JP2014514825A - ネットワークにおける一組のノードを発見する方法、ネットワークを使用する方法、コンピュータ・プログラム、およびコンピュータ化されたネットワーク - Google Patents
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Abstract
【解決手段】方法は、
処理すべきノードのグループにおけるノードの中でノード(20)を選択するステップ(S11)と、
選択されているノードについて発見手順を実装するように指示するステップ(S12)であって、前記手順が、
ネットワークの共有伝送媒体(1)上で、現在選択されているノード(20)からネイバ発見要求をブロードキャストするステップ(S22)、ならびに
共有伝送媒体上で、ネイバ・ノードによって送信された(S34)返答を現在選択されているノード(20)において受信するステップ(S23)、および前記ネイバ・ノードを処理すべきノードのグループに追加するステップ(S13)
を含む、指示するステップ(S12)と、
一組のすべてのノードが発見されるまで、処理すべきノードのグループにおける他のノード(30)について選択するステップおよび指示するステップを繰り返すステップ(S14)と
を含む。
【選択図】図2
Description
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− 処理すべきノードのグループにおけるノードの中でノードを選択するステップと、
− 選択されているノードについて発見手順を実装するように指示するステップであって、前記手順が、
− ネットワークの共有伝送媒体上で、現在選択されているノードからネイバ発見要求をブロードキャストするステップ、ならびに
− 共有伝送媒体上で、ネイバ・ノードによって送信された返答を現在選択されているノードにおいて受信するステップ、および前記ネイバ・ノードを処理すべきノードのグループに追加するステップ
を含む、指示するステップと、
− 一組のすべてのノードが発見されるまで、処理すべきノードのグループにおける他のノードについて選択するステップおよび指示するステップを繰り返すステップと
を含む。
− 他のノードについて選択するステップおよび指示するステップを繰り返すステップが、現在選択されているノードについての発見手順の間に、少なくとも1つの返答を受信するステップの後で、および好ましくは、いくつかの返答を受信するステップの後で、トリガされる、
− 指示するステップが、ソース・ルーティング・メカニズムを介して、選択されているノードについて発見手順を実装するように指示するステップを含む、
− ソース・ルーティング・メカニズムが、基地局などのソース・ノードから最初に実装される、
− 方法が、選択されているノードについてリンク探索手順を実装するように指示するステップをさらに含み、前記リンク探索手順が、現在選択されているノードから、その後のリンク品質の測定のために、1つまたは複数のリンク探索メッセージをネイバ・ノードに送信するステップを含み、送信するステップが、好ましくは、前記1つまたは複数のリンク探索メッセージを共有伝送媒体上でブロードキャストするステップを含む、
− 選択されているノードについてのリンク探索手順が、少なくとも前記選択されているノードについての発見手順が完了した後で、および好ましくは、一組のノードのすべてのノードが発見された後で、実装される、
− リンク探索手順の実装が発見手順と組み合わされ、その結果、選択されているノードについて発見手順を実装するときに受信された返答のうちの少なくとも1つが、現在選択されているノードとネイバ・ノードとの間のリンク品質の測定に関するデータを含む、
− 前記1つまたは複数のリンク探索メッセージを送信するステップが、前記ネイバ発見要求をブロードキャストするステップの前に実行される、
− 選択されているノードについて発見手順を実装するときに受信された返答が、ネイバ・ノードによってユニキャストされたものである、
− 選択されているノードについて発見手順を実装するときに受信された返答が、CSMAの類のプロトコルを使用してネイバ・ノードによってユニキャストされたものであり、それにより、前記返答のそれぞれが、共有媒体上で他のトラフィックがない中で送信されたものである、
− 選択されているノードについて発見手順を実装するときに受信された返答が、限定された時間の間のみ、前記選択されているノードにおいて考慮される、および
