JP6740258B2

JP6740258B2 - 無線リレー

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Publication number: JP6740258B2
Application number: JP2017568097A
Authority: JP
Inventors: アンドリュー、ポール、ペビー; マイケル、アラム; デイビッド、ロバート、ビンセント
Original assignee: Perpetuum Ltd
Current assignee: Perpetuum Ltd
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2016-06-28
Publication date: 2020-08-12
Anticipated expiration: 2036-06-28
Also published as: AU2016287195A1; GB2556560B; CN107820720A; US20180192352A1; GB2539914A; US10356691B2; JP2018525887A; EP3314950A1; GB2556560A; GB201511480D0; CN107820720B; WO2017001368A1; AU2016287195B2; GB201801386D0

Description

無線伝送はデータの転送にますます使用されている。

一部の無線ネットワークは、無線ネットワークを介してデータを転送するために比較的高度な集中管理を必要とする。本出願の発明者は、より少ないネットワーク管理の複雑性を必要とする技法を開発する課題を特定した。

本明細書によって提供されるのは、第１の信号を第１の無線ノードにおいて検出することであって、第１の信号が、第１の信号を送信した第２の無線ノードが第２のより以前の信号を最初に検出したホップ数を示す、検出することと、前記第１の無線ノードから前方に前記第１の信号を送信するかどうかを、（ｉ）前記第１の信号内の方向指示子と、（ｉｉ）前記第１および第２の無線ノードが前記より以前の第２の信号を最初に検出したそれぞれのホップ数の比較とに少なくとも部分的に基づいて決定することとを含む、方法である。

一実施形態によれば、方法は、第１の無線ノードにおいて検出された第２の信号に示されるホップ・カウント数に基づいてホップ・カウント数を前記第１の無線ノードに記憶することと、前記第１の無線ノードから前方に第１の信号を送信するかどうかを、（ａ）第１の無線ノードにおいて検出された前記第１の信号内のホップ・カウント数方向指示子と、（ｂ）（ｉ）第１の無線ノードに記憶された前記ホップ・カウント数と、（ｉｉ）第１の無線ノードにおいて検出された第１の信号に含まれるホップ・カウント数との比較とに少なくとも部分的に基づいて決定することとを含む。

一実施形態によれば、方法は、第２の信号を第１の無線ノードからインクリメントされたホップ・カウント数と共に送信することを含む。

一実施形態によれば、無線ネットワーク・ノードに記憶されたホップ・カウント数が、１または他の固定値だけインクリメントされた第１の無線ノードにおいて検出された第２の信号に示される前記ホップ・カウント数である。

一実施形態によれば、方法は、前記ホップ・カウント数方向指示子によって示される方向における前記第１の信号のさらなる送信を前記第１の無線ノードにおいて検出することなく待機時間間隔が満了した後に、前記第１の無線ノードから第１の信号を送信することを含む。

一実施形態によれば、第２の信号がタイミング信号であり、同一のまたはより高いホップ・カウント数を有する同一のタイミング信号シーケンス内のタイミング信号のさらなる送信を前記第１の無線ノードにおいて検出することなく待機時間間隔が満了した後に、前記第１の無線ノードからタイミング信号を送信することを含む。

一実施形態によれば、タイミング信号シーケンス内のタイミング信号を最初に検出したことに応答して、ホップ・カウント数が第１の無線ノードに記憶されるのみである。

一実施形態によれば、方法は、無線ネットワーク・ノードに記憶されたホップ・カウント数を変更することなく、第１の信号を検出し再送信することを含む。

一実施形態によれば、前記待機時間間隔がランダムに選択された長さを有する。

一実施形態によれば、方法は、比較的長い非アクティブ間隔の間の比較的短いアクティブ間隔中に前記第１の無線ノードにおいて無線信号を検出および／または送信することを含む。

一実施形態によれば、方法は、第１の無線ノードに対して電源から利用可能な電力量の変化に少なくとも部分的に基づいて、前記アクティブ間隔および非アクティブ間隔の相対的長さを動的に変更することを含む。

一実施形態によれば、前記電源がエネルギー・ハーベスティング・デバイスである。

一実施形態によれば、第２の信号がタイミング信号であり、方法は、タイミング信号に含まれるタイミング情報を使用して、無線伝送周波数の切り替えを他の無線ノードと同期させることを含む。

一実施形態によれば、第１の信号が、第２の信号に含まれるインデックスに基づいて第１の信号の発信元によって暗号鍵のテーブルから選択された暗号鍵に従って、かつ第１の信号の発信元に関連付けられたインデックス・マッピング関係に従って暗号化されたデータを含む。

一実施形態によれば、前記第１の無線ノードが、他の車両上に他の無線ノードを含む列車の車両に搭載される。

さらに提供されるのは、プロセッサと、コンピュータ・プログラム・コードを含むメモリとを備える装置であって、メモリおよびコンピュータ・プログラム・コードが、プロセッサによって、装置に、第１の信号を第１の無線ノードにおいて検出することであって、第１の信号が、第１の信号を送信した第２の無線ノードが第２のより以前の信号を最初に検出したホップ数を示す、検出することと、前記第１の無線ノードから前方に前記第１の信号を送信するかどうかを、（ｉ）前記第１の信号内の方向指示子と、（ｉｉ）前記第１および第２の無線ノードが前記より以前の第２の信号を最初に検出したそれぞれのホップ数の比較に少なくとも部分的に基づいて決定することとを行わせるように構成される、装置である。

一実施形態によれば、メモリおよびコンピュータ・プログラム・コードが、プロセッサによって、装置に、第１の無線ノードにおいて検出された第２の信号に示されるホップ・カウント数に基づいてホップ・カウント数を前記第１の無線ノードに記憶することと、前記第１の無線ノードから前方に第１の信号を送信するかどうかを、（ａ）第１の無線ノードにおいて検出された前記第１の信号内のホップ・カウント数方向指示子と、（ｂ）（ｉ）第１の無線ノードに記憶された前記ホップ・カウント数と、（ｉｉ）第１の無線ノードにおいて検出された第１の信号に含まれるホップ・カウント数との比較とに少なくとも部分的に基づいて決定することとを行わせるようにさらに構成される。

