(57)【要約】  人間、オブジェクトまたは建物のデータを得て、各無線センサモジュールがネットワークに無線で接続され自動的に無線感知ネットワークへ付加或いはそこから除去されることができるダイナミックに構成可能な無線感知ネットワークを形成するように異なる位置に位置される無線センサモジュールを使用する技術、装置、無線感知ネットワークである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人間の身体の一部に結してパラメータを測定し、測定されたパラメータを無線で送信するように動作可能なセンサと、
センサと無線で通信しセンサから受信された測定されたパラメータのデータを集収するように動作可能なマスター制御装置とを具備し、
前記マスター制御装置はセンサと通信するための通信期間とパラメータ又は人間に関連する異なるパラメータを測定するために動作可能な少なくとも別のセンサと通信するための少なくとも別の通信期間を割当てるように動作可能であり、前記マスター制御装置は各センサの動作状態を決定し、特定のセンサの動作状態に基づいて特性のセンサとの無線通信を終了するか付勢するためにセンサ及びその他のセンサと無線で通信するように動作可能であるセンサシステム。
【請求項２】
マスター制御装置は以前にマスター制御装置と無線通信していない新しいセンサからの無線通信信号を検索するように動作可能であり、新しいセンサを検出したとき、新しいセンサからの無線によるデータ集収を開始するように新しいセンサの新しい通信期間を割当てるように動作可能である請求項１記載のシステム。
【請求項３】
マスター制御装置はセンサからの無線通信信号を監視するように動作可能であり、新しいセンサからの無線線信号の検出の受信に失敗した後、センサからのデータの集収を終了するように動作可能である請求項１記載のシステム。
【請求項４】
マスター制御装置は受信されたデータを記憶するためのメモリユニットを具備し、メモリ装置中の受信されたデータを目的地へ送信するように動作可能である請求項１記載のシステム。
【請求項５】
マスター制御装置はメモリユニット中に受信されたデータを最初に記憶せずに受信されたデータを目的地へ送信するように動作可能である請求項４記載のシステム。
【請求項６】
さらに、受信されたデータをマスター制御装置から受信するための目的地としてのコンピュータを具備している請求項４記載のシステム。
【請求項７】
センサは運動センサを含んでいる請求項１記載のシステム。
【請求項８】
運動センサは慣性測定センサを含んでいる請求項７記載のシステム。
【請求項９】
センサは３軸加速度計を含んでいる請求項７記載のシステム。
【請求項１０】
センサは３軸ジャイロスコープレートセンサを含んでいる請求項７記載のシステム。
【請求項１１】
センサは３軸磁力計を含んでいる請求項７記載のシステム。
【請求項１２】
センサは差回転レートセンサとして磁力計センサを含んでいる請求項７記載のシステム。
【請求項１３】
センサはさらに温度センサを含んでいる請求項７記載のシステム。
【請求項１４】
センサはさらに呼吸センサを含んでいる請求項７記載のシステム。
【請求項１５】
センサは温度センサを含んでいる請求項１記載のシステム。
【請求項１６】
センサは呼吸センサを含んでいる請求項１記載のシステム。
【請求項１７】
マスター制御装置はさらに、人間に関連するパラメータまたは異なるパラメータを測定するように動作可能な局部センサを具備している請求項１記載のシステム。
【請求項１８】
マスター制御装置は、測定されたパラメータの正常のプロフィールを記憶するように構成され、測定されたパラメータについての受信されたデータを正常のプロフィールと比較し、受信されたデータが正常のプロフィールから逸脱するとき警報信号を発生するように動作可能である請求項１記載のシステム。
【請求項１９】
センサは運動センサであり、パラメータは人間の動きを示し、正常のプロフィールは正常の状態下の人間の動きプロフィールである請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
警報信号は人間の転倒を示す請求項１９記載のシステム。
【請求項２１】
マスター制御装置は、時間にわたって受信されたデータに基づいて記憶された正常のプロフィールを更新するように動作可能である請求項１８記載のシステム。
【請求項２２】
さらに、警報信号が発生されるとき人間からの応答をリクエストするリクエスト信号を人間に発生する機構と、
人間からの応答を受信するための機構とを具備している請求項１８記載のシステム。
【請求項２３】
リクエスト信号を発生するための機構はリクエスト信号として可聴信号を生成するように動作可能である請求項２２記載のシステム。
【請求項２４】
さらに、人間に取付けることが可能であり、位置センサの位置についての情報をマスター制御装置へ無線送信するように動作可能である位置センサを具備している請求項２２記載のシステム。
【請求項２５】
センサは人間の呼吸に関連される人間の胸の動きを測定するように動作可能な運動センサを具備している請求項１８記載のシステム。
【請求項２６】
正常のプロフィールは、スポーツをしている身体部分の運動である請求項１８記載のシステム。
【請求項２７】
正常のプロフィールは、ゴルフをしている身体部分の運動である請求項２６記載のシステム。
【請求項２８】
正常のプロフィールは、野球をしている身体部分の運動である請求項２６記載のシステム。
【請求項２９】
正常のプロフィールは、バスケットボールをしている身体部分の運動である請求項２６記載のシステム。
【請求項３０】
正常のプロフィールは、テニスをしている身体部分の運動である請求項２６記載のシステム。
【請求項３１】
人間のパラメータを感知し測定されたデータをマスター制御装置へ無線で送信するようにそれぞれ動作可能な１以上のセンサと無線で通信するマスター制御装置を設け、
ダイナミックに再構成可能な無線ネットワークを形成するためマスター制御装置と各センサを構成し、各センサは自動的にネットワークに加わり、またそれから離れるように動作可能であり、
１以上のセンサからの測定に関連される正常のプロフィールを供給するようにマスター制御装置を構成し、
１以上のセンサから受信された測定からの実時間プロフィールを正常のプロフィールと比較し、実時間プロフィールが正常のプロフィールから逸脱するとき警報信号を発生するようにマスター制御装置を動作するステップを含んでいる方法。
【請求項３２】
さらに、各センサが依然としてネットワークの一部であるか否かを決定するために周期的に設定されたマスター制御装置との無線通信リンクにより各センサを無線で監視するようにマスター制御装置を動作し、
センサが時間期間内にマスター制御装置への無線信号の送信に失敗したとき、センサからのデータの集収を終了するようにマスター制御装置を動作することを含んでいる請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
さらに、マスター制御装置との設定された無線通信リンクをもたない新しいセンサからの無線信号を検索するようにマスター制御装置を動作し、
新しいセンサから無線信号が受信された後、ネットワークの一部分として新しいセンサを受入れるようにマスター制御装置を動作し、
さらに、新しいセンサからのデータの集収を開始するようにマスター制御装置を動作させる請求項３１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はオブジェクト、人間または動物の運動の感知を含むセンサ及び感知技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は2007年４月４日提出の米国特許暫定出願第60/910,143号明細書（発明の名称“dynamically Configurable Wireless Sensor Networks”）の特典を主張しており、これは本願の明細書の一部として参考文献として含まれている。
【０００３】
２以上のセンサが人間またはオブジェクトからデータを得るために人間またはオブジェクトと相互動作するように使用されることができる。異なるセンサは異なる位置でデータを得るために人間またはオブジェクトの異なる位置に置かれることができる。幾つかの応用では、人間又はオブジェクトに取り付けられた異なるセンサは人間またはオブジェクトの特定のパラメータを測定するために同じタイプであってもよい。例えば多数のセンサはそれぞれそれらが人間またはオブジェクトの異なる位置の運動を測定するような運動センサであってもよい。
