JP4170222B2 - 家庭用電気機器ネットワーク - Google Patents
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Description
[技術分野]
本発明は、包括的にはAC電力線に接続された装置に関し、特に、無線電話装置、インターネット装置、および家庭用電気機器の間での情報の通信に関する。
【0002】
[背景技術]
AC電力線に接続された装置との情報の通信に大きな関心が集まっている。より具体的には、ユーザは、家庭用電気機器を遠隔地から制御し検知したいと思っている。現在、コンピュータ信号、テレビジョン信号、および電話信号をAC電力線で送受信することが可能である。将来、ユーザは、家から離れている間に、サーモスタット、冷蔵庫、レンジ台、証明器具、冷暖房システム等も監視および制御できるようになることを望むようになろう。
【0003】
かかる構成では、1つまたは複数の家庭用電気機器、たとえば、PC、テレビジョン、電話、ステレオは、電力を受け取るためにAC電力線に接続されるとともに、電力線搬送通信(PLC)アダプタを使用して、情報信号を送受信することができる。PLCアダプタを電気機器に埋め込んで、AC電力線から情報信号を抽出することができる。
【0004】
電力線搬送通信ネットワークについて記載する大半の従来技術の文献は、主に、電力線搬送通信(PLC)プロトコルの物理層仕様に関係するものである。たとえば、当業界では、変調器、復調器、変換器、フィルタ、信号検出器、同期装置等に焦点があてられてきた。
【0005】
加えて、大部分の従来技術によるシステムでは、同様の装置間、または特定の分類の装置に対して、たとえば電話間でのみ、オーディオモニタ間でのみ、NTSC式装置に対してのみ等の通信しかできない。
【0006】
1998年7月7日付けでPatel他に付与された米国特許第5,777,545号「Remote control apparatus for power line communications system」は、パルスコード変調を使用する電力線搬送通信システム向けの遠隔制御装置を記載する。
【0007】
1998年9月8日付けでPatel他に付与された米国特許第5,805,053号「Appliance adapted for power line communications」は、電力線を介して互いに情報を送受信する電気機器を記載する。この構成では、変圧器、バンドパスフィルタ、増幅器、および整形器を用いる。
【0008】
2000年7月4日付けでClarey他に付与された米国特許第6,084,758号「Power distribution system with circuit breakers remotely resettable by signals transmitted over the power lines(回路遮断器を電力線を介して遠隔場所より再閉路できる配電システム)」は、負荷センターにある回路遮断器が、X10またはCEバスシステム等の電力線通信システムを使用して再閉路することによって遠隔場所からリセットされる配電システムを記載する。リセット信号を発生する遠隔マスターユニットが、好ましくは影響を受ける負荷センターから離れたアクセス可能な場所にプラグ接続することによって、影響を受けない分岐回路に接続される。再閉路は、マスターユニットによって個々にまたはグローバルにアドレスすることができる。
【0009】
2001年4月17日付けでAsghar他に付与された米国特許第6,218,931号「Home-appliance network with nodes identified by direct-sequence spreading codes」は、住宅用電気機器を符号分割多元接続(CDMA)に接続して、電気機器制御信号および状態信号を伝達するネットワークインタフェースを記載する。拡散コード発生器がコードを発生し、拡散ミキサ(spread mixer)が狭帯域伝送信号を拡散コードで変調し、次いでネットワークの物理媒体に結合される。
【0010】
