(57)【要約】【課題】WirelessHARTネットワークにおいては既に、無線ネットワークの意義深い構造を提供するメカニズムが公知であり、ここではこのためにいわゆるヘルスレポートが用いられ、このヘルスレポートが個々のノードから中央のマスターへと送信される。本発明の課題は、このようなネットワークの効率を改善することである。【解決手段】これまでは収集されたノードの状態自体に関係するデータに基づいてネットワーク内の接続品質を帰納推理することはできなかったので、本発明の枠内ではさらに、接続品質を特徴付けるネットワークのパラメータを、状態データとして個々のノードに収集する。このパラメータが中央のマスターによって評価され、該マスターはここからネットワークの効率最適化のための手段を導出して自動的に実行に移す。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線ネットワークにおけるネットワーク構造を最適化するための方法であって、
マスター（Ｍ）は、接続された各スレーブノード（１〜９）に、少なくとも１つのタイムスロット（Ｓ１〜Ｓ８）および少なくとも１つの通信用周波数チャネル（Ｆ１〜Ｆ５）を割り当て、スレーブノード（１〜９）に対し、該スレーブノードのタイムスロット（Ｓ１〜Ｓ８）内で該スレーブノードに割り当てられた周波数チャネル（Ｆ１〜Ｆ５）にて少なくとも１つのデータパケットを送信するように呼びかけ、
該データパケットは、規則的に、または、マスター（Ｍ）が明確に要請した場合に、前記スレーブノード（１〜９）の側で検出された状態データを備える状態データセットを含む
形式の方法において、
前記状態データは、前記スレーブノード（１〜９）の側で検出された無線接続品質を特徴付けるパラメータを含み、
前記マスター（Ｍ）は、前記状態データを評価し、それにしたがって無線ネットワークの効率最適化のための手段を自動的に開始する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記マスター（Ｍ）には、１つのタイムスロット（Ｓ１〜Ｓ８）内にて複数の周波数チャネル（Ｆ１〜Ｆ５）が同時に提供され、
前記マスター（Ｍ）は、通信のために、１つの周波数チャネルを少なくとも１つのタイムスロット（Ｓ１〜Ｓ８）内において遮断する、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記状態データセット内に、周波数チャネル（Ｆ１〜Ｆ５）に発生するチェックサムエラーに対するエラーカウンタ値が含まれており、
前記マスター（Ｍ）は、周波数チャネル（Ｆ１〜Ｆ５）を、該周波数チャネル（Ｆ１〜Ｆ５）に対する前記エラーカウンタ値がエラー閾値を上回るとすぐに遮断する、
ことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
無線ネットワーク内にて互いに通信する２つのノード（１〜９，Ｍ）は、データパケットの受信を確認メッセージによって証明し、
前記状態データセットは、待ち受けられながらも受信されなかった確認メッセージに対するカウンタ値を含み、
前記マスター（Ｍ）は、周波数チャネル（Ｆ１〜Ｆ５）を、該周波数チャネル（Ｆ１〜Ｆ５）に対する前記カウンタ値がカウンタ閾値を上回るとすぐに遮断する、
ことを特徴とする請求項２または３記載の方法。
【請求項５】
周波数チャネル（Ｆ１〜Ｆ５）が外部のネットワークによって使用されていることが確認されると、スレーブノード（１〜９）によって前記状態データセット内にフラグがセットされ、
その後マスター（Ｍ）が前記周波数チャネル（Ｆ１〜Ｆ５）を遮断する、
ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項記載の方法。
【請求項６】
周波数チャネル（Ｆ１〜Ｆ５）のための前記フラグは、前記スレーブノード（１〜９）において確認された前記周波数チャネルにおけるエネルギーレベルがエネルギー閾値を上回るとセットされる、
ことを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
周波数チャネル（Ｆ１〜Ｆ５）のための前記フラグは、少なくとも１つのデータパケットが受信されるとセットされ、
該データパケットは、外部の無線ネットワークに由来するか、または、外部の無線ネットワークに向けて予定されている、
ことを特徴とする請求項５または６記載の方法。
【請求項８】
マスター（Ｍ）とスレーブノード（１〜９）との間の通信は、少なくとも１つのブリッジノード（２，３，４，５）の介在接続によって行われ、