【発明の概要】
【０００４】
１特徴では、この出願は特に人間、オブジェクトまたは建物のデータを得て、各無線センサモジュールがネットワークに無線で接続されて自動的に無線感知ネットワークへ接続され或いはそこから除去されることができるダイナミックに構成可能な無線感知ネットワークを形成するように異なる位置に位置される無線センサモジュールを使用する技術、装置、システムを開示する。各無線センサモジュールはデータを得るための少なくとも１つの感知ユニットと、ネットワークと無線で通信するための無線トランシーバを含むことができる。マスター制御装置は無線センサモジュールと無線で通信し、無線感知ネットワーク中の各無線センサモジュールの登録を制御するために無線感知ネットワークに含まれることができる。マスター制御装置は、集められたデータを使用するその後のデータ処理と動作のために無線通信を介して無線センサモジュールからデータを集めるために使用されることができる。幾つかの応用では、マスター制御装置はさらに通信リンクまたは無線感知ネットワーク外のネットワークを介して集収されたデータを目的地へ通信するための通信ハブとして機能できる。
【０００５】
別の特徴では、センサシステムは人間の身体の一部に関するパラメータを測定し、測定されたパラメータを無線で送信するように動作可能なセンサと、センサと無線で通信し、センサから受信された測定されたパラメータのデータを集めるように動作可能なマスター制御装置とを含むことができる。マスター制御装置はセンサと通信するための通信期間とパラメータ又は人間に関連する異なるパラメータを測定するために動作可能な少なくとも別のセンサと通信するための少なくとも別の通信期間を割当てるように動作可能である。このシステムでは、マスター制御装置は各センサの動作状態を決定し、特定のセンサの動作状態に基づいて特定のセンサとの無線通信を終了するか付勢するためにセンサ及びその他のセンサと無線で通信するように動作可能である。
【０００６】
別の特徴では、人間のパラメータを感知し、測定されたデータをマスター制御装置へ無線で送信するようにそれぞれ動作可能な１以上のセンサと無線で通信するためのマスター制御装置を提供し、ダイナミックに再構成可能な無線ネットワークを形成するためマスター制御装置と各センサを構成し、各センサは自動的にネットワークに加わるか離れるように動作可能であり、１以上のセンサからの測定に関連される正常のプロフィールを供給するようにマスター制御装置を構成し、１以上のセンサから受信された測定からの実時間プロフィールを正常のプロフィールと比較し、実時間プロフィールが正常のプロフィールから逸脱するとき警報信号を発生するようにマスター制御装置を動作することを含む方法を提供する。
【０００７】
これら及び他の特徴、例、構成、技術のバリエーション、装置、システムを添付図面、詳細な説明、請求項によりさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】１例のダイナミックに構成可能な無線感知ネットワークを示す図である。
【図２】無線センサモジュールが人間および人間により使用される装置のピースに取り付けられているダイナミックに構成可能な無線感知ネットワークの応用を示す図である。
【図３Ａ】図１のダイナミックに構成可能な無線感知ネットワークのマスター制御装置の１例の動作を示す図である。
【図３Ｂ】図１のダイナミックに構成可能な無線感知ネットワークのマスター制御装置の１例の動作を示す図である。
【図４Ａ】図１のダイナミックに構成可能な無線感知ネットワークの図３Ａおよび図３Ｂのマスター制御装置の動作に関連されるスレーブセンサモジュールの１例の動作を示す図である。
【図４Ｂ】図１のダイナミックに構成可能な無線感知ネットワークの図３Ａおよび図３Ｂのマスター制御装置の動作に関連されるスレーブセンサモジュールの１例の動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１のダイナミックに構成可能な無線感知ネットワーク101はマスター制御装置110および人間、オブジェクト又は建物のデータを得るために異なる位置に配置されている１以上の無線センサモジュール120を含んでいる。１例として、図２は無線センサモジュール120とマスター制御装置110とが人間210および人間210により使用される装置のピース220に取付けられている図１のダイナミックに構成可能な無線感知ネットワーク101の応用を示している。無線センサモジュール120とマスター制御装置110は人間210の異なる身体部分の運動と装置220が無線感知ネットワークにより監視されることができるように運動センサを含むことができる。
【００１０】
図１の例では、各無線センサモジュール120はデータを得るための少なくとも１つの感知ユニットと、無線感知ネットワーク101と無線通信するための無線トランシーバと、電力をセンサモジュール120内の種々のコンポーネントへ供給するためのバッテリのようなポータブル電力供給とを含むことができる。各センサモジュール120と無線感知ネットワーク101との間の無線通信はマスター制御装置110を介して行われることができる。各無線センサモジュール120はセンサデータの無線感知ネットワーク101への送信を含むセンサモジュール120の動作を制御するマイクロプロセッサまたはマイクロ制御装置を含むことができる。
【００１１】
マスター制御装置110は各無線センサモジュール120と無線通信するための無線トランシーバを含んでおり、無線感知ネットワーク101中の各無線センサモジュール120の登録を制御するように動作できる。マスター制御装置110は、集められたデータを使用するその後のデータ処理および動作のために無線通信を介して無線センサモジュール120からデータを集めるために使用されることができる。マスター制御装置110はマスター制御装置110の動作を制御するマイクロプロセッサまたはマイクロ制御装置を含むことができる。マスター制御装置110は無線感知ネットワーク101によりカバーされる人間、オブジェクトまたは建物のデータを得るために別のセンサモジュールとして少なくとも１つの感知ユニットも含むことができる。マスター制御装置110は幾つかの構成中でポータブル電力供給または他の構成の電力ケーブルにより電力グリッドに接続される電力供給を使用することができる。
【００１２】
１構成では、マスター制御装置110はこれが人間のような動いているオブジェクト上に取付けられるならば付勢されるバッテリであることができる。この場合、マスター制御装置110はセンサを含むことができる。マスター制御装置110が１つの位置に固定されるならば、マスター制御装置110の電力源はバッテリであるか付勢される電力線であることができる。
【００１３】
各センサモジュール120およびマスター制御装置110は、マスター制御装置110との無線通信に基づいて無線センサモジュール120が自動的に無線感知ネットワーク101に付加されるかそこから除去されることができるダイナミックに構成可能な無線感知ネットワークを形成するようにプログラムされることができる。各センサモジュール120とマスター制御装置110との間の通信は各センサモジュール120がマスター制御装置110と直接通信し各センサモジュール120からのデータが別のセンサモジュール120を介してマスター制御装置110へ中継されない直接通信により行われることができる。代わりに、各センサモジュール120とマスター制御装置110との間の通信は直接通信と、マスター制御装置110から非常に離れたセンサモジュール120がデータをマスター制御装置110へ転送するための中継局として最初にデータを隣接するセンサモジュールへ送信できる中間ノードとして１以上の他のセンサモジュール120を介する間接通信との両者により実現されることができる。
【００１４】
