JP2009504089A

JP2009504089A - ネットワーク通信を提供するための方法及び装置

Info

Publication number: JP2009504089A
Application number: JP2008525051A
Authority: JP
Inventors: ランダル，ウェインフレイ，; リンカーチェン，
Original assignee: スカイパイロットネットワークス，インコーポレイテッド
Priority date: 2005-08-02
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2009-01-29
Also published as: EP1929710B1; EP1929710A1; WO2007016324A1; US7697516B2; CA2649050A1; EP1929710A4; US20070030847A1

Abstract

予定された通信プロトコルを使用する通信ネットワーク内に追加のノードを許可するための方法及び装置。詳細には、ノードはネットワークの存在を検出して、ユニキャストメッセージプロトコルを使用してネットワーク上にすでに存在するノードと通信リンクを確立し、次いで、許可前の情報をネットワーク上のノードに通信する。許可前が完了した後で、新しいノードはネットワークに許可される。
【選択図】図４

Description

関連技術の説明

[0003]従来のネットワークは、通常、ハブとスポークの構成内に配置されるノードとルータを備える。ノードは、データをルータに送信することによってもう１つのノードと通信し、次いで、ルータはデータを宛先のノードに転送する。ノードは、ネットワーク上に存在するすべてのその他のノードの存在を知らないが、ルータはネットワーク上のすべてのノードの存在を知っている。ルータは、ネットワーク上のすべてのノードの物理的アドレスを記憶して、１つのノードからもう１つのノードへのデータの送信を円滑にする。

[0004]ノードは、ノードをルータに接続することによって従来のネットワークに加えられる。ルータが新しいノードの存在を検出すると、ルータはノードの物理的アドレスをそのメモリ内に記憶する。ネットワーク上のノードは、通常の方法で新たに加えられたノードと通信する。すなわち、新しいノードにアドレス指定されたデータはルータに送信され、ルータはメモリ内に記憶された、新しいノードに関連する物理的アドレスにデータを転送する。

[0005]複数のユーザノードが基地局と無線で通信することができる複数の基地局のネットワークでは、通信プロトコルは、一般に、予定されたプロトコルである。予定されたプロトコルを使用して、基地局は、ユーザノードの各々との通信を組織する。新しいノードが基地局への接続を要求する場合、予定された通信はその要求を処理するために中断される場合がある。かかる中断は、ネットワークのスループットに影響を与える可能性がある。加えて、新しいノードの許可を折衝するプロセスは、ネットワークの既存のノードによって経験される待ち時間を通信にもたらす可能性がある。

[0006]メッシュネットワーク内でデータを配信するために、中央スイッチングポイント、すなわち、ルータが存在しないため、メッシュネットワーク（ｍｅｓｈｎｅｔｗｏｒｋ）は、従来のネットワークと異なる。ノードはメッシュネットワーク上のその他のノードの存在を知っており、データは相互接続されたノードの中にデータを通過させることによってメッシュネットワークを通して送信される。メッシュネットワーク上でトラフィックを方向づけるための中央スイッチングポイントが存在しないため、ノードは、すでにメッシュネットワークの一部であるノードに接続することによってメッシュネットワークに加わらなければならない。

[0007]メッシュネットワークのノードは、特定のタイムスロットと通信プロトコルとを使用して互いに通信する。すなわち、ネットワーク内の通信が予定される。ネットワークに対して許可されることになる新しいノードはネットワークと非同期化され、現在ネットワークの一部であるノードが許可要求を認めるまで、繰返し要求しなければならない。その結果、新しいノードは、ネットワークに許可されている前に過度の時間量待つ可能性がある。さらに、ネットワークの既存のノードは、新しいノードの許可要求を処理するためにそれら既存のノードの予定された通信を中断しなければならない。かかる中断は、ネットワークのスループットに影響を与える可能性がある。

[0008]したがって、通信ネットワークに対してノードを許可するための改善された方法及び装置の必要が当技術分野に存在する。

発明の概要

[0009]本発明は、予定された通信プロトコルを使用する通信ネットワーク内に追加のノードを許可するための方法及び装置である。詳細には、ノードはネットワークの存在を検出して、ユニキャストメッセージプロトコルを使用してネットワーク上にすでに存在するノードと通信リンクを確立し、次いで、許可前情報をネットワーク上のノードに通信する。許可前が完了した後で、新しいノードはネットワークに対して許可される。

