KR20100077040A - 애드-혹 네트워크를 사용하여 무선 원격 측정을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

애드-혹 네트워크를 사용하여 무선 원격 측정을 위한 방법 및 장치 Download PDF

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KR20100077040A
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Abstract

무선 원격 계측 시스템은 원격 장치들의 유연한 판독 및 제어를 제공하기 위해서 저비용, 저전력 애드-혹 네트워크들을 사용한다. 공공 서비스들에 적용 가능한 일 실시예에서, 고객들 사이의 전기 전력의 소비는 애드-혹 네트워크들을 갖는 사용 측정 시스템에 의해 측정된다. 원격 측정 유닛은 하나 이상의 중간 통신 유닛 또는 홉들에 애드-혹 네트워크를 통해 정보를 전송한다. 중간 통신 유닛 또는 홉들은 이동 유닛, 이동 베이스 유닛, 가입자 홈 컴퓨터, 및 홈 베이스 유닛을 포함한다. 이러한 홉들 각각은 동일한 대규모 스케일 시스템에 함께 존재한다. 중간 통신 유닛들은 수신된 정보를 무선 인프라 또는 중앙 유닛에 의한 합리적인 계획에 따라 다중-홉 애드-혹 네트워크 또는 셀룰러 네트워크들을 통해 중앙 제어기로 전달한다.

Description

애드-혹 네트워크를 사용하여 무선 원격 측정을 위한 방법 및 장치{A METHOD AND APPARATUS FOR WIRELESS REMOTE TELEMETRY USING AD-HOC NETWORKS}
본 발명은 일반적으로 무선 통신에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 애드-혹(ad-hoc) 네트워크들을 사용하여 원격 측정 장치들의 무선 계측(metering)을 위한 신규하고 개선된 방법 및 장치에 관한 것이다.
많은 산업은 중요한 데이터를 모니터링, 측정, 또는 기록하기 위해서 원격 계측 장치들을 사용한다. 예를 들어, 공공 서비스 회사들은 공공 서비스 요금을 측정하기 위해서 고객 사이트에 위치하는 공공 서비스 계측기를 사용한다. 전력, 상수도, 및 천연 가스 회사들과 같은 공공 서비스 회사들의 규제완화는 이러한 공공 서비스 회사들이 다른 잠재적인 공공 서비스 제공자들과 경쟁하기 위해서 비용 감소수단으로서 장비와 서비스들의 기술적인 현대화를 추가하는 것을 촉진시켰다.
기존의 공공 서비스 계측 시스템에서, 각각의 사용자들에게는 한 달 또는 두 달과 같이 소정 기간 동안 사용량에 따라 비용이 청구된다. 다이얼 세트, 또는 기록계 타입과 같은 디스플레이를 갖는 전자-기계적 계측기는 이러한 사용량을 측정한다. 공공 서비스 회사의 고용인과 같은 사람은 계측기에 의해 보고된 사용량을 판독하기 위해서 서비스 영역 내의 각 계측기들을 주기적으로 방문한다.
이러한 기존의 계측 시스템에는 몇 가지 비효율성이 존재한다. 예를 들어, 공공 서비스 회사는 계측기를 판독하기 위해서 방문 활동을 하는 사람에게 비용을 지불하여야 한다. 이는 계측기 판독자를 위험한 영역으로 보내는 것을 필요로 할 수도 있다. 또는 계측자가 각 계측기를 직접 방문하는 것은 긴 시간을 필요로 한다. 또한, 대부분의 전자-기계 계측기들은 사용량을 감소시키기 위해서 직접 계측기를 개방하여 계측기를 조작할 위험성이 존재한다. 계측기는 일반적으로 한 달에 한번 판독되기 때문에, 이러한 조작은 공공 서비스 회사에 명백하지 않을 수 있다. 기존 계측기 시스템의 또 다른 단점은 지역에 따른 정전, 절전과 같은 로컬 오류 탐지가 불가능하다는 것인데, 그 이유는 원격 장치가 정기적으로 측정 또는 보고되지 않기 때문이다.
이러한 영역에서 공공 서비스 회사들이 직면하는 이러한 문제점들은 장치 또는 판매점 계측을 원격으로 모니터링, 측정 또는 제어하는 것이 필요한 다른 산업들의 회사들이 직면하는 문제점들과 유사하다. 예를 들어, 미국 우편 서비스 등과 같은 우편 배달 회사들은 일반적으로 많은 수의 우편 배달 지점들을 유지한다. 매일, 이러한 배달 지점들은 임의의 우편이 배달을 위해 배치되었는지 여부를 검사하는 것이 필요하다. 종종, 시골 지역에서 특히, 우편회사 고용인이 원거리에 있는 우편함을 확인하기 위해 도착할 때 우편함에 우편물이 없는 경우가 있다. 이러한 결과는 자원들의 비효율적인 배치이다. 유사하게, 자동 판매기 서비스 제공자들은 고용인이 도달하기 전까지 어떠한 실제 요구사항이 그 기계에 필요한지에 대한 정보 없이 소정 스케줄에 따라 자동 판매기를 서비스하기 위해 고용인들을 보낸다. 명백하게, 이러한 원격국들의 이벤트에 따라 발생하는 요구 관리보다는 원격국들의 스케줄화된 서비스로부터 발생하는 유사한 비효율성을 직면하는 많은 산업이 존재한다.
본 발명의 양수인에게 양도되었고, 본 명세서에서 참조되는 1998년 5월 5일에 특허 허여된 미국 특허 번호 5,748,104호 제목 "무선 원격 측정 시스템"은 원격 측정 방법 및 시스템을 개시하고 있다. 그러나 이러한 인프라의 무선 부분은 고전력 원격 유닛 및 정교한 네트워크 설계를 필요로 한다.
따라서, 저비용 및 고효율 방식으로 무선 측정 데이터 정보를 제공함으로써, 상술한 종래 기술의 단점들을 극복할 수 있는 원격 측정 시스템이 요구된다. 또한, 원격 위치에서 향상된 고객 서비스들을 제공하기 위한 "게이트 웨이"에 대한 필요성도 존재한다.
