(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間同期チャネルホッピングネットワーク上の第１のノードによって実施される方法であって、
前記方法は：
第２のノードとの通信のためのギャランティードタイムスロットに関する情報を受信するステップ；
前記ギャランティードタイムスロットに関する前記情報に基づいて、起動時間を決定するステップ；
低電力モードに入るステップ；
前記起動時間が発生した場合に、通常電力モードに入るステップ；
前記ギャランティードタイムスロットに関連するチャネルに対して調整を行うステップ；
前記チャネルを介して、前記第２のノードから開始通信を受信するステップ；
前記開始通信によって提供された情報を使用して、前記第２のノードとの同期を行うステップ；及び
前記低電力モードに戻るステップ
を含み、
前記起動時間を決定する前記ステップにおいて、前記ギャランティードタイムスロットを用いた、前記第２のノードとの通信を開始する少なくとも１タイムスロット前を前記起動時間として決定する、方法。
【請求項２】
前記ギャランティードタイムスロットに関する前記情報は、チャネルオフセットを含み、
前記ギャランティードタイムスロットに関連する前記チャネルに対して調整を行う前記ステップは、前記ギャランティードタイムスロットに対応するチャネル番号と前記チャネルオフセットとの合計に対応するチャネル番号を有するチャネルに対して調整を行うステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のノードからの通信を要求する通信を、前記第２のノードから受信するステップ；及び
前記第２のノードからの前記通信に応答して、前記第１のノードから前記第２のノードに応答通信を伝送するステップ
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記低電力モードに入る前記ステップは、クロックデバイスの動作を停止するステップを含み、
前記通常電力モードに入る前記ステップは、前記クロックデバイスの動作を可能にするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記開始通信によって提供された前記情報を使用して、前記第２のノードとの同期を行う前記ステップは、前記クロックデバイスを同期させるステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ギャランティードタイムスロットは、米国電気電子技術者協会（ＩＥＥＥ）８０２．１５．４ｅ‐２０１２によって定義される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
時間同期チャネルホッピングネットワーク上の第１のノードであって：
プロセッサ；
ネットワーク上で通信するためのネットワークインタフェース；
通常電力モードクロックデバイス；
低電力モードクロックデバイス；並びに
前記プロセッサによって実行された場合に、前記第１のノードに；
前記ネットワークインタフェースを介して、第２のノードから、ギャランティードタイムスロットに関する情報を受信すること；
前記ギャランティードタイムスロットに関する前記情報に基づいて、起動時間を決定すること；
前記通常電力モードクロックデバイスの動作を停止させることを含む、低電力モードに入ること；
前記起動時間が発生したかどうかを決定するために、前記低電力モードクロックデバイスを使用すること；
前記起動時間が発生した場合に、前記通常電力モードクロックデバイスの動作を可能にし、通常電力モードに入り、前記ギャランティードタイムスロットに関連するチャネルに対して調整を行うこと；並びに
前記ネットワークインタフェース及び前記チャネルを介して、前記第２のノードから開始通信を受信すること
を実行させる命令を記憶するよう構成された、メモリ
を備え、
前記起動時間を決定することを実行させる命令において、前記ギャランティードタイムスロットを用いた、前記第２のノードとの通信を開始する少なくとも１タイムスロット前を前記起動時間として決定する、第１のノード。
