特許 7607025 ＩＰベースのＴＤＭＡネットワーク上におけるマルチキャスト通信用のスマートブロードキャスト用のシステムおよび方法

(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】2024-12-18

(45)【発行日】2024-12-26

(54)【発明の名称】ＩＰベースのＴＤＭＡネットワーク上におけるマルチキャスト通信用のスマートブロードキャスト用のシステムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   H04W 52/02 20090101AFI20241219BHJP

   H04W 84/10 20090101ALI20241219BHJP

   H04W 40/02 20090101ALI20241219BHJP

   H04W 28/04 20090101ALI20241219BHJP

   H04W 84/18 20090101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

H04W52/02

H04W84/10 110

H04W40/02

H04W28/04 110

H04W84/18

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2022506281

(86)(22)【出願日】2020-07-30

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-10-03

(86)【国際出願番号】 US2020044318

(87)【国際公開番号】W WO2021022077

(87)【国際公開日】2021-02-04

【審査請求日】2023-06-19

(31)【優先権主張番号】62/880,355

(32)【優先日】2019-07-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】516298445

【氏名又は名称】サフラン パッセンジャー イノベーションズ， エルエルシー

【住所又は居所原語表記】３１５１ Ｅａｓｔ Ｉｍｐｅｒｉａｌ Ｈｉｇｈｗａｙ，Ｂｒｅａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ９２８２１，Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100142907

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 淳

(72)【発明者】

【氏名】バタチャルジー、サスミット

(72)【発明者】

【氏名】ルメール、スティーブン

(72)【発明者】

【氏名】ラシード、ティンク

【審査官】篠田 享佑

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２５１４６９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】Lorente, Lemmens, Garlier, Braken, Steenhaut，BMRF: Bidirectional Multicast RPL Forwarding，Ad Hoc Networks，Volume 54，2017年01月，69-84ページ，https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1570870516302815/pdfft?md5=114b2ba6e6a0b2f2c460c3e48607a0a9&pid=1-s2.0-S1570870516302815-main.pdf

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ ７／２４－ ７／２６

Ｈ０４Ｗ ４／００－９９／００

３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＷＧ１－４

ＳＡ ＷＧ１－４、６

ＣＴ ＷＧ１、４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

非一時的なコンピュータ可読記憶媒体に記憶されたプログラムであって、前記プログラムがルータの１つまたは複数のプロセッサによって実行された時、ＩＰネットワーク上のマルチキャスト通信用に以下の動作を実行し、前記ルータの役割は、ネットワークトポロジの一部である任意のモートによって引き受けられることが可能であり、前記動作は、
モートにてパケットを受信する工程と、
リンク層ブロードキャスト送信を用いて前記パケットを１または複数の受信者に送信する工程と、
前記１または複数の受信者に対する前記パケットの送信の総数がプリセットされた整数に等しくなるまで、前記リンク層ブロードキャスト送信を用いて前記パケットを前記１または複数の受信者に再送する工程であって、前記１または複数の受信者の各々は、前記パケットが受信されることが可能である１組のタイムスロットを有する、工程と、
前記１または複数の受信者のうち、送信された前記パケットを前記リンク層ブロードキャスト送信を用いて受信した１の受信者による前記パケットの受信の際、その受信者用に、前記パケットの再送を受信するための残りのタイムスロットの各々をスリープモードにスケジューリングする工程と、を備える、プログラム。

【請求項2】

前記動作は、
マルチキャストグループのマルチキャストグループアドレスを有する受信された前記パケットのオリジンが前記モートの好ましい親であるかを決定する工程と、
前記オリジンが前記好ましい親である場合、前記モートが、前記マルチキャストグループアドレスが前記モートのルーティングテーブルに掲載されているかを照合する工程と、
前記マルチキャストグループアドレスが前記ルーティングテーブルに掲載されている場合にだけ、前記モートが、子の数に応じてリンク層ユニキャスト送信または前記リンク層ブロードキャスト送信を用いて、前記パケットを下りに転送する工程と、
前記マルチキャストグループアドレスが前記ルーティングテーブルに掲載されているかを決定した後、前記モートが、前記モートが前記マルチキャストグループのメンバであるかを照合する工程と、
前記モートが、前記モートが前記マルチキャストグループの前記メンバであると決定した場合、前記パケットを受け入れる工程と、をさらに備える、請求項１に記載のプログラム。

【請求項3】

前記動作は、
前記オリジンが前記好ましい親でない場合、前記モートが、前記パケットが下から受信されたかを照合する工程と、
前記モートが、前記パケットが下から受信されたと決定した場合、前記モートが、前記マルチキャストグループアドレスが前記ルーティングテーブルに掲載されているかを決定する工程と、
前記モートが、前記パケットが下から受信されなかったと決定した場合、前記パケットをドロップする工程と、
前記マルチキャストグループアドレスが前記ルーティングテーブルに掲載されている場合、前記モートが、リンク層ユニキャスト送信を用いて前記パケットを下りに転送し、ただし、前記パケットがそこから受信された子には前記パケットを転送しない工程と、
前記モートを用いて、前記モートがネットワークトポロジのルートであるかを決定する工程と、
前記モートが前記ネットワークトポロジの前記ルートである場合、前記モートが前記パケットのマルチキャストグループのメンバであるかを決定する工程と、
前記モートが前記ネットワークトポロジの前記ルートでない場合、前記パケットを前記好ましい親へと上りに転送する工程と、をさらに備える、請求項２に記載のプログラム。

