(57)【要約】  本明細書では、ネットワークアーキテクチャ内の無線ノードの位置を特定するためのシステムおよび方法が開示されている。一例では、無線ネットワークアーキテクチャ内のノードの位置特定方法は、無線デバイスを有する第１の無線ノードの処理ロジックを用いて、無線デバイスを有する第２の無線ノードからＲＦ信号を受信することと、第１の無線ノードを用いて、ＲＦ信号の第１の周波数チャネルの第１のチャネル状態情報を測定することと、第１および第２の周波数チャネルが非連続または不連続チャネルであるＲＦ信号の第２の周波数チャネルの第２のチャネル状態情報を第１の無線ノードを用いて測定することとを含む。方法は、位相整合のない第１および第２のチャネル状態情報に基づいて、第１および第２の無線ノード間の遅延プロファイル推定を特定することをさらに含む。【選択図】図５Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線ネットワークアーキテクチャ内のノードの位置特定方法であって、
無線デバイスを有する第１の無線ノードの処理ロジックを用いて、無線デバイスを有する第２の無線ノードからＲＦ信号を受信することと、
前記第１の無線ノードを用いて、前記ＲＦ信号の第１の周波数チャネルの第１のチャネル状態情報を測定することと、
前記第１および第２の周波数チャネルが非連続または不連続チャネルである前記ＲＦ信号の第２の周波数チャネルの第２のチャネル状態情報を前記第１の無線ノードを用いて測定することと、
位相整合のない前記第１および第２のチャネル状態情報に基づいて、前記第１および第２の無線ノード間の遅延プロファイル推定を特定することと
を含む方法。
【請求項２】
前記遅延プロファイル推定は、前記第１および第２の周波数チャネル間の周波数帯域ギャップに関するチャネル状態情報なしで特定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１、第２、および第３の周波数チャネルが非連続または不連続チャネルである前記ＲＦ信号の第３の周波数チャネルの第３のチャネル状態情報を前記第１の無線ノードを用いて測定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記遅延プロファイル推定を使用して、前記第１および第２の無線ノード間の距離を特定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１および第２の無線ノード間の遅延プロファイル推定を特定することは、各行がそのチャネルの前記チャネル状態情報の一部を含む各個別周波数チャネルに対して個別の行セクションを有する第１の行列を生成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１および第２の無線ノード間の遅延プロファイル推定を特定することは、前記第１の行列から最後の列を削除することにより第２の行列を生成し、前記第１の行列から第１の列を削除することにより第３の行列を生成し、その後、第２の行列の擬似逆行列と前記第３の行列を掛け合わせることを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第２および第３の行列の積のｋ個の固有値の位相が、前記第１および第２のチャネル情報間の周波数分離に対する遅延を示すために使用される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記遅延の振幅および位相は、列にｋ個の固有値のそれぞれを含む第４の行列を最初に形成し、各固有値をゼロから始まり、前記第１または第２のチャネル状態情報の１つの周波数ブロック内の測定回数まで増加する行によって示される値でべき乗し、次いで、その周波数ブロックからの測定ベクトルに前記第４の行列の擬似逆行列を乗算することによって推定される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記位相および振幅推定は、前記第１および第２のチャネル状態情報の前記周波数ブロックのそれぞれに対して別々に生成される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
無線ネットワークアーキテクチャ内のノードの位置特定のためのシステムであって、
１つ以上の処理ユニットと、ＲＦ信号を含む前記無線ネットワークアーキテクチャ内で通信を送受信するためのＲＦ回路とを備えた無線デバイスを有する第１の無線ノードと、
前記無線ネットワークアーキテクチャ内の前記第１の無線ノードとの双方向通信を可能にする１つ以上の処理ユニットおよびＲＦ回路を備えた無線デバイスを有する第２の無線ノードとを含み、前記第１の無線ノードの前記１つ以上の処理ユニットは、前記第２の無線ノードからの前記ＲＦ信号を受信し、前記ＲＦ信号の第１の周波数チャネルの第１のチャネル状態情報を測定し、前記第１および第２の周波数チャネルが非連続または不連続チャネルである前記ＲＦ信号の第２の周波数チャネルの第２のチャネル状態情報を測定し、位相整合なしで前記第１および第２のチャネル状態情報に基づいて、前記第１および第２の無線ノード間の遅延プロファイル推定を特定するための命令を実行するように構成されるシステム。
【請求項１１】
前記遅延プロファイル推定は、前記第１および第２のチャネル間の周波数帯域ギャップに関するチャネル状態情報なしで特定される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１の無線ノードの前記１つ以上の処理ユニットは、前記第１、第２、および第３のチャネルが非連続または不連続チャネルである前記ＲＦ信号の第３の周波数チャネルの第３のチャネル状態情報を測定するための命令を実行するように構成される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１の無線ノードの前記１つ以上の処理ユニットは、前記遅延プロファイル推定を使用して前記第１および第２の無線ノード間の距離を特定するための命令を実行するように構成される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１および第２の無線ノード間の前記遅延プロファイル推定は、各行がそのチャネルの前記チャネル状態情報の一部を含む各個別周波数チャネルに対して個別の行セクションを有する第１の行列を生成することにより特定される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１および第２の無線ノード間の前記遅延プロファイル推定は、前記第１の行列から最後の列を削除することにより第２の行列を生成し、前記第１の行列から第１の列を削除することにより第３の行列を生成し、その後、第２の行列の擬似逆行列と前記第３の行列を掛け合わせることにより特定される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第２および第３の行列の積のｋ個の固有値の位相が、前記第１および第２のチャネル状態情報間の周波数分離に対する遅延を示すために使用される、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
装置であって
命令を保存するためのメモリと、
無線ネットワークアーキテクチャ内で複数のセンサノードを制御し、前記複数のセンサノードの位置を特定するための命令を実行する１つ以上の処理ユニットと、
送信機と受信機を備えた無線デバイスをそれぞれ有する前記複数のセンサノードと通信を送受信する無線周波数（ＲＦ）回路であって、前記無線ネットワークアーキテクチャ内の前記装置の前記ＲＦ回路との双方向通信を可能にするＲＦ回路とを含み、前記装置の前記１つ以上の処理ユニットは、センサノードからＲＦ信号を受信し、前記ＲＦ信号の第１の周波数チャネルの第１のチャネル状態情報を測定し、前記第１および第２の周波数チャネルが非連続または不連続チャネルである前記ＲＦ信号の第２の周波数チャネルの第２のチャネル状態情報を測定し、位相整合のない前記第１および第２のチャネル状態情報に基づいて、前記装置と前記センサノード間の遅延プロファイル推定を特定するための命令を実行するように構成される装置。
【請求項１８】
前記遅延プロファイル推定は、前記第１および第２のチャネル間の周波数帯域ギャップに関するチャネル状態情報なしで特定される、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記装置の前記１つ以上の処理ユニットは、前記第１、第２、および第３のチャネルが非連続または不連続チャネルである前記ＲＦ信号の第３の周波数チャネルの第３のチャネル状態情報を測定するための命令を実行するように構成される、請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記第１の無線ノードの前記１つ以上の処理ユニットは、前記遅延プロファイル推定を使用して前記第１および第２の無線ノード間の距離を特定するための命令を実行するように構成される、請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