2001年6月12日付けでBullock他に付与された米国特許第6,246,868号「Conversion and distribution of incoming wireless telephone signals using the power line(電力線を利用した着信無線電話信号の変換および分配)」は、ビル、オフィス、複合ビルにおける1つまたは複数の電話通信装置に接続される交流電力線を介して無線信号の受信、変換、および分配を行うシステムを記載する。このシステムは、PCS、セルラおよび/または衛星通信信号の受信を提供するとともに、標準の汎用電話機器に対するインタフェースを提供する。電力線搬送波チャネルを利用することにより、標準の電話配線から離れた場所にある電話機器にアクセスすることができる。また、かかる受信無線信号を電力線上に分配することによって、複数の電話装置で分配信号を受信することができる。加えて、このシステムでは、既存の電話を用いて無線通信装置上および無線通信措置との通信が可能になる。制約として、このシステムは、電話通信信号の分配にしか関係せず、電話以外の様々な家庭用電気機器の制御および通信という一般問題、および電気機器についての状態情報取得という問題に対処していない。
【0011】
2001年9月11日付けでHoctor他に付与された米国特許第6,288,632号「Apparatus and method for power line communication (PLC)」は、電力線を介し情報を通信するための信号を同報通信するトランスミッタを提供する。信号は上位セットを含み、上位セットはトーンセットを含む。具体的に、トーンセットの信号は、高調波間隔(harmonic interval)内で主ローブを示すスペクトル形状を特徴とする。異なるトーンセットそれぞれに主ローブがある。
【0012】
最近、IBMが、OSGI(オープンサービスゲートウェイイニシアティブ)に完全に準拠するように設計された、Service Management Framework(商標)と呼ばれるソフトウェアツールキットについて記載した。OSGI仕様は、家庭用電気機器およびセットトップボックスからゲーム機および医療装置まであらゆるものを含む「スマートデバイス」をインターネットに接続するオープン業界標準である。このため、接続された装置を遠隔地から操作することができる。不都合なことに、このツールキットは、電力線にしか接続されない装置の一般問題に対処していない。
【0013】
したがって、遠隔地にいるユーザが、電力線ネットワークへの電気接続しかない様々な装置と通信し、それを制御できるようにするシステム、方法、およびネットワークが必要である。
【0014】
[発明の開示]
ネットワークにより、遠隔地にいるユーザが、電力線ネットワークへの電気接続しかない様々な装置と通信し、それを制御することができる。ハイブリッドネットワークでは、異なるネットワークドメイン間の通信は、適当なメッセージマッピングが行われる場合にしか利用することができない。メッセージマッピングにより、結果として、種々のネットワークを識別するプロトコルの指定に基づいて、正しいフレーム変換の判定につながる。本発明は、ユーザによりリモートアクセス装置に入力されるアプリケーションレベルの情報と、関連する物理層電力線搬送通信フレームとの間の双方向変換を行う方法を含む。
【0015】
[発明を実施する最良の形態]
ネットワークアーキテクチャ
図1は、本発明による家庭用電気機器ネットワーク100を示す。ネットワーク100の主な目的は、ユーザがリモートアクセス装置を使用して家庭用電気機器を制御するとともに、家庭用電気機器と情報を交換できるようにすることである。電力線搬送通信インタフェース(PLCI)120が、本発明による家庭用電気機器ネットワーク100を含む、少なくとも2つの別個の異なるサブネットワーク:ローカルAC電力線ネットワーク(PLN)103と電話通信網101、またはローカルAC電力線ネットワーク103と広域異質通信ネットワーク102、たとえばインターネットを統合する。電話網101は、従来のアナログ電話回線サービス(POTS)ならびにリモートアクセス装置111、たとえばセルラ電話を含むことができる。インターネット102の構造および動作は既知である。インターネットは、世界規模ベースでアクセス可能なことがわかる。家庭104用のAC電力線ネットワーク(PLN)103もまた十分に理解されている。家庭用電気機器131〜134は、PLN103に接続される。
【0016】
以下、「家庭用電気機器」なる用語は、AC PLN103に接続するとともに、デバイスアダプタ140を含む任意の電力線搬送通信装置(PLCD)を広く指すために使用する。デバイスアダプタ140は、PLNフレームを使用してPLN103上で情報を受信(141)および送信(142)するように構成され、これについてはさらに詳細に後述する。本発明の特徴として、PLCDに必要な唯一の電気接続はPLN103への接続であり、テレビジョン等、装置によっては、他の接続、たとえばケーブルTV網接続も有する場合があるが、本発明は、かかる他の電気接続に関係しないことを理解されたい。
【0017】
