JP7162824B1 - 地理的ルーティングメッシュネットワーク - Google Patents

Abstract

【課題】地理的ルーティングメッシュネットワークのための方法及びシステムを提供する。【解決手段】本方法は、第１のノードが、メッシュネットワーク内の第１のノードに近接する第１リストのノードを決定することを含み得る。本方法は、第１のノードが、第１リストのノードに関する各ノードに、第１のノードに近接するノードの第１リストを送信することをさらに含む。本方法は、第１のノードが、ノードの第１リストを送信することに応答して、第１リストのノードの１つ又は複数のノードから１つ又は複数のノードの第２リストを受信し、第２リストの１つ又は複数のノードのそれぞれが第１リストのノードの１つ又は複数のノードのうちの１つに近接していること、及び第１のノードが、第１リストのノードの１つ又は複数のノードに近接する１つ又は複数のノードの第２リストを受信することに応答して、第１リストのノードの１つ又は複数のノードを更新することをさらに含む。【選択図】図６

Description

本明細書の開示は、概して、メッシュネットワーク、より具体的には、地理的ルーティングメッシュネットワークに関する。

地理的ルーティング（geographic routing）は、地理的ルーティング（geo-routing）又は位置ベースのルーティングとしても知られ、地理的位置情報に依存するルーティング（routing：経路決定）原理である。地理的ルーティングでは、各ノードがそれ自体の場所を決定でき、送信元（source）が宛先（destination：送信先）の場所を認識している必要がある。この情報を使用すると、ネットワークトポロジ又は事前のルート検出の知見がなくても、メッセージを宛先にルーティングすることができる。ルーティング方法論の分野では、ＩＰルーティングには、一元化した権限を有するＩＰネットワーク内の送信元から宛先までのネットワークパケットに適した経路の決定が含まれる。このプロセスでは、静的構成ルール又は動的に取得したステータス情報を使用して、特定のパケット転送方法を選択する。ネットワークトポロジの作成及び維持は、ネットワークの負荷が変動する際に作成、委任、マージ、及び分割により、一元化した構成に対して様々なアプローチを取る。

本開示に組み込まれ、その一部を構成する添付の図面は、例示的な実施形態を示し、詳細な説明とともに、開示する原理を説明するのに役立つ。

本開示の実施形態は、従来のシステムにおいて本発明者が認識した上記の技術的問題の１つ又は複数に対する解決策としての技術的改善を提示する。例えば、一実施形態では、地理的ルーティングメッシュネットワークのためのプロセッサで実施される方法が提供される。この方法は、第１のノードが、メッシュネットワーク内の第１のノードに近接する第１リストのノードを決定するステップを含む。第１のノードに近接する第１リストのノードを決定するステップには、第１のノードと幾何学的空間内の１つ又は複数のノードとの間の距離を計算するステップが含まれる。この方法は、第１のノードが、第１リストのノードに関する各ノードに、第１のノードに近接するノードの第１リストを送信するステップをさらに含む。この方法は、第１のノードが、ノードの第１リストを送信することに応答して、第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードから１つ又は複数のノードの第２リストを受信するステップをさらに含み、第２リストの１つ又は複数のノードのそれぞれは、第１リストのノードの１つ又は複数のノードのうちの１つのノードに近接している。この方法は、第１のノードが、第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードに近接する１つ又は複数のノードの第２リストを受信することに応答して、第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードを更新するステップをさらに含む。第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードを更新するステップには、第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードに近接する第２リストの１つ又は複数のノードに関連する情報に基づいて、第１のノードと第１のノードに近接する第１リストのノードとの間の距離を再計算するステップが含まれる。

別の実施形態では、地理的ルーティングメッシュネットワークのためのシステムが提供される。システムは、命令を記憶するメモリ、及び１つ又は複数の通信インターフェイスを介してメモリに結合した１つ又は複数のハードウェアプロセッサを含む。１つ又は複数のハードウェアプロセッサは、命令によって、第１のノードが、メッシュネットワーク内の第１のノードに近接する第１リストのノードを決定するように構成される。第１のノードに近接する第１リストのノードを決定することには、第１のノードと幾何学的空間内の１つ又は複数のノードとの間の距離を計算することが含まれる。システムは、第１のノードが、第１リストのノードに関する各ノードに、第１のノードに近接するノードの第１リストを送信するようにさらに構成される。システムは、第１のノードが、ノードの第１リストを送信することに応答して、第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードから１つ又は複数のノードの第２リストを受信するようにさらに構成され、第２リストの１つ又は複数のノードのそれぞれは、第１リストのノードの１つ又は複数のノードのうちの１つのノードに近接している。システムは、第１のノードが、第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードに近接する１つ又は複数のノードの第２リストを受信することに応答して、第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードを更新するようにさらに構成される。第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードを更新することには、第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードに近接する第２リストの１つ又は複数のノードに関連する情報に基づいて、第１のノードと第１のノードに近接する第１リストのノードとの間の距離を再計算することが含まれる。

さらに別の実施形態では、１つ又は複数の非一時的な機械可読情報記憶媒体が提供される。１つ又は複数の非一時的な機械可読情報記憶媒体は、１つ又は複数の命令を含み、命令が１つ又は複数のハードウェアプロセッサによって実行されると、第１のノードが、メッシュネットワーク内の第１のノードに近接する第１リストのノードを決定することを行わせる。第１のノードに近接する第１リストのノードを決定することには、第１のノードと幾何学的空間内の１つ又は複数のノードとの間の距離を計算することが含まれる。この方法は、第１のノードが、第１リストのノードに関する各ノードに、第１のノードに近接するノードの第１リストを送信することをさらに含む。この方法は、第１のノードが、ノードの第１リストを送信することに応答して、第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードから１つ又は複数のノードの第２リストを受信することをさらに含み、第２リストの１つ又は複数のノードのそれぞれは、第１リストのノードの１つ又は複数のノードのうちの１つのノードに近接している。この方法は、第１のノードが、第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードに近接する１つ又は複数のノードの第２リストを受信することに応答して、第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードを更新することをさらに含む。第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードを更新することには、第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードに近接する第２リストの１つ又は複数のノードに関連する情報に基づいて、第１のノードと第１のノードに近接する第１リストのノードとの間の距離を再計算することが含まれる。

前述の一般的な説明と以下の詳細な説明との両方は、例示的且つ説明的なものに過ぎず、特許請求の範囲に記載されるような、本発明を限定するものではないことを理解されたい。

本開示に組み込まれ、その一部を構成する添付の図面は、例示的な実施形態を示し、詳細な説明とともに、開示する原理を説明するのに役立つ。
本開示のいくつかの実施形態による、ローカル環境内の他の同様のシステムと通信し得る一般的なシステムの例を示す図である。 本開示のいくつかの実施形態による、メッシュネットワークの形成を示す図である。 本開示のいくつかの実施形態による、完全に接続されたメッシュネットワークを示す図である。 本開示のいくつかの実施形態による、メッシュネットワークにおける同期メカニズムを示す図である。 本開示のいくつかの実施形態による、アプリケーションを実行するためのシミュレーションエンジンを示す図である。 本開示のいくつかの実施形態による、地理的ルーティングメッシュネットワークの方法を示すフロー図である。

例示的な実施形態について、添付の図面を参照して説明する。図では、参照符号の左端の数字は、参照符号が最初に表れる図を示している。都合のよい場合にはいつでも、同じ又は同様の部品を参照するために、図面全体で同じ参照符号が使用される。開示する原理の例及び特徴を本明細書で説明するが、変更、適合、及び他の実施態様は、開示する実施形態の精神及び範囲から逸脱することなく、可能である。以下の詳細な説明は例示としてのみ考慮され、真の範囲及び精神は特許請求の範囲（明細書に含まれる場合に）によって示されることが意図される。

装置及びソフトウェアサービスストアを使用してメッシュネットワーク及びシミュレーションモデルを構築及び維持するための技術の実施形態を、本明細書で説明する。本明細書全体を通して「一実施形態」、「この実施形態」及び同様の句に対する言及は、実施形態に関連して説明する特定の特徴、構造、又は特性が、１つ又は複数の実施形態のうちの少なくとも１つに含まれることを意味する。こうして、本明細書全体の様々な個所でのこれらの句の出現は、必ずしも同じ実施形態を参照しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、又は特性は、１つ又は複数の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせることができる。

