(57)【要約】  ワイヤレス非対称ネットワークを提供しつつ電力管理特徴を実装するシステム及び方法が本明細書で開示される。一実施形態において、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信及び電力消費を制御するよう構成されたワイヤレス制御デバイスを有するハブを含む。このシステムは、また、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいてハブのワイヤレス制御デバイスとの双方向通信を可能にするために、送信機及び受信機（又はトランシーバの送信機及び受信機）を備えたワイヤレスデバイスを各々が有する複数のノードを含む。ワイヤレス制御デバイスは、各ワイヤレスデバイスについて送信機を送信可能にしかつ受信機を受信可能にするスケジュールされたタイミングを決定して、複数のノードのワイヤレスデバイスの電力消費を低減する、ように構成される。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレス非対称ネットワークを提供するためのシステムであって、
ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信及び電力消費を制御するように構成されたワイヤレス制御デバイスを有する第１のハブと、
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて前記第１のハブの前記ワイヤレス制御デバイスとの双方向通信を可能にするために、送信機及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを各々が有する第１の複数のノードと、
を具備し、
前記ワイヤレス制御デバイスが、
各ワイヤレスデバイスについて前記送信機を送信可能にしかつ前記受信機を受信可能にするスケジュールされたタイミングを決定して、前記複数のノードの前記ワイヤレスデバイスの電力消費を低減するように構成される、ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記第１のハブが主電源により電力を供給され、前記第１の複数のノードの各々がバッテリ源により電力を供給されて、前記ワイヤレス非対称ネットワークが形成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
各ワイヤレスデバイスについて前記送信機を送信可能にしかつ前記受信機を受信可能にするスケジュールされたタイミングが、前記ハブと前記第１の複数のノードの各ワイヤレスデバイスとの間における通信のタイミングに基づいて決定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の複数のノードの各ワイヤレスデバイスのための前記送信機が、第１の時間区間の５％未満送信するように動作可能であり、前記第１の複数のノードの各ワイヤレスデバイスの前記受信機が、前記第１の時間区間の５％未満受信するように動作可能であり、
前記第１の複数のノードが、前記ワイヤレスデバイスの送信機及び受信機がそれぞれ送信及び受信するように動作可能でないときに、前記第１の複数のノードが非通信状態にある、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信及び電力消費を制御するように構成されたワイヤレス制御デバイスを有する第２のハブと、
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて前記第２のハブの前記ワイヤレス制御デバイスとの双方向通信を可能にするために、送信機及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを各々が有する第２の複数のノードと、
をさらに具備し、
前記第２制御デバイスの前記ワイヤレス制御デバイスが、前記第２の複数のノードの各ワイヤレスデバイスについて前記送信機を送信可能にしかつ前記受信機を受信可能にするスケジュールされたタイミングを決定して、前記第２の複数のノードの前記ワイヤレスデバイスの電力消費を低減するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャが、ワイヤレスツリー非対称ネットワークアーキテクチャを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャが、ワイヤレスツリー及びメッシュ非対称ネットワークアーキテクチャを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記ワイヤレス制御デバイスを有する前記第２のハブが、前記第１のハブに通信を送信しかつ前記第１のハブから通信を受信して、前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを制御及び監視する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１の複数のノードのうちの端末ノードのワイヤレスデバイスについて前記送信機を受信可能にするスケジュールされたタイミングが、前記ワイヤレスデバイスから前記ハブに対して送信されている通信のタイミングに基づいて決定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１のハブの前記ワイヤレス制御デバイスが、２.４ＧＨｚより高い周波数帯域で動作する無線周波数（ＲＦ）回路を含み、
前記第１の複数のノードの各ワイヤレスデバイスの前記送信機及び前記受信機もまた、２.４ＧＨｚより高い周波数で動作し、これにより、
各ワイヤレスデバイスについて前記送信機のＲＦ回路を送信可能にするための第２の時間区間及び前記受信機のＲＦ回路を受信可能にするための第３の時間区間を最小化して、前記第１の複数のノードの前記ワイヤレスデバイスの電力消費を低減する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１のハブの前記ＲＦ回路が５ＧＨｚより高い周波数帯域で動作し、
前記第１の複数のノードの各ワイヤレスデバイスの前記送信機及び前記受信機もまた、５ＧＨｚより高い周波数帯域で動作し、これにより、
各ワイヤレスデバイスについて前記送信機のＲＦ回路を送信可能にするための前記第２時間区間及び前記受信機を受信可能にするための前記第３時間区間を最小化して、前記第１の複数のノードの前記ワイヤレスデバイスの電力消費を低減する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを提供するための装置であって、
命令を記憶するメモリと、
命令を実行してワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信を確立及び制御する１又はそれ以上の処理ユニットと、
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信を送受信する無線周波数（ＲＦ）回路であって、前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて当該装置の当該ＲＦ回路との双方向通信を可能にするために送信機及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを各々が有する複数のノードに通信を送信するＲＦ回路と、
前記１又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、
各ワイヤレスデバイスについて前記送信機を送信可能にしかつ前記受信機を受信可能にするスケジュールされたタイミングを決定して、前記複数のノードの前記ワイヤレスデバイスの電力消費を低減するように構成される、ことを特徴とする装置。
【請求項１３】
当該装置が主電源により電力を供給され、前記複数のノードの各々がバッテリ源又はエネルギー源により電力を供給されて、ワイヤレス非対称ネットワークが形成される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
各ワイヤレスデバイスについて前記送信機を送信可能にしかつ前記受信機を受信可能にするスケジュールされたタイミングが、当該装置のトランシーバと前記複数のノードの各ワイヤレスデバイスとの間における通信のタイミングに基づいて決定される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記複数のノードのうちの端末ノードの少なくとも１つのワイヤレスデバイスについて前記送信機を送信可能にするスケジュールされたタイミングが、前記少なくとも１つのワイヤレスデバイスから当該装置の前記ＲＦ回路に送信されている通信のタイミングに基づいて決定される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
各ワイヤレスデバイスについての前記送信機が第１の時間区間の５％未満送信するために動作可能であり、各ワイヤレスデバイスについての前記受信機が前記第１時間区間の５％未満受信するために動作可能である、請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャが、ワイヤレスツリー非対称ネットワークアーキテクチャ、並びに、ワイヤレスツリー及びメッシュ非対称ネットワークアーキテクチャのうちの少なくとも一方を含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１８】
当該装置が、前記複数のノードの前記ワイヤレスデバイスの前記受信機がいつオンであるかを、前記複数のノードの前記ワイヤレスデバイスから当該装置への送信された通信のタイミングに基づいて認識する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１９】
当該装置の前記ＲＦ回路が２.４ＧＨｚより高い周波数帯域で動作し、
第１の複数の第１のノードの各ワイヤレスデバイスの前記送信機及び前記受信機もまた、２.４ＧＨｚより高い周波数帯域で動作し、これにより、
各ワイヤレスデバイスについて、前記送信機のＲＦ回路を送信可能にする第２の時間区間及び前記受信機のＲＦ回路を受信可能にする第３の時間区間を最小化して、前記第１の複数のノードの前記ワイヤレスデバイスの電力消費を低減する、請求項１２に記載の装置。
【請求項２０】
ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて電力消費を低減するための方法であって、
ハブとの非対称通信を確立して前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを形成するために、送信機及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを各々が有する複数のセンサノードから、前記ハブの処理ロジックを用いて受信する段階と、
各ワイヤレスデバイスについて前記送信機を送信可能にしかつ前記受信機を受信可能にするスケジュールされたタイミングを、前記ハブの前記処理ロジックを用いて決定して、前記複数のセンサノードの前記ワイヤレスデバイスの電力消費を低減する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記ハブが主電源により電力を供給され、前記複数のノードの各々がバッテリ源により電力を供給されて、前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャが形成される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
各ワイヤレスデバイスについて前記送信機を送信可能にしかつ前記受信機を受信可能にするスケジュールされたタイミングが、前記ハブと前記複数のノードの各ワイヤレスデバイスとの間における通信のタイミングに基づいて決定される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャが、ワイヤレスツリー非対称ネットワークアーキテクチャを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャがワイヤレスツリー及びメッシュ非対称ネットワークアーキテクチャを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記複数のノードの少なくとも１つのワイヤレスデバイスについて前記受信機を受信可能にするスケジュールされたタイミングが、前記少なくとも１つのワイヤレスデバイスから前記ハブに送信されている通信のタイミングに基づいて決定される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャのためのセンサノードであって、
少なくとも１つのセンサと、
命令を記憶するメモリと、
該メモリ及び前記少なくとも１つのセンサに結合され、命令を実行して、前記少なくとも１つのセンサから受信したデータを処理しかつ当該センサノードのための通信を処理する、処理ロジックと、
該処理ロジックに結合され、送信機機能及び受信機機能を含んで、前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいてハブに通信を送信しかつ前記ハブから通信を受信する、無線周波数（ＲＦ）回路と、
を具備し、
前記処理ロジックが、前記送信機機能を送信可能にしかつ前記受信機機能を受信可能にするスケジュールされたタイミングの命令を実行して、当該センサノードの電力消費を低減する、ことを特徴とするセンサノード。
【請求項２７】
バッテリ源又は別のエネルギー源により電力を供給される、請求項２７に記載のセンサノード。
【請求項２８】
前記スケジュールされたタイミングの前記命令が、当該センサノードから前記ハブに送信されている通信のタイミングに基づいて前記ハブから受信される、請求項２６に記載のセンサノード。
【請求項２９】
前記送信機機能が第１の時間区間の５％未満送信のために動作可能であり、前記受信機機能が前記第１の時間区間の５％未満受信のために動作可能である、請求項２６に記載のセンサノード。
【請求項３０】
前記センサノードの前記ＲＦ回路が２.４ＧＨｚより高い周波数帯域で動作する、請求項２６に記載のセンサノード。
【請求項３１】
ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを提供するためのシステムであって、
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信を制御するように構成されたワイヤレス制御デバイスを有する第１のハブと、
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて前記第１のハブの前記ワイヤレス制御デバイスとの双方向通信を可能にするために、送信機及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを各々が有する第１の複数のノードと、
を具備し、
前記第１のハブの前記ワイヤレス制御デバイスが、
前記第１の複数のノードにおける第１のノードの通信を検出し、
前記通信の少なくとも一部が前記第１のハブの回路又は該第１のハブに結合された回路に理解不可能であるか否かを決定し、
前記通信の前記少なくとも一部が前記第１のハブの回路又は該第１のハブに結合された回路に理解不可能であるときに、前記第１のノード及び第２のノードから略同時に送信された通信の衝突が発生したであろうか否かを決定する、
ように構成される、ことを特徴とするシステム
【請求項３２】
前記第１のハブの前記ワイヤレス制御デバイスが、さらに、衝突が発生したであろうと決定されたときに、前記第１のノード及び前記第２のノードのための次の受信ウィンドウ又は後続の受信ウィンドウを計算するように構成される、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記第１のハブの前記ワイヤレス制御デバイスが、さらに、
前記第１のノード及び前記第２のノードの各々に対して各ノードについての命令を用いて通信を送信して、対応する第１のノード及び第２のノードの受信ウィンドウの期間において、異なる時間区間又はランダムに決定した時間区間だけ次の送信ウィンドウをシフトする、ように構成される、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記第１のハブの前記ワイヤレス制御デバイスが、さらに、
前記第１のノードの識別を決定し、
前記通信が前記第１のハブの回路又は該第１のハブに結合された回路に理解可能であると決定されたときに、前記第１のノードについて次の受信ウィンドウ又は後続の受信ウィンドウを決定し、
必要な場合、決定された前記次の受信ウィンドウ又は前記後続の受信ウィンドウの期間において、前記第１のノードに通信を送信する、
ように構成される、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３５】
前記第１のハブの前記ワイヤレス制御デバイスが、さらに、
衝突が発生しなかったであろうと決定し、
前記第１のノードについて次の受信ウィンドウ又は後続の受信ウィンドウを決定し、
前記第１のノードから前記第１のハブに対する通信の再通信を要求する通信を用いて、前記第１のハブから前記第１のノードに通信を送信する、
ように構成される、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３６】
前記第１のハブが主電源により電力を供給され、前記第１の複数のノードの各々が主電源又は別のエネルギー源により電力を供給されて、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャが形成される、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３７】
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャがワイヤレスツリー非対称ネットワークアーキテクチャを含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３８】
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャがワイヤレスツリー及びメッシュ非対称ネットワークアーキテクチャを含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３９】
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信を制御するように構成されたワイヤレス制御デバイスを有する第２のハブと、
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて前記第２のハブの前記ワイヤレス制御デバイスとの双方向通信を可能にするために、送信機及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを各々が有する複数の第２のノードと、を具備し、
前記第２のハブの前記ワイヤレス制御デバイスが、
前記第２の複数のノードの各ワイヤレスデバイスについて送信機に対して送信ウィンドウを受信機に対して受信ウィンドウを決定し、
アンチコリジョン特徴を提供して、前記第２の複数のノードの前記ワイヤレスデバイスから受信される通信の衝突を回避する、
ように構成される、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４０】
前記ワイヤレス制御デバイスを有する前記第２のハブが、
前記第１のハブに通信を送信し、
前記第１のハブから通信を受信して、前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを制御及び監視する、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４１】
ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを提供するための装置であって、
命令を記憶するメモリと、
命令を実行して、前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信を確立及び制御する１又はそれ以上の処理ユニットと、
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信を送受信する無線周波数（ＲＦ）回路であって、前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて当該ＲＦ回路との双方向通信を可能にするために、送信機及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを各々が有する複数のノードに対して、通信を送信するＲＦ回路と、
を具備し、
前記１又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、
当該装置に対して通信を送信する各ワイヤレスデバイスの送信機に対して送信ウィンドウを受信機に対して受信ウィンドウを決定し、
アンチコリジョン特徴を提供して前記ワイヤレスデバイスから受信される通信の衝突を回避する、ように構成される、ことを特徴とする装置。
【請求項４２】
当該装置が主電源により電力を供給され、前記複数のノードの各々がバッテリ源又は別のエネルギー源により電力を供給されて、ワイヤレス非対称ネットワークが形成される、請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】
前記１又はそれ以上の処理ユニットが、
命令を実行して、第１のノードから受信した通信について衝突が発生したであろうか否かを決定し、
前記第１のノード及び第２のノードからの通信の衝突が発生したであろう場合には前記第１のノード及び前記第２のノードについて次の受信ウィンドウ又は後続の受信ウィンドウを計算する、
ように構成される、請求項４１に記載の装置。
【請求項４４】
前記１又はそれ以上の処理ユニットが、
命令を実行して、前記第１のノード及び前記第２のノードの各々に通信を送信して、異なる時間区間又はランダムに決定した時間区間だけ各ノードについて次の送信ウィンドウのシフトを生じさせる、請求項４３に記載の装置。
【請求項４５】
