(57)【要約】【課題】  無線センサ・ネットワークを実現するためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】  本システムは、複数のモート（各モートが、センサ、および、近隣のモートと通信するための無線通信システムを有する）と、複数のモートの各々の間に分散した分散経路指定テーブルと、分散経路指定テーブルを周期的に更新するための更新システムとを含む。【選択図】  図１
2008501263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が、センサ、および、近隣のモートと通信するための無線通信システムを有する、複数のモートと、
前記複数のモートの各々の間に分散した分散経路指定テーブルと、
前記分散経路指定テーブルを周期的に更新するための更新システムと
を含む無線センサ・ネットワーク。
【請求項２】
前記モートの各々が更に太陽電池を含む、請求項１に記載の無線センサ・ネットワーク。
【請求項３】
前記通信システムが受動モードおよび能動モードを含み、前記受動モードが送信モートから受信モートにデータをリレーするために利用され、前記能動モードが当該モートによって生成されたデータを送るために利用される、請求項１に記載の無線センサ・ネットワーク。
【請求項４】
少なくとも１つのトランスポート・ルータおよびモニタ・ステーションを更に含む、請求項１に記載の無線センサ・ネットワーク。
【請求項５】
各モートは、当該モートが近隣のモートによってネットワークに取込まれること及び他のモートを前記ネットワークに取込むことを可能にする結合及び取込みシステムを更に含む、請求項１に記載の無線センサ・ネットワーク。
【請求項６】
各モートが、当該モートを取込んだ近隣のモートを介したエンドポイントまでの一次パスを保存する、請求項５に記載の無線センサ・ネットワーク。
【請求項７】
各モードが、他の近隣のモートを介したエンドポイントまでの二次パスのセットを識別するためのシステムを更に含む、請求項６に記載の無線センサ・ネットワーク。
【請求項８】
各モートが、前記エンドポイントまでの前記一次パス及び前記二次パスのセットをランク付けする経路指定テーブルを含む、請求項７に記載の無線センサ・ネットワーク。
【請求項９】
各モートが、近隣のモートの伝送基準のセットを分析することによって当該モートの経路指定テーブルを周期的に更新する、請求項８記載の無線センサ・ネットワーク。
【請求項１０】
各々が近隣の装置と通信するための無線通信システムを有する複数の装置を含む無線ネットワークをイネーブルするための方法であって、
各装置からの結合コマンド及びエンドポイントからの取込みコマンドをブロードキャストするステップと、
前記エンドポイントの近くにある装置を前記エンドポイントとネットワークにおいて結合するステップと、
追加の装置を前記ネットワークに結合させるために、前記エンドポイントに結合された各装置からの取込み信号をブロードキャストするステップと、
更なる追加の装置を前記ネットワークに結合させるために、前記ネットワークに結合された各追加の装置からの取込み信号をブロードキャストするステップと
を含む、方法。
【請求項１１】
前記ネットワークに結合するために使用可能な更なる装置がなくなるまで、直前のブロードキャストするステップを繰り返す更なるステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記無線ネットワークが無線センサ・ネットワークを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
各装置が、センサ、および、近隣のモートと通信するための無線通信システムを有するモートである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記エンドポイントまでの一次パスを各モートに保存する更なるステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
他の近隣のモートを通信しようとすることによって前記エンドポイントまでの二次パスのセットを各モートに識別させる更なるステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
