(57)【要約】  本明細書では、無線センサネットワーク内で改善されたネットワークフレーム構造を備えた通信を提供するシステムおよび方法を開示する。一実施形態では、システムは、無線ネットワークの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１つ以上の処理ユニットおよびＲＦ回路を有するハブを含む。システムはまた、各々が無線ネットワークアーキテクチャ内のハブ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を含む。ハブの１つ以上の処理ユニットは、ハブブロードキャストタイムスロットの繰り返し中に、センサノードに通知を送信すると、センサノードの受信機の第１の電力モードから第２の電力モードへ変更を引き起こすための命令を実行するように構成される。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線ネットワークの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１つ以上の処理ユニットおよびＲＦ回路を有するハブと、
各々が前記無線ネットワークアーキテクチャ内の前記ハブとの双方向通信を可能にする送信機機能および受信機機能を備えた無線デバイスを有する複数のセンサノードとを含み、前記ハブの前記１つ以上の処理ユニットは、繰り返しのハブブロードキャストタイムスロット中にセンサノードに通知を送信すると、前記センサノードの受信機の第１の電力モードから第２の電力モードへ変更を引き起こす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２】
前記通知は、前記ハブまたは異なるセンサノードから発信される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記センサノードの前記受信機機能は、前記第１の電力モード中にブロードキャストメッセージをリッスンするための最小電力レベルで構成され、動作可能な送信機機能を有することを含む前記最小電力レベルを超えた任意のレベルで前記第２の電力モード中に動作可能である、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記センサノードは、前記受信された通知のグループ識別子を特定し、前記センサノードのグループ識別子を特定し、前記受信された通知の前記グループ識別子が前記センサノードの前記グループ識別子と一致して、前記無線ネットワーク内の輻輳が軽減される場合、前記センサノードからの通信の送信をキャンセルするための命令を実行するように構成される、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記センサノードは、通知を送信し、通知転送のために次のハブブロードキャストスロットをチェックすることによりノードグループの通知の正常な受信を確認し、正常な受信が確認されない場合に擬似ランダム関数の少なくとも１つの変更されたパラメータで通知を再送信するための命令を実行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】
前記ハブの前記１つ以上の処理ユニットは、グループ内のセンサノードが前記グループ内の他のセンサノードと比較して同じタイムスロットを有する可能性が低く、一方、異なるグループ内のセンサノードは同じタイムスロットを占有する可能性が高いことに基づいて擬似ランダムスロット位置を使用して、前記複数のセンサノードの送信タイムスロット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１に記載のシステム。
【請求項７】
前記ハブの前記１つ以上の処理ユニットは、前記無線ネットワーク内の通知用の第１の長さのタイムスロットとデータ通信用の第２の長さのタイムスロット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１に記載のシステム。
【請求項８】
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監視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、センサノードの少なくとも１つのグループのセンサノードからのアラーム情報との少なくとも１つの通信を受信し、ある特定の期間において追加のセンサノードおよび潜在的に異なるグループのセンサノードからのアラーム情報との追加の通信の受信を待機することにより、ターゲットアラーム遅延を提供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９】
前記装置の前記１つ以上の処理ユニットは、前記少なくとも１つのグループのセンサノードから受信した前記少なくとも１つの通信から固有のアラームを識別するための命令を実行するように構成される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記装置の前記１つ以上の処理ユニットは、異なるグループのセンサノードの前記固有のアラームの複数のアラーム情報をアラームパケットを有する通信に結合するための命令を実行するように構成される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記装置の前記１つ以上の処理ユニットは、第１のグループのセンサノードからの第１のアラーム情報を有する第１の複数の通信を受信し、第２のグループのセンサノードからの第２のアラーム情報を有する第２の複数の通信を受信するための命令を実行するように構成される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記装置の前記１つ以上の処理ユニットは、ハッシュ関数を使用することにより、前記センサノードに送信される前記アラームパケットのダウンリンクアラームタイムスロットを割り当てるための命令を実行するように構成される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記装置の前記１つ以上の処理ユニットは、繰り返しのハブブロードキャストタイムスロット中に前記アラーム情報を備えた前記アラームパケットを前記センサノードに送信すると、センサノードの受信機の第１の電力モードから第２の電力モードへの変更を引き起こすための命令を実行するように構成される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