【請求項８】
前記通常電力モードクロックデバイスは、前記低電力モードクロックデバイスよりも精度が高い、請求項７に記載の第１のノード。
【請求項９】
前記通常電力モードクロックデバイスは、温度制御式発振器である、請求項７に記載の第１のノード。
【請求項１０】
前記メモリは更に、前記プロセッサによって実行された場合に、前記第１のノードに：
前記ネットワークインタフェースを介した前記第１のノードからの通信を要求する、前記第２のノードからの通信を受信すること；及び
前記第２のノードからの前記通信に応答して、前記第１のノードから前記第２のノードに応答通信を伝送すること
を実行させる命令を記憶するよう構成される、請求項７に記載の第１のノード。
【請求項１１】
前記第１のノードに給電するための制限された電源を更に備える、請求項７に記載の第１のノード。
【請求項１２】
前記制限された電源はバッテリである、請求項１１に記載の第１のノード。
【請求項１３】
前記チャネルオフセットは前記第２のノードから受信される、請求項２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２０１４年２月２６日出願の米国特許出願第６１／９６６，６４８号、発明の名称「時間同期チャネルホッピングネットワークにおける低電力端末との同期を維持すること」に対する優先権を主張するものであり、上記出願の内容は参照により本明細書に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、一般に、時間同期チャネルホッピングネットワーク内に接続された低電力端末のバッテリ寿命を改善しながら同期を維持することを対象とする。
【背景技術】
【０００３】
ネットワークは、多数の低電力端末（ＬＰＥ）を含んでよい。ＬＰＥは一般にバッテリによって給電され、このバッテリの寿命は、ネットワーク上での端末の通信の頻度に直接的に関連する。ＬＰＥが別のノードと通信し、このノードが、電力コンセント等のより大容量の電源を有する場合がある。このような場合、上記ノードはＬＰＥのためのプロキシ及びバッファとして作用でき、ＬＰＥのバッテリ寿命の延長を補助できる。バッテリ寿命を更に延長するために、更なる電力管理方法が存在すれば有益であろう。
【０００４】
ＩＥＥＥ８０２．１５．４ｅ-２０１２によって定義されているもの等の時間同期チャネルホッピングネットワークにおいて、ネットワークの端末又はノードの同期は、ネットワーク安定性及び性能にとって重要である。ＬＰＥをこのタイプのネットワークに接続する場合、ＬＰＥは典型的には、ネットワークと同期した状態を保つために、頻繁な通信を行う必要があり、これはＬＰＥのバッテリの寿命に影響を及ぼす。
【発明の概要】
【０００５】
低電力ノードを時間同期チャネルホッピングネットワーク（ＴＳＣＨ）上で同期された状態に維持するためのシステム及び方法を開示する。１つの例示的な方法では、低電力端末（ＬＰＥ）を親ノードと関連させる。親は、ギャランティードタイムスロットと、必要に応じてチャネルオフセットとに関する情報を、ＬＰＥに送信する。
【０００６】
ＬＰＥは、次のギャランティードタイムスロットと一致する起動時間を決定し、この起動時間が発生するまで低電力モードに入る。起動が行われると、ＬＰＥは通常電力モードに入り、ギャランティードタイムスロットに関連するチャネルに対して調整される。ＬＰＥはそれ自体を親ノードに対して再同期させた後、必要に応じて親ノードと通信する。親ノードとのいずれの通信が完了すると、ＬＰＥは低電力モードに戻る。
【０００７】
これらの例示的な態様及び特徴は、本発明を限定又は定義するためではなく、本出願で開示される発明的概念の理解を助けるための例を提供するために言及されている。本発明の他の態様、利点及び特徴は、本出願全体に目を通せば明らかになるであろう。
【０００８】
本開示の以上の及びその他の特徴、態様及び利点は、添付の図面を参照して以下の「発明を実施するための形態」を読むと、よりよく理解される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、多数の低電力端末（「ＬＰＥ」）を含む例示的なネットワークの一部分を示す。