본 발명은 원격 측정 장치들의 빈번한 판독 및 제어를 제공하기 위해서 애드-혹 네트워크들을 사용하는 신규하고 개선된 무선 원격 측정 시스템을 제공한다. 예를 들어, 공공 서비스에 적용 가능한 실시예에서, 거주 가구들 및 상업 빌딩들과 같은 고객들 사이의 전기 전력 소비는 애드-혹 통신 능력을 구비한 사용량 측정 시스템에 의해 측정될 수 있다. 이러한 사용량 측정 시스템은 애드-혹 네트워크를 통해 이동 유닛과 통신한다. 그리고 나서, 이러한 이동 유닛은 애드-혹 네트워크 및/또는 무선 통신 시스템을 통해 중앙 제어기와 통신한다.
이동 유닛이 원격 측정 유닛 근방에 접근하는 경우, 이동 유닛은 애드-혹 네트워크를 통해 이용량 측정 시스템들로부터 정보를 수신한다. 이동 유닛은 무선 인프라 또는 중앙 제어기에 의해 원격으로 설정 및 조정될 수 있는 미리 결정된 스케줄에 따라 또는 로우-트래픽 시간 주기에서 요청에 따라 정기적으로 중앙 제어기로 이러한 수신 정보를 전송한다. 원격 측정 유닛이 중앙 제어기로 전송하는 이러한 메시지들은 사용량 판독 및 오류 상태 표시들을 포함한다.
본 시스템은 피크 시간 동안 요구들을 시프트 시키기 위해서 원격 측정 유닛으로 요금 정보를 전달하고, 공공 서비스 또는 측정 시스템에서의 오류 발생시에 빌딩 소유주에게 이를 원격으로 통보하며, 피크 사용을 최소화하기 위해서 부하 밸런싱과 같은 실시간 제어 기능 제공과 같은 다양한 개선된 서비스들을 제공한다. 본 시스템은 또한 널리 퍼진 정전과 같은 피크 보고 시간 동안 시스템에 대한 부하 보고를 관리하는 다양한 기술들을 제공한다. 또한, 원격 측정 유닛은 원격 위치에서 상급 고객 서비스들에 대한 게이트웨이를 제공한다. 무선 및 자동 계측 서비스를 제공함으로써, 공공 서비스 회사들은 노동 집약적인 계측기 판독을 방지하여 비용을 감소시킬 수 있게 된다.
공공 서비스 회사들은 요구의 증가 또는 감소에 응답하여 로드를 모니터링 및 조정하기 위해서 수신된 데이터를 사용할 수 있다. 이러한 변동들이 조기에 탐지된다면, 공급이 조정될 수 있거나 가격에 의해 이동된 수요가 피크 사용 시간 동안 또는 직접적인 원격 장비들의 제어기간 동안 증가할 수 있고, 이를 통해 피크 대 평균비를 줄일 수 있다. 개별 고객들에 대해 수집된 정보는 실시간으로 처리되어 단기 및 장기 사용 예측치를 발생시킬 수 있다. 분산 시스템을 통한 다수의 원격 측정 유닛들의 동시 판독은 서비스 중단, 절도, 누수, 및 오류 또는 부적절한 측정의 위치를 제공한다. 사용 습관의 정확한 피드백은 낭비적인 관행들을 정확하게 파악 및 제어하고 자원을 절약하기 위해서 고객에게 거래 일람표를 제공하기 위해서 제공된다.
본 발명의 이러한 특징 및 장점들은 하기 도면을 참조하여 선호되는 실시예들을 통해 기술될 것이다.
도 1은 블록도 형태로 제시되는 본 발명의 원격 측정 시스템의 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 원격 측정 유닛의 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 이동 유닛의 블록도이다.
도 1은 블록도 형태로 일 실시예에 따른 원격 측정 시스템(100)의 개략도를 보여주는 도이다. 본 발명이 비록 전기 전력 서비스에 관련되어 기술되지만, 본 발명의 사상은 상수도 및 천연 가스 공급자와 같은 다른 공공 서비스 회사들 및 원격국을 원격 모니터링, 제어 및 서비스하는 것이 필요한 이전에 기술된 다른 산업들에 동일하게 적용될 수 있다.
다수의 원격 계측 유닛들(102a-102n)은 유틸리티 분산 네트워크를 통해 전략상 중요한 지점에 각각 위치된다. 일례로, 원격 계측 유닛들(102a-102n)은 공공 서비스의 최종-사용자가 발생하는 가정 및 사무실에 위치될 수 있다. 이동 유닛들은 또한 대규모 모니터링이 필요한 서브스테이션 등과 같은 중요 분산 지점에 위치할 수 있다. 원격 계측 유닛들(102a-102n)은 일례로 계측 타입(즉, 다이얼 또는 주행기록계 타입)에 적응되는 인터페이스 디바이스에 의해서 기존의 통상적인 전자-기계 공공 서비스 계측기에 연결되어 있는 기본 트랜시버를 포함할 수 있다. 이러한 구조의 장점은 디바이스가 작고 또한 디바이스를 제작하는데 있어 비용이 적게 들면서 쉽기 때문에 시스템 비용을 증가시키지 않고도 기존 계측기들에 쉽게 적응될 수 있다는 점이다. 이러한 원격 유닛은 도 2를 참조하여 아래에서 설명된다.
