(57)【要約】【課題】【解決手段】  無線ユーティリティ・ネットワークは、無線ユーティリティ・ネットワーク内で通信する複数のユーティリティ・ノードを含む。無線ユーティリティ・ネットワークへのゲートウェイは、無線ユーティリティ・ネットワークのユーティリティ・ノードと通信し、無線ユーティリティ・ネットワークを少なくとも１つの他のネットワークに接続する。パケットは、送信されたパケットに含まれるルートに従って１つのユーティリティ・ノードから別のユーティリティ・ノードに送信される。送信されたパケットに含まれるルートは、含まれるルートの更新されたパス・コストを判定するために受信したネットワーク情報により更新され、パス・コストに基づいて好適なルートを選択するために別のルートと比較される。選択した好適なルートはパケットに含まれ、パケットは選択した好適なルートに従って別のノードに送信される。
2010536199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルーティング方法であって、
無線ユーティリティ・ネットワークの少なくとも１つの他のノードから更新されたリンク情報を受信するステップと、
前記無線ユーティリティ・ネットワークの１つ以上のノードを介するパスを特定する宛先アドレスまでのルートを含むパケットを前記無線ユーティリティ・ネットワークから受信するステップと、
前記宛先アドレスまでの別のルートが存在するか否かを判定するステップと、
前記宛先アドレスまでの少なくとも１つの別のルートが判定された場合、好適なルートを判定するために、前記少なくとも１つの別のルートと前記パケットに含まれる前記ルートとを比較するステップと、
前記好適なルートが前記少なくとも１つの別のルートである場合、前記パケットに含まれる前記ルートを前記好適なルートに置換するステップと、
前記含まれるルートに従って前記パケットを送信するステップと
を含み、
前記好適なルートの前記判定は、
少なくとも１つの隣接するユーティリティ・ノードから前記ユーティリティ・ノードにより取得された前記受信され更新されたリンク情報を含み、
前記取得したリンク情報は、
前記好適なルートを判定する際の比較のために、前記パケットに含まれる前記ルートの更新されたパス・コストを判定するのに使用される
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
パス・コストを更新するために使用される前記受信したリンク・コスト情報は、最小頻度のホップ、ロバスト性が最も高いホップ、最小トラフィックのホップ、最速のホップのうちの１つを特定する
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記受信したリンク・コスト情報は、前記無線ユーティリティ・ネットワークの少なくとも１つのリンクに対するリンク・コストを特定する
ことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記受信したパケットに含まれる前記ルートは、前記無線ユーティリティ・ネットワークと関連付けられるゲートウェイにより判定される
ことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項５】
パス・コストは、最小頻度のホップ、ロバスト性が最も高いホップ、最小トラフィックのホップ、最速のホップ、リンク・コストが低いリンクのうちの少なくとも１つの組合せに基づいている
ことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項６】
前記受信したリンク・コスト情報は、
前記無線ユーティリティ・ネットワークの別のノードに転送するために前記ユーティリティ・ノードにより受信されるパケットから取得される
ことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項７】
前記受信したリンク・コスト情報は、
隣接するユーティリティ・ノードの情報に対する少なくとも１つの要求に応答して受信される
ことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項８】
前記無線ユーティリティ・ネットワークの少なくとも１つの他のノードに前記選択したルートを送信するステップ
を更に含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項９】
前記選択したルートが送信前の前記パケットに含まれる前記ルートである場合、前記無線ユーティリティ・ネットワークの少なくとも１つの他のノードに前記選択したルートを送信するステップは、前記選択したルートに対する前記更新したパス・コストを送信するステップ
を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
無線ユーティリティ・ネットワーク内で通信するように構成される複数のユーティリティ・ノードと、
前記無線ユーティリティ・ネットワークの前記ユーティリティ・ノードの少なくとも１つと通信するように構成され且つ前記無線ユーティリティ・ネットワークを少なくとも１つの他のネットワークに接続する前記無線ユーティリティ・ネットワークへの少なくとも１つのゲートウェイと
を具備し、
前記無線ユーティリティ・ネットワークの１つのユーティリティ・ノードから前記無線ユーティリティ・ネットワークの別のユーティリティ・ノードに送信されるパケットは、前記送信されたパケットに含まれるルートに従って送信され、
前記送信されたパケットに含まれる前記ルートは、前記含まれるルートの更新されたパス・コストを判定するために受信したネットワーク情報により更新され、パス・コストに基づいて好適なルートを選択するために別のルートと比較され、
前記選択された好適なルートは、前記パケットに含まれ、
前記パケットは、前記選択された好適なルートに従って前記ユーティリティ・ネットワークの別のノードに送信される
ことを特徴とする無線ユーティリティ・ネットワーク。
【請求項１１】
パス・コストを更新するために使用される前記受信したリンク・コスト情報は、最小頻度のホップ、ロバスト性が最も高いホップ、最小トラフィックのホップ、最速のホップのうちの１つを特定する
ことを特徴とする請求項１０記載の無線ユーティリティ・ネットワーク。
【請求項１２】
前記受信したリンク・コスト情報は、
前記無線ユーティリティ・ネットワークの別のノードに転送するために前記ユーティリティ・ノードにより受信されたパケットから取得される
ことを特徴とする請求項１０記載の無線ユーティリティ・ネットワーク。
【請求項１３】
前記受信したリンク・コスト情報は、
隣接するユーティリティ・ノードの情報に対する少なくとも１つの要求に応答して受信される
ことを特徴とする請求項１０記載の無線ユーティリティ・ネットワーク。
【請求項１４】
前記無線ユーティリティ・ネットワークの少なくとも１つの他のノードに前記選択したルートを送信する手段
を更に具備することを特徴とする請求項１０記載の無線ユーティリティ・ネットワーク。
【請求項１５】
前記選択したルートが送信前の前記パケットに含まれる前記ルートである場合、前記無線ユーティリティ・ネットワークの少なくとも１つの他のノードに前記選択したルートを送信する手段は、前記選択したルートに対する前記更新したパス・コストを送信する手段
を含むことを特徴とする請求項１４記載の無線ユーティリティ・ネットワーク。
【請求項１６】
無線ネットワークにおいて通信するためのサーバ無線機を介するパケットの受信及び送信を制御し且つ前記無線ネットワークのノードまでのルートを選択してもよいサーバ制御器及び前記無線機を含む少なくとも１つのサーバと、
ノード無線機を介するパケットの受信及び送信を制御し且つ前記少なくとも１つのサーバまでのルートを選択してもよいノード制御器及び前記ノード無線機を含む前記無線ネットワークの複数のノードと
を具備し、
前記無線ユーティリティ・ネットワークの１つのユーティリティ・ノードから前記無線ユーティリティ・ネットワークの前記サーバに送信されるパケットは、前記送信されたパケットに含まれるルートに従って送信され、
送信されたパケットに含まれる前記ルートは、前記含まれるルートの更新パス・コストを判定するために受信したネットワーク情報により更新され、パス・コストに基づいて好適なルートを選択するために別のルートと比較され、
前記選択した好適なルートは、前記選択した好適なルートに従って前記ユーティリティ・ネットワークの別のノードに送信される前記パケットに含まれる
ことを特徴とする無線ネットワーク。
【請求項１７】
前記選択したルートを含むことにより、送信されたパケットに含まれるルートを置換する
ことを特徴とする請求項１６記載の無線ネットワーク。
【請求項１８】
パス・コストを更新するために使用される前記受信したリンク・コスト情報は、最小頻度のホップ、ロバスト性が最も高いホップ、最小トラフィックのホップ、最速のホップのうちの１つを特定する
ことを特徴とする請求項１６記載の無線ネットワーク。
【請求項１９】
パス・コストは、
最小頻度のホップ、ロバスト性が最も高いホップ、最小トラフィックのホップ、最速のホップのうちの少なくとも１つの組合せに基づいている
ことを特徴とする請求項１６記載の無線ネットワーク。
【請求項２０】
前記受信したリンク・コスト情報は、
前記無線ユーティリティ・ネットワークの別のノードに転送するために前記ユーティリティ・ノードにより受信されたパケットから取得される
ことを特徴とする請求項１６記載の無線ネットワーク。
【請求項２１】
前記受信したリンク・コスト情報は、
隣接するユーティリティ・ノードの情報に対する少なくとも１つの要求に応答して受信される
ことを特徴とする請求項１６記載の無線ネットワーク。
【請求項２２】
前記選択した好適なルートは、
前記無線ユーティリティ・ネットワークの少なくとも１つの他のノードに送信される
ことを特徴とする請求項１６記載の無線ネットワーク。
【請求項２３】
前記選択した好適なルートが送信前の前記パケットに含まれる前記ルートである場合、前記無線ユーティリティ・ネットワークの少なくとも１つの他のノードに前記選択したルートを送信することは、前記選択したルートに対する前記更新したパス・コストを送信することを含む
ことを特徴とする請求項２２記載の無線ネットワーク。
【請求項２４】
ノードからパケットを受信する前記サーバは、
更新したパス・コスト情報を取得するために前記パケットを検査し、
前記更新したパス・コスト情報は、
ルート選択時に前記サーバ制御器により使用される
ことを特徴とする請求項２３記載の無線ネットワーク。
【請求項２５】
前記サーバは、
最小頻度のホップ、ロバスト性が最も高いホップ、最小トラフィックのホップ、最速のホップのうちの少なくとも１つに基づいてルートのパス・コストを計算する
ことを特徴とする請求項２４記載の無線ネットワーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コモディティ配信システムを監視及び制御し、コモディティ配信システムに関して報告するために通信システムを使用する技術に関する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
ユーティリティ・スマート−グリッドの種々の構成要素及びデバイスを監視及び制御するための統合ネットワーク・プラットフォームが開示される。プラットフォームは、１つ以上の無線ネットワークと、少なくとも１つのワイド・エリア・ネットワークとから構成され、複数のゲートウェイを介していくつかの系列のネットワーク化スマート−グリッド監視／制御デバイスをネットワーク管理サーバ（サーバ）と相互接続する。各ゲートウェイには、制御器、パケット・フォーマッタ、少なくとも１つのＲＦトランシーバ、ネットワークルータ、メモリが搭載される。各ネットワーク・ノードは、ユーティリティ・グリッド構成要素（例えば、変圧器、変電所、給電線、家庭用メータ）とインタフェースし、無線ネットワークにおける１つのゲートウェイを介してサーバと通信する。各ネットワーク・ノードは、少なくとも１つの固有のネットワークアドレス、好ましくはＩＰｖ４又はＩＰｖ６アドレスと、レイヤ２ＭＡＣアドレスとを有する。ノードは、以下の機能のうち任意の１つを実行するように構成される。