一実施形態によれば、メモリおよびコンピュータ・プログラム・コードが、プロセッサによって、装置に、第２の信号を第１の無線ノードからインクリメントされたホップ・カウント数と共に送信することを行わせるようにさらに構成される。

一実施形態によれば、メモリおよびコンピュータ・プログラム・コードが、プロセッサによって、装置に、前記ホップ・カウント数方向指示子によって示される方向における前記第１の信号のさらなる送信を前記第１の無線ノードにおいて検出することなく待機時間間隔が満了した後に、前記第１の無線ノードから第１の信号を送信することを行わせるようにさらに構成される。

一実施形態によれば、第２の信号がタイミング信号であり、メモリおよびコンピュータ・プログラム・コードが、プロセッサによって、装置に、同一のまたはより高いホップ・カウント数を有する同一のタイミング信号シーケンス内のタイミング信号のさらなる送信を前記第１の無線ノードにおいて検出することなく待機時間間隔が満了した後に、前記第１の無線ノードからタイミング信号を送信することを行わせるようにさらに構成される。

一実施形態によれば、メモリおよびコンピュータ・プログラム・コードが、プロセッサによって、装置に、タイミング信号シーケンス内のタイミング信号を最初に検出したことに応答して、ホップ・カウント数を第１の無線ノードに記憶することのみを行わせるようにさらに構成される。

一実施形態によれば、メモリおよびコンピュータ・プログラム・コードが、プロセッサによって、装置に、無線ネットワーク・ノードに記憶されたホップ・カウント数を変更することなく、第１の信号を検出し再送信することを行わせるようにさらに構成される。

一実施形態によれば、メモリおよびコンピュータ・プログラム・コードが、プロセッサによって、装置に、比較的長い非アクティブ間隔の間の比較的短いアクティブ間隔中に前記第１の無線ノードにおいて無線信号を検出および／または送信することを行わせるようにさらに構成される。

一実施形態によれば、メモリおよびコンピュータ・プログラム・コードが、プロセッサによって、装置に、第１の無線ノードに対して電源から利用可能な電力量の変化に少なくとも部分的に基づいて、前記アクティブ間隔および非アクティブ間隔の相対的長さを動的に変更することを行わせるようにさらに構成される。

一実施形態によれば、第２の信号がタイミング信号であり、メモリおよびコンピュータ・プログラム・コードが、プロセッサによって、装置に、タイミング信号に含まれるタイミング情報を使用して、無線伝送周波数の切り替えを他の無線ノードと同期させることを行わせるようにさらに構成される。

一実施形態によれば、装置は、車両の１つまたは複数の可動部の１つまたは複数のパラメータを監視するためのセンサをさらに備え、前記第１の信号が、他の車両のセンサを介して前記他の車両の１つまたは複数の可動部の１つまたは複数のパラメータを監視した結果に関する情報を備える。

一実施形態によれば、装置は、車両の１つまたは複数の可動部の振動から電気エネルギーを収穫する（ｈａｒｖｅｓｔ）ためのエネルギー・ハーベスティング・デバイスをさらに備える。

本明細書によってさらに提供されるのは、上述の１つまたは複数の装置がそれぞれ設けられた複数の車両と、前記第２の信号を発信するための装置が設けられた車両とを含む、列車である。

本明細書によってさらに提供されるのは、コンピュータにロードされた場合に、第１の信号を第１の無線ノードにおいて検出することであって、第１の信号が、第１の信号を送信した第２の無線ノードが第２のより以前の信号を最初に検出したホップ数を示す、検出することと、前記第１の無線ノードから前方に前記第１の信号を送信するかどうかを、（ｉ）前記第１の信号内の方向指示子と、（ｉｉ）前記第１および第２の無線ノードが前記より以前の第２の信号を最初に検出したそれぞれのホップ数の比較とに少なくとも部分的に基づいて決定することとを行うようにコンピュータを制御するプログラム・コード手段を備える、プログラム製品である。

本発明の一実施形態が、単なる例として、添付の図面を参照して、以下に詳細に説明される。

無線ノードのセットの単純な一例を示す図である。図１の各無線ノードのための装置の一例を示す図である。本発明の一実施形態による図１の無線ノードにおける動作の一例を示す図である。本発明の一実施形態による図１の無線ノードにおける動作の一例を示す図である。本発明の一実施形態による図１の無線ノードにおける動作の一例を示す図である。本発明の一実施形態による図１の無線ノードにおける動作の一例を示す図である。

本発明の一実施形態は、再構成可能な車両の列車のいずれか１つと、車両の１つに配置されたデータ・コンセントレータ（ｄａｔａｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）／マスター装置との間でデータを転送する例について、以下で詳細に説明される。しかしながら、同類の技法が他の状況でのデータの転送にも適用可能である。

図１は、無線伝送を行い、検出／復号するための１つまたは複数の無線デバイス４がそれぞれに装備された単純な車両２の列車を示す。簡単のため、図１は４つの車両２のみを示しているが、列車は何百もの車両を含むことができる。車両の１つ２ａ上の１つの無線デバイス４ａは、データ・コンセントレータ／マスター・デバイスとして機能する。

各無線デバイス４は、メモリ８にコンピュータ・プログラム・コードとして記憶された命令に従って動作し、ＲＦ送受信器１３およびアンテナ１４を介して無線信号の生成および伝送を制御し、ＲＦ送受信器１３およびアンテナ１４を介して検出された無線信号を処理するデータ・プロセッサ１６を含む。メモリ８はＲＡＭチップおよびＲＯＭチップの両方を含むことができる。無線デバイスは、ドライブ・トレインの軸箱および／または他の重要な可動部における振動など、車両の１つまたは複数の動作パラメータの測定を行うためのセンサ１２をさらに含むことができる。無線デバイス４は、メモリ、プロセッサ、アンテナおよびセンサの全てに電力供給するための電源１０をさらに含む。電源１０は、たとえば、バッテリー、あるいは車両の１つまたは複数の可動部の運動エネルギーからエネルギーを収穫する、すなわち、車両の１つまたは複数の可動部の運動から電気エネルギーを生成するエネルギー・ハーベスティング・デバイスとすることができる。

