JP2016506198A - 無線メッシュネットワークにおけるメッセージ転送の最適化 - Google Patents

Abstract

無線メッシュネットワークにおけるデータ伝送の信頼性を保証しつつ、伝送のデータオーバーヘッドを減少させるために、無線メッシュネットワークのためのノード及びかかるノードの制御方法が提供される。ノードは、送信ノードがノードと共通のレイアウト図のレイアウト要素を少なくとも１つ有するか否かに基づき、送信ノードから受信されたメッセージの再送に関して決定するよう構成され、レイアウト図の少なくとも１つのレイアウト要素がノードに関連付けられる。

Description

本発明は、共に無線メッシュネットワークにおける使用に特に適した、無線ネットワークのためのノード及びかかるノードの動作方法に関する。

今日、例えば照明システム、ビルオートメーション、監視アプリケーション、センサシステム、及び医療アプリケーションの遠隔制御（テレマネージメント）等のために、無線メッシュネットワークの採用が拡大している。特に、無線メッシュネットワークとして構成された照明システムは、例えば照明を実際の要求に適合させることでよりエネルギー効率的な運用を可能にするため、街灯等の屋外照明器具の管理は益々重要になる。

ｌｉｇｈｔ−ｏｎ−ｄｅｍａｎｄ等のアプリケーションでは、例えば物体が検出されると、照明器具ノードのセンサユニットがトリガされる。このノードをトリガされたノードと称する。トリガイベントに応答して、ノードは作動ステップを実行し、例えば照明器具の照明ユニットが点灯される。さらに、近隣ノードも作動ステップを実行できるよう、トリガされたノードは無線ノード間通信を用いてトリガメッセージを送信し、物体の存在を近隣ノードに直接及び／又は間接的に知らせる。したがって、作動ステップを実行するか否かの決定は、これらのノードのアプリケーション層に任せることができる。

トリガされたノードが有する近隣ノードの数、検出メッセージが進むことを要求されるホップの数又は地理的距離、及び使用される通信プロトコルに応じて、単一の検出が同じメッセージの大量の送信をもたらす可能性がある。これらのアプリケーションに使用される無線メッシュネットワークでは、メッセージは中間ノードを使用して送信者ノードから受信者ノードに送られる。通常、これはルーティングプロトコル又はフラッディングによって達成される。ネットワーク層における通信プロトコルとしてフラッディングが使用される場合、メッセージを受信する全てのノードがさらにメッセージを転送する。これは、ノードがこのメッセージを初めて受信し、まだホップカウント／地理的距離制限に達していない場合に限定され得る。一例として、生成されたメッセージがトリガされたノードから２つのホップ分進むことを要求され、後者が２０個の近隣ノード（現実の比較的控えめな推定）を有すると仮定すると、メッセージは計２１回送信される。したがって、単純なフラッディングを使用すると、そのような送信が追加のノードに届かないとしても、原則的に地理的範囲内の全てのノードがメッセージを送信（再送）しなければならない。これは帯域幅の浪費であり、ノードに関するネットワークの最大サイズを制限する。

したがって、複数のノードが通信媒体を共有するシステムでは、例えばスループットパフォーマンス及び混雑緩和のために、伝送の最適化は非常に重要である。また、これは、送信に関する規制がノードの自由な送信を禁止するシステムにおいても非常に重要である（デューティサイクリング規制、例えば、ノードは１時間あたり１％より多く通信チャネルを使用してはならない）。よって、ノードが無線媒体を使用できる時間の割合を制限する規制のため、ノードあたりの送信数を減らすことが重要になる。さらに、多すぎる送信は、衝突の発生によって低下した送信成功率をもたらす。また、少なくともユーザー体験及び安全のために必要な照明のセットが作動されることは重要である。最適なケースでは、この照明のセットのみが作動されるべきである。したがって、送信の減少はアプリケーションのパフォーマンスを代償にすべきではない。最適化案が提案されているが、これらは、高密度のネットワークでは禁止されるであろう比較的多量な情報の交換を要する。

"Taking the Louvre approach"（Kevin C. Lee et al.，The Vehicular Technology，２００９年３月）は、都市ＶＲ（vehicle routing）環境のためのランドマークオーバーレイを用いたルーティングソリューションを開示しており、交差点によって表されるオーバーレイノード間のルーティングのためにリンク状態テーブル情報が使用される。

上記の従来技術の欠点及び問題に照らして、本発明の一課題は、無線メッシュネットワーク内のデータ送信の信頼性を保証しつつ、送信のデータオーバーヘッドが低減する無線メッシュネットワークのためのノード、及びかかるノードを制御する方法を提供することである。

本発明は、受信ノードにおける転送決定にトポロジー的、機能的、及び／又はアプリケーション特有側面を使用するという概念に基づく。特に、ノードによる受信メッセージの再送に関して決定するために、当該ノードのトポロジー情報が使用されてもよい。トポロジー情報は、ノードの近隣に関するローカル情報を指し得る。屋外照明システムの例では、これは市街図の少なくとも一部を指し得る。これらの手段は、例えばフラッディング、ブロードキャスティング、又はマルチキャスティング等の単純な伝送プロトコルが、必ずしもリンクベース伝送戦略を使用することなく、最適化されることを可能にする。したがって、例えばトリガされるノード間通信設定において起こり得るような、転送オーバーヘッドを減らすことができる。

本発明の一側面によれば、レイアウト図の少なくとも１つのレイアウト要素と関連付けられた、無線ネットワークのためのノードが提供され、ノードは、送信ノードが有するノードと共通のレイアウト図の１つ以上のレイアウト要素に基づき、送信ノードから受信されたメッセージ、例えばトリガメッセージを転送するか否かに関して決定するよう適合される。好ましくは、ネットワークのノードのほとんど又は全てがそれらと関連付けられたレイアウト要素を少なくとも１つ有する。レイアウト図はネットワークの空間的配置に関連してもよい。例えば、道路照明システム又は建物の照明システムに関して、レイアウト図は市街図、プラントレイアウト、及び／又はフロアプランを含んでもよい。したがって、レイアウト図内に含まれる複数のレイアウト要素は、道路、道路脇、十字路、交差点、駐車場、フロア、通路、及び／又は部屋等に関連してもよい。レイアウト図の少なくとも一部はノードのメモリ内に保存されてもよい。保存される情報の量が最小に留められるよう、レイアウト図及び／又はレイアウト要素はノードの近隣に限定されてもよい。したがって、再送は共通のレイアウト要素を必要条件としてもよい。これらの手段は、ローカルレイアウト情報の使用及びレイアウト図上へのノードのマッピングを介して全体的なアプリケーション挙動の向上を可能にする。

