JP2011523327A

JP2011523327A - Ｍａｃ副層において通信ネットワークノードを動的に構成し管理する方法及びシステム

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Publication number: JP2011523327A
Application number: JP2011513484A
Authority: JP
Inventors: レイヴァスワニ，; グルーネン，ヤナヴァン; フィリッポ，ウィリアム，イー．サン; スターリングヒューズ，
Original assignee: Silver Spring Networks Inc
Current assignee: Itron Networked Solutions Inc
Priority date: 2008-06-13
Filing date: 2009-06-08
Publication date: 2011-08-04
Also published as: WO2009151566A1; WO2009151566A4; CN102100035B; TW201002016A; CN102100035A; CA2727381A1; US20090310511A1; AU2009258185A2; BRPI0915518A2; MX2010013763A; AU2009258185A1; KR20110017919A; HK1155589A1; EP2301198A1

Abstract

ネットワークの送信ノードにおいて、ネットワーク通信のためのメディアアクセス制御（ＭＡＣ）層プロトコルに準拠するデータパケットを生成する方法を開示する。データパケットは、ＭＡＣヘッダとデータセグメントとを含み、データセグメント中のデータは、ネットワークの動作パラメータの値を識別する形式−レングス−値要素として符号化される。データパケットは、送信ノードから受信ノードに送信される。受信ノードにおいて、要素を取得して動作パラメータの値を決定するために、ネットワークプロトコルのＭＡＣ副層においてデータパケットを処理する。受信ノード内の動作パラメータは、決定された動作パラメータの値に適合するように調整される。

Description

本発明は、一般に、コンピュータネットワークによって接続されたデバイスの管理及び運用に関し、特に、そのようなデバイスの動的な構成に関する。

ネットワークデバイスは、通信ソフトウェアを階層的に編成するプロトコルスタックを採用する。例えば、開放型システム間相互接続（ＯＳＩ：Open Sytem Interconnection）モデルは、７つの層を定義する。そのうち４つの上位層はソフトウェアアプリケーション用であり、３つの下位層はデータパケットを取り扱う。上位層は、アプリケーション層と、プレゼンテーション層と、セッション層と、トランスポート層とを含む。３つの下位層は、ネットワーク層と、データリンク層と、物理層とを含む。一般に、ネットワークデバイス管理は、ネットワークの上位層において実現され、限定的ではあるが、物理層においても実現される。

データリンク層（すなわち、レイヤ２）は、ノード間の送信の有効性及び保全性を確保するものである。データリンク層（ＤＬＬ：Data Link Layer）は、論理リンク制御（ＬＬＣ：Logical Link Control）副層とメディアアクセス制御（ＭＡＣ：Media Access Control）副層という２つの副層を含む。ＭＡＣ副層は、ＬＬＣ副層と物理層とを接続し、デバイス内の物理送信媒体へのアクセスを制御する。通常、ＭＡＣ副層の機能は、デバイスのネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ：Network Interface Card）内に構築される。各々のＮＩＣは、ネットワーク内の特定の宛先にデータパケットを配信することを可能にする固有のＭＡＣ識別番号を有する。

いくつかのネットワーク通信プロトコルでは、任意の情報を通信するために、形式−レングス−値（ＴＬＶ：Type-length-value）要素をデータパケット内に符号化する場合がある。「形式」は、「値」が表すフィールドの種類を示す。「レングス」は、「値」のサイズを示す。「値」は、要素のペイロード情報を含む、可変サイズのオクテットセットである。ネットワークを介して送信するパケットを組み立てるために、データパケットの先頭にヘッダ情報を付加する。

一般的に、ＭＡＣ副層の通信プロトコルは、予め定義されたフィールドセットが所定の順序で発生する固定フレームフォーマットを規定している。通信を行なうために、ネットワーク内のデバイスは、予め指定された同じＭＡＣフレームフォーマットに準拠する必要がある。つまり、予めフォーマットされたＭＡＣフレームのフィールドに基づかない限り、ネットワークノードはコマンド、設定、及びデータを送信することができない。しかし、ＭＡＣ副層プロトコルが固定フレームを必要とすることから、ネットワークの構成及び運用の方法が限定されてしまう。更に、こうした固定フレームアーキテクチャは、容易に拡張することができない。新たなＭＡＣフレーム特性を追加するには、実装を大幅に変更する必要がある。

ここに開示する実施形態においては、ＭＡＣ副層を用いてネットワークノード、条件、及び運用を動的に切り替える。これらの開示された実施形態によれば、ネットワークノードの動的自己再構成、セキュリティ構成の動的変更、無線インタフェース動作の動的切り替え、異なるＭＡＣ層機能を持つノード間の相互運用性、その他の機能、及びＭＡＣ副層プロトコルの拡張が、ネットワーク要素のファームウェア又はソフトウェアを事前構成せずに行なえる。

いくつかの実施形態では、ＭＡＣ副層において通信ネットワークを動的に構成する方法を提供する。この方法は、ネットワークの送信ノードにおいて、ネットワーク通信のためのメディアアクセス制御（ＭＡＣ）副層プロトコルに準拠するデータパケットを生成するステップを含む。データパケットは、ＭＡＣヘッダとデータセグメントとを含み、データセグメント中の少なくともいくつかのデータは、形式−レングス−値要素として符号化され、要素に含まれる値は、ネットワークの動作パラメータの値を識別する。データパケットは、送信ノードから受信ノードに送信される。受信ノードにおいて、要素を取得して動作パラメータの値を決定するために、ネットワークプロトコルのＭＡＣ副層においてデータパケットを処理する。受信ノード内の動作パラメータは、決定された動作パラメータの値に適合するように調整される。

