(57)【要約】本発明の一実施形態によって、無線網状ネットワークの操作の方法が開示される。本方法は、第１ノードからネットワークに入る段階と、ネットワークのメンバーである各ノードにネットワークアドレスを割り当ててノードの樹状構造を形成する段階と、この樹状構造のアドレスに従って直近のノードとならないように決定されるノード間の交差分岐ネットワーク接続を精密に描き出す段階とを備える。さらなる関連システムの実施形態も開示される。
2006526920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線網状ネットワークを操作する方法において、
第１ノードからネットワークに入る段階と、
ネットワークの各メンバーノードにネットワークアドレスを割り当ててノードの樹状構造を形成する段階と、
この樹状構造のアドレスに従って直近のノードとならないように決定されるノード間の交差分岐ネットワーク接続を精密に描き出す段階と
を備え、
前記ネットワークアドレスは、そこから樹状構造の中において導き出されるメンバーノードのネットワークアドレスから可逆的に導き出されることを特徴とする方法。
【請求項２】
ネットワークの各ノードは、他の潜在的なメンバーノードからネットワークに入ろうとする、同じ所定の最大数の要求に応えることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
ネットワークの新しい各ノードに対する各ネットワークアドレスは、ネットワークに入ろうとする新しいノードの要求に応えるメンバーノードのネットワークアドレスから導かれることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
交差分岐ネットワーク接続は、
ｉ）ネットワークの各ノードが定期的に発見メッセージを送信する段階と、
ii）２番目のメンバーノードが発見メッセージを受信した時に、第２メンバーノードと発見メッセージを送信したノードの間の交差分岐ネットワーク接続を形成する段階と
によって形成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
ネットワークの全てのノードが、２世代以上異なる樹状構造の１つの世代に属するネットワークの他のノードとネットワーク接続を持たないように、ネットワークのノードのネットワークアドレスを再割り当てする段階をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
発信ノードから目的地のノードへ送信されるのにメッセージが通過しなくてはならない最少のノードを決定する段階をさらに備えることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
発信ノードの隣り合う各ノードから目的地のノードへ送信されるのにメッセージが通過しなくてはならない最小のノード数を決定する段階と、
発信ノードからそのような最小のノード数を持った隣り合うノードへとそのメッセージを送信する段階と
をさらに備えることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記ネットワークは、電池駆動ノードと本線から給電されるノードの両方を備え、
前記方法は、さらに、
少なくとも１つの電池駆動ノードを少なくとも一部分の時間だけ休眠状態で動作させる段階と、
本線から給電されるノードを用いて、前記少なくとも１つの電池駆動のノードと関連して、電池駆動の機器が再びアクティブになるまで、関連する電池駆動ノードへと向かって入力される情報を保持する段階と
を備えることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
さらに、メッセージを、本線から給電されるノードを経由するものを優先して経路決定する段階を備えることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
ネットワークの１つの同期ノードが、ネットワークを通して定期的に時間同期メッセージを送信することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１１】
ネットワークの各ノードは、自身の時間の基準と隣り合うノードの各々の時間の基準との間の、時間オフセットの記録を保持することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１２】
ネットワークの少なくとも１つのメンバーノードを、管理インターフェイスを用いてコンピュータ機器に接続する段階をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１３】
コンピュータ機器は、管理インターフェイスを用いて、ネットワークの状態に関する情報を集めることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
