(57)【要約】メッシュ型ワイヤレス・センサ・ネットワークにおける通信方法および装置を提供する。１つ以上のルータ（２）が、ランダム化した時点および／またはランダム化した周波数において、センサ・デバイスと関連する１つ以上のスター・ノード（１）との通信に使用可能にすることができる。接続性評価を数個の異なる周波数および／または時点において実行することができ、ネットワーク内のデバイス間の通信の品質を評価するために実行することができる。システム冗長性を設けるために、デバイス間に主および副通信関係を形成することができる。ホスト・コンピュータ（４）上において、１つ以上のプロキシを維持することができ、各プロキシは、ネットワークにおける１つ以上のデバイスのステータスを含むことができる。プロキシは、情報要求および／またはステータス変更要求を処理するために用いることができ、例えば、ネットワーク内におけるデバイス間の通信関係を変更することをプロキシに要求することができ、対応するデバイスに変更を行わせるためのコマンド信号を発生することができる。
2007535203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレス・センサ・ネットワークであって、
ワイヤレス信号を送信および受信するために構成および配置された複数のスター・ノードであって、少なくとも１つが、少なくとも１つの対応するセンサ・デバイスと関連付けられており、該対応するセンサ・デバイスからの情報を含むワイヤレス信号を送信するように構成および配置されている、スター・ノードと、
各々少なくとも１つのスター・ノードとの通信のためにワイヤレス信号を送信および受信するように構成および配置され、更に前記ワイヤレス・センサ・ネットワーク内にある少なくとも１つの他のデバイスと通信するためにワイヤレス信号を送信および受信するように構成よび配置されている、複数のルータと、
を備えており、
前記複数のスター・ノードは、複数の周波数を用いて、少なくとも１つのルータと通信し、複数のルータは、各々、ランダム化した時点またはランダム化した周波数の少なくとも一方において開始する期間の間少なくとも１つのスター・ノードと通信するために使用可能である、ワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項２】
請求項１記載のネットワークにおいて、前記複数のルータの各々は、スケジュールに基づいて通信に使用可能であり、各ルータのスケジュールは、他のルータのスケジュールとは独立している、ネットワーク。
【請求項３】
請求項２記載のネットワークにおいて、各スケジュールは、ランダム化した時点およびランダム化した周波数を規定し、これらに応じて前記対応するルータが通信に使用可能となる、ネットワーク。
【請求項４】
請求項１記載のネットワークにおいて、前記複数のルータの各々は、スケジュールに基づいて通信に使用可能であり、ルータ毎のスケジュールは、他のルータのスケジュールと同一である、ネットワーク。
【請求項５】
請求項１記載のネットワークにおいて、前記複数のルータの各々は、ランダム化した時点において開始する期間中通信に使用可能である、ネットワーク。
【請求項６】
請求項１記載のネットワークにおいて、前記複数のルータの各々は、ランダム化した周波数においてある期間通信に使用可能である、ネットワーク。
【請求項７】
請求項１記載のネットワークにおいて、前記ルータの各々は、複数の周波数を用いて、少なくとも１つの他のルータとの通信のために信号を送信および受信する、ネットワーク。
【請求項８】
請求項７記載のネットワークにおいて、前記複数のルータは、各々、ランダム化した時点またはランダム化した周波数の少なくとも一方において開始する期間、少なくとも１つの他のルータとの通信のために使用可能である、ネットワーク。
【請求項９】
請求項１記載のネットワークであって、更に、少なくとも１つのゲートウェイと、ホスト・コンピュータとを備えており、複数のルータが少なくとも１つのゲートウェイを介して前記ホスト・コンピュータと通信する、ネットワーク。
【請求項１０】
請求項９記載のネットワークにおいて、前記ルータの少なくとも１つは、少なくとも１つの他のルータを介して、前記ホスト・コンピュータと通信するネットワーク。
【請求項１１】
請求項１記載のネットワークにおいて、少なくとも１つのスター・ノードが、休止サイクルを有し、ルータが通信に使用可能な期間とほぼ実地する時間において前記ルータと通信するために前記少なくとも１つのスター・ノードが起動するように制御する、ネットワーク。
【請求項１２】
請求項１記載のネットワークにおいて、ランダム化した時点およびランダム化した周波数において開始する時間中、少なくとも１つのルータがスター・ノードとの通信に使用可能である、ネットワーク。
【請求項１３】
請求項１２記載のネットワークにおいて、前記ルータが通信に使用可能な前記ランダム化した時点は、固定間隔にランダム化ディザを加算または減算した値に基づいて判定する、ネットワーク。
【請求項１４】
請求項１記載のネットワークにおいて、各ルータは、該ルータが少なくとも１つのスター・ノードとの通信に使用可能な少なくとも１期間の前に、ビーコンを送信する、ネットワーク。
【請求項１５】
請求項１４記載のネットワークにおいて、前記ビーコンは、ＰＨＹヘッダ、ＭＡＣヘッダ、ネットワーク識別番号、セッション識別子、ルータ識別子、現時点、ネットワーク・パラメータを変更した最後の時刻、ディザを決定するための情報、現在アクティブな通信チャネルを判定するための情報、および格納−および−転送メッセージをキュー内に有するチャイルドのリストの少なくとも１つを含む、ネットワーク。
【請求項１６】
請求項１記載のネットワークにおいて、少なくとも１つのルータは、ネットワーク・トラフィックの両に基づいて、前記ルータが少なくとも１つのスター・ノードとの通信に使用可能な期間の長さを変更する、ネットワーク。
【請求項１７】
請求項１記載のネットワークにおいて、少なくとも１つのルータは、該ルータが少なくとも１つのスター・ノードとの通信に使用可能な多数の期間の間に、低電力休止モードに入る、ネットワーク。
【請求項１８】
請求項１記載のネットワークにおいて、線形コングルエンシャル・ジェネレータまたはテーブル参照の少なくとも１つに基づいて決定した時点において開始する期間の間、少なくとも１つのルータが、少なくとも１つのスター・ノードとの通信に使用可能である、ネットワーク。
【請求項１９】
請求項１記載のネットワークにおいて、少なくとも１つのスター・ノードが、第１周波数上で信号を送ったのち、ＭＡＣレベルの肯定応答を受信し損ねた場合、第２周波数上で前記信号を再送信する、ネットワーク。
【請求項２０】
ワイヤレス・センサ・ネットワークであって、
ワイヤレス信号を送信および受信するために構成および配置された複数のスター・ノードであって、少なくとも１つが、少なくとも１つの対応するセンサ・デバイスと関連付けられており、該対応するセンサ・デバイスからの情報を含むワイヤレス信号を送信するように構成および配置されている、スター・ノードと、
各々少なくとも１つのスター・ノードとの通信のためにワイヤレス信号を送信および受信するように構成および配置され、更に前記ワイヤレス・センサ・ネットワーク内にある少なくとも１つの他のデバイスと通信するためにワイヤレス信号を送信および受信するように構成よび配置されている、複数のルータと、
を備えており、
少なくとも１つのスター・ノードまたは少なくとも１つのルータが、ネットワークにおける当該少なくとも１つのスター・ノードまたは当該少なくとも１つのルータと少なくとも１つの他のデバイスとの間におけるワイヤレス通信の品質の尺度を示す接続性評価を実行し、前記接続性評価を、前記少なくとも１つのスター・ノードまたは少なくとも１つのルータと前記少なくとも１つの他のデバイスとの間の通信関係を判定するために用いる、ネットワーク。
【請求項２１】
請求項２０記載のネットワークにおいて、前記接続性評価に基づいて、前記少なくとも１つのスター・ノードまたは前記少なくとも１つのルータと、当該少なくとも１つのスター・ノードまたは少なくとも１つのルータが、使用可能なデバイスの中で最高品質の通信を有する第１使用可能デバイスとの間に、主ペアレント／チャイルド通信関係を確立する、ネットワーク。
【請求項２２】
請求項２１記載のネットワークにおいて、前記接続性評価に基づいて、前記少なくとも１つのスター・ノードまたは前記少なくとも１つのルータと、当該少なくとも１つのスター・ノードまたは少なくとも１つのルータが、使用可能なデバイスの中で２番目に高い通信品質を有する、第２使用可能デバイスとの間に、副ペアレント／チャイルド関係を確立する、ネットワーク。
【請求項２３】
請求項２０記載のネットワークにおいて、前記接続性評価を多数の周波数において実行する、ネットワーク。
【請求項２４】
請求項２０記載のネットワークにおいて、前記少なくとも１つのスター・ノードまたは少なくとも１つのルータが、前記接続性評価を実行し、前記少なくとも１つのスター・ノードまたは少なくとも１つのルータに送られたワイヤレス信号に基づいて、前記接続性評価の結果を報告する、ネットワーク。
【請求項２５】
請求項２０記載のネットワークにおいて、前記通信関係は、前記少なくとも１つのスター・ノードまたは少なくとも１つのルータと第１デバイスとの間に主ペアレント／チャイルド関係、および前記少なくとも１つのスター・ノードまたは少なくとも１つのルータと第２デバイスとの間に副ペアレント／チャイルド関係を含み、
前記少なくとも１つのスター・ノードまたは少なくとも１つのルータは、コマンド信号に基づいて、他のデバイスと確立するために、前記主または副ペアレント／チャイルド関係を変更する、ネットワーク。
【請求項２６】
請求項２０記載のネットワークにおいて、少なくとも１つのルータが、コマンド信号に基づいて、前記ネットワークにおいてそのステータスをルータからスター・ノードに変更する、ネットワーク。
【請求項２７】
請求項２０記載のネットワークにおいて、前記接続性評価は、前記少なくとも１つのスター・ノードまたは少なくとも１つのルータと前記少なくとも１つの他のデバイスとの間の一方向通信に基づいて実行する、ネットワーク。
【請求項２８】
請求項２０記載のネットワークにおいて、前記接続性評価は、前記少なくとも１つのスター・ノードまたは少なくとも１つのルータと、前記少なくとも１つの他のデバイスとの間の双方向通信に基づいて実行する、ネットワーク。
【請求項２９】
請求項２０記載のネットワークにおいて、前記接続性評価は、前記少なくとも１つのスター・ノードまたは少なくとも１つのルータと前記少なくとも１つの他のデバイスとの間の通信の確率的分析に基づいて実行する、ネットワーク。
【請求項３０】
ワイヤレス・センサ・ネットワークであって、
ワイヤレス信号を送信および受信するために構成および配置された複数のスター・ノードであって、少なくとも１つが、少なくとも１つの対応するセンサ・デバイスと関連付けられており、該対応するセンサ・デバイスからの情報を含むワイヤレス信号を送信するように構成および配置されている、スター・ノードと、
各々少なくとも１つのスター・ノードとの通信のためにワイヤレス信号を送信および受信するように構成および配置されている、複数のルータと、
前記複数のルータと、部分的にワイヤレス信号を介して通信するホスト・コンピュータであって、前記複数のスター・ノードおよび前記複数のルータの現ステータスと一致するステータス情報を含む１組のソフトウェア・プロキシを含む、ホスト・コンピュータと、
を備えている、ワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項３１】
請求項３０記載のネットワークにおいて、前記スター・ノードの少なくとも１つまたは前記ルータの少なくとも１つに関するデータ要求を、対応するソフトウェア・プロキシに送出し、前記データ要求に対する応答を、前記対応するソフトウェア・プロキシと関連するデータに基づいて供給する、ネットワーク。
【請求項３２】
請求項３０記載のネットワークにおいて、前記スター・ノードまたは前記ルータの少なくとも１つを変更する要求を、少なくとも１つの対応するソフトウェア・プロキシに送出し、前記対応するソフトウェア・プロキシは、少なくとも１つのコマンド信号を発生し、前記ネットワークにおいて前記要求さえた変更を行うために少なくとも１つのスター・ノードまたはルータに供給する、ネットワーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤレス通信デバイスがアクティブで、ワイヤレス情報を互いに、および／またはホスト・コンピュータに送る、ワイヤレス通信ネットワークに関する。
【背景技術】
【０００２】
技術の進歩によって、一層小型化され、その上温度変化、移動、および接触を検出することができるセンサおよびアクチュエータの開発が可能になり、これらのセンサおよびアクチュエータと、追加の通信デバイスおよびソフトウェアと共に自己構成ワイヤレス・ネットワークを作成することの関心が高まりつつある。このようなネットワークは、通例ワイヤレス・センサ・ネットワーク（ＷＳＮ：wireless sensor network）として知られており、種々の用途に潜在的な可能性がある。例えば、ＷＳＮは、植物用苗床における土壌水分レベルを検出するために用いると、ファン（環境が暑すぎる場合）またはスプリンクラ（土壌が乾燥し過ぎている場合）の作動を自動化することができる。ＷＳＮは、コンピュータ機器や芸術作品のような機密項目または高価な品目の不正扱いを記録するため、あるいは大型駐車場において車両を追跡するため、あるいは他の多種多様な用途に用いることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＷＳＮが研究所から出現し採算にあうようになると、このようなネットワークのトポロジおよび通信プロセスにはどのようなものが可能かという疑問が生じた。以下に説明する本発明の種々の形態は、このようなＷＳＮの構成および動作に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一形態では、ワイヤレス・センサ・ネットワークは、ワイヤレス信号を送信および受信するように構成および配置された複数のスター・ノードを含む。スター・ノードの少なくとも１つは、少なくとも１つの対応するセンサ・デバイスと関連付けられており、対応するセンサ・デバイスからの情報を含むワイヤレス信号を送信するように構成および配置されており、更にネットワークにおける少なくとも１つの他のデバイスとの通信のためにワイヤレス信号を送信および受信するように構成および配置されている。複数のスター・ノードの各々は、多数の周波数を用いて、少なくとも１つのルータと通信する。ルータは、各々、ランダム化した時点またはランダム化した周波数において開始する期間中、少なくとも１つのスター・ノードとの通信に使用可能である。
【０００５】
本発明の一形態では、ワイヤレス・センサ・ネットワークは、ワイヤレス信号を送信および受信するように構成および配置されている複数のスター・ノードを含む。スター・ノードの少なくとも１つは、少なくとも１つの対応するセンサ・デバイスと関連付けられており、対応するセンサ・デバイスからの情報を含むワイヤレス信号を送信するように構成および配置されている。複数のルータは、各々、少なくとも１つのスター・ノードとの通信のために、ワイヤレス信号を送信および受信するように構成および配置されており、ネットワーク内にある少なくとも１つの他のデバイスとの通信のためにワイヤレス信号を送信および受信するように構成および配置されている。少なくとも１つのスター・ノードまたは少なくとも１つのルータと少なくとも１つの他のデバイスとの間の通信関係を判定するために、接続性評価を用いる。
【０００６】
本発明の一形態では、ワイヤレス・センサ・ネットワークは、ワイヤレス信号を送信および受信するように構成および配置されている複数のスター・ノードを含む。スター・ノードの少なくとも１つは、少なくとも１つの対応するセンサ・デバイスと関連付けられており、対応するセンサ・デバイスからの情報を含むワイヤレス信号を送信するように構成および配置されている。複数のルータは、各々、少なくとも１つのスター・ノードとの通信のためにワイヤレス信号を送信および受信するように構成および配置されており、ネットワークにおける少なくとも１つの他のデバイスとの通信のためにワイヤレス信号を送信および受信するように構成および配置されている。ホスト・コンピュータが、ワイヤレス信号を通じて、複数のルータと通信する。ホスト・コンピュータは、複数のスター・ノードおよび複数のルータの現ステータスと一致するステータス情報を含む、１組のソフトウェア・プロキシを含む。
【０００７】
また、本発明の形態は、ワイヤレス・センサ・ネットワークにおける通信方法にも関する。一実施形態において、ネットワーク内にある１つ以上のルータが、ランダム化した時点および／またはランダム化した周波数において、１つ以上のスター・ノードとの通信に使用可能とすることができる。別の実施形態では、ネットワークにおける１つ以上のスター・ノード、または１つ以上のルータ間における通信の品質を評価するために、接続性評価を実行することができる。接続性評価に基づいて、通信関係を形成することができる。接続性評価は、数個の異なる周波数および／または異なる時点において実行することができる。ネットワーク内にあるデバイス間で主および副通信関係を形成し、システムの冗長性を設けることができる。別の実施形態では、１つ以上のプロキシを、ワイヤレス・センサ・ネットワークのために維持することができ、各プロキシは、ネットワークにおける１つ以上のデバイス、例えば、１つ以上のスター・ノードまたはルータのステータスを含むまたは表す。プロキシは、ネットワークに対する情報要求および／またはステータス変更要求を処理することができる。例えば、プロキシに、ネットワークにおけるデバイス間の通信関係を変更するように要求することができ、プロキシは、対応する変更を、対応するデバイスに行わせるためにコマンド信号を発生することができる。
【０００８】
本発明のこれらおよびその他の形態は、以下の説明から自明および／または明白となろう。本発明の種々の形態は、単独でも、適していればいずれの組み合わせでも用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の形態について、以下の図面を参照しながら以下に説明する。図面では、同様の参照番号は、同様の要素を示す。
【００１０】
以下に、例示の実施形態を参照しながら、本発明の形態について説明する。しかしながら、本発明の形態は、以下に記載する実施形態に限定されるのではなく、適したシステムまたは装置であればいずれにおいても使用可能であることは言うまでもない。ここで用いる場合、「ランダム化」は、ランダムまたは疑似ランダム・プロセスに基づいて決定される値または特性を意味する。また、「ＡまたはＢの少なくとも一方」という表現の使用は、Ａのみ、Ｂのみ、ならびにＡおよびＢを含む／包含することを意図している。
【００１１】
本発明の形態について、図１の例示実施形態に示すような、メッシュまたは階層構造に架設した多数のハブ／スポークＷＬＡＮの構造と同様の構造を有するＷＳＮに関連付けて説明する。
【００１２】
図１のシステム・コンポーネントは以下を含むことができる。
【００１３】
・スター・ノード。スター・ノード１は、小型でバッテリ給電式のワイヤレス無線送受信機であり、センサ（例えば、温度、化学、空気流）およびアクチュエータ（例えば、ファン、ＬＥＤ、スイッチ）のような、取り付けられたデバイスに対して、低帯域幅接続性を設けることができる。スター・ノード１は、特定の用途をサポートするためにセンサ接続を設けるように特殊化することもできる。例には、物体接触検出用セキュリティ・ノード、ならびに温度および湿度報告用環境ノードを含むことができる。
【００１４】
・ルータ。ルータ２は、ＷＳＮバックボーンに自己編成する特殊化ノードであると言える。ルータ２は、ＷＳＮ１００上で送信されるデータを反復または導出する。これらは、スター・ノード１、ルータ２、またはゲートウェイ３を含む、ネットワーク上の他のノードにメッセージを送信または中継することができる。また、これらは、種々のセンサ接続をサポートするように構成することもできる。また、ルータ２はペアレント(parent)を有することもできる。ルータのペアレントは、別のルータ２またはゲートウェイ３のいずれかとすることができる。
【００１５】
・ゲートウェイ。ゲートウェイ３またはブリッジは、メッセージを再送信する代わりに、異なる物理または論理ネットワークに対するインターフェースを設けることができることを除いて、機械的にはルータ２と同様であると言える。ブリッジはゲートウェイ３と同様である。ブリッジは、接続されているデバイス（スター・ノード１およびルータ２等）と、共通ネットワーク・レイヤを共有し、ネットワーク・プロトコルを保存しつつ、異なる媒体のために通信を変換することができる。ゲートウェイ３は、異なる形式のネットワークに対するポータルとして機能し、ＷＳＮプロトコルを終端し、新たなネットワークに該当する異なるプロトコルに通信を変換することができる。ここで用いる場合、「ゲートウェイ」とは、ＷＳＮ制御機能に対するクリアリングハウス(clearinghouse)として作用する単一デバイスであり、これらの機能の一部は実際に、１組のゲートウェイ３および／またはホスト４コンピュータあるいは特殊化ネットワーク・ノードのようなその他のデバイス全域に分散して実現することができる。ゲートウェイ３は、イーサネット（登録商標）のような有線ネットワークに取り付けることができる。異なるゲートウェイ３製品は、イーサネット（登録商標）、ＷｉＦｉ、セルラ、ＲＳ２３２、ＢＡＣｎｅｔ、ＬｏｎＷｏｒｋｓ、または単なる二進スイッチ出力のような、代わりのネットワークに合わせて構成することもできる。
【００１６】
・ホスト。ホスト４は、Windows（登録商標）系またはその他のコンピュータ上で動作することができる。ホスト４は、暗号化キーのような情報を維持するセキュア・データベースを含むことができる。また、ホスト４は、ＷＳＮ１００へのインターフェースを設けることができるホスト・ソフトウェアを含み、プロキシ（ルータ２および／またはスター・ノード１の一部または全てを表すことができる）へのデータおよびプロキシからのデータをデータベースに収容し、データを提示することができるＧＵＩアプリケーションを提供し、起動を可能にし（適用可能であれば）、そしてネットワーク運営管理を支援することができる。
【００１７】
本明細書では、「ノード」または「デバイス」は、スター・ノード１、ルータ２、またはその他のネットワーク・デバイスを意味すると考えればよい。本システム内においては、ルータ２およびスター・ノード１は、ペアレント／チャイルド関係(parent-child relationship)を有することができ、スター・ノード１は、ペアレントである１つ以上のルータ２のチャイルドとなる。各スター・ノード１は、主ペアレント・ルータ２を有することができ、可能であれば、冗長性のために副ペアレント・ルータ２を有することができる。ゲートウェイ３もペアレントとして作用することができる。以下のページでは、ワイヤレス・センサ・ネットワークに用いるために設計したネットワーク・アーキテクチャおよびプロトコルについて説明する。この論述においては、ある例示的な実施形態について記載するが、これらの記載は純粋に例示であり、限定の意図はない。
【００１８】
ネットワーク・アーキテクチャおよびプロトコルを論ずる際、ネットワーク構造および動作の多くの側面を検討し、その中には、ネットワークの形成、通信、システム増強、ネットワーク再構築、およびセキュリティが含まれる。これらの項目について深く論ずる前に、本発明のそれぞれの形態の概要を示す。これらは、追加の特徴と共に論じ、続いて更に詳細に論ずる。
【００１９】
本発明のそれぞれの追加の形態の概要を、図２の例示実施形態を参照しながら以下に規定する。図２の実施形態は図１におけるそれと同様であるが、数個のゲートウェイ３を含み、イーサネット（登録商標）・リンク５０を通じてホスト４と通信することができる。
周波数機敏性(Frequency Agility)
図２の実施形態に組み込まれた本発明の形態の１つが、多数の周波数チャネル上での通信をサポートするための、ＷＳＮ１００の周波数機敏性に対するサポート、即ち、能力である。本発明の一形態では、ノードは、通信のために２つ以上の異なる周波数チャネルを順次用いることができ、例えば、ランダム化した周波数および／またはランダム化した時刻においてノードを通信のためにイネーブルすることができる。チャネルの使用は、必ずしもネットワークを通じて調整しなくてもよく、したがって、各ペアレント・ノードは、無線環境や他の近隣ワイヤレス・デバイスからの干渉というような要因に応じて、異なるシーケンスのチャネルを利用することができる。例えば、図２では、ルータ２ａはチャネル・シーケンスＡを利用しており、一方ルータ２ｄはシーケンスＦを使用しており、ルータ２ｃはシーケンスＤを使用している。シーケンスは、通信に用いられる異なる周波数の特定のまたはランダム化したシーケンス、および／または異なる周波数を用いる特定のまたはランダム化したタイミングを含む、またはこれらによって規定することができる。周波数を用いるこのタイミングは、周波数を用いる開始時刻、および／または周波数を用いる時間長を規定することができる。チャイルド・ノードは、どのシーケンスをこれらのペアレント・ノード（複数のペアレント・ノード）が用いているかについて知っており、チャイルド・ノードが、いつそしてどのチャネル上でペアレントと通信できるか予測できるようにするとよい。また、各ノードは、そのペアレントとの通信に好ましいチャネルを選択できるようにするとよい。
【００２０】
この周波数機敏手法は、様々な潜在的な効果があると考えられる。例えば、周波数機敏性は、ＷＳＮがネットワーク・クロストーク、使用中の周波数帯域における干渉、およびマルチパス状態の一部を克服するのを補助することができる。これらの効果、および周波数機敏ＷＳＮの様々な実施形態に関する更なる詳細については、後に論ずる。
