(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータがプロセス制御環境で動作する複数の機器を含む通信ネットワークを設計するために実施するように適合されたプログラムであって、
ユーザによって提供された入力データに基づいて、コンピュータ可読媒体上にデータとして格納される前記通信ネットワークの対話式モデルの作成または変更を円滑に行わせるインターフェースモジュールと、
前記対話式モデルに基づいて前記通信ネットワークを動作させるパラメータ集合を自動的に生成する、前記インターフェースモジュールに通信可能に結合されたエンジンモジュールと、
を備えるプログラム。
【請求項２】
前記パラメータ集合が、前記通信ネットワークの経路指定方式と前記複数の機器の通信スケジュールのうちの少なくとも１つと関連付けられる、請求項１に記載のプログラム。
【請求項３】
前記エンジンモジュールが、
前記複数の機器のそれぞれと関連付けられ、前記対話式モデルの一部として格納されている少なくとも１つの地理的情報を使用して前記複数の機器の各対間の直接無線接続を定義するグラフ生成器、
を含み、
前記経路指定方式が前記定義される直接無線接続を含む、
請求項２に記載のプログラム。
【請求項４】
前記エンジンモジュールが、
前記通信ネットワークの前記経路指定方式を定義するために１つまたは複数の直接無線接続によって前記複数の機器の各対を接続する有向グラフの集合を生成するグラフ生成器、
を含む、
請求項２に記載のプログラム。
【請求項５】
前記インターフェースモジュールが、
前記通信ネットワークの各ノードに対応する前記対話式モデルの複数のノードにノードを追加するノード追加ルーチンと、
前記複数のノードの中からノードを除去するノード除去ルーチンと、
前記複数のノードのうちの１つを前記複数のノードのうちの少なくとも別の１つに対する地理的位置と関連付けるノード位置決めルーチンと
を含み、
前記ノード追加ルーチン、前記ノード除去ルーチンおよび前記ノード位置決めルーチンがそれぞれユーザ入力に応答するものである、
請求項１に記載のプログラム。
【請求項６】
前記インターフェースモジュールが、
前記対話式モデルを、前記エンジンモジュールによって生成される前記パラメータ集合に対応する直接接続の集合によって相互接続された複数のノードとして表示するグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）ルーチン、
を含む、
請求項１に記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、無線ネットワークの管理に関し、より詳細には、対話式ユーザインターフェースおよび自動最適化ルーチンによって無線メッシュ型ネットワークを構成し、最適化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信プロトコルは様々な経路指定技術を利用して通信ネットワーク上の通信端点間でデータを転送する。通信またはネットワークプロトコルおよびそれに対応する経路指定戦略は、一般的には、ネットワークトポロジの知識、ネットワークのサイズ、信号搬送手段として使用される媒体の種類、セキュリティおよび信頼性の要件、許容できる伝送遅延、ネットワークを形成する機器のタイプといった要因を考慮して選択される。そうした多数の要因のために、一般的な経路指定技術では、設計目的のうちの一部を、その他の設計目的を犠牲にして達成する。例えば、ある経路指定技術は、データ配信において高度の信頼性を提供するが、同時に比較的高いオーバーヘッドも必要とする。よって、経路指定には多くの公知の手法があり、それらの経路指定法と適合する多くのプロトコルもあるが、利用可能な経路指定法およびプロトコルのいずれによっても十分には満たされない特定の要件を有する通信ネットワークが依然として残っている。さらに、新しい種類の通信ネットワークが、ますます多くの効率性、スループット、および信頼性についての要求を伴って、様々な工業および商業分野で登場するにつれて、設計者および開発者は、しばしば、既存のプロトコルおよび関連する経路指定技術によっては容易に対処できない新しい問題に遭遇することがある。
【０００３】
一般に、通信ネットワークは、データの送り手および受け手であるノードと、各ノードを接続する通信路とを含む。加えて、通信ネットワークは、一般的には、ノード間のトラフィックの宛先を指定する役割を果たす専用のルータと、任意選択で、ネットワークを構成し、管理する役割を果たす専用の装置とを含む。また、各ノードの一部または全部を、他のネットワーク機器間で送られるトラフィックを宛先指定するルータとして機能するように適合させてもよい。各ネットワーク機器は、有線または無線方式で相互接続され、異なる経路指定および転送の機能を備えていてもよい。例えば、専用ルータは大容量伝送を行うことができるが、ノードの中には、同じ期間に比較的少量のトラフィックしか送受信することができないものもある。加えて、ネットワーク上のノード間の各接続が異なるスループット機能および異なる減衰特性を有することもある。例えば光ファイバケーブルは、媒体に固有の物理的制約条件の違いにより、無線リンクより数桁高い帯域幅を提供し得る。
【０００４】
一般的なネットワーク上であるノードが別のノードにデータを送るためには、送信元から宛先までの完全なパスまたはそのパスの直接関係のある部分を知っていなければならない。例えば、ワールドワイドウェブ（ＷＷＷ）は、コンピュータホストの各対が、どちらのホストも情報を送る前に完全なパスを知らなくても、長距離にわたって通信を行うことができるようにする。パスの代りに、各ホストは、それらに割り当てられたゲートウェイおよび専用ルータに関する情報を用いて構成される。詳細には、インターネットプロトコル（ＩＰ）がＷＷＷへのネットワーク層接続を可能にする。ＩＰは、アドレス解決プロトコル（ＡＲＰ）と呼ばれる、各ホストにおいて経路指定規則を指定するローカルテーブルを設けるサブプロトコルを定義している。よって、ＷＷＷまたは類似の広域ネットワーク（ＷＡＮ）に接続されている一般的なホストは、事前構成されたパターンとマッチする既定のアドレスを有するすべてのパケットをホストＡに経路指定し、残りのパケットをホストＢに経路指定することを知っている。同様に、パケットを転送する中間ホスト、すなわ
ち「ホップ」もまた、部分的な経路指定決定を行い、一般的には、宛先の一般的方向にデータを誘導する。
【０００５】
一般的なネットワーク上での経路指定戦略は、スケジューリングの問題によりさらに複雑化し得る。一般に、スケジューリングとは、有線または無線リンク上のタイムスロットなどのリソースを、ネットワーク上の通信に関与する各機器に割り振ることをいう。適正なスケジューリング戦略を選択し、個々のネットワークに最適なスケジュールを生成することは、無線環境においては特に重要である。というのは、利用可能な周波数の数が通常は限られており、ネットワークホストが、データが利用可能になってからすぐにそのデータを送受信することができないこともあるからである。例えば、それぞれが受信モードと送信モードで動作することのできる１対の通信機器が、単一の搬送周波数でデータを交換するものとする。伝送時の潜在的な衝突を解決し、適時に受信モードに入れずにデータを紛失するのを防ぐために、一部の送信機会を第１の機器に、残りの送信機会を第２の機器に割り当てるスケジュールを定義することもできる。このスケジュールに従うことにより、この機器の対は、同じ搬送周波数上での双方向データ交換を正常に維持することができるはずである。
【０００６】
前述の例とは異なり、ほとんどの無線ネットワークは多くの機器を含み、各機器は、機器が送信する必要のあるデータ量、送信および受信の速度、機器が単位時間当たりに送受信することのできる最大データ量、許容待ち時間およびおそらくは他の多くの要因に関して特有な要件を有することもある。よって、スケジューリング決定は非常に複雑になることがあり、スケジューリングの最適化は多くの用途において最優先事項となり得る。しかも、経路指定決定およびスケジューリング決定は相互に大きな影響を及ぼす可能性があり、その結果、よりいっそう複雑な同時の定義および最適化が必要になり得る。
【０００７】
要約すると、個々の産業分野における個々のプロトコルの実施に影響を及ぼす要因は多数ある。プロセス制御分野では、標準化された通信プロトコルを使って、異なる製造者の作った機器が使いやすく実施の容易なやり方で相互に通信することを可能にすることが知られている。プロセス制御分野で使用されるそうした公知の通信規格の１つが、一般にＨＡＲＴプロトコルと呼ばれる、ＨＡＲＴ（Highway Addressable Remote Transmitter）通信財団（Communication Foundation）プロトコルである。一般的にいうと、ＨＡＲＴプロトコルは、専用の配線または配線集合上でディジタルとアナログの組み合わさった信号をサポートし、オンラインプロセス信号（制御信号、センサ測定値など）は（例えば４〜２０ミリアンペアまでに及ぶ）アナログ電流信号として提供され、他の信号、例えば機器データ、機器データを求める要求、構成データ、警報およびイベントデータなどは、アナログ信号と同じ配線または配線集合上に重畳され、または多重化されたディジタル信号として提供される。しかし、ＨＡＲＴプロトコルは現在、専用の配線による通信回線の使用を必要とし、製造プラント内での相当の配線が必要となる。
【０００８】
ここ数年間、多少、限定的にではあるが、プロセス制御分野を含めて、様々な産業分野に無線技術を組み込もうとする動きがある。しかしながら、プロセス制御分野には、無線技術を全面的に組み込み、許容し、使用することを制限する大きな障害がある。というのは、プロセス制御分野では、信号の損失によりプラントが制御不能になり、爆発、猛毒の化学物質やガスの放出などを含む破局的な結果をもたらし得るため、完全に信頼できるプロセス制御ネットワークを必要とするからである。例えば、タパーソン（Ｔａｐｐｅｒｓｏｎ）らの特許文献１には、プロセス制御分野における、２次的な、またはバックアップの通信路としての、あるいは非致命的または冗長的通信信号を送る際に使用するための無線通信の使用が開示されている。さらに、プロセス制御分野にも適用可能な無線通信システムの使用においては一般に多くの前進が遂げられているが、こうした前進はまだ、信頼性が高く、場合によっては完全に無線による通信ネットワークを製造プラント内で可能に
し、または提供できるようなやり方で、プロセス制御分野に対して適用されてはいない。例えば、特許文献２の各明細書には、一般の無線通信システムに関連する無線通信技術の様々な態様が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６，２３６，３３４号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／０２１３６１２号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００６／００２９０６０号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００６／００２９０６１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
有線通信と同様に、無線通信プロトコルも、効率がよく、高信頼で、セキュアな情報交換方法を提供することが期待されている。当然ながら、有線ネットワーク上でのこうした問題に対処するために開発された方法の大部分は、媒体が共用され、開放されているという特性のために、無線通信には適用されない。さらに、有線通信プロトコルの背後にある一般的な目的に加えて、無線プロトコルは、無線周波数スペクトルの同じ部分を使用する複数のネットワークの干渉および共存の問題に関する別の要件にも直面する。しかも、無線ネットワークの中には、認可不要の、すなわち一般に開放されたスペクトルの部分で動作するものもある。したがって、こうしたネットワークに使用されるプロトコルは、周波数（チャネル）競合、無線リソース共用およびネゴシエーションなどに関連する問題を検出し、解決することができなければならない。
【００１１】
無線ネットワークを適正に構成するために、技術者および保守要員は、多くの要因を考慮しなければならない。特に、技術者は、少なくとも、ネットワークのトポロジおよびネットワーク接続の容量を評価しなければならない。さらに、一例を挙げると、プロセス制御分野における多くの用途は、商業または家庭用の大部分の用途に適用される標準より著しく高い度合の信頼性、セキュリティおよび効率性を必要とする。これらのよりいっそう厳しい要件を満たすために、プロセス制御技術者は、無線ネットワークにおける経路指定とスケジューリングの両方を最適化しなければならない。すなわち、技術者は、待ち時間の低減、信頼性の向上、コストの最小化といった複数の設計目的を同時に追求しなければならない。これらの目的の中にはいつでも相互に両立するとは限らないものあり、技術者は困難なトレードオフ決定を行うことが必要になる。大規模プラントに異なる種類の多くの機器を含むプロセス制御ネットワークがある場合には、無線ネットワークの効率的な設計はさらにいっそう時間を要する困難なものとなり得る。同時に、構成の際の小さな誤りでさえも、無線プロセス制御ネットワークが実施されているプラントの能率を著しく低減し、よって、経営者に著しい財務上の損失をこうむらせることになり得る。
【００１２】
さらに、新しい事実または設計考慮事項が明らかになり得るのは、無線ネットワークの動作中に限られる。このために、技術者は、配置に先立って一定量の試験を行うことが必要となり得る。１回または複数回の試験により、その後に既存の設計に、特に、前に作成した経路およびスケジュールに組み込まねばならない新しいデータ、パラメータ、および測定値が生じることもある。ネットワーク全体を再設計せずに既存の構成に試験データを効率よく適用することは、最初の設計を作成する際の困難さに匹敵するほど難しい技術的問題となり得る。
【００１３】
さらに、既存の無線ネットワーク内でネットワークノードが追加、除去、または再配置され、それによって経路指定およびスケジューリング方式の一部が無効または不完全になることもある。プロセス制御分野の例を続けると、ネットワークレイアウトの変更により、新しいネットワーク構成が必要になり、構成および試験の期間にわたるプラントの操業停止が必要になる可能性もある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
無線ネットワーク設計のための対話式ソフトウェアツールは、ユーザが無線ネットワークのモデルを作成し、複数の設計要件を入力し、ネットワークの経路およびスケジュールを自動的に生成することを可能にする。ネットワーク設計ツールは、無線ネットワークの各ノードの追加、除去、および位置決めのための対話式グラフィックインターフェースを提供する。加えて、ネットワーク設計ツールは、閾値、ネットワークトポロジ選択、経路選択、および経路およびスケジュールの生成に関連するその他の構成パラメータを指定するためのいくつかの対話式画面を含むユーザメニューを提供する。ネットワーク設計ツールは、最適化規則集合をユーザが入力するパラメータと共にネットワークモデルに自動的に適用して、効率のよいネットワークスケジュールを生成し、経路指定パスを識別し、それによってネットワークの性能を最適化する。ネットワーク設計ツールは生成したスケジュールを、図表によって、テキストとして、またはＸＭＬ形式で表示することができる。一実施形態では、ネットワーク設計ツールは、ユーザがネットワークモデルに、または構成パラメータに変更を加えるたびに、経路およびスケジュールを調整する。ネットワーク設計ツールは、ネットワークモデルに対応する無線ネットワークの動作をシミュレートし、グラフィカルインジケータ、テキスト、およびおそらくは音としてユーザにフィードバックを提供する。
【００１５】
一態様では、ネットワーク設計ツールは、既定の形と色の集合を使ってネットワークモデルを図表によって示す。一実施形態では、各ネットワークノードを円で示し、ノード対間の各接続を線で示す。実施形態によっては、これらの線に、シミュレートされるネットワークにおけるトラフィックの方向を指示するための単方向または双方向の矢印が含まれることがある。加えて、線の色で、接続が潜在的なものであるかそれとも実際のものであるかも示す。実施形態によっては、ネットワークノードを表す円には、さらに、ネットワーク機器タイプを指示する記号が含まれ、そのネットワーク機器の状況に応じて着色される。いくつかの補助的記号で、ネットワーク機器のエネルギ源、特定の場所における信号減衰、無線ネットワークのモデルを表示し、操作するのに役立つその他のデータなどの追加情報を提供してもよい。
【００１６】
