JP2017518670A - 無線メッシュネットワークにおいてパケットストームの時間長さを短縮するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

ブロードキャスト送信は、長時間続いてネットワークの他のトラフィックを妨害するパケットストームをメッシュネットワークに発生させる。ブロードキャスト制御機構にはパケットストームの持続時間を制御する半径と称するパラメータがある。本発明は、ブロードキャスト制御機構にとって可能な限り最小の半径パラメータをレポートすることによって、最小半径を動的に選択し、パケットストームを最小限まで減らすことを提案する。どの隣接するデバイス又はノードがブロードキャスト送信の中継に成功したかを追跡するための隣接デバイスを有する。また、各デバイス又はノードは、局所的に発信されるか又は隣接するデバイス若しくはノードから受信した新しいブロードキャスト送信又はトランザクションを記録するブロードキャストトランザクションテーブルを有する。各ブロードキャスト送信は、ブロードキャスト送信が破棄される前のメッシュネットワークを通じて許容されるホップ数を示すいわゆる半径パラメータＲを含む。ブロードキャストステータスをレポートする機構の実現は、本発明の例示的な実施形態では、隣接デバイスからブロードキャストステータスを追跡する２つの新しいテーブル、すなわち、該当するネットワークノード又はネットワークデバイスからブロードキャスト送信が発信又は中継された子テーブル、及びブロードキャストリスニングテーブルを追加すること、３つのフィールド、すなわち半径、レポート間隔及びレポートタイムアウトをブロードキャストトランザクションテーブルに追加すること、並びに２つの新しいパラメータ、すなわちレポート間隔及びレポートタイムアウトをブロードキャストメッセージ自体に追加することにより行われる。

Description

本発明は、無線メッシュネットワーク、例えば、限定するわけではないが、無線で相互接続された照明デバイスのメッシュネットワーク等におけるブロードキャスト送信を制御するための装置及び方法の分野に関する。

無線で相互接続された照明用ポール又は他の照明デバイス、センサデバイス、又は負荷デバイスのメッシュネットワークが、照明管理、交通管理、及び大気質監視等のスマートシティサービス又は住生活サービスの基盤となりつつある。都市ネットワークは、マルチホップ通信プロトコルを介してトラフィックを中継する何万もの照明用ポールから構成される。これらのネットワークの規模によって、ネットワーク展開はネットワーク設計及びネットワークプロトコルの技術の現状に挑戦する事業となる。

同様に無線で接続された照明ネットワークは、設置が容易でエネルギー効率に優れた照明をオフィス及び住居用の建物内に提供するようになる。このような照明ネットワークの付加的な利益は、照明管理サービス及びデータに基づくサービスにある。データは照明用ポールのノードとコーディネータノードとの間のマルチホップ経路に沿って伝送されなければならない。ネットワークノードには資源（メモリ）制約があるため、フラッディングに基づいたルーティングプロトコルが必要である。

専門的な無線照明用途では、１つのコントローラがＺｉｇＢｅｅ（登録商標）ネットワーク等の無線メッシュネットワーク内の多数の宛先デバイスに１つのコマンドを送信するのが一般的な用法であり、すべてのデバイスが、例えばすべての照明を点灯又は消灯する等、同時に反応している。例えばＺｉｇＢｅｅ（登録商標）データブロードキャスト機能等のメッシュネットワークブロードキャストアルゴリズムは、メッセージをコントローラから、互いに遠く離れ、デバイスからデバイスへのデータの受け渡しを転送（マルチホッピング）に頼るネットワーク内の他のすべてのデバイスに送信するのに用いられる。ブロードキャストアルゴリズムは、１つのパケットを繰り返しすべてのデバイスに送信するネットワークフラッディング機構に基づいており、各デバイスは受信したパケットを転送し、他のデバイスに再ブロードキャストするため、デバイスがメッシュネットワーク内でどれほど離れていようと、最終的にはネットワーク内のすべてのデバイスが少なくとも１度はパケットを受信することになる。

メッシュネットワークでは、ルート探索とデータブロードキャストという２つのネットワーク機能がブロードキャストアルゴリズムに依存している。ブロードキャスト送信は、ネットワークを長時間多くのパケット、パケットストームで溢れさせる。したがって、フラッディングはできるだけ多くのデバイスをカバーしようとネットワークにパケットの嵐を発生させ、パケットストームは利用可能なネットワーク帯域の大部分又はほとんどを占めるため、副作用として、パケットストームの間ネットワークに送信された他のコマンドが停滞する。この持続時間を制御する機構をネットワーク内で続いているストームの時間を制限するために実施することができ、したがって、品質と効率のバランスが達成される。具体的には、ブロードキャストアルゴリズムは、ブロードキャスト半径を用いてこの持続時間を制御する。各パケットは半径パラメータを有し、転送される時に１減少させる。したがって、ブロードキャストパケットストームは、ネットワークに浮遊する最後のパケットの半径パラメータが１の値になると消滅する。通常、異なるほとんどのネットワークレイアウトをカバーしようと、半径には大きなデフォルト値が選ばれる。ネットワークが２つのノード間に長い経路（多数のホップ）を有するレイアウトを有する場合、ネットワーク全体をカバーするために大きな値の半径パラメータが必要である。経路が短い場合には、小さな値の半径パラメータで十分にすべてのノードに届けることができるが、冗長パケットは削除される。