各モートに前記一次パスおよび前記二次パスのセットを経路指定テーブルにおいてランク付けさせる更なるステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記近隣のモートの通信基準のセットを分析することによって各モートに自身の経路指定テーブルを周期的に更新させる更なるステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
センサ・ネットワークにおいて使用するためのモートであって、
環境データを感知するためのセンサと、
近隣のモートと通信するための通信システムと、
前記モートをモートのネットワークにおいて確立するための結合及び取込みシステムと、
前記モートからエンドポイントまでのパスのセットをランク付けする経路指定テーブルと、
前記経路指定テーブルを周期的に更新するための更新システムと
を含む、モート。
【請求項１９】
太陽電池を更に含む、請求項１８に記載のモート。
【請求項２０】
前記通信システムが受動モードおよび能動モードを含み、前記受動モードが送信モートから受信モートにデータをリレーするために利用され、前記能動モードが前記モートによって生成されたデータを送るために利用される、請求項１８に記載のモート。
【請求項２１】
各モートが前記エンドポイントまでの一次パスを記憶し、前記一次パスが、当該モートを取込んだ近隣のモートを通過する、請求項１８に記載のモート。
【請求項２２】
各モートが他の近隣のモートを介したエンドポイントまでの二次パスのセットを識別するためのシステムを更に含む、請求項２１に記載のモート。
【請求項２３】
前記更新システムが近隣のモートの通信基準のセットを分析することによって自身の経路指定テーブルを周期的に更新する、請求項１８に記載のモート。
【請求項２４】
各モートが当該モートの種々の機能的基準を調べる自己分析システムを更に含む、請求項１８に記載のモート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総体的には、無線センサ・ネットワークに関し、詳しく云えば、情報を伝送するために「ピア・ツー・ピア」ネットワーク・アーキテクチャを利用し、環境の変化を監視するためのシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、山火事、生化学的事故又は攻撃等のような多くの環境重視の公衆安全上の危機が存在する。そのような危機に関する実時間の且つ正確な情報を得ることは、その危機を抑止すること及び被害を最小にすることにとって極めて重要である。
【０００３】
そのような危機を扱うための２つの一般的な挑戦的事項は、
（１）危機の現場における時宜を得た情報を得ること、及び
（２）その情報を監視ステーションに高い信頼性をもって伝送すること
を含む。衛星画像または熱センサのような情報を得るための現時点における方策は、それらが高コストおよび低効率であるために、広範囲にわたって使用するには理想的なものではない。現在のセンサ対策によって生じるデータは非予測性のものであり、事件後に発生されることが多い。従って、そのようなデータは、危機を扱う方法に関して時宜を得た意思決定を行う際に当てにすることができない。
【０００４】
センサによって収集された情報を伝送することも、そのデータを送信するために使用される通信チャネルが危機によって影響されることがあるので、当てにすることができない。換言すれば、センサ・ネットワーク内の重要な通信ノードが故障した場合、重要な情報を、時宜を得た態様で分析し、それに取り組むことができない。
【０００５】
現在、センサ・ベースの検出システムに関する多くの例が存在する。例えば、２００１年１月２日に発行された、発明者 Flanagan の「Early Warning System for Natural and Manmade Disasters」と題した米国特許第６,１６９,４７６号は、ネットワークを介して早期警報信号を発生するためのシステムを開示している。２００１年９月２５日に発行された、発明者Berry の「Automatic Response Building Defense System and Method」と題した米国特許第６,２９３,８６１号は、ビルディング付近の危険な汚染物を感知して何らかの自動化したアクションを取るためのシステムを開示している。残念ながら、それらの従来技術はいずれも、感知されたデータを得て、それをコスト効果のある且つ信頼性のある方法で送信することができる強固な無線センサ・システムを開示するものではない。
