(57)【要約】  システムが、コントローラ（２０２）、スキャナー（２０４）、及びトランシーバ（２０６）を含む。コントローラ（２０２）は、ビーコン信号がワイヤレスに送信され得る多数のチャネルを識別するように構成される。これらのチャネルの数は、送信を受け取るために利用可能なチャネルの総数より少ない。スキャナー（２０４）は、第１のビーコン信号に対し多数のチャネルの各々をスキャンするように構成される。トランシーバ（２０６）は、多数のチャネルのうちの一つから第１のビーコン信号を受け取るように構成される。
2015516708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムであって、
ビーコン信号がワイヤレスに送信される、多数のチャネルを識別するように構成されるコントローラ（２０２）であって、前記数が、送信を受け取るために利用可能なチャネルの総数より少ない、前記コントローラ、
第１のビーコン信号送信に対し前記多数のチャネルの各々をスキャンするように構成されるスキャナー（２０４）、及び
前記多数のチャネルのうちの一つから前記第１のビーコン信号を受け取るように構成されるトランシーバ（２０６）、
を含む、システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記多数のチャネルのうちの一つにおける前記トランシーバ（２０６）に前記第１のビーコン信号を送信するように構成されるコーディネータ（１０２）を更に含む、システム。
【請求項３】
請求項２に記載のシステムであって、前記コーディネータ（１０２）が更に、プリセットパターンに基づいて、前記多数のチャネルの個別のチャネルにおいて、或る時間に１つ、複数のビーコン信号を送信するように構成される、システム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムであって、前記多数のチャネルがプリセットされる、システム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムであって、チャネルの前記総数が１６であり、前記ビーコン信号がワイヤレスに送信される前記チャネルの数が３つである、システム。
【請求項６】
方法であって、
ビーコン信号がワイヤレスに送信され得る多数のチャネルを識別すること（４０２）であって、前記チャネルの数が、送信を受け取るために利用可能なチャネルの総数より少ないこと、
第１のビーコン信号送信に対し前記多数のチャネルの各チャネルをスキャンすること（４０４）、及び
前記多数のチャネルのうちの一つから前記第１のビーコン信号を受け取ること（４０８）、
を含む、方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、前記多数のチャネルのうちの一つにおいて前記第１のビーコン信号をトランシーバ（２０６）にワイヤレスに送信すること（４０６）を更に含む、方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、前記第１のビーコン信号が送信された後の時間期間、前記第１のビーコン信号が送信されたものとは異なる前記多数のチャネルのうちの異なるチャネルにおいて、第２のビーコン信号をワイヤレスに送信すること（４０６）を含む、方法。
【請求項９】
請求項６に記載の方法であって、プリセットパターンに基づいて前記多数のチャネルの個別のチャネルにおいて、或る時間に１つ、複数のビーコン信号をワイヤレスに送信すること（４０６）を更に含む、方法。
【請求項１０】
請求項６に記載の方法であって、前記多数のチャネルがプリセットされる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、ワイヤレスセンサネットワークにおいてビーコンチャネル情報を識別するためのシステム及び方法に関連する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤレスセンサネットワーク（ＷＳＮ）は、産業プロセスモニタリング及び制御、環境及びハビタットモニタリング、トラフィック制御、ビルオートメーション、ヘルスケア用途などを含む、種々の用途分野において用いられる。幾つかのこのような用途において、給電されるセンサを厳しい環境に用いることができ、そのセンサができるだけ長い間配置後テザリングされない（untethered）ことが望ましい。しかし、殆どのセンサはバッテリーにより給電され、制限されたバッテリー容量が、テザリングされないセンサノードの配置に対する主な制約となる。有限のセンサノード寿命は、用途の寿命が有限であること又はバッテリーを交換するための付加的なコスト及び複雑性を意味する。