任意の所定のネットワークレイアウトについて、ブロードキャスト範囲を十分に確保し、同時に、利用可能なネットワーク帯域を効率的に使用する、つまり、パケットストーム持続時間をできるだけ短く短縮するできる限り最小の半径パラメータが必要である。したがって、この半径パラメータは、固定されたデフォルト値を用いるのではなく、所定のネットワークレイアウトについて計算されなければならない。また、ネットワーク動作条件は、例えば、新しい高周波（ＲＦ）干渉源が追加される等、外部環境の変化に伴って経時的に変化するため、半径パラメータは経時的に較正する必要がある。半径パラメータの最良値を見つけ出す１つの選択肢は、様々な半径パラメータの値を用いてブロードキャスト送信を試行し、その結果を比較して最小で十分に信頼性のある値を選ぶことである。ブロードキャストの結果は、範囲と時間という２つの側面を有する。ブロードキャスト範囲は、ブロードキャストメッセージを受信したか否かに関するすべてのデバイスのステータスであり、ブロードキャスト時間は、最初のパケットから最後のパケットまで循環する時間である。ブロードキャスト範囲の算定の過程、例えば、すべてのデバイスのステータス（受信済み又は受信に失敗）をブロードキャストメッセージの発信元に返す手法には困難性がある。

上記のブロードキャスト制御が実行されるため、また、ネットワーク帯域制限、ネットワーク自体又は他のソースからの無線干渉、或いはパケット衝突等の問題があるため、デバイスの中にはブロードキャストされたメッセージを受信できないものがなお存在する。ブロードキャストアルゴリズム自体の改善、すなわち範囲又は効率的なネットワーク帯域の使用についての多くの研究が行われてきたが、ブロードキャスト後に受信に失敗したデバイスを検出し、レポートすることに関連した研究は少ない。レポート機構は、ミッションクリティカルアプリケーションにとって重要であり、例えば、「すべて消灯せよ」コマンドがメッシュネットワークに送信されると、すべての照明が消灯されなければならず、コマンドを受信していない照明がある場合にはオペレータに通知されなければならず、措置をすぐに講じることができ、この機構がなければ、オペレータは照明がわずかに点灯していることに気付かないままである。

本発明の目的は、ブロードキャスト送信による十分なネットワーク範囲を確保しながら、無線メッシュネットワークにおけるパケットストームの時間長さを短縮できるブロードキャスト制御機構を提供することである。

この目的は、請求項１及び１１に記載の装置、このような装置を含むネットワークノード、請求項１３に記載のメッシュネットワーク、請求項１４及び１５に記載の方法、及びコンピュータデバイスで実行される際、これらの方法のステップを生成するためのコード手段を有するコンピュータプログラム製品により達成される。

したがって、ネットワーク内のすべてのデバイスのステータスを、隣接デバイスからの再ブロードキャストによってブロードキャストメッセージの最初の発信元に返信する効率的なアプローチが提供される。これにより、ブロードキャスト発信元は、ネットワーク内のどのデバイスが再ブロードキャストを行っていないかを知ることができ、それらのデバイスが他のデバイスから中継されたブロードキャストメッセージを受信していないことを示すことができる。発信元は、受信に失敗したデバイスについてのレポートを入手した後、メッセージを再び再ブロードキャストしたり、それらのデバイスにメッセージを直接再送信する等、状況を改善するさらなる措置を講じる。

さらに、ブロードキャストストームがネットワーク内のあらゆるノードに到達するのに必要とした最大反復回数をフィードバックすることができる。この最大反復回数を使用して、（適切ならば）ブロードキャストストームの持続時間が短縮されるように、後続のブロードキャストメッセージにおける最大ホップ数（すなわち半径パラメータ）の値を調整、すなわち下げることができる。したがって、新しいパラメータが、レポートのすべてのデバイスに対する受信したブロードキャストメッセージの最大反復回数を示すステータスレポートメッセージに導入される。

ブロードキャストステータスをレポートする機構の実現は、本発明の例示的な実施形態では、２つの新しいテーブル、すなわち、子テーブル及びブロードキャストリスニングテーブルを追加して隣接デバイスからブロードキャストステータスを追跡すること、３つのフィールド、すなわち、半径、レポート間隔及びレポートタイムアウトをブロードキャストトランザクションテーブルに追加すること、並びに、２つの新しいパラメータ、すなわち、レポート間隔及びレポートタイムアウトをブロードキャストメッセージ自体に追加することにより行われる。

ここで、「隣接（ｎｅｉｇｈｂｏｒ）」という用語は、該当するデバイス又はノードの送信範囲及び／又は受信範囲内に位置するあらゆるネットワークデバイス又はネットワークノードを示すのに使用される。さらに、「子（ｃｈｉｌｄ）」という用語は、該当するネットワークノード又はネットワークデバイスがブロードキャスト送信を送信又は中継した先のあらゆるネットワークデバイス又はネットワークノードに使用される。

第１のオプションによれば、新しいブロードキャスト送信の半径パラメータは、ブロードキャストトランザクションテーブルで既存のエントリを更新する際に前のものと比較され、小さいものがブロードキャストトランザクションテーブルに記録される。これにより、ブロードキャストトランザクションテーブルの各エントリが常に半径パラメータの最小値に更新され、メッセージが再送信されると、半径が１減少し、したがって、ブロードキャストストームがネットワーク内で徐々に消滅することが保証される。

第１のオプションと組み合わせることができる第２のオプションによれば、ブロードキャストトランザクションテーブルの記録されたブロードキャストメッセージのそれぞれに与えられたレポート間隔をチェックし、レポート間隔に達すると、同一のブロードキャストメッセージをブロードキャストリスニングテーブルで検索し、次に、ステータスレポートメッセージを作成するために、同一のブロードキャストメッセージを受信したすべての子デバイスにフラグ又は印を付ける。したがって、レポート間隔の終わりに、ブロードキャストメッセージを受信したデバイスに関するレポートフィードバックがブロードキャスト発信元デバイスに与えられることを保証する。この方法により、ブロードキャスト発信元は、非常に長く続くブロードキャストストームの最中にブロードキャストステータスを周期的に検索することによりブロードキャストの進行を監視することができる。

