JP5629020B2 - リンク品質に基づく通信の経路制御 - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本願は、2011年11月11日に出願され、「Routing Communications Based on Link Quality」を発明の名称とする欧州特許出願公開第11188905.1号の優先権を主張する。なお、この特許出願は引用することにより本願に援用される。
メッシュネットワーク等の通信ネットワークは様々な異なる装置を接続するために用いられる。例えば、メッシュネットワークはユーティリティ産業においてユーティリティメータ、セルラリレー、変圧器、および/または他のノードを接続するために用いられてきている。メッシュネットワークにおけるノードは、一般に、隣接ノードからデータを受信し、メッセージを他の隣接ノードに中継または伝搬することができる。
従来の有線ネットワークにおいては、送信元と送信先との間の最少のホップ数に基づいてメッセージを経路制御するルーティングメトリックが用いられ得る。一方、無線メッシュネットワークにおいては、ノード間のデータレートは、リンク毎に実質的に変動し得る。このデータレートにおける変動は、メッシュネットワークが、異なる特性および能力を有する複数の異なる世代のノードを含むことがしばしばあるという事実に少なくとも部分的には起因し得る。例えば、異なる世代のノードは異なる変調技術および/またはデータレートを用いるか、またはそれらを用いる能力を有し得る。このことは、複数のノードが次第に時間の経過とともに設置され比較的長い製品寿命(例えば20年以上)で現場に留まることが期待されるユーティリティメッシュネットワークにおいて、特に成り立つ。一般に、より新しい世代のノードは、より古い世代のノードよりも、追加された変調およびより高いデータレートに対応可能である。
加えて、複数の異なるノードが異なるチャンネル上での同時転送が可能であるマルチチャンネルネットワークの場合、いくつかの送信先ノードは、異なるチャンネル上での送信または受信にビジーであるため、それ自身に宛てられた送信を損失することもある。従来、他の装置との通信に多忙である送信先装置にメッセージを送信するノードは、送信先装置から何の応答も受信しないものである。その場合、メッセージを送信するノードは、転送が失敗した理由が、リンク品質が低かったためであるのか、コリジョン(同一チャンネル上における同時に複数の転送が行われること)が生じたためなのか、または送信先装置が他チャンネル上の他装置との通信に単に多忙であったためなのかを、まったく知ることができない。
したがって、既存のルーティングメトリックは、複数の異なる世代のノードまたは別様に異なる能力を有するノードを含む異機種マルチチャンネル無線メッシュネットワーク内における転送を経路制御する効果的な方法を提供しない。
詳細な記載について、添付の図面を参照して説明する。これらの図面において、参照番号の最も左側の桁(単数または複数)はその参照番号が最初に現れる図を示す。異なる図面における同一の参照番号の使用は同様または同一の項目を示す。
複数の異なる能力を有するノード間で転送が効果的に経路制御され得るマルチチャンネル無線メッシュネットワークのアーキテクチャ例の概略図である。 図1に示すアーキテクチャのノード例の付加的な詳細を示す概略図である。 ネットワークのノード間のリンク品質にしたがってマルチチャンネル無線メッシュネットワークにおいて転送を経路制御する方法例を示すフローチャートである。 マルチチャンネル無線メッシュネットワークのリンク品質を判定する方法例の信号流れ図である。 マルチチャンネル無線メッシュネットワークにおいて転送を経路制御するためにビジー装置リストを用いる方法例を示すフローチャートである。 ノードが他のノードへのデータの送信を希望することを示すために用いられ得る送信要求メッセージのフレーム構造例の概略図である。 ノードがデータを受信するにあたり利用可能であることを示すために用いられ得る受信準備完了メッセージのフレーム構造例の概略図である。
概要
上述のように、既存のルーティングメトリックは、マルチチャンネル無線メッシュネットワーク内において転送を経路制御する効果的な方法を提供しない。例えば、既存のルーティングメトリックは、ノードが異なる能力を有するためリンク毎に転送データレートが変わり得る異機種の無線メッシュネットワークにおいて転送を経路制御することには適さない。本明細書で用いられる「リンク」は、無線周波数(RF:radio frequency)による等のネットワークの2つのノード間の直接転送経路(すなわち、他ノードを通過しない)を指す。2つのノード間のリンクのデータレートは、2つのノード間の転送能力(例えば、適合した変調技術およびデータレート)に少なくとも部分的に依存する。そのため、リンク上の最大データレートは、そのリンクの最低速度ノードの能力により制限される。
本願において、異機種無線メッシュネットワークの2つのノード間のおよび/または複数のノードにわたる通信をインテリジェントに経路制御するための技術が説明される。例えば、本願において、ネットワークのノード間のリンク品質を判定すること、および判定されたリンク品質に少なくとも部分的に基づいて通信を経路制御することが説明される。
従来のルーティングメトリックも、一般に、送信先ノードが異なるチャンネル上での送信または受信にビジーであるために自分自身に対する送信を損失し得る、いわゆる「送信先損失問題(missing destination problem)」を解決することができない。従来のルーティングメトリックを用いる場合、意図した送信先ノードからの応答を受信しないノードは、コリジョンか発生したと判断し、そのコンテンションウィンドウ(すなわち、ノードがメッセージの再送信を試みる前に待機する時間の平均量)のサイズを増加させることもある。このように待機時間が増加することにより、不必要な遅延が生じ得、意図した送信先に転送を伝播することに非効率性が生じ得る。
本願においては、各ノードに対するビジー装置リストを保持することについても説明される。なお、このビジー装置リストは、1つまたは複数の隣接ノードに対する利用可能性情報を含むものである。通信は、ビジー装置リストに保持される隣接ノードの利用可能性情報に少なくとも部分的に基づいて経路設定され得る。
したがって、本願に説明される様々な実施形態によれば、転送は、リンク品質(例えば、承認リンクのリストに基づく)、隣接ノードの利用可能性(例えば、ビジー装置リストに基づく)、またはその両方に基づいて、マルチチャンネルメッシュネットワーク等の通信ネットワークにおいて経路制御され得る。
経路制御技術は、複数のノードを含むユーティリティメッシュネットワークの状況において説明される。ユーティリティメッシュネットワークのノードは、例えば、スマートユーティリティメータ(例えば、電気、ガス、および/または水量メータ)、センサ(例えば、温度センサ、測候所、周波数センサ、その他)、制御装置、変圧器、ルータ、サーバ、リレー(例えば、セルラリレー)、スイッチ、バルブ、および他のネットワーク装置を含み得る。経路制御技術は複数のノードを含むユーティリティメッシュネットワークの状況において説明される一方で、経路制御技術は、追加的にまたは代替的に、他のネットワークおよび/または他の用途に対して適用可能であり得る。そのため、他の実装において、ノードは、通信ネットワークに接続され且つデータの送信および/または受信が可能である任意の装置を含み得る。
複数の様々な実装および実施形態が、「リンク品質に基づく経路制御」および「ノード利用可能性に基づく経路制御」の概要から始めることにより、以下で説明される。これらの概要に続いて、本願で説明される経路制御技術を実装するために用いられ得る「アーキテクチャ例」および「ノード例」の説明がある。次いで、本願は、「リンク品質に基づく経路制御のプロセス例」および「ノード利用可能性に基づく経路制御のプロセス例」の付加的な詳細について説明する。これらの経路制御プロセス例の詳細な説明に続いて、本願は、本願で説明される方法等の経路制御方法を実装するために用いられ得るいくつかの「プロトコルデータユニット(PDU)例」の説明を含む。最後に本願は短い「結論」で締めくくられる。この概要およびそれに続くセクション表題を含むセクションは、例示的な実装および実施形態にすぎず、請求項の範囲を制限するものであると解釈してはならない。
リンク品質に基づく経路制御の概要
1つの実装例において、本願において、マルチチャンネルユーティリティネットワーク等の通信ネットワークのノード間のリンク品質を判定することと、判定されたリンク品質に少なくとも部分的に基づいて通信を経路制御することと、が説明される。この例において、ノードは、ノードと複数の隣接ノードとの間のリンク品質を判定する。複数の隣接ノードのうちのそれぞれの隣接ノードに対して、ノードは、ノードとそれぞれの隣接ノードとの間のリンク品質と、所定の品質閾値とを比較する。リンク品質が所定の品質閾値を満足する場合、ノードはリンクを承認し、リンク品質閾値を満足する承認リンクのリストにリンクを追加する。次いでノードは、ノードが承認リンクを有する隣接ノードに通信を経路制御し得る。
