一実施形態によるシステム、および、方法は、システムの近傍において、潜在的に多い数の形態機器、例えば、40基のポータブルデバイスなどの複数のポータブルデバイスに関する位置情報を決定するために提供される。システムは、システムの近傍にある複数のポータブルデバイスのそれぞれに接続して位置を特定することができる。位置情報は、車両または建物などの対象物に関して決定される。ポータブルデバイスは、iOS、または、Androidシステムを搭載したスマートフォン、および、フォブ、時計、ブレスレットなどの他の非電話(カスタム)デバイスを含む、ユーザが着用または携帯する任意のタイプの装置である。
一実施形態のシステム、および、方法は、一度に多数の乗客を輸送することができるひとつ以上の車両(例えば、バスまたは列車)を含む、大量輸送システム内の複数のポータブルデバイスに関する位置情報を決定するために提供される場合がある。大量輸送システムにおける一実施形態におけるシステム、および、方法は、ユーザエクスペリエンスを促進する以下に述べるひとつ以上の特徴を提供することができる。
(1)任意の停車地において、乗車または下車している可能性のあるすべてまたはほぼすべての乗客/運転者を見つけて接続する。
(2)多忙な(都市)環境において、満員の負荷におけるすべて、または、ほぼすべての乗客/運転者を探し続ける。
(3)インターネット接続なし(ユーザに別の方法での操作を求めることなく)のユーザを認証する。
(4)ユーザに対して外向きの存在がほとんど、または、まったくない状態で、バックグラウンドで操作する。
(5)応答性:システムは、ユーザエクスペリエンスを低下させることなく、すべて、または、ほぼすべてのポータブルデバイスに対してすべて、または、ほぼすべてのアクションを実行するように構成されている。
この明細書で説明される「ユーザ」は、「運転者」または「乗客」または「潜在的乗客(乗客になる可能性のある者)」または「乗客に情報を提示する別のデバイス」(例えば、車載ディスプレイ、または、身元情報(アイデンティティ)をもつ他のデバイス)である場合がある。
1.任意の停車地において、乗車または下車している可能性のあるすべて、または、ほぼすべての乗客/運転者を見つけて接続する。
一実施形態のシステム、および、方法は、ライドシェアリング環境、レンタル環境、タクシー環境、および、自動運転車環境を含む様々な環境における複数のポータブルデバイスに関する位置情報を決定することを促進する。これらのタイプの環境は、各ユーザのある地点から別の地点への輸送を容易にするためのひとつ以上の輸送システムを提供する場合があり、すべてのユーザが同じ地点に出入りすることはできない。
一実施形態では、輸送システムの車両は、9人から14人の乗客に加えて、運転者(10人から15人のユーザ60)を収容することができる。新しい運転者と多くの乗客が任意の停車地で搭乗を待っている可能性がある(10人から15人のユーザ60)。図7の図示された実施形態におけるシステム100は、ユーザ60のそれぞれについての位置情報を決定するように構成される場合がある。さらに、接続またはアイデンティティ(画面など)を持つ他の物が車両内にある可能性がある。ユーザ60と接続のこの組み合わせは、10+10+2から15+15+4、または22から34の接続をもたらす可能性があり、+2、および、+4は、接続またはアイデンティティを有する車両内の他の物を示す。
バス、および、搭乗プラットフォーム220として具体化された対象物10を含む、大量輸送環境またはシステムの一部が図7に示され、一般に符号200によって示されている。図示の実施形態は、(a)符号60によって示された、それぞれがポータブルデバイス20(PORTABLE DEVICE)を携帯する複数のユーザ(USER)、および、(b)符号100によって示された本開示の実施形態によるシステムを含む。輸送システム200は、図示の実施形態に示されるタイプに限定されず、輸送システム200は、ライドシェアリングバン、または、自律運行タクシーを含む、任意のタイプの輸送システムであることが注目される。これらの例では、搭乗プラットフォーム220は、縁石、または、誰かの私道など、任意の指定されたピックアップ場所でもよいことが注目される。
市内バスは60人から80人の乗客を運ぶことが多く、列車は50人から100人の乗客(着席)または約260人の乗客(着席と立っている、ニューヨークの地下鉄の場合)を運ぶことができる。中国、日本、インドでは、列車は潜在的にさらに多くのユーザを運ぶ可能性がある(たとえば、キャビンの内外で400人)。したがって、大量輸送システムに関連して使用するように構成されたシステム100は、キャビンあたり最大400人の乗客(すでに搭乗中)、および、潜在的に搭乗を待っているユーザ60(最大800人のユーザ60、さらにキャビンごとにプラス1人から10人のスタッフ)をサポートするように指定することができる。これは、オフィスビルの大きなロビーの場合と同様のケースであり、システム100によって何百人もの人々が同時に検出されるか、または、システム100に接続されて、入室、または、サービスを待っている可能性がある。
上述で論じられたパラメータに基づいて、一実施形態によるシステム100は、20から40の接続をサポートすることができ、実質的により多くの接続をサポートするように規模を調節することができる。
2.多忙な(都市)環境において、満員の負荷におけるすべて、または、ほぼすべての乗客/運転者を探し続ける。
多数のポータブルデバイス20、および、ユーザ60(例えば、おそらく40)では、対象物10上に配置されたポータブルデバイス20、および、センサ40(SENSOR)の間において、無線信号(例えば、BLE信号、UWB、またはWifi、またはそれらの組み合わせ)をブロックする多くの対象物が存在する可能性が高いことが注目される。
一実施形態のシステム100は、11個のセンサ40(ひとつの後部の対、ひとつの助手席側の中間部の対、ひとつの運転席側の中間部の対、ひとつの助手席側の前部の対、ひとつの運転席側の前部の対、および、ひとつの中央センサ[センターコンソール/スタック]を含みことができる。)を含み、位置に関係なく4人の同時ユーザ60で信頼できることが経験的に実証されている。
内部に15人、外部に吸収体(物体)/反射体(車両、建物)など、ユーザ60の数が増えると、誤った位置特定の脆弱性が生じる可能性がある。追加のセンサ40を備えたシステム100は、そのような誤った位置特定を回避するように構成される場合がある。
一実施形態のシステム100は、追加の一対の後部のセンサ40(単一のセンサ40の遮蔽が、システムの後方の内側/外側を決定する能力を妨害しないことを確実にするためである)、追加の一対の運転席側、および、助手席側の背もたれ近くのセンサ40(車両の後方でより良い内側/外側決定の有効範囲を提供するためである)、および、ヘッドライナーにふたつの追加のセンサ40を備える。(車両が満員のとき、つまり人が横に座っているときの中央/後部の車両の中央の人々に有効範囲を提供するのに役立つために、ひとつは後部に、もうひとつは車両中央にある)を含む。これは19個のセンサをもつ構成になる。
センサが19個未満の構成が:13個(11個+追加の後部の対)、15個(11個+追加の運転席と助手席の背もたれの対)、17個(11個+追加の後部の対と追加の運転席と助手席の背もたれの対)、または、後部/背もたれの対の有無にかかわらず同様の組み合わせ、代わりに、ひとつ以上の追加の中央の(ヘッドライナー)センサ、が存在しうる。
代替的に、精度を犠牲にしてコストを削減するために、システムは、7個のセンサ構成、または単一のセンサ構成を含む7個未満のセンサ構成で実現することが可能である。
3.インターネット接続なし(ユーザに別の方法での操作を求めることなく)のユーザを認証する。
一実施形態では、図1の例示された実施形態と同様に、システム100は、SCM120、および、ハブ142(HUB)を含む制御システム110(SCHEM)(一実施形態ではSCHEM110として説明されているが、そのように限定されない)を備えるBLE極小位置特定(マイクロロケーション)システムである。SCM120、および、ハブ142は、本明細書に記載のひとつ以上の実施形態に従って動作するように構成された電子システム構成要素70である。SCM120は、ポータブルデバイス20が最初に接続するアドバタイズメントを提供することができ、ポータブルデバイス20がバックグラウンドスキャンセントラルモードで動作することを可能にする。ポータブルデバイス20がSCM120に接続するとき、SCM120またはポータブルデバイス20は、どのように(例えば、どのUUIDを使用するか、および、潜在的に他のセキュリティまたは接続情報)、そしておそらくいつポータブルデバイス20がアドバタイズするべきかを決定し、次にSCM120は、その情報をハブ142に渡す。次に、SCM120またはポータブルデバイス20は、この「初期接続」を維持するか(マイクロロケーション接続フェーズが失敗した場合)、所定のまたは動的に決定された期間後にそれを切断するか、または、直ちに切断することができる。
一実施形態では、SCM120またはポータブルデバイス20は、マイクロロケーション、および/または、通信のために初期接続を引き続き使用することができる。この場合、役割の切り替えが行われない場合がある。より具体的には、一実施形態では、ポータブルデバイス20は中心的な役割のままでありえて、マイクロロケーションは、その役割のポータブルデバイス20において実施される場合がある。追加的に、または、代替的に、データ接続は、中心的な役割のポータブルデバイス20で維持される場合がある。さらに、SCM120、および、ハブ142に関連して説明される機能は、これらの構成要素のいずれかに存在しないか、または別の構成要素に組み込まれる場合があることが注目される。記載された構成要素の機能の任意の組み合わせは、本開示の一実施形態によるデバイスにおいて利用され得る。例えば、SCM120、および、ハブ142に関連して説明される機能のすべて、または、部分群は、単一のデバイスに組み合わせることができる。
提供された情報を使用して、ハブ142は、ポータブルデバイス20をスキャンし、それに接続することができる。この時点で、ポータブルデバイス20、および、ハブ142は、接続プロセスを完了するため、および/または、他の認証、および/または、セキュリティプロトコルを完了するために情報を交換することができ、接続が維持される。この接続を使用することにより、制御システム110(ハブ142)は、ポータブルデバイス20を位置特定することができ、それを介して、ポータブルデバイス20は、制御システム110と通信して、車両、または、他のシステム、または、対象物10の態様との間でコマンドを発行または受信する。
システム100は、SCM120が存在しないか、または別のシステム構成要素に置き換えられるように構成されてもよく、例えば、ハブ142が、動的または所定のいずれかの方法で、別のシステム構成要素を介して得られたポータブルデバイス20をスキャンすることが注目される。
一実施形態においてシステム100に接続する各ポータブルデバイス20のアイデンティティは、使用/信頼される前に(例えば、接続が確立されたとき、ポータブルデバイス20が別のシステムなどに接続されていることを報告する前に)認証される必要がある場合がある。
代替的に、または、追加的に、一実施形態において各ポータブルデバイス20を所有するユーザ60のアイデンティティは、使用/信頼される前に(例えば、接続が確立されるとき、ポータブルデバイス20が別のシステムなど接続されていることを報告する前に)認証される必要がある場合がある。
認証は、SCM120上(SCM120がポータブルデバイス20をハブ142に通知する前)またはハブ142(例えば、ハブ142がポータブルデバイス20に接続された後、しかし、ポータブルデバイス20が他のシステムに接続されていることが報告される前)で発生する場合がある。一実施形態では、電話は、接続されていると報告されるが、認証されていない。
ポータブルデバイス20またはユーザ-60による認証は、インターネット接続の有無にかかわらず発生してよい。
認証プロトコルは、アプリケーションごとに異なる場合がある。プロトコルの例には、証明書による検証(例えば、従来のデジタルキー)、対称キー、および、スミスらによる2017年10月27日に提出された、「デバイスを認証、および、承認するためのシステム、および、方法」と題された米国特許出願番号15/796、180に記載されているアイデンティティベースのアクセス管理(IAM)が含まれる。一実施形態では、認証段階は、SCM120とハブ142との間で分割することができる。
追加的に、または代替的に、セキュリティモデル、および/または、認証段階の一部は、他のマイクロプロセッサ、および/または、制御システム110、センサ40、システム100、あるいは、外部システムのモジュールの間で分割される場合がある。例えば、制御システム110は、それ自体が安全な要素、または、ハードウェアセキュリティモジュールに結合、または、組み込まれる場合がある追加のプロセッサ(例えば、「アプリケーション」または「コア」プロセッサ、おそらく本明細書で説明される管理装置と呼ばれる)を有することができる。管理装置は、SCM120、および/または、ハブ142によって使用するためのセキュリティサービスを提供することができ、または、SCM120、および、ハブ142の一方、または、両方に代わってセキュリティ操作を実行することができる。
4.バックグラウンド操作。
一実施形態では、システム100は、バックグラウンドで完全に動作するように動作可能であり、これは、開示の目的において、ポータブルデバイス20がシステム100の近くにあり、ユーザの操作なしにロック(スクリーンオフ)されているときに、システム100が、ユーザ60のポータブルデバイス20(例えば、ユーザの電話)にアプリ、または、サービスを起動させることができることを意味している。これは、車両、または、対象物10が、少なくともある時点で、広告デバイス、例えば、「ビーコン」として動作する可能性があることを意味するが、車両、または、対象物10は、このように動作しない可能性があることを理解されたい。代替的な実施形態では、ポータブルデバイス20はアドバタイズすることができ、システム100はそれらのアドバタイズメントをスキャンすることができる。しかしながら、これらのシステム100は、少なくともある時点で、ユーザ60がポータブルデバイス20上でアプリケーションを起動し、アプリケーションをバックグラウンドで実行し続ける(通常は継続的に広告を出す)ことを含むことができる。本開示は、特定のバックグラウンドの運用面に限定されないことが理解され、追加的に、このひとつ以上の実施形態は、バックグラウンド動作のために構成されない。