この際前記マスターは、スレーブノード（１〜９）とブリッジノード（２，３，４，５）との接続を解消し、有利にはその後に新しい通信経路を計画する、
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の方法。
【請求項９】
スレーブノード（１〜９）は、新規開始時、または、ブリッジノード（２，３，４，５）との接続喪失時に、ログインノード（１〜９，Ｍ）の側で送信されたログイン要請（Ａ）を受信して、到達距離内に存在するログインノードとの接続を開始するために、前記ログインノードのログイン要請（Ａ）に応答するか、または、マスター（Ｍ）の側から別の通信経路に組み入れられる、
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載の方法。
【請求項１０】
状態データセットは、失敗した接続試行に対するカウンタ値、および／または、接続開始のための繰り返し試行に対するカウンタ値を含み、
前記マスター（Ｍ）は、前記カウンタ値の一つが閾値を上回る場合には、スレーブノード（１〜９）と該スレーブノードに先行するノード（２，３，４，５，Ｍ）との接続を解消し、場合によっては前記スレーブノード（１〜９）への新しい通信経路を計画する、
ことを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
マスター（Ｍ）とスレーブノード（１〜９）との間の通信は、少なくとも１つのブリッジノード（２，３，４，５）を含む経路を介して行われ、
前記状態データセットは、前記経路にて後続するノード（１〜９，Ｍ）との通信のために受信信号強度（ＲＳＳＩ）を含み、
マスター（Ｍ）は、前記経路における少なくとも１つのノード（１〜９，Ｍ）の受信信号強度（ＲＳＳＩ）が受信信号強度閾値を下回る場合に、スレーブノード（１〜９）と該スレーブノードに先行するノード（２，３，４，５）との接続を解消し、場合によっては、スレーブノード（１〜９）への新しい通信経路を計画する、
ことを特徴とする請求項９または１０記載の方法。
【請求項１２】
前記状態データセットは、スレーブノード（１〜９）におけるシステム時間と、マスター（Ｍ）への通信経路にて先行するブリッジノード（２，３，４，５）におけるシステム時間との間の最大時間差を含み、
前記マスター（Ｍ）は、前記最大時間差が時間閾値を上回る場合に、スレーブノード（１〜９）の当該接続を解消し、有利にはこれと同時に別のログインノード（２，３，４，５，Ｍ）を準備し、
ただし前記スレーブノード（１〜９）のシステム時間は、この別のログインノード（２，３，４，５，Ｍ）からの偏差がより小さい、
ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項記載の方法。
【請求項１３】
前記状態データセットは、スレーブノード（１〜９）におけるシステム時間と、マスター（Ｍ）への通信経路にて先行するブリッジノード（２，３，４，５）におけるシステム時間との間の平均時間差を含み、
前記マスター（Ｍ）は、前記スレーブノード（１〜９）、および、マスター（Ｍ）への通信経路にて先行する前記ブリッジノード（２，３，４，５）に対して、付加的な同期化メッセージを相互交換するよう予め設定する、
ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項記載の方法。
【請求項１４】
前記状態データセットは、マスター（Ｍ）とスレーブノード（１〜９）との間における接続の最大待ち時間または平均待ち時間を含み、
前記マスター（Ｍ）は、前記最大待ち時間または平均待ち時間が待ち時間閾値を上回る場合に、前記スレーブノード（１〜９）の接続を解消し、場合によっては、別のブリッジノードを介した前記スレーブノード（１〜９）への接続経路を計画する、
ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項記載の方法。
【請求項１５】
前記状態データセットは、ＣＰＵ、送信装置、および／または受信装置の中断されていないランタイムを含み、
前記マスター（Ｍ）は、前記中断されていないランタイムがランタイム閾値を上回る場合に、該当するスレーブノード（１〜９）の問い合わせの頻度を低減させる、
ことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項記載の方法。
【請求項１６】