センサノードをＷＳＮに接続するため、センサノードは、サービスセット識別子（ＳＳＩＤ）、及びネットワークのための他の接続情報を提供するＷＳＮ内のコーディネータから、特定のデータ送信、ビーコンを受け取る必要がある。コーディネータは、ネットワーク内の任意のチャネルにおいて周期的にビーコンを送信する。ビーコン送信のための専用チャネルはない。また、ビーコンチャネルは、スロットフレームからスロットフレームまでランダムパターンで変化し得る。言い換えると、ビーコン送信のためのチャネルがスロットフレームからスロットフレームまで変化し得る一方で、コーディネータは任意のチャネルでビーコンを送信し得る。そのため、センサノードは、ビーコンを受け取るために各チャネルをスキャンする必要があるため、センサノードがネットワークに接続するためにかなりの時間量がかかり得る。センサノードは、この接続を試みる一方でアクティブな無線を維持する必要があるため、及び接続を待機するかなりの時間量に起因して、バッテリードレナージ（drainage）が、センサノード、そのため、ＷＳＮの寿命を制限し得る。
【発明の概要】
【０００３】
ワイヤレスセンサネットワークにおいてビーコンチャネル情報を識別するためのシステム及び方法が本明細書に開示される。幾つかの実施例において、このシステムは、コントローラ、スキャナー、及びトランシーバを含む。コントローラは、ビーコン信号がワイヤレスに送信される、多数のチャネルを識別するように構成される。多数のチャネルは、送信を受け取るために利用可能なチャネルの総数より少ない。スキャナーは、第１のビーコン信号に対し多数のチャネルの各々をスキャンするように構成される。トランシーバは、多数のチャネルの一つから第１のビーコン信号を受け取るように構成される。
【０００４】
別の例示の実施例において、或る方法が、ビーコン信号が送信され得る複数のチャネルを識別すること、第１のビーコン信号送信に対し複数のチャネル内の各チャネルをスキャンすること、及び複数のチャネルの一つから第１のビーコン信号を受け取ることを含む。複数のチャネルは、送信を受け取るために利用可能なチャネルの総数より少ない多数のチャネルを有する。
【０００５】
更に別の例示の実施例において、システムが、コントローラ及びトランシーバを含む。コントローラは、ビーコンチャネル送信パターンを識別するように構成される。トランシーバはビーコンチャネル情報を送信するように構成される。
【０００６】
更なる例示の実施例において、或る方法が、ビーコン送信パターンを識別すること、及びビーコンチャネル情報を送信することを含む。識別すること及び送信することは、両方とも、第１のワイヤレスデバイスの利用を介して達成される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、種々の実施例に従った例示のワイヤレスセンサネットワークのブロック図を示す。
【０００８】
【図２】図２は、種々の実施例に従ったワイヤレスセンサネットワークにアクセスするように構成されるセンサノードのブロック図を示す。
【０００９】
【図３】図３は、種々の実施例に従った、本明細書に開示する手法の概念図を示す。
【００１０】
【図４】図４は、種々の実施例に従った、ワイヤレスセンサネットワークにおいて部分的チャネルマッピングするための方法のためのフローチャートを示す。
【００１１】
【図５】図５は、種々の実施例に従ったワイヤレスセンサネットワークにおいてビーコンチャネル情報を送信するため及び識別するための方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ＷＳＮ内のセンサノードのバッテリー寿命を維持するため、センサノードをネットワークに効率的に接続することが有益である。アクティブな無線を保つことは大量の電力を消費するため、接続時間を低減するようにネットワークを設計し、それにより、無線がアクティブである必要がある時間を低減することが望ましい。そのため、電力消費が低減される。本開示の実施例は、センサノードの無線がアクティブである必要がある時間を低減することによって、センサノードをＷＳＮに接続するための効率的な設計を提供する。
【００１３】
図１は、種々の実施例に従った例示のワイヤレスセンサネットワーク（ＷＳＮ）１００のブロック図を示す。ネットワーク１００は、コーディネータ１０２及び複数のセンサデバイス（１０４、１０６、１０８）を含み、ワイヤレスセンサノード又は単にセンサノードと呼ぶこともある。ワイヤレスセンサノード１０４〜１０８は、それらが置かれる環境の状態を検出し、感知された環境をコーディネータ１０２にワイヤレスに通信する。各ワイヤレスセンサノードは、データをネットワーク１００を介して中継するためにワイヤレスセンサノードが他のセンサノードから受信した送信を反復するその場限りの（ad-hoc）ネットワークを形成するために、近隣のワイヤレスセンサノードと通信し得る。