好ましくは、対応するレイアウト要素を有するレイアウト図の少なくとも一部が、ネットワークのコミッショング又はイニシャライゼーション中にノードにアップロードされる。また、レイアウト図に関するノードの位置、ノードに関連付けられた一次レイアウト要素、及び近隣情報のうちの少なくとも１つがノードに提供されてもよい。ノードは、例えばＧＰＳ位置等のノードの絶対的位置及び／又はレイアウト要素若しくは他のノードに対する相対的位置を決定するための空間ユニットを含んでもよい。ノードは、自身の一次レイアウト要素、さらに、場合によってはノードに関連付けられた他の二次レイアウト要素を決定するよう適合されてもよい。あるいは、ノードは、例えば他のノードからのビーコンメッセージを分析することによって二次レイアウト要素を特定してもよい。道路照明システムに関して、一次レイアウト要素はノードが位置する道路に関連してもよく、二次レイアウト要素はその道路と交差する他の道路又はノードに近い他の道路に関連してもよい。また、ノードは、例えば一次レイアウト要素に対する位置、道路脇、ノード位置における道路の湾曲、次の交差点又は他の道路までの距離等のレイアウトパラメータに関する情報を決定し又は提供されてもよい。さらに、ノードは、近隣ノードの絶対的及び／又は相対的位置について知らされてもよく、場合によっては、これらの位置はアップロードされたレイアウト図内に予め含まれていてもよい。代わりに又は追加で、ノードは、例えばビーコンメッセージを使用して近隣情報を交換することによって近隣ノードについて知ってもよい。

一実施形態では、受信されたメッセージは、送信ノード及び受信ノードが共通のレイアウト要素を少なくとも１つ有する場合にのみ、ノードによって転送され得る。言い換えれば、受信ノードは、送信ノードに関連付けられた全てのレイアウト要素が受信ノードに関連付けられたレイアウト要素と異なる場合、受信されたメッセージを落とすよう構成されてもよい。他の実施形態では、送信ノード及び／又は発信ノードが受信ノードと同じ一次レイアウト要素を有すると受信ノードが決定する場合にのみメッセージが再送されてもよい。道路照明システムの例では、検出イベントによってノードがトリガされ、自身の近隣ノードにトリガ又は検出メッセージを送る場合、同じ道路のノードのみがメッセージを転送してもよく、よって不要な再送が回避される。この実施形態は、ホップカウント制約又は地理的制約と組み合わせられてもよい。しかし、純粋なホップカウントフラッディング又は地理的に制約されたフラッディングは、半径内の全てのノードにアプローチするため、上記結果を達成することができない。

再送に関する決定は、受信メッセージ内に含まれる指標、ノードのレイアウトパラメータ、及び近隣情報のうちの少なくとも１つに基づいてもよい。ここで、指標は、送信ノードに関する情報、例えば、送信ノードのノード識別子、送信ノードに関連付けられたレイアウト要素の少なくとも１つの識別子、送信ノードの位置等を含み得る。また、指標は、送信ノードの追加レイアウト情報又はレイアウトパラメータを含んでもよい。道路照明システムの例において、これは、送信ノードのレイアウト要素に対する送信ノードの位置、例えば、送信ノードが位置する道路脇、道路交差点への近さ等であり得る。また、レイアウトパラメータは送信ノードの位置におけるレイアウト要素の特性、例えば道路の湾曲等に関連してもよい。これらの手段は、道路脇及び／又は道路の形状に基づき受信メッセージがフィルタリングされることを可能にする。したがって、受信ノードは、受信メッセージ内に含まれる指標に基づき、送信ノードと共通のレイアウト要素を決定するよう構成されてもよい。あるいは又は加えて、転送決定は受信ノード自身のレイアウトパラメータ、例えば、関連付けられたレイアウト要素に対する受信ノードの位置、受信ノードの位置における受信ノードに関連付けられたレイアウト要素の特性等に基づいてもよい。また、受信ノードは、受信ノード及び送信ノードのレイアウトパラメータの比較に基づき再送に関して決定してもよい。例えば、ノードは再送のために、自身が送信ノード及び／又はトリガされたノードと道路の同じ側に位置するか否かを決定するよう構成されてもよい。これは、道路の片側のみを照らせば良い場合に好適であり得る。この場合、不要な再送が回避され、よってネットワークにかかるデータ負荷が低減される。他の例では、送信ノード及び／又はトリガされたノードと道路の反対側に位置する場合、道路屈曲の近くに位置するノードも受信メッセージを転送することを決定してもよい。これらの手段は、ネットワークの問題のある箇所においてもデータ伝送の信頼性を高めることを可能にする。さらに、ノードに近隣情報が保存されてもよく、近隣情報は、例えば近隣ノードの識別子、近隣ノードの位置、各近隣ノードに関連付けられたレイアウト要素の識別子、近隣ノードに関する追加レイアウト情報等のうちの少なくとも１つを含む。この情報は、ノード内にリストとして保存されてもよく、コミッショニング中にアップロードされ又はビーコンメッセージ等を使用して近隣ノード間で交換されてもよい。近隣情報により、ノードは、受信メッセージ内に含まれる送信ノードのノード識別子又はノード位置を使用して、送信ノードのレイアウト要素又はレイアウトパラメータを特定することができる。これは、メッセージ内の必要なデータの量を減らすことを可能にする。

