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特許7233254ネットワーク管理のための方法、装置、非一時的コンピュータ可読媒体、コンピュータプログラム製品及びデータセット
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-02-24
(45)【発行日】2023-03-06
(54)【発明の名称】ネットワーク管理のための方法、装置、非一時的コンピュータ可読媒体、コンピュータプログラム製品及びデータセット
(51)【国際特許分類】
H04L 41/12 20220101AFI20230227BHJP
【ＦＩ】
H04L41/12
【請求項の数】
14
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2019043455
(22)【出願日】2019-03-11
(65)【公開番号】P2019176460
(43)【公開日】2019-10-10
【審査請求日】2021-10-14
(31)【優先権主張番号】18305362.8
(32)【優先日】2018-03-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(73)【特許権者】
【識別番号】503163527
【氏名又は名称】ミツビシ・エレクトリック・アールアンドディー・センター・ヨーロッパ・ビーヴィ
【氏名又は名称原語表記】ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ Ｒ＆Ｄ ＣＥＮＴＲＥ ＥＵＲＯＰＥ Ｂ．Ｖ．
【住所又は居所原語表記】Ｃａｐｒｏｎｉｌａａｎ ４６， １１１９ ＮＳ Ｓｃｈｉｐｈｏｌ Ｒｉｊｋ， Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ
(74)【代理人】
【識別番号】100110423
【弁理士】
【氏名又は名称】曾我 道治
(74)【代理人】
【識別番号】100111648
【弁理士】
【氏名又は名称】梶並 順
(74)【代理人】
【識別番号】100122437
【弁理士】
【氏名又は名称】大宅 一宏
(74)【代理人】
【識別番号】100147566
【弁理士】
【氏名又は名称】上田 俊一
(74)【代理人】
【識別番号】100161171
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 潤一郎
(72)【発明者】
【氏名】ムーラド・カンフシ
(72)【発明者】
【氏名】ロイ・ブリュヌ
【審査官】宮島 郁美
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１１－１２４８１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０２３０１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１９５１９２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２０１６－５２７７６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／００８５６６８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０５５８０４３７（ＣＮ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２２８７８８（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｌ１２／００－１３／１８，４１／００－４９／９０５７，６１／００－６５／８０，６９／００－６９／４０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
コンピュータネットワークを管理する方法であって、ノードに関するデータトラフィック強度値に基づいて、前記ノードのためのデータ構造を用いて前記コンピュータネットワークの複数のノードの各ノードに関する指標値を取得することであって、前記データ構造は前記コンピュータネットワークのノードと、前記コンピュータネットワークの２つのノード間の隣接関係にそれぞれ対応するエッジとを表すことと、
取得された前記指標値に基づいて、前記コンピュータネットワークの前記ノードの中から、ノード障害及び／又はエッジ障害から保護されるべき少なくとも１つのノードを選択することと、
を含む、方法。
【請求項2】
前記指標値は、前記ノードの周りの前記コンピュータネットワークのネットワークトポロジーと、前記ノードに関する前記データトラフィック強度値とに基づいて求められる、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記データ構造は、前記コンピュータネットワークの前記ノードから根ノードにそれに従ってデータが送信される経路木を含み、前記方法は、前記ネットワーク内で、前記保護されるべき少なくとも１つのノードを包囲する初期保護パスを決定することを更に含み、前記初期保護パスを前記決定することは、前記データ構造において、前記保護されるべき少なくとも１つのノードが第１のノード隣接点の先行点集合に属するような、前記保護されるべき少なくとも１つのノードの前記第１のノード隣接点を特定することであって、所与のノードの先行点集合は、前記経路木内の前記所与のノードと前記根ノードとの間に位置する全てのノードを含むことと、
前記データ構造において、前記第１のノード隣接点の前記先行点集合と第２のノード隣接点の先行点集合との交わりが最大化されるような、前記保護されるべき少なくとも１つのノードの前記第２のノード隣接点を特定することと、
前記第１のノード隣接点、前記第２のノード隣接点及び第１の最終ノードを含む初期保護パスノード３個組に基づいて、前記初期保護パスを決定することであって、前記第１の最終ノードは、前記根ノードに向けられる初期保護交わりパスの最初のノードであり、前記初期保護交わりパスは、前記第１のノード隣接点の前記先行点集合と前記第２のノード隣接点の前記先行点集合との間の交わりに対応することと、
を含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項4】
前記初期保護パスに基づいて、前記ネットワークにおいて、前記保護されるべき少なくとも１つのノードを包囲する二次保護パスを決定することを更に含み、前記二次保護パスを前記決定することは、前記初期保護パスに属する少なくとも１つの初期保護パスノードを決定することと、
前記データ構造において、前記少なくとも１つの初期保護パスノードの第３のノード隣接点を特定することと、
前記少なくとも１つの初期保護パスノード、前記第３のノード隣接点及び第２の最終ノードを含む二次保護パスノード３個組に基づいて、前記二次保護パスを決定することであって、前記第２の最終ノードは前記根ノードに向けられる二次保護交わりパスの最初のノードであり、前記二次保護交わりパスは、前記第３のノード隣接点の先行点集合と少なくとも１つの初期保護パスノード隣接点の先行点集合との間の交わりに対応することと、
を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項5】
前記ノードに関する前記指標値を前記取得することは、ループの繰り返しを実行することを更に含み、繰り返しは、前記ノードにおいて所定の期間中に少なくとも１つのデータトラフィック強度値を求めることと、
前記データ構造内の前記ノードのノード隣接点に関する少なくとも１つの隣接点インデックス変数値を受信することと、
前記少なくとも１つのデータトラフィック強度値と、前記データ構造内の前記ノードの前記ノード隣接点に関する前記少なくとも１つの隣接点インデックス変数値とに基づいて、前記ノードに関するインデックス変数値を計算することと、
前記インデックス変数値に基づいて、前記ノードに関する前記指標値を計算することと、
を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項6】
前記ノードにおいて所定の期間中に少なくとも１つのデータトラフィック強度値を前記求めることは、前記ノードの前記ノード隣接点のうちの少なくとも１つから受信されたデータパケットの数に基づいて、それぞれのデータトラフィック強度値を求めることを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項7】
前記ノードに関する前記指標値は、連続した第１のインデックス変数値と第２のインデックス変数値との間の差に基づいて計算される、請求項５又は６に記載の方法。
【請求項8】
前記データ構造は経路木及びネットワークグラフを含み、前記方法は、前記経路木内の機能不全のノード及び／又はエッジの数と第１の所定の閾値との比較に基づいて、前記ノードに関する前記指標値を前記求めるために、前記経路木を使用するか、前記ネットワークグラフを使用するかを判断することを更に含む、請求項５～７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項9】
ノード障害及び／又はエッジ障害から前記保護されるべき少なくとも１つのノードを前記選択することは、前記求められた指標値に基づいて、前記コンピュータネットワーク内の最大威信値を求めることと、
求められた指標値と前記最大威信値との間の距離と、第２の所定の閾値との比較に基づいて、前記少なくとも１つのノードを選択することと、
を更に含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項10】
前記データ構造は、前記ノードからのデータがそれに従って根ノードによって収集される経路木を含み、前記ノードに関する前記指標値を求めることは、前記経路木の部分木内のノードに関して、前記ノードに向かうデータトラフィックの強度をそれぞれ表すトラフィック強度値を求めることと、
少なくとも１つのパスの少なくとも１つのノードの前記トラフィック強度値に基づいて、前記部分木内の前記少なくとも１つのパスをアクティブパスと識別することと、
前記部分木内のアクティブパスのそれぞれの長さの中の部分木最大長を求めることと、
前記部分木最大長に基づいて、前記ノードに関する前記指標値を計算することと、
を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項11】
前記データ構造はＲＰＬ経路選択データ構造を含み、前記経路木はＲＰＬ経路木であり、ネットワークグラフは宛先指向有向非巡回グラフ（ＤＯＤＡＧ）である、請求項３、４、８および１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項12】
装置であって、前記装置は、プロセッサと、前記プロセッサに動作可能に結合されるメモリと、前記コンピュータネットワーク内で通信するネットワークインターフェースとを備え、前記装置は、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成される、装置。
【請求項13】
実行されるときに、メモリに動作可能に結合されるプロセッサを備える装置に、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法を実行させる実行可能命令が記憶される非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項14】
コンピュータ可読媒体内に記憶されるコンピュータプログラムコードを含むコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムコードは、コンピュータシステムに与えられ、実行されるときに、前記コンピュータシステムに、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法を実行させる命令を含む、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示はコンピュータネットワーク、詳細には、センサネットワーク等のＩｏＴネットワークの管理の分野に関する。
【0002】
