JP6871318B2 - ワイヤレスメッシュネットワークおよびデータ送信方法 - Google Patents
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Description
図1は、プロトコルの一実施形態のデューティーサイクル化されたオペレーションを示している。すべてのネットワークノードは、アクティブフェーズのみにおいて周期的に自分のトランシーバをオンにする。実施形態においては、任意の2つの連続したアクティブフェーズの間において、すべてのネットワークノードは、スリープであるか、またはプロトコルの範囲外の他の何かをするのにビジーであるかのいずれかである。主要な給電されるデバイスにとっては、アクティブフェーズは、いくつかの実施形態においては、それらの間に最小のスリープインターバルを伴ってまたはスリープインターバルを伴わずに立て続けの様式で現れることが可能である。そのようなアプローチは、バッテリー消費を犠牲にしてプロトコルの待ち時間を著しく低減することが可能である。
1つのアクティブフェーズは、複数のフラッディングラウンドへと分割され、それぞれのフラッディングラウンドは、別々の目的を達成することを試みる。図2は、一実施形態の方法10を示している。通信プロトコルの一実施形態に含まれる複数の異なるステージ(たとえばステージa〜e)がある:
a) 時刻同期: 最初に、方法10のステップ12において、シンクロナイザ(またはシンクロナイザノード)と呼ばれる、ネットワーク内の専用のノードが、ネットワークをフラッドし、それによってノードどうしが、フラッドされたデータパケットと、これらのデータパケット内に含まれている情報との受信のタイムスタンプに基づいて自分たち自身を同期することが可能である。言い換えれば、ネットワークが同期フラッディングラウンドにおいてフラッドされ、それによって、ネットワーク内のノードどうしが時間同期される。その他の実施形態においては、シンクロナイザは、ソースノード、宛先ノード、または中継ノードのうちの1つであることが可能である。いくつかの実施形態においては、シンクロナイザは、専用のノード、ならびに、ソースノード/宛先ノード/中継ノードのうちの1つであることが可能である。
ステージbにおいて、センサからのデータを直近に受信したいずれのアクチュエータも、ステージcにおいてネットワークをフラッドして、少なくとも、自分に宛てられた成功した受信を告知しなければならない。しかしながら、同じアクチュエータは、その他のセンサとアクチュエータとがそれらの間で成功裏に通信したことを知っていた可能性がある。これは、ステージbにおいて自分自身のデータを受信しなかったアクチュエータが、(ステージbにおいて自分のデータを受信した)その他のアクチュエータが成功した受信を告知している場合に、ステージcにおいて受信機として機能するからである。そのようなアクチュエータが、ステージbにおいて、自分に宛てられたデータを受信した場合は常に、それらのアクチュエータは、自分への成功した送信(すなわち、自分の直近の受信)をカプセル化しているデータ、ならびに前のcステージにおいて自分が知ったその他の対応するセンサ/アクチュエータペアの間におけるデータをフラッドすることも可能である。
ワイヤレス通信は、固有の信頼性問題を有している。センサどうし(ソースノードどうし)またはアクチュエータどうし(宛先ノードどうし)は、ステージbおよびcにおいて互いの間で通信することができないのが典型的である。しかしながら、シンクロナイザまたは中継ノードなどのその他のノードは、それらからのデータを聞くことが可能である。実施形態は、漏れ聞くこれらの機会を活用して、ピギーバッキング、アグリゲーティング、またはマージングオペレーションを通じて通信エンティティーどうしの間においてデータを間接的に送信する。この説明の残りに関しては、ピギーバッキング、アグリゲーション、およびマージングは、同義語とみなされることが可能である。実施形態は、以降で記述されているようにピギーバッキングのための2つのメカニズムを採用する。
データソースノード(センサ)は典型的に、アプリケーション報告インターバルTappとして定義されることが可能である特定の頻度で宛先ノード(アクチュエータ)へデータを周期的に報告するようにアプリケーションによって要求される。所与のTappにおいて、実施形態は、複数のアクティブフェーズを周期的にスケジュールすることが可能である。アクティブインターバルの値は、それがTappの因数になるように選ばれることが可能である。これは、ソースノードから宛先ノードへ、およびその逆へデータを送信するための単一のTappインターバル内に複数のアクティブフェーズが存在するということを意味している。シンクロナイザノードがステージbおよびcのいずれかにおいてソースノードまたは宛先ノードのいずれかから何かを聞いた場合には、シンクロナイザノードは、現在のTappインターバルに属しているすべての次なるアクティブフェーズにおいてこの情報をピギーバックする。Tappの終わりに、シンクロナイザノードは、漏れ聞いた(overheard information)情報を破棄し、新たに開始する。次なるTappの始まりに、すべてのノードは、古い情報を取り除くことが可能であり、前のインターバルからの情報を伝達するのを止める(stop)ことが可能である。Tappの終わりに、ソースノードは、送信するための新たな情報を有する場合がある。したがって、古い情報は廃れる場合がある。これは、データを周期的に報告するアプリケーションに特に関連している場合がある。しかしながら、プロトコルは、たとえ非周期的なトラフィックをアプリケーションが生成しても機能する。一般に、送信するための新たな情報をアプリケーションが有している場合には、ノードは、廃れた情報を伝達するのを止めることが可能である。