前記状態データセットは、接続を受け入れる用意があるログインノードの数に対するカウンタ値、および／または、受信されたログイン要請（Ａ）の数に対するカウンタ値を含み、
前記マスター（Ｍ）は、前記カウンタ値が閾値を上回らない場合に、付加的なノード（１〜９）にさらなるログイン要請（Ａ）を送信するよう指示する、
ことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項記載の方法。
【請求項１７】
前記無線ネットワークは、WirelessHARTネットワークである、
ことを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ネットワークにおけるネットワーク構造を最適化するための方法に関し、ここではマスターが、それぞれ接続されたスレーブノードに対して、少なくとも１つのタイムスロットと少なくとも１つの通信用周波数チャネルとを割り当て、スレーブノードに対して、該スレーブノードのタイムスロット内で該スレーブノードに割り当てられた周波数チャネルにてデータパケットを送信するように周期的に呼びかけ、該データパケットは規則的に、または、マスターの明確な要請があった場合に、スレーブノードの側で検出された状態データを備える状態データセットを含む。
【背景技術】
【０００２】
このような方法は、既にＵＳ７４２０９８０Ｂ１から公知である。当該特許文献は、実質的に公知のWirelessHARTシステムに相当する方法を開示請求するものであり、ここではネットワーク内の通信秩序を構築するために、ネットワークの個々のノードの状態情報が考慮される。
【０００３】
いわゆるWirelessHARTプロトコルは、まず通信制御方法を実行する中央のマスターを設け、この方法においてはマスターが送信要請を個々のノードに送信し、これらのノードがこれに応答する。したがってマスターは、それぞれのネットワークにおける通信経過を完全にコントロールしている。このために使用される通信方式は周期的に実行されるスーパーフレームからなり、該スーパーフレーム内には複数のタイムスロットが設けられており、これらの各タイムスロットにつきそれぞれ複数の周波数チャネルを選択することができる。このようにして複数の通信ステップを種々異なる周波数チャネルに分配することによって、複数の通信ステップを１つのタイムスロット内にて実行することが可能となる。
【０００４】
このように中央で制御される形式の通信システムの欠点は、相対的に非自律的に行動するノードが、通信経過に影響を与える手段を非常に制限的にしか有さないことである。個々のノードは、既にネットワークにログインしているノードのログイン要請（Anmeldeaufforderung）に耳を傾け、このログイン要請に反応し、このようにしてネットワークのマスターにログインすることによって、自動的にネットワークに加わることができる。しかしながらノードは、自身に割り当てられたタイムスロットまたは周波数チャネルに対していかなる影響も与えない。これによって接続障害の際には、最悪の場合、このような接続は失われることになる。しかしながら接続を維持できる場合にも、接続品質の低下により、送信されたメッセージを頻繁に繰り返さなければならなくなる。しかしながらこれも望まれるものではない。各ノードの送信許可を所定のタイムスロットのみに割り振ることにより、他のタイムスロットの期間中の送信および受信準備をエネルギー節約のために省略することができ、これにより各ノードを特にエネルギー効率良く使用することが可能となる。しかしながら、同じメッセージを頻繁に繰り返すことは、ノードにとって非常に非効率的である。なぜならこのようにすると不要なエネルギーが消費されてしまうからである。したがってメンテナンスなしの寿命は、不適当な環境では理想的な前提条件下よりも格段に短くなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＵＳ７４２０９８０Ｂ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって本発明の課題は、個々のノードが、該ノードとマスターとの間の接続品質に影響を与えることができる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、
無線ネットワークにおけるネットワーク構造を最適化するための方法であって、