第１又は第２のオプションと組み合わせることができる第３のオプションによれば、ブロードキャストトランザクションテーブルの記録されたブロードキャストメッセージのそれぞれに与えられたレポートタイムアウトをチェックし、レポートタイムアウトに達すると、同一のブロードキャストメッセージをブロードキャストリスニングテーブルで検索し、次に、ステータスレポートメッセージを作成するために、同一のブロードキャストメッセージを受信したすべての子デバイスにフラグ又は印を付ける。したがって、レポートタイムアウトの満了後、ブロードキャストメッセージを受信したデバイスに関するレポートフィードバックがブロードキャスト発信元デバイスに与えられることを保証する。したがって、ブロードキャストストームの持続時間はあらゆる状況下で不確かであるが、例えば、ユーザインタフェースフィードバックはタイムリーな更新を必要とするため、ブロードキャスト発信元は、ブロードキャストステータスレポートに満了タイマーを設定する。

上記第１〜第３のオプションの何れか１つと組み合わせることができる第４のオプションによれば、タイムアウト後に、隣接テーブルにリストアップされたデバイスが新しいブロードキャスト送信を中継していない場合に、新しいブロードキャスト送信が発信される。

上記第１〜第４のオプションの何れか１つと組み合わせることができる第５のオプションによれば、ステータスレポートメッセージが生成される場合に、最小半径パラメータを有するメッセージがブロードキャストトランザクションテーブルで検索され、最小半径パラメータを有するメッセージの送付先アドレスが抽出され、ステータスレポートメッセージが抽出された送付先アドレスにユニキャスト送信により送信される。これによって、レポートはブロードキャストストームから後方に生成される、つまり、ブロードキャストメッセージが配信される時、レポートは経路の終わりから始まりへと配信されるようになる。

上記第１〜第５のオプションの何れか１つと組み合わせることができる第６のオプションによれば、ステータスレポートメッセージが受信された場合に、最小半径パラメータを有する同一のメッセージが、同一のメッセージを有する子デバイスがある場合にブロードキャストトランザクションテーブルで検索され、最小半径パラメータを有するメッセージのデバイスアドレスがレポート転送のために抽出される、又は、ブロードキャストトランザクションテーブルにそのようなメッセージがない場合には、ステータスレポートメッセージは破棄される。この方策によって、最小半径パラメータ値を有するデバイスにのみステータスレポートメッセージが転送されるようになる。

上記第１〜第６のオプションの何れか１つと組み合わせることができる第７のオプションによれば、同一のブロードキャストメッセージを受信したすべてのデバイスのブロードキャストリスニングテーブルにおける半径パラメータの値のすべてを比較し、最大の半径パラメータをステータスレポートメッセージに挿入する。レポートは、それらのデバイスに到達するのに必要なホップ数についての情報を伝達する。これにより、ブロードキャスト半径パラメータをブロードキャスト発信元で較正し、パケットストームによる十分なネットワークカバレッジを得ることができる。

上記第１〜第７のオプションの何れか１つと組み合わせることができる第８のオプションによれば、無線メッシュネットワークのデバイスがブロードキャスト送信を受信できない、又はブロードキャスト送信を受信することができないデバイスの数が減少していると判断される場合に再較正が開始され、再較正は、現在の値よりも大きくかつデフォルト値よりも小さい半径パラメータの初期値を選択することにより開始される。したがって、ブロードキャスト発信元は、ブロードキャスト半径を変化した環境条件に連続的に適合させることができる。

なお、上記装置は、個別のハードウェアコンポーネントを有する個別のハードウェア回路として、集積チップとして、チップモジュールからなる装置として、又は、メモリに格納される、コンピュータ可読媒体上に書き込まれた、若しくは、インターネット等のネットワークからダウンロードされたソフトウェアルーチン又はプログラムによって制御される信号処理デバイス若しくはチップとして実現される。

また、請求項１及び９の装置、請求項１１のネットワークノード、請求項１２のメッシュネットワーク、請求項１３及び１４の方法、並びに請求項１５のコンピュータプログラム製品は、特に従属請求項に規定されたような、同様の及び／又は同一の好ましい実施形態を有すると理解されるべきである。

本発明の好適な実施形態は、従属請求項又は上記実施形態の各独立請求項との任意の組み合わせであってもよいことは理解されるべきである。

本発明の上記及び他の態様は、後述する実施態様から明らかとなり、かかる実施形態を参照して解説されるであろう。

図１は、様々な実施形態に係るブロードキャストメッセージのためのレポート経路を有する無線メッシュネットワークの概略的なアーキテクチャを示す。 図２は、本発明で使用可能な隣接テーブルエントリフォーマットを示す。 図３は、様々な実施形態に係る改善されたブロードキャストトランザクションレコードを示す。 図４は、様々な実施形態に係る改善されたブロードキャストメッセージフォーマットを示す。 図５は、様々な実施形態に係る改善されたブロードキャストステータスレポートメッセージフォーマットを示す。 図６は、第１の実施形態に係るブロードキャスト制御手順のフローチャートを示す。 図７は、第２の実施形態に係るブロードキャスト半径の較正手順のフローチャートを示す。 図８は、第３の実施形態に係るブロードキャスト半径の再較正手順のフローチャートを示す。

次に、本発明の実施形態を、無線照明ネットワーク等の無線メッシュネットワークにおけるパケットストームの時間長さを制御するのに使用可能なブロードキャスト制御システムに基づいて説明する。メッシュネットワークは典型的には、クラスターツリー型トポロジーで構成され、ブロードキャスト送信（例えば、ブロードキャストメッセージ、ブロードキャストステータスレポートメッセージ等）を発信又は転送可能な複数のデバイス又はノードを有する。ネットワークの各デバイス又はノードは、どの隣接するデバイス又はノードがブロードキャスト送信の中継に成功したかを追跡するための隣接テーブルを有する。また、各デバイス又はノードは、局所的に発信されるか又は隣接するデバイス又はノードから受信する新しいブロードキャスト送信又はトランザクションを記録するブロードキャストトランザクションテーブルを有する。各ブロードキャスト送信は、ブロードキャスト送信が破棄される前のメッシュネットワークを通じて許容されるホップ数を示すいわゆる半径パラメータＲを含む。

