JP2010505348A - 無線メッセージの局所的にアクティブにされた高速アクティブスケジューリングをもつ無線メッシュネットワーク - Google Patents

Abstract

無線メッシュネットワークは、メッセージを伝送し受信するための規則的アクティブスケジュールと、多数のメッセージの伝送に対する要求が存在するときに局所的にアクティブにされる高速アクティブスケジュールモードとを有するノード（ＧＷ１、ＧＷ２、Ａ−Ｆ、Ｘ−Ｚ）により形成される。各々のノードがメッセージを別のノードに伝送するとき、伝送側ノードは、伝送側ノードにおけるメッセージの数、保留メッセージキューを示すメッセージバッファキューパラメータを含む。受信側ノードは、受信したメッセージバッファキューパラメータと、それ自体の機能に基づいて、規則的なスケジュールで継続するか又は高速アクティブスケジュールをアクティブにするか判断する。高速アクティブスケジュールがアクティブにされた場合には、受信側ノードは、特別な確認通知メッセージを送信側ノードに送信し戻して、送信側ノードのメッセージバッファが減少し、高速アクティブスケジュールが規則的アクティブスケジュールを優先して非アクティブにできるようになるまで、両方のノードが高速アクティブスケジュールリンク上でメッセージを伝送し受信するようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無線メッシュネットワークに関する。具体的には、本発明は、ネットワークにおけるノードが、まだ対処されていないメッセージ要求に基づいて、メッセージのスケジューリングを局所的に判断する無線メッシュネットワークに関する。

低電力、センサ／アクチュエータベースの適用例のために設計された無線メッシュネットワークシステムにおいて、ネットワークの多くのデバイスは、長寿命電池によってか又は低電力エネルギスカベンジング電源によって、電力を供給されなければならない。１２０ＶＡＣユーティリティのような電力コンセントは、普通は、大きな据え付け費を負うことなく器具（センサ）及びアクチュエータが配置されなければならない危険領域に隣接して配置されることはなく、又はその中には許可されないことがある。低い据え付けコストの必要性によって、無線メッシュネットワークの一部として通信する電池電源デバイスの必要性が生じる。再充電できない一次電池のような有限電源の効果的使用が、高機能無線デバイスにとって極めて重要である。電池は５年より長く、好ましくは製品の寿命まで持つことが期待される。
真の無線メッシュネットワークにおいては、各デバイスは、メッシュネットワークで、それ自体並びに他のデバイスに対してメッセージをルーティングできなければならない。ネットワークを通してノードからノードへホッピングするメッセージの概念は、低電力ＲＦラジオを用いることができ、さらに、メッシュネットワークは一端から他端へメッセージを送給する、かなりの物理的領域に渡る可能性があるため利点がある。高電力ラジオはメッシュネットワークにおいては必要ではなく、集中型基地局に直接話す遠隔デバイスを採用するポイント・ツー・ポイントシステムとは対照的である。
メッシュネットワークプロトコルは、デバイス間及びデバイスとデータコレクタ又は幾らかのより高いレベルの高速データバスへのブリッジ又はゲートウェイとの間でメッセージングするための代替経路の形成を可能にする。無線メッセージのための代替の冗長な経路を有することは、環境的影響のため又は干渉のために別の経路がブロックされた又は低下した場合でさえ、メッセージが流れる少なくとも１つの代替経路があることを保証することによって、データ信頼性を高める。

幾つかのメッシュネットワークプロトコルは、全てのデバイスが指定された親及び少なくとも１つの代替親を有するように、確定的にルートされる。メッシュネットワークの階層においては、人間の家族におけるように、親は子を持ち、子は孫を持ち、以下同様である。各デバイス（又は「ノード」）は、ネットワークを通して子孫のためのメッセージをゲートウェイのような何らかの最終目的地へ取り次ぐ。親デバイスは、電池電源又は有限エネルギ電源のデバイスとすることができる。ノードがより多くの子孫を持てば持つほど、より多くのトラフィックをルートしなければならず、今度は直接にそれ自体の電力消費を増加させ電池寿命を縮めることになる。
電力を節約するために、幾つかのプロトコルは、メッセージに注意を向けるために、制限された時間の量においてのみノードのラジオをオンにすることにより、どのノードも、あらゆる時間の期間中に扱うことができるトラフィックの量を制限する。故に、平均電力を削減するために、プロトコルは、オンとオフの状態の間でラジオのデューティサイクルを可能にすることができる。幾つかのプロトコルは、電力を節約するために、ネットワーク全体が同時にオンとオフになるように、グローバル・デューティサイクルを用いる。他のプロトコル（例えばＴＤＭＡベース）は、互いにリンクされるノードの通信する対のみが所定の時間に同期様式でオンとオフに変わるようにスケジュールされるローカル・デューティサイクルを用いる。典型的には、リンクは、一組のノードに、通信のための特定のタイムスロット、ラジオにより用いられるＲＦ周波数チャネル、その時点で、誰が受信しているか（Ｒｘ）、及び誰が伝送しているか（Ｔｘ）を割り当てることにより、予め定められる。

