JP2018513657A - 周期的なビーコン信号に基づいて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及び方法 - Google Patents

Abstract

一実施形態において、システムは、１又は複数の処理ユニットを有するハブと、無線ネットワークアーキテクチャにおける通信を送信及び受信するためのＲＦ回路とを含む。このシステムは、ワイヤレスネットワークアーキテクチャにおいてハブとの双方向の通信を可能にする送信機及び受信機を有する無線デバイスをそれぞれ有する複数のセンサノードを含む。ハブの１又は複数の処理ユニットは、ハブの周期的なビーコン信号に基づいて、各無線デバイスについて、送信機の送信動作を可能とし受信機の受信動作を可能とする第１のスケジュールされたタイミングを決定するための命令を実行するように構成されている。【選択図】 図５

Description

関連出願
本出願は、「非対称ネットワークアーキテクチャを有するワイヤレスセンサネットワークを提供するためのシステム及び方法」と題して、２０１５年１月２７日に出願された出願番号１４／６０７,０４５の一部継続出願であり、また、「センサノードのための少なくとも１つの周期的に保証されたタイムスロットに基づいたワイヤレス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及び方法」と題し、２０１５年１０月２８日に出願された出願番号１４／９２５,８８９の一部継続出願でもある。これらの出願は、参照によって本明細書に組み込まれる。

本発明の実施形態は、センサノードに対する周期的なビーコン信号に基づいて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及び方法に関するものである。

家庭用電化製品及びコンピュータの産業において、無線センサネットワークが長年研究されている。典型的な無線センサネットワークでは、１又は複数のセンサが無線装置と共に実装され、ネットワーク内に配置された１又は複数のセンサノードからのデータの無線収集を可能とする。各センサノードは、１又は複数のセンサを含むことができ、無線装置、及び、当該センサノードを作動するための電源を含む。従来の無線システムは、無線ネットワークにおける無線ノードに対するタイムスロットを定義するための反復タイムスロット定義信号（repeating time slot definition signal）を含む。ブロードキャストビーコン信号が、従来の手法（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．４）のために周期的に繰り返される。タイムスロットを定義するために、タイムスロット定義信号が周期的に繰り返される。ノードの受信機は、ブロードキャストビーコン信号、タイムスロット定義信号、及び特定のタイムスロットに対して動作可能であり、電源オンされる。

しかしながら、タイムスロット定義信号は、頻繁に繰り返されると、非常に多くのタイムスロットに対して、非実用的なほどに長くなってしまう。また、ノードは、ブロードキャストビーコン信号、タイムスロット定義信号、及び特定のタイムスロットを受信する動作が可能な受信機を備える必要があるため、かなりの電力を消費してしまう。

本発明の一実施形態として、センサノードに対する周期的なビーコン信号に基づいて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及び方法が本明細書において開示される。

一例において、システムは、１又は複数の処理ユニット及び無線ネットワークアーキテクチャにおいて通信を送信及び受信するためのＲＦ回路を有するハブを含む。また、当該システムは、無線ネットワークアーキテクチャにおけるハブとの双方向の通信を可能とする送信機及び受信機を有する無線デバイスをそれぞれ備える複数のセンサノードを含む。ハブの１又は複数の処理ユニットは、ハブの周期的なビーコン信号に基づいて、各無線デバイスについて、送信機の送信動作を可能とし受信機の受信動作を可能とする第１のスケジュールされたタイミングを決定し、複数のノードの無線デバイスの電力消費を低減するための命令を実行するように構成されている。ハブは、衝突が検出された場合に、複数のノードのうちの少なくとも２つの無線デバイスについて、送信機の送信動作を可能とし受信機の受信動作を可能とする異なる第２のスケジュールされたタイミングを決定することによって、衝突防止機能を提供する。

本発明の実施形態の他の特徴及び利点は、添付図面及び以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明の実施形態は、添付図面の図において、限定ではなく一例として示されており、同様の参照符号は同様の構成要素を示している。
図１は、一実施形態に従って、通信のための周期的な保証された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は、一実施形態に従って、センサノードの各グループに対して通信のための周期的に保証されたタイムスロットが割り当てられている、メッシュ状ネットワークの機能が実現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は、一実施形態に従って、センサノードの各グループに対して通信のための周期的に保証されたタイムスロットが割り当てられている、多数のハブを備えるツリー及びメッシュネットワークアーキテクチャを有するシステムを示す。 図４は、従来の手法に従って、無線ネットワークにおける無線ノードに対するタイムスロットを定義するための反復タイムスロット定義信号を有するタイムラインを例示する。 図５は、一実施形態に従って、無線ネットワークにおける無線ノードに対するタイムスロットを定義するための非反復タイムスロット定義信号を有するタイムラインを例示する。 図６は、一実施形態に従って、無線ネットワークにおける無線ノードに対するタイムスロットを定義するための非反復タイムスロット定義信号を有するタイムラインを例示する。 図７は、一実施形態に従って、無線ネットワークアーキテクチャにおける無線ノードの複数のグループに対するタイムスロットを定義するための非反復タイムスロット定義信号を有する図表６７８を例示する。 図８は、一実施形態に従って、無線ネットワークアーキテクチャにおけるハブ及び無線ノードのグループによって送信される通信を有する図表８００を例示する。 図９は、一実施形態に従って、ハブとデバイス（例えば、センサノード）のグループとの間の通信のためのネットワークアーキテクチャを例示する。 図１０は、一実施形態に従って、無線ネットワークアーキテクチャにおけるハブ及び無線ノードのグループによって送信される通信を有する図表１０００を例示する。 図１１Ａは、一実施形態に従って、電源コンセントに対するオーバーレイ１５００として実装されたハブの例示的な実施形態を示す。 図１１Ｂは、一実施形態に従って、電源コンセントに対するオーバーレイとして実装されたハブ１５２０のブロック図の分解図の例示的な実施形態を示す。 図１２Ａは、一実施形態に従って、コンピュータシステム、機器、又は通信ハブ内に配置されるカードとして実装されたハブの例示的な実施形態を示す。 図１２Ｂは、一実施形態に従って、コンピュータシステム、機器、又は通信ハブ内に配置されるカードとして実装されたハブ１６６４のブロック図の例示的な実施形態を示す。 図１２Ｃは、一実施形態に従って、機器（例えば、スマート洗濯機、スマート冷蔵庫、スマートサーモスタット、他のスマート機器等）内に実装されたハブの例示的な実施形態を示す。 図１２Ｄは、一実施形態に従って、機器（例えば、スマート洗濯機、スマート冷蔵庫、スマートサーモスタット、他のスマート機器等）内に実装されたハブ１６８４のブロック図の分解図の例示的な実施形態を示す。 図１３は、一実施形態に従って、センサノードのブロック図を例示する。 図１４は、一実施形態に従って、ハブを有するシステム又は機器１８００のブロック図を例示する。 図１５は、一実施形態に従って、無線非対称ネットワークアーキテクチャのための通信を提供する方法に関するフローチャートを例示する。 図１６は、一実施形態に従って、無線非対称ネットワークアーキテクチャの衝突を回避するために送信及び受信の通信をシフトするためのタイムシーケンスを例示する。 図１７は、一実施形態に従って、無線非対称ネットワークアーキテクチャにおける通信に対する調停及び衝突回避の方法を例示する。

センサノードに対する周期的なビーコン信号に基づいて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及び方法が本明細書において開示される。一実施形態において、システムは、１又は複数の処理ユニット及び無線ネットワークアーキテクチャにおける通信の送信及び受信のためのＲＦ回路を有するハブを含む。また、当該システムは、無線ネットワークアーキテクチャにおいてハブとの双方向通信を可能にする送信機及び受信機を備える無線デバイスをそれぞれ有する複数のセンサノードを含む。ハブの１又は複数の処理ユニットは、各無線デバイスについて、送信機の送信動作を可能とし受信機の受信動作を可能とする第１のスケジュールされたタイミングを、ハブの周期的なビーコン信号に基づいて決定し、複数のノードの無線デバイスの電力消費を低減するように構成されている。ハブは、複数のノードの少なくとも２つの無線デバイスについて、送信機の送信動作を可能とし受信機の受信動作を可能とする異なる第２のスケジュールされたタイミングを決定することにより、衝突防止機能を提供する。

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に対する通信を受信及び送信するのに適切な期間中に動作可能なＲＦ回路を含むことができる。また、この目的に関して、屋内環境は、同様の問題（例えば、近くの壁の存在等）が存在し得る、ビルディング及び他の建造物の周辺の領域等の屋内に近い環境を含むことが想定される。

一実施形態において、本設計のセンサノードは、より短い期間において動作可能な本設計のセンサノードの受信機を備えることに少なくとも部分的に起因して、従来の手法のノードにおける電力消費と比較して、非常に少ない電力を消費する。また、非反復タイムスロット定義信号は、タイムスロット定義信号が頻繁に繰り返されることを必要とする従来の手法と比較して、時間を節約し、ネットワーク輻輳及び帯域幅要件を低減する。

一実施形態において、電力の可用性の非対称性が、無線非対称ネットワークアーキテクチャにおける長距離の通信を提供するために利用され得る一方、バッテリ電源によって電力が供給されるノードにおけるバッテリの長寿命が維持される。例示的な実施形態では、通信ノード間の２０メートルの通信範囲が実現され得る一方、バッテリによって動作するノードにおける長いバッテリ寿命（例えば、約１０年、少なくとも１０年）が提供される。このことは、本発明の実施形態に従って、エネルギー認識ネットワークプロトコル（energy aware networking protocol）を実装することによって達成され得る。具体的には、長寿命のバッテリによって動作するノードがツリーの末端で用いられる、メッシュに基づく特徴を有するツリー状のネットワークアーキテクチャが適用され得る。

例示的なツリー状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、及び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、これらの出願は、全体として、参照によって本明細書に組み込まれる。

住宅、アパート、オフィス及び商業ビルディングを含む屋内環境において、並びに、駐車場、歩道、庭等の近くの屋外において使用される無線センサネットワークが記載される。当該無線センサネットワークは、電源を有する任意のタイプのビルディング、建造物、構内、車両、ボート等においても使用され得る。当該センサシステムは、センサノードに対して良好なバッテリ寿命を提供する一方、長い通信距離を維持する。

