JP5725866B2 - 物理的空間においてワイヤレスメッシュネットワークの設計および組織を視覚化するシステム - Google Patents

Description

本発明は、自己組織化ワイヤレスメッシュネットワークに関し、特に、物理的空間においてメッシュネットワークを方向付けるツールに関する。

ワイヤレスメッシュネットワークは、メッシュトポロジーで組織化された複数の無線デバイス（つまりノード）から成る通信ネットワークである。自己組織化マルチホップネットワークとも呼ばれる実際のワイヤレスメッシュネットワークにおいては、各デバイスが、それ自体へのメッセージ並びにネットワーク内の他のデバイスへのメッセージのルーティングを行うことができなければならない。ネットワークを介してノードからノードへとメッセージを受け渡す（メッセージホッピング）という構想は、それにより低出力のＲＦ無線機を用いることができるようになるので有益である他に、メッシュネットワークによって、一端から他端へとメッセージを伝達できる物理的範囲が大幅に広がる。メッシュネットワークでは、中央の基地局と直接通信する遠隔デバイスを用いるポイント・ツー・ポイントシステムに比べて、高出力無線機が必要ない。

「自己組織化」とは、メッシュネットワークが、デバイス間およびデバイスとデータ収集者との間の通信のための代替え経路、または、高位の高速データバスへのブリッジもしくはゲートウェイを形成することができる能力を指している。無線通信のための代替冗長経路があることで、環境的影響または干渉によって別の経路が遮断したり劣化したりしても、メッセージを流すための代替経路が少なくとも１つ確保されているので、データの信頼性が高まる。

各ノードからブリッジまたはゲートウェイへの経路は動的に提供される。つまり、そのような経路は、遮断された経路や新たに追加された経路に応じて変わりうる。例えば、あるデバイスノードを起動時に、そのノードが通信できるデバイス（つまり近隣ノード）のリストが提示される。このリストは、特に、無線周波数（ＲＦ）環境と、ネットワークが構築される物理的空間の変化と共に変化しうる（例えば、２つのデバイス間に壁または金属障壁が設けられれば、これらのデバイス間の通信が制限される）。そのような動的な近隣リストに基づいて、そのデバイスは、そのデバイスへの通信路およびそのデバイスからゲートウェイデバイスへの通信路を規定する親デバイスおよび子デバイスを選択する。親／子デバイスのリストも動的であるが、一般的には、近隣リストよりは動的でない。このような動的特性故に、ワイヤレスメッシュネットワークの組織は絶えず変化している。

メッシュネットワークの動作を分析する方法の１つは、メッシュネットワークの組織を、そのネットワークによって提供される近隣リスト、および親子リスト等に基づいて再点検することである。ネットワークの組織の変化が、ネットワークに関する問題点を診断するために使われる。リストを分析する先行技術の方法には、各ノードを、近隣ノードおよび／または親子の組となるノード間を線で結んだ図にして表すことが含まれる。しかし、そのような図は、ネットワークを構築するデバイスによって占有されている物理的空間に合わせて作られていない。その結果、物理的空間がネットワークの性能に与える影響を認識することができない。

メッシュネットワークと、それが構築される物理的空間との間の関連付けがないことは、メッシュネットワークの設計においても明らかである。一般的に、設計者は、メッシュネットワークのレイアウトを手書きまたはコンピュータを使って行うが、それは、特定のネットワークが特定の物理的環境においてどのように機能するかを分析するツールの利点を用いずに行われている。

設計／診断ツールで、メッシュネットワークを、そのネットワークが構築される物理的空間に対応付けて表示するようにすれば有益であろう。

視覚化ツールは、自己組織化メッシュネットワークに含まれるデバイスを、そのネットワークが構築される物理的空間に対応付けて表示する。その視覚化ツールは、ワイヤレスメッシュネットワークが構築される物理的空間を表す画像を受け取ると共に、受け取った画像の縮尺を定めるスケール情報と、そのネットワークが構築される物理的空間内の各デバイスの位置を定める位置情報とを受け取る。これらの入力に基づき、視覚化ツールは、ワイヤレスメッシュネットワークのレイアウトを、ワイヤレスメッシュネットワークが構築される物理的空間に対応付けて表示する。

ホストデバイスとフィールドデバイスとの間でメッセージがルーティングされる自己組織化メッシュネットワークシステムを示す図である。 本発明の一実施形態による、自己組織化メッシュネットワークシステムの設計を計画および検証するための設計ツールの一部として用いられるモジュールを示すブロック図である。 本発明の一実施形態による、メッシュネットワークが構築される物理的空間を表す画像のインポートを説明する、前記設計ツールの画面例である。 本発明の一実施形態による、メッシュネットワークが構築される物理的空間を表す画像の縮尺指定を説明する、前記設計ツールの画面例である。 本発明の一実施形態による、メッシュネットワークが構築される物理的空間を表す画像の縮尺指定を説明する、前記設計ツールの画面例である。 本発明の一実施形態による、メッシュネットワークが構築される物理的空間を表す画像へのデバイス位置の挿入を説明する、前記設計ツールの画面例である。 本発明の一実施形態による、ユーザーにより提供されるレイアウトに基づくメッシュネットワークのバリデーションを説明する、前記設計ツールの画面例である。 本発明の一実施形態による、ユーザーにより提供されるレイアウトに基づくメッシュネットワークのバリデーションを説明する、前記設計ツールの画面例である。 本発明の一実施形態による、自己組織化メッシュネットワークシステムを監視するために用いられる診断ツールの一部として用いられるモジュールを示すブロック図である。 メッシュネットワークの組織を、そのネットワークが構築される物理的空間上に表示することを説明する画面例である。