5.応答性:システムは、ユーザエクスペリエンスを低下させることなく、すべて、または、ほぼすべてのポータブルデバイスに対してすべて、または、ほぼすべてのアクションを実行するように構成されている。
「BLEモジュール」(または「BLEチップ」または「BLE SOC」)、および、「BLE通信機」という用語は、本開示において交換可能に使用される場合がある。BLEモジュール42は、少なくともマイクロプロセッサおよびBLE送受信機(BLE通信機)を含むことができ、したがって、本開示は、BLEモジュール42をBLE通信機として、または逆に、BLE通信機をBLモジュール42として時折言及する場合がある。マイクロプロセッサまたはBLEモジュール42が複数のBLE通信機(すなわち、複数のBLE送受信機)を有することも可能である。例えば、いくつかの実施形態では、いくつかの別個のBLE通信機、および/または、BLEモジュール42が説明されている。そのような実施形態では、別個のBLE通信機、および/または、BLEモジュール42は、実際に、別個のBLEモジュール42(すなわち、それぞれが独自のBLE送受信機を有する別個のマイクロプロセッサ)、ひとつ以上のマイクロプロセッサに接続された別個のBLE通信機(すなわち、BLE送受信機)(例えば、管理装置、複数のBLE送受信機を備えたひとつのBLEモジュール42など)、またはそれらの任意の組み合わせである場合がある。
システム100は、一実施形態では、ユーザエクスペリエンスを損なうことなく、すべてのポータブルデバイス20(例えば、電話)に対してすべてのアクションを実行することができる。システム100の応答性、および、精度は、サポートされるポータブルデバイス20、および/または、センサ40の数の極端な値では、影響を受けない(または顕著に影響を受ける)可能性がある。
代替的に、一実施形態におけるシステム100は、追加のポータブルデバイス20、および/または、センサ40をサポートするためにシステム100が動作する速度を単に低下させることを回避するように構成される場合がある。そうでなければ、そのような低減を使用して、システム100の応答性、および、位置特定精度は、ポータブルデバイス20、および、センサ40の数が増加するにつれて、おそらく継続的に低下する可能性があることが注目される。
BLEを用いた一実施形態では、追加のポータブルデバイス20、および/または、センサ40のサポートは、以下のうちのひとつ以上を介して可能にされる場合がある。
1)接続間隔を長くして、より多くの接続イベント(デバイス)が間隔に収まるようにするか、アドバタイズデバイス(新しい接続)をより長くスキャンするか、同じ通信機を使用して信号特性を送信する場合は、より多くのセンサにデータを送信する。これは、スループットを犠牲にして、システム100がより多くのポータブルデバイス20、および/または、センサ40をサポートすることを可能にする(すなわち、それはシステム100全体を遅くする場合がある)。
2)接続の帯域幅を1mbpsから2mbpsに増加させる。これは、通信品質を犠牲にして、システム100が同じ時間内により多くのデータを送信することを可能にする(すなわち、システム100は、ノイズの影響を受けやすく、したがって、より多くのデータをドロップする場合がある)。
3)各接続イベントの時間を短縮する(ポータブルデバイス20が接続イベントごとにシステム100との間で送受信することができるパケットの数を削減する)。
4)同じ通信機を使用して信号特性を送信する場合は、各ポータブルデバイス20、および/または、センサ40に送信されるデータの量を減らす(可能な場合)。
5)サポートされるポータブルデバイス20、および/または、センサ40の最大数を減らす(必要な時間、および/または、帯域幅の量を減らす)。
一実施形態のシステム100は、周波数ホッピング通信媒体/プロトコル(BLEなど)を利用して、少数のポータブルデバイス20、および、センサ40をサポートするシステムと同じ(またはほぼ同じ)応答性を維持することができる。一実施形態のシステム100は、上述の方法のひとつ以上に、追加的に、または、代替的に、複数の周波数で動作を並列化することによって(例えば、同時に複数の周波数で動作する)、より多くのポータブルデバイス20、および、センサ40をサポートすることができる。本明細書で述べたように、ポータブルデバイス20、および、センサ40は、BLE、および、UWBを含むひとつ以上の無線通信インターフェースを利用することができる。BLEについて言及されるいかなる場合においても、本開示はそのように限定されず、UWBまたは他のタイプの通信インターフェースが、BLEに加えて、または、BLEの代わりに使用される場合があることが注目される。
一実施形態では、システム100は、多くの電話が同じ領域に存在し、同時に測距する場合の管理を助けるために、いくつかのUWBアンカーがひとつの周波数で動作し、他が別の周波数で動作するように構成されてもよい。
一実施形態では、送受信機(無線または有線であって、「通信機(RADIO)」と呼ばれる)は、出力を上げたり下げたり、周波数を変更したり、および/または、データを無限に高速に送受信したりすることができない場合がある。送受信機はまた、任意の時点で複数の周波数でデータを送受信できない場合がある。追加的に、または、代替的に、ポータブルデバイス20、および/または、センサ40は、ソフトウェアの誤動作(リセット、または、オペレーティングシステムによって引き起こされる遅延)、クロックスキュー、RF反射などを含む様々な理由のために、そうするように設計されているにもかかわらず、常に異なる時間に送受信するとは限らない。結果として、本開示の一実施形態における並列化は、複数の通信機(単一のアンテナ、複数のアンテナ、または通信機ごとにひとつ以上のアンテナに接続される場合がある)で達成される場合がある。各通信機はひとつのマイクロプロセッサ(独自の計算リソースを有する)に接続することも、各マイクロプロセッサを複数の通信機に接続することもできる。システム100は、ひとつだけに代えて複数のBLEチップ(または代替的な、または、追加的なUWBチップ、または。別のタイプの無線通信インターフェース)を使用し、それらのチップの挙動がシステム100の残りの部分、および、ユーザ60に対して透過的であるように、それらの動作を調整してもよい。このように構成されたシステムでは、通信媒体の帯域幅制限を超えない限り、システム100を任意の数の接続にスケーリングすることができる(例えば、BLEスペクトルは、膨大な数のポータブルデバイス20、および、センサ40を高レートでサポートすることによって飽和しない)。
I.システムの概要
一実施形態によるシステムが、図1、図7、および、図8に図示の実施形態に示されており、一般的に符号100により示されている。システム100は、本明細書で概説されるように、ひとつ以上のシステム構成要素を含むことができる。システム構成要素は、図9に図示の実施形態に示されるユーザ60または電子システム構成要素70である場合があり、これは、ポータブルデバイス20、センサ40、または、対象物システム50(OBJECT SYSTEM)の対象機器部分、または、これらのデバイスのひとつ以上の態様を含む構成要素である場合がある。本明細書で論じられるように、電子システム構成要素70の基礎となる構成要素は、これらのデバイスのいずれかひとつ以上と連動して動作するように構成される場合がある。この意味で、一実施形態では、ポータブルデバイス20、センサ40、対象物デバイス、ハブ142、および、SCM120、ならびに本明細書に記載のシステム100の他の構成要素の間で共通のいくつかの態様または特徴がある場合がある。
例えば、図9に示される電子システム構成要素70に関連して説明されるひとつ以上の特徴は、対象物システム50の対象物デバイス、ポータブルデバイス20、SCM120、ハブ142、センサ40、または、それらの任意の組み合わせの一部を形成することができる。一実施形態では、対象物装置または制御システム110の構成要素は、図9に図示の実施形態の電子システム構成要素70と併せて説明される同じまたは類似の構成要素を含むことができ、車両や建物などの対象物10上に配置された機器構成要素を形成することができる。
電子システム構成要素70の形態の対象物デバイスは、対象物10のひとつ以上のシステムに通信可能に結合され、対象物システム50を集合的に形成して、対象物10の動作を制御することができる。情報は、対象物10の2つ以上の構成要素間で送受信されることを含めて、対象物システム50の構成要素間で通信される場合がある。
本明細書で述べたように、対象物システム50は、通信機能を含むことができる。対象物10は、図1に図示の実施形態に示される複数の有線バス150、152(VEHICLE CAN)など、そのような通信を容易にする有線または無線のひとつ以上の通信ネットワークを含みことができる。通信ネットワークはまた、対象物システム50の内部または外部のひとつ以上の電子システム構成要素70が対象物システム50と通信することを可能にする。例えば、通信ネットワークは、制御システム110(本明細書で説明されるようなひとつ以上の電子システム構成要素を含む)と対象物システム50との間の通信を容易にすることができる。そのような通信ネットワークは、CANバスであり、図8の図示の実施形態では符号150で示され、図1の図示の実施形態では第1、および、第2の車両バス150、152(VEHICLE CAN)として示されている。追加的に、または、代替的に、制御システム110は、専用の通信リンクを介して、対象物システム50のひとつ以上の対象物デバイスと直接通信することができる。例えば、図1の例示された実施形態における制御システム110は、本明細書に記載されるように、テレマティクス制御ユニット160として具体化された対象物デバイスと直接通信するように構成されている。
上記のように、図1の図示の実施形態では、対象物システム50は、テレマティクス制御ユニット160(TCU)を含むことができる。例えば、TCU160は、SPIリンクなどの通信リンクを介して制御システム110に接続される場合がある。別の実施形態では、TCU160は、制御システム110と組み合わせることができる。別の実施形態では、TCU160は、対象物システム50の構成要素の一部であることがあり、または、制御システム110がTCU160と通信することができる対象物システム50の構成要素に接続されることがある。
別の実施形態では、TCU160は存在しない可能性があり、TCU160によって提供されたであろうデータは、ポータブルデバイス20を介して(例えば、BLEを介して)トンネル処理される場合がある。「トンネル処理」は、従来のトンネルとして定義でき、たとえば、TCP/IPoverBLEの実行であり、しかしながら、本開示はそのように限定されない。トンネルは、関連するデータがコマンド/応答を介して対象物システム50または他のシステム構成要素に通信されることを可能にする構成として定義することができる。
一実施形態では、TCU160は、セルラーモデムまたは他の長距離WAN通信機(Lora、Sigfoxなど)を含むことができる。
一実施形態では、上記のように、TCU160は、システムの必須部分ではなく、例えば、TCU160、および、それが通信するシステムのすべての機能は、ローカルで(例えば、クラウドではなく)実行される場合がある。
II.電子システム構成要素
図9に図示の実施形態では、電子システム構成要素70は、本明細書で論じられるひとつ以上の機能、および、アルゴリズム、またはその態様に従って、電子システム構成要素70の動作を制御するように構成されたコントローラ51を備えている。電子システム構成要素70と併せて本明細書に記載される構成要素、および、構成は、対象物システム50、SCM120、ハブ142、センサ40、ポータブルデバイス20、または、それらの任意の組み合わせの構成要素などのシステム構成要素のいずれかで具体化される場合があることに留意されたい。これは、同様に、それぞれのシステム構成要素の動作または態様を制御するように構成されたコントローラ58を含む場合がある。
コントローラ58は、本明細書に記載の機能、および、アルゴリズムを実行するためのありとあらゆる電気回路、および、構成要素を含む。一般的に言えば、コントローラ58は、本明細書に記載の機能を実行するようにプログラムされたひとつ以上のマイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、および/または、他のプログラム可能な電子機器を含むことができる。コントローラ58は、追加的に、または、代替的に、本明細書に記載の機能を実行するようにプログラムされた、または、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、および/または、他の電子機器をサポートする他の電子的構成要素を含むことができる。他の電子的構成要素には、ひとつ以上のフィールドプログラマブルゲートアレイ、チップ上のシステム、揮発性または不揮発性メモリ、ディスクリート回路、集積回路、特定用途向け集積回路(ASIC)、および/または、他のハードウェア、ソフトウェア、または、ファームウェアが含まれるが、これらに限定されない。このような構成要素は、ひとつ以上の回路基板に取り付ける、または、単一のユニットに結合するか複数のユニットに分散するかにかかわらず、他の方法で配置するなど、適切な方法で物理的に構成することができる。そのような構成要素は、電子システム構成要素70内の異なる位置に物理的に分散されることがあり、または、それらは、電子システム構成要素70内の共通の場所に存在する場合がある。物理的に分散されている場合、構成要素は、CAN、LIN、FireWire、I2C、RS-232、RS-422、RS-485、SPI、イーサネット、ユニバーサルシリアルバス(USB)、または、RF(セルラー、WiFi、Bluetooth、Bluetooth Low Energy)などの、適切なシリアル、または、パラレル通信プロトコルを使用して通信できるが、これらに限定されない。
