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特表2022-504458チェーンベースネットワークを監視するための通信ネットワーク
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-01-13
(54)【発明の名称】チェーンベースネットワークを監視するための通信ネットワーク
(51)【国際特許分類】
H04B 3/46 20150101AFI20220105BHJP
【ＦＩ】
H04B3/46
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021519128
(86)(22)【出願日】2019-10-11
(85)【翻訳文提出日】2021-06-07
(86)【国際出願番号】 IB2019001128
(87)【国際公開番号】W WO2020074963
(87)【国際公開日】2020-04-16
(31)【優先権主張番号】16/158,943
(32)【優先日】2018-10-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】501106735
【氏名又は名称】タイコ・エレクトロニクス・ユーケイ・リミテッド
【氏名又は名称原語表記】ＴＹＣＯ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＵＫ ＬＩＭＩＴＥＤ
(74)【代理人】
【識別番号】100145403
【弁理士】
【氏名又は名称】山尾 憲人
(74)【代理人】
【識別番号】100132241
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 博史
(74)【代理人】
【識別番号】100135703
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 英隆
(72)【発明者】
【氏名】ドミニク・チャールズ・ホワイト
(72)【発明者】
【氏名】ジョナサン・ディ・ロバーツ
(72)【発明者】
【氏名】タウトビダス・ミクス
(72)【発明者】
【氏名】ポール・ディ・ミッチェル
(72)【発明者】
【氏名】デイビッド・グレイス
(72)【発明者】
【氏名】イー・チュウ
(57)【要約】
チェーンベースネットワーク（１０２）内のノード状態を監視するための通信ネットワーク（１００）は、ピン信号（１１２）を送信するように構成された第１の基地局（１０４）と、それぞれがピン信号を受信し、ピン信号の受信時に確認応答信号（３０４）を送信し、ピン信号を送信するように構成された複数のノード（１０８Ａ～１０８Ｊ）とを含む。また、通信ネットワークは、ピン信号を受信し、ピン信号に基づいて、複数のノードに関連するデータを送信するように構成された第２の基地局（１０６）を含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
チェーンベースネットワーク（１０２）内のノード状態を監視するための通信ネットワーク（１００）であって、ピン信号（１１２）を送信するように構成された第１の基地局（１０４）と、
それぞれが、前記ピン信号を受信し、前記ピン信号の受信時に確認応答信号（３０４）を送信し、前記ピン信号を送信するように構成された複数のノード（１０８Ａ～１０８Ｊ）と、
前記ピン信号を受信し、前記ピン信号に基づいて前記複数のノードに関連するデータを送信するように構成された第２の基地局（１０６）と、
を備える、通信ネットワーク（１００）。
【請求項2】
前記複数のノード（１０８Ａ～１０８Ｊ）のそれぞれは、チェーンベースネットワーク（１０２）の作動デバイス（１１０Ａ～１１０Ｊ）に結合されるようにさらに構成されている、請求項１に記載の通信ネットワーク（１００）。
【請求項3】
前記複数のノード（１０８Ａ～１０８Ｊ）のそれぞれは、前記作動デバイス（１１０Ａ～１１０Ｊ）が動作を停止すると、動作を停止するようにさらに構成されている、請求項２に記載の通信ネットワーク（１００）。
【請求項4】
前記複数のノードは、第１ノード（１０８Ａ）、第２ノード（１０８Ｂ）および第３ノード（１０８Ｃ）を含み、前記第１の基地局（１０４）から前記第２の基地局（１０６）への第１の通信ルートは、前記第１ノードおよび前記第２ノードを含み、前記第３ノードを含まない、請求項１に記載の通信ネットワーク（１００）。
【請求項5】
少なくとも１つのノードは、前記少なくとも１つのノードが前記ピン信号を送信する前に、前記ピン信号（１１２）にデータを追加するように構成されたデータコレクタモジュール（２０６）を含む、請求項１に記載の通信ネットワーク（１００）。
【請求項6】
少なくとも１つのノードは、前記少なくとも１つのノードに電力を供給する電力蓄積モジュール（２０８）を含む、請求項１に記載の通信ネットワーク（１００）。
【請求項7】
前記電力蓄積モジュール（２０８）は、前記少なくとも１つのノードに結合された作動デバイス（１１０Ａ～１１０Ｊ）から漏れ電力を受け取るように構成されている、請求項６に記載の通信ネットワーク（１００）。
【請求項8】
前記第１の基地局（１０４）は、フレーム（３００）の期間にわたって定期的に前記ピン信号（１１２）を送信するように構成されている、請求項１に記載の通信ネットワーク（１００）。
【請求項9】
前記フレーム（３００）は、複数のタイムスロット（３０２）を含む、請求項８に記載の通信ネットワーク（１００）。
【請求項10】
少なくとも１つのノードは、前記フレーム（３００）の様々なタイムスロット（３０２）で前記ピン信号（１１２）を受信するように構成されている、請求項９に記載の通信ネットワーク（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、一般に、チェーンベースネットワーク内のノードの状態を監視するための通信ネットワークに関する。
【背景技術】
【0002】
通信ネットワークを利用して、チェーンベースネットワーク内の故障や障害を監視する用途は数多くある。チェーンベースネットワークには、電力または伝送線、陸上および水中を含む河川／運河ネットワーク、陸上および水中ネットワークを含む海岸線ネットワーク、水中ケーブルネットワーク、道路／自動車道／高速道路ネットワーク、鉄道、丘／崖のそばのネットワーク、街灯ネットワーク、最小の偏差で類似の軌道にある連鎖した低電力衛星ネットワークを介して情報を渡すことなどが含まれ得る。
【0003】
用途の一例として、伝送線（電力線としても知られている）内での使用が挙げられる。伝送線は電力網の中にあり、送電塔から送電塔へと伸び、広い範囲に交流を伝導する。これらの電線のメンテナンスや使用には細心の注意を払う必要がある。落雷やサージ、伝送線の断線などで過電流状態が生じると、大きな影響が出る。
【0004】
避雷器（サージアレスタ）は、過電流状態による停電を防ぐために伝送線で使用され、電流を安全にアースに流すことで、電力網への影響を最小限に抑える。サージアレスタの寿命が尽きたり、サージアレスタが故障したりすると、多くの場合、離れた場所で発生し、何ヶ月も経たないと故障したアレスタに気づかなかったり、発見できなかったりする。そのため、故障したユニットが交換されるまで、ラインの一部が長期間保護されない状態になる。
