(57)【要約】  本発明によれば、ワイヤレスネットワークは、永久電源式のルーティングノードＡＯＲ及び間欠動作するルーティングノードＳＲを備える。永久電源式のルーティングノードＡＯＲから間欠動作するルーティングノードＳＲへルーティング及びデータ情報パケットを転送するのにポーリング手順が使用される。特に、上記永久電源式のルーティングノードＡＯＲが、上記間欠動作するルーティングノードＳＲへ情報パケットを送信しなければならないとき、永久電源式のルーティングノードＡＯＲは、上記情報パケットをメモリに記憶し、上記間欠動作するルーティングノードＳＲが情報パケットを受信可能になるまで待機し、次いで、上記間欠動作するルーティングノードＳＲへ上記情報パケットを送信し、上記間欠動作するルーティングノードＳＲが、上記永久電源式のルーティングノードＡＯＲへ情報パケットを送信しなければならないとき、間欠動作するルーティングノードＳＲは、上記永久電源式のルーティングノードＡＯＲへ上記情報パケットを直ちに送信する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの永久電源式のルーティングノード（ＡＯＲ）及び少なくとも１つの間欠動作するルーティングノード（ＳＲ）を備えるワイヤレスネットワークにわたる情報パケットの転送を管理する方法であって、前記永久電源式のルーティングノード（ＡＯＲ）から前記間欠動作するルーティングノード（ＳＲ）へ情報パケットを転送するのにポーリング手順が使用される、方法。
【請求項２】
前記ポーリング手順によって転送される前記情報パケットは、ルーティング情報パケット及びデータ情報パケットを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記永久電源式のルーティングノード（ＡＯＲ）が、前記間欠動作するルーティングノード（ＳＲ）へ情報パケットを送信しなければならないとき、前記永久電源式のルーティングノード（ＡＯＲ）は、前記情報パケットをメモリに記憶し、前記間欠動作するルーティングノード（ＳＲ）が情報パケットを受信可能になるまで待機し、次いで、前記間欠動作するルーティングノード（ＳＲ）へ前記情報パケットを送信する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記間欠動作するルーティングノード（ＳＲ）が、前記永久電源式のルーティングノード（ＡＯＲ）へ情報パケットを送信しなければならないとき、前記間欠動作するルーティングノード（ＳＲ）は、前記永久電源式のルーティングノード（ＡＯＲ）へ前記情報パケットを直ちに送信する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記間欠動作するルーティングノード（ＳＲ）は、前記ワイヤレスネットワークの１つのみの永久電源式のルーティングノード（ＡＯＲ）へ情報パケットを送信する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記間欠動作するルーティングノード（ＳＲ）は、前記ワイヤレスネットワークの１つの永久電源式のルーティングノード（ＡＯＲ）のみから情報パケットを受信する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記間欠動作するルーティングノード（ＳＲ）は、デューティサイクリング通信プロトコルを通じて、前記ワイヤレスネットワークの間欠動作するノード（ＳＲ、ＥＤ）から／へ情報パケットを受信／送信する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記間欠動作するルーティングノード（ＳＲ）は、前記ワイヤレスネットワークの１つのみの永久電源式のルーティングノード（ＡＯＲ）に関連付けられ、前記間欠動作するルーティングノード（ＳＲ）が前記１つのみの永久電源式のルーティングノード（ＡＯＲ）との無線接続を喪失する場合、前記間欠動作するルーティングノード（ＳＲ）は、前記ワイヤレスネットワークの別の利用可能な永久電源式のルーティングノード（ＡＯＲ）に関連付けられる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記間欠動作するルーティングノード（ＳＲ）が、前記ワイヤレスネットワークの別の永久電源式のルーティングノード（ＡＯＲ）に関連付けられる場合、前記ワイヤレスネットワークの前記ルーティングノード（ＳＲ、ＡＯＲ）のすべて又はサブセット内のルーティング情報は、その結果、更新される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ワイヤレスネットワークはＺｉｇＢｅｅネットワークである、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ワイヤレスネットワークの前記間欠動作するルーティングノードの間欠動作は、該間欠動作するルーティングノードの送受信機に関係している、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
永久電源を有する無線送受信機を備え、間欠動作を有する無線送受信機を備える少なくとも１つの間欠動作するルーティングノード（ＳＲ）と通信するようになっている、ワイヤレスネットワークのためのルーティングノード（ＡＯＲ）であって、該ルーティングノード（ＡＯＲ）は、
少なくとも、前記少なくとも１つのルーティングノード（ＳＲ）へ送信される情報パケットを記憶するメモリ、及び
前記少なくとも１つのルーティングノード（ＳＲ）が前記情報パケットを受信可能になるまで待機し、前記少なくとも１つのルーティングノード（ＳＲ）へ前記情報パケットを送信するモジュール、
を備えることを特徴とする、ルーティングノード。
【請求項１３】
ルーティングノード（ＡＯＲ）であって、前記モジュールは、別のルーティングノード（ＳＲ、ＡＯＲ）が該ルーティングノード（ＡＯＲ）に関連付けられるとき、前記別のルーティングノード（ＳＲ，ＡＯＲ）の送受信機の動作のタイプを判断して記憶するようになっており、前記送受信機の前記動作のタイプは、永久的又は間欠的である、請求項１２に記載のルーティングノード。