【請求項4】

前記動作は、
前記モートが前記マルチキャストグループの前記メンバである場合、前記パケットを受け入れ、前記モートが前記マルチキャストグループの前記メンバでない場合、前記パケットをドロップする、工程をさらに備える、請求項３に記載のプログラム。

【請求項5】

前記タイムスロットの数の所定の閾値のより大きい値は、前記パケットを受信する前記１または複数の受信者の各々のより大きい信頼性に相当する、請求項１に記載のプログラム。

【請求項6】

前記送信は、低電力ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク上にて行われる、請求項１に記載のプログラム。

【請求項7】

前記パケットの送信および受信は、時分割多元接続を利用する、請求項１に記載のプログラム。

【請求項8】

モート間のＩＰネットワーク上のマルチキャスト通信用に構成されているシステムであって、
１つまたは複数のコアを備えるプロセッサと、メモリと、を有する第１のモートであって、
パケットを受信するように、またリンク層ブロードキャスト送信を用いて前記パケットを１または複数の受信者に送信するように構成されており、
前記１または複数の受信者に対する前記パケットの再送の総数がプリセットされた整数に等しくなるまで、前記リンク層ブロードキャスト送信を用いて前記パケットを前記１または複数の受信者に再送するようにさらに構成されている、第１のモートと、
前記１または複数の受信者のうち、送信された前記パケットを前記リンク層ブロードキャスト送信を用いて受信した１の第２のモートであって、受信の際、前記パケットを前記第１のモートから受信するように構成されており、前記パケットの再送を受信するための任意の残りのタイムスロットをスリープモードにスケジューリングする、第２のモートと、を備える、システム。

【請求項9】

前記第１のモートは、
マルチキャストグループのマルチキャストグループアドレスを有する受信された前記パケットのオリジンが前記第１のモートの好ましい親であるかを決定する工程と、
前記オリジンが前記好ましい親である場合、前記第１のモートが、前記マルチキャストグループアドレスが前記第１のモートのルーティングテーブルに掲載されているかを照合する工程と、
前記マルチキャストグループアドレスが前記ルーティングテーブルに掲載されている場合にだけ、前記第１のモートが、子の数に応じてリンク層ユニキャスト送信または前記リンク層ブロードキャスト送信を用いて、前記パケットを下りに転送する工程と、
前記マルチキャストグループアドレスが前記ルーティングテーブルに掲載されているかを決定した後、前記第１のモートが、前記第１のモートが前記マルチキャストグループのメンバであるかを照合する工程と、
前記第１のモートが、前記第１のモートが前記マルチキャストグループの前記メンバであると決定した場合、前記パケットを受け入れる工程と、を行うようにさらに構成されている、請求項８に記載のシステム。

【請求項10】

前記第１のモートは、
前記オリジンが前記好ましい親でない場合、前記パケットが下から受信されたかを照合する工程と、
前記パケットが下から受信された場合、前記マルチキャストグループアドレスが前記ルーティングテーブルに掲載されているかを決定する工程と、
前記パケットが下から受信されなかった場合、前記パケットをドロップする工程と、
前記マルチキャストグループアドレスが前記ルーティングテーブルに掲載されている場合、前記リンク層ユニキャスト送信を用いて前記パケットを下りに送信し、ただし、前記パケットがそこから受信された子には前記パケットを転送しない工程と、
前記モートがネットワークトポロジのルートであるかを決定する工程と、
前記モートが前記ネットワークトポロジの前記ルートである場合、前記モートが前記パケットのマルチキャストグループのメンバであるかを決定する工程と、
前記モートが前記ネットワークトポロジの前記ルートでない場合、前記パケットを前記好ましい親へと上りに送信する工程と、を行うようにさらに構成されている、請求項９に記載のシステム。

【請求項11】

前記第１のモートは、
前記モートが前記マルチキャストグループの前記メンバである場合、前記パケットを受け入れ、前記モートが前記マルチキャストグループの前記メンバでない場合、前記パケットをドロップする、工程を行うようにさらに構成されている、請求項１０に記載のシステム。

【請求項12】

前記タイムスロットの数の所定の閾値は４以上６以下である、請求項８に記載のシステム。

【請求項13】

前記送信は、低電力ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク上にて行われる、請求項８に記載のシステム。

