JP7377989B2 - ワイヤレスネットワークコミッショニングのためのノードを制御する方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤレスネットワークの分野に関し、とりわけ、ワイヤレスネットワーク参加(wireless network joining)の分野に関する。

コネクテッド照明器具又はセンサ等、ワイヤレスコネクテッド(wireless-connected)ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）プロダクトは、エンドユーザのサイトに設置又は展開される時にワイヤレスネットワークに参加する必要がある。ワイヤレスネットワークに参加した後、これらのプロダクトはＩｏＴネットワークを形成し、それゆえ、ＩｏＴシステム及びエンドユーザによって遠隔制御される、又はＩｏＴシステム及びエンドユーザにデータを報告することができる。このネットワーク形成プロシージャは、通常、ネットワーク参加(network joining)又はネットワークコミッショニング(network commissioning)と呼ばれる。

形成されるべきネットワークは、例えば、ホームオートメーションネットワークにおける数ノードから、プロフェッショナル照明システムにおける数百又は数千ノードまで、様々なサイズを持つ可能性がある。大規模なワイヤレスネットワークのコミッショニングプロシージャ中、多数のノードが、同時にネットワークに参加するためにコーディネータ(coordinator)にコンタクトしようとする。参加ノードは互いに直接通信することはできず、それゆえ、参加ノードがこのコミッショニングプロシージャをコーディネートする(coordinate)こともできない。これは、大規模なワイヤレスネットワークのコミッショニングプロシージャ中、個々のノードが該ネットワークに参加しようとする場合にワイヤレスネットワークのチャネルがビジーになる可能性が高く、結果として参加の試みが失敗することになる。

輻輳を回避するための既知のアプローチは、参加ノードの参加時間に差をつける(differentiate)ことである。この差別化(differentiation)を実現する１つのやり方は、参加ノードに対してランダムな待ち時間を設定することにより、ノードがワイヤレスネットワークに参加しようとする時間に差をつけることである。しかしながら、最大待ち時間を定義することは問題があることが判明している。数百のノードを含む大規模なネットワークを成功裏に形成するために、最大待ち時間は、典型的には、数十秒、又はそれ以上である必要がある。しかしながら、数ノード又は１０程度のノードを含む小さなネットワークを成功裏に形成するために、数十秒の最大待ち時間は過剰である。ユーザは、数ノードが１分程度何もせず、その後に参加を開始するという停止されたようなシナリオ(halted-alike scenario)を経験する可能性がある。

ＵＳ２０１２２２４５６８Ａ１は、ネットワークを同期させるための方法及び装置を開示している。ネットワーク内の複数の既存ノードは、ラウンドロビンスケジューリングシーケンスに従ってビーコンを送信し得る。新規参加ノードは、ビーコン間隔中に既存ノードの特定の１つからビーコンを受信し、ランダムな期間待った後、ビーコン間隔中に参加ビーコンフレームを送信し得る。特定の既存ノードは、参加ビーコンフレームを受信し、ネットワーク内の他の既存ノードに、新規ノードがネットワークに参加していることを示す通知を送信し得る。

「Ｆａｓｔｅｒ Ｊｏｉｎｉｎｇ ｉｎ ６ＴｉＳＣＨ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｕｓｉｎｇ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｂｅａｃｏｎ Ｉｎｔｅｒｖａｌ」 （Ｋａｌｉｔａ Ａｌａｋｅｓｈ ｅｔ ａｌ， ２０１９－０１－０７）は、ネットワーク形成中に参加されるノードの数に応じて間隔が変化する動的ビーコン間隔スキームを開示している。

「Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ８０２．１５．４ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｄｕｒｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ」（２０１２－０７－０４）は、ＰＡＮコーディネータとのデバイス関連付け及び同期中に８０２．１５．４ ＭＡＣの性能評価を提供する。

この問題に対処するために、最大待ち時間をコンフィギュラブル(configurable)にすることが知られている。しかしながら、製造業者及び取引業者が顧客サイトのネットワークサイズを予測することは現実的ではなく及び／又は困難であり、これは、事前コンフィギュレーション(pre-configuration)は問題があることを意味する。

本発明は、特許請求の範囲によって規定される。

本発明の一態様による例によれば、ワイヤレスネットワークに参加するためのノードを制御する方法であって、当該方法は、
所定の時間長待つようにノードを制御することと、
所定の時間長中にワイヤレスネットワークのノードによって通信されるビーコンメッセージを受信することと、
受信したビーコンメッセージに基づいてワイヤレスネットワークに参加するようにノードを制御することと、
を含む、方法が提供される。

提案される発明は、とりわけ、ワイヤレスネットワークのノードによって送信されるビーコンに基づいて、ワイヤレスネットワークにノードを参加させるタイミングを管理する方法に関する。このような方法は、多数のノードが同時にネットワークに参加しようとするリスクを低減し得る。

ネットワークに参加しようとするノードは、互いに直接通信する方法を持たず、多くのノードが同時にネットワークに参加しようとするコーディネーション(coordination)には問題があることが判明している。この問題に対する解決策は、ビーコンメッセージを利用することによって提供されることができることが提案される。

本発明者は、ワイヤレスネットワークにまだ接続されていないノード間の直接通信は可能ではないが、ワイヤレスネットワークによって送信されるビーコンメッセージをリッスンする(listen to)ようにノードを制御することにより、ノードは、ワイヤレスネットワークに参加しようとする他のノードの数を判断することが可能であり得ることを認識した。そうすることにより、輻輳の可能性(liklihood of congestion)を判断し、それに応じて最大待ち時間をコンフィギュレーションすることが可能であり得る。

