(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレスローカルエリアネットワークのためのネットワークデバイスであって、ここにおいて、前記ネットワークデバイスが、セルをリンクに割り振るスケジュールに従って少なくとも１つの周波数チャネルを介して複数のワイヤレスネットワークノードとワイヤレス通信するように動作可能である、
ここにおいて、セルが、周波数チャネル上のタイムスロットであり、リンクが、２つのネットワークノード間またはネットワークノードと前記ネットワークデバイスとの間の通信を表す、
前記ネットワークデバイスが、
スケジューリング期間中に前記ネットワークノードの各々が送信する予定になっているパケットの数を備えるトラフィック情報を受信するように動作可能な無線と、
スケジュールを定義するように構成されたプロセッサと、
ここにおいて、前記スケジュールが、より前に割り振られるセル中でのリンクによるパケットの通信が失敗するときにパケットを通信するための冗長セルとして前記リンクに割り振られる少なくとも１つのセルを備える、
を備え、
リンクに割り振られる冗長セルの数が、前記リンクによってスケジューリング期間中に通信されるパケットの前記数に依存する、ネットワークデバイス。
【請求項２】
前記プロセッサが、ネットワークノードに前記無線を介して前記スケジュールを送るようにさらに構成された、請求項１に記載のネットワークデバイス。
【請求項３】
リンクに割り振られる冗長セルの数が、重み付け値に依存し、前記重み付け値が、前記スケジューリング期間中のタイムスロットの総数と、前記リンクのノードについてと前記ネットワークデバイスについてとのトラフィック情報とのうちの少なくとも１つに依存する、請求項１に記載のネットワークデバイス。
【請求項４】
送信ネットワークノードｉと受信ネットワークノードｊとの間のリンク
【数１】
0006538849.tif 000056
に割り当てられる冗長セルの数Ｔｃが、
【数２】
0006538849.tif 000057
によって決定される、
ここで、
【数３】
0006538849.tif 000058
が、リンク
【数４】
0006538849.tif 000059
のためのスケジューリング期間当たりのパケットのデータレートであり、
【数５】
0006538849.tif 000060
であり、
【数６】
0006538849.tif 000061
である、
ここで、Ｔtotalが、スケジューリング期間中のタイムスロットの総数であり、Ｒtx（）およびＲrx（）がそれぞれ、前記送信ネットワークノードまたは前記受信ネットワークノードとしてのノードＮvを伴うリンクｌのための、スケジューリング期間中の送信パケットおよび受信パケットであり、Ｔｃ（ｌNv）が、送信側としてのＮvとのリンクにすでに割り当てられている冗長セルの数である、
ここにおいて、それぞれのノードのためのルーティング経路が、前記それぞれのノードから前記ネットワークデバイスにデータを転送するためのリンクまたは一連のリンクを備える、請求項１に記載のネットワークデバイス。
【請求項５】
前記無線が、ネットワークトポロジーを受信するようにさらに動作可能であり、前記スケジュールが、通信が失敗しない場合にスケジューリング期間中に前記ネットワークノードが送信する予定である前記パケットのすべてを通信するための１次スケジュールをさらに備える、ここにおいて、前記１次スケジュールを定義することが、
ネットワークノードシーケンスを定義することと、
各ネットワークノードのためのルーティング経路を決定することと、
ここにおいて、それぞれのノードのためのルーティング経路が、前記それぞれのノードから前記ネットワークデバイスにデータを転送するためのリンクまたは一連のリンクを備える、
それぞれのルーティング経路の各リンクによって通信されるべきパケットの数を決定することと、
各パケットのためのセルをそれぞれのルーティング経路の各リンクに割り振ることと、    ここにおいて、前記リンクがセルを割り振られる順序が、前記ネットワークノードシーケンスと、対応するルーティング経路とによって決定される、
を備える、請求項１に記載のネットワークデバイス。
【請求項６】
前記スケジュールを定義することが、
それぞれのリンクに割り振るためのセルを選択することをさらに備え、
ここにおいて、それぞれのリンクのためのセルを選択することが、第１のタイムスロットについて、前記それぞれのリンクに関連する、２つのノード、または、前記ノードと前記ネットワークデバイスとが、そのタイムスロット中にセルをすでに割り振られているのかどうかを検査することと、
前記２つのノードのうちの１つ、または、前記ノードと前記ネットワークデバイスとのうちの１つが、前記第１のタイムスロット中にセルをすでに割り振られていたとき、さらなるタイムスロットについて、前記それぞれのリンクに関連する、前記２つのノード、または、前記ノードと前記ネットワークデバイスとが、そのタイムスロット中にセルをすでに割り振られているのかどうかを検査すること、あるいは
前記２つのノードのいずれも、または、前記ノードと前記ネットワークデバイスとのいずれも、前記第１のタイムスロット中にセルを割り振られていなかったとき、前記第１のタイムスロット中の第１の周波数チャネルについて、前記第１の周波数チャネル上で前記それぞれのリンクに干渉することが可能な任意のノードまたは前記ネットワークデバイスがセルをすでに割り振られているのかどうかを検査することと、
干渉するノードまたはネットワークデバイスが前記第１のタイムスロット中にセルを割り振られていたとき、さらなる周波数チャネルについて、前記第１の周波数チャネル上で前記それぞれのリンクに干渉することが可能な任意のノードまたは前記ネットワークデバイスが前記第１のタイムスロット中にセルを割り振られているのかどうかを検査すること、あるいは
干渉するノードまたはネットワークデバイスが前記第１のタイムスロット中にセルを割り振られていないとき、前記それぞれのリンクに前記第１の周波数チャネル上で第１のセルを割り振ることと
を備える、請求項１に記載のネットワークデバイス。
【請求項７】
冗長セルが複数のリンクに割り当てられ、リンクが冗長セルを割り振られる順序が、それぞれのリンクの送信ノードのためのルーティング経路中のリンクの最小数によって決定される、
ここにおいて、ノードのためのルーティング経路が、前記ノードから前記ネットワークデバイスにデータを転送するためのリンクまたは一連のリンクを備え、
より短いルーティング経路をもつリンクが、より長いルーティング経路をもつリンクの前に、冗長セルを割り当てられる、請求項１に記載のネットワークデバイス。
【請求項８】
ＴＳＣＨ  ＭＡＣおよびＩＥＥＥ８０２．１５．４ｅネットワークとともに使用するように構成された、請求項１に記載のネットワークデバイス。
【請求項９】
ワイヤレスローカルエリアネットワークのためのネットワークデバイスであって、ここにおいて、前記ネットワークデバイスが、セルをリンクに割り振るスケジュールに従って少なくとも１つの周波数チャネルを介して複数のワイヤレスネットワークノードとワイヤレス通信するように動作可能である、
ここにおいて、セルが、周波数チャネル上のタイムスロットであり、リンクが、２つのネットワークノード間またはネットワークノードと前記ネットワークデバイスとの間の通信を表す、
前記ネットワークデバイスが、
ネットワークトポロジーと、前記ネットワークノードの各々がスケジューリング期間中に送信する予定であるパケットの数を備えるトラフィック情報とを受信するように動作可能な無線と、
スケジュールを定義するように構成されたプロセッサと、ここにおいて、前記スケジュールを定義することが、
ネットワークノードシーケンスを定義することと、
各ネットワークノードのためのルーティング経路を決定することと、
ここにおいて、それぞれのノードのためのルーティング経路が、前記それぞれのノードから前記ネットワークデバイスにデータを転送するためのリンクまたは一連のリンクを備える、
各ルーティング経路の各リンクのためのパケットの関連する数を決定することと、      各パケットのためのセルを各ルーティング経路の各リンクに割り振ることと、
ここにおいて、前記リンクがタイムスロットを割り振られる順序が、前記ネットワークノードシーケンスと、対応するルーティング経路とによって決定される、
を備える、
を備える、ネットワークデバイス。
【請求項１０】
前記スケジュールを定義することが、
それぞれのリンクに割り振るためのセルを選択することをさらに備え、
ここにおいて、それぞれのリンクのためのセルを選択することが、第１のタイムスロットについて、前記それぞれのリンクに関連する、２つのノード、または、前記ノードと前記ネットワークデバイスとが、セルをすでに割り振られているのかどうかを検査することと、
前記２つのノードのうちの１つ、または、前記ノードと前記ネットワークデバイスとのうちの１つが、前記第１のタイムスロット中にセルをすでに割り振られていたとき、さらなるタイムスロットについて、前記それぞれのリンクに関連する、前記２つのノード、または、前記ノードと前記ネットワークデバイスとが、周波数チャネル上にスケジュールされているのかどうかを検査すること、あるいは
前記２つのノードのいずれも、または、前記ノードと前記ネットワークデバイスとのいずれも、前記第１のタイムスロット中にセルを割り振られていなかったとき、前記第１のタイムスロット中の第１の周波数チャネルについて、前記第１の周波数チャネル上で前記それぞれのリンクに干渉することが可能な任意のノードまたは前記ネットワークデバイスがセルをすでに割り振られているのかどうかを検査することと、
干渉するノードまたはネットワークデバイスが前記第１のタイムスロット中にセルを割り振られていたとき、さらなる周波数チャネルについて、前記第１の周波数チャネル上で前記それぞれのリンクに干渉することが可能な任意のノードまたは前記ネットワークデバイスがスケジュールされているのかどうかを検査すること、あるいは
干渉するノードまたはネットワークデバイスが前記第１のタイムスロット中にセルを割り振られていないとき、前記それぞれのリンクに前記第１の周波数チャネル上で第１のセルを割り振ることと
を備える、請求項９に記載のネットワークデバイス。
【請求項１１】
請求項１に記載のネットワークデバイスとともに、ワイヤレスローカルエリアネットワーク上で動作可能なネットワークノードであって、ここにおいて、前記ネットワークノードが、請求項１に記載のネットワークデバイスから受信されるスケジュールに従って少なくとも１つの周波数チャネルを介して複数のワイヤレスネットワークノードとワイヤレス通信するように動作可能である、
前記ネットワークノードが、
隣接ネットワークノードまたは前記ネットワークデバイスにパケットを送信および受信するための無線と、
スケジュールされるセルについて、
前記ネットワークノードがパケットを受信すると予想しているのかどうか、または    送信キューを検査することによって前記ネットワークノードがパケットを送信すると予想しているのかどうか、
ここにおいて、スケジュールされるセルが、前記ノードに関連するリンクに前記スケジュール中で割り振られるセルである、
のうちの少なくとも１つを検査するように構成されたプロセッサと、ここにおいて、  前記プロセッサが、パケットが送信または受信されることが予想されるタイムスロットの間にのみ前記無線を電源投入するように構成された、
を備えるネットワークノード。
【請求項１２】
前記ネットワークノードがパケットを受信すると予想しているのかどうかを検査することが、受信キューを検査することを備え、前記受信キューＢ（ｉ）が、スケジューリング期間の開始時に、
【数７】
0006538849.tif 000062
として定義され、
ここで、Ｂ（ｉ−１）は、前記ネットワークノードのための前のスケジューリング期間から持ち越されたパケットの数であり、Ｅｒは、スケジューリング期間中に前記ネットワークノードによって受信されることが予想されるパケットの数である、
ここにおいて、前記プロセッサが、パケットが前記ネットワークノードによって受信されるたびに、前記受信キューを更新するように構成された、
Ｂ（ｉ）＞０であるときにパケットが受信されることが予想される、請求項１１に記載のネットワークノード。
【請求項１３】
すべての前記ネットワークノードのパケットが送信され、前記ネットワークノードに送信することができる他のすべてのネットワークノードからキュー送信の終了が受信されたとき、前記プロセッサが、隣接ノードまたは前記ネットワークデバイスにキュー送信の終了を送信するようにさらに構成され、
前記ネットワークノードがパケットを受信すると予想しているのかどうかを検査することが、前記ネットワークノードに送信することができる前記隣接ノードのすべてからキュー送信の終了が受信されたのかどうかを検査することを備える、
ここにおいて、前記ネットワークノードに送信することができる隣接ノードからキュー送信の終了が受信されなかったとき、パケットが受信されることが予想される、請求項１１に記載のネットワークノード。
【請求項１４】
ネットワークデバイスとネットワークノードとを備えるワイヤレスローカルエリアネットワークであって、ここにおいて、
前記ネットワークデバイスが、
スケジュールを定義することと、前記スケジュールが、
より前に割り振られるセル中でのリンクによるパケットの通信が失敗するときに前記パケットを通信するための冗長セルとして前記リンクに割り振られる少なくとも１つのセルを備え、
ここにおいて、セルが、周波数チャネル上のタイムスロットであり、リンクが、２つのネットワークノード間またはネットワークノードと前記ネットワークデバイスとの間の通信を表す、
前記ネットワークノードに前記スケジュールを送信することと
を行うように構成され、
前記ネットワークノードが、
前記ネットワークデバイスから前記スケジュールを受信することと、
前記スケジュールを実施することと
を行うように構成され、
リンクに割り振られる冗長セルの数が、前記リンクによってスケジューリング期間中に通信されるパケットの数に依存する、ワイヤレスローカルエリアネットワーク。
【請求項１５】
ネットワークデバイスと複数のワイヤレスネットワークノードとを備えるワイヤレスローカルエリアネットワークのためにリンクにセルを割り振るスケジュールを定義するための方法であって、
ここにおいて、セルが、周波数チャネル上のタイムスロットであり、リンクが、２つのネットワークノード間またはネットワークノードと前記ネットワークデバイスとの間の通信を表す、
前記方法が、
通信が失敗しない場合にスケジューリング期間中に前記ネットワークノードが送信する予定であるパケットのすべてを通信するための１次スケジュールを定義することと、    前記１次スケジュール中でのリンクによるパケットの通信が失敗するときにパケットを通信するための冗長セルとして少なくとも１つのセルを前記リンクに割り振ることと  を備え、
