(57)【要約】【課題】  ワイヤレス・センサ・ネットワーク（１０）内で少なくとも１つのデータ・パケットを経路指定するための方法を提供する。【解決手段】  このワイヤレス・センサ・ネットワーク（１０）は、少なくとも１つのデータ・パケットを送信するように構成可能な少なくとも１つのソース・ノード（Ｓ）と、ソース・ノード（Ｓ）によって送信されたデータ・パケットを受信するように構成可能な少なくとも１つの宛先ノード（Ｄ）と、ソース・ノード（Ｓ）と宛先ノード（Ｄ）との間にあってデータ・パケットを受信して転送するように構成可能な相互接続可能ネットワーク・ノード（ｓｉ）とを含み、この方法は、少なくともスリープ・モードとアクティブ・モードとを含むスリープ・アクティブ・スケジュールに応じてネットワーク・ノード（ｓｉ）を操作するステップと、それ自体の地理的位置と宛先ノード（Ｄ）の地理的位置に関する情報を有するようにネットワーク・ノード（ｓｉ）を構成するステップとを含み、この方法は、ワイヤレス・センサ・ネットワーク（１０）を、境界によって分離される複数の独立エリア（Ａ０、ＡＭ−１、Ａ１、Ａ２）に分割するステップと、それぞれのエリア（Ａ０、ＡＭ−１、Ａ１、Ａ２）を少なくとも２つの領域に分離するステップであって、その領域が内部境界領域（Ｉ）と中央領域（Ｃ）と外部境界領域（Ｏ）であるステップと、データ・パケットをソース・ノード（Ｓ）から宛先ノード（Ｄ）に経路指定するためにネットワーク・ノード（ｓｉ）から転送ノードを選択するステップであって、このような転送ノードが宛先ノード（Ｄ）に対するそれぞれの地理的位置を基礎として選択され、ネットワーク・ノード同士が相互に対して同期化されるステップと、所与の時間帯でデータ・パケットを経路指定するために選択された転送ノードのみがアクティブ・モードで動作可能になり、他のすべてのネットワーク・ノード（ｓｉ）がスリープ・モードで動作可能になるようにスリープ・アクティブ・スケジュールを構成するステップとをさらに含む。【選択図】  図２
2015505206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレス・センサ・ネットワーク（１０）内で少なくとも１つのデータ・パケットを経路指定するための方法であって、前記ワイヤレス・センサ・ネットワーク（１０）が、少なくとも１つのデータ・パケットを送信するように構成可能な少なくとも１つのソース・ノード（Ｓ）と、前記ソース・ノード（Ｓ）によって送信された前記データ・パケットを受信するように構成可能な少なくとも１つの宛先ノード（Ｄ）と、前記ソース・ノード（Ｓ）と前記宛先ノード（Ｄ）との間にあって前記データ・パケットを受信して転送するように構成可能な相互接続可能ネットワーク・ノード（ｓｉ）とを含み、前記方法が、少なくともスリープ・モードとアクティブ・モードとを含むスリープ・アクティブ・スケジュールに応じて前記ネットワーク・ノード（ｓｉ）を操作するステップと、それ自体の地理的位置と前記宛先ノード（Ｄ）の地理的位置に関する情報を有するように前記ネットワーク・ノード（ｓｉ）を構成するステップとを含み、前記方法が、
前記ワイヤレス・センサ・ネットワーク（１０）を、境界によって分離される複数の独立エリア（Ａ０、ＡＭ−１、Ａ１、Ａ２）に分割するステップと、
それぞれのエリア（Ａ０、ＡＭ−１、Ａ１、Ａ２）を少なくとも２つの領域に分離するステップであって、前記領域が内部境界領域（Ｉ）と中央領域（Ｃ）と外部境界領域（Ｏ）であるステップと、
前記データ・パケットを前記ソース・ノード（Ｓ）から前記宛先ノード（Ｄ）に経路指定するために前記ネットワーク・ノード（ｓｉ）から転送ノード（ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４、ｓ５、ｓ６、ｓ７、ｓ８、ｓ９）を選択するステップであって、このような転送ノード（ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４、ｓ５、ｓ６、ｓ７、ｓ８、ｓ９）が前記宛先ノード（Ｄ）に対するそれぞれの地理的位置を基礎として選択され、前記ネットワーク・ノード同士が相互に対して同期化されるステップと、
所与の時間帯で前記データ・パケットを経路指定するために選択された転送ノード（ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４、ｓ５、ｓ６、ｓ７、ｓ８、ｓ９）のみが前記アクティブ・モードで動作可能になり、他のすべてのネットワーク・ノード（ｓｉ）が前記スリープ・モードで動作可能になるように前記スリープ・アクティブ・スケジュールを構成するステップと
をさらに含む、方法。
【請求項２】
前記スリープ・アクティブ・スケジュールの構成が、境界によって分離される所与の１対の隣接エリア（ＡＭ−１−ＡＭ−２、Ａ２−Ａ１、Ａ１−Ａ０）について、前記所与の１対のエリアのうちの一方のエリア（ＡＭ−２、Ａ１、Ａ０）の前記外部境界領域（Ｏ）と前記所与の１対のエリア（ＡＭ−１−ＡＭ−２、Ａ２−Ａ１、Ａ１−Ａ０）のうちのもう一方のエリア（ＡＭ−１、Ａ２、Ａ１）の前記内部境界領域（Ｉ）が前記所与の１対の隣接エリア（ＡＭ−１−ＡＭ−２、Ａ２−Ａ１、Ａ１−Ａ０）を分離する前記境界に接する場合に、前記所与の１対の隣接エリア（ＡＭ−１−ＡＭ−２、Ａ２−Ａ１、Ａ１−Ａ０）のうちの前記一方のエリア（ＡＭ−２、Ａ１、Ａ０）の前記外部境界領域（Ｏ）と前記所与の１対の隣接エリア（ＡＭ−１−ＡＭ−２、Ａ２−Ａ１、Ａ１−Ａ０）のうちの前記もう一方のエリア（ＡＭ−１、Ａ２、Ａ１）の前記内部境界領域（Ｉ）において少なくとも前記転送ノード（Ｏ２、Ｏ１、Ｏ０、ＩＭ−１、Ｉ２、Ｉ１）のそれぞれのアクティブ・モード（Ｔａｃ）間にオーバラップが発生するように行われる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記スリープ・アクティブ・スケジュールの構成が、所与のエリア（Ａ１）内の前記領域（Ｏ、Ｃ、Ｉ）に対応する転送ノード（Ｏ１、Ｃ１、Ｉ１）の前記それぞれのアクティブ・モード（Ｔａｃ）間にオーバラップが発生するように行われる、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記アクティブ・モード（Ｔａｃ）が、少なくとも、前記データ・パケットが所与のエリア（Ａ１）の前記外部境界領域（Ｏ）で受信される場合に対応する着信データ・フェーズ（Ｔｉｎｃ）と、前記データ・パケットが前記所与のエリア（Ａ１）を通り抜ける場合に対応する転送データ・フェーズ（Ｔｆｏｒ）と、前記データ・パケットが前記所与のエリア（Ａ１）の前記内部境界領域（Ｉ）から他の隣接位置エリア（Ａ０）に送信される場合に対応する発信データ・フェーズ（Ｔｏｕｔ）とを含むように構成される、請求項１、２、または３記載の方法。
【請求項５】
前記スリープ・アクティブ・スケジュールの構成が、境界によって分離される所与の１対の隣接エリア（Ａ１、Ａ０）のうちの一方のエリア（Ａ１）の内部境界領域（Ｉ）内の前記転送ノード（Ｉ１）の前記発信データ・フェーズ（Ｔｏｕｔ）と、前記所与の１対の隣接エリア（Ａ１、Ａ０）のうちのもう一方のエリア（Ａ０）の前記外部境界領域（Ｏ）内の前記転送ノード（Ｏ０）の前記着信データ・フェーズ（Ｔｉｎｃ）との間にオーバラップが発生するように行われる、請求項４記載の方法。
【請求項６】
所与の１対の隣接エリア（Ａ２、Ａ１）のうちの一方のエリア（Ａ２）内の転送フェーズ（Ｔｆｏｒ）が終わる前に前記データ・パケットが受信され、前記所与の１対の隣接エリア（Ａ２、Ａ１）のうちのもう一方のエリア（Ａ１）のアクティブ期間（Ｔａｃ）が始まっていない場合、前記一方のエリア（Ａ２）から前記もう一方のエリア（Ａ１）への前記データ・パケットの転送が、このようなアクティブ期間（Ｔａｃ）が始まるまで据え置かれる、請求項４または５記載の方法。
【請求項７】
前記スリープ・アクティブ・スケジュールの構成が、あるエリア（Ａ１）の前記領域内の前記転送ノード（Ｏ１、Ｃ１、Ｉ１）の少なくとも前記それぞれの転送フェーズ（Ｔｆｏｒ）間にオーバラップが発生するように行われる、請求項４、５、または６記載の方法。
【請求項８】
前記宛先ノード（Ｄ）を含む内部エリア（Ａ０）と、前記内部エリア（Ａ０）を取り囲む１つまたは複数の外部エリア（Ａ１、Ａ２）と、前記ソース・ノード（Ｓ）を含む前記外部エリア（Ａ１、Ａ２）のうちの最外エリア（ＡＭ−１）とを含むように前記エリアを配置するステップをさらに含む、請求項１ないし７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記エリアを分離する前記ステップにおいて、前記ソース・ノード（Ｓ）を含む前記最外エリア（ＡＭ−１）が、少なくとも中央領域（Ｃ）と内部境界領域（Ｉ）とを含むように分離される、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記エリアを分離する前記ステップにおいて、前記宛先ノード（Ｄ）を含む前記内部エリア（Ａ０）が、少なくとも外部境界領域（Ｏ）と中央領域（Ｃ）とを含むように分離される、請求項８または９記載の方法。
【請求項１１】
前記エリアを分離する前記ステップにおいて、所与の外部エリア（Ａ１、Ａ２）が、内部境界領域（Ｉ）と中央領域（Ｃ）と外部境界領域（Ｏ）とを含むように分離される、請求項８、９、または１０記載の方法。
【請求項１２】
それぞれのエリア（Ａ１）を分離する前記ステップにおいて、前記外部境界領域（Ｏ）、前記中央領域（Ｃ）、および前記内部境界領域（Ｉ）に対応する前記ネットワーク・ノード（ｓｉ）が、ぞれぞれ、外部境界ノード（Ｏ１）、中央領域ノード（Ｃ１）、および内部境界ノード（Ｉ１）になるように割り振られる、請求項１ないし１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
それ自体の地理的位置に関する情報を有するように前記ネットワーク・ノード（ｓｉ）を構成する前記ステップにおいて、全地球測位システムが使用される、請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも１つのデータ・パケットを送信するように構成可能な少なくとも１つのソース・ノード（Ｓ）と、前記ソース・ノード（Ｓ）によって送信された前記データ・パケットを受信するように構成可能な少なくとも１つの宛先ノード（Ｄ）と、前記ソース・ノード（Ｓ）と前記宛先ノード（Ｄ）との間にあって前記データ・パケットを受信して転送するように構成可能な相互接続可能ネットワーク・ノード（ｓｉ）とを含むワイヤレス・センサ・ネットワーク（１０）であって、前記ネットワーク・ノード（ｓｉ）が、少なくともスリープ・モードとアクティブ・モードとを含むスリープ・アクティブ・スケジュールに応じて動作可能であり、それ自体の地理的位置と前記宛先ノード（Ｄ）の地理的位置に関する情報を有するように構成可能であり、前記ワイヤレス・センサ・ネットワーク（１０）が、
境界によって分離される複数の独立エリア（Ａ０、ＡＭ−１、Ａ１、Ａ２）と、