他の実施形態では、ノードは、再送の決定において自身に関連付けられたレイアウト要素の数を考慮するよう構成されてもよい。ここで、ノードは、レイアウト要素の数に基づいて再送モードを選択してもよい。好ましくは、ノードは、当該ノードが２つ以上のレイアウト要素と関連付けられている場合、受信メッセージを再送することを決定するよう構成される。これは、例えば、交差点における照明器具ノードに該当する。これらの手段は、トリガされたノードと関連付けられた（１つ以上の）レイアウト要素以外のレイアウト要素にメッセージの再送が広がることを可能にする。関連付けられたレイアウト要素が１つだけの場合、受信ノードは確率的アプローチに基づいて再送モードを選択してもよく、すなわち、メッセージはある確率で再送される。この再送確率は、受信ノード及び／又は送信ノードのレイアウトパラメータ、例えば、メッセージを発した発信ノードまでの距離、交差点等のレイアウト要素までの距離、ノード位置における道路屈曲の湾曲、関連付けられたレイアウト要素の数等に依存してもよい。例えば、トリガされたノード又は発信ノードまでの距離が長い程、再送確率が高くてもよい。同様に、ノードに関連付けられたレイアウト要素の数が多い程、再送の確率が高くてもよい。また、受信ノードに関連付けられたレイアウト要素の数が再送確率に影響してもよい。確率的アプローチに加えて又は代替的に、再送モードは、再送確率が所定の時間内に聞かれた近隣ノードのメッセージ再送の数に基づくカウンタベースアプローチを含んでもよい。この所定の時間は、ノード及び／又は送信ノードのレイアウトパラメータ、例えば、メッセージを発したトリガされたノードまでの距離、交差点等のレイアウト要素までの距離、ノード位置における道路屈曲の湾曲、及び／又はノードに関連付けられたレイアウト要素の数等に基づいて設定されてもよい。例えば、ノードに関連付けられたレイアウト要素の数が多い程、所定の時間が短くてもよい。当然ながら、これは他の基準、例えばホップカウント制約又は地理的制約等と組み合わせられてもよい。

好適な実施形態において、ノードはさらに、転送決定プロセスにおいて、受信されたメッセージの送信及び／又は再送のカバレッジを考慮するよう構成されてもよい。近隣ノードからメッセージの再送を受信すると、ノードは、例えば再送メッセージ内に含まれる指標及び／又は各近隣ノードに関連付けられた少なくとも１つのレイアウト要素の識別子を含む保存された近隣情報に基づき、再送のカバレッジを決定してもよい。ここでも、指標は送信ノードに関する情報、例えば、送信ノードのノード識別子、送信ノードに関連付けられたレイアウト要素の少なくとも１つの識別子、送信ノードの位置等を含んでもよい。例えば、近隣ノードのノード識別子が含まれる場合、ノードは対応する近隣ノードにいくつのレイアウト要素が関連付けられているかに関して保存された近隣情報を確認してもよい。同様に、受信されたメッセージの再送内に近隣ノードの位置が含まれる場合、ノードはレイアウト図を使用して、この近隣ノードに関連付けられたレイアウト要素の数を決定することができる。ノードが付加的なレイアウト要素、すなわち、近隣ノードに関連付けられていないレイアウト要素を有さない場合、ノードはメッセージを落とすことを決定してもよい。この場合、ノードによる再送は、近隣ノードの再送によって既にカバーされているノードにのみ到達する。好ましくは、ノードが近隣ノードの１つ以上のレイアウト要素と異なるレイアウト要素を少なくとも１つ有する場合、ノードもメッセージを再送することを決定してもよい。この場合、ノードは、さらなる再送から共通のレイアウト要素を除外した識別子を含むメッセージを再送してもよい。したがって、データ伝送の効率性が向上する。ノードが２つ以上のレイアウト要素と関連付けられる場合、同様に２つ以上のレイアウト要素と関連付けられる近隣ノードの再送のみが考慮されてもよい。一実施形態では、２つ以上のレイアウト要素は、送信ノードの一次レイアウト要素以外、すなわち、送信ノードがメッセージを送信した１つ以外の２つ以上のレイアウト要素を指し得る。２つ以上のレイアウト要素と関連付けられたノードは、以下、キー転送ノードと称される。これらの手段は、キー転送ノードにおける転送のさらなる減少のために冗長性が利用されることを可能にする。

さらに、ノードは、レイアウト図を使用して、メッセージが実際に進んだトリガされたノードからの進行距離、すなわち移動距離を決定するよう構成されてもよい。したがって、受信メッセージの再送に関して決定するとき、ノードは地理的及び／又は進行距離を考慮してもよい。さらに又は代わりに、進行距離を有する距離フィールドがメッセージ内に含まれ、各転送ノードによって更新されてもよい。つまり、ノードは、送信ノードからの自身の地理的距離を距離フィールド内に含まれる値に加えてもよい。したがって、メッセージの距離フィールドは、トリガされたノードからの移動又は進行距離を示し得る。当然ながら、進行距離の代わりに、地理的距離、ユークリッド距離、又は見通し距離が使用されてもよい。これらの手段は、再送に関して距離制限が考慮されることを可能にする。

好適な実施形態では、ノードは、屋外照明システム、道路照明システム、例えば大きな建物内で使用される屋内照明システム等の照明システムの照明器具に関連付けられる。好ましくは、照明器具はトリガメッセージを受信すると起動され、すなわち、照明器具の照明ユニットが点灯され得る。あるいは、ノードは、例えば交通センシングシステム又はエマージェンシーセンシングシステム等のセンサシステムのノードに関連付けられてもよい。

本発明の他の側面によれば、無線ネットワークを動作させるためのシステムが提供され、システムは、上記実施形態のいずれか１つに係るネットワークの複数のノードを含む。特に、システムは、無線メッシュネットワークとして構成されたテレマネージメント照明システムに関連してもよい。