リンクに割り振られる冗長セルの数が、前記リンクによってスケジューリング期間中に通信されるパケットの数に依存する、方法。
【請求項１６】
プロセッサ上で実行されたとき、請求項１５に記載の方法を実行することを前記プロセッサに行わせるコンピュータ実行可能命令を搬送するコンピュータ可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここで説明する実施形態は、一般に、ワイヤレスネットワークのためのスケジューリングシステムに関し、より詳細には、時間スロットチャネルホッピング媒体アクセス制御（ＴＳＣＨ  ＭＡＣ：Time Slotted Channel Hopping Medium Access Control）およびＩＥＥＥ８０２．１５．４ｅネットワークのためのスケジューリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤレスネットワークにおいて、ＴＳＣＨ技術は、ワイヤレス帯域幅を時間と周波数とに分割し、ワイヤレスノードは、特定の帯域幅（すなわち周波数チャネル）を介してタイムスロット中で通信する（すなわち、データを送信および／または受信する）ことができる。時分割多元接続（ＴＤＭＡ）スケジュールは、ノードがそれのネイバーに／からデータをどのタイムスロット中にどの周波数チャネルを介して送信または受信すべきかを決定する。
【０００３】
最近規定されたＩＥＥＥ８０２．１５．４ｅ規格では、ＴＳＣＨスケジュールがネットワーク中でどのように動作するのかについての機構が規定されたが、最適化されたスケジュールがどのように構築されるのかは明記されていない。ＴＳＣＨに準拠し、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ｅ  ＴＳＣＨ  ＭＡＣに基づいて動作するスケジューリング方法を有することが望ましい。
【０００４】
産業上の用途は、異なるレイテンシ需要を有することがある。たとえば、プロセス制御または監視用途（たとえば、環境監視）は、非時間制約型であり得る。一方、工場自動化用途、防災および災害安全用途などは、遅延に高感度であり得る。したがって、そのような用途のレイテンシおよびシステム応答時間は、重要であり、サービス品質（ＱｏＳ）要件は、しばしば、数百ミリ秒のスケールにある。
【０００５】
多くのワイヤレスネットワークは、低品質のノード間のリンクを有し、これらのノード間の高率の通信失敗をもたらす結果となる。さらに、ノード間のいくつかのリンクは、より高いトラフィック需要を有し得る（すなわち、スケジューリング期間中により多くのデータパケットを送信するように要求される）。スケジューリング方法にとって、スケジュールを定義するときにリンクの信頼性とトラフィック需要とにおけるこれらの変動を考慮することは有利であり得る。
【０００６】
ワイヤレスネットワークノードは、しばしば、容量が限られたバッテリーによって電力供給される。したがって、電力効率は、最大化されるべきであり、デバイス内の不要な電力使用量は、最小限に抑えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ワイヤレスネットワークを概略的に示す図。
【図２】さらなるワイヤレスネットワークを概略的に示す図。
【図３Ａ】図２のワイヤレスネットワークのためのスケジュールの図式的な表現の図。
【図３Ｂ】図２のワイヤレスネットワークのためのスケジュールの図式的な表現の図。
【図３Ｃ】図２のワイヤレスネットワークのためのスケジュールの図式的な表現の図。
【図４】ホップ距離に関するノード活動を示すグラフ。
【図５Ａ】一実施形態による、ワイヤレスネットワークを概略的に示す図。
【図５Ｂ】図５Ａのワイヤレスネットワークに対して定義されるスケジュールの図式的な表現。
【図６】送信機のための一実施形態において使用される方法のためのフローチャート。
【図７】受信機のための一実施形態において使用される方法のためのフローチャート。
【図８】そのうちの１つが一実施形態に従って定義され、そのうちの１つが一実施形態に従って定義されていない、２つのスケジュールのスループットを図式的に示す２つのグラフ。
【図９】一実施形態によることがある、方法の態様を示す図。
【図１０】一実施形態において使用される方法のためのフローチャート。
【図１１】一実施形態による、ハブを概略的に示す図。
【図１２】一実施形態による、ノードを概略的に示す図。
【図１３】一実施形態の動作を概略的に示す図。
【図１４】代替実施形態の動作を概略的に示す図。
【図１５Ａ】スーパーフレーム当たりの平均遅延に関して一実施形態のパフォーマンスを示すグラフ。
【図１５Ｂ】エネルギー消費に関して一実施形態のパフォーマンスを示すグラフ。
【図１６】ネットワークにおける異なる平均トラフィック量に基づく一実施形態のシミュレーション中の異なるスーパーフレーム長を示す表。
【図１７】ネットワークにおけるノードのランタイムキューサイズを示すグラフ。
【図１８】一実施形態による、ネットワーク中のノードの無線デューティサイクルを示すグラフ。
【図１９】ノードバッファサイズ制限が５つのパケットのランタイムノードキューのグラフ。
【図２０】異なる平均リンク品質設定に基づくパケット配信比率を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
一実施形態によるものは、ワイヤレスローカルエリアネットワークのためのネットワークデバイスであって、ここにおいて、ネットワークデバイスは、セルをリンクに割り振るスケジュールに従って少なくとも１つの周波数チャネルを介して複数のワイヤレスネットワークノードとワイヤレス通信するように動作可能である、ここにおいて、セルは、周波数チャネル上のタイムスロットであり、リンクは、２つのネットワークノード間またはネットワークノードとネットワークデバイスとの間の通信を表す、ネットワークデバイスは、スケジューリング期間中にネットワークノードの各々が送信する予定になっているパケットの数を備えるトラフィック情報を受信するように動作可能な無線と、スケジュールを定義するように構成されたプロセッサと、ここにおいて、スケジュールは、より前に割り振られるセル中でのリンクによるパケットの通信が失敗するときにパケットを通信するための冗長セルとしてリンクに割り振られる少なくとも１つのセルを備える、を備えるネットワークデバイスである。
【０００９】
ネットワークデバイスは、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ｅ規格のためのインターネットエンジニアリングタスクフォース（ＩＥＴＦ）６ＴｉＳＣＨを使用するか、それとの互換性があるか、またはそれに従うように構成され得る。
【００１０】
ネットワークデバイスは、任意のワイヤレスネットワークにおいて使用するためのものであり得る。そのようなワイヤレスネットワークは、ネットワークデバイスと複数のネットワークノードとを備え得る。ネットワークデバイスは、ハブであるか、またはそれを備え得る。ネットワークデバイスは、ネットワークノードと同じであり得る。ネットワークデバイスは、したがって、ネットワークノードに関してここで説明するいずれかの方法を実行するように構成され得る。ネットワークデバイスは、経路計算要素（ＰＣＥ：Path Computation Element）であり得る。ネットワークデバイスは、ネットワーク局であり得る。ネットワークデバイスは、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）コーディネータとして指定されたネットワークノードであり得る。
【００１１】
ネットワークデバイスは、プロセッサとストレージデバイスとを備え得る。プロセッサは、ストレージデバイス上に記憶される命令を実行するように構成され得、命令は、プロセッサによって実行されたとき、スケジュールを定義するように構成される。スケジュールは、より前に割り振られるセル中でのリンクによるパケットの通信が失敗するときにパケットを通信するための冗長セルとしてリンクに割り振られる少なくとも１つのセルを備え得る。
【００１２】
一実施形態による任意のネットワークデバイスは、プロセッサとストレージデバイスとを備え得る。プロセッサは、ストレージデバイス上に記憶される命令を実行するように構成され得る。命令は、一実施形態によるいずれかの方法に関して説明する方法ステップであるか、またはプロセッサもしくはネットワークデバイスが行うように構成されているものとしてここで説明されるいずれかの方法ステップであり得る。
【００１３】
ワイヤレスネットワークのネットワークデバイスとネットワークノードとは、複数の周波数チャネルを介して通信するように動作可能であり得る。ネットワークデバイスとネットワークノードとが通信するように動作可能である周波数チャネルの数は、技術規格において定義され得る。
【００１４】
リンクは、２つのネットワークノードの、またはネットワークノードとネットワークデバイスとのペアリングである。リンクは、単一の直接通信を表す。リンクを介してパケットが通信されるとき、ネットワークノード（またはネットワークデバイス）のうちの１つが、送信機または送信側になることになり、他方が、受信機になることになる。送信ノードは、受信機にデータパケットを送信することになり、受信に成功した場合、受信機は、送信側に肯定応答を送ることになる。リンクを介した通信は、単一のホップを表す。いくつかのネットワークノードは、単一のリンクによってネットワークデバイスに直接接続されないことがある。したがって、それらのデータパケットは、ネットワークデバイスに達するために他のノードによってリレーされる必要があり得る。ノードから導出されたデータパケットをネットワークデバイスに送信するために使用される必要があるリンクの最小数は、それぞれのノードのホップ距離ＩＤ（ＨＩＤ）である。
【００１５】
スケジューリング期間は、スケジュールが定義されるべき時間期間であり、これは、経時的に繰り返すことになる。スケジューリング期間は、スーパーフレームと呼ばれることがある。スケジューリング期間は、複数のタイムスロットに分割され得る。スケジューリング期間は、ネットワークデバイスによって決定される時間の標準単位であり得、ここにおいて、スケジューリング期間に対して定義されるスケジュールは、スケジューリング期間にわたって反復して実行される。
【００１６】
セルは、特定の周波数チャネル上の特定のタイムスロットとして定義される。したがって、スケジューリング期間は、スケジューリング期間中のタイムスロットの数と、ネットワークデバイスとネットワークノードとが通信するように動作可能である周波数チャネルの数との積に等しいセルの総数を備える。
【００１７】
ネットワークデバイスは、ネットワークノードに／からデータを送信および受信するように動作可能であり得る無線を備え得る。無線は、１つまたはそれぞれのネットワークノードにスケジュールを送信するように動作可能であり得る。無線は、１つまたはそれぞれのノードから予想受信値を周期的に受信するように動作可能であり得る。無線は、アンテナを備え得る。
【００１８】
ネットワークデバイスは、コントレインドアプリケーションプロトコル（Contrained Application Protocol）または他の軽量アプリケーションレイヤプロトコルを使用してネットワークノードにスケジュールまたはスケジュール情報を送信するように構成され得る。
【００１９】
プロセッサは、スケジュールを定義するためのストレージデバイス上に記憶され得る命令を実行するように構成され得る。プロセッサは、ネットワークノードに無線を介してスケジュールを送るようにさらに構成され得る。プロセッサは、１つまたはそれぞれのノードに無線を介してスケジュールを送信するように構成され得る。プロセッサは、スケジュールを実施するために１つまたはそれぞれのノードに無線を介してコマンドを送信するように構成され得る。
【００２０】
プロセッサは、１つまたはそれぞれのノードに無線を介してコマンドを送信するように構成され得る。コマンドは、ノードに、セルにある（すなわち、特定の周波数チャネル上の特定の時間にある）間にパケットを通信するように命令するように構成され得る。パケットを通信することは、パケットを受信するためにリッスンすることまたはパケットを送信すること（送ること）を備え得る。コマンドは、ノードに、１次スケジュールの一部として割り振られるセル中または冗長セル中にパケットを通信するように命令するように構成され得る。
【００２１】
ノードに、冗長セルにおいてパケットを通信するように命令するようにコマンドが構成されるとき、ノードは、関係するセル中にパケットを送信または受信すると予想している場合にしかパケットを通信しないことがある。
【００２２】
無線は、議論のあるワイヤレスネットワーク方法を使用してトラフィック情報を受信するように動作可能であり得る。無線は、制約つきアプリケーションプロトコルのような軽量アプリケーションレイヤプロトコルを使用してトラフィック情報を受信するように動作可能であり得る。ネットワークノードについて、固定ビットレートが仮定され得る。トラフィック情報は、動作の期間中に一度だけ受信され得る。トラフィック情報は、ネットワークデバイスまたはネットワークの初期設定時にのみ受信され得る。トラフィック情報はまた、ネットワークノードのトラフィック情報が変更されたときはいつでも受信され得る。
【００２３】
トラフィック情報は、ネットワークノードの各々がスケジューリング期間中に送信する予定であるパケットの数を備え得る。パケットは、データパケットであり、ネットワーク上のトラフィックである。ネットワークノードの各々がスケジューリング期間中に送信する予定であるパケットの数は、各ノードによってなされる提案であり得る。ネットワークノードの各々がスケジューリング期間中に送信する予定であるパケットの数は、スケジューリング期間中にネットワークノードによって生成されるデータパケットの数を備え得るか、またはそれに等しくなり得る。いくつかの実施形態では、ノードが送信する予定になっているデータパケットの数は、より前のスケジューリング期間中に送信されなかったパケットの数を備え得る。
【００２４】
セルがパケットを通信するためのものである場合、パケットを通信するためのセルのタイムスロットにおいておよび周波数チャネル上でそれぞれのリンクによってパケットを通信するために、セルが好適であると読み取られるべきである。同様に、パケットがセルにおいて、セル中で、セルの間にまたはセル上で通信されるべきであるとき、セルのそれぞれのタイムスロット中およびそれぞれの周波数においてパケットが通信されることを意味する。
【００２５】
