JP7085343B2 - ネットワークにおけるバッテリ管理のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤレス電子デバイスの分野に関する。さらに詳しくは、本発明は、バッテリ駆動のワイヤレス電子デバイスを、ネットワークにおいて管理するためのシステムおよび方法に関する。

ワイヤレス電子デバイスは、ますます、当たり前のものになっている。たとえば、モノのインターネット（ＩｏＴ）は、ワイヤレス通信を経由してデータを収集および交換することができる広範囲な電子デバイスのインターネットワーク化を伴う。そのようなデバイスは、たとえば、データ収集および報告デバイス（たとえば、スマート・ユーティリティ・メータ、セキュリティ・センサ、およびフィットネス・モニタ）、位置トラッキング・デバイス（たとえば、犬の首輪およびポータブルな機器トラッキング・デバイス）、在庫管理デバイス、スマート家電などの家庭自動化デバイス（たとえば、洗浄機、乾燥機、および冷蔵庫）、ならびにスマート家庭安全およびセキュリティ・システム（たとえば、センサ、モニタ、カメラ、および警報システム）を含み得る。

多くの応用例において、そのようなデバイスはバッテリ駆動であることが要件である。これは、必要性に起因するか（たとえば、利用可能な代替電源のない場所で用いられるデバイス）、コスト考慮のためであるか（たとえば、デバイスを既存の電気グリッドに接続するのに必要とされるハードウェアおよび労働力は設置コストを上昇させる可能性がある）、便宜のためであるか（たとえば、人に装着して移動されることが可能なデバイスを含めてポータブルなデバイス）、または安全性に関する理由による（たとえば、水中もしくは水の周囲で用いられるデバイス、および、潜在的に爆発性の化学物質もしくは気体に露出されるデバイス）ことがあり得る。

さらに、バッテリを交換するのに必要とされる「トラック・ロール」のコストが高いため、ある応用例の運用実現可能性は、多くの場合、デバイスの位置への低頻度の訪問に依存する。よって、バッテリの寿命は、考慮すべき重要な事柄である。

したがって、必要とされているのは、バッテリ駆動のワイヤレス・デバイスを管理するための、改善されたシステムおよび方法である。

本発明は、ワイヤレス・ネットワークにおけるバッテリ管理のためのシステムおよび方法を提供する。バッテリ管理は、ワイヤレス・デバイスへの伝送とワイヤレス・デバイスからの伝送とを制御することを含むことがあり得る。よって、ある実施形態によると、ワイヤレス・ネットワークにおいて伝送を制御するためのシステムが提供される。基地局は、複数のワイヤレス・デバイスのそれぞれとの双方向のワイヤレス通信のために構成される。基地局は、複数のワイヤレス・デバイスのうちの少なくとも１つから、バッテリ特性を受信するように、構成される。バッテリ特性は、ワイヤレス・デバイスに給電するバッテリのバッテリ・タイプを、少なくとも表す。複数のバッテリ・タイプのそれぞれに対応する伝送制約（transmission constraints）が、伝送制約データベースの内部に格納される。基地局は、伝送制約データベースにおいてバッテリ・タイプを参照することにより伝送制約を取得するように構成される。そして、基地局は、取得された伝送制約に従って、基地局とワイヤレス・デバイスとの間でメッセージを伝送するように構成されることがある。換言すると、基地局とワイヤレス・デバイスとの間の伝送は、取得された伝送制約によって制約される場合がある。

さらなる実施形態に従って、ワイヤレス・ネットワークにおいて伝送を制御するための方法が提供される。バッテリ特性が、基地局において、複数のワイヤレス・デバイスのうちの少なくとも１つから受信される。バッテリ特性は、ワイヤレス・デバイスのバッテリ・タイプを少なくとも表す。基地局は、複数のワイヤレス・デバイスのそれぞれとの双方向のワイヤレス通信のために構成される。複数のワイヤレス・デバイスのうちの少なくとも１つに対する伝送制約は、そのワイヤレス・デバイスのバッテリ・タイプに基づいて、伝送制約データベースから取得される。伝送制約は、基地局とワイヤレス・デバイスとの間の伝送に関する制約を規定する。そして、基地局と複数のワイヤレス・デバイスのうちの少なくとも１つとの間のメッセージは、取得された伝送制約に従って、伝送されることが可能である。

さらなる実施形態に従って、ワイヤレス・ネットワークにおいて伝送を制御するためのシステムが提供される。分散型の伝送制約データベースは、その中に、複数のバッテリ・タイプのそれぞれと対応する伝送制約を格納する。複数のワイヤレス・デバイスは、それぞれが、バッテリ特性を有する。バッテリ特性は、ワイヤレス・デバイスのバッテリ・タイプを、少なくとも表す。各ワイヤレス・デバイスは、分散型伝送制約データベースの少なくとも一部を格納するように構成される。ワイヤレス・デバイスは、分散型伝送制約データベースにおいてバッテリ・タイプを参照することによって、伝送制約を取得するように、構成される。そして、ワイヤレス・デバイスは、取得された伝送制約に従ってメッセージを伝送するように、構成されることが可能である。

本明細書では、本発明のこれらのおよび他の実施形態が、説明される。

本発明は、その特定の例示的な実施形態との関係で説明され、したがって、以下の図面において参照される。

本発明のある実施形態による、バッテリ駆動のワイヤレス・デバイスを管理するためのシステムを説明する図である。 本発明のある実施形態による、バッテリ特性の通信トラフィック制約へのマッピングを説明する図である。 本発明のある実施形態による、バッテリ駆動のワイヤレス・デバイスを管理するために用いられることが可能な伝送制約データベースを説明する図である。 本発明のある実施形態による、バッテリ駆動のワイヤレス・デバイスを管理する方法を説明する図である。