【特許文献１】米国特許第６,１６９,４７６号
【特許文献２】米国特許第６,２９３,８６１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、上記のようなシステムに対する要求が存在し、本発明は、そのようなシステム、即ち、感知されたデータを得て、それをコスト効果のある且つ信頼性のある方法で送信することができる強固な無線センサ・システム、を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の好適な実施例は、「スマート・ダスト（smart dust）」センサまたは光や熱などを感知するセンサ能力を持つ粒である「モート（mote）」を利用して環境の変化を検出し、メッシュ又はアドホック・ネットワーク・ブロードキャストを介してデータを送信する無線センサ・ネットワークによって、上記の問題点及びその他の問題点に対処する。各モートは、電源（例えば、太陽電池）、ネットワーク・ノード（例えば、リモート・トランシーバ）、及び温度におけるスパイクおよび危険な化学薬品のような環境の変化を測定できる小型の装置（即ち、センサ）を含む。重要なデータの送信は、単一のポイントに依存しない通信を行うメッシュまたはアドホック・ネットワークを介して行われる。センサが被害を受けるかまたは使用し得なくなる場合、別の機能センサが送信を継続することができる。アドホック・ネットワーク仮想化マップを通して使用可能なセンサを識別することによって、ネットワークの回復が得られる。
【０００８】
本発明を第１の局面から見ると、無線センサ・ネットワークが提供される。その無線センサ・ネットワークは、複数のモート（各モートが、センサと、近隣のモートと通信するための無線通信システムとを有する）と、複数のモートの各々の間に分散した分散経路指定テーブルと、分散経路指定テーブルを周期的に更新するための更新システムとを含む。
【０００９】
本発明を第２の局面から見ると、複数のモート（各モートが、センサ、および、近隣のモートと通信するための無線通信システムを有する）を含む無線センサ・ネットワークをイネーブルするための方法が提供される。その方法は、各ノードからの結合（join）コマンド及びエンドポイントからの取込み（gather）コマンドをブロードキャストするステップと、エンドポイントの近くにあるモートをそのエンドポイントとネットワークにおいて結合するステップと、追加のモートをネットワークに結合させるために、エンドポイントに結合された各モートからの取込み信号をブロードキャストするステップと、更なる追加のモートをネットワークに結合させるために、ネットワークに結合された各追加のモートからの取込み信号をブロードキャストするステップとを含む。その方法は、更に、ネットワークに結合するために使用可能な更なるモートがなくなるまで、直前のブロードキャストするステップを繰り返すステップを含む。
【００１０】
本発明を第３の局面から見ると、センサ・ネットワークにおいて使用するためのモートが提供される。そのモートは、環境データを感知するためのセンサと、近隣のモートと通信するための通信システムと、そのモートをモートのネットワークにおいて確立するための結合及び取込みシステムと、そのモートからエンドポイントまでのパスのセットをランク付けする経路指定テーブルと、経路指定テーブルを周期的に更新するための更新システムとを含む。
【００１１】
本発明を第４の局面から見ると、各々が近隣の装置と通信するための無線通信システムを有する複数の装置を含む無線ネットワークをイネーブルするための方法が提供される。その方法は、各装置からの結合コマンドおよびエンドポイントからの取込みコマンドをブロードキャストするステップと、エンドポイントの近くにある装置をエンドポイントとネットワークにおいて結合するステップと、追加の装置をネットワークに結合させるために、エンドポイントに結合された各装置からの取込み信号をブロードキャストするステップと、更なる追加の装置をネットワークに結合させるために、ネットワークに結合された各追加の装置からの取込み信号をブロードキャストするステップとを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図面を参照すると、図１は、モート・ネットワーク１２、１つまたは複数のトランスポート・ルータ１６、１８、２０、及び１つまたは複数のモニタ・ステーション２２を含む無線センサ・ネットワーク１０を示す。モート・ネットワーク１２は、
