JP2022542299A - ユニキャスト用のタイムスロットをアロケーションするためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

リンク層ユニキャスト送信において生じるエンドツーエンドレイテンシを、マルチキャストグループに対するメンバシップに基づいてＴＤＭＡモードのスーパーフレームにおけるタイムスロットをシフトすることによって低減させるためのシステムおよび方法が記載される。このようにして、マルチキャストサブスクライバのすべてに対する送信が、隣接するタイムスロットを占有することが可能である。これによって、スロットのアロケーションを最適化し、マルチキャスト通信用のエンドツーエンドレイテンシが向上する。

Description

本発明の分野は、例えば、機内ワイヤレスセンサネットワーク、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）、ホームオートメーション、および低電力デバイスに使用するためなどのマルチキャスト通信である。

以下の記載は、本発明を理解するのに有用であり得る情報を含む。本明細書において提供される情報のいずれも先行技術であるか本特許請求の範囲に記載の発明に関連する、または、特にもしくは暗に参照されるいずれの刊行物も先行技術である、と認められるものではない。

現在、ワイヤレスセンサネットワーク（ＷＳＮ）の新たな用途の需要が増加している。用途の１つの例示的な領域は、特に航空機用の機内通信に関する。航空機システムがますます接続されるようになるにつれて、座席、電子機器、および他のコンポーネントの状態および正常性を決定するように、追加のセンサが航空機において利用されている。これらの増加する新たな用途の需要に伴い、すべてのＩＰ通信を達成するように、したがって相互運用性を達成するように、ＷＳＮを、インターネットプロトコル（ＩＰ）アドレッシングにより、また特にインターネットプロトコルバージョン６（ＩＰｖ６）および将来のプロトコルにより、インターネットに接続することが有用である。

しかしながら、米国電気電子学会（ＩＥＥＥ）８０２．１５．４を含む現在の標準は、元々マルチキャストをサポートしていない。代わりに、ＩＰマルチキャストを達成するようにリンク層ユニキャスト送信またはリンク層ブロードキャスト送信を利用するアルゴリズムが開発されている。リンク層ユニキャスト送信は、肯定応答に基づく再送に起因する高い信頼性を提供する一方、個々の送信がマルチキャストサブスクライバの各々に対し必要とされるとともに大きいエネルギー消費を必要とするため、エンドツーエンドレイテンシが良好でない。対照的に、ブロードキャスト送信は、すべてのマルチキャストサブスクライバに対する単一の送信に起因して、エンドツーエンドレイテンシが小さく、またエネルギー消費が小さい。しかしながら、再送および肯定応答がないため、信頼性は低い。

したがって、上記において特定される問題に対処しようとするように、様々な技法が開発されているが、各々が自身の問題を抱える。
例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａａ標準は、マルチキャスト送信用の様々な機構を識別する。標準の研究は、２０１７年第８回コンピュータ、通信およびネットワーク技術の国際学会（ＩＣＣＣＮＴ）、デリー、２０１７年、において出版されたＢ．Ｔ．ビジャ（Ｂ．Ｔ．Ｖｉｊａｙ）およびＢ．マラルコディ（Ｂ．Ｍａｌａｒｋｏｄｉ）による「ＩＥＥＥ８０２．１１ａａ」において見られる。その標準は、マルチキャスト通信によるストリーム（例えば、ボイス、オーディオ、およびビデオ）の送信の方法を扱う。

この標準を用いると、新たな制御メッセージおよび機構を追加することによって、複数のアクセスポイント間の関係が向上し得る。これに加えて、ワイヤレスネットワーク性能が、より良いチャネル選択により避けられやすい干渉により、より良く評価されることが可能である。ロードシェアもまた、ＡＰ間のブロードキャスト送信機会をスケジューリングするおよび追加するための追加の手法により、ＡＰ間において達成されることが可能である。リトライを伴うグループキャスト（ＧＣＲ）のサービスを用いて、送達可能性を増加させる肯定応答を待つことなくマルチキャストフレームが数回送られる。

しかしながら、８０２．１１ａａ標準は、ＣＳＭＡに基づく非決定的スキームである。ＧＣＲサービスは、リトライの数に応じてオーバーヘッドを追加し、リンク品質が良好であるときは非効率かつ不要となる。