本発明の他の側面によれば、無線ネットワークのノードを制御する方法が提供され、ノードはレイアウト図の少なくとも１つのレイアウト要素と関連付けられ、受信ノードにおいて送信ノードからメッセージが受信された後、送信ノード及び受信ノードが少なくとも１つの共通のレイアウト要素を有するか否かに基づき、受信されたメッセージの再送に関して決定がなされる。レイアウト要素を含むレイアウト図はノード内に保存されてもよい。ノードに関して説明した上記実施形態のいずれの実施形態も、本発明に係る方法のために適宜に適合させることができる。したがって、方法は、上記実施形態のいずれか１つに係るノードによって実行することができる。本発明によれば、情報交換のオーバーヘッドと伝送信頼性との間の適切なトレードオフを提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る無線ネットワークのためのノードを示す。 図２は、本発明の一実施形態に係る無線ネットワークを示す。 図３は、本発明に係るノードのセットアップ方法を示すフローチャートを示す。 図４は、本発明の一実施形態に係る受信ノードにおける転送又は再送決定の方法を示すフローチャートを示す。 図５Ａ及び図５Ｂは、道路トポロジーを示す。 図６Ａ、図６Ｂ、及び図６Ｃは、本発明の他の実施形態に係る受信ノードにおける転送又は再送決定の方法のフローチャートをそれぞれ示す。 図７は、本発明の他の実施形態に係る受信ノードにおける転送又は再送決定の方法のフローチャートを示す。 図８は、本発明の他の実施形態に係る受信ノードにおける転送又は再送決定の方法のフローチャートを示す。 図９は、他の道路トポロジーを示す。 図１０は、地理的距離とユークリッド距離との違いを示す。

本発明の好適なアプリケーションはアクチュエータネットワーク、センサネットワーク、又は（例えば道路、駐車場、及び他の公共エリアのための）屋外照明システム及び屋内照明システム（例えばモール、アリーナ、屋内駐車場、駅等）等の照明システムである。本発明は、ネットワーク化された屋外／屋内照明システムの無線テレマネージメントソリューション及び／又はセンサベース照明制御に特に適する。しかし、他のアプリケーションは高度交通システム及びインシデント警告システム等のアプリケーションであり得る。以下、屋外照明システムの一例、すなわち、ネットワークのノードが道路沿い及び交差点に配置された照明器具に関連付けられる道路照明システムによって本発明を説明する。しかし、本発明はこのアプリケーションに限定されない。

図１には、ノード１０の例が示されている。ノードは、制御ユニット１１０、ノード１０内にデータを保存するためのメモリ１２０、及びネットワーク内でデータを受信するための送受信ユニット１３０を含む。オプションで、ノード１０は自身のノード位置、例えばＧＰＳ位置を決定するための空間ユニット１４０をさらに含んでもよい。ノード１０は、道路照明システムの照明器具と関連付けられ得る。

図２において、互いに交差する２つの道路Ｓ１及びＳ２によって道路照明システムの無線ネットワークの一部が例示されている。ノード１０は両道路のどちらかの側、例えば道路Ｓ１の上側Ｓ１＿ａ又は下側Ｓ１＿ｂに配置される。

図３は、本発明に係るノード１０の、例えばネットワークのコミッショニング又はイニシャライゼーションフェーズ中の初期設定のさらなる方法を示す。まず、ノード１０にレイアウト図が提供される（Ｓ３００）。レイアウト図はノードの地理的近傍に制限され、よってノード１０内に大きな保存スペースを要さない。さらに、ノード１０にさらなるレイアウト情報、例えば、その周囲のレイアウト要素に関連付けられたノード１０の正確な又は概算の数、すなわち、レイアウト図に表された各道路上のノード１０の数等が提供されてもよい。ノード１０は、例えば、ノードの空間ユニット１４０によって決定されるノード位置を使用して、又はレイアウト図と共にノード１０にアップロードされたノード位置を使用して、レイアウト図上の自身の位置を決定することができる（Ｓ３１０）。ノード１０は、その後、自身の一次レイアウト要素、例えば、自身が位置する道路、又は道路及び道路脇を特定する（Ｓ３２０）。図２のノード１１１に関して、一次レイアウト要素は道路Ｓ１であり、又は道路脇がレイアウト要素を構成すると考えられる場合、Ｓ１＿ａが一次レイアウト要素である。他の交差道路に対する距離を測定することにより、ノードは、さらに、自身が他の二次レイアウト要素に関連付けられると考えるべきか否かを特定することができる（Ｓ３３０）。これは、道路Ｓ１及びＳ２の両方と関連付けられるべき図２のノード１００（黒丸）に該当する。ノード１００が自身の一次レイアウト要素以外と関連付けられる場合、すなわち、二次レイアウト要素とも関連付けられる場合、ノード１００はキー転送ノード１００（図２の黒丸）と称される。ノード１０の一次道路と交差する道路のみが二次レイアウト要素として決定されることは好ましい。オプションで、ノードがさらなるレイアウトパラメータ、例えば一次レイアウト要素に対する自身の位置（例えば一次道路上の相対的位置、道路脇等）、他のレイアウト要素（例えば次の交差点）までの距離、ノード位置に関するレイアウト要素の特性（例えばノード位置における道路の湾曲又は傾斜）等を決定し得るステップ３４０が実行される。したがって、ノード１０は自身が道路の真ん中若しくは交差する道路の近く（必ずしもキー転送ノードである必要はない）に位置するか、又は自身が道路のどちら側に位置するかを決定することができる。次のステップＳ３５０において、ノードは、例えば、ノード間でローカル近隣情報を交換することにより又はアップロードされた近隣情報を使用することにより、近隣ノード情報を取得し得る。これらの手段は、ノード１０がレイアウト図上の自身の近隣ノードの位置を決定し、それらに関連付けられたレイアウト要素を特定することを可能にする。したがって、ネットワークの各ノード１０は、自身の近隣ノード、及び対応する情報、例えば各近隣ノードに関連付けられたレイアウト要素、各近隣ノードのノード位置、各近隣ノードのノード識別子、及び近隣ノードに関する追加レイアウト情報のうちの少なくとも１つ等のリストを保存し得る。あるいは、ノード１０は、各近隣ノードのノード位置及びレイアウト図を使用して、近隣ノードのレイアウト要素及び近隣ノードに対応する追加レイアウト情報を決定する。追加レイアウト情報は、道路脇若しくは道路の湾曲、又は近隣ノードがキー転送ノードであるか否か等の近隣ノードのレイアウトパラメータを含み得る。これは、キー転送ノード１００等、メッセージ転送プロセスにおいて特に重要なノード１０が特定されることを可能にする。したがって、ノード１０はクラスタ化され、地理的に近い可視クラスタに関して近隣ノードと情報交換し得る。この情報は、全ての既知のクラスタがカバーされ、メッセージの再送が必要であるか否かを確認するためにローカルに使用され得る。これらの手段は、道路メンバーシップ、ノード１０が道路のどちら側に属するか、確率的基準、トリガノード又は最終送信ノードまでの距離等の基準に基づき再送（及び再ブロードキャスト又は転送）が管理されることを可能にする。