典型的に、メッシュネットワークは、インフラストラクチャノード（すなわち、ブリッジ、スイッチ、及び他のインフラストラクチャ装置）が、可能な限り多くの他のノードに直接、動的、且つ非階層的に接続し、互いに協力して、ソース（送信元）との間でデータを効率的にルーティングするローカルネットワークトポロジである。一般に、メッシュネットワークは、動的に自己組織化及び自己構成できるため、インストールのオーバーヘッドを削減できる。自己構成機能により、特にいくつかのノードに障害が発生した場合に、ワークロードの動的な分散が可能になる。これは、耐故障性（fault-tolerance）及びメンテナンスコストの削減に貢献する。一方、ワイヤレス無線メッシュネットワークの場合に、正しいＩＰアドレスが与えられれば何でも他のものに接続できると想定されるＩＰ／インターネット上で実行するように設計されたシステムとは異なり、無線伝播の性質により物理的な範囲の制限が発生する。このため、接続を確保し、遅延を最小限に抑えるために、様々なアプローチをとる必要がある。これは、長距離接続を形成する自由度が高く、他の方法では存在しない他の制限があるためである。検出及びネットワーク保守プロトコルも、これら２つのネットワークで大きく異なる。ワイヤレス無線では、全てのノードが範囲内にいる他のノードをスキャンするだけで、ネットワーク接続の隣接ノード（neighbor）セット及びトポロジを完全に決定する。次に、ルーティングアルゴリズムの仕事は、様々な接続トポロジにもかかわらず堅牢に実行することである。また、ラジオのようネイバー（neighbor：隣接ノード）を直接スキャンするメカニズムはない。何故なら、インターネット上の全てのものが潜在的にネイバーであり、接続を確立するために最も近いネイバーを排除して比較することすら追跡し続けるには多過ぎるからである。

本開示の様々な実施形態は、上記の欠陥を克服するための地理的ルーティングメッシュネットワークのためのシステム及び方法を提供する。換言すれば、本開示は、適応型で自己維持型のメッシュオーバーレイネットワークを提案する。本開示によるメッシュネットワーク内の各ノードは、幾何学的空間によって規定される近くの限られた数のピアへの直接接続／関連付けを継続的に発見し、維持する。本開示は、ホップ距離に反比例するＱｏＳを用いて、点源からの情報（メッセージ）の放射状伝播のモデリングを提供する。ここで、メッセージは、ネットワークを介してネイバーツーネイバーホップ（neighbor to neighbor hops）によってルーティングされる。また、メッセージのフラッディング（flooding）は、メッセージの範囲及び時間範囲（time bounds）によって制限される。本開示は、メッセージのルーティングを最適化するように設計されたネットワークトポロジを構築及び維持するための方法及びシステムも提供する。何故なら、ＩＰ／インターネット上で実行するように設計されたシステムでは、何でも他のものに接続できるからである。本開示は、直接Ｐ２Ｐ（ピアツーピア）方式での近接する隣接（neighbor：隣接ノード）リスト交換に基づく発見メカニズムも提供する。ピアツーピア（Ｐ２Ｐ）近接通信では、インフラストラクチャにとらわれない構成でアプリケーション又はサービスの情報を通信するために、１つ又は複数のピアの近接性に関連する情報を使用できる。Ｐ２Ｐ近接通信は、中央コントローラのない完全分散型システムを使用して実施できる。ピアという用語は、ユーザ、ユーザ装置、及び／又は特定のユーザに関連付けられる複数の装置を指す場合がある。Ｐ２Ｐ装置の例には、スマートフォン、タブレット、ラップトップ、ゲームコンソール、セットトップボックス、カメラ、プリンタ、センサ、ホームゲートウェイ、ロボット、医療装置等が含まれ得る。

本開示の実施形態は、メッシュネットワークの分散型アーキテクチャを提供する。分散型アーキテクチャでは、ノード同士の間の通信は機能が対称的であり、中央の調整インフラストラクチャのメンテナンスを必要としない。メッシュネットワークの分散型アーキテクチャ／インフラストラクチャフリー（infrastructure-free：インフラストラクチャにとらわれない）は、各ノードが隣接ノードに直接接続されている（つまり、ゼロホップである）ため、隣接ノード同士の間の通信遅延を最小限に抑え、効率的な隣接（ノード）検索を容易にする。分散型アーキテクチャでは、メッシュトポロジは、近接ピアへの直接接続を維持し、直接ネイバーによって共有されるメッセージ／データを考慮して、ローカルメッシュ環境の変化に動的に適応する。さらに、ノード同士の間で一定の平均接続度合いが維持されるため、アーキテクチャは無限の数のノードに拡張可能である。本開示の実施形態は、ノード同士の間の分散同期のための方法も提供する。一実施形態では、共有状態又はエンティティの同期／コンセンサスにより、ローカル領域の周りの幾何学的空間及び自然なトポロジに関して作業及び計算の分散が可能になる。

本開示の実施形態は、地理的ルーティングメッシュネットワークのためのシステム及び方法を説明する。本開示は、空間分散型コンピューティングにおける同期のためのピアツーピア（Ｐ２Ｐ）地理的ルーティングメッシュを説明する。本開示によれば、ノードは、適応型自己維持メッシュオーバーレイネットワークを形成し、このネットワークでは、各ノードは、幾何学的空間によって規定される近くの予め規定した数のピアへの直接接続を継続的に検出及び維持する。さらに、隣接ノードは、継続的に更新され、メッシュネットワークトポロジのネットワーク検出及び維持を容易にするために、ローカル近傍（neighborhood）に関する情報をブロードキャストする。

地理的ルーティングメッシュネットワークのための上記のシステム及び方法の詳細な説明は、図１～図６を参照して表される図に関して示される。

例示的な実施形態について、添付の図面を参照して説明する。図では、参照符号の左端の数字は、参照符号が最初に表示される図を示している。都合のよい場合にはいつでも、同じ又は同様の部品を参照するために、図面全体で同じ参照符号が使用される。開示する原理の例及び特徴を本明細書で説明するが、変更、適合、及び他の実施態様は、開示する実施形態の精神及び範囲から逸脱することなく、可能である。以下の詳細な説明は例示としてのみ考慮され、真の範囲及び精神は以下の特許請求の範囲によって示されることが意図される。

ここで、図面、より具体的には図１～図６を参照すると、類似の参照文字が図全体を通して一貫して対応する特徴を示す場合に、好ましい実施形態が示され、これらの実施形態は、以下の例示的なシステム及び／又は方法の文脈で説明する。

図１は、本開示のいくつかの実施形態による、ローカル環境内の他の同様のシステムと通信し得る一般的なシステムの例を示している。システム１００は、プロセッサ１０２等の少なくとも１つのプロセッサ、メモリ１０４等の少なくとも１つのメモリ、及びＩ／Ｏインターフェイス１０６及びネットワークインターフェイス１０８を含むか、そうでなければこれらと通信している。図１は、システム１０２の例示的なコンポーネントを示しているが、他の実施態様では、システム１０２は、より少ないコンポーネント、追加のコンポーネント、異なるコンポーネント、又は異なる配置のコンポーネントを含んでもよい。一実施形態では、システム１０２は、より大きなネットワーク、例えばノード内の装置又はデータポイントであり得る。ノードは、ＰＣ、電話、又はプリンタを含むがこれらに限定されない装置であり得る。別の実施形態では、ノードは、接続ポイント、再分配ポイント、又は通信エンドポイントであり得る。

プロセッサ１０２等の少なくとも１つのプロセッサは、１つ又は複数のマイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、中央処理装置、状態マシン、論理回路、及び／又は隣接ノードへのアクセスの管理を容易にする任意の装置として実装され得る。さらに、プロセッサ１０２は、マルチコア・アーキテクチャを含み得る。他の機能の中でも、プロセッサ１０２は、メモリ１０４に格納したコンピュータ可読命令又はモジュール、例えばシミュレーションモジュール、隣接ノード情報、隣接ノードからの命令等をフェッチして実行するように構成される。プロセッサ１０２は、とりわけ、通信に関連するオーディオ及び論理機能を実装する回路を含み得る。本開示の文脈において、表現「プロセッサ」及び「ハードウェアプロセッサ」は、交換可能に使用され得る。一実施形態では、システム１００は、ラップトップコンピュータ、ノートブック、ハンドヘルド装置、ワークステーション、メインフレームコンピュータ、サーバ、ネットワーククラウド等の様々なコンピューティングシステムに実装することができる。プロセッサ１０２は、様々な異なる装置機能のうちの１つ又は複数をサポートすることができる。そのため、プロセッサ１０２は、本明細書に記載の１つ又は複数の機能を実行するように、及び／又は実行させるように構成及びプログラムされた１つ又は複数のプロセッサを含み得る。

一実施形態では、プロセッサ１０２は、ローカルメモリ（例えば、フラッシュメモリ、ハードドライブ、ランダムアクセスメモリ）に格納したコンピュータコードを実行する汎用プロセッサ、専用プロセッサ又は特定用途向け集積回路、その組合せを含み得、及び／又は他のタイプのハードウェア／ファームウェア／ソフトウェア処理プラットフォームを使用することを含み得る。さらに、プロセッサ１０２は、中央サーバ又はクラウドベースのシステムによってリモートで実行又は管理されるアルゴリズムのローカライズされたバージョン又は対応品として実装され得る。一例として、プロセッサ１０２は、ローカル環境内のピアの位置を検出し、隣接ノードによって受信される情報に基づいてノードの近接性を決定し、受信したメッセージに応答してリストの隣接ノードを再計算し、近接ノードが送受信したメッセージを伝播し、陳腐で、古い、関連性のないノード等を削除することができる。一実施形態では、この検出は、アプリケーションに固有のコンポーネント、例えば、ロボットアーム又は取得支援ロボットを備えたシミュレーションエンジンによって実行され得る。

