JP5356549B2 - バックボーンネットワークにおけるサブネットワーク間のリレー伝送の可能なネットワークトポロジーの構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、バックボーンネットワークにおけるサブネットワーク間のリレー伝送の可能なネットワークトポロジーの構築方法に関し、より詳細にはバックボーンネットワークに含まれる各サブネットワーク間の通信が可能であるだけではなく、各サブネットワーク間の通信の際、信頼性が保障できるようにするバックボーンネットワークにおけるサブネットワーク間のリレー伝送の可能なネットワークトポロジーの構築方法に関する。

近年の情報通信環境は、通信及びネットワーク技術の発達に伴って、同軸ケーブルまたは光ケーブルのような有線媒体を用いる有線ネットワーク環境と、様々な周波数帯域の無線信号を用いる無線ネットワーク環境とが統合され、かつ通信と放送、及びインターネットが融合されて一つの広帯域ネットワークに発展しつつある。

これにより、家庭及び事務室で近距離の家電機器や事務機器、及び各種の情報機器を無線で接続させ得るＷＰＡＮ（ＷｉｒｅｌｅｓｓＰｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）技術が注目されている。ＩＥＥＥ８０２．１５．３ＷＰＡＮは、１０ｍ内外の距離で無線接続のために物理層とデータリンク層において機器間の通信を支援することにより、様々な応用サービスを提供可能とする無線ネットワーク技術である。

ＷＰＡＮ技術が適用される無線ネットワークの形態としては、チャネル時間を割り当てするか否かに応じて２つに区分できる。チャネル時間を割り当てするネットワーク形態においては、単一の無線ネットワークに属する無線ネットワーク装置のうち、任意で選定された無線ネットワーク装置が他の無線ネットワーク装置にデータを伝送できる時間であるチャネル時間を割り当てする調整者の役割が存在する。これにより、他の無線ネットワーク装置は決められたチャネル時間にのみデータを伝送することができる。チャネル時間を割り当てしないネットワークの形態においては、調整者の役割を担う無線ネットワーク装置が存在しなく、すべてのネットワーク装置が自分の所望するときはいつでもデータを伝送することができるネットワーク形態がある。

調整者の役割を有するネットワークの形態を「調整者基盤無線網」といい、調整者を中心に独立された単一の無線ネットワークを形成するようになり、一定の空間内に多数の調整者基盤無線網が存在する場合、それぞれの調整者基盤無線網は他の調整者基盤無線網と区別するために固有の識別情報を有するようになる。このように特定な調整者基盤無線網に属する無線ネットワーク装置は、自分の属する調整者基盤無線網においては調整者によって決められたチャネル時間の間に他のネットワーク装置とデータを送受信することが可能であるが、他の調整者基盤無線網に属する無線ネットワーク装置とは通信を行うことができない問題点がある。

このような問題点が発生するのは、無線電波の到達距離の制限、他の調整者基盤無線網に関する情報の不存在、チャネル時間の割り当て問題などが発生するからである。

よって、互いに異なる調整者基盤無線網に属する無線ネットワーク装置間でデータを送受信するための新たなネットワークトポロジーを構成する必要が生じた。

一方、ネットワークトポロジーの構成時、ある調整者基盤無線網から他の調整者基盤無線網にデータを送受信する経路は、一つであることもあり複数であることもある。この時、経路が複数である場合、どういう基準で経路を選択するかという問題が発生する可能性があり、経路の選択時には通信性能を考慮すべきである。従って、このようなネットワークトポロジーの構成時には、通信性能を考慮した各調整者無線網間の通信経路を選択する方法も提示されるべきである。

韓国公開特許２００５−０６６９４６号公報 国際公開第０３／１０３２２２号パンフレット 国際公開第０１／６９８６９号パンフレット 米国公開特許２００５−０２３７９５６号公報 韓国公開特許２００５−０３２５２６号公報

本発明は前述の問題点を解決するために提出されたもので、本発明の目的は、他の調整者基盤無線網に属するデバイス間の通信が可能であるだけではなく、通信性能の信頼性を向上させることが可能なバックボーンネットワークにおけるサブネットワーク間のリレー伝送の可能なネットワークトポロジーの構築方法を提供することにある。

前述の目的を達成するための本発明の構成は、バックボーンネットワークを構成するサブネットワーク内において通信を制御するサブマスターデバイスにおけるネットワークトポロジーの構築方法において、前記バックボーンネットワークを構成する少なくとも一つの他サブネットワークの通信を制御する少なくとも一つの他サブマスターデバイスにＩＤ要請メッセージを伝送するステップと、前記少なくとも一つの他サブマスターデバイスから応答メッセージが受信されると、前記応答メッセージを伝送した他サブマスターデバイスのうち、ＩＤを有しないサブマスターデバイスに対してＩＤを付与するステップと、を含むことを特徴とする。

前記各サブマスターデバイスは、前記各サブネットワークを制御し、前記各サブネットワークで少なくとも一つ以上の複数個のデバイスとネットワークを成していることができる。

前記サブマスターデバイスは、前記バックボーンネットワークに含まれたサブマスターデバイスの中から選択されたスーパーマスターデバイスであることができる。

前記少なくとも一つの他サブマスターデバイスからＩＤ要請メッセージを受信するステップと、前記ＩＤ要請メッセージを伝送した他サブマスターデバイスに応答メッセージを伝送するステップと、前記応答メッセージによって前記他サブマスターデバイスからＩＤが付与されるステップと、を更に含むことができる。