【請求項１４】
間欠動作を有する無線送受信機を備え、永久動作を有する無線送受信機を備える少なくとも１つのルーティングノード（ＡＯＲ）と通信するようになっている、ワイヤレスネットワークのためのルーティングノード（ＳＲ）であって、該ルーティングノード（ＳＲ）は、前記少なくとも１つのルーティングノード（ＡＯＲ）から情報パケットを受信するためのポーリング手順を実施するポーリングモジュールを備えることを特徴とする、ルーティングノード。
【請求項１５】
ルーティングノード（ＳＲ）であって、間欠動作を有する無線送受信機を備える前記ワイヤレスネットワークの他のノード（ＳＲ、ＥＤ）と通信するためのデューティサイクリング通信プロトコルを実施するデューティサイクリングモジュールを備える、請求項１４に記載のルーティングノード。
【請求項１６】
ルーティングノード（ＳＲ）であって、永久動作を有する無線送受信機を備える１つのみのルーティングノード（ＡＯＲ）と通信するようになっている、請求項１４又は１５に記載のルーティングノード。
【請求項１７】
ルーティングノード（ＳＲ）であって、前記１つのみのルーティングノード（ＡＯＲ）との無線接続を監視し、該無線接続が喪失されるか否かを判断するモジュールを備える、請求項１６に記載のルーティングノード。
【請求項１８】
ルーティングノード（ＳＲ）であって、前記１つのみのルーティングノード（ＡＯＲ）との前記無線接続が喪失されたとき、前記モジュールは、永久動作を有する無線送受信機を備える別の利用可能なルーティングノード（ＡＯＲ）に関連付けられる、請求項１７に記載のルーティングノード。
【請求項１９】
ルーティングノード（ＳＲ）であって、前記モジュールは、前記ワイヤレスネットワークのノードのすべて又はサブセットに前記新しい関連付けを通知する、請求項１８に記載のルーティングノード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤレスネットワークにわたる情報パケットの転送及びその転送を実施するルーティングノードを管理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＷＰＡＮ（ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク）ネットワークは、数年来知られている。ＰＡＮ（パーソナルエリアネットワーク）ネットワークは、１人の人物に近接したデバイス間で通信を行うためのコンピュータネットワークとして定義することができる。ＷＰＡＮネットワークは、ワイヤレス短距離通信技術を使用するＰＡＮネットワークである。
【０００３】
ＷＰＡＮネットワークを実施するために非常に頻繁に使用される通信技術はＺｉｇＢｅｅである。
ＷＰＡＮネットワークの主な最近のアプリケーションの１つは、ＷＳＮ（ワイヤレスセンサネットワーク）ネットワークである。
【０００４】
ＷＰＡＮでは、重要なコンポーネントは、デバイスとも呼ばれるネットワークのノードである。基本的には、ＦＦＤ（フル機能デバイス）及びＲＦＤ（縮小機能デバイス）の２つのタイプのデバイスがある。通例、ＷＰＡＮネットワークには、少なくとも１つのＦＦＤデバイスがＷＡＰＮコーディネータとして機能することが必要とされる。ＦＦＤデバイスは、ＲＦＤデバイスとの通信及びネットワークにわたる通信のルーティングを行うタスクを有する。多くの場合、ＦＦＤデバイスはコンセント電源式である一方、ＲＦＤはバッテリー電源式である。
【０００５】
アプリケーションに応じて、ＷＰＡＮネットワークは、スタートポロジー、クラスタツリートポロジー、及びメッシュトポロジーといった異なるトポロジーで動作することができる。ＷＳＮネットワークは、通常、メッシュトポロジーを使用する。本発明は、この場合に特に役立つ。
【０００６】
従来のＺｉｇＢｅｅネットワークでは、３つのタイプのノードがある。すなわち、ＺｉｇＢｅｅエンドデバイス（多くの場合、ＲＦＤデバイスである）とＺｉｇＢｅｅコーディネータ（ＦＦＤデバイスである）とＺｅｇＢｅｅルータ（ＦＦＤデバイスである）とがある。
【０００７】
ＺｉｇＢｅｅ技術に基づく従来のＷＳＮネットワークでは、エンドデバイス（「エッジノード」とも呼ばれる）は、バッテリー電源式であり、したがって、電力消費を制限するように設計されている一方、ルータ及びコーディネータ（ルータでもある）は、コンセント電源式であり、したがって、電力消費に関する問題を有しない。
【０００８】
電力消費の主な原因である、ＷＰＡＮネットワークのノードのコンポーネントは、無線送受信機である。したがって、電力消費を削減する一般的な方法は、「デューティサイクリング」を使用すること、すなわち、エンドデバイスの無線送受信機に、短い時間期間の間、間欠的に動作させることである。もちろん、これは、ＷＰＡＮネットワークで使用される通信プロトコルを複雑にする。
【０００９】
従来技術から、すべてのノードがバッテリー電源式であり、したがって、電力消費を制限するように設計され、且つ特殊なＭＡＣプロトコルが無線送受信機の電力消費を制限するのに使用されるＷＳＮネットワークも知られている。例えば、M. Buetter他による論文「X-MAC: A Short Preamble MAC Protocol for Duty-Cycled Wireless Sensor Networks」（SenSys 2006, 1-3 November 2006, Boulder, Colorado, USA）には、「Ｘ−ＭＡＣ」と呼ばれるこのようなＭＡＣプロトコルの１つが詳細に説明され、このようなＭＡＣプロトコルの他のもの、すなわち、「Ｓ−ＭＡＣ」、「Ｔ−ＭＡＣ」、「Ｂ−ＭＡＣ」、及び「ＷｉｓｅＭＡＣ」も言及されている。
【００１０】
ワイヤレスネットワークの電力消費の問題は、これまでにすでに検討され、具体的な解決法を通じて解決されている。