本発明は、ネットワークにおいて、ワイヤレスでありバッテリ駆動の電子デバイスを管理するためのシステムおよび方法に向けられている。バッテリ駆動のデバイスは、基地局との双方向のワイヤレス通信に従事するように、構成される。たとえば、基地局は、ロングターム・エボリューション（ＬＴＥ）無線アクセス・ネットワーク（ｒａｄｉｏ ａｃｃｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋ）の発展型ノードＢ要素（「ｅＮｏｄｅＢ」もしくは「ｅＮＢ」とも称される）、またはユーザ機器（ＵＥ）中継器であることが可能である。これらのデバイスは、たとえば、モノのインターネット（ＩｏＴ）のネットワーク・デバイスであり得る。これらのデバイスは、たとえば、４Ｇまたは５Ｇ通信に適用可能なプロトコルおよび規格に従って、通信することができる。本発明は、ＬＴＥネットワークのコンテキストにおいて説明されるが、これは必須ではなく、本発明が他のタイプの環境においても用いられ得る、ということは明らかであろう。

本発明のある実施形態によると、ワイヤレス・デバイスによって用いられることが予測されるバッテリ・タイプは、基地局へのアクセス可能な伝送制約データベースにおいて、規定される。このデータベースは、たとえば、基地局の中に組み込まれること、または、基地局の近傍に配置されることが可能である。他の実施形態では、このデータベースは、ワイヤレス・デバイスに格納されているデータベースの一部と共に分散されることも可能である。ネットワークにおける各デバイスは、そのバッテリ特性、たとえばそのバッテリ・タイプを、基地局への登録時に伝送することがあり得る。たとえば、バッテリ特性は、デバイスによって格納されているエンコードされた値によって、表されることができる。デバイスは、次に、それらのエンコードされた値を、バッテリ特性を基地局に報告するために用いる場合がある。このようにして、ワイヤレス・デバイスは、最小限の情報を用いて、それらのバッテリ特性を基地局に通信することができ、それゆえに、そのような報告によって消費される電力が最小化される。デバイスは、いったん電源が入れられると、そのローカル・メモリ、オンボードの加入者識別モジュール（ＳＩＭ）カード、または類似する不揮発性のローカル・ストレージから、バッテリ特性情報を読み出すことができる。ある実施形態では、基地局が、これらの値をデコードし、受信されたエンコードされている値をデータベースにおいて参照することによって、たとえば伝送パターンなど、各デバイスに対する伝送制約を決定する。データベースが分散されている場合には、ワイヤレス・デバイス自体が、伝送制約を決定するために、エンコードされている値を参照することが可能であり、それらの伝送制約を基地局に通信する場合があるし、または、基地局自体が、分散型のデータベースにおいてもしくはそれ自体のローカルなデータベースにおいて、伝送制約を参照する場合がある。

特定のデバイスに対する伝送制約が、そのバッテリ特性に基づいていったん決定されると、それらの制約は、デバイスへの伝送とデバイスからの伝送を制約するために適用されることがあり得る。基地局は、例えば、状態の問合せやデバイス・ポーリングなど、デバイスに向けられたそのダウンリンク伝送を、伝送制約に従って、限定することが可能である。さらに、基地局は、デバイスが基地局へのその将来のアップリンク伝送において用いることが予測されるアップリンク伝送制約を通信することが可能である。たとえばＬＴＥネットワークのセルラ・ネットワークでは、ｅＮｏｄｅＢまたはＵＥ中継器は、それに接続されたデバイスに対する伝送パターンを制御および調整することが可能である。

多くの場合に、ＩｏＴデバイスの電力消費は、データ伝送により大半が占められる。よって、バッテリ管理の重要な態様は、動作要件を満たすのに十分なデータを依然として提供しつつ、ＩｏＴデバイスによるアップリンク・データ伝送の伝送頻度（transmission frequency）と伝送継続時間とを最小化することである。こうして、本発明の実施形態は、伝送制約を決定する際に、バッテリ特性に加えて、データに対する要件も、考慮に入れることが可能になる。たとえば、動作要件またはサービスに関する合意を達成するのに必要とされる伝送の最小データ量もしくは頻度だけでなく、パフォーマンスを最大化する伝送のデータの最適量もしくは頻度が、伝送制約を決定する際に、考慮されることが可能になる。

ポータブル電子デバイスにおいて用いられるバッテリは、一般的に、公称エネルギ蓄積能力、公称電圧、連続電流能力および動作温度範囲に従い、バッテリ製造業者によって、特徴付けられる。これらの値は、バッテリの予測されるエネルギ出力を特徴付けるのに役立ち、バッテリの使用を最適化するのに有用であり得る。しかし、バッテリのパフォーマンスは、その実際の使用条件と寿命とに基づいて、著しく変更されることがある。たとえば、特定のバッテリを１００ｍＡで放電するときには、摂氏２５度から摂氏－２０度への温度低下（すなわち、摂氏４５度の低下）は、ほぼ４３％の容量（Ａｈ）低下を生じさせる場合があり得るというように、温度がバッテリ容量に悪影響を与えることがあり得る。別の例としては、特定のバッテリについて、電流流出を２０ｍＡから４００ｍＡへ増加させると、バッテリ容量の３８％程度の低下を生じさせることがあり得るというように、電流流出（すなわち放電率）を増加させると、結果的に、バッテリ容量を低下させることがあり得る。このような逆方向の時間的な条件（temporal condition）は、バッテリの出力電圧の低下を生じさせることがあり得るのであって、電圧降下がバッテリのカットオフ電圧を超える場合には、ワイヤレス・デバイスが動作を停止することがあり得る。