PLCI120は、電力線ネットワークアダプタ(PLNA)126、トーン−電力線搬送通信(PLC)フレームマッピングユニット(TMU)122、およびプレゼンテーションページサーバ(PPS)124を含む。システムは、家庭にいるユーザがアクセスするグラフィカルユーザインタフェース129および外部プログラミング機能性とともに、電力線通搬送通信アダプタPLCA128も含む。
【0018】
図1に示すように、すべてのネットワーク要素は、PLCA128を介して接続される。PLCI120は、TMU122とPLNA126との間、およびPPS124とPLNA126との間のネットワークブリッジとして機能する。PLCA128は、リモートアクセス装置111と同じ機能を行うこともできるため、I/Oインタフェース129も含む。たとえば、システム100のユーザは、家庭104にいながら、電気機器の属性をセットし検知することができる。
【0019】
電力線搬送通信フレーム
TMU122は、ユーザがリモートアクセス装置111に入力するトーン周波数および音声コマンドと、図2および図3に示すPLCフレーム200との間の変換を行う。PLCフレームは、PLN103の物理的特性から独立しているため、ネットワーク100のアプリケーション層と互換性があると考えることができる。PLNA128は、PLCフレーム200を後述するPLNフレーム310にマッピングすることができる。PLNフレームは、PLN103の物理層に依存する。
【0020】
本発明による各アプリケーション層PLCフレーム200は、後述の認証コードフィールド201を含み、これはESNまたは個人ユーザIDであることができる。アクションフィールド210では、PLCフレームが2つのタイプ:ネットワーク103に接続されたPLC装置から装置値を読み出すフレーム、およびネットワーク103内のPLC装置に値を書き込むフレーム、に分類される。たとえば、電話キーパッド上の「1」への入力は「読み出し」アクション211にマッピングされ、「2」の入力は「書き込み」アクション212にマッピングされる。
【0021】
装置IDフィールド(Z)220は、PLCネットワーク103に接続されている家庭用電気機器131〜134のうちの特定の1つを選択する。各クラスのPLC装置131〜134:ランプ、テレビジョン、温度調節器、セキュリティ装置等は、オン/オフ状態、サーモスタット設定、タイマ設定等、関連する属性のセットを有する。家庭104には、同じPLC装置、たとえば電子レンジがいくつかの場所に何台かある場合がある。このため、かかる装置を互いに独立して制御するために、ロケーションID(P)をフィールド230に入力することができる。オブジェクト属性フィールド(Q)240は、読み出すかまたは書き込むべき特定装置の属性を指定し、属性値フィールド(R)250は、読み出すかまたは書き込むべき値、たとえば78(度)を含む。
【0022】
電力線ネットワークフレーム
図3に示すように、PLCA128は、PLCフレーム200をPLNフレーム310に変換する。各読み出しまたは書き込みアクションは、PLNフレーム310のサービスコードフィールド(SC)311に挿入する。PLNフレーム300は、ソースID312、デスティネーションID313、バイトカウンタ(BC)314、オブジェクト属性コード(OPC)315、およびアクションが書き込みアクションの場合に装置に書き込む値(ペイロード)316も含む。フレームサイズは、アクションおよび書き込むかまたは読み出すデータ値に応じて可変であるため、バイトカウントフィールド314がある。FCC317フィールドは、順方向誤り修正コードを提供する。
【0023】
PLNA126は、PLN103上でPLNフレームを同報通信し、PLCD131〜134のうちの関連するものからの応答を待つ。PLCI120がPLCA128を含まない場合、フレーム変換機能性300は、TMU122および/またはPLNA126によって行うことができる。通信がインターネット102を介するものである場合、フレーム変換機能性300は、PPS124および/またはPLNA126によって行うか、あるいはすべてPPS124内で完了することができる。TMUおよびPPSの機能性をリモートアクセス装置111に移すことも可能である。このような場合、リモートアクセス装置111にて利用可能なメニューから適当に選択することで、リモートアクセス装置111上でフレームが生成され、PLN310に変換され、次いでPLNフレームがPLNA126に送信される。
【0024】
ネットワークプロトコル
電話網101は、シグナリング目的のためのデュアルトーンマルチフリーケンシ(DTMF)信号(タッチトーン)およびチャネル112上の搬送波プロトコルのためのCDMAを含む任意の標準プロトコルを使用することができる。PLNA126とPLCA128との間のライン114には、RS−232または赤外線シグナリングを用いることができる。ライン132上のプロトコルは、さらに詳細に後述する電力線搬送通信プロトコル(PLCP)を使用する。