前記１又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、
前記第１のノード及び前記第２のノードから受信した通信について衝突が発生したときに、
少なくとも１つの乱数を生成し、
前記第１のノード及び前記第２のノードについて将来の送信ウィンドウ及び将来の受信ウィンドウのうちの少なくとも一方を前記少なくとも１つの乱数に基づいてシフトする、
ように構成される、請求項４４に記載の装置。
【請求項４６】
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャがワイヤレスツリー非対称ネットワークアーキテクチャを含む、請求項４１に記載の装置。
【請求項４７】
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャがワイヤレスツリー及びメッシュ非対称ネットワークアーキテクチャを含む、請求項４１に記載の装置。
【請求項４８】
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャが、建物内又は該建物の近くの状態を安全にし及び監視するために、前記建物内又は該建物の近くに実装される、請求項４１に記載の装置。
【請求項４９】
ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおける通信についての調停及び衝突回避のための方法であって、
ハブの受信機を用いて、前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャ内の複数のノードのうちの少なくとも１つのノードから通信を検出する段階であって、各ノードが、前記ハブとの双方向通信を可能にして前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを形成するために、送信機及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを有するようになっている、段階と、
前記ハブの処理ロジックを用いて、前記通信の少なくとも一部が前記ハブの回路又は該ハブに結合された回路に理解不可能であるか否かを決定する段階と、
前記通信の前記少なくとも一部が前記ハブの回路又は該ハブに結合された回路に理解不可能であるときに、異なる複数のノードから略同時に送信された通信の衝突が発生したであろうか否かを、前記ハブの処理ユニットを用いて決定する段階と、
衝突が発生したであろうときに、前記異なる複数のノードに対して次の受信ウィンドウ又は後続の受信ウィンドウを、前記ハブの前記処理ロジックを用いて計算する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５０】
衝突が発生したであろうときに、
前記異なる複数のノードの受信ウィンドウの期間において、前記ハブの送信機を用いて、前記異なる複数のノードの各々に対して各ノードに対する命令を用いて通信を送信して、異なる時間区間又はランダムに決定した時間区間だけ次の送信ウィンドウをシフトする段階をさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記ハブの前記処理ロジックを用いて、前記通信を送信したノードの識別を決定する段階と、
前記通信が前記ハブの回路又は該ハブに結合された回路に理解不可能であると決定されたときに、前記ノードについて次の受信ウィンドウ又は後続の受信ウィンドウを決定する段階と、
必要な場合に、決定された前記次の受信ウィンドウ又は前記後続の受信ウィンドウの期間において前記ノードに通信を前記ハブを用いて送信する段階と、
をさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】
前記ハブの処理ロジックを用いて、前記異なる複数のノードから略同時に送信された通信の衝突が発生したであろうことを決定する段階と、
前記ハブの回路又は該ハブに結合された回路に理解不可能である前記通信の少なくとも一部を用いて、前記通信を送信した前記ノードについて次の受信ウィンドウ又は後続の受信ウィンドウを、前記ハブの前記処理ロジックを用いて決定する段階と、
前記ノードの決定された前記次の受信ウィンドウ又は前記後続の受信ウィンドウの期間において、前記ノードからの通信の再通信を要求する通信を用いて、前記ハブから前記ノードに通信を送信する段階と、
をさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５３】
ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャのためのセンサノードであって、
少なくとも１つのセンサと、
命令を記憶するメモリと、
前記メモリ及び前記少なくとも１つのセンサに結合され、前記少なくとも１つのセンサから受信したデータを処理しかつ前記センサノードのために通信を処理するための命令を実行する処理ロジックと、
該処理ロジックに結合され、送信機機能及び受信機機能を含んで、前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいてハブに通信を送信しかつ該ハブから通信を受信する、無線周波数（ＲＦ）回路と、
を具備し、
前記処理ロジックが、
前記送信機機能に対する送信ウィンドウ及び前記受信機機能に対する受信ウィンドウを示すハブから受信した通信を処理して、アンチコリジョン機能を提供して前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにける通信の衝突を回避する、
ように構成されることを特徴とするセンサノード。
【請求項５４】
バッテリ源又は別のエネルギー源により電力を供給される、請求項５３に記載のセンサノード。
【請求項５５】
前記処理ロジックが、命令を実行して、当該センサノードに対する次の送信ウィンドウのシフトを指示する前記ハブから受信した前記通信を処理するように構成される、請求項５３に記載のセンサノード。
【請求項５６】
前記ハブが前記センサノード又は別のセンサノードから受信した通信について衝突が発生したことを決定したときに、
前記処理ロジックが、命令を実行して、
少なくとも１つの乱数を生成し、
前記センサノードについて、将来の送信ウィンドウ及び将来の受信ウィンドウのうちの少なくとも一方を前記少なくとも１つの乱数に基づいてシフトさせる、
ように構成される、請求項５３に記載のセンサノード。
【請求項５７】
ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを提供するためのシステムであって、
該ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信及び電力消費を制御するように構成されたワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャ制御デバイスを有する第１のハブと、
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて前記第１のハブの前記ワイヤレス制御デバイスとの双方向通信を可能にするために、少なくとも１つのセンサと送信機及び受信機を備えたワイヤレスデバイスとを各々が有する第１の複数のセンサノードと、
を具備し、
前記ワイヤレス制御デバイスが、各ワイヤレスデバイスについて、
前記送信機の送信ウィンドウに関して時間的に近い第１の時間区間において、及び、前記受信機の受信ウィンドウに関して時間的に近い第２の時間区間において、各センサノード動作させるスケジュールされたタイミングを決定して、前記第１の複数のセンサノードの前記ワイヤレスデバイスの電力消費を低減する、ように構成される、ことを特徴とするシステム。
【請求項５８】
前記第１のハブが主電源により電力を供給され、前記第１の複数のセンサノードの各々がバッテリ源により電力を供給されて、前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャが形成される、請求項５７に記載のシステム。
【請求項５９】
前記ワイヤレス制御デバイスが、各ワイヤレスデバイスについて、前記送信機の送信ウィンドウ及び前記受信機の受信ウィンドウのスケジュールされたタイミングを、前記複数のセンサノードの各ワイヤレスデバイスから通信を受信するタイミングに基づいて決定する、請求項５７に記載のシステム。
【請求項６０】
各センサノードが前記第１の時間区間及び前記第２の時間区間において第１のクロック速度で動作し、
各センサノードは、前記第１の時間区間及び前記第２の時間区間の外にあるときには、前記第１のクロック速度に比べて各センサノードの電力消費を低減すべく低減されたクロック速度である第２のクロック速度で動作する、請求項５７に記載のシステム。
【請求項６１】
前記少なくとも１つのセンサが、充電のために設計された充電可能なバッテリを含むバッテリ源を用いて動作するものであり、
前記少なくとも１つのセンサノードが、キャパシタを含むか又はキャパシタに結合されて、前記バッテリ源の深放電を回避するために用いられる振動取得回路のエネルギー取得からエネルギーを蓄える、請求項５７に記載のシステム。
【請求項６２】
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて制御及び電力消費を制御するように構成されたワイヤレス制御デバイスを有する第２のハブと、
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて前記第２のハブのワイヤレス制御デバイスとの双方向通信を可能にするために、少なくとも１つのセンサと送信機及び受信機を備えたワイヤレスデバイスとを各々が有する第２の複数のセンサノードと、
を具備し、
前記ワイヤレス制御デバイスが、各ワイヤレスデバイスについて、
前記送信機の送信ウィンドウに関して時間的に近い第３の時間区間及び前記受信機の受信ウィンドウに関して時間的に近い第４の時間区間において各センサノードを動作させるスケジュールされたタイミングを決定して、前記第２の複数のセンサノードの前記ワイヤレスデバイスの電力消費を低減する、ように構成される、請求項５７に記載のシステム。
【請求項６３】
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャが、ワイヤレスツリー非対称ネットワークアーキテクチャ、又は、ワイヤレスツリー及びメッシュ非対称ネットワークアーキテクチャを含む、請求項５７に記載のシステム。
【請求項６４】
少なくとも１つのセンサノードが、充電が意図されていない１次電池を含むバッテリ源を用いて動作するものであり、
前記少なくとも１つのセンサノードが、キャパシタを含むか、又は、キャパシタに結合されて、振動取得回路のエネルギー取得からエネルギーを蓄えて、前記１次電池をトリクル充電し、これにより、動作中に前記バッテリ源から引き出された、又は、前記バッテリ源の自己放電に起因して失われたエネルギーを補充する、請求項５７に記載のシステム。
【請求項６５】
前記第１のハブの前記ワイヤレス制御デバイスが、２.４ギガヘルツ（ＧＨｚ）より高い周波数帯域で動作する無線周波数（ＲＦ）回路を含み、
前記第１の複数のノードの各ワイヤレスデバイスの前記送信機及び前記受信機もまた、２.４ＧＨｚより高い周波数帯域で動作し、これにより、
各ワイヤレスデバイスについて前記送信機のＲＦ回路に電力を供給するための第３の時間区間及び前記受信機のＲＦ回路に電力を供給するための第４の時間区間を最小化して、前記第１の複数のノードの前記ワイヤレスデバイスの電力消費を低減する、請求項５７に記載のシステム。
【請求項６６】
前記第１のハブの前記ＲＦ回路が５ＧＨｚより高い周波数帯域で動作し、
前記第１の複数のノードの各ワイヤレスデバイスの前記送信機及び前記受信機もまた、５ＧＨｚより高い周波数帯域で動作し、これにより、
各ワイヤレスデバイスについて前記送信機のＲＦ回路に電力を供給するための前記第３の時間区間及び前記受信機のＲＦ回路の電力を供給するための前記第４の時間区間を最小化して、前記第１の複数のノードの前記ワイヤレスデバイスの電力消費を低減する、請求項６５に記載のシステム。
【請求項６７】
各センサノードが前記第１の時間区間及び前記第２の時間区間において第１の電力消費レベルで動作する、請求項５７に記載のシステム。
【請求項６８】
各センサノードが前記第１時間区間及び前記第２時間区間の外にあるときに第２の電力消費レベルで動作し、
前記第１の電力消費レベルが前記第２の電力消費レベルより大きな電力消費を有する、請求項６６に記載のシステム。
【請求項６９】
ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを提供するための装置であって、
命令を記憶するメモリと、
命令を実行して、前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信を確立及び制御する１又はそれ以上の処理ユニットと、
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信を送受信する無線周波数（ＲＦ）回路であって、前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて当該装置の当該ＲＦ回路との双方向通信を可能にするために、少なくとも１つのセンサと送信機及び受信機を備えたワイヤレスデバイスとを各々が有する複数のセンサノードに通信を送信するＲＦ回路と、
を具備し、
前記１又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、少なくとも１つのワイヤレスデバイスについて、少なくとも１つのセンサノードを前記送信機の送信ウィンドウに関して時間的に近い第１の時間区間及び前記送信機の送信ウィンドウに関して時間的に近い第２の時間区間において動作させるスケジュールされたタイミングを決定して、前記第１の複数のセンサノードの前記少なくとも１つのワイヤレスデバイスの電力消費を低減する、ことを特徴とする装置。
【請求項７０】
当該装置が主電源により電力を供給され、前記複数のセンサノードの各々がバッテリ源又は別のエネルギー源により電力を供給されて、前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャが形成される、請求項６９に記載の装置。
【請求項７１】
前記１又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、前記少なくとも１つのワイヤレスデバイスについて前記送信機の送信ウィンドウ及び前記受信機の受信ウィンドウのスケジュールされたタイミングを、前記複数のセンサノードの前記少なくとも１つのワイヤレスデバイスから通信を受信するタイミングに基づいて決定する、請求項６９に記載の装置。
【請求項７２】
少なくとも１つのセンサノードの前記少なくとも１つのワイヤレスデバイスが前記第１の時間区間及び前記第２の時間区間において第１のクロック速度で動作する、請求項６９に記載の装置。
【請求項７３】
前記少なくとも１つのセンサノードが前記第１の時間区間及び前記第２の時間区間の外にあるときに第２のクロック速度で動作し、
前記第２のクロック速度が前記第１のクロック速度に比べて前記少なくとも１つのセンサノードの電力消費を低減すべく低減されたクロック速度である、
【請求項７４】
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャが、ワイヤレスツリー非対称ネットワークアーキテクチャ、並びに、ワイヤレスツリー及びメッシュ非対称ネットワークアーキテクチャのうちの少なくとも一方を含む、請求項６９に記載の装置。
【請求項７５】
少なくとも１つのセンサノードの前記少なくとも１つのワイヤレスデバイスが前記第１の時間区間及び前記第２の時間区間において第１の電力消費レベルで動作する、請求項６９に記載の装置。
【請求項７６】
前記少なくとも１つのセンサノードが前記第１の時間区間及び前記第２の時間区間の外にあるときに第２の電力消費レベルで動作し、
前記第１の電力消費レベルが前記第２の電力消費レベルより大きい電力消費を有する、請求項７５に記載の装置。
【請求項７７】
ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて電力消費を低減するための方法であって、
複数のセンサノードから通信をハブの無線周波数（ＲＦ）回路を用いて受信する段階であって、前記複数のセンサノードの各々が、前記ハブとの双方向通信を可能にして前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを形成するために、送信機及び受信機を備えたワイヤレス電力消費を有する、段階と、
各センサノードの少なくとも１つのセンサを前記送信機の送信ウィンドウに関連して時間的に近い第１の時間区間及び前記受信機の受信ウィンドウに関連して時間的に近い第２の時間区間において動作させるスケジュールされたタイミングを、前記ハブの処理ロジックを用いて決定して、前記複数のセンサノードの前記ワイヤレスデバイスの電力消費を低減する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項７８】
前記ハブが主電源により電力を供給され、前記複数のノードの各々がバッテリ源又は別のエネルギー源により電力を供給されて、前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャが形成される、請求項７７に記載の方法。
【請求項７９】
各ワイヤレスデバイスについて前記送信機の送信ウィンドウ及び前記受信機の受信ウィンドウのスケジュールされたタイミングを、前記複数のセンサノードの各ワイヤレスデバイスから通信を受信するタイミングに基づいて、前記ハブの処理ロジックを用いて決定する段階、をさらに含む、請求項７７に記載の方法。
【請求項８０】
各センサノードが前記第１の時間区間及び前記第２の時間区間において第１のクロック速度で動作する、請求項７７に記載の方法。
【請求項８１】
各センサノードが前記第１の時間区間及び前記第２の時間区間の外にあるときに第２のクロック速度で動作し、
前記第２のクロック速度が前記第１のクロック速度に比べて各センサノードの電力消費を低減すべく低減されたクロック速度である、請求項８０に記載の方法。
【請求項８２】
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャがワイヤレスツリー非対称ネットワークアーキテクチャを含む、請求項７７に記載の方法。
【請求項８３】
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャがワイヤレスツリー及びメッシュ非対称ネットワークアーキテクチャを含む、請求項７７に記載の方法。
【請求項８４】
各センサノードが前記第１の時間区間及び前記第２の時間区間において第１の電力消費レベルで動作する、請求項７７に記載の方法。
【請求項８５】
各センサノードが前記第１の時間区間及び前記第２の時間区間の外にあるときに第２の電力消費レベルで動作し、
前記第１の電力消費レベルが前記第２の電力消費レベルより大きい電力消費を有する、請求項８０に記載の方法。
【請求項８６】
ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャのためのセンサノードであって、
少なくとも１つのセンサと、
命令を記憶するメモリと、
該メモリ及び前記少なくとも１つのセンサに結合され、前記少なくとも１つのセンサから受信したデータを処理しかつ前記センサノードのための通信を処理するための命令を実行する処理ロジックと、
該処理ロジックに結合され、送信機機能及び受信機機能を含んで、前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいてハブに通信を送信しかつ該ハブから通信を受信する無線周波数（ＲＦ）回路と、
を具備し、
前記処理ロジックが、命令を実行して、
前記送信機機能の送信ウィンドウに関連して時間的に近い第１の時間区間及び前記受信機機能の受信ウィンドウに関連して時間的に近い第２の時間区間において少なくとも１つのセンサノードを動作させるスケジュールされたタイミングを決定して、前記センサノードの電力消費を低減する、
ように構成される、ことを特徴とするセンサノード。
【請求項８７】
前記センサノードが、バッテリ源と、該センサノードに結合された又は該センサノードと統合されたキャパシタに蓄えられたエネルギー取得のエネルギーと、を用いて動作するものであり、
エネルギー取得からの前記エネルギーが、動作中に前記バッテリ源から引き出されたエネルギーを補充するために用いられる、請求項８６に記載のセンサノード。
【請求項８８】
前記センサノードが前記第１の時間区間及び前記第２の時間区間において第１の電力消費レベルで動作し、
前記センサノードが、前記第１の時間区間及び前記第２の時間区間の外にあるときに、第２の電力消費レベルで動作し、
前記第１の電力消費レベルが前記第２の電力消費レベルよりも大きい電力消費を有する、請求項８６に記載のセンサノード。
【請求項８９】
ワイヤレス非対称ネットワークキを提供するためのシステムであって、
前記ワイヤレス非対称ネットワークにおいて通信を送受信するための１又はそれ以上の処理ユニットと第１のアンテナとを有する第１のハブと、
前記ワイヤレス非対称ネットワークにおいて通信を送受信するための１又はそれ以上の処理ユニットと第２のアンテナとを有する第２のハブと、
前記ワイヤレス非対称ネットワークにおいて前記第１のハブ及び前記第２のハブとの双方向通信を可能にするために、送信機及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを各々が有する複数のセンサノードと、
を具備し、
前記第１のハブ及び前記第２のハブの前記１又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、前記複数のセンサノードについての位置情報を各センサノードから受信する通信に基づいて決定する、ように構成されることを特徴とするシステム。
【請求項９０】
前記第１のハブが主電源により電力を供給され、前記複数のセンサノードの各々がバッテリ源により電力を供給されて、前記ワイヤレス非対称ネットワークが形成される、請求項８９に記載のシステム。
【請求項９１】
前記第１のハブ及び前記第２のハブが、相互に同期し、前記複数のセンサノードの位置情報を共有する、請求項８９に記載のシステム。
【請求項９２】
前記第１のハブ及び前記第２のハブの前記１又はそれ以上の処理ユニットが、命令を処理して、