すなわち、ノードは、
（ａ）複数のスマート−グリッド・デバイスのうち１つのデバイスからセンサ又はユーティリティ・メータ読取データ信号を受信し、パケット通信プロトコルを使用してデータメッセージを送信するように構成されるか、
（ｂ）スマート−グリッド管理サーバからコマンド信号を受信して実行し、状態報告を送出するように構成されるか、
（ｃ）デバイス再構成、ソフトウェア更新、セキュリティ更新等を受信して実行し、状態信号を送出するように構成されるか、
（ｄ）ポーリング、事象報告等に応答することによりスマート−グリッドの停電検出機能に関係するように構成される。
【０００３】
ネットワーク・デバイス及びゲートウェイは、デバイスがデータメッセージを出口ポイント（ゲートウェイ）と送受信するための最適化ルーティング情報を展開及び使用してもよい。ネットワーク・デバイスにより展開された最適化ルーティング情報は、「ローカル」ルーティング情報と呼ばれてもよい。ゲートウェイにより展開及び最適化され且つ各ネットワーク・ノードに対して利用可能にされた情報は、「集中化」ルーティング情報と呼ばれる。各ネットワーク・ノードによるルート最適化処理は、開示される新しい技術に基づいて実際のリンク及びパス・コストを解析及び利用することを含む。ノードは、最小頻度のホップ、ロバスト性が最も高いホップ、最小トラフィックのホップ、最速のホップのうちの１つに基づくルートか又はリンク／パス・コスト・アルゴリズムの結果に基づくルートを選択する。
【０００４】
また、ゲートウェイは、出口の無線ネットワークにおいて登録された各ネットワーク・ノードに対する利用可能なルーティング情報を収集する。ゲートウェイは、各ノードに関連するリンク及びパス・コストを収集及び解析し、最先端のリンク／パス・コスト計算解析に基づいてルーティング・テーブルを最適化する。ゲートウェイは、最小頻度のホップ、ロバスト性が最も高いホップ、最小トラフィックのホップ、最速のホップのうちの１つに基づくルートか又はリンク／パス・コスト・アルゴリズムの結果に基づくルートを選択する。更にゲートウェイは、１つ以上の中間ノードを介して種々のノードから受信したパケットの解析に基づいてルーティング・テーブルのルーティング情報を更新する。ゲートウェイは、ノードからの最新のルーティング情報の要求に応答して又はユニキャストモードで、無線ネットワークの各ノードに最新のルーティング情報を伝播する。
【０００５】
「ローカル」ルーティング情報の最適化中、バッテリで動作するノードは、バッテリ容量（battery charge）への影響（impact）に基づいて出口ポイントまで１つ以上のホップのルートを選択してもよく、バッテリ容量への影響が最小のルートを利用してもよい。ノードは、緊急時以外、「ネットワークポリシー」であるバッテリ式中間ノードの代わりに定電力ノードを中間ホップとして利用してもよい。ルート選択は、バッテリの状態（最新／新品、満充電対低充電等）に従ってバッテリ式ノードに関する情報に基づいてもよい。特定の一実施形態において、発信元ノード及びゲートウェイによるルート選択は、発信元ノード及びゲートウェイにより受信される隣接ノードの最新のリンク状態情報に基づいてもよい。
【０００６】
ゲートウェイは、バッテリ式ノードの識別に関してルーティング・テーブルに情報を維持し、各ノードは、自身の判断によりルート選択時にその情報を利用してもよい。
【０００７】
各ノード及びゲートウェイがルート最適化の際に測定及び利用してもよい１つの他の主なリンク／ネットワーク・パラメータは、周囲ノイズレベルを含む。ネットワークにおけるこのパラメータは、ネットワーク効率全体に影響を及ぼし、殆どの場合、ネットワークの全てのノードの送信電力レベルに関連する。送信電力レベルが低い程、周囲ノイズは低くなり、より低い送信電力レベルで適切なリンク品質を達成することに寄与するとともに、また、「ネットワーク効率」とも呼ばれるネットワークスループットを改善することに寄与する。
【０００８】
本明細書で説明する好適な実施形態において、ネットワーク・ノードは、１つ以上の無線ネットワーク及び関連するゲートウェイに登録されてもよく、また、それらの一部であってもよい。従って、ノードは、データメッセージに対して１つ以上の出口ポイントを有し、自身が属する無線ネットワーク毎に別個の最適化ルーティング情報を有する。各ノードは、自身が属するネットワーク毎に固有のレイヤ２及びＭＡＣネットワークアドレスを有する。これは、マルチ出口／マルチ入口ネットワーク構成と呼ばれる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】可能な一実施形態に従って、スマート−グリッド物理インフラストラクチャと重複するネットワーク構成を説明するスマート−グリッド・ネットワークを示す図である。
【図２】可能な一実施形態に従って、ユーティリティ無線ネットワークのノードのルーティングマップを示す図である。
【図３】可能な一実施形態に従って、ユーティリティ・ネットワーク・ノードを示す機能図である。
【図４】可能な一実施形態に従って、無線ネットワークゲートウェイを示す機能図である。
【図５】可能な一実施形態に従って、ネットワーク・アドバタイズメント（ＮＡＤＶ）メッセージの形式の一例を示す図である。
【図６】可能な一実施形態に従って、発信元ノードにおけるルーティング・テーブルの一例を示す図である。
【図７】可能な一実施形態に従って、ゲートウェイに対する発信元ノード登録メッセージの形式の一例を示す図である。
【図８】可能な一実施形態に従って、スマート−グリッド・ネットワークのノードによるルート発見の一例を示す図である。
【図９】可能な一実施形態に従って、ネットワーク・ノードにおけるルート選択処理を示す図である。
【図１０】可能な一実施形態に従って、スマート−グリッド無線ネットワークにおけるルーティング発見及び最適化処理の一例を示す図である。
【図１１Ａ】可能な一実施形態に従って、ルート発見及び最適化処理中に展開されるルーティング・テーブルの一例を示す表である。
【図１１Ｂ】可能な一実施形態に従って、ルート発見及び最適化処理中に展開されるルーティング・テーブルの一例を示す表である。
【図１２】可能な一実施形態に従って、スマート−グリッド無線ネットワークの例におけるノードによる出口のための好適なゲートウェイの発見の一例を示す図である。
【図１３】可能な一実施形態に従って、スマート−グリッド無線ネットワークの例における３つのノードによるルート最適化処理の３つの例を示す図である。
【図１４】可能な一実施形態に従って、スマート−グリッド無線ネットワークの例における３つのノードによるルート最適化処理の３つの例を示す図である。
【図１５】可能な一実施形態に従って、スマート−グリッド無線ネットワークの例における３つのノードによるルート最適化処理の３つの例を示す図である。
【図１６】可能な一実施形態に従って、スマート−グリッド無線ネットワークの例における発信元ノードに対するゲートウェイによる戻り（下流）ルート選択の一例を示す図である。
【図１７】可能な一実施形態に従って、ステップ毎のルートセットアップ処理を示すシーケンス図である。
【図１８】可能な一実施形態に従って、ノード登録に対するゲートウェイ処理制御を示す図である。
【図１９】可能な一実施形態に従って、ルーティング処理中のゲートウェイ処理制御を示す図である。
【図２０】可能な一実施形態に従って、ルーティングのためのパケット処理のノード制御器処理制御の一例を示す図である。
【図２１】可能な一実施形態に従って、パケット処理のノードＲＦインタフェース処理制御の一例を示す図である。
【図２２】可能な一実施形態に従って、ゲートウェイ・ルーティング・テーブル更新処理の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（スマート−グリッド・ネットワーク）
一般に、電気ユーティリティ・グリッドは、
・発電（分散した発信元）
・送信及びスイッチング（超高電圧）
・分散ネットワーク（低電圧）
・消費者及び構内配電／監視電子機器
から構成される。
【００１１】
特に指示のない限り、ユーティリティという用語は、電気ユーティリティを示すために使用される。ユーティリティ業界は、エネルギー生成管理からエンド消費者によるエネルギー消費まで十分な接続性及び相互運用性で放射状電力系統から真の対話型デジタルネットワークに推移している。この十分に機能を備えたネットワークを用いたユーティリティ・インフラストラクチャは、スマート−グリッドと呼ばれている。多くの場合、双方向の動的な情報フローをサポートするネットワークは、スマート−グリッド・ネットワークと呼ばれる。特に指示のない限り、スマート−グリッド・ネットワークという用語は、ユーティリティ・ネットワークを示すために使用される。このユーティリティ・ネットワークは、上記に一覧表示した４つの全ての構成要素を含んでもよいが含まなくてもよい。スマート−グリッド・ネットワークは、実現されると、家庭内の機器及び設備を監視及び制御する構内ネットワークのように補助ネットワーク及びデバイスをサポートできる。なお、スマート−グリッド・ネットワーク及び／又はユーティリティ・ネットワークは、水及びガス等のユーティリティにより動作される他のコモディティ配信システムと共に使用されてもよい。所定のユーティリティ・ネットワークは、電気及びガス等の２種類以上のコモディティを含んでもよく、それにより、双方のコモディティの制御及び監視の少なくともいずれかが可能になる。
【００１２】
好適な一実施形態において、スマート−グリッド・ネットワークは、ＷＡＮ及び専用ネットワークを介するサーバとの双方向通信において１つ以上の無線ネットワークのデバイス・ノード及びゲートウェイから構成される。本明細書で説明する一実施形態は、スマート−グリッドの全ての構成要素間での双方向情報フローを容易にするように柔軟に拡張されるスマート−グリッド・ネットワークの分散セグメントにおいてインテリジェント双方向パケットルーティング機能を提供する。
【００１３】
図１は、ユーティリティ・スマート−グリッド・インフラストラクチャの構成要素と重複するスマート−グリッド・ネットワークを示す。スマート−グリッドの分散監視／制御デバイスに配置されるネットワーク化デバイス１５０は、２つ以上のゲートウェイ１４０を有してもよい無線ネットワーク１１０の一部である。ゲートウェイ１４０は、第２のネットワークＷＡＮ１２０を介して到達可能であるスマート−グリッド・サーバ１３０に無線ネットワーク・ノード１５０を接続する。２つ以上のＷＡＮ１２０及び２つ以上のサーバ１３０が存在してもよい。スマート−グリッドの他の構成要素（例えば、エネルギー生成機能、変電所、高電圧幹送電線及び高電圧交換局）のリモート監視／制御を提供するスマート−グリッド・ネットワークにおける他の無線ネットワーク１１１、１１２が存在してもよい。これらの無線ネットワークのネットワーク化デバイス１５２、１５３、１５４は、１つ以上のゲートウェイ１４０及び１つ以上のＷＡＮ１２０を介してスマート−グリッド・サーバ１３０と双方向通信中である。
【００１４】
図示するように、スマート−グリッド・サーバは、第２のネットワーク（ＷＡＮ、インターネット、イントラネット等）にある。第２のネットワークは、ＩＰネットワーク（ＩＰｖ４又はＩＰｖ６）であってもよい。他の種類の第２のネットワークは、本発明の機能内で利用されてもよい。標準的なルータ、ブリッジ及び他のネットワークインタフェースは、第２のネットワーク及びスマート−グリッド・サーバ１２０とゲートウェイ１４０を接続するために使用されてもよい。
【００１５】
無線ネットワーク１１０は、１つ以上のゲートウェイ１４０を含んでもよい。ゲートウェイ１４０は、本発明の好適な実施形態において、第１のネットワーク（無線ネットワーク）のデバイスと第２のネットワーク（ＷＡＮ）のスマート−グリッド・サーバとの間の主なインタフェースであり、全ての必要なパケット再フォーマット及びアドレス変換サービスを提供する。本発明の好適な一実施形態において、ゲートウェイ１４０は、ＲＦ無線機及び無線制御器を含むサーバとして実現されてもよく、ゲートウェイが無線ネットワークにおいて無線機を有する他のデバイスと通信することを可能にする。特に指示のない限り、ゲートウェイ及びアクセスポイントという用語は交換可能であると考えられる。無線ネットワークは、第２のネットワークとは異なる種類のパケットフォーマッティングを利用してもよい。無線ネットワークが非ＩＰパケット構造又は第２のネットワークとは異なるＩＰパケット構造（例えば４、ＩＰｖ６対ＩＰｖ４、Ｘ．２５対ＩＰｖ４等）を使用する場合、ゲートウェイは、第１のネットワークと第２のネットワークとの間でパケットを転送する前に必要なプロトコル変換を実行する。