일 실시예에서, 원격 계측 유닛들(102a-102n)은 공공 서비스 소모의 보고, 계측기 탬퍼링 검출 및 보고, 유틸리티 정지 보고, 및 서비스 레벨들의 "동요(serge)" 및 "강하(dip)"의 검출 및 보고를 포함하는 기본적인 계측 기능들을 각각 수행한다. 원격 계측 유닛들(102a-102n)은 적어도 하나의 기지국(108) 및 이동 전화 교환국(MTSO;110)을 통해 중앙 제어기(116)에 그들의 보고 메시지들을 전송할 수 있는데, 상기 MTSO(110)는 공중 교환 전화망(PSTN;112)과 인터페이싱할 수 있다. 중앙 제어기(116)는 일례로 본 명세서에서 설명되는 제어 기능들을 수행하기 위한 애플리케이션 특정 소프트웨어들을 실행하는 인터페이스 회로와 컴퓨터 시스템 및 연관된 메모리 데이터베이스를 포함할 수 있다. 아래에서 설명될 여러 실시예들에 있어, 여러 중간 통신 유닛들 또는 "홉들(hops)"은 "메시(mesh) 네트워크" 스타일로 원격 계측 유닛들(102a-102n)과 중앙 제어기(116) 사이에 삽입될 수 있다. 상기 중간 통신 유닛들은 가입자 이동 유닛(140), 이동 베이스 유닛(130), 가입자 홈 컴퓨터(또는 사용자 단말기, 132), 및 홈 베이스 유닛(122)을 포함한다. 이러한 여러 실시예들 각각은 동일한 대규모 시스템에 공존할 수 있다.
일 실시예에서, 기지국(108) 및 MTSO(110)는 코드 분할 다중 접속(CDMA) 스펙트럼 확산 통신 시스템에 속한다. 이러한 시스템의 예가 1990년 2월 13일에 등록된 "SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS"란 명칭의 미국 특허 제 4,901,307호에서 제공되며, 상기 미국 특허는 본 발명의 양수인에게 양도되었고 본 명세서에서 참조된다. 또한, 무선 통신 시스템은 "Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System"이란 명칭의 TIA/EIA 협정 표준 95(IS-95)나 또는 "TIA/EIA/IS-2000 Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems"에 따라 설계될 수 있는데, 그것들은 "cdma2000 표준"으로서 지칭된다. 대안적으로, 무선 통신 시스템은 "Personal Station-Base Station Compatibility Requirements for 1.8 to 2.0 GHz Code Division Multiple Access(CDMA) Personal Communication Systems"이란 명칭의 ANSI J-STD-008에 따라 설계될 수 있다. 그러나 본 발명의 교지는 사용되는 변조 방식과는 상관없이 셀룰러인지 또는 셀룰러가 아닌지에 따라 다른 무선 통신 시스템들에 적용 가능하다는 것을 알아야 한다. 일례로, 본 발명은 U.S.TDMA 표준 IS-54와 같은 시분할 다중 접속(TDMA) 기반 시스템들이나 총-유럽 표준 GSM(Global System for Mobile Communication)에 동일하게 적용 가능하다. 또한, 본 발명의 교지는 AMPS(Advanced Mobile Phone System)과 같은 아날로그 주파수 변조 통신 시스템들에 적용 가능하다.
일 실시예에서, 원격 계측 유닛들(102a-102n)은 애드-혹 네트워크를 통해서 그들 각각의 보고 메시지를 중간 통신 유닛에 전송한다. 애드-혹 네트워크의 장점은 인프라구조 아키텍처의 유동성, 비유선 접속, 및 유동적인 네트워크 지형을 포함한다. 애드-혹 네트워크들은 중간 통신 유닛들이 이동될 수 있도록 하는데, 그것은 사람들이나 자동차를 통해 운반될 수 있으며 전력이 적게 소모된다. 중간 통신 유닛들은 네트워크를 계획할 필요없이 임의의 데이터 전송을 위해 계측 유닛들(102a-102n)을 인터럽트할 수 있다. 상기 애드-혹 네트워크들은 일례로 블루투스, IEEE 802.11, 또는 초광대역 통신 프로토콜들에 기초할 수 있다.
블루투스 통신 프로토콜은 예컨대 10m 내지 100m의 간단한 짧은 범위, 강력한 데이터의 무선-기반 솔루션, 및 케이블이나 가시선이 필요없는 음성 전달을 제공한다. 그것은 낮은 복잡도, 저전력 소모, 저비용, 주파수 호핑, 및 시분할 듀플렉스 구현과 같은 많은 장점들을 제공한다. 서로의 범위 내로 들어오는 블루투스 디바이스들은 애드-혹 포인트-투-포인트 및/또는 포인트-투-다중포인트 무선 접속을 동적으로 셋업한다. 이러한 표준은 배터리-전력공급 디바이스들에 적합하다. 블루투스 통신 프로토콜은 해당 분야에 잘 알려져 있다.
IEEE 802.11은 WLAN(wireless local area network) 환경에서 애드-혹에 기초하여 장치 간 접속을 제공한다. 이러한 무선 통신 표준은 예컨대 최대 90까지의 높은 데이터 레이트를 갖지만 더 높은 전력을 필요로 한다. 이러한 표준은 배터리에 위해 전력이 공급되지 않는 디바이스들에 적합하다. IEEE 802.11 통신 프로토콜은 해당 분야에 잘 알려져 있다.
초광대역 통신 프로토콜은 또한 애드-혹에 기초하여 장치 간 접속을 제공한다. 그것은 어떠한 기지국도 필요로 하지 않으면서 단거리를 위한 직접 통신을 유동적이면서 저비용으로 구현하도록 한다. 이러한 애드-혹 통신 프로토콜도 또한 해당 분야에 잘 알려져 있다.
일 실시예에서, 이동 유닛(140)은, 계획된 데이터 전달 방식에 따라, 계측 유닛(102n)으로부터 정보를 수신할 수 있으며 상기 수신된 정보를 기지국(108)에 전달할 수 있다. 이동 유닛은, 계측 유닛(102n)의 범위 내에 들어갔을 때, 애드-혹 네트워크를 통해 상기 계측 유닛(102n)으로부터 정보를 수신할 수 있다. 사람 또는 자동차가 유리하게 이동 유닛을 운반할 수 있다. 이동 유닛을 휴대하고 있는 사람은 걷고 있거나, 자전거를 타고 있거나, 계측 유닛(102n)의 근접지점에서 아이템을 배달하고 있을 수 있다. 이동 유닛을 탑재하고 있는 자동차는 배달 자동차, 여객 자동차, 버스, 및/또는 택시를 포함할 수 있다. 애드-혹 네트워크-인에이블된 이러한 이동 유닛이 애드-혹 네트워크-인에이블된 계측 장치의 범위에 들어왔을 때, 이동 유닛은 계측 장치로부터 정보를 판독하여 저장할 수 있다. 이동 유닛은 계획된 데이터 전달 방식에 따라서 또는 자동으로 또 다른 무선 디바이스나 중앙 제어기에 정보를 전달할 수 있고, 이는 무선 인프라구조나 범용 제어기에 의해 관리될 수 있다.