各センサモジュール120はセンサモジュール120がマスター制御装置110により制御される無線感知ネットワーク101へ統合されることを可能にするハードウェア及びソフトウェアプロトコルの両者を具備することができる。新しいセンサモジュール120が動作のためにオンに切り換えられると、センサモジュール120はデフォルトＲＦ周波数で検索ビーコンを放射することによりマスター制御装置110の検索を開始するようにプログラムされることができる。新しいセンサモジュール120がマスター制御装置110により検出されるならば、マスター制御装置110はデフォルトＲＦチャンネルを介して新しいセンサモジュール120に肯定応答し、新しいセンサモジュール120にネットワーク統合に必要な情報を割り当てるようにプログラムされることができる。マスター制御装置は構成データを各センサモジュール120へ送出でき、新しいセンサモジュール120が構造データの受信に肯定応答すると、新しいセンサモジュール120は容認し、無線送信ネットワーク101へ統合する。以下説明する例では、新しいＲＦチャンネルは所定の時間スロットでマスター制御装置110とのその後の無線通信のための新しく認められたセンサモジュール120に割当てられる。無線感知ネットワーク101に統合されると、新しいセンサモジュール120は、モジュール機能に関する情報と、ネットワーク101、データ記憶装置、無線感知ネットワーク101のパケットフォーマット中でアクチブセンサ120を逐次的に走査するためにマスター制御装置110によって行われる全体的なセンサ走査シーケンスへ新しいセンサモジュール120をマスター制御装置110が統合することを可能にするデータフォーマットを送信できる。
【００１５】
感知応用で必要とされないか、バッテリの消耗による電力切れまたは他の装置の故障のため、或いはマスター制御装置110に対する応答に失敗したために無線感知ネットワーク101中の任意の肯定応答されたセンサモジュール120が物理的に除去されるならば、マスター制御装置110は欠落したセンサモジュール120を走査シーケンス、データ記憶装置、パケットフォーマットから除去するように動作することができる。欠落した感知モジュール120の検出は割当てられた通信ＲＦチャンネル上のセンサモジュール120の割当てられた時間スロットにおける予測される通信の欠如に注意することにより実現されることができる。予め定められたタイムアウト期間にわたってマスター制御装置110により検出される通信がないとき、マスター制御装置110は欠落したセンサモジュール120を除去するプロセスを開始する。
【００１６】
幾つかの応用では、マスター制御装置110はさらに無線感知ネットワーク101外の通信リンクまたはネットワークを介して集められたデータを目的地へ通信するための通信ハブとして機能するように構成されることができる。図１では、通信ノード130はマスター制御装置110をインターネットのような通信ネットワーク140へ接続するように示されており、その通信ネットワーク140を通して無線感知ネットワーク101から集められたデータは遠隔でアクセスされることができる。マスター制御装置110とノード130との間の通信リンク112は有線または無線通信チャンネルであることができる。通信ノードはコンピュータ又は他の装置であってもよい。ノード130とネットワーク140との間の通信リンク132はワイヤ接続されるか無線の通信チャンネルであってもよい。
【００１７】
幾つかの応用では、マスター制御装置110は集められたセンサデータを処理することにより走査されたセンサデータを局部的に使用できる。他の応用では、マスター制御装置110は付加的なデータ解析又は操作を可能にするためにセンサモジュールデータを再フォーマットしてノードまたは外部装置130、即ち特定のアプリケーションプログラムを作動するＰＣへ再送信することができる。
【００１８】
以下は、図１のダイナミックに構成可能な無線感知ネットワークのマスター制御装置110とスレーブとしてのセンサモジュール120との間の通信プロトコルの１構成を記載している。
【００１９】
図３Ａと３Ｂはマスター制御装置110の動作の１例を示している。
【００２０】
１）初期化ステップ301：オンに切換わると、マスター制御装置110内のマイクロプロセッサ又はマイクロ制御装置は内部リソース、即ちデータの並列ビットと直列ビットとの間で変換するユニバーサル非同期受信機−送信機（ＵＡＲＴ）、Ｉ／Ｏ制御線の方向、他のハードウェア構造を初期化する。初期化後、センサ電力管理、ＲＦアドレス、データパケットフォーマットのような外部リソースの情報は各スレーブセンサモジュール120との通信のためマスター制御装置内のＲＦトランシーバへ送信される。マイクロプロセッサは完了すると主プログラムループへジャンプする。
【００２１】
２）動作モード302の選択：２つの動作モード、即ち実時間モードと高速度モードが存在することができる。実時間モードでは、各エネーブルされたスレーブセンサモジュール120からのデータはステップ303、304、305、306に示されているサンプル期間毎にマスター制御装置110により走査される。高速度モードでは、センサモジュール120からのデータ集収レートは実時間転送に対しては高速度すぎる速度であることができ、したがって多数のセンサはステップ307と308により示されているようにその後のマスター制御装置110へのバルク転送のために予め定められた走査レートでスレーブセンサモジュール120に記憶される。
【００２２】
３）ステップ303で、マスター制御装置110はネットワーク101に存在する全てのエネーブルされたスレーブセンサモジュールと通信するためにアクチブＲＦチャンネルへ切り換えられる。
【００２３】
４）ステップ304で、マスター制御装置110はそれらのそれぞれのセンサアレイを走査するために変換コマンドを全てのエネーブルされたスレーブセンサモジュール120へ送信し、そこで各センサモジュール120は１以上のセンサ、例えば３つの加速度計、３つの磁力計、３つのジャイロスコープを運動センサモジュールに含むことができる。
【００２４】
５）ステップ305で、マスター制御装置110はアクチブＲＦチャンネルにおいて受信モードで待機し、全てのエネーブルされたスレーブセンサモジュール120がそれぞれの割当てられた時間スロットで最後のセンサ走査に応答するのを待機する。チャンネルにわたる時間ドメイン中の多数のセンサによるこのアクセスは、各エネーブルされたスレーブセンサモジュール120の特有の時間遅延がマスター制御装置110と通信するために割当てられている時間遅延多元アクセスまたはＴＤＭＡとして知られている。各スレーブセンサモジュール120は全てのスレーブセンサモジュール120へ送信された変換コマンドの受信後、マスター制御装置110へ送信しようとする前に、例えば同時にこの時間遅延を待機する。この動作はデータパケットの損失を生じ得る同じアクチブＲＦチャンネルで同時に個々のスレーブセンサモジュール120がマスター制御装置110と通信しようとすることを妨げる。各遅延は全ての逐次的なスレーブセンサモジュール120がそれらのそれぞれのデータ転送を完了するのに必要とされる時間により決定される。
【００２５】
６）ステップ306で、マスター制御装置110は全てのエネーブルされたスレーブセンサモジュール120がそれらの割当てられた時間スロットで応答されたか否かを決定する。応答されないならば、マスター制御装置110はステップ319へ進む。応答されたならば、マスター制御装置110はステップ309を実行する。
【００２６】
７）高速度モードについてのステップ307で、マスター制御装置110は走査期間が超過したか否か、例えば５分間の走査期間が経過したか否かを決定する。イエスならば、マスター制御装置110はステップ308へ進む。ノーならば、ステップ311は何の行動も取らない。
【００２７】
８）ステップ308で、走査期間が超過したならば、各スレーブセンサモジュール120は走査期間にわたってその内部メモリ中に多数のサンプルを記憶し、即ち２０サンプル／秒における５秒間に１００の記憶されたセンサ走査である。走査期間の最後に、マスター制御装置110は記憶されたセンサデータの転送をリクエストするために全てのエネーブルされたスレーブセンサモジュール120へデータダンプコマンドを送信する。応答して、各エネーブルされたスレーブセンサモジュール120はマスター制御装置110により個々にリクエストされるとき記憶されたデータをマスター制御装置110へ逐次的にダウンロードできる。ダウンロードは実時間ではないので、ＴＤＭＡ方式はセンサモジュール120によるこのダウンロードで使用されることができない。マスター制御装置110はダウンロードされたセンサデータを受信するとき、内部で使用するかＰＣアプリケーションプログラムで使用するためＰＣへ再送信するために、全てのエネーブルされたスレーブセンサモジュール120から受信された全ての記憶された走査を一時的なバッファへ組み立てる。
【００２８】