従来の受動的確認応答機構（例えばＺｉｇＢｅｅ（登録商標）ブロードキャストアルゴリズム）によれば、デバイスは、ブロードキャスト送信を発信する前に、隣接デバイスに関する情報を記録に残すための隣接テーブルのコンテンツを作成する。ブロードキャスト送信は、ネットワーク内のどのデバイスも開始することができ、初期値が０よりも大きい半径パラメータＲを有する。ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）規格によれば、ブロードキャスト送信は、媒体アクセス制御（ＭＡＣ：Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）プロトコル層のサブレイヤ確認応答を使用してはならない。デバイスは、隣接デバイスから有効なブロードキャストフレームを受信すると、ブロードキャストトランザクションテーブルを更新する、つまり、新しい場合にはエントリを追加し、新しくない場合にはメッセージをドロップしなければならない。受信したブロードキャストメッセージがブロードキャストトランザクションテーブルにおいて新しく、メッセージの半径パラメータＲが０でない場合には、このメッセージは処理されて再送信され、半径パラメータは再送信されたブロードキャストメッセージにおいて１減少する。タイムアウト後、新たにブロードキャストされたメッセージを中継していないデバイスが隣接テーブルにある場合には、デバイスはメッセージの再送信を数回行わなければならない。したがって、デバイスからのブロードキャストメッセージにより、上記の基準に従ってメッシュネットワーク中でパケットストームが発生し、最後のブロードキャストメッセージの半径が０に近づくにつれて消滅する。

しかし、上記の基準は、ネットワーク内のすべてのデバイスが少なくとも１回はブロードキャストメッセージを受信することを保証するものでなはい。デバイスは、半径パラメータＲの初期値によって制限される所定のネットワークホップ数にわたってできるだけ多くのブロードキャストメッセージを送信するために最善を尽くすのみである。したがって、ブロードキャスト発信元は、どのデバイスが中継（又は再ブロードキャスト）でカバーされていないか分からない。

様々な実施形態によれば、ネットワーク内のすべてのデバイスのステータスを隣接デバイスからの再ブロードキャストによってブロードキャストの最初の発信元に返信する効率的なブロードキャスト制御機構が提供される。これによりブロードキャスト発信元は、再ブロードキャストを行っていないネットワークデバイスを知り、それらのデバイスが他のデバイスから中継されたブロードキャストメッセージを受信していないことを示すことができる。ブロードキャスト発信元は、受信に失敗したデバイスについてのレポートを入手した後、メッセージを再び再ブロードキャストしたり、それらのデバイスにメッセージを直接再送信する等、状況を改善するさらなる措置を講じる。

これを達成するために、どの子デバイスがブロードキャスト送信の中継に成功したかを追跡するための追加の子テーブルがデバイスに提供される。また、デバイスには、子デバイスから受信した新しいブロードキャストトランザクションを記録するブロードキャストリスニングテーブルが提供される。さらに、受信したメッセージの半径パラメータが、追加の値としてブロードキャストトランザクションテーブルの各ブロードキャストトランザクションレコードに追加される。さらに、レポート間隔及びレポートタイムアウトがブロードキャストメッセージに埋め込まれる２つの新しいパラメータとして導入され、ブロードキャストトランザクションレコードはまた、これら２つの新しいパラメータに２つのフィールドを追加しなければならない。

したがって、子デバイスを監視するための２つの新しいテーブルと、受信したメッセージの半径を記憶するためのブロードキャストトランザクションレコードの３つの追加フィールドと、ブロードキャストメッセージに埋め込まれる２つの新しいパラメータとがある。以下では、これらの新しいテーブル、フィールド及びパラメータの機能及び使用法を本発明の実施形態に基づいて説明する。

図１は、ブロードキャストメッセージのための提案されたレポート経路を有する無線メッシュネットワークの概略的なアーキテクチャを示す。新しいブロードキャストメッセージが第１の転送デバイス、すなわちブロードキャスト発信元１から転送される。第２の転送デバイス２がブロードキャストメッセージをその（第１の丸で囲まれたグループ５で示された）子デバイスに中継する。次に、上記子デバイスの１つである第３の転送デバイス３がブロードキャストメッセージをその子デバイス（すなわち、第２の丸で囲まれたグループ４で示された子の子）に再び中継する。１つのデバイス及びその子のすべてに関する第１の統合レポート６が第２の丸で囲まれたグループ４から第３の転送デバイス３に提出される。さらに、１つのデバイス、その子のすべて及び子の子のすべてに関する第２の統合レポート７が、第１の丸で囲まれたグループ５からブロードキャスト発信元１に提出される。第１の統合レポート６及び第２の統合レポート７は、各親デバイス３及び１に１つのメッセージで配信される。