幾つかのプロトコルは、規則的に繰り返されるスケジュールで、リンクをモードに割り当てる概念を採用し、それにより、ネットワークにおけるデバイスによる更新及びメッセージの規則的な送給を可能にする。幾つかの進歩したＴＤＭＡベースのプロトコルは、多数のアクティブなスケジュールの概念を採用することができ、これらの多数のスケジュールは、すべてが同時に稼動し、又は、特定のスケジュールが、必要なときはいつでも、グローバルネットワークコントローラによりアクティブにされる／非アクティブにされる。例えば、低速アクティブスケジュールのリンクノードは、低電力消費を実現するために、メッセージ間でより長い時間の期間においてメッセージを送信する。高速アクティブスケジュールのリンクノードは、より良好なスループット及びより少ない待ち時間のために、メッセージをより高速で送信するが、ノードにおいてより高い電力消費をもたらす。多数のアクティブなスケジュールを可能にするプロトコルにおいては、幾つかのスケジュールは、上流側トラフィックのため、他のものは下流側トラフィックのため、さらに他のものは、デバイス加入及び構成といったネットワーク管理機能のために最適化されることができる。異なるときにおける異なるニーズを満たすために、ネットワーク全体にわたり種々のスケジュールを全体的にアクティブにする／非アクティブにすることは、電力消費と少ない待ち時間との間の有利なトレードオフの実現に対してある程度の融通性を与えるが、すべてのノードに対して同じスケジュールを適用し、したがって局所的な最適化は与えない。

同期されたシステムにおいては、ノードは、メッセージを送ることができるようになる前に、次の所定のオン時間まで、伝送するのを待たなければならない。待機は、待ち時間を増加させ、これが適当に抑えられず、管理されない場合には、多数の適用例において非常に不利なものとなる。互いにリンクされたノードの対が適当に同期されていない場合には、ラジオは、不適切なときにオンになっていたり又は不適切なときに不適切なモード（Ｒｘ又はＴｘ）になっていたりすることがあるため、メッセージを送る際にうまく行かない。唯一のアクティブなスケジュールが長いサイクル時間を有する場合には、スケジュールされたリンク間の時間は長くなり、待ち時間も長くなる。高速スケジュールがアクティブにされた場合には、スケジュールされたリンク間の時間は短くなるが、電池寿命は時間と共にはっきりと減少する。
幾つかのプロトコルは、バックグラウンドで低速の全体的なスケジュールを稼動させ、付加的な高速スケジュールを全体的にアクティブにする／非アクティブにすることを可能にする。ネットワーク全体にわたり高速スケジュールを全体的にアクティブにし、全体的なコマンドを聞いたとすべてのノードから確認が戻されるには時間がかかるため、ネットワーク又はサブネットワークは、遷移時間中は少応答モードのまま残る。さらに、全体的にアクティブにされた高速スケジュールにおいては、電力は、その子孫が高速スケジュールから利益を受けなくても、ネットワークにおけるすべての親ノードにおいて浪費される。これらのありがたくない親ノードは、その子孫が、規則的アクティブスケジュールがネットワークのその部分において十分ではないと送信する以外に付加的なものがなくても、より頻繁に全体的な高速アクティブスケジュールに注意を向けなければいけない。

幾つかのプロトコルは、ノードが有することができる子孫の数を制限することができ、それにより、ノードがサポートしなければならないロードを減少させる。他のプロトコルは、これらの措置のすべての組み合わせを採用して、平均電力消費を減少させる。これらの節電措置のすべては、ネットワークにおけるノードがメッセージを送る作業を行う可能性を減少させる効果を有し、したがって、ネットワークを通して送給されたメッセージの待ち時間を増加させる。ラジオをデューティサイクル化することは、待ち時間を増加させる。メッセージをノードからノードにホッピングさせることは、待ち時間を増加させる。子孫の数を制限することによりホップ深さ（ホップ計数）を増加させることは、待ち時間を増加させる。低速アクティブスケジュール（長いサイクル期間）を稼動させることは、待ち時間を増加させる。高速アクティブスケジュールを全体的にアクティブにすることでさえ、時間がかかる。情報の価値は時間と共に小さくなる傾向があるため、待ち時間が長ければ長いほど、情報の価値は小さくなる。
電力消費と待ち時間との間のトレードオフを減少させるプロトコルに対する改良は、ユーザ干渉及び構成なしで、同じプロトコルを幅広い種類の最終アプリケーションに用いることを可能にするため、非常に価値がある。全体的な最適化に局所的な最適化を与える改良は、最も融通性があり、最も価値がある。

