JP5128007B2 - マルチホップ無線ネットワーク内のノードのランクを確定する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、包括的には、無線メッシュネットワークに関し、より詳細には、スマートグリッドネットワークにおいてゲートウェイと複数の無線デバイスとの間でデータをルーティングすることに関する。

無線メッシュネットワーク
無線メッシュネットワーク（ＷＭＮ：ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｍｅｓｈ ｎｅｔｗｏｒｋ）は、メッシュトポロジーで配置されたノード、例えば無線ノードの通信ネットワークである。ＷＭＮの展開は、ラストマイルインターネットデリバリ（ｌａｓｔ−ｍｉｌｅ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｄｅｌｉｖｅｒｙ）、分散センシング、及びスマートグリッドネットワーク展開を含む多くの用途によって推進されている。

図１は、ゲートウェイノード１１０及び複数のクライアントノード１２０を含むＷＭＮ１００の例を示す。ゲートウェイノードは、有線通信リンク又は無線通信リンクを用いてバックホール（図示せず）に接続される。ゲートウェイノードは、複数のクライアントノードと無線で通信する（１２５）。ＷＭＮ内のデータトラフィックは、クライアントノードからゲートウェイノードへの内向きトラフィック１３０、ゲートウェイノードからクライアントノードへの外向きトラフィック１４０、及びクライアントノード間のポイントツーポイントトラフィック１５０を含む。

ＷＭＮ内のクライアントノードは、通常、静止しているが、クライアントノードの任意の対間の無線リンクの品質は、一般に、不安定であり、フェージング効果及び干渉のために時間とともに変動する。無線リンクのこの不安定性の性質によって、リンク状態変化に対処し、信頼性を持って低レイテンシでデータパケットを配信し、簡便さ及び柔軟性を維持することができる、ＷＭＮのためのインテリジェントルーティングプロトコル設計が必要とされる。

ＷＭＮにおけるＤＡＧベースルーティング
無線ネットワークでは、複数のルーティングプロトコルが、ネットワーク状態情報を追跡するために、ネットワークのトポロジーの抽象化として無閉路有向グラフ（ＤＡＧ：ｄｉｒｅｃｔｅｄ ａｃｙｃｌｉｃ ｇｒａｐｈ）を用いる。ＤＡＧベースルーティングプロトコルの例は、低電力で損失のあるネットワーク用のＩＰｖ６ルーティングプロトコル（ＲＰＬ：ｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｌｏｓｓｙ ｎｅｔｗｏｒｋｓ）である。ＲＰＬは、インターネットエンジニアリングタスクフォース（ＩＥＴＦ：Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔａｓｋ Ｆｏｒｃｅ）によって現在開発中である。

図２は、ＤＡＧ２００の例を示す。ＤＡＧは、全てのエッジが、サイクルが存在しないような向きにある有向グラフである。ＲＰＬは、ＤＡＧトポロジーに基づくルーティングプロトコルである。ＲＰＬで生成される各ＤＡＧについて、ルートノード２１０が存在する。ＤＡＧルートノード２１０は、通常、ＷＭＮ内のゲートウェイノードである。ＤＡＧ内の全てのエッジ２２０は、ルートノード２１０の方を向き、ルートノード２１０で終わる。ＤＡＧ内の各ノードは、ランク２３０に関連付けられる。ＤＡＧルートへの任意の経路に沿うノードのランクは、サイクルを回避するために単調減少している。

ＤＡＧを構築するために、ゲートウェイノードは、制御メッセージ、すなわちＤＡＧ情報オブジェクト（ＤＩＯ：ＤＡＧ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｂｊｅｃｔ）を発行する。ＤＩＯは、ＤＡＧに関する情報を伝える。その情報は、ＤＡＧを識別するためのＤＡＧＩＤ、クライアントノード用のランク情報、ＤＡＧ内で用いられるメトリック及びランクを計算する方法を指定する目的コードポイント（ＯＣＰ：ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｃｏｄｅ ｐｏｉｎｔ）によって識別される目的関数を含む。

ＤＩＯメッセージを初めて受信する各クライアントノードは、クライアントノードのペアレントリストにＤＩＯの送信機を付加し、ＯＣＰに従ってクライアントノード自身のランクを確定し、更新されたランク情報を有するＤＩＯメッセージを送信する。一般に、クライアントノードは、ＤＩＯメッセージを受信した後、以下のオプションを有する。ノードは、ＲＰＬによって推奨されるいくつかの基準に基づいてＤＩＯを廃棄することもできるし、又はＯＣＰ及び現在の経路コストに従って既存のＤＡＧ内の位置を維持するように若しくはより低いランクを得ることによって位置を改善するようにＤＩＯを処理することもできる。