マスター（Ｍ）は、接続された各スレーブノード（１〜９）に、少なくとも１つのタイムスロット（Ｓ１〜Ｓ８）および少なくとも１つの通信用周波数チャネル（Ｆ１〜Ｆ５）を割り当て、スレーブノード（１〜９）に対し、該スレーブノードのタイムスロット（Ｓ１〜Ｓ８）内で該スレーブノードに割り当てられた周波数チャネル（Ｆ１〜Ｆ５）にて少なくとも１つのデータパケットを送信するように呼びかけ、
該データパケットは、規則的に、または、マスター（Ｍ）が明確に要請した場合に、前記スレーブノード（１〜９）の側で検出された状態データを備える状態データセットを含む形式の方法において、
前記状態データは、前記スレーブノード（１〜９）の側で検出された無線接続品質を特徴付けるパラメータを含み、
前記マスター（Ｍ）は、前記状態データを評価し、それにしたがって無線ネットワークの効率最適化のための手段を自動的に開始する、
ことを特徴とする方法によって解決される。この方法の別の有利な実施形態は、従属請求項から得ることができる。
【０００８】
WirelessHART技術においては、いわゆる個々のノードのヘルスレポート（Health-Reports）をマスターに伝送することが既に公知である。ヘルスレポート内で個々のノードの機能に関する数多くのパラメータがマスターに伝送され、マスターは、ノードの機能を帰納的に推測することができる。しかしここからは構造的手段を限定的にしか推理することができず、このことはとりわけネットワーク内の接続品質を阻害し得るので、本発明においては、ノードの側でネットワーク内の無線接続品質を特徴付ける付加的な状態データを収集してマスターに伝送し、ネットワークにおける通信用中央制御ユニットとしてのマスターが、この状態データに対して適当なやり方で反応することができるようにした。当該状態データを受信したマスターは、この状態データを評価し、これに基づいて自動的に、自身の可能性の枠内で無線ネットワークの効率を最適化するための適当な手段を開始する。このために本発明においては、マスターに、個々の手段についての決定を数量化可能にする一連の規則および閾値が予め設定されている。
【０００９】
本発明によれば、マスターはこの規則および閾値に基づいて、個々のノード間における通信のためのフレーム条件を検査および改善することが可能となる。エネルギー消費、反応速度、および無線ネットワークの使用可能性はこれによって改善される。
【００１０】
これに関して詳細には、状態データの評価、適当な手段の開始、ならびに、スーパーフレームへの個々のノードの割り当て、すなわち個々のノードへのタイムスロットおよび通信用周波数チャネルの割り振りは、いわゆるネットワークマネージャによって実施されるということに注意されたい。これは、通常はマスターの領域で動作するが、マスターから離れても進行することができるソフトウェアである。本願の枠内では、概観のために"マスター"という概念は、中央の通信ノードと同様にネットワークマネージャも意味している。しかしながらこのネットワークマネージャを、ソフトウェア技術的および／または物理的に、中央の通信ノードとは別個のものとすることもできる。
【００１１】
具体的には、本発明の枠内においてマスターは、通信時点および周波数チャネルをスーパーフレームに割り当てる際に、ここでは個々の周波数チャネルを少なくとも個々の通信用タイムスロット内において遮断することができる。このことは、ノードに所定の周波数チャネルにおいてチェックサムエラーが非常に多く発生する場合、すなわち各周波数チャネルに障害が存在するという前提から出発すべき場合に必要となり得る。具体的には、個々のノードにおいて当該チェックサムエラーがカウントされ、その後マスターは、ノードの状態データ内の相応のエラー数がエラー閾値を上回る場合に、該当する周波数チャネルを遮断する。
【００１２】
無線ネットワーク内の任意の２つのノードの通信の枠内では大抵、送信ノードが受信ノードから逆方向にデータ受信の確認を受け取ることが必要である。送信された各パケットにつき、送信ノードは予め設定された時間間隔内にそれぞれ１つのこのような確認メッセージを待ち受ける。当該確認メッセージをこの時間間隔内に受信しなかった場合には、送信ノードは、送信したデータが受信者に届かなかったと想定し、したがってこのデータを改めて送信する。待ち受けられながらも到着しなかったこの確認メッセージは別個のカウンタにて合計され、これが相応のカウンタ閾値を上回ると、同様に、該当する周波数チャネルの遮断がトリガされる。
【００１３】