【請求項14】

前記パケットの送信および受信は、時分割多元接続を利用する、請求項８に記載のシステム。

【請求項15】

モートを用いたＩＰネットワーク上のマルチキャスト通信用の方法であって、
モートにてパケットを受信する工程と、
リンク層ブロードキャスト送信を用いて前記パケットを１または複数の受信者に送信する工程と、
前記１または複数の受信者に対する前記パケットの送信の総数がプリセットされた整数に等しくなるまで、前記リンク層ブロードキャスト送信を用いて前記パケットを１または複数の受信者に再送する工程であって、前記１または複数の受信者の各々は、前記パケットが受信されることが可能である１組のタイムスロットを有する、工程と、
前記１または複数の受信者のうち、送信された前記パケットを前記リンク層ブロードキャスト送信を用いて受信した１の受信者による前記パケットの受信の際、その受信者用に、前記パケットの再送を受信するための残りのタイムスロットの各々をスリープモードにスケジューリングする工程と、を備える方法。

【請求項16】

前記タイムスロットの数の所定の閾値は４以上６以下である、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記送信は、低電力ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク上にて行われる、請求項１５に記載の方法。

【請求項18】

前記パケットの送信および受信は、時分割多元接続を利用する、請求項１５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の分野は、例えば、機内ワイヤレスセンサネットワーク、モノのインターネット、ホームオートメーション、および低電力デバイスに使用するためなどのマルチキャスト通信である。

【背景技術】

【0002】

以下の記載は、本発明を理解するのに有用であり得る情報を含む。本明細書において提供される情報のいずれも先行技術であるか本特許請求の範囲に記載の発明に関連する、または、特にもしくは暗に参照されるいずれの刊行物も先行技術である、と認められるものではない。

【0003】

現在、ワイヤレスセンサネットワーク（ＷＳＮ）の新たな用途の需要が増加している。用途の１つの例示的なエリアは、特に航空機用の機内通信に関する。航空機システムがますます接続されるようになるにつれて、座席、電子機器、および他のコンポーネントの状態および正常性を決定するように、追加のセンサが航空機において利用されている。これらの増加する新たな用途の需要に伴い、すべてのＩＰ通信を達成するように、したがって相互運用性を達成するように、ＷＳＮを、インターネットプロトコル（ＩＰ）アドレッシングにより、また特にインターネットプロトコルバージョン６（ＩＰｖ６）および将来のプロトコルにより、インターネットに接続することが有用である。

【0004】

しかしながら、ＩＥＥＥ８０２．１５．４を含む現在の標準は、元々マルチキャストをサポートしていない。代わりに、ＩＰマルチキャストを達成するようにリンク層ユニキャスト送信またはリンク層ブロードキャスト送信を利用するアルゴリズムが開発されている。通信のユニキャストモードとブロードキャストモードとの間の主な違いの１つは、信頼性である。ユニキャスト送信の場合、パケットの送達が成功すると、送信者は宛先から肯定応答を受信する。しかしながら、ブロードキャスト通信はこの特徴を提供しない。

【0005】

リンク層ユニキャスト送信では、デュプリケートが各サブスクライバ用に生成され、すべてのサブスクライバに対し個々に送達される必要がある。これは時間とエネルギーとの両方を消費する。一方、リンク層ブロードキャスト送信では、パケットがすべてのサブスクライバに対し一度送り出され、デュプリケートは生成されない。したがって、リンク層ブロードキャスト送信は、リンク層ユニキャスト送信と比較して、特に複数サブスクライバの場合、エネルギーおよびエンドツーエンド遅延を節約する。しかしながら、ブロードキャスト通信には、信頼性の問題がある。

【0006】

例えば、関係するサブスクライバの数に基づいてリンク層ユニキャスト送信およびブロードキャスト送信を用いる双方向マルチキャストＲＰＬ転送（ＢＭＲＦ）が実装されている。ＢＭＲＦのより詳細な記載は、２０１７年にアドホックネットワーク（Ａｄ Ｈｏｃ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）により出版されたロレンテ（Ｌｏｒｅｎｔｅ）らによる「ＢＭＲＦ：双方向マルチキャストＲＰＬ転送（ＢＭＲＦ： Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ ＲＰＬ Ｆｏｒｗａｒｄｉｎｇ）」と題された記事において見られる。

【0007】

ＢＭＲＦでは、マルチキャストパケットがＲＰＬツリーの上下両方に横断することが可能である。ＢＭＲＦの一例が、図１に示される。下記のエンハンスドステートレスマルチキャストＲＰＬ転送（ＥＳＭＲＦ）とは異なり、マルチキャストパケットはルート（根）までのすべての経路を横断する必要がない。ネットワークにおけるすべてのモート（センサ）がトポロジを認識している。したがって、マルチキャスト送信元はネットワーク内のどこにあることも可能である。ＢＭＲＦは、以前のアルゴリズムと比較して、エネルギー消費、無線送信、およびエンドツーエンド遅延の向上を示している。本旨は、関係する子の数とデューティサイクル比とに基づいて、リンク層におけるユニキャストとブロードキャストとから選ぶことである。

