JP2018531372A6 - System and method for measuring the location of a wireless sensor node in a network architecture with mesh-based features for location - Google Patents

System and method for measuring the location of a wireless sensor node in a network architecture with mesh-based features for location Download PDF

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Abstract

メッシュベースの特徴を有するネットワークアーキテクチャ内のワイヤレスセンサノードの位置を測定するためのシステム及び方法が本明細書に開示される。一例では、ワイヤレスネットワーク内のノードを位置特定するためのコンピュータにより実行される方法は、ハブの処理ロジックによって、ノードを有するワイヤレスネットワークを、位置特定のために第1の時間区間の間、第1のネットワークアーキテクチャとして構成することを含む。本方法は、ハブの処理ロジックによって、飛行時間及び信号強度の技術の少なくとも一方のために周波数チャネル多重通信、周波数チャネルステッピング通信、マルチチャネル広帯域通信、及び超広帯域通信の少なくとも1つを用いて少なくとも2つのノードを位置特定することを決定することをさらに含む。本方法は、位置特定の完了時に、狭帯域通信を有する第2のネットワークアーキテクチャでワイヤレスネットワークを構成することをさらに含む。  Disclosed herein are systems and methods for measuring the location of wireless sensor nodes in a network architecture having mesh-based features. In one example, a computer-implemented method for locating a node in a wireless network causes the processing logic of the hub to cause the wireless network having the node to be first for a first time interval for locating. Configuration as a network architecture. The method uses at least one of frequency channel multiplex communication, frequency channel stepping communication, multi-channel wideband communication, and ultra-wideband communication for at least one of time-of-flight and signal strength techniques, depending on the processing logic of the hub. Further comprising determining to locate the two nodes. The method further includes configuring the wireless network with a second network architecture having narrowband communication upon location completion.

Description

関連出願の相互参照
本出願は、位置特定のためにメッシュベースの特徴を有するネットワークアーキテクチャ内のワイヤレスセンサノードの位置を測定するためのシステム及び方法と題する、2015年8月19日に出願された米国特許出願第14/830,671号、及び、メッシュベースの特徴を有するツリーネットワークアーキテクチャ内のワイヤレスセンサノードの位置を測定するためのシステム及び方法と題する、2015年8月19日に出願された米国特許出願第14/830,668号の優先権を主張し、また、これらの全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application was filed on August 19, 2015, entitled System and Method for Measuring the Location of Wireless Sensor Nodes in a Network Architecture with Mesh-Based Features for Location U.S. Patent Application No. 14 / 830,671 and filed August 19, 2015, entitled System and Method for Measuring the Location of Wireless Sensor Nodes in Tree Network Architecture with Mesh-Based Features US patent application Ser. No. 14 / 830,668 claims priority and is incorporated herein by reference in its entirety.

本出願は、非対称ネットワークアーキテクチャ内のワイヤレスセンサノードの位置を測定するためのシステム及び方法と題する、2015年1月27日に出願された米国特許出願第14/607,050号、及び、メッシュベースの特徴を有するツリーネットワークアーキテクチャ内のワイヤレスセンサノードの位置を測定するためのシステム及び方法と題する、2015年8月19日に出願された米国特許出願第14/830,668号に関する。   This application relates to US patent application Ser. No. 14 / 607,050, filed Jan. 27, 2015, and system based on a system and method for measuring the location of wireless sensor nodes in an asymmetric network architecture. US patent application Ser. No. 14 / 830,668, filed Aug. 19, 2015, for a system and method for measuring the location of wireless sensor nodes in a tree network architecture having the following characteristics:

本発明の実施形態は、位置特定(localization)のためにメッシュベースの特徴を有するネットワークアーキテクチャ内のワイヤレスセンサノードの位置を測定するためのシステム及び方法に関する。   Embodiments of the present invention relate to systems and methods for measuring the location of wireless sensor nodes in a network architecture having mesh-based features for localization.

民生用電子機器産業及びコンピュータ産業では、ワイヤレスセンサネットワークが長年研究されている。典型的なワイヤレスセンサネットワークでは、1又はそれ以上のセンサは、ネットワーク内に配置された1又はそれ以上のセンサノードからのデータのワイヤレス収集を可能にする無線機と関連して実施される。各センサノードは、1又はそれ以上のセンサを含むことができ、無線機、及びセンサノードの動作を支えるための電源を含む。屋内ワイヤレスネットワーク内のノードの位置検出は、多くの用途において有用であり重要である。例えば、ワイヤレスセンサネットワークでは、位置の知識は、検知データにコンテキストを追加することができる。一例では、温度検知ネットワークにおける位置の知識は、温度変動のマッピングを可能にすることができる。したがって、システム及び方法が、ワイヤレスネットワーク内のノードの位置検出を可能にすることは望ましい。従来技術のワイヤレス位置特定システムは、一般的には、距離を推定するためにノード間のワイヤレス送信の飛行時間を測定することによって機能する。さらに他の従来技術のワイヤレス位置特定システムは、入射信号強度を測定し、この情報を用いて送信ノードと受信ノードとの間の距離を推定することによって機能する。次に、複数の異なる対のノードの間の個々の距離が、三角測量によって各個別のノードの相対位置を推定するために使用される。残念ながら、このプロセスにはいくつかの問題があり得る。第1に、ノードがそれほど頻繁に送受信しない低電力環境では、位置特定プロセスが遅い又は不可能である可能性があり、一方、高速で正確でロバストな位置特定は、反復的なデータバーストを送信する必要があるため、過剰な電力を消費し得る。第2に、ツリー状ネットワークでは、ノード対間に十分な数の経路長を確立することができないため、三角測量が不可能な場合がある。第3に、屋内環境では、限られた精度の位置特定が、特定のノードが配置された特定の部屋の測定を妨げる可能性があり、例えば、使用可能な精度は、特定のノードが壁のどちらの面に配置されているのかの測定を妨げる可能性がある。   Wireless sensor networks have been studied for many years in the consumer electronics industry and the computer industry. In a typical wireless sensor network, one or more sensors are implemented in conjunction with a radio that enables wireless collection of data from one or more sensor nodes located within the network. Each sensor node can include one or more sensors, including a radio and a power source to support the operation of the sensor node. Node location within an indoor wireless network is useful and important in many applications. For example, in a wireless sensor network, location knowledge can add context to the sensed data. In one example, knowledge of the location in the temperature sensing network can enable mapping of temperature variations. Therefore, it is desirable for the system and method to enable location of nodes within a wireless network. Prior art wireless location systems generally function by measuring the time of flight of wireless transmissions between nodes to estimate distance. Yet another prior art wireless location system works by measuring the incident signal strength and using this information to estimate the distance between the transmitting and receiving nodes. The individual distances between the different pairs of nodes are then used to estimate the relative position of each individual node by triangulation. Unfortunately, there can be several problems with this process. First, in low-power environments where nodes do not transmit and receive as often, the location process may be slow or impossible, while fast, accurate and robust location sends repetitive data bursts. Excess power can be consumed. Second, in a tree-like network, a sufficient number of path lengths cannot be established between node pairs, so triangulation may not be possible. Third, in indoor environments, location with limited accuracy can interfere with the measurement of a particular room where a particular node is located, for example, the accuracy that can be used is It may interfere with the measurement of which side is located.

本発明の一実施形態では、メッシュベースの特徴を有するネットワークアーキテクチャ内のワイヤレスセンサノードの位置を測定するためのシステム及び方法が本明細書に開示される。   In one embodiment of the present invention, disclosed herein is a system and method for measuring the location of wireless sensor nodes in a network architecture having mesh-based features.

一例では、ワイヤレスネットワークアーキテクチャを提供するための装置は、命令を格納するためのメモリと、ワイヤレスネットワークアーキテクチャ内のノードを位置特定するための命令を実行する1又はそれ以上の処理ユニットと、ワイヤレスネットワークアーキテクチャ内で通信を送受信する複数のアンテナを含む無線周波数(RF)回路とを含む。RF回路は、複数のセンサノードであって、それぞれが、ワイヤレス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及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを有する複数のセンサノードに通信を送信する。1又はそれ以上の処理ユニットは、位置特定のために第1の期間の間センサノードを第1のネットワークアーキテクチャとして構成し、飛行時間及び信号強度の技術の少なくとも一方のために周波数チャネル多重通信(frequency channel overlapping communication)、周波数チャネルステッピング通信(frequency channel stepping communication)、マルチチャネル広帯域通信、及び超広帯域通信の少なくとも1つを用いて少なくとも2つのノードを位置特定することを決定するように構成される。1又はそれ以上の処理ユニットは、位置特定の完了時に、狭帯域通信を有する第2のネットワークアーキテクチャでワイヤレスネットワークアーキテクチャを構成する命令を実行するようにさらに構成される。   In one example, an apparatus for providing a wireless network architecture includes a memory for storing instructions, one or more processing units that execute instructions for locating nodes in the wireless network architecture, and a wireless network. And radio frequency (RF) circuitry including a plurality of antennas for transmitting and receiving communications within the architecture. The RF circuit is a plurality of sensor nodes, each having a wireless device with a transmitter and a receiver that allows two-way communication with the RF circuits of the devices in the wireless network architecture. Send communication. One or more processing units configure the sensor node as a first network architecture for a first time period for localization, and frequency channel multiplex communication for at least one of time-of-flight and signal strength techniques ( configured to determine at least two nodes using at least one of frequency channel overlapping communication, frequency channel stepping communication, multi-channel wideband communication, and ultra-wideband communication. . The one or more processing units are further configured to execute instructions for configuring the wireless network architecture with the second network architecture having narrowband communication upon completion of location.

しゅ
別の例では、ワイヤレスネットワーク内のノードを位置特定するためのコンピュータにより実行される方法は、ハブの処理ロジックによって、ノードを有するワイヤレスネットワークを、位置特定のために第1の期間の間、第1のネットワークアーキテクチャとして構成することを含む。本方法は、ハブの処理ロジックによって、飛行時間及び信号強度の技術の少なくとも一方のために周波数チャネル多重通信、周波数チャネルステッピング通信、マルチチャネル広帯域通信、及び超広帯域通信の少なくとも1つを用いて少なくとも2つのノードを位置特定することを決定することをさらに含む。本方法は、ハブの処理ロジックによって、位置特定の完了時に、狭帯域通信を有する第2のネットワークアーキテクチャでワイヤレスネットワークを構成することをさらに含む。
In another example, a computer-implemented method for locating a node in a wireless network causes a hub processing logic to cause a wireless network having a node to be located during a first period for locating. Including configuring as a first network architecture. The method uses at least one of frequency channel multiplex communication, frequency channel stepping communication, multi-channel wideband communication, and ultra-wideband communication for at least one of time-of-flight and signal strength techniques, depending on the processing logic of the hub. Further comprising determining to locate the two nodes. The method further includes configuring the wireless network with a second network architecture having narrowband communication upon completion of location via hub processing logic.

一例では、システムは、ワイヤレスネットワークアーキテクチャ内のセンサノードを監視するためのハブを含む。ハブは、1又はそれ以上の処理ユニットと、ワイヤレスネットワークアーキテクチャ内で通信を送受信するためのRF回路とを含む。センサノードはそれぞれ、ワイヤレス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及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを有する。ハブの1又はそれ以上の処理ユニットは、ハブとセンサノードとの間の通信のためにツリーアーキテクチャを用いてシステムを構成し、少なくとも1つのセンサノードの範囲又は位置の変化を検出し、範囲又は位置の変化の検出に基づいて複数のセンサノードの位置情報を決定するために一時的にメッシュをベースにしたアーキテクチャを用いてシステムを構成する命令を実行する。   In one example, the system includes a hub for monitoring sensor nodes in the wireless network architecture. The hub includes one or more processing units and RF circuitry for transmitting and receiving communications within the wireless network architecture. Each sensor node has a wireless device with a transmitter and a receiver that allows two-way communication with a hub in the wireless network architecture. One or more processing units of the hub configure the system using a tree architecture for communication between the hub and the sensor nodes, detect changes in the range or position of at least one sensor node, Instructions that configure the system are executed using a temporary mesh-based architecture to determine position information for a plurality of sensor nodes based on detection of a change in position.

別の例では、ワイヤレスネットワーク内のノードを位置特定するためのコンピュータにより実行される方法は、ハブの処理ロジックによって、ノードを有するワイヤレスネットワークを、ある期間の間メッシュベースネットワークアーキテクチャとして構成することを含む。コンピュータにより実行される方法は、ハブの処理ロジックによって、飛行時間及び信号強度の技術の少なくとも一方を用いて少なくとも2つのノードを位置特定することを決定することを含む。少なくとも2つのノードの位置特定が完了したら、ハブの処理ロジックによって、飛行時間測定が行われていれば飛行時間測定を終了すること。コンピュータにより実行される方法は、ハブの処理ロジックによって、位置特定の完了時にワイヤレスネットワークをツリーベース又はツリー状のネットワークアーキテクチャで構成することをさらに含む。   In another example, a computer-implemented method for locating a node in a wireless network comprises configuring a wireless network having a node as a mesh-based network architecture for a period of time, with hub processing logic. Including. The computer-implemented method includes determining by hub processing logic to locate at least two nodes using time of flight and / or signal strength techniques. When the location of at least two nodes is complete, the time of flight measurement is terminated if the time of flight measurement has been performed by the processing logic of the hub. The computer-implemented method further includes configuring the wireless network in a tree-based or tree-like network architecture upon location completion by hub processing logic.

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。   Other features and advantages of embodiments of the present invention will be apparent from the accompanying drawings and from the detailed description that follows below.

本発明の実施形態は、同じ参照符号が同様の要素を示す添付図面の図において、例として示されており、限定ではない。   Embodiments of the invention are illustrated by way of example and not limitation in the figures of the accompanying drawings in which like reference numerals indicate similar elements.

一実施形態に係る、ワイヤレスノードの例示的なシステムを示す。1 illustrates an exemplary system of wireless nodes, according to one embodiment. 一実施形態に係る、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。1 illustrates a system primarily having a tree network architecture capable of meshed network functionality, according to one embodiment. 一実施形態に係る、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。1 illustrates a system primarily having a tree network architecture capable of meshed network functionality, according to one embodiment. 一実施形態に係る、飛行時間を推定するための、ノード間の送信信号及び受信信号を示す。Fig. 6 illustrates a transmission signal and a reception signal between nodes for estimating time of flight according to an embodiment. 一実施形態に係る、ツリーネットワークアーキテクチャ及びメッシュネットワークアーキテクチャを有することができるシステムを示す。1 illustrates a system that can have a tree network architecture and a mesh network architecture, according to one embodiment. 一実施形態に係る、ノードの位置を測定するためのネットワークアーキテクチャを示す。1 illustrates a network architecture for measuring node location, according to one embodiment. 一実施形態に係る、物体(例えば、壁、床など)を確認するためのネットワークアーキテクチャを示す。FIG. 6 illustrates a network architecture for identifying objects (eg, walls, floors, etc.), according to one embodiment. 一実施形態に係る、物体(例えば、壁、床など)を確認するためのネットワークアーキテクチャを示す。FIG. 6 illustrates a network architecture for identifying objects (eg, walls, floors, etc.), according to one embodiment. 一実施形態に係る、信号強度の変化の検出時にノードの位置推定をトリガするための方法を示す。6 illustrates a method for triggering node position estimation upon detection of a change in signal strength, according to one embodiment. 一実施形態に係る、チャネルステッピング(channel stepping)を用いる、ノードの位置特定に関する図900を示す。FIG. 9 shows a diagram 900 for node location using channel stepping, according to one embodiment. 別の実施形態に係る、チャネルの重ね合わせ(channel overlapping)を用いる、ノードの位置特定に関する図972を示す。FIG. 972 illustrates a diagram 972 for node location using channel overlapping, according to another embodiment. 別の実施形態に係る、非順次的なチャネル選択を用いる、ノードの位置特定に関する図974を示す。FIG. 974 shows a diagram 974 for node location using non-sequential channel selection, according to another embodiment. 別の実施形態に係る、チャネルの重ね合わせのための位相の決定に関する図910を示す。FIG. 910 shows a diagram 910 for determining a phase for channel superposition, according to another embodiment. 一実施形態に係る、複数のチャネルの同時使用による、ノードの位置特定に関する図1000を示す。FIG. 100 shows a diagram 1000 for locating nodes with simultaneous use of multiple channels, according to one embodiment. 一実施形態に係る、超広帯域の一時的な使用による、ノードの位置特定に関する図1100を示す。FIG. 12 shows a diagram 1100 for node location with temporary use of ultra-wideband, according to one embodiment. 一実施形態に係る、信号強度の変化の検出時にノードの位置推定を行うための方法を示す。FIG. 6 illustrates a method for performing node location estimation upon detection of a change in signal strength, according to one embodiment. FIG. 一実施形態に係る、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャに関してセンサの位置特定を実施する方法のフローチャートを示す。6 shows a flowchart of a method for performing sensor location with respect to a wireless asymmetric network architecture, according to one embodiment. 一実施形態に係る、センサの位置特定を可能にする、装置(例えば、ハブ)の複数のアンテナ及び多経路環境の使用を示す。6 illustrates the use of multiple antennas and a multi-path environment of a device (eg, a hub) that enables sensor localization according to one embodiment. 一実施形態に係る、位置特定を達成するための、複数のハブであって、それぞれが単一のアンテナを有する複数のハブの使用を示す。FIG. 6 illustrates the use of multiple hubs, each having a single antenna, to achieve location according to one embodiment. 一実施形態に係る、電力コンセント用のパネル(overlay)800として実施されるハブの例示的な実施形態を示す。6 illustrates an exemplary embodiment of a hub implemented as a power outlet panel 800, according to one embodiment. 一実施形態に係る、電力コンセント用のパネルとして実施されるハブ820の例示的な実施形態の分解図のブロック図を示す。FIG. 6 shows a block diagram of an exploded view of an exemplary embodiment of a hub 820 implemented as a panel for a power outlet, according to one embodiment. 一実施形態に係る、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施されるハブの例示的な実施形態を示す。FIG. 6 illustrates an exemplary embodiment of a hub implemented as a computer system, device, or card for placement in a communication hub, according to one embodiment. 一実施形態に係る、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施されるハブ964の例示的な実施形態のブロック図を示す。FIG. 9 shows a block diagram of an exemplary embodiment of a hub 964 implemented as a computer system, device, or card for placement in a communication hub, according to one embodiment. 一実施形態に係る、機器(例えば、スマート洗濯機、スマート冷蔵庫、スマートサーモスタット、他のスマート機器など)内に実装されるハブの例示的な実施形態を示す。6 illustrates an exemplary embodiment of a hub implemented in a device (eg, smart washing machine, smart refrigerator, smart thermostat, other smart device, etc.), according to one embodiment. 一実施形態に係る、機器(例えば、スマート洗濯機、スマート冷蔵庫、スマートサーモスタット、他のスマート機器など)内に実装されるハブ1684の例示的な実施形態の分解図のブロック図を示す。FIG. 6 shows a block diagram of an exploded view of an exemplary embodiment of a hub 1684 implemented in a device (eg, smart washing machine, smart refrigerator, smart thermostat, other smart device, etc.), according to one embodiment. 一実施形態に係るセンサノードのブロック図を示す。1 shows a block diagram of a sensor node according to one embodiment. FIG. 一実施形態に係る、ハブを有するシステム又は機器1800のブロック図を示す。FIG. 9 shows a block diagram of a system or device 1800 having a hub, according to one embodiment.

メッシュベースの特徴を有するツリーネットワークアーキテクチャ内のワイヤレスセンサノードの位置を測定するためのシステム及び方法が本明細書に開示される。一例では、システムは、ワイヤレスネットワークアーキテクチャ内のセンサノードを監視するためのハブを含む。ハブは、1又はそれ以上の処理ユニットと、ワイヤレスネットワークアーキテクチャ内で通信を送受信するためのRF回路とを含む。センサノードはそれぞれ、ワイヤレス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及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを有する。ハブの1又はそれ以上の処理ユニットは、ハブとセンサノードとの間の通信のためにツリーアーキテクチャを用いてシステムを構成し、少なくとも1つのセンサノードの範囲又は位置の変化を検出し、範囲又は位置の変化の検出に基づいて複数のセンサノードの位置情報を決定するために一時的にメッシュをベースにしたアーキテクチャを用いてシステムを構成する命令を実行する。   Disclosed herein are systems and methods for measuring the location of wireless sensor nodes in a tree network architecture having mesh-based features. In one example, the system includes a hub for monitoring sensor nodes in the wireless network architecture. The hub includes one or more processing units and RF circuitry for transmitting and receiving communications within the wireless network architecture. Each sensor node has a wireless device with a transmitter and a receiver that allows two-way communication with a hub in the wireless network architecture. One or more processing units of the hub configure the system using a tree architecture for communication between the hub and the sensor nodes, detect changes in the range or position of at least one sensor node, Instructions that configure the system are executed using a temporary mesh-based architecture to determine position information for a plurality of sensor nodes based on detection of a change in position.