９）ステップ309で、マスター制御装置110はデータ流を使用するアプリケーションがマスター制御装置110で局部的に作動しているか、またはＰＣアプリケーションでＰＣ120へ再送信（ＴＸ）を必要とするかを決定し、したがってステップ310と324がそれぞれ実行される。
【００２９】
１０）ステップ310で、マスター制御装置110によるＰＣ130への再送信がＰＣアプリケーションのために必要とされるならば、各エネーブルされたスレーブセンサモジュール120から走査された実時間又は高速度モードデータはフォーマットされ指定されたダウンロードＲＦチャンネルでＰＣへダウンロードされることができる。
【００３０】
１１）ステップ311で、マスターＲＦトランシーバは現在の実時間又は高速度データ走査が完了された後、デフォルト発見ＲＦチャンネルで受信モード（ＲＸ）へ切り換えられる。全てのスレーブセンサモジュール120はこれらの存在をマスター制御装置110へ通告するためにこのＲＦチャンネルを使用できる。ＲＸモードでは、主プログラムループは次の走査期間がタイムアウトするか、またはスレーブ発見チャンネルでのＲＸ受信により発生される中断を受信するのを待機する。タイムアウトもＲＸ中断の発生もないならば、プログラムは待機を続ける。いずれかの事象が生じるならば、マスター制御装置110はステップ312へ進む。
【００３１】
１２）ステップ312で、マスター制御装置310はタイムアウトまたはＲＸ中断によって主プログラムがステップ312を出るか否かを決定する。タイムアウトが事象を起こすならば、マスター制御装置110は主プログラムループの開始であるステップ3022へ進む。ＲＸ中断が事象を起こすならば、マスター制御装置110はステップ313へ進む。
【００３２】
１３）ステップ313で、ＲＸ中断がデフォルト発見ＲＦチャンネルで新しいスレーブセンサモジュール120により発生される。新しいスレーブセンサモジュール120から受信されたデータパケット内には装置ＩＤが存在する。マスター制御装置110はステップ314へ進む。
【００３３】
１４）ステップ314で、受信された装置ＩＤによりマスター制御装置110は如何なる機能を新しいスレーブセンサモジュール120が行うか、例えば運動センサモジュールまたは温度センサによる運動感知を決定することが可能になる。この情報によりマスター制御装置110はこの新しいスレーブセンサモジュール120からの走査当りの予測されるデータ流の受信を可能にするのに十分な長さの遅延及び時間スロットを割当てることが可能になる。前述のＴＤＭＡ通信で説明したように、現在のスレーブからのＲＸは次の逐次的なスレーブがマスターへＲＸしようとする前に完了される。
【００３４】
この情報から、マスター制御装置110は新しく発見され現在エネーブルされたスレーブセンサモジュール120にマスター制御装置110により使用される現在のアクチブＲＦチャンネル、ＴＤＭＡ時間遅延、局部ネットワークＩＤを送信する。装置ＩＤとは異なるこのネットワークＩＤはマスター制御装置110が全てのスレーブへ同時に通信、即ち共通の変換コマンドを通信することを可能にし、或いは個々に単一のスレーブへ通信、即ちスレーブモジュールＥＥＰＲＯＭから記憶された較正データをダウンロードして通信することを可能にする。次にステップ315が実行される。
【００３５】
１５）ステップ315で、構成データが新しいスレーブセンサモジュール120へ送信された後、マスター制御装置110はアクチブＲＦチャンネルへ切り換えられ、その後ステップ316へ進む。
【００３６】
１６）ステップ316で、現在アクチブＲＦチャンネルにおいて、マスター制御装置110はアクチブＲＦチャンネル上で新しくエネーブルされたスレーブセンサモジュール120から肯定応答（ＡＣＫ）を受信するかタイムアウトするのを待機する。いずれかが生じたならば、マスター制御装置110はステップ317へ進む。
【００３７】
１７）ステップ317で、ＡＣＫがステップ316で次への移動が生じるとき、マスター制御装置110はステップ318へ進む。タイムアウトが移動の原因であるならば、マスター制御装置110はステップ320へ進む。
【００３８】
１８）ステップ318で、ＡＣＫは発見されたスレーブセンサモジュール120により受信される。マスター制御装置110は応用可能であるならばアクチブＲＦチャンネルで送信されるようにスレーブセンサモジュール較正データに対するリクエストを送信する。マスター制御装置120は次にステップ319へ進む。
【００３９】
１９）ステップ319で、その後のスレーブセンサモジュール走査が新しく発見されたスレーブを含むことを可能にするために、マスター制御装置110のアクチブスレーブディレクトリは更新される。マスター制御装置110はステップ302で主プログラムループの開始へ戻る。
【００４０】
２０）ステップ320で、タイムアウトがステップ316からジャンプしたことの原因であるならば、マスター制御装置110は新しいスレーブセンサモジュールからＡＣＫを受信しようとする試行の数が予め設定された限度を超過したか否かを決定する。限度が超過されたならば、マスター制御装置110は問題のあるスレーブを無視するプロセスを休止し、誤ったスレーブをアクチブスレーブディレクトリへ含めずにステップ302の主プログラムループの開始に戻る。限度が超過されないならば、マスター制御装置110は発見ＲＦチャンネルに戻り、新しいスレーブとの通信を再度設定するためにステップ314に進む。
【００４１】
２１）ステップ321はステップ306の誤った結果の結果、即ち全てのアクチブスレーブセンサモジュールが割当てられた時間スロットで応答しないという結果として実行される。欠落された通信カウンタ（ＭＣＣ）はマスター制御装置110内のアクチブなスレーブディレクトリ中の全てのスレーブセンサモジュールについて維持される。この走査期間で通信していない各スレーブモジュールについてのＭＣＣカウンタはインクリメントされる。次にステップ322が実行される。
【００４２】
２２）ステップ322でマスター制御装置110は任意のアクチブスレーブセンサモジュールのＭＣＣが限度を超過したか否かをチェックする。超過したならば、マスター制御装置110はステップ323へ進む。超過していないならば、マスター制御装置110はステップ309における主プログラムループへ戻る。
【００４３】
２３）ステップ323で、１以上のアクチブスレーブがＭＣＣ限度を超過する。これらの装置はオフに切り換えられるかおよび／または構内網から除去されると仮定されることができる。これらの装置はその後マスター制御装置110のアクチブスレーブディレクトリから除去され、もはや走査されない。ディレクトリが更新されると、マスター制御装置110はステップ309における主プログラムループへ戻る。
【００４４】
図４Ａと４Ｂは図３Ａと３Ｂのマスター制御装置110の動作に基づいた図１の無線感知ネットワーク101の各スレーブセンサモジュール120の動作を示している。
【００４５】
１）ステップ401で、スレーブセンサモジュール120はオンに切換えられ、スレーブ内のマイクロプロセッサ又は制御装置は内部リソース、即ちＵＡＲＴ、Ｉ／Ｏ制御線の方向等を初期化する。初期化が行われると、センサ電力管理、ＲＦアドレス、データパケットフォーマットのような外部リソースはＲＦトランシーバへ送られる。マイクロプロセッサは完了すると主プログラムループへジャンプする。
【００４６】
２）ステップ402で、スレーブモジュールはオンに切り換えられるか手作業でリセットされる。このとき、スレーブモジュールはデフォルト較正ＲＦチャンネルで発見リクエストを送信（ＴＸ）し始める。スレーブＴＸはエネーブルされると、必要とされる時間割当て及び較正ダウンロードが完了されることを可能にするためにそれ自体をマスターモジュールに対して識別するためのスレーブモジュールＩＤを含んでいる。
【００４７】
３）ステップ403で、スレーブモジュールはＡＣＫが較正ＲＦチャンネル上でマスターモジュールから受信されるまで、又はタイムアウトまで待機する。いずれかが生じるとステップ404へ進み、どちらも生じないと、スレーブは待機し続ける。
【００４８】
４）ステップ404で、ＡＣＫがステップ403の終了を生じるときスレーブはステップ405へ進み、タイムアウトがステップ403の終了を生じるときステップ407へ進む。
【００４９】
５）ステップ405で、各スレーブはアクチブＲＦチャンネル、ＴＤＭＡ通信の時間遅延、ネットワークＩＤを含むＡＣＫをマスターモジュールから受信する。受信されたデータはスレーブに記憶される。