結果として、提案される発明のコンセプトは、ワイヤレスネットワークのノードによって送信されるビーコンメッセージをリッスンするように参加ノードを制御し、その後、ネットワークがどのくらいビジーであるかを導出することであり得る。これは、ネットワークがビジーであるように見える場合にノードが待つように制御され得るので、複数のノードが同時にネットワークに参加しようとする機会を低減させるために用いられ得る。

ビーコンメッセージは、ワイヤレスネットワーク上のノードによって、該ノードがビーコン要求メッセージを受信する場合に送信される。所定の時間長チャネルを監視する及びこれらのメッセージを検出することにより、ネットワークに参加したいノードは、輻輳の可能性についてのインディケーション(indication)を得ることができる。これは、ネットワークに参加するか否かに関する決定を知らせることができる。

所定の時間長は、例えば、０と最大待ち時間値との間のランダムな時間値に基づいて、決定されてもよい。

チャネル輻輳の機会を低減させるために、各ノードが参加する前に待たなければならない時間量に差をつけることが提案される。この差別化は、所定の時間長をランダムな時間長にすることによって実現されてもよい。差をつけることにより、これは、ビーコンメッセージの総数が各ノードでさまざまであり、さまざまな判断が参加するかどうかに関してなされることを意味する。

ノードは０に近い時間待ち得る可能性があるので、これは、いくつかのノードが１分ほど何もせず、その後参加を開始する「停止されたような(halted alike)」シナリオを回避するのにも役立つ。この停止されたようなシナリオは、参加しようとするノードの数が多いネットワークよりも参加しようとするノードの数が少ないネットワークにとって、０に近い待ち時間を有するノードが存在しない確率がより高いので、可能性が高い。最大値は、個々のノードが参加しようとする前に不必要な時間量待つことがないことを保証する。より小さな最大待ち時間は、停止時間(halted time)が長すぎることがないことを保証する。最大待ち時間はネットワーク上のノード数を反映すべきであり、ホームオートメーションネットワーク等、小規模なネットワークでは小さな最大待ち時間が適切であり、産業アプリケーション等、数百又は数千のノードを含むネットワークでは大きな待ち時間が適切である。

ワイヤレスネットワークに参加するようにノードを制御することは、例えば、輻輳条件(congestion condition)に関して受信したビーコンメッセージを分析することと、分析の結果に基づいてワイヤレスネットワークに参加するようにノードを制御するかどうかを判断することとを含んでもよい。

ワイヤレスネットワークからのビーコンメッセージは、ワイヤレスネットワークが輻輳している可能性があるかどうかを判断するために分析されてもよい。この分析は、頻度分析(frequency analysis)、又はボリューム測定(volume measurement)を含んでもよく、輻輳条件と比較されてもよい。

ワイヤレスネットワークに参加するようにノードを制御するかどうかを判断することは、例えば、
分析が、受信したビーコンメッセージに基づくインジケータ(indictor)が輻輳条件を満たさないと判断する場合、ビーコン要求メッセージ(beacon request message)を送信するようにノードを制御することと、
分析が、受信したビーコンメッセージに基づくインジケータが輻輳条件を満たさないと判断する場合、ワイヤレスネットワークに参加するようにノードを制御することと、
分析が、受信したビーコンメッセージに基づくインジケータが輻輳条件を満たすと判断する場合、所定の時間長待つステップを繰り返すようにノードを制御することとを含む。

輻輳条件が満たされない場合、これは、ノードがネットワークに参加しようとする場合にネットワークが輻輳している可能性が低いことを示してもよい。この場合、ビーコン要求メッセージが、ノードがネットワークに参加しようとしていることを、ワイヤレスネットワーク上のノードを介して、他の参加ノードに知らせるために送信されてもよい。このアプローチは、チャネルを監視している多くのノードがほぼ同時にネットワークに参加しようとする可能性を低くし得る。その後、当該ノードは、ネットワークに参加してもよい。

逆に、条件が満たされる場合、これは、ノードがネットワークに参加しようとする場合にネットワークが輻輳している可能性が高いことを示してもよい。この場合、ノードは、ネットワークに参加せず、ワイヤレスネットワーク上のノードからのビーコンメッセージを受信しながら別の所定の時間長待ち、ネットワークに参加するかどうかを再び判断するためにビーコンメッセージを再分析するように制御されてもよい。

条件は、例えば、ワイヤレスネットワークが輻輳していないことを示す閾値に基づいてもよい。

条件は、例えば、受信したビーコンメッセージに基づくインジケータと比較した場合に、ワイヤレスネットワークが輻輳している可能性が高いかどうかを示す意味のある結果(meaningful result)をもたらすように設定されてもよい。

例えば、ワイヤレスネットワークにノードを参加させる方法は、さらに、
受信したビーコンメッセージに基づくインジケータを得ることを含み、得ることは、
所定の時間長中に受信したビーコンメッセージの総数をワイヤレスネットワークのノードの総数で割ること、又は
所定の時間長中にワイヤレスネットワークの任意の１つのノードから受信したビーコンメッセージの最大数を決定すること、
のいずれかを含んでもよい。

インジケータは、ワイヤレスネットワークが輻輳しているか否かに関する意味のあるインジケータ(meaningful indicator)を提供するように、受信したビーコンメッセージから得られてもよい。ワイヤレスネットワークのノードあたりの受信したビーコンメッセージの高平均数は、ネットワークが輻輳していることを示してもよい。しかしながら、ノードがワイヤレスネットワークの少数のノードの範囲内にしかいない場合、ワイヤレスネットワークの任意の１つのノードから受信する最大数が、輻輳のより良いインディケーションであってもよい。ワイヤレスネットワークのノードの総数は、受信したビーコンメッセージによって決定されてもよい。各受信したビーコンメッセージは、ネットワークＩＤ及び送信ノードのアドレスを含んでもよい。参加ノードは、ビーコンを送信したことがある当該ネットワークＩＤからのノードのリストを記録してもよく、そうしてノードの総数が決定されてもよい。