コンピュータ機器は、管理インターフェイスを用いて、ネットワークの少なくとも１つのノードへの命令を発することを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
まとめられたノードが、同類をまとめたノードのネットワークアドレスを保存し且つ外部からの刺激を受け取るとメッセージをその同類をまとめたノードへ送信するように、管理インターフェイスを用いて、コンピュータ機器から少なくとも１つのネットワークのノードへ、ネットワークの少なくとも２つのノードをまとめるための命令を発する段階をさらに備えることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
まとめられたノードの内の少なくとも１つのノードは、まとめられたノードの他の全てのメンバーノードへ、メッセージを再送信することができることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
ネットワークの少なくとも１つのノードは、ネットワークからのメッセージを代わりのプロトコルで送信するのに適した形態へ変換することのできる機器と通信することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１８】
前記代わりのプロトコルは、イーサネット（登録商標）、802.11標準、HyperLAN、TCP/IP、GSM、GPRS、EDGE、UMTSの内の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
ネットワークの各ノードは、無線送受信器とマイクロプロセッサと外部機器を備えることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２０】
前記外部機器には、センサあるいはアクチュエータあるいは一般的な計算用機器が含まれることを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記外部機器には、建物の照明機器が含まれることを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２２】
各ノードは、
(i)一般的なＩＳＭ帯域の送受信器及び低電力のマイクロプロセッサと、
(ii)ブルートゥース標準802.15.1に準じる機器と、
(iii)ZigBee標準802.15.4に準じる機器と、
(vi)WiFi標準802.11に準じる機器と
の内の少なくとも１つから選ばれた部品を備えていることを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２３】
無線ネットワークにおいて、
第１のノードから入った樹状構造に配された複数のメンバーノードと、
樹状構造のネットワークアドレスに従って、すぐ隣のノードではないネットワークのノード間での少なくとも１つの交差分岐接続と
を備え、
各メンバーノードは、そこから樹状構造内で導かれるメンバーノードのネットワークアドレスから可逆的に導かれるネットワークアドレスを割り当てられることを特徴とするネットワーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線網状ネットワークに関し、特に、建物の照明制御システムを構築するのに使用することもできるようなネットワークに関し、また建物の制御システムを管理するための無線でイネーブルにできる手持ち型の装備と管理インターネットソフトウェアとに関し、また様々な他の応用範囲に対する無線網状ネットワークと管理システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線網状ネットワークにおいて、各ノードは隣り合うノードとのみ通信し、より遠方のノードへは次々に送信を中継していく。そのようなネットワークには様々な異なる応用分野があり、それらは各ノードにあるディジタル機器の種類に違いがある。例を挙げると、そのようなネットワークは、各照明がネットワークの１つのノードに接続されて、隣り合うノードと無線で通信するオフィスビル内の照明制御に使用したり、浄水施設における水検知器のネットワーク間の通信に使用したり、コンピュータシステムの無線ネットワークのメンバー間の通信に使用したりする。例えば、各ノードが隣のノードと数メートルしか離れていない場合の、隣り合うノードへの無線通信における低電力の要求は、網状ネットワークは比較的廉価な送受信器を用いて作ることができるということを指している。
【０００３】