【0008】

ＢＭＲＦは、自身の無線デューティサイクル（ＲＤＣ）についてＣｏｎｔｉｋｉＭＡＣアルゴリズムを用いるため、また自身の物理層およびメディアアクセス制御（ＭＡＣ）層として搬送波感知多重アクセス（ＣＳＭＡ）を用いたＩＥＥＥ８０２．１５．４を有するため、不利である。ＣＳＭＡは、一般に、非決定性である。ＢＭＲＦはまた、リンク層ブロードキャストが用いられている場合にクリアチャネルを待機する時など、衝突を回避するために必要な追加の遅延を生じ得る。これに加えて、関係する子が少ない場合、帯域幅とエネルギーが浪費される。ＢＭＲＦはまた、２．４ＧＨｚの産業科学医療用（ＩＳＭ）バンドを用いたコードレス電話、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、Ｚｅｇｂｅｅ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、および電子レンジなどの、様々な他の技術との技術横断型の干渉をする傾向がある。

【0009】

他のものは、低電力および損失の多いネットワーク（ＭＰＬ）用のマルチキャストプロトコルを利用している。これは、２０１６年にＩＥＴＦにより出版されたケルシー（Ｋｅｌｓｅｙ）らによる「低電力および損失の多いネットワーク（ＭＰＬ）用のマルチキャストプロトコル（Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｆｏｒ Ｌｏｗ－Ｐｏｗｅｒ Ａｎｄ Ｌｏｓｓｙ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ （ＭＰＬ））」に記載されている。ＭＰＬは、トリクルタイマによって管理されている制御されたネットワーク全体のフラッディングを伴う。トリクルは、状態情報を効果的に周期的に伝搬させる機構である。ネットワークシステム設計および実装における第１ＵＳＥＮＩＸ／ＡＣＭシンポジウムの講演集におけるレヴィ（Ｌｅｖｉｓ）らの「トリクル：コード伝搬およびワイヤレスセンサネットワークにおけるメンテナンス用の自己調整アルゴリズム（Ｔｒｉｃｋｌｅ： Ａ Ｓｅｌｆ ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ Ｆｏｒ Ｃｏｄｅ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ Ｉｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）」、およびレヴィらの「トリクルアルゴリズム（Ｔｈｅ Ｔｒｉｃｋｌｅ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）」、カリフォルニア州フリーモントにあるＩＥＴＦの技術報告書、２０１１年、米国：ＲＦＣ６２０６、を参照されたい。

【0010】

ＭＰＬでは、ネットワークにおけるすべてのモート（センサ）が、マルチキャストパケットを、そのパケットに関係するかにかかわらず受信する。次いで、各モート（センサ）は、マルチキャストパケットを自身の隣のモートに広める。これらのマルチキャストパケットは、特定のマルチキャストパケットが以前に受信されたかに関する形跡を維持するように、バッファリングされる必要がある。パケットがすべてのモートによって受信されたことを確実にするのに役立てるため、トリクルタイマが、これらのバッファリングされたパケットの周期的な再送をスケジューリングするように用いられる。

【0011】

ＭＰＬは、エネルギーと帯域幅効率との両方について不利である。制御されたネットワーク全体のパケットのフラッディングのため、ネットワークにおけるすべてのモート（センサ）が、通信オーバーヘッドを増加させるマルチキャストパケットを受信する。制御パケットもまた、バッファリング状態の形跡を維持するように、ネットワーク中に規則的に広められる必要がある。これは、通信オーバーヘッドにさらに追加される。モート（センサ）はまた、バッファリングされたパケットと制御メッセージとを扱うように、２つのトリクルタイマを維持する必要がある。これによって、全体的な複雑さ、コードサイズ、およびメモリの必要性が増加する。

【0012】

パケットのすべてがバッファリングされるため、送信は多くのメモリを占有する。これは、モート（センサ）が一般に限られたメモリを有することにより、バッファリングされ得るパケットの数を制限するとともにＭＰＬの効率に直接影響を及ぼすため、問題であり得る。

【0013】

別の例は、ステートレスマルチキャストＲＰＬ転送（ＳＭＲＦ）である。これは、２０１２年における２０１２年ＩＥＥＥ国際会議のパーベイシブコンピューティングおよび通信ワークショップ（ＰＥＲＣＯＭワークショップ）内（Ｉｎ Ｐｅｒｖａｓｉｖｅ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｗｏｒｋｓｈｏｐｓ）にて出版されたオイコノム（Ｏｉｋｏｎｏｍｏｕ）らによる「６ＬｏＷＰＡＮセンサネットワークにおけるＲＰＬを用いたステートレスマルチキャスト転送（Ｓｔａｔｅｌｅｓｓ Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ Ｆｏｒｗａｒｄｉｎｇ Ｗｉｔｈ ＲＰＬ Ｉｎ ６ＬｏＷＰＡＮ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）」、および２０１３年にワイヤレスパーソナル通信により出版されたオイコノムらによる「ＲＰＬベースのワイヤレスセンサネットワークにおけるＩＰＶ６マルチキャスト転送（ＩＰＶ６ Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ Ｆｏｒｗａｒｄｉｎｇ Ｉｎ ＲＰＬ－Ｂａｓｅｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）」に記載されている。図２に示されるように、ＳＭＲＦは、メッセージを受け入れる前に好ましい親の照合を行わせるため、下りトラフィックしかサポートしない。したがって、マルチキャスト通信の送信元は、ＲＰＬツリーのルートに限定される。換言すると、低電力および損失の多いネットワーク（ＬＬＮ）における他のモート（センサ）は送信元となり得ない。