メモリ１０４は、システム１００の機能を実装するためにシステム１００によって使用される任意の数の情報及びデータを格納することができる。メモリ１０４は、例えば、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）及び動的ランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）等の揮発性メモリ、及び／又は読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードディスク、光学ディスク、及び磁気テープ等の不揮発性メモリを含む、当技術分野で知られている任意のコンピュータ可読媒体を含むことができる。揮発性メモリの例には、揮発性ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）が含まれるが、これに限定されない。不揮発性メモリは、追加的又は代替的に、電気的に消去可能なプログラマブル読取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ハードドライブ等を含み得る。メモリ１０４は、システム１００が様々な例示的な実施形態に従って様々な機能を実行するのを可能にするための情報、データ、アプリケーション、命令等を格納するように構成され得る。追加的又は代替的に、メモリ１０４は、命令を格納するように構成され得、命令がプロセッサ１０２によって実行されると、システム１００を様々な実施形態で説明するような方法で動作させる。例示的な実施形態では、プロセッサ１０２は、システム１０２のメモリ１０４及び／又はデータリポジトリ（図示せず）から情報又はメッセージを検索することができる。システム１００及びそのコンポーネントの１つ又は複数の機能を図２～図５に関してさらに詳細に説明する。

一実施形態では、Ｉ／Ｏインターフェイス１０６は、様々なソフトウェア及びハードウェアインターフェイス、例えばウェブインターフェイス、グラフィカルユーザインターフェイス等を含み得、ＬＡＮ、ケーブル等の有線ネットワーク、及びＷＬＡＮ、セルラー、衛星等の無線ネットワークを含む、多種多様なネットワーク及びプロトコルタイプ内での複数の通信を容易にすることができる。一実施形態では、Ｉ／Ｏインターフェイス１０６は、いくつかの装置を互いに又は別のサーバに接続するための１つ又は複数のポートを含むことができる。例えば、本ネットワークの１つ又は複数の装置は、無線ネットワークに関してＩ／Ｏインターフェイス１０６を介して接続され得る。

一実施形態では、ネットワークインターフェイス１０８は、システム１００が装置同士の間で通信すること、例えば、ノード同士の間で通信するのを可能にするコンポーネントを含み得る。一実施形態では、ネットワークインターフェイス１０８は、そのオープンシステム相互接続（ＯＳＩ）モデルの一部として効率的なネットワーク層を使用して通信することができる。一実施形態では、ネットワーク層によって、システム１００が、無線メッシュネットワーク、例えば本開示に従って形成されたメッシュネットワークを介して互いに通信するのを可能にし得る。通信は、ノード識別子及びポート番号で構成され得、又は一意のノードＩＤで構成され得る。一実施形態では、ネットワークインターフェイス１０８は、メッセージの受渡し、接続及び切断等の標準化した機能を提供し得る。そのため、ネットワークインターフェイス１０８は、無線カード又は他の何らかのトランシーバ接続を含み得る。

本開示によれば、メッシュネットワークを形成する方法を開示する。メッシュネットワークは、最も近い隣接ノードの検出又は隣接ノードの近接性に基づいて構築される。隣接ノードの近接性は、隣接（neighbor：隣接ノード）基準に基づいている。ここで、隣接基準は、ノード同士の間の距離を計算することにより、各ノードが最も近い隣接ノードがどのノードであるかを知っていることに基づいている。本開示によれば、各ノードは、幾何学的空間によって規定される近くの限られた数のピアへの直接接続を継続的に発見し、維持する。本開示の実施形態は、２つ以上のピアの間の通信経路を検出及び接続するためのルーティングプロトコルを実装する。例えば、接続の形成、接続の更新、接続のドロップ、再接続等の手順の開始には、ピア同士の間の適切なルーティング経路を確保するために、ルーティング経路を更新するための１つ又は複数のピアが含まれ得る。一例では、ルーティング更新手順及び／又はルーティング変更は、例えば、リンク障害によるより良いリンクを見つけるため、１つ又は複数の不良経路を除去する及び／又はそれに応じて関連する接続をキャンセルするために、確立される新しい接続を含み得る。ルーティングプロトコルは、関連付け／接続情報を使用して構築できる。ノードによって運ばれるメッセージは、ネットワークを介して、例えばネットワークインターフェイス１０６を介してネイバーツーネイバーホップによってルーティングされ、ホップ距離に反比例するサービス品質（ＱｏＳ）を用いて、点源からの情報の放射状伝播をモデル化する。メッシュネットワークの形成及び維持について、図２～図５に関してさらに詳細に説明する。

図２は、本開示のいくつかの実施形態による、メッシュネットワークの形成を示している。一実施形態では、メッシュネットワークは、地理的空間のローカル領域内の少なくとも１つの既知のノードで形成される。例えば、メッシュネットワークに参加する／接続を形成するノードの基準は、ローカル領域内の隣接ノード／近接ノード／最も近いノードを決定するために、少なくとも１つの別のノードを知ることである。本明細書において、ノードを知ることは、ノードの名前、すなわち装置の名前、アドレス、すなわち地理的空間におけるノードのＩＰアドレス及び座標のようなノードに関連する情報を参照する。また、ノードのローカル領域とは、ノードが近接ノードを決定する地理的空間内のノードの近傍（neighborhood）を指す。図２に示されるように、例示的な実施形態では、接続されていない複数のノード、すなわち、ノードｎ１、ｎ２、ｎ３・・・・・・ｎ１６が、２Ｄ空間内の地理的分布にある。最初は、ノードｎ１、ｎ２、ｎ３・・・・・・ｎ１６は互いに接続されていないが、各ノードには地理的空間内の位置座標が含まれている。第１のステップでは、ノードｎ１、ｎ２、ｎ３・・・・・・ｎ１６は第１のノードｎ１のみを認識している。第１のノードｎ１には、ノードｎ２、ｎ３、・・・ｎ１６に関連する情報が含まれている。第１のタイムスタンプでは、最も近い隣接ノードがどのノードであるかを決定する反復で、ｎ１は、隣接基準に基づいて、第１のノードに近接する第１リストのノードを決定する。このタイムスタンプでは、ノードｎ２、ｎ３、・・・・・・ｎ１６によって受信された情報に応答して、ノードｎ１は、ノードｎ１に近接する第１リストのノードを決定し、前述した１つ又は複数のルーティングプロトコルを使用して接続を形成する。図２に示されるように、ルーティング経路は矢印で示され、ノードは円で示される。本開示の実施形態は、隣接基準を決定するための方法を提供する。隣接基準を決定する一実施形態では、ｎ１は、第１のノード（ｎ１）と、幾何学的空間内の第１のノードの近傍（例えば、ｎ２、ｎ３・・・ｎ１６）の１つ又は複数のノードとの間の距離を計算する。１つ又は複数のノードの計算した距離は、反転球面（inversion spherical）変換を適用することによって逆数に変換される。これにより、計算した距離は新しい逆数値に変換され、新しい逆数値に基づいて凸型ハル（convex hull）が構築される。凸型ハルでは、新しい逆数値が選択されて、第１のノードの周りの球を取り囲む最小の凸状多角形が形成され、球上にある１つ又は複数のノードが、近接ノードとして、例えば第１のノードに近接する第１リストのノードとして決定される。

図２に示されるように、ノードｎ１に近接するノードの第１リストには、ｎ２、ｎ３、ｎ５、及びｎ６が含まれる。第１のノードに近接する決定したノードの第１リストは、ノードｎ１、ｎ２、ｎ３・・・・・・ｎ１６に送信される。（つまり、通信は双方向であるため、ノードｎ１は、ｎ１に近接するノードの第１リストを用いてノードｎ１、ｎ２、ｎ３・・・・・・ｎ１６に応答する）。次のタイムスタンプでは、ノードｎ２、ｎ３、・・・・・・ｎ１６は、ｎ１と、ｎ１に近接する第１リストのノードとについて認識している。応答として、ノードｎ２、ｎ３、・・・・・・ｎ１６は、前述した隣接基準に基づいて、ｎ２、ｎ３・・・・・・ｎ１６に近接する、第２リストの１つ又は複数のノードを決定する。次のタイムスタンプでは、ｎ２、ｎ３・・・・・・ｎ１６に近接する第２リストの１つ又は複数のノードの決定したセットが、第１リストのノードにコンタクト（contact：連絡）したノードに送信され、それによって情報が伝播され、伝播した情報を連続した反復で使用して、完全に接続されたメッシュネットワークを形成する。一実施形態では、ノード同士の間の通信は双方向である、すなわち、ノードｎ１によってコンタクトされた各ノードは、各ノードの情報／隣接リストを用いてノードｎ１に応答する。代替の実施形態では、アプリケーション又は所定の（predetermined）基準に応じて、特定のノードのみがノードｎ１に応答することができる。例えば、所定の基準は、第２リストのノードからのソースノード又は元のノードのみに応答することであり得る。別の代替の実施形態では、ノードのいくつかは、アプリケーションの所定の属性に基づいて情報／メッセージを伝播せず、いくつかの情報がアプリケーションに関連しないと見なす場合がある。別の代替の実施形態では、古いノードは、時間経過等に基づいて応答しない場合がある。別の代替の実施形態では、更新の集団的拒否は、各ノードによる投票行動として、メッセージを転送するのを拒否するように直接マッピングされ得る。本実施形態によれば、隣接ノードのリストを決定するプロセスは動的且つ反復的であり、それによって完全に接続されたメッシュネットワークが形成される。近接ノードのリストを決定する連続する各反復で、隣接リストの最良の推定値が生成され、完全に接続されたノードが形成される。