別の態様では、ネットワーク設計ツールは、ネットワークモデルに対応する実際のプラントまたは自動化ネットワークに通信可能なやり方で結合されている。実際のプラントは、信号強度測定値、遅延測定値、およびネットワークの性能を評価するのに役立つその他のパラメータとしてネットワーク設計ツールにフィードバックを提供する。ネットワーク設計ツールは、このライブデータをネットワークモデルに適用し、必要に応じて経路指定およびスケジューリング決定を修正する。
【００１７】
別の態様では、ネットワークモデルに適用される最適化規則には、通信し合う各機器対の間にある中間ノード、すなわち「ホップ」の数を最小限に抑える、より信頼性の高い電源を備える機器を通る経路指定を選択する、ノード過負荷を回避するといった原則が含まれる。別の態様では、各最適化規則が競合解決での重要度でランク付けされ、２つの規則があるスケジューリングまたは経路指定決定に適用する際に両立しないときはいつでも、より高いランク付け規則がより低いランク付け規則に優先される。別の態様では、最適化規則の一部が、可能なときはいつでも定電源を備える機器を経由してデータを経路指定することによって、無線ネットワークの電力消費を最適化し、電池式機器の電池寿命を延ばすことを対象とする。
【００１８】
別の態様では、ネットワーク設計ツールは、無線ＨＡＲＴネットワークの詳細を明らかにし、ゲートウェイ、ネットワークアクセスポイント、ルータ、フィールド機器といった無線ＨＡＲＴネットワーク機器タイプを区別する。ユーザは、ユーザインターフェースの一部として設けられているメニューまたはツールバーから、各無線ＨＡＲＴ機器に対応す
る形または記号を選択する。加えて、ネットワーク設計ツールは、ユーザが各フィールド機器ごとに、バースト率、すなわち分散制御システム（ＤＣＳ）または類似の制御ユニットにプロセスデータを報告する頻度を構成することを可能にする。さらに、ネットワーク設計ツールは、無線ネットワーク内の経路指定パスの集合に対応するマスタグラフの先頭に１台または複数のゲートウェイ機器を自動的に配置する。次いでネットワーク設計ツールは、グラフの先頭に対して上流と下流両方の経路指定を定義し、シミュレートし、調整する。この態様では、ネットワーク設計ツールは、ＨＡＲＴプロトコルの無線拡張をサポートするプロセス制御環境で使用するために無線ネットワークを最適化する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】無線ＨＡＲＴネットワークを使って、ゲートウェイ機器を介してプラント自動化ネットワークに接続されているフィールド機器とルータ機器の間の無線通信を可能にするシステムを示すブロック図である。
【図２】本明細書で論じる実施形態の１つに従って実施される無線ＨＡＲＴプロトコルの各層を示す概略図である。
【図３】タンクファームでの無線ＨＡＲＴ機器の使用を示すブロック図である。
【図４】スター型ネットワークトポロジを概略的に示す図である。
【図５】メッシュ型ネットワークトポロジを概略的に示す図である。
【図６】スターメッシュ型ネットワークトポロジを概略的に示すブロック図である。
【図７】無線ＨＡＲＴプロトコルによって提供される経路冗長性を示すブロック図である。
【図８】無線通信ネットワークと共に使用すべきネットワーク設計ツールのソフトウェアアーキテクチャの例を概略的に示すブロック図である。
【図９】図８のネットワーク設計ツールのメニューの例を示すブロック図である。
【図１０】ネットワークモデルの作成を説明するネットワーク設計ツールの画面例を示す図である。
【図１１】ネットワークグラフを生成するための規則および基本設定の構成を説明するネットワーク設計ツールの別の画面例を示す図である。
【図１１Ａ】ネットワーク設計ツールが自動グラフ定義の間に実行し得る一般的なアルゴリズムの例を示す流れ図である。
【図１２】閾値信号強度の変化によってトリガされるネットワークグラフの自動更新を説明するネットワーク設計ツールの画面を示す図である。
【図１３】障害物シミュレーションを説明するネットワーク設計ツールの別の画面例を示す図である。
【図１４】障害物の場所の変化によってトリガされるネットワークグラフの自動更新を説明するネットワーク設計ツールの画面を示す図である。
【図１４Ａ】ネットワーク設計ツールによって実行され得る設計制約条件実施のためのスケジューリング手順の例を示す図である。
【図１４Ｂ】ネットワーク設計ツールによって実行され得るデータスーパーフレーム構成のためのスケジューリング手順の例を示す図である。
【図１４Ｃ】ネットワーク設計ツールによって実行され得る管理スーパーフレーム構成のためのスケジューリング手順の例を示す図である。
【図１５】タイムスロット割り振り、割り当て、およびその他のスケジューリングパラメータを図表によって示すネットワーク設計ツールの画面例を示す図である。
【図１６Ａ】タイムスロット割り振り、割り当て、およびその他のスケジューリングパラメータをテキストで指定するネットワーク設計ツールの画面例を示す図である。
【図１６Ｂ】図１６Ａの画面例に記載されている機器の１つのいくつかのパラメータの展開ビューを表示するネットワーク設計ツールの別の画面例を示す図である。
【図１７】グラフ経路指定パラメータをテキストで指定するネットワーク設計ツールの画面例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に、本明細書で述べるネットワーク設計ツールを適用し得る、またはネットワーク設計最適化ツールと共に使用することのできるネットワークの例１０を示す。特に、ネットワーク１０は、プラント自動化ネットワーク１２および無線ＨＡＲＴネットワーク１４を含む。プラント自動化ネットワーク１２は、高速大容量回線２０を介して接続された１台または複数の据え置き型ワークステーション１６および１台または複数の携帯型ワークステーション１８を含む。高速大容量回線２０は、イーサネット（登録商標）、ＲＳ−４８５、ＰＲＯＦＩＢＵＳ（プロフィバス）ＤＰまたはその他の適切な通信プロトコルを介して実施される。プラント自動化ネットワーク１２と無線ＨＡＲＴネットワーク１４はゲートウェイ２２を介して接続される。具体的には、ゲートウェイ２２は、有線方式で高速大容量回線２０に接続され、適切な公知のプロトコルを使ってプラント自動化ネットワーク１２と通信する。ゲートウェイ２２は、独立型機器として、ホストもしくはワークステーション１６または１８の拡張スロットに挿入できるカードとして、あるいはＰＬＣベースまたはＤＣＳベースのシステムの入出力サブシステムの一部として、あるいは他の任意のやり方で実施される。ゲートウェイ２２は、ネットワーク１２上で走る、無線ＨＡＲＴネットワーク１４の様々な機器にアクセスするアプリケーションを提供する。プロトコルおよびコマンドの変換に加えて、ゲートウェイ２２は、無線ＨＡＲＴネットワーク１４のスケジューリング方式のタイムスロットおよびスーパーフレーム（時間的に等間隔の通信タイムスロットの集合）が使用する同期されたクロック制御も提供する。
【００２１】
状況によっては、各ネットワークが、複数のゲートウェイ２２を有することもある。これら複数のゲートウェイを使って、無線ＨＡＲＴネットワークとプラント自動化ネットワーク１２または外界との間の通信にさらに多くの帯域幅を提供することによって、ネットワークの有効スループットおよび信頼性を高めることができる。他方、ゲートウェイ機器２２は、無線ＨＡＲＴネットワーク内のゲートウェイ通信の必要に従って適切なネットワークサービスに帯域幅を要求する。ゲートウェイ２２はさらにシステムが動作している間に必要な帯域幅を再評価する。例えば、ゲートウェイ２２は、大量のデータを検索するよう求める無線ＨＡＲＴネットワーク１４の外部にあるホストからの要求を受け取る。その場合ゲートウェイ機器２２は、このトランザクションに対応するために、ネットワークマネージャなどの専用サービスに追加の帯域幅を要求する。その後ゲートウェイ２２は、トランザクションが完了した直後に不要な帯域幅の解放を要求する。
【００２２】
実施形態によっては、ゲートウェイ２２は、機能的に、仮想ゲートウェイ２４と、１つまたは複数のネットワークアクセスポイント２５に分割されていることもある。ネットワークアクセスポイント２５は、無線ＨＡＲＴネットワーク１４の帯域幅を増大させ、全体的信頼度を高めるために、ゲートウェイ２２と有線通信を行う別個の物理機器としてもよい。しかし、図１には物理的に別個のゲートウェイ２２とアクセスポイント２５の間の有線接続２６が示されているが、要素２２〜２６は、一体型機器として設けられていてもよいことが理解されるであろう。ネットワークアクセスポイント２５はゲートウェイ機器２２とは物理的に分離されているため、アクセスポイント２５は、戦略的にいくつかの異なる場所に配置されてもよい。帯域幅を増大させることに加えて、複数のアクセスポイント２５は、あるアクセスポイントにおける潜在的に低い信号品質を１つまたは複数の他のアクセスポイントにおいて補償することによって、ネットワーク全体の信頼性を高めることもできる。また、複数のアクセスポイント２５があれば、アクセスポイント２５の１つまたは複数において障害が発生した場合の冗長性も実現される。
【００２３】
ゲートウェイ機器２２は、さらに、ネットワークマネージャソフトウェアモジュール２７およびセキュリティマネージャソフトウェアモジュール２８を含んでいてもよい。別の実施形態では、ネットワークマネージャ２７および／またはセキュリティマネージャ２８は、プラント自動化ネットワーク１２上のホストのうちの１台で実行される。例えば、ネットワークマネージャ２７はホスト１６で実行され、セキュリティマネージャ２８はホスト１８で実行される。ネットワークマネージャ２７は、ネットワークの構成、無線ＨＡＲＴ機器間の通信のスケジューリング（すなわちスーパーフレームの構成）、経路指定表の管理、および無線ＨＡＲＴネットワーク１４の正常性の監視および報告の役割を担う。冗長なネットワークマネージャ２７がサポートされているが、有効なネットワークマネージャ２７は１つの無線ＨＡＲＴネットワーク１４当たり１つだけとすべきことが企図されている。
【００２４】
図１に戻って、無線ＨＡＲＴネットワーク１４は、１台または複数のフィールド機器３０〜４０を含む。一般に、化学、石油その他の製造プラントなどのプロセス制御システムは、バルブ、バルブポジショナ、スイッチ、センサ（温度、圧力、流量センサなど）、ポンプ、ファンといったフィールド機器を含む。フィールド機器は、プロセス内で、バルブの開閉やプロセスパラメータ計測といった制御機能を果たす。無線ＨＡＲＴ通信ネットワーク１４において、フィールド機器３０〜４０は、無線ＨＡＲＴパケットの生産者であり、消費者である。
【００２５】
ルータ４４を介してさらにプラント自動化ネットワーク１２に接続されているネットワーク４３に外部ホスト４１が接続されていてもよい。ネットワーク４３は、例えば、ワールドワイドウェブ（ＷＷＷ）などとすることができる。外部ホスト４１は、プラント自動化ネットワーク１２にも無線ＨＡＲＴネットワーク１４にも属さないが、ルータ４４を介して両ネットワーク上の機器にアクセスすることができる。ネットワーク設計ツール４５は、外部ホスト４１に置かれ、そこで実行されて、以下でより詳細に論じる無線ネットワーク構成およびシミュレーション機能を提供してもよい。代替として、ネットワーク設計ツール４５は、据え置き型ワークステーション１６、携帯型ワークステーション１８、または無線ＨＡＲＴネットワーク１４に直接接続された携帯型機器上で実行されてもよい。実施形態によっては、ネットワーク設計ツール４５は、ネットワーク１０の複数のホスト上で分散して実行される。さらに別の実施形態では、ネットワーク設計ツール４５が独立型ホスト４７上で実行され、したがって、ネットワーク１２にもネットワーク１４にもアクセスすることができず、または周期的にしかアクセスすることができないこともある。この場合、無線ネットワーク１４の性能に関連するフィードバック情報は、ホスト４７によってネットワーク設計ツール４５に手入力されてもよい。
【００２６】
ネットワーク設計ツール４５は、例えばＣ／Ｃ＋＋やＪＡＶＡ（登録商標）といった１つまたは複数のプログラミング言語を使ってソフトウェアパッケージとして実施してもよい。ネットワーク設計ツール４５のソフトウェアは、従来からのやり方で１台または複数のホスト１６、１８、４１、または４７に格納される。代替として、ネットワーク設計ツール４５は、ＣＤやＤＶＤなどの携帯型メモリディスクで提供され、動作時にコンピュータホストの揮発性メモリにロードされてもよい。例えば、ホスト１６、１８、４１、および４７の一部または全部が、永続的にソフトウェアを格納することのできるハードドライブおよびフラッシュドライブ、ならびにネットワーク設計ツール４５を含むＣＤまたはＤＶＤと適合するＣＤおよびＤＶＤドライブを含む。別の実施形態では、ネットワーク設計ツール４５は、分散Ｗｅｂサービスとして、またはリモートで実行されており、インターネットまたはイントラネットを介してアクセスすることのできるソフトウェアとして提供されてもよい。例えば、リモートホスト４１がネットワーク設計ツール４５のソフトウェアコンポーネントの一部を含み、ワークステーション１６が、キーボード、マウス、コンピュータ画面、および類似の入出力機器を介してオペレータにユーザインターフェースを提供する。この実施形態によれば、オペレータは、ネットワーク設計ツール４５の一部または全部にアクセスし、利用することができるが、ネットワーク設計ツール４５のソフトウェアは、セキュリティまたは著作権上の理由でリモートに置かれていてもよい。
【００２７】
無線ＨＡＲＴネットワーク１４は、有線ＨＡＲＴ機器で得られるのと類似の動作性能を提供するプロトコルを使用し得る。このプロトコルの用途には、プロセスデータの監視、（より厳密な性能要件を伴う）致命的データの監視、較正、機器状況および診断のための監視、フィールド機器のトラブルシューティング、試運転、および監視プロセス制御が含まれ得る。これらの用途は、無線ＨＡＲＴネットワーク１４が、必要に応じて高速で更新を行い、必要なときに大量のデータを移動し、試運転および保守作業のために一時的に無線ＨＡＲＴネットワーク１４に参入するにすぎないネットワーク機器をサポートすることのできるプロトコルを使用することを必要とする。
【００２８】
一実施形態では、無線ＨＡＲＴネットワーク１４のネットワーク機器をサポートする無線プロトコルは、広く受け入れられている産業標準であるＨＡＲＴの、有線環境の単純なワークフローと手法を保持した拡張である。この実施形態によれば、有線ＨＡＲＴ機器に使用されるのと同じツールが、単に新しい機器記述ファイルを加えるだけで無線機器に容易に適合される。このように、無線ＨＡＲＴプロトコルは、ＨＡＲＴを使って得られる経験と知識を活用して訓練を最小限に抑え、保守とサポートを単純化する。一般的には、機器上で実行されている大部分のアプリケーションが有線ネットワークから無線ネットワークへの移行に「気付かない」ように無線用のプロトコルを適合させることが好都合であろう。明らかに、そうした透過性により、ネットワークをアップグレードする、より一般的には、そのようなネットワークと共に使用され得る機器を開発し、サポートするためのコストが大幅に低減される。ＨＡＲＴの無線拡張のその他の利点の中には、有線機器では取得するのが難しく、高くつくものであった測定値へのアクセスや、ラップトップ機器、ハンドヘルド機器、ワークステーションなどにインストールできるシステムソフトウェアから計器を構成し、操作することができることが含まれる。別の利点は、無線機器から、様々な通信技法によって、中心に位置する診断センタに診断警報を送り返すことができることである。例えば、あらゆる熱交換器に無線ＨＡＲＴ機器を取り付けることができ、熱交換器が問題を検出したときにエンドユーザおよび供給者に警告することもできる。別の利点は、重大な健康および安全上の問題を生じる条件を監視できることである。例えば、無線ＨＡＲＴ機器を道路上の浸水区域に配置し、公的機関および運転者に水位を知らせるために使用することもできる。他の利点には、広範囲の診断警報へのアクセスや、無線ＨＡＲＴ機器への通信が確立されたときに傾向値および計算値をホストに転送できるようにそれらの値を機器に格納することができることが含まれる。よって、無線ＨＡＲＴプロトコルは、ホストアプリケーションが既存のＨＡＲＴ対応フィールド機器に無線でアクセスするための技術を提供することができ、バッテリ駆動式の、無線のみのＨＡＲＴ対応フィールド機器の配置をサポートする。無線ＨＡＲＴプロトコルは、プロセスアプリケーションの無線通信規格を確立するために使用することができ、無線プロセス自動化アプリケーションをサポートするようにＨＡＲＴ技術を改善することによって、ＨＡＲＴ通信の適用、およびこのプロトコルが産業に与える利益をさらに拡大することもできる。
【００２９】
