JP2013516920A - ワイヤレスサービスのための遅延制約されたエンド・ツー・エンドのエネルギー最適化のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

装置は、モバイルデバイスのスリープおよびアクティブモード中のモバイルデバイスでのエネルギー消費を決定し、センサーのスリープおよびアクティブモード中のセンサーでのエネルギー消費を決定し、モバイルデバイスおよびセンサーのエネルギーレベルを決定し、センサーに関連するサービスのためのエンド・ツー・エンド遅延制約を満たしながら、センサーのスリープ持続時間に基づいてモバイルデバイスのスリープ持続時間を設定するように構成された処理システムを含む。方法もまた開示される。
【選択図】 図２

Description

下記の説明は、一般的に通信システムに関し、より具体的には、ワイヤレスサービスのための遅延制約されたエンド・ツー・エンドのエネルギー最適化のための方法および装置に関する。

３Ｇデータサービスのようなデータサービスは、携帯電話およびラップトップで成功している。多くのユーザが、携帯電話およびラップトップだけではなく、さらなる個人デバイスを有する。しかしながら、これらのデバイスは、良好に接続されない。この理由は、
−これら個人デバイスの限られたワイヤレス接続性と、
−個人デバイスのネットワークによって可能なサービスの欠如を含む。

ワイヤレス広域ネットワーク（ＷＷＡＮ）が３Ｇネットワークを介して利用可能な状態で、これら個人デバイスは、パーソナル・プライベート・ネットワーク（ＰＰＮ）によってＷＡＮに接続されることができる。ＰＰＮは、遠隔モニタリングのような多くのユビキタスアプリケーションを潜在的に可能にすることができる。たとえば、両親は、彼らの子供がＷＷＡＮイネーブルの（WWAN-enabled）センサーを身に着けている場合、携帯電話を使用して彼らの子供の健康状態を判断することができる。住宅および乗用車の所有者は、乗用車および住宅がＷＷＡＮイネーブルのアラームセンサーを備え付けている場合、無断侵入のような事件に基づいて、通知を受けることができる。これらの例は、ＰＰＮＳを介して実現され得る多くの可能なアプリケーションのうちのごくわずかである。しかしながら、システムを有用なものとするために、満たされる必要があるタイミングおよびエネルギーの制約がある。

その結果として、上述された不足のうちの１つ以上に対処することが望ましいだろう。

下記は、１つ以上の態様の簡略化された要約を、そのような態様の基本認識を提供するために提示するものである。この要約は、意図されたすべての態様の広範な概要ではなく、すべての態様のキーとなる、または重要な要素を特定するものでも、任意のまたはすべての態様の範囲を詳細に述べるものでもない。その唯一の目的は、後に提示されるより詳細な説明への前置きとして、簡略化された形態で１つ以上の態様のいくつかの概念を提示することである。

さまざまな態様によると、主題のイノベーションは、ワイヤレス通信を提供するシステムおよび／または方法に関し、ここで、モバイルデバイスのローカルなワイヤレスの近傍内でモバイルデバイスおよびセンサーを動作するための装置は、複数の命令を記憶するように構成されたメモリと、モバイルデバイスのスリープおよびアクティブモード中のモバイルデバイスでのエネルギー消費を決定し、センサーのスリープおよびアクティブモード中のセンサーでのエネルギー消費を決定し、モバイルデバイスおよびセンサーのエネルギーレベルを決定し、センサーに関連するサービスのためのエンド・ツー・エンド遅延制約（delay constraint）を満たしながら、センサーのスリープ持続時間（sleep duration）に基づいてモバイルデバイスのスリープ持続時間を設定するための複数の命令を実行するように構成された処理システムとを含む。

別の態様において、モバイルデバイスのローカルなワイヤレスの近傍内でモバイルデバイスおよびセンサーを動作するための装置が提供され、この装置は、モバイルデバイスのスリープおよびアクティブモード中のモバイルデバイスでのエネルギー消費を決定するための手段と、センサーのスリープおよびアクティブモード中のセンサーでのエネルギー消費を決定するための手段と、モバイルデバイスおよびセンサーのエネルギーレベルを決定するための手段と、センサーに関連するサービスのためのエンド・ツー・エンド遅延制約を満たしながら、センサーのスリープ持続時間に基づいてモバイルデバイスのスリープ持続時間を設定するための手段とを含む。

さらなる別の態様において、モバイルデバイスのローカルなワイヤレスの近傍内でモバイルデバイスおよびセンサーを動作するための方法が提供され、この方法は、モバイルデバイスのスリープおよびアクティブモード中のモバイルデバイスでのエネルギー消費を決定することと、センサーのスリープおよびアクティブモード中のセンサーでのエネルギー消費を決定することと、モバイルデバイスおよびセンサーのエネルギーレベルを決定することと、センサーに関連するサービスのためのエンド・ツー・エンド遅延制約を満たしながら、センサーのスリープ持続時間に基づいてモバイルデバイスのスリープ持続時間を設定することとを含む。

さらなる別の態様において、モバイルデバイスのローカルなワイヤレスの近傍内でモバイルデバイスおよびセンサーを動作するためのコンピュータプログラム製品が提供され、このコンピュータプログラム製品は、モバイルデバイスのスリープおよびアクティブモード中のモバイルデバイスでのエネルギー消費を決定し、センサーのスリープおよびアクティブモード中のセンサーでのエネルギー消費を決定し、モバイルデバイスおよびセンサーのエネルギーレベルを決定し、センサーに関連するサービスのためのエンド・ツー・エンド遅延制約を満たしながら、センサーのスリープ持続時間に基づいてモバイルデバイスのスリープ持続時間を設定するために実行可能な命令によって符号化される機械可読媒体を含む。

さらなる別の態様において、モバイルデバイスのローカルなワイヤレス近傍内でモバイルデバイスおよびセンサーを動作するための装置は、モバイルデバイスのスリープおよびアクティブモード中のモバイルデバイスでのエネルギー消費を決定し、センサーのスリープおよびアクティブモード中のセンサーでのエネルギー消費を決定し、モバイルデバイスおよびセンサーのエネルギーレベルを決定し、センサーに関連するサービスのためのエンド・ツー・エンド遅延制約を満たしながら、センサーのスリープ持続時間に基づいてモバイルデバイスのスリープ持続時間を設定するように構成された処理システムを含む。