低消費電力及び高パケット損失ネットワーク（ＬＬＮ：Low-Power and Lossy Network）は、相互接続される低電力ノードからなるネットワークであり、相互接続は損失率が高く、データ速度が低く、不安定である。ＬＬＮネットワークの例は、通常多数の（数千の）センサノードを有するワイヤレスセンサネットワーク、及び、いわゆる、「モノのインターネット」（ＩｏＴ）ネットワーク又はシステムを含み、その種類のネットワークでは、ワイヤレス通信可能である組込デバイスが相互接続される。
【0003】
インターネットエンジニアリングタスクフォース（ＩＥＴＦ：Internet Engineering Task Force）は、ＲＰＬプロトコルとして知られる、ＬＬＮネットワークに適合したルーティングプロトコルを開発した。ＲＰＬは、２０１２年３月付の「RPL:IPv6 Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks」と題するRequest for Comments（ＲＦＣ）６５５０において規定される。
【0004】
ＲＰＬ経路は、ネットワークトポロジーのためのネットワークシンクとしての役割を果たす１つ以上の根に対するトラフィックについて最適化される。結果として、ＲＰＬはトポロジーを、いわゆる、有向非巡回グラフ（ＤＡＧ：Directed Acyclic Graph）として編成し、ＤＡＧはネットワークシンクごとに１つずつの、１つ以上の宛先指向ＤＡＧ（ＤＯＤＡＧ：Destination Oriented DAG）に分割され、ＲＰＬはＤＯＤＡＧを経路木として使用する。
【0005】
ＲＰＬは、経路木の自動セットアップと、ネットワークノードの障害、又は２つのネットワークノード間の相互接続の障害の発生時の経路木の局所復旧とのための機構を提供する。ＲＰＬ復旧は、ノード／エッジ障害等のネットワーク内の障害を特定し、以下の局所的対策を適用する。すなわち、そのノードから、ＲＰＬ ＤＯＤＡＧ木内の現在の親ノードとは異なる新たな親ノードに経路を変更し、低いＲＰＬランクを有する候補親ノードが存在しない場合には、そのパケットを同じＲＰＬランクを有するノードに転送する。
【0006】
ＲＰＬ局所復旧方策は、機能不全のノード／エッジの周りにおいて経路切替のための候補を見つける必要がある。ＲＰＬ復旧候補を見つけるための現行技術水準のＲＰＬ復旧は、サイクルに基づく保護に基づいている。サイクルに基づく保護の概念は、機能不全のノードの周りにおいて、そのノードに向けられたパケットを短い待ち時間で根に中継することができるサイクルを探索することである。この探索は、例えば、非特許文献１において説明されるような、いわゆる、深さ優先グラフ（ＤＦＳ）アルゴリズムを通して実行することができる。しかしながら、ＤＦＳは複雑でかつ時間がかかると考えられ、ＲＰＬ局所復旧のために使用されるときに、ＲＰＬ復旧機構の適応性を低下させるという欠点、及び容認できない回復待ち時間を導入するという欠点を有する。
【0007】
したがって、当技術分野における従来の技術の上述した欠点及び短所に対処する、改善されたネットワーク管理方式及びこの方式を実施するネットワークノードを提供する必要がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0008】
【文献】Boukerche及びTropper「A distributed graph algorithm for the detection of local cycles and knots」IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, 9(8), 748-757, 1998.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本主題開示の目的は、改善されたネットワーク管理方式、及びこの方式を実施する装置を提供することである。
【0010】
本主題開示の別の目的は、従来の、特にＬＬＮネットワークにおける、機能不全ノード／エッジ復旧方式の上記の欠点及び短所を軽減するための、改善されたネットワーク管理方式、及びこの方式を実施する装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
これらの目的及び他の利点を達成するために、本明細書において具現され、大まかに説明されるような、本主題開示の目的によれば、本主題開示の１つの態様において、コンピュータネットワークを管理する方法が提案される。本方法は、ノードに関するデータトラフィック強度値に基づいて、このノードのためのデータ構造を用いてコンピュータネットワークの複数のノードの各ノードに関する指標値を取得することであって、データ構造はコンピュータネットワークのノードと、コンピュータネットワークの２つのノード間の隣接関係にそれぞれ対応するエッジとを表すことと、求められた指標値に基づいて、コンピュータネットワークのノードの中から、ノード障害及び／又はエッジ障害から保護されるべき少なくとも１つのノードを選択することとを含む。
【0012】
提案される方法は、有利には、予防的に、又はノード／エッジ障害の発生時の改良保守として、局所復旧方式を適用し、これらのノードの周りの復旧サイクルを決定するために、コンピュータネットワークの或る特定のノードを保護されるべきノードと特定する。保護されるべきノードは、以下において「ハブ」とも呼ばれ、有利には、そのノードに関するデータトラフィック強度値を使用する指標に基づいて選択される。それゆえ、提案される方式は、種々のネットワークトポロジー及び展開シナリオに適応することができる適応性のある選択機構を使用することによって、ネットワークの全てのノードに局所復旧を適用するのを回避し、結果として、コンピュータネットワーク内で適用される局所復旧方式に関連付けられる計算を限られた数のノードに限定し、それにより、局所復旧に関連付けられる計算時間を削減する。
【0013】
それゆえ、提案される方式は、限定はしないが、コンピュータネットワーク内の全パケット損失を最小化するバックアップ構造を特定するためのより高速の方式を提供することによって、非常に密集したネットワーク、例えば、各ノードが限られた計算能力を有し得る数千のセンサノードを有するワイヤレスセンサネットワーク等のＬＬＮネットワークに非常に適している。
【0014】
いくつかの実施の形態において、指標値は、ノードの周りのコンピュータネットワークのネットワークトポロジーと、ノードに関するデータトラフィック強度値とに基づいて求められる。そのような場合に、提案される方式は、有利には、ノードの周りのネットワークトポロジーだけでなく、そのノードのためのデータトラフィック強度も考慮する指標を使用する。
【0015】
１つ以上の実施の形態において、データ構造は、コンピュータネットワークのノードから根ノードにそれに従ってデータが送信される経路木を含み、提案される方法は、ネットワーク内で、保護されるべき少なくとも１つのノードを包囲する初期保護パスを決定することを更に含み、この初期保護パスを決定することは、データ構造において、保護されるべき少なくとも１つのノードが第１のノード隣接点の先行点集合に属するような、保護されるべき少なくとも１つのノードの第１のノード隣接点を特定することであって、所与のノードの先行点集合は、経路木内のこの所与のノードと根ノードとの間に位置する全てのノードを含むことと、データ構造において、第１のノード隣接点の先行点集合と第２のノード隣接点の先行点集合との交わりが最大化されるような、保護されるべき少なくとも１つのノードのこの第２のノード隣接点を特定することと、第１のノード隣接点、第２のノード隣接点及び第１の最終ノードを含む初期保護パスノード３個組に基づいて、初期保護パスを決定することであって、第１の最終ノードは、根ノードに向けられる初期保護交わりパスの最初のノードであり、初期保護交わりパスは、第１のノード隣接点の先行点集合と第２のノード隣接点の先行点集合との間の交わりに対応することとを含む。
【0016】
それゆえ、提案される方法は、有利には、保護されるべきノードであると特定されたノードのための局所復旧機構を提供し、その機構は、そのようなノードの周りの局所復旧サイクルの決定を含む。
【0017】
提案される局所復旧方式は、１つ以上の実施形態において、初期保護パス内のノード／エッジ障害に対するネットワーク回復力を有利に高めるために、初期保護パスに基づいて、ネットワーク内で、保護されるべき少なくとも１つのノードを包囲する二次保護パスを決定することを更に含むことができ、二次保護パスを決定することは、初期保護パスに属する、少なくとも１つの初期保護パスノードを決定することと、データ構造において、少なくとも１つの初期保護パスノードの第３のノード隣接点を特定することと、少なくとも１つの初期保護パスノード、第３のノード隣接点及び第２の最終ノードを含む、二次保護パスノード３個組に基づいて二次保護パスを決定することであって、第２の最終ノードは根ノードに向けられる二次保護交わりパスの第１のノードであり、二次保護交わりパスは、第３のノード隣接点の先行点集合と、少なくとも１つの初期保護パスノード隣接点の先行点集合との間の交わりに対応することとを含む。
【0018】
１つ以上の実施の形態において、ノードに関する指標値を取得することは、ループの繰り返しを実行することを更に含み、繰り返しは、ノードにおいて所定の期間中に少なくとも１つのデータトラフィック強度値を求めることと、データ構造内のノードのノード隣接点に関する少なくとも１つの隣接点インデックス変数値を受信することと、少なくとも１つのデータトラフィック強度値と、データ構造内のノードのノード隣接点に関する少なくとも１つの隣接点インデックス変数値とに基づいて、ノードに関するインデックス変数値を計算することと、インデックス変数値に基づいて、ノードに関する指標値を計算することとを含む。いくつかの実施の形態において、ノードに関する指標値は、第１のインデックス変数値と第２のインデックス変数値との間の差に基づいて計算される。
【0019】
そのネットワークのノードに関するこの提案される指標値は、そのノードに関するデータトラフィックの強度と、データ構造内のそのノードの隣接点のうちの少なくともいくつかとに基づいて、ネットワーク内のノードの「威信（prestige）」又は「重要度（importance）」を測定する指標と見なすことができる。この威信指標は、有利には、ネットワーク内のその威信レベルに基づいて、保護されるべきノードを選択し、局所復旧計算をそれらの選択されたノードに限定するために、提案される方式において使用することができる。さらに、提案される威信指標決定方式は、有利には、ネットワークグラフ及び／又は経路木を含むデータ構造とともに使用することができる。
【0020】
いくつかの実施の形態において、ノード障害及び／又はエッジ障害から保護されるべき少なくとも１つのノードを選択することは、求められた指標値に基づいて、コンピュータネットワーク内の最大威信値を求めることと、求められた指標値と最大威信値との間の距離と、第２の所定の閾値との比較に基づいて、少なくとも１つのノードを選択することとを更に含む。
【0021】
いくつかの実施の形態において、ノードにおいて所定の期間中に少なくとも１つのデータトラフィック強度値を求めることは、ノードの隣接点ノードのうちの少なくとも１つから受信されたデータパケットの数に基づいて、それぞれのデータトラフィック強度値を求めることを含む。いくつかの実施の形態において、それぞれのデータトラフィック強度値は、そのノードの各隣接点ノードからそれぞれ受信されるデータパケットの数に基づいて求めることができる。
【0022】
１つ以上の実施の形態において、データ構造は経路木及びネットワークグラフを含み、方法は、経路木内の機能不全のノード及び／又はエッジの数と第１の所定の閾値との比較に基づいて、ノードに関する指標値を求めるために、経路木を使用するか、ネットワークグラフを使用するかを判断することを更に含む。
【0023】
１つ以上の実施の形態において、データ構造は、ノードからのデータがそれに従って根ノードによって収集される経路木を含み、ノードに関する指標値を求めることは、経路木の部分木内のノードに関して、ノードに向かうデータトラフィックの強度をそれぞれ表すトラフィック強度値を求めることと、少なくとも１つのパスの少なくとも１つのノードのトラフィック強度値に基づいて、部分木内のこの少なくとも１つのパスをアクティブパスと識別することと、部分木内のアクティブパスのそれぞれの長さの中の部分木最大長を求めることと、部分木最大長に基づいて、ノードに関する指標値を計算することとを含む。
【0024】
