JP2020048189A - ワイヤレスメッシュネットワークおよびデータ送信方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、プロトコルの一実施形態のデューティーサイクル化されたオペレーションを示している。すべてのネットワークノードは、アクティブフェーズのみにおいて周期的に自分のトランシーバをオンにする。実施形態においては、任意の2つの連続したアクティブフェーズの間において、すべてのネットワークノードは、スリープであるか、またはプロトコルの範囲外の他の何かをするのにビジーであるかのいずれかである。主要な給電されるデバイスにとっては、アクティブフェーズは、いくつかの実施形態においては、それらの間に最小のスリープインターバルを伴ってまたはスリープインターバルを伴わずに立て続けの様式で現れることが可能である。そのようなアプローチは、バッテリー消費を犠牲にしてプロトコルの待ち時間を著しく低減することが可能である。
1つのアクティブフェーズは、複数のフラッディングラウンドへと分割され、それぞれのフラッディングラウンドは、別々の目的を達成することを試みる。図2は、一実施形態の方法10を示している。通信プロトコルの一実施形態に含まれる複数の異なるステージ(たとえばステージa〜e)がある:
a) 時刻同期: 最初に、方法10のステップ12において、シンクロナイザ(またはシンクロナイザノード)と呼ばれる、ネットワーク内の専用のノードが、ネットワークをフラッドし、それによってノードどうしが、フラッドされたデータパケットと、これらのデータパケット内に含まれている情報との受信のタイムスタンプに基づいて自分たち自身を同期することが可能である。言い換えれば、ネットワークが同期フラッディングラウンドにおいてフラッドされ、それによって、ネットワーク内のノードどうしが時間同期される。その他の実施形態においては、シンクロナイザは、ソースノード、宛先ノード、または中継ノードのうちの1つであることが可能である。いくつかの実施形態においては、シンクロナイザは、専用のノード、ならびに、ソースノード/宛先ノード/中継ノードのうちの1つであることが可能である。
ステージbにおいて、センサからのデータを直近に受信したいずれのアクチュエータも、ステージcにおいてネットワークをフラッドして、少なくとも、自分に宛てられた成功した受信を告知しなければならない。しかしながら、同じアクチュエータは、その他のセンサとアクチュエータとがそれらの間で成功裏に通信したことを知っていた可能性がある。これは、ステージbにおいて自分自身のデータを受信しなかったアクチュエータが、(ステージbにおいて自分のデータを受信した)その他のアクチュエータが成功した受信を告知している場合に、ステージcにおいて受信機として機能するからである。そのようなアクチュエータが、ステージbにおいて、自分に宛てられたデータを受信した場合は常に、それらのアクチュエータは、自分への成功した送信(すなわち、自分の直近の受信)をカプセル化しているデータ、ならびに前のcステージにおいて自分が知ったその他の対応するセンサ/アクチュエータペアの間におけるデータをフラッドすることも可能である。
ワイヤレス通信は、固有の信頼性問題を有している。センサどうし(ソースノードどうし)またはアクチュエータどうし(宛先ノードどうし)は、ステージbおよびcにおいて互いの間で通信することができないのが典型的である。しかしながら、シンクロナイザまたは中継ノードなどのその他のノードは、それらからのデータを聞くことが可能である。実施形態は、漏れ聞くこれらの機会を活用して、ピギーバッキング、アグリゲーティング、またはマージングオペレーションを通じて通信エンティティーどうしの間においてデータを間接的に送信する。この説明の残りに関しては、ピギーバッキング、アグリゲーション、およびマージングは、同義語とみなされることが可能である。実施形態は、以降で記述されているようにピギーバッキングのための2つのメカニズムを採用する。