特許文献１から、エネルギー効率の良いネットワークを実施する方法及びネットワークアーキテクチャが知られている。このネットワークは、最終的には基地局へルーティングされるデータを収集して送信する複数のノードを含む。これらのネットワークノードは、クラスタヘッドとして機能する単一のノードを有するクラスタのセットを形成する。クラスタヘッドは、自身のクラスタに加入するノードを募集し、クラスタ内のデータの集合体をスケジューリングし、次いで、データを基地局へ送信する。クラスタは、個々のノードからのデータを知的に結合することができる。動作期間の後、クラスタは、クラスタヘッドとして機能するノードの異なるセットで再形成される。ネットワークは、個々のノードのエネルギー使用をバランスさせることによってシステムの寿命を増加させる。
【００１１】
特許文献２から、マルチノードネットワーク、特にセンサネットワークにおけるエネルギーを節約するためのシステムが知られている。ネットワークは、自身を階層に編成するように構成されたノードを含む。ノードは、ネットワークにおける第１層で送信／受信スケジュールを生成し、この送信／受信スケジュールに従って第１層に隣接した層でノードの送信機及び受信機の電源オン及び電源オフを制御するようにさらに構成される。外部ネットワークに接続された複数の監視点が設けられ、センサネットワークと通信する。
【００１２】
異なる通信標準規格間又は同じ標準規格の異なるリリース版間の相互運用性は、一般に、周知の大きな課題であり、これまでに、特定の場合に応じて多くの異なる方法で取り組まれて解決されてきた。互換性の課題は、ＩＳＯ／ＯＳＩスタックの異なるレベルのいずれにも存在し得る。
【００１３】
上記問題に対する一般的な手法は、双方の標準規格又は双方のリリース版をサポートするネットワークの１つ又は複数のコンポーネントを提供し、「変換」を実行することである。この点について、次の米国特許及び米国特許出願、すなわち、米国特許第６６５７９８４号明細書、米国特許出願公開第２００３１３９１５１号明細書、米国特許出願公開第２００５１８０４５３号明細書、米国特許出願公開第２００６００５６４４８号明細書を引用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第７，０３５，２４０号明細書
【特許文献２】米国特許第７，０２０，５０１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
出願人は、特にＷＳＮネットワークにおいて、通常はバッテリー供給式の電力消費が少ないデバイスをルータとしてのみ又はルータとしても機能させることが有利であると考えた。これには、間欠的に動作するルーティングノードを有することが必要とされる。すなわち、より正確には、その無線送受信機が例えば所定のデューティサイクルで間欠的に動作するルーティングノードを有することが必要とされる。
【００１６】
上記考えから、出願人は、永久電源式の無線送受信機を有し且つ通常は永久動作を有する従来のルーティングノード、及び間欠動作ルーティングノードに、それらルーティングノード間で効果的且つ効率的に通信させる必要があることを導出した。
【００１７】
出願人によって考えられたこの最初の可能性は、これら２つのタイプのルーティングノードの通信プロトコルを適切に再設計することであった。
いずれにしても、従来の（すなわち、永久動作）ルーティングノードの通信プロトコルが大幅に標準化され、多くのＷＰＡＮネットワーク（ＷＳＮネットワークを含む）がすでにデプロイされていることから、この可能性は、出願人によってかなり不利であると考えられた。
【００１８】
したがって、出願人は、レガシーネットワークルーティングノードの通信プロトコルが維持される解決法を目的とした。換言すれば、この解決法は後方互換性を有する。
前述した２つの米国特許、すなわち、特許文献２及び特許文献１は、後方互換性の問題を取り扱っていない。
【００１９】
特に、特許文献１は、ネットワークのすべてのノードが同じ新しいアルゴリズムを実行するので、後方互換性の問題を完全に無視しており、特許文献２では、センサネットワーク内のルーティングノードへの言及がされていない。
【００２０】
したがって、本発明の背後にある一般的な技術的問題は、間欠動作するルーティングノード及び永久電源式のルーティングノードをＷＰＡＮネットワーク内でどのように通信させるのかである。
【００２１】
より詳細には、本発明は、永久電源式のルーティングノードによって使用される通信プロトコルへの大幅な変更なしに、間欠動作するルーティングノード及び永久電源式のルーティングノードを通信させるための解決法を見つけることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上述した問題を解決するために、出願人は、永久電源式のルーティングノードと間欠動作するルーティングノードとの間で情報パケットを転送するためのポーリング手順を使用することを考案した。
【００２３】
いくつかのＷＰＡＮネットワーク（例えば、ＺｉｇＢｅｅネットワーク）の場合、ポーリング手順は、間欠エンドノードによって、永久電源式のルーティングノードと通信するのに使用される。したがって、本発明は、これらのタイプのＷＰＡＮネットワークにおける永久電源式のルーティングノードのＭＡＣプロトコル及びそれらルーティングノードに接続されたエンドノードのＭＡＣプロトコルに対して変更を必要とせず、これによって、後方互換性がもたらされる。しかしながら、ネットワークレベルでは、いくつかの変更が必要とされる。
【００２４】
より正確には、ポーリング手順は、永久電源式のルーティングノードからの情報パケット（ルーティング情報パケット及びデータ情報パケット）を間欠動作するルーティングノードで受信するのに使用される。具体的には、永久電源式のルーティングノードが、間欠動作するルーティングノードへ情報パケットを送信しなければならないとき、永久電源式のルーティングノードは、上記情報パケットをメモリに記憶し、上記間欠動作するルーティングノードが情報パケットを受信可能となるまで待機し、次いで、上記情報パケットを上記間欠動作するルーティングノードへ送信する。
【００２５】
これに対して、上記間欠動作するルーティングノードが上記永久電源式のルーティングノードへ情報パケットを送信しなければならないとき、上記間欠動作するルーティングノードは、上記情報パケットを直ちに送信することができる。
【００２６】