【００１６】
好適な実施形態について、スマート−グリッド・ネットワークの分散部分において説明する。当業者にとって、本明細書で開示される方法及びシステムは、スマート−グリッド・ネットワークの他の構成要素又はサブ構成要素に同様に適用可能である。スマート−グリッド・ネットワークの分散部分について、図２において説明する。無線ネットワーク−１（２３０）は、ゲートウェイ−１（２４０）及び複数のネットワーク・ノード２５０（２５１、２５２、２５３、．．．として示す）から構成される。ゲートウェイ２４０は、ＷＡＮ−１（２２０）を介してスマート−グリッド・サーバ−１（２１０）に接続される。種々の実施形態において、無線ネットワーク−１において２つ以上のゲートウェイが存在してもよい。同様に、スマート−グリッド分散ネットワークに２つ以上の無線ネットワークが存在してもよく、２つ以上のＷＡＮは各無線ネットワークを１つ以上のスマート−グリッド・サーバに接続する。
【００１７】
例示する実施形態において、無線ネットワークには、少なくとも３種類のネットワーク・デバイス・ノードが存在する。ＣＰＤでラベル付けされたノードは、デバイスの場所（一般に電気メータの場所）においてグリッドの負荷線から電力を供給される定電力ネットワーク・ノードである。ＢＰＤでラベル付けされたノードは、グリッドの負荷線から電力を供給できないデバイスにより位置が特定されるバッテリ式ノードである（例としては、何らかの理由のためにメータから離れた場所に配置される必要があるため、負荷線から電力を消費できない水道メータ、ガスメータ及び電気メータに配置されるノードがある）。別の種類のノードは、Ｒでラベル付けされ、隣接ノードからゲートウェイに向けて更に上流に又は指定ノードに向けて下流にパケットを能動的に中継し、再構成し、再形成する中継器又はリピータとして動作する。中継器は、電源に近接するポールに搭載された中継器であってもよく、バッテリによりバックアップされてもよい。特定の数のＣＰＤノードは、バッテリバックアップを更に有してもよいため、それらのノードはグリッドの停電の場合にも機能し続けられる。いくつかの実施形態において、メータが配置される可能性がある電源から離れた場所にあるために、デバイス・ノードはバッテリで動作する必要がある。
【００１８】
無線ネットワークのデバイス・ノード及びゲートウェイの機能性構成要素を図３及び図４に示す。
【００１９】
図３に示すように、デバイス・ノード３００は、デバイスインタフェース３２０、ノードデジタル制御器３３０、記憶メモリ３４０、無線ＲＦトランシーバ３５０（又は無線機）及びアンテナ３６０を含んでもよい。デバイスインタフェース３２０は、スマート−グリッド・デバイス（不図示）に接続してもよい。ノードデジタル制御器（又はノード制御器）は、双方向情報フロー、ルーティングデータ解析、ルート最適化、ルート選択、メッセージ作成／処理及びコマンド／制御／監視機能を管理してもよい。好適な実施形態において、ＲＦトランシーバ３５０及びアンテナ３６０は、９０２〜９２８ＭＨｚの帯域の周波数帯域で動作し、ＤＳＳＳ ＣＤＭＡ、ＦＨＳＳ ＣＤＭＡ、ＯＦＤＭ無線アクセス技術のうちの１つを使用する。他の周波数帯域及び変調方式は、本発明の機能内で完全に実現可能である。無線ネットワークにおける「１ｋｂ／ｓから１．０Ｍｂ／ｓを超える範囲」のデータ速度は、現在の無線技術により容易に達成される。なお、ノードデバイス３００は、無線ネットワーク内のノードと呼ばれてもよく、あるいはユーティリティ・ノードと呼ばれてもよい。ノードサブシステムは、ノード制御器及びノード無線機と呼ばれてもよい。
【００２０】
無線ネットワーク２３０は、１つ以上のゲートウェイ２４０を含む。このゲートウェイについては図４に示される。ゲートウェイ４００は、ＷＡＮインタフェース／ルータ４５０、メモリ４４０、ゲートウェイデジタル制御器（又はゲートウェイ制御器）４３０及び無線ＲＦトランシーバ４２０を含んでもよい。ＷＡＮ／インタフェースルータ４５０は、１つ以上のＷＡＮ２２０を介する１つ以上のスマート−グリッド・サーバとの双方向デジタルパケット通信リンクを維持する。無線ＲＦトランシーバ４２０及びアンテナ４１０は、各ネットワーク・デバイス・ノード２５０との双方向パケット通信リンクを維持する。ゲートウェイデジタル制御器は、ＷＡＮ及び無線ネットワークとの双方向情報フロー、ルーティングデータ解析、ルート最適化、ルート選択、メッセージ作成及び処理、ネットワーク・ノードを介するスマート−グリッド・デバイスのコマンド／制御／監視、全てのネットワーク・ノードの登録及びアドレステーブルの維持、並びに関連する機能を管理する。ゲートウェイは、スマート−グリッド・ネットワーク内で要求及びコマンドを実行する際にスマート−グリッド・サーバに対するプロキシとして機能してもよい。ゲートウェイがサーバとして設置される実施形態において、上述したように、ゲートウェイ制御器はサーバ制御器と呼ばれてもよい。更にそのような実施形態において、ゲートウェイ・トランシーバは、サーバ・トランシーバ又はサーバ無線機と呼ばれてもよい。
【００２１】
（スマート−グリッド無線ネットワークにおけるパケットルーティング）
スマート−グリッド無線ネットワークの分散構成要素におけるパケットルーティングの好適な実施形態について本明細書に説明し、例として一実施形態を提供する。
【００２２】
（ルーティング・システム）
好適な実施形態において、ルーティング・システムは、以下の構成要素を含んでもよい。
・ルート・パスの発見
・パス情報の維持
・ゲートウェイ及び上流隣接ノードへのノード登録
・ゲートウェイにおけるルーティング・テーブル
・ルート最適化及び更新
【００２３】
ルーティング・サブシステムの本発明の好適な実施形態は、レイヤ２ルーティングのためのコード・エンティティＤＬＦ（Data Link Forwarder）及び隣接ノードを取得し且つ隣接ノード間のタイミング情報を維持するためのコードエンティティＭＬＭＥ（Media Access Control Sub-Layer Management Entity）を利用する。ＤＬＦは、ＡＰＩの集合を介してＭＬＭＥにインタフェースする。
【００２４】
（ルートパスの発見）
この処理について、図２を利用して説明する。
ＣＰＤ−７（２５７）及びＲ−１（２５５）（全てのＣＰＤ及びＲノードに当てはまる）等のノードは、例えば。以下の場合にネットワーク発見を開始してもよい。
・存続可能な出口ノードを有さない場合（いずれのゲートウェイとも関連付けられない場合）
・管理上、あるいはパスの障害又は伝播損失のために、上流ノードとの通信が切断された場合
・登録されている無線ネットワークの１つのゲートウェイへの周期的登録メッセージが少なくとも３回失敗した場合
・新しい無線ネットワークが他のノードからの入力メッセージを介してアドバタイズされる場合
【００２５】
例えば、指定されたマスタ（ＣＰＤノード２５６及び２５８）へのリンクが切断された場合、ＢＰＤ−１（２５６１及び２５８１）等のノードはネットワーク発見を開始してもよい。
【００２６】
例示する実施形態において、ノードは２つの基本的な処理、すなわち、ブロードキャスト発見及び隣接ノードクエリを使用して隣接するノードを発見する。ノードが立ち上がった時、ＭＬＭＥは「ブロードキャスト発見処理」を介してそのノードに隣接するノード（又は直接接続されたＲＦリンク）の全てを見つけてもよい。ＭＬＭＥは、これを無作為に行ない、ブロードキャスト発見フレームを送出し始める時期を判定してもよい。好適な実施形態において、この処理は、ブロードキャスト発見フレームが周波数帯域９０２〜９２８ＭＨｚで動作する無線ネットワークにおいて送出されることを保証する。この処理は、他の無線アクセス方法を使用して他の周波数帯域において実行されてもよい。
【００２７】
例示する実施形態において、ブロードキャスト発見に対して２つのモード、すなわちアグレッシブ及びパッシブが存在する。デバイスは、電源が投入されると、ミリ秒単位であってもよいランダム間隔で発見フレームを送出するアグレッシブ発見モードに入ってもよい。アグレッシブ発見期間が終了した場合、デバイスはパッシブ発見モードに入ってもよい。パッシブ発見モードにおいて、ノードが各ブロードキャスト発見フレームを送出する際には一般に分単位のより長い待ち時間が必要となる場合がある。
【００２８】
発見処理が１つの隣接ノード又は隣接ノードの集合を見つけると、ＭＬＭＥは、直接隣接ノードに関して発見した隣接ノードをクエリしてもよい（それに応答して直接隣接ノードの全てが提供されるのが好ましい）。これは、より迅速にネットワーク環境を発見するために（任意の１つの特定のデバイスに接続することを期待して大量のフレームをブロードキャストすることと異なる）行なわれてもよい。隣接ノードクエリ機構は、単純なクエリ／応答であるのが好ましい。すなわち、隣接ノードクエリを受信するノードは好ましくはリスト中の全てのノードに基準を適用し、その基準に「一致」する全てのノードは隣接ノード応答に配置されるのが好ましい。基準が与えられない場合、リスト中の全てのノードが隣接ノード応答に配置されてもよい。
【００２９】
ＭＬＭＥは、発見が終了した時期、すなわち、全て（好ましくは）のノードが隣接ノードに関してクエリされ、それらの隣接ノードに到達しようとする試みがされた時期をＤＬＦに通知してもよい。
【００３０】
ＤＬＦは、ＭＬＭＥにより構築された隣接ノードのリストを使用して、アドバタイズされた出口ルートを見つけようとしてもよい。ＤＬＦは、ＭＬＭＥの隣接ノードテーブルのデバイスからの「ネットワーク・アドバタイズメント」（ＮＡＤＶ）メッセージをリスンすることによりこのタスクを達成してもよい。
【００３１】
ＮＡＤＶメッセージは、出口ルートのパス・コスト及びホップ数を含む出口ルートの集合をアドバタイズしてもよい。パス・コストは、全ての候補パスのうちその出口（ＡＰ）と関連付けられる最小コストである。ホップ数は、その出口に到達するのに必要な最大のホップ数である。ホップ数は、ルーティング・ループを防止するために使用され、パス・コストと共に使用されない。ＮＡＤＶメッセージの形式を図５に示す。宛先アドレスは、ネットワーク・アドバタイズメントが最終的に到着する際の送信元となるノードのＭＡＣ又はレイヤ２ＩＰ（ＩＰｖ４又はＩＰｖ６）アドレスである。殆どの場合、ネットワークが出口（ゲートウェイ）ノードにより識別されるため、宛先アドレスは出口ポイント（又はゲートウェイ）である。
【００３２】
各ノードは、ＮＡＤＶメッセージの形式で受信されたアドバタイズメントから、利用可能なネットワーク、各ネットワークを識別する出口ノード（ゲートウェイ）及びその出口ノードへの利用可能なパスを一覧表示するルーティング・テーブルを構成できる。利用可能なパスの各々は、ホップシーケンス、パスの種類を記述するフラグ、並びにリンク及びパス・コストにより記述されるのが好ましい。フラグは、ルートの種類、すなわちテーブルの永続的なエントリであるか、受信ノードによりアドバタイズされるか等を示す。好適な実施形態において、ノードは、ネットワークに対する合計のコスト（リンク及びパス・コスト）が低い１つ以上の上流ノードに登録することを決定する。他の実施形態は、ネットワークへの長期出口を提供する際にリンクの検査された信頼度を含む他の基準を使用してもよい。ＮＡＤＶメッセージの一部として受信された他の情報は、デバイスの種類（ＢＰＤ、ＣＰＤ、Ｒ、ＣＤ）及びインストールされた日付を含んでもよい。ネットワーク周囲ノイズデータを蓄積したノードは、その情報を更に含んでもよい。このノイズ閾値は、受信範囲内の全体的なネットワークトラフィックの標識である。このレベルにより、適切なビット誤り率（ＢＥＲ）で隣接ノードに到達するのに各ノードにおいて必要とされる送信電力が判定される。全てのノードをより低い平均総合電力で送信する場合、ノイズレベルはより低くなり、より多くのノードが周波数帯域において対応されることを可能にし、それによりネットワーク効率は向上する。これは、高密度なネットワークにおいて重要な要素である。