前記ＩＤを付与するステップは、前記応答メッセージを伝送したサブマスターデバイスのうち、予め設定された一定以上の通信性能を有するサブマスターデバイスに対してＩＤを付与し、前記ＩＤの付与されたサブマスターデバイスをｎ次ノードマスターデバイスに設定することができる。

前記ＩＤが付与されると、前記サブマスターデバイスがｎ次ノードマスターデバイスに設定され、自分を除いたサブマスターデバイスにＩＤ要請メッセージを伝送することができる。

前記ＩＤ要請メッセージは、前記バックボーンネットワークに含まれたサブマスターデバイスの中から選択されたスーパーマスターデバイスに伝送されることができる。

前記ＩＤを付与するステップは、前記サブマスターデバイスが前記ｎ次ノードマスターデバイスに設定された場合、前記応答メッセージを伝送したサブマスターデバイスのうち、予め設定された一定以上の通信性能を有し、ＩＤを有しないサブマスターデバイスに対してＩＤを付与し、前記ＩＤの付与されたサブマスターデバイスをｎ＋１次ノードマスターデバイスに設定するステップを含むことができる。

前記バックボーンネットワークに属するすべてのサブマスターデバイスに対してＩＤが付与されると、前記すべてのサブマスターデバイスに対する情報が伝達される情報伝達ステップを更に含むことができる。

前記情報は、下位次数のサブマスターデバイスから上位次数のサブマスターデバイスの順に、前記すべてのサブマスターデバイスを通信可能に接続するチャネルの通信性能を含むことができる。

前記ＩＤの付与された全サブマスターデバイスの各々から提供された情報に基づいて、各サブマスターデバイス間の接近が可能な経路であるネットワークトポロジーを認識するステップを更に含むことができる。

スーパーフレームに前記ＩＤの付与された各サブマスターデバイスのＣＴＡ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｔｉｍｅ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）を割り当てるステップを更に含むことができる。

前記ＩＤ要請メッセージは、前記スーパーフレームのＣＡＰに含まれて伝送されることができる。

前記バックボーンネットワーク内の第１サブネットワークに属する送信元のデバイスから第２サブネットワークに属する宛先のデバイスに情報の伝達が要請されると、前記ネットワークトポロジーに応じて前記送信元のデバイスと前記宛先のデバイスとを接続する複数の経路に対して通信性能を比較するステップと、前記複数の経路のうち通信性能が優秀であると判断される経路を介して、前記情報を伝達するステップと、を更に含むことができる。

一方、前記目的は、本発明の他の実施形態によると、バックボーンネットワークに含まれた複数のデバイスのうち少なくとも一部で構成されたサブネットワーク内の通信を制御するサブマスターデバイスと、前記サブネットワーク間の通信を制御するスーパーマスターデバイスとを含むバックボーンネットワークにおけるサブネットワーク間のリレー伝送の可能なネットワークトポロジーの構築方法において、前記スーパーマスターデバイスから前記各サブマスターデバイスにＩＤ付与のためのＩＤ要請メッセージを伝送するステップと、前記各サブマスターデバイスから前記スーパーマスターデバイスに前記ＩＤ要請メッセージに対して応答メッセージを伝送するステップと、前記応答メッセージを伝送した前記サブマスターデバイスのうち、予め設定された一定以上の通信性能を有するサブマスターデバイスに対してＩＤを付与するステップと、前記ＩＤの付与されたサブマスターデバイスから前記各サブマスターデバイスにＩＤ付与のためのＩＤ要請メッセージを伝送するステップと、前記各サブマスターデバイスから前記ＩＤの付与されたサブマスターデバイスに前記ＩＤ要請メッセージに対する応答メッセージを伝送するステップと、前記応答メッセージを伝送した各サブマスターデバイスのうち、予め設定された一定以上の通信性能を有し、前記ＩＤを有しないサブマスターデバイスに対してＩＤを付与するステップと、前記応答メッセージを伝送したか否かと、前記ＩＤが付与された順に応じて、前記各サブマスターデバイス間の接続可能な経路であるネットワークトポロジーを形成するステップと、を含むことを特徴とするバックボーンネットワークにおけるサブネットワーク間のリレー伝送の可能なネットワークトポロジーの構築方法によっても達成できる。

本発明によると、バックボーンネットワークに含まれる各サブネットワーク間の通信が可能のようにネットワークトポロジーを設定することができる。更に、各サブネットワーク間の通信の際、通信性能が最も優れた経路を介して情報を伝達できるようにすることで、通信の信頼性を保障することができる。

本発明に係る調整者基盤サブネットワークを有するバックボーンネットワークの構成図である。 図１のスーパーマスターデバイスと各サブマスターデバイスとの間のネットワークトポロジーを構築する過程を示す図である。 図１のスーパーマスターデバイスと各サブマスターデバイスとの間のネットワークトポロジーを構築する過程を示す図である。 図１のスーパーマスターデバイスと各サブマスターデバイスとの間のネットワークトポロジーを構築する過程を示す図である。 図１のスーパーマスターデバイスと各サブマスターデバイスとの間のネットワークトポロジーを構築する過程を示す図である。 図１のスーパーマスターデバイスと各サブマスターデバイスとの間のネットワークトポロジーを構築する過程を示す図である。 一般的なスーパーフレームの構造である。 通信性能を測定する基準となるＳＮＲ（信号対雑音比）を算出するためのＢＥＲ曲線のグラフである。 本発明に係るネットワークトポロジー情報がスーパーマスターデバイスに伝達される過程を示す表である。 本発明に係るネットワークトポロジーを構成する過程を示すフローチャートである。 本発明に係るネットワークトポロジーが構成されたバックボーンネットワークにおいてリレー伝送が行われる過程を示すフローチャートである。