データソースノード(センサ)は典型的に、アプリケーション報告インターバルTappとして定義されることが可能である特定の頻度で宛先ノード(アクチュエータ)へデータを周期的に報告するようにアプリケーションによって要求される。所与のTappにおいて、実施形態は、複数のアクティブフェーズを周期的にスケジュールすることが可能である。アクティブインターバルの値は、それがTappの因数になるように選ばれることが可能である。これは、ソースノードから宛先ノードへ、およびその逆へデータを送信するための単一のTappインターバル内に複数のアクティブフェーズが存在するということを意味している。シンクロナイザノードがステージbおよびcのいずれかにおいてソースノードまたは宛先ノードのいずれかから何かを聞いた場合には、シンクロナイザノードは、現在のTappインターバルに属しているすべての次なるアクティブフェーズにおいてこの情報をピギーバックする。Tappの終わりに、シンクロナイザノードは、漏れ聞いた(overheard information)情報を破棄し、新たに開始する。次なるTappの始まりに、すべてのノードは、古い情報を取り除くことが可能であり、前のインターバルからの情報を伝達するのを止める(stop)ことが可能である。Tappの終わりに、ソースノードは、送信するための新たな情報を有する場合がある。したがって、古い情報は廃れる場合がある。これは、データを周期的に報告するアプリケーションに特に関連している場合がある。しかしながら、プロトコルは、たとえ非周期的なトラフィックをアプリケーションが生成しても機能する。一般に、送信するための新たな情報をアプリケーションが有している場合には、ノードは、廃れた情報を伝達するのを止めることが可能である。
シンクロナイザノード、ソースノード、または宛先ノードによってネットワークにおいてデータがフラッドされるにつれて、データパケットは、メッシュネットワークのさまざまな部分をたどる。このプロセスにおいて、データパケットは、自分たちのそれぞれの宛先ノードへまだ送達されていない自分たち自身の情報を有しているノードどうしを通って遷移することが可能である。上述のメカニズムは、これらのノード(ソース/宛先)が、これらが自分たち自身のデータを送信できる前に、その後のフラッディングラウンド(ステージbおよびステージc)またはその後のアクティブフェーズを待つことを必要とする。これは、さらなる通信待ち時間をもたらす。本明細書において記述されている実施形態は、ノード(ソース/宛先)が、同じフラッディングラウンド内で、受信されたパケット上で自分自身の情報をすぐにピギーバックすることを可能にすることによって、この制限を克服する。この目的のために、差別化された転送スキームが記述される。
それぞれのフラッディングラウンド内に、送信のための特定のタイムスロットがある。ステージa、b、およびcにおけるフラッディングラウンドのうちのいずれかにおいて、ノードが、その他のノードへ送信されるべき自分自身の情報を有していて、データパケットを受信したばかりである場合には、そのノードは、自分自身の情報でピギーバックされたこのデータパケットの送信を優先するべきである。そうするために、そのノードは、同じタイムスロットにおいてそのデータパケットを聞いた、およびまったく同じデータパケットを中継することを必要とするだけであるノードと比較して、ピギーバックされたデータパケットを送信する前に、より少ない数のスロットを待つべきである。ピギーバックされたデータは、受信されたデータと同じ形態である。すなわち、再送信されたピギーバックされたデータは、ソースから宛先へいかなる損失も伴わずにその当初の形態で送達される。ピギーバックされたデータ内の情報は、その他のデータとマージすることによって失われることはない。
Claims (20)
- 複数のノードを備える時間同期されたネットワークであって、前記複数のノードがそれぞれ、
受信機と、送信機と、コントローラと、プログラム命令を格納するメモリとを備え、前記複数のノードが、前記ネットワーク内の時間同期されたデータ再送信に参加するのに適しており、
前記複数のノードが、複数のソースノードと、複数の宛先ノードと、少なくとも1つの中間ノードとを備え、
前記複数のソースノードのうちの各々の前記それぞれのプログラム命令が、前記それぞれのコントローラによって実行されたときに、
第1のフラッディングラウンドにおいて前記それぞれの送信機を介してその他のソースノードとコンカレントに複数の対応する宛先ノードへデータを送信することを前記それぞれのコントローラに行わせ、
前記複数の宛先ノードの前記それぞれのプログラム命令が、前記それぞれのコントローラによって実行されたときに、
前記それぞれの受信機を介して複数の対応するソースノードからデータを受信することを前記それぞれのコントローラに行わせ、
前記中間ノードの前記それぞれのプログラム命令が、前記それぞれのコントローラによって実行されたときに、
前記それぞれの受信機を介して前記複数のソースノードのうちの少なくとも1つからデータを受信することと、