無線ネットワークアーキテクチャ用のセンサノードであって、
少なくとも１つのセンサと、
命令を保存するためのメモリと、
前記メモリおよび前記少なくとも１つのセンサに結合された処理ロジックであって、前記処理ロジックは、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、前記センサノード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、
前記処理ロジックに結合された無線周波数（ＲＦ）回路であって、前記ＲＦ回路は、前記無線ネットワークアーキテクチャ内でハブと通信を送受信する送信機および受信機の機能を含むＲＦ回路とを含み、前記処理ロジックは、前記ハブまたはセンサノードのグループから発信された制御またはアラーム情報との繰り返しのハブブロードキャストタイムスロット中に、前記ハブから制御またはアラーム情報を有する通信を受信すると、前記受信機機能の第１の低電力モードを第２の電力モードへ変更するための命令を実行するように構成されるセンサノード。
【請求項１５】
前記制御またはアラーム情報は、前記ハブまたはセンサノードのグループから発信される、請求項１４に記載のセンサノード。
【請求項１６】
前記センサノードの前記受信機機能は、第１の電力モード中にブロードキャストメッセージをリッスンするための最小電力レベルで構成され、操作可能な送信機機能を有することを含む前記最小電力レベルを超える任意のレベルで第２の電力モード中に動作可能である、請求項１４に記載のセンサノード。
【請求項１７】
前記処理ロジックは、前記受信した通信のグループ識別子を特定し、前記センサノードのグループ識別子を特定し、前記受信した通信の前記グループ識別子が、前記センサノードの前記グループ識別子と一致して、前記無線ネットワーク内の輻輳を軽減する場合、前記センサノードからの通信の送信をキャンセルするための命令を実行するように構成される、請求項１４に記載のセンサノード。
【請求項１８】
前記センサノードのグループは、前記センサノードのグループがほぼ同時にまたは近い時間に通信を送信する可能性を高めるように形成される、請求項１７に記載のセンサノード。
【請求項１９】
前記センサノードは、電池源で動作する、請求項１４に記載のセンサノード。
【請求項２０】
前記処理ロジックは、通信を送信し、通知転送のために次のハブブロードキャストスロットをチェックすることにより通信の正常な受信を確認し、正常な受信が確認されない場合に擬似ランダム関数の少なくとも１つの変更されたパラメータで通信を再送信するための命令を実行するように構成される、請求項１４に記載のセンサノード。
【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１５／６８４，８９４号の利益を主張し、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、無線センサネットワーク内の改善されたネットワークフレーム構造アーキテクチャとの通信を提供する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。従来の無線システムでは、多数のセンサノードを有するネットワークで低電力と低遅延を同時に実現することは困難である。各センサノードに専用のタイムスロットを提供すると、次のスロットの待機時間が長くなりすぎる。多数のセンサノードが同時に送信する場合、各センサノードにランダムアクセスを提供すると衝突が発生する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一実施形態において、センサノードの改善されたネットワークフレーム構造のために無線センサネットワーク内で通信を提供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。一実施形態では、システムは、無線ネットワークの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１つ以上の処理ユニットおよびＲＦ回路を有するハブを含む。システムはまた、各々が無線ネットワークアーキテクチャ内のハブ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を含む。ハブの１つ以上の処理ユニットは、ハブブロードキャストタイムスロットの繰り返し中に、センサノードに通知を送信すると、センサノードの受信機の第１の電力モードから第２の電力モードへ変更を引き起こすための命令を実行するように構成される。
【０００５】
一例では、無線ネットワークアーキテクチャ用のセンサノードは、少なくとも１つのセンサと、命令を格納するためのメモリと、メモリと少なくとも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、センサノードの通信を処理するための命令を実行する。無線周波数（ＲＦ）回路は、処理ロジックに結合される。ＲＦ回路には、無線ネットワークアーキテクチャ内でハブに通信を送信し、ハブから通信を受信するための送信機と受信機の機能が含まれている。処理ロジックは、ハブからまたはセンサノードのグループから発信される制御またはアラーム情報によるハブブロードキャストタイムスロットの繰り返し中に、ハブから制御またはアラーム情報を有する通信を受信すると、受信機機能の第１の低電力モードを第２の電力モードに変更する命令を実行するように構成される。
【０００６】
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。
【０００７】
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】
【０００８】
【図１】一実施形態に係る、改善されたネットワークフレーム構造のための異なるタイプの通信のための異なる長さのタイムスロットを有する無線ノードの例示的なシステムを示す。
【図２】一実施形態に係るネットワークフレーム構造の改善に適した場合に、センサノードが異なるタイプの通信および通知の抑制のための異なる長さのタイムスロットを有し得るメッシュ状ネットワーク機能が可能なツリーネットワークアーキテクチャを主に有するシステムを示す。