周波数チャネルを遮断するための別の理由は、該周波数チャネルが他の無線ネットワークによって使用されることである。すなわち、無線ネットワークのノードが、外部の無線ネットワークのノードに由来するメッセージないし外部のノードに向けられたメッセージを受信するとすぐに、この外部のメッセージを受信したノードは、状態データセットのフレーム内にフラグをセットし、該フラグは、周波数チャネルが占有されていることをマスターに示す。マスターはこのようにセットされたフラグに対しても周波数チャネルの遮断を以て反応し、２つのネットワークの通信の重複をトリガする必要はなくなる。この場合には、必須ではないが、この外部のネットワークが他のWirelessHARTネットワークであるか、または別のプロトコルを実現するネットワークであるかを識別することができる。これら２つのケースのうち最初のケースにおいては、ノードはメッセージをエラー無しに受信し、このメッセージが外部のネットワークとの通信において生じたことを確認するだけである。第２のケースでは、ノードは、当該周波数チャネルにおいて上昇したエネルギーレベルを確認し、このエネルギーレベルが相応のエネルギー閾値を上回る場合にフラグをセットする。このような上昇したエネルギーレベルは、当該チャネルにおいて従来のような性質を持つ通信を推測させる。しかしながらこのような通信は、自身の無線ネットワークの枠内でスーパーフレーム内の割り振りに基づいて実施されないだろう。
【００１４】
通常、無線ネットワークは、マスターとの直接的なコンタクトにおいてのみならず、複数のブリッジノードを介したメッセージの転送によっても機能する。このようにして、マスターから本来のスレーブノードへの進行が行われ、ここでは、使用されたブリッジノードが、さらに遠隔に位置するノードとの通信の枠内で、送信ウィンドウ（Sendefenster）においてさらに後方に位置するノードのメッセージを転送する。ブリッジノードを介してマスターと接続されているスレーブノードが、ブリッジノードとの接続を失った場合、または、新しくネットワークに入る場合には、マスターはこのノードに新しい通信経路を割り当てる。このためにスレーブノードは、接続する用意のあるノードの側のログイン要請を待ち、これを受信した後、スレーブノードはこのログイン要請に応答し、このようにしてこのブリッジノードとの接続を開始する。スレーブノードとブリッジノードとの接続が失われるとすぐに、スレーブノードは自動的にネットワークとの新しい接続を形成するよう試みる。しかしマスターが択一的経路についての情報を有している場合には、マスターはスレーブノードに、別のブリッジノードによる新しい通信経路を割り当てる。
【００１５】
外部通信、またはメッセージの重複、およびこれに付随するチェックサムエラーが原因ではないエラーが発生した場合には、択一的手段として別の通信ルートを選択するよう指示することもできる。これはとりわけ、いわゆる受信信号強度、略してＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indication）が、これに関して設定された値を下回る場合である。通信接続内で受信信号強度が弱くなりすぎると、この通信接続を、場合によっては通信経路の計画変更によって補填することができる。すなわち、ノードがこのような障害を知らせる場合には、マスターは当該ノードを自身の接続から解消して別の通信経路を計画し、この通信経路を介してマスターは当該スレーブノードと通信する。
【００１６】
同様にしてマスターは、ブリッジノードとスレーブノードとの間のシステム時間の差がこれに関して予め設定された時間閾値を上回っていることが確認できる場合にも、時間窓の超過を意味し得るこの接続を解消し、新しく計画する。
【００１７】
この場合理想的には、考えられる第２のブリッジノードが存在するべきであり、この第２のブリッジノードを介してスレーブノードはデータトラフィックを迂回させることができ、このシステム時間とスレーブノードの時間との偏差はより小さくなる。
【００１８】
これに対して単にシステム時間の平均偏差が閾値を上回る場合には、マスターはこのために択一的に、付加的な同期化メッセージをこれら２つのノードの間で交換することができ、より良好な同期化が達成される。
【００１９】
ネットワーク内における別の重要な基準は待ち時間（Latenzzeit）であり、したがってマスターとスレーブノードとの接続の待ち時間を測定すると有利である。設定された最大待ち時間を上回る場合には、マスターは、スレーブノードの接続を再び解消して択一的な通信経路を計画し、このようにしてスレーブノードは、待ち時間閾値を上回ることなく他のブリッジノードを介してマスターと通信することが可能となる。
【００２０】
