(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
時分割多元接続（ＴＤＭＡ）構造を、複数の第１のタイム・スロット（３１０）および複数の第２のタイム・スロット（３１０）に分けるステップであって、前記第１のタイム・スロットおよび前記第２のタイム・スロットが、それぞれ、工業プロセス制御システム（１００）に関連付けられる第１のプロトコルおよび第２のプロトコルを用いる通信に割り当てられる、ステップと、
プロトコル・ルーティング層（５１２）が、複数のデータ・パケットの各々を、前記第１のプロトコルに関連付けられる第１のプロトコル・スタック（５１４）または前記第２のプロトコルに関連付けられる第２のプロトコル・スタック（５１６−５１８）に送るステップと、
物理層（５２２）が、前記第１のタイム・スロットの間であって前記第２のタイム・スロットの間でないときに、前記第１のプロトコルを用いて、前記データ・パケットのうちの第１のサブセットを少なくとも一つの第１の無線装置（１０８ａ―１０８ｃ、１１０ａ―１１０ｂ、１１２ａ―１１２ｅ）に送信するステップと、
前記物理層が、前記第２のタイム・スロットの間であって前記第１のタイム・スロットの間でないときに、前記第２のプロトコルを用いて、前記データ・パケットのうちの第２のサブセットを少なくとも一つの第２の無線装置（１０８ａ―１０８ｃ、１１０ａ―１１０ｂ、１１２ａ―１１２ｅ）に送信するステップと
を含み、
前記ＴＤＭＡ構造は複数のフレーム（３０２−３０８）を有するスーパーフレーム（３００）を含み、各フレームが複数のタイム・スロットを含み、各フレームが前記第１のタイム・スロットまたは前記第２のタイム・スロットのうちの一方のみを含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記第１のプロトコルはＩＳＡ１００プロトコルから成り、
前記第２のプロトコルは無線ハイウェイ・アドレス可能遠隔トランスデューサ（ＷＨＡＲＴ）プロトコルから成る、
方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記第１のタイム・スロットと前記第２のタイム・スロットとが異なる長さを有する、方法。
【請求項４】
複数の第１のタイム・スロット（３１０）および複数の第２のタイム・スロット（３１０）を含む時分割多元接続（ＴＤＭＡ）構造における異なるタイム・スロット（３１０）において無線装置（１０８ａ―１０８ｃ、１１０ａ―１１０ｂ、１１２ａ―１１２ｅ）と通信するように構成される物理層（５２２）を備える、トランシーバ（２０６、２１０）であって、前記第１のタイム・スロットおよび前記第２のタイム・スロットが、それぞれ、工業プロセス制御システム（１００）に関連付けられる第１のプロトコルおよび第２のプロトコルを用いる通信に割り当てられる、トランシーバ（２０６、２１０）と、
複数のデータ・パケットの各々を、前記第１のプロトコルに関連付けられる第１のプロトコル・スタック（５１４）または前記第２のプロトコルに関連付けられる第２のプロトコル・スタック（５１６−５１８）に送るように構成される、プロトコル・ルーティング層（５１２）と
を含む装置であって、
前記物理層が、前記第１のタイム・スロットの間であって前記第２のタイム・スロットの間でないときに、前記第１のプロトコルを用いて、前記データ・パケットのうちの第１のサブセットを少なくとも一つの第１の無線装置（１０８ａ―１０８ｃ、１１０ａ―１１０ｂ、１１２ａ―１１２ｅ）に送信するように構成され、
前記物理層が、前記第２のタイム・スロットの間であって前記第１のタイム・スロットの間でないときに、前記第２のプロトコルを用いて、前記データ・パケットのうちの第２のサブセットを少なくとも一つの第２の無線装置（１０８ａ―１０８ｃ、１１０ａ―１１０ｂ、１１２ａ―１１２ｅ）に送信するように構成され、
前記ＴＤＭＡ構造は複数のフレーム（３０２−３０８）を有するスーパーフレーム（３００）を含み、各フレームが複数のタイム・スロットを含み、各フレームが前記第１のタイム・スロットまたは前記第２のタイム・スロットのうちの一方のみを含む、装置。
【請求項５】
コンピューター・プログラムを具体化する非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記コンピューター・プログラムが、
時分割多元接続（ＴＤＭＡ）構造を、複数の第１のタイム・スロット（３１０）および複数の第２のタイム・スロット（３１０）に分けるステップであって、前記第１のタイム・スロットおよび前記第２のタイム・スロットが、それぞれ、工業プロセス制御システム（１００）に関連付けられる第１のプロトコルおよび第２のプロトコルを用いる通信に割り当てられる、ステップと
プロトコル・ルーティング層（５１２）が、複数のデータ・パケットの各々を、前記第１のプロトコルに関連付けられる第１のプロトコル・スタック（５１４）または前記第２のプロトコルに関連付けられる第２のプロトコル・スタック（５１６−５１８）に送るステップと、
物理層（５２２）が、前記第１のタイム・スロットの間であって前記第２のタイム・スロットの間でないときに、前記第１のプロトコルを使用して、前記データ・パケットのうちの第１のサブセットを少なくとも一つの第１の無線装置（１０８ａ―１０８ｃ、１１０ａ―１１０ｂ、１１２ａ―１１２ｅ）に送信するステップと、
前記物理層が、前記第２のタイム・スロットの間であって前記第１のタイム・スロットの間でないときに、前記第２のプロトコルを使用して、前記データ・パケットのうちの第２のサブセットを少なくとも一つの第２の無線装置（１０８ａ―１０８ｃ、１１０ａ―１１０ｂ、１１２ａ―１１２ｅ）に送信するステップと、
を行わせるためのコンピューター可読プログラム・コードを含み、