【図３】一実施形態に係る、通信用の擬似ランダムアルゴリズムに基づいてセンサノードの各グループにタイムスロットが割り当てられた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４】一実施形態に係る、無線ネットワークアーキテクチャ内の無線ノードの異なるタイプの通信のための異なる長さのタイムスロットを有するタイムラインを示す。
【図５】一実施形態に係る、無線センサネットワーク内の無線センサノードの改善されたネットワークフレーム構造に適切な場合に、異なるタイプの通信および通知の抑制に対して異なる長さのタイムスロットを特定する方法を示す。
【図６】一実施形態に係る、無線センサネットワーク内の無線センサノードに従って、スケーラブルでエネルギー効率の良いダウンリンクアラーム配信の方法を示す。
【図７】一実施形態に係る、無線ネットワークアーキテクチャ内の無線ノードのためのダウンリンクアラーム配信のスケーラブルでエネルギー効率の良い方法を有するタイムラインを示す。
【図８】一実施形態に係る、無線センサネットワーク内においてエネルギー効率の良い方法でセンサノードを動作させる方法を示す。
【図９Ａ】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９Ｂ】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。
【図１０Ａ】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。
【図１０Ｂ】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。
【図１０Ｃ】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。
【図１０Ｄ】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。
【図１１】一実施形態に係るセンサノードのブロック図を示す。
【図１２】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】
【０００９】
本明細書では、改善されたネットワークフレーム構造アーキテクチャを備えた無線センサネットワーク内の通信を提供するためのシステムおよび方法を開示する。一実施形態では、システムは、無線ネットワークの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１つ以上の処理ユニットおよびＲＦ回路を有するハブを含む。このシステムはまた、各々が無線ネットワークアーキテクチャ内のハブとの双方向通信を可能にする送信機機能および受信機機能を備えた無線デバイスを有する複数のセンサノードを含む。ハブの１つ以上の処理ユニットは、ハブまたは異なるセンサノードから発信される通知によるハブブロードキャストタイムスロットの繰り返し中にセンサノードに通知を送信すると、センサノードの受信機機能の第１の電力モードから第２の電力モードに変更する命令を実行するように構成される。
【００１０】
一例では、通知はハブまたは別のセンサノードから発信される。
【００１１】
ハブは、特に屋内環境において、無線ネットワーク内のセンサノードへの通信を送受信するための関連する期間中に動作可能なＲＦ回路を含むことができる。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。
【００１２】
無線ネットワークには、ハブと、１つ以上のデバイスグループ（例えば、センサノード）に属するデバイスが含まれる。ハブは常にデバイスからの通知をリッスンしている間、デバイスは電力を節約するために主にスリープしている。デバイスは、自身のグループ内のハブおよび他のデバイスに通知を送信する必要がある場合がある。通常、通知はバーストで表れる。一部のデバイスは、他のデバイスよりも同時に通知を受け取る可能性が高い。バースト中にランダムアクセスが許可された場合、デバイスの数は十分に大きいため、無線接続が混雑する。ランダムアクセスを有するデバイスは、多数のデバイスが同時に送信を行うと最終的に衝突を引き起こす。デバイスの数も十分に大きいため、各デバイスの専用タイムスロットはデバイスの２つのスロット間で長い時間を要するため、低レイテンシは保証できない。
【００１３】
多数のデバイス（例えば、少なくとも５台のデバイス、少なくとも１０台のデバイス）を有するネットワークでは、低電力と低レイテンシを同時に実現することは困難である。８０２．１５．４  ＴＳＣＨのようなスロット付きフレーム構造のスロット長は長く、これは単にデータ転送に効率的であるだけである。小さな制御パケットはスロットのごく一部しか使用しないため、多くの制御情報と大きなデータパケットが混在するアプリケーションでは、ネットワークスループットが非常に低くなる。
【００１４】
現在の設計は、必要なときにいつでもデバイスの特定のサブセットと通信したり、低電力モードからウェイクアップできることがデバイスにとって有益なアプリケーションを対象としている。
【００１５】
現在の設計には、以下の主要な改善点が含まれる。１）短いアップリンク制御スロット、ダウンリンク転送スロット、および長いデータスロットの組み合わせ２）デバイスのグループ化によって可能となる制御信号抑制。
【００１６】
一実施形態では、電力供給の非対称性を利用して、無線非対称ネットワークアーキテクチャ内での長距離通信を提供すると同時に、電池源によって電力を供給されるノードの電池寿命を長く維持することができる。例示的な一実施形態では、通信ノード間で２０メートルの通信範囲が達成され、同時に電池駆動ノードで長い電池寿命（例えば、約１０年、少なくとも１０年）が提供され得る。これは、本発明の実施形態に係るエネルギー認識ネットワーキングプロトコルを実装することにより達成され得る。具体的には、長寿命の電池駆動ノードがツリーの終端で使用される場合、メッシュベースの機能を有するツリー状のネットワークアーキテクチャを使用できる。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