図２は、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）隣接テーブルエントリフォーマットの例を示す。第１フィールドのフィールド名（ＦＮ）は「拡張アドレス」（Ｅｘｔ−Ａｄｄｒ）、フィールドタイプ（ＦＴ）は整数（Ｉｎｔ）、有効範囲（ＶＲ）は６４ビットＩＥＥＥアドレスである。第２フィールドのフィールド名は「ネットワークアドレス」（Ｎｅｔ−Ａｄｄｒ）、フィールドタイプはネットワークアドレス（ＮＡ）、有効範囲（ＶＲ）は「０ｘ００００」〜「０ｘｆｆｆｆ」である。第３フィールドのフィールド名は「デバイスタイプ」（ＤＴ）、フィールドタイプは整数（Ｉｎｔ）、有効範囲（ＶＲ）は「０ｘ００」〜「０ｘ０２」である。第４フィールドのフィールド名は、「アイドル時レシーバ」、フィールドタイプ（ＦＴ）はブール（ＢＩ）、有効範囲（ＶＲ）は「０」又は「１」で、受信ステータスがアイドルモードにあることを示す。第５フィールドのフィールド名は、「リレーションシップ」（Ｒｅｌ）、フィールドタイプ（ＦＴ）は整数（Ｉｎｔ）、有効範囲（ＶＲ）は「０ｘ００」〜「０ｘ０５」である。第６フィールドのフィールド名は「送信失敗」（Ｔｘ−Ｆ）、フィールドタイプ（ＦＴ）は整数（Ｉｎｔ）、有効範囲（ＶＲ）は「０ｘ００」〜「０ｘｆｆ」である。第７フィールドのフィールド名は「ＬＱＩ」、フィールドタイプ（ＦＴ）は整数（Ｉｎｔ）、有効範囲（ＶＲ）は「０ｘ００」〜「０ｘｆｆ」である。第８フィールドのフィールド名は、「発信コスト」（ＯＣ）、フィールドタイプ（ＦＴ）は整数（Ｉｎｔ）、有効範囲（ＶＲ）は「０ｘ００」〜「０ｘｆｆ」である。第９フィールドのフィールド名は、「エージ」（Ａ）、フィールドタイプ（ＦＴ）は整数（Ｉｎｔ）、有効範囲（ＶＲ）は「０ｘ００」〜「０ｘｆｆ」である。第１０フィールドのフィールド名は「着信ビーコンタイムスタンプ」（ＩＢ−ｔｓ）、フィールドタイプ（ＦＴ）は整数（Ｉｎｔ）、有効範囲（ＶＲ）は「０ｘ００００００」〜「０ｘｆｆｆｆｆｆ」である。最後に、第１１フィールドのフィールド名は「ビーコン送信タイムオフセット」、フィールドタイプ（ＦＴ）は整数（Ｉｎｔ）、有効範囲（ＶＲ）は「０ｘ００００００」〜「０ｘｆｆｆｆｆｆ」である。上記フィールドの意味及び機能の詳細は、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）仕様書０５３４７４ｒ１７（２００８年１月１７日）から得ることができる。

図３は、様々な実施形態に係るブロードキャストトランザクションテーブルの改善されたブロードキャストトランザクションレコードを示す。従来のフィールド「ソースアドレス」（サイズ（Ｓ）が２バイトのブロードキャスト発信元の１６ビットネットワークアドレスであるＳ−Ａｄｄｒ）、「シーケンスナンバー」（サイズ（Ｓ）が１バイトの発信元のブロードキャストメッセージのネットワーク層シーケンスナンバーであるＳＮ）、及び「満了時間」（サイズ（Ｓ）が１バイトの、本エントリが満了するまでの秒数を示すカウントダウンタイマの値に相当するＥＴ）に加えて、すべて整数タイプで、範囲が「０ｘ００」〜「０ｘｆｆ」の３つの新しいフィールド、「半径」（Ｒ）、「レポート間隔」（ＲＰ−ｉｎｔ、すなわち、どれくらいの頻度で周期的レポートが生成されるか）、及び「レポートタイムアウト」（ＲＰ−ｔｏ、すなわち、いつ最新のレポートが生成されるか）が導入される。

図４は、様々な実施形態に係る改善されたブロードキャストメッセージのフォーマットを示し、上記３つの追加のフィールドも追加されている。また、ブロードキャストメッセージは、アドレス及び／又は制御情報のためのヘッダ（Ｈ）、ユーザ情報のためのペイロード（ＰＬ）、及びエラー訂正のためのチェックサム（ＣＨＳ）等の従来のフィールドを含む。

図５は、様々な実施形態に係る提案されたステータスレポートメッセージのフォーマットを示し、ステータスレポートのすべてのデバイスについての受信したブロードキャストメッセージの最大反復回数値を示すパラメータフィールドＲｍａｘが追加されている。この値は、例えばブロードキャストトランザクションテーブルに記録された半径パラメータ値から推定することができる。半径パラメータはホップするごとに減らされるため、この値から反復回数を推定することができる。また、図５のレポートは半径パラメータの最小値を含む。そして、メッセージ発信元は、レポートを受信すると最小半径パラメータから対応する最大反復回数が何かを推定する。

また、ステータスレポートメッセージは、アドレス及び／又は制御情報のためのヘッダ（Ｈ）、ステータスレポートのデバイスのアドレス情報のためのデバイスアドレス（Ｄ−Ａｄｄｒ＿１〜Ｄ−Ａｄｄｒ＿ｎ）、及びメッセージ識別のためのメッセージＩＤ（Ｍ−ＩＤ）等のフィールドを含む。

図６は、ステータスレポートメッセージが生成される、第１の実施形態に係るブロードキャスト制御手順のフローチャートを示す。

手順はステップＳ８００から始まり、ブロードキャスト発信元デバイスは、ブロードキャスト前の隣接デバイスに関する情報を記録に残すための隣接テーブルのコンテンツ及びブロードキャスト前の子デバイスに関する情報を記録に残すための子テーブルのコンテンツを作成する（ステップＳ８０１）。次に、ステップＳ８０２において、ブロードキャストメッセージの半径パラメータの初期値を０よりも大きい値に設定してブロードキャスト送信が発信される。ブロードキャスト送信はＭＡＣサブレイヤでの確認応答を使用しないように構成される。ステップＳ８０３において、ブロードキャストトランザクションテーブルは、新しいブロードキャスト送信を記録するために更新される。また、ブロードキャストリスニングテーブルは、子テーブルから受信するブロードキャストトランザクションを記録するために使用される。

次に、手順は、ステップＳ８０４において有効なブロードキャスト送信（例えば、ブロードキャストフレーム）を隣接デバイスから受信したかどうかチェックする。受信した場合には、ブロードキャストトランザクションテーブルは、ステップＳ８０５において、受信したメッセージが新しい場合にエントリを追加することによって再び更新される。受信したメッセージが新しくない場合には、受信したメッセージはステップＳ８０５においてドロップされる。既存のエントリがブロードキャストトランザクションテーブルで更新されると、新しいメッセージの半径パラメータＲは、ブロードキャストトランザクションテーブルにリストアップされた前のものと比較され、より小さい半径パラメータＲの値が記録される。

