JP2010524094A - ダイナミックに構成可能な無線センサネットワーク - Google Patents
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Abstract
人間、オブジェクトまたは建物のデータを得て、各無線センサモジュールがネットワークに無線で接続され自動的に無線感知ネットワークへ付加或いはそこから除去されることができるダイナミックに構成可能な無線感知ネットワークを形成するように異なる位置に位置される無線センサモジュールを使用する技術、装置、無線感知ネットワークである。
【選択図】図1
【選択図】図1
Description
本発明はオブジェクト、人間または動物の運動の感知を含むセンサ及び感知技術に関する。
本出願は2007年4月4日提出の米国特許暫定出願第60/910,143号明細書(発明の名称“dynamically Configurable Wireless Sensor Networks”)の特典を主張しており、これは本願の明細書の一部として参考文献として含まれている。
2以上のセンサが人間またはオブジェクトからデータを得るために人間またはオブジェクトと相互動作するように使用されることができる。異なるセンサは異なる位置でデータを得るために人間またはオブジェクトの異なる位置に置かれることができる。幾つかの応用では、人間又はオブジェクトに取り付けられた異なるセンサは人間またはオブジェクトの特定のパラメータを測定するために同じタイプであってもよい。例えば多数のセンサはそれぞれそれらが人間またはオブジェクトの異なる位置の運動を測定するような運動センサであってもよい。
1特徴では、この出願は特に人間、オブジェクトまたは建物のデータを得て、各無線センサモジュールがネットワークに無線で接続されて自動的に無線感知ネットワークへ接続され或いはそこから除去されることができるダイナミックに構成可能な無線感知ネットワークを形成するように異なる位置に位置される無線センサモジュールを使用する技術、装置、システムを開示する。各無線センサモジュールはデータを得るための少なくとも1つの感知ユニットと、ネットワークと無線で通信するための無線トランシーバを含むことができる。マスター制御装置は無線センサモジュールと無線で通信し、無線感知ネットワーク中の各無線センサモジュールの登録を制御するために無線感知ネットワークに含まれることができる。マスター制御装置は、集められたデータを使用するその後のデータ処理と動作のために無線通信を介して無線センサモジュールからデータを集めるために使用されることができる。幾つかの応用では、マスター制御装置はさらに通信リンクまたは無線感知ネットワーク外のネットワークを介して集収されたデータを目的地へ通信するための通信ハブとして機能できる。
別の特徴では、センサシステムは人間の身体の一部に関するパラメータを測定し、測定されたパラメータを無線で送信するように動作可能なセンサと、センサと無線で通信し、センサから受信された測定されたパラメータのデータを集めるように動作可能なマスター制御装置とを含むことができる。マスター制御装置はセンサと通信するための通信期間とパラメータ又は人間に関連する異なるパラメータを測定するために動作可能な少なくとも別のセンサと通信するための少なくとも別の通信期間を割当てるように動作可能である。このシステムでは、マスター制御装置は各センサの動作状態を決定し、特定のセンサの動作状態に基づいて特定のセンサとの無線通信を終了するか付勢するためにセンサ及びその他のセンサと無線で通信するように動作可能である。
別の特徴では、人間のパラメータを感知し、測定されたデータをマスター制御装置へ無線で送信するようにそれぞれ動作可能な1以上のセンサと無線で通信するためのマスター制御装置を提供し、ダイナミックに再構成可能な無線ネットワークを形成するためマスター制御装置と各センサを構成し、各センサは自動的にネットワークに加わるか離れるように動作可能であり、1以上のセンサからの測定に関連される正常のプロフィールを供給するようにマスター制御装置を構成し、1以上のセンサから受信された測定からの実時間プロフィールを正常のプロフィールと比較し、実時間プロフィールが正常のプロフィールから逸脱するとき警報信号を発生するようにマスター制御装置を動作することを含む方法を提供する。
これら及び他の特徴、例、構成、技術のバリエーション、装置、システムを添付図面、詳細な説明、請求項によりさらに詳細に説明する。
図1のダイナミックに構成可能な無線感知ネットワーク101はマスター制御装置110および人間、オブジェクト又は建物のデータを得るために異なる位置に配置されている1以上の無線センサモジュール120を含んでいる。1例として、図2は無線センサモジュール120とマスター制御装置110とが人間210および人間210により使用される装置のピース220に取付けられている図1のダイナミックに構成可能な無線感知ネットワーク101の応用を示している。無線センサモジュール120とマスター制御装置110は人間210の異なる身体部分の運動と装置220が無線感知ネットワークにより監視されることができるように運動センサを含むことができる。
図1の例では、各無線センサモジュール120はデータを得るための少なくとも1つの感知ユニットと、無線感知ネットワーク101と無線通信するための無線トランシーバと、電力をセンサモジュール120内の種々のコンポーネントへ供給するためのバッテリのようなポータブル電力供給とを含むことができる。各センサモジュール120と無線感知ネットワーク101との間の無線通信はマスター制御装置110を介して行われることができる。各無線センサモジュール120はセンサデータの無線感知ネットワーク101への送信を含むセンサモジュール120の動作を制御するマイクロプロセッサまたはマイクロ制御装置を含むことができる。
マスター制御装置110は各無線センサモジュール120と無線通信するための無線トランシーバを含んでおり、無線感知ネットワーク101中の各無線センサモジュール120の登録を制御するように動作できる。マスター制御装置110は、集められたデータを使用するその後のデータ処理および動作のために無線通信を介して無線センサモジュール120からデータを集めるために使用されることができる。マスター制御装置110はマスター制御装置110の動作を制御するマイクロプロセッサまたはマイクロ制御装置を含むことができる。マスター制御装置110は無線感知ネットワーク101によりカバーされる人間、オブジェクトまたは建物のデータを得るために別のセンサモジュールとして少なくとも1つの感知ユニットも含むことができる。マスター制御装置110は幾つかの構成中でポータブル電力供給または他の構成の電力ケーブルにより電力グリッドに接続される電力供給を使用することができる。
1構成では、マスター制御装置110はこれが人間のような動いているオブジェクト上に取付けられるならば付勢されるバッテリであることができる。この場合、マスター制御装置110はセンサを含むことができる。マスター制御装置110が1つの位置に固定されるならば、マスター制御装置110の電力源はバッテリであるか付勢される電力線であることができる。
各センサモジュール120およびマスター制御装置110は、マスター制御装置110との無線通信に基づいて無線センサモジュール120が自動的に無線感知ネットワーク101に付加されるかそこから除去されることができるダイナミックに構成可能な無線感知ネットワークを形成するようにプログラムされることができる。各センサモジュール120とマスター制御装置110との間の通信は各センサモジュール120がマスター制御装置110と直接通信し各センサモジュール120からのデータが別のセンサモジュール120を介してマスター制御装置110へ中継されない直接通信により行われることができる。代わりに、各センサモジュール120とマスター制御装置110との間の通信は直接通信と、マスター制御装置110から非常に離れたセンサモジュール120がデータをマスター制御装置110へ転送するための中継局として最初にデータを隣接するセンサモジュールへ送信できる中間ノードとして1以上の他のセンサモジュール120を介する間接通信との両者により実現されることができる。