ノードは、ノードと、1つまたは複数のその隣接ノードと、の間のリンク品質を判定してもよい。1つの例において、ノードが比較的少ない数(例えば、9個以下)の隣接ノードを有する場合、ノードは、それ自身とその隣接ノード全部との間の品質を判定してもよい。代替的に、ノードが多数の隣接ノードを有する場合、ノードは、それ自身と、隣接ノード全部のうちの一部との間のリンク品質を判定してもよい。1つの例において、ノードは、リンク品質閾値を満足する所定数(例えば5個、10個、20個、その他)のリンクを判定し、それにより十分な数の良好な通信経路が確保されるまで、その隣接ノードとのリンク品質を判定し続けてもよい。
ノードは、リンク上の隣接ノードと一連の通信を交換することにより、隣接ノードとのリンク品質を判定してもよい。例えば、1つの実装において、ノードは送信要求(RTS:request−to−send)メッセージを隣接ノードに送信してもよい。メッセージ送信の要求はテストする一連の通信チャンネルを指定してもよい。例えば、テストする一連の通信チャンネルは、テストする開始チャンネル番号、テストするチャンネル間のステップ間隔、およびテストするチャンネル数により指定されてもよい。それに応答して、ノードは、隣接ノードが転送を受信するにあたり利用可能であることを示す受信準備完了(CTS:clear−to−send)メッセージを隣接ノードから受け取ってもよい。次いでノードは、テストする一連の通信チャンネルにしたがって隣接ノードにテストデータパケットを送信することにより、ノードとそれぞれの隣接ノードとの間の一連の通信チャンネルをテストすることに進行してもよい。テストデータパケットを受信すると、隣接ノードは、同じ一連の通信チャンネルにしたがってテストデータパケットを送り返してもよい。テストデータパケットのそれぞれは、リンクを通る転送の時間におけるコストの表示を含んでもよい。
隣接ノードからテストデータパケットを受け取ると、ノードは、一連の通信チャンネルのテストに基づいて、ノードと隣接ノードとの間のリンク品質を算出してもよい。ノードは、ノードが隣接ノードから受信したテストデータパケットの数を含む確認パケットも送信してよい。隣接ノードは、ノードとそれぞれの隣接ノードとの間のリンク品質を評価するために、確認パケットを用いてもよい。リンク品質が所定の品質閾値を満足する場合、ノードはリンクを承認し、リンク品質閾値を満足する承認リンクのリストにリンクを追加してもよい。リンクは通信チャンネルの全部または一部に対して承認されてもよい。例えば、リンクは、チャンネル多様性を高めることにより他の隣接ノードからの干渉およびコリジョンの可能性を低下させるために、リンク全部のうちの一部に対して承認されてもよい。また、例えば、テストデータを交換する間に1つまたは複数のチャンネルにおいて干渉が経験されるかまたは別様に低品質転送を有することが見出された場合、ノードはチャンネル全部のうちの一部に対して承認されてもよい。いくつかの例において、承認リンクのリストは、ノードとそれぞれの隣接ノードとの間の相対的リンク品質にしたがって隣接ノードの序列を含んでもよい。その場合、ノードは、少なくとも部分的に相対的リンク品質に基づいて通信を経路制御してもよい(例えば、最高品質を有するリンクによりノードに接続される利用可能な隣接ノードに通信を経路制御する)。
様々な異なるメトリックがノード間のリンク品質を算出するために用いられてもよい。1つの具体例において、リンク品質は、リンク上の通信の期待転送時間(ETT:expected transmission time)に基づいて算出されてもよい。ETTは以下の式にしたがって算出され得る。
ETT=(S/B)×ETX (1)
ただし式中、ETX=1/(1−P)、P=1−(1−Pf)×(1−Pr)、
Pはリンク上の損失率であり、
Pfはデータパケットが隣接ノードに正常に到着する確率であり、
Prは隣接ノードからの確認が正常に受信される確率であり、
Sはデータパケットのパケットサイズ(例えば、ビットまたは他の単位)であり、
Bは2つのノード間のリンクの帯域幅(例えば、ビット/秒または他の単位)である。
例えば、2つのノードxおよびyを考える場合、ノードxに対するPfは、ノードxからノードyにより受信されたテストデータパケットの数を、ノードxにより送信されたテストデータパケットの数で除算した値となるであろう。ノードxに対するPrは、ノードyからノードxにより受信されたテストデータパケットの数を、ノードyにより送信されたテストデータパケットの数で除算した値となるであろう。ノードyに対するPfおよびPrは同様の方法で計算されるであろう。式(1)は、リンク品質を測定するために用いられ得る1つのルーティングメトリック例にすぎず、他の例では、様々な他のメトリックがリンク品質を測定するために用いられ得る。
RTSを受信した後、隣接ノードが通信を受信するにあたり利用不能であるかまたは利用不能となるであろう(例えば、隣接ノードがすでに以前にスケジュールされた通信を有する)場合、隣接ノードは受信不可(NCTS:not−clear−to−send)メッセージを送り返してもよい。隣接ノードが他のチャンネル上の通信にビジーである場合、隣接ノードはRTSを受信せず、したがって応答しないこともある。ノードがNCTSを受信しないかまたは応答をまったく受信しない場合、ノードは1つの時間的期間を待機した後再試行しおよび/または異なる隣接ノードを試行してもよい。
ノード利用可能性に基づく経路制御の概要
他の実装例において、本願は、1つまたは複数の隣接ノードに対する利用可能性情報を含む各ノードに対するビジー装置リストを保持することと、隣接ノードの利用可能性に基づいて転送を経路制御することと、を説明する。この例において、ノードは、送信先に転送されるいくつかの情報(例えば、リソース消費データ、レポート、警告、状態メッセージ、ソフトウェア/ファームウェア更新、その他)を受信する。この情報は、隣接ノードから、システムから、またはノード自身の部品(例えば、ローカルセンサまたは計測モジュール)から、受信されてもよい。この情報を受信すると、ノードは、1つまたは複数の隣接ノードの利用可能性を判定するために、ビジー装置リストを照会してもよい。次いでノードは、転送を受信するにあたり利用可能であり且つこの情報を送信先に伝播することができる隣接ノードをビジー装置リストにしたがって特定する。次いで、ノードは特定された隣接ノードにこの情報を転送し得る。
ビジー装置リストは一般にノード自身のローカルメモリ(例えば、ノードの媒体アクセス制御(MAC:medium access control)サブレイヤ)内に保持される。一方、いくつかの実装において、ビジー装置リストは、追加的にまたは代替的に、ネットワーク上の他の場所(例えば、親ノード、セルラルータ、リレー、ネットワーク記憶装置、その他)において保持されてもよい。
ビジー装置リストは、マルチチャンネル通信ネットワークの制御チャンネル上のノードにより聴き取られるメッセージに含まれる予約情報に基づいて、生成、保持、および更新されてもよい。予約情報は、ビジーである(またはビジーになるであろう)ノードおよびビジー状態となる期間を特定してもよい。この予約情報は、例えば、マルチチャンネル通信ネットワークの他のノード宛の送信要求(RTS)メッセージ、および/またはマルチチャンネル通信ネットワークの他のノード宛の受信準備完了(CTS)メッセージを含む、様々なメッセージに含まれてもよい。
アーキテクチャ例
図1は、ノードのリンク品質および/または利用可能性にしたがって転送が経路制御されることが可能であるマルチチャンネル無線メッシュネットワークのアーキテクチャ例100の概略図である。アーキテクチャ100は、直接通信経路すなわち「リンク」を解して互いに通信可能に接続された複数のノード102A、102B、102C、・・・102N(ノード102と総称される)を含む。この例において、Nは、広域ネットワーク(WAN:wide area network)、メトロポリタンエリアネットワーク(MAN:metropolitan area network)、ローカルエリアネットワーク(LAN:local area network)、近隣ネットワーク(NAN:neighborhood area network)、パーソナルエリアネットワーク(PAN:personal area network)、その他等の、自律的経路制御エリア(ARA:autonomous routing area)内におけるノードの数を表す。
上述のように、「リンク」という用語は、2つのノード間の直接通信経路(他のノードを通過しない、または他のノードにより伝播されない)を指す。各リンクは、ノードがデータを送信または受信することができる複数のチャンネルを表し得る。複数のチャンネルのうちのそれぞれチャンネルは、複数のチャンネルのそれぞれのチャンネルに対して同一であるかまたは異なる周波数範囲により定められてもよい。いくつかの事例において複数のチャンネルはRFチャンネルを含む。複数のチャンネルは制御チャンネルおよび複数のデータチャンネルを含んでもよい。いくつかの事例において、制御チャンネルは、データを送信するために利用されるデータチャンネルのうちの1つのデータチャンネルを指定するための1つまたは複数のメッセージをノード間で通信するために利用される。一般に制御チャンネル上の転送はデータチャンネル上の転送と比較してより短い。