それゆえ、有利には、提案される方式とともに異なる指標を使用することができ、その指標は、データトラフィック強度値の使用と、そのコンピュータネットワークのために生成された経路木によって反映されるようなコンピュータネットワークのトポロジーとを組み合わせる。
【0025】
提案される方法は、有利には、データ構造がＲＰＬ経路選択データ構造を含む場合に、ＲＰＬ方式と組み合わせることができるか、又はＲＰＬ方式とともに使用することができ、その場合、経路木はＲＰＬ経路木であり、ネットワークグラフは、宛先指向有向非巡回グラフ（ＤＯＤＡＧ）である。
【0026】
本主題開示の別の態様において、装置であって、この装置は、プロセッサと、このプロセッサに動作可能に結合されるメモリと、コンピュータネットワーク内で通信するネットワークインターフェースとを備え、装置は、本主題開示において提案されるようなネットワーク管理のための方法を実行するように構成される、装置が提案される。
【0027】
本主題開示の更に別の態様において、実行されるときに、メモリに動作可能に結合されるプロセッサを備える装置に、本主題開示において提案されるようなネットワーク管理のための方法を実行させる実行可能命令で符号化される非一時的コンピュータ可読媒体が提案される。
【0028】
本主題開示の更に別の態様において、コンピュータ可読媒体内に有形に具現されるコンピュータプログラムコードを含むコンピュータプログラム製品であって、このコンピュータプログラムコードは、コンピュータシステムに与えられ、実行されるときに、このコンピュータに、本主題開示において提案されるようなネットワーク管理のための方法を実行させる命令を含む、コンピュータプログラム製品が提案される。本主題開示の別の態様において、本明細書において提案されるようなコンピュータプログラムを、例えば、圧縮又は符号化することを通して表すデータセットが提案される。
【0029】
本発明は、限定はしないが、プロセス、装置、システム、デバイスとして、また、現時点で既知であるアプリケーション及び後に開発されるアプリケーションのための方法として含む、数多くの方法において実施し、利用できることは理解されたい。本明細書において開示されるシステムのこれらの、及び他の特有の特徴は、以下の説明及び添付の図面から、より容易に明らかになるであろう。
【0030】
添付の明細書とともに以下の図面を参照することによって、本主題開示がより深く理解され、その数多くの目的及び利点が当業者にとってより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1a】１つ以上の実施形態による、提案される方法が適用される場合がある、ＤＯＤＡＧ経路選択構造の一例を示す図である。
【図1b】１つ以上の実施形態による、提案される方法が適用される場合がある、例示的な対応する経路木を示す図である。
【図2】１つ以上の実施形態による、保護されるべきノードの例示的な決定を示すブロック図である。
【図3】１つ以上の実施形態による、威信指標値の例示的な計算を示すブロック図である。
【図4】長期最大部分木指標の例示的な計算を示すブロック図である。
【図5a】長期最大部分木指標ランキングを示すプロット図である。
【図5b】短期最大部分木指標ランキングを示すプロット図である。
【図5c】威信に基づくランキングを示すプロット図である。
【図6】威信指標、短期最大部分木指標及び長期最大部分木指標の値のヒストグラムである。
【図7】１つ以上の実施形態による、１００メートル×１００メートル内に１８０個のノードを例示的にランダムに展開する場合にネットワークグラフから計算される威信指標値を示す図である。
【図8】１つ以上の実施形態による、例示的な威信管理手順を示すブロック図である。
【図9a】１つ以上の実施形態による、所与のノードの周りのサイクル決定のための例示的な方式を示す図である。
【図9b】１つ以上の実施形態による、所与のノードの周りのサイクル決定のための例示的な方式を示す図である。
【図10】１つ以上の実施形態による、例示的なネットワークノードを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
簡潔及び明確に例示するために、図面は構成の一般的な方法を示し、既知の機構及び技法の説明及び細部は、本発明の説明される実施形態の検討を無用に分かりにくくするのを避けるために省略される場合がある。さらに、図面内の要素は必ずしも縮尺どおりに描かれていない。例えば、図面内の要素のうちのいくつかの要素の寸法は、本発明の実施形態を理解しやすくするのを助けるために、他の要素に対して誇張される場合がある。現実世界の条件下であれば極めて対称性が低く、秩序正しくない可能性がある、直線、鋭い角度及び／又は平行な平面等を有する構造が示されるときのように、或る特定の図は、理解するのを助けるために理想的に示される場合がある。異なる図における同じ参照符号は同じ要素を表し、一方、類似の参照符号は、類似の要素を表す場合があるが、必ずしもそうとは限らない。
【0033】
さらに、本明細書における教示は、多種多様の形態において具現できること、及び本明細書において開示される任意の具体的な構造及び／又は機能は典型にすぎないことは明らかにすべきである。詳細には、本明細書において開示される態様を、任意の他の態様から独立して実施できること、及びいくつかの態様を種々の方法で組み合わせることができることは当業者には理解されよう。
【0034】
本開示は、１つ以上の例示的な実施形態による、方法、システム及びコンピュータプログラムの機能、エンジン、ブロック図及びフローチャートを参照しながら以下に説明される。ブロック図及びフローチャートの説明される各機能、エンジン、ブロックは、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード又は任意の適切なその組み合わせにおいて実現することができる。ソフトウェアにおいて実施される場合には、ブロック図及び／又はフローチャートの機能、エンジン、ブロックは、コンピュータプログラム命令又はソフトウェアコードによって実施することができ、コンピュータプログラム命令又はソフトウェアコードは、コンピュータ可読媒体に記憶されるか、又はコンピュータ可読媒体を介して送信されるか、又は汎用コンピュータ、専用コンピュータ若しくは機械を作り出す他のプログラマブルデータ処理装置上にロードすることができ、それにより、コンピュータ又は他のプログラマブルデータ処理装置上で実行されるコンピュータプログラム命令又はソフトウェアコードが、本明細書において説明される機能を実施するための手段を生み出す。
【0035】
コンピュータ可読媒体の実施形態は、限定はしないが、１つの場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送を容易にする任意の媒体を含む、コンピュータ記憶媒体及び通信媒体の両方を含む。本明細書において用いられるとき、「コンピュータ記憶媒体」は、コンピュータ又はプロセッサによってアクセスすることができる任意の物理的な媒体とすることができる。さらに、「メモリ」及び「コンピュータ記憶媒体」という用語は、限定はしないが、ハードドライブ、フラッシュドライブ若しくは他のフラッシュメモリデバイス（例えば、メモリキー、メモリスティック、キードライブ）、ＣＤ－ＲＯＭ若しくは他の光記憶装置、ＤＶＤ、磁気ディスク記憶装置若しくは他の磁気記憶デバイス、メモリチップ（複数の場合もある）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、スマートカード、若しくはコンピュータプロセッサによって読み出すことができる命令若しくはデータ構造の形でプログラムコードを搬送又は記憶するために使用することができる任意の他の適切な媒体、又はその組み合わせ等の、任意のタイプのデータ記憶デバイスを含む。また、種々の形のコンピュータ可読媒体は、ルーター、ゲートウェイ、サーバ又は他の伝送デバイスを含むコンピュータに、有線（同軸ケーブル、ファイバー、ツイストペア線、ＤＳＬケーブル）で、又は無線（赤外線、電波、セルラー、マイクロ波）で、命令を送信又は搬送することができる。命令は、限定はしないが、アセンブリ、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｐｙｔｈｏｎ、ビジュアルベーシック、ＳＱＬ、ＰＨＰ及びＪＡＶＡ（登録商標）を含む、任意のコンピュータプログラミング言語からのコードを含むことができる。
【0036】
具体的に他に明示されない限り、以下の説明を通して、処理、コンピューティング、計算、決定等の用語を利用する検討は、コンピューティングシステムのレジスタ又はメモリ内の電子的な量等の物理的な量として表されるデータを操作するか、又は、このデータを、コンピューティングシステムのメモリ、レジスタ若しくは他のそのような情報記憶装置、伝送デバイス若しくは表示デバイス内の物理的な量として同様に表される他のデータに変換する、コンピュータ、又はコンピューティングシステム、又は類似の電子コンピューティングデバイスの動作又はプロセスを指していることは理解されよう。
【0037】
「備える」、「含む」、「有する」及び任意のその変形のような用語は、非排他的包含を含むことを意図しており、それにより、要素のリストを含むプロセス、方法、物品又は装置は、必ずしもそれらの要素には限定されず、そのようなプロセス、方法、物品又は装置に明記されないか、又は固有でない他の要素を含む場合がある。
【0038】
さらに、「例示的な」という言葉は、本明細書において、「一例、事例又は例示としての役割を果たすこと」を意味するように使用される。「例示的」として本明細書において説明される任意の実施形態又は設計は、必ずしも、他の実施形態又は設計より好ましいか、又は有利であると解釈されるべきではない。
【0039】
以下の説明及び特許請求の範囲において、「結合される」及び「接続される」という用語は、その派生語とともに、２つ以上の要素が互いに直接、物理的若しくは電気的に接触しているか、又は２つ以上の要素が互いに直接接触していないが、それでも依然として互いに協働するか、若しくは相互作用することを示すために、違いなく使用される場合がある。
【0040】
本明細書において使用されるときに、「パケット」という用語は、ノード間、又は局間、又はネットワークにわたって転送又は送信される場合があるフレーム、データブロック、プロトコルデータユニット又は任意の単位のデータを含むことができる。パケットはビットのグループを含むことができ、グループは、例えば、１つ以上のアドレスフィールド、制御フィールド及びデータを含むことができる。データブロックは、任意の単位のデータ又は情報ビットとすることができる。
【0041】
本開示の場合に、「サーバ」という用語は、処理、データベース及び通信の設備を提供するサービス点を指すために、本明細書において使用される。一例であって、限定はしないが、「サーバ」という用語は、関連する通信、データ記憶及びデータベースの設備を備える、単一の物理的なプロセッサを指すことができるか、又はプロセッサ、並びに関連するネットワーク及び記憶デバイスと、サーバによって提供されるサービスをサポートするオペレーティングソフトウェア、並びに１つ以上のデータベースシステム及びアプリケーションソフトウェアとのネットワーク化された、又はクラスター化された複合体を指すことができる。サーバは、構成又は能力に関して大きく異なる場合があるが、一般的に、サーバは１つ以上の中央処理装置及びメモリを含むことができる。また、サーバは、１つ以上の大容量記憶装置、１つ以上の電源、１つ以上の有線若しくはワイヤレスネットワークインターフェース、１つ以上の入力／出力インターフェース、又はＷｉｎｄｏｗｓ Ｓｅｒｖｅｒ、Ｍａｃ ＯＳ Ｘ、Ｕｎｉｘ、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）、ＦｒｅｅＢＳＤ等の１つ以上のオペレーティングシステムを含むこともできる。
【0042】
