(57)【要約】      （修正有）【課題】無線ネットワークノードが、所定の物理トポロジを有するメッシュ無線ネットワークに効率的に加入することを可能にする。【解決手段】所定の物理トポロジを有する無線メッシュネットワーク１００は、ネットワークノード１０３またはアクセスポイント（ＡＰ）１０５は、ネットワーク広告を受信することに応答して、ネットワーク通信スケジュールを記憶し、ネットワークマネージャ１０７から受信されたネットワーク広告において受信されたパラメータ値に基づいて、ネットワーク通信スケジュールを調整する。ノード１０３またはＡＰ１０５は、調整済み通信スケジュールにおいて割り当てられた通信チャネルおよびタイムスロットの対を使用してパケットを伝送することによって、ネットワーク広告を受信した直後に、ネットワークの通信スケジュールに従って、動作を開始することができる。【選択図】図１Ａ
2020005267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線ネットワークにおける高速な加入を可能にするための方法であって、
無線ネットワークノードにおいて、前記無線ネットワークのマネージャによって伝送された、パラメータ値を含むパケットを受信するステップであって、前記無線ネットワークが所定のネットワークトポロジを有する、ステップと、
前記無線ネットワークノードによって、前記パラメータ値と、前記無線ネットワークノードによって記憶された所定の通信スケジュールとに基づいて、前記無線ネットワークに対する調整済み通信スケジュールを判定するステップであって、
前記調整済み通信スケジュールが、複数の無線ネットワークノードのそれぞれのノードを１つ以上の通信チャネル・タイムスロット対に関連付け、各通信チャネル・タイムスロット対が、前記無線ネットワーク上でパケットを伝送するために前記それぞれのノードによって使用される、複数の通信チャネルのうちの通信チャネルと、複数のタイムスロットのうちのタイムスロットとを示す、ステップと、
前記無線ネットワークノードから、通信チャネル上に、前記調整済み通信スケジュールにおいて前記無線ネットワークノードと関連付けられたタイムスロット中にパケットを伝送するステップと、を含む、方法。
【請求項２】
前記無線ネットワークノードによって記憶された前記所定の通信スケジュールが、アルゴリズムを含み、
前記調整済み通信スケジュールを判定するステップが、異なる調整済み通信スケジュールが異なるパラメータ値について前記無線ネットワークについて判定されるように、前記アルゴリズムを実行して、前記マネージャから受信された前記パラメータ値に基づいて、前記無線ネットワークに対する前記調整済み通信スケジュールを判定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記マネージャによって伝送された前記受信されたパケットが、前記パラメータ値を含むネットワーク加入メッセージであり、前記無線ネットワークの１つ以上の他の無線ネットワークノードを通して前記無線ネットワークノードに中継され、
前記アルゴリズムが、前記ネットワーク加入メッセージを受信することに応答して実行される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ネットワーク加入メッセージに含まれる前記パラメータ値が、前記無線ネットワークに含まれる最大数の無線ネットワークノードを示し、
前記アルゴリズムが、前記ネットワーク加入メッセージに示された前記最大数の無線ネットワークノードに基づいて、前記無線ネットワークに対する前記調整済み通信スケジュールを判定する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記アルゴリズムが、前記無線ネットワークの前記複数の無線ネットワークノードの各々に対して、前記調整済み通信スケジュールを判定し、
前記方法が、
前記無線ネットワークの前記マネージャから、前記無線ネットワークノードにおいて、前記無線ネットワークの前記複数の無線ネットワークノードのうちの特定の無線ネットワークノードの識別情報を受信するステップと、
前記無線ネットワークを通じて、無線ネットワークノードによって、前記調整済み通信スケジュールにおいて識別された特定の無線ネットワークノードと関連付けられた通信チャネル・タイムスロット対のみを使用して、パケットを伝送するステップと、をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記無線ネットワークノードにおいて前記特定の無線ネットワークノードの前記識別情報を受信する前に、前記無線ネットワークを通じて、無線ネットワークノードによって、前記調整済み通信スケジュールにおいて異なる無線ネットワークノードと関連付けられた複数の通信チャネル・タイムスロット対を使用して通信するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記パケットの前記伝送が、前記複数の通信チャネル・タイムスロット対のうちの第１の通信チャネル・タイムスロット対の第１のタイムスロット中に、前記無線ネットワークノードから前記無線ネットワークのマネージャにネットワーク加入要求を伝送することを含み、前記第１のタイムスロットが、前記無線ネットワークに加入するための要求と関連付けられる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記無線ネットワークの前記複数の無線ネットワークノードが、互いの無線通信範囲内である無線ネットワークノードの対を含む所定の物理トポロジを有し、
前記受信されたパラメータ値に基づいて判定された前記調整済み通信スケジュールが、前記無線ネットワークノードの前記所定の物理トポロジに従って互いの無線通信範囲内である一対の無線ネットワークノードを、各通信チャネル・タイムスロット対と関連付ける、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記無線ネットワークの前記複数の無線ネットワークノードのそれぞれの無線ネットワークノードが、それぞれのアルゴリズムを含む所定の通信スケジュールを記憶し、それぞれのアルゴリズムが、前記無線ネットワークのすべての他の無線ネットワークノードのそれぞれのアルゴリズムによって判定されたそれぞれの調整済み通信スケジュールと互換性がある前記それぞれの無線ネットワークノードに対する調整済み通信スケジュールを判定するように構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
無線ネットワークへの高速な加入のために構成された無線ネットワークノードであって、
無線ネットワークノードおよび前記無線ネットワークのアクセスポイントと無線通信するように構成された無線トランシーバであって、前記無線ネットワークが所定のネットワークトポロジを有する、無線トランシーバと、
前記無線トランシーバに通信可能に接続されたプロセッサと、
前記プロセッサによって実行されると、前記無線ネットワークノードに、
無線ネットワークのマネージャによって伝送されたパケットを、前記無線トランシーバを介して受信することであって、前記パケットが、前記無線ネットワークの前記マネージャによって伝送されたパラメータ値を含む、前記受信することと、
前記パケットで受信された前記パラメータ値と、前記無線ネットワークノードの非一時的メモリに記憶された所定の通信スケジュールとに基づいて、前記無線ネットワークに対する調整済み通信スケジュールを判定することであって、
前記調整済み通信スケジュールが、複数の無線ネットワークノードのそれぞれのノードを１つ以上の通信チャネル・タイムスロット対に関連付け、各通信チャネル・タイムスロット対が、前記無線ネットワーク上でパケットを伝送するために前記それぞれのノードによって使用される、複数の通信チャネルのうちの通信チャネルと、複数のタイムスロットのうちのタイムスロットとを示す、前記判定することと、
前記無線トランシーバを介して、通信チャネル上で、前記調整済み通信スケジュールにおいて前記無線ネットワークノードと関連付けられたタイムスロット中にパケットを伝送することと、を行わせる、プログラム命令を記憶する非一時的メモリデバイスと、を備える、無線ネットワークノード。
【請求項１１】
前記無線ネットワークノードの前記非一時的メモリに記憶された前記所定の通信スケジュールが、アルゴリズムを含み、
前記プロセッサによって実行されると、前記調整済み通信スケジュールを判定するための前記プログラム命令が、前記無線ネットワークノードに、さらに、
異なる調整済み通信スケジュールが異なるパラメータ値について前記無線ネットワークについて判定されるように、前記アルゴリズムを実行させて、前記マネージャから受信された前記パラメータ値に基づいて、前記無線ネットワークに対する前記調整済み通信スケジュールを判定する、請求項１０に記載の無線ネットワークノード。
【請求項１２】
前記マネージャによって伝送された前記受信されたパケットが、前記パラメータ値を含むネットワーク加入メッセージであり、前記無線ネットワークの１つ以上の他の無線ネットワークノードを通して前記無線ネットワークノードに中継され、
前記プログラム命令が、前記無線ネットワークノードに、前記ネットワーク加入メッセージを受信することに応答して前記アルゴリズムを実行させる、請求項１１に記載の無線ネットワークノード。
【請求項１３】
前記ネットワーク加入メッセージに含まれる前記パラメータ値が、前記無線ネットワークに含まれる最大数の無線ネットワークノードを示し、
前記プログラム命令が、前記無線ネットワークノードに、アルゴリズムを実行させて、前記ネットワーク加入メッセージに示された前記最大数の無線ネットワークノードに基づいて、前記無線ネットワークに対する前記調整済み通信スケジュールを判定する、請求項１２に記載の無線ネットワークノード。
【請求項１４】
前記アルゴリズムが、前記無線ネットワークの前記複数の無線ネットワークノードの各々に対して、前記調整済み通信スケジュールを判定し、
前記プログラム命令が、前記無線ネットワークノードに、
前記無線ネットワークの前記マネージャから、前記無線トランシーバを介して、前記無線ネットワークの前記複数の無線ネットワークノードのうちの特定の無線ネットワークノードの識別情報を受信することと、
前記無線ネットワークを通じて、無線トランシーバを介して、前記調整済み通信スケジュールにおいて識別された特定の無線ネットワークノードと関連付けられた通信チャネル・タイムスロット対のみを使用して、パケットを伝送することと、をさらに行わせる、請求項１１に記載の無線ネットワークノード。
【請求項１５】
前記プログラム命令が、前記無線ネットワークノードに、
前記特定の無線ネットワークノードの前記識別情報を受信する前に、前記無線ネットワークを通じて、無線トランシーバを介して、前記調整済み通信スケジュールにおいて異なる無線ネットワークノードと関連付けられた複数の通信チャネル・タイムスロット対を使用して通信すること、をさらに行わせる、請求項１４に記載の無線ネットワークノード。
【請求項１６】