ノード102のうちのそれぞれのノードは、例えば、スマートユーティリティメータ(例えば、電気、ガス、および/または水量メータ)、センサ(例えば、温度センサ、測候所、周波数センサ、その他)、制御装置、変圧器、ルータ、サーバ、リレー(例えば、セルラリレー)、スイッチ、バルブ、上記の組み合わせ、または通信ネットワークに接続され且つデータの送信および/または受信が可能である任意の装置等の、様々な従来の計算装置のうちのいずれとして実装されてもよい。
この例において、ノード102は、インターネット等のバックホールネットワーク(単数または複数)106へのARAの接続ポイントとして機能するエッジデバイス(例えば、セルラリレー、セルラルータ、エッジルータ、DODAGEルート、その他)を介して中央局104と通信するようにも構成される。示された例において、ノード102Aは、ネットワーク(単数または複数)106を介してARAの他のノード102B〜102Nと中央局104との間で通信を中継するセルラリレーとして機能する。
ノード102Cは、ノード102のうちのそれぞれのノードを代表し、無線機108および処理ユニット110を含む。無線機108は、複数のチャンネル/周波数のうちの1つまたは複数を介してRF信号を送信および/または受信するよう構成された無線周波数(RF:radio frequency)トランシーバを含む。いくつかの実装において、ノード102のうちのそれぞれのノードは、各通信リンクの制御チャンネルおよび複数のデータチャンネル等の複数の異なるチャンネル上でデータを送信および受信するよう構成された信号無線機108を備える。無線機108は、複数の異なる変調技術、データレート、プロトコル、信号強度、および/または出力レベルを実装するよう構成されてもよい。アーキテクチャ100は、ノード102が異なる種類のノード(例えば、スマートメータ、セルラリレー、センサ、その他)、異なる世代またはモデルのノード、および/または別様に異なるチャンネル上で転送する能力を有し且つ異なる変調技術、データレート、プロトコル、信号強度、および/または出力レベルを用いるノードを含み得るという意味で、複数のノードからなる異機種ネットワークを表す。
処理ユニット110は、メモリ114に通信可能に接続された1つまたは複数のプロセッサ(単数または複数)112を備えてもよい。メモリ114は、様々な機能を実装するためにプロセッサ(単数または複数)112上で実行可能である1つまたは複数のソフトウェアおよび/またはファームウェアモジュールを記憶するよう構成されてもよい。これらのモジュールは本願においてはプロセッサ上で実行可能であるソフトウェアおよび/またはファームウェアであると説明されるが、他の実施形態においては、これらのモジュールのうちのいずれかまたは全部は、説明された機能を実行するために全体的にまたは部分的にハードウェア(例えば、ASIC、専用の処理ユニット、その他)により実装されてもよい。
図1の実施形態において、メモリ114は経路制御モジュール116、承認モジュール118、およびビジー装置リスト120を備える。経路制御モジュール116は、承認モジュール118により判定されるノード102間のリンク品質に、ビジー装置リスト120により判定されるノード102の利用可能性に、および/または1つまたは複数の他の要因に基づいて、ARAの2つのノード102間のおよび/または複数のノード102にわたって転送を経路制御するよう構成される。経路制御モジュール116がこれらおよび他の要因に基づいて通信を経路制御し得る方法の付加的な詳細は以下の図2〜図5の説明において提供される。
承認モジュール118はノード102間のリンク品質を判定するよう構成される。示された例において、ノード102Cの承認モジュール118は、ノード102Cとその隣接ノード102Aおよび102Nとの間のリンクが品質閾値レベルを満足し、したがって「承認リンク」として指定されると判定する。一方、承認モジュール118は、ノード102Cとその隣接ノード102Bとの間のリンク品質を判定していないか、または、承認モジュール118は、ノード102Cとその隣接ノード102Bとの間のリンクが品質閾値レベルを満足しない(例えば、リンクが干渉を経験する、弱いまたは減衰した信号を有する、または別様に転送に使用不可能である)ことを判定したかの、いずれかである。したがって、ノード102Cとその隣接ノード102Bとの間のリンクは図1において未承認リンクとして指定される。
ビジー装置リスト120は、ノード102の利用可能性を判定し、ビジーである(またはビジーになるであろう)ノードのリスティングと、それらのノードがビジーである期間とを保持するよう構成される。示した例において、ビジー装置リスト120は、ノード102Bがノード102Aにデータを送信することにビジーであり、したがってノード102Cからの送信を受信するにあたり利用不能であることを示すであろう。
メモリ114はコンピュータ可読媒体を含み得、ランダムアクセスメモリ(RAM:random access memory)等の揮発性メモリ、および/またはリードオンリーメモリ(ROM:read only memory)もしくはフラッシュRAM等の不揮発性メモリの形を取り得る。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、または計算装置1つまたは複数のプロセッサにより実行される他のデータ等の情報の記憶のために任意の方法または技術で実装された揮発性および不揮発性、着脱可能なおよび着脱不可能な媒体を含む。コンピュータ可読媒体の例は、位相変化メモリ(PRAM:phase change memory)、スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM:static random−access memory)、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM:dynamic random−access memory)、他の種類のランダムアクセスメモリ(RAM:random access memory)、リードオンリーメモリ(ROM:read−only memory)、電気的消去書込み可能リードオンリーメモリ(EEPROM:electrically erasable programmable read−only memory)、フラッシュメモリもしくは他のメモリ技術、コンパクトディスク・リードオンリーメモリ(CD−ROM)、デジタル汎用ディスク(DVD:digital versatile disk)もしくは他の光記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気記憶装置、または、計算装置によるアクセスのために情報を記憶するよう用いられることが可能である任意の他の非伝送媒体を含むが、これらに限定されない。本願に定められるコンピュータ可読媒体は変調されたデータ信号および搬送波等の通信媒体を含まない。
ネットワーク(単数または複数)106は、一方、それ自身が無線もしくは有線ネットワークまたはこれらの組み合わせを含み得るバックホールネットワークを表す。ネットワーク(単数または複数)106は、互いに対して相互接続され且つ単一の大規模なネットワークとして機能する個々のネットワークの集合(例えば、インターネットまたはイントラネット)であってもよい。さらに、個々のネットワークは無線もしくは有線ネットワークまたはこれらの組み合わせであってもよい。
中央局104は、サーバ、パーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、その他等の、1つまたは複数の計算装置により実装されてもよい。1つまたは複数の計算装置は、メモリに通信可能に接続された1つまたは複数のプロセッサ(単数または複数)を装備してもよい。いくつかの例において、中央局104は、1つまたは複数のノード102から受信したデータの処理、分析、記憶、および/または管理を実行する集中型メータデータ管理システムを含む。例えば、中央局104は、スマートユーティリティメータ、センサ、制御装置、ルータ、レギュレータ、サーバ、リレー、スイッチ、バルブ、および/または他のノードから取得したデータの処理、分析、記憶、および/または管理を行ってもよい。図1の例は単一場所における中央局104を示すが、いくつかの例においては、中央局は複数の場所に分散され、および/または完全に排除(例えば、高度に分散化された分散コンピューティングプラットフォームの場合)されてもよい。
ノード例
図2は図1に示すノード例102Cの付加的な詳細を示す概略図である。この例において、無線機108は、RFフロントエンド202およびベースバンドプロセッサ204に接続されたアンテナ200を備える。RFフロントエンド202は送信機能および/または受信機能を提供してもよい。RFフロントエンド202は、アンテナにより提供され1つまたは複数のノード102から取得される信号を同調および/または減衰する等の機能を提供する高周波アナログおよび/またはハードウェア部品を備え得る。RFフロントエンド202は信号をベースバンドプロセッサ204に提供してもよい。