本明細書に開示する実施形態によるネットワークを示すブロック図である。本明細書に開示する実施形態によるデータパケットの例を示す図である。本明細書に開示する実施形態による通信ネットワークノードを動的に構成する方法を示すフローチャートである。本明細書に開示する一実施形態を示すブロック図である。

上述した一般的な説明と以下に述べる詳細な説明はいずれも、単に例示上および説明上のものであり、本発明になんら制約を課すものではない。

図１は、ネットワーク１００の一例を示すブロック図である。ネットワーク１００は、通信リンク１４０により接続された複数のノード１２０を含む。通信リンク１４０は、有線リンク、固定無線リンク、或いはモバイル無線リンクであっても良い。ネットワーク１００においては、メッセージをデータパケット１３０等のデータパケットに分割し、転送制御プロトコル（ＴＣＰ）／インターネットプロトコル（ＩＰ）、Ｘ．２５．フレームリレー等のパケット交換プロトコルに従って送信することができる。種々の実施形態によれば、ネットワーク１００を別のネットワークに接続しても良く、ネットワーク１００に１つ以上のサブネットワークを含んでも良く、更に／又は、ネットワーク１００は、他のネットワーク内のサブネットワークであっても良い。ここに開示するいくつかの実施形態は、例えば８０２．１５規格や８０２．１６規格、或いはＷＣＤＭＡ／ＣＤＭＡ２０００規格によるネットワーク等の無線ネットワークに適用することができる。

いくつかの実施形態において、ネットワーク１００は、電力サービスを生成し、配分、監視、且つ／又は管理するデバイスである種々のノード１２０を監視し、制御する無線スマート−グリッドネットワークである。これらのデバイスは、無線ネットワーク、アクセスポイント（ゲートウェイ等）、及び／又は広域ネットワーク（ＷＡＮ）の組み合わせを介して、顧客計器及び電力系統生成／配分ポイントをネットワーク管理サーバ群（コントロールセンタ等）に接続することができる。

図１に示すように、ノード１２０Ａは、データパケット１３０を生成して、通信チャネル１４０Ａを介してノード１２０Ｂに送信できる。ノード１２０は、データパケットを送受信するためのハードウェアとソフトウェアとを備え、対応するメディアアクセス制御（ＭＡＣ）識別番号を有し、ネットワーク１００に接続されたインテリジェントデバイスであれば、いかなるものであっても良い。例えば、ノード１２０は、汎用コンピュータ、サーバ、ネットワークデバイス（ゲートウェイ、スイッチ、中継器、ルータ）、或いはアプリケーション固有のデバイス（住宅用電力計やリモートセンサ等）であっても良い。ノード１２０は更に、ノード１２０の制御及びノード間のデータパケット送信に関する種々のソフトウェアモジュールのためのコンピュータ可読記憶デバイス（ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、磁気メモリ、光メモリ等）に格納されたコンピュータ命令を実行する図示しない電子データ処理システム又はプロセッサを有することができる。

図１に示すように、ノード１２０はまた、ネットワーク１００のノードの通信を管理する構成モジュール１２５（「制御モジュール」ともいう）を含むことができる。例えば、構成モジュール１２５Ａは、ノード１２０Ａの通信、機能、及び能力を制御し、構成するためのパラメータを処理、格納及び取得できる。更に、構成モジュール１２５Ａは、ネットワーク１００内の他のノードに関する情報を格納し取得できる。構成モジュール１２５Ａは、通信パラメータに基づいて、あるノード１２０が他のノードに情報を要求するべきか、或いはその構成を更新するべきかを判定しても良い。ノード１２０Ａは、構成モジュール１２５Ａを介して、他のノード１２０Ｂ及び１２０Ｃにソフトウェア及び／又はファームウェアの更新といった何らかの動作を行なわせることもできる。

構成モジュール１２５を単一のソフトウェアモジュールとして説明したが、上記の構成モジュール１２５の機能を得るためのハードウェアデバイス、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせ、或いは複数のソフトウェアモジュールとして実現しても良い。また、以下により詳しく説明するように、このような構成に関する情報は、ＭＡＣ副層における形式−レングス−値（ＴＬＶ）要素を用いて、ノード間でやり取りすることができる。

ＭＡＣ副層で可変長ＴＬＶパケットを用いることでいくつかの利点が得られる。第一に、新規の或いは変形したネットワーク機能（プロトコル拡張性等）を実現できるよう、新たな特性を動的に、また選択的にプロトコルに付け加えるための柔軟性を可変長ＴＬＶパケットによって得ることができる。本来プロトコルに含まれていなかったコマンド形式や特性を復元可能な形で任意のタイミングで付加できる。例えば、データパケットに含まれる最新のＴＬＶ形式定義を認識しているネットワークノードは、ＴＬＶのそれぞれのペイロードを処理する。指定された形式を認識していない他のノードは、レングスフィールドを復号化し、認識できないＴＬＶをスキップし、パケット内の他のＴＬＶを処理できる。認識された形式のＴＬＶは処理され、認識されていない形式はスキップされる。