図１に戻って、フィールド機器３０〜３６は無線ＨＡＲＴ機器とすることができる。すなわち、フィールド機器３０、３２、３４、または３６は、無線ＨＡＲＴプロトコルスタックの全階層をサポートする一体型ユニットとして設けられている。ネットワーク１０では、フィールド機器３０を無線ＨＡＲＴ流量計とし、フィールド機器３２を無線ＨＡＲＴ圧力センサとし、フィールド機器３４を無線ＨＡＲＴバルブポジショナとすることができ、フィールド機器３６は無線ＨＡＲＴ圧力センサとすることができる。重要なことには、無線ＨＡＲＴ機器３０〜３６は、ユーザが有線ＨＡＲＴプロトコルから期待することになるすべてをサポートするＨＡＲＴ機器である。当分野の技術者であれば理解するように、ＨＡＲＴプロトコルの中心となる長所の１つはその厳密な相互運用性要件である。実施形態によっては、すべての無線ＨＡＲＴ装置が、システム動作を損なわずに同種の機器を交換させるための基本的な必須機能を含む。さらに、無線ＨＡＲＴプロトコルは、デバイス記述言語（ＤＤＬ）などのＨＡＲＴ中核技術との後方互換性を維持する。好ましい実施形態では、すべての機器がＤＤＬをサポートし、これによってエンドユーザにはすぐに無線ＨＡＲＴプロトコルの利用を開始するためのツールが確保される。
【００３０】
他方では、フィールド機器３８を旧来の４〜２０ｍＡ機器とし、フィールド機器４０を有線ＨＡＲＴ機器とすることができる。フィールド機器３８とフィールド機器４０は、無線ＨＡＲＴアダプタ（ＷＨＡ）５０を介して無線ＨＡＲＴネットワーク１３に接続されていてもよい。加えて、ＷＨＡ５０は、Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ  Ｆｉｅｌｄｂｕｓ、ＰＲＯＦＩＢＵＳ、ＤｅｖｉｃｅｓＮｅｔといった他の通信プロトコルをサポートしていてもよい。これらの実施形態では、ＷＨＡ５０は、プロトコルスタックの下位層でのプロトコル変換をサポートする。加えて、１台のＷＨＡ５０がマルチプレクサとしても機能し、複数のＨＡＲＴまたは非ＨＡＲＴ機器をサポートし得ることも企図されている。
【００３１】
プラント要員は、さらに、ネットワーク機器のインストール、制御、監視および保守にハンドヘルド機器を使用してもよい。一般に、ハンドヘルド機器とは、プラント自動化ネットワーク１２上のホストとして無線ＨＡＲＴネットワーク１４に直接、またはゲートウェイ２２を介して接続することのできる携帯型装置である。図１に示すように、無線ＨＡＲＴ接続ハンドヘルド機器５５は、無線ＨＡＲＴネットワーク１４と直接やり取りする。形成済みの無線ＨＡＲＴネットワーク１４と共に動作するとき、この機器は、単に別の無線ＨＡＲＴフィールド機器としてネットワーク１４に参入し得る。無線ＨＡＲＴネットワークに接続されていないターゲットネットワーク機器と共に動作するとき、ハンドヘルド機器５５は、そのターゲットネットワーク機器との独自の無線ＨＡＲＴネットワークを形成することにより、ゲートウェイ機器２２とネットワークマネージャ２７の組み合わさったものとして動作し得る。
【００３２】
プラント自動化ネットワーク接続ハンドヘルド機器（不図示）は、Ｗｉ‐Ｆｉなど公知のネットワーキング技術によってプラント自動化ネットワーク１２に接続する。この機器は、外部プラント自動化サーバ（不図示）やワークステーション１６、１８と同様にゲートウェイ機器２２を介してネットワーク機器３０〜４０と対話する。
【００３３】
加えて、無線ＨＡＲＴネットワーク１４は、ルータ機器６０も含む。ルータ機器６０は、あるネットワーク機器から別のネットワーク機器にパケットを転送するネットワーク機器である。ルータ機器として動作するネットワーク機器は、内部経路指定表を使って個々のパケットをどのネットワーク機器に転送すべきか決定する。ルータ６０などの独立型ルータは、無線ＨＡＲＴネットワーク１４上のすべての機器が経路指定をサポートしている実施形態では不要とされることもある。しかし、ネットワークに専用のルータ６０を付加することは（例えばネットワークを拡張したり、ネットワーク内のフィールド機器の電力を節約したりするには）有益となり得る。
【００３４】
無線ＨＡＲＴネットワーク１４に直接接続されているすべての機器をネットワーク機器と呼ぶことができる。詳細には、無線ＨＡＲＴフィールド機器３０〜６０、アダプタ５０、ルータ６０、ゲートウェイ２２、アクセスポイント２５、および無線ＨＡＲＴ接続ハンドヘルド機器５５が、経路指定およびスケジューリングを目的とする場合には、ネットワーク機器または無線ＨＡＲＴネットワーク１４のノードである。非常にロバストで拡張が容易なネットワークを提供するために、すべてのネットワーク機器が経路指定をサポートし、各ネットワーク機器をそのＨＡＲＴアドレスによってグローバルに識別し得ることが企図されている。ネットワークマネージャ２７は、ネットワーク機器の完全なリストを含み、各機器に、短いネットワークで一意の１６ビットニックネームを割り当てることができる。加えて、各ネットワーク機器は、更新率、接続セッション、および機器リソースに関連する情報を格納することもできる。要するに、各ネットワーク機器は、経路指定およびスケジューリングに関連する最新の情報を維持する。ネットワークマネージャ２７は、新しい機器がネットワークに参加するたびに、またはネットワークマネージャが無線ＨＡＲＴネットワーク１４のトポロジまたはスケジューリングの変更を検出し、または発生させるたびに、各ネットワーク機器にこの情報を送る。
【００３５】
さらに、各ネットワーク機器は、そのネットワーク機器がリスニング動作時に識別している近隣機器のリストを格納し、保持していてもよい。一般に、あるネットワーク機器の近隣機器は、対応するネットワークによって課される規格に従ってそのネットワーク機器との接続を確立することのできる可能性のある任意の種類の別のネットワーク機器である。無線ＨＡＲＴネットワーク１４の場合、その接続は無線接続である。しかしながら、近隣機器は、その特定の機器に有線で接続されたネットワーク機器でもよいことが理解されるであろう。後述するように、各ネットワーク機器は、告知によって、または指定されたタイムスロットの間に送出される特殊なメッセージによって、他のネットワーク機器によるそれらのネットワーク機器の発見を促す。無線ＨＡＲＴネットワーク１４に動作可能に接続されているネットワーク機器には、告知信号の強度または他の何らかの原理に従って選択し得る１台または複数の近隣機器がある。図１に戻って、直接無線接続６５で接続されているネットワーク機器の各対において、各機器は他方の機器を近隣機器として認識する。よって、無線ＨＡＲＴネットワーク１４のネットワーク機器は、多数の接続６５を形成し得る。２つのネットワーク機器間で直接無線接続６５を確立する可能性およびそれが望ましいかどうかは、ノード間の物理的距離、ノード間の障害物、２つのノードのそれぞれにおける信号強度などといったいくつかの要因によって決まる。さらに、２つ以上の直接無線接続６５が、直接無線接続６５を形成することのできないノード間の経路を形成してもよい。例えば、無線ＨＡＲＴハンドヘルド機器５５と無線ＨＡＲＴ機器３６の間の直接無線接続６５は、無線ＨＡＲＴ機器３６とルータ６０の間の第２の直接無線接続６５と共に、機器５５と機器６０の間の通信路を形成する。
【００３６】
各無線接続６５は、伝送周波数、無線リソースへのアクセス方法などに関連する大規模なパラメータ集合を特徴とする。一般に、無線通信プロトコルは、米国の連邦通信委員会（Federal Communications Commission（ＦＣＣ））によって割り当てられている周波数
などの指定周波数で、または無線スペクトルの認可不要の部分（２．４ＧＨｚ）で動作し得ることを当分野の技術者は理解するであろう。本明細書で論じるシステムおよび方法はどんな指定周波数または周波数範囲で動作する無線ネットワークにも適用され得るが、以下で論じる実施形態は、無線スペクトルの認可不要または共用の部分において動作する無線ＨＡＲＴネットワーク１４に関するものである。この実施形態によれば、無線ＨＡＲＴネットワーク１４は、必要に応じて特定の認可不要の周波数範囲で動作するように容易に作動させ、調整することができる。
【００３７】
認可不要の周波数帯域を使用する無線ネットワークプロトコルでは、多種多様な通信装置およびインターフェースソースが存在し得るため、共存が基本的要件である。よって、正常に通信を行うために、無線プロトコルを使用する機器はこの帯域を利用する他の装置と共存しなければならない。共存とは、一般に、あるシステムが、他のシステムがそのタスクを実行することのできる所与の共用環境においてタスクを実行することができることを定義するものであり、その場合様々なシステムは同じ規則集合を使用することもしないこともある。無線環境における共存の１つの要件は、その環境内に干渉が存在していてもプロトコルが通信を維持できることである。別の要件は、プロトコルが、他の通信システムに対してできるだけ干渉および阻害を生じさせないことである。
【００３８】
言い換えると、無線環境に取り囲まれている無線システムの共存の問題には２つの一般的態様がある。共存の第１の態様は、システムの他のシステムに対する影響の及ぼし方である。例えば、システムのオペレータまたは開発者は、ある送信機の送信信号が、システムに近接して動作する他の無線システムにどのような影響を及ぼすかを問う。より具体的には、オペレータは、送信機が電源を入れるたびに他の何らかの無線機器の通信を阻害するかどうか、または送信機が通信に過度に時間を費やし、事実上その帯域幅を「独占」するかどうかを問う。無線通信を熟知していれば、理想的には、各送信機は、他のどの送信機もその存在に気付かない「静かな隣人」であるべきことを認めるであろう。こうした理想的な特性は、あり得るとしてもまれにしか得られないが、他の無線通信システムが十分にうまく動作し得る共存環境を作り出す無線システムは「よき隣人」と呼ぶことができる。無線システムの共存の第２の態様は、他のシステムまたは無線信号源が存在していてもシステムが十分にうまく動作し得ることである。詳細には、システムのロバスト性は、そのシステムがどの程度受信側における干渉を阻止することができるか、受信側が近接する無線周波数エネルギ源のために過負荷になりやすいかどうか、受信側が時折のビット損失をどの程度許容し得るか、およびこれらに類似の要因に左右される。プロセス制御分野を含むいくつかの産業分野には、無線通信システムの重要な潜在的用途がいくつか存在する。これらの用途では、データ損失が許容できないことが多い。雑音の多い、または動的な無線環境において高信頼通信を提供することのできる無線システムを、「寛容な隣人」と呼ぶことができる。
【００３９】
共存は、（一部は）時間、周波数、距離という自由の３つの態様を有効に用いることに依拠する。通信は、１）干渉源（または他の通信システム）が静かなときに、２）干渉とは異なる周波数で、３）干渉源から十分に離れた場所において行われるときに正常に行うことができる。これらの要因の１つだけを使って無線スペクトルの共用部分において通信方式を提供することもできるが、これらの要因のうちの２つまたは全部を組み合わせて考慮すれば、高い信頼性、セキュリティおよび速度を提供することができる。
【００４０】
一実施形態では、無線ＨＡＲＴネットワーク１４をサポートするプロトコルは無線ＨＡＲＴプロトコル７０である。より具体的には、直接無線接続６５はそれぞれ、無線ＨＡＲＴプロトコル７０の物理的、論理的要件に従ってデータを転送する。図２に、プロトコル７０と、既存の「有線」ＨＡＲＴプロトコル７２との実施形態の１つの構造を示す。無線ＨＡＲＴプロトコル７０は、２．４ＧＨｚ  ＩＳＭ無線帯域で動作するセキュアな無線メッシュ型ネットワーキング技術とすることができる（ブロック７４）。一実施形態では、無線ＨＡＲＴプロトコル７０は、トランザクションごとのチャネルホッピングを用いるＩＥＥＥ８０２．１５．４ｂ互換の直接シーケンス拡散スペクトル（direct sequence spread spectrum（ＤＳＳＳ））無線機を利用する。この無線ＨＡＲＴ通信は、時分割多元接
続すなわちＴＤＭＡを使ってリンク動作をスケジュールするように調停される（ブロック７６）。すべての通信は、好ましくは、指定のタイムスロット内で行われる。１台または複数の送信元機器および１台または複数の宛先機器が所与のスロットでやり取りするようにスケジュールされ、各スロットは、ただ１台の送信元機器からの通信に、または複数の送信元機器間のＣＳＭＡ／ＣＡの様な共用通信アクセスモードに専用で使用される。送信元機器は、特定のターゲット機器にメッセージを送り、またはスロットに割り当てられたすべての宛先機器にメッセージをブロードキャストする。
【００４１】
信頼性を高めるために、無線ＨＡＲＴプロトコル７０は、ＴＤＭＡと、複数の無線周波数を単一の通信リソースと関連付ける方法、すなわちチャネルホッピングとを組み合わせてもよい。チャネルホッピングは、干渉を最小限に抑え、マルチパスフェージングの影響を低減する周波数ダイバーシチを提供する。詳細には、データリンク７６は、単一のスーパーフレームと、データリンク７６が制御された既定のやり方で繰り返す複数の搬送周波数との関連付けを作成する。例えば、無線ＨＡＲＴネットワーク１４の個々のインスタンスの利用可能な周波数帯域は、搬送周波数Ｆ1、Ｆ2、……Ｆnを有する。あるスーパーフ
レームＳの相対フレームＲは、サイクルＣnでは周波数Ｆ1で、続くサイクルＣn+1では周
波数Ｆ5で、サイクルＣn+2では周波数Ｆ2で、以下同様に発生するようにスケジュールさ
れ得る。ネットワークマネージャ２７は、この情報を用いて関係のあるネットワーク機器を、スーパーフレームＳで通信を行うネットワーク機器が、スーパーフレームＳの現在のサイクルに従って送信または受信の周波数を調整するように構成する。
【００４２】
無線ＨＡＲＴプロトコル７０のデータリンク７６は、チャネルをブラックリストに入れる、すなわちネットワーク機器による無線帯域内の特定のチャネルの使用を制限する追加機構を提供し得る。ネットワークマネージャ２７は、無線チャネル上で過剰な干渉その他の問題を検出したことに応答してそのチャネルをブラックリストに入れる。さらに、オペレータまたはネットワーク管理者が、通常は無線ＨＡＲＴネットワーク１４と共用されるはずの無線帯域の決まった部分を使用する無線サービスを保護するためにチャネルをブラックリストに入れてもよい。実施形態によっては、無線ＨＡＲＴプロトコル７０は、各スーパーフレームに別々の禁止チャネルのブラックリストがあるように、ブラックリスト作成をスーパーフレームごとに制御する。
【００４３】
一実施形態では、ネットワークマネージャ２７は、データリンク層７６と関連付けられたタイムスロットリソースを割り振り、割り当て、調整する役割を果たす。ネットワークマネージャ２７の単一のインスタンスが複数の無線ＨＡＲＴネットワーク１４をサポートする場合、ネットワークマネージャ２７は、無線ＨＡＲＴネットワーク１４の各インスタンスごとに全体スケジュールを作成する。スケジュールは、スーパーフレームの先頭を基準として番号がふられたタイムスロットを含むスーパーフレームに編成される。加えて、ネットワークマネージャ２７は、無線ＨＡＲＴネットワーク１４の始動からスケジュールされたタイムスロットの総数を反映するグローバル絶対スロット数も維持する。この絶対スロット数は同期のために使用することができる。
【００４４】
無線ＨＡＲＴプロトコル７０は、さらに、スケジューリングおよび経路指定を論理的に統合するためにリンクまたはリンクオブジェクトを定義してもよい。詳細には、リンクは、特定のネットワーク機器、特定のスーパーフレーム、相対スロット番号、１つまたは複数のリンクオプション（送信、受信、共用）、およびリンクのタイプ（通常、告知、探索）と関連付けられる。図２に示すように、データリンク７６は、周波数可変とすることができる。より具体的には、チャネルオフセットを使って、通信を行うために使用される特定の無線周波数が計算される。ネットワークマネージャ２７は、各ネットワーク機器における通信要件を考慮してリンクの集合を定義する。次いで、定義したリンク集合を用いて各ネットワーク機器を構成する。定義されたリンク集合は、ネットワーク機器がいつ起動する必要があるか、ネットワーク機器が起動時に送信すべきか、受信すべきか、それとも送信と受信の両方を行うべきかどうかを決定する。
【００４５】
また、図２には無線ＨＡＲＴプロトコル７０の他の層も示されている。既存のＨＡＲＴプロトコル７２も無線ＨＡＲＴプロトコル７０も、公知の通信プロトコルのＩＳＯ／ＯＳＩ７階層モデルを中心として厳密でなく編成されている。ＨＡＲＴ技術の無線拡張では、３つの物理層と２つのデータリンク層、すなわち有線および無線のメッシュがサポートされる。本明細書で述べる無線ＨＡＲＴプロトコルはメッシュ型トポロジの展開を可能にするため、有意なネットワーク層７８も指定され得る。
【００４６】