前記プログラム命令が、前記プロセッサによって前記パケットを伝送するために実行されると、前記無線ネットワークノードに、前記複数の通信チャネル・タイムスロット対のうちの第１の通信チャネル・タイムスロット対の第１のタイムスロット中に、前記無線ネットワークのマネージャに前記無線トランシーバを介してネットワーク加入要求を伝送することをさらに行わせ、前記第１のタイムスロットが、前記無線ネットワークに加入するための要求と関連付けられる、請求項１０に記載の無線ネットワークノード。
【請求項１７】
前記無線ネットワークの前記複数の無線ネットワークノードが、互いの無線通信範囲内である無線ネットワークノードの対を含む所定の物理トポロジを有し、
前記受信されたパラメータ値に基づいて判定された前記調整済み通信スケジュールが、前記無線ネットワークノードの前記所定の物理トポロジに従って互いの無線通信範囲内である一対の無線ネットワークノードを、各通信チャネル・タイムスロット対と関連付ける、請求項１０に記載の無線ネットワークノード。
【請求項１８】
前記無線ネットワークの前記複数の無線ネットワークノードのそれぞれの無線ネットワークノードが、それぞれのアルゴリズムを含む所定の通信スケジュールを記憶し、それぞれのアルゴリズムが、前記無線ネットワークのすべての他の無線ネットワークノードのそれぞれのアルゴリズムによって判定されたそれぞれの調整済み通信スケジュールと互換性がある前記それぞれの無線ネットワークノードに対する調整済み通信スケジュールを判定するように構成される、請求項１０に記載の無線ネットワークノード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年５月１日出願の米国仮特許出願第６２／４９２，６３６号の利益を主張し、その開示は、その全体が参照により本明細書に組み入れられる。
【０００２】
本主題は、無線ネットワークノードが、所定の物理トポロジを有するメッシュ無線ネットワークに効率的に加入することを可能にするための技法および機器に関する。
【背景技術】
【０００３】
無線メッシュネットワークは、無線ネットワークノードが無線リンクのメッシュを通じて互いに通信するように構成されたネットワークである。ネットワークマネージャは、その関連付けられたアクセスポイントを通して無線ネットワークノードと通信し、無線メッシュネットワークとメッシュネットワークの外部の要素（例えば、外部ネットワーク、外部アプリケーション等）との間のインターフェースを提供する。
【０００４】
また、ネットワークマネージャは、ネットワークの動作を管理するように構成され、ノードがネットワークを通じて通信する前にネットワークに無線ネットワークノードを付加するかまたは加入させることを含む。ネットワークノードの加入は、通常はマネージャと各加入無線ネットワークノードとの間の一連のハンドシェイクパケットを必要とし、マネージャから加入ノードへのネットワーク通信スケジュールの伝送を含む。このように、無線メッシュネットワークの確立は、時間のかかるプロセスである可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書における教示は、無線ネットワークノードが、所定の物理トポロジを有するメッシュ無線ネットワークに効率的に加入することを可能にすることによって、上記の問題を軽減する。
【０００６】
既知または所定の物理トポロジを有する無線メッシュネットワークでは、ネットワークノードまたはアクセスポイント（ＡＰ）は、ネットワーク広告を受信することに応答して、ネットワーク上での動作を即座に開始し得る。特に、ノードまたはＡＰは、ネットワーク通信スケジュールを記憶し、ネットワークマネージャから受信されたネットワーク広告において受信されたパラメータ値に基づいて、ネットワーク通信スケジュールを調整する。結果として、ノードまたはＡＰは、調整済み通信スケジュールにおいて割り当てられた通信チャネルおよびタイムスロットの対を使用してパケットを伝送することによって、ネットワーク広告を受信した直後に、ネットワークの通信スケジュールに従って、動作を開始することができる。ノードまたはＡＰによって記憶されたネットワーク通信スケジュールは、ネットワーク広告において受信されたパラメータ値を入力として取り、ノードまたはＡＰによって実行されると、調整済みネットワーク通信スケジュールを出力するアルゴリズムの形態を取ることができる。
【０００７】
１つの例示的な実施形態では、無線メッシュネットワークにおける高速な加入を可能にするための方法は、無線ネットワークノードにおいて、無線メッシュネットワークのマネージャによって伝送されたパケットを受信することを含み得る。パケットは、無線メッシュネットワークのマネージャによって伝送されたパラメータ値を含む。無線メッシュネットワークのための調整済み通信スケジュールは、無線ネットワークノードにおいて、パケットで受信されたパラメータ値と、無線ネットワークノードによって記憶された所定の通信スケジュールとに基づいて判定される。調整済み通信スケジュールは、複数の無線ネットワークノードのそれぞれのノードを１つ以上の通信チャネル・タイムスロット対に関連付け、各通信チャネル・タイムスロット対は、無線メッシュネットワーク上でパケットを伝送するためにそれぞれのノードによって使用される、複数の通信チャネルのうちの通信チャネルと、複数のタイムスロットのうちのタイムスロットとを示す。パケットは、通信チャネル上の無線ネットワークノードから、調整済み通信スケジュールにおいて無線ネットワークノードと関連付けられたタイムスロット中に伝送される。
【０００８】
別の例示的な実施形態では、無線メッシュネットワークへの高速な加入のために構成された無線ネットワークノードは、無線トランシーバと、プロセッサと、非一時的メモリとを含み得る。無線トランシーバは、無線ネットワークノードおよび無線メッシュネットワークのアクセスポイントと無線通信するように構成される。プロセッサは、無線トランシーバに通信可能に接続される。非一時的メモリデバイスは、プロセッサによって実行されると、無線ネットワークノードに、無線トランシーバを介して、無線メッシュネットワークのマネージャによって伝送されたパケットを受信させるプログラム命令を記憶し、パケットは、無線メッシュネットワークのマネージャによって伝送されたパラメータ値を含む。命令は、無線ネットワークノードに、パケットで受信されたパラメータ値と、無線ネットワークノードの非一時的メモリに記憶された所定の通信スケジュールとに基づいて、無線メッシュネットワークに対する調整済み通信スケジュールをさらに判定させる。調整済み通信スケジュールは、複数の無線ネットワークノードのそれぞれのノードを１つ以上の通信チャネル・タイムスロット対に関連付け、各通信チャネル・タイムスロット対は、無線メッシュネットワーク上でパケットを伝送するためにそれぞれのノードによって使用される、複数の通信チャネルのうちの通信チャネルと、複数のタイムスロットのうちのタイムスロットとを示す。命令は、無線トランシーバを介して、通信チャネル上の無線ネットワークノードに、調整済み通信スケジュールにおいて無線ネットワークノードと関連付けられたタイムスロット中にパケットをさらに伝送させる。
【０００９】
さらなる利点および新規の特徴は、一部が以下に続く説明において述べられ、一部は、当業者には、以下に続く添付の図面を検討することで明らかとなるか、または当該例の生産または動作によって習得され得る。本教示の利点は、以下に論じる詳細な例で述べられるさまざまな態様の方法論、有用性および組み合わせの実践または使用によって実現され達成され得る。
【００１０】
図面は、本教示による１つ以上の実施を、例示のみを目的とし、限定を目的とせずに描画する。図面において、同様の参照番号は、同じかまたは類似の要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】高速なネットワーク加入能力を提供する無線メッシュネットワークシステムを提供する無線メッシュネットワークシステムの高レベルの機能ブロック図である。
【図１Ｂ】既知の物理トポロジを有する無線メッシュネットワークの高レベルの機能ブロック図である。
【図２Ａ】図１Ａまたは１Ｂに示されたような無線メッシュネットワークのための例示的な通信スケジュールを示す概略図であり、
【図２Ｂ】図２Ａの例示的な通信スケジュールの一部の詳細図である。
【図３】図１に示されたような無線メッシュネットワークへの無線ノードの高速な加入のための例示的な方法を示すフローチャートである。
【図４】図１に示されたような無線メッシュネットワークへの無線ノードの高速な加入の識別情報を判定するための例示的な方法を示すフローチャートである。
【図５】図１に示されたような無線メッシュネットワーク内のネットワークマネージャによる高速な加入のための例示的な方法を示すフローチャートである。
【図６】図１Ａならびに／もしくは１Ｂの無線メッシュネットワークで、および／または図３、４、ならびに／もしくは５の方法で使用され得る例示的な無線ネットワークノードの高レベルの機能ブロック図である。
【図７】図１Ａならびに／もしくは１Ｂの無線メッシュネットワークで、および／または図３、４、ならびに／もしくは５の方法で使用され得る例示的なアクセスポイント（ＡＰ）の高レベルの機能ブロック図である。
【図８】図１Ａならびに／もしくは１Ｂの無線メッシュネットワークで、および／または図３、４、ならびに／もしくは５の方法で使用され得る例示的なネットワークマネージャの高レベルの機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の詳細な説明では、関連する教示の完全な理解を提供するために、例示を目的として多数の具体的な詳細が述べられる。しかしながら、当業者には、本教示がそのような詳細なしに実践され得ることが理解されるべきである。他のケースでは、本教示の態様を必要以上に不明瞭にすることを回避するために、周知の方法、手順、構成要素、および／または回路が、比較的高レベルで詳細なしに説明されている。
【００１３】
本明細書に開示されたさまざまな方法およびシステムは、無線ネットワークノードが、ネットワークマネージャから受信されたパラメータに基づいて、ネットワーク通信スケジュールを判定するかまたは調整することを可能にすることによって、無線メッシュネットワークの確立における効率を改善する。例えば、各ノードは、ネットワーク広告内の受信パラメータ値およびノード内に記憶された所定の通信スケジュール情報のみに基づいて、通信スケジュールを判定し得る。結果として、無線メッシュネットワークのノードは、ネットワーク広告を受信した後に即座に（例えば、１０秒を下回る）動作を開始することができる。また、ノードもネットワークマネージャも、時間がかかるネットワーク発見またはマルチパケットハンドシェイクに従事することを必要とせず、そのため、最低限のネットワーク帯域幅を使用する能率化されたネットワーク加入および形成プロセスを提供する。
【００１４】
