JP3485187B2 - ネットワーク化されたメーター読み取りのための電子式電気メーター - Google Patents

ネットワーク化されたメーター読み取りのための電子式電気メーター

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明はコモディティ（commodity:電気、ガス、水
等、公益事業における商品）の使用量を計測する装置に
関する。より詳細には、本発明は、電気の消費量を計測
し、ユーティリティ（utility:電気、ガス、水道等の公
益事業／公益企業）への使用データと他の電力情報を２
方向ワイヤレスローカルエリアネットワーク（LAN）を
介して遠隔のゲートウェイノードに伝える電子式電気メ
ーターであって、そのゲートウェイノードはそのデータ
を２方向の据え付けの電気通信事業者のワイドエリアネ
ットワーク（WAN）を介してユーティリティサービスプ
ロバイダに送信するか、直接そのデータを２方向の据え
付けの電気通信事業者のワイドエリアネットワーク（WA
N）を介してユーティリティサービスプロバイダに送信
する電子式電気メーターに関する。
従来は、コモディティ使用量は、加入者の消費を監視
するメーターを使用してユーティリティ会社により決定
される。ユーティリティサービスプロバイダは、典型的
には、サービスマンを各メーターの場所に派遣し手作業
でメーターのダイアルに表示された情報を記録すること
により加入者の消費量を決定している。手作業での読み
取り結果はコンピュータに入力され、コンピュータはそ
の情報を処理し、加入者のための請求書を出力する。し
かしながら、読み取り、検査及び保守のためにサービス
マンがメーターに近づくことが非常に難しいことがしば
しばある。メーターへのアクセスが不可能な場合、課金
は推定の読み取りを基にして行われる。これらの予測に
よる課金はしばしば顧客の不平につながる。
ワットアワーメーターのような現在使用可能な電気メ
ーターはその目的のためにはよく機能する。しかし、そ
れらは手作業で読み取らなければならない。このこと
は、各ユーザのために公平な課金及び節約を勧めるため
に経済的に電気使用量を計測することを困難にしてい
る。電気メーターの手作業での読み取りは、非常に労働
集約的であり、非効率であり、非常に高価である。従っ
て、操業コストを削減するために最近の技術を利用し、
手作業でのメーター読み取りの必要性を削減させること
により効率を向上させることはユーティリティ会社のそ
の部分の強い関心事となっている。
手作業メーター読み取りにかかる大きなコストを回避
するための、電気メーターのための自動メーター読み取
りシステムを開発する多くの試みが近年なされてきた。
しなしながら、ほとんどのこれらの従来技術のシステム
はほとんど成功していない。自動もしくは遠隔メーター
読み取りのため、そのようなメーターの出力を検出し、
その情報をユーティティに返送するために、変換ユニッ
トがそのメーターと共に使用されなければならない。
メーター読み取りを簡単にするための努力の中で、種
々のタイプのデバイスがユーティリティメーターに取り
付けられてきた。これらのデバイスは、コモディティ使
用量データを通信リンクを介して中央に置かれたサービ
スセンタ又はユーティリティに送信するために開発され
た。これらの通信リンクは電話線、電力線、又は、無線
周波数（RF）リンクを含んでいた。
コモディティ使用量データをユーティリティに伝える
ために既存の電話線及び電力線を使用することは、大き
な技術的困難に直面していた。電話線システムにおい
て、メーターデータは、加入者の通常の電話線の動作と
干渉し得、電話線の共同使用のために電話会社とユーテ
ィリティ会社間で協力が必要となり得る。電話線通信リ
ンクはまた、メーターと主電話線間でのハードワイヤ接
続が要求され得、それは設置費用を増加させる。既存の
電力線を介した電力線キャリア（PLC）の通信リンクも
またメーターと主電力線間でハードワイヤ接続が要求さ
れ得る。PLCシステムの他の欠点は、電力線上での干渉
によりデータを失う可能性があることである。
遠隔で読み取れるメーターは開発されてきている。そ
のようなメーターはトランスポンダーとして構成され、
データをユーティリティに送信するための無線送信機を
含む。これらの従来技術のシステムは、メーターに、一
定間隔で、データ質問機よりポーリングされることを要
求していた。データ質問機は、近隣を移動するモバイル
ユニットに備えることができ、それには、サービスマン
により運ばれるポータブルの手持ちユニットが入れられ
ている。もしくは、データ送信機は、中央に位置するサ
イトに備えられる。メーターがデータ送信機からRF信号
により調べられる場合、メーターは、メーター読み取り
と要求された他の情報とで符号化された信号を送信する
ことにより応答する。メーターからはその通信を開始し
ない。
しかしながら、そのような従来技術には欠点がある。
第１の欠点は、メーターに設置されているデバイスは一
般的に非常に低いパワー出力で、非常に短い送信範囲の
小さな送信機を有する。このことは、質問ユニットがメ
ーターと近くにあることを要求する。他の欠点はメータ
ーに取り付けられたデバイスはデータ質問機によって定
期的にポーリングされなければならないことである。メ
ーターに取り付けられたデバイスは通信を開始できな
い。サービスマンがメーターを遠隔で読み取るために近
隣及び会社を動き回ることがまだ必要であるため、モバ
イル及びハンドヘルドのデータ質問機は限られた価値し
か持たない。それは、単に、メーターを読み取るために
住宅や他のビルに入る必要性を回避するに過ぎない。固
定の場所にあるデータ質問機を使用するシステムもま
た、メーターに取り付けられたデバイスからの低パワー
出力、及び、通信を開始するためにデータ質問機による
ポーリングを必要とするという欠点を有する。
従って、従来技術においても自動メーター読み取りシ
ステムが知られているが、現在使用可能な自動メーター
読み取りシステムには、低い動作範囲と低い通信信頼性
といった、いくつかの欠点がある。従って、消費者によ
り電気使用量の経済的な測定を可能とする、既存のメー
ターソケットに後付け又は新規設置の電子式電気メータ
ーを提供することは望ましい。また、自動のネットワー
ク化されたメーター読み取りを提供できる電気メーター
を有することが望ましい。
発明の要約 本発明の目的は、既存のメーターソケットに後付け
し、現在のユーティリティ操作とコンパチブルの統合さ
れた完全に電子式の電気メーターを提供することであ
る。
本発明の他の目的は、ゲートウェイノードへの２方向