このように、バッテリが、その推奨される動作条件（たとえば、温度範囲、放電電流、およびパルス流出能力）の外側で用いられる、または、その推奨される動作条件を超えて放電される場合には、これは、バッテリのパフォーマンスを劣化させ、バッテリをその耐用期間よりもはるかに早く使い果たさせることになる可能性がある。

したがって、本発明の実施形態によると、各バッテリの能力と他の特性とが、例えば温度または放電状態などの異なる時間的な条件に基づいて、伝送制約を決定するためにも用いられる。このように、バッテリのパフォーマンスに著しく影響する時間的条件が変化するときには、これらの変化が、伝送制約をその時点での条件に適応するように更新するために、用いられることがあり得る。これらの因子が、伝送制約データベースの内部において、考慮される場合もある。この場合には、基地局は、データベースにおいて伝送制約を参照するための追加的な入力として時間的な条件を用いることによって、更新された伝送制約を決定することが可能である。また、伝送制約は、既存の伝送制約を変更することによって（たとえば、ポーリング問合せの間の周期を基地局が増加させることによって、または、データのアップリンク伝送の間の周期をワイヤレス・デバイスが増加させることによって）、伝送制約データベースへの追加的な参照を行うことを必要としなくても、基地局またはワイヤレス・デバイスによって、更新されることがあり得る。

ユーティリティ計測または戸外で用いられるポータブル・デバイスなど多くの応用例に関して、ワイヤレス・デバイスは、時には非常に高いまたは低い周囲温度になる場所で動作することが必要である。たとえば、ある場所では、摂氏－２０度またはそれよりもさらに低いような季節温度に毎晩なることがあり得るが、他方で、他の場所では、摂氏３５度またはそれよりもさらに高いような日中高温度になることがあり得る。したがって、バッテリの寿命が延長されるように、そのようなデバイスの動作を、現在のまたは予測される環境条件に基づいて制約することは、有益であろう。たとえば、そのようなデバイスに対する伝送制約が、１日のうちで周囲温度がそのバッテリに対する安全な動作温度の範囲内にある、または、そのような範囲内にあると予測される時間にだけ、デバイスがそのデータを伝送することを要求する、ということがあり得る。

図１は、本発明のある実施形態による、バッテリ駆動のワイヤレス・デバイスを管理するためのシステムを示している。単一の基地局１０が示されており、これは、たとえば、ｅＮｏｄｅＢまたはＵＥ中継器であり得る。しかし、このシステムが複数の基地局を含み得ることは明らかであろう。図１に示されているように、基地局１０は、プロセッサ１２と、２つのデータ・ストレージ・ユニット１４および１６とを備えている。プロセッサ１２は、格納されているソフトウェア・プログラム、ハードウェア、および／またはファームウェアに従って、基地局１０の機能を制御する。第１のストレージ・ユニット１４は、ソフトウェアと、ネットワークのためのデバイスと関係する情報とを格納することができる。第２のストレージ・ユニット１６は、本明細書で説明されているように、伝送制約データベースを格納することができ、この伝送制約データベースは、ネットワークにおけるデバイスに給電するのに用いられる異なるタイプのバッテリに関する情報を含む。ストレージ・デバイス１４および１６は、物理的に分離された複数のストレージ・デバイスによって実装されることが可能であるし、または、単一の物理的なストレージもしくはメモリ・ユニットに組み合わされることも可能である。

図１にさらに示されているように、デバイス１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、動作ハードウェア２０ａ、２０ｂ、２０ｃをそれぞれ含んでおり、これらのハードウェアは、ローカル・プロセッサと、データ・ストレージと、バッテリ電源とを含み得る。基地局１０は、ワイヤレス接続２２ａ、２２ｂ、２２ｃをそれぞれ用いて、デバイス１８ａ、１８ｂ、１８ｃと通信し、ネットワークを形成するように構成されている。

おそらくは他の通信プロトコル情報（たとえば、標準的なネットワーク通信プロトコル）と共に、ユニット１４および１６に格納されているデータに基づき、基地局１０は、ネットワークにおける各デバイス１８ａ、１８ｂおよび１８ｃに対する伝送制約を規定することができる。たとえば、伝送制約データベース情報は、基地局１０のストレージ・ユニット１６に格納されることが可能である。さらに、または、それとは異なり、伝送制約データベースの全体または部分が、デバイス２２ａ、２２ｂ、２２ｃの間で分散されることもあり、その場合には、データベースの部分が、動作ハードウェア２０ａ、２０ｂ、２０ｃのローカル・ストレージ・ユニットそれぞれに格納される。

ＩｏＴデバイスの中には、ウェアラブル、トラッカ、スマート・メータ、およびスマート農業デバイスなどがある。バッテリ容量要件は、使用事例ごとに非常に異なる。たとえば、小型のウェアラブル（たとえば、動物の首輪）は、デバイスのサイズによって制約されるため、それらは、小型のバッテリを用いることが計画的に要求される。これらの場合には、バッテリ容量は、コイン・セルまたは再充電可能なバッテリを用いた、約２５０ｍＡｈであり得る。しかし、ユーティリティメータの場合には、バッテリ容量は、１０～１５年の寿命を満たすために、より高くなることが要求される。