図３および図４は、車両２のいずれか１つの無線デバイス４ｂにおける動作の一例を示す。本技法は、データ・コンセントレータ４ａがタイミング信号を送信することから始まる。タイミング信号は、データ・コンセントレータ４ａがタイミング信号を送信する送信時刻Ｔを示す。タイミング信号はまた、ホップ・カウント数（ＨＣＮ：ｈｏｐ−ｃｏｕｎｔｎｕｍｂｅｒ）＝１を示す。無線デバイス４ｂのいずれか１つのプロセッサ１６がＲＦ送受信器１３およびアンテナ１４を介してタイミング信号を検出した場合（図３のステップ３００）（データ・コンセントレータ４ａによって送信されたタイミング信号は、車両２ｂの１つまたは複数における２つ以上の無線デバイス４ｂのプロセッサ１６によって検出されることができる）、プロセッサ１６は、タイミング信号に含まれるＨＣＮを識別し（図３のステップ３０２）、ＨＣＮをローカル・メモリに記憶する（図３のステップ３０４）。プロセッサ１６は次いで、ランダム待機タイマを開始し、同一のタイミング信号シーケンス内にあるがより高いＨＣＮを有するタイミング信号を、ＲＦ送受信器１３およびアンテナ１４を介してリッスン（ｌｉｓｔｅｎｏｕｔ）する（ステップ３０６および３０８）。同一のタイミング信号シーケンス内にあるがより高いＨＣＮを有するタイミング信号をプロセッサ１６が検出することなくランダム待機タイマ（ランダムに選択された待機期間）が満了した場合、プロセッサ１６はＲＦ送受信器１３およびアンテナ１４を介してタイミング信号を送信する（ステップ３１０）。プロセッサ１６によって送信されるタイミング信号は、（ａ）インクリメントされたＨＣＮ（この例では、インクリメントは１（すなわち、ＨＣＮ＝１＋１＝２）であるが、他の例では他の固定値でもよい）、および（ｂ）元のタイミング信号における送信時刻Ｔと、プロセッサ１６において元のタイミング信号を検出してから、無線デバイス４ｂからタイミング信号を送信するまでの時間（ΔＴ１）との合計を示す。他方、ランダム待機タイマが満了する前に、同一のタイミング信号シーケンス内にあるより高いＨＣＮを有するタイミング信号をプロセッサ１６が検出した場合（他の無線デバイスによるより以前のその送信が発生することができるのは、他の無線デバイスがタイミング信号を受信し、自身のランダム待機タイマの満了時にタイミング信号を前方送信した場合であって、そのタイマが同一のＨＣＮを含む同一のタイミング信号を受信した全ての無線デバイスの中で期間が偶然最短となった場合である）、プロセッサ１６はそれ自体がタイミング信号を送信しない（図３のステップ３１２）。

異なる無線デバイスにおいて異なる待機時間を有する待機タイマを使用するこの技法は、２つ以上の無線デバイスによる同一のタイミング信号の不必要な送信を防止し、比較的低電力のエネルギー・ハーベスティング・デバイスを無線デバイスの電源として使用することをより容易にする。より詳細には、それぞれのランダム待機タイマが開始されるたびに無線デバイスにおいて待機時間がランダムに選択されるので、所与の無線デバイスがタイミング信号の前方送信のための最短待機時間を有することができる確率（すなわち、所与の無線デバイスが、タイミング信号を前方送信する無線デバイスになる確率）は、各自のランダム待機タイマを実質的に同一の時間に開始する全ての無線デバイスについて等しくなる。したがって、その結果は、データ信号を前方送信するタスクが、無線デバイスの複雑な調整なしに無線デバイス間で等しく共有され、いずれか１つの無線デバイスへの電力負荷が、その他の無線デバイスのいずれかへの電力負荷より著しく高くならないということである。

（ローカルな無線条件などの理由により）ＨＣＮ＝１のタイミング信号が検出されなかった無線デバイス４のいずれか１つのプロセッサ１６ｂが、ＨＣＮ＝２のタイミング信号をＲＦ送受信器１３およびアンテナ１４を介して検出した場合、プロセッサ１６は上述の図３に示された手順に従う。そのような無線デバイス４ｂのプロセッサによるタイミング信号の任意の送信は、この例では、１だけインクリメントされたＨＣＮ（すなわち、ＨＣＮ＝２＋１＝３）を含むことになり、検出されたタイミング信号からの時間合計（Ｔ＋ΔＴ１）と、プロセッサ１６においてＨＣＮ＝２のタイミング信号を検出してからＨＣＮ＝３のタイミング信号を送信するまで時間（ΔＴ２）との合計を示すことになる。

ＨＣＮ＝２のタイミング信号は、ＨＣＮ＝１のタイミング信号を検出した１つまたは複数の無線デバイス４においても検出されることができるが、プロセッサ１６は、同一のタイミング信号送信のシーケンスにおいてプロセッサ１６で検出済みの以前に受信されたタイミング信号よりも高いＨＣＮ値と共に検出されたタイミング信号に関して何も行動しないように構成される。プロセッサ１６は、より高いＨＣＮを記憶せず、インクリメントされたＨＣＮを有するタイミング信号を送信しない。タイミング信号送信のシーケンスは、シーケンスにおけるより以前のタイミング信号をまだ検出していないいかなる無線デバイスによってもタイミング信号が検出されなくなるまで継続する。このタイミング信号のシーケンスはまた、各プロセッサが列車の他の全ての車両の他の全ての無線デバイスのデータ・コンセントレータひいてはプロセッサ１６と各自の時刻を同期させることを可能にする。次いでこの同期は、（後述の）列車に沿ったデータ信号の転送のための厳密に定義された送信／受信／リピート・ウィンドウの使用を容易にし、同期された周波数ホッピングも容易にすることができる。