既知の方法では、割り振られるタイムスロット中でのデータパケットの送信が劣悪なリンク状態などにより失敗する場合、ＭＡＣ再送信が行われることになり、他のパケットのためにスケジュールされるセルが、再送信によって占有され得る。送信が失敗したリンクのために利用可能な他のいかなるスケジュールされるセルもない場合、再送信は、次のスーパーフレーム中に行われなければならない。これは、かなりの遅延、レイテンシの増加、およびスループットの低減が生じる結果となることがある。
【００２６】
一実施形態では、セルは、冗長セルとしてリンクに割り振られる。データパケットのためにそのリンクに割り当てられる第１のセル中に送信が成功しなかったそのデータパケットは、別のパケットを送信するために以前に割り振られるセルを再送信で占有することなしに、冗長セル中に／冗長セルを使用して送信され得る。これは、第１のスーパーフレーム中で送信されなかったデータパケットが、第２のスーパーフレームに持ち越されるのを防ぐ。
【００２７】
冗長セルは、セルが割り振られるリンクによるそのまたはさらなるパケットの通信がより前に割り振られるセル中に失敗するときにパケットが通信され得るように構成され得る。
【００２８】
冗長セルは、リンクに割り振られるが特定のパケットに割り振られていないセルであり得る。冗長セルは、第１のデータパケットを送信または再送信するために冗長セルを使用することが第２のデータパケットの送信を置き換えないように構成され得る。冗長セルは、特定のリンクを介して任意のデータパケットを送信するためのものであり得る。第１のパケットの送信または再送信のために冗長セルを使用することは、第２のデータパケットの送信または再送信に影響を及ぼすことも、変更することも、またはキャンセルもしないことになる。
【００２９】
冗長セルは、パケットが通信されるべきであることを検査した後にそれぞれのリンクが冗長セル中に通信するのみであるように構成され得る。
【００３０】
代替実施形態では、冗長セルは、より前に割り振られるセル中でのさらなるリンクによるパケットの通信が失敗するときにパケットを通信するためのものであり得る。
【００３１】
本開示によるいくつかの実施形態では、セルは、リンクのプロパティに基づいて冗長セルとしてそのリンクに割り振られる。セルは、冗長送信ルートの一部となるべき冗長セルとして割り振られず、それにより、２次ルート全体がセルを割り振られる。したがって、冗長セルは、それぞれのリンクによる送信が失敗したあらゆるパケットを通信することができ、失敗が発生するイベント中での特定のパケットまたは特定のソースノードからのパケットを通信するために冗長セルが割り振られないように構成される。
【００３２】
リンクに割り振られる冗長セルの数は、リンクによってスケジューリング期間中に通信されるパケットの数に依存し得る。スケジューリング期間中に通信されるパケットの数は、スケジューリング期間中に通信されるものとして予測されるパケットの数に等しくなり得るか、またはそれを備え得る。
【００３３】
リンクに割り振られる冗長セルの数は、リンクによってスケジューリング期間中に通信されるパケットの数によって決定され得る。リンクに割り振られる冗長セルの数は、それぞれのリンクの送信側ノードによってスケジューリング期間中にネットワークノードが送信する予定であるパケットの数によって決定され得る。リンクに割り振られる冗長セルの数は、それぞれのリンクの送信側ノードによってスケジューリング期間中に生成されるパケットの数によって決定され得る。冗長セルの数は、リンクによってスケジューリング期間中に通信されるパケットの数に正比例し得る。
【００３４】
それぞれのリンクのまたはさらなるリンクのネットワークノードのルーティング経路は、スケジューリング期間中にリンクによって通信されるパケットの数を決定するために決定され得る。それぞれのノードのためのルーティング経路は、それぞれのノードからネットワークデバイスにデータを転送するためのリンクまたは一連のリンクを備え得る。ネットワークノードのすべてのルーティング経路は、スケジューリング期間中にリンクによって通信されるパケットの数を決定するために決定され得る。各ノードによって生成されるか、または送信される予定であるパケットの数が、ネットワークトポロジーおよびトラフィック情報の一部として知られるので、スケジューリング期間中に通信されるパケットの数が決定され得、ネットワークノードのルーティング経路は、リレーリンクとして働くことによってどのリンクが過剰トラフィックを通信することになるのかを決定する。
【００３５】
リンクに割り振られる冗長セルの数は、重み付け値に依存し得る。重み付け値は、スケジューリング期間中のタイムスロットの総数と、リンクのノードとネットワークデバイスとについてのトラフィック情報とのうちの少なくとも１つに依存し得る。
【００３６】
それぞれのリンクについて複数の重み付け値が計算され得る。それぞれのリンクの送信ノードおよび／または受信ノードについて重み付け値が計算され得る。冗長セルの数は、複数の重み付け値の最小値または最大値に依存し得る。
【００３７】
冗長セルの数および／または重み付け値は、以下のうちの１つまたは複数に依存し得る。
・  スケジューリング期間中のタイムスロットの総数。
・  それぞれのリンクのノードの一方または両方によって送信されるトラフィックの量。
・  それぞれのリンクのノードの一方または両方によって受信されるトラフィックの量。
・  前のホップの対応するリンク（すなわち、注目するリンクからのパケットがネットワークデバイスまでの途中で進み得る、より小さいホップ距離ＩＤを有する隣接リンク）に割り振られる冗長セルの数。
【００３８】
送信ネットワークノードｉと受信ネットワークノードｊとの間のリンク
【数１】
0006538849.tif 000002
に割り当てられる冗長セルの数Ｔｃは、
【数２】
0006538849.tif 000003
によって決定され得、
ここで、
【数３】
0006538849.tif 000004
は、リンク
【数４】
0006538849.tif 000005
のためのスケジューリング期間当たりのパケットのデータレートであり、
【数５】
0006538849.tif 000006
であり、
【数６】
0006538849.tif 000007
であり、
ここで、Ｔtotalは、スケジューリング期間中のセルの総数であり、Ｒtx（）およびＲrx（）はそれぞれ、送信ネットワークノードまたは受信ネットワークノードとしてのノードＮvを伴うリンクｌのための、スケジューリング期間中の送信パケットおよび受信パケットであり、
【数７】
0006538849.tif 000008
は、送信側としてのＮvとのリンクにすでに割り当てられている冗長セルの数である。これは、ルーティング経路中の前のリンクであり得る。
【００３９】
ルーティング経路中の前のリンクは、より小さいＨＩＤ番号を有する（すなわち、ネットワークデバイスにより近い）リンク、または、冗長セルがそれにすでに割り振られているリンクであり得る。
【００４０】
注目するリンクのノード、または注目するリンクの両方のノード、またはさらなるノードに対してルーティング経路が定義され得る。そのようなルーティング経路は、ここで任意の場所で説明するように決定され得る。
【００４１】
プロセッサは、スケジュールされるセルについて、ネットワークデバイスがパケットを受信すると予想しているのかどうかを検査するようにさらに構成され得、ここにおいて、スケジュールされるセルは、スケジュール中にリンクに割り振られるセルである。この場合、リンクは、ネットワークデバイスに関連するリンクであり得る。ネットワークデバイスは、スケジュールされるセルについて、セルが割り振られるリンクを介してパケットを受信するとネットワークデバイスが予想しているのかどうかを検査するように構成され得る。
【００４２】
プロセッサは、セルが割り振られるリンクを介してパケットが予想されるタイムスロットの間にのみ無線を電源投入するように構成され得る。プロセッサは、セルが割り振られるリンクを介してパケットが予想されるときにのみネットワークデバイスを「起動する」ように構成され得る。パケットが予想されないとき、ネットワークデバイスは、エネルギーを節約するために低電力モードにあり得る。
【００４３】
電力消費量を最小限に抑えるために、ネットワークデバイスは、スケジュールされるセルをネットワークデバイスが有するときにいつでもパケットをリッスンするよりむしろ、ネットワークデバイスがパケットを受信すると予想しているときにのみパケットを受信するためにリッスンし得る。したがって、ネットワークデバイスが受信機として働くリンクにスケジュールされる各セルの前に、ネットワークデバイスは、それぞれのリンクを介してパケットが予想されるのかどうかを検査し得る。パケットが予想されない場合、ネットワークデバイスは、スケジュールされるセル中にリッスンしないことになる。事実上、ネットワークデバイスは、パケットを受信すると予想していない場合、スケジュールされるセルを無視し得る。
【００４４】
ネットワークデバイスがパケットを受信すると予想しているのかどうかを検査することは、受信キューを検査することを備え得る。受信キューＢ（ｉ）は、
【数８】
0006538849.tif 000009
として定義され得、
ここで、Ｂ（ｉ−１）は、ネットワークデバイスのための前のスケジューリング期間から持ち越されたパケットの数であり、Ｅｒは、スケジューリング期間中にネットワークノードによって受信されることが予想されるパケットの数である。この定義は、スケジューリング期間の開始のための最初の定義であり得る。プロセッサは、パケットがネットワークデバイスによって受信されるたびに、受信キューを更新するように構成され得る。パケットは、Ｂ（ｉ）＞０であるときに予想され得る。
【００４５】
前のスケジューリング期間から持ち越されたパケットは、前のスケジューリング期間中に通信されなかったパケットである。
【００４６】
予想受信Ｅｒは、ネットワークデバイスによって取得または計算され得る。Ｅｒは、ノードのランタイムキューサイズを収集することによって周期的に更新され得、ここにおいて、ノードは、それらのランタイムキューサイズに関する情報をネットワークデバイスに送信し、ネットワークデバイスは、情報を照合し、各ノードのＥｒに関する情報をそれぞれのノードに送る。したがって、ノードは、ネットワークデバイスから更新されたＥｒを周期的に受信し得る。
【００４７】
ネットワークデバイスがパケットを受信すると予想しているのかどうかを検査することは、キュー送信の終了がネットワークノードから受信されたのかどうかを検査することを備え得る。ネットワークデバイスが第１のノードからパケットを受信することが予想されるのかどうかを検査することは、キュー送信の終了が第１のノードから受信されたのかどうかを検査することを備え得る。ネットワークデバイスがパケットを受信すると予想しているのかどうかを検査することは、ネットワークデバイスに送信することができるネットワークノードのすべてからキュー送信の終了が受信されたのかどうかを検査することを備え得る。ネットワークノードに送信することができる隣接ノードからキュー送信の終了が受信されなかったとき、パケットが受信されることが予想され得る。
【００４８】
キュー送信の終了は、送信側ノードが受信機に送られるべきさらなるデータパケットを有しないことを受信機（それがネットワークデバイスであろうと、あるいはノードであろうと）に通知する、別個のデータパケットであるか、または既存のデータパケットへの追加であり得る。
【００４９】
キュー送信の終了は、第１のノードに送信することができるノードのすべてから第１のノードによってキュー送信の終了が受信されたときにのみ、第１のノードによって送られ得る。
【００５０】
キュー送信の終了がネットワークノードから受信された場合、対応するリンクのための受信機が、現在のスケジューリング期間中にそのリンクに割り振られるセルのために起動する必要がないことが知られる。したがって、ネットワークデバイスが現在のスケジューリング期間中にこれ以上パケットを受信すると予想しているのかどうかを検査することは、アクティブスケジューリング期間中にネットワークデバイスに送信することができるネットワークノードのすべてからキュー送信の終了が受信されたのかどうかを検査することを備え得る。
【００５１】
そのような実施形態では、ネットワークデバイスは、そのような命令が、ネットワークデバイスに直接送信するように動作可能な、ノードから、または、ノードのすべてから受信されたのかどうかを検査し得、そうであれば、次いで、現在のスケジューリング期間中にさらなるパケットが受信されることがないと仮定し、したがって、ネットワークデバイスは、もはや現在のスケジューリング期間中の割り振られるセル中にリッスンする必要がない。
【００５２】
ネットワークデバイスは、ネットワークデバイスに直接送信するように動作可能なノードのうちの少なくとも１つから現在のスケジューリング期間中にキュー送信の終了が受信されなかったときにのみ、パケットのためにアクティブ化する／リッスンするように構成され得る。
【００５３】
無線は、ネットワークトポロジーを受信するように動作可能であり得る。スケジュールは、通信が失敗しない場合に、スケジューリング期間中にネットワークノードが送信する予定であるパケットのすべてを通信するための、１次スケジュールをさらに備え得る。１次スケジュールを定義することは、ネットワークノードシーケンスを定義することと、各ネットワークノードのためのルーティング経路を決定することと、ここにおいて、それぞれのノードのためのルーティング経路は、それぞれのノードからネットワークデバイスにデータを転送するためのリンクまたは一連のリンクを備える、それぞれのルーティング経路の各リンクによって通信されるべきパケットの数を決定することと、各パケットのためのセルをそれぞれのルーティング経路の各リンクに割り振ることと、ここにおいて、リンクがセルを割り振られる順序は、ネットワークノードシーケンスと、対応するルーティング経路とによって決定される、を備え得る。
【００５４】
スケジュールは、１次スケジュールを備え得る。１次スケジュールは、すべてのパケットの完全な通信（すなわち、誤り、衝突または干渉がない）を仮定すると、それぞれのネットワークノードからネットワークデバイスに、必要なデータパケットのすべてを送信するのに十分であるスケジュールであり得る。
【００５５】
プロセッサは、１次スケジュールを定義するように構成され得る。１次スケジュールを定義するために、プロセッサは、ネットワークトポロジー情報を必要とし得る。この情報は、ネットワークノードのＨＩＤと１ホップの通信干渉距離を備え得る。ネットワークトポロジー情報は、競合ベースの方法を使用することによってネットワークデバイスによって取得され得る。
【００５６】
ネットワークノードシーケンスは、リンクが１次スケジュール中でセルを割り振られる順序に影響を及ぼす。ネットワークノードシーケンスは、最適化されたネットワークノードシーケンスを与えるために、たとえば、最適化アルゴリズム、遺伝的アルゴリズムまたは確率手法を使用して決定され得る。単純な、低複雑性の貪欲アルゴリズム（すなわち、大局的最適を発見するという目的で各段階において局所的最適選定を行う問題解決ヒューリスティックに従うアルゴリズム）が使用され得、これは、スケジューリング時間を最小限に抑える。