【0005】
具体的には、サージアレスタが故障すると、電力網と地面とがショートして停電が発生し、少なくともシステム内のサーキットブレーカをリセットする必要がある。これが生じるのを防ぐために、サージアレスタと直列にディスコネクトが使用される。通常の動作ではディスコネクトは受動的であるが、サージアレスタが故障すると、サージアレスタを介して大電流がアースに流れる。この時点でディスコネクトは分裂し、伝送線をサージから保護すると同時に、サージアレスタや鉄塔からぶら下がっているアースストラップによってサージアレスタが故障したことを視覚的に示す。この最初のサージ状態ではサージアレスタの故障による損害や停電は防げるが、伝送線の一部ではサージアレスタが故障したままであり、伝送線はもはや雷現象やその他の過電流状態から保護されていない。
【0006】
そこで、サージアレスタを使用する必要性が生じる前にサージアレスタが交換され得るように故障したサージアレスタを検出するために、ヘリコプターなどの車両を使って目視検査を行い、バラバラになったディスコネクトを見つけてサージアレスタの故障を検出することが行われている。代替的に、電力会社は、故障したサージアレスタの報告を従業員以外に頼らなければならない。具体的には、吹き飛ばされたディスコネクトの破片が、このような目視検査で見つけられなければならない。これは結局、アレスタの修理や交換のタイミングを逸し、電線の故障や停止の原因となる。そのため、故障の迅速かつ自動的な通知を提供する、改良された電力線監視またはサージアレスタの故障の検出方法が必要とされている。このような改善された電力線監視検出は、大きなコストや電力消費を伴わないように求められている。
【発明の概要】
【0007】
一実施形態では、チェーンベースネットワーク内のノードの状態を監視するための通信ネットワークが提供される。通信ネットワークは、ピン（ping）信号を送信するように構成された第１の基地局を含む。また、通信ネットワークは、複数のノードであって、複数のノードのそれぞれがピン信号を受信し、ピン信号の受信時に確認応答信号を送信し、ピン信号を送信するように構成された複数のノードと、ピン信号を受信し、ピン信号に基づいて複数のノードに関連するデータを送信するように構成された第２の基地局とを含む。
【0008】
別の実施形態では、チェーンベースネットワーク内のノードの状態を監視するための方法が提供される。方法は、第１の基地局からピン信号を定期的に送信することと、フレームの間、第１ノードに定期的に電力を供給することとを含み、電力が供給されているとき第１ノードはピン信号を受信する。フレーム中の第１ノードの電力供給は、第１ノードでのピン信号の受信時の、第１の基地局からのピン信号の定期的な送信と同期される。また、方法は、第１ノードでピン信号を受信したときに、第１ノードから第１の基地局に確認応答信号を送信することと、第１ノードでピン信号を受信したときに、第１ノードから第２ノードにピン信号を送信することとを含む。第２ノードの故障後に第１ノードでピン信号を受信すると、第１ノードから第３ノードへピン信号を送信し、ピン信号は第２の基地局で受信される。ピン信号が第２の基地局で受信されるとき、ピン信号は故障した第２ノードに関連するデータを含む。
【0009】
さらに別の実施形態では、サージアレスタのネットワークにおけるサージアレスタ内のノード状態を監視する方法が提供される。方法は、第１の基地局からピン信号を定期的に送信することと、第１サージアレスタを用いてフレーム中に第１ノードに定期的に電力を供給することとを含み、電力を供給されていると第１ノードはピン信号を受信する。また、本方法は、第１のノードでピン信号を受信するとフレーム中の第１ノードの電力を第１の基地局からのピン信号の定期的な送信に同期することと、第１ノードでピン信号を受信すると第１のノードから第２のサージアレスタによって電力を供給されている第２のノードにピン信号を送信することとを含む。また、本方法は、第２のサージアレスタの故障後に第１ノードでピン信号を受信すると第１ノードから第３のサージアレスタによって電力を供給されている第３ノードにピン信号を送信することと、第２の基地局でピン信号を受信することとを含む。ピン信号が第２の基地局で受信されると、ピン信号は故障した第２のサージアレスタに関連するデータを含む。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
チェーンベースネットワーク内のノードを監視するための通信ネットワークが提供される。電力能力を低下させた無線センサノードがチェーンベースネットワークに沿って配置され、チェーンベースネットワークの機器から電力を受け取る。そして、第１の基地局がピン信号を送信し、システム内のノードによって受信され、第１の基地局から第２の基地局への通信経路を形成するようにルートノードのグループに沿って渡される。具体的には、ノードは非常に低いデューティサイクルのみで動作する。ノードは、低消費電力とシンプルなハードウェアによる、制限された通信範囲を有し、そのため、複数のホップ、またはシステム内のノード間の通信ポイントを介して、第２の基地局に情報、または信号を渡さなければならない。ノードは、ピン信号を受信するために動作する時間を変える。具体的には、各ノードは、ピン信号が受信されるまで、ピン信号が受信されるフレーム内の異なるタイムスロットに漸進的に進む。ノードがピン信号を受信すると、そのノードは第１の基地局に確認信号を送り返し、通信経路に参加するためにさらなる将来のピン信号を受信するためにタイミングを同期させ、第２の基地局または通信経路の一部となる別のノードが受信するようにピン信号を送信、または転送する。特に、あるタイムスロットでピン信号を受信するまで、フレーム内でピン信号を受信できる時間を連続的に進め、フレーム内のそのタイムスロットで常にピン信号を受信するように同期させた結果、通信経路が形成される。通信ルート上のノードに障害が発生した場合、ピン信号は未使用のノードにリルートし、通信経路を再形成する。このような場合、故障したノードが検出され、ノードの故障の原因となったデバイスの故障の可能性が示される。
【0012】
図１は、チェーンベースネットワーク１０２内のノードを監視するために使用される通信ネットワーク１００の概略図である。チェーンベースネットワークには、電力線や伝送線、陸地と水域を含む河川／運河のネットワーク、陸地と水域のネットワークを含む海岸線のネットワーク、海底ケーブルのネットワーク、道路／自動車道／高速道路のネットワーク、鉄道、丘／崖のそばのネットワーク、街灯のネットワーク、最小の偏差で類似の軌道にある連鎖した低電力衛星ネットワークを介して情報を通過させることなどが含まれる。
【0013】