ｌｉｇｈｔ−ｏｎ−ｄｅｍａｎｄアプリケーションにおいて、トリガメッセージを送信するためにノード１１１（図１参照）がトリガされると、トリガされたノード１１１は、自身が属するレイアウト要素（道路）の識別子Ｓ１を含めることを選択し得る。図４に示される方法によれば、メッセージを聞いた任意のノード１０（Ｓ４００）は、メッセージ内に特定されるレイアウト要素が自身に関連付けられたレイアウト要素のうちの１つであるか否かを決定する（Ｓ４１０）。ノード１０が特定されるレイアウト要素と関連付けられていない場合、ノード１０はメッセージをフィルタリング除去し（Ｓ４３０）、よってさらなる再送を回避することができる。同じレイアウト要素を有するノード１０はメッセージを再送し（Ｓ４２０）、また、好ましくは起動される。したがって、再送はレイアウト要素の一致を必要条件とし得る。これは、図５Ａに示されるように道路が互いに平行な場合、図５Ｂに示されるように道路が互いに交差することなく道路の一部が互いに近い場合、又はインターチェンジ、橋、若しくはトンネルのように、互いに直接見通し内にある（ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ）、互いの上方で又は下方で交差する重ねられた道路の場合、非常に重要な可能性がある。この場合、指定される道路のノード１０のみが起動され、起動は隣接する道路に広がらない。ホップカウントで又は地理的に制約されたフラッディングだけに基づく伝送プロトコルは半径内の全てのノード１０にアプローチするため、このような場合は失敗する。

図６Ａには、本発明の他の実施形態に係る再送について決定をする他の方法が示されている。このアプローチでは、ノード１０がメッセージを受信すると（Ｓ５００）、ノード１０は、まず、自身及びメッセージを送信したノード１０、すなわち送信ノードが少なくとも１つの共通のレイアウト要素（例えば道路）を有するか否かを決定する（Ｓ５１０）。このために、送信ノード１０は好ましくはメッセージ内に自身のノード識別子を含める。代わりに又は加えて、送信ノード１０は、自身のノード位置及び／又は関連付けられたレイアウト要素の識別子をメッセージ内に含めてもよい。その後、受信ノード１０は、保存された近隣情報及びそれが属するレイアウト要素のリストを使用し得る。あるいは、ノード１０は、レイアウト図を送信ノードのノード位置と共に使用して、送信ノードのレイアウト要素を決定してもよい。少なくとも１つの共通のレイアウト要素が存在する場合、ノード１０はメッセージを再送することを決定し得る（Ｓ５２０）。そうでない場合、ノード１０はさらに再送することなくメッセージを落とし得る（Ｓ５３０）。これらの手段により、トリガノード１１１が配置される一次道路と交差する全ての道路にメッセージを転送することができるので、メッセージの転送は１つの道路に限定されない。車が交差点に近づく状況において、車が進む方向を事前に決定することはできないため、これは全ての交差する道路の照明器具を起動するために有利である。しかし、この方法の変形例では、再送のために、送信ノードが共通のレイアウト要素を有するだけでなく、トリガされたノード１１１も共通のレイアウト要素を有することが要求されてもよい。これは、ステップＳ５１０において、少なくとも１つがメッセージ内に含まれ得るトリガされたノードに関連付けられたノード識別子、ノード位置、又はレイアウト要素の識別子を使用して確認することができる。この変形例は、図２の例では、再送を道路Ｓ１に配置されたノード１０、及び道路Ｓ１に関連付けられたキー転送ノード１００に限定する。

図６Ａに示されるアプローチは、図６Ｂに示されるように、ノード１０が関連付けられたレイアウト要素の数に基づく確率的再送を含むようさらに改変されてもよい。ステップＳ６００において、ノード１０はトリガメッセージ等のメッセージを受信する。次に、ステップＳ６１０において、ノード１０は自身が送信ノード（及び／又はトリガされたノード１１１）と共通のレイアウト要素を有するか否かを確認する。有する場合、メッセージは再送の候補となり、有さない場合、メッセージは落とされる（Ｓ６５０）。ステップＳ６２０において、ノード１０は、自身が２つ以上の関連付けられたレイアウト要素を有するか否か、すなわち、自身がキー転送ノード１００であるか否かを決定する。有する場合、ノード１０はメッセージを再送する（Ｓ６４０）。関連付けられたレイアウト要素を１つしか有さない場合（例えば、送信ノード（及び／又はトリガされたノード１１１）も配置された道路）、ノード１０はメッセージを再送するか否かに確率的アプローチを適用することができる（Ｓ６３１）。例えば、ノード１０は５０％の確率ｐで再送することを決定する。これは、ゴシップアプローチと称され得る。他の例では、再送の確率ｐは、例えば次の交差点までの距離、トリガされたノード１１１からの距離、次のキー転送ノード１００までの距離、ノードの位置における道路の曲率等の受信ノード１０のレイアウトパラメータに基づいて重み付けされてもよい。この場合、ノード１０が次の交差点に近づくにつれ又はトリガされたノードからの距離が大きい程、すなわち、メッセージが既に伝わってきた距離が大きい程、メッセージを転送する確率ｐが高くてもよい。

