JP4959842B2 - 複数のノードを含む無線ネットワークにおいて通信するための方法 - Google Patents
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Description
スーパーフレームは、時間、チャネルアクセスのモード、チャネルにアクセスすることができるノード、及びチャネルにアクセスするために用いられ得るモードを特定する。
MACスーパーフレームの構造を記述したので、本発明者らは、種々のシナリオにおいて、この構造を如何に実効的に使用するかを記述する。たとえば、ファクトリオートメーションの応用例は、極めて信頼性が高く、極めて待ち時間が少ない通信を必要とする。一方、工業プロセス自動化の応用例は、高い信頼性を要求するが、待ち時間に関する要件は緩和される。建物内の資産追跡、HVAC及び空気調和システム、並びに環境監視のような他の一般的な目的用途では、待ち時間及び信頼性に対する性能要件はそれほど厳しくはない。本発明者らのフレーム構造は、これらの全ての適用領域のための要件を満たすことができる。
極めて少ない待ち時間及び高い信頼性
ファクトリオートメーションにおける応用例は無線センサネットワークからの最も厳しい性能要件を有するので、シングルホップ無線通信しか十分に対応することができない。
極めて高い信頼性
これらのネットワークはメッシュトポロジをとり、それぞれが自らのスーパーフレームを有する数多くのコーディネータノードを含むことができる。これらのノードは完全機能デバイス(FFD)と呼ばれることがあり、センサノードは、低減機能デバイスと呼ばれ、一般的にはネットワークトポロジ内のリーフノードである。コーディネータノードは、センサデータを収集するために、又はコマンドを送信するために、その子RFDノードと通信することができ、且つピア・ツー・ピア通信のために隣接するコーディネータノードと通信することができる。
フレーム制御801:IEEE802.15.4仕様書において定義される。
シーケンス番号802:送信されるビーコンのシリアル番号を示す。各ビーコンの送信後に1だけインクリメントされる。
PAN ID803:PANを特定する。
ソースID804:ビーコンを送信しているノードのアドレスを含む。
ビーコン時間間隔805:1つのノードによる連続したビーコン間の時間間隔を特定する。
スーパーフレーム時間間隔806:スーパーフレームのアクティブ期間の長さを特定する。このフィールドはビーコン時間間隔の長さ以下でなければならない。
タイムスロットサイズ807:スーパーフレーム内の各タイムスロットのミリ秒単位のサイズを特定する。スーパーフレーム時間間隔によって特定されるような、スーパーフレーム内のアクティブ期間の長さをタイムスロットサイズで割ることによって、スーパーフレーム内のタイムスロットの全数が与えられる。すなわち、IEEE802.15.4仕様書とは対照的に、スロット数は16に固定される。
チャネルインデックス808:スーパーフレーム中に通信するために従うべきホッピング系列を特定する。
利用可能仮想タイムスロット809:このフィールドは、スーパーフレーム内のタイムスロットの全数を特定する。このフィールドは、アクティブ期間がスーパーフレーム時間間隔パラメータによって特定される期間よりも延長された長さを有する場合にのみ用いられる。
GTSデバイスリスト810:CFP又はECFPにおいて保証タイムスロットを割り当てられたノードのリストを特定する。
GTSインデックス811:デバイスリスト内と同じ順序で、隣接するノードに対して割り当てられたGTSの境界を特定する。
GTS方向812:割り当てられたGTSが所有者コーディネータノードによってRxのために用いられることになるか、Taxのために用いられることになるかを特定する。
ビーコンペイロードデータ813。
PAN ID901:送信側ノードのPANを認証する。
ソースID902:送信側ノードを認証する。
グループACKフラグ904:CFP又はECFP中にコーディネータノードによって受信されるGTSフレームの状態を指示するビットマップである。
CAPチャネルインデックス904:存在する場合には、後続のECAPにおいて従うべきホッピング系列を特定する。GACKフレームにECFPが後続する場合も、しない場合もある。さらに、ECFP又はGACKフレーム(ECFPが存在しない場合)にECAPが続く場合もある。ECAPが存在しない場合には、CAPチャネルインデックスフィールドは存在しない。ECAPが存在するが、CAPチャネルインデックスフィールドが見当たらない場合には、ビーコンにおいて特定されるホッピング系列に従うことになる。
EGTSデバイスリスト905:ECFPにおいてタイムスロットを割り当てられた隣接ノードを特定する。
EGTSインデックス906:デバイスリストフィールドにおいて従うのと同じ順序においてノードに割り当てられたタイムスロットを特定する。
EGTS方向907:割り当てられた各EGTS中にコーディネータがデータフレームを受信することになるか、送信することになるかを特定する。
PAN及び送信側ノードを認証するためのPAN ID1001及びソースID1002;
ビーコン−スロットID1003は、アナウンス側ノードがそのビーコンのために占有することを意図するスロット番号Biを特定する;