前記それぞれの送信機を使用して、前記受信されたデータを、そのデータが受信された形態で再送信することとを前記それぞれのコントローラに行わせる、
時間同期されたネットワーク。 - 前記複数の宛先ノードの前記それぞれのプログラム命令がさらに、前記それぞれのコントローラによって実行されたときに、前記対応するソースノードからデータが受信されたときに第2のフラッディングラウンドにおいてその他の宛先ノードとコンカレントに信号を送信することを前記それぞれのコントローラに行わせ、前記信号が、前記対応するソースノードからの前記データが成功裏に受信されたということを示す、請求項1に記載のネットワーク。
- 前記複数のソースノードの前記それぞれのプログラム命令がさらに、前記それぞれのコントローラによって実行されたときに、単一のチャネル上で、または複数のチャネル上で前記データを送信することを前記それぞれのコントローラに行わせる、請求項1に記載のネットワーク。
- 前記複数のノードが、シンクロナイザノードを備え、前記シンクロナイザノードの前記それぞれのプログラム命令が、前記それぞれのコントローラによって実行されたときに、前記複数のノードが時間同期されるように同期フラッディングラウンドにおいて前記ネットワークをフラッドさせることを前記それぞれのコントローラに行わせる、請求項1に記載のネットワーク。
- 前記複数のソースノードの前記それぞれのプログラム命令がさらに、前記それぞれのコントローラによって実行されたときに、データが前記ソースノードにおいて作成されたかどうかに基づいて、データが送信されるべきであるかどうかを決定することと、データを作成した前記その他のソースノードとコンカレントに前記第1のフラッディングラウンドにおいて前記データを送信することとを前記それぞれのコントローラに行わせる、請求項1に記載のネットワーク。
- 前記複数の宛先ノードのうちの少なくとも1つの前記それぞれのプログラム命令がさらに、前記それぞれのコントローラによって実行されたときに、受信されたときに最強の信号を有しているデータを処理することを前記それぞれのコントローラに行わせる、請求項1に記載のネットワーク。
- 前記複数のソースノードの前記それぞれのプログラム命令がさらに、前記それぞれのコントローラによって実行されたときに、前記第1のフラッディングラウンドを少なくとも1回繰り返すことを前記それぞれのコントローラに行わせ、前記複数の宛先ノードの前記それぞれのプログラム命令がさらに、前記それぞれのコントローラによって実行されたときに、前記第2のフラッディングラウンドを少なくとも1回繰り返すことを前記それぞれのコントローラに行わせる、請求項2に記載のネットワーク。
- 前記複数のソースノードの前記それぞれのプログラム命令がさらに、前記それぞれのコントローラによって実行されたときに、前記対応する宛先ノードから前記信号を受信することと、前記対応する宛先ノードによって前記信号が受信されたと決定することと、データの送信を停止することとを前記それぞれのコントローラに行わせる、請求項2に記載のネットワーク。
- 少なくとも1つの宛先ノードの前記それぞれのプログラム命令がさらに、前記それぞれのコントローラによって実行されたときに、データが成功裏に受信されたということを示す前記複数の宛先ノードのうちの別の宛先ノードからの信号を受信することと、前記宛先ノードの前記対応するソースノードからデータを受信することと、前記宛先ノード向けに意図されているデータが成功裏に受信されたということを示すさらなる信号と、前記別の宛先ノードによってデータが成功裏に受信されたという情報とを送信することとを前記それぞれのコントローラに行わせる、請求項2に記載のネットワーク。
- 前記中間ノードが、データを作成するソースノードと、データを消費する宛先ノードと、データを作成または消費しない中継ノードとのうちの少なくとも1つである、請求項1に記載のネットワーク。
- 前記シンクロナイザノードの前記それぞれのプログラム命令がさらに、前記それぞれのコントローラによって実行されたときに、ソースノードとそれらのソースノードの対応する宛先ノードとの間における成功した送信に関する情報を前記同期フラッディングラウンド内に含めることを前記それぞれのコントローラに行わせる、請求項4に記載のネットワーク。