各センサモジュール120はセンサモジュール120がマスター制御装置110により制御される無線感知ネットワーク101へ統合されることを可能にするハードウェア及びソフトウェアプロトコルの両者を具備することができる。新しいセンサモジュール120が動作のためにオンに切り換えられると、センサモジュール120はデフォルトRF周波数で検索ビーコンを放射することによりマスター制御装置110の検索を開始するようにプログラムされることができる。新しいセンサモジュール120がマスター制御装置110により検出されるならば、マスター制御装置110はデフォルトRFチャンネルを介して新しいセンサモジュール120に肯定応答し、新しいセンサモジュール120にネットワーク統合に必要な情報を割り当てるようにプログラムされることができる。マスター制御装置は構成データを各センサモジュール120へ送出でき、新しいセンサモジュール120が構造データの受信に肯定応答すると、新しいセンサモジュール120は容認し、無線送信ネットワーク101へ統合する。以下説明する例では、新しいRFチャンネルは所定の時間スロットでマスター制御装置110とのその後の無線通信のための新しく認められたセンサモジュール120に割当てられる。無線感知ネットワーク101に統合されると、新しいセンサモジュール120は、モジュール機能に関する情報と、ネットワーク101、データ記憶装置、無線感知ネットワーク101のパケットフォーマット中でアクチブセンサ120を逐次的に走査するためにマスター制御装置110によって行われる全体的なセンサ走査シーケンスへ新しいセンサモジュール120をマスター制御装置110が統合することを可能にするデータフォーマットを送信できる。
感知応用で必要とされないか、バッテリの消耗による電力切れまたは他の装置の故障のため、或いはマスター制御装置110に対する応答に失敗したために無線感知ネットワーク101中の任意の肯定応答されたセンサモジュール120が物理的に除去されるならば、マスター制御装置110は欠落したセンサモジュール120を走査シーケンス、データ記憶装置、パケットフォーマットから除去するように動作することができる。欠落した感知モジュール120の検出は割当てられた通信RFチャンネル上のセンサモジュール120の割当てられた時間スロットにおける予測される通信の欠如に注意することにより実現されることができる。予め定められたタイムアウト期間にわたってマスター制御装置110により検出される通信がないとき、マスター制御装置110は欠落したセンサモジュール120を除去するプロセスを開始する。
幾つかの応用では、マスター制御装置110はさらに無線感知ネットワーク101外の通信リンクまたはネットワークを介して集められたデータを目的地へ通信するための通信ハブとして機能するように構成されることができる。図1では、通信ノード130はマスター制御装置110をインターネットのような通信ネットワーク140へ接続するように示されており、その通信ネットワーク140を通して無線感知ネットワーク101から集められたデータは遠隔でアクセスされることができる。マスター制御装置110とノード130との間の通信リンク112は有線または無線通信チャンネルであることができる。通信ノードはコンピュータ又は他の装置であってもよい。ノード130とネットワーク140との間の通信リンク132はワイヤ接続されるか無線の通信チャンネルであってもよい。
幾つかの応用では、マスター制御装置110は集められたセンサデータを処理することにより走査されたセンサデータを局部的に使用できる。他の応用では、マスター制御装置110は付加的なデータ解析又は操作を可能にするためにセンサモジュールデータを再フォーマットしてノードまたは外部装置130、即ち特定のアプリケーションプログラムを作動するPCへ再送信することができる。
以下は、図1のダイナミックに構成可能な無線感知ネットワークのマスター制御装置110とスレーブとしてのセンサモジュール120との間の通信プロトコルの1構成を記載している。
図3Aと3Bはマスター制御装置110の動作の1例を示している。
1)初期化ステップ301:オンに切換わると、マスター制御装置110内のマイクロプロセッサ又はマイクロ制御装置は内部リソース、即ちデータの並列ビットと直列ビットとの間で変換するユニバーサル非同期受信機−送信機(UART)、I/O制御線の方向、他のハードウェア構造を初期化する。初期化後、センサ電力管理、RFアドレス、データパケットフォーマットのような外部リソースの情報は各スレーブセンサモジュール120との通信のためマスター制御装置内のRFトランシーバへ送信される。マイクロプロセッサは完了すると主プログラムループへジャンプする。
2)動作モード302の選択:2つの動作モード、即ち実時間モードと高速度モードが存在することができる。実時間モードでは、各エネーブルされたスレーブセンサモジュール120からのデータはステップ303、304、305、306に示されているサンプル期間毎にマスター制御装置110により走査される。高速度モードでは、センサモジュール120からのデータ集収レートは実時間転送に対しては高速度すぎる速度であることができ、したがって多数のセンサはステップ307と308により示されているようにその後のマスター制御装置110へのバルク転送のために予め定められた走査レートでスレーブセンサモジュール120に記憶される。
3)ステップ303で、マスター制御装置110はネットワーク101に存在する全てのエネーブルされたスレーブセンサモジュールと通信するためにアクチブRFチャンネルへ切り換えられる。
4)ステップ304で、マスター制御装置110はそれらのそれぞれのセンサアレイを走査するために変換コマンドを全てのエネーブルされたスレーブセンサモジュール120へ送信し、そこで各センサモジュール120は1以上のセンサ、例えば3つの加速度計、3つの磁力計、3つのジャイロスコープを運動センサモジュールに含むことができる。
5)ステップ305で、マスター制御装置110はアクチブRFチャンネルにおいて受信モードで待機し、全てのエネーブルされたスレーブセンサモジュール120がそれぞれの割当てられた時間スロットで最後のセンサ走査に応答するのを待機する。チャンネルにわたる時間ドメイン中の多数のセンサによるこのアクセスは、各エネーブルされたスレーブセンサモジュール120の特有の時間遅延がマスター制御装置110と通信するために割当てられている時間遅延多元アクセスまたはTDMAとして知られている。各スレーブセンサモジュール120は全てのスレーブセンサモジュール120へ送信された変換コマンドの受信後、マスター制御装置110へ送信しようとする前に、例えば同時にこの時間遅延を待機する。この動作はデータパケットの損失を生じ得る同じアクチブRFチャンネルで同時に個々のスレーブセンサモジュール120がマスター制御装置110と通信しようとすることを妨げる。各遅延は全ての逐次的なスレーブセンサモジュール120がそれらのそれぞれのデータ転送を完了するのに必要とされる時間により決定される。
6)ステップ306で、マスター制御装置110は全てのエネーブルされたスレーブセンサモジュール120がそれらの割当てられた時間スロットで応答されたか否かを決定する。応答されないならば、マスター制御装置110はステップ319へ進む。応答されたならば、マスター制御装置110はステップ309を実行する。
7)高速度モードについてのステップ307で、マスター制御装置110は走査期間が超過したか否か、例えば5分間の走査期間が経過したか否かを決定する。イエスならば、マスター制御装置110はステップ308へ進む。ノーならば、ステップ311は何の行動も取らない。