[0010]本発明の上に列挙された特徴機能が詳細に理解され得るような方法のために、上に短く要約された、本発明のより詳細な説明は、そのいくつかが添付の図面で例示される実施形態を参照することにより得られることが可能である。しかし、添付の図面は本発明の典型的な実施形態だけを例示し、したがって、本発明はその他の等しく効果的な実施形態を認めるため、その範囲を限定するものとみなされるべきでない点に留意されたい。

詳細な説明

[0015]図１は、ノード１０４に接続されたゲートウェイ１０２を備える通信ネットワーク１００の一実施形態のグラフ図である。示された例示的な実施形態では、ネットワークはメッシュネットワークである。しかし、当業者は、本明細書で説明される本発明は、予定された通信プロトコルを使用する任意の通信ネットワークの利益になり、当該通信ネットワークと共に使用されることが可能である点を理解されよう。

[0016]ノード１０４は、各ノード１０４とゲートウェイ１０２との間に複数の経路が存在するように、互いに相互接続される。各ノード１０４は、３つのモードのうちの１つで動作することが可能である。すなわち、ポイントツーポイント（ｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｐｏｉｎｔ）、マルチキャスティング、及びブロードキャスティングである。ポイントツーポイントモードでは、ノードは、通信のために１つの特定のその他のノードをアドレス指定する（すなわち、パケット又はパケットのシーケンスがもう１つのノードにアドレス指定される）。マルチキャスティングモードでは、ノードは、特定の複数のその他のノードに通信を送信する。ブロードキャストモードでは、ノードは、メッセージに関して特定の受信者ノード（ｒｅｃｉｐｉｅｎｔｎｏｄｅ）を識別せずに通信を送信する。通信は、特定のタイムスロット、すなわち予定されたプロトコル内で送信されるデータのパケットを使用して実行される。１つのかかるメッシュネットワークは、その両方が参照により本明細書に組み込まれている、２００２年４月１５日に出願した米国特許出願第１０／１２２，８８３号及び２００２年４月１５日に出願した米国特許出願第１０／１２２，８８６号で説明される。

[0017]示された例では、新しいノード１０６は、メッシュネットワーク１００に加わろうと試みている。新しいノード１０６は、データ経路１０８_１を経てノード１０４_４と、データ経路１０８_２を経てノード１０４_５と、データ経路１０８_３を経てノード１０４_６と通信することが可能である。

[0018]メッシュネットワーク１００に対して許可を求める（「子」ノードと呼ばれることがある）ノード１０６は、潜在的に共有されたチャネルによって伝えられる「ユニキャストメッセージ」を使用してネットワーク１００に対して許可を要求することによってこれを行う。（「親」ノードと呼ばれることがある）既存のネットワークノード１０４は、フレームごとに一回、特定のタイムスロット内で情報を送信する。この情報は、ノード識別情報と、その他のノード／ネットワークパラメータとを提供する。これらのメッセージは、下で説明されるように、許可前処理を実行するために必要な情報を子ノードに提供する「ネットワーク広告（ｎｅｔｗｏｒｋａｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔ）」を形成する。より詳細には、ネットワークに加わることを所望する子ノード１０６は、ネットワークの既存のノードから、（１つ又は複数の）ユニキャスト広告メッセージを聴こうとする。メッセージは、隣接ノード情報を提供すると同様に、子ノードが既存のネットワークノードと通信できるように共有され得るユニキャストスロットに関して時間を識別する。子ノード１０６は、次いで、指定されたユニキャストスロット内で許可前メッセージを送信して、チャネルを「共有する」ことが可能である。

[0019]メッシュネットワーク１００上に存在するノード１０４は、ユニキャストメッセージに関して指定されたスロット内でメッシュネットワーク１００に加わる要求を聴こうとする。メッシュネットワーク１００上に存在するノード１０４_４、１０４_５、１０４_６がメッシュネットワーク１００に加わることを所望するノード１０６からの要求を検出する場合、メッシュネットワーク１００上のノード１０４_４、１０４_５、１０４_６は、メッシュネットワーク１００に加わることを求めるノード１０６にアドレス指定された特定の応答メッセージを送信する。ノード１０６及び１０４はノード識別子を交換したため、これらのノードは、今や、指定されたスロットを使用して互いに「ユニキャスト」することが可能である。親ノードと子ノードの間のこれらの許可前通信は、親ノード１０４によって実行されるネットワークの進行中の通信サポートを中断しない。

[0020]メッセージは、当初、ネットワーク識別子と、ノード識別子と、メッシュネットワーク１００上のノード１０４_４、１０４_５、１０４_６に対するその他のノードパラメータとを含む。次いで、ノード１０６は、許可前メッセージをノード１０４_４、１０４_５、１０４_６にユニキャストする。メッシュネットワーク上のノード１０４_４、１０４_５、１０４_６は、許可前メッセージをゲートウェイ１０２に転送する。ゲートウェイ１０２は、次いで、ノード１０６を認証して、ノード１０６はネットワーク１００の一部になる。許可プロセスの詳細な説明は、図４に関して下で提示される。

