JP4906192B2 - 送信パワー制御を備えたワイヤレス・システム - Google Patents

Description

【０００１】
同時継続中の出願の相互参照
本出願は、＿＿＿付けで出願された「Output Buffer With Independently Controllable Current Mirror Legs」という名称の米国特許出願第＿＿＿号、
＿＿＿付けで出願された「Differential Filter with Gyrator」という名称の米国特許出願第＿＿＿号、＿＿＿付けで出願された「Compensation Mechanism For Compensating Bias Levels Of An Operation Circuit In Response To Supply Voltage Changes」という名称の米国特許出願第＿＿＿号、＿＿＿付けで出願された「State Validation Using Bi-Directional Wireless Link」という名称の米国特許出願第＿＿＿号、＿＿＿付けで出願された「Filter With Controlled Offsets For Active Filter Selectivity and DC Offset Control」という名称の米国特許出願第＿＿＿号、＿＿＿付けで出願された「Wireless Control Network With Scheduled Time Slots」という名称の米国特許出願第＿＿＿号に関連し、これらはすべて、本発明の譲渡人に譲渡され、参照により本明細書に援用される。
【０００２】
発明の分野
本発明は、概して商業的使用および家庭使用のためのビルディングの監視および制御に関する。特に、本発明は、セキュリティ、ＨＶＡＣ、およびマスターユニットとリモートユニットの間で無線の双方向無線周波数通信を利用する他のシステムを含むビルディング監視および制御システムに関する。特に、本発明は、パワーを節約してバッテリの寿命を延ばしながら通信を提供するように、送信パワーを調整可能なリモートユニットに関する。
【０００３】
発明の背景
セキュリティ・システム、ＨＶＡＣおよび他の監視および制御システムを備えたビルディング（建物）監視および制御システムは、商用の建物および居住用の建物の両方においてますます使用されるようになっている。セキュリティ・システムについては、使用の増加は、部分的には、犯罪率の増加が長期にわたって理解されていることならびに、建物監視およびセキュリティ・システムを利用できることの認識が高まっていることである。ＨＶＡＣシステムについては、使用の増加は、部分的には、暖房および冷房のコストを削減してエネルギーを節約することに対する要望による。
【０００４】
建物監視および／または制御システムは通常、検出装置に連結された様々なリモート・ユニットと、通常は建物の中央の場所にあって、中央報告部門または警察署などの他の場所への告知機能および報告機能を備えることができる、少なくとも１つのマスタ・ユニットとを備えている。過去には、リモート・ユニットはマスタ・ユニットにハードワイヤドされていた。たとえば、セキュリティ・システムにおいて、リード・スイッチまたはホール効果スイッチは、ドアおよびドア枠付近に設けられた磁石の近くに配置されることが多く、ドアを開くと連続性が作られたり断たれたりして、その結果得られる信号がマスタ・ユニットによって受信される。
【０００５】
ハードワイヤド・システムにおいては、リモート・ユニットおよび検出装置はほとんど同一物とすることができる。たとえば、検出装置は窓ガラス上のフォイル・トレース(foil trace)であってもよく、リモート・ユニットは、マスタ・ユニットに接続された線対に至る、任意選択の信号処理機器を備えたワイヤ端子であってもよい。ハードワイヤド・ユニットは新しい建造物に最も容易に設置することができ、そこでは線対を敷設することは既存の建物よりも容易である。既存の建物にハードワイヤド・システムを設置することには、部分的には既存の壁や天井を通して配線をはり巡らせる人件費により、非常に費用がかかり得る。特に、逐点ベースでは、多くのオフィスビルがそうであるように、家屋は連続的に変更するようには設計されていないことが多いので、住宅に改良部品装置を組み込むことには非常に費用がかかり得る。たとえば、ほとんどの家屋は一定の間隔で下がり天井(dropped ceilings)やユーティリティ用のクローゼットを有してはいない。家屋には商用オフィスビルよりも高い美的な期待が寄せられ得るので、配線を設置して隠す際にはより注意する必要がある。
【０００６】
ワイヤレス・セキュリティ・システムはますます一般的になった。既存のシステムは、４００ＭＨｚ帯であることが多い無線周波数送信を用いる。ワイヤレス・システムは、リモート・ユニットとマスタ・ユニット（単数または複数）との間における配線に対する必要性を大幅に削減できる。特に、ワイヤレス・システムは、配線なしにリモート・ユニットとマスタ・ユニットとの間で通信を行うことができる。リモート・ユニットは依然として動作に電力を必要とし、その電力を供給するために配線を必要とし得るが、これは、リモート・ユニットとマスタ・ユニットとの間における通信のために使用された配線上のハードワイヤド・システムにおいて電力が提供されていた電力配線に対する必要性を付加し得る。電力の必要性は、幾分かの配線を依然として必要とするので、無線周波数ユニットのワイヤレスであることの利点を部分的に否定し得る。電力供給配線の必要性は、電池の使用で抹消されることが多い。電池寿命は概ね、リモート・ユニットの電力消費の関数である。電力消費は、エレクトロニクスおよびユニットのデューティ・サイクルの両方に左右される。
【０００７】