図１は、一実施形態に係る、改善されたネットワークフレーム構造のための異なるタイプの通信のための異なる長さのタイムスロットを有する無線ノードの例示的なシステムを示す。システム１００は、主に、一実施形態に係るメッシュのようなネットワーク機能が可能なツリーネットワークアーキテクチャを有する。システム１００は、主に標準通信（例えば（例えば、ノード識別情報、通知、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用の他のそのような情報、飛行時間（ＴＯＦ）通信など）のためのツリーネットワークアーキテクチャを有する。システム１００は、無線制御デバイス１１１を有するハブ１１０、無線デバイス１２１を有するセンサノード１２０、無線デバイス１２５を有するセンサノード１２４、無線デバイス１２９を有するセンサノード１２８、無線デバイス１３１を有するセンサノード１３０、および無線デバイス１３３を有するセンサノード１３２を含む。図示されていない追加のハブは、ハブ１１０または他のハブと通信できる。各ハブは、センサノード１２０、１２４、１２８、１３０、および１３２と双方向に通信する。ハブはまた、他のデバイス（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、スマートアプライアンス、スマートテレビなど）と双方向に通信するようにも設計されている。
【００２０】
一実施形態では、ハブ１１０の制御デバイス１１１は、ハブとセンサノード（例えば、ノード１２０、１２４、１２８、１３０、１３２）との間の異なるタイプの通信に対して異なる長さのタイムスロットを特定するための命令を実行するように構成される。例えば、制御デバイス１１１は、より短いアップリンク制御タイムスロット、ダウンリンク転送タイムスロット、およびより長いデータタイムスロットを特定するように構成され得る。ハブまたはセンサノードはまた、センサノードのグループ化により、必要に応じて通知を抑制するように構成される。
【００２１】
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。
【００２２】
図２は、一実施形態に係るネットワークフレーム構造の改善に適した場合に、センサノードが異なるタイプの通信および通知の抑制のための異なる長さのタイムスロットを有し得るメッシュ状ネットワーク機能が可能なツリーネットワークアーキテクチャを主に有するシステムを示す。システム２５０は、トリガーされる閾値基準（例えば、特定の距離による少なくとも１つのノードの移動、特定の距離によるノードとハブとの間の経路長の変化）に基づいて、位置センサノードを特定するためのメッシュ状ネットワークアーキテクチャを確立し得る。システム２５０は、ハブ２１０、第１のグループ２９５のノード２２０、２２４、２２８、２３０、２３２、および第２グループ２９６のノード２７０、２８０、および２９０を含む。センサノードは異なるグループに割り当てることができる。別の一例では、グループ２９６は、第１のサブグループのノード２２０および２２４と、第２のサブグループのノード２２８、２３０、および２３２とに分割される。一例では、各グループ（またはサブグループ）には、他のノードまたはハブと通信するための擬似ランダムタイムスロットが割り当てられる。
【００２３】
ハブ２１０は無線デバイス２１１を含み、センサノード２２０は無線デバイス２２１を含み、センサノード２２４は無線デバイス２２５を含み、センサノード２２８は無線デバイス２２９を含み、センサノード２３０は無線デバイス２３１を含み、センサノード２３２は無線デバイス２３３を含み、センサノード２７０は無線デバイス２７１を含み、センサノード２８０は無線デバイス２８１を含み、センサノード２９０は無線デバイス２９１を含む。図示されていない追加のハブは、ハブ２１０または他のハブと通信することができる。ハブ２１０は、センサノードと双方向に通信する。
【００２４】
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双方向通信２４０〜２４４、２７２、２８２、および２９２が含まれる。センサノードは、通信２６１〜２６６、２７３、および２８３に基づいて相互に双方向に通信し、ハブおよびセンサノードの位置の特定を含む異なるアプリケーションにメッシュ状の機能を提供する。
【００２５】
一実施形態では、ハブ２１０の制御デバイス２１１は、ハブとセンサノードとの間の異なるタイプの通信に対して異なる長さのタイムスロットを特定するための命令を実行するように構成される。例えば、制御デバイス２１１は、より短いアップリンク制御タイムスロット、ダウンリンク転送タイムスロット、およびより長いデータタイムスロットを特定するように構成され得る。ハブまたはセンサノードはまた、センサノードのグループ化により、必要に応じて通知を抑制するように構成される。
【００２６】
図３は、一実施形態に係る、通信用の擬似ランダムアルゴリズムに基づいてセンサノードの各グループにタイムスロットが割り当てられた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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、他のハブに通信を送信し、通信の異なるタイプに対して異なる長さのタイムスロットを用いる擬似ランダムアルゴリズムに基づいてノードのグループを割り当てることとタイムスロットを割り当てること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から通信を受信するように構成される。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
単独の、または他のハブと組み合わせた、中央ハブの無線制御デバイスは、（１または複数の）ハブとセンサノード間の異なるタイプの通信に対して異なる長さのタイムスロットを特定するための命令を実行するように構成される。例えば、ハブは、より短いアップリンク制御タイムスロット、ダウンリンク転送タイムスロット、およびより長いデータタイムスロットを特定するように構成され得る。ハブまたはセンサノードはまた、適切な場合（例えば、特定の通知が必要とされない、または望まれない場合）に通知を抑制するようにも構成される。
【００３２】