前記複数のセンサノードに関する位置情報を、受信した前記通信に関連した到来時間情報を介して測定された距離からの三角測量に基づいて決定する、ように構成される、請求項８９に記載のシステム。
【請求項９３】
前記第１のハブ及び前記第２のハブの前記１又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、前記複数のセンサノードに関する位置情報を、受信した前記通信に関連した信号強度情報を介して測定された距離からの三角測量に基づいて決定する、ように構成される、請求項８９に記載のシステム。
【請求項９４】
ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャがワイヤレスツリー非対称ネットワークアーキテクチャを含む、請求項８９に記載のシステム。
【請求項９５】
ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャがワイヤレスツリー及びメッシュ非対称ネットワークアーキテクチャを含む、請求項８９に記載のシステム。
【請求項９６】
前記第２のハブの前記１又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、通信を前記第１のハブに送信しかつ通信を該第１のハブから受信して、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを制御及び監視する、ように構成される、請求項８９に記載のシステム。
【請求項９７】
前記第１のハブの前記第１のアンテナ及び前記第２のハブの前記第２のアンテナが、前記複数のセンサノードに超広帯域（ＵＷＢ）通信を送信しかつ該複数のセンサノードからＵＷＢ通信を受信するものである、請求項８９に記載のシステム。
【請求項９８】
ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを提供するための装置であって、
命令を記憶するメモリと、
命令を実行してワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信を確立及び制御する１又はそれ以上の処理ユニットと、
多数のアンテナを含んで、前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信を送受信する無線周波数（ＲＦ）回路であって、多数のアンテナを含んで通信を複数のセンサノードに送信するＲＦ回路と、
を具備し、
前記複数のセンサノードの各々が前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて当該装置の前記ＲＦ回路との双方向通信を可能にするために送信機及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを各々が有するものであり、
前記１又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、前記複数のセンサノードに関する位置情報を各センサノードから受信する通信に基づいて決定するように構成される、ことを特徴とする装置。
【請求項９９】
当該装置が主電源により電力を供給され、前記複数のセンサノードの各々がバッテリ源又は別のエネルギー源により電力を供給されて、ワイヤレス非対称ネットワークが形成される、請求項９８に記載の装置。
【請求項１００】
前記１又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、前記複数のセンサノードに関する位置情報を該複数のセンサノードからの前記通信についての、到来角度情報、信号強度情報及び到来時間情報のうちの少なくとも１つに基づいて決定する、ように構成される、請求項９８に記載の装置。
【請求項１０１】
前記１又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、前記複数のセンサノードに対する位置情報を、マルチパス環境における最短の直接パスを識別するための情報と組み合わせて、最大のシグナリング成分を用いて到来角度を決定する、ように構成され、
前記最短の直接パスを識別するための情報が前記複数のセンサノードからの通信についての到来時間情報から決定されるものである、請求項１００に記載の装置。
【請求項１０２】
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャが、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャツリー非対称ネットワークアーキテクチャ、並びに、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャツリー及びメッシュ非対称ネットワークアーキテクチャのうちの少なくとも一方を含む、請求項９８に記載の装置。
【請求項１０３】
前記ＲＦ回路の前記多数のアンテナが、超広帯域（ＵＷＢ）通信を前記複数のセンサノードに送信しかつＵＷＢ通信を該複数のセンサノードから受信するものである、請求項９８に記載の装置。
【請求項１０４】
ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて位置情報を決定するための方法であって、
ハブの多数のアンテナを含む無線周波数（ＲＦ）回路を用いて、前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて複数のセンサノードに通信を送信する段階と、
前記ハブの多数のアンテナを含む前記ＲＦ回路を用いて、前記複数のセンサノードから通信を受信する段階と、を含み、
前記複数のセンサノードの各々が前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて前記ハブの前記ＲＦ回路との双方向通信を可能にするために送信機及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを有するものであり、
さらに、当該方法が、
前記複数のセンサノードに関する位置情報を、各センサノードから受信した通信に基づいて、前記ハブの１又はそれ以上の処理ユニットを用いて決定する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０５】
前記ハブが主電源により電力を供給され、前記複数のセンサノードの各々がバッテリ源又は別のエネルギー源により電力を供給されて、ワイヤレス非対称ネットワークが形成される、請求項１０４に記載の方法。
【請求項１０６】
前記複数のセンサノードに関する位置情報を、該複数のセンサノードから受信した前記情報についての、到来角度情報、信号強度情報及び到来時間情報のうちの少なくとも１つに基づいて、前記ハブの１又はそれ以上の処理ユニットを用いて決定する段階、をさらに含む、請求項１０４に記載の方法。
【請求項１０７】
前記１又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、前記複数のセンサノードに関する位置情報を、マルチパス環境における最短の直接パスを識別するための情報と組み合わせて、最大のシグナリング成分を用いて到来角度を決定する、ように構成され、
前記最短の直接パスを識別するための情報が前記複数のセンサノードからの前記通信についての到来時間情報から決定されるものである、請求項１０６に記載の方法。
【請求項１０８】
前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャが、ワイヤレスツリー非対称ネットワークアーキテクチャ、並びに、ワイヤレスツリー及びメッシュ非対称ネットワークアーキテクチャのうちの少なくとも一方を含む、請求項１０４に記載の方法。
【請求項１０９】
前記ハブの前記多数のアンテナが、超広帯域（ＵＷＢ）通信を前記複数のセンサノードに送信しかつＵＷＢ通信を該複数のセンサノードから受信するものである、請求項１０４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連する出願
本出願は、２０１５年１月２７日に出願され「アンチコリジョン特徴を有するワイヤレスデバイスのワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを提供するシステム及び方法」と題した米国特許出願第１４／６０７,０４７号、２０１５年１月２７日に出願され「電力管理機能を有する無線デバイスのワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを提供するシステム及び方法」と題した米国特許出願第１４／６０７,０４８号、及び、２０１５年１月２７日に出願され「非対称ネットワークアーキテクチャにおいてワイヤレスセンサノードの位置を決定するシステム及び方法」と題した米国特許出願第１４／６０７,０５０号に関連する。
本発明の様々な実施形態は、非対称ネットワークアーキテクチャを有するワイヤレスセンサネットワークを提供するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
家電製品及びコンピュータの産業では、ワイヤレスセンサネットワークが長年にわたって研究されてきた。典型的なワイヤレスセンサネットワークでは、１又はそれ以上のセンサが無線に関連して実装されて、ネットワーク内に配置された１又はそれ以上のセンサノードからデータをワイヤレスで収集することが可能になっている。各センサノードは、１又はそれ以上のセンサを含むことができ、また、無線とこのセンサノードの動作に電力を供給するための電源とを含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のワイヤレスセンサネットワークは、これらネットワークの動作、効率、コスト及び屋内環境で実装される能力に影響を及ぼす特定の欠点を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一実施形態では、ワイヤレス非対称ネットワークを提供するための電力管理特徴を有するシステムが本明細書において開示される。このシステムは、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信及び電力消費を制御するように構成されたワイヤレス制御デバイスを有するハブを含む。このシステムは、前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて上記ハブの上記ワイヤレス制御デバイスとの双方向通信を可能にするために、送信機及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを各々が有する複数のノードを含む。上記ワイヤレス制御デバイスは、各ワイヤレスデバイスについて上記送信機を送信可能にしかつ上記受信機を受信可能にするスケジュールされたタイミングを決定して、上記複数のノードの上記ワイヤレスデバイスの電力消費を低減するように構成され得る。
【０００５】
別の実施形態では、アンチコリジョン機能を有するワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを提供するシステムは、上記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信を制御するように構成されたワイヤレス制御デバイスと、上記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて上記第１のハブの上記ワイヤレス制御デバイスとの双方向通信を可能にするために、送信機及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを各々が有する第１の複数のノードと、を含む。上記第１のハブの上記ワイヤレス制御デバイスは、上記第１の複数のノードのうちの第１のノードからの通信を検出し、通信の少なくとも一部が上記第１のハブの回路又は上記第１のハブに結合された回路に理解不可能であるか否かを決定し、前記通信の少なくとも一部が理解不可能であるときに、上記第１のノード及び第２のノードから略同時に送信している通信の衝突が生じているであろうか否かを決定する、ように構成されている。
【０００６】
このシステムは、また、上記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信を制御するように構成されたワイヤレス制御デバイスを有する第２のハブと、上記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて上記第２のハブの上記ワイヤレス制御デバイスとの双方向通信を可能にするために、送信機及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを各々が有する第２の複数のノードと、を含むことができる。上記第２のハブの上記ワイヤレス制御デバイスは、上記第２の複数のノードの各ワイヤレスデバイスの送信機のための送信ウィンドウ及び受信機のための受信ウィンドウを決定し、アンチコリジョン特徴を提供して上記第２の複数のノードの上記ワイヤレスデバイスから受信する通信の衝突を回避する、ように構成される。
【０００７】
別の実施形態では、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを提供するためのシステムは電力管理特徴を有する。このシステムは、上記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信及び電力消費を制御するように構成されたワイヤレス制御デバイスを有するハブと、上記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて上記ハブの上記ワイヤレス制御デバイスとの双方向通信を可能にするために、少なくとも１つのセンサと送信機及び受信機を備えたワイヤレスデバイスとを各々が有する複数のセンサノードと、を含む。上記ワイヤレス制御デバイスは、各ワイヤレスデバイスについて各センサノードを上記送信機の送信ウィンドウに関連して時間的に近い第１の時間区間及び上記受信機の受信ウィンドウに関連して時間的に近い第２の実施形態において動作させるスケジュールされたタイミングを決定して、上記複数のセンサノードの上記ワイヤレスデバイスの電力消費を低減する、ように構成される。
【０００８】
一例では、各センサノードは第１の時間区間及び第２の実施形態において第１の電力消費レベルで動作する。各センサノードは、上記第１の時間区間及び上記第２の時間区間の外にあるときには第２の電力消費レベルで動作することができる。この例では、上記第１の電力消費レベルは、上記第２の電力消費レベルよりも大きな電力消費を有する。
【０００９】
別の実施形態では、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを提供するための装置（例えばハブ）は、命令を記憶するメモリと、命令を実行して、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信を確立及び制御する1又はそれ以上の処理ユニットと、多数のアンテナを含んで、上記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信を送受信する無線周波数（ＲＦ）回路と、を含む。上記ＲＦ回路は、多数のアンテナを含んで通信を複数のセンサノードに送信するものであって、上記複数のセンサノードの各々は、上記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて上記装置の上記ＲＦ回路との双方向通信を可能にするために、送信機及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを有するものである。上記１又はそれ以上の処理ユニットは、命令を実行して、上記複数のセンサノードに関する位置情報を各センサノードから受信する通信に基づいて決定する、ように構成される。
【００１０】
本発明の様々な実施形態の他の特徴及び利点が、添付図面及び以下の詳細な説明から明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明の様々な実施形態が、同様の参照符号が類似した構成要素を示す添付図面において限定ではなく例として示されている。
【図１】図１は、典型的なメッシュタイプのワイヤレスセンサネットワークを示す。
【図２】図２は、典型的なツリータイプのワイヤレスセンサネットワークを示す。
【図３】図３は、周波数分割多重についての概念的な原理を示す。
【図４】図４は、時分割多重についての概念的な原理を示す。
【図５】図５は、符号分割多重についての概念的な原理を示す。
【図６】図６は、一実施形態に係る非対称ツリーネットワークアーキテクチャである。
【図７】図７は、一実施形態に係る、多数のハブを有する非対称ツリー及びメッシュネットワークアーキテクチャを備えたシステムを示す。
【図８Ａ】図８Ａは、一実施形態に係る電力コンセントについてのオーバーレイ８００として実装されたハブの例示的な実施形態を示す。
【図８Ｂ】図８Ｂは、一実施形態に係る電力コンセントについてのオーバーレイとして実装されたハブ８２０のブロック図を分解して示す例示的な実施形態を示す。
【図９Ａ】図９Ａは、一実施形態に係る、コンピュータシステム、機器又は通信ハブ内に配置するためのカードとして実装されたハブの例示的な実施形態を示す。
【図９Ｂ】図９Ｂは、一実施形態に係る、コンピュータシステム、機器又は通信ハブ内に配置するためのカードとして実装されたハブ９６４のブロック図の例示的な実施形態を示す。
【図９Ｃ】図９Ｃは、一実施形態に係る、機器（例えば、スマート洗濯機、スマート冷蔵庫、スマートサーモスタット、他のスマート機器等）内に実装されたハブの例示的実施形態を示す。
【図９Ｄ】図９Ｄは、一実施形態に係る、機器（例えば、スマート洗濯機、スマー冷蔵庫、スマートサーモスタット、他のスマート機器等）内に実装されたハブ９８４のブロック図を分解して示す例示的な実施形態を示す。
【図１０】図１０は、一実施形態に係る、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャのための通信を提供する方法に関するフローチャートを示す。
【図１１】図１１は、一実施形態に係る、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおける衝突を回避するために送信及び受信通信をシフトするための時間シーケンスを示す。
【図１２】図１２は、一実施形態に係る、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおける通信のための調停及び衝突回避の方法を示す。
【図１３】図１３は、一実施形態に係る、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャのためのセンサの位置特定（localization）の実装を提供する方法に関するフローチャートを示す。
【図１４】図１４は、一実施形態に係る、センサの位置特定を可能にするための、装置（例えば、ハブ）における多数のアンテナ及びマルチパス環境の使用を示す。
【図１５】図１５は、一実施形態に係る位置特定（localization）を達成するための、単一のアンテナをそれぞれ有する多数のハブの使用を示す。
【図１６】図１６は、一実施形態に係る、電力管理機能を有するハブを備えたワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを提供するための方法に関するフローチャートを示す。
【図１７】図１７は、一実施形態に係るセンサノードのブロック図を示す。
【図１８】図１８は、一実施形態に係るハブを有するシステム又は機器１８００のブロック図を示す。
【図１９】図１９は、一実施形態に係る、センサノードに補助エネルギー源を提供するための振動エネルギー取得（harvesting）システムのブロック図を示す。
【図２０】図２０は、別の実施形態に係るセンサノードの充電式バッテリを充電するための振動エネルギー取得（harvesting）システムのブロック図である。
【図２１】図２１は、一実施形態に係るセンサノードの充電式バッテリを充電するための光起電力（photovoltaic）エネルギー取得（harvesting）システムのブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ワイヤレス非対称ネットワークを提供しつつ電力管理特徴を実装するためのシステム及び方法が本明細書で開示される。一実施形態では、システムは、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおける通信及び電力消費を制御するように構成されたワイヤレス制御デバイスを有するハブを含む。このシステムは、また、送信機及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを各々が有する複数のノードを含んで、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいてハブのワイヤレス制御デバイスとの双方向通信を可能にする。ワイヤレス制御デバイスは、各ワイヤレスデバイスについて送信機を送信動作可能にさせかつ受信機を受信動作可能にさせるスケジュールされたタイミングを決定して、複数のノードのワイヤレスデバイスの電力消費を低減する、ように構成されるものとすることができる。
【００１３】
ワイヤレスセンサネットワークが、家庭、アパート、オフィス及び商業用建物を含む屋内環境、並びに、駐車場、歩道及び庭といったような近くの外部の場所において使用することについて説明される。ワイヤレスセンサネットワークは、また、電源を有する任意のタイプの建物、構造物、囲い、乗り物、ボート等に使用することもできる。センサシステムは、長い通信距離を維持しつつセンサノードに良好なバッテリ寿命を提供する。本発明の様々な実施形態の追加の態様は、センサ位置特定（localization）、衝突回避、自己放電の緩和、及び、エネルギー取得の実装、を達成する能力を提供する。
【００１４】
本発明の様々な実施形態は、屋内環境及び近くの外部環境において使用するためのワイヤレスセンサネットワークに対して向上したバッテリ寿命を提供する、といったような電力管理における利点を提供する。屋内環境及び近くの外部環境における利用可能な電力の非対称性が、そのような環境に配置されたワイヤレスセンサネットワークにおけるバッテリ寿命及び通信範囲を向上させるために利用される。