無線デバイス４のプロセッサ１６がデータ・コンセントレータ４ａに送信するデータ（測定報告など）を有するか、またはデータ・コンセントレータ４ａのプロセッサ１６が列車に沿って送信するデータを有する場合、プロセッサ１６は、プロセッサにローカルに記憶されたＨＣＮを含むデータ信号（上記および図３を参照）と、他の無線デバイス４ｂにおけるデータ信号を検出したプロセッサ１６がデータ信号を処理すべき方法を示すＨＣＮ方向指示子とを生成し、送信時間ウィンドウ内でＲＦ送受信器１３およびアンテナ１４を介してデータ信号を送信する。データ・コンセントレータ４ａのプロセッサ１６は、データ・コンセントレータ４ａによって生成され送信されるデータ信号に同一のＨＣＮ（たとえば、ＨＣＮ＝１）を常に含む。

それぞれのＲＦ送受信器１３およびアンテナ１４を介してデータ信号を検出した全てのプロセッサ１６は（図４のステップ４００）、データ信号に含まれるＨＣＮおよびＨＣＮ方向指示子を識別する（図４のステップ４０２）。たとえば、プロセッサ１６がデータ信号内で高から低への（ｈｉｇｈ−ｔｏ−ｌｏｗ）ＨＣＮ方向指示子を識別した場合（ステップ４０４）、プロセッサ１６は、データ信号内のＨＣＮがプロセッサ１６にローカルに記憶されたＨＣＮよりも高くなければ、何も行動せず、そのバッファからデータ信号を削除する（ステップ４０８および４１６）。他方、データ信号内のＨＣＮがプロセッサ１６にローカルに記憶されたＨＣＮよりも高い場合（ステップ４０８および４１２）、プロセッサ１６はランダム待機タイマを開始し、同一のデータ信号の送信であるが、プロセッサ１６に記憶されたＨＣＮ以下のＨＣＮを有する送信を、ＲＦ送受信器１３およびアンテナ１４を介してリッスンする（ステップ５００）。プロセッサ１６がそのようなデータ信号を検出した場合、プロセッサ１６はそれ自体がデータ信号を送信せず、そのバッファからデータ信号を削除する（ステップ５１０）。他方、そのようなデータ信号がプロセッサ１６によって検出されることなくランダム待機タイマが満了した場合、プロセッサは、プロセッサ１６にローカルに記憶されたＨＣＮを有するデータ信号を送信し（ステップ５０４）、所定の間隔タイマを開始し、プロセッサ１６にローカルに記憶されたものよりも低いＨＣＮを有する同一のデータ信号の送信をリッスンする（ステップ５０８）。プロセッサ１６がＲＦ送受信器１３およびアンテナ１４を介してそのようなデータ信号を検出した場合、プロセッサ１６は、データ信号がＨＣＮ方向指示子によって示される方向に列車をさらに下って移動したことを確認し、そのバッファからデータ信号を削除する（ステップ５１０）。プロセッサ１６がそのようなデータ信号を検出することなくタイマが満了した場合、プロセッサ１６はＲＦ送受信器１３およびアンテナ１４を介してデータ信号を再送信する。

同様に、プロセッサ１６がデータ信号内で低から高への（ｌｏｗ−ｔｏ−ｈｉｇｈ）ＨＣＮ方向指示子を識別した場合（ステップ４０６）、プロセッサは、データ信号内のＨＣＮがプロセッサ１６にローカルに記憶されたＨＣＮよりも低くなければ、何も行動せず、そのバッファからデータ信号を削除する（ステップ４１０および４１６）。データ信号内のＨＣＮがプロセッサ１６にローカルに記憶されたＨＣＮよりも低い場合（ステップ４１０および４１４）、プロセッサ１６はランダム待機タイマを開始し、同一のデータ信号の送信であるが、プロセッサにローカルに記憶されたＨＣＮ以上のＨＣＮを有する送信を、ＲＦデータ送受信器１３およびアンテナ１４を介してリッスンし（ステップ６００）、他の無線デバイスによるより以前のその送信が発生することができるのは、他の無線デバイスが同一のＨＣＮを含む同一のデータ信号を受信し、自身のランダム待機タイマの満了時にデータ信号を前方送信した場合であって、そのタイマが同一のＨＣＮを含む同一のデータ信号を受信した全ての無線デバイスの中で期間が偶然最短となった場合である。プロセッサ１６がそのようなデータ信号を検出した場合、プロセッサ１６は、データ信号がＨＣＮ方向指示子によって示された方向に列車をさらに下って既に移動したことを確認し、それ自体はデータ信号を送信せず、そのバッファからデータ信号を削除する（ステップ６１０）。他方、そのようなデータ信号がプロセッサ１６によって検出されることなくランダム待機タイマが満了した場合、プロセッサ１６は、プロセッサ１６にローカルに記憶されたＨＣＮを有するデータ信号を送信し（ステップ５０４）、所定の間隔タイマを開始し、プロセッサ１６にローカルに記憶されたものよりも高いＨＣＮを有する同一のデータ信号の送信をリッスンする（ステップ５０８）。プロセッサ１６がＲＦ送受信器１３およびアンテナ１４を介してそのようなデータ信号を検出した場合、プロセッサ１６は、データ信号がＨＣＮ方向指示子によって示される方向に列車をさらに下って移動したことを確認し、そのバッファからデータ信号を削除する（ステップ５１０）。プロセッサ１６がそのようなデータ信号を検出することなくタイマが満了した場合、プロセッサ１６はアンテナ１４を介してデータ信号を再送信する。

タイミング信号の前方送信について上記で説明されたように、異なる無線デバイスにおいて異なる待機時間を有する待機タイマを使用するこの技法は、２つ以上の無線デバイスによる同一のデータ信号の不必要な送信を防止し、比較的低電力のエネルギー・ハーベスティング・デバイスを無線デバイスの電源として使用することをより容易にする。より詳細には、自身のランダム待機タイマを開始するたびに無線デバイスにおいて待機時間がランダムに選択されるので、所与の無線デバイスがデータ信号の前方送信のための最短待機時間を有することができる確率（すなわち、所与の無線デバイスが、データ信号を前方送信する無線デバイスになる確率）は、各自のランダム待機タイマを実質的に同一の時間に開始する全ての無線デバイスについて等しくなる。したがって、その結果は、データ信号を前方送信するタスクが、無線デバイスの複雑な調整なしに無線デバイス間で等しく共有され、いずれか１つの無線デバイスへの電力負荷が、その他の無線デバイスのいずれかへの電力負荷より著しく高くならないということである。