別の例として、ＴＲＭ－ＭＡＣプロトコルは、現在のノード密度に対し利用可能なスロットを管理するように用いられることが可能である。ノード密度が小さい場合、最小のスロットが用いられることが可能である。大きいノード密度では、追加のスロットが追加されることが可能である。ＴＲＭ－ＭＡＣプロトコルは、エネルギーとレイテンシとの間のトレードオフを提供することによって、最小の遅延を伴ったより高い成功送信レートを得る。プロトコルに関する追加の詳細は、コンピュータネットワークにおいて２０１６年に出版された、バティア（Ｂｈａｔｉａ）およびハンスダー（Ｈａｎｓｄａｈ）による「ＴＲＭ－ＭＡＣ：レイテンシと信頼性との間のトレードオフに対するフレキシビリティを有するＷＳＮ用のＴＤＭＡベースの信頼性のあるマルチキャストＭＡＣプロトコル（ＴＲＭ－ＭＡＣ：Ａ ＴＤＭＡ－ｂａｓｅｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｍｕｌｔｉｃａｓｔ ＭＡＣ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ ＷＳＮｓ ｗｉｔｈ ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ｔｒａｄｅ－ｏｆｆ ｂｅｔｗｅｅｎ ｌａｔｅｎｃｙ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ）」に見られる。図１に示されるように、ＭＡＣフレームは、３つの部分、すなわち、コンテンションフリー期間１（ＣＦＰ１）、コンテンションフリー期間２（ＣＦＰ２）、およびコンテンションアクセス期間（ＣＡＰ）へとさらに分割される。

ＭＡＣフレームのＣＦＰ１において用いられるチャネルアクセス機構はＴＤＭＡであり、ＴＤＭＡは、マルチキャストデータを中継するように内部ノードによって用いられる。この部分におけるスロットサイズは、典型的には、マルチキャストデータを送信する（現在のデータレート、ｔ_ｄａｔａ）のに必要とされる時間に等しい。ＣＦＰ１部分におけるスロットの数は、マルチキャストスパニングツリー（ＭＳＴ）における内部ノードの数と、内部ノード用にＴＤＭＡスロットスケジューリングを行うのに用いられるアルゴリズムとに依存する。

ＭＡＣフレームのＣＦＰ２において用いられるチャネルアクセス機構もＴＤＭＡであり、自身の肯定応答（ＡＣＫ）メッセージを送信するためのＡＣＫベースのアプローチを用いたリーフノードによって用いられる。この部分におけるスロットサイズは、典型的には、ＡＣＫメッセージ（ｔ_ａｃｋ）を送信するのに必要とされる時間に等しく、通常はＣＦＰ１におけるスロットサイズよりも小さい。この部分のスロットの数は、ＭＳＴにおけるＡＣＫベースのアプローチを用いたリーフノードの数と、ＴＤＭＡスロットスケジューリングを行うのに用いられるアルゴリズムとに依存する。

ＭＡＣフレームのＣＡＰ部分において用いられるチャネルアクセス機構は、（ａ）ｊ－１－ｎＲｏｕｔｅｒｓ－ｎＡＣＫ）＊ｔ_ｃｃａによって定められる期間、チャネルが使用されていないことが分かった場合、および（ｂ）データを受信していない場合、ＮＡＣＫベースのアプローチを用いる、ローカルｉｄであるｊを有する子ノードが、ＭＡＣフレームのＣＡＰ部分においてＮＡＣＫメッセージを送信する、優先順位付けされたＣＳＭＡである。ｔ_ｃｃａは、すでに送信している他のノードがないことを保証するように、任意のセンサノードによるクリアチャネル評価（ＣＣＡ）を行うのに必要とされる時間である。ｎＲｏｕｔｅｒｓは、自身の親の内部子ノードの数である。ｔｃｃａの値は、通常ｔ_ｄａｔａ，ｔ_ａｃｋおよびｔ_ｎａｃｋよりも小さい。この機構を優先順位付けされたＣＳＭＡと呼ぶ理由は、より小さいローカルＩＤ値を有するノードが、より大きいローカルＩＤ値を有するノードと比較して、チャネルにアクセスするためのより高い優先順位を有するためである。この部分の長さは、（α－１）＊ｔ_ｃｃａ＋ｔ_ｎａｃｋとなり、ここでαは、ネットワークにおいて、任意の内部ノードにてＮＡＣＫベースのアプローチを用いたリーフ子ノードの最大数である。

ＴＲＭ－ＭＡＣは、ＣＦＰにおけるスロットアロケーションを最適化する手法を提供しないため、不利であり得る。これに加えて、ＣＣＡ動作は、隠れたノードの存在があると失敗し得る。したがって、提案された優先順位付けされたＣＳＭＡチャネルアクセス機構は、ＮＡＣＫメッセージ間のコリジョンを完全には避けない。

別の例として、ＴＤＭＡベースのワイヤレスメッシュネットワークにおける最適化ベースのレートアロケーションおよびスケジューリングが用いられることが可能である。これは、ネットワークプロトコルの２００８年ＩＥＥＥ国際学会において出版された、ワン（Ｗａｎｇ）、ムトカ（Ｍｕｔｋａ）、およびトーング（Ｔｏｒｎｇ）による記事「ＴＤＭＡベースのワイヤレスメッシュネットワークにおける最適化ベースのレートアロケーションおよびスケジューリング（Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｒａｔｅ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｉｎ ＴＤＭＡ ｂａｓｅｄ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｍｅｓｈ ｎｅｔｗｏｒｋｓ）」にさらに記載される。この記事では、著者らは、遅延およびスループットを考慮して、ＴＤＭＡプロトコルのマルチキャストおよびユニキャスト通信を最適化するように研究した。この結果を達成するように、著者らは、パーフェクトグラフの構成に基づいて、マルチ転送レートスケジューリングアルゴリズムを導入した。そのアルゴリズムは、ゲートウェイにてルーティングされたまずスパニングツリーを構成し、次いで、パーフェクトグラフを達成するべくすべてのセッションに対応するようにツリーを切り落とす。