（１）環境の変化を感知し、データを伝送するための複数のモート１３、および
（２）メッシュまたはアドホック・ネットワークを介して複数のモート１３の間でデータを経路指定するための通信施設を提供する仮想ネットワーク１４、
を含む。更に詳細に後述するように、各モートは近隣のモートに無線で伝送することができる内蔵型ユニットである。更に、仮想ネットワーク１４は、モート１３の間に分散され且つ更新システム１７によって周期的に更新される分散経路指定マップ１５を含む。従って、モートがデータをリレーする機能を失った場合、そのデータは他の使用可能なモートを使って再経路指定され得るし、従って、ネットワークの回復を行うことができる。図示の実施例では、更新システム１７が、更に詳細に後述される「プレハートビート」アルゴリズムを利用して分散経路指定マップ１５を更新させる。
【００１３】
トランスポート・ルータ１６、１８、２０は、モート・ネットワーク１２及びモニタ・ステーション２２の間でデータをリレーすることができる任意のタイプのルータを含むことが可能である。実施例は、高出力のセル・タワー、無線送信機、マイクロ波送信機等を含む。モニタ・ステーション２２は、モート・ネットワーク１２からの感知されたデータの分析、保存、表示等を行うことができる任意のタイプの機構を含むことが可能である。
【００１４】
モート・ネットワーク１２は、全メッシュ・トポロジまたは部分的メッシュ・トポロジを含むアドホックまたはメッシュ・ネットワークとして具現化することが可能である。全メッシュ・トポロジでは、各モートが相互に通信している。部分的メッシュ・トポロジでは、各モートが必ずしも他のモートと通信しているわけではない。本発明は、無線環境において具現化されるものとして説明されるが、幾つかのまたはすべての通信が優先技術を使用して具現化することも可能である。
【００１５】
次に図２を参照すると、複数のモート２４、４０、４２、４４が表示され、特に、モート２４は詳細に示される。この例では、モート２４は、マイクロコントローラ２６と、環境の変化、例えば、振動、風、化学物質、及び温度の変化を感知するためのセンサ層２８と、受動層３２及び能動層３４を有するネットワーク・トランスポート層３２と、エネルギ源、この場合は、太陽電池３６とを含む。
【００１６】
マイクロコントローラ２６に機能は、モート２４によって遂行されるべきタスク全体を制御すること（例えば、センサの読取り及び伝送をスケジュールすること）、種々のコンポーネントへの電力を制御すること、感知されたデータを処理すること、モート２４の状態を決定すること、分散経路指定マップ１５を保守及び更新すること等を含む。センサ層２８は、物理的変化、化学的変化、または生化学的変化を含む幾つかの環境的な刺激を測定する任意のタイプのセンサを含み得る。センサ層２８は、感知されたデータを収集し、処理し、保存し得る。ネットワーク・トランスポート層３０は、モート２４が近隣のモート４０、４２、４４、及び／又は、トランスポート・ルータ４６と通信することを可能にする任意のタイプの無線通信システムを含み得る。
【００１７】
上述したように、各モートは受動層３２および能動層３４を含む。受動層３２は、或るモートからのデータを別のモートに送る又は「ホップする」ために使用される。能動層３４は、そのモート自体によって収集又は生成されたデータを伝送するために利用される。従って、この実施例では、モート２４から生じたデータは、潜在的には、トランスポート・ルータ４６に直接送られることが可能であり、或いはモート４４を通してトランスポート層４６にホップされるか、またはトランスポート・ルータ４６に送られる前にモート４０、４２、および４４を通してホップされることも可能である。モート４２が使用し得ないものになった場合、データは、例えば、モート４０から（破線を介して）モート４４に再経路指定されることも可能である。
【００１８】
