イベント駆動ワイヤレス・センサ・ネットワークのための予測的デューティ・サイクル順応方法
複数のノード（１２）による共有通信媒体へのアクセスを制御する方法の実施形態が開示される。この方法は、複数のノード（１２）のうちの各ノード（１２）に対し、イベントが将来の時点でこの各ノードのセンシング・フィールド（４０）の範囲内で発生するかどうかを予測するステップと、各ノード（１２）に関する予測に反応してこの各ノード（１２）の通信スケジュールを順応させるステップと、を含む。複数のノード（１２）による共有通信媒体へのアクセスを制御する方法の実施形態を実施するワイヤレス・センサ・ネットワーク（１０）とコンピュータ読み取り可能な媒体とがさらに開示される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、イベント駆動ワイヤレス・センサ・ネットワークのための媒体アクセス制御プロトコルに関する。より詳しくは、本開示は、予測的デューティ・サイクル順応方法を用いる媒体アクセス制御プロトコルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤレス・センサ・ネットワーク（ＷＳＮ）は、それぞれが一般的なセンシング、情報処理、及び、ワイヤレス通信能力を備え、物理状態又は環境状態を協調して監視するため１つのエリアに配備されたセンサ・ノードのグループである。例えば、受動的な環境監視用のＷＳＮ内のこれらのノードは、収集され、そして、マルチホップ通信を介して中継することによりリモート・ホストに報告されることがあるセンシング測定量（例えば、温度、圧力、光度など）を作ることに充てられる。「イベント駆動」ＷＳＮと称される比較的新しいクラスのＷＳＮは、一般的に、例えば、ターゲット追跡アプリケーションにおける人又は他のオブジェクトのような関心のあるイベントを検出し追跡するため配備される。イベント駆動ＷＳＮの特徴的な特性は、大きい移動度を有することがあり、イベントの近くで発生する空間的相関を持つ集中的なトラフィックである。このようなネットワークでは、移動中のターゲットによって引き起こされたイベントが、新しいノードのペアの間の新しい通信リンクと新しいルーティング経路の開始を連続的に引き起こす。クラスをよりよく特徴付けるイベント駆動ＷＳＮの他の実例的な実施例は、ワイヤレス・カメラ・ネットワーク（ＷＣＮ）である。
【０００３】
ＷＳＮのノードによる共有ワイヤレス通信媒体へのアクセスは、一般に、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）プロトコルによって調停される。ＷＳＮ及びＭＡＣプロトコルの設計者は、一般的に、ノードの耐用期間及びネットワーク性能（例えば、ネットワークにおける待ち時間の最小化及びスループットの最大化）の両方を最大化することを試みる。様々なＭＡＣ技術の間で、各ノードの無線通信のデューティ・サイクリングは、一般に、エネルギーを保存し、それによって、各ノードの耐用期間を増大するために最も効率的な方法のうちの１つであると考えられる。スリープモードとアクティブモードとを交互にすることによって、そして、アクティブモード中に限りデータを送信することにより、ノードは、不必要なエネルギー消費を回避することができる。しかし、ノードのデューティ・サイクルを変更することは、ノードでの通信待ち時間に直接影響を与える。その結果として、待ち時間及びエネルギー消費の両方を最小限に抑える試みは、根本的なトレードオフを伴う。
【０００４】
様々なアプローチがこのトレードオフのバランスを保つため提案されている。静的デューティ・サイクリング方法に加えて、いくつかの提案されたアプローチは、ノードのデューティ・サイクル順応が（通常は、ノードの現在のトラフィック状態に関して定義される）関心のあるイベントの検出に基づいて、順応的又は動的なデューティ・サイクリング方法を用いる。イベント駆動ＷＳＮのため具体的に設計された一部のＭＡＣプロトコルは、パケットの間の冗長性を除去することにより、又は、複数のチャネルを利用することにより、イベント駆動型メッセージの一部又は全部のいずれかの待ち時間を最小化を試行するが、これらの試行は、依然として関心のあるイベントが実際に発生した後にのみ行われる。これらの既存のデューティ・サイクル順応方法は受動的であり、よって、受動的な環境監視を対象にしたＷＳＮによって一般的に充足される状態であるイベントの付近であっても（すなわち、通信パラメータがパス又はリンク全体に対し既に調節された状態の下で）、同じ通信リンク又はルーティング経路が繰り返し再使用されるときに、最も効果がある。しかしながら、反応的な順応に基づくこれらのアプローチは、特に、イベントの移動度が大きいときに、新しいイベントの検出とＭＡＣプロトコルの反応との間に内在する遅延が原因となって、イベント駆動ＷＳＮに適用されている状態の下で機能が不足し、待ち時間及びエネルギー保存の両方に関して、イベント駆動ＷＳＮにおける最適な性能をもたらしているとは言えない。
【０００５】
上記のＭＡＣプロトコル及び関連した技術は、非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４、非特許文献５、非特許文献６、非特許文献７、非特許文献８、非特許文献９、非特許文献１０、非特許文献１１、非特許文献１２、非特許文献１３、非特許文献１４及び非特許文献１５に記載されている。上記の引用文献のそれぞれの開示内容全体が参照によって本明細書中に明確に組み込まれる。この一覧は、すべての関連する従来技術の完全な検索が実施されたこと、又は、この一覧に記載された文献より優れている文献が存在しないことの表現として意図されたものでなく、さらにこのような表現が推論されるべきでない。
【０００６】
＜関連する出願への相互参照＞
本願は、合衆国法典第３５巻第１１９条（ｅ）の下で、２００９年８月２０日に出願された米国仮出願第６１／２３５，４１５号に基づく優先権を主張し、この仮出願の開示内容全体が参照によって本明細書中に明確に組み込まれる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】G. Welch et al., An Introduction to the Kalman Filter (1995)
【非特許文献２】A. Aljadhai et al., “Predictive Mobility Support for QoS Provisioning in Mobile Wireless Environments,” 19 IEEE J. on Selected Areas Comms. 1915-1930 (2001)
【非特許文献３】M. Buettner et al., “X-Mac: A Short Preamble Mac Protocol for Duty cycled Wireless Sensor Networks,” Proc. 4th Int’l Conf. on Embedded Networked Sensor Sys. 307-320 (2006)
【非特許文献４】A. El-Hoiyadi et al., “WiseMAC: An Ultra Low Power MAC Protocol for Multi-Hop Wireless Sensor Networks,” 3121 Lecture Notes in Computer Sci. 18-31 (2004)
【非特許文献５】P. Lin et al., “Medium Access Control with a Dynamic Duty Cycle for Sensor Networks,” 3 IEEE Wireless Comms. & Networking Conf. (2004)
【非特許文献６】K. Jamieson et al., “Sift: A MAC Protocol for Event-Driven Wireless Sensor Networks,” 3868 Lecture Notes in Computer Sci. 260 (2006)
【非特許文献７】B. Kusy et al., “Elapsed Time on Arrival: A Simple and Versatile Primitive for Canonical Time Synchronization Services,” 1 Int’l J. Ad Hoc Ubiquitous Computing 239-51 (2006)
【非特許文献８】S. Liu et al., “CMAC: An Energy Efficient MAC Layer Protocol Using Convergent Packet Forwarding for Wireless Sensor Networks,” 7 Proc. IEEE Se. Conf. (2007)
【非特許文献９】T. Liu et al., “Mobility Modeling, Location Tracking, and Trajectory Prediction in Wireless ATM Networks,” 16 IEEE J. on Selected Areas Comms. 922-936 (1998)
【非特許文献１０】Y. Nam et al., “An Adaptive MAC (A-MAC) Protocol Guaranteeing Network Lifetime for Wireless Sensor Networks,” Proc. 12th Eur. Wireless Conf. (2006)
【非特許文献１１】V. Namboodiri et al., “Alert: An Adaptive Low-Latency Event-Driven MAC Protocol for Wireless Sensor Networks,” Proc. 7th Int’l Conf. on Info. Processing in Sensor Networks 159-170 (2008)
【非特許文献１２】J. Polastre et al., “Versatile Low Power Media Access for Wireless Sensor Networks,” Proc. 2d Int’l Conf. on Embedded Networked Sensor Sys. 95-107 (2004)
【非特許文献１３】I. Rhee et al., “Z-MAC: A Hybrid MAC for Wireless Sensor Networks,” 16 IEEE/ACM Transactions on Networking, 511-524 (2008)
【非特許文献１４】T. Van Dam et al., “An Adaptive Energy-Efficient MAC Protocol for Wireless Sensor Networks,” Proc. 1st Int’l Conf. on Embedded Networked Sensor Sys. 171-180 (2003)
【非特許文献１５】W. Ye et al., “An Energy-Efficient MAC Protocol for Wireless Sensor Networks,” 3 Proc. 21st Ann. Joint Conf. IEEE Computer & Comms. Societies (2002)
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、特許請求の範囲に記載された１つ以上の特徴、及び／又は、単独で又は組み合わせて特許可能な主題を構成する以下の特徴を含む。
【０００９】
一態様によれば、複数のノードによる共有通信媒体へのアクセスを制御する方法は、複数のノードのうちの各ノードに対し、イベントが将来の時点でこの各ノードのセンシング・フィールドの範囲内で発生するかどうかを予測するステップと、各ノードに関する予測に応答してこの各ノードの通信スケジュールを順応させるステップと、を含む。
【００１０】
一部の実施形態では、イベントが将来の時点でこの各ノードのセンシング・フィールドの範囲内で発生するかどうかを予測するステップは、各ノードのカメラがこの将来の時点で関心のあるオブジェクトを観測するかどうかを予測するステップを含むことがある。他の実施形態では、イベントが将来の時点でこの各ノードのセンシング・フィールドの範囲内で発生するかどうかを予測するステップは、これらの複数のノードのうちの各ノードで時空間イベント確率（ＳＴＥＰ）を推定するステップを含むことがある。これらの複数のノードのうちの各ノードでＳＴＥＰを推定するステップは、この将来の時点で各ノードのセンシング・フィールドに亘ってイベントの位置不確定性を統合するステップを含むことがある。
【００１１】
他の実施形態では、複数のノードのうちの各ノードでＳＴＥＰを推定するステップは、再帰的パラメータ推定器を使用するステップを含むことがある。再帰的パラメータ推定器を使用するステップは、カルマンフィルタと粒子フィルタとのうちの一方を使用するステップを含むことがある。この方法は、複数のノードのうちの第１のノードを用いて、複数のノードのうちの第２のノードからイベントの測定量を含むパケットを受信するか、又は、傍受するステップをさらに含むことがある。この方法は、イベントの測定量を使用して再帰的パラメータ推定器を更新することにより第１のノードで新しいＳＴＥＰを推定するステップをさらに含むことがある。この方法は、この測定量がこのイベントのため予測された不確定性領域の範囲内でないとき、再帰的パラメータ推定器の新しいインスタンスを初期化するステップをさらに含むことがある。この方法は、イベントの新しい測定量を含むパケットが第１のノードによって受信又は傍受されない所定の期間の後に、再帰的パラメータ推定器のインスタンスを終了するステップをさらに含むことがある。第１のノードの通信スケジュールは、再帰的パラメータ推定器のインスタンスの終了に応答して最低デューティ・サイクルに順応させられることがある。
【００１２】
さらに他の実施形態では、各ノードの通信スケジュールを順応させるステップは、各ノードの無線機のデューティ・サイクルを調節するステップを含むことがある。各ノードの無線機のデューティ・サイクルを調節するステップは、各ノードがイベントの予測された不確定性領域の中のどの確率部分空間に属しているかを決定するステップを含むことがある。各ノードの無線機のデューティ・サイクルを調節するステップは、各無線機によって利用されるフレーム長さを指数的に変化させるステップを含むことがある。一部の実施形態では、この方法は、パケットを送信するノードがこの時点でイベントをセンシングしているかどうかを示す第１のビットを含む専用フィールドを格納するパケットを送信するステップをさらに含むことがある。専用フィールドは、パケットを送信するノードがこの時点でイベント関連データを転送しているかどうかを示す第２のビットをさらに含むことがある。
【００１３】
別の態様によれば、１つ以上の有形で非一過性でコンピュータ読み取り可能な媒体は、第１のノードのプロセッサによって実行されるとき、このプロセッサに、イベントが将来の時点で第１のノードのセンシング・フィールドの範囲内で発生するかどうかを予測させ、この予測に応答して、複数のノードの間で共有される通信媒体への第１のノードによるアクセスを制御する第１のノードの通信スケジュールを順応させる複数の命令を含む。
【００１４】
一部の実施形態では、イベントが将来の時点で第１のノードのセンシング・フィールドの範囲内で発生するかどうかを予測することは、第１のノードのカメラがこの将来の時点で関心のあるオブジェクトを観測するかどうかを予測することを含むことがある。他の実施形態では、イベントが将来の時点で第１のノードのセンシング・フィールドの範囲内で発生するかどうかを予測することは、第１のノードで時空間イベント確率（ＳＴＥＰ）を推定することを含むことがある。第１のノードでＳＴＥＰを推定することは、第１のノードのセンシング・フィールドに亘ってイベントの位置不確定性を統合することを含むことがある。
【００１５】
他の実施形態では、第１のノードでＳＴＥＰを推定することは、再帰的パラメータ推定器を使用することを含むことがある。再帰的パラメータ推定器を使用することは、カルマンフィルタと粒子フィルタとのうちの一方を使用することを含むことがある。これらの複数の命令は、さらにこのプロセッサに、複数のノードのうちの第２のノードからイベントの測定量を含むパケットを受信させるか、又は、傍受させることがある。これらの複数の命令は、さらにこのプロセッサに、イベントの測定量を使用して再帰的パラメータ推定器を更新することにより第１のノードで新しいＳＴＥＰを推定させることがある。これらの複数の命令は、さらにこのプロセッサに、この測定量がこのイベントのため予測された不確定性領域の範囲内でないとき、再帰的パラメータ推定器の新しいインスタンスを初期化させることがある。これらの複数の命令は、さらにこのプロセッサに、イベントの新しい測定量を含むパケットが第１のノードによって受信又は傍受されない所定の期間の後に、再帰的パラメータ推定器のインスタンスを終了させることがある。第１のノードの通信スケジュールは、再帰的パラメータ推定器のインスタンスの終了に応答して最低デューティ・サイクルに順応させられることがある。
【００１６】
さらに他の実施形態では、第１のノードの通信スケジュールを順応させることは、第１のノードの無線機のデューティ・サイクルを調節することを含むことがある。第１のノードの無線機のデューティ・サイクルを調節することは、第１のノードがイベントの予測された不確定性領域の中のどの確率部分空間に属しているかを決定することを含むことがある。第１のノードの無線機のデューティ・サイクルを調節することは、第１のノードの無線機によって利用されるフレーム長さを指数的に変化させることを含むことがある。これらの複数の命令は、さらにこのプロセッサに、第１のノードがこの時点でイベントをセンシングしているかどうかを示す第１のビットを含む専用フィールドを格納するパケットを送信させることがある。専用フィールドは、第１のノードがこの時点でイベント関連データを転送しているかどうかを示す第２のビットをさらに含むことがある。
【００１７】
さらに別の態様によれば、ワイヤレス・センサ・ネットワークは複数ノードを備え、各ノードは、制御回路と、複数のノードの間で共有される通信媒体にアクセスする無線機とを含み、各ノードの制御回路は、（ｉ）イベントが将来の時点でこのノードのセンシング・フィールドの範囲内で発生するかどうかを予測し、（ｉｉ）予測に反応してこのノードの無線機のデューティ・サイクルを調節するため構成されている。
【００１８】
一部の実施形態では、各ノードはカメラを含むことがあり、各ノードの制御回路は、このノードのカメラがこの将来の時点で関心のあるオブジェクトを観測するかどうかを予測するため構成されることがある。他の実施形態では、各ノードの制御回路は、このノードで時空間イベント確率（ＳＴＥＰ）を推定することにより、イベントが将来の時点でこのノードのセンシング・フィールドの範囲内で発生するかどうかを予測するため構成されることがある。各ノードの制御回路は、このノードのセンシング・フィールドに亘ってイベントの位置不確定性を統合することにより、このノードで時空間イベント確率（ＳＴＥＰ）を推定するため構成されることがある。
【００１９】
他の実施形態では、各ノードの制御回路は、再帰的パラメータ推定器を使用してこのノードで時空間イベント確率（ＳＴＥＰ）を推定するため構成されることがある。再帰的パラメータ推定器は、カルマンフィルタと粒子フィルタとのうちの一方でもよい。各ノードの制御回路は、無線機を介して、複数のノードのうちの別のノードからイベントの測定量を含むパケットを受信するか、又は、傍受するためさらに構成されることがある。各ノードの制御回路は、イベントの測定量を使用して再帰的パラメータ推定器を更新することによりこのノードで新しいＳＴＥＰを推定するためさらに構成されることがある。各ノードの制御回路は、この測定量がこのイベントのため予測された不確定性領域の範囲内でないとき、再帰的パラメータ推定器の新しいインスタンスを初期化するためさらに構成されることがある。各ノードの制御回路は、イベントの新しい測定量を含むパケットがこのノードによって受信又は傍受されない所定の期間の後に、再帰的パラメータ推定器のインスタンスを終了するためさらに構成されることがある。各ノードの制御回路は、再帰的パラメータ推定器のインスタンスの終了に反応して、このノードの無線機のデューティ・サイクルを最低デューティ・サイクルに調節するためさらに構成されることがある。
【００２０】
さらに他の実施形態では、各ノードの制御回路は、このノードがイベントの予測された不確定性領域の中のどの確率部分空間に属しているかを決定することにより、このノードの無線機のデューティ・サイクルを調節するため構成されることがある。各ノードの制御回路は、このノードの無線機によって利用されるフレーム長さを指数的に変化させることにより、このノードの無線機のデューティ・サイクルを調節するため構成されることがある。各ノードの制御回路は、このノードがこの時点でイベントをセンシングしているかどうかを示す第１のビットを含む専用フィールドを格納するパケットを、無線機を介して送信するためさらに構成されることがある。専用フィールドは、このノードがこの時点でイベント関連データを転送しているかどうかを示す第２のビットをさらに含むことがある。
【００２１】
付加的な特徴は、単独で又は上記の列挙された特徴及び請求項に列挙された特徴を含むいずれかの他の（複数の）特徴と組み合わせて、特許可能な主題を構成することがあり、そして、現時点で認められるように発明を実施するベストモードを実証する以下の実例的な実施形態の詳細な説明を考慮して、当業者にはっきりと理解されるであろう。
【００２２】
詳細な説明は添付図面を特に参照する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実例的なＷＣＮにおけるビジョンデータの典型的なクラスタベース分散処理のための状態遷移図である。
【図２】実例的なＷＣＮで使用されることがあるワイヤレス・カメラベース・センサ・ノードの一実施形態を示す図である。
【図３Ａ】実例的なＷＣＮにおけるノードの部分的に重なり合う通信範囲を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ａの実例的なＷＣＮのノードの部分的に重なり合うセンシング・フィールドを示す図である。
【図３Ｃ】関心のある移動オブジェクトの追跡と基地局への集計データの配信とに関与する図３Ａ及び３Ｂの実例的なＷＣＮを示す図である。
【図４】実例的なＷＣＮノードのＭＡＣレイヤとアプリケーションレイヤ２８との間の相互作用を示す図である。
【図５】図４の実例的なＷＣＮノードのＭＡＣレイヤとアプリケーションレイヤのための状態遷移図である。
【図６】近平面及び遠平面によって囲まれた３次元空間としてピンホール・カメラ・モデルの視錐台を示す図である。
【図７Ａ】初期時刻での図３のＷＣＮにおける実例的なデューティ・サイクル分布を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ａの実例的なデューティ・サイクル分布と図３のＷＣＮにおけるノードのセンシング・フィールドの中心との間の関係を示す図である。
【図７Ｃ】後の時刻での図３のＷＣＮにおける実例的なデューティ・サイクル分布を示す図である。
【図８】４種類のデューティ・サイクル・レベルを利用する実例的なＷＣＮの指数的に変化するフレーム長さを示す図である。
【図９】より高いデューティ・サイクルと共に新しいスケジュールを採用する実例的なタイムラインを示す図である。
【図１０Ａ】本開示による例示的なＭＡＣプロトコルと、ＡＭＡＣプロトコルと、異なるデューティ・サイクルを用いる４つのＴＭＡＣプロトコルとを利用するＷＣＮに関して、異なるサンプリング間隔での１ホップ当たりの平均待ち時間を比較するシミュレーションの結果を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０ＡのＭＡＣプロトコルを利用するＷＣＮに関して、異なるサンプリング間隔での正規化スループットを比較するシミュレーションの結果を示す図である。
【図１０Ｃ】図１０ＡのＭＡＣプロトコルを利用するＷＣＮに関して、異なるサンプリング間隔での平均エネルギー消費量を比較するシミュレーションの結果を示す図である。
【図１１Ａ】図１０ＡのＭＡＣプロトコルのＭＡＣプロトコルを利用するＷＣＮに関して、毎秒３メートルの平均ターゲット速度を用いて、異なるタイムアウト期間で時間限定パラメータ推定精度（ＴＩＢＰＥＡ）を比較するシミュレーションの結果を示す図である。
【図１１Ｂ】図１０ＡのＭＡＣプロトコルのＭＡＣプロトコルを利用するＷＣＮに関して、毎秒６メートルの平均ターゲット速度を用いて、異なるタイムアウト期間でＴＩＢＰＥＡを比較するシミュレーションの結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本開示の概念は、様々な変更を受けやすく、代替的な形を生じやすいが、本開示の特定の実例的な実施形態が図面に一例として表され、本明細書でより詳細に記載される。しかし、本開示の概念を開示された特有の形に限定する意図はなく、そうではなく、むしろ、特許請求の範囲に定められるような発明の趣旨及び範囲に含まれるすべての変更物、均等物、及び、代替物に及ぶことを意図してものである。
【００２５】
以下の説明では、論理実装と、オペコードと、オペランドを指定する手段と、リソース分割／共有／複製実装と、システムコンポーネントのタイプ及び相互関係と、論理分割／統合選択とのような多数の特定の詳細が本開示のより徹底的な理解を行うため示される。しかし、本開示の実施形態がこのような特定の詳細を用いることなく実施されることがあることが当業者によって認められるであろう。他の事例では、制御構造、ゲートレベル回路、及び、完全なソフトウェア命令シーケンスは、発明を分かり難くすることがないように詳細には示されていない。当業者は、記載された内容があれば、必要以上に実験することなく、適切な機能を実施することができるであろう。
【００２６】
