特表 2025-505615 低電力広域ネットワークを介して短距離ビーコンの地理的位置を取得するためのバッテリにより動作するゲートウェイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2025-02-28

(54)【発明の名称】低電力広域ネットワークを介して短距離ビーコンの地理的位置を取得するためのバッテリにより動作するゲートウェイ

(51)【国際特許分類】

   H04W 64/00 20090101AFI20250220BHJP

   H04W 84/10 20090101ALI20250220BHJP

   H04W 48/10 20090101ALI20250220BHJP

   H04W 52/02 20090101ALI20250220BHJP

【ＦＩ】

H04W64/00

H04W84/10 110

H04W48/10

H04W52/02

【審査請求】有

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2024546194

(86)(22)【出願日】2022-02-02

(85)【翻訳文提出日】2024-09-30

(86)【国際出願番号】 IB2022050913

(87)【国際公開番号】W WO2023148520

(87)【国際公開日】2023-08-10

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】524289673

【氏名又は名称】エイチ アンリミテッド アーゲー

(74)【代理人】

【識別番号】110004381

【氏名又は名称】弁理士法人ＩＴＯＨ

(72)【発明者】

【氏名】ノエル，ギヨーム

【テーマコード（参考）】

5K067

【Ｆターム（参考）】

5K067DD34

5K067EE10

5K067EE35

5K067GG06

(57)【要約】

バッテリにより動作するゲートウェイは、ホワイトリストに登録されている短距離ビーコンからの信号を復調し、そして、データを処理してメモリの中に格納する。定期的に、収集されているデータは、ゲートウェイの地理的位置とともに、LPWANフレームの中で送信される。バッテリにより動作するゲートウェイは、バッテリを交換する必要なく複数年にわたって使用することが可能であり、任意のクラウドアプリケーションに短距離ビーコンを接続するための低コストのインフラストラクチャの展開を可能とするのに使用されてもよい。典型的な適用の領域は、(これらには限定されないが)資産在庫管理、資産追跡、又はサブメータ計測を含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

低電力広域ネットワークを介して短距離ビーコンの地理的位置を取得するためのバッテリにより動作するゲートウェイであって、当該ゲートウェイは、
短距離無線ネットワークを介して伝送されるユーザ定義の周波数で周期的な間隔で発生するデータ傍受ウィンドウの間に、当該ゲートウェイの近傍にある各々のSRBからの複数のSRB ADVをアップリンクで受信し及び復調することが可能である短距離ビーコン受信モジュール[2.1]と、
制御モジュール[2.2]であって、前記制御モジュール[2.2]は、
- ヘッダー、UID、データブロック、及びRSSI等のユーザ定義の基準に基づいて、SRB ADVデータをフィルタリングするプロセスと、
- 単一のLPWANフレームの中で前記フィルタリングされているSRB ADVを転送できるように、前記フィルタリングされているSRB ADVを圧縮するプロセスと、
- メモリモジュール[2.3]の中に前記フィルタリングされているSRB ADVを格納するプロセスと、
- 発生の最大回数、最大RSSI、最も古いタイムスタンプ等のユーザ定義の優先度基準に基づいて、前記フィルタリングされているSRB ADVをランク付けし、最も高い優先度からLPWANフレームを作成するプロセスと、
- 地理的位置の取得モジュール[2.7]からデータを受信するプロセスと、
を実行することによって、各々のSRB ADVのRSSIを測定し、そして、LPWANフレームにそれらのRSSIを転写する、制御モジュール[2.2]と、
復調されているSRB ADVデータ、ネットワーク認証情報、及びファームウェアを格納することができるメモリモジュール[2.3]と、
(例えば、Sigfoxネットワーク、LoRaWan等の)長距離LPWANフレームを送信し及び受信することができる低電力広域ネットワークモジュール[2.4]と、
GNSSを使用してその短距離ビーコンの地理的位置を決定するか、又は、前記ユーザ定義の優先度に基づいて、Wi-Fiアドレス等のサポートする地理的位置情報を収集し、そして、低電力広域ネットワークを介して前記サポートする地理的位置情報を送信することができる地理的位置の取得モジュール[2.7]と、
センシングモジュール[2.6]がトリガするディープスリープ方式を利用することによって、交換の必要なしに何年も持続するように設計されている長時間持続するバッテリの形態となっている電源[2.5]と、
加速度検出又は存在検出等の物理量を測定することができるセンシングモジュール[2.6]であって、前記センシングモジュール[2.6]は、前記短距離ビーコン受信モジュール[2.1]のプロセス及び前記制御モジュール[2.2]のプロセスをトリガし、前記センシングモジュール[2.6]が測定する入力に基づいて、前記プロセスの周波数を変化させ、前記プロセスの間でディープスリープ状態をトリガするのに使用される、センシングモジュール[2.6]と、
を含む、
ゲートウェイ。