【００３３】
他の実施形態は、そのノードにおける一般的なトラフィック負荷、インストール及びサービス開始の日付等のＮＡＤＶの属性を考慮してもよい。他の実施形態は、ノードにおける一般的なトラフィック密度、バックアップのバッテリの電力可用性及び発信元ノードにより高信頼ルーティングマップを確立する際に有用な他の属性を含んでもよい。
【００３４】
図６から分かるように、ルーティング・テーブルは、ルートの集合を介する出口に対する全てのパス及びそのルートの各ホップに関する情報を反映するように編成される。例えば、発信元モードが登録されるゲートウェイ（出口ポイント）は２つ存在してもよい。図６に示す例において、ゲートウェイ毎に１つのルートが示される。各ルートに対して、Ｎホップ存在してもよい。ルーティング・テーブルは、各ルートのホップ毎にリンク・コスト、パス・コスト、ノードの種類、アドレス、品質／トラフィック情報、ＮＡＤＶ処理を介して受信される他の関連情報を維持する。ネットワーク出口ポイント毎にルーティング・テーブルに一覧表示されるルートは２つ以上存在してもよい。この情報は、最新のネットワーク状況を反映するために常に更新される。
【００３５】
ノードは、ルーティング・テーブル情報から宛先アドレス（Ｌ２又はＭＡＣ）、各アドレスに関連付けられる種類、ノードに関する他の関連要素、性能要素及び出口に対するパス・コストの文字列によりパケット転送又はルーティング・テーブルを構成してもよい。本発明の好適な実施形態において、種類は宛先と関連付けられる選択優先度を反映し、
（１）ソース−ルート／ローカルに発見される（source-routed/locally discovered）
（２）ソース−ルート／ゲートウェイからの受信（source-routed/locally discovered）
（３）ホップ・バイ・ホップ（hop-by-hop）
（４）直接隣接ルート（direct adjacency route）
（５）トラッキング・パス・ネットワーク・トラフィックから取得されたパンくずルート（bread-crumb route picked up from tracking passing network traffic）
のうちの１つであってもよい。
【００３６】
図６は、一覧表示されてもよいルートの種類の一例を示す。ソース−ルート・タイプの本発明の好適な実施形態において、発信元ノードの次ホップ（ノード１）と共に一覧表示される。ソース−ルート・タイプの宛先の場合、ホップのアレイは転送テーブルの宛先と共に明示的に示される（ノード１．．．Ｎ）。同一の宛先に対する複数のエントリは、タイプ（種類）のフラグ、デバイスタイプ、メッセージタイプ及びパス・コストにより判定されてもよい優先順位で一覧表示されてもよい。本発明の好適な実施形態において、宛先アドレスに到達しようとする場合、最初にノードは好適なゲートウェイを介する出口に対するルーティング・テーブルの第１のエントリを使用する。ルーティング・テーブルのエントリは、パス・コスト及びリンク・コストの昇順でリンクされたリストに維持される。他の実施形態において、ルーティング・アルゴリズムは、宛先アドレスへの順方向パスの集合を構造化することにより、発信元ノードで維持されるルーティング情報を考慮して宛先毎にソース・ルート・エントリを作成する。更に他の実施形態において、ノードはある時点で通過するトラフィックから受信したパンくずルート（bread-crumb route）を使用する。
【００３７】
（パス情報の維持）
本発明の好適な実施形態において、ルーティング・テーブルの好適なルートのホッピング・シーケンスのノード１又はノード２としてルーティング・テーブルに存在する上流隣接ノード及び下流隣接ノードは、クロックを同期し且つノードが互いにパケットを交換できることを保証するために使用されるＭＬＭＥビーコン又は対象とする周期的キープアライブメッセージを介して常に維持される。この一定の接続及びフィードバックは、以下を含む複数の目的のためにＬ２ルーティングレイヤにより使用されてもよい。
・隣接ノードの更新データは、タイミング更新ビーコンで下流デバイスに通信される。
・ノードは、下流又は上流ノードが消滅したかを検出するためにＭＬＭＥを使用する。
ノードの上流リンク特性は、例えば、以下の場合に変更されてもよい。
・上流ノードが消滅する場合
・新しい好適な上流ノードが検出される場合
・リンク品質が変更する（徐々に平滑化される）場合
【００３８】
本発明の好適な実施形態において、これらの規則はパスの全ての上流ノードに繰り返し適用される。調整が行なわれる場合、ノードは各出口ノードに対するコストを再計算する。上流ノードに対するノードのコストが閾値により設定されるように統計的に有意にルーティングする場合に介する１つのネットワークに対するコストを変化させる場合、次のＭＬＭＥビーコンの集合でその情報を下流ノードに配信する。
【００３９】
本発明の好適な実施形態において、ネットワーク情報の変更は、変更の部分的なリストが配信されていることを示す０ｘ２にプロトコルタイプフィールドを設定した状態で「隣接ノードリスト」メッセージにより伝播される。一実施形態において、これは、新しいネットワークの追加又は既存のネットワークのコストの変更を反映できる。上流ノードが消滅し、特定のネットワークが実際上ルーティング可能でなくなると、「隣接ノードリスト」メッセージは、ネットワークが上流ノードネットワークリストから除去されたことを示す０ｘ３にプロトコルタイプを設定した状態で送出される。
【００４０】
本発明の好適な実施形態において、ゲートウェイはユニキャストされる周期的ネットワーク登録メッセージによりネットワークトポロジの変更に関して通知される。これらのメッセージは、ルーティング情報伝播処理の一部としてゲートウェイによりゲートウェイのネットワーク内の全てのノードにより送出されてもよく、それらの上流ノード及び／又は各上流ノードに対するリンク・コストの完全なリストを含んでもよい。
【００４１】
本発明の好適な実施形態において、ＭＬＭＥはルーティングの目的でリンク・コストを判定するためにＤＬＦにより使用される２つの平滑化平均、すなわち平滑化ＲＳＳＩ及び平滑化情報成功率を保持する。「平滑化」という用語は、データに対して行なわれる平均化の種類を示す。本発明の好適な実施形態において、平均化には以下を使用する。
平滑化平均＝Ａ＊平均＋Ｂ＊サンプル；Ｂ＝（１−Ａ）
この種の平均化は、格納するのに大容量メモリを必要とせず（最後のＮ個のサンプルを格納するとは対照的である）、更に制御可能な量の「履歴」を有する。履歴という用語は、新しい値が現在の平滑化平均にどの程度影響を及ぼすかを示す。これは、Ａ値及びＢ値により制御されてもよい。大きなＡ値は、平均がより小さなＡ値より多くの履歴を有することを意味する。他の実施形態は、普及しているネットワーク状況の下で望ましい他の平均化技術を使用できる。
【００４２】
ＲＳＳＩは、受信信号強度標識である。この値は、ノードから受信した全てのフレームに対して測定されてもよい。任意のフレームがノードから受信された時、そのフレームのＲＳＳＩは平均化の式を使用して平滑化ＲＳＳＩに平均化されるのが好ましい。
【００４３】
本発明の好適な実施形態において、「情報」成功率の基準は、リンク品質の最適な測定値としてルーティング決定をする際に平滑化ＲＳＳＩ計算と共に使用される。「情報」成功率は、パケット成功率のレコードである。「情報」という用語は、通信を開始したフレーム以外のフレームを示すために使用される。ホッピング・シーケンスを対象にするノードに送出された第１のフレームは、干渉のため又は受信機が使用中であるために失敗する可能性がある。対象とするノードがリスンするフレームのみを含み且つ通信開始時のフレームを含まない情報成功率は、受信機の負荷により大きく変動しないリンク品質測定値を提供する。情報成功率は、リンク品質の最適な標識であると考えられる。
【００４４】
（上流隣接ノード及びゲートウェイへのノードの登録）
各ノードは、ネットワークでルーティングに使用しようとする上流ノードに明示的に登録されてもよい。この登録は、上流ノードが登録するノードに関する最新のタイミング情報を保持し且つ下流ルーティング・テーブルエントリを保持しようとしていることを意味する。これは、トラフィックが出口に向けて流れるだけでなく、ノードに向けて戻ることができることを保証する。
【００４５】
ノードは、「上流レジスタ」メッセージを送出することにより上流ノードに登録される。「上流レジスタ」メッセージは、デバイスＩＤ、デバイスの種類及び隣接ノード・コスト（隣接ノード・ヘルス計測値：neighborhood health metric）を含む。隣接ノード・ヘルス計測値は、上流ノードが過負荷状態になった時に下流ノードを選別するために使用される。小さな隣接ノード・ヘルス計測値（及び従って推定される低いパスダイバーシティ）を有するノードは、大きな隣接ノード・ヘルス計測値を有するノードより前に優先して選択される。隣接ノード・コストは、潜在的な上流ノードの数及び有効な上流ノードの数の組合せに基づくｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄ  ｈｅａｌｔｈ計測値である。
【００４６】
潜在的な上流ノードは、「上流登録確認応答」メッセージを使用して「上流レジスタ」メッセージに対して肯定応答又は否定応答する。ノードの「隣接ノード・ヘルス」はこの確認応答の値に基づいて更新される。潜在的な上流ノードは、確認応答した上流ノードより小さい重みを与える。
【００４７】
「上流登録確認応答」メッセージは、「上流登録」メッセージ中の要求者により送出されたシーケンス番号を含んでもよい。応答の状態コードは、以下のうちの１つであってもよい。
・０ｘ０、ノードが正常に追加された場合
・０ｘ１、ノードの追加が失敗した場合
・０ｘ２、高い負荷のためにノードが拒否された場合
・０ｘ３、ノードが既に維持されている場合
【００４８】
ノードは、ユニキャスト「ゲートウェイ・レジスタ」メッセージ（ＧＲＥＧ）を送出することにより自身を１つ以上のゲートウェイに登録してもよい。ＧＲＥＧメッセージは、登録するノードが上流ノードとして使用するゲートウェイのネットワークのノードのアドレス及びそれらの上流ノードの各々と関連付けられるリンク・コストのリストを含む。ＧＲＥＧメッセージは、他の候補ネットワーク（それらのネットワークの出口ノードにより表される）及びそれらのコストのリストを更に含んでもよい。実質的には、発信元ノードは、自身が登録されている各ゲートウェイにルーティング・テーブル情報を転送し、定期的に又は変更があった場合にその情報を更新する。
【００４９】
ＧＲＥＧメッセージの形式を図７に示す。Ｔｙｐｅは、ＧＲＥＧメッセージであることを示すように設定される。Ｍビットは、送出するデータが更に存在する場合に設定される。Ｓｅｑ Ｎｕｍｂｅｒは、登録メッセージのシーケンス番号である。Ｍｅｓｓａｇｅ Ｎｕｍｂｅｒは、登録メッセージが複数の部分で送出される場合に使用される。各ＧＲＥＧ Ｒｏｕｔｅは、そのルートに対する全てのルーティング・テーブルエントリ情報（ホップ数、ホップノードアドレス、リンク及びパス・コスト、ノードの種類）を記述し、出口ポイントへの全ての可能なルートは、登録するノードにより使用されるパスの第１の上流ノードにより識別される。
【００５０】
ノードがゲートウェイに正常に登録された場合、ゲートウェイは、自身のルーティング・テーブルにノードを配置し、ノードの最新の状態情報を保持する。ノードは、周期的登録メッセージ及びルーティング・テーブル更新データをゲートウェイに送出する（１２時間毎又はルーティング・テーブルに変更があった時）。ゲートウェイは、発信元ノードからの次のゲートウェイ登録メッセージを確認した時にルーティング・テーブルを更新する。ゲートウェイが３つの連続する登録メッセージを見落とした場合、ノードはゲートウェイのルーティング・テーブルから選別され、再登録する必要がある。いくつかの実施形態において、ゲートウェイは、ルーティング・テーブルエントリと共に、再登録することを要求する発信元ノードに通知メッセージを送出してもよい。以下に説明するように、いくつかの実施形態において、ゲートウェイはネットワークの各登録発信元ノードに対してルーティング情報を展開し、その情報を発信元ノードに伝播する。この情報は、「ゲートウェイ・ルーティング・テーブル」として識別され、「ソース・ルーティング・テーブル」と区別される。発信元ノードは、ルート最適化処理及び冗長エントリの廃棄中、一方のテーブルからルートを選択するか又は定期的に２つのテーブルをマージするオプションを有する。