開示されたシステム及び方法の実施形態は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又は、これらのいずれかの組み合わせで実施されることがある。一例として、開示されたシステム及び方法の実施形態は、１つ以上の有形の機械読み取り可能な媒体に記憶され、１台以上のプロセッサによって読み取られ、実行されることがある命令として実施されることがある。有形の機械読み取り可能な媒体は、機械（例えば、プロセッサ）によって読み取り可能な形で情報を記憶又は送信するメカニズムを含むことがある。有形の機械読み取り可能な媒体は、例示的に、リード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶装置、光記憶装置、フラッシュメモリ、及び／又は、他のタイプのメモリ機器を含むことがある。
【００２７】
本開示は、イベント駆動ＷＳＮのため具体的に設計された予測的デューティ・サイクル順応（ＰＤＣＡ）方法について記載する。既存のアプローチは、その時点で受けているネットワーク状態に応じてノードのデューティ・サイクルを受動的（すなわち、反動的）に順応させるが、ここに開示されるＰＤＣＡスキームは、関心のあるイベントが近い将来にノードのセンシング・フィールドの範囲内で発生する確からしさを予測することにより、各ノードでのデューティ・サイクル・スケジュールを能動的に順応させる。この確からしさは、本明細書では、ノードでの「時空間イベント確率」（ＳＴＥＰ）と称される。このＰＤＣＡスキームを利用するＷＳＮは、集中的なトラフィックが予想されるノードが通信トラフィックの実際の増加前にこれらのノードの通信プロトコルパラメータを変更すること（それによって、ネットワーク全体の全般的な待ち時間を低下させること）を可能にさせる。
【００２８】
ここに開示されるＰＤＣＡスキームは、各ノードにこのノードの隣接ノードを介して進行中のイベントを検出する能力を与え、各ノードの実効センシング・フィールドを拡大し、このノードの通信隣接ノードのセンシング・フィールドをさらに包含する。一部の実施形態では、このことは、より詳細に後述されるように、隣接ノードから受信されたパケットの１ビット又は２ビットフィールドを用いて達成されることがある。このＰＤＣＡスキームの下で、ノードにイベントが現れるとき、このノードの隣接ノードは、（同じイベントが直接的に現れないときでも）このイベントを認識する。このようにして、イベントが現れるノードがこのノードの隣接ノードのうち次に同じイベントが現れるノードを予測できる場合、これらの隣接ノードは、イベントが実際に到着する前に、それぞれのプロトコルパラメータを変更できる。一つの例示的な実施形態では、この予測は、ＭＡＣレイヤに埋め込まれたカルマンフィルタに基づく追跡アルゴリズムを使用して実施され、各ノードが、僅かに１ビット又は２ビットの付加的な通信オーバーヘッドで、その時点で発生しているイベントを確率論的にローカライズすることを可能にする。関心のあるイベントの再帰的推定及び予測は、このＰＤＣＡスキームでは、完全分散方式で各ノードにおいて実行されることがある。さらに、提案されたＰＤＣＡスキームは、ネットワークの中の種々のノードが別個のデューティ・サイクルで動作することを可能にし、異種ノード・スケジュールを生じる。隣接ノード間の重なり合わないアクティブ期間から生じる何らかの問題を回避するため、各ノードがこのノードの隣接ノードのスケジュールの知識だけに基づいて（すなわち、付加的なメッセージ交換に頼らずに）メッセージをこのノードの隣接ノードへ送信することを許可される瞬間を計算することを可能にするメカニズムがＰＤＣＡスキームの中に組み入れられることがある。ＭＡＣプロトコルパラメータの再構成のためのこの予測アプローチを詳細に説明する前に、本開示は、最初に、イベント駆動ＷＳＮの固有の特徴のうちのいくつかを概観する。ＰＤＣＡスキームを利用するＷＣＮの一つの例示的な実施形態のシミュレートされた性能評価が同様に（従来のＴＭＡＣプロトコル及びＡＭＡＣプロトコルとの性能比較で）ターゲット追跡との関連において以下で提示される。
【００２９】
イベント駆動ＷＳＮは、ネットワーク環境の中で発生しているイベントが無線ブロードキャスト・トラフィックをイベントの付近にあるノードの間で集中的にさせる可能性があるので、より一層従来的なＷＳＮと相違する。リアルタイムで検知されたデータを（一部の事例では、協調して）処理し、何らかのイベント関連情報を失うことを回避するために、イベント駆動ＷＳＮのノードは、これらのノードの通信プロトコルパラメータを急速に（例えば、デューティ・サイクルの範囲内で）変更できるべきである。一つ一つの個別のノードの計算能力及びセンシング能力が限定されているので、イベント駆動ＷＳＮの中のセンサ・ノードは、多くの場合に、関心のあるイベントを検出し、イベントの種々の属性を推定するため互いに協働する。この特性は、スカラ測定量が各ノードによって独立に獲得され、データ伝送における冗長性を除去するためにネットワークの中で簡単に集計されるより一層従来的なＷＳＮのノードと対照をなすことがある。より一層従来的なＷＳＮの一実施例は、空気品質に関して環境を監視するため設計されたワイヤレス・ネットワークである。他方では、ワイヤレス・カメラ・ネットワーク（ＷＣＮ）は、イベント駆動ＷＳＮの例示的な実施例である。例示的なＷＣＮでは、ノードは、環境内の人又は他のオブジェクトの存在を検出することだけでなく、検出された人又はオブジェクトの移動を追跡することを要請されることがある。
【００３０】
例示的なＷＣＮ（又は、他のイベント駆動ＷＳＮ）では、オブジェクト検出及び追跡のようなタスクは、いずれかの単一ノードでのプロセッサの能力を超えた計算を伴うことがある。このような計算は、発明の名称が“Clustering Protocol for Directional Sensor Networks”であり、開示内容全体が参照によって本明細書中に明確に組み込まれる現在係属中の米国特許出願公開第２０１０／００７３８６号明細書に記載されているように、適切なアルゴリズムのクラスタベース分散実施を必要とすることがある。この明細書に記載されるように、このような協働的な処理のため使用されるクラスタは、典型的に、一つずつがイベントに関連した何らかの感覚情報を獲得することができるノードで構成される。協働的な計算は、多くの場合に、クラスタ内部での集約的なメッセージ交換を伴い、（通信プロトコルパラメータが時宜を得た形で変更されない限り）頻繁なパケット衝突によって特徴付けられることがある高度に集中的な通信を生じさせ、エネルギーの無駄遣い、及び、重要データの送信失敗という結果になる。図１に示された状態遷移図は、ＷＣＮの一つの例示的な実施形態においてオブジェクトを協働して追跡するときに実行されることがある様々な計算ステップの概要を表す。
【００３１】
イベント駆動ＷＳＮは、厳しいサービス品質（ＱｏＳ）要件をさらに保有する。イベント駆動ＷＳＮの目的は、主として、関心のあるイベントを検出し、時宜を得た形でイベント固有タスクを実行することである。監視目的のため広いエリアに配備された例示的なＷＣＮに戻ると、エンドユーザへのイベント情報の時宜を得た形での伝送は、ネットワーク全体に亘る通信に関してある一定のＱｏＳを必要とすることがある。ＷＳＮは、クラスタ通信の観点から、ノードによる協働的な問題解決のため適切なＱｏＳメトリックをさらに必要とすることがある。ノードが期待されるピークトラフィックに応じることができるようにノードに単にオーバー・プロビジョニングすることによって高いＱｏＳを達成することは、一般に、個々のノードのリソース制限付きの性質が原因となってＷＳＮに対し実現不可能である。同様に、ノードのデューティ・サイクルを単に短縮することもまた、ＱｏＳに悪影響を与えることになるので、一般にＷＳＮにおいて実現不可能な解決法である。より詳しく後述されるように、様々なＱｏＳメトリックが従来技術の受動的なデューティ・サイクル順応方法を本明細書中に示されたＰＤＣＡスキームを利用するＷＣＮの例示的な実施形態と比較するため使用できる。
【００３２】
ここに開示されるＰＤＣＡスキームは、高い通信トラフィックを引き起こすことがあるノードのデューティ・サイクルを能動的に調節することによりイベント駆動ＷＳＮの固有の特徴を扱う。本明細書で使用されるように、ノードの「デューティ・サイクル」は、ノードの無線機が（１周期の全時間と比較して）１周期中にアウェイク状態である時間の比を指す。当業者に明らかであるように、イベントの実際の発生より極端に先行してデューティ・サイクルを増大することは、エネルギーの無駄遣いをもたらし、イベントが到着した後までデューティ・サイクルを増大させることを待つことは、重要パケットの時宜を得た形での伝送を妨げ、待ち時間を増大させる可能性がある。
【００３３】
ここに開示されるＰＤＣＡスキームは、近い将来に関心のあるイベントがノードに現れる確からしさ（すなわち、より詳細に後述されるノードでの「時空間イベント確率」（ＳＴＥＰ））に応じてノードのデューティ・サイクルを能動的に順応させることにより、これらの２つの重要であるが、しかし、補完的でない目的（すなわち、高エネルギー効率及び低通信待ち時間）のバランスを保つ。「イベント」の厳密な定義は、ＷＳＮが置かれるアプリケーションに依存することが分かるであろう。さらに、一部のアプリケーションは、複数のイベントタイプが定義されることを必要とすることがある。オブジェクト検出及び追跡アプリケーションの例示的な状況では、一例として、「イベント」は、関心のあるオブジェクト（例えば、歩行者）の存在として定義されることがある。換言すると、イベントがノードに現れる場合、関心のあるオブジェクトがノードのセンシング・フィールドの範囲内に存在する。このＰＤＣＡスキームは、ノードにまもなくイベントが現れる可能性がある場合に、このノードでのデューティ・サイクルを増加させ、そうでなければ、デューティ・サイクルを減少させる。換言すると、このＰＤＣＡスキームは、より詳細に後述されるように、ノードでのＳＴＥＰが上昇する場合、ノードのデューティ・サイクルを増加させ、ＳＴＥＰが下降する場合、デューティ・サイクルを適切に減少させる。
【００３４】
本開示の例示されたＷＣＮ １０で利用されることがあるいくつかのワイヤレス・カメラ・ベース・センサ・ノード（ノード）１２は、（方向１８に移動している）関心のあるオブジェクト１６を追跡する図２に示される。各ノード１２は、画像センサ２０と、メモリ回路２２と、通信モジュール２４とを例示的に含むことがある。他の実施形態では、ノード１２の外部にあるコンピューティング機器（典型的に、マイクロプロセッサと、メモリと、通信回路とを含む）は、（複数の）画像センサ２０から未加工画像データを受信し、処理することがある。画像センサ２０は、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ、及び／又は、他の適当な代替物を例示的に含むことがある。通信モジュール２４は、ＭＡＣレイヤ上でのワイヤレス通信能力を有している無線機を含むことがある。各ノード１２の画像センサ２０は、未加工画像を撮影し、この未加工画像を回路２２の関連付けられたマイクロプロセッサに送信することがある。回路２２のマイクロプロセッサは、その後に、限定されることはないが、（ａ）画像センサ２０によって撮影された回路２２にメモリに記憶すること、（ｂ）イベントを検出し、記憶された画像の中のこのようなイベントと関連付けられた解析データを生成するため記憶された画像を処理すること（例えば、オブジェクト１６の存在を検出すること）、（ｃ）（ＭＡＣレイヤ上の隣接ノード１２の通信スケジュールに基づいて）これらの隣接ノード１２との間で情報を送受信するため関連付けられた通信モジュール２４を制御すること、及び、（ｄ）ノード１２の全体的な機能を制御することを含む（アプリケーションレイヤに埋め込まれた手順に基づく）一連のタスクを実行することがある。
【００３５】
ランダムに配備された（個別には１２Ａ〜１２Ｈと呼ばれる）ノード１２と、基地局、すなわち、「シンク」１４とを備えるＷＣＮ １０の例示的な実施形態は、全体的に、図３Ａ〜３Ｃの平面図から分かる。この例示的な実施形態では、ノード１２のためのイベントは、ノード１２のセンシング・フィールドの範囲内での関心のあるオブジェクト１６の存在として定義されることがある。ＷＣＮ １０が図３Ａ〜３Ｃに示されたトポロジーに代わるトポロジーを有している他の実施形態が同様に考えられる。ノード１２の部分的に重なり合う通信レンジは、図３Ａにおいて破線円形として示されるが、ノード１２、１４の部分的に重なり合うセンシング・フィールドは、図３Ｂにおいて破線四角形として示される。図３Ｃは、（ノードのクラスタに現れ、方向１８に移動している）関心のあるオブジェクト１６を追跡し、クラスタの範囲内で集計されたデータを（破線矢印によって示されるルーティング経路に沿って）マルチホップ通信を介して基地局１４へ配信するＷＣＮ １０を例示する。図３Ｃに示されるように、ノード１２Ｅ、１２Ｆは、この時点で、オブジェクト１６を認識することが可能であり、クラスタデータ集計に能動的に参加している（すなわち、ノード１２Ｅ、１２Ｆにイベントが現れる）。このようにして、ノード１２Ｅ、１２Ｆのデューティ・サイクルが十分に高い値（例えば、最大デューティ・サイクル）にセットされる。ノード１２Ａ、１２Ｂは、（オブジェクト１６の現在の方向１８への移動に基づいてオブジェクト１６の期待される将来の状態のため）オブジェクト１６を直ぐに検知する可能性があるので、ノード１２Ａ、１２Ｂのデューティ・サイクルは、オブジェクト１６が実際に見えるようになる前に、これらのノードで低待ち時間状態を達成するためにさらに増加されることがある。ノード１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｈは、集計データを基地局１４へ配信することに能動的に参加する。このようにして、ノード１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｈのデューティ・サイクルも同様に十分に高い値（例えば、最大デューティ・サイクル）にセットされるので、オブジェクト１６に関する情報を格納するパケットは、迅速かつ確実に基地局１４へ配信されることができる。最後に、残りのノード１２Ｇは、関心のあるイベントまで比較的距離があり、そして、ＰＤＣＡスキームは、これに応じて、ノード１２Ｇのデューティ・サイクルを減少させる。
【００３６】
関心のあるイベントがノード１２に発生するとき、ＰＤＣＡスキームは、これから来る可能性がある無線トラフィックの増加に備えるため、ノード１２の通信隣接ノードにこのイベントを通知する。一つの例示的な実施形態では、この時点でイベントを検出しているノード１２は、このノードが送信するパケットのＭＡＣヘッダの中の専用ビットをセットすることにより、このノード１２の通信隣接ノードにイベントの発生を警告することがある。このような専用ビットは、本明細書では、明示的イベント通知（ＥＥＮ）ビットと称される。代替的な実施形態では、さらに、専用２ビットフィールドがＭＡＣヘッダの中で使用されることがあると考えられる。ＥＥＮビットに加えて、このような代替的な実施形態は、パケットヘッダを送信しているノード１２がこの時点でイベント関連データを転送しているかどうかを示すために明示的イベント・ルーティング通知（ＥＥＲＮ）ビットをさらに含むことがある。ＭＡＣレイヤ・プロトコルは、一般に、直接的なセンサ測定量を獲得する責任がないので、ＰＤＣＡスキームは、関心のあるイベントがノード１２のセンシング・フィールドの範囲内にあるとき、すべての送信パケットのＥＥＮビットがセットされるべきであること（そして、専用２ビットフィールドを利用する代替的な実施形態では、ノード１２がイベント関連データを送信しているとき、すべての送信パケットのＥＥＲＮビットがセットされるべきこと）をアプリケーションレイヤがＭＡＣレイヤに通知することを可能にするインターフェイスをアプリケーションレイヤに提供する。
【００３７】
ノード１２のうちの１つのノードに対するＭＡＣレイヤ２６とアプリケーションレイヤ２８との間のこの相互作用の概要が図４に概略的に示される。ノード１２のアプリケーションレイヤ２８は、イベントがノード１２のセンシング・フィールドの中で検出されたかどうかをＭＡＣレイヤ２６に通知するので、ＭＡＣレイヤ２６は、このＭＡＣレイヤが送信するパケットの中のヘッダのＥＥＮビットをセットするか、又は、セットしないことがある。同時に、いずれかの隣接ノード１２がイベントを検出する場合、このような隣接ノード１２は、ＭＡＣレイヤ２６によって受信されたパケットのヘッダの中のＥＥＮビットのセットの形でイベントをノード１２にさらに通知する。より詳細に後述されるように、ノード１２は、このノードが受信するＥＥＮビットがセットされているか、又は、セットされていないかに基づいて近い将来にこのノードにイベントが現れるかどうかを予測することがある。イベントがノード１２のセンシング・フィールドで発生することが予想される場合、ＭＡＣレイヤ２６は、隣接ノード１２とより効率的に通信するため、ノード１２の無線機のデューティ・サイクルに関して）ノード１２の通信スケジュールを順応させることがある。
【００３８】
この例示的な実施形態におけるノード１２のＭＡＣレイヤ２６及びアプリケーションレイヤ２８のための詳細な状態遷移図が図５に示される。アプリケーションレイヤ２８は、２つの可能な状態、すなわち、アイドル状態３０及びセンシング状態３２を有している。ＷＣＮ １０が動作を開始する前に、アプリケーションレイヤ２８は、アイドル状態３０にある。ＷＣＮ １０が動作し始めると、アプリケーションレイヤ２８の状態がセンシング状態３２に遷移する（アルゴリズム２を参照して詳細に後述される）。このセンシング状態３２では、ノード１２のアプリケーションレイヤ２８は、このノードのセンシング・フィールドの中でイベントを検出しようとする。関心のあるイベントが検出された場合、ノード１２のアプリケーションレイヤ２８は、ノード１２のＥＥＮビットをセットすることをノード１２のＭＡＣレイヤ２６に通知する（アルゴリズム１を参照してより詳細に後述される）。
【００３９】
ＭＡＣレイヤ２６は、２つの可能な状態、すなわち、アイドル状態３４及び追跡状態３６をさらに有している。ノード１２のＭＡＣレイヤ２６が、セットされたＥＥＮビットを介して、このノード１２自体のアプリケーションレイヤ２８、又は、隣接ノード１２いずれかによってイベントの検出を通知されるまで、ＭＡＣレイヤ２６はアイドル状態３４にある。ＭＡＣレイヤ２６がイベント通知を受信すると、状態は、追跡状態３６に変更される。この追跡状態３６では、ＭＡＣレイヤ２６は、ノード１２でＳＴＥＰを使用して近い将来におけるイベントの検出の予測を実行する。近い将来にノード１２のセンシング・フィールドの中で発生するイベントの確からしさに基づいて、ＭＡＣレイヤ２６は、ノード１２の通信スケジュールを順応させる。換言すると、ＭＡＣレイヤ２６は、隣接ノード１２との通信がＷＣＮ １０のための低減されたエネルギー消費量で効率的に実行されるように、ノード１２でＳＴＥＰに基づいてこのノードの無線機のデューティ・サイクルを洗練する。ＭＡＣレイヤ２６のこれらの演算は、アルゴリズム３〜５を参照して詳細に後述される。なお、図５における見出しＡ１−１、Ａ１−２、．．．、Ａ４−４は、以下のアルゴリズム１〜４に示された演算を表現する。
【００４０】
ＥＥＮビットがセットされたパケットをノード１２が受信又は傍受するとき、ノード１２は、（必ずしもノードの固有のセンサを使用してイベントを「直接的に検知」することを要することなく）関心のあるイベントを「間接的に検知」することができる。一部の実施形態では、受信側ノード１２は、送信側ノードのセンシング・フィールドの領域によって近似された、ある一定の不確定性を伴って、送信側ノード１２のセンシング・フィールドの中心に位置していると仮定されることがある。ＷＣＮ １０の例示的な実施形態を再び参照すると（今度は図６を参照すると）、各ワイヤレス・カメラ・ノード１２のセンシング・フィールドは、オブジェクトが画像平面４２の中で許容可能な鋭い焦点を使って認識できる視錐台４０として定義されることがある。視錐台４０は、カメラ内部の光学中心４６から放射する側面４４と、許容可能な鋭い焦点の限界を表現する近平面４８及び遠平面５０とによって境界が定められる。視錐台４０が特定されると、センシング・フィールドの中心５２も同様に見つけることができる。上記の方法でイベントをローカライズすることは、ＥＥＮビットがセットされたパケットを受信する各ノード１２のための「拡張センシング・フィールド」を提供する。当業者は、ＥＥＮビットが典型的にＴＣＰ／ＩＰで使用される明示的輻輳通知（ＥＣＮ）の一般形式に機能的に類似していることが分かるであろう。このタイプの間接センシングによるイベントの検出は、カルマンフィルタ（ＫＦ）への入力と見なされることがある。イベントのＫＦに基づく追跡を使用するＷＣＮ １０の例示的な実施形態において各ノード１２によって実行される状態推定手順は、アルゴリズム１において擬似コードとして要約される。
【００４１】
アルゴリズム１（ＫＦを使用するオブジェクト追跡）
アプリケーションレイヤ
Ｉｆ 関心のあるイベントがセンシング・フィールドの範囲内で検出される ｔｈｅｎ
（Ａ１−１） ＭＡＣレイヤに送信パケットのＥＥＮビットをセットすることを通知する
Ｅｌｓｅ
（Ａ１−２） ＭＡＣレイヤに送信パケットのＥＥＮビットをセットしないことを通知する
Ｅｎｄ ｉｆ
ＭＡＣレイヤ
Ｗｈｉｌｅ（１）
Ｉｆ パケットが受信／傍受され、かつ、ＥＥＮビットがセットされるか、又は、アプリケーションレイヤによってＥＥＮビットをセットすることが通知される ｔｈｅｎ
（Ａ１−３） セットされたＥＥＮビットをアクティブにしたノードの識別子としてＩＤをセットする
Ｋａｌｍａｎ（ＩＤ） ／／アルゴリズム３を呼び出す
Ｅｎｄ ｉｆ
Ｅｎｄ ｗｈｉｌｅ
【００４２】
ＥＥＮビットを使用するこの間接センシング・アプローチは、各ノードがこの各ノードの隣接ノードのセンシング・フィールドに関する情報を有することを仮定する。一部の実施形態では、この情報は、ＷＣＮ １０の初期化段階中に各ノード１２によって受信されることがある。ノード１２のセンシング・パラメータを計算することは、一般にＭＡＣプロトコルの領域を超えるので、本開示は、（一部の初期キャリブレーション手順の後に）この情報がアプリケーションレイヤで利用できることを仮定する。アプリケーションレイヤは、その後、三つ組（ＩＤ；ｚ；Ｒ）の形でこの情報をＭＡＣレイヤに配信することがあり、ここで、ＩＤはノード１２を特定し（「ｓｅｌｆ」はローカル・ノード・アドレスを示す）、ｚはノード１２のセンシング／フィールド４０の中心５２に対応し、Ｒは、ノード１２のセンシング・フィールド４０を近似する楕円である。ノード１２は、その後、この情報をこのノードの１ホップ通信隣接ノードへブロードキャストすることがある。これらの初期化メッセージを受信するこれらのノード１２は、ＭＡＣレイヤ・プロトコルの範囲内でこれらの初期化メッセージを隣接ノード１２のリストの中に記憶することがある。ＷＣＮ １０の例示的な実施形態において各ノード１２によって実行される実例的な初期化プロセスは、アルゴリズム２において擬似コードとして要約される。
【００４３】
アルゴリズム２（システム初期化）
アプリケーションレイヤ
Ｉｆ センシング情報が隣接ノードに関して特定される ｔｈｅｎ
（Ａ２−１） ＭＡＣレイヤに（ＩＤ；ｚ；Ｒ）を通知
Ｅｎｄ ｉｆ
ＭＡＣレイヤ
Ｉｆ センシング情報が受信される ｔｈｅｎ
（Ａ２−２） （ＩＤ；ｚ；Ｒ）を記憶
Ｉｆ （ＩＤ＝＝ｓｅｌｆ）
（Ａ２−３） （ＩＤ；ｚ；Ｒ）をブロードキャスト
Ｅｎｄ ｉｆ
Ｅｎｄ ｉｆ
【００４４】
前述の通り、イベントの予測は、ノード１２で時空間イベント確率（ＳＴＥＰ）を使用して実行されることがあり、この手順が以下の段落で数学的に記述される。時刻ｔｋでイベントｊを仮定すると、Ｓｋｊとして表示されるＳＴＥＰ分布は、時点ｔｋ＋１＝ｔｋ＋δｋでのターゲットイベントの予測位置の不確からしさによって与えられ、ここで、δｋは、次のセンサ測定前の期待時間間隔である。すなわち、ターゲットイベントの予測位置がｐｋｊによって与えられると、ＳＴＥＰは、Ｓｋｊ＝Ｐｒ（ｐｋｊ）によって与えられる。なお、ＳＴＥＰ Ｓｋｊ及び予測位置ｐｋｊの添字は、予測が行われた時を示すので、これらの添字は、ｋ＋１ではなく、ｋである。ＳＴＥＰ分布は、新しい測定量が直接センシング又は間接センシングのいずれかによってノード１２により取得されるときはいつでも更新される。
【００４５】
イベントが追跡されているとき、各ノード１２がイベントの複数の観測量を獲得すると仮定するのが妥当である。方向１８に移動中のオブジェクト１６の検出と関連付けられているイベントの実施例に戻ると、例示的なＷＣＮ １０の各ノード１２は、オブジェクト１６のロケーションの複数の観測量を獲得することになる。１つずつのこのような観測量は、共分散行列の形をした関連付けられた不確定性と共に、オブジェクト１６のロケーションの期待値として特徴付けられる。オブジェクト１６が追跡されているときに順次に獲得されるこれらの観測量は、近い将来にオブジェクト１６が現れる可能性が最も高いノード１２を予測するため再帰的な枠組みで使用されることがある。一部の実施形態では、この再帰的なフレームワークは、H. Medeiros et al., “Distributed Object Tracking Using a Cluster-Based Kalman Filter in Wireless Camera Networks,” 2 IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing 448-463 (2008) に記載されたフレームワークと同様に、ＫＦフレームワークとして具現化されることがあり、この文献の開示内容全体が参照によって本明細書中に明確に組み込まれる。
【００４６】
例示的な実施形態では、関心のあるオブジェクト１６の観測及び追跡にこの時点で関与している各ノード１２は、オブジェクト１６の状態ベクトルを作成することになる。殆どの事例では、ノード１２における状態ベクトルは、隣接ノード１２から受信されたオブジェクト情報を用いて初期化されることになる。続いて、ノード１２自体がオブジェクト１６を観測し始めるとき、カルマン方程式がこの状態ベクトルを更新するため使用されることがある。この更新された状態ベクトルは、オブジェクト１６が現在ノード１２のセンシング・フィールド４０から外れるとき、オブジェクト１２が現れる場所に関する予測を行うためノード１２によってその後に使用されることがある。この状態ベクトルは、離散的な時刻ｋで