【図２】図２は、ＴＳＣＨネットワークに関する例示的なタイムスロットを示す。
【図３】図３は、ＴＳＣＨネットワーク上のＬＰＥの例示的な動作を示す。
【図４】図４は、ＴＳＣＨネットワーク上のＬＰＥの同期を維持するステップを示すフローチャートである。
【図５】図５は、例示的なＬＰＥのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
ＬＰＥが使用する電力の最小化に役立つ、時間同期チャネルホッピング（ＴＳＣＨ）ネットワーク内の低電力端末（「ＬＰＥ」）の同期を維持するためのシステム及び方法を提供する。ＩＥＥＥ８０２．１５．４ｅ-２０１２によって定義されているもの等のＴＳＣＨネットワークにおいて、ノード間の小さなオフセットがネットワーク不安定性につながり、ノード接続性を低下させる場合があるため、媒体アクセス制御（Ｍｅｄｉｕｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＭＡＣ）時間は重要である。一般に、ノードは同期を維持するために、頻繁な通信に依存する。ＬＰＥはバッテリ等の制限された電源を有し、本発明は電力管理に関する要求とクロック精度に関する要求とのバランスを取るものである。
【００１１】
図１に示すような例示的なメッシュネットワーク１００は、親ノード及び子ノードを含む複数のノードを含む。図１では、図示されている全ての子ノードはＬＰＥである（１２１、１２２、１３１、１３２、１３３）。親ノード１２０、１３０は電力コンセント又はその他の大容量の電源によって給電してよく、その一方でＬＰＥはバッテリ又はその他の制限された電源によって給電してよい。図１に示すように、ＬＰＥ１２１及び１２２は親ノード１２０に関連付けられ、ＬＰＥ１３１、１３２及び１３３は親ノード１３０に関連付けられる。図１には示されていないが、このネットワークは、上記ＬＰＥとは異なる動作を行う、上記親ノードの一方又は両方に関連付けられた更なるノードを含んでもよく、また親ノードは、直接的に又は介在ノードを通して、互いに又は他のノード（図示せず）に接続されてよい。ノード間の関連、例えばＬＰＥとその親ノードとの関連は、多様な方法で確立でき、経時的に変化してよい。
【００１２】
ＴＳＣＨネットワークは、ノード間の通信のために、一連のタイムスロット及び複数のチャネル周波数を用いる。複数のタイムスロットを１つのスロットフレームにグループ化してよく、複数のスロットフレームを１つの上位フレームにグループ化してよい。各タイムスロットは、ミリ秒又は他の適切な時間単位で定義できるタイムスロット持続時間「Ｔ」を有する。図２はタイムスロット２１１〜２２６を示し、これらはそれぞれ同一のタイムスロット持続時間２３０を有する。各スロットフレーム２１０及び２２０は、７個のタイムスロットを含む。図２はまた、ホッピングパターン２４０ａを示す。ホッピングパターンは、そのホッピングパターン内の各タイムスロットに関するチャネル周波数又はチャネルを定義する。例えばホッピングパターン２４０ａはチャネル４、チャネル６、チャネル３、チャネル５、チャネル７であってよく、即ちホッピングパターン２４０ａは、チャネル４をタイムスロット１と、チャネル６をタイムスロット２と、チャネル３をタイムスロット３と、チャネル５をタイムスロット４と、チャネル７をタイムスロット５と関連させる。図２では、ホッピングパターン２４０ａのホッピングパターン長は５である。このホッピングパターンは反復する。ホッピングパターンの図示されている第１の反復２４０ａはタイムスロット１〜５（２１１〜２１５）を内包し、ホッピングパターンの第２の反復２４０ｂはタイムスロット６〜１０（２１６〜２２０）を内包し、ホッピングパターンの第３の反復２４０ｃはタイムスロット１１〜１５（２２１〜２２５）を内包する。１つのホッピングパターン内のタイムスロットの数は、１つのスロットフレーム内のタイムスロットの数とは無関係である。
【００１３】