動作中に、無線ネットワークノードは、起動時にネットワーク広告を聞き取ることができる。ネットワーク広告は、直接またはメッシュネットワークに加入した１つ以上の無線ネットワークノードを通してネットワークマネージャによってブロードキャストされたパケットであり、メッシュネットワークに加入するために無線ネットワークノードによって使用されるネットワーク識別子（例えば、ネットワークＩＤ）および１つ以上のパラメータ値を含む。パラメータ値は、メッシュネットワーク特性（例えば、ノード数等のメッシュネットワークサイズ、メッシュネットワークトポロジ等）等を示すパラメータ値を含むことができる。ネットワーク広告を受信することに応答して、無線ネットワークノードは、ネットワーク広告内の、受信された受信パラメータ値と、無線ネットワークノードによって記憶された所定の通信スケジュールとに基づいて、メッシュネットワークのためにネットワーク通信スケジュールを判定するかまたは調整する。例えば、無線ネットワークノードは、ネットワークのそれぞれのノードを１つ以上の通信チャネル・タイムスロット対に関連付けるネットワーク通信スケジュールを演算し得、各通信チャネル・タイムスロット対は、無線メッシュネットワーク上でパケットを伝送するためにそれぞれのノードによって使用されるために割り当てられた通信チャネルおよびタイムスロットを含む。ネットワーク通信スケジュールは、無線ネットワークノードによって記憶され、受信されたパラメータ値を入力として取るアルゴリズムを実行することによって判定することができる。次いで、無線ネットワークノードは、例えば判定されたネットワーク通信スケジュールにおいて、無線ネットワークノードに割り当てられているとして識別された通信チャネル・タイムスロット対の中でネットワーク加入または他のメッセージを伝送することによって、通信スケジュールに基づいて動作を開始することができる。
【００１５】
このように、ネットワーク内のネットワークマネージャおよび無線ネットワークノードの各々は、伝達されたパラメータ値に基づいて各無線ネットワークノードにおいて確定的に判定された同じネットワーク通信スケジュールに基づいて、即座に動作を開始することができる。例えば、ネットワークマネージャおよび無線ネットワークノードは、ネットワーク加入メッセージがノードの各々からネットワークマネージャによって受信される前であっても、同じネットワーク通信スケジュールに基づいて動作を開始することができる。
【００１６】
各ノードは、（ｉ）乱数、（ｉｉ）ネットワーク内で予想されるノード数等のネットワーク特性、（ｉｉｉ）ネットワークのためのスケジューリングアルゴリズムの識別情報等のスケジューリング特性、（ｉｖ）現在のタイムスロット番号等のタイミング特性、および／または（ｖ）ネットワークによって使用されない通信チャネルブラックリスト一覧通信チャネル等の通信チャネル特性のうちの１つ以上を含む、ネットワークマネージャから受信されたパラメータ値に基づいてネットワーク通信スケジュールを判定する。
【００１７】
パラメータ値が乱数を含む場合、ネットワーク通信スケジュールは、ランダムに選択される。しかしながら、すべての無線ネットワークノードが同じ乱数をパラメータ値として受信するため、すべての無線ネットワークノードは、同じ／共通の通信スケジュールを判定し、そのため、ランダムに選択された同じ／共通のスケジュールに従って互いに通信することができる。
【００１８】
無線ネットワークノードが動作を開始してネットワーク通信スケジュールを（例えば、ネットワークマネージャから受信されたパラメータ値に基づいて）判定すると、無線ネットワークノードは、いずれのネットワーク通信スケジュールのノードに対応するかを知り得ない。そのような状況では、無線ネットワークノードは、ネットワーク通信スケジュールにおいて異なるノードに割り当てられた複数の通信チャネル・タイムスロット対を（例えば、ランダムに）選択する。ネットワークノードは次に進み、選択された通信チャネル・タイムスロット対において無線メッシュネットワークを通じて通信する。次に、修正されたノード識別情報を含むネットワークマネージャからの応答の受信に応答して、ノードは、識別され修正されたノードに対応することを判定し、ネットワーク通信スケジュールにおいて識別され修正されたノードに割り当てられた通信チャネル／タイムスロット対を使用して、ネットワークを通じてこの先のパケットを伝送する。
【００１９】
高速な加入のための方法は、ネットワークノードが、無線メッシュネットワーク上で、１０秒以下のうちに、無線メッシュネットワークのためのネットワーク広告を受信する動作を開始することを可能にする。具体的には、加入ノードが、ネットワーク広告内に含まれるパラメータ値および記憶された通信スケジュール情報、例えば通信スケジュールを判定するためのアルゴリズムのみに基づいて通信スケジュールを判定することを可能にすることによって、ノードは、ネットワークの通信スケジュールに従ってすぐに動作を開始することができる。また、ノードは、最小限のネットワーク帯域幅を使用して加入し、それによって、ノードをネットワークに加入させるために必要とされるネットワーク資源を低減させる。
【００２０】
本明細書で説明された高速な加入システムおよび方法は、有利には、ブートアップ後即座に開始するための動作を必要とする無線メッシュネットワーク、例えば無線バッテリ監視システム（ＷＢＭＳ）、鉄道車両監視等で使用される無線メッシュネットワークで使用され得る。そのような用途では、無線メッシュネットワークは、車両（例えば、電気自動車、機関車等）の始動直後に動作を開始することを要する場合がある。
【００２１】
以下に、添付の図面に図示された例に関連して、さらなる特徴が詳細に述べられる。
【００２２】
図１は、高速な加入を提供する無線メッシュネットワークシステム１００の一例を図示する。図示されるように、無線メッシュネットワークシステム１００は、複数の無線ノード１０３（例えば、センサノードまたはモート）を含む無線メッシュネットワーク１０１と、無線通信リンク（破線で例示的に示される）を通じて互いに無線通信する１つ以上のアクセスポイント（ＡＰ）１０５とを含む。アクセスポイント１０５は、１つ以上の無線ネットワークマネージャ１０７に通信可能に接続される。ネットワークマネージャ１０７は、関連付けられたアクセスポイント１０５と同じ物理的デバイスの一部を形成することができるか、または図１Ａに図示されるような通信リンク（例えば、有線接続）を通して、関連付けられたＡＰ１０５と通信することができる。
【００２３】
ＡＰ１０５は、一方で無線メッシュネットワーク１０１間を橋絡し、他方でネットワークマネージャ１０７と無線メッシュネットワーク１０１外の要素とを橋絡する。例えば、ＡＰ１０５およびネットワークマネージャ１０７は、無線メッシュネットワーク１０１と無線メッシュネットワーク外部の通信ネットワーク１１１との間のブリッジまたはゲートウェイ、例えば有線通信ネットワーク（例えば、インターネット）および／または無線ネットワーク（例えば、Ｗｉ−Ｆｉネットワーク）を提供することができる。また、ＡＰ１０５およびネットワークマネージャ１０７は、無線メッシュネットワーク１０１とホストアプリケーション１０９（例えば、通信ネットワーク１１１を通してアクセス可能である）との間のブリッジまたはゲートウェイを提供することができる。
【００２４】
動作中、無線メッシュネットワーク１０１の各ノード１０３またはＡＰ１０５は、「アップストリーム」パケットを生成して、その通信範囲内である任意の他のノード１０３またはＡＰ１０５に送信することができ、次に、パケットは、受信ノード１０３またはＡＰ１０５によって、ネットワーク内のさらなるノードまたはＡＰに中継および再度伝送することができる。このように、ノード１０３によって伝送されたパケットは、無線メッシュネットワーク１０１を通して任意のネットワークマネージャ１０７または外部のホストアプリケーション１０９に伝播することができる。これと異なり、ノード１０３は、メッシュ無線ネットワーク１０１を通して任意のマネージャ１０７またはホストアプリケーション１０９から伝播された「ダウンストリーム」パケットを受信および処理することができる。パケットは、データ（例えば、センサノードからのセンサデータ、アクチュエータノードからの制御データ）および／またはネットワークを確立または維持するための動作データ（例えば、新規のノードをネットワークに加入させるために使用される加入パケット）を含み得る。
【００２５】
無線メッシュネットワーク１０１とネットワーク外部の要素との間のブリッジを提供することに加えて、無線ネットワークマネージャ１０７は、無線メッシュネットワーク１０１を運用または管理する。このように、無線ネットワークマネージャ１０７は、１つ以上の関連付けられたＡＰ１０５に、無線メッシュネットワーク１０１のためのネットワーク広告を伝送またはブロードキャストさせることを可能にすることができ、その次に、ネットワーク加入メッセージを受信したノード１０３およびＡＰ１０５をメッシュ無線ネットワーク１０１に加入させることができる。
【００２６】
無線ネットワークマネージャ１０７はさらに、メッシュ無線ネットワーク１０１のためのネットワーク通信スケジュールを設定する。ネットワーク通信スケジュールは、ネットワークに加入したそれぞれのノードを、通信チャネルおよびタイムスロットの１つ以上の対に関連付ける。通信スケジュールの各通信チャネル・タイムスロット対は、無線メッシュネットワーク１０１上でパケットを伝送するために、関連付けられたノード１０３によって使用されるために割り当てられた通信チャネルおよびタイムスロットを示す。このように、関連付けられたノード１０３は、割り当てられた各通信チャネル・タイムスロット対の中で、その通信範囲内である無線メッシュネットワーク１０１の１つ以上の他のノードにパケットを伝送することができる。また、各ノード１０３は、隣接するノードに割り当てられた通信チャネル・タイムスロット対の中で、通信範囲内に位置付けられた隣接するノードからパケットを受信することができる。通信チャネル・タイムスロット対は、ノード間の通信リンクと称されることがあり、無線メッシュネットワーク１０１を通したパケットの流れは、隣接するノード１０３およびＡＰ１０５の対の間の通信を可能にするためのネットワークの通信スケジュールに含まれる通信リンクによって少なくとも部分的に判定され得る。
【００２７】
また、無線ネットワークマネージャ１０７は、ネットワークを通じて加入するかまたは通信するノード１０３、ＡＰ１０５、および他のマネージャ１０７を認証することによって、およびネットワーク１０１を通じて伝達されたパケットの暗号化を可能にすることによって、ネットワークセキュリティを提供する役割を担っている。これらの目的のために、無線ネットワークマネージャ１０７は、認証データを維持する。認証データは、パケットの暗号化／復号化のために、および無線メッシュネットワーク１０１内のデバイスの認証のために使用されるセキュリティキー（例えば、暗号化および復号化キー）およびカウンタ（例えば、パケットカウンタ）を含むことができる。同様に、各ネットワークノード１０３および／またはＡＰ１０５は、認証キー（例えば暗号化ならびに／もしくは復号化キー）およびパケットカウンタを含む相補認証データを記憶し、利用する。このように、認証データに基づいて、パケットは、無線メッシュネットワーク１０１を通して、パケットを復号化することができるネットワークノード１０３またはＡＰ１０５に送信される前に、任意のネットワークマネージャ１０７によって暗号化することができ、無線メッシュネットワーク１０１を通してネットワークノード１０３またはＡＰ１０５から受信されると、任意のネットワークマネージャ１０７によって復号化することができる。
【００２８】