の両方からなる4次元（４Ｄ）ベクトルを例示的に含む。換言すると、状態ベクトルは、
によって与えられることがある。この状態ベクトルを使用して、システムダイナミクスは、
によってモデル化されることがあり、式中、δｋはオブジェクト１６の２回の観測の間に経過した時間を表し（すなわち、測定量ｋが時点ｔｋで取得された場合、測定量ｋ＋１が時点ｔｋ＋１＝ｔｋ＋δｋで獲得される）、そして、イベント加速度（ａｘ，ａｙ）が共分散行列Ｑをもつ白色ガウス雑音としてモデル化される。システムダイナミクスは、
として表されることもあり、式中：
であり、
は、共分散行列Ｑをもつプロセス・ノイズ・ベクトルである。ＰＤＣＡスキームによって利用される測定量は、関心のあるイベントの近似位置によって与えられる。このようにして、測定モデルが
によって記述されることがあり、式中、H = [ I(2 x 2) 0(2 x 2) ]が観測行列であり、vkが測定雑音であり、共分散行列Ｒｋをもつ白色ガウス雑音であると仮定される。
【００４７】
測定量がこの測定量の対応するタイムスタンプと共に受信され、比較的緊密な同期がノード１２の間で維持される実施形態では、適度に精密な測定時間が取得され、δｋが正確に計算されることがある。測定量が対応するタイムスタンプを含まない他の実施形態では、測定時間の推定値がパケットの中に埋め込まれたタイムスタンプを使用して依然として取得されることがある。さらに、受信測定量自体は、イベントの実際の位置の粗い近似であり、ノード１２の間の小さい時間差によって引き起こされる不正確さは、その結果、比較的無視できる。その上、同期ＭＡＣプロトコルは、一般に、隣接ノードの間で少なくとも局所的に適切な動作のため適度に緊密な同期スキームを利用し、受信中の測定量の中のタイムジッタは適度に無視されることがある。
【００４８】
予測された状態ベクトル及び前に推定された状態ベクトルとして、それぞれ、
を使用し、予測された共分散行列及び前に推定された共分散行列として、それぞれ、
を使用して、ＫＦの時間更新方程式は、
によって与えられることがあり、ＫＦの測定量更新方程式は、
によって与えられることがあり、式中、Ｋｋはカルマン利得を示す。各ノード１２によって実行される状態推定アルゴリズム（アルゴリズム１）によって呼び出されることがある例示的なＫＦ更新関数は、アルゴリズム３として擬似コードにおいて要約され、後述される。
【００４９】
【００５０】
イベントがノード１２のセンシング・フィールドの範囲内で時刻ｔｋに検出されるとき、新しい測定量ｚｋが追跡アルゴリズムに供給される。前述の通り、測定量は、ノード１２がイベントを直接的に検知するか、又は、ＥＥＮビットがセットされたパケットを受信することによりイベントを間接的に検知する結果でもよい。隣接ノード１２のセンシング・フィールド４０に関する情報は、（アルゴリズム２によれば、初期化中に）ＷＣＮ １０において局所的に共有されているので、イベントの平均ロケーション（ｚ）とこのロケーションの対応する共分散行列（Ｒ）とは、セットされたＥＥＮビットを送信したノード１２のＩＤ値に基づいて（又は、ＩＤ＝＝ｓｅｌｆである場合にノードの固有センシング・パラメータに基づいて）推定されることがある。前述の通り、平均ロケーションは、測定ノード１２のセンシング・フィールド４０の中心５２であると見なされることがあり、共分散行列は、測定ノード１２のセンシング・フィールド４０を近似する領域であると見なされることがある。新しい測定量ｚｋを受信するノード１２によってこの時点で追跡されているイベントが存在しない場合、新しいＫＦがインスタンス化され、初期化される。
【００５１】
代替的に、ＫＦのインスタンスがノード１２に既に存在する場合、ノード１２は、新しい測定量ｚｋがこの時点で追跡されているイベント、又は、新しいイベントの最初の発生に関係するかどうかを決定する必要がある。この決定は、ＭＡＣレイヤのセンシング分解能に起因してさらに一層難しくなるマルチターゲット追跡問題である。この分解能は、例示的なＷＣＮ １０におけるノード１２のロケーション及びこれらのノードの対応するセンシング・レンジだけによって提供されるので、ＭＡＣレイヤのセンシング分解能は、使用されるカメラのタイプ及び精度とは無関係に比較的低い。この例示的な実施形態は、ＷＣＮ １０の中の複数のイベントがノード１２によって区別できるように常に互いに適切に離れていることを仮定することにより、このマルチターゲット追跡問題を回避する。新しい測定量ｚｋが前に検出されたイベント又は新しいイベントに対応するかどうかを決定する間に、ＰＤＸＡスキームが時点ｔｋにおけるイベントｊの予測位置を
として定義し、
イベントｊの予測ｘ座標及びｙ座標に対応する（イベントの速度を含まない）。観測間の時間（δｋ＋１）は、時点ｔｋで未知であるので、予測が（ノード１２のセンシング間隔のようなこれらのノードの１個以上のパラメータに基づいてセットされることがある）事前定義されたδｋ＋１を使用して実行されることがある。
の対応する予測空間不確定性領域は、
を充足する領域であり、
式中、パラメータαは、不確定性領域の信頼度を定義する（すなわち、予測空間不確定性領域は、ターゲットをα以上の確率で見つけることができる（ｘ，ｙ）平面内のエリアに対応する）。これらの用語では、例示的な実施形態は、イベントｊの予測空間不確定性領域がいずれかの他のイベントｌ≠ｊの予測空間不確定性領域と重なり合わないこと（すなわち、
を仮定する。
【００５２】
さらに、例示的な実施形態では、パラメータαは十分に小さくセットされるので、
時点ｔｋでのノードｈによるイベントｊの次の実際の連続的な
の範囲内で一般的に検出される。
【００５３】
例示的な実施形態のこれらの仮定の下で、いくつかのイベントｊに対して前に予測された
を受信するノード１２は、アルゴリズム３において要約されるように、イベントｊに対応するＫＦを更新し、イベントｊの新しい状態を推定することにより反応することになる。代替的に、
がこの時点で追跡されているいずれかのイベントの前に予測された
ノード１２は、新しいＫＦをインスタンス化し、初期化することになる。最後に、アルゴリズム３に示されるように、イベントｊを追跡する責任をもつＫＦインスタンスが所定のスレッショルドＴｔｈｒｅｓｈより長い期間に亘って
ノード１２は、このＫＦインスタンスを終了することになる（所定の時間の経過は、イベントがノードの拡張センシング・フィールドから離れたことを示唆する）。
【００５４】
ＷＣＮ １０の中の隣接ノードの間で重なり合うセンシング・フィールド４０は、多くの場合に、ノード１２によって受信される同じオブジェクト１６の複数の測定量を生じる。このような状態では、ノード１２で実施されるＫＦは、これらの測定量が受信されるときに、関連付けられたイベントの推定状態を再帰的に更新する。しかし、媒体アクセス輻輳及び／又は処理遅延が原因となって、測定量は、これらの測定量が実際に取得された順序にノード１２で受信されないことがある。この可能性にもかかわらず、ＰＤＣＡスキームが事前に厳しい通信輻輳を実質的に軽減するため、そして、ＭＡＣレイヤの比較的低いセンシング分解能によって引き起こされる不正確さが測定量の順序が乱れた到着によって引き起こされる不正確さより典型的に優勢であるため、このような順序問題を解決するために高度なメカニズムは必要とされない。このように、ＰＤＣＡスキームの例示的な実施形態では、測定量の到着順序は測定量が実際に取得された順序であるとさらに仮定される。他の実施形態では、各測定量は、ノード１２による適切な順序付けのためのタイムタイムスタンプが設けられることがある。
【００５５】
ＫＦインスタンスが（アルゴリズム１及び３毎に）更新されるときはいつも各ノード１２によって実行されることがある例示的なデューティ・サイクル順応手順は、アルゴリズム４として擬似コードに要約され、後述される。
【００５６】
【００５７】
所定の時刻でのＳＴＥＰ Ｓｋｊは、連続空間に分布するので、不確定性領域は、副領域に分割され、各副領域が１つのデューティ・サイクル・レベルに対応する。例えば、ＰＤＣＡスキームがＮ個のデューティ・サイクル・レベル（ｄ０，ｄ１，．．．，ｄＮ、但し、ｄＮは最高デューティ・サイクル）を含む実施形態では、
このノードのデューティ・サイクルをその時点のｄｍに調節することがある。このＳＴＥＰ分布の副領域への分割は、図７Ａ〜７Ｃに示されるように、たまねぎ状の層構造を生じる。殆どの実施形態では、比較的少数（例えば、３から５個）のデューティ・サイクル・レベルがＰＤＣＡスキームのために十分であろう。図７Ａ〜７Ｃの例示的な実施形態では、ＰＤＣＡスキームは、領域６０、領域６２及び領域６４に対応する３つのデューティ・サイクル・レベル（すなわち、Ｎ＝３）を有している。
【００５８】
なお、例示的なＰＤＣＡスキームは、ノードの地理的位置ではなく、ノード１２のセンシング領域４０に基づき、ＭＡＣプロトコルが指向性センサネットワーク（例えば、カメラネットワーク）に適用されることを可能にする。このように、図７Ａの中の点は、各ノード１２Ａ〜Ｈの物理的ロケーションを示すが、図７Ｂの中の点は、各ノード１２Ａ〜Ｈのセンシング領域４０の中心５２（添字「ｃｓ」付き）を示す。図７Ａ及び７Ｂに示されるように、ノード１２Ａのセンシング・フィールド４０の中心５２は、領域６０の範囲内にあり、すなわち、ノード１２Ａは、例示的な実施形態では、最高デューティ・サイクルｄ３を有することになる。逆に、ノード１２Ｂ、１２Ｃ及び１２Ｈのセンシング・フィールド４０の中心５２は、領域６２の範囲内にあり、すなわち、ノード１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｈは、中間デューティ・サイクルｄ２を有することになり、残りのノード１２Ｄ〜１２Ｇは、最低デューティ・サイクルｄ１を有することになる。
【００５９】
アルゴリズム４では、ノード１２の現在のデューティ・サイクル・レベルは、ｄｃ、ｃ∈｛１，．．．，Ｎ｝と表され、対応するノード１２がこの時点で
との間のＳＴＥＰ副領域にある。ＳＴＥＰ更新が行われるときはいつでも、ノード１２は、新しいデューティ・サイクル・レベルｄｍを計算し、時点ｔｋ＋１＝ｔｋ＋δｋ’に対しデューティ・サイクル修正のスケジュールを立てることがある。スケジュールが立てられた時点ｔｋ＋１で、ノード１２は、新しいデューティ・サイクル・レベルｄｍを採用し、この新しいスケジュールを隣接ノード１２にブロードキャストする（その結果、隣接ノードは、ブロードキャスト側ノード１２が利用できる期間を認識する）。関心のあるイベントの発生とは異なり、イベントの消失は、近くのノードの間の即時通信トラフィックを始動させることにならない。その代わり、イベントの消失は、ＥＥＮビットがセットされているパケットが長期間に亘って存在しないことによって推定されることがある。このようにして、アルゴリズム４に示されるように、デューティ・サイクル順応がソフト状態アプローチを使用して実行され、デューティ・サイクル修正が行われるときはいつでも、タイムアウト期間がセットされ、タイムアウト期間の満了時に、ノード１２は、関心のあるイベントがこのノードの拡張センシング・フィールドから離れたと仮定し、このノードのデューティ・サイクルを最低レベルｄ１にリセットする。
【００６０】
時点ｔｋ及びｔ’ｋにおける（方向１８に移動する）オブジェクト１６の追跡に関与するＷＣＮ １０の例示的な実施形態がそれぞれ図７Ａ〜７Ｃに示される。この場合も同様に、（実線円で分割された）領域６０〜６４は、変化するデューティ・サイクル・レベルに対応する実例的に充足されたＳＴＥＰ副領域を示す。最初にノード１２Ｆによって検出された関心のあるイベントが（図７Ａ及び７Ｂに示されるように）ノード１２Ｂのセンシング・フィールド４０の中に入り、パケット伝送を始動させる場合、ＥＥＮビットがノード１２Ｂによって送信されたパケットの中でセットされ、それによって、ノード１２Ａ、１２Ｅ、１２Ｈにイベントの発生を通知する。時点ｔｋでのノード１２Ｂからのこのようなパケットの受信時に、この間接的に検知された測定量に起因して、ＫＦが各ノード１２Ａ、１２Ｅ、１２Ｈで作成され、初期化され、更新されることになる。ノード１２Ａ、１２Ｅ、１２Ｈは、その後、それぞれのノードのセンシング・フィールド４０の中心５２に関して現在のＳＴＥＰ Ｓｋｊを計算することになる。
【００６１】
ノード１２Ｂから受信されたメッセージに基づいて、時点ｔｋでノード１２Ａによって計算されたＳＴＥＰは、図７Ａ及び７Ｂに示される。この時点で、ノード１２Ａは、このノードがこのノードの次の測定中に領域６０の範囲内にあると予測し（すなわち、オブジェクト１６を検出する可能性が非常に高い）、その結果、ｔｋ＋１での最高デューティ・サイクル・レベルｄ３の採用するためスケジュールを立てる。図７Ｃに示されたその後の時刻ｔ’ｋで、ノード１２Ａは、オブジェクト１６の測定量を獲得し、新しいＳＴＥＰ Ｓｋｊを計算する。この時点で、ノード１２Ａは、このノードがこのノードの次の測定中に新しい領域６２の範囲内にあると予測し（すなわち、新しいＳＴＥＰの中に反映されるように、このノードのセンシング・フィールド４０から離れるオブジェクト１６を検出する可能性があまり高くない）、その結果、中間デューティ・サイクル・レベルｄ２を採用するためスケジュールを立てる。各ノード１２は、このノードの固有の測定量だけでなく、離接ノード１２から受信されたメッセージにも基づいてこのノードの固有のＳＴＥＰを独立に計算するので、異なるノード１２で計算されたＳＴＥＰ Ｓｋｊは、僅かに異なることがある。実際には、小さい不一致にもかかわらず、複数のノード１２によって計算されたＳＴＥＰは、イベント位置の分布の全体の近似であり、従って、多くの場合に、非常に類似することになる。ノード１２が（例えば、複数のＫＦインスタンスを使用して）複数のイベントを追跡する場合、ノード１２は、２つ以上の予測不確定性領域６０〜６４の範囲内に位置することがある。一部の実施形態では、複数のイベントからの不確定性は、異なるアプローチを使用して統合されることがある。例示的な実施形態では、しかし、ＰＤＣＡスキームは、より高いデューティ・サイクルに対応する領域６０〜６４を単に選択する。
【００６２】
ノード１２が関心のあるイベントを検出し、新しいデューティ・サイクル・レベルを計算すると、例示的な実施形態では、ノード１２のフレーム長さは、指数的に増減される。例えば、Ｔ１がｄ１に対応する最低デューティ・サイクルのフレーム長さであり、Ｍが指数的に変化するフレーム長さの底である場合、ｄｃに対応する現在フレームの長さＴｃは、
として表現されることがあり、式中、ｉ∈｛１，．．．，Ｎ｝であり、Ｎがデューティ・サイクル・レベルの数を表し、Ｍ∈Ｎ＊（すなわち、正整数）である。Ｍは、ＰＤＣＡスキームにおいてはどのような数でもよいと考えられる。フレーム長さが、例えば、２倍又は３倍で変化する場合、Ｍは、それぞれ、２又は３になる。この指数的に変化する順応フレーム法は、ノードが異なるデューティ・サイクルで動作するとしても、ノード１２のいずれかのペアが通信できることを保証する。例えば、両方ともに最初に時点ｔ０でアクティブ状態であり、異なるデューティ・サイクル・レベルｄｉ及びｄｊ（ｉ＜ｊ）で動作する２つのノードｎｉ及びｎｊを仮定すると、ノードｎｉは、時点ｔ０＋ｋＴｉ（ｋ∈Ｎ）でウェイクアップし、ノードｎｊは、時点ｔ０＋ｌＴｊ（ｌ∈Ｎ）でウェイクアップすることになる。
その結果、ＷＣＮ １０の中のあらゆるノード１２は、最低可能デューティ・サイクル・レベルｄ１に対応するアクティブ期間である少なくとも基本フレーム時間ｔｂｆの間に、このノードの直ぐ隣のノードと通信できる。４種類のデューティ・サイクル・レベル（ｄ１からｄ４）を使用する例示的な実施形態の指数的に変化するフレーム長さが図８に示される。スケジュールＳ１（デューティ・サイクルｄ１を含む）は、フレーム長さｆ１を有し、スケジュールＳ２（ｄ２）、Ｓ３（ｄ３）及びＳ４（ｄ４）は、それぞれ、フレーム長さｆ２、ｆ３及びｆ４を有している。これらのフレーム長さの間の指数的関係は、ｆ４＝（２１）＊ｆ３＝（２２）＊ｆ２＝（２３）＊ｆ１として表現されることがある。
【００６３】
ノード１２が時点ｔｋ＋１で新しいデューティ・サイクル・レベルｄｍを採用すべきことをこのノード１２が決定した後、ノード１２は、隣接ノード１２のスケジュールからこのノードのスケジュールを非同期化することなく、この修正を許可するメカニズムをさらに利用すべきである。ｔｋ＋１は、新しいフレームの始まりと一致しないことがあるので、ノード１２は、新しいスケジュールを使用して次のフレームを実際に開始するため異なる時点を決定することがある。ｔｃを現在時点として使用し、ｔｃｆを現在フレームが開始した時点として使用し、ｔｂｆを前の基本フレームが開示した時点として使用し、ｔｎｆを次のフレームが現在スケジュールに応じて開始すべき時点として使用して、ノード１２が時点ｔｃでこのノードのデューティ・サイクルを異なるレベルｄｍに変更することを決定した場合、ノード１２は、次のフレームの始まりをｔ’ｎｆ＝ｔｃ＋Δに向けるスケジュールを立てることになり、ここで、Δは、次のフレームの始まりまでの残り時間であり、
【００６４】
この最小化問題は、Ｕの可能な値を探索することによって素早く解決されることがある。今度は図９を参照すると、垂直の実線が現在スケジュールのアクティブ期間の始まりを示し、垂直の点線が採用されるべき新しいスケジュールのアクティブ期間の始まりを示す。本事例におけるパラメータがＭ＝２及びＮ＝５である場合、ノード１２の現在デューティ・サイクル・レベルは、ｄｃ＝１であり、時点ｔｃで、ノード１２は、このノードのデューティ・サイクルをｄｍ＝２まで増大することを決定し、パラメータＵは、
Δがその後に式（１４）においてＵ＝３をセットすることにより計算されることがあり、次のフレームの開始時点ｔ’ｎｆはこれに応じてスケジュールが変更されることがある。
【００６５】
これまでに開示されたＰＤＣＡスキームは、イベント駆動ＷＳＮにおける同期ＭＡＣプロトコルのためのプラグイン機能を有するため設計される。前述の通り、異なるスケジュールを有することがあるノード１２のペアの間の通信は、ノード１２の間で最低デューティ・サイクルを有しているノード１２のアクティブ期間である（必ずしもｄ１ではない）これらのノードのアクティブ期間の重なり合いの間に行われるべきである。ノード１２のアクティブ期間の計算は、フレームの開始時点に基づいて、１デューティ・サイクル間隔中にフレーム番号をフレームに割り当てることによって容易化されることがある。例えば、Ｎ個のデューティ・サイクル・レベルが使用されるとき、フレームの最大数はＭＮであるので、フレーム番号は０からＭＮ−１まで変化することがあり、０は、ｔｂｆで開始するフレームに対応し、ＭＮ−１は、最後のフレームに対応する。ノード１２が最低デューティ・サイクル・レベルｄｃ（ｃ＜Ｎ）で動作するとき、（より少ないフレームしか存在しないので）すべてのフレーム番号が使用されるとは限らない。実際に存在するフレームは、これらのフレームの開始時点に基づくこれらのフレームの元の番号付けを維持することがある。（すなわち、デューティ・サイクル・レベルｄｃにおいて時点ｔｃｆで開始するフレームは、番号ｆｃｆが付けられ、この場号は、デューティ・サイクル・レベルｄＮでもｆｃｆであるが、フレーム番号ｆｃｆ＋１がレベルｄｃで用いられることがない）。次のフレーム番号ｆｎｆは、
として表現されることがある。例えば、Ｍ＝２、ｄｃ＝１、及び、ｄＮ＝５である場合、次のフレーム番号は、ｆｎｆ＝（ｆｃｆ＋２４） ｍｏｄ ２５になる。初期フレームは番号０が付けられるので、本事例におけるフレーム番号は、０と１６との間で交互に代わる。現在デューティ・サイクル・レベルがｄｃｐｅｅｒである隣接ノード１２を含むノード１２に対し、両方のノード１２のアクティブ期間は、以下の等式：
が成り立つときにはいつでも重なり合うことになる。ユニキャスト通信の成功のため、ノード１２は、このようなフレームの間に限りパケットを互いに送信すべきである。ノード１２は、後述される同期メカニズムを使用してこのノードの隣接ノード１２のスケジュールを認識することがある。実際には、特に、ノード１２のデューティ・サイクル変化がホット・ストップの付近で起こるとき、ノード１２は、このノードの隣接ノード１２の一部又は全部の現在スケジュールが分からないことがある（例えば、ノード１２が知っている隣接ノードのスケジュールは陳腐化していることがある）。このような事例では、厳しい輻輳及び衝突が原因となって変化が他のノード１２によって認識されるまで、有意な遅延が存在することがある。このようにして、ノード１２は、このノードの固有のＳＴＥＰのどの領域に隣接ノードが位置しているかをチェックすることにより、このノードの隣接ノード１２のスケジュールをさらに推定することがある。様々な送信ポリシーがブロードキャスト通信のため利用されることがある。一部の実施形態では、ノード１２の隣接ノード１２のすべてがパケットを受信できる場合（すなわち、式（１６）がこのノードのすべての隣接ノードに対して成り立つ場合）に限り、ノード１２がパケットをブロードキャストするように、通信が制約される。本実施形態は、ブロードキャストされたパケットのためより長い伝送遅延を受けることになることが分かるであろう。他の実施形態では、ノード１２は、少なくとも１つの隣接ノード１２がリスンすることができる最も早い時点で（すなわち、式（１６）がこのノードの隣接ノードのうちの少なくとも１つに対して成り立つと直ぐに）メッセージをブロードキャストすることがある。本実施形態は、隣接ノード１２がパケットを傍受又は受信する機会を大幅に削減することが分かるであろう。ＰＤＣＡスキームの例示的な実施形態は、イベントの付近の隣接ノード１２が対象ノード１２のデューティ・サイクルと同じであるか、又は、より一層高いデューティ・サイクルを有している可能性が非常に高く、そして、イベント関連情報が通常は遅延に敏感であるので、後者のアプローチを利用する。
【００６６】
ＰＤＣＡスキームの例示的な実施形態では、スケジュール変更が行われるか、又は、周期的ＳＹＮＣメッセージ交換が必要とされるときはいつでも、ＳＹＮＣメッセージがブロードキャストされることがある。各ＳＹＮＣパケットは、（より詳細に後述される）（ａ）スケジュール・イニシエータのＩＤと、（ｂ）現在デューティ・サイクル・レベルｄｃと、（ｃ）次の基本フレームの始まりまでの残り時間と、（ｄ）現在スケジュールの経年と、（ｅ）ＥＥＮ及びＥＥＲＮのための２ビットフィールドとを例示的に格納することがある。現在スケジュールの「経年」は、スケジュールが周期的交換中にイニシエータによってブロードキャストされた回数を指す。ＰＤＣＡスキームの例示的な実施形態は、（複数の異なるスケジュールに属している）境界ノードに関係する起こり得る問題を回避するため、ネットワーク全体でグローバル・スケジューリング・スキームをさらに利用する。このグローバル・スケジューリング・スキームは、ノード１２に「旧」スケジュールを採用させることによって実施されることがある。例えば、Ｓ０がスケジュールのイニシエータであり、Ｓ０によって開始されたスケジュールの下で動作するノード１２がＳｉ（ここで、ｉ≠０）から発生されたスケジュール、又は、同じであるが経年が異なるスケジュールを用いて、隣接ノード１２からＳＹＮＣパケットを受信する場合、ノード１２は、旧スケジュールを採用することになる。
【００６７】
関心のあるイベントに関する情報を基地局１４へ配信する際に起こり得る待ち時間を低減するため、ＰＤＣＡスキームは、この情報を配信するため使用されたルーティング経路に沿って中間ノード１２をさらに明示的に区別する。前述の通り、イベント検出ノード１２は、これらのノードから出て行くパケットのＭＡＣヘッダの中のＥＥＮビットをセットすることにより特定される。ノード１２がイベント関連情報を基地局１４へルーティングしていることを示すため、他方では、ノード１２は、ＭＡＣヘッダの中の明示的イベント・ルーティング通知（ＥＥＲＮ）ビットをセットすることがある。ノード１２がＥＥＮビット又はＥＥＲＮビットがセットされたパケットの意図された受け手であるとき、これは、関心のあるイベントに関する情報を格納する優先順位を付けられたフローがノード１２を介してルーティングされることを示唆する。このようにして、このパケットを受信し次第、ノードは、引き続き送信されるべきすべてのパケットのＥＥＲＮビットをセットする。
【００６８】
ノード１２がルーティング経路の一部である限り、ノード１２は、エンド・ツー・エンド・レイテンシーを最小限に抑えるため、このノードのデューティ・サイクルを所定のレベルｄＮまで増加させる。レベルｄＮは、一部の実施形態では、最大デューティ・サイクルｄＮと同じにセットされることがある。図３Ｃに示された例示的なＷＣＮ １０を参照すると、ノード１２Ｂ、１２Ｈ、１２Ｃ、１２Ｄと基地局１４とは、イベント関連パケットのルーティング経路に沿っているので、ノード１２Ｅ又は１２Ｆから発生したパケットを受信し次第、これらのデューティ・サイクルは、ｄＮまで増加することになる。ルーティング経路に沿ったノード１２のメンバーシップは、ＥＥＲＮがセットされたパケットの受信によって周期的にリフレッシュされなければならないソフト状態として実施されることがある。換言すると、ノード１２が特定の期間内にルーティングされたパケットを受信しない場合、ノード１２は、このノードのデューティ・サイクルを最低レベルｄ１まで低下させることになる。各ノード１２によって実行されることがあるイベント情報ルーティングのための例示的なデューティ・サイクル順応手順は、アルゴリズム５として擬似コードに要約される（変数ｉｓＥｖｅｎＲｏｕｔｉｎｇは、ノード１２がこの時点でルーティング経路の一部分であることを示唆する）。
【００６９】
アルゴリズム５（関心のあるイベントに関連したルーティング・パケットの高速配信）
Ｗｈｉｌｅ（１）
Ｉｆ 近傍及び意図された受け手からのパケットＹを受信し、かつ、（Ｙ ．ＥＥＲＮ セット｜｜Ｙ ．ＥＥＮセット）
（Ａ５−１） タイムアウト付きのｉｓＥｖｅｎｔＲｏｕｔｉｎｇをセットし、かつ、デューティ・サイクルをｄｃ＝ｄＮまで増加させる
Ｅｎｄ ｉｆ
Ｉｆ （パケットＹを送信）
（Ａ５−２） Ｙ ．ＥＥＲＮ ＝ ｉｓＥｖｅｎｔＲｏｕｔｉｎｇ
Ｅｎｄ ｉｆ
Ｉｆ （タイムアウト満了）
（Ａ５−３） デューティ・サイクルをｄ１まで減少させる
