JP6214534B2 - 無線ネットワークのノードを制御する装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線ネットワーク、特には無線網目状ネットワーク（メッシュネットワーク）のノードを制御する装置、方法及びシステムに関する。

近年、無線メッシュネットワークは、例えば照明システムの遠隔制御、ビルオートメーション、監視アプリケーション、センサシステム、医療アプリケーション及びエアコンシステム等に関して益々注目を浴びている。特に、屋外照明器具の遠隔管理、所謂テレマネージメントが益々重要となってきている。一方において、このことは環境的関心により後押しされている。何故なら、テレマネージメントシステムは、異なる調光パターンの例えば時間、気象条件及び気候の関数としての使用を可能にし、屋外照明システム又は上述したような他のシステムの一層エネルギ効率的な使用を可能にするからである。他方において、このことは経済的理由によっても後押しされている。何故なら、増加されたエネルギ効率は運転コストも低下させるからである。更に、斯かるシステムは電力の使用を遠隔的に監視することができると共に、制御されるエレメントの故障、例えばランプの故障又はドライバの故障を検出することができ、このことは、当該システムのエレメント（例えば、ランプ）を修理又は交換するための最良の時間を決定することを可能にさせる。

現行の無線電波周波数（ＲＦ）に基づく無線的解決手段は、ネットワークのエレメント間の通信のために星形ネットワーク（スターネットワーク）トポロジ又はメッシュネットワークトポロジの何れかを使用している。星形ネットワークにおいては、データ収集装置がネットワークにおける全てのノードに対して直接的通信経路を有している。しかしながら、この構成は、典型的に、高出力／高感度の基地局的コントローラを必要とし、このことは、当該解決手段を配備するのが面倒で高価なものとさせてしまう。メッシュネットワークでは、複数のノードは、通常、中央制御装置と直接的に通信するのではなく、所謂マルチホップ通信により通信する。マルチホップ通信においては、データパケットは発信者ノード（sender node）から宛先ノードへ１以上の中間ノードを介して伝送される。ノードは、隣接ノードからのデータパケットを単一のホップで到達するには遠過ぎるノードへと伝送するルータとして作用し、結果として、より遠くの距離に届くことが可能なネットワークが得られる。長い距離を一連の一層短いホップに分割することにより、信号強度は維持される。従って、経路指定が、メッシュネットワークにおける全ノードにより実行され、どの隣接ノードへ当該データパケットが送信されるべきかを決定する。かくして、メッシュネットワークは、高い接続性、従って高い冗長度及び信頼性を備えた非常に堅固で安定したネットワークである。

メッシュネットワーク伝送技術は、２つのグループ、即ちフラッディング型（flooding-based）及び経路指定型（routing-based）のメッシュネットワークに分割することができる。フラッディング型メッシュネットワークでは、データパケットは当該ネットワーク内の全てのノードにより転送される。従って、ノードは複雑な経路指定判断をする必要が無く、当該データパケットをブロードキャストするだけでよい。このような手段により、該技術は非常に堅固である。しかしながら、大きなネットワークでは、転送によるデータのオーバーヘッドが全体のデータレートに影響を与える。更に、データパケットの衝突が一層発生し易く、全体の性能を更に減少させることになる。経路指定型メッシュネットワークは、先行（プロアクティブ）方式及び反応（リアクティブ）方式に更に分割することができる。プロアクティブ経路指定メッシュネットワークでは、各ノードにおける経路指定テーブルに、当座のネットワーク経路が記憶される。経路指定テーブルは、定期的なビーコンメッセージを隣接するノードに送信して効率的な経路指定の経路を発見することにより、最新状態に維持される。しかしながら経路指定テーブルの斯かるプロアクティブな更新は、ネットワーク資源の大きな部分を消費する。これとは対照的に、リアクティブ方式は、要求に応じて（オンデマンドで）経路を発見することにより、永久的なオーバーヘッド及び大きな経路指定テーブルを避けることができる。該方式は、ネットワーク経路を発見するためにフラッディングを用いると共に、アクティブな経路又はノードをキャッシュする。経路が単一のデータパケットに対しては殆ど使用されない場合、経路発見を実行する代わりにデータパケットをフラッディングさせることは、一層効率的であり得る。頻繁な経路指定を回避するために経路が十分に長く維持される場合、リアクティブ方式はプロアクティブ方式に縮退する。リアクティブ経路指定型メッシュネットワークの一例は、ジグビー（ZigBee）に使用されている。

本明細書で説明するメッシュネットワークは、殆どの場合、複数の静止的ノードを有し、ノード間の通信が無線で実行されるネットワークを指す。

これらの無線的解決策の難題の１つは、電磁的妨害を受け易いということである。例えば、屋外照明器具の場合、照明器具内の無線コントローラは同じ照明器具内に配置されたランプドライバからの妨害を受け得る。このことは、ＬＥＤ及び蛍光光源に使用される高周波電子ドライバの場合に特に当てはまる。この影響が図１に示され、該図は当該メッシュネットワーク内の照明器具ノードにより知覚される隣接するノードの平均数を、異なる動作状態での時間の関数として示している。図１から理解されるように、知覚される隣接ノードの数は照明がオンされると減少する。このような減少はオンされたランプドライバによるノイズレベルの増加に起因するものであり、オンされたランプドライバは上記ノイズを発生し、他のノードへの／からのメッセージの送信及び受信の間における当該ノードの伝送性能に悪影響を与える。これは、ランプドライバ及びランプは当該通信解決手段よりも大幅に多くの電力を使用するからである。更に、一方におけるランプドライバ及びランプと、他方におけるノードの通信ユニットとは、当該照明器具内で互いに接近して配置される。これらは、同一の物理的装置内に組み込まれさえされ得る。即ち、無線インターフェースを備えるランプドライバ又は統合されたドライバを備える無線ＬＥＤランプ及び通信機能が同一の物理的装置内に組み込まれる。