更に詳細に後述するように、各モートは、当該モートが近隣のモートによってネットワークに「結合（join）される」ことを可能にするための及び当該モートがそれの近隣のモートをネットワークに取り込む（gather）ことを可能にするための、結合及び取込みシステム３１を含む。通信経路指定情報を含むそれら近隣のモートの機能的能力が経路指定テーブル３３に保持される。
【００１９】
図１を再び参照すると、モート・ネットワーク１２におけるモート１３が種々の接続されたセンサから収集された情報をリレーできるということを保証するために、それらは近隣のモートを介して通信パス上に大量にリレーしなければならない。これらのパスは、更新システム１７によって周期的に更新される分散経路指定マップ１５に基づいて決定される。分散経路指定マップ１５は、各モート１３によって保存された経路指定テーブルとして具現される。経路指定テーブルは、各モートがメイン・モニタ・ステーションにデータをリレーするための可能な経路指定パスをランク付けする「プレアクティブ・ハートビート」アルゴリズムを使用して作成される。
【００２０】
上述のように、モート・ネットワーク１２における各モートに対する経路指定テーブルを更新するために「プレアクティブ・ハートボート」アルゴリズムが利用される。これを達成するために、そのアルゴリズムは、モートにそれの近隣のモートをネットワーク１２へ取込ませ、しかる後、すべてのモートが取込まれてしまうまで近隣のモートにそれ自身の近隣のモート等を取込ませる。プロセスはエンドポイントで開始し、モート・ネットワーク１２を通して外に向かって拡張する。その後、センサ・データがモート１３から収集されるとき、その収集されたデータはエンドポイントに転送される。エンドポイントは、例えば、単にトランスポート・ルータに伝送することができる特別タイプのモートを含むものでもよい。各モートは、１つ又は複数の近隣のモートと通信することが可能である。このプロセスはモート・ネットワーク１２をイネーブルすることに関して説明されるが、その方法は、任意のタイプの通信装置、例えば、携帯電話、無線ルータ、ＰＤＡ等を利用して任意のタイプのネットワークをイネーブルするように適用することが可能であろう。
【００２１】
モートが先ず起動されるとき、それの通信は、実質的には「ネットワークに結合したい」という「結合」ブロードキャスト・メッセージに限定される。従って、モート・ネットワークが先ずターン・オンされるとき、各モートは「結合」をブロードキャストできるだけであり、エンドポイントが呼び出されるまで応答を受けないであろう。エンドポイントは、「結合」ブロードキャストに応答する機能を用いて初期設定される。即ち、エンドポイントは、それが検出し得るすべての「結合」ブロードキャストに対して「取込み」応答でもって応えるであろう。従って、エンドポイントは、近隣のモートからの「結合」ブロードキャストを認識し、「取込み」でもって応答する。モートが「取込み」を認識すると直ちに、そのモートはネットワークのメンバになり、「結合」ブロードキャストすることを停止する。従って、当初、モート・ネットワークはエンドポイント及びエンドポイントの近隣のモートで構成される。近隣のモートは、例えば、相互に通信し得るモートのセットとして定義することが可能である。
【００２２】
モートがネットワークにおけるそれ自体を設定すると、直ちに、そのモートは「取込み」ブロードキャストに切り替わり、それ自身の近隣のモートを取込む。従って、「結合」をブロードキャストする各モートが他の付近の取込みモート（またはエンドポイント）の近隣のモートとしてピックアップされることによって、そのサイクルは繰り返す。再び、１つのモートがそのネットワーク内の近隣のモートになるときにはいつも、それは「結合」から「取込み」に切り替わる。すぐに、すべてのモートが他のモートの近隣のモートになるであろう。モートが近隣のモートになると、直ちに、それはデータを収集し、それを近隣のモートに送る。その近隣のモートは、データがエンドポイントへの経路を進むまで、それの近隣のモート等にデータを送るであろう。各モートが後述の方法でネットワーク内に多くの近隣のモートを有することを可能にすることによって、ネットワークの冗長性が確立される。
【００２３】