本開示の場合に、「コンピュータネットワーク」は、例えば、ワイヤレスネットワークを介して結合されるワイヤレスデバイス間を含む、デバイス間でデータ通信を行うことができるように、デバイス（本明細書において、「ノード」とも呼ばれる）を結合することができるネットワークを指すものと理解されたい。また、ネットワークは、ネットワーク接続型記憶装置（ＮＡＳ）、ストレージエリアネットワーク（ＳＡＮ）、又は例えば、他の形態のコンピュータ若しくは機械可読媒体等の大容量記憶装置を含む場合もあり、サーバを含むか、又はサーバに接続される場合がある。ネットワークは、インターネット、１つ以上のローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、１つ以上のワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、有線タイプ接続、ワイヤレスタイプ接続、事業者電話線等のセルラー、光ファイバー、同期光ネットワーク、同期デジタルハイアラーキリンク、電力線通信リンク（例えば、ＩＥＥＥ６１３３４、ＩＥＥＥ Ｐ１９０１．２）、イーサネット（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ（ＢＬＥ）若しくはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｓｍａｒｔ、ＷｉＦｉ若しくはＩＥＥＥ８０２．１１ｘプロトコルに基づく任意の接続、ＺｉｇＢｅｅ若しくはＩＥＥＥ８０２．１５．４プロトコルに基づく任意の接続、Ｚ－Ｗａｖｅ、６ＬｏｗＰＡＮ（ＩＰｖ６低電力ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク）、Ｔｈｒｅａｄ、Ｓｉｇｆｏｘ、Ｎｅｕｌ、ＬｏＲａ、任意のＮＦＣ接続、２Ｇ（ＧＳＭ（登録商標）／ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥを含む）／３Ｇ（ＵＭＴＳ／ＨＳＰＡを含む）／４Ｇ（ＬＴＥ及びＬＴＥアドバンストを含む）／５Ｇセルラー、又はその任意の組み合わせを含むことができる。ネットワークにおいて使用される異なるアーキテクチャ又はプロトコルに対する相互運用能力を提供するために、種々のタイプのデバイス、例えば、ゲートウェイが利用可能である場合がある。本主題開示によれば、コンピュータネットワークにおいて、任意の数のノード、デバイス、装置、リンク、相互接続等が使用される場合がある。
【0043】
通信リンク又はチャネルは、例えば、アナログ電話回線、完全な、又は部分的なデジタル回線、衛星リンクを含むワイヤレスリンク、又は当業者に既知である場合がある等の他の通信リンク若しくはチャネルを含むことができる。
【0044】
ネットワークのコンピューティングデバイス、例えば、センサノードは、有線若しくは無線ネットワークを介して等、信号を送信若しくは受信できる場合があり、及び／又はデータを処理及び／又は記憶できる場合がある。
【0045】
コンピュータネットワークは、グラフＧ＝（Ｖ，Ｅ）と記述することができる。ただし、グラフＧの頂点の集合Ｖは、コンピュータネットワークのネットワークノードを表し、グラフＧのエッジの集合Ｅは、コンピュータネットワークのネットワークノード間の通信リンクを表す。「無向グラフ」Ｇにおいて、頂点の対（ｖ１，ｖ２）は非順序対であるのに対して、「有向グラフ」（「方向指向グラフ」又は「ＤＯＧ」とも呼ばれる）において、頂点の各対（ｖ１，ｖ２）は、例えば、ｖ１が始点であり、ｖ２が終点であるように、順序対である。
【0046】
本主題開示において、グラフＧの頂点ｖ１から頂点ｖ２までの「パス」ｐ（ｖ１，ｖ２）を用いて、頂点ｖ１から開始し、頂点ｖ２において終了する、頂点及びエッジの交互の配列を示すことができる。１つの頂点ｖから自らにつながるパスｐ（ｖ，ｖ）は「閉路」と呼ばれる場合がある。「サイクル」という用語は、本明細書において、閉路ｐ（ｖ，ｖ）を示すために使用される場合があり、サイクルでは、全てのエッジが異なり、ｐ（ｖ，ｖ）内に２回生じる唯一の頂点がｖであり、ｖは厳密に２回生じる。
【0047】
本明細書において使用されるときに、「木」という用語は有向グラフを指しており、（「根」又は「コーディネーター」と呼ばれる）１つの頂点があり、根を除く、グラフの全ての頂点が、厳密に１つのエッジの終点（head）である。ＲＰＬの場合のように、木データ構造は、コンピュータネットワークに関連して、経路選択データ構造として使用することができ、ネットワークノードによって送信されるデータは、木の根に向かって転送される。ｖからｗまでのパスが存在する木の２つのノード（頂点）ｖ及びｗに関して、ｖは、本明細書において、ｗの「先祖」と呼ばれることになり、ｗは、本明細書において、ｖの「子孫」と呼ばれる場合がある。（ｖ，ｗ）がエッジである木の２つのノード（頂点）ｖ及びｗに関して、ｖは、本明細書において、ｗの「父」と呼ばれることになり、ｗは、本明細書において、ｖの「息子」又は「子」と呼ばれる場合がある。
【0048】
グラフの頂点ｖ１、又は木のノードｗ１の「隣接点」という用語は、グラフ上の頂点ｖ１に、又は木上のノードｗ１に隣接する別の頂点ｖ２、又はノードｗ２を示すために使用される場合があり、すなわち、グラフ内の２つの頂点ｖ１とｖ２との間に、又は木内の２つのノードｗ１とｗ２との間に、グラフ内の頂点（又は木内のノード）を相互接続する１つ又はいくつかのエッジが存在する。「パス隣接点」又は「間接隣接点」という用語は、ネットワークグラフ又は木内のパスによって相互接続される２つの頂点又はノードを示すために同義で使用される場合がある。「直接隣接点」又は「直隣接点」という用語は、ネットワークグラフ又は木内の１つのエッジによってのみ相互接続される２つの頂点又はノードを示すために同義で使用される場合がある。別の言い方をすると、グラフＧ＝（Ｖ，Ｅ）内のｖ１∈Ｖの直接隣接点である頂点ｖ２∈Ｖごとに、（ｖ１，ｖ２）∈Ｅである。対応する木構造Ｔ＝（Ｖ，ＥＴ）の場合、ＥＴ∈Ｅであり、ｗ１∈Ｖの直接隣接点であるノードｗ２∈Ｖごとに、（ｗ１，ｗ２）∈ＥＴである。
【0049】
本主題開示の実施形態は、様々な適用例において使用される場合があり、限定はしないが、特に、潜在的に多数のセンサが異なる場所（例えば、工場又は原子力発電所施設）における物理的条件又は環境条件、例えば、温度、圧力、エネルギー／電力資源及び／又は消費量、放射線、汚染物質等を協調して監視するセンサネットワークにおいて使用される場合があることは理解されたい。本主題開示はこの点において限定されないが、本明細書において開示されるネットワーク管理のための方法は、例えば、任意のＬＬＮネットワーク、任意のモノのインターネット（ＩｏＴ）ネットワーク若しくはシステム、任意のマシンツーマシン（Ｍ２Ｍ）ネットワーク若しくはシステム、例えば、センサネットワーク等のスマートオブジェクトネットワーク、又はその任意の組み合わせ等の、種々のトポロジーを有する数多くのタイプのコンピュータネットワークにおいて使用される場合があり、例えば、根ノード、ゲートウェイノード等のコンピュータネットワークの任意のネットワークノード内、又はコンピュータネットワークに接続されるか、又はコンピュータネットワーク内に含まれる任意のサーバ内等の、数多くの装置内で使用される場合がある。
【0050】
ＲＰＬは、ワイヤレスセンサネットワーク等のＬＬＮネットワーク内のメッシュルーティングのために開発されたプロアクティブＩＰｖ６距離ベクトルプロトコルである。ＲＰＬは、ワイヤレスセンサネットワークのノードをネットワークコーディネーターノード（時として、ＤＯＤＡＧの「根」又は「根ノード」とも呼ばれる）に接続する宛先指向有向非巡回グラフ（ＤＯＤＡＧ）構造を使用し、そのようなＤＯＤＡＧ構造を構築する方式を記述する。ＲＰＬが使用される場合がある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は、フル機能デバイス（ＦＦＤ：full function device）とすることができ、その場合には、それらのデバイスはセンサ測定値を送信し、隣接するノードの測定値を中継し、又は限定機能デバイス（ＲＦＤ：reduced function device）とすることができ、その場合には、それらのデバイスは、自らの測定値を送信するが、隣接するノードのデータを中継しない。コーディネーターは、ワイヤレスセンサネットワークのノードからデータを収集し、そのデータをパケットデータネットワークへのゲートウェイ、例えば、ＩＰネットワーク、例えば、インターネットネットワークへのＩｏＴゲートウェイに送信する。
【0051】
図１ａは、ＤＯＤＡＧ経路選択構造の一例を示し、ＲＦＤノードである「葉」センサが濃い灰色の円板として示され、それは他のセンサからのデータを中継することなく、自らのセンサ測定値を送信するセンサノードである。ＦＦＤは、自らの測定値を送信し、隣接するセンサからの測定値を中継することができるノードであり、図１ａにおいて、薄い灰色の円板として示される。コーディネーターノードは、図１ａにおいて、四角で囲まれて示される。
【0052】
【0053】
ＤＯＤＡＧグラフを構築するために、ＲＰＬコーディネーターは、ＤＯＤＡＧ情報オブジェクト（ＤＩＯ）パケットと呼ばれるデータパケットを、自らの直接隣接点に、すなわち、自らの直隣接点に定期的に送信するように構成することができ、隣接点は、受信したＤＩＯパケットを、自らの隣接点を介して、ネットワークの残りの部分に更に伝搬させる。ＤＩＯパケットは、送信者のＲＰＬランク、ＲＰＬバージョン番号、ＲＰＬ経路選択によって最小化されるべき目的関数（ＯＦ）等を含む、ＤＯＤＡＧに関する情報を含む。
【0054】
ＲＰＬランクは、ネットワーク内のパケットの拡散の勾配を示し、すなわち、高いランク値は、コーディネーターから多いホップ数に位置するノード、例えば、葉ノードを示し、低いランク値は、コーディネーターから少ないホップ数に位置するノード、例えば、葉ノードのデータを中継しているＦＦＤノードを示す。ネットワーク内のパケットの拡散は、高い方のランク値から低い方のランク値に行われる。
【0055】
ＤＯＤＡＧの根であるコーディネーターのＲＰＬランクは、０値に設定される。ＲＰＬ経路木内の子ノードのＲＰＬランクは、親ノードのＲＰＬランクをインクリメントしており、各子は、自らのパケットを自らの親に送信している。
【0056】
ＤＯＤＡＧ構成中に、各ノードは以下のようにＤＯＤＡＧ内の自らのランクを取得する。すなわち、各ノードはＤＩＯメッセージをリッスンし、１ホップ近傍内の一組のノードを学習する。自らの最初のＤＩＯメッセージを受信すると、各ノードはＤＯＤＡＧに参加し、受信した情報に基づいて自らのランクを計算し、自らのＤＩＯメッセージ（自らの計算されたランクを含む）を送信し始める。
【0057】
ＤＩＯメッセージがそこから受信された一組の親を各ノードが動的に保持するので、ＲＰＬランク計算プロセスは動的であると見なすことができる。さらに、以下の基準、すなわち、好ましい親とのリンクが経路選択目的関数（routing objective function）を最小化すること、に基づいて、ＲＰＬ経路木内の子のパケットを送信するために、各ノードによって好ましい親が動的に選択される。
【0058】
ワイヤレスセンサネットワークのための標準的な経路選択アルゴリズムに対するＲＰＬの主な利点は、エネルギーを節約し、ネットワーク寿命を延ばすために、２０１１年３月にＩＥＴＦによって発行された「The trickle algorithm」と題するＲＦＣ６２０６において記述されているトリクルアルゴリズムを使用することである。ＲＦＣ６２０６に記述されているように、トリクルの原理は、ネットワークノードによって、経路メンテナンスの周期性を、トポロジー変化に局所的に適応させることである。
【0059】
以下において、密集したワイヤレスセンサネットワークを展開する非限定的な例が検討され、その例では、一組のＮ個のセンサノード（識別子、すなわち、ＩＤによってネットワーク内でそれぞれ識別される）が領域Ｒ内に展開される。
【0060】
センサノードは、ネットワークのトポロジーを協調して学習するために、自らのそれぞれのワイヤレスカバレッジエリア内に、通常は定期的にビーコンパケットを送信するように構成される。例えば、ノードｉのビーコンが隣接するノードｊによって良質に受信される場合には、ワイヤレスセンサネットワークトポロジー内のノードｉとノードｊとの間に隣接点関係を規定することができる。発見されると、ノード間の種々の隣接点関係を、ネットワークを表すグラフ及び／又は木として編成されるデータ構造にグループ化することができる。
【0061】
密集したワイヤレスセンサネットワークの非限定的な例において、ネットワークグラフは、ネットワークのセンサを表す一組のネットワークノードＶと、センサ間の関係を表す、異なるノードをリンク又は相互接続している一組のエッジとを含むグラフＧ（Ｖ，Ｅ）とすることができる。
【0062】