【００５０】
６）ステップ406で、各スレーブは割当てられたアクチブＲＦチャンネルへ切り換え、ＡＣＫをマスターモジュールへ送信する。
【００５１】
７）ステップ407で、各スレーブはアクチブＲＦチャンネルにおける較正データについてマスターモジュールからのＲＸまで、或いはタイムアウトまで待機する。いずれかが生じたとき、スレーブはステップ407へ進む。
【００５２】
８）ステップ408で、マスターＲＸがステップ407の終了を生じたならば、スレーブは割当てられたアクチブＲＦチャンネルで較正データをマスターへ送信し、その後ステップ409へ進む。タイムアウトがステップ407の終了を生じたならば、スレーブはマスターへＡＣＫを再試行するためにステップ406へ進む。
【００５３】
９）ステップ409で、各スレーブはアクチブＲＦチャンネルでマスターモジュールへ較正を送信し、ステップ411へ進む。
【００５４】
１０）較正ＲＦチャンネル上のマスターＡＣＫがタイムアウト前に受信されたならば、スレーブは再試行前にランダムタイムアウトを待機し、その後較正ＲＦチャンネルで発見リクエストをマスターへ再度発するためにステップ402へ進む。
【００５５】
１１）ステップ411は主センサ走査ループがスタートする。スレーブモジュールセンサアレイは走査され保存される。
【００５６】
１２）ステップ412で、スレーブはマスターの動作モードが実時間であるか高速度モードであるかを決定し、マスターが実時間モードであるときステップ413へ進み、マスターが高速度モードであるときステップ418へ進む。
【００５７】
１３）ステップ413で、センサ走査後、スレーブはマスターモジュールへの送信前の、ＴＤＭＡモードにあることに起因する遅延時間を待機する。次にステップ414が実行される。
【００５８】
１４）ステップ414で、スレーブはアクチブＲＦチャンネルでマスターモジュールへ走査されたデータを送信する。
【００５９】
１５）ステップ415で、スレーブはマスターからの走査コマンドまたはダンプコマンドの受信を待機し、またはタイムアウトを待機する。これらのいずれかが生じたとき、スレーブはステップ416へ進む。
【００６０】
１６）ステップ416で、スレーブはマスターからの走査コマンド又はダンプコマンドの受信がステップ415の終了を起こしたとき、ステップ411における走査ループルーチンの上位に進む。タイムアウトがステップ415の終了を生じさせたとき、スレーブはステップ417へ進む。
【００６１】
１７）ステップ417で、スレーブ８は低電力モードに入るが、アクチブの状態を維持し、マスターからのコマンドを待機する。この期間中、マスターモジュールとの通信は中断されるか失われる。
【００６２】
１８）ステップ418で、低電力待機ループにあるときに、コマンドがアクチブＲＦチャンネルでマスターから受信されるか否かをスレーブが決定する。イエスであるならば、スレーブはステップ424へ進む。ノーであるならば、スレーブはステップ419へ進む。
【００６３】
１９）ステップ419で、スレーブはさらに低電力待機期間が超過されたか否かを決定し、待機期間が超過されたときステップ20へ進む。超過されないならば、スレーブはステップ418のように待機し続ける。
【００６４】
２０）ステップ420で、低電力待機時間はマスターからのコマンドを受信せずに（例えばマスターがオフに切り換えられるか受信範囲外にあるか作動していない）超過され、スレーブはバッテリを節約するために手作業の再スタートを必要とする「オフ」状態に設定される。
【００６５】
２１）ステップ421で、スレーブはステップ412の高速度モードで動作し、局部メモリに現在のセンサ走査データを保存し、ステップ422へ進む。
【００６６】
２２）ステップ422で、スレーブは最後に受信されたマスターコマンドがダンプコマンドであるか否かを決定する。イエスであるならば、スレーブはステップ423へ進む。ダンプコマンドではないならば、スレーブはステップ415へ進み、マスターからの次に受信されるコマンドを待機する。
【００６７】
２３）ステップ423で、ダンプコマンドがマスターからの最後の受信で受信されるとき、スレーブはデータをフォーマットし、それをマスターモジュールへ送信する。送信するとき、スレーブは次の高速度データ保存を準備するため局部バッファをクリアし、マスターからの次の受信のためにステップ415へ進む。
【００６８】
２４）ステップ424で、スレーブは低電力モードにありながらマスターからコマンドを受信し、応答して、スレーブはセンサアレイをパワーアップしてステップ411へ進むことにより次のセンサ走査を開始する。
【００６９】
図１のダイナミックに構成可能な無線感知ネットワーク101を参照すると、センサモジュール120は種々の応用で種々の構造で構成されることができる。１例は人間又はオブジェクトの種々の部分の運動を監視するために人間またはオブジェクトに取付けられたダイナミックに構成可能な無線運動感知ネットワークである。各運動センサモジュールは米国特許第7,219,033号明細書（発明の名称“Single/Multiple Axes Six Degrees of Freedom (6 DOf) Inertial Motion Capture System with Initial Orientation Determination Capability”）に記載されている構造で構成されることができ、この発明は本出願の明細書の一部として参考文献として組み込まれている。
【００７０】
図１のダイナミックに構成可能な無線感知ネットワーク101の応用の特別な例として、以下、適合可能なＲＦネットワーク化された動的および静的な慣性磁力運動捕捉（ＩＭＭＣＡＰ）システムを説明する。
【００７１】
オブジェクトの運動は種々のセンサを使用して監視されることができる。例えば加速度計はオブジェクトの加速度を測定するために監視されるべきオブジェクトに取り付けられることができる。別の例では、ジャイロスコープセンサがオブジェクトの方位を測定するためにオブジェクトに取り付けられることができる。３方向（例えば３つの直交方向ｘ、ｙ、ｚにおける３つの１次元加速度計）で加速度を測定する３軸の加速度計とジャイロスコープ慣性ナビゲーションシステム（ＩＮＳ）は固定された外部座標系に関するオブジェクトの空間方位及び線形変換の変化を決定できる慣性測定ユニット（ＩＭＵ）を構成するために組み合わされることができる。３軸磁力計は地磁界に関するＩＭＵの方位を測定するためにこのＩＭＵシステムに付加されることができ、したがってＩＭＵの絶対方位を決定する。
【００７２】
幾つかの構造では、磁力計はジャイロベースのレートセンサにおける限定のためにジャイロベースのレートセンサが測定することが困難な可能性がある全ての３つの磁気軸を中心とする回転の高い速度を測定できる差回転速度センサとして使用されることができる。これらの回転の高速度は現在有効なジャイロのダイナミック範囲を超過する。この磁気センサベースの回転速度センサはジャイロと共に使用されるか、ジャイロの能力が超過されていることが知られているとき、及び局所外の環境の地磁界が一定であるか又は少なくとも準一定であることが知られているときジャイロの代用であることができる。磁力計レートセンサのある特徴は米国特許第7,219,033号明細書に記載されている。
【００７３】
単一のマスターＩＭＭＣＡＰ（商標名）制御装置モジュール（ＩＣＭ）は図１のマスター制御装置110として構成されることができ、図１の無線センサモジュールのように１以上のＩＭＭＣＡＰ（商標名）センサモジュール（ＩＳＭ）のアレイにＲＦリンクされる。ＩＣＭとＩＳＭのマイクロプロセッサ又はマイクロ制御装置は前述したようにＲＦ−ＢｉｏＮｅｔと呼ばれるダイナミックに構成可能なＲＦネットワークを形成するようにプログラムされることができる。ＰＣベースのソフトウェアアプリケーションを介してデータの表示および／または解析を必要とする応用では、ＩＣＭはデータのダウン／アップローディング及びシステム構造の標準的なＵＳＢインターフェースを介してＰＣとインターフェースすることができる。
【００７４】
単一のＩＣＭは例えば必要とされるデジタル信号処理（ＤＳＰ）を伴った６の自由度（６ＤＯＦ）のＩＭＭＣＡＰ（商標名）運動捕捉センサと、２．５ＧＨｚのＩＳＭバンドを介して単一又は多数のＩＳＭへの双方向通信をサポートするためのＲＦトランシーバと、人間間のインターフェース、即ち入力キーパッドおよびＬＣＤスクリーンと、ＰＣ接続のためのＵＳＢインターフェースを含むことができる。ＩＣＭにインストールされたソフトウェアはＩＭＭＣＡＰ（商標名）ベースのシステムを対象とした実際のアプリケーションに非常に依存する。