多数のゲートウェイに対するサポート
本発明の別の形態では、ＷＳＮ１００は、多数のゲートウェイ３をサポートすることができる。図２の例では、ゲートウェイ３ａ（Ｘ）、３ｂ（Ｙ）、および３ｃ（Ｚ）が各々、共通イーサネット（登録商標）・バックボーン５０を介してホスト４に接続されている。（データは全ての通過経路上で双方向に流れることができるが、多くのＷＳＮの用途では、データのバルクはゲートウェイ３に向けて流れることができる。）各ゲートウェイ３は、１つ以上のチャイルド・ルータ２を有することができる。一部のルータ２は、他のルータ２およびスター・ノード１を含む、チャイルドを有することができ、各ルータ２よびスター・ノード１は２つのペアレントを有することができる（例えば、主および副ペアレント）。また、スター・ノード１は、ゲートウェイ３のチャイルドとなることもできる。
【００２１】
ペアレント／チャイルド関係を用いると、ノードがゲートウェイ３と通信する経路を決定することができる。例えば、スター・ノード１は、ペアレント・ルータ２を介してゲートウェイ３と通信することができ、一方ペアレント・ルータ２は、そのペアレント・ゲートウェイ３と通信することができる。ノードは、１つ以上の通過路を用いて通信することもできる。例えば、スター・ノード１は、主経路を用いて、例えば、第１ペアレント・ルータ２を介して、ゲートウェイ３と通信することができ、第１ペアレント・ルータ２は、直接ゲートウェイ３と通信する。あるいは、スター・ノード１は、第２経路、例えば、ゲートウェイ３と通信する第２ペアレント・ルータ２を介してゲートウェイ３と通信することもできる。通信経路は、スター・ノード１に１つ以上の通過路を通じてホスト４と通信させ、各通過路は１つ以上の異なるスター・ノード１および／または１つ以上のルータ２および／または１つ以上のゲートウェイ３を含むというように、相応しい方法であればいずれでも構成することができる。ノードは、主経路を用い、主経路を通じた通信が不可能であったりあるいは阻害される場合に、副経路に切り換えることができる。この冗長性は、各ノードの通信を確実に維持するために役立てることができる。
【００２２】
多重ゲートウェイ３構成では、デバイスの副経路が、デバイスの主経路とは異なるゲートウェイ３に到達する場合がある。例えば、図２では、ルータ２ｈ（Ｈ）は、ゲートウェイ３ｂ（Ｙ）への主経路、およびゲートウェイ３ｃ（Ｚ）への副経路を有する。この種のシステムは、経路設定において一点の不良もないように構成することができる。ルータ２またはゲートウェイ３が故障した場合、別の経路によってデバイスがメッセージを送信することができる。また、多重ゲートウェイ構成は、ゲートウェイ３へのホップ数を、ゲートウェイ３をルータ２間で散在させるときに、減少させることができるという利点もある。
接続性評価
本発明の別の形態では、ノードは１つ以上の接続性評価を行い、１つ以上のペアレントを選択することができる。接続性を評価するために、ノードは近隣のルータ２からのメッセージ傍受し、どの有望なペアレントが範囲内にあるか判断するようにすることができる。ノードはこれを遂行する際に、周波数チャネルを選択し、ある時間期間そのチャネル上に残留し、どのルータ２をノードが受信することができるか判断し、これらのルータ２の各々に対する接続性を評価することができる。（以下で更に詳しく論ずるが、ゲートウェイ３はチャイルドを受け入れることもできる。この開示の殆どでは、ビーコンを出射する、および／またはチャイルドを支援するデバイスをルータ２と呼び、数が少ないゲートウェイ３もビーコンを出射しチャイルドを支援することも理解されよう。このような「ルータ」という単語の使用は、ゲートウェイ３を除外することを意図するのではない。）
１つよりも多い周波数チャネルをノードがサンプリングすれば、更に精度の高い接続性評価を得ることができる。マルチパス状態、ネットワーク・クロストーク、およびその他の要因のために、例えば、ノードはチャネル１５上でルータＡに対する適当な接続性を測定することができるが、チャネル２３上でルータＢおよびＣに対して強い接続性を測定する場合もあり得る。多数のチャネルに対する接続性を評価することによって、ネットワーク内に接続性評価と共に備えられていれば、ノードはＷＳＮの周波数機敏性を最大限利用することができる。
【００２３】
このように、接続性評価を行うために、ノードは１つのチャネル上でルータ２からのメッセージを傍受し、接続性情報を収集し、新たなチャネルに切り換え、（潜在的に異なるルータ２から）追加情報を収集する等を行うことができる。多数の周波数における接続性評価に基づいて、ノードは、特定の周波数において受信できるルータ２のみにその選択を制限するのではなく、それが異なる周波数において最良に受信することができるルータ２の中からそのペアレント・ルータ２を選択することができる（または選択のための情報をホスト４に提供する）。このような評価は、ノードの好ましい通信チャネルを選択する際にも同様に有用であると思われる。
仮想プロキシ・デバイス
本発明の別の形態では、ＷＳＮ１００は、ＴＣＰ／ＩＰまたはその他の相応しいプロトコルによってホスト４においてアクセスすることができる１組のソフトウェア・オブジェクトをサポートすることができる。これらのソフトウェア・オブジェクト、即ち、プロキシは、アプリケーション・プログラムに対してネットワークを抽象化することができ、これによって各ＷＳＮデバイスをソフトウェア・オブジェクトとして表すことができる。プロキシ・オブジェクトの例には、ノード、センサ、およびアクチュエータを含むことができる。プロキシは、ホスト４上の仮想デバイスを、ネットワーク上の物理デバイスと一致させ続ける際の詳細を扱うことができ、自動的に、センサ状態、デバイス接続性、およびネットワーク構成のような、時間可変ネットワーク情報を追跡することができる。
【００２４】
プロキシは、例えば、情報を特定のアプリケーションにおよびこれから受け渡すために用いることができる。アプリケーション・プログラムによるデータの要求は、プロキシに宛てることができる。このような要求は、既にプロキシに利用可能な最新データで処理することができる。あるいは、プロキシのデータ要求に対する応答の前に、新たなデータをプロキシに送ることもできる。ネットワーク・デバイスの変更要求も、同様にプロキシに宛てることができる。一方、プロキシは、ソフトウェア・オブジェクトにおける変更に対する反応して、ネットワーク変更の詳細を扱うことができる。
ネットワークへの加入
本発明の別の形態では、ノードは、例えば、図３に示すような単純な手順によってＷＳＮ１００に加入することができる。ノードが最初に起動したとき（Ｓ１）、既にネットワークに加入しているルータ２からのメッセージ（「ビーコン」と呼ぶ）を傍受する（Ｓ２）ことによって、システムの時間軸を取得する必要がある場合がある。一旦システムの時間軸を取得したなら（Ｓ３）、ノードは、受信したビーコンの発信元であるルータ（複数のルータ）２とは少なくとも通信することができる。
【００２５】
ネットワークに加入することを許される前に、認証のため等に、ノードはある任意のセキュリティ・チェックに通らなければならない（Ｓ４）場合もある。ネットワーク暗号化キーは、認証プロセスの一部として、ノードに安全に供給することができる。
【００２６】
一旦ノードがネットワークに加入したなら（Ｓ５）、そのペアレントを取得することができる。これを行うために、ノードはビーコンを傍受し、接続性評価を行い（Ｓ６）、そのペアレントを選択する（Ｓ７）ことができる。あるいは、接続性データをホスト４に報告することもでき、ホスト４がノードの代わりにペアレントを選択する。
【００２７】
最初に、デバイスは、汎用ノードとしてネットワークに簡単に加入することができる。一旦ノードがネットワークに加入したなら、ルータ２とスター・ノード１との間で区別を行うことができる（Ｓ８）。ノードがスター・ノード１である場合、その特徴集合(feature set)を報告し（Ｓ９）、その作業を開始する（Ｓ１０）ことができる（例えば、センサが取り付けられているスター・ノード１である場合、センサ・データを収集し報告する）。ノードがルータ２である場合、その構成およびルーティング情報をそのペアレントに報告し（Ｓ１１）、ネットワーク・バックボーンの一部となり、ビーコンの送信を開始することができる（Ｓ１２）。
【００２８】
以上、必ずしも全てではないが、本発明のいくつかの形態を紹介したので、以下に本発明の形態に応じた例示実施形態について更に詳しく論じていく。
ワイヤレス・センサ・ネットワークにおける機能的機能
本明細書では、ＷＳＮ調整機能の一部は、ゲートウェイ３およびホスト４におけるソフトウェアによって処理することができる。ゲートウェイ３／ホスト４の機能は、セッションを開始すること、デバイスＩＤに対してクリアリングハウスとして行動すること、およびその他の機能（その一部については後の章において説明する）を含むことができる。ゲートウェイ３／ホスト４の機能は、主ゲートウェイ、冗長性のための副ゲートウェイ３、およびホスト４におけるコンピュータ実行アプリケーション・ソフトウェアのような、単一デバイスまたは多数のデバイスによって設けることができる。
【００２９】
一実施形態では、ＷＳＮ調整機能は、ホスト４ＰＣ上でMicrosoft Windows（登録商標）の下で実行するサービスによって処理することができる。主および副ゲートウェイ３は、ＲＳ２３２接続によってホスト４ＰＣに接続することができる。ホスト４が、Windows（登録商標）を実行するＰＣで、ネットワークに接続されている必要はない。例えば、ホスト４は、Windows（登録商標）ワークステーション、またはWindows（登録商標） Embedded、Windows（登録商標） CE、またはLinuxを実行する埋め込みデバイスでもよい。特別にプログラムされたゲートウェイ３であれば、小さなネットワークにおいてホスト４の機能を遂行することができる。多数のゲートウェイ３が、大きなネットワーク上で分散してホスト４の機能を遂行することもできる。
【００３０】
ＴＣＰ／ＩＰパケットを用いてサービス間で通信することができる。例えば、ＷＳＮ調整サービスはデータをＧＵＩに送ることができる。サービスは同一マシン上にある必要はない。例えば、ＷＳＮ調整サービスがあるマシン上に常駐し、ＧＵＩが他のマシンに常駐してもよい。
【００３１】
信頼性を維持するためには、所与のノードから送られるパケットは、受信側ノードからの肯定応答の返送を必要とするとよい。肯定応答が受信されない場合、送出側ノードはそのメッセージを再送信するとよい。これによって、ネットワーク通信に問題がある場合に、データが失われないことを確保するのに役立つ。
【００３２】
通常の動作の間、ノードは周期的に「ハートビート」(heartbeat)をそれぞれの主および副ペアレントに送ることができる。ハートビートは、格納および転送メッセージを保留にするためにペアレントに問い合わせるために用いることができる。また、ハートビートは、誰もノードを改竄していないことを示すこともできる。一般に、ハートビートおよびここに記載するその他の機能は、分散してＷＳＮの正常状態(health)を維持するのに役立つ。
ＷＳＮおよびＩＥＥＥ８０２．１５．４
ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、無線ネットワーキング・プロトコルを規定し、単純で、費用がかからず、低電力である。これは、許諾不要な国際周波数帯域において動作することを意図している。目標となる用途には、ワイヤレス・センサ、対話型おもちゃ、スマート・バッジ、遠隔制御、および家庭オートメーションが含まれる。
【００３３】
ＩＥＥＥ８０２．１５．４仕様の形態は、以下に記載するいくつかの変更があるが、本発明の実施形態におけるＷＳＮに組み込むことができる。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、ルータ２およびスター・ノード１が通信するためのメディア・アクセス・レイヤ（ＭＡＣ）プリミティブを提供するが、この規格は、スター・ノードが他のスター・ノード１と通信する方法を提供せず、ルータ２がどのようにそれら自体をネットワーク内に設定するかについても指定していない。本明細書では、ルータ２は大まかにＩＥＥＥ「全機能デバイス」（ＦＦＤ）をサポートし、一方スター・ノード１は「縮小機能デバイス」（ＲＦＤ）をサポートする。
【００３４】
図４は、単純なハブ／スポーク構成を有するＷＳＮ１００の一例を示す。ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、この種の単純な構成に合わせて設計されており、単一のペアレントと、このペアレントの影響範囲内に１組のチャイルドがあり、ペアレントはゲートウェイ３またはルータ２とすることができ、チャイルドはスター・ノード１またはその他のルータ２とすることができる。本明細書では、単一のペアレントおよびそのチャイルドから成るＷＳＮに論述を限定する意図はなく、ここに記載する概念は、図２に示す例のように、多数のゲートウェイ３およびルータ２から成る、拡張ＷＳＮにもおよぶことができる。
【００３５】
ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格は、スター・ノード１が殆どの時間休止していることができ、バッテリ駆動ができるように設計された１組のプロトコルを含む。対照的に、ルータ２は、殆どの時間動作状態にあり、チャイルド・ノードが即座のサービスを必要とする場合にも直ぐに応答できるように意図されている。したがって、スター・ノード１は、警報状態を検出し、直ちにメッセージを近隣のルータ２に送ることができる。規格から引用すると、「ＰＡＮコーディネータ（即ち、ルータ２）は本線から給電することができ、一方デバイス（即ち、スター・ノード１）は恐らくバッテリ駆動である。」本明細書は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４仕様の上に、ルータ２が、頻繁に（毎秒２回というように）そして短い時間期間だけ起動する、電力節約モードで動作することをサポートするように増強したのである。
【００３６】
図５に示すように、ＷＳＮソフトウェア・スタック２０３は、ＰＨＹ２０１およびＭＡＣ２０２レイヤの基礎の上に構築することができ、ロバストなネットワーク・レイヤ２０４でそれを拡張することができる。代替実施形態では、８０２．１５．４直接シーケンス・スペクトル拡散（ＤＳＳＳ）物理レイヤ２０１を、９０２〜９２８ＭＨｚにおいて周波数偏移変調（ＦＳＫ）周波数ホッパと置き換えることができる。異なる周波数帯域で動作する別の無線機も選択肢である。
【００３７】
本発明の形態によれば、ＷＳＮ１００におけるネットワーク構成は、その場限りであり、スター・ノード１（センサおよびアクチュエータをサポートすることができる）が定期的にネットワークに加入または離脱することができ、ルータ２が正続的に固定したままでいるという要件を排除することもできる。ペアレントおよびそのチャイルドの間の通信は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格において定義されているＭＡＣレイヤ上に構築することができる。ＮＥＴレイヤは、ＭＡＣレイヤの上に構築され、ゲートウェイ３およびルータ２間の通信を処理することができる。
【００３８】
一実施形態では、ＷＳＮ１００において用いられるデバイスは、Chipcon CC2420のようなＩＥＥＥ８０２．１５．４準拠の無線機を、Texas Instruments MSP430プロセッサのようなプロセッサと組み合わせて用いることができる。ＭＳＰ４３０プロセッサは、その電力節約機能のため、とくに低電圧で動作することができるため、適した選択である。Chipcon CC2420は、物理レイヤ、ならびに、AES-128暗号のようなＭＡＣの一部、ＣＲＣチェック、およびＭＡＣレベルの肯定応答を有する。ＭＡＣの残りおよびネットワーク・レイヤは、別個のマイクロプロセッサを用いて実施することができる。
【００３９】
図６に示す別の実施形態では、ＷＳＮ１００において用いられるデバイスは、９０２〜９２６ＭＨｚ認可不要帯域(unlicensed band)で動作するChipcon CC1000無線機のような狭帯域無線機を、Texas Instruments MSP430プロセッサのようなプロセッサと組み合わせて用いることができる。埋め込みソフトウェアは、Ｃプログラミング言語で書くことができる。CC1000無線機の出力電力が制限されており、電力増幅器（カスタム無線回路に含むことができる）は追加のリンク・マージンを設けることができる。プラスチック筐体３００がノード電子回路を包囲することができ、ＬＥＤ３０１、圧電ブザー３０２、ＲＳ２３２インターフェース３０３、無線機３０６、（必要であれば）ＲＦ増幅器３０８を含むことができる増幅器３０７、送信／受信スイッチ３０９、およびバンド・パス・フィルタ３１０、アンテナ３１１、プロセッサ３０４、ＲＳ２３２インターフェース３１３を組み込むことができる温度／湿度センサ３０５および接触センサ３１２のような特殊センサ、スクリュー端子３１６、ならびに補助センサ３１７、補助Ｉ／Ｏインターフェース３１８、およびスクリュー端子３１９を含むことができる補助インターフェースを含むことができる。
【００４０】
本発明の例示実施形態で用いるＰＨＹおよびＭＡＣレイヤは、周波数ホッピングまたは適応周波数機敏性の仕様をサポートするように、８０２．１５．４ＰＨＹおよびＭＡＣレイヤとは異なっていてもよい。しかしながら、多数の供給業者から入手可能であることが期待される、ある範囲の集積度が高いチップとの互換性を保持するためには、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格の構造を全体的に踏襲することが好ましい。本発明の形態は、予め規定されているＩＥＥＥの枠組みおよび制約の範囲内で、例えば、周波数機敏性の利点が得られるように設計されている。
【００４１】
ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、ＮＥＴおよびＡＰＰレイヤには取り組んでいないので、ＷＳＮ１００はそれ自体のＮＥＴおよびＡＰＰレイヤを追加することができる。また、ＷＳＮデバイスは、センサおよび／またはアクチュエータ用インターフェースも含むことができる。
【００４２】
本発明の種々の形態によるＷＳＮは、８０２．１５．４から構造および用語の一部を借用することもあるが、いくつかの基本的な相違がある。例えば、
・ルータ２は、例えば、図２に示すように、ネットワークに共に配列し、スター・ノード、ルータ２、およびゲートウェイ３間に接続性を設けることができる。
【００４３】
・８０２．１５．４では、ノードはオーファン(orphan)として開始し、次いで１つのみのコーディネータと連係する。本明細書に記載する構造では、各ノードは、冗長性のために主および副ルータ２のように、多数のペアレントと連係することができる。
【００４４】
この中の一実施形態は、ＦＳＫ変調および周波数ホッピングを用いる９００ＭＨｚ無線機を利用し、別の実施形態は、ＤＳＳＳ通信およびＱＰＳＫ変調を備えた、２．４ＧＨｚのＩＥＥＥ８０２．１５．４無線機を用いる。記載する技法は、同様に、いずれの種類のシステムにも応用することができる。変調は、単にデータを搬送する方法として用いるに過ぎず、したがってここに記載する技法は、用いる変調の形式には関係なく適用可能である。同様に、８０２．１５．４は狭帯域無線とは異なる（そして少ない）チャネルを用いることができるが、同じ技法は、８０２．１５．４および企業固有の無線の双方においてもほぼ同様に応用することができる。したがって、以下の要点の多くは、例示の実現例としてＩＥＥＥおよびＦＳＫ無線を用いて示すが、これは限定を意図しているのではない。
周波数機敏性の実現例
周波数機敏性を有する（即ち、多数の周波数チャネルを用いる）無線通信システムは、通信に単一チャネルを用いるシステムに対して様々な利点を有することができる。例えば、近隣のデバイスが相互干渉周波数帯域で動作している場合、周波数機敏性を有するシステムは、異なるそして干渉がないことが期待できるチャネル上で通信を再試行することができる。同様に、マルチパス問題が通信に影響を与える場合、システムが異なる周波数に移行すれば、局在化したマルチパス状態は変化する可能性がある。
【００４５】
無線環境において周波数を変更する効果を図７Ａから図７Ｃに示す。これらは、送信用狭帯域無線機、および格子上に示す６インチ刻みで受信信号強度を測定するスペクトル分析機を用いて図示した信号強度である。データは、典型的な室内事務所環境における同じ位置であるが、図７Ａでは９１８ＭＨｚ、図７Ｂでは９２２ＭＨｚ、そして図７Ｃでは９２６ＭＨｚで取り込んだ。明るい陰影は強い信号を示し、陰影が暗くなるにつれて５ｄＢｍ刻みでヌル(null)まで示す。図７Ａから図７Ｃに示すように、送信機または受信機のほんの数インチの移動というような、信号環境におけるわずかな変化から、信号強度に劇的な変化が生ずる可能性がある。また、この実験は、比較的狭い帯域の周りで周波数を変化させることが役に立ち、数ＭＨｚの周波数変化であっても、劇的に異なるヌル・パターンが得られることも示す。このように、周波数機敏性は、システムがヌルに耐えられるようにする。周波数機敏性を用いれば、ヌルが生じても、発信元が代わりの周波数で再試行すれば、消失する可能性が高い。
【００４６】
本発明の一形態によれば、周波数機敏性は、特に、ＷＳＮにおいて有用であると言える。冗長なメッシュ・ネットワークでは、互いの範囲内に１０台以上のルータ２が、そして潜在的には数百台ものスター・ノード１があることも異常ではない場合もある。全てのノードが同時にそして同じ周波数チャネルで動作しているとすると、このようなチャネルの共有によって、激しいネットワーク・クロストークが生ずる虞れがある。このような問題を克服するために、３種類の計画を用いることができる。第１に、ルータの起動サイクルのランダム化した本質により、２つの所与のルータ２は、それらの起動サイクルが明示的にペアレント／チャイルド関係で同期されていないならば、これらが同時に動作する可能性は比較的低い。第２に、２つの無関係のルータ２が偶然同時に動作している場合、利用可能な無線チャネルの使用をランダム化することにより、これらが互いに認識する可能性が低くなる。第３に、２つのルータ２が偶然同じ周波数で同時に動作しているという比較的希な場合において、ＩＥＥＥ８０２．１５．４のＳＣＳＭＡ−ＣＡ方式により、ルータ２はチャネルを共有することが可能になる。その結果、各ルータ２およびそのチャイルドは、ＩＥＥＥ仕様において想定されるように動作することができ、近隣のルータ２やそれらのチャイルドには比較的妨害されない。このように、本発明の形態を用いると、ＩＥＥＥが想定するハブ／スポーク・クラスタを、拡縮可能で広大なメッシュ・ネットワーク内に共に配列することができる。
【００４７】
以下に、２種類の周波数機敏性手法について論ずる。これらは、適応周波数機敏性および周波数ホッピングであり、本発明の実施形態に組み込むことができる。他の周波数機敏性手法も可能であり、以下に論ずることは、本発明の形態を限定することを意図していない。
適応周波数機敏性
一実施形態において、ＷＳＮアーキテクチャは、適応周波数機敏性（ＡＦＡ）を利用することができる。ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格では、２４００から２４８３ＭＨｚ帯域において１６のＤＳＳＳ（直接シーケンス・スペクトル拡散）周波数チャネルが、ネットワークしたデバイス間の通信に使用できる。チャネルは、２メガチップおよび２５０ｋｂｐｓで動作し、５ＭＨｚの間隔で離間されている。システム・インストーラは、「制御チャネル」を含め、１つから１６までの動作チャネルを使用するように、システムを構成することができる。
【００４８】
制御チャネルとは、ネットワークに加入する前に、連係しないノードがチェックするチャネルである。この目的のために、インストール・パラメータとして１つ、２つ、３つまたはそれ以上の制御チャネルを指定することができる。１つよりも多い制御チャネルを用いると、マルチパスまたは無線干渉により１つのチャネル上で問題があっても、ノードは近隣のルータ２を検出することができる。一般に、チャネル１５（２４２５ＭＨｚ）および２０（２４５０ＭＨｚ）が制御チャネルには良い選択である。何故なら、これらは、共通に用いられる８０２．１１ｂチャネル１（２４１２ＭＨｚ）、６（２４３７ＭＨｚ）、および１１（２４６２ＭＨｚ）間の中間にあるからである。
【００４９】
一実施形態では、ＷＳＮ１００は、疑似ランダム・シーケンスにおいて、１６間での使用可能なチャネル（１１〜２６）間で適応周波数機敏性（ＡＦＡ）を利用することができる。対応するチャネル・シーケンスは、製造時にノードのメモリに書き込み、システムが動作しているときに選択することができる。あるいは、１６チャネルのシーケンスを、チャネル当たり１／２バイトで表し、したがって７バイト単位で指定することができ、ルータ２へおよびルータ２からワイヤレスで送信することができる。対応するシーケンス（Sequence）は、以下を含むことができる。
【００５０】
【表１】
2007535203.tif 000003
【００５１】
ホスト４におけるソフトウェアによって、ユーザは、どの疑似ランダム・シーケンスを用いるか選択することができる。あるいは、シーケンスは、ルータ２に対してまたはルータ２によって、ランダムに割り当てるまたは選択することができ、あるいは各ルータ２によってまたはその代わりにランダムに発生することもできる。
【００５２】
各ルータ２は、ユーザ・コンフィギュレーションおよび適応アルゴリズムの組み合わせに基づいて、その通信のために１組のチャネルを選択することができる。ルータ２が適合できる方法の一部について以下で更に詳しく説明する。
【００５３】