ＲＰＬは、中心性に基づく経路木Ｔ（Ｖ，Ｅ’）を構築するための方式を記述し、その方式は、低い方のランクを有するノードが高い方のランクを有するノードにとって好ましい親である場合には、それぞれのランクを有する２つのノードがエッジによってリンクされるように、エッジによってノードＶをリンクする。経路木は、データが、ネットワークのセンサノードから、木の根ノードとして動作するネットワークコーディネーターに向かって収集されるように設計される。ＲＰＬ経路木は、有利には、１つ以上の実施形態においてネットワーク管理のための提案される方法を実行するために使用することができる。
【0063】
図２を参照しながら、１つ以上の実施形態による、保護されるべきノードの決定が以下に説明される。保護されるべきノードは、以下において、「ハブ」と呼ばれる。
【0064】
提案される保護されるべきノードの決定は、有利には、ネットワーク内のアクティブパスへのそれぞれの寄与に基づいてハブを選択することを通して等、ネットワーク内の全パケット損失を最小化できるようし、ネットワークパスのアクティビティは、パス上のデータトラフィック強度の観点から考慮され、すなわち、パス上のデータトラフィック強度が高いほど、そのパスはアクティビティが高いと見なされる。１つ以上の実施形態において、選択されたハブは、ネットワーク内のアクティブパスに最も寄与するノード、すなわち、所定の時間フレーム（例えば、１秒あたりのデータトラフィック）中にネットワークにおいて最大量のトラフィックを中継するノードである。これらのノードが保護されなかったら、それらのノードのうちの１つ、又はそれらのノードに入る任意のエッジに機能不全があった場合に、結果として、ネットワークのセンサから到来するデータパケットに著しい損失が生じることになる。
【0065】
１つ以上の実施形態において、ネットワークのノードと、ネットワークの２つのノード間のそれぞれの隣接関係とを表すデータ構造が生成される（１０）。データ構造は、例えば、ネットワークグラフ若しくは経路木（例えば、ＲＰＬ経路木、すなわち、ＲＰＬ ＲＦＣに従って構築された経路木）、又はその組み合わせを含むことができる。
【0066】
生成されたデータ構造は、ノードを通って流れるデータトラフィックの量に応じて、そのノードのためのデータ構造を用いて、複数のノードを備えるネットワークの一組のノードの各ノードに関する指標値（それは、以下において「インデックス」と呼ばれる場合もある）を取得する（１１）ために使用することができる。別の言い方をすると、ネットワークのノードに関連付けられる値（同義で、ランク、インデックス又はスコアとも呼ばれる）を計算するために、異なる指標を個別に、又は互いに組み合わせて使用することができ、ネットワークの複数のノードの各ノードに対して指標値が求められる。
【0067】
１つ以上の実施形態において、ノードの指標値は、好ましくは、ノード自体において求められる場合があり、その場合に、ネットワークのノードによって求められる指標値は、中央ノード、ネットワークの経路木内の根ノード、又はゲートウェイ若しくはサーバに送信される場合があり、それらは全て、コンピュータネットワークを管理するための提案される方法を実行するように構成することができる。
【0068】
求められた指標値は、ノード自体の障害、及び／又はそのノードとネットワークの別のノードとの相互接続の障害から保護されるべき少なくとも１つのノードを選択する（１２）ために使用することができる。
【0069】
１つ以上の実施形態において使用することができる指標の第１の例は、以下において「威信指標」と呼ばれ、ここで説明される。
【0070】
いくつかの実施形態において、ネットワークのハブの決定は、保護されるべきノードがその中から選択されることになるネットワークの一組のノードの各ノードについて、そのノードが関与するデータトラフィックの強度に関する威信値が求められる他のノードに対して、そのノードの重要度又は威信を特徴付けるランク、レベル、値を求めることに基づくことができる。例えば、１つ以上の実施形態において、それぞれの威信値を計算するために使用される指標は、場合によってはノードの隣接点の或る領域から、そのノードを通って流れるデータトラフィックの量を反映することができる。
【0071】
ネットワークを表すデータ構造が生成され、そのデータ構造がネットワークのモデルとして経路木及び／又はグラフを含むいくつかの実施形態において、ノードの重要度値又は威信値は、経路木のアクティブ部分木内、又はネットワークグラフのアクティブサブグラフ内のノードの中心性の計算を用いて求めることができ、アクティビティは、データトラフィックアクティビティを測定する基準である。ノードがアクティブ部分木に寄与していない場合には、その重要度値は０であり、そうでない場合には、経路木及び／又はネットワークグラフ内で求めることができるノードの威信インデックスによって、その中心性を与えることができる。
【0072】
１つ以上の実施形態において、例えば、図３によって示される以下の非限定的な方式のうちの１つにおいて説明されるように、威信指標値の計算においてトラフィック強度データを使用することができる。
【0073】
ワイヤレスセンサネットワークのノードｉに関する威信変数ｘ（ｉ）は計算ループを用いて計算することができ、カウンター値（ｋ）をインクリメントする（２５）たびに、威信変数値ｘｋ（ｉ）を計算するために計算ループの繰り返しｋが実行され、カウンター値は、所定の期間（例えば、約１秒の持続時間）に基づいて周期的に、又は実質的に周期的にインクリメントすることができる。第１のループの繰り返し（ｋ＝０）（２６）において、威信変数値ｘ０（ｉ）は、例えば、所定の値に、又は乱数値に初期化することができる（２０）。
【0074】
ループ初期化繰り返し以外（ｋ≧１）の各ループ繰り返しは、インデックスｉのネットワークノードに関して、以下を含むことができる。
【0075】
ノードｉの一組Ｎ（ｉ）のノード隣接点内の隣接するノードｊごとに、データ構造（経路木、例えば、ＲＰＬ経路木を含むことができる）内の自らの隣接するノードｊからノードｉによって受信されたデータパケットの数Ａｊ，ｉが、例えば、ノードｉ自体によって計算され（２１）、ノードｉは、実行されるループの繰り返しに対応する所定の持続時間中に自らの隣接点ノードｊから受信するパケットの数をカウントすることができる。この所定の持続時間は、例えば、少なくとも１つのトポロジー更新期間、すなわち、約１秒の時間に対応することができる。いくつかの実施形態において、威信変数値を求めるために使用されるノードｉの隣接点は、ノードｉの直接隣接点のうちの１つ以上に限定することができる。
【0076】
その後、各隣接点ノードから受信されるパケットの数を用いて、例えば、全ての隣接点ｊの場合の数Ａｊ，ｉの和：Ａ＝Σｊ∈Ｎ（ｉ）Ａｊ，ｉとして、その隣接点からノードｉにおいて受信されるパケットの全数を計算することができる（２２）。
【0077】
それぞれの威信値の計算は、ネットワークの各ノードｉが、先行する繰り返しに関する自らの威信変数（ノードｉに関するｘｋ－１（ｉ））を隣接するノード（ｊ）のうちの１つ又はいくつかに送信することができる（２３）という点で、協調的とすることができる。ノードｉの一組Ｎ（ｉ）のノード隣接点内の隣接するノードｊも、先行する動作に関する自らの威信変数（隣接点ｊに関するｘｋ－１（ｊ））をノードｉに送信することができるので、ノードｉは、自らの隣接点（ｊ）から、ループの先行する繰り返しに関するそれぞれの威信変数を受信することができる（２３）。
【0078】
その後、威信変数値ｘｋ（ｉ）は、対応する隣接点ノードから受信された先行する繰り返しの威信変数値ｘｋ－１（ｉ）によって重み付けされた各隣接点ノードから受信されたパケットの数を用いて更新（２４）として取得することができる。これは、有利には、威信値に関する協調計算方式を提供し、ノードの威信は、これらの隣接点に関するそれぞれの威信値を考慮に入れながら、その隣接点から生じるそのノードにおけるデータトラフィックを反映する。
【0079】
１つ以上の実施形態において、繰り返しｋにおけるノードｉに関する威信変数ｘ（ｋ）（ｉ）は以下のように計算することができる。
ただし、ｘ（ｋ－１）（ｊ）は隣接点ノードｊに関する繰り返し（ｋ－１）における威信変数の値であり、Ｎ（ｉ）は、データ構造（実施形態に応じて、経路木、例えば、ＲＰＬ経路木及び／又はグラフを含むことができる）内のノードｉの一組の隣接点である。
【数1】
【0080】
いくつかの実施形態において、例えば、
として取得される、ノードｉに関する正規化されたトラフィック強度値が、繰り返しｋにおけるノードｉに関する威信変数（ｘ（ｋ）（ｉ））の更新時に、トラフィック強度値Ａｊ，ｉの代わりに使用される場合がある。
【数2】
【数3】
【0081】
そのような場合に、パラメーター
は、ノードｉに関する正規化されたトラフィック強度である。
【数4】
【0082】
他の実施形態では、ノードｉの威信変数に影響を及ぼす、データ構造、すなわち、経路木又はグラフの深さを考慮に入れるために、上記の計算のうちの１つにおいて、例えば、０～１の値を有するディスカウントパラメーターαが導入される場合がある。
【0083】
その際、繰り返しｋにおけるノードｉのための威信変数ｘ（ｋ）（ｉ）は以下のように計算することができる。
又は
ただし、ｘ（ｋ－１）（ｊ）は隣接点ノードｊに関する繰り返し（ｋ－１）における威信変数の値であり、Ｎ（ｉ）は、データ構造（実施形態に応じて、経路木、例えば、ＲＰＬ経路木及び／又はグラフを含むことができる）内のノードｉの一組の隣接点であり、αは、ノードｉの威信変数に影響を及ぼすデータ構造の深さを決定するディスカウントパラメーターである。パラメーターαは、０≦α≦１と定義することができ、上記の方式を用いて威信値が計算されるノードｉごとに所定の値を有するか、又は実施形態に応じて、これらのノードのそれぞれの場合に決定される個別の値α（ｉ）を有する。
又は
【数5】
【数6】
【数7】
【数8】
【0084】
１つ以上の実施形態において、パラメーターαは０≦α（ｊ）≦１と定義することができ、すなわち、上記の方式を用いて威信値が計算されるノードｉの隣接点であるノードｊごとに異なる場合がある。
又は
【数9】
【数10】
【0085】
パラメーター
はノードｉに関する正規化されたトラフィック強度と見なすことができる。
【数11】
【0086】
１つ以上の実施形態において、計算された威信変数値ｘｋ（ｉ）は、メモリに記憶することができ（２７）、ループが中止されるべきであるか、又は更なる繰り返しが実行されるべきであるかを判断するために、その後、先行する繰り返しから取得された値ｘｋ－１（ｉ）と比較することができる。
【0087】
１つ以上の実施形態において、２つの連続した繰り返しに対応する２つの威信変数値間の比較は、２つの値間の距離を計算することと、その距離を所定の閾値εと比較すること（２８）とを含むことができる。いくつかの実施形態において、ループは、距離値が閾値ε未満であると判断すると完了したと見なすことができ、反対に、距離値が閾値εより大きいと判断すると、別のループの繰り返しが実行されるべきであると判断することができる。
【0088】
例えば、威信変数の学習は、１つ以上の実施形態において、以下の条件が実現されたと判断すると中止される場合がある。
ただし、εは、威信変数のための精度パラメーターであり、関数｜ｘ｜は絶対値関数である。
【数12】
【0089】
１つ以上の実施形態において、ループ中止基準は、ループ繰り返しインデックスｋが所定の閾値より大きいときにのみ有効にされる場合がある。
【0090】
ループを中止できると判断すると、最後の繰り返しの場合の威信変数値ｘｋ（ｉ）を、ノードｉに関する現在の威信値Ｐｉとしてメモリに記憶することができる（２９）。
【0091】
コンピュータネットワークのノードに関する提案された威信値は、有利には、グラフ又は経路木等の、コンピュータネットワークを表す任意のデータ構造を用いて計算することができ、グラフ又は経路木のタイプに関するいかなる制限もない。
【0092】