【0025】
PLCPでは、PLNA126が、フレーム310をPLN103に送信し、フレームを送信した装置131〜134からの応答および結果を待つ。応答情報は、PLC装置からPLNA126に返送される肯定応答(ACK)パケットである。PLNAが、指定された時間間隔、たとえば数ミリ秒以内にPLC装置131〜134からACKパケットを受信しない場合には、否定応答であると考えられる。同じフレームをPLNAからPLC装置に数回、またはACKを装置かから受信するまで、送信する必要がある場合がある。ACKパケットの後、PLC装置は、「結果フレーム」である第2のフレームを送信する。「結果フレーム」は、「読み出し」アクションによって戻される値を含む。
【0026】
ネットワークオペレーション
ネットワーク100の動作中、ユーザは、家庭用電気機器131〜134とデータを交換することができる。交換されるデータとしては、状態情報、電気機器設定、およびコマンドが挙げられる。状態および設定情報としては、たとえば、温度示度およびサーモスタット設定を挙げることができる。他の状態情報としては、オン/オフ状態およびタイマ情報、ならびに特定の電気機器をオン/オフするコマンドおよび記録機能を開始するコマンド等を挙げることができる。
【0027】
ユーザ認証
ユーザは、PLCI120に関連付けられる家の電話番号に電話をかけることによって動作を開始することができる。接続は、ユーザ認証が成功した場合にのみ確立される。携帯電話網では、ユーザ認証は、偽造携帯ID(MIN:counterfeit mobile identification)および電子シリアルナンバー(ESN)情報が不法にプログラムされた電話によるネットワーク101への不正アクセスを阻止するために使用される機能セットに関連する。携帯電話111およびネットワーク101が、セル電話およびネットワーク101の双方において独立して行われる計算について同一の結果を有すると実証できる場合に、認証が成功する。リモートアクセス装置111がセルラ電話ではない場合には、TMUまたはPLCAに格納されている所定の登録された個人ユーザIDを用いてのログインに基づいて認証することができる。ESNまたはユーザ識別は、TMUまたはPLCAにも知られ得るため、PLCI120へのアクセスは、所定のアクセス装置のみに制限されることに留意する。
【0028】
TMU122は、基準電話セットと同じ機能のいくつかを有する。すなわち、TMUは、リング信号を検出すると「オフフック」になることができる。すなわち、アクセス装置およびTMUが起動され、ユーザがPLCI120と通信できるようになる。
【0029】
アプリケーション層PLCフレーム200が構築された後、TMU122は、このフレームをPLCA128に送信し、PLCAはPLCフレーム200を、PLN103のライン132上にて使用される適当なPLNフレーム310に変換する。特徴として、PLCフレーム200は、PLCネットワーク103の物理層から独立して、アプリケーションレベルにて構築されるため、PLCI120を任意の数のPLCプロトコルと併用可能なことに留意する。このため、PLNA126は、PLCネットワーク103がどのように実施されるか、たとえば、60Hz110ボルト、または50Hz220ボルト、あるいは電力線に搬送波信号を提供するために使用される特定の変調技法を知る必要があるだけである。同様に、PLCI120は、TMU122以外において、電話網101の構造およびプロトコルに対して鈍感である。したがって、PLCI120は、どこでも適合可能な汎用アプリケーションレベルインタフェースを提供し、これは、特定の物理層プロトコルに限定される従来技術によるホームネットワークとは対照的である。
【0030】
フレームの同報通信に応答して、関連するPLCデバイスアダプタ140が、フレームにて指定される読み出し/書き込みアクションを処理する。読み出しアクションの場合、PLC装置は、構造の類似する応答PLCフレームを構築し、これがTMU122に返送され、TMUがフレームを、PLCアクセス装置111により閲覧または聴聞可能な信号にマッピングする。たとえば、温度示度またはタイマ値をテキスト、オーディオ信号、またはグラフィック出力に変換することができる。
【0031】
インターネットアクセス