不運にも、アルゴリズムは、自身のマルチキャスト送信用にブロードキャストスロットを用いる。これは、信頼性がないこれは集中制御を必要とし、スペシャルリユースを減少させることが可能である。これに加えて、アルゴリズムは、実施するには非常に複雑であるとともに、いくらかの計算能力を必要とする。アルゴリズムは、スロットフレーム全体にレイテンシを追加する、より大きいタイムスロットも必要とし得る。

本明細書において特定されるすべての出版物は、各個々の出版物または特許出願が参照により組み込まれるように詳細にまた個々に示された場合と同程度に、参照により組み込まれる。組み込まれた参照における用語の定義および使用が本明細書に提供される用語の定義と一貫しないまたは対照をなす場合、本明細書において提供される用語の定義が適用され、参照におけるその用語の定義は適用されない。

したがって、ユニキャスト送信においてエンドツーエンドレイテンシを低減させる必要性が依然として存在する。

本発明の主題は、リンク層ユニキャストモードを用いた低電力ワイヤレスパーソナルエリアネットワークを（６ＬｏＷＰＡＮ）におけるエンドツーエンドレイテンシを低減させるための装置、システムおよび方法を提供する。そうしたネットワークでは、リンク層（Ｌ２）におけるプロトコルは、典型的にはＩＥＥＥ８０２．１５．４であり、ネットワーク層（Ｌ３）におけるプロトコルはＩＰｖ６を採用する。

ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、低電力省エネルギープロトコルを提供する。ＩＥＥＥ８０２．１５．４プロトコルは、例えば、ホームオートメーション、ファクトリオートメーション、予知保全およびライブモニタリングを含む広範囲の用途を有する。ＩＥＥＥ８０２．１５．４はまた、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）モードを用いたとき、決定性を有することも可能である。ここで、ノード間の通信は、タイムスロットへと分割され、スーパーフレーム（ＳＦ）においてスケジューリングされる。しかしながら、任意のＴＤＭＡベースのプロトコルが用いられることが可能である。

本明細書に記載されるシステムおよび方法は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４プロトコルに関連して記載されるが、本明細書に記載されるシステムおよび方法は、マルチキャストグループのサブスクライバに対する送信の再配置がエンドツーエンド遅延を低減させることが可能である、後に発展したプロトコルとともに用いられ得ることが想定されると理解される。

そうしたネットワークにおけるレイテンシは、ＴＤＭＡモードのうちの１つにおけるときにスーパーフレームにおけるタイムスロットをシフトすることによって低減されることが可能である。タイムスロットのリアロケーションは、グループのマルチキャストサブスクライバの各々への送信が隣接するタイムスロットを占有するように、好ましくは、マルチキャストグループに対するメンバシップに基づく。これによって、有利には、最適化されたタイムスロットのアロケーションおよびマルチキャスト通信についてのエンドツーエンドレイテンシの向上を得ることが可能である。

本明細書に記載される発明の主題は、様々な用途を有する。航空機環境では、例えば、機内センサが別々のマルチキャストグループへと分割され得る。そうした環境では、ギャレーは第１マルチキャストグループを形成することが可能であり、各座席クラスは別々のマルチキャストグループを形成することが可能であり、機内ワゴン車は別々のマルチキャストグループとして形成されることが可能である。

マルチキャストグループは、用途に基づいて形成されることも可能である。例えば、乗客サービスユニットにおける酸素マスク解放が別々のグループを形成することが可能である。

本発明の主題の様々な目的、特徴、態様および利点が、以下の好ましい実施形態の詳細な説明と、同様の符号が同様のコンポーネントを表す付属の図面とから、より明らかとなる。

ＴＲＭ－ＭＡＣプロトコルを示す先行技術の図。 スマートブロードキャスト転送アルゴリズムについてのフローチャート。 スマートブロードキャスト転送アルゴリズムについての追加のフローチャート。 スーパーフレームにおけるタイムスロットの動的なアロケーションを示す図。 スーパーフレームにおけるタイムスロットのシフトを示す図。 エンドツーエンドレイテンシを低減させるための方法の１つの実施形態を示す図。

以下の記載を通して、アクセスポイント、ルータ、サーバ、サービス、インタフェース、ポータル、プラットフォーム、またはコンピュータデバイスから形成された他のシステムに関する参照がなされ得る。そうした用語の使用は、コンピュータ可読の有形な非一時的な媒体に記憶されたソフトウェア命令を実行するように構成された１つ以上のプロセッサを有する１つまたは複数のコンピュータデバイスを表すと考えられることが認識される。例えば、アクセスポイントは、予めプログラムされた役割、責任、または機能を果たすように構成されることが可能である。