前述のおよび関連する目的の達成のために、１つ以上の態様は、以下に十分に説明され、特に請求項において指摘されている特徴を含む。下記の説明および付属の図面は、１つ以上の態様のある特定の例示的な態様を詳細に説明する。しかしながら、これらの態様は、さまざまな態様の原理が用いられることができるさまざまな手法のほんの数例を示しており、説明されている態様は、そのようなすべての態様およびそれらと同等のものを含むように意図される。

図１は、開示の一態様に従って構成された時間遅延制約を示すタイミング図である。 図２は、開示の一態様に従って構成された遠隔モニタリングシステムを示す図である。 図３は、開示の一態様に従って構成された住宅モニタリングシステムを示す図である。 図４は、開示の一態様に従って構成されたネットワークアーキテクチャを示すネットワーク図である。 図５は、開示の一態様に従って構成されたエネルギー最適化スキームを示すフローチャートである。 図６は、図４のワイヤレスネットワークにおいて使用され得る開示の一態様に従って構成されたワイヤレス通信装置のブロック図である。 図７は、開示の一態様に従って構成されたワイヤレス装置の機能を示すブロック図である。

詳細な説明

新しいシステム、装置、および方法のさまざまな態様が、付属の図面を参照して下記により十分に説明される。しかしながら、教示（teachings）開示（disclosure）は、多くの異なる形態で具現化されることができ、この開示を通して提示されている任意の特定の構造または機能に限定されると解釈されるべきではない。そうではなく、これらの態様は、この開示が完全かつ徹底されたものであり、当業者に開示の範囲を十分に示唆するように提供されている。ここでの教示に基づいて、当業者は、開示の範囲が、発明の任意の他の態様と別々に実現されようと、組み合わせられようと、ここで開示された新しいシステム、装置、および方法の任意の態様をカバーするように意図されているということを理解すべきである。たとえば、ここで説明される任意の数の態様を使用して、装置が実現されることができ、方法が実行されることができる。さらに、発明の範囲は、他の構造、機能、または、ここに説明される発明のさまざまな態様に追加された、またはそれ以外の構造および機能を使用して実行される、そのような装置または方法をカバーするように意図されている。ここに開示される任意の態様は、請求項の１つ以上の要素によって具現化され得ることを理解すべきである。

下記の詳細な説明において、開示のさまざまな態様は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）といった任意の適切なワイヤレス技術、または任意の他の適切なワイヤレス技術、または適切なワイヤレス技術の任意の組み合わせをサポートするワイヤレス通信システムを参照して説明されるだろう。ＣＤＭＡシステムは、ＩＳ−２０００、ＩＳ−９５、ＩＳ−８５６、広帯域−ＣＤＭＡ（ＷＣＤＭＡ）、または他のいくつかの適切なエアインターフェース規格を実現することができる。ＴＤＭＡシステムは、移動体通信のための全世界システム（ＧＳＭ（登録商標）：Global System for Mobile Communications）または他のいくつかの適切なエアインターフェース規格を実現することができる。当業者が容易に理解するように、この開示のさまざまな態様は、任意の特定のワイヤレス技術および／またはエアインターフェース規格に限定されない。

ネットワークおよびソフトウェアのアーキテクチャ、およびＷＷＡＮイネーブルのＰＰＮＳネットワークを可能にする、基礎をなすインフラストラクチャをここで開示する。システムアーキテクチャのいくつかの代替例もまた開示される。分散／共有ワイヤレスサービスアーキテクチャは、共通のサーバを通してサービスを公開し、ワイヤレスサービスに加入する能力を有する異なるワイヤレスノードを用いて、開示の一態様において実現される。ＷＷＡＮの接続性を有する、加入している第１のワイヤレスノードは、ＷＷＡＮの接続性を有する、サービスを提供している第２のワイヤレスノードによって提供（deliver）されることができる情報を求めて、共通のサーバにポーリングリクエストを提示することができる。ワイヤレスサービスに関連づけられた遅延制約が有り得るので、情報は、その遅延によって指定された時間制約内で提供される。サービスを提供している第２のワイヤレスノードは、より短い遅延のためにより多くのエネルギーを消費して、サービスを提供する必要があり得る。たとえば、第２のワイヤレスノードは、短距離ワイヤレスリンクを介して、（ワイヤレスセンサーノードのような）第３のワイヤレスノードと通信（talk）する必要があり、より短い遅延制約のために、第２のワイヤレスノードは、より短い持続時間（ duration）でスリープする必要があり、それは、エネルギーコストを増加させるであろう。開示されたアプローチは、そのようなワイヤレスサービスの遅延制約のもとで、そのような分散システムにおいて、エンド・ツー・エンドのエネルギー利用を最小限にする。

一般的に、スリープおよびアウェイクのサイクルのためのエネルギーコストは、エンド・ツー・エンドのシステムアーキテクチャにおいて各々のワイヤレスノードで計算される。遅延の観点からの合計の時間制約を仮定して（Given the total time constraint in terms of the delay）、スリープサイクルの持続時間は、各々のワイヤレスプラットフォームで変化するので、サービスの提供に関与するすべてのワイヤレスプラットフォームにわたる全体のシステムエネルギーが最適化される。たとえば、（課題の説明における第２のワイヤレスノードのような）ワイヤレスノードの１つが、利用可能な時間遅延制約のかなりの割合でスリープした場合、それはワイヤレスセンサーノードとの情報交換のためにそれほど多くの時間を残し得ない。これは、第３のワイヤレスノードが、より多くのエネルギーを消費して、第２のワイヤレスノードに通信するために、より頻繁にウェイクアップする必要があることを暗示する。同時に、第２のワイヤレスノードがより長くスリープした場合、そのバッテリーはサービスを提供するためにより長く持つであろう。スリープ持続時間の異なる値が、ワイヤレスノードのために考慮され、スリープ時間、アウェイク時間、処理時間、およびネットワーク通信時間を組み込んで、全体の遅延がサービスのためのエンド・ツー・エンド時間遅延制約内であるように、エンド・ツー・エンドのシステムエネルギーを最小限にする最適値が決定される。これは、サービスの提供に関与するワイヤレスプラットフォームでエネルギーを最小限にしながら、サービスが望ましい遅延制約内で提供されることを可能にする。たとえば、許容遅延（たとえば８秒）を仮定すると、そのプラットフォームのエネルギー消費は、第２のワイヤレスノードでサービスを提供するために、最小（たとえば待機時間の０．８％）であることが示される。しかしながら、許容遅延を減少させることは、処理のために待機時間を大幅に消費し得るので、ごく少量のシステムエネルギーを消費しながら、最適な許容可能なスリープ持続時間が、ワイヤレスサービスを提供するために決定されることができる。

