JP7241203B2 - ワイヤレスメッシュネットワークシステム - Google Patents

Description

本発明は、一般に、ワイヤレスメッシュネットワーク及び外部ネットワークとの相互接続に関する。とりわけ、様々な発明的な方法、装置、システム、及びコンピュータ可読媒体が本明細書に開示される。

ワイヤレスメッシュネットワークは、（ネットワーク）ノードが自身のデータを捕捉及び発信し得るだけでなく、他のノードのためのリレーとしての機能も果たし得る、すなわち、ネットワーク内でデータを伝搬するために協働し得る、ネットワークトポロジの一種である。メッシュネットワークは、フラッディング技術又はルーティング技術を使用するように設計されることができる。ルーティング技術を使用する場合、メッセージは、宛先に到達するまでノードからノードへとホッピングすることにより、パスに沿って伝搬する。Ｗｉ－Ｆｉ、Ｚｉｇｂｅｅ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ（ＢＬＥ）等、ワイヤレスメッシュネットワークをサポートするいくつかの短距離ワイヤレス通信プロトコルがある。

Ｚｉｇｂｅｅは、リモートコントロール、スマートホーム及びスマートビルディングオートメーションの観点において、小型で低電力のデジタル無線機を用いてパーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）を構築するために広く用いられている、ＩＥＥＥ ８０２．１５．４に準拠した物理層（ＰＨＹ）及びメディアアクセス制御層（ＭＡＣ）に基づく一連の高レベル通信プロトコルを定義している。

短距離ワイヤレス通信又はＷＰＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）における競合技術として、ＢＬＥが、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ ＳＩＧ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ ｓｐｅｃｉａｌ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ Ｇｒｏｕｐ）によって設計され、２０１０年にＢｌｕｅｔｏｏｔｈコア仕様４．０で初めて発表されている。ＢＬＥは、ヘルスケア、フィットネス、ビーコン、セキュリティ、ホームエンタテインメント等のアプリケーションに新規のソリューションを提供することを目的としている。従来のＢｌｕｅｔｏｏｔｈと比較して、ＢＬＥは、シンプルなリンクの素早いビルドアップを可能にする全く新しいプロトコルスタックを特徴としている。低電力設計がシステムの別のハイライトであり、ＢＬＥシステムは、コイン電池バッテリによって給電されるように意図されている。

同時に、ＩＰネットワークは、１つ以上のコンピュータ又はスマート電子デバイス間でメッセージを送信及び受信するためにインターネットプロトコル（ＩＰ：Internet Protocol）を使用する通信ネットワークである。最もよく用いられているグローバルネットワークの一つとして、ＩＰネットワークが、インターネットネットワーク、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）及び企業ネットワークに導入されている。ＩＰネットワークは、すべてのホスト又はネットワークノードがＴＣＰ／ＩＰスイートで構成されることを要する。モノのインターネット（ＩｏＴ：Internet of Things）の観点においてコネクテッドデバイス(connected device)はますます多くなり、ＩＰネットワークもオリジナルのＩＰｖ４アドレス空間から、高度にスケーラブルなＩＰｖ６アドレススキームへと拡張している。

ＩＰネットワークに向けた短距離ワイヤレス通信ネットワークの相互接続を可能にするために、又は広く分散されたセンサノードがバックボーンネットワーク若しくはクラウドにアクセスする若しくはこれらを介してアクセスされることを可能にするために、標準化団体は、このような相互接続を促進するための新機能及び新プロトコルにも取り組んでいる。

メッシュノードと、クラウドサーバ又はスマートフォン等のワイヤレスメッシュに属さないデバイスとの間のＩＰ接続を可能にするために、いわゆるボーダールータ（ＢＲ：Border router）ノードの挙動(behavior)の仕様が必要とされる。ＢＲは、ＩＰ接続を実施するノードと、他のＩＰネットワークとの間のインターフェースを提供し、ＩＰノードが、メッシュネットワーク外のピア（例えば、中央コントローラノード）と通信できるようにする。ＢＲノードの主要な機能は、メッシュネットワーク全体をＩＰバックボーンに接続することである。ＢＲは、数ある機能の中でもとりわけ、ビーコンパケットを送信することによりネットワーク内で自身のボーダールーティングケイパビリティ(Border Routing capability)を自己アドバタイズする(self-advertise)ケイパビリティを有する。単一障害点を回避する及び負荷バランシングケイパビリティを提供するために、システムは、複数のＢＲが同時にアクティブになることを許容する。

上記に鑑み、本開示は、外部ネットワークに接続するためにボーダールータを選択するための発明的な方法、装置、システム、コンピュータプログラム及びコンピュータ可読媒体に関する。とりわけ、様々な発明的なコンピュータ可読媒体（一時的及び非一時的）、方法、システム及び装置は、複数の候補からフォワーディングボーダールータ(forwarding border router)としてボーダールータを選択することにより負荷バランシングを促進するために提供される。

この発明の目的は、請求項１に記載のワイヤレスメッシュネットワークシステム、請求項２に記載のボーダールータデバイス、請求項４に記載のノード、請求項５に記載のボーダールータ方法及び請求項９に記載のノード方法、並びに請求項１３及び１４にそれぞれ記載のボーダールータ方法及びノード方法のためのコンピュータプログラムによって達成される。

本発明の第１の態様は、ワイヤレスメッシュネットワークを外部ネットワークに接続するように構成される、ワイヤレスメッシュネットワークで用いるボーダールータデバイスである。ボーダールータデバイスは、ビーコンインターバル(beacon-interval)を決定するように構成されるコントローラと、周期的に各ビーコンインターバルの後にビーコンパケットを送信するためのビーコン送信時点(beacon-transmission time moment)を決定するように構成されるスケジューラと、ビーコン送信時点において通信チャネル上でビーコンパケットを送信するように構成されるトランシーバとを備え、さらに、コントローラは、ボーダールータの利用可能なキャパシティ(available capacity)に基づいてビーコンインターバルを決定するように構成され、利用可能なキャパシティは、ボーダールータの実際のトラフィック負荷に関連し、実際のトラフィック負荷は、ワイヤレスメッシュネットワーク内のノードから直接リンク又はマルチホップ中継を介して来るワイヤレスメッシュネットワーク内の宛先としてボーダールータを有するデータパケットの受信、ボーダールータからワイヤレスメッシュネットワーク内のノードへの直接リンク又はマルチホップ中継を介したデータパケットの送信、及び、前記データパケットの内部処理を含み、実際のトラフィック負荷が高いほど、利用可能なキャパシティは低くなり、したがって、ビーコンインターバルは長くなる。

実際のトラフィック負荷状況に応じてビーコンインターバルを制御することにより、負荷バランシング(load balancing)が、追加のシグナリングハンドシェイク又は元々のビーコンパケット構造の変更なしにワイヤレスメッシュネットワークに実装されることができる。高トラフィック負荷の場合、第１のボーダールータは、ビーコンインターバルを長くする、言い換えれば、それほど頻繁にビーコンパケットを送信せず、したがって、周囲のより少ない潜在的なノードが、第１のボーダールータをフォワーディングボーダールータとして選任するように招待されることになる。対照的に、非常に軽いトラフィック負荷を有する第２のボーダールータは、より頻繁にビーコンパケットを送信する傾向にある。したがって、より多くのノードが第２のボーダールータからのビーコンパケットを検出し、第２のボーダールータをフォワーディングボーダールータとして選択し得る。このようにして、第１のボーダールータと第２のボーダールータの間で、トラフィック負荷のバランスが自動的にとられる。

一実施形態では、ボーダールータは、通信チャネル上の他の周期的に送信される信号とのコンフリクト(conflict)を避けるために、ディザ効果(dither effect)と同様に、ビーコン送信時点に小さな、可能であればく（擬似）ランダムな、ずれ(deviation)を意図的に加えてもよい。小さな時間ずれ(time-deviation)は、ネットワークにおけるビーコンパケット又はデータパケットの典型的なサイズに応じて配置されることができる。このようにして、複数のボーダールータが高密度に配備されるシステムにおいて、偶然に２つ以上のボーダールータが同じビーコンインターバルを採用し、同じビーコン送信時点をスケジュールする場合にも、これらは、ビーコンパケットの規則正しい周期的な送信と常にコンフリクトするとは限らなくなる。