以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施形態を詳述する。
（実施形態１）

本発明のバックボーンネットワークには、サブネットワーク間のリレー伝送が可能のようにネットワークトポロジーが構築され、後述する実施形態ではネットワークトポロジーを実現する具体的な方法と過程について説明する。そして、構築されたネットワークトポロジーに応じて各サブネットワーク内に属したデバイス間で情報が効率よくリレー伝送される過程について説明する。

一方、後述する実施形態では、サブネットワークのサブマスターデバイス間のネットワークトポロジーを実現する過程についてのみ説明するが、本ネットワークトポロジーの構築方法は、複数のデバイスを有するサブネットワーク内において各デバイス間のネットワークトポロジーを構築するのにも適用できることは言うまでもない。

図１は、本発明に係る調整者基盤サブネットワークを有するバックボーンネットワークの構成図である。

本バックボーンネットワーク１は、複数の調整者基盤のサブネットワークを含み、各サブネットワークには調整者としてサブマスターデバイス１５、２５、３５、４５が設定されている。そして、一つのバックボーンネットワーク１に含まれる複数のサブマスターデバイス１５、２５、３５、４５のうち一つは、バックボーンネットワーク１の通信を調節するスーパーマスターデバイス４５として設定されている。スーパーマスターデバイス４５は、複数のサブマスターデバイス１５、２５、３５間のネットワークトポロジーの形成と、サブネットワーク間の通信を制御する。

ここで、スーパーマスターデバイス４５は、サブマスターデバイス１５、２５、３５、４５のうちの一つであり、スーパーマスターデバイス４５を始めたサブマスターデバイス１５、２５、３５、４５は、サブネットワークに含まれたデバイス、ルータ、有無線ブリッジ、ＰＮＣ（Ｐｉｃｏｎｅｔ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｏｒ）のうち一つに形成することができる。そして、各サブマスターデバイス１５、２５、３５、４５は有線または無線で通信可能であり、有線で通信する場合、同軸ケーブル、光ケーブル、電力線、電話線などを使うことができる。また、サブネットワークに属した各デバイスは、該当サブネットワークのサブマスターデバイス１５、２５、３５、４５と有線または無線で接続することができる。

図１においては、第１ないし第４サブネットワーク１０、２０、３０、４０を含むバックボーンネットワーク１を示している。ここで、第１ないし第３サブネットワーク１０、２０、３０のサブマスターデバイスを、それぞれ第１ないし第３サブマスターデバイス１５、２５、３５と呼び、第４サブネットワーク４０のサブマスターデバイスをスーパーマスターデバイス４５として設定する。

図２Ａないし図２Ｅは、図１のスーパーマスターデバイスと各サブマスターデバイス間のネットワークトポロジーを構築する過程を示す図面である。

図２Ａには、スーパーマスターデバイス４５と各サブマスターデバイス１５、２５、３５間の地理的位置が表示されており、スーパーマスターデバイス４５のＩＤは「０」として付与されており、第１ないし第３サブマスターデバイス１５、２５、３５のＩＤは付与されていない。図２Ａには、スーパーマスターデバイス４５と第１ないし第３サブマスターデバイス１５、２５、３５との間を通信可能に接続するチャネル５０が表示されている。ここで、各チャネル５０は、相互隣接したスーパーマスターデバイス４５と第１ないし第３サブマスターデバイス１５、２５、３５間は直接接続され、相対的に距離の遠いスーパーマスターデバイス４５と第３サブマスターデバイス３５とは直接接続されたチャネル５０がない。

ここで、スーパーマスターデバイス４５と第３サブマスターデバイス３５間のチャネル５０は、通信性能が予め設定された基準より低いため除去されたものである。通信性能の測定とこれに係る通信経路の決定については後述することとする。

図２Ｂは、スーパーマスターデバイス４５に対するネットワークトポロジーが形成された状態の図面である。

スーパーマスターデバイス４５では、バックボーンネットワーク１に含まれた第１ないし第３サブマスターデバイス１５、２５、３５にＩＤを要請するＩＤ要請メッセージであるビーコンメッセージを伝送する。このとき、スーパーマスターデバイス４５では、図３に示されているようなスーパーフレーム単位でビーコンメッセージを伝送する。

スーパーフレームは、ビーコン領域、ＣＡＰ（Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｅｒｉｏｄ）領域、ＣＦＰ（Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ Ｆｒｅｅ Ｐｅｒｉｏｄ）領域から成り、ビーコン領域はサブネットワークのタイミング同期及びサブネットワークの動作に必要な様々な情報要素を提供する。ＣＡＰ領域ではバックオフ機能のはるＣＳＭＡ／ＣＤ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔ）技法を用い、他のサブマスターデバイスとの競争を行ってデータが載せられる。ＣＦＰ領域は、ＭＣＴＡ（Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｔｉｍｅ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）と、複数のＣＴＡ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｔｉｍｅ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）とを含み、チャネルタイムを要請したサブマスターデバイスはＣＴＡを割り当てられる。ＭＣＴＡは、各サブマスターデバイス１５、２５、３５と各ＣＴＡとの関係が定義されている。