8)ステップ308で、走査期間が超過したならば、各スレーブセンサモジュール120は走査期間にわたってその内部メモリ中に多数のサンプルを記憶し、即ち20サンプル/秒における5秒間に100の記憶されたセンサ走査である。走査期間の最後に、マスター制御装置110は記憶されたセンサデータの転送をリクエストするために全てのエネーブルされたスレーブセンサモジュール120へデータダンプコマンドを送信する。応答して、各エネーブルされたスレーブセンサモジュール120はマスター制御装置110により個々にリクエストされるとき記憶されたデータをマスター制御装置110へ逐次的にダウンロードできる。ダウンロードは実時間ではないので、TDMA方式はセンサモジュール120によるこのダウンロードで使用されることができない。マスター制御装置110はダウンロードされたセンサデータを受信するとき、内部で使用するかPCアプリケーションプログラムで使用するためPCへ再送信するために、全てのエネーブルされたスレーブセンサモジュール120から受信された全ての記憶された走査を一時的なバッファへ組み立てる。
9)ステップ309で、マスター制御装置110はデータ流を使用するアプリケーションがマスター制御装置110で局部的に作動しているか、またはPCアプリケーションでPC120へ再送信(TX)を必要とするかを決定し、したがってステップ310と324がそれぞれ実行される。
10)ステップ310で、マスター制御装置110によるPC130への再送信がPCアプリケーションのために必要とされるならば、各エネーブルされたスレーブセンサモジュール120から走査された実時間又は高速度モードデータはフォーマットされ指定されたダウンロードRFチャンネルでPCへダウンロードされることができる。
11)ステップ311で、マスターRFトランシーバは現在の実時間又は高速度データ走査が完了された後、デフォルト発見RFチャンネルで受信モード(RX)へ切り換えられる。全てのスレーブセンサモジュール120はこれらの存在をマスター制御装置110へ通告するためにこのRFチャンネルを使用できる。RXモードでは、主プログラムループは次の走査期間がタイムアウトするか、またはスレーブ発見チャンネルでのRX受信により発生される中断を受信するのを待機する。タイムアウトもRX中断の発生もないならば、プログラムは待機を続ける。いずれかの事象が生じるならば、マスター制御装置110はステップ312へ進む。
12)ステップ312で、マスター制御装置310はタイムアウトまたはRX中断によって主プログラムがステップ312を出るか否かを決定する。タイムアウトが事象を起こすならば、マスター制御装置110は主プログラムループの開始であるステップ3022へ進む。RX中断が事象を起こすならば、マスター制御装置110はステップ313へ進む。
13)ステップ313で、RX中断がデフォルト発見RFチャンネルで新しいスレーブセンサモジュール120により発生される。新しいスレーブセンサモジュール120から受信されたデータパケット内には装置IDが存在する。マスター制御装置110はステップ314へ進む。
14)ステップ314で、受信された装置IDによりマスター制御装置110は如何なる機能を新しいスレーブセンサモジュール120が行うか、例えば運動センサモジュールまたは温度センサによる運動感知を決定することが可能になる。この情報によりマスター制御装置110はこの新しいスレーブセンサモジュール120からの走査当りの予測されるデータ流の受信を可能にするのに十分な長さの遅延及び時間スロットを割当てることが可能になる。前述のTDMA通信で説明したように、現在のスレーブからのRXは次の逐次的なスレーブがマスターへRXしようとする前に完了される。
この情報から、マスター制御装置110は新しく発見され現在エネーブルされたスレーブセンサモジュール120にマスター制御装置110により使用される現在のアクチブRFチャンネル、TDMA時間遅延、局部ネットワークIDを送信する。装置IDとは異なるこのネットワークIDはマスター制御装置110が全てのスレーブへ同時に通信、即ち共通の変換コマンドを通信することを可能にし、或いは個々に単一のスレーブへ通信、即ちスレーブモジュールEEPROMから記憶された較正データをダウンロードして通信することを可能にする。次にステップ315が実行される。
15)ステップ315で、構成データが新しいスレーブセンサモジュール120へ送信された後、マスター制御装置110はアクチブRFチャンネルへ切り換えられ、その後ステップ316へ進む。
16)ステップ316で、現在アクチブRFチャンネルにおいて、マスター制御装置110はアクチブRFチャンネル上で新しくエネーブルされたスレーブセンサモジュール120から肯定応答(ACK)を受信するかタイムアウトするのを待機する。いずれかが生じたならば、マスター制御装置110はステップ317へ進む。
17)ステップ317で、ACKがステップ316で次への移動が生じるとき、マスター制御装置110はステップ318へ進む。タイムアウトが移動の原因であるならば、マスター制御装置110はステップ320へ進む。
18)ステップ318で、ACKは発見されたスレーブセンサモジュール120により受信される。マスター制御装置110は応用可能であるならばアクチブRFチャンネルで送信されるようにスレーブセンサモジュール較正データに対するリクエストを送信する。マスター制御装置120は次にステップ319へ進む。
19)ステップ319で、その後のスレーブセンサモジュール走査が新しく発見されたスレーブを含むことを可能にするために、マスター制御装置110のアクチブスレーブディレクトリは更新される。マスター制御装置110はステップ302で主プログラムループの開始へ戻る。
20)ステップ320で、タイムアウトがステップ316からジャンプしたことの原因であるならば、マスター制御装置110は新しいスレーブセンサモジュールからACKを受信しようとする試行の数が予め設定された限度を超過したか否かを決定する。限度が超過されたならば、マスター制御装置110は問題のあるスレーブを無視するプロセスを休止し、誤ったスレーブをアクチブスレーブディレクトリへ含めずにステップ302の主プログラムループの開始に戻る。限度が超過されないならば、マスター制御装置110は発見RFチャンネルに戻り、新しいスレーブとの通信を再度設定するためにステップ314に進む。
21)ステップ321はステップ306の誤った結果の結果、即ち全てのアクチブスレーブセンサモジュールが割当てられた時間スロットで応答しないという結果として実行される。欠落された通信カウンタ(MCC)はマスター制御装置110内のアクチブなスレーブディレクトリ中の全てのスレーブセンサモジュールについて維持される。この走査期間で通信していない各スレーブモジュールについてのMCCカウンタはインクリメントされる。次にステップ322が実行される。
22)ステップ322でマスター制御装置110は任意のアクチブスレーブセンサモジュールのMCCが限度を超過したか否かをチェックする。超過したならば、マスター制御装置110はステップ323へ進む。超過していないならば、マスター制御装置110はステップ309における主プログラムループへ戻る。
23)ステップ323で、1以上のアクチブスレーブがMCC限度を超過する。これらの装置はオフに切り換えられるかおよび/または構内網から除去されると仮定されることができる。これらの装置はその後マスター制御装置110のアクチブスレーブディレクトリから除去され、もはや走査されない。ディレクトリが更新されると、マスター制御装置110はステップ309における主プログラムループへ戻る。
図4Aと4Bは図3Aと3Bのマスター制御装置110の動作に基づいた図1の無線感知ネットワーク101の各スレーブセンサモジュール120の動作を示している。
1)ステップ401で、スレーブセンサモジュール120はオンに切換えられ、スレーブ内のマイクロプロセッサ又は制御装置は内部リソース、即ちUART、I/O制御線の方向等を初期化する。初期化が行われると、センサ電力管理、RFアドレス、データパケットフォーマットのような外部リソースはRFトランシーバへ送られる。マイクロプロセッサは完了すると主プログラムループへジャンプする。