一実施形態では、ボーダールータのコントローラはさらに、ビーコンパケットのスケジュールされた送信とデータパケットの送信との潜在的なコンフリクト(potential conflict)を検出する、及び、潜在的なコンフリクトを避けるためにビーコンパケットのスケジュールされた送信を延期するための遅延を決定するように構成され、スケジューラはさらに、決定された遅延に応じてビーコン送信時点を調整するように構成される。

ボーダールータのビーコンパケットは、主に近隣ノードにボーダールータの存在をアドバタイズするために使用されるため、あるタイムクリティカルなアプリケーションに関連するデータパケットと比較して優先度を低くすることができる。それゆえ、周期的なビーコンパケットの送信が、タイムクリティカルなデータパケットの送信又は受信を阻害する状況を避けることが重要である。ボーダールータにおけるコンフリクト検出は、スケジュールされたビーコンパケットとデータパケットの送信との潜在的なコンフリクトがあるかどうかを把握するために使用される。

別の実施形態では、ボーダールータは、ワイヤレスメッシュネットワーク以外の外部ネットワークで異なる通信プロトコルが実行される場合、外部ネットワークとの無線又は有線接続をサポートするための第２のトランシーバを含んでもよい。

本発明の第２の態様は、特許請求の範囲に記載のノードである。外部ネットワークへのフォワーディングボーダールータを求める(seek for)ための、ワイヤレスメッシュネットワークで用いるノードは、通信チャネルを監視するように構成されるトランシーバと、少なくとも２つのボーダールータの推定ビーコンインターバルを導出する、及び、少なくとも２つのボーダールータのうち最も短い推定ビーコンインターバルを有する１つのボーダールータをフォワーディングボーダールータとして選択するように構成されるコントローラとを備え、フォワーディングボーダールータをワイヤレスメッシュネットワーク（８００）内の宛先とする。

負荷バランシングを促進するために、ボーダールータは、ボーダールータ側の実際のトラフィック負荷に応じてビーコンインターバルを調節する。相手方(counterpart)として、ネットワーク内のノードは、複数のボーダールータ候補からフォワーディングボーダールータを選択する際にこのように暗黙的に埋め込まれた負荷情報を考慮する必要がある。

一実施形態では、ワイヤレスメッシュネットワークシステムは、本発明の第１の態様による少なくとも２つのボーダールータと、本発明の第２の態様による少なくとも１つのノードとを含む。ノードは、外部ネットワークへの少なくとも２つのボーダールータのうちのフォワーディングボーダールータとしての１つのボーダールータを選択することになり、この発明で開示されるデバイス、方法、コンピュータプログラム及びコンピュータ可読媒体は、選択において負荷バランシングを促進することになる。

別の態様において、ワイヤレスメッシュネットワークで用いるボーダールータの方法が開示される。当該方法は、ボーダールータの利用可能なキャパシティに基づいてビーコンインターバルを決定するステップであって、利用可能なキャパシティは、ボーダールータの実際のトラフィック負荷に関連し、実際のトラフィック負荷は、ワイヤレスメッシュネットワーク内のノードから直接リンク又はマルチホップ中継を介して来るワイヤレスメッシュネットワーク内の宛先としてボーダールータを有するデータパケットの受信、ボーダールータからワイヤレスメッシュネットワーク内のノードへの直接リンク又はマルチホップ中継を介したデータパケットの送信、及び、前記データパケットの内部処理を含み、実際のトラフィック負荷が高いほど、利用可能なキャパシティは低くなり、したがって、ビーコンインターバルは長くなる、ステップと、周期的に各ビーコンインターバルの後にビーコンパケットを送信するためのビーコン送信時点を決定するステップと、ビーコン送信時点において通信チャネル上でビーコンパケットを送信するステップとを含む。したがって、ボーダールータ側の実際のトラフィック負荷状況が、ボーダールータのビーコンインターバルを適応的に制御するために使用される。

一実施形態では、当該方法はさらに、ビーコンパケットのスケジュールされた送信とデータパケットの送信との潜在的なコンフリクトを検出するステップと、潜在的なコンフリクトを避けるためにビーコンパケットのスケジュールされた送信を延期するための遅延を決定するステップと、決定された遅延に応じてビーコン送信時点を調整するステップとを含む。このようにして、データ通信は、ボーダールータ側においてスケジュールされたビーコン送信により影響を受けない。

別の実施形態では、ビーコンインターバルは、実際のトラフィック負荷と基準トラフィック負荷との比較に基づいて決定され、基準トラフィック負荷は、履歴トラフィック負荷(historical traffic load)の知識、製造者によって設定された事前定義値、及びネットワーク又はボーダールータ自身によってコンフィギュレーションされたプログラム可能な値のうちの少なくとも１つに基づいて設定され、負荷インジケータ(load indicator)が、実際のトラフィック負荷が基準トラフィック負荷以下である場合負荷インジケータを事前定義された第１の値に設定するステップと、実際のトラフィック負荷と基準トラフィック負荷との比又は差に応じて事前定義された第１の値にステップワイズ関数(step-wise function)、線形関数、非線形関数又は指数関数のいずれかを適用することにより負荷インジケータを第２の値に設定するステップとのいずれかを使用することにより比較から導出される。

実際のトラフィック負荷が低いか高いかを判断するための評価は、ボーダールータの最大キャパシティ、システム内のノード数等、ネットワークの状況、及びノードが実行しているアプリケーションのタイプ（高又は低スループット）に依存してもよい。ボーダールータは、評価をより客観的にするためにこのような基準トラフィック負荷を考慮してもよい。

一例では、基準トラフィック負荷は、履歴トラフィック負荷情報によって設定される。別の例では、基準トラフィックは、事前定義値(predefined value)、又はプログラム可能な値である。履歴トラフィック負荷は、１時間、１日、１週間、１ヶ月等、ある期間における過去の実際のトラフィック負荷に基づいて、典型的なトラフィック負荷プロファイルを特徴付けるために平均値計算、中央値計算、又は他の統計計算方法を用いて決定されてもよい。また、基準トラフィック負荷は、事前定義値として製造者によって設定されてもよく、ネットワークを介してメッセージを受信することによりプログラム可能な値としてコンフィギュレーションされてもよく、又は、ボーダールータ自身によってコンフィギュレーションされてもよい。一例では、複数のボーダールータが、基準トラフィック負荷についてアライン(align)してもよく、これは、ある期間における近隣ボーダールータ間の平均トラフィック負荷値であることができ、このような基準トラフィック負荷は、ネットワークを介してすべての近隣ボーダールータに伝達される。この構成の利点は、実際のトラフィック負荷の評価がシステム全体のトラフィック負荷状態に応じてより客観的になり、単一のボーダールータデバイスでの潜在的な偏った評価(potential prejudiced assessment)が回避されることである。

別の実施形態では、ビーコンインターバルは、基準ビーコンインターバルと負荷インジケータとを乗算することにより決定され、基準ビーコンインターバルは、履歴ビーコンインターバル(historical beacon-interval)の知識、製造者によって設定された事前定義値、ネットワーク又はボーダールータによってコンフィギュレーションされたプログラム可能な値、及びボーダールータのバッテリ残量のうちの少なくとも１つに基づいて設定される。基準ビーコンインターバルのパラメータを導入することにより、よりフレキシビリティが実装されることができる。例えば、ボーダールータは、バッテリ残量に依存する基準ビーコンインターバルを設定することによりビーコンインターバルを調整することもできる。ボーダールータが低バッテリ残量に直面する場合、ボーダールータは、それほど頻?にビーコンパケットを送信しようとせず、その結果、より少ないノードが、このボーダールータをフォワーディングボーダールータとして選択することになる。したがって、この方法は、低バッテリ残量のボーダールータの寿命を延ばすのに役立つ。