[0021]本発明のその他の実施形態、すなわち、複数の基地局ネットワークでは、子ノードは、許可前メッセージを使用して基地局と通信する。子ノードをネットワークに対して許可する決定は、ゲートウェイ又は任意のその他のネットワークノードと通信することなしに基地局によって実行される。

[0022]許可前通信は、親ノードによって実行されるユーザ通信が、その許可の折衝によって影響を受けないように発生する。これらの許可前通信は、（上で議論されたように）指定されたスロット内で発生することが可能であり、又は、代替として、親ノードのユーザデータネットワークプロトコルに関連しない個々の低帯域幅のスロット付きプロトコル（ｓｌｏｔｔｅｄｐｒｏｔｏｃｏｌ）を使用して発生することが可能である。許可前プロトコルは、ユーザデータプロトコルから分離及び区別され得る。したがって、許可前折衝が完了すると、子ノードは標準通信プロトコルに「引き渡され」て、ネットワークの一員になる。

[0023]図２は、ノード１０４又はノード１０６のブロック図である。ノード１０４は、ＣＰＵ２０２と、サポート回路２０６と、メモリ２０４と、ネットワークインターフェース２０８とを備える。ＣＰＵ２０２は、１つ又は複数の簡単に利用可能なマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラを備えてよい。サポート回路２０６は、ＣＰＵの動作をサポートするために使用される良く知られた回路であり、１つ又は複数のキャッシュ、電源装置、入出力回路、ネットワークインターフェースカード、クロック回路などを備えてよい。メモリ２０４は、ランダムアクセスメモリ、読取り専用メモリ、リムーバブルディスクメモリ、フラッシュメモリ、光メモリ又はこれらのタイプのメモリの様々な組合せを備えてよい。メモリ２０４はメインメモリと呼ばれることがあり、一部分、キャシュメモリ又はバッファメモリとして使用されることが可能である。メモリ２０４は、オペレーティングシステム（ＯＳ）２１０及び許可処理ソフトウェア２１２など、様々な形態のソフトウェアとファイルとを記憶する。ネットワークインターフェース２０８は、有線であってよく、又は無線であってもよい。

[0024]図３は、ゲートウェイ１０２のブロック図である。ゲートウェイ１０２は、ＣＰＵ３０２と、サポート回路３０６と、メモリ３０４と、ネットワークインターフェース３０８とを備える。ＣＰＵ３０２は、１つ又は複数の簡単に利用可能なマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラを備えてよい。サポート回路３０６は、ＣＰＵ３０２の動作をサポートするために使用される良く知られた回路であり、１つ又は複数のキャッシュ、電源装置、入出力回路、ネットワークインターフェースカード、クロック回路などを備えてよい。メモリ３０４は、ランダムアクセスメモリ、読取り専用メモリ、リムーバブルディスクメモリ、フラッシュメモリ、光メモリ又はこれらのタイプのメモリの様々な組合せを備えてよい。メモリ３０４はメインメモリと呼ばれることがあり、一部分、キャシュメモリ又はバッファメモリとして使用されることが可能である。メモリ３０４は、オペレーティングシステム（ＯＳ）３１０及び許可処理ソフトウェア３１２など、様々な形態のソフトウェアとファイルとを記憶する。ネットワークインターフェース３０８は、ゲートウェイをメッシュネットワーク１００ならびにデータバックボーン（図示せず）に接続する。ネットワークインターフェース３０８は、有線であってよく、又は無線であってもよい。

[0025]図４は、本発明の動作の一実施形態の方法４００及び４０１の流れ図を示す。本発明の動作を最も良く理解するために、読者は図１及び図４を同時に見ることが推奨される。方法４００は、その許可処理ソフトウェアを実行するノード１０４によって実行されるプロセスステップを表し、方法４０１は、その許可処理ソフトウェアを実行するノード１０６によって実行されるプロセスステップを表す。