前述のように、スーパーフレームは、時間的に繰り返すタイムスロットの集合体として理解され得る。所与のスーパーフレーム内のスロットの数（スーパーフレームサイズ）は、各スロットがどれほどの頻度で繰り返すかを決定し、よって、それらのスロットを使用するネットワーク機器の通信スケジュールを設定する。各スーパーフレームは、特定のグラフ識別子と関連付けられる。実施形態によっては、無線ＨＡＲＴネットワーク１４は、異なるサイズの複数の同時スーパーフレームを含む。さらに、スーパーフレームは、複数の無線チャネル、すなわち無線周波数を含んでいてもよい。
【００４７】
さらに、無線ＨＡＲＴプロトコル７０のトランスポート層８０は、効率的なベストエフォート通信および高信頼終端間確認通信を可能にする。当分野の技術者には理解されるように、ベストエフォート通信は、機器が、終端間確認も、宛先機器におけるデータ順序付けの保障もなしでデータパケットを送ることを可能にする。ユーザデータグラムプロトコル（ＵＤＰ）がこの通信戦略の公知の一例である。プロセス制御分野では、この方法はプロセスデータを公開するのに役立ち得る。詳細には、各機器がプロセスデータを周期的に伝搬するため、特に、新しいデータが規則的に生成されることを考えると、終端間確認および再試行の有用性は、限られたものである。
【００４８】
これに対して、高信頼通信は、機器が確認応答パケットを送ることを可能にする。データ配信を保証することに加えて、トランスポート層８０は、ネットワーク機器間で送られるパケットを順序付ける。この手法は、要求／応答トラフィックに、またはイベント通知を送信するときに望ましい。トランスポート層８０の高信頼モードを使用するとき、通信は同期的となり得る。
【００４９】
高信頼トランザクションは、マスタが要求パケットを発行し、１つまたは複数のスレーブが応答パケットで応答するものとしてモデル化することができる。例えば、マスタは、ある要求を生成し、その要求をネットワーク全体にブロードキャストすることができる。実施形態によっては、ネットワークマネージャ２７は、高信頼ブロードキャストを使って、無線ＨＡＲＴネットワーク１４内の各ネットワーク機器に新しいスーパーフレームをアクティブ化するよう通知する。代替として、センサ３０などのフィールド機器がパケットを生成し、その要求を、携帯型ＨＡＲＴ通信機５５などの別のフィールド機器に伝搬してもよい。別の例として、フィールド機器３４によって生成された警報またはイベントが、ゲートウェイ２２に宛先指定された要求として送信されてもよい。この要求を正常に受け取ったことに応答して、ゲートウェイ２２は応答パケットを生成し、それを機器３４に送って警報の受信を確認する。
【００５０】
図２に戻って、セッション層８２は、ネットワーク機器間のセッションベースの通信を提供する。終端間通信は、各セッションによってネットワーク層で管理され得る。ネットワーク機器は、所与のピアネットワーク機器に定義された複数のセッションを持つことがある。実施形態によっては、ほとんどすべてのネットワーク機器がネットワークマネージャ２７と少なくとも２つのセッション、すなわち機器対間の通信用に１つと、ネットワークマネージャ２７からのネットワークブロードキャスト通信用に１つを確立することが企図されている。さらに、すべてのネットワーク機器はゲートウェイセッションキーを持つ。各セッションは、ネットワーク機器に割り当てられたネットワーク機器アドレスによって区別される。各ネットワーク機器は、その機器が関与する各セッションごとのセキュリティ情報（暗号鍵、ノンス（ｎｏｎｃｅ）カウンタ）およびトランスポート情報（高信頼トランスポートシーケンス番号、再試行カウンタなど）を追跡し得る。
【００５１】
最後に、無線ＨＡＲＴプロトコル７０も有線ＨＡＲＴプロトコル７２も、共通のＨＡＲＴアプリケーション層８４をサポートする。無線ＨＡＲＴプロトコル７０のアプリケーション層は、さらに、大規模なデータセットの自動セグメント化転送をサポートする副層８６を含み得る。アプリケーション層８４を共用することにより、プロトコル７０とプロトコル７２は、ＨＡＲＴコマンドおよびデータの共通のカプセル化を可能にし、プロトコルスタックの最上位層におけるプロトコル変換が不要になる。
【００５２】
図３に示す例では、無線ネットワーク１４が効率的で信頼性の高い形で確立されるように各タンク上の無線機器の場所を考えることが重要である。場合によっては、プラント装置が無線接続を妨害し、またはこれに重大な影響を与えるおそれのある場所にルータ６０を追加することが必要になる。よって、こうした状況では、無線ネットワーク１４が自己回復するものであることが望ましい。この設計要件を満たすために、無線ネットワーク１４は、１つまたは複数の直接無線接続６５の障害を検出したことに応答して、ネットワーク１４が代替経路を介してデータを経路指定するように、冗長な経路およびスケジュールを定義する。さらに、各経路は、ネットワークをシャットダウンすることも再起動することもなく追加し、削除され得る。多くの工業環境における障害物および干渉源の中には一時的なものや移動するものもあるため、無線ＨＡＲＴネットワーク１４は、ネットワーク１４自体を自動的に再編成することができる。具体的には、１つまたは複数の所定の条件に応答して、フィールド機器の各対が互いに近隣機器として認識し合い、よって、直接無線接続６５を作成し、あるいは反対に以前の直接無線接続６５を無効にする。ネットワークマネージャ２７は、さらに、非近隣機器間の経路を作成し、削除し、または一時的に停止してもよい。
【００５３】
個々のネットワーク構成が永続的であるかそれとも一時的であるかを問わず、無線ＨＡＲＴネットワーク１４は、ノード間でデータを経路指定する高速で高信頼の方法を必要とする。１つの可能な実施形態では、ネットワークマネージャ２７は、ネットワークのレイアウトに関する情報、各ネットワーク機器の機能および更新率、ならびにその他の関連情報を分析する。次いで、ネットワークマネージャ２７は、これらの要因を考慮に入れて経路およびスケジュールを定義する。
【００５４】
図４〜図６に、本開示の経路指定および機器アドレス指定の技法と適合するいくつかのネットワークトポロジを示す。特に、図４には、スター型ネットワークトポロジとして配置されたネットワーク１５０が示されている。スター型ネットワーク１５０は、経路指定機器１５２と１台または複数の端末機器１５４を含む。経路指定機器１５２は、データを経路指定するように構成されたネットワーク機器とすることができ、端末機器１５４は、その機器自体のためにのみデータを送り、その端末機器１５４にアドレス指定されたデータのみを受け取るように構成されたネットワーク機器とすることができる。当然ながら、経路指定機器１５２は、データの受信および発信をするものでもあり、他のタスクに加えて経路指定機能を果たす。図４に示すように、端末機器１５４は経路指定機器１５２への直接接続１６５を有するが、スター型トポロジでは端末機器１５４同士を直接接続することはできない。直接接続１６５は、直接無線接続６５とすることも有線接続とすることもできる。
【００５５】
端末機器１５４は、経路指定機器１５２と異なっていても、経路指定機器１５２と同種の物理機器であってもよく、物理的にデータを経路指定することができてもよい。端末機器１５４の経路指定機能は、端末機器１５４のインストール時、あるいは、対応するネットワーク（無線ＨＡＲＴネットワーク１４など）の動作時には使用不可とされ得る。さらに、端末機器１５４の経路指定機能は、端末機器１５４自体によって使用不可とされても、ネットワークマネージャ２７などの専用サービスによって使用不可とされてもよい。別の実施形態では、端末機器１５４は、限られたファームウェアまたはソフトウェアだけを含んでおり、そのためデータを経路指定することが全くできない。スター型ネットワーク１５０は、ある意味では、可能なトポロジのうちの最も単純なものに相当し、低電力消費および低待ち時間ですむ小規模用途に適する。加えて、スター型ネットワーク１５０は、経路指定機器１５２と個々の端末機器１５４の間にただ１つの可能な経路しかないため決定論的でもあることが、当分野の技術者にはわかるであろう。
【００５６】
図５に移って、ネットワーク１７０は、メッシュ型ネットワークトポロジとして構成されている。メッシュ型ネットワーク１７０の各ネットワーク機器は経路指定機器１５２である。メッシュ型ネットワークは、複数の経路を有するロバストなネットワークを提供する。無線用途では、メッシュ型ネットワークは、変化する無線周波数環境によりうまく適応することができる。例えば、ネットワーク１７０の機器１７４は機器１７６にデータを送るために中間ホップ１７８を介しても中間ホップ１８０を介してもよい。図５に示すように、経路１８２も経路１８４も経路指定機器１７４が経路指定機器１７６にデータを送ることを可能にし、ネットワーク１７０に冗長性をもたらし、よって信頼性の向上をもたらす。
【００５７】
図５に戻って、経路１８２および経路１８４はそれぞれ単方向経路である。すなわち、経路指定機器１７４、１７８、１７６は、経路１８２と共に有向グラフを形成する。無線ＨＡＲＴネットワーク１４の一実施形態では、すべての直接無線接続６５が単方向である。双方向無線接続を含む別の実施形態も企図されている。しかしながら、直接接続を単方向で定義すれば、無線ネットワークを設計するに際して重要な利点がもたらされ得ることに留意すべきである。より具体的には、単方向接続を定義すれば、ネットワークにおける送信および受信をするものの定義が自動的に示される。他方、双方向接続ではさらに、共に同時に受信と送信を行い得る２つのホストについての共用または競合解消方式が必要になる。
【００５８】
図６に別のネットワークトポロジが示されている。ネットワーク１９０は、スター型トポロジとメッシュ型トポロジ両方の要素を組み込んだものである。詳細には、スターメッシュ型ネットワーク１９０は、複数の経路指定機器１５２および端末機器１５４を含む。経路指定機器１５２は、メッシュ形式で接続され、冗長経路をサポートしていてもよい。個々のトポロジの選択は、ネットワークマネージャ２７などのネットワークコンポによって自動的に行われてもよく、ユーザがネットワークを構成することによって行われてもよい。特にユーザは、ネットワークマネージャ２７によって選択されたトポロジまたは無線ＨＡＲＴプロトコル７０と関連付けられたデフォルトのトポロジを指定変更するよう選択してもよい。大部分の用途では、メッシュ型トポロジに固有の信頼性、効率性、および冗長性により、このトポロジをデフォルトトポロジとし得ることが企図されている。明らかに、無線ＨＡＲＴ機器はルータ機器としても機能するため、フィールド機器およびルータの同じ物理的配置といくつかの異なる構成が適合し得る。
【００５９】
無線ＨＡＲＴプロトコル７０は、様々な適用要件をサポートするためにいくつかの異なるトポロジで構成され得る。その結果、無線ＨＡＲＴは、複数の経路指定方法をサポートすることになる。一般に、経路指定は、各機器にネットワーク上の特定のアドレスが割り当てられることを必要とする。あらゆる潜在的なデータ受信者が他のネットワーク要素に対する何らかの形の明白な識別を獲得すると、経路指定に関連する決定は、フィールド機器３０〜４０などの個々の機器によって行われても、ネットワークマネージャ２７などに集中化された専用サービスによって行われても、集中化サービスと協働して動作する個々の機器によって行われてもよい。経路指定決定は、発信点、すなわちデータパケットの発生源において、または集中化された場所において行うことができる。さらに、経路指定決定は、発信元から宛先までのパケットの経路内の各中間点、すなわち「ホップ」において調整することもできる。
【００６０】
企図される一実施形態では、無線ＨＡＲＴプロトコル７０は、システムを構成するネットワーク要素の物理的レイアウト、要素の数、各要素間で送信されるべき期待データ量など、所与のシステムの特定の要件および条件に従って選択され得る、少なくとも２つの経路指定手法を提供する。さらに、これら２つの手法を個々のネットワークが同時に使用してもよく、各手法を、特定の種類のデータに、あるいは特定のホストまたはホスト集合に選択的に適用してもよい。以下でより詳細に説明するように、無線ＨＡＲＴプロトコル７０は、ある種のデータを、有向グラフの集合を定義し、各ネットワーク機器と関係のある情報を選択し、その関係する情報を各ネットワーク機器に送ることによって経路指定する。別種のデータでは、無線ＨＡＲＴプロトコル７０は、ネットワーク機器の各対間の経路を定義し、パケットヘッダで中間ホップの完全なリストを指定することによってデータパケットを経路指定する。
【００６１】
数学的理論および応用において、グラフとは、頂点（１５２や１５４といったノード）および辺（直接接続６５や１６５）の集合である。無線ＨＡＲＴプロトコル７０では、グラフを使って、例えば、機器３０などの通信端点をゲートウェイ２２に接続する経路を構成してもよい。実施形態によっては、グラフおよび関連する経路が、ネットワークマネージャ２７によって構成される。また、ネットワークマネージャ２７は、部分的なグラフおよび経路情報を用いてフィールド機器３０〜４０、ルータ６０といった個々のネットワーク機器を構成することもできる。無線ＨＡＲＴネットワーク１４は複数のグラフを含んでいてもよく、その一部が重なり合っていてもよい。さらに、特定のネットワーク機器にある機器を通る複数のグラフの経路があってもよく、それらの経路の中にはデータをある機器の同じ近隣機器に導くものがあってもよい。一実施形態では、グラフは単方向であり、ネットワーク内のあらゆるグラフが一意のグラフ識別子と関連付けられている。
【００６２】
図７に示す例では、ネットワーク２００は、それぞれ、ゲートウェイ機器２２または第２のゲートウェイ機器２０２を端末ノードとして含む複数の有向グラフを定義し得る。すなわち、例示的ネットワーク２００内の各グラフの経路は、２つのゲートウェイ２２および２０２の一方に至り、そこで終端する。具体的には、（黒い実線で示す）グラフ２１０はネットワーク機器２１２、２１４、２１６、２１８およびゲートウェイ２２を含み、グラフ２１０と関連付けられた経路は直接無線接続２２２、２２４、２２６、２２８を含む。（黒い点線で示す）グラフ２４０はネットワーク機器２１２、２１６、２１８、２４２およびゲートウェイ２０２を含み、直接無線接続２４４、２４６、２４８、２５０、２５２を含む経路を備える。有向グラフ２１０では、ネットワーク機器２１２を有向グラフ２１０の先頭と呼ぶことができ、ゲートウェイ２２を有向グラフ２１０の末尾と呼ぶことができる。同様に、ネットワーク機器２１２は有向グラフ２４０の先頭であり、ゲートウェイ２０２は有向グラフ２４０の末尾である。ネットワークマネージャ２７、または特定の動作条件の下では、バックアップネットワークマネージャ２５７は、グラフ２１０および２４０を定義し、これらのグラフの部分的定義をネットワーク機器２１２〜２１８および２４２に伝える。実施形態によっては、ゲートウェイ機器２２および２０２は、経路がゲートウェイ機器２２と２０２のうちの１つで終端する場合には、グラフ２１０および２４０に関する情報を必要としないこともある。しかし、ゲートウェイ機器２２および２０２は、データを発信してもよく、ゲートウェイ機器２２または２０２から発する経路を有する１つまたは複数のグラフに関する情報を格納してもよいことが理解されるであろう。あるグラフの経路はゲートウェイ機器２２または２０２を越えることもある。しかし、例示的ネットワーク２００は、ゲートウェイ機器２２または２０２から発し、またはそこで終端する経路を定義している。
【００６３】
例示的ネットワーク２００は、通信機器の各対ごとに２つの単方向グラフを定義することにより、ネットワーク機器２１２〜２１８または２４２のうちの１つとゲートウェイ機器２２および２０２の間の双方向通信を可能にする。よって、グラフ２１０に加えて、ネットワーク２００は、ゲートウェイ２２から発し、通信機器２１２で終端する「逆」グラフ（不図示）も定義し得る。このグラフとグラフ２１０は、異なる中間ノードおよび直接無線接続を含んでいてもよい。さらに、グラフ２１０とグラフ２１０の逆（グラフ）は同じ機器対を接続するものであるが、これら２つのグラフは、異なるホップ数を有していてもよい。当然ながら、ネットワーク２１０の可能な構成によっては、これらのグラフが同じノードおよび直接無線接続を含むこともあり、よって、両方のグラフに含まれる隣接ホップの各対が、一方が上流通信を定義し、他方が下流通信を定義する２つの単方向リンクを有することもある。しかしながら、これら２つのグラフは必ずしも同じ遅延または一定の信号品質を提供するとは限らないことも理解されるであろう。
【００６４】