少なくとも部分的には位置特定のためにメッシュベースの特徴を有するネットワークアーキテクチャ内のワイヤレスセンサノードの位置を測定するためのシステム及び方法が本明細書に開示される。一例では、ワイヤレスネットワークアーキテクチャを提供するための装置は、命令を格納するためのメモリと、ワイヤレスネットワークアーキテクチャ内のノードを位置特定するための命令を実行する1又はそれ以上の処理ユニットと、ワイヤレスネットワークアーキテクチャ内で通信を送受信する複数のアンテナを含む無線周波数(RF)回路とを含む。RF回路は、複数のセンサノードであって、それぞれが、ワイヤレス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及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを有する複数のセンサノードに通信を送信する。1又はそれ以上の処理ユニットは、位置特定のために第1の期間の間センサノードを第1のネットワークアーキテクチャとして構成し、飛行時間及び信号強度の技術の少なくとも一方のために周波数チャネル多重通信、周波数チャネルステッピング通信、マルチチャネル広帯域通信、及び超広帯域通信の少なくとも1つを用いて少なくとも2つのノードを位置特定することを決定するように構成される。1又はそれ以上の処理ユニットは、位置特定の完了時に、狭帯域通信を有する第2のネットワークアーキテクチャでワイヤレスネットワークアーキテクチャを構成する命令を実行するようにさらに構成される。   Disclosed herein are systems and methods for measuring the location of wireless sensor nodes in a network architecture having mesh-based features for at least partially localization. In one example, an apparatus for providing a wireless network architecture includes a memory for storing instructions, one or more processing units that execute instructions for locating nodes in the wireless network architecture, and a wireless network. And radio frequency (RF) circuitry including a plurality of antennas for transmitting and receiving communications within the architecture. The RF circuit is a plurality of sensor nodes, each having a wireless device with a transmitter and a receiver that allows two-way communication with the RF circuits of the devices in the wireless network architecture. Send communication. One or more processing units configure the sensor node as a first network architecture for a first period for localization and frequency channel multiplex communication for at least one of time-of-flight and signal strength techniques; It is configured to determine to locate at least two nodes using at least one of frequency channel stepping communication, multi-channel wideband communication, and ultra-wideband communication. The one or more processing units are further configured to execute instructions for configuring the wireless network architecture with the second network architecture having narrowband communication upon completion of location.

したがって、ワイヤレスネットワーク、特に屋内環境におけるノードの正確な、低電力の、コンテキストアウェアな位置特定を可能にする位置特定システム及び方法が望まれている。この目的のために、屋内環境は、同様の問題(例えば、近くの壁の存在など)があり得る、建物及び他の構造物の周りの領域などのほぼ屋内の環境も含むと想定される。   Accordingly, there is a need for a location system and method that enables accurate, low power, context-aware location of nodes in a wireless network, particularly in an indoor environment. For this purpose, indoor environments are assumed to include nearly indoor environments, such as areas around buildings and other structures, where there may be similar problems (eg, the presence of nearby walls, etc.).

ワイヤレスセンサネットワークは、家、アパート、オフィス、及び商業ビルを含む屋内環境並びに駐車場、歩道、及び公園などの近隣の屋外の場所での使用に関して説明される。ワイヤレスセンサネットワークはまた、電源を有する任意のタイプの建物、構造物、筐体(enclosure)、乗り物、ボートなどで使用することができる。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に良好なバッテリ寿命を提供する。   Wireless sensor networks are described for use in indoor environments including homes, apartments, offices, and commercial buildings as well as nearby outdoor locations such as parking lots, sidewalks, and parks. The wireless sensor network can also be used in any type of building, structure, enclosure, vehicle, boat, etc. that has a power source. The sensor system provides good battery life for sensor nodes while maintaining long communication distances.

本発明の実施形態は、屋内環境における位置特定検出のためのシステム、装置、及び方法を提供する。具体的には、システム、装置、及び方法は、位置特定が必要なときは経路長推定のために断続的なメッシュベースの特徴を有する、通信のためには主にツリーネットワーク構造を使用するワイヤレスセンサネットワークにおける位置特定を実施する。このワイヤレスセンサネットワークは、位置特定のためには高い周波数を用い、通信のためには低い周波数を用いることにより、良好な品質の屋内通信を提供しながら位置特定の正確度を改善する。本設計のワイヤレスセンサネットワークは、壁及び屋内の障害物の検出を改善し、したがって、壁及び障害物の存在を推定するために信号強度及び飛行時間の両方の組み合わせを用いることにより、正確な部屋のコンテキストの推定を可能にする。本設計のワイヤレスセンサネットワークは、位置特定の正確度及びコンテキスト化を改善するために、ワイヤレス位置特定と併せて画像検出、磁気検出(magneto−metric detection)、及び照明検出などの他のセンサ方式を利用する。   Embodiments of the present invention provide a system, apparatus, and method for location detection in an indoor environment. Specifically, the system, apparatus, and method have wireless mesh that primarily uses a tree network structure for communication, with intermittent mesh-based features for path length estimation when localization is required. Perform location in the sensor network. The wireless sensor network improves location accuracy while providing good quality indoor communications by using high frequencies for location and using low frequencies for communications. The wireless sensor network of this design improves the detection of walls and indoor obstacles, and thus uses a combination of both signal strength and time of flight to estimate the presence of walls and obstacles. Allows estimation of the context of. The wireless sensor network of this design uses other sensor schemes such as image detection, magneto-metric detection, and illumination detection in conjunction with wireless localization to improve localization accuracy and contextualization. Use.

本設計のワイヤレスセンサネットワークは、位置のつなぎ合わせ推定(tethered estimation)を可能にするために、経路長検出のための1又はそれ以上のノードとして、電気幹線によって給電される機器などの静止物体を利用する。本設計のワイヤレスセンサネットワークは、位置の変化を検出するために定期的な低エネルギーの信号強度による推定を用いることによって位置特定のエネルギーを節約し、位置の変化の検出時には、より高いエネルギーの完全な飛行時間ベースの三角測量ベースの推定を使用し、必要に応じてネットワークを再マッピングする。本設計のワイヤレスセンサネットワークは、チャネル品質を改善するために複数の周波数チャネルを順次的に又は一緒に用いることによって位置特定の正確度を改善し、これにより、位置推定のより高い正確度を可能にする。本設計のワイヤレスセンサネットワークは、反射した信号に起因するスプリアスな位置推定を排除又は低減するために、1又はそれ以上のノードの複数のアンテナを使用することによって達成される到来角推定を用いて位置特定の正確度を改善する。   The wireless sensor network of this design allows stationary objects such as equipment powered by electrical trunks as one or more nodes for path length detection to enable tethered estimation of position. Use. The wireless sensor network of this design saves location-specific energy by using periodic low energy signal strength estimation to detect position changes, and when detecting position changes, Use real time-of-flight triangulation-based estimation and remap the network as needed. The wireless sensor network of this design improves location accuracy by using multiple frequency channels sequentially or together to improve channel quality, thereby enabling higher accuracy of location estimation To. The wireless sensor network of this design uses angle of arrival estimation achieved by using multiple antennas at one or more nodes to eliminate or reduce spurious location estimation due to reflected signals. Improve location accuracy.

ツリー状のワイヤレスセンサネットワークは、無線信号受信機能に関連する電力要求が低いため、多くの用途にとって魅力的である。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号に説明されており、また、これらの全体は、参照により本明細書に組み込まれる。   Tree-like wireless sensor networks are attractive for many applications because of the low power requirements associated with radio signal reception capabilities. Exemplary tree-like network architectures include US patent application 14 / 607,045 filed January 29, 2015, US patent application 14 / 607,047 filed January 29, 2015. US patent application Ser. No. 14 / 607,048 filed Jan. 29, 2015, and US Patent Application No. 14 / 607,050 filed Jan. 29, 2015, and , All of which are incorporated herein by reference.

使用されることが多い別のタイプのワイヤレスネットワークは、メッシュネットワークである。このネットワークでは、1又はそれ以上の隣接するものの間で通信が行われ、そのとき、情報は、マルチホップアーキテクチャを用いてネットワークに沿って渡され得る。これは、情報がより短い距離にわたって送信されるため、送信電力要求を低くするために使用され得る。一方、マルチホップ通信方式を可能にするために受信無線機を頻繁にオンにする必要があるため、受信無線電力要求は高くなり得る。   Another type of wireless network that is often used is a mesh network. In this network, communication occurs between one or more neighbors, when information can be passed along the network using a multi-hop architecture. This can be used to lower transmit power requirements because information is transmitted over shorter distances. On the other hand, the receiving radio power requirement can be high because the receiving radio needs to be frequently turned on to enable a multi-hop communication scheme.

ワイヤレスネットワーク内のノード間の飛行時間信号の使用に基づいて、信号伝搬の速度が比較的一定であるという事実を利用することで、ワイヤレスネットワーク内の個々のノード対間の距離を推定することが可能である。本ネットワークアーキテクチャの実施形態は、複数対の経路長を測定し、三角測量を実行し、次に、3次元空間内の個々のノードの相対位置を推定することを可能にする。   Based on the use of time-of-flight signals between nodes in a wireless network, the distance between individual node pairs in the wireless network can be estimated by taking advantage of the fact that the speed of signal propagation is relatively constant. Is possible. Embodiments of the present network architecture make it possible to measure multiple pairs of path lengths, perform triangulation, and then estimate the relative position of individual nodes in 3D space.

図1は、一実施形態に係るワイヤレスノードの例示的なシステムを示す。この例示的システム100は、ワイヤレスノード110〜116を含む。   FIG. 1 illustrates an exemplary system of wireless nodes according to one embodiment. The exemplary system 100 includes wireless nodes 110-116.

ノードは、通信120〜130によって(例えば、ノード識別情報、センサデータ、ノードステータス情報、同期情報、位置特定情報、ワイヤレスセンサネットワークに関する他の同様の情報、飛行時間(TOF)通信など)を双方向に通信する。飛行時間測定の使用に基づいて、個々のノード対間の経路長を推定することができる。例えば、ノード110と111との間の個別の飛行時間測定は、知られる時間にノード110からノード111に信号を送信することによって達成することができる。ノード111は、信号を受信し、通信120の信号の受信に関するタイムスタンプを記録し、次に、例えば、戻り信号を、この戻り信号の送信に関するタイムスタンプと共にAに送信し返すことができる。ノード110は、信号を受信し、受信に関するタイムスタンプを記録する。これらの2つの送信タイムスタンプ及び受信タイムスタンプに基づいて、ノード110とノード111との間の平均飛行時間を推定することができる。このプロセスは、精度を改善し、特定の周波数の低いチャネル品質による劣化を排除又は低減するために、複数の周波数で複数回にわたり繰り返すことができる。様々なノード対に対してこのプロセスを繰り返すことによって、1組の経路長を推定することができる。例えば、図1では、経路長は、TOF 150〜160である。次に、幾何モデルを用いることによって、個々のノードの相対位置を、三角測量のようなプロセスに基づいて推定することができる。   Nodes communicate bi-directionally via communications 120-130 (eg, node identification information, sensor data, node status information, synchronization information, location information, other similar information regarding wireless sensor networks, time of flight (TOF) communications, etc.) To communicate. Based on the use of time-of-flight measurements, the path length between individual node pairs can be estimated. For example, individual time-of-flight measurements between nodes 110 and 111 can be achieved by sending signals from node 110 to node 111 at known times. Node 111 may receive the signal, record a time stamp related to the reception of the signal of communication 120, and then send, for example, a return signal back to A along with a time stamp related to the transmission of the return signal. Node 110 receives the signal and records a time stamp for the reception. Based on these two transmission timestamps and reception timestamps, an average flight time between node 110 and node 111 can be estimated. This process can be repeated multiple times at multiple frequencies to improve accuracy and eliminate or reduce degradation due to low channel quality at a particular frequency. By repeating this process for various node pairs, a set of path lengths can be estimated. For example, in FIG. 1, the path length is TOF 150-160. Then, by using a geometric model, the relative position of individual nodes can be estimated based on a process such as triangulation.

この三角測量プロセスは、任意のノードとハブとの間の経路長しか測定できないことから、ツリー状ネットワークでは実行不可能である。そのため、これは、ツリーネットワークの位置特定能力を制限する。位置特定を可能にしながらツリーネットワークのエネルギー上の利点を維持するために、本発明の一実施形態では、通信用のツリーネットワークと、位置特定用のメッシュ状ネットワーク機能とを組み合わせる。メッシュ状ネットワーク機能を用いて位置特定を完了したら、ネットワークは、ツリー状の通信に再び切り替わり、ノードとハブと間の飛行時間のみが定期的に測定される。これらの飛行時間が比較的一定に保たれていれば、ネットワークは、ノードは移動していないとみなし、メッシュベースの位置特定の再実行を試行するエネルギーを浪費しない。一方、ツリーネットワーク内の経路長の変化が検出されると、ネットワークは、メッシュベースのシステムに切り替わり、ネットワーク内の各ノードの位置を測定するために再び三角測量を行う。   This triangulation process cannot be performed in a tree-like network because it can only measure the path length between any node and hub. This therefore limits the location capabilities of the tree network. In order to maintain the energy benefits of a tree network while enabling location, one embodiment of the present invention combines a tree network for communication with a mesh network function for location. Once the location is completed using the mesh network function, the network switches back to tree-like communication and only the time of flight between the node and the hub is periodically measured. If these flight times are kept relatively constant, the network considers the node not moving and does not waste energy trying to re-execute mesh-based localization. On the other hand, if a change in path length in the tree network is detected, the network switches to a mesh-based system and triangulates again to measure the position of each node in the network.

図2Aは、一実施形態に係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200は、標準通信(例えば、(例えば、ノード識別情報、センサ情報、ノードステータス情報、同期情報、位置特定情報、ワイヤレスセンサネットワークに関する他の同様の情報、飛行時間(TOF)通信など)用の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200は、ワイヤレス制御デバイス211を有するハブ210と、ワイヤレスデバイス221を有するセンサノード220と、ワイヤレスデバイス225を有するセンサノード224と、ワイヤレスデバイス229を有するセンサノード228と、ワイヤレスデバイス231を有するセンサノード230と、ワイヤレスデバイス233を有するセンサノード232とを含む。図示されていないその他のハブは、ハブ210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220、224、228、230、及び232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、スマート機器、スマートTVなど)と双方向に通信するように設計される。   FIG. 2A shows a system mainly having a tree network architecture capable of mesh network function according to an embodiment. The system 200 is for standard communications (eg, node identification information, sensor information, node status information, synchronization information, location information, other similar information regarding wireless sensor networks, time of flight (TOF) communications, etc.). Mainly having a tree network architecture, the system 200 includes a hub 210 having a wireless control device 211, a sensor node 220 having a wireless device 221, a sensor node 224 having a wireless device 225, and a sensor node 228 having a wireless device 229. And a sensor node 230 having a wireless device 231 and a sensor node 232 having a wireless device 233. Other hubs not shown can communicate with the hub 210 or other hubs. Each hub communicates bidirectionally with the sensor nodes 220, 224, 228, 230, and 232. The hub may also communicate with other devices (eg, client devices, mobile devices, tablet devices, computing devices, smart appliances). , Smart TV, etc.) designed to communicate bi-directionally.

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しか行わず、別のハブ又はノードとのダウンストリーム通信を行わない場合、終端ノードである。各ワイヤレスデバイスは、ハブ又は他のセンサノードとの双方向通信を可能にする送信機及び受信機(又はトランシーバ)を有するRF回路を含む。   A sensor node is a terminal node when it performs only upstream communication with a higher-level hub or node and does not perform downstream communication with another hub or node. Each wireless device includes an RF circuit having a transmitter and receiver (or transceiver) that allows bi-directional communication with a hub or other sensor node.

一実施形態では、ハブ210は、ノード220、224、228、230、及び232と通信する。これらの通信は、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャの双方向通信240〜244を含む。ワイヤレス制御デバイス7211を有するハブは、ワイヤレス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他のハブに通信を送信し、他のハブから通信を受信するように構成される。   In one embodiment, hub 210 communicates with nodes 220, 224, 228, 230, and 232. These communications include wireless asymmetric network architecture two-way communications 240-244. A hub having a wireless control device 7211 is configured to send communications to and receive communications from other hubs to control and monitor the wireless asymmetric network architecture.

図2Bは、一実施形態に係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、閾値基準(例えば、少なくとも1つのノードの特定距離の移動、ノードとハブとの間の経路長の特定距離の変化)のトリガに基づいてハブ及びセンサノードの位置を測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する。システム250は、図2Aのハブ210並びにノード220、224、228、230、及び232など、同様の構成要素を含む。ハブ210はワイヤレスデバイス211を含み、センサノード220はワイヤレスデバイス221を含み、センサノード224はワイヤレスデバイス225を含み、センサノード228はワイヤレスデバイス229を含み、センサノード230はワイヤレスデバイス231を含み、センサノード232はワイヤレスデバイス233を含む。図示されていないその他のハブは、ハブ210又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220、224、228、230、及び232と双方向に通信する。   FIG. 2B shows a system mainly having a tree network architecture capable of mesh network function according to an embodiment. The system 250 is for measuring hub and sensor node positions based on triggers of threshold criteria (eg, movement of a specific distance of at least one node, change of a specific distance of a path length between the node and the hub). Establish a mesh network architecture. System 250 includes similar components, such as hub 210 and nodes 220, 224, 228, 230, and 232 of FIG. 2A. Hub 210 includes wireless device 211, sensor node 220 includes wireless device 221, sensor node 224 includes wireless device 225, sensor node 228 includes wireless device 229, sensor node 230 includes wireless device 231, and sensor Node 232 includes a wireless device 233. Other hubs not shown can communicate with hub 210 or other hubs. Hub 210 communicates bidirectionally with sensor nodes 220, 224, 228, 230, and 232.

一実施形態では、ハブ210は、ノード220、224、228、230、及び232と通信する。これらの通信は、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャの双方向通信240〜244を含む。センサノードは、ハブ及びセンサノードの位置を測定するためのメッシュ状の機能を提供するために通信261〜266に基づいて互いに双方向に通信する。   In one embodiment, hub 210 communicates with nodes 220, 224, 228, 230, and 232. These communications include wireless asymmetric network architecture two-way communications 240-244. The sensor nodes communicate bi-directionally with each other based on communications 261-266 to provide a mesh-like function for measuring the position of the hub and sensor nodes.

飛行時間の推定は、いくつかの方法で実施することができる。第1の実施形態では、送信信号及び受信信号のゼロ交差が、飛行時間を推定するために使用される。図3は、一実施形態に係る、飛行時間を推定するための、ノード間の送信信号及び受信信号を示す。このシステムでは、位置の精度は、信号の周波数によって制限される。より高い周波数は、ゼロ交差のより細かい時間粒度を提供し、これにより飛行時間のより正確な推定を可能にする。図3に示す送信信号及び受信信号に関して、ノード110は、時点t_T110(このタイミング情報は、例えば、パケット自体に符号化されてもよい)にノード110の送信(TX)信号を送信する。ノード111は、時点t_R111にノード111の受信(RX)信号を受信する。このトランザクションの飛行時間(TOF)310は、t_R111引くt_T110である。   Time of flight estimation can be performed in several ways. In the first embodiment, the zero crossings of the transmitted and received signals are used to estimate the time of flight. FIG. 3 shows a transmission signal and a reception signal between nodes for estimating a flight time according to an embodiment. In this system, the position accuracy is limited by the frequency of the signal. A higher frequency provides a finer time granularity of zero crossings, thereby allowing a more accurate estimation of time of flight. With respect to the transmit and receive signals shown in FIG. 3, node 110 transmits the transmit (TX) signal of node 110 at time t_T110 (this timing information may be encoded, for example, in the packet itself). The node 111 receives the reception (RX) signal of the node 111 at time t_R111. The time of flight (TOF) 310 of this transaction is t_R111 minus t_T110.

次に、ノード111は、内部動作(例えば、飛行時間を計算してこれを返信パケットに符号化する動作及び予想される送信時点t_T111を符号化する動作など)を実行し、時点t_T111に返信(ノード111 TX)を送信する。これは、時点t_R111にノード110で受信される。したがって、飛行時間(TOF)330は、時点t_R110引く時点t_T111である。応答時間320は、r_T111からt_R111を引いた時間である。次に、平均飛行時間が、双方向送信に基づいて計算される。ノード110及び111の個々のクロックは同期していない場合があるため、双方向送信の使用は、クロック同期を必要とすることなく飛行時間の推定を可能にする。   Next, the node 111 performs an internal operation (for example, an operation for calculating a flight time and encoding this in a return packet and an operation for encoding an expected transmission time t_T111), and responding to the time t_T111 ( Node 111 TX). This is received at node 110 at time t_R111. Accordingly, the time-of-flight (TOF) 330 is the time point t_R110 minus the time point t_T111. The response time 320 is a time obtained by subtracting t_R111 from r_T111. Next, the average flight time is calculated based on the bidirectional transmission. Since the individual clocks of nodes 110 and 111 may not be synchronized, the use of bi-directional transmission allows estimation of time of flight without requiring clock synchronization.

一例では、t_T110の時点及びt_R110の時点は、ノード110で測定される。t_T111の時点及びt_R111の時点は、ノード111で測定される。平均飛行時間(TOF)=((t_R110−t_T110)−(t_T111−t_R111))/2である。   In one example, the time t_T 110 and the time t_R 110 are measured at the node 110. The time point t_T111 and the time point t_R111 are measured by the node 111. Average time of flight (TOF) = ((t_R110−t_T110) − (t_T111−t_R111)) / 2.

推定の精度が、使用される無線のサンプリング帯域幅によっても制限されることに留意されたい。使用される無線のクロック周波数(したがって、関連するサンプリング帯域幅)に基づく推定の精度が不十分である場合、より高い有効精度を得るために相関器を使用することができる。このような実施形態では、サンプリングレートがタイミング測定の正確度を制限するという事実にもかかわらず、相関演算を用いてピーク位置の補間が実行され、実際の有効到来時間が求められる。これは、複数の測定を行うことによって行われる。   Note that the accuracy of the estimation is also limited by the radio sampling bandwidth used. If the accuracy of the estimation based on the radio clock frequency used (and therefore the associated sampling bandwidth) is insufficient, a correlator can be used to obtain a higher effective accuracy. In such an embodiment, despite the fact that the sampling rate limits the accuracy of the timing measurement, peak position interpolation is performed using correlation operations to determine the actual effective arrival time. This is done by making multiple measurements.

屋内環境では、ツリーネットワーク内の通信のために高周波を使用することは、実際の環境で高周波に生じる減衰が増大することから問題となり得る。これは、消費電力を最小限に抑えるために望ましくない場合があるより高い電力の送信機の使用を必要とする。   In indoor environments, the use of high frequencies for communication within a tree network can be problematic because of the increased attenuation that occurs in high frequencies in the actual environment. This requires the use of a higher power transmitter that may be undesirable to minimize power consumption.

