本願は、概して、ビーコン装置及びゲートウェイ装置を接続するためのシステムに関する。
ビーコンは、小型、低コスト、通常バッテリで動作し、例えば、ブルートゥース(登録商標)低エネルギー(Bluetooth Low Energy(BLE))プロトコルを用いて、広告ブロードキャストフレームを放出するワイヤレス装置である。ビーコン装置の広告メッセージは、スマートフォン又はタブレット等のようなモバイル装置、又は特定のプロトコルをサポートする他の装置によって受信され得る。今日、例えば、iBeacon、UriBeacon及びEddystone等のような、定義されたいくつかの異なるビーコンプロトコルが存在する。それらの全てが、データをブロードキャストするためにBLE広告を用い、ビーコンプロトコルは、BLE広告においてペイロードを特定する。
図1は、ビーコン装置の動作を示す。ビーコン装置103は、1又は複数の周波数チャネルにおいて周期的にBLE広告106をブロードキャストする。モバイル装置は、スキャニング105によって広告の受信を試みることができる。広告を受信することを可能にするために、モバイル装置102は、ビーコン装置の無線範囲104内にある必要がある。ビーコン装置の無線範囲外のモバイル装置101は、広告を受信することができない。
ビーコン装置は、多くの異なるアプリケーションを有する。通常、想定されるアプリケーションでは、ビーコン装置は、大量に広く展開される。ビーコン装置は、例えば、小売、イベント、及び輸送等においてアプリケーションを有する。小売では、ビーコン装置は、例えば、広告、製品情報の提供、及び非接触支払い等のために用いられうる。イベントでは、ビーコン装置は、例えば、情報及び補完内容を通信する、及び販売を促進する等のために用いられうる。輸送では、ビーコン装置は、例えば、旅行者の遅延及びスケジュール変更を警告する、及び天候状態を報告する等のために用いられうる。
ビーコン装置向けの複数の想定されるアプリケーションが存在するが、例えば、管理、状態監視及び設定目的のために複数のビーコン装置をアプリケーションシステムへ接続する効果的な手法が存在しない。ビーコン装置を管理するために、現在3つのオプションがある:1)モバイル装置による設定、2)アプリケーションシステムへのゲートウェイとしてエンドユーザのモバイル装置を用いる、又は3)ビーコン装置とアプリケーションシステムとの接続を可能にするために別のゲートウェイ装置を追加する。
図2は、モバイルデバイスによりビーコン装置を構成する例を示す。モバイル装置201、例えば、スマートフォンにより構成するとき、ユーザは、ビーコン装置202とモバイル装置201との間に双方向接続されたBLEリンク203を形成しなければならない。これは、ユーザが、ビーコン装置の無線範囲204内にいなければならないことを意味する。リンク203が確立された後、設定は、モバイル装置201におけるアプリケーションを用いてなされうる。通常、ビーコン装置の無線範囲は、10メートル単位のスケールにある。よって、大規模ビーコン実装を設定することは、多くの手動労力を必要とし、システムのメンテナンスコストを増加させる。このシナリオでは、リモート管理ができない。
モバイル装置を利用する別の手法は、アプリケーションシステムへのゲートウェイとしてそれらを用いることである。この方法における論拠は、システムが用いられるとき、常に、エンドユーザのモバイル装置の近傍に存在し、それらは、ビーコン装置及びアプリケーションシステムの両方への接続を有することである。しかし、この接続性は、間欠的かつ保証されない。一部のビーコン装置の近くにユーザが特定の時点で存在する又は存在しない。ビーコン装置のフリートのオペレータは、インフラストラクチャがオペレータの制御外であるため、これに頼ることができない。また、このシナリオでは、エンドユーザのデータ接続は、アプリケーションシステムへの通信のために用いられる必要があり、これは、多くのエンドユーザにとって受け入れることができない。