現行の無線システムは、通常、送信しかできないリモートユニットおよび受信しかできないマスターユニットを利用している。したがって、双方向性能がなく、よってマスターユニットが最初のリモートユニットメッセージまたは低パワーメッセージの受信を承認する方法がないため、リモートユニットは、必要とされるより不必要に長い期間、かつ高いパワーレベルでメッセージを送信することがしばしばある。したがって、望ましいのは、データメッセージまたは低パワーメッセージの受信を承認することのできる双方向無線監視システムである。また望ましいのは、承認機能を用い、電力消費を最小化すると共にバッテリの寿命を延ばすようにリモートユニットの送信パワーを動的に調整する双方向無線監視システムである。
【０００８】
発明の概要
本発明は、リモートユニットからマスターユニットに送信されたデータメッセージまたは低パワーメッセージの受信を承認可能な、マスターユニットとリモートユニットの間に双方向無線周波数リンクを備えるビルディング監視および／または制御システムを含む。そして、双方向無線監視システムは、承認信号の有無を用いて、電力消費を最小化すると共にバッテリの寿命を延ばすようにリモートユニットの送信パワーを動的に調整することができる。双方向無線周波数リンクはまた、通信リンクの信頼性を増大させる。送信パワーレベルは、好ましくは、適切な通信を可能にするには十分高いが、バッテリの寿命を無駄にしないようにするには十分低く設定される。最適な送信パワーは、人、家具、さらにはビルディング環境内の壁の移動に伴い、時間の経過に伴い動的に変化しうる。
【０００９】
一実施形態において、リモートユニットは、マスターユニットがリモートユニットに承認信号を提供しないことを、リモートユニットの送信パワーが不十分であることの指示として用いる。リモートユニットは、送信パワーレベルを増大して、送信を再開することができる。これは、最適なパワーレベルが達成されたことを示す承認信号をマスターユニットから受信するまで繰り返すことができる。
【００１０】
別の実施形態において、マスターユニットは、リモートユニットからの受信信号強度を測定することができる。そして、マスターユニットは、受信信号強度をリモートユニットに返送することが可能である。次にリモートユニットは、適宜リモートユニットの送信パワーを増大、低減するか、または変更しないことができる。この代替として、またはこれに加えて、マスターユニットは、受信信号強度を測定し、マスターユニット内で、リモートユニット信号強度についてリモートユニットが何をすべきかを判断することができる。そして、マスターユニットは、適用すべきリモートユニットの送信パワーの増大、低減、または変更なしを示す信号をリモートユニットに送信する。
【００１１】
本発明は、リモートユニット送信のパワーレベルを動的に調整できるようにする。動的な調整は、手動での介入または業務通話を必要とせず、自動的であることが好ましい。本発明は、人間の介入を何等必要とせずに、人、家具、さらには壁の移動について調整可能である。
【００１２】
発明の詳細な説明
図１は、マスタ・ユニット２２および２つのワイヤレス・リモート・ユニット２４および２５を備えたワイヤレス監視および制御システム２０を示している。マスタ・ユニット２２は、アンテナ２６，電力供給線２８、信号表示器パネル出力線３０，アラーム装置出力線３２および電話線３４を備えている。本発明による建物監視および／または制御システムは通常、一般的にはＡＣ線電力で作動されるが、電池作動することができるか、電池バックアップ電力を有することができる、すくなくとも１つのマスタ・ユニットを有する。リモート・ユニット２４はアンテナ２３を備えており、２つの別個のセンサ入力３６および３８に連結されている。センサ入力３６は通常は開いたセンサであり、センサ入力３８は通常は閉じたセンサである。センサ３６および３８は、ドアや窓が開いたり閉じたりするのを感知するために用いられる磁石に連結された、リード・スイッチまたはホール効果装置にすることができる。センサ３８は、ガラスの破損を検出するために用いられるフォイル連続性センサにすることができる。リモート・ユニット２５は、アンテナ２３と２つのアナログ・センサ４０および４２とを備えている。センサ４０は可変抵抗装置であり、セキュリティ・センサ４２は可変電圧装置である。アナログ・センサは、振動、雑音、温度、動きおよび圧力などの変数を計測できる。センサは通常、変数や出力データを感知または計測する。データは、オン／オフを意味するバイナリまたは離散的にすることができる。データは、ある範囲の値を有することを意味する、連続的またはアナログにすることもできる。アナログ・データは、Ａ／Ｄ変換器を用いることによりデジタル形式に変換できる。
【００１３】
センサの例は、ドア・スイッチ、窓スイッチ、ガラス破損検出器および動き検出器などの侵入センサを含む。煙検出器、一酸化炭素検出器および二酸化炭素検出器などの安全センサも、本発明と共に用いるに適切なセンサの例である。他のセンサは、温度センサ、水検出器、湿度センサ、光センサ、ダンパ位置センサ、バルブ位置センサ、電気接点、ＢＴＵ総合計センサならびに、水、空気および蒸気圧力センサを含む。センサに加えて、出力装置も本発明と共に備えることができる。出力装置の例は、バルブ・アクチュエータ、ダンパ・アクチュエータ、ブラインド・ポジショナ、暖房制御およびスプリンクラ・ヘッド制御を含む。一実施形態において、出力能力を有する遠隔装置は、センサ、特に装置の通信および制御部に用いられる回路と同一または類似の回路を利用する。出力装置に連結された遠隔装置は通常、センサ入力装置よりも多くの電力を消費することが典型的であるので、電力源にハードワイヤドである。このため、出力装置を有する遠隔装置は、本発明の電力節約の特徴からそれほど利益を受けない場合がある。
【００１４】