【００１５】
本発明の様々な実施形態は、低デューティサイクルのネットワーキングの使用を利用して、屋内環境及び近くの外部環境において使用するためのワイヤレスセンサネットワークにおける伝送に関連したエネルギーの消費を低減し、これにより、向上したバッテリ寿命を提供する。
【００１６】
アンチコリジョン特徴は、衝突回避に関連する通信に過剰なエネルギーを費やすことなく、屋内環境及び近くの外部環境において使用するためのワイヤレスセンサネットワークにおいて通信衝突を回避する手段を提供する。
【００１７】
センサ位置特定（localization）特徴は、屋内環境及び近くの外部環境において個々のセンサノードの正確な位置特定（localization）を提供するワイヤレスセンサネットワークを提供する。
【００１８】
エネルギー掃気（scavenging）特徴は、バッテリに最適化されたエネルギー掃気を用いて屋内環境及び近くの外部環境において使用するためのワイヤレスセンサネットワークを提供する。
【００１９】
本発明の様々な実施形態は、ワイヤレスセンサネットワークの物理的環境内のセンサノードの位置を正確に決定する能力とともに、屋内環境及び同様の環境内において堅牢な通信及び長いバッテリ寿命を提供するバッテリ駆動センサノードアーキテクチャを提供する。
【００２０】
従来のワイヤレスセンサネットワークは、様々な通信方式及び電源供給方式を利用する。１つの通信方式では、ワイヤレスセンサネットワーク内のセンサノードがルータとして動作するメッシュネットワークが使用される。この方式では、各ノードは、それ自体の内部で発生したデータを送信することができ、他のノード又はデバイスからデータを受信することができ、他のノード又はデバイスから受信したデータをさらに他のノード又はデバイスにルーティングすることができる。この最後の方法では、センサノードは、リピータとして動作し、それ自体の内部では発生しないデータを渡す、というリピータとして動作する。図１は、メッシュネットワークとして実装されたワイヤレスセンサネットワークの模式図を示す。ノード１〜１０の各々は、それ自体の内部で発生するデータを送信することができ、他のノード又はデバイスからデータを受信することができ、他のノード又はデバイスから受信したデータをさらに他のノード又はデバイスにルーティングすることができる。
【００２１】
別の通信方式では、ネットワークはツリー構造で実装されることができ、これにより、ネットワークは、ルート（これが複数のブランチにリンクされる）と、複数のブランチ（これが他の複数のブランチ及び複数の端末にリンクされる）と、最後に階層の最も低いレベルにある複数の端末と、を備えたツリー構造、を形成する複数のノードに編成されるようになっている。このようなネットワーク構造が図２に示されている。このシステムでは、端末ノード７〜２５は、端末ノードの上にある対応するブランチノード（例えば２〜６）にのみと通信し、互いには直接的には通信しない。例えば、端末ノード１１〜１４は、ブランチノード３のみと通信し、互いには直接的には通信しない。同様に、複数のブランチノードは、それらの下にある端末ノード、及び、それらの上にあるブランチノード（例えばブランチノード１）と通信するが、階層の同一レベルにある複数のブランチノードとは直接的には通信しない。例えば、ブランチノード４は、ブランチノード１とは通信するが、ブランチノード２、３、５、６とは直接的には通信しない。このようにして、ツリーネットワークが実装される。
【００２２】
典型的なワイヤレスセンサネットワークにおける多数のワイヤレスセンサネットワークは、同一の物理的環境内に位置することができるものであるので、ワイヤレス通信中に衝突するリスクがある。衝突は、２以上のノードが同時に通信しようとして、その結果、通信の少なくとも一部が処理回路に理解不能（例えば、歪められ、歪んでいる）である、というイベントとして定義される。衝突を回避又は低減するための様々な戦略が開示されている。衝突を回避する１つの手段では、図３の例示的な図３００に示すように、周波数分割多重が使用され得る。このシステムでは、個々のノードが、通信に用いる特定の専用の周波数を割り当てられ得る。異なる周波数を割り当てることにより、衝突のリスクのあるそのような２つのノードは同一の周波数で通信せず、これにより、衝突が回避され得る。この例示的な図３００において、利用可能な周波数スペクトルは、垂直な周波数軸３１０上の複数のフレーム（例えば、フレーム１〜４）に分割され、これらのフレームは、順次、複数のスロット（例えば、スロット１〜４）に分割される。この例示的な図では、水平な時間軸３２０上の任意の時点において、利用可能な４つのフレーム及び４つのスロットが存在する。個々のユーザ（例えば、ユーザ１〜４）の間にスロットを割り当てることにより、４人の別々のユーザが、衝突することなく同時に送信を行うことができる。
【００２３】
衝突を回避する別の手段では、図４の例示的な図４００に示すように時分割多重が使用され得る。このシステムでは、個々のノードは、これらのノードが通信できる特定のタイムスライスが割り当てられ得る。通信のリスクがある２つのノードが同一のタイムスライス中に通信しないようにタイムスライスを割り当てることにより、衝突が回避され得る。時間軸４２０上に示されているようなフレーム１〜４のタイムスライス（例えば１〜４）は、事前に定義されてもよく、ビーコン又はブロードキャスト同期信号を使用して確立されてもよい。この図４００では、多数のユーザ（例えば多数のセンサノード）が、個別に別々のタイムスロットを使用することによって、周波数軸４１０の同一の周波数帯域を共有することができる。２人のユーザが同一の時間スロットの間に送信しないので、衝突が回避され得る。
【００２４】
衝突を回避する別の手段では、符号分割多重が使用され得る。このシステムでは、無線伝送のために利用可能な周波数スペクトルは、多数のノードが異なる拡散符号を使用して同一のキャリア周波数で通信することができる程度に十分に広くなるように選択される。これが衝突の回避を可能にする。このシステムは、例えば図５に示されるように、セルラ通信において一般に使用される。このシステム５００では、同一の一般的な周波数スペクトルが多数のユーザによって使用される。しかしながら、個々のユーザは、異なる分離可能な拡散符号を使用することによって、同一の周波数及び時間空間を共有しているにもかかわらず、互いから分離され得るようになっている。例えば、デバイス５０２のユーザは、デバイス５０３のユーザに通信５１２を送信する。通信５１２は、紫色のコード５１０で符号化され復号化される。同時に、デバイス５０４のユーザは、通信５３０をデバイス５０５のユーザに通信５３０を送信する。通信５３０は、緑の符号５３０で符号化され復号化される。
【００２５】
衝突を回避するさらに別の手段では、センサ通信の空間的分離が使用されるものとすることができ、同一の物理的空間において衝突する通信を防止することにより衝突が回避されるようになっている。これは、異なる位置に複数のセンサを物理的に配置することにより、又は、特定の通信イベントに関連する電磁放射の形状及び程度を制御することにより、達成され得る。
【００２６】
個々のセンサノードの動作のための電力は、多数の方法で取得することができるものである。個々のノードをバッテリに接続することによって電力が供給され得る。また、例えば、プラグを使用して、個々のノードを電気的手段に接続することによっても電力が供給され得る。電力は、エネルギーが利用可能な外部エネルギー源からノードにより取得されるような、エネルギー取得（energy harvesting）を介しても提供され得る。これらのエネルギー源には、振動、ソーラーパワー、電磁放射、熱、及び、他の同様の取得可能なエネルギー源が含まれ得る。取得可能なエネルギーは、偶発的なものであってもよいし、又は、ノードに意図的に利用可能にされるものであってもよい。前者は、例えば、太陽光が偶然に利用できるような明るい環境におけるワイヤレスセンサネットワークに当て嵌まる一方、後者は、センサノードに対して外部送信機から電力を具体的に転送するために誘導電力結合が使用されるような環境において当て嵌まる。
【００２７】
多くのワイヤレスセンサネットワークアプリケーションでは、個々のセンサノードの位置を決定することが望ましい。これは、従来のワイヤレスセンサネットワークでは、様々な方法で達成されている。第１の例では、センサノード間の距離は、距離に依存する通信効果を使用して相互に通信する２つのセンサノード間の距離を推定することによって、決定される。メッシュネットワークでは、メッシュ内の様々な通信経路を利用することによって、各ノードの位置が様々な推定された距離に基づいて推定され得る。別の例では、位置情報が各センサノードによって送信され、これにより、センサネットワーク内の様々なノードの位置が特定される。位置は、全地球無線測位システム（ＧＰＳ）といったような既存の位置特定サービスを使用して決定され得る。
【００２８】
本明細書で議論される従来の手法は、動作、効率、コスト、及び／又は、家庭、アパート、オフィス及び商業ビルにおいて存在するような屋内環境、及び、駐車場、歩道、庭といったような近くの外部の場所並びにこういった場所の周辺において実装され得る能力、に影響を及ぼす特定の欠点をこうむる。特に、そのような環境では、利用可能な電力に著しい非対称性が存在し、これにより、豊富な電力にアクセスすることが可能な場所もあれば、比較的に電力が不足するような場所もある。例えば、電気コンセントに近い場所はコンセントからの電力にアクセスし、明るい日光のある場所は太陽光にアクセスすることができる一方、壁から離れた暗い場所は比較的電力が枯渇する可能性があります。これらのアプリケーションでは、上述したワイヤレスセンサネットワークは、これらのネットワークの動作を制限する欠点をこうむる。何となれば、これらのアプローチは、この非対称性を利用せず、通信プロトコル、電力の利用可能性及び全体的な動作の使用においてむしろ限定されているからである。さらに、屋内環境では、位置特定の戦略が変更される。例えば、ＧＰＳは、典型的には、衛星信号がうまく届かないため、屋内では良好に動作しない。同様に、多数の潜在的な反射面が存在すると、反復多点距離計算（iterative multi-point distance calculation）を使用した位置特定が、複雑になるか又は阻害され得る。
【００２９】
典型的なワイヤレス通信デバイスでは、送信のための瞬時電力は、通常、受信に必要な瞬時電力よりも著しく大きい。目標位置で受信された信号強度は、その位置でのノイズに対する識別を可能にする程度に十分に大きくなければならないので、送信に必要とされる電力は、通常、所望の通信範囲に直接的に関係している。したがって、送信される信号の信号強度を増加させることによって、レンジが増加され得るものとなり、この結果、伝送中に消費される電力が増加する。 一方、受信に必要とされる電力は、受信無線機が送信された信号（例えば通信）を受信するために動作する時間の割合に依存する。
【００３０】
メッシュネットワークは、複数のノードの間において１つの長いホップではなく多数のより短いホップを使用することによって、送信中に必要とされる電力を低減することができる。一方、メッシュネットワークでは、隣接する複数のメッシュノードからの信号の受信及び/又は中継を可能にするために、受信無線がほとんど又はすべての時間に行われなければならないため、受信に必要とされるエネルギーは、受信無線が散発的にしか動作しないネットワークアーキテクチャにおいて受信に必要とされるエネルギーよりも著しく大きい。したがって、少量のデータしか送信する必要がないシステムでは、メッシュネットワークは、エネルギー消費に関して、ひいてはバッテリ寿命に関して、欠点を被る可能性がある。少量のデータが送信される必要がある場合、そのようなシステムは、低い送信デューティサイクルで動作させられ得るものとすることができ、これにより、高い送信電力要件にもかかわらず、全体の送信エネルギーが低くなる可能性がある。そのようなシステムでは、受信電力がより大きな問題となる。結果として、メッシュネットワークは、必要なメッシュ通信をサポートするために受信無線が長い時間の間動作しなければならないので、好ましくない電力消費要件を有する可能性がある。
【００３１】
バッテリにより動作するノードにおけるリピータ機能を排除するメッシュネットワークであっても、このような欠点は依然として存在する。何となれば、バッテリにより動作するノードは、ネットワーク全体のメッシュネットワークアーキテクチャとの間において送受信互換性を維持するために依然として大きな電力を消費しなければならないからである。
【００３２】
従来のツリーネットワークにも欠点がある。屋内の要件で動作する従来のツリーネットワークでは、送信に必要とされる電力が高くなる可能性がある。特に、ツリーネットワークは、高密度のハブを有することなく短いホップ通信を利用することができないので、ツリーネットワークは、ノードとハブとの間における長い距離にわたる堅牢な通信を達成するためにより高い送信電力を提供する必要があるため、送信に関連した大きなノードエネルギー消費を有し得る。
【００３３】
従来のワイヤレスセンサネットワークは、単純なセンシング機能の収集について存在するような、少量のデータ伝送しか必要としないシステムにおいて使用されるときに、欠点を有する。このようなシステムでは、送信される必要があるデータの量が少ない結果として、ネットワーク容量の利用率が低くなり、ひいては、バッテリにより駆動されるノードがわずかな時間しか動作モードにしかならないようなデューティサイクルではないネットワークにおいてエネルギーが著しく浪費される。
【００３４】
従来のバッテリにより動作するワイヤレスセンサノードは、自己放電に起因して利用可能なバッテリエネルギーを失う可能性があるため、バッテリ寿命が短いという問題をこうむる。これは、動作のデューティサイクルが低い条件において動作するシステムにおいて特に問題となる。何となれば、バッテリ容量は、ノード自体が低エネルギーのスリープ状態にあるときでも、バッテリ容量が自己放電により連続的に失われるためである。
【００３５】
従来のワイヤレスセンサネットワークは、これらのネットワークが、個々のセンサノードの位置を特定することができないか、センサノードの位置の三角測量を可能にするために多数の受信点を使用するがあるか、又は、ＧＰＳといったような外部の位置特定システム又はビーコンにアクセスする必要があるという点において、欠点を有する。特に、屋内環境では、マルチパス信号伝搬の危険性が著しいために、狭帯域センサシステムは、マルチパス事象に関連する信号劣化及び時間的分散に起因して、貧弱な又は非機能的なセンサ位置特定能力に苦しむ可能性がある。同様に、屋内環境では、ＧＰＳといったような外部位置特定システム又はビーコンの利用可能性が最小限であるか存在しないため、センサの位置特定が阻害される。超広帯域通信を利用するネットワークにおいても、センサ位置の三角測量を達成するために多数の受信点を使用する必要性によって、位置特定が制限されることがある。これにより、全体的なネットワークの複雑さ及びコストが増加する可能性がある。
【００３６】
従来のワイヤレスセンサネットワークは、これらのワイヤレスセンサネットワークが通信中の衝突回避に著しいエネルギーを費やす可能性があるという点において、追加の欠点を有する。従来のワイヤレスセンサネットワークの中には、正確に調整された回路の使用を必要とする周波数分割多重の実装を必要とするものがある。これらの回路の動作は、調整されたＲＦ段に関連する電力消費に起因して著しいエネルギーを消費する可能性がある。一方、時分割多重を実装する従来のワイヤレスセンサネットワークシステムは、タイムスライスの同期を管理するために必要とされる送信及び受信無線の電力消費に起因して、著しい電力を消費する可能性がある。符号分割多重を実装する従来のシステムでは、符号化及び復号化の複雑さに起因して、符号化機能を実装する回路において著しい電力が消費される可能性がある。
【００３７】
バッテリにより動作するセンサノードを含むワイヤレスセンサネットワークは、通常、センサ通信範囲とバッテリ寿命との間のトレードオフに苦しむ。センサノードからのより大きい電力での無線送信を使用することにより、又は、個々のノードが中継器又はルータとして動作してワイヤレスセンサネットワークの物理的範囲にわたってマルチホップ通信を提供するメッシュネットワークを実装することにより、より長い範囲のセンサネットワーク動作を達成することができる。前者の例では、センサノードの電力消費は、送信電力に対するより大きい消費に起因して増加させられる。後者の例では、送信電力及び受信電力の両方が増加させられ得る。メッシュネットワークの実装に伴うネットワークトラフィックの増加に起因して送信電力が増加させられる一方、着信ネットワークのトラフィックを監視するために受信無線を長時間オンにする必要があることに起因して、受信電力が増加させられる。
【００３８】
これらの通信活動に関連するエネルギーコストの結果として、バッテリにより動作するセンサノードのバッテリ寿命が制限されることが多い。屋内環境では、特定の場所においては、センサノード及びワイヤレスセンサネットワークを動作させるための電力が豊富であることに留意されたい。一実施形態では、屋内環境は、例えば、家庭、アパート、オフィス及び商業ビルディングと、例えば、駐車場、歩道及び庭といったような近くの外部の場所と、に存在しうる屋内及び近くの外部の場所を含む。一例では、電力は、室内環境内の又は外部の壁に沿った特定の場所の電源コンセントにおいて利用可能である。ソーラーパワーを十分に発生させる能力があることに起因して、電力は、大規模な太陽による照射のある領域でも利用可能である。局所的に利用可能な電力の他の例が当業者には明らかであろう。結果として、屋内環境は、電力の利用性に大きな非対称性を提供するので、そのような環境に配置されたワイヤレスセンサネットワーク内の幾つかのノードは、外部電源に対する豊富なアクセスを有し、そのような環境内の他のノードは、取り付けられた電源（例えばバッテリ）に蓄えられたエネルギーに限定され得る。
【００３９】
一実施形態では、電力の利用性における非対称性を利用して、バッテリ電源により電力供給されるノードのバッテリ寿命を長く維持しつつ、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおける長距離通信を提供することができる。例示的な実施形態では、複数の通信ノード間における２０メートルの通信範囲が、バッテリにより駆動されるノードにおいて長いバッテリ寿命（例えば、約１０年、少なくとも10年）を提供しつつ、達成され得る。これは、本発明の様々な実施形態に係るエネルギー認識ネットワークプロトコルを実装することによって達成され得る。具体的には、ツリーのようなネットワークアーキテクチャが、長寿命バッテリにより駆動されるノードがこのツリーの終端で使用されるような局面において使用され得る。
【００４０】
図６は、一実施形態に係る非対称ツリーネットワークアーキテクチャを有するシステムを示す。システム６００は、ワイヤレス制御デバイス６１２を有する１つのハブ６１０と、各々がそれぞれワイヤレスデバイス６２１、６３１及び６４１を含む３つのノード６２０、６３０及び６４０と、を含む。各ワイヤレスデバイスは、ＲＦ回路（例えば、送信機機能及び受信機能を有するトランシーバ、送信機及び受信機）を含んで、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおけるハブ６１０のワイヤレス制御デバイスとの間における、通信６２２、６２４、６３２、６３４、６４２及び６４４を含む双方向通信を可能にしている。例えば、センサノード６３０は、通信６３２（例えば、センサノード６３０の送信通信）を送信し、通信６３４（例えば、センサノード６３０の受信通信）をハブ６１０から受信する。ハブ６１０の観点からは、通信６３２は受信通信であり、通信６３４はハブにとっては送信通信である。ワイヤレス制御デバイスは、各ワイヤレスデバイスについて送信機を送信可能にしかつ受信機を受信可能にするスケジュールされたタイミングを決定して、ノード６２０、６３０及び６４０のワイヤレスデバイスの電力消費を低減するように構成されている。
【００４１】
一実施形態では、ハブ６１０が主電源（例えば、交流（ＡＣ）電力供給）によって電力供給され、上記複数のノードがそれぞれバッテリ電源又は別のエネルギー源（主電源ではない）により電力供給されて、無線非対称ネットワークが形成される。
上記ノードの各ワイヤレスデバイスについて送信機に電力を供給しかつ受信機に電力を供給するスケジュールされたタイミングは、ハブと、上記ノードの各ワイヤレスデバイスとの間の通信のタイミングに基づいて決定される。
【００４２】
一例では、上記ノードの各ワイヤレスデバイスについての送信機は、１つの時間区間の５％未満送信するように動作可能であり、第１の複数のノードの各ワイヤレスデバイスについての受信機は、１つの時間区間の５％未満受信するように動作可能である。別の例では、上記ノードの各ワイヤレスデバイスについての送信機は、１つの時間区間の１％未満送信するように動作可能であり、上記ノードの各ワイヤレスデバイスの受信機は、１つの時間区間の１％未満受信するように動作可能である。上記ノードは、ワイヤレスデバイスの送信機及び受信機がそれぞれ送信及び受信のために動作可能でないときには、非通信状態にある。
【００４３】
センサノードは、家庭及びオフィスの完全性及びセキュリティを含む様々なアプリケーションのための、画像センサ、水分センサ、温度センサ、湿度センサ、空気質センサ、光センサ、モーションセンサ及びオーディオセンサ等を含む、１又はそれ以上のセンサを含む。例えば、モーションセンサは、ドア又は窓がロック解除されているかどうかを決定するために動作を感知し、画像センサは、画像を取得して、侵入者が家又は建物に侵入したかどうかを判断することができる。この場合、アラーム又は警告信号が、家の所有者又は建物の所有者のデバイス（例えば、ソースデバイス、クライアントデバイス、モバイルデバイス、タブレットデバイス、コンピューティングデバイス等）に送信され得る。
【００４４】
別の例では、水分センサは、家庭又は建物が潜在的な漏れ又は湿気の問題を有するかどうかを決定することができる。これらの実施形態の幾つかでは、センサがその割り当てられたタイムスロット又は送信ウィンドウを待たずに通信することがときには望ましいことがある。例えば、このような状況は、警報センサが侵入者を検出したときに起こり得る。この場合、センサは直ちに送信することができ、ハブは十分な電力を有し常に受信するように動作可能であるので、ハブは情報を受信する。他方、このようなネットワークは、通常の動作中に、ハブに制御される送信ウィンドウ及び受信ウィンドウによって達成される電力削減から恩恵を依然として受けるであろう。