図3は、モバイル装置を用いてアプリケーションシステムへ接続する例を示す。モバイル装置301は、接続を形成するために、ビーコン装置302の無線範囲304内になければならない。ビーコン装置302への通信及びビーコン装置302からの通信を提供するために、双方向BLEリンク303は、モバイル装置301とビーコン装置302との間で確立されなければならない。モバイル装置は、例えば、セルラー又はWi−Fiを介したバックホール接続305を含む。アプリケーションシステム306とビーコン装置302との接続は、2つのエンティティ間でデータを中継するモバイル装置301においてソフトウェアを実行することによって確立されうる。この接続は、例えば、ビーコン装置302をリモート設定するために用いられうる。
ビーコン装置とアプリケーションシステムとの間でゲートウェイとして作動する別のハードウェアを追加することによって、オペレータへアプリケーションシステム接続性制御をもたらし、ビーコン装置をリモート管理するための可能性を与える。しかし、BLEがスター・トポロジーであるので、必要とされる別のハードウェア(ゲートウェイ)の量は、搭載されるビーコン装置の量によりスケールアップし、ビーコン装置搭載の地理的範囲によりスケールアップする。これは、特に大規模実装での、システムコストを非常に増加させる。
図4は、追加のゲートウェイ装置を用いてビーコン装置をアプリケーションシステムへ接続する例を示す。ゲートウェイ装置401は、接続を形成するために、ビーコン装置402の無線範囲404内になければならない。ビーコン装置402への通信及びビーコン装置402からの通信を提供するために、双方向BLEリンク403は、ゲートウェイ装置401とビーコン装置402との間で確立されなければならない。ゲートウェイ装置は、例えば、セルラー、Wi−Fi又はイーサネット(登録商標)を介したバックホール接続405を含む。アプリケーションシステム406とビーコン装置402との接続は、2つのエンティティ間でデータを中継するゲートウェイ装置401においてソフトウェアを実行することによって確立されうる。この接続は、例えば、ビーコン装置402をリモート設定するために用いられうる。ゲートウェイ装置401は、バックホール接続405及びBLE接続403の両方のためのインターフェースを含まなければならない。
図5aは、ビーコン装置ハードウェアアーキテクチャを示す。ビーコン装置500は、メモリ501と、マイクロコントローラユニット(MCU)502と、無線送受信機503と、アンテナ504と、電源供給505と、を含む。MCU502は、取り得るアプリケーション及びBLE広告プロトコルのためのプログラムコードを実行するために用いられる。無線送受信機503は、アンテナ504を介してBLE広告を送信するために用いられる。電源供給505は、バッテリ及びレギュレータ等のような装置に電源供給するための構成要素を含む。
図5bは、ゲートウェイ装置ハードウェアアーキテクチャを示す。ゲートウェイ装置550は、メモリ551と、マイクロコントローラユニット(MCU)552と、無線送受信機553と、アンテナ554と、バックホール接続性555と、電源供給556と、を含む。MCU552は、取り得るアプリケーション及びBLE接続性プロトコルのためのプログラムコードを実行するために用いられる。無線送受信機553及びアンテナ554は、ゲートウェイ装置の無線範囲内のビーコン装置への双方向BLEリンクを形成するために用いられる。バックホール接続性555は、アプリケーションシステムへの双方向接続を形成するために用いられる。ゲートウェイアプリケーションは、バックホール接続性及びBLE接続性を用いて、アプリケーションシステムとビーコン装置との間でデータを中継する。電源供給555は、装置に電源供給するための構成要素を含む。ゲートウェイ装置は、ビーコン広告機能も実装してもよい。
ワイヤレスメッシュネットワーク(Wireless Mesh Network(WMN))は、装置が互いに直接的に通信することができるだけでなく、通信エンドポイント間でデータをルーティングするためのネットワークにおける他のノードを用いる複数のホップに亘って間接的に通信することができるネットワークのタイプについての一般的な用語である。この種類のネットワークでも用いられる他の一般用語は、アドホックネットワーク、ワイヤレスセンサネットワーク((Wireless Sensor Networks)WSN)、ワイヤレスセンサアンドアクチュエータネットワーク((Wireless Sensor and Actuator Networks)WSAN)、ローパワーアンドロッシィネットワーク((Low power and Lossy Networks)LLN)を含む。WMNは、通常、複数ノード装置及び1以上のゲートウェイ装置で構成される。ゲートウェイ装置は、WMNと他のネットワーク、例えばインターネットとの接続を提供する。WMNは、自律的かつ低電力となるように特徴付けられる。通常、WMNは、リンクレイヤにおいて時間スロット方式又は競合ベース方式チャネルアクセス方法のいずれかを採用する。