本明細書で説明するように、位置特定装置、モジュール、モデル、および、発生装置という用語は、コントローラ58の部品を示す。例えば、一実施形態におけるモデル、または、位置特定装置は、ひとつ以上のコア機能、および、ひとつ以上のコア機能の出力に影響を与えるひとつ以上のパラメータを有するものとして説明される。モデルまたは位置特定装置の態様は、コントローラ58のメモリに格納される場合があり、また、ひとつ以上の入力を受信、および、変換し、および、ひとつ以上の出力を出力するように動作するように構成されたコントローラ58の一部であるモデルのようなコントローラ構成の一部を形成することができる。同様に、モジュールまたは発生装置は、モジュールまたは発生装置に関連して記述された入力を受け取るように、そして、モジュールまたは発生装置に関連付けられたアルゴリズムに対応する出力を提供するように構成されたコントローラ58のようなコントローラ58の部分である。コントローラ58は、SCM120、または、別の電子システム構成要素の一部を形成することができ、ポータブルデバイス20に関する位置情報を決定するためにモデルまたは位置特定機を組み込むことができることが注目される。
図9に図示の実施形態における電子システム構成要素70のコントローラ58は、他の電子ハードウェアの中でも、ひとつ以上のアプリケーション57(APPLICATION)(ソフトウェア、および/またはファームウェアを含む)を実行するひとつ以上のプロセッサ51、ひとつ以上のメモリユニット52(例えば、RAM、および/または、ROM)、および、ひとつ以上の通信インターフェース53を含むことができる。ポータブルデバイス20は、通信インターフェース53を介して下位レベルのデバイス/電子機器へのアクセスを制御するオペレーティングシステム56(OPERATING SYSTEM)を有する場合もあり、有さない場合もある。 電子システム構成要素70は、ハードウェアベースの暗号化ユニット55(H/W BASED CRYPTO)を有する場合も持たない場合もあり、それらがない場合、暗号化機能はソフトウェアで実行される場合がある。 電子システム構成要素70は、セキュアメモリユニット54(SECURE MEMORY UNIT)(例えば、安全な要素またはハードウェアセキュリティモジュール(HSM))を有する(または有する)場合もあれば、持たない場合もある。図示の実施形態では、オプションの構成要素、および、通信経路がかくれ線で示されている。
図9に図示の実施形態におけるコントローラ58は、任意の構成要素におけるセキュアなメモリユニット54の存在に依存しない。セキュアメモリユニット54がオプションで存在しない場合、セキュアメモリユニット54に格納されるデータ(例えば、秘密鍵、および/または、秘密鍵)は、可能であれば非使用時に暗号化される場合がある。このようなデータへのアクセスを実質的に防止するために、ソフトウェアベース、および、ハードウェアベースの緩和策を利用することができ、システム構成要素全体のセキュリティ侵害を実質的に防止または検出することができる。このような緩和機能の例には、物理的な障害物、または、シールドの実装、JTAG、および、その他のポートの無効化、ソフトウェアインターフェースの強化による攻撃ベクトルの排除、信頼できる実行環境(ハードウェア、または、ソフトウェア、あるいはその両方)の使用、オペレーティングシステムのルートアクセス、または、侵害の検出が含まれる。
開示の目的で、安全であることは、一般に、機密(暗号化)、認証、および、整合性検証済みであると見なされる。しかしながら、本開示はそれほど限定されておらず、「安全な」という用語はこれらの側面の部分群であるか、または、データセキュリティに関連する追加の態様を含むことができることが理解される。
通信インターフェース53は、有線または無線を含み、本明細書に記載の任意のタイプの通信リンクを含み、任意のタイプの通信リンクである場合がある。通信インターフェース53は、外部、または、内部、あるいはその両方の通信を容易にすることができる。例えば、通信インターフェース53は、アンテナアレイ30に結合されるか、または、アンテナアレイ30に組み込まれる場合がある。アンテナアレイ30は、BLE、または、UWB通信、あるいはそれらの組み合わせを含む無線通信を容易にするように構成されたひとつ以上のアンテナを含むことができる。通信インターフェース53は、一実施形態では、複数の通信リンクを提供することができる。
別の例として、通信インターフェース53は、WiFi規格による無線通信など、制御システム110の構成要素などの別のシステム構成要素との無線通信リンクを提供することができる。別の例では、通信インターフェース53は、複数の装置の間の通信を容易にするCANベースの有線ネットワークなどの有線リンクを介して、車両の対象物システム50またはその構成要素(例えば、車両構成要素)と通信するように構成される場合がある。一実施形態の通信インターフェース53は、ユーザ60と情報を通信し、および/または、ユーザ60から情報を受信するためのディスプレイ、および/または、入力インターフェースを含むことができる。
一実施形態では、電子システム構成要素70は、対象物システム50、制御システム110、またはユーザ60の構成要素以外のひとつ以上の補助装置と通信するように構成される場合がある。補助装置は、電子システム構成要素70とは異なって構成される場合があり、例えば、補助装置は、プロセッサ51を含まなくてもよく、代わりに、少なくともひとつの直接接続、および/または、電子システム構成要素70の情報の送信、または、受信のための、または、両方のための補助装置通信インターフェース53を含む場合がある。例えば、補助装置は、電子システム構成要素70からの入力を受け入れるソレノイドであるか、または、補助装置は、電子システム構成要素70にアナログ、および/または、デジタルのフィードバックを提供するセンサ(例えば、近接センサ)でありる。
III.システム構成
一実施形態では、システム100は、合理的な方法で、多数のセンサ40(またはより多くの情報を報告し得る少数のセンサ40)を備えた多数のパッシブBLEデバイス(例えば、電話、キーフォブなど)をサポートすることができ、すべてのユーザが経験するシステムパフォーマンスが提供される。本明細書で論じられるように、本開示は、BLEデバイスに限定されないことを理解されたい。本明細書に記載のBLEデバイスは、代替的に、UWBデバイス、または、別のタイプの無線構成デバイスである場合がある。また、デバイスには、BLE機能とUWB機能の両方など、複数のタイプのワイヤレス機能が含まれている場合があることも理解されるべきである。
一実施形態では、24個以上のセンサ40を備えた40個以上のデバイスをサポートするシステムが提供され、ユーザ60が、デバイスの接続、アイデンティティ、位置特定、および/または、その他の属性、および/または、相互作用に依存する行為を取る前に、(または、ほぼ同時に)、 (例えば、速い接近においては、ドアハンドルが引かれる前に、車両ドアの解錠を許可したり、対象物(車両)に到達する前にポータブルデバイス20を認証したりすること)システム100は、ユーザのデバイスに接続し、認証し、正確に位置特定することができる。一般的に、精度と応答性は接続間隔が短いほど向上し(他の接続パラメーターも精度と応答性に影響を与える可能性があることが注目される)、したがって、約50ミリ秒の接続間隔が目標であり、100ミリ秒以下が望ましい。ただし、システム要件と提供されるユーザエクスペリエンスによっては、より長い接続間隔が許容される場合がある。本明細書で論じられるように、これらの位置特定技術は、BLE通信に基づいて実施される場合があり、ただし、位置特定技術は、UWBを含む追加または代替タイプの通信に基づく場合がある。
A.スキーム
現在の自動車用認定BLEチップは、通常、中心的な役割ごとに最大8台のデバイスをサポートする。20以上の接続をサポートする自動車用に認定されていないBLEチップがいくつかある(接続間隔は不明である)。自動車用に認定されたチップが望ましいと想定されている。BLE飛行時間(ToF)、および、BLE到着角度(AoA)のサポートも必要である。したがって、40の接続をサポートするために5つのハブ142を使用して、ハブ142ごとに最大8つの接続をサポートできると想定することができる。永続的な「アンカー」接続を維持するための仕様は、システム全体でひとつの「アンカー」接続のみが必要になるように、削除または削減できることが注目される。そうでなければ、各ハブ142は、その接続の1つを「アンカー」接続に割り当てるように指定される場合があり、各ハブの能力を7つの接続に減らし、したがって6つのハブを使用して40の接続をサポートし、さらに別のデバイス(例えば、SCM120、センサ40、および/または、他のモジュール)を使用してアンカー接続を維持する。40台までの電話機の乗り込みを同時にサポートするには、単一のSCM120で十分であるとは考えられず、したがって、SCHEM110は、必要と考えられる場合、3つのSCM120を使用することができ、その間で「アンカー」接続を分散させることができる。
一実施形態では、位置特定が少なくとも部分的にUWB通信に基づく場合、BLE接続は、コマンド、および、制御、および、データをサポートするために依然として維持されることがあり、接続されたすべてのデバイス間のUWB測距イベントは、同様に調整、および、管理される場合がある。
たとえば、BLE接続は(すべてのBLE通信機で)競合しないように管理できる。同様に、UWB測距イベントは、(すべてのUWB通信機で)競合しないように管理できる。単一の通信機周波数にUWBがある場合でも、メモリ/性能の制約、および/または、通信機の切り替え/相関のタイミングにより、多数のデバイスをサポートするために、複数のチップをもつ構成において、有利な場合がある。
一実施形態では、システム100は、UWB通信に基づいて、測距情報のような、位置特定情報を取得するように構成される場合があり、位置特定(例えば、測距)が試みられている同じUWBチャネルを用いて通信する複数のUWB送受信機(例えば、複数のUWBコントローラ)がある場合がある。UWB送受信機は、同じUWBチャネルの使用を調整して、調整された方法(例えば、UWBチャネルの同時使用またはUWBチャネルの調整された共有)で測距を実施することができる。ひとつ以上のUWB送受信機は、ハブ142、SCM120、またはシステム100の別の構成要素、またはそれらの任意の組み合わせなど、システム100の対象物デバイス50に組み込まれてもよい。例えば、システム100の2つ以上の構成要素は、それぞれ、ひとつ以上のUWB送受信機を含むことができる。代替の実施形態では、異なるUWBチャネルを、複数のUWB送受信機によってそれぞれUWBベースの位置特定に利用することができる。
一実施形態では、UWB送受信機は、BLEモジュール42の代わりに、または、それに加えて、センサ40に組み込まれる場合がある。センサ40は、ハブ142、または、SCM120などのコントローラからの指示に応答して、UWBチャネルを介してポータブルデバイス20と通信することができ、ポータブルデバイス20からの、および/または、ポータブルデバイス20との通信に基づくポータブルデバイス20の距離を示す感知された特性を取得することができる。例えば、ポータブルデバイス20は、センサ40とのUWB通信に基づいて、センサ40に対するセンサ40の距離を決定し、この情報を、感知された特性として、センサ40に伝達することができる。このようにして、センサ40は、通信の感知された特性を取得することができる。センサ40は、通信に関して感知された特性を測定することによって、および/または、通信に関して感知された特性を測定した可能性がある別のデバイスから感知された特性を受信することによって、感知された特性を取得することができることが注目される。
一実施形態では、センサ40は、ポータブルデバイス20の位置に関する通信の信号特性の測距または取得を含む、位置特定の態様を容易にすることができることを理解されたい。しかしながら、本開示はそのように限定されない。システム100の他の任意の構成要素は、ポータブルデバイス20、ハブ142、および、SCM120を含む、そのような位置特定の態様を容易にすることができる。
一実施形態では、個々のハブ142のそれぞれは、それらの接続されたデバイスを位置特定し、位置情報を管理装置140のプロセッサに報告することができる。
別の実施形態では、個々のハブ142のそれぞれは、各デバイスの信号特性を管理装置140に報告することができ、その結果、管理装置140は、各デバイスを位置特定することができる。本明細書で論じられるように、信号特性は、ToF、タイムスタンプ、ToFからの計算された距離、および、クロック補正を含むことができるが、これらに限定されない。
さらに別の実施形態では、ハブ142は、有線またはブロードキャストスタイルの無線補助通信インターフェースを介してセンサ40と通信することができる。これにより、管理装置140は、各ハブ142に接続された各デバイスの信号特性を各センサ40から直接受信することができる(すなわち、ハブ142は、信号特性を管理装置140に直接報告する必要がない場合がある)、管理装置140は、各デバイスを位置特定することができる。
なおさらに別の実施形態では、各ハブ142は、接続されたデバイスを位置特定して位置情報を報告するとともに、各デバイスの信号特性を報告してもよく、あるいは、管理装置140が各デバイスを位置特定できるように、有線または無線バス、またはそれらの任意の組み合わせを介して、管理装置140のプロセッサに当該信号特性を直接受信してもよい。