短期間後に、メッシュ・ネットワーク全体が確立される。モートが最早「結合」要求を受けることがなくなった時点で、モートは、ネットワークが形成されているということを決定することが可能である。各モートは依然として「取込み」を送出するであろうが、結合する新たなモートだけは、例えば、破損したモートを置換するモートであるので、ずっと低い頻度で送出するであろう。
【００２４】
次に図３を参照すると、各ノードが１つのモートを表し、ノードＸがエンドポイントを表すモート・ネットワークが示される。「プレアクティブ・ハートヒート」アルゴリズムは、本質的には２つのフェーズ、即ち、メッシュ・ネットワークが確立される初期設定フェーズ及びエンドポイントまでのルート又はパスが更新される更新フェーズ、を有する。この実施例では、初期設定フェーズはノードＸにおけるエンドポイントから開始する。そのエンドポイントは、それの近隣のモートへの「取込み」プロセス（図３ではノードＸから延びる矢印によって示される）を開始してネットワークの形成を始める。この場合、ノードＸの近隣のノードはノードＷ、Ｓ、及びＹである。その後、ノードＷ、Ｓ、及びＹは取込みノードに切り替わり、それらの近隣のノードを取込む。従って、ノードＳは、ノードＮ、Ｒ、及びＴを含む第２セットの近隣のノードを取込む。（そのアルゴリズムは可能な近隣のノードの数を限定しないし、図示のものはそのアルゴリズムを説明するための基準として使用されるにすぎないことに留意されたい）。このプロセスは、それ以上の結合／取込みプロセスがそのネットワークでは可能でなくなるまで続くであろう。
【００２５】
１つのノードが取込まれるたびに、その取込まれたノードは、そのノードおよびそれを取込んだノードの経路指定データを保存するので、各ノードはエンドポイントまでの一次経路パスを確立することができる。従って、図４に示されるように、ノードＡは一次経路パスＡ−Ｂ−Ｇ−Ｈ−Ｍ−Ｎ−Ｓ−Ｘを形成するであろう。これは最も効率的なルートではないかもしれないが、それは、この時点で実際には重要ではない。一旦ネットワークが確立されると、エンドポイントまでのパスを最適化するためには、更なる方法を利用することが可能である。重要なことは、各モートがエンドポイントまでの一次経路を知ること、およびそのモートをネットワークに取込んだモートを介して経路が確立されることである。
【００２６】
上述のように、一旦モートがネットワークに取込まれると、その取込まれたモートはエンドポイントまでの一次パスを覚えているであろう。しかし、一次パスは最も効率的なパスではないかもしれないので、初期設定フェーズの一部として、より効率的な二次パスを確立することが望ましい。定義による二次パスは、例えば、一次パスにおけるどこかにあるモートの故障の場合、エンドポイントまでの追加のパスを提供する。二次パスを確立するために、各モートは、例えば、簡単なピング（ping）を送信することによって、当該ノートの範囲内に有する他の近隣のモートに関してサーチし、その範囲におけるすべてのそのようなモートのリストを維持するであろう。
【００２７】
更新フェーズの一部として、各モートはこれらの他の近隣のモートにテスト・パケットを周期的に送り、種々の伝送基準、例えば、テスト・パケットが受信されるためにはどのくらい長い時間が必要であるか、を記録するであろう。しかる後、各モートにこのデータをそれの近隣のモートと共用させることによって、そのモートは、どのモートがエンドポイントへの最も効率的なパスを提供するかを表すリストを決定および維持することができる。各パスはそのモートによって経路指定テーブル３１に保存される。従って、モートｘを通るパスがモートｙを通るパスよりも効率的であるように見えるとき、そのモートは、エンドポイントに伝送するためのリストのトップにモートｘを入れるであろう。この方法では、そのモートはエンドポイントへの一次パス（それを近隣のモートに最初に取込んだモートを介して）、および近くのモートを通る二次パスのセットを確立するであろう。そのモートは、どのモート・パスがエンドポイントまでの最も速いパスであるかを絶えず評価し、最も効率的なパスを選択するであろう。
【００２８】
従って、「プリアクティブ・ハートビート」アルゴリズムは、各ノードが、エンドポイントにデータを送るために使用する最適化された経路指定テーブルを持つことを保証する。従って、これは、使用される伝送パスが最も効率的な且つ信頼し得るものであることを保証するであろう。更に、それはバックアップ・ルートを提供し、エンドポイントに送られたデータが完全なものであること確実に保証する。