無線メッシュネットワーク１０１におけるネットワークノード１０３およびＡＰ１０５の互いに対する物理的または位置的／地理的配置は、ネットワークの物理トポロジと称される。ネットワークのトポロジは、ネットワークノード１０３が互いに対して体系化されていない位置的配置を有する図１Ａに例示的に示されるように、ランダムであることができる。代替的に、ネットワークノード１０３は、規則正しく配置され、高度に組織化された物理トポロジを有するネットワーク１０１’を形成することができ、その１つの例示的な例が図１Ｂに示される。ネットワークの物理トポロジは、いずれのネットワークノード１０３およびＡＰ１０５が互いの通信範囲内であるか、およびいずれのネットワークノード１０３およびＡＰ１０５が結果として互いに直接無線通信することができるかを判定する。
【００２９】
ネットワークの物理トポロジに加えて、ネットワークの通信スケジュールは、いずれのノードに互いに通信するための機会が備えられているかを判定し、そのような機会のタイミングを判定する。この点において、ネットワークの通信スケジュールは、ネットワークのリンクトポロジを判定する。具体的には、ネットワークの通信スケジュールは、いずれのノードが、通信チャネル・タイムスロット対の割り当てを通して、他のノードとの通信範囲のために通信リンクまたは機会に割り当てられたかを判定する。
【００３０】
ネットワークの物理トポロジが、ネットワークが最初に確立された時点で周知ではない状況では、および／またはネットワークの物理トポロジが（例えば、移動可能なノードに起因して）可変である状況では、ネットワークは、いずれのネットワークのノード１０３およびＡＰ１０５が互いの通信範囲内であるかを判定するための、ネットワークの発見に従事し得る。ネットワークの発見を通して、ネットワークマネージャには、設備、例えば建物または工場の全体にわたって分散されたデバイス（例えば、ノード１０３およびＡＰ１０５）の位置に関する情報が提供され得る。次いで、ネットワークマネージャ１０７は、ネットワークの発見結果に基づいて、その特定のネットワーク配備に適切な通信スケジュールを確立することができる。このネットワークの発見は、時間を要し、ネットワーク資源を消費する。
【００３１】
他の状況では、ネットワークの物理トポロジは、通信ネットワークの確立より先に予め判定されるかまたは既知であってもよい。例えば、無線バッテリ監視システム（ＷＢＭＳ）では、デバイスの位置は、既知であり固定であってもよく、例えば、すべてのデバイスがバッテリエンクロージャ内部に位置していてもよく、互いの略通信範囲内であってもよい。別の例では、列車監視システムにおいて、デバイス位置は既知であり、列車の長さに沿って固定されてもよく、それによって、各デバイスが、列車の長さに沿った少数の隣接デバイスのみの通信範囲内であり得るようにされる。これらのケースでは、ネットワーク形成プロセスは、既知のネットワーク物理トポロジを利用して、マネージャ１０７、ノード１０３、およびＡＰ１０５において第１のトポロジに適切な固定リンクトポロジおよび／または１つ以上のネットワーク通信スケジュールを予めプログラムすることによって加速することができる。
【００３２】
固定リンクトポロジは、ネットワークが、確立されるたびに通信リンクの同じ／所定の配置によってそれ自体を自動的に確立することができるようにされる、ネットワーク１０１のノード１０３とＡＰ１０５との間の通信リンクの所定の配置を指す。実際のところ、そのような使用のケースは、ネットワークを瞬間的に形成するかまたは再形成することを可能にし得る。以下の詳細のように、提案されたソリューションは、少量のパラメータによって判定され、ネットワーク内の任意のデバイスによって算出することができるこれらのネットワークのための通信スケジュールを使用することを含む。
【００３３】
有利には、ネットワーク内の任意のデバイスによって、少量のパラメータに基づいて効率的に算出することができる通信スケジュールの使用は、ノード１０３およびＡＰ１０５がデバイスごとに１つのハンドシェイクパケットにおいてネットワークに加入することを可能にし、大量の最適にスケジューリングされた帯域幅が、各デバイスにおいてすばやく付加されることを可能にし、認証およびセキュリティが、加入ノードに／加入ノードから伝送されたすべてのパケット上に維持されることを可能にする。例えば、各々が２つのＡＰを通して２つのマネージャに毎秒１０パケットを送信する８つのノードを含むＷＢＭＳの実施では、高速な加入のために構成されていないネットワーク内のネットワークに再加入したノードは、ネットワークに再加入するためにたっぷり１分かかる場合がある。これと異なり、本明細書で詳述された高速な加入方法を用いることによって、ノードは、わずか１秒でネットワークに再加入し得る。
【００３４】
既知の物理トポロジを有するネットワークの例示的な一実施形態では、図１Ｂの無線メッシュネットワーク１０１’は、無線バッテリ監視システム（ＷＢＭＳ）の一部を形成し得る。本明細書で説明されたＷＢＭＳの例は、例示のみを目的として使用され、ＷＢＭＳ使用のケースの特定性が本開示の範囲を限定するものではないことに留意すべきである。例示的なＷＢＭＳ使用のケースでは、すべてのノード１０３およびＡＰ１０５は、１つのバッテリエンクロージャ（例えば、車または他の車両内のバッテリ用エンクロージャ）内に包含され、そのため、８つのノード１０３および２つのＡＰ１０５すべてが、互いの通信距離または範囲内である。しかしながら、ネットワーク通信における待ち時間を最小限にするために、通信スケジュールは、ネットワークの各ノード１０３からいずれかのＡＰ１０５に高帯域幅リンク（例えば、破線で例示的に示される）を割り当てることができ、ネットワーク１０１のノード１０３のリング周りにパケットを通信するための低帯域幅のリンクのリング（例えば、破線で例示的に示される）を割り当てる。
【００３５】
図１Ｂの例では、ネットワークは、再構築されるたびに、同じ物理トポロジ（例えば、図１Ｂの例示的なトポロジ）によって再構築される。このように、同じリンクトポロジを使用することができ、それゆえに、各デバイスは、同じ親デバイスへのリンクを割り当てることができる。また、１つのノードがリセットされた場合、予め有していた同じ親によってネットワークに再加入することができる。
【００３６】
ネットワークのための固定された物理トポロジを所与とすると、ネットワークのための通信スケジュールは、例えばデータ収集が調整されかつ無衝突であることを可能にする、時間同期されたチャネルホッピングスケジュールを提供するために、確定的に作成することができる。通信スケジュールの作成は、特定の時間で（すなわち、スロットフレーム内の特定のタイムスロットで）、かつスロットフレーム内の特定のチャネルまたはオフセット上で、スケジュール内に無線リンクを設けることを含むことができる。次いで、確定的に作成された通信スケジュールは、ネットワークが再形成されるたびに再利用することができる。
【００３７】
図２Ａは、図１Ｂに示されたような無線メッシュネットワークのための例示的な通信スケジュールを示す概略図であり、図２Ｂは、図２Ａの通信スケジュールの部分Ａの詳細図である。
【００３８】
図２Ａに図示されるように、通信スケジュールは、フレーム、スロットフレーム、または通信チャネル・タイムスロット対のアレイとして表現することができる。例示された例では、タイムスロットは、ｘ軸に沿って連続的にグラフ化され、通信チャネルは、ｙ軸に沿ってグラフ化され、フレームまたはアレイ内のセルは、通信のための無線ネットワークノード１０３に割り当てることができる通信チャネル・タイムスロット対に各々対応する。動作中、フレームは、無線メッシュネットワークのための連続的な通信スケジュールを提供するために、例えばフレームの長さを有する期間で周期的に繰り返される。
【００３９】
図２Ａに示された例では、フレームは、最大で１３２０個のセルまたは通信チャネル・タイムスロット対を提供する１２０個のタイムスロットおよび１１個の通信チャネルオフセットの長さを有する。フレームは、８個の無線ノード１０３またはＡＰ１０５を有する無線メッシュネットワークのための通信スケジュールを特徴付ける。図示されるように、特定の伝送ノードまたはＡＰに割り当てられたセルは、特定の送信ノードまたはＡＰと関連付けられたシェーディングで表される。加えて、図２Ｂに示された詳細図では、特定の送信ノードまたはＡＰに割り当てられた各セルは、その上方に表示された割り当てられたノードまたはＡＰを識別する文字（ａ−ｈ）を有する。加えて、白いセル（図２Ｂの識別子「Ｙ］）は、ネットワーク広告に対して割り当てられた通信チャネル・タイムスロット対を識別し、黒いセル（図２Ｂの識別子「Ｚ」）は、ネットワークのＡＰ１０５からのダウンストリーム伝送に対して割り当てられた通信チャネル・タイムスロット対を識別する。例示的な通信スケジュールでは、無線ノードとＡＰとの間の通信に対して割り当てられた通信チャネル・タイムスロット対は、５個ずつのタイムスロットで間隔を置かれ、ノード対の間の通信に対して割り当てられた通信チャネル・タイムスロット対の群は、フレームの始まりにおいて生じる。
【００４０】
有利には、図２Ａおよび２Ｂの例示的な通信スケジュールは、図１Ｂの無線メッシュネットワーク１０１’内で、例えばＷＢＭＳアプリケーション内で使用することができる。スケジュールでは、ノードとＡＰとの間のリンクは、好ましくは待ち時間を最小限にするように一定の時間間隔を置かれる。例えば、各ノード（ａ−ｈ）は、スロット０、１０、２０、…上の第１のＡＰ（例えばＡＰ１）への伝送リンクと、スロット５、１５、２５、…上の第２のＡＰ（例えばＡＰ２）への伝送リンクとを有することができる。このように、各ノード（ａ−ｈ）には、５個のスロットごとにＡＰ１０５に伝送するための時会が設けられる。リンクは、繰り返すフレーム構造で、例えば図１Ｂの１２０個のスロットのフレームスケジュールで収集される。
【００４１】
通信スケジュールが少数のパラメータに基づいてネットワーク内の任意のデバイスによって効率的に算出されることを可能にする一部として、図３〜５に関連して説明された以下の方法３００、４００、および５００を用いることができる。
【００４２】
図３は、無線メッシュネットワーク１０１へのノード１０３の高速な加入のための例示的な方法３００を示すフローチャートである。また、ネットワーク１０１へのＡＰ１０５の高速な加入のために、同じ方法３００を使用することもできる。該方法は、ノード１０３で受信されたパラメータ値と、ノード１０３によって記憶された所定の情報とに基づいて、無線メッシュネットワークの通信スケジュールを効率的に判定するステップを含む。
【００４３】
無線メッシュネットワーク１０１へのノード１０３の高速な加入のための方法３００は、ステップ３０１で開始し、ノード１０３がネットワークマネージャ１０７から、ネットワークの通信スケジュールの判定に使用するための１つ以上のパラメータ値を含むパケットを受信する。パケットは、一般的には、ネットワークマネージャ１０７によってその関連付けられたアクセスポイント（ＡＰ）１０５を通して伝送されたネットワーク広告である。パケットは、ネットワークマネージャのＡＰ１０５とノード１０３との間の直接無線通信を通して、または無線メッシュネットワーク１０１の一部を形成する１つ以上の他のノード１０３および／またはＡＰ１０５を通して中継された間接的な無線通信を通して受信され得る。概して、ネットワーク広告は、メッシュ無線ネットワーク１０１をユニークに識別するためのネットワーク識別子（ネットワークＩＤ）と、ネットワークに加入することを求めているノードをネットワーク時間基準に同期させることを可能にするためのタイミング情報と、パラメータ値とを含む。ステップ３０１で受信されたパケットがネットワーク広告である場合、ネットワークノード１０３は、パケットに含まれるタイミング情報を使用して、ネットワークノード１０３自体をネットワーク時間基準に同期させることができる。