所定の時間長待つステップを繰り返すようにノードを制御することは、例えば、さらに、前の最大待ち時間(previous maximum waiting time)に基づいて新たな最大待ち時間を決定することと、０と新たな最大待ち時間値との間のランダムな時間値に基づいて所定の時間長を決定することとを含んでもよい。

新たな最大待ち時間を設定することにより、システムは、ワイヤレスネットワークがビジーであるという判断に動的に対応してもよい。初期の最大待ち時間は、小規模なネットワークに適切であるように設定されてもよく、ネットワークが輻輳していると判断すると、最大待ち時間は、中又は大規模なネットワークに適切であるように適応されてもよい。

新たな最大待ち時間を前の最大待ち時間よりも短く設定することは、ネットワークがあまりビジーでない場合に有利であり得、なぜなら、これは、平均の所定待ち時間を減らし、それゆえ、ノードがネットワークに参加することを決定する可能性を高めるからである。

新たな最大待ち時間を前の最大待ち時間よりも大きく設定することは、ネットワークが輻輳している場合に有利であり得、なぜなら、これは、平均の所定待ち時間を減らし、それゆえ、ノードがネットワークに参加することを決定する可能性を高めるからである。

新たな最大待ち時間を決定することは、例えば、前の最大待ち時間に所定の定数を乗じること、及び、前の最大待ち時間に受信したビーコンメッセージに基づくインジケータを乗じることのうちの１つ以上を含んでもよい。

前の最大待ち時間に所定の定数を乗じることは、シンプルなやり方で、ワイヤレスネットワークがどれだけビジーであるかを反映するために新たな最大待ち時間を動的に調整するのに有利であり得、なぜなら、方法がこのステップに到達した場合にネットワークは輻輳していると判断されてい得るからである。

前の最大待ち時間に受信したビーコンメッセージに基づくインジケータを乗じることは、ワイヤレスネットワークがどれだけビジーであるかを反映するために新たな最大待ち時間をより正確に調整し得る。インジケータが輻輳条件を満たす境界(boundary)に近い場合、これは、ワイヤレスネットワークが参加するのに十分静か(quiet)であることに近いことを示している可能性があり、それゆえ、新たな最大待ち時間は、前の最大待ち時間よりもかなり大きくなるように変更されなくてもよい。一方、インジケータが輻輳条件の満足さ(satisfaction)を大きく上回る場合、これは、ワイヤレスネットワークが非常にビジーであることを示している可能性があり、それゆえ、新たな最大待ち時間は、前の最大待ち時間よりもかなり大きくなるように変更されてもよい。このようにして、参加することを試みるノードの参加時間はさらに差別化され、輻輳の機会を低減させてもよい。

ワイヤレスネットワークに参加するようにノードを制御することは、例えば、ワイヤレスネットワークにアソシエイト要求メッセージ(associate request message)を送信するようにノードを制御することと、ワイヤレスネットワーク上のノードによって通信されるアソシエイト応答メッセージ(associate response message)を待つようにノードを制御することと、アソシエイト応答メッセージを受信することに応答してワイヤレスネットワークに参加するようにノードを制御することとを含んでもよい。

ノードがネットワークに参加するように制御される場合、これは、当該ノードが、参加する準備ができていることを示すためにネットワーク上のノードにアソシエイト要求メッセージを送信し、その後、実際の参加プロシージャを開始するためにワイヤレスネットワークからアソシエイト応答メッセージを受信するまで待ってもよいことを意味する。

ワイヤレスネットワークにノードを参加させる方法は、例えば、さらに、ノードがビーコン要求メッセージを送信することに応答してスキャニング時間期間(scanning time period)待つようにノードを制御することを含んでもよい。

これは、ノードが、すべてのネットワークルータがビーコンメッセージを送信し、ＩＥＥＥ ８０２．１５．４規格の要件を満たすまで待つことを可能にし得る。

本発明の別の態様による例によれば、処理システムを有するコンピューティングデバイスで実行された場合、処理システムに先行する請求項のいずれか一項に記載の方法のすべてのステップを実行させるコンピュータプログラムコード手段を含む、コンピュータプログラムプロダクトが提供される。

本発明の別の態様による例によれば、ワイヤレスネットワークに参加するためのノードを制御するための装置であって、当該装置は、所定の時間長待つようにノードを制御するように構成される制御ユニットと、所定の時間長中にワイヤレスネットワークのノードによって通信されるビーコンメッセージを受信するように構成される通信インターフェースとを含む、装置が提供される。制御ユニットはさらに、受信したビーコンメッセージに基づいてワイヤレスネットワークに参加するようにノードを制御するように構成される。

制御ユニットは、例えば、さらに、０と最大待ち時間値との間のランダムな時間値に基づいて所定の時間長を決定する、輻輳条件に関して通信インターフェースからの受信したビーコンメッセージを分析する、及び、分析の結果に基づいてワイヤレスネットワークに参加するようにノードを制御するかどうかを判断するように構成されてもよい。

制御ユニットは、例えば、さらに、分析が、受信したビーコンメッセージに基づくインジケータが輻輳条件を満たすと判断することに応答してワイヤレスネットワークに参加するようにノードを制御する、及び、分析が、受信したビーコンメッセージに基づくインジケータが輻輳条件を満たさないと判断することに応答して所定の時間長待つステップを繰り返すようにノードを制御するように構成されてもよい。