図１は、一実施形態に従って、通信のための周期的な保証された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、一実施形態に従って、メッシュ状ネットワークの機能を実現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１００は、主に、標準的な通信のためのツリーネットワークアーキテクチャ（例えば、ノード識別情報、センサデータ、ノード状態情報、同期情報、ローカリゼーション情報、無線センサネットワークのための他の同様の情報、飛行時間（ＴＯＦ）通信等）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と、無線デバイス１２１を有するセンサノード１２０と、無線デバイス１２５を有するセンサノード１２４と、無線デバイス１２９を有するセンサノード１２８と、無線デバイス１３１を有するセンサノード１３０と、無線デバイス１３３を有するセンサノード１３２とを含む。図示しない追加のハブは、ハブ１１０又は他のハブと通信することができる。各ハブは、センサノード１２０，１２４，１２８，１３０，及び１３２と双方向に通信する。また、これらのハブは、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、スマート機器、スマートＴＶ等）と双方向に通信するように設計されている。

一実施形態において、ハブ１１０の制御デバイス１１１は、単一の非反復タイムスロット定義信号を一度使用して、センサノード（例えば、ノード１２０，１２４，１２８，１３０，１３２）に対する少なくとも１つの周期的な保証されたタイムスロットのタイミングを決定し又は取り決めるための命令を実行するように構成されている。また、当該ハブは、各無線デバイスについて、送信機の送信動作を可能とし受信機の受信動作を可能とする第１のスケジュールされたタイミングを、ハブの周期的なビーコン信号に基づいて決定し、複数のノードの無線デバイスの電力消費を低減するように構成されている。当該ハブは、衝突が検出された場合に、複数のノードの少なくとも２つの無線デバイスについて、送信機の送信動作を可能とし受信機の受信動作を可能とする異なる第２のスケジュールされたタイミングを決定することにより、衝突防止機能を提供する。

センサノードは、上位のハブ又はノードとのアップストリーム通信のみを有し、他のハブ又はノードとのダウンストリーム通信を有さない場合、終端ノードとなる。各無線デバイスは、ハブ又は他のセンサノードとの双方向通信を可能とするための送信機及び受信機（又は、トランシーバ）を備えたＲＦ回路を含む。

図２は、一実施形態に従って、センサノードの各グループに対して通信のための周期的な保証されたタイムスロットが割り当てられるメッシュ状ネットワークの機能が実現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。当該システム２５０は、閾値の基準（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の長さの変化）に基づいてセンサノードの位置を決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構築し得る。当該システム２５０は、ハブ２１０と、ノード２２０，２２４，２２８，２３０，２３２の第１のグループ２９５、及び、ノード２７０，２８０，２９０の第２のグループ２９６とを含む。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。他の例において、グループ２９６は、ノード２２０及び２２４の第１のサブグループ、並びに、ノード２２８，２３０及び２３２の第２のサブグループに分けられる。一例において、各グループ（又はサブグループ）は、他のノード又はハブとの通信のための異なる周期的な保証されたタイムスロットが割り当てられる。

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、及び、センサノード２９０は無線デバイス２９１を含む。図示しない追加のハブは、ハブ２１０又は他のハブと通信することができる。当該ハブ２１０は、センサノードと双方向に通信する。

これらの通信は、無線非対称ネットワークアーキテクチャにおける双方向通信２４０−２４４，２７２，２８２，及び２９２を含む。センサノードは、通信２６１−２６６，２７３，及び２８３に基づいて双方向に相互に通信し、ハブ及びセンサノードの位置を決定することを含む異なる適用例のためのメッシュ状の機能を提供する。

一実施形態において、ハブ２１０の制御デバイス２１１は、単一のタイムスロット定義信号を一度使用して、センサノードの各グループに対する周期的な保証されたタイムスロットのタイミングを決定又は取り決めるための命令を実行するように構成されている。また、当該ハブは、各無線デバイスについて、送信機の送信動作を可能とし受信機の受信動作を可能とする第１のスケジュールされたタイミングを、ハブの周期的なビーコン信号に基づいて決定し、複数のノードの無線デバイスの電力消費を低減する。当該ハブは、衝突が検出された場合に、複数のノードの少なくとも２つの無線デバイスについて、送信機の送信動作を可能とし受信機の受信動作を可能とする異なる第２のスケジュールされたタイミングを決定することにより、衝突防止機能を提供する。

図３は、一実施形態に従って、センサノードの各グループに対して通信のための周期的な保証されたタイムスロットが割り当てられる、多数のハブを備える非対称ツリー及びメッシュネットワークアーキテクチャを有するシステムを示す。当該システム７００は、無線制御デバイス７１１を有する中央ハブ７１０と、無線制御デバイス７２１を有するハブ７２０と、無線制御デバイス７８３を有するハブ７８２と、無線制御デバイスｎを有するハブｎを含む追加のハブとを含む。図示しない追加のハブは、中央ハブ７１０、他のハブ、又は追加の中央ハブと通信することができる。各ハブは、他のハブ及び１又は複数のセンサノードと双方向に通信する。また、当該ハブは、デバイス７８０（例えば、クライアントデバイス、モバイルデバイス、タブレットデバイス、コンピューティングデバイス、スマート機器、スマートＴＶ等）を含む他のデバイスと双方向に通信するように設計されている。

センサノード７３０，７４０，７５０，７６０，７７０，７８８，７９２，ｎ，及びｎ＋１（又は終端ノード）の各々は、それぞれ、無線デバイス７３１，７４１，７５１，７６１，７７１，７８９，７９３，７５８及び７５３を含む。センサノードは、上位のハブ又はノードとのアップストリーム通信のみを有し、他のハブ又はノードとのダウンストリーム通信を有さない場合、終端ノードである。各無線デバイスは、ハブ又は他のセンサノードとの双方向通信を可能とする送信機及び受信機（又は、トランシーバ）を備えたＲＦ回路を含む。

一実施形態において、中央ハブ７１０は、ハブ７２０，７８２、ハブｎ、デバイス７８０、及びノード７６０，７７０と通信する。これらの通信は、無線非対称ネットワークアーキテクチャにおける通信７２２，７２４，７７４，７７２，７６４，７６２，７８１，７８４，７８６，７１４、及び７１２を含む。無線制御デバイス７１１を有する中央ハブは、ノードのグループ及び各グループに対して保証されたタイム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の制御及び監視のために、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ている。

ハブ７２０は、中央ハブ７１０と通信し、また、センサノード７３０，７４０、及び７５０と通信する。これらのセンサノードとの通信は、通信７３２，７３４，７４２，７４４，７５２及び７５４を含む。例えば、ハブ７２０から見ると、通信７３２は当該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から見ると、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。

一実施形態において、中央ハブ（又は他のハブ）は、ノード７６０及び７７０をグループ７１６に、ノード７３０，７４０、及び７５０をグループ７１５に、ノード７８８及び７９２をグループ７１７に、並びに、ノードｎ及びｎ＋１をグループｎに割り当てる。他の例において、グループ７１６及び７１５は、単一のグループに結合される。

中央ハブ７１０及びハブ７２０の少なくとも１つは、単一のタイムスロット定義信号を一度使用して、センサノードの各グループに対する周期的な保証されたタイムスロットのタイミングを取り決めるための命令を実行するように構成されている。

一実施形態において、無線非対称ネットワークを提供するためのシステムは、無線非対称ネットワークアーキテクチャにおける通信及び電力消費を制御するように構成された無線制御デバイス７１１を有する第１のハブ（例えば、中央ハブ７１０）と、無線非対称ネットワークアーキテクチャにおける第１のハブの無線制御デバイスとの双方向通信を可能とする送信機及び受信機を有する無線デバイスをそれぞれ有する第１の複数のノード（例えば、７６０，７７０，７８８，７９２、ｎ，ｎ＋１等）とを備える。無線制御デバイスは、各無線デバイスについて、送信機の送信動作を可能とし受信機の受信動作を可能とする第１のスケジュールされたタイミングを、第１のハブの周期的なビーコン信号に基づいて決定し、第１の複数のノードの無線デバイスの電力消費を低減するように構成されている。

一例において、無線非対称ネットワークを形成するために、第１のハブは商用電源によって電力を供給され、第１の複数のノードはそれぞれバッテリ電源によって電力を供給される。第１のハブ及び第１の複数のセンサノードに対して利用可能な電力の非対称性は、第１の複数のセンサノードの送信関連のエネルギー消費を低減するために、低デューティサイクルネットワーキングに基づいて、第１の複数のセンサノードの無線非対称ネットワークにおけるバッテリ寿命及び通信範囲を向上させるために利用される。

他の例において、第１の複数のノードの各無線デバイスについて、送信機の送信動作を可能とし受信機の受信動作を可能とする第１のスケジュールされたタイミングは、周期的なビーコン信号と第１の複数のノードの通信との間のタイミングの関係（timing relationship）に基づいて決定される。

一例において、第１のハブは、衝突の検出又は新たなセンサノードの検出に応じて、第１の複数のノードの少なくとも２つの無線デバイスについて、送信機の送信動作を可能とし受信機の受信動作を可能とする異なる第２のスケジュールされたタイミングを決定することにより、衝突防止機能を提供する。当該第１のハブは、最初は第１のスケジュールされたタイミングを伴って、その後は、衝突の検出又は新たなノードの検出に応じた第２のスケジュールされたタイミングを伴って、周期的なビーコン信号を送信する。

一例において、第２のスケジュールされたタイミングを決定することは、少なくとも一部が理解不能である通信を受信することに基づいて、少なくとも１つの理解不能な通信を判定し、その後、当該少なくとも１つの理解不能な通信が、異なるノードからほぼ同時に送信された通信の衝突によって生じた可能性を決定することを含む。

他の実施形態において、第２のハブ（例えば、ハブ７２０）は、無線非対称ネットワークアーキテクチャにおける通信及び電力消費を制御するように構成された無線制御デバイスを含む。第２の複数のノード（例えば、７３０，７４０，７５０）の各々は、無線非対称ネットワークアーキテクチャにおける第２のハブの無線制御デバイスとの双方向通信を可能とする送信機及び受信機を備えた無線デバイスを有する。第２のハブの無線制御デバイスは、第２の複数のノードの各無線デバイスについて、送信機の送信動作を可能とし受信機の受信動作を可能とする第３のスケジュールされたタイミングを決定し、第２の複数のノードの無線デバイスの電力消費を低減するように構成されている。