前記第１および第２の無線ノード間の前記遅延プロファイル推定は、各個別周波数チャネルに対して個別の行セクションを有する第１の行列を生成することにより特定される、請求項１７に記載の装置。
【請求項２２】
前記第１および第２無線ノード間の遅延プロファイル推定は、前記第１の行列から最後の列を削除することにより第２の行列を生成し、前記第１の行列から第１の列を削除することにより第３の行列を生成し、その後、第２の行列の擬似逆行列と前記第３の行列を掛け合わせることにより特定される、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記第２および第３の行列の積のｋ個の固有値の位相が、前記第１および第２のチャネル情報間の周波数分離に対する遅延を示すために使用される、請求項２２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１７年８月２３日に出願された米国特許出願第１５／６８４，８９５の利益を主張し、その内容全体は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明の実施形態は、不連続または不連続チャネルを使用した正確な無線周波数位置特定のためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
家庭用電化製品およびコンピュータ業界では、無線センサネットワークが長年にわたって研究されてきた。典型的な無線センサネットワークでは、１つ以上のセンサが無線と組み合わせて実装され、ネットワーク内に配備された１つ以上のセンサノードからのデータの無線収集を可能にする。各センサノードは１つ以上のセンサを含むことができ、センサノードの動作に電力を供給するための無線機と電源を含む。屋内無線ネットワーク内のノードの位置検出は、多くのアプリケーションで有用かつ重要である。
【０００４】
無線周波数測定を使用して実行される三角測量に基づく位置特定は、３次元空間内の無線装備オブジェクトの位置を特定するための魅力的な方法である。ＲＦベースの位置特定は、様々な方法で実行され得る。複数のオブジェクトペア間の距離は、個々のペアの距離に基づく三角測量を介して３次元空間内の相対位置を計算できるように特定する必要がある。例示的な実装には、ハブと複数のセンサノードが含まれる。なお、ハブがノードに置き換えられる可能性があり、実際、１つ以上のノードがハブに置き換えられる場合がある。距離は、ＲＦ通信を介したすべての個々のペア間の無線周波数技術を使用して推定される。使用されている無線チャネルの中央で周波数応答を測定することは困難である（例えば、ＷｉＦｉではチャネルの中央に１ＭＨｚのギャップがある）。距離推定では、ギャップによって帯域幅が半分に減少するか、ギャップを無視すると、これは距離推定に誤差を導入する。
【０００５】
距離が推定されると、三角測量を使用して、各オブジェクトの３次元空間内での相対位置を特定できる。少なくとも２つのオブジェクトの位置が実空間で既知の場合、ネットワーク内の各オブジェクトの絶対位置を特定できる。実際、ネットワーク内で１つのオブジェクト（ハブなど）の位置が、少なくとも１つの他のノードへの角度経路と共に既知の場合は、ネットワーク内の各オブジェクトの絶対位置を再度特定できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、オブジェクトペア間の距離測定は、ＲＦベースの位置特定における重要なステップである。距離の推定は、様々な方法で実行できる。通信の信号強度（ＲＳＳＩ：Ｓｉｇｎａｌ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ  ｏｆ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）をペア間で測定し、信号減衰の既知のモデルに基づいて距離を推定するために使用できる。飛行時間（ＴＯＦ：Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）は、オブジェクト間で送信される信号について測定でき、距離は既知の伝搬遅延モデルに基づいて推定できる。さらに、信号強度の角度変動の分解能に基づいて、到来角（ＡＯＡ：Ａｎｇｌｅ  ｏｆ  ａｒｒｉｖａｌ）を推定できる。これらのうち、ＲＳＳＩは減衰の変動により誤差を起こしやすいことが多く、そのため、距離推定ではＴＯＦほど魅力的ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態について、ネットワークアーキテクチャ内の無線ノードの位置を特定するためのシステムおよび方法が本明細書で開示される。一例では、無線ネットワークアーキテクチャ内のノードの位置特定方法は、無線デバイスを有する第１の無線ノードの処理ロジックを用いて、無線デバイスを有する第２の無線ノードからＲＦ信号を受信することと、第１の無線ノードを用いて、ＲＦ信号の第１の周波数チャネルの第１のチャネル状態情報を測定することと、第１および第２の周波数チャネルが非連続または不連続チャネルであるＲＦ信号の第２の周波数チャネルの第２のチャネル状態情報を第１の無線ノードを用いて測定することとを含む。不連続性は、例えば、チャネル状態情報の欠落周波数、または個別の測定インスタンス間の位相オフセットが原因である可能性がある。方法は、位相整合のない第１および第２のチャネル状態情報に基づいて、第１および第２の無線ノード間の遅延プロファイル推定を特定することをさらに含む。
【０００８】
別の一例では、無線ネットワークアーキテクチャ内のノードの位置特定のためのシステムは、１つ以上の処理ユニットと、ＲＦ信号を含む無線ネットワークアーキテクチャ内で通信を送受信するためのＲＦ回路とを備えた無線デバイスを有する第１の無線ノードと、無線ネットワークアーキテクチャ内の第１の無線ノードとの双方向通信を可能にする１つ以上の処理ユニットおよびＲＦ回路を備えた無線デバイスを有する第２の無線ノードとを含む。第１の無線ノードの１つ以上の処理ユニットは、第２の無線ノードからのＲＦ信号を受信し、ＲＦ信号の第１の周波数チャネルの第１のチャネル状態情報を測定し、第１および第２の周波数チャネルが非連続または不連続チャネルであるＲＦ信号の第２の周波数チャネルの第２のチャネル状態情報を測定し、位相整合なしで第１および第２のチャネル状態情報に基づいて、第１および第２の無線ノード間の遅延プロファイル推定を特定するための命令を実行するように構成される。
【０００９】
本発明の実施形態の他の構成および利点は、添付の図面および以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１０】
本発明の実施形態は、添付図面の図に限定ではなく例として示されており、同様の参照番号は同様の要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に係る無線ノードの例示的なシステムを示す。
【図２】一実施形態に係る、通信用の複数のハブを有する非対称ツリーおよ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３】一実施形態に係る飛行時間測定システムを示す。
【図４】一実施形態に係る飛行時間測定システムのブロック図を示す。
【図５Ａ】一実施形態に係る、ノードの位置推定を特定するための遅延プロファイル推定の方法を示す。
【図５Ｂ】一実施形態に係る、ノードの位置推定を特定するための遅延プロファイル推定の方法を示す。
【図６】一実施形態に係る、非連続または不連続チャネルを使用するノードの位置特定のための図６００を示す。
【図７Ａ】一実施形態に係る、非連続または不連続チャネルを使用するノードの位置特定のための図７００ａを示す。
【図７Ｂ】一実施形態に係る、非連続または不連続チャネルを使用するノードの位置特定のための図７００ｂを示す。
【図７Ｃ】一実施形態に係る、不連続チャネル応答を使用するノードの位置特定の図７００ｃを示す。
【図８Ａ】一実施形態に係る、電力コンセント用のオーバーレイ１５００として実装されるハブの例示的な一実施形態を示す。
【図８Ｂ】一実施形態に係る、電力コンセントのオーバーレイとして実装されるハブのブロック図の分解図の例示的な一実施形態を示す。
【図９Ａ】一実施形態に係る、コンピュータシステム、機器、または通信ハブ内に配備するためのカードとして実装されるハブの例示的な一実施形態を示す。
【図９Ｂ】一実施形態に係る、コンピュータシステム、機器、または通信ハブ内に配備するためのカードとして実装されるハブ９６４のブロック図の例示的な一実施形態を示す。