本発明は、自己組織化メッシュネットワークを構成するデバイスを、そのネットワークが構築される物理的空間に対応付けて表示するツールを提供する。メッシュネットワークが構築される物理的空間に対応付けてデバイスを表示することにより、メッシュネットワークを設計する際、並びに実施されたネットワークを分析および監視する際に、物理的環境を考慮に入れることができるという効果が得られる。

図１は、プロセス通信システム１０を示し、このシステムには、ホストコンピュータ１２と、高速ネットワーク１４と、ワイヤレスメッシュネットワーク１６（ゲートウェイ１８とワイヤレスフィールドデバイスまたはノード２０ａ〜２０ｉとを含む）と、ネットワークコンピュータ３０が含まれる。ゲートウェイ１８は、メッシュネットワーク１６をホストコンピュータ１２に高速ネットワーク１４を介して仲介接続する。メッセージは、ホストコンピュータ１２からゲートウェイ１８へとネットワーク１４を介して伝送可能であり、それから、メッシュネットワーク１６の選択された１つのノードに、いくつかの異なる経路のうちの１つを介して伝送可能である。同様に、メッシュネットワーク１６の個々のノードからのメッセージは、メッシュネットワーク１６を通じて、いくつかの経路の中の１つを介してノードからノードへと導かれてゲートウェイ１８に達し、それから、高速ネットワーク１４を介してホスト１２へと伝送される。

ホストコンピュータ１２は、フィールドデバイス２０ａ〜２０ｉへのメッセージの送信およびフィールドデバイス２０ａ〜２０ｉからのメッセージに含まれるデータの受信と分析を容易にするためのアプリケーションプログラムを実行する、分散された制御システムのホストとすることができる。ホストコンピュータ１２は、例えば、ユーザーがフィールドデバイス２０ａ〜２０ｉの監視とそれらとの相互作用を行えるようにするために、アプリケーションプログラムとしてＡＭＳ（ＴＭ）デバイスマネージャーを使用してよい。

ゲートウェイ１８は、ネットワーク１４を介して、複数の異なる通信プロトコルを用いてホストコンピュータ１２と通信することができる。一実施形態において、ネットワーク１４は、ＲＳ４８５型二線式通信リンクであり、ここでは、ゲートウェイ１８は、ＭＯＤＢＵＳプロトコルを用いてホストコンピュータ１２と通信可能である。別の実施形態では、ネットワーク１４は、イーサネット（登録商標）ネットワークであり、ネットワーク１４を介して、イーサネットインターフェースを用いてＭＯＤＢＵＳ ＴＣＰ／ＩＰ方式で通信を行うことができる。

＜物理的空間におけるワイヤレスメッシュネットワークの自動設計＞
図１は、自己組織化メッシュネットワークの視覚化のために通常採用されている方法を示しており、この図において、近隣デバイス間の通信を破線で示す。近隣リストおよび／または親子リストに変化があると（つまり、メッシュネットワークが自己組織化を行うと）、ノード間の矢印が、デバイスノード間の関係の変化を示すように変化する。この自己組織化ネットワークの視覚化方法は、デバイス同士がどのように通信しているかを把握するのに広く用いられているが、それらのデバイスが占有する物理的空間に関連する要因を捉えることも表示することもない。特定のネットワークが機能していない（または機能している）原因の分析を、図１に示す画像表示に基づいて行っても、ネットワークの動作に影響を及ぼしている物理的空間に関連する要因を特定することはできない。

図２〜図６Ｂは、自己組織化メッシュネットワークの設計およびバリデーションをそのネットワークが構築される物理的空間に基づいて行えるようにした設計ツールを示す。

図２は、本発明による、汎用コンピュータ３０上でソフトウェア（例えばＥｍｅｒｓｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ社製のＡｓｓｅｔ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ製品）を実行するようプログラムされた１つまたは複数のプロセッサコンポーネントを示すブロック図である。このプログラムされたプロセッサコンポーネントは、汎用コンピュータ３０を、図２に関して説明するような機能モジュールを実施するための特殊なツール（つまり設計ツール）として作動させる。その設計ツールは、ユーザーが（例えば付属のキーボード、マウス等を介して）入力を行い、自己組織化メッシュネットワークの設計と、提案されたメッシュネットワークレイアウトの動作のバリデーションを行うテスト結果を示す視覚的出力を観察することができるようにする。

この機能上の設計ツールモジュールには、配置計画モジュール４０と、スケールモジュール４２と、密度モジュール４４と、デバイスモジュール４６と、計画パラメータモジュール４８とバリデーションモジュール５０とが含まれる。これらのモジュールは、各モジュールにより提供される出力も含めて、メッシュネットワークの設計とバリデーションを補助するための、設計ツールにより提供される機能的な態様を表している。各モジュールにより実行される機能を、図３〜図６Ｂに関連して説明する。これらの図は、ユーザーによる入力と設計ツールからの出力とを示す画面例である。

以下に説明する実施形態において、汎用コンピュータ３０は、ゲートウェイ１８との通信を可能にするネットワークに接続されている。実施されたメッシュネットワークを物理的空間に重ね合わせてメッシュネットワークにおける通信を分析することについて後述するように、汎用コンピュータ３０を、ゲートウェイ１８から情報を受信するように接続することは有益といえる。しかし、設計段階では、コンピュータ３０をゲートウェイ１８と（さらにはネットワーク１４と）通信するように接続しなくてもよい。

配置計画モジュール４０は、ユーザーの要求に応じて、メッシュネットワークが構築される物理的空間を表す画像をユーザーが選択できるようにプロンプトを提供する。ユーザーによりインポートされる物理的空間を表すもの（つまり画像）は、汎用コンピュータにより表示できるものであれば、どのような種類のものでもよい（例えば、ビットマップファイル、ＪＰＥＧファイル、ＰＤＦ（ポータブル・ドキュメント・フォーマット）ファイル、ＡｕｔｏＣＡＤ図面ファイル等）。例えば、ユーザーによりインポートされる画像は、航空写真、グーグルマップからのスクリーンショット、またはメッシュネットワークが構築される物理的空間を表す図面とすることができる。画像ないしレンダリングは、２次元空間で表されていても３次元空間で表されていてもよい。