ＡＦＡシステムの一実施形態では、ルータ２は、フレーム・ビーコンと呼ばれるメッセージを周期的に送信することができる。これらのフレーム・ビーコンは非常に短く、各々２ミリ秒程度とすることができる。２ミリ秒では、毎秒１つのフレーム・ビーコンはチャネル帯域幅の約０．２％を用いる。一実施形態では、フレーム・ビーコンはいくつかの目的に供することができる。
【００５４】
・フレーム・ビーコンは、「競合アクセス期間」を開始することができる。これは、チャイルド・ノードがペアレント（ルータ２またはゲートウェイ３）との通信を開始することができる、またはその逆の期間である。フレーム・ビーコンは、ある時間期間に特定の周波数チャネル上における通信のためのペアレントの可用性を通知することができる。
【００５５】
・フレーム・ビーコンは、同期した時間軸をそれらのチャイルド・ノードにマルチキャストすることができる。
【００５６】
・フレーム・ビーコンは、今後のフレーム・ビーコンについてのスケジューリング情報を含むことができ、他のノードが所与のルータ２の可用性を予測でき、それらの休止期間をルータのスケジュールした動作と同期させることができるようにする。
【００５７】
フレーム・ビーコンは、以下の１つ以上を収容することができる。
【００５８】
・ＰＨＹヘッダ
・ＭＡＣヘッダ
・ＷＳＮ  ＩＤ
・セッションＩＤ（ネットワークが時間切れとなり、再形成するときのように、ネットワーク通信セッション間で区別するために用いることができる）
・ルータＩＤ
・現在時刻
・最後にネットワーク・パラメータを変更した時刻
・疑似ノイズ・シーケンス・テーブルへの現在のオフセット（ディザを計算するために用いることができる）
・ＡＦＡシーケンス・テーブルへの現在のオフセット（現在アクティブな通信チャネルを判定するために用いることができる）
・キューにおいて格納および転送メッセージを有するチャイルドのリスト（続いて説明する）
フレーム・ビーコンにおける増分ステータス情報についての背景(context)を最大限得るために、チャイルドは、別個にルータ２に問い合わせて、ホップ・シーケンス、フレーム・ビーコン・タイミング・パラメータ、ならびにネットワーク・セッションおよび／またはルータ２に特定であり通常はセッション中変化しないその他の情報を習得することができる。
【００５９】
図８を参照すると、ルータ２は、フレーム・ビーコン４０１を送信し、特定の周波数チャネル上で競合アクセス期間（ＣＡＰ）を開始することができる。ＣＡＰ４０２は、特定のチャネル上でルータ２がそのチャイルドと通信するのに使用可能な時間枠である。ＣＡＰ４０２は、比較的長く、０．１から０．５秒程度とすることができる。ルータのチャイルドは、ＣＳＭＡ−ＣＡ（衝突回避キャリア・センス多元接続）を用いてチャネルを求めて競合することができる。ネットワーク構成に応じて種々の形式のチャネル・アクセス機構を用いることができる。ＩＥＥＥ８０２．１５．４に指定されているように、非スロットおよび／またはスロット・チャネル・アクセスを用いることができる。
【００６０】
ネットワークは、非スロットＣＳＭＡ−ＣＡチャネル・アクセス機構を用いることができる。デバイスがデータ・フレームまたはＭＡＣコマンドを送信することを望む毎に、ランダムな期間待つ可能性がある。チャネルがアイドル状態にあることがわかった場合、ランダム・バックオフに続いて、デバイスは、再度チャネルにアクセスしようとする前に、別のランダム期間待つ場合がある。肯定応答フレームは、非常に短いレイテンシを伴って、ＣＳＭＡ−ＣＡ機構を用いずに送ることができる。
【００６１】
あるいは、ネットワークはスロットＣＳＭＡ−ＣＡチャネル・アクセス機構を用いることもでき、この場合、バックオフ・スロットを（例えば）ビーコン送信の開始と位置合わせする。デバイスがＣＡＰ４０２の間にデータ・フレームを送信することを望む毎に、次のバックオフ・スロットの境界を突き止めることができ、次いでランダムな数のバックオフ・スロットを待てばよい。チャネルがビジーの場合、このランダム・バックオフの後に、デバイスは再度チャネルにアクセスしようとする前に、別のランダム期間待てばよい。チャネルがアイドルの場合、デバイスは次の使用可能なバックオフ・スロット境界上で送信を開始することができる。肯定応答およびビーコン・フレームは、非常に短いレイテンシを伴って、ＣＳＭＡ−ＣＡ機構を用いずに送ることができる。
【００６２】
ルータ２は、フレーム・ビーコン４０１のタイミング、およびこれらを所与の時点に送信するチャネルを、ユーザ・コンフィギュレーションおよび適応アルゴリズムによって選択することができる。フレーム・ビーコン４０１のタイミングおよびチャネルは、規則的で疑似ランダムとすることができる。例えば、ルータ２は、ビーコンを０．５０秒毎に送るように設定することができ、ランダム化ディザは±０．１０秒となる。ランダム化ディザは、式１のおける形式の線形コングルエンシャル・ジェネレータを用いて計算することができる。
［数１］
Rn+1 = (a・Rn+b) mod m                                  (1)
値ａ（乗数）、ｂ（増分）、およびｍ（母数）は、予め選択した定数である。定数の選択は、コンピュータ・サイエンスの文献において良く研究されている。
【００６３】
各フレーム・ビーコン４０１と共に値Ｒｎを送信することによって、ノードをルータの疑似乱数シーケンスに「固定」することができると考えられる。一方、これを用いると、今後の送信タイミングを予想することができ、送信が予期されるときにノードを起動し、チャネルをサンプリングすることが可能になる。
【００６４】
あるいは、計算の複雑さを減らすには、ネットワーク全体で共有する参照テーブルからディザを導出するとよい。
【００６５】
これら２つの技法は、ｘ個の疑似乱数のシーケンスのテーブルを発生するために用いられる線形コングルエンシャル・ジェネレータ(linear congruential generator)と組み合わせることもできる。このテーブルを複製しルータ２と同期を取りたいデバイスは、テーブルを発生するために用いる疑似乱数シード、テーブル長、およびテーブルへの現オフセットが必要になることもある。
【００６６】
例えば、ノードは、線形コングルエンシャル・ジェネレータにおいてシードを用いて３２個の疑似乱数のテーブルを発生することができる。テーブル・エントリの各々は、ディザ量として捕らえることができる。例えば、下位７ビットを用いてディザをミリ秒単位で設定すると、±１２８ミリ秒（約±０．１秒）のディザを得ることができる。このようにして、ルータ２はフレーム・ビーコン４０１を０．５秒±テーブルからのランダム化ディザ毎に送ることができる。この例では、３２エントリのテーブルを一巡するための真の時間は、１６秒±（３２個のランダム化ディザ全ての和）となる。この例では、ノードが９０秒間休止状態にある場合、以下のようにしてノードはそのペアレント・ルータ２と同期することができる。最初に、９０秒を（１６秒±（（３２個のランダム化ディザの和））で除算した整数部分から、テーブルにおける正に現在の位置に戻るまでの時間量が求められる。商は、ルータの予定した起動時間を計算するために用いることができ、チャイルドの所望の９０秒休止サイクルに非常に密接な近似となる。
【００６７】
前述の方法の１つおよび同期した時間軸を用いて、ノードは、それ自体をフレーム・ビーコン４０１のそのルータのスケジュールに同期させることができる。このように、チャイルド・ノードは正確にその起動サイクルの時間を合わせ、そのペアレントの動作と一致させることができる。
【００６８】
構成プロセスの一部として、ルータ２に、ｙ秒に１回フレーム・ビーコン４０１を送るように命令することができる（例えば、０．５秒±ランダム化ディザ毎に１回）。次いで、本システムは、チャネルの数個の使用可能なテーブル駆動シーケンス(table-driven sequence)の１つを選択することができる。構成プロセスの一部として、ルータ２に、少なくともｚ秒毎に１回（例えば、３秒毎に１回）各制御チャネル上でフレーム・ビーコン４０１を送るように命令することができ、この判断基準を達成するために必要であれば、余分なスケジューリングされていないビーコンを挿入する。これによって、新たなデバイスが最初に１つのチャネルをｚ秒間走査し、次いで別のチャネルをｚ秒間走査して、ネットワークに加入することが可能となる。
【００６９】
各ＣＡＰ４０２がフレーム・ビーコン４０１の送信から始めることは厳格に必要という訳ではない。例えば、各３番目のＣＡＰ４０２がフレーム・ビーコン４０１から開始し、他のフレームは既知のスケジュール通りに生じるが、ビーコンがないというようにしてもよい。長時間休止状態にあったノードは、その時間をそのペアレントのそれに同期させるためにフレーム・ビーコン４０１を聴取する必要がある場合もあるが、一旦時間が同期すれば、フレーム・ビーコン４０１から開始しないＣＡＰ４０２に加わることができる。この計画は、エネルギおよび帯域幅双方を節約することができる。
【００７０】
ルータのＣＡＰのタイミングおよび／または期間は適応型にすることもできる。例えば、釣り合わない量のルータのトラフィックがあるチャネルに集中した場合（恐らくは他のチャネルの接続性が乏しいため）、ルータ２は、例えば、図８に示すように、これらのチャネル上でそれ自体をより頻繁にまたは長い時間期間利用可能にすることができる。逆に、ルータ２が特定のチャネル上において最初の数ミリ秒間またはＣＡＰ４０２のスロットでネットワーク・トラフィックを検出しない場合、ルータ２は、次のＣＡＰ４０２に予定した時刻まで、単に低電力モードに入ることもできる。同様に、ある周波数チャネルが非常にアクティブな場合、ルータ２は、異なるチャネル上で次のＣＡＰ４０２の時間となるまで、そのチャネル上で動作状態であり続けることもできる。あるチャネルが過剰使用となった場合、ルータ２はそれらのチャネル上ではより頻繁なＣＡＰ４０２に合わせてそれ自体を再構成すること、および／またはそのチャイルドに代わりのチャネルを優先するように命令することができる。
【００７１】
ＡＦＡシステムにおけるチャネルおよびＣＡＰ４０２は、必ずしもネットワーク全体にわたって調整されているとは限らない。各ルータ２は、異なるチャネル上および／または異なる時点で利用可能な場合もある。ネットワーク・ツリーにおける各リンクは、異なる周波数が最良に動作するのであれば、それを用いることもできる。例えば、ノードＡは、そのルータＢとの通信にはチャネル２０が最も良く動作することを見出す可能性があるが、ノードＣは、同じルータＢとのその通信にはチャネル１５が最も良く動作することを見出す可能性もある。このように、提案した方式の適応周波数機敏性は、システム全体ではなく、リンク単位とすることができる。
【００７２】
高度に最適化したシステムでは、ルータ２は、近隣のルータ２が異なる時点および／または異なる周波数で動作するように、それらのアクティビティを調整することができる。多くの検知用途では、このような最適化は不要であったり、あるいは逆効果でさえある場合もある。何故なら、データ源および宛先(sink)（通例スター・ノード１）のデューティ・サイクルが非常に低いことがあったり、スループットの要求がそれほど厳しくないこともあり得るからである。したがって、典型的な構成では、各ルータ２は、それ自体の疑似ランダム・スケジュールで実行することができるが、ルータ２同士でパケットの衝突の可能性がある。前述したようなフレーム・ビーコンのタイミングおよび周波数のランダム化によって、このような衝突が頻繁にまたは繰り返し発生することを防止することができる。このようなルータ２間衝突が発生した場合、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ＣＳＭＡ−ＣＡ方式で処理することができる。
【００７３】
一実施形態では、ネットワークに加入しようとするノードは、使用可能なチャネルの品質を検査して、信号強度、直接シーケンス相関品質、および以下に記載する同様の計数値に基づいて、最良の２つ（主および副）を抜き出すことができる。一旦ノードが、ペアレントとの優れた接続性を与える特定のチャネルを見出したなら、通信のためにこれらのチャネルを選択することができる。実現可能であれば、ノードは、２４００から２４８３ＭＨｚスペクトルの異なる部分にあるチャネルを抜き出し、周波数ダイバシティの利点を最大限得られるようにするとよい。ノードは、これらのチャネルが使用可能なときに、これらを用いるためのそのアクティビティの予定を立てることができる。
【００７４】
代替実施形態では、ノードは、単に、動作した最後のチャネルを常に使用してもよい。ノードは、通信問題が起こるまで、そのチャネルを使い続けることもできる。この手法の結果、個々のノードが動作するチャネルに固定化し、問題のあるチャネルを素早く迂回する傾向になるということである。
【００７５】
これら２つの手法間の選択は、無線環境の安定性、ノードにおいて使用可能なプログラム・メモリの量、および同様の要因によって決めることができる。２つの手法を混合して、例えば、各手法が所与のノードに対する動作モードをサポートするようにすることもできる。ノードがモード間で適応的に切り換えることも可能である。
【００７６】
ノードの好ましいチャネルに問題があることがわかった場合（ノードのペアレントとの通信の肯定応答がないことによって示される）、このノードは自動的に使用可能なチャネルを調査し直し、異なる対のチャネルに切り換えることができ、あるいはノードは単に次に使用可能なチャネルに切り換えることもできる。このように、システムの動作は、時間の経過と共に順応することができる。例えば、近隣で動作している８０２．１１ｂシステムがある場合、時間の経過と共に、ノードはあるチャネル上で干渉を検出したり、それらの動作を２４００から２４８３ＭＨｚ帯域の異なる部分に切り換えることができる。例えば、８０２．１１ｂがチャネル１（２４１２ＭＨｚ）、６（２４３７ＭＨｚ）、および１１（２４６３ＭＨｚ）で動作している場合、適応８０２．１５．４システムは、時間の経過と共に、チャネル１５（２４２５ＭＨｚ）および２０（２４５０ＭＨｚ）に移って行きがちとなる可能性がある。このように、システムは、時と共に、ランダムに最適な平衡状態に向かって移って行くが、要件の変化および環境によって変わっていく。
周波数ホッピング
場合によっては、規制要件のためにＡＦＡシステムの使用が除外される場合もある。このような場合では、周波数ホッピング（ＦＨ）システム（ネットワーク上のデバイスがある周波数から別の周波数に一斉に、設定されたパターンで、そして設定されたスケジュールでホップすることができる）を用いることができる。ＦＨを行う無線通信は、ＡＦＡの効果の一部を共有することができるが、ＦＨシステムは、メッシュ・ネットワークに適用した場合、いくつかの欠点が生じる場合がある。５０以上のチャネル上で均衡の取れた動作を維持する（規制要件）には、かなりのプロトコル・オーバーヘッドが必要となる。また、ＦＨシステムは一般にどのチャネルが最も良く動作するか、および他のスペクトルのユーザからの相互干渉によりどのチャネルを避ければ最良かといことを「学習」しない。実際、ＦＣＣの規則の下では、周波数ホッパは、全てのチャネルを等しく用い、問題があることがわかっているチャネルの使用を回避しないと考えられている。これらの欠点にも拘わらず、ＦＨはメッシュ・ネットワークにおける単一チャネル動作には好ましい。更に、規制ではＦＨが要求されない場合、ＡＦＡシステムを用いて、無線スペクトルの対応する非効率的利用や、バッテリ電力な無駄な使用がなく、周波数ダイバシティの利点が得られる方が好ましい。
【００７７】
一実施形態では、ＷＳＮアーキテクチャは５０の可能なチャネル（０〜４９）の中でＦＨを利用することができる。本システムは、４００ｍｓ毎、即ち、毎秒２．５回、ＦＣＣ規則の要求に応じて状態を変化させることができる。この４００ｍｓの間に、本発明者が開発した特定の実施形態では、無線機はそのチャネル上でデータを３６０ｍｓまでの間送信することができ、１１．６ｍｓまでの間ＦＨビーコンを送信することができ、少なくとも２８．４ｍｓの間アイドルでいることができる。本システムは、疑似乱数シーケンス（ＦＨシーケンス）に応じてホップすることができる。一実施形態では、対応するホップ・シーケンスは以下を含むことができる。
【００７８】
【表２】
2007535203.tif 000004
ホスト４におけるソフトウェアを通じて、ユーザは、どの疑似乱数シーケンスを用いるか選択することができる。
【００７９】
一実施形態では、ＷＳＮ１００全体が同じホップ・スケジュールを利用し、相互接続されているルータ２全てが一緒にホップしてもよい。多数の別個のＷＳＮ１００を単一の設備内において用いる場合、各別個のＷＳＮ１００は異なるホップ・スケジュールを用いればよい。別の実施形態では、システムは、ルータ毎に使用可能なホップ・パターンの１つを選択することにより、異なるルータ２が異なるホップ・シーケンス上で動作できるようにすることもできる。
【００８０】
ＦＨビーコンを用いて、ＦＨシステムの時間軸を確立することができる。ＦＨビーコンは以下の１つ以上を収容することができる。
【００８１】
・ネットワークＩＤ
・セッションＩＤ（（ネットワークが時間切れとなり、再形成するときのように、ネットワーク通信セッション間で区別するために用いることができる）
・用いられているＦＨパターン（ＦＨシーケンス）
・ホップ・インデックス
・現ホップにおいて残っている時間（ネットワークに対して。これはネットワークを同期させ、ドリフトを補正し易くすることができる）
ＦＨビーコンは、ノードがどのネットワークがＦＨビーコンを送信しているのか、およびそのネットワークのタイミングを発見するのに十分な情報を提供することができる。
【００８２】
一般に、ＦＨシステムは、タイミングにおけるランダム化はせずに、固定長のスケジュール上でホップする。これは単一のハブ／スポーク・ネットワークには容認できる計画であるが、数個のメッシュ・ノードが単一の周波数ホッピング・スケジュールを共有すると、かなりのクロストークが生ずる可能性がある。例えば、各周波数遷移の開始時に同時にビーコンが送信されると、ルータ２間で衝突が発生する。このため、このようなＦＨシステムでは、ビーコンのタイミングは、ネットワーク全体のＣＡＰ４０２内でランダム化するとよい。
【００８３】
ＦＨビーコンが多数のルータ２によって各ホップの間にランダムな時点で送信されると、これらは、他のネットワーク・トラフィックと干渉することによって、共有するチャネルを「混乱させる」虞れがある。これを防止するために、システムは、共有する周波数ホッピング・シーケンスにおいて、直前のチャネルまたは後続のチャネル上でＦＨビーコンを送信するとよい。図９は、一例として、ホップ・シーケンスＡの一部を用いて、直前のチャネル上で送信したＦＨビーコン４５１を示す。
【００８４】
ＦＨシステムの一実施形態では、各４００ｍｓのホップは、３６０ｍｓのデータ状態（またはＣＡＰ４０２）および４０ｍｓのアイドル即ち無データ状態で構成することができる。各ホップのデータ状態の間のある時点において、ルータ２またはゲートウェイ３は、短期間直前のチャネルに戻るかのように「無受信」(deaf)となり、ＦＨビーコン４５１を送信することができる。これが起こるデータ状態中の時点は、ランダムまたは疑似ランダムとすることができるが、しかしながら、選択した時点でルータ２またはゲートウェイがデータ送信、受信、またはトランザクションの最中にある場合、ノードは、動作が完了するまで待ってから、直前のチャネルに戻ってＦＨビーコン４５１を送信する場合もある。
【００８５】
全てのルータ２が同一チャネル上でＦＨビーコン４５１を出射しないように、更に修正を行うこともできる。システム全体が次または直前のチャネル上でＦＨビーコン４５１を送信する代わりに、異なるルータ２に異なるオフセット上でＦＨビーコン４５１を送信するように命令することもできる。例えば、ルータ２（Ａ）には、シーケンスにおいて＋２５チャネルであるチャネル上でＦＨビーコン４５１を送るように命令し、ルータ２（Ｂ）には、シーケンスにおいて−１３チャネルであるチャネル上でＦＨビーコン４５１を送るように命令することができる。ルータ２毎に別々にＦＨビーコン・オフセットを設定することができるが、一旦ルータ２に対してオフセットを固定したなら、そのようにし続ければよい。例えば、周波数ホッピング・シーケンスＡが用いられており、システムがチャネル２０にあり、チャネル２０におけるビーコン送信が他のネットワーク・トラフィックと干渉する虞れがある場合、ルータ２ＡはＦＨビーコン４５１をチャネル４３（チャネル２０からのシーケンスにおける＋２５）上で送ればよく、ルータ２ＢはＦＨビーコン４５１をチャネル３０（チャネル２０からのシーケンスにおける−１３）上で送ればよい。この手法は、いずれの特定のチャネルを優先してシステムを偏らせることもない。
【００８６】
例えば、本発明者による９０２〜９２８ＭＨｚのＦＨ実現例では、１９．２ｋｂｐｓのＦＳＫ無線機を利用する。４００ｍｓの「周波数ホップ」枠の間、無線機は、３６０ｍｓまでの間その主チャネル上でデータを送信し、１１．６ｍｓまでの間その副チャネル上でＦＨビーコン４５１を送信し、少なくとも２８．４ｍｓの相互ホップ期間(inter-hop period)の間アイドル状態に留まることができる。この無線機は、物理的にはいずれの所与の時点においても１つよりも多いチャネル上では送信することができない場合もある。主チャネルおよびＦＨビーコン・チャネル間で周波数テーブルにおける固定オフセットを維持することにより、この方式は、ＦＣＣ規則が要件とするように、いずれの２０秒期間においても４００ｍｓよりも長い間チャネルが占有されないことを保証することができる。
ワイヤレス・センサ・ネットワークの形成
ＷＳＮは、センサ・ネットワークにおいて出現しつつある市場に取り組むために多種多様の方法で構成することができる。以下の章では、ネットワークの初期化およびネットワークの作成を含む、ＷＳＮ１００におけるネットワークの形成について更に詳しく説明する。ここでは、ＡＦＡシステムを中心に据え、ＦＨシステムに要求され得る変更についても論ずる。以下の論述では、ある例示の実施形態について説明するが、これらの説明は純粋に例示であり、限定する意図はない。
ネットワークの初期化
ＷＳＮ１００を初期化するためには、以下のステップを実行すればよい。
【００８７】
・ＷＳＮコーディネータに、ネットワーク管理運営、セキュリティ管理、アドレス割り当て、データ記録というような機能、およびその他の機能を実行するように指令する。単純な構成では、ＷＳＮゲートウェイ３のような単一のデバイスがこれらの機能を実行する。代替構成では、これらの機能はデバイスの集合によって分散して実行することもできる。
【００８８】
・コーディネータに対するＡＦＡまたはＦＨシーケンス、ビーコンに対する間隔およびディザ、制御チャネル、ネットワークの動作に含まれるチャネル、およびネットワークＩＤのような、ネットワークについてのパラメータを選択する。
【００８９】
・ＷＳＮコーディネータ（複数のコーディネータ）の運用を開始する。
【００９０】
一旦これらのステップが完了したなら、ネットワーク構築における次のステップは、ホスト４に「セッション」を開始させることである。セッションには、１から始まり、２５５まで増加し、次いで再度最初から繰り返す番号をふることができる。セッション番号は、各フレーム・ビーコン４０１に含ませることができる。ノードが新たなセッション番号を発見した場合、ネットワークに再加入する必要がある場合もある。
【００９１】
ホスト４は、ネットワークを開始するときに、いくつかの選択肢を有することができる。
【００９２】
・セッション番号。ホスト４は、セッション番号を追跡する必要があることもある。１つの方法では、セッション毎にセッション番号を増分させ、ホストにおいてチェックして、同じセッション番号の２つのネットワークが同時に動作していないことを確認することができる。セッション番号を、ＷＳＮ１００を識別する一意のネットワークＩＤと組み合わせれば、同じ近隣において動作している他のＷＳＮ１００と区別することもできる。
【００９３】
・多数のゲートウェイ。ホスト４は、セッション当たり２つ以上のゲートウェイをサポートすることができる。これら多数のゲートウェイ３は、互いに独立して動作することができ、冗長性が得られる。
【００９４】
・ノード１６ビットＩＤ。ＷＳＮ１００における各ノードには、一意の１６ビット・ネットワークＩＤを割り当てることができる。１６ビットＩＤは、メッセージを識別し、ルータ２にアドレスするには十分であると考えられる。１６ビットＩＤは、ネットワークにおけるスター・ノード１を一意に識別することができる。しかしながら、スター・ノードのＩＤに加えて、そのペアレント・ノード２のＩＤも、スター・ノード１にメッセージをアドレスするには必要な場合もあり得る。これについては以下で説明する。ホスト４は、ＩＤを割り当てることができ、ＩＤをセッション番号に固定することができる。これを行うことによって、ノードが、必要であれば、ネットワークに容易に再加入することが可能になる。例えば、ルータ２がネットワークに対する接続性を失うが、その後それを取り戻す場合、ルータ２は、以前にネットワークＺのセッションＹにおけるルータＸであったことを報告することができる。ネットワークＩＤ（Ｚ）およびセッション番号（Ｙ）が一致した場合、ルータ２は、ルータＩＤをＸとして、ネットワークに再加入することができる。何故なら、ＩＤはセッション毎に１回割り当てることができるからである（これらがセッション番号およびネットワークＩＤに固定されている場合）。
【００９５】
・ＦＨシーケンス（ＦＨシステムにおける場合）。ホスト４が既存のネットワークを構成し直す場合、同じＦＨシーケンスを保持することができる。多数のネットワークが同じ設備内で動作している場合、種々のネットワーク間では異なるＦＨシーケンスを用いることが最良と考えられる。同じＦＨシーケンスを全てのネットワークに用い、これらが互いに干渉し合わないようにそのタイミングを調整することができれば、事は簡単に運ぶであろう。しかしながら、ＦＣＣの規則は、種々のＦＨネットワークは、調整してではなく、独立して動作することを要求している。したがって、互いに対して多少「直交する」１組のＦＨシーケンスを規定する必要がある場合もある。これが意味するのは、これらが偶然時間的に並んだ場合、繰り返し互いに衝突することはないということである。また、大きなホップのみを含むように、ＦＨシーケンスを設計することもできる（周波数ダイバシティをサポートするため）。