本発明による建物監視および／または制御システムは、ＲＦ通信によってカバーされた範囲にわたって分散できる非常に多くのリモート・ユニットを有することができる。一システムは、マスタ・ユニットから５，０００フィート（１フィートは約０．３ｍ）（自由空間の）に設けたリモートを有することができる。実際の距離は、介在する壁、床および一般的には電磁干渉のためにそれよりも短い場合がある。システムは、カバーされた範囲を広げるためにメッセージを受信および再送信するユニットである、中継器ユニットも有することができる。いくつかのシステムにおいては、中継器は長いハードワイヤド・リンクによって送信機に連結された受信機を有しており、分離した範囲が１つのマスタ・ユニットによってカバーされることを可能にしている。
【００１５】
ここで図２を参照すると、アンテナ２３、送受信機５２およびコントローラ５４を含むワイヤレス・リモート・ユニット５０が詳細に示されている。図示した実施形態においては、送受信機５２およびコントローラ５４はそれぞれ電力源５６に連結されている。一実施形態において、コントローラ５４はＰＩＣマイクロプロセッサなどのプログラム可能マイクロプロセッサを備えている。別の実施形態において、コントローラは、主として一時プログラム可能または書き込み可能状態機から構成されている。送受信機５２は、４００または９００ＭＨｚ帯で送信および受信するＵＨＦ送受信機であることが好ましい。一実施形態において、送受信機５２は、異なった周波数で送信および受信して、周波数間で速やかに切り替わるように設定できる。送受信機５２は同時に送信および受信する能力を備えることができるが、好適な実施形態においては、送受信機５２は受信または送信の何れかを行うことができるだけで、両方同時に行うことはできない。図示した実施形態においては、コントローラ５４は、制御入力線５８，制御出力線６０、シリアル入力線６２およびシリアル出力線６４で送受信機５２に連結されている。
【００１６】
制御入力線５８は、送受信機をリセットし、モードを設定し、送信および受信周波数を設定するために用いることができる。制御出力線６０は、通信の受信または送信がいつ完了したかを判断するために、信号コントローラ５４によって用いることができる。シリアル入力線６２は、送受信機５２に送信されるメッセージならびに使用される周波数および他の制御パラメータを供給するために用いることができる。シリアル出力線６４は、送受信機５２から受信したメッセージをコントローラ５４に提供するために用いることができ、信号強度に関する上方をコントローラ５４に伝達するために用いることができる。コントローラおよびシリアル線はもちろんあらゆる目的に用いることができ、説明した用途は一実施形態におけるかかる用途の数例にすぎない。いくつかの実施形態においては、状態および制御データの両方を伝達するためにシリアル線が用いられる。
【００１７】
リモート・ユニット５０は、セキュリティ・センサおよび他の装置に連結するためのセンサ入力線６６も備えることができる。リセット線６８は、インストール時または電池充電後などの、ユニットの再初期設定が望ましいときに、リモート・ユニット５０をリセットするためにリセット・ボタンに連結することができる。いくつかの実施形態においては、電池電力回復がリセット機能としての役割を果たす。電力線５６は、送受信機５２およびコントローラ５４の両方に電力を供給するものとして図示されている。いくつかの実施形態において、電力はコントローラ部または送受信機部のみに直接供給され、コントローラ部には送受信機部から電力が供給されるか、その逆である。図示した実施形態においては、本発明を説明する目的で、コントローラ５４と送受信機５２とは別々に示されている。一実施形態においては、コントローラ５４および送受信機５２の両方が同じチップ上に含まれており、チップ上のゲートの一部が一般的にはコントローラ・ロジックとしての使用に専用となっているか、特にユーザ・プログラム可能マイクロプロセッサとして使用されている。一実施形態において、ＰＩＣマイクロプロセッサは同じチップ上にＣＭＯＳロジックを用いた送受信機として実装されており、ＰＩＣマイクロプロセッサは、解釈されたＢＡＳＩＣまたはＪＡＶＡ（登録商標）言語でユーザ・プログラム可能である。
【００１８】
ここで図３を参照すると、送受信機部７０およびコントローラ部７２を備えたマスタ・ユニット２２が示されている。マスタ・ユニット２２は、制御線７４および７６ならびにシリアル線７８および８０を備えている。図示した実施形態には、プログラム可能入力線８６、パネルＬＥＤ出力線８４、ホーン出力線３２および電話線３４と同様に、リセット線８２が含まれている。プログラム可能入力線８６は、制御ロジックをダウンロードすること、キーボード・ストロークを入力することおよび、ＢＡＳＩＣまたはＪＡＶＡ（登録商標）コードの行を入力して解釈し実行することを含む、多くの目的に用いることができる。パネルＬＥＤ線８４は、パネル取付ＬＥＤを制御して状態情報を与えるために用いることができる。ホーン線３２は、アラーム・ホーンやライトを作動させるために用いることができる。電話線３４は、セキュリティ違反を報告部門または警察に報告するために、自動ダイヤルアウトの目的に用いることができる。
【００１９】
一実施形態において、マスタ・ユニット２２およびリモート・ユニット５０は、送受信機およびコントローラ・ロジックを含む共通チップを共有する。一実施形態において、送受信機およびコントローラは両方ともリモート・ユニットで用いられる同じチップ上にあるが、コントローラ部は、パーソナル・コンピュータなどの付加的なプログラム可能コントローラ機能によって取って代わられるか、置き換えられるか、増大されている。本発明の多くの実施形態において、マスタ・コントローラ（単数または複数）は、リモート・ユニットで必要とされる機能に相対的な付加的なプログラム可能機能を必要とする場合がある。
【００２０】