画像を選択し終わると、ユーザーは、スケールモジュール４２、密度モジュール４４、およびデバイスモジュール４６を介して、選択された物理的空間の態様を規定し、且つその物理的空間に構築するメッシュネットワークのレイアウトを規定するための入力を選択・提供することができる。スケールモジュール４２は、ユーザー入力を受け取るように接続されており、それにより、設計ツールは、メッシュネットワークが構築される物理的空間を表す画像に対して特定の縮尺を用いることができる。デバイスノード間の通信は、デバイス間の距離に大きく依存する。そのため、物理的空間の適切な縮尺は、提案されたメッシュネットワークレイアウトの一部として物理的空間に配置されるデバイス間の通信能力を正確に見積もるために重要である。規定された縮尺は、配置計画モジュール４０によって規定され表示された物理的空間に適用される。

密度モジュール４４は、ユーザーから入力を受け取り、多様な「密度」レベルを物理的空間または物理的空間に関連する特定の領域に関連付けることができるようにする。密度とは、デバイス同士が通信する能力を妨げうる物理的要因を指している。物理的空間に多様な密度レベルを割り当てることにより、設計ツールは、多様な環境がメッシュネットワークの通信能力に対して及ぼすであろう影響をシミュレーションできるようになる。

デバイスモジュール４６も、ユーザーから入力を受け取って、ユーザーが配置計画モジュール４０により規定された物理的空間内の特定の位置に、提案されたメッシュネットワークレイアウトを構築する多様なデバイスノードを配置することを可能とする。デバイスモジュール４６は、ユーザーが多種多様なデバイスの中から選択したデバイスを、規定された物理的空間内に選択的に配置することを可能とする。

計画パラメータモジュール４８は、ユーザーから入力を受け取って（必ずしもユーザー入力を受け取らなくてもよいが）、提案されたメッシュネットワークデザインの妥当性を査定するために用いるパラメータを定める。ユーザーが、用途やメッシュネットワークに求められる信頼性に基づき計画パラメータを変更してもよい。

配置計画モジュールにより規定された物理的空間（縮尺、密度、規定された物理的空間内のデバイスの位置を含む）と、計画パラメータモジュール４８により提供された計画パラメータとに基づいて、バリデーションモジュール５０が、提案されたメッシュネットワークレイアウトが必要条件を満たしているかどうか判定し、その結果をユーザーに表示する。

設計ツールについて、図３〜図６Ｂの画面例を用いて、より詳細に説明する。これらの画面例は、Ｅｍｅｒｓｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ社製のＡｓｓｅｔ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ製品を用いた例に基づいている。

図３は、設計ツールによって提供される表示画面６０の画面例を示す。設計ツールによって提供される表示画面６０は、ユーザーが設計ツールと相互作用するためのインターフェースを提供しており、ツールバー６１と、デバイスワークスペースウインドウ６２と、計画パラメータウインドウ６４と、配置計画ウインドウ６６とを含む。これらのウインドウは、提供される画面例のいずれにも含まれるが、ユーザーが、これらのウインドウを選んで、任意に取り除いたり、隠したり、再配置したりすることもできる。ワークスペースウィンドウ６２は、ゲートウェイデバイスと、外部アンテナデバイスと、内部アンテナを有するＴＨＵＭデバイス（「ＨＡＲＴデバイスのアップデートモジュール」）とを含むデバイスを表示し、これらのデバイスは、配置計画ウインドウ６６に表示された画像上に選択的にドラッグ・アンド・ドロップすることができる。計画パラメータウインドウ６４は、メッシュネットワークに課される予定の設計上の要求を表す。後により詳細に述べるように、これらのパラメータは、提案されたメッシュネットワークをバリデーションするために用いられる。配置計画ウインドウ６６は、メッシュネットワークが構築される物理的空間を表す画像を表示するのに用いられる。

図２に関して述べたように、配置計画モジュール４０はユーザーにより提供される画像を受け取り、その選択された画像を配置計画ウインドウ６６に表示する。ユーザーによる（ツールバー６１にある「ツール」ボタンを通じて行われる）画像のインポート要求に応じて、「配置計画設定」ウインドウ６８が表示され、ユーザーに、インポートする特定の画像ファイルを選択するようプロンプトする。この例では、ユーザーは、メッシュネットワークが作用する物理的空間を図解するＪＰＥＧファイルである「South Tank Farm.jpg」というファイル名の画像ファイルを選択している。

図４Ａおよび図４Ｂは、縮尺の選択を説明する画面例である。ユーザーによる（ツールバー６１にある「ツール」ボタンを通じて行われる）縮尺指定要求に応じて、設計ツールはスケールライン６９とスケールウインドウ７０を開く。ユーザーは、既知の距離だけ離れた２つの地点間にスケールライン６９が引かれるよう操作することができる。図４Ａに示す例では、ユーザーは、３００フィート離れていることが分かっている２つの壁の間にライン６９を引いている。ユーザーが、スケールウインドウ７０に、ライン６９の長さにより表される距離を入力すると、この値から、設計ツール（つまりスケールモジュール４０が）、メッシュネットワークが構築される物理的空間を表す画像の縮尺を指定する。図４Ｂに示す例では、ライン６９に割り当てられた値に基づいて、設計ツールが、一定の縮尺（スケール７１）をメッシュネットワークが構築される物理的空間に適用する。