ＤＡＧが構築された後、各ノードは、次ホップノードとしてペアレントを選択することによって、任意の内向きトラフィックを転送することができる。図２に示すように、ノード０はランク０を有し、ノード１〜３はランク１を有し、ノード４〜７はランク３を有し、ノード８〜１０はランク４を有する。

ゲートウェイノードからクライアントノードへの外向きトラフィックをサポートするために、クライアントノードは、宛先アドバタイズメントオブジェクト（ＤＡＯ：ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ ａｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔ ｏｂｊｅｃｔ）と呼ばれる制御メッセージを発行する。ＤＡＯで伝えられる情報は、ノードのランクを含む。ランクは、クライアントノードに対する距離、及び、外向き経路に沿ってノードを記録する逆ルート情報（ｒｅｖｅｒｓｅ ｒｏｕｔｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を確定するために用いられる。ＤＡＯメッセージが、ゲートウェイノードによってクライアントノードから受信された後、ＤＡＧによって示される内向き経路内の全ての中間ノードが、ＤＡＯメッセージの逆経路情報内に記録され、ゲートウェイノードからクライアントノードまでの完全な外向き経路が確定される。

スマートグリッドネットワーク用のＤＡＧベースルーティング
スマートグリッドは、エネルギーを節約し、コストを低減し、信頼性を増すように家庭用電気製品を制御するデジタル技術を用いて、電気事業者から家庭に電気を配信する。スマートグリッドは、情報及び通信技術をエネルギー技術と統合して、２方向の電力の流れを可能にし、発電、送電、及びエンドユース利益のためのシームレスなオペレーションを達成し、再生可能エネルギー及び電気による自動車の幅広い採用を可能にする。

現在、ほとんどの電気事業者は、電気メーターからデータを収集するために、自動メーター読取り（ＡＭＲ：ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｍｅｔｅｒ ｒｅａｄｉｎｇ）システムを用いる。ＡＭＲシステムは、通常、無線周波数ベースであり、（ゲートウェイを介して）メーターからデータ読取りデバイスへの１方向通信を提供する。ＡＭＲの使用は、ユーティリティプロバイダーに、メーターを読み取るための各ロケーションへの定期的な外出の費用を節約させる。

しかし、スマートグリッドシステムは、更にもう１つ先を進み、ＡＭＲよりも多くの特徴を提供すると予想される。高度スマートグリッドシステムは、ユーティリティが、電気使用量を追跡し、最新の電気料金を消費者に知らせ続け、遠隔ユーティリティ管理を実行することを全てリアルタイムに可能にする２方向通信を提供すると予想される。これらの機能を使用可能にすることについての１つの解決策は、マルチホップ無線メッシュネットワークであって、（或る特定のエリア内の）全ての電気メーターをゲートウェイに接続し、そしてゲートウェイは、上述した管理を実行するコントロールセンターに（おそらく有線で）接続されるマルチホップ無線メッシュネットワークを配備することである。こうしたネットワークは、通常、高度検針インフラストラクチャ（ＡＭＩ：ａｄｖａｎｃｅｄ ｍｅｔｅｒｉｎｇ ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）と呼ばれる。

ＡＭＩネットワーク用のＤＡＧベースルーティングを提供することが望まれている。

本発明の実施の形態は、高度検針インフラストラクチャ（ＡＭＩ）ネットワークにおけるオペレーションをサポートするＤＡＧベースルーティングプロトコルのための方法を提供する。オペレーションの例は、
内向きユニキャストトラフィック：ｔ_μ秒ごとに、各メーターは、電気使用量の測定値を、ゲートウェイを介して接続されたコントロールセンターに送信する、
外向きユニキャストトラフィック：コントロールセンターは、制御情報を各メーターに送信することによってエネルギー使用量管理制御を提供する、
外向きブロードキャストトラフィック：ｔ_ｂ秒ごとに、コントロールセンターは、最新の電気料金を全てのメーターにブロードキャストする、
である。

本発明の実施の形態は、内向きユニキャストトラフィックについてエンドツーエンドの高い信頼性を提供することを容易にする、ＤＡＧの構築及びメンテナンスにおける新規なランク確定方法を開示する。また、いくつかの実施の形態は、逆経路記録メカニズムを用いて、外向きユニキャストトラフィックのルートを確立する。さらに、実施の形態は、詳細で効率的なＤＡＧメンテンスメカニズムを開示する。このＤＡＧメンテンスメカニズムは、いかなるリンク不安定性にもＤＡＧ構造が迅速に適応することを可能にし、したがって、内向きトラフィック及び外向きトラフィックの両方について信頼性のある経路を提供する。