− ネイバ発見要求をブロードキャストするステップが繰り返され、好ましくは、ネイバ発見要求が、ネイバ・ノードが返答すべきか否かについての情報を含む。
図1〜図10を参照すると、本方法は、通信するために共有伝送媒体1(たとえばワイヤレス)を使用するノード20、30を含むコンピュータ化されたネットワーク165において実装される。好ましくは、ネットワークは、以下の例により論じるように、ワイヤレス・センサ・ネットワークである。
以下のステップが、モニタリング・エンティティ、たとえば、BSの観点から見て、実装される(図1、図2、図4、および図5に重点を置く)。
− ステップS11:ノード20が、最初に、「処理すべき」としてタグ付けされたノードの中で選択され、これは、ネットワーク発見(ND)手順の実装が、前記ノードについて実施される必要があることを意味する。「処理すべき」としてタグ付けされたノードのグループ(たとえば、リスト)は、通常、BSにおいて保有されている。最初の反復において、BSは、「処理すべき」ノードとして、それ自身を選択する。
− ステップ12:選択されているノード20が、ND手順を実装するように指示される。ND手順は以下を含む。
○ステップS22:共有伝送媒体1上で、ND要求を(すなわち、現在選択されているノード20から)ブロードキャストするステップ、および
○ステップS23:ND要求に応答して(ステップS34を参照されたい)、共有伝送媒体上でネイバ・ノード30によって送信された返答を(すなわち、現在選択されているノード20において)受信するステップ。返答するノードは、それにより、潜在的な処理されるべきノードとして識別される。それに応じて、返答するノードは、たとえば、現在選択されているノード20またはBSによって、「処理すべき」ノードのグループに追加される。明らかに、前記ノードが既に処理されている場合は、それらはグループに追加される(または保持される)必要はない。たとえば、ノード20は、返答したすべてのノードをBSに報告し、BSは、どのノードがなお処理される必要があるかを決定する。手順は、ノードを複数回識別する結果になるものと思われるため、BSは、好ましくは、複製のないグループを保有する。
− 最終的なステップS14:上のステップは、該当するすべてのノードが発見されるまで、すなわち、グループ中の任意のノードについて再度ND手順を実装してもグループが変化しなくなるまで、「処理すべき」としてタグ付けされた他のノード30について繰り返される。
反復は、通常、基地局より制御される。新たなND手順を実装するための別の候補ノードを選択する前に、BSは、上で説明したように、現在選択されているノードが(少なくとも)ブロードキャストするステップを完了するのを待つ。現在選択されているノードは、たとえば、ブロードキャストの重なり合いを回避するためなどに、早ければ、ブロードキャストするステップが完了次第、BSに報告することができる。
この方法では、すべての該当するリンクが個々に探索される。BSは、(発見されたノードのリスト外の)所与のノード20に、所与のネイバn(すなわち、ノード30の中の1つのノード)からのリンクを探索するための要求を送信する。この要求を受信すると、ノード20は、ノードnに、それに対するいくつかのメッセージを送信するよう求める。ノード20は、ノードnによってバースト送信されたメッセージをリスンし、エラーなしで受信できたメッセージの数をカウントし、受信した信号強度インジケータ(RSSI、すなわち、受信した無線信号に存在する電力の測定)または他のインジケータあるいはその両方を測定するなどし、結果をBSに報告して返す。ノード20についてのリンク探索手順は、BSが、すべてのノードにすべての隣り合うリンクを探索するよう求めたとき、終了する。
このアプローチでは、BSによって送信されたリンク探索要求を受信すると、選択されているノード20が、いくつかのメッセージをブロードキャストする。ブロードキャストを受信することができるネイバ・ノード30は、エラーなしで受信できたメッセージの数をカウントし、結果としてのRSSIを測定するなどする。
○ノード20が、各ネイバ30に個別に尋ね、結果を基地局に送信する、または
○基地局が、隣接するノードに直接結果を要求する。
別のオプションは、図4を参照して、後述することにする。
− たとえば時間制限のために、前のラウンド内でその返答を伝送することに成功しなかった、または