【００４５】
特定の実施形態では、多数のハブが互いに通信し、多数のノードが多数のハブと通信し、ハブ及びノードが、マルチレベルのツリーネットワークを実装するために、複数の階層に編成され得る。
【００４６】
図７は、一実施形態に係る、多数のハブを有する非対称ツリー及びメッシュネットワークアーキテクチャを備えたシステムを示す。システム７００は、ワイヤレス制御デバイス７１２を有する中央ハブ７１０と、ワイヤレス制御デバイス７２１を有するハブ７２０と、ワイヤレス制御デバイス７８３を有するハブ７８２と、ワイヤレス制御デバイスｎを有するハブｎを含むさらなるハブと、を含む。図示されていないさらなるハブは、中央ハブ７１０又は他のハブと通信することができ、又は、さらなる中央ハブであり得る。各ハブは、他のハブ及び１又はそれ以上のセンサノードと双方向に通信する。ハブは、また、デバイス７８０（例えば、クライアントデバイス、モバイルデバイス、タブレットデバイス、コンピューティングデバイス、スマート装置、スマートＴＶ等）を含む他のデバイスと双方向に通信するように設計されている。
【００４７】
センサノード７３０、７４０、７５０、７６０、７７０、７８８、７９２、ｎ及びｎ＋１（又は端末ノード）の各々は、それぞれ、ワイヤレスデバイス７３１、７４１、７５１、７６１、７７１、７８９、７９３、ｎ及びｎ＋１を含む。センサノードは、より上位のハブ又はノードとの上り通信のみを有し、かつ、別のハブ又はノードとの下り通信を有さない場合には、端末ノードである。各ワイヤレスデバイスは、送信機及び受信機（又はトランシーバ）を備えたＲＦ回路を含んで、ハブ又は他のセンサノードとの双方向通信を可能にする。
【００４８】
一実施形態では、中央ハブ７１０は、ハブ７２０、７８２、ハブｎ、デバイス７８０、並びに、ノード７６０及び７７０と通信する。これらの通信は、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおける、通信７３２、７３４、７４２、７４４、７５２、７５４、７７４、７７２、７６４、７８１、７８４、７８６、７１４及び７１２を含む。ワイヤレス制御デバイス７１１を有する中央ハブは、他のハブに通信を送信し、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを制御及び監視するために他のハブから通信を受信するように構成される。
【００４９】
ハブ７２０は、中央ハブ７１０、並びに、センサノード７３０、７４０及び７５０と通信する。これらのセンサノードとの通信は、通信７３２、７３４、７４２、７４４、７５２及び７５４を含む。例えば、ハブ７２０の観点からは、通信７３２がこのハブにより受信され、通信７３４がセンサノードに送信される。センサノード７３０の観点からは、通信７３２がハブ７２０に送信され、通信７３４がこのハブから受信される。
【００５０】
ワイヤレス制御デバイス７２１は、各ワイヤレスデバイス７３１、７４１、７５０について送信機を送信可能にしかつ受信機を受信可能にするスケジュールされたタイミングを決定して、ノード７３０、７４０及び７５０のワイヤレスデバイスの電力消費を低減するように構成される。
【００５１】
中央ハブ７１０のワイヤレス制御デバイス７１１は、各ワイヤレスデバイスについて送信機を送信可能にしかつ受信機を受信可能にするスケジュールされたタイミングを決定して、ノードのワイヤレスデバイスの電力消費を低減するように構成される。例えば、中央ハブ７１０のワイヤレス制御デバイス７１１は、各ワイヤレスデバイス７６１及び７７１について送信機を送信可能にしかつ受信機を受信可能にするスケジュールされたタイミングを決定して、ノード７６０及び７７０のワイヤレスデバイスの電力消費を低減するように構成される。
【００５２】
別の例では、中央ハブ７１０のワイヤレス制御デバイス７１１は、ハブ７２０、７８２及びｎの各ワイヤレス制御デバイスについて送信機を送信可能にしかつ受信機を受信可能にするスケジュールされたタイミングを決定して、特にこれらのハブが主電源によって電力供給されていない場合に、これらのハブの電力消費を低減するように構成される。
【００５３】
一実施形態では、中央ハブ７１０、ハブ７２０、ハブ７８２及びハブｎが主電源により電力を供給され、センサノードの各々がバッテリ電源又は別のエネルギー源（主電源ではない）により電力を供給されて、ワイヤレス非対称ネットワークが形成される。ノードの各ワイヤレスデバイスについて送信機を送信可能にしかつ受信機を受信可能にするスケジュールされたタイミングは、ハブとノードの関連するワイヤレスデバイスとの間における通信のタイミングに基づいて決定される。
【００５４】
図６又は図７に示されたアーキテクチャを使用することにより、長いバッテリ寿命を必要とするノードが通信に費やされるエネルギーを最小限に抑え、また、ツリー階層内のより高いレベルのノードが、利用可能なエネルギー源を使用して実装されるか、又は、これに代えてより大きな容量を提供するか若しくはより短いバッテリ寿命を提供するバッテリを使用し得る。バッテリにより駆動される端末ノードにおける長いバッテリ寿命を容易にするために、これらのノードとそれらの上位レベルの対応物（以下「最低レベルのハブ」という。）との間の通信は、最低レベルのハブと端末ノードとの間において最小限の送信及び受信トラフィックが生ずるように、確立され得る。
【００５５】
一実施形態では、ノードは、低エネルギーの非通信状態において大抵の時間（例えば、時間の９０％超、時間の９５％超、時間の約９８％又は９８％超）を費やす。ノードが起きて通信状態に入ると、ノードは最低レベルのハブにデータを送信することが可能である。このデータは、ノード識別情報、センサデータ、ノード状態情報、同期情報、位置特定情報、及び、ワイヤレスセンサネットワークに関する他のそのような情報を含むことができる。
【００５６】
送信のタイミングに関連する決定論的な手法において、ノードは、次に、ツリーネットワークアーキテクチャ又はツリー及びメッシュネットワークアーキテクチャ内の最低レベルのハブ又は他の通信可能なデバイスにより送信されたデータの受信を可能にするように動作することもできる。受信のタイミングは送信のタイミングに関係するので、端末ノードは、ＲＦ回路の受信機の受信無線を受信モードにおいてアクティブに保ちながら過度のエネルギーを消費しない。さらに、例えば、最低レベルのハブにおけるＲＦ回路の送信無線は、端末ノードからの送信信号のタイミングに基づいて、端末ノードの受信無線がいつアクティブであるかを認識している。ネットワークアーキテクチャにおける最低レベルのハブ及び他のデバイスは、エネルギー制約がないので、それらの受信無線を、通信を受信するための動作可能なモード（例えば、受信モード）にかなりの時間維持することができる、ということに留意されたい。ハブにより送信され、端末ノードにより受信されたデータは、命令、構成情報、ノード識別情報、タイミング情報、及び、ワイヤレスセンサネットワークに関する他のそのような情報を含むことができる。
【００５７】
ハブは、本発明の実施形態に係る多数の方法により物理的に実装することができるものである。図８Ａは、一実施形態に係る電力コンセントについてのオーバーレイ８００として実装されたハブの例示的な実施形態を示す。オーバーレイ８００（例えば、フェイスプレート）は、ハブ８１０と、このハブを電気コンセント８０２に結合する接続８１２（例えば、通信リンク、信号線、電気接続等）と、を含む。これに代えて（又はこれに加えて）、このハブはコンセント８０４に接続される。オーバーレイ８００は、安全及び審美的な目的のために、電気コンセント８０２及び８０４を覆うか又は取り囲む。
【００５８】
図８Ｂは、一実施形態に係る電力コンセントについてのオーバーレイとして実装されたハブ８２０のブロック図を分解して示す例示的な実施形態を示す。ハブ８２０は、周期的に方向を反転させる交流（ＡＣ）を、１つの方向のみに流れる直流（ＤＣ）に変換する電源整流器８３０を含む。電源整流器８３０は、接続８１２（例えば、通信リンク、信号線、電気接続等）を介してコンセント８２０からＡＣを受け取り、ＡＣをＤＣに変換して、接続８３２（例えば、通信リンク、信号線、電気接続等）を介してコントローラ回路８４０に電力を供給し、かつ、接続８３４（例えば、通信リンク、信号線、電気接続等）を介してＲＦ回路８５０に電力を供給する。コントローラ回路８４０は、メモリ８４２を含むか、又は、本明細書において議論されるワイヤレス非対称ネットワークを形成及び監視するためにハブの動作を制御するコントローラ回路８４０の処理ロジック８４４（例えば、１又はそれ以上の処理ユニット）により実行される命令を記憶するメモリに結合される。ＲＦ回路８５０は、ワイヤレスセンサノードとのアンテナ８５２を介した双方向通信を送受信する、トランシーバ、又は、別々の送信機８５４及び受信機８５６の機能を含むことができる。ＲＦ回路８５０は、接続８３４（例えば、通信リンク、信号線、電気接続等）を介してコントローラ回路８４０と双方向に通信する。ハブ８２０がワイヤレス制御デバイス８２０であってもよいし、又は、コントローラ回路８４０、ＲＦ回路８５０及びアンテナ８５２が組み合わさって本明細書で議論されるワイヤレス制御デバイスを形成してもよい。
【００５９】
図９Ａは、一実施形態に係る、コンピュータシステム、機器又は通信ハブ内に配置するためのカードとして実装されたハブの例示的な実施形態を示す。カード９６２は、矢印９６３により示されるように、システム９６０（例えば、コンピュータシステム、機器又は通信ハブ）に挿入され得る。
【００６０】
図９Ｂは、一実施形態に係る、コンピュータシステム、機器又は通信ハブ内に配置するためのカードとして実装されたハブ９６４のブロック図の例示的な実施形態を示す。ハブ９６４は、接続部９７４（例えば、通信リンク、信号線、電気接続等）を介してコントローラ回路９６８に電力（例えばＤＣ電源）を供給しかつ接続９７６（例えば、通信リンク、信号線、電気接続等）を介してＲＦ回路９７０に電力を供給する電源９６６を含む。コントローラ回路９６８は、メモリ９６１を含むか、又は、本明細書において議論されるワイヤレス非対称ネットワークを形成及び監視するためにハブの動作を制御するコントローラ回路９６８の処理ロジック９６３（例えば１又はそれ以上の処理ユニット）により実行される命令を記憶するメモリに結合される。
ＲＦ回路９７０は、ワイヤレスセンサノードとのアンテナ（又は複数のアンテナ）９７８を介して双方向通信を送受信するトランシーバ、又は、別々の送信機９７５及び受信機９７７の機能を含むことができる。ＲＦ回路９７０は、接続９７２（例えば、通信リンク、信号線、電気接続等）を介してコントローラ回路９６８と双方向に通信する。ハブ９６４は、ワイヤレス制御デバイス９６４であってもよいし、又は、コントローラ回路９６８、ＲＦ回路９７０及びアンテナ９７８が組み合わさって本明細書において議論されるワイヤレス制御デバイスを形成してもよい。
【００６１】
図９Ｃは、一実施形態に係る、機器（例えば、スマート洗濯機、スマート冷蔵庫、スマートサーモスタット、他のスマート機器等）内に実装されたハブの例示的実施形態を示す。機器９８０（例えばスマート洗濯機）はハブ９８２を含む。
【００６２】
図９Ｄは、一実施形態に係る、機器（例えば、スマート洗濯機、スマー冷蔵庫、スマートサーモスタット、他のスマート機器等）内に実装されたハブ９８４のブロック図を分解して示す例示的な実施形態を示す。このハブは、接続部９９６（例えば、通信リンク、信号線、電気接続等）を介してコントローラ回路９９０に電力（例えばＤＣ電源）を供給し、接続９９８（例えば、通信リンク、信号線、電気接続等）を介してＲＦ回路９９２に電力を供給する。コントローラ回路９９０は、メモリ９８６を含むか、又は、ワイヤレス非対称ネットワークを形成及び監視するためにハブの動作を制御するコントローラ回路９９０の処理ロジック９８８（例えば、１又はそれ以上の処理ユニット）により実行される命令を格納するメモリに結合される。ＲＦ回路９９２は、ワイヤレスセンサノードとアンテナ（又は複数のアンテナ）９９９を介して双方向通信を送受信するトランシーバ、又は、別々の送信機９９４及び受信機９９５の機能を含むことができる。ＲＦ回路９９２は、接続９９４（例えば、通信リンク、信号線、電気接続等）を介してコントローラ回路９９０と双方向に通信する。ハブ９８４は、ワイヤレス制御デバイス９８４であってもよいし、又は、コントローラ回路９９０、ＲＦ回路９９２及びアンテナ９９９が組み合わさって本明細書において議論されるワイヤレス制御デバイスを形成してもよい。
【００６３】
図１０は、一実施形態に係る、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャのための通信を提供する方法に関するフローチャートを示す。方法１０００の動作は、ワイヤレスデバイス、ハブ（例えば装置）のワイヤレス制御デバイス、又は、処理回路若しくは処理ロジックを含むシステムによって実行されてもよい。処理ロジックは、ハードウェア（回路、専用ロジック等）、ソフトウェア（汎用コンピュータシステム、専用マシン若しくはデバイス上で実行されるもの等）、又は、これら両方の組み合わせを含むことができる。一実施形態では、ハブが方法１０００の動作を実行する。
【００６４】
動作１００２において、ワイヤレス制御デバイスを有するハブの処理ロジックが、命令及び構成情報を含む通信を複数のノードに送信する。ノード識別情報、タイミング情報、及び、他の情報を含む他の情報も、送信される通信に含まれ得る。一例では、ハブのＲＦ回路が通信を送信及び受信する。動作１００４において、ハブが、送信機及び受信機（又はトランシーバ）を備えたワイヤレスデバイスを各々が有する複数のノードからの通信を受信して、ハブとの双方向通信を可能にし、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャが形成される。動作１００６において、ハブの処理ロジック（例えば１又はそれ以上の処理ユニット）が、各ワイヤレスデバイスについて送信機（又はトランシーバの送信機機能）を送信可能にしかつ受信機（又はトランシーバの受信機機能）を受信可能にするスケジュールされたタイミングを決定して、複数のノードのワイヤレスデバイスの電力消費を低減する。
【００６５】
一例では、ハブが主電源により電力を供給され、複数のノードの各々がバッテリ電源又は別のエネルギー源により電力を供給されて、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャが形成される。
【００６６】
一実施形態では、各ワイヤレスデバイスについて送信機（又はトランシーバの送信機機能）を送信可能にしかつ受信機（又はトランシーバの受信機機能）を受信可能にするスケジュールされたタイミングは、ハブと複数のノードの各ワイヤレスデバイスとの間の通信のタイミングに基づいて決定される。一例では、ノードの少なくとも１つのワイヤレスデバイスについて受信機（又はトランシーバの受信機機能）を受信可能にするスケジュールされたタイミングは、上記少なくとも１つのワイヤレスデバイスから上記ハブに送信されている通信のタイミングに基づいて決定される。
【００６７】
一例では、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャは、ワイヤレスツリー非対称ネットワークアーキテクチャを含む。別の例では、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャは、ワイヤレスツリー及びメッシュ非対称ネットワークアーキテクチャを含む。
【００６８】
一実施形態では、ハブは、ネットワークにおける衝突を回避するために、将来の送信／受信通信のタイミングをシフトするように、上記ノードのうちの１又はそれ以上に対して指示することができる。図１１は、一実施形態に係る、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャの衝突を回避するために送信及び受信通信をシフトするための時間シーケンスを示す。図１１は、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャのハブ及びノード１〜４に対する送信及び受信タイムラインを示す。最初に、ノード１が、送信タイムライン（ＴＸ）の送信ウィンドウ１１１０の間にハブに対して通信を送信する。この実施形態では、ハブは、このハブの連続した受信ウィンドウ１１０８により示されるように、連続的にリッスンしている。次いで、ハブは、ノード１の受信タイムライン（ＲＸ）の受信ウィンドウ１１１２に対するタイミングを決定するために、ノード１の送信ウィンドウから分離した受信ウィンドウを減じる計算を行う。ハブは、ハブの送信ウィンドウ１１１４の期間中にノード１に対して通信を送信し、ノード１の受信ウィンドウ１１１２は、この通信を受信する。言い換えると、ノード１のワイヤレスデバイスのＲＦ回路の受信機（又はトランシーバの受信機機能）は、通信を受信するために、受信ウィンドウ１１１２の期間中において受信する動作が可能である。
【００６９】
同様に、ハブは、ノード２と通信するか又は処理を行う。ノード２は、ノード２の送信タイムライン（ＴＸ）の送信ウインドウ１１１６の期間中にハブに通信を送信する。次に、ハブは、ノード２の受信タイムライン（ＲＸ）の受信ウィンドウ１１２０に対するタイミングを決定するために、ノード２の送信ウィンドウから分離した受信ウィンドウを減じる計算を行う。ハブは、ハブの送信ウィンドウ１１１８の期間中にノード２に対して通信を送信し、ノード２の受信ウィンドウ１１２０がこの通信を受信する。
【００７０】
次に、ハブは、ノード３の送信ウィンドウ１１２２の期間中にノード３からの通信を検出し、同時に、又は、略同時に、ノード４の送信ウィンドウ１１２４の期間中にノード４からの通信も検出する。この衝突時間１１３０では、ハブは衝突１１３１が発生したことを検出する（例えば、送信の一部又は全部が理解不能又は不可逆的に文字化けしていることをハブが検出した場合）。言い換えると、ノード３及びノード４からの通信は、衝突時間１１３０において、又は、その付近で、ハブによって受信される理解不能な送信（例えば、不可逆的に文字化けした送信）を形成するために結合される。次に、ハブは、理解不能な又は文字化けした送信ウィンドウ（例えば、送信ウィンドウ１１２２及び１１２４）の期間中に、理解不能な又は文字化けした送信を送信した任意のノードの次の受信ウィンドウを計算することができる。ノード３及び４のための当該次の受信ウィンドウ（例えば、受信ウィンドウ１１３２および１１３４）、又は、任意の更なる後続の受信ウィンドウ（例えば、受信ウィンドウ１１４５および１１４７）において、送信ウィンドウ１１２６を有するハブは、衝突するノード（例えば、ノード３及び４）に対して、図１１に示されるように、対応する送信及び受信ウィンドウを異なる時間遅延又は期間だけシフトするように指示する。この例では、ノード３の送信ウィンドウ１１２２から送信ウィンドウ１１４４への時間遅延又はシフト１１５０は、送信ウィンドウ１１４４及び送信ウィンドウ１１４６の期間中における送信に基づく衝突を回避するために、ノード４の送信ウィンドウ１１２４から送信ウィンドウ１１４６への時間遅延又はシフト１１５２よりも少ない。
【００７１】
この時間遅延又はシフトは、例えば、各ノード内の乱数発生器を用いてランダムに決定されてもよく、又は、ハブによって決定及び指示されてもよい。ハブは、利用可能な将来のウィンドウから選択し、それらをセットとして衝突ノードに提供し得る。これらの衝突ノードは、例えば、その後、これらのうちの１つをランダムに選択することができる。この選択が行われると、将来のウィンドウに対して衝突が回避されるはずである。一方、次のウィンドウで衝突が再び発生した場合（例えば、衝突したノードのうちの２つが同じタイムシフトをたまたま選択したため）、処理は、全ての衝突が回避されるまで繰り返すことができる。このように、ハブは、ノードから過剰な複雑さを要求することなく、ネットワーク全体の動作を調停することができ、この結果、ノードの動作のために必要とされるエネルギーを低減することができる。
【００７２】
図１２は、一実施形態に係るワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおける通信の調停及び衝突回避の方法を示す。方法１２００の動作は、ワイヤレスデバイス、ハブ（例えば、装置）のワイヤレス制御デバイス、又は、処理回路若しくは処理ロジックを含むシステムによって実行され得る。処理ロジックは、ハードウェア（回路、専用ロジック等）、ソフトウェア（汎用コンピュータシステム、又は、専用マシン若しくはデバイス上で実行されるもの等）、又は、その両方の組み合わせを含み得る。一実施形態において、ハブが方法１２００の動作を実行する。
【００７３】
動作１２０２では、ハブの受信機（例えば、ＲＦ回路、トランシーバの受信機機能）は、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャ内の複数のノードのうちの少なくとも１つのノードからの通信（例えば送信）を検出する。各ノードは、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを形成するためにハブとの双方向通信を可能とする送信機及び受信機（又はトランシーバの送信機及び受信機機能）を有する無線デバイスを含み、又は、当該無線デバイスである。動作１２０４において、ハブの処理ロジックは、通信の少なくとも一部（例えば、２５％、５０％、７５％）が、他の通信又はＲＦ源からの干渉に潜在的に基づいて、ハブの処理回路、又は、ハブに接続された処理回路にとって理解不能である（例えば文字化けしている、歪んでいる）かどうかを決定する。
【００７４】
動作１２０６では、通信が理解可能であると判定された場合、ハブの処理ロジックは、通信を送信したノードを識別し、また、送信ノードのための次の又は後続の受信ウィンドウを決定する。動作１２０８では、ハブの送信機（又はトランシーバの送信機機能）は、必要又は適切である場合、決定された次の又は後続の受信ウィンドウの期間中に、このノードに通信を送信する。
【００７５】