図6は、時間スロット方式WMNリンクレイヤ動作を示す。通信ノード601,602,603は、データ606を交換するために時間スロット604を用いる。時間スロットは、WMNプロトコル−特有信号化方法を用いて同期される。同期された時間スロット外の時間は、非アクティブ時間605であり、例えば、無線送受信機は用いられない。この時間は、低電力動作を生じる深いスリープモードへ入ることによってエネルギーを保存するために用いられうる。
図7は、競合ベース方式WMNリンクレイヤ動作を示す。データ701,702をルートすることができる装置について、無線は、増加した電力消費を生じる全ての時間704でアクティブである。送信することがない場合、無線は、受信モードで維持される。このようにして、別の装置が送信するためのデータを有するとき、それをすぐにおこなうことができる(705)。チャネルにアクセスするための特有の方法は、WMNプロトコル−特有であり、例えば、CSMA−CA又はAlohaが用いられうる。データをルートせず、送信することがない場合に非アクティブとなりうるスリーピーエンドノード703も存在してもよい。
本発明の目的の一つは、上述された欠点を取り下げ、ビーコン装置及びゲートウェイ(GW)装置、更にはアプリケーションシステムへの効率的な接続のためのシステムを提供することである。
本発明の目的の一つは、従属請求項に記載のシステム、ビーコン装置、方法、コンピュータプログラム、及びコンピュータ可読媒体を提供することによって満たされる。
本発明の一実施形態は、ビーコン装置及びゲートウェイ装置を接続するためのシステムである。システムは、ビーコン装置及びゲートウェイ装置を備える。複数のビーコン装置に属するビーコン装置は、GW装置への双方向接続を提供するように適合され、GW装置は、アプリケーションシステムへの双方向接続を提供するように適合される。ビーコン装置は、マルチホップワイヤレスメッシュネットワークを形成し、GW装置は、ワイヤレスメッシュネットワークへの双方向メッシュ接続を提供し、ワイヤレスメッシュネットワークは、ビーコン装置とゲートウェイ装置との間でデータを通信するために用いられる。
本発明の一実施形態は、ゲートウェイ装置へ接続されるビーコン装置である。ビーコン装置は、マイクロコントローラと、無線送受信機と、を備える。ビーコン装置は、マイクロコントローラユニットによって、ビーコン装置によってビーコン装置とGW装置との間にマルチホップワイヤレスメッシュネットワークを形成するために、ビーコン装置と少なくとも1つの他のビーコン装置との間に双方向メッシュ接続を提供し、無線送受信機によって、ビーコン装置とGW装置との間でデータを通信するためにワイヤレスメッシュネットワークを用いるように適合される。複数のビーコン装置は、ビーコン装置及び少なくとも1つのビーコン装置を備える。
本発明の一実施形態は、ビーコン装置をゲートウェイ装置に接続する方法である。ビーコン装置は、マイクロコントローラユニットと、無線送受信機と、を備える。前記方法は、マイクロコントローラユニットによって、ビーコン装置によってビーコン装置とGW装置との間にマルチホップワイヤレスメッシュネットワークを形成するために、ビーコン装置と少なくとも1つの他のビーコン装置との間に双方向メッシュ接続を提供すること、及び無線送受信機によって、ビーコン装置とGW装置との間でデータを通信するためにワイヤレスメッシュネットワークを用いることを含む。複数のビーコン装置は、ビーコン装置及び少なくとも1つのビーコン装置を備える。