本発明の一実施形態において、リモート・ユニットの送受信機部は少なくとも３つのモードで動作できる。１つのモードにおいて、送受信機は極低電力な「スリープ」モードで動作し、このモードで送受信機は送信も受信も行わない。送受信機は、リモート・ユニットの制御ロジック部から来る制御線によって提供されるような、外部制御信号によってスリープ・モードから覚醒することができる。本発明の一実施形態においては、コントローラのみが、図２の制御線５８および６０などの制御線を通して、送受信機の状態を変えることができる。好適な実施形態においては、少なくとも３つのイベントが送受信機をスリープ・モードから覚醒することができる。１つのイベントは、ドアスイッチの開放などのセンサ・データ変化または、アナログ変数の重大な割合変化の発生である。別のイベントは、予定されたリモートによるヘルス状態送信の間または、リモートが覚醒されることを望むマスタ・ユニットによる、予定されたヘルス状態ポーリングの間の時間間隔の経過などの、予め調節された時間隔の経過である。さらに別のイベントは、図２のリセット線６８のリセットなど、リモートのリセットである。
【００２１】
一実施形態において、リモート・ユニットは、タイムアウトの発生または変化の発生時にのみセンサ・データを送信するように構成またはプログラムすることができる。たとえば、温度センサは、３０分毎にまたは最後の送信から１度変化した時に送信するように構成できる。これにより、電力消費を大幅に削減できる。
【００２２】
一実施形態において、リモート・ユニットのコントローラ部は低電力モードで動作できるが、外部信号および割り込みを処理できる。一実施形態において、タイミングは送受信機およびコントローラを収容したチップ上でタイマによって扱われる。この実施形態において、コントローラ・ロジックは低電力モードにある間にタイミング機能を処理することができる。別の実施形態においては、タイミングはマイクロプロセッサ外部の回路によって扱われ、マイクロプロセッサは割り込みに対応できるが、タイミング機能を扱うことはでいない。この実施形態において、タイミングはマイクロプロセッサの外部にあるＲＣタイマまたは水晶発振器によって扱うことができ、外部タイミング回路がタイミング機能を実行する間に、マイクロプロセッサを極低電力消費モードに置くことを可能にする。一実施形態において、タイミングおよびマイクロプロセッサ回路は両方とも同じチップ上にあるが、異なった電力消費モードで同時に動作することができる。一実施形態において、タイミング回路を含まないリモートは、通常の電力消費モードで初期設定し、極低電力消費モードでスリープし、割り込みされたときには、送信または受信を行いながら通常の電力消費モードで命令を実行する。
【００２３】
図４を参照すると、本発明による１つの方法、工程またはアルゴリズム１５０が、状態移行図に示されている。工程１５０は、図２に示したリモート・ユニット５０などのリモート・ユニットを動作させるために用いることができる。工程１５０はＯＦＦ状態１００で開始することができ、ここでリモート・ユニットは、たとえば電池がなくなるか取り外されるとパワーダウンする。電池の取り付けなどの電力の印加時に、マイクロプロセッサまたは外部回路によってパワーアップ（ＰＯＷＥＲ−ＵＰ）・イベント１０１を感知することができ、リセット待機（ＷＡＩＴＩＮＧ ＦＯＲ ＲＥＳＥＴ）状態１０２への移行を生じさせる。リモート・ユニットを設置する者によってユニットの再初期設定を可能にすることを目的として、リセット・ボタンが多数のリモート・ユニットに設置されている。一実施形態において、リセットはソフトウエアを介しても達成することができ、これは、リモートが混乱したり、ワッチドック・タイマを利用して長期にわたりマスタ・ユニットから何も聞こえない場合に役に立ち得る。リセット（ＲＥＳＥＴ）・イベント１０３は、初期設定状態１０４への移行を生じさせることができる。初期設定（ＩＮＩＴＩＡＬＩＺＩＮＧ）状態１０４にある間に、診断を行うこと、メモリをクリアにすること、カウンタおよびタイマを初期設定すること、ならびに変数を初期設定することなどの、典型的な初期設定ステップを実行することができる。１０５で示した初期設定の完了時に、スロット獲得（ＧＥＴＴＩＮＧ ＳＬＯＴ）状態１０６への移行が生じ得る。スロット獲得状態１０６は以下でより詳細に説明するが、マスタとの通信用のタイム・スロットを受信すること、およびマスタへの送信およびマスタからの受信用の周波数スロットを受信することを含むことができる。一実施形態において、次の送信に利用する周波数および次の送信のために残っている時間は、スロット獲得状態においてリモート・ユニットによって判断されて取得される。１０７で示したスロット獲得状態の完了時に、処理はスリーピング（ＳＬＥＥＰＩＮＧ）状態１０８に移行する。
【００２４】
スリーピング状態１０８は、送受信機が送信も受信もできない極低電力消費状態であることが好ましい。スリーピング状態１０８においては、コントローラ回路またはマイクロプロセッサも、極低電力消費状態にあることが好ましい。スリーピング状態１０８にある間に、リモート・ユニットをタイマ割り込みまたは装置センサ割り込みによって覚醒することができるはずである。好適な実施形態においては、リモート・ユニットは、割り込みにより覚醒されるまで無限にスリーピング状態１０８に留まる。
【００２５】
センサ・イベント１０９の受信時に、アラーム送信（ＴＲＡＮＳＭＩＴＴＩＮＧ ＡＬＡＲＭ）状態１１０への移行が生じ得る。この移行中またはそのすぐ後に、送受信機を送信モードに切り替えることができる。この状態にある間に、たとえば、スロット獲得状態１０６で決定された送信周波数で、アラーム送信が行われる。この状態にある間に、他の状態またはセキュリティ情報の送信も行うことができる。たとえば、リモート・ユニットは、接点が開いていた時間の長さまたは現在の電池電圧を送信できる。
【００２６】