データ信号がデータ・コンセントレータに到着するまで（ステップ４０４で始まる経路の場合）、またはデータ信号がプロセッサ１６によって最大のローカルに記憶されたＨＣＮと共に検出されるまで（ステップ４０６で始まる経路の場合）、ＨＣＮが次第に低くまたは高くなるデータ信号のこのリピートされる伝送は継続する。

無線デバイス４は、データ信号の検出に応答して、それらのローカルに記憶されたＨＣＮに変更を行わない。無線デバイス４ｂは、任意のタイミング信号シーケンスの最初に検出されたタイミング信号内のＨＣＮに基づいてのみ、ローカルに記憶されたＨＣＮを更新することができる。

各無線デバイス４ｂは、車両２の列車上の無線デバイス４のグループを備えるネットワークにおいてデータ信号がリピートされる速度よりも低い速度で、自身のセンサデータをデータストリームに追加する。

データ・コンセントレータによるタイミング信号の送信（すなわち、データ・コンセントレータから離れる列車に沿ったそれぞれの送信信号のシーケンスのトリガ）は、１０秒間隔などの定期的な間隔で反復され、任意のプロセッサ１６がタイミング信号を最初に検出するホップ数は、無線条件、（列車が線路の曲がりに追従した場合、または列車に対する車両の追加もしくは除去の後に発生することがあるような）列車構成の変更などに応じて変化することがある。新たなタイミング信号シーケンスごとに、プロセッサ１６は上述のように、データ・コンセントレータ４ａと時刻を再同期させ、プロセッサ１６にローカルに記憶されたＨＣＮを更新し、データ信号を続いて検出した場合に更新されたＨＣＮを使用してプロセッサ１６における動作を決定／制御する。

上記のように、典型的には、任意の所与のＨＣＮを有する１つの無線デバイス４ｂの検出範囲内に、ＨＣＮ方向指示子に従う異なるＨＣＮを有するいくつかの無線デバイス４が存在し、これは、電源１０からの電力の一時的な欠如などのために、一部の無線デバイス４の性能が最適でない場合であっても、データが少なくとも１つのそのような無線デバイスにおいて検出され、列車に沿って効果的に伝播するようにすることを助ける。各データ信号および各タイミング信号によって取られる無線デバイス（ノード）の実際の経路は、ローカルな無線伝送条件および上述のランダム待機時間によって自動的に決定される。

上述の技法は、ネットワーク・トポロジを最適化するための集中管理エンティティによるネットワークの明示的な構成を必要とせず、無線条件、列車構成などの変更に応じて調整するのに単一のタイミング周期より多くを必要としない。また、ルーティング・テーブルなどのルーティング情報は無線デバイス４ｂに記憶される必要がなく、データ信号はＨＣＮ方向指示子以外のいかなるアドレス情報も含む必要がない。

上記のように、無線デバイスはエネルギー・ハーベスティング・デバイスによって電力供給されることができ、これは、任意の所与の時刻に利用可能な電力量の変動によって特徴付けられることができる。たとえば、任意の所与の時刻における任意の無線デバイス４についての無線オフ時間（非アクティブ時間）に対する無線動作時間（アクティブ時間）の比は、その時刻に利用可能なハーベスタ・エネルギー（ｈａｒｖｅｓｔｅｒｅｎｅｒｇｙ）の量によって決定されることができる。たとえば、無線動作時間は、１秒の間隔で２５０ｍｓの持続時間（すなわち、１秒当たり７５０ｍｓの無線オフ時間、すなわち、１：３のオン／オフ比）を有することができるが、この比は任意の無線デバイス４において、その無線デバイス４に利用可能なハーベスタ・エネルギーの量の変化に応じて独立して変更されることができる。

列車内の各無線デバイス４は、無線デバイスに関連付けられた一意の識別番号を示すデータ信号を生成および送信することができ、それによってオペレータは、どの車両（車両資産）がどの列車内で一緒であるかを、データ・コンセントレータ４ａからネットワーク・クラウドを介して受信された無線デバイスＩＤ番号を車両ＩＤ番号にマッピングすることによって確認することができる。このようにして、列車のオンライン（ウェブベース）表現が構築されることができる。

タイミング信号は、それらが発信されたデータ・コンセントレータの識別番号を含むことができ、この識別番号は、無線デバイス４のプロセッサ１６によって、他の列車の他のデータ・コンセントレータによって送信されたタイミング信号を誤って検出していないことを確認するために使用されることができる。列車の構成が変更された（すなわち、任意の所与の車両のデータ・コンセントレータが変更された）場合、列車のデータ・コンセントレータ４ａは、タイミング信号を送信する前に、列車が動き、その他の列車（データ・コンセントレータ）と十分に離れるまで待機することができる。また、無線デバイス４のプロセッサ１６は、その他のデータ・コンセントレータＩＤを示すタイミング信号の介在する検出なしに、新たなデータ・コンセントレータＩＤを示す少なくとも２つのタイミング信号を検出するまで、新たなデータ・コンセントレータＩＤを示すタイミング信号を無視するように構成されることができる。これらの予防措置は、列車内のプロセッサ１６が他の列車上の他のデータ・コンセントレータからのタイミング信号を検出しこれに従って行動するリスクを低減する。

データ信号は、たとえば、センサ１２で測定された振動スペクトルの変化および／または温度変化からの、車両の回転部品（たとえば、ギアボックス、車輪、車軸、モータ）における機械的欠陥の検出に関する情報を含むことができる。単一の車両は複数の無線デバイス４を含むことができ、各無線デバイスは同一の車両の異なる可動部を監視する。

データ・コンセントレータによって送信されるデータ信号は、データ・コンセントレータに報告するためのイベントを検出する際にプロセッサ１６を支援するための情報を含むことができる。たとえば、この情報は、車両の１つまたは複数におけるギアボックス、車輪、軸受またはモータの１つまたは複数についての振動または温度特性を含むことができ、その情報によって、プロセッサは、データ・コンセントレータへの報告を必要とする振動スペクトル／温度測定値の異常な変化をより良く局所的に決定することができる。