メッシュネットワークのルーティングに対する改良は、要求ベースのルーティングの単純な形態を採用することにより実施することができる。送信側デバイスにおける保留メッセージキューの深さ（保留メッセージの数）を示すパラメータは、各々のメッセージパケットに配置されるネットワークのメッセージヘッダ情報の一部として、ホップ毎にノード間で送ることができる。この情報は、ネットワーク又はサブネットワークにおけるデバイスにより、ネットワーク上又はネットワークの一部に配置される対処されていないメッセージ要求を示す。メッセージバッファキューパラメータ（ＢＱ＃）は、ネットワークメッセージヘッダの通常の部分とすることができ、メッシュネットワーク全体にわたり送信されるすべてのメッセージに含まれることができる。ネットワーク又はサブネットワークにおけるノードは、より多くのトラフィックが所与の時間の期間でネットワークの一部において生じることを選択的に可能にすることにより、どのような全体的な再構成もなしで、対処されていない要求に応答する。このことは、ネットワークが、要求が満たされるまで、選択的に及び局所的にトラフィックの容量を増加させることを可能にし、次いで、ネットワークがより低電力の定常状態の動作モードに戻るようにする。この要求／応答機構はプロトコルに構築されており、ネットワークにおいて、全体的にではなく局所的にアクティブにされるため、より高いトラフィック機能で動作する必要のないネットワークにおけるノードは、より高い電力消費の不利益を被ることがない。

メッシュネットワークを示すブロック図である。 メッセージをゲートウェイノードに伝送するためのメッシュネットワーク内のノードの階層を示す。

図１は、ゲートウェイノードＧＷ１及びＧＷ２と、ノードＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｘ、Ｙ、及びＺを含むメッシュネットワーク１０を示す。各々のノードは、無線通信のためのラジオトランシーバと、寿命の長い電池又は省電力エネルギスカベンジング源といった電源とを含む。さらに、ノードは、関連する信号処理回路をもつセンサ又はアクチュエータと、ＲＦトランシーバがアクティブである時間スケジュールを含むノードの動作を制御するための制御回路とを含むことができる。
ゲートウェイノードＧＷ１及びＧＷ２は、高速ネットワーク１４上で、メッシュネットワーク１０をホストコンピュータ１２とインターフェース接続させる。高速ネットワーク１４は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ、Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄｂｕｓ、Ｍｏｄｂｕｓ、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ等といった有線ネットワーク、又は、Ｗｉ−Ｆｉ、ＷｉＭＡＸ等の別個の無線ネットワークとすることができる。メッセージは、ホスト１２からゲートウェイノードＧＷ１又はＧＷ２に伝送され、次いで幾つかの異なる経路の１つの上で、メッシュネットワーク１０の選択されたノードに伝送されることになる。同様に、メッシュネットワーク１０の個々のノードからのメッセージは、ゲートウェイノードＧＷ１又はＧＷ２に到達するまで、幾つかの経路の１つの上で、メッシュネットワーク１０を通してノードからノードにルートされ、次いで、高速ネットワーク１４上でホスト１２に伝送される。

図２は、ノードからホスト１２へのメッセージの伝送のためのメッシュネットワーク１０内のノードの階層の例を与える。同様な階層は、ホスト１２からノードへのメッセージの伝送のために用いることができる。
図２に示す階層においては、ノードＡはノードＢの親であり、ノードＢは２つの子、すなわちノードＣ及びＤを有する（すなわち、ノードＣ及びＤは、ノードＡの孫である）。ノードＢがノードＡにデータを送信する必要があると仮定する。データは、ノードＢ自体から生成されることができ、又は、ノードＢがその子であるノードＣ及びＤから受信して転送しなければならないデータとすることができ、又は、その孫であるノードＥ及びＦから転送されたデータとすることができる。生成され、これらのノードを通してルートされているメッセージのトラフィックが、時々スムーズで規則的であり、時々厳しくて不規則であると仮定する。本発明の一態様によれば、ノードＢがメッセージをノードＡに送信するとき、これはさらに、ノードＢがその内部メッセージバッファ内に格納した保留メッセージノードＢの数を宣言する変数ＢＱ＃を含む。例えば、ノードＢにより送信されたＢＱ＃＝２は、ノードＡに対して、ノードＢのメッセージバッファには依然として２つの保留メッセージがあることを示す。ノードＢにおける２つの保留メッセージは、例えば、ノードＣからの１つの保留メッセージ及びノードＤからの１つの保留メッセージ（或いはノードＥ又はノードＦ）からもたらされることができ、又はもう２つの保留メッセージはノードＢ自体からもたらされることができる。受信側ノード（この例ではノードＡ）が、どのノードが保留メッセージを生じさせたかを知る理由はない。受信側ノードは、保留メッセージがノードＢにあり、送信されるのを待っていることを知っていればよい。