1つの例において、ベースバンドプロセッサ204の全部または一部は、ソフトウェア(SW)無線機として構成され得る。1つの例において、ベースバンドプロセッサ204は周波数および/またはチャンネル選択機能を無線機108に提供する。例えば、SW無線機は、プロセッサもしくは特定用途集積回路(ASIC:application specific integrated circuit)または他の埋込計算装置(単数または複数)により実行されるソフトウェアで実装されたミキサ、フィルタ、増幅器、変調器、および/または復調器、検波器、その他を含み得る。SW無線機は、プロセッサ(単数または複数)112およびメモリ114において定義されたまたは記憶されたソフトウェアを利用してもよい。代替的に、無線機108は少なくとも部分的にアナログ部品を用いて実装されてもよい。
処理ユニット110は、時間を保持するよう構成されたクロック206も備えてよい。クロック206は、1つまたは複数のカウントアップタイマまたはカウントダウンタイマを提供するよう構成されてもよい。係るタイマは複数の通信チャンネルにおける周波数ホッピングに用いられてもよい。
周波数ホッピングモジュール208はベースバンドプロセッサ204およびクロック206と通信するよう構成されてもよい。1つの例において、周波数ホッピングモジュール208は、時間情報を取得すること、および/またはクロック206における周波数ホッピングタイマを設定することを実行するよう構成される。係る時間情報および/またはタイマは、異なるチャンネルまたは周波数を「ホップ」または同調する時間を周波数ホッピングモジュール208に示すであろう。加えて、周波数ホッピングモジュール208は、実際の周波数変更を実行することをSW無線機または無線機108の他の部品に対して指示するよう構成されてもよい。したがって、周波数ホッピングモジュール208は、合意された時間に合意された周波数間で反復的にシフトし、合意された時間的期間中、合意されたプロトコルで、他のノード(単数または複数)と通信することが可能である。
いくつかの実装において(例えば、ノードがユーティリティメータである場合)、メモリ114は、1つまたは複数の資源(例えば、電気、水、天然ガス、その他)の消費データを収集するよう構成された計測モジュール210も備えてよい。なお、この消費データは、次に、中央局104または他の送信先に次第に伝播させるために、1つまたは複数の他のノード102に送信されてよい。
上述のように、メモリ114は、承認モジュール118およびビジー装置リスト120も備える。承認モジュール118はノード間のリンク品質を判定し、リンク品質に関する情報を承認リンクリスト212または他のリンク品質情報のレポジトリに記憶する。同様に、ビジー装置リスト120は、ノード102の利用可能性を判定し、ビジーである(またはビジーになるであろう)ノードのリスティングと、それらのノードがビジーである期間とを、ビジー装置リスト214またはノード利用可能性データの他のリポジトリにおいて保持するよう構成される。承認リンクリスト212およびビジー装置リスト214は、ノード102Cのローカルメモリに記憶されるデータのリストとして示されるが、他の実施形態においては、リンク品質およびノード利用可能性情報は、単一のリストにおいて、または、非リスト形式において、記憶されてもよい。さらに、いくつかの実施形態において、リンク品質およびノード利用可能性情報は、追加的にまたは代替的に、ネットワーク上の1つまたは複数の他の場所(例えば、親ノード、セルラルータ、リレー、ネットワーク記憶装置、その他)において保持されてもよい。
上述のように、承認リンクリスト212およびビジー装置リスト214は、別のリストとして、または1つの複合リストとして、保持されてもよい。示した例において承認リンクリスト212およびビジー装置リスト214は、複合リスト216としてメモリ114において記憶される。この図面に示すように、この例における承認リンクリスト212およびビジー装置リスト214はいくつかの重複する情報を含む。
承認リンクリスト212に全般に対応する複合リスト216の部分は一点鎖線により囲まれ、この例においては、ノードが通信リンクを有する隣接ノードのリスト(「隣接」の見出し)、各隣接ノードとのリンクが承認されているかどうかの表示(「承認」の見出し)、各リンクに対する承認されたチャンネルのリスト(「チャンネル」の見出し)、および相対的なリンク品質によるリンクの序列(「序列」の見出し)を含む。しかし、他の実施形態においては、承認リンクリスト212は追加的または代替的な情報(例えば、リンクの相対的品質スコア、各リンクの個々のチャンネルの相対的品質、各リンクまたは各リンクの各チャンネルに対する最大データレート、その他)を含んでもよい。
ビジー装置リスト214に全般に対応する複合リスト216の部分は点線により囲まれ、この例においては、ノードが通信リンクを有する隣接ノードのリスト(「隣接」の見出し)、各リンクに対する承認されたチャンネルのリスト(「チャンネル」の見出し)、各ノードの利用可能性状況(「利用可能性」の見出し)、および利用可能性状況に対応する期間(「期間」の見出し)を含む。本願で用いられるように、ノードは、ビジー装置リストにおいて利用可能である(例えば、通信を受信するためのスケジュール済み/予約済み時間を有する)と肯定的に示される場合、または暗黙的に利用可能である(例えば、利用不能であるとは示されず、したがって、利用可能であると想定されるノードである)場合、転送を受信するにあたり「利用可能」であるまたは「利用可能性を有」する。他の実施形態において、ビジー装置リスト214は追加的または代替的な情報(例えば、ビジー状態のノードにより実行される動作の種類、ビジー状態のノードにより送信/受信されるデータのサイズ、その他)を含んでもよい。
経路制御モジュール116は、承認リンクリスト212に示されるリンク品質、ビジー装置リスト214に示される隣接ノードの利用可能性、または複合リスト216を用いてその両方に基づいて、通信を経路制御してもよい。例えば、1つの例示的なルーティングメトリックにしたがって、ノードは、最高のリンク品質序列を有する利用可能であるノードに通信を経路制御することを試行してもよい。したがって、示された例において、(ノードNがその最終的な送信先に転送を別様に伝播可能であると仮定して)ノードNは無期限的に利用可能であると同時に最高品質の利用可能な承認リンク(すなわち、最も低い序列)であるため、ノード102Cは、チャンネル5を除く(以下で説明するように、チャンネル5は現在ノードAおよびBにより使用されているため)チャンネル1〜7のうちの1つのチャンネル上のノードNに通信を経路制御してもよい。この例において、ノードAは、データをチャンネル5上のノードBに送信するためにビジーであるため、ただちには転送を受信するにあたり利用可能とならず、そのため、ノードAがより高い品質のリンクを有する(すなわち、より低い序列)事実にも関わらず、ノードCは通信をノードAに経路制御しないであろう。またノードCは、チャンネル5上のノードAとノードBとの間の転送を妨害することを回避するために、チャンネル5上のノードNに転送を経路制御しないであろう。
代替的なルーティングメトリックにおいては、経路制御モジュール116は、利用可能性よりもリンク品質により大きい重みを加えてもよい。その場合、示した実施形態を再び参照すると、ノードAがより高い品質(すなわち、より低い序列)のリンク品質を有するため、ノードAが利用可能となる場合、ただちに利用可能となるノードNにデータを送信するよりもむしろ、ノードCはノードAへのデータ送信を待機することを選択してもよい。さらに他の代替的な実施形態においては、ノードAが比較的短い時間的期間で利用可能となる場合に限り、ノードCはノードAに通信を経路制御することを待機することを選択してもよい。換言すれば、通信をどこに経路制御するかの決定は、リンク品質と利用可能となるまでの時間との間のバランスを図り得るものである。
リンク品質に基づく経路制御の方法例
図3は、メッシュネットワークのノード間のリンク品質を判定し、リンク品質に少なくとも部分的に基づいて通信を経路制御する方法例300を示す。方法300は便宜のために図1のアーキテクチャ例100を参照して説明される。しかし、方法300は図1アーキテクチャ例100とともに用いられることには限定されず、他のアーキテクチャおよび装置を用いて実装されてもよい。
方法300はノード102C等のノードとノード102N等の隣接ノードとの間のリンク品質を判定するブロック302において開始される。リンク品質判定はノード102Cの承認モジュール118等の承認モジュールにより実行されてもよい。リンク承認プロセスの付加的な詳細は以下で図4を参照して説明されるであろう。
ノード102Cが隣接ノード102Nとのリンク品質を判定すると、ブロック304において、ノード102Cの承認モジュール118は判定されたリンク品質とリンク品質閾値とを比較する。判定されたリンク品質がリンク品質閾値を満足する(すなわち、リンク品質閾値以上である)場合、ノード102Cは、ブロック306において、ノード102Cと隣接ノード102Nとの間のリンクを承認し、そのリンクを承認リンクリスト212に追加する。