Poorによる特許文献１では、いくつかの従来技術の網状ネットワークが確認できる。網状ネットワークの第１の種類であるリンク状態経路選択システム（Link State Routing System）では、各ノードは、各ネットワークの行き先への最適な経路を指定した経路選択表を持っている。出発点のノードは、メッセージを放送で全ての隣接するノードへ送るが、各ノードがそれぞれの経路選択表に相談することで決定した最適の経路に沿った特定の受取側ノードだけが、そのメッセージを中継し、最後にそのメッセージは目的地に届けられる。網状ネットワークの第２の種類である送信元経路選択システム（Source Path Routing system）では、出発点のノードは、メッセージの経路全てを含んだメッセージを送るが、各ノードは、そのメッセージを特定の経路に沿って渡していき、最後に目的地のノードに到着する。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６,０２８,８５７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの種類の無線網状ネットワークは共に、各ノードが隣り合うノードの記録を持っていて、隣り合うノードの一覧表の変化を放送する必要がある。なかでも、これらメッセージを使用することで、帯域幅と電力とを消費し、また更新された隣り合うノードの一覧表を送信する際のエラーによって故障するという危険がある。
【０００６】
特許文献１において、網状ネットワークの各メンバーノード（member node）は、ネットワーク内の他のノードへの送信の費用を示す価格表を持っている。これらの価格表は、出発点のノードから目的地のノードまでメッセージを送信するのに要する“跳躍（hop）”の回数に基づいて、動的に作られる。従って、単純にノードにメッセージを送らせることによって、新しいノードがネットワークに非常に柔軟に追加することができ、またノードの位置は、単純にノードのある位置を変更してメッセージの送信を始めることで変えることができる。各ノードがネットワークの隣り合うノードの経路選択の一覧表を持ったり、更新分を隣り合うノードの一覧表に送信したりする必要はない。
【０００７】
しかし、低消費電力の要求のある無線網状ネットワークに対して、出発点のノードから目的地のノードへの最廉価な送信経路を迅速に決定するという継続的な要求がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態によって開示されるのは、無線網状ネットワークを動作させる方法であって、本方法は、第１ノードからネットワークに入る段階と、ネットワークの各メンバーノードにネットワークアドレスを割り当ててノードの樹状構造を形成する段階と、この樹状構造のアドレスに従って直近のノードとならないように決定されるノード間の交差分岐（cross branch）ネットワーク接続を精密に描き出す段階とを備え、前記ネットワークアドレスは、そこから樹状構造が導き出されるメンバーノードのネットワークアドレスから可逆的に導き出される。
【０００９】
関連する実施形態では、ネットワークの各ノードは、他の潜在的なメンバーノードからネットワークに入ろうとする、同じ所定の最大数の要求に応えることができる。ネットワークの新しい各ノードに対する各ネットワークアドレスは、ネットワークに入ろうとする新しいノードの要求に応えるメンバーノードのネットワークアドレスから導かれる。交差分岐ネットワーク接続は、以下の段階によって形成される：ｉ）ネットワークの各ノードが定期的に発見メッセージを送信する段階と、ii）２番目のメンバーノードが発見メッセージを受信した時に、第２メンバーノードと発見メッセージを送信したノードの間の交差分岐ネットワーク接続を形成する段階。さらに本方法は、ネットワークの全てのノードが、２世代以上異なる樹状構造の１つの世代に属するネットワークの他のノードとネットワーク接続を持たないように、ネットワークのノードのネットワークアドレスを再割り当てする段階を備えている。本方法は、また、発信ノードから目的地のノードへ送信されるのにメッセージが通過しなくてはならない最小のノード数を決定する段階と、発信ノードからそのような最少のノードを持った隣り合うノードへとそのメッセージを送信する段階とをさらに備える。
【００１０】
さらに関連する実施形態では、本ネットワークは、電池駆動ノードと本線から給電されるノードの両方を備え、また本方法は、さらに、少なくとも１つの電池駆動ノードを少なくとも一部分の時間だけ休眠状態で動作させる段階と、本線から給電されるノードを用いて、前記少なくとも１つの電池駆動のノードと関連して、電池駆動の機器が再びアクティブになるまで、関連する電池駆動ノードへと向かって入力される情報を保持する段階とを備える。メッセージは、優先的に本線から給電されるノードを経由して経路決定されるだろう。
【００１１】
別の関連する実施形態では、ネットワークの１つの同期ノードが、ネットワークを通して定期的に時間同期メッセージを送信する。代わりに、ネットワークの各ノードは、自身の時間の基準と隣り合うノードの各々の時間の基準との間の、時間オフセットの記録を保持するだろう。
【００１２】