ワイヤレス拡散スペクトラムローカルエリアネットワー
クを介して、コモディティ使用データと電源品質情報を
ユーティリティへ伝えるか、又は商用で使用可能な２方
向データ通信ネットワークを介してそのデータを直接に
ユーティリティへ伝える電子式電気メーターを提供する
ことであり、ここで、ゲートウェイノードはそのデータ
を２方向の据え付けの電気通信事業者のワイドエリアネ
ットワークに送信する。
本発明の更なる目的は、商用で使用可能な据え付けの
電気通信事業者のワイドエリアネットワークを開始、電
気メーターからコモディティ使用データと電源品質情報
を受信し、そのデータをユーティリティサービスプロバ
イダに送信するゲートウェイノードを提供することであ
る。
更に本発明の他の目的は、通信ノードによる質問によ
り、予めプログラムされたスケジュール読み取り時間
に、及び自然発生的な不正又は電源停止状態の通知によ
って、コモディティ使用データと電源品質情報を伝える
電子式電気メーターを提供することである。
本発明の他の目的は、所望のデータ通信ネットワーク
に依って、回路基板やモジュールを操作者が簡単に変更
できるモジュラー構造の電子式電気メーターを提供する
ことである。
本発明は、コモディティ使用と電源品質データを収集
し、処理し、ユーティリティサービスプロバイダに送信
する完全に電子式の電気メーターである。
その電子式電気メーターはモジュラー設計であり、メ
ーター内で回路基板とモジュールの取り外し及び交換が
可能である。全ての回路基板とモジュールは共通のバッ
クプレーン又はバスシステムにプラグインする。
その電気メーターは、ローカルエリアネットワーク
（LAN）又はワイドエリアネットワーク（WAN）を介し
て、コモディティ使用データと電源品質情報をユーティ
リティに伝えることができる。メーター内にある無線周
波数（RF）送受信機は、メーターと、メーターから遠隔
にあるゲートウェイノード間のLANリンクを生成する。
このLANは、900MHz拡散スペクトラム通信技術を使用
し、コモディティ使用データと電源品質情報をメーター
からゲートウェイノードへ送信し、ゲートウェイノード
から質問信号を受信する。
電気メーターはまた、メーターのバックプレーン又は
バスシステムへプラグインする種々の商用で使用可能な
通信ネットワークインターフェースモジュールを介し
て、ユーティリティと直接に通信することができる。例
えば、これらのモジュールは、狭帯域パーソナル通信サ
ービス（PCS）モジュール又は電源線キャリア（PLC）モ
ジュールを含み得る。これらのモジュールにより、ゲー
トウェイモジュールはメーターとユーティリティ間の通
信リンクを完成させる必要はない。
ゲートウェイノードは、ローカルエリアネットワーク
を完成するために、メーターから遠隔に置かれる。ゲー
トウェイノードはまた４つの主要な要素からなる。これ
らの要素は、ワイドエリアネットワークインターフェー
スモジュール、初期化マイクロコントローラー、拡散ス
ペクトラムプロセッサ及びRF送受信機を含む。ゲートウ
ェイノードは、メーターへ質問信号を提供し、ローカル
エリアネットワークのためのインターフェース管理ユニ
ットからコモディティ使用データを受信することに責任
を持つ。しかしながら、ゲートウェイノードはまた、商
用で使用可能な据え付けの２方向の電気通信事業者のワ
イドエリアネットワークを介して、ユーティリティサー
ビスプロバイダにリンクを提供する。
ゲートウェイノードのRF送受信機は、ユーティリティ
からの質問信号又はスケジュール読み取りのための予め
プログラムされた信号を電気メーターに送信し、メータ
ーから返答としてコモディティ使用データを受信し、ワ
イドエリアネットワークを介してユーティリティに送
る。拡散スペクトラムプロセッサはRF送受信機に接続さ
れ、ゲートウェイノードに、拡散スペクトラム通信技術
を使用したデータの送受信をさせる。WANインターフェ
ースモジュールは、拡散スペクトラムプロセッサに接続
され、商用で使用可能な所望のワイドエリアネットワー
クを介してユーティリティサービスプロバイダーへデー
タを送受信する。異なるWANインターフェースモジュー
ルが、異なる商用で使用可能な所望のワイドエリアネッ
トワークで使用可能である。初期化プロセッサは、イン
ターフェースモジュールと拡散スペクトラムプロセッサ
の間に置かれ、拡散スペクトラムプロセッサの動作を制
御し、ゲートウェイノード内で通信を制御する。
メーター読み取り、メーター情報管理及びネットワー
ク通信は、製造及び設置の間に電気メーターのメモリに
予めプログラムされる２方向システムソフトウェアによ
り全て制御される。そのソフトウェアは、操作者が、ユ
ーティリティ識別番号、メーター設定及び読み取り、測
定単位及びアラーム設定ポイントをプログラムすること
を可能とする。
図面の簡単な説明 図１は本発明の電子式電気メーターの斜視図である。
図２は図１に示す電気メーターの内部構造の断面図で
ある。
図３は電気メーター回路のブロック図である。
図４はゲートウェイノードの正面図である。
図５は、遠隔ゲートウェイノード及びユーティリティ
サービスプロバイダと接続し、ネットワーク化された自
動メーター読み取りデータ通信システムを形成する電気
メーターの概略図である。
図６は図５に示す自動メーター読み取りデータ通信シ
ステムのフロー図である。
図７はゲートウェイノード回路のブロック図である。
図８は図５及び図６の自動メーター読み取りデータ通
信システムの機能図である。
図9Aは図８に示すデータ通信システムのWAN処理部分
のフロー図である。
図9Bは図８に示すデータ通信システムのメッセージ発
信部分のフロー図である。
図9Cは図８に示すデータ通信システムのRF処理部分の
フロー図である。
図9Dは図８に示すデータ通信システムのスケジューラ
部分のフロー図である。
図9Eは図８に示すデータ通信システムのデータ格納部
分のフロー図である。
好適な実施例の詳細な説明 電子式電気メーター 図１及び図２は、電子使用量を計測し、電気の質を監
視する、完全に一体化された独立型の電子式電気メータ
ー10を示す。メーター10は、単相及び３相の電源施設の
両方で動作可能である。メーター10はメーターの基部14
に取り付けられたトップカバー12を有する。メーターの
基部14から外側に延びて、装着フレーム16及び端子の組
18、20がある。メーター10は、端子18、20をソケットに
挿入し、メーターを所定の位置に固定するように装着フ
レームを連動させることにより簡単に既存のメーターソ
ケットに後付けされる。端子18、20は電源線とメーター