일 실시예에서, 이동 유닛(140)은 CDMA 셀룰러 네트워크와 같은 셀룰러 통신 네트워크를 통해서 직접적으로 기지국(108)에 상기 수신된 정보를 전달할 수 있다. 이동 유닛은 로우-트래픽 시간 기간에, 주기적으로, 또는 이동국(108)이나 중앙 제어기(116)의 요청이 있을 때에 정보를 전달할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 이동 유닛(104)은, 중앙 유닛에 근접하여 다가갈 때, 애드-혹 네트워크나 다중-홉 애드-혹 네트워크를 통해서 중앙 제어기(116)에 상기 수신된 정보를 전달할 수 있다. 이동 유닛(140)으로부터 중앙 제어기(116)에 정보를 전달하기 위해서 다중-홉 애드-혹 네트워크를 사용하는 것은 단일 애드-혹 네트워크에 비해서 전송 에너지를 감소시킨다.
또 다른 실시예에서, 이동 유닛(140)은 BREW(binary runtime environment for wireless) 프로토콜을 통해서 상기 수신된 정보를 중앙 제어기(116)에 전달할 수 있다. 상기 BREW은 인터넷을 통해 정보를 전달하기 위해서 이동 유닛(140) 및 중앙 제어기(116)에 로딩될 수 있는 애플리케이션 플랫폼이다. BREW 프로토콜은 해당 분야에 잘 알려져 있다.
또 다른 실시예에서, 이동 유닛(140)은 HBU(122)와 같은 중간 홉을 통해서 상기 수신된 정보를 기지국(108)에 전달할 수 있다. 이동 유닛(140)으로부터의 HBU(122)로의 전송은 저 전력 셀룰러 또는 애드-혹 네트워크를 통해 이루어질 수 있다. 바람직하게도, 이동 유닛(140)은 HBU(122)와 통신하기 위해서 높은 전송 전력을 소비할 필요가 없다.
다른 실시예에서, 이동 유닛(140)은 사용자 단말기(132)를 통해 중앙 제어기(116)에 수신된 정보를 전달할 수 있다. 이동 유닛(140)으로부터 사용자 단말기(132)로의 전송은 또한, 전술한 바와 같이, 이동 유닛이 사용자 단말기(132)의 범위 내에 도달할 때 애드-혹 네트워크를 통해 이루어질 수 있다. 전술한 바와 같이, 사용자 단말기(132)는 그 후에 예를 들어 인터넷을 통해 중앙 제어기로 수신된 정보를 전송한다. 바람직하게는, 이동 유닛(140)은 사용자 단말기(132)와 통신하기 위해서 높은 전송 전력을 소비할 필요가 없다.
일 실시예에서, 계측 유닛(102n)에서 이용 가능한 정보는 다수의 이동 유닛들에 의해 기지국(108) 또는 중앙 제어기(116)로 중계될 수 있다. 만일 이동 유닛의 이동성에 기인하여 하나의 이동 유닛이 계측 유닛(102n)에서 이용 가능한 전체 정보를 수신할 수 없다면, 계측 유닛(102n)의 범위 내에 진입하는 다른 이동 유닛들이 계측 유닛(102n)으로부터 예를 들어 데이터 패킷들과 같은 나머지 정보를 픽업(pick up)할 수 있다. 본 실시예에서, 기지국(108) 또는 중앙 제어기(116)에서 수신되는 데이터 패킷들은 예를 들어 패킷 ID들과 같은 일부 그룹 식별에 기초하여 함께 그룹핑된다.
일 실시예에서, 이동 베이스 유닛(MBU)(130)은 차량(128)에 위치되고 원격 측정 유닛(102a)의 통신 범위 내로 이동될 수 있다. 이동 유닛(140)의 대안일 수 있는 본 실시예는 설치된 무선 통신 서비스들을 아직 갖추지 않은 교외 지역들에서 커버리지를 증대시키기 위해 사용될 수 있다. 본 실시예에서, MBU(130)는 다른 실시예들을 참조하여 전술된 바와 같이 애드-혹 네트워크를 통해 원격 측정 유닛(102a)으로부터 측정 정보를 판독할 수 있다. MBU(130)는 또한 기지국(108) 또는 중앙 제어기(116)로의 즉시 전송 대신에 데이터 저장 및 사후-처리를 위해 별도의 컴퓨터(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, MBU(130)는 구동될 때 원격 측정 유닛(102a)을 판독한다. MBU(130)는 그 후에 기지국(108) 또는 중앙 제어기(116)에 직접 또는 이동 유닛(140), HBU(122) 및/또는 사용자 단말기(132)를 통해 수신된 정보를 전송할 수 있다.
일 실시예에서, HBU(122)는 원격 측정 유닛(102c)에 의해 생성된 보고 메시지들을 수집하여 기지국(108)에 전송한다. HBU(122)는 제어 메시지들, 순서들 및 기지국(108)으로부터의 보고 메시지들에 대한 응답들을 수신할 수 있고, 이들을 필요에 따른 행동을 위해 원격 측정 유닛(102c)으로 중계할 수 있다. 그러나 택일적인 실시예들에서, HBU(122)는 중앙 제어기(116)와 통신하기 위해서 PSTN에 직접 미리-설치된 지상회선(landline) 통신 링크(126)를 이용할 수 있다. 본 택일적인 실시예는 기존의 지상회선 통신 링크(126)가 이미 원격국에 존재하는 경우에 통신 비용을 감소시키는 장점을 가질 수 있다. 부가적으로, HBU(122)는 중앙 제어기(116)로부터 송신된 제어 메시지들에 기초하여 자동 계측기 판독, 자동 요금청구 정보 전송 등을 허용하는 애플리케이션 인터페이스를 가질 수 있다.