所与のエリア（Ａ０、ＡＭ−１、Ａ１、Ａ２）内の少なくとも２つの領域であって、前記領域が内部境界領域（Ｉ）と中央領域（Ｃ）と外部境界領域（Ｏ）である領域と、
前記データ・パケットを前記ソース・ノード（Ｓ）から前記宛先ノード（Ｄ）に経路指定するために前記宛先ノード（Ｄ）に対するそれぞれの地理的位置を基礎として選択された前記ネットワーク・ノード（ｓｉ）のサブセットを含む転送ノード（ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４、ｓ５、ｓ６、ｓ７、ｓ８、ｓ９）であって、前記ネットワーク・ノード（ｓｉ）同士が相互に対して同期化される転送ノード（ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４、ｓ５、ｓ６、ｓ７、ｓ８、ｓ９）と
をさらに含み、
それにより、所与の時間帯で前記データ・パケットを経路指定するために選択された転送ノード（ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４、ｓ５、ｓ６、ｓ７、ｓ８、ｓ９）のみが前記アクティブ・モードで動作可能になり、他のすべてのネットワーク・ノード（ｓｉ）が前記スリープ・モードで動作可能になる、ワイヤレス・センサ・ネットワーク（１０）。
【請求項１５】
境界によって分離される所与の１対の隣接エリア（ＡＭ−１−ＡＭ−２、Ａ２−Ａ１、Ａ１−Ａ０）について、前記所与の１対のエリアのうちの一方のエリア（ＡＭ−２、Ａ１、Ａ０）の前記外部境界領域（Ｏ）と前記所与の１対のエリア（ＡＭ−１−ＡＭ−２、Ａ２−Ａ１、Ａ１−Ａ０）のうちのもう一方のエリア（ＡＭ−１、Ａ２、Ａ１）の前記内部境界領域（Ｉ）が前記所与の１対の隣接エリア（ＡＭ−１−ＡＭ−２、Ａ２−Ａ１、Ａ１−Ａ０）を分離する前記境界に接する場合に、前記所与の１対の隣接エリア（ＡＭ−１−ＡＭ−２、Ａ２−Ａ１、Ａ１−Ａ０）のうちの前記一方のエリア（ＡＭ−２、Ａ１、Ａ０）の前記外部境界領域（Ｏ）と前記所与の１対の隣接エリア（ＡＭ−１−ＡＭ−２、Ａ２−Ａ１、Ａ１−Ａ０）のうちの前記もう一方のエリア（ＡＭ−１、Ａ２、Ａ１）の前記内部境界領域（Ｉ）において少なくとも前記転送ノード（ＯＭ−２、Ｏ１、Ｏ０、ＩＭ−１，Ｉ２、Ｉ１）が、それぞれのアクティブ・モード（Ｔａｃ）間にオーバラップが発生するように動作可能である、請求項１４記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク（１０）。
【請求項１６】
所与のエリア（Ａ１）内の前記領域（Ｏ、Ｃ、Ｉ）に対応する転送ノード（Ｏ１、Ｃ１、Ｉ１）が、前記それぞれのアクティブ・モード（Ｔａｃ）間にオーバラップが発生するように動作可能である、請求項１４または１５記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク（１０）。
【請求項１７】
所与のスリープ・アクティブ・スケジュールにおける前記アクティブ・モード（Ｔａｃ）が、少なくとも、前記データ・パケットが所与のエリア（Ａ１）の外部境界領域（Ｏ）で受信される場合に対応する着信データ・フェーズ（Ｔｉｎｃ）と、前記データ・パケットが前記所与のエリア（Ａ１）を通り抜ける場合に対応する転送データ・フェーズ（Ｔｆｏｒ）と、前記データ・パケットが前記所与のエリア（Ａ１）の前記内部境界領域（Ｉ）から他の隣接位置エリア（Ａ０）に送信される場合に対応する発信データ・フェーズ（Ｔｏｕｔ）とを含む、請求項１４、１５、または１６記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク（１０）。
【請求項１８】
境界によって分離される所与の１対の隣接エリア（Ａ１、Ａ０）内の前記転送ノードが、前記所与の１対の隣接エリア（Ａ１、Ａ０）のうちの一方のエリア（Ａ１）の前記内部境界領域（Ｉ）内の前記転送ノード（Ｉ１）の前記発信データ・フェーズ（Ｔｏｕｔ）と、前記所与の１対の隣接エリア（Ａ１、Ａ０）のうちのもう一方のエリア（Ａ０）の前記外部境界領域（Ｏ）内の前記転送ノード（Ｏ０）の前記着信データ・フェーズ（Ｔｉｎｃ）との間にオーバラップが発生するように動作可能である、請求項１７記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク（１０）。
【請求項１９】
境界によって分離される所与の１対の隣接エリア（Ａ１、Ａ０）内の前記転送ノードが、前記所与の１対の隣接エリア（Ａ２、Ａ１）のうちの一方のエリア（Ａ２）内の転送フェーズ（Ｔｆｏｒ）が終わる前に前記データ・パケットが受信され、前記所与の１対の隣接エリア（Ａ２、Ａ１）のうちのもう一方のエリア（Ａ１）のアクティブ期間（Ｔａｃ）が始まっていない場合、前記所与の１対のエリア（Ａ２、Ａ１）のうちの前記一方のエリア（Ａ２）から前記もう一方のエリア（Ａ１）への前記データ・パケットの転送が、このようなアクティブ期間（Ｔａｃ）が始まるまで据え置かれるように動作可能である、請求項１７または１８記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク（１０）。
【請求項２０】
あるエリア（Ａ１）の前記領域（Ｏ、Ｃ、Ｉ）内の前記転送ノード（Ｏ１、Ｃ１、Ｉ１）が、少なくとも前記それぞれの転送フェーズ（Ｔｆｏｒ）間にオーバラップが発生するように動作可能である、請求項１７、１８、または１９記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク（１０）。
【請求項２１】
前記エリアの前記配置が、前記宛先ノード（Ｄ）を含む内部エリア（Ａ０）と、前記内部エリア（Ａ０）を取り囲む１つまたは複数の外部エリア（Ａ１、Ａ２）と、前記ソース・ノード（Ｓ）を含む前記外部エリア（Ａ１、Ａ２）のうちの最外エリア（ＡＭ−１）とを含む、請求項１４ないし２０のいずれか１項に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク（１０）。
【請求項２２】
前記ソース・ノード（Ｓ）を含む前記最外エリア（ＡＭ−１）が、少なくとも中央領域（Ｃ）と内部境界領域（Ｉ）とを含む、請求項２１記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク（１０）。
【請求項２３】
前記宛先ノード（Ｄ）を含む前記内部エリア（Ａ０）が、少なくとも外部境界領域（Ｏ）と中央領域（Ｃ）とを含む、請求項２１または２２記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク（１０）。
【請求項２４】
所与の外部エリア（Ａ１、Ａ２）が、内部境界領域（Ｉ）と中央領域（Ｃ）と外部境界領域（Ｏ）とを含む、請求項２１、２２、または２３記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク（１０）。
【請求項２５】
前記外部境界領域（Ｏ）、前記中央領域（Ｃ）、および前記内部境界領域（Ｉ）に対応する前記ネットワーク・ノード（ｓｉ）が、ぞれぞれ、外部境界ノード（Ｏ１）、中央領域ノード（Ｃ１）、および内部境界ノード（Ｉ１）を含む、請求項１４ないし２４のいずれか１項に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク（１０）。
【請求項２６】
それ自体の地理的位置に関する情報を有するように前記ネットワーク・ノード（ｓｉ）を構成するために、全地球測位システムが使用される、請求項１４ないし２５のいずれか１項に記載のワイヤレス・センサ・ネットワーク（１０）。
【請求項２７】
コンピュータ・システム上で実行されたときに請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の前記方法のすべてのステップを実行するための命令を含むコンピュータ・プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤレス・センサ・ネットワーク内でデータを経路指定するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤレス・センサ・ネットワークには、たとえば、建築物の監視、防災、および環境モニタリングにおいて、多様に適用できる潜在能力がある。ワイヤレス・センサ・ネットワークは、そのワイヤレス・センサ・ネットワークが実現される地域に対応する地域内に位置し、その地域に分散され、一般にネットワーク・ノードと呼ばれる比較的多数のノードで構成される。ネットワーク・ノードは、典型的に、たとえば、データの保管、処理、あるいは分析、またはこれらの組み合わせを行う能力が低減されているセンサなどの安価でバッテリ駆動の電子デバイスにすることができる。ネットワーク・ノードは、一般に、第１に物理的現象または環境条件（複数も可）の状況を連続的にモニターすることと、第２に収集したデータの処理あるいは分析またはその両方のためにそのデータをリモート・セントラル・サーバに送信することという少なくとも２つの困難なタスクを遂行するために適用される。後者のタスクを容易にするために、ネットワーク・ノードのそれぞれには、有効範囲が低減されている比較的低出力の無線トランシーバを装備することができる。ネットワーク・ノードに対応する無線トランシーバ間の連携を使用して、マルチホップ伝送により一般にソース・ノードと呼ばれるネットワーク・ノードの１つと一般に宛先ノードと呼ばれるリモート・セントラル・サーバの間の選択されたネットワーク・ノードを介して、ソース・ノードによって感知されたデータを宛先ノードに経路指定するためのワイヤレス・アドホック・ネットワークを形成し、このような選択されたネットワーク・ノードは以下、転送ノードと呼ばれる。
【０００３】
特に、ネットワーク・ノードがバッテリによって電力供給される電子デバイスにより実現されるときのワイヤレス・センサ・ネットワークの問題は、そのネットワーク・ノードのうちの１つまたは複数におけるバッテリの喪失によってデータ損失が発生し、最悪の場合には、ワイヤレス・センサ・ネットワークの動作において完全な障害が発生する可能性があることである。
【０００４】