前記ＴＤＭＡ構造は複数のフレーム（３０２−３０８）を有するスーパーフレーム（３００）を含み、各フレームが複数のタイム・スロットを含み、各フレームが前記第１のタイム・スロットまたは前記第２のタイム・スロットのうちの一方のみを含む、非一時的コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  この開示は、一般に無線通信システムに関する。より具体的には、この開示は、産業用無線ネットワークの複数の通信プロトコルをサポートするためのスロット・セグリゲーションに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  無線ネットワークは、工業プロセス制御システムにおいて、多用される。例えば、プロセス制御システムは、無線ネットワークを通じて測定を提供するセンサおよび無線ネットワークを通じて制御信号を受信するアクチュエータを含むことが多い。無線ネットワークは、相互接続されたネットワーク・デバイス、例えば、バックボーン・ルータとして働くマルチノード、フィールド・ルータとして働くフィールド・デバイス・アクセス・ポイント（ＦＤＡＰ）、フィールド機器、およびゲートウェイ／セキュリティ・マネージャまたはネットワーク・マネージャとして働く無線デバイス・マネージャ（ＷＤＭ）などを含むことができる。
【０００３】
[0003]  産業設備の無線ネットワークは、１つの特定の通信標準だけと互換性を持つネットワーク装置をサポートすることが多い。一般に、ネットワークが複数の標準と互換性を持つネットワーク装置をサポートすることを可能にするために、無線ネットワークは、広範囲なハードウェアの変更を必要とする。すなわち、典型的には、特定の産業設備でのネットワーク装置の追加または置換は、その産業設備において用いられる通信標準と新規なネットワーク装置とが互換性を持つ場合のみ、許容される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
[0004]  この開示は、産業用無線ネットワークの複数の通信プロトコルをサポートするためのスロット・セグリゲーションを提供する。
[0005]  第一の実施形態においては、方法は、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）構造を複数の第１のタイム・スロットおよび複数の第２のタイム・スロットに分けることを含む。、第１および第２のタイム・スロットは、それぞれ、第１および第２のプロトコルを用いる通信に割り当てられる。方法はまた、第１のタイム・スロットの間に第１のプロトコルを用いて少なくとも一つの第１の無線装置と通信することを含む。方法は、第２のタイム・スロットの間に第２のプロトコルを用いて少なくとも一つの第２の無線装置と通信することを更に含む。
【０００５】
[0006]  第二の実施態様においては、装置は、ＴＤＭＡ構造の異なるタイム・スロットにおいて無線装置と通信するように構成されるトランシーバを含む。ＴＤＭＡ構造は、複数の第１のタイム・スロットおよび複数の第２のタイム・スロットを含む。トランシーバは、第１のタイム・スロットの間に第１のプロトコルを用いて少なくとも一つの第１の無線装置と通信するように構成される。トランシーバは、第２のタイム・スロットの間に第２のプロトコルを用いて少なくとも一つの第２の無線装置と通信するように構成される。
【０００６】
[0007]  第三の実施形態において、非一時的なコンピュータ可読媒体は、コンピューター・プログラムを具体化する。コンピューター・プログラムは、ＴＤＭＡ構造を複数の第１のタイム・スロットおよび複数の第２のタイム・スロットに分けるための計算機可読プログラム・コードを含む。第１および第２のタイム・スロットは、それぞれ、第１および第２のプロトコルを用いる通信に割り当てられる。コンピューター・プログラムはまた、第１のタイム・スロットの間に第１のプロトコルを用いる少なくとも一つの第１の無線装置との通信を開始するための計算機可読プログラム・コードを含む。コンピューター・プログラムは更に、第２のタイム・スロットの間に第２のプロトコルを用いる少なくとも一つの第２の無線装置と通信を開始するための計算機可読プログラム・コードを含む。
【０００７】
[0008]  他の技術的特徴は、以下の図、説明、および特許請求の範囲から直ちに当業者にとって明らかになるであろう。
[0009]  この開示のより完全な理解のために、添付の図面と関連させて以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】[0010]  図１は、この開示に従った、複数の通信プロトコルをサポートするためのスロット・セグリゲーションを有している例示の工業用制御および自動化システムを示す。
【図２】[0011]  図２は、この開示に従った工業用制御および自動化システムの例示の無線ルータを示す。
【図３】[0012]  図３は、この開示に従った、複数の通信プロトコルをサポートする例示の時分割多元接続（ＴＤＭＡ）構造を示す。
【図４】[0013]  図４は、この開示に従った、複数の通信プロトコルをサポートするためのスロット・セグリゲーションのための例示の方法を示す。
【図５】[0014]  図５は、この開示に従った、複数の通信プロトコルをサポートするための例示の層のインプリメンテーションを示す。
【図６】[0015]  図６は、この開示に従った、複数の通信プロトコルをサポートするためのスロット・セグリゲーションを有する例示のアーキテクチャを示す。
【図７】図７は、この開示に従った、複数の通信プロトコルをサポートするためのスロット・セグリゲーションを有する例示のアーキテクチャを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
[0016]  下記で述べる図１乃至７、およびこの特許文献における本発明の原理を説明するために用いる各種の実施形態は、単なる例示を目的とするものであって、本発明の範囲を制限するためのものと解釈されてはならない。当業者は、本発明の原理が任意のタイプの適切に構成されたデバイスまたはシステムでインプリメントできることを理解するであろう。