一例において、無線制御デバイスを有する第２のハブは、無線非対称ネットワークアーキテクチャを制御及び監視するために、第１のハブに通信を送信し、第１のハブから通信を受信するように構成されている。

図１−３に示されるアーキテクチャを使用することにより、長いバッテリ寿命を必要とするノードは、通信に費やされるエネルギーを最小化し、ツリー階層における上位ノードは、利用可能なエネルギー源を用いて実装され、或いは、高い容量を提供し又は短いバッテリ寿命をもたらすバッテリを代替的に使用する。バッテリで動作する終端ノードにおけるバッテリ寿命が長くなることを促進するために、これらのノードとそれらの上位レベルの対応部分（以下、最下位レベルハブと呼ぶ）との間の通信は、最小限の送受信トラフィックが最下位レベルハブと終端ノードとの間に生じるように確立される。

一実施形態において、ノードは、低エネルギーの非通信状態において、その時間の多く（例えば、時間の９０％以上、時間の９５％以上、時間の約９８％又は９９％以上）を費やす。ノードがウェイクアップして通信状態に入ると、ノードは、最下位レベルのハブに対するデータの送信動作が可能となる。このデータは、ノード識別情報、センサデータ、ノード状態情報、同期情報、ローカリゼーション情報、及び無線センサネットワークのための他の同様の情報を含み得る。

図４は、従来の手法に従って、無線ネットワーク内の無線ノードに対するタイムスロットを定義するための反復タイムスロット定義信号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４０２−４１１は、従来の手法（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．４）におけるタイムライン４５０上で周期的に繰り返される。タイムスロット定義信号４１２−４１６は、タイムスロット４２０−４２８を定義するために周期的に繰り返される。タイムスロット定義信号４１２はタイムスロット４２０及び４２１を定義し、タイムスロット定義信号４１３はタイムスロット４２２及び４２３を定義し、タイムスロット定義信号４１４はタイムスロット４２５及び４２６を定義し、タイムスロット定義信号４１５はタイムスロット４２６及び４２７を定義し、並びにタイムスロット定義信号４１６はタイムスロット４２８を定義する。図４に示されるように、ノードの受信機は、ブロードキャストビーコン信号、タイムスロット定義信号、及び特定のタイムスロットに対して動作可能であり、電源オンされる。

図５は、一実施形態に従って、無線ネットワークアーキテクチャにおける無線ノードに対するタイムスロットを定義するための非反復タイムスロット定義信号を有するタイムラインを示す。この実施形態において、ブロードキャストビーコン信号５５２−５５６は、タイムライン５５０上において周期的に繰り返される。タイムスロット定義信号５６０は、タイムスロット５７１，５７３，５７５，５７７、及び５７９を定義するために一度（繰り返さずに）定義される。タイムスロット定義信号５６０は、無線ネットワークアーキテクチャにおけるセンサノードの各グループ又は集団毎に異なるタイムスロットを定義することができる。一実施形態において、このことは、各グループ又は集団に関連付けられた各タイムスロットに対する開始及び終了時間を特定することによって、又は、これに対する開始時間及び持続時間を提供することによって実現することができ、或いは、当業者には明らかであろう他の同様の特定方法によって実現することができる。少なくとも１つのノードの受信機は、図５に示すように、ブロードキャストビーコン信号５５２、タイムスロット定義信号５６０、並びに特定のタイムスロット５７１，５７３，５７５，５７７、及び５７９に対する期間５８１及び５８３−５８７の間において動作可能である。受信機の電源投入時間（例えば、５８３−５８７）の一部において、受信機は、低電力検出モードで動作することができ、受信機のエネルギー消費全体を低減し得る。当該受信機は、期間５８３−５８７の間において低電力検出モードで動作し、これらの期間は、図５において、センサ受信機低エネルギー検出オン、と分類表示されている。このモードにおいて、全ＲＦ受信回路（full RF reception circuitry）はデータを受信するようには動作しない。むしろ、受信機は、受信機回路全体の動作なしに特定の入力信号を検出するように構成され、これにより、エネルギー消費を低減する。

一実施形態において、センサノードは、より短い期間において動作可能なセンサノードの受信機を備えることに少なくとも部分的に起因して、図４に示されるようなノードの電力消費と比較して、図５に示されるように非常に少ない電力を消費する。また、非反復タイムスロット定義信号５６０は、タイムスロット定義信号が頻繁に繰り返されることを必要とする図４の従来の手法と比較して、時間を節約し、ネットワーク輻輳及び帯域幅要件を低減する。タイムスロット定義信号４１２−４１６は、頻繁に繰り返されると、非常に多くのタイムスロットに対して、非実用的なほどに長くなってしまう。

一実施形態において、システムは、１又は複数の処理ユニット及び無線ネットワークアーキテクチャにおける通信を送受信するためのＲＦ回路を有するハブと、無線ネットワークアーキテクチャにおけるハブとの双方向の通信を可能とする送信機及び受信機を有する無線デバイスをそれぞれ有する複数のセンサノードとを含む。ハブの１又は複数の処理ユニットは、単一のタイムスロット定義信号を一度使用して、複数のセンサノードに対する少なくとも１つの周期的な保証されたタイムスロットのタイミングを決定又は取り決めるための命令を実行するように構成されている。また、ハブは、各無線デバイスについて、送信機の送信動作を可能とし受信機の受信動作を可能とする第１のスケジュールされたタイミングを、ハブの周期的なビーコン信号（例えば、５５２−５５６）に基づいて決定し、複数のノードの無線デバイスの電力消費を低減するように構成されている。ハブは、衝突又は新たなノードが検出された場合に、複数のノードの少なくとも２つの無線デバイスについて、送信機の送信動作を可能とし受信機の受信動作を可能とする異なる第２のスケジュールされたタイミングを決定することにより、衝突防止機能を提供する。

一例において、複数のセンサノードは、センサノードの第１のグループとセンサノードの第２のグループとを含む。センサノードの第１のグループの少なくとも１つの受信機は、第１の周期的な保証されたタイムスロットの期間中に動作可能であるように構成されており、センサノードの第２のグループの少なくとも１つの受信機は、第２の周期的な保証されたタイムスロットの期間中に動作可能であるように構成されている。

一例において、センサノードの第１のグループの少なくとも１つの送信機は、第１の周期的な保証されたタイムスロットの期間中に動作可能であるように構成されており、センサノードの第２のグループの少なくとも１つの送信機は、第２の周期的な保証されたタイムスロットの期間中に動作可能であるように構成されている。

一例において、ハブの１又は複数の処理ユニットは、周期的な保証されたタイムスロットの期間中に送信情報（transmission）を受信するための命令、及び、特定の保証されたタイムスロットに関する送信情報のタイミングに基づいて、センサノードの第１のグループ又はセンサノードの第２のグループが当該送信情報を送信したかどうかを判定するための命令を実行するように構成されている。

一例において、少なくとも１つのセンサノードは、特定の保証されたタイムスロットの期間中に送信情報を受信するための命令、及び、センサノード上の受信機全体をオンすることなく、周期的な保証されたタイムスロットに関する送信情報のタイミングに少なくとも基づいて、センサノードの第１のグループが当該送信情報を送信したかどうかを判定するための命令を実行するように構成されている。

他の例において、少なくとも１つのセンサノードは、送信情報のエネルギー、及び、送信情報のプリアンブルのうち少なくとも１つを検出し、送信情報のデータを処理するための電力消費なしに当該送信情報の受信確認を行うための命令を実行するように構成されている。

一例において、ハブの１又は複数の処理ユニットは、少なくとも１つの他の無線システムに対するタイムスロット定義、及び、少なくとも１つの他のシステム内の複数のセンサノードに対する周期的なタイムスロットの位置を予約するための定義を含む少なくとも１つの通信を伴って、少なくとも１つの他の無線システムに対して少なくとも１つの通信をブロードキャストするための命令を実行するように構成されている。

図６は、一実施形態に従って、無線ネットワークアーキテクチャにおける無線ノードに対するタイムスロットを定義するための非反復タイムスロット定義信号を有するタイムラインを例示する。ブロードキャストビーコン信号６０２−６０６は、タイムライン６５０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１バイトのフィールドｘを含むことができ、当該フィールドｘは、他のシステムに対して、フィールドｙが後に続くビーコンフレームであることを示し、当該フィールドｙは、フレーム関連情報６４１及び６４２がビーコン情報６４０の内部に発見される情報を含むことができる。６２２のようなフレームは、他のシステムが干渉することなく、ハブ及びノードが通信できるタイムスロットである。フレームの期間中において、データ、受信確認、ビーコン、又はＭＡＣコマンドパケットを送信することができる。当該フレームは、センサノードの各無線デバイスについて、送信機の送信動作を可能とし受信機の受信動作を可能とするためのスケジュールされたタイミング情報（例えば、最初のスケジュールされたタイミング情報、新たなノードの検出又は衝突の検出に応じたその後のスケジュールされたタイミング情報）を含み得る。

専有のコンテンツの前のビーコンの先頭に公知のプロトコルを使用してフレームを定義することは、保証されたタイムスロットの期間中における他のシステムによる送信を防止する。一例において、他のシステム（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．４システム）は、全てのビーコンの先頭にフレーム情報６４１及び６４２を含めることに基づいて、期間６２２（又は、他の同様の周期的な期間）中において送信しない。フレーム順序フィールド６４２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６４１は２つのフレーム間の時間に関する情報を含む。

図７は、一実施形態に従って、無線ネットワークアーキテクチャにおける無線ノードの複数のグループに対するタイムスロットを定義するための非反復タイムスロット定義信号を有する図表６７８を例示する。図表６７８は、無線センサネットワークにおける通信に関する横軸（タイムライン６９０）に対する縦軸（許可された送信６９１）を示す。ブロードキャストビーコン信号６６１−６５５は、横軸（タイムライン６９０）上で周期的に繰り返される（例えば、５０ミリ秒、１００ミリ秒、２００ミリ秒等）。ブロードキャストビーコン信号は、アドレス情報（例えば、物理ネットワークセグメント上の通信のためにネットワークインターフェイス（例えば、ハブ）に割り当てられた一意の識別子を定義するオプションのＭＡＣアドレス情報）を含むことができ、また、図６の記載に関連して説明されたフレームに関する情報を含み得る。