− 前のラウンドに気付かなかった
ノードのみが、最初のラウンドに対するのと同じ手順を使用して、新しい要求に答える。これにより、答えるノードの数を減らし、したがって、返答に成功するためのその機会を増やすことになる。全体の手順は、決定的なままである。
図4および図5の実施形態は、ND手順対LP手順の順序において、本質的に異なっている。図4では、両方の手順は絡み合っており、一方、図5では、LP手順をトリガする前に、ND手順は完了している。最初に、図5の実施形態について詳細に論じる。
以下では、ネットワーク発見を可能にするための方法およびシステムの特定の実施形態を、図5〜図10を参照して説明する。ここで、図5からわかるように、LP手順(ステップS15〜S17)は、すべてのノードが発見されてから、現在のノード20において実装される。このシナリオは、(より短い)ND手順を完了するために必要な時間が容易に決定され、(より長い)LP手順によって乱されることがないので、図4のシナリオよりも「決定的」である。より詳細には、LP手順は、本質的に決定的な継続時間を有し、一方、NDは有さない(すなわち、開始において、いくつのノードが存在するかが既知ではない)。利点は、通常、短いNDのコアステップS22〜S23を、継続時間に関して実質的な重要性なしに、(必要であれば)すべての既知のノードが見つかるまで繰り返す(S24)ことができることである。これに対して、より長いLP手順は、一回のみ実行される。
− ステップS220:ノード20はリスンしている(ノード20は、BSによって選択されたことにまだ気付いていない)、
− ステップS221:ノード20は、BSからNDコマンド(ND−CMD)を受信し、
− ステップS222:ノード20は、カウンタBCをゼロに、ならびに返答するノードの組Nを初期化し、
− ステップS223:ノード20は、ND要求をブロードキャストし、
− ステップS224:タイマTBを開始し、
− ステップS225:ノード20は、リスニング・モードに戻って、考え得る応答を待つ。
− ステップS231:ネイバ・ノード30の中の特定のノードnから、ノード20において応答ND−RESPが受信されると、
− ステップS232:ノード20は、返答ノードnに従って組Nを更新し(ノードnについての好適な識別子がNに追加される)、
− ステップS233:ノード20は、リスニング・モードに戻って、さらなる応答を待ち、
− ステップS234:一方で、以前に設定されたタイマTBが満了した場合、
− ステップS235:ノード20はBCをインクリメントし、
− ステップS236:最大カウンタ値に到達しているかどうかをチェックする。到達していない場合、ステップS223で、ND_REQが再ブロードキャストされることになる。図5のステップS24に示すように、ノード20は、それに応じて、ND_REQを数回再伝送する。したがって、選択されているノード20についてND手順を実装するときに受信された返答は、限定された時間の間のみ考慮される。最大カウンタ値に到達している場合、ステップS25で、ノード20は、レポート(ND_REPORT)を準備してBSに送信する。ノード20は最終的に、リスニング・モードに戻る。
− ステップS330:ノードはリスンしている、
− ステップS33(図5でも同様)が、以下に分解される。
○ステップS331:ND_REQがノード20から受信される。述べたように、ND要求は、ネイバ・ノードが返答すべきか否かについての情報を含む。通常、前記情報は、既に返答しているノードの識別子(ID)からなる。
○ステップS332:ノードnは、それに応じて、それ自身のIDを、ND要求が含むかどうかをチェックする。含む場合、ステップ340で、ノード30はリスニング・モードに戻る。含まない場合、ノードnは、ステップS34で、ND応答を送信することによって返答することになる(図5も参照されたい)。先に述べたように、この応答は、通常、CSMAの類のプロトコルを使用してユニキャストされ、すなわち、応答は、他のトラフィックのない中で送信される。
− ステップS34:それに応じて、応答手順は、以下に分解されてよい。
○ステップS341:タイマが開始され、
○ステップS342:ノードnは、媒体(たとえば無線チャネル)が空いているかどうかをチェックし、
○ステップS343:空いていない場合、ノードnは、ランダム・バックオフを開始し、