【００１０】
[0017]  この開示は、一般に、複数の無線通信プロトコルまたは標準をサポートするためのスロット・セグリゲーションのための方法および装置を提供する。方法および装置は、例えば、異なるプロトコルまたは標準に従って動作する多数のデバイスをサポートすることができる無線ネットワークで、インプリメントすることができる。以下の説明では、方法および装置は、ＩＳＡ１００標準の下で動作するフィールド機器および無線ハイウェイ・アドレス可能遠隔トランスデューサ（ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｈｉｇｈｗａｙ  Ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ  Ｒｅｍｏｔｅ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）（ＷＨＡＲＴ）標準の下で動作するフィールド機器を同時にをサポートするための産業設備の無線ネットワークを可能にするものとして、説明される。これらの２つの標準は例示を目的として提供されており、他のまたは付加的な標準も産業用無線ネットワークでサポートされることができる。一般に、フィールド機器は、送信機、受信機、センサ、アクチュエータ、ＷｉＦｉ、イーサネット(登録商標)、およびインターネット・プロトコル（ＩＰ）ベースのデバイスを含むことができる。
【００１１】
[0018]  図１は、この開示に従った、複数の通信プロトコルをサポートするためのスロット・セグリゲーションを有する例示の工業用制御および自動化システム１００を例示する。図１に示すように、システム１００は、１以上のプロセス・エレメント１０２を含む。プロセス・エレメント１０２は、多種多様な機能のいずれかを実行するプロセス・システムのコンポーネントを表す。例えば、プロセス・エレメント１０２は、処理環境におけるセンサ、アクチュエータ、または他の又は追加の工業機器を表すことができる。各プロセス・エレメント１０２は、プロセス・システムにおいて１以上の機能を実行するための任意の適切な構造を含む。また、プロセス・システムは、何らかの様式で１以上の材料を処理するように構成される、プロセス・システムの何れかのシステムまたは部分も表す。
【００１２】
[0019]  コントローラ１０４は、プロセス・エレメント１０２に結合する。コントローラ１０４は、１以上のプロセス・エレメント１０２のオペレーションを制御する。例えば、コントローラ１０４は、プロセス・エレメント１０２のいくつかからのセンサ測定値などのような、プロセス・システムと関連した情報を受信することができる。コントローラ１０４は、アクチュエータなどのような、プロセス・エレメント１０２の他のものに対する制御信号を生成するために、この情報を用いることができ、それによって、それらのプロセス・エレメント１０２のオペレーションを調整する。コントローラ１０４は、一つ以上のプロセス・エレメント１０２を制御するための任意の適切な構造を含む。コントローラ１０４は、例えば、ＭＩＣＲＯＳＯＦＴ(登録商標)  ＷＩＮＤＯＷＳ(登録商標)や適切なリアルタイム・オペレーティング・システムを実行するコンピュータを表すことができる。
【００１３】
[0020]  ネットワーク１０６は、システム１００の各種コンポーネントの間の通信を容易にする。例えば、ネットワーク１０６は、ネットワーク・アドレス間で、インターネット・プロトコル（ＩＰ）パケット、フレーム・リレー・フレーム、非同期転送モード（ＡＴＭ）セル、または他の適切な情報を通信することができる。ネットワーク１０６は、１以上の位置で、１以上のローカル・エリア・ネットワーク、メトロポリタン・エリア・ネットワーク、ワイド・エリア・ネットワーク、グローバル・ネットワークの全体または一部、または他の任意の通信システム（１以上）を含むことができる。特定の例として、ネットワーク１０６は、ハネウェル・インターナショナル社（ＨＯＮＥＹＷＥＬＬ  ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ  ＩＮＣ）のＦＡＵＬＴ  ＴＯＬＥＲＡＮＴ  ＥＴＨＥＲＮＥＴ(登録商標)ネットワークを含むことができる。
【００１４】
[0021]  システム１００はまた、無線センサまたは他の無線フィールド・デバイスと通信するための１以上の産業用無線ネットワークを含む。図１に示される例示において、産業用無線ネットワークは、フィールド・ルータ１０８ａ―１０８ｃおよびバックボーン・ルータ１１０ａ―１１０ｂを含む。例えば網目状ネットワークなどのような無線ネットワークを形成するために、フィールド・ルータ１０８ａ―１０８ｃおよびバックボーン・ルータ１１０ａ―１１０ｂは、互いにワイヤレスで通信する。例えば、フィールド・ルータ１０８ａ―１０８ｃは、フィールド機器１１２ａ―１１２ｅからワイヤレスで送信されるデータを受信し、そのデータをバックボーン・ルータ１１０ａ―１１０ｂへ送ることができる。バックボーン・ルータ１１０ａ―１１０ｂは、バックボーン・ネットワーク１１４を通じての送信のために、フィールド・ルータ１０８ａ―１０８ｃから直接的または間接的に（他のフィード・ルータなどを通じて）、また、フィールド機器１１２ａ―１１２ｅから直接的または間接的に、データを受信することができる。フィールド・ルータ１０８ａ―１０８ｃおよびバックボーン・ルータ１１０ａ―１１０ｂはまた、バックボーン・ネットワーク１１４を通じて受信したデータを、フィールド機器１１２ａ―１１２ｅに送ることもできる。このようにして、フィールド・ルータ１０８ａ―１０８ｃおよびバックボーン・ルータ１１０ａ―１１０ｂは、コンビナートなどのような指定されたエリアのフィールド機器および他のデバイスに無線カバレッジを提供することができるネットワークを形成する。無線ネットワークは、ＩＳＡ１００．１１ａおよびＷＨＡＲＴなどのような、いかなる適切な産業用無線ネットワーク・プロトコル（１以上）もサポートすることができる。