【００５７】
ネットワークノードシーケンスにおける各ネットワークノードについて、ルーティング経路が決定され、定義される。ルーティング経路は、ネットワークデバイスにそれぞれのノードを接続するリンクまたは一連のリンク（すなわち、ネットワークデバイスに達するためにデータパケットが送信され得る一連のノード）である。ルーティング経路は、たとえば、最短経路ベース、負荷分散ベースまたはリンク品質ベース（ＲＰＬ）のうちの１つを最適化するための、またはそれによる最適化アルゴリズムによって決定され得る。ルーティング経路は、ネットワークデバイスに達するためのホップの最小数を表し得る。
【００５８】
各リンクによって通信される必要があるパケットの数を決定することは、ネットワークデバイスによって取得されるトラフィック情報と、ルーティング経路とを使用して行われ得る。ノードごとにルーティング経路が決定され、ノードごとにスケジューリング期間中に送信する予定であるトラフィックの量が知られると、各ルーティング経路の各リンクが送信しなければならないトラフィックの量が導出され得る。
【００５９】
１次スケジュールを定義するために、セルが各リンクに割り振られ得る。リンクがセルを割り振られる順序は、ネットワークノードシーケンスとルーティング経路とによって決定される。ネットワークノードシーケンスは、拡張され得、ここにおいて、各ネットワークノードは、それぞれのネットワークノードからネットワークデバイスまで逐次的順序で配置されたそれぞれのルーティング経路によって置き換えられる。セルは、次いで、ネットワークノードと、対応するルーティング経路とによって定義される順序で、リンクに割り振られ得る。たとえば、第１のネットワークノードが、スケジューリング期間中に単一のパケットを送信する予定であるだけであり、それの対応するルーティング経路は、第２のネットワークノードを介して第１のネットワークノードからネットワークデバイスに進むために２つのリンク（２ホップ）を有する場合、セルは、最初に、第１のネットワークノードから第２のネットワークノードへのリンクに割り振られ、セルは、次いで、第２のネットワークノードからネットワークデバイスへのリンクに割り振られる。
【００６０】
セルは、ルーティング経路を含むように拡張されたネットワークノードシーケンスの順序に従って、各ルーティング経路の各リンクの各データパケットのために割り振られる。したがって、上記の例では、第１のネットワークノードが、スケジューリング期間中に２つのパケットを送信する予定であり、それの対応するルーティング経路が、第２のネットワークノードを介して第１のネットワークノードからネットワークデバイスに進むために２つのリンク（２ホップ）を有する場合、セルが、最初に選択され、データパケットのうちの１つのために第１のネットワークノードから第２のネットワークノードへのリンクに割り振られ、次に、さらなるセルが、選択され、もう一方のデータパケットのために第１のネットワークノードから第２のネットワークノードへのリンクに割り振られる。次いで、第２のセルが選択されてもう一方のデータパケットのために第２のネットワークノードからネットワークデバイスへのリンクに割り振られる前に、セルが、データパケットのうちの１つのために第２のネットワークノードからネットワークデバイスへのリンクに割り振られる。
【００６１】
スケジュールを定義することは、それぞれのリンクに割り振るためのセルを選択することをさらに備え得る。それぞれのリンクのためのセルを選択することは、第１のタイムスロットについて、それぞれのリンクに関連する、２つのノード、または、ノードとネットワークデバイスとが、そのタイムスロット中にセルをすでに割り振られているのかどうかを検査することと、２つのノードのうちの１つ、または、ノードとネットワークデバイスとのうちの１つが、第１のタイムスロット中にセルをすでに割り振られていたとき、さらなるタイムスロットについて、それぞれのリンクに関連する、２つのノード、または、ノードとネットワークデバイスとが、そのタイムスロット中にセルをすでに割り振られているのかどうかを検査すること、あるいは２つのノードのいずれも、または、ノードとネットワークデバイスとのいずれも、第１のタイムスロット中にセルを割り振られていなかったとき、第１のタイムスロット中の第１の周波数チャネルについて、第１の周波数チャネル上でそれぞれのリンクに干渉することが可能な任意のノードまたはネットワークデバイスがセルをすでに割り振られているのかどうかを検査することと、干渉するノードまたはネットワークデバイスが第１のタイムスロット中にセルを割り振られていたとき、さらなる周波数チャネルについて、第１の周波数チャネル上でそれぞれのリンクに干渉することが可能な任意のノードまたはネットワークデバイスがスロットをすでに割り振られているのかどうかを検査すること、あるいは干渉するノードまたはネットワークデバイスが第１のタイムスロット中にセルを割り振られていないとき、それぞれのリンクに第１の周波数チャネル上で第１のセルを割り振ることとを備え得る。
【００６２】
第１の周波数チャネル上でそれぞれのリンクに干渉することが可能な任意のノードまたはネットワークデバイスがセルをすでに割り振られているのかどうかを検査するときに、第１の周波数チャネル上でそれぞれのリンクに干渉することが可能な任意のノードまたはネットワークデバイスが、第１の周波数チャネルに干渉し得る周波数チャネル上でセルを割り振られているのかどうかが検査され得る。
【００６３】
それぞれのリンクに割り振るためのセルを選択する上記の実施形態は、１次スケジュールのためのセルを選択するために、および／または、冗長セルとして割り振るためにセルを選択するために使用され得る。
【００６４】
セルがリンクに割り振られる前に、好適なセルが選択され得る。好適なセルは、衝突または干渉を生じる結果とならないセルであり得る。
【００６５】
干渉は、物理的に十分に近い少なくとも２つのリンクによって生じ、したがって、リンクのうちの１つの上でのワイヤレス通信は、いくつかの周波数チャネル上でさらなるリンクのワイヤレス通信と干渉し、それに作用することができる。これは、１つのリンクの送信側ノード、受信機ノードまたはその両方のノードのいずれかが、さらなるリンクのノードのうちの少なくとも１つとワイヤレスに干渉する結果である。これは、潜在的に干渉するリンクが潜在的に干渉する周波数チャネル上で同時には動作しないことを保証することによって回避され得る。互いに干渉することがないリンク（たとえば、それらが十分に遠く離れている）は、同時に同じ周波数チャネル上で（すなわち、同じセル中で）動作することができる。これにより帯域幅を節約することができる。
【００６６】
衝突は、１つのネットワークノードが（送信機、受信機またはその両方のいずれかとして）２つの異なるリンクを介して同時に通信するようにスケジュールされたときに発生する。衝突は、各ネットワークノードが一度に単一のリンクだけを介して通信するようにスケジュールされることを保証することによって回避され得る。
【００６７】
第１のリンクに割り振るためのセルを選択するために、第１のリンクの、２つのノードのいずれも、または、ノードとネットワークデバイスとのいずれも、最初に検討されるタイムスロット中に（任意の周波数チャネル上で）セルをすでに割り振られてはいないことが検査され得る。そうであれば、これは衝突を生じることになり、したがって、さらなるタイムスロットが検討される。衝突を生じないことになるタイムスロットが発見されると、周波数チャネルが検討される。検査は、次いで、第１のリンクに関連するネットワークノード（またはネットワークノードとネットワークデバイスと）に干渉することが可能な（ネットワークデバイスを含む）任意のネットワークノードがセル（すなわち検討される周波数チャネルに干渉することが可能な周波数チャネル上のセル）を割り振られているのかどうかに関して行われる。第１のネットワークノードに干渉することが可能なネットワークノードは、ネットワークトポロジー情報から知られる。
【００６８】
第１の周波数チャネル上でそれぞれのリンクに干渉することが可能な任意のノードまたはネットワークデバイスがセルをすでに割り振られているのかどうかを検査することは、干渉を生じさせることが可能な周波数チャネル上のセルがそのようなノードまたはネットワークデバイスに割り振られているのかどうかを検査することのみを備え得る。
【００６９】
セルは、衝突を生じさせないタイムスロット中の、干渉を生じさせない周波数チャネル上で発見されると、リンクのために選択され、リンクに割り振られる。
【００７０】
冗長セルは、複数のリンクに割り当てられ得る。リンクが冗長セルを割り振られる順序は、それぞれのリンクの送信ノードのためのルーティング経路中の、リンクの最小数によって決定され得、ここにおいて、ノードのためのルーティング経路は、ノードからネットワークデバイスにデータを転送するためのリンクまたは一連のリンクを備え、より短いルーティング経路をもつリンクが、より長いルーティング経路をもつリンクの前に、冗長セルを割り当てられる。
【００７１】
リンクが冗長セルを割り振られる順序は、リンクのノードのうちの１つのＨＩＤ番号によって決定され得る。より低いＨＩＤ番号を有するリンクが冗長セルを最初に割り当てられ得る。
【００７２】
一実施形態によるネットワークデバイスと、ネットワークノードと、ワイヤレスネットワークとは、時間スロットチャネルホッピング媒体アクセス制御プロトコルとともに使用するように構成され得る。ネットワークデバイスは、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ｅ規格とともに使用するように構成され得る。ＩＥＴＦ  ６ＴＩＳＣＨ規格は、経路計算要素（ＰＣＥ）またはＰＣＥモジュールを指定し得る。ＰＣＥは、中心管理エンティティであり得る。ＰＣＥは、ネットワークバックボーン上に位置し得る。ＰＣＥは、必要なネットワーク情報、たとえば、ネットワークトポロジーおよび／またはトラフィック情報を収集するために、ＣｏＡＰ（制約つきアプリケーションプロトコル）のような軽量アプリケーションレイヤプロトコルを使用し得る。ＰＣＥは、集中スケジュールを計算するためのものであり得る。
【００７３】
トラフィック情報を受信し、スケジュールを定義するネットワークデバイスは、ＰＣＥまたはＰＣＥモジュールであり得る。
【００７４】
ＩＥＴＦ  ６ＴｉＳＣＨ規格を使用するとき、６Ｔｏｐサブレイヤが、ＴＳＣＨ  ＭＡＣに基づいて、割り当てられるスケジュールを解釈することおよび／またはパケットを送ることを行うために、ネットワークノードによって使用され得る。
【００７５】
１次スケジュールの一部としてまたは冗長セルとしてのいずれでもリンクに割り振られないセルは、バックアップセルとして割り振られ得る。バックアップセルは、ランダムにまたはリンクの信頼性に基づいてリンクに割り振られ得る。
【００７６】
さらなる実施形態によるものは、ワイヤレスローカルエリアネットワークのためのネットワークデバイスであって、ネットワークデバイスは、セルをリンクに割り振るスケジュールに従って少なくとも１つの周波数チャネルを介して複数のワイヤレスネットワークノードとワイヤレス通信するように動作可能である、ここにおいて、セルは、周波数チャネル上のタイムスロットであり、リンクは、２つのネットワークノード間またはネットワークノードとネットワークデバイスとの間の通信を表す、ネットワークデバイスである。本実施形態によるネットワークデバイスは、ネットワークトポロジーと、ネットワークノードの各々がスケジューリング期間中に送信する予定であるパケットの数を備えるトラフィック情報とを受信するように動作可能な無線を備え得る。ネットワークデバイスは、スケジュールを定義するように構成されたプロセッサをさらに備え得る。スケジュールを定義することは、ネットワークノードシーケンスを定義することと、各ネットワークノードのためのルーティング経路を決定することと、ここにおいて、それぞれのノードのためのルーティング経路は、それぞれのノードからネットワークデバイスにデータを転送するためのリンクまたは一連のリンクを備える、各ルーティング経路の各リンクのためのパケットの関連する数を決定することと、各パケットのために周波数チャネル上のタイムスロットを各ルーティング経路の各リンクに割り振ることとを備え得る。リンクがタイムスロットを割り振られる順序は、ネットワークノードシーケンスと、対応するルーティング経路とによって決定され得る。
【００７７】
本開示による１次スケジュールは、独立した実施形態として、またはここで説明する任意の他の実施形態と組み合わせて定義され得る。したがって、一実施形態では、１次スケジュールは、冗長セルを備えるスケジュールの一部であり得るが、さらなる実施形態では、１次スケジュールは、スタンドアロンスケジュールであり得る。
【００７８】
上記の、冗長セルを備えるスケジュールの一部として１次スケジュールを定義するように構成されたネットワークデバイスに関する説明と、１次スケジュール自体に関する対応する説明とは、本実施形態に必要な変更を加えて適用される。
【００７９】
スケジュールを定義することは、それぞれのリンクに割り振るためのセルを選択することをさらに備え得、それぞれのリンクのためのセルを選択することは、第１のタイムスロットについて、それぞれのリンクに関連する、２つのノード、または、ノードとネットワークデバイスとが、そのタイムスロット中にセルをすでに割り振られているのかどうかを検査することと、２つのノードのうちの１つ、または、ノードとネットワークデバイスとのうちの１つが、第１のタイムスロット中にセルをすでに割り振られていたとき、さらなるタイムスロットについて、それぞれのリンクに関連する、２つのノード、または、ノードとネットワークデバイスとが、そのタイムスロット中にセルをすでに割り振られているのかどうかを検査すること、あるいは２つのノードのいずれも、または、ノードとネットワークデバイスとのいずれも、第１のタイムスロット中にセルを割り振られていなかったとき、第１のタイムスロット中の第１の周波数チャネルについて、第１の周波数チャネル上でそれぞれのリンクに干渉することが可能な任意のノードまたはネットワークデバイスがセルをすでに割り振られているのかどうかを検査することと、干渉するノードまたはネットワークデバイスが第１のタイムスロット中にセルを割り振られていたとき、さらなる周波数チャネルについて、第１の周波数チャネル上でそれぞれのリンクに干渉することが可能な任意のノードまたはネットワークデバイスがスロットをすでに割り振られているのかどうかを検査すること、あるいは干渉するノードまたはネットワークデバイスが第１のタイムスロット中にセルを割り振られていないとき、それぞれのリンクに第１の周波数チャネル上で第１のセルを割り振ることとを備え得る。