○ステップS344:ノードは、ランダム・バックオフが満了するのを待ち、
○ステップS345:バックオフが満了すると、ノードnは、ステップS342に戻って、媒体が空いているかどうかをチェックし、
○ステップS346:一方で、ステップS341で設定されたタイマが満了した場合、
○ステップS347:次いでノードnは、バックオフを停止して、ステップS340のリスニング・モードに戻り、
○ステップS348:次に、ステップS342でチェックしたときに媒体が空いている場合、ノードnは、要求するノード20に応答をユニキャストするように進むことができ、
○ステップS349:ステップS341で設定されたタイマはしたがって停止され、ノードnは、ステップ340のリスニング・モードに戻る。
− ステップS210:ノード20は、ネットワークをリスンし、
− ステップS211:基地局から送信されたLPコマンドを受信し、
− ステップS212:次いで、リンク探索メッセージLP_MSGをM回ブロードキャストし、
− ステップS213:それに応じてBSに肯定応答し(ステップS21にも示す通り、送信されるLP_ACK)、リスニング・モードに戻る。BSは、他のノード20を続けることができる(ステップS17)(およびステップS15、S16などを再反復する)。
− ステップS310:ノードnはリスンしている、
− ステップS311:LPメッセージLP_MSGがノード20から受信され、
− ステップS312:ノードnは、対応するリンク探索メッセージ・トレインのID(LP_ID)をチェックする、すなわち、受信したばかりのメッセージLP_MSGが属するメッセージ・トレインについて、リンク品質測定が既に実行されているかどうかをチェックする。加えて、LP_MSGは、送信するノードのIDを含む。
− ステップS313:リンク探索メッセージ・トレインのIDが新しい場合、ノードnは、実行している現在のLQMプロセスを削除し、
− ステップS314:新しいLQMプロセスを開始し、
− ステップS315:LPメッセージ・トレインのIDが新しくない場合(LQMプロセスは、そのLPメッセージ・トレインについて既に実行されていることを意味する)、ノードnは、実行している現在のLQMプロセスを更新するように指示する。
以下では、ネットワーク発見を可能にする実施形態を、図4を参照してより具体的に説明する。上で述べたように、LP手順およびND手順は今、絡み合っている。理解されるように、LP手順およびND手順を組み合わせるステップは、いくつかのステップを省くことを可能にし、いくつかの場合においてより効率的になることがある。
好ましくは、センサ・ノードが考えられる。センサ・ノード(またはモート(mote))は、知覚情報を集め、いくつかの(限定された)処理を実施し、ネットワークにおける他の接続されたノードと通信するように構成されている。上で述べたように、BSは、通常、より複雑なタスクを実施するように構成されている。BSは、より多くの計算的能力およびメモリ能力を有するスーパーノードとしてみなされてよい。すべての場合において、ノードおよびBSは、それぞれ、図3に示すような、コンピュータ化されたユニットとしてみなされてよい。
○プロセッサ・コア、
○メモリ、
○プログラム、および
○プログラマブル入力/出力周辺装置、たとえば、タイマ、イベントカウンタなど、
を含む、マイクロコントローラ。
− ネットワークと対話するためのトランシーバ(またはより一般的にはネットワーク・インターフェース)、
− 外部メモリまたはストレージ、
− 電源、および
− 入力コントローラを通してインターフェースされた1つまたは複数のセンサ。
Claims (15)
- ネットワーク(165)における一組のノード(20、30)を発見する方法であって、
処理すべきノードのグループにおけるノードの中でノード(20)を選択するステップ(S11)と、
選択されているノードについて発見手順を実装するように指示するステップ(S12)であって、前記手順が、
前記ネットワークの共有伝送媒体(1)上で、現在選択されているノード(20)からネイバ発見要求をブロードキャストするステップ(S22)、ならびに
前記共有伝送媒体上で、ネイバ・ノードによって送信された(S34)返答を前記現在選択されているノード(20)において受信するステップ(S23)、および前記ネイバ・ノードを前記処理すべきノードのグループに追加する(S13)ステップ
を含む、指示するステップ(S12)と、