本発明の一実施形態は、コンピュータプログラムにおいて実行するときに、ビーコン装置をゲートウェイ装置へ接続するためのコンピュータプログラムである。ビーコン装置は、マイクロコントローラユニットと、無線送受信機と、を備える。前記コンピュータプログラムは、マイクロコントローラユニットによって、ビーコン装置によってビーコン装置とGW装置との間にマルチホップワイヤレスメッシュネットワークを形成するために、ビーコン装置と少なくとも1つの他のビーコン装置との間に双方向メッシュ接続を提供するための接続モードと、無線送受信機によって、ビーコン装置とGW装置との間でデータを通信するためにワイヤレスメッシュネットワークを用いる通信モードと、を含む。複数のビーコン装置は、ビーコン装置及び少なくとも1つのビーコン装置を備える。
本発明の一実施形態は、コンピュータプログラムにおいて実行するときに、ビーコン装置をゲートウェイ装置へ接続するためのコンピュータプログラムを備える有形不揮発性コンピュータ可読媒体である。ビーコン装置は、マイクロコントローラユニットと、無線送受信機と、を備える。前記コンピュータプログラムは、マイクロコントローラユニットによって、ビーコン装置によってビーコン装置とGW装置との間にマルチホップワイヤレスメッシュネットワークを形成するために、ビーコン装置と少なくとも1つの他のビーコン装置との間に双方向メッシュ接続を提供するための接続モードと、無線送受信機によって、ビーコン装置とGW装置との間でデータを通信するためにワイヤレスメッシュネットワークを用いる通信モードと、を含む。複数のビーコン装置は、ビーコン装置及び少なくとも1つのビーコン装置を備える。
本発明の更なる実施形態は、従属請求項に規定される。
本発明の実施形態は、以下の図面を参照して示される。
図1は、ビーコン装置の動作を示す。
図2は、ビーコン装置がどのようなモバイルデバイスで構成されるかを示す。
図3は、どのようにしてモバイルデバイスを用いてアプリケーションシステムに接続されるかを示す。
図4は、どのようにしてビーコン装置が、追加のゲートウェイ装置を用いてアプリケーションシステムに接続されるかを示す。
図5aは、ビーコン装置ハードウェアアーキテクチャを示す。
図5bは、ゲートウェイ装置ハードウェアアーキテクチャを示す。
図6は、時間スロット方式WMNリンクレイヤ動作を示す。
図7は、競合ベース方式WMNリンクレイヤ動作を示す。
図8は、どのようにして、ビーコン装置が、WMNトポロジーを用いて、ゲートウェイ、及びアプリケーションシステムに互いに接続されるかを示す。
図9aは、メッシュ可能ビーコン装置ハードウェアアーキテクチャを示す。
図9bは、メッシュ可能ゲートウェイ装置ハードウェアアーキテクチャを示す。
図10は、時間スロット方式WMNリンクレイヤ動作を用いるとき、どのようにして、メッシュ機能及びBLE広告機能が、同一無線送受信機及びアンテナを用いることができるかを示す。
図11は、競合ベース方式WMNリンクレイヤ動作を用いるとき、どのようにして、メッシュ機能及びBLE広告機能が、同一無線送受信機及びアンテナを用いることができるかを示す。
図8は、WMN(トポロジー)800を用いて、ビーコン装置802を、ゲートウェイ(GW)装置804、及び/又はアプリケーションシステム806と接続するシステム及び方法を示す。
システムは、複数のビーコン装置802及びゲートウェイ装置804を備える。各ビーコン装置802は、双方向接続800,801をゲートウェイ装置804に提供しうる。ゲートウェイ装置804は、双方向接続805を、アプリケーションシステム806、例えばクラウドシステムに提供しうる。
ビーコン装置802は、マルチホップWMN800を形成することができる。ここでは、BLE広告を送信することに加えて、各ビーコン装置802は、WMNプロトコルを用いて、その無線範囲803内の少なくとも1つの他のビーコン装置802と通信することができる。データは、構築されたメッシュ接続リンク801及びメッシュマルチホップルーティングを用いて、互いの無線範囲外のビーコン装置間でホップ−バイ−ホップで中継されうる。ゲートウェイ装置804は、メッシュネットワーク800とアプリケーションシステム806との間でデータを中継する。ゲートウェイ装置804は、バックホールコネクション805及びメッシュコネクション801の両方に対するインターフェースを含まなければならない。マルチホップ通信により、少量のゲートウェイ装置804は、大量のビーコン装置802へのアプリケーションシステム接続性を提供するために必要とされる。