有利には、基準ビーコンインターバルは、履歴ビーコンインターバル情報によって設定される。ビーコンインターバルは、１時間、１日、１週間、１ヶ月等、ある期間において過去に採用されたビーコンインターバルに基づいて、典型的なビーコンインターバル値を特徴付けるために平均化、中央値計算、又は他の統計計算方法を用いて決定されてもよい。また、基準ビーコンインターバルは、事前定義値として製造者によって設定されてもよく、ネットワークを介してメッセージを受信することによりプログラム可能な値としてコンフィギュレーションされてもよく、又は、ボーダールータ自身によってコンフィギュレーションされてもよい。基準ビーコンインターバルは、ボーダールータのバッテリ残量に応じて決定されてもよい。バッテリレベルが低いほど、基準ビーコンインターバルは長くなる。したがって、ボーダールータは、寿命を延ばすことができる。

本発明の他の態様は、特許請求の範囲に記載のノードにおける方法である。ワイヤレスメッシュネットワーク内のノードが外部ネットワークへのフォワーディングボーダールータを求める方法であって、当該方法は、通信チャネルを監視するステップと、少なくとも２つのボーダールータの推定ビーコンインターバルを導出するステップと、少なくとも２つのボーダールータのうち最も短い推定ビーコンインターバルを有する１つのボーダールータをフォワーディングボーダールータとして選択するステップであって、フォワーディングボーダールータをワイヤレスメッシュネットワーク内の宛先とする、ステップとを含む。

当該方法の一例では、トランシーバは、通信チャネルを監視する、及び、少なくとも２つのビーコンパケットを検出するように構成され、コントローラは、少なくとも２つのビーコンパケットが２つ以上のボーダールータからのものであるかどうかを判断するように構成され、さらに、トランシーバは、通信チャネルを監視して、２つ以上のボーダールータのうちの少なくとも２つの各々からの少なくとも２つの後続するビーコンパケットを検出するように構成され、さらに、コントローラは、少なくとも２つのボーダールータの各々について、同じボーダールータから受信した少なくとも２つの後続するビーコンパケットの時間間隔(time separation)を示す推定ビーコンインターバルを推定するように構成され、さらに、コントローラは、少なくとも２つのボーダールータのうち最も短い推定ビーコンインターバルを有する１つをフォワーディングボーダールータとして選択するように構成される。

当該方法の別の例では、コントローラは、少なくとも２つのビーコンパケットがすべて同じボーダールータからのものであり、周囲に第２のボーダールータが存在しないかどうかを判断するように構成され、当該唯一のボーダールータが、フォワーディングボーダールータとして選択される。

別の実施形態では、当該方法はさらに、推定ビーコンインターバルと基準推定ビーコンインターバルとを比較するステップと、少なくとも２つのボーダールータからの推定ビーコンインターバルがすべて基準推定ビーコンインターバルよりも大きい又は小さいかを判断するステップと、少なくとも２つのボーダールータからの推定ビーコンインターバルがすべて基準推定ビーコンインターバルよりも大きい又は小さい場合、少なくとも２つのボーダールータのうち１つのボーダールータをフォワーディングボーダールータとしてランダムに選択するステップとを含み、基準推定ビーコンインターバルは、履歴推定ビーコンインターバル(historical estimated beacon-interval)の知識、製造者によって設定された事前定義値、ネットワーク又はノード自身によってコンフィギュレーションされたプログラム可能な値、及びビーコンパケットで検出された値のうちの少なくとも１つに基づく。

上記に開示されているようなワイヤレスメッシュネットワークにおける負荷バランスの自動調整は、あるボーダールータ側の実際のトラフィック負荷に反映するまでに時間がかかる可能性がある。言い換えれば、このような制御ループには遅延がある可能性がある。オーバーシュートを避けるために、特に少なくとも２つの推定ビーコンインターバルが互いに非常に近い場合、最も短い推定ビーコンインターバルを有するボーダールータを選択することは常には有益でない可能性がある。むしろ、少なくとも２つの推定ビーコンインターバルが基準推定ビーコンインターバルと比較して同じ範囲に収まる場合、ボーダールータをランダムに選択することが、システムでより安定した制御ループを保つためにより有利である可能性がある。

好ましくは、基準推定ビーコンインターバルは、履歴推定ビーコンインターバル情報によって設定される。履歴推定ビーコンインターバルは、１時間、１日、１週間、１ヶ月等、ある期間における過去の計算された履歴推定ビーコンインターバルに基づいて、典型的な推定ビーコンインターバルプロファイルを特徴付けるために平均化、中央値計算、又は他の統計計算方法を用いて決定されてもよい。また、基準推定ビーコンインターバルは、事前定義値として製造者によって設定されてもよく、ネットワークを介してメッセージを受信することによりプログラム可能な値としてコンフィギュレーションされてもよく、ノード自身によってコンフィギュレーションされてもよく、又は、受信したビーコンパケットの１つで検出された値であってもよい。ビーコンパケット構造が、基準ビーコンインターバルに関する情報を埋め込む自由度を有する場合、あるボーダールータの情報及び推定ビーコンインターバルを受けると、ノードは、ボーダールータが過負荷であるか否かを容易に把握することができ、選択は、ノード側でより単刀直入(straight-forward)になる。

好ましくは、少なくとも２つのボーダールータからの推定ビーコンインターバルがすべて基準推定ビーコンインターバルよりも大きい又は小さい場合、フォワーディングボーダールータとしての１つのボーダールータの選択は、ノードが最初にビーコンパケットを受信したボーダールータを選択する、ノードが他よりも遅くビーコンパケットを受信したボーダールータを選択する、又は、ノードがビーコンパケットを最初に受信したボーダールータ、２番目に受信したボーダールータ等々を交互に選択する等、疑似ランダムプロシージャを用いて実施されることができる。また、疑似ランダムプロシージャは、ノードが最初に疑似乱数を生成する、疑似乱数をあるインデックス又はシーケンス番号にマッピングする、及び、ボーダールータアイデンティフィケーションに関連する対応するインデックス又はシーケンス番号、又はボーダールータからのビーコンパケットの受信に関連するインデックス又はシーケンスを有するボーダールータを選択することによって実施されることもできる。また、疑似ランダムプロシージャは、上述のような１つ以上の方法の組み合わせであることもできる。

一実施形態では、同一のボーダールータから受信した３つ以上の後続するビーコンパケットがある場合、推定ビーコンインターバルは、同一のボーダールータから受信した隣接するビーコンパケット間の時間間隔の平均値計算又は中央値計算に基づいて導出される。ノードによってチャネル監視に費やされる持続時間(time duration)及び近接するボーダールータの実際のビーコンインターバルに依存して、ノードは、同じボーダールータから３つ以上のビーコンパケットを捕捉してもよい。ノードが受信するビーコンパケットが多いほど、ビーコンインターバルのより良好な又はより正確な推定がノードによって行われることができる。隣接するビーコンパケット間の時間間隔の平均値計算又は中央値計算は、データパケットとの潜在的なコンフリクトを避けるために採用された余分な遅延に起因して等、ボーダールータがビーコン送信に対して行ったずれ(deviation)をフィルタリングするのに役立つ。

別の実施形態では、フォワーディングボーダールータを選択するためのノードにおける方法はまた、（ａ）センサノードからボーダールータへのルート上のホップ数、（ｂ）センサノードとボーダールータの間のルート上の平均リンク品質、（ｃ）センサノードとボーダールータの間のルート上の最低リンク品質、（ｄ）センサノードとボーダールータの間のルート上の平均バッテリ残量、及び、（ｅ）センサノードとボーダールータの間のルート上の最低バッテリ残量を含む基準リストから少なくとも１つの追加基準を考慮することにより１つのボーダールータをフォワーディングボーダールータとして選択するステップを含む。

開示されるようなフォワーディングボーダールータを選択する際の負荷バランシングメカニズムは、ルーティングアルゴリズムにおける他の基準と組み合わせて使用されることもできる。負荷バランシングは、システム全体の観点から有益である。また、個々のノードについて、最適な選択は、エンドツーエンド遅延、ＳＮＲ、ルート上の最大サポートされるデータレート等、アプリケーション要件に関連してもよい。それゆえ、ある状況下では、１つ以上の追加の基準も選択において考慮されることが好ましい。

本発明はさらに、コンピュータプログラムであって、当該コンピュータプログラムがコンピュータによって実行された場合、コンピュータにボーダールータデバイスの方法を実行させるコード手段を含む、コンピュータプログラムで具現化されてもよい。