無線ノードは通常、バッテリー駆動式の自律的なノードであり、このノードの駆動期間は、実質的に該ノードのエネルギー消費に依存している。したがって、エネルギー消費を範囲内に保つことが非常に重要である。したがって状態データセット内に、ノード内の最大エネルギー消費者であるノードのＣＰＵならびに送信および／または受信装置の、中断されていないランタイムのための、カウンタ変数を設けるべきである。これらのコンポーネントの中断されていないランタイムが限界値を上回るとすぐに、マスターは当該ノードのための休止時間を計画し、当該ノードにおいて規則的な問い合わせの繰り返しを滅多に行わないことによって、より大きなエネルギー節約の達成が保証される。とりわけCPUないし送信および／または受信装置の負荷は、大きなデータ量を管理すべき場合、または、頻繁な繰り返しが当該ノードの通信内で滞っている場合に一層大きくなり得る。
【００２１】
新規ノードのログイン、または、マスターによって接続が解除されたノードの新規ログインを容易にするために、できるだけ多くのノードが規則的にログイン要請をブロードキャストし、これらのノードにログインする可能性を新規ノードに与えるべきである。その限りにおいて、新しくログインされる各ノードは状態データに変数を設け、この変数には、何個のログイン要請が自身のログインと関連して受信されたのか、および場合によっては、ログインを実施することが可能なログインノードが何個あったかが入力される。これらの数がそれぞれ閾値を上回らない限り、マスターは、ネットワーク内におけるログイン状況を改善するためにさらなるスレーブノードの付加的なログイン要請を計画する。
【００２２】
同様にしてマスターは、状態データセット内にもたらされた、失敗した接続試行ないし接続開始のための繰り返し試行に対するカウンタ値に基づいて、目下送信されたログイン要請の数が要請に充分か否かを決定することができる。失敗した接続試行ないし繰り返し試行に対するカウンタ値が、これに関して予め設定された閾値を上回る場合、マスターは、近隣のノードに対して付加的なログイン要請を計画し、これによってネットワークにおけるログインまたは再ログインが容易になる。
【００２３】
これまで説明した発明を、以下実施例に基づきさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】マスターと９個のノードを備える無線ネットワークの概略図、ならびに、ネットワーク内の通信を調整するためのスーパーフレームを示す。
【図２】スーパーフレーム内の通信の考えられ得る初期設定を備える図１の無線ネットワークを示す。
【図３】周波数チャネルを遮断した後、ないし、別の周波数チャネルに交換した後の、図２の無線ネットワークを示す。
【図４】マスターの別の手段を有する図３の無線ネットワークを示す。
【実施例】
【００２５】
図１は、マスターＭと一連のスレーブノード１〜９からなる無線ネットワークを図示しており、これらのスレーブノードは、一部はブリッジノード２，３，４，５として、また一部は末端ノード１，６，７，８，９として配置されている。これらの違いは、ただ単にネットワークにおける現在地のみに関連しており、末端ノードとブリッジノードはその他の点については全く同じである。ノード１〜５はマスターＭと直接的に接続されている。同じく図１は、複数のタイムスロットＳ１〜Ｓ８を示すスーパーフレームも図示しており、これらのタイムスロットは一連の周波数チャネルＦ１〜Ｆ５において使用することができる。ネットワーク内においてマスターＭは、スレーブノード１〜９に対して、各通信ステップにつきそれぞれ１つのタイムスロットＳ１〜Ｓ８と１つの周波数チャネルＦ１〜Ｆ５を割り当てる。タイムスロットＳ１〜Ｓ８内にてスレーブノード１〜９は、互いにまたはマスターＭと通信するか、または、ネットワークにおける別のノードにログインするためにログイン要請（Anmeldeaufforderung）Ａをブロードキャストすることができる。
【００２６】
ノード１〜９とマスターＭとの間で行われる通信の枠内にて、それぞれ１つの状態データセットがマスターＭに伝送され、マスターＭはこの状態データセットから各ノードについて無線ネットワークに関係する一連のパラメータを取り出すことができる。マスターＭはこれらのパラメータに基づいて、ネットワークの効率を最適化するために、ネットワークの構造およびスーパーフレームへのノードの割り当てを制御することができる。
【００２７】