１つ以上の実施形態において、提案される方法に従ってノードに関する指標値を求めることは、データ構造内のそのノードの周りの第１の領域内のノードに関して、そのノードに向かうデータトラフィックの強度をそれぞれ表す値を求めることと、データ構造内のそのノードの周りの第２の領域内の平均全トラフィックを計算することと、平均全トラフィックと、データ構造内のそのノードのノード隣接点に関する少なくとも１つの隣接点インデックス変数値とに基づいて、そのノードに関するインデックス変数値を計算することと、そのインデックス変数値に基づいて、そのノードに関する指標値を計算することとを含むことができる。いくつかの実施形態において、その方法は、連続した少なくとも第１のインデックス変数値及び第２のインデックス変数値を計算するためのインデックス変数値を計算する少なくとも２回の繰り返しを実行することと、第１のインデックス値と第２のインデックス値との間の差に基づいてインデックス値を求めることとを更に含むことができる。この方法は、有利には、集中方式において、例えば、ネットワークの或る特定のノード、例えば、コンピュータネットワークの経路木の根ノードによって、又はコンピュータネットワークに接続される遠隔したサーバ若しくはゲートウェイノードによって実行することができる。この方法は、有利には、分散方式において、すなわち、指標値が計算されることになるコンピュータネットワークの各ノードによって更に実行することができる。
【0093】
一態様によれば、本開示は、実施形態に応じて、経路木及び／又はグラフを含むことができるデータ構造によって表されるコンピュータネットワーク内のノードに関する（いわゆる、威信）指標値を求める方法を更に提案し、提案される方法は、ループの繰り返しを実行することを含み、繰り返しは、そのノードにおいて所定の期間中に少なくとも１つのデータトラフィック強度値を求めることと、データ構造内のそのノードのノード隣接点に関する少なくとも１つの隣接点インデックス変数値を受信することと、少なくとも１つのデータトラフィック強度値と、データ構造内のそのノードのノード隣接点に関する少なくとも１つの隣接点インデックス変数値とに基づいて、そのノードに関するインデックス変数値を計算することと、そのインデックス変数値に基づいて、そのノードに関する指標値を計算することとを含む。
【0094】
提案される方法は、有利には、分散方式において、すなわち、指標値がそのノードに関して計算されることになる、コンピュータネットワークの各ノードによって実行することができる。本主題開示の別の態様によれば、プロセッサと、プロセッサに動作可能に結合されるメモリとを備える、コンピュータネットワーク内のネットワークノードとして機能するように構成される装置も提案され、プロセッサは指標値を求める上記の方法を実行するように構成される。
【0095】
１つ以上の実施形態において、ハブは、求められた威信値に基づいて、ネットワークノードの中から選択することができる。例えば、保護されるべきであるネットワークのハブは、ハブ及び／又はハブの相互接続における障害の発生時にネットワーク内の全パケット損失を最小化するために、（ネットワーク内の最大威信値に対して）高い威信値を有するノードとして選択することができる。
【0096】
１つ以上の実施形態において、自らの威信値Ｐｉを求めた各ノードｉは、自らの威信値を、受信された威信値の中の最大威信値Ｍｘを判断する所定のノード（例えば、ネットワークのために生成された経路木の根ノード）、ネットワークに接続されるゲートウェイ又はサーバに送信する。
【0097】
他の実施形態では、最大威信値は、複数のノードの中で協調的に決定することができ、それは、例えば、非常に密集したネットワークの場合にコストの理由から、ネットワーク内に展開される各ノードの計算能力が限られている実施形態において有利である。
【0098】
例えば、一実施形態において、複数のノードが、求められた威信値の中から最大値を協調して計算し、各ノードは、隣接するノードから受信された威信値と自らの威信値との間で威信値の最大値を求める。ノードは、この最大値をその近傍に送信する。ノードの威信値が隣接するノードから受信された最大値に等しい場合には、そのノードは、ネットワーク内の最大威信値を有するノードと特定される。
【0099】
別の実施形態では、威信値の最大値の計算（ノード間の協調方式）は、コンセンサス平均化（consensus averaging）技法を通して、値
、すなわち、それぞれの威信値のａ乗の和を協調して計算することを含み、ただし、ａは高い（例えば、１０に等しい）値であり、Ｐｉはノードｉの威信値である。威信値の最大値は、
として取得することができる。
【数13】
【数14】
【0100】
場合によっては上記のような協調的な方式において、最大威信値が求められると、各ノードｉは、例えば、自らの威信レベルＰｉが以下の条件、すなわち、｜Ｐｉ－Ｍｘ｜≦ｌ（ｉ）及び｜Ｐｉ－Ｍｘ｜≦ｌの一方又は両方（実施形態による）を満たすか否かを検証することによって、自らが保護されるべき一組のノードに参加できるか否かに関する判断を行うように構成することができる。ただし、閾値ｌは、ネットワーク内の全てのノードの場合に一定であり、ネットワークの運用及び保守機能によって決定されるか、又はそのノードのためにあらかじめ構成することができるか、若しくは、例えば、そのノードｉの威信の時間変動に応じてノードによって動的に選択することができる変数閾値ｌ（ｉ）である。
【0101】
いくつかの実施形態において、ノードはクラスター化することもでき、すなわち、それぞれの威信値に基づいて、クラスターにグループ分けすることができる。例えば、ノードクラスターは、MacQueen「Some methods for classification and analysis of multivariate observations」（Proceedings of the fifth Berkely symposium on mathematical statistics and probability, vol. 1, No. 14, pp. 281-297, June 1967）に記述されているアルゴリズム等のＫ平均タイプのアルゴリズムを用いて形成することができる。そのような場合に、クラスターは、クラスター内の平均威信からのノードのそれぞれの威信値の距離に基づいて形成することができる。その後、クラスターのクラスターヘッドを、保護されるべきノードとして選択することができる。
【0102】
１つ以上の実施形態において、コンピュータネットワークに対応するデータ構造が経路木を含み、その経路木に従って、ノードからのデータが経路木の根ノード（本明細書において、コーディネーターノードとも呼ばれる）によって収集される場合には、ネットワークのハブ、すなわち、保護されるべきネットワークのノードを判断するために、上記の威信指標とは異なる指標を使用することができる。そのような指標は、「長期最大部分木指標（long-term maximum subtree metric）」と呼ばれる場合があり、ハブとしての潜在的な選択のために、検討対象の（例えば、ノードＩＤ ｉの）ノードを根とする部分木内で求められた最大ホップ数を使用する。
【0103】
いくつかの実施形態において、求められた最大ホップ数は、例えば、ネットワーク内の最大長を有するパスに対して正規化することができ、すなわち、コーディネーターノードへの最長パスの長さと定義される木の高さで割ることができる。
左辺：長期最大部分木指標（ｉ）
右辺の分子：ｍａｘ（ｉを根とする部分木内のホップ数）
右辺の分母：木の高さ
【数15】
右辺の分子：ｍａｘ（ｉを根とする部分木内のホップ数）
右辺の分母：木の高さ
【0104】
１つ以上の実施形態において、長期最大部分木指標値の決定は、経路木の部分木内の最大ホップ数を求めることであって、そのノードは部分木の根に対応することと、経路木内の根ノードへのパスのそれぞれの長さの中の木最大長を求めることと、木最大長によって正規化された最大ホップ数に基づいて、そのノードに関する指標値を計算することとを含むことができる。
【0105】
１つ以上の実施形態において、長期最大部分木指標値の決定は、経路木の部分木内のパスのそれぞれの長さの中の部分木最大長を求めることであって、そのノードは部分木内の根に対応することと、部分木最大長に基づいて、そのノードに関する指標値を計算することとを含むことができる。
【0106】
図４は、コンピュータネットワーク３０内のノードＩＤｗ２を有するノードに関する長期最大部分木指標の一例を示す。図４において、直接の隣接関係が２つのノード間の実線によって表され、間接的な（又はパス）隣接関係が、２つのノード間の破線によって表される。図４に示されるように、ノードｗ２は部分木３１の根であり、ノードＩＤｗ３を有する単一の子ノードを有し、子ノード自体は２つの子ノード（ＩＤｗ４及びｗ５をそれぞれ有するノード）を有する。ノードｗ２を根とする部分木３１内の最大ホップ数は２に等しい。その図において、ノードｗ２は、直接パス（単一ホップのパス）を通ってコーディネーターノード（ＩＤ ｃを有する）に接続される。その図の左側には木の高さ３２、すなわち、コーディネーターノードｃへの最長パスが表されており、それは間接的なパス（破線によって表される複数ホップのパス）を通ってコーディネーターノードｃに接続される。ノードｗｏは、下方に（すなわち、根ｃにつながる方向とは反対の方向において）、葉ノード（図に示されない）を有する部分木３３にも接続される。図４に示される例において、ノードｗ２に関する長期最大部分木指標は以下のように求められる。
左辺：長期最大部分木指標（ｗ２）
右辺の分母：木の高さ
【数16】
右辺の分母：木の高さ
【0107】
長期最大部分木指標は、経路木のトポロジー特性を考慮し、必ずしもコンピュータネットワークのノードのデータトラフィックアクティビティを考慮しないので、基本的に、トポロジーに基づくパス指標と見なすことができる。この点で、長期最大部分木指標は、ノードのデータトラフィックアクティビティを明確に考慮に入れる最初に説明された威信指標とは異なる。なぜなら、この威信指標は、ノードを通り過ぎるトラフィックを用いてそのノードに関して決定されるためである。
【0108】
ハブの選択のために、それに関する指標が決定されるノードのデータトラフィックアクティビティを考慮に入れながら、経路木のトポロジー特性を使用する指標を決定するために、１つ以上の実施形態において、上記の威信指標及び長期最大部分木指標の種々の組み合わせを検討することもできる。
【0109】
例えば、ノードｉを根とする経路木の部分木内の最長アクティブパスの長さとして、（ノードＩＤ ｉの）所与のノードのための「短期最大部分木」指標（経路木内のデータトラフィックを考慮に入れるという点で短期）を求めることができる。この場合、ノードｉを根とする部分木内の最長パスを用いて規定される長期最大部分木指標とは対照的に、短期最大部分木指標は、そのような部分木内の最長アクティブパスを使用する。部分木内のアクティブパスは、そのパス内に含まれるノードのデータトラフィック強度に基づいて識別することができる。例えば、部分木内のパスは、所定の閾値より高いデータトラフィック強度を有するパスの少なくとも１つのノードに基づいて、アクティブパスと識別することができる。それゆえ、アクティブパスの長さは、いくつかの実施形態において、そのパス内に含まれるノードのデータトラフィック強度を考慮することによって計算することができる。ネットワークノードにおけるデータトラフィック強度は、威信指標に関して説明されたノードｉに関するトラフィック強度値を用いて求めることができる。１つ以上の実施形態において、短期最大部分木指標は、例えば、コンピュータネットワーク内のトラフィック強度の和に関して正規化することができる。
【0110】
１つ以上の実施形態において、短期最大部分木指標値の決定は、経路木の部分木内のノードに関して、そのノードに向かうそのデータトラフィックの強度をそれぞれ表すトラフィック強度値を求めることと、少なくとも１つのパスの少なくとも１つのノードのトラフィック強度値に基づいて、部分木内の少なくとも１つのパスをアクティブパスと識別することと、部分木内のアクティブパスのそれぞれの長さの中の部分木最大長を求めることと、部分木最大長に基づいて、そのノードに関する指標値を計算することとを含むことができる。
【0111】
その実施態様によれば、威信指標、長期最大部分木指標及び短期最大部分木指標はそれぞれ、単独で使用することができるか、又は指標間の違いを利用するために、他の２つの指標のうちの一方若しくは両方と組み合わせて、又は別の指標と組み合わせて使用することができる。例えば、威信指標と短期最大部分木指標との違いは、威信指標に関して上記で説明されたディスカウントパラメーターαが検討対象のノード（ノードｉ）の周りの領域内のデータトラフィックを考慮できるようにし、その領域はディスカウントパラメーターαを用いて求めることができ、一方、短期指標は、トラフィックのディスカウントを考慮しないが、検討対象のノード（ノードｉ）に付随するトラフィックを考慮する、すなわち、そのトラフィックをノードｉの周りの領域から到来しているトラフィックに限定しないことである。