図１〜図３に示すアーキテクチャを使用することにより、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、ツリー階層内のより高いレベルのノードは、利用可能なエネルギー源を使用して実装されるか、またはその代わりに、より高い容量を提供するか、またはより短い電池寿命を提供する電池を使用することができる。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。
【００３３】
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。
【００３４】
一例では、電力を節約するために、低電力モード（例えば、スリープ状態）に設定されたセンサノードは、高電力モードでのみウェイクアップし、ダウンリンク転送スロットに通信信号があるかどうかを確認する。通常、アップリンクトラフィックを受信しているハブは、このスロットを使用して、受信した短いグループメッセージを転送する。メッセージ内のグループ識別子は、このメッセージを受信した後、どのグループが反応すると考えられるか、または起動していると考えられるかを受信センサノードに伝える。グループメッセージを送信する必要があるセンサノードは、ランダムに特定された方法でアップリンクスロットの１つを使用する。ランダムスロットは、１つのグループ内で衝突の可能性がほとんどない（またはまったくない）ように計算できる。これは、同時に制御情報を送信する可能性が高いセンサノードからグループを形成できるアプリケーションで有益である。例えば、スペースの占有を検知するネットワークには、センサノードのグループが含まれる。第１のグループ内の各センサノードは、現在占有を検知していない第２のグループのセンサノードとは対照的に、占有が検出されるのとほぼ同時に制御情報を送信する可能性が高い。
【００３５】
制御メッセージの主な目的がデバイスのグループをウェイクアップすることであり、グループが同時にウェイクアップするいくつかのデバイスを有する可能性が高いアプリケーションでは、ウェイクアップコマンドを送信することは、すべてのデバイス（例えば、センサノード）に必要ではない。本設計には、無線ネットワークの輻輳を軽減する信号抑制の概念が含まれている。グループ内のいくつかのデバイスが制御情報を送信しようとすると、これらのデバイスは擬似ランダムに割り当てられたタイムスロットを使用する。送信タイムスロットを待機している間、これらのデバイスには、同じグループからの他の送信を検出するための操作可能な受信モードがある。グループの別のデバイスからの送信が検出された場合、デバイスは無線ネットワークのネットワーク輻輳を軽減するために、それ自体の将来の送信をキャンセルする。通知の制御パケットが最終的にグループ内のデバイスの１つによって送信される場合、この制御パケットまたはこのグループ内のデバイスの別の制御パケットの正常な受信の確認は、後続のダウンリンクブロードキャストスロットで検出できる。確認が検出された場合、確認を受信するグループ内のすべてのデバイスは、以後の送信を抑制する。それ以外の場合、デバイスは、少なくとも１つの送信の確認が検出されるまで、制御パケットを使用して送信を繰り返し続ける。
【００３６】
図４は、一実施形態に係る、無線ネットワークアーキテクチャ内の無線ノードの異なるタイプの通信のための異なる長さのタイムスロットを有するタイムラインを示す。ブロードキャストビーコン信号４０２〜４０６は、タイムライン４５０で周期的に繰り返される。ブロードキャストビーコン信号は、これがビーコンフレームであることを他のシステムに示す１バイトフィールドｘを含むことができ、フレーム関連情報４４１および４４２をビーコン情報４４０内で見つけることができる情報を含むことができるフィールドｙがそれに続く。４２２のようなフレームは、他のシステムが干渉することなくハブとノードが通信できるタイムスロットである。フレーム中に、データ、確認応答、通知、ビーコン、またはＭＡＣコマンドパケットを送信できる。
【００３７】
独自のコンテンツが、保証されたタイムスロットの期間中に他のシステムが送信するのを防ぐ前に、ビーコンの先頭で既知のプロトコルを使用してフレームを定義する。一例では、他のシステム（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．４システム）は、すべてのビーコンの先頭にフレーム情報４４１および４４２を含めることに基づいて、期間４２２（または他の同様の周期的期間）中に送信しない。フレーム順序フィールド４４２は、フレームの長さに関する情報を含み、ビーコン順序フィールド４４１は、２つのフレーム間の時間に関する情報を含む。
【００３８】
ネットワークフレームアーキテクチャの追加の詳細は、２０１５年１０月２８日に出願された米国特許出願第１４／９２５，８８９号に記載されており、参照により全体が本明細書に組み込まれる。
【００３９】
一例では、ハブは、擬似ランダムアルゴリズムを利用して、第１のグループのセンサノードのタイムスロット４１１〜４２０を特定する。擬似ランダムアルゴリズムは、異なるタイプの通信に対して異なる長さのタイムスロットを定義できる。一例では、第１のグループ内のデバイス（例えば、センサノード）は、タイムスロット信号４１１、４１２、および４１５〜４２０の間に通知（例えば、制御情報、アラーム情報）を送信するための動作可能な送信機を有する。第１のグループ内のデバイス（例えば、センサノード）は、より長いタイムスロット信号４１３〜４１４の間にデータ通信を送信するための動作可能な送信機を有する。各タイムスロット信号は、複数のセンサノードに対してより短いタイムスロットに分割できる。
【００４０】
図５は、一実施形態に係る、無線センサネットワーク内の無線センサノードの改善されたネットワークフレーム構造に適切な場合に、異なるタイプの通信および通知の抑制に対して異なる長さのタイムスロットを特定する方法を示す。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、アンカーノード、ハブ、または無線デバイスが方法５００の動作を実行する。
【００４１】
複数の無線ノードおよび少なくとも１つのハブを有する無線ネットワークアーキテクチャは、動作５０１で初期化される。初期化は、複数の無線ノードのそれぞれの位置を特定することを含み得る。
【００４２】