あるグラフに沿ってデータパケットを送るために、送信元ネットワーク機器は、データパケットのヘッダまたはトレーラにグラフの識別子を含めてもよい。データパケットはその宛先に到達し、または廃棄されるまで、グラフ識別子に対応する経路を経由して進む。グラフ２１０においてパケットを経路指定することができるためには、例えば、グラフ２１０に属する各ネットワーク機器が、同じグラフに属する、宛先に１ホップ近い近隣ネットワーク機器のグラフ識別子およびアドレスを含むエントリを含む接続表と共に構成されている必要がある。例えば、ネットワーク機器２１６は「表１」に示す接続表を格納し、ネットワーク機器２４２は「表２」に示す接続表に以下の情報を格納する。これらの接続表の例は、単に、特定のエントリと関連付けられた機器を記載しているにすぎないが、接続表のノードの列は、ネットワーク２００または無線ＨＡＲＴネットワーク１４のアドレス指定方式で定義されている近隣機器のアドレスを格納していてもよいことがわかるであろう。
【表１】
0005701922.tif 000002
【表２】
0005701922.tif 000003
【００６５】
別の実施形態では、ノードの列は、近隣機器のニックネーム、近隣機器の完全なアドレスまたは短縮アドレスを格納する配列へのインデックス、またはネットワーク機器を明白に識別する他の任意の手段を格納していてもよい。代替として、接続表は、「表３」に示すようにグラフ識別子／無線接続の組を格納していてもよい。すなわち、「表３」の接続表は、個々のグラフに対応する１つまたは複数の直接無線接続６５を記載し得る。ネットワーク機器２１６は、例えば、接続表を参照し、直接無線接続２４６または２４８を介してグラフ識別子２４０を搬送するパケットを送る。
【表３】
0005701922.tif 000004
【００６６】
図７および上記各表に示すように、同じグラフ識別子と関連付けられた複数の近隣機器を有することにより冗長経路が確立され得る。よって、ネットワーク機器２１６に到達する、ヘッダまたはトレーラにグラフ識別子２４０を含むパケットは、ネットワーク機器２１８とネットワーク機器２４２のどちらかまたは両方に経路指定され得る。経路指定操作を実行する間に、ネットワーク機器２１６はグラフ識別子２４０により接続表において検索を行い、パケットをネットワーク機器２１８と２４２のどちらかまたは両方に送る。さらに、２つ以上の可能なホップの間の経路指定選択は、無作為におこなわれても、既定のアルゴリズムに従って実行されてもよい。例えば、この選択は、負荷平衡化目的を考慮して、または配信統計を考慮して行われる。よって、ネットワーク機器２１６は、ピアネットワーク機器を介して、またはネットワークマネージャ２７から、グラフ２４０に沿ってパケットを経路指定する間に次のホップとしてネットワーク機器２１８を選択すると、そのパケットを正常に配信する確率がより低くなり、または配信の際の遅延がより長くなることを知る。その場合、ネットワーク機器２１６は、グラフ２４０と関連付けられたパケットのより多く、おそらくはすべてを、ネットワーク機器２４２に経路指定しようと試みる。
【００６７】
一実施形態では、近隣機器によるパケットの受信が、確認パケットによって確認される。上記の例では、近隣のネットワーク機器２１８または２４２がパケットの受信を確認すると、ネットワーク機器２１６はそのパケットを解放する。他方、この確認が既定の期間内に受け取られない場合、ネットワーク機器２１６はこのパケットを代替のホップを介して経路指定しようとする。加えて、ネットワーク機器２１６は、正常な配信試行と失敗した配信試行両方の統計を収集してもよい。ホップ２１８、２４２からの選択などその後の経路指定決定には、調整済みの統計データが含まれる。当然ながら、ネットワーク機器２１６は、ネットワーク機器２１８および２４２に関連する統計を他の関係のあるグラフに適用してもよく、それらの統計を直接またはネットワークマネージャ２７を介して他のネットワーク機器に送ってもよい。
【００６８】
前述のように、グラフ経路指定手法において、ネットワーク機器はパケットを、ネットワークヘッダに入れたグラフ識別子と共に、１組の経路に沿って宛先まで送る。重要なことには、パケットを経路指定するにはグラフ識別子だけで十分であり、ヘッダには他の経路指定情報も含まれ得るが、各パケットは、もっぱらグラフ識別子だけに基づいて正しく配信することができる。宛先までの途中にあるすべてのネットワーク機器は、各パケットが転送され得る近隣機器を指定するグラフ情報を用いて事前に構成される。グラフ経路指定は、潜在的宛先ごとの中間ネットワーク機器の事前構成を必要とするため、グラフ経路指定は、ネットワーク機器からゲートウェイへ、およびゲートウェイからネットワーク機器への通信により適する。
【００６９】
また、無線ＨＡＲＴネットワーク１４またはネットワーク２００は、送信元経路指定を使用してもよい。送信元経路指定では、転送機器の事前構成は不要である。送信元経路指定を使ってパケットをその宛先に送るために、送信元ネットワーク機器はパケットのヘッダにそのパケットが経由しなければならない機器の順序付きリストを含める。パケットが経路指定される際に、各経路指定機器はパケットから次のノードアドレスを抽出して使用すべき次のホップを決定する。したがって、送信元経路指定を使用するにはネットワークトポロジの知識が必要である。しかし、あるネットワーク機器が経路指定リスト上にないことを当該ネットワーク機器自身が知ると、そのネットワーク機器は、送信元経路指定リストで指定されている最初の機器にパケットを返送する。送信元経路指定は、中間機器を明示的にセットアップせずに任意の宛先にパケットを向かわせることを可能にする。
【００７０】
例えば、ネットワーク機器２１２は、パケットヘッダまたはトレーラで完全なパスを指定することによってゲートウェイ２２にパケットを送る。図７に戻って、ネットワーク機器２１２は、ネットワーク機器２１４および２１８のアドレスを含むリストを生成し、そのリストをパケットと共にリスト上の最初のホップ、すなわちネットワーク機器２１４に送る。次いでネットワーク機器２１４は、リストを探索し、ネットワーク機器２１４の識別情報を特定してリストからこのフィールドを抽出し、ネットワーク機器２１８を受信パケットの次のホップとして識別し、最後にそのパケットをネットワーク機器２１８に送る。送信元経路指定リストは、ネットワークヘッダの任意選択領域にあってもよく、宛先までのホップ数に応じた可変サイズとすることができる。
【００７１】
一実施形態では、ネットワークマネージャ２７から完全なネットワーク情報を取得しているネットワーク機器だけが送信元経路指定を使用する。というのは、ネットワークマネージャ２７だけがネットワークのトポロジを知っているからである。送信元経路指定の別の限界は、各パケットが通過すべきホップの明示的リストを含み代替経路を含まないため、中間ネットワーク機器における冗長性が提供されないことである。よって、機器の１つが指定どおりにパケットを送れない場合、代替の宛先指定は行われない。したがって、その障害を検出し、代替の経路で送信元をプログラムし直すのはネットワークマネージャ２７の役割である。そうした誤りの検出を円滑に行わせるために、無線ＨＡＲＴプロトコル７０は、各ネットワーク機器がネットワークマネージャ２７に経路指定失敗通知を送り返すよう求める。別の実施形態では、経路指定リストは、送信者によって選択される経路に加えて代替の経路も指定する。別の実施形態では、パケットヘッダまたはトレーラにおける経路の共通部分の重複を回避するために第１の経路と１つまたは複数の代替経路が併合される。
【００７２】
前述の実施形態のいくつかによれば、ネットワークマネージャ２７は、ネットワーク内のすべての機器のリストを含む。また、ネットワークマネージャ２７は、ネットワークの完全なグラフおよび各機器と通信するグラフの部分を含むすべてのネットワークトポロジを含んでいてもよい。ネットワークマネージャ２７は、ネットワークマネージャ２７がネットワーク機器３０〜４０、５０、６０、５５、２１２〜２１８などから受け取る情報を使って経路および接続情報を生成する。ネットワークのグラフは、ネットワーク機器および報告された各機器の近隣機器のリストから構築される。また、ネットワークマネージャ２７は、ネットワークのすべての経路情報を生成し、維持する役割も果たす。一実施形態では、常に、完全なネットワーク経路と、ゲートウェイ２２または２０２から最終制御コマンドへ設定点その他の設定を送るのに使用されるいくつかの専用経路とがある。さらに、ネットワークマネージャ２７または２５７からネットワーク１４または２００のすべての機器にブロードキャストメッセージを送るのに使用されるブロードキャスト経路があってもよい。さらに、ネットワークマネージャ２７は、経路指定情報およびバーストモード更新率がわかった後で、ネットワークリソースのスケジューリングを実行してもよい。
【００７３】
ネットワーク２００または１４に機器が最初に追加されると、ネットワークマネージャ２７は、各ネットワーク機器から報告されるすべての近隣機器エントリを格納する。ネットワークマネージャ２７はこの情報を使って、初期の完全なネットワークグラフ（または順方向グラフおよび逆方向グラフを含むネットワークグラフの集合）を構築し、動作に際してグラフを修正する。各ネットワークグラフは、前述の統計収集によって反映されるホップ数、報告率、電力使用量、および全般的トラフィックの流れを含むいくつかの特性を最適化することによって作成される。トポロジの１つの重要な態様は、機器を相互に接続する接続のリストである。個々の接続の有無および正常性は時間の経過と共に変化するため、ネットワークマネージャ２７は、さらに、全般的トポロジを更新するようにプログラムされ、または構成されていてもよく、これには各機器における情報の追加および削除が含まれる。実施形態によっては、ネットワークマネージャ２７または２５７およびゲートウェイ２２または２０２だけが送信元経路指定を使用するのに十分な情報を知っている。より具体的には、セキュリティのために任意の２つの機器間のピアツーピア通信を許容しないことが求められることもある。
【００７４】
要約すると、グラフ経路指定は、ネットワークマネージャ２７またはゲートウェイ２２に対して上流と下流両方にトラフィックを宛先指定し、グラフ経路も送信元経路も、待ち時間要件が低い用途を満足させるように最適化することができ、これにはネットワーク機器からゲートウェイに転送される測定情報と、ゲートウェイ機器から、調整バルブ、オン／オフバルブ、ポンプ、ファン、ダンパ、ならびに他の多くのやり方で使用されるモータといった最終制御コマンドに転送される制御情報が含まれる。
【００７５】
実施形態によっては、経路冗長性は、グラフの偶然のオーバーラップではなく、ネットワークマネージャ２７のポリシの問題である。すなわち、ネットワークマネージャ２７は、各機器ごとに少なくとも２台の近隣機器を定義しようとする。よって、ネットワークマネージャ２７は、メッシュ型またはスターメッシュ型トポロジを積極的に追及するように構成されている。よって、無線ＨＡＲＴプロトコル７０は、極めて高い終端間データ信頼性を提供する。物理的視点から見ると、各フィールド機器は、そのフィールド機器からメッセージを受信し、それらのメッセージを転送することのできる少なくとも２台の別の機器の通信範囲内に配置される必要がある。
【００７６】
加えて、ネットワークマネージャ２７は、ループが形成されていないことを確認するために各グラフ定義を検証してもよい。ネットワークマネージャ２７が経路冗長性を積極的に追及し、様々なサイズの多くのグラフを定義する実施形態では、データパケットを送信元から同じ送信元に戻すように通信路が誤って定義されることもある。かかる欠陥を有するグラフ定義に従えば、パケットは、送信元から直接その送信元に戻るように経路指定されることもあり、１つまたは複数の中間ホップを通過してから送信元に戻ることもある。ループ検証は、機器の追加や除去などにより関連するネットワークのトポロジが変化するたびに、またはネットワークマネージャ２７が何らかの理由で経路指定グラフおよびスケジュールを調整するたびに行われ得る。代替として、ネットワークマネージャ２７は、ループチェックを、バックグラウンドとして周期的に行ってもよい。
【００７７】
前述のように、経路指定に関与する機器は、データパケットを配信し、正しく中継するために、異なるグラフ経路、送信元経路、または宛先アドレスを格納し、または獲得する。各ネットワーク機器のアドレスは、無線ＨＡＲＴネットワーク１４が、有線ＨＡＲＴ機器を含み得るより大規模なネットワークと正しく協働するように、グローバルに一意なものとしなければならない。このために、無線ＨＡＲＴプロトコル７０は、あいまいでないアドレス指定方式を提供し、さらに、より大規模なネットワークコンテキストへの効率のよいアドレスのマッピングも提供する。無線ＨＡＲＴプロトコル７０が、有線ＨＡＲＴ機器と共に使用されるアドレス指定方式と互換性を有するアドレス指定方式を提供することは重要である。
【００７８】
図８に、ネットワーク設計ツールのアーキテクチャの例４５を示す。エンジン３００はツール論理を持ち、グラフ生成器３０２およびスケジュール生成器（または「スケジューラ」）３０４を含んでおり、これらは、さらに、相互に対話し合って経路指定とスケジューリングが組み合わさった決定を生成し、または作成する。また、エンジン３００は、最適化規則３０６の集合も含む。最適化規則３０６はそれぞれ、最適化戦略の特定の側面のアルゴリズム記述を含み、また、１つまたは複数のユーザパラメータにも依存し得る。例えば、最適化規則３０６の１つは、特定のノードへのＸ個を超える数の接続の作成が禁じられていることを示すものである。ユーザは、エンジン３００が動作時に規則を適用することができるように、ユーザインターフェース３１２を介してＸに特定の値を割り当ててもよい。要約すると、エンジン３００は、ネットワーク設計ツール４５のインテリジェントコンポーネントをカプセル化したものである。エンジン３００は、ユーザインターフェースの１つまたは複数のインスタンス３１０〜３１２と対話する。実施形態によっては、ネットワーク設計ツール４５は、分散方式で実行され、複数のオペレータからのエンジン３００の機能への同時アクセスを可能にすることもある。例えば、ワークステーション１６はインターフェース３１０を実行または提供し、リモートホスト４１はエンジン３０２およびユーザインターフェース３１２を実行する。ユーザインターフェースインスタンス３１０および３１２はそれぞれ、それぞれの対応ホストにおけるハードウェア利用可能性に従ってカスタマイズされてもよく、さらに、言語など、オペレータの特定の要件および基本設定に合わせてカスタマイズされてもよい。図８に示すように、ユーザインターフェース３１２は、マウス３１４、キーボード３１６、モニタ３１８、そしておそらくは印刷装置（不図示）といった物理機器と対話する。当分野の技術者はさらに、ユーザインターフェース３１２またはユーザインターフェース３１０が、同様に他の入出力機器に接続することもできることを理解するであろう。
【００７９】
前述のように、ネットワーク設計ツール４５は、１つまたは複数の対話式ウィンドウによるユーザインターフェースを提供し得る。マイクロソフトウィンドウズ（登録商標）や類似のグラフィック環境を熟知した人にはわかるように、対話式ウィンドウは、一般的には、テキストおよびグラフィックスを含むキャンバス領域、対応するソフトウェアの様々な機能へのアクセスを可能にするツールバー、頻繁に使用される機能またはグラフィックオブジェクトへのショートカットを提供するツールバー上に配置されたボタン、およびユーザが可視ウィンドウをキャンバスの特定の部分に合わせることを可能にする垂直と水平のスクロールバーを含む。一般には、ネットワーク設計ツール４５は、任意のオペレーティングシステム上で実施される。しかしながら、ネットワーク設計ツール４５のユーザインターフェースコンポーネントがその上で実行されるオペレーティングシステムは、好ましくは、グラフィカルインターフェースをサポートする。以下で論じる実施形態では、ネットワーク設計ツール４５は、円、正方形、矢印などといった幾何学形状として視覚オブジェクトを操作することを可能にするが、他のグラフィックオブジェクトを使用してもよい。さらに、ネットワーク設計ツール４５は、グラフィックオブジェクトの状態を示し、またはその他の追加情報を伝えるために、モニタ３１８上の各オブジェクトを異なる色で描写してもよい。
【００８０】
図８に戻って、エンジン３００は、ライブネットワークインターフェース３２０の１つまたは複数のインスタンスとも対話する。ライブネットワークインターフェース３２０は、無線ＨＡＲＴネットワーク１４からのデータをエンジン３００に報告する。詳細には、ライブネットワークインターフェース３２０は、ネットワーク１４の各ネットワーク機器によって測定される信号強度、時間遅延、その他のネットワーク性能データに関連する測定値を報告する。ライブネットワークインターフェース３２０を介してネットワーク１４からネットワーク性能データを受け取ったことに応答して、エンジン３００は、これらの報告を、ユーザインターフェース３１０または３１２を介して１人または複数のユーザに伝える。加えて、エンジン３００は、無線ネットワーク１４に対応するネットワークモデル３２４の経路指定およびスケジューリングを自動的に調整する。図８に示すように、ネットワークモデル３２４は、ホスト１６、１８、４１、４７または５５のうちの１つに結合されたメモリ３２６に格納される。