実施の形態は、マルチホップ無線ネットワーク内のノードのランクを確定する方法を開示し、ネットワークは、ゲートウェイノード、クライアントノード、及びリレーノードを含み、ノードｐ（ｉ）は、ランクを有するノードｉのデフォルトペアレントであり、ネットワークは、無閉路有向グラフ（ＤＡＧ）トポロジーを用いる。本方法は、無線リンクを通じてノードからデフォルトペアレントノードへ少なくとも１つのデータパケットを送信するステップと、データパケットの最も近時の送信のうちの成功した送信の数を計数するステップと、最も近時の送信における成功した送信の数に基づいて、無線リンクの予想送信時間（ＥＴＸ：ｅｘｐｅｃｔｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｉｍｅ）を求めるステップと、ペアレントノードのランク及びＥＴＸに基づいてノードにランクＲ（ｉ）を割り当てるステップとを含む。

無線メッシュネットワーク（ＷＭＮ）の例を示す図である。 ＷＭＮ用の無閉路有向グラフ（ＤＡＧ）構造を示す図である。 本発明の実施形態によるマルチホップ無線ネットワーク内のノードのランクを確定する方法のブロック図である。 ゲートウェイノードの状態遷移図である。 メーターノードの状態遷移図である。 ＤＡＧメンテナンス状態においてゲートウェイノードによって実行されるオペレーションのフローチャートである。 ＤＡＧへの合流（Ｊｏｉｎｉｎｇ−ｔｈｅ−ＤＡＧ）状態においてメーターノードによって実行されるオペレーションのフローチャートである。 ＤＡＧメンテナンス状態においてメーターノードによって実行されるオペレーションのフローチャートである。 図８で規定されるオペレーションセット１のフローチャートである。 図８で規定されるオペレーションセット２のフローチャートである。 図８で規定されるオペレーションセット３のフローチャートである。

本発明の実施形態は、ゲートウェイノード、クライアントノード、及びリレーノードを含むマルチホップ無線ネットワークで動作する。ノードｐ（ｉ）は、ランクＲ（ｐ（ｉ））を有するノードｉのデフォルトペアレントである。ネットワークトポロジーは、無閉路有向グラフ（ＤＡＧ）に従って配置される。

本発明の実施形態は、マルチホップ無線ネットワーク内のノードｉのランクを、リンクＬ（ｉ，ｐ（ｉ））の予想送信時間（ＥＴＸ）及びデフォルトペアレントのランクに基づいて動的に確定することができるという認識に基づく。

ネットワーク情報
図１に示すように、本発明のいくつかの実施形態は、１つのゲートウェイノード（０）１１０及びｎ個のメーター１２０（ノード１，ノード２，．．．，ノードｎ）を有する高度検針インフラストラクチャ（ＡＭＩ）ネットワークを用いる。ネットワーク内の各ノードは、ノードＩＤ、例えばノードのインターネットプロトコル（ＩＰ）アドレスによって一意に識別される。

各ノードｉ（ｉ＝１，２，．．．，ｎ）に格納されるネットワーク情報は、ノードｉのランク、ペアレントリスト、デフォルトペアレントのノードＩＤ、宛先リスト、及びブロードキャストシーケンス番号（０の初期値を有する）を含む。

ペアレントリストの各エントリーは、ペアレントノードのＩＤ、ペアレントノードのランク、及びノードｉからペアレントノードへのリンクの予想送信時間（ＥＴＸ）を含む。

宛先リストの各エントリーは、宛先ノードのＩＤ及び次ホップノードのＩＤを含む。ノードｉのデフォルトペアレントは、そのノードのペアレントリスト内にあり、ペアレントリスト内の全てのノードの中で最も低いランクを有する。

ゲートウェイノード０によって格納されるネットワーク情報は、ゲートウェイノードのランク、例えば定数ｎ、宛先リスト、及びブロードキャストシーケンス番号（初期値１を有する）を含む。

データパケット転送ルール
内向きユニキャスト転送
ゲートウェイ宛ての内向きデータパケットを生成又は受信するメーターノードは、パケットをデフォルトペアレントに転送する。パケットは、ノードがデフォルトペアレントを持たない場合、廃棄される。

外向きユニキャスト転送
メーターノード宛ての外向きデータパケットを生成又は受信するノードは、宛先リスト内の宛先ノードのエントリーを検索し、そのエントリーによって示される次ホップノードにパケットを転送する。パケットは、エントリーが発見されない場合、廃棄される。

外向きブロードキャスト転送
外向きブロードキャストトラフィックを生成するゲートウェイノードは、ブロードキャストシーケンス番号を、生成される各ブロードキャストパケットｉに付加し、各ブロードキャスト後にブロードキャストシーケンス番号を１つだけインクリメントする。シーケンス番号ｋを有するブロードキャストデータパケットを受信するメーターノードは、自身のブロードキャストシーケンス番号ｌをチェックする。ｌ＜ｋの場合、メーターノードは、パケットを再ブロードキャストし、自身のブロードキャストシーケンス番号をｋに変更する。そうでない場合、メーターノードはパケットを廃棄する。