- それぞれのフラッディングラウンド内に、送信用のタイムスロットがあり、前記少なくとも1つの中間ノードの前記それぞれのプログラム命令がさらに、前記それぞれのコントローラによって実行されたときに、再送信されるべきデータを受信することと、送信されるべきデータを前記ノードが既に有しているかどうかを決定することと、送信されるべきデータを前記ノードが既に有している場合に、より早い送信スロットを選択することと、受信されたデータと、前記ノードが既に有しているデータとを前記より早い送信スロットにおいて送信することとを前記それぞれのコントローラに行わせる、請求項2に記載のネットワーク。
- 前記少なくとも1つの中間ノードの前記それぞれのプログラム命令がさらに、前記それぞれのコントローラによって実行されたときに、データが受信され、送信すべきデータを前記ノードが既に有しているときには、前記送信スロットを決定するためにインターバル[0,S_MAXpiggyback]から待機スロットの数Spiggybackを選択することと、データが受信され、送信すべきデータを前記ノードが既に有しているわけではないときには、前記送信スロットを決定するためにインターバル[S_MAXpiggyback+1,S_MAXrelay]から待機スロットの数Srelayを選択することとを前記それぞれのコントローラに行わせる、請求項12に記載のネットワーク。
- 前記中間ノードの前記それぞれのプログラム命令がさらに、前記それぞれのコントローラによって実行されたときに、さらなるデータが受信されるときに前記インターバル[0,S_MAXpiggyback]から待機スロットの数S_NEWpiggybackを決定することと、更新された送信スロットを、前記送信スロットと、現在のタイムスロット+前記待機スロットS_NEWpiggyback+1とのうちでより早い方としてスケジュールすることとを前記それぞれのコントローラに行わせる、請求項13に記載のネットワーク。
- ワイヤレスセンサおよび/もしくはアクチュエータネットワークまたはサイバーフィジカルシステムである、請求項1に記載のネットワーク。
- 受信機と、送信機と、コントローラと、プログラム命令を格納するメモリとを備えるノードであって、複数のノードを有するネットワーク内の時間同期されたデータ再送信に参加するのに適しており、前記プログラム命令が、前記コントローラによって実行されたときに、
前記受信機を介して前記ネットワーク内の複数のソースノードからデータを受信することと、
第1のフラッディングラウンドにおいて前記それぞれの送信機を介して前記複数のソースノードのうちの少なくとも1つとコンカレントに前記ネットワーク内の複数の宛先ノードへデータを送信することと、
前記送信機を使用して、前記受信されたデータを、そのデータが受信された形態で再送信することとを前記コントローラに行わせる、
ノード。 - 複数のソースノードと、複数の宛先ノードと、少なくとも1つの中間ノードとを備える自律的な時間同期されたノードのネットワークにおけるフラッディングを使用するデータ送信の方法であって、
第1のフラッディングラウンドにおいて前記複数のソースノードからコンカレントに、対応する宛先ノードへデータを送信することと、
前記対応するソースノードから前記複数の宛先ノードにおいてデータを受信することと、
前記複数のソースノードのうちの少なくとも1つから前記少なくとも1つの中間ノードにおいてデータを受信することと、
前記受信されたデータを、そのデータが受信された形態で前記少なくとも1つの中間ノードにおいて再送信することと
を備える方法。 - 自律的な時間同期されたノードのネットワークにおけるフラッディングを使用するデータ送信の方法であって、ノード内で、
前記ネットワーク内の複数のソースノードからデータを受信することと、
第1のフラッディングラウンドにおいて前記複数のソースノードからコンカレントに前記ネットワーク内の複数の宛先ノードへデータを送信することと、
前記受信されたデータを、そのデータが受信された形態で再送信することと
を備える方法。 - コンピュータプログラム命令を備える非一時的ストレージメディアであって、前記コンピュータプログラム命令が、プロセッサによって実行されたときに、請求項17に記載の方法を前記プロセッサに実行させるように構成される、非一時的ストレージメディア。
- コンピュータプログラム命令を備える非一時的ストレージメディアであって、前記コンピュータプログラム命令が、プロセッサによって実行されたときに、請求項18に記載の方法を前記プロセッサに実行させるように構成される、非一時的ストレージメディア。
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