また、可変長ＴＬＶパケットにより、使われていない古いコマンドをノード１２０において非推奨化（すなわち、旧式化及び／又は除去）できるようになる。標準的なＭＡＣプロトコル実装における固定フレームフォーマットでは、ある特性が使用されなくなっても、その特性情報を特定するために用いられているビットやメッセージフィールドを単純に除去できない。これは、全てのノードが、予め設定されたフレームフォーマットを用いて、適切に送信するフレームを構築し、受信したフレームを復号化するように構成されているためである。あるノードが送信時にフレーム構造を変更した場合、目標ノードは、再構成を行なって新たなフレーム構造への互換性を得るまで、そのフレームを復号化できない。こうしたことから、標準的なＭＡＣ副層プロトコル実装においては、ノードは変更されたフレームフォーマットとの相互運用性を持つことができない。しかし、ここに開示するＭＡＣ副層プロトコルでは、非推奨化（deprecated）されたＴＬＶ定義を容易に除去及び／又は更新できる。非推奨化されたＴＬＶを、同様の或いは異なる機能特性を持つ新しいＴＬＶに置き換えても良い。

更に、可変長ＴＬＶパケットにより、ノード１２０間で情報を交換する方法を提供できる。例えば、ノード１２０Ａは、ファームウェア及び／又はソフトウェアのアップグレードを行なうために、ノード１２０Ｂへの通知を行なうデータパケット１３０のＴＬＶを送信できる。また、ＴＬＶは、ネットワーク１００において、アップグレードの記述をＭＡＣ副層で配信するための機構として用いることも可能である。例えば、ＭＡＣＴＬＶのセットを変更することで、ネットワーク１００のノード１２０を疑似８０２．１６フレームフォーマットから８０２．１５．４フレームフォーマットに変更し、所望のネットワーク環境及び機能を達成できる。

ネットワーク１００は、図１では簡略化して図示しており、時には電力ネットワークとして説明しているが、インテリジェントノードを有するネットワークであれば、いかなるものでもここに開示する実施形態の利点を得ることができる。例えば、ネットワーク１００は、ケーブルテレビネットワーク、衛星通信ネットワーク、センサネットワーク、或いはアドホック無線ネットワークであっても良い。

図２は、ここに開示する実施形態によるデータパケット１３０の例を示す図である。パケット１３０は、物理（ＰＨＹ）層ヘッダ２１０と、データリンク制御（ＤＬＣ：Data Link Control）ヘッダ２２０と、ＭＡＣプロトコルデータユニット（ＭＰＤＵ：MAC Protocol Data Unit）２３０とを含むいくつかの部分から構成される。ＤＬＣヘッダ及びＭＰＤＵは、ＭＡＣ副層データパケットを構成する。このパケットは、ＰＨＹヘッダ２１０を先頭に付加することでＰＨＹ層に包含される。フレームチェックシーケンス２４０、例えば、３２ビット巡回冗長検査は、パケットの末尾に付加される。

ＰＨＹヘッダ２１０のプリアンブルは、２値ビットシーケンスからなる。これにより、受信ノード、例えば、ノード１２０Ｂは、信号を検出して、ソースノード、例えば、ノード１２０Ａから受信したデータパケット１３０等のパケットのその他の部分との周波数・タイミング同期をとることができる。この同期フィールドに既知の２値ビットシーケンスからなる開始ワードが続く。これを復号化することで、ノード１２０Ｂは、後続のデータパケット１３０の復号化を開始する。開始ワードの特徴の１つとして、シンボルレベルでの同期を提供し、交互に並ぶビットからなる先行するプリアンブルとともに自己相関特性を最適化することが挙げられる。ネットワーク１００が周波数ホッピングを採用したネットワークである場合、チャネルＩＤ（ＣＨＩＤ）は、データパケット１３０が送信される特定のチャネル（すなわち、周波数帯）を表す。レングスフィールド（ＬＥＮ）は、後続するパケット１３０のその他の部分の長さを示す。

ＤＬＣヘッダ２２０は、ＭＡＣデータパケットのヘッダであり、フレーム制御フィールド（ＦＣＴＲＬ：Frame Control Field）を含む。図２に示すように、ＤＬＣヘッダ２２０は、宛先ＭＡＣアドレス（ＤＥＳＴＭＡＣ：Destination MAC Address）、送信元ＭＡＣアドレス（ＳＲＣＭＡＣ：Source MAC Address）、及びＤＬＬＴＬＶを含むことができる。宛先ＭＡＣアドレス（ＤＥＳＴＭＡＣ）は、ノード１２０Ｂ等のパケットの最終的な目標ノード固有のＭＡＣアドレスである。送信元ＭＡＣアドレス（ＳＲＣＭＡＣ）は、ノード１２０Ａ等の送信ノード固有のＭＡＣアドレスである。