【００８１】
図９を参照すると、ネットワーク設計ツール４５は、ユーザインターフェースモジュール３１０または３１２と対話する１人または複数のユーザに、ネットワーク構成やネットワークシミュレーションといったネットワーク設計ツール４５の機能へのアクセスを可能にするメインメニュー３４０を提示する。図９に示す例示的実施形態では、メインメニュー３４０はファイルサブメニュー３４２、グラフ生成オプションサブメニュー３４４、トポロジサブメニュー３４６、およびスケジュールサブメニュー３４８を含む。具体的には、ファイルサブメニュー３４２は、ネットワークモデル３２４をメモリ３２６その他の記憶場所に保存する、ネットワークモデル３２４を含むファイルを印刷装置に送るといった標準のファイル操作機能セットを提供する。一方、グラフ生成オプションサブメニュー３４４は、経路選択規則３５０、グラフタイプ選択３５２、およびその他のユーザ構成可能規則およびパラメータへのアクセスを可能にする。
【００８２】
メインメニュー３４０からトポロジサブメニュー３４６を呼び出すことにより、ユーザは、ネットワークモデル３２４に対応する図面を含む対話式キャンバス画面にアクセスする。トポロジサブメニュー３４６は、ノードの追加および削除、信号強度の編集、ネットワークモデル３２４のビューの変更、および自動グラフ生成のためのインターフェース３５４を含む。他方、スケジュールサブメニュー３４８は、生成したスケジュールの表示に関するいくつかのオプションを提示する。例えば、グラフビュー３５６は、マスタスケジュールともいう、ネットワークスケジュール全体の多色のユーザにわかりやすい視覚表現を表示する。テキストビュー３５８は、同じマスタスケジュールのテキスト記述を提供する。最後に、ＸＭＬビュー３６０は、ＸＭＬの規則に従ったマスタスケジュールのテキスト記述を生成する。
【００８３】
図１０に移って、対話式ウィンドウ３８０は、トポロジサブメニュー３４６を介してユーザがアクセスすることのできるネットワークモデル３２４のビューを提示する。対話式ウィンドウ３８０は、キャンバス領域３８２、ツールバー３８４、およびスクロールバー３８６〜３８８を含む。ツールバー３８４は、例えばプルダウンリストなどとしてサブメニュー３４２〜３４８への対話式アクセスを可能にする。加えて、ツールバー３８４は、１つまたは複数のショートカットボタン３９０も含む。ショートカットボタン３９０は、ユーザに、様々なネットワーク機器を表す記号をキャンバス領域３８２に追加する簡単で効率のよい方法を提供する。詳細には、ユーザは、ショートカットボタン３９０の１つを操作して、ゲートウェイ機器、ネットワークアクセスポイント、フィールド機器、ルータなどを表す記号を選択する。加えて、ツールバー３８４は、壁などの物理的障害物に対応する非ネットワーク要素ボタン３９２も含む。その場合ユーザは、マウス３１４または類似のポインティング装置を使って選択した記号をキャンバス領域３８２上にドラッグする。別の実施形態では、ユーザは、キーボードキーを操作して、記号を選択し、それらの記号をキャンバス領域３８２に配置するためのテキストコマンドを入力する。
【００８４】
キャンバス領域３８２は、無線ＨＡＲＴネットワーク１４が動作するプラント領域の記号的表現であってよい。ネットワーク機器を表す記号の配置は、機器間の相対距離を正確に反映する。すなわち、キャンバス領域３８２上のモデル３２４のグラフィック表現は縮尺どおりとすることができる。また、各記号を相互に対して正確に配置する作業を簡単にするためにキャンバス領域３８２がグリッド（不図示）を含むことも企図されている。別の実施形態では、キャンバス領域３８２がプラントの概略図を含む。例えば、キャンバス領域３８２は、モデル３２４と対応する物理機器の実際の地理的位置決めとの対応関係がユーザに容易にわかるように、タンク、バルブ、パイプ、およびプロセス制御システムのその他の構成要素の２次元または３次元の縮尺どおりの表現を含む。さらに、キャンバス領域３８２は、壁などの現実の物理的障害物、ならびに通路や事業所といったアクセス不能領域または「禁止」領域も概略的に表す。この実施形態によれば、ネットワーク設計ツール４５は、ユーザが障害物要素ボタン３９２を操作して障害物記号の描画を指定することを必要とせずに物理的障害物を考慮に入れる。
【００８５】
キャンバス領域３８２上にネットワーク機器または障害物を表す記号を配置した後、ユーザは、記号を選択し、対話式パラメータウィンドウを呼び出し、モデル化した機器に特有のパラメータ集合を入力することによってモデル化した機器をさらに構成する。図１０に示す例では、ユーザは、キャンバス領域３８２上に、機器記号４００を含む複数のネットワーク機器記号を配置している。より具体的には、ユーザは、ショートカットボタン３９０の中からフィールド機器を表す記号を選択し、マウスクリックまたは類似の方法でその記号をアクティブ化し、記号のコピーをキャンバス領域３８２内の所望の場所にドラッグしている。この例示的実施形態では、フィールド機器記号は、「Ｄ」の文字を囲む円であり、文字は様々な種類のネットワーク機器を視覚的に区別するために使用される。次いでユーザは、例えば既定のマウスボタンをクリックしてパラメータ表示メニューを呼び出し、機器記号４００に対応する物理フィールド機器が電池によって電源供給されることを指定している。その結果、無線ネットワーク機器ツール４５は、機器記号４００の隣に電池記号４０２を表示する。
【００８６】
ユーザは、さらに、各フィールド機器ごとに、その機器が別のネットワーク機器に測定値その他のデータを報告する率を指定する。この報告率はバースト率ともいう。無線ＨＡＲＴネットワーク１４の例では、フィールド機器が上流のゲートウェイ機器２２にデータを報告する。無線ネットワーク機器ツール４５は、機器記号４００の隣に配置された指標４０４としてバースト率を表示する。ユーザは、さらに、機器記号４００に対応する物理機器が無線信号を送信する電力を指定する。一実施形態では、ユーザは、既定のキーボードまたはマウスのキーを押して電力設定オプションを呼び出す。キー押し下げイベントを検出したことに応答して、ネットワーク設計ツール４５は、例えば、ユーザがワット単位で測定される信号強度を入力するための対話式ウィンドウを表示する。代替として、ユーザは、ネットワークモデル３２４を構成するプロセスを簡単にするために、各ネットワーク機器を同じ所定の電力レベルと関連付けるようにネットワーク設計ツール４５を構成してもよい。
【００８７】
機器記号がキャンバス領域３８２に追加される際に、ネットワーク設計ツール４５は、新しい記号ごとに順序番号を割り当てる。別の実施形態では、ネットワーク設計ツール４５は、対応するグラフの幅優先探索で各記号が見つかる順序に従って番号を割り当て、ゲートウェイ記号の１つに順序番号０が割り当てられ、グラフの先頭に配置される。図１０に示す例では、ネットワーク設計ツール４５は、機器記号４００の隣に指標４０６として順序番号を表示する。
【００８８】
図１０に戻って、ユーザは、キャンバス領域３８２上にゲートウェイ記号４１０およびネットワークアクセスポイント記号４１２を配置している。先に図１を参照して論じたように、ゲートウェイ機器２２は、１対の専用配線を介するなど、信頼性と効率性の高いよいやり方で複数のネットワークアクセスポイント２５に接続されている。ネットワーク設計ツール４５は、ゲートウェイからネットワークアクセスポイントへの接続の相対的信頼度を、有線リンク４１４を表す実線によって示す。これに対して、ネットワーク設計ツール４５は無線リンクを、例えば、機器記号４００と４１２の間の無線リンク４１６の場合のように点線によって示す。当然ながら、ネットワーク機器間の無線および有線接続は他の任意のやり方で描かれてもよく、線４１４および線４１６は例として示すにすぎない。
【００８９】
次に、ネットワーク設計ツール４５はネットワークモデル３２４の分析を開始し、各機器における信号強度、機器間の距離、各機器の電力、受信側機器のタイプ、無線信号を減衰させる可能性のある障害物の有無といった要因を考慮に入れ、あらゆるネットワーク機器対間のあらゆる無線リンクの品質を評価する。各機器は固有の電力レベルで無線信号を送信するため、機器Ａから機器Ｂまでの単方向リンクのパラメータは、機器Ｂから機器Ａまでの単方向リンクのパラメータとは異なる。例えば、ネットワーク設計ツール４５は、機器記号４００に対応する物理機器が記号４００と記号４１２で表わされる物理ネットワーク機器間の距離を越えて送信する無線信号の減衰を計算することにより、単方向無線リンク４０４の品質を推定する。前述のように、記号４００と記号４１２で表わされる物理ネットワーク機器間の距離は、モデル３２４が縮尺どおり描かれている場合、記号４００または記号４１２の相対的配置によって正確に反映される。代替として、ユーザは、ネットワーク機器対間の距離を、例えば、ネットワークモデル３２４上の無線リンクを選択し、適切な設定画面をアクティブ化し、フィートまたはメートル単位で距離を入力することによって指定してもよい。計算を完了すると、ネットワークツール４５は、無線リンク４１６の隣に信号品質指標４２０を表示する。図１０に戻って、フィールド機器を表す記号４２２とルータ機器を表す記号４２４は、無線リンクで接続され、距離Ｘだけ離れており、記号４２２と記号４２６は距離Ｙだけ離れている。したがってネットワーク設計ツールは、それに応じて、機器４２２から機器４２４と機器４２６とに延びる単方向リンクの隣に指標４２８と指標４３０とを表示する。
【００９０】
ネットワーク設計ツール４５は、ユーザがキャンバス３８２に新しいネットワーク機器を追加する際に、各無線リンクを評価する。よって、ネットワークモデル３２４がネットワーク機器記号Ｓ１、Ｓ２、……Ｓｎを含む場合、機器記号Ｓｎ＋１を追加するには、ネットワーク設計ツール４５が各記号対、すなわち｛Ｓ１，Ｓｎ＋１｝、｛Ｓ２，Ｓｎ＋１｝、……、｛Ｓｎ，Ｓｎ＋１｝の間のｎ個の新しいリンクを評価することが必要である。混乱を回避するために、ツールバー３８４は最適化提示モードを切り換えるボタン４３２を含む。より具体的には、切り換えボタン４３２の１つは、ネットワーク設計ツール４５に、例えば−１０ｄＢを超える信号品質など、既定の品質基準を満たす無線リンクだけを表示させる。逆に、別の切り換えボタン４３２は、ネットワーク設計ツール４５に、品質にかかわらず、すべての無線リンクを表示させる。
【００９１】
既定の品質基準集合を満たすリンクの集合は、ゲートウェイ機器をネットワークアクセスポイントに接続する有線リンクと共に、マスタグラフ４３５を形成する。加えて、フィールド機器記号４２２からゲートウェイ機器記号４１２までの経路など、ネットワーク機器対間の各経路も個別グラフを形成する。さらに、各グラフはゲートウェイの１つに対する上流または下流のグラフとすることができる。ネットワーク設計ツール４５は、リンク４１６が上流グラフの一部であることを示すためにネットワークアクセス記号４１２の方向を指し示すリンク４１６上の矢印などの矢印によって各無線リンクの方向を示す。また、ツールバー３８４は、ユーザが、下流グラフのみの表示、上流グラフのみの表示、上流と下流両方のグラフの同時表示といった表示オプションの中から選択するために操作するグラフモードセレクタ４３７も含む。
【００９２】
図１１に示すように、対話式画面４５０は、グラフ生成オプションサブメニュー３４４に対応する。ユーザは、対話式画面４５０を使って、ネットワークモデル３２４によってシミュレートされるネットワーク上の経路選択およびスケジューリングに関する基本設定を構成する。この例示的実施形態では、対話式画面４５０は、スター型とメッシュ型とスターメッシュ型の各トポロジの中からの選択を可能にするネットワーク型セレクタ４５２を含む。例えば、ユーザがネットワーク型セレクタ４５２によってスター型トポロジを選択した場合、ネットワーク設計４５は、ゲートウェイ機器またはネットワークアクセスポイントを中心とするスター型トポロジと適合する無線接続を自動的に定義する。図１０に示すネットワークモデルの場合、フィールド機器対間の各無線接続は除去される。代わりに、ネットワーク設計ツール４５は、４１２と４２２、４１２と４２４といった機器記号間の無線接続をシミュレートする。
【００９３】
さらに、対話式画面４５０は閾値信号強度セレクタ４５５を含む。セレクタ４５５を使ってユーザは、グラフで使用するのに許容できる送信側機器と受信側機器の間のリンクを考慮するために受信側機器によって検出されなければならない、送信側機器から送信される信号の最小強度を指定する。当然ながら、ユーザは、セレクタ４５５を使ってネットワークモデル３２４の構成中にいつでもこの最小信号強度信号強度値を変更してよい。ユーザがセレクタ４５５によって新しい値を入力したことに応答して、ネットワーク設計ツール４５は、各機器対を再評価し、場合によっては無線リンクを削除または追加する。図１１に示す例では、セレクタ４５５はスクロールバーおよびテキスト指標を含む。しかしながら、セレクタ４５５、および本明細書で論じる他のセレクタを、任意の図表またはテキストによって実施することも同様に可能であることを当分野の技術者は理解するであろう。
【００９４】
ヒステリシスレベルセレクタ４５７は、ネットワーク設計ツール４５がネットワークグラフの再評価を開始する信号強度をユーザが指定することを可能にする。ライブ無線ＨＡＲＴネットワーク１４からネットワーク設計ツール４５に報告されるフィードバック情報が１つまたは複数のリンクの信号の変化を示す場合、ネットワーク設計ツール４５は、ヒステリシスレベルセレクタ４５７を介して設定された値を参照してグラフ再評価をいつ開始しなければならないか判断する。例えば、特定のリンクにおける信号の強度が、セレクタ４５５を介して構成された最小レベルをわずかに下回るが、依然としてセレクタ４５７を介して構成されたヒステリシスレベルを上回ることもある。この場合、ネットワーク設計ツール４５は、例えば、信号強度が周期的にわずかに閾値信号レベルを下回り、その後に閾値信号レベルを上回ることを繰り返しているときにネットワークグラフを再評価するといった状況を回避するために、まだグラフ評価には進まない。
【００９５】
また、対話式画面４５０は、近隣機器数セレクタ４５９も含む。セレクタ４５９を使ってユーザは、グラフ構築時に個々のネットワーク機器において考慮すべき近隣機器の最大数を指定する。例えば、記号４００で表わすネットワーク機器は、潜在的には、ネットワークモデル３２４に対応する７台すべての無線ネットワーク機器との無線リンクを確立し得る。当然ながら、各無線リンクは、送信側機器からの距離その他の物理的要因により異なる信号強度を有し、したがって、異なる全体リンク品質を有する。よって、潜在的な各近隣機器ごとに接続を確立しようと試みるのは賢明ではないこともある。そうではなく、効率のよいグラフ選択戦略は、限られた数の潜在的近隣機器だけに絞るものである。セレクタ４５９によって選択される値は、例えば、ある機器に、セレクタ４５５によって構成された信号強度要件を満たす３台を上回る近隣機器があっても、潜在的近隣機器の数を３などの小さい値に制限する。
【００９６】
さらに、対話式画面４５０は、比較的良好な信号強度を特徴とするマルチホップリンクと比較的低品質の信号強度を特徴とするシングルホップリンクの間で選択を行うための基準を指定するセレクタ４６１を含む。一般に、機器対間のシングルホップリンクが好ましいのは、諸要件の中でも特に、待ち時間がより低く、スケジューリングが比較的簡単だからである。しかしながら、シングルホップの信号品質は、同じ機器対を接続するマルチホップリンクと比べると劣る。これらの選択肢の間で正しい選択を行うためには、各手法と関連付けられるトレードオフを量子化し、比較しなければならない。図１１に示す例示的実施形態では、ユーザは、ネットワーク設計４５がシングルホップリンクに優先してマルチホップリンクを選択するために、マルチホップの信号強度が対応するシングルホップリンクの信号強度を上回らなければならないデシベル数を指定する。
【００９７】
図１１に戻って、対話式画面４５０は、さらに、最小ホップ数セレクタ４６３を含む。ユーザは、ネットワーク設計ツール４５がグラフを構築するときに考慮すべき最小ホップ数を指定する。最小ホップ数はデフォルトで「１」に指定され得るが、必要に応じて別の数にデフォルト指定することもできる。
【００９８】