【００８０】
本開示の任意の実施形態によるネットワークデバイスは、上記で定義したようにそれぞれのリンクに割り振るためのセルを選択するように構成され得る。そのようなネットワークデバイスは、本開示の任意の他の実施形態と組み合わされるか、またはそれとは無関係であり得る。
【００８１】
上記の、リンクに割り振るためのセルを選択するように構成されたネットワークデバイスに関する説明と、方法自体に関する対応する説明とは、本実施形態に必要な変更を加えて適用される。
【００８２】
さらなる実施形態によるものは、ここで開示する一実施形態によるネットワークデバイスとともに、ワイヤレスローカルエリアネットワーク上で動作可能なネットワークノードである。ネットワークノードは、ここで開示するネットワークデバイスから受信されるスケジュールに従って少なくとも１つの周波数チャネルを介して複数のワイヤレスネットワークノードとワイヤレス通信するように動作可能であり得る。ネットワークノードは、隣接ネットワークノードまたはネットワークデバイスにパケットを送信および受信するための無線と、スケジュールされるセルについて、ネットワークノードがパケットを受信すると予想しているのかどうか、または送信キューを検査することによってネットワークノードがパケットを送信すると予想しているのかどうかのうちの少なくとも１つを検査するように構成されたプロセッサとを備え得る。スケジュールされるセルは、ノードに関連するリンクにスケジュール中で割り振られるセルであり得る。プロセッサは、パケットが送信または受信されることが予想されるタイムスロットの間にのみ無線を電源投入するように構成され得る。
【００８３】
ネットワークノードのプロセッサは、スケジュールされるセルについて、スケジュールされるセルが割り振られるリンクを介してパケットを受信するとネットワークノードが予想しているのかどうかを検査するように構成され得る。プロセッサは、パケットが送信または受信されることが予想されないタイムスロットの間に無線を低電力状態またはオフに切り替えられた状態に維持するように構成され得る。
【００８４】
スケジュールは、ワイヤレスネットワークの開始時に一度だけネットワークデバイスから受信され得る。ネットワークノードは、次いで、６ＴｉＳＣＨスタックに基づいてスケジュールに従って動作し得る。
【００８５】
ネットワークノードは、ここで開示する一実施形態によるネットワークデバイスとともに動作するように構成され得る。ネットワークノードは、一実施形態によるネットワークデバイスによって定義されたスケジュールを受信し、実施するように動作可能であり得る。
【００８６】
一実施形態によるネットワークノードは、プロセッサとストレージデバイスとを備え得る。プロセッサは、ストレージデバイス上に記憶される命令を実行するように構成され得る。命令は、一実施形態によるいずれかの方法に関して説明する方法ステップであるか、またはプロセッサが行うように構成されているものとして説明するいずれかの方法ステップであり得る。
【００８７】
ネットワークノードは、ネットワークノードまたはネットワークデバイスに／からデータを送信および受信するように動作可能であり得る無線を備え得る。無線は、ネットワークデバイスからスケジュールを受信するように動作可能であり得る。無線は、ネットワークデバイスに予想受信値を周期的に送信するように動作可能であり、および／またはそのように構成され得る。無線は、アンテナを備え得る。
【００８８】
ネットワークノードがパケットを受信すると予想しているのかどうかを検査することは、送られるのを待っている何らかのパケットがあるのかどうかを確かめるために送信キューを検査することを備え得る。
【００８９】
電力消費量を最小限に抑えるために、ノードは、スケジュールされるセルをノードが有するときにいつでもパケットをリッスンするよりむしろ、ノードがパケットを受信すると予想しているときにのみパケットを受信するためにリッスンし得る。したがって、ノードが受信ノードであるリンクにスケジュールされる各セルの前に、ノードは、パケットが予想されるのかどうかを検査し得る。ノードは、その特定のリンクを介してパケットが受信されることが予想されるのかどうかを検査し得る。パケットが予想されない場合、ノードは、スケジュールされるセル中にリッスンしないことになる。事実上、ノードは、パケットを受信すると予想していない場合、スケジュールされるセルを無視し得る（およびその間にアクティブ化しないことがある）。
【００９０】
ネットワークノードがパケットを受信すると予想しているのかどうかを検査することは、受信キューを検査することを備え得る。スケジューリング期間の開始時に、受信キューＢ（ｉ）が、
【数９】
0006538849.tif 000010
として定義され得、
ここで、Ｂ（ｉ−１）は、ネットワークノードのための前のスケジューリング期間から持ち越されたパケットの数であり、Ｅｒは、スケジューリング期間中にネットワークノードによって受信されることが予想されるパケットの数である。プロセッサは、パケットがネットワークノードによって受信されるたびに、受信キューを更新するように構成され得、Ｂ（ｉ）＞０であるときにパケットが受信されることが予想され得る。
【００９１】
これは、ノードが無線を電源投入すべきかどうかを決定するための第１のＭＡＣ方法であり得る。上記の、ネットワークデバイスとともに使用する等価な方法に関する説明は、ネットワークノードの実施形態に必要な変更を加えて適用される。
【００９２】
ネットワークノードのプロセッサは、すべてのネットワークノードのパケットが送信されたとき、隣接ノードまたはネットワークデバイスにキュー送信の終了を送信するようにさらに構成され得る。プロセッサは、ネットワークノードに送信することができる１つまたはすべての他のネットワークノードからキュー送信の終了が受信されたときにキュー送信の終了を送信するように構成され得る。プロセッサは、ネットワークノードに送信することができるネットワークノードのすべてからキュー送信の終了が受信されたときにキュー送信の終了を送信するように構成され得る。ネットワークノードに送信することができるこれらのネットワークノードは、第１のネットワークノードが関連付けられるリンク上の送信側ノードであり得る。
【００９３】
ネットワークノードがパケットを受信すると予想しているのかどうかを検査することは、キュー送信の終了がノードから受信されたのかどうかを検査することを備え得る。ネットワークノードが特定のリンクを介してパケットを受信すると予想しているのかどうかを検査することは、そのリンクのための対応する送信側ノードからキュー送信の終了が受信されたのかどうかを検査することを備え得る。ネットワークノードが特定のスケジューリング期間中に何らかのパケットを受信すると予想しているのかどうかを検査することは、ネットワークノードに送信することができる隣接ノードのすべてからキュー送信の終了が受信されたのかどうかを検査することを備え得る。ネットワークノードに送信することができる隣接ノードからキュー送信の終了が受信されなかったとき、パケットが受信されることが予想され得る。
【００９４】
これは、ノードが無線を電源投入すべきかどうかを決定するための第２のＭＡＣ方法であり得る。
【００９５】
上記の、キュー送信の終了と、ネットワークデバイスがパケットを受信すると予想しているのかどうかを検査することとに関する説明は、ネットワークノードがパケットを受信すると予想しているのかどうかを検査することに必要な変更を加えて適用される。
【００９６】
ネットワークノードは、別個のデータパケットまたは既存のデータパケットへの追加のいずれかとしてキュー送信の終了を送信するように構成され得る。この送信は、ネットワークノードが受信機に送られるべきさらなるデータパケットを有しないことを受信機に通知し得る。ネットワークノードは、送信キューが空になると、送るべきさらなるデータパケットを有していないことがある。
【００９７】
さらなる実施形態によるものは、ネットワークデバイスとネットワークノードとを備えるワイヤレスローカルエリアネットワークであって、ここにおいて、ネットワークデバイスは、スケジュールを定義するように構成される、ワイヤレスローカルエリアネットワークである。スケジュールは、より前に割り振られるセル中でのリンクによるパケットの通信が失敗するときにパケットを通信するための冗長セルとしてリンクに割り振られる少なくとも１つのセルを備え得、ここにおいて、セルは、周波数チャネル上のタイムスロットであり、リンクは、２つのネットワークノード間またはネットワークノードとネットワークデバイスとの間の通信を表す。ネットワークデバイスは、ネットワークノードにスケジュールを送信するようにさらに構成され得る。ネットワークノードは、ネットワークデバイスからスケジュールを受信することと、スケジュールを実施することとを行うように構成され得る。
【００９８】
ネットワークノードは、スケジュールされるセルについて、ネットワークノードがパケットを受信すると予想しているのかどうか、または送信キューを検査することによってネットワークノードがパケットを送信すると予想しているのかどうかのうちの少なくとも１つを検査するように構成され得る。スケジュールされるセルは、ノードに関連するリンクにスケジュール中で割り振られるセルであり得る。ネットワークノードは、パケットが送信または受信されることが予想されるタイムスロットの間にのみ無線を電源投入するように構成され得る。
【００９９】
一実施形態によるワイヤレスネットワークは、一実施形態によるネットワークノードと一実施形態によるネットワークデバイスとのうちの少なくとも１つを備え得る。
【０１００】
さらなる実施形態によるものは、ネットワークデバイスと複数のワイヤレスネットワークノードとを備えるワイヤレスローカルエリアネットワークのためにリンクにセルを割り振るスケジュールを定義するための方法であって、ここにおいて、セルは、周波数チャネル上のタイムスロットであり、リンクは、２つのネットワークノード間またはネットワークノードとネットワークデバイスとの間の通信を表す、方法である。本方法は、通信が失敗しない場合にスケジューリング期間中にネットワークノードが送信する予定であるパケットのすべてを通信するための１次スケジュールを定義することと、１次スケジュール中でのリンクによるパケットの通信が失敗するときにパケットを通信するための冗長セルとして少なくとも１つのセルをリンクに割り振ることとを備え得る。
【０１０１】
一実施形態による方法は、一実施形態によるネットワークデバイスまたはネットワークノードのプロセッサが行うように構成されたステップを備え得る。
【０１０２】
一実施形態によるネットワークデバイスまたはネットワークノードのプロセッサと、それらが行うように構成されたステップとに関する説明は、一実施形態による等価の方法に必要な変更を加えて、適用される。
【０１０３】
さらに、一実施形態によるものは、プロセッサ上で実行されたとき、ここで開示する方法を実行することをプロセッサに行わせるコンピュータ実行可能命令を搬送するコンピュータ可読担体媒体である。
【０１０４】
ここで開示する実施形態の利点は、以下を備える。
・  エンドツーエンド接続ルーティング経路の各セットのためのルートに沿って通信リソースを予約することによってマルチホップスケジューリングを可能にすること。
・  ＩＥＥＥ８０２．１５．４ｅ規格との互換性。
・  低複雑度。
・  トラフィック、衝突および干渉アウェアシステム。
・  トラフィックの中継による集約トラフィックの考慮。
・  競合または干渉がないという条件で、セルが複数のリンクにより共有され得ることによるスペクトル効率の改善。
・  アクティブな通信リンクのみに冗長セルを割り当て、したがって、通信失敗イベントが発生する場合に通信リソースを予約することによる、通信の信頼性の改善とシステムスループットの最適化。
・  ネットワーク動作中のノードの平均ランタイムキューサイズを低減。
・  冗長セル割振り方法を使用することによってエンドツーエンドパケット遅延を低減。
・  冗長セルであっても少ないエネルギー消費。
【０１０５】
次に図を参照すると、図に、例示的な実施形態を示す。ここで説明する実施形態のネットワークデバイスはハブである。この実施形態ではハブ１２であるネットワークデバイスとネットワークノード１４ａ〜１４ｓとを備えるワイヤレスネットワーク１０が図１に示される。ハブ１２と、ネットワークノード１４ａ〜１４ｓと、ワイヤレスネットワーク１０とは、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ｅ  ＴＳＣＨ  ＭＡＣ準拠である。ハブ１２とネットワークノード１４ａ〜１４ｓとの間の通信の可能な線は、図１中で線１６によって接続されている。各線は、リンク１６を表す。リンクは、したがって、２つのネットワークノード１４の間またはネットワークノード１４とハブ１２との間の直接通信である。２つのネットワークノード１４のうちの１つ、または、ネットワークノード１４とハブとのうちの１つは、送信機として働き、データパケットを送信することになり、もう一方は、データパケットを受信するために受信機として働くことになる。リンク１６によってさらなるノードまたはハブ１２に接続されたノードは、さらなるノードまたはハブ１２からデータを送信および／または受信することが可能である。この実施形態では、複数のネットワークノード１４ａ〜１４ｓによって生成されるすべてのデータは、ハブ１２によって受信されるべきである。
【０１０６】
いくつかのノード（たとえば、ノード１４ｍ）は、リンク１６によってハブ１２に直接接続されていない。したがって、データパケットがこれらのノードからハブ１２に達するために、データパケットは、リンク１６によってハブに直接接続された別のノードを介して通信されなければならない。リンク１６による各接続をホップと呼ぶ。各ノード１４ａ〜１４ｓは、データパケットがノードからハブ１２に達するのに要するホップの最小数（すなわち、ノード１４からハブ１２にデータを送信するために使用されなければならないリンク１６の最小数）に等しいホップ距離ＩＤ（ＨＩＤ）を有することになる。
【０１０７】
スケジュールを定義するとき、ネットワークのリンクは、データを通信するためにセルまたは複数のセルが割り振られることになり、したがって、ネットワークノードからのデータのすべては、スーパーフレーム中にハブによって受信される。セルは、周波数チャネル上の特定のタイムスロットである。
【０１０８】
ある（通常、所定の）時間量の単一のスーパーフレームを図示することによってここで示すスケジュールの表現は、ｘ軸に沿って（しばしば１０ｍｓ）のタイムスロットに分割し、表現を列に分割する。ｙ軸に沿って、ネットワークノードとハブとが通信し得る異なる周波数チャネルが行として図示される。周波数チャネル上の各タイムスロットはセルである。