【００７５】
単一又は多数のＩＳＭは低電力マイクロプロセッサ（μＣ）と、ＩＳＭバンドＲＦトランシーバと、バッテリベースの電力供給と、目的とする応用に適切なＩＭＭＣＡＰ（商標名）センサアレイを含むことができる。前述のセンサアレイは単一の静的な方位センサ、即ち単一の３軸加速度計と、３軸加速度計、３軸レートセンサ、３軸磁力計を含めた十分なまでの能力を有する６ＤＯＦ構造を含むことができる。
【００７６】
単一のＩＣＭと各ＩＳＭはＲＦ−ＢｉｏＮｅｔ（商標名）と呼ばれる双方向のＲＦインターフェース方式を介してインターフェースされる。前述したように、このインターフェース方式はユーザによる介入なしにＩＳＭが付加されるか局部ＩＣＭにより制御されるＲＦ−ＢｉｏＮｅｔ（商標名）から除去されることを可能にする。この方式はハードウェア、即ちメモリスティックまたはデジタルカメラのような任意のＵＳＢ装置がウィンドウズ（登録商標）オペレーティングシステムがＵＳＢ装置の物理的接続を検出後、コンピュータにより自動的に検出され識別され構成されることができるマイクロソフト社のウィンドウズオペレーティングシステム下のコンピュータの「プラグ・アンド・プレイ」対して機能的に類似である。したがって、付加されたまたはオペレーティングＲＦ−ＢｉｏＮｅｔ（商標名）から除去されるＩＳＭは局部ＲＦネットワークに透明に統合されることができ、付加／除去されたＩＳＭセンサデータが集められ／消去され、ＩＣＭによる局部使用または実時間又は事後解析応用のためのＰＣへのストリーミングのために実時間の複合データ流に統合されることを可能にする。
【００７７】
図３Ａ、３Ｂ、４Ａ、４Ｂの例と静的または動的の運動捕捉応用を参照して前述したネットワークプロトコルの特定用途用ソフトウェアの統合は図１に示されている感知システムを介して実現されることができ、ベースシステムの変形がほとんどないか全くなく、アプリケーションソフトウェアを節約する。この容易に再構成されるシステムは運動捕捉情報の幾つかの形態を必要とする多くの産業およびエンドアプリケーションに対して応用可能なライセンスまたはＯＥＭタイプのビジネスモデルを可能にする。
【００７８】
前述の感知システムは個々のセンサモジュールに物理的に接続される電力またはインターフェースワイヤなしに無線センサモジュールを使用しており、システム中のセンサモジュールのダイナミックな変更を可能にする。ＩＭＭＣＡＰベースの運動捕捉システムの能力はシステムがビデオ又は磁気ビーコンベースシステムにより現在実行されている種々の運動捕捉アプリケーションで使用されることを可能にする。しかしながらこれらのシステムは監視される人間又はオブジェクトが有用であるようにスペースの予め説明された局所容積内または光学的又は人間工的な磁気的視界内に制限されなければならないことを必要とする。ＩＭＭＣＡＰベースの運動捕捉システムの使用はこれらの限定をなくす。本発明のシステムの構成は簡単であり、使用が容易であり、例えば廉価でコンパクトな慣性ＭＥＭＳベースのセンサを使用することにより比較的廉価で実現されることができる。ユーザはライセンスまたはＯＥＭ協定によって価格が効率的な方法で迅速にそれらの目標市場に入るためそれらの固有のハードウェア／ソフトウェアシステムを設計するためのユーザの技術的な能力又はリソースを必要とせずに特定のユーザアプリケーションへ本発明のシステムを適用できる。
【００７９】
幾つかの構成では、図３Ａ、３Ｂ、４Ａ、４Ｂに示されているように、データフォーマット化およびマスターとスレーブ間の通信プロトコルを含むデジタル信号処理（ＤＳＰ）の大多数は、感知システムの価格、単位寸法及び体積と複雑性を最小にするためにマスターＩＣＭと各ＩＳＭのマイクロプロセッサまたはマイクロ制御装置で構成されることができる。感知ネットワークで送信されるデータはＲＦ−ＢｉｏＮｅｔ（商標名）への統合を可能にするために関連される最小量のＲＦ／ＤＳＰ／電力要求により特別な応用で必要とされるセンサデータ流に限定されることができる。
【００８０】
ＩＭＭＣＡＰ（商標名）制御モジュール（ＩＣＭ）はＩＭＭＣＡＰ（商標名）ベースの運動捕捉システム内のマスター制御装置であり、局部ＲＦ−ＢｉｏＮｅｔ（商標名）用のＲＦハブとして作用する。ＩＣＭは単一または多数のＩＳＭと単一のＩＣＭ自体との間のＲＦ−ＢｉｏＮｅｔ（商標名）上で全ての双方向のＲＦトラフィックを制御する。ＩＣＭは任意の所定の応用で全ての実時間ＤＳＰを提供できる８−１６または３２ビットマイクロプロセッサを使用する。さらに、ＩＣＭはセンサの線形化及び温度補償を含めたＩＳＭとの関連されるデータ捕捉タスクを提供するために使用されることができる。前述のタスクに加えて、ＩＣＭは必要ならばＩＣＭが取付けられる剛性体の運動の捕捉を可能にするため幾つかの形態のＩＭＵを組み込むこともできる。
【００８１】
例えばＩＣＭは１）８／１６／３２ビットマイクロプロセッサと、２）リチウムイオンバッテリのようなバッテリ電源と、３）デジタル及びアナログ（存在するならば）回路の電力調整回路と、４）ＵＳＢ接続および／または外部電力源を介する再充電機構と、５）アジャイル周波数ホッピングおよびＩＳＭと通信する同時的な多周波数動作が可能なＩＳＭバンドトランシーバと、６）人間間のインターフェース、即ち幾つかの応用ではキーパッドおよびＬＣＤと、７）特別な応用により必要とされる場合幾つかの形態のＩＭＭＣＡＰ（商標名）を構成するための運動センサと、８）マイクロプロセッサで作動するための特定用途のソフトウェアとを含むことができる。ＩＣＭはユーザのウエストベルトまたは腕に取付けられることのできるＩＣＭケースにパッケージされることができる。配置は応用で必要とされる人間間のインターフェースのタイプにより決定されることができる。
【００８２】
ＩＭＭＣＡＰ（商標名）センサモジュール（ＩＳＭ）はＩＣＭに対するスレーブであり、ＩＣＭの制御下でシステムに接続される。ＩＳＭは単一の３軸加速度計を必要とする基本方位センサからフルアップ６ＤＯＦバリアントの範囲にわたるアプリケーション依存のＩＭＭＣＡＰ（商標名）ＩＭＵのバリアントを組み込むことができる。ＩＭＵバリアントにかかわりのないＩＳＭは８または１６ビットのマイクロ制御装置、幾つかの形態の不揮発性メモリ、周波数アジャイルＲＦトランシーバ（例えば２．５ＧＨｚ帯域で動作するトランシーバ）を組み込むことができる。図３Ａ、３Ｂ、４Ａ、４Ｂの例に説明されているようにＲＦ−ＢｉｏＮｅｔ（商標名）プロトコルはＩＣＭとの双方向ＲＦリンクを設定するために個々のＩＳＭがダイナミックに、即ちシステムをリブートせずにＲＦ−ＢｉｏＮｅｔ（商標名）に統合することを可能にする。ＲＦリンクの設定時に、ＩＳＭはセンサ較正及び機能データをＩＣＭへ転送でき、ＩＣＭは受信されたＩＳＭセンサデータを他のＩＳＭセンサデータと共にＩＣＭデータ流へ結合する。
【００８３】
特別な例として、ＩＳＭは１）８／１６ビットマイクロプロセッサまたはマイクロ制御装置と、２）リチウムバッテリのようなバッテリ電力源と、３）デジタル及びアナログ回路用の電力調整機構と、４）外部電力源を介する再充電機構と、５）アジャイル周波数ホッピングおよび同時的な多周波数動作が可能なＩＳＭバンドトランシーバと、６）特別な応用により必要とされるようなＩＭＭＣＡＰ（商標名）ＩＭＵの幾つかの形態を実行するための運動センサと、７）運動センサからデータを捕捉しフォーマットし、マイクロプロセッサ又はマイクロ制御装置で作動する局部ＲＦ−ＢｉｏＮｅｔ（商標名）に対するインターフェースを可能にするためのソフトウェアとを含むことができる。ＩＳＭはそのＩＳＭが監視するように設計されている剛性な軸に対する取付けによりアプライアンスに組み込まれることができる。人間間の運動とスポーツ応用では、ＩＳＭはスポーツの装置、即ちゴルフのシャフト、野球のバット、ボウリングのグローブ等に取付けられることができる。人間間の運動では、ＩＳＭは直接、身体の軸、即ち手、前腕、頭等に取り付けられることができる。
【００８４】
ＩＣＭと少なくとも１つのＩＳＭによって形成されるＲＦ−ＢｉｏＮｅｔ（商標名）はＩＣＭと、ＲＦトランシーバの信号強度範囲に存在する各ＩＳＭとの間の双方向ＲＦ通信を可能にするように設計されている。ＩＣＭはＩＣＭと各ＩＳＭとの間の通信を制御し、ＩＣＭ−ＩＳＭ通信はＩＣＭまたはＲＦ範囲内の任意のＩＳＭによって開始されることができる。