ＤＬＬＴＬＶは、通信リンク内で情報を搬送するために用いられ、通信リンク内でＤＤＬによって処理される。任意の２つのノード１２０Ａ及び１２０Ｂ間の通信リンクは、例えば、４つのデータパケットの交換で構成できる。ノード１２０Ａは、まず最初に、ノード１２０Ｂにポーリングを行なって、ノード１２０Ａが送信するデータを持っていることを通知し、ノード１２０Ｂがそのデータを受信できる状態であるか否かを判定する。受信可能な状態であれば、ノード１２０Ｂは、肯定応答（アクナリッジメント）パケットをノード１２０Ａに返す。周波数ホッピングを採用したネットワークでは、ノード１２０Ｂは、このように肯定応答を行なうことで、自己のシーケンス内の割当タイミングで次のチャネルにホッピングすることなく、現在の周波数チャネルを維持してデータを受信する。肯定応答を受信すると、ノード１２０Ａは、ノード１２０Ｂ宛てのデータを保持するデータパケットを送信する。パケットを受信し、復号化できたならば、ノード１２０Ｂは、肯定応答をノード１２０Ａに返す。

データパケット１３０は、種々のＤＬＬＴＬＶを持つことができる。例えば、プロトコルは、通信リンク情報（ＣＬＩ：Communication Link Infromation）ＴＬＶ、シーケンスコントロールＴＬＶ、及びデータリンク層（ＤＬＬ）巡回冗長検査（ＣＲＣ：Cyclic Redundancy Check）ＴＬＶを定義できる。例えば、チャネル制御パラメータを伝達するのに１つ以上のＣＬＩＴＬＶを使用しても良い。一例として、タイミングや同期等の項目を含む、周波数ホッピング方式（ＦＨＳＳ：Frequency Hopping Spread Spectrum）ネットワークのチャネルパラメータが挙げられる。ＤＬＬＣＬＩＴＬＶは、ノード１２０Ａが隣接ノード１２０Ｂ及び１２０Ｃにタイミング同期情報を伝達するのに使用することができる。

ＤＬＬＣＬＩＴＬＶはまた、通信リンク内でタイミング及び優先順位情報を伝達するのに使用されても良い。例えば、ＤＬＬＣＬＩＴＬＶは、通信リンク内で送信される次のパケットの優先順位と送信時間である「ｔｘ優先順位」及び「ｔｘ時間」フィールドを通信できる。「Ｒｘ優先順位」及び「Ｒｘ時間」フィールドは、このＴＬＶを含むパケットへの応答に許容される優先順位及びレングスを定義するのに使われる。このＴＬＶの存在は、当該ＴＬＶを含むパケットへの応答が通信リンク内で予測されることを意味する。通信リンク内で送信されたパケットにＤＬＬＣＬＩＴＬＶが存在しない場合、送信時間、受信時間ともにゼロであり、通信リンクの一端が通信リンクを終端させることを意味する。

ＤＬＬＣＬＩＴＬＶは、不正なパケットがＭＡＣに渡されるのを防ぐために用いられても良い。巡回冗長検査は、パケットのＭＡＣＤＬＬ部分全体にわたって計算され、ＭＦＥによって使用されるＣＲＣ−３２アルゴリズムと同じものでありえる。従って、ＤＬＬＣＲＣをパケットに付加すると、ＰＨＹＣＲＣ−３２の結果はゼロに等しくなる。ＤＬＬは、受信したＣＲＣを計算する必要がなく、ＰＨＹＣＲＣ−３２がゼロであることをチェックするだけで良いので、ＤＬＬにおける受信処理時間が最小になる。

更に、ＤＬＬＴＬＶをシーケンス制御パラメータの構成に使用しても良い。その一例が、ＤＬＬシーケンスコントロールＴＬＶであり、これは、ＤＬＬの分割及び重複検出のために構成されている。ＤＬＬに受け渡されたＭＡＣパケットは、受信の尤度を向上するためにＤＬＬによって分割されても良い。

更に、ＤＬＣエンドＴＬＶ（DLC End TLV）は、パケットのＤＬＬＴＬＶの終端を示すために使用できる。受信パケット内のＤＬＬＴＬＶの処理を停止するのに、ＤＬＬはＭＡＣＴＬＶを参照しなければならないため、パケットデータがＭＡＣパケットの断片であれば、このＴＬＶが付加される。

ＭＡＣ副層の上層にはいくつかのアプリケーションがあり、これらは送信のためにパケットをＭＡＣ副層に伝える。アプリケーションの例としては、ネットワークレイヤ或いはＩＰｖ６、ＭＬＭＥ、ＩＭＵ（公益企業ネットワークにおけるガスメータ或いは水道メータ等）、ｒｆｐｉｎｇプロトコル等が挙げられる。これらのアプリケーションは、相互作用することなく、非同期的にパケットをＭＡＣに送信する。ここで説明するＭＡＣ副層プロトコルは、これらのアプリケーションからのパケットを、送信側で単一のパケットに結合し、受信側で再び分離する。こうした小さなパケットを１つのＰＨＹ層データフレームに結合することで、ＭＡＣ及びデータリンク層ＴＬＶによって付加されるオクテットのほか、各パケットのノードターゲティング（Poll-ack message）のオーバヘッドが回避される。