タイムスロット定義信号６５６は、タイムスロット６５８，６６０，６６２，６６４及び６６６を定義するために一度（繰り返さずに）定義される。タイムスロット定義信号６５６は、無線ネットワークアーキテクチャにおけるセンサノードの各グループ又は集団毎に異なるタイムスロットを定義することができる。一例において、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６５７，６５９，６６１，６６３、及び６６５の期間中に通信を受信する動作が可能な受信機を備える。第２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６５８，６６０，６６２，６６４、及び６６６の期間中に通信を受信する動作が可能な受信機を備える。

第２のグループの少なくとも１つのノードの受信機は、図７に示されるように、ブロードキャストビーコン信号６５１、タイムスロット定義信号６５６、及び特定のタイムスロット６５８，６６０，６６２，６６４、及び６６６に対する期間６７０及び６７２−６７６の期間中に動作可能である。保証されたタイムスロットを定義することは、当該保証されたタイムスロットの期間中における他のグループによる送信を防止する。

図８は、一実施形態に従って、無線ネットワークアーキテクチャにおけるハブ及び無線ノードのグループによって送信される通信を含む図表８００を例示する。図表８００は、無線センサネットワークにおける通信に関する横軸（タイムライン８５０）に対する縦軸（許可された送信８５１）を示す。ブロードキャストビーコン信号８０１−８０５は、タイムライン８５０上で周期的に繰り返される（例えば、５０ミリ秒、１００ミリ秒、２００ミリ秒等）。ブロードキャストビーコン信号は、アドレス情報（例えば、物理ネットワークセグメント上の通信のためにネットワークインターフェイス（例えば、ハブ）に割り当てられた一意の識別子を定義するオプションのＭＡＣアドレス情報）を含むことができ、また、図６の記載に関連して説明されたフレームに関する情報を含み得る。

タイムスロット定義信号（例えば、タイムスロット定義信号６５６）は、タイムスロット８１１，８１３，８１５，８１７及び８１９を定義するために一度（繰り返さずに）定義される。タイムスロット定義信号は、無線ネットワークアーキテクチャにおけるセンサノードの各グループ又は集団毎に異なるタイムスロットを定義することができる。一例において、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８１０，８１２，８１４，８１６，８１８の期間中に通信を受信する動作が可能な受信機を備える。第２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８１１，８１３，８１５，８１７、及び８１９の期間中に通信を受信する動作が可能な受信機を備える。

第２のグループの少なくとも１つのノードの受信機は、図８に示されるように、特定のタイムスロット８１１，８１３，８１５，８１７、及び８１９に対して、期間８２０−８２４の期間中に動作可能である。保証されたタイムスロットを定義することは、当該保証されたタイムスロットの期間中における他のグループによる送信を防止する。ハブの受信機は、無線センサネットワークにおけるセンサノードからの通信を受信するための期間８３０−８３３の期間中に動作可能である。

一例において、低電力のセンサノードの第２のグループは、デバイス８６１−８６４を含む。デバイス８６４は、期間８２０ー８２４の期間中に動作可能な受信機を有する。デバイス８６４は、期間８２０の期間中に、デバイス８６１−８６３からの通信を受信する。デバイス８６１−８６３は、タイムスロット８１１の期間中に、それぞれ、通信信号８４０，８４１、及び８４２を送信する動作が可能な送信機を有する。デバイス８６４は、デバイス８６１−８６３からの送信情報を受信することに応じて、その後、そのプログラミングに従って動作することができる。デバイス８６４は、デバイス８６１−８６３の送信情報のエネルギー及びこれらの送信情報のプリアンブルの少なくとも１つを検出するための命令を実行するように構成され得る。デバイス８６４は、その後、送信情報のデータを処理するための電力消費なしに、送信情報の少なくとも１つの受信確認を行い得る。デバイス８６４は、送信情報の実際の内容のデコードを行わない。むしろ、より多くの電力を有するデバイス（例えば、商用電源によって電力を供給されるハブ）が、デバイス８６１−８６３からのこれらの送信情報を受信することができ、また、これらの送信情報の実際の内容をデコードすることができる。ハブは、通信信号８４０−８４２の個別の固有の直交送信コードに基づいて、デバイス８６１−８６３を認識及び識別することができる。

図９は、一実施形態に従って、ハブとデバイス（例えば、センサノード）のグループとの間の通信のためのネットワークアーキテクチャを例示する。ネットワークアーキテクチャ９００は、ハブ９１０と、デバイス９６１及び９６２とを含み、当該ハブとデバイス９６１及び９６２との間の双方向通信９２０，９２１及び９２２を有する。一例において、ハブは、商用電源によって電力を供給され、デバイスは、限られた電源供給（例えば、バッテリー、ソーラー等）を有する。

図１０は、一実施形態に従って、無線ネットワークアーキテクチャにおけるハブ及び無線ノードのグループによって送信される通信を含む図表１０００を示す。図表１０００は、無線センサネットワークにおける通信に関する横軸（タイムライン１０５０）に対する縦軸（送信電力１０５１）を示す。ブロードキャストビーコン信号１００１−１００５は、タイムライン１０５０上で周期的に繰り返される（例えば、５０ミリ秒、１００ミリ秒、２００ミリ秒等）。ブロードキャストビーコン信号は、アドレス情報（例えば、物理ネットワークセグメント上の通信のためにネットワークインターフェイス（例えば、ハブ）に割り当てられた一意の識別子を定義するオプションのＭＡＣアドレス情報）を含むことができ、また、図６の記載に関連して説明されたフレームに関する情報を含み得る。タイムスロット定義信号（例えば、タイムスロット定義信号６５６）は、動作可能な受信機を有するセンサノードのグループに対する期間１０２０−１０２３に対応するタイムスロットを定義するために、一度（繰り返さずに）前もって定義されている。一例において、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の期間中に通信を受信する動作が可能な受信機を有する。ハブは、期間１０３０−１０３３の期間中に通信を受信する動作が可能な受信機を有する。ハブ９１０は、１００６及び１００７で送信している。デバイス９６１は、１０１０及び１０１１で送信している。

一例において、１０１０，１０１１でデバイス９６１によって送信された信号は、デバイス９６２によって受信されない。当該信号は弱く、ハブ９１０によってのみ検出され得る。ハブ９１０は、デバイス９６１によって送信される信号の受信確認を送信することができる。デバイス９６２は、この受信確認を、割り当てられたタイムスロットの期間中に受信し、そのプログラミングに従って動作する。デバイス９６１は、その後、ハブ９１０からの受信確認１００７の受信に応じて、送信を停止し得る。ハブは、第１のノードからの弱い信号を、当該第１のノードからの通信を直接に受信できない第２のノードに中継する（repeating）ことによって、無線センサネットワークの範囲を拡張することができる。

一例において、センサは、次の保証されたタイムスロットの期間中、又は、場合によっては次の保証されたタイムスロットより以前において、当該センサにアラーム信号を生成及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、当該アラーム信号の受信に基づいて、アクション（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すこと、住居の所有者、警察署、消防署、救急車等にアラーム信号が送信されるようにすること等）を決定する。他のセンサノードの起動に応じて、ハブは、他のセンサから追加の通信を受信し得る。ハブは、その後、追加の通信に基づいて適切なアクションを決定することができる。例えば、ハブからウェイク信号を受信した後の全てのセンサは、画像をキャプチャし、分析のために当該画像をハブに送信し得る。

一実施形態において、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、命令を記憶するためのメモリと、無線非対称ネットワークにおける通信を確立及び制御するための命令を実行するための１又は複数の処理ユニットと、無線非対称ネットワークにおける通信を送信及び受信するための無線周波数（ＲＦ）回路とを備える。当該ＲＦ回路は、無線非対称ネットワークにおける当該装置のＲＦ回路との双方向通信を可能とする送信機及び受信機を有する無線デバイスをそれぞれ有する複数のノードに対して通信を送信する。１又は複数の処理ユニットは、各無線デバイスについて、当該装置の周期的なビーコン信号（例えば、５５６，６０２−６０６，６５１−６５５，８０１−８０５，１００１−１００５等）に基づいて、送信機の送信動作を可能とし受信機の受信動作を可能とする第１のスケジュールされたタイミングを決定し、複数のノードの無線デバイスの電力消費を低減するための命令を実行するように構成されている。

他の例において、無線非対称ネットワークを形成するために、当該装置は商用電源によって電力が供給され、複数のノードはそれぞれバッテリ電源又は他のエネルギー源によって電力が供給される。当該装置及び第１の複数のセンサノードの利用可能な電力の非対称性は、第１の複数のセンサノードの送信関連のエネルギー消費を低減するために、低デューティサイクルネットワーキングに基づいて、第１の複数のセンサノードの無線非対称ネットワークにおけるバッテリ寿命及び通信範囲を向上させるために利用される。

一例において、第１の複数のノードの各無線デバイスについて、送信機の送信動作を可能とし受信機の受信動作を可能とする第１のスケジュールされたタイミングは、周期的なビーコン信号と複数のノードの通信との間のタイミングの関係に基づいて決定される。

一例において、当該装置は、衝突の検出又は新たなノードの検出に応じて、複数のノードの少なくとも２つの無線デバイスについて、送信機の送信動作を可能とし受信機の受信動作を可能とする異なる第２のスケジュールされたタイミングを決定することにより、衝突防止機能を提供する。当該装置は、最初は第１のスケジュールされたタイミングを伴って、その後は、衝突の検出又は新たなノードの検出に応じた第２のスケジュールされたタイミングを伴って、周期的なビーコン信号を送信する。一例において、第２のスケジュールされたタイミングを決定することは、少なくとも一部が理解不能である通信を受信することに基づいて、少なくとも１つの理解不能な通信を決定し、その後、当該少なくとも１つの理解不能な通信が、異なるノードからほぼ同時に送信された通信の衝突によって生じた可能性を決定することを含む。