１１１で示した送信の完了時に、受信確認待機（ＷＡＩＴＩＧ ＦＯＲ ＡＣＫＮＯＷＬＥＤＧＥ）状態１１２に入ることができる。この状態にある間に、スロット獲得状態１０６の間に決定された受信周波数での受信モードに送受信機を切り替えることができる。この状態にある間に、リモートは通常、スリーピング状態１０８に比べて高い電力消費状態にある。１１３で示したマスタ・ユニットからの受信確認（ＡＣＫＮＯＷＬＥＤＧＥＭＥＮＴ）の受信時に、リモート・ユニットはスリーピング状態１０８に再度入る。１５１で示したタイムアウト（ＴＩＭＥＯＵＴ）期間内に受信確認が受信されなければ、アラーム送信状態１１０においてアラームを再度送信することができる。何回も再送信を試みることができる。
【００２７】
リモート・ユニットの二方向性の性質が、受信確認機能の使用を可能にする。受信確認の特徴は、リモート・ユニットが高出力で反復的に、かつ長期間にわたって、アラームを同報するという、いくつかの現行システムの要件を排除することができる。現行システムは通常、報告したアラームがいつ受信されたかが分かるリモート・ユニットを有しておらず、そのため、リモートによる低出力の１回だけのアラーム送信を受信することができたか、実際に受信された場合であっても、反復的な送信および高出力の送信を必要とする。
【００２８】
スリーピング状態１０８からは、タイムアウト・イベント１１５の受信時にも出ることができる。一実施形態において、タイマは、スロット獲得状態１０６の間に決定された期間をロードされる。一実施形態において、３００秒などの状態情報を送信するまでの待機時間が、スロット獲得状態１０６の間にマスタ・ユニットから受信される。待機時間は直接用いることも、期間が経過したときにリモート・ユニットがスリーピングではないことを確実にするために、誤差の余裕（margin error）を見て調節することもできる。たとえば、３６０秒の待機時間は、３５５秒から３６５秒の受信期間の間にリモート・ユニットを覚醒するために、５秒の余裕または誤差と共に用いることができる。タイムアウト・イベント１１５の受信後に、状態通信ステップ１１４を実行することができるが、これは以下で説明する送信モードまたは受信モードの何れかに送受信機を設定することを含むことができる。
【００２９】
一実施形態においては、ポーリング待機（ＷＡＩＴＩＮＧ ＦＯＲ ＰＯＬＬ）状態１１６に入ることができ、送受信機は受信周波数での受信状態に設定される。この実施形態において、リモートはマスタ・ユニットによりポーリングされるまでヘルス状態を送信しない。リモートは時間が経過するまでポーリング待機状態１１６に留まることができ、その時点で、リモート・ユニットは次の期間の発生が経過するまでスリーピング状態１０８に戻ることができる。
【００３０】
一つの方法において、マスタ・ユニットからポーリング要求（ＰＯＬＬ ＲＥＱＵＥＳＴ）１１７が受信され、リモート・ユニットはヘルス（健康状態）送信（ＴＲＡＮＳＭＩＴＴＩＮＧ ＨＥＡＬＴＨ）状態１１８に移行する。ヘルス送信状態１１８にある間またはそのすぐ前に、リモート・ユニット送受信機は所望の周波数での送信状態に入れることができる。
【００３１】
一実施形態において、ポーリング要求は、使用する所望の送信周波数を含む。リモート・ユニットのヘルス状態、センサ・データおよびセンサ・タイプを所望の送信周波数で送信できる。一実施形態において、ほとんど情報を含まない簡単な信号を送信できる。別の実施形態においては、より多くの情報が送信に含まれる。送信できる情報は、リモート・ユニットＩＤ、電池電圧、受信マスタ・ユニット信号強度および内部時間を含む。いくつかの実施形態において、センサ・データはヘルス送信の送信に含まれる。たとえば、室温センサにおいては、温度はヘルスまたは状態メッセージの一部として送信できる。このように、リモート・ユニットが依然として機能していることを確認するために用いる定期的メッセージは、センサからの現在のデータをログするために用いることもできる。
【００３２】
いくつかの実施形態において、データはエネルギー集約的すぎて取得できず、リモート・ユニットヘルス情報のみが送信される。１１９で示したヘルス送信状態１１８の完了後に、受信確認待機（ＷＡＩＴＩＮＧ ＦＯＲ ＡＣＫ）状態１２０を実行できる。いくつかの実施形態において、受信確認待機状態は受信確認および／または同期信号を待つために実行される。同期信号は、スリーピング状態１０８から覚醒する次の時間を決定する際に用いられる内部タイマをリセットするために用いることができる。同期信号は、リモート・ユニット・タイマの小さい誤りが、時間が経って集積して大きな誤りになり、リモート・ユニットのタイミングがマスタ・ユニットのタイミングからずれることを許容してしまうことを防止するために用いることができる。いくつかの実施形態において、マスタ・ユニットから受信された受信確認信号は、タイムアウト・イベント１０９によって用いられる時間間隔をリセットするために用いられる。いくつかの実施形態において、受信確認信号は、次のスリーピング状態ならびに送信および受信状態についてリモート・ユニットによって用いられる、新たな時間および／または周波数を含む。このように、マスタ・ユニットは、次のヘルス送信時間ならびに次の受信および送信周波数に関する密接な制御を維持することができる。１２１で示した受信確認信号または同期信号の受信後に、イベント１１５のタイミングを決定するために用いられる新たな時間を決定するために、新たな時間計算（ＣＡＬＣＵＬＡＴＩＮＧ ＮＥＷ ＴＩＭＥ）状態１２２を実行できる。
【００３３】
本発明による一つの方法において、タイマが切れた後に、ポーリング待機状態１１６ではなくヘルス送信状態１１８の実行につながり得るタイムアウト・イベント１５５が発生する。タイムアウト・イベント１５５の発生後に、リモート・ユニットはヘルスデータを直ちに送信できる。いくつかの実施形態において、新たな送信時間、送信周波数および、マスタ・ユニットのポーリングを待つかどうかを示すフラグが、マスタからリモートに送信された受信確認または同期メッセージに含まれる。
【００３４】