さらに、図４Ａおよび図４Ｂは、メッシュネットワークが構築される物理的空間の一領域または複数の領域の密度指定を示す。上記のように、密度とは、デバイス同士が通信する能力を妨げうる物理的要因のことである。図４Ａおよび図４Ｂに示す例では、ユーザーは３つの密度レベル、すなわち低レベル、中レベル、高レベルの中から密度を選択することができる。低密度レベルは、油田、ガス井戸、タンク施設（タンクの上にデバイスが設置されている場所）等の屋外用途や、大部分の地点がゲートウェイから見渡せる開放的領域に対して、あるいは、デバイスが同じ部屋にあるかドライウォールで仕切られているような、障害物の殆ど無い屋内用途に対して指定されることになる。中密度レベルは、機器、タンク、およびパイプ、またはその他の障害物があり、デバイスの多くがゲートウェイから見える、つまりデバイスがゲートウェイと同じ階に配置されるかまたは主に同じ部屋に配置されているような、屋内または屋外での用途に対して指定されることになる。高密度レベルは、障害となる機器、タンク、およびパイプが領域内にあるために多くのデバイスノードが他のデバイスノードから見えないところにあるような屋内または屋外の用途に対して指定されることになる。さらに、デバイスが別の部屋または異なる階に配置されており、信号間に、恒常的および一時的に妨げる多くの障害物がある場合にも、このレベルが適用されることになる。

低密度領域とは、無線信号がデバイス間で比較的障害なく伝播される領域のことであり、中密度領域では無線信号の障害が中程度であり、高密度領域では、無線信号に対する障害レベルが高い。したがって、高密度領域に配置されるデバイスは、中密度または低密度領域に配置されるデバイス間に比べて、より近い間隔で配置する必要がある。

図４Ａおよび図４Ｂに示す例では、密度選択ボックス７２で「Ｍ」の周りを囲む四角により示すように、全領域が中密度領域として指定されている。別の実施形態において、画像内の選択されたサブ領域に対して、領域毎の特有の物理的状態に合わせて個別に密度を選択指定することもできる。選択された密度は、各領域に適用されるパラメータを規定する。例えば、計画パラメータウインドウ６４は、各密度レンジに対し最大通信範囲、すなわち、隣接しているとみなされるデバイス間で通信可能な最大距離を表す範囲を指定する。この例では、高密度領域に対しては最大距離が１００フィートに指定され、中密度領域に対しては最大距離が２５０フィートに指定され、低密度領域に対しては、最大距離が５００フィートに指定される。

図５は、本発明の一実施形態による、物理的空間を表すものの上にデバイスを配置することを説明する画面例である。ワークスペースウィンドウ６２は、メッシュネットワークが構築される物理的空間を表す画像上に選択的にドラッグ・アンド・ドロップすることができる様々なクラスのデバイス（ゲートウェイデバイス７５、外部アンテナデバイス７６、およびＴＨＵＭデバイス７８）を表す。図５に示す例では、１つのゲートウェイデバイス８０と、５つの外部アンテナデバイス７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄ、７６ｅと、２つの「アップグレードされたＨＡＲＴモジュール」（ＴＨＵＭ）デバイス７８ａ、７８ｂとが、占有される物理的空間を表す画像内に選択的に配置されている。これらのデバイスが表すのが、設計ツールにより妥当性を確認すべき、メッシュネットワークレイアウト案である。

物理的空間を表す画像上にデバイスがドラッグ・アンド・ドロップされる度に、「ニュー・デバイス」ウインドウ７４が、デバイスダグ（例えば、名称、アドレス等の識別子）とデバイスの高度を含む、そのデバイスに関する情報を付加するようユーザーにプロンプトする。デバイスタグは、実地でレイアウトを行い分析する際に、デバイスを個々に識別することを可能とする。デバイスの高度は、近隣デバイス間の通信がデバイス間の距離に大きく依存しているため関連がある。あるデバイスが２５０フィートの高さの塔の上に配置されており、もう一つのデバイスがその塔の一番下に配置されている場合、高度情報が無ければ、設計ツールは、これらのデバイスの位置を、誤って互いに比較的近いと判断する可能性がある。

図５Ａに示す例では、外部アンテナデバイス７６ｃ（総称的に「外部アンテナデバイス１」と表記されている）が、メッシュネットワークが構築される物理的空間内の特定の位置にドラッグ・アンド・ドロップされている。ニュー・デバイス・ウインドウ７４は、ユーザーがデバイスタグ（「ＴＴ−２５７Ｊ」と表記されている）と高度（例えば５フィート）をデバイスに割り当てるのに用いられる。

図６Ａおよび図６Ｂは、提案されたメッシュネットワークレイアウトのバリデーションを説明するものである。物理的空間に関連付けられる縮尺と、物理的空間に関連付けられる密度と、物理的空間上に配置されるデバイスの種類と位置とを含む、ユーザが行う入力に基づき、設計ツール（つまりバリデーションモジュール５０）は、提案されたメッシュネットワークが、計画パラメータウインドウ６４で設定された計画パラメータに準拠しているかどうか判断する。図６Ａに示す例では、計画パラメータには、「高密度レンジ」と「中密度レンジ」と「低密度レンジ」と「外部アンテナデバイス」と「ＴＨＵＭデバイス」と「ゲートウェイレンジ内のデバイスの％」と「ネットワーク中のデバイスの最低数」と「すべてのデバイスがゲートウェイと通信可能」とが含まれる。低・中・高密度レンジは、デバイスが動作する物理的環境に基づいてデバイスの最大通信範囲を規定する。上述したように、高密度が指定されていれば、確実な通信のためにデバイス同士をなるべく近く配置することが要求される。図６Ａに示す例では、全領域が中密度と規定されている。その結果、デバイスを近隣デバイスと認定するには互いに２５０フィートの範囲内に配することが求められる。