いったんそれらのデバイスが用いられると、特に、最初にスイッチがオンされるときには、基地局１０は、これらのデバイスがどのように用いられるべきか、そして、これらのデバイスがどのようなバッテリ・タイプ容量を有するのかに関する情報を、まったく有していない。基地局１０がすべてのデバイスを同じバッテリ容量を有すると仮定して扱う場合には、その結果として、相対的に小さなバッテリを用いるデバイスに対しては、満足できない程に短い寿命を生じさせてしまう可能性がある。よって、本発明の実施形態は、デバイスを、ネットワークに登録することを含む。これは、各デバイスが、基地局１０に対して、登録の間にそのバッテリ特性を告知することを含み得る。

登録は、いくつかの方法で、行われることが可能である。たとえば、各デバイスは、そのバッテリ特性を、プロトコル・データ・ユニット（ＰＤＵ）シグナリングを経由して、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）もしくは無線資源制御（ＲＲＣ）シグナリングを経由して、またはレイヤ３ネットワーク・ルーティングを経由して、ｅＮｏｄｅＢ基地局に報告することができる。さらに、たとえば埋め込みＳＩＭに格納されている信頼された認証が、ワイヤレス・デバイスから通信されることが可能である。

いったんデバイスが登録されると、基地局１０は、次に、データベースから、初期伝送制約を取得することができる。マッピング・アルゴリズムが、特定のバッテリ・タイプに基づいて初期のトラフィック・パターン制約を設定するために、用いられることが可能である。たとえば、バッテリ能力モードは、たとえばコイン・セルＣＲ２０３２の能力を示す「Ｂ１ａ」に設定され、次いで、マッピング・アルゴリズムが、この特定のバッテリに関する情報に格納されているものを、フェッチする。典型的なバッテリ・エネルギ容量、たとえばＢ１ａ、２２５ｍＡｈの公称容量などの放電特性、３ｍＡの最大連続電流、および１５ｍ ｍＡの最大パルス能力を表すこの情報は、伝送制約データベースに格納されることが可能である。

よって、伝送制約データベースの情報は、単に、バッテリ・タイプの伝送制約へのマッピングを含み得るのである。しかし、データベースは、また、たとえば動作温度や残存容量など、一定の条件におけるそのバッテリ・タイプの挙動に関するより詳細な情報を含むこともあり得る。このタイプの情報は、デバイスが、関連するリアルタイムの情報を基地局１０に送る場合に、アクセスまたは使用されることができる。伝送の頻度を最小化するために、そのような時間的条件の報告は、予め規定された閾値において変化がある場合にだけ、トリガされ得る。たとえば、その地域の温度が予め規定された閾値を超えるもしくはその閾値よりも低下する場合にだけ、または、バッテリ放電条件が予め規定された閾値を超える場合にだけ、そのような報告が発生することがあり得る。

オプションであるが、デバイスに関する温度情報、たとえばデバイスの周囲温度は、デバイスから基地局１０へ通信されるか、または、（たとえば、ローカルな気象報告から情報を受信することによって）基地局１０に格納され得る。このようにして、デバイスのトラフィック・パターンは、また、デバイスの周囲温度の関数としても、構成されることが可能である。さらに、マッピング・アルゴリズムは、また、ローカルな気象条件を、追加的な入力として組み込むこともできる。

例証のための例として、ユーティリティ計測のために用いられるワイヤレス・デバイスが、そのバッテリ・タイプを、最初の使用の際に基地局１０に登録し、基地局１０が、この情報を、初期伝送制約を決定するための伝送制約データベースへの入力として用いると仮定する。初期制約は、デバイスに対して、計測データの報告を、１日に２回、提供するように要求することがあり得る。その間、基地局１０は、そのデバイスが用いられている地域に対する気象報告を受信することができる。夜間温度がデバイスのバッテリに対する推奨動作温度の外にあることが予測されるような低下を予報する気象報告が、基地局によって受信される場合には、基地局１０は、この情報を、伝送制約データベースへの追加的な入力として用いることがあり得るのであって、その結果として、異なる（すなわち、更新された）伝送制約が生じることがあり得る。更新された制約は、デバイスに対して、周囲温度がデバイスのバッテリに対する推奨動作温度の範囲内にあることが予測される昼間の時間（たとえば、毎日午後４時）に、計測データの毎日の報告を１回提供することを、要求することがあり得る。これは、より長いｅＤＲＸ（延長された間欠受信）サイクルを要求し、アップリンク報告が毎日の午後４時に生じることを可能にする伝送制約を選択することによって、達成されることが可能になる。結果的に、センサは、ほとんどの時間において、特に、周囲温度がその推奨動作温度の外にあると予測されるときには、スリープ状態に留まる。そして、いくらか時間が経過した後で、夜間温度がそのデバイスのバッテリに対する推奨動作温度の範囲内に留まると予報する新たな気象報告が、受信されることがあり得る。すると、基地局１０は、この情報を、伝送制約データベースへの追加的な入力として用いることができ、そのことが、伝送制約が当初に設定されたものに戻るように伝送制約を更新することにつながり、その結果、デバイスは、再び、１日２回の計測データの報告に戻る。

このようにして、遅延耐性サービス要件を有するＩｏＴデバイスは、寒い条件の間の伝送を回避することができて、比較的高い温度における伝送を可能にして、低温での動作に起因する潜在的なバッテリ容量の損失を最小化させることができる。この特徴を有するシステムは、好適な条件の間に伝送することができるように、アップリンクにおけるデータ伝送を遅延させることが可能である。