ハブ142は、位置情報をデバイスに通信することができる。この位置情報は、ハブ142自体から発信することができ(ハブ142がデバイスを位置特定する場合)、またはハブ142は、デバイスに提供する前に、管理装置140のプロセッサから上記位置情報を取得することができる(管理装置140がデバイスを位置特定する場合)。管理装置140はまた、他の(潜在的に外部の)システムからの情報を利用して、カメラシステム、生体認証システム、スキャナシステムなどのデバイス、および/または、ユーザを位置特定、および/または、認証、および/または、許可することができる。
管理装置140は、複数のSCM120、複数のハブ142、および、複数の他のシステム(例えば、車両サブシステム、埋め込まれた安全要素など)の間のコーディネーターとして機能することができる。代替の実施形態では、複数の管理装置のプロセッサがある場合がある。さらに別の代替の実施形態では、管理装置のプロセッサ自体が存在しない場合があるが、管理装置の役割は、SCM120、および/または、ハブ142のプロセッサと、分割され、および/または、組み合わされる場合がある。
例えば、管理装置140は、SCM120の群の中において、どのSCM120がどのタイミングでアドバタイズするかを調整すること、各SCM120がいくつの接続を許可するかを調整すること、ハブ142の群に接続されたデバイスの群をSCM120に通知すること、個々のSCM120の真正性を検証すること、SCM120に代わってセキュリティ操作を行うこと、特定のSCM120のファームウェアを更新すること、SCM120の群の間において一貫性チェック、および、健全性モニタリングを確実に行うこと、SCM120、および/または、ハブ142、および/または、他のシステムの間において接続情報、および/または、接続情報、および/または、パラメータを転送すること、他のシステムからの認証/認可データを共有すること、などのひとつ以上を実行してもよい。
例えば、管理装置140は、ハブ142の群の中において、どのハブがSCM120から得られた接続を処理するかを調整すること(何をスキャンするか、いつ、他の接続パラメータなど、役割切り替え設計の場合など)、各ハブ142に、どのデバイスを接続してもよいかを通知すること(非役割切り替え設計の場合など)、個々のハブ142の真正性を検証すること、ハブ142に代わってセキュリティ操作を実行すること、特定のハブ142のファームウェアを更新すること、ハブ142の群の間において一貫性チェック、および、健全性モニタリングを確実に行うこと、ハブ142の間で通信機/通信のスケジュール/タイミングを調整すること、他のシステムからの認証/認可データを共有すること、などのひとつ以上を実行してもよい。調整は、処理負荷を均等に分散するような方法(たとえば、SCM120、および、ハブ142への接続のラウンドロビン、または、ハッシュベースの割り当てなど)、または、電力消費を最小限に抑えるような方法(たとえば、SCM120、および/または、ハブ142を一度にひとつずつロードして、未使用のプロセッサの電源をオフにするなど)により実行可能である。
例えば、管理装置140は、車両、および/または、他のシステムへのひとつ以上の接続を有することができる。管理装置140は、位置、または、他の情報を他のシステムに送信し、および/または、これらの接続を介して他のシステムとの間で、コマンド/要求を送受信することができる。例えば、管理装置140は、CANバスを介して車両状態情報を取得し、上記状態情報をSCM120、および/または、ハブ142の群に送信することができる。例えば、管理装置140は、SPIを介して接続された車両テレマティクス制御モジュールを介してインターネットとの間でデータを送受信することができる。例えば、管理装置140は、乗員検出、および/または、他の認証、および/または、許可情報(例えば、生のカメラ情報、生のバイオメトリクス情報、または、上記カメラ、および/または、バイオメトリクスなどに基づく処理された位置特定情報)情報を、イーサネット、または、Wi-Fi経由で他のシステムから取得することができる。代替的に、または、追加的に、SCM120、および/または、ハブ142は、同じ、および/または、異なるネットワーク、および/または、サブシステムに接続されることができ、上記管理装置140の動作をSCM120、および/または、ハブ142の群の間で分散し、管理装置の処理負荷の低減、および/または、その機能の強化が可能とされている。
SCM120、ハブ142、および/または、他のシステムは、任意の相互接続、および/または、相互接続の群(例えば、SPI、GPIOs、I2C、CAN、イーサネット、 RS-485/422/232、UART、USB、LIN、K-Lineなど、または、それらの任意の組み合わせ)を使用して、センサ40、ハブ142、SCM120、管理装置140、または、他のシステムと通信することができる。一実施形態では、例えば、SCM120、および、ハブ142は、個々のスレーブを選択し、および/または、通信の必要性を示すGPIOを使用してSPIを介して管理装置140と通信する。
図1の図示された実施形態は、3基のSCM120、5基のハブ142、および、管理装置プロセッサを備えた40のデバイスをサポートするBLEベースのSCHEMをもつ実施形態の例を示している。上記のように、SCHEM110は、上記の方法のいずれかを介して、ひとつ以上の他のシステム(例えば、車両CANバス、テレマティクス制御ユニット、UWBモジュール、NFCリーダーなど)に接続することができる。図示の実施形態では、SCHEM110は、管理装置プロセッサ140を介して、それぞれ、CAN、および、SPIを使用して、いくつかの車両CANバス(150、および、152)、および、テレマティクス制御ユニット160(TCU)に接続されている。上記のように、SCHEM110は、ワイヤレスで、または有線の補助通信インターフェース(例えば、バックチャネル(BackChannel)またはBC)を介してセンサ40と通信することができる。図示の実施形態では、SCHEM110は、RS-485(有線)を介していくつか(N)個のセンサに接続され、すべてのハブ142、および、管理装置140がバスに接続されている。別の実施形態では、SCHEM110は、ハブ142のBLE通信機(無線)を使用して、いくつか(N)個のセンサ40と通信することができる。さらに別の実施形態では、SCHEM110は、CANを使用してセンサ40と通信することができる。さらに別の実施形態では、SCHEM110は、LINを使用してセンサ40と通信することができる。SCHEM110は、各通信機(各SCM120に1つ、および、各ハブ142に1つ)が同じアンテナに接続されるように、各通信機が異なるアンテナに接続されるように、通信機のセットがアンテナのセットに接続されるように、または、それらの任意の組み合わせのように構成される場合がある。アンテナは、実際には、到着角(AoA)、および/または、出発角(AoD)の信号特性を決定するときに使用するためなど、アンテナアレイ30でもよいことが注目される。SCM110、および/または、ハブ142は、UWB通信機などの非BLE通信機を、追加的に、または、代替的に管理することができる。
一実施形態では、SCHEM110は、TCU160によって組み合わされ、および/または、カプセル化される場合(またはその逆)がある。
図示された実施形態は単に代表的なものであり、より多くの、または、より少ないSCM120、および/または、ハブ142が存在するように設計上の取引に供される場合があることが注目される。図2に図示の実施形態は、同数のデバイス、および、センサ40を処理できるが、SCM120(ひとつ)が少なく、ハブ142(ひとつ)が少なく、別個の管理装置140のプロセッサがない(潜在的に性能が低い)システムを示す。
前述のように、SCM120、および/または、ハブ142に使用される既存のプロセッサは、多数のデバイスを位置特定するのに十分なメモリをサポートしていないか、または、持っていない可能性があり、したがって、図2に示される実施形態は、多数のデバイスをサポートするために、SCM120、および/または、ハブの、ハードウェア、および/または、ソフトウェアのカスタム設計が必要であると見なされる可能性があるという点でコストがかかる場合がある。別個の管理装置140のプロセッサを使用することにより、システム設計において、既存のSCM120、および、ハブのプロセッサの設計を利用することができるとともに、システム性能を向上させることができ、その結果、図3に図示された実施形態に示すように、ひとつのSCM120、ひとつのハブ142、および、ひとつの管理装置140が存在する図1に類似したさらに別のSCHEM110の実施形態が得られる。
B.センサ
前述のように、多数のデバイスをサポートするSCHEM110は、デバイスのそれぞれの信号特性を決定することができるセンサ40を必要とする。
BLEベースのスニッフィングマイクロロケーションシステムでは、センサ40は、BLEモジュール42を使用することができるが、それらは、従来のセントラル(central)、または、ペリフェラル(peripheral) の役割で動作しない場合がある。BLEベースのマイクロロケーションシステムアーキテクチャの一実施形態とは異なり、センサ40がペリフェラル(peripheral)の役割におけるアドバタイズメント発信元(またはビーコン)として動作する場合(すなわち、デバイスがセンサ40に接続する、または、観察する)、または、センサ40がデバイスに接続する、または、観察する(ここで、デバイスは、ペリフェラルの役割においてアドバタイズメント発信元(またはビーコン)として動作する)、BLEベースのスニッフィングマイクロロケーションシステムにおけるセンサ40は、デバイスとそれが接続されているハブ142との間のBLE接続を監視し、そして、特定のデバイスのための特定の時点における特定の周波数上の信号特性のみを決定することができる。このように、上記BLEベースのセンサは、必要なタイミングの許容範囲内で必要と考えられる通信機制御、他のハードウェアコンポーネントと通信するための必要な入力/出力、および、追跡されたデバイスごとに決定された信号特性を保存するための処理能力、および、メモリ容量を提供する任意のBLEモジュール42を使用することができる(センサ40は実際にはBLEスタックの使用を必要としないかもしれないので、そのモジュールのBLEスタックによってサポートされる記載された最大接続数にかかわらず、BLEと同じ周波数の通信機ハードウェアを使用するだけでもよい)。例えば、そのようなセンサ40は、独自のソフトウェアスタックを使用して、特定のBLEモジュール42のBLE通信機を使用して信号特性、および、独自のBC通信プロトコルを決定することができ、実際には、BLEプロトコル、または、関連するソフトウェアスタックを使用しない。これにより、システムは、センサ40において、潜在的に他のシステム、または、同じシステム内の他のモジュール(例えば、SCM120、および/または、ハブ142)よりも小さく、より費用効果の高いBLEモジュール42を利用することができる。
一実施形態では、自動車用に認定された部品を使用できることが注目される。BLE飛行時間(ToF)、および、BLEAoAサポートも提供される場合がある。
センサ40は、追加的に、または、代替的に、通信のために、および/または、位置特定を容易にするための基礎としてUWBを使用することができる。
システム性能を改善するために、デバイス通信が複数のハブ142にわたって並列化されるシステム100が提供されてもよい。そのようなシステムでは、本明細書で説明するように、センサ40は、並列化から生じる問題を解決することができる。
一実施形態では、センサ40のための説明されたBC(補助通信インターフェース)の並列化の問題を解決するのに役立ち、システム性能を向上させるために、システム100は、主要と補助との通信インターフェースのための独立した通信媒体(主要な通信インターフェースにBLE、補助通信インターフェースにRS-485(有線))を利用する。代替的な実施形態では、システム100は、独立していない主要と補助との通信インターフェース(例えば、両方とも無線で動作する、BLE周波数、および/または、UWB、および/または、他の無線通信技術)を利用することができる。主要な通信インターフェースの追加的な例には、UWB、または、Wifi、あるいはそれらの組み合わせが含まれる。補助通信インターフェースの追加の例には、CAN、または、LINベースのネットワークが含まれる。
一実施形態では、センサ40のための主要な通信インターフェースの並列化の問題を解決するのに役立ち、システム性能を向上させるために、センサ40は、主要な通信インターフェースのハブ142ごとにBLEモジュール42を有していてもよい(例えば、SCHEM110が5つのハブ142を有する場合、各センサ40は5つの主要な通信インターフェースのBLEモジュール42を有する)。代替的な実施形態では、センサ40は、主要な通信インターフェースのハブ142の数よりも少ないBLEモジュール42を有することができる(例えば、SCHEMが5つのハブ142を有する場合、各センサ40は、3つの主要な通信インターフェースのBLEモジュール42を有することができる)。さらに別の代替的な実施形態では、センサ40は、主要な通信インターフェースのためのハブ142の数よりも多くのBLEモジュール42を有する(例えば、ある最大数のハブ142用に設計されているが、ハブ142が少ないシステムで使用されている共通センサ40)。システム100は、同時に通信するデバイスの数がセンサ40上のBLEモジュール42の数を超えないように通信スケジュールを調整することができる。代替的に、または、追加的に、センサ40は、任意の適切な選択アルゴリズム(例えば、ラウンドロビン、ランダム、優先順位、再帰性など)を使用して、上記群のデバイスの中でどのデバイスを監視するかを選択し、上記通信の競合が存在する間、他の非選択デバイスを無視して、同時に通信しているBLEモジュールデバイスの数までしか監視しない場合がある。一実施形態では、BLEベースの通信のセントラルの役割を担うポータブルデバイス20と複数のセンサ40で通信している間に、通信に重複がある場合、センサ40、SCM120、および/または、ハブ142のひとつの部分群は、ひとつのポータブルデバイス20を選択し、センサ40、SCM120、および/または、ハブ142の他の部分群は、他のポータブルデバイス20を選択、または、無視してもよい。