本明細書において説明されるハブとノードとの間の通信は、様々な手段を用いて実現することができ、これらに限定されないが、無線周波数を用いた直接的な無線通信、住宅、アパート、商業ビル等の中の電気配線上に信号を変調することによって実現される電力線通信、８０２．１１ａ、８０２．１１ｂ、８０２．１１ｎ、８０２．１１ａｃ、及び、当業者にとって明らかである他の同様のＷｉＦｉ通信プロトコル等の標準的なＷｉＦｉ通信プロトコルを用いたＷｉＦｉ通信、ＧＰＲＳ、ＥＤＧＥ、３Ｇ、ＨＳＰＤＡ、ＬＴＥ、及び当業者にとって明らかである他の同様のセルラ通信プロトコル等のセルラ通信、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信、Ｚｉｇｂｅｅのような周知の無線センサネットワークプロトコルを用いた通信、及び、当業者にとって明らかである他の有線又は無線の通信方式を含む。

終端ノードとハブとの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、及び超広帯域通信を含む様々な方法で実装され得る。

ハブは、本発明の実施形態に従って、様々な方法で物理的に実装され得る。図１１Ａは、一実施形態に従って、電力コンセントに対するオーバーレイ１５００として実装されるハブの例示的な実施形態を示す。オーバーレイ１５００（例えば、フェースプレート）は、ハブ１５１０と、当該ハブを電気コンセント１５０２に結合するコネクション１５１２（例えば、通信リンク、信号線、電気的接続等）とを含む。代替的に（又は追加的に）、ハブは、コンセント１５０４に結合される。オーバーレイ１５００は、安全及び美観の目的のために、電気コンセント１５０２及び１５０４を覆い又は囲む。

図１１Ｂは、一実施形態に従って、電力コンセントに対する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実施形態を示す。ハブ１５２０は、周期的に向きが反転する交流（ＡＣ）を、一方向にのみ流れる直流（ＤＣ）に変換する電源整流器１５３０を含む。電源整流器１５３０は、コネクション１５１２（例えば、通信リンク、信号線、電気的接続等）を介してコンセント１５０２からＡＣを受け、コネクション１５３２（例えば、通信リンク、信号線、電気的接続等）を介してコントローラ回路１５４０に電力を供給するために、及び、コネクション１５３４（例えば、通信リンク、信号線、電気的接続等）を介してＲＦ回路１５５０に電力を供給するために、ＡＣをＤＣに変換する。コントローラ回路１５４０は、メモリ１５４２を含み、又は、本明細書で説明されるように、無線非対称ネットワークのローカリゼーション（localization）の形成、監視、及び実行の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又は複数の処理ユニット）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、無線センサノードとのアンテナ１５５２を介した双方向通信を送受信するトランシーバ又は別々の送信機１５５４及び受信機１５５６の機能を含み得る。ＲＦ回路１５５０は、コネクション１５３４（例えば、通信リンク、信号線、電気的接続等）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であってもよいし、本明細書において説明されるように、コントローラ回路１５４０、ＲＦ回路１５５０、及びアンテナ１５５２を組み合わせて、無線制御デバイスを構成することもできる。

図１２Ａは、一実施形態に従って、コンピュータシステム、機器、又は通信ハブ内に配置するためのカードとして実装されるハブの例示的な実施形態を示す。カード１６６２は、矢印１６６３によって示されるように、システム１６６０（例えば、コンピュータシステム、機器、又は通信ハブ）に挿入することができる。

図１２Ｂは、一実施形態に従って、コンピュータシステム、機器、又は通信ハブ内に配置するためのカードとして実装されたハブ１６６４のブロック図の例示的な実施形態を示す。ハブ１６６４は、コネクション１６７４（例えば、通信リンク、信号線、電気的接続等）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、コネクション１６７６（例えば、通信リンク、信号線、電気的接続等）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を含み、又は、本明細書で説明されるように、無線非対称ネットワーク内の形成、監視、及び通信の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又は複数の処理ユニット）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、無線センサノードとのアンテナ１６７８を介した双方向通信を送受信するトランシーバ又は別々の送信機１６７５及び受信機１６７７の機能を含み得る。ＲＦ回路１６７０は、コネクション１６７２（例えば、通信リンク、信号線、電気的接続等）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であってもよいし、本明細書で説明されるように、コントローラ回路１６６８、ＲＦ回路１６７０、及びアンテナ１６７８を組み合わせて、無線制御デバイスを構成することもできる。

図１２Ｃは、一実施形態に従って、機器（例えば、スマート洗濯機、スマート冷蔵庫、スマートサーモスタット、他のスマート機器等）内に実装されたハブの例示的な実施形態を示す。機器１６８０（例えば、スマート洗濯機）は、ハブ１６８２を含む。

図１２Ｄは、一実施形態に従って、機器（例えば、スマート洗濯機、スマート冷蔵庫、スマートサーモスタット、他のスマート機器等）内に実装されたハブ１６８４のブロック図の分解図の例示的な実施形態を示す。ハブは、コネクション１６９６（例えば、通信リンク、信号線、電気的接続等）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、コネクション１６９８（例えば、通信リンク、信号線、電気的接続等）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を含み、又は、本明細書で説明されるように、無線非対称ネットワークのローカリゼーションの形成、監視、及び実行の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又は複数の処理ユニット）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、無線センサノードとのアンテナ１６９９を介した双方向通信を送受信するトランシーバ又は別々の送信機１６９４及び受信機１６９５の機能を含み得る。ＲＦ回路１６９２は、コネクション１６８９（例えば、通信リンク、信号線、電気的接続等）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、無線制御デバイス１６８４であってもよいし、本明細書で説明されるように、コントローラ回路１６９０、ＲＦ回路１６９２、及びアンテナ１６９９を組み合わせて、無線制御デバイスを構成することもできる。

一実施形態において、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、命令を格納するためのメモリと、無線非対称ネットワークアーキテクチャにおける通信を確立及び制御するための命令を実行するためのハブの処理ロジック（例えば、１又は複数の処理ユニット、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において通信を送受信するための複数のアンテナ（例えば、アンテナ１５５２、アンテナ１６７８、アンテナ１６９９、アンテナ１３１１，１３１２、及び１３１３等）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。各々が送信機及び受信機（又は、トランシーバの送信機及び受信機の機能）を有する複数のセンサノード（例えば、ノード１、ノード２）に対して通信を送信するためのＲＦ回路及び複数のアンテナは、無線非対称ネットワークアーキテクチャにおける装置のＲＦ回路との双方向の通信を可能にする。処理ロジック（例えば、１又は複数の処理ユニット）は、非反復タイムスロット定義信号を使用して、複数のセンサノードに対する少なくとも１つの周期的な保証されたタイムスロットのタイミングを決定し又は取り決めるための命令を実行するように構成されている。

一例において、複数のセンサノードは、センサノードの第１のグループとセンサノードの第２のグループとを含む。少なくとも１つのセンサノードの第１のグループの送信機は、第１の周期的な保証されたタイムスロットの期間中に動作可能となるように構成されており、少なくとも１つのセンサノードの第２のグループの送信機は、第２の周期的な保証されたタイムスロットの期間中に動作可能となるように構成されている。

一例において、ハブの１又は複数の処理ユニットは、少なくとも１つの周期的な保証されたタイムスロットの期間中に送信情報を受信し、少なくとも１つの周期的な保証されたタイムスロットに関する送信情報のタイミングに基づいて、センサノードの第１のグループ又はセンサノードの第２のグループが当該送信情報を送信したかどうかを判定するための命令を実行するように構成されている。

一例において、ハブの１又は複数の処理ユニットは、少なくとも１つの他の無線システムのためのコマンドを含む少なくとも１つの通信を伴って、少なくとも１つの他の無線システムに対して少なくとも１つの通信を周期的にブロードキャストするための命令を実行するように構成されている。少なくとも１つの通信は、無線ネットワークアーキテクチャ内の通信を送受信するための周期的な期間を予約するためのフレームの長さ及び周期性を含み得る。

一例において、周期的な期間は、複数のセンサノードに対する保証されたタイムスロットを含む。

様々な電池を無線センサノードにおいて使用することができ、当該電池は、リチウムイオン、リチウム塩化チオニル、リチウムマンガン酸化物、リチウムポリマー、リン酸リチウム、及び、当業者にとって明らかである他の同様のケミストリー等のリチウム系ケミストリーを含む。使用可能な更なるケミストリーは、ニッケル金属水素化物、標準アルカリ電池ケミストリー、銀亜鉛及び亜鉛空気電池ケミストリー、標準炭素亜鉛電池ケミストリー、鉛酸電池ケミストリー、又は、当業者にとって明らかである任意の他のケミストリーを含む。

また、本発明は、本明細書において説明される動作を実行するための装置に関係する。この装置は、要求される目的のために特別に構成することができ、又は、コンピュータに記憶されたコンピュータプログラムによって選択的に作動又は再設定される汎用のコンピュータを備えることができる。こうしたコンピュータプログラムは、コンピュータによって読取可能な記憶媒体に格納することができ、例えば、これらに限定されないが、フロッピーディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、及び光磁気ディスクを含む任意のタイプのディスク、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気又は光カード、或いは、電子的な命令を格納するのに適した任意のタイプの媒体に格納することができる。

本明細書において示されるアルゴリズム及びディスプレイは、あらゆる特定のコンピュータ又は他の装置に本質的に関連しない。様々な汎用のシステムは、本明細書における教示に従ってプログラムと共に使用することができ、又は、要求された方法動作を実行するためのより特別な装置を構築することが便利であることが判明し得る。