【００５１】
正常な１回目の登録に応答して、ゲートウェイはネットワーク構成情報を送出してもよい。これは、特にゲートウェイのグローバルにルーティング可能なＩＰｖ６接頭語、ゲートウェイのＭＡＣアドレス、ＤＮＳサーバアドレス、ネットワーク送信タイマ及びＬ２／Ｌ３ルーティングに関連する任意の他の変数を含んでもよい。
【００５２】
ノードが多すぎるためにゲートウェイが過負荷状態になった場合、ゲートウェイは他の候補ネットワークを有するノード及び影響されるノードに対するそのような停止のメッセージの選別を開始できる。ゲートウェイは、ＧＲＥＧメッセージで報告された種々のネットワークを調査することによりこれを評価してもよく、最も状態の良い候補をネットワークから除去してもよい。いくつかの実施形態において、ゲートウェイは、別個のフォルダに停止されたノードのルーティング情報を単純に格納してもよく、ノードが例外メッセージ及び略式登録を送出する場合にはその情報を復元してもよい。これは、迅速な登録処理をトリガし、ゲートウェイは、発信元ノード出口サポートを提供し且つ格納されたルーティング・テーブル情報をそのノードにユニキャストする。
【００５３】
（ルート発見の例）
ノード立ち上げ及びルート発見の本発明の好適な処理は、図８を使用して以下のように要約できる。図８は、ＷＡＮ８２０のスマート−グリッド・サーバ８１０へのゲートウェイ８４０を介して接続される無線ネットワーク８３０中のいくつかのノードを示す。ノードは、中継器Ｒ−１（８５１）及びＲ−２（８５２）、定電力デバイス・ノードＣＰＤ−１（８６１）、ＣＰＤ−２（８６２）、ＣＰＤ−３（８６３）、ＣＰＤ−４（８６４）、バッテリ式デバイス・ノードＢＰＤ−１（８７１）である。ネットワークは、実際には、大量のノード、１つ以上のゲートウェイ、１つ以上の無線ネットワーク、１つ以上のＷＡＮ及び１つ以上のスマート−グリッド・サーバから構成されてもよい。中継器Ｒ−１（８５１）、Ｒ−２（８５２）及びゲートウェイＧＷ−１（８４０）は、既に立ち上がっていると仮定される。この例は、ネットワークにおけるその立ち上げ処理が以下に説明されるノード（ＣＰＤ及びＢＰＤ）について記述する。表１ａ及び表１ｂは、検出及び確立される全てのリンクのリンク・コストを一覧表示する。なお、ノードの動作寿命が続く限り、ノードは改善された出口を提供する追加のノード及びルートを検出する。
・表１
2010536199.tif 000003
・表２
2010536199.tif 000004
【００５４】
ＣＰＤ−１（８６１）が立ち上がる場合、ＭＬＭＥ隣接ノードは、第１のステップにおいてＲ−１（８５１）及びＲ−２（８５２）の隣接ノードを発見する。隣接ノードを確立すると、Ｒ−１（８５１）及びＲ−２（８５２）は、ネットワーク・アドバタイズメント・メッセージを送出する。詳細には、第２のステップにおいて、Ｒ−１（８５１）は、ＧＷ−１（８４０）を介するＷＡＮ−１（８２０）への１つの出口ルートをアドバタイズするネットワーク・アドバタイズメント・メッセージを送出する。メッセージは、ＧＷ−１（８４０）のＭＡＣアドレス、ネットワーク・アドレス・クラス又はサブネットマスク（ＩＰｖ６又はＩＰｖ４アドレス）、Ｒ−１（８５１）から見た場合のＣＰＤ−１（８６１）に対する隣接ノード・コスト、出口ノード（２）に到達するのに必要な最大ホップ数及びネットワーク（５０）へのパスの最小コストを含む。これは、形式［Ｒ−１（８５１）  ｓｅｎｄｓ  ＮＡＤＶ（２５，ＭＡＣ＿ＡＤＤＲＥＳＳ（ＧＷ−１（８４０）），２，４０）］で登録される。なお、Ｒ−２（８５２）は、パス・コストがＲ−１（８５１）によりアドバタイズされるパス・コストより大きいため、ＣＰＤ−１（８６１）に応答してＧＷ−１（８４０）への直接ルートをアドバタイズしない。しかし、Ｒ−２を介する出口ルートのパス・コスト情報は、次のクエリにおいてＣＰＤ−１に対して利用可能になる。十分に発達したネットワークにおいて、ＣＰＤ−１（８６１）は、あるリンク及びパス・コストで隣接ノードから２つ以上のＮＡＤＶメッセージを受信してもよい。第３のステップの結果、ＣＰＤ−１（８６１）は、パス・コスト及びリンク・コストを加算することによりネットワークの合計のコストを計算し、使用する次の上流ホップの順序付けリストを作成し、パス・コストの昇順でオプション毎にルーティングマップを作成する。第４のステップにおいて、ＣＰＤ−１（８６１）は、上流登録メッセージをＲ−１（８５１）に送出することによりＲ−１（８５１）に登録しようとし、この出口に対する他の可能なノードを報告しない。第５のステップは、Ｒ−１（８５１）が上流登録確認応答メッセージをＣＰＤ−１（８６１）に送出し、双方向のルーティングサポートのためのノードとしてＣＰＤ−１（８６１）を受け入れる時に行なわれる。ＣＰＤ−１（８６１）は、この出口に対して他の存続可能なノードを有さないため受け入れられる。第６のステップにおいて、ＣＰＤ−１（８６１）は、ゲートウェイ登録メッセージを送出することによりＧＷ−１（８４０）に登録しようとする。ＣＰＤ−１（８６１）は、使用しようとする上流ノードとしてＲ−１（８５１）を報告する。この後に第７のステップが続き、ＧＷ−１（８４０）はゲートウェイ登録確認応答メッセージを送出することによりＣＰＤ−１（８６１）を受け入れ、ＣＰＤ−１（８６１）にネットワーク構成（特に、ＩＰｖ６アドレス、ＤＮＳアドレス、ＧＷ−１（８４０）のネットワーク接頭語）を渡す。これにより、ＣＰＤ−１（８６１）は、上述したように最初に判定されたルートを介するネットワーク出口に対してＧＷ−１（８４０）を使用できる。
【００５５】
十分に発達したネットワークにおいて、ＣＰＤ−１（８６１）は、同一のゲートウェイ又は自身が属する無線ネットワークの他のゲートウェイへのルーティングのために存続可能であることが分かった他の上流ノードに対してこの処理を繰り返してもよい。ノードＣＰＤ−１（８６１）が２つ以上の無線ネットワークに属する場合、処理は同様に繰り返される。
【００５６】
次の第８のステップにおいて、ＣＰＤ−１（８６１）は、ダイナミックＤＮＳ（ＲＦＣ２１３６）更新メッセージをＧＷ−１（８４０）を介してＩＰｖ６アドレスを有するＷＡＮ−１のＤＮＳサーバに送出する。ノードは、ネットワーク出口サポートを提供しているゲートウェイを介して自身が属するネットワーク毎にこのＤＮＳ登録を繰り返す。
【００５７】
図８は、ＣＰＤ−４（８６４）及びＢＰＤ−１（８７１）に関する例をあと２つ示すために使用される。ＣＰＤ−４（８６４）は、合計のコスト７５の出口に対してＣＰＤ−３（８６３）及びＲ−２（８５２）を介するＧＷ−１（８４０）への３ホップルートを確立し、ＧＷ−１（８４０）及びＤＮＳサーバに登録する。
【００５８】
同様に、ＢＰＤ−１（８７１）は、合計のコスト７０のＣＰＤ−２（８６２）、ＣＰＤ−１（８６１）及びＲ−１（８５１）を介する４ホップルートを発見し且つＧＷ−１（８４０）に登録する。バッテリ式ノードであるＢＰＤ−１（８７１）は、達成可能な最低パス・コストを考慮する。一実施形態において、ＢＰＤ−１（８７１）は、回線給電ノード（この場合、ＣＰＤ−２（８６２）に依存してルート発見処理及び登録を実行する。
【００５９】
ネットワークにおいて変化があった場合にルートを更新する方法について、無線ネットワーク８３０のＣＰＤ−４（８６４）による別のルート発見の一例を使用して示す。変更されたルートを図８に示す。ノードＣＰＤ−４（８６４）が先の３ホップルートコスト７５ではなく６０である出口に対する合計のパス・コストを有するＧＷ−１（８４０）へのより低いコストの２ホップルートを見つけたことを示す点線のみが異なる。この発見は、隣接ノードからの任意のメッセージ又はルート・アドバタイズメントをリスンすることにより発信元ノードによる定期的な隣接ノード処理において行なわれる。
【００６０】
第１に、Ｒ−２（８５２）は、ＭＬＭＥを介してＣＰＤ−４（８６４）を更新し、上流転送パスとして６０の合計パス・コストのＧＷ−１（８４０）への出口ルートを有することを通知する。ＣＰＤ−４（８６４）は、パス・コスト及びリンク・コストを加算することによりネットワークの合計のコストを再計算し、使用する次の上流ホップの再順序付けリストを作成する。上流ノードＣＰＤ−３（８６３）が合計のコスト７５を有する一方、上流ノードＲ−２（８５２）は合計のコスト６０を有する。従って、Ｒ−２（８５２）の方が好ましく、Ｒ−２（８５２）はリストにおいてＣＰＤ−３（８６３）より上に配置される。ルート情報の再順序付けリストを表１ａ及び表１ｂに示す。最後に、ＣＰＤ−４（８６４）は、次の周期的ゲートウェイ登録メッセージを介してＧＷ−１（８４０）に更新情報を送出する。
【００６１】
本発明の好適な実施形態において、本明細書で説明するルーティング・プロトコルは、全てのノードに対するルートを計算及び配信するために、無線ネットワークの根における１つのゲートウェイに依存することに加えてネットワーク・ノードの全体の計算資源を利用するように設計される。発信元ノードは、各ルート及び各ホップに対する関連するパス・コストを含む出口ルート・アドバタイズメントに基づいて１つ以上のゲートウェイを介してＷＡＮネットワークに入るために順序付けされた種々の上流ルートの好適な集合を選択する。上流又はゲートウェイへの主なルートに障害が起きると、発信元ノードのデータベースにおける第２のルート及び／又はゲートウェイへのフォールバックは、ルートが既に事前に収束されているためルーティングアルゴリズムが再度収束するのを待たずに即座に行なわれる。
【００６２】
本発明の好適な一実施形態において、各ノードは、使用しようとする全ての上流ノードに自身を登録する。この時点で、上流ノードは、そのノードに対する下流ルーティング・テーブルエントリを保持できる。発信元ノード宛てのトラフィックは、ルーティング・テーブルエントリのホップの集合を使用してそれらのホップのアドレスと共にルーティング可能である。当然、宛先アドレスは定期的に含まれる。パケットが通過する必要のあるノードの全体の順序付けリストがゲートウェイによりメッセージヘッダに明示的に示されるソース・ルーティングは、このアルゴリズムの範囲内である。本発明において開示されるルーティング・プロトコルは、各ノードが最適な出口ルート解決策を使用して好適な隣接ノードの集合を介するルートを複数有することを可能にする。本発明は、任意のリンク障害データを考慮に入れるために好適なパスを常に更新することにより、更に定期的な発見処理により発信元ノードが認識する更に適切なルートオプションを含み且つ隣接ノードからの全てのＮＡＤＶメッセージをリスンすることでルーティング・テーブルエントリを更新することにより、ソース・ルーティング技術における拡張可能なルート発見ループを回避する。更に発信元ノードは、ルーティング・テーブルに維持する全ての出口ルーティングオプションを下流隣接ノードにアドバタイズする。
【００６３】
本明細書で説明するルーティング・プロトコルの例は、ノードが通過するトラフィックから収集する別のルートである「パンくず」ルートに対応する。「パンくず」ルートは、割り当てられたメモリがいっぱいであり且つそれらのルートが指定された時間後に新しくなくなった場合、ノードのルーティング・テーブルから廃棄される。アドバタイズされたルートに加えてこれらのルートは、パケットの正常な送信を保証するためにノードが利用可能な冗長リンクのリストを拡張する役割を果たす。
【００６４】