【図９Ｃ】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、他のスマート器具など）内に実装されるハブの例示的な一実施形態を示す。
【図９Ｄ】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、他のスマート機器など）内に実装されるハブ１６８４のブロック図の分解図の例示的な一実施形態を示す。
【図１０】一実施形態に係るセンサノードのブロック図を示す。
【図１１】一実施形態に係るハブを有するシステムまたは機器１８００のブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書では、非連続または不連続チャネルを利用することによる正確な無線周波数位置特定のためのシステムおよび方法を開示する。一例では、無線ネットワークアーキテクチャ内のノードの位置特定方法は、無線デバイスを有する第１の無線ノードの処理ロジックを用いて、無線デバイスを有する第２の無線ノードからＲＦ信号を受信することと、第１の無線ノードを用いて、ＲＦ信号の第１の周波数チャネルの第１のチャネル状態情報を測定することと、第１および第２の周波数チャネルが非連続または不連続チャネルであるＲＦ信号の第２の周波数チャネルの第２のチャネル状態情報を第１の無線ノードを用いて測定することとを含む。方法は、位相整合のない第１および第２のチャネル状態情報に基づいて、第１および第２の無線ノード間の遅延プロファイル推定を特定することをさらに含む。
【００１３】
無線センサネットワークの様々なアプリケーションでは、ネットワーク内のセンサノードの位置を特定することが望ましい場合がある。例えば、そのような情報は、セキュリティカメラ、運動センサ、温度センサ、および当業者には明らかな他のそのようなセンサなどのセンサの相対位置を推定するために使用され得る。そして、この情報を使用して、温度のマップ、運動経路、マルチビュー画像キャプチャなどの拡張情報を生成できる。したがって、特に屋内環境において、無線ネットワーク内のノードの正確で、低電力で、コンテキストを意識した位置特定を可能にする位置特定システムおよび方法が望まれる。この目的のために、屋内環境には、同様の問題（例えば、近くの壁の存在など）が存在する可能性のある建物やその他の構造物の周辺地域など、屋内に近い環境も含まれると想定される。
【００１４】
無線センサネットワークは、家、アパート、オフィス、商業ビルを含む屋内環境、および駐車場、歩道、庭園などの近くの外部の位置で使用するために説明されている。無線センサネットワークはまた、電源を備えたあらゆるタイプの建物、構造物、エンクロージャ、乗り物、ボートなどでも使用できる。センサシステムは、長い通信距離を維持しながら、センサノードの良好な電池寿命を提供する。
【００１５】
本発明の実施形態は、屋内環境内における位置検出のためのシステム、装置、および方法を提供する。参照により本明細書に組み込まれる、２０１５年８月１９日に出願された米国特許出願第１４／８３０，６６８号は、ＲＦベースの位置特定の技術を開示する。具体的には、システム、装置、および方法は、位置特定が必要な場合の経路長推定のための周期的なメッシュベースの構成との通信にツリーネットワーク構造を主に使用する無線センサネットワーク内で位置特定を実行する。無線センサネットワークは、位置特定の精度を向上させると同時に、位置特定に高周波を使用し、通信により低い周波数を使用することで、屋内通信の良好な質を提供する。
【００１６】
ツリー状の無線センサネットワークは、無線信号受信機能に関連する電力要件の低減により、多くのアプリケーションにとって魅力的である。例示的なツリー状のネットワークアーキテクチャは、２０１５年１月２９日に出願された米国特許出願第１４／６０７，０４５号、２０１５年１月２９日に出願された米国特許出願第１４／６０７，０４７号、２０１５年１月２９日に出願された米国特許出願第１４／６０７，０４８号、および２０１５年１月２９日に出願された米国特許出願第１４／６０７，０５０号に記載されており、これらは参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【００１７】
よく使用される別の種類の無線ネットワークは、メッシュネットワークである。このネットワークでは、１つ以上のネイバー間で通信が行われ、その後、マルチホップアーキテクチャを使用してネットワークに沿って情報が渡される。これは、情報がより短い距離で送信されるため、送信電力要件を低減するために使用できる。一方、マルチホップ通信方式を有効にするには受信無線機を頻繁にオンにする必要があるため、受信無線機の電力要件が増加する可能性がある。
【００１８】
無線ネットワーク内のノード間の信号の飛行時間の使用に基づいて、信号伝搬の速度が比較的一定であるという事実を活用することにより、無線ネットワーク内のノードの個々のペア間の距離を推定することができる。本ネットワークアーキテクチャの実施形態は、経路長の複数のペアを測定し、三角測量を実行し、次いで三次元空間内の個々のノードの相対位置を推定することを可能にする。
【００１９】
図１は、一実施形態に係る無線ノードの例示的なシステムを示す。この例示的なシステム１００は、無線ノード１１０〜１１６を含む。ノードは、通信１２０−１３０と双方向に通信する（例えば、ノード識別情報、センサデータ、ノードステータス情報、同期情報、位置特定情報、無線センサネットワークに関するその他の情報、飛行時間（ＴＯＦ）通信など）。飛行時間測定の使用に基づいて、ノードの個々のペア間の経路長を推定できる。例えば、ノード１１０と１１１の間の個々の飛行時間の測定は、ノード１１０からノード１１１へ既知の時間に信号を送信することにより達成され得る。ノード１１１は、信号を受信し、通信１２０の信号の受信のタイムスタンプを記録し、そして例えば、リターン信号の送信のタイムスタンプと共に、リターン信号をＡに送り返すことができる。ノード１１０は信号を受信し、受信のタイムスタンプを記録する。これらの２つの送信および受信のタイムスタンプに基づいて、ノード１１０と１１１間の平均飛行時間を推定できる。このプロセスを複数回かつ複数の非連続または不連続周波数チャネルで繰り返して、周波数帯域幅を増やして精度を改善し、特定の周波数でのチャネル品質の低下による劣化を排除または軽減できる。一連の経路長は、様々なノードペアに対してこのプロセスを繰り返すことで推定できる。例えば、図１では、経路長は、ＴＯＦ  １５０〜１６０である。次に、幾何モデルを使用して、三角測量のようなプロセスに基づいて個々のノードの相対位置を推定できる。
【００２０】
この三角測量プロセスは、ノードとハブ間の経路長のみを測定できるため、ツリー状のネットワークでは実行できない。そのため、これによって、ツリーネットワークの位置特定機能が制限される。位置特定を可能にしながらツリーネットワークのエネルギーの利点を維持するために、本発明の一実施形態では、通信のためのツリーネットワークは、位置特定のためのメッシュ状ネットワーク機能と組み合わされる。メッシュ状のネットワーク機能で位置特定が完了すると、ネットワークはツリー状の通信に戻り、ノードとハブ間の飛行時間のみが定期的に測定される。これらの飛行時間が比較的一定に保たれていれば、ネットワークはノードが移動せず、メッシュベースの位置特定を再実行しようとしているエネルギーを無駄にしないと推測する。一方、ツリーネットワークで経路長の変化が検出されると、ネットワークはメッシュベースのシステムに切り替わり、ネットワーク内の各ノードの位置を特定するために再度三角測量を行う。
【００２１】
図２は、一実施形態に係る、通信用の複数のハブを有する非対称ツリーおよ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、無線制御デバイス７１１を有する中央ハブ７１０、無線制御デバイス７２１を有するハブ７２０、無線制御デバイス７８３を有するハブ７８２、および無線制御デバイスｎを有するハブｎを含む追加のハブを含む。図示されていない追加のハブは、中央ハブ７１０、他のハブと通信することができるか、または追加の中央ハブとすることができる。各ハブは、他のハブおよび１つ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（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、スマート機器、スマートテレビなど）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。
【００２２】