ランク確定
図３は、マルチホップ無線ネットワーク内のノードｉのランクを確定する方法３００のブロック図を示す。ネットワークは、ゲートウェイノード、クライアントノード、及びリレーノードを含み、ノードｐ（ｉ）は、ランクＲ（ｐ（ｉ））３５０を有するノードｉのデフォルトペアレントであり、ネットワークは無閉路有向グラフ（ＤＡＧ）トポロジーを用いる。本発明の実施形態によって用いられる例示的なネットワークが図２に示される。実施の形態では、ゲートウェイノード２１０のランクは、定数値ｎに設定される。

方法３００は、ランクＲ（ｉ）をノードｉ（ｉ＝１，２，．．．，ｎ）に割り当てる（３４０）。クライアントノード及びリレーノード２１５等のＤＡＧ内の他のノードのランク値は、リンクＬ（ｉ，ｐ（ｉ））のＥＸＴ、すなわちＥＸＴ（ｉ，ｐ（ｉ））３３５と、デフォルトペアレントのランク３５０とに基づいて、
Ｒ（ｉ）＝Ｒ（ｐ（ｉ））・ＥＴＸ（ｉ，ｐ（ｉ））＋Ａ （１）
に従い動的に確定される。ここで、Ａ３６０は定数である。実施の形態では、定数Ａは１である。

いくつかの実施形態では、どのリンクのＥＸＴも初期値は１である。ｍ個のデータパケットが、リンク、例えばリンクＬ（ｉ，ｐ（ｉ））を通じて送信された（３１０）後、ＥＴＸ値が求められる（３３０）。したがって、各リンクのＥＴＸの値は経時的に変化する。

ＥＴＸ測定
リンク（ｉ，ｋ）のＥＴＸ測定は、
ＥＴＸ（ｉ，ｊ）＝ｍ／ｓ （２）
に従って、ノードｉからノードｊに送信された最も近時のｍ個のデータパケットの成功したネットワーク層送信の数ｓに基づく。

したがって、リンクＬ（ｉ，ｐ（ｉ））を通じてノードｉからノードｐ（ｉ）へｍ個（ここで、ｍ３１５は、ノードｉからノードｐ（ｉ）への最も近時の送信の数である）のデータパケットを送信した３１０後に、ｍ個のデータパケットの成功した送信の数ｓ３２５が計数される（３２０）。リンクＬ（ｉ，ｐ（ｉ））のＥＸＴ（ｉ，ｐ（ｉ））３３５が求められ（３３０）、ランクＲ（ｉ）３４５が、Ｒ（ｐ（ｉ））・ＥＸＴ（ｉ，ｐ（ｉ））＋Ａとしてノードｉに割り当てられる（３４０）。

実施の形態では、ＥＸＴ（ｉ，ｐ（ｉ））は、データパケットの各送信後に求められる。代替的に、いくつかの実施形態は、所定数の送信後にＥＸＴ（ｉ，ｐ（ｉ））を求める。

成功／失敗したネットワーク層送信の情報は、媒体アクセス制御（ＭＡＣ：ｍｅｄｉａ ａｃｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ）層フィードバックメカニズムを介して得ることができる。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１標準規格は、ＭＡＣ層にてユニキャストパケットの受信に成功した後に、受信機が、ＡＣＫパケットで送信機に応答し、したがって、送信機が送信に成功したことを知ることを指定している。受信機がＡＣＫを受信せず、また、送信が、ＩＥＥＥ８０２．１１ ＭＡＣ層プロトコルによって指定された最大リトライ限界に達した場合、ＭＡＣ層は、ＭＡＣ層失敗をネットワーク層に報告することになる。

ネットワークのいくつかの実施態様では、各ノードｉは、そのノードｉのペアレントノードの任意のものに対するリンクのＥＴＸを監視する。ペアレントのうちの１つに対するいずれかのリンクのＥＴＸの変化をノードｉが検出した場合、ノードｉは、一貫性がありかつ効率的なＤＡＧネットワークを維持するために、複数の構築及びメンテナンスのオペレーションを実行する。

ＤＡＧの構築及びメンテナンス
ＤＡＧの構築を始めるために、ゲートウェイノードは、ＤＡＧ情報オブジェクト（ＤＩＯ）メッセージを発行する。ＤＩＯメッセージを受信したいずれのノードも、メッセージを処理し、ＤＩＯを廃棄するか、又は、ＤＩＯを修正し転送する。したがって、ＤＩＯメッセージは、３つのタイプの上述したデータトラフィック全てをサポートするのに必要なネットワーク情報を各ノードが維持することができるように、ＡＭＩネットワーク全体にわたって伝播される。