本明細書において説明するルーティング・プロトコルの例は、ＩＰｖ６ネットワークの宛先にパケットをルーティングするためにノードが利用可能な次ホップのソート及び優先順位による順序付けを可能にする。ソート論理は、種々の実現例において異なってもよい。本実施形態において、ソート論理は、ルート情報の発信元、並びに宛先に対するパス・コスト及び所望のホップに対するリンク・コストを使用する。例えば、使用頻度の低いパスを使用して通過するトラフィックから収集された「パンくず」ルートから受信された次ホップには、関心を引くパス・コストを提供され且つ発信元ノードにより定期的に使用されている１つ以上の隣接ノードを介して頻繁に使用されるものとしてタグ付けされたルートより低い優先順位が与えられる。「パンくず」カテゴリ又は「複数ホップ」カテゴリ内の複数の次ホップは、パス・コストに従って順序付けリストにソートされる。
【００６５】
ノードが複数のネットワークに登録可能であり（その結果、ノードが複数のＩＰアドレスを得る）且つＤＮＳサーバがノードのホスト名を解決するために設定可能なポリシーに従ってそれらのＩＰアドレスをソートできる状態において、無線ネットワークへのトラフィックの入口を制御する方法が存在する。
【００６６】
（ゲートウェイにおけるルーティング・テーブル）
上述したように、各発信元ノードは、ゲートウェイに登録し、ゲートウェイへのルート毎にルーティング情報（ルート）及び隣接する「第１のノード」を転送する。情報は、リンク・コスト、パス・コスト、ノードの種類、ルーティング・テーブルの全ての中間ノードのアドレス、好適なルート、周囲ノイズ情報及びバッテリ式デバイスに関する情報を更に含む。ゲートウェイは、図６に示す例と同様の形式でその情報を格納する。ルーティング・テーブルに対して他の形式が使用されてもよいが、情報の内容は同一である。この情報は、ゲートウェイにより無線ネットワークのノード毎に展開するルーティング情報と比較される。ゲートウェイは、ネットワークトポロジ情報及び各ノードの場所を有してもよい。ゲートウェイは、最初に最少のホップを利用してノード毎に作業ルートを構成する。情報は、ネットワークの種々のノードから受信されるパケットの解析により強化される。受信したパケットのルーティング情報、並びにパス・コスト、リンク・コスト及びノードの種類等の関連する情報は、ゲートウェイがノード毎に有する初期エントリと比較される。比較の結果、更新されたルーティング・テーブルが得られる。ゲートウェイ・ルーティング・テーブルを更新する処理を図２２に示す。更新情報がいくつかのノードに対して損失している場合、ゲートウェイはＲＥＱメッセージをそれらのノードに送出し、応答を要求できる。応答により、ルーティング・テーブルが更新される。３回試みても応答が受信されない場合、ゲートウェイは、ノードの隣接ノードにメッセージをブロードキャストし、指定ノードへのパスを有するかに関する隣接ノードの応答を要求してもよい。全ての試みが失敗した場合、ゲートウェイは登録リストからノードを除去する。ノードは、ネットワーク出口を要求するために再登録する必要がある。
【００６７】
ゲートウェイは、ユニキャストメッセージでネットワークの各ノードにルーティング・テーブル更新データを定期的に送出する。いくつかの実施形態において、ノードは、随時、最新のルーティング・テーブル情報を提供するようにゲートウェイに要求してもよい。この出口のノードへの利用可能なルートに関する情報は、必要に応じて隣接ノードが利用可能になる。
【００６８】
各ノードは、ローカルで生成されたルート及びゲートウェイに供給されるルーティング・テーブルの組合せであってもよいルーティング・テーブルデータベースを有し、リンク／パス・コスト、ノードの種類、ホップ数、中間ノードの特性、周囲ノイズレベル及びホップ毎の信号品質情報等の全ての関連情報を含む。各ノードは、ゲートウェイへの出口ルートを要求する隣接ノードに対するルート選択、ルート最適化及びＮＡＤＶメッセージにおいてこの情報を使用できる。
【００６９】
（ルート最適化及び更新）
最適化処理は、スマート−グリッド・ネットワーク環境に存在するいくつかの要素を含んでもよい。場合によっては、新たな遮断によりルートが動作不可能になる可能性があり、遮断の除去、あるいは新たな隣接ノード又は中継器の可用性により新しいパスが得られる可能性があり、信号の状態によっては特定のルートが複数ホップである場合でもそれらのルートを使用することが強制される。安定したネットワークにおける最終的な目的は、無線ネットワークの１つのゲートウェイを介するネットワーク・ノードからスマート−グリッド・サーバへのパケットのロバストな高信頼配信を容易にすることである。図８で説明するように、ノードはより低いリンク及びパス・コストの新しいルートを常に発見してもよい。そのような新しいルートオプションが検出される度に、そのルートオプションは新しいルートの第１の転送ノードにより確認される。情報は、定期的な再登録メッセージの交換中にゲートウェイに登録される。ゲートウェイ及び新しいルートの隣接する第１のノードからＡＣＫメッセージを受信した後、新しいルートはルーティング・テーブルに追加され、全ての冗長ルート又は動作不可能なルートはルーティング・テーブルから除去される。ゲートウェイは、全てのノードに対してルーティング・テーブルの同様の更新を定期的に行なう。発信元ノードは、リンク及びパス状態を監視し、ルーティング・テーブルのリンク・コスト、パス・コスト及び品質パラメータを定期的に更新し、最新の利用可能な情報に基づいてリストに再度優先順位をつける。種々の最適化処理は、種々の実施形態により使用されてもよい。
【００７０】
（ルート選択）
発信元ノードは、図９に示すようにルート選択アルゴリズムを利用してメッセージ毎にルートを選択する。メッセージが前回送出されてからルーティング・テーブルが宛先アドレスに関して変更されたことを示すフラグをメッセージプロセッサ９１１がノード制御器から受信した場合にのみ、処理は繰り返される必要があってもよい。
【００７１】
ノード制御器９１０は、メッセージ要求を開始し、ルーティング・テーブルの更新又は状態に関するフラグ９１２をメッセージプロセッサ９１１に送出する。メッセージプロセッサ９１１はメッセージ優先度９２０をソートする。通常のメッセージである場合、メッセージの種類及び宛先アドレス情報の展開９３０が行なわれる。優先度の高いメッセージである場合、特別なフラグ、メッセージの種類及び宛先アドレスの展開９４０が行なわれる。９３０及び９４０の出力は、メッセージプロセッサ９１１のルーティング・テーブル更新機能９１２に戻される。更新されなかった場合、メッセージには事前に選択された宛先ルーティングマップ（中間ノードのアドレス、フラグ、宛先アドレス、リンク及びパス・コスト、メッセージの種類、デバイスの種類の文字列を含む）が追記され、ノードＲＦトランシーバ９７０に転送するためにノード制御器９１０に戻される。ノードＲＦトランシーバ９７０は、任意のＭＡＣアドレス及びプリミティブを追加してもよく、メッセージをルーティングマップの第１のノードに送信してもよい。
【００７２】
ルーティング・テーブル更新機能９１２がルーティング・テーブル更新があったことを示すフラグを受信した場合、メッセージはルート選択アルゴリズム９６０に転送される。ルート選択アルゴリズム９６０は、ルーティング・テーブルデータベース９５０を定期的に解析し、優先度リストをセットアップし、旧ルート及び冗長ルートを除去し、リンク及びパス・コストを更新し、デバイスの種類を更新し、バッテリ電力の節約に関係する特別な規則及び他の関係する要素をセットアップする。ルーティングデータベース９５０は、ネットワーク毎及びそのネットワークの出口ポイント毎に優先順位のつけられたルートの集合を有する。ルートマップは、ホップ数９５１、リンク／パス・コスト９５２、ルートの中間ノードにおけるトラフィック密度９５３、ノードの特徴（回線給電式、バッテリ式、インストールの日付、信頼度要素）、リンク／パス品質情報（ＲＳＳＩ、情報成功率、周囲ノイズ）９５５を含む。ルート選択処理９６０は、ルート比較及び選択処理で使用するためにデータベースにゲートウェイにより提供されたルーティングマップ９５６を有する。
【００７３】
ルート選択アルゴリズムは、各中間ノードにおけるネットワークノイズレベル、バッテリ電力、トラフィック平衡に対する影響が最小の最低パス・コストでのメッセージの高信頼高速配信に影響を及ぼす全ての要素を考慮に入れて、宛先にメッセージをルーティングするのに使用する好適なルートマップを選択する。いくつかの実施形態において、ルート選択アルゴリズムは、ルーティングマップのホップのリンク状態に関して入手可能な最新情報、局所化された停電及び正常なパケット配信に影響を及ぼす可能性がある他の要素を有してもよく、最新の入手可能な情報に基づいてルート選択を行なってもよい。
【００７４】
ルート選択アルゴリズムの出力は、追記されたルーティングマップ情報と共にノード制御器９１０のメッセージプロセッサ機能９１１に戻されてもよい。適切に構造化されたメッセージは、任意のＭＡＣプリミティブを追加し且つルーティングマップの第１のノードに送信するためにノードＲＦトランシーバ９７０に送出される。
【００７５】
（スマート−グリッド無線ネットワークにおけるパケットルーティングの例）
図１０は、スマート−グリッド・ネットワーック及びパケットルーティングの一例を示す。ネットワークの例は、１つ以上のワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）１０２０に接続された１つ以上のスマート−グリッド・サーバ１０１０から構成される。無線ネットワーク１０３０は、スマート−グリッドの分散セグメントの一部にわたる。実際には、スマート−グリッド・ネットワークには２つ以上の無線ネットワークが存在できる。本明細書で提示される例において、スマート−グリッド無線ネットワークをＷＡＮ１０２０を介してサーバ１０１０に接続する３つのゲートウェイ１０４０が存在する。本明細書で提示される例において、無線ネットワーク１０３０には約２７個のデバイス・ノード１０５０が存在する。実際には、無線ＬＡＮには多少のデバイスが存在でき、純粋にその制限は、利用可能な帯域幅、スマート−グリッド・パケット・トラフィック及び他の関連する要素を含むネットワークアーキテクチャに基づく。それらのデバイス・ノードの一部は、ユーティリティメータ・インタフェースのない単なるパケットリピータ／中継器であってもよい。
【００７６】
各ノードは、隣接するデバイスに発見メッセージを送出し、受信したＮＡＤＶメッセージと共に隣接デバイスからのルーティング情報を蓄積してデータパケットを１つ以上のゲートウェイに送出するのに最良で最適なルートの集合を確立する。この情報は、ゲートウェイに転送される。各ノードが隣接ノードの集合を介するゲートウェイへのルート又はゲートウェイへの直接ルートを有することが証明されるため、ノードは、ルートを要求している任意のデバイスをリストに追加し、要求するデバイス及びゲートウェイに通知する。アルゴリズムは、ゲートウェイ及びデバイス・ルーティング・テーブルにおいて同一ルートに対して複数のエントリが存在しないように全ての冗長情報が除去されるまで繰り返される。任意のデバイスは、アクセス権を有するゲートウェイに最新のルーティング・テーブルを要求し且つ取得できる。各ゲートウェイは、そのゲートウェイを介するネットワーク出口及び入口を要求しているデバイスに対応する自身のルーティング・テーブルを維持する。ルーティング情報を確立し且つ定期的に最適化する方法については上述した。
【００７７】
ルート最適化の例については、以下のように更に記述される。図１１は、無線ネットワーク１０３０の２７個のノードに対する３つのゲートウェイへの全ての可能なルートを一覧表示する。上述したように、３つのゲートウェイは、１つ以上の重なり合う無線ネットワークの一部であってもよい。結果として、２７個のノードは、１つ以上の無線ネットワークに属してもよく、ネットワーク出口／入口及び１つ以上のゲートウェイへの登録を設定できる。本明細書で提示される例において、３つのゲートウェイＧＷ１、ＧＷ２及びＧＷ３が存在する。
【００７８】
図１２は、２７個のノードに対する３つのうち好適なゲートウェイのリストを示す。
【００７９】
図１３、図１４及び図１５は、ルーティング最適化処理の例を提示する。
【００８０】