2)ステップ402で、スレーブモジュールはオンに切り換えられるか手作業でリセットされる。このとき、スレーブモジュールはデフォルト較正RFチャンネルで発見リクエストを送信(TX)し始める。スレーブTXはエネーブルされると、必要とされる時間割当て及び較正ダウンロードが完了されることを可能にするためにそれ自体をマスターモジュールに対して識別するためのスレーブモジュールIDを含んでいる。
3)ステップ403で、スレーブモジュールはACKが較正RFチャンネル上でマスターモジュールから受信されるまで、又はタイムアウトまで待機する。いずれかが生じるとステップ404へ進み、どちらも生じないと、スレーブは待機し続ける。
4)ステップ404で、ACKがステップ403の終了を生じるときスレーブはステップ405へ進み、タイムアウトがステップ403の終了を生じるときステップ407へ進む。
5)ステップ405で、各スレーブはアクチブRFチャンネル、TDMA通信の時間遅延、ネットワークIDを含むACKをマスターモジュールから受信する。受信されたデータはスレーブに記憶される。
6)ステップ406で、各スレーブは割当てられたアクチブRFチャンネルへ切り換え、ACKをマスターモジュールへ送信する。
7)ステップ407で、各スレーブはアクチブRFチャンネルにおける較正データについてマスターモジュールからのRXまで、或いはタイムアウトまで待機する。いずれかが生じたとき、スレーブはステップ407へ進む。
8)ステップ408で、マスターRXがステップ407の終了を生じたならば、スレーブは割当てられたアクチブRFチャンネルで較正データをマスターへ送信し、その後ステップ409へ進む。タイムアウトがステップ407の終了を生じたならば、スレーブはマスターへACKを再試行するためにステップ406へ進む。
9)ステップ409で、各スレーブはアクチブRFチャンネルでマスターモジュールへ較正を送信し、ステップ411へ進む。
10)較正RFチャンネル上のマスターACKがタイムアウト前に受信されたならば、スレーブは再試行前にランダムタイムアウトを待機し、その後較正RFチャンネルで発見リクエストをマスターへ再度発するためにステップ402へ進む。
11)ステップ411は主センサ走査ループがスタートする。スレーブモジュールセンサアレイは走査され保存される。
12)ステップ412で、スレーブはマスターの動作モードが実時間であるか高速度モードであるかを決定し、マスターが実時間モードであるときステップ413へ進み、マスターが高速度モードであるときステップ418へ進む。
13)ステップ413で、センサ走査後、スレーブはマスターモジュールへの送信前の、TDMAモードにあることに起因する遅延時間を待機する。次にステップ414が実行される。
14)ステップ414で、スレーブはアクチブRFチャンネルでマスターモジュールへ走査されたデータを送信する。
15)ステップ415で、スレーブはマスターからの走査コマンドまたはダンプコマンドの受信を待機し、またはタイムアウトを待機する。これらのいずれかが生じたとき、スレーブはステップ416へ進む。
16)ステップ416で、スレーブはマスターからの走査コマンド又はダンプコマンドの受信がステップ415の終了を起こしたとき、ステップ411における走査ループルーチンの上位に進む。タイムアウトがステップ415の終了を生じさせたとき、スレーブはステップ417へ進む。
17)ステップ417で、スレーブ8は低電力モードに入るが、アクチブの状態を維持し、マスターからのコマンドを待機する。この期間中、マスターモジュールとの通信は中断されるか失われる。
18)ステップ418で、低電力待機ループにあるときに、コマンドがアクチブRFチャンネルでマスターから受信されるか否かをスレーブが決定する。イエスであるならば、スレーブはステップ424へ進む。ノーであるならば、スレーブはステップ419へ進む。
19)ステップ419で、スレーブはさらに低電力待機期間が超過されたか否かを決定し、待機期間が超過されたときステップ20へ進む。超過されないならば、スレーブはステップ418のように待機し続ける。
20)ステップ420で、低電力待機時間はマスターからのコマンドを受信せずに(例えばマスターがオフに切り換えられるか受信範囲外にあるか作動していない)超過され、スレーブはバッテリを節約するために手作業の再スタートを必要とする「オフ」状態に設定される。
21)ステップ421で、スレーブはステップ412の高速度モードで動作し、局部メモリに現在のセンサ走査データを保存し、ステップ422へ進む。
22)ステップ422で、スレーブは最後に受信されたマスターコマンドがダンプコマンドであるか否かを決定する。イエスであるならば、スレーブはステップ423へ進む。ダンプコマンドではないならば、スレーブはステップ415へ進み、マスターからの次に受信されるコマンドを待機する。
23)ステップ423で、ダンプコマンドがマスターからの最後の受信で受信されるとき、スレーブはデータをフォーマットし、それをマスターモジュールへ送信する。送信するとき、スレーブは次の高速度データ保存を準備するため局部バッファをクリアし、マスターからの次の受信のためにステップ415へ進む。
24)ステップ424で、スレーブは低電力モードにありながらマスターからコマンドを受信し、応答して、スレーブはセンサアレイをパワーアップしてステップ411へ進むことにより次のセンサ走査を開始する。
図1のダイナミックに構成可能な無線感知ネットワーク101を参照すると、センサモジュール120は種々の応用で種々の構造で構成されることができる。1例は人間又はオブジェクトの種々の部分の運動を監視するために人間またはオブジェクトに取付けられたダイナミックに構成可能な無線運動感知ネットワークである。各運動センサモジュールは米国特許第7,219,033号明細書(発明の名称“Single/Multiple Axes Six Degrees of Freedom (6 DOf) Inertial Motion Capture System with Initial Orientation Determination Capability”)に記載されている構造で構成されることができ、この発明は本出願の明細書の一部として参考文献として組み込まれている。
図1のダイナミックに構成可能な無線感知ネットワーク101の応用の特別な例として、以下、適合可能なRFネットワーク化された動的および静的な慣性磁力運動捕捉(IMMCAP)システムを説明する。
オブジェクトの運動は種々のセンサを使用して監視されることができる。例えば加速度計はオブジェクトの加速度を測定するために監視されるべきオブジェクトに取り付けられることができる。別の例では、ジャイロスコープセンサがオブジェクトの方位を測定するためにオブジェクトに取り付けられることができる。3方向(例えば3つの直交方向x、y、zにおける3つの1次元加速度計)で加速度を測定する3軸の加速度計とジャイロスコープ慣性ナビゲーションシステム(INS)は固定された外部座標系に関するオブジェクトの空間方位及び線形変換の変化を決定できる慣性測定ユニット(IMU)を構成するために組み合わされることができる。3軸磁力計は地磁界に関するIMUの方位を測定するためにこのIMUシステムに付加されることができ、したがってIMUの絶対方位を決定する。
幾つかの構造では、磁力計はジャイロベースのレートセンサにおける限定のためにジャイロベースのレートセンサが測定することが困難な可能性がある全ての3つの磁気軸を中心とする回転の高い速度を測定できる差回転速度センサとして使用されることができる。これらの回転の高速度は現在有効なジャイロのダイナミック範囲を超過する。この磁気センサベースの回転速度センサはジャイロと共に使用されるか、ジャイロの能力が超過されていることが知られているとき、及び局所外の環境の地磁界が一定であるか又は少なくとも準一定であることが知られているときジャイロの代用であることができる。磁力計レートセンサのある特徴は米国特許第7,219,033号明細書に記載されている。