センサノード７３０、７４０、７５０、７６０、７７０、７８８、７９２、ｎ、およびｎ＋１（または終端ノード）はそれぞれ、無線デバイス７３１、７４１、７５１、７６１、７７１、７８９、７９３、７５８、および７５３を含む。センサノードは、上位レベルのハブまたはノードとのアップストリーム通信のみがあり、別のハブまたはノードとのダウンストリーム通信がない場合、終端ノードである。各無線デバイスには、ハブまたは他のセンサノードとの双方向通信を可能にするための送信機と受信機（またはトランシーバ）を備えたＲＦ回路が含まれる。
【００２３】
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、およびノード７６０および７７０と通信する。これらの通信には、無線非対称ネットワークアーキテクチャ内の通信７２２、７２４、７７４、７７２、７６４、７６２、７８１、７８４、７８６、７１４、および７１２が含まれる。無線制御デバイス７１１を有する中央ハブは、ノードのグループおよび各グループに対して保証された時間信号を割り当てることを含む無線非対称ネットワークアーキテクチャを制御および監視するために、他のハブに通信を送信し、他のハブから通信を受信するように構成される。
【００２４】
ハブ７２０は、中央ハブ７１０と通信し、センサノード７３０、７４０、および７５０とも通信する。これらのセンサノードとの通信には、通信７３２、７３４、７４２、７４４、７５２、および７５４が含まれる。例えば、ハブ７２０の観点から、通信７３２はハブによって受信され、通信７３４はセンサノードに送信される。センサノード７３０の観点から、通信７３２はハブ７２０に送信され、通信７３４はハブから受信される。
【００２５】
一実施形態では、中央ハブ（または他のハブ）は、ノード７６０および７７０をグループ７１６に、ノード７３０、７４０、および７５０をグループ７１５に、ノード７８８および７９２をグループ７１７に、ノードｎおよびｎ＋１をグループｎに割り当てる。別の一例では、グループ７１６および７１５は単一のグループに結合される。
【００２６】
図１〜図２に示すアーキテクチャを使用することで、長い電池寿命を必要とするノードは、通信に費やされるエネルギーを最小限に抑え、ツリー階層の上位レベルのノードは、利用可能なエネルギー源を使用して実装されるか、その代わりに、より高い容量を提供する電池を使用するか、より短い電池寿命を提供することができる。電池で動作する終端ノードでの長い電池寿命の達成を促進するために、それらのノードとそれらの上位レベルの相当物（以下、最下位レベルハブと呼ぶ）間の通信は、最下位レベルのハブと終端ノードとの間で最小限の送受信トラフィックが発生するように確立され得る。
【００２７】
一実施形態では、ノードは、ほとんどの時間（例えば、時間の９０％超、時間の９５％超、時間の約９８％または９９％超）を低エネルギーの非通信状態で費やす。ノードが起動して通信状態に入ると、ノードはデータを最低レベルのハブに送信するように動作可能になる。このデータには、ノード識別情報、センサデータ、ノードステータス情報、同期情報、位置特定情報、および無線センサネットワークに関するその他のそのような情報が含まれる。
【００２８】
ＲＦに基づいて２つのオブジェクト間の距離を特定するには、測距測定を実行する（つまり、ＲＦ通信を使用してオブジェクトのペア間の距離を推定する）。これを実現するために、１つのデバイスから別のデバイスにＲＦ信号が送信される。図３は、一実施形態に係る飛行時間測定システムを示す。図３に示すように、送信デバイス３１０はＲＦ信号３１２を送信し、受信デバイス３２０はＲＦ信号３１２を受信する。ここで、例示的な無線ネットワークでは、デバイス３１０はハブまたはノードであってもよく、デバイス３２０もハブまたはノードであってもよい。
【００２９】
図４は、一実施形態に係る飛行時間測定システムのブロック図を示す。受信デバイス（例えば、デバイス３２０）は、送信デバイス（例えば、デバイス３１０）からの送信を受信し、ＲＦ信号４１２を処理して、粗分解能推定器４４０を使用して少なくとも１つの粗推定値４４２と、精密分解能推定器４５０を使用して無線による２つのデバイス間の伝搬遅延の少なくとも１つの精密推定値４５２を生成する。次いで、システム４００は、コンバイナ４６０を利用して、粗時間推定値４４２と精密時間推定値４５２とを組み合わせて、正確な飛行時間測定値４７０を生成する。図４に示すように、その後、この飛行時間測定値４７０に光速度を掛けて距離を計算できる。
【００３０】
図５Ａおよび図５Ｂは、一実施形態に係る、ノードの位置推定を特定するための遅延プロファイル推定の方法を示す。方法５００の動作は、処理回路または処理ロジックを含む無線デバイス、ハブの無線制御デバイス（例えば、装置）、またはシステムによって実行され得る。処理ロジックには、ハードウェア（回路、専用ロジックなど）、ソフトウェア（汎用コンピュータシステムまたは専用マシンまたはデバイス上で実行されるものなど）、または両方の組み合わせが含まれ得る。一実施形態では、ハブは方法５００の動作を実行する。
【００３１】
動作５０１では、無線周波数（ＲＦ）回路および少なくとも１つのアンテナを有するハブは、無線ネットワークアーキテクチャ（例えば、無線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５０２では、ＲＦ回路およびハブの少なくとも１つのアンテナは、各々が無線ネットワークアーキテクチャ内のハブのＲＦ回路との双方向通信を可能にする送信機および受信機を備えた無線デバイスを有する複数のセンサノードから通信を受信する。動作５０３では、無線制御デバイスを有するハブ（またはノード）の処理ロジックは、最初に、センサノードの無線ネットワークを、ある期間（例えば、所定の期間、位置特定に十分な期間など）、第１のネットワークアーキテクチャ（例えば、メッシュベースのネットワークアーキテクチャ）として構成させる。動作５０４で、ハブ（またはノード）の処理ロジックは、測定値が利用できない、または破損した測定値がある周波数で区切られた複数の周波数帯域からのチャネル周波数応答測定値（例えば、チャネル状態情報）を使用して少なくとも２つのノード（またはすべてのノード）の位置特定のための遅延プロファイル推定を特定するために飛行時間および信号強度技術の少なくとも一方を利用する。動作５０６では、遅延プロファイル推定のために、ハブ（またはノード）の処理ロジックは、別のノードから受信されるＲＦ信号の第１のチャネルのチャネル周波数応答測定値を有する第１のチャネル状態情報を測定する。動作５０８では、遅延プロファイル推定のために、ハブ（またはノード）の処理ロジックは、第１および第２のチャネルが非連続または不連続チャネルであるＲＦ信号の第２のチャネルのチャネル周波数応答測定値を有する第２のチャネル状態情報を測定する。動作５１０では、遅延プロファイル推定のために、ハブ（またはノード）の処理ロジックは、第１、第２、および第３のチャネルが非連続または不連続チャネルであるＲＦ信号の第３のチャネルのチャネル周波数応答測定値を有する第３のチャネル状態情報を測定する。遅延プロファイル推定の場合、ハブ（またはノード）の処理ロジックは、第１、第２、第３、および追加チャネルが非連続または不連続チャネルであるＲＦ信号の追加チャネルの追加チャネル状態情報を測定できる。
【００３２】
動作５１２では、ハブ（またはノード）の処理ロジックは、位相整合なしの第１、第２、および第２のチャネル状態情報の少なくとも２つに基づいて、別のノードから受信したＲＦ信号の遅延プロファイル推定を特定する。動作５１３では、ハブ（またはノード）の処理ロジックは、遅延プロファイル推定を使用して、少なくとも２つのノード（例えば、ハブと別のノード、他の２つのノード）間の距離および少なくとも２つのノードの位置を特定する。
【００３３】
動作５１４では、少なくとも２つのネットワークセンサノードの位置特定が完了すると、ハブ（またはノード）の処理ロジックは、飛行時間測定が発生しているならば、飛行時間測定を終了し、少なくとも２つのノードとの通信の信号強度の監視を続ける。同様に、少なくとも２つのノードは、ハブとの通信の信号強度を監視できる。
【００３４】
動作５１６では、ハブ（またはノード）の処理ロジックは、位置特定の完了時に第２のネットワークアーキテクチャ（例えば、ツリーベースまたはツリー状のネットワークアーキテクチャ（またはメッシュベースの特徴のないツリーアーキテクチャ））で無線ネットワークを構成する。動作５１８では、ハブ（またはノード）の処理ロジックは、信号強度の持続的な変化が発生するかどうかを示す少なくとも１つのセンサノード（またはハブ）からの情報を受信することができる。次に、動作５２０では、ハブ（またはノード）の処理ロジックは、（単独で、または少なくとも１つのセンサノードから受信した情報に基づいて）特定のノードへの信号強度に持続的な変化があったかどうかを判定する。そうである場合、方法は、動作５０３に戻り、ハブの処理ロジックは、ある期間、ネットワークを第１のネットワークアーキテクチャとして構成し、本明細書で開示される飛行時間および信号強度技術のうちの少なくとも一方（例えば、飛行時間および信号強度技術）に対して、非連続または不連続チャネルを用いて動作５０４で位置特定の再トリガーを行う。そうでない場合、特定のノードの信号強度の持続的な変化がない場合、方法は動作５１６に戻り、ネットワークは第２のネットワークアーキテクチャを有し続ける。