通常、低電力ノードのために最適化されたネットワークメッセージング及びルーティングに用いられる所定の全体的なスケジュールは、規則的でアクティブなスケジュール（より長いサイクル時間）を採用する。この全体的な規則的でアクティブなスケジュールは、メッセージ情報に対するより遅い応答及びより長い待ち時間を代償にして行われる。全体的な高速アクティブスケジュールを用いることにより、親は、かなり頻繁に、その子からのメッセージに注意を向けるようにスケジュールされ、したがって、応答を改良し、待ち時間を減少させる。しかし、より頻繁に注意を向けることは、より多くの電力を必要とし、電池の寿命を減らす。
子ノードから親ノードに送られたＢＱ＃を用いることは、親ノードに対して、子からの（及びすべてのその子孫からのプロキシによる）メッセージに注意を向けるために、どれだけ頻繁にそのラジオを実際にオンにしなければならないかを示す。子ノードが多数の入ってくるメッセージを有し、又は、多数のメッセージを迅速に生成し、そのメッセージバッファを十分に高速に空にできない場合には、子ノードは、最終的にメッセージをそのバッファのさらに深いところに格納する。ＢＱ＃は、子ノードがメッセージを受信する度又はメッセージを生成してこれをメッセージバッファに格納する度に増加する。ＢＱ＃は、子ノードが、親が伝送を正確に受信したことを示す親からの確認通知メッセージを受信する毎に１ずつ減少する。

ＢＱ＃は、各々のパケットをもって送信されたメッセージヘッダの一部であるため、受信側（親）ノードは、付加的なメッセージ要求を満たすのを助けることができるかどうか判断する。そうである場合には、受信側ノードは、そのリンクに対して高速アクティブスケジュールをアクティブにし、２つのノードに対して予め判断された高速アクティブスケジュールに注意を向け始める。換言すると、受信側ノードは、送信側ノードにより与えられる入力（ＢＱ＃）及びそれ自体の機能に基づいて、それ自体とその子との間のリンクに対して高速アクティブスケジュールを作動させる。受信側ノードは、次いで、特別確認通知メッセージ（ＡＣＫ＋）を送信側ノードに送信し戻して、メッセージを受信したこと、及び、現在高速アクティブスケジュールモードにあることを示す。
メッセージバッファのキューパラメータが、現行のメッセージは最後の保留メッセージであることを示すときには（ＢＱ＃＝１）、他には保留メッセージはない。最新ＢＱ＃の受け取りによるこの知識の受信に基づいて、受信側ノードは、高速アクティブスケジュールにもう注意を向けなくてもよくなることを知り、次の規則的にスケジュールされた時間までラジオをオフにすることができる（すなわち、規則的なアクティブスケジュールに戻る）。

本発明の一実施形態によれば、全体的な規則的なアクティブスケジュール（デバイス間の所定のオン及びオフ時間の通常のパターンで構成される）は、メッシュネットワーク１０の一部である各々のノードのバックグラウンドで稼動する。このことは、高速アクティブスケジュールモジュールを非アクティブにしたデバイスによってでも、すべてのメッセージを幾らかの規則的な間隔で伝送及び受信できることを補償する。規則的なアクティブスケジュールはネットワークに対する全体的なものであり、いずれの個々のノードによっても局所的に非アクティブにされることはできない。
プロトコルは、メッセージ確認通知機構を採用することができるため、送信側ノードはそのメッセージが適当に受信されたことを判断することができる。受信側ノードは、入ってくるメッセージが適当に対処され枠に入れられたかどうか確認し、その完全性、及び、正確と思われるものが即時の応答を確認通知メッセージ（ＡＣＫ又はＡＣＫ＋）形態で送信側ノードに戻されたかどうか確認する。送信側ノードは、次いで、受信側ノードからの適当な確認通知メッセージの受信により、送信済みメッセージをその内部バッファから消去することができる。伝送されたメッセージが所与の時間の量において確認通知されない場合には、送信側ノードは、何らかの将来の予めスケジュールされたときに、メッセージを再伝送するように判断することができる。上述のように、受信側ノードから送信側ノードに送信し戻された特別なＡＣＫ＋メッセージは、受信側ノードは、高速アクティブスケジュールモードに注意を向けて、より多くのメッセージを迅速に受信する用意があることを送信側ノードに示す。換言すると、受信側ノードは、次いで、スケジュールが重なるため、次の所定の高速アクティブスケジュールのタイムスロット、並びに、所定の規則的なアクティブなタイムスロットに注意を向け始める。受信側ノードが高速アクティブスケジュールのタイムスロットの所与の数において、又は所定の時間の量の後で、伝送を聞かなかった場合には、高速アクティブスケジュールをリンク毎に自動的に非アクティブにして、節電のために、規則的なアクティブスケジュールモードに戻る。したがって、ノードは低電力になるが、局所的なトラフィックの変動に応答性がある。