コーディネータ１０２は、センサノード１０４〜１０８を管理するように、センサノード１０４〜１０８から受け取ったデータを収集及び分析するように、及び、リモートデータアクセスのためネットワーク１００を広域ネットワーク（ＷＡＮ）に接続するように構成され得る。コーディネータ１０２は、測定値、及びセンサノード１０４〜１０８により送信される他の情報を受け取り、制御情報をセンサノード１０４〜１０８に提供し得る。便宜上、図１は、３つのみのセンサノード１０４〜１０８と単一のコーディネータ１０２を示すが、実際には、ネットワーク１００は、任意の数のセンサノード及びコーディネータを含み得る。ネットワーク１００は、ビーコン信号が送信され得るチャネルを制限することによって、又はセンサノード１０４〜１０８が互いにビーコンチャネル情報を送信することによって、ビーコン信号のためにセンサノード１０４〜１０８がモニタリングする必要がある時間を低減し得る。
【００１４】
図２は、種々の実施例に従ってワイヤレスセンサネットワーク１００にアクセスするように構成されるセンサノード１０６のブロック図を示す。センサノード１０６は、コントローラ２０２、スキャナー２０４、ワイヤレストランシーバ２０６、１つ又は複数のセンサ２０８、揮発性メモリ２１２、不揮発性メモリ２１４、エネルギー源２１６、及び命令ストレージ２１８を含む。また、幾つかの実施例はトラッキング回路要素２１０を含む。コントローラ２０２は、汎用マイクロプロセッサ、又はワイヤレスセンサノードに用いるために適切な他の命令実行デバイスであり得る。揮発性メモリ２１２は、スタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）などの半導体ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、又はワイヤレスセンサノード１０４において用いるために適切な他の揮発性メモリであり得る。不揮発性メモリ２１４は、フラッシュメモリ、電気的に消去可能なプログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、強誘電体ＲＡＭ（ＦＲＡＭ）、又はワイヤレスセンサノード１０４において用いるために適切な他の不揮発性メモリであり得る。命令ストレージ２１８は、コントローラ２０２により実行されるソフトウェア命令をストアするための不揮発性及び／又は揮発性メモリを含み得る。
【００１５】
センサ２０８は、ワイヤレスセンサノード１０６に関する条件を検出し、その条件の測定値をコントローラ２０２に提供する、１つ又は複数のトランスデューサを含む。例えば、センサ２０８の実施例は、温度、圧力、電流、湿度、又はワイヤレスセンサ１０６の環境に関連付けられる任意の他のパラメータを測定し得る。トランシーバ２０６は、信号を電気的及び電磁的形式間で変換して、ワイヤレスセンサノード１０６を、センサノード１０４及び１０８、コーディネータ１０２、及び他のデバイスと通信することを可能にする。スキャナー２０４は、センサノード１０４及び１０８及び／又はコーディネータ１０２からの送信のため利用可能な周波数チャネルをスキャンする。エネルギー源２１６は、コントローラ２０２、メモリ２１２、２１４、及びワイヤレスセンサノード１０６の他の構成要素を動作させるための電力を提供する。エネルギー源２１６は、バッテリー、エナジーハーベスティングシステム、及び／又はワイヤレスセンサノード１０６に用いるために適切な他の電源を含み得る。
【００１６】
ネットワーク１００に接続するため、サービスセット識別子（ＳＳＩＤ）、及びネットワーク１００のための他の接続情報を提供するセンサノード１０６は、まずコーディネータ１０２からビーコンを受け取る必要がある。幾つかの実施例において、ネットワーク１００は、サブギガヘルツ又は２．４ＧＨｚＩＳＭ帯域においてＩＥＥＥ８０２．１５．４ｅに従って動作する。２．４ＧＨｚ帯域内で用いるために１６チャネルがあり得、各チャネルが、コーディネータ１０２及びセンサノード１０４〜１０８がデータを送信及び受信するために利用可能な、２ＭＨｚの帯域幅及び５ＭＨｚのチャネル分離を有する。幾つかの実施例において、他の周波数及び／又は異なる数のチャネルが、その周波数及びチャネルがネットワーク１００において用いるために適する限り、データを送信及び受信するためにコーディネータ１０２及びセンサノード１０４〜１０８により用いられ得る。
【００１７】