以下の説明は、本発明の主題の多くの例示的な実施形態を提供する。各実施形態は、発明要素の単一の組合せを示すが、本発明の主題は、開示される要素のすべての可能な組合せを含むように考慮される。したがって、１つの実施形態が要素Ａ，ＢおよびＣを備え、第２の実施形態が要素ＢおよびＤを備える場合、本発明の主題は、明白な開示がなくても、Ａ，Ｂ，ＣまたはＤの他の残る組合せも含むように考慮される。

図２および図３は、スマートブロードキャストアルゴリズムの１つの実施形態についてのフローチャートを示す。そうした概念は、２０２０年７月３０日に出願された同時係属中の特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０／４４３１８にさらに記載される。示されるように、アルゴリズムは、リンク層ユニキャスト送信とブロードキャスト送信との両方を利用し、マルチキャスト通信における双方向性を導入する。この手法では、マルチキャストパケットは、低電力ネットワーク用のルーティングプロトコルを示すＲＰＬツリーの上下両方に横断することが可能であり、マルチキャストパケットはルート（根）までのすべての経路を横断する必要がない。

図２は、パケットを転送するための例示的な処理を示す。示されるように、モートは、宛先がマルチキャストグループであるパケットを受信する。また、パケットが好ましい親から受信されたかが決定される。

パケットが好ましい親から受信された場合、マルチキャストグループがルーティングテーブルに掲載されているかが照合される。掲載されている場合、パケットは、子の数に基づいてリンク層ユニキャスト送信またはブロードキャスト送信を用いて、下りに転送される。次いで、ノード（ノードおよびモートはワイヤレスセンサネットワークにおけるデバイスを表すように本明細書において互換に用いられる）がマルチキャストグループのメンバであるかが照合される。マルチキャストグループがルーティングテーブルに掲載されていない場合、パケットは転送されず、モートがマルチキャストグループのメンバであるかが照合される。

モートがマルチキャストグループのメンバである場合、パケットはネットワークスタックに送達され、パケットが受け入れられる。そうでない場合、パケットはドロップされる。

パケットが好ましい親から受信されなかった場合、パケットがＲＰＬツリーにおいて下から到達したか（すなわち、リンク層ユニキャスト送信から受信したか）が照合される。そうである場合、マルチキャストグループがルーティングテーブルに掲載されているかが照合される。掲載されていない場合、パケットはドロップされる。

マルチキャストグループがルーティングテーブルに掲載されている場合、パケットは、子（パケットがその子から受信された）を除いて、リンク層ユニキャストを用いて下りに転送される。次いで、モートがＲＰＬルートであるかが照合される。そうである場合、モートがマルチキャストグループのメンバであるかが照合される。メンバでない場合、パケットは好ましい親へと上りに転送される。

モートがマルチキャストグループのメンバである場合、パケットはネットワークスタックに送達され、パケットが受け入れられる。掲載されていない場合、パケットはドロップされる。

ネットワークにおけるすべてのモート（センサ）がトポロジを認識しているため、マルチキャスト送信元はネットワーク内のどこにあることも可能である。プロセッサは、関係する子の数とデューティサイクル比とに基づいて、リンク層におけるユニキャストまたはブロードキャストを利用するかを決定することが可能である。

ブロードキャスト送信中に受信されるメッセージの信頼性を向上させるため、時間同期チャネルホッピング（ＴＳＣＨ）が、ブロードキャスト再送を提供するように用いられることが可能である。図３に示されるように、パケットは、所定の回数再送されることが可能である。肯定応答が受信されないため、この再送は常に行われる。ブロードキャスト再送を送受信するためのタイムスロットが存在するように、ＴＳＣＨにおけるタイムスロットは、機能に従って分類されることが可能である。これらの再送中の受信者のエネルギーの必要を低減させるように、パケットが成功裏に受信されると、ブロードキャスト再送が受信され得る任意の残りのタイムスロットがスリープモードに設定される。したがって、受信者モートは、パケットを受信した後にスリープモードに入り、後続の再送が無視される。したがって、受信者のエネルギーの必要を低減させながら、パケットが受信される確率が増加することが可能である。

ユニキャスト送信では、サブスクライバの数が増加するにつれて、すべてのサブスクライバに対するパケットの個々の送信と送り返される肯定応答とに起因して、無線送信の数が増加する。マルチキャスト通信用のタイムスロットは、スーパーフレームにわたって広がり、エンドツーエンドレイテンシが増加し得る。