パケットの結合を支援する機構が２つある。１つは、各ペイロードの最初及び最後を符号化するためのＴＬＶの使用である。これにより、ＭＡＣ副層が、受信側でペイロードを分離できるようになる。より大きいパケットを分割した場合、特定のアプリケーションのペイロードは、パケットの残りの部分がまだ受信されていなくても、ペイロード全体を受信し終えると同時に上位層に受け渡すことができる。２つ目の機構としては、ＭＡＣがセキュリティ（認証）を行なう場合、要求されたセキュリティ情報はＴＬＶとしてパケットに挿入される。一般に、ＭＡＣにおけるセキュリティは、ノードの証明及びパケットの内容に関する暗号化関数の計算に依存する。更に大きなパケットのペイロードを受け取った場合、ＭＡＣは、単純にこのペイロードを末尾に付加して、既存のセキュリティＴＬＶを除去し、新たなセキュリティＴＬＶを計算できる。従って、異なるアプリケーションからの複数のペイロードを結合するのに、更なる認証オーバヘッドが生じることはない。

ＭＡＣＴＬＶのもう１つの側面として、ある特定の動作向けにノードを構成するのに使用できるという点が挙げられる。変更を要求するソースノードから、要求或いは示唆された変更を実現するためにＴＬＶを処理する目標ノードに送信されたＭＡＣパケットのＴＬＶを介して、ネットワークパラメータを動的に調整できる。

一例において、ＴＬＶは、変調の変更を要求するのに使用できる。変調パラメータは、例えば、ＴＹＰＥ１７として識別しても良い。公知の変調方法は以下のようにして符号化できる。１ＦＳＫ（ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、８ＰＳＫ、１６ＰＳＫ等、周波数及びシフト周波数の個々の実現を指定する数記号を付加する）、２ＡＳＫ、３ＯＦＤＭ、４ＱＡＭ。この例において、ＱＰＳＫへの変更を要求するＴＬＶは、形式＝１７、レングス＝２、値＝１、４となる。別の例として、ＯＦＤＭへの変更を要求するＴＬＶは、形式＝１７、レングス＝１、値＝３となる。

別の例として、ＴＬＶは、ＦＨＳＳホッピングシーケンスの変更を要求するのに使用できる。ＦＨＳＳホッピングシーケンスパラメータは、例えば、１８として識別されても良く、この値は、それぞれがオクテットとして符号化された新しいシード、チャネル数、及びスロットタイムを示す。新しいシード＝４５、チャネル数＝２１３、及びスロットタイム＝１０ｍｓの新しい構成に変更するためには、ホッピングシーケンスのＴＬＶの一例は、形式＝１８、レングス＝３、値＝４５、２１３、１０となる。同様の例でもって他のパラメータの変更を実現することが可能である（ＦＨＳＳネットワークのタイミング同期パラメータ、シーケンスコントロール、電力ネットワークにおける最終パケット閾値、電力管理パラメータ、ルーティングアルゴリズム変更等）。これらの形のＴＬＶを含むＭＡＣ副層パケットの受信に応じて、ノード１２０は、ＴＬＶに指定された動作パラメータを、ＴＬＶに含まれる値に従って変更し、新しい構成で動作することができる。この変更は、瞬間的に行なうか、或いは、パケット中の他のＴＬＶを用いて、変更が行なわれるタイミングを特定して、全てのノード１２０が同期して再構成されるようにする。

更に別の例において、ＭＡＣＴＬＶは、隣接ノードの能力及び／又はＭＡＣフォーマットを自動検出するのに使用できる。ここに開示されたこのような可変長ＴＬＶによって、ノード１２０は、ＭＡＣ副層において、隣接ノードの能力に適応することが可能になる。例えば、ノード１２０Ａは、ノード１２０Ｂの機能的能力とノード１２０Ｂが処理可能なＴＬＶに関する情報を含む応答を引き出す目的のために、「ＴＬＶＩｎｆｏＲｅｑ」と呼ばれるＴＬＶととともにＭＡＣメッセージを隣接ノード１２０Ｂに送ることができる。このメッセージを受信したノード１２０Ｂは、現在処理可能なＴＬＶに関する情報とともに、「ＴＬＶＩｎｆｏＲｓｐ」と呼ばれるＴＬＶととともにＭＡＣメッセージをノード１２０Ａに送信することで応答する。このようにして、隣接ノード１２０Ａ及び１２０Ｂは、互いの能力に関する情報の動的な交換及び／又は共通の機能の発見を行なうことができる。これにより、ネットワーク内の他のノードの再構成を要求し且つ支援することで付加的処理・機能能力、互換性、最適化、その他の特徴を達成するノードの間の「構成ダイアログ」が可能となる。このような能力を持つネットワーク１００内のノード１２０は、ＭＡＣ層パケットを、自らの現況に最適且つ互換性を持つ形式に動的に適合させることが可能となる。ノードの動的再構成の例は、（ａ）脅威或いは侵害を克服するか、或いはこれらに対する保護を行なうためのセキュリティパラメータの再構成、（ｂ）ネットワーク干渉環境への応答としてのＲＦチャネルパラメータの迅速な変更、（ｃ）現在のルーティングアルゴリズムの変更或いは新しいルーティングアルゴリズムの実現、及び（ｄ）再構成と特定の形式の監視或いはネットワーク情報を再構成及び報告するためのバックオフィスサーバからの要求である。同様に、ＴＬＶは、ファームウェア／ソフトウェアのアップグレードに関する通知を（隣接ネットワークノードに）送る機構及びＭＡＣ副層におけるアップグレードの記述を配信する機構として用いることができる。