図１３は、ノード１の例を説明する。その好適なゲートウェイはＧＷ１である。最初のルート発見処理において、ノード１はＧＷ１への２つの３ホップルートを識別する。他の隣接ノードをリスンし且つ受信したＮＡＤＶメッセージを解析した後、ノード１は、ＧＷ１が利用可能な２ホップルートを３つ有することを認識する。更なる最適化の後、ノード１は、最適な信号品質及びパケット配信信頼度を提供するノード５を介する２ホップルートを発見する。この情報は、フォールバックルーティングオプションと共に最適なルートとしてＧＷ１と共有される。
【００８１】
更にノード１は、ノード１２を介する２ホップルートによりＧＷ２にアクセスでき、ノード９及びノード１６を介する３ホップルートによりＧＷ３に最低限アクセスできることを判定する。この情報は、受信した信号品質及び隣接ノードから受信した情報に基づいて到着する。ノード１は、この情報をＧＷ２及びＧＷ３に登録するのと共に格納する。ＧＷ２は、好適な代替ゲートウェイであり、ＧＷ３は、ＧＷ１及びＧＷ２の双方が利用不可能にならない限り使用されない。
【００８２】
図１４は、好適なゲートウェイがＧＷ２であるノード１１の例を提示し、最適化ルートは、ＧＷ２への直接ルートである。好適な代替ゲートウェイは、ノード７を介する２ホップルートを有するＧＷ１である。
【００８３】
図１５は、好適なゲートウェイがＧＷ３であるノード９の例を提示し、最適化ルートは、ノード１６を介する２ホップルートである。好適な代替ゲートウェイは、ノード１３を介する２ホップルートを有するＧＷ２である。
【００８４】
上記で提示される全ての例及び本発明の好適な実施形態において、発信元ノードにおける図９のノード制御器９１０におけるルート選択アルゴリズムは、最終的なルーティングの入力を行ない、ルーティング・テーブル情報を他のネットワーク・ノードと共有する。
【００８５】
理解されるように、ゲートウェイへの直接ホップを有するノードのグループ（中継ノード及びＣＰＤノードの選択グループ）が存在する。これらのノードは、ゲートウェイへの最適なルーティングを要求する他のノードのグループに対する中継器となり、ゲートウェイは、優先順位がつけられたルーティング・テーブルをノード毎に構造化し且つそれをそのノードと共有する際にそのルーティング例を容易にする。反対側には、ゲートウェイへの複数ホップ（２ホップ以上）ルーティングのみを達成できるノードのグループが存在する。この場合、信頼度、中継ノードの過去の履歴、信号強度の全てがノードに対する好適なルーティングパスを選択する際に最適化処理の一部となる。
【００８６】
各ゲートウェイにより格納されるルーティング・テーブルは、無線ネットワークの無給電中継器の戦略的配置がネットワークのノードからのパケットのルーティングを向上するかに関する洞察力を与え、パケットトラフィックのフローを平衡させる。高信頼パケット配信、最低送信電力、パス及びリンク・コスト、エラーのない動作、最少のホップ数は全てルーティング最適化の一部である。
【００８７】
（ゲートウェイによる逆ルート選択の例）
図１６は、ゲートウェイがＬＡＮデバイスから受信したデータパケットに対する戻りルートを確立及び使用する方法の一例を示す。本明細書で提示される例は、図１０に説明され且つ図１３、図１４及び図１５に更に説明される無線ネットワークの例に対応する。それらは、ゲートウェイＧＷ１、ＧＷ２及びＧＷ３へのノード１、ノード１９及びノード１１の最適なルートに対応する。上述したように、ゲートウェイ制御器は、対応するゲートウェイ毎に無線ネットワークへの全ての最適なルートを記録及び維持する。リアルタイムルーティング情報がない場合、ゲートウェイはルーティング・テーブルを利用して、パケットを転送又は送出しているノードに対するルートを抽出する。殆どの場合、パケットのルーティングアドレスヘッダを単純にストライピングし且つゲートウェイから指定ノードへの戻りルートのためにそのヘッダを逆にする処理の後、ゲートウェイからノードへのリアルタイムパケット応答が続く。これを図１６に示す。配信が失敗した場合又はゲートウェイがデバイスからＡＣＫ応答を受信しない場合、ゲートウェイ処理はルーティング・テーブルを使用して、指定宛先デバイスに対する別のルーティングを識別及び使用する。
【００８８】
（ルート選択処理フローの例）
図１７は、単純なルートセットアップ処理の一例である。図１７は、ノード１がＧＷ２への出口ルートを確立するために隣接ノード２及び２１と通信する例を使用する。ノード１は、隣接ノード「発見」メッセージ１７０１を隣接ノード２に送出する。ノード１は、１つ以上の他の隣接ノードに対してこの処理を行なってみてもよい。ノード２は、ＡＣＫ応答メッセージ１７０２を送出する。ノード１は、「ルート情報要求」メッセージ１７０３を送出する。ノード２は、ノードＩＤ等を要求し且つＧＷ２へのパスを有することをノード１に通知する「ルート情報応答」メッセージ１７０４を送出する。ノード１は、ＩＤ情報及び認証コードメッセージの要求１７０５をノード２に提供する。ノード２は、メッセージ１７０６で認証コードと共にリンク情報をノード１に送出する。ノード１は、蓄積した情報に基づいて予備のソース−ルートマップ及びパケット１７０７を作成し、それをノード２に転送する。ルートマップに示すように、ノード２は、ノード１へのＡＣＫを開始した後にそれをノード２１に転送する。ノード２１は、パケットでルートマップ毎に出口ノードＧＷ２に転送する。ノード２１は、ノード２へのＡＣＫを更に生成する。ＧＷ２は、ノード１を登録し、ネットワークアドレス及び接頭語（ＩＰｖ４又はＩＰｖ６形式であってもよい）と共に最適なルートマップをノード１に送出する。この戻りパケット通信において、ＧＷ２は単純にルーティングヘッダを逆にし、その順番でノード２１及びノード２を介してノード１にパケットを送出する。ＧＷ２にパケットを送出する際に更に使用されるノード１により使用されるルーティングマップは、ノード２及びノード２１を介する同一の初期ルートであってもよく、あるいはＧＷ２が自身のルーティング・テーブルに有する更新情報に基づいて異なってもよい。この例において、ノード１により使用されるソース−ルートは以前と同一であると仮定される。この例は、デバイスがパケットを送信するために出口ポイントへの最適なルートを要求する密なルーティング（tight knit routing）方法論を示す。
【００８９】
（ルーティング処理制御）
図１８は、ゲートウェイ・ルーティング処理制御におけるノード登録機能１８００を示す。この機能は、殆どの場合、ＬＡＮ及びＷＡＮインタフェースモジュールからの支援によりゲートウェイデジタル制御器及びメモリに常駐する。第１の処理は、ノード登録を含む。ノード登録機能１８００は、無線ネットワーク１８１０のノードから受信したパケットの処理、ノード１８２０の識別、ノードが登録要求を送出し且つ現在登録されていない場合のレジストリテーブル１８４０の更新、ネットワークアドレス１８５３の割り当て、並びに発信元ノード及びその隣接ノードに登録情報を通信するための出力処理制御バッファ１８６０への登録情報を含むＡＣＫメッセージの送出を含む。ノードが既に登録されている場合、デバイスにより特定の要求及び情報を処理する次のステップに進む。処理制御は、事前に設定された「シーケンスタイムアウト」内で達成される。これは、「再試行」モードをトリガする。
【００９０】
図１９は、ゲートウェイ処理制御のルーティング情報処理機能を示す。この機能は、各ノード１９１０から受信したパケットを読み出し、パケットヘッダのルートＩＤが異なる場合はルーティング・テーブルを更新する処理１９４０がトリガされる。この処理１９４０において、ルーティング木は変更を識別するために解析され、新しいルーティング情報はルーティング・テーブルに入力され、古いエントリは廃棄される。この情報は、格納及び無線ネットワーク・ノードへの更なる配布のためにＬＡＮ管理モジュールに送出される。パケットは、パケット処理モジュール１９３０に再度転送される。ルーティング情報が同一である場合、パケットはパケット処理モジュール１９３０に直接送出される。データパケットである場合、適切なアドレスタグを有する宛先に送信するためにＧＷ送信バッファに送出される。パケットの種類が情報要求である場合、要求は１９６０で処理され、デバイスの要求された情報は出力処理制御バッファに送出される。一連の動作の各々の最後には、シーケンスタイムアウト１９６２がチェックされ、再試行トリガが指示される。
【００９１】
好適な一実施形態において、スペクトル効率及び耐干渉性のためにスペクトラム拡散モデムが使用される。しかし、本発明は、他の種類の無線機（ＴＤＭＡ、ＤＳＳＳ−ＣＤＭＡ、ＦＨＳＳ−ＣＤＭＡ、ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡ等）により実現可能である。更に本発明は、広い周波数範囲（例えば、９００ＭＨｚ、１．９ＧＨｚ及び２．４ＧＨｚ、５．１ＧＨｚ）にわたる無線ネットワークを介して実現可能である。
【００９２】
標準的なセキュリティ解決策（例えば、ＡＥＳ２５６、ＳＨＡ、ＲＳＡ２０４８）は、パケットをカプセル化するために使用される。
【００９３】
図２０は、入力及び出力パケットを処理するデバイス処理制御を示す。出力パケットは、以下を含んでもよい。
・初期発見、サインオン、登録、ＡＣＫメッセージ、所定の状態メッセージ、最後のメッセージ等
・照会する無線ネットワーク・ノード及びゲートウェイに送出される応答及びＡＣＫメッセージ
・ルーティングセットアップ及び更新メッセージ
・ネットワークアドレス更新メッセージ
・正常動作可能な双方向メッセージ処理
【００９４】
モジュール２０７１（ルーティング情報）、２０７２（メータデータ、デバイス状態）、２０７３（ルーティング情報及びネットワークアドレス）は、出力データ及び管理パケットの構成をサポートする。デバイス送受信バッファ２０１０は、デバイスデジタル制御器（ＤＤＣ）２０２０をサポートする。受信パケットは、ＤＤＣのパケット処理機能２０３０で識別及び処理される。他のデバイスからのパケットは、「他のデバイスパケット」機能２０４１で識別及び処理され、ゲートウェイパケットは、ゲートウェイパケット機能２０４２で処理される。他のデバイスからのルーティング情報及びメッセージ更新データは機能２０５１で処理され、実際のデータパケットは機能２０５２で処理される。格納及び／又は動作に対する情報項目は、入出力処理モジュール２０６０に転送される。同様に、ゲートウェイからのルーティング更新データ及びメッセージ応答は機能２０５３で処理される。データパケットは機能２０５４で処理される。格納及び／又は動作に対する情報項目は、入出力処理モジュール２０６０に転送される。入出力処理モジュールは、ＤＤＣのパケット処理機能２０３０とインタフェースし、デバイス送信モジュールに転送するための適切なパケットヘッダ、ペイロード情報を生成する。
【００９５】
図２１は、デバイスＲＦインタフェースの処理制御を示す。ＲＦインタフェース処理制御２１１２は、デバイスデジタル制御器２１１１及びデバイス送受信モジュール２１１３と対話する。ＲＦインタフェース処理制御２１１２が実行する３つのメッセージ機能が存在する。
・時間指定された応答メッセージの対処２１２０
このモードにおいて、処理は、状態及びＩＤメッセージの事前にプログラムされた送信、並びにゲートウェイ処理制御からの確認応答の受信に対処する。
・ユーティリティサーバ、ゲートウェイ又は他のデバイスからの照会の対処２１３０
・データメッセージの対処２１４０及び送信するための上流への送出（例えば、メータ読取り、停電状態）
【００９６】
時間指定された応答モード２１２０において、初期処理は２１２１で開始する。事象のタイミングの判定２１２２が行なわれる。応答メッセージは、２１２３で構成され且つ送信するために上流に送出される。宛先送信元からのＡＣＫメッセージの受信は、２１２４で処理される。ＡＣＫが肯定である場合、クロックは次の事象のために戻る。否定応答が受信される場合、その否定応答は再試行動作２１２５をトリガする。タイムアウトが起きるか又は繰り返される再試行メッセージが失敗した場合、メッセージ認証処理２１５０が呼び出される。これは、この状態の存在に関するブロードキャスト警告メッセージ２１６０をトリガする。
【００９７】
照会２１３０及びデータメッセージ２１４０の対処は、同様のステップ毎の処理に従う。ここでも、繰り返される再試行が失敗した場合、ブロードキャスト警告メッセージ２１６０がトリガされる。