したがって、本発明の一実施形態では、通信は、ツリー状ネットワークを用いてより低い周波数(例えば、900MHz又は2.4GHz)で行われ、一方、位置特定は、メッシュネットワークを用いてより高い周波数(例えば、5GHz以上)で行われる。   Thus, in one embodiment of the present invention, communication occurs at a lower frequency (eg, 900 MHz or 2.4 GHz) using a tree-like network, while location is determined using a mesh network at a higher frequency ( For example, it is performed at 5 GHz or more.

図4は、一実施形態に係る、ツリーネットワークアーキテクチャ及びメッシュネットワークアーキテクチャを有することができるシステムを示す。測距動作又は位置特定動作を伴わない通信動作中、ツリーネットワークアーキテクチャ400は、ハブ410及びセンサノード420〜422を含む。ハブは、双方向通信440〜442に基づいてセンサノードと通信する。一例では、各ノードの無線(例えば、900MHzの無線、5GHzの無線)は、データを送受信するために使用される。ツリーネットワークアーキテクチャ400の使用はより長い距離の送信を伴うにもかかわらず、900MHzで生じるより低い減衰により、送信中の総消費電力の低減が可能である。900MHz送信は、粗い飛行時間又は信号強度の推定に使用されてもよく、また、図2A及び図2Bを参照して述べた再マッピングをトリガするために使用されてもよい。   FIG. 4 illustrates a system that can have a tree network architecture and a mesh network architecture, according to one embodiment. During communication operations that do not involve ranging or locating operations, the tree network architecture 400 includes a hub 410 and sensor nodes 420-422. The hub communicates with the sensor node based on bidirectional communication 440-442. In one example, the radio of each node (eg, 900 MHz radio, 5 GHz radio) is used to transmit and receive data. Despite the use of tree network architecture 400 with longer distance transmissions, the lower attenuation that occurs at 900 MHz allows for a reduction in total power consumption during transmission. The 900 MHz transmission may be used for coarse time-of-flight or signal strength estimation, and may be used to trigger the remapping described with reference to FIGS. 2A and 2B.

代替実施形態では、より高い周波数の無線(例えば、5GHzの無線)が、ツリーネットワークアーキテクチャ内のハブとノードとの間のより高い精度の飛行時間による推定を行うために定期的に使用されてもよい。これは、例えば、両方向のより高い周波数の無線(例えば、5GHz)として、又はハブからノードまではより高い周波数の無線(例えば、5GHz)及びノードからハブまでは900MHzとして実施されてもよい。ハブは、電気幹線に接続されていることから多くの利用可能な電力を有し得るが、ノードは、バッテリで駆動されることから電力の制約があり得るため、このようなアーキテクチャを使用することにより、必要に応じて許容できる高精度の位置特定を行いながらノードのバッテリ消費を低減することができる。   In alternative embodiments, higher frequency radios (eg, 5 GHz radios) may be used periodically to make a more accurate time-of-flight estimation between hubs and nodes in the tree network architecture. Good. This may be implemented, for example, as a higher frequency radio in both directions (eg, 5 GHz) or higher frequency radio from the hub to the node (eg, 5 GHz) and 900 MHz from the node to the hub. Hubs can have a lot of power available because they are connected to the electrical trunk, but nodes can be power constrained because they are battery powered, so use this architecture Thus, it is possible to reduce the battery consumption of the node while performing highly accurate position specification that can be tolerated as necessary.

ノードとハブとの間の範囲の変化430に基づいて、ツリーネットワークアーキテクチャは、ノードの位置特定のために一時的にメッシュベースネットワークアーキテクチャ402として構成される。メッシュベースネットワークアーキテクチャ402は、ハブ410及びセンサノード420〜422を含む。ハブは、双方向通信440〜445に基づいてセンサノードと通信する。位置特定が完了した後、メッシュベースネットワークアーキテクチャ402は、標準通信用のツリーネットワークアーキテクチャ400として構成することができる。   Based on the range change 430 between nodes and hubs, the tree network architecture is temporarily configured as a mesh-based network architecture 402 for node location. The mesh-based network architecture 402 includes a hub 410 and sensor nodes 420-422. The hub communicates with the sensor node based on two-way communication 440-445. After the location is complete, the mesh-based network architecture 402 can be configured as a tree network architecture 400 for standard communications.

本発明の一実施形態では、ワイヤレスノード又はハブのうちの1又はそれ以上は、既知の固定位置にあってもよい。これは、好適にはハブであってもよいし、さらにはノードのうちの1又はそれ以上であってもよい。この実施形態では、ネットワークのメンバー(例えば、ハブ、ノード)のうちの1つが既知の位置にあるため、すべてのノードの相対位置を測定するために位置特定アルゴリズムが完了したら、各ノードの実際の位置を推定することができる。なぜなら、ノードのうちの1つが既知であるため、この既知の基準に対するすべての他のノードの相対位置がさらに分かるからである。   In one embodiment of the invention, one or more of the wireless nodes or hubs may be in a known fixed location. This may preferably be a hub or even one or more of the nodes. In this embodiment, since one of the network members (eg, hub, node) is in a known location, once the location algorithm is complete to measure the relative location of all nodes, the actual The position can be estimated. Because one of the nodes is known, the relative position of all other nodes with respect to this known reference is further known.

図5は、一実施形態に係る、ノードの位置を測定するためのネットワークアーキテクチャを示す。ネットワークアーキテクチャ500は、ハブ502と、ノード510〜512とを含む。ハブ502及びノード510〜512は、通信520〜525を用いて双方向に通信する。一例では、ハブ502は、既知の固定位置、例えば、既知の部屋552のコーナー550にある。代替実施形態では、ハブは、スマートサーモスタット、スマート冷蔵庫、又は当業者には明らかであろう他の同様のデバイスなどの既知の機器内に含まれてもよい。飛行時間及び三角測量は、既知のハブからの各ノードの相対距離を推定するために使用され、この相対距離は、次いで、ワイヤレスセンサネットワークの各ノードの絶対位置の推定を可能にする。   FIG. 5 illustrates a network architecture for measuring the position of a node, according to one embodiment. Network architecture 500 includes a hub 502 and nodes 510-512. Hub 502 and nodes 510-512 communicate bi-directionally using communications 520-525. In one example, the hub 502 is at a known fixed location, for example, at a corner 550 of a known room 552. In alternative embodiments, the hub may be included in a known appliance such as a smart thermostat, smart refrigerator, or other similar device that will be apparent to those skilled in the art. Time-of-flight and triangulation are used to estimate the relative distance of each node from a known hub, which in turn allows estimation of the absolute position of each node of the wireless sensor network.

飛行時間に加えて、ワイヤレス無線機間の距離に関する情報を取得する別の方法は、信号強度の測定に基づく。送信機と受信機との間にある媒質の減衰率が分かっている場合、送信信号と受信信号の強度を知ることによってノード間の離隔距離を推定することが可能である。飛行時間による推定に基づき、かつ本発明の実施形態に開示されている信号強度による推定と類似するアルゴリズを実施することもできる。   Another method for obtaining information about the distance between wireless radios in addition to time of flight is based on signal strength measurements. When the attenuation rate of the medium between the transmitter and the receiver is known, the separation distance between the nodes can be estimated by knowing the strengths of the transmission signal and the reception signal. Algorithms based on time-of-flight estimation and similar to signal strength estimation disclosed in embodiments of the present invention can also be implemented.

信号強度を用いる1つの欠点は、減衰率が信号送信経路内の物質に強く依存することである。例えば、コンクリートなどの壁における減衰は、一般的に空気中の減衰よりも高い。   One disadvantage of using signal strength is that the attenuation factor is strongly dependent on the material in the signal transmission path. For example, the attenuation in walls such as concrete is generally higher than in air.

したがって、一般に、距離推定には、信号強度よりも飛行時間を使用することが望ましい。なぜなら、飛行時間は、壁などの存在とは無関係な、よりロバストな、距離推定の方法を提供するからである。一方、飛行時間は、多経路問題に弱い。例えば、2つの無線機間の直進経路が(例えば、減衰の大きい壁によって)大部分遮断されてはいるが、2つの無線機間の軸線から外れて経路が存在する場合、反射した信号が、直進経路信号の代わりに受信無線機に到達することがあり得る。この場合、推定距離は、反射に伴って飛行時間が長くなるためより長くなる。このより長い飛行時間は、三角測量に使用されると、間違ったノードマップをもたらし得る。本発明の一実施形態では、信号強度と飛行時間の両方が、距離推定に使用される。   Therefore, it is generally desirable to use time of flight rather than signal strength for distance estimation. This is because flight time provides a more robust method of distance estimation that is independent of the presence of walls and the like. On the other hand, flight time is vulnerable to multipath problems. For example, if the straight path between two radios is largely blocked (eg, by a highly attenuated wall) but there is a path off the axis between the two radios, the reflected signal It is possible to reach the receiving radio instead of a straight path signal. In this case, the estimated distance becomes longer because the flight time becomes longer with reflection. This longer flight time can lead to an incorrect node map when used for triangulation. In one embodiment of the invention, both signal strength and time of flight are used for distance estimation.

図6は、一実施形態に係る、物体(例えば、壁、床など)を確認するためのネットワークアーキテクチャを示す。ネットワークアーキテクチャ600は、ハブ602及びセンサノード610を含む。ハブは、ハブからセンサまでの距離を推定するための飛行時間情報を決定するためのTOF信号640を送信する。信号強度情報は、ハブとノードとの間で送信される標準通信から決定することができる。信号強度領域650は、物体620(例えば、壁)に起因して信号強度がどのように著しく減衰するかを示す。飛行時間情報が、信号強度情報に比べて大幅に短い距離(例えば、少なくとも10%短い距離、少なくとも20%短い距離、10〜30%短い距離、10〜50%短い距離など)を示す場合、これは、図6に示すように、減衰要素又は物体が信号経路内に壁などの存在することを示す。したがって、信号強度及び飛行時間のパラメータの両方の使用は、壁などの物体の確認を可能にし、位置特定を改善することができる。   FIG. 6 illustrates a network architecture for identifying objects (eg, walls, floors, etc.), according to one embodiment. Network architecture 600 includes a hub 602 and a sensor node 610. The hub transmits a TOF signal 640 to determine time-of-flight information for estimating the distance from the hub to the sensor. The signal strength information can be determined from standard communications transmitted between the hub and the node. Signal strength region 650 shows how signal strength is significantly attenuated due to object 620 (eg, a wall). If the time-of-flight information indicates a significantly shorter distance than the signal strength information (eg, at least 10% shorter distance, at least 20% shorter distance, 10-30% shorter distance, 10-50% shorter distance, etc.) Indicates that an attenuation element or object is present in the signal path, such as a wall, as shown in FIG. Thus, the use of both signal strength and time-of-flight parameters can allow for the identification of objects such as walls and improve localization.

図7は、一実施形態に係る、物体(例えば、壁、床など)を確認するためのネットワークアーキテクチャを示す。ネットワークアーキテクチャ700は、ハブ702及びセンサノード710を含む。ハブは、ハブからセンサまでの距離を推定するための飛行時間情報を決定するためのTOF信号740を送信する。信号強度情報は、ハブとノードとの間で送信される標準通信から決定する又は抽出することができる。信号強度領域750は、物体720(例えば、壁)に起因して信号強度がどのようにわずかに減衰するかを示す。飛行時間情報が、信号強度から推定された距離に比べて大幅に長い、ノード間(ハブとノードとの間)の距離(例えば、少なくとも10%長い距離、少なくとも20%長い距離など)を示す場合、これは、主TOF信号740のタイミングを紛らわす反射(例えば、反射信号742)が存在することを示し得る。   FIG. 7 illustrates a network architecture for identifying objects (eg, walls, floors, etc.), according to one embodiment. Network architecture 700 includes a hub 702 and a sensor node 710. The hub transmits a TOF signal 740 to determine time-of-flight information for estimating the distance from the hub to the sensor. The signal strength information can be determined or extracted from standard communications transmitted between the hub and the node. The signal strength region 750 shows how the signal strength is slightly attenuated due to the object 720 (eg, a wall). The time-of-flight information indicates a distance between nodes (between the hub and the node) that is significantly longer than the distance estimated from the signal strength (for example, at least 10% longer distance, at least 20% longer distance, etc.) This may indicate that there is a reflection (eg, reflected signal 742) that misleads the timing of the main TOF signal 740.

このように、これらの測定技術の両方を使用することにより、位置特定の質及び精度が大幅に向上し得る。   Thus, using both of these measurement techniques, the quality and accuracy of localization can be greatly improved.

信号強度測定と飛行時間を組み合わせることにより、省電力が可能になる。本発明の一実施形態では、飛行時間及び信号強度の測定の少なくとも一方を用いて位置特定及び三角測量が完了したら、ハブは、各ノードに対する信号強度を常に追跡し、逆もまた同様である。信号強度の推定は、迅速であり、飛行時間による推定ほどの量の送信データを必要としない。結果として、この技術を用いることで、消費電力を低減し、確認されたロバストな一時的でない信号強度の変化をハブが検出したときにのみ位置推定を再トリガすることが可能となる。   By combining signal strength measurement and time of flight, it is possible to save power. In one embodiment of the present invention, once localization and triangulation are completed using at least one of time-of-flight and / or signal strength measurements, the hub always tracks the signal strength for each node, and vice versa. The estimation of signal strength is quick and does not require as much transmission data as estimated by time of flight. As a result, using this technique, it is possible to reduce power consumption and re-trigger position estimation only when the hub detects a confirmed robust non-temporary signal strength change.

図8は、一実施形態に係る、信号強度の変化の検出時にノードの位置推定をトリガするための方法を示す。方法800の動作は、ワイヤレスデバイス、ハブ(例えば、装置)のワイヤレス制御デバイス、又は処理回路もしくは処理ロジックを含むシステムによって実行されてもよい。処理ロジックは、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又は専用マシンもしくは専用デバイス上で実行されるものなど)、又はこれら両方の組み合わせを含んでもよい。一実施形態では、ハブが、方法800の動作を実行する。   FIG. 8 illustrates a method for triggering node location estimation upon detection of a change in signal strength, according to one embodiment. The operations of method 800 may be performed by a wireless device, a wireless control device of a hub (eg, an apparatus), or a system that includes processing circuitry or processing logic. The processing logic may include hardware (circuitry, dedicated logic, etc.), software (such as is run on a general purpose computer system or a dedicated machine or device), or a combination of both. In one embodiment, the hub performs the operations of method 800.

動作801において、無線周波数(RF)回路及び少なくとも1つのアンテナを有するハブは、ワイヤレスネットワークアーキテクチャ(例えば、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャ)内の複数のセンサノードに通信を送信する。動作802において、ハブのRF回路及び少なくとも1つのアンテナは、複数のセンサノードであって、それぞれが、ワイヤレスネットワークアーキテクチャ内のハブのRF回路との双方向通信を可能にする送信機及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを有する複数のセンサノードからの通信を受信する。動作803において、ワイヤレス制御デバイスを有するハブの処理ロジックは、最初に、ある期間(例えば、所定の期間、位置特定に十分な期間など)の間、センサノードのワイヤレスネットワークをメッシュベースネットワークアーキテクチャとして構成する。動作804において、ハブの処理ロジックは、本明細書に開示された様々な実施形態で述べた飛行時間及び信号強度の技術の少なくとも一方を用いて少なくとも2つのノード(又はすべてのノード)を位置特定することを決定する。動作806において、少なくとも2つのネットワークセンサノードの位置特定が完了したら、ハブの処理ロジックは、飛行時間測定が行われていれば飛行時間測定を終了し、少なくとも2つのノードとの通信の信号強度を監視し続ける。同様に、少なくとも2つのノードは、ハブとの通信の信号強度を監視してもよい。動作808において、ハブの処理ロジックは、位置特定の完了時に、ツリーベースもしくはツリー状のネットワークアーキテクチャ(又はメッシュベースの特徴を有さないツリーアーキテクチャ)でワイヤレスネットワークを構成する。動作810において、ハブの処理ロジックは、信号強度の持続する変化が生じたかどうかを示す情報をセンサノードのうちの少なくとも1つから受信することができる。次に、動作812において、ハブの処理ロジックは、特定のノードに対する信号強度の持続する変化があったかどうかを(それ自体で、又はセンサノードのうちの少なくとも1つから受信した情報に基づいて)決定する。そうである場合、本方法は、動作802に戻り、ハブの処理ロジックは、ある期間の間ネットワークをメッシュベースネットワークアーキテクチャとして構成し、動作804で、本明細書に開示された飛行時間及び信号強度の技術の少なくとも一方(例えば、飛行時間及び信号強度の技術)を用いる位置特定を再トリガする。そうではなく、特定のノードに対する信号強度に持続する変化がない場合、本方法は、動作808に戻り、ネットワークは、ツリーベースもしくはツリー状のネットワークアーキテクチャ(又はメッシュベースの特徴を有さないツリーアーキテクチャ)を有し続ける。   In operation 801, a hub having a radio frequency (RF) circuit and at least one antenna transmits communication to a plurality of sensor nodes in a wireless network architecture (eg, a wireless asymmetric network architecture). In operation 802, the RF circuit of the hub and the at least one antenna are a plurality of sensor nodes, each having a transmitter and a receiver that enable bidirectional communication with the RF circuit of the hub in the wireless network architecture. Receive communications from a plurality of sensor nodes having wireless devices with them. In operation 803, the processing logic of the hub with the wireless control device initially configures the sensor node's wireless network as a mesh-based network architecture for a period of time (eg, a predetermined period, a period sufficient for location, etc.). To do. In operation 804, the hub processing logic locates at least two nodes (or all nodes) using at least one of the time-of-flight and signal strength techniques described in the various embodiments disclosed herein. Decide what to do. In operation 806, upon locating at least two network sensor nodes, the hub processing logic terminates the time-of-flight measurement if a time-of-flight measurement has been performed and determines the signal strength of communication with the at least two nodes. Keep monitoring. Similarly, at least two nodes may monitor the signal strength of communication with the hub. In operation 808, the hub processing logic configures the wireless network with a tree-based or tree-like network architecture (or tree architecture without mesh-based features) upon location completion. In operation 810, the hub processing logic may receive information from at least one of the sensor nodes indicating whether a sustained change in signal strength has occurred. Next, in operation 812, the hub processing logic determines whether there has been a persistent change in signal strength for a particular node (by itself or based on information received from at least one of the sensor nodes). To do. If so, the method returns to operation 802, where the hub processing logic configures the network as a mesh-based network architecture for a period of time, and in operation 804, the time of flight and signal strength disclosed herein. Re-trigger location using at least one of the techniques (eg, time-of-flight and signal strength techniques). Otherwise, if there is no persistent change in signal strength for a particular node, the method returns to operation 808 and the network is either a tree-based or tree-like network architecture (or a tree architecture without mesh-based features). ).

ワイヤレスベースの位置特定の問題の1つは、チャネル品質の劣化又は変動が位置特定の正確度及び精度に影響を及ぼし得ることである。これらの乱れの多くは、狭帯域送信に影響を及ぼす。したがって、本発明の一実施形態では、上述の位置特定技術は、特定の周波数帯域の複数のチャネルを順次用いて測定し、これにより、測定の帯域幅を効果的に増加させ、測定の正確度及び精度を改善する。本発明の別の実施形態では、位置特定の間、これらの技術は、特定の周波数帯域の1つより多くのチャネルを占有することによって一時的により広い帯域幅を用いて実施される。本発明のさらに別の実施形態では、位置特定は、超広帯域送信を用いて実行される。これらの様々な実施形態を図9〜図11に示す。   One of the problems with wireless-based location is that channel quality degradation or fluctuations can affect location accuracy and precision. Many of these disturbances affect narrowband transmission. Therefore, in one embodiment of the present invention, the position location technique described above measures using a plurality of channels in a specific frequency band in sequence, thereby effectively increasing the measurement bandwidth and measuring accuracy. And improve accuracy. In another embodiment of the present invention, during localization, these techniques are implemented with a temporarily wider bandwidth by occupying more than one channel in a particular frequency band. In yet another embodiment of the invention, the localization is performed using ultra wideband transmission. These various embodiments are shown in FIGS.

図9Aは、一実施形態に係る、チャネルステッピングを用いる、ノードの位置特定に関する図900を示す。図900は、横軸上の時間に対して縦軸上の、周波数チャネル971〜974を有する周波数帯域950を示す。本明細書で述べた位置特定技術(例えば、飛行時間、信号強度)は、利用可能な周波数帯域950内の様々なチャネル(例えば、971〜973)のステッピングによって実行される。この手法の利点は、狭帯域無線(例えば、RF回路のハブ無線、RF回路のセンサノード無線)を使用して、広帯域の位置特定を効果的に達成できることである。この手法を利用するには、この測定の全期間にわたって、制御された時間ベースを維持する必要がある。   FIG. 9A shows a diagram 900 for node location using channel stepping, according to one embodiment. Diagram 900 shows a frequency band 950 having frequency channels 971-974 on the vertical axis versus time on the horizontal axis. The localization techniques described herein (eg, time of flight, signal strength) are performed by stepping various channels (eg, 971-973) within the available frequency band 950. The advantage of this approach is that narrowband radios (e.g., RF circuit hub radios, RF circuit sensor node radios) can be used to effectively achieve broadband localization. To take advantage of this approach, it is necessary to maintain a controlled time base throughout the duration of this measurement.