Ｅｎｄ ｗｈｉｌｅ
【００７０】
ＭＡＣプロトコルの例示的な実施形態は、ここに開示されるＰＤＣＡスキームをＴＭＡＣフレームワークに適用することにより構築された（本明細書中では「Ｐ−ＴＭＡＣ」と称される）。ＴＭＡＣは、（現在のネットワーク状態に依拠し）フレーム長さが固定された同期順応デューティ・サイクリングＭＡＣプロトコルである。ＰＤＣＡスキームをＴＭＡＣに適用することにより、フレーム長さも動的になり、設計上の対立なしに、より優れた順応性をもたらす。Ｐ−ＴＭＡＣプロコルは、Ｃａｓｔａｌｉａシミュレータ上のターゲット追跡（イベント駆動ＷＳＮの典型的なアプリケーション）の状況で評価された。Ｃａｓｔａｌｉａシミュレータは、A. Boulis, “Castalia: Revealing Pitfalls in Designing Distributed Algorithms in WSN,” SenSys ’07: Proceedings of the 5th Int’l Conf. on Embedded Networked Sensor Sys. 407-408 (2007)に記載され、この文献の開示内容全体が参照によって本明細書中に明確に組み込まれる。特に、Ｐ−ＴＭＡＣプロトコルの性能は、各ＴｅｌｏｓＢノードが天井の下にランダムに配備され、２５ｍ×２５ｍのエリア内を下向きに観測するカメラを備えている６０個のＴｅｌｏｓＢノードで構成されたＷＣＮを使ってシミュレートされた。（ある程度まで、イベントが稀にしか発生しない事例及びイベントが頻繁に発生する事例の両方を受け入れるために）ランダムに移動するオブジェクトが全シミュレーション時間のうちの３分の１の期間中にネットワーク内に存在すると仮定した。
【００７１】
Ｐ−ＴＭＡＣのシミュレートされた性能は、２つの他の既存の順応ＭＡＣプロトコル：ＡＭＡＣ及びＴＭＡＣと比較された。これらのＭＡＣプロトコルの基本フレーム長さＬは、すべてがアクティブ期間３０ｍｓを含む１２２０ｍｓになるようにセットされ、その結果、基本デューティ・サイクル２．４６％が得られた。Ｐ−ＴＭＡＣ及びＡＭＡＣは、それぞれが、それらのフレーム長さを（指数的に変化するフレーム長さの特性によって）Ｌ、Ｌ／２、Ｌ／４及びＬ／８の間で変更することを許容された。性能評価のための基準線を設定するため、異なるフレーム長さをもつ４つのＴＭＡＣが同様に評価された。具体的には、デューティ・サイクル２．５％、４．９％、９．８％、及び、１９．７％に対応するフレーム長さを有し、ＴＭＡＣ−０、ＴＭＡＣ−１、ＴＭＡＣ−２及びＴＭＡＣ−３とそれぞれ呼ばれるＴＭＡＣプロトコルが同様にシミュレートされた。シミュレーションの残りのパラメータは、以下の表１に要約される。
【００７２】
さらに、関心のあるイベントを検出するノードがこのイベントをシンク・ノードに個別に、又は、隣接ノードとの協働的なデータ処理と共に報告する２種類のシナリオが評価された。第１のシナリオ（すなわち、関心のあるイベントを検出する各ノードがこのノードの測定量を個別に報告するシナリオ）は、各ＭＡＣプロトコルがイベントによって始動された集中的パケットをどの程度巧く取り扱えるかを評価する。第２のシナリオ（すなわち、イベントを検出する各ノードが協働的なセンシング及び処理を実行するためこのノードの隣接ノードとメッセージを交換するシナリオ）は、イベントの付近でより一層集中的な集中的トラフィックを必然的に伴い、利用されたＭＡＣプロトコルにさらなる課題を作り出す。両方のシナリオにおけるＭＡＣプロトコルの性能特性は、待ち時間及びスループットのような従来型のメトリックに加えて、イベント駆動ＷＳＮを評価するため具体的に設計された時間限界パラメータ推定精度（ＴＩＢＰＥＡ）ＱｏＳメトリックを使用して獲得された。ＴＩＢＰＥＡは、P.J. Shin et al., “A QoS Evaluation Testbed for MAC Protocols for Wireless Camera Networks” 235-242 (2007) に記載され、この文献の開示内容全体が参照によって本明細書中に明確に組み込まれる。ＴＩＢＰＥＡ ＱｏＳ評価メトリックは、隣接ノードが互いに通信できる信頼性が高くなるのにつれて、協働的に計算されるべきパラメータの精度が高くなるという観察に基づいて設計された。ＴＩＢＰＥＡは、ある一定のタイムアウト期間内にブロードキャスト・メッセージへの応答に成功した隣接ノードの平均的な割合を使用して計算される。様々なＭＡＣプロトコルが、待ち時間、正規化スループット、及び、エネルギー消費量のような従来型のメトリックを使用してさらに評価された。正規化スループットは、各ＭＡＣプロトコルにおいて、すべてのノードからシンクへ報告されたパケットの数を上限の役目を果たすＴＭＡＣ−３のパケットの数で割り算することによって計算された。
【００７３】
第１のシナリオでは、ＷＣＮの各ノードは、このノードの固有のセンシング間隔を用いて環境を連続的にセンスする。関心のあるイベントがノードのセンシング間隔中にこのノードによって検出されたときはいつでも、このノードは、このノードの固有の測定量を（例えば、ネットワークの縁に位置している）ＷＣＮのシンク・ノードへ直接的に報告する。ノードのセンシング・フィールドは重なり合うことがあるので、イベントは、イベントの近傍からシンク・ノードまで、各通信フローが簡単なツリーに基づくルーティング・プロトコルによって命令される複数の通信フローを始動させる。前述されたＰ−ＴＭＡＣプロトコル、ＡＭＡＣプロトコル、および、４つのＴＭＡＣプロトコルの性能は、この第１のシナリオにおいて、待ち時間、正規化スループット、及び、エネルギー消費量の観点から評価された。
【００７４】
今度は図１０Ａを参照すると、シミュレーション結果は、Ｐ−ＴＭＡＣがＴＭＡＣ−３の平均待ち時間と類似した範囲において、様々なサンプリング間隔で、非常に低い１ホップ当たりの平均待ち時間を達成することを示す。「センシング・ラウンド」は、関心のあるイベントがノードのセンシング・フィールドの中に存在している期間として定義されることがある。「リンク初期化パケット」は、各センシング・ラウンド中に最初に送信されたパケットとして定義されることがある。同じオブジェクト移動を仮定すると、より高いサンプリングレートが１センシング・ラウンド当たりより一層のパケット生成を引き起こし、パケットの全数に対するリンク初期化パケットの割合を低下させる。ＴＭＡＣ及びＡＭＡＣは、低サンプリングレート及び／又は低速オブジェクト移動が原因となって、リンク初期化パケットの数が少ないときにそれぞれが最も良く機能するように設計される。図１０Ａにおいて分かるように、ＴＭＡＣ−０及びＡＭＡＣの１ホップ当たりの平均待ち時間は、サンプリング間隔の増加に伴って逆に増加するが、Ｐ−ＴＭＡＣは、このプロトコルの最良性能を維持する。
【００７５】
各ＭＡＣプロトコルシミュレーションの正規化スループットが図１０Ｂに示される。正規化スループットは、各ＭＡＣプロトコルに対しすべてのノードからシンク・ノードへ報告されたパケットの数を（理論的な上限としての役目を果たす）ＴＭＡＣ−３の同じメトリックによって割り算することによって計算された。スループットの観点から、Ｐ−ＴＭＡＣは、ＡＭＡＣより優れており、ＴＭＡＣ−３のスループットとほぼ同じ性能を達成する。サンプリング間隔が増加するのにつれてＡＭＡＣのスループットが減少する主な理由は、データパケットと比較して、制御パケット（例えば、ＳＹＮＣ、ＲＴＳ及びＣＴＳ）の付加的な通信オーバーヘッドである。ノードのスケジュールが変化するときはいつでも、Ｐ−ＴＭＡＣ及びＡＭＡＣは、それぞれが、現在スケジュールをブロードキャストする。Ｐ−ＴＭＡＣは、ＡＭＡＣより広いスケジュール順応範囲を有しているので、この通信オーバーヘッドは、空間全体に分散させられる。このように、制御パケットがイベントの周りのノードに与える悪影響は、ＡＭＡＣの場合よりＰ−ＴＭＡＣの場合に影響が小さい。
【００７６】
Ｐ−ＴＭＡＣは、待ち時間及びスループットの観点から、ＴＭＡＣ−３に類似する性能メトリックを達成するが、図１０Ｃに示されるように、Ｐ−ＴＭＡＣのエネルギー消費量は、ＴＭＡＣ−１とＴＭＡＣ−２との間にある。これは、Ｐ−ＴＭＡＣがＴＭＡＣより効率的にエネルギーと待ち時間との間のトレードオフを改善することを示唆する。最後に、ＡＭＡＣは、前述されるように、待ち時間及びスループットの観点で性能を犠牲にして、Ｐ−ＴＭＡＣより優れた性能を達成する。
【００７７】
第２のシナリオでは、ノードが関心のあるイベントを検出したとき、ノードは、（通常は分散アルゴリズムを含む）協働的なデータ処理を通じてイベントのより徹底的な理解を得るため、隣接ノードと測定量を共有することを試みる。今度は図１１Ａ及び１１Ｂを参照すると、異なる平均ターゲット速度３ｍ／ｓ及び６ｍ／ｓを用いた２組のシミュレーションがＭＡＣプロトコルに対して実施された。シミュレーションの組毎に、ＴＩＢＰＥＡが異なるタイムアウト限界を用いて測定された。Ｐ−ＴＭＡＣプロトコルは、タイムアウト限界が厳しいとき（イベント駆動ＷＳＮにおいて共通の状況）、ＡＭＡＣプロトコル、ＴＭＡＣ−０プロトコル、および、さらにＴＭＡＣ−２プロトコルより優れていた。他のＭＡＣプロトコルと比較して優れているＰ−ＴＭＡＣの性能は、遅延が重要なアプリケーションに対し、この設計目標を充足する。
【００７８】
ある特定の例示的な実施形態が詳細に前述されたが、変形及び変更は特許請求の範囲に記載され、規定された本開示の範囲及び趣旨に包含される。
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、イベント駆動ワイヤレス・センサ・ネットワークのための媒体アクセス制御プロトコルに関する。より詳しくは、本開示は、予測的デューティ・サイクル順応方法を用いる媒体アクセス制御プロトコルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤレス・センサ・ネットワーク（ＷＳＮ）は、それぞれが一般的なセンシング、情報処理、及び、ワイヤレス通信能力を備え、物理状態又は環境状態を協調して監視するため１つのエリアに配備されたセンサ・ノードのグループである。例えば、受動的な環境監視用のＷＳＮ内のこれらのノードは、収集され、そして、マルチホップ通信を介して中継することによりリモート・ホストに報告されることがあるセンシング測定量（例えば、温度、圧力、光度など）を作ることに充てられる。「イベント駆動」ＷＳＮと称される比較的新しいクラスのＷＳＮは、一般的に、例えば、ターゲット追跡アプリケーションにおける人又は他のオブジェクトのような関心のあるイベントを検出し追跡するため配備される。イベント駆動ＷＳＮの特徴的な特性は、大きい移動度を有することがあり、イベントの近くで発生する空間的相関を持つ集中的なトラフィックである。このようなネットワークでは、移動中のターゲットによって引き起こされたイベントが、新しいノードのペアの間の新しい通信リンクと新しいルーティング経路の開始を連続的に引き起こす。クラスをよりよく特徴付けるイベント駆動ＷＳＮの他の実例的な実施例は、ワイヤレス・カメラ・ネットワーク（ＷＣＮ）である。
【０００３】
ＷＳＮのノードによる共有ワイヤレス通信媒体へのアクセスは、一般に、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）プロトコルによって調停される。ＷＳＮ及びＭＡＣプロトコルの設計者は、一般的に、ノードの耐用期間及びネットワーク性能（例えば、ネットワークにおける待ち時間の最小化及びスループットの最大化）の両方を最大化することを試みる。様々なＭＡＣ技術の間で、各ノードの無線通信のデューティ・サイクリングは、一般に、エネルギーを保存し、それによって、各ノードの耐用期間を増大するために最も効率的な方法のうちの１つであると考えられる。スリープモードとアクティブモードとを交互にすることによって、そして、アクティブモード中に限りデータを送信することにより、ノードは、不必要なエネルギー消費を回避することができる。しかし、ノードのデューティ・サイクルを変更することは、ノードでの通信待ち時間に直接影響を与える。その結果として、待ち時間及びエネルギー消費の両方を最小限に抑える試みは、根本的なトレードオフを伴う。
【０００４】
様々なアプローチがこのトレードオフのバランスを保つため提案されている。静的デューティ・サイクリング方法に加えて、いくつかの提案されたアプローチは、ノードのデューティ・サイクル順応が（通常は、ノードの現在のトラフィック状態に関して定義される）関心のあるイベントの検出に基づいて、順応的又は動的なデューティ・サイクリング方法を用いる。イベント駆動ＷＳＮのため具体的に設計された一部のＭＡＣプロトコルは、パケットの間の冗長性を除去することにより、又は、複数のチャネルを利用することにより、イベント駆動型メッセージの一部又は全部のいずれかの待ち時間を最小化を試行するが、これらの試行は、依然として関心のあるイベントが実際に発生した後にのみ行われる。これらの既存のデューティ・サイクル順応方法は受動的であり、よって、受動的な環境監視を対象にしたＷＳＮによって一般的に充足される状態であるイベントの付近であっても（すなわち、通信パラメータがパス又はリンク全体に対し既に調節された状態の下で）、同じ通信リンク又はルーティング経路が繰り返し再使用されるときに、最も効果がある。しかしながら、反応的な順応に基づくこれらのアプローチは、特に、イベントの移動度が大きいときに、新しいイベントの検出とＭＡＣプロトコルの反応との間に内在する遅延が原因となって、イベント駆動ＷＳＮに適用されている状態の下で機能が不足し、待ち時間及びエネルギー保存の両方に関して、イベント駆動ＷＳＮにおける最適な性能をもたらしているとは言えない。
【０００５】
上記のＭＡＣプロトコル及び関連した技術は、非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４、非特許文献５、非特許文献６、非特許文献７、非特許文献８、非特許文献９、非特許文献１０、非特許文献１１、非特許文献１２、非特許文献１３、非特許文献１４及び非特許文献１５に記載されている。上記の引用文献のそれぞれの開示内容全体が参照によって本明細書中に明確に組み込まれる。この一覧は、すべての関連する従来技術の完全な検索が実施されたこと、又は、この一覧に記載された文献より優れている文献が存在しないことの表現として意図されたものでなく、さらにこのような表現が推論されるべきでない。
【０００６】
＜関連する出願への相互参照＞
本願は、合衆国法典第３５巻第１１９条（ｅ）の下で、２００９年８月２０日に出願された米国仮出願第６１／２３５，４１５号に基づく優先権を主張し、この仮出願の開示内容全体が参照によって本明細書中に明確に組み込まれる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】G. Welch et al., An Introduction to the Kalman Filter (1995)
【非特許文献２】A. Aljadhai et al., “Predictive Mobility Support for QoS Provisioning in Mobile Wireless Environments,” 19 IEEE J. on Selected Areas Comms. 1915-1930 (2001)
【非特許文献３】M. Buettner et al., “X-Mac: A Short Preamble Mac Protocol for Duty cycled Wireless Sensor Networks,” Proc. 4th Int’l Conf. on Embedded Networked Sensor Sys. 307-320 (2006)
【非特許文献４】A. El-Hoiyadi et al., “WiseMAC: An Ultra Low Power MAC Protocol for Multi-Hop Wireless Sensor Networks,” 3121 Lecture Notes in Computer Sci. 18-31 (2004)
【非特許文献５】P. Lin et al., “Medium Access Control with a Dynamic Duty Cycle for Sensor Networks,” 3 IEEE Wireless Comms. & Networking Conf. (2004)
【非特許文献６】K. Jamieson et al., “Sift: A MAC Protocol for Event-Driven Wireless Sensor Networks,” 3868 Lecture Notes in Computer Sci. 260 (2006)
【非特許文献７】B. Kusy et al., “Elapsed Time on Arrival: A Simple and Versatile Primitive for Canonical Time Synchronization Services,” 1 Int’l J. Ad Hoc Ubiquitous Computing 239-51 (2006)
【非特許文献８】S. Liu et al., “CMAC: An Energy Efficient MAC Layer Protocol Using Convergent Packet Forwarding for Wireless Sensor Networks,” 7 Proc. IEEE Se. Conf. (2007)
【非特許文献９】T. Liu et al., “Mobility Modeling, Location Tracking, and Trajectory Prediction in Wireless ATM Networks,” 16 IEEE J. on Selected Areas Comms. 922-936 (1998)
【非特許文献１０】Y. Nam et al., “An Adaptive MAC (A-MAC) Protocol Guaranteeing Network Lifetime for Wireless Sensor Networks,” Proc. 12th Eur. Wireless Conf. (2006)
【非特許文献１１】V. Namboodiri et al., “Alert: An Adaptive Low-Latency Event-Driven MAC Protocol for Wireless Sensor Networks,” Proc. 7th Int’l Conf. on Info. Processing in Sensor Networks 159-170 (2008)
【非特許文献１２】J. Polastre et al., “Versatile Low Power Media Access for Wireless Sensor Networks,” Proc. 2d Int’l Conf. on Embedded Networked Sensor Sys. 95-107 (2004)
【非特許文献１３】I. Rhee et al., “Z-MAC: A Hybrid MAC for Wireless Sensor Networks,” 16 IEEE/ACM Transactions on Networking, 511-524 (2008)
【非特許文献１４】T. Van Dam et al., “An Adaptive Energy-Efficient MAC Protocol for Wireless Sensor Networks,” Proc. 1st Int’l Conf. on Embedded Networked Sensor Sys. 171-180 (2003)
【非特許文献１５】W. Ye et al., “An Energy-Efficient MAC Protocol for Wireless Sensor Networks,” 3 Proc. 21st Ann. Joint Conf. IEEE Computer & Comms. Societies (2002)
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、特許請求の範囲に記載された１つ以上の特徴、及び／又は、単独で又は組み合わせて特許可能な主題を構成する以下の特徴を含む。
【０００９】
一態様によれば、複数のノードによる共有通信媒体へのアクセスを制御する方法は、複数のノードのうちの各ノードに対し、イベントが将来の時点でこの各ノードのセンシング・フィールドの範囲内で発生するかどうかを予測するステップと、各ノードに関する予測に応答してこの各ノードの通信スケジュールを順応させるステップと、を含む。
【００１０】
一部の実施形態では、イベントが将来の時点でこの各ノードのセンシング・フィールドの範囲内で発生するかどうかを予測するステップは、各ノードのカメラがこの将来の時点で関心のあるオブジェクトを観測するかどうかを予測するステップを含むことがある。他の実施形態では、イベントが将来の時点でこの各ノードのセンシング・フィールドの範囲内で発生するかどうかを予測するステップは、これらの複数のノードのうちの各ノードで時空間イベント確率（ＳＴＥＰ）を推定するステップを含むことがある。これらの複数のノードのうちの各ノードでＳＴＥＰを推定するステップは、この将来の時点で各ノードのセンシング・フィールドに亘ってイベントの位置不確定性を統合するステップを含むことがある。
【００１１】
他の実施形態では、複数のノードのうちの各ノードでＳＴＥＰを推定するステップは、再帰的パラメータ推定器を使用するステップを含むことがある。再帰的パラメータ推定器を使用するステップは、カルマンフィルタと粒子フィルタとのうちの一方を使用するステップを含むことがある。この方法は、複数のノードのうちの第１のノードを用いて、複数のノードのうちの第２のノードからイベントの測定量を含むパケットを受信するか、又は、傍受するステップをさらに含むことがある。この方法は、イベントの測定量を使用して再帰的パラメータ推定器を更新することにより第１のノードで新しいＳＴＥＰを推定するステップをさらに含むことがある。この方法は、この測定量がこのイベントのため予測された不確定性領域の範囲内でないとき、再帰的パラメータ推定器の新しいインスタンスを初期化するステップをさらに含むことがある。この方法は、イベントの新しい測定量を含むパケットが第１のノードによって受信又は傍受されない所定の期間の後に、再帰的パラメータ推定器のインスタンスを終了するステップをさらに含むことがある。第１のノードの通信スケジュールは、再帰的パラメータ推定器のインスタンスの終了に応答して最低デューティ・サイクルに順応させられることがある。
【００１２】
さらに他の実施形態では、各ノードの通信スケジュールを順応させるステップは、各ノードの無線機のデューティ・サイクルを調節するステップを含むことがある。各ノードの無線機のデューティ・サイクルを調節するステップは、各ノードがイベントの予測された不確定性領域の中のどの確率部分空間に属しているかを決定するステップを含むことがある。各ノードの無線機のデューティ・サイクルを調節するステップは、各無線機によって利用されるフレーム長さを指数的に変化させるステップを含むことがある。一部の実施形態では、この方法は、パケットを送信するノードがこの時点でイベントをセンシングしているかどうかを示す第１のビットを含む専用フィールドを格納するパケットを送信するステップをさらに含むことがある。専用フィールドは、パケットを送信するノードがこの時点でイベント関連データを転送しているかどうかを示す第２のビットをさらに含むことがある。
【００１３】
別の態様によれば、１つ以上の有形で非一過性でコンピュータ読み取り可能な媒体は、第１のノードのプロセッサによって実行されるとき、このプロセッサに、イベントが将来の時点で第１のノードのセンシング・フィールドの範囲内で発生するかどうかを予測させ、この予測に応答して、複数のノードの間で共有される通信媒体への第１のノードによるアクセスを制御する第１のノードの通信スケジュールを順応させる複数の命令を含む。
【００１４】
一部の実施形態では、イベントが将来の時点で第１のノードのセンシング・フィールドの範囲内で発生するかどうかを予測することは、第１のノードのカメラがこの将来の時点で関心のあるオブジェクトを観測するかどうかを予測することを含むことがある。他の実施形態では、イベントが将来の時点で第１のノードのセンシング・フィールドの範囲内で発生するかどうかを予測することは、第１のノードで時空間イベント確率（ＳＴＥＰ）を推定することを含むことがある。第１のノードでＳＴＥＰを推定することは、第１のノードのセンシング・フィールドに亘ってイベントの位置不確定性を統合することを含むことがある。
【００１５】
他の実施形態では、第１のノードでＳＴＥＰを推定することは、再帰的パラメータ推定器を使用することを含むことがある。再帰的パラメータ推定器を使用することは、カルマンフィルタと粒子フィルタとのうちの一方を使用することを含むことがある。これらの複数の命令は、さらにこのプロセッサに、複数のノードのうちの第２のノードからイベントの測定量を含むパケットを受信させるか、又は、傍受させることがある。これらの複数の命令は、さらにこのプロセッサに、イベントの測定量を使用して再帰的パラメータ推定器を更新することにより第１のノードで新しいＳＴＥＰを推定させることがある。これらの複数の命令は、さらにこのプロセッサに、この測定量がこのイベントのため予測された不確定性領域の範囲内でないとき、再帰的パラメータ推定器の新しいインスタンスを初期化させることがある。これらの複数の命令は、さらにこのプロセッサに、イベントの新しい測定量を含むパケットが第１のノードによって受信又は傍受されない所定の期間の後に、再帰的パラメータ推定器のインスタンスを終了させることがある。第１のノードの通信スケジュールは、再帰的パラメータ推定器のインスタンスの終了に応答して最低デューティ・サイクルに順応させられることがある。
【００１６】
