비록 본 발명이 특정 실시예를 참조하여 설명되었지만, 다양한 변경 사항이 본 발명의 사상 및 범주에서 벗어남 없이 만들어 질 수 있음은 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해될 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들의 개시는 본 발명의 범위를 설명하기 위한 것이며, 그것으로 제한 되는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 필요한 정도로 만 제한되는 것으로 의도된다. 예를 들어, 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는, 도 7의 단계(710 715, 720, 725, 및 730), 도 8의 단계(810, 815, 820, 825, 830, 835, 840, 845, 850, 855, 860, 865, 및 870), 그리고 도 9의 절차(911 내지 913)은 많은 서로 다른 단계, 절차로 구성되며, 많은 다른 순서들로 서로 다른 여러 모듈들에 의해 수행될 수 있으며, 도 1~2 및 도 4~6의 어떠한 구성요소도 변형될 수 있고 이러한 실시예의 특정의 상술한 논의가 모든 가능한 실시예에 대한 완전한 설명을 반드시 대표하는 것은 아니라고 하는 것은 분명하다.

어떠한 특정한 청구항에 청구된 모든 구성요소들은 그 특정 청구항에서 청구된 실시예에는 필수적이다. 따라서, 하나 이상의 청구된 구성요소의 대체는 수리가 아닌 재구성을 이룬다. 또한, 혜택, 다른 장점 및 문제에 대한 해결책이 구체적인 실시예와 관련하여 설명되었다. 그러나, 혜택, 장점, 문제에 대한 해결책, 그리고 이러한 혜택, 장점, 해결책을 발생하도록 하거나 보다 확연해 질 수 있도록 하는 어떠한 구성요소 또는 구성요소들은 그러한 혜택, 장점, 해결책 또는 구성요소들이 청구범위에 언급되지 않는 한 청구범위의 전부 또는 일부의 중요한, 필요한, 또는 필수적 특징이나 구성요소로 해석 되어서는 안 된다.

더욱이, 본원에 개시된 실시예 및 제한들은, 이 실시예 및/또는 제한들이 (1) 청구범위에 분명히 청구되지 않고, (2) 균등론에 따라 청구범위에서 표현된 구성요소 및/또는 제한들에 균등하거나 잠재적으로 균등한 경우에는, 공중에 대한 기부에 의한 제한 원칙에 따라 공중에 바쳐지는 것은 아니다.

Claims (22)

1. 전력 기반시설에 연결되고 상기 전력 기반시설 상에서 고주파 전기 잡음을 생성하는 하나 이상의 전기 장치의 전기 상태를 검출하도록 구성된 장치에 있어서,
   계산 유닛의 프로세서상에서 구동되도록 구성된 프로세싱 모듈; 및
   콘센트에 연결되도록 구성된 감지 장치를 포함하되,
   상기 감지 장치는 상기 콘센트에 연결되는 경우 상기 콘센트를 통해 상기 고주파 전기 잡음을 수신하고 상기 고주파 전기 잡음을 하나 이상의 제1 데이터 신호로 변환하도록 구성된 데이터 수집 수신기를 포함하고,
   상기 콘센트는 상기 전력 기반시설에 전기적으로 연결되고;
   상기 감지 장치는 상기 계산 유닛과 통신하고;
   상기 프로세싱 모듈은 또한 상기 하나 이상의 제1 데이터 신호를 이용하여 적어도 부분적으로 상기 하나 이상의 전기 장치의 전기 상태를 식별하도록 구성되며;
   상기 고주파 전기 잡음은 10kHz에서 3MHz의 전기 잡음을 포함하고;
   상기 프로세싱 모듈은 또한 상기 하나 이상의 제1 데이터 신호의 베이스라인 잡음 시그니쳐를 결정하도록 구성되고;
   상기 프로세싱 모듈은 또한 상기 하나 이상의 제1 데이터 신호의 상기 베이스라인 잡음 시그니쳐를 초과하는 소정의 임계값인 상기 하나 이상의 제1 데이터 신호 내의 하나 이상의 진폭 또는 주파수 성분을 결정하도록 구성되며; 그리고