図６Ｃに示される、受信ノードにおいて転送決定を下す方法の他の実施形態では、受信ノードに関連付けられたレイアウト要素の数に基づくカウンタベースアプローチが適用される。このアプローチでは、ステップＳ６００、Ｓ６１０、及びＳ６２０は、図６Ｂに示される確率的アプローチに関して述べられたものと同じであってもよい。つまり、ノード１０がメッセージを受信した後（Ｓ６００）、ノード１０は送信ノード（及び／又はトリガされたノード１１１）と共通のレイアウト要素を少なくとも１つ有するか否かを決定する（Ｓ６１０）。有する場合、ノード１０は、自身が２つ以上のレイアウト要素に関連付けられているか否かを決定する（Ｓ６２０）。ノード１０が関連付けられたレイアウト要素を１つしか有さない場合、すなわち、１つの道路のみに属する場合、ノード１０は待ち及びキャンセル機構を適用することができる。ノード１０は近隣ノード１０からメッセージの再送を受信し又は受信しないために、所与の時間ｄｔ待つ（Ｓ６３２）。この時間ｄｔの間に、所定の数Ｎの近隣ノードがメッセージを再送するのを聞いた場合、ノード１０は転送試行を行わずにメッセージを落とす（Ｓ６５０）。そうでない場合、ノード１０はステップＳ６４０においてメッセージを再送する。ステップＳ６４０において単純にメッセージを再送する代わりに、ステップＳ６３１に関して上記した確率的アプローチを適用してもよい。パラメータｄｔ及びＮは、ノードとトリガされたノード１１１との間の距離、次の交差点までの距離、次のキー転送ノード１００までの距離、ノードの位置における道路の曲率等のノード１０のレイアウトパラメータに応じて、各ノード１０において調整することができる。オプションで、ノードが近隣ノードから再送を受信した後（Ｓ６３２）、ノードはさらに近隣ノードがキー転送ノードであるか否かを決定してもよい。そうである場合、十分な程度の再送が既に達成されている可能性があるので、ノードはただちにメッセージを落としてもよい（Ｓ６５０）。近隣ノードがキー転送ノードではないと決定される場合、ノードは待ち状態を継続する（Ｓ６３２）。

図７は、キー転送ノード１００における再送のさらなる低減のために冗長性が利用される、受信ノードにおいて転送決定を下す方法の他の実施形態のフローチャートを示す。ホップカウント制限又は地理的制限等の他の条件が満たされると仮定すると、キー転送ノード１００は全ての受信メッセージを再送することを要求されるため、キー転送ノード１００における転送の量は依然として多い可能性がある。キー転送ノード１００上の負荷を減らすために、同じ道路交差点に位置するキー転送ノード１００間でのロードバランシングが適用されてもよい。このために、全キー転送ノード１００の直近のノードを追跡し、それらが属する道路を決定するためにレイアウト図にそれらをマッピングしてもよい。加えて又は代わりに、ノードは、ノードがコンタクトできる道路、及びその道路内で実際に通信することができるノードの数について近隣ノードに知らせるために、近隣情報を交換してもよい。これはコミッショニング又はイニシャライゼーションフェーズ中に完了されてもよい。

したがって、図６Ａ、図６Ｂ、及び図６Ｃを参照して上記したように、ノードがメッセージを受信し（Ｓ７００）、送信ノード（及び／又はトリガされたノード１１１）と共通のレイアウト要素を有すると決定した（Ｓ７１０）場合、ノードは、２つ以上のレイアウト要素が自身に関連付けられているか否か、すなわち、自身がキー転送ノードであるか否かを確認する（Ｓ７２０）。そうでない場合、ステップＳ６３１に関して上記した確率的アプローチ、又はステップＳ６３２に関して上記したカウンタベースアプローチがステップＳ７３０において適用されてもよい。受信ノードが２つ以上の要素が関連付けられたキー転送ノードの場合、ノードは他のキー転送ノードからのメッセージの再送を受信し又は受信しないために時間ｄｔ待つ（Ｓ７４０）。他のキー転送ノードから再送を一切受信しない場合、メッセージは再送される（Ｓ７８０）。受信する場合、ノードは他のキー転送ノードからの再送のカバレッジを決定する（Ｓ７５０）。このために、ノードは保存されている近隣情報を使用してもよく、又はレイアウト図及び他のキー転送ノードのノード位置を使用してカバレッジを決定してもよい。したがって、ノードは、他のキー転送ノードの再送によってどのレイアウト要素、例えば道路がカバーされるかを決定することができる。このカバレッジが十分な場合、ノードはメッセージを落とす（Ｓ７９０）。カバレッジが不十分であり、メッセージ受信時から所定のタイムリミットＴを超えていない場合（Ｓ７７０）、ノードは他のキー転送ノードからの再送を受信し又は受信しないために再びさらなる時間ｄｔ待つことができる（Ｓ７４０）。時間ｄｔはランダムに設定されてもよく、よって反復ごとに同じでなくてもよい。ノードが、再送の程度が十分ではなく、タイムリミットＴを超えていると決定する場合、メッセージは再送される（Ｓ７８０）。オプションで、他のキー転送ノードによる再送の程度が十分ではないと決定した後（Ｓ７５０）、ノードは、ステップＳ７６０において、自身が聞いたメッセージの再送の数を決定してもよい。ここで、ノードは全ての受信された再送を考慮してもよいし、又は他のキー転送ノードからの再送のみを考慮してもよい。再送の数が所定の量に達する場合、すなわち、Ｎ以上になる場合、メッセージは落とされる（Ｓ７９０）。再送の数がＮ未満の場合、ノードは既にタイムリミットＴを経過しているか否かを決定する（Ｓ７７０）。