10間に接続を完了する。メーター10は更に、メーター読
み取り、設定、計測単位及び状態を表示するための液晶
ディスプレイ22を有する。トップカバー12はLCD22のた
めの長方形の開口部24を有する。長方形の透明なガラス
又はプラスチックがLCD22を見るために長方形開口部24
をカバーする。
図２に示すように、完全に電子式で、独立型の、モジ
ュールの電気メーター10はいくつかの電子部分組み立て
品を有する。その部分組み立て品は、電源変圧器32、変
流器34、電源／メーター回路基板36、インターフェース
管理ユニット回路基板38、RF送受信組み立て品40、LCD
組み立て品42、及び、狭帯域パーソナル通信サービス
（PCS）モジュール41と電力線キャリア（PLC）モジュー
ル43のような商用で使用可能なプラグインネットワーク
モジュールを有する。
全ての回路基板及びモジュールは、望みのデータ通信
ネットワークに依って回路基板及びモジュールの互換性
を可能にするモジュラー構造を提供する共通のバックプ
レーンもしくはバスシステム（図示はない）にプラグイ
ンされる。
電子式電気メーターの回路 図３は電気メーターの内部回路のブロック図である。
メーター10は、直接電源線から電源供給され、端子18、
20を通り、メーター回路に必要な直流電流を提供するた
めに電源変圧器32に入る。バックアップバッテリー44は
電源故障の場合のために備えてある。
端子18及び20を通る電気の流れは電圧インターフェー
ス変換器46及び電流インターフェース変換器48によって
検出される。変換器46及び48からの蓄積されたパルスの
合計は、変換器46及び48から受信した電気信号データを
解釈するメーターマイクロコントローラー50に入力され
る。処理された電気信号データは、計測マイクロコント
ローラー54への必要とされる入力とするために信号を調
整するためのレベル変換器52を通して送られる。計測マ
イクロコントローラー54は、メーターコントローラー50
から受信した電気信号に更なる計算処理をし、LCD22へ
の出力又は適切な通信ネットワークへの出力のための準
備をする。メーターマイクロコントローラー50は、SA96
03Bと称される南アフリカのSAMESから販売される集積回
路から構成され得る。計測マイクロコントローラー54は
SMCAA316F03との指定で購入できるSMOSチップである。
計測マイクロコントローラー54はまた、不正スイッチ
56及び電源線からメーターを切断する切断リレー57から
の入力を監視している。プログラムROM59は、電気使用
量を計算する時に重要となり得る顧客固有及びサイト固
有の変数を含む。メーター10は、電流幅０から200アン
ペアの幅で電源入力に対しておよそ0.2％の正確さを有
する。計測マイクロコントローラー54が計測できる他の
機能は、キロワットアワー使用量、電圧及び周波数計
測、エネルギーの方向、時間及びデータ報告、ロードプ
ロフィール及び故障報告である。電源／メーター回路基
板は計測マイクロコントローラー54、レベル変換器52、
メーターマイクロコントローラー50、バックアップバッ
テリ44、及び主電源32を有する。
電気メーター10は、コモディティ使用データ及び電源
品質情報を、ローカルエリアネットワーク（LAN）もし
くはワイドエリアネットワーク（WAN）を介して、ユー
ティリティに伝えることができる。電気メーター10内の
無線周波数（RF）通信セクションは、通信マイクロコン
トローラー及び拡散スペクトラムプロセッサチップ58及
びRF送受信機60から構成される。アンテナ62は、RF拡散
スペクトラム信号を送受信するためにRF変換器60に接続
される。
チップ58の通信マイクロプロセッサー部分は、遠隔に
置かれたゲートウェイノードからの有効な質問の信号が
あるかどうかを決定することを含む、電気メーター10に
おける無線周波数（RF）通信管理の全ての面に責任を持
つ。チップ58の通信マイクロコントローラー部分は、拡
散スペクトラムプロトコル及びRFチャネル化を制御する
ために、チップ58の拡散スペクトラムプロセッサ部分及
びRF送受信機60に制御情報を提供する。通信マイクロコ
ントローラー及び拡散スペクトラムプロセッサチップ58
は、SS105の名称でカリフォルニアのSiliconiansにより
販売される集積回路からなり得る。
拡散スペクトル通信技術は、通常は狭帯域情報信号
を、比較的広帯域の周波数上で拡散させるためにシーケ
ンシャルな雑音のような信号構造、例えば、擬似雑音
（PN）コードを使用する。この拡散スペクトラム通信技
術は、米国特許No.5,166,952及びそこに挙げられている
多くの文献を参照することにより更に理解できる。
以下で説明するように、拡散スペクトラム通信技術を
使用することは、直接拡散変調技術と共に使用された場
合、LANデータ通信システム20に、セキュリティ対策手
段を与える。この通信技術はまた、無線通信を司る政府
機関からの権利取得の必要を回避させる。
チップ58の拡散スペクトラムプロセッサー部分は、RF
送受信機60に与えられる通信マイクロコントローラーか
らのデータの拡散スペクトラム符号化と、RF送受信機か
らの拡散スペクトラムデータの復号化を行うように機能
する。拡散スペクトラム通信技術のより良い理解は、
“ゲートウエイノードの回路”のサブタイトルにおける
内容を読むことで得られる。RF送受信機60及び通信マイ
クロコントローラー及び拡散スペクトラムプロセッサチ
ップ58は、図２のインターフェース管理ユニットボード
38及びRFモジュール40の回路の一部である。
メーター10はまた、種々の異なる商用で使用可能なLA
N又はWAN通信装置に対応するプラグインインターフェー
スモジュールを含む。これらの通信デバイスは、直接に
電気メーター10からユーティリティサービスプロバイダ
への通信リンクを提供する。例えば、図３に示すよう
に、狭帯域パーソナル通信サービス（PCS）インターフ
ェースモジュール64、及び、電力線キャリア（PLC）イ
ンターフェース電源供給68により電源供給される電源線
キャリア（PLC）インターフェースモジュール66であ
る。これらの通信インターフェースモジュールは簡単に
電気メーター10内で簡単に交換できる。これらのモジュ
ールは、共通バックプレーンもしくはバスシステム（図
示はされていない）に沿って、計測マイクロコントロー
ラー54及びインターフェースマイクロコントローラー70
と通信する。
ネットワーク化された自動メーター読み取りデータ通信
システム 本発明の好ましい実施の形態によれば、図５及び図６
に示すように、電気メーター10はローカルエリアネット