【００９８】
明らかであるように、ゲートウェイ制御器は、第２のネットワークのユーティリティサーバに対してエージェント及びプロキシとして動作する。ゲートウェイ制御器は、ユーティリティサーバから無線ネットワークのデバイスに及び無線ネットワークのデバイスからユーティリティサーバに全てのデータメッセージをルーティングする。更にゲートウェイは、ゲートウェイをネットワーク出口／入口ポイントとして使用する無線ネットワークの全てのデバイスのネットワークアドレス、ＩＤ情報及び状態を維持する。ゲートウェイ制御器は、ユーティリティサーバにより委譲される特別な機能（例えば、ポーリング、状態監視、ネットワーク登録、ルーティング・テーブルの保守、ＤＮＳインタフェース、情報の配布、ネットワーク制御）を更に実行する。その監視タスクを効果的に実行するために、ゲートウェイ制御器は、デバイスＩＤ及びネットワークアドレスの保守（ＭＡＣ及びＩＰアドレス）、ルートの保守、状態の保守、ポーリング、管理機能、問題の検出及び検証、並びにネットワーク性能の制御を含むスケジュールされたタスクのリストを定期的に実行する。
【００９９】
ゲートウェイ制御器は、繰り返しコマンドメッセージのトリガを制御するためにタイムアウト期間を使用する。否定ＡＣＫメッセージを受信した場合又はある特定の時間ウィンドウ内に全くメッセージを受信しなかった場合、ゲートウェイ制御器は、この状況をログ記録し（状況が変更されるまで）、特定の時間ウィンドウを有する繰り返しメッセージ又は再試行メッセージを送出する。繰り返し試行の数は事前に設定される。デバイスが複数の繰り返しに応答できなかった場合、ゲートウェイはサイレントノードの隣接ノードをｐｉｎｇし、ノードが任意の隣接ノードと通信しているかを評価してもよい。ノードが完全に失敗したという確定した結論に到達し且つ改善策のためにこの状況をユーティリティサーバに通信する前にゲートウェイ制御器により使用される処理が存在する。ゲートウェイ制御器は、無線ネットワークの全てのデバイスに関する全ての情報をログ記録し且つ格納する。ゲートウェイ制御器は、ノードデータベース、ソフトウェウェア構成／設定、セキュリティ設定等の更新を更に実行し、第２のネットワークのユーティリティサーバに無線ネットワーク・ノード状態を定期的に報告する。ノードは、データベースから削除されてもよく、新しいノード、並びにそれらのＩＤ及びアドレスは定期的に追加されてもよい。
【０１００】
ノード、ゲートウェイ及びユーティリティサーバへの緊急メッセージは優先度に基づいて対処され、ネットワーク内でのそれらのメッセージの送信は全てのルーティングトラフィック（例えば、ポーリング）より優先される。
【０１０１】
図面及び明細書において、本発明の一般的な好適な実施形態を開示した。明細書及び図面で採用される専門用語及び例は、純粋に説明のために使用され、以下の請求の範囲に示される本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。他の変形、変更及び表現が本明細書で開示される本発明の趣旨の範囲内及び本発明で提供される明細内で可能であることは、当業者には容易に明らかとなるだろう。従って、以下の請求の範囲は広範で包括的な意味で解釈される。
【図１】
2010536199.tif 000005
【図２】
2010536199.tif 000006
【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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2010536199.tif 000023
【図１９】
2010536199.tif 000024
【図２０】
2010536199.tif 000025
【図２１】
2010536199.tif 000026
【図２２】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年3月30日(2010.3.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルーティング方法であって、
無線ユーティリティ・ネットワークの少なくとも１つの他のノードから更新されたリンク・コスト情報を受信するステップと、
前記無線ユーティリティ・ネットワークの１つ以上のノードを介するパスを特定する宛先アドレスまでのルートを含むパケットを前記無線ユーティリティ・ネットワークから受信するステップと、
前記宛先アドレスまでの別のルートが存在するか否かを判定するステップと、
前記宛先アドレスまでの別のルートが存在すると判定された場合、好適なルートを判定するために、前記別のルートと前記パケットに含まれる前記ルートとを比較するステップと、
前記好適なルートが前記別のルートである場合、前記パケットに含まれる前記ルートを前記好適なルートに置換するステップと、
前記含まれるルートに従って前記パケットを送信するステップと
を含み、
前記好適なルートの前記判定は、
少なくとも１つの隣接するユーティリティ・ノードから取得された前記リンク・コスト情報を用いて行なわれ、
前記取得したリンク・コスト情報は、
前記好適なルートを判定する際の比較のために、前記パケットに含まれる前記ルートの更新されたパス・コストを判定するのに使用される
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
パス・コストを更新するために使用される前記受信したリンク・コスト情報は、
最小頻度のホップ、ロバスト性が最も高いホップ、最小トラフィックのホップ、最速のホップのうちの１つを特定する
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記受信したリンク・コスト情報は、前記無線ユーティリティ・ネットワークの少なくとも１つのリンクに対するリンク・コストを特定する
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記受信したパケットに含まれる前記ルートは、前記無線ユーティリティ・ネットワークと関連付けられるゲートウェイにより判定される
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記パス・コストは、
最小頻度のホップ、ロバスト性が最も高いホップ、最小トラフィックのホップ、最速のホップ、リンク・コストが低いリンクのうちの少なくとも１つに基づいている
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記受信したリンク・コスト情報は、
前記無線ユーティリティ・ネットワークの別のノードに転送するためにユーティリティ・ノードにより受信されるパケットから取得される
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記受信したリンク・コスト情報は、
隣接するユーティリティ・ノードの情報に対する少なくとも１つの要求に応答して受信される
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記無線ユーティリティ・ネットワークの少なくとも１つの他のノードに前記選択したルートを送信するステップ
を更に含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記選択したルートが送信前の前記パケットに含まれる前記ルートである場合、前記無線ユーティリティ・ネットワークの少なくとも１つの他のノードに前記選択したルートを送信するステップは、前記選択したルートに対する前記更新したパス・コストを送信するステップ
を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記パス・コストは、
前記無線ユーティリティ・ネットワークの所定パスにおけるリンクに関連する周囲ノイズレベル情報に基づいている
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記好適なルートは、ノードのバッテリ容量への影響に基づいている
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記バッテリ容量への影響は、
予め定められた閾値を下回った前記バッテリの使用を減少させることに基づいている
ことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記バッテリ容量への影響は、
残りの容量が最も低いレベルの前記バッテリの使用を減少させることに基づいている
ことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記バッテリ容量への影響は、
定電力ノードを使用してバッテリ式ノードの前記使用を減少させることに基づいている
ことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
無線ユーティリティ・ネットワーク内で通信するように構成される複数のユーティリティ・ノードと、
前記無線ユーティリティ・ネットワークの前記ユーティリティ・ノードの少なくとも１つと通信するように構成され且つ前記無線ユーティリティ・ネットワークを少なくとも１つの他のネットワークに接続する前記無線ユーティリティ・ネットワークへの少なくとも１つのゲートウェイと
を具備し、
前記無線ユーティリティ・ネットワークの１つのユーティリティ・ノードから前記無線ユーティリティ・ネットワークの別のユーティリティ・ノードに送信されるパケットは、前記送信されたパケットに含まれるルートに従って送信され、
前記送信されたパケットに含まれる前記ルートは、前記含まれるルートの更新されたパス・コストを判定するために受信したネットワーク情報により更新され、パス・コストに基づいて好適なルートを選択するために別のルートと比較され、
前記選択された好適なルートは、前記パケットに含まれ、
前記パケットは、前記選択された好適なルートに従って前記ユーティリティ・ネットワークの別のノードに送信される
ことを特徴とする無線ユーティリティ・ネットワーク。
【請求項１６】
前記パス・コストを更新するために使用される前記受信したネットワーク情報は、
最小頻度のホップ、ロバスト性が最も高いホップ、最小トラフィックのホップ、最速のホップのうちの１つを特定する
ことを特徴とする請求項１５記載の無線ユーティリティ・ネットワーク。
【請求項１７】
前記受信したネットワーク情報は、
前記無線ユーティリティ・ネットワークの別のノードに転送するために前記ユーティリティ・ノードにより受信されたパケットから取得される
ことを特徴とする請求項１５記載の無線ユーティリティ・ネットワーク。
【請求項１８】
前記受信したネットワーク情報は、
隣接するユーティリティ・ノードの情報に対する少なくとも１つの要求に応答して受信される
ことを特徴とする請求項１５記載の無線ユーティリティ・ネットワーク。
【請求項１９】
前記パス・コストは、
前記無線ユーティリティ・ネットワークの所定パスにおけるリンクに関連する周囲ノイズレベル情報に基づいている
ことを特徴とする請求項１５記載の無線ユーティリティ・ネットワーク。
【請求項２０】
前記好適なルートは、ノードのバッテリ容量への影響に基づいている
ことを特徴とする請求項１５記載の無線ユーティリティ・ネットワーク。
【請求項２１】
前記バッテリ容量への影響は、
予め定められた閾値を下回った前記バッテリの使用を減少させることに基づいている
ことを特徴とする請求項２０記載の無線ユーティリティ・ネットワーク。
【請求項２２】
前記バッテリ容量への影響は、
残りの容量が最も低いレベルの前記バッテリの使用を減少させることに基づいている
ことを特徴とする請求項２０記載の無線ユーティリティ・ネットワーク。
【請求項２３】
前記バッテリ容量への影響は、
定電力ノードを使用してバッテリ式ノードの前記使用を減少させることに基づいている
ことを特徴とする請求項２０記載の無線ユーティリティ・ネットワーク。
【国際調査報告】
2010536199.tif 000028
2010536199.tif 000029
2010536199.tif 000030