【００１５】
[0022]  この例では、フィールド・ルータ１０８ａ―１０８ｃおよびバックボーン・ルータ１１０ａ―１１０ｂは、一般に、他のデバイスに関するメッセージを格納および送信するものであり、且つ典型的にラインパワードであるルーティング装置を表し、このラインパワードとは、これらのデバイスが外部ソース（ＡＣ供給線など）から動作用電力を受け取ることを意味する。しかしながら、フィールドまたはバックボーン・ルータは、内部バッテリなどのようなローカル電源から電力供給される（ローカリー・パワードと呼ばれる）デバイスを表すこともできる。フィールド機器は、ルーティング機能を提供できるものであったり、ラインパワート゛であったりするが、フィールド機器１１２ａ―１１２ｅは、一般に、日常的にローカルに電力供給される非ルーティング・デバイスを表す。。
【００１６】
[0023]  フィールド・ルータ１０８ａ―１０８ｃおよびバックボーン・ルータ１１０ａ―１１０ｂのそれぞれは、ワイヤレス通信を容易にする任意の適切な構造、例えば、無線周波数（ＲＦ）周波数ホッピング拡散スペクトル（ＦＨＳＳ）またはダイレクト・シーケンス拡散スペクトル（ＤＳＳＳ）トランシーバを含む。バックボーン・ルータ１１０ａ―１１０ｂの各々はまた、バックボーン・ネットワーク１１４を通じての通信を容易にする任意の適切な構造、例えば、イーサネット(登録商標)・トランシーバを含む。具体例において、フィールド・ルータ１０８ａ―１０８ｃはフィールド・デバイス・アクセス・ポイント（ＦＤＡＰｓ）を表すことができ、バックボーン・ルータ１１０ａ―１１０ｂはマルチノードを表すことができる。バックボーン・ネットワーク１１４は、データを移送するための任意の適切なネットワーク、例えば、フォールト・トレラント・イーサネット（登録商標）（ＦＡＵＬＴ  ＴＯＬＥＲＡＮＴ  ＥＴＨＥＲＮＥＴ(登録商標)）ネットワーク、無線網目状ネットワーク、または他の有線または無線ネットワークなどを含む。
【００１７】
[0024]  ゲートウェイ１１６は、ネットワーク１０６およびバックボーン・ネットワーク１１４を結合する。ゲートウェイ１１６は、許可されたトラフィックだけがネットワーク１０６と１１４の間で流れることを可能にするために、セキュリティ機能を実行することができる。ゲートウェイ１１６は、プロトコル間での変換を行うための変換機能を実行することもできる。ゲートウェイ１１６は、ネットワークへのアクセスを提供するため、およびそれらのネットワークで用いられるプロトコル間での変換のための、任意の適切な構造を含む。
【００１８】
[0025]  プロセス制御（ＯＰＣ）サーバー１１８に関しての無線構成およびＯＬＥは、システム１００のさまざまな特徴を構成および制御することができる。例えば、サーバー１１８は、フィールド・ルータ１０８ａ―１０８ｃ、バックボーン・ルータ１１０ａ―１１０ｂ、およびフィールド機器１１２ａ―１１２ｅの動作をコンフィギュレーションすることができる。サーバー１１８は、例えば、暗号鍵または他のセキュリティ・データをさまざまな無線装置または他のコンポーネントに配布することによって、システム１００のセキュリティをサポートすることもできる。サーバー１１８は、無線ネットワークをコンフィギュレーションするため、およびセキュリティ情報を提供するための、任意の適切な構造も含む。
【００１９】
[0026]  具体例において、図１の無線ネットワークの各種デバイスは、２．４ＧＨｚまたは５．８ＧＨｚで通信する網目状ネットワークを形成する。また、具体例では、データは、ルータまたはフィールド機器を通じて網目状ネットワークへ注入することができ、それにより、ワイヤレスの感知、資産の位置のトラッキング、個人のトラッキング、ワイヤレスの通信、および望まれる任意の他の又は更なる機能のための、多用途であり多機能でありプラント全体の広さのカバレッジを提供する。
【００２０】
[0027]  オペレーションの一態様において、システム１００の無線ネットワークを形成している１以上のコンポーネントは、複数の通信プロトコル、例えば、ＩＳＡ１００およびＷＨＡＲＴの標準に準拠するプロトコルなどの使用をサポートする。この機能をサポートするために、無線ネットワークの通信は、時分割多元接続方式（ＴＤＭＡ）を用いてタイム・スロットに分けることが可能である。いくつかの実施形態では、無線ネットワークの通信はスーパーフレームの間に発生し、各スーパーフレームは複数のフレームに分けられ、各フレームは複数のタイム・スロットに分けられる。具体例において、或る１つのフレームのタイム・スロットの間の通信は、１つのプロトコルを用いて発生させることができ、異なるフレームのタイム・スロットの間の通信は、異なるプロトコルを用いて発生させることができる。タイム・スロットは異なるデバイスに割り当てられ、それにより、１つの無線チャネルが複数のデータ送信の一部を形成するデータを移送することを可能とする。
【００２１】
[0028]  後に詳しく述べるように、デバイス（例えば、フィールド・ルータ１０８ａ―１０８ｃまたはバックボーン・ルータ１１０ａ―１１０ｂ）の物理層は、複数のプロトコルを用いるＴＤＭＡデータ送信をサポートする。送信装置の物理層は、送信媒体を通るデータの実際の送信に関しての責任があり、受信装置の物理層は、送信媒体を介してのデータの実際の受信に関しての責任がある。フィールド機器１１２ａ―１１２ｅの物理層は、そのフィールド機器に割り当てられるタイム・スロットの間、単一の無線プロトコルをサポートすることができ、フィールド・ルータ１０８ａ―１０８ｃまたはバックボーン・ルータ１１０ａ―１１０ｂの物理層は、異なるタイム・スロットの間、異なる無線プロトコルをサポートすることができる。しかしながら、フィールド機器は、様々なプロトコルを用いて通信することができ、フィールド・ルータまたはバックボーン・ルータは、単一のプロトコルを用いて通信することができる。すべてのフィールド機器が単一のプロトコルを用いて通信するということ、およびすべてのフィールドまたはバックボーン・ルータが異なるプロトコルを用いて通信するということは、要求されていない。ＴＤＭＡ無線ネットワークでの複数のプロトコルの使用に関する付加的な詳細を以下に提供する。