一実施形態では、BLEを用いて、ポータブルデバイス20がセントラルである場合に、ペリフェラルの役割である機器(例えば、SCM120やハブ142)は、ポータブルデバイス120に対して、接続されている他のポータブルデバイス(例えば、他のセントラル)のスケジュールと競合しないスケジュールに変更するように要求することができる。
一実施形態では、センサの40のBLEモジュール42のそれぞれは、本明細書でさらに詳細に論じられる図4に図示の実施形態のように、デバイスについて決定された信号特性を管理装置44に報告することができる。別の実施形態では、センサ40のBLEモジュール42のそれぞれは、デバイスの生の通信機信号、および/または、通信機状態を管理装置44に報告することができ、管理装置44は、デバイスの信号特性を決定する。さらに別の実施形態では、センサ40のBLEモジュール42のそれぞれは、決定された信号特性を報告するとともに、デバイスの生の通信機信号、および/または、通信機状態を管理装置44に報告することができる。さらに別の実施形態では、センサの40のBLEモジュール42のそれぞれは、有線またはブロードキャスト型の無線補助通信インターフェースを介してハブ142と通信することができ、ハブ142が各センサ40からデバイスの信号特性、および/または、生の通信機信号、および/または、通信機状態を直接的に受信することを可能にする。さらに別の実施形態では、センサ40のBLEモジュール42のひとつは、有線またはブロードキャスト型の無線補助通信インターフェースを介してハブ142と通信することができ、ハブ142が各センサ40からデバイスの信号特性、および/または、生の通信機信号、および/または、通信機状態を直接的に受信することを可能にする。本明細書で論じられるように、BLEモジュール42は、代替的に、または、追加的に、UWB機能を含むことができ、UWBを介した無線通信は、決定された信号特性、生の通信機信号、または通信機状態、または、それらの任意の組み合わせの基礎を形成することができる。UWB無線通信は、BLE通信と同様の方法で実施することができ、例えば、センサ40の各UWBモジュールは、デバイスについて決定された信号特性を管理装置44に報告することができる。
開示の目的で、センサの管理装置44は、SCHEMの管理装置140とは異なると見なされることが注目される。
センサ管理装置44は、BLEモジュール42、および、他のシステム(例えば、ハブ142、SCHEM管理装置140、他の車両サブシステム、埋め込まれた安全要素など)の間の調整役として機能することができる。代替的な実施形態では、複数の管理装置44がある場合がある。さらに別の代替的な実施形態では、管理装置44自体が存在しない場合があるが、その役割は、BLEモジュール42と分担、および/または、組み合わせることができる。
例えば、管理装置44は、BLEモジュール42の群の中において、どのBLEモジュール42がいつ、どのデバイスをモニタするかを調整すること、BLEモジュール42がいくつの接続をモニタするかを調整すること、個々のBLEモジュール42の真正性を検証すること、BLEモジュール42に代わってセキュリティ操作を実行すること、特定のBLEモジュール42のファームウェアを更新すること、BLEモジュール42の群の間において一貫性チェック、および、健全性モニタリングを確実に行うこと、BLEモジュール42の間で通信機/通信のスケジュール/タイミングを調整すること、BLEモジュール42、および/または、ハブ142、および/または、他のシステムの間において接続情報、および/または、パラメータを転送すること、他のシステムからの認証/認可データを共有すること、などのひとつ以上を実行してもよい。調整は、処理負荷を均等に分散するような方法(たとえば、BLEモジュール42への接続のラウンドロビン、または、ハッシュベースの割り当てなど)、または、電力消費を最小限に抑えるような方法(たとえば、BLEモジュール42を一度にひとつずつロードして、未使用のプロセッサの電源をオフにするなど)により実行可能である。
例えば、センサ管理装置44は、SCHEM110、車両10、および/または、他のシステムへのひとつ以上の接続を有することができる。センサ管理装置44は、決定された信号特性をハブ142、および/または、SCHEM管理装置140に送信し、および/または、これらの接続を介して他のシステムとの間でコマンド/要求を送受信することができる。例えば、センサ管理装置44は、CANを介して車両状態情報を取得し、上記状態情報をBLEモジュール42の群に送信することができる。例えば、センサ管理装置44は、他のシステムから乗員検出、および/または、他の認証、および/または、許可情報を取得し、BLEモジュール42のセットを有効/無効にすることができる。代替的に、または、追加的に、BLEモジュール42は、同じ、および/または、異なるネットワーク、および/または、サブシステムに接続されることができ、上記管理装置の動作をBLEモジュール42の群の間で分散し、管理装置の処理負荷の低減、および/または、その機能の強化が可能とされている。
BLEモジュール42、および/または、他のシステムは、任意の相互接続、および/または、相互接続の群(例えば、SPI、GPIO、I2C、CAN、イーサネット、RS-485/422/232、UART、USB、LIN、K-Lineなど、または、それらの任意の組み合わせ)を用いて、管理装置44、および/または、BLEモジュール42と通信することができる。一実施形態では、例えば、BLEモジュール42は、個々のスレーブを選択し、および/または、通信の必要性を示すGPIOを使用してSPIを介して管理装置44と通信する。別の実施形態では、例えば、BLEモジュール42は、個々のスレーブを選択し、および/または、通信の必要性を示すGPIOを使用してSPIを介して互いに通信する。
図4に図示された実施形態は、5個のBLE通信機42(RADIO)、および、センサの管理装置44を用いて、同時に最大5個のデバイスの監視をサポートするBLEベースのセンサの実施形態(例えば、センサ40)の例を示す。上記のように、センサ40は、無線で、または有線の補助通信インターフェース(すなわち、BC)を介してハブ142と通信することができる。図示の実施形態では、センサ40は、図1のSCHEM110に接続されている(すなわち、RS-485(有線)を介して5つのハブ142、および/または、ひとつのSCHEMの管理装置140に接続されている)。別の実施形態では、センサ40は、そのBLE通信機42(無線)を使用して、いくつか(N)個のハブ142と通信することができる。センサ40は、各通信機42が同じアンテナに接続されるように、各通信機42が異なるアンテナに接続されるように、通信機42のセットがアンテナのセットに接続されるように、または、それらの任意の組み合わせであるように設計される場合がある。アンテナは、AoA、および/または、AoDの信号特性を決定するときに使用するためなど、実際にはアンテナアレイ30でもよいことが注目される。
図示された実施形態は単に代表的なものであり、より多くの、または、より少ないBLEモジュール42が存在するように設計上の取引に供される場合があることが注目される。同様に、図示の実施形態は、BLEモジュール42を使用するが、これらは、代わりに、UWBモジュールでもよいことが注目される。UWB通信は、ハードウェア、および、通信プロトコルの違いを主な例外として、BLEモジュール42について説明したのと同様の方法で実施することができる。
図5に図示された実施形態は、3つのBLE通信機42を備え、管理装置プロセッサ44を備えない、同時に最大3つのデバイスの監視をサポートするBLEベースのセンサ実施形態(例えば、センサ40)の例を示す。図示の実施形態では、センサ40は、図1のSCHEM110に接続されている(すなわち、RS-485(有線)を介して5つのハブ142、および/または、1つのSCHEMの管理装置140に接続されている)。前述のように、そのようなセンサ40がそのようなSCHEM110と共に使用される場合、SCHEMのハブ142は、通信を調整することができ、それにより、3つ以下のデバイスが同時に通信する。この図示の実施形態では、BLEモジュール42は、それらの間で通信する(例えば、SPIを使用して)。この図示の実施形態では、BLEモジュール42のひとつは、管理装置の役割(すなわち、BLEモジュール42は、BLEモジュール調整を実行し、補助通信インターフェースを介してハブ142と通信することができるなど)を実行する任務を与えられている。
図6に図示の実施形態は、このセンサ40を用いて、各BLEモジュール42が補助通信インターフェース130を介してハブ142と通信できることを除いて、図5と同様である。この図示の実施形態では、各BLEモジュール42は、管理装置の役割の部分群を実行することができる。
C.混合技術を使用したSCHEMとセンサ
本明細書で説明されるいくつかの実施形態は、BLEベースのシステムに焦点を合わせているが、概念は、BLEに限定されない。描写された実施形態の多くは、複数の通信機からなるSCHEM110、および/または、センサ40を説明している。SCHEM110、および/または、センサ40は、デバイス(および/または、それらのユーザ)を位置特定し、認証し、および、許可するために、多くの通信媒体、および/または、技術を使用することができる。
ひとつのBLEベースのシステムの実施形態では、SCHEM110、および/または、センサ40は、追加的に、または、代替的に、UWB(超広帯域)を使用して、デバイスを位置特定するか、または位置特定を追加的にサポートすることができる。例えば、SCHEM、および/または、センサは、BLEモジュール42の群に加えて、UWBモジュールのセットを備えることができる。このUWBモジュールの群は、BLEモジュール42が行うのと同じ方法でシステム構成要素と通信することができ、この場合、報告される信号特性は、RSSI、飛行時間(ToF)、計算された距離、セキュリティ、および/または、他のUWB、または、位置特定属性他のものを含むことができる。代替システムの実施形態では、SCHEM、および/または、センサは、デバイスを位置特定するためにUWBのみを使用することができる。代替的に、または、追加的に、デバイスによって測定されたUWB信号特性は、デバイスを介してハブに報告される場合がある。
ひとつのBLEベースのシステムの実施形態では、SCHEM、および/または、センサ40は、追加的に、または、代替的に、LF(低周波(磁気的、および/または、電気的)、現在のLFベースの自動車用PEPSシステムで使用されるものなど)を使用して、位置特定する、または、追加的にデバイスの位置特定をサポートする。例えば、SCHEM、および/または、センサは、BLEモジュール42の群に加えて、LFコイル、および/または、モジュールの群を備えることができる。このLFコイル、および/または、モジュールの群は、BLEモジュール42が行うのと同じ方法でシステム構成要素と通信することができ、この場合、報告される信号特性は、RSSI、計算された距離、セキュリティ、および/または、他のLF、または、位置特定属性他のものを含むことができる。代替システムの実施形態では、SCHEM、および/または、センサ40は、デバイスを位置特定するためにLFのみを使用することができる。代替的に、または、追加的に、デバイスによって測定されたLF信号特性は、デバイスを介してハブ142に報告される場合がある。
ひとつのBLEベースのシステムの実施形態では、SCHEM、および/または、センサ40は、追加的に、または、代替的に、NFC(近距離無線通信(Near-Field Communications))を使用して、デバイスを位置特定するか、または位置特定を追加的にサポートすることができる。ユーザ60にセンサ40の数センチメートル以内にデバイスを配置することを要求することにより、デバイスはそのセンサ40に対して位置特定される。例えば、SCHEM、および/または、センサ40は、BLEモジュール42の群に加えて、NFCモジュールのセットを備えることができる。このNFCモジュールの群は、BLEモジュール42が行うのと同じ方法でシステム構成要素と通信することができ、この場合、報告される信号特性は、認証、および/または、許可データ、アイデンティティ情報(ユーザ、および/または、デバイス)、セキュリティ情報、位置特定情報(どのセンサ)、アプリケーションプロトコルデータユニット(APDU)、および/または、それらの入力/出力、アプリケーションデータ、および/または、他のNFC、または、位置特定属性のひとつ以上を含むことができる。代替システムの実施形態では、SCHEM、および/または、センサ40は、デバイスを位置特定するためにNFCのみを使用することができる。代替的に、または、追加的に、デバイスによって測定されたNFC信号特性は、デバイスを介してハブ142に報告される場合がある。
SCHEM、および/または、センサ40に組み込まれる可能性のある他の潜在的な技術には、バイオメトリクス(例:指紋リーダー、カメラ、顔認識システム、体重、および/または、体温システム、心拍数/心拍リズム/呼吸パターンのシステムなど)、UHF、VHF、RFID、GPS、または、デバイスの位置特定または位置特定のサポートに役立つその他の技術、および/または、通信媒体が含まれるが、これらに限定されない。
IV.並列化