図３は、本開示のいくつかの実施形態による、完全に接続されたメッシュネットワークを示している。本開示の実施形態は、伝播された情報に基づいて、ｎ１に近接する第１リストのノードを更新することを提供する。例えば、ノードｎ１に近接する第１リストの１つ又は複数のノードに近接する第２リストの１つ又は複数のノードに基づいて、ノードｎ１は、第１のノードｎ１に近接する第１リストのノードを再計算する。隣接ノードのリストを再計算するプロセスは反復的である。隣接リストの再計算は、ｎ１が隣接基準を満たす隣接ノードとの接続を形成し、隣接ノードと同期して完全に接続されたメッシュネットワーク又はメッシュネットワークトポロジを形成するまで継続される。本開示によれば、完全に形成されたメッシュネットワークは分散型アーキテクチャである。換言すると、メッシュネットワーク内の各ノードは、隣接ノードと直接接続している（ゼロホップである）。例えば、完全に接続されたメッシュネットワーク内のノード周辺の環境で何かが変化した場合に、次に、ノードは、ノード同士の間の通信が中央の調整インフラストラクチャを維持することなく機能的に対称になるように、隣接リストのノードに直接メッセージを送信する。

一実施形態では、メッシュネットワークを構築するプロセスは、構築したメッシュが維持されるように連続的且つ反復的である。こうして、メッシュネットワークの構築及び維持は、同時に継続的に行われる。各ノードが接続されると直ぐに、接続されたノードは、より良い情報伝播のために隣接ノードのリスト（リストの隣接ノード）を継続的に再計算する。例えば、ノードｎ１、ｎ２、ｎ３・・・ｎ１６のそれぞれの間の同期は、図４に関して、図５のシミュレーションエンジン及びノード同士の間のシミュレーション統合を介してさらに詳細に説明する。

図４は、本開示のいくつかの実施形態による、メッシュネットワークにおける同期メカニズムを示している。一実施形態では、完全に接続されたメッシュネットワークの各ノード、例えば図３からの各ノードは、メッセージのフィルタリング及び転送を制御する。メッセージのフィルタリング及び転送のプロセスは、メッシュネットワークトポロジの維持の一部である。説明のために、接続されたメッシュネットワークトポロジの一部を多角形で示している。別の実施形態では、メッシュネットワークは、線形、星形、ツリー、及び／又はメッシュトポロジを有するネットワークを形成することができ、ピアの各ペアは、潜在的に互いに直接及び／又は互いを介して通信することができる。図４に示されるように、ノードｎ１は、ノードｎ２、ｎ３、及びｎ４と直接通信している。ノードｎ２、ｎ３、及びｎ４はノードｎ１によってコンタクトされ、第１のノードに近接するノードの第１リストを受信する。次のタイムスタンプでは、ノードｎ２、ｎ３、及びｎ４のそれぞれが、第１のノードに近接する第１リストの１つ又は複数のノードに近接するノードの第２リストを用いて、ノードｎ１に応答する。接続された２つ以上のノードのそれぞれは、ブルートゥース（登録商標）、ＷｉＦｉ、近距離無線通信（ＮＦＣ）、及び／又は他の近接ベースの通信方法の１つ又は複数等の様々な通信プロトコルを使用して（リレー又は中間ネットワークを使用せずに）直接通信することができる。例えば、通信は、ローカル環境内のオブジェクト（object）の位置を含み得る。この例では、隣接ノードｎ２、ｎ３、及びｎ４には、オブジェクトの位置に対応する情報が含まれ得る。このＰ２Ｐ通信では、オブジェクトの位置に関連する情報がｎ１、ｎ２、ｎ３、及びｎ５の（直接隣接）間で交換される。オブジェクトの位置に関連する情報は異なる場合がある。例えば、ノードｎ１、ｎ２、ｎ３、及びｎ５のオブジェクトの位置に対応する情報に関連する値は異なる場合があり、各ノードが異なる推定値を有する場合がある。ノードの位置に関連する異なる値は、通信インターフェイスを介して、例えば文字列、値、又はテキストの形式で、隣接ノードによって共有される。情報を受信した後に、ノードｎ１、ｎ２、ｎ３、及びｎ５は、値に関する平均化プロセスを実行して、隣接ノードと同期して最適な推定値に達する。本開示によれば、平均化プロセスは、タイムスタンプ毎に（値を推定する全てのサイクル）、各ノードが最良の推定値／収束値に近づく分散平均化である。分散平均化では、ピア同士の間の情報伝播は継続的であり、各ノードの最良の推定値が常にブロードキャストされ、隣接ノードに再ブロードキャストされる。

例示的なアプリケーションでは、ロボットは、オブジェクトの位置について、倉庫の同じフロアにある接続された隣接するロボットとの間で情報をやり取りすることができる。ロボット及び隣接ロボットのそれぞれは、ロボットの装置メモリ又はロボットによってアクセスされるデータベースに格納したオブジェクトの位置の推定値を有することができる。これらのロボットが仮想的に接続され、情報が互いに共有される（shared back and forth）と、値が収束するまで、情報は全てのタイムスタンプで平均化される。これにより、各ロボットは、オブジェクトの位置に対応する情報に同期する。別の例では、更新した１つ又は複数のノードのそれぞれに関連する値は、ノードに対応する情報であり得、例えば、情報は、タイムクロック（time clock：時間）、オブジェクトの位置、座標の位置等に対応し得る。

一実施形態では、実際の値の収束は地理的に生じる。換言すると、近接しているノードは最初に互いに合意し（agree with）、次に遠いノードと合意し、微視的アプローチから巨視的アプローチに移行する。例えば、図４のノードｎ１は、最初にノードｎ２及びｎ５が共有する値を考慮し、次に、接続が形成されるときに及び形成されるにつれ、ｎ４、ｎ６、又はｎ７が共有する値を考慮する。分散平均化メカニズムは、更新メッセージの発信元に最も近いネイバーからのものでない限り、全ての更新を無視するようにフィルタリング技術を適応させる。このメカニズムは、中央の権限がない場合に、近接権限に従う。一実施形態では、競合する更新が複数の隣接ノードから同時に受信される場合に、ローカルノードは、ユーザプリケーション又はサービスに基づいて決定及び調停する。例えば、所定の属性は、アプリケーション又はサービスに基づいて適合され得る。この場合に、結果として得られた平均化は、メッセージが所定の属性に関連してフィルタリングされる所定の属性に基づく。フィルタリングしたメッセージは残りのネイバーに転送され、伝播及び反復的な改良プロセスが続行される。本開示の実施形態は、隣接ノードの近接性に基づいて値を選択することも提供し得る。隣接ノードのうちの１つ又は複数のノードのそれぞれが競合する値に関連付けられる場合に、ノードの近接性又はノードのローカル環境と同期する値を選択できる。例えば、ノードは、ノードの近接性及び／又はアプリケーション又はサービスへの値の関連性を考慮して、一方の値を他方の値よりも優先して選択することができる。値、例えば最も近い隣接ノードに関連する値が選択されると、情報は、他の隣接ノードにさらに伝播される。

一実施形態では、メッシュネットワーク内のノードのそれぞれは、２Ｄ（すなわち、円）又は３Ｄ（すなわち、球）のいずれかで環境をシミュレートする。２Ｄの例では、遠く離れたノードは互いに影響を与えないため、分離したシミュレーションモデルの状態になり得る。ただし、これら２つのノードが接近すると、各ノードは互いに直接コンタクトし、メッセージを送受信してシミュレーションモデルを同期及び統合する。例えば、シミュレーションモデルは、より大きなアプリケーション又はサービスに組み込まれ得る。シミュレーション統合について、図５を参照してさらに詳細に説明する。

図５は、本開示のいくつかの実施形態による、アプリケーションを実行するためのシミュレーションエンジンを示している。シミュレーションエンジン５００は、例えば、完全に接続されたメッシュネットワークトポロジにおけるシミュレーションモデルの実装を容易にするコンポーネント、特徴、及びサポート機能のコレクションである。一実施形態では、図５に示されるように、シミュレーションエンジン５００は、コンポーネント、すなわち、転送インターフェイス５０２、ピアトラッカー（tracker）５０４、時間同期５０６、及びエコスフィア（ecosphere）５０８を含む。シミュレーションエンジン５００の実施形態は、他のコンポーネント（図５には示されない）も含み得る。転送インターフェイス５０２は、ピア同士の間のメッセージ配信サービスである。例えば、直接コンタクトしている図３のノードｎ１からノードｎ２への転送である。メッセージには、メッシュオーバーレイネットワークの下位レベルのノードから上位レベルのノードへの名前及びアドレスが含まれ得る。メッセージは、データとノードのアドレスとの組合せであり得る。一実施形態では、メッセージは、バイナリブロブ、文字列、又はエンティティの形式であり得、イベントは、ソースノードとの間でテキストに変換され得る。転送インターフェイス５０２は、メッシュオーバーレイネットワークトポロジの抽象化層の一部であり得る。ピアトラッカー５０４は、メッシュネットワーク内の近接性に基づいて互いに接続しているピアのための追跡メカニズムである。一実施形態では、ピアトラッカー５０４は、メッシュネットワークの形成だけでなく、メッシュネットワークの継続的な維持を容易にする。例えば、ピアトラッカー５０４は、アプリケーション又はサービスに基づいて所定の基準を満たすメッシュネットワーク内のピアを接続し、所定のアプリケーション又はサービスに基づいて低レベルから構築されたメッシュネットワークを維持する。