これは、少なくとも部分的には、ＴＤＭＡモードに起因する固有の遅延によって生じる。例えば、図４は、モートＢにおける例示的なタイムスロットスケジュールを示す。第１スーパーフレーム（ＳＦ１）に示されるように、モートＢからサブスクライバ１への送信用のタイムスロットには、サブスクライバ１からの受信用のタイムスロット、モートＢからその親モートＡへの送信用のタイムスロット、モートＡからの受信用のタイムスロット、およびモートＢからサブスクライバ２へのタイムスロットが続く。各タイムスロットの期間が１０ミリ秒であるとすると、サブスクライバ２への送信は、サブスクライバ１への送信後の３つのタイムスロット、または第１の送信後３０ミリ秒にて行われる。これらの３０ミリ秒は、エンドツーエンドレイテンシへと追加される。したがって、サブスクライバの数が増加するにつれて、エンドツーエンドレイテンシも増加し得る。

そうしたレイテンシを低減させるように、好ましいシステムおよび方法は、マルチキャストグループに対するメンバシップに基づいてスーパーフレームにおけるタイムスロットをシフトする。このようにして、すべてのマルチキャストサブスクライバが隣接するタイムスロットを占有することが可能である。これによって、スロットのアロケーションを最適化し、マルチキャスト通信用のエンドツーエンドレイテンシを低減させる。

この一例が図５に示される。図に示されるように、スーパーフレームにおけるタイムスロットは、マルチキャストグループに対するサブスクライバ（モート）のメンバシップに基づいて、シフト（リアロケーション）されることが可能であるため、マルチキャストサブスクライバへの送信は隣接するタイムスロットを占有する。この例では、モート１および２は、マルチキャストグループに対するサブスクライバである。したがって、スロット５の送信は、モートＢからの送信に隣接するようにスロット２へとシフトされる。これは、エンドツーエンドレイテンシにおいて最低３０ミリ秒節約されることとなる。サブスクライバの数が、航空機のような現実世界環境におけるなど大きいところでは、エンドツーエンドレイテンシは劇的に低減されることが可能である。

図６は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４プロトコルを用いたリンク層ユニキャスト送信におけるエンドツーエンドレイテンシを低減させるための、開示される実施形態に従う例示的な方法６００を示す。工程６１０では、プロセッサとメモリとを有するルータが提供されることが可能である。いくつかの実施形態では、ルータは、ネットワークにおけるアクセスポイント（ＡＰ）のコンポーネントである。

工程６２０では、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）スーパーフレームのタイムスロットが、ルータによって、１組のモートへの送信および１組のモートからの肯定応答用に動的にアロケーションされることが可能である。その１組のモートは、第１モート、第２モート、および第３モートを含む複数のモートを含むことが可能である。モートＡからのモートの各々への送信は、それによって、別個のタイムスロットにアロケーションされることが可能である。

工程６３０では、ルータまたは他のコンポーネントが、１組のモートのうちのいずれかがマルチキャストグループのメンバであるかを決定することが可能である。
第２モートが第１モートと同一のマルチキャストグループのメンバである場合、第２モートへの送信用にアロケーションされたタイムスロットは、工程６４０において、第１および第２モートへの送信用のタイムスロット同士が隣接するように、シフトされるまたはリアロケーションされることが可能である。

第３モートも第１モートと同一のマルチキャストグループのメンバであると決定された場合、第３モートへの送信用に割り当てられたタイムスロットは、工程６５０において、第２および第３モートへの送信用のタイムスロット同士が隣接するように、シフトされるまたはリアロケーションされることが可能である。

１つの態様では、ＩＥＥＥ８０２．１５．４プロトコルを用いたリンク層ユニキャスト送信におけるエンドツーエンドレイテンシを低減させるためのシステムは、プロセッサと非一時的コンピュータ可読媒体に記憶された制御スレッドとを有するルータを備える。プロセッサおよび制御スレッドは、ＴＤＭＡスーパーフレームのタイムスロットの開始にてトランシーバモジュールを動作可能にすることができる。ＩＥＥＥ８０２．１５．４プロトコルは上述されたが、任意のＴＤＭＡベースのプロトコルが用いられることが可能である。

プロセッサは、１組のモートの各々に対する送信用のタイムスロットに動的にアロケーションするように構成されることが可能である。プロセッサは、次いで、その１組のモートの各々が第１マルチキャストグループのメンバであるかを決定することが可能である。その１組のうちのモートが第１マルチキャストグループのメンバである場合、ルータは、シフトされたタイムスロットが、第１マルチキャストグループのサブスクライバへの送信用にアロケーションされたタイムスロットのうちの別のタイムスロットに隣接するように、送信用のタイムスロットをそのモートへとシフトすることが可能である。この処理は、第１マルチキャストグループのメンバであるその１組のうちのすべてのモートへの送信用にアロケーションされたタイムスロットが、それらのタイムスロットのうちの別のタイムスロットに隣接するまで、続くことが可能である。

いくつかの想定される実施形態では、プロセッサは、その１組のモートの各々が第２マルチキャストグループのメンバであるかを決定するように構成されることが可能である。プロセッサは、次いで、第２マルチキャストグループのメンバである各モートへの送信用にコロケーションされたタイムスロットをシフトすることが可能である。その結果、第２マルチキャストグループのメンバの各々への送信用の各タイムスロットは、第２マルチキャストグループのメンバへの送信用にアロケーションされたタイムスロットのうちの別のタイムスロットに隣接するようにシフトされる。