【００２２】
[0029]  図１は、工業用制御および自動化システム１００の１つの例を示すが、図１に関してはさまざまな変更を行うことができる。例えば、システム１００は、任意の数の各コンポーネントを含むことができる。また、図１に示される機能の分割は、単なる例示を目的とするものである。特定の必要性に応じて、図１の各種コンポーネントは、組み合わせること、更に分割すること、または、省略することができ、また、追加コンポーネントを付加することができる。更に、無線ネットワークは、有線接続されたコントローラ１０４および有線接続されたプロセス・エレメント１０２と共に用いられるものとして例示しているが、有線接続される制御エレメント無しで一つ以上の無線ネットワークをシステムで用いることが可能である。更に、図１は、複数のプロトコルの使用をサポートできる１つの例示の動作環境を示す。この機能は、他の何れの適切なシステムにおいても用いられることが可能である。
【００２３】
[0030]  図２は、この開示に従った、工業用制御および自動化システムの例示の無線ルータ２００を示す。無線ルータ２００は、例えば、図１のシステム１００のフィールド・ルータ１０８ａ―１０８ｃまたはバックボーン・ルータ１１０ａ―１１０ｂを表すことができる。
【００２４】
[0031]  図２に示すように、ルータ２００はコントローラ２０２を含み、それはルータ２００の全動作を制御する。例えば、コントローラ２０２は、送信されるデータを受信または生成することができ、コントローラ２０２は、有線または無線ネットワークを通じての送信のために、データをルータ２００の他のコンポーネント（１以上）に提供することができる。コントローラ２０２は、有線または無線ネットワークを通じてデータを受信することもでき、データを用いることや転送ることもできる。特定の例として、フィールド・ルータまたはバックボーン・ルータのコントローラ２０２は、ワイヤレスで送信されたデータを受信し、そのデータに関して次のホップを決定し（有る場合）、次のホップ（有る場合）への送信のためにデータを提供することができる。別の例として、バックボーン・ルータのコントローラ２０２は、有線ネットワークからデータを受信し、そのデータを無線ネットワークでの送信のために提供することができる（また、この逆も同様である）。コントローラ２０２は、無線ルータの動作を制御するための任意の適切な構造を含む。特定の例として、コントローラ２０２は、プロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ、デジタル信号処理装置、または他の処理用または制御用の装置を、表すことができる。
【００２５】
[0032]  メモリ２０４は、コントローラ２０２に結合される。メモリ２０４は、ルータ２００により用いられるか、集められるか、または生成される多種多様な情報の何れのものも記憶する。例えば、メモリ２０４は、ネットワークを通じて受信され、同じまたは他のネットワークを通じて送信される情報を記憶する。メモリ２０４は、任意の適切な揮発性および／または不揮発性の記憶装置および検索装置（１以上）を含む。
【００２６】
[0033]  ルータ２００はまた、一つ以上のアンテナ２０８と結合される一つ以上のワイヤレス・トランシーバ２０６を含む。フィールドまたはバックボーン・ルータにおいて、トランシーバ２０６（１以上）およびアンテナ２０８（１以上）は、一つ以上のフィールド機器とワイヤレスで通信するために用いることができる。他のフィールドまたはバックボーン・ルータで通信するために、一つ以上の追加のトランシーバ２１０を用いることが可能である。追加のトランシーバ２１０（１以上）は、一つ以上のアンテナ２１２に結合されるように、または一つ以上の共有アンテナ（例えばアンテナ２０８（１以上））を共有するように、することができる。各トランシーバは、ワイヤレス送信のための信号を提供するため、および／またはワイヤレスで受信される信号を得るための、任意の適切な構造を含む。各アンテナは、無線信号を送信および／または受信するための任意の適切な構造を表す。いくつかの実施形態では、各トランシーバは、ＲＦトランシーバ、例えば、ＲＦ  ＦＨＳＳまたはＤＳＳＳトランシーバを表す。また、各アンテナは、ＲＦアンテナを表すことができる。他のいかなる適切な無線信号も通信に用いることができ、また、各トランシーバが送信機および別個のレシーバを含むことができることに、注意すべきである。
【００２７】
[0034]  ルータ２００がバックボーン・ルータを表す場合、ルータ２００は一つ以上のバックボーン・ネットワーク・インターフェース２１４を更に含む。バックボーン・ネットワーク・インターフェース２１４によって、ルータ２００は、一つ以上のバックボーン・ネットワーク１１４を通じて通信することを可能にされる。各バックボーン・ネットワーク・インターフェース２１４は、バックボーン・ネットワーク通じての信号の送信および／または受信のための任意の適切な構造、例えば、イーサネット（登録商標）インターフェースやワイヤレス・トランシーバを含む。
【００２８】
[0035]  後で詳しく述べるように、ルータ２００のトランシーバ２０６、２１０の一つ以上のものは、ＴＤＭＡタイム・スロットを用いて、複数のプロトコル、例えば、ＩＳＡ１００およびＷＨＡＲＴプロトコルの使用をサポートする。これにより、システム１００において、フィールド機器およびルータを、より容易に追加することや交換することが可能になる。これは、ＴＤＭＡタイム・スロットにおいての複数のプロトコルの使用をサポートするトランシーバ２０６、２１０の一つ以上の物理層を提供することによって、達成することができる。具体例においては、物理層は、ＩＥＥＥ 802.15.4標準に準拠する。