図9Bは、別の実施形態に係る、チャネルの重ね合わせを用いる、ノードの位置特定に関する図972を示す。図972は、横軸上の、時間スロット991〜994を有する時間に対して垂直上の、周波数チャネル981〜984を有する周波数帯域980を示す。本明細書で述べた位置特定技術(例えば、飛行時間、信号強度)は、利用可能な周波数帯域980内の様々なチャネル(例えば、981〜984)のステッピングによって実行される。この手法の利点は、狭帯域無線(例えば、RF回路のハブ無線、RF回路のセンサノード無線)を使用して、広帯域の位置特定を効果的に達成できることである。このシステムでは、任意のある推定に使用されるチャネルの周波数が、チャネル重複領域998で重ね合わされる。チャネルを重ね合わせることによって、測定手続き全体にわたる時間同期の要求を緩和することができる。これは、各重複領域に位相関係を確立することができるためである。これは、例えば、別の実施形態に係る図9Cの図974に示すような非順次的なチャネル選択を可能にするという利点を提供する。図974は、横軸上の、時間スロット991〜996を有する時間に対して垂直上の、周波数チャネル981〜984を有する周波数帯域980を示す。非順次的なチャネル選択の一例として、周波数チャネル982及び983の重ね合わせが最初に決定され、その後に周波数チャネル981及び982の重ね合わせが続き、その次に周波数チャネル983及び984の重ね合わせが続いてもよい。チャネルは、チャネル重複領域999において重ね合わされる。代替実施形態では、TOF測定の時間の間隔もあけることができる。   FIG. 9B shows a diagram 972 for node location using channel superposition according to another embodiment. FIG. 972 shows a frequency band 980 with frequency channels 981-984 on the horizontal axis, perpendicular to time with time slots 991-994. The localization techniques described herein (eg, time of flight, signal strength) are performed by stepping various channels (eg, 981-984) within the available frequency band 980. The advantage of this approach is that narrowband radios (e.g., RF circuit hub radios, RF circuit sensor node radios) can be used to effectively achieve broadband localization. In this system, the frequency of the channel used for any given estimation is superimposed in the channel overlap region 998. By overlapping the channels, the time synchronization requirements throughout the measurement procedure can be relaxed. This is because a phase relationship can be established in each overlapping region. This provides the advantage of allowing non-sequential channel selection as shown, for example, in FIG. 974 of FIG. 9C according to another embodiment. FIG. 974 shows a frequency band 980 with frequency channels 981-984, on the horizontal axis, perpendicular to the time with time slots 991-996. As an example of non-sequential channel selection, the superposition of frequency channels 982 and 983 is first determined, followed by superposition of frequency channels 981 and 982, followed by superposition of frequency channels 983 and 984. May be. The channels are superimposed in the channel overlap region 999. In an alternative embodiment, the time interval between TOF measurements can also be increased.

一例では、時間領域相関が、TOF計算のために実行される。別の例では、周波数領域から飛行遅延を抽出するために、周波数領域計算が実行される。受信ノードは、受信信号に対する高速フーリエ変換(FFT)を求め、次に、これを周波数範囲にわたって理想的なパイロットトーンのFFTで除算することに基づいて、振幅及び位相を含む、チャネルの周波数領域表現を求めてもよい。最小二乗推定、最尤推定、及び当業者には明らかであろう他の同様の技術などの、チャネル推定の代替方法もまた使用されてもよい。次に、異なる飛行経路のベクトルを、チャネルの周波数領域表現から決定することができる。一例では、異なる飛行経路のベクトルを決定するために、マトリックスペンシル法が使用される。さらに別の実施形態では、チャネル推定から経路長を決定するために、逆FFTを使用してもよい。遅延が最も短い飛行経路は、見通し線の飛行経路である可能性が高く、一方、より長い遅延は、反射飛行経路に対応する可能性が高い。複数の周波数チャネルを重ね合わせて、より正確なTOF推定を実現するより広い帯域幅のチャネルを生成することができる。   In one example, time domain correlation is performed for TOF calculations. In another example, a frequency domain calculation is performed to extract the flight delay from the frequency domain. The receiving node obtains a Fast Fourier Transform (FFT) on the received signal and then divides this by the FFT of the ideal pilot tone over the frequency range, based on the frequency domain representation of the channel, including amplitude and phase You may ask for. Alternative methods of channel estimation may also be used, such as least squares estimation, maximum likelihood estimation, and other similar techniques that will be apparent to those skilled in the art. The different flight path vectors can then be determined from the frequency domain representation of the channel. In one example, a matrix pencil method is used to determine vectors for different flight paths. In yet another embodiment, an inverse FFT may be used to determine the path length from the channel estimate. The flight path with the shortest delay is likely to be the line-of-sight flight path, while the longer delay is likely to correspond to the reflection flight path. Multiple frequency channels can be superimposed to generate a wider bandwidth channel that achieves more accurate TOF estimation.

図9Dは、別の実施形態に係る、チャネルの重ね合わせのための位相の決定に関する図910を示す。図910は、横軸上の周波数912及び縦軸上の位相914を示す。一例では、周波数チャネル981は、周波数(例えば、f1、f2、f3、f4)の帯域及び対応する位相(例えば、位相1、位相2、位相3、位相4)を有する。周波数チャネル981はまた、f1及び位相1よりも低い周波数及び位相にまで及ぶ。周波数チャネル982は、周波数(例えば、f11、f12、f13、f14)の帯域及び対応する位相(例えば、位相11、位相12、位相13、位相14)を有する。周波数チャネル982はまた、f14及び位相14よりも高い周波数及び位相にまで及ぶ。したがって、f1〜f4とf11〜f14との間に周波数の重複領域が存在する。周波数981及び982の重複領域の位相(例えば、平均位相)は、重複領域内の特定の周波数で異なる位相の差又はデルタを計算することによって決定することができる。例えば、第1のデルタ位相は、位相11と位相1の差に基づいて計算することができる。第2のデルタ位相は、位相12と位相2の差に基づいて計算することができる。第3のデルタ位相は、位相13と位相3の差に基づいて計算することができる。第4のデルタ位相は、位相14と位相4の差に基づいて計算することができる。周波数f1、f2、f3、及びf4は、それぞれ周波数f11、f12、f13、及びf14とほぼ同じ(又はまったく同じ)である。次に、第1、第2、第3、及び第4のデルタ位相の平均を計算することに基づいて、デルタ位相(例えば、平均デルタ位相)を計算することができる。次に、平均デルタ位相は、周波数チャネル982の位相をシフトするために使用される。次に、チャネル(例えば、チャネル981〜984)をさらに重ね合わせるための位相シフトを、チャネル981及び982について述べたのと同様の方法で行うことができる。   FIG. 9D shows a diagram 910 for phase determination for channel superposition according to another embodiment. FIG. 910 shows frequency 912 on the horizontal axis and phase 914 on the vertical axis. In one example, the frequency channel 981 has a band of frequencies (eg, f1, f2, f3, f4) and corresponding phases (eg, phase 1, phase 2, phase 3, phase 4). The frequency channel 981 also extends to frequencies and phases lower than f1 and phase 1. The frequency channel 982 has a band of frequencies (eg, f11, f12, f13, f14) and corresponding phases (eg, phase 11, phase 12, phase 13, phase 14). The frequency channel 982 also extends to frequencies and phases higher than f14 and phase 14. Therefore, there is a frequency overlap region between f1 to f4 and f11 to f14. The phase (eg, average phase) of the overlapping regions of frequencies 981 and 982 can be determined by calculating the phase difference or delta that differs at a particular frequency within the overlapping region. For example, the first delta phase can be calculated based on the difference between phase 11 and phase 1. The second delta phase can be calculated based on the difference between phase 12 and phase 2. The third delta phase can be calculated based on the difference between phase 13 and phase 3. The fourth delta phase can be calculated based on the difference between phase 14 and phase 4. The frequencies f1, f2, f3, and f4 are substantially the same (or exactly the same) as the frequencies f11, f12, f13, and f14, respectively. A delta phase (eg, average delta phase) can then be calculated based on calculating an average of the first, second, third, and fourth delta phases. The average delta phase is then used to shift the phase of the frequency channel 982. A phase shift to further superimpose the channels (eg, channels 981-984) can then be performed in the same manner as described for channels 981 and 982.

図10は、一実施形態に係る、複数のチャネルの同時使用による、ノードの位置特定に関する図1000を示す。図1000は、横軸上の時間1020に対して周波数1010の縦軸上の、複数のチャネルを有するマルチチャネル広周波数帯域領域1030を示す。本明細書で述べた位置特定技術(例えば、飛行時間、信号強度)は、位置特定のために特定の周波数帯域の複数のチャネルを一時的に占有することによって実行される。これにより、長期間にわたる複数のチャネルのスキャンを必要としない、広帯域位置特定の利点が実現される。この位置特定は、ワイヤレスネットワークがメッシュベースネットワークアーキテクチャとして構成されている間に行うことができる。位置特定が完了したら、ワイヤレスネットワークをツリー状又はツリーベースのネットワークアーキテクチャとして構成する一方で、少なくとも1つのハブ及び複数のノードのRF回路の無線は、標準通信のために個々の周波数チャネル(例えば、単一チャネル1040)を使用するように再び切り替えることができる。   FIG. 10 shows a diagram 1000 for node location with simultaneous use of multiple channels, according to one embodiment. FIG. 1000 shows a multi-channel wide frequency band region 1030 having multiple channels on the vertical axis of frequency 1010 versus time 1020 on the horizontal axis. The location techniques described herein (eg, time of flight, signal strength) are implemented by temporarily occupying multiple channels in a particular frequency band for location. This provides the advantage of broadband localization that does not require scanning multiple channels over a long period of time. This location can be done while the wireless network is configured as a mesh-based network architecture. Once located, the wireless network is configured as a tree-like or tree-based network architecture, while at least one hub and multiple node RF circuit radios are connected to individual frequency channels (eg, It can be switched back to using a single channel 1040).

図11は、一実施形態に係る、超広帯域を一時的な使用による、ノードの位置特定に関する図1100を示す。図1100は、横軸上の時間1120に対して周波数1110の縦軸上の超広帯域領域1130を示す。本明細書で述べた位置特定技術(例えば、飛行時間、信号強度)は、位置特定のために、ワイヤレスネットワーク内の少なくとも1つのハブ及びノードのRF回路の超広帯域無線を一時的に用いて実行される。これにより、長期間にわたる複数のチャネルのスキャンを必要としない、超広帯域位置特定の利点が実現される。この位置特定は、ワイヤレスネットワークがメッシュベースネットワークアーキテクチャとして構成されている間に行うことができる。位置特定が完了したら、ワイヤレスネットワークをツリー状又はツリーベースのネットワークアーキテクチャとして構成する一方で、少なくとも1つのハブ及び複数のノードのRF回路の無線は、標準通信のために狭帯域領域1140(例えば、狭帯域無線)を使用するように再び切り替えることができる。一例では、(1又は複数の)狭帯域無線の信号強度測定を用いて、(1又は複数の)超広帯域無線を用いる位置特定をトリガするタイミングを決定することができる。   FIG. 11 shows a diagram 1100 for node location with temporary use of ultra-wideband, according to one embodiment. FIG. 1100 shows an ultra-wideband region 1130 on the vertical axis at frequency 1110 versus time 1120 on the horizontal axis. The location techniques described herein (eg, time of flight, signal strength) are implemented temporarily using ultra-wideband radios of RF circuits of at least one hub and node in the wireless network for location purposes. Is done. This provides the advantage of ultra-wideband localization that does not require scanning multiple channels over a long period of time. This location can be done while the wireless network is configured as a mesh-based network architecture. Once the location is complete, the wireless network is configured as a tree-like or tree-based network architecture, while at least one hub and multiple node RF circuit radios are in a narrowband region 1140 (eg, Narrowband radio) can be switched again. In one example, signal strength measurements of the narrowband radio (s) can be used to determine when to trigger location using the ultrawideband radio (s).

図12は、一実施形態に係る、信号強度の変化の検出時にノードの位置推定を行うための方法を示す。方法1200の動作は、ワイヤレスデバイス、ハブ(例えば、装置)のワイヤレス制御デバイス、又は処理回路もしくは処理ロジックを含むシステムによって実行されてもよい。処理ロジックは、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又は専用マシンもしくは専用デバイス上で実行されるものなど)、又はこれら両方の組み合わせを含んでもよい。一実施形態では、ハブが、方法1200の動作を実行する。   FIG. 12 illustrates a method for performing node location estimation upon detection of a change in signal strength, according to one embodiment. The operations of method 1200 may be performed by a wireless device, a wireless control device of a hub (eg, an apparatus), or a system that includes processing circuitry or processing logic. The processing logic may include hardware (circuitry, dedicated logic, etc.), software (such as is run on a general purpose computer system or a dedicated machine or device), or a combination of both. In one embodiment, the hub performs the operations of method 1200.

動作1201において、無線周波数(RF)回路及び少なくとも1つのアンテナを有するハブは、ワイヤレスネットワークアーキテクチャ(例えば、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャ)内の複数のセンサノードに通信を送信する。動作1202において、ハブのRF回路及び少なくとも1つのアンテナは、複数のセンサノードであって、それぞれが、ワイヤレスネットワークアーキテクチャ内のハブのRF回路との双方向通信を可能にする送信機及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを有する複数のセンサノードからの通信を受信する。動作1203において、ワイヤレス制御デバイスを有するハブ(又はノード)の処理ロジックは、最初に、ある期間(例えば、所定の期間、位置特定に十分な期間など)の間、センサノードのワイヤレスネットワークを第1のネットワークアーキテクチャ(例えば、メッシュベースネットワークアーキテクチャ)として構成する。動作1204において、ハブ(又はノード)の処理ロジックは、本明細書に開示された様々な実施形態で述べた飛行時間及び信号強度の技術の少なくとも一方のために周波数チャネル多重、周波数チャネルステッピング、マルチチャネル広帯域、及び超広帯域の少なくとも1つを用いて少なくとも2つのノード(又はすべてのノード)を位置特定することを決定する。動作1206において、少なくとも2つのネットワークセンサノードの位置特定が完了したら、ハブ(又はノード)の処理ロジックは、飛行時間測定が行われていれば飛行時間測定を終了し、少なくとも2つのノードとの通信の信号強度を監視し続ける。同様に、少なくとも2つのノードは、ハブとの通信の信号強度を監視してもよい。動作1208において、ハブ(又はノード)の処理ロジックは、位置特定の完了時に、第2のネットワークアーキテクチャ(例えば、ツリーベースもしくはツリー状のネットワークアーキテクチャ(又はメッシュベースの特徴を有さないツリーアーキテクチャ))でワイヤレスネットワークを構成する。動作1210において、ハブ(又はノード)の処理ロジックは、信号強度の持続する変化が生じたかどうかを示す情報をセンサノードのうちの少なくとも1つ(又はハブ)から受信することができる。次に、動作1212において、ハブ(又はノード)の処理ロジックは、特定のノードに対する信号強度の持続する変化があったかどうかを(それ自体で、又はセンサノードのうちの少なくとも1つから受信した情報に基づいて)決定する。そうである場合、本方法は、動作1202に戻り、ハブの処理ロジックは、ある期間の間ネットワークを第1のネットワークアーキテクチャとして構成し、動作1204で、本明細書に開示された飛行時間及び信号強度の技術の少なくとも一方(例えば、飛行時間及び信号強度の技術)のために周波数チャネル多重、周波数チャネルステッピング、マルチチャネル広帯域、及び超広帯域の少なくとも1つを用いる位置特定を再トリガする。そうではなく、特定のノードに対する信号強度に持続する変化がない場合、本方法は、動作1208に戻り、ネットワークは、第2のネットワークアーキテクチャを有し続ける。   In operation 1201, a hub having a radio frequency (RF) circuit and at least one antenna transmits communications to a plurality of sensor nodes in a wireless network architecture (eg, a wireless asymmetric network architecture). In operation 1202, the hub RF circuit and the at least one antenna are a plurality of sensor nodes, each having a transmitter and a receiver that enable bidirectional communication with the hub RF circuit in a wireless network architecture. Receive communications from a plurality of sensor nodes having wireless devices with them. In operation 1203, the processing logic of the hub (or node) having the wireless control device first configures the sensor node's wireless network first for a period of time (eg, a predetermined period, a period sufficient for location, etc.). Network architecture (for example, mesh-based network architecture). In operation 1204, the processing logic of the hub (or node) may perform frequency channel multiplexing, frequency channel stepping, multiple processing for at least one of the time-of-flight and signal strength techniques described in the various embodiments disclosed herein. Determine to locate at least two nodes (or all nodes) using at least one of channel wideband and ultra-wideband. In operation 1206, once the location of the at least two network sensor nodes is complete, the hub (or node) processing logic terminates the time-of-flight measurement if a time-of-flight measurement is taking place and communicates with the at least two nodes. Continue to monitor the signal strength. Similarly, at least two nodes may monitor the signal strength of communication with the hub. In operation 1208, the processing logic of the hub (or node), upon completion of the location, is a second network architecture (eg, a tree-based or tree-like network architecture (or a tree architecture that does not have mesh-based features)). Configure the wireless network with. In operation 1210, the processing logic of the hub (or node) may receive information from at least one of the sensor nodes (or hub) indicating whether a sustained change in signal strength has occurred. Next, in operation 1212, the processing logic of the hub (or node) determines whether there has been a persistent change in signal strength for a particular node (either by itself or in information received from at least one of the sensor nodes). To decide). If so, the method returns to operation 1202 and the processing logic of the hub configures the network as a first network architecture for a period of time, and in operation 1204 the time of flight and signal disclosed herein. Re-trigger location using at least one of frequency channel multiplexing, frequency channel stepping, multi-channel wideband, and ultra-wideband for at least one of the strength techniques (eg, time of flight and signal strength techniques). Otherwise, if there is no lasting change in signal strength for a particular node, the method returns to operation 1208 and the network continues to have the second network architecture.

本明細書に述べられている、ハブとノードとの間の通信は、無線周波数を用いる直接ワイヤレス通信、住宅、アパート、商業ビルなどの中の電気配線への信号を変調することによって達成される電力線通信、当業者には明らかであろう802.11a、802.11b、802.11n、802.11ac、及び他の同様のWifi通信プロトコルのような標準的なWiFi通信プロトコルを用いるWiFi通信、当業者には明らかであろうGPRS、EDGE、3G、HSPDA、LTE、及び他のセルラー通信プロトコルなどのセルラー通信、Bluetooth(登録商標)通信、Zigbee(ジグビー)などの周知のワイヤレスセンサネットワークプロトコルを用いる通信、並びに当業者には明らかであろう他の有線ベースの又はワイヤレスの通信方式を含むが、これらに限定されない様々な手段を用いて達成され得る。   As described herein, communication between hubs and nodes is accomplished by modulating signals to electrical wiring in direct wireless communications using radio frequencies, residences, apartments, commercial buildings, etc. WiFi communication using standard WiFi communication protocols, such as power line communication, 802.11a, 802.11b, 802.11n, 802.11ac, and other similar WiFi communication protocols that will be apparent to those skilled in the art. Communication using well-known wireless sensor network protocols such as cellular communications such as GPRS, EDGE, 3G, HSPDA, LTE, and other cellular communications protocols, Bluetooth communications, Zigbee, etc. As well as other wired-based or would be apparent to those skilled in the art Including communication systems Iyaresu can be accomplished using a variety of means including, but not limited to.

終端ノードとハブとの間の無線周波数通信の実施は、狭帯域、チャネルの重ね合わせ、チャネルステッピング、マルチチャネル広帯域、及び超広帯域の通信を含む様々な方法で実施されてもよい。   The implementation of radio frequency communication between the end node and the hub may be implemented in various ways including narrowband, channel superposition, channel stepping, multi-channel wideband, and ultra-wideband communication.

ハブがノードよりも大きい、又はハブの利用可能な電力がノードよりも多いといった、ネットワークが非対称である実施形態では、ノードとの通信の到来角を推定するために、ハブの複数のアンテナを使用することが好適であり得る。これは、位置特定の正確度を改善するために、及び/又は反射送信経路の存在を確認するために、本明細書に開示された他の位置特定技術と共に使用され得る。同様に、位置特定ためにノード対ノード又はハブ対ノードの送受信に関して同様の利点を達成するために、ノードの一部又は全部で、複数のアンテナを使用してもよい。   In embodiments where the network is asymmetric, where the hub is larger than the node or the hub has more power available than the node, multiple hub antennas are used to estimate the angle of arrival for communication with the node. It may be preferred to do. This can be used in conjunction with other location techniques disclosed herein to improve location accuracy and / or to confirm the presence of a reflected transmission path. Similarly, multiple antennas may be used in some or all of the nodes to achieve similar benefits with respect to node-to-node or hub-to-node transmission and reception for location.

図13は、一実施形態に係る、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャに関してセンサの位置特定を実施する方法のフローチャートを示す。方法1300の動作は、ワイヤレスデバイス、ハブ(例えば、装置)のワイヤレス制御デバイス、又は処理回路もしくは処理ロジックを含むシステムによって実行されてもよい。処理ロジックは、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又は専用マシンもしくは専用デバイス上で実行されるものなど)、又はこれら両方の組み合わせを含んでもよい。一実施形態では、ハブが、方法1300の動作を実行する。   FIG. 13 shows a flowchart of a method for performing sensor location with respect to a wireless asymmetric network architecture, according to one embodiment. The operations of method 1300 may be performed by a wireless device, a wireless control device of a hub (eg, an apparatus), or a system that includes processing circuitry or processing logic. The processing logic may include hardware (circuitry, dedicated logic, etc.), software (such as is run on a general purpose computer system or a dedicated machine or device), or a combination of both. In one embodiment, the hub performs the operations of method 1300.