実効的に、この接近さはノイズレベルを上昇させ、従ってランプドライバがオンされると通信能力が低下される。このような低下された通信能力は当該システムの不安定な動作を生じさせ、このことは望ましくないと共にノード間でのメッセージの複数の再送信を生じさせ、ネットワーク資源を浪費させる。

前述したメッシュ技術は、中央制御装置又はデータ収集器ノードへ、及び中央制御装置又はデータ収集器ノードから送られるメッセージのルータとして動作することができる隣接ノードの知識に依存する。（ランプドライバの）電磁妨害（ＥＭＩ）により、ノードの通信能力は影響を受ける。即ち、当該ランプをオン／オフした後、又は当該ランプの動作状態を例えば調光により変化させた後、当該ノードにおける経路指定テーブルは、最早、最新状態ではなく、このことが経路指定／通信エラーを生じさせる。このように、現行技術のメッシュネットワーク通信は（ランプドライバ）ＥＭＩに対処するように設計されてはいない。

このような状況は、無線で接続され制御される複数の室内ユニット及び室外ユニットを含むエアコンシステム等の他のシステムにおいても発生する。

米国特許第7,342,513号公報は航空機内で使用するための無線通信システムを記載している。該システムは、如何なる所与の光源も幾つかの他の光源への直接的な無線周波数経路を有するように光源の数量及び位置を利用する統合されたレンズアンテナシステムを用いている。何れかの２つの光源の間の経路が乱された場合、代わりの経路がソフトウェア制御により構築されるように仮想的ネットワークが形成される。

従来技術に関連する上述した欠点及び課題に鑑み、本発明の目的は、無線ネットワークのノードを制御する装置、方法及びシステムであって、妨害の存在下で改善された伝送効率をもたらす装置、方法及びシステムを提供することである。

上記目的は、独立請求項の特徴により解決される。

本発明は、当該ネットワークの1以上のノードの通信／伝送動作を、例えば対応する送信／受信ノードの位置における妨害又はノイズの増加等の、通信能力の何らかの低下を生じさせる動作条件に従って適合させるというアイデアに基づいている。従って、適切な通信／伝送モード又はパラメータが選択され、伝送効率及び伝送信頼度が改善される。妨害は、負荷ドライバ等の当該ノードにより制御され及び／又は該ノードに取り付けられた装置、負荷自体（例えば、モータ）であり得るが、外部の（異質の）装置でもあり得る。

前記目的は、星形ネットワーク又はメッシュネットワーク等の無線ネットワークのノードを制御する装置により解決される。該ノードは少なくとも１つの負荷ユニットに関連付けられる。このことは、直接的に結合される又は動作的にリンクされることを含み、上記少なくとも１つの負荷ユニットを制御するための対応する接続を含む。該装置は、関連するノードの通信モードを上記少なくとも１つの負荷ユニットの動作状態に基づいて調整するように構成された制御ユニットを有する。当該ノードは他のノード（特には、これらノードの通信ユニット）と通信するために適切な通信プロトコルを適用することができる。当該ノードは、単一の負荷ユニットに関連付けられ得るか、又は複数の負荷ユニットに関連付けられ得る。当該ノードは制御ユニット、通信ユニット及び他の機能ユニット（例えば、メモリ等）を含むことができる。上記制御ユニットはＣＰＵとして設けることができ、好ましくは負荷ユニットの動作状態を、
− 例えば当該ノード又は負荷ユニットに設けられる能動的及び／又は受動的センサを使用する、
− 例えば当該負荷ユニットを制御する他の装置から、当該動作状態を積極的に要求する、
− 中央制御装置又は近隣ノード等の少なくとも１つの他の装置から上記動作状態に関する情報を自動的に及び／又は周期的に受信する、
− 上記負荷ユニットに動作状態を変更するよう命令する制御信号を検出する、
ことにより決定するように構成される。

上記制御ユニットは、関連する少なくとも１つの負荷ユニットの動作状態を決定するために、これら方法の1以上又はこれら方法の組み合わせを用いることができる。当該装置は、これら方法のうちの１つを、利用可能な電力、緊急性等の所与の状況に基づいて選択することができる。従って、当該通信動作（通信パラメータ及び／又は通信モード）を調整することにより（電磁）妨害（ＥＭＩ）の悪影響が軽減されるので、伝送効率及び伝送信頼度が改善される。

好ましい実施態様において、前記無線ネットワークはメッシュネットワーク又は星形ネットワークとして実現される。該無線ネットワークは、ＲＦ（ＷｉＦｉ、ブルートゥース、ジグビ又はＺ−Ｗａｖｅ等）、光（赤外線又は可視光）及び音響エネルギ等の如何なる種類の無線伝送技術を採用することもできる。しかしながら、本発明は無線ネットワークに限定されるものではなく、有線ネットワークにも適用することができる。無線及び有線の組み合わせさえ可能である。