ワーク（LAN）74を介して、ゲートウェイノード72と通
信し、ゲートウェイノード72はコモディティデータを電
気メーター10からユーティリティ76へ固定された電気通
信事業者のワイドエリアネットワーク（WAN）78を介し
て送信する。ゲートウェイノード72は、メーター10から
ユーティリティ76へエンドツーエンドの通信リンクを提
供する。そのデータ通信システムにおける第１のリンク
は、２方向900MHz拡散スペクトラムLAN74である。その
データ通信システムにおける第２のリンクは全ての商用
で使用可能な２方向電気通信事業者WAN78で設計でき
る。この実施の形態において、ゲートウェイノード72
は、電気メーター10の通信範囲内、約１マイル内になけ
ればならない。
替わりの実施の形態として、電気メーター10は、上述
のメーター10にインストールされるプリント回路基板組
み立て品を通して、直接のローカルエリア及びワイドエ
リアネットワークアクセスを提供する。
好ましい実施の形態のより詳細は図８及び9Aから9Eに
示される。図８は本発明のネットワーク化された自動メ
ーター読み取りデータ通信システムの機能フロー図であ
り、要素が機能ブロックとして示されている。図８のフ
ロー図は、ゲートウェイノード72の主要機能要素を含
み、それは、メッセージ発送部80、RF処理部82、WAN処
理部84、データ格納要素86、及びスケジューラ要素88を
含む。データ格納及びスケジュール要素は、ゲートウェ
イノードのメモリに予めプログラムされたデータからな
る。ゲートウェイノード72は電気メーター10と２方向無
線LAN74を介して接続される。ゲートウェイノード72は
また、据え付けの電気通信事業者WAN78を介してユーテ
ィリティサービスプロバイダ76と接続される。
図9Aは図８のWAN処理部84の詳細機能図である。典型
的な通信エピソードにおいて、ユーティリティ76は、WA
N78を介してデータストリームを送信することにより、
電気メーター10からのデータの要求を開始する。ゲート
ウェイノード72のWAN処理部84はWANデータストリームを
受け取り、WANメッセージを作成し、データ格納86から
送信者のユーティリティIDを確認し、そして、そのWAN
メッセージをゲートウェイノードにおけるメッセージ発
送部80にそのWANメッセージを送る。
ここで、図9Bを参照するに、メッセージ発送部80はWA
N処理部84からWANメッセージを受信し、ユーティリティ
76からの要求を決定する。メッセージ発送部80は、最後
の受信者又はターゲットが電気メーター10であることを
決定する。そして、メッセージ発信部80は、データ格納
部86からメーターIDを照合し、RFメッセージを生成し、
RFメッセージをRF処理部82に送信する。
図9Cを参照すると、RF処理部82はメッセージ発送部80
からRFメッセージを受信し、適切なRFチャネルを選択
し、RFメッセージをRFデータストリームに変換し、LAN7
4を介してそのRFデータストリームを電気メーター10に
送信し、応答を待つ。そして、電気メーター10は、LAN7
4を介してRFデータストリームをゲートウェイノード72
のRF処理部82に送信することにより応答する。RF処理部
82はそのRFデータストリームを受信し、RFデータストリ
ームからRFメッセージを生成し、そのRFメッセージをメ
ッセージ発送部80に送信する。図9Bに示すように、メッ
セージ発送部80はRFメッセージを受信し、データ格納部
86から応答のためのターゲットユーティリティを決定
し、WANメッセージを生成し、そのWANメッセージをWAN
処理部84に送信する。WAN処理部84はメッセージ発送部8
0からそのWANメッセージを受信し、そのWANメッセージ
をWANデータストリームに変換し、図9Aに示すように、
そのWANデータストリームを据え付けの電気通信事業者W
AN78を介してユーティリティ76に送信し、通信エピソー
ドを完了する。
通信エピソードはまた、図9Dに示すように、ゲートウ
ェイノードのスケジューラ88に予めプログラムされた設
定スケジュールによる読み取りによっても開始される。
スケジュール読み取り時間のリストは、ゲートウェイノ
ード72内のメモリに予めプログラムされる。スケジュー
ラー88は、スケジュールによる読み取りの時に定期的に
実行される。スケジュール読み取り時間になると、スケ
ジューラー88は、データ格納部86からメーター10の情報
を取得し、RFメッセージを生成し、そのRFメッセージを
RF処理部82に送信し、RFメッセージを受信し、適切なRF
チャネルを選択し、そのRFメッセージをRFデータストリ
ームに変換し、そのRFデータストリームを電気メーター
10に送信し、応答を待つ。そして、メーターは、RFデー
タストリームでRF処理部82に応答する。RF処理部82はRF
データストリームを受信し、そのRFデータストリームか
らRFメッセージを生成し、そのRFメッセージをメッセー
ジ発送部80に送信する。メッセージ発送部80はRFメッセ
ージを受信し、データ格納部86から応答のためのターゲ
ットユーティリティを決定し、WANメッセージを生成
し、そのWANメッセージをWAN処理部84に送信する。WAN
処理部84はそのWANメッセージを受信し、WANデータスト
リームに変換し、WANデータストリームをユーティリテ
ィ76に送信する。
場合によっては、ユーティリティ76は、ゲートウェイ
ノードのメモリに格納されたデータを要求し得る。この
場合、ユーティリティ76は、WANデータストリームをWAN
処理部84に送信することにより通信エピソードを開始す
る。WAN処理部84はWANデータストリームを受信し、WAN
メッセージを生成し、データ格納部86中の送信者のユー
ティリティIDを照合し、WANメッセージをメッセージ発
送部80に送信する。図9Bに示すように、メッセージ発送
部80はWANメッセージを受信し、ユーティリティ76から
の要求を決定する。そして、メッセージ発送部80はメッ
セージのターゲットを決定する。要求されたデータがゲ
ートウェイノード72のメモリに格納されている場合、ゲ
ートウェイノード72は要求されたタスクを実行し、要求
したユーティリティが応答のためのターゲットユーティ
リティであると判断し、WANメッセージを生成し、そのW
ANメッセージをWAN処理部84に送信する。WAN処理部84は
WANメッセージを受信し、WANメッセージをWANデータス
トリームに変換し、そのWANデータストリームをユーテ
ィリティ76に送信する。
通信エピソードの最後のタイプは、電気メーターによ