通信インターフェースは、例えば、さらに、制御ユニットがワイヤレスネットワークに参加するようにノードを制御することを決定することに応答して、ビーコン要求メッセージを送信する、ワイヤレスネットワークにアソシエイト要求メッセージを送信する、及び、アソシエイト応答メッセージを受信するように構成されてもよい。制御ユニットは、例えば、さらに、アソシエイト要求メッセージを送信することに応答してワイヤレスネットワーク上のノードによって通信されるアソシエイト応答メッセージを待つようにノードを制御する、及び、ノードがビーコン要求メッセージを送信することに応答してスキャニング時間期間待つようにノードを制御するように構成されてもよい。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に述べられる実施形態を参照して明らかになり、解明されるであろう。

本発明のより良好な理解のために、及び、どのようにして本発明が実施され得るかをより明らかに示すために、例としてのみ、添付の図面が参照される。
ノードがワイヤレスネットワークに参加するための典型的なイベントのシーケンスを示す。 アソシエイト要求メッセージを送信する前に、ノードがワイヤレスネットワークのチャネルを監視しながら待つことが追加された、図１のイベントのシーケンスの示す。 図２に示されるようにワイヤレスネットワークを監視しながら待つようにノードを制御するための第１の方法を示すフローチャートを示す。 最大待ち時間が動的である、図２に示されるようにワイヤレスネットワークを監視しながら待つようにノードを制御するための第２の方法を示すフローチャートを示す。 ワイヤレスネットワーク装置、及びコミッショニングプロシージャの異なる段階における複数のノード装置を示す。

本発明が、図を参照して述べられる。

詳細な説明及び特定の例示は、装置、システム及び方法の例示的な実施形態を示すものであるが、説明のみを目的としたものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではないことが理解されるべきである。本発明の装置、システム及び方法のこれら及び他の特徴、態様及び有利な点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、及び添付の図面からよりよく理解されることになるであろう。図面は単に概略的なものであり、縮尺通りに描かれていないことを理解されたい。同じ参照番号は、図面全体にわたって同じ又は類似の部分を示すために用いられることも理解されたい。

本発明は、多くのノードが同時にワイヤレスネットワークに参加するように制御されている場合に輻輳の可能性を低減させ得る、ワイヤレスネットワークに参加するためのノードを制御する方法を提案する。とりわけ、ノードがネットワークに参加しようとする前に待たせられる時間長を動的に調整することが提案される。斯くして、提案される実施形態は、対象のワイヤレスネットワークのノードからのノードによって受信されるビーコンメッセージを輻輳の可能性に関するインジケータとして利用し、それに応じて待ち時間を調整する。

図１は、ノード１０２がワイヤレスネットワークに参加するための典型的な既知のイベントのシーケンス１００を示す。

初めにノード１０２は、参加可能なワイヤレスネットワーク１０４に対するすべてのチャネルをスキャンする。各通信可能なチャネルに対して、ノードはビーコン要求メッセージ１０６を送信する。その後、ノード１０２は、チャネル上のワイヤレスネットワーク１０４のノードからのビーコンメッセージ１０８を受信しながら、予めコンフィギュレーションされたスキャニングタイムウィンドウの間待つ。このプロセスは、各通信可能なチャネルに対して繰り返される。

その後、各ワイヤレスネットワーク１０４のノードから受信したビーコンメッセージ１０８に基づいて、ノード１０２が参加するためのネットワークが選択される。その後、すべての通信は、選択されたネットワークのチャネル上で行われる。

その後、ノード１０２は、アソシエイト要求メッセージ１１０を選択されたワイヤレスネットワークのノード１０４に送信することにより実際のネットワーク参加プロシージャを開始する。ノードが選択されたワイヤレスネットワークの前記ノード１０４からアソシエイト応答１１４を受信する場合、ノード１０２及びネットワークノード１０４は、標準の認証及び鍵交換ルーチン１１６を進め、その結果、ノード１０２は選択されたワイヤレスネットワーク１１８に接続される。

複数のノードが選択されたワイヤレスネットワークに同時に参加しようとする場合、チャネルに輻輳が発生する。輻輳は、参加ノードの通信障害を引き起こし、最終的に個々のノードについての参加プロシージャ及び全体としてのワイヤレスネットワークのセットアップ時間を遅らせる。この結果、例えば産業照明アプリケーションにおける数百のノードを含む、大規模なネットワークのセットアップ中に参加プロシージャを完了するまでの時間が大幅に増加する。

図２は、図１に示される典型的なイベントのシーケンス１００に基づく、本発明によるノード１０２がワイヤレスネットワークに参加するためのイベントのシーケンス１５０を示す。とりわけ、ノード１０２は、追加的に、参加するワイヤレスネットワークを決定した後、アソシエイト要求メッセージ１１２を送信する前に、チャネル１２０を監視しながら、ワイヤレスネットワークからビーコンメッセージ１０８を受信しながら、ある時間長待つ。待った後、ノード１０２は、実際の参加プロシージャを開始する前にビーコン要求メッセージ１０６を送信する。

ノード１０２が実際の参加プロシージャを開始する前に待たされることに起因して、ノード１０２の参加時間は、ネットワークに参加しようとする他のノード（図示せず）と差別化されることができる。差をつけることにより、複数のノードが同時にネットワークに参加しようとする可能性が低くなるので、ワイヤレスネットワークチャネルにおける輻輳の可能性が低減される。

例えば、各個々のノードに対する待ち時間は、一意にコンフィギュレーションされる。しかしながら、これは、多数のノードに対して非実用的であることが判明する可能性がある。代替的に、時間長は、０と最大待ち時間との間のランダムな時間長である。