図４は、ＤＡＧの構築及びメンテナンス中のゲートウェイノードの状態遷移図を示す。ゲートウェイノードは、ノードがパワーオンされ、ルーティングプロトコルによって指定される任意のオペレーションを実行する用意ができた後に初期化状態４１０になる。初期化状態のゲートウェイノードは、ユーザーデータプロトコル（ＵＤＰ：ｕｓｅｒ ｄａｔａ ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を用いてＤＩＯメッセージをブロードキャストする（４１５）。ＤＩＯメッセージは、ＤＡＧＩＤ（＝０）及びランク値（ｎ）等の情報を含む。

その後、ゲートウェイノードは、ＤＡＧメンテナンス状態４２０に入り、このＤＡＧメンテナンス状態４２０において、データパケットを受信すると（４３０）、オペレーションのシーケンスを実行する。

図５は、ＤＡＧの構築及びメンテナンス中のノードｉ（ｉ＝１，２，．．．，ｎ）についての状態遷移図を示す。ノードは、ノードがパワーオンされ、ルーティングプロトコルによって指定される任意のオペレーションを実行する用意ができた後に初期化状態５１０になる。「初期化」状態のノードは、ＤＩＯを受信すると、一時的な状態「ＤＡＧへの合流」５２０に遷移し（５１５）、この一時的な状態「ＤＡＧへの合流」５２０において、ノードは、オペレーションのシーケンスを実行し、その後、ＤＡＧメンテナンス状態５３０に遷移する。ＤＡＧメンテナンス状態のノードは、ＤＩＯを受信すること（５６０）、データパケットを受信すること（５４０）、及びＥＴＸ変化を検出すること（５５０）を含むトリガーイベントに応じて、種々のオペレーションを実行することができる。

「ＤＡＧメンテナンス」状態のゲートウェイノード
図６は、ＤＡＧメンテナンス状態のゲートウェイノードによって実行されるオペレーションを示す。アイドル状態６１０のゲートウェイノードによって実行されるオペレーションは、受信したパケット６２０のタイプに依存する。パケットがＤＩＯである（６３０）場合、このパケットは廃棄される（６３５）。パケットが外向きデータパケットである（６４０）場合、このパケットはルーティングループのために廃棄され、エラーが報告される（６４５）。

パケットが内向きデータパケットである（６５０）場合、ゲートウェイノードは、逆経路記録メカニズムを始動する。ゲートウェイノードは、パケットの送信元がゲートウェイノードの宛先リスト内にあるか否かをチェックする（６６０）。ゲートウェイノードの宛先リスト内にない場合、宛先リストの新しいエントリーが生成され（６６５）、宛先ノードＩＤはパケットの送信元ＩＰアドレスであり、次ホップノードＩＤはパケットの最終ホップノードＩＤである。ゲートウェイノードの宛先リスト内にある場合、対応するエントリーは、それに応じて更新され（６７０）、内向きデータパケットが、コントロールセンターに転送される（６８０）。

「ＤＡＧへの合流」状態のメーターノード
図７は、（初期化状態７１０において）一時的なＤＡＧへの合流状態のメーターノードによって実行されるオペレーションを示す。ＤＩＯメッセージを受信した（７２０）後、ノードは、ペアレントリストの新しいエントリー内にノードＩＤ及びランクを記録することによって、ペアレントリストにＤＩＯ送信機を付加し（７３０）、送信機ノードをデフォルトペアレントノードにする（７４０）。ノードは、その後、式（１）に従ってランクを確定し（７５０）、そのランクを用いて更新されたランク情報を有するＤＩＯメッセージを転送し（７６０）、「ＤＡＧメンテナンス」状態に入る（７７０）。

「ＤＡＧメンテナンス」状態のメーターノード
図８は、「ＤＡＧメンテナンス」状態のメーターノード（例えば、ノードｉ）によって実行されるオペレーションを示す。アイドルサブ状態８１０のメーターノードｉは、ＤＩＯを受信すること（８３０）、データパケットを受信すること（８４０）、及びＥＴＸ変化を検出すること（８５０）による３つのタイプの割込みを受ける（８２０）可能性がある。割り込みのタイプに応じて、ノードは、図９〜図１１にそれぞれ示す異なるオペレーションのセット９００〜１１００を実行する。

図９は、ノードが別のノードｊからＤＩＯメッセージを受信した後にノードｉによって実行されるオペレーションを示す。ノードｉは、ＤＩＯ送信機ｊがペアレントリスト内にあるか否かをチェックする（９１０）。ノードｊがノードｉのペアレントリスト内にない場合、ノードｉは、送信機ｊのランクを用いて式（１）に従い一時的なランクＴを計算し（９５０）、その後、この一時的なランクを、ノードの現在のランクＣと比較する（９５５）。