ネットワーク・ノードにおけるバッテリ保全の問題に対処するために、スリープ・モードとアクティブ・モードという２つの動作モードの１つでワイヤレス・センサ・ネットワークを周期的に操作することが以前に提案されている。スリープ・モードの動作では、ネットワーク・ノードの無線トランシーバがオフになり、したがって、この動作モードでは、ネットワーク・ノードはデータの転送に貢献しない。アクティブ・モードの動作では、隣接するネットワーク・ノード同士、具体的にはそれに対応する無線トランシーバ同士は、相互に通信し、宛先ノードの方向のデータの転送、最終的には宛先ノードまでのデータの転送に関与する。このような通信を容易にするために、アクティブ・モードでは、宛先ノードに向かうデータの転送に関与するネットワーク・ノードは、データ損失のシナリオが低減されるかまたは完全に回避されるような方法でそれらの間のデータ受信あるいは送信またはその両方のスケジューリングが行われるように同期化される。この点に関しては、２００３年ロスアラモスのＩＥＥＥ発行の「Part 15.4: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer(PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks」というＩＥＥＥ規格には、セントラル・ネットワーク・コーディネータからネットワーク・ノードに定期的にビーコンを送信することによって実現される、ワイヤレス・ネットワークで使用するための同期化戦略が記載されている。ビーコン受信後に、同期化されたネットワーク・ノードの無線トランシーバは、隣接するネットワーク・ノードからデータ・パケットを受信でき、必要であれば、宛先ノードに向かって前方にデータ・パケットを送信できるような持続期間の期間の間、ネットワーク・ノードの無線トランシーバ間に確立された無線チャネルを聴取する。これらのタスクの完了後、次のビーコンが受信されるまで、前述の同期化されたネットワーク・ノードはスリープ・モードで操作され、その関連の無線トランシーバは電源が切断される。この電源管理戦略によって得られる性能利得は、ネットワーク・ノードのデューティ・サイクルによって管理され、これは、１ビーコン間隔に対するアクティブ期間の長さの比率として定義される。その他の同様の戦略は、Ｊ．Ｈ．Ｋｉｍ他による２００８年１１月の米国特許第７４４７２５６号「Power saving method for wireless sensor network」およびＣ．Ｊ．Ｙｏｏｎによる２００６年６月の米国特許出願第２００６／０１２８３４９号「Energy-efficient medium access control protocol and system forsensor networks」に記載されている。
【０００５】
以前に提案されているワイヤレス・センサ・ネットワークでは、ソース・ノードから宛先ノードにデータ・パケットを伝搬するために静的経路指定プロトコルが使用されている。このような静的経路指定プロトコルの例は、１９９９年２月米国ルイジアナ州ニューオーリンズのIEEE WMSCAで発表されたＣ．ＰｅｒｋｉｎｓおよびＥ．Ｒｏｙｅｒによる「Ad-hocon demand distance vector (AodV) routing」というタイトルの文献ならびに２００１年Ａｄｄｉｓｏｎ  ＷｅｓｌｅｙのAd-Hoc Networkingに発表されたＤ．Ｊｏｈｎｓｏｎ、Ｄ．Ｍａｌｔｚ、およびＪ．Ｂｒｏｃｈによる「DSR: The dynamic source routing protocol for multi-hop wireless andad-hoc networks」というタイトルの文献に記載されている。このような静的経路指定プロトコルは、宛先ノードにデータを転送するために静的経路指定プロトコルにより決定されるネットワーク・ノードにソース・ノードからデータを送信する前に、ソース・ノードから宛先ノードへの単一経路が確立されることに依存する。経路発見および経路維持手順の実行がソース・ノードからデータを送信する前に行われることにより、静的経路指定プロトコルに関連するいくつかの欠点としては、プロトコル・オーバヘッドの増加と、エネルギー消費に関する性能劣化を含む。さらに、プロトコル・オーバヘッドは一般にネットワーク・ノードの数につれて指数的に増加するので、静的経路指定プロトコルは、比較的大規模なワイヤレス・センサ・ネットワークに関するエネルギー効率の良い解決策を提供することができない。
【０００６】
大規模なワイヤレス・センサ・ネットワークの場合、地理的経路指定プロトコルを使用することが提案されている。地理的経路指定プロトコルの一例は、２００３年IEEE Transactions on Mobile Computingの３３７〜３４８ページに発表されたＭ．ＺｏｒｚｉおよびＲ．Ｒ．Ｒａｏによる「Geographic random forwarding (GeRaF) for ad-hoc sensor networks:multi-hop performance」というタイトルの文献に提供されている。地理的経路指定は、ソース・ノードから宛先ノードにデータを転送するための経路は、データがソース・ノードから転送ノードを介して宛先ノードの方向に宛先ノードまで送信されている間に動的に構築されるという原理に基づくものである。前述のルートの動的構築は、関与する転送ノードの地理的位置情報に関する情報を基礎として実行される。地理的経路指定では、送信すべきデータ・パケットを有するノードは、宛先ノードの地理的座標に関する情報を含む要求メッセージをブロードキャストする。ブロードキャスト・ノードの無線有効範囲内のネットワーク・ノードはそれぞれ要求メッセージを受信し、このようなネットワーク・ノードは一般に隣接するネットワーク・ノードと呼ばれる。次に、これらは、そのトポロジ知識を活用して、それらが宛先ノードに向かって提供できる前進（advancement）を計算し、相互間で競争して、宛先ノードに最も近い次のネットワーク・ノードを選出する。情報は送信すべきデータを有するノードと隣接するネットワーク・ノードとの間でローカルでのみ交換されるので、地理的経路指定はそれが実現されるワイヤレス・センサ・ネットワークのサイズにつれてスケーリングし、それにより、たとえば、静的経路指定プロトコルなどの以前に提案されている経路指定プロトコルと比較して、大規模なワイヤレス・センサ・ネットワークでの使用に有利になる。地理的経路指定の適用のための前提条件は、すべてのネットワーク・ノードがネットワーク内のそれ自体の地理的位置を把握していることである。この地理情報は、ネットワーク・ノードの初期配備時に手作業で設定するか、または屋外環境で全地球測位システム（ＧＰＳ）などのロケーション位置決めシステムを使用するかあるいはたとえば、２０１０年７月発行の米国特許第７７６１２３３号においてＳ．Ｆｕｒｒｅｒ、Ｗ．Ｓｃｈｏｔｔ、およびＢ．Ｗｅｉｓｓによって提案された位置決めシステムを使用することにより提供することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７４４７２５６号
【特許文献２】米国特許出願第２００６／０１２８３４９号
【特許文献３】米国特許第７７６１２３３号
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】２００３年ロスアラモスのＩＥＥＥ発行の「Part15.4: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY)Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks」というＩＥＥＥ規格
【非特許文献２】１９９９年２月米国ルイジアナ州ニューオーリンズのIEEEWMSCAで発表されたＣ．ＰｅｒｋｉｎｓおよびＥ．Ｒｏｙｅｒによる「Ad-hoc on demanddistance vector (AodV) routing」というタイトルの文献
【非特許文献３】２００１年Ａｄｄｉｓｏｎ  ＷｅｓｌｅｙのAd-HocNetworkingに発表されたＤ．Ｊｏｈｎｓｏｎ、Ｄ．Ｍａｌｔｚ、およびＪ．Ｂｒｏｃｈによる「DSR:The dynamic source routing protocol for multi-hop wireless and ad-hoc networks」というタイトルの文献
【非特許文献４】２００３年IEEE Transactions onMobile Computingの３３７〜３４８ページに発表されたＭ．ＺｏｒｚｉおよびＲ．Ｒ．Ｒａｏによる「Geographicrandom forwarding (GeRaF) for ad-hoc sensor networks: multi-hop performance」というタイトルの文献
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
地理的経路指定プロトコルは以前に提案されている技法／プロトコルに関連する欠点のいくつかを軽減するが、エネルギー消費問題にも対処しながら信頼性およびネットワーク・パフォーマンスが改善された状態で、ワイヤレス・センサ・ネットワーク内で、特に大規模なワイヤレス・センサ・ネットワーク内で、データを経路指定することは依然として難題である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様の一実施形態により、ワイヤレス・センサ・ネットワーク内で少なくとも１つのデータ・パケットを経路指定するための方法が提供され、このワイヤレス・センサ・ネットワークは、少なくとも１つのデータ・パケットを送信するように構成可能な少なくとも１つのソース・ノードと、ソース・ノードによって送信されたデータ・パケットを受信するように構成可能な少なくとも１つの宛先ノードと、ソース・ノードと宛先ノードとの間にあってデータ・パケットを受信して転送するように構成可能な相互接続可能ネットワーク・ノードとを含み、この方法は、少なくともスリープ・モードとアクティブ・モードとを含むスリープ・アクティブ・スケジュール（sleep-active schedule）に応じてネットワーク・ノードを操作するステップと、それ自体の地理的位置と宛先ノードの地理的位置に関する情報を有するようにネットワーク・ノードを構成するステップとを含み、この方法は、ワイヤレス・センサ・ネットワークを、境界によって分離される複数の独立エリア（disjoint area）に分割するステップと、それぞれのエリアを少なくとも２つの領域に分離するステップであって、その領域が内部境界領域（inner boundary region）と中央領域（central region）と外部境界領域（outer boundary region）であるステップと、データ・パケットをソース・ノードから宛先ノードに経路指定するためにネットワーク・ノードから転送ノードを選択するステップであって、このような転送ノードが宛先ノードに対するそれぞれの地理的位置を基礎として選択され、ネットワーク・ノード同士が相互に対して同期化されるステップと、所与の時間帯（time window）でデータ・パケットを経路指定するために選択された転送ノードのみがアクティブ・モードで動作可能になり、他のすべてのネットワーク・ノードがスリープ・モードで動作可能になるようにスリープ・アクティブ・スケジュールを構成するステップとをさらに含む。本発明の一実施形態は、地理的経路指定とスリープ・モード・サポートの組み合わせを活用して、ソース・ノードから宛先ノードにデータを送信する。この点に関しては、本発明の一実施形態におけるネットワーク・ノードは、共通基準時間に合わせて同期化され、任意の所与の時間に地理的経路指定に直接関与するように選択された転送ノードのみがアクティブ・モードで操作され、他のすべてのネットワーク・ノードがスリープ・モードで操作されるようにスリープ・アクティブ・スケジュールに応じて操作される。この特徴は、ネットワーク・ノードに電力供給するバッテリの寿命を延ばし、したがって、エネルギー効率の増加、ネットワーク・パフォーマンスならびに信頼性の改善という利点を本発明の一実施形態にもたらすものである。さらに、たとえば、静的経路指定プロトコルとは対照的に、本発明の一実施形態における転送ノードの選択は、データがソース・ノードから一般に宛先ノードに向かって送信された後に行われる。この特徴は、プロトコル・オーバヘッドの低減ならびにエネルギー消費の低減によるネットワーク・パフォーマンスの改善という利点を本発明の一実施形態にもたらすものである。