データ信号は、データ信号が異常に急激な温度上昇の検出に関する情報などの緊急情報を含むという表示を含むことができる。たとえば、データ信号のヘッダ部分の優先ビットが、データ・コンセントレータへのデータ信号の通過を加速するために使用されることができる。

データ信号は、同一のノード（車両）における同一の無線装置からのデータ信号のセットの識別を可能にするためのメッセージ・シーケンス番号およびタイムスタンプを示すヘッダ部分を含むことができる。メッセージ・シーケンス番号は、悪意のあるデータ送信を識別するか、または収集効率を検証するために使用されることができる。

データ信号は、必要な暗号化／復号情報を有する車両のプロセッサ１６のみが、検出されたデータ信号を正しく復号できるように暗号化されることができる。たとえば、列車は２人以上の顧客に属する車両を備えることができ、一意の暗号鍵シーケンスが各顧客に使用されることができる。暗号鍵のテーブルが各無線装置４にローカルに記憶されることができ、データ・コンセントレータ２ａによってブロードキャストされるインデックス値とテーブル内の特定の暗号鍵とのマッピング関係は、車両が属する顧客に応じて異なることができる。

上述の例では、各無線デバイスは、タイミング信号シーケンスにおいて最初に検出したタイミング信号に含まれるＨＣＮを記憶する。他の変形例では、各無線デバイス４は、タイミング信号シーケンスにおいて最初に検出したタイミング信号に含まれるＨＣＮに、共通の所定の方法で基づいて、ＨＣＮ値を記憶する。たとえば、各無線デバイス４は、第１の無線ノードによって最初に検出されたタイミング信号の任意の前方送信に含まれるインクリメントされたＨＣＮ値（すなわち、上述の例では、ＨＣＮ＋１）を記憶することができる。

一実施形態では、各無線デバイスは、いかなるタイミング信号も検出することなく所定の時間の経過後にスリープし（すなわち、無線信号の全ての検出および送信を停止し）、比較的長い周期で（たとえば、３０分ごとに一度）ウェイク・アップして、タイミング信号の送信を確認するのみとするように構成される。

一例では、少なくともメモリ８、センサ１２、ＲＦ送受信器１３、アンテナ１４およびプロセッサ１６の機能は全て、単一のマイクロコントローラ・ユニット（ＭＣＵ）パッケージ、たとえば、ＥｎｅｒｇｙＭｉｃｒｏによって生産されたＥＦＭ３２ＭＣＵパッケージ、ＮＸＰによって生産されたＮＸＰＬＰＣ５４１０２ＭＣＵパッケージ、およびＳＴＭｉｃｒｏによって生産されたＳＴＭ３２Ｌ４７６ＭＣＵパッケージに実装されることができる。電源１０は、ＰｅｒｐｅｔｕｕｍＬｉｍｉｔｅｄから入手可能な既存のワイヤレス・センサ製品、たとえば、製品番号７２１０２などで使用される振動エネルギー・ハーベスタとすることができる。

一例では、無線デバイスのいずれかによってなされる各無線伝送は、以下のオクテットを備える無線フレーム・フォーマットを有する。オクテット０〜７は１０１０１０１０などの標準的なバイナリ・ビット同期パターンを共通して含み、これは送受信器１３内のデータ・スライサが、１および０のレベル間を区別するための中央レベルを確認することを可能にする。オクテット８および９は、バイナリ同期ワード０ｘ２Ｄ、０ｘＤ４（００１０１１０１、１１０１０１００）を含む。オクテット１０は、以降のメッセージのオクテット数を含む。オクテット１１〜２５は、ルーティングおよび制御ヘッダを含む。オクテット２６および２７は、メッセージＩＤおよびオクテット数を含む。オクテット２８〜６３は、指示されたメッセージＩＤに関連付けられた任意のペイロードを含む。

一例によれば、メッセージ・ヘッダは、次の値（全て符号なし）：総フレーム長（８ビット）、フラグ（８ビット）、ホップ・カウント数、ボギーＩＤ（ＢｏｇｉｅＩＤ）およびさらなるフラグ（必要な場合）（１６ビット上で共有される）、送信元ＭＡＣ（３２ビット）、ターゲットＭＡＣ（３２ビット）、ならびにシーケンス番号（１６ビット）を備える。

一例によれば、タイミング信号に含まれる上述のタイミング情報は、所定の瞬間（たとえば、２０１０年１月１日００：００：００）からの秒数を示し、タイミング信号が送信されたデータ・コンセントレータ時間を示す符号なし３２ビットのＴＩＭＥ値と、１つまたは複数のホップ・ノードの検出および送信の間のマイクロ秒数の合計を含む符号なし１６ビットのＯＦＦＳＥＴ値とを備える。このタイミング情報は以下のように構成されることができる：
ＡＲＲ［０］メッセージＩＤ
ＡＲＲ［１］バイトでのメッセージ長
ＡＲＲ［２］ＴＩＭＥ（ビット３１−２４）
ＡＲＲ［３］ＴＩＭＥ（ビット２３−１６）
ＡＲＲ［４］ＴＩＭＥ（ビット１５−８）
ＡＲＲ［５］ＴＩＭＥ（ビット７−０）
ＡＲＲ［６］ＯＦＦＳＥＴ（ビット１５−８）
ＡＲＲ［７］ＯＦＦＳＥＴ（ビット７−０）
上述の技法におけるエネルギー・ハーベスティングの使用によって可能にされる低いネットワークの複雑性は、従来の技法で可能であったよりもはるかに大きいノード数をサポートすることを可能にする。たとえば、本技法は、（ｉ）最大の貨物列車において３０００個を超えるノードをサポートし、（ｉｉ）長い旅客列車上で使用されることができる２７６個を超えるセンサのそれぞれについてのノードをサポートするために使用されることができる。