単一のマスターIMMCAP(商標名)制御装置モジュール(ICM)は図1のマスター制御装置110として構成されることができ、図1の無線センサモジュールのように1以上のIMMCAP(商標名)センサモジュール(ISM)のアレイにRFリンクされる。ICMとISMのマイクロプロセッサ又はマイクロ制御装置は前述したようにRF−BioNetと呼ばれるダイナミックに構成可能なRFネットワークを形成するようにプログラムされることができる。PCベースのソフトウェアアプリケーションを介してデータの表示および/または解析を必要とする応用では、ICMはデータのダウン/アップローディング及びシステム構造の標準的なUSBインターフェースを介してPCとインターフェースすることができる。
単一のICMは例えば必要とされるデジタル信号処理(DSP)を伴った6の自由度(6DOF)のIMMCAP(商標名)運動捕捉センサと、2.5GHzのISMバンドを介して単一又は多数のISMへの双方向通信をサポートするためのRFトランシーバと、人間間のインターフェース、即ち入力キーパッドおよびLCDスクリーンと、PC接続のためのUSBインターフェースを含むことができる。ICMにインストールされたソフトウェアはIMMCAP(商標名)ベースのシステムを対象とした実際のアプリケーションに非常に依存する。
単一又は多数のISMは低電力マイクロプロセッサ(μC)と、ISMバンドRFトランシーバと、バッテリベースの電力供給と、目的とする応用に適切なIMMCAP(商標名)センサアレイを含むことができる。前述のセンサアレイは単一の静的な方位センサ、即ち単一の3軸加速度計と、3軸加速度計、3軸レートセンサ、3軸磁力計を含めた十分なまでの能力を有する6DOF構造を含むことができる。
単一のICMと各ISMはRF−BioNet(商標名)と呼ばれる双方向のRFインターフェース方式を介してインターフェースされる。前述したように、このインターフェース方式はユーザによる介入なしにISMが付加されるか局部ICMにより制御されるRF−BioNet(商標名)から除去されることを可能にする。この方式はハードウェア、即ちメモリスティックまたはデジタルカメラのような任意のUSB装置がウィンドウズ(登録商標)オペレーティングシステムがUSB装置の物理的接続を検出後、コンピュータにより自動的に検出され識別され構成されることができるマイクロソフト社のウィンドウズオペレーティングシステム下のコンピュータの「プラグ・アンド・プレイ」対して機能的に類似である。したがって、付加されたまたはオペレーティングRF−BioNet(商標名)から除去されるISMは局部RFネットワークに透明に統合されることができ、付加/除去されたISMセンサデータが集められ/消去され、ICMによる局部使用または実時間又は事後解析応用のためのPCへのストリーミングのために実時間の複合データ流に統合されることを可能にする。
図3A、3B、4A、4Bの例と静的または動的の運動捕捉応用を参照して前述したネットワークプロトコルの特定用途用ソフトウェアの統合は図1に示されている感知システムを介して実現されることができ、ベースシステムの変形がほとんどないか全くなく、アプリケーションソフトウェアを節約する。この容易に再構成されるシステムは運動捕捉情報の幾つかの形態を必要とする多くの産業およびエンドアプリケーションに対して応用可能なライセンスまたはOEMタイプのビジネスモデルを可能にする。
前述の感知システムは個々のセンサモジュールに物理的に接続される電力またはインターフェースワイヤなしに無線センサモジュールを使用しており、システム中のセンサモジュールのダイナミックな変更を可能にする。IMMCAPベースの運動捕捉システムの能力はシステムがビデオ又は磁気ビーコンベースシステムにより現在実行されている種々の運動捕捉アプリケーションで使用されることを可能にする。しかしながらこれらのシステムは監視される人間又はオブジェクトが有用であるようにスペースの予め説明された局所容積内または光学的又は人間工的な磁気的視界内に制限されなければならないことを必要とする。IMMCAPベースの運動捕捉システムの使用はこれらの限定をなくす。本発明のシステムの構成は簡単であり、使用が容易であり、例えば廉価でコンパクトな慣性MEMSベースのセンサを使用することにより比較的廉価で実現されることができる。ユーザはライセンスまたはOEM協定によって価格が効率的な方法で迅速にそれらの目標市場に入るためそれらの固有のハードウェア/ソフトウェアシステムを設計するためのユーザの技術的な能力又はリソースを必要とせずに特定のユーザアプリケーションへ本発明のシステムを適用できる。
幾つかの構成では、図3A、3B、4A、4Bに示されているように、データフォーマット化およびマスターとスレーブ間の通信プロトコルを含むデジタル信号処理(DSP)の大多数は、感知システムの価格、単位寸法及び体積と複雑性を最小にするためにマスターICMと各ISMのマイクロプロセッサまたはマイクロ制御装置で構成されることができる。感知ネットワークで送信されるデータはRF−BioNet(商標名)への統合を可能にするために関連される最小量のRF/DSP/電力要求により特別な応用で必要とされるセンサデータ流に限定されることができる。
IMMCAP(商標名)制御モジュール(ICM)はIMMCAP(商標名)ベースの運動捕捉システム内のマスター制御装置であり、局部RF−BioNet(商標名)用のRFハブとして作用する。ICMは単一または多数のISMと単一のICM自体との間のRF−BioNet(商標名)上で全ての双方向のRFトラフィックを制御する。ICMは任意の所定の応用で全ての実時間DSPを提供できる8−16または32ビットマイクロプロセッサを使用する。さらに、ICMはセンサの線形化及び温度補償を含めたISMとの関連されるデータ捕捉タスクを提供するために使用されることができる。前述のタスクに加えて、ICMは必要ならばICMが取付けられる剛性体の運動の捕捉を可能にするため幾つかの形態のIMUを組み込むこともできる。
例えばICMは1)8/16/32ビットマイクロプロセッサと、2)リチウムイオンバッテリのようなバッテリ電源と、3)デジタル及びアナログ(存在するならば)回路の電力調整回路と、4)USB接続および/または外部電力源を介する再充電機構と、5)アジャイル周波数ホッピングおよびISMと通信する同時的な多周波数動作が可能なISMバンドトランシーバと、6)人間間のインターフェース、即ち幾つかの応用ではキーパッドおよびLCDと、7)特別な応用により必要とされる場合幾つかの形態のIMMCAP(商標名)を構成するための運動センサと、8)マイクロプロセッサで作動するための特定用途のソフトウェアとを含むことができる。ICMはユーザのウエストベルトまたは腕に取付けられることのできるICMケースにパッケージされることができる。配置は応用で必要とされる人間間のインターフェースのタイプにより決定されることができる。
IMMCAP(商標名)センサモジュール(ISM)はICMに対するスレーブであり、ICMの制御下でシステムに接続される。ISMは単一の3軸加速度計を必要とする基本方位センサからフルアップ6DOFバリアントの範囲にわたるアプリケーション依存のIMMCAP(商標名)IMUのバリアントを組み込むことができる。IMUバリアントにかかわりのないISMは8または16ビットのマイクロ制御装置、幾つかの形態の不揮発性メモリ、周波数アジャイルRFトランシーバ(例えば2.5GHz帯域で動作するトランシーバ)を組み込むことができる。図3A、3B、4A、4Bの例に説明されているようにRF−BioNet(商標名)プロトコルはICMとの双方向RFリンクを設定するために個々のISMがダイナミックに、即ちシステムをリブートせずにRF−BioNet(商標名)に統合することを可能にする。RFリンクの設定時に、ISMはセンサ較正及び機能データをICMへ転送でき、ICMは受信されたISMセンサデータを他のISMセンサデータと共にICMデータ流へ結合する。