ほとんどのプラットフォームのエネルギー最適化は、プラットフォームで局所的に実行される。このアプローチは、ワイヤレスネットワークを介して１つ以上のサービスを提供することに関連づけられたエンド・ツー・エンド遅延制約に対処する、分散エネルギー最適化スキームを考慮する。そのアプローチは、サービスの提供に関与するワイヤレスデバイスに関連づけられた消費エネルギーを最小限にしようと試みる。

さらに、高データレートサービスは、ワイヤレス伝送およびローカル処理のために、より大量のエネルギーを消費し得る。そのような制約は、考慮されているワイヤレスデバイスでのワイヤレスサービスのためのスリープ時間を決定する最適なソリューションに影響を及ぼすだろうエネルギーコストを増加させるだろう。その開示されたアプローチは、プラットフォームで活きている（alive on）重要なサービスを維持するために必要なエネルギー消費量を決定するのに役立つ。たとえば、ワイヤレス・ヘルス・センサー・モニタリング・サービスのような重要なサービスを提供するためである。これは、重要なサービスを優先して、重要ではないサービスを停止する（shut down）ために使用されることができる。さらに、その開示されたアプローチは、ワイヤレスサービスの利用可能性を拡大するために、エネルギー消費を減少させながら、ワイヤレスサービスの提供に関連づけられた遅延を拡大するために、使用されることができる。したがって、ワイヤレスサービスの提供は、あまり重要ではないサービスが段階的に止められる（shut off）一方で、より重要なサービスをアクティブにしたままで、モバイルデバイスでグレースフルに（gracefully）バックオフされる（backed-off）ことができる。

図１を参照し、タイミング制約の決定が、時系列１００を参照して説明され、ここで、Ｎ個のノードを有する分散ワイヤレスシステムは、分散ワイヤレスシステムから集められ、指定された遅延制約Ｄ_Ｋ内で提供される情報とともに１つ以上のサービスＳ_Ｌを提供しなければならない。Ｎ個のノードの各々は、スリープ期間Ｔ_ｉを伴うスリープスケジュールを有することができ、ここで、このケースではノード１〜３を含む各ノードｉは、持続時間Ｔ_Ｏｎ,ｉの間ウェイクアップする。そのＮ個のノードは、すべてのサービスが十分に提供されるようにノードの各々のための最適なスリープスケジュールを決定するために、協同する必要がある。一般性を失わずに、サービスのうちの１つがサービスのためのマルチホップ・ウェイクアップ通信シーケンスにおいてＫ個のノードを使用するものと仮定する。

ノードのためのスリープ期間がＴ_ｉであり、オン・タイムがＴ_Ｏｎ,ｉである場合、平均ウェイクアップ時間Ｔ_ｗ,ｉは、

によって与えられる。

目的は、

によって与えられる平均の分散ワイヤレスシステム電力を最小限にすることであって、それは、平均遅延制約、

によって決まり、すなわち、制約、

によって決まり、ここで、δは、サービスＳ_Ｌに関する情報を処理するために必要とされる時間である。

開示の一態様において、各ノードＮの重みづけを決定するために使用されるα_ｉは、充電可能性の頻度、現在（current）のエネルギーレベル、エネルギー蓄積の最大容量、および所定の優先レベルのうちの少なくとも１つに基づく。特に、α_ｉは、前述のパラメータのうちのいずれか１つに基づくことができるノードｉのための重みづけである。重みづけは、前述のパラメータの関数であり得る。たとえば、エネルギーレベルのパラメータは、モバイルデバイスまたはセンサーの現在のエネルギーレベルのシグモイド関数に基づくことができる。

たとえば、モバイルが、４００ｍＡｈの電荷の現在のエネルギーレベルＷ_１を有し、センサーが５０ｍＡｈの現在のエネルギーレベルＷ_２を有するのみである場合、センサーに対するモバイルデバイスのエネルギーの相対的な重みづけ、Ｗ_２：Ｗ_１は１：８である。別の例において、モバイルデバイスが、センサーの4倍の頻度の充電スケジュールを有する場合、相対的な重みづけは１：４である。さらに、相対的な重みづけは、複数のパラメータの組み合わせであり得る。先の例を続けると、相対的な重みづけは、現在のエネルギーレベルと充電スケジュールの両方に基づくことができる。したがって、モバイルデバイスおよびセンサーのための組み合わせられたパラメータの相対的な重みづけは、１：３２である。

あるいは、最悪のケースの遅延制約の保証が所望される場合、分散システム電力は、遅延制約、

に関連して最適化される。

Ｌ個のサービスが提供される必要がある場合、分散システム電力は、すべてのサービスのための遅延制約が満たされるように、最適化される必要がある。

単一のノードシステムエネルギーに対する影響を説明するために、スリープ電流が２ｍＡで、サービスを処理するための処理電流が約８２ｍＡであるような、バッテリーで電力供給されるワイヤレスデバイスを考慮する。オン・タイムは、約２ｍｓであると仮定する。すると、サービスのためのスリープ期間Ｔ_ｉ ｍｓにわたる平均電流（状態遷移のためのスイッチングエネルギーコストは含まない）は、
（１／Ｔｉ）*（２ｍＡ*（Ｔｉ―２）ｍｓ＋８２ｍＡ*２ｍｓ）＝（２＋１６０／Ｔｉ）ｍＡ
によって与えられる。