일 실시예에서, HBU(122)는 사용자 단말기(132)로의 링크(134)를 통한 인터페이스를 위해 통합 RS-232 시리얼 포트, 가정용 전자기기 버스(consumer electronic bus, CEBus) 트랜시버 등을 포함할 수 있다. 사용자 단말기는 개인용 컴퓨터 또는 팩스기를 포함할 수 있다. 링크(134)는 또한 전술한 바와 같이 애드-혹 연결일 수 있다. 따라서, HBU(122)는 소비자가 중앙 제어기(116)로부터 HBU(122)로 송신된 정보를 수신하고 디스플레이하도록 하는 인터페이스로서 서비스할 수 있다. 예를 들어, 실시간 요금청구 데이터, 계좌 상태 질의, 및 광고 서비스와 같은 다양한 다른 부가가치 서비스들이 사용자 단말기(132)에 디스플레이될 수 있다. 피크 활용 사용 시간 동안, 실시간 가치있는 정보는 중앙 제어기(116)로부터 사용자 단말기(132)에 있는 소비자에게 전달될 수 있고, 이는 소비자로 하여금 중요하지 않은 전기 기기들의 전원을 차단함으로써 그의 전력 소비를 감소시키도록 한다.
HBU(122)는 또한 홈-통합(home-integration) 및 기기 부하 관리에 관한 다른 서비스들을 위한 "게이트웨이(gateway)"로서 서비스할 수 있다. 예를 들어, 애드-혹 네트워크 접속 또는 전력선 캐리어(power line carrier, PLC) 인터페이스(138)를 통해 HBU(122)에 접속된 CEBus-응용 기기(136)를 생각해 보자. 기기(136)는 예를 들어 전구, 히터/에어컨, 보안 시스템 또는 가정용 오락 시스템 등일 수 있다. 피크 시간 동안, 중앙 제어기(116)는 전원을 끄기 위해 제어 메시지를 기기(136), 또는 공통 버스 상의 기기들 그룹에 송신할 수 있고, 이에 따라 실시간 전력 부하를 감소시킬 수 있다. 또한, 소비자는 기지국(108) 및 HBU(122), 또는 택일적으로 애드-혹 네트워크 링크(142)를 통해 이동 유닛(140)으로부터 기기(136)로 제어 메시지들을 송신함으로써 기기(136)를 원격으로 활성화하거나 불활성화할 수 있다.
일 실시예에서, 원격 측정 유닛(102b)은 사용자 단말기(132)와의 애드-혹 네트워크 인터페이스를 가질 수 있다. 본 실시예에서, 측정 디바이스(102b)에서 측정된 정보는 계획된 대로 요구에 따라 규칙적으로, 또는 휴대용 사용자 단말기(132)가 측정 유닛(102b) 범위 내에 진입할 때, 사용자 단말기(132)에 전달될 수 있다. 사용자 단말기는 수신된 정보를 처리하고, 저장하고, 인터넷과 같은 글로벌 통신 네트워크를 통해 중앙 제어기로 전달한다.
전술한 실시예들 각각에서, 다수의 원격 측정 유닛들(102a-102n)은 다른 이동 가입자 유닛들이 기지국과 통신을 시도하는 때와 동시에, 중간 "홉들", 즉 이동 유닛(140), 컴퓨터 단말기(132), HBU(122) 또는 MBU(130)를 통해 메시지를 송신하도록 시도할 수 있다. 따라서, 경쟁하는 원격 측정 유닛들(102a-102n) 사이의 "충돌(collision)들"을 방지하기 위한 기술들이 미국특허 제5,748,104호에 개시되어 있고, 이는 본 명세서에 참조로서 편입되어 있다.
이제 도 2를 참조하면, 원격 측정 유닛(200)이 도시되어 있다. 전기 기기 계측기 판독에 적용 가능한 실시예에서, 측정 장치(202)는 회전 디스크 또는 공지된 다른 타입의 기록계(odometer)의 전기-기계적 전력 소비 모니터 및 디스플레이일 수 있다. 판독 인터페이스(204)는 또한 사용된 측정 장치(202)의 타입에 적응된 광학 또는 전기-기계적 인터페이스일 수 있다. 예를 들어, 만일 측정 장치(202)가 전기-기계적 회전 디스크인 경우, 디스크의 회전수는 전력 소비를 나타낸다. 그러한 경우에, 판독 인터페이스(204)는 디스크의 매 회전에 대해 단일 광 펄스를 판독하는 광 소스 및 포토셀(photocell)을 포함할 수 있다. 판독 인터페이스(204)는 광 펄스들을 아날로그 전기 펄스들로 변화시키고, 이들을 아날로그 멀티플렉서(AMUX, 208)로 송신하는데, 상기 멀티플렉서에서 상기 펄스들은 아날로그-대-디지털 컨버터(A/D, 210)로 보내진다. A/D는 아날로그 전기 펄스들을 판독 인터페이스(204)에 의해 카운트된 회전수를 나타내는 디지털 신호로 변환시키고, 생성된 디지털 신호를 마이크로프로세서(214)로 보낸다. 상기 디지털 신호에 응답하여, 마이크로프로세서(214)는 전체 전력 소비를 킬로와트-시로 계산하고 저장한다. 바람직한 실시예에서, 저장 간격은 30분부터 약 한 달까지 선택될 수 있다.