最大ホップ数セレクタ４６５は、ユーザがホップ数で測定される個々のグラフの最大長を指定することを可能にし、「４」などの特定の数にデフォルト指定されるが、このデフォルト設定は用途によって異なっていてもよい。例えば、ユーザは、無線ＨＡＲＴネットワーク１４を使ったプロセス制御システムが、機器間経路の４ホップのデフォルト設定に伴う遅延を許容しないと判断し、セレクタ４６５を介してホップ制限を３に設定する。その結果、ネットワーク設計ツール４５は、この制限の結果として比較的低品質の無線リンクが選択されることになるとしても、３を超えるホップ数を含むグラフすなわち経路を定義しなくなる。セレクタ４５０およびセレクタ４６５は、ツールまたはエンジン３００が、ネットワークのグラフおよびスケジュールの集合を作成するときに、最小ホップ数（デフォルト設定１になど）および最大ホップ数（デフォルト設定４など）を考慮することを可能にする。加えて、必要に応じて、これらのセレクタおよび本明細書で述べるその他のセレクタをノードごとに設定できるようにすることもでき、これによりユーザは、バルブなどの致命的な項目の待ち時間を低減することができるようになる。
【００９９】
対話式画面４５０の例示的実施形態では、ユーザは、さらに、電池式ネットワーク機器と比べて、１１０Ｖ  ＡＣラインなどの永続的電源で電源供給されるネットワーク機器を介してデータを経路指定することの望ましさを量子化することもできる。例えば、ユーザは、不利益度(disadvantage factor)セレクタ４６７のウィンドウに「３」という数字を
入力する。その結果、ネットワーク設計ツール４５は、電源供給されるネットワークノード３を通る各ホップを、他のすべての要因が同じであれば、電源供給されないネットワークノードを通るホップの３倍好ましいものとみなすようになる。
【０１００】
一般に、ネットワーク設計ツール４５、特にエンジン３００は、グラフおよびスケジューリングの決定を行うとき、潜在的リンクまたはグラフに数値による望ましさの指標を割り当て、既定の順序で最適化規則３０６を適用することによって複数の要因を検討する。規則の中にはネットワーク設計ツール４５を、ある規則では特定のノードを迂回し、別の規則ではデータが同じノードを通るよう経路指定するなど、両立し得ない手法に誘導することもあるため、最適化規則３０６に相対的優先度を割り当てれば、ネットワーク設計ツール４５がこうした競合を解決するのに役立つ。図１１Ａに、ネットワーク設計ツール４５が自動グラフ定義の一部として実行し得る例示的手順５００を示す。前述のように、ネットワーク設計ツール４５は、ユーザがキャンバス３８２に新しい機器を追加したとき、無線ＨＡＲＴネットワーク１４の実際の性能に関するフィードバック情報がライブネットワークインターフェース３２０に届いたとき、または既定のキー押し下げやメニューオプション選択といったユーザ操作に応答して手順５００を呼び出す。図１１Ａでは、最適化規則３０６の適用が一連のステップとして示されているが、これらのステップのうちの一部は同時に実行されてもよいことが理解されるであろう。さらに、最適化規則３０６の中には常にその他の規則と競合せず、したがって、手順５００のどの段階においても適用され得るものもある。
【０１０１】
手順５００を実行する第１のステップとして原則５０２を適用する。詳細には、手順５００はまず、可能なときは常に、ゲートウェイ２２までの、または、冗長ゲートウェイ機器が利用できる場合には、仮想ゲートウェイ２４までのシングルホップ経路を定義しようとする。ゲートウェイ２２が１つまたは複数のネットワークアクセスポイント２５を介して無線ＨＡＲＴネットワーク１４とやり取りする実施形態では、シングルホップ経路は、ネットワークアクセスポイントのうちの１つに対して定義される。当然ながら、手順５００は、対話式画面４５０を介して構成される制限、特に、セレクタ４５５を介して指定される閾値信号強度制限に違反することはない。図１０に示すネットワークモデル３２４に戻って、手順５００は、例えば、機器記号４００に対応する物理機器は、記号４１２に対応するネットワークアクセスポイントまでのシングルホップ無線リンク４１６を確立し得るが、記号４２２に対応する機器は、ネットワークアクセスポイント（記号４１２）と、記号４２６で表わされるフィールド機器などの中間ノードを介して通信しなければならないと判断している。
【０１０２】
図１１Ａに戻って、原則５０２は、電源供給される機器を通ってデータを経路指定するという選択に対応する。原則５０２によれば、手順５００は、記号４００に対応するデバイスは電池式であるため、この機器を迂回しようとする。しかしながら、手順５００は、ユーザがセレクタ４６７によって指定している値も考慮に入れて、この機器を迂回すべきかどうか決定する。前述のように、他の要因が代替ノードを同様に、またはより望ましくないものとすることもあり、手順５００は、代替ノードを比較するときには定量的基準を使用しなければならない。
【０１０３】
次に、手順５００は、個々のグラフのホップ数を可能な限り低く保とうとしながら、引き続き残りのグラフの定義を行う。企図される一実施形態では、手順５００は、最初に、その品質にかかわらず各潜在的無線リンクすべてを含むマスタグラフを構築する。次いで、手順５００は、各ネットワーク機器を順次考察し、初期のマスタグラフをトラバースしてすべての潜在的経路を識別し、前述の要因およびその他の考慮事項に鑑みて最善の候補を選択する。具体的には、初期のマスタグラフに原則５０６を適用するとき、手順５００は、対話式画面４５０を介して構成されたユーザ要件も満たす、ホップ数のより低いグラフを選択する。
【０１０４】
経路選択時に個々の機器の近隣機器の間で選択を行うとき、手順５００は原則５０８を適用、それによってよりよい信号強度を有するリンクが優先される。しかし、手順５００は、必ずしも、原則５０２〜５０８を考察した直後に経路の確定的選択を行うとは限らない。ブロック５１０で、手順５００は、各リンクと原則５０２〜５０８の１つまたは複数との呼応(agreement)に従って、各リンクに数値、すなわち重みを割り当てる。例えば、
手順５００は、あるネットワーク機器から発するリンクの重みを、そのネットワーク機器が電源供給されているためにセレクタ４６７を介して入力された係数で乗じる。他方、手順５００は、同じネットワーク機器から発する異なるリンクの重みを、このリンクがホップ数で測るとゲートウェイまでのより短い経路の一部であるために増大させる。次いで手順５００は、ブロック５１２で、２つの数値の間の単純比較を実行して、これら２つのリンクの中から選択する。
【０１０５】
手順５００は、原則５０２〜５０８に従ってグラフを定義する間にホップ数および近隣機器数の制限を適用する。すなわち、手順５００は、ブロック５１２で実行されるあらゆる経路およびリンク選択が対話式画面４５０を介して指定されたあらゆる規則と整合性を有するかどうかチェックする。代替として、手順５００は、ブロック５１２で重み付き経路の選択を完了した直後に、ブロック５１４とブロック５１６でそれぞれ、ホップ数と近隣機器数の制限を適用してもよい。この場合、手順５００は、前に選択したリンクおよび経路の一部を削除し、ブロック５１２に戻る。
【０１０６】
さらに、手順５００は、例えば経路冗長性を保証するなどのために、ブロック５１２で各機器ごとに少なくとも２つの経路を選択しようとする。すなわち、手順５００は、選択した第１の経路に加えて、同じ機器対を接続するための少なくとも１つの異なる重複(duplicate)経路を割り振ろうと試みる。このようにして、第１の経路の各ノードのうちの１
つで障害が発生し、または第１の経路内のノード対の間に予期しない障害物があっても、必ずしも機器が通信を妨げられるとは限らない。ネットワーク設計ツール４５は、対応する記号に着色することによってフィールド機器をゲートウェイまで接続する冗長経路が利用できるかどうかを示す。図１２に、図１０に示すネットワークモデル３２４が構築された後に、ユーザが対話式ウィンドウ４５０を呼び出した後でネットワーク設計ツール３００によって生成されるネットワークモデルを示す。詳細には、ユーザは、閾値信号強度セレクタ４５５を操作して閾値を増やしている。その結果ネットワーク設計ツール４５０は、重複するリンクの一部を削除しており、記号４００は図１２では図１０と異なる色で表示されている。これに対して、記号４２６は、記号４００をネットワークアクセスポイント記号４１２に接続する経路内のノードとしても、記号５２０と記号５２２を記号４１２に接続する経路内のノードとしても表示されるため、元の色で表示されている。さらに、図１２に示すように、記号４２２で表わされる機器は、今度は、この機器をその近隣機器に潜在的に接続するリンクのいずれも新しいユーザ要件を満たさないために無線ＨＡＲＴネットワーク１４から切断されている。
【０１０７】
次に図１３を参照すると、ユーザは、障害物ボタン３９２を操作してキャンバス領域３８２に障害物記号５３０を配置する。一実施形態では、ユーザは、さらに、記号５３０を広げ、または公知の描画手段の１つを使って不規則な形を描くことによって障害物をカスタマイズする。別の実施形態では、ユーザは、さらに、記号５３０をクリックし、障害物構成メニューを介してデシベル単位の数値を入力することによって、記号５３０で表わされる障害物信号減衰率を指定する。別の実施形態では、ユーザは、さらに、１つまたは複数の動画パラメータを指定することによって動く障害物をシミュレートする。ネットワーク設計ツール４５は、指定した速度で移動する障害物によって生じる外乱を、その障害物の影響を被る機器のバースト率を考慮に入れてシミュレートし得ることが企図されている。当然ながら、１分間に１度しか測定値を報告しない機器は、わずか１、２秒間にわたって機器の通信リンクを実質的に遮断する障害物には「気付かない」こともあり、毎秒測定値を報告する別の機器は、同じ条件集合下での１つまたは複数の報告を伝搬し損なうこともある。よって、ネットワーク設計４５０の実施形態の中には、様々なネットワーク機器に対する静止した障害物と移動する障害物両方の影響をシミュレートするものもある。
【０１０８】
図１３および図１４には、ネットワーク設計ツール４５によって提供されるネットワークシミュレーションの一態様が示されている。図１３では、障害物５３０は、記号４００、４１２、および５３２で表わされるネットワーク機器を接続する無線リンクに大きな外乱を生じないように、これらの機器から十分に外れている。他方、図１４に示すネットワークモデル３２４の状態では、同じ障害物が、記号４００に対応する機器から記号４１２で表わされるネットワークアクセスポイントへの無線信号の伝搬を事実上阻止する。前述のように、図１３と図１４では、ネットワークモデルは、記号５３０で表わされる静止した障害物が各ネットワークノードのより近くに再配置されている静止した状態として、または動く障害物が無線リンク４１６に一時的に干渉するネットワークモデル３２４の過渡状態のスナップショットとして示される。どちらにしても、ネットワーク設計ツール４５は、ネットワークモデル３４２上に対するシミュレートされた障害物の影響を計算し、無線リンク４１６を削除し得る。
【０１０９】
グラフを生成し、自動的に調整することに加えて、ネットワーク設計ツール４５は、最適化規則３０６、および任意選択でユーザ指定のパラメータに従ってスケジュールを自動的に生成する。図１４Ａ〜１４Ｃに、ネットワーク設計ツール４５、詳細には、スケジューラ３０４が、無線ＨＡＲＴネットワーク１４のマスタスケジュールを生成し、最適化することの一部として実行し得るいくつかの例示的ステップシーケンスを示す。より具体的には、スケジューラ３０４は、制約条件実施(enforcement)、データスーパーフレーム構
成、ネットワーク管理構成、ゲートウェイスーパーフレーム構成、および専用スーパーフレーム構成を行うための各手順を含む。
【０１１０】
手順５００と同様に、手順５５０は、原則５５２〜５７２の少なくとも一部を同時に適用してもよく、作成されるマスタスケジュールに原則５５２〜５７２を適用する順序を変えてもよい。手順５５０は、主として、マスタスケジュールに対してのみならず個々のスケジュールに対して様々な設計制約条件を実施する役割を果たす。ブロック５５２で、手順５５０は、同時チャネルの数を制限するという原則を適用する。当然ながら、同時チャネルの数は、無線ＨＡＲＴネットワーク１４が利用できる無線周波数の数によって制限される。企図される一実施形態では、ユーザは、画面４５０または類似の対話式メニューによってこの制限を構成する。加えて、ネットワーク設計ツール４５は、構成誤りに対する予防措置として比較的高いハードコード制限を含む。例えば、絶対同時チャネル制限を１６とする。
【０１１１】
次に、手順５５０は、どんな機器も同じタイムスロットで２回リッスンすることがないようにスケジュールするための原則５５４を適用する。次の原則５５６により、手順５５２は、機器が複数の宛先からデータを受け取ることを可能にする。図１１に示す例に戻って、記号４２６に対応する機器は、記号４００に対応する機器と記号４２２に対応する機器の両方からデータを受け取る。
【０１１２】
原則５５８を適用する間に、手順５５２は、マルチホップネットワーク上の後方のホップよりも先に前方のホップをスケジュールする。すなわち、手順５５２は、各ノードが新しく受け取ったデータパケットの転送に利用できるタイムスロットが可能な限り多くなるようにすることによって、各マルチホップ経路上での待ち時間を最小限に抑えようと試みる。例えば、ノードＮ１は、３２タイムスロットスーパーフレームの相対番号５を有するタイムスロットでＮ２のパケットを受け取る。よって、ノードＮ１は、そのスーパーフレームの残りの部分に２７個の潜在的タイムスロットを有する。スケジューラ３０４は、そのスーパーフレーム内の次に利用できるタイムスロット（例えば８など）を識別し、Ｎ１からＮ２への伝送がそのスロットで行われるようにスケジュールする。
【０１１３】
スーパーフレームの整列を最適化するために、スケジューラ３０４は、すべてのバースト率が、したがってスーパーフレームサイズが既定の式と一致することを必要とする原則５６０を執行する。例えば、バースト率は、ｎを整数とする２ｎ秒として定義される。よって、あるネットワーク機器は、２−２または１秒間に４回のバースト率を有し、別の機器は２３または８秒ごとに１回のバースト率を有する。さらに、手順５５０は、バーストモード通信とネットワーク管理通信を組み合わせたものが、無線ＨＡＲＴネットワーク１４が利用できる総帯域幅の既定の割合を超えないようにする（原則５６２）。企図される一実施形態では、この既定の割合は３０％に設定される。同様に、手順５５０は、原則５６４に従って、どのスケジュールも、利用可能なタイムスロットの総数の既定の割合、例えば５０％を超えないようにする。このようにして、スケジューラ３０４は、再試行やその他の予定外の伝送のために十分な数の空きスロットを確保しようとする。
【０１１４】
次に図１４Ｂを参照すると、データスーパーフレーム構成を行うための手順５６５は、原則５６６を適用し、スロット０から各ネットワーク機器をチャネルオフセットに割り当てる。次に、手順５６５は、最速の走査速度からタイムスロットを割り振る（ブロック５６８）。最速の走査速度から開始することにより、スケジューラ３０４は、まず、より高い帯域幅需要が満たされるようにする。というのは、一般に、まれにしか送信せず、よって、走査速度のより低い機器に利用可能なタイムスロットを見つける方が容易だからである。
【０１１５】
各経路ごとに、手順５６５は、ゲートウェイから最も遠い機器からスロット割り振りを開始する（ブロック５７０）。詳細には、手順５６５は、ゲートウェイ機器までの経路上で１スロットを割り振り、経路内の次のホップに移動し、ゲートウェイに到達するまでスロット割り振りを続ける。個々のスロットを正常に割り振ると、手順は、起こり得る再試行のために最も近い利用可能スロットも割り振る。
【０１１６】
手順５６５が各フィールド機器とゲートウェイの間の１つの経路にタイムスロットを割り振った後で、スケジューラ３０４は、さらに、各重複経路上でタイムスロットを割り振ろうと試みる。前述のように、重複経路は、第１の経路と同じ機器対を接続するが、少なくとも１つの中間ホップにおいて第１の経路とは異なる。手順５５０は、ブロック５７２で重複経路用のタイムスロットを割り振ろうと試みる。
【０１１７】
図１４Ｃに、スケジューラ３０４が手順５５０および５６５の後で、またはこれらと同時に実行し得る手順５８０を示す。手順５８０は、主に、管理構成を行うためのものである。詳細には、この手順は、管理スーパーフレームを構成するための原則５８２〜５９０、参入プロセスを構成するための原則５９２〜５９６、およびネットワーク管理コマンド伝搬を構成するための原則５９８を適用する。
【０１１８】
手順５８０によって適用される原則５８２は、ネットワーク管理スーパーフレームにデータスーパーフレームより高い優先度が与えられるようにする。次に、手順５８０は、原則５８４に従って、ネットワーク管理スーパーフレームのサイズを既定の数、例えば６０００スロットなどに制限する。さらに、スケジューラ３０４は、次の優先度を告知スロットに割り当てる（原則５８６）。各機器は、告知スロットを使って無線ＨＡＲＴネットワーク１４に参入する
【０１１９】