本発明の一態様によれば、高速アクティブスケジュールのリンクは、マスターネットワークコントローラによってではなく、ノード自体によりアクティブ化／非アクティブ化される。このことは、機構を上流側のボトムアッププロセスにする。メッセージの活動は、ネットワーク１０を通して上方にリップルし、元のノードから開始して、データシンクノード（例えば、ゲートウェイ）に移動する。図２に示す例においては、メッシュネットワーク１０が正常に稼動しているとき、ノードＥにおけるバッファはノードＤ及びノードＢにおけるバッファを空にし、満たす。ノードＦにおけるバッファはノードＤ及びＸにおけるバッファを空にし、満たす。ノードＣ及びＤにおけるバッファは、ノードＢ及びＸにおけるバッファを空にし、満たす。ノードＢにおけるバッファは、ノードＡ及びＹにおけるバッファを空にし、満たす。ノードＸにおけるバッファはノードＡ及びＺを空にし満たす。ノードＡ、Ｙ及びＺにおけるバッファは、ゲートウェイノードＧＷ１及びＧＷ２におけるバッファを空にする。ゲートウェイノードＧＷ１及びＧＷ２は、ホストコンピュータ上で稼動するゲートウェイアプリケーションにより非常に迅速に作動させることができる。各々のゲートウェイノードＧＷ１、ＧＷ２は、これに向けられたすべてのネットワークメッセージに対するデータシンクと考慮することができ、メッシュネットワーク１０において通常は障害にならないように、十分な容量及び機能で設計される。

無線メッシュネットワーク１０に用いられる局所的にアクティブにされた第１アクティブスケジューリングに対する適用例の一例は、デジタルバルブコントローラ（ＤＶＣ）又はレーダレベルゲージ又は振動モニタからのような無線遠隔デバイス診断である。ＤＶＣ診断ファイルは、３２キロバイトの大きさのデータとすることができる。典型的な無線プロトコルに共通の、メッセージ当たり７０から８０バイトのペイロードにおいて、４００ものメッセージパケットがファイル転送を完了することが要求される。典型的な無線メッシュネットワークプロトコルを用いて、こうした大きい診断ファイルを、ホストシステムにアップロードするには数時間かかる。ネットワーク全体にわたり高速アクティブスケジュールを全体的にアクティブにすることは、アップロードプロセスを大いに高速化するが、アップロードメッセージ経路に能動的に参加していないノードは、次いで、不要に電力を消費する。説明されたメッセージバッファキュー機構と共に、局所的にアクティブにされたスケジューリングを用いることにより、元のＤＶＣノードからゲートウェイノードＧＷ１、ＧＷ２におけるデータシンクへの経路上のルーティング帯域幅は要求に応じて劇的に増加する。

ホストシステムのアプリケーション（ホスト１２上で稼動する）がゲートウェイＧＷ１又はＧＷ２を通して接続し、ノードＥに配置されるＤＶＣが自己診断ルーチンを実行すると仮定する。これを行うためには、診断要求メッセージがゲートウェイＧＷ１又はＧＷ２を通り、下流側にネットワーク１０を通ってノードＥに送られる。例えば、経路は、ホスト１２→ＧＷ１→Ａ→Ｂ→Ｄ→Ｅ又はホスト１２→ＧＷ１→Ｙ→Ｂ→Ｅとすることができる。応答メッセージは、例えば、経路Ｅ→Ｄ→Ｘ→Ｚ→ＧＷ１（又はＧＷ２）→ホスト１２により、ノードＥにおけるＤＶＣからゲートウェイＧＷに戻り、要求と適合しており、診断ファイルを生成し始めていることを示す。ホストアプリケーションは、次いで、アップロード要求メッセージをノードＥにおけるＤＶＣに送信して、診断ファイルのアップロードプロセスを開始する。ＤＶＣが診断ファイルを生成するに伴い、診断ファイルを小さい連続番号が付けられ、典型的には各々が７０から８０バイトであるデータパケットにセグメント化し、そのメッセージバッファをデータパケットで満たし始める。メッセージの出て行く伝送は、依然としてより低速の全体的な通常のアクティブなスケジュールでスケジュールされているため、ＤＶＣノードは、プロセスのこの時点でメッセージバッファを迅速に満たす。メッセージバッファが満たされたときには、データを診断ファイルからメッセージバッファに転送するプロセスは、次に説明されるようにメッセージが首尾よく送信され、確認通知されるまで、停止する。ＤＶＣデバイス（ノードＥ）が首尾よく第１の出ていくメッセージにおけるファイルの第１部分をその親の１つ（この例ではノードＤと仮定する）に伝送したときには、これはメッセージバッファキュー番号（ＢＱ＃）を含む。ノードＥのＢＱ＃は、例におけるこの点で幾らかの最大値と恐らく等しくなり、ＤＶＣデバイスは、送信の用意ができたはるかに多くの情報を有することを示す。ノードＤがメッセージパケットを受信し、次いで、ノードＥから受信するＢＱ＃を調べると仮定する。ＢＱ＃に対する大きい値を見ると、ノードＤは、それ自体の機能及び動力資源の知識に基づいて、より多くのトラフィックを扱うことができると判断し、その高速アクティブスケジュールをオンにする。これは次いで、ＡＣＫ＋確認通知をノードＥに戻して、より高速のスケジュールで、より多くのメッセージを受信する用意があることを示す。ノードＥは、ノードＤから確認通知を受け取ると、そのバッファから第１メッセージパケットを消去して、別のパケットが大きい診断ファイルからそのメッセージバッファにロードされる場所をあけ、次いで、高速アクティブスケジュールに基づいて、メッセージをノードＤに伝送し始める。このことは、メッセージは、出力するより速く入力として受け入れることができるため、ノードＤにおけるメッセージバッファを迅速に満たすことを生じさせる。ノードＤのメッセージバッファが満たされたとき、ノードＤはノードＥからの別のメッセージの受け取りの確認通知を拒否し、アップロードプロセスは、一時的にストールする。