【請求項2】

SRB UID範囲に基づいてホワイトリストを作成して、いずれのSRBがバッテリにより動作する当該ゲートウェイに接続することが可能であるかをフィルタリングすることが可能であるSRB受信モジュールをさらに含む、請求項1に記載のゲートウェイ。

【請求項3】

前記低電力広域ネットワークを介して、さらに、短距離ビーコン受信モジュール[2.1]、制御モジュール[2.2]、地理的位置の取得モジュール[2.7]、低電力広域ネットワークモジュール[2.4]、及びセンシングモジュール[2.6]の長距離構成が、センシングモジュール[2.6]からの入力、低電力広域ネットワーク伝送の挙動、及び前記地理的位置の取得及び優先順位に基づいて、前記データ傍受ウィンドウのパラメータ、復調期間の継続期間、及び周波数を変更することを可能とする、請求項1に記載のゲートウェイ。

【請求項4】

前記低電力広域ネットワークを介して、さらに、短距離ビーコン受信モジュール[2.1]及び制御モジュール[2.2]の長距離構成が、短距離ビーコンの前記ホワイトリストの作成を変更することを可能とする、請求項2に記載のゲートウェイ。

【請求項5】

再充電可能なバッテリの形態となっている電源をさらに含む、請求項1に記載のゲートウェイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モノのインターネット(Internet of Things)に関し、特に、ディープスリープ方式(deep sleep method)を利用する電力節約メカニズム(power saving mechanism)を実装する一方で、低電力広域ネットワーク(Low-Power Wide-Area Network)に短距離デバイス(Short-Range Devices)を接続する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

モノのインターネット("IoT")は、ある1つのタイプの通信ネットワークであり、その通信ネットワークにおいて、複数のセンサは、バックエンドインフラストラクチャ(backend infrastructure)との間で通信して、例えば、都市又はビジネスの運営の効率を最適化する。モノのインターネットアプリケーションは、低電力広域ネットワーク("LPWAN")という一般的な名称の下で、無線システムのクラスに依存する場合があり、その低電力広域ネットワークは、短距離デバイス(short-range devices ("SRD"))の規制の下で動作し、1日に数バイトのメッセージしか送信する必要がないデバイスに特に適している。そのLPWAN技術は、独占所有であってもよく(may be proprietary)又はオープンスタンダードであってもよく(may be open standards)、極めて多くの接続されているデバイスを有する大規模なIoTアプリケーションに対応するように設計されている。最も一般的な使用事例の1つは、物流、小売、製造、スマートシティ、及び農業における給電されていない資産(unpowered assets)の追跡である。

【0003】

LPWANは、星型トポロジーアーキテクチャ(star topology architecture)を使用し、その星型トポロジーアーキテクチャの中に、複数のデバイスと通信ネットワークとの間に複数のアクセスポイント("AP")が配置され、それらのアクセスポイント("AP")は、(3G、4G、イーサネット、Wi-Fi等の)複数の異なる通信技術を使用して、LPWANコアネットワークへとデータをバックホールする(backhaul the data to the LPWAN core network)ことができる。高所及び屋外に設置されるときに、LPWAN APは、BSのサービスエリアの中で数千台のデバイスを有する最大で数十キロメートルをカバーすることが可能である。ガス又は水の計測等の深い屋内アプリケーションの場合には、リピータを設置して、建物の中のLPWANカバレッジを拡張してもよい。LPWANシステムは一般的に免許不要のスペクトラム(license-exempt spectrum)を使用するので、周波数リソースの公平な使用を保証するメカニズムは、デューティサイクル(1％又は10％)、"リッスンビフォアトーク"、又は"周波数ホッピング"メカニズムによって実現される。デバイス、アクセスポイント、及びリピータは、制限を尊重する必要があり、したがって、低いスループット要件を満たすことができるにすぎない。今日の世界においてよく使われているLPWANの複数の例は、Sigfox及びLoRaWANである。

【0004】

Sigfoxは、超狭帯域("UNB")技術に依存し、そのUNB技術においては、高選択性フィルタリング(high selectivity filtering)及びより狭い信号帯域幅(100[Hz])を組み合わせることで、感受性しきい値を改善する。100[bps]及び600[bps]の2つの変調方式が利用可能であり、複数の異なる周波数チャネルにおいて最大で3回にわたり、最大で12バイトのペイロードを有する各々のアップリンクフレームを繰り返して、メッセージ成功率を改善することが可能である。例えば、(メッセージあたり3フレーム、100[bps]、デューティサイクルが1％である各々のデバイス等の)標準的な構成を使用すると、1時間あたり最大で72バイトを送信することが可能であり、また、(繰り返しなし、600[bps]等の)大容量構成を使用すると、1時間あたり1296バイトを送信することが可能であり、これは、標準的な構成の18倍である。