また、ブロードキャストメッセージを子デバイスから受信した場合、ブロードキャストリスニングテーブルもステップＳ８０５において更新され、受信したメッセージが新しい場合には新しいエントリが追加される。

次に、ステップＳ８０６において、ブロードキャストトランザクションテーブルの記録された各メッセージについて、レポート間隔パラメータをチェックする。レポート間隔に達すると、ステップＳ８０７において同一のブロードキャストメッセージを求めてブロードキャストリスニングテーブルを検索し、レポートメッセージを作成するためにメッセージを受信したすべての子デバイスにフラグを付ける。レポート間隔が０の場合には、周期的なレポートメッセージは生成されない。

レポート間隔に達しない、又は発信元が周期的なレポートを要求しない場合には、手順は、ブロードキャストトランザクションテーブルの記録された各メッセージについてレポートタイムアウトパラメータをチェックするステップＳ８０８に直接進む。満了時間が有効で満了した場合には、同一のブロードキャストメッセージを求めてブロードキャストリスニングテーブルを検索し、レポートメッセージを作成するためにメッセージを受信したすべての子にフラグを付ける（ステップＳ８０９）。新たに作成されたレポートが前のものと同一の場合（周期的なレポートに何かある場合）には、新しいレポートはドロップされる。ステップＳ８０８においてタイムアウトが判断されると、ステップＳ８１０において隣接デバイスのテーブルに新たにブロードキャストされたメッセージを中継していないデバイスがあるかどうか追加的にチェックする。そのようなデバイスがある場合には、手順はステップＳ８１１に分岐し、デバイスはメッセージを数回再送信する。

その後、手順はステップＳ８１２に進み、受信されたブロードキャストメッセージがブロードキャストトランザクションテーブルで新しいかどうかチェックする。新しい場合には、ステップＳ８１３において半径パラメータの値が０よりも大きいかどうかチェックする。大きい場合には、新しいメッセージは、前のステップＳ８１４において再送信されたブロードキャストメッセージで半径を１減少させた後に、ステップＳ８１５において処理及び再送信される。半径パラメータの値が１で、このデバイスで生成されるレポートがない（例えば、周期的レポートやタイムアウトレポートが要求されていない）場合には、このデバイスは、ブロードキャストリスニングテーブルに有効な子デバイスがある場合にすぐにステータスレポートを生成する。これにより、ブロードキャスト波の最後の最後に、たとえ発信元が周期的レポートやタイムアウトレポートを要求しなくてもステータスレポートの生成が可能になる。

次に、ステップＳ８１６において、デバイスには子デバイスがないか、すなわち、受信されたメッセージのすべてが半径１を有しているかチェックする。子デバイスがない場合には、デバイスはレポートメッセージを生成する必要がなく、手順はステップＳ８２６に分岐する。そうでない場合には、手順はステップＳ８１７に進み、レポートメッセージを生成すべきかどうかチェックする。生成すべきである場合には、最小の半径パラメータＲを有するメッセージを求めてブロードキャストトランザクションテーブルを検索し、そのメッセージから送信先アドレスを抽出し、そして、ユニキャスト送信によりそのアドレスを有するデバイスにレポートメッセージを送信する（ステップＳ８１８）。送信先アドレスがレポート生成デバイスと同一である場合には、手順はステップＳ８２１に直接進む。

ステップＳ８１９において、レポートメッセージがユニキャスト送信プロセスに失敗したかどうかチェックする。失敗の場合、ステップＳ８２０において現在のものよりも大きな半径を有するデバイスを求めてブロードキャストトランザクションテーブルを再び検索し、そのデバイスにレポートメッセージを送信する。これにより、デバイスがレポートを受信できない場合に、そのデバイスの潜在的な親にレポートが送信されることが可能になる。

ステップＳ８２１において、レポートメッセージが受信されたかどうかチェックする。ステップＳ８２１において、該当するデバイスがレポートメッセージを受信したと判断されると、手順はステップＳ８２２に分岐し、同一のメッセージを有する子デバイスがあるかどうかチェックする。同一のメッセージを有する子デバイスがある場合には、このメッセージの最小半径パラメータＲを求めてブロードキャストトランザクションテーブルを検索し、ステップＳ８２３においてレポート転送のためにメッセージからデバイスアドレスが抽出される。ステップＳ８２２において、そのようなメッセージがブロードキャストトランザクションテーブルで検出されない場合には、ステップＳ８２４においてこのレポートは破棄される。ステップＳ８２２において、同一のメッセージを有する１つ以上の子デバイスが検出される場合には、これらの子デバイスのアドレスは、図５のステータスレポートに挿入される、又は同一のデバイスが既にレポートに含まれている場合には置き換えられる。レポートが１つのメッセージでいっぱいの場合には、レポートを２つ以上のレポートメッセージに分割することができる。

上記のプロセスの終了後、レポート経路はブロードキャスト経路の逆順をたどっているため、ステップＳ８２５においてレポートメッセージは統合され、発信元デバイスに送信される。

次に、手順はステップＳ８２６に進み、新しいブロードキャスト送信を発信する予定があるかどうかチェックする。発信する予定がある場合には、手順はステップＳ８０２に進み、新しいブロードキャスト送信を発信する。発信する予定がない場合には、手順はステップＳ８０４に分岐し、ブロードキャストメッセージの受信をチェックする。

以下では、半径パラメータの較正及び再較正手順を第２及び第３の実施形態に基づいて説明する。

図７は、第２の実施形態に係るブロードキャスト半径の較正手順のフローチャートを示す。

手順はステップＳ９００から始まり、ステップＳ９０１において、ブロードキャストトランザクションテーブルの半径パラメータＲのすべての値を、同一のブロードキャストメッセージを受信したデバイスのすべてについて比較する。ステップＳ９０２において、比較したパラメータ値のうちの最大のものを抽出し、ステータスレポートメッセージに挿入する。上記のステップは、図６に示した上記ブロードキャストステータスレポート手順の少なくともステップＳ８０６及びＳ８０８の後に追加される。