このようなスーパーフレーム形態のビーコンメッセージの伝送を受け取った第１ないし第３サブマスターデバイス１５、２５、３５は、応答メッセージをスーパーマスターデバイス４５に伝達する。すると、スーパーマスターデバイス４５では、第１ないし第３サブマスターデバイス１５、２５、３５から提供された応答メッセージに応じて、第１ないし第３サブマスターデバイス１５、２５、３５にマスターデバイスＩＤ（ＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤ）を付与する。ここで、ＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤはＭＡＣアドレスであって、スーパーマスターデバイス４５及び各サブマスターデバイス１５、２５、３５のネットワークトポロジー上の位置に応じて階層的に付与される。

一方、スーパーマスターデバイス４５は、第１ないし第３サブマスターデバイス１５、２５、３５から提供された応答メッセージを用いて、スーパーマスターデバイス４５と各サブマスターデバイス１５、２５、３５との間の通信性能（Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｑｕａｌｉｔｙ）を測定し、このとき、ＩＥＥＥ８０２．１１に準拠する既存の応答信号を用いた通信性能の測定方法を使用する。

図４は、通信性能の測定基準となるＳＮＲ（信号対雑音比）を算出するためのＢＥＲ曲線のグラフである。

同図に示すように、バックボーンネットワーク１を設計する時は目標となるＥＲ（Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）レベルがあり、目標ＥＲと各ＢＥＲ曲線とが合う各点のＳＮＲを基準にデータ伝送率を決定する。ＳＮＲの各点をａ、ｂ、ｃ、ｄとすると、データ伝送率は次のように設定される。

ＳＮＲ＜ａ → データ伝送不可能
ａ＜ＳＮＲ＜ｂ → ５３．３Ｍｂｐｓ
ｂ＜ＳＮＲ＜ｃ → １１０Ｍｂｐｓ
ｃ＜ＳＮＲ＜ｄ → １６０Ｍｂｐｓ
ＳＮＲ＞ｄ → ３２０Ｍｂｐｓ
従って、通信性能はＳＮＲによって決定され、ＳＮＲが決定されるとデータの伝送が可能であるか否か、どの速度でデータを伝送できるかが決定される。

一方、スーパーマスターデバイス４５は、サブマスターデバイスが既にＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤを有していれば、ＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤを付与しない。そして、スーパーマスターデバイス４５がＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤを付与した場合にも、各サブマスターデバイス１５、２５、３５との通信性能の測定結果、通信性能が一定基準以下、すなわちＳＮＲ＜ａであると、該当サブマスターデバイスに付与されたＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤを削除する。

これにより、図２Ｂに示すように、スーパーマスターデバイス４５は、第１及び第２サブマスターデバイス１５、２５にのみＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤをそれぞれ「００」と「０１」として付与し、スーパーマスターデバイス４５との距離が遠くて通信性能が一定以下である第３サブマスターデバイス３５に付与されたＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤは除去する。このとき、スーパーマスターデバイス４５からＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤの付与された第１サブマスターデバイス１５と第２サブマスターデバイス２５は、ネットワークトポロジーの１次ノードとして配置されると同時に１次ノードマスターデバイスとなる。

このようにして１次ノードマスターデバイスが決定されると、スーパーマスターデバイス４５はスーパーフレームのＣＦＰ領域のＭＣＴＡ領域に第１及び第２サブマスターデバイス１５、２５に対してどういう順にＣＴＡを割り当てるかを定義する。そして、ＭＣＴＡで定義された通りにＣＴＡ領域にそれぞれ第１サブマスターデバイス１５と第２サブマスターデバイス２５に対するＣＴＡを割り当てる。

このように１次ノードマスターデバイス１５、２５の決定及びＣＴＡの割り当てが終了されると、１次ノードマスターデバイス１５、２５は他のサブマスターデバイスに対し、スーパーマスターデバイス４５で行なったことと同様の方式にＩＤを付与する。

すなわち、１次ノードマスターデバイス１５、２５として決定された第１サブマスターデバイス１５と第２サブマスターデバイスは２５は、それぞれ自分を除いた他のマスターデバイスにＩＤ要請メッセージを伝送し、スーパーマスターデバイス４５もサブマスターデバイスであるから、１次ノードマスターデバイス１５、２５はスーパーマスターデバイス４５にもＩＤ要請メッセージを伝送する。

まず、第１サブマスターデバイス１５がスーパーマスターデバイス４５、及び第２及び第３サブマスターデバイス２５、３５にＩＤ要請メッセージであるビーコンメッセージを伝送する。すると、ビーコンメッセージを受信したスーパーマスターデバイス４５と第２及び第３サブマスターデバイス２５、３５では、第１サブマスターデバイス１５に応答メッセージを伝送する。

第１サブマスターデバイス１５は、スーパーマスターデバイス４５と第２及び第３サブマスターデバイス２５、３５から応答メッセージが受信されると、ＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤを有しているか否かと、通信性能が一定基準の以上であるかを判断する。まず、第１サブマスターデバイス１５は、ＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤを有していない第３サブマスターデバイス３５にＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤとして「０００」を付与し、第３サブマスターデバイス３５を２次ノードマスターデバイスとして設定する。その後、第１サブマスターデバイス１５は通信性能が一定基準の以上であるサブマスターデバイスに対し、第１サブマスターデバイス１５の下位ノードである２次ノードに設定し、スーパーマスターデバイス４５と第２及び第３サブマスターデバイス２５、３５が２次ノードとして設定される。これにより、図２Ｃに示すようなネットワークトポロジーが形成され、第３サブマスターデバイス３５は２次ノードマスターデバイスになる。