り開始されるものである。この場合、メーターはアラー
ム又は不正状態を検出し、RFデータストリームをゲート
ウェイノード72のRF処理部82に送信する。RF処理部82は
RFデータストリームを受信し、そのRFデータストリーム
からRFメッセージを生成し、そのRFメッセージをメッセ
ージ発送部80に送信する。メッセージ発送部80は、その
RFメッセージを受信し、データ格納部86から応答のため
のターゲットユーティリティを決定し、WANメッセージ
を生成し、そのWANメッセージをWAN処理部84に送信す
る。WAN処理部84はそのWANメッセージを受信し、WANデ
ータストリームに変換し、そのWANデータストリームを
ユーティリティ76に送信する。
よって、図８及び9AからＥに示す自動メーター読み取
りデータ通信システムにて実行され得る３つの異なるタ
イプの通信エピソードがあるのである。電気メーター10
に採用される自動メーター読み取り機能は、月使用量読
み取り、デマンド使用読み取り、故障検出及び報告、不
正発見及び通知、ロードプロファイリング、最初と最後
のメーター読み取り、仮想停止機能を含む。
図9Dは、ゲートウェイノードメモリに予めプログラム
された情報又はデータを示す。そのメモリには、インタ
ーフェース管理ユニットにより実行されるスケジュール
読み取り時間のリストが含まれる。これらの読み取り時
間は、月々の、又は週毎の使用量読み取り等に対応し得
るものである。
図9Eは、登録されたユーティリティ情報及び登録され
たインターフェース管理ユニット情報を扱うゲートウェ
イノードのメモリに格納されたデータ又は情報を示す。
このデータは、登録されたユーティリティのユーティリ
ティ識別番号、登録されたインターフェース管理ユニッ
トのインターフェース管理ユニット識別番号、及び、特
定のユーティリティと特定のインターフェース管理ユニ
ットのための他の情報を含み、そのため、ゲートウェイ
ノードは直接に希望のユーティリティ又は正しいインタ
ーフェース管理ユニットと通信し得る。
電子式電気メーター仮想停止機能 電気メーター10の仮想停止機能は、所有者の変更のよ
うなユーティリティサービスが一時的に停止される場合
の状況において使用される。住人がいなくなった場合、
その場所ではユーティリティの顕著な消費はないはずで
ある。不正使用を示す、いくらかでもメーターの動きが
ある場合、そのユーティリティは通知されなければなら
ない。電気メーター10の不正スイッチ56は、現在の閾値
を越える値のメーターの動きの警告及び報告の手段を提
供する。
仮想停止モードの活性化は、“仮想閾値設定”メッセ
ージを通じて達成され、電気メーターが超えないメータ
ー値として定義される。閾値をどこに設定したらよいか
を知るためには、現在のメーター値を知る必要がある。
ゲートウェイノードは、そのメーター値を読み、適当な
オフセットを加え“仮想停止設定”メッセージとして電
気メーターに結果を送らなければならない。そして、電
気メーターは、仮想停止機能を有効化する。電気メータ
ーはメーター値を蓄積する。メーター値が現在の閾値よ
りも大きい場合、“エラーコードクリア”メッセージが
応答としてゲートウェイノードから発出されるまで、電
気メーターは“アラーム送信”メッセージをゲートウェ
イノードに送る。しかしながら、メーター値が現在の閾
値より小さい場合、電気メーターはメーター値を監視し
続ける。仮想停止機能は、ゲートウェイノードからの
“エラーコードクリア”メッセージによっていつでも解
除され得る。
メーターにおけるメーター値が、所定のサンプリング
時間において現在の閾値を超えない場合、そのメーター
は、現在の閾値に到達するか、仮想停止モードが解除さ
れるまで、計測を続ける。
ゲートウェイノード ゲートウェイノード72は図４に示されている。ゲート
ウェイノード72は典型的には、LAN74とWAN78間の通信ノ
ードとして動作するように電柱の頂上又は他の高い場所
に位置する。それは従ってLANからWANへのコネクション
として機能する。ゲートウェイノード72は、そのRF通信
リンク上でデータを送受信するためのアンテナ90と、ゲ
ートウェイノード72に電力供給するための電力線を接続
するための電力線キャリアコネクタ92を含む。ゲートウ
ェイノード72はまた太陽から電力を供給されることがで
きる。そのコンパクトなデザインによって、どのような
既存のユーティリティポールにも、又は同様な状態の高
い場所にも簡単に設置することができる。ゲートウェイ
ノード72は、メーター10からユーティリティ76へのエン
ドツーエンドの通信を提供する。ワイヤレスゲートウェ
イノード72は、２方向900MHz拡散スペクトラムLAN74を
介して電気メーター10と接続する。また、ゲートウェイ
ノード72は、コモディティ使用と電源品質情報をユーテ
ィリティと通信するために、いかなる商用で使用可能な
WAN78とも接続し、適合する。ゲートウェイノード72は
種々のデータ報告要求を満足させるために現場プログラ
ム可能である。
ゲートウェイノード72は、ユーティリティからデータ
要求を受信し、メーターに応答させ、状態データととも
にコモディティ使用量データをWAN78を介してユーティ
リティ76に転送する。ゲートウェイノード72は、それが
責任を持つ、ある予め定められたメーターとデータを交
換し、それらのメーターからの信号を“聞く”。ゲート
ウェイノード72は長時間にわたるデータを格納せず、従
ってセキュリティリスクを最小としている。ゲートウェ
イノードのRF通信範囲は典型的には１マイルである。
２方向ページャー、セルラー電話、従来の電話、狭帯
域パーソナル通信サービス（PCS）、セルラーディジタ
ルパケットデータ（CDPD）システム、及び衛星に関して
使用されているような幅広い種類の据え付けワイドエリ
アネットワーク（WAN）通信システムはゲートウェイノ
ードとユーティリティ間のデータ通信を行なうために使
用され得る。そのデータ通信システムは、メーターとゲ
ートウェイノード間の通信を行なうためチャネル化され
た直接拡散の拡散スペクトラム伝送を利用する。
ゲートウェイノードの回路 図７はゲートウェイノード回路のブロック図である。
ゲートウェイノード72のRF送受信機セクション94は電気
メーター10のRF送受信機セクション60及びそのメーター
のある部分と同一である。ある部分とは、図７により詳
しく示すように、拡散スペクトラムプロセッサ及び周波
数合成器等である。ゲートウェイノード72は、２方向ペ
ージャー、電力線キャリア（PLC）、衛星、セルラ電
話、ファイバオプティクス、セルラデジタルパケットデ