【0005】

LoRaWANは、チャープ拡散スペクトラム技術(chirp spread spectrum technique ("CSS"))を使用し、そのチャープ拡散スペクトラム技術は、拡散率に依存する符号化利得のおかげで、雑音しきい値を下回るように感受性レベルを減少させる。125[kHz]の帯域幅の場合には、12である拡散率を使用して、デバイスは、アプリケーション層において1時間あたり最大438バイトを送信することが可能であり、これに対して、7である拡散率の場合には、1時間あたり14455バイトまで送信可能なデータ量を増加させる。

【0006】

低スループットネットワークとは別に、SRD ECC Rec. 70-03は、また、ブルートゥース（登録商標）(Bluetooth)、RFID、NFC、Wi-Fi、又はUWB等の標準によって提供される広帯域データ("WB")伝送を含む複数の異なる使用パターンをカプセル化する。LPWANデバイス及びWBデバイスの双方は、LPWANデバイスと同様に極めて低い電力を使用するが、一方で、LPWANは、(数十キロメートルにわたって数バイトの)長距離の低スループット通信に適するように最適化され、これに対して、WBは、免許不要のスペクトラム(license-exempt spectrum)を使用する(数メートルにわたって数キロ/メガバイトの)短距離の高スループット通信に適するように設計されている。WB無線ネットワークは、複数のアクセスポイントで構成され、それらの複数のアクセスポイントは、(イーサネット、xPON、4G等の)サポートする通信技術を使用してWBコアネットワークにデバイスを接続する。WB APカバレッジの範囲は、屋内で20乃至50[m]である。

【0007】

短距離ビーコン("SRB")は、WB SRDのサブクラスであり、そのWB SRDは、1つ又は複数の一意の識別子("UID")を含む広告フレーム(advertisement frame ("ADV"))を定期的な間隔でブロードキャストする。UID及びそのUIDとともに送信される数バイトは、SRBの物理的な位置を決定し、顧客を追跡し、或いは、ソーシャルメディアでのチェックイン又はプッシュ通知等のそのデバイスに対する位置ベースの動作をトリガするのに使用されてもよい。しかしながら、SRBは、小型で、わずか数個の電子チップで構成され、小容量のコイン電池によって給電されるということに留意することが重要である。GNSSモジュール(又は、同等の高精度の測位モジュール(high-precision geopositioning modules))は、コストがかかることに加えて、有意な量のエネルギーを必要とするが、SRBではあまり見られない。その結果、SRBは、そのSRBの絶対的な位置をブロードキャストすることができず、SRBの測位は、間接的な方法によって達成することが可能であるにすぎず、新しい方法が、この特許出願の目的である。SRBは、通常の動作ではネットワークインフラストラクチャによって添付され、対にされ、又は制御されることはない。今日において市場に出回っている最も一般的なSRBは、ブルートゥース（登録商標）低エネルギー("BLE")標準に依存している。

【0008】

BLEは、無線パーソナルエリアネットワーク技術であり、その無線パーソナルエリアネットワーク技術は、ヘルスケア、フィットネス、ビーコン、セキュリティ、及びホームエンターテインメント業界における新しいアプリケーションを目的として、Bluetooth Special Interest Group("Bluetooth SIG")によって設計され及び販売されている。古典的なブルートゥース（登録商標）と比較して、ブルートゥース（登録商標）低エネルギー(Bluetooth Low Energy)は、同等の通信範囲を維持しながら、消費電力及びコストを大幅に減少させる。スマートフォン及びコンピュータのための大多数のオペレーティングシステムによってサポートされているBLEは、消費者アプリケーション向けのみならず、業界でも大きな勢いを得ている。ブルートゥース（登録商標）ビーコンは、ハードウェア送信機であり、ブルートゥース（登録商標）低エネルギー及びSRBデバイスの一種であり、近くの携帯可能な電子デバイスに識別子をブロードキャストする。BLEビーコンのフォーマットは、業界のリーダーによって定義されているiビーコン又はエディストーンUID(Eddystone UID)等のさまざまな標準にしたがう。