しかしながら、この解決策から生じる一つの問題は、適切な最大待ち時間をどのように選択するかということである。大規模なネットワークを成功裏に形成するために、最大待ち時間は、ノードの参加時間間の適切な差を確保するために比較的大きくする必要がある。例えば、最大待ち時間は、数百のノードを含むネットワークでは１０秒より大きくなり得る。小規模なネットワークを成功裏に形成するために、最大待ち時間は、比較的小さくする必要がある。例えば、数ノードを含むネットワークでは１０秒より小さくなり得る。

比較的小さい最大待ち時間を有するようにノードが構成される場合、多くのノードが関与する大規模なネットワークのコミッショニングプロシージャ中、複数のノードの参加時間が十分に差別化されないため、衝突が多発する可能性がある。それゆえ、この場合、個々のノードがワイヤレスネットワークに参加するため、及びワイヤレスネットワークの形成のために要する時間は、最大待ち時間が比較的大きい場合よりもかなり大きくなる。

例えば、数ノードのみを含む、小規模なネットワークのコミッショニングプロシージャ中に比較的大きな最大待ち時間を有するようにノードが構成される場合、ユーザは、停止されたようなシナリオを経験する可能性がある。これは、輻輳の可能性が比較的低い場合に、すべてのノードが、参加する前にある時間長待ちながら何もしないことである。それゆえ、個々のノードがワイヤレスネットワークに参加するため、及びワイヤレスネットワークの形成のために要する時間は、最大待ち時間が比較的小さい場合よりもかなり大きくなる。

大規模なネットワークとしては、例えば、産業照明システムが考えられる。小規模なネットワークとしては、例えば、ホームオートメーションネットワークが考えられる。

上記の理由から、ノードが小規模なネットワークと大規模なネットワークのいずれにも接続される場合、両方のユースケースで適切な動作を保証する、単一の、静的な最大待ち時間を有するようにノードを事前コンフィギュレーションすることは現実的ではない及び／又は困難であることが判明している。しかしながら、最大待ち時間の動的な調整も問題があることが判明している。これは、ネットワークに参加する前に、ノードが、ネットワークに参加しようとする他のノードと直接通信することができず、ネットワークに参加しようとするノードの数も、輻輳の機会も判断することができないという事実に起因する。

本発明は、ワイヤレスネットワーク１０４のノードによって送信されるビーコンメッセージ１０８を活用することによって、直接通信の欠如という問題を克服する。ビーコンメッセージ１０８は、ワイヤレスネットワークのチャネルを監視しているすべてのノード１０２によって受信可能である。例えば、ビーコンメッセージ１０８は、コンフィギュレーション変更に関してワイヤレスネットワーク１０４のノードを更新するため、及びワイヤレスネットワーク１０４のノードを同期させるために定期的に送信される。本発明にとってワイヤレスネットワーク１０４のノードがビーコンメッセージ１０８を送信する最も重要なケースは、他のノードからビーコン要求メッセージ１０６を受信することに応答することである。これは、ネットワークに参加するように制御されているノード１０２がビーコン要求メッセージ１０６を送信する場合、参加ノードの通信可能範囲内のワイヤレスネットワーク１０４のノードは、当該ビーコン要求メッセージ１０６を受信することに応答してビーコンメッセージ１０８を送信することになることを意味する。

図１及び図２に示されるように、すべてのチャネルをスキャンするプロセス中、ノード１０２はビーコン要求メッセージ１０６を送信し、当該ビーコン要求メッセージ１０６を受信するワイヤレスネットワーク１０４のノードからビーコンメッセージ１０８を受信する。それゆえ、ノード１０２によってワイヤレスネットワーク１０４のノードから受信するビーコンメッセージ１０８は、ワイヤレスネットワークに参加しようとするノードの数を示し、それゆえ、輻輳の機会のインディケーションを示す。これは、ノード１０２の待ち時間１２０を決定するための基準として使用されることができる。

しかしながら、図１に示される典型的な参加プロシージャにおけるチャネルをスキャンするこのプロセスの後、ネットワークに参加するノード１０２は、別のビーコン要求メッセージ１０６を送信せず、これは、各ノード１０２は１つのビーコン要求メッセージ１０６しか送信しないことを意味する。それゆえ、すべてのチャネルをスキャンしたが、まだワイヤレスネットワークに参加していないノード１０２は、ワイヤレスネットワークに参加しようとする他のノードに検出可能にはならない。言い換えれば、ノードは、すべてのチャネルをスキャンした後沈黙する(silent)ことになる。その結果、ワイヤレスネットワークに参加しようとするノード１０２にとって、ワイヤレスネットワークはビジーでなく、その後、ワイヤレスネットワークに参加しようとできることになり得る。この状況では、ネットワークに参加しようとするすべてのノードが同じ決定を行うので、これは、輻輳したネットワークをもたらすことになる。

それゆえ、ノード１０２がビーコンメッセージについてワイヤレスネットワーク１２０を監視しながら待った後、アソシエイト要求メッセージ１１２を送信して実際のネットワーク参加プロシージャを開始する前に、ノード１０２は、別のビーコン要求メッセージ１０６を送信するように制御される。