待機時間の減少は、分数、

によって与えられる。

その結果として、Ｔ_ｉ＝１０００ｍｓの場合、待機時間は、７．４％分の１だけ減少し、Ｔ_ｉ＝８０００ｍｓの場合、待機時間は、０．９％分の１だけ減少する。

所与のノードがより長くスリープすることを選んだ場合、そのノードのための待機時間の十分な節約があるということが明らかである。分散システムにおいて、すべてのノードは、より長い待機時間を有するために競合するであろうし、それらにとって、システム全体における全体のエネルギー消費を最適化するために協同することは必要不可欠である。

図２は、開示の一態様に従って構成された、遠隔モニタリングシステム２００を示す。複数のボディセンサー２１４が、ユーザＡ ２１２に取り付けられる。ユーザＡ ２１２の携帯電話２１６は、３Ｇネットワーク２３０を介してサーバ２５２に接続するために、複数のボディセンサー２１４におけるすべてのセンサーのためのゲートウェイとしての役割を果たす。サーバ２５２は、関連した情報を、３Ｇネットワーク２３０を介してサーバ２５２に接続するためにＰＤＡ ２４４を使用するユーザＢ ２４２へ送信する。ユーザＣ ２７２は、医者であり、インターネットネットワーク２６０を介してユーザＡ ２１２のような患者をモニタするためにラップトップ２７４を使用することができる。

開示の別の態様において、住宅モニタリングシステム３００が、図３に示されている。複数の住宅センサー３１４は、各々、電気製品に取り付けられ、情報を住宅ネットワーク３１０におけるＷＷＡＮイネーブルのゲートウェイ３１６に報告し、その情報は、処理され、サーバ３５２に送信される。開示の一態様において、複数の住宅センサー３１２の各１つは、ＷＷＡＮイネーブルであり、したがってＷＷＡＮイネーブルのゲートウェイ３１６を通過せずに直接、または通過した上で、サーバに情報を送信することもできる。図２で説明された先のシナリオと同様に、サーバ３５２は、関連した情報を、この情報に関心のあるユーザ、たとえばユーザＢ ３４２およびユーザＣ ３７２に送信することができる。開示の一態様において、電気製品をモニタする能力に加えて、ユーザは、電気製品を制御することもできる。たとえば、ユーザは、電気製品のエネルギーの使用をモニタおよび制御することができる。ユーザが、各デバイスの現在のエネルギー消費を知らされると、ユーザは、速やかにデバイスをオン／オフにすることを決定することができ、または電気製品の動作をスケジュールするためにＷＷＡＮイネーブルのゲートウェイ３１６でプランを実行することを決定することができる。

上記のシナリオにおいて、第一に、これらのサービスを使用しているユーザは、彼らの既存の携帯電話またはモバイルデバイスとデータ使用プランを共有できる、ということに注意すべきである。言い換えれば、これらのアクセサリ、またはＷＷＡＮイネーブルのデバイスは、ユーザの既存のデータプランを使用して展開可能である。第二に、シナリオで言及されたすべてのユーザは、家族のような単一の信用されているエンティティ内であるか、または、特定のＰＰＮＳに参加するためにユーザによって権限を付与されたユーザであるか、のいずれかが望ましい。

実際には、プッシュ・タイプとプル・タイプの両方の通信モデルが、開示のさまざまな態様において使用される。プッシュ・タイプの通信モデルは、１つ以上のセンサーからの関心のあるイベントがタイムリーに提供される必要がある場合、必要とされる。開示の一態様において、関心のあるイベントはユーザによって定義されることができる。定義は、ＳＱＬまたはＸＭＬのような任意の表現的な問合せ言語を使用して作られることができる。その結果として、「関心のある」イベントの概念は、イベントの内容に基づくことができる。プッシュ・タイプの通信モデルは、複数のユーザが１つ以上のセンサーから来るイベントに関心を持ち得るので、一対多数か、多数対多数のいずれかのモデルに基づくことができる。たとえば、住宅命令アラートは、住宅の所有者と警察の両方に提供され得る。

プル・タイプの通信モデルは、ユーザが、１つ以上の関心のあるイベントに基づいて通知を受けた後で、特定のデバイスまたはデバイスのセットに問合せることを望む場合、有用である。開示の一態様において、問合せは、ポーリングクエリまたは集約クエリであることができる。たとえば、ユーザがユーザ宅への侵入があり得るとの通知を受けた後、ユーザは、ゲートのためのセンサーに、または、ユーザが監視カメラを有する場合にはいくつかのカメラに直接、問合せることを望み得る。別の例において、ユーザは、ユーザの住居におけるすべての電気製品によって測定された電力消費を決定することを望み得る。前者の例は、１つのセンサーへのクエリである一方で、後者の例は、デバイスのセットをアドレス指定する集約クエリである。

開示の一態様において、「クライアントデバイス」とまとめて呼ばれる、ユーザによって使用されるセンサー、ゲートウェイ、またはクエリクライアントのうちのいずれかは、可動であることができる。その結果として、可動性サポートに対する高い需要があり得る。可動である場合、クライアントデバイスは、クライアントデバイスがカバレッジのエリア内にいないせいで、通信することができなくなり得る。したがって、クライアントデバイスは、同期した、および永続的な通信を維持することができず、その結果として、サーバは、サポート非同期性通信を提供し、クライアントメッセージの永続性を提供できる必要がある。ハンドオフは、クライアントデバイスが１つのアクセスポイントで切断し、別のアクセスポイントに接続し得るので、別の要求である。

クライアントデバイスは電池で動作するので、エネルギー効率は重要な問題である。エネルギー消費に対する２つの重要な要求がある。第一の要求は、クライアントデバイスの合計電力消費を最小限にすることである。他の要求は、要求されたデューティ期間（duty period）にわたる任意のサービスの持続性を保証することである。