「外部アンテナデバイス」のパラメータは、各外部アンテナデバイス（符号７６ａ、７６ｂ、７６ｄ、７６ｅ、７６ｆで示す）の通信距離範囲内に配さなければならないデバイスの数を記す。この例では、少なくとも３つのデバイスが各外部アンテナデバイスの通信範囲内になければならないことをパラメータが示している。「ＴＨＵＭデバイス」パラメータは、各ＴＨＵＭデバイス（符号７８ａ、７８ｂで示す）の通信範囲内に配さなければならないデバイスの数を記す。この例では、少なくとも４つのデバイスが各ＴＨＵＭデバイスの通信距離内になければならないことをパラメータが示している。

「ゲートウェイレンジ内のデバイスの％」のパラメータは、ゲートウェイデバイス（符号８０で示す）の通信範囲内になければならないデバイスの百分率（デバイスの総数に比しての）を示す。この例では、全デバイスの２５％がゲートウェイデバイス８０の通信範囲内に配されていなければならないことをパラメータが示している。

これらのパラメータはそれぞれユーザーによって変更可能である。より信頼性の高いレイアウトを提供するために、パラメータをタイトに（つまり、より厳密に）することもできる。逆に、信頼性に対する要求がより低いレイアウトであれば、ユーザーはパラメータを緩和することができる。別の実施形態で、信頼性に対する要求をユーザーが（例えば、スライドバーまたは数量フィールドを用いて）選択することができるようにしてもよい。ユーザーにより求められる望ましい信頼性レベルに基づいて、設計ツールによって自動的にパラメータが選択される。

提案されたメッシュネットワークのバリデーションテストを開始するには、ユーザーはツールバー６１上に配されたチェックボタン８１をクリックする。設計ツールは、ユーザーにより提供された物理的空間の縮尺に関する入力と、物理的空間内のデバイス位置と、物理的空間に関する密度の記述と、ユーザーにより提供されたパラメータ値とに基づいて、メッシュネットワークを分析し、設定されたパラメータに準拠しているかどうか判断する。ネットワークが１つまたは複数のパラメータに応じていない場合、設計ツールは、その順守されていない計画パラメータを示すと共に、その規格違反の原因となるデバイスを（そのようなデバイスを１つ特定可能な場合）示す。図６Ａに示す例では、各外部アンテナデバイスを３つのデバイスの通信範囲内に配することを要求する計画パラメータが順守されていなかったことが、計画パラメータウインドウ６４内でこのパラメータを強調表示することによって示されている。さらに、規格違反の原因となる外部アンテナデバイス７６ｆが特定されており、そのデバイスを円８２で囲むことにより、外部アンテナデバイス７６ｆの有効通信範囲と、順守されなかった計画パラメータにより要求される、通信範囲内に配されるべきデバイスの数が足りないことが強調表示されている。

提案されたレイアウトがバリデーションテストに合格しなかった場合、ユーザーは、そのレイアウトに追加的デバイスノードを追加することによってレイアウトを修正するようプロンプトされる。外部アンテナデバイス７６ｆの通信範囲内に（図６Ｂで、外部アンテナデバイス７６ｇ、７６ｃを追加することにより示すように）付加的デバイスを追加すると、バリデーションテストが再度実行される。提案されたレイアウトがバリデーションに合格すれば、ネットワーク検査ウインドウ８４が、提案された設計がバリデーションテストに合格したことをユーザーに示す。

このようにして、本発明は、ユーザーがメッシュネットワークが構築される物理的空間を考慮してメッシュネットワークを規定することと、規定したネットワークの妥当性を確認することを可能とする設計ツールを提供する。

＜物理的空間上にワイヤレスメッシュネットワークを重ねる＞
自己組織化メッシュネットワークの分析では、どのデバイスが近隣関係や親子関係にあるか等を示す、ゲートウェイにより管理される接続リストの再点検を行うのが一般的である。これらのリストにおける変更は、ネットワークもしくはネットワークが構築される物理的空間に対する変更を示しており、ネットワーク内の問題点の診断に用いることができる。先行技術による方法では、デバイス間の通信を表す視覚的出力を提供するものの、ネットワークが構築される物理的空間にデバイスを関連付けたり、各デバイスの位置を他のデバイスに関連付けたりはできなかった。デバイス間の通信経路の図を各デバイスが設置される物理的空間に関連付ける情報が無いため、物理的空間の変化に関連するネットワーク内の問題点を検出診断することが難しかった。本発明は、ワイヤレスメッシュネットワークをネットワークが構築される物理的空間に重ねることによって、このような限界を乗り越えるものである。

図２〜図６Ｂに関して説明した設計ツールは、Ｅｍｅｒｓｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ社製のＡｓｓｅｔ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ製品を用いて生成した画面例に関して説明した実施形態であり、診断ツールとして動作させることができる。この動作モードでは、図２に関して説明したモジュールのいくつかは用いられず、設計ツールでは用いられなかった他の新たなモジュールが診断ツールに用いられる。

図７は、ソフトウェア（例えば、Ｅｍｅｒｓｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ社製のＡｓｓｅｔ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ製品を、（図１に示すような）汎用コンピュータ３０上で実行するようプログラムされた、本発明による１つまたは複数のプロセッサコンポーネントを示すブロック図である。このプログラムされたプロセッサコンポーネントは、汎用コンピュータを、図７に関して説明する機能モジュールを実施するための特殊なツール（つまり診断ツール）として作動させる。その診断ツールは、ユーザーが（例えば付属のキーボード、マウス等を介して）入力を提供し、自己組織化メッシュネットワークの組織を示す視覚的出力を観察することができるようにする。さらに、汎用コンピュータ３０は、ネットワークの組織に関する情報を得るために、ゲートウェイ１８から離れたところ（例えば制御室）に配置してもよいし、ゲートウェイ１８に直接接続してもよい（例えば、インフラ整備が進んでいない領域に配置されたゲートウェイに、ノートパソコンを接続することが可能であろう）。