ヘルス送信状態１１８の実行およびそれに続く状態は、上記で説明したとおりである。一実施形態において、タイムアウト・イベント１１５または１５５を生成するかどうかの決定は、マスタから受信したメッセージに応じてリモートで行うことができる。イベント１５５を利用した工程が好ましい。イベント１１５を利用した工程を、いくつかのアプリケーションに適した代替的な実施形態として説明する。
【００３５】
本発明を利用したリモート・ユニットは、極低電力消費モードで休止状態に留まることができ、受信も送信も行わない。これを可能にする本発明の一態様は、マスタとリモートとの間のタイミングの調整である。具体的には、リモートが覚醒して、時間のウィンドウ上で受信できるようになると、マスタはその時間ウィンドウの開始時間および時間幅を知って、送信が望ましいのであれば、そのウィンドウ内で送信を行えるはずである。具体的には、マスタが特定のリモート・ユニットのヘルスを受信するタイム・スロットまたはウィンドウを割り当てると、その特定のユニットは、聞こえるようにその時間ウィンドウ内でそのヘルスを送信するはずである。
【００３６】
マスタとリモートとの間の調整は、どの周波数を使用するか、送信は受信されたかどうか、どの時間間隔でヘルスデータを送信するかおよび、いつヘルスデータを送信し始めるかに関する調整を含むことができる。この調整は、マスタ・ユニットとリモート・ユニットとの間の通信で得られることが好ましい。特に、マスタからリモートへの通信は、どの周波数を使用するか、いつヘルスデータを送信するかおよび、リモートの最後の送信はマスタによって受信されたかどうかを確立することができる。このデータがリモートによって受信され得るという事実は、リモートが異なった送信周波数に変え、異なった送信出力に変え、異なった有効な時間間隔または時間間隔の開始に変えることにより反応でき、マスタ・ユニットからの受信確認がない場合には再送信できることを意味する。ヘルスデータの定期的送信用の時間ウィンドウがリモートとマスタとの間で確立されると、リモートはその時間の大部分について極低電力モードで休止して、センサ変化を送信してヘルスまたはセンサ・データを定期的に送信するだけのためにより高い電力モードに変わることができる。
【００３７】
一実施形態においては、マスタ・ユニットのみがセキュリティ・システムの全体的タイミングまたはスケジューリングのスキームに気づいており、リモートは、次の計画されたリモート・ユニットヘルス送信状態の開始までの時間または、次のリモート・ユニットポーリング待機期間の開始までの時間のみに気づいている。この実施形態において、リモートにおいて必要とされる処理電力の量は、マスタのみがタイム・スロットの全体的スケジューリングに気づいている間は抑えられる。
【００３８】
リモート・ユニットに受信機を付加することは、通信の困難に応じた周波数の調節を可能にする。典型的な建物設備においては、リモート・ユニットはドアや窓の付近に設置され、マスタ・ユニットは中央の場所に設置されることが多い。時間が経つと、特に商用の建物においては、家具、壁、ドアおよび隔壁が付加されて、これによってリモート・ユニットとマスタ・ユニットとの間で、建物を通って透過するＲＦ放射は減衰され得る。反射も発生し得るので、特定の周波数でローリー取消を生じさせ、隅などの特定の場所において特定の周波数で通信の有効性を大幅に低下させる。マスタ・ユニットとリモート・ユニットとの間で二方向性通信を用いることは、マスタ・ユニットまたはリモート・ユニットの何れかを備えたフィールドにおいて何ら作業を必要とせずに、ずっと周波数の適応選択を可能にする。
【００３９】
次に図５を参照し、リモートユニットの送信パワーレベルを調整する方法５００が示される。送信パワーレベルの調整は、多くのシステムにおいて、パワーを節約してリモートユニットのバッテリの寿命を延ばすために望ましい。方法またはプロセス５００は、パワーレベルフィードバックを有するシステム、およびパワーレベルフィードバックを持たないシステムの双方で使用することが可能である。パワーレベルフィードバックとは、リモートユニットから受信した信号のパワーレベルを測定する性能、およびリモートユニットが、信号がどの程度良好にマスターユニットによって受信されたかに気付く状態のままであることができるように、測定されたパワーレベルをリモートユニットに送信する性能を有するマスターユニットを指す。パワーレベルフィードバックはまた、パワーレベル自体をリモートユニットに返送することはできないが、送信パワーレベルを増減するという命令がリモートユニットに送信される実施形態も指す。
【００４０】
リモートユニットの初期ステップにおいて（図５に図示せず）、所望の作業送信パワーレベル変数を、デフォルト設定、好ましくは高レベルに設定することができる。次に、このレベルを、後の検索のためにリモートユニット内のメモリに格納することができる。多くの実施形態における初期ステップは、リモートユニットの電源投入時またはリセット時に行われる。初期ステップの目的は、初期パワーレベルをリモートの開始点として用いることのできるある値に設定することである。初期の高パワーレベルにより、マスターユニットが受信する可能性は増すが、これは必要なレベルよりも高く、バッテリの寿命を無駄にする可能性がある。
【００４１】
プロセス５００は、メッセージをリモートユニットからマスターユニットに送信するために用いられる任意のプロセスの部分であることができる。一実施形態において、プロセス５００は、リモートユニットからマスターユニットに送信する周期的な状態メッセージ送信プロセスの部分である。ステップ５０２において、現在の作業送信パワーレベルが、以前格納された値に戻される。５０３に示されるステップ５０２の完了後、送信（ＴＲＡＮＳＭＩＴＴＩＮＧ）ステップ５０４を実行することができる。送信ステップ５０４は、リモートユニットが、現在の作業送信パワーレベルによって示されるパワーレベルでの健康すなわち状態メッセージを送信することを含むことができる。５０５に示されるように承認（アクノレッジ）が受信される場合、現在の作業パワーレベルを格納するステップ５０６が行われ、最後に首尾良く用いられたパワーレベルを格納する。５０７に示すようにＡＣＫが受信されず、時間切れが発生した場合、現在使用している送信パワーレベルを増大するステップ５０８を実行することができ、５０９に示すように、完了した場合には５０４に戻る。ステップ５０４において、新しいパワーレベルでメッセージを再度送信することができる。このプロセスは、メッセージが承認されるまで、または承認のない状態でパワーが最大レベルに設定されるまで、繰り返すことが可能である。図５に示す実施形態では、後述する特徴のようにリモートユニットの送信パワーレベルが低減されることはない。