【００３５】
受信機によって測定されたチャネル周波数応答は、指数の合計（ａ１＊ｅ＾（ｊ＊ｗ＊ｔ１＋ｊ＊ｐ１）＋ａ２＊ｅ＾（ｊ＊ｗ＊ｔ２＋ｊ＊ｐ２）＋…）として表現でき、それぞれが反射のために遅延した送信信号によって作成されるため、送信機と受信機の間に長い経路が発生する。一部のアプリケーションでは、２つのデバイス間の遅延プロファイルを正確に推定することが重要である。連続Ｎ点周波数応答測定値［ｈ（１）、ｈ（２）…ｈ（Ｎ）］から各ｅ＾（ｊ＊ｗ＊ｔ）成分を取得する方法は知られており、
ｅ＾（ｊ＊ｗ＊ｔ１）．．ｅ＾（ｊ＊ｗ＊ｔｋ）は、行列積のｋ個の固有値である。
【数１】
2020532205.tif 000003
【００３６】
ここで、−１の累乗は行列の擬似逆行列を示す。
【００３７】
残りの指数関数は解くことができる：
【数２】
2020532205.tif 000004
【００３８】
遅延プロファイル推定の精度は、帯域幅、または周波数応答測定に存在するサンプル数に比例する。使用されている無線チャネルの中央で周波数応答を測定することは困難である（例えば、ＷｉＦｉではチャネルの中央に１ＭＨｚのギャップがある）。したがって、無線チャネルの半分に基づいて周波数応答を測定すると、帯域幅が半分に削減されるか、または無線チャネルのギャップが無視されると、これは推定に誤差を導入する。
【００３９】
従来の技術を使用して、位置特定に望まれる精度に達するのに十分な広いチャネル帯域幅を取得することは不可能な場合がある。一例では、いくつかの狭い帯域幅のチャネルを結合しようとすると、これらのチャネルは連続しない場合がある。連続するチャネルが見つかった場合でも、未知のローカルな発振器位相でランダムな回数測定が行われるため、これらのチャネルは後で位相調整する必要がある。上記の問題はすべて、チャネルのギャップ（例えば、チャネル中心）をスキップし、位相調整なしで非連続または不連続のチャネルを結合できる新しい非連続または不連続の方法（例えば、方法５００）を導入することで解決できる。
【００４０】
ｅ＾（ｊ＊ｗ＊ｔ１）．．ｅ＾（ｊ＊ｗ＊ｔｋ）は、この新しい行列積のｋ個の固有値である。
【数３】
2020532205.tif 000005
【００４１】
ここで、ｍ（）およびｎ（）は、図６〜７に示すように、これらの測定間に周波数または位相のギャップがある２つの行セクションを作成する２セットの測定値である。Ｌは、推定の信号対雑音比を管理するために選択される。測定セットの数は２つに限定されない。残りの指数関数は、従来技術と同様に解くことができるが、測定値ｎ（）またはｍ（）のいずれかを使用する。
【数４】
2020532205.tif 000006
【００４２】
遅延プロファイル推定法は、測定値が利用できない、または破損した測定値のある周波数で分離された複数の周波数ブロックからのチャネル周波数応答測定値（例えば、チャネル状態情報）を使用する。第１の例では、方法は、推定器で使用可能な個別の周波数ブロック（例えば、図６のチャネル６２１〜６２２、チャネル６４１〜６４２）と同じ数の個別の行セクションと、最初の測定で左上隅から始まり、最後の測定で右下隅で終了するセクションの対角線にその対応する周波数ブロックからのすべての測定値を含む各セクションとを有する第１の行列を使用する。周波数ブロックの各行セクションには、１行内の測定回数（例えば、列数）よりも多くの行が含まれる。
【００４３】
第２の例では、第１の行列から最後の列を削除して第２の行列を形成し、第１の行列から第１の列を削除して第３の行列を形成し、その後、第２の行列の擬似逆行列と第３の行列を乗算する。
【００４４】
第３の例では、第２と第３の行列の積のｋ個の固有値の位相を使用して、周波数応答測定間の周波数分離に対する遅延を示す。
【００４５】
第４の例では、遅延プロファイルで一定数の遅延を想定して、１行の長さが生成される。
【００４６】
第５の例では、１行の長さは、ハブ（またはノード）の受信機によって報告された信号品質に基づいている。
【００４７】
第６の例では、列のｋ個の固有値のそれぞれを含む第４の行列を最初に形成し、各固有値を０から始まり周波数ブロックのうちの１つの中の測定回数まで増加する行によって示される値でべき乗することにより、遅延の振幅と位相を推定する。次に、この方法は、その周波数ブロックからの測定ベクトルに、第４の行列の擬似逆行列を乗算する。
【００４８】
第７の例では、位相と振幅の推定値が各周波数ブロックに対して個別に生成され、その後、振幅推定値が平均化されてより正確な結果が得られる。
【００４９】
図６は、一実施形態に係る、非連続または不連続チャネルを使用するノードの位置特定のための図６００を示す。図６００は、水平軸上に非連続または不連続の周波数チャネル６２１〜６２２を有する周波数帯域６２０と、非連続または不連続の周波数チャネル６４１〜６４２を有する周波数帯域６４０とを示す。測定値ｍ（ｍ１、ｍ２、…ｍｎ）は、チャネル６２１から取得される。測定値ｎ（ｎ１、ｎ２、…ｎｎ）は、チャネル６４２から取得される。チャネル６２２および６４１では信号が見つからないか、または信号は品質が低いと判定されていない。測定値ｎ（）およびｍ（）は、チャネル６２１および６４２から取得され、個々のチャネルで形成された行列よりも大きい第１の行列を生成する。一例では、第１の行列は、個々のチャネル６２１〜６４２の同等の行列のサイズの２倍である。周波数帯域６２０および６４０は、周波数が（例えば、２．４ＧＨｚおよび５ＧＨｚ）ＷｉＦｉ周波数帯域に類似しているか、または異なる周波数帯域を有し得る。
【００５０】
図７Ａは、一実施形態に係る、非連続または不連続チャネルを使用するノードの位置特定のための図７００ａを示す。図７００は、水平軸上に非連続または不連続な周波数応答７２１〜７２２を有する周波数チャネル７２０を示す。測定値ｍ（ｍ１、ｍ２、…ｍｎ）は周波数範囲７２１から取得され、測定値ｎ（ｎ１、ｎ２、…ｎｎ）は周波数範囲７２２から取得される。一例では、周波数チャネル７２０は、個々の部分７２１および７２２の周波数範囲のサイズの約２倍である。周波数帯域７２０は、ＷｉＦｉ周波数帯域と周波数が類似（例えば、５ＧＨｚまたは２．４ＧＨｚ）することができ、または異なる周波数帯域を有することができる。
【００５１】
図７Ｂは、一実施形態に係る、非連続または不連続チャネルを使用するノードの位置特定のための図７００ｂを示す。図７００ｂは、水平軸上の周波数チャネル７２１ｂ〜７２２ｂを示す。測定値ｍ（ｍ１、ｍ２、…ｍｎ）はチャネル７２１ｂから取得され、測定値ｎ（ｎ１、ｎ２、…ｎｎ）はチャネル７２２ｂから取得される。一例では、ｍ（）とｎ（）からの測定値の合計は、個々の測定値のサイズの２倍である。
【００５２】
図７Ｃは、一実施形態に係る、不連続チャネル応答を使用するノードの位置特定の図７００ｃを示す。図７００ｃは、水平軸上に周波数チャネル７２１ｃ〜７２２ｃを示す。測定値ｍ（ｍ１、ｍ２、…ｍｎ）はチャネル７２１ｃから取得され、測定値ｎ（ｎ１、ｎ２、…ｎｎ）はチャネル７２２ｃから取得される。測定値は、異なる瞬間に取得されるか、または異なるデバイスによって取得され、２つのチャネル応答にランダムな位相が生じる。
【００５３】
本明細書で説明するハブとノード間の通信は、無線周波数を使用した直接無線通信、家、アパート、商業ビルなどの中での電気配線に信号を変調することで達成される電力線通信、８０２．１１ａ、８０２．１１ｂ、８０２．１１ｎ、８０２．１１ａｃなどの標準ＷｉＦｉ通信プロトコルおよび当業者には明らかな他のそのようなＷｉｆｉ通信プロトコルを使用したＷｉＦｉ通信、ＧＰＲＳ、ＥＤＧＥ、３Ｇ、ＨＳＰＤＡ、ＬＴＥなどのセルラー通信および当業者には明らかな他のセルラー通信プロトコル、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信、Ｚｉｇｂｅｅなどの周知の無線センサネットワークプロトコルを使用した通信、および当業者には明らかな他の有線ベースまたは無線通信スキームを含むが、これらに限定されない様々な手段を使用して達成できる。
【００５４】
終端ノードとハブ間の無線周波数通信の実装は、非連続通信または不連続通信の組み合わせを含む様々な方法で実装できる。
【００５５】
ハブがノードよりも大きいか、利用可能な電力が大きいようなネットワークが非対称である実施形態において、ハブに複数のアンテナを使用して、ノードとの通信の到来角を推定することが有利な場合がある。これは、本明細書で開示される他の位置特定技術と組み合わせて使用され、位置特定の精度を改善し、および／または反射された伝送経路が存在することを識別することができる。同様に、ノードの一部またはすべてで複数のアンテナを使用して、位置特定の目的でノード間またはハブとノード間の送受信に関して同様の利点を実現することもできる。