【００９６】
・一旦ホスト４がセッションを開始したなら、ゲートウェイ３は制御チャネル（または、ＨＦシステムでは、選択したＦＨシーケンス）を一巡し始め、各周波数においてビーコンを送信することができる。
ネットワークの作成
少なくとも１つのゲートウェイ３を配置した後、ネットワーク作成プロセスを開始することができる。ネットワークは、本来、各ゲートウェイ３から分岐するツリー状ネットワーク構造を構築することができる。各ルータ２は、ネットワークへの新たな追加をチェックできるようにするとよい。
システムの時間軸の取得
ＷＳＮ１００内のデバイスは、同期を取った時間軸を共有することができ、チャネルの使用は、その共有時間軸に基づいてスケジュールを組むことができる。
【００９７】
スター・ノード１のルータ２が最初に起動するとき、システムの時間軸を取得する必要がある場合がある。これを可能にするために、前述のように、既にネットワークに加入しているルータ２がフレーム・ビーコン４０１を送信することができる。他のいずれかのノードがルータ２からのフレーム・ビーコン４０１を検出し、（ルータ２のチャイルドとして）ネットワークに加入しようとするまで、ルータ２の主要機能は、これらのフレーム・ビーコン４０１を、ＷＳＮ１００が利用可能であることの広告として送信すること、および他のデバイスにそれらの当該ルータ２に対する接続性を評価させることとすればよい。
【００９８】
ネットワークに加入したいノードは、制御チャネルの１つ（または、ＦＨシステムでは、５０個の使用可能なチャネルから選択したチャネル）を聴取することができる。最終的に、フレーム・ビーコン４０１（またはＦＨビーコン４５１）を、ノードが聴取しているチャネル上で送信することができる。これによって、ノードはシステムの時間軸を取得することが可能となる。
【００９９】
フレーム・ビーコン４０１（またはＦＨビーコン４５１）が検出されない場合、ノードは無線ヌル(radio null)となる虞れがある。再度システムの時間軸を取得しようとするには、ノードは異なるチャネルを選択し、再度聴取すればよい。ノードが異なる数個のチャネル上でビーコンを取得しようとしてし損ねた場合、ノードは、更に長い時間後退してから、再度試せばよい。再試行間のバックオフ時間は、各再試行の組の間で変更、例えば、増加させることができる。
【０１００】
システムが、スケジュールしたビーコン送信時間の間でデータ送信（ノードからホスト４へ、またはその逆）の最中である場合、ルータ２は、データが送信され承認される後まで、ビーコンを送るのを待てばよい。
【０１０１】
一旦ノードがシステムの時間軸を取得したなら、ノードが休止しても、ノードは正確な時間を追跡することができるので、全てのノードは、起動するとき、送信するとき、フレーム・ビーコン４０１を送信することが予期されているとき等を知ることができる。各ノードは、そのペアレントに同期することができ、したがって、システム時間は、大まかにホスト４に至るまで全て同期したままの状態でいることができる。
ネットワークへの加入
一旦ノードが少なくとも１つのルータ２からのフレーム・ビーコン４０１を検出したなら、少なくともそのルータ２を介して、ネットワークと通信することができる。ノードは、ネットワークにおいて全ての近隣ルータ２を認識する(hear from)まで同じチャネル上で待てばよい。ノードが特定のネットワークに固定されている場合、指定されたネットワークＩＤをチェックすることにより、そのノードの指定ネットワークにないルータ２からのフレーム・ビーコン４０１を無視してよい。これによって、数個のネットワークが近隣で動作することができ、ノードは使用可能ないずれのまたは全てのネットワークに加入しようとしなくても済むことになる。このデフォルト設定は、ノードがビーコンを検出した最初のネットワークに加入するためとすることができる。しかしながら、以前にあるネットワークに加入したノードが再度ネットワークに加入しようとする場合、以前に加入したネットワークに再度加入しようとすればよい。
【０１０２】
ネットワークに加入する手順は、認証のようなセキュリティ・チェックを含むとよい。セキュリティ機構については、後に説明する。
【０１０３】
一旦ノードがネットワークと連係したなら、そのペアレント・ルータ２を取得することができる。ネットワークに加入する際、ノードは接続性評価を行いペアレント・ルータを選択するために、多数のルータ２からのビーコンを検出する必要がある場合がある。ＦＨシステムの一実施形態では、新たに加入するノードは、以前のチャネル上でＦＨビーコン４５１を傍受することができる（何故なら、一旦ネットワークを取得したなら、以前のチャネル上でＦＨビーコン４５１が送信されることが既に分かっていると考えられるからである）。
【０１０４】
一実施形態では、各デバイスは、汎用ノードとして開始することができる。即ち、最初にネットワークに加入するときには、ルータ２とスター・ノード１との間に区別を付けないようにするとよい。一旦ノードがネットワークに加入したなら、デバイスの種類（ルータ２またはスター・ノード１）に基づいて、ノード上でまたはノードによって異なる動作を行うことができる。ノードがスター・ノード１である場合、その特徴集合を報告し、その作業を開始することができる（例えば、センサが取り付けられているスター・ノード１の場合、センサ・データを収集して報告する）。ノードがルータ２である場合、そのルータ構成をそのペアレントに報告し、ビーコンの送信を開始すればよい。
セキュリティ機構
スプーフィング(spoofing)やその他のセキュリティ侵害を防止するためには、何らかの形態のセキュリティをＷＳＮ１００に追加することが望ましい場合がある。セキュリティを導入するために追加可能な機構は多数あり、デバイスがネットワークに加入しようとするときの認証や許可、ならびにこれらがネットワーク内を通過する際のメッセージの暗号化が含まれる。
【０１０５】
認証、許可、および暗号化には、多数の確立した方式が存在する。各方法は、それ自体の利点および欠点があり、その一部について以下に論ずる。
用途の想定
認証されたデバイスのみにネットワークに加入することを許可する場合、予約サービスを確立すればよく、その場合料金を支払った加入者のみが、ネットワーク内においてデバイスを認証し通信するために必要なセキュリティ・キーにアクセスすることができる。
【０１０６】
以下を含む種々の用途の想定に対して、メッシュ・ネットワーク・セキュリティ方式では、ある種の機構が必要となる場合がある。
【０１０７】
・委託センタ(trust center)（即ち、セキュリティ機能を委託されたデバイスまたはサービス）に知られているデバイスのみに、メッシュ・ネットワークの使用を制限する。
【０１０８】
・偽造デバイスの構築を不可能にする制約。
【０１０９】
・インターネット上での許可に対するサポート。
【０１１０】
・ＷＳＮメッセージングのための低オーバーヘッド暗号化
対称鍵暗号化
対称鍵暗号化を用いて、ネットワーク・デバイスを認証し、ネットワーク通信を暗号化することができる。対称鍵は、ノードのハードウェアによって実現する１２８ビットの鍵とすることができる。８０２．１５．４仕様では、ＡＥＳ１２８ビット鍵暗号化を考慮している。Chipcon CC2420のような送受信機の実現例の一部は、ハードウェアでの暗号化をサポートし、このようなデバイスは、追加のハードウェアまたはプロセッサ・オーバーヘッドを伴わずに、１２８ビット対称鍵を処理する。
【０１１１】
セキュリティを向上させるためには、セキュリティ方式は多数の暗号化キーを用いるとよい。ネットワーク全体の鍵を、ネットワーク内部における許可されたデバイス間の暗号化通信に用いることができる。ネットワーク全体の対称鍵に加えて、各ノードに対称鍵が存在することもできる。このノード特定対称鍵は、当該ノードおよび委託センタのみがわかるようにするとよい。委託センタは、ネットワークに加入することを予め許可されているノード毎のノード特定対象鍵を収容するデータベース（それ自体もセキュリティのために暗号化してもよい）を維持することもできる。各ノードは、それ自体の対称鍵を有することができ、暗号化および解読双方に用いる。
【０１１２】
更にセキュリティを向上させるためには、不正のデバイスが図らずも鍵を取得した場合に備えて、ネットワーク全体の対称鍵を周期的に（１時間に１回というように）変更するとよい。これを行う１つの方法は、委託センタが、予定した時刻に、ネットワーク上のいずれのデバイスにも通知せずに、鍵を変更することである。この結果、新たなネットワーク・セッションを確立することができ、全てのデバイスが離脱して再度ネットワークに加入しなければならなくなる。この方法は回りくどくないが、ネットワークの再構築は望ましくない場合があり得る（例えば、ネットワーク・トラフィックの中断に加えて、再構築に必要なバッテリ電力のため）。
【０１１３】
他の方法は、委託センタが各ノードに当該ノードのノード特定対象鍵を用いてメッセージを送ることである。このメッセージは、次の鍵変更時刻と、その時刻に用いる新たなネットワーク全体対称鍵とを収容するとよい。委託センタは、各ノードから肯定応答を受信することを責務とするとよい。この方法では、各鍵変更に先立つ時間期間にネットワーク・トラフィックが増大する結果となる可能性があるが、ネットワーク全体を再構築しなければならない可能性が低いという利点がある。デバイスが鍵変更の通知を受信しなかった場合、その個々のデバイスはネットワークから離脱し（新たな鍵が有効になるときに）、ネットワークに加入し直さなければならないようにすることができる。
【０１１４】
ペアレント・ルータ２とチャイルド・ノードとの間のメッセージは、チャイルド・ノードにおいて過剰な格納要件を生ずることなく、ペアレントの対称鍵で暗号化すればよい。ペアレントの鍵は、チャイルドおよびペアレントの対称鍵を知っている委託センタからチャイルドに送ることができ、チャイルドの鍵を用いて、ペアレントの鍵を搬送するメッセージを暗号化する。ペアレントの鍵も、委託センタによって周期的に、古いネットワーク鍵と、新たな鍵を配布するメッセージを勘合化するノード特定の鍵とを用いて変更することもできる。
公開鍵暗号化
公開鍵暗号化システム（非対称鍵暗号化システムとしても知られている）は、暗号化および解読に異なる鍵を用いる。公開鍵暗号化は、ＷＳＮ１００内部においてデバイスを認証し、メッセージを暗号化する方法を提供する。
【０１１５】
認証手順は、委託センタが、全ての予め許可されているノードの公開鍵を収容する安全なデータベースを維持していると、多少短縮することができる。認証プロセスも、認証を往復にしなければ（即ち、ノードは委託センタを認証しない）、短縮することができる。
【０１１６】
加えて、ノードの公開鍵が何らかの方法でノードの連番にマップされている場合、これによって別の認証方法が得られる。メッセージが、ある連番を有するノードから来たように思われるが、メッセージが、その連番と一致する公開解読鍵で解読できない場合、メッセージは、公開解読鍵と一致する秘密暗号鍵で暗号化されたのではないに違いない。このため、メッセージをスプーフ(spoof)したと考えられる。
【０１１７】
一旦ノードを認証し、ネットワークに加入することを許可したなら、デバイスがそれらの公開鍵を互いに共有する限り、同じ鍵を用いて、ネットワーク内の他のデバイスとの暗号化通信に用いることができる。
新鮮さ
新鮮さは、ノードからのメッセージに順次付番することによって得ることができる。メッセージを受信したデバイスは、ノードから最後に受信したメッセージの連番を覚えておくことができる。連番が増加しない場合、新たなメッセージが中断している(suspect)場合がある。連番のコストは、追加の情報を送信するために必要な電力と、通信中の全てのデバイスからの連番を追跡するための受信側デバイスにおけるメモリとを含むと考えればよい。
混成認証／暗号化方式
公開鍵暗号化方式は、非常に安全性が高いと言えるが、暗号化通信は、公開鍵をデバイス間で共有した後でないと行うことができないという欠点がある場合もある。このために、余分なトラフィック、複雑性、およびメモリの必要性がノードに生ずる可能性がある（それらの近隣の鍵を格納するため）。非対称鍵も、ネットワークの設定やデバッグを複雑にする可能性があり、ハードウェアでサポートしていない暗号化方式のための通信にレイテンシが追加される可能性がある。したがって、非対称鍵を用いてネットワークを設定するが、一旦デバイスが許可されたならば以後ネットワーク通信のために対称鍵を用いると効果的である。この種の混成セキュリティ方式は比較的一般的であり、周知の混成システムには、ＨＴＴＰ・ＳＳＬ（インターネット）およびＰＧＰ（電子メール）が含まれる。例えば、認証のために公開鍵暗号化を用いることができるが、一般のネットワーク通信には、対称鍵暗号化を用いることができる。委託センタへおよび委託センタからのあるメッセージでは（そして当該ノードに対してのみ指定され、他のデバイスには指定されていない）、公開鍵暗号化を用いることができる。
【０１１８】
混成認証／暗号化方式の基本的な観念を図１０に示す。図１０の例では、ノードＡはルータから暗号化されていないビーコンを受信することができる（Ｓ２１）。ノードＡはそのロングIDおよび、必要であれば、その公開鍵をルータを通じて委託センタに送ることができる。委託センタが公開鍵データベースを維持している場合、ノードＡのロングIDを調べ、ノードＡの公開暗号化鍵を検索することができる（Ｓ２３）。委託センタは、ノードＡに委託センタの公開鍵、およびノードＡの公開暗号化鍵で暗号化された、ネットワーク対称鍵を送ることができる（Ｓ２４）。ノードＡがメッセージを受信すると、ノードＡはメッセージを解読することができ、こうして委託センタの公開鍵およびネットワーク対称鍵を得ることができる（Ｓ２５）。ノードＡは、次に、ＷＳＮに参加し、ネットワーク対称鍵を用いて、メッセージを送受信することができる。
【０１１９】
ネットワークの対称鍵は、セキュリティを向上させるためには、周期的に変更するとよい。
【０１２０】
委託センタが、全ての予め許可されているノードに対する公開鍵を収容する安全なデータベースを維持していない場合、ノードＡはその公開鍵を送る必要がある場合もある（Ｓ２２）。何故なら、委託センタはまだこれらの鍵を有していないかもしれないからである。
【０１２１】
ネットワークに加入しようとしているノードがユーザ特定ノードであることを検証するため、そしてネットワークにおいてノードまたはメッセージを妨害するのを一層困難にするために、各ノードはユーザ特定暗号化鍵を組み込むとよい。ノードがネットワークに加入するとき、このユーザ特定秘密鍵を用いてメッセージを暗号化即ちこれに署名することができる。一致するユーザ特定公開解読鍵を公開し、ノードが実際にユーザ特定ノードであることを検証するために用いることができる。必要に応じて、ノードの他の販売業者のために追加の署名を作成してもよい。
【０１２２】
秘密鍵が物理的にノードに格納されている場合、これらをノードから読み出し、こうして発見することができる。暗号化した形態でコードを格納し、解読コードを特殊ハードウェアに隠して読み出すことができなくすることによって、この問題を解決することを趣旨とする特殊化したプロセッサ・コンポーネントが使用可能である。
【０１２３】
また、ユーザ特定解読鍵を公開しなければ、セキュリティを向上させることができる。代わりに、検証のために、メッセージの署名をネットワークまたはインターネット委託センタに受け渡すことができる。検証は安全サーバ上で行うことができ、第２鍵を用いて応答に署名することができる。第２鍵の内公開の半分(public half)を公開し、ネットワーク状デバイスが、ノードが検証されたことを確認できるようにするとよい。
【０１２４】
他の種類のスプーフィングを防止するために、メッセージのペイロードに乱数を含ませてもよい。この数を解読し、読み出し、返送すると、他のノードまたは委託センタになりすまそうとするノードに対して、追加のチェックを設けることができる。第２乱数を注入することによって、セキュリティ強化を達成することができる。
ＡＦＡシステムにおける接続性検証
先に論じたように、本発明の１つの形態は、ＷＳＮ１００内部における通信関係を決定するための、ノードによる接続性評価の使用を伴う。一実施形態では、ＷＳＮ１００に加入しようとするノードは、指定された制御チャネル上でフレーム・ビーコン４０１を傍受することができる。先に記したように、フレーム・ビーコン４０１は、今後のフレーム・ビーコン４０１についてのスケジューリング情報を含むことができるので、ノードは、所与のルータ２の可用性を予測することができる。一旦ノードが多数のルータ２からフレーム・ビーコン４０１を認識したなら、このノードはこのような各ルータ２に対する接続性評価を行うことができる。このような評価は、以下で論ずるように、異なる方法で行い、ノードのペアレントおよび／または好ましい通信チャネルを選択するために、ノードおよび／またはゲートウェイ（複数のゲートウェイ）３が用いることができる。
【０１２５】
受信信号の品質尺度を決定するために、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ＰＨＹ（または同等物）から信号品質指標（ＳＱＩ）と共に各パケットを配信することができる。ＳＱＩは、受信信号強度、疑似相関、および無線機に組み込むことができるその他の信号品質計量値というような要素を組み込んでいる。
簡易（一方向）評価
簡易評価は、近隣の全ルータ２に対するリンク品質の簡略化した評価を与えることができる。これを用いると、どのルータ２が詳細評価のための最良の候補であるか決定することができる。簡易評価は、移動性のノードにも用いることができる。
【０１２６】
簡易評価を遂行するには、種々のチャネルをカバーする期間受信機（スター・ノード１等）を動作させればよい。これらの期間中、ノードは範囲内にある全てのルータ２から受信したフレーム・ビーコン４０１の数および品質についての統計を収集することができる。
【０１２７】
ルータ２毎に２つの統計を蓄積することができる。即ち、受信したフレーム・ビーコン４０１の数である、Beacon＿Count、およびリンク品質の指標であるSQI＿Sumである。次いで、これらを２段階で組み合わせることができる。
【０１２８】
１．SQI＿SumをSQI＿Averageに変換し、次いでテーブルまたは関数を用いてSQI＿Averageを０から１の範囲のSQI＿Factorに変換する。
【０１２９】
２．式２を用いて受信確立を推定する。
【０１３０】
３．確率＝(Beacon＿Count/Beacon＿Expected)xSQI＿Factor      （２）
SQI＿Factorは必ずしも線形関数ではなく、リンク品質がぎりぎりの接続性の経験(experience)と相関付けられる程低くなければ、結果に重要な影響は与えないと思われる。
【０１３１】
確率は、百分率、特に０と１との間の浮動小数点数として表現するとよい。代わりに、これらを、０から２５５の範囲の目盛りを割り振った整数型に変更してもよい。次に、１バイトの確率を互いに乗算し、上位バイトを最終的な確率として用いることができる。
【０１３２】
電力節約のために、サンプリングを２段階で行うとよい。第１段階では、ノードは最初に１つ以上のチャネルをサンプリングして、どのルータ２が有望に見えるかについて一般的な考えを得ることができる。第２段階では、ノードは、第１段階において有望に見えたルータ２のみから詳細データを収集すればよい。フレーム・ビーコン４０１を送信する疑似ランダム時刻および周波数を予想し、その時刻および周波数のみでマイクロプロセッサおよび受信機を動作させることによって、第２段階において電力を節約することができる。
詳細（往復）評価
簡易評価は、ルータ２からノードへの一方向接続性を基準にすることができる。一層精度を上げた結果を得るには、双方向接続詞に基づいた詳細評価を行えばよい。これは、一方向での接続性は容認できるが、逆方向の接続性には問題があるという、一般的な場合をカバーすることができる。
【０１３３】
詳細評価のために、ノードは、簡易評価に基づいて、数個の候補ルータ２を取り上げることができる。次いで、候補ルータ２の各々にパケットを送り、応答してＡＣＫが戻って来たか否か確認することによって、双方向検査を実施することができる。簡易評価におけるように、スコアを付けるとよい。
【０１３４】
前述のＳＱＩ測定値は、ルータ２からノードへの場合とすることができる。双方向ＳＱＩ測定は、更に精度が高いこと、および／または有用な情報を提供することが可能であり、ノード−ルータＳＱＩをルータ−ノード肯定応答パケットに含ませることによって、これを処理することができる。
【０１３５】
往復接続性は、一方向接続性よりもいくらか悪いように思われる。このため、簡易評価は通常、対応する詳細評価よりも高い確率を与えることができる。この理由のため、簡易および詳細評価の比較に基づいて判断を下さないことが最良であると言える。
【０１３６】
ルータ２またはゲートウェイ３からのコマンド上で、ノードはその接続性評価を報告することができる。所与の報告は、いかに評価を計算したかの指標を、評価を作成するために用いたサンプル数と共に含むことができる。
ＳＱＩを用いてのペアレントの選択
メモリが非常に少ないデバイスや、移動性で素早い経路設定の判断を行う必要があるデバイスにとっては、接続性評価は、実用的な選択肢ではない場合がある。このようなデバイスは、ＳＱＩのみを用いて永続的または一時的にペアレントを選択するとよい。
【０１３７】
一実施形態では、新たに加入するノードは、そのペアレント・ルータ２の候補として選択した各ルータ２に指定された時間量だけ聴取することができる。一旦ノードが、５個のルータというように、数個のルータ２についてのＳＱＩ情報を収集したなら、ノードはＳＱＩでノードをソートすることができる。次いで、最良のＳＱＩを有するルータ２に要求を送り、当該ルータにそれの主ペアレントになるように依頼することができる。その要求が否定された場合、ノードは、主ペアレントを確立するまで、リストの下の方に移り続ける。ノードが、主ペアレントを確立することなくＳＱＩリストの最下位まで達した場合、ノードは、そのペアレント・ルータ２となる新たな候補を求めて再度走査し、ノードの主ペアレントが確立されるまで、ＳＱＩ評価を行い、ＳＱＩでルータ２をランク付けし、主ペアレントになるよう要求を送る。
【０１３８】
一旦ノードの主ペアレントが確立されたなら、ノードは再度同様にランク付けしたルータ２のリストを一巡し、このときは、リストからその主ペアレントを除外して、副ペアレントを確立する。可能であるが、同じルータは、通例、主および副ペアレント双方としては用いられない。なぜなら、これは冗長となるからである。
【０１３９】
ノードは、適した副ペアレントが見つからない場合には、副ペアレントがなくても、機能することもできるようにしてもよいが、しかしながら、主ペアレントにネットワークとの通信が要求される場合がある。多数の再試行の後適した主ペアレントが見つからない場合、ノードはネットワークから退出することができる。次いで、同じネットワークと再度連携するか、異なるネットワークに加入しようとすることができる。
【０１４０】
本システムの一実施形態では、副ペアレントのないノードはネットワークに加入することができてもよいが、ノードは、相応しい候補が見つかり、副ペアレントが確立されるまで、定期的に副ペアレントを探し続けるとよい。これは、ペアレントになることができる他のルータ２が少数であるときに、ネットワークに早期に加入したルータ２の問題にも取り組むことができる。ルータ２がネットワークに追加されるに連れて、副ペアレントをまだ選択していないルータは、副ペアレントを突き止めるまで、探し続けることができる。
【０１４１】
一旦ルータ２がそのチャイルドとしてノードを受け入れたなら、ルータ２はパケットをゲートウェイ３に送り、そのチャイルド・ノードに対する責務（主または副として）を示すことができる。ペアレント・ルータ２は、そのルータ２のチャイルドであると不正に考えるノードには、否定の肯定応答を与えることができる。
ＦＨシステムにおける接続評価
接続性評価の概念は、ＦＨ実現例におけると同様であるが、詳細には多少の相違がある。
【０１４２】
ＦＨ実現例では、周波数ホッピング・スケジュールを、ＷＳＮ１００において共にホップする全てのルータ２で共有することができる。各ルータ２は、各周波数ホップの間疑似ランダムな時点にＦＨビーコン４５１を送信しようとすることができる。
【０１４３】
ノードとその近隣ルータ２との間の接続を評価するために、確率的手法を用いてもよい。例えば、あるノードが所与の期間に、使用可能な５０個のチャネルの各々でルータ２から５０個のパケットを受信すると予期していると仮定する。この確率は、測定した信号品質が低いと低下して、条件の変化に特に敏感と思われるリンクを示すことができる。
【０１４４】
有効な接続性評価のために、帯域全域に拡散する種々の周波数をサンプリングするとよい。
【０１４５】
簡易評価を遂行するには、種々のホップ・チャネルをカバーする期間、６から５０ホップを含む正当な範囲で受信機（スター・ノード１等）を動作させればよい。これらの期間中、ノードは、範囲内にある全てのルータ２から受信したＦＨビーコン４５１の数および品質についての統計を収集することができる。
【０１４６】
５０チャネルよりもサンプリングを少なくすれば、電力を節約することができる。例えば、簡易評価には１０チャネルをサンプリングすればよく、これでも、ほぼ正確な結果となると考えられる。
【０１４７】
電力節約のために、サンプリングを２段階で行うこともできる。第１段階では、ノードは最初に少数のチャネルをサンプリングして、どのルータ２が有望と思えるか、一般的な考えを得ることができる。第２段階では、ノードは、第１段階において有望と思われたルータ２のみから詳細データを収集すればよい。フレーム・ビーコン４０１を送信する疑似ランダム時刻を予想し、その時刻のみで受信機を動作させることによって、第２段階において電力を節約することができる。