さらに他の実施形態では、第１のノードの通信スケジュールを順応させることは、第１のノードの無線機のデューティ・サイクルを調節することを含むことがある。第１のノードの無線機のデューティ・サイクルを調節することは、第１のノードがイベントの予測された不確定性領域の中のどの確率部分空間に属しているかを決定することを含むことがある。第１のノードの無線機のデューティ・サイクルを調節することは、第１のノードの無線機によって利用されるフレーム長さを指数的に変化させることを含むことがある。これらの複数の命令は、さらにこのプロセッサに、第１のノードがこの時点でイベントをセンシングしているかどうかを示す第１のビットを含む専用フィールドを格納するパケットを送信させることがある。専用フィールドは、第１のノードがこの時点でイベント関連データを転送しているかどうかを示す第２のビットをさらに含むことがある。
【００１７】
さらに別の態様によれば、ワイヤレス・センサ・ネットワークは複数ノードを備え、各ノードは、制御回路と、複数のノードの間で共有される通信媒体にアクセスする無線機とを含み、各ノードの制御回路は、（ｉ）イベントが将来の時点でこのノードのセンシング・フィールドの範囲内で発生するかどうかを予測し、（ｉｉ）予測に反応してこのノードの無線機のデューティ・サイクルを調節するため構成されている。
【００１８】
一部の実施形態では、各ノードはカメラを含むことがあり、各ノードの制御回路は、このノードのカメラがこの将来の時点で関心のあるオブジェクトを観測するかどうかを予測するため構成されることがある。他の実施形態では、各ノードの制御回路は、このノードで時空間イベント確率（ＳＴＥＰ）を推定することにより、イベントが将来の時点でこのノードのセンシング・フィールドの範囲内で発生するかどうかを予測するため構成されることがある。各ノードの制御回路は、このノードのセンシング・フィールドに亘ってイベントの位置不確定性を統合することにより、このノードで時空間イベント確率（ＳＴＥＰ）を推定するため構成されることがある。
【００１９】
他の実施形態では、各ノードの制御回路は、再帰的パラメータ推定器を使用してこのノードで時空間イベント確率（ＳＴＥＰ）を推定するため構成されることがある。再帰的パラメータ推定器は、カルマンフィルタと粒子フィルタとのうちの一方でもよい。各ノードの制御回路は、無線機を介して、複数のノードのうちの別のノードからイベントの測定量を含むパケットを受信するか、又は、傍受するためさらに構成されることがある。各ノードの制御回路は、イベントの測定量を使用して再帰的パラメータ推定器を更新することによりこのノードで新しいＳＴＥＰを推定するためさらに構成されることがある。各ノードの制御回路は、この測定量がこのイベントのため予測された不確定性領域の範囲内でないとき、再帰的パラメータ推定器の新しいインスタンスを初期化するためさらに構成されることがある。各ノードの制御回路は、イベントの新しい測定量を含むパケットがこのノードによって受信又は傍受されない所定の期間の後に、再帰的パラメータ推定器のインスタンスを終了するためさらに構成されることがある。各ノードの制御回路は、再帰的パラメータ推定器のインスタンスの終了に反応して、このノードの無線機のデューティ・サイクルを最低デューティ・サイクルに調節するためさらに構成されることがある。
【００２０】
さらに他の実施形態では、各ノードの制御回路は、このノードがイベントの予測された不確定性領域の中のどの確率部分空間に属しているかを決定することにより、このノードの無線機のデューティ・サイクルを調節するため構成されることがある。各ノードの制御回路は、このノードの無線機によって利用されるフレーム長さを指数的に変化させることにより、このノードの無線機のデューティ・サイクルを調節するため構成されることがある。各ノードの制御回路は、このノードがこの時点でイベントをセンシングしているかどうかを示す第１のビットを含む専用フィールドを格納するパケットを、無線機を介して送信するためさらに構成されることがある。専用フィールドは、このノードがこの時点でイベント関連データを転送しているかどうかを示す第２のビットをさらに含むことがある。
【００２１】
付加的な特徴は、単独で又は上記の列挙された特徴及び請求項に列挙された特徴を含むいずれかの他の（複数の）特徴と組み合わせて、特許可能な主題を構成することがあり、そして、現時点で認められるように発明を実施するベストモードを実証する以下の実例的な実施形態の詳細な説明を考慮して、当業者にはっきりと理解されるであろう。
【００２２】
詳細な説明は添付図面を特に参照する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実例的なＷＣＮにおけるビジョンデータの典型的なクラスタベース分散処理のための状態遷移図である。
【図２】実例的なＷＣＮで使用されることがあるワイヤレス・カメラベース・センサ・ノードの一実施形態を示す図である。
【図３Ａ】実例的なＷＣＮにおけるノードの部分的に重なり合う通信範囲を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ａの実例的なＷＣＮのノードの部分的に重なり合うセンシング・フィールドを示す図である。
【図３Ｃ】関心のある移動オブジェクトの追跡と基地局への集計データの配信とに関与する図３Ａ及び３Ｂの実例的なＷＣＮを示す図である。
【図４】実例的なＷＣＮノードのＭＡＣレイヤとアプリケーションレイヤ２８との間の相互作用を示す図である。
【図５】図４の実例的なＷＣＮノードのＭＡＣレイヤとアプリケーションレイヤのための状態遷移図である。
【図６】近平面及び遠平面によって囲まれた３次元空間としてピンホール・カメラ・モデルの視錐台を示す図である。
【図７Ａ】初期時刻での図３のＷＣＮにおける実例的なデューティ・サイクル分布を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ａの実例的なデューティ・サイクル分布と図３のＷＣＮにおけるノードのセンシング・フィールドの中心との間の関係を示す図である。
【図７Ｃ】後の時刻での図３のＷＣＮにおける実例的なデューティ・サイクル分布を示す図である。
【図８】４種類のデューティ・サイクル・レベルを利用する実例的なＷＣＮの指数的に変化するフレーム長さを示す図である。
【図９】より高いデューティ・サイクルと共に新しいスケジュールを採用する実例的なタイムラインを示す図である。
【図１０Ａ】本開示による例示的なＭＡＣプロトコルと、ＡＭＡＣプロトコルと、異なるデューティ・サイクルを用いる４つのＴＭＡＣプロトコルとを利用するＷＣＮに関して、異なるサンプリング間隔での１ホップ当たりの平均待ち時間を比較するシミュレーションの結果を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０ＡのＭＡＣプロトコルを利用するＷＣＮに関して、異なるサンプリング間隔での正規化スループットを比較するシミュレーションの結果を示す図である。
【図１０Ｃ】図１０ＡのＭＡＣプロトコルを利用するＷＣＮに関して、異なるサンプリング間隔での平均エネルギー消費量を比較するシミュレーションの結果を示す図である。
【図１１Ａ】図１０ＡのＭＡＣプロトコルのＭＡＣプロトコルを利用するＷＣＮに関して、毎秒３メートルの平均ターゲット速度を用いて、異なるタイムアウト期間で時間限定パラメータ推定精度（ＴＩＢＰＥＡ）を比較するシミュレーションの結果を示す図である。
【図１１Ｂ】図１０ＡのＭＡＣプロトコルのＭＡＣプロトコルを利用するＷＣＮに関して、毎秒６メートルの平均ターゲット速度を用いて、異なるタイムアウト期間でＴＩＢＰＥＡを比較するシミュレーションの結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本開示の概念は、様々な変更を受けやすく、代替的な形を生じやすいが、本開示の特定の実例的な実施形態が図面に一例として表され、本明細書でより詳細に記載される。しかし、本開示の概念を開示された特有の形に限定する意図はなく、そうではなく、むしろ、特許請求の範囲に定められるような発明の趣旨及び範囲に含まれるすべての変更物、均等物、及び、代替物に及ぶことを意図してものである。
【００２５】
以下の説明では、論理実装と、オペコードと、オペランドを指定する手段と、リソース分割／共有／複製実装と、システムコンポーネントのタイプ及び相互関係と、論理分割／統合選択とのような多数の特定の詳細が本開示のより徹底的な理解を行うため示される。しかし、本開示の実施形態がこのような特定の詳細を用いることなく実施されることがあることが当業者によって認められるであろう。他の事例では、制御構造、ゲートレベル回路、及び、完全なソフトウェア命令シーケンスは、発明を分かり難くすることがないように詳細には示されていない。当業者は、記載された内容があれば、必要以上に実験することなく、適切な機能を実施することができるであろう。
【００２６】
開示されたシステム及び方法の実施形態は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又は、これらのいずれかの組み合わせで実施されることがある。一例として、開示されたシステム及び方法の実施形態は、１つ以上の有形の機械読み取り可能な媒体に記憶され、１台以上のプロセッサによって読み取られ、実行されることがある命令として実施されることがある。有形の機械読み取り可能な媒体は、機械（例えば、プロセッサ）によって読み取り可能な形で情報を記憶又は送信するメカニズムを含むことがある。有形の機械読み取り可能な媒体は、例示的に、リード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶装置、光記憶装置、フラッシュメモリ、及び／又は、他のタイプのメモリ機器を含むことがある。
【００２７】
本開示は、イベント駆動ＷＳＮのため具体的に設計された予測的デューティ・サイクル順応（ＰＤＣＡ）方法について記載する。既存のアプローチは、その時点で受けているネットワーク状態に応じてノードのデューティ・サイクルを受動的（すなわち、反動的）に順応させるが、ここに開示されるＰＤＣＡスキームは、関心のあるイベントが近い将来にノードのセンシング・フィールドの範囲内で発生する確からしさを予測することにより、各ノードでのデューティ・サイクル・スケジュールを能動的に順応させる。この確からしさは、本明細書では、ノードでの「時空間イベント確率」（ＳＴＥＰ）と称される。このＰＤＣＡスキームを利用するＷＳＮは、集中的なトラフィックが予想されるノードが通信トラフィックの実際の増加前にこれらのノードの通信プロトコルパラメータを変更すること（それによって、ネットワーク全体の全般的な待ち時間を低下させること）を可能にさせる。
【００２８】
ここに開示されるＰＤＣＡスキームは、各ノードにこのノードの隣接ノードを介して進行中のイベントを検出する能力を与え、各ノードの実効センシング・フィールドを拡大し、このノードの通信隣接ノードのセンシング・フィールドをさらに包含する。一部の実施形態では、このことは、より詳細に後述されるように、隣接ノードから受信されたパケットの１ビット又は２ビットフィールドを用いて達成されることがある。このＰＤＣＡスキームの下で、ノードにイベントが現れるとき、このノードの隣接ノードは、（同じイベントが直接的に現れないときでも）このイベントを認識する。このようにして、イベントが現れるノードがこのノードの隣接ノードのうち次に同じイベントが現れるノードを予測できる場合、これらの隣接ノードは、イベントが実際に到着する前に、それぞれのプロトコルパラメータを変更できる。一つの例示的な実施形態では、この予測は、ＭＡＣレイヤに埋め込まれたカルマンフィルタに基づく追跡アルゴリズムを使用して実施され、各ノードが、僅かに１ビット又は２ビットの付加的な通信オーバーヘッドで、その時点で発生しているイベントを確率論的にローカライズすることを可能にする。関心のあるイベントの再帰的推定及び予測は、このＰＤＣＡスキームでは、完全分散方式で各ノードにおいて実行されることがある。さらに、提案されたＰＤＣＡスキームは、ネットワークの中の種々のノードが別個のデューティ・サイクルで動作することを可能にし、異種ノード・スケジュールを生じる。隣接ノード間の重なり合わないアクティブ期間から生じる何らかの問題を回避するため、各ノードがこのノードの隣接ノードのスケジュールの知識だけに基づいて（すなわち、付加的なメッセージ交換に頼らずに）メッセージをこのノードの隣接ノードへ送信することを許可される瞬間を計算することを可能にするメカニズムがＰＤＣＡスキームの中に組み入れられることがある。ＭＡＣプロトコルパラメータの再構成のためのこの予測アプローチを詳細に説明する前に、本開示は、最初に、イベント駆動ＷＳＮの固有の特徴のうちのいくつかを概観する。ＰＤＣＡスキームを利用するＷＣＮの一つの例示的な実施形態のシミュレートされた性能評価が同様に（従来のＴＭＡＣプロトコル及びＡＭＡＣプロトコルとの性能比較で）ターゲット追跡との関連において以下で提示される。
【００２９】
イベント駆動ＷＳＮは、ネットワーク環境の中で発生しているイベントが無線ブロードキャスト・トラフィックをイベントの付近にあるノードの間で集中的にさせる可能性があるので、より一層従来的なＷＳＮと相違する。リアルタイムで検知されたデータを（一部の事例では、協調して）処理し、何らかのイベント関連情報を失うことを回避するために、イベント駆動ＷＳＮのノードは、これらのノードの通信プロトコルパラメータを急速に（例えば、デューティ・サイクルの範囲内で）変更できるべきである。一つ一つの個別のノードの計算能力及びセンシング能力が限定されているので、イベント駆動ＷＳＮの中のセンサ・ノードは、多くの場合に、関心のあるイベントを検出し、イベントの種々の属性を推定するため互いに協働する。この特性は、スカラ測定量が各ノードによって独立に獲得され、データ伝送における冗長性を除去するためにネットワークの中で簡単に集計されるより一層従来的なＷＳＮのノードと対照をなすことがある。より一層従来的なＷＳＮの一実施例は、空気品質に関して環境を監視するため設計されたワイヤレス・ネットワークである。他方では、ワイヤレス・カメラ・ネットワーク（ＷＣＮ）は、イベント駆動ＷＳＮの例示的な実施例である。例示的なＷＣＮでは、ノードは、環境内の人又は他のオブジェクトの存在を検出することだけでなく、検出された人又はオブジェクトの移動を追跡することを要請されることがある。
【００３０】
例示的なＷＣＮ（又は、他のイベント駆動ＷＳＮ）では、オブジェクト検出及び追跡のようなタスクは、いずれかの単一ノードでのプロセッサの能力を超えた計算を伴うことがある。このような計算は、発明の名称が“Clustering Protocol for Directional Sensor Networks”であり、開示内容全体が参照によって本明細書中に明確に組み込まれる現在係属中の米国特許出願公開第２０１０／００７３８６号明細書に記載されているように、適切なアルゴリズムのクラスタベース分散実施を必要とすることがある。この明細書に記載されるように、このような協働的な処理のため使用されるクラスタは、典型的に、一つずつがイベントに関連した何らかの感覚情報を獲得することができるノードで構成される。協働的な計算は、多くの場合に、クラスタ内部での集約的なメッセージ交換を伴い、（通信プロトコルパラメータが時宜を得た形で変更されない限り）頻繁なパケット衝突によって特徴付けられることがある高度に集中的な通信を生じさせ、エネルギーの無駄遣い、及び、重要データの送信失敗という結果になる。図１に示された状態遷移図は、ＷＣＮの一つの例示的な実施形態においてオブジェクトを協働して追跡するときに実行されることがある様々な計算ステップの概要を表す。
【００３１】
イベント駆動ＷＳＮは、厳しいサービス品質（ＱｏＳ）要件をさらに保有する。イベント駆動ＷＳＮの目的は、主として、関心のあるイベントを検出し、時宜を得た形でイベント固有タスクを実行することである。監視目的のため広いエリアに配備された例示的なＷＣＮに戻ると、エンドユーザへのイベント情報の時宜を得た形での伝送は、ネットワーク全体に亘る通信に関してある一定のＱｏＳを必要とすることがある。ＷＳＮは、クラスタ通信の観点から、ノードによる協働的な問題解決のため適切なＱｏＳメトリックをさらに必要とすることがある。ノードが期待されるピークトラフィックに応じることができるようにノードに単にオーバー・プロビジョニングすることによって高いＱｏＳを達成することは、一般に、個々のノードのリソース制限付きの性質が原因となってＷＳＮに対し実現不可能である。同様に、ノードのデューティ・サイクルを単に短縮することもまた、ＱｏＳに悪影響を与えることになるので、一般にＷＳＮにおいて実現不可能な解決法である。より詳しく後述されるように、様々なＱｏＳメトリックが従来技術の受動的なデューティ・サイクル順応方法を本明細書中に示されたＰＤＣＡスキームを利用するＷＣＮの例示的な実施形態と比較するため使用できる。
【００３２】
ここに開示されるＰＤＣＡスキームは、高い通信トラフィックを引き起こすことがあるノードのデューティ・サイクルを能動的に調節することによりイベント駆動ＷＳＮの固有の特徴を扱う。本明細書で使用されるように、ノードの「デューティ・サイクル」は、ノードの無線機が（１周期の全時間と比較して）１周期中にアウェイク状態である時間の比を指す。当業者に明らかであるように、イベントの実際の発生より極端に先行してデューティ・サイクルを増大することは、エネルギーの無駄遣いをもたらし、イベントが到着した後までデューティ・サイクルを増大させることを待つことは、重要パケットの時宜を得た形での伝送を妨げ、待ち時間を増大させる可能性がある。
【００３３】
ここに開示されるＰＤＣＡスキームは、近い将来に関心のあるイベントがノードに現れる確からしさ（すなわち、より詳細に後述されるノードでの「時空間イベント確率」（ＳＴＥＰ））に応じてノードのデューティ・サイクルを能動的に順応させることにより、これらの２つの重要であるが、しかし、補完的でない目的（すなわち、高エネルギー効率及び低通信待ち時間）のバランスを保つ。「イベント」の厳密な定義は、ＷＳＮが置かれるアプリケーションに依存することが分かるであろう。さらに、一部のアプリケーションは、複数のイベントタイプが定義されることを必要とすることがある。オブジェクト検出及び追跡アプリケーションの例示的な状況では、一例として、「イベント」は、関心のあるオブジェクト（例えば、歩行者）の存在として定義されることがある。換言すると、イベントがノードに現れる場合、関心のあるオブジェクトがノードのセンシング・フィールドの範囲内に存在する。このＰＤＣＡスキームは、ノードにまもなくイベントが現れる可能性がある場合に、このノードでのデューティ・サイクルを増加させ、そうでなければ、デューティ・サイクルを減少させる。換言すると、このＰＤＣＡスキームは、より詳細に後述されるように、ノードでのＳＴＥＰが上昇する場合、ノードのデューティ・サイクルを増加させ、ＳＴＥＰが下降する場合、デューティ・サイクルを適切に減少させる。
【００３４】
本開示の例示されたＷＣＮ １０で利用されることがあるいくつかのワイヤレス・カメラ・ベース・センサ・ノード（ノード）１２は、（方向１８に移動している）関心のあるオブジェクト１６を追跡する図２に示される。各ノード１２は、画像センサ２０と、メモリ回路２２と、通信モジュール２４とを例示的に含むことがある。他の実施形態では、ノード１２の外部にあるコンピューティング機器（典型的に、マイクロプロセッサと、メモリと、通信回路とを含む）は、（複数の）画像センサ２０から未加工画像データを受信し、処理することがある。画像センサ２０は、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ、及び／又は、他の適当な代替物を例示的に含むことがある。通信モジュール２４は、ＭＡＣレイヤ上でのワイヤレス通信能力を有している無線機を含むことがある。各ノード１２の画像センサ２０は、未加工画像を撮影し、この未加工画像を回路２２の関連付けられたマイクロプロセッサに送信することがある。回路２２のマイクロプロセッサは、その後に、限定されることはないが、（ａ）画像センサ２０によって撮影された回路２２にメモリに記憶すること、（ｂ）イベントを検出し、記憶された画像の中のこのようなイベントと関連付けられた解析データを生成するため記憶された画像を処理すること（例えば、オブジェクト１６の存在を検出すること）、（ｃ）（ＭＡＣレイヤ上の隣接ノード１２の通信スケジュールに基づいて）これらの隣接ノード１２との間で情報を送受信するため関連付けられた通信モジュール２４を制御すること、及び、（ｄ）ノード１２の全体的な機能を制御することを含む（アプリケーションレイヤに埋め込まれた手順に基づく）一連のタスクを実行することがある。
【００３５】
ランダムに配備された（個別には１２Ａ〜１２Ｈと呼ばれる）ノード１２と、基地局、すなわち、「シンク」１４とを備えるＷＣＮ １０の例示的な実施形態は、全体的に、図３Ａ〜３Ｃの平面図から分かる。この例示的な実施形態では、ノード１２のためのイベントは、ノード１２のセンシング・フィールドの範囲内での関心のあるオブジェクト１６の存在として定義されることがある。ＷＣＮ １０が図３Ａ〜３Ｃに示されたトポロジーに代わるトポロジーを有している他の実施形態が同様に考えられる。ノード１２の部分的に重なり合う通信レンジは、図３Ａにおいて破線円形として示されるが、ノード１２、１４の部分的に重なり合うセンシング・フィールドは、図３Ｂにおいて破線四角形として示される。図３Ｃは、（ノードのクラスタに現れ、方向１８に移動している）関心のあるオブジェクト１６を追跡し、クラスタの範囲内で集計されたデータを（破線矢印によって示されるルーティング経路に沿って）マルチホップ通信を介して基地局１４へ配信するＷＣＮ １０を例示する。図３Ｃに示されるように、ノード１２Ｅ、１２Ｆは、この時点で、オブジェクト１６を認識することが可能であり、クラスタデータ集計に能動的に参加している（すなわち、ノード１２Ｅ、１２Ｆにイベントが現れる）。このようにして、ノード１２Ｅ、１２Ｆのデューティ・サイクルが十分に高い値（例えば、最大デューティ・サイクル）にセットされる。ノード１２Ａ、１２Ｂは、（オブジェクト１６の現在の方向１８への移動に基づいてオブジェクト１６の期待される将来の状態のため）オブジェクト１６を直ぐに検知する可能性があるので、ノード１２Ａ、１２Ｂのデューティ・サイクルは、オブジェクト１６が実際に見えるようになる前に、これらのノードで低待ち時間状態を達成するためにさらに増加されることがある。ノード１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｈは、集計データを基地局１４へ配信することに能動的に参加する。このようにして、ノード１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｈのデューティ・サイクルも同様に十分に高い値（例えば、最大デューティ・サイクル）にセットされるので、オブジェクト１６に関する情報を格納するパケットは、迅速かつ確実に基地局１４へ配信されることができる。最後に、残りのノード１２Ｇは、関心のあるイベントまで比較的距離があり、そして、ＰＤＣＡスキームは、これに応じて、ノード１２Ｇのデューティ・サイクルを減少させる。
【００３６】
関心のあるイベントがノード１２に発生するとき、ＰＤＣＡスキームは、これから来る可能性がある無線トラフィックの増加に備えるため、ノード１２の通信隣接ノードにこのイベントを通知する。一つの例示的な実施形態では、この時点でイベントを検出しているノード１２は、このノードが送信するパケットのＭＡＣヘッダの中の専用ビットをセットすることにより、このノード１２の通信隣接ノードにイベントの発生を警告することがある。このような専用ビットは、本明細書では、明示的イベント通知（ＥＥＮ）ビットと称される。代替的な実施形態では、さらに、専用２ビットフィールドがＭＡＣヘッダの中で使用されることがあると考えられる。ＥＥＮビットに加えて、このような代替的な実施形態は、パケットヘッダを送信しているノード１２がこの時点でイベント関連データを転送しているかどうかを示すために明示的イベント・ルーティング通知（ＥＥＲＮ）ビットをさらに含むことがある。ＭＡＣレイヤ・プロトコルは、一般に、直接的なセンサ測定量を獲得する責任がないので、ＰＤＣＡスキームは、関心のあるイベントがノード１２のセンシング・フィールドの範囲内にあるとき、すべての送信パケットのＥＥＮビットがセットされるべきであること（そして、専用２ビットフィールドを利用する代替的な実施形態では、ノード１２がイベント関連データを送信しているとき、すべての送信パケットのＥＥＲＮビットがセットされるべきこと）をアプリケーションレイヤがＭＡＣレイヤに通知することを可能にするインターフェイスをアプリケーションレイヤに提供する。
【００３７】
ノード１２のうちの１つのノードに対するＭＡＣレイヤ２６とアプリケーションレイヤ２８との間のこの相互作用の概要が図４に概略的に示される。ノード１２のアプリケーションレイヤ２８は、イベントがノード１２のセンシング・フィールドの中で検出されたかどうかをＭＡＣレイヤ２６に通知するので、ＭＡＣレイヤ２６は、このＭＡＣレイヤが送信するパケットの中のヘッダのＥＥＮビットをセットするか、又は、セットしないことがある。同時に、いずれかの隣接ノード１２がイベントを検出する場合、このような隣接ノード１２は、ＭＡＣレイヤ２６によって受信されたパケットのヘッダの中のＥＥＮビットのセットの形でイベントをノード１２にさらに通知する。より詳細に後述されるように、ノード１２は、このノードが受信するＥＥＮビットがセットされているか、又は、セットされていないかに基づいて近い将来にこのノードにイベントが現れるかどうかを予測することがある。イベントがノード１２のセンシング・フィールドで発生することが予想される場合、ＭＡＣレイヤ２６は、隣接ノード１２とより効率的に通信するため、ノード１２の無線機のデューティ・サイクルに関して）ノード１２の通信スケジュールを順応させることがある。
【００３８】
この例示的な実施形態におけるノード１２のＭＡＣレイヤ２６及びアプリケーションレイヤ２８のための詳細な状態遷移図が図５に示される。アプリケーションレイヤ２８は、２つの可能な状態、すなわち、アイドル状態３０及びセンシング状態３２を有している。ＷＣＮ １０が動作を開始する前に、アプリケーションレイヤ２８は、アイドル状態３０にある。ＷＣＮ １０が動作し始めると、アプリケーションレイヤ２８の状態がセンシング状態３２に遷移する（アルゴリズム２を参照して詳細に後述される）。このセンシング状態３２では、ノード１２のアプリケーションレイヤ２８は、このノードのセンシング・フィールドの中でイベントを検出しようとする。関心のあるイベントが検出された場合、ノード１２のアプリケーションレイヤ２８は、ノード１２のＥＥＮビットをセットすることをノード１２のＭＡＣレイヤ２６に通知する（アルゴリズム１を参照してより詳細に後述される）。