アナウンスメントカウントは、ビーコンBiのためのアナウンスメントが既に何回行なわれているかを示す。ノードがビーコンBiを使用し始める前に、そのノードは「k」回アナウンスメントを行なうように要求される場合がある。ただし、k≧1である。kの値は構成パラメータとすることができる。
再試行カウントは、このノードによって他のビーコン−スロットの試行に何回失敗したかを特定する。ノードが何からの理由でビーコンタイムスロットBi501を予約し損ねた後に、そのノードは、そのアナウンスメントフレームにおいて再試行カウントをインクリメントしながら、別のビーコンタイムスロットを予約しようと試みる。
PAN及び送信側ノードを認証するためのPAN ID1101及びソースID1102;
ターゲットID1103は、ビーコン−スロット要求フレームを事前に送信したノードのアドレスである。
ビーコン_スロットID104はアナウンス側ノードがそのビーコンのために予約する意図があるスロット番号Biを特定する。
エラーコード1105は、要求されるビーコン−スロットを占有することが問題を引き起こすことになる理由を特定する。
Claims (22)
- 複数のノードを含む無線ネットワークにおいて通信するための方法であって、
通信スケジュールの各周期的アナウンスメントサイクルを1組の管理タイムスロット、1組のビーコンタイムスロット及び1組のスーパーフレームタイムスロットを含む1組のタイムスロットに分割すること、
前記管理スロット中に管理フレームを報知することであって、該管理フレームはビーコンを規定する、報知すること、
前記ビーコン−スロット中に前記ビーコンを報知することであって、該ビーコンはスーパーフレームを特定する、報知すること、及び
前記スーパーフレームタイムスロット中に前記スーパーフレームを送信すること
を含み、
前記管理フレームはビーコン−スロット要求を含み、該ビーコン−スロット要求は、特定のビーコンタイムスロットを予約し、使用しようとする意図をアナウンスするために特定のノードによって用いられる、方法。 - 前記ネットワークは複数の星状ネットワークを含み、各星状ネットワークは1つの中央親ノードと、複数のリーフノードとを含み、前記中央ノードは有線バックボーンである、請求項1に記載の方法。
- 前記リーフノードはセンサを含み、前記中央ノードは該センサによって収集されるデータを総計する、請求項2に記載の方法。
- 前記送信することは、周波数チャネルホッピングを用いる、請求項1に記載の方法。
- 前記ネットワークは移動ノードを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記報知すること、及び前記送信することは、アナウンスメントチャネルを用いる、請求項1に記載の方法。
- 前記送信することは、アナウンスメントチャネルとは異なるチャネルを用いる、請求項1に記載の方法。
- 前記アナウンスメントサイクルの時間長は前記ネットワークの種々の部分において変動可能である、請求項1に記載の方法。
- 前記タイムスロットは分散プロセスを用いて選択され、予約される、請求項1に記載の方法。
- 前記アナウンスメントサイクルの時間長は動的に変動する、請求項1に記載の方法。
- 前記ノードは前記アナウンスメントサイクルの最後のビーコンタイムスロット後に同時に前記スーパーフレームを送信し始め、前記ノードは異なるチャネルを用いるか、又はチャネルホッピング系列を用いる、請求項1に記載の方法。
- 前記スーパーフレームは異なるサイズを有する、請求項1に記載の方法。
- 前記ビーコンは、スーパーフレームタイムスロットのサイズを特定するためのフィールドを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ビーコンは、前記スーパーフレームのためのチャネルインデックスを特定するためのフィールドを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ビーコンはビーコンペイロードデータのためのフィールドを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記管理フレームはビーコン−スロット応答フレームを含み、該ビーコン−スロット応答フレームは、前記使用し、予約しようとする意図が前記ネットワークに対して問題を引き起こす原因となることを示すために用いられる、請求項1に記載の方法。
- 前記スーパーフレームタイムスロットは、GTSフレームを送信するための保証タイムスロット(GTS)を含み、該GTSフレームは付加的なデータフレームを含む、請求項1に記載の方法。
- 特定のリーフノードが複数の中央親ノードを同時に有する、請求項2に記載の方法。
- 前記スーパーフレームは、前記スーパーフレームが受信された直後に肯定応答されるべきであるか否かの指示を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ネットワークは、複数のホップを介して前記ノードと通信するためのメッシュトポロジを有する、請求項1に記載の方法。
- 前記ネットワークの資源は分散形態で割り当てられる、請求項1に記載の方法。
- 前記資源は時間及び周波数を含む、請求項21に記載の方法。
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