ータ（CDPD）システム、パーソナル通信サービス（PC
S）もしくは他の商用で使用可能な据え付けワイドエリ
アネットワーク（WAN）システムの電気回路を取り入れ
得るWANインターフェースモジュール96を含む。WANイン
ターフェースモジュール96と初期化マイクロコントロー
ラー98の構造は、望ましいWANインターフェースに依っ
て変わり得る。RFチャネル選択は、初期化マイクロコン
トローラー98と直接に接続するRFチャネル選択バス100
を化して達成される。
初期化マイクロコントローラー98は、拡散スペクトラ
ムプロセッサー102のプログラミング、RF送受信機94の
周波数合成器104におけるRFチャネル選択、送信／受信
スイッチング、及びWANインターフェースモジュール96
における捕捉失敗を含む全てのノード機能を制御する。
電源投入すると、初期化マイクロコントローラー98
は、拡散スペクトラムプロセッサー102の内部インター
フェースをプログラムし、電気メーター10からRFチャネ
ル選択を読み、そして、メーター10により選択されたチ
ャネルに対応する周波数の通信のためにシステムを設定
する。
送信及び受信で用いられるRFチャネルの選択は、初期
化マイクロコントローラー98へのRFチャネル選択バス10
0を介して達成される。有効なチャネル番号は０から23
の範囲にある。誤ったチャネルスイッチングを引き起こ
す、初期化マイクロコントローラー98への入力でのノイ
ズの可能性を最小にするために、その入力はソフトウェ
アによりデバウンスされる。チャネル選択データは、初
期化マイクロコントローラー98が受け入れてチャネル変
更を開始する前に、およそ250μｓの間、初期化マイク
ロコントローラー98への入力において存在して安定して
いなければならない。チャネル変更が開始された後、RF
送受信機94の周波数合成器104がプログラミングデータ
を受信し、周波数合成器の発振器がその変更された周波
数に落ち着くまでに600μｓかかる。チャネル選択は、
ゲートウェイノード72が受信モードの間にのみ完了し得
る。RFチャネル選択線が、送信モードの間に変更される
場合、その変更は、ゲートウェイノードが受信モードに
戻った後でなければ有効でない。
一度初期パラメーターが確立されると、初期化マイク
ロコントローラー98はその監視機能を開始する。ゲート
ウェイノード72が受信モードに有る場合、初期化マイク
ロコントローラー98は継続的にRFチャネル選択バス100
を監視して、チャネル変更がインプリメントされたかを
決定する。
データを受信するために、ゲートウェイノード72はイ
ンターフェース管理ユニット22を監視し、データがある
かどうかを決定する。いくらかの追加のハンドシェーク
のハードウェアが、拡散スペクトラム信号の存在を認識
するために、必要とされ得る。
アラームメッセージは、電源故障のような、不正又は
アラーム状態の場合に電気メーター10により自動的に送
信される。そのメッセージはエラーがクリアされるまで
定期的に送信される。ゲートウェイノード72は、何バイ
トのデータを見ようとしているかを知らなければなら
ず、それらが入ってきたらそれらを数えなければならな
い。適切な数のバイトが受信されると、受信は完了とさ
れ、メッセージは処理される。予期していた数の受信バ
イト数からいくらかでもはずれると、それは誤メッセー
ジとされ得る。
ゲートウェイノード72の送信モードの間、初期化マイ
クロコントローラー98は、アイドル状態、スタートビッ
ト及びストップビットを検出するためにデータ線を監視
する。これは、WANインターフェースモジュール96の故
障が起こった場合に、ゲートウェイノード72が継続的に
意味の無い情報を送信することを防止し、また、タイム
リーに送信を終了しない誤った付随のエッジデータが送
られることを防止するために行われる。初期化マイクロ
コントローラー98は、通信が開始されたときにデータ線
が無効なアイドル状態に無い限り、RF送受信機94のRF送
信機106を有効にしない。
ゲートウェイノード72が送信モードに有る場合の初期
化マイクロコントローラー98の第２の番犬機能は、送信
されるシリアルデータストリームにおける有効なスター
ト及びストップビットをテストすることである。これに
より、データが正しく読まれたことを確認できる。第１
のスタートビットは、アイドルステージに入った後の、
シリアルデータの第１の立下り端と定義される。その通
信エピソードの間の全ての更なるタイミングは、そのス
タートビットから参照される。ストップビットの場所の
タイミングは、その特定のデータのバイトのための、ス
タートビットの立ち上がり端から計測される。初期化マ
イクロコントローラー98は、そのスタートビットエッジ
から9.5ビット時間の間隔を計測し、ストップビットを
探す。同様にして、１ビット間隔のタイマーは、次のス
タートビットを探すために、その9.5ビットポイントか
ら開始される。次のスタートビットが、9.5ビットタイ
ムメーカーの１ビットタイム内でそれ自身をアクティブ
にしない場合、失敗が宣言される。失敗状態への応答は
RF送信機106を動作しない状態にすることである。
電気メーター10への通信及び電気メーター10からの通
信は、予め選択された帯域、例えば902から928MHzにお
ける予め選択された個数のチャネル、例えば24チャネル
の中の１つの中で実行され得る。電気メーター10は、送
受信動作で同一の１つのRFチャネル上でデータを受信
し、応答を送信する。以下で説明するように、通信で使
用される特定のRFチャネルは、ユニットの設定（commis
sioning）及びインストールの間に選択され、メモリに
ロードされる。２つ又はそれ以上のインターフェース管
理ユニットが同一の質問信号に応答することを避けるた
めに、RFチャネルは、他の隣り合ったインターフェース
管理ユニットの運用チャネルとは異なるように選択され
る。
周波数合成器104は、拡散スペクトラムプロセッサ60
により供給された拡散スペクトラムデータの、搬送信号
への変調及び復調を実行し、搬送信号からのそのような
データへの復調を行う。RF送受信機は、別々の送信機10
6及び受信機108セクションを有し、その２つのセクショ
ンにより共有される周波数合成器104から信号を供給さ
れる。
拡散スペクトラムプロセッサの、周波数合成器への出
力は、導線における2.4576MHzの参照周波数信号及び導
線におけるPN符号化ベースバンド信号からなる。周波数
合成器は、ナショナルセミコンダクターのLMX2332Aデュ
アル周波数合成器で構成され得る。
周波数合成器で採用される直接拡散変調技術は、ベー