好ましい実施態様において、当該装置はポイントツーポイント通信で通信するノード、即ち互いに無線で通信する２つのノードに対して使用することもできる。

当該ネットワークは、幾つかの収集器ノードに接続される中央制御装置又はバックエンドを含むことができる。収集器ノードは、当該ネットワークの複数のノードからの情報を受信及び送信する分配ノードとして動作する。収集器ノードは、例えば、中央制御装置に有線で接続することができ、残りのノードは該収集器ノードに無線で接続することができる。従って、本発明は種々のアプリケーションに対して門戸を開いている。

他の好ましい実施態様において、前記ノードの通信モードの調整は、動作状態の変化の前に、中に及び／又は後に実行される。通信モードが動作状態の変化の前に調整される場合、好ましくは負荷ユニットに動作状態を変更するよう命令する制御信号又は制御ユニット内で利用可能な他の情報を、通信モードの調整を起動するために使用することができる。更に、命令された動作状態の変更は、通信モードの調整が完了するまで遅延させることができる。通信モードは、動作状態の変化の前及び後に調整することもできる。例えば、負荷ユニットの動作状態が変更されねばならない場合、該負荷ユニットの動作状態が変更される前に適切な通信モードが起動される。動作状態の変更を完了した後、他の通信モードが起動される。この構成は、妨害レベルが動作状態の変更中及びその後で異なる場合に有効である。妨害レベルが負荷ユニットの動作状態を変更する間において非常に高い場合、その時間にわたり通信モードを変更することが好ましい。この場合、全く通信しないか、又は通常の状態リクエストではなく緊急メッセージ等の所定の種類の情報のみを通信することが好ましいであろう。

更に他の好ましい実施態様において、前記動作状態の変化は、負荷ユニットのスイッチオン、負荷ユニットのスイッチオフ、及び負荷ユニットの動作状態の徐々の変更のうちの少なくとも１つを含む。例えば、負荷ユニットが光源を有する場合、動作状態を徐々に変更することは、当該光源を調光する過程に対応する。

好ましくは、前記負荷ユニットは少なくとも１つの切り換え可能な及び／又は可変の負荷を有する。しかしながら、負荷ユニットは複数の異なる切り換え可能な及び／又は可変の負荷を有することもできる。例えば、負荷ユニットが照明器具を含む場合、例えば昼間照明、夜間照明及び／又は緊急照明のための異なる光源（即ち、異なる負荷）を設けることができる。これら光源も、切り換え可能及び／又は調光可能（可変）とすることができる。

好ましくは、負荷ユニットは負荷及び少なくとも１つの切り換え可能な及び／又は可変の負荷ドライバを有する。例えば光源等の負荷は、しばしば、負荷ドライバが動作されることを必要とする。このような場合、切り換え可能及び／又は可変なのは負荷ではなく負荷ドライバであり得る。負荷ドライバは良く知られた強い電磁妨害源であるので、通信モードを斯かる負荷ドライバの動作状態に基づいて調整することが有利である。

好ましい実施態様において、前記制御ユニットは、上記動作状態を負荷ユニットの電力消費、負荷ユニットのタイプ及び／又は当該無線ネットワークにおける近隣のノードの動作状態を決定することにより決定するように構成されると共に、更に、通信モードを該決定された電力消費、該決定された動作状態及び／又は上記タイプに基づいて調整するように構成される。近隣のノードは、当該伝送ノードの伝送範囲内のノードとして定義することができるか、又は例えば当該装置のメモリに記憶されるテーブルの形で予め定めることができる。この構成は、通信モードの複雑な調整を可能にする。特に、適切な通信モードを選択するために環境の変化が考慮に入れられる。これらの変化は、負荷ユニット（タイプ）自体の変更／交換及び負荷ユニットの電力消費の変化を含み得る。例えば、電力消費は異なる温度に対して異なり得る。

好ましい実施態様において、ノードの通信モードは少なくとも１つの近隣のノードの動作状態に基づいて調整される。このことは、電磁妨害が殆どの場合ノードの受信性能に、特には該ノードの受信器の感度を低下させることにより影響を与える故に有利である。従って、好ましい実施態様では、送信ノードの通信モードは、近隣のノードの決定された動作状態に基づいて変更／調整される。好ましくは、送信ノードの送信電力は、近隣の（例えば、受信）ノードに対する通信リンクを維持／回復するために増加される。

好ましい実施態様において、前記制御ユニットは近隣ノードの決定された動作状態を考慮に入れたモデルに基づいたアルゴリズムを実行する。例えば、最悪の性能劣化を伴う近隣ノードが考慮に入れられ、当該ノードの通信モードが、それに応じて調整される。好ましくは、当該ノードの送信電力は、該最悪の性能劣化を伴う近隣ノードに対する通信リンクを維持／回復するために増加される。

ノードの通信モードを少なくとも１つの近隣ノードの動作状態に基づいて調整することは、近隣のノードが他の負荷及び／又は負荷ドライバ、他の構造的構成（例えば、負荷、負荷ドライバ及び／又は通信ユニット間の距離／隔たり）、及び／又は他の調光レベル（例えば、照明システムの場合）を有し得るので、更に有利である。