上記に明示的に説明された修正に加えて、記載された実施形態の種々の他の修正が本発明の範囲内でなされることができることは当業者には明らかであろう。

本出願人は本明細書によって単独で、本明細書に記載の各個別の特徴および２つ以上のそのような特徴の任意の組み合わせを、そのような特徴または特徴の組み合わせが本明細書に開示された任意の問題を解決するか否かにかかわらず、特許請求の範囲に限定されることなく、そのような特徴または組み合わせが当業者の共通の一般的な知識に照らして全体として本明細書に基づいて実施されることが可能な程度に開示している。本出願人は、本発明の態様が、任意のそのような個別の特徴または特徴の組み合わせから成ることができることを示している。

Claims

第１の信号を第１の無線ノードにおいて検出する工程であって、前記第１の信号が、前記第１の信号を送信した第２の無線ノードが第２の信号を最初に検出したときの前記第２の信号のホップ・カウント数（ＨＣＮ）を示し、前記第２の信号は前記第１の無線ノードによって前記第１の信号よりも以前に検出された信号である、工程と、
前記第１の無線ノードから前記第１の信号を送信するかどうかを、（ｉ）前記第１の信号内の方向指示子と、（ｉｉ）前記第１の無線ノードが前記第２の信号を最初に検出したときの前記第２の信号のホップ・カウント数と、前記第２の無線ノードが前記第２の信号を最初に検出したときの前記第２の信号のホップ・カウント数との比較と、（ｉｉｉ）前記方向指示子によって示される方向における他の無線ノードによる前記第１の信号の送信を前記第１の無線ノードにおいて検索した結果とに少なくとも部分的に基づいて決定する工程とを含む、方法。
前記第１の無線ノードにおいて検出された前記第２の信号に示されるホップ・カウント数に基づいてホップ・カウント数を前記第１の無線ノードに記憶することと、前記第１の無線ノードから前記第１の信号を送信するかどうかを、（ａ）前記第１の無線ノードにおいて検出された前記第１の信号内の方向指示子と、（ｂ）（ｉ）前記第１の無線ノードに記憶された前記ホップ・カウント数と、（ｉｉ）前記第１の無線ノードにおいて検出された前記第１の信号に含まれる前記ホップ・カウント数との比較とに少なくとも部分的に基づいて決定することとを含む、請求項１に記載の方法。
前記第２の信号を前記第１の無線ノードからインクリメントされたホップ・カウント数と共に送信することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
前記第1の無線ノードに記憶された前記ホップ・カウント数が、１または他の固定値だけインクリメントされた前記第１の無線ノードにおいて検出された前記第２の信号に示される前記ホップ・カウント数である、請求項２または請求項３に記載の方法。
前記方向指示子によって示される方向における前記第１の信号のさらなる送信を前記第１の無線ノードにおいて検出することなく待機時間間隔が満了した後に、前記第１の無線ノードから前記第１の信号を送信することを含む、請求項２ないし４のいずれかに記載の方法。
前記第２の信号がタイミング信号であり、同一のまたはより高いホップ・カウント数を有する同一のタイミング信号シーケンス内のタイミング信号のさらなる送信を前記第１の無線ノードにおいて検出することなく待機時間間隔が満了した後に、前記第１の無線ノードから前記タイミング信号を送信することを含む、請求項２ないし５のいずれかに記載の方法。
タイミング信号シーケンス内のタイミング信号を最初に検出したことに応答して、ホップ・カウント数が前記第１の無線ノードに記憶されるのみである、請求項６に記載の方法。
前記第1の無線ノードに記憶された前記ホップ・カウント数を変更することなく、前記第１の信号を検出し再送信することを含む、請求項５に記載の方法。
前記待機時間間隔がランダムに選択された長さを有する、請求項５または請求項６に記載の方法。
比較的長い非アクティブ間隔の間の比較的短いアクティブ間隔中に前記第１の無線ノードにおいて無線信号を検出および／または送信することを含む、請求項９に記載の方法。
前記第１の無線ノードに対して電源から利用可能な電力量の変化に少なくとも部分的に基づいて、前記アクティブ間隔および非アクティブ間隔の相対的長さを動的に変更することを含む、請求項１０に記載の方法。
前記電源がエネルギー・ハーベスティング・デバイスである、請求項１１に記載の方法。
前記第２の信号がタイミング信号であり、前記タイミング信号に含まれるタイミング情報を使用して、無線伝送周波数の切り替えを他の無線ノードと同期させることを含む、請求項１に記載の方法。
前記第１の信号が、前記第２の信号に含まれるインデックスに基づいて前記第１の信号の発信元によって暗号鍵のテーブルから選択された暗号鍵に従って、かつ前記第１の信号の前記発信元に関連付けられたインデックス・マッピング関係に従って暗号化されたデータを含む、請求項１に記載の方法。
前記第１の無線ノードが、他の車両上に他の無線ノードを含む列車の車両に搭載される、請求項１ないし１４のいずれかに記載の方法。
プロセッサと、コンピュータ・プログラム・コードを含むメモリとを備える装置であって、
前記メモリおよびコンピュータ・プログラム・コードが、前記プロセッサによって、前記装置に、
第１の信号を第１の無線ノードにおいて検出する工程であって、前記第１の信号が、前記第１の信号を送信した第２の無線ノードが第２の信号を最初に検出したときの前記第２の信号のホップ・カウント数（ＨＣＮ）を示し、前記第２の信号は前記第１の無線ノードによって前記第１の信号よりも以前に検出された信号である、工程と、
前記第１の無線ノードから前記第１の信号を送信するかどうかを、（ｉ）前記第１の信号内の方向指示子と、（ｉｉ）前記第１の無線ノードが前記第２の信号を最初に検出したときの前記第２の信号のホップ・カウント数と、前記第２の無線ノードが前記第２の信号を最初に検出したときの前記第２の信号のホップ・カウント数との比較と、（ｉｉｉ）前記方向指示子によって示される方向における他の無線ノードによる前記第１の信号の送信を前記第１の無線ノードにおいて検索した結果とに少なくとも部分的に基づいて決定する工程と
を行わせるように構成される、装置。