スバンド信号を変調するために高速度バイナリコード
（PNコード）を使用している。結果としての拡散信号
は、送信機のRF搬送信号を変調するために使用される。
拡散コードは、チップと呼ばれるビットの固定長PNシー
ケンスであり、絶えずリサイクルされる。そのシーケン
スの擬似ランダムの性質により、望ましい信号拡散がで
き、固定長シーケンスであることにより、信号の回復の
ために受信機においてコードが複製され得る。従って、
直接拡散において、ベースバンド信号はPNコード拡散機
能によって変調され、搬送波は広帯域信号を生成するた
めに変調される。
信頼性の高い通信、無線スペクトラムの効率的な使用
を行ない、要素数と電力消費を低く抑えるために、最小
位相変調（MSK）が使用される。周波数合成器72により
実行される変調は、毎秒819.2Kチップのチップ速度の最
小位相変調（MSK）であり、6dBの瞬間帯域670.5KHzの伝
送を実現する。
この拡散スペクトラム通信技術の受信帯域は、最低帯
域900KHzで通常は1MHzである。合成器の周波数解像度は
0.2048−MHzであり、帯域を最小1.024Mz間隔で24チャネ
ルにチャネル化するために使用される。この周波数チャ
ネル化は、将来の拡大、このデータ通信システムに関連
する進歩した機能を提供するとともに、インターフェー
ス管理ユニット間の干渉を一般的な通信の範囲内で最小
化するために使用される。
システムにおけるRFに関する発振器の周波数制御は、
周波数合成器の中の２重の位相同期ループ回路（PLL）
により供給される。その位相同期ループ回路（PLL）
は、図７に示すシリアルプログラミング制御バスを介し
て通信マイクロコントローラーにより制御されプログラ
ムされる。周波数合成器は２つのRF信号を生成し、それ
ら２つのRF信号は種々の組み合わせで混合され、伝送搬
送波を生成し、入力RF信号を復調する。その伝送搬送波
は、782から807MHzの範囲の周波数に基き、復調信号は
導線104で供給される792から817MHzの範囲の周波数に基
く。これらの信号は、RF送信及びRF受信ローカル発信信
号と呼ばれ得る。
次の表Ｉは伝送チャネル周波数、及び関連する周波数
合成器の送信／受信出力の要約である。表中の信号は２
重周波数合成器の中の２つのPLLセクションによって提
供される。
120.4224MHzに固定された第３の信号はまた、その２
重周波数合成器により供給される。この信号は、導線10
6に供給され、中間周波数（IF）ローカル発信信号と称
され得る。
伝送モードにおいて、周波数合成器104は、782から80
7MHzの範囲の周波数を有し、送信されるデータが変調さ
れた信号を供給する。RF送信機セクション106は、信号
を固定周波数IFローカル発信信号と混合する。このこと
は、902MHzから928MHzの間の範囲のRF信号をもたらす。
その信号はフィルタ処理されて、高調波及び帯域外の信
号が減らされ、増幅され、アンテナスイッチ110及びア
ンテナ112に供給される。
これまでに述べたものの他に、他の同等のもの、代替
品及び変更品が添付のクレームの範囲内で可能であるこ
とが認められる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドレセルヒュイズ，ドン アール アメリカ合衆国，ウィスコンシン州 53211，ショアウッド，ノース・レイ ク・ドライヴ 3565 (56)参考文献 特開 平５−227174（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−135543（ＪＰ，Ａ) 米国特許5432507（ＵＳ，Ａ) 米国特許5553094（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01R 11/00 - 11/66 G01R 21/00 - 22/00 130 H04Q 9/00 311 G08C 15/00

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電子式電気メーターにおいて、 コモディティ使用量を計測し及び電源品質を監視する電
    子式変換器と、 該電子式変換器と接続され、前記コモディティ使用デー
    タ及び前記電源品質情報を変換するメーターマイクロコ
    ントローラーと、 該メーターマイクロコントローラーと接続され、前記コ
    モディティ使用データ及び前記電源品質情報を処理する
    計測マイクロコントローラーと、 該計測マイクロコントローラーと接続し、コモディティ
    使用データと電源品質情報をローカルエリアネットワー
    ク（LAN）を介して前記メーターから遠隔のゲートウェ
    イノードに送信し、該遠隔のゲートウェイノードからデ
    ータ要求を該ローカルエリアネットワーク（LAN）を介
    して受信する２方向ワイヤレス送受信機と、 該電気メーターがコモディティ使用データと電源品質情
    報をWAN又はLANを介して選択的に送信できるように、該
    計測マイクロコントローラーと接続し、コモディティ使
    用データと電源品質情報をワイドエリアネットワーク
    （WAN）を介して前記メーターからユーティリティサー
    ビスプロバイダに送信し、該ワイドエリアネットワーク
    （WAN）を介して該ユーティリティサービスプロバイダ
    からデータ要求を受信する少なくとも１つの通信ネット
    ワークモジュールとを有する電子式電気メーター。
  2. 【請求項２】前記通信ネットワークモジュールは前記メ
    ーターから取り外し可能であり、他の通信ネットワーク
    モジュールと互換性がある請求項１に記載の電気メータ
    ー。
  3. 【請求項３】前記通信ネットワークモジュールは狭帯域
    パーソナル通信サービス（PCS）モジュールである請求
    項２に記載の電気メーター。
  4. 【請求項４】前記通信ネットワークモジュールは電源線
    キャリア（PLC）モジュールである請求項２に記載の電
    気メーター。
  5. 【請求項５】電子式電気メーターにおいて、 コモディティ使用を計測し及び電源品質を監視する電子
    式変換器と、 該電子式変換器と接続され、ユーティリティサービスプ
    ロバイダに送るために前記コモディティ使用データ及び
    前記電源品質情報を処理する計測マイクロコントローラ
    ーと、 該計測マイクロコントローラーと接続し、コモディティ
    使用データをローカルエリアネットワーク（LAM）を介