シンクロナイザノード、ソースノード、または宛先ノードによってネットワークにおいてデータがフラッドされるにつれて、データパケットは、メッシュネットワークのさまざまな部分をたどる。このプロセスにおいて、データパケットは、自分たちのそれぞれの宛先ノードへまだ送達されていない自分たち自身の情報を有しているノードどうしを通って遷移することが可能である。上述のメカニズムは、これらのノード(ソース/宛先)が、これらが自分たち自身のデータを送信できる前に、その後のフラッディングラウンド(ステージbおよびステージc)またはその後のアクティブフェーズを待つことを必要とする。これは、さらなる通信待ち時間をもたらす。本明細書において記述されている実施形態は、ノード(ソース/宛先)が、同じフラッディングラウンド内で、受信されたパケット上で自分自身の情報をすぐにピギーバックすることを可能にすることによって、この制限を克服する。この目的のために、差別化された転送スキームが記述される。
それぞれのフラッディングラウンド内に、送信のための特定のタイムスロットがある。ステージa、b、およびcにおけるフラッディングラウンドのうちのいずれかにおいて、ノードが、その他のノードへ送信されるべき自分自身の情報を有していて、データパケットを受信したばかりである場合には、そのノードは、自分自身の情報でピギーバックされたこのデータパケットの送信を優先するべきである。そうするために、そのノードは、同じタイムスロットにおいてそのデータパケットを聞いた、およびまったく同じデータパケットを中継することを必要とするだけであるノードと比較して、ピギーバックされたデータパケットを送信する前に、より少ない数のスロットを待つべきである。ピギーバックされたデータは、受信されたデータと同じ形態である。すなわち、再送信されたピギーバックされたデータは、ソースから宛先へいかなる損失も伴わずにその当初の形態で送達される。ピギーバックされたデータ内の情報は、その他のデータとマージすることによって失われることはない。
Claims (20)
- 複数のノードに対応する複数の無線通信装置を備えるネットワークのシステムであって、前記複数の無線通信装置は、前記ネットワークにおいて伝送されるデータの再送信が可能であり、前記複数のノードに対応する無線通信装置は、複数のソースノードに対応する複数の無線通信装置と、複数の宛先ノードに対応する複数の無線通信装置と、少なくとも1つの中間ノードに対応する少なくとも1つの無線通信装置とを含み、
前記複数のソースノードに対応する無線通信装置の1以上が、
第1の通信段階において、その他のソースノードに対応する無線通信装置と少なくとも一部重複して、対応する複数の宛先ノードに対応する無線通信装置へデータを送信し、
前記複数の宛先ノードに対応する無線通信装置の1以上が、
対応する複数のソースノードに対応する複数の無線通信装置からデータを受信し、
前記中間ノードに対応する無線通信装置が、
対応する複数のソースノードに対応する複数の無線通信装置のうちの少なくとも1つからデータを受信し、
前記受信されたデータを、そのデータが受信された形態で再送信する、
システム。 - 前記複数の宛先ノードに対応する複数の無線通信装置の1以上が、対応するソースノードに対応する無線通信装置からデータが受信されたときに第2の通信段階においてその他の宛先ノードに対応する無線通信装置と少なくとも一部重複して信号を送信し、前記信号が、前記対応するソースノードに対応する無線通信装置からの前記データが成功裏に受信されたということを示す、請求項1に記載のシステム。
- 前記複数のソースノードに対応する複数の無線通信装置の1以上が、単一のチャネル上で、または複数のチャネル上で前記データを送信する、請求項1に記載のシステム。
- 前記複数のノードに対応する複数の無線通信装置が、シンクロナイザノードに対応する無線通信装置を備え、前記シンクロナイザノードに対応する無線通信装置が、前記複数のノードに対応する複数の無線通信装置が時間同期されるように同期通信段階において前記ネットワークをフラッドする、請求項1に記載のシステム。
- 前記複数のソースノードに対応する複数の無線通信装置の1以上が、データが前記ソースノードに対応する無線通信装置において作成されたかどうかに基づいて、データが送信されるべきであるかどうかを決定し、データを作成した前記その他のソースノードに対応する無線通信装置の1以上と少なくとも一部重複して、前記第1の通信段階において前記データを送信する、請求項1に記載のシステム。
- 前記複数の宛先ノードに対応する複数の無線通信装置のうちの少なくとも1つが、受信されたときに最強の信号を有しているデータを処理する、請求項1に記載のシステム。
- 前記複数のソースノードに対応する複数の無線通信装置の1以上が、前記第1の通信段階を少なくとも1回繰り返し、前記複数の宛先ノードに対応する複数の無線通信装置の1以上が、前記第2の通信段階を少なくとも1回繰り返す、請求項2に記載のシステム。
- 前記複数のソースノードに対応する複数の無線通信装置の1以上が、対応する宛先ノードに対応する無線通信装置から前記信号を受信し、前記対応する宛先ノードに対応する無線通信装置によって前記データが受信されたと決定し、データの送信を停止する、請求項2に記載のシステム。