特別な例として、ISMは1)8/16ビットマイクロプロセッサまたはマイクロ制御装置と、2)リチウムバッテリのようなバッテリ電力源と、3)デジタル及びアナログ回路用の電力調整機構と、4)外部電力源を介する再充電機構と、5)アジャイル周波数ホッピングおよび同時的な多周波数動作が可能なISMバンドトランシーバと、6)特別な応用により必要とされるようなIMMCAP(商標名)IMUの幾つかの形態を実行するための運動センサと、7)運動センサからデータを捕捉しフォーマットし、マイクロプロセッサ又はマイクロ制御装置で作動する局部RF−BioNet(商標名)に対するインターフェースを可能にするためのソフトウェアとを含むことができる。ISMはそのISMが監視するように設計されている剛性な軸に対する取付けによりアプライアンスに組み込まれることができる。人間間の運動とスポーツ応用では、ISMはスポーツの装置、即ちゴルフのシャフト、野球のバット、ボウリングのグローブ等に取付けられることができる。人間間の運動では、ISMは直接、身体の軸、即ち手、前腕、頭等に取り付けられることができる。
ICMと少なくとも1つのISMによって形成されるRF−BioNet(商標名)はICMと、RFトランシーバの信号強度範囲に存在する各ISMとの間の双方向RF通信を可能にするように設計されている。ICMはICMと各ISMとの間の通信を制御し、ICM−ISM通信はICMまたはRF範囲内の任意のISMによって開始されることができる。
RF−BioNet(商標名)におけるICM−ISM通信は2つの異なる方法で構成されることができる。第1の構造では、各ISMは他のISMを通してルーティングせずにICMと直接通信する。データは中間データ交換専用のRFチャンネルでICMと個々のISMとの間で交換される。チャンネル割当ては無線LANのように2.5GHz帯域で動作する局部装置のために外部RF干渉に基づいてICMにより制御される。さらに、ICMはチャンネルトラフィック及び必要とされる応答待ち時間に基づいてチャンネルを多数のISMに割当てる。ICMとISM RFトランシーバの両者はダイナミックチャンネル割当てを促進するためにアジャイル周波数ホッピングが可能である。
第2の構造では、多数のISM、例えば運動捕捉又は解析のために大きいオブジェクト又は動物に分配されている多数のISMがRF−BioNet(商標名)に存在し、ICMからの1以上のISMの物理的分離は無線ICM−ISM通信の品質に悪影響するのに十分な大きさである可能性がある。したがってノード間のRFデータ転送はRFデータ転送が2つの通信しているノード間で中間ISMにより物理的に促進される「デイジー・チェーン」により実現されることができる。これらのISMの要求は任意のデータ通信の初期化でイーサーを傍受(sniff)するために常にさらに高い電力受信モードで維持される必要があるので、このモードはISMではより電力が集約的である。RF転送が検出されると、信号を検出する任意のノードは範囲内の別のISMにより獲得された信号に応答し反復する。このことはRFデータ転送がオリジナル信号が目的地とするISM/ICMにより肯定応答されるまで継続する。各ISMがICMと通信するときのみ各ISMのRFトランシーバは動作し、RFトランシーバのRF範囲は2つの通信しているノード間の直接通信を可能にする限り他のISMのデータを中継するように動作しないので、各ISMとICMとの間の直接通信は各ISMが電力消費を最小にすることを可能にする。
RF−BioNet(商標名)の自己構成能力はエンドユーザによる何らの注意の必要もなしに新しいISMが付加又は除去されることを可能にする。ICMは付加/除去されたISMを識別でき、データ流をICM複合データ流へ統合/ICM複合データ流から除去する。この特徴は既存のシステムが既存のシステムの変更なく付加的なISMにより強化されることを可能にする。
運動捕捉RF−BioNet(商標名)は特別な応用に適用されることができる。1例は病院または擁護施設の老齢者および障害者のような施設の人間々を監視するための監視システムである。例えば、事故によりまたは病状の結果として監視下の主体が転倒または身動きできなくなる可能性がある。主体に取付けられた1以上の運動センサモジュールはこのような状態を示す運動データを提供できる。転倒の事故が検出されると、転倒後の主体の状態はさらに例えば主体が意識不明であるか否かを決定するためのフィードバック機構を使用してシステムにより決定されることができる。システムは警報信号を発生し、必要なときに補助を呼出すことにより応答するように構成されることができる。
このような監視システムの構成において、主体の質量中心は例えば骨盤または腰の領域、及び1以上の外肢、即ち脚又は腕の運動を監視することにより監視されることができる。質量中心の運動は高い正確度により主体が転倒を受けたか否かを決定するために使用されることができる。骨盤の運動と方位はIMMCAP(商標名)ベースの6DOF慣性測定ユニット(IMU)を主体のベルト領域に取付けられたアプライアンスに位置付けることにより監視されることができる。例えばマスター制御装置ICMは質量中心を監視するために米国特許第7,219,033号明細書に記載されている6DOF IMUを含むように構成されることができる。ICMに加えて、1以上のISMは主体の運動の他の特性を監視するため主体、例えば脚領域に取り付けられることができる。ISMは一方または両方の靴に統合されることができる。付加的なISMはさらに転倒の検出の正確さを強化するために手首に取付けられたアプライアンスへ統合されることができる。
主体に取付けられた単一または多数のISMにより発生されるデータはRF−BioNet(商標名)を介してICMにインターフェースされる。全ての登録されたISMにより発生される複合データ流は、データ流を「転倒事故」のモデルと「転倒後の方位」の第2のモデルに対して比較するICMソフトウェアに含まれるアルゴリズムへの入力変数である。転倒事故モデルに対する比較により、ISMからの実時間データ流が転倒が生じた高い確率を示すならば、転倒後のモデルは実時間データ流と比較される。主体が恐らくは転倒後の方位にある確率が高いならば、主体は主体の状態に関する簡単な音響メッセージにより質問される。質問に対する応答が検出されないならば、音響呼(例えば911の緊急呼)が例えばブルーツースセル電話インターフェースを使用して発生され、または警報信号はADT又はその類似物のような既存の安全保障システムへ発生される。
自動呼に加えて、主体が転倒事故後に意識があるか幾つかの転倒ではない病状が主体に明白になったならば、主体が応答または補助の必要を手作業で示すためにユーザ装置が主体に与えられることができる。押しボタンを押したことに応答して呼を発生できる押しボタン通信装置がユーザ装置のような主体に取付けられることができる。この装置は独立型装置のようにICMとは別であるかまたはICMに統合されることができる。
システムの運動捕捉/比較能力を使用する進歩した特性は主体の歩き方および/または身体の動作を監視することである。ICMに含まれる有効な高電力のDSPのために、ICMは主体の通常の状態下で主体の運動データを監視することができ、したがってICMが時間期間に「学習モード」に設定されるとき運動データから主体の通常の態様と主体の足取りパターンを「学習」できる。学習モード期間中に集められた運動データは「通常モデル」を生成するために使用されることができ、この通常のモデルはシステムが学習モード外であり、主体の運動を監視するための通常動作モードであるときICM/ISMからの実時間データ流に比較されることができる。ICMとISMからの実時間運動データ流の通常モデルからの実質的な偏差が検出されるならば、任意の付加的な仲介が必要か否かを決定するために実時間データ流が介護人間により見られ解析されることができるという見解と共に警報が介護人間に発せられることができる。
監視システムのこれら及び他の特性は病院、擁護施設、自家での患者の介護サービスの部分を自動化するために使用されることができ、したがって患者の介護に有効な限定された介護人間の人間材の需要を軽減する。それ故、監視システムは介助付きの生活環境と自家環境との両者において少数の介護人間によってより多くの人間を監視するために使用されることができ、廉価のDSPとIMMCAP(商標名)ベースのIMUの組合せにより比較的廉価で実行されることができる。