開示の一態様に従って構成されたネットワークアーキテクチャ４００が、図４に示される。ネットワークアーキテクチャ４００は、フラットな、および階層化されたネットワークアーキテクチャの組み合わせである。フラットなネットワークアーキテクチャにおいて、各クライアントデバイスは、インターネットに直接接続するためのＷＷＡＮインターフェースを有するのに対して、階層化されたアーキテクチャにおいては、各クライアントデバイスが、インターネットへのバックホールとしての役割を果たすＷＷＡＮイネーブルのゲートウェイに達するために、マルチホップで通信する。図において、フラットなネットワークアーキテクチャは、ＷＷＡＮ４３０に直接接続されている、複数のクライアントデバイス４４２によって実現され、それ自体は、ＰＰＮＳサーバ４０２と通信するために、インターネットのようなネットワーク４２０に接続される。あるいは、クライアントデバイスは、階層化されたネットワークアーキテクチャを実現するために、ＷＷＡＮイネーブルのゲートウェイを経由して、ＷＷＡＮに接続され得る。図を参照すると、複数のクライアントデバイス４８２は、ＷＷＡＮゲートウェイ４７０を経由してＷＷＡＮ４５０に接続される。ＰＰＮＳサーバ４０２によって提供されたパーソナル・プライベート・ネットワーク・サービスは、インターネットネットワーク４２０または３ＧネットワークＷＷＡＮ４５０からアクセス可能である。フラットなアーキテクチャは、各クライアントデバイスがネットワーク４２０に直接インターフェース接続することができるように、より多くの可動性および柔軟性を提供する。しかしながら、各クライアントデバイスは、さらなるハードウェアを必要としなくてはならず、それは、これらの非ＷＷＡＮイネーブルのクライアントデバイスをサポートするために、ゲートウェイデバイスに対してクライアントデバイスごとにハードウェアのコストを増加させる。フラットなネットワークアーキテクチャは、より高いロバスト性を提供するだけでなく、クライアントデバイスがそれら自身のエネルギー消費（expenditure）を管理しなくてはならないながらも、より高い管理容易性を提供するであろう。

図５は、開示の一態様に従ってモバイルデバイスのローカルなワイヤレスの近傍内で、モバイルデバイスおよびセンサーを動作するためのエネルギー最適化スキームの機能を示すフローチャート５００である。このスキームは、モバイルデバイスのスリープおよびアクティブモード中のモバイルデバイスでのエネルギー消費を決定するためのステップ５０２を含む。たとえば、モバイルデバイスのエネルギー消費は、スリープおよびウェイク期間の量、および各々に関連づけられたエネルギー消費に基づいて決定され得る。スキームは、また、センサーのスリープおよびアクティブモード中のセンサーでのエネルギー消費を決定するためのステップ５０４を含む。たとえば、センサーのエネルギー消費は、スリープおよびウェイク期間の量、および各々に関連づけられたエネルギー消費に基づいて決定され得る。さらに、スキームは、モバイルデバイスおよびセンサーのエネルギーレベルを決定するためのステップ５０６を含む。一例において、モバイルデバイスおよびセンサーの各々の現在のバッテリーレベルは、測定および報告され得る。そしてステップ５０８は、センサーに関連するサービスのためのエンド・ツー・エンド遅延制約を満たしながら、センサーのスリープ持続時間に基づいて、モバイルデバイスのスリープ持続ためのものである。各スリープ持続時間は、上記の式を使用して決定され得る。ここでさらに説明されるように、モバイルデバイスおよびセンサーは、エネルギー最適化ユニットによって制御され得る。

図６は、図４のワイヤレスネットワーク４００のようなワイヤレスネットワークを介して受信されたメッセージの受信および処理を容易にする、ワイヤレス通信装置６００の説明図である。ワイヤレス通信装置６００は、携帯電話２１６のようなワイヤレス通信デバイスを実現するために使用され得る。ワイヤレス通信装置６００は、また、センサー要素６５２が使用される場合、ボディセンサー２１４または住宅センサー３１４のようなセンサーを実現するために使用され得る。ワイヤレス通信装置６００は、たとえば、受信アンテナ（図示せず）から信号を受信する受信機６０２を含み、受信された信号に典型的なアクション（たとえば、フィルターする、増幅する、ダウンコンバートする等）を実行し、調整されたシンボルをデジタル化して、サンプルを得る。受信機６０２は、その後、受信したシンボルを復調し、データ処理のためにプロセッサ６０６にそれらを提供することができる復調器６０４に、そのサンプルを送る。プロセッサ６０６は、受信機６０２によって受信した情報を分析し、および／または、送信機６８２による送信のための情報を生成する専用のプロセッサ、ワイヤレス通信装置６００の１つ以上のコンポーネントを制御するプロセッサ、および／または、受信機６０２によって受信した情報を分析し、送信機６８２による送信のための情報を生成することと、ワイヤレス通信装置６００の１つ以上のコンポーネントを制御することの両方を行うプロセッサであり得る。

ワイヤレス通信装置６００は、さらに、ワイヤレス通信装置６００に、開示の一態様に従って、遅延制約されたエンド・ツー・エンドのエネルギー最適化スキームを動作することを可能にさせる、プロセッサ６０６に結合したエネルギー最適化ユニット６１２を含むことができる。ワイヤレス通信装置６００は、さらに、それぞれが、信号を変調し、たとえば別のワイヤレス通信デバイス（センサー、アクセス端末、アクセスポイント等）に信号を送信する、変調器６８０および送信機６８２を含む。これは、情報を通信するために利用される異なる双方向ワイヤレスネットワーク（disparate bidirectional wireless network）の一部として動作することができる。限定ではなく例として、センサー要素６５２は、ボディセンサーとして使用される場合には身体に関連する信号を、住宅センサーとして使用される場合には環境変動要素（environmental variable）を、感知するために使用されることができる。センサー要素６５２は、また、センサーが、たとえば、ユーザインターフェースに関連するユーザによる動きを感知するために使用され得る動きセンサーである場合、ユーザインターフェースを実現するために使用されることもできる。プロセッサ６０６から分離しているように描写されるが、エネルギー最適化ユニット６１２、復調器６０４、および／または変調器６８０は、プロセッサ６０６またはマルチプロセッサ（図示せず）の一部であり得るということを理解すべきである。

ワイヤレス通信装置６００は、さらに、プロセッサ６０６に動作可能に結合されたメモリ６０８であって、送信されるデータ、受信されたデータ、利用可能なチャネルに関連する情報、分析された信号および／または干渉強度に関連づけられたデータ、割当てられたチャネル、電力、レート、または同様のものに関連する情報、チャネルを推定し、チャネルを介して通信するための任意の他の適切な情報を記憶することができるメモリ６０８を含むことができる。メモリ６０８は、さらに、複数のセクタで動作するだけではなく、（たとえば、パフォーマンスベース、容量ベース、等で）チャネルを推定および／または利用することに関連づけられたプロトコルおよび／またはアルゴリズムを記憶することができる。