代替の実施の形態では、リモートアクセス装置111は、インターネットブラウザサポートを含み、PPS124はインターネットアドレスを有する。たとえば、アクセス装置は、標準的なインターネット可能パーソナルコンピュータまたは無線装置、たとえば、セル電話、PDA等である。リモートアクセス装置111は、各タイプの家庭用電気機器ごとに温度プレゼンテーションページも格納することができる。ネットワーク103にて新しいPLC装置が検出されると、適当な制御ボタンを有する新しいプレゼンテーションページが構築される。PPS124に維持されるすべてのアクティブプレゼンテーションページは、PLNAまたはPLCAを介して定期的に更新される。あらゆるプレゼンテーションページは、随時、PLCリモートアクセス装置111に「アップロード」することができる。ユーザは、任意の装置のプレゼンテーションページをブラウジングし、上述した読み出しおよび書き込みアクションを、この場合にはグラフィカルユーザインタフェースを使用して行うことが可能である。
【0032】
本発明を好ましい実施の形態の例として説明したが、他の様々な適合および変更を、本発明の精神および範囲内で行い得ることを理解されたい。したがって、併記の特許請求の範囲の目的は、本発明の真の精神および範囲内にあるかかるすべての変形および変更を包含することである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による家庭用電気機器ネットワークのブロック図である。
【図2】 本発明によるアプリケーション層電力線搬送通信フレームのブロック図である。
【図3】 本発明によるアプリケーション層電力線搬送通信フレームと物理層電力線ネットワークフレームとの間の変換のブロック図である。
Claims (7)
- リモートアクセス装置と通信を行うための電話通信網と、
デバイスアダプタを介して電力線搬送通信装置に接続されたAC電力線ネットワークと、
アプリケーション層電力線搬送通信フレームと物理層電力線ネットワーク通信フレームとの間の変換を行うように構成された電力線搬送通信インタフェースであって、前記アプリケーション層電力線搬送通信フレームは、前記電話通信網にて前記リモートアクセス装置と前記電力線搬送通信インタフェースとの間で通信され、前記物理層電力線ネットワーク通信フレームは、前記電力線ネットワークにて前記電力線搬送通信インタフェースと前記デバイスアダプタとの間で通信される電力線搬送通信インタフェースと
を備え、
前記リモートアクセス装置から通信される前記アプリケーション層電力線搬送通信フレームは、読み出しアクションと書き込みアクションの選択された1つを識別するアクションフィールドを含み、
前記アプリケーション層電力線搬送通信フレームのそれぞれは、
認証フィールドと、
装置IDフィールドと、
ロケーションIDフィールドと、
オブジェクト属性フィールドと、
属性値フィールドと
をさらに備える家庭用電気機器ネットワーク。 - 前記リモートアクセス装置は、前記アプリケーション層電力線搬送通信フレームを生成し表示するためのグラフィカルユーザインタフェースを含む無線電話である請求項1記載のネットワーク。
- ユーザにより前記リモートアクセス装置に入力されるトーン周波数および音声コマンドを、前記アプリケーション層電力線搬送通信フレームに変換するトーン−電力線搬送通信フレームマッピングユニットをさらに備える請求項1記載のネットワーク。
- 前記アプリケーション層電力線搬送通信フレームは、前記電力線ネットワークの物理的特性から独立しており、前記物理層電力線ネットワーク通信フレームは、前記電力線ネットワークの物理的特性に依存する請求項1記載のネットワーク。
- 前記物理層電力線ネットワーク通信フレームのそれぞれは、
サービスコードフィールドと、
ソースIDと、
デスティネーションIDと、
バイトカウンタと、
オブジェクト属性コードと、
ペイロード値と
をさらに備える請求項1記載のネットワーク。 - 電力線搬送通信フレームの第1のアプリケーション層は、前記リモートアクセス装置によって生成され、前記電力線搬送通信インタフェースは、前記電力線搬送通信フレームの第1のアプリケーション層を、第1の物理層電力線ネットワーク通信フレームに変換し、前記デバイスアダプタは、前記第1の物理層電力線ネットワーク通信フレームに応答して、第2の物理層電力線ネットワーク通信フレームを生成し、前記電力線搬送通信インタフェースは、前記第2の物理層電力線ネットワーク通信フレームを、前記リモートアクセス装置のための第2のアプリケーション層電力線搬送通信フレームに変換する請求項1記載のネットワーク。
- 広域ネットワークをさらに備え、前記リモートアクセス装置は、プレゼンテーションページサーバを介して前記電力線搬送通信インタフェースと通信を行う請求項1記載のネットワーク。
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