本発明はさらに、コンピュータプログラムであって、当該コンピュータプログラムがコンピュータによって実行された場合、コンピュータにノードデバイスの方法を実行させるコード手段を含む、コンピュータプログラムで具現化されてもよい。

図面中、同様の参照文字は、一般に、異なる図の全体にわたって同じ部分を指す。また、これらの図面は、必ずしも正しい縮尺ではなく、その代わりに、全般的に、本発明の原理を例示することに重点が置かれている。
ワイヤレスメッシュネットワーク内のノードが、外部ネットワークに接続するためのフォワーディングボーダールータを求める高レベルの概要を示す。 ボーダールータデバイスの例示的な構成要素を概略的に示す。 ノードデバイスの例示的な構成要素を概略的に示す。 少なくとも２つのボーダールータデバイス及びノードデバイスを含むワイヤレスメッシュネットワークシステムの概略アーキテクチャを示す。 ボーダールータデバイス側で実行される方法のフロー図を示す。 ノードデバイス側で実行される方法のフロー図を示す。

ここで、本発明の様々な実施形態が、少なくとも２つのボーダールータ２００と少なくとも１つのノード３００とを含むワイヤレスメッシュネットワークシステム１００に基づいて述べられる。ボーダールータ（ＢＲ）デバイスは、ワイヤレスメッシュネットワーク内のノードをＩＰバックボーン等、外部ネットワークに接続するために配備される。単一障害点を回避するために、２つ以上のＢＲが、ワイヤレスメッシュネットワークと外部ネットワークとの間のより信頼性の高い相互接続を提供するために近接して位置してもよい。ワイヤレスメッシュネットワークのノードにとって、現在どのＢＲがよりビジーであるか、及び、どのＢＲが追加のトラフィックを処理するキャパシティを有しているかを理解することは、送信ノードが自身のトラフィックをよりビジーでないＢＲに向けて配信することを可能にする非常に有用な洞察である。

斯くして、本出願人は、余分なシグナリングオーバーヘッドを導入することなく暗黙的にシステムにトラフィック負荷バランシングを実装することが有益であることを認識し、評価している。以上を鑑みて、本発明の様々な実施形態及び実装形態は、ワイヤレスメッシュネットワークシステムにおいて複数のボーダールータから１つのフォワーディングボーダールータを選択する際に自動的な負荷バランシングを可能にすることに関する。

図１は、本発明で開示されるようなシステムの高レベルの概要を示している。ワイヤレスメッシュネットワーク８００内のノード３００は、複数の中間中継ノード３０１及びフォワーディングボーダールータの助けを借りて、外部ネットワーク９００への接続を得ようとする。この例では、システム内で利用可能である、２つのボーダールータ２００ａ及び２００ｂがある。複数の潜在的な候補から１つのフォワーディングボーダールータを選択するために、デバイス、方法、コンピュータプログラム及びコンピュータ可読媒体の様々な実施形態が、選択における負荷バランシングを促進するためにこの発明で開示される。

Ｗｉ－Ｆｉ、Ｚｉｇｂｅｅ、Ｚ－ｗａｖｅ、Ｔｈｒｅａｄ又はＢＬＥ等、異なる通信プロトコルが、ワイヤレスメッシュネットワークでサポートされてもよい。外部ネットワークは、ＩＰバックボーンネットワーク、セルラーネットワーク、又は長距離通信ネットワークであることができる。破線８５０は、ワイヤレスメッシュネットワークと外部ネットワークとの間の仮想的な境界を表している。ノード３００は、センサノード、リソース制限(resource-restricted)ノード、リーフノード、親ノード、又は、中継若しくはルータノード等、完全な機能を有するノードであることができる。図１におけるノード３００と中継又はルータノード３０１との区別は、ノード３００が中継ノード３０１と同じノードである可能性を排除するためではなく、ノード３００が外部ネットワークに転送されるべきデータパケットを有するソースノードであることを明確にするためである。したがって、ノード３００は、ワイヤレスメッシュネットワークのエリア内の宛先としてフォワーディングボーダールータを選択することが必要である。また、ノードが複数の中間中継ノードを介してボーダールータに接続される必要はなく、ノードは、ボーダールータからわずか１ホップの距離に位置してもよい。

図２は、ＢＲデバイスの例示的な構成要素を概略的に示している。非常に基本的な構成として、ボーダールータデバイス２００は、コントローラ２１０、スケジューラ２２０、及びトランスミッタ２３０を備える。コントローラは、実際のトラフィック負荷に基づいてビーコンインターバルを決定するように構成される。スケジューラ２２０は、決定されたビーコンインターバルに応じて実際のビーコン送信時点を決定する、及び、情報を、ワイヤレスメッシュネットワークの通信チャネル上で実際にビーコンパケットを送信するトランシーバ２３０に提供するように構成される。実際には、ボーダールータは、プロセッサ及びメモリを使用してコントローラを実装してもよく、また、ボーダールータは、ユーザインターフェース、外部ネットワークとの無線又は有線接続をサポートする第２のトランシーバ等の追加の構成要素を含んでもよい。

図３は、ノードデバイスの例示的な構成要素を概略的に示している。上述したように、ノードは、センサノード、リソース制限ノード、リーフノード、親ノード、又は、完全な機能を有するノードであることができる。図３は、コントローラ３１０及びトランシーバ３３０を備えるノードデバイスの基本構成の例を示す。ボーダールータデバイスと同様に、ノードデバイスは、プロセッサ、メモリ、及び／又はユーザインターフェース等、さらなる構成要素を含んでもよい。

トランシーバ３３０は、ワイヤレスメッシュネットワーク内の通信チャネルを監視して、ボーダールータからのビーコンパケットを直接、又は１つ以上の中継ノードを介して捕捉するように構成される。受信したビーコンパケットに基づいて、ノードは、ボーダールータの存在について知ることができる。ビーコンパケットが中継ノードを介してノードで受信される場合、ノードは、ボーダールータと自身の間のルートにおけるホップ数、並びにルートに沿った及び／又はルートのリンク品質について知ってもよい。ある期間チャネルを監視することにより、ノードは、同じボーダールータから２つ以上のビーコンパケットを検出してもよく、コントローラは、当該ボーダールータの推定ビーコンインターバルを導出するように構成されてもよい。ノードが少なくとも２つのボーダールータの推定ビーコンインターバルを導出できる場合、ノードは、最も短い推定ビーコンインターバルを有するボーダールータをフォワーディングボーダールータとして選択する。したがって、ノードデバイスは、複数のボーダールータ間の負荷バランシングを促進するためにボーダールータデバイスと協働している。

あるケースでは、システム内に利用可能なボーダールータが１つしかない場合、ノードは、唯一の候補からのビーコンを検出し、したがって、唯一のビーコンインターバルは、最短のビーコンインターバルも表す。また、ノードが第２のボーダールータからのビーコンパケットを捕捉し損なう場合、ノードは、推定ビーコンインターバルをさらに導出することなく唯一のボーダールータを選択することも可能である。

代替的に、ノードがリソース制限ノードであり、チャネル監視に長い時間を費やせない場合、ノードは、第２のビーコンパケットを検出するために通信チャネルを監視することなく、第１のビーコンパケットを受信したフォワーディングボーダールータを選択してもよい。さらに、ノードが非常に低いデューティーサイクルを有するリソース制限ノードである（これは、ノードが限られたリソース（例えば、限られたバッテリ容量）に起因してほとんどの時間はスリープモードにとどまり、たまにしかウェイクアップしないことを意味する）場合、ノードは、ビーコンパケットを検出するためにチャネルを最初に監視することなく、前回の接続からのボーダールータ等、以前の知識に基づいてフォワーディングボーダールータを選択してもよい。別の可能性は、このようなリソース制限ノードの親ノードがあり、リソース制限ノードが外部ネットワークに送信されるべきデータパケットを有する実際のソースノードであるが、親ノードがリソース制限ノードに代わって１つのフォワーディングボーダールータを選択するためにこの発明で開示されるような方法を実施することである。それゆえ、リソース制限ノード、機能制限(function-restricted)ノード、及び完全機能(full functional)ノードを有する異種ワイヤレスメッシュネットワークでは、負荷バランシングを促進するための開示されたシステム及び方法が、ネットワーク内のノードのサブセットによってのみ実施されることが起こり得る。