一実施形態では、ピアトラッカー５０４の機能には、ピア選択テストが含まれる。ピア選択テストは、近接性に基づいてピア同士の間の接続を決定するために実行される。メッシュネットワークの形成プロセスでは、反復プロセスが続くと、タイムスタンプ毎に近接リストが再計算され、遠くのノードが切断される。例えば、メッシュトポロジの多角形の方向（orientation）では、５つのノード、つまりノードｎ１、ｎ２、ｎ３、及びｎ４（図４に示される）のそれぞれの形成は、名前、ネットワークアドレス、及び地理的空間内のノードｎ１、ｎ２、ｎ３、及びｎ４のそれぞれの座標を知ることに基づいている。ｎ１、ｎ２、ｎ３、及びｎ４の間の情報／メッセージ交換に基づいて、次回のタイムスタンプで、ノードは１つ又は複数のピアに接続される。ピア選択テストには、各タイムスタンプでノード同士の間で交換された情報／メッセージに基づいてピアの追加を追跡することが含まれる。例示的な実施形態では、ピアは、座標、シーケンス番号、メッセージ、ＩＰアドレス等を含む情報に基づいて、１つ又は複数のノードｎ１、ｎ２、ｎ３、及びｎ４に追加／接続され得る。一実施形態では、ピアが常に別の特定のピアに接続されるように維持されているピアにラッチされることを目的とした場合に、そのような接続はピア選択テストをスキップし、アプリケーションの全ての時間中接続されたままになる。ピア選択テストは、ピアが動的且つ継続的に検出されるように、タイムスタンプ毎に更新される。例えば、２つのピア（選択されたピア、及び受信側のピア）がある場合に、選択されたピアは、ピアが接続を維持したい相手、つまりノードが選択した相手であり、受信側のピアは、ノードがメッセージを送信した相手、ノードが選択した相手、ノードにより選択された相手である。各ノードはメッセージを送信し、隣接リストにデータを入力して（populate）、通信を双方向に保つ。別の例では、ピアが情報伝播から脱落し、メッシュネットワークからの切断／消失につながる可能性がある。

一実施形態では、シミュレーションエンジン５００は、時間同期５０６を含む。一般に、時間同期は、メッシュネットワークトポロジの管理、保護、計画、及びデバッグを容易にする。例えば、時間同期５０６は、特定のイベントがいつ発生する可能性があるかを決定する。また、特定のイベントでは、時間はネットワーク上の全ての装置の間の参照フレームであり得る。参照フレームとしての時間により、全ての装置の間で時間を同期させることができる。より具体的には、本実施形態では、時間同期５０６は、完全に接続されたメッシュネットワーク内の各ノードの時間の同期を容易にする。さらに、本開示の分散型アーキテクチャによれば、全てのノードは、分散同期メカニズムの前に時間同期される。

一実施形態では、シミュレーションエンジン５００は、エコスフィア５０８を含む。例えば、抽象化層状アーキテクチャでは、エコスフィア５０８は、より高いレベルの層であり得る。完全に接続されたメッシュネットワークでは、エコスフィア５０８は規定した領域の周囲で発生するイベントを追跡する。例えば、３Ｄ環境では、エコスフィア５０８は球の周りのローカル領域を追跡して、隣接ノードのセットを継続的に検出する。隣接ノードのセットは、既知のピアの反転球面変換された座標の前述した凸型ハル上にあるピアを含み得る。より具体的には、本実施形態による分散平均化メカニズムにおいて、エコスフィア５０８は、完全に到達可能なグラフへの値の収束を容易にし、複数のピアの間の一定の平均接続度合いを維持する。

一実施形態では、図５に記載のシミュレーションモデルは、シミュレーション統合、例えば、２つ以上のロボットを操作する等の２つ以上の装置の間のシミュレーション統合を含む様々なアプリケーションでロボットに実装され得る。例えば、シミュレーションモデルが異なる２つ以上のロボットが、１つ又は複数のアプリケーションに対して同期する場合がある。最初に、各シミュレーションモデルはそれぞれのロボットを中心にすることができる。例えば、２台のロボットのエコスフィアが重なると、２台のロボットは、互いのシミュレーション（ピア）と同期する。２台のロボットはメッセージを送信することで互いに通信する。メッセージは、アプリケーションに応じて数値の形式である場合があり、数値（番号）は、メッセージに応答しながら、解析及び分析され、数値形式に変換されて戻される場合がある。一実施形態では、ＵＤＰ（ユーザデータグラムプロトコル）は、２つのロボットの間でメッセージを交換するための通信プロトコルとして使用され得る。接続されたロボット（ここでは、ロボットは、本開示で説明している近隣基準を介して接続されたピアである）は、メッセージを監視及びフィルタリングして、最良の推定値に達することができる。例えば、隣接ノードからの複数の測定値は、隣接（neighbor）入力と見なされ得、ロボットは、それ自体の測定入力も有し得る。この例では、測定値は２台のロボットの近くにあるオブジェクトの距離に関連し得る。一実施形態では、ロボットの１つ又は複数のセンサは、オブジェクトの距離の測定値を取得することができ、又はロボットは、隣接入力から測定値を取得することができる。本願で説明する分散同期は、測定の最良の推定値に達するために適用される。一実施形態では、ロボットは、アプリケーションに応じて、それ自体の入力を最良の入力と見なすことができ、隣接入力をフィルタリングし、フィルタリングしたメッセージを最良の推定値として伝播することができる。別の実施形態では、ロボットは、最新の更新メッセージを最良の推定値と見なし、最新の更新メッセージを伝播することができる。例えば、最新のタイムスタンプで入力メッセージを更新したピアは、最新の更新メッセージと見なされ、これは最良の推定値として伝播される場合がある。別の実施形態では、ロボットの入力メッセージ及び１つ又は複数の隣接ロボットの入力メッセージは、説明したように分散平均化方法に基づいて平均化され得、平均値に基づいて、最良の推定値が伝播される。別の実施形態では、ロボットは、実際のエンティティに最も近いピアの位置（ここでは、オブジェクトまでの距離の測定値）を考慮し、実際のエンティティに対するピアの位置に基づいて、測定の最良の推定値を考慮し、情報を伝播する。別の実施形態では、本開示によれば、近接権限に基づいて、ロボットは、最初に、最も近いピアからの入力を考慮し、次により遠いピアからの入力を考慮し得る。情報の伝播は、最良の推定値をブロードキャスト及び再ブロードキャストすることにより、１ホップで放射状に広がる。

本開示の実施形態は、指示されたメッセージの単なる複数回の伝播よりも、ピアにローカルなイベントに関してブロードキャスト、同期、及びコンセンサスに到達し、情報を伝播する方法を提供する。本開示の実施形態は、メッセージの範囲及び時間範囲によってメッセージングのブロードキャスト中のメッセージのフラッディング（flooding）を制御する方法を提供する。一実施形態では、ピアは、互いに対応する情報及びピアのそれぞれの隣接（neighbor）セットを交換し、ピアのそれぞれの隣接セットに対応する情報に基づいて隣接セットを再計算し、新しく計算した隣接セットに接続し、前述のプロセスステップを繰り返す。一実施形態では、ノードが、中継されるメッセージの内容に同意しない場合に、そのノードは、転送する前に実際のイベントに同意してメッセージの内容を転送又は変更するのを拒否し、それによってグローバル決定（すなわち、メッシュトポロジ全体に影響を与える決定）に寄与することができる。

本開示の実施形態は、分散型で、スケールに依存しないメッシュネットワークを提供する。例えば、メッシュネットワークは、メッシュトポロジの距離又は密度に依存しない場合がある。一実施形態では、ノード同士の間の接続は、実際の値よりもランク付けされた距離に基づいており、それにより、ネットワークのサイズ又は密度に関係なく、ノード同士の間の一定の平均接続度合いを維持する。さらに、メッシュネットワーク内の各ノードはローカル領域を中心に同期される。例えば、ノード同士の間の距離の測定（ノードは互いに１メートル又は１キロメートル離れている場合がある）は、メッシュネットワークトポロジの構成に影響を与えない場合がある。さらに、このメッシュネットワークは堅牢である。例えば、メッシュネットワークの密度を変更すると、構成は変更されるが、同様の方法でノードの接続が維持される。例えば、完全に接続されたネットワークの途中に２０個のノードが追加され、平均して各ノードに４つの接続がある場合に、メッシュトポロジの構成は変更される可能性があるが、新しく追加されたノードは互いに接続し、ネットワークが収束すると、平均４つの接続を維持する。ただし、４つの接続が近接している場合がある。前述のメッシュネットワークトポロジの形成は、メッシュネットワークが構築され、２つのノードの間の通信がどの程度迅速に伝播されるかに関する近接基準に基づいて維持されるため、自己適応型である。例えば、ノードを追加又は削除しても、ネットワークトポロジを最も近い隣接ノードに素早く適応させることができる。