[0026]方法４００は、ノード１０４が指定されたスロット内でノード／ネットワーク情報（ネットワーク広告メッセージ）をブロードキャスト又はマルチキャストするステップ４０２から始まる。指定されたスロットは、所与のノードによって使用されるフレーム内で同期であるが、それらの指定されたスロットはネットワークの全域で非同期的にブロードキャストである。その結果、様々なノードは、局所データフレームタイミングと比例した異なる時間でブロードキャストされることになる。したがって、特定のフレームからかかるブロードキャストを受信するノードは、１つのフレーム期間待ち、元のブロードキャストを送信したノードと通信するためにその特定のノード向けのスロット内で送信することが可能である。ネットワークに入ることを所望するノード１０６は、広告メッセージを受信及び処理して、通信するための「最良の」ノードを決定し、次いで、ネットワークへの参入を折衝しなければならない。許可トランザクションをサポートするための通信は、親ノードと子ノードの間の共有ユニキャストチャネルを定義する指定されたスロットを使用して実行される。

[0027]ステップ４０４で、子ノード１０６は、少なくとも１つの広告メッセージを受信する。一般に、ノード１０６は、複数の隣接ノード１０４から信号を受信する。接触して、ネットワーク許可を折衝するための「最良の」ノードを決定するために、方法４０１は、受信されたブロードキャストに関して近接性の証印（ｉｎｄｉｃｉａ）を計算する。一般に、ノードは受信されたブロードキャスト信号の各々に関して、受信信号強度情報（ＲＳＳＩ）を計算する。その他の基準は、パケットに関する奏功する伝送速度、ビット誤り率などを含めて、リンクの質を決定するために使用されてよい。ステップ４０６で、方法４０１は、子ノード１０６（例えば、最大のＲＳＳＩを有するノード）に対して「最良の」質のリンクを有するノード１０６を選択する。

[0028]ステップ４０８で、方法は、選択されたノードのブロードキャストメッセージ内で送信されるノード／ネットワーク情報を復号化する。

[0029]ステップ４１０で、ノード１０６は、ネットワーク上で検出されたノードに対してデータリンクのパラメータを推定する。データリンクのパラメータは、リンクの受信信号強度、リンク上のデータの変調速度、リンクのビット誤り率、ノード識別子、ネットワーク識別子、又はリンク全体にわたる物理的距離を含んでよい。

[0030]ステップ４１２で、ノード１０６は、知られているスロット上の選択されたデータリンクを経てユニキャストメッセージを送信する。メッセージは、具体的に選択されたノードにアドレス指定されているため、ユニキャストメッセージである。すなわち、メッセージは、選択されたノード１０４に対して「トンネルを通って送られる（ｔｕｎｎｅｌｅｄ）」。指定されたスロットがフレームごとに一回出現する一実施形態では、ノード１０６は、選択されたノード１０４からのブロードキャスト信号の受信の時間から１つのフレーム期間待ち、次いで、そのユニキャストメッセージを送信する。その結果、子ノードと親ノードとは、共有ユニキャストチャネル内で通信を始める。

[0031]ステップ４１４で、選択されたノード１０４は、ユニキャストチャネル上の子ノードから許可の要求を受信する。ステップ４１６で、選択されたノード４１４は、ユニキャストメッセージを経由してノード１０６に許可前情報を送信する。この情報は、ノード１０６がネットワークから情報を受信するのに十分である。許可前メッセージは、測距（ｒａｎｇｉｎｇ）、クロック同期化、一方向又は双方向の認証、暗号情報（鍵交換）、ネットワーク構成（例えば、経路指定情報、通信渋滞情報、容量情報など）を含んでよい。

[0032]ステップ４１４で、メッセージが受信され、ステップ４２０で、ノード１０６は、ユニキャストメッセージを介してノード１０４に認証情報（パスワード及びその他のセキュリティ情報）を送信する。ノード１０４は、ステップ４２２で、認証情報をゲートウェイに転送する。ステップ４２４で、ノード１０４は、ゲートウェイから受信した許可情報をノード１０６に送信する。この情報は、ノード１０６がネットワークに関するデータベース情報にアクセスして、その伝送帯域幅を最適化することを可能にすることになる。ステップ４２６で、ノード１０６はネットワークに許可される、すなわち、切替え又は引渡しが発生して、子ノードはネットワークに許可されて、親ノードとして動作することができる。

[0033]ネットワークが複数の基地局ネットワークである場合、基地局（ノード１０４）は、ゲートウェイと通信せずに、子ノードを許可することを決定することになる。したがって、ノードは、ネットワークノードによって提供されたユーザ通信の「通常の」ネットワークサポートに影響を与えずに背景で許可前プロセスを実行し、次いで、単一のメッセージを使用して、新たに許可されたノードをネットワークに引き渡すことが可能である。新しいノードは、ユーザノードであってよく、又はもう１つの基地局ノードであってもよい。