動作状態、負荷及び／又は負荷ドライバ、妨害の受け易さ、知覚される近隣ノードの数に関する情報、及び／又はこれらのうちの１つの変化に関する情報は、ノードが自身の近隣のノード（例えば、経路指定テーブルを構築するために使用される（後述を参照））に対して送出する規則的ビーコンに含めることができる。しかしながら、上記情報は別のビーコンに含めることもできる。これらの別のビーコンは、ノードにより、該ノードに関連する負荷ユニットの動作状態が変更される前に送信され得る。

更に、近隣のノードは考察中のノードの位置においても妨害を生じ得る。従って、通信ノードを選択する場合に上記近隣のノードの動作状態を考慮に入れるのが有利である。

他の好ましい実施態様において、前記通信モードの調整は、当該ノードに記憶された少なくとも１つの経路指定テーブルをリセットし及び／又は更新すること、所定の時間にわたりビーコン周波数（頻度）を増加及び／又は減少させること、並びにメッセージを送信するために当該ノードの送信電力を増加又は減少させること、のうちの少なくとも１つを含む。

本発明によれば、経路指定型マルチホップネットワークにおいてデータパケット又はメッセージはノードに記憶された経路指定テーブルにより転送され、その場合において、メッセージを負荷ユニットの動作状態に依存して異なるように経路指定することが好ましい。上記経路指定テーブルは動作状態を変更する際にリセット及び／又は更新され得る。何故なら、当該経路指定テーブルは上記動作状態の変更により、最早、最新ではなさそうであるからである。経路指定テーブルを更新するために、該経路指定テーブルの速い構築を可能にすべく、該経路指定テーブルを構築又は更新するために使用することが可能なビーコンの周波数を増加させることができる。近隣ノードを観察（知覚）するために、ノードは接続度情報を伴うビーコンを周期的に送信して、近隣ノードに受信されたビーコンに回答するよう促すことができる。受信された回答は、経路指定テーブルを構築するために使用される。他の例として、ノードは当該ノードの接続度情報を含むビーコンを、該ビーコンに対する回答を要求しないで規則的に送出することもできる。従って、経路指定テーブルは受信されたビーコンに基づいて構築される。両方の場合において、送出されるビーコンは、データ収集器に対する送信ノードの（ホップ又は地理的）距離又はこれらの地理的位置に関する情報を含むことができる。考察中のノードのデータ収集器までの距離が、当該ビーコンが受信された近隣ノードの該データ収集器までの距離より大きい場合、当該データパケットは該近隣ノードを介して上記データ収集器へ転送することができる。

経路指定テーブルを更新している間に、例えば経路指定テーブルを必要としないフラッディング等の他の経路指定方法を適用することができる。更に、経路指定テーブルは先ずデフォルト設定にリセットし、次いで更新することもできる。他の例として、異なる動作状態に関する異なる経路指定テーブルを当該装置のメモリに記憶することができ、経路指定テーブルを、記憶された経路指定テーブルを起動することにより更新することもできる。この場合、新しい経路指定テーブルを構築する必要はない。メモリに基づく解決策の場合、１つが動作状態の変化の前に使用され、もう１つが動作状態の変化の後に使用される、２つの経路指定テーブルを使用することができる。負荷ユニットの２つの動作状態が通常に使用される場合、１つの経路指定テーブルが第１の動作状態に対して使用され、他の経路指定テーブルが第２の動作状態に対して使用される。

前記通信モードの調整は、物理レイヤ（ＰＨＹ）の特定のパラメータの変更を含むこともできる。１つのパラメータは送信電力であり得、該送信電力は動作状態の変化に基づいて増加又は減少させることができる。この調整は、制御ループ（学習）的に、通信遅延、知覚される近隣ノードの数及び／又は通信の成功率等の特定の性能が達成されるまで実行することができる。好ましくは、送信電力は、負荷ユニットが“オン”状態の場合に増加され、負荷ユニットが“オフ”状態の場合に減少される。当該ノードの送信電力を増加させることにより、該ノードの伝送範囲は増加され、従って該ノードにより一層多くの近隣ノードに到達することができ、その結果、伝送効率及び信頼度が増加される。加えて又は代わりに、ＰＨＹデータレート（データ転送速度）を減少させることもでき、このことは典型的に受信器感度を上昇させる。他の可能性は、信頼度を向上させるために誤り訂正符号化率又はＣＲＣ（巡回冗長検査）の長さを変更することである。

更に、或るノードから他のノードへ送信されるべきメッセージの再送信数を変更することができる。より多い再送信は成功の確率を増加させ、このことは妨害の影響を軽減することができる。更に、負荷ユニットをオンする間にカウンタの計数を増加させ、これによりパケットを逃して新たなパケットを要求する前にパケットを受信する機会を増加させることが好ましい。オフする間には該カウンタの計数は再び減少させることができる。

上述した制御ループ（又は学習）方法は物理レイヤのパラメータの調整に、特には送信電力の調整に限定されるものではなく、通信モードのパラメータの何れを調整するためにも用いることができる。