次に、ステップＳ９０３において、ステータスレポートに新しいデバイスが追加されたかどうかチェックする。追加された場合には、ステップＳ９０４において半径パラメータＲが新しいデバイスの半径パラメータと比較され、大きいものがレポートに保持される（ステップＳ９０５）。

ステップＳ９０６において、ステータスレポートを２つ以上のレポートに分割する必要があるかどうかチェックする。分割する必要がある場合には、同一の半径パラメータが新しいステータスレポートに追加される（ステップＳ９０７）。上記のステップＳ９０３〜Ｓ９０７は、図６に示した上記ブロードキャストステータスレポート手順のステップＳ８２１の後に追加される。

ステップＳ９０８において、ブロードキャスト発信元がステータスレポートメッセージを受信すると、レポートされた半径パラメータＲが抽出され、比較される。そして、ステップＳ９０９において、最大値が較正結果として使用されるものとして選択される。そして、手順はステップＳ９１０において終了する。

較正結果が出ると、次回のブロードキャストコマンドが半径パラメータのその値を使用することにより、ブロードキャストメッセージが伝播可能なデバイスの最大数を制限することができる。決定された較正値がデフォルト値よりも小さい場合には、パケットストームは短くなる。

図８は、第３の実施形態に係るブロードキャスト半径の再較正手順のフローチャートを示す。

ブロードキャスト発信元は、図６に関連して説明された上記のステータスレポート手順を用いることができる。手順はステップＳ１００から始まり、図６の上記ステータスレポート手順がサブルーチンとして続く（ステップＳ１０１）。そして、ステップＳ１０２において、ブロードキャストメッセージを受信できないデバイスがあるかどうか、すなわち、ブロードキャストメッセージを受信していないデバイスの数が悪化していないかどうかチェックする。受信できないデバイスがある場合には、再較正が必要になり、手順はステップＳ１０３に続く。受信できないデバイスがない場合には、手順はステップＳ１０５で終了する。

ステップＳ１０３において、半径パラメータの初期値が選ばれる。この値は現在の半径よりも大きく、デフォルト値、例えば（現在の半径＋デフォルトの半径）／２よりも小さいため、再較正を完了するのにかかる時間が短くて済む。そして、ステップＳ１０４において、レポートされたブロードキャストステータスに基づいて、新しい較正結果の使用が所定の基準、例えば、すべてのデバイスがブロードキャスト送信を受信している、又は失敗率が以前と同じである等、を満たしているかどうかチェックする。満たしている場合には、再較正手順はステップＳ１０５で終了する。満たしていない場合には、手順はステップＳ１０１に戻り、較正結果が受け入れられるまで続く。

要約すると、ブロードキャスト送信は、非常に長時間続き、ネットワークの他のトラフィックを妨害するパケットストームをメッシュネットワークに発生させる。ブロードキャスト制御機構には、パケットストームの持続時間を制御する半径と称するパラメータがある。本発明は、ブロードキャスト制御機構に対してできる限り最小の半径パラメータをレポートすることによって、最小半径パラメータを動的に選択してパケットストームを最小限に減らすことを提案する。

図面及び前述の記述中に本発明を詳細に例示し且つ記載したが、そのような例示及び記述は例示的又は例証的と考えられるべきであり、限定的と考えられるべきでない。本発明は開示の実施態様に限定されない。提案された処理は、ブロードキャスト制御の失敗を回復する、大規模な無線インテリジェント照明アプリケーションのためにマルチホップ又はメッシュネットワークで伝播されるあらゆる種類のメッセージに基づく情報に適用可能である。上述の制御機構は、ブロードキャストメッセージを受信する多くのデバイスを有するどんな無線メッシュネットワークでも使用可能である。

請求する発明を実施する当業者は、図面、開示、及び添付の請求項の検討から、開示の実施態様に対する他の変形を理解し且つ行い得る。請求項において、「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」なる単語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を排除するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットは、請求項に記載される幾つかのアイテムの機能を充足する。特定の手段が相互に異なる従属請求項に引用されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。

上記の説明は、本発明の特定の実施形態について詳述する。しかし、当然ながら、文章においてどれほど詳細に見えても、本発明は、多くの手法で実施することができ、したがって、開示された実施形態に限定されない。当然ながら、本発明の特定の特徴又は態様を説明するときに使用された特定の用語は、当該用語が関連付けられている本発明の特徴又は態様の任意の特定の特性を当該用語が含むことに限定されるように、本明細書において、再定義されることが暗に示されていると解釈されるべきではない。

単一のユニット又はデバイスが、請求項に記載される幾つかのアイテムの機能を充足する。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。

図６〜図８において示したような説明された動作は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段及び／又は専用ハードウェアとして実現されてもよい。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又はその一部として供給される光学記憶媒体又は固体媒体等の適切な媒体上に記憶及び／又は分散配置されてもよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線電気通信システムを介するといった他の形式で分散配置されてもよい。

Claims (15)