【００１１】
好ましくは、スリープ・アクティブ・スケジュールの構成は、境界によって分離される所与の１対の隣接エリアについて、その所与の１対のエリアのうちの一方のエリアの外部境界領域とその所与の１対のエリアのうちのもう一方のエリアの内部境界領域がその所与の１対の隣接エリアを分離する境界に接する場合に、その所与の１対の隣接エリアのうちの一方のエリアの外部境界領域とその所与の１対の隣接エリアのうちのもう一方のエリアの内部境界領域において少なくとも転送ノードのそれぞれのアクティブ・モード間にオーバラップが発生するように行われる。このようにして、前述の領域内の転送ノードを除いてすべてのネットワーク・ノードは非活動化されるかあるいはスリープ・モードで維持されるかまたはその両方になる可能性があるので、エネルギー消費の低減およびパフォーマンスの改善を容易にすることができる。
【００１２】
望ましくは、スリープ・アクティブ・スケジュールの構成は、所与のエリア内の領域に対応する転送ノードのそれぞれのアクティブ・モード間にオーバラップが発生するように行われる。この特徴により、所与のエリア内の領域から領域へのデータ・パケットのハンドオーバ中のデータ損失が低減されるので、ネットワーク・パフォーマンスのさらなる改善が容易になり、リモート・エリア内のネットワーク・ノードあるいは潜在的に次の集合の転送ノードに属さない可能性のあるネットワーク・ノードまたはその両方が非活動化されるかあるいはスリープ・モードで休止状態に保持される可能性があるので、さらなるエネルギー節約が可能になる。
【００１３】
好ましくは、アクティブ・モードは、少なくとも、データ・パケットが所与のエリアの外部境界領域で受信される場合に対応する着信データ・フェーズ（incoming data phase）と、データ・パケットが所与のエリアを通り抜ける場合に対応する転送データ・フェーズ（forwarding data phase）と、データ・パケットが所与のエリアの内部境界領域から他の隣接位置エリア（adjacent-lying area）に送信される場合に対応する発信データ・フェーズ（outgoingdata phase）とを含むように構成される。アクティブ・モードの個別フェーズのそれぞれの持続期間は、所与のエリア内でのデータ経路指定に対応するように設定することができる。したがって、たとえば、着信データ・フェーズの持続期間は、データ・トラフィックが隣接エリアから所与のエリアによって受信される時間に対応するように設定することができ、転送データ・フェーズの持続期間は、次の隣接位置エリアとの所与のエリアの境界に達するためにそのデータが所与のエリアの領域を通り抜けるのに要する時間に対応するように設定することができ、発信データ・フェーズの持続期間は、次の隣接位置エリアにデータを送信するのに要する時間に設定することができる。この特徴に関連する利点は、経路指定中のデータ損失を低減することができ、したがって、ネットワーク・パフォーマンスをさらに改善できることである。
【００１４】
望ましくは、スリープ・アクティブ・スケジュールの構成は、境界によって分離される所与の１対の隣接エリアのうちの一方のエリアの内部境界領域内の転送ノードの発信データ・フェーズと、その所与の１対の隣接エリアのうちのもう一方のエリアの外部境界領域内の転送ノードの着信データ・フェーズとの間にオーバラップが発生するように行われる。この特徴により、境界によって分離される所与の１対のエリア間の経路指定中のデータの損失が低減される。さらに、所与の１対のエリア間のデータ伝送に参加している転送ノードは別にして、他のすべてのネットワーク・ノードはスリープ・モードで操作することができる。このようにして、エネルギー消費を低減することができ、ネットワークの信頼性をさらに高めることができる。
【００１５】
好ましくは、所与の１対の隣接エリアのうちの一方のエリア内の転送フェーズが終わる前にデータ・パケットが受信され、その所与の１対の隣接エリアのうちのもう一方のエリアのアクティブ期間が始まっていない場合、一方のエリアからもう一方のエリアへのデータ・パケットの転送は、このようなアクティブ期間が始まるまで据え置かれる。この特徴は、データが隣接エリア間で送信されるときのデータ損失の低減という利点をもたらし、それにより、ネットワーク・パフォーマンスおよび信頼性を改善するものである。
【００１６】
好ましくは、スリープ・アクティブ・スケジュールの構成は、あるエリアの領域内の転送ノードの少なくともそれぞれの転送フェーズ間にオーバラップが発生するように行われる。この特徴により、所与のエリアの領域内のデータ経路指定が改善される。さらに、所与のエリア内の異なる領域に対応する転送ノードのすべてをアクティブ・モードの動作中に活動化する必要はない。この点に関しては、所与のエリアの外部境界領域内の転送ノードのみが隣接エリアからのデータの受信に関与することになる可能性があるので、アクティブ期間の着信データ・フェーズ中にこれらの転送ノードのみを活動化することができる。また、所与のエリアの内部境界領域内の転送ノードのみが他の隣接位置エリアとの境界でデータ・ハンドオーバに関与することになるので、アクティブ期間の発信データ・フェーズ中にこれらの転送ノードのみを活動化することができる。アクティブ期間の転送フェーズ中に、データはそのエリアを通り抜けるので、そのエリアの異なる領域に対応するすべての転送ノードが活動化される。本発明の一実施形態のこの特徴は、エネルギー消費のさらなる低減とネットワークの信頼性およびパフォーマンスの改善という利点を提供する。
【００１７】
望ましくは、エリアを配置するステップでは、エリアは、宛先ノードを含む内部エリア（inner area）と、内部エリアを取り囲む１つまたは複数の外部エリア（outerarea）と、ソース・ノードを含む外部エリアのうちの最外エリア（outermost area）とを含むように配置される。この点に関しては、ソース・ノードを含む最外エリアが、好ましくは、少なくとも中央領域と内部境界領域とを含むように分離されるか、あるいは、宛先ノードを含む内部エリアが、望ましくは、少なくとも外部境界領域と中央領域とを含むように分離されるか、またはその両方になる。これらの特徴に関連する利点は、複雑さが低減された状態で本発明の一実施形態を実現できることである。さらに、好ましくは、エリアを分離するステップでは、所与の外部エリアは、内部境界領域と中央領域と外部境界領域とを含むように分離される。
【００１８】
望ましくは、それぞれのエリアを分離するステップでは、外部境界領域、中央領域、および内部境界領域に対応するネットワーク・ノードは、ぞれぞれ、外部境界ノード、中央領域ノード、および内部境界ノードになるように割り振られる。本発明の一実施形態では、ネットワーク・ノードは、それ自体の地理的位置と宛先ノードの地理的位置に関する情報を有するように構成される。ネットワーク・ノードは、それらが属す所与のエリア内の領域と、その領域におけるそれ自体の特定の役割とを自律的に識別するようにさらに構成される。この特徴は、ネットワーク・パフォーマンスの改善という利点を本発明の一実施形態にもたらすものである。
【００１９】
好ましくは、それ自体の地理的位置に関する情報を有するようにネットワーク・ノードを構成するステップでは、全地球測位システムが使用される。ネットワーク・ノードの位置情報を提供するためにＧＰＳが使用される場合、それは、ワイヤレス・センサ・ネットワーク内のネットワーク・ノード同士を同期化する際の正確さを改善するための基準ソースとしても使用することができる。したがって、この特徴は、ネットワーク・パフォーマンスの改善という利点を本発明の一実施形態にもたらすものである。
【００２０】
本発明の第２の態様の一実施形態により、少なくとも１つのデータ・パケットを送信するように構成可能な少なくとも１つのソース・ノードと、ソース・ノードによって送信されたデータ・パケットを受信するように構成可能な少なくとも１つの宛先ノードと、ソース・ノードと宛先ノードとの間にあってデータ・パケットを受信して転送するように構成可能な相互接続可能ネットワーク・ノードとを含むワイヤレス・センサ・ネットワークが提供され、ネットワーク・ノードは、少なくともスリープ・モードとアクティブ・モードとを含むスリープ・アクティブ・スケジュールに応じて動作可能であり、それ自体の地理的位置と宛先ノードの地理的位置に関する情報を有するように構成可能であり、このワイヤレス・センサ・ネットワークは、境界によって分離される複数の独立エリアと、所与のエリア内の少なくとも２つの領域であって、その領域が内部境界領域と中央領域と外部境界領域である領域と、データ・パケットをソース・ノードから宛先ノードに経路指定するために宛先ノードに対するそれぞれの地理的位置を基礎として選択されたネットワーク・ノードのサブセットを含む転送ノードであって、そのネットワーク・ノード同士が相互に対して同期化される転送ノードとをさらに含み、それにより、所与の時間帯でデータ・パケットを経路指定するために選択された転送ノードのみがアクティブ・モードで動作可能になり、他のすべてのネットワーク・ノードがスリープ・モードで動作可能になる。
【００２１】
本発明の第３の態様の一実施形態により、コンピュータ・システム上で実行されたときに本発明の第１の態様による一実施形態の諸ステップを実行するための命令を含むコンピュータ・プログラムが提供される。
【００２２】
本発明の一態様の特徴は任意の他の態様に適用することができ、逆もまた同様である。開示されている実施形態はいずれも、図示されているかあるいは記載されているかまたはその両方であるその他の実施形態のうちの１つまたは複数と組み合わせることができる。これは、諸実施形態の１つまたは複数の特徴についても可能である。
【００２３】
次に、例として、添付図面について言及する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態におけるネットワーク・ノードのブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態を概略的に示す図である。
【図３】本発明の一実施形態において異なるエリアに対応するネットワーク・ノードに関する活動サイクルを概略的に示す図である。
【図４】本発明の一実施形態において同じエリアに対応するネットワーク・ノードに関する活動サイクルを概略的に示す図である。
【図５】本発明の一実施形態によるトポロジを概略的に示す図である。
【図６】図５に示されているトポロジに対応するタイムチャートを概略的に示す図である。
【図７】本発明の一実施形態における外部境界ノードの挙動に関する状態遷移図である。
【図８】本発明の一実施形態における中央領域ノードの挙動に関する状態遷移図である。