好ましい実施態様において、中央制御装置は当該無線ネットワークの１以上のノードにより使用されるべき通信モードを集中的に決定する。この場合、各ノードは自身に関連する負荷ユニットの動作状態に関する情報を該中央制御装置に送信することが好ましい。代わりに、負荷ユニット自身を、動作状態情報を中央制御装置に送信するように構成することもできる。この場合、中央制御装置は受信された情報に基づいて通信モードを決定し、ノードに通信モードを変更するよう命令する。この手順は特定の時間間隔で周期的に実行することができるが、ノードのうちの１つ又はユーザのリクエストに応じて実行することもできる。加えて又は代わりに、ノードは上記中央コントローラにより供給される特定の動作状態に関連する通信モードを記憶し、動作状態の後の変化の際に対応する通信モードを自動的に適用することもできる。

好ましい実施態様において、負荷ユニットの動作状態の変化の後に、当該ノードの別の通信モードが所定の時間にわたり活性化される。この別の通信モードは経路指定テーブルを更新する間に適用することができ、その場合、上記所定の時間は好ましくは該経路指定テーブルを更新するために要する時間に対応する。所定の時間にわたり活性化される通信モードは、最大送信電力等の高レベル伝送パラメータを含むことができる。このことは、例えば経路指定テーブルが未だ更新されていなかった場合でも、十分な伝送効率及び伝送信頼度を保証する。このように、ノイズレベル及び／又は妨害が負荷ユニットの動作状態により高くても、ノードと通信することができる。

好ましくは、前記装置はノードと動作的に結合されるか又はノードに統合される。当該装置は、ノードに取り外し可能及び／又は再使用可能な方法で取り付けることができるか、又は該装置はノードに組み込むことができる。後者を参照すると、当該装置はノードのＣＰＵの一部とすることができるか又は斯かるＣＰＵに組み込むことができる。更に、既存のノードを該装置によりアップグレードすることもできる。

好ましい実施態様において、当該装置は照明制御システムにおいて使用される。該照明制御システムは照明器具ノードのテレマネージメント（遠隔制御）のための屋外照明制御システムであり得る。前記負荷ユニットを表す照明器具は、好ましくは、光源及び、必要なら、光源ドライバを有することができる。このように、照明器具は容易にオン／オフすることができ、及び／又は調光パターンを昼間、季節、気象、周囲輝度、交通事故の発生、道路作業の存在等の条件に基づいて制御することができる。これらの条件は、照明器具ノードと共に設けられるセンサにより決定し、次いで近隣のノード、データ収集器ノード及び／又は中央制御装置に各々通知することができる。本発明の装置は、屋内照明制御システムにおいても使用することができる。しかしながら、本発明は照明システムに限定されるものではなく、妨害の影響を受ける通信を用いたエアコンシステム及び他の種類のネットワークにも同様に適用することができる。

本発明の他の態様においては、無線ネットワークのノードを制御する方法が提供され、上記ノードは少なくとも１つの負荷ユニットに関連付けられる。該方法は、上記負荷ユニットの動作状態を決定するステップと、上記ノードの通信モードを当該無線ネットワークの他のノードとの通信のために上記負荷ユニットの決定された動作状態に基づいて調整するステップとを有する。該方法は前述した装置に適用するのに適している。

本発明の更に他の態様においては、無線ネットワークのノードを制御するシステムが提供される。該システムは複数のノードを有し、これらノードのうちの少なくとも１つは負荷ユニットに関連付けられ、これらノードのうちの少なくとも１つは前述したような無線ネットワークのノードを制御する装置に結合され、メッセージは当該無線ネットワークを介してノード間で伝送される。

本発明の他の態様においては、無線ネットワークのノードを制御するシステムが提供される。該システムは複数のノードを有し、これらノードのうちの少なくとも１つは負荷ユニットに関連付けられ、中央制御装置が当該無線ネットワークを介して上記ノードのうちの少なくとも１つと通信する。該中央制御装置は少なくとも１つのノードの通信モードを該ノードに関連する負荷ユニットの動作状態に基づいて調整するように構成される。

図１は、ノードがメッシュネットワークにおいて知覚する近隣ノードの平均数を時間の関数として示したグラフを示す。 図２は、無線メッシュネットワークの一例を示す。 図３は、本発明の第１実施態様の概略図を示す。 図４は、本発明の第２実施態様の概略図を示す。 図５は、本発明の第１実施態様による方法のフローチャートを示す。 図６は、本発明の第２実施態様による方法のフローチャートを示す。 図７は、本発明の第３実施態様による方法のフローチャートを示す。 図８は、本発明の第４実施態様による方法のフローチャートを示す。 図９は、本発明の第５実施態様による方法のフローチャートを示す。

本発明の好ましい適用例は、屋外照明システム（例えば、街路、駐車場及び公共区域のための）、一般区域照明のための屋内照明システム（例えば、モール、アリーナ、駐車場、駅、トンネル等のための）、暖房、換気並びにエアコン（ＨＶＡＣ）又はセンサ及びアクチュエータネットワークである。以下では、本発明は街路照明のための屋外照明システムの例を用いて更に説明する。照明制御の分野では、無線周波数ネットワーク技術による屋外照明器具のテレマネージメントが、特に大規模設備（例えば、約２００の照明器具）の適用可能性を持つ解決策として益々注目を浴びている。