その後、第１サブマスターデバイス１５は、自分のスーパーフレームのＣＦＰ領域に、２次ノードであるスーパーマスターデバイス４５と第２及び第３サブマスターデバイス２５、３５のＣＴＡをそれぞれ割り当てる。

このように第１サブマスターデバイス１５によるネットワークトポロジーの構成が完了されると、第１サブマスターデバイス１５に下位ノードマスターデバイスが生成されたかを確認する。このとき、２次ノードマスターデバイスである第３サブマスターデバイス３５が存在するため、第３サブマスターデバイス３５に対するネットワークトポロジーを構成するための過程に突入する。

まず、第３サブマスターデバイス３５は、スーパーマスターデバイス４５と第１及び第２サブマスターデバイス１５、２５にビーコンメッセージを伝送する。すると、スーパーマスターデバイス４５と第１及び第２サブマスターデバイス１５、２５では、第３サブマスターデバイス３５に応答メッセージを伝送する。第３サブマスターデバイス３５では、応答メッセージを用いて通信性能とＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤを付与するか否かを判断する。このとき、第１及び第２サブマスターデバイス１５、２５はすでにＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤが付与されたため、第３サブマスターデバイス３５ではＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤを付与する必要がない。そして、スーパーマスターデバイス４５との通信性能が一定基準の以下であるため、第１及び第２サブマスターデバイス１５、２５に対してのみ下位ノードとしてネットワークトポロジーを構成する。これにより、図２Ｄに示すようなネットワークトポロジーが構成される。

その後、第３サブマスターデバイス３５は、自分のスーパーフレームのＣＦＰ領域に、第１及び第２サブマスターデバイス１５、２５に対してＣＴＡを割り当てる。

このように、第１及び第３サブマスターデバイス１５、３５に対するネットワークトポロジーが完成されると、残りの１次ノードマスターデバイスである第２サブマスターデバイス２５に対するネットワークトポロジーの形成過程が実行される。

第２サブマスターデバイス２５は、スーパーマスターデバイス４５と第１及び第３サブマスターデバイス１５、３５にビーコンメッセージを伝送し、スーパーマスターデバイス４５と第１及び第３サブマスターデバイス１５、３５から応答メッセージを受信する。第１サブマスターデバイス１５と同様に、ＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤを有しているか否かと通信性能が一定基準の以上であるかを判断する。このとき、スーパーマスターデバイス４５、第１及び第３サブマスターデバイス１５、３５はすべてＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤを有しているため、第２サブマスターデバイス２５は別にＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤを付与しない。そして、第２サブマスターデバイス２５は、通信性能が一定基準の以上であると判断されたスーパーマスターデバイス４５と第１及び第３サブマスターデバイス１５、３５を、第２サブマスターデバイス２５の下位ノードとして設定する。

その後、第２サブマスターデバイス２５は、スーパーフレームにスーパーマスターデバイス４５と第１及び第３サブマスターデバイス１５、３５に対するＣＴＡを割り当てる。

これにより、図２Ｅに示すように、第２サブマスターデバイス２５の下位ノードには、スーパーマスターデバイス４５、第１及び第３サブマスターデバイス１５、３５が存在するが、別のＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤを有する下位ノードマスターデバイスは存在しないため、ネットワークトポロジーの構築過程が終了される。

このように、スーパーマスターデバイス４５と各サブマスターデバイス１５、２５、３５に対するネットワークトポロジーが構築されると、ネットワークトポロジーを構成する各経路に対する情報をスーパーマスターデバイス４５で収集するための過程が行われる。各経路に対する情報としては、スーパーマスターデバイス４５及び第１ないし第３サブマスターデバイス１５、２５、３５のスーパーフレーム構造を含む。

図５は、本発明に係るネットワークトポロジーの情報がスーパーマスターデバイスに伝達される過程を示す表であり、図５の番号はネットワークトポロジーの情報を伝達する順番であって、図２Ｅの各チャネル５０に記載された番号と同一である。同図に示すように、情報の提供はネットワークトポロジーに配列された順の通りに各経路に沿って行われる。

まず、最左側の経路からチャネル情報を収集し、情報の収集は最下位ノードから上位ノードの方向に行われる。これにより、最左側の経路の最下位ノード（表の１番）であるスーパーマスターデバイス４５から１次ノードマスターデバイスである第１サブマスターデバイス１５に情報を提供する。スーパーマスターデバイス４５は、自分のＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤと、チャネルの通信性能をブロードキャストする。

すると、上位ノードである第１サブマスターデバイス１５では、スーパーマスターデバイス４５から情報を受信し、表の２番に示されているように、第２サブマスターデバイス２５は自分のＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤと、チャネルの通信性能をブロードキャストする。これにより、第１サブマスターデバイス１５は、第２サブマスターデバイス２５から情報を提供される。