各通信ネットワーク１０２は、第１の基地局１０４、第２の基地局１０６、それぞれが対応するチェーンデバイス１１０Ａ～１１０Ｊに結合されている複数のノード１０８Ａ～１０８Ｊを含む。第１の基地局１０４と第２の基地局１０６のそれぞれは、決定を行い、信号を送信し、受信するためのプロセッサと無線モジュールを含む。同様に、複数のノード１０８Ａ～１０８Ｊのそれぞれは、プロセッサと無線モジュールを含む。また、例示的な実施形態では、各ノード１０８Ａ～１０８Ｊは、対応するチェーンデバイス１１０Ａ～１１０Ｊからの低リーク電力によって電力供給される。別の実施形態では、エネルギハーベスティング、またはロングタームバッテリが各ノードの電源として使用される。第１の基地局からピン信号１１２が送信され、ピン信号１１２を第２の基地局１０４に中継する通信ルート１１４が形成される。特定のノード１０８Ａ、１０８Ｄ、１０８Ｇ、および１０８Ｊは通信ルート１１４内にある、すなわちオンルートノードであるが、他のノード１０８Ｂ、１０８Ｃ、１０８Ｅ、１０８Ｆ、１０８Ｈ、および１０８Ｉは通信ルート１１４内になく、したがって非ルートノードとみなされる。これらの非ルートノード１０８Ｂ、１０８Ｃ、１０８Ｅ、１０８Ｆ、１０８Ｈ、および１０８Ｉは、ピン信号１１２を監視し続けるか、または受信しようとし、したがって、本明細書でさらに詳細に説明されるように、オンルートノード１０８Ａ、１０８Ｄ、１０８Ｇ、または１０８Ｊが故障したときのためのバックアップノードである。その時点で、非ルートノード１０８Ｂ、１０８Ｃ、１０８Ｅ、１０８Ｆ、１０８Ｈおよび／または１０８Ｉは、本明細書でさらに詳細に説明されるように、オンルートノードになってもよい。
【0014】
図２は、第１の基地局と第２の基地局との間で情報を通信するために使用される例示的なノード２００を示す。一例の実施形態では、ノード２００は、図１のノード１０８Ａ～１０８Ｊのうちの少なくとも１つであり、第１の基地局および第２の基地局は、図１の第１の基地局１０４および第２の基地局１０６である。ノード２００は、プロセッサ２０２、送受信用の無線モジュール２０４、データを集約するデータコレクタモジュール２０６、および電力蓄積モジュール２０８を含む。例示的な実施形態では、プロセッサは低電力マイクロプロセッサであり、ノード２００が最小限の電荷を蓄えるようになっている。別の例示的な実施形態では、電力蓄積モジュール２０８は、バッテリ、スーパーキャパシタなどである。ノード２００を動作させるために必要な電力は、図１の例示的な実施形態のように、いくつかの非常に低い電力掃引によって、また、バッテリが消耗するまでバッテリを使用することによって、蓄積され得る。具体的には、システム内の各ノード２００は、システム内の基地局が個人によって使用されるデータを送信、または転送できる唯一のデバイスとなるように、最小の電力に保たれる。
【0015】
一例の実施形態では、データコレクタモジュール２０６は、基地局によって送信されるピン信号を検出するセンサである。ピンは、第１の基地局などの第１の通信デバイスから第２の基地局などの第２の通信デバイスに送信される信号であり、送信側の通信デバイスで返ってきて受信された信号からのエコーのトリップタイムを求めるものである。このようにして、回線の通信エラーを検出できる。
【0016】
各プロセッサ２０２は、ピンが受信されたときに、ピンの受信を応答するか、あるいは逆伝播の可能性があるとしてピンの受信を応答しないかを決定するアルゴリズムを利用する。このようにして、通信ルートが形成される。すべてのノードは最小限の電力とデューティサイクルを持っているため、ノードはほんのわずかな時間しかピンをリッスンする（待ち受ける）または検出する能力を持たない。製造時や配備時の各ノードには、あらかじめ期間が設定されている。同一ネットワーク上の各デバイスは、同じ期間またはフレームを採用する必要がある。各フレームはいくつかのスロットに分割されている。電源の空き状況や所望のデューティサイクルのフレームに応じて、期間やスロットサイズが調整され得る。具体的には、電力制限とデューティサイクルにより、各ノード２００は、繰り返しフレームの一部しか受け取ることができない。
【0017】
図３は、第１の基地局と第２の基地局との間でノードを介して送信されたピンによるフレーム３００を示す模式図である。ある例示的な実施形態では、第１の基地局は図１の第１の基地局１０２であり、一方、第２の基地局は図１の第２の基地局１０４である。フレーム３００は、第１の基地局と第２の基地局との間に配置された複数のタイムスロット３０２を含み、タイムスロット３０２は、第１の基地局と第２の基地局との間に通信経路が形成される信号をノードが受信できる、フレーム３００内で受信できる時間の期間を表す。例示的な実施形態では、各タイムスロット３０２は、等しい時間であり、ピン信号を受信して確認信号３０４を送信するのに十分な長さの持続時間である。
【0018】
このトポロジーを使用すると、ピン信号は第１の基地局から送信され得、ノードを介して伝搬してルートを形成し、第２の基地局で受信され得る。本実施形態では、特定のノードにピンを送信してもエコーが発生しない場合、ノード「ホップ無し（ｎｏ ｈｏｐ）」、または応答のないノードであることの表示が示される。
【0019】
図４に示すように、繰り返しフレーム４０２で構成されるタイムスロットスキーム４００が提供される。このようなスキームを持つことで、ネットワークを調整し、クロックドリフトを最小限に抑えることができる。また、このスキームは、タイムスロット４０６を利用し、衝突や干渉の可能性を減らすことで、ルートの編成を強化する。ある例示的な実施形態では、各タイムスロット４０６は、ピン信号が２つのノード間を移動している時間を表している。各区間またはタイムスロット４０６は、ピン送信とノードからの確認応答信号の返答との両方に十分な期間または時間を有する。そのため、ルートが形成されている場合、特定の宛先にピンが提供されるが、ルートがまだ形成中である場合、ピンは、ノードが応答しない「次のホップ無し（ｎｏ ｎｅｘｔ ｈｏｐ）」が存在することを意味する－１に設定される（図３）。一例として、電力とノード数の要件に基づくある構成では、タイムスロット長が５００ミリ秒の場合、フレーム４０２に４００個のタイムスロット４０６が存在する。その結果、各フレームは２００秒の長さになる。
【0020】
提供されるタイムスロットスキーム４００では、多数の横並びのタイムスロット４０６が、フレーム４０２の間にピン信号をリッスンする、または受信できる。そして、異なるフレームでは、リスティングのタイムスロット４０６は、前のフレームのタイムスロット４０６と重なっているものの、シフトする。具体的には、フレーム４０２の間にリッスンするタイムスロット４０６の数（この例示的な実施形態では４つ（４））は、個々のノードに提供される電力に依存する。より多くのタイムスロット４０６が利用されるほど、より速く信号が受信され、ルートが形成される。図示されたフレームにおけるタイムスロット４０６のオーバラップが必要なのは、ノードが近隣のノードにロックオンするまで、ノードは特定のタイムスロットが時間的にどこで始まり、どこで終わるかを知らないからである。したがって、オーバラップがないと、前のノードからのピン信号が境界近くに送られてきた場合に見逃してしまう可能性がある。
【0021】