【００２９】
[0036]  図２は、工業用制御および自動化システムの無線ルータ２００の１つの例を示すが、図２に対してはさまざまな変更を行うことができる。例えば、特定の必要性に従って、図２の各種コンポーネントを、組み合わせることや、更に分割することや、省略することができ、また、追加コンポーネントを付加することができる。特定の例として、ルータ２００は、フィールド機器との通信のために用いられる同じトランシーバ２０６およびアンテナ２０８を用いる他のルータと通信することができる。また、「無線装置」または「無線ルータ」は、ワイヤレスでデータを送信および／または受信できる任意のデバイスまたはルータを表し、たとえそのデバイスまたはルータが有線接続を通じてデータを送信および／または受信する能力も有していた場合であっても、そうである。
【００３０】
[0037]  図３は、この開示に従った、複数の通信プロトコルをサポートする例示のＴＤＭＡ構造を示す。図３に示すように、デバイスの物理層は、反復するＴＤＭＡスーパーフレーム３００を４つのフレーム３０２―３０８に分割することができ、各フレーム３０２―３０８は複数のタイム・スロット３１０に分けられる。この特定の例では、スーパーフレーム３００は１秒の長さを有し、各フレーム３０２―３０８は２５０ｍｓの長さを有する。しかしながら、他の時間の長さがスーパーフレーム３００またはフレーム３０２―３０８に対して用いられることが可能である点に、注意されたい。
【００３１】
[0038]  様々なプロトコルが、様々なフレーム３０２―３０８の間に用いられる。この例では、様々なプロトコルがインタリーブされており、フレーム３０２および３０６ではＩＳＡ１００が用いられ、フレーム３０４および３０８ではるＷＨＡＲＴが用いられている。しかしながら、インタリーブ様式でのこれら２つのプロトコルの使用は、単なる例示を目的とするものである。デバイスは、スーパーフレーム３００内での、他の又は追加のプロトコル、２つより多くのプロトコル、およびプロトコルの任意の割付の使用を、サポートすることができる。例えば、プロトコルの使用は、等しくフレーム間で分けられる必要はない。特定の例として、ルータと通信するデバイスの７５％がＩＳＡ１００デバイスであり、２５％がＷＨＡＲＴデバイスである場合、４フレーム毎において３フレームの間はＩＳＡ１００を用い、４フレーム毎において１フレームの間はＷＨＡＲＴを用いることが可能である。フレームに対してのプロトコルの割り当ては、例えば、システム・インストレーションの間の、または他の時点での、または動的なユーザー入力に基づくなどのような、任意の適切な様式でなされる。
【００３２】
[0039]  様々なフレーム３０２―３０８のタイム・スロット３１０は、任意の適切な長さ（１以上）を有することができる。例えば、ＩＳＡ１００フレーム３０２および３０６のタイム・スロット３１０は、それぞれ、１１．７ｍｓの長さを有することができ、ＷＨＡＲＴフレーム３０４および３０８のタイム・スロット３１０は、それぞれ、１０ｍｓの長さを有することができる。タイム・スロット３１０に関しては他の長さを用いることもでき、タイム・スロットは、様々なフレームにわたって、また、同じフレーム内でさえでさえ、等しい長さを有する必要はない（フレームの最後のタイム・スロットが、フレーム内の残り時間を含めるために延ばされた時など）。
【００３３】
[0040]  時間を、ＩＳＡ１００とＷＨＡＲＴデバイスの間で割り当てられる複数のタイム・スロットに分割することによって、物理層は、様々なプロトコルに従って動作する様々なデバイスをサポートする。ここで示されるＴＤＭＡ構造は、例えば、ルータ２００のトランシーバ２０６、２１０の中にある任意の適切な装置の物理層によりサポートされることができる。さらに、この機能は、すでにインストールされている既存のルータにおいて得ることが可能であり、例えば、１つのプロトコルをサポートするルータに対してファームウェア・アップグレードを実行することにより、ルータが異なるタイム・スロットで第２のプロトコルを用いて通信することを可能にすることによって、得ることが可能である。
【００３４】
[0041]  図３は、複数の通信プロトコルをサポートするＴＤＭＡ構造の１つの例を示すが、図３に対してはさまざまな変更を行うことができる。例えば、上記の如く、２つより多くのプロトコルを任意の適切な順で用いることが可能である。
【００３５】
[0042]  図４は、この開示に従った、複数の通信プロトコルをサポートするためのスロット・セグリゲーションの例示の方法４００を示す。方法４００は、例えば、ルータ２００のトランシーバ２０６、２１０の物理層により実行されることができる。
【００３６】
[0043]  図４に示すように、ステップ４０２でデータ・パケットが受信される。これは、例えば、ルータ２００が有線または無線の送信媒体を通じてデータ・パケットを受信することを、含むことができる。ステップ４０４において、データ・パケットが分析される。これは、例えば、ルータ２００が受信データ・パケットと関連したプロトコルを識別することを、含むことができる。プロトコルは、例えば、データ・パケットのコンテンツや、データ・パケットを送ったデバイスに関する情報を用いるなどのような、任意の適切な様式で識別することができる。いくつかの実施形態では、データ・パケットは、そのパケットがＩＳＡ１００と互換性のあるパケットであるか又はＷＨＡＲＴと互換性のあるパケットであるかを判定するために、分析される。具体例において、データ・パケットのヘッダーのデータ・バイトは、プロトコルを識別するために用いることができる。ステップ４０６において、データ・パケットは、適切なプロトコル・スタックに送信される。これは、例えば、ステップ４０４からの解析結果に応じて、データ・パケットをＩＳＡ１００プロトコル・スタックまたはＷＨＡＲＴプロトコル・スタックへ送ることを含むことができる。