【０１０９】
一実施形態によるスケジュールを定義するためのアルゴリズムは、衝突、狭帯域干渉およびマルチパスフェージングの効果を回避または緩和しようと試みるための検査を備え得る。異なる周波数チャネル間で切り替えるノードの能力は、この点について役立ち、したがって、通信信頼性を改善する。複数のリンクは、それらが、（同じ受信機および／または送信機を有する）競合リンクでも、互いに干渉を生じさせることもない限り、同じタイムスロット中の同じセルまたは異なるセルに割り振られ得る。
【０１１０】
セルが、リンクに割り振られ、送信側と受信機とが、割り振られるタイムスロット中に通信すべきであるとき、送信側と受信機の両方は、通信のためにどの周波数が使用されるべきであるかを決定するために式（１）を使用することになる。
【数１０】
0006538849.tif 000011
ここで、ｆは、通信中に使用される実チャネル周波数であり、ＣＨoffsetは、図２Ａに示すＴＳＣＨスケジュール行列中のチャネルオフセットであり、絶対スロット番号（ＡＳＮ：Absolute Slot Number）は、ネットワークの開始から経過したタイムスロットの総数であり、ＡＳＮ＝Ｋ＊Ｓ＋Ｔであり、ここで、Ｋは、スーパーフレームサイクルであり、Ｓは、スーパーフレームサイズを示し、Ｔは、割り振られるタイムスロットであり、％は、（１）中のモジュラ除算であり、Ｎchは、利用可能なチャネルの数を示し、最後に、Ｆmapは、チャネルマッピングテーブルからチャネル周波数を発見するためのマッピング関数である。
【０１１１】
通信が成功する場合に割り振られるセルにおいて、送信機はデータパケットを送り、受信機は、受信が成功したとき肯定応答を返送する。これは、本開示による任意の実施形態の場合であり得る。
【０１１２】
図２は、必ずしも一実施形態によるとは限らない概略ワイヤレスネットワーク２０である。ワイヤレスネットワーク２０は、（図３Ａにおいて「１」とラベルをつけられた）ハブ２２と（「２」〜「５」とラベルをつけられた）ワイヤレスネットワークノード２４とを備える。
【０１１３】
各ノードＮxはデータレートＲ（Ｎx）を有し、これは、スーパーフレーム中にハブ２２に送信されるべきパケットの数である。データパケットは、単一のセル中に通信され得ると仮定される。図からわかるように、ノード２〜５のためのデータレートは、それぞれ１、１、２および１である。ノード４および５は、ハブ２２に直接接続されていない。したがって、それらのデータパケットは、データパケットがハブ２２によって受信され得る前に、最初に、１のＨＩＤを有するノードに転送されなければならない。したがって、ノード４および５のためのデータパケットは、ハブ２２に送信される前に、それぞれノード２および３に送信される。
【０１１４】
各リンクは、
【数１１】
0006538849.tif 000012
として定義され、ここで、ｉは送信側を表し、ｊは、受信機を表す。各リンクは、対応するデータレートを有し、やはり、
【数１２】
0006538849.tif 000013
の、スーパーフレーム当たりのパケット数として定義される。図２からわかるように、
【数１３】
0006538849.tif 000014
、
【数１４】
0006538849.tif 000015
、
【数１５】
0006538849.tif 000016
および
【数１６】
0006538849.tif 000017
のデータレートは、それぞれ、２、１、３および２である。
【０１１５】
ハブ２２に最も近いリンクは、ノード４および５から発信されたデータパケットならびにノード２および３から発信されたデータパケットをリレーする必要がある。ハブ２２に最も近いリンクは、ノード４および５から発信されたデータパケットがノード２および３によって受信されるまで、ノード４および５から発信されたデータパケットを送信することができない。一実施形態によるスケジューリングアルゴリズムは、スケジュールを定義するときにこの要件を考慮する。
【０１１６】
図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃは、図２のワイヤレスネットワークのための３つのスケジュールを図式的に表す。図３Ａにおけるスケジュールは、リンクに割り振られている無駄になるセルがないので、良好なスケジュールである。図３Ｂにおけるスケジュールは、強調表示されたセルが無駄になるセルであるので、悪いスケジュールである。それぞれの場合（たとえば、ノード２）において送信機ノードは、それ自身のデータパケットをすでに送信しており、割り振られるセルが発生する前に隣接ノード（ノード４）から中継するためのデータパケットを受信していないので、これらのセル中にリレー送信が行われないことがある。したがって、送信機ノードは、これらのセル中にハブ２２に送るべきパケットを有しない。これらの無駄になるセル中に、セルが割り振られるリンクに対する受信機ノードは、起動し、データをリッスンすることになるが、何も受信しないことになる。これは、起動しリッスンする（すなわち、無線を電源投入する）ために使用されるエネルギーが無駄になり、パケットは、スーパーフレーム中に後で配信されないことになることを意味する。この未配信のパケットは、ノードのキューに追加されることになり、これにより、遅延が生じることになる。図３Ｃにおけるスケジュールは、干渉があるので悪いスケジュールの別の例であり、それによって、互いの通信とワイヤレスに干渉することが可能な２つのリンクが同時に同じ周波数チャネルに割り振られて、干渉を生じさせる。さらに、ノード１は、同じタイムスロット中に２つの異なるノード（２および３）からパケットを受信するようにスケジュールされ、衝突を生じさせる。
【０１１７】
図４に、ハブ、ならびに、１つのホップ、２つのホップ、３つのホップおよび４つのホップのＨＩＤを有するノードについて、送信（Ｔｘ）および受信（Ｒｘ）イベントの数とスーパーフレーム当たりのパケットにおける集約トラフィックとの変動の一例を示す。ハブにより近いノードが、概して、より多くのＴｘおよびＲｘイベントを有し、より集約されたトラフィックを有することになることがわかる。これは、ノードがハブに近くなればなるほど、より大きいＨＩＤを有するノードからのより多くのトラフィックをノードは中継する必要があるからである。これらの理由で、ハブにより近いリンクが衝突または干渉により失敗する可能性が高くなることがあり得る。ハブにより近いリンクが、より大きいＨＩＤを有するものよりも高い優先度を有すると見なされることもあり得る。
【０１１８】
本開示の実施形態によれば、複数のノードからハブにデータが通信されることを可能にするために定義されるスケジュールは、より前のタイムスロット中にリンク上での通信が失敗するときにのみ使用するためにそのリンクに割り振られるセルを備え得る。そのようなセルは、より前に割り振られるセル中でのリンクによるパケットの通信が失敗するときにパケットを通信するための冗長セルであり得る。
【０１１９】
冗長セルは、より前に割り振られるセル中でのリンクによる通信が不成功である場合にのみ必要とされ得る。したがって、一実施形態によるスケジュールは、リンクに割り振られる複数のセルを備える１次スケジュールを備え得、１次スケジュールは、１次スケジュール中の通信試みが失敗しない場合、スーパーフレーム中で複数のノードからハブにすべてのデータを通信するのに十分である。スケジュールは、次いで、それぞれのリンクを介したパケットの通信が１次スケジュール中に失敗する場合にパケットを通信するように構成された、リンクに割り当てられる冗長セルを備え得る。
【０１２０】
図５Ａに、一実施形態によるワイヤレスネットワーク３０を概略的に図示する。図５Ａのワイヤレスネットワークは、図３Ａのワイヤレスネットワークと、同じデータレートを有するハブ３２と複数のノード３４（ノード「２」〜「５」）の同じ配置を備える。
【０１２１】
図５Ｂは、本開示によるハブまたは方法によって定義されるスケジュールを図式的に表す。図５Ｂのスケジュールのスーパーフレーム期間は、図３Ａ〜図３Ｃにおいて使用される６つのタイムスロットから１０個のタイムスロットに拡張された。
【０１２２】
図５Ｂのスケジュールはまた、より前に割り振られるセル中でのリンクによるパケットの通信が失敗するときにパケットを通信するための、冗長セルとしてリンクに割り振られる複数のセルを備える。図５Ｂに示すスケジュールは、依然として利用可能であるいくつかの空のセルを依然として有する。
【０１２３】
特定のリンクに割り振られる冗長セルの数は式に従って計算される。各リンクに割り振られる冗長セルの数が計算される順序は、ＨＩＤの昇順に基づく。これは、ハブに１ホップノードを接続するリンクに割り振られる冗長セルの数が最初に計算されることを意味する。その後、２、３などのＨＩＤを有するネットワークノードを接続するリンクについて計算される。図５Ａのワイヤレスネットワークの各リンク
【数１７】
0006538849.tif 000018
に割り振られる冗長セルＴｃの数は、
【数１８】
0006538849.tif 000019
によって決定された。
【０１２４】
ここで、
【数１９】
0006538849.tif 000020
は、リンク
【数２０】
0006538849.tif 000021
のためのスケジューリング期間当たりのパケットのデータレートであり、
【数２１】
0006538849.tif 000022
は重み付けパラメータである。
【０１２５】
リンク
【数２２】
0006538849.tif 000023
について、重み付けパラメータ
【数２３】
0006538849.tif 000024
が、以下の（３）を使用して送信ノードＮiについて計算され、重み付けパラメータ
【数２４】
0006538849.tif 000025
が、以下の（４）を使用して受信ノードＮjについて計算される。次いで、冗長セルの数が上記の（２）を使用して計算される。
【０１２６】
【数２５】
0006538849.tif 000026
【０１２７】
【数２６】
0006538849.tif 000027
【０１２８】
（３）および（４）において、Ｔtotalが、スケジューリング期間（たとえば、スーパーフレーム）中のタイムスロットの総数であり、Ｒtx（）およびＲrx（）がそれぞれ、送信ネットワークノードまたは受信ネットワークノードとしてのノードＮvを伴うリンクｌのための、スケジューリング期間中の送信パケットおよび受信パケットであり（たとえば、
【数２７】
0006538849.tif 000028
は、スケジューリング期間中にノードＮiによって送信されるパケットの総数である）、
【数２８】
0006538849.tif 000029
が、送信側としてのＮvとのリンクにすでに割り当てられている冗長セルの数である。
【０１２９】
次に、図５Ａのネットワークのために上記の式を使用する。
【数２９】
0006538849.tif 000030
、
【数３０】
0006538849.tif 000031
の場合、
【数３１】
0006538849.tif 000032
【数３２】
0006538849.tif 000033
となる。
【数３３】
0006538849.tif 000034
、
【数３４】
0006538849.tif 000035
の場合、
【数３５】
0006538849.tif 000036
【数３６】
0006538849.tif 000037
となる。
【数３７】
0006538849.tif 000038
、
【数３８】
0006538849.tif 000039
の場合、
【数３９】
0006538849.tif 000040
【数４０】
0006538849.tif 000041
となる。
【数４１】
0006538849.tif 000042
、
【数４２】
0006538849.tif 000043
の場合、
【数４３】
0006538849.tif 000044
【数４４】
0006538849.tif 000045
となる。
したがって、
【数４５】
0006538849.tif 000046
、
【数４６】
0006538849.tif 000047
、
【数４７】
0006538849.tif 000048
および
【数４８】
0006538849.tif 000049
となる。
【０１３０】
リンクに割り振られる冗長セルの数を計算する他の方法が、本開示の範囲内にあり得る。そのような方法は、各リンク上にスケジュールされる実際のトラフィック負荷に基づいて公平なおよび比例する冗長セル割振りを与え得るとともに、割り振られる冗長セルがスーパーフレーム中で利用可能な空のセルを超えないことをも保証する。
【０１３１】
各リンクのための冗長セルの数が決定されると、セルは、任意の好適な方法を使用して割り振られ得る。冗長セルは、割り振られるべきいくつかの冗長セルによってトラフィックが置き換えられた状態で、以下で詳述する方法を使用して割り振られ得る。代替的に、セルは、ランダムまたは順次割振りのような任意の他の方法を使用して割り振られ得る。
【０１３２】
上記で詳述した冗長セルの割振りは、概して、ワイヤレスネットワークの信頼性とレイテンシとを増加させることになる。しかしながら、リンクに割り振られる冗長セルは、関係する送信機ノードおよび受信機ノードの観点からは、１次スケジュールの一部としてリンクに割り振られるセルと同一であることになる。したがって、適応されていないノードは、パケットを受信するためにリッスンするか、またはパケットを送信しようと試みるかのいずれかのために、そのノードに関連するリンクに割り振られる冗長セルごとに起動し得る。これにより、デューティサイクルの増加と高いエネルギー消費とがもたらされる結果となり得る。
【０１３３】
上記に対処するために働き得る、実施形態による方法が提案される。第１の方法によれば、１つまたはそれぞれのノードは、スーパーフレーム中の送信のためのキューＱ（ｉ）を有する。送信キューＱ（ｉ）は、先入れ先出しルール（ＦＩＦＯ）に従う。したがって、ワイヤレスネットワークノードは、Ｑ（ｉ）＞０であるときのみパケットを送信するために起動する必要がある。Ｑ（ｉ）＝０であるとき、送信すべきパケットがなく、したがって、ネットワークノードは、それが送信機であるリンクに割り振られるセルについて、起動またはアクティブ化する必要がない。
【０１３４】
図６は、一実施形態による、ネットワークノードのためのフロー図である。スケジュールされるセルにおいてパケットを送信するために起動する必要があるのかどうかを決定するためにネットワークノードによって使用されるプロセスをフロー図に示す。スーパーフレーム中の第１のスケジュールされるセルにおいて、ノードが起動するＳ１０。ノードは、次いで、Ｑ（ｉ）＝０であるのかどうかを検査する、Ｓ１２。そうである場合、ノードは、送信すべきパケットを有さず、したがって、次のスーパーフレームまでスリープすることができるＳ２２。当然、これは、ノードがパケットを受信するために起動する必要がないと仮定する。Ｑ（ｉ）≠０である場合、ノードは、最初にスケジュールされるまたは割り振られるセルにおいてパケットを送信するＳ１４。このパケットが送信されると、肯定応答送信（ＡＣＫ）が受信されたのかどうか、またはＭＡＣ再送信＞αであるのかどうかが検査される、Ｓ１６。