【図９】本発明の一実施形態における内部境界ノードの挙動に関する状態遷移図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
この説明では、同じ部分などを示すために同じ参照番号または符合が使用されている。
【００２６】
次に、図１について言及すると、同図は本発明の一実施形態におけるネットワーク・ノードの構成を概略的に示している。それぞれのネットワーク・ノードは、トランシーバ１と、プロセッサ２と、メモリ３と、電源４とを含むセンサであり、いずれもバス・アーキテクチャ７によって相互接続されている。アンテナ６はトランシーバ１に接続可能である。プログラム・コード５はメモリ３に保管されている。電源４はバッテリ９から電力を受け取る。動作時には、電源４は、電源線８を介して、バッテリ９からトランシーバ１、プロセッサ２、およびメモリ３に電力を供給する。アンテナ６は、隣接するネットワーク・ノードからの無線周波信号を検出し、それにより、隣接するネットワーク・ノードからトランシーバ１によるデータ・パケットの受信を容易にする。同様に、アンテナ６は、トランシーバ１から他の隣接するネットワーク・ノードへのデータ・パケットの送信を容易にする。メモリ３に保管されているプログラム５は、プロセッサ２によって実行可能なプログラム命令を含む。プロセッサ２は、メモリ３に保管されているプログラム・コード５に基づいてバス・アーキテクチャ７を介してトランシーバ１および電源４の動作を制御する。トランシーバ１によるデータ・パケットの送信と受信はいずれも、プログラム・コード５に基づいてプロセッサ２によって制御可能である。データは一時的にメモリ３に保管することができる。さらに、電源４は、プログラム・コード５に基づいてプロセッサ２の制御下でネットワーク・ノードを活動化し非活動化するために、トランシーバ１に電力を選択的に供給する。これは、不活動の期間中のバッテリ９の寿命の保全を容易にする。プログラム・コード５は、プロセッサ２によって実行されたときに、ネットワーク・ノードを前述のように動作させる。
【００２７】
図２は、本発明の一実施形態によるワイヤレス・センサ・ネットワーク１０を示している。ワイヤレス・センサ・ネットワーク１０は、相互接続され、ワイヤレス・センサ・ネットワーク１０が実現される地域に空間的に分散されているＮ個のネットワーク・ノードの集合Ｎ＝｛ｓ１，ｓ２，・・・・・・ｓＮ｝を含む。ネットワーク・ノードｓｉのそれぞれは、図１を参照して上記で説明した構成を有することができる。ネットワーク・ノードｓｉのうち、ソース・ノードＳは、ある条件をローカルで感知またはモニターし、さらに処理するかあるいは分析するかまたはその両方を行うために感知／モニターした条件に対応する１つまたは複数のデータ・パケットを宛先ノードＤに送信するように構成される。ネットワーク・ノードｓｉのそれぞれは、それ自体の地理的位置と宛先ノードＤの地理的位置に関する情報を有するように構成される。ネットワーク・ノードｓｉは、少なくとも、それらが非活動化され、したがって、データ・パケットの受信または送信に参加できなくなるスリープ・モードの動作と、それらが活動化され、それによりデータ・パケットを受信して転送することができるアクティブ・モードの動作とを含むスリープ・アクティブ・スケジュールに応じて動作可能である。
【００２８】
ネットワーク・ノードｓｉに関連するトランシーバ１の出力能力ならびにソース・ノードＳと宛先ノードＤが無線通信範囲外に位置する可能性により、ソース・ノードＳが宛先ノードＤにデータ・パケットを直接送信することが実行不能である場合がある。その代わり、データはマルチホップ伝送によりワイヤレス・センサ・ネットワーク１０を介して経路指定される。本発明の一実施形態では、宛先ノードＤに対するそれぞれの地理的位置を基礎としてデータを経路指定するために選択されたネットワーク・ノードのサブセットである転送ノードを介してソース・ノードＳから宛先ノードＤにデータを経路指定するために地理的経路指定が使用される。
【００２９】
本発明の一実施形態における地理的経路指定に関しては、ソース・ノードＳが宛先ノードＤに送信すべきデータ・パケットを有する場合、ソース・ノードＳは宛先ノードＤまでのその距離に関する情報とともに要求メッセージを送信する。要求メッセージを受信した隣接するネットワーク・ノードのそれぞれは、宛先ノードＤまでのその距離と要求メッセージに含まれる情報とを比較し、隣接するネットワーク・ノードが宛先ノードＤに向かって提供する地理的前進に対してその持続期間が反比例するような間隔だけ要求メッセージへの応答を遅延させることにより、転送ノードになるための分散コンテンション手順を開始する。このようにして、ソース・ノードＳによって送信された要求メッセージを受信したすべての隣接するネットワーク・ノードのうち、宛先ノードＤに向かって増加した地理的前進を提供するネットワーク・ノードである転送ノードが突き止められる。転送ノードは、まず、ワイヤレス・センサ・ネットワーク１０内のネットワーク・ノードｓｉの無線トランシーバ１間に確立された無線チャネル上でアクセスし、応答を送信することにより、このような役割でその転送ノード自体を確立するが、その他のすべての競争相手は、転送ノードの応答を偶然聞いてしまうことになるので、その無線チャネル上でのアクセス／メッセージの送信を自制する。次に、データ・パケットはソース・ノードＳによって転送ノードに送信される。次に、上記の手順は、次の転送ノードを識別するためにもう一度開始され、データ・パケットが選択された転送ノードを介してマルチホップ伝送により宛先ノードＤにハンドオーバされるまで繰り返される。
【００３０】
本発明の一実施形態は、地理的経路指定とスリープ・モード・サポートの組み合わせを活用して、ソース・ノードＳから宛先ノードＤにデータを送信する。この点に関しては、本発明の一実施形態におけるネットワーク・ノードｓｉは、共通基準時間に合わせて同期化され、任意の所与の時間に地理的経路指定に直接関与する転送ノードのみがアクティブ・モードで操作され、他のすべてのネットワーク・ノードがスリープ・モードで操作されるようにスリープ・アクティブ・スケジュールに応じて操作される。
【００３１】
本発明の一実施形態によって提供される利点をより適切に認識するために、地理的経路指定において、データ・パケットを現在所有している転送ノードは、要求メッセージが転送ノードによって送出されたときに活動化されるネットワーク・ノードｓｉのサブセットからそのデータ・パケットが経路指定される次の転送ノードを選択できるだけであるという事実について言及する。たとえば、非同期式のスリープ・アクティブ・スケジュールを使用して、次の転送ノードの選択がランダムに行われる第１のシナリオでは、経路指定手順を開始するための要求メッセージを送出するときに転送ノードと通信するためにネットワーク・ノードｓｉのうちのいくつかのみが活動化され、使用可能になる可能性がある。潜在的に、このシナリオでは，要求メッセージが送出されたときに、１つのネットワーク・ノードが宛先ノードＤに最も近く、スリープ・モードの動作で休止状態にあるブロードキャスト・ノードに隣接していることにより、次の転送ノードを不適切に選択することになる可能性がある。最悪の場合でも、このシナリオでは、ブロードキャスト・ノードの無線有効範囲内のすべてのネットワーク・ノードｓｉが、たとえば、スリープ・モードで操作されているために、要求メッセージへの応答に使用不能であることにより、経路指定に失敗する可能性がある。このシナリオは、信頼性および待ち時間の点で性能劣化の一因となる可能性がある。同期式のスリープ・アクティブ・スケジュールを使用して、次の転送ノードの選択が行われるもう１つのシナリオでは、典型的に、すべてのネットワーク・ノードｓｉが同時に活動化される。このような手法は、マルチホップ伝送により宛先ノードＤにデータを経路指定するための転送ノードの識別を改善することができる。しかし、データ・パケットを宛先ノードＤに経路指定するための転送ノードとして選択されるかどうかにかかわらず、あるいは、ソース・ノードＳまたは宛先ノードＤのいずれかにより近いことにより現在の転送ノードの位置から複数ホップ離れているためにデータを経路指定するための短時間に関与していない場合でも、すべてのネットワーク・ノードｓｉをアクティブ・モードで操作しなければならない。したがって、このもう１つのシナリオに関連するいくつかの不利益は、バッテリ寿命の短縮、エネルギー消費の増加、性能劣化、ならびに、最悪の場合、経路指定の失敗である。上記のシナリオとは対照的に、本発明の一実施形態では、任意の所与の時間に地理的経路指定に直接関与する転送ノードのみがアクティブ・モードで操作され、他のすべてのネットワーク・ノードｓｉがスリープ・モードで操作される。このようにして、データを経路指定するための転送ノードについて最も都合の良い選択を容易にすることにより、信頼性および待ち時間の点で地理的経路指定に関連する利点を保全しながら、エネルギー節約を行うことができる。
【００３２】
本発明の一実施形態では、任意の所与の時間にソース・ノードＳから宛先Ｄにデータを経路指定することは、特定の先験的に選択されたサブセットのネットワーク・ノード、すなわち、転送ノードによって行われる。転送ノードの選択は、データがソース・ノードＳから一般に宛先ノードＤに向かって送信された後に行われ、これは、ソース・ノードＳからデータを送信する前に経路選択が行われる静的経路指定プロトコルとは異なっている。この特徴は、プロトコル・オーバヘッドの低減ならびにエネルギー消費の低減によるネットワーク・パフォーマンスの改善という利点を本発明の一実施形態にもたらすものである。任意の所与の時間におけるデータの経路指定に関与する転送ノードは別にして、本発明の一実施形態では、他のすべてのネットワーク・ノードは非活動化されるかあるいはスリープ・モードで維持されるかまたはその両方になる可能性があり、この特徴はさらなるエネルギー節約およびネットワーク・パフォーマンスの改善を容易にする。
【００３３】
本発明の一実施形態では、ワイヤレス・センサ・ネットワーク１０は、１つの内部エリアＡ０と、内部エリアＡ０を取り囲む１つまたは複数の外部エリアＡ１、Ａ２と、外部エリアのうちの最外エリアＡＭ−１とを含むように配置された複数の独立円形エリア
【数１】
2015505206.tif 000003
に分割される。それぞれのエリアは相互間の境界によって相互に分離される。これらのエリアは、宛先ノードＤを中心とし、
【数２】
2015505206.tif 000004
という条件が満足された場合に座標（ｘｐ，ｙｐ）というポイントＰがエリアＡｉに属すように定義され、ここで、ＲＡはエリアのサイズを指定するシステム・パラメータであり、δ（Ｐ，Ｄ）はポイントＰと宛先ノードＤとの距離である。このように定義された条件は、ソース・ノードＳが最外エリアＡＭ−１内にあり、宛先ノードＤが内部エリアＡ０内にあることを意味する。Ｎｉは、その地理的位置がエリアＡｉに属すネットワーク・ノードの集合とする。本発明の一実施形態では、Ｎｉは、
【数３】
2015505206.tif 000005