【００３７】
[0044]  この方法４００が、出て行く送信（「ダウン」プロトコル・ルーティング）のために送られているデータ・パケットと、入って来る受信（「アップ」プロトコル・ルーティング）の後に送られているデータ・パケットとの双方に対して生じることができることに注意されたい。ダウン・プロトコル・ルーティングに関しては、受信されるデータ・パケットのタイプは、メッセージを送信した装置の種類に基づくものであり得、そのデータ・パケットは、判定に基づいて適切なプロトコル・スタックへ送られる。アップ・プロトコル・ルーティングに関しては、受信されるデータ・パケットのタイプは、パケット・コンテンツに基づくものであり得、そのデータ・パケットもまた、判定に基づいて適切なプロトコル・スタックへ送られる。
【００３８】
[0045]  図４は、複数の通信プロトコルをサポートするためのスロット・セグリゲーションの方法４００の１つの例を示すが、図４対しては様々な変更を行うことができる。例えば、図４におけるステップは、任意の数のデータ・パケットに対して任意の回数だけ発生させられる。
【００３９】
[0046]  図５は、この開示に従った、複数の通信プロトコルをサポートするための例示の層のインプリメンテーションを示す。特に、図５は、上述のルータ１０８ａ―１０８ｃ、１１０ａ―１１０ｂ、２００において用いられることが可能であるプロトコル・スタック５００全体を例示する。
【００４０】
[0047]  図５に示すように、プロトコル・スタック５００は、ＩＳＡ１００アプリケーション層（ＡＰＰ）５０２、ＩＳＡ１００アプリケーション副層（ＡＳＬ）５０４、ＩＳＡ１００トランスポート層（ＴＬ）５０６およびＩＳＡ１００ネットワーク層５０８を含む。トランスポート層５０６およびネットワーク層５０８は、ＩＳＡ１００プロトコルのための標準ＯＳＩモデル・ファンクションをサポートすることができる。アプリケーション補助層５０４は、どのようなタイプのサービスをトランスポート層５０６で利用できるかについて上位層が知ることを不要にすることによって、、抽象化のレベルを提供する。アプリケーション層５０２はアプリケーションを実行し、それらのアプリケーションは、互いに、およびアプリケーション副層５０４を介して下層と、通信する。ユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ）層５１０は、ゲートウェイやバックボーン・ルータなどのような外部デバイスとの通信をサポートする。
【００４１】
[0048]  ＩＳＡ１００ネットワーク層５０８の下には、プロトコル・ルーティング層５１２がある。プロトコル・ルーティング層５１２は、出て行くデータ・パケットを、送信のためにＩＳＡ１００プロトコル・スタックまたはＷＨＡＲＴプロトコル・スタックの何れかへ送るために、「ダウン」プロトコル・ルーティングを実行することに対しての責任がある。いくつかの実施形態では、プロトコル・ルーティング層５１２は、データ・パケットを分析して、送信側装置がＩＳＡ１００デバイスかＷＨＡＲＴデバイスかを判定して、その判定に基づいてデータ・パケットをスタックへ送る。着信データに関して、プロトコル・ルーティング層５１２は、ＩＳＡ１００ネットワーク層５０８にデータ・パケットを送ることができる。
【００４２】
[0049]  ＩＳＡ１００プロトコル・スタックはＩＳＡ１００データリンク（ＤＬ）層５１４を用いてインプリメントされ、ＷＨＡＲＴプロトコル・スタックは、ＷＨＡＲＴネットワーク層（ＮＬ）５１６およびＷＨＡＲＴデータ・リンク（ＤＬ）層５１８を用いてインプリメントされる。これらの層５１４―５１８は、ＩＳＡ１００およびＷＨＡＲＴプロトコルのための標準OSIモデル・ファンクションをインプリメントすることができる。
【００４３】
[0050]  プロトコル・ルーティング層５２０は、入来するデータ・パケットを、更なる処理のためにＩＳＡ１００プロトコル・スタックまたはＷＨＡＲＴプロトコル・スタックの何れかへ送るために、「アップ」プロトコル・ルーティングを実行することに対しての責任がある。いくつかの実施形態では、プロトコル・ルーティング層５２０は、データ・パケットのコンテンツを分析して、パケットが、ＩＳＡ１００デバイスまたはＷＨＡＲＴデバイスからのデータを含むかどうかを判定する。次に、プロトコル・ルーティング層５２０は、判定に基づいてデータ・パケットを送る。出て行くデータに関して、プロトコル・ルーティング層５２０は、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）／物理（ＰＨＹ）層５２２に、データ・パケットを送ることができる。
【００４４】
[0051]  ＭＡＣ／ＰＨＹ層５２２（１以上）は、ＩＳＡ１００およびＷＨＡＲＴプロトコルを用いて無線チャネルを通じての通信をサポートする。データ・パケットを送信または受信するために用いる特定のプロトコルは、デバイスが現在動作しているタイム・スロットに基づいて変わり得る。例えば、図３に示すように、フレーム３０２および３０６のタイム・スロット３１０の間、ＭＡＣ／ＰＨＹ層５２２（１以上）は、ＩＳＡ１００プロトコルを用いることができる。フレーム３０４および３０８のタイム・スロット３１０の間、ＭＡＣ／ＰＨＹ層５２２（１以上）は、ＷＨＡＲＴプロトコルを用いることができる。
【００４５】
[0052]  この特定の例では、ＷＨＡＲＴトラフィックは、ＩＳＡ１００ネットワーク層５０８を介してバックボーン・ルータまたはゲートウェイへ、およびバックボーン・ルータまたはゲートウェイから、送られることが可能である。また、ＷＨＡＲＴトラフィックを、ＩＳＡ１００ネットワークを通じて送ることもできる。アプリケーション層５０２にあるＨＡＲＴ管理オブジェクト（ＭＯ）５２４は、ＩＳＡ１００ネットワーク層を介してＨＡＲＴ  ＤＬ構造を構成するために用いることができる。更に、具体例では、プロトコル・ルーティング層５２０は、パケットをＭＡＣ／ＰＨＹ層５２２（１以上）に転送するために、テンプレートおよびチャネルを用いることができる。