図２は、例示的に埋められたスーパーフレームを備える無線ネットワークを示す。このスーパーフレームにおいては、タイムスロットＳ１〜Ｓ８内に個々のノードのログイン要請が部分的に設けられているが、個々のスレーブノード１〜９とマスターとの通信用の通信経路も入力されている。この実施例では、ノード１は、２つのタイムスロットＳ２およびＳ６内の周波数チャネルＦ１内にてマスターＭと通信している。このノード１は、タイムスロットＳ１およびＳ５においてはログイン要請をブロードキャストしており、このログイン要請に対して、ログインを希望するノードの側が応答することができる。ログイン要請にこのように応答することよって、無線ネットワークのログインプロセスを開始することができる。
【００２８】
別のノード２〜９にも、一部は通信のために、一部はログイン要請を送信するために、周波数チャネルＦ１〜Ｆ５内のタイムスロットＳ１〜Ｓ８が割り当てられている。
【００２９】
図３は、マスターＭの第１手段後における無線ネットワークおよびスーパーフレームを示す。このように、外部のWirelessHARTネットワークに由来するメッセージであって、その限りにおいて外部のマスターにも与えることが予定されていたメッセージが、ノード２に届けられた。ここからスレーブノード２は、ノード２によって使用される周波数チャネルＦ２が外部のWirelessHARTネットワークによって占められていることを推測し、このことを、自身の状態データ伝送の枠内でマスターＭに通知する。そしてマスターは、この周波数チャネルＦ２をネットワーク内の通信のためにブラックリストに入れ、このようにして当該周波数チャネルＦ２へのアクセスを遮断する。このためにマスターは、これまで周波数チャネルＦ２に予定されていた通信イベントを、スーパーフレームの別のフィールドに、具体的には隣接する周波数チャネルＦ３に配置換えする。ブリッジノード５と隣接するノードとの通信の枠内にて確認メッセージが頻繁に欠如し過ぎることに基づき、このブリッジノード５によって行われる全ての通信も、別の周波数チャネルに、具体的にはつまり周波数チャネルＦ４に移動される。このような手段によってマスターＭは、周波数チャネルＦ２における頻繁な繰り返しを阻止する。この頻繁な繰り返しは、外部のネットワークからの情報との予期される衝突によって起こる恐れがあったものである。同じようにしてマスターは、周波数チャネルＦ５における不要な繰り返しも阻止する。この不要な繰り返しは、ノード５における受信品質が悪いせいでノード５が自身のメッセージを何度も繰り返す必要があるから起こり得たものである。
【００３０】
図４は、ネットワーク内のマスターの別の手段を示しており、この手段は、ネットワークの最適化に寄与すべきである。このようにして最初に、ノード９が非常に困難にしかログインノード２と連絡できなかったことが確認できた。ここからマスターＭは、スレーブノード９とログインノード２との間の連絡が最適ではない可能性があることを推論し、これら２つのノード２および９の間の連絡を解消し、この通信経路を別のものと交換する。このためにノード９の近くにあるノード８が適当であり、したがってマスターＭはこのノード８を、スレーブノード９のための新しいブリッジノードとして選択し、計画に入れる。したがってノード９はノード８と連絡を結び、このノード８と別のブリッジノード３とを介してマスターＭと接続されることとなる。さらに、ネットワークとの新しい接続のためにほんの僅かなノードしか使用できないことが明らかになると、マスターＭは別のノードにログイン要請を送信するよう依頼し、これらを相応のタイムスロットＳ１〜Ｓ８に組み入れる。
【００３１】
このように、無線ネットワーク内のネットワーク構造を最適化するための方法を説明してきた。この方法によれば、ネットワークのマスターは、個々のノードの接続品質に互いに関連したノード情報に基づいて、ネットワーク内の効率を改善させるための手段を講じることができる。このことは、ネットワーク接続を特徴付けるパラメータを備えた状態データセットをマスターＭに伝送することによって実現され、これらのパラメータに対してマスターは、明確な規則によって予め設定された適当な手段の実施によって反応することができる。
【符号の説明】
【００３２】
Ａ  ログイン要請
Ｆ１〜Ｆ５  周波数チャネル
Ｍ  マスター
Ｓ１〜Ｓ８  タイムスロット
１〜９  スレーブノード
１〜９，Ｍ  ログインノード
２，３，４，５  ブリッジノード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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