1. 無線メッシュネットワークにブロードキャストされた情報を制御するための装置であって、
   どのデバイスがブロードキャスト送信の中継に成功したかを追跡するための少なくとも１つのデバイステーブルと、
   前記装置が発信した、又は隣接デバイスから受信した新しいブロードキャスト送信を記録に残すための少なくとも１つのブロードキャストテーブルと、を有し、
   前記各ブロードキャスト送信は、前記ブロードキャスト送信が破棄される前の前記メッシュネットワークを通じて許容されるホップ数を示す半径パラメータを含み、
   前記装置は、新しいブロードキャスト送信に半径パラメータを追加する、又は受信したブロードキャスト送信を転送する時に前記半径パラメータを１減少させ、
   前記装置は、メッセージを送信するのに必要であったホップ数を表す最大反復回数をメッセージ発信元にレポートするために、前記デバイステーブル及び前記ブロードキャストテーブルに与えられた情報をチェックする、装置。
2. 前記少なくとも１つのデバイステーブルは、前記装置の送信又は受信範囲内のデバイスであるどの隣接デバイスがブロードキャスト送信の中継に成功したかを追跡するための隣接テーブルを含み、
   前記少なくとも１つのブロードキャストテーブルは、前記装置が発信した、又は隣接デバイスから受信した新しいブロードキャスト送信を記録に残すためのブロードキャストトランザクションテーブルを含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記少なくとも１つのデバイステーブルは、前記装置のブロードキャスト送信の送信先デバイスであるどの子デバイスが前記ブロードキャスト送信の中継に成功したかを追跡するための子テーブルを含み、
   前記少なくとも１つのブロードキャストテーブルは、子デバイスが受信した新しいブロードキャスト送信を記録するためのブロードキャストリスニングテーブルを含む、請求項２に記載の装置。
4. 前記装置は、前記ブロードキャストトランザクションテーブルの既存のエントリを更新する際に、新しいブロードキャスト送信の半径パラメータを前のものと比較し、小さいものを前記ブロードキャストトランザクションテーブルに記録する、請求項２に記載の装置。
5. 前記装置は、前記ブロードキャストトランザクションテーブルの記録されたブロードキャストメッセージのそれぞれに与えられたレポート間隔をチェックし、前記レポート間隔に達した時に前記ブロードキャストリスニングテーブルで同一のブロードキャストメッセージを検索し、ステータスレポートメッセージを作成するために前記同一のブロードキャストメッセージを受信したすべての子デバイスにフラグを付ける、請求項３に記載の装置。
6. 前記装置は、前記ブロードキャストトランザクションテーブルの記録されたブロードキャストメッセージのそれぞれに与えられたレポートタイムアウトをチェックし、前記レポートタイムアウトが満了した時に前記ブロードキャストリスニングテーブルで同一のブロードキャストメッセージを検索し、ステータスレポートメッセージを作成するために前記同一のブロードキャストメッセージを受信したすべての子デバイスにフラグを付ける、請求項３に記載の装置。
7. 前記装置は、タイムアウト後に前記デバイステーブルにリストアップされたデバイスの中に新しいブロードキャスト送信を中継していないデバイスがある場合に、前記新しいブロードキャスト送信を再送信する、請求項１又は２に記載の装置。
8. 前記装置は、ステータスレポートメッセージが生成された場合に、前記ブロードキャストテーブルで最小の半径パラメータを有するメッセージを検索し、前記最小の半径パラメータを有するメッセージの送信先アドレスを抽出し、ユニキャスト送信を用いて抽出した前記送信先アドレスに前記ステータスレポートメッセージを送信する、請求項１又は２に記載の装置。
9. 前記装置は、ステータスレポートメッセージを受信した場合に、同一のメッセージを有する子デバイスがあれば、前記ブロードキャストトランザクションテーブルで最小の半径パラメータを有する前記同一のメッセージを検索し、前記最小の半径パラメータを有するメッセージのデバイスアドレスを抽出し、前記ブロードキャストトランザクションテーブルにそのようなメッセージがない場合には前記ステータスレポートメッセージを破棄する、請求項３に記載の装置。
10. 前記装置は、同じブロードキャストメッセージを受信したすべてのデバイスについて、前記ブロードキャストテーブルのすべての半径パラメータの値を比較し、ステータスレポートメッセージに最大反復回数を挿入する、請求項１に記載の装置。
11. 無線メッシュネットワークにブロードキャストされた情報を発信するための装置であって、前記装置は、デバイスに到達するのに必要なホップ数を示す最大反復回数を少なくとも１つの受信したステータスレポートメッセージから抽出し、抽出した前記最大反復回数の最大値を較正値として選択し、ブロードキャスト送信が破棄される前の前記メッシュネットワークを通じて許容されるホップ数を示す半径パラメータを生成し、前記ブロードキャスト送信に挿入する、装置。
12. 前記装置は、前記無線メッシュネットワークのデバイスがブロードキャスト送信を受信することができない、又は前記ブロードキャスト送信を受信できないデバイスの数が減少していると判断する場合に再較正を開始し、前記装置は、現在の値よりも大きく、デフォルト値よりも小さい半径パラメータの初期値を選択することによって再較正を開始する、請求項１１に記載の装置。
13. 複数のネットワークノードを有するメッシュネットワークであって、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の装置を有する、メッシュネットワーク。
14. 無線メッシュネットワークにブロードキャストされた情報を制御する方法であって、
    装置において、
    どのデバイスがブロードキャスト送信の中継に成功したかを追跡することと、
    前記装置が発信した、又は隣接デバイスから受信した新しいブロードキャスト送信を記録することと、
    前記ブロードキャスト送信が破棄される前の前記メッシュネットワークを通じて許容されるホップ数を示す、前記各ブロードキャスト送信に含まれる半径パラメータを新しいブロードキャスト送信に追加する、又は受信したブロードキャスト送信を転送する時に前記半径パラメータを１減少させることと、
    記録された前記ブロードキャスト送信をチェックすることと、
    メッセージを送信するのに必要としたホップ数を表す最大反復回数を測定し、メッセージ発信元にレポートすることと、
    を含む、方法。
15. 無線メッシュネットワークにブロードキャストされた情報を発信する方法であって、
    メッセージ発信元において、
    デバイスに到達するのに必要なホップ数を示す最大反復回数を少なくとも１つの受信したステータスレポートメッセージから抽出することと、
    抽出した最大反復回数の最大値を較正値として選択し、ブロードキャスト送信が破棄される前の前記メッシュネットワークを通じて許容されるホップ数を示す半径パラメータを生成し、前記ブロードキャスト送信に挿入することと、
    を含む、方法。

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