さらに、「形成」ルートへの参加を待っているノードは、電力の制約のため、ブロードキャストピンに常に利用できるわけではない。したがって、ノードは、少数のタイムスロット４０６についてピン信号を検出し、受信できる。具体的には、ノードはフレーム４０２ごとにこのタイムスロットウィンドウ４０８をシフトさせ、最終的にはそのウィンドウの間に範囲内で送信しているノードがピン信号を受信する。簡単に言えば、第１のノードが各繰返しフレーム４０２内の設定されたタイムスロット４０６でピンメッセージを送信すると、第２のノードがリッスンしており、各フレーム４０２内のその時間にピン信号を受信できるようにタイムスロット４０６を調整する。
【0022】
（動作とロジック）
ノードは、複数の論理状態またはプロセスを持ち、それらに従って動作し、それらの間で切り替わると考えられる。ノードのスイッチが入ると、検索プロセスを開始したり、ピン信号を受信する機能を持ったりする。その後、ノードは所定の時間、検索を行い、所定の時間が経過すると低電力、またはスリープ状態に切り替わる。このようにして、最小限の電力しか消費しない。次にノードのスイッチが入れ直されると、ノードは再び同じ所定の時間を検索するが、フレーム内の期間だけが前にシフトする。この作業を何度か繰り返すと、複数回の検索でフレーム全体がカバーされる。
ノードは、複数の論理状態またはプロセスを持ち、それらに従って動作し、それらの間で切り替わると考えられる。ノードのスイッチが入ると、検索プロセスを開始したり、ピン信号を受信する機能を持ったりする。その後、ノードは所定の時間、検索を行い、所定の時間が経過すると低電力、またはスリープ状態に切り替わる。このようにして、最小限の電力しか消費しない。次にノードのスイッチが入れ直されると、ノードは再び同じ所定の時間を検索するが、フレーム内の期間だけが前にシフトする。この作業を何度か繰り返すと、複数回の検索でフレーム全体がカバーされる。
【0023】
検索中に、ノードが宛先を指定しないピン信号を検出した場合、ノードはピン信号の確認応答を検討する。ピン信号は、ノードの検出アクティビティが、最近の検索でそのエリアの閾値アクティビティ量を下回った場合にのみ確認応答される。具体的には、所定の期間内に確認応答できる送り先とのピン信号の最大量または閾値量を決定するために、カウントリミット（ConLimit）がノードによって提供される。これにより、ノードに沿って逆伝播するルートが形成される可能性が最小限になる。このように、ノードが検索スケジュールをフレーム内で前方に移動させると、ピン信号が検出される。検出されると、ノードは、カウントリミットに基づいて、ピン信号を確認応答するかどうかを決定する。
【0024】
次のノードのためにピン信号が確認されて送信される、または転送されると、次のノードは今度はピン信号が予想されるタイムスロットで探索を開始する。次のノードがピン信号を受信した後、再び、確認応答プロセスが発生する。次のノードは、グローバルに決定された数のタイムスロットを待ち、ピン信号を渡す。このように、誤動作や干渉などによって、ピン信号が確認応答されなかったり、ノードが見つからなかったりしても、ある時点でノードは、宛先なしで送信されたピン信号を受信する。その結果、ネクストホップが得られ、次のフレームでは、ピン信号を確認応答するノードによってピン信号が受信される。
【0025】
ノードがオンルートの場合、周期的なピン信号の受信を予想しているフレーム内のタイムスロットでのみピン信号を検索する。ピン信号が受信されると、ピン信号は、そのノードによって確認され、次のノードに渡される。ピン信号を受信して渡すまでの間、各オンルートノードは、任意のタイムスロットにおいて、ペイロードを渡したい他の非ルートノードからのレポート信号を検索する。ピン信号が送信されると、ノードは宛先ノードからの確認応答の受信を予期するように構成される。そのため、信号はノードを介して流れる。さらに、各ピン信号には、割り当てられたバイト数がある。バイトが空いていれば、ノードは、バイトまたは他の受信した累積ペイロードをピン信号に追加し、ピン信号を転送する。
【0026】
失敗の場合、一例の実施形態では、ノードが予期されるピン信号を受信しない場合、ノードは、ノードがピン信号を送信したであろう通常の時間に新しいピン信号を作成する。これにより、残りのルートが維持され、システムを可能な限り同期させることができる。具体的には、ノードが所定の閾値数連続してピン信号を受信しないまで、ノードは自動ピンを継続する。所定の閾値に達した後、ノードは再び検索を開始する。
【0027】
代替的に、ノードが予想される時間に別のノードからピン信号を受信すると、その前のホップ情報を更新し、有効なメッセージとして受け入れる。これは、故障したり失われたりした前のホップが、バックアップまたは新しいノードで置き換えられた場合と考えられる。
【0028】
障害が発生すると、ノードは、ネクストホップの宛先から期待される確認応答を連続して聞かないので、宛先を持たないフォワードピン信号を提示するプロセスに戻ることになる。このようなノードが安定したバックアップノードを持っている場合、宛先のないフォワードピンを持っているノードは、そのノードのネクストホップを次のノードに更新し、このノードにピン信号を送信することで、通信経路の障害ノードとなることを回避する。
【0029】
別の例のノード障害では、ノードは検索プロセスに戻る。指定された、または閾値の、フレーム数以内にネクストホップが得られない場合、ノードは前のホップにドロップメッセージを送信する。その後、ノードは検索のプロセスに切り替わる。
【0030】
ノードがドロップメッセージを受信すると、そのノードは、宛先のないピン信号を送信する処理に切り替わる。同期の問題を解決するために、ノードはピン信号が予想される所定の時間前に信号の受信を開始し、クロックドリフトを考慮し、通信経路を改善できる。
【0031】
オンルートではないノードは、ピン信号の間にペイロードを送信できる。これらのノードは、ピン信号を継続的に探索し、ピン信号を受信するまで、フレーム内の期間、またはノードでピン信号を受信できる時間の区間、をシフトする。ピン信号を受信すると、ノードはルートノードに参加する。そのため、これらのスロットは、他のノードがペイロードを通過してルートノードになる可能性があるためのコンテンションスロットとして使用される。具体的には、ルートノードはキューを持ち、空きスペースがあればペイロードメッセージを伝達中のピン信号に載せる。
【0032】
ルート上にないノードも、ある条件を満たすとバックアップノードになることができる。通常の状態では、ノードは受信期間を前方に移動させ、近くの空間を探索する。ノードが３つ（３）の連続したルートノードからピン信号を受信すると、そのノードはバックアップノードとなる。そして、このノードは、これらの連続する３つのノードのうち、第１のノードに信号を送信し、第１のノードが次のホップのためにバックアップを持つ必要があるかどうかを判断する。そして、ルートの第１のノードは、このバックアップノードをルートノードとして追加するために信号をバックアップノードに送信する。第１のノードのバックアップである非ルートノードは、シフトを止め、代わりに第１のノードに向けられたピン信号の受信のみを試み、ピン信号がルートに沿って確実に受信および送信されるようにする。基本的にこれにより、非ルートノードまたはバックアップノードは、通信経路に支障をきたすことなく、ルート上の障害ノードを置き換えることができる。
【0033】