動作５０２では、ハブの処理ロジックは、無線センサノードのグループ、各グループのグループ識別子、各センサノードの第１のデバイス識別子、および各センサノードの第２の短縮または縮小されたデバイス識別子を特定する。動作５０４では、ハブの処理ロジックは、無線ネットワーク内の通知のための第１の長さ（例えば、３０ユニット、約３００マイクロ秒、５００マイクロ秒未満など）のタイムスロットと、データ通信用の第２の異なる長さ（例えば、１０００単位、約１０ミリ秒、少なくとも１ミリ秒など）のタイムスロットとを特定する。一例では、無線ネットワークは、第１の期間に対して第１の長さ（例えば、３０単位、約３００マイクロ秒、５００マイクロ秒未満など）のタイムスロットと、第２の期間に対してデータ通信用に第２の異なる長さ（例えば、１０００単位、約１０ミリ秒、少なくとも１ミリ秒など）のタイムスロットを有する通知に対して最適化される。ハブは、無線センサネットワークの特定のアプリケーションに応じて、タイムスロットの第１と第２の長さの間で切り替えることができる。
【００４３】
動作５０６では、ハブの処理ロジックは、各センサノードの第２のデバイス識別子に基づいて各センサノードのハッシュ関数を特定する。ハブは、短いデバイス識別子に基づくハッシュ関数が、利用可能なすべてのタイムスロットにわたってアップリンクパケットを効果的に拡散できるように、短縮されたデバイス識別子を割り当てることができる。
【００４４】
動作５０８では、ハブの処理ロジックは、少なくともハッシュ関数、第２のデバイス識別子、時間、およびグループ識別子に基づいて各センサノードにタイムスロットをランダムに割り当てるために擬似ランダムアルゴリズムを実行する。擬似ランダムタイムスロットは、グループ内のセンサノードが同じグループ内の他のセンサノードと比較して同じタイムスロットを有する可能性が低く、異なるグループ内のセンサノードが同じタイムスロットを占有する可能性が高いことに基づいて設計される。
【００４５】
一例では、無線センサネットワークによって検知されたトリガーイベントにより、アラーム信号が生成され、このアラーム信号は確実に配信される必要があり、このため再送信メカニズムが必要である。アラーム信号は複数のセンサノードから同時に送信できるため、多数のアップリンクアラームマイクロタイムスロットが必要が必要となる。ユニキャストに依存する再送信メカニズムでは、マイクロタイムスロットのサイズが大きくなる可能性があり、これはアップリンクアラームマイクロタイムスロットの数を制限する。
【００４６】
一例では、アラーム信号は、コンスタレーションごと（例えば、グループごと）の制御パケットである。コンスタレーションの数が増えると、ＴＤＭＡシステムには、スケーラブルではないより多くのダウンリンクアラームタイムスロットが必要になる。さらに、複数のダウンリンクアラームタイムスロットは、アラームパケットを受信するためにより多くのタイムスロットの間、アクティブな受信モードをセンサノードに強いるため、センサノードのＲＦモジュールのアクティブ期間の増加を引き起こす。
【００４７】
したがって、本設計は、ダウンリンクアラーム配信のスケーラブルでエネルギー効率の良い方法を提供する。図６は、一実施形態に係る、無線センサネットワーク内の無線センサノードに従って、スケーラブルでエネルギー効率の良いダウンリンクアラーム配信の方法を示す。方法６００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、ノード、ハブ、または無線デバイスが方法６００の動作を実行する。
【００４８】
動作６０２では、ハブは、センサノードの少なくとも１つのグループからアラーム情報との通信を受信する。動作６０４では、ハブは、特定の期間中に追加のセンサノードおよび潜在的に異なるグループのセンサノードのからアラーム情報（例えば、アップリンクアラーム）との追加の通信を受信するのを待つことにより、目標アラーム遅延を提供する。
【００４９】
次に、動作６０６では、ハブは、センサノードのグループ（例えば、コンスタレーション）から独自のアラームを識別し、センサノードの異なるグループ（例えば、コンスタレーション）の複数のアラーム情報を、アラームパケットを有する通信に結合する。一例では、第１のグループのセンサノードは、ハブに第１のアラーム情報を送信し、第２のグループのセンサノードは、ハブに第２のアラーム情報を送信する。動作６０８では、ハブは、アクティブな受信モード中に各センサノードが受信する必要があるダウンリンクアラームタイムスロットを割り当てる。ハブは、ハッシュ関数（例えば、ｙ＝ｆ（コンスタレーションＩＤ））を使用することによって、ダウンリンクアラームタイムスロットをセンサノードに割り当てることができる。
【００５０】
動作６１０では、ハブは、ハブまたはセンサノードのグループから発信された制御またはアラーム情報によるハブブロードキャストタイムスロットの繰り返し中に少なくとも１つのセンサノードに通知を送信すると、少なくとも１つのセンサノードの受信機の第１の電力モードから第２の電力モードへの変更を引き起こす命令を実行するように構成される。センサノードには、第２の電力モード（例えば、アクティブな受信モード）が必要な場合がある。
【００５１】
図７は、一実施形態に係る、無線ネットワークアーキテクチャ内の無線ノードのためのダウンリンクアラーム配信のスケーラブルでエネルギー効率の良い方法を有するタイムラインを示す。ブロードキャストビーコン信号７０２は、タイムライン７００上で周期的に繰り返される。ブロードキャストビーコン信号は、これが他の情報を含むことができる他のフィールドが続くビーコンフレームであることを他のシステムに示す１バイトフィールドを含むことができる。集約されたアラーム信号７０４は、複数のセンサノードおよびセンサの複数のグループからのアラーム情報を含むことができる。ハブは、アラーム情報のデバイス識別子を削除し、グループ情報をアラーム情報に追加する。センサノードは、集約されたアラーム情報のうちのアラーム情報を監視して、特定のセンサノードに関連するグループ識別子を識別できる。信号７０６は、異なるグループ識別子に対する追加の集約されたアラーム情報を含むことができるか、または信号７０６は、異なるタイプの制御パケットとすることができる。例えば、複数の情報の集約は、センサノードを使用した画像のキャプチャ、画像の取得、画像の削除など、他の制御パケットに使用できる。
【００５２】
一例では、集約アラーム信号７０４は、グループ１〜４のアラーム情報を含み、集約アラーム信号７０６は、グループ５〜８のアラーム情報を含む。