動作1301において、無線周波数(RF)回路及び少なくとも1つのアンテナを有するハブは、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャ内の複数のセンサノードに通信を送信する。動作1302において、ハブのRF回路及び少なくとも1つのアンテナは、複数のセンサノードであって、それぞれが、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャ内のハブのRF回路との双方向通信を可能にする送信機及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを有する複数のセンサノードからの通信を受信する。動作1303において、ハブの処理ロジック(例えば、1又はそれ以上の処理ユニット)は、通信(例えば、各センサノードに対する飛行時間及び信号強度の技術の少なくとも一方に関する、周波数チャネル多重通信、周波数チャネルステッピング通信、マルチチャネル広帯域通信、及び超広帯域通信のうちの少なくとも1つ)の受信に基づいて複数のセンサノードの位置情報(例えば、正確な位置情報)を決定する。要求される精度のレベルは、センサネットワークが展開される用途の必要性に基づいて選択されてもよい。例えば、位置の精度は、典型的な屋内又はほぼ屋内の環境では、センサのおおよその位置が分かるように、いずれの方向でも1メートル(m)より高ければよく、この場合、任意の2つ以上のセンサの位置には間違いなく重なりがほとんど又はまったくない。より高い精度を必要とする用途では、各センサノードの正確な位置が分かるように、10センチメートル(cm)よりも高い位置の精度を得ることができる。   In operation 1301, a hub having a radio frequency (RF) circuit and at least one antenna transmits communications to a plurality of sensor nodes in a wireless asymmetric network architecture. In operation 1302, the hub RF circuit and the at least one antenna are a plurality of sensor nodes, each enabling bidirectional communication with the hub RF circuit in a wireless asymmetric network architecture. Receive communications from a plurality of sensor nodes having a wireless device with. In operation 1303, the hub processing logic (e.g., one or more processing units) communicates (e.g., frequency channel multiplex communication, frequency channel stepping communication for at least one of time-of-flight and signal strength techniques for each sensor node). , Position information (eg, accurate position information) of the plurality of sensor nodes is determined based on reception of at least one of multi-channel wideband communication and ultra-wideband communication. The required level of accuracy may be selected based on the needs of the application in which the sensor network is deployed. For example, in a typical indoor or near-indoor environment, the accuracy of the position may be higher than 1 meter (m) in either direction so that the approximate position of the sensor is known, in which case any two or more There is definitely little or no overlap in the position of the sensors. For applications that require higher accuracy, a position accuracy higher than 10 centimeters (cm) can be obtained so that the exact position of each sensor node is known.

一例では、ワイヤレス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、主電源(mains electrical source)によって給電され、複数のセンサノードはそれぞれ、バッテリ電源又は別のエネルギー源(主電源ではない)によって給電される。   In one example, the hub is powered by a mains electrical source to form a wireless asymmetric network architecture, and each of the multiple sensor nodes is powered by a battery power source or another energy source (not the main power source). The

一例では、ハブの1又はそれ以上の処理ユニットは、複数のセンサノードから受信される通信に関する到来角情報、信号強度情報、及び到来時間情報のうちの少なくとも1つに基づいて複数のセンサノードの位置情報を決定する。   In one example, one or more processing units of the hub may be configured to detect the plurality of sensor nodes based on at least one of arrival angle information, signal strength information, and arrival time information related to communications received from the plurality of sensor nodes. Determine location information.

別の例では、1又はそれ以上の処理ユニットは、信号成分が最も強い到来角を決定するための到来角情報と、複数のセンサノードからの通信の到来時間情報から求められる、多経路環境で最短の直進経路を特定するための情報とを組み合わせることに基づいて複数のセンサノードの位置情報を決定する。   In another example, one or more processing units may be used in a multi-path environment determined from arrival angle information for determining an arrival angle with the strongest signal component and arrival time information of communications from multiple sensor nodes. Position information of a plurality of sensor nodes is determined based on combining with information for specifying the shortest straight path.

一例では、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャは、ワイヤレスツリー非対称ネットワークアーキテクチャ又はワイヤレスツリー・メッシュ非対称ネットワークアーキテクチャの少なくとも一方を含む。   In one example, the wireless asymmetric network architecture includes at least one of a wireless tree asymmetric network architecture or a wireless tree mesh asymmetric network architecture.

一実施形態では、ネットワークがメッシュをベースにしたアーキテクチャを有する間に位置特定のために、ハブの少なくとも1つのアンテナは、周波数チャネル多重、チャネルステッピング、マルチチャネル広帯域、又は超広帯域(UWB)の通信のうちの少なくとも1つを複数のセンサノードに送信し、複数のセンサノードからチャネルの重ね合わせ、チャネルステッピング、マルチチャネル広帯域、又は超広帯域(UWB)の通信のうちの少なくとも1つを受信する。ノードのうちの少なくとも1つの信号強度の変化を検出すると、ネットワークは、位置特定が行われない標準通信のために狭帯域通信を伴うツリーベース又はツリー状のネットワークアーキテクチャとして構成される。   In one embodiment, for location while the network has a mesh-based architecture, at least one antenna of the hub is capable of frequency channel multiplexing, channel stepping, multi-channel wideband, or ultra-wideband (UWB) communication. At least one of a plurality of sensor nodes and at least one of channel superposition, channel stepping, multi-channel wideband, or ultra-wideband (UWB) communications is received from the plurality of sensor nodes. Upon detecting a change in signal strength of at least one of the nodes, the network is configured as a tree-based or tree-like network architecture with narrowband communication for standard communication without localization.

ノードからの送信を受信するハブは、例えば、到来角(AOA)、信号強度(SS)、及び/又は到来時間(TOA)の情報を用いてノードの位置を決定することができる。AOA情報は、ハブの複数のアンテナを用いて求められ、信号成分が最も強い到来角の測定を可能にすることができる。TOAから求められ得る、最も真っ直ぐな経路を特定する情報と組み合わせることで、センサ位置を確認することができる。SS情報は、ノードからのセンサ距離を推定するために使用され、AOAと組み合わされることでセンサの位置特定を行うことができる一例では、センサを位置特定するための全体的なアーキテクチャが、図14に示されている。   A hub that receives a transmission from a node can determine the position of the node using, for example, information on angle of arrival (AOA), signal strength (SS), and / or time of arrival (TOA). AOA information is determined using a plurality of hub antennas, and can enable measurement of the angle of arrival with the strongest signal component. The sensor position can be confirmed by combining with the information specifying the straightest path that can be obtained from the TOA. The SS information is used to estimate the sensor distance from the node, and in one example that can be combined with the AOA to locate the sensor, the overall architecture for locating the sensor is shown in FIG. Is shown in

図14は、一実施形態に係る、センサの位置特定を可能にする、装置(例えば、ハブ)の複数のアンテナ及び多経路環境の使用を示す。環境1400は、壁1330、1331、及び1332を含む。ハブ1310は、アンテナ1311、1312、及び1313を含む。センサノード1は、アンテナ1321を含み、センサノード2は、アンテナ1322を含む。ハブ1310は、例えばノード1及び2からの送信1340〜1347(例えば、周波数チャネル多重通信、周波数チャネルステッピング通信、マルチチャネル広帯域通信、及び超広帯域通信のうちの少なくとも1つ)を受信する場合、到来角(AOA)、信号強度(SS)、及び/又は到来時間(TOA)の情報を用いてノード1及び2の位置を決定することができる。複数の経路の効果(例えば、壁又は他の物体からの反射に基づく、送信1346の第1の経路及び壁1332によって反射される送信1347の第2の経路などの)には、図6及び図7に関連して説明したように壁、物体、又は反射の位置を特定することに基づいて対応することができる。AOA情報は、ハブ1310の複数のアンテナ1311〜1313を用いて求められ、信号成分が最も強い到来角の測定を可能にすることができる。TOAから求められ得る、最も真っ直ぐな経路を特定する情報と組み合わせることで、ノード1及び2のセンサ位置を決定することができる。同様に、SS情報は、ノードからのセンサ距離を推定するために使用され、AOAと組み合わされることでセンサの位置特定を行うことができる
代替実施形態では、複数のハブを、センサノードから同時にデータを受信するために使用することができる。この用途では、SS又はTOAによる推定によって求められた距離から三角測量することによって、AOAの測定を必要とすることなく、センサの位置を確認することができる。
FIG. 14 illustrates the use of multiple antennas and a multi-path environment of a device (eg, a hub) that enables sensor localization, according to one embodiment. Environment 1400 includes walls 1330, 1331, and 1332. The hub 1310 includes antennas 1311, 1312, and 1313. Sensor node 1 includes an antenna 1321, and sensor node 2 includes an antenna 1322. When hub 1310 receives transmissions 1340-1347 (e.g., at least one of frequency channel multiplex communication, frequency channel stepping communication, multi-channel wideband communication, and ultra-wideband communication) from nodes 1 and 2, for example, the arrival The position of nodes 1 and 2 can be determined using information on the angle (AOA), signal strength (SS), and / or time of arrival (TOA). The effects of multiple paths (eg, the first path of the transmission 1346 and the second path of the transmission 1347 reflected by the wall 1332 based on reflections from walls or other objects) are shown in FIGS. As described in connection with 7, it can be based on identifying the location of the wall, object, or reflection. The AOA information is obtained using a plurality of antennas 1311 to 1313 of the hub 1310, and can measure the angle of arrival with the strongest signal component. The sensor positions of the nodes 1 and 2 can be determined by combining with the information specifying the straightest path that can be obtained from the TOA. Similarly, the SS information is used to estimate the sensor distance from the node and can be combined with the AOA to locate the sensor. In an alternative embodiment, multiple hubs can receive data from sensor nodes simultaneously. Can be used to receive In this application, the position of the sensor can be confirmed without the need for AOA measurement by triangulating from the distance obtained by the SS or TOA estimation.

図15は、一実施形態に係る、センサの位置特定を達成するための、複数のハブであって、それぞれが単一のアンテナを有する複数のハブの使用を示す。環境1350は、壁1370、1371、及び1372を含む。システム1354は、アンテナ1361を有するハブ1360と、アンテナ1363を有するハブ1362と、アンテナ1365を有するハブ1364とを含む。一例では、ハブは互いに同期される。センサノード1382は、アンテナ1383を含み、センサノード1380は、アンテナ1381を含む。センサノード1380は、図15に示すように、送信1370〜1372(例えば、周波数チャネル多重通信、周波数チャネルステッピング通信、マルチチャネル広帯域通信、及び超広帯域通信のうちの少なくとも1つ)をそれぞれハブ1360、1362、及び1364に送信する。センサノード1382は、図15に示すように、送信1373〜1375(例えば、周波数チャネル多重通信、周波数チャネルステッピング通信、マルチチャネル広帯域通信、及び超広帯域通信のうちの少なくとも1つ)をそれぞれハブ1360、1362、及び1364に送信する。複数のハブにおける到来時間情報は、ノード1380及び1382の位置をマッピングするために使用することができる。   FIG. 15 illustrates the use of multiple hubs, each having a single antenna, to achieve sensor localization, according to one embodiment. Environment 1350 includes walls 1370, 1371, and 1372. System 1354 includes a hub 1360 having an antenna 1361, a hub 1362 having an antenna 1363, and a hub 1364 having an antenna 1365. In one example, the hubs are synchronized with each other. Sensor node 1382 includes antenna 1383 and sensor node 1380 includes antenna 1381. As shown in FIG. 15, the sensor node 1380 transmits transmissions 1370 to 1372 (e.g., at least one of frequency channel multiplex communication, frequency channel stepping communication, multi-channel wideband communication, and ultra-wideband communication), respectively, as hubs 1360, 1362 and 1364. As shown in FIG. 15, the sensor node 1382 transmits 1373 to 1375 (eg, at least one of frequency channel multiplex communication, frequency channel stepping communication, multi-channel wideband communication, and ultra-wideband communication), respectively, as a hub 1360, 1362 and 1364. Time of arrival information at multiple hubs can be used to map the location of nodes 1380 and 1382.

ハブは、本発明の実施形態に従って、多くの方法で物理的に実施されてもよい。図16Aは、一実施形態に係る、電力コンセント用のパネル1500として実施されるハブの例示的な実施形態を示す。パネル1500(例えば、フェースプレート)は、ハブ1510及びハブと電気コンセント1502とを結合する接続部1512(例えば、通信リンク、信号線、電気接続部など)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。パネル1500は、安全上の及び美的な目的のために電気コンセント1502及び1504を覆うか、又は取り囲む。   The hub may be physically implemented in a number of ways in accordance with embodiments of the present invention. FIG. 16A illustrates an exemplary embodiment of a hub implemented as a panel 1500 for a power outlet, according to one embodiment. Panel 1500 (eg, face plate) includes hub 1510 and connection 1512 (eg, communication link, signal line, electrical connection, etc.) that couples the hub and electrical outlet 1502. Alternatively (or additionally), the hub is coupled to an outlet 1504. Panel 1500 covers or surrounds electrical outlets 1502 and 1504 for safety and aesthetic purposes.

図16Bは、一実施形態に係る、電力コンセント用のパネルとして実施されるハブ1520の例示的な実施形態の分解図のブロック図を示す。ハブ1520は、周期的に反転する交流(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、接続部1512(例えば、通信リンク、信号線、電気接続部など)を介してコンセント1502からACを受け取り、接続部1532(例えば、通信リンク、信号線、電気接続部など)を介してコントローラ回路1540に電力を供給するために、また接続部1534(例えば、通信リンク、信号線、電気接続部など)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、本明細書で述べたようにワイヤレス非対称ネットワークの形成、監視、及び位置特定を行うために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又はそれ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1542を含むか、又はメモリに結合される。RF回路1550は、(1又は複数の)アンテナ1552を介してワイヤレスセンサノードとの双方向通信を送受信するためのトランシーバ機能又は別個の送信機1554及び受信機1556の機能を含んでもよい。RF回路1550は、接続部1534(例えば、通信リンク、信号線、電気接続部など)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、ワイヤレス制御デバイス1520であってもよく、また、コントローラ回路1540、RF回路1550、及び(1又は複数の)アンテナ1552の組み合わせが、本明細書で述べたようなワイヤレス制御デバイスを形成してもよい。   FIG. 16B shows a block diagram of an exploded view of an exemplary embodiment of a hub 1520 implemented as a panel for a power outlet, according to one embodiment. Hub 1520 includes a power supply rectifier 1530 that converts alternating alternating current (AC) that is periodically inverted into direct current (DC) that flows in only one direction. The power rectifier 1530 receives AC from the outlet 1502 via the connection unit 1512 (eg, communication link, signal line, electrical connection unit, etc.), and receives the connection unit 1532 (eg, communication link, signal line, electrical connection unit, etc.). AC to DC for supplying power to the controller circuit 1540 via the connection and for supplying power to the RF circuit 1550 via connection 1534 (eg, communication link, signal line, electrical connection, etc.) . Controller circuit 1540 includes processing logic 1544 (eg, one or more) of controller circuit 1540 for controlling the operation of the hub to form, monitor, and locate a wireless asymmetric network as described herein. A memory 1542 for storing instructions to be executed by the processing unit) or coupled to the memory. RF circuit 1550 may include transceiver functions or separate transmitter 1554 and receiver 1556 functions for transmitting and receiving bi-directional communications with wireless sensor nodes via antenna (s) 1552. The RF circuit 1550 communicates bidirectionally with the controller circuit 1540 via a connection 1534 (eg, communication link, signal line, electrical connection, etc.). Hub 1520 may be a wireless control device 1520 and the combination of controller circuit 1540, RF circuit 1550, and antenna (s) 1552 form a wireless control device as described herein. May be.

図17Aは、一実施形態に係る、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施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によって示されているようにシステム1660(例えば、コンピュータシステム、機器、又は通信ハブ)に送信され得る。   FIG. 17A illustrates an exemplary embodiment of a hub implemented as a computer system, device, or card for placement in a communication hub, according to one embodiment. Card 1662 may be transmitted to system 1660 (eg, a computer system, device, or communications hub) as indicated by arrow 1663.

図17Bは、一実施形態に係る、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施されるハブ1664の例示的な実施形態のブロック図を示す。ハブ1664は、接続部1674(例えば、通信リンク、信号線、電気接続部など)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、かつ接続部1676(例えば、通信リンク、信号線、電気接続部など)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、本明細書で述べたようにワイヤレス非対称ネットワークの形成、監視、及び位置特定を行うために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又はそれ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1661を含むか、又はメモリに結合される。RF回路1670は、(1又は複数の)アンテナ1678を介してワイヤレスセンサノードとの双方向通信を送受信するためのトランシーバ機能又は別個の送信機1675及び受信機1677の機能を含んでもよい。RF回路1670は、接続部1672(例えば、通信リンク、信号線、電気接続部など)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、ワイヤレス制御デバイス1664であってもよく、また、コントローラ回路1668、RF回路1670、及び(1又は複数の)アンテナ1678の組み合わせが、本明細書で述べたようなワイヤレス制御デバイスを形成してもよい。   FIG. 17B shows a block diagram of an exemplary embodiment of a hub 1664 implemented as a computer system, device, or card for placement in a communications hub, according to one embodiment. The hub 1664 supplies power (eg, a DC power source) to the controller circuit 1668 via a connection 1674 (eg, communication link, signal line, electrical connection, etc.) and a connection 1676 (eg, communication link, signal, etc.). Power supply 1666 for supplying power to the RF circuit 1670 via lines, electrical connections, etc.). The controller circuit 1668 includes processing logic 1663 (eg, one or more) of the controller circuit 1668 for controlling the operation of the hub to form, monitor, and locate a wireless asymmetric network as described herein. A memory 1661 for storing instructions to be executed by the processing unit) or coupled to the memory. The RF circuit 1670 may include transceiver functions or separate transmitter 1675 and receiver 1677 functions for transmitting and receiving bi-directional communications with the wireless sensor node via the antenna (s) 1678. The RF circuit 1670 communicates bidirectionally with the controller circuit 1668 via a connection 1672 (eg, communication link, signal line, electrical connection, etc.). Hub 1664 may be a wireless control device 1664, and the combination of controller circuit 1668, RF circuit 1670, and antenna (s) 1678 form a wireless control device as described herein. May be.

図17C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)内に実装される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。   FIG. 17C illustrates an exemplary embodiment of a hub implemented in a device (eg, smart washing machine, smart refrigerator, smart thermostat, other smart device, etc.), according to one embodiment. Device 1680 (eg, smart washing machine) includes a hub 1682.

図17D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)内に実装されるハブ1684の例示的な実施形態の分解図のブロック図を示す。ハブは、接続部1696(例えば、通信リンク、信号線、電気接続部など)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、かつ接続部1698(例えば、通信リンク、信号線、電気接続部など)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、本明細書で述べたようにワイヤレス非対称ネットワークの形成、監視、及び位置特定を行うために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又はそれ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1691を含むか、又はメモリに結合される。RF回路1692は、(1又は複数の)アンテナ1699を介してワイヤレスセンサノードとの双方向通信を送受信するためのトランシーバ機能又は別個の送信機1694及び受信機1695の機能を含んでもよい。RF回路1692は、接続部1689(例えば、通信リンク、信号線、電気接続部など)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、ワイヤレス制御デバイス1684であってもよく、また、コントローラ回路1690、RF回路1692、及び(1又は複数の)アンテナ1699の組み合わせが、本明細書で述べたようなワイヤレス制御デバイスを形成してもよい。   FIG. 17D illustrates a block diagram of an exploded view of an exemplary embodiment of a hub 1684 implemented in a device (eg, smart washing machine, smart refrigerator, smart thermostat, other smart device, etc.), according to one embodiment. Show. The hub supplies power (eg, DC power) to the controller circuit 1690 via connection 1696 (eg, communication link, signal line, electrical connection, etc.) and connection 1698 (eg, communication link, signal line, etc.). Power supply 1686 for supplying power to the RF circuit 1692 via electrical connections, etc.). Controller circuit 1690 includes processing logic 1688 (eg, one or more) of controller circuit 1690 for controlling the operation of the hub to form, monitor, and locate a wireless asymmetric network as described herein. A memory 1691 for storing instructions to be executed by the processing unit) or coupled to the memory. The RF circuit 1692 may include transceiver functions or separate transmitter 1694 and receiver 1695 functions for transmitting and receiving bi-directional communications with the wireless sensor node via the antenna (s) 1699. The RF circuit 1692 communicates bidirectionally with the controller circuit 1690 via a connection 1689 (eg, communication link, signal line, electrical connection, etc.). The hub 1684 may be a wireless control device 1684 and the combination of the controller circuit 1690, the RF circuit 1692, and the antenna (s) 1699 form a wireless control device as described herein. May be.

一実施形態では、ワイヤレス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、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて通信を確立及び制御するために命令を実行するための、ハブの処理ロジック(例えば、1又はそれ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、
ワイヤレス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、(1又は複数の)アンテナ1552、(1又は複数の)アンテナ1678、(1又は複数の)アンテナ1699、アンテナ1311、1312、及び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回路及び複数のアンテナは、複数のセンサノード(例えば、ノード1、ノード2)に通信を送信し、複数のセンサノードはそれぞれ、ワイヤレス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)を備えたワイヤレスデバイスを有する。処理ロジック(例えば、1又はそれ以上の処理ユニット)は、装置と複数のセンサノードとの間の通信のためにツリーアーキテクチャを用いてワイヤレスネットワークアーキテクチャを構成し、複数のセンサノードのうちの少なくとも1つの範囲又は位置の変化を検出し、範囲又は位置の変化の検出に基づいて複数のセンサノードの位置情報を決定するために一時的にメッシュをベースにしたアーキテクチャを用いてワイヤレスネットワークアーキテクチャを構成する命令を実行するように構成される。
In one embodiment, an apparatus (eg, hub) for providing a wireless asymmetric network architecture includes a memory for storing instructions and instructions for establishing and controlling communications in the wireless asymmetric network architecture. Hub processing logic (eg, one or more processing units, processing logic 1544, processing logic 1663, processing logic 1688, processing logic 1762, processing logic 1888);
A plurality of antennas (eg, antenna (s) 1552, antenna (s) 1678, antenna (s) 1699, antennas 1311, 1312) for transmitting and receiving communications in a wireless asymmetric network architecture; And a radio frequency (RF) circuit (e.g., RF circuit 1550, RF circuit 1670, RF circuit 1692, RF circuit 1890). The RF circuit and the plurality of antennas transmit communications to a plurality of sensor nodes (eg, Node 1, Node 2), each of the plurality of sensor nodes having two-way communication with the RF circuits of devices in the wireless asymmetric network architecture. Having a wireless device with transmitter and receiver (or transceiver transmitter and receiver functions) to enable. Processing logic (eg, one or more processing units) configures a wireless network architecture using a tree architecture for communication between the device and the plurality of sensor nodes, wherein at least one of the plurality of sensor nodes. Configure a wireless network architecture using a temporary mesh-based architecture to detect one range or position change and determine position information of multiple sensor nodes based on the detection of the range or position change Configured to execute instructions.