［Ｔ］≦［Ｃ］（ここで、［ｘ］はｘに最も近い整数値を示す）である場合、ノードｉは、ペアレントリストに新しいエントリーを付加する（９６０）。ここで、ペアレントノードはノードｊであり、ランク値は、ＤＩＯによって示されるノードｊのランクである。［Ｔ］＝［Ｃ］である（９７０）場合、ノードｉは、ＤＩＯメッセージを廃棄し（９７５）、アイドル状態８１０に遷移する。そうでない場合、ノードｉは、デフォルトペアレントを再選択し（９８０）、式（１）に従ってランクを再確定し、ＤＩＯを転送し（例えば現在のランク値を用いてブロードキャストし）（９８５）、アイドル状態に戻る。

［Ｔ］＞［Ｃ］である場合、ノードｉは、比Ｔ／Ｃが所定の閾値Ｒ_Ｔを超えたか否かをチェックする（９５７）。Ｔ／Ｃ＞Ｒ_Ｔである場合、ノードｉは、ノードｉのランクを改善するために、現在のランクを用いてＤＩＯを転送する（９５９）。そうでない場合、ノードｉは、ＤＩＯメッセージを廃棄する（９７５）。

ノードｊがノードｉのペアレントリスト内にある場合、ノードｉは、ＤＩＯによって提供される情報を用いてノードｊのエントリーを更新する（９１５）。その後、ノードｉは、送信機ｊのランクを用いて式（１）に従い一時的なランクＴを計算し（９２０）、一時的なランクＴを現在のランクＣと比較する。

ノードｊがノードｉのデフォルトペアレントでなく（９２２）、かつ［Ｔ］≧［Ｃ］である（９５６）場合、ノードｉは、比Ｔ／Ｃを計算する（９５７）。Ｔ／Ｃ＞Ｒ_Ｔである場合、ノードｉは、ノードｉのランクを改善するために、現在のランクを用いてＤＩＯを転送する。そうでない場合、ノードｉは、ＤＩＯメッセージを廃棄する（９７５）。

ノードｊがノードｉのデフォルトペアレントでなく、かつ［Ｔ］＜［Ｃ］である（９５６）場合、ノードｉは、デフォルトペアレントを再選択し（９５８）、式（１）に従ってランク値を再計算し、例えば現在のランク値を用いてブロードキャストすることによってＤＩＯを転送し（９５９）、アイドル状態に戻る。

ノードｊがノードｉのデフォルトペアレントであり、かつ［Ｔ］＞［Ｃ］である（９２５）場合、ノードｉは、デフォルトペアレントを再選択し（９３５）、式（１）に従ってランク値を再計算する。デフォルトペアレントの再選択後、［Ｃ］の値が増加した（９３６）場合、ノードｉは、現在のランクを用いてＤＩＯを転送する（９５９）。［Ｃ］が増加していない場合、ノードｉは、比Ｔ／Ｃを計算する（９３８）。Ｔ／Ｃ＞Ｒ_Ｔである場合又は［Ｔ］＜［Ｃ］である（９３０）場合、ノードｉは、ノードｉのランクを改善するために、現在のランクを用いてＤＩＯを転送する（９４０）。そうでない場合、ノードｉは、ＤＩＯメッセージを廃棄する（９３９）。

ノードｊがノードｉのデフォルトペアレントであり、かつ［Ｔ］＜［Ｃ］である場合、ノードｉは、比Ｔ／Ｃを求める。Ｔ／Ｃ＞Ｒ_Ｔである場合、ノードｉは、ノードｉのランクを改善するために、ノードｉの現在のランクを用いてＤＩＯを転送する（９４０）。そうでない場合、ノードｉは、ＤＩＯメッセージを廃棄する（９３９）。

図１０は、データパケットを受信した後にノードｉによって実行されるオペレーションを示す。ノードｉが、別のノードｊを送信元とする内向きユニキャストパケットを受信する（１０２０）場合、ノードｉは、逆経路記録メカニズムを始動する。ノードｉは、このノードｉの宛先リスト内にノードｊのエントリーが存在するか否かをチェックする（１０３０）。存在しない場合、新しいエントリーが生成される（１０３２）。ここで、宛先ＩＤはノードｊのＩＰアドレスであり、次ホップノードＩＤはパケットの最終ホップノードＩＤである。ノードｊのエントリーが存在する場合、エントリーはそれに応じて更新され（１０３４）、データパケットはノードｉのノードデフォルトペアレントに転送される（１０４０）。