【0014】

コリジョンを避けるため、受信モート（センサ）は、モートがメッセージを転送することが可能である前に追加の期間待機する必要がある。これは大きいエンドツーエンド遅延を生じる。さらに、関係する子の数が小さい場合、リンク層ブロードキャスト送信は、エネルギーの観点において、最も効果的な手法でない場合がある。多くの関係しない子が、マルチキャストメッセージを受信することとなる。

【0015】

さらなる例は、ＥＳＭＲＦである。これは、２０１５年のモバイルおよび産業システムにおけるＩｏＴの課題に関する２０１５年のワークショップの講演集にて出版されたファディル（Ｆａｄｅｅｌ）らによる「ＥＳＭＲＦ：ＩＰＶ６ベースの低電力および損失の多いネットワーク用のエンハンスドステートレスマルチキャストＲＰＬ（ＥＳＭＲＦ： Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｓｔａｔｅｌｅｓｓ Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ ＲＰＬ Ｆｏｒｗａｒｄｉｎｇ Ｆｏｒ ＩＰＶ６－Ｂａｓｅｄ Ｌｏｗ－Ｐｏｗｅｒ Ａｎｄ Ｌｏｓｓｙ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）」に記載されている。図３に示されるように、ＥＳＭＲＦは、ＤＯＤＡＧツリーが大きいとしても、またマルチキャスト送信元およびその関連グループメンバが互いに近接していても、マルチキャストパケットがルートまでのすべての経路を横断する必要があるため、不利である。これは、通信効率を低下させる。その構造はまた、特にＤＯＤＡＧツリーが数百ノードからなる場合、ＤＯＤＡＧルートにてボトルネックを生じさせる。これはまた、ＤＯＤＡＧルートに単一障害点を生じさせ得る。

【0016】

本明細書において特定されるすべての出版物は、各個々の出版物または特許出願が参照により組み込まれるように詳細にまた個々に示された場合と同程度に、参照により組み込まれる。組み込まれた参照における用語の定義および使用が本明細書に提供される用語の定義と一貫しないまたは対照をなす場合、本明細書において提供される用語の定義が適用され、参照におけるその用語の定義は適用されない。

【0017】

したがって、帯域幅およびエネルギーを節約しながらデュプリケートパケットの可能性を限定する低電力ワイヤレスネットワークを用いたマルチキャスト通信用のシステムおよび方法の必要性が依然として存在する。

【発明の概要】

【0018】

本発明の主題は、デバイスアドレッシングをスケーリングするときに生じる、上に特定される問題を克服するように、ＩＰｖ６アドレススペースを用いる低電力ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク（６ＬｏＷＰＡＮ）が実装され得る装置、システムおよび方法を提供する。通信効率、帯域幅およびエネルギー使用を向上させるように、本明細書に記載されるシステムおよび方法は、通信オーバーヘッドを低減させるマルチキャスト転送技術を利用する。

【0019】

一般に、マルチキャスト通信は、レイヤ３（Ｌ３）におけるユニキャスト送信またはリンク層（Ｌ２）におけるブロードキャスト送信を利用する。低電力ワイヤレスパーソナルエリアネットワークでは、リンク層（Ｌ２）におけるプロトコルはＩＥＥＥ８０２．１５．４であり、ネットワーク層（Ｌ３）におけるプロトコルはＩＰｖ６を採用する。

【0020】

本明細書に記載されるシステムおよび方法は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４プロトコルに関連して記載されるが、本明細書に記載されるシステムおよび方法は、マルチキャストグループのサブスクライバに対する送信の再配置がエンドツーエンド遅延を低減させることが可能である、後に発展したプロトコルとともに用いられ得ることが想定されると理解される。

【0021】

ユニキャスト送信とブロードキャスト送信との間の主な違いは、信頼性である。ユニキャスト送信では、パケットの送達が成功すると、送信者は宛先から肯定応答を受信する。しかしながら、ブロードキャスト通信はこの特徴を提供しない。マルチキャスト通信の観点では、リンク層ユニキャスト送信の場合、デュプリケートがサブスクライバの各々について生成され、すべてのサブスクライバに対し個々に送達される必要がある。これは時間とエネルギーとの両方を消費する。一方、リンク層ブロードキャスト送信では、パケットがすべてのサブスクライバに対し一度送り出される。デュプリケートが生成されず、１回の送信である。したがって、リンク層ブロードキャスト送信は、リンク層ユニキャスト送信と比較して、特に複数サブスクライバの場合、多くのエネルギーを節約するとともに、はるかに小さいエンドツーエンド遅延しか有しない。しかしながら、前述の通り、ブロードキャスト通信には信頼性の問題がある。

【0022】

好ましい実施形態は、リンク層ユニキャスト通信とブロードキャスト通信とから選ぶ性能を提供する修正されたＢＭＲＦアルゴリズムを利用する。タイムスロットチャネルホッピング（ＴＳＣＨ）が、決定的なソリューションを提供するように、エンドツーエンド遅延を減少させるように、また技術横断型の干渉を低減または除去するように、ＢＭＲＦにより用いられるＣＳＭＡ／ＣＡの代わりにメディアアクセス制御（ＭＡＣ）層にて利用される。