図５は、ボーダールータデバイス側で実行される方法５００のフロー図を示す。実際のトラフィック負荷に応じて、ボーダールータデバイスは、ステップＳ５０１において、ビーコンインターバルを決定する。例として、ワイヤレスメッシュネットワーク内のノードから外部ネットワークに向けて、及び／又はその逆に、あまりにも多くのパケットをルーティングすることにビジーであり、したがって実際のトラフィック負荷が高いＢＲを考える。本発明に則り、ボーダールータは、より低い頻度又はより長いビーコンインターバルで、自身をアドバタイズする、又はビーコンパケットを送信する必要がある。逆に、ＢＲが低い負荷を有し、メッシュ外の宛先にトラフィックを転送するより多くのキャパシティを有する場合、ＢＲは、より高い頻度又はより短いビーコンインターバルで、自身をアドバタイズする、又はビーコンパケットを送信する必要がある。実際のトラフィック負荷に依存してビーコンパケットをより頻繁に送信する又はそれほど頻?に送信しないことにより、ボーダールータは、自身をフォワーディングボーダールータとして選択するより多くの又はより少ないノードを招待することによって自身の将来のトラフィック負荷に影響を与えてもよい。

また、暗黙的にシグナリングパケットの役割を与えられている、ビーコンパケットに起因する不必要なトラフィックを制限するために、決定されるビーコンインターバルは、一定の限度(certain limit)を受けてもよい。これは、ＢＲがアイドルモードであっても、ＢＲは、ビーコンインターバルを一定の限度よりも小さくする等、ビーコンパケットをあまり頻繁に送信すべきではないことを意味する。当該限度に等しい又は近いインターバルでビーコンパケットを送信するＢＲは、軽負荷である、ましてはアイドルであると見なされてもよい。対照的に、一定の限度と比較してかなり長いインターバルでビーコンパケットを送信するＢＲは、重負荷又は過負荷であると見なされてもよい。このような限度は、製造者によって設定された事前定義値、ネットワークによって、又はボーダールータ自身によって設定されたプログラム可能な値であってもよい。

ステップＳ５０２において、周期的なビーコン送信のための実際のビーコン送信時点が、ビーコンインターバルに応じて決定される。ボーダールータデバイスは、主にワイヤレスメッシュネットワークと外部ネットワークとの間でデータパケットを中継するために用いられると仮定すると、ビーコンパケットの送信が、同じエアインターフェース上のデータパケット送信とコンフリクトすることが起こり得る。それゆえ、ボーダールータは、ステップＳ５０７において、コンフリクト検出が行われるべきかどうかを決定してもよい。行われる(Yes)場合、ボーダールータによって実行される方法はさらに、ビーコンパケットのスケジュールされた送信とデータパケットの送信との潜在的なコンフリクトを検出するステップＳ５０４と、潜在的なコンフリクトを避けるためにビーコンパケットのスケジュールされた送信を延期するための遅延を決定するステップＳ５０５とを含む。この場合、ステップ５０６において、ビーコン送信時点は、決定された遅延に応じて調整される。それゆえ、ボーダールータにおける通常のデータ通信又は中継は、スケジュールされたビーコン送信に起因して影響を受けない。無論、データパケットの優先度が、非常に緩いタイミング要件を有するセンシングデータ等、非常に低い場合、コントローラは、ビーコンパケットに代えて、データパケットのスケジュールされた送信に遅延を適用するように構成されることも可能である。したがって、ビーコンパケットは、元々スケジュールされた通りに送信されることができ、ビーコン送信時点の調整は必要ない。ステップＳ５０３において、ビーコンパケットは、潜在的なコンフリクトの検出に起因する追加の調整を有して又は有さず、ビーコン送信時点に応じて送信される。

２つの異なるエアインターフェース上の同時パケット送信は、上述のようなコンフリクトを生じないことに留意されたい。例えば、ボーダールータは、典型的には、外部ネットワークとの及びワイヤレスメッシュネットワークとの同時通信を処理することができるが、同一ネットワーク内の２つの同時通信を処理することはできない。

あるシナリオでは、ボーダールータは、通信チャネル上の他の周期的に送信される信号とのコンフリクトを避けるために、ディザ効果と同様に、ビーコン送信時点に小さな、可能であればく（擬似）ランダムな、ずれを意図的に加えてもよい。小さな時間ずれは、ネットワークにおけるビーコンパケット又はデータパケットの典型的な又は最大サイズに応じて配置されることができる。このようにして、複数のボーダールータが高密度に配備されるシステムにおいて、偶然に２つ以上のボーダールータが同じビーコンインターバルを採用し、同じビーコン送信時点をスケジュールする場合にも、これらは、ビーコンパケットの規則正しい周期的な送信と常にコンフリクトするとは限らなくなる。これは、複数のボーダールータがアイドルモード又は軽負荷であり、近隣の２つ以上のボーダールータが上記で開示されたように同じ最小限度にビーコンインターバルを設定する場合にも役立つ。ビーコン送信時点にディザ効果を適用しないと、複数のボーダールータが他のボーダールータとの繰り返されるコンフリクトを識別することも困難になるかもしれない。

ボーダールータの最大キャパシティは所与であるが、ボーダールータにとって、実際のトラフィック負荷が低いか高いかの評価は、時に主観的になり得る。評価をより客観的にするために、別の例において、ビーコンインターバルは、実際のトラフィック負荷と基準トラフィック負荷との比較に基づいて決定され、基準トラフィック負荷は、履歴トラフィック負荷の知識、製造者によって設定された事前定義値、及びネットワーク又はボーダールータ自身によってコンフィギュレーションされたプログラム可能な値のうちの少なくとも１つに基づいて設定される。履歴トラフィック負荷は、１時間、１日、１週間、１ヶ月等、ある期間における過去の実際のトラフィック負荷に基づいて、典型的なトラフィック負荷プロファイルを特徴付けるために平均値計算、中央値計算、又は他の統計計算方法を用いて決定されてもよい。有利には、履歴トラフィック負荷は、時間単位(on a per hour basis)等、当該時間帯中の、当該日中の、当該週中の、又は季節をまたぐ、典型的なトラフィック負荷変動を反映することもできる。したがって、このような変動を捕捉するために複数の値を格納するルックアップテーブルを使用することにより、その導出されるビーコンインターバルも、ノード及び／又はネットワークの典型的なトラフィック負荷に合わせてカスタマイズされることができる。

実際のトラフィック負荷と基準トラフィック負荷との比較に基づいて、負荷インジケータが導出されることができ、これは、実際のトラフィック負荷と基準トラフィック負荷との比に関連することができる。別のシナリオでは、ビーコンインターバルは、ビーコンインターバルは、基準ビーコンインターバルと負荷インジケータとを乗算することにより決定される。基準ビーコンインターバルは、履歴ビーコンインターバルの知識、製造者によって設定された事前定義値、ネットワーク又はボーダールータによってコンフィギュレーションされたプログラム可能な値、及びボーダールータのバッテリ残量のうちの少なくとも１つに基づいて設定される。基準ビーコンインターバルのパラメータを導入することにより、よりフレキシビリティが実装されることができる。例えば、ボーダールータは、バッテリ残量に依存する基準ビーコンインターバルを設定することによりビーコンインターバルを調整することもできる。ボーダールータが低バッテリレベルを被る場合、ボーダールータは、実際のトラフィック負荷状況を考慮するとより頻繁にビーコンパケットを送信することが期待されるかもしれないが、それほど頻?にビーコンパケットを送信しないようにする。その結果、ボーダールータは、やむを得ない場合にしかデータパケットを転送する必要がなく、したがって、ボーダールータのバッテリ寿命を延ばすことに役立つ。それゆえ、ビーコンインターバルの持続時間は、追加のトラフィックを受け入れるボーダールータの意志(willingness)及び／又はキャパシティのインジケータであり、ビーコンインターバルが短いほど、より追加のトラフィックを受け入れる意志がある。ここで、キャパシティは、トラフィック負荷又はデバイス制約(device restriction)を鑑みて利用可能なキャパシティであることができる。別のオプションでは、基準ビーコンインターバルは、ビーコンパケット又は別個のメッセージを介してＢＲによって伝達され、これは、複数のＢＲが、例えば、利用可能なＢＲの数、ネットワークレベルのトラフィック状態、又はその他の関連情報に応じて、おそらく動的に、基準ビーコンインターバルを互いに合意することを可能にする。