【００２９】
更新フェーズの一部として、各モートはそれの近隣のモートを調べて評価し、経路指定テーブル内でそれの近隣のモートをランク付けするであろう。１つの実施例では、評価プロセスがその近隣のモートへの将来の伝送時におけるリンク品質を予測する。これは、各近隣のモートから下記のような要素を検索することによって達成することが可能である。
１．近隣のリンクを統計的に測定する（Ｌ）。
２．パス損失を見積る（Ｐ）。
３．サポートされるデータ速度を見積る（Ｄ）。
４．送信能力を見積る（ＴＰ）。
【００３０】
これらの値をその近隣のモートから検索した後、どのモートが最善の伝送パスを提供するかを決定するために、経路指定テーブルが設定される。例えば、図３および図４におけるノードＨの近隣のモートからの値は下記のようなものとなり得る。
ノードＭ：Ｌ＝７５％、Ｐ＝２５％、Ｄ＝１００％、ＴＰ＝１００％
ノードＩ：Ｌ＝３０％、Ｐ＝７５％、Ｄ＝４５％、ＴＰ＝４５％
ノードＣ：Ｌ＝８０％、Ｐ＝１５％、Ｄ＝１００％、ＴＰ＝１００％
ノードＧ：Ｌ＝５０％、Ｐ＝３０％、Ｄ＝６５％、ＴＰ＝７０％
【００３１】
近隣のノードから得られた値に基づいたノードＳの経路指定テーブルは下記の表１ように見える。
表１
近隣のノード        優先順位（「１」が１番目である）
ノードＭ                        １
ノードＣ                        ２
ノードＩ                        ３
ノードＧ                        ４
【００３２】
「プリアクティブ・ハートビート」アルゴリズムは、モートがそれらの経路指定テーブルを所定の頻度で（例えば、環境の要件に従って数ミリ秒又は数マイクロ秒ごとに）リフレッシュすることを必要とすることがある。この必要な「ハートビート・チェック」は、センサによるデータ・サンプリングの比率に関連し、それに依存することがある。各モートは、近くのモートが故障した場合、エンドポイントまでのパスのリストを整理することが可能である。換言すれば、近くのモートが故障した場合、エンドポイントまでのパスにおいてその故障したモートを使用するモートはそれの使用可能モート／パスのリストからその故障したモートを除去しなければならない。
【００３３】
壊滅的な故障（多くのモートの死）の場合、或るデータはエンドポイントまでのことができないということが起り得る。しかし、この設計は、壊滅的な故障の場合の失敗したデータ送信量を最小にするために冗長性を盛り込んでいる。
【００３４】
仮想経路指定パスおよび接続全体が初期設定されて更新されるとき、その環境における各ノードは、エンドポイントに戻るデータを関連付けるためのそれの最速且つ最も効率的なパスを知るであろう。システムが初期設定される方法のために、各モートは、エンドポイントまでの少なくとも１つのパスを保存するであろう。
【００３５】
図４を再び参照すると、ノードＡからノードＸにデータを送るための例示的パスが示される。ノードＡがそのサンプルしたデータ・パケットをノードＢに送るとき、ノードＢがノードＡの経路指定テーブルに基づいて最善の接続パスを提供すると仮定してそのデータが完全に受け取られたことを証明するために設定されたハンドシェイクが存在しなければならない。ハンドシェイクが設定されてない場合、ノードＡは、そのデータを送るための次に最善の使用可能な伝送パスを見つけるためにそれの経路指定テーブルを参照しなければならないであろう。その経路指定テーブル（リフレッシュ率に依存する）は、ノードＡがバックアップ・パスとして他の最善のノード接続を通してそれを送るようなものと同じであってもよいことに留意されたい。そのアルゴリズムは、それが作成したテーブルに基づいて、データ・パケットを送るべき他のノードをそれが見つけるまで、或る回数の試みの間、ノードＢにそのデータ・パケットを送るようにノードＡに再試行させることも可能であることにも留意されたい。
【００３６】
「プリアクティブ・ハートビート」アルゴリズムのもう１つの特徴は、各モートが下記のような種々の機能性をチェックすることによって自己分析を行うことができることである。
１．電力状態（ｐ）
２．無線状態（ｒ）
３．送信状態（サポートされるデータ速度）（ｔｘ）
４．メモリ状態（スペース）（ｍ）