一実施形態では、制御システム110(例えば、SCHEM)は、SCM120、および、ハブ142の役割と組み合わせて複数のBLEチップを使用することによって、複数のポータブルデバイス20、および、センサデータとの接続を並列化するように構成される。BLEチップの活動は調整される場合があり(例えば、衝突を回避するように制御される周波数、および、タイミング、どのチップがどのポータブルデバイス20に接続されるか、など)、それらの結果が収集され、外部システムに伝達される。図示の実施形態では、制御システム110は、並列化された方法で通信の調整を容易にするための管理装置140を含む。管理装置140はオプションであることに留意されたい。ひとつ以上の実施形態は、システム100のひとつ以上の電子システム構成要素70が管理装置140なしでそのような通信を調整できるように、通信を調整するための管理装置140を含まなくてもよい。この実施形態では、BLEチップが説明されているが、追加的に、または、代替的に、UWB、または、別の無線通信インターフェースが、ひとつ、または、複数のBLEチップ上に実装される場合があることが理解されるべきである。
並列化は、ポータブルデバイス20と同じ通信媒体を使用して(例えば、接続間隔の制約内のBLE周波数を介して、または、測距イベントの制約内のUWB周波数を介して)、単一の通信機を使用して(センサ40がハブ142ごとに複製されない限り、それは実行可能または実用的でない可能性がある)、複数のハブ142と通信するセンサ40で問題を引き起こす可能性がある。
単一のハブ142を有するシステム100では、センサ40は、ハブ142と通信し、ハブ142から接続情報を受信し、ハブ142に接続されたポータブルデバイス20の感知された特性をハブ142に送信することができる。複数のハブ142があり、センサ40がそれらの間で共有されている場合、センサ40は、各ハブ142に対して同時に(または一見同時に)これを完了するように構成される場合がある。センサ40は、各ハブ142から取得された接続情報、および/または、測距イベント/タイミング情報を組み合わせて、各ポータブルデバイス20の各ハブ142に感知された特性を送り返すことができる。多数のハブ142が、各ポータブルデバイス20が同時に同じ周波数で通信しないように通信スケジュールを調整することができる場合でも、センサ40は、異なる周波数で同時にデータ(すなわち、異なるハブ142のデータ)を送信するように構成される場合があり、これは、単一の通信機を備えたセンサ40の場合のように不可能である場合がある。代替的に、競合が存在する場合、システム100は、異なる時間に、一部のセンサ40が一部のポータブルデバイス20と通信し、および、他のセンサ40が他のポータブルデバイス20と通信することを、指示することができる。開示の目的で、「同時に」とは、必ずしも正確に同時に送信/受信することだけを意味するわけではない。「同時に」は、また、センサ40が電源オン/オフになり、および/または、送信/受信するために正しい周波数に切り替わるための時間を含むことができる。
センサ40を含むシステム100は、ひとつ以上の実施形態において本明細書で論じられるように、様々な方法で並列化するように構成される場合がある。
A.バックチャネルの独立性(バックチャネル(補助通信インターフェース)の調整)
一実施形態では、主要な通信インターフェース132(例えば、システムと通信するための電話)と同じ通信媒体、通信機、および/または、周波数を使用するハブ142を備えたバックチャネル(BC)通信インターフェース、または、補助通信インターフェース130を利用する代わりに、異なる独立した通信媒体(有線媒体、または、ひとつ以上の別個の無線を利用する無線媒体など)が、補助通信インターフェース130のために提供される場合がある。例えば、センサ40がハブ142(BCまたは補助通信インターフェース130)にデータを送信するために有線通信媒体を使用してもよく、主要な通信インターフェース132上で動作するポータブルデバイス20によって課される制約なしに媒体が利用可能であるときに、センサ40がハブ142にデータを送信することを可能とし、データを送信したいとき(例えば、測定値が得られたとき、接続間隔、時間間隔などの測定サイクルが完了したとき)に使用可能ではない場合に潜在的なキューイングを実行し、主要な通信インターフェース132を介してセンサ40が信号特性の測定を継続することを依然として許容する。BC、または、補助通信インターフェース130は、有線通信バスである場合があり(センサ40、および、ハブ142のすべて、または、部分群が同じ媒体を共有する場合、例えば、CAN、LIN、K-Line、USB、RS-485/422/232、イーサネット、I2C、SPIなど)、または、センサ40のそれぞれまたはセット(例えば、スター、または、他のネットワークトポロジー)のための独立したチャネルがある場合がある。図7に例示された実施形態の場合などの一実施形態では、対象物10(例えば、車両)上に配置されたセンサ40の部分群は、有線インターフェースを介して制御システム110に結合される場合がある。そして、対象物10とは別の物理的構造上に配置されたセンサ40の別の部分群は、無線媒体を介して制御システム110に通信可能に結合される場合がある。例えば、車両の場合、車両が搭乗場所、または、停車地に近づくと、車両上ではなくその停車地に物理的に配置されたセンサ40は、補助通信インターフェースを介して車両の制御システム110と通信することができる。代替的に、または追加的に、ひとつ以上のハブ142、および、ひとつ以上のSCM120は、停留所の近くに配置されてもよいが、車両からは分離されており、停留所の近くでひとつ以上のポータブルデバイス20の位置を特定することを容易にするために、車両の側面(例えば、制御システム110の一部)と通信してもよい。
BC130における通信、および、調整戦略、および、タイミングは、媒体自体、選択されたプロトコル、システムタイミング要件、または、他のシステム要件に基づいて変化する場合がある。例えば、無線BCでは、各ハブ142は、異なる周波数で送信/受信することができ、または、ハブ142のすべて、または、部分群は、同じ周波数で送信/受信することができ、または、それらの任意の組み合わせである。結果として、通信、および、調整戦略は、干渉を回避するために、各センサ40が適切な周波数で適切な時間にデータを送信できることを保証することを含むことができる(すなわち、ハブ142がセンサ40にシステムとハードウェアのアーキテクチャにより実現不可能な方法で通信を要求することを回避するようにハブ142が調整される)。主要な通信インターフェース132に複数の通信機を利用するのと同様に、センサ40は、複数の通信機を使用して、無線BC130(補助通信インターフェース)の複数の周波数で同時に通信することができる。干渉を回避するために適切なタイミングでデータを送信するセンサ40の能力は、BC帯域幅の適切な選択、および、分析(および、対応するスループットの考慮事項)を含む。
BC130は、すべてのセンサ40が、送信をキューイングする必要なく(すなわち、例外/エラー状態を除いて、新しいデータが送信される必要がある前にすべてのデータが送信される)、すべてのハブ142に、それらのすべてのデータ(例えば、各ハブ142がセンサ40を監視するように指示した電話などの各ポータブルデバイス20の信号特性)を送信できるように、十分に高い帯域幅を提供されてもよい。例えば、ポータブルデバイス20がBLEを介して監視され、センサ40が別の媒体のBC130を介してハブ142と通信するシステム100において、BC130は、接続間隔Xからのすべてのポータブルデバイス20について決定されたすべての信号特性が、接続間隔X+M(理想的にはM=1)について決定された信号特性の次の群が送信される前に、すべてのセンサ40からすべてのハブ142に送信されるように十分な帯域幅を提供されてもよい。接続区間Xの決定された信号特性は、接続区間X+N(理想的にはN=0(同じ接続区間)、N=1(次の接続区間の同じ点の前)など)の終了前、または、絶対的、もしくは、相対的な他の設計された時点で送信することができる。言い換えれば、システムが測定しているすべてのデータを遅れることなくハブ142に送信することができるのに十分な帯域幅が提供されてもよい。より低い帯域幅のBCも利用可能である。通信スキームは、データが様々なセンサ40によって様々な時間に意図的にキューイングされ、センサ40がより多くのデータをバルクで送信し、データセットをスキップし、データを集約し、または、他のネットワーク通信戦略を可能にするように使用される場合がある。
B.主要な通信インターフェースの調整
このようなBC130の使用により、主要と補助との通信インターフェースとの間の干渉(例えば、主要な通信媒体からの通信独立、調整などを介して)、および、補助通信インターフェース上のハブ142間の干渉(通信と調整の戦略を介して)を実質的に低減、または、排除することにより、センサが複数のハブとより容易に通信することができるが、ポータブルデバイス20(例えば、電話)の通信が何らかの方法でハブ間において調整される潜在的な必要性を実質的に低減、または、排除するものではない。
複数のポータブルデバイス20が主要な通信インターフェース132上で同じ周波数で通信している場合、システム100は、ポータブルデバイス20が互いに干渉することを回避するために異なる時間に通信するように構成される場合があり、ポータブルデバイス20は、複数のハブ142の存在を認識していない可能性があり、ポータブルデバイス20は、ハブ142によって決定された通信スケジュール、および、パラメータを使用してハブ142と通信することができ、したがって、ハブ142の群は、システム100に接続されたすべてのデバイス(すべてのハブ142にわたって)が互いに干渉することなく通信するように、それらの間で主要な通信インターフェースの通信スケジュール、および、パラメータを調整することができる。
一実施形態に従ったシステムは、衝突を回避するためと、(BLEなどの)ノイズの多いRF環境でよりよく動作するための両方の理由から、周波数ホッピング方式を利用することができ、したがって、そのようなシステムでは、異なる時間に通信することに加えて、各ポータブルデバイス20は、それらの時点で異なる周波数で通信することができる。可能な周波数の群が十分に多い場合、あるデバイスが別のデバイスに干渉する確率は十分に小さいように思われるため、調整は必要ないと見なされる場合がある。しかし、センサ40が特定のポータブルデバイス20を監視するために電源をオン/オフしたり、周波数を切り替えたりするのに必要な時間と、頻繁に通信するデバイスの数が増えていること(例えば、接続間隔が短いこと)を考慮すると、センサが要求されたすべてのデバイスを調整なしで監視することは不可能な場合がある。言い換えれば、多くのポータブルデバイス20を備えた応答性の高いシステムでは、ポータブルデバイス20が互いに干渉する可能性が高い。
C.複数の通信機とタイミング調整を備えたセンサ
1.複数の通信機
代替的に、または、追加的に、センサ40は、主要な通信インターフェース132、および/または、補助通信インターフェース130に複数の通信機を使用して、同時に複数の周波数での通信をサポートすることができる(この用語の以前の定義を参照のこと)。センサ40は、任意の特定のインターフェースの通信機の数が、要求されるシステム性能に応じて、同時に通信することができるポータブルデバイス20の最大数よりも、少ないか、等しいか、または、多いかとなるように構成される場合がある。
例えば、センサ40は、主要な通信インターフェース132、および/または、補助通信インターフェース130の各ハブ142に対してひとつの通信機を使用することができる。言い換えれば、システムが4つのハブ142からなる場合、各センサ40は、4つの主要な通信インターフェース132通信機(各ハブ142にひとつ)を所有することができる。このようにして、センサ40/ハブ142/ポータブルデバイス20の間で必要とされる調整が少なくて済み、したがって、実装されるソフトウェア開発の労力が少なくてすむ場合がある。
代替的に、または、追加的に、センサ40は、同時に通信する各ポータブルデバイス20を監視するために必要な多数の通信機の数(例えば、電力、通信のスケジュールなど)のみを使用することができる。代替的に、または、追加的に、センサ40は、多数の補助通信インターフェース(BC)の通信機(無線インターフェース)、および/または、有線インターフェースで同じアプローチを使用することができる。このようにして、センサ40は、必要な場合にのみ追加の通信機を利用することによって電力消費を制限することができる。追加的に、このようにして、センサ40は、ハブ142の数よりも少ない通信機を有することができる。各ハブ142に接続される8個のデバイスを含む4個のハブ142をもつシステムでさえ、システム構成(例えば、接続間隔持続時間、および、タイミングオフセット、ハブ調整など)に依存して、センサ40が2個、または、3個を超えるポータブルデバイス20を同時に監視することを要請される(すなわち、2個、または、3個を超える周波数で通信する)可能性は十分に低く、2個、または、3個の通信機のみをもつセンサ40が利用される場合がある。
代替的に、または、追加的に、センサ40は、コスト、スペース、接続性、または、他の設計上の制約のために、特定の数の通信機(例えば、ハブ142の数より少ない)のみを有する場合がある。この場合、後述するように、同時に通信するポータブルデバイス20の最大数を超えないように通信調整を指定することができる。
代替的に、センサ40は、ハブ142の数よりも多くの通信機を有することができる。これは、多数のハブ142を有するシステム100用に設計されたセンサ40が、少数のハブ142を有するシステム100で使用される場合に当てはまる場合がある。上記の構成のいずれにおいても、電力を節約するために、必要のないときに通信機の電源を切ることができる。
2.タイミング調整