図６は、ノードデバイス側で実行される方法の詳細なフロー図を示している。ステップＳ６０１において、ノードは、通信チャネルを監視して、ネットワーク内のボーダールータからのアドバタイズメント又はビーコンパケットを、直接又は１つ以上の中継ノードを介して検出する。ビーコンパケットを受信すると、ノードは、システム内の１つ以上のボーダールータの存在、１つ以上のボーダールータのネットワーク識別子（ＩＤ）、場合によっては、あるボーダールータから自身までのホップ数、ルートの及び／又はルートに沿ったリンク品質について知る。ノードは、ステップＳ６０２において、少なくとも２つのボーダールータの推定ビーコンインターバルを導出し、ステップＳ６０３において、少なくとも２つのボーダールータのうち、当該ボーダールータがより多くのパケットを受け入れる意思があることを示す、最も短い推定ビーコンインターバルを有する１つのボーダールータをフォワーディングボーダールータとして選択する。

当該方法の別の例では、ノードはまず、ある期間チャネルを監視し、すべて単一のボーダールータから複数のビーコンパケットを捕捉する。この場合、当該ボーダールータが、フォワーディングボーダールータとして選択される。

別のシナリオでは、ノードは、任意選択的なステップＳ６０４において、推定ビーコンインターバルと基準推定ビーコンインターバルとを比較し、ステップＳ６０５において、複数のボーダールータからの推定ビーコンインターバルがすべて基準推定ビーコンインターバルよりも大きい又は小さいかを判断してもよい。そうである(Yes)場合、ステップＳ６０６において、ノードは、複数のボーダールータのうち１つのボーダールータをフォワーディングボーダールータとしてランダムに選択してもよい。そうでない(No)場合、ノードは、依然として、最も短い推定ビーコンインターバルを有するボーダールータをフォワーディングボーダールータとして選択する。このオプションは、システムのオーバーシュートを回避するのに役立つ。特に、複数の推定ビーコンインターバルが互いに非常に近い場合、開示された方法を実施してから将来のトラフィック負荷に実際に影響を与えるまでにかかり得る遅延を考慮すると、最も短い推定ビーコンインターバルを有するボーダールータを選択することは常には有益でない可能性がある。このようなレイテンシは、相対的に低い負荷を有するボーダールータへのインラッシュオフトラフィック(in-rush off traffic)を防ぐためにビーコンインターバルをより保守的に設定することによって、考慮されてもよい。

基準推定ビーコンインターバルは、履歴推定ビーコンインターバルの知識、製造者によって設定された事前定義値、ネットワーク又はノード自身によってコンフィギュレーションされたプログラム可能な値、及びビーコンパケットで検出された値のうちの少なくとも１つに基づく。ビーコンパケット構造が、基準ビーコンインターバルに関する情報を埋め込む自由度を有する、又は、情報が、ネットワーク内で別個のメッセージを介して分散される場合、あるボーダールータの推定ビーコンインターバルに関するこのような情報を受けると、ノードは、ボーダールータが過負荷であるか否かを容易に把握することができ、選択は、ノード側でより単刀直入になる。

ステップＳ６０６において、フォワーディングボーダールータとしての１つのボーダールータの選択は、ノードが最初にビーコンパケットを受信したボーダールータを選択する、ノードが他よりも遅くビーコンパケットを受信したボーダールータを選択する(これは、非決定的時間挙動(non-deterministic time behavior)をもたらす)、又は、ノードがビーコンパケットを最初に受信したボーダールータ、２番目に受信したボーダールータ等々を交互に選択する等、ヒューリスティックを用いて実施されることができる。また、疑似ランダムプロシージャは、ノードが最初に疑似乱数を生成する、疑似乱数をあるインデックス又はシーケンス番号にマッピングする、及び、ボーダールータアイデンティフィケーションに関連する対応するインデックス又はシーケンス番号、又はボーダールータからのビーコンパケットの受信に関連するインデックス又はシーケンスを有するボーダールータを選択することによって実施されることもできる。また、疑似ランダムプロシージャは、上述のような１つ以上の方法の組み合わせであることもできる。

ノードによってチャネル監視に費やされる持続時間及び近接するボーダールータの実際のビーコンインターバルに依存して、ノードは、同じボーダールータから３つ以上のビーコンパケットを捕捉してもよい。一実施形態では、同一のボーダールータから受信した３つ以上の後続するビーコンパケットがある場合、推定ビーコンインターバルは、同一のボーダールータから受信した隣接するビーコンパケット間の時間間隔の平均値計算又は中央値計算に基づいて導出される。ノードが受信するビーコンパケットが多いほど、ビーコンインターバルのより良好な又はより正確な推定がノードによって行われることができる。隣接するビーコンパケット間の時間間隔の平均値計算又は中央値計算は、データパケットとの潜在的なコンフリクトを避けるために採用された余分な遅延、又は上記で開示されたようなビーコン送信時点に適用されるディザ効果に起因して等、ボーダールータがビーコン送信に対して行ったずれをフィルタリングするのに役立つ。

フォワーディングボーダールータを選択する際にボーダールータ側のトラフィック負荷条件を考慮することは、システムの観点から有益である。また、個々のノードについて、他のパラメータ、特に、エンドツーエンド遅延、ＳＮＲ、ルート上の最大サポートされるデータレート等、アプリケーション要件に関連するパラメータも重要であり得る。それゆえ、任意選択的なステップＳ６１０に示されるように、ある状況下では、負荷バランシングに関する考慮に加えて、１つ以上の追加の基準も選択において考慮されることが好ましい。１つ以上の追加基準は、（ａ）センサノードからボーダールータへのルート上のホップ数、（ｂ）センサノードとボーダールータの間のルート上の平均リンク品質、（ｃ）センサノードとボーダールータの間のルート上の最低リンク品質、（ｄ）センサノードとボーダールータの間のルート上の平均バッテリ残量、及び、（ｅ）センサノードとボーダールータの間のルート上の最低バッテリ残量を含むリストから選択されることができる。

本発明による方法は、コンピュータ実施方法(computer implemented method)としてコンピュータで、又は専用のハードウェアで、又は両方の組み合わせで実施されてもよい。

本発明による方法のための実行可能コードは、コンピュータプログラムプロダクトに記憶されてもよい。コンピュータプログラムプロダクトの例としては、メモリデバイス、光記憶デバイス、集積回路、サーバ、オンラインソフトウェア等が挙げられる。好ましくは、コンピュータプログラムプロダクトは、当該プログラムプロダクトがコンピュータで実行される場合に本発明による方法を実行するためのコンピュータ可読媒体に記憶された非一時的プログラムコード手段を含む。

好ましい例では、コンピュータプログラムは、コンピュータプログラムがコンピュータで実行される場合に本発明による方法のステップを実行するように構成されるコンピュータプログラムコード手段を含む。好ましくは、コンピュータプログラムは、コンピュータ可読媒体に具現化される。

方法、システム及びコンピュータ可読媒体（一時的及び非一時的）は、上述の実施形態の選択された態様を実施するために提供されてもよい。

用語「コントローラ」は、本明細書では、一般に、数ある機能の中でもとりわけ、１つ以上の光源の動作に関連する様々な装置を述べるために使用される。コントローラは、本明細書で論じられる様々な機能を実行するように、数多くのやり方で（例えば、専用ハードウェアを用いて）実装されることができる。「プロセッサ」は、本明細書で論じられる様々な機能を実行するように、ソフトウェア（例えば、マイクロコード）を使用してプログラムされてもよい、１つ以上のマイクロプロセッサを採用する、コントローラの一例である。コントローラは、プロセッサを用いて、又はプロセッサを用いずに実装されてもよく、また、一部の機能を実行するための専用ハードウェアと、他の機能を実行するためのプロセッサ（例えば、１つ以上のプログラムされたマイクロプロセッサ、及び関連回路）との組み合わせとして実装されてもよい。本開示の様々な実施形態で採用されてもよいコントローラ構成要素の例としては、限定するものではないが、従来のマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：application specific integrated circuit）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：field-programmable gate array）が挙げられる。