代替の実施形態では、ノードは、ジグザグ構成を形成する次のノードにのみ接続され得る。例えば、図３では、ノードｎ１は、ノードｎ２に、ノードｎ２からｎ３に、ノードｎ４からノードｎ５に、及びノードｎ５からｎ６にというように接続される。

図６は、本開示のいくつかの実施形態による、地理的ルーティングメッシュネットワークのための方法６００のフロー図を示している。方法６００は、コンピュータ実行可能命令の一般的な文脈で説明することができる。一般に、コンピュータ実行可能命令には、特定の機能を実行する、又は特定の抽象データタイプを実装するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造、プロシージャ、モジュール、関数等を含めることができる。方法６００は、通信ネットワークを介してリンクされた遠隔処理装置によって機能が実行される分散型コンピューティング環境でも実施され得る。方法６００が説明する順序は、制限として解釈されることを意図しておらず、説明する方法の任意の数のブロックを任意の順序で組み合わせて、方法６００又は代替方法を実施することができる。さらに、方法６００は、任意の適切なハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組合せで実装することができる。一実施形態では、フローチャートに示される方法６００は、システム、例えば図１のシステム１００によって実行され得る。図６の方法６００について、以下で、図１～図５を参照して、より詳細に説明する。

図６を参照すると、図示の実施形態では、方法６００は６０２で開始され、この方法は、第１のノードが、メッシュネットワーク内の第１のノードに近接する第１リストのノードを決定するステップを含む。例えば、図３に示されるように、ノードｎ１は、地理的空間内の各ノードによって認識される第１のノードである。一実施形態では、メッシュネットワークは、隣接基準に基づいて、各タイムスタンプにおいて最も近いノード／隣接ノード／近接ノードを繰り返し計算することによって形成される。ノードｎ１は、隣接基準に基づいて、ノードｎ１に近接する第１リストのノードを決定する。第１のノードｎ１に近接する第１リストのノードは、（図２に示されるように）ノードｎ２、ｎ３、ｎ５、及びｎ６である。このタイムスタンプでは、ノードｎ１は、第１リストの近接ノードｎ２、ｎ３、ｎ５、及びｎ６を最も近いノードとして決定する。ノードｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ５、及びｎ６のそれぞれは、ノードｎ１によってコンタクトされるか、又はｎ１と直接通信する。隣接基準を決定する一実施形態では、第１のノードは、第１のノードと、幾何学的空間内の第１のノードの近傍（neighborhood）にある１つ又は複数のノードとの間の距離を計算する。１つ又は複数のノードのそれぞれについて計算した距離は、反転球面変換を適用することによって逆数に変換される。これにより、計算した距離は新しい逆数値に変換され、新しい逆数値に基づいて凸型ハルが構築される。凸型ハルでは、新しい逆数値が選択されて、第１のノードの周りの球を取り囲む最小の凸状多角形が形成され、球上にある１つ又は複数のノードが、近接ノード、例えば第１のノードに近接する第１リストのノードとして決定される。

６０４において、この方法は、第１のノードが、第１リストのノードに関する各ノードに、第１のノードに近接するノードの第１リストを送信するステップを含む。このタイムスタンプでは、第１のノードｎ１に近接する第１リストのノードｎ１、ｎ２、ｎ５及びｎ６が決定され、（図２に示されるように）ｎ１によってコンタクトされる。ノードｎ１は、ノードの第１リストを用いて、他の残りのノード、つまりノードｎ３、ｎ４、ｎ７・・・ｎ１６にもコンタクトする。これは、これらの各ノードが最初にノードｎ１にコンタクトしたためである。このタイムスタンプでは、ノードｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４・・・ｎ１６のそれぞれに、第１のノードｎ１に近接する第１リストのノードに関連する情報が含まれている。ノードｎ１に加えて、ノードｎ２、ｎ３、、ｎ４・・・ｎ１４には、第１リストの近接ノードｎ１、ｎ２、ｎ５、及びｎ６に対応する認識がある。例示的な実施形態では、次のタイムスタンプにおいて、ノードｎ４、ｎ７、ｎ８・・・ｎ１６は、ノードｎ３、ｎ４、ｎ７・・・ｎ１６に近接するリストの隣接ノードを決定し、この隣接ノードにコンタクトする。次のタイムスタンプでは、ノードｎ２、ｎ５、及びｎ６が、ノードｎ２、ｎ３、ｎ５、及びｎ６の近接するリストの隣接ノードを決定し、この隣接ノードにコンタクトする。

６０６において、この方法は、第１のノードが、ノードの第１リストを送信することに応答して、第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードから１つ又は複数のノードの第２リストを受信するステップを含む。第２リストの１つ又は複数のノードのそれぞれは、第１リストのノードの１つ又は複数のノードのうちの１つのノードに近接している。ノードｎ３、ｎ２、ｎ５、及びｎ６は、ノードｎ１に近接する隣接ノードのリストを受信する。次のタイムスタンプでは、ｎ３、ｎ２、ｎ５、及びｎ６からの１つ又は複数のノードが、第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードに近接する、つまりｎ２、ｎ３、ｎ５、及びｎ６からの１つ又は複数のノードに近接する第２リストの１つ又は複数のノードを決定する。一実施形態では、第１リストのノードのそれぞれは、第２リストのノードを決定及びそれを生成することができ、すなわち、ノードｎ１、ｎ２、ｎ５、及びｎ６のそれぞれは、第２リストのノードを決定及びそれを生成し、以前のタイムスタンプで接続した全てのノードにコンタクトすることができる。別の実施形態では、第１リストのノードの１つ又は複数は、第２リストのノードを決定及びそれを生成することができ、すなわち、ｎ２及びｎ３のみが、第２リストのノードを決定及びそれを生成し、以前のタイムスタンプで接続した全てのノードにコンタクトすることができる。各ノードによって生成された近接性マトリックスに基づいて、所定のアプリケーションに応じて、第２リストの１つ又は複数のノードが生成され得る。例えば、ノード（図３に示される）は本質的に動的であるため、特定のアプリケーション又はサービスに応じて、ノードが追加されたり、又はノードが消えたりする場合がある。さらに、所定のアプリケーションに基づいて、メッシュトポロジは、特定のアプリケーションに適応し、メッシュネットワークトポロジ内のノードの追加及び削除の解約率を決定することができる。

６０８において、この方法は、第１のノードが、第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードに近接する１つ又は複数のノードの第２リストを受信することに応答して、第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードを更新するステップを含む。第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードは、第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードに近接する第２リストの１つ又は複数のノードに関連する情報に基づいて、第１のノードと第１のノードに近接する第１リストのノードとの間の距離を再計算することによって更新される。本開示の実施形態は、最も近い隣接ノードを決定し、最も近い隣接ノードのリストを含む認識を用いて、決定した最も近い隣接ノードにコンタクトすることの連続的な反復によってメッシュネットワークを形成する方法を提供する。以前のタイムスタンプでは、ノードｎ１は、第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードに近接する１つ又は複数のノードの第２リストを受信する。連続するタイムスタンプにおいて、第２リストの１つ又は複数のノードに関する認識を有するノードｎ１は、ｎ１に近接する第１リストの決定したノードを再計算する。連続するタイムスタンプでは、第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードに近接する第２リストの１つ又は複数のノードが更新される。第１リストのノードは、第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードに近接する第２リストの１つ又は複数のノードに関連する情報に基づいて、第１のノードと第１のノードに近接する第１リストのノードとの間の距離を再計算する。従って、本開示の実施形態は、完全に接続されたメッシュネットワークを形成するために、リストの隣接ノードを計算及び再計算する動的且つ連続的なプロセスを提供する。完全に接続されたメッシュネットワークは、各ノードが分散権限（distributed authority）による隣接リストの最良の推定値を達成するまで、ノード同士の間の接続を動的に変更する隣接リストに関連する情報の継続的な伝播によってさらに維持される。

一実施形態では、本開示は、メッシュネットワークを維持するための分散権限を提供する。分散権限では、メッシュネットワーク内の接続されたノード（例えば、図３の接続されたノード）は、メッセージフィルタリング（隣接ノードからのメッセージのフィルタリング）及び転送（フィルタリングしたメッセージのブロードキャスト）を制御する。分散権限（分散同期（distributed synchronization）としても知られる）のプロセスは、メッシュネットワークにおいて、図３の第１リストのノードのうちの更新した１つ又は複数のノードのそれぞれに関連する値を決定することを含む。更新した１つ又は複数のノードのそれぞれに関連する値は、ノードに対応する情報、例えばタイムクロック、オブジェクトの位置、座標の位置、ノード同士の間の距離等であり得る。一実施形態では、第１リストのノードのうちの更新した１つ又は複数のノードのそれぞれが、そのノードのタイムクロックに対応する値を含む。完全に接続されたメッシュネットワークの全ての反復サイクルにおいて、更新した１つ又は複数のノードのそれぞれが、隣接ノード又はピアを参照してタイムクロックに対応する値を平均化する。タイムクロックの最良の推定値が達成されるまで、つまり、ピアによって合意された単一の値に達するまで、反復サイクルが繰り返される。全ての反復サイクルの後に、各ノードは平均値を隣接ノードにブロードキャスト及び再ブロードキャストし、それによって値の収束に達する。分散同期のプロセスは、微視的から進行する。つまり、最も近い隣接ノードらの値を最初に巨視的に考慮し、最も遠い隣接ノードからの値を考慮して、最良の単一の推定値又はノードによって合意された値に達する。決定した単一の値は、メッシュネットワーク全体にブロードキャスト及び適用される。一実施形態では、アプリケーションに応じて、１つのノードのみが値を計算してブロードキャストするか、又は全てのローカル隣接ノードが値を計算して最良の推定値に投票するかのいずれかである。