好ましくは、プロセッサは、その１組のモートを備えるワイヤレスセンサネットワークのトポロジに従うＩＥＥＥ８０２．１５．４に基づくスーパーフレームの構造を定める。
本明細書に記載されるシステムおよび方法は、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体に記憶されたプログラムによりさらに実施されることが可能である。好ましいプログラムは、プログラムがルータの１つまたは複数のプロセッサにより実行された時、ＩＰネットワークを通じたマルチキャスト通信用の１組の動作を実行するように構成される。

想定された動作は、第１モートから第２モートへのおよび第１モートから第３モートへの送信用にＴＤＭＡスーパーフレームのタイムスロットを動的にアロケーションすることを含む。ここで、各送信は、別個のタイムスロットにアロケーションされる。例えば、第１モートから第２モートへの送信は、第１タイムスロットにアロケーションされることが可能である。

別の動作は、第３モートが第２モートと同一のマルチキャストグループのメンバであるかを決定することが可能である。そうである場合、第３モートへの送信用にアロケーションされたタイムスロットは、リアロケーションされた第２タイムスロットが第１タイムスロットに隣接するように、マルチキャストグループに対する第３モートのメンバシップに基づいてリロケーションまたはシフトされることが可能である。

同様に、ＴＤＭＡスーパーフレームの第３タイムスロットは、第１モートから第４モートへの送信用に、動的にアロケーションされることが可能である。
別の動作は、第４モートが第２モートと同一のマルチキャストグループのメンバであるかを決定することが可能である。そうである場合、第４モートへの送信用にアロケーションされたタイムスロットは、リアロケーションされた第３タイムスロットが第２タイムスロットに隣接するように、マルチキャストグループに対する第４モートのメンバシップに基づいてリロケーションまたはシフトされることが可能である。

好ましくは、モート同士は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４プロトコルを用いて、低電力ワイヤレスパーソナルエリアネットワークを通じて無線で通信する。
中央のエンティティは、決定性を向上させるように、固定のスケジュール（すなわち、スーパーフレームのタイムスロットのリスト）をネットワーク内の各ノードへと分配することが可能であるが、本明細書に記載される発明の概念は、タイムスロットがノードによって互いの間の距離に基づいて動的にアロケーションされる環境における、タイムスロットアロケーションを扱う。そうした環境では、タイムスロットは、無作為にアロケーションされてよく、エンドツーエンド通信用に、より詳細には、ノードがマルチキャストパケットを送るために８０２．１５．４ユニキャスト送信を用いるマルチキャスト通信用に、最適化されなくてよい。

本明細書において用いられる際には、文脈が別段の指示をしない限り、用語「に対し結合される」は、直接的な結合（互いに結合されている２つの要素が互いに接触する）と間接的な結合（１つ以上の追加の要素が、２つの要素間に位置する）との両方を含むことを意図する。したがって、用語「に対し結合される」および「と結合される」は、同義語として用いられる。

いくつかの実施形態では、本発明の特定の実施形態を説明および請求するように用いられる、成分の量、濃度、反応条件などの特性を表す数字は、場合によっては用語「約」によって変更されると理解される。したがって、いくつかの実施形態では、明細書および添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、特定の実施形態によって得られることが求められる所望の特性に応じて変化し得る近似値である。いくつかの実施形態では、数値パラメータは、報告された有効桁数に照らして、また通常の端数処理技法を適用することによって解される。本発明のいくつかの実施形態の広い範囲を示す数値範囲およびパラメータは近似値であるにもかかわらず、特定の例に示される数値は、実施可能な限り正確に報告される。本発明のいくつかの実施形態において提示された数値は、それぞれの試験測定にて見出された標準偏差から必然的に生じる特定の誤差を含み得る。

文脈が反対のことを示さない限り、本明細書において説明されるすべての範囲が、それらの端点を含むと解され、無制限の範囲は、商業的に実行可能な値しか含まないように解される。同様に、値のすべてのリスとは、文脈が反対のことを示さない限り、中間値を含むように考慮される。

本明細書における記載においておよび以下の特許請求の範囲を通じて用いる際には、「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、文脈が明示しない限り、複数の参照を含む。また、本明細書における記載において用いる際には、「において（ｉｎ）」は、文脈が明示しない限り、「中に（ｉｎ）」および「上に（ｏｎ）」を含む。

本明細書における値の範囲の記載は、範囲内に入る各別々の値を個々に参照する簡単な方法として機能することを意図するに過ぎない。本明細書において示されない限り、範囲を伴う各個々の値は、本明細書において個々に記載されるように、本明細書に組み込まれる。本明細書に記載されたすべての方法は、本明細書において示されない限り、または文脈によって明確にされない限り、任意の適切な順序にて行われることが可能である。本明細書における特定の実施形態に対し提供される任意のおよびすべての例、または例示的な言語（例えば、「など」）の使用は、より良く本発明を示すように意図されるに過ぎず、他の請求される本発明の範囲を限定するように述べるものではない。本明細書の言語は、本発明の実施に必要な任意の請求されない要素を示すものと解されない。