動作１２１０では、通信の少なくとも一部が理解不能であると判定されたときには、ハブの処理ロジックは、異なるノードから略同時に送信された通信の衝突が発生しそうかどうかを判定する（例えば、衝突の発生確率がおよそ５０パーセント以上）。そうである場合、ハブの処理ロジックは、動作１２１２において、衝突ノードに対する次の又は後続の受信ウィンドウを演算する。衝突ノードの受信ウィンドウの期間中において、ハブ（例えば、ハブの送信機、ハブのトランシーバの送信機機能）は、衝突するノードに対して、異なる時間間隔又はランダムに決定された時間間隔だけ次の送信ウィンドウをシフトするためのノードに対する命令を伴って、通信を送信する。例えば、第１のノードは、ハブからの第１の通信に基づいて、第１の時間間隔で次の送信ウィンドウをシフトすることを指示される一方、第２のノードは、ハブからの第２の通信に基づいて、第２の時間間隔で次の送信ウィンドウをシフトすることを指示される。この例において、第１及び第２の時間間隔は、第１及び第２のノードの将来の送信からの衝突を回避するのに十分な程度に異なっている。
【００７６】
ハブの処理ロジックが、動作１２１０において、異なるノードから略同時に送信された通信の衝突が生じていなさそうであると判断した場合、その後の動作１２１６では、ハブの処理ロジックは、少なくとも一部が、ハブの処理回路又はハブに接続された処理回路にとって理解不能である通信を送信したノードに対する次の又は後続の受信ウィンドウを決定する。動作１２１８では、計算されたノードの次の又は後続の受信ウィンドウの期間中において、ハブの処理ロジックは、ハブからノードに通信を送信し、当該通信は、ノードからの以前の通信の反復送信（再送信）を要求する。
【００７７】
一実施形態では、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを提供するための装置（例えば、ハブ、ワイヤレス制御デバイス等）は、命令を格納するメモリ（例えば、メモリ８４２、メモリ９６１、メモリ９８６、メモリ１８８６）と、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおける通信を確立及び制御するための命令を実行する処理ロジック（例えば、１又はそれ以上の処理ユニット、処理ロジック８４４、処理ロジック９６３、処理ロジック９８８、処理ロジック１８８８）と、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおける通信を送受信する無線周波数（ＲＦ）回路と、を含む。ＲＦ回路（ＲＦ回路８５０、ＲＦ回路９７０、ＲＦ回路９９２、ＲＦ回路１８９０）は、送信機及び受信機（又はトランシーバの送信機機能及び受信機機能性）を備えたワイヤレスデバイスを各々が有する複数のノードに対して通信を送信して、ワイヤレス非対称ネットワークにおいてハブのＲＦ回路との双方向通信を可能にするものである。処理ロジック（例えば、１又はそれ以上の処理ユニット）は、上記装置に通信を送信する各ワイヤレスデバイス（例えば、センサノード、端末ノード）の送信機のための送信ウィンドウ及び受信機のための受信ウィンドウを決定し、かつ、上記ワイヤレスデバイスから受信された通信の衝突を回避するためのアンチコリジョン機能を提供するよう、命令を実行するように構成されている。
【００７８】
一例では、上記装置が主電源により電力を供給され、上記複数のノードの各々がバッテリ電源又は別のエネルギー源（主電源ではない）により電力を供給されて、ワイヤレス非対称ネットワークが形成される。
【００７９】
一実施形態では、ハブの処理ロジック（例えば、１又はそれ以上の処理ユニット）は、命令を実行して、第１のノードから受信した通信について衝突が発生したかどうかを決定するように、さらに、第１のノード及び第２のノードからの通信の衝突が発生した場合に、第１のノード及び第２のノードについての次の又は後続の受信ウィンドウを計算するように、構成される。
【００８０】
一例では、ハブの処理ロジック（例えば、１又はそれ以上の処理ユニット）は、命令を実行して、第１のノード及び第２のノードの各々に対して通信を送信するように構成されており、各ノードについての各通信は、第１のノード及び第２のノードの受信ウィンドウの期間中に、異なる時間区間又はランダムに決定された時間区間だけ各ノードについての次の送信ウィンドウのシフトを生じさせる。
【００８１】
ハブの処理ロジック（例えば１又はそれ以上の処理ユニット）は、第１のノード及び第２のノードから受信された通信について衝突が発生したときに、命令を実行して、少なくとも１つの乱数を生成するように、さらに、少なくとも１つのノードのための将来の送信ウィンドウ及び将来の受信ウィンドウのうちの少なくとも一方を上記少なくとも１つの乱数に基づいてシフトするように、構成される。一例では、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャは、建物内又は建物の近くの状態を保護及び監視するために、建物内又は建物の近くに実装される。
【００８２】
一実施形態では、ツリーネットワークアーキテクチャ又はツリー及びメッシュネットワークアーキテクチャの様々な上位レベルにおけるハブ間において、更なる通信が提供され得る。この通信は、端末ノードから受信されたデータ、又は、端末ノードに送信されるべきデータ、構成情報、タイミング情報、ハブ及び／又はノード識別情報といったようなものを伝送することを含むことができる。
【００８３】
本明細書において説明されるハブとノードとの間の通信は、様々な手段を用いて実現することができ、無線周波数を用いた直接的なワイヤレス通信、住宅、アパート、商業ビル等の中の電気配線上に信号を変調することによって実現される電力線通信、８０２.１１ａ、８０２.１１ｂ、８０２.１１ｎ、８０２.１１ａｃ、及び、当業者にとって明らかである他の同様のＷｉＦｉ通信プロトコル等の標準的なＷｉＦｉ通信プロトコルを用いたＷｉＦｉ通信、ＧＰＲＳ、ＥＤＧＥ、３Ｇ、ＨＳＰＤＡ、ＬＴＥ、及び、当業者にとって明らかである他の同様のセルラ通信プロトコル等のセルラ通信、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）通信、Ｚｉｇｂｅｅのような周知の無線センサネットワークプロトコルを用いた通信、並びに、当業者にとって明らかである他の有線又は無線の通信方式を、これらに限定することなく含む。
【００８４】
端末ノードとハブとの間の無線周波数通信の実装は、様々な方法により行うことができるものである。一実施形態では、超広帯域通信（ＵＷＢ）を使用して通信が達成され得る。ＵＷＢには幾つかの利点がある。例えば、ＵＷＢ通信は、マルチパス干渉に関連する問題に対してより良好な耐性を提供する。狭帯域システムでは、例えば照準線信号に加えられた表面に反射する時間遅延信号が信号強度及び完全性の低下を引き起こし得ることが周知である。一方、ＵＷＢでは、パルス幅が短いため、一般に劣化が抑制される。ＵＷＢは、また、多数の同時に通信するノードを有するワイヤレスセンサネットワークにおいて有用な、より良いチャネルの利用を提供する。ＵＷＢはより良い伝搬特性を提供するので、屋内環境に存在する壁等は、多くの狭帯域ネットワークの場合における程著しくは、ネットワーク性能を低下させない。ＵＷＢは、インダクタ、コンデンサ等といったようなＲＦ部品の使用をより少なくして、はるかに単純な無線アーキテクチャを可能にもする。これは、低電力環境において有利である。何となれば、通常、一般にこれらの部品に対する電力供給が全体的な電力消費を増加させるからである。したがって、ＵＷＢは、端末ノードにおいてバッテリにより駆動されるＵＷＢ無線についてのバッテリ寿命を改善するという観点において有利である。
【００８５】
さらに、ＵＷＢは、比較的簡単な方法によりセンサの位置特定を実施することができる。図１３は、一実施形態に係る、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャのためのセンサの位置特定の実装を提供する方法に関するフローチャートを示す。方法１３００の動作は、ワイヤレスデバイス、ハブ（例えば装置）のワイヤレス制御デバイス、又は、処理回路若しくは処理ロジックを含むシステム、によって実行され得る。処理ロジックは、ハードウェア（回路、専用ロジック等）、ソフトウェア（汎用コンピュータシステム、専用マシン、若しくは、デバイス上で実行されるもの等）、又は、その両方の組み合わせを含むことができる。一実施形態では、ハブが方法１３００の動作を実行する。
【００８６】
動作１３０１において、無線周波数（ＲＦ）回路及び少なくとも１つのアンテナを有するハブは、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャ内の複数のセンサノードに通信を送信する。動作１３０２において、ハブのＲＦ回路及び少なくとも１つのアンテナは、ワイヤレス非対称ネットワークにおけるハブのＲＦ回路との双方向通信を可能にするために送信機及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを各々有する複数のセンサノードからの通信を受信する。動作１３０３において、ハブの処理ロジック（例えば１又はそれ以上の処理ユニット）は、各センサノードからの通信を受信することに基づいて、複数のセンサノードについての位置情報（例えば、正確な位置情報）を決定する。要求される精度のレベルは、センサネットワークが配備されているアプリケーションのニーズに基づいて選択され得る。例えば、位置精度はいずれの方向においても１メートル（ｍ）よりも良い可能性があるので、典型的な屋内又は近くの屋内の環境では、センサのおおよその位置が分かり、２又はそれ以上の任意のセンサの位置の正確性において重なりがほとんどないか又はない。より高い精度が必要とされる用途では、１０センチメートル（ｃｍ）より良好な位置の精度が得られるので、各センサノードの正確な位置が分かる。
【００８７】
一例では、ハブが主電源により電力を供給され、複数のセンサノードの各々がバッテリ電源又は別のエネルギー源（主電源ではない）により電力を供給されて、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャが形成される。
【００８８】
一例では、ハブの１又はそれ以上の処理ユニットは、複数のセンサノードから受信した通信についての、到来角度情報、信号強度情報、及び、到来時間情報、のうちの少なくとも１つに基づいて、複数のセンサノードについての位置情報を決定する。
【００８９】
別の例では、１又はそれ以上の処理ユニットは、最も強い信号成分を用いて到来角度を決定するための到来角度情報に基づいて、マルチパス環境において最短の直接パスを識別するための情報（これは複数のセンサノードからの通信について、到来時間情報から決定される）と組み合わせて、複数のセンサノードについての位置情報を決定する。
【００９０】
一例では、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャは、ワイヤレスツリー非対称ネットワークアーキテクチャ、並びに、ワイヤレスツリー及びメッシュ非対称ネットワークアーキテクチャのうちの少なくとも一方を含む。
【００９１】
一実施形態では、ハブの少なくとも１つのアンテナは、超広帯域（ＵＷＢ）通信を複数のセンサノードに送信し、複数のセンサノードからＵＷＢ通信を受信する。
【００９２】
ノードからＵＷＢ伝送を受信するハブは、例えば、到来角度（ＡＯＡ）、信号強度（ＳＳ）及び／又は到来時間（ＴＯＡ）情報を使用してノードの位置を決定することができる。ＡＯＡ情報は、ハブの多数のアンテナを使用して決定され、最も強い信号成分を有する到来角度の決定を可能にする。ＴＯＡから決定することができる最も直接的なパスを識別する情報と組み合わせて、センサ位置が確立され得る。ＵＷＢで使用される短いパルスに起因して、ＴＯＡの精度は、特にマルチパスを有する環境において高くなり得る。同様に、ＳＳ情報は、ノードからのセンサ距離を推定するために使用され、ＡＯＡと組み合わされてセンサの位置特定を提供することができる。一例では、ＵＷＢをベースにしたセンサ位置特定のための全体的なアーキテクチャが図１４に示される。
【００９３】
図１４は、一実施形態に係る、センサの位置特定を可能にするための、装置（例えば、ハブ）における多数のアンテナ及びマルチパス環境の使用を示す。環境１４００は、壁１３３０、１３３１及び１３３２を含む。ハブ１３１０は、アンテナ１３１１、１３１２及び１３１３を含む。センサノード１は、アンテナ１３２１を含み、センサノード２は、アンテナ１３２２を含む。ハブ１３１０は、例えば、ノード１及び２から伝送１３４０〜１３４７（例えばＵＷＢ伝送）を受信した場合に、到来角度（ＡＯＡ）、信号強度（ＳＳ）及び／又は到来時間（ＴＯＡ）情報を使用してノード１及びノード２の位置を決定することができる。（伝送１３４６についての第１パス、及び、壁１３３２に反射した伝送１３４７についての第２パス、といったような、壁又は他の物体からの反射に基づいた）マルチパスの効果は、信号１３４８対時間１３４９の２つのピークにより示されているように、短いUWBパルスに起因して収容され得る。伝送１３４８は、伝送１３４６と伝送１３４７との組み合わせを表す。第１ピーク１３３４は送信１３４６を表し、第２ピーク１３３６は伝送１３４７を表す。ＡＯＡ情報は、ハブ１３１０の多数のアンテナ１３１１〜１３１３を用いて決定されて、最も強い信号成分を用いた到来角度の決定を可能にする。ＴＯＡから決定可能な最も直接的なパスを識別する情報と組み合わせて、ノード１及び２のセンサ位置が確立され得る。ＵＷＢで使用される短いパルスに起因して、ＴＯＡの精度は、特に多数のパスを有する環境において高くなる。同様に、ＳＳ情報は、ノードからのセンサ距離を推定するために使用され、ＡＯＡと組み合わされて、センサの位置特定を提供することができる。
【００９４】
一実施形態では、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを提供するための装置（例えば、ハブ６１０、ハブ７１０、ハブ７２０、ハブ７８２、ハブｎ、ハブ８２０、ハブ９６４、ハブ１３１０及びハブ１８８２）は、命令を記憶するためのメモリ（例えば、メモリ８４２、メモリ９６１、メモリ９８６、メモリ１８８６）と、命令を実行して、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信を確立及び制御するためのハブの処理ロジック（例えば、１又はそれ以上の処理ユニット、処理ロジック８４４、処理ロジック９６３、処理ロジック９８８、処理ロジック１８８８）と、多数のアンテナ（アンテナ８５２、アンテナ９７８、アンテナ９９９、アンテナ１３１１、１３１２及び１３１３）を含んでワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信を送受信するための無線周波数（ＲＦ）回路（ＲＦ回路８５０、ＲＦ回路９７０、ＲＦ回路９９２、ＲＦ回路１８９０）と、を含む。
ＲＦ回路及び複数のアンテナは、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおける装置のＲＦ回路との双方向通信を可能にするために、送信機及び受信機（又はトランシーバの送信機機能及び受信機機能）を備えたワイヤレスデバイスを各々が有する複数のセンサノード（例えばノード１、ノード２）に対して通信を送信するものである。処理ロジック（例えば、１又はそれ以上の処理ユニット）は、命令を実行して、各センサノードからの通信を受信することに基づいて複数のセンサノードについての位置情報を決定するように構成される。
【００９５】
一実施形態では、装置が主電源により電力を供給され、複数のセンサノードの各々がバッテリ電源又は別のエネルギー源（主電源ではない）により電力を供給されて、ワイヤレス非対称ネットワークが形成される。
【００９６】
一実施形態では、処理ロジック（例えば、１又はそれ以上の処理ユニット）は、命令を実行して、複数のセンサノードからの通信についての、到来角度情報、信号強度情報、及び、到来時間情報のうちの少なくとも１つに基づいて、複数のセンサノードについての位置情報を決定するように構成される。
【００９７】
一実施形態では、処理ロジック（例えば１又はそれ以上の処理ユニット）は、命令を実行して、最も強い信号成分を用いて到来角度を決定するための到来角度情報に基づいて、マルチパス環境において最短の直接パスを識別するための情報（これは複数のセンサノードからの通信について、到来時間情報から決定される）と組み合わせて、複数のセンサノードについての位置情報を決定する、ように構成される。
【００９８】
一例では、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャは、ワイヤレスツリー非対称ネットワークアーキテクチャ、並びに、ワイヤレスツリー及びメッシュ非対称ネットワークアーキテクチャのうちの少なくとも一方を含む。
【００９９】
一実施形態では、ＲＦ回路の複数のアンテナは、超広帯域（UWB）通信を複数のセンサノードに送信し、複数のセンサノードからＵＷＢ通信を受信する。
【０１００】
別の実施形態では、複数のハブが、センサノードから同時にデータを受信するために使用され得る。この用途では、ＳＳ又はＴＯＡ推定値を介して測定された距離から三角測量することによって、ＡＯＡ決定を必要とせずにセンサの位置が確立され得る。この例が図１５に示される。
【０１０１】
図１５は、一実施形態に係る位置特定（localization）を達成するための、単一のアンテナをそれぞれ有する多数のハブの使用を示す。環境１３５０は、壁１３７０、１３７１及び１３７２を含む。システム１３５４は、アンテナ１３６１を有するハブ１３６０と、アンテナ１３６３を有するハブ１３６２と、アンテナ１３６５を有するハブ１３６４と、を含む。これらのハブは互いに同期している。センサノード１３８２はアンテナ１３８３を含み、センサノード１３８０はアンテナ１３８１を含む。センサノード１３８０は、図１５に示されているように、ハブ１３６０、１３６２及び１３６４に対してそれぞれ伝送１３７０〜１３７２を送信する。センサノード１３８２は、図１５に示されているように、ハブ１３６０、１３６２及び１３６４に対してそれぞれ伝送１３７３〜１３７５を送信する。多数のハブにおける到来時間情報は、ノード１３８０及び１３８２の位置をマッピングするために用いられ得る。
【０１０２】
一実施形態では、ワイヤレス非対称ネットワークを提供するシステム（例えばシステム１３５０）は、処理ロジック（例えば１又はそれ以上の処理ユニット）と、ワイヤレス非対称ネットワークにおいて通信を送受信するための第１のアンテナ（例えばアンテナ１３６１）と、を有する第１のハブ（例えばハブ１３６０）を含む。第２のハブ（例えばハブ１３６２）は、処理ロジック（例えば１又はそれ以上の処理ユニット）、及び、ワイヤレス非対称ネットワークにおける通信を送受信するための第２のアンテナ（例えばアンテナ１３６１）を含む。システムはまた、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて第１のハブ及び第２のハブとの双方向通信を可能にするために、送信機及び受信機（又はトランシーバの送信機機能及び受信機機能）を備えたワイヤレスデバイスを各々が有する複数のセンサノード（例えばノード１３８０及び１３８２）を含む。第１のハブ及び第２のハブの処理ロジック（例えばコントローラ回路の処理ロジック８４０、９６８、９９０）は、命令を実行して、各センサノードから通信を受信することに基づいて複数のセンサノードについての位置情報を決定するように構成される。
【０１０３】
一例では、第１のハブが主電源により電力を供給され、複数のセンサノードの各々がバッテリ電源により電力を供給されて、ワイヤレス非対称ネットワークが形成される。
【０１０４】
一実施形態では、第１のハブと第２のハブとは、互いに同期して、複数のセンサノードの位置情報を共有する。
【０１０５】
一実施形態では、第１のハブ及び第２のハブの処理ロジック（例えば１又はそれ以上の処理ユニット）は、命令を実行して、受信した通信に関連した到来時間情報を介して測定された距離から三角測量に基づいて複数のセンサノードについての位置情報を決定する、ように構成される。
【０１０６】
別の実施形態では、第１のハブ及び第２のハブの処理ロジック（例えば１又はそれ以上の処理ユニット）は、命令を実行して、受信した通信に関連した信号強度情報を介して測定された距離からの三角測量に基づいて複数のセンサノードについての位置情報を決定する、ように構成される。
【０１０７】
一例では、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャは、ワイヤレスツリー非対称ネットワークアーキテクチャを含む。別の例では、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャは、ワイヤレスツリー及びメッシュ非対称ネットワークアーキテクチャを含む。
【０１０８】
一実施形態では、第２のハブの処理ロジック（例えば１又はそれ以上の処理ユニット）は、命令を実行して、第１のハブに通信を送信し、かつ、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを制御及び監視するために第１のハブからの通信を受信する、ように構成される。
【０１０９】
一実施形態では、第１のハブの第1のアンテナ及び第２のハブの第２のアンテナが、超広帯域（ＵＷＢ）通信を複数のセンサノードに送信し、複数のセンサノードからＵＷＢ通信を受信する。
【０１１０】
一実施形態では、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを提供するシステムが、センサノードの電力消費を低減するための電力管理機能を含む。システム（例えばシステム７００）は、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおける通信及び電力消費を制御するように構成されたワイヤレス制御デバイスを有する第１のハブ（例えば、ハブ７１０、ハブ８２０、ハブ９６４、ハブ９８４、ハブ１８８２等）と、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおける第１のハブのワイヤレス制御デバイスとの双方向通信を可能とするために、少なくとも１つのセンサと送信機及び受信機（又はトランシーバの送信機機能及び受信機機能）を備えたワイヤレスデバイスとを各々が有する、第１の複数のセンサノード（例えば、センサノード７３１、７４１、７５１、センサノード７６１、７７１、センサノード７８８、７９２、センサノードｎ、ｎ＋１等）と、を含む。