図２には、網目状トポロジを持つ典型的なネットワークが示されている。複数のノード（Ｎ）１０が無線通信経路４０により相互に接続されている。ノード１０の幾つかはデータ収集器ノード（Ｎ／ＤＣ）５０として機能し、該データ収集器ノードは周囲のノード１０から単一ホップ又はマルチホップ伝送によりデータパケットを受信すると共にこれらデータパケットを制御センタ６０に送信し、及びその逆を行う。このように、データ収集器ノード５０はノード１０と中央制御装置又は制御センタ６０との間のゲートウェイの形で動作することができる。ノード１０とデータ収集器ノード５０との間の無線通信経路４０は無線周波数伝送により構成することができる一方、データ収集器ノード５０と制御センタ６０との間の接続７０は、インターネット、移動通信ネットワーク、無線電波システム、イーサネット（登録商標）、ＤＳＬ、ケーブル又は他の有線若しくは無線データ伝送システムを利用することができる。

他の所謂アドホック・メッシュネットワークと比較して、屋外照明制御ネットワークのためのテレマネージメントシステムは静止的である。即ち、ノード１０は移動しない。また、全てのノード１０は主電源に接続することができる。従って、ネットワークの変化は、主に変化する環境による（例えば、交通量による）ものである。ノード１０は静止しているので、ノード１０の物理的位置（例えば、ＧＰＳ座標）は当該システムにおいて既知であり得、地理的又は位置に基づく経路指定を可能にする。

照明器具ノード１０からデータ収集器ノード５０へのデータパケット送信のためには、シンク（受信側）距離ベクトル経路指定が好ましく、その場合、各ノード１０は中間ノード１０としてデータ収集器ノード５０（所謂、シンク）のうちの１つに一層近い隣接ノード１０を選択する。データ収集器ノード５０への経路は定期的に使用されるので、好ましくは経路指定解決策が用いられる。好ましくは、経路指定テーブルが各ノード１０に記憶され、該テーブルは何の隣接ノード１０がデータ収集器ノード５０の１つに一層近いかを示す。このように、データパケットは最も近いデータ収集器ノード５０に非常に効率的で高速な方法で送信することができる。有利には、各ノード１０は信頼性を向上させるために複数のダウンリンク隣接ノード１０に関する情報を代替経路として保持する。

図３は、本発明の第１実施態様を示す。装置１００及び負荷ユニット３００が、各々、ノード２００に動作的に結合されている。図３に示されたノード２００は、図２に示された無線マルチホップ・メッシュネットワークのノード１０又はデータ収集器ノード５０であり得る。

装置１００は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）として実現することが可能な制御ユニット１１０を有している。更に、装置１００は太陽光電力システム又は電池等の電源を含むことができる。電池は太陽光電力システムにより（再）充電可能であり得る。例えば、電池は太陽光電力システムが十分な電力を供給しない場合（例えば、夜間）にのみ電源として使用することができる。しかしながら、装置１００には、外部電源／電力ラインを介して又はノード２００により電力を供給することもできる。

ノード２００は、データパケットを無線通信経路４０を介して（例えば、無線電波周波数伝送により）送信及び受信するための通信ユニット２１０を有している。ノード２００は、更に、例えば経路指定テーブルを記憶するためのメモリ２２０を有している。加えて又は代わりに、他の又は同一のメモリを通信ユニット２１０に設けることもできる。ノード２００は、更に、負荷ユニット３００、通信ユニット２１０及び／又は電力システムを制御するための制御ユニット２３０も有している。上記電力システムは前述した電力システムと同一又は同様のものとすることができる。

負荷ユニット３００は、ノード２００に動作的に結合され及び／又は該ノード２００により制御されると共に、負荷３２０及び負荷ドライバ３１０を有することができる。この例では、負荷ユニット３００は光源３２０及び光源ドライバ３１０を含むことができる。光源ドライバ３１０は制御ユニット２３０により制御される。好ましくは、光源ドライバ３１０は切り換え可能であると共に調光可能である。前記ノードの制御ユニット２３０は、光源ドライバ３１０の切り換え／調光状態を決定し、これらの状態を装置１００の制御ユニット１１０に報告する。他の例として、装置１００の制御ユニット１１０は上記動作状態をセンサにより決定するよう構成される。決定された状態に基づいて、制御ユニット１１０は通信ユニット２１０の通信モード（即ち、通信のためのパラメータ及び／又はモード）を調整／変更する。他の例として、当該装置の制御ユニット１１０はノード２００の制御ユニット２３０に通信モードを調整するように命令することができる。例えば、光源ドライバ３１０（及び光源３２０）が“オフ”から“オン”に切り換えられたと判定された場合、ノイズレベルは増加したと、且つ、電磁妨害が発生するであろうと仮定される。特に、図１に示されたように、照明をオンする結果として、知覚される近隣ノードの数が減少する（即ち、伝送範囲が減少する）。従って、通信モードは、例えばノード２００の送信電力が増加され、これにより該ノード２００の伝送範囲を再び増加するように調整される。結果として、伝送信頼度及び伝送効率が増加される。