국부적으로 프로그래밍 되거나, 중앙 제어기(116)(도 1 참조)로부터 페이징 채널(104)을 통해 다운로드될 수 있는 보고 스케줄(reporting schedule)에 따라, 마이크로프로세서(214)는 중앙 제어기(116)로 전송하기 위해 기기 소비 메시지를 생성한다. 상기 소비 메시지는 마이크로프로세서(214)에 의해 포맷화되고, 그 후에 상향변환되고, 변조되고, 증폭되고, 애드-혹 네트워크 인터페이스 유닛(240)으로 전달되거나, 택일적으로 안테나(222)를 통해 송신기(216)에 의해 송신된다. 나중의 실시예에서, 마이크로프로세서(214)는 페이징 채널 상에 할당된 페이징 슬롯 이외의 시간 동안에만 전송하기 위한 스위치(220)를 구성하고, 이에 따라 원격 측정 유닛(102)이 중앙 제어기(116)로부터 진입하는 메시지들의 손실 없이 반-이중통신(half -duplex)을 동작시키도록 할 수 있다. 택일적으로, 스위치(220)는 반-이중통신 동작이 바람직하지 않은 경우에, 공지된 바와 같이, 통상적인 듀플렉서에 의해 대체될 수 있다.
전술한 바와 같은 중앙 제어기(116)는 원격 측정 유닛들(102a-102n)로 의도된 제어 및 피드백 메시지들을 송신한다. 상기 메시지들은 애드-혹 네트워크 인터페이스 유닛(240)을 통해 전달될 수 있다. 택일적으로, 상기 메시지들은 안테나(222)에 의해 포획되고, 수신기(218)에 의해 하향변환 및 복조되고, 적당한 행동을 위해 마이크로프로세서(214)에 전달될 수 있다. 마이크로프로세서(214)가 외부 송출이 필요하지 않은 경우에 수신을 위한 스위치(220)를 구성한다는 것을 유의하라. 중앙 제어기(116)에 의해 전송된 제어 메시지들은 스케줄링 메시지들 및 원격 계측 유닛(102)에 의해 전송된 다양한 보고 메시지들의 수신의 확인을 포함할 수 있다.
또한, 도 2의 예시적인 실시예에서, 전압 스텝 다운(step-down) 변압기들(206a 및 206b)은 각각 고객 사이트에서 위상 A 및 위상 B의 전력선들에 결합된다. 미국의 주거지 내에서 일반적인 전력 초기화 시, 위상 A 및 위상 B 모두의 전력 레벨은 120볼트이다. 스텝 다운 변압기들(206a 및 206b)은 각각 위상 A 및 위상 B에서 감지된 전압과 비례하는 아날로그 전압 레벨 신호를 출력한다. 아날로그 전압 레벨 신호들은 AMUX(208)에 의해 A/D(210)를 통과하며, 그 후에 디지털 전압 레벨 신호들로 변환된다. 디지털 전압 레벨 신호들은 그 후에 직렬 인터페이스(212)를 통해 마이크로프로세서(214)를 통과하며, 각각 최대 및 최소 전압 레벨 임계치와 비교된다. 일 실시예에서, 최대 및 최소 전압 레벨 임계치들은 프로그램가능하며, 요구될 때에 중앙 제어기(116)로부터 제어 메시지들에 의해 인에이블 또는 디스에이블될 수 있다.
만약 위상 A에서 감지된 전압을 나타내는 디지털 전압 레벨 신호와 위상 B에서 감지된 전압을 나타내는 디지털 전압 레벨 신호가 모두 최대 및 최소 전압 레벨 임계치들 사이에 있다면, 위상 A 및 위상 B의 전압 레벨 조정은 만족스러우며, 어떠한 행동도 발생하지 않을 것이다. 그러나 위상 A에서 감지된 전압을 나타내는 디지털 전압 레벨 신호 또는 위상 B에서 감지된 전압을 나타내는 디지털 전압 레벨 신호 중 하나가 최대 및 최소 전압 레벨 임계치들 사이에 있지 않다면, 위상 A 및 위상 B의 전압 레벨 조정은 만족스럽지 못하며, 마이크로프로세서(214)는 중앙 제어기(116)(도 1에 도시)에 전송하기 위해 오류 상태 메시지를 발생한다. 상기 오류 상태는 지역적인 정전 또는 절전이 발생한 경우를 포함하여 위상 A 또는 위상 B에서 감지된 전력 레벨에서 과도한 "동요(serge)들" 또는 "강하(dip)들"이 존재하면 발생할 것이다. 오류 상태 메시지는 위상 A 및 위상 B에서 감지된 실제 전압의 인코딩된 표현을 포함할 수 있다. 마이크로프로세서(214)는 중앙 제어기(116)에 전송하기 위해 오류 상태 메시지를 발생할 수 있다. 또한, 중앙 제어기(116)는 원격 계측 유닛(102)에 신호를 전송하여 현재의 소모 기록뿐만 아니라 위상 A 및 위상 B 모두에서 감지된 현재의 전압 레벨들을 보고하도록 지시한다.
또한, 도 2에 도시된 일 실시예에서, 탬퍼링 센서(238)는 원격 계측 유닛(102)의 변경 또는 접속해제가 임의로 시도되면 아날로그 탬퍼링 신호를 발생한다. 탬퍼링 센서(238)는 예를 들면, 당업자에게 공지된 수은 스위치 또는 근접 스위치가 될 수 있다. 이는 공공 서비스를 "훔치기(steal)" 위해 계측기에 간섭하는 것이 매우 공통적이기 때문에 공공 서비스 계측 애플리케이션에서 바람직하다. 그 누구도 시각적인 점검을 위해 원격 계측 유닛(102)을 정기적으로 방문하지는 않기 때문에, 탬퍼링 센서(238)는 절도(theft)의 원격 검출을 인에이블하는 보안 특성이 있다. 아날로그 탬퍼링 신호는 AMUX(208)를 통해 A/D(210)를 통과하며, 그 후에 디지털 탬퍼링 신호로 변환된다. 디지털 탬퍼링 신호는 직렬 인터페이스(212)를 통해 마이크로 프로세서(214)를 통과한다. 마이크로프로세서(214)는 중앙 제어기(116)에 전송하기 위하여 오류 상태 메시지를 발생할 수 있거나, 지연된 보고를 위해 디지털 탬퍼링 신호의 메모리 저장을 제공할 수 있다. 원격 유닛(102)이 접속해제되는 경우에, 디지털 탬퍼링 신호는 후속 복구를 위해 메모리 내에 저장된다.