    して前記メーターから送信し、遠隔の通信ノードからデ
    ータ要求を受信する２方向ワイヤレス送受信機と、 該電気メーターがコモディティ使用データと電源品質情
    報をWAN又はLANを介して選択的に送信できるように、該
    計測マイクロコントローラーと接続し、コモディティ使
    用データと電源品質情報をワイドエリアネットワーク
    （WAN）を介して前記メーターからユーティリティサー
    ビスプロバイダに送信し、該ワイドエリアネットワーク
    （WAN）を介して該ユーティリティサービスプロバイダ
    からデータ要求を受信する少なくとも１つのネットワー
    クインターフェースモジュールとを有する電子式電気メ
    ーター。
  6. 【請求項６】前記通信ネットワークモジュールは前記メ
    ーターから取り外し可能であり、他の通信ネットワーク
    モジュールと交換可能である請求項５に記載の電気メー
    ター。
  7. 【請求項７】前記通信ネットワークモジュールは、狭帯
    域パーソナル通信サービス（PCS）モジュールである請
    求項６に記載の電気メーター。
  8. 【請求項８】前記通信ネットワークモジュールは電力線
    キャリア（PLC）モジュールである請求項５に記載の電
    気メーター。
  9. 【請求項９】前記電気メーターが複数のメーターからの
    コモディティ使用データをユーティリティサービスプロ
    バイダに送信するように、前記２方向ワイヤレス送受信
    機はワイヤレス送受信機を含む他のメーターからのコモ
    ディティ使用データを選択的に受信する請求項１に記載
    の電子式電気メーター。
  10. 【請求項１０】前記電気メータは、ワイドエリアネット
    ワーク（WAN）を介してコモディティ使用データをユー
    ティリティサービスプロバイダに送信する請求項９に記
    載の電子式電気メーター。
  11. 【請求項１１】前記計測マイクロコントローラーは、コ
    モディティ使用データと電源品質情報をローカルエリア
    ネットワーク（LAN）又はワイドエリアネットワーク（W
    AN）を介して選択的に送信するように動作可能である請
    求項１に記載の電子式電気メーター。
  12. 【請求項１２】前記電気メーターが複数のメーターから
    のコモディティ使用データをユーティリティサービスプ
    ロバイダに送信するように、前記２方向ワイヤレス送受
    信機はワイヤレス送受信機を含む他のメーターからのコ
    モディティ使用データを選択的に受信する請求項５に記
    載の電子式電気メーター。
  13. 【請求項１３】前記電気メータは、ワイドエリアネット
    ワーク（WAN）を介してコモディティ使用データをユー
    ティリティサービスプロバイダに送信する請求項12に記
    載の電子式電気メーター。
  14. 【請求項１４】前記計測マイクロコントローラーは、コ
    モディティ使用データと電源品質情報をローカルエリア
    ネットワーク（LAN）又はワイドエリアネットワーク（W
    AN）を介して選択的に送信するように動作可能である請
    求項５に記載の電子式電気メーター。
  15. 【請求項１５】電子式電気メーターにおいて、 コモディティ使用量を計測し及び電源品質を監視する電
    子式変換器と、 該電子式変換器と接続され、前記コモディティ使用デー
    タ及び前記電源品質情報を変換するメーターマイクロコ
    ントローラーと、 該メーターマイクロコントローラーと接続され、前記コ
    モディティ使用データ及び前記電源品質情報を処理する
    計測マイクロコントローラーと、 該計測マイクロコントローラーと接続し、コモディティ
    使用データと電源品質情報をローカルエリアネットワー
    ク（LAM）を介して前記メーターからユーティリティサ
    ービスプロバイダに送信し、該ユーティリティサービス
    プロバイダからデータを該ローカルエリアネットワーク
    （LAN）を介して受信する２方向ワイヤレス要求送受信
    機とを有し、 前記計測マイクロコントローラーは、前記ユーティリテ
    ィサービスプロバイダから停止信号を受信するように動
    作可能であり、前記ワイヤレス送受信機は、該停止信号
    を受信した後、計測されたコモディティ使用量を検出す
    ると、アラーム信号を生成する電子式電気メーター。
  16. 【請求項１６】前記計測マイクロコントローラーと接続
    し、コモディティ使用データと電源品質情報をワイドエ
    リアネットワーク（WAN）を介して前記メーターからユ
    ーティリティサービスプロバイダに選択的に送信し、該
    ワイドエリアネットワーク（WAN）を介して該ユーティ
    リティサービスプロバイダからデータ要求を受信する少
    なくとも１つの通信ネットワークモジュールを更に有
    し、該通信ネットワークモジュールは、前記アラーム信
    号を該ユーティリティサービスプロバイダに送信する請
    求項15に記載の電子式電気メーター。
  17. 【請求項１７】前記電気メーターと電源供給との間に切
    断リレーを有し、 該切断リレーは開放位置と閉鎖位置の間で動作可能であ
    り、該切断リレーは、開放のときは該電気メーターを電
    源供給から切断し、前記停止信号を受信した後、前記ア
    ラーム信号を生成すると開放になる請求項15に記載の電
    子式電気メーター。
  18. 【請求項１８】前記電子式変換器は、コモディティ使用
    量を検出するための電流変換器と電圧変換器とを含む請
    求項15に記載の電気メーター。
  19. 【請求項１９】前記２方向ワイヤレス送受信機は、通信
    マイクロコントローラに接続された拡散スペクトラムプ
    ロセッサと、該拡散スペクトラムプロセッサと通信マイ
    クロコントローラに接続されたRF送受信機を有し、 該拡散スペクトラムプロセッサは、前記電気メーターが
    拡散スペクトラム通信技術を使用してデータを送受信す
    ることを可能とし、 該RF送受信機は、コモディティ使用データを該電気メー
    ターから送信し、ゲートウェイノードから質問信号を受
    信する請求項15に記載の電気メーター。
  20. 【請求項２０】前記電気メーターはプログラム可能であ
    る請求項15に記載の電気メーター。
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