ブロック308において、ノード102Cは、所定数の承認リンクが存在するかどうかを判定する。所定数の承認リンクは、ノードがその直近の隣接ノードとの間に有するリンクの数と等しくてもよく、または、所定数の承認リンクはノードがその直近の隣接ノードとの間に有するリンク全部よりも少なくてもよい。例えば、所定数の承認リンクは、ネットワークトラフィックが過剰であるときでさえもノードに対して良好な通信経路を十分に確保できる数(例えば、3個、5個、10個、その他)を含んでもよい。ブロック308において、ノード102Cが「No」すなわち所定数の承認リンクが存在しないと判定した場合、ノード102Cは、所定数の承認リンクが達成されるまで、ブロック302〜306の動作を反復してもよい。逆に、ノード102Cがブロック308において「Yes」すなわち所定数の承認リンクが存在すると判定した場合、ノード102Cは、いくつかの実施形態において、ブロック310に進行し、ノード102Cと、ノード102A、102B、および102Nとの間の相対的リンク品質にしたがって、隣接ノードを序列設定してもよい。しかし、他の実施形態においては序列動作310は省略されてもよい。
ブロック312において、ノード102Cの経路制御モジュール116は、承認リンクを有するその隣接ノードに通信を経路制御し始めてもよい。したがって、示された例においては、ノード102Cがノード102Aおよびノード102Nと承認リンクを有しノード102Bとは承認リンクを有さないため、ノード102Cは、ノード102Bにではなく、ノード102Aおよびノード102Nに、通信を経路制御し始めてもよい。単に承認リンクの存在に基づいて通信を経路制御することに加えて、または係る経路制御に代わって、ブロック310において隣接ノードがリンク品質に基づいてノード102Cにより序列設定されている場合、ノード102Cはリンク品質序列に基づいて通信を経路制御してもよい(例えば、より高い品質のリンクを介して通信を送信することを優先する)。
図4はリンク品質に基づいてリンクを承認する方法例400の付加的な詳細を示す信号流れ図である。方法400は、便宜のために図1のアーキテクチャ例100のノード102Cおよびノード102Nを参照して説明される。しかし、方法400は、図1のアーキテクチャ例100とともに用いられることには限定されず、他のアーキテクチャおよび装置を用いて実装されてもよい。
図4において、ノード102C等のノードは、リンク上の隣接ノードと一連の通信を交換することによりノード102N等の隣接ノードとのリンク品質を判定してもよい。例えば、動作402において、ノード102Cは送信要求(RTS:request−to−send)メッセージを隣接ノード102Nに送信してもよい。メッセージ送信の要求はテストする一連の通信チャンネルを指定してもよい。例えば、テストする一連の通信チャンネルは、テストする開始チャンネル番号X、テストするチャンネル間のステップ間隔Y、およびテストするチャンネル数Mにより指定されてもよい。一連のチャンネルは、以下の式にしたがって数学的に表現され得る。
(X+Y(k−1)),k=1,2,…M (2)
この式において、kはその一連のチャンネル内のチャンネル(例えば、テストされる最初のチャンネル)の数である。
その結果、ノード102Cは、動作404において、隣接ノード102Nにおいて送信を受信するにあたり利用可能であることを示す受信準備完了(CTS:clear−to−send)メッセージを隣接ノード102Nから受け取ってもよい。次いでノード102Cは、動作406において、テストする一連の通信チャンネルにしたがって隣接ノード102Nにテストデータパケットを送信することにより、ノード102Cとそれぞれの隣接ノード102Nとの間の一連の通信チャンネルのテストへと進行してもよい。テストデータパケットを受信すると、隣接ノード102Nは、動作408において、同じ一連の通信チャンネルにしたがってテストデータパケットを送り返してもよい。動作408において送り返されたテストデータパケットのそれぞれは、リンクを通過する転送の時間におけるコストの表示、ならびにノード102Nがノード102Cから受信したテストデータパケットの数の表示を含み得る。
隣接ノードからテストデータパケットを受信すると、動作410において、ノード102Cは、一連の通信チャンネルのテストに基づいて、ノード102Cと隣接ノード102Nとの間のリンク品質を算出してもよい。例えば、ノード102Cは上記の式(1)にしたがってリンク品質を算出してもよい。代替的に、様々な他のメトリックがリンク品質を算出するために用いられてもよい。リンク品質が所定の品質閾値を満足する場合、ノード102Cはリンクを承認し、図3を参照して上述したように、リンク品質閾値を満足する承認リンクのリストにリンクを追加する。
動作412において、ノード102Cは、隣接ノード102Nから受信したテストデータパケットの数を含む確認パケットも送信してよい。動作414において、隣接ノード102Nは、ノード102Cにより送信された確認パケットが正常に受信されたことを示す肯定応答パケットをノード102Cに送信してもよい。動作416において、隣接ノード102Nは、ノード102Cと隣接ノード102Nとの間のリンク品質を評価する(例えば、上記の式1のリンク品質メリトックを用いて)ために確認パケットを用いてもよい。リンク品質が所定の品質閾値を満足する場合、隣接ノード102Nはリンクを承認し、図3を参照して上述したように、リンク品質閾値を満足する承認リンクのリストにリンクを追加する。方法400は、各ノードに対して所定数のリンクを承認するに必要な回数だけ実行されてもよい。
ノード利用可能性に基づく経路制御方法例
図5はメッシュネットワークのノード間のリンクを承認するための方法例500を示す。方法500は便宜のために図1のアーキテクチャ例100を参照して説明される。しかし、方法500は、図1のアーキテクチャ例100とともに用いられることには限定されず、他のアーキテクチャおよび装置を用いて実装されてもよい。
方法500によれば、ブロック502において、ノード102C等のノードは、ノード102A、102B、および102N等の隣接ノードの利用可能性情報(すなわち、ビジー、利用可能、利用不能、その他)を含むビジー装置リストを保持および更新する。ビジー装置リストは、例えば、MACサブレイヤにおいて実装され、ノード102Cのメモリに記憶されてもよい。
特に、ノード102Cはブロック504において制御チャンネルをリスンする(すなわち、制御チャンネル上で転送されるあらゆる通信を受信するために、無線機108を制御チャンネルに同調する)ことによりビジー装置リストを保持/更新してもよい。ブロック506において、ノード102Cは、ネットワーク上の他のノードにより送信された、RTSメッセージまたはCTSメッセージ等の、1つまたは複数のメッセージを聴き取ってもよい。聴き取られたメッセージは、利用可能性情報(例えば、特定ノードが1つまたは複数の特定のデータチャンネル上でデータの送信または受信を意図することの情報)および期間情報(例えば、転送されるデータのサイズ、転送時間、および/または転送の開始時間)を含む予約情報を含んでもよい。ブロック508において、ノード102Cは、聴き取られたメッセージに関連する他のノードの利用可能性および利用可能期間を含むために、そのビジー装置リストを更新してもよい。
ブロック510において、ノード102Cは送信先に転送される情報(例えば、隣接ノードから伝播された情報、ノード自身の計測モジュール210からの消費情報、その他)を受信してもよい。ブロック512において、ノード102Cはビジー装置リストを照会し、ブロック514において、利用可能であり且つ送信先に情報を伝播することができる1つまたは複数の隣接ノードをビジー装置リストにしたがって特定してもよい。複数の隣接ノードがこの基準を満足する場合、ノード102Cは、1つまたは複数の他の基準(例えば、リンク品質、ネットワークトラフィック、ランダムな選択、その他)にしたがって情報をどの隣接ノードに送信するかを選択してもよい。
情報を送信する隣接ノードを特定した後、ブロック516において、ノード102Cは特定された隣接ノードに情報を転送してもよい。特に、1つの転送プロセス例では、ブロック518において、ノード102Cは制御チャンネル上の特定された隣接ノードにRTSメッセージを送信してもよい。RTSメッセージは、例えば、転送される情報のサイズ、ノード102Cが情報を送信するにあたり優先するデータチャンネル、転送が開始される時間、および/または転送の手配において有用である任意の他の情報を含んでもよい。RTSを受信した隣接ノードが利用可能である場合、ブロック520において、ノード102Cはその隣接ノードからCTSメッセージを受信するであろう。CTSメッセージは、特定された隣接ノードが利用可能であることの表示、RTSに指定されたデータチャンネルの確認または転送に対する代替的なデータチャンネルの送信先、転送の期待される期間(データのサイズおよびリンクの最大データレートに基づく)、および/または転送の手配において有用である任意の他の情報を含んでもよい。最後に、動作522において、ノード102Cは、確認されたデータチャンネル上のまたは代替的なデータチャンネル上の特定された隣接ノードに情報を送信する。