【０１３５】
ＭＡＣ再送信＞αは、送信側がＡＣＫメッセージを受信しないパケットの再送を指す。パケットがドロップされ、受信機からＡＣＫメッセージが送信側によって受信されない場合、プロトコルにより、αとしてここで定義される一定回数、送信側がパケットを再送信することが可能になる。パケットは、次いで、メモリ中にバッファリングされることになる。パケットを再送するα回の試みの後にＡＣＫが送信側によって受信されない場合、パケットは送信側によってドロップされる。
【０１３６】
肯定応答送信（ＡＣＫ）が受信されたか、またはＭＡＣ再送信＞αである場合、Ｓ１６、上記に対する返答は、はいであり、Ｑ（ｉ）＝Ｑ（ｉ）−１である、Ｓ１８。Ｑ（ｉ）＝０であるのかどうかのさらなる検査、Ｓ２０。そうである場合、ノードは、次のスーパーフレームまでスリープするＳ２２。Ｓ２０の後に、Ｑ（ｉ）≠０であるか、あるいは、Ｓ１６の後に、ＡＣＫが受信されていないか、または
【数４９】
0006538849.tif 000050
であった場合、それぞれのセルが現在のスーパーフレーム中の最後のスケジュールされるセルであるのかどうかが決定されるＳ２４。そうである場合、ノードは、次のスーパーフレームまでスリープするＳ２２。そうでない場合、ノードは、スリープし、次のスケジュールされるセルにおいて起動しＳ２６、その後、それは、再び、スケジュールされるセルにおいてパケットを送信するＳ１４。
【０１３７】
一実施形態によるさらなる方法によれば、１つまたはそれぞれのノードは、スーパーフレーム中にパケットを受信することに関係するキューＢ（ｉ）を有する。受信キューＢ（ｉ）は、各スーパーフレーム期間（すなわちスケジューリング期間）中に受信されることが予想されるパケットの数を示す。スケジューリング期間Ｆ（ｉ）中に、Ｂ（ｉ）＝０である場合、受信機は、そのスーパーフレーム中にすべてのそれの予想されるパケットを受信した。受信機ノードは、次いで、次のスーパーフレームまでスリープし得る。
【０１３８】
一実施形態によれば、トラフィックレートは、集中スケジューリングの使用により、ハブによって知られる。したがって、各ノードは、（以下で定義するように）ＭＭＳからの予想受信（Ｅｒ）を検査することができ、ここで、Ｅｒは、定数である。Ｅｒは、ハブによってスケジュールとともにノードに通知される。Ｅｒは、ノードのランタイムキューサイズを周期的に収集することによってハブによって周期的に更新される。
【０１３９】
図７は、一実施形態による、ネットワークノードのためのフロー図である。スケジュールセルにおいてパケットを受信するために起動する必要があるのかどうかを決定するためにネットワークノードによって使用されるプロセスをフロー図に示す。スーパーフレーム中の第１のスケジュールされるセルにおいて、ノードが起動するＳ３０。ノードは、Ｂ（ｉ）＝Ｂ（ｉ−１）＋Ｅｒを設定し、Ｓ３２、ここで、Ｂ（ｉ−１）は、前のスーパーフレームからのキューの終了値である。Ｓ３４は、Ｂ（ｉ）＝０であるのかどうかの検査である。これが真である場合、ノードは、次のスーパーフレームまでスリープするＳ４４。これが真でない場合、受信機ノードは、対応する送信側ノードから何かを受信することが予想され、受信機ノードは、次のスケジュールされるセルにおいてリッスンするＳ３６。ノードは、ノードが受信ノードであるリンクに割り振られる次のセルにおいてリッスンし得る。スケジュールされるセル中でパケットドロップまたはＭＡＣ再送信が発生することによりスケジュールされるセルが無駄になるときが、Ｂ（ｉ）≠０になる場合であり得る。ノードは、Ｂ（ｉ）≠０であるときのあらゆるスケジュールされるセルにおいて起動し得る。
【０１４０】
ノードは、パケットが受信されたのかどうかを検査しＳ３８、パケットが受信された場合、それは、肯定応答（ＡＣＫ）を送り、Ｂ（ｉ）＝Ｂ（ｉ）−１を設定する、Ｓ４０。Ｂ（ｉ）＝０であるのかどうかを確かめるためにさらなる検査が実行され、そうである場合、ノードは、次のスーパーフレームまでスリープする、Ｓ４４。パケットが受信されないか、または第２の検査の後にＢ（ｉ）≠０である場合（Ｓ４２）、ノードは、現在のセルが現在のスーパーフレーム中の最後のスケジュールされるセルであるのかどうかを検査するＳ４６。そうである場合、ノードは、次のスーパーフレームまでスリープするＳ４４。そうでない場合、ノードは、パケットをリッスンする前にＳ３６、スリープし、次のスケジュールされるセルにおいて起動するＳ４８。
【０１４１】
いずれの実施形態においても、ＴＳＣＨにおける周期同期化プロセス中に受信ノードとのそれらのＱ（ｉ）ステータスを送信ノードが更新することによってＢ（ｉ）のより正確な推定が達成され得る。
【０１４２】
さらなる実施形態によれば、それぞれのリンクの送信ノードは、それの送信キューＱ（ｉ）が空になったら受信ノードに報知する。これは、キュー中に記憶される最後のメッセージにＥｎｄ−ｏｆ−Ｑ通知が追加されることによって行われる。代替的に、すべてのパケットが送信されたことを受信ノードに報知する通知を備える追加のメッセージが、後で割り当てられる冗長スロット中で送られ得る。特定のリンクのための受信機として働くノードは、それがパケットを受信し得るノードからすべてのそのような通知を受信すると、スリープして、次のスケジュールされる期間の間に起動することができる。そのような実施形態については、図７のフロー図が採用され得、ここにおいて、Ｂ（ｉ）の設定は、除去され、決定ステップＳ３４およびＳ４２は、Ｅｎｄ−ｏｆ−Ｑ通知のすべてが受信されたのかどうかを決定する決定ステップと置き換えられる。
【０１４３】
上記で説明したような一実施形態による方法を使用することによって、スケジュールは、１次スケジュールと冗長セルとの両方を備え、割り振られる冗長セルにより消費される追加リソースの量を最小限に抑え得る。
【０１４４】
図８に、知られているトラフィックのみに基づく（ａ）、仮のセルを追加することによる（ｂ）セル割振り（すなわち、スケジュールのスループット）を示す。ネットワークに対する平均トラフィックは、ノードごとに３つのセルである。セルの陰影は、同じセルに割り当てられる同時リンクの数を示す。提案される実施形態は、知られている実施形態よりも高いリソース利用率を有することができる。
【０１４５】
冗長セルを備えるスケジュールは、実施のためにハブによってネットワークノードに送られる。
【０１４６】
さらに、一実施形態によるものは、スケジュールを定義するように構成されたハブと、スケジュールを定義する方法とである。そのようなスケジュールは、上記の実施形態の場合のように１次スケジュールと呼ばれ得る。
【０１４７】
一実施形態によれば、（スケジュールを定義するように構成されたデバイスに言及するために使用されることになる）ハブは、最初に、ネットワーク情報を取得し、ここにおいて、ネットワーク情報は、ネットワークトポロジーとトラフィック情報とを備える。ハブは、無線を介してこの情報を取得する。たとえば、ネットワークトポロジーとトラフィック情報とを発見し、Ｒｏｕｔｉｎｇ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ  ｆｏｒ  Ｌｏｗ−Ｐｏｗｅｒ  ａｎｄ  Ｌｏｓｓｙ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＲＰＬ）において定義されるような宛先広告オブジェクト（ＤＡＯ：Destination Advertisement Object）メッセージのようなシグナリングメッセージを介してハブにこれを返送するために、キャリア検知多重アクセス（ＣＳＭＡ：Carrier Sense Multiple Access）またはＲＰＬプロトコルを使用して、ネットワーク情報は、ネットワーク動作の最初に競合ベースのＭＡＣ手順を使用して取得される。情報が取得されると、ネットワークは、次いで、予約ベースのスケジューリング手法に切り替わる。これは、本開示による任意の実施形態の場合であり得る。
【０１４８】
ネットワークトポロジーは、ホップ距離ＩＤ（ＨＩＤ）を備える。各ノードについて、ハブに達するためのホップの最小数（すなわち、１つのノードから別のノードまでの送信）がＨＩＤとして知られる。この情報は、たとえば、ハブがＨｅｌｌｏメッセージをブロードキャストし、このメッセージを受信するネットワークノードがＨＩＤを割り当てられ、ノードがＨＩＤを割り当てられた後、ノードが、ハブに返信される、ＨＩＤを含む肯定応答メッセージにより返答することによって、ネットワーク開始プロセス中にハブによって取得される。これは、好適な方法の一例であり、任意の他の好適な方法が本開示の範囲内にある。
【０１４９】
異なるルーティングプロトコルでは、異なる方法を適用し得る。たとえば、ＲＰＬの場合、ノードは、ランクを計算するためにＨＩＤを使用し、そのノードに送信することができる隣接ノード（親）とそれが送信することができるノード（子）とを学習するためにＤｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ  Ｏｒｉｅｎｔａｔｅｄ  Ｄｉｒｅｃｔｅｄ  Ａｃｒｙｌｉｃ  Ｇｒａｐｈ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｏｂｊｅｃｔ（ＤＩＯ）とＤＡＯとを使用することができる。
【０１５０】
トラフィック情報は、ワイヤレスネットワーク中の複数のノードの各々が生成するパケットの数を備える。固定ビットレート（ＣＢＲ：Constant Bit Rate）トラフィックモデルが使用される。したがって、ハブは、各ネットワークノードが各スケジューリング期間中に何個のパケットを送信する予定であるのか（本実施形態における各ネットワークノードによって生成されるパケットの数に等しい）を知る。当然、これは、スケジュール自体に依存するマルチホップリレートラフィックを含まない。
【０１５１】
ネットワーク情報は、１ホップの通信干渉距離をさらに備える。これは、どのノードおよびリンクが、使用中に互いに干渉するのかに関する情報を備える。この情報は、干渉するリンクが干渉する周波数チャネル上で同時にアクティブになるようにスケジュールされないことを保証するためにスケジュールするときに使用される。この情報は、受信信号強度表示（ＲＳＳＩ）に基づいてネットワーク初期設定段階中に推定され得る。代替的に、干渉情報を取得するために、２ホップ干渉モデルのようなあらかじめ定義されたモデルが使用され得る。
【０１５２】
ハブは、以下の方法に従ってスケジュールを定義するように構成されたプロセッサをさらに備える。ネットワークノードシーケンスが定義される。２×Ｎ行列、ここで、Ｎは、パケットを生成するネットワークノードの数である、が作成される。行列の第１の行は、ノードＩＤを表し、第２の行は、対応するノードデータレート（すなわち、スケジューリング期間当たりのパケット）である。この行列は、スケジューリングシーケンス（ＳＳ）行列と呼ばれる。図５ＡのワイヤレスネットワークのためのＳＳ行列は、以下の通りであり得る。
【０１５３】
【数５０】
0006538849.tif 000051
【０１５４】
ＳＳ行列の第１の行中の、ネットワークノードシーケンスにノードが記載される順序は、最終スケジュールに影響を及ぼし得る。上記のＳＳ行列では、順序を決定するためにノードのキューサイズに基づく低複雑性の貪欲アルゴリズムが使用され、これは、スケジューリング時間を低減する。ノード順序を選択するために他の方法が採用され得、ノード順序を決定するために最適化アルゴリズムが使用され得、そのようなアルゴリズムの使用は、本開示の範囲内にある。順序を決定するための例示的なアルゴリズムは、遺伝的アルゴリズムと確率手法とを含み得る。
【０１５５】
ＳＳ行列中のノードの各々について、ルーティング経路がネットワークノードからハブまで決定される。ルーティング経路は、データがネットワークノードからハブまで転送されることを可能にする直列リンクを備える。最適なルートを与えるために異なるルーティングアルゴリズムおよびプロトコルが使用され得る。すべてのそのような方法が本開示の範囲内にある。例示的なルーティングアルゴリズムには、最短経路ベースのもの、負荷分散ベースのもの、またはリンク品質ベースのもの（ＲＰＬ）が含まれる。本実施形態では、次に、これらのルーティング経路を含むようにＳＳ行列が拡張される。ＳＳ行列中のノードの各々について、ルーティング経路がノードを置き換える。ルーティング経路のホップが検討され行列に入れられる順序は、ノードからハブまでのルーティング経路が要求する順序に基づき、これは、マルチホップ通信が今度はスケジュールされることを保証する。したがって、ノード「４」について、ルーティング経路「４→２、２→１」が使用される。これは、３行のマルチホップスケジューリングシーケンス（ＭＳＳ：Multihop Scheduling Sequence）行列の最初の２つの行を占有する。各ルートの各ホップに対する対応するトラフィックが、第３の行に記載される。これは、図９に示される。
【０１５６】
【数５１】
0006538849.tif 000052
【０１５７】
次に、セルをリンクに割り振ることによって１次スケジュールが定義され得る。そうするために、各ルーティング経路の各リンクに対する関連するパケットの数が決定される必要がある。上記の例では、この値は、ＭＳＳ行列の第３の行中に表される。一方、例示的なネットワークとして図５Ａのワイヤレスネットワークが使用されることに留意されたい。図５Ｂに、１次スケジュールと、リンクに割り振られる冗長セルとを示す。図５Ｂに示すスケジュールの１次スケジュール部分は、必ずしもこの実施形態の方法によって定義される１次スケジュールであるとは限らない。図３Ａにおいて図式的に示したスケジュールが上記のプロセスによって定義される１次スケジュールである。
【０１５８】
スケジュールは、各リンクを介して各トラフィックユニット（データパケット）にセルを割り振ることによって定義される。リンクがセルを割り振られる順序は、ＭＳＳ行列中のシーケンスである、上記で決定されたシーケンスによって決定される。本実施形態では、リンク
【数５２】
0006538849.tif 000053
は、それの第１のデータパケットのためにスケジュール中でセルを最初に割り振られる。リンク
【数５３】
0006538849.tif 000054
は、次いで、第２のデータパケットのために第２のセルを割り振られる。
【０１５９】