【００４２】
したがって、プロセス５００は、健康状態送信に対する返信において承認信号が受信されない場合にレベルを増大しながら、最後に首尾良く送信されたパワーレベルを用いる方法を示している。パワーレベル増大ステップ（ＩＮＣＲＥＡＳＩＮＧＰＯＷＥＲ ＬＥＶＥＬ）５０８は、多くの異なる方法で処理することができる。一実施形態では、送信パワーがパワーを可変の離散したいくつかの出力段に供給することで制御される場合、パワーを出力段の次に高い組み合わせによって提供されるレベルに増大することで、パワーを増大することが可能である。このような出力バッファの１つは、参照により本明細書に援用された「Output Buffer With Independently Controlled Current Mirror Legs」という名称の同時係属中の米国特許出願第 号に図示され記載されている。連続して変化する出力レベルを有する他の実施形態では、レベルを特定のパーセント分増大することで、送信パワーを増大することができる。一実施形態では、パワーレベル出力が約１０パーセントのポイント増分で増大または低減される。
【００４３】
次に図６を参照し、マスターユニットによって実際に受信されるパワーレベルが測定されリモートユニットに返送される、リモートユニットの送信パワーを変化させるプロセス５４０を示す。プロセス５４０は、プロセス５００のように、マスターユニットと通信するための別のプロセスに含まれてもよい。ステップ５４２において、送信パワーレベルは、最後に格納された値に戻される。５４３に示す完了後、ステップ５４４において、リモートユニットにより所望のパワーレベルで健康すなわち状態メッセージを送信することができる。５４５に示すように、時間切れ期間前に承認を受信しない場合、ステップ５４６においてパワーレベルが増大され、完了後、５４９で示すようにステップ５４４に戻り、ステップ５４４を再度実行する。５５１で示すように承認を受信した場合、ステップ５５２において、受信パワーレベルが分析される。５５３に示すようにマスターユニットが受信したパワーレベルが最大値（ＭＡＸＩＭＵＭ）よりも大きい場合、ステップ５５４において、パワーを減分することができる。５５５で示すように、マスターユニットが受信するパワーレベルが最小値（ＭＩＮＩＭＵＭ）よりも低い場合、ステップ５５６において、パワーレベルを増大することができる。５５７に示すように、パワーレベルがターゲットパワーレベルの前後のデッドバンド内にある場合、最後に用いられたパワーレベルを変更しないままとすることが可能である。一実施形態において、ステップ５５２における分析は、リモートユニットにより、受信パワーレベル値および所望の最大パワーレベルおよび最小パワーレベルを用いて行われる。一実施形態において、最大および最小は、ターゲットレベルからデッドバンド値を追加および差し引くことで、リモートユニットにおいて計算される。
【００４４】
実施形態によっては、ターゲットレベルはメインユニットにおいてのみ維持され知られており、送信パワーの増大を要求するか、低減を要求するかについてのステップ５５２における判断は、実際にメインユニットにおいて行われる。この実施形態では、リモートの送信パワーを増大するか低減するかの判断が、信号としてリモートユニットに送信される。この実施形態は、判断を中央に保持するという利点を有し、これは、複数のリモートユニットに対する複数のソフトウェア更新ではなく、単一のソフトウェア更新を用いて判断を変更するという利点を含むことができる。
【００４５】
次に図７を参照し、リモートユニットに送信パワーを下方調整するプロセスまたは方法５８０が示される。プロセス５８０は、リモートユニットの健康すなわち状態送信前後等、異なる時に実行することができる。ステップ５８２において、カウンタが増分され、これをチェックして１００等の数で均等に分割可能か否かを調べる。５８３に示すようにカウンタがモジュロ１００である場合、ステップ５８４が実行されて送信パワーが低減され、ステップ５８６において、使用すべき新しい送信パワーレベルを格納する。プロセスは、ステップ５８８において終了する。カウンタがモジュロ１００ではない場合、送信パワーは変更されないままである。このため、プロセス５８０は、時々の間隔でパワーレベルを下方調整する。条件が変更されないままである場合、送信は下方変更した後には弱くなりすぎ、承認されないままであるか、あるいは承認されるが、パワー増大要求と共に弱すぎると承認されることになる。パワーレベルを増大するという要求として、パワーおよび実施形態によっては帯域幅を用いることができ、下方調整は頻繁でないことが好ましい。リモートユニットに対する送信パワーのフィードバックを有する実施形態では、下方調整は必要ない場合がある。このような実施形態では、代わりに図６におけるステップ５５２および５５４により、下方調整を有効に達成することが可能である。ステップ５５２および５５４は、受信送信強度のアナログ測定を有するという利点を持つ。アナログ測定は、実際の値がターゲットレベルからどの程度離れているかによって示唆されるどの程度増減するかの指示を提供することができる。
【００４６】