【００３９】
ＭＡＣレイヤ２６は、２つの可能な状態、すなわち、アイドル状態３４及び追跡状態３６をさらに有している。ノード１２のＭＡＣレイヤ２６が、セットされたＥＥＮビットを介して、このノード１２自体のアプリケーションレイヤ２８、又は、隣接ノード１２いずれかによってイベントの検出を通知されるまで、ＭＡＣレイヤ２６はアイドル状態３４にある。ＭＡＣレイヤ２６がイベント通知を受信すると、状態は、追跡状態３６に変更される。この追跡状態３６では、ＭＡＣレイヤ２６は、ノード１２でＳＴＥＰを使用して近い将来におけるイベントの検出の予測を実行する。近い将来にノード１２のセンシング・フィールドの中で発生するイベントの確からしさに基づいて、ＭＡＣレイヤ２６は、ノード１２の通信スケジュールを順応させる。換言すると、ＭＡＣレイヤ２６は、隣接ノード１２との通信がＷＣＮ １０のための低減されたエネルギー消費量で効率的に実行されるように、ノード１２でＳＴＥＰに基づいてこのノードの無線機のデューティ・サイクルを洗練する。ＭＡＣレイヤ２６のこれらの演算は、アルゴリズム３〜５を参照して詳細に後述される。なお、図５における見出しＡ１−１、Ａ１−２、．．．、Ａ４−４は、以下のアルゴリズム１〜４に示された演算を表現する。
【００４０】
ＥＥＮビットがセットされたパケットをノード１２が受信又は傍受するとき、ノード１２は、（必ずしもノードの固有のセンサを使用してイベントを「直接的に検知」することを要することなく）関心のあるイベントを「間接的に検知」することができる。一部の実施形態では、受信側ノード１２は、送信側ノードのセンシング・フィールドの領域によって近似された、ある一定の不確定性を伴って、送信側ノード１２のセンシング・フィールドの中心に位置していると仮定されることがある。ＷＣＮ １０の例示的な実施形態を再び参照すると（今度は図６を参照すると）、各ワイヤレス・カメラ・ノード１２のセンシング・フィールドは、オブジェクトが画像平面４２の中で許容可能な鋭い焦点を使って認識できる視錐台４０として定義されることがある。視錐台４０は、カメラ内部の光学中心４６から放射する側面４４と、許容可能な鋭い焦点の限界を表現する近平面４８及び遠平面５０とによって境界が定められる。視錐台４０が特定されると、センシング・フィールドの中心５２も同様に見つけることができる。上記の方法でイベントをローカライズすることは、ＥＥＮビットがセットされたパケットを受信する各ノード１２のための「拡張センシング・フィールド」を提供する。当業者は、ＥＥＮビットが典型的にＴＣＰ／ＩＰで使用される明示的輻輳通知（ＥＣＮ）の一般形式に機能的に類似していることが分かるであろう。このタイプの間接センシングによるイベントの検出は、カルマンフィルタ（ＫＦ）への入力と見なされることがある。イベントのＫＦに基づく追跡を使用するＷＣＮ １０の例示的な実施形態において各ノード１２によって実行される状態推定手順は、アルゴリズム１において擬似コードとして要約される。
【００４１】
アルゴリズム１（ＫＦを使用するオブジェクト追跡）
アプリケーションレイヤ
Ｉｆ 関心のあるイベントがセンシング・フィールドの範囲内で検出される ｔｈｅｎ
（Ａ１−１） ＭＡＣレイヤに送信パケットのＥＥＮビットをセットすることを通知する
Ｅｌｓｅ
（Ａ１−２） ＭＡＣレイヤに送信パケットのＥＥＮビットをセットしないことを通知する
Ｅｎｄ ｉｆ
ＭＡＣレイヤ
Ｗｈｉｌｅ（１）
Ｉｆ パケットが受信／傍受され、かつ、ＥＥＮビットがセットされるか、又は、アプリケーションレイヤによってＥＥＮビットをセットすることが通知される ｔｈｅｎ
（Ａ１−３） セットされたＥＥＮビットをアクティブにしたノードの識別子としてＩＤをセットする
Ｋａｌｍａｎ（ＩＤ） ／／アルゴリズム３を呼び出す
Ｅｎｄ ｉｆ
Ｅｎｄ ｗｈｉｌｅ
【００４２】
ＥＥＮビットを使用するこの間接センシング・アプローチは、各ノードがこの各ノードの隣接ノードのセンシング・フィールドに関する情報を有することを仮定する。一部の実施形態では、この情報は、ＷＣＮ １０の初期化段階中に各ノード１２によって受信されることがある。ノード１２のセンシング・パラメータを計算することは、一般にＭＡＣプロトコルの領域を超えるので、本開示は、（一部の初期キャリブレーション手順の後に）この情報がアプリケーションレイヤで利用できることを仮定する。アプリケーションレイヤは、その後、三つ組（ＩＤ；ｚ；Ｒ）の形でこの情報をＭＡＣレイヤに配信することがあり、ここで、ＩＤはノード１２を特定し（「ｓｅｌｆ」はローカル・ノード・アドレスを示す）、ｚはノード１２のセンシング／フィールド４０の中心５２に対応し、Ｒは、ノード１２のセンシング・フィールド４０を近似する楕円である。ノード１２は、その後、この情報をこのノードの１ホップ通信隣接ノードへブロードキャストすることがある。これらの初期化メッセージを受信するこれらのノード１２は、ＭＡＣレイヤ・プロトコルの範囲内でこれらの初期化メッセージを隣接ノード１２のリストの中に記憶することがある。ＷＣＮ １０の例示的な実施形態において各ノード１２によって実行される実例的な初期化プロセスは、アルゴリズム２において擬似コードとして要約される。
【００４３】
アルゴリズム２（システム初期化）
アプリケーションレイヤ
Ｉｆ センシング情報が隣接ノードに関して特定される ｔｈｅｎ
（Ａ２−１） ＭＡＣレイヤに（ＩＤ；ｚ；Ｒ）を通知
Ｅｎｄ ｉｆ
ＭＡＣレイヤ
Ｉｆ センシング情報が受信される ｔｈｅｎ
（Ａ２−２） （ＩＤ；ｚ；Ｒ）を記憶
Ｉｆ （ＩＤ＝＝ｓｅｌｆ）
（Ａ２−３） （ＩＤ；ｚ；Ｒ）をブロードキャスト
Ｅｎｄ ｉｆ
Ｅｎｄ ｉｆ
【００４４】
前述の通り、イベントの予測は、ノード１２で時空間イベント確率（ＳＴＥＰ）を使用して実行されることがあり、この手順が以下の段落で数学的に記述される。時刻ｔｋでイベントｊを仮定すると、Ｓｋｊとして表示されるＳＴＥＰ分布は、時点ｔｋ＋１＝ｔｋ＋δｋでのターゲットイベントの予測位置の不確からしさによって与えられ、ここで、δｋは、次のセンサ測定前の期待時間間隔である。すなわち、ターゲットイベントの予測位置がｐｋｊによって与えられると、ＳＴＥＰは、Ｓｋｊ＝Ｐｒ（ｐｋｊ）によって与えられる。なお、ＳＴＥＰ Ｓｋｊ及び予測位置ｐｋｊの添字は、予測が行われた時を示すので、これらの添字は、ｋ＋１ではなく、ｋである。ＳＴＥＰ分布は、新しい測定量が直接センシング又は間接センシングのいずれかによってノード１２により取得されるときはいつでも更新される。
【００４５】
イベントが追跡されているとき、各ノード１２がイベントの複数の観測量を獲得すると仮定するのが妥当である。方向１８に移動中のオブジェクト１６の検出と関連付けられているイベントの実施例に戻ると、例示的なＷＣＮ １０の各ノード１２は、オブジェクト１６のロケーションの複数の観測量を獲得することになる。１つずつのこのような観測量は、共分散行列の形をした関連付けられた不確定性と共に、オブジェクト１６のロケーションの期待値として特徴付けられる。オブジェクト１６が追跡されているときに順次に獲得されるこれらの観測量は、近い将来にオブジェクト１６が現れる可能性が最も高いノード１２を予測するため再帰的な枠組みで使用されることがある。一部の実施形態では、この再帰的なフレームワークは、H. Medeiros et al., “Distributed Object Tracking Using a Cluster-Based Kalman Filter in Wireless Camera Networks,” 2 IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing 448-463 (2008) に記載されたフレームワークと同様に、ＫＦフレームワークとして具現化されることがあり、この文献の開示内容全体が参照によって本明細書中に明確に組み込まれる。
【００４６】
例示的な実施形態では、関心のあるオブジェクト１６の観測及び追跡にこの時点で関与している各ノード１２は、オブジェクト１６の状態ベクトルを作成することになる。殆どの事例では、ノード１２における状態ベクトルは、隣接ノード１２から受信されたオブジェクト情報を用いて初期化されることになる。続いて、ノード１２自体がオブジェクト１６を観測し始めるとき、カルマン方程式がこの状態ベクトルを更新するため使用されることがある。この更新された状態ベクトルは、オブジェクト１６が現在ノード１２のセンシング・フィールド４０から外れるとき、オブジェクト１２が現れる場所に関する予測を行うためノード１２によってその後に使用されることがある。この状態ベクトルは、離散的な時刻ｋで
の両方からなる4次元（４Ｄ）ベクトルを例示的に含む。換言すると、状態ベクトルは、
によって与えられることがある。この状態ベクトルを使用して、システムダイナミクスは、
によってモデル化されることがあり、式中、δｋはオブジェクト１６の２回の観測の間に経過した時間を表し（すなわち、測定量ｋが時点ｔｋで取得された場合、測定量ｋ＋１が時点ｔｋ＋１＝ｔｋ＋δｋで獲得される）、そして、イベント加速度（ａｘ，ａｙ）が共分散行列Ｑをもつ白色ガウス雑音としてモデル化される。システムダイナミクスは、
として表されることもあり、式中：
であり、
は、共分散行列Ｑをもつプロセス・ノイズ・ベクトルである。ＰＤＣＡスキームによって利用される測定量は、関心のあるイベントの近似位置によって与えられる。このようにして、測定モデルが
によって記述されることがあり、式中、H = [ I(2 x 2) 0(2 x 2) ]が観測行列であり、vkが測定雑音であり、共分散行列Ｒｋをもつ白色ガウス雑音であると仮定される。
【００４７】
測定量がこの測定量の対応するタイムスタンプと共に受信され、比較的緊密な同期がノード１２の間で維持される実施形態では、適度に精密な測定時間が取得され、δｋが正確に計算されることがある。測定量が対応するタイムスタンプを含まない他の実施形態では、測定時間の推定値がパケットの中に埋め込まれたタイムスタンプを使用して依然として取得されることがある。さらに、受信測定量自体は、イベントの実際の位置の粗い近似であり、ノード１２の間の小さい時間差によって引き起こされる不正確さは、その結果、比較的無視できる。その上、同期ＭＡＣプロトコルは、一般に、隣接ノードの間で少なくとも局所的に適切な動作のため適度に緊密な同期スキームを利用し、受信中の測定量の中のタイムジッタは適度に無視されることがある。
【００４８】
予測された状態ベクトル及び前に推定された状態ベクトルとして、それぞれ、
を使用し、予測された共分散行列及び前に推定された共分散行列として、それぞれ、
を使用して、ＫＦの時間更新方程式は、
によって与えられることがあり、ＫＦの測定量更新方程式は、
によって与えられることがあり、式中、Ｋｋはカルマン利得を示す。各ノード１２によって実行される状態推定アルゴリズム（アルゴリズム１）によって呼び出されることがある例示的なＫＦ更新関数は、アルゴリズム３として擬似コードにおいて要約され、後述される。
【００４９】
【００５０】
イベントがノード１２のセンシング・フィールドの範囲内で時刻ｔｋに検出されるとき、新しい測定量ｚｋが追跡アルゴリズムに供給される。前述の通り、測定量は、ノード１２がイベントを直接的に検知するか、又は、ＥＥＮビットがセットされたパケットを受信することによりイベントを間接的に検知する結果でもよい。隣接ノード１２のセンシング・フィールド４０に関する情報は、（アルゴリズム２によれば、初期化中に）ＷＣＮ １０において局所的に共有されているので、イベントの平均ロケーション（ｚ）とこのロケーションの対応する共分散行列（Ｒ）とは、セットされたＥＥＮビットを送信したノード１２のＩＤ値に基づいて（又は、ＩＤ＝＝ｓｅｌｆである場合にノードの固有センシング・パラメータに基づいて）推定されることがある。前述の通り、平均ロケーションは、測定ノード１２のセンシング・フィールド４０の中心５２であると見なされることがあり、共分散行列は、測定ノード１２のセンシング・フィールド４０を近似する領域であると見なされることがある。新しい測定量ｚｋを受信するノード１２によってこの時点で追跡されているイベントが存在しない場合、新しいＫＦがインスタンス化され、初期化される。
【００５１】
代替的に、ＫＦのインスタンスがノード１２に既に存在する場合、ノード１２は、新しい測定量ｚｋがこの時点で追跡されているイベント、又は、新しいイベントの最初の発生に関係するかどうかを決定する必要がある。この決定は、ＭＡＣレイヤのセンシング分解能に起因してさらに一層難しくなるマルチターゲット追跡問題である。この分解能は、例示的なＷＣＮ １０におけるノード１２のロケーション及びこれらのノードの対応するセンシング・レンジだけによって提供されるので、ＭＡＣレイヤのセンシング分解能は、使用されるカメラのタイプ及び精度とは無関係に比較的低い。この例示的な実施形態は、ＷＣＮ １０の中の複数のイベントがノード１２によって区別できるように常に互いに適切に離れていることを仮定することにより、このマルチターゲット追跡問題を回避する。新しい測定量ｚｋが前に検出されたイベント又は新しいイベントに対応するかどうかを決定する間に、ＰＤＸＡスキームが時点ｔｋにおけるイベントｊの予測位置を
として定義し、
イベントｊの予測ｘ座標及びｙ座標に対応する（イベントの速度を含まない）。観測間の時間（δｋ＋１）は、時点ｔｋで未知であるので、予測が（ノード１２のセンシング間隔のようなこれらのノードの１個以上のパラメータに基づいてセットされることがある）事前定義されたδｋ＋１を使用して実行されることがある。
の対応する予測空間不確定性領域は、
を充足する領域であり、
式中、パラメータαは、不確定性領域の信頼度を定義する（すなわち、予測空間不確定性領域は、ターゲットをα以上の確率で見つけることができる（ｘ，ｙ）平面内のエリアに対応する）。これらの用語では、例示的な実施形態は、イベントｊの予測空間不確定性領域がいずれかの他のイベントｌ≠ｊの予測空間不確定性領域と重なり合わないこと（すなわち、
を仮定する。
【００５２】
さらに、例示的な実施形態では、パラメータαは十分に小さくセットされるので、
時点ｔｋでのノードｈによるイベントｊの次の実際の連続的な
の範囲内で一般的に検出される。
【００５３】
例示的な実施形態のこれらの仮定の下で、いくつかのイベントｊに対して前に予測された
を受信するノード１２は、アルゴリズム３において要約されるように、イベントｊに対応するＫＦを更新し、イベントｊの新しい状態を推定することにより反応することになる。代替的に、
がこの時点で追跡されているいずれかのイベントの前に予測された
ノード１２は、新しいＫＦをインスタンス化し、初期化することになる。最後に、アルゴリズム３に示されるように、イベントｊを追跡する責任をもつＫＦインスタンスが所定のスレッショルドＴｔｈｒｅｓｈより長い期間に亘って
ノード１２は、このＫＦインスタンスを終了することになる（所定の時間の経過は、イベントがノードの拡張センシング・フィールドから離れたことを示唆する）。
【００５４】
ＷＣＮ １０の中の隣接ノードの間で重なり合うセンシング・フィールド４０は、多くの場合に、ノード１２によって受信される同じオブジェクト１６の複数の測定量を生じる。このような状態では、ノード１２で実施されるＫＦは、これらの測定量が受信されるときに、関連付けられたイベントの推定状態を再帰的に更新する。しかし、媒体アクセス輻輳及び／又は処理遅延が原因となって、測定量は、これらの測定量が実際に取得された順序にノード１２で受信されないことがある。この可能性にもかかわらず、ＰＤＣＡスキームが事前に厳しい通信輻輳を実質的に軽減するため、そして、ＭＡＣレイヤの比較的低いセンシング分解能によって引き起こされる不正確さが測定量の順序が乱れた到着によって引き起こされる不正確さより典型的に優勢であるため、このような順序問題を解決するために高度なメカニズムは必要とされない。このように、ＰＤＣＡスキームの例示的な実施形態では、測定量の到着順序は測定量が実際に取得された順序であるとさらに仮定される。他の実施形態では、各測定量は、ノード１２による適切な順序付けのためのタイムタイムスタンプが設けられることがある。
【００５５】
ＫＦインスタンスが（アルゴリズム１及び３毎に）更新されるときはいつも各ノード１２によって実行されることがある例示的なデューティ・サイクル順応手順は、アルゴリズム４として擬似コードに要約され、後述される。
【００５６】
【００５７】
所定の時刻でのＳＴＥＰ Ｓｋｊは、連続空間に分布するので、不確定性領域は、副領域に分割され、各副領域が１つのデューティ・サイクル・レベルに対応する。例えば、ＰＤＣＡスキームがＮ個のデューティ・サイクル・レベル（ｄ０，ｄ１，．．．，ｄＮ、但し、ｄＮは最高デューティ・サイクル）を含む実施形態では、
このノードのデューティ・サイクルをその時点のｄｍに調節することがある。このＳＴＥＰ分布の副領域への分割は、図７Ａ〜７Ｃに示されるように、たまねぎ状の層構造を生じる。殆どの実施形態では、比較的少数（例えば、３から５個）のデューティ・サイクル・レベルがＰＤＣＡスキームのために十分であろう。図７Ａ〜７Ｃの例示的な実施形態では、ＰＤＣＡスキームは、領域６０、領域６２及び領域６４に対応する３つのデューティ・サイクル・レベル（すなわち、Ｎ＝３）を有している。
【００５８】
なお、例示的なＰＤＣＡスキームは、ノードの地理的位置ではなく、ノード１２のセンシング領域４０に基づき、ＭＡＣプロトコルが指向性センサネットワーク（例えば、カメラネットワーク）に適用されることを可能にする。このように、図７Ａの中の点は、各ノード１２Ａ〜Ｈの物理的ロケーションを示すが、図７Ｂの中の点は、各ノード１２Ａ〜Ｈのセンシング領域４０の中心５２（添字「ｃｓ」付き）を示す。図７Ａ及び７Ｂに示されるように、ノード１２Ａのセンシング・フィールド４０の中心５２は、領域６０の範囲内にあり、すなわち、ノード１２Ａは、例示的な実施形態では、最高デューティ・サイクルｄ３を有することになる。逆に、ノード１２Ｂ、１２Ｃ及び１２Ｈのセンシング・フィールド４０の中心５２は、領域６２の範囲内にあり、すなわち、ノード１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｈは、中間デューティ・サイクルｄ２を有することになり、残りのノード１２Ｄ〜１２Ｇは、最低デューティ・サイクルｄ１を有することになる。
【００５９】
アルゴリズム４では、ノード１２の現在のデューティ・サイクル・レベルは、ｄｃ、ｃ∈｛１，．．．，Ｎ｝と表され、対応するノード１２がこの時点で
との間のＳＴＥＰ副領域にある。ＳＴＥＰ更新が行われるときはいつでも、ノード１２は、新しいデューティ・サイクル・レベルｄｍを計算し、時点ｔｋ＋１＝ｔｋ＋δｋ’に対しデューティ・サイクル修正のスケジュールを立てることがある。スケジュールが立てられた時点ｔｋ＋１で、ノード１２は、新しいデューティ・サイクル・レベルｄｍを採用し、この新しいスケジュールを隣接ノード１２にブロードキャストする（その結果、隣接ノードは、ブロードキャスト側ノード１２が利用できる期間を認識する）。関心のあるイベントの発生とは異なり、イベントの消失は、近くのノードの間の即時通信トラフィックを始動させることにならない。その代わり、イベントの消失は、ＥＥＮビットがセットされているパケットが長期間に亘って存在しないことによって推定されることがある。このようにして、アルゴリズム４に示されるように、デューティ・サイクル順応がソフト状態アプローチを使用して実行され、デューティ・サイクル修正が行われるときはいつでも、タイムアウト期間がセットされ、タイムアウト期間の満了時に、ノード１２は、関心のあるイベントがこのノードの拡張センシング・フィールドから離れたと仮定し、このノードのデューティ・サイクルを最低レベルｄ１にリセットする。
【００６０】
時点ｔｋ及びｔ’ｋにおける（方向１８に移動する）オブジェクト１６の追跡に関与するＷＣＮ １０の例示的な実施形態がそれぞれ図７Ａ〜７Ｃに示される。この場合も同様に、（実線円で分割された）領域６０〜６４は、変化するデューティ・サイクル・レベルに対応する実例的に充足されたＳＴＥＰ副領域を示す。最初にノード１２Ｆによって検出された関心のあるイベントが（図７Ａ及び７Ｂに示されるように）ノード１２Ｂのセンシング・フィールド４０の中に入り、パケット伝送を始動させる場合、ＥＥＮビットがノード１２Ｂによって送信されたパケットの中でセットされ、それによって、ノード１２Ａ、１２Ｅ、１２Ｈにイベントの発生を通知する。時点ｔｋでのノード１２Ｂからのこのようなパケットの受信時に、この間接的に検知された測定量に起因して、ＫＦが各ノード１２Ａ、１２Ｅ、１２Ｈで作成され、初期化され、更新されることになる。ノード１２Ａ、１２Ｅ、１２Ｈは、その後、それぞれのノードのセンシング・フィールド４０の中心５２に関して現在のＳＴＥＰ Ｓｋｊを計算することになる。
【００６１】
ノード１２Ｂから受信されたメッセージに基づいて、時点ｔｋでノード１２Ａによって計算されたＳＴＥＰは、図７Ａ及び７Ｂに示される。この時点で、ノード１２Ａは、このノードがこのノードの次の測定中に領域６０の範囲内にあると予測し（すなわち、オブジェクト１６を検出する可能性が非常に高い）、その結果、ｔｋ＋１での最高デューティ・サイクル・レベルｄ３の採用するためスケジュールを立てる。図７Ｃに示されたその後の時刻ｔ’ｋで、ノード１２Ａは、オブジェクト１６の測定量を獲得し、新しいＳＴＥＰ Ｓｋｊを計算する。この時点で、ノード１２Ａは、このノードがこのノードの次の測定中に新しい領域６２の範囲内にあると予測し（すなわち、新しいＳＴＥＰの中に反映されるように、このノードのセンシング・フィールド４０から離れるオブジェクト１６を検出する可能性があまり高くない）、その結果、中間デューティ・サイクル・レベルｄ２を採用するためスケジュールを立てる。各ノード１２は、このノードの固有の測定量だけでなく、離接ノード１２から受信されたメッセージにも基づいてこのノードの固有のＳＴＥＰを独立に計算するので、異なるノード１２で計算されたＳＴＥＰ Ｓｋｊは、僅かに異なることがある。実際には、小さい不一致にもかかわらず、複数のノード１２によって計算されたＳＴＥＰは、イベント位置の分布の全体の近似であり、従って、多くの場合に、非常に類似することになる。ノード１２が（例えば、複数のＫＦインスタンスを使用して）複数のイベントを追跡する場合、ノード１２は、２つ以上の予測不確定性領域６０〜６４の範囲内に位置することがある。一部の実施形態では、複数のイベントからの不確定性は、異なるアプローチを使用して統合されることがある。例示的な実施形態では、しかし、ＰＤＣＡスキームは、より高いデューティ・サイクルに対応する領域６０〜６４を単に選択する。
【００６２】
ノード１２が関心のあるイベントを検出し、新しいデューティ・サイクル・レベルを計算すると、例示的な実施形態では、ノード１２のフレーム長さは、指数的に増減される。例えば、Ｔ１がｄ１に対応する最低デューティ・サイクルのフレーム長さであり、Ｍが指数的に変化するフレーム長さの底である場合、ｄｃに対応する現在フレームの長さＴｃは、
として表現されることがあり、式中、ｉ∈｛１，．．．，Ｎ｝であり、Ｎがデューティ・サイクル・レベルの数を表し、Ｍ∈Ｎ＊（すなわち、正整数）である。Ｍは、ＰＤＣＡスキームにおいてはどのような数でもよいと考えられる。フレーム長さが、例えば、２倍又は３倍で変化する場合、Ｍは、それぞれ、２又は３になる。この指数的に変化する順応フレーム法は、ノードが異なるデューティ・サイクルで動作するとしても、ノード１２のいずれかのペアが通信できることを保証する。例えば、両方ともに最初に時点ｔ０でアクティブ状態であり、異なるデューティ・サイクル・レベルｄｉ及びｄｊ（ｉ＜ｊ）で動作する２つのノードｎｉ及びｎｊを仮定すると、ノードｎｉは、時点ｔ０＋ｋＴｉ（ｋ∈Ｎ）でウェイクアップし、ノードｎｊは、時点ｔ０＋ｌＴｊ（ｌ∈Ｎ）でウェイクアップすることになる。
その結果、ＷＣＮ １０の中のあらゆるノード１２は、最低可能デューティ・サイクル・レベルｄ１に対応するアクティブ期間である少なくとも基本フレーム時間ｔｂｆの間に、このノードの直ぐ隣のノードと通信できる。４種類のデューティ・サイクル・レベル（ｄ１からｄ４）を使用する例示的な実施形態の指数的に変化するフレーム長さが図８に示される。スケジュールＳ１（デューティ・サイクルｄ１を含む）は、フレーム長さｆ１を有し、スケジュールＳ２（ｄ２）、Ｓ３（ｄ３）及びＳ４（ｄ４）は、それぞれ、フレーム長さｆ２、ｆ３及びｆ４を有している。これらのフレーム長さの間の指数的関係は、ｆ４＝（２１）＊ｆ３＝（２２）＊ｆ２＝（２３）＊ｆ１として表現されることがある。
【００６３】
ノード１２が時点ｔｋ＋１で新しいデューティ・サイクル・レベルｄｍを採用すべきことをこのノード１２が決定した後、ノード１２は、隣接ノード１２のスケジュールからこのノードのスケジュールを非同期化することなく、この修正を許可するメカニズムをさらに利用すべきである。ｔｋ＋１は、新しいフレームの始まりと一致しないことがあるので、ノード１２は、新しいスケジュールを使用して次のフレームを実際に開始するため異なる時点を決定することがある。ｔｃを現在時点として使用し、ｔｃｆを現在フレームが開始した時点として使用し、ｔｂｆを前の基本フレームが開示した時点として使用し、ｔｎｆを次のフレームが現在スケジュールに応じて開始すべき時点として使用して、ノード１２が時点ｔｃでこのノードのデューティ・サイクルを異なるレベルｄｍに変更することを決定した場合、ノード１２は、次のフレームの始まりをｔ’ｎｆ＝ｔｃ＋Δに向けるスケジュールを立てることになり、ここで、Δは、次のフレームの始まりまでの残り時間であり、
【００６４】
この最小化問題は、Ｕの可能な値を探索することによって素早く解決されることがある。今度は図９を参照すると、垂直の実線が現在スケジュールのアクティブ期間の始まりを示し、垂直の点線が採用されるべき新しいスケジュールのアクティブ期間の始まりを示す。本事例におけるパラメータがＭ＝２及びＮ＝５である場合、ノード１２の現在デューティ・サイクル・レベルは、ｄｃ＝１であり、時点ｔｃで、ノード１２は、このノードのデューティ・サイクルをｄｍ＝２まで増大することを決定し、パラメータＵは、