図４は、本発明の代替実施態様を示す。この実施態様は図３に示した実施態様に類似するもので、その相違点は、装置１００及び負荷ユニット３００がノード２００に組み込まれていることである。しかしながら、負荷ユニット２００又は装置１００の何れかのみを組み込むことも可能である。図示された構成要素の機能は、第１実施態様を参照して説明したものと同様である。従って、これらの説明は省略する。更に、該第２実施態様では、装置１００、ノード２００及び負荷ユニット３００を制御するために単一の制御ユニットのみを設けることもできる。更に、該単一の制御ユニットは通信ユニット２１０に関連する機能を含む及び／又は実行することもできる。この場合、上記制御ユニット及び該通信ユニットは、単一のＣＰＵとして実施化することができる。

図５は、本発明の第１実施態様による方法のフローチャートを示す。該方法において、先ず負荷ユニットの動作状態が決定される（ステップＳ５１０）。例えば、装置１００の制御ユニット１１０はセンサを介して前記光源ドライバの電力消費を監視する。動作状態が変化されなかったと判断された場合、通信モードは変更されないままとなる。前記負荷／負荷ドライバの電力消費及び／又は電圧レベル、及び／又は前記負荷／負荷ドライバの切り換え状態が変化したと判断された場合、動作状態は変化されたと仮定する（ステップＳ５２０）。動作状態がどの様に変化されたかを決定するために、“オン”、“オフ”及び異なる調光レベルの間を区別すべく異なる閾値を予め定めることができる。例えば、閾値は最大電力消費の０％、２０％、４０％、６０％、８０％及び１００％を示すことができる。この例において、０％は“オフ”に対応し、１００％は“オン”に対応し、２０％、４０％、６０％及び８０％は異なる調光レベルに対応する。従って、前記コントローラにより０％、１〜１９％、２０〜３９％、４０〜５９％、６０〜７９％、８０〜９９％及び１００％に対して異なる通信モードが選択され、活性化される（ステップＳ５３０）。従って、適切な通信モードを選択することにより、受信側ノードの位置におけるノイズレベルの増加にも拘わらず、伝送信頼度及び伝送効率が向上される。

図６は本発明の第２実施態様による方法のフローチャートを示す。この実施態様において、制御ユニットは動作状態の変更を命令する制御信号を検出する（ステップＳ６１０）。これらの制御信号は、例えば中央制御装置による等の外部的に、又は内部的に供給され得る。後者の場合、例えば夕暮れが当該照明器具内に設けられた対応するセンサにより検出され、当該照明器具に照明をオンするよう命令する制御信号が発生される。該制御信号は装置１００の制御ユニット１１０によっても検出／確認され、通信モードを図５に示した実施態様に関して説明したように調整することができる（ステップＳ６２０）。更に、動作状態の変更は該通信モードの調整が完了するまで遅らせることができる（ステップＳ６３０）。例えば、動作状態の変更は経路指定テーブルが更新されるまで遅延させることができる。代わりに、制御ユニット１１０は、動作状態を変更することを意図していることを示す別の信号を受信することもできる。この信号も外部的又は内部的に供給することができ、後者の場合、例えばノード２００の制御ユニット２３０により供給される。

図７は本発明の第３実施態様による方法のフローチャートを示す。この実施態様において、例えばノード２００の制御ユニット１１０は負荷ユニット３００の動作状態の変化を検出する（ステップＳ７１０）。ノード２００の制御ユニット１１０は、ノード２００に（即ち、該ノード２００の制御ユニット２３０及び／又は通信ユニット２１０に）、経路指定テーブルを一層速く更新するために（ステップＳ７３０）使用されるビーコン周波数を増加するよう命令する（ステップＳ７２０）。増加されたビーコン周波数により、経路指定テーブルを更新するために要する時間が大幅に低減される。経路指定テーブルの更新が完了した後、該経路指定テーブルは選択／活性化され（ステップＳ７４０）、当該ネットワークにおける隣接ノードと通信するために使用される。好ましくは、経路指定テーブルが更新された後、ビーコン周波数は再び低下され、エネルギを節約すると共にネットワーク資源の浪費を回避する。

図８は本発明の第４実施態様による方法のフローチャートを示す。この実施態様において、例えばノード２００の制御ユニット１１０は負荷ユニット３００の動作状態の変化を検出する（ステップＳ８１０）。ノード２００の制御ユニット１１０は該新たな動作状態に適した経路指定テーブルを決定する（ステップＳ８２０）。例えば、異なる動作状態に対する異なる経路指定テーブルをノード２００又は装置１００のメモリに予め記憶することができる。制御ユニット１１０はノード２００に（即ち、該ノード２００の制御ユニット２３０及び／又は通信ユニット２１０に）、上記の決定された経路指定テーブルへ切り換えるように命令する（ステップＳ８３０）。しかしながら、ステップＳ８２０及びＳ８３０は、ノード２００の制御ユニット及び／又は通信ユニットにより実行することもできる。特に、前記装置の制御ユニット１１０は負荷ユニット３００の上記決定された動作状態をノード２００の制御ユニット２３０及び／又は通信ユニット２１０に供給することができる。

図９は本発明の第５実施態様による方法のフローチャートを示す。この実施態様においては、２つの異なる経路指定テーブルが負荷ユニット３００の動作状態に依存して使用される。初期には、第１経路指定テーブルが通信のために適用される（ステップＳ９１０）。装置１００の制御ユニット１１０が動作状態の変化を検出すると（ステップＳ９２０）、第２経路指定テーブルが選択され、活性化される（ステップＳ９３０）。例えば、屋外照明システムの場合、照明は午後８時にオンすることができる。上記第１経路指定テーブルは午後８時より前に適用することができ、第２経路指定テーブルは午後８時より後に適用することができる。制御ユニット１１０は動作状態の変化を、前述したように動作状態を決定することにより又は時計により検出することができる。