その後、表の３番に示すように、第１サブマスターデバイス１５は、自分のＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤと、チャネルの通信性能をブロードキャストし、第３サブマスターデバイス３５は、第１サブマスターデバイス１５からブロードキャストされた情報を受信する。同様に、表４番に示すように、第２サブマスターデバイス２５は、自分のＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤと、チャネルの通信性能をブロードキャストし、第３サブマスターデバイス３５はブロードキャストされた情報を受信する。その後、表の５番に示すように、第３サブマスターデバイス３５は、表の３番と４番の過程により第１及び第２サブマスターデバイス１５、２５から受信された情報をブロードキャストし、このとき、自分のＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤと、自分の下位ノードである第１及び第２サブマスターデバイス１５、２５のＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤ及びチャネルの通信性能をブロードキャストする。

このように１次ノードマスターデバイスのうち、第１サブマスターデバイス１５に接続された各サブマスターデバイス２５、３５から情報が収集されると、表の６番に示すように、第１サブマスターデバイス１５は収集された情報と、自分のＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤと、自分の下位ノードである第２及び第３サブマスターデバイス２５、３５ＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤ及びチャネルの通信性能をブロードキャストする。すると、スーパーマスターデバイス４５では、第１サブマスターデバイス１５から情報を受信する。

一方、他の１次ノードマスターデバイスである第２サブマスターデバイス２５からの情報収集も同様の過程を介して行われる。

まず、表の７番に示すように、スーパーマスターデバイス４５で、自分のスーパーＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤと、チャネルの通信性能をブロードキャストする。すると、第２サブマスターデバイス２５では、スーパーマスターデバイス４５から情報を受信する。

同様に、表の８番と９番に示すように、第１サブマスターデバイス１５と第３サブマスターデバイス３５は、自分のＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤと、チャネルの通信性能をブロードキャストする。すると、第２サブマスターデバイス２５では、第１及び第３サブマスターデバイス１５、３５から情報を受信する。

その後、第２サブマスターデバイス２５は、収集された情報と、自分のＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤと、自分の下位ノードであるスーパーマスターデバイス４５、第１及び第３サブマスターデバイス１５、３５のＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤ及びチャネルの通信性能をブロードキャストする。すると、スーパーマスターデバイス４５では、第２サブマスターデバイス２５から情報を受信する。

このように、ネットワークトポロジーの各経路を構成する各サブマスターデバイス１５、２５、３５から情報が収集されると、スーパーマスターデバイス４５は、図２Ｅに示すようなネットワークトポロジーの構造、各経路に対する通信性能を含む情報を有するようになる。そして、スーパーマスターデバイス４５は、各情報を処理してスーパーフレームのＣＦＰ領域のＭＣＴＡ区間に、各経路に応じて各サブマスターデバイス１５、２５、３５に割り当てられるＣＴＡに対して定義し、各サブマスターデバイス１５、２５、３５にＣＴＡを割り当てる。

図６は、本発明に係るネットワークトポロジーを構成する過程を示すフローチャートである。

ネットワークトポロジーを構成するために、まず、各サブネットワークの構成のための初期化、各サブネットワークのサブマスターデバイスの設定、バックボーンネットワーク１の初期化、スーパーマスターデバイス４５の設定などの作業が先行される。

このような作業が完了すると、スーパーマスターデバイス４５は、各サブマスターデバイス１５、２５、３５にビーコンメッセージを伝送する（Ｓ５０５）。すると、各サブマスターデバイス１５、２５、３５はスーパーマスターデバイス４５に応答メッセージを伝送し（Ｓ５１０）、スーパーマスターデバイス４５は応答メッセージを伝送した各サブマスターデバイス１５、２５、３５がすべてＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤを有していれば（Ｓ５１５−Ｙ）、ネットワークのトポロジーが完了されたと判断する（Ｓ５６５）。

しかし、応答メッセージを伝送した各サブマスターデバイス１５、２５、３５のうち、ＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤを有しないサブマスターデバイスが存在すれば（Ｓ５１５−Ｎ）、スーパーマスターデバイス４５は各サブマスターデバイス１５、２５、３５にＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤを付与する（Ｓ５２０）。その後、各サブマスターデバイス１５、２５、３５から提供された応答メッセージに基づいて通信性能を判断する。通信性能の判断結果、通信性能が予め設定された基準以下、すなわちＳＮＲ＜ａであれば（Ｓ５２５−Ｎ）、スーパーマスターデバイス４５は該当サブマスターデバイスに対するＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤを除去する（Ｓ５３０）。

その後、スーパーマスターデバイス４５からＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤの付与された１次ノードマスターデバイスは、自分を除いたサブマスターデバイス、すなわち、スーパーマスターデバイス４５とバックボーンネットワーク１内の他のサブマスターデバイスにビーコンメッセージを伝送する（Ｓ５３５）。１次ノードマスターデバイスはスーパーマスターデバイス４５とバックボーンネットワーク１内の他のサブマスターデバイスから応答メッセージが受信されると（Ｓ５４０）、ＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤを有するか否かを判断し（Ｓ５４５）、ＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤを有しない他のサブマスターデバイスにＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤを付与する（Ｓ５５０）。そして、通信性能がＳＮＲ＜ａであるかを判断し（Ｓ５５５）、通信性能を満足しないサブマスターデバイスに対してはＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤを除去する（Ｓ５６０）。

このように１次ノードマスターデバイスからＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤの付与された２次ノードマスターデバイスは、１次ノードマスターデバイスと同様の過程を行って３次ノードマスターデバイスにＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤを付与し、このような過程はバックボーンネットワーク１内のすべてのサブマスターデバイスにＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤが付与されるまでに続けられる。