도 2에 도시된 것과 같은 일 실시예에서, CEBus 인터페이스(224), 전력선 트랜시버(226), 및 연선 트랜시버(234)는 원격 계측 유닛(102)의 필수 부분으로 도시된다. 그러나 상기 "게이트웨이" 장치들은 HBU에 위치될 수 있음에 유의하여야만 한다(도 1에 도시). 또한, 연선 트랜시버(234) 또는 전력선 트랜시버(226)가 원격 계측 유닛(102)에 완전히 위치되는지의 여부 또는 그들이 전혀 존재하지 않는지의 여부는 구현되는(install) 사이트의 특성 및 구성에 따라 결정될 수 있음에 유의해야만 한다. 또한, CEBus 인터페이스(224), 전력선 트랜시버(226) 및 연선 트랜시버(234)가 도 2에서 물리적으로 구별되는 블록들로 도시되지만, 단일 초대규모 집적 회로(VLSI) 애플리케이션용 집적회로(ASIC)에 통합될 수 있고, 심지어 마이크로프로세서(214)에 결합될 수 있음을 유의하여야만 한다. VLSI ASIC 기술들은 당업자에게 공지되어있다.
일 실시예에서, CEBus 인터페이스(224)는 본 명세서에서 설명되는 다양한 개선된 서비스들을 제공하기 위해 요구되는 특정 애플리케이션 코드를 사용하여 프로그래밍된 플래시 EPROM을 포함한다. 또한, CEBus 인터페이스(224)는 CEBus 시스템 구성 파라미터들을 저장하기 위한 비휘발성 메모리를 포함한다. 결과적으로 CEBus 인터페이스(224)는 마이크로프로세서(214)와 간섭하기 위해 요구되는 회로 및 및 전력선 트랜시버(226) 및 연선 트랜시버(234) 모두를 포함한다. 예를 들면, CEBus 인터페이스(224)는 연선 트랜시버(234)를 통해 더 높은 데이터 레이트로 전송하기 위해 삽입된 UART(미도시)를 포함한다. CEBus 제어기들 및 인터페이스들은 당업자에게 공지되어있다. 전력선 트랜시버(226) 및 연선 트랜시버(234)는 각각 캐리어 변조를 수행하기 위한 필수 회로를 포함한다. 이는 증폭기들, 수신기들, 변압기들, 및 다양한 수동 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 전력선 및 연선 트랜시버들은 당업자에게 공지되어있다.
동작시, 중앙 제어기(116) 또는 선택적으로 이동 유닛(140)에서 발신하는 제어 또는 정보 메시지들은 애드-혹 네트워크 인터페이스 유닛(240) 또는 수신기(218)를 통해 수신되고 마이크로프로세서(214)를 통과한 후에 CEBus 인터페이스로 라우팅될 수 있다. 제어 또는 정보 메시지들에 응답하여, CEBus 인터페이스(224)는 연선 트랜시버(234) 또는 전력선 트랜시버(226) 중 하나 또는 둘 모두에 의한 전송을 위해 PLC 인코딩된 메시지들을 발생한다. PLC 인코딩된 메시지들은 각각 전력선들(228 및 230) 또는 연선(232)을 통해 전송된다. CEBus-순응 장치(136)는 PLC 인코딩된 메시지들을 수신하여 디코딩한 후 적절한 행동을 취한다.
도 3은 도 1의 시스템(100)에서 동작하는 셀룰러 전화기 또는 개인 디지털 보조장치(PDA)와 같은 이동 유닛(140)에 대한 일 실시예를 도시한다. 이동 유닛(140)은 셀룰러 음성 및 데이터를 전송 및 수신하기 위한 안테나(300)를 포함한다. 안테나(300)는 송신기 경로와 수신기 경로를 구분하기 위해 듀플렉서(302)에 결합된다. 듀플렉서는 수신기 경로를 형성하는 수신기 회로(308)에 결합되고 송신기 경로를 형성하는 증폭기(304) 및 송신 회로(306)에 결합된다. 증폭기는 또한 증폭기(304)를 제어하는 전력 조절 유닛(310)에 결합된다. 증폭기(304)는 전송 회로(306)로부터 전송 신호들을 수신한다.
안테나(300)를 통해 수신된 셀룰러 신호들은 폐쇄형 루프 전력 제어 방식을 실행하는 전력 제어 유닛(314)에 제공된다. 전력 제어 유닛(314)은 통신 버스에 결합된다. 통신 버스(318)는 이동 유닛(140) 내의 모듈들 간에 공통 접속을 제공한다. 통신 버스(318)는 메모리(322)와 복원 조절 회로(316)에 결합된다. 메모리(322)는 이동 유닛(140)에 적합한 다양한 동작들 및 기능들을 위한 컴퓨터 판독 가능한 지시들을 저장한다. 프로세서(320)는 메모리(322)에 저장된 지시들을 수행한다. 정규 동작 조건들에 대하여, 전력 제어 유닛은 멀티플렉서(312)를 통해 전력 조절 회로(310)에 전력 제어 신호를 발생한다. 전력 조절 유닛(310)은 그 후에 전력 제어 신호를 증폭기(304)에 증폭 레벨로서 전송한다.
이동 유닛(140)이 애드-혹 네트워크 인터페이스가 구비된 또 다른 장치의 범위 내에 들어갈 때 이동 유닛(140)은 애드-혹 네트워크 인터페이스(324)를 통해 정보를 수신 및/또는 전송할 수 있다. 애드-혹 네트워크 인터페이스(324)를 통해 수신되는 정보는 메모리 유닛(322)에 저장되고/또는 디지털 신호 처리기(DSP)가 될 수 있는 프로세서(320)에 의해 처리될 수 있다.