ノードｉが別のノードｊ宛ての外向きのユニキャストパケットを受信する（１０２５）場合、ノードｉは、宛先リスト内にノードｊのエントリーが存在するか否かをチェックする（１０５０）。存在する場合、ノードｉは、エントリーで示される次ホップノードにパケットを転送する（１０５２）。そうでない場合、パケットは廃棄される（１０５４）。

ノードｉが外向きブロードキャストパケットを受信する（１０２７）場合、ノードｉは、パケットのブロードキャストシーケンス番号が、ノードｉのブロードキャストシーケンス番号よりも大きいか否かをチェックする（１０６０）。大きい場合（ｙｅｓ）、ノードｉは、パケットを取り込み（１０６２）、パケットのシーケンス番号になるようにシーケンス番号を更新し（１０６６）、パケットをブロードキャストする（１０６８）。そうでない場合、パケットは廃棄される（１０６４）。

図１１は、ペアレントノードｊへのリンクにおけるＥＴＸの変化を検出した後にノードｉによって実行されるオペレーションを示す。ノードｊがノードｉのデフォルトペアレントであり（１１２０）、かつＥＴＸが減少した（１１２４）場合、ノードｉは、式（１）に従ってランクＣを再計算する（１１３２）。再計算後に［Ｃ］の値が変化した（１１７０）場合、ノードｉは、更新されたランクを用いてＤＩＯメッセージを発行する（１１５０）。

ノードｊがノードｉのデフォルトペアレントであり（１１２０）、かつＥＴＸが増加した（１１２４）場合、ノードｉは、デフォルトペアレントを再選択し（１１６０）、式（１）に従ってランクＣを再計算する。再計算後に［Ｃ］の値が変化した（１１７０）場合、ノードｉは、更新されたランクを用いてＤＩＯメッセージを発行する（１１５０）。

ノードｊがノードｉのデフォルトペアレントでなく（１１２０）、かつＥＴＸが減少した（１１２２）場合、ノードｉは、ノードｊのランクを用いて一時的なランクＴを計算する（１１３０）。Ｔ＜Ｃである（１１４０）場合、ノードｉは、デフォルトペアレントとしてノードｊを選択し（１１６０）、ランクＣを更新する。再選択後に［Ｃ］の値が変化した（１１７０）場合、ノードｉは、更新されたランクを用いてＤＩＯメッセージを発行する（１１５０）。

Claims (20)