更に別の例では、ネットワーク１００内のノード１２０のＭＡＣパケット内の１つ以上のＴＬＶの組は、最新コードを入手するためにＭＡＣフレームの一部を更新する必要があることをノード１２０に通知するために用いられる。「最新コード」の例は、新しいセキュリティポリシー、新しいチャネル最適化方法、電力調整、ルーティングアルゴリズム、局在的データ処理ソフトウェア等である。システムソフトウェア／ファームウェアのアップグレードは、通信ネットワークのルーチンであり、現在は多大な時間とリソースを要するプロセスによって実現されている。

上述した通り、各ノード１２０は、構成モジュール１２５等の構成可能な「ポリシーエンジン（policy engine）」を含んでも良い。構成モジュール１２５は、ノードが新しいＴＬＶ定義或いは未知のＴＬＶ定義を入手する場所と方法を決定する閾値を示しても良い。例えば、ノード１２０Ｂ又は１２０Ｃ等の隣接ノードから受信した情報に基づいて、ノード１２０Ａは、所定の閾値を越えたか否かを判定できる。例えば、ＴＬＶを使用する隣接ノードの割合及び／又はノードが新しいＴＬＶを受信した回数の組み合わせを閾値として用いることができる。あるノードが、未知のＴＬＶに関する情報の入手を決定した場合、そのノードが情報を入手可能な場所が２つある。第一に、ノードは、そうした情報をアプリケーション層（レイヤ７）で一般のサーバから入手しても良い。第二に、ノードは、ＭＡＣ副層（レイヤ）２で「ＴＬＶＩｎｆｏｒｅｑ」ＴＬＶを用いて隣接ノードに定義を要求できる。このＴＬＶにより、隣接ノードは、周知の或いは入手可能なＴＬＶを全て送信することで応答する。しかし、ＩＤ１８等、数字による引数をともに受信した場合は、ＴＬＶＩＤ−１８に含まれるデータをＸＭＬ形式で記述し、「ＴＬＶＩｎｆｏｒｓｐ」ＴＬＶで送り返す。

この能力は、ＴＬＶ定義の情報の入手に限られない。ノード１２０がＭＡＣ副層で処理するプログラム命令であれば他のいかなるものにでも適用できる。ある特定のコードを実行するためにコマンドを受信したとき、ノード１２０Ａ等のノードは、自分がその指定されたコードを有しているか否かを判定する。有していなければ、ノード１２０Ａは、いくつかの方法のうちの１つを用いて必要なコードを取得することができる。第一に、ノード１２０Ａは、隣接ノード（ノード１２０Ｃ等）等の外部ソースにそのコードを明示的に要求できる。第二に、ノード１２０Ａは、例えば、ＴＬＶの形でコマンドとともに受信した特定の値を一般的なコードテンプレートに適用し、結果をコンパイルすること復号化を構成しても良い。第三に、ノード１２０Ａは、コマンドとともに受信した機能仕様に基づいて動的にコードを生成できる。

構成モジュール１２５は更に、どのノード１２０が、また各ノード１２０がいつ、どのようにしてＴＬＶ、新たなＴＬＶそのものに関する情報を受信するかに関するネットワーク全体におよぶポリシーを設定し、新たな構成環境を達成するために構成されても良い。更に、このポリシーは、ノード１２０が、新たな機能的能力やネットワークモードで再構成されるネットワーク全体において実現しても良い。

図３は、通信ネットワークを動的に構成する方法の一例を示すフローチャートである。ネットワークのノード１２０Ａ等の送信ノードにおいて、ネットワーク通信のためのメディアアクセス制御（ＭＡＣ）層プロトコルに準拠し、ＭＡＣヘッダとデータセグメントとを含むデータパケット１３０が生成される（ステップ３０５）。データセグメント中の少なくともいくつかのデータは、ＴＬＶ要素として符号化される。更に、要素に含まれる値は、ネットワークの動作パラメータの値を識別する。送信ノード１２０Ａからのデータパケットは、ノード１２０Ｂ等の受信ノードに送信される（ステップ３１０）。受信ノードにおいて、データパケットは、要素を取得して動作パラメータの値を決定するためにネットワークプロトコルのＭＡＣ副層で処理される（ステップ３１５）。データパケット内の受信情報を用いて、受信ノード１２０Ｂ内の動作パラメータを決定された値に適合するように調整する（ステップ３２０）。動作パラメータに基づいて、ノード１２０Ｂの構成モジュール１２５Ｂは、ノード１２０Ｂの１つ以上のネットワーク動作パラメータを更新しても良い。

２つの重複するネットワーク４１０及び４２０を含む一実施形態を図４に示す。ネットワーク４１０及び４２０はいずれも、ここに開示する実施形態と両立するＴＬＶによるＭＡＣフレームフォーマットを採用しているが、それぞれのネットワークは、異なる周波数で動作し、異なるネットワークパラメータを用いている。一例としてのノード４１１は、複合ＲＦ能力を有し、従って、ネットワーク４１０及び４２０で使用される周波数での送受信を行える。本例の目的のために、ノード４１１はネットワーク４１０のメンバであり、隣接ノード４１３及び４１４と、更に出口ポイントにゲートウェイ４１２を用いてサーバ４３０と相互運用されるように構成されているものとする。