したがって、本発明は、リモートユニット双方向通信性能を用いて、送信がマスターユニットによって受信されたか否かの指示、実施形態によっては受信信号強度を受信することができる。これらの信号強度指示を用い、リモートユニット送信パワーを低減して、パワーを節約しバッテリの寿命を延ばすことができると共に、送信パワーを増大して、リモートユニットとマスターユニットとの間の通信を保証することが可能である。上述したプロセスは、周期的な状態送信に関して例示されたが、イベント送信にも同様に使用可能である。実施形態によっては、イベント送信は、状態送信に使用されるレベルよりも高いレベルで送信される。イベント送信にわずかに高いパワーレベルの使用を用いて、上述したようにパワーレベルが一時的に下方調整された状況において、通信が成功する可能性を増大することができる。
【００４７】
リモートユニットの送信パワーを連続して監視し調整することで、いかなる労働集約的な再プログラミングまたは再構成をも必要とせずに、変化する状況に適応することが可能である。一例では、マスターユニットまたはリモートユニット内に人間の介入を必要とせずに、商業的なビルディング内の壁の設置または取り外しに適応することができる。別の例では、再構成を必要とせずに新しい家具または鏡の設置に適応することができる。さらに別の例では、手動の加入なしで大衆の有無に適応することができる。同時に、低い、バッテリを延ばすパワー送信レベルを連続して維持することが可能である。
【００４８】
上記利点に加え、アパートビルディング等、密接して独立した制御可能な空間がある用途の場合、本発明は、各空間に設けることのできるリモートユニットの数を増大することができる。無線周波数リンクの信号強度は最小化されるため、より少ない信号が、隣接する空間のマスターユニットによる検出に十分な強度で、空間から隣接する空間に渡る。これは、任意所定の空間で利用することのできるタイムスロットの数を増大することができ、それによって潜在的に、提供可能なリモートユニットの数が増大される。
【００４９】
本発明の好ましい実施形態を上記のように説明したが、当業者は、本明細書に見られる教示は、添付の特許請求の範囲内にあるさらに他の実施形態に適用しうることを容易に理解しよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 マスタ・ユニットおよび２つのリモート・ユニットを有するワイヤレス制御システムのブロック図である。
【図２】 コントローラに連結された送受信機を有するワイヤレス・リモート・ユニットのブロック図である。
【図３】 コントローラに連結された送受信機を有するマスタ・ユニットのブロック図である。
【図４】 リモート・ユニットにおいて命令を実行できる工程の状態移行図である。
【図５】 マスターユニットからの承認を受信しないことに応答しての送信パワーの増大に適した、リモートユニットで実行可能なプロセスの上位状態遷移図である。
【図６】 マスターユニットにおける受信信号強度の指示の受信に応答して、リモートユニットにおける送信パワーの増大、低減、または変更しないままにすることに適したリモートユニットで実行可能なプロセスの上位状態遷移図である。
【図７】 リモートユニットにおいて実行するのに適し、送信パワーが不必要に高くないように保証するため、リモートユニットにおける送信パワーの周期的な低減に適したプロセスのフローチャートである。

Claims (2)

1. ビルディングのためのビルディング監視システムであって、
   無線周波数信号を送信すること、および無線周波数信号を受信することの可能な送受信器に結合される制御論理を実行するコントローラを備え、前記ビルディングに配置される少なくとも１つのマスターユニットと、
   前記ビルディングに配置され、電池により電力供給される複数の電池給電型リモートユニットであって、前記ビルディングにおける所定のパラメータを感知する少なくとも１つのセンサと、前記マスターユニットの前記送受信器へ１以上の無線周波数信号を送信すること、および前記マスターユニットの前記送受信器から無線周波数信号を受信することの可能な送受信器に結合された制御論理を実行するコントローラとを備え、前記電池給電型リモートユニットの前記送受信器から送信される前記１以上の無線周波数信号の少なくとも１つは、感知された前記パラメータと関連するものであり、前記電池給電型リモートユニットから送信される前記無線周波数信号は送信信号強度を有し、前記電池給電型リモートユニットからの、前記マスターユニットにより受信される前記無線周波数信号は受信信号強度を有するものであり、前記電池給電型リモートユニットは、前記電池給電型リモートユニットからの送信信号の強度を低減することにより周期的に電力消費を低減するものである、複数の電池給電型リモートユニットと、
   を備え、
   前記マスターユニットの前記制御論理は、前記電池給電型リモートユニットからメッセージを受信したときに、前記電池給電型リモートユニットへ受信確認のメッセージを送信させるようにし、
   前記電池給電型リモートユニットの前記制御論理は、電池給電型リモートユニットの送信したメッセージに応答しての前記受信確認が受信されない場合に、前記送信信号強度を増大させるようにする、
   ように構成されるビルディング監視システム。
2. 送受信器を備える少なくとも１つのマスターユニットと、ビルディングに配置され、送受信器を備え、電池により電力供給される複数の電池給電型リモートユニットとを含むビルディング監視システムにおいて、前記電池給電型リモートユニットの電力消費を最小化する方法であって、
   前記電池給電型リモートユニットからの送信信号の強度を低減することにより、周期的に前記電池給電型リモートユニットの電力消費を低減するステップと、
   前記電池給電型リモートユニットから前記マスターユニットへ送信された信号に対しての受信確認が無いことに応答して、前記電池給電型リモートユニットからの送信信号の強度を増大するステップと、
   を備える方法。