【００４４】
パケットの受信に応答して、ネットワークノード１０３はステップ３０３に進み、受信されたパラメータ値に基づいて、無線メッシュネットワーク１０１に対する調整済み通信スケジュールを判定する。加えて、調整済み通信スケジュールは、無線ネットワークノードによって記憶された所定の通信スケジュールに基づいて判定される。
【００４５】
いくつかの例では、所定の通信スケジュールは、ネットワークノード１０３に記憶され、受信されたパラメータ値を入力として取るアルゴリズムの形態を採ることができる。そのような例では、ネットワークノード１０３は、ステップ３０３においてアルゴリズムを実行し、それによって、無線メッシュネットワーク１０１に対する調整済み通信スケジュールをアルゴリズムの出力として演算する。そのような例では、アルゴリズムは、異なるパラメータ値が入力として提供されると、異なる調整済み通信スケジュールを出力する。
【００４６】
いくつかの例では、所定の通信スケジュールは、ノード１０３のメモリに記憶された１つ以上の通信スケジュールの形態を採ることができる。そのような例では、ステップ３０３における通信スケジュールの調整は、調整済み通信スケジュールを提供するために、所定の通信スケジュールの１つ以上の通信チャネル・タイムスロット対を変更することを包含し得る。例えば、所定の通信スケジュールの通信チャネル・タイムスロット対のうちのいくつかのみが変更され得る一方で、他の通信チャネル・タイムスロット対は、変更されないままであってもよい。調整の一部として変更された１つ以上の通信チャネル・タイムスロット対は、ステップ３０１で受信された１つ以上のパラメータ値に基づいて確定的に識別されてもよく、ステップ３０１で受信された１つ以上のパラメータ値に基づいて確定的な方法で変更されてもよい。このように、同じ１つ以上のパラメータ値を受信するすべてのノード１０３またはＡＰ１０５は、同じ方法で所定の通信スケジュールを調整するようにされ、すべてのノード１０３およびＡＰ１０５で同じ調整済み通信スケジュールを取得するようにされ得る。
【００４７】
いったん調整済みネットワークスケジュールが判定されると、ネットワークノード１０３はステップ３０５に進み、判定通信スケジュールに基づいて無線メッシュネットワーク１０１上にパケットを伝送する。具体的には、無線メッシュネットワーク１０１は、通信チャネル上で、調整済み通信スケジュールにおいて無線ネットワークノード１０３と関連付けられたタイムスロット中、パケットを伝送する。
【００４８】
上記の方法３００の説明は、無線メッシュネットワーク１０１の１つのネットワークノード１０３の機能に焦点を当てているが、該方法３００は、無線メッシュネットワーク１０１のすべてのネットワークノード１０３および／または無線メッシュネットワーク１０１に加入することを求めているすべてのネットワークノード１０３で行われる。例えば、ステップ３０１のパケットを受信しているすべてのネットワークノード１０３、例えば無線メッシュネットワーク１０１の通信範囲内であるすべてのネットワークノード１０３（例えば、無線メッシュネットワーク１０１に現在加入しているノード１０３またはＡＰ１０５の通信範囲内であるすべてのネットワークノード１０３）が、該方法を行ってもよい。
【００４９】
方法３００が無線メッシュネットワーク１０１のさまざまなネットワークノード１０３（および／またはＡＰ１０５）で実行されると、ノード１０３およびＡＰ１０５の各々で判定された調整済み通信スケジュールは、好ましくは互いに互換性がある。具体的には、調整済み通信スケジュールは、好ましくは、例えば無線メッシュネットワーク１０１の２つの異なるノードに同じ通信チャネル・タイムスロット対を割り当てることによって、互いの間で競合を生じさせない。そのような競合を回避するために、無線通信ネットワーク１０１のすべてのネットワークノード１０３は、通常は受信されたパラメータ値に基づいて同じ通信スケジュールを判定する。この目的のために、すべてのネットワークノード１０３が、通常は、同じ所定の通信スケジュール、例えば無線メッシュネットワーク１０１のための通信スケジュールを判定するための同じアルゴリズムを記憶する。このように、無線メッシュネットワーク１０１内のすべてのネットワークノード１０３がネットワークマネージャ１０７から同じパラメータ値を受信するため、すべてのノード１０３が、同じ調整済みネットワークスケジュールを判定および使用することができる。
【００５０】
調整済みネットワークスケジュールを判定するために使用されるパラメータは、以下のうちの１つ以上を含むことができる。
ａ．乱数またはシード、
ｂ．無線メッシュネットワーク１０１を特徴付けるパラメータ、例えばネットワーク内で予想されるノード、ＡＰ、またはデバイスの数（例えば、最大数）、
ｃ．ネットワークで使用するための通信スケジュールまたはアルゴリズムに対する指数、例えば、ネットワークのノード１０３およびＡＰ１０５によって記憶された複数の所定の通信スケジュールまたはアルゴリズムの中から選択するための指数、
ｄ．ネットワークの絶対スロット数で表現された現在時間、および／または
ｅ．ネットワークのためのネットワーク通信スケジュールに含まれない通信チャネルのブラックリスト。
【００５１】
ネットワークスケジュールを判定するために使用されるパラメータが乱数またはシードを含む状況では、ネットワーク内のすべてのノード１０３が、ネットワーク通信スケジュールを判定または算出するために、ネットワークマネージャ１０７から同じ乱数またはシードを受信する。具体的には、１つのネットワークマネージャ１０７が、ランダムシードを（例えば、ＡＤＣの下位ビット上の高エントロピーノイズから）生成し、そのマネージャ１０７が、そのＡＰ１０５を初期化して、ランダムシードを内包するネットワーク広告を伝送する。このように、すべてのノードが、同じランダムシードを受信し、結果として得られる同じ調整済み通信スケジュールを判定する。
【００５２】
ステップ３０１〜３０５の上記の説明は、ネットワークノード１０３またはＡＰ１０５が無線メッシュネットワーク１０１に加入する使用ケースに焦点を当てている。加えて、ステップ３０１〜３０５は、ネットワークの動作中にネットワークの通信スケジュールに対する調整を行ってもよく、または代替的にはそのために使用されてもよく、例えば、すでにネットワーク１０１に加入したすべてのネットワークノード１０３およびＡＰ１０５に、調整済みネットワーク通信スケジュールに従って動作を開始させてもよく、または代替的にはそのために使用されてもよい。そのような状況では、ネットワークマネージャ１０７は、ステップ３０１において、すべてのノードおよびＡＰ等に伝送されたネットワーク広告、ブロードキャストパケットのいずれかの形態での、１つ以上のパラメータ値を含む通信を伝送し得る。次に、ステップ３０３において、すべてのノード１０３およびＡＰ１０５が調整済み通信スケジュールを判定し得、以前の通信スケジュールに従って動作することから、適切な時に（例えば、以下のスロットフレームの開始時に）調整済みスケジュールに従って動作を開始することに移行し得る。
【００５３】
方法３００は、無線ノード１０３が無線メッシュネットワーク１０１に対する調整済み通信スケジュールを判定することと（例えばステップ３０３）、先に進んで、判定された通信スケジュールに従ってパケットを伝送することと（例えばステップ３０５）を可能にする。しかしながら、いくつかの例では、無線ノード１０３は、いずれのノードの調整済み通信スケジュールのノードに対応するかを知り得ず、したがって、いずれの通信スケジュールの通信チャネル・タイムスロット対がそれに割り当てられているかを知り得ない。そのような状況では、無線ノード１０３は、図４の方法４００によって進み得る。
【００５４】
図４は、ネットワークノード１０３またはＡＰ１０５が、いずれのノード／ＡＰの通信スケジュールに対応するかを判定することを可能にするための例示的な方法４００を示すフローチャートである。方法４００は、無線メッシュネットワーク１０１のための調整済み通信スケジュールが判定されているノード１０３（例えば、方法３００のステップ３０３が完了しているノード１０３）によって行われ得る。
【００５５】
方法４００は、ステップ４０１で開始し、ノード１０３は、調整済み通信スケジュールにおいて複数の異なる無線ネットワークノードと関連付けられた複数の通信チャネル・タイムスロット対を選択する。例えば、通信チャネル・タイムスロット対はランダムに、例えば通信スケジュール内のすべてのノード間からの異なるノードのランダムな選択に割り当てられた通信チャネル・タイムスロット対を含むように選択され得る。
【００５６】
複数の通信チャネル・タイムスロット対は、複数の異なるノードに割り当てられた対を含むように選択され、それによって、選択された対においてノード１０３によって伝送されたパケットが、すでにネットワークに加入している同じ他のノード１０３からの伝送に持続的に衝突または干渉しないようにされる。また、複数の通信チャネル・タイムスロット対は、有利にはランダムに選択され、それによって、異なる加入ノードが、異なるランダムな通信チャネル・タイムスロット対の混合を選択し、それによって、ネットワーク１０１内の２つの加入ノードからの伝送間の持続的な衝突または干渉の可能性を低減させることができる。
【００５７】
いったん選択がなされると、ノード１０３は、ステップ４０３において、選択された通信チャネル・タイムスロット対を使用してパケットを伝送する。例えば、ノードは、選択された通信チャネル・タイムスロット対のうちの１つの間に、無線メッシュネットワーク１０１のネットワークマネージャ１０７に１つの加入パケットを伝送し得、ネットワークマネージャ１０７から応答が受信されるまで、選択された通信チャネル・タイムスロット対のうちの後続の１つの間に、加入パケットを再伝送し続け得る。
【００５８】
ステップ４０５において、ノード１０３は、ノードのためのユニークな識別子を含むネットワークマネージャ１０７からの通信を受信する。通信は、ステップ４０３で伝送された加入パケットに応答して受信され得、マネージャ１０７によって伝送された、ノード１０３のための正しいノード識別情報（例えば、識別子ノードＩＤ）を含む１つのパケットの形態を採り得る。また、通信は、セキュリティキー、例えば無線メッシュネットワーク１０１上で伝送されるかまたはそこから受信されたパケットの暗号化および／または復号化で使用するためのノード１０３のための暗号化および／または復号化キーを含んでもよい。また、セキュリティキーは、ノード１０３のためのセキュリティカウンタ値を含んでもよい。
【００５９】