本明細書に開示される本発明の代替要素または実施形態のグループ分けは、限定として解されるものではない。各グループの部材は、個別にまたはグループの他の部材または本明細書に見られる他の要素との任意の組み合わせにて参照され請求されることが可能である。グループの１つまたは複数の部材は、利便性および／または特許性の理由のため、グループに含めるか、グループから削除することが可能である。そうした包含または削除が生じるとき、本明細書では、変更されたグループを含むとみなし、したがって、添付の特許請求の範囲にて用いられるすべてのマーカッシュ形式のグループの記載を充足する。

本明細書における本発明の概念から逸脱することなく、すでに記載されたもの以外のさらに多くの修正が可能であることは、当業者に明らかである。したがって、本発明の主題は、添付の特許請求の範囲の趣旨を除いて限定されるものではない。さらに、明細書と特許請求の範囲との両方を解釈する際には、すべての用語は、文脈と一致する可能な限り広い方法により解釈される。特に、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、非排他的に、要素、コンポーネント、または工程を参照すると解され、参照される要素、コンポーネント、または工程が存在するか、利用されるか、明示的に参照されていない他の要素、コンポーネント、または工程と組み合わされる場合があることを示す。明細書の特許請求の範囲が、Ａ、Ｂ、Ｃ．．．．およびＮからなるグループから選択されたもののうちの１つ以上を参照する場合、その文章は、ＡとＮ、またはＢとＮなどではなく、グループから１つの要素のみを必要とするように解される。

Claims (16)