Δがその後に式（１４）においてＵ＝３をセットすることにより計算されることがあり、次のフレームの開始時点ｔ’ｎｆはこれに応じてスケジュールが変更されることがある。
【００６５】
これまでに開示されたＰＤＣＡスキームは、イベント駆動ＷＳＮにおける同期ＭＡＣプロトコルのためのプラグイン機能を有するため設計される。前述の通り、異なるスケジュールを有することがあるノード１２のペアの間の通信は、ノード１２の間で最低デューティ・サイクルを有しているノード１２のアクティブ期間である（必ずしもｄ１ではない）これらのノードのアクティブ期間の重なり合いの間に行われるべきである。ノード１２のアクティブ期間の計算は、フレームの開始時点に基づいて、１デューティ・サイクル間隔中にフレーム番号をフレームに割り当てることによって容易化されることがある。例えば、Ｎ個のデューティ・サイクル・レベルが使用されるとき、フレームの最大数はＭＮであるので、フレーム番号は０からＭＮ−１まで変化することがあり、０は、ｔｂｆで開始するフレームに対応し、ＭＮ−１は、最後のフレームに対応する。ノード１２が最低デューティ・サイクル・レベルｄｃ（ｃ＜Ｎ）で動作するとき、（より少ないフレームしか存在しないので）すべてのフレーム番号が使用されるとは限らない。実際に存在するフレームは、これらのフレームの開始時点に基づくこれらのフレームの元の番号付けを維持することがある。（すなわち、デューティ・サイクル・レベルｄｃにおいて時点ｔｃｆで開始するフレームは、番号ｆｃｆが付けられ、この場号は、デューティ・サイクル・レベルｄＮでもｆｃｆであるが、フレーム番号ｆｃｆ＋１がレベルｄｃで用いられることがない）。次のフレーム番号ｆｎｆは、
として表現されることがある。例えば、Ｍ＝２、ｄｃ＝１、及び、ｄＮ＝５である場合、次のフレーム番号は、ｆｎｆ＝（ｆｃｆ＋２４） ｍｏｄ ２５になる。初期フレームは番号０が付けられるので、本事例におけるフレーム番号は、０と１６との間で交互に代わる。現在デューティ・サイクル・レベルがｄｃｐｅｅｒである隣接ノード１２を含むノード１２に対し、両方のノード１２のアクティブ期間は、以下の等式：
が成り立つときにはいつでも重なり合うことになる。ユニキャスト通信の成功のため、ノード１２は、このようなフレームの間に限りパケットを互いに送信すべきである。ノード１２は、後述される同期メカニズムを使用してこのノードの隣接ノード１２のスケジュールを認識することがある。実際には、特に、ノード１２のデューティ・サイクル変化がホット・ストップの付近で起こるとき、ノード１２は、このノードの隣接ノード１２の一部又は全部の現在スケジュールが分からないことがある（例えば、ノード１２が知っている隣接ノードのスケジュールは陳腐化していることがある）。このような事例では、厳しい輻輳及び衝突が原因となって変化が他のノード１２によって認識されるまで、有意な遅延が存在することがある。このようにして、ノード１２は、このノードの固有のＳＴＥＰのどの領域に隣接ノードが位置しているかをチェックすることにより、このノードの隣接ノード１２のスケジュールをさらに推定することがある。様々な送信ポリシーがブロードキャスト通信のため利用されることがある。一部の実施形態では、ノード１２の隣接ノード１２のすべてがパケットを受信できる場合（すなわち、式（１６）がこのノードのすべての隣接ノードに対して成り立つ場合）に限り、ノード１２がパケットをブロードキャストするように、通信が制約される。本実施形態は、ブロードキャストされたパケットのためより長い伝送遅延を受けることになることが分かるであろう。他の実施形態では、ノード１２は、少なくとも１つの隣接ノード１２がリスンすることができる最も早い時点で（すなわち、式（１６）がこのノードの隣接ノードのうちの少なくとも１つに対して成り立つと直ぐに）メッセージをブロードキャストすることがある。本実施形態は、隣接ノード１２がパケットを傍受又は受信する機会を大幅に削減することが分かるであろう。ＰＤＣＡスキームの例示的な実施形態は、イベントの付近の隣接ノード１２が対象ノード１２のデューティ・サイクルと同じであるか、又は、より一層高いデューティ・サイクルを有している可能性が非常に高く、そして、イベント関連情報が通常は遅延に敏感であるので、後者のアプローチを利用する。
【００６６】
ＰＤＣＡスキームの例示的な実施形態では、スケジュール変更が行われるか、又は、周期的ＳＹＮＣメッセージ交換が必要とされるときはいつでも、ＳＹＮＣメッセージがブロードキャストされることがある。各ＳＹＮＣパケットは、（より詳細に後述される）（ａ）スケジュール・イニシエータのＩＤと、（ｂ）現在デューティ・サイクル・レベルｄｃと、（ｃ）次の基本フレームの始まりまでの残り時間と、（ｄ）現在スケジュールの経年と、（ｅ）ＥＥＮ及びＥＥＲＮのための２ビットフィールドとを例示的に格納することがある。現在スケジュールの「経年」は、スケジュールが周期的交換中にイニシエータによってブロードキャストされた回数を指す。ＰＤＣＡスキームの例示的な実施形態は、（複数の異なるスケジュールに属している）境界ノードに関係する起こり得る問題を回避するため、ネットワーク全体でグローバル・スケジューリング・スキームをさらに利用する。このグローバル・スケジューリング・スキームは、ノード１２に「旧」スケジュールを採用させることによって実施されることがある。例えば、Ｓ０がスケジュールのイニシエータであり、Ｓ０によって開始されたスケジュールの下で動作するノード１２がＳｉ（ここで、ｉ≠０）から発生されたスケジュール、又は、同じであるが経年が異なるスケジュールを用いて、隣接ノード１２からＳＹＮＣパケットを受信する場合、ノード１２は、旧スケジュールを採用することになる。
【００６７】
関心のあるイベントに関する情報を基地局１４へ配信する際に起こり得る待ち時間を低減するため、ＰＤＣＡスキームは、この情報を配信するため使用されたルーティング経路に沿って中間ノード１２をさらに明示的に区別する。前述の通り、イベント検出ノード１２は、これらのノードから出て行くパケットのＭＡＣヘッダの中のＥＥＮビットをセットすることにより特定される。ノード１２がイベント関連情報を基地局１４へルーティングしていることを示すため、他方では、ノード１２は、ＭＡＣヘッダの中の明示的イベント・ルーティング通知（ＥＥＲＮ）ビットをセットすることがある。ノード１２がＥＥＮビット又はＥＥＲＮビットがセットされたパケットの意図された受け手であるとき、これは、関心のあるイベントに関する情報を格納する優先順位を付けられたフローがノード１２を介してルーティングされることを示唆する。このようにして、このパケットを受信し次第、ノードは、引き続き送信されるべきすべてのパケットのＥＥＲＮビットをセットする。
【００６８】
ノード１２がルーティング経路の一部である限り、ノード１２は、エンド・ツー・エンド・レイテンシーを最小限に抑えるため、このノードのデューティ・サイクルを所定のレベルｄＮまで増加させる。レベルｄＮは、一部の実施形態では、最大デューティ・サイクルｄＮと同じにセットされることがある。図３Ｃに示された例示的なＷＣＮ １０を参照すると、ノード１２Ｂ、１２Ｈ、１２Ｃ、１２Ｄと基地局１４とは、イベント関連パケットのルーティング経路に沿っているので、ノード１２Ｅ又は１２Ｆから発生したパケットを受信し次第、これらのデューティ・サイクルは、ｄＮまで増加することになる。ルーティング経路に沿ったノード１２のメンバーシップは、ＥＥＲＮがセットされたパケットの受信によって周期的にリフレッシュされなければならないソフト状態として実施されることがある。換言すると、ノード１２が特定の期間内にルーティングされたパケットを受信しない場合、ノード１２は、このノードのデューティ・サイクルを最低レベルｄ１まで低下させることになる。各ノード１２によって実行されることがあるイベント情報ルーティングのための例示的なデューティ・サイクル順応手順は、アルゴリズム５として擬似コードに要約される（変数ｉｓＥｖｅｎＲｏｕｔｉｎｇは、ノード１２がこの時点でルーティング経路の一部分であることを示唆する）。
【００６９】
アルゴリズム５（関心のあるイベントに関連したルーティング・パケットの高速配信）
Ｗｈｉｌｅ（１）
Ｉｆ 近傍及び意図された受け手からのパケットＹを受信し、かつ、（Ｙ ．ＥＥＲＮ セット｜｜Ｙ ．ＥＥＮセット）
（Ａ５−１） タイムアウト付きのｉｓＥｖｅｎｔＲｏｕｔｉｎｇをセットし、かつ、デューティ・サイクルをｄｃ＝ｄＮまで増加させる
Ｅｎｄ ｉｆ
Ｉｆ （パケットＹを送信）
（Ａ５−２） Ｙ ．ＥＥＲＮ ＝ ｉｓＥｖｅｎｔＲｏｕｔｉｎｇ
Ｅｎｄ ｉｆ
Ｉｆ （タイムアウト満了）
（Ａ５−３） デューティ・サイクルをｄ１まで減少させる
Ｅｎｄ ｗｈｉｌｅ
【００７０】
ＭＡＣプロトコルの例示的な実施形態は、ここに開示されるＰＤＣＡスキームをＴＭＡＣフレームワークに適用することにより構築された（本明細書中では「Ｐ−ＴＭＡＣ」と称される）。ＴＭＡＣは、（現在のネットワーク状態に依拠し）フレーム長さが固定された同期順応デューティ・サイクリングＭＡＣプロトコルである。ＰＤＣＡスキームをＴＭＡＣに適用することにより、フレーム長さも動的になり、設計上の対立なしに、より優れた順応性をもたらす。Ｐ−ＴＭＡＣプロコルは、Ｃａｓｔａｌｉａシミュレータ上のターゲット追跡（イベント駆動ＷＳＮの典型的なアプリケーション）の状況で評価された。Ｃａｓｔａｌｉａシミュレータは、A. Boulis, “Castalia: Revealing Pitfalls in Designing Distributed Algorithms in WSN,” SenSys ’07: Proceedings of the 5th Int’l Conf. on Embedded Networked Sensor Sys. 407-408 (2007)に記載され、この文献の開示内容全体が参照によって本明細書中に明確に組み込まれる。特に、Ｐ−ＴＭＡＣプロトコルの性能は、各ＴｅｌｏｓＢノードが天井の下にランダムに配備され、２５ｍ×２５ｍのエリア内を下向きに観測するカメラを備えている６０個のＴｅｌｏｓＢノードで構成されたＷＣＮを使ってシミュレートされた。（ある程度まで、イベントが稀にしか発生しない事例及びイベントが頻繁に発生する事例の両方を受け入れるために）ランダムに移動するオブジェクトが全シミュレーション時間のうちの３分の１の期間中にネットワーク内に存在すると仮定した。
【００７１】
Ｐ−ＴＭＡＣのシミュレートされた性能は、２つの他の既存の順応ＭＡＣプロトコル：ＡＭＡＣ及びＴＭＡＣと比較された。これらのＭＡＣプロトコルの基本フレーム長さＬは、すべてがアクティブ期間３０ｍｓを含む１２２０ｍｓになるようにセットされ、その結果、基本デューティ・サイクル２．４６％が得られた。Ｐ−ＴＭＡＣ及びＡＭＡＣは、それぞれが、それらのフレーム長さを（指数的に変化するフレーム長さの特性によって）Ｌ、Ｌ／２、Ｌ／４及びＬ／８の間で変更することを許容された。性能評価のための基準線を設定するため、異なるフレーム長さをもつ４つのＴＭＡＣが同様に評価された。具体的には、デューティ・サイクル２．５％、４．９％、９．８％、及び、１９．７％に対応するフレーム長さを有し、ＴＭＡＣ−０、ＴＭＡＣ−１、ＴＭＡＣ−２及びＴＭＡＣ−３とそれぞれ呼ばれるＴＭＡＣプロトコルが同様にシミュレートされた。シミュレーションの残りのパラメータは、以下の表１に要約される。
【００７２】
さらに、関心のあるイベントを検出するノードがこのイベントをシンク・ノードに個別に、又は、隣接ノードとの協働的なデータ処理と共に報告する２種類のシナリオが評価された。第１のシナリオ（すなわち、関心のあるイベントを検出する各ノードがこのノードの測定量を個別に報告するシナリオ）は、各ＭＡＣプロトコルがイベントによって始動された集中的パケットをどの程度巧く取り扱えるかを評価する。第２のシナリオ（すなわち、イベントを検出する各ノードが協働的なセンシング及び処理を実行するためこのノードの隣接ノードとメッセージを交換するシナリオ）は、イベントの付近でより一層集中的な集中的トラフィックを必然的に伴い、利用されたＭＡＣプロトコルにさらなる課題を作り出す。両方のシナリオにおけるＭＡＣプロトコルの性能特性は、待ち時間及びスループットのような従来型のメトリックに加えて、イベント駆動ＷＳＮを評価するため具体的に設計された時間限界パラメータ推定精度（ＴＩＢＰＥＡ）ＱｏＳメトリックを使用して獲得された。ＴＩＢＰＥＡは、P.J. Shin et al., “A QoS Evaluation Testbed for MAC Protocols for Wireless Camera Networks” 235-242 (2007) に記載され、この文献の開示内容全体が参照によって本明細書中に明確に組み込まれる。ＴＩＢＰＥＡ ＱｏＳ評価メトリックは、隣接ノードが互いに通信できる信頼性が高くなるのにつれて、協働的に計算されるべきパラメータの精度が高くなるという観察に基づいて設計された。ＴＩＢＰＥＡは、ある一定のタイムアウト期間内にブロードキャスト・メッセージへの応答に成功した隣接ノードの平均的な割合を使用して計算される。様々なＭＡＣプロトコルが、待ち時間、正規化スループット、及び、エネルギー消費量のような従来型のメトリックを使用してさらに評価された。正規化スループットは、各ＭＡＣプロトコルにおいて、すべてのノードからシンクへ報告されたパケットの数を上限の役目を果たすＴＭＡＣ−３のパケットの数で割り算することによって計算された。
【００７３】
第１のシナリオでは、ＷＣＮの各ノードは、このノードの固有のセンシング間隔を用いて環境を連続的にセンスする。関心のあるイベントがノードのセンシング間隔中にこのノードによって検出されたときはいつでも、このノードは、このノードの固有の測定量を（例えば、ネットワークの縁に位置している）ＷＣＮのシンク・ノードへ直接的に報告する。ノードのセンシング・フィールドは重なり合うことがあるので、イベントは、イベントの近傍からシンク・ノードまで、各通信フローが簡単なツリーに基づくルーティング・プロトコルによって命令される複数の通信フローを始動させる。前述されたＰ−ＴＭＡＣプロトコル、ＡＭＡＣプロトコル、および、４つのＴＭＡＣプロトコルの性能は、この第１のシナリオにおいて、待ち時間、正規化スループット、及び、エネルギー消費量の観点から評価された。
【００７４】
今度は図１０Ａを参照すると、シミュレーション結果は、Ｐ−ＴＭＡＣがＴＭＡＣ−３の平均待ち時間と類似した範囲において、様々なサンプリング間隔で、非常に低い１ホップ当たりの平均待ち時間を達成することを示す。「センシング・ラウンド」は、関心のあるイベントがノードのセンシング・フィールドの中に存在している期間として定義されることがある。「リンク初期化パケット」は、各センシング・ラウンド中に最初に送信されたパケットとして定義されることがある。同じオブジェクト移動を仮定すると、より高いサンプリングレートが１センシング・ラウンド当たりより一層のパケット生成を引き起こし、パケットの全数に対するリンク初期化パケットの割合を低下させる。ＴＭＡＣ及びＡＭＡＣは、低サンプリングレート及び／又は低速オブジェクト移動が原因となって、リンク初期化パケットの数が少ないときにそれぞれが最も良く機能するように設計される。図１０Ａにおいて分かるように、ＴＭＡＣ−０及びＡＭＡＣの１ホップ当たりの平均待ち時間は、サンプリング間隔の増加に伴って逆に増加するが、Ｐ−ＴＭＡＣは、このプロトコルの最良性能を維持する。
【００７５】
各ＭＡＣプロトコルシミュレーションの正規化スループットが図１０Ｂに示される。正規化スループットは、各ＭＡＣプロトコルに対しすべてのノードからシンク・ノードへ報告されたパケットの数を（理論的な上限としての役目を果たす）ＴＭＡＣ−３の同じメトリックによって割り算することによって計算された。スループットの観点から、Ｐ−ＴＭＡＣは、ＡＭＡＣより優れており、ＴＭＡＣ−３のスループットとほぼ同じ性能を達成する。サンプリング間隔が増加するのにつれてＡＭＡＣのスループットが減少する主な理由は、データパケットと比較して、制御パケット（例えば、ＳＹＮＣ、ＲＴＳ及びＣＴＳ）の付加的な通信オーバーヘッドである。ノードのスケジュールが変化するときはいつでも、Ｐ−ＴＭＡＣ及びＡＭＡＣは、それぞれが、現在スケジュールをブロードキャストする。Ｐ−ＴＭＡＣは、ＡＭＡＣより広いスケジュール順応範囲を有しているので、この通信オーバーヘッドは、空間全体に分散させられる。このように、制御パケットがイベントの周りのノードに与える悪影響は、ＡＭＡＣの場合よりＰ−ＴＭＡＣの場合に影響が小さい。
【００７６】
Ｐ−ＴＭＡＣは、待ち時間及びスループットの観点から、ＴＭＡＣ−３に類似する性能メトリックを達成するが、図１０Ｃに示されるように、Ｐ−ＴＭＡＣのエネルギー消費量は、ＴＭＡＣ−１とＴＭＡＣ−２との間にある。これは、Ｐ−ＴＭＡＣがＴＭＡＣより効率的にエネルギーと待ち時間との間のトレードオフを改善することを示唆する。最後に、ＡＭＡＣは、前述されるように、待ち時間及びスループットの観点で性能を犠牲にして、Ｐ−ＴＭＡＣより優れた性能を達成する。
【００７７】
第２のシナリオでは、ノードが関心のあるイベントを検出したとき、ノードは、（通常は分散アルゴリズムを含む）協働的なデータ処理を通じてイベントのより徹底的な理解を得るため、隣接ノードと測定量を共有することを試みる。今度は図１１Ａ及び１１Ｂを参照すると、異なる平均ターゲット速度３ｍ／ｓ及び６ｍ／ｓを用いた２組のシミュレーションがＭＡＣプロトコルに対して実施された。シミュレーションの組毎に、ＴＩＢＰＥＡが異なるタイムアウト限界を用いて測定された。Ｐ−ＴＭＡＣプロトコルは、タイムアウト限界が厳しいとき（イベント駆動ＷＳＮにおいて共通の状況）、ＡＭＡＣプロトコル、ＴＭＡＣ−０プロトコル、および、さらにＴＭＡＣ−２プロトコルより優れていた。他のＭＡＣプロトコルと比較して優れているＰ−ＴＭＡＣの性能は、遅延が重要なアプリケーションに対し、この設計目標を充足する。
【００７８】
ある特定の例示的な実施形態が詳細に前述されたが、変形及び変更は特許請求の範囲に記載され、規定された本開示の範囲及び趣旨に包含される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノード（１２）による共有通信媒体へのアクセスを制御する方法であって、
前記複数のノード（１２）のうちの各ノード（１２）に対し、イベントが将来の時点でこのノード（１２）のセンシング・フィールド（４０）の範囲内で発生するかどうかを予測するステップと、
各ノード（１２）に関する予測に反応してこのノード（１２）の通信スケジュールを順応させるステップと、
を含む方法。
【請求項２】
イベントが将来の時点で各ノード（１２）のセンシング・フィールド（４０）の範囲内で発生するかどうかを予測するステップは、各ノード（１２）のカメラ（２０）が前記将来の時点で関心のあるオブジェクト（１６）を観測するかどうかを予測するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
イベントが将来の時点で各ノード（１２）のセンシング・フィールド（４０）の範囲内で発生するかどうかを予測するステップは、前記複数のノード（１２）のうちの各ノード（１２）で時空間イベント確率（ＳＴＥＰ）を推定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記複数のノード（１２）のうちの各ノード（１２）で前記ＳＴＥＰを推定するステップは、前記将来の時点で各ノード（１２）の前記センシング・フィールド（４０）に亘ってイベントの位置不確定性を統合するステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記複数のノード（１２）のうちの各ノード（１２）で前記ＳＴＥＰを推定するステップは、再帰的パラメータ推定器を使用するステップを含む，請求項３に記載の方法。
【請求項６】
再帰的パラメータ推定器を使用するステップは、カルマンフィルタと粒子フィルタとのうちの一方を使用するステップを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記複数のノード（１２）のうちの第１のノード（１２）を用いて、前記複数のノード（１２）のうちの第２のノード（１２）からイベントの測定量を含むパケットを受信するか、又は、傍受するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記イベントの前記測定量を使用して前記再帰的パラメータ推定器を更新することにより前記第１のノード（１２）で新しいＳＴＥＰを推定するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記測定量が前記イベントのため予測された不確定性領域の範囲内でないとき、前記再帰的パラメータ推定器の新しいインスタンスを初期化するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記イベントの新しい測定量を含むパケットが前記第１のノード（１２）によって受信又は傍受されない所定の期間の後に、前記再帰的パラメータ推定器のインスタンスを終了するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１のノード（１２）の前記通信スケジュールは、前記再帰的パラメータ推定器の前記インスタンスの終了に反応して最低デューティ・サイクルに順応させられる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
各ノード（１２）の前記通信スケジュールを順応させるステップは、各ノード（１２）の無線機（２４）のデューティ・サイクルを調節するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
各ノード（１２）の前記無線機（２４）のデューティ・サイクルを調節するステップは、各ノード（１２）がイベントの予測された不確定性領域の中のどの確率部分空間に属しているかを決定するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
各ノード（１２）の前記無線機（２４）のデューティ・サイクルを調節するステップは、各無線機（２４）によって利用されるフレーム長さを指数的に変化させるステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
パケットを送信するノード（１２）がこの時点でイベントを検知しているかどうかを示す第１のビットを含む専用フィールドを格納するパケットを送信するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記専用フィールドは、前記パケットを送信する前記ノード（１２）がこの時点でイベント関連データを転送しているかどうかを示す第２のビットをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
第１のノードのプロセッサによって実行されるとき、前記プロセッサに、
イベントが将来の時点で前記第１のノード（１２）のセンシング・フィールド（４０）の範囲内で発生するかどうかを予測させ、
予測に反応して、複数のノード（１２）の間で共有される通信媒体への前記第１のノード（１２）によるアクセスを制御する前記第１のノード（１２）の通信スケジュールを順応させる複数の命令を含む、１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項１８】
イベントが将来の時点で前記第１のノード（１２）のセンシング・フィールド（４０）の範囲内で発生するかどうかを予測することは、前記第１のノード（１２）のカメラ（２０）がこの将来の時点で関心のあるオブジェクト（１６）を観測するかどうかを予測することを含む、請求項１７に記載の１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項１９】
イベントが将来の時点で前記第１のノード（１２）のセンシング・フィールド（４０）の範囲内で発生するかどうかを予測することは、前記第１のノード（１２）で時空間イベント確率（ＳＴＥＰ）を推定することを含む、請求項１７に記載の１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項２０】
前記第１のノード（１２）で前記ＳＴＥＰを推定することは、前記第１のノード（１２）の前記センシング・フィールド（４０）に亘ってイベントの位置不確定性を統合することを含む、請求項１９に記載の１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項２１】
前記第１のノード（１２）で前記ＳＴＥＰを推定することは、再帰的パラメータ推定器を使用することを含む、請求項１９に記載の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項２２】
再帰的パラメータ推定器を使用することは、カルマンフィルタと粒子フィルタとのうちの一方を使用することを含む，請求項２１に記載の１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項２３】
前記複数の命令は、さらに前記プロセッサに、前記複数のノード（１２）のうちの第２のノード（１２）からイベントの測定量を含むパケットを受信させるか、又は、傍受させる、請求項２１に記載の１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項２４】
前記複数の命令は、さらに前記プロセッサに、前記イベントの前記測定量を使用して前記再帰的パラメータ推定器を更新することにより前記第１のノード（１２）で新しいＳＴＥＰを推定させる、請求項２３に記載の１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項２５】
前記複数の命令は、さらに前記プロセッサに、前記測定量が前記イベントのため予測された不確定性領域の範囲内でないとき、前記再帰的パラメータ推定器の新しいインスタンスを初期化させる、請求項２３に記載の１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項２６】