本発明によれば、間欠動作するルーティングノードは、好ましくはＭＡＣレベルではなくネットワークレベルで実施されるデューティサイクリング通信プロトコルを通じて、間欠動作する非ルーティングノードから／へ情報パケットを受信／送信することができる。これによって、後方互換性が増大される。
【００２７】
別の態様によれば、本発明は、ネットワークの間欠動作するルーティングノードのおかげで提供されるＷＰＡＮネットワークの自己修復機能にも関する。
実際に、間欠動作するルーティングノードは、永久電源式のルーティングノードとの無線接続の喪失を検出し、その結果、情報パケットの異なるルーティングが行われることができるように、ネットワークのノードのすべて又はサブセットに通知するようにすることができる。
【００２８】
本発明は、付属の図面と共に考察される以下の説明からより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明によるＷＰＡＮネットワーク、具体的には、ＺｉｇＢｅｅ技術に基づくＷＳＮネットワークを模式的に示す図である。
【図２】２種類のノード、すなわち、ＡＯＲノード及びＳＲノードのプロトコルスタックを模式的に示す図である。
【図３】ＳＲノードの初期化に関するフローチャートを模式的に示す図である。
【図４】ＳＲノードとＡＯＲノードとの間の間接通信に関するフローチャートを模式的に示す図である。
【図５】ＳＲノードによって実行されるポーリングフェーズに関するフローチャートを模式的に示す図である。
【図６】一般的な分散相互運用ＷＰＡＮネットワークのシナリオを模式的に示す図である。
【図７】本発明による自己修復方法に関するフローチャートを模式的に示す図である。
【図８】特定のＷＰＡＮネットワークに対する本発明による自己修復方法の適用を模式的に示す図である。
【００３０】
以下の説明及び付属の図面は、本発明を限定するものとして解釈されるべきではなく、単に例示として解釈されるべきであることが理解されるべきである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の説明される実施形態は、ＷＳＮ（ワイヤレスセンサネットワーク）に対応する。このネットワークの無線ノードは、ＡＯＲ（常時オンルータ（Always-on router））ノード、ＳＲ（スリーピングルータ（Sleeping Router））ノード、及びＥＤ（エンドデバイス）ノードと呼ばれる。ＡＯＲノードは、ルーティングファシリティを有し、永久動作する（通常、コンセント電源式である）無線送受信機を備えるノードであり、ＳＲノードは、ルーティングファシリティを有し、間欠動作する（通常、バッテリー電源式である）無線送受信機を備えるノードであり、ＥＤノードは、ルーティングファシリティを有せず、好ましくは、間欠動作する（通常、バッテリー電源式である）無線送受信機を備えるエッジノードである。
【００３２】
以下の説明では、「情報パケット」という表現は、データ情報パケット及びルーティング情報パケットの双方をカバーする。
以下、当業者によれば真実であるように、読み手は、ＺｉｇＢｅｅ並びにその通信技術及びプロトコルをよく知っているものと仮定する。
【００３３】
図１には、本発明によるＷＰＡＮネットワーク、具体的には、ＺｉｇＢｅｅに基づくＷＳＮネットワークが示されている。この特定のネットワークは、第１の複数のノードを備える第１のＷＳＮサブネットワークＳＮＷ１及び第２の複数のノードを備える第２のＷＳＮサブネットワークＳＮＷ２を備える。
【００３４】
図１のＷＳＮネットワークのワイヤレスノードには、ＡＯＲノード（黒丸）、ＳＲノード（交差線付きの丸）、及びＥＤノード（白丸）の３つの異なるタイプがある。サブネットワークＳＮＷ１は、ＡＯＲノード及びＥＤノードのみを備える一方、サブネットワークＳＮＷ２は、ＳＲノード及びＥＤノードのみを備える。サブネットワークＳＮＷ１は、ほとんどレガシーのＷＳＮコンセント電源式バックボーンネットワークであり、すでにデプロイされているネットワークに対応することができる。
【００３５】
一般的な用語法によれば、ＡＯＲノードは、ＦＦＤ（フル機能デバイス）であり、通例、コンセント電源式であり、ＥＤノードは、通例、ＲＦＤ（縮小機能デバイス）であり、バッテリー電源式であり、ＳＲノードは、ＦＦＤ（フル機能デバイス）であり、通例、バッテリー電源式である。
【００３６】
図１において、矢印を有する線は、ネットワークのノード間の通信リンクを表す。すべての線は２つの矢印を有し、これは双方向通信を意味することに留意しなければならない。
【００３７】
２つのサブネットワークは、４つの「ブリッジ」ルーティングノードＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、すなわち、２つのＡＯＲノードＢ１及びＢ３並びに２つのＳＲノードＢ２及びＢ４によって接続され、通信を行う。これは、本発明の重要な態様の１つに対応するので、以下でより十分に説明される。
【００３８】
電力消費は、ノードの無線送受信機によって、特に、電力消費が全く同じである多くの商用の送受信機（例えば、Texas Instruments CC2420/CC2430、Ember EM250等）に関しては受信フェーズ及び送信フェーズの双方におけるアクティブ期間によって大きな影響を受けることを考慮しなければならない。この理由のために、ノードが自身の無線送受信機を常にアクティブに維持する必要があるとき、ノードは、コンセント又は非常に強力な（且つ大きな）バッテリーのいずれかによって電力を供給される必要がある。
【００３９】
無線送受信機を有するワイヤレスノードが、（小さな）バッテリーによって電力を供給されるとき、電力消費を削減してバッテリー寿命を最大にする一般的な手法は、「デューティサイクリング」である。換言すれば、その送受信機は、定期的に短い時間期間の間のみアクティブである。
【００４０】
この手法は、ノードによる送信に対して問題を生み出さない。実際に、送信は、ノードがウェイクアップするときにのみ定期的に行うことができる。いずれにしても、（情報を喪失することなく）ノードによる受信を可能にするために、他のノードとの情報パケットの転送を管理する特定の方法を使用する必要がある。