ハブ142がポータブルデバイス20とハブ142のタイミング要件を注意深く調整する場合、センサ40は、より少ない通信機でより多くのハブ142にわたってより多くのポータブルデバイス20を監視することができる。システム100が、センサ40が異なる周波数で同時に複数のポータブルデバイス20を監視する必要がないことを保証できる場合、センサ40は、ポータブルデバイス20、および/または、ハブ142の数に関係なく、ひとつの主要な通信インターフェース通信機のみを必要とする場合がある。同様に、システム100が、センサ40が補助通信インターフェース130上で同時にひとつ以上の周波数でデータを送信する必要がないように構成されている場合、センサ40は、ポータブルデバイス20、および/または、ハブ142の数に関係なく、ひとつの補助通信インターフェース通信機のみを使用することができる。複数の周波数にわたるこのような調整に対して追加的に、または、代替的に、送受信タイミングは、複数のポータブルデバイス20、および/または、ハブ142が実質的に同時に同じ周波数でデータを送受信すること(例えば、送信機/応答機の誤作動など、単一周波数、および/または、複数周波数システムのいずれかで発生する可能性のある衝突)から回復し、緩和し、および/または、回避するために、主要な通信インターフェース132、および/または、補助通信インターフェース130で調整されてもよい。失敗した送信/受信の再試行/繰り返しはそのようなイベントからの回復の例であり、送信/受信するデータの組み合わせはそのようなイベントの軽減の例であり、そのような衝突が発生しない方法で送信/受信をスケジュールすることはそのようなイベントを回避する例である。システム100が、異なる周波数で同時に送信/受信すること、および、同じ周波数で同時に送信/受信することの両方が回避されるように、特定のインターフェースでの通信を調整することができる場合、そのインターフェースは、単一の通信機、または、有線インターフェースを使用する場合がある。さらに、同じ周波数を使用する複数の通信インターフェースが存在し、通信インターフェースが上記と同じ方法で調整されている場合、単一の通信機を使用して両方の通信インターフェースを操作することができる。
例えば、複数のハブ142を含むBLEベースのシステムにおいて、すべてのハブ142が、各ポータブルデバイス20が他のポータブルデバイスと同時にハブ142と決して通信しないように、主要な通信インターフェース132上の通信を調整する場合、各センサ40は、主要な通信インターフェース132のために単一のBLE通信機を使用することができる。
例えば、複数のハブ142からなるBLEベースのシステムにおいて、すべてのハブ142が、各センサ40が他のセンサ40と同時にハブ142と決して通信しないように、補助通信インターフェース130上の通信を調整する場合、各センサ40は、補助通信インターフェース130のために単一のBLE通信機を使用することができる。センサ40は、特定のハブ142に向けられたひとつ以上のメッセージ(特定のハブ142のための、または、各ハブ142のための、より小さなメッセージ、または、信号特性を含むメッセージなど)、ひとつ以上(またはすべて)のハブ142のためにブロードキャストされたひとつ以上のメッセージ(すなわち、より少ない大きなメッセージ、または、すべてにブロードキャストするすべてのハブ142の信号特性を含むメッセージ)、または、それらの任意の組み合わせ、または順列を送信/受信することができることが注目されるべきである。
例えば、主要と補助との通信インターフェースの両方がBLE通信機を使用する(すなわち、インターフェースがBLE、または、同じハードウェア/通信機で同じBLE周波数/チャネル上で動作する独自のプロトコルを使用する)BLEベースのシステムでは、すべてのハブ142が、ポータブルデバイス20とセンサ40が同時に送信/受信することがないように主要な通信インターフェース132と補助通信インターフェース130の通信を調整する場合、主要と補助との通信インターフェースの両方に単一のBLE通信機を使用してもよい。これにより、主要と補助との通信インターフェースの両方を操作するBLE通信機がひとつあるシステムが生成される場合がある。
通信機の数を制限したいという願望を持ってこのような調整を実施する際のひとつの態様は、センサ40、ハブ142、および、ポータブルデバイス20の数が増えるにつれて、タイミングの課題がより差し迫ったものになる可能性があり、したがって、システムは、必要な調整に対応するために接続間隔が長くなる(例えば、応答性が低下する)傾向にある可能性がある。
i.主要と補助との通信インターフェースの両方に使用される単一の通信機の例
ひとつのシステムでは、ひとつのハブ142(4個のデバイスをサポートする)と11個のセンサ40を備えたBLE SCHEM110を用いて、各ポータブルデバイス20に4msが割り当てられ、ハブ142にデータを送信するために各センサ40に約292μs(4×2B+16Bのオーバーヘッド、センサ40の報告の間に100μsのギャップあり)が割り当てられる場合がある(1mbpsで2.86ms)。
40個のポータブルデバイス20(5個のハブ142、ハブ142ごとに8個の電話(ポータブルデバイス20))と24個のセンサ40をサポートするBLE SCHEM110が提供されている場合、各ポータブルデバイス20に4msが割り当てられ、各センサ40が各ハブ142に対してデータを送信するために356μs(8×2B+16Bのオーバーヘッド、センサ40のレポートの間に100μsのギャップあり)が割り当てられる場合(1mbpsで8.55ms)、図10に図示された実施形態に描かれているように、接続間隔が提供される。
また、CE、S、および/または、BCの通信ウィンドウにおいてカプセル化され得る追加的な同期、タイミング測定シーケンス(飛行時間)、他の制御メッセージ、または、それらの任意の組み合わせが存在し得るが、示されていない。システムのひとつ以上の態様は、Stitt氏らによって、2017年12月22日に出願された「マイクロロケーションセンサ通信のためのシステム、および、方法(SYSTEM AND METHOD FOR MICROLOCATION SENSOR COMMUNICATION)」と題された米国非仮出願第15/852、396号に記載されているマイクロロケーションシステムのひとつ以上の態様と併せて実装することができ、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。
この例では、スキャン時間は接続間隔のギャップを埋めるために使用されるが、図11に図示の実施形態に示されるように、スキャン時間の前にBCデータを送信するなどの他の配置も可能である。
この配置は、接続間隔の早い段階でハブ142にデータを提供するが、接続イベントのウィンドウの持続時間は、接続されたポータブルデバイス20の数に依存する可能性があるから、センサ40からのBCデータをいつ聞き取るかを正確に決定する受信ハブ142の能力に影響を及ぼす可能性がある。いくつかの実施形態では、接続イベントのウィンドウの持続時間は、最大サイズに固定される場合がある。各ウィンドウの持続時間は、後続の図示の実装に依存する持続時間に変化する場合があるが、各ウィンドウの持続時間はサイズが固定されている(最大に実装されたシステムの例を示すために可能な最大の持続時間)。
図12、および、図14に例示された実施形態に示される例は、第1の接続間隔の配置(CE→S→BC)を示している。接続イベントウィンドウにアンカー接続があると便利な場合があり、これはオプション接続であり、システムソフトウェアの実装を簡素化し(信号特性は報告されない)、タイミングの同期を支援するために存在する。したがって、以下のタイミング推定では、追加の接続がカウントされる(8に代えて9)。
この例の上の図に示されているように、接続間隔の持続時間は、すべて(5)のカスケードされたハブ142の通信をカプセル化しており、(アイドル時間)+(CE持続時間)+(S持続時間)+(BC持続時間)である。
CE(接続イベント)持続時間は、少なくとも、機器20との間のCE中に通信を希望するデータ量、通信する機器20の数、通信媒体の帯域幅(例えば、1、2、4、または、それ以上のパケットを、どのような長さ(s)で、どのような速度(例えば、1mbps、2mbpsなど)で通信するか)の関数である。この例では、それぞれ4msの9つのCEがある。
S(スキャニング)持続時間は、少なくとも、システムに接続するデバイス20の群に対して理想的であると認定された、および/または、提供されたアドバタイジング間隔、および、必要であると考えられる場合には、CEウィンドウの後までBC通信を遅らせるために必要であると考えられる最小期間の関数である。この例では、この持続時間は、カスケードされたCEウィンドウの持続時間から1つのセンサ40(または、決定された最小値)を引いたものに設定される:MAX(CE持続時間×(ハブの数-1)、36ms)。
アイドル時間の持続時間は、重複がないように通信をずらすために必要であると考えられる時間であり、これは、デバイス20/ハブ142の特定の群の接続間隔の終了時、または、開始時に発生することがある。この例では、持続時間は、カスケードされたCEウィンドウからひとつのセンサを引いた持続時間(CE持続時間×(ハブの数-1))に設定される。
BC持続時間は、少なくとも、各デバイス20の各センサ40に必要なデータ量、センサ40の数、および、通信媒体帯域幅(例えば、1mbps、2mbps、8mbpsなど)の関数である。この例では、持続時間は、それぞれ364μsで24個のセンサ40を使用して設定される。
各ハブ142に必要と考えられる時間は(-CE:9デバイス×4ms=36ms-)(-S=144ms-)(-BC:24× 364μs=~8ms-)=188msである。
したがって、この例の接続間隔の合計時間は332ms:36ms×(5-1)+36ms+36ms×(5-1)+8ms→144ms+36ms+144ms+8msである。
アイドル時間において、ハブ142がスキャンすることがある実施形態があってもよい。これは、図13に例示された実施形態に示されるように、接続間隔の持続時間を実質的に(例えば、この例では、332ミリ秒から220ミリ秒に)短縮するために使用される場合がある。
このようなアプローチでは、(CE→BC→S)アプローチを使用して、図14に図示の実施形態に示すように、通信機により長いスキャンを許容するようにする(モード切り替えが少ない)ことが理にかなっている場合がある。
デバイス20のスケジューリング、および、通信の変動のために、上記のアプローチ(CE→BCの間)でいくらかのバッファ時間を追加すること、ならびに、センサ40がBC通信を開始する前に必要な計算を実行できるようにすることが必要であると考えられる。
各ハブ142が16個の接続(デバイス20)を管理できる代替的なシステムでは、CEウィンドウにおいて接続ごとに2ms(ハブ142ごとに32ms)、8mbpsのBC(ハブ142ごとに1msのBC持続時間)によって、3つのハブ142で45個のデバイス(ハブ142ごとにひとつのアンカー接続)を97msの接続間隔((32msのCE)×(3-1)(64ms)S+32msのCE+1msのBC)でサポートできる。一実施形態における通信方法論は、図15に示されている。
このアプローチの利点のひとつは、通信インターフェースの通信周波数スペクトルの使用を大幅に最小限に抑えることである。たとえば、BLEを使用すると、システムによるBLEスペクトルの使用が一度にひとつのチャネル(周波数)のみ(および、アドバタイジングデバイス)に削減される。
ii.主要と補助との通信インターフェースの両方に使用される複数の通信機の例
上記のようなシステムの代替的な実施形態では、センサ40、および、ハブ142が、主要な通信インターフェース132、および、補助通信インターフェース130の両方において同時に最大3つの異なる周波数で送受信できるように複数のBLE通信機が使用され、45個のデバイス20は、49msの接続間隔(32ms+17ms)でサポートされる場合がある。この通信方法の例は、図16に図示された実施形態に示されている。
センサ40がハブ142の数よりも少ない通信機を有するシステム100(例えば、3つのハブを有するにもかかわらず、2つだけの通信機が主要と補助との通信インターフェースに共有されている)では、図17に例示された実施形態に描かれているように、より多くの調整を犠牲にして、潜在的に低い消費電力、および、コストで、わずかに長い接続間隔(約66ms)が得られるだけである。
iii.主要な通信インターフェースと有線の補助通信インターフェースの例に使用される複数の通信機
一実施形態のシステムは、図18に例示された実施形態に描かれているような、異なる周波数で同時に送受信できない(または、しない)補助通信インターフェース130(例えば、有線インターフェース、または、接続区間のすべての通信に同じ周波数が使用される無線インターフェース)を含むことができる。
有線式の補助通信インターフェース130(またはそれが独立媒体である場合は無線)を用いて、BCデータは、追加的に、または代替的に、S、および/または、CE活動(例えば、通信機は、データが有線インターフェースで同時に送受信されている間にスキャンしている可能性がある)と並行して送信される場合があることが注目されるべきである。そのような配置は、(必要に応じて)スキャンウィンドウを短縮、または、排除することを可能にすることができ、図19に図示の実施形態に示されている。
iv.なにも実行しない
一実施形態では、通信干渉を軽減するために何も実行しない場合がある。何も実行しないには複数のレベルがある。ひとつのオプションは、単純にハブ142間の調整を実行しないこと、および/または、通信プロトコル、および/または、デバイス20/センサ40の通信タイミングを意図的にランダム化することにより、システムが、衝突、および/または、複数の周波数で同時に送受信する必要性から回復し、緩和し、および/または、回避するために最善を尽くす場合である。競合が発生したことが検出されると、その競合中の通信を回復し、軽減し、または回避(たとえば、データのドロップ、後で送信することなど)することが発生する。別のオプションは、同じことを行うが、そのような競合が存在する可能性を検出しようとはせず、代わりに下位のハードウェアや通信プロトコルに依存して、データが破損していることを判断し、それを無視することである。
V.位置特定器