これらの方法のさらなる変形例では、ノードはメッセージの再送（Ｓ６４０、Ｓ７８０）を、他の再送によってまだカバーされていないレイアウト要素に限定してもよい。カバレッジは、メッセージを送信した送信ノードに関連付けられたレイアウト要素の特定に関して上記したようにして決定されてもよい。ノードによる再送を制限するために、ノードはメッセージの再送内に、例えばまだカバーされていないノードに関連付けられたレイアウト要素の識別子、又は再送から除外されるべきノードに関連付けられたレイアウト要素の識別子を示す指標を含めてもよい。この場合、指標を含む再送メッセージを受信すると、送信ノードと共通のレイアウト要素を有すると決定した後（Ｓ６１０、Ｓ７１０）、メッセージ内に含まれる指標に基づき、受信ノードは自身に関連付けられたレイアウト要素の全てが再送から除外されているか否かを確認することができる。そうである場合、メッセージは落とされる（Ｓ６５０、Ｓ７９０）。そうでない場合、ノードは次のステップに進む（Ｓ６２０、Ｓ７２０）。当然ながら、代わりに、ノードは自身に関連付けられたレイアウト要素のうちの少なくとも１つがカバーされるべきと示されているか否かを決定してもよい。示されていない場合、メッセージは落とされる（Ｓ６５０、Ｓ７９０）。しかし、示されている場合、ノードは次のステップに進む（Ｓ６２０、Ｓ７２０）。

図８には、ノード位置におけるレイアウト要素に関連するさらなるレイアウトパラメータに基づき、例えば道路脇又は通路の側に基づきメッセージをフィルタリングすることができる、受信ノードにおいて転送決定を下す他の方法が示されている。ここで、メッセージを発した発信ノードは、自身に関連付けられたレイアウト要素の識別子、及びさらなるレイアウトパラメータの、例えば対応する道路脇又は通路の側の指標を含めることを選択することができる。例えば、トリガイベントによってノードが検出又はトリガメッセージを送信させられる場合、トリガされたノード１１１は、自身が属する道路（例えばＳ１）及び道路脇（例えばａ）の識別子を含めることを選択することができる。道路のこの側に位置しないノードは、メッセージを落とす。したがって、送信ノード１０からメッセージを受信すると（Ｓ８００）、受信ノード１０は自身がメッセージ内に特定される道路上に位置するか否かを決定し（Ｓ８１０）、また、そうである場合、自身がメッセージ内に特定される道路脇に位置するか否かを決定する（Ｓ８２０）。両方の条件が満たされる場合、ノード１０はメッセージを再送する（Ｓ８３０）。そうでない場合、メッセージは落とされる（Ｓ８４０）。これは、例えば、点灯を要求される照明器具の数が、物体が検出された道路脇に位置する照明器具に減らされるという効果を有する。このアプローチは、不要な再送がフィルタリングされることに加えて、全く異なる隣接する道路上に位置する照明が点灯されないことも保証し、よって、無関係な検出メッセージのフィルタリング除去におけるアプリケーション層の関与を減らす。ここで、道路脇はノード１０のレイアウトパラメータとして考えることができる。あるいは、同じ道路の左右の側を区別できるよう、特定の道路の道路脇は単独のレイアウト要素として考えられてもよい。当然ながら、この実施形態は上記の実施形態のいずれかとも組み合わせることができる。

道路又は通路等のレイアウト要素が湾曲又は屈曲を有する場合、発信ノード１１１のレイアウト要素の反対側のノードもメッセージを再送できるようにすることが有益な可能性がある。例えば、図９に示されるような道路の屈曲の例を考えると、建物Ｈは、道路の同じ側Ｓ１＿ｂのノード１０ｂ間の成功送信の確率を下げる可能性がある。したがって、道路脇Ｓ１＿ｂのトリガされたノード１１１からメッセージを転送する場合、ノード１０ｂは到着地ノードＤに到達できない可能性がある。したがって、図８に示される方法は、ノード１０のさらなるレイアウトパラメータ、例えばノード１０がレイアウト要素の湾曲に位置するか否かを確認するステップをさらに含んでもよい。ノード１０ａがトリガされたノード１１１と道路の同じ側Ｓ１＿ｂに位置しないが屈曲に位置する場合、ノード１０ａは道路の異なる側に位置するにも関わらずメッセージを再送してもよい。これらの手段は、レイアウト図の問題のある地点における送信の信頼性を高めることを可能にする。再送の総量を減らすために、ノード１０ａは、上記したような確率的アプローチを再送に採用してもよい。再送の確率ｐは、レイアウト要素の曲率及び湾曲に対するノード１０の位置に依存してもよい。確率的アプローチの代わりに、上記カウンタベースアプローチを再送に適用してもよい。ノード１０ａは同じメッセージを聞いた回数をカウントし、これに基づいてメッセージを再送し又は落とすかを決定することができる。

図１０は、見通し又はユークリッド距離と実際の転送距離、すなわち進行距離との違いを示す。メッセージは、例えばホップカウント又は見通し距離に基づく距離制限を含み得る。この場合、発信ノード１１１からこの距離だけをカバーし、それ以上遠くにはメッセージを転送しないことが要求される。見通し距離制限を使用する場合、見通し又はユークリッド様式で発信ノード１１１に対する距離が測定される（図１０のｄ_ＬＯＳ）。しかし、転送プロセス中にメッセージが辿ってきた経路の実際の長さ、すなわち進行距離は、この見通し距離とは異なる可能性が高く、例えば図１０ではｄ１＋ｄ２である。したがって、メッセージの進行距離は、むしろメッセージを送信したノード間の地理的距離の合計に関係し得る。したがって、本発明によれば、受信ノード１０は、レイアウト図を使用してメッセージが発信ノード１１１から進んだ実際の距離を決定可能であり得る。この場合、当該値はメッセージ内に含まれ又はノード１０のために予め定められ得る距離制限と比較されてもよい。あるいは、メッセージは、進行距離を記録する距離指標を含んでもよい。発信ノード１１１において、距離指標は０を示す。ノード１０がメッセージを転送すべきと決定する度に、ノード１０は自身がメッセージを受信した送信ノードからの地理的距離を距離指標に加える。当然ながら、地理的距離の代わりにユークリッド距離又はホップカウントが使用されてもよい。メッセージの受信後、各ノード１０はまず距離制限を超えているか否かを決定し得る。距離制限を超えている場合、メッセージは落とされる。これらのステップは、受信ノードにおいて転送決定を下す上記方法のうちのいずれにも含まれ得る。したがって、全ての方法を送信伝播のホップ制約並びに／又は地理的及び／若しくは進行距離制約と組み合わせることができ、さらに、潜在的に、概して最適化のための他のネットワーキングプロトコル、例えばジオキャスティング（すなわち、地理的に規定された領域のフラッディング）等とも組み合わせることができる。