一例では、ワイヤレスネットワークアーキテクチャを形成するために、装置は、主電源によって給電され、複数のセンサノードはそれぞれ、バッテリ電源によって給電される。   In one example, the device is powered by a main power source and each of the plurality of sensor nodes is powered by a battery power source to form a wireless network architecture.

一例では、装置の1又はそれ以上の処理ユニットは、一時的なメッシュをベースにしたアーキテクチャを用いてワイヤレスネットワークアーキテクチャが構成されている間に位置情報を求めた後に、装置と複数のセンサノードとの間の通信のためにツリーアーキテクチャを用いてワイヤレスネットワークアーキテクチャを構成する命令を実行する。   In one example, one or more processing units of the device may determine the location information while the wireless network architecture is configured using a temporary mesh-based architecture, and then the device and the plurality of sensor nodes. Instructions that configure a wireless network architecture using a tree architecture for communication between the two.

別の例では、1又はそれ以上の処理ユニットは、一時的なメッシュをベースにしたアーキテクチャの間に行われる通信に関連する飛行時間情報によって測定された距離からの三角測量に基づいて複数のセンサノードの位置情報を決定する命令を実行する。   In another example, one or more processing units may include a plurality of sensors based on triangulation from distances measured by time-of-flight information associated with communications performed during a temporary mesh-based architecture. An instruction for determining the position information of the node is executed.

別の例では、1又はそれ以上の処理ユニットは、通信に関連する信号強度情報によって測定された距離からの三角測量に基づいて複数のセンサノードの位置情報を決定する命令を実行する。   In another example, one or more processing units execute instructions for determining position information of a plurality of sensor nodes based on triangulation from a distance measured by signal strength information related to communication.

別の例では、ワイヤレスネットワークアーキテクチャは、位置特定に十分な期間の間、一時的にメッシュをベースにしたアーキテクチャを用いて構成される。   In another example, the wireless network architecture is configured with a temporary mesh-based architecture for a period sufficient for location.

別の例では、ハブの1又はそれ以上の処理ユニットは、複数のセンサノードの位置情報及び装置又はセンサノードの少なくとも1つの絶対位置に基づいてセンサノードの絶対位置情報を決定する命令を実行する。   In another example, one or more processing units of the hub execute instructions to determine the absolute position information of the sensor node based on the position information of the plurality of sensor nodes and at least one absolute position of the device or sensor node. .

一実施形態では、ワイヤレスネットワーク内のノードを位置特定するためのコンピュータにより実行される方法は、ハブの処理ロジックによって、ノードを有するワイヤレスネットワークを、ある期間の間メッシュベースネットワークアーキテクチャとして構成することを含む。コンピュータにより実行される方法は、ハブの処理ロジックによって、飛行時間及び信号強度の技術の少なくとも一方を用いて少なくとも2つのノードを位置特定することを決定することをさらに含む。少なくとも2つのノードの位置特定が完了したら、ハブの処理ロジックによって、飛行時間測定が行われていれば飛行時間測定を終了すること。コンピュータにより実行される方法は、ハブの処理ロジックによって、位置特定の完了時にワイヤレスネットワークをツリーベース又はツリー状のネットワークアーキテクチャで構成することをさらに含む。   In one embodiment, a computer-implemented method for locating a node in a wireless network comprises configuring the wireless network with the node as a mesh-based network architecture for a period of time, with hub processing logic. Including. The computer-implemented method further includes determining, by the hub processing logic, locating at least two nodes using at least one of time-of-flight and signal strength techniques. When the location of at least two nodes is complete, the time of flight measurement is terminated if the time of flight measurement has been performed by the processing logic of the hub. The computer-implemented method further includes configuring the wireless network in a tree-based or tree-like network architecture upon location completion by hub processing logic.

一例では、コンピュータにより実行される方法は、信号強度の持続する変化が生じたかどうかを決定するために使用される情報と共にノードの少なくとも1つから情報を、ハブの処理ロジックによって受信することをさらに含む。コンピュータにより実行される方法は、ハブの処理ロジックによって、ワイヤレスネットワークの少なくとも1つのノードの信号強度に持続する変化があったかどうかを決定することをさらに含む。   In one example, the computer-implemented method further comprises receiving information from at least one of the nodes by the hub processing logic along with information used to determine whether a persistent change in signal strength has occurred. Including. The computer-implemented method further includes determining, by the hub processing logic, whether there has been a persistent change in the signal strength of at least one node of the wireless network.

一例では、コンピュータにより実行される方法は、ワイヤレスネットワークの少なくとも1つのノードの信号強度に持続する変化があった場合、ハブの処理ロジックによって、ある期間の間ワイヤレスネットワークをメッシュベースネットワークアーキテクチャとして構成することをさらに含む。   In one example, a computer-implemented method configures a wireless network as a mesh-based network architecture for a period of time with hub processing logic if there is a persistent change in signal strength of at least one node of the wireless network. In addition.

コンピュータにより実行される方法は、ワイヤレスネットワークがメッシュベースネットワークアーキテクチャとして構成されたときに、飛行時間及び信号強度の技術のうちの少なくとも一方を用いる位置特定を再トリガすることをさらに含む。   The computer-implemented method further includes retriggering location using at least one of time-of-flight and signal strength techniques when the wireless network is configured as a mesh-based network architecture.

別の例では、ワイヤレスネットワークは、ワイヤレスネットワークの少なくとも2つのノードに関して信号強度の持続する変化が生じない限り、ツリーベース又はツリー状のネットワークアーキテクチャとして構成され続ける。   In another example, the wireless network continues to be configured as a tree-based or tree-like network architecture as long as no persistent changes in signal strength occur with respect to at least two nodes of the wireless network.

一実施形態では、システムは、1又はそれ以上の処理ユニットと、ワイヤレス非対称ネットワークにおいて通信を送受信するためのRF回路とを有するハブを含む。複数のセンサノードはそれぞれ、ワイヤレス非対称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及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを有する。ハブの1又はそれ以上の処理ユニットは、ハブと複数のセンサノードとの間の通信のためにツリーアーキテクチャを用いてシステムを構成し、少なくとも1つのセンサノードの範囲又は位置の変化を検出し、範囲又は位置の変化の検出に基づいて複数のセンサノードの位置情報を決定するために一時的にメッシュをベースにしたアーキテクチャを用いてシステムを構成する命令を実行する。   In one embodiment, the system includes a hub having one or more processing units and RF circuitry for transmitting and receiving communications in a wireless asymmetric network. Each of the plurality of sensor nodes has a wireless device with a transmitter and a receiver that allows bi-directional communication with a hub in a wireless asymmetric network architecture. One or more processing units of the hub configure a system using a tree architecture for communication between the hub and a plurality of sensor nodes, detecting changes in the range or position of at least one sensor node; Instructions that configure the system are executed using a temporary mesh-based architecture to determine position information of a plurality of sensor nodes based on detection of range or position changes.

一例では、ワイヤレス非対称ネットワークを形成するために、ハブは、主電源によって給電され、複数のセンサノードはそれぞれ、バッテリ電源によって給電される。   In one example, the hub is powered by a main power source and each of the plurality of sensor nodes is powered by a battery power source to form a wireless asymmetric network.

一例では、ハブの1又はそれ以上の処理ユニットは、システムが第2の周波数レベル(例えば、より高い周波数レベル及びより高いエネルギー)での通信のために一時的なメッシュをベースにしたアーキテクチャを用いて構成されている間に位置情報を求めた後に、ハブと複数のセンサノードとの間の、第1の周波数レベル(例えば、より低い周波数レベル及びより低いエネルギー)での通信のためにツリーアーキテクチャを用いてシステムを構成する命令を実行する。   In one example, one or more processing units of the hub use a temporary mesh-based architecture for communication at a second frequency level (eg, higher frequency level and higher energy). Tree architecture for communication between a hub and a plurality of sensor nodes at a first frequency level (eg, lower frequency level and lower energy) after determining location information while configured Is used to execute an instruction constituting the system.

別の例では、1又はそれ以上の処理ユニットは、一時的なメッシュをベースにしたアーキテクチャの間に行われる通信に関連する飛行時間情報によって測定れた距離からの三角測量に基づいて複数のセンサノードの位置情報を決定する命令を実行する。   In another example, one or more processing units may include a plurality of sensors based on triangulation from distances measured by time-of-flight information associated with communications performed during a temporary mesh-based architecture. An instruction for determining the position information of the node is executed.

別の例では、1又はそれ以上の処理ユニットは、通信に関連する信号強度情報によって測定された距離からの三角測量に基づいて複数のセンサノードの位置情報を決定する命令を実行する。   In another example, one or more processing units execute instructions for determining position information of a plurality of sensor nodes based on triangulation from a distance measured by signal strength information related to communication.

一例では、システムは、センサノードの位置特定に十分な期間の間、一時的にメッシュをベースにしたアーキテクチャを用いて構成される。   In one example, the system is configured with a temporary mesh-based architecture for a period sufficient to locate sensor nodes.

別の例では、ハブの1又はそれ以上の処理ユニットは、複数のセンサノードの位置情報及びハブ又はセンサノードの少なくとも1つの絶対位置に基づいてセンサノードの絶対位置情報を決定する命令を実行する。   In another example, the one or more processing units of the hub execute instructions to determine the absolute position information of the sensor node based on the position information of the plurality of sensor nodes and at least one absolute position of the hub or sensor node. .

リチウムイオン、リチウムポリマー、リン酸リチウム、及び当業者には明らかであろう他の同様の化学物質などの、リチウムベースの化学物質を含む様々なバッテリを、ワイヤレスセンサノードに使用することができる。使用され得るさらなる化学物質としては、ニッケル水素、標準的なアルカリバッテリ化学物質、銀亜鉛及び亜鉛空気バッテリ化学物質、標準的な炭素亜鉛バッテリ化学物質、鉛酸バッテリ化学物質、又は当業者には明白であろう任意の他の化学物質が挙げられる。   A variety of batteries containing lithium-based chemicals can be used for wireless sensor nodes, such as lithium ions, lithium polymers, lithium phosphate, and other similar chemicals that will be apparent to those skilled in the art. Additional chemicals that can be used include nickel metal hydride, standard alkaline battery chemicals, silver zinc and zinc air battery chemicals, standard carbon zinc battery chemicals, lead acid battery chemicals, or obvious to those skilled in the art. Any other chemical that would be mentioned.

本発明はまた、本明細書に説明されている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成されてもよいし、コンピュータに格納されるコンピュータプログラムによって選択的に作動又は再構成される汎用コンピュータを備えてもよい。こ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、及び光磁気ディスクを含む任意のタイプのディスク、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、EPROM、EEPROM、磁気もしくは光カード、又は電子命令を格納するのに適した任意のタイプの媒体などであるが、これらに限定されないコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に格納されてもよい。   The present invention also relates to an apparatus for performing the operations described herein. This apparatus may be specially configured for the required purposes, or it may comprise a general purpose computer selectively activated or reconfigured by a computer program stored in the computer. Such computer programs can be any type of disk, including floppy disks, optical disks, CD-ROMs, and magneto-optical disks, read only memory (ROM), random access memory (RAM), EPROM, EEPROM, magnetic or optical card. Or any type of medium suitable for storing electronic instructions, etc., but not limited thereto, may be stored on a computer readable storage medium.

本明細書に提示されるアルゴリズム及び表示は、本質的に特定のコンピュータ又は他の装置に関するものではない。様々な汎用システムを、本明細書の教示によるプログラムと共に使用することができるし、また、必要な方法の動作を実行するのにより特化した装置を構築することが好適な場合もある。   The algorithms and displays presented herein are not inherently related to any particular computer or other apparatus. Various general purpose systems can be used with programs in accordance with the teachings herein, and it may be preferable to construct a more specialized device to perform the operations of the required method.

図18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、接続部1774(例えば、通信リンク、信号線、電気接続部など)を介してコントローラ回路1720に電力(例えば、DC電源)を供給し、接続部1776(例えば、通信リンク、信号線、電気接続部など)を介してRF回路1770に電力を供給し、接続部1746(例えば、通信リンク、信号線、電気接続部など)を介して検知回路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、再充電可能電池など)を含む。コントローラ回路1720は、本明細書で述べたようにワイヤレス非対称ネットワークの形成及び監視を行うために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又はそれ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1761を含むか、又はメモリに結合される。RF回路1770(例えば、通信回路)は、(1又は複数の)アンテナ1778を介して(1又は複数の)ハブ及び任意選択のワイヤレスセンサノードとの双方向通信を送受信するためのトランシーバ機能又は別個の送信機1775及び受信機1777の機能を含んでもよい。RF回路1770は、接続部1772(例えば、電気接続部など)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又は複数の)画像センサ及び回路1742、(1又は複数の)湿気センサ及び回路1743、(1又は複数の)温度センサ及び回路、(1又は複数の)湿度センサ及び回路、(1又は複数の)空気質センサ及び回路、(1又は複数の)光センサ及び回路、(1又は複数の)動きセンサ及び回路1744、(1又は複数の)オーディオセンサ及び回路1745、(1又は複数の)磁気センサ及び回路1746、並びに(1又は複数の)センサ及び回路nなどを含む様々なタイプの検知回路及び(1又は複数の)センサを含む。   FIG. 18 shows a block diagram of a sensor node according to an embodiment. The sensor node 1700 supplies power (for example, a DC power source) to the controller circuit 1720 via a connection unit 1774 (for example, a communication link, a signal line, an electrical connection unit), and a connection unit 1776 (for example, a communication link, a signal) A power supply 1710 (which supplies power to the RF circuit 1770 via lines, electrical connections, etc.) and supplies power to the detection circuit 1740 via connections 1746 (eg, communication links, signal lines, electrical connections, etc.). Energy source, battery power source, primary battery, rechargeable battery, etc.). The controller circuit 1720 includes processing logic 1863 (eg, one or more processing units) of the controller circuit 1720 for controlling the operation of the sensor node to form and monitor a wireless asymmetric network as described herein. Including or coupled to a memory 1761 for storing instructions to be executed by. The RF circuit 1770 (eg, communication circuit) may be a transceiver function or separate for transmitting and receiving bi-directional communication with the hub (s) and optional wireless sensor nodes via the antenna (s) 1778. The functions of the transmitter 1775 and the receiver 1777 of FIG. The RF circuit 1770 communicates bidirectionally with the controller circuit 1720 via a connection 1772 (eg, an electrical connection). Sensing circuit 1740 includes (one or more) image sensor and circuit 1742, (one or more) moisture sensor and circuit 1743, (one or more) temperature sensor and circuit, (one or more) humidity sensor and circuit. , Air quality sensor (s) and circuit (s), light sensor (s) and circuit (s), motion sensor (s) and circuit 1744, audio sensor (s) and circuit 1745, (1 Various types of sensing circuitry and sensor (s) including magnetic sensor (s) and circuit 1746, sensor (s) and circuit n, and the like.

本明細書に開示されているワイヤレス位置特定技術は、ネットワーク全体の位置特定の正確度を改善するために他の検知情報と組み合わされてもよい。例えば、1又はそれ以上のノードがカメラを含むワイヤレスセンサでは、監視されているセンサノードが同じ現場を観察しているどうか、したがって、同じ部屋内にある可能性が高いかどうかを決定するために、撮られた画像を、画像処理及び機械学習の技術を用いて使用することができる。周期的な照明及び光検出器を用いて、同様の利点を達成することができる。照明をストロボし、光検出器を用いて検出することによって、ストロボと検出器との間に不透明な壁が存在しないことを示す可能性が高い、光路の存在を検出することができる。他の実施形態では、磁気センサが、センサノードに組み込まれ、監視されているセンサノードの向きを検出するためのコンパスとして使用され得る。次に、この情報は、センサが壁、床、天井、又は他の位置に配置されているかどうかを決定するために、位置特定情報と共に使用することができる。   The wireless location techniques disclosed herein may be combined with other sensing information to improve the accuracy of the location of the entire network. For example, in a wireless sensor where one or more nodes include a camera, to determine if the sensor node being monitored is observing the same site and therefore likely to be in the same room The captured images can be used with image processing and machine learning techniques. Similar benefits can be achieved with periodic illumination and photodetectors. By stroking the illumination and detecting with a light detector, the presence of a light path, which is likely to indicate that there is no opaque wall between the strobe and the detector, can be detected. In other embodiments, a magnetic sensor can be incorporated into the sensor node and used as a compass to detect the orientation of the monitored sensor node. This information can then be used with location information to determine whether the sensor is located on a wall, floor, ceiling, or other location.

一例では、各センサノードは、画像センサを含み、家の各外壁は、1又はそれ以上のセンサノードを含む場合がある。ハブは、各センサノードの絶対位置を決定するために、画像データ及び任意選択で向きデータを含むセンサデータを位置特定情報と共に分析する。次に、ハブは、ユーザのために建物の各部屋の3次元画像を構築することができる。壁、窓、ドアなどの位置を伴う間取り図を生成することができる。画像センサは、家の保全性の問題(例えば、水、雨漏りする屋根など)を示すことができる反射の変化を示す画像を取得することができる。   In one example, each sensor node includes an image sensor, and each exterior wall of the house may include one or more sensor nodes. The hub analyzes sensor data, including image data and optionally orientation data, along with location information to determine the absolute position of each sensor node. The hub can then build a three-dimensional image of each room in the building for the user. Floor plans with positions of walls, windows, doors, etc. can be generated. The image sensor can acquire an image showing a change in reflection that can indicate a home integrity problem (eg, water, a leaking roof, etc.).

図19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、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャのハブ1882又は中央ハブを含むか、又はこれと統合される。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、ワイヤレス通信を送受信するために任意のタイプのワイヤレスデバイス(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))と通信してもよい。システム1800は、コントローラ1820と処理ユニット1814とを含む処理システム1810を含む。処理システム1810は、1又はそれ以上の双方向通信リンク又は信号線1898、1818、1815、1816、1817、1813、1819、1811をそれぞれ介して、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又はそれ以上の画像又はビデオを撮るための光学デバイス1880、システム1800の動きデータ(例えば、3次元の)を測定するための任意選択の動きユニット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、及び機械アクセス可能な非一時的媒体1850と通信する。   FIG. 19 illustrates a block diagram of a system 1800 having a hub, according to one embodiment. The system 1800 includes or is integrated with a wireless asymmetric network architecture hub 1882 or central hub. System 1800 (eg, computing device, smart TV, smart appliance, communication system, etc.) can be any type of wireless device (eg, mobile phone, wireless phone, tablet, computing device, smart device) to send and receive wireless communications. TV, smart devices, etc.)). System 1800 includes a processing system 1810 that includes a controller 1820 and a processing unit 1814. The processing system 1810 includes a hub 1882, input / output (I / O) unit 1830 via one or more bi-directional communication links or signal lines 1898, 1818, 1815, 1816, 1817, 1813, 1819, 1811, respectively. , Radio frequency (RF) circuit 1870, audio circuit 1860, optical device 1880 for taking one or more images or videos, optional motion for measuring motion data (eg, three-dimensional) of system 1800 It communicates with a unit 1844 (eg, accelerometer, gyroscope, etc.), a power management system 1840, and a machine accessible non-transitory medium 1850.

ハブ1882は、接続部1885(例えば、通信リンク、信号線、電気接続部など)を介してコントローラ回路1884に電力(例えば、DC電源)を供給し、かつ接続部1887(例えば、通信リンク、信号線、電気接続部など)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、本明細書で述べたようにワイヤレス非対称ネットワークの形成及び監視を行うために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又はそれ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1886を含むか、又はメモリに結合される。RF回路1890は、(1又は複数の)アンテナ1896を介してワイヤレスセンサノード又は他のハブとの双方向通信を送受信するためのトランシーバ機能又は別個の送信機(TX)1892及び受信機(RX)1894の機能を含んでもよい。RF回路1890は、接続部1889(例えば、通信リンク、信号線、電気接続部など)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、ワイヤレス制御デバイス1884であってもよく、また、コントローラ回路1884、RF回路1890、及び(1又は複数の)アンテナ1896の組み合わせが、本明細書で述べたようなワイヤレス制御デバイスを形成してもよい。   The hub 1882 supplies power (eg, DC power) to the controller circuit 1884 via a connection 1885 (eg, communication link, signal line, electrical connection, etc.) and a connection 1887 (eg, communication link, signal, etc.). Power supply 1891 for supplying power to the RF circuit 1890 via lines, electrical connections, etc.). Controller circuit 1884 is processing logic 1888 (eg, one or more processing units) of controller circuit 1884 for controlling the operation of the hub to form and monitor the wireless asymmetric network as described herein. Includes or is coupled to a memory 1886 that stores instructions executed by. The RF circuit 1890 is a transceiver function or separate transmitter (TX) 1892 and receiver (RX) for transmitting and receiving bi-directional communications with a wireless sensor node or other hub via antenna (s) 1896. 1894 functions may be included. The RF circuit 1890 communicates bidirectionally with the controller circuit 1884 via a connection 1889 (eg, communication link, signal line, electrical connection, etc.). Hub 1882 may be a wireless control device 1884, and the combination of controller circuit 1884, RF circuit 1890, and antenna (s) 1896 form a wireless control device as described herein. May be.

システムのRF回路1870及び(1又は複数の)アンテナ1871又はハブ1882のRF回路1890及び(1又は複数の)アンテナ1896は、ワイヤレスリンク又はネットワークを介して、本明細書で述べられているハブ又はセンサノードの1又はそれ以上の他のワイヤレスデバイスとの間で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及びマイクロホン1064に結合され、音声信号を処理するための周知の回路を含む。1又はそれ以上の処理ユニット1814は、コントローラ1820を介して1又はそれ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。   The RF circuit 1870 of the system and the antenna (s) 1871 or hub 1882 of the system 1850 and the antenna (s) 1896 may be connected via a wireless link or network via the hub or Used to send and receive information to and from one or more other wireless devices of the sensor node. Audio circuit 1860 is coupled to audio speaker 1862 and microphone 1064 and includes well-known circuitry for processing audio signals. One or more processing units 1814 communicate with one or more machine-accessible non-transitory media 1850 (eg, computer-readable media) via controller 1820.