前記一組のすべてのノードが発見されるまで、前記処理すべきノードのグループにおける他のノード(30)について選択する前記ステップおよび指示する前記ステップを繰り返すステップ(S14)と
を含む方法。 - 他のノードについて選択する前記ステップおよび指示する前記ステップを繰り返すステップが、現在選択されているノードについての前記発見手順の間に、少なくとも1つの返答を受信するステップ(S23)の後で、および好ましくは、いくつかの返答を受信するステップの後で、トリガされる、請求項1に記載の方法。
- 指示するステップが、ソース・ルーティング・メカニズムを介して、前記選択されているノードについて前記発見手順を実装するように指示するステップを含む、請求項1または2に記載の方法。
- 前記ソース・ルーティング・メカニズムが、基地局などのソース・ノード(10)から最初に実装される、請求項3に記載の方法。
- 選択されているノードについてリンク探索手順を実装するように指示するステップ(S12、S16)をさらに含み、
前記リンク探索手順が、
現在選択されているノード(20)から、その後のリンク品質の測定(S31)のために、1つまたは複数のリンク探索メッセージをネイバ・ノード(30)に送信するステップ(S21)であって、好ましくは、前記1つまたは複数のリンク探索メッセージを前記共有伝送媒体上でブロードキャストするステップ(S21)を含む送信するステップ(S21)
を含む、
請求項1ないし4のいずれか一項に記載の方法。 - 選択されているノード(20)についての前記リンク探索手順(S15〜S17)が、少なくとも前記選択されているノードについての前記発見手順(S11〜S14)が完了した後で、および好ましくは、前記一組のノードのすべてのノードが発見された後で、実装される、請求項5に記載の方法。
- 前記リンク探索手順の実装が前記発見手順と組み合わされ、その結果、選択されているノードについて前記発見手順を実装するときに受信された(S23)前記返答のうちの少なくとも1つが、前記現在選択されているノード(20)とネイバ・ノード(30)との間のリンク品質の測定に関するデータを含む、請求項5に記載の方法。
- 前記1つまたは複数のリンク探索メッセージを送信するステップが、前記ネイバ発見要求をブロードキャストするステップの前に実行される、請求項7に記載の方法。
- 選択されているノードについて発見手順を実装するときに受信された前記返答が、ネイバ・ノードによってユニキャストされた(S34)ものである、請求項1ないし8のいずれか一項に記載の方法。
- 選択されているノードについて発見手順を実装するときに受信された前記返答が、CSMAの類のプロトコルを使用してネイバ・ノードによってユニキャストされた(S34)ものであり、それにより、前記返答のそれぞれが、前記共有媒体上で他のトラフィックがない中で送信されたものである、請求項9に記載の方法。
- 選択されているノードについて発見手順を実装するときに受信された前記返答が、限定された時間の間のみ、前記選択されているノードにおいて考慮される、請求項1ないし10のいずれか一項に記載の方法。
- ネイバ発見要求をブロードキャストする前記ステップが繰り返され、好ましくは、前記ネイバ発見要求が、ネイバ・ノードが返答すべきか否かについての情報を含む、請求項1ないし11のいずれか一項に記載の方法。
- 一組のノードを含むネットワーク(165)を使用する方法であって、
請求項1ないし12のいずれか一項に記載の方法に従って、前記一組のノードの中のノードを発見するステップ(S11〜S26)と、
時分割多重化を使用して、発見されたノードに通信させるステップと
を含む方法。 - コンピュータ化されたネットワーク(165)のノード(20、30)に、請求項1ないし13のいずれか一項に記載の方法のステップのそれぞれを実装させるための命令を含む、コンピュータ可読媒体に常駐するコンピュータ・プログラム。
- ノード(20、30)、好ましくは、センサ・ノードを含むコンピュータ化されたネットワーク(165)であって、前記ノードのそれぞれが、メモリに動作可能に相互接続された少なくとも1つのプロセッサを備え、それにより、請求項1ないし13のいずれか一項に記載の方法のステップのそれぞれを実装するように構成された、コンピュータ化されたネットワーク(165)。
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