ネットワークのノード１０が如何なるレイアウト要素とも関連付けられない場合、ノード１０はメッセージ内に含まれるホップカウント又は進行距離情報に基づき、受信されたメッセージを落とし又は再送することを決定してもよい。代わりに又は加えて、ノード１０は、上記確率的アプローチ又はカウンタベースアプローチを適用してもよい。

本発明は、必ずしも限定されないが、屋外照明ネットワークにおけるような道路トポロジー沿いのノードの配置に合わせられている。したがって、ローカル道路レイアウト情報及びローカル特徴を使用することにより、アプリケーション挙動全体を向上させることができ、要求される送信数を減らすことを可能にし又はメッセージ配信の達成のために重要な地理的ポイントにおいて十分な送信がなされることを保証する。しかし、本発明は、ノードが所定の基準に従ってクラスタ化される任意の配置シナリオにも適用可能である。

概して、限られた量の近隣情報の交換を介して、例えばカウンタベースフラッディングによる伝送の信頼性を高められることが示された。これらの手段は、情報交換のオーバーヘッドと伝送の信頼性との間の適切なトレードオフを可能にする。特に、本発明は、メッシュネットワークにおけるフラッディングアルゴリズムの最適化、すなわち、発信源から到着地までの複数のホップをカバーする送信数を効率的に最適化することを可能にし、よってスループットパフォーマンスを向上させ、混雑緩和を達成する。さらに、カウンタベースフラッディング等の従来技術から知られる他の問題のあるフラッディングアプローチと比較して、メッセージ配信の信頼性を高めることができる。また、ローカル近隣情報のためには固定の小さい保存スペースしか要求されない。他の近隣知識ベースフラッディング及びルーティングアプローチと比較して、本発明に係る転送方法は比較的低い固定のプロトコルオーバーヘッドを有する。また、局地化されたブロードキャスト及び／又は（高密度の）マルチキャスト通信において、本発明は、フラッディングと比較して送信数を減らすことを可能にする。本発明は、グループあたり複数の送信者が存在する場合に送信負荷を（可能であれば）均等に分散することを可能にするため、特に、通信チャネルへのノードのアクセスを制限する規制（ノードが各自の送信のためにチャネルを使用できる時間の割合に課されるデューティサイクリング要件）が存在する場合に有益である。

Claims (15)

1. 無線ネットワークのノードであって、前記ノードは、
   送信ノードが前記ノードと共通のレイアウト図のレイアウト要素を少なくとも１つ有するか否かに基づき、前記送信ノードから受信されたメッセージの再送に関して決定する制御ユニットを含み、
   前記レイアウト図の前記少なくとも１つのレイアウト要素は前記ノードに関連付けられる、ノード。
2. 前記制御ユニットは、前記ノード及び前記送信ノードが共通のレイアウト要素を少なくとも１つ有する場合にのみ、前記受信されたメッセージを再送する、請求項１に記載のノード。
3. 前記再送に関する決定は、前記受信されたメッセージ内に含まれる指標、前記ノードのレイアウトパラメータ、及び／又は保存された近隣情報に基づく、請求項１又は２に記載のノード。
4. 前記指標は、前記送信ノードの識別子、前記送信ノードに関連付けられたレイアウト要素の少なくとも１つの識別子、及び／又は前記送信ノードに関する追加レイアウト情報を含む、請求項３に記載のノード。
5. 前記制御ユニットは、前記ノードに関連付けられたレイアウト要素の数に基づき、前記受信されたメッセージの再送モードに関して決定する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のノード。
6. 前記再送モードは、確率的アプローチ、及び／又は、所定の時間内に受信された近隣ノードによるメッセージの再送の数に基づくカウンタベースアプローチを含む、請求項５に記載のノード。
7. 再送の確率及び／又は前記所定の時間は、レイアウト要素までの距離、最初に前記メッセージを送信した発信ノードまでの距離、及び前記ノードに関連付けられたレイアウト要素の数のうちの少なくとも１つに基づき設定される、請求項６に記載のノード。
8. 近隣ノードから前記メッセージの再送及び／又は送信が受信されると、前記制御ユニットは、前記近隣ノードの前記再送及び／又は送信のカバレッジに基づき、前記メッセージの再送に関して決定する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のノード。
9. 前記カバレッジは、前記再送されたメッセージ内に含まれる指標及び／又は保存された近隣情報に基づき決定される、請求項８に記載のノード。
10. 前記ノードが２つ以上のレイアウト要素に関連付けられる場合、同様に２つ以上のレイアウト要素に関連付けられた近隣ノードの再送のみが考慮される、請求項８又は９に記載のノード。
11. 前記制御ユニットは、前記レイアウト図を使用して、前記受信されたメッセージが進んできた地理的及び／又は進行距離を決定し、前記決定された距離が所定の距離制限以下の場合、前記メッセージを再送することを決定する、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のノード。
12. 前記ノードは、前記ノードの絶対的位置及び／又は前記ノードの相対的位置を決定するための空間ユニットをさらに含む、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のノード。
13. 前記レイアウト図は、市街図、プラントレイアウト、フロアプランを含み、かつ／又は、前記レイアウト要素は、フロア、通路、部屋、道路、交差点、及び駐車場のうちの少なくとも１つを含む、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のノード。
14. 前記ノードは、屋外及び／又は屋内照明システムの照明器具内に含まれる、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のノード。
15. 無線ネットワークのノードを制御する方法であって、前記方法は、
    受信ノードによって送信ノードからメッセージを受信するステップと、
    前記送信ノード及び前記受信ノードが共通のレイアウト図のレイアウト要素を少なくとも１つ有するか否かに基づき、前記受信されたメッセージの再送に関して決定するステップとを含み、
    前記レイアウト図の少なくとも１つの前記レイアウト要素が前記ノードに関連付けられる、方法。