媒体1850は、1又はそれ以上の処理ユニット1814によって使用されるコード及び/又はデータを格納することができる任意のデバイス又は媒体(例えば、記憶デバイス、記憶媒体)であり得る。媒体1850は、キャッシュ、メインメモリ、及び二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むことができる。   Medium 1850 can be any device or medium (eg, storage device, storage medium) that can store code and / or data used by one or more processing units 1814. Medium 1850 can include a memory hierarchy including, but not limited to, cache, main memory, and secondary memory.

媒体1850又はメモリ1886は、本明細書に説明されている方法又は機能のうちの任意の1又はそれ以上を実施する1又はそれ以上の命令セット(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、ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャを確立し、監視し、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、家又は建物用のセキュリティアプリケーション、家又は建物用の完全アプリケーション、開発者アプリケーションなど)とを含んでもよい。ソフトウェアはまた、デバイス1800によるその実行中、媒体1850、メモリ1886、処理ロジック1888内、又は処理ユニット1814内に完全に又は少なくとも部分的に常駐されてもよい。図18に示す構成要素は、1又はそれ以上の信号処理及び/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、又はこれらの任意の組み合わせで実施されてもよい。   Media 1850 or memory 1886 stores one or more instruction sets (or software) that perform any one or more of the methods or functions described herein. The software includes an operating system 1852, network service software 1856 for establishing, monitoring and controlling a wireless asymmetric network architecture, a communication module 1854, and an application 1858 (eg, a security application for a house or building, a house or building). Complete application, developer application, etc.). The software may also be fully or at least partially resident in the medium 1850, memory 1886, processing logic 1888, or processing unit 1814 during its execution by the device 1800. The components shown in FIG. 18 may be implemented in hardware, software, firmware, or any combination thereof, including one or more signal processing and / or application specific integrated circuits.

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、異なるタイプの入力/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、又はユーザ入力を受信し、出力を表示するためのタッチスクリーン、任意選択の英数字入力デバイス)と通信する。   The communication module 1854 enables communication with other devices. The I / O unit 1830 receives different types of input / output (I / O) devices 1834 (eg, displays, liquid crystal displays (LCDs), plasma displays, cathode ray tubes (CRTs), touch display devices, or user input. Communicate with, touch screen, optional alphanumeric input device for displaying output.

一実施形態では、ワイヤレスネットワーク内のノードを位置特定するためのコンピュータにより実行される方法は、ハブの処理ロジックによって、ノードを有するワイヤレスネットワークを、位置特定のために第1の期間の間、第1のネットワークアーキテクチャとして構成することを含む。コンピュータにより実行される方法は、ハブの処理ロジックによって、飛行時間及び信号強度の技術の少なくとも一方のために周波数チャネル多重通信、周波数チャネルステッピング通信、マルチチャネル広帯域通信、及び超広帯域通信の少なくとも1つを用いて少なくとも2つのノードを位置特定することを決定することと、ハブの処理ロジックによって、位置特定の完了時に、狭帯域通信を有する第2のネットワークアーキテクチャでワイヤレスネットワークを構成することとをさらに含む。   In one embodiment, a computer-implemented method for locating a node in a wireless network causes the processing logic of the hub to cause the wireless network having the node to be located for a first time period for locating. 1 as a network architecture. The computer-implemented method includes at least one of frequency channel multiplex communication, frequency channel stepping communication, multi-channel broadband communication, and ultra-wideband communication for time-of-flight and / or signal strength techniques, depending on the processing logic of the hub. Further determining the location of at least two nodes using the network and configuring the wireless network with a second network architecture having narrowband communication upon completion of the localization by the processing logic of the hub. Including.

一例では、コンピュータにより実行される方法は、信号強度の持続する変化が生じたかどうかを決定するために使用される情報と共にノードの少なくとも1つから情報を、ハブの処理ロジックによって受信することをさらに含む。   In one example, the computer-implemented method further comprises receiving information from at least one of the nodes by the hub processing logic along with information used to determine whether a persistent change in signal strength has occurred. Including.

一例では、コンピュータにより実行される方法は、ハブの処理ロジックによって、ワイヤレスネットワークの少なくとも1つのノードの信号強度に持続する変化があったかどうかを決定することをさらに含む。   In one example, the computer-implemented method further includes determining, by the hub processing logic, whether there has been a persistent change in the signal strength of at least one node of the wireless network.

一例では、コンピュータにより実行される方法は、ワイヤレスネットワークの少なくとも1つのノードの信号強度に持続する変化があった場合、ハブの処理ロジックによって、第2の期間の間ワイヤレスネットワークを第1のネットワークアーキテクチャとして構成することをさらに含む。   In one example, a computer-implemented method is configured to cause a wireless network to be connected to a first network architecture during a second time period by a hub processing logic if there is a persistent change in signal strength of at least one node of the wireless network. And further comprising.

一例では、コンピュータにより実行される方法は、ワイヤレスネットワークが第1のネットワークアーキテクチャとして構成されたときに、飛行時間及び信号強度の技術のうちの少なくとも一方のために周波数チャネル多重、周波数チャネルステッピング、マルチチャネル広帯域、及び超広帯域のうちの少なくとも1つを用いる位置特定を再トリガすることをさらに含む。   In one example, a computer-implemented method can be performed when a wireless network is configured as a first network architecture for frequency channel multiplexing, frequency channel stepping, multi-level for at least one of time-of-flight and signal strength techniques. It further includes re-triggering location using at least one of the channel wideband and the ultra-wideband.

一例では、ワイヤレスネットワークは、ワイヤレスネットワークの少なくとも2つのノードに関して信号強度の持続する変化が生じない限り、第1のネットワークアーキテクチャとして構成され続ける。   In one example, the wireless network continues to be configured as the first network architecture as long as no persistent changes in signal strength occur with respect to at least two nodes of the wireless network.

別の実施形態では、コンピュータにより読み取り可能な記憶媒体は、デバイスによって実行されたときに前記デバイスに、ワイヤレスネットワーク内のノードを位置特定するための方法を実行させる実行可能なコンピュータプログラム命令を含む。本方法は、ハブの処理ロジックによって、ノードを有するワイヤレスネットワークを、位置特定のために第1の期間の間、第1のネットワークアーキテクチャとして構成することを含む。本方法は、ハブの処理ロジックによって、飛行時間及び信号強度の技術の少なくとも一方のために周波数チャネル多重通信、周波数チャネルステッピング通信、マルチチャネル広帯域通信、及び超広帯域通信の少なくとも1つを用いて少なくとも2つのノードを位置特定することを決定することをさらに含む。本方法は、ハブの処理ロジックによって、位置特定の完了時に、狭帯域通信を有する第2のネットワークアーキテクチャでワイヤレスネットワークを構成することをさらに含む。   In another embodiment, a computer-readable storage medium includes executable computer program instructions that, when executed by a device, cause the device to perform a method for locating a node in a wireless network. The method includes configuring a wireless network having nodes as a first network architecture for a first time period for location via hub processing logic. The method uses at least one of frequency channel multiplex communication, frequency channel stepping communication, multi-channel wideband communication, and ultra-wideband communication for at least one of time-of-flight and signal strength techniques, depending on the processing logic of the hub. Further comprising determining to locate the two nodes. The method further includes configuring the wireless network with a second network architecture having narrowband communication upon completion of location via hub processing logic.

一例では、本方法は、信号強度の持続する変化が生じたかどうかを決定するために使用される情報と共にノードの少なくとも1つから情報を、ハブの処理ロジックによって受信することをさらに含む。   In one example, the method further includes receiving information from at least one of the nodes, along with information used to determine whether a sustained change in signal strength has occurred, by the processing logic of the hub.

一例では、本方法は、ハブの処理ロジックによって、ワイヤレスネットワークの少なくとも1つのノードの信号強度に持続する変化があったかどうかを決定することをさらに含む。   In one example, the method further includes determining, by the hub processing logic, whether there has been a persistent change in the signal strength of at least one node of the wireless network.

一例では、本方法は、ワイヤレスネットワークの少なくとも1つのノードの信号強度に持続する変化があった場合、ハブの処理ロジックによって、第2の期間の間ワイヤレスネットワークを第1のネットワークアーキテクチャとして構成することをさらに含む。   In one example, the method configures a wireless network as a first network architecture for a second period of time by a hub processing logic if there is a persistent change in signal strength of at least one node of the wireless network. Further included.

一例では、本方法は、ワイヤレスネットワークが第1のネットワークアーキテクチャとして構成されたときに、飛行時間及び信号強度の技術のうちの少なくとも一方のために周波数チャネル多重、周波数チャネルステッピング、マルチチャネル広帯域、及び超広帯域のうちの少なくとも1つを用いる位置特定を再トリガすることをさらに含む。   In one example, the method includes frequency channel multiplexing, frequency channel stepping, multi-channel wideband, and at least one of time-of-flight and signal strength techniques when the wireless network is configured as a first network architecture. It further includes re-triggering location using at least one of the ultra-wideband.

別の実施形態では、ワイヤレスネットワークアーキテクチャを提供するための装置は、命令を格納するためのメモリと、ワイヤレスネットワークアーキテクチャ内のノードを位置特定するための命令を実行する1又はそれ以上の処理ユニットと、ワイヤレスネットワークアーキテクチャ内で通信を送受信する複数のアンテナを含む無線周波数(RF)回路とを含む。RF回路は、複数のセンサノードであって、それぞれが、ワイヤレス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及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを有する複数のセンサノードに通信を送信する。1又はそれ以上の処理ユニットは、位置特定のために第1の期間の間センサノードを第1のネットワークアーキテクチャとして構成し、飛行時間及び信号強度の技術の少なくとも一方のために周波数チャネル多重通信、周波数チャネルステッピング通信、マルチチャネル広帯域通信、及び超広帯域通信の少なくとも1つを用いて少なくとも2つのノードを位置特定することを決定し、位置特定の完了時に、狭帯域通信を有する第2のネットワークアーキテクチャでワイヤレスネットワークアーキテクチャを構成する命令を実行するように構成される。   In another embodiment, an apparatus for providing a wireless network architecture includes a memory for storing instructions and one or more processing units that execute instructions for locating a node in the wireless network architecture. And a radio frequency (RF) circuit including a plurality of antennas for transmitting and receiving communications within the wireless network architecture. The RF circuit is a plurality of sensor nodes, each having a wireless device with a transmitter and a receiver that allows two-way communication with the RF circuits of the devices in the wireless network architecture. Send communication. One or more processing units configure the sensor node as a first network architecture for a first period for localization and frequency channel multiplex communication for at least one of time-of-flight and signal strength techniques; A second network architecture having determined to locate at least two nodes using at least one of frequency channel stepping communications, multi-channel broadband communications, and ultra-wideband communications, and having narrowband communications upon completion of localization Configured to execute instructions that constitute a wireless network architecture.

一例では、1又はそれ以上の処理ユニットは、信号強度の持続する変化が生じたかどうかを決定するために使用される情報と共にノードの少なくとも1つから情報を受信する命令を実行するように構成される。   In one example, one or more processing units are configured to execute instructions to receive information from at least one of the nodes along with information used to determine whether a sustained change in signal strength has occurred. The

一例では、1又はそれ以上の処理ユニットは、ワイヤレスネットワークアーキテクチャの少なくとも1つのノードの信号強度に持続する変化があったかどうかを決定する命令を実行するように構成される。   In one example, the one or more processing units are configured to execute instructions that determine whether there has been a persistent change in signal strength of at least one node of the wireless network architecture.

一例では、1又はそれ以上の処理ユニットは、ワイヤレスネットワークアーキテクチャの少なくとも1つのノードの信号強度に持続する変化があった場合、第2の期間の間ワイヤレスネットワークを第1のネットワークアーキテクチャとして構成する命令を実行するように構成される。   In one example, instructions for one or more processing units to configure a wireless network as a first network architecture for a second time period when there is a persistent change in signal strength of at least one node of the wireless network architecture. Configured to perform.

一例では、1又はそれ以上の処理ユニットは、ワイヤレスネットワークアーキテクチャが第1のネットワークアーキテクチャとして構成されたときに、飛行時間及び信号強度の技術のうちの少なくとも一方のために周波数チャネル多重、周波数チャネルステッピング、マルチチャネル広帯域、及び超広帯域のうちの少なくとも1つを用いる位置特定を再トリガする命令を実行するように構成される。   In one example, the one or more processing units may perform frequency channel multiplexing, frequency channel stepping for at least one of time-of-flight and signal strength techniques when the wireless network architecture is configured as the first network architecture. , Configured to execute an instruction to re-trigger location using at least one of multi-channel wideband and ultra-wideband.

一例では、1又はそれ以上の処理ユニットは、少なくとも2つのノードから、撮られた画像を含む通信を受信し、監視されている少なくとも2つのセンサノードが、同じ現場の画像を検知していて、同じ部屋内にある可能性が高いかどうかを決定するために、撮られた画像の画像処理及び機械学習の技術を実行する命令を実行するように構成される。   In one example, one or more processing units have received communications including captured images from at least two nodes, and at least two sensor nodes being monitored are detecting images of the same field, In order to determine if it is likely to be in the same room, it is configured to execute instructions that perform image processing and machine learning techniques on the captured images.

一例では、1又はそれ以上の処理ユニットは、第1のセンサの周期的な照明をストロボとして機能させ、第2のセンサの光検出器に照明を検出させる命令を与えるように構成される。   In one example, the one or more processing units are configured to cause the periodic illumination of the first sensor to function as a strobe and to instruct the photodetector of the second sensor to detect the illumination.

一例では、1又はそれ以上の処理ユニットは、第2のセンサの検出された照明を分析し、第1のセンサと第2のセンサとの間に不透明な壁が存在するかどうかを示す、第1のセンサと第2のセンサとの間の光路を検出できるかどうかを決定する命令を実行するように構成される。   In one example, the one or more processing units analyze the detected illumination of the second sensor and indicate whether there is an opaque wall between the first sensor and the second sensor. It is configured to execute an instruction that determines whether an optical path between the first sensor and the second sensor can be detected.

別の例では、1又はそれ以上の処理ユニットは、センサノードから向きデータを受信し、向きデータを用いてセンサノードの向きを測定し、向きデータ及び位置特定情報に基づいて、各センサノードが壁、床、天井、又は他の位置に配置されているかどうかを決定する命令を実行するように構成される。   In another example, one or more processing units receive orientation data from sensor nodes, use the orientation data to measure the orientation of the sensor nodes, and based on the orientation data and location information, each sensor node It is configured to execute instructions that determine whether it is located on a wall, floor, ceiling, or other location.

一例では、1又はそれ以上の処理ユニットは、飛行時間情報を用いて装置からセンサノードまでの第1の距離を推定し、信号強度情報を用いて装置からセンサノードまでの第2の距離を推定し、装置とセンサノードとの間の信号経路内に壁が存在するかどうかを決定する命令を実行するように構成される。   In one example, one or more processing units use the time-of-flight information to estimate a first distance from the device to the sensor node, and use the signal strength information to estimate a second distance from the device to the sensor node. And is configured to execute instructions to determine whether there is a wall in the signal path between the device and the sensor node.

一例では、1又はそれ以上の処理ユニットは、第1の距離と第2の距離との比較に基づいて、装置とセンサノードとの間の信号経路内に壁が存在するかどうかを決定する命令を実行するように構成される。   In one example, the one or more processing units are configured to determine whether there is a wall in the signal path between the device and the sensor node based on the comparison of the first distance and the second distance. Configured to perform.

別の例では、比較は、飛行時間情報を用いて推定された第1の距離が信号強度情報を用いて推定された第2の距離よりも著しく小さいとき、装置とセンサノードとの間の信号経路内に壁が存在することを示す。   In another example, the comparison indicates that the signal between the device and the sensor node when the first distance estimated using time of flight information is significantly less than the second distance estimated using signal strength information. Indicates that there is a wall in the path.

別の例では、比較は、信号強度情報を用いて推定された第2の距離が飛行時間情報を用いて推定された第1の距離よりも著しく小さいとき、装置とセンサノードとの間の信号経路内に反射が存在することを示す。   In another example, the comparison indicates that the signal between the device and the sensor node when the second distance estimated using the signal strength information is significantly smaller than the first distance estimated using the time of flight information. Indicates that there is a reflection in the path.

上記の明細書では、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、本発明の広範な精神及び範囲から逸脱することなく、それに対して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。したがって、明細書及び図面は、限定的な意味でではなく、例示的な意味で考えられるべきである。   In the foregoing specification, the invention has been described with reference to specific exemplary embodiments thereof. However, it will be apparent that various modifications and changes may be made thereto without departing from the broad spirit and scope of the invention. The specification and drawings are, accordingly, to be regarded in an illustrative sense rather than a restrictive sense.

Claims (44)