これらのモジュールには、配置計画モジュール９０と、デバイスモジュール９２と、組織モジュール９４が含まれる。これらのモジュールは、各モジュールにより提供される出力も含めて、監視中のメッシュネットワークに関する診断を補助するための、診断ツールにより提供される機能的態様を表している。この実施形態において、汎用コンピュータ３０は、メッシュネットワークの状態に関する情報を得るために、ゲートウェイ１８（または、ゲートウェイ１８上に設置されるかまたは別のコンピュータに設置されたネットワークマネージャー、サーバー、または制御システムの他の部分）と通信可能なネットワークに接続されている。

配置計画モジュール９０は、図２に関して説明した配置計画モジュール４０とほぼ同様に動作し、ここで、モジュールは分析されるメッシュネットワークが構築された物理的空間を表す画像を受信する。デバイスモジュール９０は、ユーザーがメッシュネットワークが構築された物理的空間内にデバイスを選択的に配置することを可能とし、これにより、デバイスを、メッシュネットワークが構築された物理的空間と、デバイス間の相対的位置とに関連付ける。診断のためには、物理的空間を表す画像上におかれたデバイスが、メッシュネットワークに用いられているデバイスの実際の位置と対応していることが重要である。さらに、デバイスモジュール９２により物理的空間上に設けられたデバイスが、ゲートウェイ１８により提供される組織データ（実際のデバイス間の通信を表すもの）を、配置計画モジュール９０により提供されるレイアウト内での正しいデバイスに関連付けることができるように個々に識別されていることも重要である。

他の実施形態において、メッシュネットワークに含まれるデバイスを、そのメッシュネットワークが構築された物理的空間に重ねる作業は、設計ツールで設計されたレイアウトをインポートすることにより自動的に行われる（ただし、メッシュネットワークの提案されたレイアウトが実施されたレイアウトと十分一致していることが前提である）。インポートされたレイアウトは、ここでも、デバイスを、メッシュネットワークが構築された物理的空間内と、デバイス間の相対的位置とに関連付ける。

組織モジュール９４は、ゲートウェイ１８により提供される、メッシュネットワークの構成に関する組織データを受け取る。この情報には、ゲートウェイ１８により受信される実際の無線通信、メッシュネットワーク内のデバイス間の親子関係を識別してゲートウェイ１８により維持管理される（または各デバイスにより個々に維持管理される）リスト、メッシュネットワーク内のデバイス間の近隣関係を識別するためのリスト、またはメッシュネットワーク内のデバイス間の多様な経路の安定性に関する情報が含まれうる。

ゲートウェイ１８により提供される通信情報と、メッシュネットワークが構築された空間に対応付けて規定されたワイヤレスメッシュネットワークのレイアウトとに基づいて、組織モジュールは、メッシュネットワークの現在の組織を説明する出力を生成する。メッシュネットワークの組織に関する情報を、メッシュネットワークが構築された物理的空間に自動的に重ね合わせることによる利点は、それにより、技術者ないしオペレータが、ネットワーク組織における変化が（積極的なものであれ消極的なものであれ）、デバイスを設置した物理的空間の影響によるものかどうかを、より簡単に評価することができることである。例えば、特定のデバイスとの通信が毎日ほぼ同じ時間に途絶える場合、技術者は、その通信消失の原因でありうる環境の日常的変化（例えば、金属ロールを移動するトラックが毎日同じ時間に工場を通過すること）を突き止めることができる。さらに、メッシュネットワークの組織を、ネットワークが構築された物理的空間に自動的に重ね合わせて表示することにより、ユーザーがネットワークを最適化するための方法を分析し、物理的環境が変化しても（例えば近隣デバイス間に壁が建設されても）メッシュネットワークが信頼性を保てるかどうか評価し、さらに、１つまたは複数のデバイスノードが失われた場合にネットワーク全体としての結果を評価することができるようになる。このように、本発明のツールは、単に診断するだけでなく、ユーザーが予測できるようにもする。

一実施形態において、診断ツールはゲートウェイ１８から定期的に組織データを受け取り記憶する。組織データは、メッシュネットワークの組織と、そのネットワークに関するネットワーク統計値（例えばＲＳＳＩ値、経路安定性、遅延時間等）についてのデータを含む。

記憶された組織データは、なぜネットワークの特定の場所で特定の時間に障害が起こるのかを突き止めるために用いることができる。あるいは、ネットワークの組織における傾向を検出するのに用いることができる。別の実施形態では、ゲートウェイ１８が、ある期間に亘って定期的に組織データを記憶する。診断ツールからの要求に応じて、ゲートウェイ１８は記憶した組織データを分析のために診断ツールに送る。

図８は、診断ツールにより表示される画面例を示し、メッシュネットワークの組織を、そのネットワークが構築された物理的空間に重ねたものである。この例では、表示画面１００は、ツールバー１０１と、計画パラメータウインドウ１０２と配置計画ウインドウ１０４とを含む。ここに表示されるデバイスには、ゲートウェイデバイス１０６と、規定された物理的空間内の様々な場所に配置された外部アンテナデバイス１０８ａ〜１０８ｎと、ＴＨＵＭデバイス１１０ａおよび１１０ｂが含まれる。ゲートウェイ１８により提供される組織データは、メッシュネットワークの現在の組織を特定するために用いられる。組織データに基づいて、診断ツールは、各デバイスからゲートウェイ１０６までメッセージを伝搬するために用いることができる経路を規定する親子関係を示す矢印を（この特定の表示内に）自動的に形成する。他の実施形態において、デバイス間を結ぶ線によって、近隣と認定されたデバイスまたはデバイス間の実際の通信を表すようにしてもよい。このようにして、診断ツールは、メッシュネットワークが構築された物理的空間に対応付けられた状態でメッシュネットワークの組織の視覚的表示を自動的にユーザーに提供する。