様々な実装形態では、プロセッサ又はコントローラは、１つ以上の記憶媒体（本明細書では「メモリ」と総称される、例えば、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、及びＥＥＰＲＯＭ等の、揮発性及び不揮発性のコンピュータメモリ、フロッピーディスク、コンパクトディスク、光ディスク、磁気テープなど）に関連付けられてもよい。一部の実装形態では、これらの記憶媒体は、１つ以上のプロセッサ及び／又はコントローラ上で実行されると、本明細書で論じられる機能の少なくとも一部を実行する、１つ以上のプログラムでエンコードされてもよい。様々な記憶媒体は、プロセッサ又はコントローラ内に固定されてもよく、あるいは、それらの記憶媒体上に記憶されている１つ以上のプログラムが、本明細書で論じられる本発明の様々な態様を実施するために、プロセッサ又はコントローラ内にロードされることができるように、可搬性であってもよい。用語「プログラム」又は「コンピュータプログラム」は、本明細書では、１つ以上のプロセッサ又はコントローラをプログラムするために採用されることが可能な、任意のタイプのコンピュータコード（例えば、ソフトウェア又はマイクロコード）を指すように、一般的な意味で使用される。

本明細書で使用される用語「ネットワーク」は、任意の２つ以上のデバイス間での、及び／又はネットワークに結合された複数のデバイスの間での、（例えば、デバイス制御、データ記憶、データ交換等のための）情報の転送を容易にする、（コントローラ又はプロセッサを含む）２つ以上のデバイスの任意の相互接続を指す。容易に理解されるように、複数のデバイスを相互接続するために好適なネットワークの様々な実装は、様々なネットワークトポロジのうちのいずれかを含み、様々な通信プロトコルのうちのいずれかを採用してもよい。更には、本開示による様々なネットワークでは、２つのデバイス間の任意の１つの接続は、それら２つのシステム間の専用接続、又は代替的に、非専用接続を表してもよい。２つのデバイスを対象とする情報の搬送に加えて、そのような非専用接続は、それら２つのデバイスのいずれかを必ずしも対象としない情報を搬送してもよい（例えば、オープンネットワーク接続）。更には、本明細書で論じられるデバイスの様々なネットワークは、そのネットワーク全体にわたる情報転送を容易にするために、１つ以上の無線リンク、有線／ケーブルリンク、及び／又は光ファイバリンクを採用してもよい点が、容易に理解されよう。

特に、本開示の最後に記載されている特許請求される主題の全ての組み合わせは、本明細書で開示される発明の主題の一部であると想到される。また、参照により組み込まれるいずれかの開示にもまた現れ得る、本明細書で明示的に採用されている用語は、本明細書で開示される特定の概念と最も一致する意味が与えられるべきである点も理解されたい。

本明細書で定義及び使用されるような、全ての定義は、辞書定義、参照により組み込まれる文書中での定義、及び／又は定義される用語の通常の意味を支配するように理解されるべきである。

不定冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、本明細書及び請求項において使用されるとき、そうではないことが明確に示されない限り、「少なくとも１つ」を意味するように理解されるべきである。

本明細書及び請求項において使用されるとき、「又は」は、上記で定義されたような「及び／又は」と同じ意味を有するように理解されるべきである。例えば、リスト内の項目を分離する際、「又は」又は「及び／又は」は、包括的であるとして、すなわち、少なくとも１つを含むが、また、いくつかの要素又は要素のリストのうちの２つ以上を、オプションとして、列挙されていない追加項目も含むとして解釈されるものとする。その反対が明確に示される、「～のうちの１つのみ」若しくは「～のうちの厳密に１つ」、又は請求項で使用される場合の「～から成る」等の用語のみが、いくつかの要素又は要素のリストのうちの厳密に１つを含むことに言及する。一般に、用語「又は」は、本明細書で使用されるとき、「～のいずれか」、「～のうちの１つ」、「～のうちの１つのみ」、又は「～のうちの厳密に１つ」等の、排他性の用語に先行する場合にのみ、排他的選択肢（すなわち、「一方又は他方であるが、双方ではない」）を示すとして解釈されるものとする。「～から本質的に成る」は、請求項で使用される場合、特許法の分野で使用される際の、その通常の意味を有するものとする。

本明細書及び請求項において使用されるとき、１つ以上の要素のリストを参照する語句「少なくとも１つ」は、その要素のリスト内の要素の任意の１つ以上から選択された、少なくとも１つを意味するが、必ずしも、その要素のリスト内で具体的に列挙されているそれぞれの要素のうちの、少なくとも１つを含むものではなく、その要素のリスト内の要素の、任意の組み合わせを排除するものではないことが理解されるべきである。この定義はまた、語句「少なくとも１つ」が指す要素のリスト内で具体的に特定された要素以外の要素が、具体的に特定されている要素に関連していても関連していなくても、任意選択的に存在してもよいことを許容する。

また、そうではないことが明確に示されない限り、２つ以上のステップ又は行為を含む、本明細書で特許請求されるいずれの方法においても、その方法のステップ又は行為の順序は、必ずしも、その方法のステップ又は行為が列挙されている順序に限定されるものではないことも理解されるべきである。また、特許請求の範囲において括弧内に登場する参照符号は、便宜上、提供されているに過ぎず、当該請求項をいかようにも限定するものと解釈されるべきではない。

特許請求の範囲においても上記明細書においても、「備える」、「含む」、「担持する」、「有する」、「含有する」、「関与する」、「保持する」、「～で構成される」等のすべての移行句は、非制限的、すなわち、含むがそれに限定されないことを意味すると理解されるべきである。「?からなる」及び「本質的に?からなる」といった移行句のみが、制限又は半制限移行句である。

Claims (12)