ノードＤが規則的なアクティブスケジュールで、首尾よいメッセージをその親の１つ（ノードＢ又はノードＸのいずれか）に伝送したときに、アップロードプロセスは再度継続する。この上流側メッセージには、恐らくプロセスのこの時点の最大値で設定されたノードＤのＢＱ＃が含まれる。議論のために、ノードＢが第１のアップロードされたメッセージパケットＥ→Ｄ→Ｂを受信すると仮定する。ノードＢがノードＤから適当にメッセージを受信し、ノードＤからのＢＱ＃を調べると仮定する。これが大きい値であることにより、ノードＢは、ノードＤにより与えられるより多くの作業を扱うことができるかどうか判断しなければならない。ノードＢは、制限された電源から電力を与えられていること又はその電池残量が低いことを知っているため、その高速アクティブスケジュールをアクティブにできないと判断したと仮定する。ノードＢは、次いで、規則的なＡＣＫ確認通知メッセージをノードＤに戻して、依然として規則的アクティブスケジュール上にあり、その高速アクティブスケジュールはアクティブにしなかったことを示す。ノードＢは、次いで、規則的なアクティブスケジュールを用いて、メッセージをその親であるノードＡ及びＹに送り続ける。メッセージパケットは、Ｅ→Ｄ→Ｂ→Ａ→ＧＷ１（又はＧＷ２）又はＥ→Ｂ→Ａ→ＧＷ１（又はＧＷ２）及びＥ→Ｄ→Ｂ→Ｙ→ＧＷ１（又はＧＹ２）を通過するが、トラフィックはノードＢで障害になる。

規則的なアクティブスケジュールにおいては、あらゆるノードは幾つかのメッセージを各々の親に各々のサイクルにおいて少なくとも一度送信するようにプログラムされる。したがって、ノードＤは、そのメッセージの幾つかを他の親であるノードＸに、各々の規則的アクティブスケジュール中に少なくとも一度送信する。ノードＸがノードＤから適当にメッセージを受信したと仮定する。ノードＸは、ノードＤから受信するＢＱ＃を調査する。大きいＢＱ＃値により、ノードＸは、ノードＤにより与えられる付加的な作業を扱うことができるかどうか判断しなければならない。ノードＸは、ノードＣより高機能であり、その高速アクティブスケジュールをアクティブにすると仮定する。次いで、ノードＸは、ＡＣＫ＋メッセージをノードＤに送信し戻し、メッセージを受信してその高速アクティブスケジュールをアクティブにしたことを示す。ノードＤは、ＡＣＫ＋メッセージを受信して、ノードＢに対してよりノードＸに対して迅速にメッセージを送信し始めることができることを知る。ノードＸにメッセージを送信することは、ノードＸにおけるメッセージバッファを迅速に満たし、アップロードプロセスは再び一時的にストールする。

ノードＸは、規則的なアクティブスケジュールで、メッセージパケットをその親であるノードＡ及びＺに送信する。前の議論におけるように、ノードＡ及びＺは、ノードＸにより与えられる付加的な作業を扱うことができるかどうか判断しなければならない。いずれか一方がその高速アクティブスケジュールをアクティブにし、ＡＣＫ＋をノードＸに送信した場合には、高速アップロードプロセスは迅速に再開して、ノードＡ（又はノードＺ）におけるバッファを満たす。ゲートウェイノードＧＷは、ネットワーク１０において最も有能なノードである。これは常に高速アクティブスケジュールを稼動させており、受信したメッセージに対して常にＡＣＫ＋確認通知で応答する。パケットＥ→Ｄ→Ｘ→Ａ→ＧＷ１（ＧＷ２）又はＥ→Ｄ→Ｘ→Ｚ→Ｇ→Ｗ１（又はＧＷ２）のアップロードは迅速に生じ、高速アップロード経路が単一の全体的な規則的アクティブスケジュールのサイクル内で確立されるという結果になる。
高速経路は、支持ノードがそれを継続することを可能にする限り、又は、診断ファイル転送が完了し、バッファが空になるまで持続する。ノードＥのバッファが最後の残りのメッセージをちょうど伝送したときには、そのＢＱ＃はＢＱ＃＝１に下がり、次いで、ＡＣＫメッセージを受信したときにはＢＱ＃＝０に下がる。この最後のメッセージを受信すると、ノードＤは迅速にノードＥとの高速アクティブスケジュールのリンクを非アクティブにし、全体的な規則的アクティブスケジュールのリンクに戻る。ノードＤは、依然として、それ自体のメッセージバッファを空にすることができるまで、ノードＸとの上流側のアクティブスケジュールのリンクを開いたままにする。ノードＸからの最終確認通知（ＡＣＫ又はＡＣＫ＋）の受信により、ノードＤは、ノードＸとの高速アクティブスケジュールリンクを非アクティブにする。ノードＸ、Ａ、及びＹのメッセージバッファが空になると、同じことがこれらにも生じる。