【００４１】
図１では、３つの異なる通信プロトコルがある。すなわち、
−第１の通信プロトコルは、サブネットワークＳＮＷ１の任意のＥＤノードと任意のＡＯＲノードとの間の通信及びＡＯＲノード間の通信にサブネットワークＳＮＷ１内で使用されるＺｉｇＢｅｅ技術によるものである。
【００４２】
−第２の通信プロトコルは、間欠動作ノード間、具体的には、サブネットワークＳＮＷ２の任意のＥＤノードと任意のＳＲノードとの間及びＳＲノード間の通信にサブネットワークＳＮＷ２内で使用されるデューティサイクリング通信プロトコルである。
【００４３】
−第３の通信プロトコルは、４つの「ブリッジ」ノードＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４によって互いの通信に使用されるものであり、特に、ＡＯＲノード（すなわち、永久動作ルーティングノード）がＳＲノード（間欠動作ルーティングノード）と通信するのに使用される。
第２の通信プロトコル及び特に第３の通信プロトコルが、本発明の態様である。
【００４４】
サブネットワークＳＮＷ１は、自身のルーティングノード、すなわちＳＲノードによってサブネットワークＳＮＷ２に対する複数のアクセスを発見することができる。図１では、２対のＳＲノード＋ＡＯＲノード、すなわち、Ｂ２＋Ｂ１及びＢ４＋Ｂ３のみが、本発明による最小であるゲートウェイとして機能する。より多くの数の対を確立して、２つのサブネットワーク間の通信に使用することもできる。
【００４５】
サブネットワークＳＮＷ１（コンセント電源式である）の主目的はレイテンシーを最小にすること（例えば、制御ネットワークの一般的な要件）である一方、サブネットワークＳＮＷ２（バッテリー電源式である）の主目的は、バッテリー寿命を最大にすること（例えば、データを検知するための監視ネットワークの一般的要件）であるので、これら２つのサブネットワーク内のノードは、異なるプロトコルスタックを有する。
【００４６】
図２では、これら２種類のノード（すなわち、ＡＯＲ及びＳＲ）のプロトコルスタックが説明される。ノードは、ＩＳＯ／ＯＳＩ標準規格の手法に従って以下のレイヤを備える。すなわち、
−ＰＨＹレイヤ２０１及びＭＡＣレイヤ２０２：ＰＨＹレイヤ２０１は、ハードウェア（送受信機）で実施することができ、ノードが、ネットワークのエネルギーをスキャンし、無線でパケットを送信することを可能にする。ＭＡＣレイヤ２０２は、例えばＣＳＭＡ／ＣＡ（衝突回避型搬送波検知多重アクセス）とすることができるチャネルに対するアクセスを制御及び管理する。
【００４７】
−ＳＴＡＣＫレイヤ２０３：これは、ノードのネットワークスタックを表す。これは、ネットワークの省電力の特徴（ＳＲスタック２０３Ｓ）又はネットワーク内の低レイテンシーの特徴（ＡＯＲスタック２０３Ａ）を保証するように適応させることができる。
【００４８】
−ＡＰＩレイヤ２０４：これは、下位レイヤに対するアプリケーションのインターフェースであり、ノードの最上部の特定のアプリケーションを実行することを可能にする。このレイヤによって通常定義されるＡＰＩのセットは、送信／受信データインターフェース及びアプリケーションアドレッシングメカニズム（アプリケーション資源の使用）を含む。このレイヤは、例えば、ＺｉｇＢｅｅ技術で「ＡＰＳ」として定義されるアプリケーションサブレイヤによって表すことができる。
【００４９】
−アプリケーションレイヤ２０５：これは、ノードアーキテクチャの最上位レイヤであり、ネットワークにおける制御機能を実行するアプリケーションに対応する。一般的な場合、単一のノードが、ＡＰＩレイヤを通じて資源にアクセスする複数のアプリケーションを実行することができる。本発明のＺｉｇＢｅｅの実施形態では、アプリケーションは、ビルオートメーション、ワイヤレスセンサアプリケーション、ホームオートメーション等のような特定のＺｉｇＢｅｅアプリケーションプロファイルに準拠することができる。
【００５０】
上述したレイヤは、ノードの動作を制御するクロスレイヤ管理ブロック２００によって管理される。
サブネットワークＳＮＷ１内のエッジノードＥＤは、親ＡＯＲノードとの通信に適したスタックを有する一方、サブネットワークＳＮＷ２内のエッジノードＥＤは、親ＳＲノードとの通信に適したスタックを有する。
【００５１】
ＡＯＲノードとＳＲノードとの間の通信は、ポーリング手順を利用する。これは、データ情報パケット及びルーティング情報パケットの双方に適用される。特に、ＡＯＲノードが情報パケットをＳＲノードへ送信しなければならないとき、ＡＯＲノードは、上記情報パケットをメモリに記憶し、上記ＳＲノードが情報パケットを受信可能となるまで待機し、次いで、上記情報パケットを上記ＳＲノードへ送信する一方、上記ＳＲノードが情報パケットを上記ＡＯＲノードへ送信しなければならないとき、上記ＳＲノードは、上記情報パケットを上記ＡＯＲノードへ直ちに送信する。
【００５２】
このために、ＡＯＲノードは、ＳＲノードへ送信される情報パケットを記憶するメモリ、及びＳＲノードが情報パケットを受信可能となるまで待機し、情報パケットをＳＲノードへ送信するモジュールを備える。
【００５３】
ＳＲノードは、ＡＯＲノードからこのような情報パケットを受信するためのポーリング手順を実施するポーリングモジュール、他のＳＲノード又はＥＤノードと通信するためのプロトコルを実施するデューティサイクリング通信モジュール、及びＡＯＲノードとの無線接続を監視し、このような無線接続が喪失されるか否かを判断するモジュールを備える。
【００５４】
上述したモジュールは、ソフトウェアモジュール、ファームウェアモジュール、又はさらにはハードウェアモジュールとして実施することができる。