になるようにＯｉ、Ｃｉ、およびＩｉである３つの独立サブセットに分割される。Ｎｉ内のそれぞれのノードｓｊは以下の条件に応じてこれらのサブセットのうちの１つに属す。
【数４】
2015505206.tif 000006
【００３４】
ＲＣは、２つのネットワーク・ノードが確実に相互に通信できる最大距離を記述し、ＲＡ＞２ＲＣという制約を満足するシステム・パラメータである。上記の条件によって指定されるように、本発明の一実施形態におけるエリアは、複数の領域、すなわち、外部境界ノードＯｉ、中央領域ノードＣｉ、および内部境界ノードＩｉという対応するネットワーク・ノードを含む外部境界領域Ｏ、中央領域Ｃ、および内部境界領域Ｉに分離することができる。本発明の一実施形態におけるネットワーク・ノードは、それ自体の地理的位置と宛先ノードＤの位置を認識しているので、それらが属す所与のエリア内の領域と、その領域におけるそれ自体の特定の役割とを自律的に識別するように構成される。
【００３５】
上記で指定された条件は、ソース・ノードＳを含む最外エリアＡＭ−１と宛先ノードＤを含む最内エリア（innermost area）Ａ０には適用されない。したがって、ソース・ノードＳを含むＡＭ−１の場合、外部境界ノードは存在せず、内部境界ノードＩＭ−１および中央領域ノードＣＭ−１のみが存在する。宛先ノードＤを含むＡ０の場合、内部境界ノードは存在せず、中央領域ノードＣ０および外部境界ノードＯ０のみが存在する。外部エリアＡ１、Ａ２はそれぞれ、上記で指定された条件により、外部境界ノードＯ１、Ｏ２と、中央領域ノードＣ１、Ｃ２と、内部境界ノードＩ１、Ｉ２とを含む。
【００３６】
本発明の一実施形態では、データ・パケットは、ワイヤレス・センサ・ネットワーク１０の最も外側の周辺部から中心部に流れる持続波と同様に、宛先ノードＤに達するまで最外エリアＡＭ−１から内部エリアＡ０に、漸次、ハンドオーバされる。データは、地理的経路指定により、１つの領域内でならびに１つの領域の連続領域間で経路指定される。この手法では、１つの特定の先験的に選択されたサブセットのネットワーク・ノードが所与の時間にデータの転送を担当し、それによりデータの経路指定に直接関与しない残りのネットワーク・ノードがスリープ・モードで維持される／スリープ・モードに入ることが可能になり、それによりエネルギー節約が容易になる。
【００３７】
前述のように、ネットワーク・ノードｓｉは、スリープ・モードとアクティブ・モードとを含むスリープ・アクティブ・スケジュールに応じて操作される。アクティブ・モードでは、エリアＡｉ内のネットワーク・ノードｓｉには、所定の持続期間の活動期間Ｔａｃが定期的に割り当てられ、そのネットワーク・ノードはこれを活用して宛先ノードＤに向かってデータ・パケットを転送することができる。特に、活動期間Ｔａｃは、これらのエリア間の境界で隣接エリアＡｉ＋１からデータ・トラフィックを受信し、エリアＡｉの構成領域を通って他の隣接エリアＡｉ−１との境界までそのデータを転送し、この次の隣接エリアＡｉ−１に対応するネットワーク・ノードの集合Ｎｉ−１にそのデータをハンドオーバするように、その地理的位置がエリアＡｉに属すネットワーク・ノードの集合Ｎｉに割り振られる。したがって、本発明の一実施形態では、活動期間Ｔａｃは、少なくとも３つの独立フェーズ、すなわち、データ・パケットが所与のエリアの外部境界領域で受信される場合に対応する着信データ・フェーズＴｉｎｃと、データ・パケットが所与のエリアを通り抜ける場合に対応する転送データ・フェーズＴｆｏｒと、データ・パケットが所与のエリアの内部境界領域から他の隣接位置エリアに送信される場合に対応する発信データ・フェーズＴｏｕｔとを含み、したがって、Ｔａｃ＝Ｔｉｎｃ＋Ｔｆｏｒ＋Ｔｏｕｔが適用される。
【００３８】
前述のように、エリアＡｉ内のネットワーク・ノードＮｉは、隣接エリアＡｉ＋１からデータ・パケットを受信するために着信データ・フェーズＴｉｎｃを使用する。着信データ・フェーズＴｉｎｃの持続期間は、システム・パラメータであり、１つの活動期間Ｔａｃ中に対応できるトラフィックの量に比例する。たとえば、あるエリアが１つの活動期間Ｔａｃで単一データ・パケットを転送しなければならない場合、すなわち、隣接位置エリア内の前述のサブセットのネットワーク・ノードから１つのデータ・パケットを受信する可能性がある場合、Ｔｉｎｃは単一データ伝送のための時間として設定することができる。単一データ伝送に要する時間は、使用される媒体アクセス・プロトコルならびに使用可能な無線チャネルの特性に依存する可能性がある。転送データ・フェーズＴｆｏｒは、エリアＡｉの異なる領域を通り、エリアＡｉに対応する集合Ｎｉ内で、Ａｉ＋１との境界からＡｉ−１との境界まで、地理的経路指定によりデータを転送するために使用される。したがって、Ｔｆｏｒの値は、転送すべきデータ・トラフィックの量と、ＲＡ、すなわち、所与のエリアを通り抜けるためにそのデータが経験しなければならないホップの最大数との両方に依存する。最後に、発信データ・フェーズＴｏｕｔは、次の隣接位置エリアＡｉ−１内のノードＮｉ−１へのデータ・ハンドオーバに使用される。本発明の一実施形態において、ソース・ノードＳが１つだけ存在すると想定すると、エリアＡｉを離れるデータの量は、着信フェーズ中に受信されるデータの量を超えることができず、すなわち、Ｔｏｕｔ＝Ｔｉｎｃになる。
【００３９】
境界によって分離される所与の１対の隣接エリア間のデータの通信を容易にするために、本発明の一実施形態は、これらのエリアの活動期間同士の間にオーバラップが発生するように構成される。この点に関しては、異なるエリアに対応するネットワーク・ノードに関する活動サイクルが示されている図３について言及すると、エリアＡｉに関する着信データ・フェーズＴｉｎｃは、隣接位置エリアＡｉ＋１の内部境界領域からエリアＡｉの外部境界領域へのデータ伝送のための隣接位置エリアＡｉ＋１に関する発信データ・フェーズＴｏｕｔとオーバラップする。これは、本発明の一実施形態に適用可能な同期化仮説に基づいて達成することができる。ｔｃ，ｋＭ−１は、エリアＡＭ−１に関するｋ番目の活動期間が始まり、ワイヤレス・センサ・ネットワーク１０内のすべてのネットワーク・ノードによって知られている時刻とする。隣接エリア間の通信を容易にするために、本発明の一実施形態は、エリアＡｉに対応するノードの集合Ｎｉのアクティブ・モードがｔｃ，ｋｉ＝ｔｃ，ｋＭ−１＋（Ｍ−１−ｉ）Δという時間に始まるように構成され、ここで、Δ＝Ｔｉｎｃ＋Ｔｆｏｒである。所与の時間帯で所与の１対の隣接エリア間でデータが伝達されると、それぞれのエリア内の異なる領域に対応するすべてのネットワーク・ノードはアクティブ・モードで操作する必要がない。したがって、図３に関連して考慮するときに前の例について言及すると、エリアＡｉ＋１の内部境界ノードＩｉ＋１のみがこのエリアの発信フェーズＴｏｕｔ中に活動化され、エリアＡｉの外部境界ノードＯｉのみがこれらのエリア間のデータ転送中の着信フェーズＴｉｎｃ中に活動化される。
【００４０】
本発明の一実施形態において所与のエリア内のネットワーク・ノードの活動を概略的に示す図４から分かるように、所与のエリアＡｉ内の異なる領域に対応するノードの集合Ｎｉ内のすべての要素は、活動期間Ｔａｃの全体の間、活動化する必要がある。たとえば、ノードの集合Ｎｉのうち、そこからデータが受信される隣接位置エリアＡｉ＋１内のノードの無線通信の範囲内にある限られたノードになる可能性があるので、外部境界ノードＯｉのみがエリアＡｉの着信データ・フェーズＴｉｎｃ内で役割を果たす。同様に、内部境界ノードＩｉのみがエリアＡｉの発信データ・フェーズＴｏｕｔ内で役割を果たす。これに対して、他の隣接位置エリアへのハンドオーバのためにエリアＡｉを越えてデータが伝達されるように、集合Ｎｉ内のすべてのノードが転送フェーズＴｆｏｒ内で活動化される。これらの注釈から始め、ｔｃ，ｋｉが領域Ａｉの活動期間Ｔａｃに関する開始時間であるとすると、Ｎｉ内のノードは以下のポリシーに応じて活動化される。
【数５】
2015505206.tif 000007
【００４１】
前に述べたように、それぞれのネットワーク・ノードは活動期間Ｔａｃの一部分についてのみ活動化され、これはそのノードがデータの経路指定に関与している時間である。活動期間Ｔａｃのうち、ネットワーク・ノードがデータ経路指定に関与していない時間については、本発明の一実施形態では、そのネットワーク・ノードを非活動化することができる。スリープ期間Ｔｓｌｅｅｐは、２つの連続活動期間を分離する期間である。活動期間Ｔａｃとスリープ期間Ｔｓｌｅｅｐの合計は、すべてのエリアについて一定であり、図３および図４から明確に分かるように、ワイヤレス・センサ・ネットワーク１０に関するスリープ・アクティブ・スケジュールの持続期間を決定するシステム・パラメータである。
【００４２】
次に、動作時の本発明の一実施形態を理解するために、図５について言及する。この例では、ワイヤレス・センサ・ネットワーク１０は、境界によって相互に分離され、対応するノードの集合Ｎ０＝｛Ｄ，ｓ９｝、Ｎ１＝｛ｓ８，ｓ７，ｓ６｝、Ｎ２＝｛ｓ５，ｓ４｝、およびＮ３＝｛ｓ３，ｓ２，ｓ１，Ｓ｝を含む、４つのエリアＡ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に分割される。図５において点線によって接続されて描写されている隣接ノードのみが、たとえば、相互の無線通信範囲内にあることにより、相互に通信できると想定する。ノード割り振りの点では、理解しやすくするために図５に示されているように、ｓ９、ｓ６、およびｓ４は外部境界ノードＯであり、ｓ７、ｓ２、およびｓ１は中央領域ノードＣであり、ｓ８、ｓ５、およびｓ３は内部境界ノードＩである。単一データ・パケットが活動期間Ｔａｃ中にソース・ノードＳから宛先ノードＤに経路指定され、図５に示されているトポロジ内のあるエリアを通り抜けるために多くても３回のホップが必要であると仮定すると、着信データ・フェーズＴｉｎｃ、転送データ・フェーズＴｆｏｒ、および発信データ・フェーズＴｏｕｔのそれぞれの持続期間は、Ｔｉｎｃ＝Ｔｏｕｔ＝Ｔｔｘ、Ｔｆｏｒ＝３・Ｔｔｘとして設定され、ここで、Ｔｔｘは単ホップによりデータ・パケットを経路指定するのに要する時間に相当する。
【００４３】
図６を参照すると、同図は図５に示されているトポロジに対応するタイムチャートを示しており、ｔ０はエリアＡ３に関するｋ番目の活動期間の開始時間であると見なされ、すなわち、ｔ０＝ｔｃ，ｋ３である。［ｔ０，ｔ０＋Ｔｉｎｃ］という間隔中に、エリアＡ３には受信すべき着信データ・トラフィックがまったくないので、集合Ｎ３内のすべてのノードはスリープ・モードで操作される。ソースＳは、送信すべきデータ・パケットを有する場合、要求メッセージをブロードキャストすることにより、地理的経路指定手順を開始する。図５のトポロジでは、ネットワーク・ノードｓ１は、集合Ｎ３内の他のすべてのネットワーク・ノードのうちのソース・ノードＳの無線通信範囲内にある可能性があり、したがって、その要求メッセージに応答し、次のホップ／転送ノードとして選択され、その後、ソース・ノードＳからデータ・パケットを受信する。次に、これらのステップは、データがネットワーク・ノードｓ３に転送されるまでネットワーク・ノードｓ１およびｓ２によって繰り返される。ソース・ノードＳからマルチホップ伝送によりエリアＡ３を越えてデータ・パケットを転送するために、集合Ｎ３内のすべてのネットワーク・ノード、すなわち、ｓ３、ｓ２、ｓ１、Ｓは、活動期間Ｔａｃの転送データ・フェーズＴｆｏｒ中に行われるようにスケジュールされているこのようなデータ転送に関与できるように、時間ｔ０＋Ｔｉｎｃ時点で活動化される。時間ｔ０＋Ｔｉｎｃ＋Ｔｆｏｒでは、ネットワーク・ノードの集合Ｎ３に関して、Ｃ３＝｛ｓ２，ｓ１，Ｓ｝内のノードは非活動化され、内部境界ノードＩ３＝｛ｓ３｝のみが活動化状態に維持され、それにより、隣接位置エリアＡ２内の次に世代の転送ノードへのデータ・パケットのハンドオーバを容易にする。