親ノードは、親ノードとＬＰＥとの間の通信のための割当タイムスロットであるギャランティードタイムスロット（ＧＴＳ）のために、ＬＰＥにリンクを割り当てる。一実装形態では、このリンクは、スロットフレームからのスロット数と、チャネルオフセットとを含む。ＧＴＳは、あるスロットフレーム、上位フレーム又は他のいずれのタイムスロットの定義された組の中の、ある特定のタイムスロットとして定義してよい。図１に示すように親ノードが複数のＬＰＥに関連付けられる場合、親ノードは各ＬＰＥに異なるギャランティードタイムスロットを割り当ててよい。例えば親ノード１２０は、第１のＧＴＳをＬＰＥ１２１に、第２のＧＴＳをＬＰＥ１２２に割り当ててよい。いくつかの実装形態では、親ノードはＧＴＳに加えてチャネルオフセットも指定してよい。チャネルオフセットは、ホッピングパターンが指示するチャネルとは異なるチャネル上で通信が発生することを示す。例えばチャネルオフセットが２であり、ホッピングパターンが、ＧＴＳにチャネル３が割り当てられることを指示している場合、親ノード及びＬＰＥは、ＧＴＳに関連するチャネル番号とチャネルオフセットとの合計（チャネル３＋２）であるチャネル５上で通信する。
【００１４】
ＬＰＥはＧＴＳに割り当てられるため、ＬＰＥは、ＬＰＥがその親ノードとの通信を伝送又は受信できるようになることが必要な時点を決定できる。他の時点においては、ＬＰＥは低電力モードに入るか又はスリープ状態となってよい。低電力モードでは、ＬＰＥはクロックを維持しており、これによってＬＰＥは起動して通常電力モードに入る時点を決定できる。起動するべき時点であることをＬＰＥが決定すると、ＬＰＥは通常電力モードに復帰する。
【００１５】
親ノードとＬＰＥとの間の通信はＧＴＳ中に開始され、そのＧＴＳ中に完了してよく、又はそのＧＴＳを超えて延長されてもよい。一実装形態では、ＬＰＥは、親ノードからの通信に応答してのみ、伝送を行う。これによりＬＰＥはその伝送を最小化でき、電力を保存できる。ＬＰＥが親ノードから、応答の必要がある通信を受信しない場合、ＬＰＥは低電力モードに戻るか、又はいずれのメッセージを伝送することなくスリープ状態となる。
【００１６】
いくつかの実装形態では、ＬＰＥはＧＴＳの開始に近づいた時点で起動するが、他の実装形態では、ＬＰＥはより早い時点で起動する。例えばＬＰＥは、ＧＴＳの開始前の１つ又は複数のタイムスロット持続時間の時点で起動してよい。より早く起動することにより、ＬＰＥは再同期のために更なる時間を得ることができる。
【００１７】
ＬＰＥは２つのクロックデバイス、即ち低電力モードクロック及び通常電力モードクロックを含んでよい。この場合ＬＰＥは、電力を保存するためのスリープ状態の間、オフになってよいか、又は通常電力モードクロックの動作を停止してよい。ＴＳＣＨネットワークの厳格なタイミング要件を満たすために、ＬＰＥは温度制御式発振器（ＴＣＸＯ）又は他の好適なデバイスを通常電力モードクロックとして使用してよい。ＴＣＸＯ等の高精度なデバイスは典型的に、より精度が低いデバイスに比べて多くの電力を使用するため、ＬＰＥはスリープ状態の間、通常電力モードクロックをオフにしてよい。ＬＰＥが起動する際、ＬＰＥは通常電力モードクロックをオンにし、従ってＬＰＥが親ノードから開始通信を受信すると、ＬＰＥはそれ自体を同期させることができる。一実装形態では、上記開始通信は、そのメッセージを開始通信として識別する一意のＩＤを含む。開始通信はまた、ＬＰＥが親ノードと通信するために必要とするタイミング情報も含んでよい。
【００１８】
図３は、図１のＬＰＥ１２１、１２２、１３１、１３２又は１３３のいずれであってよい例示的なＬＰＥの動作を、３２０において示す。親ノードの動作は３００において示されている。親ノードは既に、アスタリスク（＊）を付けられたタイムスロットをそのＧＴＳとしてＬＰＥに割り当てている。図３では、ＧＴＳはタイムスロット７、３０７である。ＬＰＥは既に親ノードから受信したＧＴＳ割り当てリンクを用いて、起動時間及びチャネルを決定する。親ノードがチャネルオフセットも提供していた場合、ＬＰＥはこの情報も用いてチャネルを決定する。起動時間は、ＬＰＥが蓄積し得るいずれのタイムドリフトに対応するためのＧＴＳの開始前の時間であってよい。