1. ワイヤレスメッシュネットワーク内のノードを外部ネットワークに接続するように構成される少なくとも２つのボーダールータであって、ボーダールータデバイスは、
   ビーコンインターバルを決定するように構成される第１のコントローラと、
   周期的に各ビーコンインターバルの後にビーコンパケットを送信するためのビーコン送信時点を決定するように構成されるスケジューラと、
   前記ビーコン送信時点において通信チャネル上で前記ビーコンパケットを送信するように構成される第１のトランシーバと、
   を備え、
   前記ボーダールータデバイスは、
   前記第１のコントローラが、ボーダールータの利用可能なキャパシティに基づいてビーコンインターバルを決定するように構成され、前記利用可能なキャパシティは、前記ボーダールータの実際のトラフィック負荷に関連し、前記実際のトラフィック負荷は、前記ワイヤレスメッシュネットワーク内のノードから直接リンク又はマルチホップ中継を介して来る前記ワイヤレスメッシュネットワーク内の宛先として前記ボーダールータを有するデータパケットの受信、前記ボーダールータから前記ワイヤレスメッシュネットワーク内のノードへの直接リンク又はマルチホップ中継を介したデータパケットの送信、及び、前記データパケットの内部処理を含み、前記実際のトラフィック負荷が高いほど、前記利用可能なキャパシティは低くなり、したがって、前記ビーコンインターバルは長くなる、
   ことを特徴とする、少なくとも２つのボーダールータと、
   少なくとも１つのノードであって、ノードは、
   通信チャネルを監視するように構成される第２のトランシーバと、
   第２のコントローラと、
   を備え、
   前記ノードは、
   前記第２のコントローラが、少なくとも２つのボーダールータの推定ビーコンインターバルを導出する、及び、少なくとも２つのボーダールータのうち最も短い推定ビーコンインターバルを有する１つのボーダールータをフォワーディングボーダールータとして選択するように構成され、前記フォワーディングボーダールータを前記ワイヤレスメッシュネットワーク内の宛先とする、
   ことを特徴とする、少なくとも１つのノードと、
   を含む、ワイヤレスメッシュネットワークシステム。
2. ワイヤレスメッシュネットワーク内のノードを外部ネットワークに接続するための、前記ワイヤレスメッシュネットワークで用いるボーダールータデバイスであって、当該ボーダールータデバイスは、
   ビーコンインターバルを決定するように構成されるコントローラと、
   周期的に各ビーコンインターバルの後にビーコンパケットを送信するためのビーコン送信時点を決定するように構成されるスケジューラと、
   前記ビーコン送信時点において通信チャネル上で前記ビーコンパケットを送信するように構成されるトランシーバと、
   を備え、
   当該ボーダールータデバイスは、
   前記コントローラが、ボーダールータの利用可能なキャパシティに基づいてビーコンインターバルを決定するように構成され、前記利用可能なキャパシティは、前記ボーダールータの実際のトラフィック負荷に関連し、前記実際のトラフィック負荷は、前記ワイヤレスメッシュネットワーク内のノードから直接リンク又はマルチホップ中継を介して来る前記ワイヤレスメッシュネットワーク内の宛先として前記ボーダールータを有するデータパケットの受信、前記ボーダールータから前記ワイヤレスメッシュネットワーク内のノードへの直接リンク又はマルチホップ中継を介したデータパケットの送信、及び、前記データパケットの内部処理を含み、前記実際のトラフィック負荷が高いほど、前記利用可能なキャパシティは低くなり、したがって、前記ビーコンインターバルは長くなり、
   前記コントローラは、
   ビーコンパケットのスケジュールされた送信とデータパケットの送信との潜在的なコンフリクトを検出する、及び
   前記潜在的なコンフリクトを避けるために前記ビーコンパケットの前記スケジュールされた送信を延期するための遅延を決定する、
   ように構成され、
   前記スケジューラは、
   決定された前記遅延に応じて前記ビーコン送信時点を調整する、
   ように構成される、ボーダールータデバイス。
3. 外部ネットワークへのフォワーディングボーダールータを求めるための、ワイヤレスメッシュネットワークで用いるノードであって、当該ノードは、
   通信チャネルを監視するように構成されるトランシーバと、
   コントローラと、
   を備え、
   当該ノードは、
   前記コントローラが、少なくとも２つのボーダールータの推定ビーコンインターバルを導出する、及び、少なくとも２つのボーダールータのうち最も短い推定ビーコンインターバルを有する１つのボーダールータをフォワーディングボーダールータとして選択するように構成され、前記フォワーディングボーダールータを前記ワイヤレスメッシュネットワーク内の宛先とする、
   ことを特徴とする、ノード。
4. ワイヤレスメッシュネットワーク内のノードを外部ネットワークに接続するための、前記ワイヤレスメッシュネットワーク内のボーダールータの方法であって、当該方法は、
   ビーコンインターバルを決定するステップと、
   周期的に各ビーコンインターバルの後にビーコンパケットを送信するためのビーコン送信時点を決定するステップと、
   前記ビーコン送信時点において通信チャネル上で前記ビーコンパケットを送信するステップと、
   を含み、
   当該方法は、
   ボーダールータの利用可能なキャパシティに基づいてビーコンインターバルを決定するステップを含み、前記利用可能なキャパシティは、前記ボーダールータの実際のトラフィック負荷に関連し、前記実際のトラフィック負荷は、前記ワイヤレスメッシュネットワーク内のノードから直接リンク又はマルチホップ中継を介して来る前記ワイヤレスメッシュネットワーク内の宛先として前記ボーダールータを有するデータパケットの受信、前記ボーダールータから前記ワイヤレスメッシュネットワーク内のノードへの直接リンク又はマルチホップ中継を介したデータパケットの送信、及び、前記データパケットの内部処理を含み、前記実際のトラフィック負荷が高いほど、前記利用可能なキャパシティは低くなり、したがって、前記ビーコンインターバルは長くなり、
   当該方法は、
   ビーコンパケットのスケジュールされた送信とデータパケットの送信との潜在的なコンフリクトを検出するステップと、
   前記潜在的なコンフリクトを避けるために前記ビーコンパケットの前記スケジュールされた送信を延期するための遅延を決定するステップと、
   決定された前記遅延に応じて前記ビーコン送信時点を調整するステップと、
   を含む、方法。
5. 前記ビーコンインターバルは、実際のトラフィック負荷と基準トラフィック負荷との比較に基づいて決定され、前記基準トラフィック負荷は、履歴トラフィック負荷の知識、製造者によって設定された事前定義値、及びネットワーク又はボーダールータ自身によってコンフィギュレーションされたプログラム可能な値のうちの少なくとも１つに基づいて設定され、負荷インジケータが、
   － 前記実際のトラフィック負荷が前記基準トラフィック負荷以下である場合前記負荷インジケータを事前定義された第１の値に設定するステップ、
   － 前記実際のトラフィック負荷と前記基準トラフィック負荷との比又は差に応じて前記事前定義された第１の値にステップワイズ関数、線形関数、非線形関数又は指数関数のいずれかを適用することにより前記負荷インジケータを第２の値に設定するステップ、
   のいずれかを使用することにより前記比較から導出される、請求項４に記載の方法。
6. 前記ビーコンインターバルは、基準ビーコンインターバルと前記負荷インジケータとを乗算することにより決定され、前記基準ビーコンインターバルは、履歴ビーコンインターバルの知識、製造者によって設定された事前定義値、ネットワーク又はボーダールータ自身によってコンフィギュレーションされたプログラム可能な値、及びボーダールータのバッテリ残量のうちの少なくとも１つに基づいて設定される、請求項５に記載の方法。
7. ワイヤレスメッシュネットワーク内のノードが外部ネットワークへのフォワーディングボーダールータを求める方法であって、当該方法は、
   通信チャネルを監視するステップ、
   を含み、
   当該方法は、
   少なくとも２つのボーダールータの推定ビーコンインターバルを導出するステップと、
   少なくとも２つのボーダールータのうち最も短い推定ビーコンインターバルを有する１つのボーダールータをフォワーディングボーダールータとして選択するステップであって、前記フォワーディングボーダールータを前記ワイヤレスメッシュネットワーク内の宛先とする、ステップと、
   を含む、
   ことを特徴とする、方法。
8. 当該方法は、
   前記推定ビーコンインターバルと基準推定ビーコンインターバルとを比較するステップと、
   前記少なくとも２つのボーダールータからの前記推定ビーコンインターバルがすべて基準推定ビーコンインターバルよりも大きい又は小さいかを判断するステップと、
   前記少なくとも２つのボーダールータからの前記推定ビーコンインターバルがすべて基準推定ビーコンインターバルよりも大きい又は小さい場合、前記少なくとも２つのボーダールータのうち１つのボーダールータをフォワーディングボーダールータとしてランダムに選択するステップと、
   を含み、
   前記基準推定ビーコンインターバルは、履歴推定ビーコンインターバルの知識、製造者によって設定された事前定義値、ネットワーク又はノード自身によってコンフィギュレーションされたプログラム可能な値、及びビーコンパケットで検出された値のうちの少なくとも１つに基づく、請求項７に記載の方法。
9. 同一のボーダールータから受信した３つ以上のビーコンパケットがある場合、前記推定ビーコンインターバルは、前記同一のボーダールータから受信した隣接するビーコンパケット間の時間間隔の平均値計算又は中央値計算に基づいて導出される、請求項７又は８に記載の方法。
10. 当該方法は、
    （ａ）センサノードからボーダールータへのルート上のホップ数、（ｂ）センサノードとボーダールータの間のルート上の平均リンク品質、（ｃ）センサノードとボーダールータの間のルート上の最低リンク品質、（ｄ）センサノードとボーダールータの間のルート上の平均バッテリ残量、及び、（ｅ）センサノードとボーダールータの間のルート上の最低バッテリ残量を含む基準リストから少なくとも１つの追加基準を考慮することにより１つのボーダールータをフォワーディングボーダールータとして選択するステップ、
    を含む、請求項７、８又は９に記載の方法。
11. コンピュータプログラムであって、当該コンピュータプログラムがコンピュータによって実行された場合、前記コンピュータに請求項４に記載の方法を実行させるコード手段を含む、コンピュータプログラム。
12. コンピュータプログラムであって、当該コンピュータプログラムがコンピュータによって実行された場合、前記コンピュータに請求項７に記載の方法を実行させるコード手段を含む、コンピュータプログラム。

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