ブロック５８８で、手順５８０は、ネットワークグラフの幅優先探索を行い、各機器が見つかった順序で各機器に番号をふる。当然ながら、ブロック５８８に対応する探索は、潜在的無線リンクが定義された後、いつ行なわれてもよい。前述のように、指標４０６は、対応する機器記号の隣に機器に割り当てられた番号を差し支えないように表示する。ユーザは任意の順序でキャンバス領域３８２に機器記号を追加し得るため、手順５８０は、新しいオブジェクトがネットワークモデル３２４に追加されるたびに各機器に番号をふり直す必要がある。
【０１２０】
次に、手順５８０は、キープアライブメッセージ用のスロットを割り振る。一般に、あらゆるネットワーク機器は、好ましくは、キープアライブ送信用に確保されたタイムスロットを有する。機器のある近隣機器が既定の時間間隔（６０秒間など）内に機器を介して情報を伝搬しない場合、機器は近隣機器にキープアライブパケットを送って、その近隣機器の動作状態を検証する。
【０１２１】
また、手順５８０は、ブロック５９２で、参入要求用に確保されたスロットを割り振ることによって参入プロセスの構成も行う。各経路ごとに、手順５８０は、ゲートウェイから最も遠い機器から開始し、経路に沿ってゲートウェイへ向かって進む。企図されるいくつかの実施形態では、手順５８０は、参入要求タイムスロットに冗長性を提供しない。次に、手順５８０は、参入応答用のスロットを同様に割り振る。しかし、この手順は、今度は、ゲートウェイから開始し、ゲートウェイから最も遠い機器の方向に移動する。次いで手順５８０は、ブロック５９６で、各機器における告知パケットを割り振る。企図される一実施形態では、個々の機器に割り振られる告知パケットの数は、その機器をゲートウェイから隔てるホップ数に逆比例する。
【０１２２】
原則５９８に従って、手順５８０は、参入要求と参入応答とのネットワーク管理リンクの共用を構成する。この手法は、スケジューラ３０４が２つの異なる目的に同じリンク集合を使用することを可能にする。
【０１２３】
スケジューラ３０４は、前述の原則および戦略に従って無線ＨＡＲＴネットワーク１４の各機器の個々のスケジュールを含むマスタスケジュールを生成する。次いで、ネットワーク設計４５は、ユーザがスケジュールサブメニュー３４８によって選択し得るいくつかのビュー３５６〜３６０を提供する。図１５に、グラフモードで提示されるスケジュールの例を示す。
【０１２４】
図表６２０はタイムスロットグリッド６２２を含む。図１５に示す例示的実施形態では、グリッド６２２の各縦線が５タイムスロットに相当する。グリッド６２２は、調整可能な、または拡大可能な目盛を含めて、ユーザにとって好都合な任意の目盛を含んでいてもよいことを当分野の技術者は理解するであろう。チャネルスケジュールリスト６２５と機器スケジュールリスト６２７が、グリッド６２２上に横方向に配置されている。すなわち、ネットワーク機器ツール４５は、各チャネルのタイムスロットへの区分化と各機器のタイムスロットとの関連付けを、縦線で連続する５スロット間隔を表す横の時間進行として示す。さらに、個々のチャネルおよび個々の機器には、それぞれ、その個々のチャネルまたは機器のタイムスロット割り振りを明白に示す別々の横方向の帯がある。
【０１２５】
凡例６３０は、タイムスロット割り当てと１つまたは複数の色との関連付けを示す。当然ながら、ネットワーク機器ツール４５は、異なる形または記号を使用するものや、モニタ３１８が多色をサポートしていない場合には、異なるシェーディング法によるなど、各タイムスロットの状態を図表によって指定する別の方法を使ってもよい。図１５に示す例で、凡例６３０は、色６３２の縦のバーはある機器対が排他的に使用するために確保されたタイムスロットを表し、色６３４の縦のバーは複数の機器が共用するために割り振られたタイムスロットを表すことをユーザに指示する。チャネルリスト６２５は、非割り当てタイムスロットに対応する空白と、色６３２および６３４の縦のバーとを含む。図１５に示す例では、図表６２０は、空白および着色バーによって、チャネル３がタイムスロット１１における共用伝送と、タイムスロット０、１、３、５、７、１０、１４、１９、３５、３９における排他的伝送にスケジュールされており、チャネル３上の残りのタイムスロットは利用可能であることを示している。
【０１２６】
他方、機器スケジュールリスト６２７は、同様に非割り当てタイムスロットに対応する空白に加えて、色６３６と色６３８の縦のバーを含む。例示的凡例６３０によれば、色６３６の縦のバーは受信用に確保されたタイムスロットを表し、色６３８の縦のバーは送信用に確保されたタイムスロットを表す。図１５に示す例では、図表６２０は、機器１１が、タイムスロット０および７において送信に、タイムスロット３２、３４、３９において受信にスケジュールされていることを示している。
【０１２７】
状況によっては、ユーザは、図表ではなく、テキスト形式またはＸＭＬ形式でネットワークスケジュールを表示させようとすることもある。図１６Ａに、ネットワークスケジュールを一連の拡張可能なＸＭＬタグとしてリストする画面６５０を示す。この例では、図１６Ａおよび図１７は、ネットワークモデル３２４と同一ではないが類似するネットワークモデルの同じネットワークスケジュールに対応する。図１６Ｂを参照すると、画面６５２は、機器３の拡張スケジュールを含む。図表６２０のテキストによる代替表示を提示することに加えて、画面６５０および６５２は、スケジュールに関する追加情報も提示する。詳細には、画面６５２は、機器３が関与する複数のスーパーフレームのスロット割り振りのリンクごとのリストを含む（ペイン６５５およびペイン６５７）。
【０１２８】
同様に、ネットワーク設計ツール４５は、ＸＭＬ形式の経路指定情報も表示する。図１７に、ネットワークモデル３２４のトポロジのＸＭＬリストの例６７０を示す。各機器ペイン６７２は、機器タイプ、論理機器アドレス、バー６７４上の完全な機器アドレスといった基本情報を表示する。拡張モードでは、各ペインは、さらに、近隣機器ペイン６８０の近隣機器情報およびグラフペイン６８２のグラフ情報を表示する。各近隣機器ごとに、ＸＭＬリスト６７０は、機器アドレス６８６の隣に信号品質指標６８４を含む。
【０１２９】
動作に際して、ネットワーク設計ツール４５は、対話式画面３８０および４５０を介して入力されたユーザ入力に基づき、既定の最適化規則３０６を考慮に入れて初期経路指定およびスケジューリング情報を生成する。ネットワーク設計ツール４５は、ライブネットワークインターフェース３２０を介して受け取られる無線ＨＡＲＴネットワーク１４の性能に関するフィードバック情報に基づいて初期グラフおよびスケジュールを再評価する。この意味において、無線ネットワーク１４に対応するネットワークモデル３２４は適応型の、自動調整モデルである。さらに、ネットワーク設計ツール４５は、ユーザがキャンバス領域３８２でネットワーク機器および障害物の記号を削除または追加し、あるいは対話式画面４５０によって様々なパラメータを変更することによって指示し得る１つまたは複数のユーザ基本設定の変更によってもネットワークモデル３２４を調整する。  
【０１３０】
特に、ユーザは、もっぱら無線ＨＡＲＴネットワークをシミュレートする目的でネットワーク設計ツール４５を使用する。例えば、プロセス制御技術者、またはその他のユーザは、ある環境に無線ＨＡＲＴネットワークをインストールすることの一般的有用性または無線ＨＡＲＴネットワークの企図される設計の効率性を調査する。対話式画面３８０および４５０、ならびに前述のネットワーク設計ツール４５のその他の機能を使って、ユーザは、ルータ、フィールド機器、ゲートウェイ、アクセスポイント、無線信号への障害物、およびその他の関連機器およびオブジェクトをキャンバス領域に配置することによってネットワークモデルを構築し、実際のハードウェアの様々な潜在的構成を容易に評価する。ユーザは、機器および様々なオブジェクトを表す記号を容易に移動し、追加し、削除することができるため、例えば、ルータのフリート(fleet)を低減する、ネットワークアクセ
スポイントを追加するといった技術的決定の影響を効率よく正確に評価することができる。前述のように、ユーザは、シミュレートされた各機器をパラメータ表示することもできる。プロセス制御分野に精通していれば、様々な機器は、機器製造者、価格、クラスおよび機器のタイプ、ならびに機器の寿命、機器の電力要件およびいくつかのその他の要因の違いにより、異なる動作パラメータを有することを理解するであろう。よってユーザは、ある物理構成の代替構成との違いを評価することに加えて、一例を挙げると、類似の機能を果たす能力の低い機器の代わりにより能力の高い機器を使用することの影響もさらに評価する。シミュレートされる性能に対する企図される置換の影響を、２つの代替構成の間の価格差や設置の複雑さの違いといった要因を考慮に入れて比較することにより、ユーザは、高度な情報に基づく決定を行い、最終的には、より適切なネットワーク設計に到達する。
【０１３１】
ネットワーク設計ツール４５のユーザが、ネットワークモデルと、モデルに従って構築される実際の物理無線ＨＡＲＴネットワークの間の対応関係に関して高度の信頼を置くことができることは重要である。無線ＨＡＲＴネットワークの経路指定およびスケジューリングの決定は好ましくはネットワークマネージャ２７に集中するため、ネットワーク設計ツール４５およびネットワークマネージャ２７は、類似のエンジン３００を使って、グラフおよびスケジュールの定義、グラフおよびスケジュールの適応、ならびにその他の構成決定を行う。エンジン３００は、ネットワークマネージャ２７とネットワーク設計ツール４５の両方が、それぞれのソフトウェアフレームワーク内で同一のエンジン３００オブジェクトをインスタンス化するように、１組の標準インターフェースを備えるソフトウェアライブラリまたはソフトウェアオブジェクトとして設けられ得ることがさらに企図されている。実施形態によっては、エンジン３００は、ネットワークが（無線ＨＡＲＴネットワーク１４のような）実際のものであるか、それとも（ネットワークモデル３２４のような）シミュレートされたものであるかを知らずに、ネットワークを構成し、調整し、その他の管理を行う。当然ながら、この実施形態は、さらに、共用のエンジン３００にシミュレートされたネットワークトラフィックを供給するために、ネットワーク設計ツール４５と協働して（またはその内部で）動作する「ダミーの」バーストデータ、ダミーのネットワーク管理要求およびその他のシミュレートデータを生成するモジュールを伴う。
【０１３２】
明らかに、ネットワークマネージャ２７とネットワーク設計ツール４５において同じエンジン３００、または少なくとも若干の同じコンポーネントを使用すれば、シミュレーションの信頼度は著しく改善される。加えて、ユーザは、ネットワーク設計ツール４５の動画機能を使ってネットワークモデルの性能を、ある期間にわたって、特に、物理無線ネットワークが動作し得る領域内に障害物が存在する期間にわたって評価してもよい。前述のように、ユーザは、減衰強度と、速度や方向といった障害物の運動パラメータの両方をシミュレートし得る。ネットワーク設計ツール４５がもたらす別の利点は、ユーザが、シミュレートされたネットワークに対する障害物の影響を、視覚的に、分かりやすいやり方で観察できることである。当然ながら、ネットワーク設計ツール４５は、ネットワークモデルの、よって物理無線ネットワークの動作のあらゆる面に対する視覚化も可能にする。ネットワークグラフの視覚的描写またはスケジュールの視覚的表現はネットワークモデルの品質評価を簡単にし得ることを当分野の技術者は理解するであろう。例えば、結果的にもたらされるグラフを視覚的に考察することができれば、ユーザが低品質のネットワーク機器構成から生じる非効率的な経路を認識する可能性がより高くなる。
【０１３３】
他方、ユーザは、実際の物理ネットワークからのフィードバックデータを使って既存のネットワークモデルをさらに改善し得る。例えば、ユーザが初期ネットワークモデルを作成し、その初期モデルに従って無線ＨＡＲＴネットワーク１４を実施しているとする。当然ながら、物理機器の中には、それらに対応するネットワークモデル内の記号と全く同様には動作しないこともある。特に、機器の中には、シミュレートされたものより低い信号強度、例えばシミュレートされた６ｄＢではなく４ｄＢなどを検出するものもある。同様に、無線ＨＡＲＴネットワーク１４がある経路の実際の待ち時間を５ミリ秒と測定し、同じ経路のシミュレートされた待ち時間が４ミリ秒であることもある。さらに、無線ＨＡＲＴネットワーク１４は、あるチャネル上で大量の干渉を発見し、その結果として、そのチャネルおよび対応する搬送周波数をブラックリストに入れることもある。ネットワーク設計ツール４５は、前述のライブネットワークインターフェース３２０によって無線ＨＡＲＴネットワーク１４から上記その他の利用可能なデータを取り出し、ネットワークモデルを自動的に調整する。実施形態によっては、ネットワーク設計ツール４５は、常にライブネットワークインターフェース３２０からのデータを「優先」し、実際のデータが利用できるときにはいつでもシミュレートされたパラメータを指定変更する。当然ながら、ライブデータの中には、例えば、無線ＨＡＲＴネットワーク４５のある部分がまだインストールされていない場合や、対応するプラントの部分が保守を受けている場合などは、常に利用できるとは限らないものもある。
【０１３４】
この意味において、ネットワーク設計ツール４５は、ネットワークシミュレーションと、無線ＨＡＲＴネットワーク１４から受け取られるライブデータとをリアルタイムで組み合わせる。ネットワーク設計ツール４５は、ライブデータが利用できるネットワーク部分については、そのシミュレーションをライブ無線ＨＡＲＴネットワーク１４と効果的に同期させる。一方、ユーザは、無線ＨＡＲＴネットワーク１４への特定のネットワーク機器の追加または削除を企図し、企図される変更がライブネットワークに与える影響を効率よく評価するために、まず、ネットワーク設計ツール４５を使ってネットワークモデルを更新する。少なくとも一部の実施形態では、ネットワーク設計ツール４５は、ネットワークモデルが、インターフェース３２０を介して性能関連データを報告するライブ無線ＨＡＲＴネットワークに完全に対応していなくてもなお、データの一部がネットワークモデルを調整するのに使用され得ることを理解する。よって、ユーザは、実際にネットワーク機器を追加し、除去し、または再構成する前に、その機器を追加し、除去し、または再構成することが物理ネットワークに与える影響を効率よく正確に推定し得る。さらに、ユーザが、ライブフィードバックデータを使用するネットワークモデルに対して、既存の規則の優先度を再構成したり、異なるトポロジを選択したりすることも企図されている。ネットワーク設計ツール４５は、新しい規則集合または新しいトポロジを、物理ネットワークから報告されるフィードバックデータを使ってシミュレートする。この意味において、ユーザは、より小さい、機器特有の変更に加え、大きなシステム全体の変更がライブネットワークに与える影響も迅速かつ正確に推定する。
【０１３５】
また、ユーザがネットワーク設計ツール４５をライブネットワークと連携させて、ネットワークモデル３２４に様々な機器特有のパラメータを取り込むことも企図されている。詳細には、ユーザは、ネットワークモデル３２４を構築し、（ネットワーク１４などの）稼働中の無線ＨＡＲＴネットワークに接続し、ネットワーク設計ツール４５に指示して、バースト率、信号強度測定値、待ち時間測定値、および稼働中の無線ＨＡＲＴネットワークからのその他のデータを獲得させる。このようにして、ユーザは、ネットワークモデルをセットアップするのに要する時間を短縮すると共に、その他の利点も達成する。
【０１３６】
以上のテキストでは多数の異なる実施形態の詳細な説明を行っているが、本特許の範囲は、添付の特許請求の範囲の文言およびその均等物によって定義されるものであることを理解すべきである。詳細な説明は例示にすぎず、あらゆる可能な実施形態を記述するものではないと解釈すべきである。というのは、あらゆる可能な実施形態を記述することは、不可能ではないとしても実際的ではないはずだからである。現在の技術または本特許の出願日後に開発される技術を使って、多くの代替の実施形態を実施することもできるはずであり、それらもやはり本特許請求の範囲に含まれるものである。
【０１３７】
（関連出願の相互参照）
本出願は、参照によりその開示が本明細書に明示的に組み込まれる、２００７年８月３１日に出願した「ワイヤレスメッシュネットワークの構成および最適化（Configuring and Optimizing a Wireless Mesh Network）」という名称の米国仮特許出願第６０／９６９，４２０号の利益を主張するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１１Ａ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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