一実施形態では、本開示は、第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードのそれぞれが競合する値に関連付けられる場合に、第１リストのノードのうちの更新した１つ又は複数のノードのそれぞれの近接性に基づいて値を選択することも提供する。例えば、競合する更新が複数の隣接ノードから同時に受信された場合に、ローカルノードは、ユーザがカスタマイズ可能な論理／アプリケーションに基づいて決定及び調停し、結果として得られた最良の推定値が残りの隣接ノードに転送されて、伝播及び反復的な改良プロセスが続行される。換言すると、反復的な改良プロセスでは、更新メッセージの発信元に最も近い隣接ノードからの更新でない限り、更新は無視（フィルタリング）される。この分散権限の実施形態は、中央の権限がない場合に、近接権限に従う。

一実施形態では、ノードは、メッシュネットワーク内の第１リストのノードの１つ又は複数のノードのうちの１つのノードに近接するノードのリストから削除されるか、又は消去され得る。削除したノードに基づいて、第１リストのノードの１つ又は複数のノードのうちの１つのノードに近接する新しいリストのノードが更新される。例えば、ノードが長期間応答しない場合に、そのようなノードは隣接ノードのリストから削除され得る。別の例では、ノードが長期間更新されない場合があり、そのような古いノードがメッシュネットワークから消える場合がある。別の例では、ノードに関連する情報が隣接ノードに関連していない可能性があるため、ノードは、もはや関連性のないノードとの通信／接続を継続しなくなる。情報／メッセージの関連性及び非関連性は、アプリケーション又はサービスに基づき得る。

図１～図６の様々な実施形態において、地理的ルーティングメッシュネットワークのための方法及びシステムが開示される。本開示は、幾何学的空間に埋め込まれたノード同士の間の低遅延、インフラストラクチャフリー、及び大規模にスケーラブルな通信及び同期の必要性に関連する分野における技術的問題を解決する。このアーキテクチャの実施形態は、メッシュトポロジが最も近い近接ピアへの直接接続を維持するので、隣接する近接のピア同士の間の最小の通信遅延を提供する。最も近い近接ピアへの直接接続は、多くの物理的な状況で役立ち、システムが近くのイベントに直ぐに応答する必要があるのに対し、リモートイベントは待機できる。さらに、全てのノードがローカル領域の周りで同期しているため、ネットワークのサイズ及び密度に関係なくノード同士の間に一定の平均接続度合いがあるため、このアーキテクチャは無限の数のノードに拡張可能である。さらに、ピアツーピア通信は機能が対称的であり、中央の調整インフラストラクチャを含まない。本アーキテクチャの実施形態は、インフラストラクチャにとらわれない／分散型アーキテクチャにより、高度の障害冗長性を提供し、メッシュネットワークは、他の方法で切断されたノードのグループの間に単一の接続が残っている限り、無傷のままであり、自己回復する。さらに、分散型アーキテクチャは、全てのノードが隣接ノードに直接接続され、隣接ノード検索に頻繁に依存する大規模なプロセス及び計算を高速化するため、効率的な隣接ノード検索を容易にする。例えば、大型粒子群シミュレーション又は最適化では、対数線形ランタイムによって達成され得るアルゴリズムとは異なり、各粒子の動きが空間領域を区画化せずに主に隣接する粒子によって影響を受ける場合に、最良のデータ構造が提供される。

上記の利点に加えて、本開示の分散権限／同期は、幾何学的空間にわたる作業及び計算の分散を可能にする。実世界のアプリケーションでは、大規模な中央コンピューティングのボトルネックの遅延を回避しながら、無限に大きな仮想世界のシミュレーションを並列化するために有用である。

前述の図は、いくつかの実施形態によるプロセスを記述するための論理アーキテクチャを表し、実際の実施態様は、他の方法で配置された１つ又は複数のコンポーネントを含み得る。他のトポロジは、他の実施形態と組み合わせて使用することができる。さらに、本明細書で説明する各コンポーネント又は装置は、任意の数の他のパブリック及び／又はプライベートネットワークを介して通信する任意の数の装置によって実装され得る。そのようなコンピューティング装置のうちの２つ以上は、互いに遠隔に配置され得、任意の既知の方法のプロトコル及び／又は専用接続を介して互いに通信し得る。各コンポーネント又は装置は、本明細書に記載の機能及び他の機能を提供するのに適した任意の数のハードウェア及び／又はソフトウェア要素を含み得る。例えば、いくつかの実施形態によるシステムの実装において使用される任意のコンピューティング装置は、コンピューティング装置が本明細書で説明したように動作するようにプログラムコードを実行するためのプロセッサを含み得る。

本明細書で議論する全てのシステム及びプロセスは、フロッピーディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、フラッシュドライブ、磁気テープ、及びソリッドステートランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）又は読取専用メモリ（ＲＯＭ）ストレージユニット等の非一時的なコンピュータ可読媒体のうちの１つ又は複数から読み取られるプログラムコードで具体化され、次に、圧縮、非コンパイル、及び／又は暗号化した形式で保存され得る。いくつかの実施形態では、ハードワイヤード回路は、いくつかの実施形態によるプロセスの実施のためのプログラムコードの代わりに、又はそれと組み合わせて使用され得る。従って、実施形態は、ハードウェア及びソフトウェアの特定の組合せに限定されない。

実施態様において、本明細書で説明した方法のうちの１つ又は複数は、非一時的なコンピュータ可読媒体に具体化され、１つ又は複数のコンピューティング装置によって実行可能である命令として少なくとも部分的に実装され得る。一般に、プロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ）は、非一時的なコンピュータ可読媒体、例えばメモリから命令を受け取り、それらの命令を実行し、それによって、本明細書で説明した方法の１つ又は複数の方法を含む１つ又は複数の方法を実行する。そのような命令は、様々な既知のコンピュータ可読媒体のいずれかを使用して保存及び／又は送信され得る。

本明細書の実施形態は、ハードウェア及びソフトウェア要素を含み得る。ソフトウェアで実装される実施形態は、ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含むが、これらに限定されない。本明細書で説明した様々なモジュールによって実行される機能は、他のモジュール又は他のモジュールの組合せで実装され得る。この説明の目的のために、コンピュータ使用可能又はコンピュータ可読媒体は、命令実行システム、機器、又は装置によって、又はそれらに関連して使用するためのプログラムを含み、記憶し、通信し、伝播し、又は転送することができる任意の機器であり得る。

図示したステップは、示される例示的な実施形態を説明するために設定されており、進行中の技術開発は、特定の機能が実行される方法を変更することを予想すべきである。これらの例は、限定ではなく、説明の目的で本明細書に提示される。さらに、機能的構成ブロックの境界は、説明の便宜のために本明細書で任意に規定されている。指定した機能及びその関係が適切に実行される限り、代替境界を規定できる。代替案（本明細書で説明したものの同等物、拡張、変形、逸脱等を含む）は、本明細書に含まれる教示に基づいて、関連技術分野の当業者に明らかであろう。そのような代替案は、開示した実施形態の範囲及び精神の範囲内にある。また、「備える、有する、含む（comprising）」、「有する、含む（having）」、「含む（containing）」、「含む、有する（including）」という単語、及び他の同様の形式は、意味が同等であり、これらの単語のいずれかに続く１つ又は複数の項目が、そのような１つ又は複数の項目の網羅的なリストであることを意味せず、リストされた１つ又は複数のアイテムのみに限定されることを意味するという点でオープンエンドであることが意図される。本明細書及び添付の特許請求の範囲（明細書に含まれる場合に）で使用される場合に、文脈が明確に別段の指示をしない限り、単数形「１つの（a, an）」、及び「その（the）」は複数形の参照を含むことにも留意されたい。

本開示及び例は例示としてのみ考慮されることが意図されており、当業者は、他の実施形態が上記のものに修正及び変更を加えて実施され得ることを認識するであろう。

Claims (13)