【００４４】
エリアＡ２内のデータ経路指定に関しては、図６に描写されているように、このエリアの活動期間Ｔａｃは時間ｔ０＝ｔｃ，ｋ２＝ｔ０＋Δ＝ｔ０＋Ｔｉｎｃ＋Ｔｆｏｒから始まる。図６から明確に分かるように、本発明の一実施形態では、エリアＡ３に割り当てられた活動期間Ｔａｃの発信データ・フェーズＴｏｕｔはエリアＡ２の活動期間Ｔａｃの着信データ・フェーズとオーバラップし、これらの境界でＡ３からＡ２にデータ・パケットをハンドオーバできるようになっており、これは、上記で説明した地理的経路指定によって時間間隔［ｔｃ，ｋ２，ｔｃ，ｋ２＋Ｔｉｎｃ］で行われる。データ・パケットがエリアＡ２に経路指定された時間ｔｃ，ｋ２＋Ｔｉｎｃでは、エリアＡ３に割り当てられた活動期間Ｔａｃが完了し、したがって、その内部境界ノードＩ３＝｛ｓ３｝が非活動化される。図６から分かるように、エリアＡ２に割り当てられた活動期間の着信データ・フェーズＴｉｎｃ中に、外部境界ノードＯ２＝｛ｓ４｝のみが活動化される。エリアＡ２の活動期間Ｔａｃの転送フェーズＴｆｏｒ中に、集合Ｎ２のネットワーク・ノードのすべて、すなわち、Ｏ２＝｛ｓ４｝およびＣ２∪Ｉ２＝｛ｓ５｝が活動化され、そのフェーズ中に、データ・パケットがｓ４からｓ５に転送される。検討中の所与のトポロジの場合、データ・パケットは単ホップでエリアＡ２を通り抜け、したがって、ｓ５は、エリアＡ２に割り振られた転送フェーズＴｆｏｒが終わる前に宛先ノードＤにアドレス指定されたデータ・パケットを受信する。しかし、この時点で、エリアＡ１に割り当てられた活動期間Ｔａｃは開始されておらず、したがって、その外部境界ノード、すなわち、Ｏ１＝｛ｓ６｝は通信用に使用可能ではなく、エリアＡ１にデータ・パケットを転送しようという試みはいずれも失敗することになる。したがって、図６に示されているように、エリアＡ１の活動期間Ｔａｃが始まり、エリアＡ１の着信データ・フェーズＴｉｎｃに参加するために外部境界ノードＯ１＝｛ｓ６｝が活動化される時間である時間ｔｃ，ｋ２＋Ｔｉｎｃ＋Ｔｆｏｒ＝ｔｃ，ｋ３＋２Δ＝ｔｃ，ｋ１まで、ｓ５はいずれの活動も据え置く。図６から分かるように、エリアＡ２の発信データ・フェーズＴｏｕｔおよびエリアＡ１の着信データ・フェーズＴｉｎｃは、本発明の一実施形態では、エリアＡ２の内部境界ノードＩ２＝｛ｓ５｝からエリアＡ１の外部境界ノードＯ１＝｛ｓ６｝にデータをハンドオーバできるように、オーバラップするように構成される。エリアＡ２の発信データ・フェーズＴｏｕｔが始まると、このエリアに割り振られた転送フェーズＴｆｏｒが終了し、その場合、エリアＡ２の外部境界ノードＯ２＝｛ｓ４｝は非活動化される。
【００４５】
エリアＡ２内のデータ経路指定に関しては、図６に描写されているように、エリアＡ２の発信データ・フェーズＴｏｕｔおよびエリアＡ１の着信データ・フェーズＴｉｎｃである時間間隔［ｔｃ，ｋ１，ｔｃ，ｋ１＋Ｔｉｎｃ］中に、エリアＡ２の内部境界ノードＩ２＝｛ｓ５｝からエリアＡ１の外部境界ノードＯ１＝｛ｓ６｝にデータ・パケットがハンドオーバされる。次に、時間ｔｃ，ｋ１＋Ｔｉｎｃ＝ｔｃ，ｋ２＋Ｔａｃで、エリアＡ２の発信データ・フェーズＴｏｕｔおよびその活動期間が一般に終わりになる。したがって、エリアＡ２の内部境界ノードＩ２＝｛ｓ５｝は非活動化され、エリアＡ１に割り振られた活動期間Ｔａｃの転送データ・フェーズＴｆｏｒに参加するためにＣ１∪Ｉ１＝｛ｓ７，ｓ８｝も活動化される。データ・パケットは、最も短い地理的経路ｓ６−ｓ７−ｓ８をたどってエリアＡ１を越えて経路指定される。検討中のトポロジの場合、データ・パケットは、エリアＡ１に割り振られた転送フェーズＴｆｏｒが終わる前にエリアＡ１とＡ０の間の境界に達する。したがって、エリアＡ１の内部境界ノードＩ１＝｛ｓ８｝は、エリアＡ０の活動期間が始まるまで、後続の活動／データ伝送を据え置く。時間ｔｃ，ｋ１＋Ｔｉｎｃ＋Ｔｆｏｒ＝ｔ０＋３Δ＝ｔｃ，ｋ０で、Ｃ１∪Ｉ１＝｛ｓ６，ｓ７｝は非活動化され、エリアＡ０のＯ０＝｛ｓ９｝は、エリアＡ１の発信データ・フェーズＴｏｕｔとオーバラップするエリアＡ０の着信データ・フェーズＴｉｎｃ中に活動化される。時間間隔ｔｃ，ｋ０，ｔｃ，ｋ０＋Ｔｉｎｃ中に、エリアＡ１の内部境界ノードＩ１＝｛ｓ８｝はエリアＡ０の外部境界ノードＯ０＝｛ｓ９｝にデータ・パケットを転送し、その後、ｓ８は非活動化される。時間ｔｃ，ｋ０＋Ｔｉｎｃで、宛先ノードＤは活動化され、それはＣ０に属すので、データ・パケットはｓ９によってそれに配信することができ、それによりワイヤレス・ネットワーク１０による経路指定手順を完了する。
【００４６】
次に、図７について言及すると、同図はｋ番目のスリープ・アクティブ・サイクル中のエリアＡｉの外部境界ノード、すなわち、ノードＯｉの挙動を概略的に示している。時間ｔｗａｋｅ＝ｔｃ，ｋｉで、このノードは、以前にスケジュールされたＷＡＫＥ＿ＵＰ＿ＩＮＴＥＲＲＵＰＴ信号１２の満了後に、スリープ状態１１を離れる。次に、このノードは、１３においてＥＮＤ＿ＯＦ＿ＩＮＣ＿ＰＨＡＳＥタイマを時間ｔｗａｋｅ＋Ｔｉｎｃにスケジュールし、これがエリアＡｉに関する着信データ・フェーズの終わりに適切なアクションをトリガする。次に、このノードはＩＮＣＯＭＩＮＧ＿ＤＡＴＡ＿ＰＨＡＳＥ状態１４に入り、その間、このノードは、本発明の一実施形態においてネットワーク・ノード間に確立された無線チャネルを連続的に聴取するように構成される。１５において隣接位置エリアＡｉ＋１の内部境界ノードからＤＡＴＡパケットが受信された場合、１６においてそのＤＡＴＡパケットは後で処理するためにバッファに保管される。１７においてＥＮＤ＿ＯＦ＿ＩＮＣ＿ＰＨＡＳＥタイマが満了すると、このノードはＩＮＣＯＭＩＮＧ＿ＤＡＴＡ＿ＰＨＡＳＥ状態を離れ、１８においてエリアＡｉに関する転送データ・フェーズの終わりを信号で知らせる新しいタイマＥＮＤ＿ＯＦ＿ＦＯＲＷ＿ＰＨＡＳＥを時間ｔｗａｋｅ＋Ｔｉｎｃ＋Ｔｆｏｒにスケジュールする。このノードは、１９においてそのバッファ内に以前に保管されたＤＡＴＡパケットをまったく持っていない場合、ＦＯＲＷＡＲＤＩＮＧ＿ＰＨＡＳＥ状態２０に入る。このノードは、そのバッファ内に以前に保管されたＤＡＴＡパケットを持っている場合、２１においてランダム・バックオフ間隔を選択し、このような間隔の終わりにＴＸ＿ＴＩＭＥＯＵＴタイマをスケジュールし、ＦＯＲＷＡＲＤＩＮＧ＿ＰＨＡＳＥ状態２０に入る。ＦＯＲＷＡＲＤＩＮＧ＿ＰＨＡＳＥ状態２０にある間に、２２においてＴＸ＿ＴＩＭＥＯＵＴタイマの満了が発生した場合、２３においてこのノードはそのバッファからＤＡＴＡパケットを取得し、２４においてＤＡＴＡパケットを送信するために上記で説明したような地理的経路指定手順を開始する。これが行われると、このノードは、バッファ内に他のＤＡＴＡパケットが存在するかどうかをチェックする。存在する場合、このノードは２１においてランダム・バックオフを選択し、このような間隔の終わりにＴＸ＿ＴＩＭＥＯＵＴタイマをスケジュールし、ＦＯＲＷＡＲＤＩＮＧ＿ＰＨＡＳＥ状態２０に入る。存在しない場合、このノードは単純にＦＯＲＷＡＲＤＩＮＧ＿ＰＨＡＳＥ状態２０に入る。２５においてＥＮＤ＿ＯＦ＿ＦＯＲＷ＿ＰＨＡＳＥタイマが満了すると、このノードは２６においてＷＡＫＥ＿ＵＰ＿ＩＮＴＥＲＲＵＰＴタイマを時間ｔｗａｋｅ＋Ｔａｃ＋Ｔｓｌｅｅｐにスケジュールし、スリープ状態２７に入る。
【００４７】
次に、図８について言及すると、同図はｋ番目のスリープ・アクティブ・サイクル中のエリアＡｉの中央領域ノード、すなわち、ノードＣｉの挙動を概略的に示している。時間ｔｗａｋｅ＝ｔｃ，ｋｉ＋Ｔｉｎｃで、このノードは、以前にスケジュールされたＷＡＫＥ＿ＵＰ＿ＩＮＴＥＲＲＵＰＴ信号１２’の満了後に、スリープ状態１１’を離れる。次に、このノードは、２９においてエリアＡｉに関する転送データ・フェーズの終わりを信号で知らせるＥＮＤ＿ＯＦ＿ＦＯＲＷ＿ＰＨＡＳＥタイマを時間ｔｗａｋｅ＋Ｔｆｏｒにスケジュールし、そのバッファをチェックする。このノードは、１９’においてそのバッファ内に以前に保管されたＤＡＴＡパケットをまったく持っていない場合、ＦＯＲＷＡＲＤＩＮＧ＿ＰＨＡＳＥ状態２０’に入り、本発明の一実施形態においてネットワーク・ノード間に確立された無線チャネルを聴取し始める。このノードは、１９’においてそのバッファ内に以前に保管されたＤＡＴＡパケットを持っている場合、２１’においてランダム・バックオフ間隔を選択し、このような間隔の終わりにＴＸ＿ＴＩＭＥＯＵＴタイマをスケジュールし、ＦＯＲＷＡＲＤＩＮＧ＿ＰＨＡＳＥ状態２０’に入り、無線チャネルを聴取し始める。ＦＯＲＷＡＲＤＩＮＧ＿ＰＨＡＳＥ状態２０’にある間に、１５’において地理的経路指定によって経路指定されたＤＡＴＡパケットがノードＯｉまたはＣｉのいずれかから受信された場合、このノードは１６’においてそれをそのバッファに保管し、２１’においてランダム・バックオフ間隔を選択し、このような間隔の終わりにＴＸ＿ＴＩＭＥＯＵＴタイマをスケジュールし、ＦＯＲＷＡＲＤＩＮＧ＿ＰＨＡＳＥ状態２０’に戻る。これに対して、２２’においてＴＸ＿ＴＩＭＥＯＵＴタイマの満了が発生した場合、２３’においてこのノードはそのバッファからＤＡＴＡパケットを取得し、２４’においてＤＡＴＡパケットを送信するために上記で説明したような地理的経路指定手順を開始する。これが行われると、このノードは、１９’においてバッファ内に他のＤＡＴＡパケットが存在するかどうかをチェックする。存在する場合、このノードは２１’においてランダム・バックオフを選択し、このような間隔の終わりにＴＸ＿ＴＩＭＥＯＵＴタイマをスケジュールし、ＦＯＲＷＡＲＤＩＮＧ＿ＰＨＡＳＥ状態２０’に入る。存在しない場合、このノードは単純にＦＯＲＷＡＲＤＩＮＧ＿ＰＨＡＳＥ状態２０’に入る。２５’においてＥＮＤ＿ＯＦ＿ＦＯＲＷ＿ＰＨＡＳＥタイマが満了すると、このノードは２８においてＷＡＫＥ＿ＵＰ＿ＩＮＴＥＲＲＵＰＴタイマを時間ｔｗａｋｅ＋Ｔｏｕｔ＋Ｔｓｌｅｅｐ＋Ｔｉｎｃにスケジュールし、スリープ状態２７’に入る。
【００４８】