【0009】

SRBが使用する通信プロトコルは、低電力通信プロトコルであり、その低電力通信プロトコルは、何年もの間持続するように設計されている一方で、デバイスのサイズを小さくして製造することを可能とする。また、市場がこれらの技術を大規模に採用するのにしたがい、電子部品の価格は、長年にわたって大幅に下落してきた。これらのプロトコルをサポートするハンドヘルドセルラデバイスは、また、長年にわたって劇的に増加してきた。これらの理由により、小さなSRBタグは、IoT領域の中で、特に、自動在庫管理アプリケーション(automatic inventory application)及び資産追跡アプリケーション(asset tracking application)にとって非常に一般的になっている。正しく機能することを可能とするために、SRBを使用するIoTアプリケーションは、ゲートウェイの高密度インフラストラクチャに依存し、それらのゲートウェイは、通常は、(SRBの最大範囲である)10メートルに1つずつ、電源出力に接続され、インターネットに情報をバックホールするためのWi-Fi、セルラ回線又は有線回線を使用する。

【0010】

バッテリにより動作するゲートウェイ("BGW")は、複数の電子デバイスと通信コアネットワークとの間で情報を中継する電子デバイスであり、その電子デバイスの電源は、(一次的な又は再充電可能な)バッテリからなる。BGWは、通常、エンドツーエンド通信において、透過的なノードとして機能して、情報損失を最小限に抑えながら、データを受信し、処理し、そして、伝送する。BGWは、ネットワーク運用方法を実装して、情報の流れを制御し、そして、リソースの利用の効率を最適化することが可能である。BGWは、また、地理的位置等の追加的な運用及び保守機能を埋め込んで、定期的にネットワークにその位置を報告することが可能である。

【0011】

短距離ビーコンのためのバッテリにより動作するゲートウェイ("SRB BGW")は、市場に存在するが、それらのバッテリにより動作するゲートウェイは、インターネットにデータをバックホールするLPWANには依存せず、また、バッテリの交換なしでは複数年の寿命を提供しない。このことは、主に、SRDプロトコルの高スループット且つ低待ち時間という性質が原因であり、その高スループット且つ低待ち時間という性質は、バッテリを節約するディープスリープモードに入るというオプションを有することなく、常にデータを送信し及び受信することをゲートウェイに要求する。また、無線によるファームウェアアップグレード(firmware upgrade over the air ("FOTA"))等の機能のために、ほとんどのSRB BGWをSRBと対にして双方向通信を行うことが可能であるため、SRB及びSRB BGWの双方が長時間にわたって通信する必要がある。

【0012】

メッシュネットワークの場合には、各々のリレーノードは、SRB BGWであると考えられてもよいが、LPWANを介しては情報をバックホールせず、したがって、短距離接続のみを提供する。コアネットワークへの接続性は、インターネットに接続されるシンク/ソースノードを介して確保される。

【0013】

この出願の目的は、LPWANを介してのSRBの地理的位置の取得(the geolocation of SRBs)のためのバッテリにより動作するゲートウェイ(battery-operated gateway)を開示することであり、そのバッテリにより動作するゲートウェイは、BLE等の短距離ネットワーク(short-range network)から大量の入力データ(又は、ADV)を収集し、そして、その次に、Sigfox等の長距離LPWAN(long-range LPWAN)を介して単一のメッセージの中でそのような大量のデータを伝送することによって、既存の解決方法の欠点を克服する。この出願のさらなる目的は、そのようなゲートウェイのためのディープスリープ戦略(deep sleep strategy)を開示することであり、そのディープスリープ戦略は、短距離ネットワーク入力の収集とLPWANを介しての出力データの伝送との間に実行されて、無線デバイスとしてゲートウェイを有効にするためのエネルギー消費を減少させる。この出願のさらなる目的は、短距離ネットワークフォーマットで収集される複数のSRDからのデータを単一のLPWANフォーマットメッセージに集約して(to be aggregated into a single LPWAN format message)、スループットを節約する(save on throughput)ことを可能にするアルゴリズムを開示することである。

【0014】

この出願は、在庫管理(inventory)及び資産追跡(asset tracking)の分野においてそのような電源及び/又は通信ネットワークに依存する他の解決方法及びデバイスとは対照的に、電源出力(power outlet)に接続される単一のデバイスを有する必要がなく、或いは、公衆セルラー通信ネットワーク又は有線通信ネットワークに依存する必要がなく、そのようなシステムが、どのようにして、リアルタイムの在庫管理及び資産追跡の産業状況において動作することが可能であるかを実証することを目的とする。

【発明の概要】

【0015】

BGWは、ゲートウェイの近傍に位置しているSRBのフリートのADVの中に含まれる情報を取得し、処理し、そして、LPWANを介して伝送する。SRB ADVの伝送は、アップリンクだけであり、タイマT_ADV又は外部イベントによってトリガされる。