バックボーンネットワーク１内のすべてのサブマスターデバイスにＭＡＳＴＥＲ＿ＤＥＶ＿ＩＤが付与されると、ネットワークトポロジーの構成が完了したと判断される（Ｓ５６５）。すると、ネットワークトポロジーを構成する各経路に含まれるスーパーマスターデバイス４５と、各サブマスターデバイス１５、２５、３５から各チャネルの通信性能を含む情報が下位ノードから上位ノードに伝達され（Ｓ５７０）、最終的にスーパーマスターデバイス４５に伝達される（Ｓ５７５）。

スーパーマスターデバイス４５では、収集された情報を用いてネットワークトポロジーの構成と各チャネルに対する通信性能情報を保存し（Ｓ５８０）、スーパーフレームに各サブマスターデバイス１５、２５、３５に対するＣＴＡを割り当てる。

図７は、本発明に係るネットワークトポロジーが構成されたバックボーンネットワークにおいてリレー伝送が行われる過程を示すフローチャートである。

図７は、一実施形態であって、図１の第２サブネットワーク２０に属するデバイスであるＰＤＡ２１から第４サブネットワーク４０に属するデバイスであるノードＰＣ４１に情報が伝送される過程を説明する。

まず、第２サブネットワーク２０のＰＤＡ２１から第２サブネットワーク２０のマスターデバイスである第２サブマスターデバイス２５に、第４サブネットワーク４０のノートＰＣ４１への情報伝達を要請する（Ｓ６０５）。すると、第２サブマスターデバイス２５は、スーパーマスターデバイス４５に第４サブネットワーク４０のノートＰＣ４１への情報伝達のための経路と時間の割り当てを要請する（Ｓ６１０）。

要請を受けたスーパーマスターデバイス４５は、予め保存されているネットワークトポロジーから可能な経路を抽出する（Ｓ６１５）。このとき、図２Ｅに示されたネットワークトポロジーによると、第２サブネットワーク２０から第４サブネットワーク４０に到達する経路、すなわち第２サブマスターデバイス２５からスーパーマスターデバイス４５に到達する経路は３つがある。２番と６番で繋がる経路、４番と５番及び６番で繋がる経路、１０番の経路である。一方、ＰＤＡ２１と第２サブマスターデバイス２５、ノートＰＣ４１とスーパーマスターデバイス４５はそれぞれ直接通信することと仮定する。

スーパーマスターデバイス４５は経路が抽出されると、各経路の通信性能を比較する（Ｓ６２０）。スーパーマスターデバイス４５は各チャネルの通信性能に対する情報を有しているため、各チャネルが複数接続されるとき、全体経路の通信性能を算出しなければならない。このとき、スーパーマスターデバイス４５は、次の（式１）に基づいて経路間の性能を比較する。

ここで、Ａ、Ｂ、Ｃは各経路のチャネルであり、ＢとＣは一つの経路を成すチャネルであり、Ａはそのものが一つの経路である。（式１）を満足すれば、スーパーマスターデバイス４５は、Ａ経路ではなくＢとＣを経由する経路に情報を伝達するようになる。もし、経路を成すチャネルが３つである場合は、次の（式２）に基づいて経路間の通信性能を比較することができる。

ここで、Ｂ、Ｃ、Ｄは一つの経路を成すチャネルであり、Ａはそのものが一つの経路である。

このような数１、数２を用いて各経路間の通信性能を比較し、スーパーマスターデバイス４５はサブネットワーク間の通信時、通信性能が最も優秀な経路を選択する（Ｓ６２５）。その後、スーパーマスターデバイス４５は、第２サブマスターデバイス２５に該当経路と割り当てられた時間に対する情報を伝達する（Ｓ６３０）。第２サブマスターデバイス２５はＰＤＡ２１に経路と時間を割り当て、該当経路と時間を介して情報を伝達できるように制御する（Ｓ６３５）。

このように、バックボーンネットワーク１のネットワークトポロジーの構築方法は、バックボーンネットワーク１に含まれる各サブネットワーク間の通信が可能のようにネットワークトポロジーを設定することができる。更に、各サブネットワーク間の通信時、通信性能が最も優秀な経路を介して情報を伝達できるようにすることで、通信の信頼性を保障することができる。

１ バックボーンネットワーク
１０ 第１サブネットワーク
１５ 第１サブマスターデバイス
２０ 第２サブネットワーク
２５ 第２サブマスターデバイス
３０ 第３サブネットワーク
３５ 第３サブマスターデバイス
４０ 第４サブネットワーク
４５ スーパーマスターデバイス

Claims (15)