これは、搭載されたビーコン装置のフリートへの連続的な可視性を可能にし、例えば、ビーコン装置のリモート管理、監視及び設定等をサポートする。また、ビーコンなりすまし及びピギーバック攻撃に対する保護を提供する、改善されたビーコンセキュリティが可能である。
コスト効率の解決手段のために、同一の送受信機ハードウェアがWMN通信及びBLE広告の両方のために用いられる。これは、最小限の追加リソースでゲートウェイ及びアプリケーションシステム接続性を可能にする。
図9aは、メッシュ可能ビーコン装置ハードウェアアーキテクチャの例を示す。メッシュ可能ビーコン装置900は、メモリ901と、マイクロコントローラユニット(MCU)902と、無線送受信機903と、アンテナ904と、電源供給905と、を含む。MCU902は、取り得るアプリケーション、WMNプロトコル、及びBLE広告プロトコルのためのコンピュータプログラム(コード)を実行するために用いられる。ビーコン装置900は、他のビーコン装置900及び/又はゲートウェイ装置間でメッシュデータを送受信するため、及びアンテナ904を介してBLE広告を送信するために、無線送受信機903を用いる。電源供給905は、バッテリ及びレギュレータ等のような、装置に電源供給する構成要素を含む。
メモリ901は、コンピュータ、例えば、ビーコン装置900において実行するとき、この詳細な説明部分で示されるビーコン装置900の動作を行うように適合されるコンピュータプログラムを備える。
コンピュータプログラムは、例えば、USBスティック又はCD−ROMディスク等の有形不揮発性コンピュータ可読媒体に格納されうる。
図9bは、メッシュ可能ゲートウェイ装置ハードウェアアーキテクチャの例を示す。ゲートウェイ装置950は、メモリ951と、マイクロコントローラユニット(MCU)952と、無線送受信機953と、アンテナ954と、バックホール接続性955と、電源供給956と、を含む。MCU952は、ゲートウェイアプリケーション及びWMN接続性プロトコルのためのコンピュータプログラム(コード)を実行するために用いられる。ゲートウェイ装置950は、ゲートウェイ装置の無線範囲内のビーコン装置への双方向WMNリンク(接続)を形成するために無線送受信機953及びアンテナ954を用いる。バックホール接続性955は、アプリケーションシステムへの双方向接続を形成するために用いられる。ゲートウェイアプリケーションは、バックホール接続性及びWMN接続性を用いて、アプリケーションシステムとビーコン装置により形成されるWMNとの間でデータを中継する。電源供給955は、装置に電源供給する構成要素を含む。ゲートウェイ装置は、また、ビーコン装置と同様のビーコン広告機能を実装してもよい。
メモリ951は、コンピュータ、例えば、ゲートウェイ装置950において実行するとき、この詳細な説明部分で示されるゲートウェイ装置950の動作を行うように適合されるコンピュータプログラムを備える。
コンピュータプログラムは、例えば、USBスティック又はCD−ROMディスク等の有形不揮発性コンピュータ可読媒体に格納されうる。
ビーコン装置は、同一の無線送受信機及びアンテナを用いることを可能にするために、メッシュ通信プロトコル及びBLE広告を合わせて多重化する必要がある。これは、時間スロット方式メッシュリンクレイヤ動作を用いるとき、及び競合ベース方式メッシュリンクレイヤ動作を用いるときの両方でなされうる。
図10は、時間スロット方式WMNリンクレイヤ動作を用いるとき、どのようにして、メッシュ機能及びBLE広告機能が、同一無線送受信機及びアンテナを用いることができるかを示す。通信ノード1001,1002,1003は、時間スロット1004中にデータ1007を交換するために時間スロット1004を用いる。時間スロットは、WMNプロトコル−特有の信号化方法を用いて同期される。同期された時間スロット外の時間は、非アクティブ時間1006であり、例えば、無線送受信機は、用いられない。この時間、つまり、WMN通信が存在しないとき、メッシュ通信と干渉せずに、BLE広告1005を送信するために用いられうる。メッシュ通信又はBLE広告に用いられない時間は、例えば、深いスリープモードに入ることによってエネルギーを保存するために用いられうる。この例では、WMNプロトコルは、共有ハードウェアリソース、例えば、無線送受信機及びアンテナを用いることへの優先度を有する。他の種類の優先度もまた、実装されてもよく、例えば、広告プロトコルが、共有リソースで優先度を有する。