【0023】

リンク層ブロードキャスト送信の信頼性を向上させるため、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）が、ブロードキャスト再送を提供するように用いられることが可能である。このようにして、１度の送信に代えて、リンク層ユニキャスト送信ではよくあるように、パケットは複数回再送される。ブロードキャスト送信では肯定応答がないため、パケットは常に複数回再送される。しかしながら、省エネルギーのため、受信機の場合、パケットがブロードキャストモードにより成功裏に受信されると、ブロードキャスト再送が受信され得る残りのタイムスロットが、スリープモードに設定される。したがって、受信機側では、モートは、まさにその第１パケットを受信した直後にスリープモードに入り、後続の再送が無視される。

【0024】

本明細書に記載される発明の主題は、様々な用途を有する。航空機環境では、例えば、機内センサが別々のマルチキャストグループへと分割され得る。そうした環境では、ギャレーは第１のマルチキャストグループを形成することが可能であり、各座席クラスは別々のマルチキャストグループを形成することが可能であり、機内ワゴン車は別々のマルチキャストグループとして形成されることが可能である。

【0025】

マルチキャストグループは、用途に基づいて形成されることも可能である。例えば、乗客サービスユニットにおける酸素マスク解放が別々のグループを形成することが可能である。

【0026】

本発明の主題の様々な目的、特徴、態様および利点が、以下の好ましい実施形態の詳細な説明と、同様の符号が同様のコンポーネントを表す付属の図面とから、より明らかとなる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】双方向マルチキャストＲＰＬ転送を用いたパケット転送についてのフローチャート。

【図2】ステートレスマルチキャストＲＰＬ転送を用いたパケット転送についてのフローチャート。

【図3】エンハンスドステートレスマルチキャストＲＰＬ転送を用いたパケット転送についてのフローチャート。

【図4】ブロードキャスト送信を用いてパケットを転送するための方法の１つの実施形態についてのフローチャート。

【図5】送信元からのパケットの送信のための方法の１つの実施形態についてのフローチャート。

【図6】パケットを受信するための方法の１つの実施形態についてのフローチャート。

【図7】従来のブロードキャスト送信方法の一例を示す図。

【図8】スマートブロードキャスト送信方法の一実施形態の一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下の記載を通して、アクセスポイント、ルータ、サーバ、サービス、インタフェース、ポータル、プラットフォーム、またはコンピュータデバイスから形成された他のシステムに関する参照がなされ得る。そうした用語の使用は、コンピュータ可読の有形な非一時的な媒体に記憶されたソフトウェア命令を実行するように構成された１つ以上のプロセッサを有する１つまたは複数のコンピュータデバイスを表すと考えられることが認識される。例えば、アクセスポイントまたはルータは、１つまたは複数のコアを含むプロセッサと、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体と、を有することが可能である。ここで、プログラムは、動作を実行するように、またはプログラムされた規則、応答、もしくは機能を果たすように媒体に記憶される。

【0029】

以下の説明は、本発明の主題の多くの例示的な実施形態を提供する。各実施形態は、発明要素の単一の組合せを示すが、本発明の主題は、開示される要素のすべての可能な組合せを含むように考慮される。したがって、１つの実施形態が要素Ａ，ＢおよびＣを備え、第２の実施形態が要素ＢおよびＤを備える場合、本発明の主題は、明白な開示がなくても、Ａ，Ｂ，ＣまたはＤの他の残る組合せも含むように考慮される。

【0030】

下記のシステム、処理および方法は、無線通信ネットワークにおける省電力用に提供される。ここで、パケット受信者は、電力消費を低減させるべく、再送されたパケットを受信しないスリープモードに入ることが可能である。発明のブロードキャスト送信アルゴリズムは、従来のブロードキャストモードが直面する困難を克服し、低電力および損失の多いネットワーク用の無線センサの必要性に対処する。これは、上記のユニキャストモードおよび以前の研究努力と比較して、エネルギーの必要性を低減させながら、エンドツーエンド遅延を実質的に低減する。

【0031】

図４は、パケットを転送するための例示的な処理を示す。示されるように、ノード（ノードおよびモートが、ワイヤレスセンサネットワークにおけるデバイスを示すように、ここでは互換に用いられる）は、宛先がマルチキャストグループであるパケットを受信する。また、パケットが好ましい親から受信されたかが決定される。

【0032】

パケットが好ましい親から受信された場合、マルチキャストグループがルーティングテーブルに掲載されているかが照合される。掲載されている場合、パケットは、子の数に基づいてリンク層ユニキャスト送信またはブロードキャスト送信を用いて、下りに転送される。次いで、モートがマルチキャストグループのメンバであるかが照合される。マルチキャストグループがルーティングテーブルに掲載されていない場合、パケットは転送されず、モートがマルチキャストグループのメンバであるかが照合される。