図１３は、一実施形態に従って、センサノードのブロック図を示す。センサノード１７００は、コネクション１７７４（例えば、通信リンク、信号線、電気的接続等）を介してコントローラ回路１７２０に電力（例えば、ＤＣ電源）を供給し、コネクション１７７６（例えば、通信リンク、信号線、電気的接続等）を介してＲＦ回路１７７０に電力を供給し、及び、コネクション１７４６（通信リンク、信号線、電気的接続等）を介して感知回路１７４０に電力を供給する電源１７１０（例えば、エネルギー源、バッテリ電源、一次電池、充電式電池等）を含む。コントローラ回路１７２０は、メモリ１７６１を含み、又は、本明細書において説明されるように、無線非対称ネットワークを形成及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又は複数の処理ユニット）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、ハブ及びオプションの無線センサノードを有するアンテナ１７７８を介して双方向の通信を送受信するトランシーバ、又は、別々の送信機１７７５及び受信機１７７７の機能を含み得る。ＲＦ回路１７７０は、コネクション１７７２（例えば、電気的接続）を介してコントローラ回路１７２０と双方向に通信する。感知回路１７４０は、画像センサ及び回路１７４２、水分センサ及び回路１７４３、温度センサ及び回路、湿度センサ及び回路、大気質センサ及び回路、光センサ及び回路、動きセンサ及び回路１７４４、オーディオセンサ及び回路１７４５、磁気センサ及び回路１７４６、並びに、センサ及び回路ｎを含む様々なタイプの感知回路及びセンサを含む。

一実施形態において、無線ネットワークアーキテクチャのためのセンサノードは、少なくとも１つのセンサと、命令を記憶するためのメモリと、メモリ及び少なくとも１つのセンサに結合された処理ロジックとを含む。処理ロジックは、少なくとも１つのセンサから受信したデータを処理するための命令、及び、センサノードのための通信を処理するための命令を実行する。センサノードは、処理ロジックに結合された無線周波数（ＲＦ）回路を含む。ＲＦ回路は、無線ネットワークアーキテクチャにおける通信をハブに送信し、通信をハブから受信する送信機及び受信機の機能を含む。処理ロジックは、単一のタイムスロット定義信号を一度使用して定義される少なくとも１つの周期的な保証されたタイムスロットの期間中に通信を受信するための命令を実行するように構成されている。

一例において、センサノードは、少なくとも１つの周期的な保証されたタイムスロットに割り当てられる。センサノードの受信機の機能は、少なくとも１つの周期的な保証されたタイムスロットの期間中に動作可能となるように構成されている。

一例において、センサノードの受信機の機能は、周期的な保証されたタイムスロットの期間中に動作可能となるように構成されている。一例において、処理ロジックは、送信情報を受信し、当該送信情報のための固有のコードを有するデータパターンの判定なしに、少なくとも１つの周期的な保証されたタイムスロットに関する送信情報のタイミングに基づいて、センサノードが当該送信情報を送信したかどうかを判定するための命令を実行するように構成されている。

一例において、センサノードは、送信情報のエネルギー、及び、送信情報のプリアンブルのうち少なくとも１つを検出するための命令を実行するように構成されており、送信情報のデータの処理のための電力を消費することなく送信情報を確認する。

一例において、センサノードはバッテリ電源で動作する。

一実施形態において、無線ネットワークアーキテクチャのためのセンサノードは、少なくとも１つのセンサと、命令を記憶するメモリと、メモリ及び少なくとも１つのセンサに結合された処理ロジックとを備える。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、センサノードのための通信を処理するための命令を実行するように構成されている。無線周波数（ＲＦ）回路は、処理ロジックに接続されている。ＲＦ回路は、無線ネットワークアーキテクチャにおいて、通信をハブに送信し、通信をハブから受信するための送信機及び受信機の機能を含む。処理ロジックは、ハブから周期的なビーコン信号を受信し、当該周期的なビーコン信号に基づいて、送信機の機能の送信動作を可能とし受信機の機能の受信動作を可能とする第１のスケジュールされたタイミングを決定するための命令を実行するように構成されている。

一例において、センサノードの処理ロジックは、第１のスケジュールされたタイミングに対するタイムスロットを定義するために非反復タイムスロット定義信号を受信するように構成されている。

一例において、センサノードの処理ロジックは、送信機の機能の送信動作を可能とし受信機の機能の受信動作を可能とする異なる第２のスケジュールされたタイミングを受信するように構成されている。

図１４は、一実施形態に従って、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又は中央ハブを含み、或いは、これらに統合されている。システム１８００（例えば、コンピューティングデバイス、スマートＴＶ、スマート機器、通信システム等）は、無線通信を送受信するための任意の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、スマート機器等）と通信し得る。システム１８００は、コントローラ１８２０及び処理ユニット１８１４を有する処理システム１８１０を含む。処理システム１８１０は、１又は複数の双方向通信リンク又は信号線１８９８，１８１８，１８１５，１８１６，１８１７，１８１３，１８１９，１８１１を介して、ハブ１８８２と、入力／出力（Ｉ／Ｏ）ユニット１８３０と、無線周波数（ＲＦ）回路１８７０と、オーディオ回路１８６０と、１又は複数の画像又はビデオをキャプチャするための光学デバイス１８８０と、システム１８００のための動きデータ（例えば、３次元）を決定するためのオプショナルモーションユニット１８４４（例えば、加速度計、ジャイロスコープ等）と、電力管理システム１８４０と、機械によってアクセス可能な非一時的な媒体１８５と、それぞれ通信する。

ハブ１８８２は、コネクション１８８５（例えば、通信リンク、信号線、電気的接続等）を介してコントローラ回路１８８４に電力（例えば、ＤＣ電源）を供給し、コネクション１８８７（例えば、通信リンク、信号線、電気的接続等）を介してＲＦ回路１８９０に電力を供給する電源１８９１を含む。コントローラ回路１８８４は、メモリ１８８６を含み、又は、本明細書において説明されるように、無線非対称ネットワークを形成及び監視するためのハブの動作を制御するためのコントローラ回路１８８４の処理ロジック１８８８（例えば、１又は複数の処理ユニット）によって実行される命令を格納するメモリに結合されている。ＲＦ回路１８９０は、無線センサノード又は他のハブとアンテナ１８９６を介して双方向通信を送受信するトランシーバ又は別々の送信機（ＴＸ）１８９２及び受信機（ＲＸ）１８９４の機能を含み得る。ＲＦ回路１８９０は、コネクション１８８９（例えば、通信リンク、信号線、電気的接続等）を介してコントローラ回路１８８４と双方向に通信する。ハブ１８８２は、無線制御デバイス１８８４とすることができ、又は、コントローラ回路１８８４、ＲＦ回路１８９０、及び、アンテナ１８９６を組み合わせて、本明細書において説明される無線制御デバイスを構成することもできる。

システムのＲＦ回路１８７０及びアンテナ１８７１、又は、ハブ１８８２のＲＦ回路１８９０及びアンテナ１８９６は、本明細書において説明されるように、無線リンク又はネットワークを介して、ハブ又はセンサノードの１又は複数の他の無線デバイスに対して、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１８６２及びマイクロフォン１０６４に結合されており、音声信号を処理するための公知の回路を含む。１又は複数の処理ユニット１８１４は、コントローラ１８２０を介して、１又は複数の機械によってアクセス可能な非一時的な媒体１８５０（例えば、コンピュータによって読取可能な媒体）と通信する。媒体１８５０は、１又は複数の処理ユニット１８１４によって使用されるためのコード及び／又はデータを記憶することができる任意のデバイス又は媒体（ストレージデバイス、ストレージ媒体）とすることができる。媒体１８５０は、メモリ階層を含むことができ、これらに限定されないが、キャッシュ、主メモリ、及び補助メモリを含む。

媒体１８５０又はメモリ１８８６は、本明細書において説明される方法又は機能のうち任意の１又は複数を具体化する１又は複数の命令セット（又はソフトウェア）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、監視及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、住宅又はビルディングのセキュリティアプリケーション、住宅又はビルディングのインテグリティアプリケーション、開発者向けアプリケーション等）とを含み得る。また、ソフトウェアは、完全に又は少なくとも部分的に、媒体１８５０、メモリ１８８６、処理ロジック１８８８内に存在していてもよいし、又は、デバイス１８００による当該ソフトウェアの実行中において処理ユニット１８１４内に存在していてもよい。図１８に示される構成要素は、１又は複数の信号処理及び／又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、或いは、１又は複数の任意の組合せにおいて実装することができる。

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）、タッチディスプレイデバイス、又は、ユーザの入力を受け付けて出力を表示するためのタッチスクリーン、オプションの英数字入力デバイス）と通信する。

図１５は、一実施形態に従って、無線非対称ネットワークアーキテクチャのための通信を提供する方法のフローチャートを示す。方法１５０１の動作は、無線デバイス、ハブ（例えば、装置）の無線制御デバイス、或いは、処理回路又は処理ロジックを含むシステムによって実行され得る。処理ロジックは、ハードウェア（回路、専用ロジック等）、ソフトウェア（汎用コンピュータシステム或いは専用マシン又はデバイス上で実行されるもの等）、又はその両方の組み合わせを含み得る。一実施形態において、ハブが方法１５０１の動作を実行する。

動作１５０３において、無線制御デバイスを有するハブの処理ロジックは、命令及び構成情報を含む通信（例えば、周期的なビーコン信号、非反復タイムスロット定義信号等）を、無線非対称ネットワークアーキテクチャを形成するためにハブとの双方向通信を可能とする送信機及び受信機を有する無線デバイスをそれぞれ有する複数のノードに送信する。また、ノード識別情報、タイミング情報、及び他の情報を含む他の情報を、送信される通信に含めることができる。一例において、ハブのＲＦ回路は、通信を送信及び受信する。動作１５０５において、ハブは、無線非対称ネットワークアーキテクチャを形成するために当該ハブとの双方向通信を可能とする送信機及び受信機（又はトランシーバ）を有する無線デバイスをそれぞれ有する複数のノードからの通信を受信する。動作１５０７において、ハブの処理ロジック（例えば、１又は複数の処理ユニット）は、複数のノードの無線デバイスの電力消費を低減するために、周期的なビーコン信号、及び、場合によってはノードから受信した通信に基づいて、送信機（又は、トランシーバーの送信機の機能）の送信動作を可能とし受信機（又は、トランシーバーの受信機の機能）の受信動作を可能とする第１のスケジュールされたタイミングを決定する。一例において、第１のスケジュールされたタイミングの決定は、第１のビーコンブロードキャスト信号の送信前、送信中、又は送信後に行われる。最初のビーコン信号（又は、最初のビーコン信号のうちの１つ）、又は、非反復タイムスロット定義信号は、第１のスケジュールされたタイミングを含み得る。