ここで説明されるデータ記憶装置（たとえば、メモリ６０８）は、揮発性メモリまたは不揮発性メモリのいずれかであることができ、または揮発性および不揮発性メモリの両方を含むことができるということが理解される。限定ではなく例として、不揮発性メモリは、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、プログラマブルＲＯＭ（ＰＲＯＭ）、電気的にプログラム可能なＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去可能なＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、またはフラッシュメモリを含むことができる。揮発性メモリは、外部キャッシュメモリとしての役割を果たす、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）を含むことができる。限定ではなく例として、ＲＡＭは、シンクロナスＲＡＭ（ＳＲＡＭ）、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）、シンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）、ダブルデータレートＳＤＲＡＭ（ＤＤＲ ＳＤＲＡＭ）、エンハンスドＳＤＲＡＭ（ＥＳＤＲＡＭ）、シンクリンクＤＲＡＭ（ＳＬＤＲＡＭ）、およびダイレクトラムバスＲＡＭ（ＤＲＲＡＭ（登録商標））のような多くの形態において利用可能である。主題の装置および方法のメモリ６０８は、これらの、および任意の他の適切なタイプのメモリを含むが、これらに限定されないことが意図される。

図７を参照すると、いくつかのケースにおいて、説明された態様は、モバイルデバイスのローカルなワイヤレスの近傍内でモバイルデバイスおよびセンサーを動作するためのシステム７３０を含む。たとえば、システム７３０は、ワイヤレス通信装置内に少なくとも部分的に存在することができる。システム７３０は、機能ブロックを含むものとして表され、それは、プロセッサ、ソフトウェア、またはその組み合わせ（たとえば、ファームウェア）によって実現された機能を表す機能ブロックであることができるということを理解すべきである。

システム７３０は、共に動作できる手段の論理グループ７３２を含む。たとえば、論理グループ７３２は、モバイルデバイスのスリープおよびアクティブモード中のモバイルデバイスでのエネルギー消費を決定するための手段（ブロック７３４）を含むことができる。論理グループ７３２は、また、センサーのスリープおよびアクティブモード中のセンサーでのエネルギー消費を決定するための手段（ブロック７３６）を含むことができる。さらに、論理グループ７３２は、モバイルデバイスおよびセンサーのエネルギーレベルを決定するための手段（ブロック７３８）を含むことができる。さらに、論理グループ７９２は、センサーに関連するサービスのためのエンド・ツー・エンド遅延制約を満たしながら、センサーのスリープ持続時間に基づいてモバイルデバイスのスリープ持続時間を設定するための手段（ブロック７４０）を含むことができる。

さらに、システム７３０は、手段７３４、７３６、７３８、および７４０に関連づけられた機能を実行するための命令を保持するメモリ７４２を含むことができる。メモリ７４２の外部にあるように示されているが、手段７３４、７３６、７３８、および７４０のうちの１つ以上がメモリ７４２内に存在することができると理解すべきである。

当業者は、ここに開示された態様に関連して説明されたさまざまな例示的な論理ブロック、モジュール、プロセッサ、手段、回路、およびアルゴリズムのステップのうちのいずれかが、電子ハードウェア（たとえば、ソース符号化または他のいくつかの技術を使用して設計され得るデジタル実現、アナログ実現、または両者の組み合わせ）、（便宜上、ここでは「ソフトウェア」または「ソフトウェアモジュール」と呼ばれ得る）命令を組み込んださまざまな形態のプログラムまたは設計コード、または両者の組み合わせとして実現され得ることを、理解するだろう。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、さまざまな例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、それらの機能の観点で一般的に上述されている。そのような機能がハードウェアとして実現されるか、ソフトウェアとして実現されるかは、システム全体に課された特定の用途および設計上の制約に依存する。当業者は、特定の用途ごとにさまざまな手法で、説明された機能を実現することができるが、そのような実現の決定は、本開示の範囲から逸脱するものと解釈されるべきではない。

先の説明は、いずれの当業者にも本開示の全範囲を十分に理解することを可能にさせるために提供されている。ここに開示されたさまざまな構成に対する変更は、当業者に容易に理解されるだろう。したがって、請求項は、ここに説明された開示のさまざまな態様に限定されることは意図しておらず、請求項の言語と一致する全範囲が付与されることを意図し、単数における要素への言及は、特にそうであるとの記載がない限り、「１つ、および１つのみ」という意味を意図するのではなく、「１つ以上の」という意味を意図する。特にそうでないとの記載がない限り、「いくつかの」という用語は、「１つ以上の」を意味する。当業者に周知の、または後に周知になる、この開示を通して説明されるさまざまな態様の要素の構造上および機能上のすべての同等物は、引用によってここに明確に組み込まれ、請求項によって含まれることを意図する。さらに、ここに開示されたものはいずれも、そのような開示が請求項において明確に記載されているかどうかに関わらず、公に献呈されるものと意図されない。請求項の要素はいずれも、要素が「〜のための手段」というフレーズを使用して明確に記載されない限り、または、方法の請求項の場合には要素が「〜のためのステップ」というフレーズを使用して記載されない限り、３５ Ｕ.Ｓ.Ｃ. §１１２、第６段落の規定のもとで解釈されるべきではない。

ワイヤレス広域ネットワーク（ＷＷＡＮ）が３Ｇネットワークを介して利用可能な状態で、これら個人デバイスは、パーソナル・プライベート・ネットワーク（ＰＰＮ）によってＷＷＡＮに接続されることができる。ＰＰＮは、遠隔モニタリングのような多くのユビキタスアプリケーションを潜在的に可能にすることができる。たとえば、両親は、彼らの子供がＷＷＡＮイネーブルの（WWAN-enabled）センサーを身に着けている場合、携帯電話を使用して彼らの子供の健康状態を判断することができる。住宅および乗用車の所有者は、乗用車および住宅がＷＷＡＮイネーブルのアラームセンサーを備え付けている場合、無断侵入のような事件に基づいて、通知を受けることができる。これらの例は、ＰＰＮＳを介して実現され得る多くの可能なアプリケーションのうちのごくわずかである。しかしながら、システムを有用なものとするために、満たされる必要があるタイミングおよびエネルギーの制約がある。