上述した例では、基地局１０は、更新された伝送制約を、伝送制約データベースから取得する。別の実施形態では、基地局１０は、その代わりに、伝送制約データベースを参照することなく、初期伝送制約を更新することができる。上述の例において、初期制約がデバイスに対して計測データの１日に２回の報告を提供するように要求しており、基地局１０は、夜間温度がそのデバイスのバッテリに対する推奨動作温度の外にあることが予測されるような低下を予報する気象報告を受信すると仮定すると、基地局１０は、この情報（すなわち、予測される範囲外の温度）を初期伝送制約へのマスクまたはフィルタとして適用することができ、その結果、結果的に生じる更新された伝送制約は、そうでない場合に範囲外の温度の期間の間に生じていたアップリンク伝送を伴わない。その効果は、上述の例の場合と同じであって、すなわち、夜間に予定されていた計測報告はマスクされ、残りの計測報告が、１日に一度だけ生じることになる。そして、上述の例のように、夜間温度がそのデバイスのバッテリに対する推奨動作温度の範囲内に留まると予報する新たな気象報告が、受信されることがあり得る。すると、基地局１０は、この情報を、マスクまたはフィルタを除去するために用いることができる。その効果は、デバイスが再び１日２回の計測報告に戻るように、伝送制約を当初に設定されていたものに戻すことである。

別の例証のための例では、ワイヤレス・デバイスが、ウェアラブルな活動モニタとして用いられることを想定してほしい。たとえば、スマート・トレーナ・デバイスが、ジョンという名前のハイカーによって彼の心拍数を測定するために、装着されている。基地局１０への登録の際には、基地局１０は、初期の伝送制約を決定するために、そのバッテリ・タイプを、伝送制約データベースへの入力として、用いる。この初期の制約は、ジョンに彼の身体的活動に関するフィードバックとガイダンスとを提供するために、アプリケーション・プログラムがこの情報を用いることができるように、ワイヤレス・デバイスに対して、活動データに関する１時間ごとの報告を提供することを要求する場合があり得る。デバイス自体に、温度センサが備わっている場合もあり得る。いくらかの時間の間、用いられた後で、このデバイスが、現在の周囲温度は、このデバイスのバッテリに対する推奨動作温度の外にあることを感知する。この場合に、ワイヤレス・デバイスは、そのアップリンク伝送制約を更新するために、この情報を用いることができる。たとえば、そのデバイスは、いかなるアップリンク・データを送ることを停止し、その代わりに、連続的に、活動データをローカルに格納することができる。このようにして、適用可能な伝送制約は、バッテリ損傷の危険を冒すよりも報告を遅らせることの方が好ましいであろうということを考慮に入れる。したがって、スマート・トレーナ・デバイスは、活動データを格納することを継続しながら、その報告を遅延させる（すなわち、停止させる）。次に、現在の周囲温度がそのデバイスのバッテリに対する推奨動作温度の範囲内にあることをデバイスがいったん感知すると（たとえば、ジョンは、次に、ハイキングの旅を終了して、自分のキャンプに戻る）、デバイスは、格納された活動データを基地局１０にアップロードして、１時間ごとの活動データ報告の送信を必要とするその初期伝送制約に戻ることができる。こうして、スマート・トレーナ・デバイスは、温度変化を識別して、安全な動作レベルに戻ったと判断するのであり、したがって、このデバイスは、活動データを基地局に報告することを継続する。このように、データの送信が低頻度である、非ミッション・クリティカルな遅延耐性ＩｏＴデバイスの場合には、リアルタイムのデータが、バッテリの寿命を保存するように伝送を最適にスケジュールするために、用いられることが可能である。

ワイヤレス・デバイスがその報告を遅延させるまたは停止させる実施形態においては、ワイヤレス・デバイスは、そうしているということを基地局に告知することもあり得る。これは、たとえば、ＲＲＣ ＣＯＮＮＥＣＴＥＤ状態における場合には、ＤＬ（ダウンリンク）受信およびデコードの後で達成されることが可能であり、ワイヤレス・デバイスは、伝送を回避するために、ＲＡＣＨ（ランダム・アクセス・チャネル）手順を開始することができず、その結果として、基地局は、その場合、待機時間が満了した後で、接続を開放することができる。あるいは、ワイヤレス・デバイスは、ネットワークに登録している状態を継続したままで、温度が低いときにはワイヤレス・デバイスが電力節約モードに入るというリクエストを基地局に伝送することがあり得る。いったんワイヤレス・デバイスが温度条件を（たとえば、摂氏５度のオーダで）基地局に知らせると、次に、基地局は、たとえば、そのローカルな気象記録に従ってモデムがデータを伝送する最良の時間を決定することができる。

もちろん、イベント駆動型の伝送を要求するまたは頻繁なデータ伝送を要求するアプリケーションの場合には、伝送のそのような延期は、可能ではない場合があり得る。そのような場合には、他の戦略を用いられることができるのであって、たとえば、伝送の全体を停止するのではなく、伝送の頻度を減らす、または、伝送のためにより小さな伝送電力を用いる、などである。