【００５６】
ハブは、本発明の実施形態に係る多くの方法で物理的に実装されてもよい。図９Ａは、一実施形態に係る、電力コンセント用のオーバーレイ１５００として実装されるハブの例示的な一実施形態を示す。オーバーレイ１５００（例えば、フェースプレート）は、ハブ１５１０と、ハブをコンセント１５０２に結合する接続１５１２（例えば、通信リンク、信号線、電気接続など）を含む。代替的に（または追加的に）、ハブはコンセント１５０４に結合される。オーバーレイ１５００は、安全性および美観を目的として、コンセント１５０２および１５０４を覆うかまたは囲む。
【００５７】
図９Ｂは、一実施形態に係る、電力コンセント用のオーバーレイとして実装されるハブ１５２０のブロック図の分解図の例示的な一実施形態を示す。ハブ１５２０は、周期的に方向を反転させる交流（ＡＣ）を一方向のみに流れる直流（ＤＣ）に変換する電源整流器１５３０を含む。電源整流器１５３０は、接続１５１２（例えば、通信リンク、信号線、電気接続など）を介してコンセント１５０２からＡＣを受け取り、ＡＣをＤＣに変換して、接続１５３２（例えば、通信リンク、信号線、電気接続など）を介してコントローラ回路１５４０に電力を供給し、接続１５３４（例えば、通信リンク、信号線、電気接続など）を介してＲＦ回路１５５０に電力を供給する。コントローラ回路１５４０は、メモリ１５４２を含むか、または、本明細書で説明されるような無線非対称ネットワークの位置特定を形成、監視、および実行するためのハブの動作を制御するためのコントローラ回路１５４０の処理ロジック１５４４（例えば、１つ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１５５０は、（１または複数の）アンテナ１５５２を介して無線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または別個の送信機１５５４および受信機１５５６機能を含むことができる。ＲＦ回路１５５０は、接続１５３４（例えば、通信リンク、信号線、電気接続など）を介してコントローラ回路１５４０と双方向に通信する。ハブ１５２０は、無線制御デバイス１５２０とすることができるか、またはコントローラ回路１５４０、ＲＦ回路１５５０、および（１または複数の）アンテナ１５５２の組み合わせは、本明細書で説明されるような無線制御デバイスを形成することができる。
【００５８】
図１０Ａは、一実施形態に係る、コンピュータシステム、機器、または通信ハブに配備するためのカードとして実装されるハブの例示的な一実施形態を示す。カード１６６２は、矢印１６６３で示されるように、システム１６６０（例えば、コンピュータシステム、機器、または通信ハブ）に挿入することができる。
【００５９】
図１０Ｂは、一実施形態に係る、コンピュータシステム、機器、または通信ハブに配備するためのカードとして実装されるハブ１６６４のブロック図の例示的な一実施形態を示す。ハブ１６６４は、接続１６７４（例えば、通信リンク、信号線、電気接続など）を介してコントローラ回路１６６８に電力（例えば、ＤＣ電源）を供給し、接続１６７６（例えば、通信リンク、信号線、電気接続など）を介してＲＦ回路１６７０に電力を供給する電源１６６６を含む。コントローラ回路１６６８は、メモリ１６６１を含むか、または本明細書で説明されるような無線非対称ネットワークの位置特定を形成、監視、および実行するためのハブの動作を制御するためのコントローラ回路１６６８の処理ロジック１６６３（例えば、１つ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１６７０は、（１または複数の）アンテナ１６７８を介して無線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または別個の送信機１６７５および受信機１６７７機能を含むことができる。ＲＦ回路１６７０は、接続１６７２（例えば、通信リンク、信号線、電気接続など）を介してコントローラ回路１６６８と双方向に通信する。ハブ１６６４は、無線制御デバイス１６６４とすることができるか、またはコントローラ回路１６６８、ＲＦ回路１６７０、および（１または複数の）アンテナ１６７８は組み合わせて、本明細書で説明されるような無線制御装置を形成することができる。
【００６０】
図１０Ｃ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、他のスマート機器など）内に実装されたハブの例示的な一実施形態を示す。機器１６８０（例えば、スマート洗濯機）は、ハブ１６８２を含む。
【００６１】
図１０Ｄ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、他のスマート機器など）内に実装されたハブ１６８４のブロック図の分解図の例示的な一実施形態を示す。ハブは、接続１６９６（例えば、通信リンク、信号線、電気接続など）を介してコントローラ回路１６９０に電力（例えば、ＤＣ電源）を供給し、接続１６９８（例えば、通信リンク、信号線、電気接続など）を介してＲＦ回路１６９２に電力を供給する電源１６８６を含む。コントローラ回路１６９０は、メモリ１６９１を含むか、または本明細書で説明されるような無線非対称ネットワークの位置特定を形成、監視、および実行するためのハブの動作を制御するためのコントローラ回路１６９０の処理ロジック１６８８（例えば、１つ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１６９２は、（１または複数の）アンテナ１６９９を介して無線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または別個の送信機１６９４および受信機１６９５機能を含むことができる。ＲＦ回路１６９２は、接続１６８９（例えば、通信リンク、信号線、電気接続など）を介してコントローラ回路１６９０と双方向に通信する。ハブ１６８４は、無線制御装置１６８４とすることができるか、またはコントローラ回路１６９０、ＲＦ回路１６９２、および（１または複数の）アンテナ１６９９を組み合わせて、本明細書で説明されるような無線制御デバイスを形成することができる。
【００６２】
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を提供するための装置（例えば、ハブ）は、命令を格納するメモリと、無線非対称ネットワークアーキテクチャ内で通信を確立および制御するための命令を実行するハブの処理ロジック（例えば、１つ以上の処理ユニット、処理ロジック１５４４、処理ロジック１６６３、処理ロジック１６８８、処理ロジック１７６３、処理ロジック１８８８）と、無線非対称ネットワークアーキテクチャ内で通信を送受信するための複数のアンテナ（例えば、（１または複数の）アンテナ１５５２、（１または複数の）アンテナ１６７８、（１または複数の）アンテナ１６９９、アンテナ１３１１、１３１２、１３１３など）を含む無線周波数（ＲＦ）回路（例えば、ＲＦ回路１５５０、ＲＦ回路１６７０、ＲＦ回路１６９２、ＲＦ回路１８９０）とを含む。ＲＦ回路と複数のアンテナは、無線非対称ネットワークアーキテクチャ内の装置のＲＦ回路との双方向通信を可能にする送信機と受信機（またはトランシーバの送信機と受信機の機能）を備えた無線デバイスをそれぞれ有する複数のセンサノード（例えば、ノード１、ノード２）に通信を送信する。
【００６３】
一例では、装置は主電源によって電力を供給され、複数のセンサノードはそれぞれ電池源によって電力を供給されて無線ネットワークアーキテクチャを形成する。
【００６４】
リチウムイオン、リチウムポリマー、リン酸リチウムなどのリチウムベースの化学物質、および当業者には明らかな他のそのような化学物質を含む、様々な電池を無線センサノード内で使用できる。使用できる追加の化学物質には、ニッケル水素、標準アルカリ電池の化学物質、銀亜鉛および亜鉛空気電池の化学物質、標準炭素亜鉛電池の化学物質、鉛酸電池の化学物質、または当業者に明らかであるような他の化学物質が含まれる。
【００６５】
本発明はまた、本明細書に記載の動作を実行するための装置に関する。この装置は、必要な目的のために特別に構築されてもよいし、またはコンピュータ内に保存されたコンピュータプログラムによって選択的に起動または再構成される汎用コンピュータを備えてもよい。そのようなコンピュータプログラムは、フロッピーディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、および光磁気ディスク、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気カードまたは光カード、または電子命令の保存に適したあらゆるタイプの媒体を含む任意のタイプのディスクなどが挙げられるが、それらに限定されないコンピュータ可読記憶媒体に格納されてもよい。