図３では、ＬＰＥは３２１においてスリープ状態であり、そして３２２において起動し、この３２２はＧＴＳの、タイムスロット約４個分前である。各タイムスロットがおよそ２５ｍｓである場合、この例では、ＬＰＥはＧＴＳの開始のおよそ１００ｍｓ前に起動する。図３は、ＬＰＥがＧＴＳの、タイムスロット約４個分前に起動することを示しているが、他の実装形態に関してはタイムスロットの数又は時間は変動してよい。例えばＬＰＥは、ＧＴＳが開始する時点により近い時点で起動してよい。更にＬＰＥには、タイムスロットの開始以外の時点で起動してよい。ＬＰＥが起動すると、ＬＰＥはそれ自体を親ノードに対して同期させ、これによってＬＰＥ及び親ノードが通信できる。親ノードは開始通信（図示せず）をＬＰＥに送信してよく、ＬＰＥはこの開始通信を同期のために用いてよい。図３は、ノードが通信のための４個のタイムスロット３２３〜３２６を用いることを示している。通信が完了すると、ＬＰＥは３２７においてスリープ状態に戻る。ＬＰＥが親ノードからの通信に応答してのみ伝送を行う状況では、ＬＰＥは、一切伝送を行うことなく、起動、聴取及びスリープ状態への復帰を行うことができる。
【００１９】
図４は、ＴＳＣＨネットワーク内の電力を保存しながら、ノード間の同期を維持するためのプロセス４００を示す。ブロック４１０では、ＬＰＥはＧＴＳを受信するか又は提供され、このＧＴＳは任意にチャネルオフセットを含む。ブロック４２０では、ＬＰＥは起動時間を決定する。この起動時間は、ＧＴＳの開始の時点若しくはその付近の時点に対応してよく、又はＧＴＳの開始前の１つ若しくは複数のタイムスロットの時点に対応してよい。ある特定のシステムに関する起動時間は、少なくとも部分的に、ＬＰＥハードウェア、例えば発振器及び／又は水晶の精度並びに親ノードからの同期通信間の時間の長さに基づくものであってよい。
【００２０】
ブロック４３０では、ＬＰＥは低電力モードに入る。いくつかの実装形態では、ＬＰＥは低電力モードに入ると、通常電力モードクロックをオフにする。プロセスはブロック４４０へと進み、「いいえ」の分岐に従って、ＬＰＥが起動する時点になるまでブロック４４０に留まる。ＬＰＥが起動する時点であるとＬＰＥが決定すると、プロセスは「はい」の分岐に従い、ＬＰＥが通常電力モードに入るブロック４５０へと進む。ブロック４３０で通常電力モードクロックがオフにされていた場合、ブロック４５０で通常電力モードクロックをオンにする。ブロック４６０では、ＬＰＥは親ノードから開始通信を受信して、それ自体を再同期する。ブロック４７０では、ＬＰＥは通信を聴取し、及び／又は親ノードと通信する。いずれの通信が完了すると、ＬＰＥはブロック４３０において低電力モードに戻る。
【００２１】
図４は、プロセスがブロック４７０からブロック４３０に進むことを示しているが、他の実装形態は異なる様式で進行してよい。例えばプロセスは、ブロック４６０又は４７０からブロック４１０又は４２０に進んでよい。プロセスは、親ノードがＬＰＥに対してＧＴＳを再割当てする場合、ブロック４１０に進んでよい。プロセスは、ＬＰＥが次のＧＴＳのための起動時間を決定する必要がある場合、ブロック４２０に進んでよい。ＬＰＥが開始通信を受信しない、又は親ノードと通信できない場合、プロセスは時間切れとなり、ブロック４１０又は４２０に進んでよい。
【００２２】
図５は、ブロック図が示されており、これは、本明細書に開示された技術を無線ＴＳＣＨネットワーク内に実装するために使用されるＬＰＥの例を示すブロック図である。端末ノード１２１は、図１に示すＬＰＥ１２２、１３１、１３２、１３３のうちのいずれであってよい。ＬＰＥ１２１は処理デバイス５０２を含んでよい。処理デバイス５０２の非限定的な例は、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、状態機械又は他の好適な処理デバイスを含む。処理デバイス５０２は、メモリデバイス５０４等のコンピュータ可読媒体と通信可能に接続できる。処理デバイス５０２は、メモリデバイス５０４に記憶されたコンピュータ実行可能なプログラム命令を実行でき、及び／又はメモリデバイス５０４に記憶された情報にアクセスできる。