【０１４８】
詳細（往復）評価では、５０チャネル全てを検査することによって、最も正確な結果を得ることができるが、電力節約のためには、（例えば）１０または２５チャネルでサンプリング手法を用いる方が実用的であると考えられる。
継続的評価および時間同期
チャイルド・ノードのペアレント・ルータ２は、後に説明するが、ハートビート(heartbeat)を承認することができる。これにより、接続性を連続的に検査する「自由な」方法が得られる。
【０１４９】
ハートビートは、詳細評価と同じ計量を用いて、例えば、２５の単位で採点することができる。ハートビート成功率(heartbeat success rate)は、接続が確立されたときには、元の評価と一致するのは、理にかなっていると言える。そうでない場合、チャイルド・ノードは、その事実をホスト４に報告し、別の命令を待つことができる。
【０１５０】
ノードとそのペアレントとの間の相対的なクロックは、時と共にずれていく可能性がある。クロックの水晶の精度が２０ｐｐｍ以内である場合、これは毎秒．０２ミリ秒ずれる可能性があることを意味する。２つの水晶が逆方向にずれると、互いに対しては毎秒０．０４ミリ秒もずれる可能性がある。毎分、これらのずれは２ないし３ミリ秒加算される可能性がある。ペアレント−チャイルド接続が数分間失われると、これらの種類の誤差は急速に加算される可能性がある。
【０１５１】
ルータ２は、チャネルを継続的に監視し、別のルータ２からビーコンを受信する毎に、そのクロックをそのペアレントに再同期させるとよい。こうすれば、ルータ２は互いに対して厳しいスケジュールに合わせることができる。
【０１５２】
１つ以上のルータ２のチャイルドであるノードの場合、毎分または２分毎に各ルータ２と再同期させることが最良であると考えられる。種々の技法を用いることができる。選択肢の一部には以下のものを含むことができる。
【０１５３】
・ビーコンを受信するまで、受信機をオンにしておく。
【０１５４】
・これらのビーコンのルータの疑似ランダム・タイミングを複製することによって、ビーコンのタイミングを予想する。図１１に示すように、予測した時点でビーコンを傍受し、前回の同期以降に予測されるクロックのずれを考慮して、ビーコンの前に何らかの余分な時間を残しておく。チャイルド・ノードは、そのペアレントのスケジュールを知り、前述のように疑似ランダム・ディザを考慮することによって、予期されるビーコン送信時刻５０１を予測することができる。しかしながら、そのペアレントと比較すると、ノードの相対的クロックには何らかの不確実性があるので、実際の送信時刻および受信時刻に何らかの不確実性があり（図１１ではランダム分散として示す）、したがってチャイルド・ノードはこの不確実性を考慮して十分に早めに起動する（５０３）必要がある場合もあり得る。加えて、チャイルド・ノードは、そのマイクロプロセッサが起動し（５０４）、その無線受信機が暖まる（５０５）時間、ならびにディザを計算する（または、先に述べたように、ディザ参照テーブルにおいて該当するエントリを発見する）ための時間を見込む必要がある場合もあり、更にクロックのずれおよびビーコン送信長５０６の較正のために余分な時間を見込んでもよい。このように、チャイルド・ノードは、予期されるビーコン送信時刻の前後に、ある時間期間５０７だけ起動したままでビーコンを傍受する必要がある場合もある。そのシーケンスは次のようにすることができる。
【０１５５】
・チャイルドは、予期されるレイテンシ全てを考慮して、起動時刻を計算する。
【０１５６】
・チャイルドは、ある時間期間休止状態に入る。
【０１５７】
・チャイルドは、予め計算した起動時刻５０３に起動する。
【０１５８】
・マイクロプロセッサ５０４をオンにし、起動時に必要なあらゆる処理を行う（センサを読み取る等）。
【０１５９】
・無線機５０５を起動する。
【０１６０】
・ペアレントがそのビーコンを送信すると予測されるときよりも前の期間において、ある時点で聴取を開始する。
【０１６１】
・状況によっては、ノードが明示的にルータ２からゲートウェイ３にビーコンを要求することが有用な場合もある。ハートビート・パケットが、その肯定応答の後に、任意にビーコンを要求することができる。この手法は、ＦＨシステムでは、いずれかの方法でハートビートを発生しているスター・ノード１にとって、電力効率を高める手法となり得る。
【０１６２】
ノードは、そのペアレントの各々に対して別個の時間軸を維持することが最良と考えられる。例えば、ルータ２は、３つの独立した時間軸、即ち、その主ペアレントに対するもの、その副ペアレントに対する２番目のもの、そしてそのチャイルドに対する３番目のものを維持するとよい。
【０１６３】
マイクロプロセッサのクロック精度は、通例、±２０ｐｐｍのような範囲で指定される。実際には、クロックを駆動する水晶はそれ以上の精度を有することができる。例えば、ある部分ではプラス８ｐｐｍであり、一方他の部分ではマイナス１７ｐｐｍである場合もある。このように、ハードウェアの実現例によっては、ノードが、２箇所の時間同期点間でクロックのずれを測定することにより、そのペアレントの各々に対するそのクロックのずれを較正することが有用な場合がある。精度は、経年の影響によって時と共に変化する可能性があるので、周期的にずれを再較正することが最良である。また、クロックのずれは、チャイルドおよびペアレント・ノード双方における温度変化のような環境要因によっても変化する可能性がある。このような二次的な影響は、例えば、ノードの温度を明示的に測定することにより、システム外部で別個に較正するとよい。あるいは、最適化に至っていない実現例では、ノードの本質的な精度を低下させる何かとして、大目に見てもよい。
ルータのバックボーン形成
ゲートウェイ３の範囲におけるルータ２は、新たなセッション番号のビーコンを検出する場合がある。これが（近隣のネットワークからの疑似受信のような）通信エラーでないことを確認した後、これらのルータ２は、前のセッションがあるなら、そこからビーコンの送信を停止することができ、前のセッションに関係するいずれの機能も実行を停止することができる。この応答性の欠如は、ノードの下位に伝わることができ、ネットワーク全体（既に存在する場合）を時間切れにすることができる。
【０１６４】
ＦＨシステムでは、ルータ２は、ＦＨシーケンスが同一のままであれば、新たなセッション番号のＦＨビーコン４１を検出する場合がある。ＦＨシーケンスが異なれば、ルータ２はそのペアレントからのＦＨビーコン４５１を認識するのを完全に停止することができ、そのペアレントは無応答になることができる。その場合、ルータ２は、ＦＨシーケンス等を発見するためには、電源投入手順に従えばよい。
【０１６５】
ルータ２が新たなセッション番号のビーコンを観察するとき、そのペアレントからのビーコンは完全に消失しており、そのペアレントはほぼ無応答であることを確認することによって、異なるネットワークからの漂遊パケットを拾っていないことを検証するとよい。（そのペアレントが起動状態にあっても、これらは新たなセッション番号および／または新たなネットワークＩＤで動作することができ、したがってもはやルータの元のペアレントとして識別できない可能性がある。）一旦ルータ２が、新たなビーコンが実際に古いビーコンの代わりであることを確認したなら、接続性評価を開始することができる。
【０１６６】
各ルータ２は、以下の形式のテーブルを含むことができる。
【０１６７】
【表３】
2007535203.tif 000005
【０１６８】
ルータ２が新たなセッションのビーコンを発見した場合、簡易評価を実行して、それがネットワークに加入すべきか否か判断することができる。（これはゲートウェイ３には該当しない場合もある。）上のテーブルによれば、別のルータ２（または、直接ゲートウェイ３に）に対して少なくとも９０％の接続性を確認したならば、直ちに加入することができる。そうでない場合、更に６０秒間簡易評価を継続して、恐らくはネットワークに加入している他のルータ２による、接続性の改善が見出されるか否か確認するとよい。６０秒後に、他のルータ２（またはゲートウェイ３）に対して少なくとも７５％の接続性を有する場合、ネットワークに加入することができる。この評価は、テーブルの下に向かって続けることができる。ルータ２が未だネットワークに加入しておらず、新たなルータ（複数のルータ）２が、以前に観察したときよりも高い品質で現れた場合、遅延をリセットし、プロセスを再開すればよい。
【０１６９】
確率的手法により、図１２における例に示すように、接続性評価を連鎖させることができる。図１２では、図示する確率は、あるデバイスが送ったパケットが他のデバイスに到達する確率を示す接続性評価である。したがって、例えば、ルータ２ｂ（Ｂ）がある数のパケットをゲートウェイ３（Ａ）に送る場合、Ａは、送られたパケットの６０％を受信する確率があり、一方Ａはルータ２ｃ（Ｃ）から送られたパケットの８０％を受信する確率がある。同様に、ルータ２ｄ（Ｄ）がある数のパケットを送る場合、ルータ２ｂ（Ｂ）はその９０％を受信する確率がある。接続性評価では、これらの確率を乗算して、あるデバイスが送ったパケットがネットワークにおける他のいずれかのデバイスに到達する確度を推定することができる。例えば、ルータ２ｅ（Ｅ）が送ったパケットがホスト４に到達する確率は、経路Ｅ−Ｃ−Ａ−ホストを用いた場合９０％×８０％＝７２％であり、経路Ｅ−Ｂ−Ａを用いた場合には、８５％×６０％＝５１％となる。図１２におけるテーブル５は、各デバイスからの関係する経路全てについての確率を纏めており、ペアレントを通ってゲートウェイ３Ａに至る経路、およびノードの下位ルータ２に至る経路を含む。尚、これらの確率は、単一のパケットが、再試行せずに、その宛先に到達する可能性を反映できることを記しておく。実際の性能は、異なる周波数上での再試行、および副経路上での送信試行によって計算するよりも優れていると考えられる。
【０１７０】
この場合、接続Ｄ−Ｂ（９０％）の品質の方が接続Ｄ−Ｃ（８０％）の品質よりも高いのにも拘わらず、経路Ｄ−Ｃ−Ａ（６４％）が、経路Ｄ−Ｂ−Ａ（５４％）よりも良い接続選択であることは興味深い。これは、ゲートウェイ３への下流側接続が、Ｃからの方がＢからよりも遙かに優れているからである。このように、最も近いホップの接続品質だけでなく、ゲートウェイ３への接続の総合的品質に基づいてペアレントを選択することが好ましいと考えられる。
【０１７１】
一旦簡易評価によって、ルータがネットワークに加入すべきことが示された場合、ルータ２は詳細評価を実行して、適切な主および副ペアレントを選択することができる。（この選択は、図１２に示すように、ゲートウェイ３への接続性に基づくことができる。しかしながら、追加の条件を確立して、簡易評価で前述の検査に通らなければ、ルータ２が他のルータ２に接続できないようにすることもできる。）次に、ルータ２はホスト４からの１６ビット・ルータＩＤを要求することができる。ホスト４は、１から開始して、そこから増分することによる等で、一意の１６ビットルータＩＤを割り当てる責務がある場合がある。ルータＩＤを再使用する必要がある場合、ホスト４に接続されている全てのネットワークを、新たなセッション番号で（そして、ＦＨシステムの場合、異なるホップ・シーケンスで）再度開始すればよい。
【０１７２】
各ルータ２が主および副ペアレントを有する場合、各ルータ２からホスト４まで明らかな戻り経路があり、各ルータ２は、メッセージがゲートウェイ３およびホスト４に到達するまで、単にメッセージを上に向けてそのペアレント・ノードの１つに渡せばよい。別の方向における、即ち、ホスト４から各ルータ２への経路は、追加の方式を用いればよい。これを概略的に図１２に示す。
【０１７３】
図１２では、ボックス内のテーブル５は、ホスト４から外部のルータ２へ（およびゲートウェイ３Ａを介してルータ２からホスト４へ）の経路設定を与える。ルータ２からホスト４への経路設定は、主（実線）および副（破線）ラインによって示されている。尚、ゲートウェイ３（Ａ）は、その２つのチャイルド・ルータ２ｂ（Ｂ）および２ｃ（Ｃ）において求められる経路設定テーブル上で構築することによって、ツリー全体を計算できることを記しておく。また、ルータ２ｂ（Ｂ）は、間接接続よりも確率が低いにも拘わらず、ルータ２ｆ（Ｆ）への直接接続を優先することも記しておく。直接接続が好ましいと考えられるのは、ルータ２ｂ（Ｂ）が、ルータ２ｆ（Ｆ）がメッセージを受信したことの有効性判断を直接できるからである。
【０１７４】
図１２に概要を示したこの方式は、２つの基本的な目的を有する。
【０１７５】
１．ゲートウェイ３からそのルータ２へメッセージを伝える通路を提供する。
【０１７６】
２．ルータ２間でメッセージを伝える通路を提供する。例えば、ルータ２ｆ（Ｆ）からルータ２ｅ（Ｅ）にメッセージを送るには、メッセージをルータ２ｆ（Ｆ）からゲートウェイ３に向けて、ルータ２ｂ（Ｂ）に到達するまで送ればよい。ルータ２ｂ（Ｂ）からルータ２ｅ（Ｅ）には確立された経路があるので、メッセージは、ゲートウェイ３やホスト４を巻き込むことなく、ルータ２ｅ（Ｅ）に送出することができる。
【０１７７】
経路設定を決定する他の方法は、ゲートウェイ３とノードとの間の各経路区間に固定の重みを割り当てることとすることができる。例えば、１の重みを各主関係に割り当てることができ、１００の重みを各副関係に割り当てることができる。ゲートウェイ３とノードとの間の各経路では、したがって、各経路セグメントの重みを加算して、総合的な経路重みが得られる。例えば、図１２では、経路Ａ−Ｃ−Ｄ−Ｆは、１＋１＋１＝３の重みを有し、一方経路Ａ−Ｂ−Ｆは１＋１００＝１０１の重みを有する。総合的な重みが最も低い経路を、ゲートウェイ３からそのノードまでの好ましい経路として選択し、経路設定テーブルに格納すればよい。各ルータ２は、その従属ノードの全てについて経路設定テーブルを維持するとよい。新たなルータ２がネットワークに追加される毎に、経路重みを再チェックして、最良の経路（即ち、総合的な重みが最も低い経路）が常に、ゲートウェイ３へおよびゲートウェイ３からの好ましい経路として用いられることを確保するとよい。
ルータ・バックボーンへのノード接続  
一旦ルータ２のバックボーンを配置したなら、ノードはルータ２に接続することができる。ノードは、ルータ２について先に説明したのと同様の手順を用いてネットワークに加入することができ、再試行および後退手順、ならびに連係要求を含む。これは、以下のステップで行うことができる。
【０１７８】
３．潜在的なペアレントの時間軸を取得するか、あるいは少なくとも１つのビーコンを読みとることによって、それが変化していないことを検証する。
【０１７９】
４．簡易接続性評価を行い、主および副接続の候補を特定する。
【０１８０】
５．詳細接続評価を行い、主および副接続を選択する。接続性評価は、直接有望なペアレントに対するリンク品質を考慮し、任意に有望なペアレントの１つ以上のゲートウェイ３に対するリンク品質も考慮することによって比較することができる。
【０１８１】
６．８０２．１５．４ＭＡＣを用いて、選択したルータ２に取り付ける。これによって、スター・ノード１に対する２部分アドレス、即ち、そのペアレント・ルータ２を示す１６ビット、およびルータの影響範囲内にあるスター・ノード１のアドレスを示す別の１６ビットが得られる。一実施形態では、各ルータ２は、それ自体の影響範囲を有することができる。各スター・ノード１は、主および副の２つの影響範囲にある場合もある。
【０１８２】
７．ホスト４に、ノードがネットワークに加入したことを、接続性評価の結果およびその他の特定用途情報を含めて、通知する。
【０１８３】
このプロセス全体は、メッセージをホスト４に送らなくても完了することができるが、ホスト４が接続の設定に関与しなければならない場合もある。例えば、ルータ２が追加の接続をサポートするためのメモリまたは帯域幅を有していない場合がある。この状況では、ルータ２は、その状況をホスト４のアプリケーションに報告し、更に別の命令を待てばよい。同様に、負荷均衡の機会を検出し、ルータ２およびスター・ノード１にそれに応じて再構成するように命令することも、ホスト４のアプリケーションの責務である。加えて、ホスト４は、セキュリティ委託センタとして行動し、ノードをネットワークに加入させることもできる。
【０１８４】
ノードは、前述のような評価に基づいて、その主および副ルータ２を選択することができ、更に８０２．１５．４ＭＡＣがサポートする技法を用いて、これらのルータ２に接続することができる。特定のルータ２に接続するために電力を使用する価値があるか否か判断するために、最小閾値を用いるとよい。何らかの接続性はあるが、適したルータ２がない場合、ノードは永続的に（理にかなう範囲で）この事実をホスト４に報告しようとする。
【０１８５】
ノードが少なくとも１つのルータ２を認識できる限り、ノードはネットワークに加入する要求を送ることができる。最適な接続のためには、ノードは無線範囲内にある全てのルータ２からのパケットを処理し、ノードが詳細評価を行えるようにするとよい。
【０１８６】
ノードが最初にネットワークに加入するとき、簡易接続性評価を数分後に再度行うことが望ましい場合がある。これによって、ルータ２のバックボーンを構築している間にノードがネットワークに加入するという場合を補うことができる。この場合、数分後には、ホスト４への遙かに良い接続が使用可能となる場合もある。
【０１８７】
また、ノードは、３０分毎というように、周期的に簡易接続性評価を実行して、接続性における大きな変化を捜すようにするとよい。
【０１８８】
ノードは、周期的にハートビートを発行し、その主および副ペアレントへの接続性の有効性を確認するとよい。接続性が著しく低下している場合、ノードは接続性評価を再度行い、より良いリンクが得られないことを実証するとよい。
経路設定テーブルの構築
一旦チャイルド・ノードをネットワークに追加したなら、経路設定テーブルを構築することができる。これらの経路設定テーブルは、ネットワークにおけるデバイス毎に主および副ペアレントに関する情報、ならびに各デバイスへおよび各デバイスからの経路に関するデータを収容することができる。これによって、必要であれば、パケットを導出し直すことができ、更に条件が変化した場合（ＳＱＩ読み取り値の大幅な変化等）、ネットワーク・トポロジが変化した場合（ルータ２が離脱した等）、またはネットワーク接続性が失われた場合に、ネットワークを再構成または再構築することができる。経路設定テーブルは、先に説明したように、ゲートウェイ３からノードまでの経路セグメントの重み付けを用いて構築することができる。
【０１８９】
チャイルド・ノードがネットワークに加入すると、その主および副経路に関する情報を、経路重みを含めて、そのペアレント・ルータ２に渡すことができる。一方、ペアレント・ルータ２は、この情報を格納し、それらの主および副経路重みをその情報に加算し、それをそのペアレント・ルータ２まで移すことができる。これは、情報がホスト４に到達するまで継続することができ、各ルータ２においてその従属デバイス全てについて経路設定テーブルを構築するための情報を提供する。
【０１９０】
各デバイスは（以前の接続性評価を用いて）ホストまでのその最良の経路を知ることができる。この情報は、循環経路設定を防止するために用いることができる。ループを防止するために、デバイスには、それら自体を含む経路を拒絶するように命令することができる（即ち、デバイスは、それら自体のチャイルドのチャイルドにならないための命令を含むことができる）。例えば、ルータ２（Ｂ）がルータ２（Ｄ）のチャイルドになろうとするが、ルータＤのホスト４への経路にルータ２（Ｂ）が含まれる場合、ルータ２（Ｄ）はルータ２（Ｂ）の要求を拒絶することができる（何故なら、これによって、ＤからＢに行き次いでＢからＤ自体に行く経路ができるからである）。
【０１９１】
経路設定テーブルは、ルータ２毎に短いＩＤアドレスを収容することができる、アドレシング情報を含むことができる。スター・ノード１のアドレスは、２つの部分にすることができる。第１部分は、スター・ノードのペアレント・ルータ２のアドレスを示すことができ、第２部分は、そのペアレント・ルータ２が用いるスター・ノード１の短いアドレスを示すことができる。例えば、スター・ノード１（Ｃ）は、その主ペアレント・ルータ２（Ａ）のチャイルドであり、Ａ、Ｃで示すことができる。この形式の２部分アドレスにより、ＷＳＮ１００内における経路設定テーブルはスター・ノードを示す必要がなくなる。ペアレント・ルータのアドレスで十分である。このようにして、かなりのメモリおよびテーブル保守を節約することができる。２部分アドレスは、ゲートウェイ３またはホスト４上に格納することができ、必要に応じてノードおよびホスト４によって要求することができる。
ワイヤレス・センサ・ネットワークの動作および通信
以下の章では、ＷＳＮ１００における基本的なネットワーク動作および通信について論ずる。ここでは、ＡＦＡシステムを中心に据え、ＦＨシステムに該当すると考えられる変形についても論ずる。以下の論述では、ある例示の実施形態について説明するが、これらの記載は純粋に例示であり、限定する意図はない。
【０１９２】
ＩＥＥＥ８０２．１５．４無線機は、３種類で指定されている。即ち、２４００〜２４８３ＭＨｚ帯域で動作する２５０ｋｂｐｓ、９０２〜９２６ＭＨｚ帯域で動作する４０ｋｂｐｓ、および８６８ＭＨｚ帯域で動作する２０ｋｂｐｓである。今後９００ＭＨｚまでの２５０ｋｂｐｓの変種や、その他の変種も指定される可能性がある。
【０１９３】
周波数ホッピングを用いる場合、Chipcon CC1000送受信機を用いる実施形態では、システムは３８．４ｋｂａｕｄで動作することができる。しかしながら、無線機は、１９．２ｋｂａｕｄまたは７６．８ｋｂａｕｄで動作することができるものもあり、他の実施形態では、これらの速度は、ソフトウェアのアップグレードで可能にすることができる。
【０１９４】
一実施形態では、周波数ホッピングは、ＯＳＩレベル２で処理することができる。ネットワークまたはアプリケーションがパケットを送る必要があるとき、ホップ・パターンにおける位置には関係なく、要求を開始することができ、その結果システムは時間的にある周波数を他よりも優先することはない。これに対する１つの例外には、ＯＳＩレベル２よりも高いレベルが、バックオフ−および−再試行手順の間、次のホップを待つ場合があることが考えられる。メッセージがあるノードによって送られたが肯定応答が受信されない場合、システムは別のチャネル上でＣＡＰ４０２を待つことができ、そしてメッセージを再度送ることができる。
【０１９５】
スター・ノード１は、バッテリ電力を保存するために低デューティ・サイクルで動作し、毎分１回というような間隔で、それらのペアレント・ルータ２にハートビートを送信することができる（後に説明する）。殆どの時間、スター・ノード１は「休止」していてもよい。これらが起動するとき、送信するメッセージを有している場合、スター・ノード１は通信を開始し、それらのペアレント・ルータ２へのメッセージを、ホスト４に向けて伝搬することができる。
【０１９６】
ルータ２は、ハートビートを正常に伝搬できなかったり、ハートビートを認識したときに「ノード存在」メッセージを送信できない場合がある。代わりに、帯域幅の消費を制限するために、ルータ２は、例外的に、チャイルドのハートビートが認識されないときに、ホスト４に向けてメッセージを伝搬してもよい。
【０１９７】
ネットワークが拡大するに連れ、特に通信が頻繁なネットワーク（温度および湿度データを頻繁に報告する大形ネットワーク・ノード等）の場合、ゲートウェイ３およびホスト４へのトラフィック量は当然増大すると考えられる。トラフィック量は、しかしながら、少ないままの場合もある。何故なら、所与のノードからのデータ・パケットは比較的小さいこと（数十バイト）および／または頻繁でないことのためである。
パケット・フォーマット
ＷＳＮ１００では、４つのプロトコル・レイヤ、ＡＰＰ、ＮＥＴ、ＭＡＣ、およびＰＨＹがあってもよい。図１３に示すように、送るパケット６００毎に、各レイヤは、上のレイヤをカプセル化し、ヘッダを追加し、場合によってはフッタを追加する。あるレイヤに対するヘッダ、パケット・ペイロード、およびフッタ（ある場合）は、纏めて、当該レイヤのプロトコル・データ・ユニット（ＰＤＵ）６０１を構成することができる。次いで、ＰＤＵ６０１を次のレイヤに渡すことができ、ここで、当該次のレイヤのサービス・データ・ユニット（ＳＤＵ）６０２となる。例えば、図１３に示すように、ＭＡＣプロトコル・データ・ユニット（ＭＰＤＵ）６０１ｃは、ＰＨＹサービス・データ・ユニット（ＰＳＤＵ）６０２ｄとなることができる。
【０１９８】
図１３に示すように、ＡＰＰレイヤは単純なヘッダ６０３を追加することができる。このヘッダ６０３は、送られるいずれのパケット６００についても、パケット長およびパケット形式に関する情報を含むことができる。ＮＥＴレイヤはそのヘッダを、ＡＰＰレイヤによって下方に送られたパケットに追加することができる。ＭＡＣレイヤは、ヘッダ６０５ａおよびフッタ６０５ｂをＮＥＴレイヤ・パケットに追加することができ、ＰＨＹレイヤは、ヘッダ６０６をＭＡＣレイヤ・パケットに追加することができる。送信される実際のパケットは、ＰＨＹパケット６０７である。
【０１９９】
パケット６０７が受信されると、各レイヤはそのヘッダ（および、ある場合には、フッタも）を抜き取り（必要であれば）パケットを次の最上位レイヤに受け渡すことができる。この種の動作は、階層プロトコルには典型的である。
【０２００】
８０２．１５．４は、ＡＰＰおよびＮＥＴレイヤにおけるパケットのフォーマットには関与しない。したがって、ＷＳＮ１００は、それ自体のフォーマットを用いることができる。ＷＳＮ１００のＭＡＣヘッダ６０５ａは、８０２．１５．４に準拠することができる。
【０２０１】
ＷＳＮ１００のＰＨＹヘッダ６０６は、代わりの無線機または周波数ホッピングを用いる場合、８０２．１５．４ＰＨＹヘッダとは異なる場合がある。
ハートビート