【0112】
図５ａ、図５ｂ及び図５ｃはそれぞれ、威信に基づくランキング（図５ｃ）、長期最大部分木指標ランキング（図５ａ）及び短期最大部分木ランキング（図５ｂ）のプロットを示す。図５ａ、図５ｂ及び図５ｃに示される評価において考慮される展開は、１００メートル×１００メートルカバレッジ領域内に展開された１８０個のノードのテストシナリオである。
【0113】
長期最大部分木指標（図５ａに対応する）を短期（トラフィックに基づく）最大部分木指標（図５ｂに対応する）と比較する際に、長期最大部分木指標を使用する結果として、（ノードの全数に対して）高／中ランキングを有する著しい数のノードが生じ、一方、短期最大部分木指標を使用する結果として、（ノードの全数に対して）著しい数の低ランキング／非アクティブのノードを有することを確認することができる。
【0114】
図５ｂの短期最大部分木指標の性能を、ディスカウントパラメーターα＝０．３の場合に、そして、間隔［０，２０パケット］から取り込まれた強度を有する、すなわち、最低の場合、ノードが非アクティブであり（毎秒０パケットを送信している）、最大の場合、ノードが毎秒２０パケットを送信している、ランダムポアソントラフィックの場合に計算された威信に基づくランキングの性能と比較する際に、短期最大部分木ランキング（図５ｂに対応する）及び威信に基づくランキング（図５ｃに対応する）と比べて、長期最大部分木ランキング（図５ａに対応する）の場合のランキング値の変動が大きいことを確認することができる。
【0115】
ディスカウント係数αは、以下のように、ノードｉの周りの最大ホップ数ｈに変換することができる。すなわち、ノードｋが最大トラフィック強度、すなわち２０ｋｂｐｓにおいて送信している場合には、そのトラフィックは、２０αｈ＝１として、威信計算において考慮に入れられる。そのシナリオにおけるホップ数の値は、ディスカウント係数α＝０．３の場合に、ｈ＝２．４８≒３として計算することができる。
【0116】
短期ランキング方式と威信に基づくランキング方式との比較に関して、威信に基づくランキングは、短期最大部分木指標と比べて、低い変動性を示し、すなわち、高／中威信値を有するノードの数が少ない。
【0117】
図６は、威信指標、短期最大部分木指標及び長期最大部分木指標の値のヒストグラムを示しており、それらの結果を反映する。実際には、図６において、（トポロジーに基づく）長期最大部分木指標の場合に最も高い指標変動性が得られることを確認することができる（図６において丸印を有する実線の曲線）。したがって、これらのノードはほとんど最大ランキングに基づいているので、長期最大部分木指標を使用することは、ネットワークのハブを決定する待ち時間を長くする場合があると予想することができる。また、長期最大部分木指標を使用することは、これらのノードの保護を複雑にする場合もある。
【0118】
図６において、短期最大部分木ランキング性能を威信に基づくランキング性能と比較するとき、短期最大部分木の場合の中ランキングのノードの数（菱形印を有する一点鎖線）が、威信に基づくランキングの場合の中ランキングを有するノードの数（四角印を有する破線）より高いことを確認することができる。したがって、他の２つの指標（長期最大部分木指標及び短期最大部分木指標）と比べて、威信に基づくランキングの場合に、入手可能である高ランキングを有するノードの数が少ないので、威信指標を使用することは、有利には、ネットワークのハブを見つける複雑さを緩和することによって、システムの適応性を改善できると予想することができる。
【0119】
提案される指標の別の利点は、経路木を含むデータ構造が使用される実施形態において、それらの指標を、ネットワーク経路木内の隣接点にわたるコンセンサス平均化技法として実現できることである。
【0120】
１つ以上の実施形態において、ノードｉの威信は、以下のように、経路木を用いて計算することができる。すなわち、ノードｉの周りの領域内のノードが、自らの送信のトラフィック強度（Ａｊ，ｉ）をノードｉと交換している。その後、それらのノードは、コンセンサス平均化を通して、上記のディスカウントパラメーターαによって制御される領域において平均全受信トラフィックを協調して計算することができる。この結果として、上記のように、ノードｉに関する威信値Ｐｉが取得される。したがって、本主題開示の実施形態の場合に上記で説明されたように、ネットワークのハブを、最大威信を有するノードとして協調して識別することができる。
【0121】
これらの木に基づくハブ選択方式は、ネットワーク内の障害の数が相対的に少ない場合に、結果として、経路木内の機能不全のノード／エッジの数が相対的に少ない場合に効率的であると見なすことができる。経路木内の障害の数が増加するとき、ネットワーク内のハブを識別するために、経路木の代わりにネットワークグラフを使用することが好ましい場合がある。実際には、ネットワーク内の障害の数が著しい場合に、そのような障害は依然として、結果的に経路木内の機能不全のノード／エッジになるので、経路木内のより多くの数のノード／エッジが機能不全になることにより、経路木が切断される場合があり、経路木の再構成が必要とされる場合がある。その際、特に経路木再構成を回避するために、代わりにネットワークグラフを用いて威信値を求めようと考える方が効率的であると見なすことができる。
【0122】
この関連で、上記の威信値決定方式は、有利には、経路木又はネットワークグラフのいずれかを用いて実行することができる。
【0123】
図７は、図５ａ、図５ｂ及び図５ｃの場合のように、１８０個のノードをランダムに展開する場合のネットワーク内の典型的な威信分布を示し、１００メートル×１００メートル内に１８０個のノードをランダムに展開する場合にグラフから計算される威信指標値を示す（図において、薄い色調は高い威信レベルに対応し、暗い色調は低い威信レベルに対応する）。
【0124】
経路木の代わりに、ネットワークグラフを用いて威信計算を実行することは、有利には、ネットワーク内の耐障害性を改善する。実際に、大規模なモノのインターネット（ＩｏＴ）ネットワーク展開においてエッジ障害の数が多くても、グラフ内の威信計算に影響を及ぼさないが、その一方、経路木を使用するとき、エッジ障害の数が多いと、威信を大きく変更する可能性がある。木に基づく威信とグラフに基づく威信との違いは、威信計算のための隣接するノードＮ（ｉ）の定義である。すなわち、木に基づく威信計算の場合に、Ｎ（ｉ）は経路木内のノードｉの一組の隣接点であり、一方、グラフに基づく威信計算の場合に、Ｎ（ｉ）はネットワークのグラフ内のノードｉの一組の隣接点である。
【0125】
１つ以上の実施形態において、威信は、経路木内又はグラフ内のノード間の送信パケットの数の伝搬によって、ネットワークグラフ又は経路木のいずれかを用いて、定期的に求めることができる。ノードｉの威信の変化は、ノードｉの近傍内の接続障害、近傍内の著しい数のノードに関するトラフィック変動、又はその両方を示す場合がある。ワイヤレスセンサネットワークの場合、パケットが小さく、ノードの測定報告の周期性が既知であると仮定することができる。ノード障害とトラフィック変動とを区別する１つの方法は、測定報告の周期で威信を監視することである。いくつかの実施形態において、ノードｉが隣接するノードｊに自らの測定値を送信するたびに、上記の威信関係を用いて、局所威信変数ｘ（ｋ）（ｉ）が更新される。
【0126】
いくつかの実施形態において、ノードｉのノード障害イベントは、著しい数の測定期間、例えば、所定の閾値を超える数の測定期間にわたって、ノードｉに関する威信ｘ（ｋ）（ｉ）の低下が得られた場合に（例えば、少なくとも２０回の連続した威信計算期間、すなわち、約２０秒にわたって威信の定常的な低下が測定される場合に）検出される場合がある。それゆえ、威信計算はまた、有利には、数多くの測定期間にわたる威信の定常的な低下を通してノード障害を識別する便利な方法を提供する。障害を識別する別の方法は、ネットワーク内のトラフィックが一定であると仮定して、威信低下の大きさを考慮することである。例えば、ノードｉの威信が、所定の閾値を超える値だけ突然低下する場合には、そのような低下はノード障害を示すと解釈することができ、そのイベントは本明細書で以下において「被検出障害」と呼ばれることになる。
【0127】
１つ以上の実施形態において、ネットワーク内で被検出障害の数を監視することができ、被検出障害の数が少ない（例えば、被検出障害の数が所定の閾値未満である）と判断される場合には、経路木を用いて、ノードの威信を監視することができる。被検出障害の数が多い（例えば、被検出障害の数が所定の閾値を超える）と判断される場合には、威信の計算及び監視はグラフに基づくことになる。
【0128】
経路木を用いて計算するにしても、ネットワークグラフを用いて計算するにしても、高い威信値を有するノード、すなわち、ネットワークノードの中の威信レベルの最大値に近い威信値を有するノードは、ネットワーク内でサイクルによって保護されるべきノードと識別することができる。
【0129】
図８は、コンピュータネットワーク内の上記の汎用威信管理手順の例示的な実施形態を示す。
【0130】
威信指標値の計算は最初に経路木を用いて実行され（４０）、その後、ネットワーク内の被検出障害の数が監視される（４１）。被検出障害の求められた数が所定の閾値を超えており、それにより、高いレベルにあると見なされる場合には、威信値の変化が、経路木の代わりに、ネットワークグラフを用いる計算（４２）により監視される。被検出障害の求められた数が所定の閾値より少ないままであり、それにより、高いレベルにないと見なされる場合には、威信値の変化は、経路木を用いる計算（４０）で引き続き監視される。
【0131】
威信指標値を計算すると、経路木を使用するにしても、ネットワークグラフを使用するにしても、本主題開示の実施形態のうちの１つによれば、計算された威信指標値に基づいて、ネットワークのノードの中の保護されるべきノードが選択される（４３）。
【0132】
本主題開示は、保護されるべきノードの周りのサイクルを特定する、すなわち、選択されたハブの周りの局所復旧候補を規定するための方式を更に提供する。
【0133】
グラフ内の特定のノードの周りでサイクルを見つけることは、特定のノード技法の周りの上記の深さ優先探索（ＤＦＳ）によって一般的に解かれるグラフ理論問題である。Ｎ個のノード及びＥ個のエッジからなるグラフの場合のＤＦＳ技法の計算量は、ネットワーク内の特定のノードの周りのサイクルを見つける場合に、最悪時にＯ（Ｎ＋Ｅ）である。この計算量は基本的にグラフを横断することに、すなわち、サイクルが見つけられるまで、ノードの隣接点を探索及び評価することに起因する。最悪の場合、ノードの数Ｎが探索され、グラフの異なるエッジが評価される。
【0134】
図９ａ及び図９ｂは、１つ以上の実施形態による、所与のノードの周りのサイクル決定のために提案される方式を示し、コンピュータネットワークを表すデータ構造が、例えば、ＲＰＬ経路選択等の経路木を含み、その経路木に従って、データが複数のノードからコンピュータネットワークの根ノードまで送信される。図９ａ及び図９ｂにおいて、直接隣接関係が２つのノード間の実線で表され、間接（又はパス）隣接関係が２つのノード間の破線で表される。
【0135】
提案されるサイクル決定方式は、有利には、本主題開示の１つ以上の実施形態に従って選択されるような、ハブに、すなわち、ノード障害及び／又はエッジ障害から保護されるべきノードに適用することができる。そのような場合に、決定されたサイクルは、保護されるべきノードを包囲する保護パスとしての役割を、すなわち、保護されるべきノード及び／又はそのエッジの障害の発生時に使用可能な、局所復旧サイクルとしての役割を果たすことができる。
【0136】
図９ａ及び図９ｂを参照すると、保護されるべきノード（図９ｂのノードｗ）の先祖（図９ａのノードｗ１）が選択され、その後、保護されるべきノードの隣接点ノード（図９ａのノードｗｎ）が識別され、ただし、隣接点ノードｗｎの先行点集合、ＰＣ（ｗｎ）と、先祖ノードｗ１の先行点集合との間の交わりが最大化されるという制約が課せられる。ネットワークノードｗの先行点集合ＰＣ（ｗ）は、ネットワークノードｗから経路木の根ノードに向かう一連のノードと定義することができる。例えば、ノードｗ１は保護されるべきノードの経路木内の先祖であるので、保護されるべきノードは、その先祖ノードｗ１の先行点集合ＰＣ（ｗ１）に属する。
【0137】