   상기 프로세싱 모듈은 또한 적어도 하나의 전기 장치를 상기 하나 이상의 제1 데이터 신호 내의 상기 하나 이상의 진폭 또는 주파수 성분에 연관(associate)시키도록 구성되는, 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 프로세싱 모듈은 또한 상기 하나 이상의 제1 데이터 신호를 이용하여 적어도 부분적으로 상기 하나 이상의 전기 장치에 의해 소비되는 전력을 결정하도록 구성되는 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 고주파 전기 잡음은 하나 이상의 스위치 모드 전원 공급장치에 의해 생성되며; 그리고
   상기 하나 이상의 전기 장치는 상기 하나 이상의 스위치 모드 전원 공급장치를 포함하는, 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 데이터 수집 수신기는:
   아날로그-디지털 변환기; 및
   상기 고주파 전기 잡음을 통과시키도록 구성되는 필터를 포함하는, 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 프로세싱 모듈은 상기 하나 이상의 제1 데이터 신호를 적어도 부분적으로 사용하여 언제 상기 하나 이상의 전기 장치 중 첫 번째 하나가 턴온 또는 턴오프 되는 지를 식별하도록 구성되는, 장치.
6. 삭제
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 프로세싱 모듈은 또한 상기 하나 이상의 제1 데이터 신호 및 다음 중 적어도 하나로부터의 데이터를 이용하여 상기 하나 이상의 전기 장치의 전기 상태를 식별하도록 구성되고, 상기 적어도 하나는
   규제 기구로부터의 제1 데이터베이스;
   앞서 관찰된 데이터 신호와 관련된 데이터를 저장하고 있는 제2 데이터베이스;
   상기 하나 이상의 전기 장치의 하나 이상의 라벨; 또는
   상기 하나 이상의 전기 장치의 사용자 식별인, 장치.
8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 고주파 전기 잡음은 상기 전력 기반시설 상에서 연속되는 전기 잡음을 포함하며; 그리고
   상기 연속적인 전기 잡음은 하나의 교류 전기 사이클 보다 큰 제1 시간 길이 동안 전력선상에서 식별 가능한 제1 전기 잡음 또는 하나의 교류 전기 사이클보다는 작은 제2 시간 길이 동안 전력선상에서 식별 가능한 제2 전기 잡음을 포함하며, 상기 제2 전기 잡음은 셋 이상의 교류 전기 사이클에서 반복되는, 장치.
9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 프로세싱 모듈은:
   하나 이상의 제1 데이터 신호를 사용하여 하나 이상의 전기 이벤트가 발생했는지를 결정하도록 구성된 이벤트 검출 모듈;
   상기 하나 이상의 전기 이벤트를 사용하여 상기 하나 이상의 전기 장치의 전기 상태를 결정하도록 구성된 분류 모듈; 및
   제1 이벤트 유형을 상기 하나 이상의 전기 이벤트의 제1 이벤트와 상관시키고(correlate) 제2 이벤트 유형을 상기 하나 이상의 전기 이벤트의 제2 이벤트와 상관시키도록 구성된 트레이닝 모듈을 포함하는, 장치.
10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고주파 전기 잡음은 상기 전력 기반시설상에서 연속적인 전기 잡음을 포함하며; 그리고
    상기 연속적인 전기 잡음은 상기 전력 기반시설의 교류 전기 사이클에 대해 주기 정상성(cyclostationary)인 고주파 신호를 포함하는, 장치
11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고주파 전기 잡음은 상기 전력 기반시설상에서 연속적인 전기 잡음을 포함하며; 그리고
    상기 연속적인 전기 잡음은 상기 하나 이상의 전기 장치 중 적어도 하나의 내부에 포함된 적어도 하나의 공진기에서 생성된 고주파 신호를 포함하는, 장치.