概して、スケジューリング期間中のより前のセルは、最初にリンクに割り振られる。概して、より小さい周波数チャネル番号に対応するセルは、最初にリンクに割り振られる。しかしながら、他の実施形態の任意のものから独立してまたはそれと組み合わせて使用され得る、本開示の一実施形態によるものは、衝突および干渉に照らしてリンクに割り振られるべきセルを選択する方法と、それを実行するように構成されたハブとである。
【０１６０】
セルを選択する方法が図１０のフローチャートに示され、本方法は、干渉と衝突とが回避されるようにセルを選択し、割り振る。
【０１６１】
セルを選択し、割り振るための方法は、衝突と干渉とについて検査するための通信行列Ωを利用することができる。通信行列Ωは、Ｍ×Ｎch×Ｓ行列であり、ここにおいて、Ｍは、ネットワーク中のノードの総数であり、Ｎchは、チャネルオフセットの数であり、Ｓは、スケジューリング期間中のタイムスロットの総数である。リンクがセルを割り振られるべきであるたびに、すでに割り振られているセルと衝突または干渉しないセルを選択するために行列Ωが検査される。セルが割り振られると、そのリンクの送信側および受信機ノードのための対応するエントリがΩ行列中でマーキングされる。
【０１６２】
セル中の通信が、送信側がパケットを送信するのと受信機が肯定応答を送るのとの２つの通信を備えるので、あらゆるスケジュールされるセルのための干渉（送信または受信の両方）について送信側ネットワークノードと受信機ネットワークノードとの両方のネイバーが検査される必要がある。
【０１６３】
図１０は、上記の通信行列Ωを使用してリンクに割り振るためにセルを選択する方法のためのフローチャートである。本方法は、ＭＳＳ中の各リンクに対して行われるＳ６０。それぞれのリンクのトラフィック負荷が検査されるＳ６２。各ルーティング経路の各リンク上の各データパケットについて、Ω中で競合リンクがマーキングされていないタイムスロットが発見されるＳ６４。Ω中で干渉する隣接通信がマーキングされていないチャネルについて検査されるＳ６６。チャネルが発見されたかどうかを確かめるために検査が行われるＳ６８。そうでない場合、スケジューリング期間中のすべてのタイムスロットが検査されたかどうかを確かめるために検査が行われＳ７０、そうでない場合、Ω中で競合リンクをもたない異なるタイムスロットが発見されＳ６４、そうである場合、空のセルが発見されないことがありＳ７２、すべてのリンクがスケジュールされたかどうかを確かめるために検査が行われるＳ７８。
【０１６４】
検査Ｓ６８中に、チャネルが発見された場合、それぞれのリンクの送信側ノードと受信機ノードとのためのΩ行列エントリがマーキングされるＳ７４。次いで、そのリンクのためのすべてのトラフィック負荷が、選択されそれに割り振られるセルを有しているのかどうかに関する検査が行われる。そうでない場合、ステップＳ６２が再び行われ、それぞれのリンクのトラフィック負荷が検査され、Ω中で競合リンクのないタイムスロットが発見されるＳ６４。それぞれのリンクのためのすべてのトラフィック負荷がスケジュールされた場合、すべてのリンクがスケジュールされたかどうかに関する検査が行われるＳ７８。そうでない場合、さらなるリンクについてステップＳ６０からプロセスが再び開始する。そうである場合、１次スケジュールのためのセルの選択と割振りとを完了するＳ８０。
【０１６５】
本方法は、以下の「擬似コード」で提示され得る。
【数５４】
0006538849.tif 000055
【０１６６】
上記の擬似コードからわかるように、本方法は、各ルーティング経路の各リンクの各データパケットについて、衝突が発生しないタイムスロットについて反復的に検査することと、タイムスロットが発見されると、送信側または受信機ノードのいずれについても干渉がないことになる周波数チャネルについて検査することとを本質的に備える。タイムスロットと周波数チャネルとが、最も前から開始して、衝突または干渉が発生するたびにタイムスロットとチャネルとを１だけ増加して反復的に検査される。
【０１６７】
１次スケジュールが定義されると、いずれかの実施形態により、１次スケジュールは、ハブによって、実施のためにネットワークノードに送られる。
【０１６８】
ネットワークトポロジーが変更する（たとえば、ノードの障害またはルーティングが変更する）場合、一実施形態による方法を使用してネットワーク全体または影響を及ぼされるリンクに対して再スケジューリングを実行するようハブに通知するためにアップリンクメッセージ（たとえば、ＤＡＯメッセージ）が使用され得る。
【０１６９】
図１１に、一実施形態によるネットワークデバイス４０を概略的に示す。図４０のネットワークデバイス４０は、図５Ａのワイヤレスネットワークにおいて使用するためのものであり得る。図１０のネットワークデバイス４０は、トラフィック情報を受信するための無線４２と、スケジュールを定義するように構成されたプロセッサ４４とを備える。ネットワークデバイス４０はまた、命令を記憶するためのストレージデバイス４６を備える。
【０１７０】
図１２に、一実施形態によるネットワークノード５０を示す。ネットワークノード５０は、隣接ネットワークノードまたはネットワークデバイス（たとえばハブ）にパケットを送信し、隣接ネットワークノードまたはネットワークデバイス（たとえばハブ）からパケットを受信するための無線５２を備える。無線５２はまた、ネットワークデバイス（たとえば、ハブ）からスケジュールを受信するためのものであり得る。ネットワークノード５０はまた、プロセッサ５４を備える。さらなる実施形態によるネットワークノードはまた、ストレージデバイスを備え得る。
【０１７１】
図１３に、一実施形態によるハブを備え得る集中適応型マルチホップスケジューリング（ＡＭＵＳ：Adaptive Multi-hop Scheduling）アルゴリズムを概略的に示す。図１３のＡＭＵＳ方法は、ネットワーク情報を収集し、１次スケジュールを定義し冗長セルを割り振り、ランタイムキューサイズを周期的に収集し、予想受信を推定し、これは、次いで、ブロードキャストされる。
【０１７２】
図１４に、上記で説明したように、一実施形態によるハブによって実行され得る集中適応型マルチホップスケジューリング（ＡＭＵＳ）アルゴリズムを概略的に示す。図１４のＡＭＵＳ方法は、ネットワーク情報を収集し、１次スケジュールを定義し、冗長セルを割り振る。図１４のＡＭＵＳは、スケジュールされるセルの間にノードがそれの無線を電源投入すべきであるのかどうかを監視するための第２のＭＡＣ方法を利用する。本方法は、スケジューリング期間中に送るべきさらなるパケットをノードが有さなくなると、キューの終了（「Ｅｎｄ−ｏｆ−Ｑ」）通知がノードによって送られることに依拠する。
【０１７３】
トラフィックアウェアなスケジューリングアルゴリズム（ＴＡＳＡ：traffic aware scheduling algorithm）（Ｐａｌａｔｔｅｌｌａ，Ｍ．Ｒ．、Ａｃｃｅｔｔｕｒａ，Ｎ．、Ｄｏｈｌｅｒ，Ｍ．、Ｇｒｉｅｃｏ，Ｌ．Ａ．、Ｂｏｇｇｉａ，Ｇ．、「Ｔｒａｆｆｉｃ  Ａｗａｒｅ  Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ｆｏｒ  ｒｅｌｉａｂｌｅ  ｌｏｗ−ｐｏｗｅｒ  ｍｕｌｔｉ−ｈｏｐ  ＩＥＥＥ  ８０２．１５．４ｅ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ」、Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｉｎｄｏｏｒ  ａｎｄ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｒａｄｉｏ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ＰＩＭＲＣ）、における２０１２年の第２３回ＩＥＥＥ国際シンポジウム、巻、番号、３２７、３３２ページ、２０１２年９月９〜１２日）とともに（ＡＭＵＳおよびＡＭＵＳ（ＣＡＰ）と呼ばれる）一実施形態による方法を使用する一実施形態によるネットワークデバイスと、チャネルホッピング技術を使用しない従来の貪欲スケジューリングアルゴリズムとが、シミュレーションを通して評価された。
【０１７４】
図１５Ａに、スーパーフレーム当たりの平均遅延に関するＡＭＵＳのパフォーマンスを示す。これは、スーパーフレームｋが終了した時点から、ｋ中にスケジュールされるすべてのパケットが配信された時点までに経過した時間として計算される。たとえば、いかなるパケットドロップもない完全なチャネル条件では、すべてのスケジュールされるパケットがスーパーフレームの継続時間内に配信されるべきであり、０遅延をもたらす。そうでない場合、それは遅延を招く。ＡＭＵＳアルゴリズムが、特に低データレートセットアップにおいて遅延を低減することができることが観測され得る。しかしながら、データレートが増加するとき、それのパフォーマンスマージンは低下する。これは、高データレートのためにスーパーフレームセルがすでに一杯であり、したがって、冗長セル割振りのために利用可能な空のセルがより少ないという理由に由来する。図１５Ｂは、エネルギー消費に関して一実施形態のパフォーマンスを示すグラフである。
【０１７５】
スーパーフレームの長さは、ネットワークが動作し始める前に一度構成されると調整するのは簡単ではないので、ＡＭＵＳは、異なるトラフィック状態に適応できる。さらに、低ネットワークトラフィックの場合、長いスーパーフレーム長を有することは、ＡＭＵＳに、仮のセルを割り振るより多くの機会を与えることになる。したがって、ネットワークトラフィックによって必要とされる最小スケジュール長にスーパーフレーム長が等しく設定される条件において実験が行われた。図１６に、ネットワークにおける異なる平均トラフィック量に基づくＡＭＵＳ（ＣＡＰ）のための異なるスーパーフレーム長設定を示す。平均ノードトラフィックレートがスーパーフレーム当たり６つのパケットよりも高いとき、最小スケジュール長が、１００個のタイムスロットとしてのデフォルトシミュレーション設定よりも高く、したがって、ＡＭＵＳ＝ＡＭＵＳ（ＣＡＰ）となることが観測され得る。一方、ノードが、より少ないトラフィックを生成するので、最小スケジュール長はデフォルト設定よりも小さい。それにもかかわらず、図１５Ａから、ＡＭＵＳ（ＣＡＰ）がＡＭＵＳと比較してわずかな性能劣化しか有さないことが観測可能である。
【０１７６】
図１７に、ネットワークにおけるノードのランタイムキューサイズを示す。実施形態が小さいキューサイズを有することに注意されたい。これは、ＡＭＵＳでは、スーパーフレーム中の失敗した通信が、単に、同じスーパーフレームの後のタイムスロット中の、または、存在しない場合は次のサブフレーム中の、同じリンクに対して割り当てられる冗長セル中にそれのパケットを再送信することができるからである。したがって、パケットがキューイングされる可能性がより低い。
【０１７７】
仮のセルを導入することによって、ノードは、リッスンまたは送信するためにスーパーフレーム中でより多くの回数起動しなければならず、図１８に示すように高い無線デューティサイクルを生じる結果となり得る。しかしながら、上記の提案されたプロトコルを使用することによって、ノードは、それが送るべき何かを有するか、またはそれが他からパケットを受信すると予想する条件にのみ起動し得る。したがって、送信／受信されるべき実データがない場合、それは、エネルギーを浪費することを回避する。スーパーフレーム当たりに消費される総エネルギーは、これによりあまり増加しない。これには、ネットワークがキューイングされたメッセージを配信するだけの長さ動作する必要がないという事実が役に立つ。
【０１７８】
最後に、いくつかのノードは、再送信される必要があるパケットをバッファリングするために限られたメモリを有し得る。各ノードが限られたバッファサイズを有する実験の別のセットが行われ、それは５つのパケットに設定される。これは、ネットワーク中の任意のノードがキュー中に最大５つのパケットを記憶できるのみであることを意味する。バッファがオーバーフローする場合、パケットは、ドロップされることになる。図１９に、５つのパケットまでのノードバッファサイズ制限をもつランタイムノードキューを示す。ＡＭＵＳ方法は、メモリ中で低いキューを有する。
【０１７９】
図２０は、異なる平均リンク品質設定に基づくパケット配信比率を示すグラフである。たとえば、Ｌ＝０．７は、ネットワークリンク品質の統計的平均が７０％である（パケット送信が成功する確率）ことを意味する。ただし、異なるチャネルを介した個別のリンクのパケット配信成功比率は、シミュレーションでは変動する。図２０から、劣悪なリンク状態設定において、および良好なリンク品質設定において、ＡＭＵＳが良好なパケット配信比率を与えることができることが観測され得る。ＬＬＮにある間、ネットワークが損失リンクを有する可能性がより高く、したがって、実施形態は、通信信頼性を著しく改善することができる。
【０１８０】
いくつかの実施形態について説明がなされたが、これらの実施形態は、単に例として提示されたもので、本発明の範囲が限定されることを意図するものではない。実際、ここで説明した新規の方法、デバイスおよび装置は、様々な他の形態で具現化され得、さらに、ここで説明した方法および装置の形態における様々な省略、置換および変更が、本発明の精神から逸脱することなく行われ得る。添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物は、本発明の範囲および精神内に入るであろうそのような形態または変更を包含することを意図するものである。
【図１】
0006538849.tif 000063
【図２】
0006538849.tif 000064
【図３Ａ】
0006538849.tif 000065
【図３Ｂ】
0006538849.tif 000066
【図３Ｃ】
0006538849.tif 000067
【図４】
0006538849.tif 000068
【図５Ａ】
0006538849.tif 000069
【図５Ｂ】
0006538849.tif 000070
【図６】
0006538849.tif 000071
【図７】
0006538849.tif 000072
【図８】
0006538849.tif 000073
【図９】
0006538849.tif 000074
【図１０】
0006538849.tif 000075
【図１１】
0006538849.tif 000076
【図１２】
0006538849.tif 000077
【図１３】
0006538849.tif 000078
【図１４】
0006538849.tif 000079
【図１５Ａ】
0006538849.tif 000080
【図１５Ｂ】
0006538849.tif 000081
【図１６】
0006538849.tif 000082
【図１７】
0006538849.tif 000083
【図１８】
0006538849.tif 000084
【図１９】
0006538849.tif 000085
【図２０】
0006538849.tif 000086