このようにして、第１の基地局は、すべてのフレームでピン信号を形成し、そのフレームの第１のスロットでピン信号を送信する。最初、第１の基地局は、特定の宛先なしに、あるいは特定のノードに向けてピン信号を送信する。確認応答が第１の基地局によってノードから受信された場合、ピン信号の宛先が確認応答をしたノードに送信される。そして、上述のようにピン信号が適宜送信される。最初のピン信号の送信中に、第１基地局がドロップメッセージを受信した場合、またはピン信号を送信したときから連続した数のタイムスロットで確認応答が第１の基地局によって受信されなかった場合、第１の基地局は宛先を持たないピン信号の送信に切り替える。
【0034】
一方、第２の基地局、または受信基地局は、ノードを介してルーティングされている送信されたピン信号の受信を継続的に試みる。第２の基地局が最初のピン信号を受信すると、ノードと同様に、第２の基地局は、確認応答信号を第１の基地局に返送し、ピン信号を次のノードに送信する。このようにして、第２の基地局がネクストホップになる。ノードとは異なり、第２の基地局は、最初のピン信号のデータを分離された通信ネットワークで関係者に送信することもある。同様に、第１の基地局は、第２の基地局が最初のピン信号を受信したという信号またはデータを受信する。
【0035】
例示的な実施形態では、第１の基地局と第２の基地局との間の送受信プロセスの間に、プロセスを高速化または改善するためにさらなるロジックが使用され得る。具体的には、第１の基地局は、第２の基地局の確認応答を受信するまで、ピン信号を継続して送信できる。そして、第１の基地局は、送信されたピン信号のタイミングを調整して、第２の基地局によるピン信号の受信確率を高めるために、すべてのフレームの確認済みのタイムスロットにさらなるピン信号を生成できる。このようにして、経路候補のノードに送信を受けるためのスケジュールを変更させるのではなく、第１の基地局自体がピン信号のタイミングを調整する。
【0036】
さらに、第１の基地局は、他の非ルートノードがネットワークを介してパラレルルートを形成できるように、フレーム内で間隔をあけて複数のピン信号を開始できる。これは、ノードが受信したピン信号に応答して信号の受信を開始するだけなので、ノードに何の調整も必要ない。このように、第１の基地局と第２の基地局との間の伝送時間を長くするために、非ルートノードが代用されてもよい。
【0037】
各ノードは、ピン信号が送信されている総時間のうちのほんの一部でピン信号を定期的に受信しようとするので、すべてのノードは期間内に予め決められている。さらに、個々のノードは、ノードがピン信号を受信しようとするフレーム内で、位相をずらすことができる。その結果、ノードは送信を開始する必要がなく、各ノードが消費する電力量を節約できる。その代わり、ノードは受信したピン信号にのみ反応し、それに対応する。ある例では、ノードが宛先のないピン信号またはデータのパケットを受信すると、ノードはピン信号を確認し、確認応答信号を送信元の基地局またはノードに返送する。あるノードが、そのノードに向けられたピン信号を受信すると、そのノードはルートの一部となる。そのため、ノードはピン信号を確認した後、さらに所定のタイムスロットにこのピン信号を送信する。ノードがピン信号を送信し、確認応答信号を受信すると、そのノードは前のホップとネクストホップの両方の情報を持つルートに完全に統合される。このロジックを使うと、いくつかのノードが配置され、第１の基地局が開始のピン信号を開始し、第２の基地局が終了のピン信号を受信するとルートが形成される。
【0038】
具体的には、システムは、通信経路の各端に少なくとも２つ（２）の基地局を含む。第１の基地局、または送信基地局は、毎フレーム内に定期的にピン信号を開始する。そのため、ノードがピン信号を受信できる期間をずらすと、ノードは、ルート上のノードが確実にピン信号を受信できるようにシフトする。ピン信号を受信した各ノードは、ルートに参加し、ピン信号が第２の基地局、または受信基地局に到達するまで、ピン信号を送信してネクストホップ、または次のノードを見つけようと試みる。
【0039】
このプロセスでは、ノードが迅速かつ効率的にルートを形成できるように、ピン信号を確認するための制約が設けられている。ノードがピン信号を受信する周期をずらすと、そのノードはピン信号に加えて、通信チェーン内を通過するすべてのメッセージを受信できる。これには、通信チェーンを介して逆伝播する確認応答信号やピン信号が含まれる。したがって、信号数を制限する為に利用されるカウントリミットまたはＣｏｎＬｉｍｉｔの例示的な実施形態において、ノードは、所定の期間または時間の区間の間に応答する。このように、区間中にピン信号が受信されると、さらなる信号が受信されても、ノードはさらなる信号、またはカウントリミットの閾値を超える信号には応答せず、ピン信号の逆伝播を最小限に抑える。また、これにより、フレームアウトと呼ばれる、いくつもの期間でノードがネクストホップを見つけられなかった場合、確認応答信号の代わりにドロップ信号を送信することで、ノードがルートから脱落するというロックアップを最小限に抑え、回避できる。
【0040】
ルートが形成されると、データ転送を最大化するために、各ピン信号またはパケット内の所定の位置にあるペイロード信号が解析される。ルート上にいないノードは、ピン信号の直後のタイムスロットを使用する。このピン信号は、コンテンション専用のこのスロットの宛先とともに受信される。ノードがペイロード信号を受信し、かつルート上にある場合、ノードはペイロードをキューに入れ、いくつかの例では、ピン信号のペイロード信号を増強する。
【0041】
ルート形成の効率を高めるために、システムにさらなるノードやバックアップノードが追加されてもよい。特に、チェーンベースネットワークの稼働デバイスが不足していて、エリア内のチェーンベースネットワークがわずかなエリアでは、効率を高め、常に通信ルートが形成されることを確実にするために、さらなるノードがこのようなエリアの通信ネットワークに追加され得る。このように、さらなる効率化が図られる。
【0042】
全体的に、ルートは、一例がピン信号である伝達通信信号を使用して作成される。ペイロード信号は、伝達ピン信号の空き領域に追加することで解析される。一度整理されると、動作が非常に予測しやすくなる。第１の基地局がピンを開始し、オンルートにあるノードは当該ピンを次に渡す。また、これらのノードは、予想されるピンで同期する。したがって、ピン信号はネットワークを伝わり、第２の基地局または受信基地局に到達し、そこでデータを収集し、関係者にデータを送信する。
【0043】
ルート上にないノードは、ピン信号に指定されたフレームのタイムスロットの間に、フレームのコンテンションスロットで情報または信号を渡す。これらの非ルートノードもピン信号で同期する。そのため、すべてのノードは、近接するノードの位置や識別情報に関係なく、近接する別のノードを追いかけるだけで同期できる。故障したノードへの対応や、故障したノードが取る作用により、バックアップノードの有無にかかわらず、故障からの自動回復が行われる。しかし、バックアップノードを使用することで、故障したノードからシステムを回復する速度が向上する。
【0044】