以上、本発明を、実施例に関して説明してきたが、当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な変形を行うことができ且つその構成要素を均等物に置き換えることができることは理解できるであろう。また、特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるための多様な変更も、本発明の本質的範囲を逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明には、添付の請求の範囲に該当する全ての実施形態が包含されることが意図される。

本発明を好ましい実施形態を参照して説明してきたが、当業者であれば、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく形状および細部において変形が可能であることは認識されよう。

Claims (17)

1. 複数のデバイスから成るワイヤレスメッシュネットワークと、前記ワイヤレスメッシュネットワークが構築される物理的空間との間に対応関係を付けるための、コンピュータで実施される視覚化ツールであって、
   前記ワイヤレスメッシュネットワークが構築される前記物理的空間を表す画像を入力として受け取り、前記画像をユーザーに表示する配置計画モジュールと、
   前記受け取った画像により規定される前記物理的空間に関連する縮尺を表す入力をユーザーから受け取るスケールモジュールであって、前記縮尺が前記配置計画モジュールにより規定される前記物理的空間に関連付けられるスケールモジュールと、
   １つ以上のデバイスを表示し、前記ワイヤレスメッシュネットワークが構築される前記物理的空間を表す前記画像内での各デバイスの配置を示す入力を受け取るデバイスモジュールであって、前記配置が、前記ネットワークが構築される前記物理的空間に対する前記ワイヤレスメッシュネットワークのレイアウトを示すデバイスモジュールと、
   前記ワイヤレスメッシュネットワークの前記レイアウトを前記ワイヤレスメッシュネットワークが構築される前記物理的空間に対応付けて表示する表示モジュールと
   を備え、
   前記スケールモジュールは、
   前記受け取った画像に対して設けられる、ユーザーにより変更可能な位置および長さを有するスケールラインと、
   前記スケールラインが表わす距離の値を入力するよう前記ユーザーに指示するスケールプロンプトモジュールとを含み、前記スケールモジュールは、選択された前記ラインの長さと、前記ラインに関連付けられた距離の値とに基づいて、前記受け取った画像に対する縮尺を定める、視覚化ツール。
2. 前記ワイヤレスメッシュネットワークの前記レイアウトが満たすべき要件を各々規定する１つ以上の計画パラメータを定める計画パラメータモジュールと、
   前記物理的空間に関連する前記縮尺と前記物理的空間へのデバイスの前記配置とに基づいて、前記ワイヤレスメッシュネットワークのレイアウトが各前記計画パラメータに準拠しているかどうか判断するバリデーションモジュールであって、前記レイアウトが前記計画パラメータに準拠しているかどうかを示す視覚的出力を提供するバリデーションモジュールと
   を更に備える、請求項１に記載のコンピュータで実施される視覚化ツール。
3. 前記バリデーションモジュールにより提供される、前記レイアウトが前記計画パラメータに準拠していないことを示す前記視覚的出力は、１つ以上の前記計画パラメータを満たしていない各デバイスを、前記デバイスの通信範囲を示す円を表示することと、前記デバイスが満たしていない前記計画パラメータを表示することによって強調表示する、請求項２に記載のコンピュータで実施される視覚化ツール。
4. 前記受け取った画像により規定される前記物理的空間に密度レベルを関連付ける入力をユーザーから受け取る密度モジュールを更に備えており、前記バリデーションモジュールは、更に、前記物理的空間に関連付けられた前記密度レベルに基づいて、前記ワイヤレスメッシュネットワークのレイアウトが、前記計画パラメータの各々に準拠するかどうか判断する、請求項２に記載のコンピュータで実施される視覚化ツール。
5. 前記ワイヤレスメッシュネットワークと通信するよう接続されたゲートウェイデバイスにより提供される組織データを受け取るよう接続された入力端と、
   前記ゲートウェイデバイスにより提供される組織データを、前記実際のワイヤレスメッシュネットワークが構築された前記物理的空間を表す前記画像上に自動的に表示する組織モジュールとを更に備えており、表示された組織データは、前記メッシュネットワークの前記現在の組織を、前記メッシュネットワークが構築された前記物理的空間との関係として表す、
   請求項１に記載のコンピュータで実施される視覚化ツール。
6. 設計ツールに対して前記ゲートウェイデバイスにより提供される前記組織データは、前記メッシュネットワークに関連するデバイス間の実際の通信、前記メッシュネットワーク上でのデバイスについての親子関係の現行リスト、前記メッシュネットワーク上での個々のデバイスに関連付けられた各近隣を規定する近隣リスト、または、前記メッシュネットワーク上でのデバイス間の経路の安定性、のうちの少なくとも１つを含む、請求項５に記載のコンピュータで実施される視覚化ツール。
7. ワイヤレスメッシュネットワークのレイアウトをバリデーションするための、コンピュータで実施される設計ツールであって、
   前記ワイヤレスメッシュネットワークが構築される物理的空間を表す画像を入力として受け取り、前記画像をユーザーに表示する配置計画モジュールと、
   前記受け取った画像により規定される前記物理的空間に関連付けられた縮尺を表す入力をユーザーから受け取るスケールモジュールであって、前記縮尺が前記配置計画モジュールにより規定される前記物理的空間に関連付けられるスケールモジュールと、
   前記配置計画モジュールにより規定された前記物理的空間上への配置のために利用可能な１つ以上のデバイスの種類を表示し、前記物理的空間上への前記デバイスの配置が、バリデーションすべき前記ワイヤレスメッシュネットワークの前記レイアウトを規定するデバイスモジュールと、
   前記ワイヤレスメッシュネットワークのレイアウトが満たすべき要件を各々規定する１つ以上の計画パラメータを定める計画パラメータモジュールと、