図４に示すように、ネットワーク４２０もゲートウェイ４２２を含んでいる。ゲートウェイ４２２が完全な複合能力を有しているならば、ネットワーク４１０及び４２０双方のノードは、例えば、登録、ＩＰプレフィクス取得、及びそれぞれのネットワークの中央サーバ４３０への帰還を含めて、ゲートウェイ４２２と相互運用可能である。

いつかあるイベントによってノード４１１がネットワーク４２０に参加する。例えば、ノード４１１は、新しいネットワークを定期的にチェックし、所定の期間、ネットワーク４１０との通信に失敗した後、新しいネットワークを探しても良い。また／或いは、特定の状況下において、ゲートウェイ４１２又はサーバ４３０がノード４１１に対して別のネットワークに参加するよう命令しても良い（障害、セキュリティ侵害、ノード割り当ての変更等）。ノード４１１とゲートウェイ４２２は複合能力を有しているので、実線で示すように通信できる。しかし、この例によれば、ノード４１１は最初、ネットワーク４２０内において相互運用できるように構成されてはおらず、従って、破線で示すように、まだネットワーク４２０内のノード４２３及び４２４とは相互運用できない。

ネットワーク４２０に参加するために、ノード４１１は「Ｉｎｆо Ｒｅｑｕｅｓｔ」ＴＬＶをゲートウェイ４２２に送信し、ネットワーク４２０の動作パラメータを要求する。ゲートウェイ４２２からの応答において、ノード４１１は、必要なＴＬＶとともにゲートウェイ４２２からの「ＩｎｆｏＲｅｓｐｏｎｓｅ」メッセージを受信する。ノード４１１は、例えば、ノード４１１のネットワーク動作パラメータ及びＴＬＶ定義の変更を実現するために、例えば、構成モジュール１２５を用いて、ゲートウェイ４２２から受け取った情報を処理する。実現が完了すれば、ノード４１１は検出、登録、ルーティングのための次の（アップリンク）隣接ノード識別、及びその他の動作を行なう。これ以降、ノード４１１は、ネットワーク４２０において完全に動作可能なノードとなる。

ここに述べたＴＬＶに基づくＭＡＣ実装により、特定のノードが対応していない構成要求は、自動的に無視されるため、ネットワーク内のノードの動作に影響を及ぼすことはなく、ノードは、その能力の範囲内で動作を続けることになる。対応していない構成要求に対して応答がないことは、ノードの能力がこの要求に対応していないことを要求元に黙示的に通知することを意味する。この場合、古いノードを扱うのに特別なプロトコルは必要ない。ＴＬＶに基づくＭＡＣ実装はこうして、古いノードとネットワークに導入された（設置された）新しいノードとの共存及び相互運用性を、特別な連携なしに可能にする。

ここまで本発明の一例としての実施形態を説明してきたが、ここに開示する実施形態に基づいて当業者に理解される通り、本発明の範囲は、等価の要素、変形、省略、（例えば、種々の実施形態における各側面の）組み合わせ、転用、及び／又は改変を有するいくつかの、或いは全ての実施形態を含む。請求項における制限は、請求項の記述に使用される言語に基づいて広義に解釈されるべきものであり、本明細書中で説明されるか或いは応用遂行中の例に限られない。これらの例は非排他的なものと解釈されるべきである。

本発明のある種の特徴と実施形態を説明してきたが、本発明の他の実施形態もまた、ここに開示する本発明の実施形態の実施と明細書を考慮することで、当業者には明らかとなろう。例示的な実施形態を特定のネットワークに関連して説明したが、本発明は、構成可能なインテリジェントなノードを有する他のネットワーク環境にも同様に適用可能である。従って、明細書と例は、単なる例示として考えられることが意図され、本発明の趣旨の範囲は、以下に添付する請求項によって示される。