各チャイルド・ノードは、時々ハートビートをそのペアレントの各々に送ることがある。ペアレントは、肯定応答で応答することができる。この肯定応答は次のものを含むことができる。
【０２０２】
・チャイルド・ノードに向けて整列されている格納−および−転送メッセージ（ホスト４またはアプリケーション・レベルの肯定応答等）の指示。この場合、チャイルドは８０２．１５．４  ＭＡＣにおいて規定されている手順を実行し、整列されている格納−および−転送メッセージをダウンロードすることができる。
【０２０３】
・ハートビート・メッセージ内でそのように要求されたなら、そのペアレントの時間軸にチャイルドが再同期できるようにするためのビーコン情報。
【０２０４】
上述の情報は、８０２．１５．４肯定応答パケットの一部とすることができる。インプリメンタ(implementer)は、効率的に上述の情報を含ませるために、準拠しない肯定応答パケットを規定してもよい。
【０２０５】
全てのハートビートを承認することができる。肯定応答がないことにより、チャイルドに、ハートビートがそのペアレントに受信されず、再試行しなければならないことを示すことができる。
【０２０６】
ノードがそのペアレントとの連絡を連続して長時間失った場合、チャイルドおよびペアレントの相対的なクロックずれが広がり、同期が失われる可能性がある。時間同期を保持するためには、周期的なペアレント／チャイルドの対話が必要である。ハートビートは、ノードがそのペアレントとの時間同期を保持するためには、最も電力効率的な方法ではないこともあり得る。例えば、チャイルドはペアレントのビーコンのタイミングを予想することができ、ビーコンを予測したときに正確に聴取することができる。毎分１回程ビーコンを傍受するには、（非常に大まかに）受信機は毎分約７ミリ秒で動作しなければならず、電力コストは、約５μＪ／ｍｓ×７ｍｓ／分×１４４０分／日×３６５日／年＝１．５Ｅ８μＪ／年となる。これは、１対のＡＡＡバッテリの容量の約１．５％であり、即ち、さほどの電力問題ではない。時間同期の目的のためのみにハートビートを用いると、電力を浪費する送信が混合に追加され、約５ないし１０倍多い電力を消費することになり得る（ペアレント／チャイルドの対話の詳細によって異なる）。この理由のため、アプリケーションが周波数ハートビートに対して別個の要件を有さないのであれば、時間同期のためにハートビートを用いることは望ましくない場合もある。
【０２０７】
一方、チャイルド・ノードが、肯定応答を伴う周波数ハートビートのアプリケーション要件を有する場合、時間同期は、時間軸をこのような肯定応答パケットに追加することにより、いくらか自由になることができる。
【０２０８】
一部のチャネルは、他よりも常に良い接続性を有する場合がある。局地的な規制で許されるのであれば、ハートビートおよびその他の周期的なペアレント／チャイルド対話を時間調整し、このようなチャネルを利用するホップと一致させることが、望ましい最適化であると考えられる。実現例の詳細によっては、局地的な規制が、使用可能な全てのチャネルを偏らせずに使用することを要件とする場合もあり、このような状況をカバーするために、構成の選択肢を用意するとよい。
【０２０９】
ノードを最初にルータのチャイルドとして登録するとき、ルータ２はチャイルドに、ハートビートを周期的にルータ２に贈るように指令するとよく、デフォルトの間隔はルータ２が規定する。ルータが規定したハートビート・レートは、１５分毎というように、通例比較的遅くすることができる。このルータが要求するハートビートの主な目的は、チャイルドが未だ動作中(alive)であり、そのチャイルドの要求に応じるためのルータ資源がまだ残っている可能性があることを確認することと考えられる。このデフォルト期間中にルータ２がチャイルドからのハートビートを受信しない場合、この事実をホストに通知する。加えて、ルータ２は、資源が限られているためにそうしなければならない場合、報告しないチャイルドを、そのチャイルドのリストから除外する（このアクションをホスト４に通知する）。
【０２１０】
同様に、このようなハートビートは周期的にホスト４のアプリケーションに、ノードが未だ動作していることを確認することができる。ホスト４のアプリケーションは、ノードの主ペアレントからの例外報告がないことによって、ノードの健全状態を推察することができる。
【０２１１】
アプリケーションによっては、ノードが、当該アプリケーションによって要求されて、追加のハートビートを追加する場合もある。次にあげるような例が含まれる。
【０２１２】
・アクチュエータ。ハートビートは、ノードのペアレントに、保留している格納−および−転送メッセージがないか問い合わせるために用いることができる。作動コマンドは、重要なコマンドの一種である。アクチュエータは、アプリケーションの性能目標を満たすために、ペアレントに頻繁に通信しなければならない場合もある。例えば、ユーザがスプリンクラ・ヘッドに５秒以内に応答するように要求した場合、スプリンクラ・ヘッド・スター・ノード１は、２〜３秒のハートビートを利用して、このようなコマンドのために問い合わせを行う。あるいは、アクチュエータが給電されている場合、スター・ノードの無線受信機は連続的に動作することができる（またはペアレントのＣＡＰ４０２の期間）。次いで、作動メッセージは、そのペアレントが受信すると、直ちにスター・ノード１に送ることができる。
【０２１３】
・セキュリティ用途。セキュリティ用途に用いられるノードは、ノードがなおも動作しており、だれもそれを改竄していないことの指標として、ハートビート・メッセージを周期的に送ることができる。
【０２１４】
アプリケーションが頻繁なハートビートを要求する場合、その主ペアレントを通じてそれを行うことができる。例えば、ノードの主ペアレントに対して１分のハートビートがあり、１５分のハートビートがノードの副ペアレントに対してある場合がある。主ペアレントへの１分のハートビートの時間切れは、ユーザには関心がある警報状態を示す可能性があり、ネットワークによってそのように報告することができる。副ペアレントへの１５分のハートビートの時間切れは、単にリンクの状態のみを示す。
【０２１５】
先に記したように、ペアレントまたはチャイルドのいずれかがチャイルドのハートビート・レートを設定することができる。いずれの場合でも、例外で、ハートビートがないことをホスト４に報告することができる。
【０２１６】
チャイルド・ノードは、そのペアレントが各ハートビートを時間通りに受信していることを確認しようとすることができる。そのペアレントがハートビートを予期している数秒前に、チャイルドは以下のシーケンスを開始することができる。
【０２１７】
８．チャイルドは、その主ペアレントに宛てたハートビート・パケットを送ることができる。全てが首尾良く行った場合、パケットは承認され、チャイルドは休止状態に戻ることができる。
【０２１８】
９．ハートビートが承認されない場合、チャイルドは他の使用可能な周波数上でハートビートを再試行することができる（ＡＦＡまたはＦＨシステムにおけるチャネル毎に１回の試行というように）。可能であれば、チャイルドは数秒経過させて、一時的な状況（移動物が邪魔しているというような）が解決するようにしてもよい。
【０２１９】
１０．ハートビートがなおも承認されない場合、チャイルドは「動作中」(I'm alive)メッセージをホスト４に送ろうとしてもよい。正常な手法は、主および副ペアレントを利用しようとするので、いずれかのリンクが動作状態にあれば、これはうまくいくはずである。
【０２２０】
１１．ハートビートを送るためにその最善を尽くした後、チャイルドは休止状態に戻ることができ、次の間隔で再度ハートビートを送ろうとすることができる。直前のハートビートが失敗して、ハートビート間隔が長い場合、チャイルドは間隔を短縮すること、および／またはその間隔において数回再試行することができる。
【０２２１】
１２．チャイルドのアプリケーションは、接続性が失われた場合に、周期的に新たなネットワークを探索するロジックを含むことができる。
【０２２２】
ペアレントが、ハートビートがなくなったことを報告した後で、ハートビートを受信した場合、直ちにチャイルドが再び現れたことをホスト４に報告することができる。
【０２２３】
ペアレントがある期間中にチャイルドから何らかのメッセージを受信した場合、チャイルドはまだ動作中であり、例外をホスト４に報告していないと見なすことができる。
【０２２４】
ルータ２も、そのペアレントに宛てたハートビートを発生することができ、前述したチャイルド・ノードの動作と同様に動作することができる。
格納−および−転送メッセージ
先に記したように、ハートビートは、ペアレントからそのチャイルドに格納−および−転送メッセージの送信のきっかけとなるように用いることができる。
【０２２５】
格納−および−転送選択肢は、常に用いられない場合がある。ルータ２間のメッセージは、ＣＡＰ４０２の間というように、下流側のルータ２が起動していることが予期される場合、トリガなしで送信することができる。同様に、スター・ノード１が給電されており総じて起動している場合、ハートビートやポールを待たずに、このようなスター・ノード１にメッセージを送ることができる。
【０２２６】
ノードがそのメッセージをその主ペアレントまたは副ペアレントから受信できる可能性により、各ペアレントは、当該ペアレントが担当するチャイルド毎に、１つ以上のパケット・バッファを維持することができる。このバッファは、各チャイルドに宛てた最新のパケットを収容することができる。そのチャイルドに宛てた次のパケットは、現在占有されているメモリを上書きすることができる。この方法により、チャイルドはそのペアレントのいずれからもデータを受信することが可能となり、肯定応答機構はバッファの単一スレッド特性(single-threaded nature)を処理することができる。
【０２２７】
各パケットは、必要なデータ（優先度が高いデータ）対廃棄できるデータ（チャイルド・ノードに到達しても重要でないデータ）を示すことができる、その重要性マーカを有することができる。新たなメッセージがチャイルドのために到達したが、ペアレントがなおもパケットをそのチャイルドのためにバッファに保持している場合、ペアレントは、保持しているパケットの重要性マーカを見ることができる。保持しているパケットが廃棄可能なデータを収容している場合、ペアレントは保持しているパケットを新たなデータで上書きすることができる。しかしながら、保持しているパケットが重要なデータを収容している場合、ペアレントは、発信元に、そのチャイルドにとって必要なパケットを未だ保持していると回答することができる。チャイルドが既に代わりの経路を通じてその必要なパケットを受信しており、肯定応答をホスト４に送っていた場合、ホスト４は無視コマンドをペアレントに送り、保持しているパケットを新たなパケットで上書きするように命令することができる。別の実施形態では、ペアレントは、転送するメッセージを保持するために、ハッシュ・テーブル(hash table)を維持することもできる。
【０２２８】
別のモードまたは実施形態では、ペアレントは、そのフレーム・ビーコン４０１において、あるチャイルドが格納−および−転送メッセージを取り込む必要があることを示すことができる。このようなビーコンが正確に時間調整されている場合、チャイルド・ノードは、電力の影響がほぼなく、正確にそれらの時点においてチャネルを監視することができる。また、この手法は、チャイルドがメッセージを問い合わせる際に発生する無線トラフィック量を制限することもできる。多数のチャイルドが保留のメッセージを有する場合、フレーム・ビーコン４０１におけるフラグが、各ノードまたはあるノードのグループが、ペアレントにメッセージについて問い合わせる必要があることを示すことができる。
【０２２９】
また、ペアレントは、そのチャイルド・ノードのテーブルを保持することもできる。テーブルは、以下を含むことができる。
【０２３０】
・チャイルド毎の短いＩＤ。
【０２３１】
・チャイルドのペアレントに対する関係（例えば、ルータ２がそのチャイルドに対して主ペアレントかまたは副ペアレントか）。
【０２３２】
・そのチャイルドに対して保留中の格納−および−転送メッセージが１つでもあるか否か。
【０２３３】
・チャイルドから最後に通知が来たとき、およびハートビート・レートというようなその他の情報。
【０２３４】
チャイルドから最近通知がない場合（即ち、ある時間長の間ハートビートもメッセージも送っていないとき）、その主ペアレントは「ノード消滅」メッセージをホスト４に送ることができる。ホスト４が、そのノードが新たなペアレントによってネットワークに再度加入していることを知っている場合、ノードの元のペアレントに、ホスト４から、そのノードのために保留しているメッセージを全て破棄するように命令する。ノードが完全に消滅した場合、単にそれをネットワークから破棄すればよい。
【０２３５】
ルータ２が消滅した場合、そのルータ２の下にある全てのノードも消滅する場合がある。したがって、ホスト４はそのルータのペアレント・ノードに、それらの宛先経路において消滅したルータ２が関与するメッセージ全てを破棄するように命令する。
チャイルド・ノードからホストへのメッセージ送出
チャイルド・ノードがホスト４に送るメッセージを有する場合、メッセージ内のフラグは、特定のホスト４が宛先であることを示すことができる。ホスト４への配信は保証されていない場合もある。チャイルド・ノードは、メッセージが実際に受信された確認として、ホストに肯定応答を要求すればよい。
【０２３６】
例示の送出／再試行計画を図１４に示す。図１４に示すように、チャイルド・ノードがメッセージを送るとき、チャイルド・ノードは以下のステップを実行すればよい。
【０２３７】
１．送るべきメッセージがあるか否か判断する（Ｓ４１）。ない場合、休止状態に入る（Ｓ４２）。
【０２３８】
２．メッセージが緊急か否か判断する（時間厳守）（Ｓ４３）。
【０２３９】
３．メッセージをチャイルド・ノードの主ペアレントに送ろうとする（Ｓ４４／Ｓ４５）。主ペアレントがこのメッセージの受信を承認した場合、チャイルド・ノードはステップ７に飛ぶことができる。
【０２４０】
３ａ．メッセージが緊急な場合、次に使用可能なチャネルを用いてメッセージを送る（Ｓ４５）。
【０２４１】
３ｂ．メッセージが緊急でない場合、好ましいチャネルを用いて、メッセージを送る（Ｓ４４）。先に記したように、好ましいチャネルは、使用可能な接続の品質を検査することによって、または最後に動作したチャネルを用いることによって選択することができる。
【０２４２】
４．タイム・スロットが終了していない場合、メッセージを主ルータ２に再送信する（Ｓ４６／Ｓ４８）。これによって、偶然の衝突またはその他の過渡的な接続性問題がそれ自体で解決することができる。主ルータ２がパケットを承認した場合、ステップ７に進む。
【０２４３】
４ａ．メッセージが緊急な場合、次に使用可能なチャネルを用いてメッセージを送る（Ｓ４８）。
【０２４４】
４ｂ．メッセージが緊急でない場合、好ましいチャネルを用いてメッセージを送る（Ｓ４６）。
【０２４５】
５．チャイルド・ノードの副ペアレント・ルータ２にメッセージを送ろうとする（Ｓ４９／Ｓ５０）。副ルータ２がこのメッセージの受信を承認した場合、チャイルド・ノードはステップ７に飛ぶことができる。
【０２４６】
５ａ．メッセージが緊急な場合、次に使用可能なチャネルを用いてメッセージを送る（Ｓ５０）。
【０２４７】
５ｂ．メッセージが緊急でない場合、好ましいチャネルを用いてメッセージを送る（Ｓ４９）。
【０２４８】
６．別の使用可能なチャネル上で主／副ルータ２に送ろうとする（Ｓ５２）。（ＦＨシステムでは、ステップ１ａおよび１ｂで用いた周波数から少なくとも５ＭＨｚだけ離れた周波数にネットワークがホップするまで待つ。全てのホップが５ＭＨｚを上回るようにホッピング・シーケンスを設計することが好ましい。）
７．アプリケーションによって規定される回数だけ、ステップ１から６（Ｓ４１〜Ｓ５２）を繰り返す。殆どのアプリケーションでは２回または３回の試行は理にかなっていると言える。
【０２４９】
８．ノードがホスト４からの肯定応答を要求する場合、ノードは、アプリケーションが定義するレートでアプリケーションが定義する時間量でハートビートを発生することができる（Ｓ５３）。例えば、メッセージが５秒以内にホスト４によって受信されると仮定するアプリケーションでは、２秒毎（±不規則な要因）に１０秒間、時間切れの前にハートビートを発生することが適当であると考えられる。このハートビートは、どのペアレントが以前のステップにおいて正の肯定応答を与えたかに応じて、ノードの主ペアレントまたは副ペアレントに宛てることができる。ハートビート（前述のように）によって、ノードはホスト４から格納−および−転送肯定応答を受信することが可能となる。
【０２５０】
９．アプリケーションによってホストの肯定応答が要求された場合、ネットワーク・レイヤは最終的にホストの肯定応答（この場合ノードが休止状態に入ることができる（Ｓ５６））またはタイムアウトを添えて返答することができる（Ｓ５５）。
【０２５１】
また、ルータ２は、主および副ペアレントを有することができ、本質的に同じ手順を用いてメッセージをルータ２からルータ２へ、逆にホスト４に向けて転送することができる。メッセージがホスト４に到達するまで、各ノードは、それ自体の主（または、必要であれば、副）ペアレントにメッセージを転送しようとすることができ、一方主ペアレントはメッセージをその主（または、必要であれば、副）ペアレントに転送することができる等となる。
【０２５２】
発信元のチャイルド・ノードは、メッセージを低優先度または高優先度に分類することができる。高優先度メッセージは、出来るだけ迅速にホスト４に転送するとよい。対照的に、ルータ２は低優先度メッセージを、より小さなまたはより大きい統合パケットに組み込めば、ネットワーク・トラフィックを減少させることができる。（トラフィックが多い状況では、高優先度メッセージの平均レイテンシを低下させる意図で、高優先度メッセージにも統合パケットを用いてもよい。）
メッセージをそれ自体でホスト４に送るルータ２は、その場合にはチャイルド・ノードとして行動することができる。
【０２５３】
ホストからスター・ノードへ、およびスター・ノード間でのメッセージの送出
ホスト４からスター・ノード１へのメッセージは、２部分アドレス、１６ビットのルータＩＤおよびスター・ノードのＩＤを有することができる。通常、メッセージはスター・ノードの主ルータ２に宛てることができるが、３つの例外がある。
【０２５４】
１３．ホスト４が、スター・ノードの副ルータ２を通じて送られたメッセージまたはコマンドに応答している場合。
【０２５５】
１４．主ルータ２への接続性が貧弱な場合。
【０２５６】
１５．メッセージが、スター・ノード１ではなく、ルータ２に宛てられている場合。
【０２５７】
ホスト４からスター・ノード１へのメッセージは、他の方向に送られるメッセージと本質的に同じように、図１２に示す経路設定で送ることができる。また、スター・ノード１からスター・ノード１へのメッセージも、図１２に示すようにサポートすることができる。
【０２５８】
一実施形態では、あるノードから別のノードへのメッセージは、ホスト４を通過する必要がない場合もある。一旦経路設定テーブルを構築したなら、ルータ２は、全てのルータ２について、それより下位（即ち、そのチャイルド、およびそのチャイルドのチャイルド等）の経路を設定してあると考えられる。したがって、あるノードから他のノードへのメッセージは、共通の祖先に向けて上方に送ることができる。一旦メッセージが共通祖先に到達したなら、この共通祖先は、メッセージがその従属ノードの１つに宛てられていることを認識することができる。次いで、共通祖先は、このメッセージをそのチャイルドの１つに転送することができ、必要に応じて、メッセージを、意図した受信先に転送することができる。一例を図１５に示す。
【０２５９】
図１５において、スター・ノード１ａ（Ａ）がスター・ノード１ｂ（Ｂ）にメッセージを送りたいとする。Ａは、２，Ｂに宛てたメッセージを、その主ペアレント・ルータ２ｂ（１）に送る。ルータ２ｂ（１）は２，Ｂを知らないので、このメッセージをその主ペアレント・ルータ２ａ（３）に転送する。ルータ２ａ（３）はルータ２ｃ（２）を知っているので、そのメッセージをその主ペアレント・ルータ２ａ（３）に転送する。ルータ２ａ（３）はルータ２ｃ（２）を知っているので、そのメッセージをルータ２ｃ（２）に向けて送り、ルータ２ｃ（２）はメッセージを２，Ｂに転送する（スター・ノード１ｂ（Ｂ）が起動しているとき）。
【０２６０】
転送経路に沿って、宛先の受信ノードに対する経路を知っているノードがない場合、メッセージを最後のホスト４まで転送すればよい。
【０２６１】
追加のデバイスにアドレスを確立することもできる。例えば、あるアドレスにデータロガーを設置し、パケットをそのアドレスに送り、データロガーに記録することができる。
ブロードキャスト機能性、ノードの再プログラミング
時として数キロバイト長の大きなメッセージを同時に多数のノードにブロードキャストしなければならない場合がある。この種の用途は、ノードのワイヤレス再プログラミングであると考えられる。
【０２６２】
長いメールをブロードキャストしたいルータ２は、メッセージを、６４バイト長というような、小さな区間に分割することができる。各区間に番号をふり、順番通りに受信できなくても、受信側がメッセージを組み立てられるようにするとよい。次に、ルータ２はａ±ｂ秒毎に１区間をブロードキャストするようにスケジュールを決定することができる。１つの選択肢は、フレーム・ビーコン４０１に正常に予定した時点よりも前に、１つまたは数個の連続する断片をブロードキャストすることである。これは、直前のＣＡＰ４０２の最大長を、対応するミリ秒の数だけ短縮できる効果がある。そのチャイルド・ノードからのハートビートに応答して、および／またはフレーム・ビーコン４０１において、ペアレント・ノードは、所与の連番を有する送信が進行中であることを告示することができる。断片化したメッセージは何回か送信することができ、ホスト４の要求に応じて、予め設定した順序で送信することができる。ソフトウェアのダウンロードでは、３回の送信が適切な回数と考えられる。
【０２６３】
ノードは、ハートビート肯定応答において、および／またはフレーム・ビーコン４０１において、メッセージのブロードキャストについて知ることができる。次いで、ノードは、メッセージ番号や送信スケジュール等、そのメッセージについて更に知るために、ルータ２に問い合わせを発行することができる。次に、ノードは以下の技法の１つを用いて、メッセージが当該ノードに向けられているのか否か判断することができる。
【０２６４】
・ノード・アプリケーションは、番号付きの送信が関係あるのか否か、そしてあるのであれば、何をすればよいのかに関して、ホスト４に問い合わせることができる。
【０２６５】
・メッセージは、グループ番号で導くことができる。ノードが同じグループ番号を有する場合、そのメッセージを、ルータ２が与えキャッシュされている命令にしたがって処理すればよい。
【０２６６】
・メッセージは、ファームウェアのバージョン番号で導くことができる。ノードのファームウェアが該当する範囲無いであれば、メッセージはファームウェアの更新として扱うことができる。
【０２６７】
ノードは、それ自体をルータのメッセージ送信スケジュールと同期させ、番号付きの区間をバッファに入力することによって、メッセージを組み立てることができる。区間は順番に送信することができるので、ノードは、いつ所与の区間が送信されるか知ることができる。区間が埋められていくので、ノードはこれらの区間を再度読むための電力を浪費せずに済ませることができる。
【０２６８】
ノードは、その主および副ルータ２を同時に聴取して、メッセージを更に迅速且つ信頼性高く受信することができる。
【０２６９】
ルータ２がメッセージの送信を終了したとき、ノードの中には、区間を失っているものもあり得る。特別なトランザクションによって、ノードは特定の区間の送信を要求し、空白を埋めることができる。
【０２７０】
通信リンクを通じて送られる各パケットは、ＩＴＵ−ＣＲＣ−１６方法論にしたがってＣＲＣでチェックすることができる。Computer Networks (Andrew S. Tanenbaum, 2002, Pearson Education)によれば、このチェックの精度は、様々な種類の誤りに対して１００％またはほぼ１００％である。誤りの種類には、単一ビットおよび二重ビット誤り（１００％）、奇数誤り（１００％）、バースト誤り（１６ビットよりも短い場合１００％、丁度１７ビットのとき９９．９９６９％、その他のバースト誤りの場合９９．９９８４％）が含まれる。ＣＲＣ−１６の誤り検出効率は、事実上誤りを根絶することができ、４Ｋｂ未満のパケットについてはほぼ完璧と見なされている。更に信頼性を確保するための追加のチェックとして、コードの更新の目的で送信される１０２４バイトのブロック毎にＣＲＣを計算することもできる。
【０２７１】
無線機のビット・エラー・レートは、比較的長いメッセージ・セグメントを順方向誤り訂正と共に、一層効率的に送らせることができる。
【０２７２】
各ノードは、ホスト４にいつそのソフトウェアのダウンロードが完了するか確認することができる。この時点において、ホスト４は、ノードにパケットを発行し、リブートして新たなコードを利用するように命令することができる。
【０２７３】
データ送信コードの最大努力にも拘わらず、画像が損なわれる場合もある。この問題は、小さなブートストラッパ(bootstrapper)の利用によって解決することができる。このブートストラッパをデバイスにロードすると、２つの目的に供することができる。即ち、ダウンロード・プロセスの間に利用するアクティブ・コード空間を削減すること、そしてダウンロードしたコードが損なわれており実行できない場合に、デバイスをブートストラッパにリセットさせることである。
【０２７４】
ブートストラッパは、コードをダウンロードすること、および画像を管理してこれらが適正に続くことを確保する目的で無線機を動作させることができる。
ネットワーク・トポロジの変更