第１のハブのワイヤレス制御デバイスは、各ワイヤレスデバイスについて、送信機（又はトランシーバの送信機機能）の送信ウィンドウに関して時間的に近い第１時間区間の期間において、及び、受信機（トランシーバの受信機機能）の受信ウィンドウに関して時間的に近い第２の時間区間の期間において、各センサノードを動作させるスケジュールされたタイミングを決定して、第１のセンサノードのワイヤレスデバイスの電力消費を低減する、ように構成されている。
【０１１１】
１つの例では、第１のハブが主電源により電力を供給され、第１の複数のセンサノードの各々がバッテリ電源又は別のエネルギー源（主電源ではない）により電力を供給されて、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャが形成される。
【０１１２】
一実施形態では、ワイヤレス制御デバイスは、各ワイヤレスデバイスについて、送信機（又はトランシーバの送信機機能）の送信ウィンドウ及び受信機（又はトランシーバの受信機機能）の受信ウィンドウのスケジュールされたタイミングを、複数のセンサノードの各ワイヤレスデバイスから通信を受信するタイミングに基づいて決定するように構成される。
【０１１３】
一実施形態では、各センサノードは、第１の時間区間及び第２の時間区間の間、第１の電力消費レベルで動作する。例えば、各センサノードは、第１の時間区間及び第２の時間区間の外にあるときには第２の電力消費レベルで動作することができる。この例では、第１の消費電力レベルは第２の消費電力レベルよりも大きな消費電力を有する。
【０１１４】
より具体的な実施形態では、各センサノードは、第１の時間区間及び第２の時間区間の間、第１のクロック速度で動作する。各センサノードは、第１の時間区間及び第２の時間区間の外にあるときには第２のクロック速度で動作する。第２のクロック速度は、第１のクロック速度と比較して各センサノードの電力消費を低減するような低減されたクロック速度であり得る。
【０１１５】
一実施形態では、少なくとも１つのセンサノードが、充電用に設計された充電バッテリを含むバッテリ電源を用いて動作する。少なくとも１つのセンサノードは、キャパシタを含むか、又は、キャパシタに結合されて、充電バッテリを充電することによりバッテリ電源の深い放電を回避するために用いられるエネルギー取得からエネルギーを蓄えるものであってもよい。
【０１１６】
別の実施形態では、少なくとも１つのセンサノードが、充電について意図されていない１次電池を含むバッテリ源により動作する。少なくとも１つのセンサノードは、キャパシタを含むか、又は、キャパシタに結合されて、エネルギー取得からエネルギーを蓄えて１次電池をトリクル充電し、ひいては、動作中にバッテリ源から引き出された又はバッテリ源の自己放電により失われたエネルギーを補償することにより効率的なバッテリ容量を増加させる。
【０１１７】
一実施形態では、第２のハブ（例えば、ハブ７２０、ハブ７８２、ハブｎ、ハブ８２０、ハブ９６４、ハブ９８４、ハブ１８８２等）は、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信及び電力消費を制御するように構成されたワイヤレス制御デバイスと、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて第２のハブのワイヤレス制御デバイスとの双方向通信を可能とするために、少なくとも１つのセンサと、送信機及び受信機（又はトランシーバの送信機機能及び受信機機能）を備えたワイヤレスデバイスと、を各々が有する、第２の複数のセンサノード（例えば、センサノード７３１、７４１、７５１、センサノード７６１、７７１、センサノード７８８、７９２、センサノードｎ、ｎ＋１等）と、を含む。一例では、ワイヤレス制御デバイスは、各ワイヤレスデバイスについて、送信機（又はトランシーバの送信機機能）の送信ウィンドウに関連して時間的に近い第３の時間区間において、及び、受信機（又はトランシーバの受信機機能）の受信ウィンドウに関して時間的に近い第４の時間区間において、各センサノードを動作させるスケジュールされたタイミングを決定して、第２の複数のセンサノードのワイヤレスデバイスの電力消費を低減する、ように構成される。
【０１１８】
一例では、第３の時間区間は、送信ウィンドウと略同一の時間区間であり、第４の時間区間は、受信ウィンドウと略同一の時間区間である。別の例では、第３の時間区間は、送信ウィンドウの１つの時間区間の直前に開始して送信ウィンドウの直後に完了する。第３の時間区間は、送信ウィンドウの時間区間より１〜１０％長くされ得る。第４の時間区間は、受信ウィンドウの１つの時間区間の直前に開始して受信ウィンドウの直後に完了する。第４の時間区間は、受信ウィンドウの時間区間より１〜１０％長くされ得る。
【０１１９】
一実施形態では、無線非対称ネットワークアーキテクチャは、無線ツリー非対称ネットワークアーキテクチャを含む。 別の実施形態では、無線非対称ネットワークアーキテクチャは、無線ツリー及びメッシュ非対称ネットワークアーキテクチャを含む。
【０１２０】
より高い周波数帯域の使用に基づく低消費電力の一実施形態では、第１のハブのワイヤレス制御デバイスは、２.４ギガヘルツ（ＧＨｚ）よりも高い周波数帯域で動作する無線周波数（ＲＦ）回路を含む。第１の複数のノードの各ワイヤレスデバイスの送信機及び受信機（又はトランシーバの送信機機能及び受信機機能）は、また、各ワイヤレスデバイスについて、送信機のＲＦ回路を動作可能にする第３の時間区間、及び、受信機のＲＦ回路を動作可能にする第４の時間区間を最小にして、第１の複数のノードのワイヤレスデバイスの電力消費を低減するために、２.４ＧＨｚより高い周波数帯域で動作する。
【０１２１】
別の実施形態では、第１のハブのＲＦ回路は、５ＧＨｚよりも高い周波数帯域で動作する。第１の複数のノードの各ワイヤレスデバイスの送信機及び受信機（又はトランシーバの送信機機能及び受信機貴社）はまた、各ワイヤレスデバイスについて、送信機のＲＦ回路を動作可能にする第３の時間区間、及び、受信機のＲＦ回路を受信可能にする第４の時間区間を最小にして、第１の複数のノードのワイヤレスデバイスの電力消費を低減するために、受信機５ＧＨｚより高い周波数帯域で動作する。
【０１２２】
一実施形態では、電力管理機能を有するワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを提供するための装置（例えば、ハブ６１０、ハブ７２０、ハブ７８２、ハブｎ、ハブ８２０、ハブ９６４、ハブ９８４、ハブ１８８２等）は、命令を記憶するためのメモリ（例えば、メモリ８４２、メモリ９６１、メモリ９８６、メモリ１８８６）と、命令を実行してワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信を確立及び制御する処理ロジック（例えば、１又はそれ以上の処理ユニット、処理ロジック８４４、処理ロジック９６３、処理ロジック９８８、処理ロジック１８８８）と、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信を送受信するための無線周波数（ＲＦ）回路（例えば、ＲＦ回路８５０、ＲＦ回路９７０、ＲＦ回路９９２、ＲＦ回路１８９０）と、を含む。ＲＦ回路は、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて装置のＲＦ回路と双方向通信を可能とするために、少なくとも１つのセンサと送信機及び受信機（又はトランシーバの送信機機能及び受信機機能）を備えたワイヤレスデバイスとを各々が有する、複数のセンサノードに対して通信を送信する。１又はそれ以上の処理ユニットは、命令を実行して、少なくとも１つのワイヤレスデバイスについて、少なくとも１つのセンサノードを、ッ送信機（トランシーバの送信機機能）についての送信ウィンドウに関して時間的に近い第１の時間区間、及び、受信機（トランシーバの受信機機能）についての受信ウィンドウに関して時間的に近い第２の時間区間において動作させるスケジュールされたタイミングを決定して、第１の複数のセンサノードの少なくとも１つのワイヤレスデバイスの電力消費を低減する。
【０１２３】
一例では、装置は主電源により電力を供給され、複数のセンサノードの各々がバッテリ電源又は別のエネルギー源（主電源ではない）により電力を供給されて、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャが形成される。
【０１２４】
一実施形態では、処理ロジック（例えば１又はそれ以上の処理ユニット）は、命令を実行して、少なくとも１つのワイヤレスデバイスについての送信機の送信ウィンドウ及び受信機の受信ウィンドウのスケジューリングされたタイミングを、複数のセンサノードの少なくとも１つのワイヤレスデバイスからの通信を受信するタイミングに基づいて決定する。
【０１２５】
一実施形態では、少なくとも１つのセンサノードの少なくとも１つのワイヤレスデバイスは、第１の時間区間及び第２の時間区間において第１の電力消費レベルで動作する。少なくとも１つのセンサノードは、第１の時間区間及び第２の時間区間の外にあるときには、第２の電力消費レベルで動作する。この例では、第１の消費電力レベルは、第２の消費電力レベルよりも多くの消費電力を有する。
【０１２６】
より具体的な実施形態では、少なくとも１つのセンサノードの少なくとも１つのワイヤレスデバイスは、第１の時間区間及び第２の時間区間において第１のクロック速度で動作する。少なくとも１つのセンサノードは、第１の時間区間及び第２の時間区間の外にあるときには、第２のクロック速度で動作する。第２のクロック速度は、第１のクロック速度と比較して、少なくともセンサノードの電力消費を低減するように低減されたクロック速度である。
【０１２７】
一例では、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャは、ワイヤレスツリー非対称ネットワークアーキテクチャ、並びに、ワイヤレスツリー及びメッシュ非対称ネットワークアーキテクチャのうちの少なくとも一方を含む。
【０１２８】
図１６は、一実施形態に係る、電力管理機能を有するハブを備えたワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを提供するための方法に関するフローチャートを示す。方法１６００の動作は、ワイヤレスデバイス、ハブ（例えば装置）のワイヤレス制御デバイス、又は、処理回路若しくは処理ロジックを含むシステムによって実行され得る。処理ロジックは、ハードウェア（回路、専用ロジック等）、ソフトウェア（汎用コンピュータシステム、専用マシン又はデバイス上で実行されるもの等）、又は、その両方の組み合わせを含むことができる。一実施形態では、ハブが方法１６００の動作を実行する。
【０１２９】
動作１６０２において、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて電力消費を低減する方法は、ハブの無線周波数（ＲＦ）回路を用いて、送信機及び受信機（又はトランシーバの送信機機能及び受信機機能）を備えたワイヤレスデバイスを各々が有する複数のセンサノードから通信を受信することを含む。動作１６０４において、ハブの処理ロジックは、各ワイヤレスデバイスについて、各センサノードの少なくとも１つのセンサを、送信機（又はトランシーバの送信機機能）の送信ウィンドウに関して時間的に近い第１の時間区間及び受信機（又はトランシーバの受信機機能）の受信ウィンドウに関連して時間的に近い第２の時間区間において動作させるスケジュールされたタイミングを決定して、複数のセンサノードのワイヤレスデバイスの電力消費を低減する。
【０１３０】
一例では、ハブが主電源により電力を供給され、複数のノードの各々がバッテリ電源又は別のエネルギー源（主電源ではない）により電力を供給されて、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャが形成される。
【０１３１】
動作１６０６において、ハブの処理ロジックは、各ワイヤレスデバイスについての送信機の送信ウィンドウ及び受信機の受信ウィンドウのスケジュールされたタイミングを、複数のセンサノードの各ワイヤレスデバイスからの通信を受信するタイミングに基づいて決定する。
【０１３２】
一実施形態では、各センサノードは、第１の時間区間及び第２の時間区間において、第１の電力消費レベルで動作する。各センサノードは、第１の時間区間及び第２の時間区間の外にあるときには、第２の電力消費レベルで動作する。この例では、第１の消費電力レベルは、第２の消費電力レベルよりも多くの消費電力を有する。
【０１３３】
より具体的な実施形態では、各センサノードは、第１の時間区間及び第２の時間区間において、第１のクロック速度で動作する。各センサノードは、第１の時間区間及び第２の時間区間の外にあるときには、第２のクロック速度で動作する。この例では、第２のクロック速度は、第１のクロック速度と比較して各センサノードの電力消費を低減するように、低減されたクロック速度である。
【０１３４】
一実施形態では、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャは、ワイヤレスツリー非対称ネットワークアーキテクチャを含む。別の実施形態では、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャは、ワイヤレスツリー及びメッシュ非対称ネットワークアーキテクチャを含む。
【０１３５】
本発明の実施形態は、屋内及び近くの環境におけるワイヤレスセンサネットワークのノードによって提供されるバッテリ寿命全体の改善を提供する。一実施形態では、これは、バッテリにより駆動される端末ノード、任意のバッテリにより駆動されるノード、又は、主電源に接続されていない代替エネルギー源を有する任意のノード、においてエネルギー取得を実装することによってさらに達成され得る。エネルギー取得は、振動取得、光エネルギー取得、熱エネルギー取得、ワイヤレスエネルギー取得、及び／又は、他のそのようなエネルギー取得技術を使用して達成され得る。振動エネルギー取得では、センサノードの環境における振動を使用して、センサノードシステム内のマスの運動を刺激することができる。これは、例えば、圧電構造のたわみを生じさせることによって、又は、コイルに対して磁石を動かすことによって、電気エネルギーを生成するために使用され得る。結果として得られる電気エネルギーは、その後、キャパシタに蓄積されるか、又は、センサノード内のバッテリを充電するために使用され得る。
【０１３６】
図１９は、一実施形態に係る、センサノードに補助エネルギー源を提供するための振動エネルギー取得システムのブロック図を示す。振動エネルギー取得回路１９１０は、圧電発電機又は電磁プルーフマスシステムを含むことができ、このシステムでは、振動が磁石に対してコイルの動きを生じさせ、これが電力を生成するために使用され、電力が整流器レギュレーター電力調整ブロック１９２０に提供される。このブロック１９２０は、整流、調整及び電力調整機能のための１又はそれ以上の回路を含む。このブロック１９２０は、接続部１９１２（例えば、通信リンク、信号線、電気接続等）を介して取得部によって生成された不規則な電流及び／又は交流を受け取り、不規則な電流及び／又は交流を整流してフィルタリングし、センサノード内での使用に適した電圧に調整する。次に、ブロック１９２０の出力は、接続１９２２を介して容量性エネルギー蓄積ブロック１９３０に供給される。容量性エネルギー蓄積ブロック１９３０は、センサノードの検知及び通信回路１９６０による使用のために、取得されたエネルギーを追加のエネルギー源として蓄える少なくとも１つの蓄積キャパシタを含む。検知及び通信回路１９６０は、検知回路１９６１及び通信回路１９６２を含む。次に、選択機構を有する電力セレクタブロック１９４０が使用され、接続１９３２を介して利用可能な場合に、取得された電力が少なくとも１つの蓄積キャパシタから選択され、又は、接続１９５２を介して１次電池バッテリ源１９５０から供給される電力が使用される。このようにして、非充電式バッテリ（すなわち１次電池バッテリ源１９５０）と関連して、バッテリ供給電力を補充するためにエネルギー取得が用いられ、検知及び通信回路１９６０の動作を含むセンサノードの動作が持続される。
【０１３７】
或いはまた、別の実施形態では、システムは、充電バッテリを使用するように構成され得る。この場合、取得部がバッテリを充電するために代わりに用いられ得る。図２０は、別の実施形態に係るセンサノードの充電式バッテリを充電するための振動エネルギー取得システムのブロック図である。振動エネルギー取得回路２０１０は、圧電発電機又は電磁プルーフマスシステムを含むことができ、このシステムでは、振動が磁石に対してコイルの動きを生じさせ、これが、電力を生成するために使用され、整流器レギュレータ電力調整バッテリ充電ブロック２０２０に供給される。このブロック２０２０は、整流、調整、電力調整及びバッテリ充電機能のための１又はそれ以上の回路を含む。
このブロック２０２０は、接続部２０１２（例えば、通信リンク、信号線、電気接続等）を介して取得部によって生成された不規則な電流及び／又は交流を受け取り、不規則な電流及び／又は交流を整流してフィルタリングし、センサノード内での使用に適した電圧でに調整する。次に、ブロック２０２０の出力は、接続部２０２２を介して充電可能なバッテリ源２０３０に供給される。充電可能なバッテリ源２０３０は、接続部２０３２を介してセンサノードの検知及び通信回路２０６０に電力を供給する。検知及び通信回路２０６０は、検知回路２０６１及び通信回路２０６２を含む。このようにして、充電バッテリ（すなわち再電可能なバッテリ２０３０）を充電するためにエネルギー取得が用いられ、バッテリ供給電力が補充され、検知及び通信回路２０６０の動作を含むセンサノードの動作が持続される。
【０１３８】
光エネルギー収穫において、日光、屋内照明、屋外人工照明、及び、他のそのような照明源を含む入射光から、電気エネルギーを生成するために、光電池が使用され得る。この結果得られる電気エネルギーは、次に、コンデンサに蓄積されるか、又は、センサノード内のバッテリを充電するために使用され得る。図２１は、一実施形態に係るセンサノードの充電式バッテリを充電するための光電池エネルギー取得システムのブロック図を示す。
光起電力取得回路２１１０は、電力を生成するための１又はそれ以上の光電池を含むことができる光起電力発電機を含む。光起電力取得回路２１１０は、接続２１１２を介して電力調整バッテリ充電ブロック２１２０に接続される。回路２１１０の出力電力は、電力調整バッテリ充電ブロック２１２０の電力調整部により調整され、充電可能バッテリセル２１３０を充電するために使用される。電力調整バッテリ充電ブロック２１２０は、次に、接続２１２２を介して充電可能なバッテリ電池２１３０に結合される。充電可能な電池セル２１３０は、次に、接続部２１３２を介してセンサノードの検知及び通信回路２１４０の動作のための電力を供給する。検知及び通信回路２１４０は、検知回路２１４１及び通信回路２１４２を含む。このようにして、エネルギー取得を利用することにより、バッテリ寿命が延ばされ得る。例えば、バッテリ電源の自己放電を補償するために、エネルギー取得が利用され得る。別の例では、通常、２次電池の使用のために設計されていない電池をトリクル充電するために、エネルギー取得が使用され得る。
【０１３９】
熱エネルギー取得において、利用可能な熱エネルギーを電気エネルギーに変換するために熱電デバイスを使用することによって、電気エネルギーが生成され得る。これは、次に、コンデンサに蓄えられるか、又は、センサノード内のバッテリを充電するために使用され得る。
【０１４０】
無線エネルギー取得において、入射高周波エネルギーが、アンテナを使用して抽出され、整流され、次いで、センサノード内のキャパシタ又はバッテリを充電するために使用され得る。ＲＦエネルギー源は、２.４Ｇｚ又は５ＧＨｚにおいてＷｉＦｉであり、１.８ＧＨｚにおいてＤＥＣＴであり、又は、センサノードでの抽出に利用可能な任意の他のＲＦ信号であり得る。一実施形態では、ＲＦ信号が、ワイヤレスセンサネットワークの物理的なカバレッジ領域内に配置されたハブ又はＲＦ発生器により端末ノードに対して意図的に供給される。
【０１４１】
一実施形態では、エネルギー取得からのエネルギーが、動作中にバッテリから引き出されるエネルギーを補うために使用され得るキャパシタに蓄積され得る。別の実施形態では、エネルギー取得からのエネルギーが、バッテリを充電するために使用され得る。この実施形態では、バッテリは、充電のために特別に設計された充電可能な電池であってもよいし、通常は充電が意図されていない１次電池であってもよい。充電可能なバッテリを用いた実施形態では、エネルギー取得が、バッテリの深放電を回避してこれによりバッテリ寿命を延ばすために利用され得る。
【０１４２】
１次電池を用いる実施形態では、取得されたエネルギーが、バッテリをトリクル充電して、これにより、例えば、動作中にバッテリから引き出された又はバッテリの自己放電により失われたエネルギーを補償することによって効果的なバッテリ容量を増加させるために、用いられ得る。一実施形態では、バッテリのトリクル充電は、バッテリに対する損傷を避けるべく十分に低いレベルに維持され得る。別の実施形態では、パルス充電を使用してバッテリの損傷を防止するためにパルス放電が使用され得る。
【０１４３】
リチウムイオン、リチウムポリマー、リン酸リチウム、及び、当業者には明らかであろう他のこのような化学的性質といったような、リチウムベースの化学的性質を含む様々なバッテリが、ワイヤレスセンサノードに使用され得る。使用することができる追加の化学的性質としては、ニッケル金属水素化物、標準アルカリ電池化学、銀亜鉛及び亜鉛空気電池化学、標準炭素亜鉛電池化学、鉛酸電池化学、又は、任意の他の化学的性質が含まれる。
【０１４４】
本発明はまた、本明細書に記載された動作を実行するための装置にも関する。この装置は、必要とされる目的のために特別に構成することができ、又は、コンピュータに格納されたコンピュータプログラムによって選択的に起動又は再構成された汎用コンピュータを含むことができる。このようなコンピュータプログラムは、フロッピー（登録商標）ディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ及び光磁気ディスクを含む任意のタイプのディスク、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気若しくは光カード、又は、電子的な命令を格納するのに適した任意のタイプの媒体といったようなものを、これらに限定することなく含む。
【０１４５】