1. バックボーンネットワークを構成するサブネットワーク内において通信を制御するサブマスターデバイスにおけるネットワークトポロジーの構築方法において、
   前記バックボーンネットワークを構成する少なくとも一つの他サブネットワークの通信を制御する少なくとも一つの他サブマスターデバイスにＩＤ要請メッセージを伝送するステップと、
   前記少なくとも一つの他サブマスターデバイスから応答メッセージが受信されると、前記応答メッセージを伝送した他サブマスターデバイスのうち、ＩＤを有しないサブマスターデバイスに対してＩＤを付与するステップと、を含むネットワークトポロジーの構築方法。
2. 前記各サブマスターデバイスは、前記各サブネットワークを制御し、前記各サブネットワークで少なくとも一つ以上の複数個のデバイスとネットワークを成していることを特徴とする請求項１に記載のネットワークトポロジーの構築方法。
3. 前記サブマスターデバイスは、前記バックボーンネットワークに含まれたサブマスターデバイスの中から選択されたスーパーマスターデバイスであることを特徴とする請求項１に記載のネットワークトポロジーの構築方法。
4. 前記少なくとも一つの他サブマスターデバイスからＩＤ要請メッセージを受信するステップと、
   前記ＩＤ要請メッセージを伝送した他サブマスターデバイスに応答メッセージを伝送するステップと、
   前記応答メッセージによって前記他サブマスターデバイスからＩＤが付与されるステップと、を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のネットワークトポロジーの構築方法。
5. 前記ＩＤを付与するステップは、前記応答メッセージを伝送したサブマスターデバイスのうち、予め設定された一定以上の通信性能を有するサブマスターデバイスに対してＩＤを付与し、前記ＩＤの付与されたサブマスターデバイスをｎ次ノードマスターデバイスに設定することを特徴とする請求項１に記載のネットワークトポロジーの構築方法。
6. 前記ＩＤが付与されると、前記サブマスターデバイスがｎ次ノードマスターデバイスに設定され、自分を除いたサブマスターデバイスにＩＤ要請メッセージを伝送することを特徴とする請求項４に記載のネットワークトポロジーの構築方法。
7. 前記ＩＤ要請メッセージは、前記バックボーンネットワークに含まれたサブマスターデバイスの中から選択されたスーパーマスターデバイスに伝送されることを特徴とする請求項６に記載のネットワークトポロジーの構築方法。
8. 前記ＩＤを付与するステップは、
   前記サブマスターデバイスが前記ｎ次ノードマスターデバイスに設定された場合、前記応答メッセージを伝送したサブマスターデバイスのうち、予め設定された一定以上の通信性能を有し、ＩＤを有しないサブマスターデバイスに対してＩＤを付与し、前記ＩＤの付与されたサブマスターデバイスをｎ＋１次ノードマスターデバイスに設定するステップを含むことを特徴とする請求項６に記載のネットワークトポロジーの構築方法。
9. 前記バックボーンネットワークに属するすべてのサブマスターデバイスに対してＩＤが付与されると、前記すべてのサブマスターデバイスに対する情報が伝達される情報伝達ステップを更に含むことを特徴とする請求項３に記載のネットワークトポロジーの構築方法。
10. 前記情報は、下位次数のサブマスターデバイスから上位次数のサブマスターデバイスの順に、前記すべてのサブマスターデバイスを通信可能に接続するチャネルの通信性能を含むことを特徴とする請求項９に記載のネットワークトポロジーの構築方法。
11. 前記ＩＤの付与された全サブマスターデバイスの各々から提供された情報に基づいて、各サブマスターデバイス間の接近が可能な経路であるネットワークトポロジーを認識するステップを更に含むことを特徴とする請求項３に記載のネットワークトポロジーの構築方法。
12. スーパーフレームに前記ＩＤの付与された各サブマスターデバイスのＣＴＡ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｔｉｍｅ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）を割り当てるステップを更に含むことを特徴とする請求項３に記載のネットワークトポロジーの構築方法。
13. 前記ＩＤ要請メッセージは、前記スーパーフレームのＣＡＰに含まれて伝送されることを特徴とする請求項１２に記載のネットワークトポロジーの構築方法。
14. 前記バックボーンネットワーク内の第１サブネットワークに属する送信元のデバイスから第２サブネットワークに属する宛先のデバイスに情報の伝達が要請されると、前記ネットワークトポロジーに応じて前記送信元のデバイスと前記宛先のデバイスとを接続する複数の経路に対して通信性能を比較するステップと、
    前記複数の経路のうち通信性能が優秀であると判断される経路を介して、前記情報を伝達するステップと、を更に含むことを特徴とする請求項３に記載のネットワークトポロジーの構築方法。
15. バックボーンネットワークに含まれた複数のデバイスのうち少なくとも一部で構成されたサブネットワーク内の通信を制御するサブマスターデバイスと、前記サブネットワーク間の通信を制御するスーパーマスターデバイスとを含むバックボーンネットワークにおけるサブネットワーク間のリレー伝送の可能なネットワークトポロジーの構築方法において、
    前記スーパーマスターデバイスから前記各サブマスターデバイスにＩＤ付与のためのＩＤ要請メッセージを伝送するステップと、
    前記各サブマスターデバイスから前記スーパーマスターデバイスに前記ＩＤ要請メッセージに対して応答メッセージを伝送するステップと、
    前記応答メッセージを伝送した前記サブマスターデバイスのうち、予め設定された一定以上の通信性能を有するサブマスターデバイスに対してＩＤを付与するステップと、
    前記ＩＤの付与されたサブマスターデバイスから前記各サブマスターデバイスにＩＤ付与のためのＩＤ要請メッセージを伝送するステップと、
    前記各サブマスターデバイスから前記ＩＤの付与されたサブマスターデバイスに前記ＩＤ要請メッセージに対する応答メッセージを伝送するステップと、
    前記応答メッセージを伝送した各サブマスターデバイスのうち、予め設定された一定以上の通信性能を有し、前記ＩＤを有しないサブマスターデバイスに対してＩＤを付与するステップと、
    前記応答メッセージを伝送したか否かと、前記ＩＤが付与された順に応じて、前記各サブマスターデバイス間の接続可能な経路であるネットワークトポロジーを形成するステップと、を含むことを特徴とするバックボーンネットワークにおけるサブネットワーク間のリレー伝送の可能なネットワークトポロジーの構築方法。

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