前記メモリおよびコンピュータ・プログラム・コードが、前記プロセッサによって、前記装置に、
前記第１の無線ノードにおいて検出された前記第２の信号に示されるホップ・カウント数に基づいてホップ・カウント数を前記第１の無線ノードに記憶することと、前記第１の無線ノードから前記第１の信号を送信するかどうかを、（ａ）前記第１の無線ノードにおいて検出された前記第１の信号内の方向指示子と、（ｂ）（ｉ）前記第１の無線ノードに記憶された前記ホップ・カウント数と、（ｉｉ）前記第１の無線ノードにおいて検出された前記第１の信号に含まれる前記ホップ・カウント数との比較とに少なくとも部分的に基づいて決定することとを行わせるようにさらに構成される、請求項１６に記載の装置。
前記メモリおよびコンピュータ・プログラム・コードが、前記プロセッサによって、前記装置に、前記第２の信号を前記第１の無線ノードからインクリメントされたホップ・カウント数と共に送信することを行わせるようにさらに構成される、請求項１７に記載の装置。
前記第1の無線ノードに記憶された前記ホップ・カウント数が、１または他の固定値だけインクリメントされた前記第１の無線ノードにおいて検出された前記第２の信号に示される前記ホップ・カウント数である、請求項１７または請求項１８に記載の装置。
前記メモリおよびコンピュータ・プログラム・コードが、前記プロセッサによって、前記装置に、前記方向指示子によって示される方向における前記第１の信号のさらなる送信を前記第１の無線ノードにおいて検出することなく待機時間間隔が満了した後に、前記第１の無線ノードから前記第１の信号を送信することを行わせるようにさらに構成される、請求項１７ないし１９のいずれかに記載の装置。
前記第２の信号がタイミング信号であり、前記メモリおよびコンピュータ・プログラム・コードが、前記プロセッサによって、前記装置に、同一のまたはより高いホップ・カウント数を有する同一のタイミング信号シーケンス内のタイミング信号のさらなる送信を前記第１の無線ノードにおいて検出することなく待機時間間隔が満了した後に、前記第１の無線ノードから前記タイミング信号を送信することを行わせるようにさらに構成される、請求項１７ないし２０のいずれかに記載の装置。
前記メモリおよびコンピュータ・プログラム・コードが、前記プロセッサによって、前記装置に、タイミング信号シーケンス内のタイミング信号を最初に検出したことに応答して、ホップ・カウント数を前記第１の無線ノードに記憶することのみを行わせるようにさらに構成される、請求項２１に記載の装置。
前記メモリおよびコンピュータ・プログラム・コードが、前記プロセッサによって、前記装置に、前記第1の無線ノードに記憶された前記ホップ・カウント数を変更することなく、前記第１の信号を検出し再送信することを行わせるようにさらに構成される、請求項２０に記載の装置。
前記待機時間間隔がランダムに選択された長さを有する、請求項２０または請求項２１に記載の装置。
前記メモリおよびコンピュータ・プログラム・コードが、前記プロセッサによって、前記装置に、比較的長い非アクティブ間隔の間の比較的短いアクティブ間隔中に前記第１の無線ノードにおいて無線信号を検出および／または送信することを行わせるようにさらに構成される、請求項２４に記載の装置。
前記メモリおよびコンピュータ・プログラム・コードが、前記プロセッサによって、前記装置に、前記第１の無線ノードに対して電源から利用可能な電力量の変化に少なくとも部分的に基づいて、前記アクティブ間隔および非アクティブ間隔の相対的長さを動的に変更することを行わせるようにさらに構成される、請求項２５に記載の装置。
前記電源がエネルギー・ハーベスティング・デバイスである、請求項２６に記載の装置。
前記第２の信号がタイミング信号であり、前記メモリおよびコンピュータ・プログラム・コードが、前記プロセッサによって、前記装置に、前記タイミング信号に含まれるタイミング情報を使用して、無線伝送周波数の切り替えを他の無線ノードと同期させることを行わせるようにさらに構成される、請求項１６に記載の装置。
前記第１の信号が、前記第２の信号に含まれるインデックスに基づいて前記第１の信号の発信元によって暗号鍵のテーブルから選択された暗号鍵に従って、かつ前記第１の信号の前記発信元に関連付けられたインデックス・マッピング関係に従って暗号化されたデータを含む、請求項１６に記載の装置。
前記第１の無線ノードが、他の車両上に他の無線ノードを含む列車の車両に搭載される、請求項１６ないし２９のいずれかに記載の装置。
前記車両の１つまたは複数の可動部の１つまたは複数のパラメータを監視するためのセンサをさらに備え、前記第１の信号が、他の車両のセンサを介して前記他の車両の１つまたは複数の可動部の１つまたは複数のパラメータを監視した結果に関する情報を備える、請求項３０に記載の装置。
前記車両の１つまたは複数の可動部の振動から電気エネルギーを収穫するためのエネルギー・ハーベスティング・デバイスをさらに備える、請求項３０または３１に記載の装置。
請求項１６ないし３２のいずれかに記載の１つまたは複数の装置がそれぞれ設けられた複数の車両と、前記第２の信号を発信するための装置が設けられた車両とを含む、列車。
コンピュータにロードされた場合に、
第１の信号を第１の無線ノードにおいて検出する工程であって、前記第１の信号が、前記第１の信号を送信した第２の無線ノードが第２の信号を最初に検出したときの前記第２の信号のホップ・カウント数（ＨＣＮ）を示し、前記第２の信号は前記第１の無線ノードによって前記第１の信号よりも以前に検出された信号である、工程と、
前記第１の無線ノードから前記第１の信号を送信するかどうかを、（ｉ）前記第１の信号内の方向指示子と、（ｉｉ）前記第１の無線ノードが前記第２の信号を最初に検出したときの前記第２の信号のホップ・カウント数と、前記第２の無線ノードが前記第２の信号を最初に検出したときの前記第２の信号のホップ・カウント数との比較と、（ｉｉｉ）前記方向指示子によって示される方向における他の無線ノードによる前記第１の信号の送信を前記第１の無線ノードにおいて検索した結果とに少なくとも部分的に基づいて決定する工程と
を行うように前記コンピュータを制御するプログラム・コード手段を備える、コンピュータ・プログラム製品。