集中的方法の場合、ノードの動作状態を変更するためのコマンドが前記中央制御装置によりノードへ送信される。また、ここでも、通信モードを受信された動作状態情報に基づいて又は時間に基づいて制御することが可能である。

本発明は、ノードの通信モードを現在の動作状態に基づいて適合させるという利点を提供する。このように、ネットワーク内の負荷ユニットの動作状態を反映する知的な解決策が提供され、これによれば、当該ノードの通信動作に影響を与える負荷の切り換え又は変化により生じる妨害を考慮に入れる。

Claims (15)

1. 無線ネットワークにおける、少なくとも１つの負荷ユニットに関連付けられたノードを制御する装置であって、
   前記負荷ユニットの動作状態を前記負荷ユニットの電力消費を決定することにより決定すると共に、前記ノードの通信モードを前記負荷ユニットの決定された電力消費に基づいて調整する制御ユニット、
   を有し、
   前記ノードの通信モードの調整が、前記ノードのメッセージを送信するための送信電力増加又は減少を含む装置。
2. 前記無線ネットワークが、メッシュネットワーク、星形ネットワーク又は互いに無線で通信する２つのノード間のポイントツーポイント通信である請求項１に記載の装置。
3. 前記ノードの通信モードの調整が、前記負荷ユニットの動作状態の変化の前に、間に及び／又は後に実行される請求項１又は請求項２に記載の装置。
4. 前記負荷ユニットの動作状態の変化が、前記負荷ユニットのオン、前記負荷ユニットのオフ及び前記負荷ユニットの動作状態の徐々の変更のうちの少なくとも１つを含む請求項３に記載の装置。
5. 前記負荷ユニットが少なくとも１つの切り換え可能な及び／又は可変の負荷を有している請求項１ないし４の何れか一項に記載の装置。
6. 前記負荷ユニットが、更に、少なくとも１つの切り換え可能な及び／又は可変の負荷ドライバを有している請求項５に記載の装置。
7. 前記制御ユニットは、前記負荷ユニットの動作状態を、更に、前記負荷ユニットのタイプ、及び／又は前記無線ネットワークにおける少なくとも１つの近隣のノードの動作状態を決定することにより決定すると共に、前記通信モードを、更に、前記少なくとも１つの近隣のノードの決定された動作状態、及び／又は前記負荷ユニットのタイプに基づいて、調整する請求項１ないし６の何れか一項に記載の装置。
8. 前記ノードの通信モードの調整が、更に、前記ノードに記憶された少なくとも１つの経路指定テーブルのリセット及び／又は更新、所定の時間にわたる前記ノードのビーコン周波数の増加及び／又は減少のうちの少なくとも１つを含む請求項１ないし７の何れか一項に記載の装置。
9. 前記ノード内で前記負荷ユニットの動作状態に依存して異なる経路指定テーブルが活性化される請求項８に記載の装置。
10. 前記負荷ユニットの動作状態の変化の後に、前記ノードの別の通信モードが所定の時間にわたり活性化される請求項１ないし９の何れか一項に記載の装置。
11. 前記ノードに動作的に結合されるか又は該ノードに組み込まれる請求項１ないし１０の何れか一項に記載の装置。
12. 前記装置は照明制御システムにおいて使用され、前記負荷ユニットは光源を有するか又は光源及び該光源を制御する光源ドライバを有する請求項１ないし１１の何れか一項に記載の装置。
13. 無線ネットワークにおける、少なくとも１つの負荷ユニットに関連付けられたノードを制御する方法であって、
    制御ユニットが、前記負荷ユニットの動作状態を前記負荷ユニットの電力消費を決定することにより決定するステップと、
    前記制御ユニットが、前記無線ネットワークの他のノードとの通信のための前記ノードの通信モードを前記負荷ユニットの前記決定された電力消費に基づいて調整するステップと、
    を有し、
    前記調整するステップにおいて、前記ノードの通信モードの調整が、前記ノードのメッセージを送信するための送信電力増加又は減少を含む方法。
14. 無線ネットワークのノードを制御するシステムであって、
    少なくとも１つが負荷ユニットに関連付けられると共に、少なくとも１つが請求項１ないし１２の何れか一項に記載の装置に結合された複数のノード、
    を有し、メッセージが前記ノードの間で前記無線ネットワークを介して伝送されるシステム。
15. 無線ネットワークのノードを制御するシステムであって、
    少なくとも１つが負荷ユニットに関連付けられた複数のノードと、
    前記ノードのうちの少なくとも１つと前記無線ネットワークを介して通信する中央制御装置と、
    を有し、前記中央制御装置は、少なくとも１つのノード又は前記ノードに関連付けられた前記負荷ユニットから、前記負荷ユニットの動作状態を決定するよう決定された前記負荷ユニットの電力消費を受信すると共に、前記ノードの通信モードを、受信された前記負荷ユニットの電力消費に基づいて調整し、前記ノードの通信モードの調整が、前記ノードのメッセージを送信するための送信電力増加又は減少を含むシステム。