ノードＢは、依然として、規則的アクティブスケジュールでノードＤと通信しているため、偶然に、ノードＸの代わりにファイル転送の最後のパケットを受信することができる。ノードＸは、不活動性のために高速アクティブスケジュールを止める方法が必要である。ノードに構築されたタイムアウト機構は、所与の不活動性の期間の後で、その高速アクティブスケジュールを非アクティブにすることが好ましい。ノードＢがノードＤから最後のファイル転送パケットを受信したこの例では、ノードＸ及びＺは、所与の期間の不活動性の後で時間切れになり、高速アクティブスケジュールを非アクティブにし、全体的な規則的アクティブスケジュールのみに戻る。ノードＡ又はＹのいずれかがこの最後のパケットをノードＢからゲートウェイノードＧＷ１又はＧＷ２に取り次ぎ、それが終わったときに高速アクティブスケジュールを非アクティブにする。代替的なノードであるノードＹ又はノードＡは、場合によっては、不活動性のために時間切れになる。時間切れ期間は、厳密に時間ベースであってもよいし、高速アクティブフレームのサイクルの定数を計数することにより判断してもよい。

上の例においては、ノードＢ、Ｃ及びＦは、より低速の規則的アクティブスケジュールで送信するのみであり、したがって、必要以上に電力を消費しない。ノードＢは、リソース制限のために、高速アクティブスケジュールに入らないという選択をし、ノードＣ及びＦは、ノードＥからゲートウェイノードＧＷ１又はＧＷ２への上流側経路上にないため、高速アクティブスケジュールをアクティブにする必要になったことはない。
ネットワークを通して高速ホップ経路を確立する必要性は、ゲートウェイノードＧＷ１又はＧＷ２に取り付けられたゲートウェイ又はホストベースのアプリケーションからではなく、ネットワークにおけるあらゆるデバイス内で生じることができる。局所的にアクティブにされたスケジュールを有することは、これらのニーズに対して、全体的にアクティブにされた高速アクティブスケジュールよりはるかに応答性があり、主ネットワーク内にサブネットワークを自己形成することを可能にする。

局所的な要求に基づく高速アクティブスケジュールの局所的なアクティブ化は、種々の実施形態による多数の重要な利点を提供する。第１に、局所的にアクティブにされた、自己認識、及び自消性のサブネットワークの自己形成を可能にする。
第２に、局所的なアクティブ化は、ネットワークメッセージヘッダにおいて低いオーバーヘッド（ＢＱ＃）で実施するために単純である。
第３に、局所的なアクティブ化は、低電力ノード及び低電力ネットワークに適応可能である。これは、低電力ネットワークの中に待ち時間が少ないサブネットワークを形成することを可能にする。
第４に、局所的なアクティブ化は動的である。これは、ネットワークのノードで条件を変化させることに適応し、必要に応じて及び可能であれば帯域を加えるように要求を変化させることに適応し、使用可能であるときに、待ち時間を減らすために個々のノードで電力を用いる。
第５に、形成されたサブネットワークは、バックグラウンドで稼動する全体的な規則的アクティブスケジュールと連係されたまま残る。このことは、システム内の衝突及び対立を防ぐ。

第６に、高速アクティブスケジュールの局所的なアクティブ化は、ホスト１２からの下流側トラフィック又はホスト１２に向かう上流側トラフィックにおいて生じることができる。リンク毎に高速アクティブスケジュールを局所的にアクティブにする利点は、通信の両方向に適用可能である。
第７に、局所的なアクティブ化は、１つ、２つ又はそれ以上のゲートウェイを有するネットワークに適用可能である。
本発明は好ましい実施形態に関して説明されたが、当業者であれば本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細に変更を行うことができることを認識するであろう。

１０：メッシュネットワーク
１２：ホストコンピュータ
１４：高速ネットワーク

Claims (20)