【0016】

SRBのための一般的なADVフォーマットは、
- ヘッダー[10.1]は、ペイロードサイズ及びタイプを記述する数バイトであり、ヘッダーは、また、物理層プリアンブルを含む。
- 一意の識別子(UID)[10.2]は、通常は、メディアアクセス制御(medium access control)("MAC － 6バイト")であり、組織的に一意の識別子(organizationally unique identifier)("OUI － 3バイト")及びネットワークインターフェイスの詳細(network interface specific)("NIC － 3バイト")から構成される。
- データは、一般的に、数十バイトであり、識別子Blockⁱ _ID[10.3]及びデータBlockⁱ _Data[10.4]の2種類の情報の追加的なブロックから構成され、データブロックは、例えば、温度又はバッテリレベルを含んでもよく、一方で、識別子ブロックは、階層的に編成されてもよい。
- CRC[10.5]は、巡回冗長検査(物理層)である。
、というように記述されてもよい。

【0017】

高いレベルの観点から見ると、BGWは、定期的な間隔で、又は、センシングイベントによってトリガされるときに、3つセットのルーチンを実行する。"データ取得(data acquisition)"("DAC")と名付けられる第1のルーチンは、SRB ADVデータを取得して保存することを目的とし、一方で、"データ伝送(data transmission)"("DTR")と名付けられる第2のルーチンは、LPWANを介して、クラウド又は(例えば、Sigfox又は他のプラットフォーム等の)LPWAN技術のバックエンドに、第1のルーチンから集約されるADVデータを送信する(sending)ことを目的とする。第1のルーチンは、通常は、第2のルーチンの前に複数回にわたって実行される。"地理的位置の取得(geolocation)"("GEO")と名付けられる第3のルーチンは、GPS、Wi-Fi、及び/又はBLEデータ傍受(BLE sniffing)、或いは、(例えば、三角測量、機械学習等の)ネットワーククラウド後処理方法(network cloud post treatment methods)へのメッセージ受信を使用することによって、BGWの地理的位置(geographical location)を取得する(acquiring)ことを目的とする。これらの後処理計算(post calculations)は、この特許の範囲外であり、DAC及びDTRは同じままであり、且つ、DAC及びDTRはLPWANクラウドの所有者が提供する付加価値サービスであるため、以下では説明されない。

【0018】

(タイマT_DAC又は外部センシングイベントによってトリガされる)データ取得(data acquisition (DAC))ルーチンは、
- ディープスリープモードからの起動(wake up from deep sleep mode)、
- 継続期間W_DACを有するデータ傍受ウィンドウ(sniffing window)の間のSRB ADVの復調、
- 各々のSRB ADVの受信信号強度インジケータ(Received Signal Strength Indicator (RSSI))の測定、
- ヘッダー、UID、データブロック、又はRSSIのユーザー定義基準に基づくADVデータのフィルタリング、
- メモリレジスタの中へのフィルタリングされているADVデータの格納、
- ディープスリープモードへの復帰(fall back into deep sleep mode)、
である。

【0019】

復調されている各々のビーコンについて、BGWは、メモリレジスタの中に、少なくとも、SRBのUID、コンテンツペイロード、RSSI、及びタイムスタンプを格納する。BGWに接続できる適格なSRBをフィルタリングするために、例えば、組織的に一意の識別子(organizationally unique identifier (OUI))に対して、SRB UIDの範囲でのホワイトリストの作成(whitelisting on SRB UID range)を実装して、特定の製造業者からのSRBのみを復調してもよい。識別子ブロックが、顧客識別子Block^customer _ID及びプロジェクト識別子Block^project _IDとして編成されている場合には、所定の顧客又はプロジェクトのみをフィルタリングすることが可能であるであろう。フィルタリングオプション及びコードは、LPWANを介したダウンリンクによって構成可能であり、BGW構成の無線による更新(over the air update of the BGW configuration)を可能とすることができる。

【0020】

DACルーチンの継続期間の復調ウィンドウ又はデータ傍受ウィンドウ(demodulation or sniffing window)は、SRBのADVビーコンの構成に依存し、データ傍受間隔(sniffing interval)は、平均ADV間隔のN倍にすることが推奨される。