初期伝送制約においては、サービス・レベル要件も、考慮されることがある。たとえば、デバイスが少なくとも１年間は動作しなければならないという適用可能なサービス契約が締結される場合には、マッピング・アルゴリズムは、伝送の頻度、データ・サイズ、および伝送電力に関して最適なトラフィック・パターンを決定するために、この情報を適用することができる。換言すると、いくらかの追加的な情報（たとえば、最小の動作継続時間）と共にバッテリ能力ビット（たとえば、Ｂ１ａ）を知った時点で、この特定の場合に対する最適なトラフィック・パターンを決定するために、マッピング機能が用いられることが可能である。

さらに、バッテリ状態が変更される場合、たとえば、過剰な放電または温度の低下に起因して、バッテリのエネルギ容量が低下する場合には、デバイスは、たとえば、より低い頻度であってより少量のデータを用いて新たな伝送パターンをリクエストするために、（たとえば、より低いバッテリ能力を表すように）更新されたカテゴリ・ビット／サブカテゴリ・ビットを、送ることができる。一例として、あるデバイスが、当初、コイン・セルＣＲ２４５０が用いられている（バッテリ・エネルギ容量６２０ｍＡ）ことを表すバッテリ能力ビット「Ｂ１ｂ」を用いており、数ヶ月に及ぶサービスまたは過剰な放電の後で、このデバイスが、残りの利用可能なバッテリ容量が２００ｍＡｈまで低下したことを検出する場合には、そのデバイスは、より低いバッテリ能力（たとえば、２２５ｍＡｈ）を示すために、更新されたバッテリ能力「Ｂ１ａ」を送る。これは、次に、予め規定されたタイムフレーム内で残りのバッテリ容量を最大限に利用するために、より頻度の低いおよび／またはより小さなデータ伝送サイズおよび／またはより低い伝送電力に、マッピングすることになるであろう。

図２は、本発明のある実施形態による、バッテリ特性の通信トラフィック制約への例示的なマッピングを示している。図２に示されているように、マッピングは、適切な通信制約を識別するのに用いられるバッテリ特性を用いたツリー構造を組み込むことができる。これは、入力としてのバッテリ・タイプとｅＮｏｄｅＢによって用いられることが可能な出力としての対応するトラフィック・パターンとの間のマッピングであり得る。図２に示されているように、ツリーの主なブランチとして異なるバッテリ・タイプ（たとえば、コイン・セル、プライマリ、再充電可能、ソーラ、メインなど）を表すのに数ビットが用いられることが可能であり、他方で、各タイプすなわちブランチでは、数ビットが、より豊富なサブカテゴリすなわちサブブランチを表す（たとえば、サブカテゴリは、異なるバッテリ容量、パルス能力、またはピーク電流を表すことができる）。サブカテゴリの内部では、トラフィック・パターンのさらに豊富な表現を伴う、対応するトラフィック・パターンがマッピングされることが可能である。結果的なトラフィック・パターンは、ツリー構造の葉によって表されることが可能である。このような構造が、任意の数のレベルのブランチ分けを含む任意の数および配列のメイン・ブランチ、サブブランチ、および葉を収容するように適応されることが可能であることは、明らかであろう。

このマッピングの１つの態様は、バッテリ・タイプとトラフィック・パターンとの間のマッピングを容易にすることである。しかし、このマッピングは、また、サービス要件（たとえば、サービスの目的を満たすために必要とされる最小のデータ・レベルに加えて、所望のまたは最適なデータ・レベル）と、時間的条件（たとえば、温度、バッテリ放電状態、天候など）とを収容することができる。基地局１０は、次に、ネットワーク資源を最適化するために、マッピングから取得された情報を用いることがあり得る。これが、受け入れ可能なレベルのサービスを依然として維持しながら、バッテリ・タイプと時間的条件とに基づいてデバイスの電力消費を管理することによって、システム・パフォーマンスの最適化を可能にする。

トラフィック・パターン情報に加え、データベースに格納されているデータは、様々な動作条件におけるバッテリの挙動を表す情報を含むことがあり得る。このタイプの情報は、数ビットを用いて、接続モードまたはアイドル・モードのいずれかにおいて、ＩｏＴデバイスからｅＮｏｄｅＢへ通信されることが可能である。これは、たとえば、デバイスが予め規定された範囲を超える温度または電圧の変化を検出する場合に、トリガされることがあり得る。新たなバッテリ能力に関する更新をデバイスから受信すると、ｅＮＢは、改善されたデバイスのエネルギ消費に従って、トラフィック・パターンを更新する。

このマップは、ＴＰ（ｎ）_ｋ＝ｆ｛Ｂ（ｎ）_ｋ｝というように、単純化され得るのであるが、ここで、ＴＰ（ｎ）_ｋは、バッテリ・タイプｎとサブカテゴリｋとに対応するトラフィック・パターン情報を表し、Ｂ（ｎ）_ｋは、バッテリ・タイプｎとサブカテゴリｋとに対応するバッテリ能力を表し、ｆ｛．．｝は、マッピング関数／アルゴリズムを表す。

図３は、バッテリ駆動のワイヤレス・デバイスを本発明のある実施形態に従って管理するために用いられることが可能な伝送制約データベースを示している。このデータベースは、たとえば、基地局１０のストレージ・ユニット１６に格納されることが可能であり、図２のマッピングを実施するために用いられることが可能である。図３は、バッテリ・タイプとサービス・レベルの必要性とに基づいて割り当てられることが可能な例示的な伝送パターンの追加的な詳細を示している。伝送パターンは、データ密度（たとえば、要求されるデータ伝送の量および頻度）と伝送電力に関して特定されることが可能である。たとえば、「非常に軽い」データ・トラフィック密度を要求するセンサは、１日に１回、２０バイトのデータを、伝送することができる。別の例として、単に「軽い」トラフィック密度を要求するセンサは、１日に１回、５０バイトのデータを、伝送することができる。さらにまた、「中程度の」トラフィック密度を要求するセンサは、１日に数回、２０バイトのデータを、伝送することができるなど、特定の応用例の要件に応じて、それ以外も同様である。