図11は、競合ベース方式WMNリンクレイヤ動作を用いるとき、どのようにして、メッシュ機能及びBLE広告機能が、同一無線送受信機及びアンテナを用いることができるかを示す。データ1101,1102をルートすることができる装置について、無線は、全ての時間105でアクティブである。送信することがない場合、無線は、受信モードで維持される。このようにして、別の装置が送信するためのデータを有するとき、それを直ぐに行うことができる(1106)。チャネルにアクセスするための特有の方法は、WMNプロトコル−特有であり、例えば、CSMA−CA又はAlohaが用いられうる。BLE広告1104を可能にするために、メッシュプロトコルの受信時間は、遮断されなければならない。BLE広告が送信された後、通常のメッシュプロトコル動作は、回復されうる。データをルートできないスリーピーエンドノード1103がある場合、メッシュプロトコルの非アクティブ時間、つまり、WMN通信が存在しないとき、BLE広告を送信するために用いられうる。実施例では、WMNプロトコルは、共有ハードウェアリソース、例えば、無線送受信機及びアンテナを用いるために優先度を有する。他の種類の優先度は、また、例えば、広告プロトコルが共有リソースでの優先度を有する場所に実装されてもよい。
本発明は、上述された実施形態を参照して上記で説明され、本発明の一部の利点が説明された。
本発明は、これらの実施形態に限定されないだけでなく、以下の特許請求の範囲の範囲内のすべての取り得る実施形態を含むことが明らかである。
本発明の一実施形態は、ビーコン装置及びゲートウェイ装置を接続するためのシステムである。システムは、ビーコン装置及びゲートウェイ装置を備える。複数のビーコン装置に属するビーコン装置は、GW装置への双方向接続を提供するように適合され、GW装置は、アプリケーションシステムへの双方向接続を提供するように適合される。ビーコン装置は、マルチホップワイヤレスメッシュネットワーク(WMN)を形成し、GW装置は、ワイヤレスメッシュネットワークへの双方向メッシュ接続を提供し、ワイヤレスメッシュネットワークは、ビーコン装置とゲートウェイ装置との間でデータを通信するために用いられ、ビーコン装置は、単一の無線送受信機及び単一のアンテナを用いるために、WMN及びブルートゥース低エネルギー(BLE)広告通信を合わせて多重化する。
本発明の一実施形態は、ゲートウェイ装置へ接続されるビーコン装置である。ビーコン装置は、マイクロコントローラと、無線送受信機と、を備える。ビーコン装置は、マイクロコントローラユニット及び無線送受信機によって、ビーコン装置によってビーコン装置とGW装置との間にマルチホップワイヤレスメッシュネットワーク(WMN)を形成するために、ビーコン装置と少なくとも1つの他のビーコン装置との間に双方向メッシュ接続を提供し、無線送受信機によって、ビーコン装置とGW装置との間でデータを通信するためにワイヤレスメッシュネットワークを用い、単一の無線送受信機及び単一のアンテナを用いるために、WMN及びブルートゥース低エネルギー(BLE)広告通信を合わせて多重化するように適合される。複数のビーコン装置は、ビーコン装置及び少なくとも1つの他のビーコン装置を備える。
本発明の一実施形態は、ビーコン装置をゲートウェイ装置に接続する方法である。ビーコン装置は、マイクロコントローラユニットと、無線送受信機と、を備える。前記方法は、マイクロコントローラユニット及び無線送受信機によって、ビーコン装置によってビーコン装置とGW装置との間にマルチホップワイヤレスメッシュネットワーク(WMN)を形成するために、ビーコン装置と少なくとも1つの他のビーコン装置との間に双方向メッシュ接続を提供すること、無線送受信機によって、ビーコン装置とGW装置との間でデータを通信するためにワイヤレスメッシュネットワークを用いること、及び単一の無線送受信機及び単一のアンテナを用いるために、WMN及びブルートゥース低エネルギー(BLE)広告通信を合わせて多重化することを含む。複数のビーコン装置は、ビーコン装置及び少なくとも1つの他のビーコン装置を備える。