いったんノード１０３がそのユニークな識別子を知らされると、ノード１０３は、ネットワーク通信スケジュール内でノードのユニークな識別子と関連付けられた通信チャネル・タイムスロット対を使用して、すべてのその後のパケットを伝送することができる（ステップ４０７と、場合によってはステップ３０５）。このように、方法４００によれば、ノード１０３がいずれの通信スケジュールのノードに対応するかがわからないケースであっても、ノード１０３は、マネージャ１０７に伝送されたわずか１つのパケット（例えば、ステップ４０３）と、マネージャ１０７から受信された１つのパケット（例えば、ステップ４０５）とを使用して、その正しいノード識別情報（例えば、ノードＩＤ）を判定することができる。
【００６０】
方法４００は、ノード１０３がいずれの通信スケジュールのノードに対応するかがわからない状況に焦点を当てているが、ノード１０３は、代替的に非一時的メモリにその識別情報を記憶してもよい。そのような状況では、ノード１０３は、ステップ３０３の完了に続いてそれに割り当てられた通信チャネル・タイムスロット対の中で、すぐにパケットの伝送を開始し得る。さらなる例では、いずれの通信スケジュールのノードに対応するかがわからないノード１０３は、ネットワーク通信スケジュール内の加入要求パケットの通信用に割り当てられた通信チャネル・タイムスロット対を使用して、ステップ４０３の１つの加入パケット（例えば、ネットワーク加入パケット）をネットワークマネージャ１０７に伝送し得る。そのような例では、処理はその後、上述されたようなステップ４０５および４０７に進むことができる。
【００６１】
方法３００および４００は、無線メッシュネットワーク１０１へのネットワークノード１０３の高速な加入で使用される方法を説明しているが、該方法は、無線メッシュネットワーク１０１に高速に加入するアクセスポイント（ＡＰ）１０５にまったく同じように適用することができる。したがって、方法３００および４００の上記の説明におけるノード１０３への言及は、ＡＰ１０５に適用されるとして理解されるべきである。さらに、ネットワークデバイスへの言及は、ネットワークノード１０３および／またはＡＰ１０５に言及するものとして理解されるべきである。
【００６２】
上述の方法は、無線メッシュネットワーク１０１のノード１０３およびＡＰ１０５で行われる動作を説明している。これらの方法と併用して、以下の図５の方法５００が、無線メッシュネットワーク１０１のネットワークマネージャ１０７によって行われ得る。
【００６３】
図５は、ネットワークノード１０３またはＡＰ１０５を無線メッシュネットワーク１０１への高速な加入に従事させることを可能にするために、ネットワークマネージャ１０７において行われる例示的な方法５００を示すフローチャートである。方法５００は、ノード１０３またはＡＰ１０５を無線メッシュネットワーク１０１に加入させるためのステップと、ノード１０３またはＡＰ１０５の高速な加入をトリガするためのステップとを含む。
【００６４】
方法５００は、ステップ５０１で開始し、ネットワークマネージャ１０７は、無線メッシュネットワーク１０１のためのユニークな識別子（例えばネットワークＩＤ）を確立する。マネージャ１０７は、ネットワークのための通信スケジュール、例えば、通信チャネル・タイムスロット対を異なるネットワークノードに割り当てる通信スケジュールをさらに確立する。通信チャネルは、ネットワーク１０１での通信のために割り当てられた周波数帯に対応し得る。通信スケジュールは、概して、ネットワーク加入メッセージがネットワークに加入することを求めているノードによって伝送することができる期間のタイムスロットと通信チャネルとの組み合わせに対応する少なくとも１つのネットワーク加入時間間隔を含む。
【００６５】
ネットワークのための通信スケジュールの判定の一部として、ネットワークマネージャ１０７は、確立された無線メッシュネットワーク１０１が既知であるかまたは所定の物理トポロジを有するか、または確立された無線メッシュネットワーク１０１が互いに対して未知の位置関係を有するネットワークノード１０３およびＡＰで形成されることになるかを判定し得る。ネットワーク１０１が既知であるかまたは所定の物理トポロジに基づいて確立されることになる場合、ネットワークマネージャ１０７は、ネットワークのためのリンクトポロジをさらに判定し得、リンクトポロジのための適切な通信スケジュールを判定し得る。適切な通信スケジュールは、以下のうちの１つ以上のパラメータ値の選択から特に判定することができる。
ａ．無線メッシュネットワーク１０１を特徴付けるパラメータ、例えばネットワーク内で予想されるノード、ＡＰ、またはデバイスの数（例えば、最大数）、
ｂ．ネットワークで使用するための通信スケジュールまたはアルゴリズムに対する指数、例えば、ネットワークのノード１０３およびＡＰ１０５によって記憶された複数の所定の通信スケジュールまたはアルゴリズムの中から選択するための指数、および／または
ｃ．ネットワークの絶対スロット数で表現された現在時間。
【００６６】
ネットワークマネージャ１０７は、ネットワーク通信スケジュールの生成で使用するための乱数またはシード等のさらなるパラメータ値を判定し得、および／またはネットワークのためのネットワーク通信スケジュールに含まれない通信チャネルのブラックリスト（例えば、低信頼性を有することがわかっているチャネルのリスト）を判定し得る。
【００６７】
いったんネットワーク通信スケジュールの生成で使用されるパラメータ値が選択されると、ネットワークマネージャ１０７は、判定されたパラメータ値に基づいて、無線メッシュネットワーク１０１に対する調整済み通信スケジュールを判定する。加えて、調整済み通信スケジュールは、無線ネットワークノードによって記憶された所定の通信スケジュール、例えば、ネットワークマネージャ１０７に記憶され、受信されたパラメータ値を入力として取るアルゴリズムに基づいて判定される。
【００６８】
ステップ５０３において、ネットワークマネージャ１０７は、その関連付けられたアクセスポイント（ＡＰ）１０５を通してネットワーク広告を伝送する。概して、ネットワーク広告は、ネットワーク識別子（例えば、ネットワークＩＤ）と、ネットワークに加入することを求めているノードをネットワーク時間基準に同期させることを可能にするためのタイミング情報と、メッシュネットワークに加入するために無線ネットワークノードによって使用される１つ以上のパラメータ値とを含む。ネットワーク広告は、ネットワークマネージャのＡＰ１０５を通して、ＡＰ１０５の通信範囲である任意のノード１０３に無線伝送され、すでにネットワーク１０１に加入している任意のノード１０３によって、無線メッシュネットワーク１０１を通して中継される。
【００６９】
ステップ５０３におけるネットワーク広告の伝送は、方法３００を、また任意に方法４００を、広告を受信した１つ以上のノード１０３またはＡＰ１０５において行われるようにトリガし得る。これらの方法を行うことの一部として、ノード１０３またはＡＰは、マネージャ１０７のＡＰ１０５によって直接無線で受信され得るか、または無線メッシュネットワーク１０１を通してマネージャ１０７に伝播され得るネットワーク加入要求パケット（例えば、ステップ４０３）を伝送し得る。
【００７０】
ネットワークノード１０３によって伝送されたネットワーク加入要求は、ＡＰ１０５およびネットワークマネージャ１０７に到達するまで、無線メッシュネットワーク１０１を通して伝播する。ネットワークマネージャ１０７はステップ５０５においてそのＡＰ１０５を通してネットワーク加入要求を受信し、先に進んで、ステップ５０７においてノードを認証する。
【００７１】
無線ネットワークに加入することを求めるネットワークノード１０３の認証の一部として、ネットワークマネージャ１０７は、受信された加入要求からノード１０３のための識別子を取り出し、識別されたノードが無線メッシュネットワーク１０１上の通信のために認可されているかを判定し得る。加入しているネットワークノード１０３の認証が成功すると、動作はステップ５０９に進む。
【００７２】
ステップ５０９では、ネットワークマネージャ１０７は、ノード１０３をネットワークに加入させる。加入プロセスの一部は、例えば、加入ノード１０３のためのノード識別子（例えばノードＩＤ）を判定することによって、ネットワーク通信スケジュールに含まれるノードのうちのいずれのノードに加入ノード１０３が対応するかを識別することを含むことができる。任意選択で、ステップ５０９において、ネットワークマネージャ１０７は、加入したノード１０３のための認証データ、例えば、加入したノード１０３によってすべての後続の通信のために使用される一組の暗号化／復号化セッションキー（例えば、加入したノード１０３用のユニキャストセッションキー）を生成および記憶する。さらに、ネットワークマネージャ１０７は、加入したノード１０３によってその後の通信において認証およびセキュリティの目的で使用されるカウンタ、例えばリプレイアタックを防止するために使用されるカウンタを起動する（またはリセットする）ことができる。
【００７３】
いったんノード１０３がネットワークに加入すると、ネットワークマネージャ１０７はステップ５１１に進み、加入したネットワークノード１０３に加入応答パケットを伝送する。加入応答パケットは、ＡＰ１０５および無線メッシュネットワーク１０１を通して、加入したネットワークノード１０３に伝送される。加入応答パケットは、加入したノード１０３のためのネットワーク識別子（例えばネットワークＩＤ）を含む。加えて、加入応答パケットは、暗号化および／または復号化セッションキーを含む、加入したネットワークノード１０３のための認証データを含むことができる。
【００７４】
無線メッシュネットワーク１０１のさらなる動作において、無線メッシュネットワーク１０１のネットワークノード１０３およびＡＰは、ネットワークマネージャ１０７によるパラメータ値通信に基づいてネットワークノード１０３およびＡＰ１０５の各々において判定された通信スケジュールに従ってパケットを交換する。具体的には、ノード１０３またはＡＰ１０５が、伝送するためのパケットを有している場合、ノード１０３またはＡＰ１０５はノード１０３またはＡＰ１０５が通信リンクに割り当てられる通信スケジュールの次のタイムスロットまで待機し得る。割り当てられたタイムスロットに到達すると、ノード１０３またはＡＰ１０５はその後、ネットワーク通信スケジュールにおいてタイムスロットと関連付けられた通信チャネル上でパケットを伝送することができる。
【００７５】
本明細書で述べられた例示的なＷＢＭＳの例では、ネットワークの通信スケジュールを判定するために使用される１つのパラメータは、乱数またはシードであり得る。一例では、パラメータ値として使用される乱数またはシードは、さまざまなノード１０３によって使用されるタイムスロットを固定し、各リンクのチャネルオフセットを変動させることによって、スケジュールのランダム性を得ることができる。例えば、図２Ａおよび２Ｂのフレームでは、例示的な通信スケジュールは、偶数チャネルオフセットのみを使用し、タイムスロットごとに最大で３個の使用セルを有する。通信スケジュール算出アルゴリズムは、各タイムスロット内の第１の使用済みチャネルのためのランダムな偶数チャネルオフセットをピックアップし、その後２個を加えて第２の使用済みチャネルを得、また別の２個を加えて第３の使用済みチャネルを得ることができる。すべての加算は、モジュラ（例えば、チャネルの総数モジュロ、例えばモジュロ１１）である。