1. プロセッサで実施される方法であって、当該方法は、
   第１のノードが、メッシュネットワーク内の前記第１のノードに近接する第１リストのノードを決定するステップであって、前記第１のノードに近接する前記第１リストのノードを決定するステップには、前記第１のノードと幾何学的空間内の１つ又は複数のノードとの間の距離を計算するステップが含まれる、決定するステップと、
   前記第１のノードが、前記第１リストのノードに関する各ノードに、前記第１のノードに近接するノードの前記第１リストを送信するステップと、
   前記第１のノードが、ノードの前記第１リストを送信することに応答して、前記第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードから１つ又は複数のノードの第２リストを受信するステップであって、前記第２リストの１つ又は複数のノードのそれぞれは、前記第１リストのノードの前記１つ又は複数のノードのうちの１つのノードに近接している、受信するステップと、
   前記第１のノードが、前記第１リストのノードのうちの前記１つ又は複数のノードに近接する１つ又は複数のノードの第２リストを受信することに応答して、前記第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードを更新するステップであって、前記第１リストのノードのうちの前記１つ又は複数のノードを更新するステップには、前記第１リストのノードのうちの前記１つ又は複数のノードに近接する第２リストの１つ又は複数のノードに関連する情報に基づいて、前記第１のノードと該第１のノードに近接する前記第１リストのノードとの間の距離を再計算するステップが含まれる、更新するステップと、を含み、
   前記第１のノードと前記幾何学的空間内の前記１つ又は複数のノードとの間の前記距離を計算するステップは、
   前記第１のノードと前記１つ又は複数のノードとの間の前記計算した距離のそれぞれに対して球の反転を実行するステップと、
   前記計算した距離のそれぞれに関する前記球の反転に基づいて凸型ハルを形成するステップと、
   該凸型ハル内の前記第１のノードに近接する前記第１リストのノードを決定するステップと、を含む、
   方法。
2. 前記第１のノードが、該第１のノードに近接する前記第１リストの更新したノードに関する各ノードに、前記第１のノードに近接する前記更新したノードの第１リストを送信するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１のノードに近接する前記第１リストのノードの近接性は、前記幾何学的空間内の前記第１リストのノードのそれぞれの座標によって規定される、請求項１に記載の方法。
4. 前記メッシュネットワーク内の前記第１リストのノードのうちの前記更新した１つ又は複数のノードのそれぞれに関連する値を決定するステップと、
   前記第１リストのノードのうちの前記更新した１つ又は複数のノードのそれぞれに関連する前記決定した値に対応する情報を前記第１のノードに伝達するステップと、
   該伝達した情報に基づいて前記決定した値の平均を計算するステップであって、前記決定した値の前記平均は前記メッシュネットワーク全体に適用される、計算するステップと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記第１リストのノードのうちの前記１つ又は複数のノードが競合する値に関連付けられる場合に、前記第１リストのノードのうちの前記更新した１つ又は複数のノードのそれぞれの近接性に基づいて値を選択するステップと、
   前記第１リストのノードのうちの前記更新した１つ又は複数のノードのそれぞれの近接性に基づいて、前記選択した値に対応する情報を前記第１のノードに伝達するステップと、をさらに含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記第１リストのノードのうちの前記１つ又は複数のノードが競合する値に関連付けられる場合に、前記第１リストのノードのうちの前記更新した１つ又は複数のノードのそれぞれに関連する属性を予め決定するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記決定した値の前記平均を計算するステップは、前記第１のノードと、前記第１リストのノードのうちの前記更新した１つ又は複数のノードのそれぞれとの近接度に基づいており、前記第１のノードと、前記第１リストのノードのうちの前記更新した１つ又は複数のノードのそれぞれとの前記近接度は、前記メッシュネットワークの幾何学的空間によって規定される前記第１のノードの近さ（neighborhood）に基づく、請求項４に記載の方法。
8. 前記メッシュネットワークにおいて、新しいノードを追加するか、又はノードを削除するステップであって、前記新しいノードは、該新しいノードに近接するノードリストを受信する、追加又は削除するステップと、
   前記新しいノードに近接する前記新しいノードの受信リストに基づいて、前記新しいノードに近接するリストのノードを更新するステップと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
9. システムであって、当該システムは、
   命令を格納するメモリと、
   該メモリに結合したプロセッサと、を含み、
   該プロセッサは、前記命令によって、
   第１のノードが、メッシュネットワーク内の前記第１のノードに近接する第１リストのノードを決定することであって、前記第１のノードに近接する前記第１リストのノードを決定することには、前記第１のノードと幾何学的空間内の１つ又は複数のノードとの間の距離を計算することが含まれる、決定すること、
   前記第１のノードが、前記第１リストのノードに関する各ノードに、前記第１のノードに近接するノードの前記第１リストを送信すること、
   前記第１のノードが、ノードの前記第１リストを送信することに応答して、前記第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードから１つ又は複数のノードの第２リストを受信することであって、前記第２リストの１つ又は複数のノードのそれぞれは、前記第１リストのノードの前記１つ又は複数のノードのうちの１つのノードに近接している、受信すること、及び
   前記第１のノードが、前記第１リストのノードのうちの前記１つ又は複数のノードに近接する１つ又は複数のノードの第２リストを受信することに応答して、前記第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードを更新することであって、前記第１リストのノードのうちの前記１つ又は複数のノードを更新することには、前記第１リストのノードのうちの前記１つ又は複数のノードに近接する第２リストの１つ又は複数のノードに関連する情報に基づいて、前記第１のノードと該第１のノードに近接する前記第１リストのノードとの間の距離を再計算することが含まれる、更新すること、を行うように構成され、
   前記第１のノードと前記幾何学的空間内の前記１つ又は複数のノードとの間の前記距離を計算することには、
   前記第１のノードと前記１つ又は複数のノードとの間の前記計算した距離のそれぞれに対して球の反転を実行すること、
   前記計算した距離のそれぞれに関する前記球の反転に基づいて凸型ハルを形成すること、及び
   該凸型ハル内の前記第１のノードに近接する前記第１リストのノードを決定すること、が含まれる、
   システム。
10. 前記メッシュネットワーク内の前記第１リストのノードのうちの前記更新した１つ又は複数のノードのそれぞれに関連する値を決定すること、
    前記第１リストのノードのうちの前記更新した１つ又は複数のノードのそれぞれに関連する前記決定した値に対応する情報を前記第１のノードに伝達すること、及び
    該伝達した情報に基づいて前記決定した値の平均を計算することであって、前記決定した値の前記平均は前記メッシュネットワーク全体に適用され、前記決定した値の前記平均を計算することは、前記第１のノードと、前記第１リストのノードのうちの前記更新した１つ又は複数のノードのそれぞれとの近接度に基づいている、計算すること、をさらに行うように構成される、請求項９に記載のシステム。
11. 前記第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードが競合する値に関連付けられる場合に、前記第１リストのノードのうちの前記更新した１つ又は複数のノードのそれぞれの近接度に基づいて値を選択し、前記第１リストのノードのうちの前記更新した１つ又は複数のノードのそれぞれに関連する属性を予め決定すること、及び
    前記第１リストのノードのうちの前記更新した１つ又は複数のノードへの近接性に基づく前記値に対応する情報を前記第１のノードに伝達すること、をさらに行うように構成される、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記メッシュネットワークに新しいノードを追加するか、又はノードを削除することであって、前記新しいノードは、該新しいノードに近接するノードリストを受信する、追加又は削除すること、及び
    前記新しいノードに近接する新しいノードの受信リストに基づいて、前記新しいノードに近接するリストのノードを更新すること、をさらに行うように構成される、請求項９に記載のシステム。
13. コンピュータプログラムをその上に具体化した非一時的なコンピュータ可読媒体であって、前記プログラムが実行されると、
    第１のノードが、メッシュネットワーク内の前記第１のノードに近接する第１リストのノードを決定することであって、前記第１のノードに近接する前記第１リストのノードを決定することには、前記第１のノードと幾何学的空間内の１つ又は複数のノードとの間の距離を計算することが含まれる、決定すること、
    前記第１のノードが、前記第１リストのノードに関する各ノードに、前記第１のノードに近接するノードの前記第１リストを送信すること、
    前記第１のノードが、ノードの前記第１リストを送信することに応答して、前記第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードから１つ又は複数のノードの第２リストを受信することであって、前記第２リストの１つ又は複数のノードのそれぞれは、前記第１リストのノードの前記１つ又は複数のノードのうちの１つのノードに近接している、受信すること、及び
    前記第１のノードが、前記第１リストのノードのうちの前記１つ又は複数のノードに近接する１つ又は複数のノードの第２リストを受信することに応答して、前記第１リストのノードのうちの１つ又は複数のノードを更新することであって、前記第１リストのノードのうちの前記１つ又は複数のノードを更新することには、前記第１リストのノードのうちの前記１つ又は複数のノードに近接する第２リストの１つ又は複数のノードに関連する情報に基づいて、前記第１のノードと該第１のノードに近接する第１リストのノードとの間の距離を再計算すること、が行われ、
    前記第１のノードと前記幾何学的空間内の前記１つ又は複数のノードとの間の前記距離を計算することには、
    前記第１のノードと前記１つ又は複数のノードとの間の前記計算した距離のそれぞれに対して球の反転を実行すること、
    前記計算した距離のそれぞれに関する前記球の反転に基づいて凸型ハルを形成すること、及び
    該凸型ハル内の前記第１のノードに近接する前記第１リストのノードを決定すること、が含まれる、
    非一時的なコンピュータ可読媒体。

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