【0021】

データの集約

【0022】

短距離プロトコルのためのブルートゥース（登録商標）低エネルギー(BLE)及びLPWANとしてのSigfoxの文脈の中でDACルーチンの実装を説明する。DACルーチンは、SRBのADVを集約しそして圧縮する。SRBがiBeacon（登録商標）フォーマットを使用するBLEビーコンであると仮定する場合に、フレームサイズは、(16バイトである)UUIDと(各々が2バイトである)メジャーID及びマイナーIDとを有する31バイトである。SRB BGWは、複数のSRBフレームのすべてを復調するが、SRB BGWにおいて構成されるUUIDと完全に又は部分的に一致しないSRBフレームを廃棄する。さらに、RSSIが低いBLEフレームは、遠く離れたSRBから放射されている可能性が高いので、SRB BGWは、また、RSSIが低いそれらのBLEフレームを廃棄してもよい。ホワイトリストに登録されているフレームについては、(2バイトである)メジャーIDのみがメモリの中に保持され、その次に、DTRルーチンの間に伝送されるであろう。Sigfoxアップリンクフレームは、12バイトのペイロードを有するので、提示されている構成におけるDACの圧縮率は、92.3％である。

【0023】

より多くのSRBをホワイトリストに登録する必要がある場合には、また、その次に、マイナーIDを使用してもよい。

【0024】

(タイマT_DTR又は外部センシングイベントによってトリガされる)データ伝送(data transmission (DTR))ルーチンは、
- ディープスリープモードからの起動、
- (発生の最大回数、最大RSSI、最も古いタイムスタンプ等の)構成可能な基準にしたがったメモリエントリのランク付け(rank the memory entries)、
- 優先度が最も高いメモリエントリからのデータを連結することによるLPWANフレームペイロードの作成であって、UIDの一部のみ又は情報の特定のブロックのみを送信する(sending)ような圧縮技術を適用してもよい、LPWANフレームペイロードの作成、
- 情報が利用可能である場合における成功に至るまでのLPWANフレームの伝送、
- メモリレジスタから送信される伝送エントリの削除、
である。

【0025】

(DTRの終了によってトリガされる)地理的位置の取得(geolocation (GEO))ルーチンは、
- ユーザ又はハードウェア製造業者が実装する構成によって(例えば、(1) Wi-Fi、(2) BLE、(3) GPSといったように、エネルギー消費が最も小さい取得方法からエネルギー消費が最も大きい取得方法の順番になっている)優先度を、各々の地理的位置の取得方法に割り当てる。
- 優先度が最も高い地理的位置の取得方法から開始して、地理的位置情報を取得する。
〇 地理的位置情報の取得に成功している場合には、LPWANを介してその情報を送信し、そして、ディープスリープモードに復帰する。
〇 地理的位置情報の取得に成功していない場合には、次の優先度の地理的位置の取得方法を使用して地理的位置を取得する。
- ディープスリープモードに復帰する、
である。

【0026】

DACルーチン及びDTRルーチンは、タイマ又は(移動検知又は存在検知等の)外部イベントによってトリガされる。LPWANが使用する周波数帯域は一般的にISM帯域であるので、DTRルーチンのタイマは、メディアアクセス制御に関する(デューティサイクル又はリッスンビフォアトーク等の)ローカルな規制を順守するように設定される必要がある。ヨーロッパにおいては、DAC及びDTRのためのタイマは、例えば、それぞれ、10分及び60分に設定されてもよい。SRB ADV間隔は、(SRBのためのプライマリ接続として)ハンドヘルドデバイスに接続するための業界標準を満たし、且つ、BGWのためのエネルギーを節約するために、有意に小さくなるように選択され、BGWのデータ傍受期間が比較的短くなることを可能とする。

【表1】

【0027】

BGWは、ダウンリンクフレームを使用して、
- ビーコンのホワイトリストパラメータ、
- データ傍受ウィンドウ(sniffing window)W_DAC及びビーコン復調期間(beacon demodulation period)の継続期間T_DAC、
- 低電力広域ネットワーク伝送の挙動T_DTR、
- 地理的位置パラメータ(geolocation parameters)及び優先順位(priority preferences)、
を更新するように構成されてもよい。

【0028】

BGWの寿命は、電力消費が最も低いディープスリープモードの継続期間と共に増加する。また、DACパラメータ、DTRパラメータ、及びGEOパラメータは、大きな影響を与え、使用事例に合わせてパラメータを調整することが推奨される。複数のパラメータのうちのいくつかを考慮する必要があるが、(屋内又は屋外等の)環境、移動の速度、及びSRBの密度は最も重要である。SRB及びBGWが屋内に位置している場合には、成功率が低い可能性があり、エネルギー消費が高くなる可能性があるので、GEOルーチンの中でGNSS方法を使用することを避けることが推奨される。この場合には、"Wi-Fiデータ傍受(Wi-Fi sniffing)"又は"BLEデータ傍受(BLE sniffing)"等の低エネルギーの方法が推奨される。BGWビーコンの取得間隔T_DACは、BGWの近傍(20m程度)にあるSRBの存在を検出するそのBGWの能力を定量化している。例えば、オフィス空間の中の家具に取り付けられていることにより低速で移動するSRB及び壁に固定されているBGWの場合には、値T_DACの増加は、システムの検出能力に影響を及ぼす可能性は低いが、一方で、バッテリを節約する。データ伝送間隔T_DTRは、BGWのスループット及び地理的位置の取得の精度に影響を与える。BGWの近傍にあるSRBの密度が大きい場合には、LPWANにより多くのデータを中継できるように、T_DTRを減少させることが推奨される。LPWANは、一般的に、免許不要のスペクトラムを使用するので、T_DTRの値は、例えば、欧州においては、868[MHz]のISM帯域に関しては10分に制限されるであろう。