【００７６】
前述の説明は、無線メッシュネットワーク１０１のさまざまなノード１０３、ＡＰ１０５、およびマネージャ１０７によって行われる説明された機能を説明した。図６、７、および８は、以下に詳細に説明され、上述の機能を実施し行うために使用され得るノード１０３、ＡＰ１０５、およびネットワークマネージャ１０７の例示的な実施形態を示す。
【００７７】
図６は、図１のネットワークシステム１００で使用される例示的なノード１０３の高レベルの機能ブロック図を示す。ノード１０３は、プロセッサ６０３（例えば、マイクロプロセッサ）と、処理能力を提供するメモリ６０５とを含む。メモリ６０５は、ノード１０３の動作を制御するためのアプリケーションプログラムおよび命令を記憶し、プロセッサ６０３は、メモリ６０５に記憶されたアプリケーションプログラムおよび命令を実行するように構成される。特に、メモリ６０５に記憶されたアプリケーションプログラムの実行を通して、プロセッサ６０３は、ノード１０３に、本開示において説明されたような機能を行わせ得、ネットワークマネージャから受信されたパラメータ値に基づいて通信スケジュールを判定するための機能を含む。
【００７８】
加えて、ノード１０３は、プロセッサ６０３に提供され、および／またはメモリ６０５に記憶された検知または測定データをもたらすセンサ６０９を含むことができる。加えてまたは代替的に、ノード１０３は、アクチュエータ（例えば、モータ、バルブ等）、またはプロセッサ６０３によって制御される他の動作出力部（例えば、ディスプレイ）を含むことができる。ノード１０３は、ネットワーク（例えば、無線メッシュネットワーク）を通じた他のノード１０３またはＡＰ１０５との通信を可能にするトランシーバ６０１をさらに含む。図６に図示されるように、トランシーバ６０１は、アンテナに接続され無線通信のために構成された無線トランシーバ６０１であり、他の実施形態では、トランシーバ６０１は、有線トランシーバであってもよい。ノード１０３のさまざまな構成要素は、互いに（例えば、バスまたは他の通信ラインを介して）通信可能に接続される。
【００７９】
上記で詳細に説明されたように、ノード１０３は、メモリ６０５に、受信されたパラメータ値に基づいて通信スケジュールを判定するためのアルゴリズムの形態を採ることができる所定の通信スケジュールを記憶する。ノード１０３のプロセッサ６０３は、通信スケジュールを判定するために、例えば記憶されたアルゴリズムを実行し、受信されたパラメータ値をアルゴリズムに対する入力として提供することによって、所定の通信スケジュールに基づいて処理を行うことができる。次に、プロセッサ６０３は、ノードに、判定された通信スケジュールに従って無線メッシュネットワーク１０１を通じて通信させることができる。ノード動作に関連するさらなる機能は、例えば方法３００、４００、および５００に関係して上記に詳細に説明されている。
【００８０】
図７は、図１のネットワークシステム１００で使用される例示的なＡＰ１０５の高レベルの機能ブロック図を示す。ＡＰ１０５は、ノード１０３のものと略同様の構成要素を含み、メッシュネットワークトランシーバ７０１、プロセッサ７０５（例えば、マイクロプロセッサ）、およびメモリ７０７を含む。ＡＰ１０５のそのような構成要素は、ノード１０３の対応する構成要素と略同様であり、構成要素およびそれらの機能に関する詳細な情報のために、ノード１０３の説明を参照することができる。例えば、メモリ７０７は、プロセッサ７０５によって実行されると、ＡＰ１０５に、本開示において説明されたような、ネットワークマネージャから受信されたパラメータ値に基づいて通信スケジュールを判定するための機能を含む機能を行わせるアプリケーションプログラムを記憶し得る。任意選択で、ＡＰ１０５は、ノード１０３と同様に、センサ、アクチュエータ、またはプロセッサ７０５によって制御される他の動作出力部を含む。
【００８１】
上記で詳細に説明されたように、ＡＰ１０５は、メモリ７０７に、受信されたパラメータ値に基づいて通信スケジュールを判定するためのアルゴリズムの形態を採ることができる所定の通信スケジュールを記憶する。ＡＰ１０５のプロセッサ７０５は、通信スケジュールを判定するために、例えば記憶されたアルゴリズムを実行し、ネットワークマネージャ１０７から受信されたパラメータ値をアルゴリズムに対する入力として提供することによって、所定の通信スケジュールに基づいて処理を行うことができる。次に、プロセッサ７０５は、ＡＰに、判定された通信スケジュールに従って無線メッシュネットワーク１０１を通じて通信させることができる。ＡＰ動作に関連するさらなる機能は、例えば方法３００、４００、および５００に関係して上記に詳細に説明されている。
【００８２】
加えて、ＡＰ１０５は、デュアル通信インターフェース、すなわち、ネットワーク１０１のノード１０３との通信用に構成された第１の通信インターフェース（例えば、メッシュネットワークトランシーバ７０１）と、メッシュネットワーク外の通信、例えばネットワークマネージャ１０７との、または（例えば、ネットワークマネージャ１０７を介した）アプリケーション１０９および／または通信ネットワーク１１１との通信用に構成された第２の通信インターフェース７０３（例えば、ＷＡＮトランシーバ）とを含むことができる。我々の例では、メッシュネットワークトランシーバ７０１は無線トランシーバであってもよく、一方で第２の通信インターフェース７０３は、ネットワークマネージャ１０７との直接の、または１つ以上のネットワークを介した間接的な有線通信用に構成されたトランシーバ（例えば、イーサネット（登録商標）規格に準拠したトランシーバ）であってもよい。図７には２つの通信インターフェースが示されているが、いくつかの実施形態は、両方の通信機能を行う１つのトランシーバを含んでもよく、一方で他の実施形態では、ネットワークマネージャ１０７との通信は、直接有線リンクを介してもよい。
【００８３】
図８は図１のネットワークシステム１００で使用される例示的なネットワークマネージャ１０７の高レベルの機能ブロック図を示す。ネットワークマネージャ１０７は、メッシュネットワークの動作を制御し、ネットワークと外部との間のインターフェースとして（例えば、無線メッシュネットワーク１０１と外部ネットワーク１１１、外部アプリケーション１０９等との間のインターフェースとして）の役割を果たす。具体的には、メッシュネットワークと外部アプリケーション１０９または外部ネットワーク１１１との間のすべての通信が、ネットワークマネージャ１０７を通して流れてもよく、さもなければネットワークマネージャ１０７によって制御されてもよい。
【００８４】
図１では、ネットワークマネージャ１０７は、ＡＰ１０５とは別個のエンティティであるとして、かつあらゆるＡＰ１０５から物理的に分離しているとして示される。そのような実施形態では、ネットワークマネージャ１０７およびＡＰ１０５は、別個のエンティティであり、通信ケーブル、１つ以上の有線または無線ネットワーク、および／または１つ以上の無線通信リンクを介して通信可能に接続され得る（図示の通り）。他の実施形態では、ネットワークマネージャ１０７は、例えば同じデバイス筐体内で、１つのＡＰ１０５と同一場所に配置されてもよい。そのような実施形態では、ネットワークマネージャ１０７およびＡＰ１０５は、別のプロセッサを有していてもよく、別の回路基板上に実装されていてもよく、回路基板間のワイヤトレースによって通信可能に接続されてもよい。さらなる実施形態では、ネットワークマネージャ１０７は、ＡＰ１０５と同じプロセッサ上で実行してもよい。
【００８５】
ネットワークマネージャ１０７は、処理能力を提供するプロセッサ８０３（例えば、マイクロプロセッサ）およびメモリ８０５を含む。メモリ８０５は、ネットワークマネージャ１０７の動作を制御するためのアプリケーションプログラムおよび命令を記憶し、プロセッサ８０３は、メモリ８０５に記憶されたアプリケーションプログラムおよび命令を実行し、マネージャ１０７の動作を制御するように構成される。特に、メモリ８０５に記憶されたアプリケーションプログラムの実行を通して、プロセッサ８０３は、ネットワークマネージャ１０７に、本開示で説明されたような機能を行わせ得る。
【００８６】
上記で詳細に説明されたように、ネットワークマネージャ１０７は、メモリ８０５に、受信されたパラメータ値に基づいて通信スケジュールを判定するためのアルゴリズムの形態を採ることができる所定の通信スケジュールを維持する。ネットワークマネージャ１０７のプロセッサ８０３は、ネットワーク通信スケジュールの確立に使用される適切なパラメータおよび対応するパラメータ値を判定するための処理を行うことができる。プロセッサ８０３はさらに、通信スケジュールを判定するために、例えば記憶されたアルゴリズムを実行し、判定されたパラメータ値をアルゴリズムに対する入力として提供することによって、メモリに記憶された所定の通信スケジュールに基づいて処理を行うことができる。次に、プロセッサ８０３は、マネージャ１０７と関連付けられたＡＰ１０５に、無線メッシュネットワーク１０１を通じて、判定されたパラメータ値を含むネットワーク広告を伝送させることができる。ネットワークマネージャ動作に関連するさらなる機能は、例えば方法３００、４００、および５００に関係して上記に詳細に説明されている。
【００８７】
加えて、ネットワークマネージャ１０７は、ネットワーク１１１を介した通信のためのトランシーバ等の通信インターフェース８０１を含む。図８には１つの通信インターフェース８０１が示されているが、ネットワークマネージャ１０７は、例えば、ネットワークマネージャ１０７が異なる通信規格またはプロトコルを使用して、または異なるネットワークまたは通信リンクを使用して、その関連付けられたＡＰ１０５、アプリケーション１０９、および／またはネットワーク１１１またはサーバと通信する状況では、複数のトランシーバを含むことができる。例えば、メッシュネットワーク１０１のＡＰ１０５との通信のために、専用の通信インターフェース（例えば、専用ポート）を含むことができる。図８に示されるように、通信インターフェース８０１は、ネットワーク１１１に接続された有線トランシーバであってもよく、他の実施形態では、ネットワークマネージャ１０７は、アンテナに接続され、無線通信用に構成された１つ以上の無線トランシーバを含む。
【００８８】
ネットワークマネージャ１０７のさまざまな構成要素は、互いに（例えば、バスまたは他の通信ラインを介して）通信可能に接続され、動作電力を受け取るために電源に電気接続される。
【００８９】
ネットワークマネージャ１０７は、メッシュネットワークの監視を提供し、ネットワークの動作を制御することができる。例えば、ネットワークマネージャ１０７は、ノードをネットワークに加入させ、ネットワークタイミングを設定し、および／またはネットワーク通信スケジュールを設定し、メモリ８０５に記憶されプロセッサ８０３上で実行されたプログラム命令に基づいて他のネットワーク管理を行う。加えて、ノードおよびＡＰのネットワークへの加入の一部として、ネットワークマネージャ１０７は、ノード１０３およびＡＰ１０５から識別情報を受信することができ、識別情報に基づいてノードおよびＡＰを認証することができる。いくつかの例では、認証は、認証サーバと協力して、認証サーバに識別情報を伝送し、サーバから認証確認または認証拒否を取得することによって行われる。他の例では、認証は、ネットワークマネージャ１０７によって識別情報に基づいてローカルに行われる。さらに、ネットワークの動作中、ネットワークマネージャは、パケットを、無線メッシュネットワーク１０１を通じて伝送する前に暗号化することができ、および／または無線メッシュネットワーク１０１を通して受信されたパケットを、ホストアプリケーション１０９および／または外部ネットワーク１１１に中継する前に復号化することができる。