【００８５】
ＲＦ−ＢｉｏＮｅｔ（商標名）におけるＩＣＭ−ＩＳＭ通信は２つの異なる方法で構成されることができる。第１の構造では、各ＩＳＭは他のＩＳＭを通してルーティングせずにＩＣＭと直接通信する。データは中間データ交換専用のＲＦチャンネルでＩＣＭと個々のＩＳＭとの間で交換される。チャンネル割当ては無線ＬＡＮのように２．５ＧＨｚ帯域で動作する局部装置のために外部ＲＦ干渉に基づいてＩＣＭにより制御される。さらに、ＩＣＭはチャンネルトラフィック及び必要とされる応答待ち時間に基づいてチャンネルを多数のＩＳＭに割当てる。ＩＣＭとＩＳＭ  ＲＦトランシーバの両者はダイナミックチャンネル割当てを促進するためにアジャイル周波数ホッピングが可能である。
【００８６】
第２の構造では、多数のＩＳＭ、例えば運動捕捉又は解析のために大きいオブジェクト又は動物に分配されている多数のＩＳＭがＲＦ−ＢｉｏＮｅｔ（商標名）に存在し、ＩＣＭからの１以上のＩＳＭの物理的分離は無線ＩＣＭ−ＩＳＭ通信の品質に悪影響するのに十分な大きさである可能性がある。したがってノード間のＲＦデータ転送はＲＦデータ転送が２つの通信しているノード間で中間ＩＳＭにより物理的に促進される「デイジー・チェーン」により実現されることができる。これらのＩＳＭの要求は任意のデータ通信の初期化でイーサーを傍受（sniff）するために常にさらに高い電力受信モードで維持される必要があるので、このモードはＩＳＭではより電力が集約的である。ＲＦ転送が検出されると、信号を検出する任意のノードは範囲内の別のＩＳＭにより獲得された信号に応答し反復する。このことはＲＦデータ転送がオリジナル信号が目的地とするＩＳＭ／ＩＣＭにより肯定応答されるまで継続する。各ＩＳＭがＩＣＭと通信するときのみ各ＩＳＭのＲＦトランシーバは動作し、ＲＦトランシーバのＲＦ範囲は２つの通信しているノード間の直接通信を可能にする限り他のＩＳＭのデータを中継するように動作しないので、各ＩＳＭとＩＣＭとの間の直接通信は各ＩＳＭが電力消費を最小にすることを可能にする。
【００８７】
ＲＦ−ＢｉｏＮｅｔ（商標名）の自己構成能力はエンドユーザによる何らの注意の必要もなしに新しいＩＳＭが付加又は除去されることを可能にする。ＩＣＭは付加／除去されたＩＳＭを識別でき、データ流をＩＣＭ複合データ流へ統合／ＩＣＭ複合データ流から除去する。この特徴は既存のシステムが既存のシステムの変更なく付加的なＩＳＭにより強化されることを可能にする。
【００８８】
運動捕捉ＲＦ−ＢｉｏＮｅｔ（商標名）は特別な応用に適用されることができる。１例は病院または擁護施設の老齢者および障害者のような施設の人間々を監視するための監視システムである。例えば、事故によりまたは病状の結果として監視下の主体が転倒または身動きできなくなる可能性がある。主体に取付けられた１以上の運動センサモジュールはこのような状態を示す運動データを提供できる。転倒の事故が検出されると、転倒後の主体の状態はさらに例えば主体が意識不明であるか否かを決定するためのフィードバック機構を使用してシステムにより決定されることができる。システムは警報信号を発生し、必要なときに補助を呼出すことにより応答するように構成されることができる。
【００８９】
このような監視システムの構成において、主体の質量中心は例えば骨盤または腰の領域、及び１以上の外肢、即ち脚又は腕の運動を監視することにより監視されることができる。質量中心の運動は高い正確度により主体が転倒を受けたか否かを決定するために使用されることができる。骨盤の運動と方位はＩＭＭＣＡＰ（商標名）ベースの６ＤＯＦ慣性測定ユニット（ＩＭＵ）を主体のベルト領域に取付けられたアプライアンスに位置付けることにより監視されることができる。例えばマスター制御装置ＩＣＭは質量中心を監視するために米国特許第7,219,033号明細書に記載されている６ＤＯＦ  ＩＭＵを含むように構成されることができる。ＩＣＭに加えて、１以上のＩＳＭは主体の運動の他の特性を監視するため主体、例えば脚領域に取り付けられることができる。ＩＳＭは一方または両方の靴に統合されることができる。付加的なＩＳＭはさらに転倒の検出の正確さを強化するために手首に取付けられたアプライアンスへ統合されることができる。
【００９０】
主体に取付けられた単一または多数のＩＳＭにより発生されるデータはＲＦ−ＢｉｏＮｅｔ（商標名）を介してＩＣＭにインターフェースされる。全ての登録されたＩＳＭにより発生される複合データ流は、データ流を「転倒事故」のモデルと「転倒後の方位」の第２のモデルに対して比較するＩＣＭソフトウェアに含まれるアルゴリズムへの入力変数である。転倒事故モデルに対する比較により、ＩＳＭからの実時間データ流が転倒が生じた高い確率を示すならば、転倒後のモデルは実時間データ流と比較される。主体が恐らくは転倒後の方位にある確率が高いならば、主体は主体の状態に関する簡単な音響メッセージにより質問される。質問に対する応答が検出されないならば、音響呼（例えば９１１の緊急呼）が例えばブルーツースセル電話インターフェースを使用して発生され、または警報信号はＡＤＴ又はその類似物のような既存の安全保障システムへ発生される。
【００９１】
自動呼に加えて、主体が転倒事故後に意識があるか幾つかの転倒ではない病状が主体に明白になったならば、主体が応答または補助の必要を手作業で示すためにユーザ装置が主体に与えられることができる。押しボタンを押したことに応答して呼を発生できる押しボタン通信装置がユーザ装置のような主体に取付けられることができる。この装置は独立型装置のようにＩＣＭとは別であるかまたはＩＣＭに統合されることができる。
【００９２】
システムの運動捕捉／比較能力を使用する進歩した特性は主体の歩き方および／または身体の動作を監視することである。ＩＣＭに含まれる有効な高電力のＤＳＰのために、ＩＣＭは主体の通常の状態下で主体の運動データを監視することができ、したがってＩＣＭが時間期間に「学習モード」に設定されるとき運動データから主体の通常の態様と主体の足取りパターンを「学習」できる。学習モード期間中に集められた運動データは「通常モデル」を生成するために使用されることができ、この通常のモデルはシステムが学習モード外であり、主体の運動を監視するための通常動作モードであるときＩＣＭ／ＩＳＭからの実時間データ流に比較されることができる。ＩＣＭとＩＳＭからの実時間運動データ流の通常モデルからの実質的な偏差が検出されるならば、任意の付加的な仲介が必要か否かを決定するために実時間データ流が介護人間により見られ解析されることができるという見解と共に警報が介護人間に発せられることができる。
【００９３】
監視システムのこれら及び他の特性は病院、擁護施設、自家での患者の介護サービスの部分を自動化するために使用されることができ、したがって患者の介護に有効な限定された介護人間の人間材の需要を軽減する。それ故、監視システムは介助付きの生活環境と自家環境との両者において少数の介護人間によってより多くの人間を監視するために使用されることができ、廉価のＤＳＰとＩＭＭＣＡＰ（商標名）ベースのＩＭＵの組合せにより比較的廉価で実行されることができる。
【００９４】
前述のシステムはシステムの必要とされる能力にしたがって種々の方法で実行されることができる。１例では、ＤＳＰ、ＲＦトランシーバ、６ＤＯＦ運動センサ、単一のＩＳＭを組み込んだ単一のＩＣＭと、ＩＣＭとは異なる位置に取付けられている単一の３軸加速度計を含む単一のＩＳＭが十分である。ＩＣＭ内の内部６ＤＯＦのデータ流と、単一のＩＳＭからのデータは転倒事故を検出し、転倒後の方位を得るために組み合わされることができる。この簡単なシステムでは、転倒事故は実時間運動データと転倒モデルとの間の比較にしたがってＩＣＭの６ＤＯＦ  ＩＭＵにより検出されることができる。転倒状態が検出されると、ＩＳＭからの限定されたデータをＩＣＭデータ流のデータに組み込む転倒後の方位モデルは１つのＩＳＭからのスパースにかかわらず、実際に身体の方位の「スナップショット」を生成することができる。ＩＣＭ／ＩＳＭにより検出可能な主体が移動していないならば、３軸加速度計は局部的な１ｇ重力ベクトルに関して方位センサとして作動する。運動が運動データから検出されないならば、主体の静的方位が検出されることができる。ＩＳＭが主体の１本の脚に取付けられることを想定すると、ＩＳＭ運動データは単一の靴が床に対して平行であるか否かを決定するために使用されることができる。主体の各靴は設計されたＩＳＭと共に取り付けられることができ、それによって２つの靴の２つのＩＳＭは主体の２本の脚の相対的な方位を決定し、転倒が生じたか否かを確認するために使用されることができる。この２つの靴のＩＳＭ構造は、通常は転倒した主体が両靴を床に平行に維持することが困難であるという所見に部分的に基づいている。この２つの脚のＩＳＭ構造は転倒事故の正確な決定について非常に高い確率を生むために使用されることができる。