本明細書に提示されるアルゴリズム及び表示は、本質的に、特定のコンピュータ又は他の装置に関連しない。様々な汎用システムが、本明細書の教示に従ってプログラムとともに使用されてもよく、又は、要求された方法動作を実行するより特殊化された装置を構築することが好都合であることが判明するかもしれない。
【０１４６】
図１７は、一実施形態に係るセンサノードのブロック図を示す。センサノード１７００は、接続１７７４（例えば、通信リンク、信号線、電気接続等）を介してコントローラ回路１７２０に電力（例えばＤＣ電源）を供給し、接続１７７６（例えば、通信リンク、信号線、電気接続等）を介してＲＦ回路１７７０に電力を供給し、接続１７４６（例えば、通信リンク、信号線、電気接続等）を介して検知回路１７４０に電力を供給する、電源１７１０（例えば、エネルギー源、バッテリ源、１次電池１９５０、充電可能な電池２０３０、充電可能な電池２１３０等）を含む。ＲＦ回路１７７０（例えば通信回路）は、アンテナ（又は複数のアンテナ）１７７８を介してハブ（又は複数のハブ）及び動作可能なワイヤレスセンサノードと双方向通信を送受信するための、トランシーバ、又は、別々の送信機１７７５機能及び受信機１７７７機能を含み得る。コントローラ回路１７２０は、メモリ１７６１を含むか、又は、本明細書において議論されるようなワイヤレス非対称ネットワークを形成及び監視するセンサノードの動作を制御するためのコントローラ回路１７２０の処理ロジック１７６３（例えば１又はそれ以上の処理ユニット）によって実行される命令を格納するメモリに結合される。ＲＦ回路１７７０は、接続１７７２（例えば電気的接続）を介してコントローラ回路１７２０と双方向に通信する。検知回路１７４０は、画像センサ及び回路１７４２、水分センサ及び回路１７４３、温度センサ及び回路、湿度センサ及び回路、空気質センサ及び回路、光センサ及び回路、モーションセンサ及び回路１７７４、音声センサ及び回路１７４５、センサ及び回路ｎ等を含む、様々なタイプの検知回路及びセンサ（複数のセンサ）を含む。
【０１４７】
一実施形態では、検知回路及びＲＦ回路が統合されている（例えば検知及び通信回路１９６０、２０６０、２１４０）。別の実施形態では、図１９、図２０及び図２１の検知及び通信回路１９６０、２０６０及び２１４０は、図１７の検知回路１７４０、コントローラ回路１７２０及びＲＦ回路１７７０のうちの少なくとも１つに別々に配置される。一例では、検知回路（例えば、１９６１、２０６１、２１４１）は、検知回路１７４０内に配置されるか又は検知回路１７４０と統合され、通信回路１９６２、２０６２、２１４２は、ＲＦ回路１７７０若しくはコントローラ回路１７２０内に配置されるか、又は、ＲＦ回路１７７０若しくはコントローラ回路１７２０と統合される。
【０１４８】
一実施形態では、振動エネルギー取得システム１９００及び２０００及び光エネルギー取得システム２１００のコンポーネントは、センサノード１７００と統合される。例えば、振動取得回路１９１０、整流器レギュレータ電力調整器１９２０、及び、容量性エネルギー蓄積部１９３０は、１次電池１９５０（例えば電源１７１０）及び検知及び通信回路１９６０（例えば検知回路１７４０及びＲＦ回路１７７０）に結合される電源選択１９４０に結合される。別の例では、振動取得回路１９１０、整流器レギュレータ電力調整器１９２０、容量性エネルギー蓄積部１９３０、電源選択１９４０及び１次電池１９５０は、電源１７１０と統合される。
【０１４９】
別の例では、振動取得回路２０１０及び整流器レギュレータ電力調整器バッテリ充電器２０２０が充電可能な電池２０３０（例えば電源１７１０）に結合されるか、又は、振動取得回路２０１０及び整流器レギュレータ電力調整器バッテリ充電器２０２０が電源１７１０と統合される。
【０１５０】
別の例では、光起電力取得回路２１１０及び電力調整バッテリ充電器２１２０が充電可能電池２１３０（例えば電源１７１０）に結合されるか、又は、光起電力取得回路２１１０及び電力調整バッテリ充電器２１２０が電源１７１０と統合される。
【０１５１】
センサノード１７００がワイヤレスデバイス１７００であってもよいし、又は、コントローラ回路１７２０、ＲＦ回路１７７０、検知回路１７４０及びアンテナ１７７８が組み合わさって本明細書において説明されるワイヤレスデバイスを形成してもよい。
【０１５２】
一実施形態では、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャのセンサノード（例えばワイヤレスデバイス）は、少なくとも１つのセンサと、命令を記憶するメモリと、メモリ及び少なくとも１つのセンサに結合された処理ロジックと、を含む。処理ロジックは、命令を実行して、少なくとも１つのセンサから受信したデータを処理しかつセンサノードのための通信を処理する。センサノードはまた、処理ロジックに結合された無線周波数（ＲＦ）回路を含む。
処理ロジックは、送信機機能を送信可能にしかつ受信機機能を受信可能にするスケジュールされたタイミングの命令を実行して、センサノードの電力消費を低減するように構成される。
【０１５３】
一例では、センサノードがバッテリ電源又は別のエネルギー源（主電源ではない）により電力を供給される。
【０１５４】
一実施形態では、センサノードからハブに送信される通信のタイミングに基づいて、スケジュールされたタイミングの命令がハブから受信される。別の実施形態では、スケジュールされたタイミングは、センサノード又は別のセンサノードにより少なくとも部分的に決定される。
【０１５５】
一実施形態では、送信機機能は、第１の時間区間の５％未満を送信するように動作可能であり、受信機機能は、第１の時間区間の５％未満を受信するように動作可能である。一例では、送信機機能は、第１の時間区間の１％未満を送信するように動作可能であり、受信機機能は、第１の時間区間の１％未満を受信するように動作可能である。
【０１５６】
一実施形態では、センサノードのＲＦ回路は、２.４ギガヘルツより高い周波数帯域で動作して、送信モードで送信する時間区間を最小にする。別の実施形態では、センサノードのＲＦ回路は、６ギガヘルツより高い周波数帯域で動作して、送信モードで送信する時間を最小にする。
【０１５７】
一実施形態では、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャのためのセンサノードは、少なくとも１つのセンサと、命令を格納するメモリと、メモリ及び少なくとも１つのセンサに結合された処理ロジックと、を含む。処理ロジックは、少なくとも１つのセンサから受信したデータを処理しかつセンサノードの通信を処理するための命令を実行する。センサノードはまた、処理ロジックに結合された無線周波数（ＲＦ）回路を含む。ＲＦ回路は、送信機機能及び受信機機能（それぞれトランシーバの送信器及び受信機）を含んで、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて、ハブに通信を送信しかつハブから通信を受信する。処理ロジックは、命令を実行して、少なくとも１つのセンサノードを送信機機能の送信ウィンドウに関して時間的に近い第１の時間区間及び受信機機能の受信ウィンドウに関して時間的に近い第２の時間区間において動作させるスケジュールされたタイミングを決定して、センサノードの電力消費を低減する、ように構成されている。
【０１５８】
一例では、第１の時間区間は送信ウィンドウと略同一の時間区間であり、第２の時間区間は受信ウィンドウと略同一の時間区間である。別の例では、第１の時間区間は、送信ウィンドウの１つの時間区間の直前で開始し、送信ウィンドウの直後に完了する。第１の時間区間は、送信ウィンドウの時間区間より１〜１０％長くされ得る。第２の時間区間は、受信ウィンドウの１つの時間区間の直前に開始し、受信ウィンドウの直後に完了する。 第２の時間区間は、受信ウィンドウの時間区間より１〜１０％長くされ得る。
【０１５９】
一例では、センサノードは、バッテリ電源又は別のエネルギー源（主電源ではない）により電力を供給される。
【０１６０】
一実施形態では、センサノードはバッテリ源を用いて動作可能であり、エネルギー取得からのエネルギーは、そのバッテリが充電可能である場合にはバッテリに直接蓄えられるか、又は、センサノードに結合された若しくはセンサノードに統合されたコンデンサに蓄えられる。エネルギー取得からのエネルギーは、動作中にバッテリ源から引き出されたエネルギーを補充するために用いられる。
【０１６１】
一実施形態では、センサノードは、第１の時間区間及び第２の時間区間において、第１の電力消費レベルで動作する。センサノードは、第１の時間区間及び第2の時間区間の外にあるときには第２の電力消費レベルで動作することができる。この例では、第１の消費電力レベルは、第２の消費電力レベルよりも大きな消費電力を有する。
【０１６２】
一実施形態では、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャのためのセンサノードは、少なくとも１つのセンサと、命令を記憶するメモリと、メモリ及び少なくとも１つのセンサに結合された処理ロジックと、を含む。処理ロジックは、少なくとも１つのセンサから受信したデータ（画像データ、モーションデータ、水分データ、温度データ）を処理しかつセンサノードのために受信され又は送信されるべき通信を処理するための命令を実行する。センサノードはまた、処理ロジックに結合された無線周波数（ＲＦ）回路を有する。ＲＦ回路は、送信機機能及び受信機機能を含んで、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいてハブに通信を送信しかつハブから通信を受信する。処理ロジックは、センサノードの送信機機能についての送信ウィンドウ及び受信機機能についての受信ウィンドウを示すハブから受信した通信を処理して、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおける通信の衝突を回避するためのアンチコリジョン特徴を提供する、ように構成される。
【０１６３】
一例では、センサノードは、バッテリ電源又は別のエネルギー源により電力を供給される。
【０１６４】
一実施形態では、処理ロジックは、命令を実行して、センサノードについての次の送信ウィンドウ及び次の受信ウィンドウのシフトを示すハブから受信した通信を処理する、ように構成される。処理ロジックは、命令を実行して、少なくとも１つの乱数を生成するように、かつ、センサノード及び別のノードから受信した通信について衝突が発生したということを決定したときには、センサノードについての将来の送信ウィンドウ及び／又は将来の受信ウィンドウのうちの少なくとも一方を上記少なくとも１つの乱数に基づいてシフトするように構成される。
【０１６５】
一実施形態では、機械によりアクセス可能な一時的ではない媒体（例えばメモリ）は、データ処理システムによって実行されると、このシステムに対して本明細書において議論される様々な方法のうちのいずれかを実行させる実行可能なコンピュータプログラム命令を含む。機械によりアクセス可能な一時的ではない媒体は、例示的な実施形態において単一の媒体であるようにが、「機械によりアクセス可能な一時的ではない媒体」という用語は、１又はそれ以上の命令を記憶する単一の又は多数の媒体（例えば、中央集中型の又は分散型のデータベース、及び／又は関連するキャッシュ及びサーバ）を含むものとして考えられるべきである。「機械によりアクセス可能な一時的ではない媒体」という用語は、また、機械により実行される１組の命令を記憶、符号化又は搬送することが可能であって、その機械に対して、本発明の方法論のうちの任意の１又はそれ以上を実行させる媒体を含むものとして考えられるべきである。したがって、「機械によりアクセス可能な一時的ではない媒体」という用語は、ソリッド・ステート・メモリ、光学的及び磁気的媒体及び搬送波信号をこれらに限定されることなく含むものであると考えられるべきである。
【０１６６】
電力管理機能を有するワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを提供するための装置（例えば、ハブ６１０、ハブ７２０、ハブ７８２、ハブｎ、ハブ８２０、ハブ９６４、ハブ９８４、ハブ１８８２等）は、命令を記憶するメモリ（例えば、メモリ８４２、メモリ９６１、メモリ９８６、メモリ１８８６）と、命令を実行して、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信を確立及び制御する処理ロジック（例えば、１又はそれ以上の処理ユニット、処理ロジック８４４、処理ロジック９６３、処理ロジック９８８、処理ロジック１８８８）と、無線周波数（ＲＦ）回路（例えば、ＲＦ回路８５０、ＲＦ回路９７０、ＲＦ回路９９２、ＲＦ回路１８９０）と、を含む。
【０１６７】
一実施形態では、装置（例えば、ハブ６１０、ハブ７２０、ハブ７８２、ハブｎ、ハブ８２０、ハブ９６４、ハブ９８４、ハブ１８８２等）は、ワイヤレス制御デバイスであるか、又は、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを提供するためのワイヤレス制御デバイスを含む。装置は、命令を記憶するメモリ（例えば、メモリ８４２、メモリ９６１、メモリ９８６、メモリ１８８６）と、命令を実行して、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信を確立及び制御する処理ロジック（例えば、１又はそれ以上の処理ユニット、処理ロジック８４４、処理ロジック９６３、処理ロジック９８８、処理ロジック１８８８）と、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信を送受信するＲＦ回路（例えば、トランシーバ、ＲＦ回路８５０、ＲＦ回路９７０、ＲＦ回路９９２、ＲＦ回路１８９０）と、を含む。
ＲＦ回路は、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいてＲＦ回路との双方向通信を可能にするために、送信機及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを各々が有する複数のノードに対して通信を送信する。処理ロジックは、各ワイヤレスデバイスについて、送信機を送信可能にしかつ受信機を受信可能にするスケジュールされたタイミングを決定して、複数のノードのワイヤレスデバイスの電力消費を低減する、ように構成される。
無線非対称ネットワークアーキテクチャにおいてRF回路との双方向通信を可能にするために、送信器と受信器とを有する無線装置をそれぞれ有する複数のノードに通信を送信する。 処理ロジックは、送信機が送信するように動作させるスケジュールされたタイミングを決定する命令を実行し、受信機を各無線デバイスに対して受信して複数のノードの無線デバイスの電力消費を低減させる。
【０１６８】
一例では、装置が主電源により電力を供給され、複数のノードの各々がバッテリ電源又は別のエネルギー源（主電源ではない）により電力を供給されて、ワイヤレス非対称ネットワークが形成される。
【０１６９】
各ワイヤレスデバイスについて送信機に電力を供給しかつ受信機に電力を供給するスケジュールされたタイミングが、装置のトランシーバと複数のノードの各ワイヤレスデバイスとの間における通信のタイミングに基づいて決定される。一例では、複数のノード（又は他の複数のノード）のうちの端末ノードの少なくとも１つのワイヤレスデバイスについて受信機を受信可能にするスケジュールされたタイミングは、上記少なくとも１つのワイヤレスデバイスから装置のＲＦ回路に対して送信されている通信のタイミングに基づいて決定される。
【０１７０】
別の例では、装置は、ノードのワイヤレスデバイスの受信機がいつオンで（受信モードに）あるかを、ノードのワイヤレスデバイスから装置に対して送信される通信のタイミングに基づいて認識する。例えば、ワイヤレスデバイスの送信機が、装置に通信を送信した場合には、装置は、このワイヤレスデバイスの受信機は、端末ノード又は他のノードでありうるが、通信が装置に送信された後の特定の時間区間においてはオンであろう、ということを認識する。
【０１７１】
一実施形態では、各ワイヤレスデバイスの送信機は、１つの時間区間の一定の割合（例えば、５％、１％）未満送信するように動作可能であり、各ワイヤレスデバイスの受信機は、１つの時間区間の一定の割合（例えば、５％、１％）未満受信するように動作可能である。
【０１７２】
一例では、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャは、ワイヤレスツリー非対称ネットワークアーキテクチャ並びにワイヤレスツリー及びメッシュ非対称ネットワークアーキテクチャのうちの少なくとも一方を含む。
【０１７３】
図１８は、一実施形態に係るハブを有するシステム又は機器１８００のブロック図を示す。システム１８００は、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャのハブ１８８２若しくは中央ハブを含むか、又は、ハブ１８８２若しくは中央ハブに統合されている。システム１８００（例えば、コンピューティングデバイス、スマートＴＶ、スマート機器、通信システム等）は、ワイヤレス通信を送受信するための、任意のタイプのワイヤレスデバイス（例えば、携帯電話、ワイヤレス電話、タブレット、コンピューティングデバイス、スマートＴＶ、スマート機器等）と通信することができる。システム１８００は、コントローラ１８２０及び処理ユニット１８１４を含む処理システム１８１０を含む。処理システムは、ハブ１８８２、入力／出力（Ｉ／Ｏ）ユニット１８３０、無線周波数（ＲＦ）回路１８７０、オーディオ回路１８６０、１又はそれ以上の画像又はビデオを取り込むための光学デバイス１８８０、システム１８００のためのモーションデータ（例えば３次元）を決定するための光学モーションユニット１８４４（例えば、加速度計、ジャイロスコープ等）、電力管理システム１８４０、及び、機械によりアクセス可能な一時的でない媒体１８５０と、それぞれ、１又はそれ以上の双方向通信リンク又は信号線１８９８、１８１８、１８１５、１８１６、１８１７、１８１３、１８１９、１８１１を介して通信する。
【０１７４】
ハブ１８８２は、接続１８８５（例えば、通信リンク、信号線、電気接続等）を介してコントローラ回路１８８４に電力（例えばＤＣ電源）を供給し、接続１８８７（例えば、通信リンク、信号線、電気接続等）を介してＲＦ回路１８９０に電力を供給する電源１８９１を含む。コントローラ回路１８８４は、メモリ１８８６を含むか、又は、本明細書において記載されるワイヤレス非対称ネットワークを形成及び監視するためのハブの動作を制御するコントローラ回路１８８４の処理ロジック１８８８（例えば、１又はそれ以上の処理ユニット）によって実行される命令を格納するメモリに結合される。ＲＦ回路１８９０は、ワイヤレスセンサノード又は他のハブとアンテナ１８９６を介して双方向通信を送受信するトランシーバ又は別々の送信機（ＴＸ）１８９２及び受信機（ＲＸ）１８９４の機能を含むことができる。ＲＦ回路１８９０は、接続１８８９（例えば、通信リンク、信号線、電気接続等）を介してコントローラ回路１８８４と双方向に通信する。ハブ１８８２は、ワイヤレス制御デバイス１８８４とすることができ、又は、コントローラ回路１８８４、ＲＦ回路１８９０及びアンテナ１８９６が組み合わさって本明細書で説明するワイヤレス制御デバイスを形成し得る。
【０１７５】
システムのＲＦ回路１８７０及びアンテナ１８７１、又は、ハブ１８８２のＲＦ回路１８９０及びアンテナ１８９６は、ワイヤレスリンク又はネットワークを介して、情報を、本明細書において開示されるハブ又はセンサノードにおける１又はそれ以上の他の無線デバイスに送信及び受信するために使用される。オーディオ回路１８６０は、オーディオスピーカ１８６２及びマイクロフォン１０６４に結合され、音声信号を処理するための既知の回路を含む。１又はそれ以上の処理ユニット１８１４が、コントローラ１８２０を介して１又はそれ以上の機械によりアクセス可能な一時的でない媒体１８５０（例えばコンピュータにより読み取り可能な媒体）と通信する。媒体１８５０は、１又はそれ以上の処理ユニット１８１４により使用されるコード及び／又はデータを記憶する任意のデバイス又は媒体（例えば、記憶デバイス、記憶媒体）である。媒体１８５０は、キャッシュ、主メモリ及び２次メモリをこれらに限定されることなく含むメモリ階層を含むことができる。
【０１７６】
媒体１８５０又はメモリ１８８６は、本明細書で開示される方法論又は機能のうちの任意の１又はそれ以上を具体化する１又はそれ以上のセットの命令（又はソフトウェア）を記憶する。ソフトウェアは、オペレーティングシステム１８５２、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを確立、監視及び制御するネットワークサービスソフトウェア１８５６、通信モジュール１８５４、及び、アプリケーション１８５８（例えば、家庭又は建物のセキュリティアプリケーション、住宅又は建物の完全性アプリケーション、開発者アプリケーション等）を含む。ソフトウェアは、媒体１８５０、メモリ１８８６、処理ロジック１８８８内に、又は、処理デバイス１８１４による当該ソフトウェアの実行中に処理デバイス１８００内に、完全に又は少なくとも部分的に存在してもよい。図１８に示す構成要素は、１又はそれ以上の信号処理及び／又はアプリケーションに特有の集積回路を含む、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又は、これらの組み合わせに実装され得る。
【０１７７】
通信モジュール１８５４は他のデバイスとの通信を可能にする。入力／出力ユニット１８３０は、異なるタイプの入力／出力（Ｉ／Ｏ）デバイス１８３４（例えば、ディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ、陰極線管（ＣＲＴ）、タッチディスプレイデバイス、又は、ユーザ入力を受け取り出力を表示するタッチスクリーン、光学的文字入力デバイス）と通信する。
【０１７８】
上記明細書において、本発明は、本発明の特定の例示的な実施形態を参照して記載されている。しかしながら、本発明のより広い思想及び範囲から逸脱することなく、これらに対して様々な修正及び変更がなされ得ることは明らかであろう。したがって、明細書及び図面は、限定的ではなく例示的なものとみなされるべきものである。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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