【0029】

システムのスループットを増加させるとともに、SRBからLPWANにより多くの情報を中継するためのシステムの能力を増加させるために、規制を順守しながら、さまざまな戦略を導入することが可能である。Sigfoxの場合には、より高い変調方式を使用してもよく、且つ、フレーム反復を使用しなくてもよく、一方で、より低い拡散率は、LoRaWANにおいてより大きなスループットを提供する。それらの戦略の双方は、利用可能なリンクバジェットを低下させることによって、最大伝送範囲の減少をもたらす。

【0030】

BGWのスループット

【0031】

BGWのスループットは、BGWとLPWANとの間のアップリンクスループットとして定義される。DACルーチン及びDRTルーチンにおいて説明されているように、SRBの広告フレーム(advertisement frame ("ADV"))は、BGWによって処理されそして圧縮され、サイズS_SRBのブロックとして伝送され、各々のSRBは、同じバイト数を割り当てられる。したがって、BGWのスループットを1日あたりのブロックで表すと、LPWANにブリッジすることが可能であるSRBの数を反映するのに便利である。結果を表2及び表3に表す。

【表2】

【表3】

【0032】

表1の中の典型的な値を使用すると、BGWのスループットは、100[bps]変調の場合に、1日あたり120 SRBブロックのスループットである。

【0033】

バッテリ寿命

【0034】

BGWのバッテリ寿命は、多数の要因に依存し、表4の中で考察されている値の範囲に対して6ヶ月から15年までの範囲にある。以下のバッテリモニタリング及び操作が利用可能である。
- BGWバッテリレベル[20.3]は、帯域内シグナリングとして定期的にLPWANに送信されて、そのバッテリのモニタリングを容易にする。
- 構成パラメータは、ダウンリンクLPWANメッセージによって更新されて、バッテリ消費を最適化してもよい。
- BGWは、バッテリを交換することが可能であるように設計される。

【表4】

【0035】

DACルーチン及びDTRルーチンは、また、検出される動き等のセンシングイベントに基づいて実行されてもよい。DTRルーチンは、(例えば、20分毎の)周波数帯域規制(frequency band regulation)にしたがう必要があるが、DACルーチンについては規制が存在せず、したがって、バッテリ寿命を予測することは不可能である。BGWの寿命を最大化するために、いかなる場合にも、データ取得間隔を実装して、バッテリの急速な消耗(quick drainage)を回避することが推奨される。そのようなポリシーは、例えば、"動きが検出されている間は10分毎に、それ以外の場合には1時間毎に、DACルーチンを実行する"ことが可能である。潜在的なセンシングイベントは、加速度(及び/又は、同じセンサ、すなわち、加速度計によっても与えられる向き)、動き検出、光検出、温度しきい値又は偏差、圧力(高度変化)であってもよい。

【0036】

ディープスリープ戦略

【0037】

Sigfox及びLoRaWAN等のLPWANプロトコルは、SRB BGWが、データの送信及びセンシングを行っていないときはいつでもディープスリープに入ることを可能とする。

【0038】

表Aの典型的な値を使用すると、1時間にわたって、
- 5秒の各々のDACイベントが6回、
- (欧州規則に基づく12バイトのSigfox伝送を仮定する場合に)2秒の1つのDTRイベント、及び、
- (表Dの仮定の下で)1平均15秒のGEOイベント、
が存在するであろう。

【0039】

結果として、SRB BGWは、その時間の1.31％だけアクティブになり、その時間の残りの時間の間は、全体的なシステムは、ディープスリープモードとなっているであろう。ディープスリープ期間は、SRB BGWのセンシングモジュール[2.6]を使用してさらに延長されてもよい。エネルギーを節約するために、(例えば、1分ごと、といったように)センシングモジュールのサンプリング周波数を低くすることが推奨される。SRB BGWが固定されているか又は移動可能であるかに依存して、2つの有効な戦略を実装することが可能である。