ワイヤレスネットワーク内のノードの位置を特定するためにコンピュータにより実行される方法であって、
ハブの処理ロジックを用いて、ノードを有する前記ワイヤレスネットワークを、位置特定のために、第1の時間区間の間、第1のネットワークアーキテクチャとして構成するステップと、
前記ハブの前記処理ロジックを用いて、飛行時間及び信号強度の技術のうちの少なくとも一方のために、周波数チャネル多重通信、周波数チャネルステッピング通信、マルチチャネル広帯域通信及び超広帯域通信のうちの少なくとも1つを用いて、少なくとも2つのノードの位置を特定することを決定するステップと、
前記ハブの前記処理ロジックを用いて、位置の特定の完了時に、狭帯域通信を有する第2のネットワークアーキテクチャにおいて前記ワイヤレスネットワークを構成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
A method performed by a computer to locate a node in a wireless network comprising:
Using the processing logic of the hub to configure the wireless network with nodes as a first network architecture for a first time period for location;
Using the processing logic of the hub, at least one of frequency channel multiplex communication, frequency channel stepping communication, multi-channel wideband communication and ultra-wideband communication for at least one of time-of-flight and signal strength techniques. Deciding to locate at least two nodes using
Using the processing logic of the hub to configure the wireless network in a second network architecture with narrowband communications upon location completion;
A method comprising the steps of:
前記ハブの前記処理ロジックを用いて、信号強度において持続する変化が生じているかどうかを決定するために前記ハブによって使用される情報とともに前記ノードのうちの少なくとも1つのノードから情報を受信するステップ、をさらに含む、請求項1に記載のコンピュータにより実行される方法。   Using the processing logic of the hub to receive information from at least one of the nodes along with information used by the hub to determine whether a sustained change in signal strength has occurred; The computer-implemented method of claim 1, further comprising: 前記ハブの前記処理ロジックを用いて、前記ワイヤレスネットワークの少なくとも1つのノードの信号強度において持続する変化があったかどうかを決定するステップ、をさらに含む、請求項2に記載のコンピュータにより実行される方法。   The computer-implemented method of claim 2, further comprising: using the processing logic of the hub to determine whether there has been a persistent change in signal strength of at least one node of the wireless network. 前記ワイヤレスネットワークの少なくとも1つのノードの信号強度において持続する変化があった場合、前記ハブの前記処理ロジックを用いて、第2の時間区間の間、前記ワイヤレスネットワークを前記第1のネットワークアーキテクチャとして構成するステップ、をさらに含む、請求項3に記載のコンピュータにより実行される方法。   If there is a persistent change in signal strength of at least one node of the wireless network, the processing logic of the hub is used to configure the wireless network as the first network architecture during a second time interval The computer-implemented method of claim 3, further comprising: 前記ワイヤレスネットワークが前記第1のネットワークアーキテクチャとして構成されたときに、飛行時間及び信号強度の技術のうちの少なくとも一方のために、周波数チャネル多重、周波数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のうちの少なくとも1つを用いる位置特定を再トリガするステップ、をさらに含む、請求項4に記載のコンピュータにより実行される方法。   When the wireless network is configured as the first network architecture, one of frequency channel multiplexing, frequency channel stepping, multi-channel wideband and ultra-wideband for at least one of time-of-flight and signal strength techniques. 5. The computer-implemented method of claim 4, further comprising re-triggering location using at least one. 前記ワイヤレスネットワークが、前記ワイヤレスネットワークの前記少なくとも2つのノードに関して信号強度において持続する変化が生じない場合、前記第1のネットワークアーキテクチャとして構成され続ける、請求項3に記載のコンピュータにより実行される方法。   The computer-implemented method of claim 3, wherein the wireless network continues to be configured as the first network architecture if no persistent changes in signal strength occur with respect to the at least two nodes of the wireless network. デバイスによって実行されたときに該デバイスにワイヤレスネットワーク内のノードの位置を特定するための方法を実行させる実行可能なコンピュータプログラム命令を含む、コンピュータにより読み取り可能な記憶媒体であって、前記方法が、
ハブの処理ロジックを用いて、ノードを有する前記ワイヤレスネットワークを、位置特定のために、第1の時間区間の間、第1のネットワークアーキテクチャとして構成するステップと、
前記ハブの前記処理ロジックを用いて、飛行時間及び信号強度の技術のうちの少なくとも一方のために、周波数チャネル多重通信、周波数チャネルステッピング通信、マルチチャネル広帯域通信及び超広帯域通信のうちの少なくとも1つを用いて少なくとも2つのノードの位置を特定することを決定するステップと、
前記ハブの前記処理ロジックを用いて、位置特定の完了時に、狭帯域通信を有する第2のネットワークアーキテクチャにおいて前記ワイヤレスネットワークを構成するステップと、
を含むことを特徴とするコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体。
A computer-readable storage medium comprising executable computer program instructions that, when executed by a device, causes the device to perform a method for locating a node in a wireless network, the method comprising:
Using the processing logic of the hub to configure the wireless network with nodes as a first network architecture for a first time period for location;
Using the processing logic of the hub, at least one of frequency channel multiplex communication, frequency channel stepping communication, multi-channel wideband communication and ultra-wideband communication for at least one of time-of-flight and signal strength techniques. Deciding to locate at least two nodes using
Using the processing logic of the hub to configure the wireless network in a second network architecture with narrowband communication upon location completion;
A computer-readable storage medium comprising:
前記方法が、
前記ハブの前記処理ロジックを用いて、信号強度において持続する変化が生じているかどうかを決定するために前記ハブによって使用される前記ノードのうちの少なくとも1つのノードからの情報を受信するステップ、をさらに含む、請求項7に記載のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体。
The method comprises
Using the processing logic of the hub to receive information from at least one of the nodes used by the hub to determine whether a persistent change in signal strength has occurred. The computer-readable storage medium according to claim 7, further comprising:
前記方法が、
前記ハブの前記処理ロジックを用いて、前記ワイヤレスネットワークの少なくとも1つのノードの信号強度において持続する変化があったかどうかを決定するステップ、をさらに含む、請求項8に記載のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体。
The method comprises
9. The computer readable storage medium of claim 8, further comprising: using the processing logic of the hub to determine whether there has been a persistent change in signal strength of at least one node of the wireless network. .
前記方法が、
前記ワイヤレスネットワークの少なくとも1つのノードの信号強度において持続する変化があった場合、前記ハブの前記処理ロジックを用いて、第2の時間区間の間、前記ワイヤレスネットワークを前記第1のネットワークアーキテクチャとして構成するステップ、をさらに含む、請求項9に記載のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体。
The method comprises
If there is a persistent change in signal strength of at least one node of the wireless network, the processing logic of the hub is used to configure the wireless network as the first network architecture during a second time interval The computer-readable storage medium of claim 9, further comprising:
前記方法が、
前記ワイヤレスネットワークが前記第1のネットワークアーキテクチャとして構成されたときに、飛行時間及び信号強度の技術のうちの少なくとも一方のために、周波数チャネル多重通信、周波数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のうちの少なくとも1つを用いる位置特定を再トリガするステップ、をさらに含む、請求項10に記載のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体。
The method comprises
When the wireless network is configured as the first network architecture, for at least one of time-of-flight and signal strength techniques, of frequency channel multiplex communication, frequency channel stepping, multi-channel wideband and ultra-wideband 11. The computer readable storage medium of claim 10, further comprising retriggering location using at least one of the following.
ワイヤレス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、
命令を格納するためのメモリと、
前記ワイヤレスネットワークアーキテクチャ内のノードの位置を特定するための命令を実行する1又はそれ以上の処理ユニットと、
前記ワイヤレス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複数のアンテナを含む無線周波数(RF)回路と、
を具備し、
前記RF回路は、
各々が前記ワイヤレス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送信機及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを有する複数のセンサノード
に通信を送信し、
前記1又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、
位置特定のために、第1の時間区間の間、前記複数のセンサノードを第1のネットワークアーキテクチャとして構成し、
飛行時間及び信号強度の技術のうちの少なくとも一方のために、周波数チャネル多重通信、周波数チャネルステッピング通信、マルチチャネル広帯域通信及び超広帯域通信のうちの少なくとも1つを用いて、少なくとも2つのノードの位置を特定することを決定し、
位置特定の完了時に、狭帯域通信を有する第2のネットワークアーキテクチャにおいて前記ワイヤレスネットワークアーキテクチャを構成する、ことを特徴とする装置。
An apparatus for providing a wireless network architecture, comprising:
Memory for storing instructions;
One or more processing units that execute instructions for locating nodes within the wireless network architecture;
A radio frequency (RF) circuit including a plurality of antennas for transmitting and receiving communications in the wireless network architecture;
Comprising
The RF circuit is
Transmitting a communication to a plurality of sensor nodes each having a wireless device with a transmitter and a receiver that enables two-way communication with the RF circuitry of the apparatus in the wireless network architecture;
The one or more processing units execute instructions;
Configuring the plurality of sensor nodes as a first network architecture during a first time interval for location;
Location of at least two nodes using at least one of frequency channel multiplex communication, frequency channel stepping communication, multi-channel wideband communication and ultra-wideband communication for at least one of time-of-flight and signal strength techniques Decide to identify and
Configuring the wireless network architecture in a second network architecture with narrowband communication upon completion of location.
前記1又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、信号強度において持続する変化が生じているかどうかを決定するために使用される前記ノードのうちの少なくとも1つのノードからの情報を受信する、ように構成される、請求項12に記載の装置。   The one or more processing units execute instructions to receive information from at least one of the nodes used to determine whether a persistent change in signal strength is occurring The apparatus of claim 12, configured as follows. 前記1又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、前記ワイヤレスネットワークアーキテクチャの少なくとも1つのノードの信号強度において持続する変化があったかどうかを決定する、ように構成される、請求項13に記載の装置。   14. The one or more processing units are configured to execute instructions to determine whether there has been a persistent change in signal strength of at least one node of the wireless network architecture. Equipment. 前記1又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、
前記ワイヤレスネットワークアーキテクチャの少なくとも1つのノードの信号強度において持続する変化があったときに、第2の時間区間の間、前記ワイヤレスネットワークを前記第1のネットワークアーキテクチャとして構成する、ように構成される、請求項14に記載の装置。
The one or more processing units execute instructions;
Configured to configure the wireless network as the first network architecture during a second time interval when there is a persistent change in signal strength of at least one node of the wireless network architecture. The apparatus according to claim 14.
前記1又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、
前記ワイヤレスネットワークアーキテクチャが前記第1のネットワークアーキテクチャとして構成されたときに、飛行時間及び信号強度の技術のうちの少なくとも一方のために、周波数チャネル多重通信、周波数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のうちの少なくとも1つを用いる位置特定を再トリガする、ように構成される、請求項15に記載の装置。
The one or more processing units execute instructions;
When the wireless network architecture is configured as the first network architecture, frequency channel multiplexing, frequency channel stepping, multi-channel wideband and ultra-wideband for at least one of time-of-flight and signal strength techniques The apparatus of claim 15, wherein the apparatus is configured to retrigger location using at least one of them.
前記1又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、
少なくとも2つのセンサノードから、キャプチャされた画像を含む通信を受信し、
モニタされている前記少なくとも2つのセンサノードが、同一の現場の画像を検知していて同一の部屋内にありそうかどうかを決定するために、前記キャプチャされた画像に対する画像処理及び機械学習技術を実行する命令を実行する、ように構成される、請求項12に記載の装置。
The one or more processing units execute instructions;
Receiving communications including captured images from at least two sensor nodes;
Image processing and machine learning techniques for the captured images are used to determine whether the at least two sensor nodes being monitored are detecting images of the same field and likely to be in the same room. The apparatus of claim 12, wherein the apparatus is configured to execute instructions for execution.
前記1又はそれ以上の処理ユニットが、第1のセンサの周期的な照明をストロボとして機能させ、かつ、第2のセンサの光検出器に照明を検出させる、命令を与えるように構成される、請求項12に記載の装置。   The one or more processing units are configured to provide instructions to cause the periodic illumination of the first sensor to function as a strobe and to cause the photodetector of the second sensor to detect the illumination; The apparatus according to claim 12. 前記1又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、
前記第2のセンサの前記検出された照明を分析し、前記第1のセンサと前記第2のセンサとの間に光路を検出できるかどうかを決定する、ように構成される、請求項18に記載の装置。
The one or more processing units execute instructions;
19. The apparatus of claim 18, configured to analyze the detected illumination of the second sensor and determine whether an optical path can be detected between the first sensor and the second sensor. The device described.
前記1又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、
前記センサノードから向きデータを受信し、
該向きデータを用いて、前記センサノードの向きを測定し、
前記向きデータ及び位置特定情報に基づいて、各センサノードが、壁、床、天井又は他の位置に配置されているかどうかを決定する、
ように構成される、請求項12に記載の装置。
The one or more processing units execute instructions;
Receiving orientation data from the sensor node;
Using the orientation data, measure the orientation of the sensor node,
Determine whether each sensor node is located on a wall, floor, ceiling or other location based on the orientation data and location information.
The apparatus of claim 12, configured as follows.
前記1又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、
飛行時間情報を用いて前記装置から或るセンサノードまでの第1の距離を推定し、
信号強度情報を用いて前記装置から前記センサノードまでの第2の距離を推定し、
前記装置と前記センサノードとの間の信号経路内に壁が存在するかどうかを決定する、
ように構成される、請求項12に記載の装置。
The one or more processing units execute instructions;
Using a time of flight information to estimate a first distance from the device to a sensor node;
Estimating a second distance from the device to the sensor node using signal strength information;
Determining whether there is a wall in the signal path between the device and the sensor node;
The apparatus of claim 12, configured as follows.
前記1又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、
前記第1の距離と前記第2の距離との比較に基づいて、前記装置と前記センサノードとの間の信号経路内に壁が存在するかどうかを決定する、
ように構成される、請求項21に記載の装置。
The one or more processing units execute instructions;
Determining whether there is a wall in the signal path between the device and the sensor node based on a comparison of the first distance and the second distance;
The apparatus of claim 21, configured as follows.
前記比較が、飛行時間情報を用いて推定された前記第1の距離が信号強度情報を用いて推定された前記第2の距離よりも著しく小さいときに、前記装置と前記センサノードとの間の前記信号経路内に壁が存在することを示す、請求項22に記載の装置。   When the comparison is between the device and the sensor node when the first distance estimated using time of flight information is significantly less than the second distance estimated using signal strength information 23. The apparatus of claim 22, indicating that a wall is present in the signal path. 前記比較が、信号強度情報を用いて推定された前記第2の距離が飛行時間情報を用いて推定された前記第1の距離よりも著しく小さいときに、前記装置と前記センサノードとの間の前記信号経路内に反射が存在することを示す、請求項22に記載の装置。   The comparison between the device and the sensor node when the second distance estimated using signal strength information is significantly smaller than the first distance estimated using time of flight information. The apparatus of claim 22, wherein there is a reflection in the signal path. システムであって、
1又はそれ以上の処理ユニット、及び、ワイヤレス非対称ネットワークにおいて通信を送受信するためのRF回路を有するハブと、
各々が、前記ワイヤレス非対称ネットワークアーキテクチャにおいて前記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たワイヤレスデバイスを有する、複数のセンサノードと、
を具備し、
前記ハブの前記1又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、
前記ハブと前記複数のセンサノードとの間の通信のためのツリーアーキテクチャを用いて当該システムを構成し、
少なくとも1つのセンサノードの範囲又は位置における変化を検出し、
範囲又は位置における変化の検出に基づいて前記複数のセンサノードに対する位置情報を決定するために一時的にメッシュをベースにしたアーキテクチャを用いて当該システムを構成する、
ことを特徴とするシステム。
A system,
A hub having one or more processing units and an RF circuit for transmitting and receiving communications in a wireless asymmetric network;
A plurality of sensor nodes, each having a wireless device with a transmitter and a receiver that enable bi-directional communication with the hub in the wireless asymmetric network architecture;
Comprising
The one or more processing units of the hub execute instructions;
Configuring the system using a tree architecture for communication between the hub and the plurality of sensor nodes;
Detecting a change in the range or position of at least one sensor node;
Configuring the system with a temporarily mesh-based architecture to determine position information for the plurality of sensor nodes based on detection of changes in range or position;
A system characterized by that.
前記ワイヤレス非対称ネットワークを形成するために、前記ハブが主電源によって給電され、前記複数のセンサノードが各々バッテリ電源によって給電される、請求項25に記載のシステム。   26. The system of claim 25, wherein the hub is powered by a main power source and the plurality of sensor nodes are each powered by a battery power source to form the wireless asymmetric network. 前記ハブの前記1又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、
当該システムが第2の周波数レベルでの通信のために一時的なメッシュをベースにしたアーキテクチャを用いて構成されている間に、位置情報を求めた後に、前記ハブと前記複数のセンサノードとの間の、第1の周波数レベルでの通信のために前記ツリーアーキテクチャを用いて当該システムを構成する、請求項25に記載のシステム。
The one or more processing units of the hub execute instructions;
While the system is configured using a temporary mesh-based architecture for communication at a second frequency level, after determining location information, the hub and the plurality of sensor nodes 26. The system of claim 25, wherein the system is configured using the tree architecture for communication at a first frequency level between.
前記1又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、
前記一時的なメッシュをベースにしたアーキテクチャの間に行われる通信に関連した飛行時間情報によって測定された距離からの三角測量に基づいて前記複数のセンサノードの位置情報を決定する、請求項25に記載のシステム。
The one or more processing units execute instructions;
26. The position information of the plurality of sensor nodes is determined based on triangulation from a distance measured by time-of-flight information associated with communications performed during the temporary mesh-based architecture. The system described.
前記1又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、
通信に関連した信号強度情報によって測定された距離からの三角測量に基づいて前記複数のセンサノードの位置情報を決定する、請求項25に記載のシステム。
The one or more processing units execute instructions;
26. The system of claim 25, wherein position information of the plurality of sensor nodes is determined based on triangulation from a distance measured by signal strength information related to communication.
前記センサノードの位置特定に十分な時間区間の間、メッシュをベースにしたアーキテクチャを用いて一時的に構成される、請求項25に記載のシステム。   26. The system of claim 25, configured temporarily using a mesh based architecture for a time interval sufficient to locate the sensor node. 前記ハブの前記1又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、
前記複数のセンサノードに対する前記位置情報と、前記ハブ又は前記センサノードのうちの少なくとも1つセンサノードの絶対位置と、に基づいて、前記センサノードの絶対位置情報を決定する、請求項25に記載のシステム。
The one or more processing units of the hub execute instructions;
26. The absolute position information of the sensor node is determined based on the position information with respect to the plurality of sensor nodes and an absolute position of at least one sensor node of the hub or the sensor node. System.
装置であって、
命令を格納するためのメモリと、
ワイヤレスネットワークアーキテクチャ内のノードを位置特定するための命令を実行する1又はそれ以上の処理ユニットと、
無線周波数(RF)回路であって、各々が前記ワイヤレスネットワークアーキテクチャにおける前記装置の前記RF回路との双方向通信を可能にする送信機及び受信機を備えたワイヤレスデバイスを有する複数のセンサノード、に対して通信を送信し、かつ、該複数のセンサノードから通信を受信する、無線周波数回路と、
を具備し、
前記1又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、
当該装置と前記複数のセンサノードとの間の通信のためにツリーアーキテクチャを用いて前記ワイヤレスネットワークアーキテクチャを構成し、
前記複数のセンサノードのうちの少なくとも1つのセンサノードの範囲又は位置における変化を検出し、
範囲又は位置における変化の検出に基づいて前記複数のセンサノードに対する位置情報を決定するためにメッシュをベースにしたアーキテクチャを用いて前記ワイヤレスネットワークアーキテクチャを一時的に構成する、
ことを特徴とする装置。
A device,
Memory for storing instructions;
One or more processing units that execute instructions for locating nodes in a wireless network architecture;
A plurality of sensor nodes having radio frequency (RF) circuits, each having a wireless device with a transmitter and a receiver that enables two-way communication with the RF circuit of the apparatus in the wireless network architecture; A radio frequency circuit for transmitting communications to and receiving communications from the plurality of sensor nodes;
Comprising
The one or more processing units execute instructions;
Configuring the wireless network architecture using a tree architecture for communication between the device and the plurality of sensor nodes;
Detecting a change in a range or position of at least one of the plurality of sensor nodes;
Temporarily configuring the wireless network architecture with a mesh-based architecture to determine location information for the plurality of sensor nodes based on detection of changes in range or location;
A device characterized by that.
前記ワイヤレスネットワークアーキテクチャを形成するために、当該装置が主電源によって給電され、前記複数のセンサノードが各々バッテリ電源によって給電される、請求項32に記載の装置。   33. The apparatus of claim 32, wherein the apparatus is powered by a main power source and the plurality of sensor nodes are each powered by a battery power source to form the wireless network architecture. 前記1又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、
前記一時的なメッシュをベースにしたアーキテクチャを用いて前記ワイヤレスネットワークアーキテクチャが構成されている間に、位置情報を決定した後に、当該装置と前記複数のセンサノードとの間の通信のために前記ツリーアーキテクチャを用いて前記ワイヤレスネットワークアーキテクチャを構成する、請求項32に記載の装置。
The one or more processing units execute instructions;
While the wireless network architecture is configured using the temporary mesh-based architecture, after determining location information, the tree for communication between the device and the plurality of sensor nodes The apparatus of claim 32, wherein an architecture is used to configure the wireless network architecture.
前記1又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、
前記一時的なメッシュをベースにしたアーキテクチャの間に行われる通信に関連した飛行時間情報によって測定された距離からの三角測量に基づいて前記複数のセンサノードの位置情報を決定する、請求項32に記載の装置。
The one or more processing units execute instructions;
The position information of the plurality of sensor nodes is determined based on triangulation from a distance measured by time-of-flight information associated with communications performed during the temporary mesh-based architecture. The device described.
前記1又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、
通信に関連した信号強度情報によって測定された距離からの三角測量に基づいて前記複数のセンサノードの位置情報を決定する、請求項32に記載の装置。
The one or more processing units execute instructions;
35. The apparatus of claim 32, wherein position information of the plurality of sensor nodes is determined based on triangulation from a distance measured by signal strength information related to communication.
前記ワイヤレスネットワークアーキテクチャが、位置特定に十分な時間区間の間、メッシュをベースにしたアーキテクチャを用いて一時的に構成される、請求項32に記載の装置。   33. The apparatus of claim 32, wherein the wireless network architecture is temporarily configured with a mesh-based architecture for a time interval sufficient for location. 前記1又はそれ以上の処理ユニットが、命令を実行して、
前記複数のセンサノードの前記位置情報と、当該装置又は前記センサノードの少なくとも1つのセンサノードの絶対位置と、に基づいて、前記センサノードに対する絶対位置情報を決定する、請求項32に記載の装置。
The one or more processing units execute instructions;
The apparatus according to claim 32, wherein absolute position information for the sensor node is determined based on the position information of the plurality of sensor nodes and an absolute position of the apparatus or at least one sensor node of the sensor node. .
ワイヤレスネットワーク内のノードの位置を特定するためにコンピュータにより実行される方法であって、
ハブの処理ロジックを用いて、ノードを有する前記ワイヤレスネットワークを、ある時間区間の間、メッシュをベースにしたネットワークアーキテクチャとして構成するステップと、
前記ハブの前記処理ロジックを用いて、飛行時間及び信号強度の技術のうちの少なくとも一方を用いて少なくとも2つのノードの位置を特定することを決定するステップと、
前記少なくとも2つのノードの位置特定が完了したときに、前記ハブの前記処理ロジックを用いて、飛行時間測定が行われていれば飛行時間測定を終了するステップと、
前記ハブの前記処理ロジックを用いて、位置特定の完了時に、前記ワイヤレスネットワークをツリーをベースにしたネットワークアーキテクチャ又はツリー状のネットワークアーキテクチャにおいて構成するステップと
を含むことを特徴とする方法。
A method performed by a computer to locate a node in a wireless network comprising:
Configuring the wireless network with nodes using a hub processing logic as a mesh-based network architecture for a period of time;
Determining using the processing logic of the hub to locate at least two nodes using at least one of time-of-flight and signal strength techniques;
Ending the time-of-flight measurement if the time-of-flight measurement has been performed using the processing logic of the hub when the location of the at least two nodes is complete;
Using the processing logic of the hub to configure the wireless network in a tree-based or tree-like network architecture upon completion of location.
前記ハブの前記処理ロジックを用いて、信号強度において持続する変化が生じているかどうかを決定するために使用される前記ノードの少なくとも1つのノードからの情報を受信するステップ、をさらに含む、請求項39に記載のコンピュータにより実行される方法。   Receiving information from at least one of the nodes used to determine whether a sustained change in signal strength is occurring using the processing logic of the hub. 40. A method executed by the computer according to 39. 前記ハブの前記処理ロジックを用いて、前記ワイヤレスネットワークの少なくとも1つのノードの信号強度において持続する変化があったかどうかを決定するステップ、をさらに含む、請求項40に記載のコンピュータにより実行される方法。   41. The computer-implemented method of claim 40, further comprising using the processing logic of the hub to determine whether there has been a persistent change in signal strength of at least one node of the wireless network. 前記ワイヤレスネットワークの少なくとも1つのノードの信号強度において持続する変化があったときに、前記ハブの前記処理ロジックを用いて、ある時間区間の間、前記ワイヤレスネットワークをメッシュをベースにしたネットワークアーキテクチャとして構成するステップ、をさらに含む、請求項41に記載のコンピュータにより実行される方法。   Configuring the wireless network as a mesh-based network architecture for a period of time using the processing logic of the hub when there is a persistent change in signal strength of at least one node of the wireless network 42. The computer implemented method of claim 41, further comprising the step of: 前記ワイヤレスネットワークがメッシュをベースにしたネットワークアーキテクチャとして構成されたときに、飛行時間及び信号強度の技術のうちの少なくとも一方を用いる位置特定を再トリガするステップ、をさらに含む、請求項42に記載のコンピュータにより実行される方法。   43. Re-triggering location using at least one of time-of-flight and signal strength techniques when the wireless network is configured as a mesh-based network architecture. A method performed by a computer. 前記ワイヤレスネットワークが、前記ワイヤレスネットワークの前記少なくとも2つのノードに関して信号強度において持続する変化が生じない場合、ツリーをベースにしたネットワークアーキテクチャ又はツリー状のネットワークアーキテクチャとして構成され続ける、請求項41に記載のコンピュータにより実行される方法。   42. The wireless network of claim 41, wherein the wireless network continues to be configured as a tree-based network architecture or a tree-like network architecture if no persistent change in signal strength occurs for the at least two nodes of the wireless network. A method performed by a computer.
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