上記を言い換えると、ワイヤレスネットワークに参加しようとするノードは互いに通信することができず、それゆえ、いくつのノードが同時にワイヤレスネットワークに参加しているかを直接得ることはできない。しかしながら、ワイヤレスネットワークに参加しようとする各ノード１０２は、実際の参加プロシージャの開始前にビーコン要求メッセージ１０６を送信し、その結果、その通信可能範囲にあるワイヤレスネットワーク１０４の各ノードからの１つのビーコンメッセージ１０８がもたらされる。それゆえ、同時に参加することを試みる複数のノードがある場合、ワイヤレスネットワーク１０４の１つのノードは、その通信可能範囲にあるノードからのビーコン要求メッセージ１０６の数に応答して複数のビーコンメッセージ１０８を送信することになる。それゆえ、ワイヤレスネットワーク１０４の同じノードからの繰り返されるビーコンメッセージ１０８は、ワイヤレスネットワークに参加しようとする他のノードが少なくとも当該数存在することを示す。繰り返されるビーコンメッセージ１０８がある閾値を超える場合、ノード１０２は、現在の状況を、参加ノードが多すぎる潜在的に輻輳したネットワーク(potentially congested network)と見なすことになる。この場合、ノード１０２は、チャネルの負荷を軽減するためにより長い時間１２０待つように制御されることになる。

図３は、図２のイベントのシーケンス中に示されるように、動的に適応する時間長待つようにノードを制御する方法を示すフローチャート２００を示す。

ステップ２０２において、最大待ち時間が得られる。例えば、この最大待ち時間は、数ノードを含む小規模なネットワークのコミッショニングに適切であるように製造者によってコンフィギュレーションされる。

ステップ２０４において、最大待ち時間に基づく所定の時間長が決定される。所定の時間長は、０と最大待ち時間との間のランダムな時間長であるように決定される。

ステップ２０６において、ノードは、所定の時間長待たせられる。この時間中、ノードは、ノードの通信可能範囲内にあるワイヤレスネットワークのノードによって送信されるビーコンメッセージを受信する。ノードによって受信されるすべてのビーコンメッセージは記録される。

ステップ２０８において、所定の期間中に受信したビーコンメッセージに基づいてネットワークが混雑している可能性が高いかどうかが判断される。ワイヤレスネットワークが輻輳している可能性が高いと判断される場合、ステップ２０６が、通信の失敗を回避する、及びチャネル負荷を軽減するために再び実行される。ワイヤレスネットワークが輻輳している可能性が低いと判断される場合、ステップ２１２が実行される。

受信したビーコンメッセージに基づく、インジケータが輻輳条件を満たす場合、ネットワークが輻輳している可能性が高いと判断される。

一実施形態において、インジケータは、待ち時間中にワイヤレスネットワークのすべてのノードから受信したビーコンメッセージの数を、ワイヤレスネットワークのノードの数で割ったものである。言い換えれば、ワイヤレスネットワークのノードごとに送信されたビーコンメッセージの平均数である。この数が閾値を超える場合、これは、ワイヤレスネットワークがビジーである可能性が高いというインディケーションである。これは、待ち時間中にノードによって受信されたビーコンメッセージの数が多いことは、多くのノードがワイヤレスネットワークに参加しようとしている可能性が高いことを示すという事実に起因する。

しかしながら、受信したビーコンメッセージのこの平均数は、ワイヤレスネットワークのすべてのノードの通信可能範囲にあるノードと比較して、ワイヤレスネットワークのノードの小さなサブセットだけの通信可能範囲にあるノードでは実質的に低くなるであろう。この問題を解決するために、別の実施形態では、インジケータは、待ち時間中にワイヤレスネットワークの個々のノードから受信したビーコンメッセージの最大数である。この数が閾値を超える場合、これは、ノードが参加しようとする場合にワイヤレスネットワークが輻輳している可能性が高いというインディケーションである。しかしながら、この実施形態の不利な点は、ワイヤレスネットワークの１つのノードが、ビーコン要求メッセージを受信すること以外の状況に応答して多くのビーコンメッセージを送信するとしたら、ネットワークに参加しようとするノードが、混雑の機会が高いと誤って判断し待つのを続け、個々の参加及び全体のコミッショニングプロシージャを遅らせる可能性があることである。

ステップ２１２において、ワイヤレスネットワークが輻輳している可能性が低いという判断に応答して、ビーコン要求メッセージが送信される。このステップの目的は、ワイヤレスネットワークに参加しようとする他のノードに、あるノードが実際の参加プロシージャを開始していることを示すことである。これは、他のノードがステップ２０８でワイヤレスネットワークが輻輳している可能性が高いと判断し、それゆえ、実際の参加プロシージャを開始する前により時間を待つ機会を増加させる。

ステップ２１６において、ノードは実際の参加プロシージャを開始する。例えば、ノードはアソシエイト要求メッセージをワイヤレスネットワークに送信し、その応答としてワイヤレスネットワークからアソシエイト応答メッセージを受信するのを待つ。アソシエイト応答メッセージを受信することに応答して、ノードは、ワイヤレスネットワークに接続されることになるように標準的な認証及び鍵交換ルーチンを進める。

図４は、最大待ち時間が動的であり、さらに実際の参加プロシージャを開始する前にビーコン要求メッセージを送信するように、図２から適応されるフローチャート２５０を示す。図３の上記説明は、図４にも適用可能であり、参照により本明細書に組み込まれる。斯くして、上記の説明は、ここでは繰り返されなくてもよい。

図４において、ステップ２０８でワイヤレスネットワークが輻輳している可能性が高いと判断される場合、新たなステップ２１０が実行される。ワイヤレスネットワークが輻輳している可能性が低いと判断される場合、新たなステップ２１２が実行される。

ステップ２１０において、前の最大待ち時間に基づいて新たな最大待ち時間が決定される。これは、所定の待ち時間の基となる最大待ち時間が動的に適応されることを可能にする。

一実施形態において、新たな最大待ち時間は、前の最大待ち時間に所定の定数を乗じることに基づく。例えば、この定数は、ワイヤレスネットワークが輻輳している可能性が高いと判断されるたびに、最大待ち時間が、大規模なネットワークへの参加時間の十分な差別化のためにより適切な値となるよう増加されるように、１よりも大きい。