図４は、本発明のある実施形態による、バッテリ駆動のワイヤレス・デバイスを管理する方法を示している。ステップ１００では、複数のワイヤレス・デバイスのうちの少なくとも１つからのバッテリ特性が、基地局で、受信される。バッテリ特性は、ワイヤレス・デバイスのバッテリ・タイプを、少なくとも表す。基地局は、複数のワイヤレス・デバイスのそれぞれとの双方向のワイヤレス通信のために構成されている。

ステップ１０２では、複数のワイヤレス・デバイスのうちの少なくとも１つに対する伝送制約が、取得される。伝送制約は、そのワイヤレス・デバイスのバッテリ・タイプに基づいて、伝送制約データベースから取得される。伝送制約は、基地局とワイヤレス・デバイスとの間の伝送に関する制約を規定する。

ステップ１０４では、このステップは、オプションとして実行され得るのであるが、基地局と複数のワイヤレス・デバイスのうちの少なくとも１つとの間のメッセージは、取得された伝送制約に従って伝送される。

本発明に関する以上の詳細な説明は、例証の目的のために提供されており、網羅的であること、または、本発明を開示されている実施形態に限定することは、意図されていない。したがって、本発明の射程は、添付の特許請求の範囲によって規定される。

１０ 基地局
１２ プロセッサ
１４ 第１のストレージ・ユニット
１６ 第２のストレージ・ユニット
１８ａ デバイス
１８ｂ デバイス
１８ｃ デバイス
２０ａ 動作ハードウェア
２０ｂ 動作ハードウェア
２０ｃ 動作ハードウェア
２２ａ ワイヤレス接続
２２ｂ ワイヤレス接続
２２ｃ ワイヤレス接続

Claims (42)