【0040】

存在検出センサを有する固定されているSRB BGW

【0041】

SRB BGWは、(天井、壁等の)固定されている位置に取り付けられ、通常は、資産のビーコン範囲の中に存在してSRBを装備している在庫を取得するのに使用されるであろう。受動的な赤外線("PIR")センサがいかなる存在も検出しないときに、(PIR及びSRBの範囲が同様であると仮定すると)資産在庫(asset inventory)が安定している(remain stable)可能性が高いので、SRB BGWは、ディープスリープ状態のままになる。PIRがトリガされるたびに、SRB BGWは、少なくとも1つのDAC/DTRサイクルを実行する。GEOサイクルは、キープアライブ手順の一部として、毎日のルーチン又は毎週のルーチンでのみ実行されてもよい。

【0042】

加速度検出センサを有する移動可能なSRB BGW

【0043】

SRB BGWは、例えば、トラックに取り付けられ、SRBビーコンは、(RTI-プラスチックボックス、ローラーケージ等の)返却可能な輸送品目等のトラックによって輸送される資産に取り付けられるであろう。この場合には、SRB BGWの使用により、いずれのRTIがトラックによって輸送されるかを知ることができる可能性がある。トラックが移動しているときはいつでも、資産在庫は、安定した状態を維持し、SRB BGWは、DACルーチン/DTRルーチン/GEOルーチンを実行する。トラックが(例えば、5分間等の)有意な継続期間にわたって静止したままであるときはいつでも、SRB BGWは、ディープスリープモードに移行する。

【図面の簡単な説明】

【0044】

【図1】本発明を示すシステムの概要であり、バッテリにより動作するゲートウェイは、低電力広域ネットワークに向かって、短距離ビーコンからの情報を中継する。

【図2】バッテリにより動作するゲートウェイ[2]のブロック図を示している。

【図3】バッテリにより動作するゲートウェイ[2]の状態マシン図を示している。

【図3a】DTRの周期的な送信のために構成されるとともにバッテリにより動作するゲートウェイ[2]の状態マシン図を示している。

【図3b】センシングモジュール[2.6]として機能する存在検出器を有するとともにバッテリにより動作するゲートウェイ[2]の状態マシン図を示している。

【図3c】センシングモジュール[2.6]として機能する加速度計を有するとともにバッテリにより動作するゲートウェイ[2]の状態マシン図を示している。

【図4】SRB[1]が伝送するADVフレームフォーマット及びBGW[2]が伝送するDTRを説明している。

【図5】(周期的な送信等の)SRB[1]及びBGW[2]のためのイベントを時系列で説明している。

【発明を実施するための形態】

【0045】

BGWは、表5を参照して実装されてもよい。

【表5】

【0046】

産業上の利用分野

【0047】

本発明は、クラウドアプリケーションに短距離ビーコンを任意の接続するための低コストの且つバッテリにより給電されるネットワークインフラストラクチャの展開を容易にすることを目的とする。以下の使用事例が適用されてもよい。

【0048】

資産在庫管理: オフィス空間管理においては、小さなフットプリントデバイスとしてのSRBは、例えば、家具等の事実上あらゆる資産に取り付けられてもよい。オフィスの中にBGWを設置すると、定期的な間隔で家具の各々を手作業で計数し又はスキャンする必要がなく、所定のエリアの中の家具の自動在庫管理を可能とするであろう。

【0049】

資産追跡: 物流において、返却可能な産業用包装は、一回限りの包装を代替することによって経済をより循環的なものにする際に、重要な役割を果たす。SRBは、例えば、プラスチックパレットに取り付けられてもよく、輸送トラック及びドッキングエリアにBGWを設置すると、それらのプラスチックパレットの移動を視認することができるようになる。

【0050】

サブメータリング: 実用面では、デバイスがクラウドに情報を直接的に送信するのではなく、複数のデバイスからのデータを集約するのにBWGを使用してもよい。例えば、個々のメーターの消費量測定値及び警告は、各々のメーターに長距離計量センサを装備することなく伝送されてもよい。したがって、BWGは、ほとんどの高価値の構成要素及び必要なエネルギー消費のほとんどを含むハブとして使用され、(例えば、深部地下メーター等の)メーターと比較して依然として(より)アクセス可能である。この情報伝達は、(現在の定義に加えてLRWANを統合する情報伝達と比較して)個々のメーターの消費及びそれらのコストを減少させる。その情報伝達は、また、市場に出回っている互換性のあるメーターの数及び場合によってはその地域のカバレッジを増加させる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図4】

【図5】

【図】

【図】

【図】

【図】

【図】

【国際調査報告】