前述のシステムはシステムの必要とされる能力にしたがって種々の方法で実行されることができる。1例では、DSP、RFトランシーバ、6DOF運動センサ、単一のISMを組み込んだ単一のICMと、ICMとは異なる位置に取付けられている単一の3軸加速度計を含む単一のISMが十分である。ICM内の内部6DOFのデータ流と、単一のISMからのデータは転倒事故を検出し、転倒後の方位を得るために組み合わされることができる。この簡単なシステムでは、転倒事故は実時間運動データと転倒モデルとの間の比較にしたがってICMの6DOF IMUにより検出されることができる。転倒状態が検出されると、ISMからの限定されたデータをICMデータ流のデータに組み込む転倒後の方位モデルは1つのISMからのスパースにかかわらず、実際に身体の方位の「スナップショット」を生成することができる。ICM/ISMにより検出可能な主体が移動していないならば、3軸加速度計は局部的な1g重力ベクトルに関して方位センサとして作動する。運動が運動データから検出されないならば、主体の静的方位が検出されることができる。ISMが主体の1本の脚に取付けられることを想定すると、ISM運動データは単一の靴が床に対して平行であるか否かを決定するために使用されることができる。主体の各靴は設計されたISMと共に取り付けられることができ、それによって2つの靴の2つのISMは主体の2本の脚の相対的な方位を決定し、転倒が生じたか否かを確認するために使用されることができる。この2つの靴のISM構造は、通常は転倒した主体が両靴を床に平行に維持することが困難であるという所見に部分的に基づいている。この2つの脚のISM構造は転倒事故の正確な決定について非常に高い確率を生むために使用されることができる。
静的な身体の方位の「スナップショット」を生成するための3軸加速度計の使用は付加的な身体軸に取付けられた付加的なISMへ拡張されることができる。例えば少なくともさらにもう1つのISMが転倒事故を正確に検出する可能性をさらに高くするために手首に取り付けられることができる。より多くのISMがRF−BioNet(商標名)に統合される程、主体の静的「スナップショット」はより正確になる。
前述のISMの3軸加速度計も運動検出器として機能するために使用されることができる。これに関して、ISMが運動中ではないとき、3つの直交方向に沿った1gの重力場の3ベクトル成分は一定である。この加速度計の状態はISMが静止していることを示すために使用されることができる。1gの重力場の3ベクトル成分が一定ではないならば、ISMは運動中であることを示される。この運動検出は関連される運動の結果的な加速度のために正確性を限定し、転倒事故が検出されると主体の身体的状態を決定する効率的な方法であることができ、即ち質量中心動作のない脚動作は主体が倒れているが無意識ではないことを示している。
主体の正確性の高い身体的モデルはそれぞれが3軸加速度計と3軸レートセンサの両者を組み込んでいる多数のISMを使用することにより得られることができる。RF−BioNet(商標名)に統合されたIMMCAP(商標名)のこの補足を有する多数のISMは全体的または部分的身体軸を監視するために使用されることができ、実時間で運動データを提供することに使用されることができる。多くの市販のレートセンサのレート限度(例えば幾つかのMEMSレートセンサでは約600度/秒)は高齢者に関連される典型的な回転速度をカバーするのに十分であり、したがって差レートセンサとして作動する3軸磁力計に十分に有能なIMMCAP(商標名)を組み込んだISMはMEMSレートセンサを補足するために必要とされない。このようにしてシステムのISMユニットはコンパクトで軽量で比較的廉価である。
幾つかの運動感知応用では、前述の監視システムは介助付き擁護施設のようなより大きな環境内での主体の位置を識別するための「RFタグ」を含むことができる。RFタグの付けられた部屋又は空間もRF−BioNet(商標名)へ統合され、主体の運動をログし、ICMにより行われる補助呼のリクエストへ位置情報を付加する。ICMの位置データのRFタグ付けにおける1構成では、静止トランシーバが建物内または関係する空間体積内の既知の位置に置かれ、特有のIDを有し、範囲のオーバーラップを最小にして間隔を隔てられる。したがって2以上のこれらのタグ付けされたトランシーバが移動可能なIMMCAPシステムと通信しているならば、IMMCAPシステムの位置は簡単な三角測量によりRFタグを有する固定されたトランシーバの既知の位置から決定されることができる。
施設領域内の人間々を監視するための前述のRF−BioNet(商標名)監視システムは睡眠中の幼児の突然の乳幼児突然死(SID)の発病を検出するためにも使用されることができる。SID症候群は状態の事前症状なしに健康な幼児を襲う可能性があることが知られている。症候群は呼吸の停止および究極的には睡眠中の死を招く。SIDの発病はうつ伏せの睡眠位置に関連されることも文献により示唆されている。睡眠位置と呼吸停止の検出の両者はRF−BioNet(商標名)監視システムの応用により検出されることができる。
特別な例として、RF−BioNet(商標名)SID監視システムは少なくとも1つのISMとICMを含むことができる。ISMは3軸加速度計、RFトランシーバ、マイクロ制御装置、RF−BioNet(商標名)にインターフェースすることを可能にするコンポーネントとを含むことができる。このISMは睡眠位置と呼吸の両者を監視するために使用されることができる。ISMはRF−BioNet(商標名)を介して幼児の睡眠位置の近くのICMベースユニットに相互接続される。ISMが幾つかのアプライアンスを介してまたは衣服への統合により幼児に取付けられると、ISM内の3軸加速度計の静的方位が動作し、幼児の睡眠位置の決定のためのデータを提供できる。
SID検出の1特徴は幼児の呼吸の停止を感知することによるSIDの発病の検出である。呼吸の検出はISMにおける同じISM3軸加速度計を使用して幼児の胸腔の僅かな動きを監視することにより実現されることができる。幼児の横隔膜の吸入および吐き出しは胸腔を機械的に膨張又は収縮させる。機械的な胸の運動は胸腔運動に関連される僅かな加速と減速を検出できるISM中の高感度加速度計を使用することにより検出されることができる。この特徴では、ISMは呼吸センサである。他の感知機構に基づく呼吸センサも使用されることができる。ISM加速度計データ流はRF−BioNet(商標名)を介してICMへ無線で転送され、呼吸情報を抽出する専用のICM中に埋設されたDSPアルゴリズムによって解析される。ICMが幼児の呼吸が停止しているか、容認可能な通常の運動プロフィール外に逸脱しているかを決定したならば、ICM装置は警報信号を介護人間または親に発生することができる。
別の応用では、センサは保育所又は他の施設等で子供を監視するために子供に取り付けられることができる。子供はIMMCAPベースのセンサシステムを着用でき、暴力的な揺すりまたは任意の他の肉体的な虐待行為について監視されることができる。この情報は局部メモリに記憶されることができ、あるいは子供の状態に関する警報を送信するために使用される。
幾つかの構成では、付加的なセンサ、即ち音響又は温度センサは幼児の胸の運動を監視する付加的なセンサをISMに組み込むかまたはRF−BioNet(商標名)の一部分になるようにエネーブルされることのできる別のICMユニットを提供することによって、ICMにより受信されるデータ流に統合されることができる。したがって、RF−BioNet(商標名)のダイナミック構造能力特性は任意の第3者が許可を受けて付加的な能力をシステムへ設計することを可能にするために使用されることができる。
ICMは図1のノード130のようなRF−BioNet(商標名)を介して別の位置に配置されている専用の装置へ無線で警報を送信するように構成されることができる。ICMはある行動、即ち911の緊急にダイヤルするかテキストメッセージをセル電話又は他の通信装置へ送信するために固定されたベーストランシーバ130へRF信号を送信できる。