１つ以上の実施形態において、隣接点ノードｗｎは、保護されるべきノードｗの隣接点ノードの集合ＷＮ（ＷＮ（ｗ）＝｛ｗｎ１，ｗｎ２，．．．，ｗｎＮ｝）を形成するＮ個の隣接点ノード（Ｎ≧２）を識別し、集合ＷＮの隣接点ノードのためのそれぞれの先行点集合（ＰＣ－ＷＮ（ｗ）＝｛ＰＣ（ｗｎ１），ＰＣ（ｗｎ２），．．．，ＰＣ（ｗｎＮ）｝）を求め、交わりが最大化される隣接点ノードを選択するために、求められた先行点集合ごとに、先祖ノードｗ１の先行点集合との交わりＰＣ（ｗｎｋ）∩ＰＣ（ｗ１）を調べることによって識別することができる。
【数17】
【0138】
１つ以上の実施形態において、隣接点ノードｗｎの探索は、先祖ノードの先行点集合と隣接点ノードの先行点集合との間の交わりが最大化されるという制約を課して実行することができる。
【0139】
図９ａを参照すると、ノードｗの先祖はノードｗ１であり、それはノードｗからの下流にある。
【0140】
１つ以上の実施形態において、提案される方式は、コンピュータネットワークを表す木、例えば、経路木から選択されるのとは対照的に、コンピュータネットワークを表すグラフから選択された隣接点を用いて実施することができる。
【0141】
１つ以上の実施形態において、対象とするノードのための保護サイクルは、３個組（ｗ１，ｗｎ，ｗｉ）から取得することができる。ただし、ｗｉは、先行点集合ＰＣ（ｗ）とＰＣ（ｗｎ）との間の交わり集合内の最後のノードである。最後のノードは、根ノードに向けられる交わりパスの最初のノードと定義することができ、交わりパスは、先祖ノードｗ１の先行点集合と隣接点ノードｗｎの先行点集合との間の交わりに対応する。
【0142】
提案される高速サイクル探索の利点は、ノードｗの周りでサイクルを見つけるために、幅優先探索木を見つけるための、いわゆる、幅優先グラフ横断（ＢＦＳ：breadth first graph traversal）技法を実行する一部として実行される計算の出力を使用できることにある。これらの計算出力の中には、ノードの中心性を計算するために、そして、ＲＰＬ経路選択の経路木を見つけるために使用することができる先行点集合がある。
【0143】
ノードｗが機能しないか、又はノードｗにつながる任意のエッジが機能しない場合の回復待ち時間を改善するために、提案される技法は、有利には、保護されるべきノードｗに向けられるパケットの経路を、非常に短い待ち時間で、ノードｗの先行点集合内の上流ノードに切り替えるサイクルを見つける。別の利点は、その技法が現行技術水準のＤＦＳ技法に比べて複雑でないことである。
【0144】
上記のような単一サイクルに基づく保護方式の使用は、例えば、図９ａを参照すると、ノードｗｎとｗｉとの間にエッジ障害が生じ、それにより、保護サイクル（ｗ１，ｗｎ，ｗｉ）が分断されることになる場合に、エッジ障害の影響を受けやすくなる場合がある。結果として、ノードｗの障害の場合のバックアップ候補として保護サイクル（ｗ１，ｗｎ，ｗｉ）の回復力を改善することが望ましい場合がある。
【0145】
この要求に対処するために、本主題開示は、図９ｂに示されるように、ノードｗの周りにネスト化保護サイクルを構築することによって、単一保護方式が改善される実施形態を提案する。
【0146】
これらの実施形態において、保護されるべきノードｗを包囲する初期保護サイクルを、上記の単一サイクル保護方式に従って決定することができる。その後、初期保護サイクルを二次保護サイクルによって強化することができ、二次保護サイクルは、ネスト化保護サイクル（本明細書において、「冗長木」とも呼ばれる）を作り出すために、複数の実施形態において、初期保護サイクルを構築するために使用された方式に類似の方式を用いて構築することができる。
【0147】
１つ以上の実施形態において、ネスト化サイクルを強化し、それゆえ、ノード／エッジ障害に対するネットワークの回復力を更に高めるために、サイクル強化を繰り返すことができる。
【0148】
図９ａ及び図９ｂを参照すると、初期保護サイクルは、いくつかの実施形態において、コンセントレーターに向かうネットワークハブｗをショートカットする、経路木（例えば、ＲＰＬ経路木）に関するバックアップパスを規定することができる。二次保護サイクルを用いて、初期保護サイクルのノード／エッジの障害から保護することができる。ネットワークのハブの周りに設定された保護サイクルの数は、ネスト化保護サイクルの「等級（degree）」ｄと定義することができる。初期保護サイクル及びｄ－１個の二次保護サイクルを用いて、等級ｄの保護サイクルを形成することができる。
【0149】
大規模で密集したＩｏＴ展開のシナリオの場合、ネスト化保護サイクルは、有利には、コンピュータネットワークにおいて、ハブ、すなわち、保護されるべきノードを選択するための上記の方式を用いて決定されるような、ネットワークのハブの周りにより多くのバックアップパスを提供することができる。
【0150】
１つ以上の実施形態において、ネスト化サイクルは、ネットワークのグラフ構造から決定することができる。
【0151】
図９ｂは、保護されるべきノードｗの周りに構築される初期保護サイクルから構築される等級２の例示的なネスト化保護サイクルを示す。そのパス上のエッジ（ｗ，ｗｉ）が機能しない場合には、一連のエッジ（ｗ，ｗ１）（ｗ１，ｗｎ）（ｗｎ，ｗｊ）（ｗｊ，ｗｉ）を用いて、ノードｗのパケットの、ノードｗｉへの経路を切り替える。一次保護サイクルのパス（ｗｍ，ｗｉ）内のいずれのノード／エッジも機能しない場合には、二次保護サイクルが、根ノードに向かう経路の切替を提供するパス（ｗｍ，ｗｌ）（ｗｌ，ｗｈ）（ｗｈ，ｗｊ）を通して、保護サイクルのためのバックアップパスを提供することになる。
【0152】
その方式が耐えることができるエッジ障害の最大数は、冗長木の等級に関連し、すなわち、等級ｄの冗長木の場合に、冗長木が耐えることができるエッジ障害の最大数はｄである。
【0153】
図９ｂを参照すると、ネスト化保護サイクルは、１つ以上の実施形態において、以下のように構築することができる。
【0154】
初期保護サイクルは以下のように構築することができ、それは初期保護サイクルを構築するための上記の方式に対応する。ノードｗ∈ＰＣ（ｗ１）であり、ｗ１の先行点集合とｗｎの先行点集合との間の交わりが最大化されるように、保護されるべきノードｗに対する一対の隣接するノード（ｗ１，ｗｎ）を決定する。初期保護サイクルは、その際、（ｗ１，ｗｎ，ｗｉ）と決定することができる。ただし、ｗｉは、ｗ１及びｗｎのそれぞれの先行点集合間の交わりによって与えられるパス内の最後のノードである。
【0155】
最初のサイクルは、その後、以下のように強化することができる。すなわち、ｗｌがｗｍの隣接点であり、ｗｍが初期保護サイクルのパス、すなわちｗｎとｗｉとの間のパス内のノードであるような、一対のノード（ｗｍ，ｗｌ）を決定する。強化される保護サイクルは、その際、（ｗｍ，ｗｌ，ｗｊ）と決定することができる。ただし、ｗｊは、ノードｗｌ及びｗｍの先行点集合間の交わりによって与えられるパス内の最後のノードである。
【0156】
複数の実施形態において、このサイクル強化プロセスは、サイクル強化をｄ回繰り返し実行して等級ｄ＋１の冗長木を取得するために、繰り返すことができる。
【0157】
図１０は、本主題開示の実施形態による、ネットワーク管理機構を使用するように構成される例示的なネットワークノード１を示す。
【0158】
ネットワークノード１は、制御エンジン２と、ネットワーク管理エンジン３と、データ通信エンジン４と、メモリ５と、電源（例えば、電池、プラグイン電源等）（図示されない）とを含む。
【0159】
図１０に示されるアーキテクチャにおいて、ネットワーク管理エンジン３、データ通信エンジン４及びメモリ５は全て制御エンジン２を通して互いに動作可能に結合される。
【0160】
一実施形態において、ネットワーク管理エンジン３は、ノード１のための指標値を求めること、及び求められた指標値に基づいて、一組の保護されるべきノードに参加すること等の、ネットワーク管理のための提案される方法の実施形態の種々の態様を実行するように構成される。
【0161】
一実施形態において、データ通信エンジン４は、データパケットを受信及び送信し、受信したパケットを処理するように構成される。
【0162】
本主題開示の実施形態において、データ通信エンジン４及びネットワーク管理エンジン３は、ノード１において、又はその近傍においてデータトラフィック強度を求めるために、協調して動作する。
【0163】
制御エンジン２はプロセッサを含み、プロセッサは、任意の適切なマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号処理チップ、及び／又は状態機械、又はその組み合わせとすることができる。種々の実施形態によれば、コンピュータの１つ以上を、並列計算を提供するための複数のプロセッサを有するマルチプロセッサコンピュータとして構成することができる。また、制御エンジン２は、プロセッサによって実行されるときに、プロセッサに本明細書において説明される要素を実行させるコンピュータプログラム命令又はソフトウェアコードを記憶することができる、限定はしないが、メモリ５等のコンピュータ記憶媒体を備えることができるか、又はコンピュータ記憶媒体と通信することができる。さらに、メモリ５は、ネットワークノード１が属するコンピュータネットワークを表すデータ構造を記憶することができ、制御エンジン２に結合され、それに関連付けて記憶されるデータパケットの管理及び処理を容易にするためにデータ通信エンジン４及びネットワーク管理エンジン３とともに動作可能である、任意のタイプのデータ記憶コンピュータ記憶媒体とすることができる。
【0164】
図１０を参照しながら図示及び説明されるネットワークノード１は一例として与えられるにすぎないことは理解されよう。数多くの他のアーキテクチャ、動作環境及び構成が可能である。ノードの他の実施形態は、より少ない数、又はより多くの数の構成要素を含む場合があり、図１０に示されるネットワークノード構成要素に関して説明された機能のいくつか又は全てを組み込む場合がある。したがって、制御エンジン２、ネットワーク管理エンジン３、データ通信エンジン４及びメモリ５がネットワークノード１の一部として示されるが、構成要素２～５の場所及び制御に関して制約は課せられない。詳細には、他の実施形態では、構成要素２～５は、異なるエンティティ又はコンピューティングシステムの一部とすることができる。
【0165】
本発明は好ましい実施形態に関して説明されてきたが、添付の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の趣旨又は範囲から逸脱することなく、本発明に対して種々の変更及び／又は修正を加えることができることは当業者には容易に理解されよう。
【0166】
本発明は或る特定の好ましい実施形態との関連で開示されてきたが、そのシステム、デバイス及び方法の或る特定の利点、特徴及び態様は種々の他の実施形態において実現される場合があることは理解されたい。さらに、本明細書において説明される種々の態様及び特徴は、別々に実践することができるか、互いに組み合わせることができるか、又は互いに代用することができること、並びに特徴及び態様の種々の組み合わせ及び部分的な組み合わせを行うことができ、それでも本発明の範囲に入ることを意図している。さらに、上記のシステム及びデバイスは、好ましい実施形態において説明されたモジュール及び機能の全てを含む必要はない。
【0167】
本発明において説明される情報及び信号は、種々の異なる技術及び技法のいずれかを用いて表すことができる。例えば、データ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル及びチップは、電圧、電流、電磁波、磁界若しくは磁気粒子、光場若しくは光子、又はその任意の組み合わせによって表すことができる。
【0168】
実施形態によっては、本明細書において説明された方法のいずれかの或る特定の動作、イベント又は機能は、異なる順序において実行することができるか、追加されるか、統合されるか、又は全て除外される場合がある（例えば、方法を実践するために、説明される全ての動作又はイベントが必要とされるとは限らない）。さらに、或る特定の実施形態では、動作又はイベントは、順次にではなく、同時に実行される場合がある。
【図1a】
【図1b】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5a】
【図5b】
【図5c】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9a】
【図9b】
【図10】