さらに関連する実施形態では、本方法はさらに、ネットワークの少なくとも１つのメンバーノードを、管理インターフェイスを用いてコンピュータ機器に接続する段階を備える。コンピュータ機器は、管理インターフェイスを用いて、ネットワークの状態に関する情報を集めるか、ネットワークの少なくとも１つのノードへの命令を発することができる。命令は、まとめられたノードが、同類をまとめたノードのネットワークアドレスを保存し、かつ外部からの刺激を受け取るとメッセージをその同類をまとめたノードへ送信するように、管理インターフェイスを用いて、ネットワークの少なくとも２つのノードをまとめるべく発せられよう。まとめられたノードの内の少なくとも１つのノードは、まとめられたノードの他の全てのメンバーノードへ、メッセージを再送信することができるだろう。
【００１３】
関連する他の実施形態において、ネットワークの少なくとも１つのノードは、ネットワークからのメッセージを、代わりのプロトコルで送信するのに適した形態へ変換することのできる機器と通信するが、それは以下の内の少なくとも１つであろう：イーサネット（登録商標）、802.11標準、HyperLAN、TCP/IP、GSM、GPRS、EDGE、UMTS。ネットワークの各ノードは、無線送受信器とマイクロプロセッサと外部機器を備えている。外部機器には、センサあるいはアクチュエータあるいは一般的な計算用機器、または建物の照明機器が含まれるだろう。各ノードは、以下の少なくとも１つから選ばれた部品を備えているだろう：(i)一般的なＩＳＭ帯域の送受信器及び低電力のマイクロプロセッサ；(ii)ブルートゥース標準802.15.1に準じる機器；(iii)ZigBee標準802.15.4に準じる機器；(vi)WiFi標準802.11に準じる機器。
【００１４】
本発明による他の実施形態で無線ネットワークが開示されており、そのネットワークは、第１のノードから入った樹状構造に配された複数のメンバーノードを備え、各メンバーノードは、そこから樹状構造内で導かれるメンバーノードのネットワークアドレスから可逆的に導かれるネットワークアドレスを割り当てられ、また樹状構造のネットワークアドレスに従って、すぐ隣のノードではないネットワークのノード間での交差分岐接続を少なくとも１つ備える。
【００１５】
本発明のさらなる利点と新奇な特徴は、部分的に、以下の記載において説明されようし、また部分的に、当業者ならば以下の添付する図面を詳しく検証することで明らかになるであろうし、あるいは本発明を実践することで分かるであろう。
【００１６】
本発明をより理解するために、そして同じことをどのように実行に移すかを示すために、一例としてのみだが、添付の図面を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の一実施形態において、無線網状ネットワークが開示されるが、そこでは、ネットワークの２つのノード間のメッセージ用の廉価な経路を、ネットワークを樹状構造に編成して、ノード間の交差分岐を発見することから決定することができる。ネットワークは、中央のノードから始まる初期化処理によって形成され、決定性の方法でネットワークに入る機器にネットワークアドレスを動的に割り当てることによって継続していく。そのようなネットワークは、様々な目的に使用することができ、その中には、建物の照明制御システムを実現することも含まれる。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態による、無線網状ネットワークの個々のノード１０１の部品を示している。無線周波数送受信器１０２は、ネットワークの隣り合うノードへ、及びそのノードからメッセージを送信及び受信し、ネットワークの各ノードが必要とする処理論理回路を実現してここに説明するアルゴリズムを実現するところのＣＰＵ／メモリモジュール１０３と通信する。ＣＰＵ／メモリモジュール１０３は、インターフェイスモジュール１０４を経由して、ノードにおかれた外部機器１０５と通信する。外部機器１０５は、本発明の実施形態による、センサーやアクチュエータや一般的な計算用機器のような、何か適当な機器でよい。
【００１９】
図２は、本発明の一実施形態によって決定される、ノードの樹状構造２０１を示している。ネットワーク２０１は、新しいノードにアドレスを割り当てることで形成され、これは既にネットワークアドレスを持ったノードと無作為にサインオンする。処理は、ノード０で始まることによって、２０２に示したように“種が蒔かれ”る。アドレスは、以下に説明する図６のアルゴリズムを用いて、新しいノードに割り当てられる。樹状構造は、２０３に示されるように、世代０から３へのように、世代に組織化される。２０４で示されるノード８から２０５で示されるノード２０へメッセージを経路決定するために、樹状構造において、ノード２と０と１と５（それぞれ２０６と２０２と２０７と２０８で示される）を経由して、以下に説明する図４の最短距離アルゴリズムを用いて５回の跳躍が行われるだろう。例えばノード１（２０７で示される）のように、１つのノードに２つ以上の隣り合うノードがある場合、メッセージは、希望によって１つの隣り合うノードを経由して、図４の最短アルゴリズムを用いて経路決定される（例えば、ノード１の場合、メッセージは２０５で示されるノード５を経由して経路決定されるだろう）。