別の実施形態では、新たな最大待ち時間は、前の最大待ち時間に受信したビーコンメッセージに基づくインジケータを乗じることに基づく。このようにして、前の最大待ち時間が、受信したビーコンメッセージからワイヤレスネットワークがどの程度ビジーあるように見えるかに応じて動的に変更される。例えば、ビーコンメッセージが、多数のノードがネットワークに参加しようとしていることを示す場合、それに応じて最大待ち時間を増やすことが適切である。対照的に、ビーコンメッセージが、少数のノードだけが参加しようとしていることを示す場合、それに応じて最大待ち時間を減らすことが適切である。

ステップ２１２において、ステップ２０８で他のノードがワイヤレスネットワークが輻輳している可能性が高いと判断する機会を増やすことに加えて、このビーコン要求メッセージはまた、ステップ２１０において新たな最大待ち時間を決定する際にワイヤレスネットワークに参加しようとするノードに有用な情報を間接的に提供する。

ステップ２１４において、ノードは、スキャニング期間待たせられる。これは、ＩＥＥＥ ８０２．１５．４規格の要件を満たす。言い換えれば、ノードは、ステップ２１６を実行する前に、当該ノードがビーコン要求メッセージを送信したことに応答してワイヤレスネットワークのすべてのノードがビーコンメッセージを送信しているように十分な時間待たせられる。

本発明のある実施形態は、ステップ２１０及びステップ２１４を含まなくてもよいことを理解されたい。また、本発明のある実施形態は、ステップ２１０及びステップ２１４の一方、又は両方を含んでもよいことを理解されたい。

ステップ２１６において、ノードは実際の参加プロシージャを開始する。例えば、ノードはアソシエイト要求メッセージをワイヤレスネットワークに送信し、その応答としてワイヤレスネットワークからアソシエイト応答メッセージを受信するのを待つ。アソシエイト応答メッセージを受信することに応答して、ノードは、ワイヤレスネットワークに接続されることになるように標準的な認証及び鍵交換ルーチンを進める。

図５は、セットアップされているプロセス中のワイヤレスネットワーク３００を示す。これは、参加プロセスのさまざまな段階において制御されている３つのノードを含む。すなわち、参加するワイヤレスネットワークを決定するためにネットワークをスキャンしているノード３０２、実際の参加プロシージャ中のノード３０４、及びワイヤレスネットワークチャネルを監視しながら待っているノード３２０があり、各々制御ユニット３０６及び通信インターフェース３０８を含む。さらに、ワイヤレスネットワーク３１０に接続される３つのノード３２０が示されている。

まだネットワークに接続されていない各ノードの制御ユニット３０６は、当該ノードの動作を制御する。これは、所定の時間長待つように、及び受信したビーコンメッセージ３１８に基づいてワイヤレスネットワーク３１０に参加するように待ちノード(waiting node)３２０を制御するかどうかを判断するように待ちノード３２０を制御することを含む。

制御ユニット３０６は、０と最大待ち時間値との間のランダム時間値に基づいて所定の時間長を決定する、及びワイヤレスネットワーク３１０に参加するように待ちノード３２０を制御するかどうかを判断するために輻輳条件に関してビーコンメッセージ３１８を分析する。制御ユニットが輻輳の可能性が高いと判断する場合、制御ユニット３０６は、別の所定の時間長待つように待ちノード３２０を制御する。制御ユニット３０６は、アソシエイト要求メッセージ３１４を送信することに応答してアソシエイト応答メッセージ３１６を通信インターフェース３０８が受信するのを待つように参加ノード３０４を制御する。また、制御ユニット３０６は、当該ノードがビーコン要求メッセージ３１２を送信することに応答してスキャニング時間期間待つようにスキャニングノード(scanning node)３０２を制御するように構成される。

スキャニングノード３０２、及び参加ノード３２０の通信インターフェース３０８は、制御ユニット３０６がワイヤレスネットワーク３１０が輻輳している可能性が低いと判断することに応答してビーコン要求メッセージ３１２及びアソシエイト要求メッセージ３１６を送信する。また、通信インターフェース３０８は、待ちノード３２０が制御ユニット３０６により所定の待ち時間待つように制御されている際にビーコンメッセージ３１８を受信することが可能である。さらに、通信インターフェース３０８は、制御ユニット３０６がアソシエイト要求メッセージ３１４を送信することに応答して待つように参加ノード３０４を制御している際にアソシエイト応答メッセージ３１６を受信することが可能である。

例えば、スキャニングノード３０２、参加ノード３０４及び待ちノード３２０は、照明器具又はセンサである。ワイヤレスネットワーク３１０は、ビルオートメーションネットワーク、又はプロフェッショナル照明システムに利用されるＺｉｇｂｅｅ（登録商標）ネットワークである。ワイヤレスネットワーク３１０のノード３２０は、ルータ若しくはコーディネータ、又は通信可能なノードである。

図面、本開示、及び添付の請求項の検討によって、開示される実施形態に対する変形形態が、当業者により理解されることができ、また、特許請求される発明を実施する際に実行されることができる。請求項では、単語「含む」は、他の構成要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「１つの（a）」又は「１つの（an）」は、複数を排除するものではない。

単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項において列挙される、いくつかの項目の機能を果たしてもよい。

特定の手段が、互いに異なる従属請求項内に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが、有利に使用され得ないことを示すものではない。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に、又は他のハードウェアの一部として供給される、光学記憶媒体又は固体媒体等の、好適な媒体において記憶／頒布されてもよいが、インターネット、又は他の有線若しくは無線の電気通信システム等を介して、他の形態で頒布されてもよい。

