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※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。
前書き
さまざまな電気制御のセンサーやスイッチが、家庭や同様の環境でさまざまな用途に使用されています。このようなアプリケーションの例としては、照明、暖房、エネルギー管理、ブラインド制御、さまざまな形式のセキュリティ制御、エンターテイメント (オーディオとビデオ) があります。
ほとんどの場合、アクションを開始するスイッチなどのデバイスと、ランプなどのデバイスは、別の場所に設置されます。距離は、ワイヤー、赤外線、または無線伝送によって橋渡しできます。現在、ワイヤレス伝送リンクの両端にある機器は、ラインまたはバッテリーで給電する必要があります。
ワイヤレス伝送は住宅の改造に特に魅力的ですが、バッテリー駆動のデバイスの電力維持は負担になります。さらに、これらの電池には希少な材料が必要です。家庭内の制御およびセンサー デバイスによって送信されるコマンドおよび制御メッセージは非常に短いため、比較的低電力で動作するワイヤレス プロトコルを使用していれば、エネルギー ハーベスティングの新しい技術を使用して電力を供給することができます。デバイスの環境で利用可能なエネルギーは、デバイスの動作に電力を供給するために取得および保存 (ハーベスト) されます。エネルギー源の例は、機械的作動、太陽放射、温度差などです。これが実行される場合、リンク内の少なくとも 1 つのデバイスはバッテリーもワイヤも必要としません。エナジー ハーベスティング デバイスは非常に限られた電力しか必要とせず、エネルギー効率の高い無線プロトコルを使用して、家庭内の他の従来型の電力供給デバイスにデータを送信します。家庭内のさまざまなソースからのこのようなデバイスの相互運用性を確保するために、エネルギー ハーベスティング デバイスが提供できるわずかな電力を使用すると同時に、家庭環境内でブリッジされる距離にまたがるプロトコルの国際標準が必要です。
家庭内で使用されるこのようなデバイスのいくつかは、さまざまなソースから提供されている可能性があります。これらは、共通の内部ネットワーク (この規格ではホーム ネットワークと呼ばれます) を使用して相互に連携し、ホーム オートメーション システムをサポートする必要があります. ホーム オートメーション システムが ISO/IEC HES 規格を満たす場合、それはホーム エレクトロニック システム (HES) と呼ばれます。 ）。
ISO/IEC 14543 シリーズの標準では、2 つの代替テクノロジがサポートされています。 ISO/IEC 14543-3-10 と ISO/IEC 14543-3-11 の 2 つの規格は、同様の技術に基づいて環境発電用に最適化されていますが、変調方式は異なります。 ISO/IEC 14543-3-10 と ISO/IEC 14543-3-11 は 2 つの下位層ワイヤレス ショート パケット プロトコルを指定します。前者は振幅変調信号を使用し、ISO/IEC 14543-3-11 は周波数変調信号を使用します。
振幅変調ワイヤレス通信は、エネルギー効率が高くなりますが、モバイル デバイスにはあまり適していません。これは、モバイル アンテナのインピーダンスがモバイル デバイスの環境の影響を受けるという事実によるものです。たとえば、デバイスを手に持ったり、金属面に移動したりした場合などです。インピーダンスの変化は、無線周波数出力アンプの振幅の直線性に影響を与えますが、周波数自体には影響しません。このように、AM ワイヤレス システムは FM ワイヤレス システムよりも環境の変化に敏感であり、800 MHz を超える周波数はより小型のアンテナを必要とするため、モバイル デバイスに適しています。したがって、周波数 315 MHz はこの規格では使用されません。これにより、FM ワイヤレス システムがモバイル デバイスにとってより効率的になります。
FM ワイヤレス方式は、AM ワイヤレス方式に比べて、送信できるさまざまな情報の大きさに柔軟性があります。これには、より大きなペイロード、発信者と宛先の識別子の長さが異なる可能性、および電報タイプの構造と長さの大きな変動性が含まれます。さらに、テレグラムを繰り返すことができるステップの数が 2 から 15 に増加します。
AM および FM ワイヤレス システムは十分に効率的です
- •ケーブルとバッテリーを必要としないセンサーとスイッチ用の環境発電製品をサポートします。
- •バッテリー駆動のデバイスの寿命を延ばします。
AM システムと FM システムの両方を同時にアクティブにすることができます。これは、各システムが許可されたメッセージのみを受け入れるように構成されているためです。衝突はリッスン ビフォア トーク (LBT) テクノロジによって回避するか、冗長伝送によって克服することができます。
INTRODUCTION
Various electrically controlled sensors and switches are used in homes and similar environments for many different applications. Examples of such applications are lighting, heating, energy management, blinds control, different forms of security control and entertainment (audio and video).
In most cases the device, e.g., a switch initiating an action, and the device, e.g., a lamp, are installed at different places. The distance can be bridged by wires, infrared or radio transmission. Presently equipment at both ends of a wireless transmission link needs to be powered by line or battery.
While wireless transmissions are especially attractive to retrofit homes, power maintenance of battery-driven devices is a burden. In addition, these batteries require scarce materials. Since the command and control messages sent by control and sensor devices in homes are very short, they can be powered using new techniques for energy harvesting, provided they use a wireless protocol that operates on relatively low power. Energy available in the environment of a device is captured and stored (harvested) to power operation of the device. Examples of energy sources are mechanical actuation, solar radiation, temperature differences, etc. If this is executed at least one device in the link neither needs a battery nor a wire. Energy harvesting devices need very limited power and use an energy efficient radio protocol to send data to other conventionally powered devices in the home. In order to ensure interoperability of such devices from different sources within a home, an international standard for a protocol is required that uses the little power that energy harvested devices can provide and at the same time spans distances to be bridged within a home environment.
Several such devices used within a home may come from different sources. They are required to interwork with each other using a common internal network (in this standard called a home network) and supporting a home automation system. When a home automation system meets ISO/IEC HES standards, it is called a Home Electronic System (HES).
Two alternative technologies are supported by the ISO/IEC 14543 series of standards. The two standards, ISO/IEC 14543-3-10 and ISO/IEC 14543-3-11, are optimised for energy harvesting based on similar techniques, but with different modulation schemes. ISO/IEC 14543-3-10 and ISO/IEC 14543-3-11 specify two lower layer wireless short-packet protocols, where the former uses an amplitude modulated signal and ISO/IEC 14543-3-11 a frequency modulated signal.
Amplitude modulated wireless communications are more energy efficient but less adapted to mobile devices. This is due to the fact that the impedance of a mobile antenna is affected by the environment of the mobile device, e.g., when the device is held in the hand or moved to metal surface. Changes in impedance affect the amplitude linearity of the radio frequency output amplifier, but have no impact on the frequency itself. Thus, an AM wireless system is more sensitive to changes in environment than a FM wireless system. Also frequencies above 800 MHz are better suited for mobile devices, since they require smaller antennas. Thus, the frequency 315 MHz is not used in this standard, which together makes the FM wireless system more efficient for mobile devices.
Compared to the AM wireless system, the FM wireless system provides more flexibility in the size of various pieces of information that can be transmitted. This includes the possibility to have larger payloads, different lengths of the identifiers of originators and destinations, and greater variability of structures and lengths of the telegram types. In addition, the number of steps a telegram can be repeated is increased from 2 to 15.
AM and FM wireless system are efficient enough to
- • support energy harvested products for sensors and switches that do not require cables and batteries, and
- • extend the life of battery-operated devices.
Both an AM and a FM system can be active at the same time, since each system is so constructed that only permitted messages are accepted. Collisions can be avoided by listen-before-talk (LBT) technology or overcome by redundant transmissions.