【００４６】
[0053]  図５は、複数の通信プロトコルをサポートするための層のインプリメンテーションの１つの例を示すが、図５に対しては様々な変更を行うことができる。例えば、ここではＩＳＡ１００およびＷＨＡＲＴの使用を示しているが、他の又は追加のプロトコル・スタックをサポートすることもできる。
【００４７】
[0054]  図６および７は、この開示に従った、複数の通信プロトコルをサポートするためのスロット・セグリゲーションを有する例示のアーキテクチャ６００、７００を示す。図６において、アーキテクチャ６００は、バックボーン・ルータまたはフィールド・デバイス・アクセス・ポイント６０２を含み、それは、多くのＩＳＡ１００デバイス６０４ａ―６０４ｍおよび多くのＷＨＡＲＴデバイス６０６ａ―６０６ｎと通信できる。デバイス６０４ａ―６０４ｍおよび６０６ａ―６０６ｎは、フィールド機器または他のルータを表すことができる。この特定の例では、ルータ／アクセス・ポイント６０２は、最高で４０個のＩＳＡ１００デバイスおよび４０個のＷＨＡＲＴデバイスと通信できるが、これらの値は単なる例示を目的とするものであり、サポートされるデバイスの実際の量は変わり得る。
【００４８】
[0055]  図７において、アクセス・ポイント７０２は、フィールド・ルータ（ＦＲ）７０４を介して間接的に、ＩＳＡデバイス７０６ａ―７０６ｍおよびＷＨＡＲＴデバイス７０８ａ―７０８ｎと通信することができる。この特定の例では、アクセス・ポイント７０２は最高で４０個のＩＳＡ１００およびＷＨＡＲＴデバイスと通信することができるが、この値も単なる例示を目的とするものである。
【００４９】
[0056]  図６および７は、複数の通信プロトコルをサポートするためのスロット・セグリゲーションを有しているアーキテクチャ６００、７００の例を示すが、図６および７に関してはさまざまな変更を行うことができる。例えば、他の任意の適切なアーキテクチャを用いることが可能である。
【００５０】
[0057]  いくつかの実施形態では、上述の様々な機能はコンピューター・プログラムによりインプリメントまたはサポートされ、このコンピューター・プログラムは、計算機可読のプログラム・コードから形成され、コンピュータ可読媒体に埋め込まれる。「計算機可読のプログラム・コード」というフレーズは、ソースコード、オブジェクト・コードおよび実行可能コードを含む任意のタイプのコンピューター・コードを含む。「コンピュータ可読媒体」というフレーズは、コンピュータによりアクセスされることができる任意のタイプの媒体を含み、それは、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、ハードディスク・ドライブ、コンパクト・ディスク（ＣＤ）、デジタル・ビデオ・ディスク（ＤＶＤ）、または他の任意のタイプのメモリを含む。「非一時的」コンピュータ可読媒体は、一時的な電気的または他の信号を運搬する、有線、無線、光学的、又は他の通信リンクを除外する。非一時的コンピュータ可読媒体は、データを永久的に記憶できる媒体、およびリライタブル光ディスクや消去可能メモリデバイスなどのような、データを記憶することができ且つ後で上書きできる媒体を、含む。
【００５１】
[0058]  この特許文献の全体にわたって用いられる特定の語句の定義を記載することは有益であり得る。用語「結合」およびその派生語は、２以上のエレメントの間での任意の直接的または間接的なコミュニケーションを指し、それらのエレメントが互いに物理的に接触するか否かは問わない。用語「アプリケーション」および「プログラム」は、一つ以上のコンピューター・プログラム、ソフトウェア・コンポーネント、命令のセット、プロシージャ、ファンクション、オブジェクト、クラス、インスタンス、関連したデータ、または、適切なコンピューター・コード（ソースコード、オブジェクト・コードまたは実行可能コードを含む）のインプリメンテーションに適用される上記のものの一部を指す。用語「受信」、「通信」、およびその派生語は、直接的または間接的な通信の両方を含む。用語「含む」および「から成る」、ならびにその派生語は、限定なく含むことを意味する。用語「または」は、「および／または」という意味を包含する。「関連（する）」というフレーズおよびその派生語は、〜を含む、〜の中に含まれる、〜と相互接続する、〜を内包する、〜の中に内包される、〜へ又は〜と接続する、〜へ又は〜と結合する、〜と通信する、〜と協働する、インタリーブする、並置する、〜と近接する、〜に又は〜と結び付けられる、〜を有する、〜の特性を有する、〜に又は〜と関係がある、またはこれらと似た意味を有する。「少なくとも一つの」というフレーズは、項目のリストと共に用いられるとき、リストされた項目の一つ以上のものの異なる組合せを用いることが可能であることを意味し、リストの１つの項目だけが必要とされることもあり得る。例えば、「Ａ、ＢおよびＣのうちの少なくとも一つ」は、以下の組み合わせを含む：ＡとＢとＣ、ＡとＢ、ＡとＣ、ＢとＣ、Ａ、Ｂ、およびＣ。
【００５２】
[0059]  この開示は、特定の実施形態と、一般に関連する方法とを記載したが、これらの実施形態および方法の変更および置換は当業者にとって明らかである。したがって、例示の実施形態の上記の説明は、この開示を定義も制限もしない。以下の特許請求の範囲に記載のこの開示の精神および範囲から逸脱することなく、他の変更、置換、および改造を行うことも可能である。
【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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