【００９５】
静的な身体の方位の「スナップショット」を生成するための３軸加速度計の使用は付加的な身体軸に取付けられた付加的なＩＳＭへ拡張されることができる。例えば少なくともさらにもう１つのＩＳＭが転倒事故を正確に検出する可能性をさらに高くするために手首に取り付けられることができる。より多くのＩＳＭがＲＦ−ＢｉｏＮｅｔ（商標名）に統合される程、主体の静的「スナップショット」はより正確になる。
【００９６】
前述のＩＳＭの３軸加速度計も運動検出器として機能するために使用されることができる。これに関して、ＩＳＭが運動中ではないとき、３つの直交方向に沿った１ｇの重力場の３ベクトル成分は一定である。この加速度計の状態はＩＳＭが静止していることを示すために使用されることができる。１ｇの重力場の３ベクトル成分が一定ではないならば、ＩＳＭは運動中であることを示される。この運動検出は関連される運動の結果的な加速度のために正確性を限定し、転倒事故が検出されると主体の身体的状態を決定する効率的な方法であることができ、即ち質量中心動作のない脚動作は主体が倒れているが無意識ではないことを示している。
【００９７】
主体の正確性の高い身体的モデルはそれぞれが３軸加速度計と３軸レートセンサの両者を組み込んでいる多数のＩＳＭを使用することにより得られることができる。ＲＦ−ＢｉｏＮｅｔ（商標名）に統合されたＩＭＭＣＡＰ（商標名）のこの補足を有する多数のＩＳＭは全体的または部分的身体軸を監視するために使用されることができ、実時間で運動データを提供することに使用されることができる。多くの市販のレートセンサのレート限度（例えば幾つかのＭＥＭＳレートセンサでは約６００度／秒）は高齢者に関連される典型的な回転速度をカバーするのに十分であり、したがって差レートセンサとして作動する３軸磁力計に十分に有能なＩＭＭＣＡＰ（商標名）を組み込んだＩＳＭはＭＥＭＳレートセンサを補足するために必要とされない。このようにしてシステムのＩＳＭユニットはコンパクトで軽量で比較的廉価である。
【００９８】
幾つかの運動感知応用では、前述の監視システムは介助付き擁護施設のようなより大きな環境内での主体の位置を識別するための「ＲＦタグ」を含むことができる。ＲＦタグの付けられた部屋又は空間もＲＦ−ＢｉｏＮｅｔ（商標名）へ統合され、主体の運動をログし、ＩＣＭにより行われる補助呼のリクエストへ位置情報を付加する。ＩＣＭの位置データのＲＦタグ付けにおける１構成では、静止トランシーバが建物内または関係する空間体積内の既知の位置に置かれ、特有のＩＤを有し、範囲のオーバーラップを最小にして間隔を隔てられる。したがって２以上のこれらのタグ付けされたトランシーバが移動可能なＩＭＭＣＡＰシステムと通信しているならば、ＩＭＭＣＡＰシステムの位置は簡単な三角測量によりＲＦタグを有する固定されたトランシーバの既知の位置から決定されることができる。
【００９９】
施設領域内の人間々を監視するための前述のＲＦ−ＢｉｏＮｅｔ（商標名）監視システムは睡眠中の幼児の突然の乳幼児突然死（ＳＩＤ）の発病を検出するためにも使用されることができる。ＳＩＤ症候群は状態の事前症状なしに健康な幼児を襲う可能性があることが知られている。症候群は呼吸の停止および究極的には睡眠中の死を招く。ＳＩＤの発病はうつ伏せの睡眠位置に関連されることも文献により示唆されている。睡眠位置と呼吸停止の検出の両者はＲＦ−ＢｉｏＮｅｔ（商標名）監視システムの応用により検出されることができる。
【０１００】
特別な例として、ＲＦ−ＢｉｏＮｅｔ（商標名）ＳＩＤ監視システムは少なくとも１つのＩＳＭとＩＣＭを含むことができる。ＩＳＭは３軸加速度計、ＲＦトランシーバ、マイクロ制御装置、ＲＦ−ＢｉｏＮｅｔ（商標名）にインターフェースすることを可能にするコンポーネントとを含むことができる。このＩＳＭは睡眠位置と呼吸の両者を監視するために使用されることができる。ＩＳＭはＲＦ−ＢｉｏＮｅｔ（商標名）を介して幼児の睡眠位置の近くのＩＣＭベースユニットに相互接続される。ＩＳＭが幾つかのアプライアンスを介してまたは衣服への統合により幼児に取付けられると、ＩＳＭ内の３軸加速度計の静的方位が動作し、幼児の睡眠位置の決定のためのデータを提供できる。
【０１０１】
ＳＩＤ検出の１特徴は幼児の呼吸の停止を感知することによるＳＩＤの発病の検出である。呼吸の検出はＩＳＭにおける同じＩＳＭ３軸加速度計を使用して幼児の胸腔の僅かな動きを監視することにより実現されることができる。幼児の横隔膜の吸入および吐き出しは胸腔を機械的に膨張又は収縮させる。機械的な胸の運動は胸腔運動に関連される僅かな加速と減速を検出できるＩＳＭ中の高感度加速度計を使用することにより検出されることができる。この特徴では、ＩＳＭは呼吸センサである。他の感知機構に基づく呼吸センサも使用されることができる。ＩＳＭ加速度計データ流はＲＦ−ＢｉｏＮｅｔ（商標名）を介してＩＣＭへ無線で転送され、呼吸情報を抽出する専用のＩＣＭ中に埋設されたＤＳＰアルゴリズムによって解析される。ＩＣＭが幼児の呼吸が停止しているか、容認可能な通常の運動プロフィール外に逸脱しているかを決定したならば、ＩＣＭ装置は警報信号を介護人間または親に発生することができる。
【０１０２】
別の応用では、センサは保育所又は他の施設等で子供を監視するために子供に取り付けられることができる。子供はＩＭＭＣＡＰベースのセンサシステムを着用でき、暴力的な揺すりまたは任意の他の肉体的な虐待行為について監視されることができる。この情報は局部メモリに記憶されることができ、あるいは子供の状態に関する警報を送信するために使用される。
【０１０３】
幾つかの構成では、付加的なセンサ、即ち音響又は温度センサは幼児の胸の運動を監視する付加的なセンサをＩＳＭに組み込むかまたはＲＦ−ＢｉｏＮｅｔ（商標名）の一部分になるようにエネーブルされることのできる別のＩＣＭユニットを提供することによって、ＩＣＭにより受信されるデータ流に統合されることができる。したがって、ＲＦ−ＢｉｏＮｅｔ（商標名）のダイナミック構造能力特性は任意の第３者が許可を受けて付加的な能力をシステムへ設計することを可能にするために使用されることができる。
【０１０４】
ＩＣＭは図１のノード130のようなＲＦ−ＢｉｏＮｅｔ（商標名）を介して別の位置に配置されている専用の装置へ無線で警報を送信するように構成されることができる。ＩＣＭはある行動、即ち９１１の緊急にダイヤルするかテキストメッセージをセル電話又は他の通信装置へ送信するために固定されたベーストランシーバ130へＲＦ信号を送信できる。
【０１０５】
ノード130はセル電話またはインターネットに接続されているコンピュータのようなブルーツースエネーブル装置であってもよい。
【０１０６】
高齢者の監視システムに類似して、ＳＩＤ監視システム中のＩＣＭはＤＳＰアルゴリズムを個々の幼児に「カスタマイズ」する能力を親または介護人間に与えるために「学習」特性を含むように構成されることができる。この特性は誤った転倒警報を減少できる。
【０１０７】
この明細書は多くの詳述を含んでいるが、これらは発明または請求できる事項の技術的範囲を限定するものとして解釈されてはならず、本発明の特定の実施形態に対する特別な特性の説明として解釈されるべきである。別の実施形態の文脈においてこの明細書で説明されているある特性も単一の実施形態で組み合わせて実行されることもできる。反対に、単一の実施形態の文脈で説明されている種々の特性も別々に多数の実施形態または任意の適切な副結合で実行されることもできる。さらに、特性はある実施形態での行為として前述され、冒頭ではこのように請求されているが、請求項の組合せからの１以上の特性は幾つかのケースでは組合せから行われることができ、請求項の組合せはサブ結合またはサブ結合のバリエーションに導かれることができる。
【０１０８】
少数のみの構成についてしか説明していないが、変更及び強化が行われることができることが理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【国際調査報告】
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