【００２０】
ノードのネットワークを図２に示すような樹状構造に組み上げた後、次に、本願の一実施形態に従って、樹状構造における交差分岐がノード発見処理を用いて図３に示すように決定される。交差分岐３０１〜３０４は、発見処理によって形成されて、これによりノードは樹状構造によって直接関連していないノードと直接に通信することができる。交差分岐によって、ネットワークは網状構造が与えられる。交差分岐３０３を用いると、ノード８に図４の最短距離アルゴリズムを適用することによって、ノード５を通ってノード８からノード２０へ（それぞれ３０５，３０６，３０７で示される）メッセージを送信するのに２回の跳躍で済む。このアルゴリズムは、ノード５が目的地ノードから１回の跳躍分しか離れていないが、一方、ノード２とノード３はそれぞれ４回の跳躍分だけ離れていると決定するだろう。図４の最短距離アルゴリズムをノード５に適用することで、ノード２０は目的地からゼロ回の跳躍分だが（すなわち、ここが目的地）、ノード１とノード４はそれぞれ１回と２回の跳躍分だけ離れていることを示す。
【００２１】
図４は、本発明の一実施形態によって、２つのノード間の最短距離を決定するためのアルゴリズムを示している。あるノードが入力メッセージを受け取る（４０１）と、最初に、そのメッセージが自身のノードに向けたものがどうかを決定し（４０２）、もしそうなら、そのメッセージを処理して（４０３）、終了する（４０４）。もしそのメッセージが自身のノードに向けたものでない時は、そのメッセージが期限切れかどうかを次に決定し（４０５）、もし期限切れなら、そのメッセージは捨てられる（４０６）。期限切れでなければ、２つの変数をゼロに設定して（４０７）ループが始められる、すなわち隣の指標ｎをゼロに設定し、最短距離の隣の指標ｘを０に設定する。ループは、以下に説明した図５Ａのアルゴリズムを用いて、各隣のノードと目的地のノードとの間の距離を決定する（４０８）ことで進む。もし所定の隣のノードに対する距離が今までのところ最善の経路よりも短ければ（４０９）、最短距離の隣の指標ｘを、隣のノード番号ｘをその隣のノード番号に等しくなるよう再設定する（４１０）。その後、ループは隣のノードのそれぞれに対して、隣の指標ｘをインクリメントする（４１２）ことで、繰り返される（４１１）。一旦、全ての隣のノードが検討されると、メッセージは、最短距離の隣の指標ｘを持った隣のノードへ送られる（４１３）。
【００２２】
図５Ａは、本発明の一実施形態によって、樹状構造内の各ノードの世代に基づいて、２つのノード間の距離を決定するためのアルゴリズムを示している。このアルゴリズムは、図４のループの段階４０９において、各隣のノードから目的地のノードへの距離を決定するのに使われるものであり、図５Ｂを参照して説明される。ノードＡとノードＢの間の距離を計算する（５０１）ために、図５Ｂで長さ“ｓ”として示される、ノードＡの樹状構造が決定される（５０２）。次に、図５Ｂで長さ“ｔ”として示されるノードＢの樹状構造が決定される（５０３）。次に、図５Ｂで値“ｕ”として示されるノードＡとノードＢ以外の古いノードの世代が、決定される（５０４）が、“古い”のは、低い世代番号を持ったノードである。最も近い共通の祖先の世代ｖが、次に決定される（５０５）。例えば、図２で、ノード４とノード２０の間の最も近い共通の祖先は、ノード１であり、ノード３とノード１の間の最も近い共通の祖先は、ノード０である。最後にノードＡとノードＢの間の距離が、ｓとｔの間の差の絶対値と（ｕ−ｖ）の２倍の和、すなわち｜ｓ−ｔ｜＋２（ｕ−ｖ）に等しいという公式を用いて決定される（５０６）。図５Ｂの例では、ｓとｔの間の距離は１であり、（ｕ−ｖ）の２倍は２であり、従って全体で３回分の跳躍であるという事実を用いて計算されるように、ＡとＢの間の距離は３回分の跳躍である。
【００２３】
図６は、本発明の一実施形態による、新しいノードに対するアドレスの割り当てを示している。このアルゴリズムは、新しいノードを、例えば図２の樹状構造に追加するのに使用することができる。最初に、新しいノードのアドレスを計算する（６０１）ために、そのノードがノード０かどうかが決定され（６０２）、もしそうなら、アドレス変数ｘは１に初期化され、そうでない時は、ｘは０に初期化される。次に、比較（６０３）がされる。もしノードにおける子供の現在の数と値ｘを足したものが、ノードの子供の最大数に等しいかそれよりも多ければ、アルゴリズムは終了する（６０４）。そうでない時は、新しいアドレスは、６０５において、ノード自身のアドレスに、子供の最大許容数と現在の子供の数とｘを足したものを乗算したものに等しく設定される。子供の現在の数は、インクリメントされ（６０６）、アルゴリズムを終了する（６０４）。
【００２４】