12. 전력선에 연결되는 하나 이상의 전기 장치에 의한 전력 사용을 검출하고 분류하는 방법에 있어서,
    연속적인 전기 잡음을 가지는 둘 이상의 전기 신호를 전력선 상에서 캡쳐하는 단계;
    상기 둘 이상의 전기 신호 내의 연속적인 전기 잡음을 하나 이상의 제1 데이터 신호로 변환하는 단계;
    상기 하나 이상의 제1 데이터 신호의 베이스라인 잡음 시그니쳐를 결정하는 단계;
    상기 둘 이상의 전기 신호 내의 상기 연속적인 전기 잡음을 적어도 부분적으로 사용하여 전력선 상에서 하나 이상의 전기 이벤트의 발생을 검출하는 단계로서, 상기 하나 이상의 제1 데이터 신호의 상기 베이스라인 잡음 시그니쳐를 초과하는 소정의 임계값인 상기 하나 이상의 제1 데이터 신호 내의 하나 이상의 진폭 또는 주파수 성분을 결정하는 단계를 포함하는, 상기 하나 이상의 전기 이벤트의 발생을 검출하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 전기 이벤트를 상기 하나 이상의 전기 장치 중 적어도 한 장치의 전기 상태의 변화와 연관시키는 단계로서, 상기 하나 이상의 전기 장치 중 적어도 한 장치를 상기 하나 이상의 제1 데이터 신호 내의 하나 이상의 진폭 또는 주파수 성분과 연관시키는 단계를 포함하는, 상기 하나 이상의 이벤트를 연관시키는 단계를 포함하되,
    상기 둘 이상의 전기 신호 내의 연속적인 전기 잡음은 1초 보다 큰 시간 길이 동안 전력선 상에서 식별 가능한 전기 신호를 포함하는, 방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 둘 이상의 전기 신호 내의 상기 연속적인 전기 잡음은 30 KHz에서 3 MHz까지의 범위인 고주파 전자기 간섭신호를 포함하는 방법.
14. 제12항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전기 이벤트를 상기 전기 상태의 변화와 연관시키는 단계는
    전원 꺼짐 상태에서 전원 켜짐 상태로 또는 전원 켜짐 상태에서 전원 꺼짐 상태로 중 하나로부터의 상기 하나 이상의 전기 장치 중 적어도 하나의 장치의 전기 상태 변화와, 상기 하나 이상의 전기 이벤트를 연관시키는 단계를 포함하는 방법.
15. 제12항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전기 이벤트를 상기 전기 상태의 변화와 연관시키는 단계는, 상기 하나 이상의 전기 장치 중 적어도 하나로 제1 전력을 제공하는 제1 상태로부터 상기 하나 이상의 전기 장치 중 적어도 한 장치로 제2 전력을 제공하는 제2 상태까지의 상기 하나 이상의 전기 장치 중 적어도 한 장치의 전기 상태의 변화와, 상기 하나 이상의 전기 이벤트를 연관시키는 단계를 포함하고;
    상기 제1 전력은 상기 제2 전력과는 상이하며; 그리고
    상기 제1 전력 및 상기 제2 전력은 전원 꺼짐 상태에 있지 않은, 방법.
16. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 둘 이상의 전기 신호를 캡쳐한 후 그리고 상기 하나 이상의 전기 이벤트의 발생을 검출하기 전에, 상기 둘 이상의 전기 신호 내의 연속적인 전기 잡음을 이용하여 계산 유닛을 트레이닝시켜 상기 하나 이상의 전기 이벤트를 상기 하나 이상의 전기 장치 중 적어도 한 장치에 의한 전력 사용과 연관시키는 단계를 더 포함하는 방법.
17. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력선을 통해 상기 하나 이상의 제1 데이터 신호를 계산 유닛으로 전송시키는 단계; 및
    상기 하나 이상의 전기 이벤트의 발생을 검출하기 전에, 상기 계산 유닛의 상기 하나 이상의 제1 데이터 신호를 수신하는 단계를 더 포함하는 방법.
18. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제1 데이터 신호를 계산 유닛으로 무선 전송하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 전기 이벤트의 발생을 검출하기 전에, 상기 계산 유닛에서 상기 하나 이상의 제1 데이터 신호를 무선으로 수신하는 단계를 더 포함하는 방법.
19. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    감지 장치를 구조물의 벽 콘센트에 연결시키는 단계를 더 포함하되,
    상기 벽 콘센트는 상기 전력선에 연결되고,
    상기 둘 이상의 전기신호를 캡쳐하는 단계는 상기 구조물의 상기 벽 콘센트에 연결된 상기 감지 장치를 이용하여 상기 둘 이상의 전기 신호를 캡쳐하는 단계를 포함하는, 방법.
20. 구조물의 전력선 기반시설의 둘 이상의 전기 이벤트를 검출하도록 구성된 전기 이벤트 검출 장치에 있어서,
    고주파 성분을 포함하는 하나 이상의 전기 신호를 수신 및 처리하도록 구성된 수신 모듈로서,
    상기 전력선 기반시설에 연결되도록 구성된 전기적 인터페이스;
    상기 전기적 인터페이스와 연결되고 상기 하나 이상의 전기 신호의 하나 이상의 부분을 통과시키도록 구성된 하나 이상의 필터 회로; 및
    상기 하나 이상의 필터 회로의 출력에 연결되고, 상기 하나 이상의 전기 신호의 상기 하나 이상의 부분을 상기 하나 이상의 전기 신호의 고주파 성분과 관련된 정보를 포함하는 하나 이상의 데이터 신호로 변환시키도록 구성된 변환기 모듈을 포함하는
    수신 모듈; 및
    프로세서 상에서 구동되도록 구성된 프로세싱 모듈로서,
    상기 하나 이상의 전기 신호의 상기 고주파 성분에 관한 정보를 사용하여 상기 둘 이상의 전기 이벤트가 발생했는지 여부를 결정하도록 구성된 이벤트 검출 모듈;
    상기 둘 이상의 전기 이벤트를 분류하도록 구성된 분류 모듈; 및
    제1 이벤트 유형을 상기 둘 이상의 전기 이벤트 중 제1 이벤트와 상관시키고 제2 이벤트 유형을 상기 둘 이상의 전기 이벤트 중 제2 이벤트와 상관시키도록 구성된 트레이닝 모듈을 포함하는
    프로세싱 모듈을 포함하되,
    상기 둘 이상의 전기 이벤트는 상기 구조물의 상기 전력선 기반시설에 연결된 하나 이상의 전기 장치를 턴온 시키는 것을 포함하며, 또한 상기 구조물의 상기 전력선 기반시설에 연결된 상기 하나 이상의 전기 장치를 턴오프 시키는 것을 포함하며;
    상기 하나 이상의 전기 신호의 상기 고주파 성분은 10kHz에서 3MHz의 전기 신호를 포함하고;
    상기 프로세싱 모듈은 또한 상기 하나 이상의 데이터 신호의 베이스라인 잡음 시그니쳐를 결정하도록 구성되고;
    상기 프로세싱 모듈은 또한 상기 하나 이상의 데이터 신호의 상기 베이스라인 잡음 시그니쳐를 초과하는 소정의 임계값인 상기 하나 이상의 데이터 신호 내의 하나 이상의 진폭 또는 주파수 성분을 결정하도록 구성되며; 그리고
    상기 프로세싱 모듈은 또한 상기 하나 이상의 전기 장치 중 적어도 한 장치를 상기 하나 이상의 데이터 신호 내의 상기 하나 이상의 진폭 또는 주파수 성분에 연관시키도록 구성되는, 전기 이벤트 검출 장치.
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