「に適合される」という用語が特許請求の範囲又は明細書において使用される場合、「に適合される」という用語は、「に構成される」という用語と同等であることが意図されていることに留意されたい。

請求項中のいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (14)

1. ワイヤレスネットワークに参加するためのノードを制御する、当該ノードによって実行される、方法であって、当該方法は、
   所定の時間長待つように当該ノードを制御することと、
   前記所定の時間長中に前記ワイヤレスネットワークのノードによって通信されるビーコンメッセージを受信することと、
   輻輳条件に関して前記受信したビーコンメッセージの数を分析することと、
   前記分析の結果に基づいて前記ワイヤレスネットワークに参加するように当該ノードを制御するかどうかを判断することと、
   を含む、方法。
2. 当該方法は、０と最大待ち時間値との間のランダムな時間値に基づいて前記所定の時間長を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記ワイヤレスネットワークに参加するように当該ノードを制御するかどうかを判断することは、
   前記分析が、前記受信したビーコンメッセージの数に基づくインジケータが輻輳条件を満たさないと判断する場合、ビーコン要求メッセージを送信するように当該ノードを制御することと、
   前記分析が、前記受信したビーコンメッセージの数に基づくインジケータが輻輳条件を満たさないと判断する場合、前記ワイヤレスネットワークに参加するように当該ノードを制御することと、
   前記分析が、前記受信したビーコンメッセージの数に基づくインジケータが輻輳条件を満たすと判断する場合、前記所定の時間長待つステップを繰り返すように当該ノードを制御することと、
   を含む、請求項１に記載の方法。
4. 輻輳条件は、前記ワイヤレスネットワークが輻輳していることを示す閾値に基づく、請求項３に記載の方法。
5. 当該方法は、
   前記受信したビーコンメッセージの数に基づくインジケータを得ることを含み、前記得ることは、
   前記所定の時間長中に受信したビーコンメッセージの総数を前記ワイヤレスネットワークのノードの総数で割ること、又は
   前記所定の時間長中に前記ワイヤレスネットワークの任意の１つのノードから受信したビーコンメッセージの最大数を決定すること、
   のいずれかを含む、請求項３又は４に記載の方法。
6. 前記所定の時間長待つステップを繰り返すように当該ノードを制御することは、
   前の最大待ち時間に基づいて新たな最大待ち時間を決定することと、
   ０と新たな最大待ち時間値との間のランダムな時間値に基づいて前記所定の時間長を決定することと、
   を含む、請求項３乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記新たな最大待ち時間を決定することは、
   前記前の最大待ち時間に所定の定数を乗じること、及び
   前記前の最大待ち時間に前記受信したビーコンメッセージに基づくインジケータを乗じること、
   のうちの１つ以上を含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記ワイヤレスネットワークに参加するように当該ノードを制御することは、
   前記ワイヤレスネットワークにアソシエイト要求メッセージを送信するように当該ノードを制御することと、
   前記ワイヤレスネットワーク上のノードによって通信されるアソシエイト応答メッセージを待つように当該ノードを制御することと、
   前記アソシエイト応答メッセージを受信することに応答して前記ワイヤレスネットワークに参加するように当該ノードを制御することと、
   を含む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
9. 当該方法は、当該ノードがビーコン要求メッセージを送信することに応答してスキャニング時間期間待つように当該ノードを制御することを含む、請求項８に記載の方法。
10. ノード内の処理システムを有するコンピューティングデバイスで実行された場合、前記処理システムに請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法のすべてのステップを実行させるコンピュータプログラムコード手段を含む、コンピュータプログラム。
11. ワイヤレスネットワークに参加するためのノードを制御するための当該ノード内の装置であって、当該装置は、
    所定の時間長待つように当該ノードを制御するように構成される制御ユニットと、
    前記所定の時間長中に前記ワイヤレスネットワークのノードによって通信されるビーコンメッセージを受信するように構成される通信インターフェースと、
    を含み、
    前記制御ユニットは、輻輳条件に関する前記受信したビーコンメッセージの数の分析の結果に基づいて前記ワイヤレスネットワークに参加するように当該ノードを制御するように構成される、装置。
12. 前記制御ユニットは、
    ０と最大待ち時間値との間のランダムな時間値に基づいて前記所定の時間長を決定する、
    輻輳条件に関して前記通信インターフェースからの前記受信したビーコンメッセージを分析する、及び
    前記分析の結果に基づいて前記ワイヤレスネットワークに参加するように当該ノードを制御するかどうかを判断する、
    ように構成される、請求項１１に記載の装置。
13. 前記制御ユニットは、
    前記分析が、前記受信したビーコンメッセージの数に基づくインジケータが輻輳条件を満たすと判断することに応答して前記ワイヤレスネットワークに参加するように当該ノードを制御する、及び
    前記分析が、前記受信したビーコンメッセージの数に基づくインジケータが輻輳条件を満たさないと判断することに応答して前記所定の時間長待つステップを繰り返すように当該ノードを制御する、
    ように構成される、請求項１２に記載の装置。
14. 制御ユニットが前記ワイヤレスネットワークに参加するように当該ノードを制御することを決定することに応答して、前記通信インターフェースは、
    ビーコン要求メッセージを送信する、
    前記ワイヤレスネットワークにアソシエイト要求メッセージを送信する、及び
    アソシエイト応答メッセージを受信する、
    ように構成され、
    前記制御ユニットは、
    アソシエイト要求メッセージを送信することに応答して前記ワイヤレスネットワーク上のノードによって通信されるアソシエイト応答メッセージを待つように当該ノードを制御する、及び
    当該ノードがビーコン要求メッセージを送信することに応答してスキャニング時間期間待つように当該ノードを制御する、
    ように構成される、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の装置。

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