【００５３】
本設計は、検出された転送アラーム信号を確認応答として利用することにより、アラーム再送信メカニズムを提供する。ブロードキャストアラーム信号を送信した後、アラーム信号を送信するセンサノードは、送信されたアラーム信号が転送されたか（例えば、ハブによって転送されたか）どうかを確認するために、次のアラームスロットを待つ。センサノードが転送されたアラーム信号を受信できる場合、これはハブがアラーム信号を受信したことを示し、これはアラーム信号の再送信をトリガーしない。そうでない場合、センサノードは、センサノードからハブへのアラーム配信がない場合などに関するアラーム信号を再送信する。
【００５４】
一例では、センサノードは、次のランダムに特定されたタイムスロット中にセンサノードにアラーム信号を生成および送信させるトリガーイベントを検出する。ハブはアラーム信号を受信し、アラーム信号の受信に基づいて（例えば、すべてのノードを起動させるアラーム信号を繰り返し、住宅所有者、警察署、消防署、救急車などにアラーム信号を送信する）アクションを特定する。他のセンサノードを起動すると、ハブは他のセンサから追加の通信を受信する場合がある。そして、ハブは、追加の通信に基づいて適切なアクションを特定できる。例えば、ハブから起動信号を受信した後のすべてのセンサは、画像をキャプチャし、分析のために画像をハブに送信することができる。
【００５５】
一例では、データの再送信は、確認応答通信が検出されたかどうかに基づいている。タイムスロットの長さを短くするには、キャリアセンシングとタイムスロット内のバックオフスロットは適切ではない。
【００５６】
したがって、現在の設計では、アップリンクパケットをセンサノードから（１または複数の）ハブに利用可能なすべてのタイムスロットに分散させることにより、複数のノードからのアップリンクパケット送信中の衝突の可能性を減らす。現在の設計では、タイムスロットの選択にランダム性を利用している。
【００５７】
図８は、一実施形態に係る、無線センサネットワーク内においてエネルギー効率の良い方法でセンサノードを動作させる方法を示す。方法８００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（例えば、装置）の無線制御デバイス、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、センサノードまたは無線デバイスは方法８００の動作を実行する。
【００５８】
動作８０２では、センサノードの処理ロジックは、ハブまたはセンサノードのグループから発信された制御またはアラーム情報によるハブブロードキャストタイムスロットの繰り返し中のハブからの制御またはアラーム情報を有する通信を受信すると、センサノードの受信機機能の第１の低電力モードを第２の電力モードに変更するように構成される。センサノードの受信機機能は、第１の電力モード中にブロードキャストメッセージをリッスンするために最小レベルの電力で構成され（例えば、動作可能な受信機機能のみ）、動作可能な送信機機能を有することを含む最小電力レベルを超えるレベルで第２の電力モード中に動作可能である。
【００５９】
動作８０８では、センサノードの処理ロジックは、受信された通信のグループ識別子を特定し、センサノードのグループ識別子を特定し、受信された通信のグループ識別子がセンサノードのグループ識別子と一致して、無線ネットワーク内の輻輳が軽減される場合、センサノードからの通信の送信をキャンセルするための命令を実行するように構成される。
【００６０】
一例では、センサノードのグループは、センサノードのグループがほぼ同時にまたは近い時間に通信を送信する可能性を高めるように形成される。
【００６１】
動作８１０では、センサノードの処理ロジックは、通信を送信し、通知転送のために次のハブブロードキャストスロットをチェックすることによりノードグループの通知の正常な受信を確認し、正常な受信が確認されない場合に擬似ランダム関数の少なくとも１つの変更されたパラメータで通信を再送信するための命令を実行するように構成される。
【００６２】
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。
【００６３】
端末ノードとハブ間の無線周波数通信の実装は、狭帯域、チャネル重複、チャネルステッピング、マルチチャネル広帯域、およびウルトラワイドバンド通信を含む多様な方法で実装できる。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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内で形成、監視、および通信するためのハブの動作を制御するコントローラ回路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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。１つ以上の処理ユニットは、センサノードの少なくとも１つのグループのセンサノードからのアラーム情報との少なくとも１つの通信を受信し、ある特定の期間において追加のセンサノードおよび潜在的に異なるグループのセンサノードからのアラーム情報との追加の通信の受信を待機することにより、ターゲットアラーム遅延を提供するための命令を実行するように構成される。
【００７１】
一例では、装置の１つ以上の処理ユニットは、少なくとも１つのグループのセンサノードから受信した少なくとも１つの通信から固有のアラームを識別するための命令を実行するように構成される。
【００７２】
別の一例では、装置の１つ以上の処理ユニットは、異なるグループのセンサノードの固有のアラームの複数のアラーム情報をアラームパケットを有する通信に結合するための命令を実行するように構成される。
【００７３】
別の一例では、装置の１つ以上の処理ユニットは、第１のグループのセンサノードからの第１のアラーム情報を有する第１の複数の通信を受信し、第２のグループのセンサノードからの第２のアラーム情報を有する第２の複数の通信を受信するための命令を実行するように構成される。
【００７４】
別の一例では、装置の１つ以上の処理ユニットは、ハッシュ関数を使用することにより、センサノードに送信されるアラームパケットのダウンリンクアラームタイムスロットを割り当てるための命令を実行するように構成される。