【0033】

モートがマルチキャストグループのメンバである場合、パケットはネットワークスタックに送達され、パケットが受け入れられる。そうでない場合、パケットはドロップされる。

【0034】

パケットが好ましい親から受信されなかった場合、パケットがＲＰＬツリーにおいて下から到達したか（すなわち、リンク層ユニキャスト送信から受信したか）が照合される。そうである場合、マルチキャストグループがルーティングテーブルに掲載されているかが照合される。掲載されていない場合、パケットはドロップされる。

【0035】

マルチキャストグループがルーティングテーブルに掲載されている場合、パケットは、子（パケットがその子から受信された）を除いて、リンク層ユニキャストを用いて下りに転送される。次いで、モートがＲＰＬのルートであるかが照合される。そうである場合、モートがマルチキャストグループのメンバであるかが照合される。メンバでない場合、パケットは好ましい親へと上りに転送される。

【0036】

モートがマルチキャストグループのメンバである場合、パケットはネットワークスタックに送達され、パケットが受け入れられる。そうでない場合、パケットはドロップされる。

【0037】

図５では、スマートブロードキャスト送信方法または処理の１つの実施形態が示される。この実施形態は、好ましくは、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）を用いた低電力ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク上にて行われる。そうした実施形態では、例えば、アクセスポイントまたは他のデバイスであり得る１つのデバイスが、ビーコンフレームを周期的に送信することが想定される。ビーコンフレームは、時間のスーパーフレームへの分割によるタイミング構造を提供する。これによって、モートがビーコンと同期することと、送信スロットおよび再送スロットがいつ生じるかを知ることとを可能にする。各スーパーフレームは、好ましくは、図８に示されるものなどの送信（ブロードキャスト）スロットとプリセットされた数の再送スロットとを含む。

【0038】

ＴＤＭＡにおけるタイムスロットは、機能に従って分類されることが可能である。特にブロードキャスト再送を送受信するための新たなタイムスロットであるタイムスロットが存在する。送信者の場合、これらのタイムスロットは常に再送するのに用いられる。しかしながら、省エネルギーのため、受信機の場合、パケットがブロードキャスト送信により成功裏に受信されると、ブロードキャスト再送が受信され得る残りのタイムスロットがスリープモードに設定される。したがって、受信機側では、モートは、まさにその第１パケットを受信した直後にスリープモードに入り、後続の再送が無視される。ブロードキャストモード用の複数の再送を追加することによって、パケットが宛先にて成功裏に受信される確率が増加する。これがブロードキャスト送信の低減したエンドツーエンド遅延と結合されることにより、上記の先行の概念よりも優れたものとなる。

【0039】

想定されるシステム、処理および方法では、受信されたパケットは１または複数の受信者に、また好ましくは複数のモートに、リンク層ブロードキャスト送信を用いて転送される（送信される）。

【0040】

同一のパケットが、次いで、１または複数の受信者に対するパケットの送信の総数がプリセットされた整数に等しくなるまで、１または複数の受信者に対し再送タイムスロット上にてリンク層ブロードキャスト送信を用いて転送される。再送スロットの数は、１と１０との間、より好ましくは、例えば４と６との間であることが可能である。特定の数は、受信者の数、パケットの重要性、ネットワークトポロジなどのうちの１つまたは複数に応じて異なりそうであるが。最後の再送スロットが用いられると、処理は完了する。

【0041】

図６に示されるように、パケットの各受信者は、送信および再送用の既知のタイムスロットに係る送信者からのブロードキャストパケットを待機するように構成されている。パケットが受信されない場合、受信者は、パケットが再送スロット上にて受信されたかを照合する。この処理は、（ｉ）パケット用の最後の再送スロット、または（ｉｉ）パケットが受信される、のいずれか早い方まで継続する。

【0042】

図８に示されるものなどのＴＤＭＡタイムスロットへと分割された時間の特徴を用いて、パケットが最後の再送スロットの前に受信されると、受信者は、そのパケットについてのブロードキャスト再送の受信のための後続の再送スロットをスリープモードに設定する。したがって、受信機側では、モートは、まさにその第１パケットを受信した直後にスリープモードに入り、後続の再送が無視される。これは、有利には、エネルギー消費を減少させる。

【0043】

発明の概念は、図７を図８と比較することによってさらに示される。
図７に示される従来のブロードキャスト方法では、パケットは、単一のタイムスロットにおいて複数のモートに送信される。特に多数の受信者が存在するところでは、ブロードキャスト送信は、典型的にはエンドツーエンド遅延およびエネルギー消費を大幅に低減させる。しかしながら、ユニキャスト送信と比較すると、ブロードキャスト送信は一般に、ユニキャスト送信におけてとは異なり、受信者は自身がパケットを受信したときに肯定応答を提供しないので、低い信頼性を有する。

【0044】

１つのテストでは、発明者らは、ブロードキャスト送信における８％のパケット到達率（ＰＤＲ）と比較して、ユニキャスト送信における１００％のＰＤＲを発見した。しかしながら、ブロードキャスト送信の場合におけるエンドツーエンド遅延は、ユニキャスト送信のエンドツーエンド遅延の約３０％未満であった。これに加えて、無線送信の数は、ユニキャスト送信の例の２倍であった。これは、エネルギー消費の増加を示す。