ノード130はセル電話またはインターネットに接続されているコンピュータのようなブルーツースエネーブル装置であってもよい。
高齢者の監視システムに類似して、SID監視システム中のICMはDSPアルゴリズムを個々の幼児に「カスタマイズ」する能力を親または介護人間に与えるために「学習」特性を含むように構成されることができる。この特性は誤った転倒警報を減少できる。
この明細書は多くの詳述を含んでいるが、これらは発明または請求できる事項の技術的範囲を限定するものとして解釈されてはならず、本発明の特定の実施形態に対する特別な特性の説明として解釈されるべきである。別の実施形態の文脈においてこの明細書で説明されているある特性も単一の実施形態で組み合わせて実行されることもできる。反対に、単一の実施形態の文脈で説明されている種々の特性も別々に多数の実施形態または任意の適切な副結合で実行されることもできる。さらに、特性はある実施形態での行為として前述され、冒頭ではこのように請求されているが、請求項の組合せからの1以上の特性は幾つかのケースでは組合せから行われることができ、請求項の組合せはサブ結合またはサブ結合のバリエーションに導かれることができる。
少数のみの構成についてしか説明していないが、変更及び強化が行われることができることが理解されよう。
Claims (33)
- 人間の身体の一部に結してパラメータを測定し、測定されたパラメータを無線で送信するように動作可能なセンサと、
センサと無線で通信しセンサから受信された測定されたパラメータのデータを集収するように動作可能なマスター制御装置とを具備し、
前記マスター制御装置はセンサと通信するための通信期間とパラメータ又は人間に関連する異なるパラメータを測定するために動作可能な少なくとも別のセンサと通信するための少なくとも別の通信期間を割当てるように動作可能であり、前記マスター制御装置は各センサの動作状態を決定し、特定のセンサの動作状態に基づいて特性のセンサとの無線通信を終了するか付勢するためにセンサ及びその他のセンサと無線で通信するように動作可能であるセンサシステム。 - マスター制御装置は以前にマスター制御装置と無線通信していない新しいセンサからの無線通信信号を検索するように動作可能であり、新しいセンサを検出したとき、新しいセンサからの無線によるデータ集収を開始するように新しいセンサの新しい通信期間を割当てるように動作可能である請求項1記載のシステム。
- マスター制御装置はセンサからの無線通信信号を監視するように動作可能であり、新しいセンサからの無線線信号の検出の受信に失敗した後、センサからのデータの集収を終了するように動作可能である請求項1記載のシステム。
- マスター制御装置は受信されたデータを記憶するためのメモリユニットを具備し、メモリ装置中の受信されたデータを目的地へ送信するように動作可能である請求項1記載のシステム。
- マスター制御装置はメモリユニット中に受信されたデータを最初に記憶せずに受信されたデータを目的地へ送信するように動作可能である請求項4記載のシステム。
- さらに、受信されたデータをマスター制御装置から受信するための目的地としてのコンピュータを具備している請求項4記載のシステム。
- センサは運動センサを含んでいる請求項1記載のシステム。
- 運動センサは慣性測定センサを含んでいる請求項7記載のシステム。
- センサは3軸加速度計を含んでいる請求項7記載のシステム。
- センサは3軸ジャイロスコープレートセンサを含んでいる請求項7記載のシステム。
- センサは3軸磁力計を含んでいる請求項7記載のシステム。
- センサは差回転レートセンサとして磁力計センサを含んでいる請求項7記載のシステム。
- センサはさらに温度センサを含んでいる請求項7記載のシステム。
- センサはさらに呼吸センサを含んでいる請求項7記載のシステム。
- センサは温度センサを含んでいる請求項1記載のシステム。
- センサは呼吸センサを含んでいる請求項1記載のシステム。
- マスター制御装置はさらに、人間に関連するパラメータまたは異なるパラメータを測定するように動作可能な局部センサを具備している請求項1記載のシステム。
- マスター制御装置は、測定されたパラメータの正常のプロフィールを記憶するように構成され、測定されたパラメータについての受信されたデータを正常のプロフィールと比較し、受信されたデータが正常のプロフィールから逸脱するとき警報信号を発生するように動作可能である請求項1記載のシステム。
- センサは運動センサであり、パラメータは人間の動きを示し、正常のプロフィールは正常の状態下の人間の動きプロフィールである請求項18記載のシステム。
- 警報信号は人間の転倒を示す請求項19記載のシステム。
- マスター制御装置は、時間にわたって受信されたデータに基づいて記憶された正常のプロフィールを更新するように動作可能である請求項18記載のシステム。
- さらに、警報信号が発生されるとき人間からの応答をリクエストするリクエスト信号を人間に発生する機構と、
人間からの応答を受信するための機構とを具備している請求項18記載のシステム。 - リクエスト信号を発生するための機構はリクエスト信号として可聴信号を生成するように動作可能である請求項22記載のシステム。
- さらに、人間に取付けることが可能であり、位置センサの位置についての情報をマスター制御装置へ無線送信するように動作可能である位置センサを具備している請求項22記載のシステム。
- センサは人間の呼吸に関連される人間の胸の動きを測定するように動作可能な運動センサを具備している請求項18記載のシステム。
- 正常のプロフィールは、スポーツをしている身体部分の運動である請求項18記載のシステム。
- 正常のプロフィールは、ゴルフをしている身体部分の運動である請求項26記載のシステム。
- 正常のプロフィールは、野球をしている身体部分の運動である請求項26記載のシステム。
- 正常のプロフィールは、バスケットボールをしている身体部分の運動である請求項26記載のシステム。
- 正常のプロフィールは、テニスをしている身体部分の運動である請求項26記載のシステム。
- 人間のパラメータを感知し測定されたデータをマスター制御装置へ無線で送信するようにそれぞれ動作可能な1以上のセンサと無線で通信するマスター制御装置を設け、
ダイナミックに再構成可能な無線ネットワークを形成するためマスター制御装置と各センサを構成し、各センサは自動的にネットワークに加わり、またそれから離れるように動作可能であり、
1以上のセンサからの測定に関連される正常のプロフィールを供給するようにマスター制御装置を構成し、
1以上のセンサから受信された測定からの実時間プロフィールを正常のプロフィールと比較し、実時間プロフィールが正常のプロフィールから逸脱するとき警報信号を発生するようにマスター制御装置を動作するステップを含んでいる方法。 - さらに、各センサが依然としてネットワークの一部であるか否かを決定するために周期的に設定されたマスター制御装置との無線通信リンクにより各センサを無線で監視するようにマスター制御装置を動作し、
センサが時間期間内にマスター制御装置への無線信号の送信に失敗したとき、センサからのデータの集収を終了するようにマスター制御装置を動作することを含んでいる請求項31記載の方法。 - さらに、マスター制御装置との設定された無線通信リンクをもたない新しいセンサからの無線信号を検索するようにマスター制御装置を動作し、
新しいセンサから無線信号が受信された後、ネットワークの一部分として新しいセンサを受入れるようにマスター制御装置を動作し、
さらに、新しいセンサからのデータの集収を開始するようにマスター制御装置を動作させる請求項31記載の方法。
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120124 |
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A02 | Decision of refusal |
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