図５Ａ～５Ｃは、第１の基地局５０２と第２の基地局５０４との間に配置された複数のノード５０６Ｂ～５０６Ｇを介して、第１の基地局５０２と第２の基地局５０４との間に通信経路５００（図５Ｃ）が形成される様子を模式的に示している。各図５Ａ～５Ｃは、同時のフレーム開始５１０Ａ～５１０Ｉから期間が経過する一連のフレーム５０８Ａ～５０８Ｉを示している。したがって、各図示ノード５０６Ｂ～５０６Ｇの幅５１２は、ノード５０６Ｂ～５０６Ｇがピン信号５１４を受信するために動作している、各個別フレーム５０８Ａ～５０８Ｈ間の期間を表している。
【0045】
図５Ａを参照すると、第１フレーム５０８Ａにおいて、ピン信号５１４は、第１の基地局、または送信基地局５０２から送信されるが、送信されたピン信号５１４を受信する動作状態にあるノード５０６Ｂ～５０６Ｇはない。その結果、確認応答は受信されない。
【0046】
時間の経過とともに、第１の基地局５０２はピン信号５１４を提供し続け、ただ時間が経つにつれて、ノード５０６Ｂ～５０６Ｇがピン信号を受信できる期間は、第２フレーム５０８Ｂ内で移動している。当該第２フレーム５０８Ｂにおいて、第５ノード５０６Ｆは、第１の基地局５０２がピン信号５１４を送信している間に、ピン信号５１４を受信できるが、物理的には、第５ノード５０６Ｆは、第１の基地局５０２からの距離が遠すぎて、信号を受信できない。このようにして、再び、確認応答は受信されない。
【0047】
第３フレーム５０８Ｃの間、ノードは、それぞれがピン信号５１４を受信できる期間を再び変更している。このとき、第１ノード５０６Ｂは、ピン信号５１４が送信されるタイミングで、ピン信号５１４を受信できる。さらに、第１ノード５０６Ｂは、第１の基地局５０２の範囲内にあり、その結果、第１ノード５０６Ｂは、ピン信号５１４を受信し、第１の基地局５０２に確認応答信号を送り返す。このとき、第１ノード５０６Ｂは、ピン信号５１４の受信を認識し、第１基地局５０２がピン信号５１４を送信するタイミングで、ピン信号５１４を受信するように動作を継続する。このようにして、第１ノード５０６Ｂは、第１の基地局５０２によるピン信号５１４の送信に同期して、通信ルートに加わる、または通信ルートの一部となる。さらに、第１ノード５０６Ｂがピン信号５１４を受信すると、確認応答信号の送信に加えて、第１ノード５０６Ｂがピン信号５１４を送信しているタイミングに、受信範囲内でピン信号５１４を受信するように動作している別のノード５０６Ｃ～５０６Ｇが受信するように、ピン信号５１４を送信、または転送する。一方、他のノード５０６Ｃ～５０６Ｇは、送信されたピン信号５１４を受信するように、ピン信号５１４を受信する期間を変化させ続けている。
【0048】
第４フレーム５０８Ｄおよび第５フレーム５０８Ｅの間、第１ノード５０６Ｂは、ピン信号５１４が送信されているタイミングでピン信号５１４を受信できる他のノード５０６Ｃ～５０６Ｇがない状態で、ピン信号５１４を送信し続ける。そして、第６フレーム５０８Ｆにおいて、第３ノード５０６Ｄは、第１ノード５０６Ｂからピン信号５１４が送信されているタイミングで、そのピン信号５１４を受信できる。その結果、第３ノード５０６Ｄは、ピン信号５１４を受信し、確認信号を第１ノード５０６Ｂに送り返し、第１ノード５０６Ｂからのピン信号５１４を受信するように受信期間を同期させ、別の未知のノード５０６Ｅ～５０６Ｇに向けてピン信号５１４を送信する。このようにして、第２ノード５０６Ｃがスキップされ、第３ノード５０６Ｄが通信ルートに加わる、または、通信ルートの一部となる。
【0049】
第７フレーム５０８Ｇの間、第６ノード５０６Ｇは、第３ノード５０６Ｄからピン信号５１４が送信されているタイミングで、ピン信号５１４を受信できる。その結果、第６ノード５０６Ｇは、ピン信号５１４を受信し、確認応答信号を第３ノード５０６Ｄに送り返し、第３ノード５０６Ｄからのピン信号５１４を受信するように受信期間を同期させ、ピン信号を第２基地局５０４に送信してルートを完了する。このようにして、第４ノード５０６Ｅと第５ノード５０６Ｆの両方がスキップされ、形成されるルートは、第１の基地局５０２から、第１ノード５０６Ｂに、そして第３ノード５０６Ｄ、そして第６ノード５０６Ｇ、そして最後に第２の基地局５０４へと至る。そして、第８フレーム５０８Ｈおよび第９フレーム５０８Ｉで示されるように、これらのスキップされたノードは、新しいルートが形成される場合に備えて、ピン信号５１４を受信する期間を継続的に変更する。
【0050】
図５Ｄおよび図５Ｅは、ルート内のノードの１つが故障した場合に、図５Ａ～５Ｃに示された通信経路５００がどのように再構成されるかを模式的に示している。具体的には、フレーム５０８Ｊ～５０８Ｏがこのプロセスを示している。
【0051】
第１０フレーム５０８Ｊでは、通信経路は、第８フレーム５０８Ｈ及び第９フレーム５０８Ｉで図示されたものと同様に、スキップされたノードが、ピン信号５１４を受信するようにフレーム内での期間または受信を継続的に変更することを継続する。第１１フレーム５０８Ｋにおいて、第３ノード５０６Ｄは、第６ノード５０６Ｇへのピン信号５１４の送信に失敗する。第６ノード５０６Ｇは、第３ノード５０６Ｄからのピン信号５１４の受信を継続しようとして、所定の期間、同じ受信期間を維持する。この時間が経過した後、第１２フレーム５０８Ｌにおいて、第１ノード５０６Ｂは、第３ノード５０６Ｄへのピン信号５１４の送信を停止し、新たなノードへのピン信号５１４の送信を試みる。第１３フレーム５０８Ｍ（図５Ｅ）において、第２ノード５０６Ｃは、ピン信号５１４を受信し、第５ノード５０６Ｆにピン信号を送信しており、第５ノード５０６Ｆは、ピン信号５１４を第２の基地局５０４に送信する。したがって、新しいルートは、第１の基地局５０２から、第１ノード５０６Ｂ、第２ノード５０６Ｃ、第５ノード５０６Ｆ、そして第２の基地局５０４である。したがって、第１４フレーム５０８Ｎ、および第１５フレーム５０８Ｏに示されているように、第４ノード５０６Ｅおよび第６ノード５０６Ｇは、現在、ピン信号５１４を受信しようとする期間を連続的に変化させている。このように、ノードが故障すると、通信経路５００はリルートし、このリルートが第１の基地局５０２および第２の基地局５０４で報告され、例示的な実施形態では、ノードがサージアレスタなどの機器の一部であるとき、アレスタが故障してノードの故障の原因となっているかどうかを物理的に確認できる。これにより、故障した機器を早期に発見できる。
【0052】
図５Ｅの例の第４ノード５０６Ｅおよび第６ノード５０６Ｇなどの非ルートノードがさらに機能不全でないように、これらのノードは、ネットワークのスループット能力の限界の下で、可能な限り頻繁に信号を送信する。このように、各非ルートノードは、最後に送信された信号または報告からの経過時間を記録し、その時間が所定の報告期間を超えると、ノードはピン信号５１４を受信した後、直ちに信号を送信する。この信号／報告メカニズムは、コンテンションレベルが低いため、比較的疎なネットワークでよく機能する。
【0053】
密なネットワークでは、多くの非ルートノードが同じピン信号５１４を受信し、その後報告できるため、コリジョンの確率が著しく高まる。そのため、コンテンションマネジメントメカニズムがこれらの信号のコリジョンを防ぐために利用され、報告成功率を向上させる。具体的には、強化学習（ＲＬ）をコンテンションコントロールに適用し、各ノードが送信成功／衝突の履歴から学習し、報告するのに最適なタイミングを決定する。