図示の実施形態のシステム100は、ポータブルデバイス20に関してリアルタイムで位置情報を決定するように構成される。図1、および、図2に図示の実施形態では、図7、および、図8に示されるように、ユーザ60は、システム100の近くにポータブルデバイス20を持ち込むことができる。複数のユーザ60、および、複数の関連するポータブルデバイス20は、システム100の近くに運び込まれ、および、その近くから運び出されることが注目される。議論の目的のために、ポータブルデバイス20との通信のひとつ以上の信号特性に基づいてポータブルデバイス20の位置を決定することは、単一のデバイスに関連して説明されているが、複数のポータブルデバイス20の位置は、それぞれのポータブルデバイス20に関連して得られた通信のひとつ以上の信号特性に基づいて決定されてもよいことが理解されるべきである。
図8に例示された実施形態では、システム100は、ユーザ60が、対象物10へのアクセスの位置か、または、対象物10コマンドの許可を与えるべき位置かどうかを判断するために、十分な精度で、対象物10(例えば、車両)に対するポータブルデバイス20の位置をリアルタイムで特定することを容易にすることができる。
例えば、対象物10が車両である実施形態では、システム100は、ポータブルデバイス20が車両の外側にあるが、ドア、または、乗降口まで、5フィート、3フィート、または2フィート以下などの近接状態にあるかどうかの決定を容易にすることができる。この決定は、システム100がアクションを許可するべきか、および/または、アクションを実行するべきかどうかを識別するための基礎を形成する場合がある。例えば、システム100は、車両、または、対象物10へのアクセスを許可することができる。別の例として、システム100は、ユーザ60の入力時に車両、または、対象物10の位置を記録することができる。本明細書に記載のアクション、および、認可のいくつかの追加として、スミスによって、2018年8月22日に提出された「リアルタイム位置を決定するシステム、および、方法」と題された米国仮出願第62/720、975号の例があり、参照によりその全体が組み込まれている。
対象物10は、本明細書に記載のひとつ以上の実施形態による、アンテナアレイ30に結合されたセンサ40などの対象物デバイス、または、その変形を含むことができる。
ポータブルデバイス20の微視的な位置特定(マイクロロケーション)は、全地球測位システムから得られた情報、ポータブルデバイス20からの通信のひとつ以上の信号特性、および、ひとつ以上のセンサ(例えば、近接センサ、リミットスイッチ、または、視覚センサ)、または、それらの組み合わせを用いるなど多様な手法により決定することができる。システム100を構成することができるマイクロロケーション技術の例は、レイモンドマイケルスティットらによって、2017年4月14日に出願された「リアルタイムロケーションを確立するためのシステム、および、方法」と題された米国非仮特許出願第15/488,136号に開示されており、その開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
一実施形態では、図7、および、図8に図示の実施形態では、対象物システム50の対象物デバイス(例えば、システム制御モジュール(SCM120)またはハブ142)、および、複数のセンサ40(ひとつ以上のアンテナアレイ30に結合されている)は、対象物10に対する固定位置の上、または、中に配置される場合がある。対象物10の使用例には、前の例で識別された車両、または、アクセスが対象物デバイスによって制御される建物が含まれる。
例えば、ポータブルデバイス20は、通信リンクを介してハブ142と無線で通信することができる。複数のセンサ40は、ポータブルデバイス20とハブ142との間の通信をスニッフィングして、信号強度、AoA、ToF、または、それらの任意の組み合わせなどの通信のひとつ以上の信号特性を決定するように構成される場合がある。代替的な実施形態では、ポータブルデバイス20は、対象物デバイス以外の別のデバイスとの通信を確立することができ、少なくともひとつの対象物デバイス、および、ひとつ以上のセンサ40は、対象物10に対するそれぞれのデバイスの位置を決定するように、これらの通信をスニッフィングするように構成される場合がある。
一実施形態では、ポータブルデバイス20は、主要な通信リンクを介してSCM120、または、ハブ142と無線で通信することができる。複数のセンサ40は、SCM120もしくはハブ142によって、または、ポータブルデバイス20によって直接構成され、ある時期(即時、定期的など)にポータブルデバイス20との間で測距動作を行い、信号強度、AoA、ToF、クロックスキュー、他のタイミング特性、またはそれらの任意の組み合わせなど、測距通信リンク上の通信のひとつ以上の信号特性を決定する場合がある。主要な通信リンク、および、測距通信リンクは、それぞれ、BLE、および、UWBなどの異なる通信技術である場合がある。
開示の目的で、本明細書に記載のひとつ以上の実施形態は、BLE通信リンクであり得る主要な通信リンクを介して発生する通信に基づいて、ポータブルデバイス20を測距、または、位置特定することを含む。通信に基づくポータブルデバイス20の測距は、BLE、および、UWBの通信リンクの両方を介した通信に基づく測距、または、UWBを介した通信に基づく測距など、複数、または、代替的な通信リンクに関して実施され得ることが理解されるべきである。一実施形態では、UWB、または、BLE通信リンク以外の通信リンクを介した通信に関して測距が行われる場合、接続パラメータ、認証、および、許可パラメータなど、または、ひとつ以上の信号特性などの情報を通信するために、BLE通信リンクが確立される場合がある。
決定された信号特性は、通信され、または、分析され、そして、ポータブルデバイス20とハブ142との間の通信リンクとは別の通信リンク130を介して、対象物システム50の構成要素に通信される場合がある。追加的に、または、代替的に、ポータブルデバイス20は、ひとつ以上のセンサ40との直接的な通信リンクを確立することができ、ひとつ以上の信号特性は、この直接的な通信リンクに基づいて決定することができる。例えば、ポータブルデバイス20は、ひとつ以上のセンサ40とのUWB、および/または、BLEリンクを確立することができ、ひとつ以上の信号特性は、この通信リンクに基づいて決定することができる。
本明細書で説明するように、信号強度、ToF、および、AoAなどのひとつ以上の信号特性を分析して、対象物10、対象物10の態様、または、対象物デバイス、または、それらの組み合わせに対するポータブルデバイス20に関する位置情報を決定することができる。例えば、センサ40と対象物デバイスとの間の到着の時間差、AoA、または、その両方を処理して、ポータブルデバイス20の相対位置を決定することができる。ポータブルデバイス20の相対位置をアンテナアレイ30、および、対象物デバイスに対する絶対位置に変換することができるように、対象物デバイスに対するひとつ以上のアンテナアレイ30の位置を知ることができる。
ひとつ以上のアルゴリズムに従って位置を決定することを容易にするために取得することができる信号特性の追加的、または、代替的な例は、距離関数、三辺測量関数、三角測量関数、多辺測量関数、フィンガープリント関数、微分関数、ToF関数、到着時間関数、到着時間差関数、AoD関数、地学的関数など、または、それらの任意の組み合わせを含む。
図1、および、図7~図8に図示の実施形態におけるシステム100は、対象物10に対するポータブルデバイス20に関する位置情報を決定するように構成されることがある。位置情報は、対象物10に対するポータブルデバイス20の外部における位置を示すことができ、または、位置情報は、対象物10内のポータブルデバイス20の内部における位置、または、それらの組み合わせを示すことができる。一実施形態では、位置特定器は、この位置情報を決定するように構成される場合がある。一実施形態による位置特定器は、ポータブルデバイス20によって送信され、ひとつ以上のセンサ40によって受信される無線通信のひとつ以上の信号特性などのひとつ以上の入力を受信するように構成される場合がある。入力は、位置情報に対応するひとつ以上の出力に変換される場合がある。
入力は、無線通信の信号特性に限定されないことが理解されるべきである。入力には、無線通信以外の特性、または、パラメータのひとつ以上の測定値が含まれる場合がある。追加的に、または、代替的に、入力は、対象物10、または、システム100内の別のデバイスの状態を示すことができる。例えば、車両に関する説明文において、ひとつ以上の入力は、ひとつ以上の車両ドアが開いているか閉じているか、または、窓が開いているか閉じているかを示すことができる。
位置特定器は、対象物システム50の対象物デバイスに組み込まれていてもよい。例えば、対象物デバイスのコントローラ58は、位置特定器を組み込み、通信インターフェース53を介してセンサ40のひとつ以上に通信可能に結合されることがある。
位置特定器は、ひとつ以上の入力を受信し、対象物10に対するポータブルデバイス20の位置を示すひとつ以上の出力を生成するように構成されたコア機能、または、位置特定器アルゴリズムを含むことができる。本明細書で論じられるように、ひとつ以上の入力は、アプリケーションごとに異なる場合がある。入力の例には、信号強度(RSSI)、AoA、ToFなどの通信のひとつ以上の信号特性が含まれる。
一実施形態の位置特定器は、例えば、固定位置デバイス、または、固定位置デバイスの種類、フィンガープリント、または、他のヒューリスティック(例えば、機械学習された変換機)ごとの変換テーブルを含む様々な方法で、センサ40、または、対象物デバイスから得られた信号特性を、メトリック系の距離、または、他の変数系に変換してもよい。
一実施形態では、位置特定器は、ポータブルデバイス20の位置を決定するための基礎として、ひとつ以上の信号特性(例えば、信号強度)に基づく三辺測量、または、多辺測量を利用することができる。本開示は、位置特定アルゴリズムの一部としての三辺測量、または、多辺測量に限定されないことが注目されるべきであり、本明細書で論じられるように、距離関数、三角測量関数、フィンガープリント関数、微分関数、ToF関数、到着時間関数、到着時間差関数、AoD関数、地学的関数、ヒューリスティック、機械学習モデルなど、または、それらの任意の組み合わせ時間差を含む、様々な追加的または代替的な関数が位置特定アルゴリズムの一部を形成することができる。
位置特定器の位置特定器アルゴリズムは、位置特定器の複数のパラメータに従って調整可能である場合がある。ひとつ以上の入力、および、複数のパラメータの値に基づいて、位置特定器アルゴリズムは、対象物10に対するポータブルデバイス20の位置を示す出力を提供することができる。位置特定器アルゴリズムは、アプリケーションごとに異なる場合がある。
一例では、位置特定器アルゴリズムはニューラルネットワーク(例えば、ひとつ以上の層を有する畳み込みニューラルネットワーク)でもよく、ひとつ以上のパラメータは、ニューラルネットワーク内のノードの重みを含むことができる。重みは、ポータブルデバイス20、および、対象物10から得られたサンプル、および、サンプルに関して得られた真理情報を用いて、位置特定器のトレーニング中に調整することができる。
車両では、システム100の一実施形態による多くのアンテナが存在する場合があり、アンテナのそれぞれは、異なる向き、異なる場所に存在する場合がある。対象物デバイス、または、センサ40などのアンテナ、および、関連デバイスのすべて、または、部分群は、RSSI、AoA、ToF、または他の、あるいはそれらの任意の組み合わせの測定値を同時に取得することができる。
さまざまな要因が受信機と送信機の間の通信のひとつ以上の信号特性に影響を与える可能性があるため、位置特定器と位置特定器アルゴリズムの調整を容易にするために、さまざまな条件下でひとつ以上の信号特性のサンプルを取得できる。
条件の変化の例には、ポータブルデバイス20を意図的にすべての方向に回転させること、ならびに、地面に対して異なる高さに試験サンプルを配して試験を強制するか、または、すべての可能な角度/方向の大部分をカバーするようにサンプルを配することが含まれる場合がある。
垂直、水平、天井、底、上、下、内側、内向き、外側、外向きなどの方向的な用語は、図に示されている実施形態の向きに基づいて本発明を説明するのを助けるために使用されている。方向的な用語の使用は、本発明を特定の方向に限定するように解釈されるべきではない。
上記の説明は、本発明の現在の実施形態の説明である。均等論を含む特許法の原則に従って解釈されるべき、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の精神、および、より広い態様から逸脱することなく、様々な代替、および、変更を行うことができる。本開示は、例示の目的で提示されており、本発明のすべての実施形態の網羅的な説明として、または請求項の範囲をこれらの実施形態に関連して図示、または、説明された特定の要素に限定するものとして解釈されるべきではない。例えば、限定されないが、記載された本発明の任意の個々の要素は、実質的に同様の機能を提供するか、さもなければ適切な動作を提供する代替要素によって置き換えられる場合がある。これには、例えば、当業者に現在知られている可能性があるものなどの現在知られている代替要素、および、当業者が開発時において代替物として認識するものなど、将来開発される可能性がある代替要素が含まれる。さらに、開示された実施形態は、協調して説明され、協調して利益の集合を提供し得る複数の特徴を含む。本発明は、発行された特許請求の範囲に明示的に記載されている範囲を除いて、これらの特徴のすべてを含む、または記載された利益のすべてを提供する実施形態のみに限定されない。たとえば、冠詞を使用している、単数形のクレーム要素への言及は、要素を単数形に限定するものと解釈されるべきではない。X、Y、および、Zの少なくとも1つとしてのクレーム要素への言及は、X、Y、またはZのいずれか1つ、および、X、Y、Zの任意の組み合わせ、たとえば、X、Y、Z;X、Y;X、Z;および、Y、Zを含むことを意味する。排他的財産または特権が主張される本発明の実施形態は、以下のように定義される。