ＳＲノード間又はＳＲノードとＥＤノードとの間の通信は、「省電力通信プロトコル」であり、「同期」及び「スニッフィング」の２つの異なる手法のいずれかに基づくことができる。これらの手法は、すべてのノードがバッテリー電源式であるＷＳＮネットワークで実施されるＭＡＣプロトコルですでに使用されている。M. Buetter他による論文「X-MAC: A Short Preamble MAC Protocol for Duty-Cycled Wireless Sensor Networks」（SenSys 2006, 1-3 November 2006, Boulder, Colorado, USA）には、「Ｘ−ＭＡＣ」と呼ばれるこのようなＭＡＣプロトコルの１つが詳細に説明され、このようなＭＡＣプロトコルの他のもの、すなわち、「Ｓ−ＭＡＣ」、「Ｔ−ＭＡＣ」、「Ｂ−ＭＡＣ」、及び「ＷｉｓｅＭＡＣ」も言及されている。
【００５５】
本発明によれば、特に、これらの手法は、ＳＴＡＣＫレイヤで実施される。このように、物理レイヤ及びＭＡＣレイヤは、有利なことに、変更しないでおくことができ、その結果、すでにデプロイされた例えばＺｉｇＢｅｅネットワークとの後方互換性を提供することができる。
【００５６】
以下では、ＡＯＲノードとＳＲノードとの間の通信のより詳細な説明が、図３、図４、及び図５と共に提供される。
図３は、ＳＲノードの初期化に関するものである
ＳＲノードがウェイクアップし、任意の既存のネットワークを検索する（ステップ３０１）。ＳＲノードがＡＯＲノードを発見した場合（ステップ３０２）、ＳＲノードは、加入手順を発行し（ステップ３０３）、その「息子」になることによって、ＡＯＲノードに加入する。ＡＯＲノードがＳＲノードのカバレッジエリア内にない場合（ステップ３０２）、「省電力通信プロトコル」（「省電力リスニング」等）が、最初に関連付けに使用され、次いで通信に使用される。ＳＲノードが、自身のカバレッジエリア内で自身の親となるのに利用可能な別のＳＲノードを発見した場合（ステップ３０９）、ＳＲノードは、その別のＳＲノードに加入し（ステップ３１０）、次いで、このプロトコルに従って、その別のＳＲノードとの省電力通信フェーズ（ステップ３１１）がその後に続く。ＳＲノードが、自身のカバレッジエリア内で自身の「親」となるのに利用可能な別のＳＲノードを発見しない場合、「関連付け失敗」状況が発生し（ステップ３１２）、新しい試みが後に試行される（ステップ３０１）。
【００５７】
或るＳＲノードが別のノード（ＡＯＲノード又はＳＲノードのいずれか）に関連付けられるとき、そのＳＲノードは、自身の送受信機が間欠動作することを「親」ノードに指定する。これは、ＳＲノードがＡＯＲノードに関連付けられるときに特に重要である。実際に、この場合、ＡＯＲノードは、非永久電源式のルーティングノードと通信しなければならず、したがって、このノード宛のルーティング情報パケット及び他のノード宛のデータ情報パケットの双方を送信しなければならないことに気付いている必要があると同時に、このノードに向けられたデータ情報パケットの場合には、このデータを記憶し、ポーリングフェーズを待つことに気付いている必要がある。
【００５８】
ＳＲノードが関連付けられたＡＯＲノードからデータを受信するために、間接送信メカニズム（indirect transmission mechanism）が、ＡＯＲノード及びＳＲノードの双方において実施される（ステップ３０４）。
【００５９】
ＳＲノードが関連付けられたＡＯＲノードへデータを送信するために、まず第１に、送信されるパケットがあるか否かのチェックが行われる（ステップ３０５）。送信されるパケットがある場合、ＳＲノードの送受信機がアクティブ化され（ステップ３０６）、次いで、その後直ちに、情報パケットの直接送信が実行され（ステップ３０７）、最後に、ＳＲノードの送受信機が非アクティブ化される（ステップ３０８）。これは、ＡＯＲノード及びその送受信機が永久動作しているから可能である。
【００６０】
図４は、ＳＲノードとＡＯＲノードとの間の間接通信（ステップ３０４）に関するものである。
スリーピングＳＲノードは、ポーリング手順前に自身の送受信機をアクティブ化する（ステップ４０２）。次に、スリーピングＳＲノードは、例えば「MaxWaitTime（最大待機時間）」、すなわち設定される時間期間パラメータ、ごとにデータを求めてＡＯＲノードをポーリングする（ステップ４０３）。ポーリング手順のポーリング期間は、カウンタチェックステップ（ステップ４０１）及びカウンタインクリメントステップ（ステップ４０５）を含む待機ループを通って実施される。最後に、スリーピングＳＲノードは、自身の送受信機を非アクティブ化することによってスリープ状態に戻り（ステップ４０４）、その結果、そのバッテリー寿命が保存される。これは、ＳＲノードが、ＷＳＮネットワークの電力供給されたバックボーンブランチ（すなわち、サブネットワークＳＮＷ１）に隣接するネットワークの境界に配置されている場合であっても行われ、ＳＲノードがＡＯＲノードに関連付けられている場合であっても行われる。
【００６１】
図５は、ＳＲノードによって実行されるポーリングフェーズ（ステップ４０３）に関するものである。
ＳＲノードは、親ＡＯＲノードへデータの要求を送信し（ステップ５０１）、ＡＯＲノードから返答を受信する（ステップ５０２）。この点については、「保留データ（pending data）」フラグがセットされた肯定応答のようなピギーバッキングメカニズムを実施することができる。返答はチェックされる（ステップ５０３）。ＡＯＲノードが、ＳＲノードについて保留中の情報パケットを有しない場合、ステップはそれ以上実行されない。そうでない場合、待機ループ（ステップ５０４）が実行される。この待機ループは、ＡＯＲノードが情報パケットの送信を開始する時又は例えば「DataMaxWaitTime（データ最大待機時間）」、すなわち設定される時間期間パラメータ、のタイムアウトが満了した時のいずれかで終了する。タイムアウトに達した場合、ＳＲノードは、「受信の失敗」を通知し（ステップ５０５）、後に受信プロセスを再試行することができる。そうでない場合、ＳＲノードは、ＡＯＲノードから情報パケットを受信する（ステップ５０６）。
【００６２】
図１の本発明の実施形態によれば、ＷＳＮネットワークは、ＺｉｇＢｅｅネットワーク、より正確には、２つのＺｉｇＢｅｅサブネットワークＳＮＷ１及びＳＮＷ２の接続を通じて実施される。
【００６３】
これら２つのサブネットワーク間の相互運用性を維持するために、２つのサブネットワークのノードのＭＡＣレイヤ及びＰＨＹレイヤは、共にＺｉｇＢｅｅ技術と互換性を有する。