本発明の一実施形態において、データは、ノードのすぐ周囲とノードが通信を必要とするネットワーク内のそれら終点の両方に関して、各ノードにおいて保存される。すぐ周囲に関して、各ノードは、直接に無線で接触を取る他のそれぞれのノードに関する情報を保存する。直接に通信をする隣のノードの総数と同様に、今までに“選んだ”ノード数をネットワーク内に保存する。各隣のノードに対して、この情報に含まれるのは：
１）永久かつ独自に各ノードを識別する、隣の識別子の数。
２）動的に割り当てられた、その隣のノードのネットワークアドレス。
３）その隣に対する現在の“符号”。これは、最大長の擬似乱数ビットシーケンスから割り当て時間毎に更新され、また、どの周波数をいずれかの隣りが受信するが受信しようとしているかを、いずれかの割り当て時間で計算するのに使用される。
４）その隣に対する現在のクロックオフセット。この数は、いずれかの隣に送信したい時に、ノードの元のクロックに追加される。これによって、確実に送信が受信するノードの割り当て時間に同期する。
５）その隣へのリンクの既知である最新の品質。これは、無線周波数信号強度、あるいはパケットへの送信が成功した場合と失敗した場合の比に基づいているだろう。
【００２５】
本発明による一実施形態において、あるノードが通信する必要のある終点は、例えば、そのノードがデータを受信し、そのデータを受信した結果として応答すると予想できるようなセンサーであろう。各終点のノードに対して、ノードに保存される情報は、以下のようである。
１）永久かつ独自に各ノードを識別する、終点のノードの識別子の数。
２）その終点のノードの、動的に割り当てられたネットワークアドレス。
３）その終点との関係。例えば、データを外部のイベントの結果としてその終点へ送るべきかどうか；あるいは、その終点からデータを受信する結果として何かの外部動作を実行すべきかどうか。
【００２６】
本発明による一実施形態において、無線網状ネットワークは、建物の管理システム、例えば建物照明制御システムを実現するのに使用することができる。ネットワークのメンバーノードは、無線でイネーブルされるＰＤＡあるいは手持ち型機器を用いて再構成あるいは維持することができる。ネットワークのメンバーノードは、以下のいずれか、もしくは全てへゲートウェイとして動作することができる：ＰＣあるいはプロセッサ；イーサネット（登録商標）、802.11、ハイパーＬＡＮなどのローカルエリアネットワーク；TCP/IP,GSM/GPRS,UMTSなどの広域ネットワーク；建物内部の既存の遠隔通信基盤。また、本発明による管理インターフェイスソフトウェアによって、例えばＰＤＡ／手持ち型あるいはゲートウェイのメンバーノードを経由して、建物管理システムの動的な管理ができる。管理インターフェイスソフトウェアは、また例えばゲートウェイノードを通して、建物管理システムを制御するために遠隔アクセスすることができる。各ノードは、次のｉ）一般的なＩＳＭ帯域送受信器と低電力マイクロプロセッサ、ii）ブルートゥース標準802.15.1に準拠した機器、iii）ZigBee標準802.15.4に準拠した機器、iv）WiFi標準802.11に準拠した機器、の内の少なくとも１つから選択された部品を備えるだろう。
【００２７】
本発明による一実施形態において、無線網状ネットワークの各メンバーノードには、最適な経路で通信するであろう、同じネットワークの他のメンバーの一組を割り当てることができる。ネットワークの各メンバーは、通信するために割り当てられた他のいずれかのメンバーと、最も直接的な経路で通信することができる。全てのメッセージが中央制御器を経由して経路決定される必要はないし、様々な通信が時間と空間と通信チャネルの少なくとも１つによって分けられる限り、ネットワークの他のメンバーが同時に通信する能力の制約もない。
【００２８】
さらに、本発明の一実施形態によって、メンバーは他のメンバーノードからの命令に一団となって動作するためにまとめることができる。これによって、階全てあるいは建物全てを１つのスイッチで照明することができる。メンバーノードは、複数のグループのメンバーであっても良く、これによって複数の動作が可能となり、例えば、多階の職場内で単一照明備品ノードは、階段吹き抜けのグループあるいは階のグループの１メンバーであり、従って階の照明が点くと階段の吹き抜けも照明が点く。このように、グループは、“束にする”ことができ、従ってもし１つの職場内の照明が点くと、出口への照明廊下も点灯し、これは階段吹き抜けから１階への関係も同じである。
【００２９】