方法300、方法400、および方法500は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせとして実装可能である一連の動作を示す論理的フローチャートにおけるブロックおよび/または矢印の集合として示される。ブロックが説明される順序は限定として解釈されることを意図するものではなく、任意の数の説明された動作は、方法または代替的な方法を実装するために任意の順序で組み合わせることが可能である。加えて、個々の動作は、本願に説明される主題の精神および範囲から逸脱することなく、この方法から省略され得る。ソフトウェアの状況においては、これらのブロックは、1つまたは複数のプロセッサにより実行されたときに列挙された動作を実行するコンピュータ命令を表す。ハードウェアの状況においては、ブロックは、列挙された動作を実行するよう構成された1つまたは複数の回路(例えば、特定用途集積回路−ASICS:application specific integrated circuit)を表し得る。
プロトコルデータユニット(PDU:Protocol Data Unit)例
図6および図7は、制御チャンネルおよび/またはデータチャンネルを介して転送され得るいくつかのプロトコルデータユニット(PDU:Protocol Data Unit)例を示す。PDUという用語は、本願において、図1に示す等の通信ネットワーク内における任意の通信、メッセージ、または転送を全般に指すために用いられる。PDUという用語は、少なくとも概念的にはオープンシステムインターコネクション(OSI:Open Systems Interconnection)モデルに基づくものであり、例えば、ビット、フレーム、パケット、セグメント、その他を含んでもよい。いくつかの事例において、OSIモデルの1つまたは複数の層が、1つまたは複数のPDUをノード間で転送するために用いられてもよい。例えば、OSIモデルのデータリンク層が、アーキテクチャ100の2つ以上のノード102間でPDUを転送するために利用されてもよい。特定の実装において、データリンク層のメディアアクセス制御(MAC:media access control)サブレイヤが、2つ以上のノード102間でPDUを転送するために利用されてもよい。さらに、いくつかの実装において、搬送波感知多重アクセス/衝突回避(CSMA/CA)方式等のアクセス方法が利用されてもよい。
図6は、ノードが他ノードへのデータ送信を希望することを示すために用いられ得る送信要求(RTS)フレーム例600を示し、一方、図7は、ノードがデータを受信するにあたり利用可能であることを示すために用いられ得る受信準備完了(CTS)フレーム例700を示す。いくつかの実施例において、RTSメッセージを受信すると、ノードは(利用可能である場合)CTSメッセージを送信することにより応答してもよい。この例において、RTSフレーム構造およびCTSフレーム構造は部分的にIEEE 802.15.4(e)規格により定義される。一方、他の実施形態においては、他のPDU構造が、RTSメッセージ、CTSメッセージ、またはマルチチャンネル通信ネットワークに関連する予約情報を伝える他の通信に対して用いられてもよい。
上述のように、RTSフレーム600およびCTSフレーム700(データフレーム600およびデータフレーム700と総称される)は、マルチチャンネル通信ネットワークのノード間のリンクを承認するために、およびマルチチャンネル通信ネットワークのノード間で通信を経路制御するために、使用することができる情報を含む。フレーム600およびフレーム700は便宜のために図1のアーキテクチャ100のネットワーク例、方法例300、方法例400、および方法例500を参照して説明される。しかし、フレーム例600およびフレーム例700は、アーキテクチャ例100または方法例300、方法例400、および方法例500とともに用いられることには限定されず、他のアーキテクチャおよび装置を用いて、および/または他の方法を実行するために、実装されてもよい。
図6を参照して、RTSフレーム例は、ノードがデータ送信を希望し且つ他の転送に対して利用不能であることを隣接ノードに示すために、および意図された受信ノードに対する特定のデータチャンネルおよび1つまたは複数の物理的(PHY)パラメータ(例えば、データレートおよび/または変調技術)を手配するために、用いられてもよい。図6に示すように、RTSフレームは以下のフィールド、すなわちフレーム制御(FC:frame control)、シーケンス番号、送信先パーソナルエリアネットワーク(PAN)識別子、送信先アドレス、送信元PAN識別子、送信元アドレス、補助セキュリティヘッダ、ペイロード、およびフレームチェックシーケンス(FCS:frame check sequence)を含む。ペイロードを除くRTSフレームの前述のフレームの詳細については当業者によく知られているため、本願では詳細に説明しない。一方、RTSフレームのペイロードは上述の経路制御技術並びに他の機能を実装するためにカスタマイズされる。ペイロードは、サイズが変動し得、例えば、以下のフィールド、すなわち:
・タイプ:このフィールドは例えばRTS、CTS、受信不可(NCTS)、その他のフレームタイプを示す。図6の例において、このフィールドは、フレームがRTSフレームであることを示す。
・HW:このフィールドはRTSフレームを送信するノードのハードウェアタイプを示す。このタイプは、例えば、装置のバージョンまたは世代、および/またはノードの能力を判定するために使用可能である任意の他の情報(例えば、バッテリー駆動、ノードによりサポートされる変調技術および/またはデータレート)を含んでもよい。
・序列:このフィールドは、RTSフレームを送信するノードの小電力無線通信向けの通信経路構築に関する国際標準通信規格(RPL)の序列を示す(既知である場合)。この序列は、隣接ノードからセルルータまでの経路のコストを表し、例えば、ETTを算出するための式(1)のメトリックを用いて算出されてもよい。序列が高いほど、ノードとセルルータとの間の距離が大きくなる。このフィールドは、MACサブレイヤにおける経路制御一貫性検出のために受信ノードにより利用されてもよい。
・DODAG_ID:このフィールドは、RTSを送信するノードが、中央局または他のネットワーク計算装置に接続されるために、インターネット等のバックホールネットワークに接続される無閉路有向グラフ(DODAG)ルート(例えば、ネットワーク境界ルータ、セルラルータ、リレー、その他)を特定するDODAG識別子(ID)である。図1のアーキテクチャ100の状況においては、ノードAは、バックホールネットワークの1例であるネットワーク106と通信するアーキテクチャ100のDODAGルートの1例である。DODAG_IDを用いることにより、RTSフレームを受信するノードは、MACサブレイヤにおける経路制御一貫性状態を確認することにより、RTSフレームを受け入れるまたは拒否することができる。
・期間:このフィールドは、RTSに指定されたデータフレーム(単数または複数)を交換するために期待される時間全体を示す。期間は、指定されたデータフレームを転送するための時間、フレーム間のフレーム間隔時間(IFS:inter−frame spacing)(例えば、SIFS、GIFS、その他)等の待機時間、および肯定応答(ACK)または非肯定応答(NACK)を含んでもよい。期間フィールドは、ノードが他ノードとの通信にビジーでありしたがって受信にあたり利用不能となるであろう期間を判定するために用いられてもよい。期間フィールドは、図2に示すビジー装置リスト214等のビジー装置リストの「期間」列を埋めるために用いられてもよい。
・Ch.On:このフィールドは、RTSがチャンネルリストを含むかどうかを示すフラグを含む。
・チャンネルリスト:このフィールドは、RTSフレームを送信するノードに利用可能であるチャンネルのリストを含むチャンネルリストを含む。RTSフレームを受信するノードは、利用可能であるチャンネルの中から1つのチャンネルを選択し、この選択されたチャンネルをCTSフレーム内で指定してもよい。いくつかの実施例において、チャンネルリストは、ノードに利用可能であるチャンネル全部のうちの一部を含んでもよい。例えば、直接シーケンススペクトラム拡散(DSSS:Direct−Sequence Spread Spectrum)変調が用いられる場合、チャンネルリストは915MHzのISM帯において13個のチャンネルに制限されてもよい。チャンネルリストは、例えば、RTSを送信したノードとRTSを送信したノードとの間の承認されたチャンネルのリストを含んでもよい。承認されたチャンネルのリストは、図2を参照して説明されたノード102Cのメモリ114において保持される承認リンク212のリスト等の、RTSを送信したノードおよび/またはRTSを受信したノードのメモリ内に保持されてもよい。
・データレート(DR)パラメータ:このフィールドはRTSフレームを送信するノードによりサポートおよび/または提案される最大データレートを示す。RTSフレームを受信するノードは、送信ノードおよび受信ノードの両方が対応可能であデータレートを判定するために、こるこのフィールドを利用してもよい。判定されたデータレートは、CTSフレームを用いて送信ノードに送信されてもよい。判定されたデータレートは、2つのノードのうちより低速なノードの最大データレート以下に設定されるであろう。したがって、RTSが受信ノードが対応可能であるよりも大きいデータレートを提案する場合、受信ノードはCTSフレームを送信するとき、より低いデータレート(最大で、受信ノードの最大データレート)を設定するであろう。