【００６６】
本明細書で提示されるアルゴリズムおよびディスプレイは、特定のコンピュータまたは他の装置に本質的に関連するものではない。本明細書の教示に従って、様々な汎用システムをプログラムと共に使用することができるか、または必要な方法操作を実行するためにより特化した装置を構築することが便利であることが判明する場合がある。
【００６７】
図１１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、電気接続など）を介してコントローラ回路１７２０に電力（例えば、ＤＣ電源）を供給する電源１７１０（例えば、エネルギー源、電池源、一次セル、充電式セルなど）を含み、接続１７７６（例えば、通信リンク、信号線、電気接続など）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、電気接続など）を介して検知回路１７４０に電力を供給する。コントローラ回路１７２０は、メモリ１７６１を含むか、または本明細書で説明されているような無線非対称ネットワークを形成および監視するための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つ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（例えば、通信回路）は、（１または複数の）ハブおよびオプションの無線センサノードとの（１または複数の）アンテナ１７７８を介した双方向通信を送受信するためのトランシーバまたは別個の送信機１７７５および受信機１７７７機能を含むことができる。ＲＦ回路１７７０は、接続１７７２（例えば、電気接続）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、（１または複数の）画像センサと回路１７４２、（１または複数の）水分センサと回路１７４３、（１または複数の）温度センサと回路、（１または複数の）湿度センサと回路、（１または複数の）空気質センサと回路、（１または複数の）光センサと回路、（１または複数の）運動センサと回路１７４４、（１または複数の）音声センサと回路１７４５、（１または複数の）磁気センサと回路１７４６、および（１または複数の）センサと回路ｎなどを含む様々なタイプの検知回路および（１または複数の）センサを含む。
【００６８】
本明細書で開示される無線位置特定技術は、他の感知された情報と組み合わされて、ネットワーク全体の位置特定精度を改善し得る。例えば、１つ以上のノードにカメラが含まれる無線センサでは、キャプチャされた画像を画像処理および機械学習の手法で使用して、監視されているセンサノードが同じシーンを見ているかどうか、したがって同じ部屋にある可能性があるかどうかを判定できる。周期的な照明と光検出器を使用することで、同様の利点を実現できる。照明をストロボし、光検出器を使用して検出することにより、光路の存在を検出でき、ストロボと検出器の間に不透明な壁がないことを示す可能性がある。他の実施形態では、磁気センサをセンサノードに統合し、監視されているセンサノードの向きを検出するためのコンパスとして使用することができる。次に、この情報を位置特定情報と共に使用して、センサが壁、床、天井、またはその他の位置にあるかどうかを判定できる。
【００６９】
一例では、各センサノードは画像センサを含むことができ、家の各周囲壁は１つ以上のセンサノードを含む。ハブは、位置特定情報と共に画像データおよび任意で方向データを含むセンサデータを分析して、各センサノードの絶対位置を特定する。次に、ハブは、ユーザーの建物の各部屋の３次元画像を構築できる。壁、窓、ドアなどの位置を有するフロアプランを生成できる。イメージセンサは、家の保全性の問題（例えば、水、屋根の漏れなど）を示し得る反射の変化を示す画像をキャプチャする場合がある。
【００７０】
図１２は、一実施形態に係るハブを有するシステム１８００のブロック図を示す。システム１８００は、無線非対称ネットワークアーキテクチャのハブ１８８２または中央ハブを含むか、またはそれと統合される。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、通信システムなど）は、あらゆるタイプの無線デバイス（例えば、携帯電話、無線電話、タブレット、コンピューティングデバイス、スマートＴＶ、スマート機器など）と無線通信の送受信用に通信することができる。システム１８００は、コントローラ１８２０および処理ユニット１８１４を含む処理システム１８１０を含む。処理システム１８１０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つ以上の画像またはビデオをキャプチャするための光学デバイス１８８０、システム１８００用の運動データ（例えば、三次元の）を特定するためのオプションの運動ユニット１８４４（例えば、加速度計、ジャイロスコープなど）、電力管理システム１８４０、および機械アクセス可能な非一時的媒体１８５０と、１つ以上の双方向通信リンクまたは信号線１８９８、１８１８、１８１５、１８１６、１８１７、１８１３、１８１９、１８１１を介してそれぞれ通信する。
【００７１】
ハブ１８８２は、接続１８８５（例えば、通信リンク、信号線、電気接続など）を介してコントローラ回路１８８４に電力（例えば、ＤＣ電源）を提供し、ＲＦ回路１８９０に接続１８８７（例えば、通信リンク、信号線、電気接続など）を介して電力を提供する電源１８９１を含む。コントローラ回路１８８４は、メモリ１８８６を含むか、または本明細書で説明されるような無線非対称ネットワークを形成および監視するためのハブの動作を制御するためのコントローラ回路１８８４の処理ロジック１８８８（例えば、１つ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、無線センサノードまたは他のハブとの（１または複数の）アンテナ１８９６を介した双方向通信を送受信するためのトランシーバまたは別個の送信機（ＴＸ）１８９２および受信機（ＲＸ）１８９４機能を含み得る。ＲＦ回路１８９０は、接続１８８９（例えば、通信リンク、信号線、電気接続など）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、無線制御デバイス１８８４またはコントローラ回路１８８４、ＲＦ回路１８９０、および（１または複数の）アンテナ１８９６とすることができ、組み合わせて、本明細書で説明するような無線制御デバイスを形成することができる。
【００７２】
システムのＲＦ回路１８７０および（１または複数の）アンテナ１８７１またはハブ１８８２のＲＦ回路１８９０および（１または複数の）アンテナ１８９６は、無線リンクまたはネットワークを介して本明細書で説明するハブまたはセンサノードの１つ以上の他の無線デバイスに情報を送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ー１８６２およびマイクロフォン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つ以上の処理ユニット１８１４は、コントローラ１８２０を介して１つ以上の機械アクセス可能な非一時的媒体１８５０（例えば、コンピュータ可読媒体）と通信する。媒体１８５０は、１つ以上の処理ユニット１８１４によって使用されるコードおよび／またはデータを格納できる任意のデバイスまたは媒体（例えば、記憶装置、記憶媒体）とすることができる。媒体１８５０には、キャッシュ、メインメモリ、および２次メモリを含むがこれらに限定されないメモリ階層を含めることができる。
【００７３】
媒体１８５０またはメモリ１８８６は、本明細書で説明される方法論または機能のいずれか１つ以上を実施する１つ以上の命令セット（またはソフトウェア）を格納する。ソフトウェアは、オペレーティングシステム１８５２と、無線非対称ネットワークアーキテクチャを確立、監視、および制御するためのネットワークサービスソフトウェア１８５６と、通信モジュール１８５４と、アプリケーション１８５８（例えば、家または建物のセキュリティアプリケーション、家また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）とを含み得る。ソフトウェアはまた、デバイス１８００によるその実行中に、媒体１８５０、メモリ１８８６、処理ロジック１８８８内、または処理ユニット１８１４内に、完全にまたは少なくとも部分的に存在してもよい。図１８に示すコンポーネントは、１つ以上の信号処理および／または特定用途向け集積回路を含む、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組み合わせ内に実装されてもよい。