【0054】
ＲＬの基本的な概念として、行動（action）、重み（weight）、報酬（reward）の３つがある。このアプリケーションでは、行動は非ルートノードの信号、またはあるタイムスロット内で受信したレポートと定められている。各行動には、その行動を選択することの信頼性を表す関連重みがある。重みは、報酬によって更新され、報酬は、ある行動をとった後の結果であり、当該行動は、一例では成功／失敗の報告である。メモリ容量を節約するために、重みは最大値を与えられ得る。
【0055】
一例の実施形態では、非ルートノードが反復可能な行動を有することを保証するために、非ルートノードは、ピン信号が受信されると、連続するフレームでノードがピン信号を受信しないまで、フレームごとに４つ（４）のタイムスロットを進めるのではなく、同じ４つ（４）のタイムスロットでピン信号を受信できるように継続する。これを「ルートフレームアウト」または「ルートクワイエット」と呼ぶ。この変更により、非ルートノードは他のノードと競合して、同じオンルートノードに繰り返しかつ定期的に報告できるようになる。
【0056】
図６に関連して図示されるような別の例示的な実施形態では、第１コンテンションウィンドウ６０２および第２のコンテンションウィンドウ６０４が利用される。具体的には、第１コンテンションウィンドウ６０２および第２コンテンションウィンドウ６０４は、コンテンションレベルを制御し、１つの非ルートノードが一定数のフレーム６０６Ａ～６０６Ｆごとに１回報告することを可能にする。
【0057】
図６の例示的な実施形態では、同じオンルートノード（図示せず）に報告しようとする３つの非ルートノード６０８Ａ～６０８Ｃがある。第１コンテンションウィンドウ６０２は、３つのフレーム６０６Ａ～６０６Ｃに構成されている。行動は、非ルートノードが３つのフレーム６０６Ａ～６０６Ｃのいずれかで報告することと定められている。第１コンテンションウィンドウ６０２におけるノードの行動は、第１コンテンションウィンドウ６０２の最初に、３つの行動の重みに応じて決定される。最大の重みを持つ行動が選択され、最大の重みに関連する行動が複数ある場合はランダムな行動が選択される。
【0058】
第１コンテンションウィンドウ６０２では、３つの非ルートノード６０８Ａ～６０８Ｃすべての３つの行動の重みが０に初期化される。そのため、第１コンテンションウィンドウ６０２では、ピン信号の送信はランダムアクセスと同等となる。第３非ルートノード６０８Ｃは、第１フレーム６０６Ａにおいて正常に報告しているので、第３非ルートノード６０８Ｃの関連重みｗ（１）は、報酬＋１ ６１２によって更新される。第１非ルートノード６０８Ａおよび第２非ルートノード６０８Ｂは、共に第２フレーム６０６Ｂをランダムに選択して報告し又は信号を送信したため、コリジョンが発生し、その結果、第１非ルートノード６０８Ａおよび第２非ルートノード６０８Ｂは共に－１報酬６１４を受け取る。
【0059】
第２コンテンションウィンドウ６０４では、非ルートノード６０８Ａ～６０８Ｃは、更新された重みに基づいて報告するフレーム６０６Ｄ～６０６Ｆを選択する。第１非ルートノード６０８Ａにとって第５フレーム６０６Ｅは、ｗ（２）の重みが最も小さいため選択されず、第１非ルートノード６０８Ａは、第６フレーム６０６Ｆをランダムに選択して報告し、報告は成功する。第２非ルートノード６０８Ｂは、第１非ルートノード６０８Ａと同じ重みを持ち、第２コンテンションウィンドウ６０４において、第４フレーム６０６Ｄをランダムに選択して報告する。第３非ルートノード６０８Ｃは、ｗ（１）が最大の重みを持っているため、同じフレームを使用して報告を続けるが、今度は第２非ルートノード６０８Ｂと衝突し、両者は－１報酬６１４を受け取る。ＲＬアルゴリズムは、送信履歴に基づいて報告する又は信号を提供するようにフレーム６０６Ａ～６０６Ｆを更新し続け、時間が経過すると、非ルートノード６０８Ａ～６０８Ｃが報告するためのコリジョンのないフレームを見つける確率が大きく向上する。この例示的な実施形態では、６つのフレームを持つ２つのコンテンションウィンドウを利用することを説明したが、ノードがコンテンションするためにコンテンションウィンドウ内に十分なフレームがあることを保証するために、コンテンションウィンドウのサイズはネットワークの密度に基づいて構成され、サイズを大きくしたり小さくしたりできる。
【0060】
図６の例示的な実施形態では、非ルートノード６０８Ａ～６０８Ｃがコリジョンのない報告を提供するように向かうために時間が必要であり、当該時間はコンテンションウィンドウサイズに応じて変化するからである。そのため、図６の例示的な実施形態では、ネットワーク全体に１ホップのクラスタを効果的に構築し、各クラスタはオンルートノードを含み、非ルートノードは当該オンルートノードに報告する。そのため、クラスタにより、オンルートノードで集中制御の利用ができ、収束時間を改善できる。
【0061】
具体的には、非ルートノードは、図６に関して示したのと同じＲＬアルゴリズムを、わずかに異なる報酬で実行する。非ルートノードが最初の成功報告を得ると、オンルートノードは次のピン信号にそのＩＤまたはＭＡＣアドレスを含めることで、当該非ルートノードのために現在のフレームを予約する。非ルートノードがそのＩＤを持つピン信号を受信すると、関連重みは＋１０の報酬を受け取り、現在のフレームが自分のために予約されていることを示す。非ルートノードが他のノードのＩＤを持つピン信号を受信した場合、－１の報酬を受け取り、このピン信号の後のスロットで争うことはない。現在のフレームがまだどの非ルートノードにも予約されていない場合、オンルートノードは、このフレームが自由に競合できることを示す０をノードＩＤとして含み、この０のＩＤを受信した非ルートノードは、非ルートノードがこのフレームで競合する確率を高めるために＋１の報酬を受け取る。オンルートノードが一定数の連続したコンテンションウィンドウで報告を受信しなかった場合、オンルートノードは予約したフレームを解放できる。
【0062】
この手法は、ノードＩＤ／ＭＡＣを送信するためのピン信号のペイロードスペースを費やして、各非ルートノードがコリジョンのない報告のフレームを見つけるために必要な時間を大幅に改善する。しかし、当該手法は、ネットワークが定常状態に収束したときの成功率の報告には影響しない。そのため、ピンパケットのスペースを解放するために、収束後に手法は中止され得る。これにより、密なネットワークでの信号ルーティングが改善され、ペイロードスペースの損失を最小限に抑えることができる。
【0063】
このように、極めて低いデューティサイクルのチェーンネットワークを横断するルートを効果的に形成し、自己組織化および自己修復能力を提供する、近隣の、すなわち短距離のノードおよび基地局にピン信号を発見、受信、送信できるノードのためのシステムおよび方法が提示されている。時間が経つにつれ、フレームアウトおよび新しいルート編成の結果、故障したノードは新しいノードに自動的に置き換えられる。提供されるロジックは、単純で、使いやすく、導入しやすいものとなっている。さらに、本システムおよび方法は、ノードの操作を簡素化する。