・Data_ID:このフィールドはデータパケットのIDを含む。このIDはRTSフレーム内に存在し得る。このフィールドは、例えば、データパケットが特定のノードにより受信されたが、肯定応答がそのデータパケットを送信したノードにおいて受信されなかった場合、利用されてもよい。この場合、Data_IDを有するデータパケットを送信したノードは、データパケットが受信されなかったことを仮定し、同一Data_IDに対するRTSフレームを再送信してもよい。いくつかの場合において、特定のノードがいくつかの最後に受信したData_IDを追跡する場合、特定のノードは、CTSフレームの代わりにACKフレームを用いて応答し、それにより、データフレームの再転送が回避され得る。
・F_ID:このフィールドは、RTSフレームのMACフレームIDを含む。RTSフレームの意図される送信先は、このRTSフレームに応答するCTSフレームにこのF_IDをコピーするであろう。RTSフレームを送信するノードがCTSフレームを受信すると、CTSフレームが期待されたものである(すなわち、ノードが以前に送信したRTSフレームに応答して送信された)かどうかを判定するために、CTSフレームにおけるF_IDを用いてもよい。
・NP:このフィールドはRTSフレームを受信するノードと交換されるパケットの数を示す。このフィールドは、受信ノードに対して、制御チャンネルをリスンすることに戻る前に、指定されたデータチャンネル上でリスンするパケットの数を知らせる。このフィールドは、特定のチャンネルの利用可能性を判定することにも有用である。
・Pre_Ch:このフィールドは、図4に示すテストデータフレーム等のデータフレームを交換するためにノードが優先的に利用するチャンネルを示す。この交換には関与しないがRTSを聴き取るノードは、このフィールドに基づいて、(例えば、図3を参照して説明した)それぞれのビジー装置リストを更新してもよい。デフォルトにより、RTSフレームを受信するノードは、可能であるならば、データ交換のためにこのチャンネルを選択してもよい。しかし、このチャンネルがビジーであるかまたはリンクの承認されたチャンネルでない場合、受信するノードはCTSにおける異なるチャンネルを指定してもよい。
・DIR:このフィールドは、トラフィックがルートからであるか、またはルートに送信されるかどうかを示す。ルートからリーフに向かって送信されるトラフィックは「ダウンストリーム」と呼ばれ、一方ルートに向かって送信される通信の全部は「アップストリーム」と呼ばれる。このフィールドは、例えば、アップストリームトラフィックに対しては1に設定され、ダウンストリームトラフィックに対しては0に設定されてもよい。
のうちの1つまたは複数を含み得る。
一方、図7は、ノードがデータを受信するにあたり利用可能であることを示すために通信され得るフレームの形のCTSメッセージ例700を示す。CTSフレーム700は、例えば、PHYパラメータおよび第1ノードにより選択されたデータチャンネルを含んでもよい。いくつかの事例において、CTSフレームは、RTSを送信するノードおよびCTSを送信するノードが利用不能であること、および選択されたデータチャンネルが指定された時間間隔の間ビジーになるであろうことを隣接ノードに知らせるために利用されてもよい。図7の例において、CTSフレームは以下のフィールド、すなわち、FC、シーケンス番号、送信先PAN識別子、送信先アドレス、送信元PAN識別子、送信元アドレス、補助セキュリティヘッダ、ペイロード、およびFCSを含む。ペイロードを除くCTSフレームの前述のフレームの詳細については当業者によく知られているため、本願では詳細に説明しない。一方、CTSフレームのペイロードは上述の経路制御技術ならびに他の機能を実装するためにカスタマイズされる。CTSフレームのペイロードは、サイズが変動し得、例えば、以下のフィールド、すなわち:
・タイプ:このフィールドは図6を参照して上記で説明した内容と同様の情報を含んでもよい。図7の例において、このフィールドはフレームがCTSフレームであることを示す。
・HW:このフィールドは、RTSフレームを受信したノード(すなわち、CTSフレームを送信するであろうノード)のハードウェアパラメータ(例えば、装置のタイプ、装置のバージョンまたは世代、その他)を含む。
・序列:このフィールドは、RTSフレームの対応するフィールドに類似するが、CTSフレームに適用される。このフィールドは、例えば図2に示す承認リンクリスト212における相対的品質にしたがってリンクを序列設定するために用いられてもよい。
・DODAG_ID:このフィールドは、RTSフレームの対応するフィールドに類似するが、CTSフレームに適用される。特に、このフィールドは、MACサブレイヤにおける経路制御一貫性状態を確認することにより、CTSフレームを受信するノードが受け入れるまたは拒否する選択を提供するDODAG識別子である。
・期間:このフィールドは、RTSフレームの対応するフィールドに類似するが、CTSフレームに適用され、図2のビジー装置リスト214を保持するため等、利用可能性および利用可能性の期間を判定するために用いられてもよい。
・チャンネル:このフィールドはRTSフレームを受信したノードにより選択されたデータチャンネルを示す。
・DR:このフィールドはRTSフレームを受信したノードにより選択されたデータレートを示す。データレートは、(受信ノードがそのデータレートに対応可能である場合)RTSに指定されたデータレートと同一であり、または(受信ノードがRTSに指定されたデータレートに対応可能でない場合)RTSに指定されたデータレートと異なる。このデータレートは、図4を参照して説明したテストデータパケット等のデータをデータチャンネル上で転送するために実装されてもよい。
・F_ID:このフィールドはCTSフレームのMACフレームIDを含み、RTSフレームのF_ID値と同一となり得る。
のうちの1つまたは複数を含んでもよい。
上述のように、RTSフレーム600およびCTSフレーム700は、本願に説明する経路制御技術を実装するために用いられ得るいくつかのPDUの単なる例である。他の実施形態においては、様々な他のPDUが、説明された経路制御技術を実装するために用いられてもよい。
結論
本願は特定の構造的特徴および/または方法論的動作を有する実施形態を説明するものであるが、請求項は必ずしも特定の特徴または説明された動作に限定されるとはかぎらないことを理解すべきである。むしろ、特定の特徴および動作は単に本願の請求項の範囲に含まれる例示的な実施形態にすぎない。

Claims (23)

  1. コンピュータ実行可能命令を用いて構成されたマルチチャネルネットワークのノードにおける方法であって、
    前記方法は、
    テストする一連のチャネルを指定するメッセージを送信することを要求する送信要求(RTS)メッセージを、前記ノードにより隣接ノードに送信することと、
    前記隣接ノードが転送を受信するにあたり利用可能であることを示す前記隣接ノードからの受信準備完了(CTS:clear−to−send)メッセージを前記ノードにおいて受信することと、
    前記テストする一連のチャネルにしたがってテストデータパケットを前記隣接ノードに前記ノードにより送信することと、
    テストデータパケットを前記テストする一連のチャネルにしたがって前記ノードにおいて前記隣接ノードから受信することと、
    前記隣接ノードから受信された前記テストデータパケットに基づいて前記ノードと前記隣接ノードとの間のリンクのリンク品質を算出することと、
    前記ノードと前記隣接ノードとの間の前記算出されたリンク品質と、所定の品質閾値と、を比較することと、
    前記ノードと前記隣接ノードとの間の前記リンクの前記リンク品質が前記所定の品質閾値を満足することを判定することに応答して、前記ノードと前記隣接ノードとの間の前記リンクを承認することと、
    所定数の承認リンクが存在するかどうかを判定することであって、前記所定数の承認リンクは前記ノードが前記隣接ノードとの間に有するリンク全部よりも少ないことと、
    を含む、方法。
  2. 前記テストする一連のチャネルは、テストする開始チャネル番号、テストするチャネル間のステップ間隔、およびテストするチャネル数により指定される、請求項1に記載の方法。
  3. 前記ノードが前記隣接ノードから受信したテストデータパケット数を含み且つ前記ノードと前記隣接ノードとの間の前記リンク品質を評価するために前記隣接ノードにより用いられることができる確認パケットを前記ノードにより送信することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  4. 各テストデータパケットは前記リンクを通る転送の時間におけるコストの表示を含む、請求項1に記載の方法。
  5. 前記リンク品質を算出することは、前記ノードと前記隣接ノードとの間の複数のチャネルの転送品質を評価することを含む、請求項1に記載の方法。
  6. 前記リンク品質を算出することは、以下の式、
    ETT=(S/B)×ETX,
    (式中、ETX=1/(1−P),
    P=1−(1−Pf)×(1−Pr),
    Pはリンク上の損失率、
    Pfはデータパケットが前記隣接ノードに正常に到着する確率、
    Prは前記隣接ノードからの確認が正常に受信される確率、