本発明の一実施形態によるシステムは、多くの利点がある。最初に、無線網状ネットワークの各メンバーノードの機能は、再構成可能である。ノードは、上述した管理インターフェイスソフトウェアを経由して、追加されたノードまたは完全に新しいメンバーノードの組と通信し、指示することができる。第２に、システム全体は単一の制御地点から監視し維持することができる。例えば、これによって、遠くの電球の故障の通知；電球やノードやスイッチやセンサーの故障予測；夜間のシステム全体オンとオフの切り換え；例えば昼、夜、夏、冬などの異なる動作モード間の切り換えができ、また職場の照明を“画素”として用いて広告映像を作る建物前面の広告が可能になった。第３に、計画を立てた維持管理を実行することができ、これによって、ノードの全てあるいはいくつかの外部機器に対して電力を供給することのできる電池が期を同じくしてなくなるようなトラフィックの密度に基づいて、メッセージの経路再選択をすることができる。第４に、ネットワークのメンバーノードに対して、エネルギー費用を減らすために共同して動作するように指示することができる。例えば、居住センサーのメンバーノードは、照明の調整を行う他のメンバーノードに、部屋が空の場合は照明を消すように知らせることができる。ネットワークは、例えば夜の間、不要な電力使用を全て消すように、中央管理インターフェイスから制御を受けることもできる。
【００３０】
本発明による一実施形態では、ネットワークは、３つの段階で初期化される：それは、樹状構造と交差分岐発見と樹状再マッピングである。樹状構造の段階では、個々のノードが最初にアクティブになった時、他の周囲のノードについて何も知らない。この場合、ネットワークに入りたいという答えがあるかも知れない他のノードに要求を送信する。しかし、もしあるノードが、既に確立されたネットワークのメンバーでなければ、そのような要求に応えることは許可されない。ネットワークは、指定されたノードから初期化され、これは、人間の制御係が受信するかも知れないそのような要求に応えることによって許可される。このようにして、ネットワークが中央の位置から初期化され、ネットワークの確立は、１つのメンバーノードから波紋のように広がっていく。新しいノードがネットワークに迎えられると（すなわち、サインインの要求に応えられると）、例えば図６のアルゴリズムを用いて、迎えたノードのネットワークアドレスから引き出されたネットワークアドレスを割り当てられる。この処理は樹の中に迅速にネットワークを作り、ここでは、例えば図６の段階６０５における公式を用いて、各ノードのネットワークアドレスが樹内で上のノードから引き出される。従って、いかなるノードも、２つのネットワークアドレスを比較することによって、ネットワーク内の他のノードにどの位密接に関連しているかを計算することができる。特に、２つのノードに違いができる世代の数は、子供の最大許容数が１より小さくなる前に、その最大数によってノードアドレスを除算することができる回数を決定することで、計算することができる。あるいは、それは、２進形式で、子供の最大許容数がゼロになるまえに、その最大数の平方根でノードアドレスが右シフトすることのできる回数である（子供の最大許容数は平方数であると仮定する）。
【００３１】
例えば、アドレス‘５’のノードを考える。このノードは、ノード‘０’の最初の子供であるノード‘１’の２番目の子供である。従って、ノード‘５’は、第２世代のノードである（ノード‘０’から２世代目）。これをネットワークアドレスに基づいて逆に計算すると、次の様になる。
［アドレス］／［子供の最大許容数］＝５／４＝１.２５
［結果］／［子供の最大許容数］＝１.２５／４＝０.３１２５
【００３２】
この場合、ネットワークアドレス（すなわち、‘５’）は、結果が１よりも小さくなる前に、子供の最大許容数で２回除算しなくてはならない。従って、この機器は、樹状構造において世代２に属する。
【００３３】
次に、交差分岐発見段階において、本発明の一実施形態に従って、ノードは発見メッセージを送信し続けて、やはり既にネットワークのメンバーである他のどれかのノードを探し出す。その後、各ノードは、そのノードが発見した、そのノード自身と最も離れた関係の、それら他のメンバーノードと共に経路選択表を占める、つまりネットワークアドレスがそのノード自身と最も異なるノードと共にである。
【００３４】
樹状構造を構築するのに、本発明の一実施形態において、最初に作られる樹は、ｎ世代目のメンバーが（ｎ＋１）世代目にｍ個の娘のメンバーを持っているような接続を備える。従って、樹状構造は、後述するように、最適の経路選択が決定性を持って追跡できるように生成される。相互分岐を追加した結果、ｎ世代目と（ｎ±ｊ）世代目交差分岐の間の直接的リンクができ、ここでｊ＞１であり、この結果、跳躍の回数や消費電力やトラフィックの密度や時間遅延や他の特性などの経路選択の特性が異なる多くの経路からなるであろう、より悪化した経路選択トポロジーができる。本発明の一実施形態による、樹の再マッピング段階は、電力消費や最短の跳躍等の特定の一組の制約へと最適化されるネットワーク性能となるように設計された多くのネットワーク規則からなる。再マッピングの後の、ネットワークの構造は、全体のネットワークのトポロジーを各ノードに対して厳密に考慮したネットワークアドレスとなる。特定の再マッピング方法において、相互分岐は、ｎ世代目と（ｎ＋１）世代目と（ｎ−１）世代目とｎ世代目との間で接続される。
【００３５】