新しいシステム、装置、および方法のさまざまな態様が、付属の図面を参照して下記により十分に説明される。しかしながら、教示（teachings）および開示（disclosure）は、多くの異なる形態で具現化されることができ、この開示を通して提示されている任意の特定の構造または機能に限定されると解釈されるべきではない。そうではなく、これらの態様は、この開示が完全かつ徹底されたものであり、当業者に開示の範囲を十分に示唆するように提供されている。ここでの教示に基づいて、当業者は、開示の範囲が、発明の任意の他の態様と別々に実現されようと、組み合わせられようと、ここで開示された新しいシステム、装置、および方法の任意の態様をカバーするように意図されているということを理解すべきである。たとえば、ここで説明される任意の数の態様を使用して、装置が実現されることができ、方法が実行されることができる。さらに、発明の範囲は、他の構造、機能、または、ここに説明される発明のさまざまな態様に追加された、またはそれ以外の構造および機能を使用して実行される、そのような装置または方法をカバーするように意図されている。ここに開示される任意の態様は、請求項の１つ以上の要素によって具現化され得ることを理解すべきである。

開示の別の態様において、住宅モニタリングシステム３００が、図３に示されている。複数の住宅センサー３１４は、各々、電気製品に取り付けられ、情報を住宅ネットワーク３１０におけるＷＷＡＮイネーブルのゲートウェイ３１６に報告し、その情報は、処理され、サーバ３５２に送信される。開示の一態様において、複数の住宅センサー３１４の各１つは、ＷＷＡＮイネーブルであり、したがってＷＷＡＮイネーブルのゲートウェイ３１６を通過せずに直接、または通過した上で、サーバ３５２に情報を送信することもできる。図２で説明された先のシナリオと同様に、サーバ３５２は、関連した情報を、この情報に関心のあるユーザ、たとえばユーザＢ ３４２およびユーザＣ ３７２に送信することができる。開示の一態様において、電気製品をモニタする能力に加えて、ユーザは、電気製品を制御することもできる。たとえば、ユーザは、電気製品のエネルギーの使用をモニタおよび制御することができる。ユーザが、各デバイスの現在のエネルギー消費を知らされると、ユーザは、速やかにデバイスをオン／オフにすることを決定することができ、または電気製品の動作をスケジュールするためにＷＷＡＮイネーブルのゲートウェイ３１６でプランを実行することを決定することができる。

システム７３０は、共に動作できる手段の論理グループ７３２を含む。たとえば、論理グループ７３２は、モバイルデバイスのスリープおよびアクティブモード中のモバイルデバイスでのエネルギー消費を決定するための手段（ブロック７３４）を含むことができる。論理グループ７３２は、また、センサーのスリープおよびアクティブモード中のセンサーでのエネルギー消費を決定するための手段（ブロック７３６）を含むことができる。さらに、論理グループ７３２は、モバイルデバイスおよびセンサーのエネルギーレベルを決定するための手段（ブロック７３８）を含むことができる。さらに、論理グループ７３２は、センサーに関連するサービスのためのエンド・ツー・エンド遅延制約を満たしながら、センサーのスリープ持続時間に基づいてモバイルデバイスのスリープ持続時間を設定するための手段（ブロック７４０）を含むことができる。

Claims (34)