【0045】

ブロードキャスト送信の信頼性を向上させるように、システム、方法、処理は、リンク層ブロードキャスト送信におけるパケットの再送を可能にする。ブロードキャスト送信が肯定応答の特徴を有しないため、送信者は、信頼性を高めるように常にパケットを複数回再送する。パケットを再送することによって、ブロードキャスト送信の信頼性は大幅に向上し、ユニキャストモードの信頼性と同等であると示された。詳細には、発明者らは、ユニキャスト送信についての１００％のＰＤＲと比較して、ブロードキャスト送信における９９％のＰＤＲを発見した。

【0046】

パケットが成功裏に送達されたかにかかわらず送信者が常にパケットを複数回再送したとしても、無線送信の数は依然として複数のマルチキャストサブスクライバの場合におけるユニキャスト送信の数未満である。好ましくは、ブロードキャスト送信における送信の数は、従来のブロードキャスト送信と比較して固定値に限定される。また、この数は、サブスクライバの数にかかわらず同一のままである。

【0047】

本明細書において用いられる際には、文脈が別段の指示をしない限り、用語「に対し結合される」は、直接的な結合（互いに結合されている２つの要素が互いに接触する）と間接的な結合（１つ以上の追加の要素が、２つの要素間に位置する）との両方を含むことを意図する。したがって、用語「に対し結合される」および「と結合される」は、同義語として用いられる。

【0048】

いくつかの実施形態では、本発明の特定の実施形態を説明および請求するように用いられる、成分の量、濃度、反応条件などの特性を表す数字は、場合によっては用語「約」によって変更されると理解される。したがって、いくつかの実施形態では、明細書および添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、特定の実施形態によって得られることが求められる所望の特性に応じて変化し得る近似値である。いくつかの実施形態では、数値パラメータは、報告された有効桁数に照らして、また通常の端数処理技法を適用することによって解される。本発明のいくつかの実施形態の広い範囲を示す数値範囲およびパラメータは近似値であるにもかかわらず、特定の例に示される数値は、実施可能な限り正確に報告される。本発明のいくつかの実施形態において提示された数値は、それぞれの試験測定にて見出された標準偏差から必然的に生じる特定の誤差を含み得る。

【0049】

文脈が反対のことを示さない限り、本明細書において説明されるすべての範囲が、それらの端点を含むと解され、無制限の範囲は、商業的に実行可能な値しか含まないように解される。同様に、値のすべてのリスとは、文脈が反対のことを示さない限り、中間値を含むように考慮される。

【0050】

本明細書における記載においておよび以下の特許請求の範囲を通じて用いる際には、「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、文脈が明示しない限り、複数の参照を含む。また、本明細書における記載において用いる際には、「において（ｉｎ）」は、文脈が明示しない限り、「中に（ｉｎ）」および「上に（ｏｎ）」を含む。

【0051】

本明細書における値の範囲の記載は、範囲内に入る各別々の値を個々に参照する簡単な方法として機能することを意図するに過ぎない。本明細書において示されない限り、範囲を伴う各個々の値は、本明細書において個々に記載されるように、本明細書に組み込まれる。本明細書に記載されたすべての方法は、本明細書において示されない限り、または文脈によって明確にされない限り、任意の適切な順序にて行われることが可能である。本明細書における特定の実施形態に対し提供される任意のおよびすべての例、または例示的な言語（例えば、「など」）の使用は、より良く本発明を示すように意図されるに過ぎず、他の請求される本発明の範囲を限定するように述べるものではない。本明細書の言語は、本発明の実施に必要な任意の請求されない要素を示すものと解されない。

【0052】

本明細書に開示される本発明の代替要素または実施形態のグループ分けは、限定として解されるものではない。各グループの部材は、個別にまたはグループの他の部材または本明細書に見られる他の要素との任意の組み合わせにて参照され請求されることが可能である。グループの１つまたは複数の部材は、利便性および／または特許性の理由のため、グループに含めるか、グループから削除することが可能である。そうした包含または削除が生じるとき、本明細書では、変更されたグループを含むとみなし、したがって、添付の特許請求の範囲にて用いられるすべてのマーカッシュ形式のグループの記載を充足する。

【0053】

本明細書における本発明の概念から逸脱することなく、すでに記載されたもの以外のさらに多くの修正が可能であることは、当業者に明らかである。したがって、本発明の主題は、添付の特許請求の範囲の趣旨を除いて限定されるものではない。さらに、明細書と特許請求の範囲との両方を解釈する際には、すべての用語は、文脈と一致する可能な限り広い方法により解釈される。特に、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、非排他的に、要素、コンポーネント、または工程を参照すると解され、参照される要素、コンポーネント、または工程が存在するか、利用されるか、明示的に参照されていない他の要素、コンポーネント、または工程と組み合わされる場合があることを示す。明細書の特許請求の範囲が、Ａ、Ｂ、Ｃ．．．．およびＮからなるグループから選択されたもののうちの１つ以上を参照する場合、その文章は、ＡとＮ、またはＢとＮなどではなく、グループから１つの要素のみを必要とするように解される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】