本発明の一実施形態に従って、ネットワークのメンバーノードは全て、ネットワークに加わったメンバーノードから引き出されるネットワークアドレスを持っているので、すぐ隣りの内いずれがネットワークの他のメンバーに最も密接な関連があるかを計算することができる（例えば図６のアルゴリズムを用いて）。これに基づき、もしあるノードがメッセージを開始するかネットワークのどこか知らない所へ回す命令を受け取ると、そのノードは、隣のどれが目的地のノードに密接に関連しているかに基づいて最適の経路を決定することができる。
【００３６】
もし、あるメンバーノードが希望の経路選択のオプションへのアクセスを失うと、本発明の一実施形態に従った、放送経路発見要求の助けを借りるだろう。この例では、隣り合うそれぞれに対して、最終的な目的地へ向かう経路を知っているかどうかを尋ねる経路要求を送るだろう。このメッセージは、もし受け取ったノードのいずれかが特定の目的地への経路にアクセスしなければ、受け取ったところ全てから再送信される。この場合、放送が始まったところのノードへと応答を返し、そこからの（跳躍した場合の）距離を特定の目的地ノードへ知らせる。始まりのノードは、受け取った応答の全てを比較して、特定の目的地へ着く最適経路を決定することができる。
【００３７】
建物管理環境において、全てが無線のメンバーノードを用いるのが望ましい用途が多くあり、このノードは、本線の電源でなく電池による電力を用いる。あらゆる電池駆動の機器にとって、頻繁な電池の点検の必要性を避けるため電池寿命が１０年持つことが非常に望ましい。この目的のために、電池駆動のメンバーノードは、できるだけ低消費電力の‘スリープ’状態に入らなくてはならない。しかし‘スリープ’状態にいる間は、ノードは、メッセージの送信も受信もできないため、ネットワーク内でいかなる動作もできない。この問題を解決するために、本発明の一実施形態では、電池駆動のメンバーの近くで、ネットワークの本線の電力を供給されるメンバーは、電池駆動ノードと‘仲間’に割り当てられる。本線から電力を供給されるメンバーは、組になっている電池駆動のメンバーに対してスリープのサイクルを監視し、電池駆動ノードとネットワークの残りのものとの間の通信の流れを緩和する。本線から給電されるメンバーは、もし電池駆動ノードが次に目覚めるまで決定が待てないならば、仲間のノードに対して迅速な決定をおこなうこともできる。このように、本線から給電されるノードは、ネットワークの維持管理とメッセージの経路選択に係わる作業の大部分を行って、電池駆動メンバーに電池を温存させる。
【００３８】
本発明による他の実施形態では、例えば、ネットワーク全体に対して時間標準として中央ノードを用いたり、あるいは各ノードに対し、最も近隣のノードの全ての間で時間オフセットの記録を続けさせることによって、ネットワークの個々のノードの時間知覚は同期を保つ。後者の方法によって、中央の無線標識信号の必要が無くなり、従って、時間同期のための信号ネットワークノードへのネットワークの依存性が無くなる。
【００３９】
本明細書を読んだ者ならば、前述したのは、本発明を実行するのに最良のモードは何かということと適切な他のモードについてであるが、本発明は、実施形態の説明で開示した特定の装置の構成や方法の段階に限定されるべきではないことを理解するであろう。当業者ならば、また、本発明は広い応用範囲を備え、その実施形態は、本発明の考えから逸脱することなく広範囲の変更を認めるであろうことを認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態による、無線網状ネットワークの個々のノードの部品を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態によって決定される、ノードの樹状構造を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による、ノード発見過程によって決定される交差分岐を持つノードの樹状構造を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による、２つのノード間の最短距離を決定するためのアルゴリズムを示す図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態による、樹状構造における各ノードの世代に基づいた２つのノード間の距離を決定するためのアルゴリズムを示す図である。
【図５Ｂ】図５Ａの実施形態による距離計算を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による、１つのアドレスの新しいノードへの割り当てを示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０１…無線網状ネットワークの個々のノード１０１
１０２…無線周波数送受信器
１０３…ＣＰＵ／メモリモジュール
１０４…インターフェイスモジュール
１０５…外部機器
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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