【００６４】
加えて、サブネットワークＳＮＷ１のコンセント電源式のルーティングノード、すなわちＡＯＲノードの通信プロトコルに大幅な変更は加えられない。この目的を達成するために、ゲートウェイＡＯＲノード（図１のＢ１及びＢ３）は、ポーリング手順を使用して、任意のＥＤノードだけでなく、自身に関連付けられたＳＲノード（図１のＢ２及びＢ４）とも通信する。この点については、ＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３のパラグラフ７．１．１６及び図３３に加えて、パラグラフ７．５．６．３が参照される。
【００６５】
ゲートウェイＳＲ（図１のＢ２及びＢ４）ノードが、対応するＡＯＲノード（図１のＢ１及びＢ３）に関連付けられると、ルーティングプロトコルが（コンセント電源式）サブネットワークＳＮＷ１から（バッテリー電源式）サブネットワークＳＮＷ２へ伝搬することを可能にするために、ＡＯＲノードは、ブロードキャストルーティング情報パケット及びマルチキャストルーティング情報パケットをＳＲノードへ転送すべきである。これは、関連付けフェーズ中、ＳＲノードが、ルーティング機能を有するが、アイドルステータスにあるときに送受信機をスリーピングモードにする機能（ＡＯＲノードには当てはまらない）を有するノードとして宣言するため、容易に行われる。他方、ＡＯＲノードは、ルーティング機能及びアイドルステータスにあるときに送受信機をスリーピングモードにする能力を有するノード、すなわちＳＲノードを認識し、それらノードに対するすべての情報パケットを記憶することができる。これらのパケットは、ＳＲノード自体にアドレッシングされたデータパケットに加えて、ブロードキャストルーティングパケット又はマルチキャストルーティングパケット、及びＳＲノードがルートを有するノードにアドレッシングされたデータパケットとすることができる。換言すれば、ＡＯＲノードは、ＥＤノードとの通信を管理するために、ＥＤノードにアドレッシングされたデータパケットのみを記憶しなければならないが、ＳＲノードとの通信を管理するために、そのＳＲノードをネクストホップとして有するパケット並びにすべてのブロードキャストパケット及びマルチキャストパケット（例えば、ネットワークコマンドパケット）も記憶しなければならない。このように、スリーピングルータ及び常時オンルータの間の相互運用性を効果的に実行することができる。
【００６６】
加えて、ＳＲノード間の可能な複数の接続のおかげで、サブネットワークＳＮＷ１とサブネットワークＳＮＷ２との間の接続に関して、システムの単一障害点が回避される。
既知で且つＺｉｇＢｅｅ技術に従って使用されるポーリングメカニズムでは、対応するポーリングプリミティブが、ポーリングの宛先を指定することを可能にしていないので、ＳＲノードは、自身の「親」ノードのみからのデータをポーリングすることが可能である。このように、２つの以上のＡＯＲノードがＳＲノードの無線範囲にある場合であっても、１つのリンク（ＡＯＲ−ＳＲ）のみが、ＡＯＲノードからＳＲノードへの通信に使用される。さらに、ＳＲノードから任意の隣接したＡＯＲノードへの通信は、親リンクのみを使用して行われる。実際に、ＺｉｇＢｅｅルート要求メッセージのように、ＳＲノードからＡＯＲノードへ直接的なメッセージを発行できる場合であっても、ルート返答は、逆パスをたどり、したがって、親ノードへのネクストホップが、ルート要求自体の結果として設定される。これは、ＳＲノードに、その隣接したＳＲノードから及び存在するならばその親ＡＯＲノードからのみのルートの要求に返答させて行われる。
【００６７】
通信におけるこのメカニズムは、プロトコルスタックへの大幅な変更なしに既存のポーリングメカニズムを使用することを可能にするので、本発明の主な強みの１つである。
ＡＯＲノードが、ＳＲノードのデータパケットを、ＳＲノードがウェイクアップしてこのデータを求めてポーリングすることを可能にするだけ十分長く保持すべきであることが明確にされるべきである。このためには、ＡＯＲ−ＥＤ通信に使用される手順と同じ手順を使用して既存のネットワークレイヤ変数を設定しなければならない。
【００６８】
換言すれば、導入された機能によって、省電力ルータは、スリープしてエネルギーを節減し、バッテリー動作式とすることが可能になり、したがって、ルータを常にコンセント電源式とする制約が取り除かれる。
【００６９】
図６では、図１の例よりも一般的な場合である分散相互運用ネットワークのシナリオが説明される。３つのサブネットワークＳＮＷ３（例えば、ＡＯＲブランチ）、ＳＮＷ４（例えば、第１のＳＲブランチ）、及びＳＮＷ５（第２のＳＲブランチ）が強調され、それらの間の境界エリアＳＮＷ６も強調されている。複数のＳＲノードへの関連付けを可能にすることによって、サブネットワークの境界上のＡＯＲノードは、ネットワークのＳＲブランチを接続する複数のパスを確立することができる（図６のＳＮＷ６エリアのＡＯＲノードを参照）。このように、常時オンノードとスリーピングノードとの間の１つの特定の接続リンクで障害が発生した場合であっても、ＳＲノードとの通信を維持することができる。バッテリーの障害が発生したとき、他のＳＲ−ＡＯＲリンクは、いずれにしても、全体のネットワークのトラフィックをリダイレクトし負荷バランスを回復させることによって通信を維持することができる。
【００７０】
コンセント電源式のサブネットワークとバッテリー電源式のサブネットワークとの間の通信を保証するために、本発明は、例えば、ＡＯＲルータへのリンクに問題が発生した場合に、ブロードキャストパケット又は好ましくはマルチキャストパケットを境界位置の他のノードへ発行することによって、ＳＲノードがネットワークの残りに部分に通知すべき手順（図７）を予測する。ロケーション機能が提供されていない場合、ブロードキャストパケットが使用される。
【００７１】
この場合、おそらく（例えば、低速移動を適用するために）親ＡＯＲノードの位置が変化することにより、ＡＯＲノードにまだ接続されていない他のノード（これら他のノードは自身の親リストをチェックして、このオペレーションを行う）は、ＡＯＲノードへの関連付けを試み、コンセント電源式のサブネットワークへの接続を最大にすることによってネットワーク信頼性を改善し、自身のアドレスの変更が行われる場合には、自身が関連付けられたノード（通常、他のＳＲノード）に通知する。この場合、関連付けられたＳＲノードは、省電力サブネットワーク構造の最適なバランスを回復するために、ネットワークに再加入せざるを得なくなる。