以下の章では、ＷＳＮ１００におけるトポロジの変更について論ずる。ここではＡＦＡシステムを中心に据え、ＦＨシステムに必要となり得る修正についても論ずる。以下の論述では、ある例示の実施形態について記載するが、これらの説明は純粋に例示であり、限定を意図しているのではない。
【０２７５】
正常なネットワーク処理の過程では、デバイスがその主または副ルータ２との連絡を失うことがあり、または既存のネットワークに対する変更が必要となるその他の条件が生ずることもある。既存のネットワークに対して変更が必要となると考えられる４つの一般的な事例について以下に説明する。
スター・ノードがペアレント・ルータへの接続性を失ったとき
最初に、スター・ノード１に、その主または副ルータ２に対する接続性に伴う問題が生じた場合がある。この場合、スター・ノード１は新たな１組のペアレントを捜す必要があると考えられる。
【０２７６】
電力および帯域幅を保存するために、スター・ノード１は、その副ペアレントを失ったがその主ペアレントがアクセスできる状態でいる場合には、新たな副ペアレントを捜さなくてもよい。また、主ペアレントが失われたが副ペアレントが存続可能である場合、スター・ノード１は直ちに新しい主ペアレントを捜さなくてもよい。スター・ノード１が副ペアレントのみで機能し主ペアレントがいなくても済む時間量は、設定変更可能とすることができる。この手順に対する例外は、ペアレントが失われてもスター・ノード１がそのペアレントに宛てられたパケットを有する場合（単にそのペアレントを通じて導出されるパケットではなく）であると考えられる。この場合、スター・ノード１は、新たなペアレント・ルータ２を探せばよい。
【０２７７】
スター・ノード１がネットワークを再度取得する１つの方法は、スター・ノード１が少なくとも１つのルータ２からのビーコンを発見するまでチャネル上で待つことであると考えられる。スター・ノード１は、ルータ２が各周波数上で１シーケンス・サイクル全体においてスター・ノード１にピング(ping)し、接続性にアクセスできるように要求することができる。スター・ノード１は各周波数上でピングを要求することができるが（即ち、"Ping me." <next frequency>"Ping me." <next frequency> "Ping me." 等）、これは不要なネットワーク・トラフィックを生ずる可能性がある。代わりに、スター・ノード１は、一斉にピングを要求することができる。即ち、「１サイクルを通じて周波数毎に１回私にピングして下さい」と要求することができる。
【０２７８】
別の実施形態では、そのスター・ノード１のみにピングするのではなく、考慮しているルータ２がメッセージを各周波数上でホップのサイクルを通じてブロードキャストすることができる。これによって、各スター・ノード１が別個のピングを要求し受信するのではなく、ルータ２を評価しているスター・ノード１全てが同じメッセージを用いることが可能となる。多数のスター・ノード１がそれらのペアレントとの連絡を失った場合、これは有用となり得る。
【０２７９】
ピング・データが受信され終え、評価が還流したときには、スター・ノード１は自律的に新しいペアレントを選択することができる。あるいは、スター・ノード１は、接続性データをホスト４に転送してもよく、ホスト４が新たなペアレントをスター・ノード１に指名してもよい。次いで、スター・ノード１はその新しいペアレントにその指名を通知すればよい。
【０２８０】
ルータ２は、それらを最適に再構成するための全域的な情報に欠ける場合がある。対照的に、スター・ノード１は自律的に１つのルータ２から他のルータに、ネットワークの残りに影響を及ぼすことなく、移動することができる。その根本的なトレードオフは、代わりのルータ２に対する接続性を評価するには、バッテリ電力が必要となることである。接続性データは条件が変わるとずれる可能性があるが、新たなルータ２への移動にはバッテリ電力が必要となり得るので、スター・ノード１がルータを切り替えようとしない範囲を設定することは望ましいと言える。例えば、接続性評価がある時間長に対してある量だけ変化しなければ、スター・ノード１は新しいルータ２に移動しようとしないのがよい。これは、ルータ２への接続が著しく悪化し、これは一時的な異常ではなく継続する状態であることを示す。これによって、電力消費を削減するのに役立てることができる。
【０２８１】
スター・ノード１が、同様の品質の接続間を行ったり来たりして電力および帯域幅を浪費するという状況を避けるために、実施には注意するほうがよい。これは、最近の変化の記録を保持することによって回避することができる。
【０２８２】
スター・ノード１がその接続を変更すると、ホスト４にあるルータ２から別のルータに移動したことを知らせるとよい。
【０２８３】
スター・ノード１はどのルータ２が最良の接続性を有するか判断することができるが、ネットワークにとっては、ホスト４がどのスター・ノード１をどのルータ２に連係するか決定する方がよいと考えられる。スター・ノード１が大抵静止している用途では、典型的な場合、スター・ノード１は、接続性が失われるのでなければ、ルータ２を変更しない方がよい。接続性が相応であり続ける場合、スター・ノード１がルータ２を変更するのは、ホスト４にそうするように要求されたときだけにするのがよい。ホスト４は、ネットワークの負荷の均衡を取るのに役立てることができる追加の情報を維持することができる。また、物理的な近接性を示すことができるようにスター・ノード１を連係させることもできる。
【０２８４】
接続性が予め設定した閾値よりも低下した場合（例えば、確率＜０．３３）、スター・ノード１は、問題が生じ休止状態に入ることを、ホスト４に知らせることができる。システムの元の構成を確立し直す場合、低レートでハートビート(heartbeat)することができる。多くの連続するハートビートが不良である場合（例えば、２０）、スター・ノード１は、ハートビートの送信を停止することもできる。尚、接続性が長期間にわたって失われた場合、時間同期も失われる可能性がある。
【０２８５】
接続性が失われた場合、スター・ノード１は周期的に、システムの時間軸を取得することから開始して、ネットワークに再加入しようとすることができる。スター・ノード１がネットワークを再取得する１つの方法は、スター・ノード１が、少なくとも１つのルータ２からのフレーム・ビーコン４０１を発見するまで、制御チャネル上で待つことであるとすることができる。次いで、スター・ノードは新たな接続性評価を完了することができる。評価が完了したなら、スター・ノード１は自律的に新たなペアレントおよび好ましい通信チャネルを選択することができる。あるいは、スター・ノード１が接続性データをホスト４に転送してもよく、ホスト４が新たなペアレントをスター・ノード１指名してもよい。次いで、スター・ノード１はその新たなペアレントにその指名を通知すればよい。
【０２８６】
スター・ノード１は、周期的に、「次のｘ分の内ランダムに選択した時刻に再構成する」という形式のコマンドをホスト４から受信することができる。ｘが０の場合、プロセスは直ちに進まなければならない。
【０２８７】
スター・ノードが周期的にまたは比較的連続的にでも移動する可能性がある用途もいくつかあり得る。スター・ノード１が、その資産(asset)上に動き検出器を有するスター・ノード１のように、移動性であると予期される場合、動きの検出と接続性問題との組合せから、スター・ノード１が新たなペアレントを捜す必要があり得ることは明白と考えられる。この状況については、他の場合と共に、後に論ずることにする。
【０２８８】
チャイルド・スター・ノード１が時間切れになった場合、そのペアレント・ルータ２はスター・ノード１を離脱させ、ルータのペアレントに知らせる。最終的に、この情報はホスト４に到達することができ、経路設定テーブルをそれに応じて変更することができる。
ホストがネットワークの再構築を決定するとき
第２に、ホスト４が周期的にネットワークを再構築すべき事を判断するとよい場合がある。例えば、ホスト４は、ネットワークにおける多数の接続性不良を示す情報を受信する可能性がある。この場合、ホスト４は、既存の経路設定テーブルを破棄するとよく、そしてネットワーク上に残留している全てのスター・ノード１およびルータ２を時間切れにすることができる。ホスト４は、セッションＩＤを１だけ増分することができる。次いで、新たなセッションＩＤを用いて、あたかも新たなネットワークであるかのように（以前に説明したように）ネットワークを再構築することができる。新しいセッションＩＤを用いて新しいネットワークを構築する場合、以前のセッションＩＤを用いるアクティビティは全て、時間切れにすればよい。
【０２８９】
接続性不良がなくても、ネットワークを周期的に再構成することが望ましい場合もあり得る。接続性評価は、スター・ノード１およびルータ２からのハートビート（システム通信に関する章で既に説明したように）、ビーコン、または肯定応答を用いて連続的に行うことができる。例えば、スター・ノード１は、何をいつの時点で認識したか追跡することができる。このデータは、各ルータ２から当該スター・ノード１が受信するパケットの割合を計算するために用いることができる。劇的な（即ち、ある閾値を超える）変化を検出した場合、ホスト４は全てのスター・ノード１およびルータ２を時間切れにさせることを選択することができ、次いでホスト４はネットワークを再形成することができる。
【０２９０】
ホスト４は、代わりに、スター・ノード１またはルータ２にネットワークを再取得するように命令してもよい。スター・ノード１またはルータ２は、「次のｘ分以内のランダムに選択した時点で再構成する」という形式のコマンドをホスト４から受信することができる。ｘが０の場合、再構成プロセスは直ちに進めることができる。
【０２９１】
ルータ２が再構成する場合、全ての経路設定テーブルを削除し、当該ルータ２に収容されている古い経路が経路設定テーブル内に残らないようにする。
ルータがネットワーク接続性を失った場合
第３に、ルータ２がネットワークと共に失われる場合がある。一例を図１６に示す。
【０２９２】
図１６を参照すると、ルータ２ｄ（Ｄ）への接続性が失われた場合、ルータ２ｆ（Ｆ）は、その主としてルータ２ｂ（Ｂ）に、そしてその副としてルータ２ｅ（Ｅ）に切り換えればよい。ルータ２が失われた場合、全ての経路設定テーブルを更新し、そのルータ２を含む古い経路が経路設定テーブルに残らないようにするとよい。呼ルータ２が時間切れとなった場合、そのペアレント・ルータ２は呼ルータ２およびその子孫を除外することができ、ペアレント・ルータのペアレントに知らせることができる。最終的に、この情報はホスト４に到達することができ、経路設定テーブルをそれに応じて変更することができる。
【０２９３】
２ｆがルータではなくスター・ノード１である場合、第１の場合（スター・ノード１が接続性を失った場合）において説明したように新しいペアレントを探すことができる。しかしながら、先に記したように、ルータ２は、問題を発生せずにそれら自体を再構成するためには、グローバル情報が足りない場合もある。図示の場合では、２ｆ（Ｆ）がルータ２であっても、Ｆはルータ２をチャイルドとして全く有しておらず、循環的な引用(circular reference)を生ずる危険性なく、それ自体を再構成することができる。
【０２９４】
しかしながら、ルータ２が、ルータ２ｂ（Ｂ）のように、ツリーの中間にある場合、新たなペアレントを独立して選択すると、循環経路を生ずる可能性がある。このようなルータ２は、ホスト４に接続性が失われたことを知らせることができ、ホスト４からの別の命令を待つことができる。ホスト４は、接続性評価に基づいて、新しいペアレントをルータ２に割り当てることができる。また、ルータ２は、循環を防止するために、それら自体の従属のチャイルドにならないための命令を有することもできる。
【０２９５】
ルータ２ｆ（Ｆ）が、その主ペアレント・ルータ２ｄ（Ｄ）が失われたことを通知する場合、ルータ２ｆ（Ｆ）は、ホスト４に、失われたルータ２ｄ（Ｄ）を利用している既存の経路を除外するように通知することができる。この通知は、セッションＩＤまたはタイム・スタンプを収容しており、ホスト４が、パケットが送られた順序を判定できるようにするとよい。次いで、ホスト４は、失われたルータ２ｄを用いる既存の経路設定テーブルのエントリを除外することができる。ホスト４は、以前にルータ２ｄ（Ｄ）のチャイルドであった全てのスター・ノード１およびルータ２に、接続性評価を行い、新たな主および副ペアレントをこれらのチャイルドに割り当てるように命令することができる。
【０２９６】
ルータ２が失われた場合に経路設定テーブルを更新する別の方法は、各ルータ２がホスト４に向けて上方に送られた「失われたノード」のメッセージを検査し、ルータ２が失われたと報告されている場合、失われたルータ２を含む全ての経路を除外することとしてもよい。この場合、総経路重みを計算し直して、新しい最低の経路重み、したがって新しい好適な経路を、失われたルータの従属ルータ２の各々に対して決定する必要がある場合もある。
【０２９７】
失われたルータ２ｄが未だ「生きている」（ネットワークの残りと通信していないが）場合、それ自体をそのチャイルドから離脱することができる。すると、チャイルドは、もはやそのペアレントとは通信することができないことを発見することができ、新しいペアレントを探さなければならない場合もある。
【０２９８】
ルータ２ｄ（Ｄ）が後に再度接続性を確立することができる場合、新たなデバイスとしてネットワークに再加入することができる。しかしながら、その元の位置で再加入することはできない。何故なら、ホスト４は現在の接続性割り当てに基づいてネットワークを整合し直すことを選択できるからである。（しかしながら、接続性データに基づいて、ホスト４が実際にルータ２ｄ（Ｄ）をその元の位置に戻すことを選択する場合もある。
トポロジにおけるその他の変更
第４に、前述の３つの場合によってカバーされる制約外で、トポロジの変更を行うことができる。トポロジの変更では、できるだけ少ないルータ２がそれらの経路設定テーブルを更新することが必要な場合がある。ネットワークの影響を受ける部分に関わる経路設定テーブルの全てを作り直すとよい。このプロセスは、いずれのデバイスも孤立しなくてもよい(ophane)。デバイスは、単にその経路設定テーブルを破壊し、それらを前述したように作成し直せばよい。ペアレントを失ったノードを除いて、殆どのノードは変更を知らないことさえあり得る。経路設定テーブルを変更する場合、新たなセッションＩＤをホスト４によって割り当てることができる。
【０２９９】
経路設定テーブルを作成し直す代わりに、セッションＩＤを変更することによって、ネットワークを終了してもよい。ＦＨシステムでは、これは、ＦＨシーケンスの変更によって遂行することができる。ネットワークが終了すると、以下に述べるように再形成する必要がある場合もある。
【０３００】
トポロジが変更したことを知っているデバイスは、新たなトポロジについて新たな経路設定情報を発生することができ、ネットワーク形成中にこれを次のルータ２まで送ることができる。デバイスの新しいエントリを受信した各デバイスは、当該デバイスについての以前のデータを置き換える。古い経路設定情報が無効になっている場合もあるので、既存の経路設定情報と新しい情報との比較ができないこともある。
【０３０１】
経路設定テーブルは、データを誤って削除しないことの確証を得るために、識別子を経路設定情報に付随させなければならないようにするとよい。デバイスが、特定の経路を記述する情報を変更する場合、その情報に付随する識別子を変更することができる。変更した経路のみが、更新した識別子を必要とすればよい。このように、更新データを受信したデバイスは、更新した情報と、変更する必要がないデータとを区別することができる。
【０３０２】
一旦ルータ２がネットワークに加入したなら、ネットワークの全体像に欠ける可能性があり、このような知識がないと、ネットワーク階層において「局部的な」変更を行うと、循環経路が生ずる虞れがある。先に記したように、ルータは、循環を防止するために、それらの従属物のチャイルドにならないための命令を有することができる。あるいは、ホスト４を伴わない再構成方式を開発すればよい。例えば、宛先シーケンス距離ベクトル（ＤＳＤＶ）経路設定に関する文献から借用する。しかしながら、ホスト４上でネットワーク・トポロジの変更をモデル化し定義する方が、一層効率的であり、より良い結果が得られると考えられる。
【０３０３】
ルータ２は、ホスト４がネットワークを再構成できるようにするには、以下の機能をサポートしていなければならない場合がある。
【０３０４】
・ルータ２は、連続的に、近隣のルータ２に対する接続性の簡易評価を行うことができ、これをホスト４に周期的に報告することができる。この簡易評価は、新しいルータ２がネットワークに加入したときに検出できるよう十分にロバストであるとよい。（ルータ２がデューティ・サイクルに従う場合、簡易評価は代わりに、周期的に、またはホスト４からの要求時にのみ行ってもよい。）
・ホスト４は、ルータ２がその最新簡易評価データを報告するように要求することができる。
【０３０５】
・ホスト４は、ルータ２がその近隣の１つ以上に関して詳細評価を行うように要求することができる。
【０３０６】
・ホスト４は、ルータ２またはスター・ノード１がその主および／または副ペアレントを変更することを要求することができ、これを遂行したという情報を受信することができる。このような変更は、双方向において経路設定変更を伴う場合がある。ネットワークの完全性がいずれの段階においても失われないように、ネットワーク全体を通じてこのような要求を直列化(serialize)するのはホストの責務とするとよい。
【０３０７】
この設計の下で、新たなルータ２は既存のネットワークに加入することができるが、既存のルータ２は、ホスト４にそうするように命令されなければ、またはネットワークがゲートウェイ３から開始するように再構築されなければ、この新しいルータ２を通じて経路を設定することはできない。
ネットワーク再構成中の送信におけるパケットのアドレシング
スター・ノード１またはルータ２の接続性が失われた場合、当該スター・ノード１またはルータ２へ送信中のパケット、またはこれらから送信中のパケットがあり得る。しかしながら、送信中にパケットが失われないことを確保することが望ましいこともあり得る。これにどのように取り組むかは、どこでパケットが、そしていつ接続性が失われたかによって異なる。
【０３０８】
パケットがホスト４からスター・ノード１にその主ペアレントを介して送られているが、パケットの送信中にその主ペアレントへの接続性が失われた場合、パケットはスター・ノード１に到達することができず、スター・ノード１はアプリケーション・レベルの知識をホスト４に送ることができない。パケットを処理した最後のルータ２は、ＭＡＣレベルの知識の欠如に気付くことができず、このようなイベントを送信障害と解釈すればよい。ルータ２は、その副ペアレントを介してパケットをスター・ノード１に再度送ろうとすることができる。これでも肯定応答が得られない場合、ルータ２は別の経路を通じてパケットを再度送ろうとすることができる。肯定応答が受信されない場合、最終的に、ルータ２は、スター・ノード１への接続性が失われた可能性があることをホスト４に通知することができる。
【０３０９】
パケットがスター・ノード１に送られ、スター・ノード１がそのパケットを受信した場合、スター・ノード１は肯定応答をホスト４に送ることができる。しかしながら、肯定応答が送られている間にスター・ノード１からホスト４までの経路上にあるルータ２が接続性を失った場合、ホスト４は肯定応答を受信することができない。（例えば、図１２において、肯定応答がルータ２ｆ（Ｆ）からホスト４に送られており、肯定応答の送信中にルータ２ｂ（Ｂ）が失われた場合、肯定応答はホスト４に到達することができない。）ホスト４は、元のパケットを再度送ろうとすることができ、異なる経路を用いて、またはフラッディンッグ(flooding)によって、パケットを受信したスター・ノード１からの肯定応答を受信するまで、元のパケットを送ろうとすることができる。
【０３１０】
スター・ノード１がパケットをホスト４に送る場合、ホップ・カウント、およびスター・ノード１とホスト４との間の典型的なレイテンシに応じて、ある時間以内に肯定応答を予期することができる。この予期した時間以内に肯定応答を受信しない場合、スター・ノード１はパケットを再度送ろうとすることができ、異なる送信経路を利用しようとすることができる。
【０３１１】
パケットを再送信している間に接続性が再度確立した場合、同じパケットが１回よりも多く受信される結果となる場合もある。このために、ネットワーク・トラフィックが増大する可能性があるが、全てのパケットが受信され承認されることを確保することができる。
多数のゲートウェイに対するサポート
これまでの明細書は、単一のゲートウェイ３を備えたＷＳＮに殆ど限定していた。ゲートウェイ３が１つだけの構成では、システムは、共通のゲートウェイ３に帰還する主接続の単一のツリーを構築することができ、副接続が同じゲートウェイ３へのバックアップ経路を設けることができる。この枠組みは、図２に示すように、多数のゲートウェイをサポートするように一般化することができる。図２に示すように、ゲートウェイ３ａ（Ｘ）、３ｂ（Ｙ）、および３ｃ（Ｚ）が共通のイーサネット（登録商標）・バックボーンに接続されている。ルータ２ａ−１は、前述のように、これらのゲートウェイ３ａ〜３ｃへの接続を形成することができる。多重ゲートウェイ構成の重要な利点の１つは、副経路が、不経路とは異なるゲートウェイ３に通ずることができる点にある。例えば、図２において、ルータ２ｈ（Ｈ）はゲートウェイ３ｂへの主経路と、ゲートウェイ３ｃ（Ｚ）への副経路とを有する。実際、図２に示す構成では、ゲートウェイ３ａ〜３ｃのいずれの１つまたはルータ２ａ−１が故障しても、許容することができる。多重ゲートウェイ３構成の別の利点は、ゲートウェイ３へのホップの数を、ゲートウェイ３をルータ２間に散在させるときよりも少なくすることができ、その結果ネットワークの高速化および信頼性向上が得られることである。
【０３１２】
図示のように、図２に示す経路設定は、ゲートウェイ３ａ〜３ｃのどれを個々のスター・ノード１ａ〜１ｔまたはルータ２ａ〜２ｌとの通信に用いようと関係ないことを暗示している。このように、この図における「単一点の障害」は、図２におけるイーサネット（登録商標）５０として示す、バックボーン自体である。経路設定トポロジは、別個のネットワーク上でゲートウェイ３の並列集合をサポートするように構成することができ、経路設定テーブルは、あらゆるノードに各ゲートウェイ３への接続性を設けるように構成されている。あるいは、典型的な用途では、冗長なバックボーンは不要でもよい場合もある。個々の用途に適した、異なるコスト／信頼性のトレードオフによって、信頼性のあるイーサネット（登録商標）および同様のバックボーンを設けるには、種々の解決策がある。対照的に、個々のＷＳＮコンポーネントは、一般に非常に安価な無線機、および低コストに対して最適化した関連コンポーネントに基づいている。したがって、いずれの特定のＷＳＮリンクまたはデバイスも、本質的に、ゲートウェイ３を接続するバックボーンよりも信頼性が低いという仮定の下で、ＷＳＮ１００を設計することは理にかなっていると言える。
【０３１３】
多数のゲートウェイ３を用いた潜在的な構成は、ＷＳＮ１００の規模の増減にしたがって、一層複雑に発展する可能性がある。ＷＳＮ１００が、潜在的に数十台のゲートウェイ３を含むように拡大すると、個々のルータ２は最適なルータ・トポロジを得るためのネットワーク全体の情報を簡単には有することができないこともあり得る。加えて、ルータ２は、周到なネットワークのトレードオフが得られるように処理能力を有することは必ずしもできないこともある。実際、ルータ処理／格納要件、したがってルータのコストが削減するのであれば、このような処理をどこででも行うことが望ましい場合もある。更に、ルータ２におけるプログラミング環境が、微妙なネットワーク全体のトポロジのトレードオフを得るために複雑なソフトウェアを書くことを困難にしている可能性もある。今日のマイクロプロセッサを用いれば、ゲートウェイ３はＬｉｎｕｘを実行する２５ドルのプロセッサを中心に設計し、多数のメガバイトの記憶容量を有し、ネットワークの動作をし易くすることがもっともらしくできる。このようなＬｉｎｎｕｘを用いたゲートウェイ３は、比較的プログラムが容易な「ネットワーク頭脳」のバックボーンを設けることができる。このように、ＷＳＮの規模に応じて、ゲートウェイ内にネットワーク・インテリジェンスの感覚を組み入れることを、経済的でしかも実用的にすることができる。
【０３１４】
ゲートウェイ３が一層精巧に拡大するに連れて、ルータ２は、インテリジェント・ゲートウェイ３が発行するコンフィギュレーション・コマンドに単に従えばよいように単純化することができる。以下の機能集合は、このようなルータ２に必要と考えられる最少の機能集合を表す。
【０３１５】
・ネットワークへの加入。ネットワークに加入するには、スター・ノードが使用する手順（既に説明した）に従う。
【０３１６】
・接続性評価を行い、結果を報告する。自発的におよび／またはゲートウェイ・コマンドに応答して、範囲内にあるルータ２の接続性評価を行い、結果を報告する。
【０３１７】
・主および／または副ペアレントの変更。コマンドに応答して、ネットワークにおける位置を変更し、変更を確認する。この変更は、ノードによって２段階で、最初にそれ自体がその現在のペアレント（複数のペアレント）から離れ、次いでそれ自体をその新たなペアレント（複数のペアレント）に加入することによって実施することができる。
【０３１８】
・ルータと汎用ノードとの間の変換。ルータ２は、ネットワークを形成しているときおよび再構成しているときの期間中一時的に汎用ノードとして行動しなければならない場合がある。例えば、ネットワークに加入する新たなルータ２は、最初に汎用デバイスとして加入し、次いでゲートウェイ・コマンドを通じてそのペアレントを選択し、次いでゲートウェイ３からの別のコマンドを通じてルータ２（またはスター・ノード１）になることができる。
【０３１９】