動作１５０９において、ハブの処理ロジック（例えば、１又は複数の処理ユニット）は、（第１のスケジュールされたタイミングに含まれていなかった）少なくとも１つの新たなノードの最初の検出に応じて、又は、衝突の検出に応じて、複数のセンサノードの少なくとも２つの無線デバイスについて、送信機の送信動作を可能とし受信機の受信動作を可能とする異なる第２のスケジュールされたタイミングを決定する。例えば、複数のセンサノードの少なくとも１つの無線デバイスから第１のスケジュールされたタイミングの期間中に少なくとも１つの理解不能な通信を受信することは、衝突の検出をもたらし得る。

一例において、ハブは、最初は周期的なビーコン信号の少なくとも１つ、及び、第１のスケジュールされたタイミングを伴うタイムスロット定義信号を送信し、その後、当該ビーコン信号は、衝突の検出又は新たなノードの検出に応じて、第２のスケジュールされたタイミングを含む。

一例において、複数のノードの各無線デバイスについて、送信機の送信動作を可能とし受信機の受信動作を可能とする第１のスケジュールされたタイミングは、周期的なビーコン信号と複数のノードの通信との間のタイミングの関係に基づいて決定される。

一例において、無線非対称ネットワークアーキテクチャを形成するために、ハブは商用電源によって電力を供給され、複数のノードはそれぞれバッテリ電源又は別のエネルギー源によって電力を供給される。

一実施形態において、各無線デバイスについて、送信機（又はトランシーバの送信機の機能）の送信動作を可能とし受信機（又はトランシーバの受信機の機能）の受信動作を可能とするスケジュールされたタイミングは、ハブと複数のノードの各無線デバイスとの間の通信のタイミングに基づいて決定される。一例において、ノードの少なくとも１つの無線デバイスについて、受信機（又はトランシーバの受信機の機能）の受信動作を可能とするスケジュールされたタイミングは、当該少なくとも１つの無線デバイスからハブに対して送信されている通信のタイミングに基づいて決定される。

一例において、無線非対称ネットワークアーキテクチャは、無線ツリー非対称ネットワークアーキテクチャを含む。他の例において、無線非対称ネットワークアーキテクチャは、無線ツリー及びメッシュ非対称ネットワークアーキテクチャを含む。

一実施形態において、ハブは、ネットワーク上の衝突を避けるために、将来の送信／受信の通信のタイミングをシフトするように、１又は複数のノードに指示し得る。図１６は、一実施形態に従って、無線非対称ネットワークアーキテクチャの衝突を回避するために送信及び受信の通信をシフトするためのタイムシーケンスを示す。図１６は、無線非対称ネットワークアーキテクチャのハブ及びノード１−４に関する送信及び受信のタイムラインを示す。最初に、ノード１が、送信タイムライン（ＴＸ）の送信ウィンドウ１１１０の期間中に、ハブに対して通信を送信する。この実施形態において、ハブは、当該ハブの連続受信ウィンドウ１１０８によって示されるように、連続的にリッスンしている。その後、ハブは、ノード１の受信タイムライン（ＲＸ）の受信ウィンドウ１１１２に対するタイミングを決定するために、ノード１の送信ウィンドウから分離した受信ウィンドウを減じる計算を行う。ハブは、当該ハブの送信ウィンドウ１１１４の期間中にノード１に対して通信を送信し、ノード１の受信ウィンドウ１１１２は、この通信を受信する。言い換えると、ノード１の無線デバイスのＲＦ回路の受信機（又はトランシーバの受信機の機能）は、通信を受信するために、受信ウィンドウ１１１２の期間中において受信する動作が可能である。

同様に、ハブは、ノード２と通信し又は処理を行う。ノード２は、ノード２の送信タイムライン（ＴＸ）の送信ウィンドウ１１１６の期間中にハブに通信を送信する。その後、ハブは、ノード２の受信タイムライン（ＲＸ）の受信ウィンドウ１１２０に対するタイミングを決定するために、ノード２の送信ウィンドウから分離した受信ウィンドウを減じる計算を行う。ハブは、ハブの送信ウィンドウ１１１８の期間中にノード２に対して通信を送信し、ノード２の受信ウィンドウ１１２０は、この通信を受信する。

次に、ハブは、ノード３の送信ウィンドウ１１２２の期間中にノード３からの通信を検出し、同時に、又は、略同時に、ノード４の送信ウィンドウ１１２４の期間中にノード４からの通信も検出する。この衝突時間１１３０では、ハブは衝突１１３１が発生したことを検出する（例えば、送信情報の一部又は全部が理解不能又は不可逆的に文字化けしていることをハブが検出した場合）。言い換えると、ノード３及びノード４からの通信は、衝突時間１１３０において、又は、その付近で、ハブによって受信される理解不能な送信情報（例えば、不可逆的に文字化けした送信情報）を形成するために結合される。次に、ハブは、理解不能な又は文字化けした送信ウィンドウ（例えば、送信ウィンドウ１１２２及び１１２４）の期間中に、理解不能な又は文字化けした送信情報を送信した任意のノードの次の受信ウィンドウを計算することができる。ノード３及び４のための当該次の受信ウィンドウ（例えば、受信ウィンドウ１１３２及び１１３４）、又は、任意の更なる後続の受信ウィンドウ（例えば、受信ウィンドウ１１４５及び１１４７）において、送信ウィンドウ１１２６を有するハブは、衝突するノード（例えば、ノード３及び４）に対して、図１６に示されるように、それぞれの送信及び受信ウィンドウを異なる時間遅延又は期間だけシフトするように指示する。この例では、ノード３の送信ウィンドウ１１２２から送信ウィンドウ１１４４への時間遅延又はシフト１１５０は、送信ウィンドウ１１４４及び送信ウィンドウ１１４６の期間中における送信情報に基づく衝突を回避するために、ノード４の送信ウィンドウ１１２４から送信ウィンドウ１１４６への時間遅延又はシフト１１５２よりも少ない。

この時間遅延又はシフトは、例えば、各ノード内の乱数発生器を用いてランダムに決定されてもよく、又は、ハブによって決定及び指示されてもよい。ハブは、利用可能な将来のウィンドウから選択し、それらをセットとして衝突ノードに提供し得る。これらの衝突ノードは、例えば、その後、これらのうちの１つをランダムに選択することができる。この選択が行われると、将来のウィンドウに対して衝突が回避されるはずである。一方、次のウィンドウで衝突が再び発生した場合（例えば、衝突したノードのうちの２つが同じタイムシフトをたまたま選択したため）、処理は、全ての衝突が回避されるまで繰り返すことができる。このように、ハブは、ノードから過剰な複雑さを要求することなく、ネットワーク全体の動作を調停することができ、この結果、ノードの動作のために必要なエネルギーを低減する。

図１６は、一実施形態に従って、無線非対称ネットワークアーキテクチャにおける通信の調停及び衝突回避の方法を示す。方法１２００の動作は、無線デバイス、ハブ（例えば、装置）の無線制御デバイス、或いは、処理回路又は処理ロジックを含むシステムによって実行され得る。処理ロジックは、ハードウェア（回路、専用ロジック等）、ソフトウェア（汎用コンピュータシステム或いは専用マシン又はデバイス上で実行されるもの等）、又はその両方の組み合わせを含み得る。一実施形態において、ハブが方法１２００の動作を実行する。

動作１２０２では、ハブの受信機（例えば、ＲＦ回路、トランシーバの受信機の機能）は、無線非対称ネットワークアーキテクチャ内の複数のノードの少なくとも１つのノードからの通信（例えば、送信情報）を検出する。各ノードは、無線非対称ネットワークアーキテクチャを形成するためにハブとの双方向通信を可能とする送信機及び受信機（又はトランシーバの送信機及び受信機の機能）を有する無線デバイスを含み、又は、当該無線デバイスである。動作１２０４において、ハブの処理ロジックは、通信の少なくとも一部（例えば、２５％、５０％、７５％）が、他の通信又はＲＦ源からの干渉に潜在的に基づいて、ハブの処理回路、又は、ハブに接続された処理回路にとって理解不能であるかどうかを判定する。

動作１２０６では、通信が理解可能であると判定された場合、ハブの処理ロジックは、通信を送信したノードを識別し、また、送信ノードのための次の又は後続の受信ウィンドウを決定する。動作１２０８では、ハブの送信機（又はトランシーバの送信機の機能）は、必要又は適切である場合、決定された次の又は後続の受信ウィンドウの期間中に、このノードに通信を送信する。

動作１２１０では、通信の少なくとも一部が理解不能であると判定された場合、ハブの処理ロジックは、異なるノードから略同時に送信された通信の衝突が発生しそうかどうかを判定する（例えば、衝突の発生確率がおよそ５０パーセント以上）。そうである場合、ハブの処理ロジックは、動作１２１２において、衝突ノードに対する次の又は後続の受信ウィンドウを演算する。衝突ノードの受信ウィンドウの期間中において、ハブ（例えば、ハブの送信機、ハブのトランシーバの送信機の機能）は、衝突するノードに対して、異なる時間間隔又はランダムに決定された時間間隔で次の送信ウィンドウをシフトするためのノードに対する命令を伴って、通信を送信する。例えば、第１のノードは、ハブからの第１の通信に基づいて、第１の時間間隔で次の送信ウィンドウをシフトすることを指示される一方、第２のノードは、ハブからの第２の通信に基づいて、第２の時間間隔で次の送信ウィンドウをシフトすることを指示される。この例において、第１及び第２の時間間隔は、第１及び第２のノードの将来の送信からの衝突を回避するのに十分な程度に異なっている。

ハブの処理ロジックが、動作１２１０において、異なるノードから略同時に送信された通信の衝突が生じていなさそうであると判断した場合、その後の動作１２１６では、ハブの処理ロジックは、少なくとも一部が、ハブの処理回路又はハブに接続された処理回路にとって理解不能である通信を送信したノードに対する次の又は後続の受信ウィンドウを決定する。動作１２１８では、計算されたノードの次の又は後続の受信ウィンドウの期間中において、ハブの処理ロジックは、ハブからノードに通信を送信し、当該通信は、ノードからの以前の通信の反復送信を要求する。