   前記物理的空間に関連付けられた前記縮尺と、前記物理的空間内の１つ以上の領域に割り当てられた前記密度レベルと、前記物理的空間へのデバイスの配置とに基づいて、前記ワイヤレスメッシュネットワークのレイアウトが各前記計画パラメータに準拠しているかどうか判断するバリデーションモジュールであって、前記レイアウトが前記計画パラメータに準拠しているかどうかを示す視覚的出力を提供するバリデーションモジュールと
   を備え、
   前記スケールモジュールは、
   前記受け取った画像に対して設けられる、ユーザーにより変更可能な位置および長さを有するスケールラインと、
   前記スケールラインが表わす距離の値を入力するよう前記ユーザーに指示するスケールプロンプトモジュールとを含み、前記スケールモジュールは、選択された前記ラインの長さと、前記ラインに関連付けられた距離の値とに基づいて、前記受け取った画像に対する縮尺を定める、設計ツール。
8. 前記受け取った画像により規定される前記物理的空間に密度レベルを関連付ける入力をユーザーから受け取る密度モジュールを更に備えており、前記バリデーションモジュールは、更に、前記物理的空間に関連付けられた密度レベルに基づいて、前記ワイヤレスメッシュネットワークのレイアウトが、前記計画パラメータに準拠するかどうか判断する、請求項７に記載のコンピュータで実施される設計ツール。
9. 前記計画パラメータモジュールは、各密度レベルに関する通信範囲、第１の種類の各デバイスの通信範囲内に設置すべきデバイスの数、第２の種類の各デバイスの通信範囲内に設置すべきデバイスの数、ゲートウェイデバイスの通信範囲内に設置すべきデバイスの百分率、および各デバイスが前記ゲートウェイデバイスと通信可能かどうか、という項目から成る群から選択された複数のパラメータ値のうちの少なくとも１つを含む、請求項７に記載のコンピュータで実施される設計ツール。
10. 前記デバイスモジュールは、ユーザーが前記デバイスモジュールからデバイスを前記物理的空間に配置するのに応答して、前記デバイスの識別と前記デバイスに関する高度について入力を行うよう前記ユーザーに指示する、請求項７に記載のコンピュータで実施される設計ツール。
11. 前記バリデーションモジュールにより提供される、前記レイアウトが前記計画パラメータに準拠していないことを示す前記視覚的出力は、１つ以上の前記計画パラメータを満たしていない各デバイスを、前記デバイスの通信範囲を示す円を表示することと、前記デバイスが満たしていない前記計画パラメータを表示することとによって強調表示する、請求項７に記載のコンピュータで実施される設計ツール。
12. 前記設計ツールは、前記配置計画モジュールと、前記スケールモジュールと、前記デバイスモジュールと、前記計画パラメータモジュールと、前記バリデーションモジュールとを実施するための命令を実行するようプログラムされた汎用機器により実施される、請求項７に記載のコンピュータで実施される設計ツール。
13. 自己組織化ワイヤレスメッシュネットワークの組織を、前記ネットワークが構築された物理的空間に対して自動的に重ねるための、コンピュータで実施される診断ツールであって、
    各々が複数のデバイスから成る１つ以上のワイヤレスメッシュネットワークと通信するよう接続されたネットワークマネージャにより提供される組織データを受け取るよう接続された入力と、
    前記１つ以上のワイヤレスメッシュネットワークが構築された前記物理的空間を表す画像を入力として受け取り、前記受け取った画像をユーザーに表示する配置計画モジュールと、
    前記受け取った画像により規定される前記物理的空間に関連する縮尺を表す入力をユーザーから受け取るスケールモジュールであって、前記縮尺が前記配置計画モジュールにより規定される前記物理的空間に関連付けられるスケールモジュールと、
    前記１つ以上のワイヤレスメッシュネットワークが構築された前記物理的空間内での各デバイスの位置を識別する入力を受け取って、複数のデバイスの各々の前記位置を、前記ユーザーに提供される前記表示上に重ねるデバイスモジュールと、
    ゲートウェイデバイスにより提供される組織データを、前記１つ以上のワイヤレスメッシュネットワークが構築された前記物理的空間を表す前記画像上に自動的に表示する組織モジュールとを備え、組織データは、前記メッシュネットワークの現在の組織を、前記メッシュネットワークが構築された前記物理的空間との関係として表し、
    前記スケールモジュールは、
    前記受け取った画像に対して設けられる、ユーザーにより変更可能な位置および長さを有するスケールラインと、
    前記スケールラインが表わす距離の値を入力するよう前記ユーザーに指示するスケールプロンプトモジュールとを含み、前記スケールモジュールは、選択された前記ラインの長さと、前記ラインに関連付けられた距離の値とに基づいて、前記受け取った画像に対する縮尺を定める、診断ツール。
14. ネットワークマネージャによって診断ツールに提供される前記組織データは、前記メッシュネットワークに関連付けられたデバイス間の実際の通信、前記メッシュネットワーク上でのデバイスに関する親子関係の現行リスト、前記メッシュネットワーク上での個々のデバイスに関して各近隣を規定する近隣リスト、または、前記メッシュネットワーク上のデバイス間の経路の安定性、のうちの少なくとも１つを含む、請求項１３に記載のコンピュータで実施される診断ツール。
15. 前記ネットワークマネージャは、前記ワイヤレスメッシュネットワークの中の１つに接続されたゲートウェイデバイスに設けられている、請求項１４に記載のコンピュータで実施される診断ツール。
16. 前記組織データは、前記メッシュネットワーク上のデバイス間の関係を示すラインおよび／または矢印の形で図式的に表示される、請求項１３に記載のコンピュータで実施される診断ツール。
17. 前記診断ツールは、前記配置計画モジュールと、前記デバイスモジュールと、前記組織モジュールとを実施するための命令を実行するようプログラムされた汎用機器により実施される、請求項１３に記載のコンピュータで実施される診断ツール。

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