これら４つのベースライン・コマンドをしかるべく用いることによって、ゲートウェイ３は、ネットワークの接続性を分析し、必要に応じてネットワーク・トポロジを構成するツールを有することになる。同時に、ルータ２は、ゲートウェイ３に微妙な経路設定の判断を処理させることによって、簡略化することができる。
【０３２０】
前述のように、接続性評価を連鎖させると、あるデバイスがネットワーク内の他のいずれかのデバイスに到達する確度を推定することができる。図１７は、２つのゲートウェイ３ａ（Ａ）および３ｂ（Ａ’）を有するＷＳＮ１００における接続性評価を行う例を示す。例えば、ルータ２ｆ（Ｆ）が送ったパケットがホスト４に到達する確率は、経路Ｆ−Ｄ−Ｃ−Ａ−ホストを用いた場合９０％×８０×８０％＝５８％、経路Ｆ−Ｄ−Ａ’−ホストを用いた場合９０％×８０％×９０％＝６５％となる。
ＷＳＮアーキテクチャの増強
以下の章では、ＷＳＮアーキテクチャと共に用いることができる増強についていくつか説明する。
範囲内における多数のネットワークをサポート
これまでの論述の多くは、対象範囲内にネットワークが１つだけのシステムについて記載したが、ＷＳＮアーキテクチャは、適度に近接する多数のネットワークとも用いることができる。ネットワーキング・ソフトウェアは、スター・ノード１が「間違った」ネットワークに加入しないことを保証するために、ある種の「グループ番号」を含むことができる。このようなグループ番号がないと、スター・ノード１は、最も良い接続を有するネットワークであればどれにでも加入する虞れがある。ホスト４がスター・ノード１に別のネットワークを見つけるように指示するトランザクションを設けることができる。
【０３２１】
別の可能性は、デバイスに一意のＩＤを関連付けることができ、既知のＩＤを有するデバイスだけにネットワークに加入することを許可するリストを作成することができることである。
移動するスター・ノードに対するサポート
ハンドヘルド・コンピュータと一体化したスター・ノード１のように、頻繁に移動するスター・ノード１は、継続的に異なるルータ２と接続する必要がある場合がある。連続的に加入および再加入するプロセスは、システムの帯域幅および電力を用いる場合がある。このようなスター・ノード１が規則外の例外であると仮定すると、これらには、ある種の特殊プロトコルを必要とする場合もある。このようなスター・ノード１のための手法の１つは、近隣のルータ２からのビーコンを周期的に傍受し、次いで必要に応じて近隣のルータｖを通じて（実際にこのようなルータ２のチャイルドにはならずに）トラフィックを送出することである。
移動するルータに対するサポート
これまでの論述では、ルータ２間の接続が、時が経っても比較的安定なままでいる例を用いた。本システムは、最適な経路を作成するためにこれらの接続を特徴付ける努力をして、先験的計画を用いることができる。ルータ２が固定位置にいない用途では、ここで述べる注意深い特徴付けは、帯域幅、時間、および電力の不適切な使用となり得る。フラッディング(flooding)またはアド・ホック・オンデマンド距離ベクトル（ＡＯＤＶ：Ad Hoc On-Demand Distance Vector）のような、オンデマンド手法で、このような状況下により適切なルータ２を作成することができる。
ＷＳＮシステム構造
図１８は、ＷＳＮアーキテクチャの一実施形態を示す。
【０３２２】
ノード（スター・ノードまたはルータとすることができるが、図１８においてスター・ノード１として示したものである）は、ペアレント／チャイルド関係でルータ２に接続することができる。ルータ２も、他のルータ２のチャイルドになることができる。ノード１およびルータ２のメッシュはネットワーク基地局７０１に接続することができる。ネットワーク基地局７０１は、プロキシおよびその他の機能を組み込むことができる。基地局７０１から、ノード１およびルータ２のデータは、ＡＰＩ７０２ａにより、インターネットまたはイントラネット接続７０３を通じて他のネットワーク接続したデバイスに渡ることができる。例えば、データは、ＡＰＩ７０２ｄにより、イーサネット（登録商標）接続したワークステーション７０６に渡り、サーバ７０４、および／またはデータベース７０５に渡ることができる。
【０３２３】
あるいは、ノード１は、ＡＰＩ７０２ｂによって、ハンドヘルド・コンピュータ７０７に接続することもできる。ハンドヘルド・コンピュータ７０７がネットワーク接続を有する場合、ハンドヘルド・コンピュータ７０７から、前述のように、ネットワーク接続したデバイスにデータを渡すことができる。
【０３２４】
図１９は、ＷＳＮ１００を構築する１つの方法を示す。ＰＨＹ８０２、ＭＡＣ８０３、ＮＥＴ８０４、およびＡＰＰ８０５０やが、各ワイヤレス・ノード（スター・ノード１またはルータ２）内に設けることができる。
【０３２５】
ゲートウェイ３は、プロトコル変換を行うことができる。例えば、ＷＳＮ１００は、数社の異なる製造会社からの多数の形式のワイヤレス・ノードを含む場合もある。ゲートウェイを通過する際、これらのノード形式の各々からの情報を共通プロトコル８０６に変換することができる。
【０３２６】
ワイヤレス・ネットワーク・プロキシ、サーバ、およびデータベース８０７を有する埋め込みコントローラ８０１、ワイヤレス・ネットワーク・アプリケーション８０８、ならびにＡＰＩモジュール８０９があってもよい。１つよりも多いプロトコルをＷＳＮ１００において用いる場合、複製した埋め込みコントローラ８０１を、各プロトコルに１つずつ用いることができる。プロキシは、リード（例えば、「ノードＡのステータスは何か？」）および書き込み（例えば、「ノードＢ上のアクチュエータをオンにする」）要求を処理するために用いることができる。これらの要求を直接ノード間で送るのではなく、ネットワーク・アプリケーション８０８は、プロキシ２お用いてこれらの要求を処理し転送することができる。何故なら、プロキシのデータベースがネットワークにおける全てのノードの現在のステータスを維持できるからである。
【０３２７】
また、管理ソフトウェアやユーザ特定アプリケーション（（例えば、ネットワークにおけるノードのステータスやこれらのノードから得たデータを見るためのグラフィック・インターフェース）のような、エンド・ユーザ・アプリケーション８１０もあってもよい。
【０３２８】
図２０は、ＷＳＮコントローラの一実施形態を示す。センサ・データは、ゲートウェイ３を介してＷＳＮ１００から直接コントローラに渡すことができ、あるいは多数のＷＳＮ１００がイーサネット（登録商標）５０またはＷｉＦｉ５１ＬＡＮ上でサブネットを形成することができる。リードおよびライト要求を処理するためにプロキシ３２があってもよい。プロキシ３２はそれ自体のデータベース３５を維持することができる。
【０３２９】
プロキシ３２から、データはＨＴＰサーバ３１に移ることができ、ＨＴＴＰサーバ３１はこのデータを、ＨＴＴＰフォーマットでＩＰインターフェース３６に転送することができ、ＯＥＭプログラマブル・インターフェース３３に転送し、ここから更にデータをあるＯＥＭ選択フォーマットでＩＰインターフェース３６に転送することができ、あるいはＩＰインターフェース３６に直接移ることができる。ＩＰインターフェース３６は、例えば、イーサネット（登録商標）５０、ＷｉＦｉ５１、またはパケット・セルラ５２を用いて、データをＩＰネットワーク・バックボーン５３に転送することができる。また、シリアル接続を通じて、特にゲートウェイ３デバイスのコンフィギュレーションのために、データを送信するためにＲＳ２３２インターフェース３７があってもよい。
【０３３０】
図２１は、プロキシ３２（ＶＰＤ、または仮想プロキシ・デバイス）の一実施形態を示す。図２１における例では、４台のサブネットワーク、２台のセンシキャストＷＳＮ１００ａおよび１００ｂ、ならびに２台のＴｉｎｙＯＳネットワーク１００ｃおよび１００ｄがある。各ネットワークからのデータは、ＲＳ２３２接続を介してホスト４に接続することができる、ゲートウェイ３に移ることができる。各ＷＳＮ１００からのデータは、異なる形式のＷＳＮ１００間で共通のフォーマットにプロトコル変換するために、ＲＳ２３２サービス９０１を通じて、ＴＣＰを介してプロトコル・サーバ９０２に移ることができる。プロトコル・サーバから、データは仮想プロキシ・デバイス（ＶＰＤ）３２に移ることができる。ＶＰＤ３２は、アプリケーション・プログラムのために、ネットワークの抽象化を行い、これによって各ＷＳＮセンサ・アクチュエータをソフトウェア・オブジェクトとして表す。ＶＰＤ３２は、ホスト４上の仮想デバイスとネットワーク上の物理デバイスとの互換性を保つ詳細を処理する。
【０３３１】
ＶＰＤ３２内には、要求およびデータを処理し転送するＶＰＤ９０５、および情報を格納するＶＰＤデータ・キャッシュ９０４があるとよい。また、ＶＰＤ３２はデータベース９０３を維持することができる。ＶＰＤ３２は、ネットワークの運用管理に用いることができる、運用管理グラフィカル・ユーザ・インターフェース（ＧＵＩ）９０６に接続することができる。この管理運営ＧＵＩ９０６は、ＶＰＤデータ・キャッシュ９０４のそれ自体のミラーを維持することができる。
【０３３２】
また、ＶＰＤ３２は、特定用途ＧＵＩに情報を渡し、これからデータを受けることができる。図２１における例では、ＷＳＮにおけるセンサを管理するために用いることができる、オブジェクト・アラーム・システム（ＯＡＳ）ＧＵＩ９１４、およびセンサ・データに関する警報状態（例えば、アートワーク上のセンサが不正の接触を検出したときに警告する）を監視するために用いることができる。ＶＰＤサーバ９０５は、各ＧＵＩに特定のサーバ（例えば、ＳＭＳサーバ９１１およびＯＡＳサーバ９１２）に情報を渡し、これから情報を受けることができる。このサーバは、情報をそれ自体のＧＵＩに情報を転送し、これから情報を受けることができる。
【０３３３】
各アプリケーション特定サーバは、ＶＰＤデータ・キャッシュ９０４のミラー、ならびにそれ自体のアプリケーション特定データ・キャッシュ９０８／９０９ならびにデータベース９０７／９１０を維持することができる。各アプリケーションＧＵＩは、それ自体に、ＶＰＤデータ・キャッシュ９０４のミラー、およびそれ自体のアプリケーション特定データ・キャッシュ９０８／９０９のミラーを維持することができる。
【０３３４】
この開示では、ワイヤレス・センサ・ネットワーク（ＷＳＮ）において用いるように設計されたネットワーク・アーキテクチャおよびプロトコルについて説明してきた。これに関して、適応周波数機敏（ＡＦＡ）および周波数ホッピング（ＦＨ）システムを考慮してきた。これまで、ネットワークの形成、ＷＳＮ内における通信、システムの増強、および既存のネットワークに対して行う変更について論じて来た。また、このようなネットワークにおけるセキュリティのための選択肢についても考慮した。再度、ここに記載した実施形態は例示であることを意味し、限定としては意図していない。また、前述の種々の特徴は、適した方法であればいかように組み合わせても、本発明によるシステムを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０３３５】
【図１】図１は、本発明によるワイヤレス・センサ・ネットワーク（ＷＳＮ）の一例を示す。
【図２】図２は、本発明にしたがって構成したシステムの概要を示す。
【図３】図３は、ノードをＷＳＮに加入するプロセスを例示する。
【図４】図４は、単純なハブ／スポーク構成を有するＷＳＮの一例を示す。
【図５】図５は、本発明によるＷＳＮの階層構造の概要を示す。
【図６】図６は、ＷＳＮノードのブロック図を示す。
【図７】図７は、無線環境において周波数を変更する効果を示す。
【図８】図８は、異なる周波数におけるフレーム・ビーコンのお送信および競合アクセス期間を経時的に示す。
【図９】図９は、ホップ・シーケンスＡの一部を用いた、以前のチャネル上でのＦＨビーコンの送信を一例として示す。
【図１０】図１０は、ＷＳＮにおける混成認証／暗号化方式を示す。
【図１１】図１１は、予報ビーコン・タイミングにおいてノードが考慮することができる不確実性を示す。
【図１２】図１２は、接続性評価の連鎖および経路設定テーブルの使用と確率との連鎖を示す。
【図１３】図１３は、ＷＳＮにおけるパケット構造の一実施形態を示す。
【図１４】図１４は、ＷＳＮにおけるノードからホストへのメッセージの送信／再試行計画を示す。
【図１５】図１５は、ホストを伴わずに、メッセージを転送する方法を示す。
【図１６】図１６は、ルータがネットワークに関して(vis-a-vis)失われた場合に、いかにしてＷＳＮを再構築できるかを示す。
【図１７】図１７は、ゲートウェイを１つよりも多く有するＷＳＮにおける、接続性評価およびルーティング・テーブルの使用と確率との連鎖を示す。
【図１８】図１８は、ＷＳＮアーキテクチャの一実施形態を示す。
【図１９】図１９は、ＷＳＮに含めることができる要素の一部の概要を示す。
【図２０】図２０は、ＷＳＮコントローラの一実施形態を示す。
【図２１】図２１は、プロキシの一実施形態を示す。
【図１】
2007535203.tif 000006
【図２】
2007535203.tif 000007
【図３】
2007535203.tif 000008
【図４】
2007535203.tif 000009
【図５】
2007535203.tif 000010
【図６】
2007535203.tif 000011
【図７】
2007535203.tif 000012
【図８】
2007535203.tif 000013
【図９】
2007535203.tif 000014
【図１０】
2007535203.tif 000015
【図１１】
2007535203.tif 000016
【図１２】
2007535203.tif 000017
【図１３】
2007535203.tif 000018
【図１４】
2007535203.tif 000019
【図１５】
2007535203.tif 000020
【図１６】
2007535203.tif 000021
【図１７】
2007535203.tif 000022
【図１８】
2007535203.tif 000023
【図１９】
2007535203.tif 000024
【図２０】
2007535203.tif 000025
【図２１】
2007535203.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成19年7月18日(2007.7.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレス・センサ・ネットワークであって、
ワイヤレス信号を送信および受信するために構成および配置された複数のスター・ノードであって、該複数のスター・ノードのうちの少なくとも１つが、少なくとも１つの対応するセンサ・デバイスと関連付けられており、該対応するセンサ・デバイスからの情報を含むワイヤレス信号を送信するように構成および配置されている、スター・ノードと、
各々少なくとも１つのスター・ノードとの通信のためにワイヤレス信号を送信および受信するように構成および配置され、更に前記ワイヤレス・センサ・ネットワーク内にある少なくとも１つの他のデバイスと通信するためにワイヤレス信号を送信および受信するように構成よび配置されている、複数のルータと、
を備えており、
前記複数のスター・ノードは、複数の周波数を用いて、少なくとも１つのルータと通信し、複数の前記ルータは、各々、ランダム化した時点またはランダム化した周波数の少なくとも一方において開始する期間の間少なくとも１つのスター・ノードと通信するために使用可能である、ワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項２】
請求項１記載のネットワークにおいて、前記複数のルータの各々は、スケジュールに基づいて通信に使用可能であり、各ルータのスケジュールは、他のルータのスケジュールとは独立している、ネットワーク。
【請求項３】
請求項２記載のネットワークにおいて、各スケジュールは、ランダム化した時点およびランダム化した周波数を規定し、これらに応じて前記対応するルータが通信に使用可能となる、ネットワーク。
【請求項４】
請求項１記載のネットワークにおいて、前記複数のルータの各々は、スケジュールに基づいて通信に使用可能であり、各ルータのスケジュールは、他のルータのスケジュールと同一である、ネットワーク。
【請求項５】
請求項１記載のネットワークにおいて、前記複数のルータの各々は、ランダム化した時点において開始する期間中通信に使用可能である、ネットワーク。
【請求項６】
請求項１記載のネットワークにおいて、前記複数のルータの各々は、ランダム化した周波数においてある期間通信に使用可能である、ネットワーク。
【請求項７】
請求項１記載のネットワークにおいて、前記ルータの各々は、複数の周波数を用いて、少なくとも１つの他のルータとの通信のために信号を送信および受信する、ネットワーク。
【請求項８】
請求項７記載のネットワークにおいて、前記複数のルータは、各々、ランダム化した時点またはランダム化した周波数の少なくとも一方において開始する期間の間、少なくとも１つの他のルータとの通信のために使用可能である、ネットワーク。
【請求項９】
請求項１記載のネットワークであって、更に、少なくとも１つのゲートウェイと、ホスト・コンピュータとを備えており、複数のルータが少なくとも１つのゲートウェイを介して前記ホスト・コンピュータと通信する、ネットワーク。
【請求項１０】
請求項９記載のネットワークにおいて、前記ルータの少なくとも１つは、少なくとも１つの他のルータを介して前記ホスト・コンピュータと通信するネットワーク。
【請求項１１】
請求項１記載のネットワークにおいて、少なくとも１つのスター・ノードが、休止サイクルを有し、ルータが通信に使用可能な期間とほぼ一致する時間において前記ルータと通信するために前記少なくとも１つのスター・ノードが起動するように前記休止サイクルが制御される、ネットワーク。
【請求項１２】
請求項１記載のネットワークにおいて、ランダム化した時点およびランダム化した周波数において開始する時間中、少なくとも１つのルータがスター・ノードとの通信に使用可能である、ネットワーク。
【請求項１３】
請求項１２記載のネットワークにおいて、前記ルータが通信に使用可能な前記ランダム化した時点は、固定間隔にランダム化ディザを加算または減算した値に基づいて判定する、ネットワーク。
【請求項１４】
請求項１記載のネットワークにおいて、各ルータは、該ルータが少なくとも１つのスター・ノードとの通信に使用可能な少なくとも１期間の前に、ビーコンを送信する、ネットワーク。
【請求項１５】
請求項１４記載のネットワークにおいて、前記ビーコンは、ＰＨＹヘッダ、ＭＡＣヘッダ、ネットワーク識別番号、セッション識別子、ルータ識別子、現時点、ネットワーク・パラメータを変更した最後の時刻、ディザを決定するための情報、現在アクティブな通信チャネルを判定するための情報、および格納−および−転送メッセージをキュー内に有するチャイルドのリスト、の少なくとも１つを含む、ネットワーク。
【請求項１６】
請求項１記載のネットワークにおいて、少なくとも１つのルータは、ネットワーク・トラフィックの量に基づいて、前記ルータが少なくとも１つのスター・ノードとの通信に使用可能な期間の長さを変更する、ネットワーク。
【請求項１７】
請求項１記載のネットワークにおいて、少なくとも１つのルータは、該ルータが少なくとも１つのスター・ノードとの通信に使用可能な多数の期間の期間と期間との間において、低電力休止モードに入る、ネットワーク。
【請求項１８】
請求項１記載のネットワークにおいて、線形コングルエンシャル・ジェネレータまたはテーブル参照の少なくとも１つに基づいて決定した時点において開始する期間の間、少なくとも１つのルータが、少なくとも１つのスター・ノードとの通信に使用可能である、ネットワーク。
【請求項１９】
請求項１記載のネットワークにおいて、少なくとも１つのスター・ノードが、第１周波数で信号を送ったのち、ＭＡＣレベルの肯定応答を受信し損ねた場合、第２周波数で前記信号を再送信する、ネットワーク。
【請求項２０】
ワイヤレス・センサ・ネットワークであって、
ワイヤレス信号を送信および受信するために構成および配置された複数のスター・ノードであって、該複数のスター・ノードのうちの少なくとも１つが、少なくとも１つの対応するセンサ・デバイスと関連付けられており、該対応するセンサ・デバイスから受信する情報を含むワイヤレス信号を送信するように構成および配置されている、スター・ノードと、
各々少なくとも１つのスター・ノードとの通信のためにワイヤレス信号を送信および受信するように構成および配置され、更に前記ワイヤレス・センサ・ネットワーク内にある少なくとも１つの他のデバイスと通信するためにワイヤレス信号を送信および受信するように構成よび配置されている、複数のルータと、
を備えており、
少なくとも１つのスター・ノードまたは少なくとも１つのルータが、ネットワークにおける当該少なくとも１つのスター・ノードまたは当該少なくとも１つのルータとネットワークにおける少なくとも１つの他のデバイスとの間におけるワイヤレス通信の品質の尺度を示す接続性評価を実行し、前記接続性評価を、前記少なくとも１つのスター・ノードまたは少なくとも１つのルータと前記少なくとも１つの他のデバイスとの間の通信関係を判定するために用いる、ネットワーク。
【請求項２１】
請求項２０記載のネットワークにおいて、前記接続性評価に基づいて、前記少なくとも１つのスター・ノードまたは前記少なくとも１つのルータと、当該少なくとも１つのスター・ノードまたは少なくとも１つのルータが、使用可能なデバイスの中で最高品質の通信を有する第１使用可能デバイスとの間に、主ペアレント／チャイルド通信関係を確立する、ネットワーク。
【請求項２２】
請求項２１記載のネットワークにおいて、前記接続性評価に基づいて、前記少なくとも１つのスター・ノードまたは前記少なくとも１つのルータと、当該少なくとも１つのスター・ノードまたは少なくとも１つのルータが、使用可能なデバイスの中で２番目に高い通信品質を有する、第２使用可能デバイスとの間に、副ペアレント／チャイルド通信関係を確立する、ネットワーク。
【請求項２３】
請求項２０記載のネットワークにおいて、前記接続性評価を多数の周波数において実行する、ネットワーク。
【請求項２４】
請求項２０記載のネットワークにおいて、前記少なくとも１つのスター・ノードまたは少なくとも１つのルータが、前記接続性評価を実行し、前記少なくとも１つのスター・ノードまたは少なくとも１つのルータに送られたワイヤレス信号に基づいて、前記接続性評価の結果を報告する、ネットワーク。
【請求項２５】
請求項２０記載のネットワークにおいて、前記通信関係は、前記少なくとも１つのスター・ノードまたは少なくとも１つのルータと第１デバイスとの間に主ペアレント／チャイルド関係、および前記少なくとも１つのスター・ノードまたは少なくとも１つのルータと第２デバイスとの間に副ペアレント／チャイルド関係を含み、
前記少なくとも１つのスター・ノードまたは少なくとも１つのルータは、コマンド信号に基づいて、他のデバイスと確立するために、前記主または副ペアレント／チャイルド関係を変更する、ネットワーク。
【請求項２６】
請求項２０記載のネットワークにおいて、少なくとも１つのルータが、コマンド信号に基づいて、前記ネットワークにおいてそのステータスをルータからスター・ノードに変更する、ネットワーク。
【請求項２７】
請求項２０記載のネットワークにおいて、前記接続性評価は、前記少なくとも１つのスター・ノードまたは少なくとも１つのルータと前記少なくとも１つの他のデバイスとの間の一方向通信に基づいて実行する、ネットワーク。
【請求項２８】
請求項２０記載のネットワークにおいて、前記接続性評価は、前記少なくとも１つのスター・ノードまたは少なくとも１つのルータと、前記少なくとも１つの他のデバイスとの間の双方向通信に基づいて実行する、ネットワーク。
【請求項２９】
請求項２０記載のネットワークにおいて、前記接続性評価は、前記少なくとも１つのスター・ノードまたは少なくとも１つのルータと前記少なくとも１つの他のデバイスとの間の通信の確率的分析に基づいて実行する、ネットワーク。
【請求項３０】
ワイヤレス・センサ・ネットワークであって、
ワイヤレス信号を送信および受信するために構成および配置された複数のスター・ノードであって、該複数のスター・ノードのうちの少なくとも１つが、少なくとも１つの対応するセンサ・デバイスと関連付けられており、該対応するセンサ・デバイスから受信する情報を含むワイヤレス信号を送信するように構成および配置されている、スター・ノードと、
各々少なくとも１つのスター・ノードとの通信のためにワイヤレス信号を送信および受信するように構成および配置されている、複数のルータと、
前記複数のルータと、少なくとも部分的にワイヤレス信号を介して通信するホスト・コンピュータであって、前記複数のスター・ノードおよび前記複数のルータの現ステータスと一致するステータス情報を含む１組のソフトウェア・プロキシを含む、ホスト・コンピュータと、
を備えている、ワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項３１】
請求項３０記載のネットワークにおいて、前記スター・ノードの少なくとも１つまたは前記ルータの少なくとも１つに関するデータ要求を、対応するソフトウェア・プロキシに送出し、前記データ要求に対する応答を、前記対応するソフトウェア・プロキシと関連するデータに基づいて供給する、ネットワーク。
【請求項３２】
請求項３０記載のネットワークにおいて、前記スター・ノードまたは前記ルータの少なくとも１つを変更する要求を、少なくとも１つの対応するソフトウェア・プロキシに送出し、前記対応するソフトウェア・プロキシは、少なくとも１つのコマンド信号を発生し、これが前記ネットワークにおいて前記要求された変更を行うために少なくとも１つのスター・ノードまたはルータに供給される、ネットワーク。
【国際調査報告】
2007535203.tif 000027
2007535203.tif 000028
2007535203.tif 000029