    Sは前記それぞれのデータパケットのパケットサイズ、
    Bは前記ノードと前記隣接ノードとの間の前記リンクの帯域幅である)
    にしたがって期待転送時間(ETT)を算出することを含む、請求項1に記載の方法。
  7. テストする一連のチャネルを指定するメッセージを送信することを要求するRTSメッセージを、前記ノードにより他の隣接ノードに送信することと、
    前記他の隣接ノードが転送を受信するにあたり利用可能であることを示す前記他の隣接ノードからのCTSメッセージを前記ノードにおいて受信することと、
    前記テストする一連のチャネルにしたがってテストデータパケットを前記他の隣接ノードに前記ノードにより送信することと、
    前記テストする一連のチャネルにしたがってテストデータパケットを前記ノードにおいて前記他の隣接ノードから受信することと、
    前記他の隣接ノードから受信された前記テストデータパケットに基づいて前記ノードと前記他の隣接ノードとの間のリンク品質を算出することと、
    をさらに含む、請求項1に記載の方法。
  8. 前記ノードが、所定のリンク品質閾値を満足する所定数のリンクを特定するまで、請求項7の動作を反復することをさらに含む、請求項7に記載の方法。
  9. 前記ノードと隣接ノードとの間のリンクの相対的リンク品質にしたがって、前記隣接ノードを序列設定することをさらに含む、請求項8に記載の方法。
  10. 前記序列設定に基づいて前記ノードから、前記隣接ノードのうちの1つまたは複数の隣接ノードに、通信を経路制御することをさらに含む、請求項9に記載の方法。
  11. 前記RTSメッセージは、前記ノードがパケットを転送することを望み且つ他の転送に対しては1つの時間的期間にわたり利用不能であることの表示をさらに含み、
    前記CTSメッセージは、前記隣接ノードが転送にあたり1つの時間的期間にわたり利用不能となるであろうこと、および指定された転送チャネルが前記時間的期間の間ビジーとなるであろうことの表示をさらに含む、
    請求項1に記載の方法。
  12. マルチチャネル通信ネットワークのネットワーク計算装置であって、
    1つまたは複数のプロセッサと、
    前記1つまたは複数のプロセッサに通信可能に接続されたメモリと、
    前記メモリに記憶され且つ前記1つまたは複数のプロセッサ上で実行可能である承認モジュールであって、
    前記ネットワーク計算装置と1つまたは複数の他のネットワーク計算装置のうちのそれぞれのネットワーク計算装置との間のリンクのリンク品質を判定し
    記1つまたは複数のリンクの前記リンク品質が前記所定の品質閾値を満足することを判定することに応答して、前記ネットワーク計算装置と前記それぞれのネットワーク計算装置との間の前記リンクのうちの1つまたは複数を承認し、
    所定数の承認リンクが存在するかどうかを判定し、前記所定数の承認リンクは前記隣接ノードとの間のリンク全部よりも少なく、
    前記ネットワーク計算装置の前記メモリに前記所定数の承認リンクのリストを記憶する、
    ための承認モジュールと、
    前記メモリに記憶され且つ前記所定数の承認リンクのうちの1つまたは複数の承認リンクを介して通信を経路制御するために前記1つまたは複数のプロセッサ上で実行可能である経路制御モジュールと、
    を備えるネットワーク計算装置。
  13. ノードの1つまたは複数のプロセッサにより実行されると、請求項1に記載の方法を実行するよう、前記ノードを構成する命令を記憶する1つまたは複数のコンピュータ可読媒体。
  14. 複数の異なるチャネル上で通信を送信および受信することができるマルチチャネル無線機と、
    前記マルチチャネル通信ネットワークの所定の周波数ホッピングパターンにしたがって前記複数の異なるチャネル間で切り替わるよう構成された周波数ホッピングモジュールと、
    前記メモリに記憶され且つ電気消費データ、水消費データ、および/または天然ガス消費データを含むリソース消費データを収集するために前記1つまたは複数のプロセッサにより実行可能である、計測モジュールと、
    をさらに含む、請求項12に記載のネットワーク計算装置。
  15. コンピュータ実行可能命令を用いて構成されたマルチチャネルネットワークのノードにおける方法であって、
    前記方法は、
    テストする一連のチャネルを指定するメッセージを送信することを要求する送信要求(RTS)メッセージを、前記ノードにより隣接ノードに送信することと、
    前記隣接ノードが転送を受信するにあたり利用可能であることを示す前記隣接ノードからの受信準備完了(CTS:clear−to−send)メッセージを前記ノードにおいて受信することと、
    前記テストする一連のチャネルにしたがってテストデータパケットを前記隣接ノードに前記ノードにより送信することと、
    テストデータパケットを前記テストする一連のチャネルにしたがって前記ノードにおいて前記隣接ノードから受信することと、
    前記隣接ノードから受信された前記テストデータパケットに基づいて前記ノードと前記隣接ノードとの間のリンクのリンク品質を算出することであって、前記リンク品質を算出することは、前記ノードと前記隣接ノードとの間の複数のチャネルの転送品質を評価することと、
    前記ノードと前記隣接ノードとの間の前記算出されたリンク品質と、所定の品質閾値と、を比較することと、
    前記ノードと前記隣接ノードとの間の前記リンクの前記リンク品質が前記所定の品質閾値を満足することを判定することに応答して、前記ノードと前記隣接ノードとの間の前記リンクを承認することと、
    所定数の承認リンクが存在するかどうかを判定することであって、前記所定数の承認リンクは前記ノードが前記隣接ノードとの間に有するリンク全部よりも少ないことと、
    前記所定数の承認リンクの少なくとも一部に基づいた前記複数のチャネルの中から選択されたチャネル上で、情報を転送することと
    を含む、方法。
  16. 前記テストする一連のチャネルは、テストする開始チャネル番号、テストするチャネル間のステップ間隔、およびテストするチャネル数により指定される、請求項15に記載の方法。
  17. 前記ノードが前記隣接ノードから受信したテストデータパケット数を含み且つ前記ノードと前記隣接ノードとの間の前記リンク品質を評価するために前記隣接ノードにより用いられることができる確認パケットを前記ノードにより送信することをさらに含む、請求項15に記載の方法。
  18. 各テストデータパケットは前記リンクを通る転送の時間におけるコストの表示を含む、請求項15に記載の方法。
  19. 前記リンク品質を算出することは、以下の式、
    ETT=(S/B)×ETX、
    (式中、ETX=1/(1−P)、
    P=1−(1−Pf)×(1−Pr)、
    Pはリンク上の損失率であり、
    Pfはデータパケットが前記隣接ノードに正常に到着する確率、
    Prは前記隣接ノードからの確認が正常に受信される確率、
    Sは前記それぞれのデータパケットのパケットサイズ、
    Bは前記ノードと前記隣接ノードとの間の前記リンクの帯域幅である)
    にしたがって期待転送時間(ETT)を算出することを含む、請求項15に記載の方法。
  20. テストする一連のチャネルを指定するメッセージを送信することを要求するRTSメッセージを、前記ノードにより他の隣接ノードに送信することと、
    前記他の隣接ノードが転送を受信するにあたり利用可能であることを示す前記他の隣接ノードからのCTSメッセージを前記ノードにおいて受信することと、
    前記テストする一連のチャネルにしたがってテストデータパケットを前記他の隣接ノードに前記ノードにより送信することと、
    前記テストする一連のチャネルにしたがってテストデータパケットを前記ノードにおいて前記他の隣接ノードから受信することと、
    前記他の隣接ノードから受信された前記テストデータパケットに基づいて前記ノードと前記他の隣接ノードとの間のリンク品質を算出することと、
    をさらに含む、請求項15に記載の方法。
  21. 少なくとも1つの隣接ノードが利用可能であることを示すビジー装置リストを保持することと、
    前記ビジー装置リストにしたがって特定された隣接ノードに情報を転送することと
    をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  22. 前記承認モジュールは、さらに少なくとも1つの隣接ノードが利用可能であることを示すビジー装置リストを保持し、
    前記経路制御モジュールは、前記メモリに記憶され且つ前記ビジー装置リストにより利用可能であることを示す前記所定数の承認リンクのうちの1つまたは複数の承認リンクを介して通信を経路制御する、ことを特徴とする請求項12に記載のネットワーク計算装置。
  23. 少なくとも1つの隣接ノードが利用可能であることを示すビジー装置リストを保持すること、をさらに含み、
    前記情報を転送することは、前記ビジー装置リストにしたがって特定された隣接ノードに情報を転送することを含むこと特徴とする請求項15に記載の方法。
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