1. 複数のバッテリ・タイプのそれぞれに対応する伝送制約をその中に格納する伝送制約データベースと、
   複数のワイヤレス・デバイスのそれぞれとの双方向のワイヤレス通信のために構成されている基地局であって、前記基地局は、前記複数のワイヤレス・デバイスのうちの少なくとも１つから、バッテリ特性を受信するように構成されており、前記バッテリ特性は、前記ワイヤレス・デバイスのバッテリ・タイプを少なくとも表し、前記基地局は、前記伝送制約データベースにおいて前記バッテリ・タイプを参照することにより伝送制約を取得するように構成されており、前記基地局と前記ワイヤレス・デバイスとの間のメッセージの伝送は、取得された伝送制約によって制約される、前記基地局と、
   を備える、ワイヤレス・ネットワークにおいて伝送を制御するためのシステム。
2. 前記基地局が、前記取得された伝送制約を用いて、前記基地局と前記ワイヤレス・デバイスとの間でメッセージを伝送するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
3. それぞれがバッテリを有する前記複数のワイヤレス・デバイスをさらに備えており、前記複数のワイヤレス・デバイスのそれぞれが、バッテリ・タイプを含むそのバッテリ特性を、前記基地局に伝送するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
4. 前記ワイヤレス・デバイスのうちの少なくとも１つに対する伝送制約が、前記ワイヤレス・デバイスに対する１つまたは複数の時間的条件に従って更新される、請求項１に記載のシステム。
5. 前記伝送制約が更新される前記ワイヤレス・デバイスが、前記基地局に、前記更新を通知する、請求項４に記載のシステム。
6. 前記基地局が、更新された伝送制約を、前記バッテリ・タイプと前記１つまたは複数の時間的条件とに基づいて、前記伝送制約データベースから取得するように構成されている、請求項５に記載のシステム。
7. 伝送制約が更新される前記ワイヤレス・デバイスが、前記更新された伝送制約に応答して、アップリンク・データの前記伝送を修正する、請求項４に記載のシステム。
8. 前記時間的条件が、前記ワイヤレス・デバイスにおける温度を備える、請求項４に記載のシステム。
9. 前記温度が、前記ワイヤレス・デバイスにおける温度を測定する温度センサによって取得される、請求項８に記載のシステム。
10. 前記温度が、前記ワイヤレス・デバイスが用いられる地理的領域に対する気象報告から取得される、請求項８に記載のシステム。
11. 前記温度が所定の温度範囲の外にある間は、前記ワイヤレス・デバイスが、アップリンク・データを前記基地局に送ることが制約される、請求項８に記載のシステム。
12. 前記時間的条件が、前記ワイヤレス・デバイスのバッテリ放電状態を備える、請求項４に記載のシステム。
13. 前記時間的条件が、前記ワイヤレス・デバイスのバッテリ電圧レベルを備える、請求項４に記載のシステム。
14. 前記伝送制約データベースがルックアップ・テーブルを備えており、前記バッテリ・タイプが、前記伝送制約を前記ルックアップ・テーブルから選択するために前記基地局によって用いられるエンコードされた値によって表される、請求項１に記載のシステム。
15. 各ワイヤレス・デバイスが、前記基地局への登録の際に、前記バッテリ特性を伝送するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
16. 前記基地局が、前記基地局と前記ワイヤレス・デバイスとの間で、前記取得された伝送制約を用いて、ダウンリンク・メッセージを伝送するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
17. 前記基地局が、前記伝送制約を、前記複数のワイヤレス・デバイスのうちの少なくとも１つに通信するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
18. 前記ワイヤレス・デバイスが、アップリンク・メッセージを、前記ワイヤレス・デバイスと前記基地局との間で、前記基地局から受信された前記伝送制約を用いて伝送するように構成されている、請求項１７に記載のシステム。
19. 前記伝送制約が、前記ワイヤレス・デバイスから前記基地局へアップリンク・メッセージが伝送される時間を制約する、請求項２に記載のシステム。
20. 前記伝送制約が、前記ワイヤレス・デバイスから前記基地局へのアップリンク・メッセージの伝送頻度および伝送継続時間のうちの１つまたは複数を制約する、請求項１９に記載のシステム。
21. 前記伝送制約が、前記ワイヤレス・デバイスから前記基地局へのアップリンク・メッセージの伝送電力を制約する、請求項２に記載のシステム。
22. 前記伝送制約が、前記ワイヤレス・デバイスから前記基地局へのアップリンク・メッセージの量を制約する、請求項２に記載のシステム。
23. 基地局において、複数のワイヤレス・デバイスのうちの少なくとも１つから、バッテリ特性を受信することであって、前記バッテリ特性は、前記ワイヤレス・デバイスのバッテリ・タイプを少なくとも表し、前記基地局は、前記複数のワイヤレス・デバイスのそれぞれとの双方向のワイヤレス通信のために構成されている、バッテリ特性を受信することと、
    前記複数のワイヤレス・デバイスのうちの前記少なくとも１つに対し、伝送制約を取得することであって、前記伝送制約は、前記ワイヤレス・デバイスの前記受信されたバッテリ・タイプに基づいて、伝送制約データベースから取得され、前記基地局と前記ワイヤレス・デバイスとの間のメッセージの伝送は、取得された伝送制約によって制約されることと、
    を備える、ワイヤレス・ネットワークにおいて伝送を制御する方法。
24. 前記取得された伝送制約に従って、前記基地局と前記複数のワイヤレス・デバイスのうちの少なくとも１つとの間で、メッセージを伝送することをさらに備える、請求項２３に記載の方法。
25. 前記ワイヤレス・デバイスに対する１つまたは複数の時間的条件に従って、前記ワイヤレス・デバイスのうちの少なくとも１つに対する前記伝送制約を更新することをさらに備える、請求項２３に記載の方法。
26. 伝送制約が更新される前記ワイヤレス・デバイスが、前記基地局に、前記更新を通知する、請求項２５に記載の方法。
27. 前記バッテリ・タイプと前記１つまたは複数の時間的条件とに基づいて、更新された伝送制約を、前記伝送制約データベースから取得することをさらに備える、請求項２６に記載の方法。
28. 前記伝送制約が更新される前記ワイヤレス・デバイスが、前記更新された伝送制約に応答して、アップリンク・データの前記伝送を修正する、請求項２５に記載の方法。
29. 前記時間的条件が、前記ワイヤレス・デバイスにおける温度を備える、請求項２５に記載の方法。
30. 前記温度が、前記ワイヤレス・デバイスにおける前記温度を測定することによって取得される、請求項２９に記載の方法。
31. 前記温度が、前記ワイヤレス・デバイスが用いられる地理的領域に対する気象報告から取得される、請求項２９に記載の方法。
32. 前記温度が所定の温度範囲の外にある間は、前記ワイヤレス・デバイスが、アップリンク・メッセージを前記基地局に伝送することが制約される、請求項２９に記載の方法。
33. 前記時間的条件が、前記ワイヤレス・デバイスのバッテリ放電状態を備える、請求項２５に記載の方法。
34. 前記時間的条件が、前記ワイヤレス・デバイスのバッテリ電圧レベルを備える、請求項２５に記載の方法。
35. 前記伝送制約データベースがルックアップ・テーブルを備えており、前記バッテリ・タイプが、前記ワイヤレス・デバイスに対する前記伝送制約を前記ルックアップ・テーブルから選択するために前記基地局によって用いられるエンコードされた値によって表される、請求項２３に記載の方法。
36. 前記複数のワイヤレス・デバイスのそれぞれが、前記ネットワークへの登録の際に、そのバッテリ特性を伝送するように構成されている、請求項２３に記載の方法。
37. 前記伝送制約を少なくとも１つのワイヤレス・デバイスに通信する前記基地局をさらに備える、請求項２４に記載の方法。
38. メッセージを前記伝送することが、前記ワイヤレス・デバイスが、アップリンク・メッセージを、前記ワイヤレス・デバイスと前記基地局との間で、前記基地局から受信された前記伝送制約を用いて伝送することを備える、請求項３７に記載の方法。
39. 前記伝送制約が、前記ワイヤレス・デバイスから前記基地局へアップリンク・メッセージが伝送される時間を制約する、請求項２４に記載の方法。
40. 前記伝送制約が、前記ワイヤレス・デバイスから前記基地局へのアップリンク・メッセージの伝送頻度および伝送継続時間のうちの１つまたは複数を制約する、請求項２４に記載の方法。
41. 前記伝送制約が、前記ワイヤレス・デバイスから前記基地局へのアップリンク・メッセージの伝送電力を制約する、請求項２４に記載の方法。
42. 前記伝送制約が、前記ワイヤレス・デバイスから前記基地局へのアップリンク・メッセージの量を制約する、請求項２４に記載の方法。

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