- 少なくとも1つの宛先ノードに対応する無線通信装置が、データが成功裏に受信されたということを示す前記複数の宛先ノードのうちの別の宛先ノードに対応する無線通信装置からの信号を受信し、前記宛先ノードの前記対応するソースノードに対応する無線通信装置からデータを受信し、前記宛先ノードに対応する無線通信装置向けに意図されているデータが成功裏に受信されたということを示すさらなる信号と、前記別の宛先ノードに対応する無線通信装置によってデータが成功裏に受信されたという情報とを送信する、請求項2に記載のシステム。
- 前記中間ノードに対応する無線通信装置が、データを作成するソースノードに対応する無線通信装置と、データを消費する宛先ノードに対応する無線通信装置と、データを作成または消費しない中継ノードに対応する無線通信装置とのうちの少なくとも1つである、請求項1に記載のシステム。
- 前記シンクロナイザノードに対応する無線通信装置が、ソースノードに対応する無線通信装置とそれらのソースノードの対応する宛先ノードに対応する無線通信装置との間における成功した送信に関する情報を前記同期通信段階に含める、請求項4に記載のシステム。
- それぞれの通信段階に、送信用のタイムスロットがあり、前記少なくとも1つの中間ノードに対応する無線通信装置が、再送信されるべきデータを受信し、送信されるべきデータを当該無線通信装置が既に有しているかどうかを決定し、送信されるべきデータを当該無線通信装置が既に有している場合に、より早い送信スロットを選択し、受信されたデータと、当該無線通信装置が既に有しているデータとを前記より早い送信スロットにおいて送信する、請求項2に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの中間ノードに対応する無線通信装置が、データが受信され、送信すべきデータを当該無線通信装置が既に有しているときには、前記送信スロットを決定するためにインターバル[0,S_MAXpiggyback]から待機スロットの数Spiggybackを選択し、データが受信され、送信すべきデータを当該無線通信装置が既に有しているわけではないときには、前記送信スロットを決定するためにインターバル[S_MAXpiggyback+1,S_MAXrelay]から待機スロットの数Srelayを選択する、請求項12に記載のシステム。
- 前記中間ノードに対応する無線通信装置が、さらなるデータが受信されるときに前記インターバル[0,S_MAXpiggyback]から待機スロットの数S_NEWpiggybackを決定し、更新された送信スロットを、前記送信スロットと、現在のタイムスロット+前記待機スロットS_NEWpiggyback+1とのうちでより早い方としてスケジュールする、請求項13に記載のシステム。
- 前記ネットワークがワイヤレスセンサおよび/もしくはアクチュエータネットワークまたはサイバーフィジカルシステムである、請求項1に記載のシステム。
- 複数のノードに対応する複数の無線通信装置を有するネットワークにおいて伝送されるデータの再送信が可能な無線通信装置であって、
前記ネットワーク内の複数のソースノードに対応する複数の無線通信装置の1以上からデータを受信し、
第1の通信段階において、前記複数のソースノードに対応する複数の無線通信装置のうちの少なくとも1つと少なくとも一部重複して、前記ネットワーク内の複数の宛先ノードに対応する複数の無線通信装置の1以上へデータを送信し、
前記受信されたデータを、そのデータが受信された形態で再送信する、
無線通信装置。 - 複数のソースノードに対応する複数の無線通信装置と、複数の宛先ノードに対応する複数の無線通信装置と、少なくとも1つの中間ノードに対応する少なくとも1つの無線通信装置とを備えるネットワークにおけるフラッディングを使用するデータ送信の方法であって、
第1の通信段階において、前記複数のソースノードに対応する複数の無線通信装置の1以上から少なくとも一部重複して、対応する宛先ノードに対応する無線通信装置へデータを送信することと、
対応するソースノードに対応する無線通信装置から、前記複数の宛先ノードに対応する複数の無線通信装置においてデータを受信することと、
前記複数のソースノードに対応する複数の無線通信装置のうちの少なくとも1つから、前記少なくとも1つの中間ノードに対応する無線通信装置においてデータを受信することと、
前記受信されたデータを、そのデータが受信された形態で前記少なくとも1つの中間ノードに対応する無線通信装置において再送信することと
を備える方法。 - 複数のノードに対応する複数の無線通信装置のネットワークにおけるフラッディングを使用するデータ送信の方法であって、ノードに対応する無線通信装置内で、
前記ネットワーク内の複数のソースノードに対応する複数の無線通信装置からデータを受信することと、
第1の通信段階において、前記複数のソースノードに対応する複数の無線通信装置から少なくとも一部重複して、前記ネットワーク内の複数の宛先ノードに対応する複数の無線通信装置へデータを送信することと、
前記受信されたデータを、そのデータが受信された形態で再送信することと
を備える方法。 - プロセッサによって実行されたときに、請求項17に記載の方法を前記プロセッサに実行させるように構成される、プログラム。
- プロセッサによって実行されたときに、請求項18に記載の方法を前記プロセッサに実行させるように構成される、プログラム。
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