【００７５】
別の一例では、装置の１つ以上の処理ユニットは、ハブブロードキャストタイムスロットの繰り返し中のセンサノードへのアラーム情報を有するアラームパケットを送信すると、センサノードの受信機の第１の電力モードから第２の電力モードに変更する命令を実行するように構成される。
【００７６】
無線センサノードでは、リチウムイオン、塩化チオニルリチウム、酸化マンガンリチウム、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、および当業者にとって明らかなその他の化学物質を含む様々な電池を使用できる。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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
一実施形態では、無線ネットワークアーキテクチャのセンサノードは、少なくとも１つのセンサと、命令を記憶するメモリと、メモリおよび少なくとも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、センサノードの通信を処理するための命令を実行する。センサノードには、処理ロジックに結合された無線周波数（ＲＦ）回路が含まれる。ＲＦ回路には、無線ネットワークアーキテクチャ内でハブに通信を送信し、ハブから通信を受信するための送信機と受信機の機能が含まれている。処理ロジックは、ハブまたはセンサノードのグループから発信される制御またはアラーム情報を使用して、ハブブロードキャストタイムスロットの繰り返し中にハブから制御またはアラーム情報を有する通信を受信すると、受信機機能の第１の低電力モードを第２の電力モードに変更する命令を実行するように構成される。
【００８１】
一例では、制御またはアラーム情報は、ハブまたはセンサノードのグループから発信される。
【００８２】
別の一例では、センサノードの受信機機能は、第１の電力モード中にブロードキャストメッセージをリッスンするために最小レベルの電力になる（例えば、動作可能な受信機機能のみを有する）ように、かつ、動作可能な送信機機能を有することを含む最小電力レベルを超えるどのレベルでも第２の電力モード中に動作可能になるように構成される。
【００８３】
別の一例では、処理ロジックは、受信された通知のグループ識別子を特定し、センサノードのグループ識別子を特定し、受信された通知のグループ識別子がセンサノードのグループ識別子と一致して、無線ネットワーク内の輻輳が軽減される場合、センサノードからの通信の送信をキャンセルするための命令を実行するように構成される。
【００８４】
別の一例では、センサノードのグループは、センサノードのグループがほぼ同時にまたは近い時間に通信を送信する可能性を高めるために形成される。
【００８５】
別の一例では、センサノードは電池源で動作する。
【００８６】
別の一例では、処理ロジックは、通信を送信し、通知転送のために次のハブブロードキャストスロットをチェックすることにより通信の正常な受信を確認し、正常な受信が確認されない場合に擬似ランダム関数の少なくとも１つの変更されたパラメータで通信を再送信するための命令を実行するように構成される。
【００８７】
一例では、センサノードは、送信のデータを処理するための電力を消費することなく、送信のエネルギーおよび送信を確認するための送信のプリアンブルの少なくとも一方を検出するための命令を実行するように構成される。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
一実施形態では、システムは、無線ネットワークの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１つ以上の処理ユニットおよびＲＦ回路を有するハブと、各々が無線ネットワークアーキテクチャ内のハブとの双方向通信を可能にする送信機機能および受信機機能を備えた無線デバイスを有する複数のセンサノードとを含む。ハブの１つ以上の処理ユニットは、ハブブロードキャストタイムスロットの繰り返し中に、センサノードに通知を送信すると、センサノードの受信機の第１の電力モードから第２の電力モードへ変更を引き起こすための命令を実行するように構成される。
【００９４】
一例では、通知はハブまたは別のセンサノードから発信される。センサノードの受信機機能は、第１の電力モード中にブロードキャストメッセージをリッスンするための最小電力レベルで構成され、動作可能な送信機機能を有することを含む最小電力レベルを超えた任意のレベルで第２の電力モード中に動作可能である。
【００９５】
別の一例では、センサノードは、受信された通知のグループ識別子を特定し、センサノードのグループ識別子を特定し、受信された通知のグループ識別子がセンサノードのグループ識別子と一致して、無線ネットワーク内の輻輳が軽減される場合、センサノードからの通信の送信をキャンセルするための命令を実行するように構成される。
【００９６】
別の一例では、センサノードは、通知を送信し、通知転送のために次のハブブロードキャストスロットをチェックすることによりノードグループの通知の正常な受信を確認し、正常な受信が確認されない場合に擬似ランダム関数の少なくとも１つの変更されたパラメータで通知を再送信するための命令を実行するように構成される。
【００９７】
別の一例では、ハブの１つ以上の処理ユニットは、グループ内のセンサノードがグループ内の他のセンサノードと比較して同じタイムスロットを有する可能性が低く、一方、異なるグループ内のセンサノードは同じタイムスロットを占有する可能性が高いことに基づいて擬似ランダムスロット位置を使用して、複数のセンサノードの送信タイムスロットを特定するための命令を実行するように構成される。
【００９８】
別の一例では、ハブの１つ以上の処理ユニットは、無線ネットワーク内の通知用の第１の長さのタイムスロットとデータ通信用の第２の長さのタイムスロットを特定するための命令を実行するように構成される。
【００９９】
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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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