Claims

通信ネットワークを動的に構成する方法であって、
前記ネットワークの送信ノードにおいて、ネットワーク通信のためのメディアアクセス制御（ＭＡＣ）副層プロトコルに準拠するとともに、少なくともいくつかのデータがネットワーク動作パラメータである値を含む形式−レングス−値（ＴＬＶ）要素として符号化されるデータセグメントとＭＡＣヘッダとを含むデータパケットを生成するステップと、
前記データパケットを前記送信ノードから受信ノードに送信するステップと、
前記受信ノードにおいて、前記ＴＬＶ要素を取得してパラメータを決定するために、前記ＭＡＣ副層プロトコルを用いて、前記データパケットを処理するステップと、
前記受信ノード内の前記動作パラメータを前記決定された値に適合するように調整するステップと
を含むことを特徴とする方法。
動作パラメータを調整するステップは、他のノードに構成情報を要求するステップ
を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
前記受信ノードにおいて、前記他のノードからの前記構成情報を用いて、新しいソフトウェア又はファームウェアを生成するステップ
を含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
前記構成情報は、前記受信ノードにとって新しい機能的能力である
ことを特徴とする請求項２記載の方法。
他のノードへ構成情報を要求するステップは、
前記受信ノードで前記調整された動作パラメータに対応するＴＬＶ定義を取得するために前記ネットワークを検索するステップ
を含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
前記取得されたＴＬＶ要素は、非推奨のＴＬＶ形式を含み、
前記動作パラメータを調整するステップは、
前記受信ノードにおいて前記ＭＡＣ副層プロトコルから前記非推奨のＴＬＶ形式の定義を除去するステップ
を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
前記データパケットを処理するステップは、
前記受信ノードにおいて、前記ＭＡＣ副層プロトコルに準拠しない前記ＴＬＶ要素のセグメントをスキップするステップ
を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
前記動作パラメータは、前記送信ノード及び受信ノードの間の通信リンクのタイミング及び優先順位情報を定義する
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
前記動作パラメータは、前記ネットワークの変調周波数を定義する
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
前記動作パラメータは、前記送信ノードのタイミング及び同期を定義する
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
前記動作パラメータは、周波数ホッピング方式のホッピングシーケンスパラメータを定義する
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
通信ネットワークのノードを動的に構成する方法であって、
前記ネットワークを介して他のノードから送信され、形式−レングス−値（ＴＬＶ）要素として符号化された情報を含むデータパケットを受信するステップと、
要素がメディアアクセス制御（ＭＡＣ）プロトコルに対応するヘッダを含むか否かを判定するステップと、
前記ＭＡＣプロトコルに基づいて、前記データパケットから前記情報を抽出するステップと、
前記抽出した情報に基づいて前記ノードの構成を調整するステップと
を含むことを特徴とする方法。
前記ＴＬＶ要素から抽出された前記情報は、前記ノードでは定義されていない値を含み、
前記ノードの構成を調整するステップは、
前記ネットワーク内の他のノードから前記ＴＬＶ形式の定義を受信するステップと、
前記ノードにおいて、前記ＴＬＶ形式の前記受信した定義を前記ＭＡＣプロトコルに付加するステップと
を含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。
前記ノードの構成を調整するステップは、
前記ネットワーク内の他のノードに構成情報を要求するステップと、
前記ノードにおいて、前記他のノードから受信した前記構成情報を用いて、新しいソフトウェア又はファームウェアを生成するステップと
を含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。
前記ノードの構成を調整するステップは、
前記調整された前記ノードの構成に対応するＴＬＶ定義を取得するために前記ネットワークを検索するステップ
を含むことを特徴とする請求項１４記載の方法。
前記構成情報は、前記ノードにとって新しい機能的能力である
ことを特徴とする請求項１４記載の方法。
前記ＴＬＶ要素から抽出された前記情報は、非推奨のＴＬＶ形式を含み、
前記ノードの構成を調整するステップは、
前記ノードにおいて前記ＭＡＣプロトコルから前記ＴＬＶ形式の定義を除去するステップ
を含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。
前記パケットから前記情報を抽出するステップは、
前記ＭＡＣプロトコルに準拠しない前記ＴＬＶ要素のセグメントをスキップするステップ
を含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。
前記ＴＬＶ要素から抽出された前記情報は、通信リンクのタイミング及び優先順位情報を示すＴＬＶ値を含む
ことを特徴とする請求項１２記載の方法。
前記ＴＬＶ要素から抽出された前記情報は、巡回冗長検査値を示すＴＬＶ値を含む
ことを特徴とする請求項１２記載の方法。
前記ＴＬＶ要素から抽出された前記情報は、前記ネットワークの変調周波数を示すＴＬＶ値を含む
ことを特徴とする請求項１２記載の方法。
前記動作パラメータは、送信ノードのタイミング及び同期を定義する
ことを特徴とする請求項１２記載の方法。
前記ＴＬＶ要素から抽出された前記情報は、
周波数ホッピング方式のホッピングシーケンスパラメータを示すＴＬＶ値を含む
ことを特徴とする請求項１２記載の方法。
複数のノードを有するとともに、物理層及び１つ以上の他の層とインタフェースするメディアアクセス制御（ＭＡＣ）層を含む複数の通信層を有するネットワークにおいて通信を行なう方法であって、
前記ネットワーク内のノードにおいて、前記ＭＡＣ層で受信されるＴＬＶメッセージを受信するステップと、
前記ＴＬＶメッセージから前記ノードにおける所定のメッセージフォーマットポリシーに準拠した複数のセグメントをパースするステップと
を含むことを特徴とする方法。
前記パースするステップは、
前記メッセージフォーマットポリシーに準拠しない前記ＴＬＶメッセージのセグメントをスキップするステップ
を含むことを特徴とする請求項２４記載の方法。
前記複数のノードは、前記ＭＡＣ層のＴＬＶ処理エンジンを含む
ことを特徴とする請求項２４記載の方法。
前記複数のノードのうちで異なるノードは、異なるメッセージフォーマットポリシーを有する
ことを特徴とする請求項２４記載の方法。
複数のノードを有するとともに、物理層及び１つ以上の他の層とインタフェースするメディアアクセス制御（ＭＡＣ）層を含む複数の通信層を有するネットワークにおいて通信を行なう方法であって、
前記ＭＡＣ層で第１のＴＬＶメッセージを送信するステップと、
前記第１のＴＬＶメッセージに応答して、前記ネットワーク内のノードの構成情報を含む第２のＴＬＶメッセージを前記ＭＡＣ層で受信するステップと、
前記構成情報に基づいて第２のノードの構成を変更するステップと
を含むことを特徴とする方法。