５．センサ状態（動作中か否か）（それに取り付けられたセンサの数「ｎ」に従ってｓ(1)．．．．ｓ(n)）。
【００３７】
例えば、ノードＢは次の表２の結果を用いて自己分析を行うことが可能である。
表２
ノードＢの機能        状態
電力状態            ５０％
無線状態            ７５％
送信状態            ４０％
メモリ状態          １０％
センサ状態          １００％
【００３８】
すべての機能性に対する最小の要件次第で、ノードＢは、それの機能の或るものが所定の状態レベルを回復するまで、例えば、それのメモリ状態が５０％に達し、電力状態が７５％に達するとき、それが受動モードにあることをそれの近隣のモートにブロードキャストすることを要求されることがある。所定の状態レベルが得られるとき、ノードＢはアクティブに転換し、近隣のノードに対するそれの機能を更新する。
【００３９】
或るモートが「受動」モードにあるとき、そのモートは依然として他のモートにデータをリレーする（ブリッジとして作用する）ことができることがある。受動モードにあるモートは、モートが能動モードにあるときとは反対に、他のモートがそれを伝送ルートとして使用しないようにするためのフラッグとして作用することが可能である。更に、或るモートがセンサ状態および無線状態により受動モードにあるモートは、そのモートを置換又は修理するためにメイン・モニタ・ステーションに対する警報通知として働くことが可能である。
【００４０】
本明細書において説明されたシステム、機能、機構、方法、エンジン、およびモジュールがハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアおよびソフトウェアの組合せとして具現化することが可能であることは明らかである。それらは、任意のタイプのコンピュータ・システム、または本明細書で説明された方法を実行するように適応した他の装置、によって具現化することも可能である。ハードウェアおよびソフトウェアの代表的な組合せは、ロードされて実行されるときにその説明された方法が実行されるようにコンピュータ・システムを制御するコンピュータ・プログラムを持った汎用コンピュータ・システムであってもよい。それとは別に、本発明における１つ又は複数の機能的タスクを実行するための特殊なハードウェアを含む特定用途のコンピュータを利用することも可能である。更なる実施例では、本発明の一部又は全体を、分散態様で、例えば、インターネットのようなネットワーク上で具現化することも可能である。
【００４１】
本発明は、本明細書において説明された方法および機能を具現化することを可能にするすべての特徴を含み、コンピュータにロードされたとき、これらの方法および機能を実行することができるコンピュータ・プログラムに組み込むことも可能である。このコンテキストにおけるコンピュータ・プログラム、ソフトウェア・プログラム、プログラム、ソフトウェア等のような用語は、直接に、または
（ａ）他の言語、コード、又は表記法への変換、および／または
（ｂ）異なる材料形態における複製
の一方又は両方の後、情報処理機能を有するシステムに特定の機能を遂行させることを意図された命令セットの任意の言語、コード、または表記法におけるいずれの表現も意味する。
【００４２】
本発明に関する上記の記述は例示および説明を目的として与えられた。それは、網羅的であることまたは開示された形式そのものに本発明を限定することを意図するものではなく、明らかに、多くの修正および変更が可能である。当業者には明らかであるかもしれないそのような修正および変更は、「特許請求の範囲」によって定義されるように本発明の範囲に含まれることを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明による無線センサ・ネットワークを示す概略図である。
【図２】本発明による複数のモートを示すブロック図である。
【図３】モートのネットワークに対する経路指定テーブルが更新／作成される方法を示す概略図である。
【図４】図２のモートのネットワークを介してデータが返送される方法を示す概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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