【００７４】
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。Ｉ／Ｏユニット１８３０は、異なるタイプの入出力（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）、ユーザー入力を受信して出力を表示するためのタッチディスプレイデバイスまたはタッチスクリーン、オプションの英数字入力デバイス）と通信する。
【００７５】
一実施形態では、無線ネットワークアーキテクチャ内のノードの位置特定方法は、無線デバイスを有する第１の無線ノードの処理ロジックを用いて、無線デバイスを有する第２の無線ノードからＲＦ信号を受信することと、第１の無線ノードを用いて、ＲＦ信号の第１の周波数チャネルの第１のチャネル状態情報を測定することと、第１および第２の周波数チャネルが非連続または不連続チャネルであるＲＦ信号の第２の周波数チャネルの第２のチャネル状態情報を第１の無線ノードを用いて測定することと、位相整合のない第１および第２のチャネル状態情報に基づいて、第１および第２の無線ノード間の遅延プロファイル推定を特定することとを含む。
【００７６】
一例では、遅延プロファイル推定は、第１および第２の周波数チャネル間の周波数帯域ギャップに関するチャネル状態情報なしで特定される。
【００７７】
別の一例では、方法は、第１、第２、および第３の周波数チャネルが非連続または不連続チャネルであるＲＦ信号の第３の周波数チャネルの第３のチャネル状態情報を第１の無線ノードを用いて測定することを含む。
【００７８】
別の一例では、方法は、遅延プロファイル推定を使用して、第１および第２の無線ノード間の距離を特定することを含む。
【００７９】
別の一例では、第１および第２の無線ノード間の遅延プロファイル推定を特定することは、各行がそのチャネルのチャネル状態情報の一部を含む各個別周波数チャネルに対して個別の行セクションを有する第１の行列を生成することを含む。
【００８０】
別の一例では、第１および第２の無線ノード間の遅延プロファイル推定を特定することは、第１の行列から最後の列を削除することにより第２の行列を生成し、第１の行列から第１の列を削除することにより第３の行列を生成し、その後、第２の行列の擬似逆行列と第３の行列を掛け合わせることを含む。
【００８１】
別の一例では、第２および第３の行列の積のｋ個の固有値の位相が、第１および第２のチャネル情報間の周波数分離に対する遅延を示すために使用される。
【００８２】
別の一例では、遅延の振幅および位相は、列にｋ個の固有値のそれぞれを含む第４の行列を最初に形成し、各固有値をゼロから始まり、第１または第２のチャネル状態情報の１つの周波数ブロック内の測定回数まで増加する行によって示される値でべき乗し、次いで、その周波数ブロックからの測定ベクトルに第４の行列の擬似逆行列を乗算することによって推定される。
【００８３】
別の一例では、位相および振幅推定は、第１および第２のチャネル状態情報の周波数ブロックのそれぞれに対して別々に生成される。
【００８４】
一実施形態では、無線ネットワークアーキテクチャ内のノードの位置特定のためのシステムは、１つ以上の処理ユニットと、ＲＦ信号を含む無線ネットワークアーキテクチャ内で通信を送受信するためのＲＦ回路とを備えた無線デバイスを有する第１の無線ノードと、無線ネットワークアーキテクチャ内の第１の無線ノードとの双方向通信を可能にする１つ以上の処理ユニットおよびＲＦ回路を備えた無線デバイスを有する第２の無線ノードとを含む。第１の無線ノードの１つ以上の処理ユニットは、第２の無線ノードからのＲＦ信号を受信し、ＲＦ信号の第１の周波数チャネルの第１のチャネル状態情報を測定し、第１および第２の周波数チャネルが非連続または不連続チャネルであるＲＦ信号の第２の周波数チャネルの第２のチャネル状態情報を測定し、位相整合なしで第１および第２のチャネル状態情報に基づいて、第１および第２の無線ノード間の遅延プロファイル推定を特定するための命令を実行するように構成される。
【００８５】
別の一例では、遅延プロファイル推定は、第１および第２のチャネル間の周波数帯域ギャップに関するチャネル状態情報なしで特定される。
【００８６】
別の一例では、第１の無線ノードの１つ以上の処理ユニットは、第１、第２、および第３のチャネルが非連続または不連続チャネルであるＲＦ信号の第３の周波数チャネルの第３のチャネル状態情報を測定するための命令を実行するように構成される。
【００８７】
別の一例では、第１の無線ノードの１つ以上の処理ユニットは、遅延プロファイル推定を使用して第１および第２の無線ノード間の距離を特定するための命令を実行するように構成される。
【００８８】
別の一例では、第１および第２の無線ノード間の遅延プロファイル推定は、各行がそのチャネルのチャネル状態情報の一部を含む各個別周波数チャネルに対して個別の行セクションを有する第１の行列を生成することにより特定される。
【００８９】
別の一例では、第１および第２の無線ノード間の遅延プロファイル推定は、第１の行列から最後の列を削除することにより第２の行列を生成し、第１の行列から第１の列を削除することにより第３の行列を生成し、その後、第２の行列の擬似逆行列と第３の行列を掛け合わせることにより特定される。
【００９０】
別の一例では、第２および第３の行列の積のｋ個の固有値の位相が、第１および第２のチャネル状態情報間の周波数分離に対する遅延を示すために使用される。
【００９１】
一実施形態では、装置は、命令を保存するためのメモリと、無線ネットワークアーキテクチャ内で複数のセンサノードを制御し、複数のセンサノードの位置を特定するための命令を実行する１つ以上の処理ユニットと、送信機と受信機を備えた無線デバイスをそれぞれ有する複数のセンサノードと通信を送受信する無線周波数（ＲＦ）回路であって、無線ネットワークアーキテクチャ内の装置のＲＦ回路との双方向通信を可能にするＲＦ回路とを含む。装置の１つ以上の処理ユニットは、センサノードからＲＦ信号を受信し、ＲＦ信号の第１の周波数チャネルの第１のチャネル状態情報を測定し、第１および第２の周波数チャネルが非連続または不連続チャネルであるＲＦ信号の第２の周波数チャネルの第２のチャネル状態情報を測定し、位相整合のない第１および第２のチャネル状態情報に基づいて、装置とセンサノード間の遅延プロファイル推定を特定するための命令を実行するように構成される。
【００９２】
一例では、遅延プロファイル推定は、第１および第２のチャネル間の周波数帯域ギャップに関するチャネル状態情報なしで特定される。
【００９３】
別の一例では、装置の１つ以上の処理ユニットは、第１、第２、および第３のチャネルが非連続または不連続チャネルであるＲＦ信号の第３の周波数チャネルの第３のチャネル状態情報を測定するための命令を実行するように構成される。
【００９４】
別の一例では、第１の無線ノードの１つ以上の処理ユニットは、遅延プロファイル推定を使用して第１および第２の無線ノード間の距離を特定するための命令を実行するように構成される。
【００９５】
別の一例では、第１および第２の無線ノード間の遅延プロファイル推定は、各個別周波数チャネルに対して個別の行セクションを有する第１の行列を生成することにより特定される。
【００９６】
別の一例では、第１および第２の無線ノード間の遅延プロファイル推定は、第１の行列から最後の列を削除することにより第２の行列を生成し、第１の行列から第１の列を削除することにより第３の行列を生成し、その後、第２の行列の擬似逆行列と第３の行列を掛け合わせることにより特定される。
【００９７】
別の一例では、第２および第３の行列の積のｋ個の固有値の位相が、第１および第２のチャネル状態情報間の周波数分離に対する遅延を示すために使用される。
【００９８】
前述の明細書では、本発明をその特定の例示的な実施形態を参照して説明した。しかしながら、本発明のより広い主旨および範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更がそれになされ得ることは明らかであろう。したがって、明細書および図面は、制限的な意味ではなく、例示的な意味で見なされるべきである。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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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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【国際調査報告】
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