1. メッセージを伝送し受信することができる複数のノードを有する無線メッシュネットワークを動作させるための方法であって、
   前記ネットワークの前記ノードを、いつメッセージを前記ノードにより伝送し受信することができるか定義する全体的な規則的アクティブスケジュールに同期させ、
   伝送側ノード及び受信側ノードを、メッセージを送信するという前記伝送側ノードのまだ対処されていない要求に基づいて、第１アクティブスケジュールに局所的に同期させる、
   ステップを含むことを特徴とする方法。
2. 前記局所的に同期させるステップは、
   前記伝送側ノードにおける保留メッセージキューの深さを示すパラメータを含むメッセージを伝送し、
   前記受信側ノードにおいて、前記パラメータに基づいて、前記伝送側ノードと共に前記高速アクティブスケジュールで動作するかどうか判断する、
   ステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記局所的に同期させるステップは、
   前記受信側ノードから前記伝送側ノードに、前記高速アクティブスケジュールで、前記伝送側ノードがさらに別のメッセージを前記受信側ノードに伝送できるかどうか示す確認通知を伝送する、
   ステップをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記受信側ノードは、前記受信側ノードの前記パラメータ及び動力資源に基づいて、前記高速アクティブスケジュールで動作するかどうか判断することを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 前記局所的に同期させるステップは、
   前記受信側ノードの保留メッセージキューが満たされたときに、前記伝送ノードからのメッセージを受信したことを確認通知しない前記受信側ノードにより、前記第１高速アクティブスケジュールを中止する、
   ステップをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
6. そのノードにおけるある不活動性の期間の後で、ノードの前記高速アクティブスケジュールを非アクティブにする、
   ステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記ノードにおいて前記高速アクティブスケジュールを非アクティブにすることにより、前記ノードにおいて前記全体的な規則的アクティブスケジュールに戻る、
   ステップをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 複数のノードを有する無線メッシュネットワークにおいてメッセージを通信するための方法であって、
   全体的な規則的アクティブスケジュールによりメッセージを伝送し受信するようにノードを動作させ、
   局所化された要求に基づいて、ノード間で高速アクティブスケジュールを局所的にアクティブにする、
   ステップを含むことを特徴とする方法。
9. 前記局所的にアクティブにするステップは、
   第１のノードから第２のノードにメッセージを伝送する
   ステップを含み、前記メッセージは、前記第１のノードが送信する用意ができているメッセージの数の表示を含んでおり、
   前記第２のノードにおいて、前記第１のノードが送信する用意ができているメッセージの数及び前記メッセージを扱う前記第２のノードの資源に基づいて、前記高速アクティブスケジュールをアクティブにするかどうか判断する、
   ステップを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記局所的にアクティブにするステップは、
    前記第２のノードから前記第１のノードに、次のメッセージに対して前記高速アクティブスケジュールを用いるかどうかを示す確認通知を伝送する、
    ステップをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記高速アクティブスケジュールを局所的に非アクティブにする、
    ステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
12. 前記第２のノードは、前記第１のノードは送信する用意ができているさらに別のメッセージはないことを示すメッセージに応答して、前記高速アクティブスケジュールを局所的に非アクティブにする、
    ステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記第２のノードは、前記第２のノードのメッセージキューが満たされたときに、前記高速アクティブスケジュールを局所的に非アクティブにすることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
14. 前記第２のノードは、ある期間内に前記第１のノードからメッセージを受信しなかったときに、前記高速アクティブスケジュールを局所的に非アクティブにすることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
15. 前記第１及び第２のノードは、前記高速アクティブスケジュールが局所的にアクティブにされる間、前記全体的な規則的アクティブスケジュールにより、バックグラウンドで動作し続けることを特徴とする請求項８に記載の方法。
16. メッセージを伝送し受信することができる複数のノードを含む無線メッシュネットワークであって、
    各々の伝送側ノードは、メッセージの一部として、前記伝送側ノードにおける保留メッセージキューの深さを示すパラメータを含んでおり、
    各々の受信側ノードは、前記伝送側ノードから受信した前記メッセージに含まれる前記パラメータに基づいて、将来のメッセージを前記伝送側ノードから受信する速度を判断する
    ことを特徴とするネットワーク。
17. 前記受信側ノードは、前記受信側ノードの前記パラメータ及び動力資源に基づいて、前記伝送ノードと共に高速アクティブスケジュールを局所的にアクティブにすることを特徴とする請求項１６に記載のネットワーク。
18. 前記受信側ノードは、前記伝送側ノードから受信した前記メッセージの確認通知により前記高速アクティブスケジュールを局所的にアクティブにすることを特徴とする請求項１７に記載のネットワーク。
19. 前記受信側ノードは、メッセージの不活動性、送信するさらに別のメッセージはないという前記伝送ノードからの表示、及び満たされた前記受信側ノードにより送信されるメッセージのキューのうちの少なくとも１つに基づいて、前記高速アクティブスケジュールを局所的に非アクティブにすることを特徴とする請求項１７に記載のネットワーク。
20. 前記ノードは、高速アクティブスケジュールが、局所的な要求に基づいて伝送側ノードと受信側ノードとの間で局所的にアクティブにされる場合以外は、メッセージを伝送し受信するために、全体的な規則的アクティブスケジュールにより動作することを特徴とする請求項１６に記載のネットワーク。

Images