前記複数の命令は、さらに前記プロセッサに、前記イベントの新しい測定量を含むパケットが前記第１のノード（１２）によって受信又は傍受されない所定の期間の後に、前記再帰的パラメータ推定器のインスタンスを終了させる、請求項２３に記載の１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項２７】
前記第１のノード（１２）の前記通信スケジュールは、前記再帰的パラメータ推定器の前記インスタンスの終了に反応して最低デューティ・サイクルに順応させられる、請求項２６に記載の１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項２８】
前記第１のノード（１２）の前記通信スケジュールを順応させることは、前記第１のノード（１２）の無線機（２４）のデューティ・サイクルを調節することを含むことがある、請求項１７に記載の１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項２９】
前記第１のノード（１２）の前記無線機（２４）のデューティ・サイクルを調節することは、前記第１のノード（１２）がイベントの予測された不確定性領域の中のどの確率部分空間に属しているかを決定することを含む、請求項２８に記載の１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項３０】
前記第１のノード（１２）の前記無線機（２４）のデューティ・サイクルを調節することは、前記第１のノード（１２）の前記無線機（２４）によって利用されるフレーム長さを指数的に変化させることを含む、請求項２８に記載の１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項３１】
前記複数の命令は、さらに前記プロセッサに、前記第１のノード（１２）がこの時点でイベントを検知しているかどうかを示す第１のビットを含む専用フィールドを格納するパケットを送信させる、請求項１７に記載の１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項３２】
前記専用フィールドは、前記第１のノード（１２）がこの時点でイベント関連データを転送しているかどうかを示す第２のビットをさらに含む、請求項３１に記載の１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項３３】
複数ノード（１２）を備え、各ノード（１２）は、制御回路（２２）と、前記複数のノード（１２）の間で共有される通信媒体にアクセスする無線機（２４）とを含み、各ノード（１２）の前記制御回路）２２）は、（ｉ）イベントが将来の時点で前記ノード（１２）のセンシング・フィールド（４０）の範囲内で発生するかどうかを予測し、（ｉｉ）予測に反応して前記ノード（１２）の前記無線機（２４）のデューティ・サイクルを調節するため構成されている、ワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項３４】
各ノード（１２）はカメラ（２０）を含み、各ノード（１２）の前記制御回路（２２）は、前記ノード（１２）の前記カメラがこの将来の時点で関心のあるオブジェクトを観測するかどうかを予測するため構成されている、請求項３３に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項３５】
各ノード（１２）の前記制御回路（２２）は、前記ノード（１２）で時空間イベント確率（ＳＴＥＰ）を推定することにより、イベントが将来の時点で前記ノード（１２）のセンシング・フィールド（４０）の範囲内で発生するかどうかを予測するため構成されている、請求項３３に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項３６】
各ノード（１２）の前記制御回路（２２）は、前記ノード（１２）の前記センシング・フィールド（４０）に亘ってイベントの位置不確定性を統合することにより、前記ノード（１２）で時空間イベント確率（ＳＴＥＰ）を推定するため構成されている、請求項３５に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項３７】
各ノード（１２）の前記制御回路（２２）は、再帰的パラメータ推定器を使用して前記ノード（１２）で時空間イベント確率（ＳＴＥＰ）を推定するため構成されている、請求項３５に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項３８】
前記再帰的パラメータ推定器は、カルマンフィルタと粒子フィルタとのうちの一方を含む、請求項３７に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項３９】
各ノード（１２）の前記制御回路（２２）は、前記無線機（２４）を介して、前記複数のノード（１２）のうちの別のノード（１２）からイベントの測定量を含むパケットを受信するか、又は、傍受するためさらに構成されている、請求項３７に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項４０】
各ノード（１２）の前記制御回路（２２）は、前記イベントの前記測定量を使用して前記再帰的パラメータ推定器を更新することにより前記ノード（１２）で新しいＳＴＥＰを推定するためさらに構成されている、請求項３９に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項４１】
各ノード（１２）の前記制御回路（２２）は、前記測定量が前記イベントのため予測された不確定性領域の範囲内でないとき、前記再帰的パラメータ推定器の新しいインスタンスを初期化するためさらに構成されている、請求項３９に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項４２】
各ノード（１２）の前記制御回路（２２）は、前記イベントの新しい測定量を含むパケットが前記ノード（１２）によって受信又は傍受されない所定の期間の後に、前記再帰的パラメータ推定器のインスタンスを終了するためさらに構成されている、請求項３９に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項４３】
各ノード（１２）の前記制御回路（２２）は、前記再帰的パラメータ推定器の前記インスタンスの終了に反応して、前記ノード（１２）の前記無線機（２４）のデューティ・サイクルを最低デューティ・サイクルに調節するためさらに構成されている、請求項４２に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項４４】
各ノード（１２）の前記制御回路（２２）は、前記ノード（１２）がイベントの予測された不確定性領域の中のどの確率部分空間に属しているかを決定することにより、前記ノード（１２）の前記無線機（２４）のデューティ・サイクルを調節するため構成されている、請求項３３に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項４５】
各ノード（１２）の前記制御回路（２２）は、前記ノード（１２）の前記無線機（２４）によって利用されるフレーム長さを指数的に変化させることにより、前記ノード（１２）の前記無線機（２４）のデューティ・サイクルを調節するため構成されている、請求項３３に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項４６】
各ノード（１２）の前記制御回路（２２）は、前記ノード（１２）がこの時点でイベントを検知しているかどうかを示す第１のビットを含む専用フィールド（４０）を格納するパケットを、前記無線機（２４）を介して送信するためさらに構成されている、請求項３３に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項４７】
前記専用フィールドは、前記ノード（１２）がこの時点でイベント関連データを転送しているかどうかを示す第２のビットをさらに含む、請求項４６に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項１】
複数のノード（１２）による共有通信媒体へのアクセスを制御する方法であって、
前記複数のノード（１２）のうちの各ノード（１２）に対し、イベントが将来の時点でこのノード（１２）のセンシング・フィールド（４０）の範囲内で発生するかどうかを予測するステップと、
各ノード（１２）に関する予測に反応してこのノード（１２）の通信スケジュールを順応させるステップと、
を含む方法。
【請求項２】
イベントが将来の時点で各ノード（１２）のセンシング・フィールド（４０）の範囲内で発生するかどうかを予測するステップは、各ノード（１２）のカメラ（２０）が前記将来の時点で関心のあるオブジェクト（１６）を観測するかどうかを予測するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
イベントが将来の時点で各ノード（１２）のセンシング・フィールド（４０）の範囲内で発生するかどうかを予測するステップは、前記複数のノード（１２）のうちの各ノード（１２）で時空間イベント確率（ＳＴＥＰ）を推定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記複数のノード（１２）のうちの各ノード（１２）で前記ＳＴＥＰを推定するステップは、前記将来の時点で各ノード（１２）の前記センシング・フィールド（４０）に亘ってイベントの位置不確定性を統合するステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記複数のノード（１２）のうちの各ノード（１２）で前記ＳＴＥＰを推定するステップは、再帰的パラメータ推定器を使用するステップを含む，請求項３に記載の方法。
【請求項６】
再帰的パラメータ推定器を使用するステップは、カルマンフィルタと粒子フィルタとのうちの一方を使用するステップを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記複数のノード（１２）のうちの第１のノード（１２）を用いて、前記複数のノード（１２）のうちの第２のノード（１２）からイベントの測定量を含むパケットを受信するか、又は、傍受するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記イベントの前記測定量を使用して前記再帰的パラメータ推定器を更新することにより前記第１のノード（１２）で新しいＳＴＥＰを推定するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記測定量が前記イベントのため予測された不確定性領域の範囲内でないとき、前記再帰的パラメータ推定器の新しいインスタンスを初期化するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記イベントの新しい測定量を含むパケットが前記第１のノード（１２）によって受信又は傍受されない所定の期間の後に、前記再帰的パラメータ推定器のインスタンスを終了するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１のノード（１２）の前記通信スケジュールは、前記再帰的パラメータ推定器の前記インスタンスの終了に反応して最低デューティ・サイクルに順応させられる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
各ノード（１２）の前記通信スケジュールを順応させるステップは、各ノード（１２）の無線機（２４）のデューティ・サイクルを調節するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
各ノード（１２）の前記無線機（２４）のデューティ・サイクルを調節するステップは、各ノード（１２）がイベントの予測された不確定性領域の中のどの確率部分空間に属しているかを決定するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
各ノード（１２）の前記無線機（２４）のデューティ・サイクルを調節するステップは、各無線機（２４）によって利用されるフレーム長さを指数的に変化させるステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
パケットを送信するノード（１２）がこの時点でイベントを検知しているかどうかを示す第１のビットを含む専用フィールドを格納するパケットを送信するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記専用フィールドは、前記パケットを送信する前記ノード（１２）がこの時点でイベント関連データを転送しているかどうかを示す第２のビットをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
第１のノードのプロセッサによって実行されるとき、前記プロセッサに、
イベントが将来の時点で前記第１のノード（１２）のセンシング・フィールド（４０）の範囲内で発生するかどうかを予測させ、
予測に反応して、複数のノード（１２）の間で共有される通信媒体への前記第１のノード（１２）によるアクセスを制御する前記第１のノード（１２）の通信スケジュールを順応させる複数の命令を含む、１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項１８】
イベントが将来の時点で前記第１のノード（１２）のセンシング・フィールド（４０）の範囲内で発生するかどうかを予測することは、前記第１のノード（１２）のカメラ（２０）がこの将来の時点で関心のあるオブジェクト（１６）を観測するかどうかを予測することを含む、請求項１７に記載の１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項１９】
イベントが将来の時点で前記第１のノード（１２）のセンシング・フィールド（４０）の範囲内で発生するかどうかを予測することは、前記第１のノード（１２）で時空間イベント確率（ＳＴＥＰ）を推定することを含む、請求項１７に記載の１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項２０】
前記第１のノード（１２）で前記ＳＴＥＰを推定することは、前記第１のノード（１２）の前記センシング・フィールド（４０）に亘ってイベントの位置不確定性を統合することを含む、請求項１９に記載の１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項２１】
前記第１のノード（１２）で前記ＳＴＥＰを推定することは、再帰的パラメータ推定器を使用することを含む、請求項１９に記載の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項２２】
再帰的パラメータ推定器を使用することは、カルマンフィルタと粒子フィルタとのうちの一方を使用することを含む，請求項２１に記載の１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項２３】
前記複数の命令は、さらに前記プロセッサに、前記複数のノード（１２）のうちの第２のノード（１２）からイベントの測定量を含むパケットを受信させるか、又は、傍受させる、請求項２１に記載の１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項２４】
前記複数の命令は、さらに前記プロセッサに、前記イベントの前記測定量を使用して前記再帰的パラメータ推定器を更新することにより前記第１のノード（１２）で新しいＳＴＥＰを推定させる、請求項２３に記載の１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項２５】
前記複数の命令は、さらに前記プロセッサに、前記測定量が前記イベントのため予測された不確定性領域の範囲内でないとき、前記再帰的パラメータ推定器の新しいインスタンスを初期化させる、請求項２３に記載の１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項２６】
前記複数の命令は、さらに前記プロセッサに、前記イベントの新しい測定量を含むパケットが前記第１のノード（１２）によって受信又は傍受されない所定の期間の後に、前記再帰的パラメータ推定器のインスタンスを終了させる、請求項２３に記載の１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項２７】
前記第１のノード（１２）の前記通信スケジュールは、前記再帰的パラメータ推定器の前記インスタンスの終了に反応して最低デューティ・サイクルに順応させられる、請求項２６に記載の１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項２８】
前記第１のノード（１２）の前記通信スケジュールを順応させることは、前記第１のノード（１２）の無線機（２４）のデューティ・サイクルを調節することを含むことがある、請求項１７に記載の１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項２９】
前記第１のノード（１２）の前記無線機（２４）のデューティ・サイクルを調節することは、前記第１のノード（１２）がイベントの予測された不確定性領域の中のどの確率部分空間に属しているかを決定することを含む、請求項２８に記載の１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項３０】
前記第１のノード（１２）の前記無線機（２４）のデューティ・サイクルを調節することは、前記第１のノード（１２）の前記無線機（２４）によって利用されるフレーム長さを指数的に変化させることを含む、請求項２８に記載の１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項３１】
前記複数の命令は、さらに前記プロセッサに、前記第１のノード（１２）がこの時点でイベントを検知しているかどうかを示す第１のビットを含む専用フィールドを格納するパケットを送信させる、請求項１７に記載の１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項３２】
前記専用フィールドは、前記第１のノード（１２）がこの時点でイベント関連データを転送しているかどうかを示す第２のビットをさらに含む、請求項３１に記載の１つ以上の有形で一時的でないコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項３３】
複数ノード（１２）を備え、各ノード（１２）は、制御回路（２２）と、前記複数のノード（１２）の間で共有される通信媒体にアクセスする無線機（２４）とを含み、各ノード（１２）の前記制御回路）２２）は、（ｉ）イベントが将来の時点で前記ノード（１２）のセンシング・フィールド（４０）の範囲内で発生するかどうかを予測し、（ｉｉ）予測に反応して前記ノード（１２）の前記無線機（２４）のデューティ・サイクルを調節するため構成されている、ワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項３４】
各ノード（１２）はカメラ（２０）を含み、各ノード（１２）の前記制御回路（２２）は、前記ノード（１２）の前記カメラがこの将来の時点で関心のあるオブジェクトを観測するかどうかを予測するため構成されている、請求項３３に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項３５】
各ノード（１２）の前記制御回路（２２）は、前記ノード（１２）で時空間イベント確率（ＳＴＥＰ）を推定することにより、イベントが将来の時点で前記ノード（１２）のセンシング・フィールド（４０）の範囲内で発生するかどうかを予測するため構成されている、請求項３３に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項３６】
各ノード（１２）の前記制御回路（２２）は、前記ノード（１２）の前記センシング・フィールド（４０）に亘ってイベントの位置不確定性を統合することにより、前記ノード（１２）で時空間イベント確率（ＳＴＥＰ）を推定するため構成されている、請求項３５に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項３７】
各ノード（１２）の前記制御回路（２２）は、再帰的パラメータ推定器を使用して前記ノード（１２）で時空間イベント確率（ＳＴＥＰ）を推定するため構成されている、請求項３５に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項３８】
前記再帰的パラメータ推定器は、カルマンフィルタと粒子フィルタとのうちの一方を含む、請求項３７に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項３９】
各ノード（１２）の前記制御回路（２２）は、前記無線機（２４）を介して、前記複数のノード（１２）のうちの別のノード（１２）からイベントの測定量を含むパケットを受信するか、又は、傍受するためさらに構成されている、請求項３７に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項４０】
各ノード（１２）の前記制御回路（２２）は、前記イベントの前記測定量を使用して前記再帰的パラメータ推定器を更新することにより前記ノード（１２）で新しいＳＴＥＰを推定するためさらに構成されている、請求項３９に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項４１】
各ノード（１２）の前記制御回路（２２）は、前記測定量が前記イベントのため予測された不確定性領域の範囲内でないとき、前記再帰的パラメータ推定器の新しいインスタンスを初期化するためさらに構成されている、請求項３９に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項４２】
各ノード（１２）の前記制御回路（２２）は、前記イベントの新しい測定量を含むパケットが前記ノード（１２）によって受信又は傍受されない所定の期間の後に、前記再帰的パラメータ推定器のインスタンスを終了するためさらに構成されている、請求項３９に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項４３】
各ノード（１２）の前記制御回路（２２）は、前記再帰的パラメータ推定器の前記インスタンスの終了に反応して、前記ノード（１２）の前記無線機（２４）のデューティ・サイクルを最低デューティ・サイクルに調節するためさらに構成されている、請求項４２に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項４４】
各ノード（１２）の前記制御回路（２２）は、前記ノード（１２）がイベントの予測された不確定性領域の中のどの確率部分空間に属しているかを決定することにより、前記ノード（１２）の前記無線機（２４）のデューティ・サイクルを調節するため構成されている、請求項３３に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項４５】
各ノード（１２）の前記制御回路（２２）は、前記ノード（１２）の前記無線機（２４）によって利用されるフレーム長さを指数的に変化させることにより、前記ノード（１２）の前記無線機（２４）のデューティ・サイクルを調節するため構成されている、請求項３３に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項４６】
各ノード（１２）の前記制御回路（２２）は、前記ノード（１２）がこの時点でイベントを検知しているかどうかを示す第１のビットを含む専用フィールド（４０）を格納するパケットを、前記無線機（２４）を介して送信するためさらに構成されている、請求項３３に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項４７】
前記専用フィールドは、前記ノード（１２）がこの時点でイベント関連データを転送しているかどうかを示す第２のビットをさらに含む、請求項４６に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【公表番号】特表２０１３−５０２８５１（Ｐ２０１３−５０２８５１Ａ）
【公表日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２５７０４（Ｐ２０１２−５２５７０４）
【出願日】平成２２年８月２０日（２０１０．８．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４６０５９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０２２５７７
【国際公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【出願人】（５９８０６３２０３）パーデュー・リサーチ・ファウンデーション (59)
【氏名又は名称原語表記】ＰＵＲＤＵＥ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２０日（２０１０．８．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４６０５９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０２２５７７
【国際公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【出願人】（５９８０６３２０３）パーデュー・リサーチ・ファウンデーション (59)
【氏名又は名称原語表記】ＰＵＲＤＵＥ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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