【0064】
このような方法は、位相シフト、カウントリミット、フレームアウト、単純な逆流、リカバリなどを備えたピン信号を利用して、改善された通信ネットワークを形成する。さらに、何ら調整することなく、さらなるピン信号を導入することで、通信チェーンのいずれかの方向に複数のパラレルルートを形成できる。これにより、ロバスト性、耐障害性、およびスループットのいずれもが向上する。その結果、サージアレスタなどの故障した機器を特定する必要がある例示的な実施形態においてこのようなネットワークが利用されると、ネットワークルートの変更によって故障したアレスタが特定され、故障を特定するための時間とコストが節約され、迅速な修理が可能になる。このように、改良されたネットワークが提供されている。
【0065】
図７は、伝送線システム内の誤動作している作動デバイスを識別するために通信ネットワーク７０２を利用する伝送線システム７００の例示的な実施形態を示している。
【0066】
伝送線システム７００は、送電塔７０６、伝送線７０８、サージアレスタ７１０、およびサージアレスタディスコネクト７１２を含む。通信ネットワークは、第１の基地局７１４、第２の基地局７１６、および複数のノード７１８を含み、各ノードは、各ノードがサージアレスタ７１０によって電力を供給されるように、サージアレスタ７１０に結合されている。一例では、対応するサージアレスタ７１０からの漏れ電力が各ノード７１８に電力を供給する。このように、サージアレスタ７１０が故障すると、対応するノードも同様に電源を失い、通信経路から切断される。
【0067】
例示的な実施形態では、伝送線システムが提供されているが、他の実施形態では、陸上および水中を含む河川／運河ネットワーク、陸上および水中を含む海岸線ネットワーク、水中ケーブルネットワーク、道路／自動車道／高速道路ネットワーク、丘／崖側ネットワーク、街灯ネットワーク、最小の偏差で類似の軌道にある連鎖した低電力衛星ネットワークを介して監視情報を渡すことなどが、通信ネットワーク７０２を利用する。
【0068】
動作時、第１の基地局７１４および第２の基地局７１６はそれぞれ、モノのインターネット７２０、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、セルラネットワーク、マイクロ波、衛星などからの無線送信を含む、電波および送信を検出および受信するためのレシーバおよびトランスポンダを有する。また、イーサネットまたは光ファイバケーブルなどを用いて有線通信ネットワークを利用して送信および受信することも可能である。具体的には、第１の基地局７１４は、第２の基地局７１６とデータおよび情報を通信、送信および受信する。第１の基地局７１４および第２の基地局７１６のみが図示されているが、伝送線システム７００内では、必要に応じて多数の基地局が設けられてもよい。さらに、第１の基地局７１４と第２の基地局７１６のそれぞれは、最も近い送電塔７０６から何マイルも離れており、互いに離れている。
【0069】
一例の送電塔７０６は、一般的に、伝送線７０８が送電塔７０６の間に延びるように伝送線７０８を受ける金属製の格子である。例示的な実施形態では、伝送線システム７００の第１の送電塔７０６から最終の送電塔までの距離は、五（５）マイルから五百（５００）マイルの間であり得る。同様に、個々のタワー７０６の間の距離は変化し得る。一例では、伝送線システム７００は、増加した人口レベルを有する地域の周りに、クラスタ化された、または、増加した密度を有する送電塔７０６を含む。そのため、人口が増加している地域では、個々のタワー７０６間の距離は短くされ、または人口が減少している若しくはある地域より少ない場合の個々のタワー７０６間の距離より小さくなる。具体的には、送電塔間の距離は、連続する２つの送電塔７０６から半径５マイル内に位置する人間の数に反比例する。
【0070】
伝送線７０８は、一般に、送電塔７０６の間に延びる金属ケーブルである。一例では、伝送線７０８は、少なくとも１００，０００ボルトを有する高圧送電線であり、別の例では、送電線７０８の電圧は、１００，０００ボルトと８００，０００ボルトとの間の範囲にある。
【0071】
サージアレスタ７１０は、送電塔７０６のそれぞれの伝送線７０８に配置され、過電流を地面に短絡させることで過電流状態に対する保護を行う。各サージアレスタ７１０には、サージアレスタ７１０が故障したときにさらなる保護を提供するために、サージアレスタディスコネクト７１２が接続されている。サージアレスタ７１０の故障や誤動作が発生し、電流がサージアレスタディスコネクト７１２を流れようとすると、サージアレスタディスコネクト７１２がサージの結果としての損傷を防ぎ、吹き飛んで、故障や誤動作したサージアレスタ７１０の視覚的証拠を提供する。
【0072】
ノード７１８は、上述したように、通信ネットワーク７０２内の第１の基地局７１４および第２の基地局７１６と相互に作用する。このように、ルートノードは、第１の基地局７１４と第２の基地局７１６との間の通信経路を提供する。サージアレスタ７１０が故障すると、サージアレスタ７１０から電力を受けている対応するノード７１８が電力を受けなくなるため、対応するノード７１８が故障する。バックアップノードを通じて、上記のように通信ルートは再形成される。第１の基地局７１４および第２の基地局７１６は、故障したノードを、故障したノードに関連するサージアレスタ７１０の点検および交換を確実に行うことができる個人に送信する。その結果、故障したアレスタ７１０は直ちに検出され、故障を認識するための時間を最小限にし、交換時間を短縮できる。
【0073】
上記の説明は例示を目的としており、制限的しないことが理解される。例えば、上述した実施形態（および／またはその態様）は、互いに組み合わせて使用され得る。さらに、本発明の範囲を逸脱することなく、特定の状況や材料に適応させるために、多くの修正が行われ得る。本明細書に記載されている寸法、材料の種類、様々な構成要素の向き、および様々な構成要素の数と位置は、特定の実施形態のパラメータを定めることを意図しており、決して限定するものではなく、単なる例示的な実施形態である。特許請求の範囲の趣旨と範囲内での他の多くの実施形態と修正は、上記の説明を確認すると、当業者には明らかになるであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して定められるべきであり、また、そのような特許請求の範囲に含まれる均等物の全範囲も参照する必要がある。添付の特許請求の範囲では、「含む（including）」および「in which」という用語は、「備える（comprising）」および「wherein」というそれぞれの用語のプレインイングリッシュでの同等物として使用されている。さらに、以下の請求項において、「第１」、「第２」、「第３」などの用語は、単なるラベルとして使用されており、その対象に数値的な要件を課すことを意図していない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図5E】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】