上述した明細書において、本発明を、その特定の例示的な実施形態を参照しつつ説明した。しかしながら、本発明の広範な精神及び範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変更がなされ得ることは明らかであろう。従って、明細書及び図面は、限定的なものではなく例示的なものとみなされるべきである。

Claims (20)

1. 無線非対称ネットワークを提供するためのシステムであって、
   前記無線非対称ネットワークアーキテクチャにおける通信及び電力消費を制御するように構成された無線制御デバイスを有する第１のハブと、
   前記無線非対称ネットワークアーキテクチャにおける前記第１のハブの前記無線制御デバイスとの双方向の通信を可能にするための送信機及び受信機を有する無線デバイスをそれぞれ有する第１の複数のノードと、を備え、
   前記無線制御デバイスは、前記第１の複数のノードの無線デバイスの電力消費を低減するために、前記第１のハブの周期的なビーコン信号に基づいて、各無線デバイスについて、前記送信機の送信動作を可能とし前記受信機の受信動作を可能とする第１のスケジュールされたタイミングを決定するように構成されている、
   システム。
2. 前記無線非対称ネットワークを形成するために、前記第１のハブは、商用電源によって電力を供給されており、前記第１の複数のノードは、それぞれバッテリ電源によって電力を供給されており、前記第１のハブ及び前記第１の複数のセンサノードの利用可能な電力の非対称性は、前記第１の複数のセンサノードの送信関連のエネルギー消費を低減するために、低デューティサイクルネットワーキングに基づいて、前記第１の複数のセンサノードの前記無線非対称ネットワークにおけるバッテリ寿命及び通信範囲を向上させるために利用される請求項１に記載のシステム。
3. 前記第１の複数のノードの各無線デバイスについて、前記送信機の送信動作を可能とし前記受信機の受信動作を可能とする前記第１のスケジュールされたタイミングは、前記周期的なビーコン信号と前記第１の複数のノードの通信との間のタイミングの関係に基づいて決定される請求項１に記載のシステム。
4. 前記第１のハブは、衝突の検出又は新たなセンサノードの検出に応じて、前記第１の複数のノードの少なくとも２つの無線デバイスについて、前記送信機の送信動作を可能とし前記受信機の受信動作を可能とする異なる第２のスケジュールされたタイミングを決定することにより、衝突防止機能を提供し、前記第１のハブは、最初は前記第１のスケジュールされたタイミングを伴って、その後は、衝突の検出又は新たなノードの検出に応じた第２のスケジュールされたタイミングを伴って、前記周期的なビーコン信号を送信する請求項１に記載のシステム。
5. 前記無線非対称ネットワークアーキテクチャにおける通信及び電力消費を制御するように構成された無線制御デバイスを有する第２のハブと、
   前記無線非対称ネットワークアーキテクチャにおける前記第２のハブの前記無線制御デバイスとの双方向の通信を可能にするための送信機及び受信機を有する無線デバイスをそれぞれ有する第２の複数のノードと、を更に備え、
   前記第２の制御デバイスの前記無線制御デバイスは、前記第２の複数のノードの無線デバイスの電力消費を低減するために、前記第２の複数のノードの各無線デバイスについて、前記送信機の送信動作を可能とし前記受信機の受信動作を可能とする第３のスケジュールされたタイミングを決定するように構成されている、
   請求項１に記載のシステム。
6. 前記第２のスケジュールされたタイミングを決定することは、少なくとも一部が理解不能である通信の受信に基づいて、少なくとも１つの理解不能な通信を判定し、その後、前記少なくとも１つの理解不能な通信が、異なるノードから略同時に送信された通信の衝突によって生じた可能性を決定することを含む請求項１に記載のシステム。
7. 前記無線制御デバイスを有する前記第２のハブは、前記無線非対称ネットワークアーキテクチャの制御及び監視のために、前記第１のハブに通信を送信すると共に前記第１のハブから通信を受信するように構成されている請求項５に記載のシステム。
8. 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であって、
   命令を記憶するメモリと、
   無線非対称ネットワークにおいて通信を確立及び制御するための命令を実行する１又は複数の処理ユニットと、
   前記無線非対称ネットワークにおいて情報を送信及び受信するための無線周波数（ＲＦ）回路であって、前記無線非対称ネットワークにおける前記装置の前記ＲＦ回路との双方向の通信を可能にするための送信機及び受信機を有する無線デバイスをそれぞれが備える複数のノードに対して情報を送信する前記ＲＦ回路と、を備え、
   前記１又は複数の処理ユニットは、前記複数のノードの無線デバイスの電力消費を低減するために、前記装置の周期的なビーコン信号に基づいて、各無線デバイスについて、前記送信機の送信動作を可能とし前記受信機の受信動作を可能とする第１のスケジュールされたタイミングを決定するように構成されている、
   装置。
9. 前記無線非対称ネットワークを形成するために、前記装置は、商用電源によって電力を供給されており、前記複数のノードは、それぞれバッテリ電源又は他のエネルギー源によって電力を供給されており、前記装置及び前記第１の複数のセンサノードの利用可能な電力の非対称性は、前記第１の複数のセンサノードの送信関連のエネルギー消費を低減するために、低デューティサイクルネットワーキングに基づいて、前記第１の複数のセンサノードの前記無線非対称ネットワークにおけるバッテリ寿命及び通信範囲を向上させるために利用される請求項８に記載の装置。
10. 前記第１の複数のノードの各無線デバイスについて、前記送信機の送信動作を可能とし前記受信機の受信動作を可能とする前記第１のスケジュールされたタイミングは、前記周期的なビーコン信号と前記複数のノードの通信との間のタイミングの関係に基づいて決定される請求項８に記載の装置。
11. 前記装置は、衝突の検出又は新たなノードの検出に応じて、前記複数のノードの少なくとも２つの無線デバイスについて、前記送信機の送信動作を可能とし前記受信機の受信動作を可能とする異なる第２のスケジュールされたタイミングを決定することにより、衝突防止機能を提供し、前記装置は、最初は前記第１のスケジュールされたタイミングを伴って、その後は、衝突の検出又は新たなノードの検出に応じた第２のスケジュールされたタイミングを伴って、前記周期的なビーコン信号を送信する請求項８に記載の装置。
12. 前記第２のスケジュールされたタイミングを決定することは、少なくとも一部が理解不能である通信の受信に基づいて、少なくとも１つの理解不能な通信を判定し、その後、前記少なくとも１つの理解不能な通信が、異なるノードから略同時に送信された通信の衝突によって生じた可能性を決定することを含む請求項８に記載の装置。
13. 無線非対称ネットワークアーキテクチャにおける電力消費を低減するための方法であって、
    ハブの処理ロジックによって、前記無線非対称ネットワークアーキテクチャを形成するために前記ハブとの双方向の通信を可能にするための送信機及び受信機を有する無線デバイスをそれぞれ有する複数のセンサノードに周期的なビーコン信号を送信するステップと、
    前記ハブの前記処理ロジックによって、前記複数のセンサノードからの通信を受信するステップと、
    前記ハブの前記処理ロジックによって、前記複数のセンサノードの無線デバイスの電力消費を低減するために、前記周期的なビーコン信号に基づいて、各無線デバイスについて、前記送信機の送信動作を可能とし前記受信機の受信動作を可能とする第１のスケジュールされたタイミングを決定するステップと、を含む、
    方法。
14. 少なくとも１つの新たなノードから通信を最初に受信することに応じて、又は、前記複数のセンサノードの少なくとも１つの無線デバイスから前記第１のスケジュールされたタイミングの期間中に少なくとも１つの理解不能な通信を受信することに応じて、前記複数のセンサノードの少なくとも２つの無線デバイスについて、前記送信機の送信動作を可能とし前記受信機の受信動作を可能とする異なる第２のスケジュールされたタイミングを決定するステップを更に含む請求項１３に記載の方法。
15. 前記ハブの前記処理ユニットによって、前記第１のスケジュールされたタイミングのためのタイムスロットを定義する非反復タイムスロット定義信号を送信するステップを更に含む請求項１３に記載の方法。
16. 前記ハブは、最初は前記周期的なビーコン信号の少なくとも１つ、及び、前記第１のスケジュールされたタイミングを伴う前記タイムスロット定義信号を送信し、その後、前記ビーコン信号は、衝突の検出又は新たなノードの検出に応じて、前記第２のスケジュールされたタイミングを含む請求項１５に記載の方法。
17. 前記複数のノードの各無線デバイスについて、前記送信機の送信動作を可能とし前記受信機の受信動作を可能とする前記第１のスケジュールされたタイミングは、前記周期的なビーコン信号と前記複数のノードの通信との間のタイミングの関係に基づいて決定される請求項１３に記載の方法。
18. 無線ネットワークアーキテクチャのためのセンサノードであって、
    少なくとも１つのセンサと、
    命令を記憶するメモリと、
    前記メモリ及び前記少なくとも１つのセンサと結合されており、前記少なくとも１つのセンサから受信するデータを処理するための命令、及び、前記センサノードのための通信を処理するための命令を実行する処理ロジックと、
    前記処理ロジックと結合されており、前記無線ネットワークアーキテクチャにおいてハブに対して通信を送信し、前記ハブからの通信を受信するための送信機及び受信機の機能を含む無線周波数（ＲＦ）回路と、を備え、
    前記処理ロジックは、前記ハブから周期的なビーコン信号を受信するための命令、及び、前記周期的なビーコン信号に基づいて、前記送信機の機能の送信動作を可能とし前記受信機の機能の受信動作を可能とする第１のスケジュールされたタイミングを決定するための命令を実行するように構成されている、
    センサノード。
19. 前記センサノードの前記処理ロジックは、前記第１のスケジュールされたタイミングのためのタイムスロットを定義する非反復タイムスロット定義信号を受信するように構成されている請求項１８に記載のセンサノード。
20. 前記センサノードの前記処理ロジックは、前記送信機の機能の送信動作を可能とし、前記受信機の機能の受信動作を可能とする異なる第２のスケジュールされたタイミングを受信するように構成されている請求項１８に記載のセンサノード。

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