1. ネットワークにおけるリンク層ユニキャスト送信を用いたエンドツーエンドレイテンシを低減させるための方法であって、
   プロセッサとメモリとを有するルータを提供する工程であって、前記ルータの役割は、ネットワークトポロジの一部である任意のモートによって引き受けられることが可能である、工程と、
   モートＡから１組のモートへの送信用に時分割多元接続（ＴＤＭＡ）スーパーフレームのタイムスロットを、前記モートの各々への送信が別個のタイムスロットにアロケーションされるように、動的にアロケーションする工程であって、前記１組のモートは、第１モート、第２モート、および第３モートを備え、
   前記第１モート、前記第２モートおよび前記第３モートは、各々、第１マルチキャストグループのメンバであり、
   モートＡは、前記第１モートへの送信用に第１タイムスロットにアロケーションされる、工程と、
   前記ルータが、前記第２モートの前記第１マルチキャストグループに対するメンバシップに基づいて、モートＡから前記第２モートへの送信用に第２タイムスロットをリアロケーションする工程であって、前記第２タイムスロットが前記第１タイムスロットに隣接するように、リアロケーションされた前記第２タイムスロットがシフトされる、工程と、
   前記ルータが、前記第３モートの前記第１マルチキャストグループに対するメンバシップに基づいて、モートＡから前記第３モートへの送信用に第３タイムスロットをリアロケーションする工程であって、前記第３タイムスロットが前記第２タイムスロットに隣接するように、リアロケーションされた前記第３タイムスロットがシフトされる、工程と、を備える方法。
2. 前記ルータは、ＴＤＭＡ（時分割多元接続）ベースのプロトコルを用いて無線通信する、請求項１に記載の方法。
3. 前記ルータは、前記タイムスロットを動的にアロケーションし、前記第２タイムスロットおよび前記第３タイムスロットをリアロケーションする、請求項１に記載の方法。
4. 前記ルータは、低電力ワイヤレスパーソナルエリアネットワークを通じて無線通信する、請求項１に記載の方法。
5. 前記ルータがパケットを受信する工程と、
   前記パケットが、好ましい親であるマルチキャストグループアドレスを有するかを、前記プロセッサを用いて決定する工程と、
   送信元が前記好ましい親である場合、前記ルータが、前記マルチキャストグループアドレスが前記ルータのルーティングテーブルに掲載されているかを照合する工程と、
   前記送信元が前記好ましい親でない場合、前記パケットをドロップする工程と、
   前記マルチキャストグループアドレスが前記ルーティングテーブルに掲載されている場合にだけ、前記ルータが、子の数に応じて前記リンク層ユニキャスト送信を用いて前記パケットを下りに転送する工程と、
   前記マルチキャストグループアドレスが前記ルーティングテーブルに掲載されているかを決定した後、前記ルータが、前記第１ノードが前記マルチキャストグループのメンバであるかを照合する工程と、
   前記ルータが、前記第１ノードが前記マルチキャストグループの前記メンバであると決定した場合、前記パケットを上りに送達する工程と、をさらに備える、請求項１に記載の方法。
6. 前記送信元が前記好ましい親でない場合、前記ルータが、前記パケットが下から受信されたかを照合する工程と、
   前記ルータが、前記パケットが下から受信されたと決定した場合、前記ルータが、前記マルチキャストグループアドレスが前記ルーティングテーブルに掲載されているかを決定する工程と、
   前記ルータが、前記パケットが下から受信されなかったと決定した場合、前記パケットをドロップする工程と、
   前記マルチキャストグループアドレスが前記ルーティングテーブルに掲載されている場合、前記ルータがリンク層ユニキャスト送信を用いて前記パケットを下りに転送し、ただし、前記パケットがそこから受信された子には前記パケットを転送しない工程と、をさらに備える、請求項５に記載の方法。
7. ルータであって、
   プロセッサと、
   非一時的なコンピュータ可読媒体に記憶された制御スレッドと、を備え、
   前記プロセッサおよび前記制御スレッドは、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）スーパーフレームのスロットの開始時に、トランシーバモジュールを動作可能にし、
   前記プロセッサは、第１プロトコルを用いたリンク層ユニキャスト送信用に、１組のモートの各々への送信用のタイムスロットを動的にアロケーションし、
   前記プロセッサは、前記１組のモートの各々が第１マルチキャストグループのメンバであるかを決定し、
   前記第１マルチキャストグループの前記メンバの各々への送信用の各タイムスロットが、前記タイムスロットのうちの別のタイムスロットに隣接するべくシフトされるように、前記ルータが、前記第１マルチキャストグループのメンバである前記１組のモートの各々への送信用のアロケーションされたタイムスロットをシフトする、ルータ。
8. 前記プロセッサは、前記１組のモートの各々が第２マルチキャストグループのメンバであるかを決定し、
   前記ルータが、前記第２マルチキャストグループのメンバである前記１組のモートの各々への送信用のアロケーションされたタイムスロットを、前記第２マルチキャストグループの前記メンバの各々への送信用の各タイムスロットが、前記第２マルチキャストグループのメンバへの送信用にアロケーションされた前記タイムスロットのうちの別のタイムスロットに隣接するべくシフトされるように、シフトする、請求項７に記載のルータ。
9. 前記第１プロトコルは、ＩＥＥＥ８０２．１５．４プロトコルを含む、請求項７に記載のルータ。
10. 前記プロセッサは、前記１組のモートを備えるワイヤレスセンサネットワークのトポロジに従ってＩＥＥＥ８０２．１５．４に基づいて前記スーパーフレームの構造を定める、請求項７に記載のルータ。
11. 前記１組のモートの各々が、前記ＴＤＭＡスーパーフレームのタイムスロットのうちのアロケーションされた前記タイムスロット中に第１センサから受信された各パケットにタイムスタンプを付すことによって、送るためのデータを有するかを決定する工程をさらに備える、請求項７に記載のルータ。
12. 前記ルータは、低電力ワイヤレスパーソナルエリアネットワークを通じて無線通信する、請求項７に記載のルータ。
13. 非一時的なコンピュータ可読記憶媒体に記憶されたプログラムであって、ルータの１つまたは複数のプロセッサによる実行時、ＩＰネットワークを通じたマルチキャスト通信用に、
    第１モートから第２モートへのおよび前記第１モートから第３モートへの送信用に時分割多元接続（ＴＤＭＡ）スーパーフレームのタイムスロットを動的にアロケーションする工程であって、各送信は別個のタイムスロットにアロケーションされ、
    前記第１モートから前記第２モートへの送信は、第１タイムスロットにアロケーションされ、前記第２モートは第１マルチキャストグループのメンバである、工程と、
    前記第３モートが前記第１マルチキャストグループのメンバであるかを決定する工程と、
    前記第３モートが前記第１マルチキャストグループの前記メンバである場合、前記第３モートへの送信用にアロケーションされた第２タイムスロットを、前記第３モートの前記第１マルチキャストグループに対するメンバシップに基づいてリアロケーションする工程であって、リアロケーションされた前記第２タイムスロットは、前記第２タイムスロットが前記第１タイムスロットに隣接するようにシフトされる、工程と、を備える動作を実行する、プログラム。
14. 前記第１モートから第４モートへの送信用にＴＤＭＡスーパーフレームの第３タイムスロットを動的にアロケーションする工程と、
    前記第４モートが前記第１マルチキャストグループのメンバであるかを決定する工程と、
    前記第４モートが前記第１マルチキャストグループの前記メンバである場合、前記第３タイムスロットを、前記第４モートの前記第１マルチキャストグループに対するメンバシップに基づいてリアロケーションする工程であって、リアロケーションされた前記第３タイムスロットは、前記第３タイムスロットが前記第２タイムスロットに隣接するようにシフトされる、工程と、をさらに備える、請求項１３に記載のプログラム。
15. 前記モート同士は、米国電気電子学会（ＩＥＥＥ）８０２．１５．４プロトコルを用いて無線通信する、請求項１３に記載のプログラム。
16. 前記モート同士は、低電力ワイヤレスパーソナルエリアネットワークを通じて無線通信する、請求項１３に記載のプログラム。

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