【００２３】
メモリデバイス５０４は命令を記憶でき、処理デバイス５０２によってこの命令が実行されると、この命令は、処理デバイス５０２に本明細書に記載の動作を実施させる。メモリデバイス５０４は、コンピュータ可読命令をプロセッサに提供できる電子、光学、磁気又は他の記憶デバイスといった可読コンピュータ可読媒体（限定するものではないが）であってよい。このような光学、磁気又は他の記憶装置の非限定的な例としては、１つ若しくは複数の読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）デバイス、１つ若しくは複数のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）デバイス、１つ若しくは複数の磁気ディスク、１つ若しくは複数の磁気テープ若しくは他の磁気記憶装置、１つ若しくは複数のメモリチップ、ＡＳＩＣ、１つ若しくは複数の構成されたプロセッサ、１つ若しくは複数の光学記憶デバイス、又はコンピュータプロセッサが命令を読み出すことができる他のいずれの媒体が挙げられる。命令は、いずれの好適なコンピュータプログラミング言語で書かれたコードからコンパイラ及び／又はインタープリタによって生成された、プロセッサ固有命令を含んでよい。好適なコンピュータプログラミング言語の非限定的な例としては、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ、Ｊａｖａ、Ｐｙｔｈｏｎ、Ｐｅｒｌ、ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ等が挙げられる。
【００２４】
図５は２つのクロック、即ち通常電力モードのために使用される第１のクロック５０５と、通常電力モード及び低電力モード両方のために使用される第２のクロック５０７とを示している。他の実装形態は、異なる個数のクロックを使用してよい。
【００２５】
全般的な考察
ＬＰＥ１２１は、ＬＰＥ１２１の１つ又は複数の構成要素を通信可能に連結できるバス５０６を含むことができる。プロセッサ５０２、メモリ５０４及びバス５０６は、図５では互いと通信する個別の構成要素として示されているが、他の実装形態が可能である。例えばプロセッサ５０２、メモリ５０４及びバス５０６は、プリント回路基板の構成要素、又はプログラミングコードを記憶して実行するためにＬＰＥ１２１に配置できる他の好適なデバイスとすることができる。
【００２６】
ＬＰＥ１２１はネットワークインタフェースデバイス５０８を含むこともできる。ネットワークインタフェースデバイス５０８は、アンテナ５１０を介して無線通信リンクを確立するように構成された送受信デバイスとすることができる。ネットワークインタフェースデバイス５０８の非限定的な例はＲＦトランシーバであり、ネットワーク１００内で他のノードとの通信リンクを確立するための１つ又は複数の構成要素を含むことができる。
【００２７】
上述の例は単に例示を目的としたものであり、本発明をこれらのデバイスに限定することを意味しない。本発明の主題をその具体的な態様について詳細に説明したが、当業者は、以上の記載の理解に到達することにより、このような態様の変更、変形及び均等物を容易に生み出すことができることが理解されるだろう。従って、本開示は限定ではなく例示の目的で提示されたものであり、本発明の主題に対する上述のような改変、変形及び／又は追加が、当業者にとって容易に明らかなものとして含まれていることを排除するものではないということを理解されたい。特に、本発明の態様は、バッテリ又は他の制限された電源を使用するもの以外のノードにおいて使用してよく、親ノードは本明細書に記載した方法以外の方法で、ＬＰＥとの通信のためのタイムスロットを指定してよく、ノードは親‐子ノードとして関係していなくてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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