1. モバイルデバイスのローカルなワイヤレスの近傍内で前記モバイルデバイスおよびセンサーを動作する方法であって、
   前記モバイルデバイスのスリープおよびアクティブモード中の前記モバイルデバイスでのエネルギー消費を決定することと、
   前記センサーのスリープおよびアクティブモード中の前記センサーでのエネルギー消費を決定することと、
   前記モバイルデバイスおよび前記センサーのエネルギーレベルを決定することと、
   前記センサーに関連するサービスのためのエンド・ツー・エンド遅延制約を満たしながら、前記センサーのスリープ持続時間に基づいて前記モバイルデバイスのスリープ持続時間を設定することと
   を含む方法。
2. 前記センサーおよび前記モバイルデバイスの前記スリープ持続時間を決定するために、パラメータを使用することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記パラメータは、充電可能性の頻度、エネルギー蓄積の最大容量、現在のエネルギーレベル、および所定の優先レベルのうちの少なくとも１つに基づく、請求項２に記載の方法。
4. 前記パラメータは、充電可能性の頻度、エネルギー蓄積の最大容量、現在のエネルギーレベル、および所定の優先レベルのうちの少なくとも１つの関数に基づく、請求項２に記載の方法。
5. 前記関数は、重みづけ関数である、請求項４に記載の方法。
6. 前記モバイルデバイスのエネルギー消費の決定は、前記センサーに関連づけられたタスクのために消費されたエネルギーを決定することを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記モバイルデバイスのエネルギー消費の決定は、前記センサーに関連づけられたタスク以外のタスクのためのエネルギー消費を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記センサーおよび前記モバイルデバイスのアクティブ持続時間を設定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記ローカルなワイヤレスの近傍は、ピア・ツー・ピア近傍スキームを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記スリープおよびアクティブモード間のスイッチングエネルギーコストを決定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記モバイルデバイスの前記ローカルなワイヤレスの近傍内の第２のセンサーでのエネルギー消費を、前記第２のセンサーのスリープおよびアクティブモード中に、決定することと、
    前記第２のセンサーのエネルギーレベルを決定することと、
    前記センサーおよび前記第２のセンサーに関連するサービスのための前記エンド・ツー・エンド遅延制約を満たしながら、前記モバイルデバイス、前記センサー、および前記第２のセンサーの前記スリープ持続時間を設定することと
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
12. モバイルデバイスのローカルなワイヤレスの近傍内で前記モバイルデバイスおよびセンサーを動作するための装置であって、
    複数の命令を記憶するように構成されたメモリと、
    前記モバイルデバイスのスリープおよびアクティブモード中の前記モバイルデバイスでのエネルギー消費を決定し、
    前記センサーのスリープおよびアクティブモード中の前記センサーでのエネルギー消費を決定し、
    前記モバイルデバイスおよび前記センサーのエネルギーレベルを決定し、
    前記センサーに関連するサービスのためのエンド・ツー・エンド遅延制約を満たしながら、前記センサーのスリープ持続時間に基づいて前記モバイルデバイスのスリープ持続時間を設定する
    ための前記複数の命令を実行するように構成された処理システムと
    を含む装置。
13. 前記処理システムは、さらに、前記センサーおよび前記モバイルデバイスの前記スリープ持続時間を決定するために、パラメータを使用するように構成された、請求項１２に記載の装置。
14. 前記パラメータは、充電可能性の頻度、エネルギー蓄積の最大容量、現在のエネルギーレベル、および所定の優先レベルのうちの少なくとも１つに基づく、請求項１３に記載の装置。
15. 前記パラメータは、充電可能性の頻度、エネルギー蓄積の最大容量、現在のエネルギーレベル、および所定の優先レベルのうちの少なくとも１つの関数に基づく、請求項１３に記載の装置。
16. 前記関数は、重みづけ関数である、請求項１５に記載の装置。
17. 前記処理システムは、さらに、前記センサーに関連づけられたタスクのために消費されたエネルギーを決定するように構成された、請求項１２に記載の装置。
18. 前記処理システムは、さらに、前記センサーに関連づけられたタスク以外のタスクのためのエネルギー消費を決定するように構成された、請求項１２に記載の装置。
19. 前記処理システムは、さらに、前記センサーおよび前記モバイルデバイスのアクティブ持続時間を設定するように構成された、請求項１２に記載の装置。
20. 前記ローカルなワイヤレスの近傍は、ピア・ツー・ピア近傍スキームを含む、請求項１２に記載の装置。
21. 前記処理システムは、さらに、前記スリープおよびアクティブモード間のスイッチングエネルギーコストを決定するように構成された、請求項１２に記載の装置。
22. 前記処理システムは、さらに、
    前記モバイルデバイスの前記ローカルなワイヤレスの近傍内の第２のセンサーでのエネルギー消費を、前記第２のセンサーのスリープおよびアクティブモード中に、決定し、
    前記第２のセンサーのエネルギーレベルを決定し、
    前記センサーおよび前記第２のセンサーに関連するサービスのための前記エンド・ツー・エンド遅延制約を満たしながら、前記モバイルデバイス、前記センサー、および前記第２のセンサーの前記スリープ持続時間を設定する
    ように構成された、請求項１２に記載の装置。
23. モバイルデバイスのローカルなワイヤレスの近傍内で前記モバイルデバイスおよびセンサーを動作するための装置であって、
    前記モバイルデバイスのスリープおよびアクティブモード中の前記モバイルデバイスでのエネルギー消費を決定するための手段と、
    前記センサーのスリープおよびアクティブモード中の前記センサーでのエネルギー消費を決定するための手段と、
    前記モバイルデバイスおよび前記センサーのエネルギーレベルを決定するための手段と、
    前記センサーに関連するサービスのためのエンド・ツー・エンド遅延制約を満たしながら、前記センサーのスリープ持続時間に基づいて前記モバイルデバイスのスリープ持続時間を設定するための手段と
    を含む装置。
24. 前記センサーおよび前記モバイルデバイスの前記スリープ持続時間を決定するために、パラメータを使用するための手段をさらに含む、請求項２３に記載の装置。
25. 前記パラメータは、充電可能性の頻度、エネルギー蓄積の最大容量、現在のエネルギーレベル、および所定の優先レベルのうちの少なくとも１つに基づく、請求項２４に記載の装置。
26. 前記パラメータは、充電可能性の頻度、エネルギー蓄積の最大容量、現在のエネルギーレベル、および所定の優先レベルのうちの少なくとも１つの関数に基づく、請求項２４に記載の装置。
27. 前記関数は、重みづけ関数である、請求項２６に記載の装置。
28. 前記モバイルデバイスのエネルギー消費の決定は、前記センサーに関連づけられたタスクのために消費されたエネルギーを決定するための手段を含む、請求項２３に記載の装置。
29. 前記モバイルデバイスのエネルギー消費の決定は、前記センサーに関連づけられたタスク以外のタスクのためのエネルギー消費を決定するための手段を含む、請求項２３に記載の装置。
30. 前記センサーおよび前記モバイルデバイスのアクティブ持続時間を設定するための手段をさらに含む、請求項２３に記載の装置。
31. 前記ローカルなワイヤレスの近傍は、ピア・ツー・ピア近傍スキームを含む、請求項２３に記載の装置。
32. 前記スリープおよびアクティブモード間のスイッチングエネルギーコストを決定するための手段をさらに含む、請求項２３に記載の装置。
33. 前記モバイルデバイスの前記ローカルなワイヤレスの近傍内の第２のセンサーでのエネルギー消費を、前記第２のセンサーのスリープおよびアクティブモード中に、決定するための手段と、
    前記第２のセンサーのエネルギーレベルを決定するための手段と、
    前記センサーおよび前記第２のセンサーに関連するサービスのための前記エンド・ツー・エンド遅延制約を満たしながら、前記モバイルデバイス、前記センサー、および前記第２のセンサーの前記スリープ持続時間を設定するための手段と
    をさらに含む、請求項２３に記載の装置。
34. モバイルデバイスのローカルなワイヤレスの近傍内で前記モバイルデバイスおよびセンサーを動作するためのコンピュータプログラム製品であって、
    前記モバイルデバイスのスリープおよびアクティブモード中の前記モバイルデバイスでのエネルギー消費を決定し、
    前記センサーのスリープおよびアクティブモード中の前記センサーでのエネルギー消費を決定し、
    前記モバイルデバイスおよび前記センサーのエネルギーレベルを決定し、
    前記センサーに関連するサービスのためのエンド・ツー・エンド遅延制約を満たしながら、前記センサーのスリープ持続時間に基づいて前記モバイルデバイスのスリープ持続時間を設定する
    ために実行可能な命令を含む機械可読媒体
    を含む、コンピュータプログラム製品。

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