1. マルチホップ無線ネットワーク内のノードｉのランクを確定するノードによって実行される方法であって、前記ネットワークは、ゲートウェイノード、クライアントノード、及びリレーノードを含み、ノードｐ（ｉ）は、ランクＲ（ｐ（ｉ））を有する前記ノードｉのデフォルトペアレントであり、前記ネットワークのトポロジーは、無閉路有向グラフ（ＤＡＧ）に従い、前記方法は、
   リンクＬ（ｉ，ｐ（ｉ））を通じて前記ノードｉから前記ノードｐ（ｉ）へ少なくとも１つのデータパケットを送信するステップと、
   ｍ個のデータパケットの成功した送信の数ｓを計数するステップであって、ここで、ｍは、前記ノードｉから前記ノードｐ（ｉ）への最も近時の送信の数である、計数するステップと、
   ＥＴＸ（ｉ，ｐ（ｉ））＝ｍ／ｓに従って、前記リンクＬ（ｉ，ｐ（ｉ））の予想送信時間（ＥＴＸ）を求めるステップと、
   Ｒ（ｐ（ｉ））・ＥＴＸ（ｉ，ｐ（ｉ））＋Ａとして前記ノードｉにランクＲ（ｉ）を割り当てるステップであって、ここで、Ａは１以上の整数の定数である、割り当てるステップと、
   を含む、マルチホップ無線ネットワーク内のノードｉのランクを確定する方法。
2. 前記ゲートウェイノードにランクを割り当てるステップを更に含み、前記ゲートウェイノードに割り当てられる前記ランクは定数である、請求項１に記載の方法。
3. 前記定数Ａは１である、請求項１に記載の方法。
4. 前記ＥＴＸ（ｉ，ｐ（ｉ））に１の初期値を割り当てるステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記送信するステップ、前記計数するステップ、及び前記求めるステップに応じて、前記ＥＴＸ（ｉ，ｐ（ｉ））を更新することを繰り返すステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
6. 媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層フィードバックメカニズムを介して前記数ｓを確定するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記ノードｉのペアレントリストを取得するステップであって、前記ペアレントリストはノードｋを含む、取得するステップと、
   前記ノードｋのランクＲ（ｋ）を取得するステップと、
   前記ノードｉから前記ノードｋへのリンクのＥＴＸ（ｉ，ｐ（ｉ））を取得するステップと、
   を更に含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記ノードｋは、前記ランクＲ（ｋ）をアドバタイズする、請求項７に記載の方法。
9. 前記ノードｉの前記デフォルトペアレントの前記ランクＲ（ｐ（ｉ））を取得するステップを更に含む、請求項７に記載の方法。
10. 前記ノードｉと前記ペアレントリスト内の各ノードとの間の各リンクの前記ＥＴＸ及び前記ペアレントリスト内の前記各ノードの前記ランクに基づいて前記デフォルトペアレントを選択するステップを更に含む、請求項７に記載の方法。
11. 前記ノードｉの前記デフォルトペアレントの前記ランクＲ（ｐ（ｉ））を取得するステップと、
    前記ＥＴＸ（ｉ，ｐ（ｉ））を求めるステップと、
    前記ＥＴＸ（ｉ，ｐ（ｉ））及び／又はランクＲ（ｐ（ｉ））の値の変化に応じて前記ランクＲ（ｉ）を更新するステップと、
    を更に含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記更新されたＲ（ｉ）を示すメッセージを送信するステップを更に含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記ネットワークは、高度検針インフラストラクチャである、請求項１に記載の方法。
14. 前記ペアレントリスト内の各ノードについて、一時的なランクを確定するステップと、
    前記一時的なランクと前記ランクＲ（ｉ）との比が閾値よりも大きい場合、更新されたランクＲ（ｉ）を示すメッセージを送信するステップと、
    を更に含む、請求項７に記載の方法。
15. 前記ネットワークは、高度検針インフラストラクチャ（ＡＭＩ）ネットワークであり、前記ノードｉはメーターノードである、請求項１に記載の方法。
16. マルチホップ無線ネットワーク内のノードｉのランクを確定するノードによって実行される方法であって、前記ネットワークは、ゲートウェイノード、クライアントノード、及びリレーノードを含み、ノードｐ（ｉ）は、ランクＲ（ｐ（ｉ））を有する前記ノードｉのデフォルトペアレントであり、前記ネットワークは、無閉路有向グラフ（ＤＡＧ）トポロジーを用い、前記方法は、
    ノードｉとノードｐ（ｉ）との間の無線リンクを通じて前記ノードｉから前記ノードｐ（ｉ）へ少なくとも１つのデータパケットを送信するステップと、
    データパケットの最も近時の送信のうちの成功した送信の数ｓを計数するステップと、
    前記最も近時の送信のうちの前記成功した送信の数に基づいて、前記無線リンクの予想送信時間（ＥＴＸ）を求めるステップと、
    Ｒ（ｐ（ｉ））・ＥＴＸ（ｉ，ｐ（ｉ））＋Ａとして前記ノードｉにランクＲ（ｉ）を割り当てるステップであって、ここで、ＥＴＸ（ｉ，ｐ（ｉ））は、前記無線リンクの前記ＥＴＸであり、Ａは１以上の整数の定数である、割り当てるステップと、
    を含む、マルチホップ無線ネットワーク内のノードｉのランクを確定する方法。
17. 前記ノードｉの前記デフォルトペアレントの前記ランクを取得するステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記ＥＴＸ（ｉ，ｐ（ｉ））に１の初期値を割り当てるステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記送信するステップ、前記計数するステップ、及び前記求めるステップに応じて、前記ＥＴＸ（ｉ，ｐ（ｉ））を更新することを繰り返すステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
20. マルチホップ無線ネットワーク内のノードｉのランクを確定するシステムであって、前記ネットワークは、ゲートウェイノード、クライアントノード、及びリレーノードを含み、ノードｐ（ｉ）は、ランクＲ（ｐ（ｉ））を有する前記ノードｉのデフォルトペアレントであり、前記ネットワークのトポロジーは、無閉路有向グラフ（ＤＡＧ）に従い、前記システムは、
    リンクＬ（ｉ，ｐ（ｉ））を通じて前記ノードｉから前記ノードｐ（ｉ）へ少なくとも１つのデータパケットを送信する手段と、
    ｍ個のデータパケットの成功した送信の数ｓを計数する手段であって、ここで、ｍは、前記ノードｉから前記ノードｐ（ｉ）への最も近時の送信の数である、計数する手段と、
    ＥＴＸ（ｉ，ｐ（ｉ））＝ｍ／ｓに従って、前記リンクＬ（ｉ，ｐ（ｉ））の予想送信時間（ＥＴＸ）を求める手段と、
    Ｒ（ｐ（ｉ））・ＥＴＸ（ｉ，ｐ（ｉ））＋Ａとして前記ノードｉにランクＲ（ｉ）を割り当てる手段であって、ここで、Ａは１以上の整数の定数である、割り当てる手段と、
    を備える、マルチホップ無線ネットワーク内のノードｉのランクを確定するシステム。

Images