【００９０】
前述の説明によれば、無線ネットワークデバイス（例えば、新規のノード１０３またはＡＰ１０５）が起動（または再起動）すると、該デバイスは、ネットワーク広告を聞き取る。ネットワーク広告の聞き取りが既定のトポロジ実施で使用される１つ以上のパラメータ値を含む場合、該デバイスは、ネットワークトポロジおよび通信スケジュールを確立するためにハンドシェイクパケットのセットを待機する代わりに、通信スケジュールをすぐに算出することができる。加入デバイスは、そのノードＩＤを知っている場合、正規のネットワーク通信スケジュールを使用してすぐにネットワーク動作（例えば、パケットの伝送）を始めることができる。さもなければ、加入デバイスは、ノードＩＤを含むネットワーク加入応答を受信するまで待機し、ネットワーク通信スケジュールにおいてノードＩＤに割り当てられた通信チャネル・タイムスロット対の中でパケットの伝送を開始し得る。
【００９１】
本明細書で述べられた例示的なＷＢＭＳ使用のケースでは、すべてのノード１０３が、図１Ｂの両方のＡＰ１０５に接続され、すべてのノード１０３が同じ帯域幅要件を有する。さらに一般的なケースでは、リンクトポロジは、それらのデータパブリッシング要件を満たすように、異なる接続性を提供するために確立され、異なるノード１０３に異なる数の伝送リンクを設け得る。この情報が既知のアプリオリであるという前提で、ＷＢＭＳスケジュールと同様の適切なネットワーク通信スケジュールは、ネットワーク内のすべてのノード１０３およびＡＰ１０５の中に作成され記憶することができる。例えば、図１Ｂの両方のアクセスポイント１０５、ＡＰ１およびＡＰ２に直接伝送する第１のノード「ａ」の代わりに、第１のノードは、５個のリンクを有する第２のノード「ｂ」および５個のリンクを有する第３のノード「ｃ」の代わりに伝送してもよく、第２および第３のノードの両方が、２０個のリンクを有する両方のＡＰに連続して伝送してもよい。これらのケースのいずれかにおいて、ノード１０３およびＡＰ１０５の接続性は、ネットワークは、好ましくは先に周知である。実際のところ、そのような例では、第１のノードが、第２および第３のノードの範囲外である場合、無線メッシュネットワーク１０１’を通じて加入するかまたは通信することが可能ではない場合がある。
【００９２】
デバイス（例えば、ノード１０３およびＡＰ１０５）が、可能ではあるが配備までわからないいくつかの接続性パターンを支持することになる場合、各パターンに対して１つのアルゴリズムが、すべてのデバイス上で各パターンに対して予めプログラムすることができる。ランタイム時、マネージャ１０７は、いずれのアルゴリズム指数を広告するかを告げることができる。同様に、異なるアルゴリズム指数を、ネットワーク内のすべてのノードに異なる量の均一な帯域幅を割り当てるために使用することができる。
【００９３】
１つのＷＢＭＳの例では、ランダムシードを使用して、チャネルオフセットをランダム化することができるが、タイムスロットはランダム化しない。概して、アルゴリズムは、ランダムシードを使用して、チャネルオフセットに加えて、またはその代わりにタイムスロット割り当てをランダム化することができる。
【００９４】
前述では、例示を目的として特定のＷＢＭＳの例に焦点を当てたが、本明細書で説明された概念は、より一般的には、ネットワークマネージャによって伝送され、加入デバイスによって受信されるネットワーク広告タイプに基づいて、規則的なデバイス動作と高速加入／既定のトポロジ動作との間で切り替えるようなさらなる例で使用することができる。加えてまたは代替的に、新規のスケジュールを作成するためのアルゴリズムは、ｏｖｅｒ−ｔｈｅ−ａｉｒ−ｐｒｏｖｉｓｉｏｎｉｎｇ（ＯＴＡＰ）プロセスを通してネットワーク内のデバイスに伝送することができる。デバイスは、その後の高速加入動作で使用するために、ＯＴＡＰプロセスを通して受信された新規のスケジューリングアルゴリズムを受信および記憶し得る。そのようなプロセスを使用して、ネットワーク全体を、その後の時点で、例えば測定された干渉を克服するために、異なる確定的スケジュールに切り替えることができる。マルチホップネットワークに対しては、ノードは、ネットワークマネージャまでずっと行く代わりに、それらを通して加入する子ノードにアルゴリズム的スケジュールを割り当てることができる。
【００９５】
より小さなネットワークに対しては、ネットワーク広告は、各ノードのＭＡＣアドレスのノードＩＤへのマッピングを包含し得、そのため、そのスケジュールをすぐに知ることができ、ここで、ＭＡＣアドレスは、８バイト／ノードであるが、このことは、限られたメモリを有するデバイス上に組み込むために圧縮の使用を必要とする場合がある。
【００９６】
上記で詳述したシステムおよび方法は、周知の接続性による、ネットワーク内のノードの高速な加入を可能にする。該手法は、確定的なスケジュールのセット内でネットワーク通信スケジュールをランダム化するためのネットワーク広告構造を活用する。加えて、ネットワークへのノードの加入は、１つのダウンストリーム（マネージャ対ノード）パケットを使用して行うことができ、それによって、特定のマネージャとノードとの間でハンドシェイクパケットを加入させるための専用のコンジットを提供するために以前使用されていたダウンストリームトランスポートセッションを使用することなく、加入を行うことができる。ダウンストリームトランスポートセッションを要しないため、加入のために複数の独立したマネージャを使用し、それによって冗長性を提供して、帯域幅制限を低減させることができる。
【００９７】
特に断らない限り、すべての測定値、値、定格、位置、規模、サイズ、および以下に続く請求項におけるものを含む本明細書で述べられた他の仕様は、概算であり、正確ではない。これらは、それらが関連し、それらが属する当該技術分野において慣例である機能と整合性がある適度な範囲を有することが意図される。
【００９８】
保護範囲は、ここで以下に続く請求項によってのみ限定される。この範囲は、本明細書および後に続く審査経過に鑑みて解釈された場合、請求項で使用される言語の通常の意味と整合性があり、かつすべての構造的かつ機能的な均等物を包含する程度に広範であることが意図され、またそう解釈されるべきである。それにもかかわらず、請求項のいずれもが、米国特許法第１０１条、１０２条、または１０３条の要件を満たすことができない主題を含むことは意図されておらず、そのように解釈されるべきでもない。そのような主題のあらゆる意図されない包含は、ここに否定される。
【００９９】
すぐ上で述べたことを除き、述べられるかまたは例示されてきたいずれもが、請求項に列記されているか否かにかかわらず、あらゆる構成要素、ステップ、特徴、対象、利益、利点、または均等物の一般への貢献を生じさせることが意図されておらず、またはそのように解釈されるべきでもない。
【０１００】
本明細書で使用される用語および表現は、さもなければ特定の意味が本明細書で述べられている場合を除き、それらの対応するそれぞれの調査および研究領域に関するそのような用語および表現に与えられるような通常の意味を有することが理解されよう。関連を表す用語、例えば第１および第２等は、エンティティまたは行動間のあらゆる実際のそのような関係または順序を必ずしも必要とすることなく、または含意することなく、単に１つのエンティティまたは行動を別のものと区別するために使用され得る。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語、またはそのあらゆる他の変形は、それによって、要素のリストを含むプロセス、方法、物、または機器が、それらの要素を含むのみならず、明確にリストアップされていないかまたはそのようなプロセス、方法、物、または機器に固有ではない他の要素を含み得る非排他的な含有を網羅することが意図される。「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」に続く要素は、さらなる制約なしに、該要素を含むプロセス、方法、物、または機器における付加的な同一の要素の存在を排除しない。
【０１０１】
本開示の要約は、読み手が技術的開示の本質をすぐに確認することを可能にするために提供される。請求項の範囲または意味を解釈または限定するためには使用されないという理解で提示される。加えて、前述の詳細な説明では、本開示を合理化する目的のために、さまざまな特徴がさまざまな実施形態において、ともにグループ化されていることを見て取ることができる。開示された本方法は、特許請求された実施形態が、各請求項で明確に列記されたものよりも多くの特徴を必要とする意図を反映するものとしては解釈されない。むしろ、以下に続く請求項が反映する場合、発明の主題は、１つの開示された実施形態のすべての特徴を下回ることにある。このように、以下に続く請求項は、ここにおいて詳細な説明に組み入れられ、各請求項はそれ自体が別個に特許請求された主題として主張される。
【０１０２】
上記では、最良の形態および／または他の例と考えられるものが説明されてきたが、それらに対してさまざまな変更がなされてもよく、本明細書に開示された主題がさまざまな形態および例で実施されてもよく、該教示が数々の用途に適用されてもよいことが理解され、そのうちのいくつかのみが本明細書で説明されている。以下の請求項によって、本教示の本来の範囲に含まれるいずれかまたはすべての適用、変更および変形を主張することが意図される。
【符号の説明】
【０１０３】
１００  無線メッシュネットワークシステム
１０１  無線メッシュネットワーク
１０３  無線ノード
１０５  アクセスポイント（ＡＰ）
１０７  無線ネットワークマネージャ
１０９  ホストアプリケーション
１１１  通信ネットワーク
６０１  トランシーバ
６０３  プロセッサ
６０５  メモリ
６０９  センサ
７０１  メッシュネットワークトランシーバ
７０３  通信インターフェース
７０５  プロセッサ
７０７  メモリ
８０１  通信インターフェース
８０３プロセッサ
８０５  メモリ
【図１Ａ】
2020005267.tif 000003
【図１Ｂ】
2020005267.tif 000004
【図２Ａ】
2020005267.tif 000005
【図２Ｂ】
2020005267.tif 000006
【図３】
2020005267.tif 000007
【図４】
2020005267.tif 000008
【図５】
2020005267.tif 000009
【図６】
2020005267.tif 000010
【図７】
2020005267.tif 000011
【図８】
2020005267.tif 000012
【外国語明細書】
2020005267000001.pdf