[0034]本明細書で説明された実施形態のいずれにおいても、子ノードは、許可前プロセスが完了するまで、もう１つのネットワーク内で動作することが可能である。したがって、１つのネットワークに関して子ノードは、もう１つのネットワークに関して親ノードである可能性がある。許可前処理が完了すると、子ノードは、新しいネットワーク内で親に切り替わり、その他のネットワークから分離する。

[0035]前述の説明は、本発明の実施形態に関するが、本発明のその他の及びさらなる実施形態は、本発明の基本範囲から逸脱せずに考案されることが可能であり、本発明の範囲は特許請求の範囲によって決定される。

予定された通信プロトコルを使用する通信ネットワークのグラフィック図である。ノードのブロック図である。ゲートウェイのブロック図である。本発明の実施の方法を詳細に述べる流れ図である。

Claims

ノードをネットワークに対して許可する方法であって、
第１のノードが第１のネットワーク内で動作する間、前記第１のネットワーク内での前記第１のノードの前記動作を中断せずに第２のノードと許可前通信を実行するステップ
を含む方法。
（請求項２）
前記許可前通信が、
前記第１のノードから広告メッセージを聴くステップと、
前記第２のノードから前記第１のノードに送信されたユニキャストメッセージを使用して、前記ネットワーク内への許可を折衝するステップと
を含む、請求項１に記載の方法。
前記収集ステップが、前記メッシュネットワーク上の前記少なくとも１つのノードからの受信信号強度を計算するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記推定ステップが、リンク容量を使用して前記データリンクの前記パラメータを推定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記ブロードキャストメッセージが、ネットワークパラメータとノードパラメータとを含む、請求項１に記載の方法。
前記ネットワークパラメータ及び前記ノードパラメータがノード識別子を含む、請求項１に記載の方法。
認証前情報を前記メッシュネットワーク上の前記選択されたノードからメッシュゲートウェイに送信するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記メッシュゲートウェイが、前記メッシュネットワークに加わることを求める前記ノードを認証する、請求項６に記載の方法。
ネットワーク通信を提供する装置であって、
メッシュネットワーク内の少なくとも１つのノードから識別ブロードキャストメッセージを聴く手段と、
前記少なくとも１つのノードから近接性の証印を収集する手段と、
前記近接性の証印に基づいてノードを選択する手段と、
前記選択されたノードの通信パラメータを推定する手段と、
前記選択されたノードに対してユニキャストメッセージを使用して前記ネットワーク内への許可を折衝する手段と
を備える装置。
前記収集ステップが、前記メッシュネットワーク上の前記少なくとも１つのノードから受信信号強度を計算するステップをさらに備える、請求項８に記載の装置。
前記推定する手段が、リンク容量を使用して前記データリンクの前記パラメータを推定する、請求項８に記載の装置。
前記ブロードキャストメッセージが、ネットワークパラメータとノードパラメータとを備える、請求項８に記載の装置。
前記ネットワークパラメータ及び前記ノードパラメータがノード識別子を備える、請求項１１に記載の方法。
認証前情報を前記メッシュネットワーク上の前記選択されたノードからメッシュゲートウェイに送信するための手段をさらに備える、請求項１２に記載の方法。
前記メッシュゲートウェイが前記メッシュネットワークに加わることを求める前記ノードを認証する、請求項１３に記載の方法。
メッシュゲートウェイと、
複数のノードと、
前記ネットワークに対して許可を求める第１のノードと
を含むネットワークであって、
前記第１のノードが
メッシュネットワーク内の少なくとも１つのノードから識別ブロードキャストメッセージを聴く手段と、
前記少なくとも１つのノードから近接性の証印を収集する手段と、
前記近接性の証印に基づいてノードを選択する手段と、
前記選択されたノードの通信パラメータを推定する手段と、
前記選択されたノードに対してユニキャストメッセージを使用して前記ネットワーク内への許可を折衝する手段と
を含む、ネットワーク。
前記収集するステップが、前記メッシュネットワーク上の前記少なくとも１つのノードからの受信信号強度を計算するステップをさらに備える、請求項１５に記載の装置。
前記推定するための手段が、リンク容量を使用して前記データリンクの前記パラメータを推定する、請求項１６に記載の装置。
前記ブロードキャストメッセージがネットワークパラメータとノードパラメータとを含む、請求項１５に記載の装置。
前記ネットワークパラメータ及び前記ノードパラメータがノード識別子を含む、請求項１５に記載の方法。
認証前情報を前記メッシュネットワーク上の前記選択されたノードからメッシュゲートウェイに送信するための手段をさらに含む、請求項１９に記載の方法。