幾つかの実施例において、コーディネータ１０２からのビーコン送信は、送信のために利用可能なチャネルの総数より少ない多数のチャネルに制限される。例えば、送信のため１６チャネルを用いる２．４ＧＨｚ帯域において、１５個又はそれより少ないチャネルのみがビーコン送信のために利用され得る。幾つかの実施例において、ビーコン送信のために利用可能なチャネルの数は３つのみである。例えば、チャネル１、８、及び１６が、ビーコン送信のために利用可能なチャネルとして指定され得る。ビーコンはその後、ビーコン送信のために指定されたチャネルのうちの一つにおいてコーディネータ１０２により送信され得る。幾つかの実施例において、ビーコン送信のためのチャネルは、ネットワーク１００に入る前にコーディネータ１０２にプログラムされ、そのためプリセットされる。
【００１８】
コーディネータ１０２が第１のビーコン信号を送信した後或る時間量の後、コーディネータ１０２は、ビーコン送信のために指定されたチャネルのうち異なるチャネルにおいて第２のビーコン信号を送信し得る。この場合も、或る時間量後、コーディネータ１０２は、ビーコン送信のために指定されたチャネルのうち、第１のビーコン信号及び第２のビーコン信号とは異なるチャネルにおいて、第３のビーコン信号を送信し得る。幾つかの実施例において、これは、コーディネータ１０２が、プリセットパターンに基づいてビーコン送信を送るためチャネルを選択するビーコン送信のために指定されたチャネルにおいてビーコン信号を送信することで継続し得る。
【００１９】
センサノード１０６のコントローラ２０２は、ビーコンが送信され得るチャネルを識別するように構成され得る。言い換えると、ビーコンの送信が送信を受け取るために利用可能なチャネルの総数より少ない或るチャネルに制限されるとき、コントローラ２０２はビーコンが送信され得るチャネルを識別するように構成される。ビーコンが送信され得る多数のチャネル及び特定のチャネルは、ネットワーク１００セットアップの間、センサノード１０６に直接的にプログラムされ得る。そのため、幾つかの実施例において、スキャナー２０４は、ビーコン送信のために指定されたチャネルの各々のみをスキャンし、利用可能なチャネルの全てはスキャンしない。トランシーバ２０６は、コーディネータ１０２からビーコン送信を受け取るように構成される。
【００２０】
ビーコン送信のためにスキャナー２０４がスキャンする必要のあるチャネルの数を制限することにより、スキャナー２０４が低減された時間量でビーコン信号を見つける尤度が一層高くなる。スキャナー２０４がビーコン信号を見つけるためにかかる時間であるスキャン時間は、リスニング時間と呼ぶこともあり、下記数式により識別され得る。
ノードリスニング≧ｎ×ｘ
ここで、ｎはビーコン送信のために利用可能なチャネルの数であり、ｘはビーコン時間インタバルである。幾つかの実施例において、ビーコン時間インタバルは１０秒であるか又はそれより短い。そのため、ビーコンを送信するために選択されるチャネルの低減により、ノードリスニングのための時間は低減され得る。
【００２１】
幾つかの実施例において、ビーコン送信のためにコーディネータ１０２により選択されるチャネルの数は、送信のために利用可能なチャネルの総数から低減されない。例えば、送信のために１６チャネルが利用可能である場合、全ての１６チャネルがビーコン送信のためにも利用可能である。センサノード１０６のコントローラ２０２は、ビーコンチャネル送信パターンを識別するように構成され得る。これは、ビーコンのためにチャネルの全てをスキャンするためにスキャナー２０４を用いて達成され得る。ビーコンが識別されると、トランシーバ２０６はビーコンを受け取る。コントローラ２０２はその後、ビーコンが受け取られたチャネル、及びビーコン送信のための時間オフセットを識別し得る。コントローラ２０２はその後、将来のビーコンがコーディネータ１０２により送信されるであろうチャネルのパターンを識別し得る。
【００２２】
センサノード１０６はその後、パケット通信内でビーコンチャネル情報をセンサノード１０４及び１０８に送信し得、この情報は、ビーコンチャネル情報を除く他の情報を含み得る。ビーコンチャネル情報は、どのチャネルからビーコンが受け取られたか、ビーコン送信のための時間オフセット、及び／又は将来のビーコンがコーディネータ１０２により送信されるであろうチャネルのパターンを含み得る。センサノード１０４及び１０８は、センサノード１０６により送信されたビーコンチャネル情報に基づいてビーコンチャネル送信パターンを判定するために、各々それ自体のコントローラを用い得る。これにより、ビーコンをリッスンするための特定の時間で、ネットワーク１００内のセンサノードが特定のチャネルにスイッチすることが可能となり、それにより、センサノード１０４及び１０８がビーコンを敏速に受け取り及びネットワーク１００にジョインすることが可能となる。幾つかの実施例において、ビーコンチャネル情報を搬送するために全てのパケットは必要とされないが、この情報は、全てのパケットにおいて送信されてもよい。ビーコンチャネル情報が全てのパケットにおいて送信されていない場合、この情報を送信するためにフレームスロットのサブセットが選択され得る。
【００２３】