【００７２】
より具体的には、（子−親リンクを通じて）ＡＯＲノードに接続されたＳＲノードが、（すなわち、ＳＲノードの移動、バッテリーの障害又は放電等により）自身のＡＯＲ親との接続を喪失した時はいつでも、ＳＲノードは、その問題について他のＳＲノードに知らせる通知パケットを送信する。このパケットは、マルチキャスト通信又はブロードキャスト通信を介して送信することができる。ＳＲがこの「接続喪失」メッセージを受信した時はいつでも、ＳＲノードは、自身の親ノードのタイプをチェックする。親ノードがＡＯＲノードでない（すなわち、親ノードがＳＲノードである）場合、ＳＲノードは、自身の無線範囲にＡＯＲがあるか否かをチェックし、存在する場合、そのＡＯＲとの関連付けを試みる。このように、ＳＲネットとＡＯＲネットとの間の接続リンクが保証される。親の変更が行われ、ＳＲノードのアドレスが変更された場合、ＳＲノードは、自身に関連付けられたすべてのノードへこの変更を通知しなければならない。このように、関連付けられたすべてのＳＲノードは、ネットワークに再加入して、更新されたアドレスを取得し、すべてのルーティングテーブルは、新しいアドレスを反映するように更新される。
【００７３】
この手順は、ポータビリティ問題を解決することができる。ＳＲノードは、バッテリー電源式であり、したがって、その動作時間中に移動して位置を変更することができる。この理由により、移動を可能にし、ＡＯＲネットワークとの接続を保証する手順を有することが非常に役立つ。
【００７４】
本発明による自己修復方法が、図７の例示のフローチャートを参照して以下に説明される。
ステップ７０１において、ＳＲノードは、自身の親ＡＯＲノードとの接続の喪失を検出する。ステップ７０２において、ＳＲノードは、検出された接続の喪失を（ブロードキャスト送信又はマルチキャスト送信を通じて）ネットワークに通知する。複数のＳＲノードが、この接続喪失通知を受信し、それらＳＲノードのそれぞれが、ステップ７０３において、自身がＡＯＲノードにすでに接続されているか否かをチェックする。そうである場合、ＳＲノードによってそれ以上ステップは実行されない。そうでない場合、ステップ７０４において、各ＳＲノードは、自身の親ノードとして機能することができるＡＯＲノードを識別するための無線スキャンを実行する。ステップ７０５において、各ＳＲノードは、新しい親が識別されたか否かをチェックする。新しい親が識別されない場合、ＳＲノードによってそれ以上ステップは実行されない。新しい親が識別された場合、ステップ７０６において、ＳＲノードは、新しい親に関連付けられる。その後、ステップ７０７において、ＳＲノードは、自身のネットワークアドレスがこの新しい関連付けによって変更されたか否かをチェックする。変更されていない場合、ＳＲノードによってそれ以上ステップは実行されない。変更された場合、ステップ７０８において、ＳＲノードは、自身の新しいアドレスをネットワークのすべての対象となるノードに通知し、通常は、少なくとも自身に関連付けられたノードに通知する。
【００７５】
相互運用性の提案された方法によって、フォールトトレランスについてスリーピングルータに依拠することが可能になる。ＡＯＲサブネットワークの一部Ｐ２が、（例えば、実線によって範囲が定められたエリアＡに存在する強い無線妨害のために）ＡＯＲサブネットワークの別の部分Ｐ１にもはや接続されていない図８に示す状況では、ＡＯＲ間のアドホック通信は、ＳＲサブネットワークＳＮＷ７によって実行される接続に依拠することができる。
【００７６】
すでにデプロイされた（２つの部分、すなわちサブネットワークＰ１及びＰ２に分割された）ＡＯＲネットワーク及びその後加入するＳＲネットワークＳＮＷ７について考えると、このＳＲネットワークＳＮＷ７は、図８のように、２つの既存のＡＯＲサブネットワークＰ１及びＰ２の中央に位置させることができる。この状況において、上述した加入手順を使用し、ＡＯＲノードの少なくともいくつかにはまだ関連付けの余地があると仮定すると、境界ＳＲノードは、自身の無線範囲内のＡＯＲノードに直接加入する。このように、２つのサブネットワーク間の直接接続にグローバルな障害が存在しても、２つのＡＯＲサブネットワーク間の接続を達成することができる。
【００７７】
説明したポーリングメカニズムを使用すると、ＳＲネットワークは、ＷＰＡＮネットワーク内で接続機能を実行し、したがって、ＡＯＲノードをより良く接続する新しいルートが提供され、ＷＰＡＮネットワークの別の接続解除されたブランチにパケットが配信される。新しいルートは、ＳＲノードが、親ＡＯＲノードを含む自身の親ノードからのルート要求パケットを求めてポーリングすることを可能にするルーティングパケットのブロードキャスト／マルチキャストのおかげで確立される。
【００７８】
いずれにしても、本発明によれば、ＳＲノード以外のＡＯＲノードを通じて、喪失された接続を再確立することが好ましい。実際に、ＡＯＲノードを通じた接続は、常時オンノード間の直接通信によってより高速となる。
【００７９】
本発明の上記説明は、複数の永久電源式のルーティングノード及び複数の間欠動作するルーティングノードに加えて複数のエンドノードを備えるＷＰＡＮネットワーク、特にＺｉｇＢｅｅネットワーク、並びにこのようなＷＰＡＮネットワークにわたる情報パケットの転送を管理する方法を取り扱っていることを強調することは価値がある。
【００８０】
いずれにしても、本発明は、永久電源式のルーティングノード及び間欠動作するルーティングノードの双方のＷＰＡＮネットワークのルーティングノードにも影響を与える。これらルーティングノードは、本発明のさらに別の態様である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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