次に、図９について言及すると、同図はｋ番目のスリープ・アクティブ・サイクル中のエリアＡｉの内部境界ノード、すなわち、ノードＩｉの挙動を概略的に示している。時間ｔｗａｋｅ＝ｔｃ，ｋｉ＋Ｔｉｎｃで、このノードは、以前にスケジュールされたＷＡＫＥ＿ＵＰ＿ＩＮＴＥＲＲＵＰＴ信号１２”の満了後に、スリープ状態１１”を離れる。次に、このノードは、２９”においてエリアＡｉに関する転送データ・フェーズの終わりを信号で知らせるＥＮＤ＿ＯＦ＿ＦＯＲＷ＿ＰＨＡＳＥタイマを時間ｔｗａｋｅ＋Ｔｆｏｒにスケジュールし、ＦＯＲＷＡＲＤＩＮＧ＿ＰＨＡＳＥ状態２０”に入り、本発明の一実施形態においてネットワーク・ノード間に確立された無線チャネルを聴取し始める。１５”において地理的経路指定によって経路指定されたＤＡＴＡパケットがノードＣｉから受信された場合、このノードは１６”においてそれをそのバッファに保管し、ＦＯＲＷＡＲＤＩＮＧ＿ＰＨＡＳＥ状態２０”に戻る。２５”においてＥＮＤ＿ＯＦ＿ＦＯＲＷ＿ＰＨＡＳＥタイマが満了すると、このノードはＦＯＲＷＡＲＤＩＮＧ＿ＰＨＡＳＥ状態を離れ、３０においてＥＮＤ＿ＯＦ＿ＯＵＴ＿ＰＨＡＳＥタイマを時間ｔｗａｋｅ＋Ｔｆｏｒ＋Ｔｏｕｔにスケジュールし、それがそのバッファ内にＤＡＴＡパケットを有するかどうかをチェックする。バッファが空である場合、このノードは２６”においてＷＡＫＥ＿ＵＰ＿ＩＮＴＥＲＲＵＰＴタイマを時間ｔｗａｋｅ＋Ｔｓｌｅｅｐ＋Ｔａｃにスケジュールし、スリープ状態２７”に入る。空ではない場合、このノードは２１”においてランダム・バックオフ間隔を選択し、このような間隔の終わりにＴＸ＿ＴＩＭＥＯＵＴタイマをスケジュールし、ＯＵＴＧＯＩＮＧ＿ＰＨＡＳＥ状態３１に入る。これに対して、ＯＵＴＧＯＩＮＧ＿ＰＨＡＳＥ状態にある間に、２２”においてＴＸ＿ＴＩＭＥＯＵＴタイマの満了が発生した場合、２３”においてこのノードはそのバッファからＤＡＴＡパケットを取得し、２４”においてＤＡＴＡパケットを送信するために上記で説明したような地理的経路指定手順を開始する。これが行われると、このノードは、１９”においてバッファ内に他のＤＡＴＡパケットが存在するかどうかをチェックする。存在する場合、このノードは２１”においてランダム・バックオフを選択し、このような間隔の終わりにＴＸ＿ＴＩＭＥＯＵＴタイマをスケジュールし、ＯＵＴＧＯＩＮＧ＿ＰＨＡＳＥ状態３１に戻る。存在しない場合、このノードは２６”においてＷＡＫＥ＿ＵＰ＿ＩＮＴＥＲＲＵＰＴタイマを時間ｔｗａｋｅ＋Ｔｓｌｅｅｐ＋Ｔａｃにスケジュールし、スリープ状態２７”に入る。最後に、このノードが依然としてＯＵＴＧＯＩＮＧ＿ＰＨＡＳＥ状態３１にある間に、３２においてＥＮＤ＿ＯＦ＿ＯＵＴ＿ＰＨＡＳＥタイマが満了した場合、このノードはその状態を離れ、２６”においてＷＡＫＥ＿ＵＰ＿ＩＮＴＥＲＲＵＰＴタイマを時間ｔｗａｋｅ＋Ｔｓｌｅｅｐ＋Ｔａｃにスケジュールし、スリープ状態２７”に入る。
【００４９】
本発明の一実施形態は、ワイヤレス・センサ・ネットワークに限定されず、実際は、たとえば、そのネットワーク・ノードがそのネットワーク内の携帯電話によって表されるモバイル通信ネットワークなどの任意の適切なアドホック・ワイヤレス・ネットワークに適用可能である可能性がある。
【００５０】
純粋に例として本発明について上記で説明してきたが、詳細の変更は本発明の範囲内で行うことができる。
【００５１】
この説明ならびに適切であれば特許請求の範囲および図面に開示されているそれぞれの特徴は、独立してまたは任意の適切な組み合わせで提供することができる。
【図１】
2015505206.tif 000008
【図２】
2015505206.tif 000009
【図３】
2015505206.tif 000010
【図４】
2015505206.tif 000011
【図５】
2015505206.tif 000012
【図６】
2015505206.tif 000013
【図７】
2015505206.tif 000014
【図８】
2015505206.tif 000015
【図９】
2015505206.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月3日(2014.7.3)
【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】
ワイヤレス・センサ・ネットワーク内で少なくとも１つのデータ・パケットを経路指定するための方法であって、前記ワイヤレス・センサ・ネットワークが、少なくとも１つのデータ・パケットを送信するように構成可能な少なくとも１つのソース・ノードと、前記ソース・ノードによって送信された前記データ・パケットを受信するように構成可能な少なくとも１つの宛先ノードと、前記ソース・ノードと前記宛先ノードとの間にあって前記データ・パケットを受信して転送するように構成可能な相互接続可能ネットワーク・ノードとを含み、前記方法が、少なくともスリープ・モードとアクティブ・モードとを含むスリープ・アクティブ・スケジュールに応じて前記ネットワーク・ノードを操作するステップと、それ自体の地理的位置と前記宛先ノードの地理的位置に関する情報を有するように前記ネットワーク・ノードを構成するステップとを含み、前記方法が、
前記ワイヤレス・センサ・ネットワークを、境界によって分離される複数の独立エリアに分割するステップと、
それぞれのエリアを少なくとも２つの領域に分離するステップであって、前記領域が内部境界領域と中央領域と外部境界領域であるステップと、
前記データ・パケットを前記ソース・ノードから前記宛先ノードに経路指定するために前記ネットワーク・ノードから転送ノードを選択するステップであって、このような転送ノードが前記宛先ノードに対するそれぞれの地理的位置を基礎として選択され、前記ネットワーク・ノード同士が相互に対して同期化されるステップと、
所与の時間帯で前記データ・パケットを経路指定するために選択された転送ノードのみが前記アクティブ・モードで動作可能になり、他のすべてのネットワーク・ノードが前記スリープ・モードで動作可能になるように前記スリープ・アクティブ・スケジュールを構成するステップと
をさらに含む、方法。
【請求項２】
前記スリープ・アクティブ・スケジュールの構成が、境界によって分離される所与の１対の隣接エリアについて、前記所与の１対のエリアのうちの一方のエリアの前記外部境界領域と前記所与の１対のエリアのうちのもう一方のエリアの前記内部境界領域が前記所与の１対の隣接エリアを分離する前記境界に接する場合に、前記所与の１対の隣接エリアのうちの前記一方のエリアの前記外部境界領域と前記所与の１対の隣接エリアのうちの前記もう一方のエリアの前記内部境界領域において少なくとも前記転送ノードのそれぞれのアクティブ・モード間にオーバラップが発生するように行われる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記スリープ・アクティブ・スケジュールの構成が、所与のエリア内の前記領域に対応する転送ノードの前記それぞれのアクティブ・モード間にオーバラップが発生するように行われる、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記アクティブ・モードが、少なくとも、前記データ・パケットが所与のエリアの前記外部境界領域で受信される場合に対応する着信データ・フェーズと、前記データ・パケットが前記所与のエリアを通り抜ける場合に対応する転送データ・フェーズと、前記データ・パケットが前記所与のエリアの前記内部境界領域から他の隣接位置エリアに送信される場合に対応する発信データ・フェーズとを含むように構成される、請求項１、２、または３記載の方法。
【請求項５】
前記スリープ・アクティブ・スケジュールの構成が、境界によって分離される所与の１対の隣接エリアのうちの一方のエリアの内部境界領域内の前記転送ノードの前記発信データ・フェーズと、前記所与の１対の隣接エリアのうちのもう一方のエリアの前記外部境界領域内の前記転送ノードの前記着信データ・フェーズとの間にオーバラップが発生するように行われる、請求項４記載の方法。
【請求項６】
所与の１対の隣接エリアのうちの一方のエリア内の転送フェーズが終わる前に前記データ・パケットが受信され、前記所与の１対の隣接エリアのうちのもう一方のエリアのアクティブ期間が始まっていない場合、前記一方のエリアから前記もう一方のエリアへの前記データ・パケットの転送が、このようなアクティブ期間が始まるまで据え置かれる、請求項４または５記載の方法。
【請求項７】
前記スリープ・アクティブ・スケジュールの構成が、あるエリアの前記領域内の前記転送ノードの少なくとも前記それぞれの転送フェーズ間にオーバラップが発生するように行われる、請求項４、５、または６記載の方法。
【請求項８】
前記宛先ノードを含む内部エリアと、前記内部エリアを取り囲む１つまたは複数の外部エリアと、前記ソース・ノードを含む前記外部エリアのうちの最外エリアとを含むように前記エリアを配置するステップをさらに含む、請求項１ないし７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記エリアを分離する前記ステップにおいて、前記ソース・ノードを含む前記最外エリアが、少なくとも中央領域と内部境界領域とを含むように分離される、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記エリアを分離する前記ステップにおいて、前記宛先ノードを含む前記内部エリアが、少なくとも外部境界領域と中央領域とを含むように分離される、請求項８または９記載の方法。
【請求項１１】
前記エリアを分離する前記ステップにおいて、所与の外部エリアが、内部境界領域と中央領域と外部境界領域とを含むように分離される、請求項８、９、または１０記載の方法。
【請求項１２】
それぞれのエリアを分離する前記ステップにおいて、前記外部境界領域、前記中央領域、および前記内部境界領域に対応する前記ネットワーク・ノードが、ぞれぞれ、外部境界ノード、中央領域ノード、および内部境界ノードになるように割り振られる、請求項１ないし１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
それ自体の地理的位置に関する情報を有するように前記ネットワーク・ノードを構成する前記ステップにおいて、全地球測位システムが使用される、請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも１つのデータ・パケットを送信するように構成可能な少なくとも１つのソース・ノードと、前記ソース・ノードによって送信された前記データ・パケットを受信するように構成可能な少なくとも１つの宛先ノードと、前記ソース・ノードと前記宛先ノードとの間にあって前記データ・パケットを受信して転送するように構成可能な相互接続可能ネットワーク・ノードとを含むワイヤレス・サンサ・ネットワークであって、請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の前記方法のすべてのステップを実行するワイヤレス・センサ・ネットワーク。
【請求項１５】
コンピュータ・システム上で実行されたときに請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の前記方法のすべてのステップを実行するための命令を含むコンピュータ・プログラム。
【国際調査報告】
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