일 실시예에 따라, 이동 유닛으로부터의 정보의 전송은 기지국 또는 중앙 제어기로부터의 요구 즉시, 또는 무선 인프라구조 또는 중앙 제어기에 의해 관리될 수 있는 계획된 방식에 따라 주기적일 수 있다. 무선 인프라구조는 이동 유닛으로부터 중앙 제어기로의 데이터 전달을 관리하기 위해 이동 유닛의 위치 및/또는 이동 프로파일을 추적할 수 있다. 일 실시예에서, 이동 유닛의 현재 위치 정보는 이동국이 중앙 제어기 또는 중간 무선 장치 근처에 있음을 나타낼 때, 이동 유닛은 중앙 제어기 또는 중간 무선 장치에 정보를 전송하도록 지시될 수 있다. 상기 프로세스는 네트워크 자원들을 더 잘 관리하고 이동 유닛이 먼 거리로부터 중앙 제어기로 정보를 전송할 때와 비교하여 이동 유닛의 배터리 수명을 절약한다. 또 다른 실시예에서, 이동 유닛의 프로파일이 이동 유닛이 주로 중앙 제어기 또는 중간 무선 장치에 인접하는 날짜 또는 주의 시간을 나타내면, 이동 유닛은 스케줄링된 시간에 따라 중앙 제어기 또는 중간 무선 장치에 정보를 전송하도록 스케줄링 될 수 있다. 상기와 같이 정보 전송을 위한 지능적인 계획은 네트워크 자원들의 관리를 돕고 그리고 이동 유닛이 먼 거리로부터 중앙 제어기에 정보를 전송할 때 또는 네트워크 트래픽이 다량일 때와 비교하여 이동 유닛의 배터리 수명을 절약한다.
따라서, 개시된 실시예들은 저전력, 저비용, 및 애드-혹 네트워크-가능한 무선 통신 장치들을 사용하여 고객들에게 개선된 고객 서비스들을 제공하는 동안 원격 측정 장치들의 유연한 판독 및 제어를 제공한다. 무선 통신 장치들은 계측 장치로부터 측정 정보를 수신하여 상기 정보를 계획된 데이터 전달 방식에 따라 중앙 제어기에 전송하며 따라서 비싸고 높은 전력의 송신기들과 복잡한 네트워크 계획을 피할 수 있다.
바람직한 실시예의 상술한 설명은 당업자가 본 발명을 용이하게 사용할 수 있도록 제공된다. 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명에 대한 여러 변경이 가능함을 쉽게 인식할 것이다. 그러므로 본 발명은 본 명세서에 개시된 실시예에만 제한받지 않으며 본 명세서에 개시된 가장 넓은 범위의 원리 및 원칙에 해당한다.

Claims (17)

  1. 원격 측정 장치(102), 이동 유닛(140) 및 중앙 제어기(116)를 포함하는 무선 통신 시스템에서 원격 측정을 위한 방법으로서,
    애드-혹(ad-hoc) 네트워크를 통해 상기 이동 유닛(140)에 의하여 상기 원격 측정 장치(102)로부터 정보를 수신하는 단계;
    상기 수신된 정보를 저장하는 단계; 및
    상기 수신된 정보를 상기 이동 유닛(140)에 의하여 상기 중앙 제어기(116)로 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 이동 유닛(140)은 지능적인 계획된(intelligent planned) 전달 방식에 따라 상기 수신된 정보를 상기 중앙 제어기(116)로 전송하는, 원격 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지능적인 계획된 전달 방식은 상기 이동 유닛(140)의 포지션 위치 및/또는 이동 방식에 기반하는, 원격 측정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지능적인 계획된 전달 방식은 네트워크 자원들을 관리하고 상기 이동 유닛(140)의 배터리 수명을 절약(save)하도록 조절되는, 원격 측정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 지능적인 계획된 전달 방식은 로우-트래픽 시간 기간에 상기 정보를 전달하도록 조절되는, 원격 측정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전송하는 단계는 블루투스 통신 프로토콜을 사용하여 상기 정보를 전송하는 단계를 포함하는, 원격 측정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전송하는 단계는 IEEE 802.11 통신 프로토콜을 사용하여 상기 정보를 전송하는 단계를 포함하는, 원격 측정 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전송하는 단계는 초광대역(ultra-wide-band) 통신 프로토콜을 사용하여 상기 정보를 전송하는 단계를 포함하는, 원격 측정 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전송하는 단계는 셀룰러 통신 프로토콜을 사용하여 기지국(108)을 통해 상기 정보를 전송하는 단계를 포함하는, 원격 측정 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전송하는 단계는 BREW(binary runtime environment for wireless) 통신 프로토콜을 사용하여 상기 정보를 전송하는 단계를 포함하는, 원격 측정 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전송하는 단계는 다중-홉 애드-혹 네트워크들을 통해 상기 정보를 전송하는 단계를 포함하는, 원격 측정 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 수신하는 단계는 블루투스 통신 프로토콜을 사용하여 상기 정보를 수신하는 단계를 포함하는, 원격 측정 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 수신하는 단계는 IEEE 802.11 통신 프로토콜을 사용하여 상기 정보를 수신하는 단계를 포함하는, 원격 측정 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 수신하는 단계는 초광대역 통신 프로토콜을 사용하여 상기 정보를 수신하는 단계를 포함하는, 원격 측정 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 수신하는 단계는 상기 정보를 주기적으로 수신하는 단계를 포함하는, 원격 측정 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 수신하는 단계는 상기 이동 유닛이 상기 원격 측정 장치의 범위 내로 들어올 때 상기 정보를 수신하는 단계를 포함하는, 원격 측정 방법.
  16. 무선 통신 시스템에서 원격 측정을 위한 장치로서,
    애드-혹 네트워크를 통해 원격 측정 장치(102)로부터 정보를 수신하기 위한 수단;
    상기 수신된 정보를 저장하기 위한 수단; 및
    상기 수신된 정보를 중앙 제어기(116)로 전송하기 위한 수단을 포함하고,
    상기 수신된 정보는 지능적인 계획된 전달 방식에 따라 상기 중앙 제어기로 전송되는, 원격 측정 장치.
  17. 원격 측정 장치, 이동 유닛 및 중앙 제어기를 포함하는 무선 통신 시스템에서 정보를 통신하기 위한 청구항 제1항 내지 제15항에 따른 방법을 구현하는 컴퓨터 판독 가능 매체.
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