図３は、種々の実施例に従った、ビーコン送信の概念図を示す。幾つかの実施例において、ビーコン送信のためにチャネル１、８、及び１６（３０１、３０８、及び３１６）のみが利用可能である。そのため、ビーコンは、これらの３つのチャネルにおいてのみ送信され得、送信のために利用可能な他のチャネルのうちのいずれにおいても送信されない。幾つかの実施例では、送信のために総計で１６個のチャネルが利用可能である。図３に図示するように、ビーコン３２０は、チャネル１（３０１）の第１のスロットフレームにおいて送信され得る。ビーコン３２２はその後、チャネル８（３０８）における第２のスロットフレームにおいて送信され得る。ビーコン３２４はその後、チャネル１６（３１６）における第３のスロットフレームにおいて送信され得る。ビーコン３２６はその後、チャネル１（３０１）における第４のスロットフレームにおいて送信され得る。図示するように、ビーコンは、プリセットパターンで送信され得、まずチャネル１（３０１）において、次にチャネル８（３０８）において、その後、パターン反復でチャネル１６（３１６）が続く。そのため、センサノード１０４〜１０８は、ビーコン送信を敏速に見つけるため選択されたチャネルのみを調べればよい。
【００２４】
図４は、種々の実施例に従って実装される方法４００のフローチャートを示す。方法４００は、ビーコン信号が送信され得る複数のチャネルを識別するブロック４０２で始まる。幾つかの実施例において、複数のチャネルは、送信を受け取るために利用可能なチャネルの総数より少ない多数のチャネルを有する。複数のチャネルはチャネル１、８、及び１６であり得、送信を受け取るためのチャネルの総数は１６であり得るが、複数のチャネルを構成するチャネルの数が、送信を受け取るためのチャネルの総数より少ない限り任意の数のチャネルが用いられ得る。また、複数のチャネルがプリセットされてもよい。センサノード１０６内のコントローラ２０２が複数のチャネルを識別し得る。
【００２５】
ブロック４０４において、方法４００は、第１のビーコン信号に対し複数のチャネル内の各チャネルをスキャンすることで継続する。センサノード１０６のスキャナー２０４はスキャンを実施し得る。
【００２６】
方法４００は、プリセットパターンに基づいて複数のチャネル内の個別のチャネルにおいて各々、或る時間に１つ、複数のビーコン信号を送信するブロック４０６において継続する。コーディネータ１０２は複数のビーコン信号を送信し得る。
【００２７】
方法４００はその後、ブロック４０８に示すように、複数のチャネルのうちの一つから第１のビーコン信号を受け取ることを含む。センサノード１０６のトランシーバ２０６は、ビーコン信号を受け取り得る。
【００２８】
図５は、種々の実施例に従って実装される方法５００のフローチャートを示す。方法５００は、第１のワイヤレスデバイスによりビーコン送信パターンを識別するブロック５０２で始まる。ビーコン送信パターンは、将来のビーコンが送信されるであろうチャネルのパターンを含み得る。第１のデバイスはセンサノード１０６であり得、この識別はコントローラ２０２により達成され得る。
【００２９】
ブロック５０４において、方法５００は、第１のワイヤレスデバイスによりビーコンチャネル情報を送信することで継続する。ビーコンチャネル情報は、ビーコンが受け取られたチャネル、ビーコン送信のための時間オフセット、及び／又は将来のビーコンが送信されるであろうチャネルのパターンを含み得る。この送信はトランシーバ２０６により実行され得る。
【００３０】
方法５００は、第２のワイヤレスデバイスによりビーコンチャネル情報を受け取るブロック５０６において継続する。第２のデバイスはセンサノード１０４又は１０８であり得る。
【００３１】
ブロック５０８において、方法５００は、第２のワイヤレスデバイスにより、ビーコンチャネル情報に基づいてビーコンチャネル送信パターンを識別することで継続する。そのため、第１のワイヤレスデバイスは、ビーコンチャネル情報を、受け取った情報に基づいてビーコンチャネル送信パターンを識別する第２のワイヤレスデバイスに送信する。
【００３２】
本発明に関連する技術に習熟した者であれば、本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に変形が成され得ること、及び他の実施例を実装し得ることが分かるであろう。
【図１】
2015516708.tif 000003
【図２】
2015516708.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015516708.tif 000006
【図５】
2015516708.tif 000007
【国際調査報告】
2015516708.tif 000008
2015516708.tif 000009
2015516708.tif 000010