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技術 通信方法及び情報処理装置

出願人 富士通株式会社
発明者 安部貴之伊藤昭夫
出願日 2012年8月7日 (8年4ヶ月経過) 出願番号 2012-175289
公開日 2014年2月24日 (6年10ヶ月経過) 公開番号 2014-036273
状態 特許登録済
技術分野 移動無線通信システム
主要キーワード 稼働頻度 環境エネルギー グループ化手法 稼働回数 センサグループ データ収集ノード 事前計測 稼働モード
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2014年2月24日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (16)

課題

通信効率を向上させる。

解決手段

通信方法において、所定の位置に設置された複数のノードを複数のグループに分けるグループ化ステップと、前記グループ化ステップによりグループ化された各グループに含まれるノードの稼働及び停止のタイミングが他のグループと重ならず、何れか1つのグループのノードが稼働している状態となるように前記複数のノードに稼働制御を行うノード稼働制御ステップと、稼働中のノードに含まれる検出手段からの検出データを取得する検出データ取得ステップとを有する。

概要

背景

近年では、様々なセンサデバイスを用いて情報を収集するセンサネットワーク技術が開発されている。センサネットワーク技術は、例えば温度や湿度降雨量風速等の環境を計測するものや、地震等による大規模構造物の損傷を検出するための構造ヘルスモニタリングシステム等がある。

ここで、上述したセンサデバイスを稼働させるには電力が必要となるが、例えばセンサシステム屋外に設置されているような場合には、電源供給は容易ではない。従来では、センサデバイスの動力源として、太陽光振動風力、熱といった環境エネルギーを電力に変換する(エナジーハーベスト)技術があるが、上述した技術よりも、二次電池等によるバッテリが用いられることの方が多い。なお、バッテリに蓄えられる電力は、有限であるため、できるだけバッテリ寿命を長持ちさせるようなセンサデバイスが求められる。また、センサデバイスのハード面での省電力化と共に、センサデバイスの制御システムといったソフト面からも省電力化が必要になる。

例えば、無線通信方式によるセンサネットワークにおいて、センサデバイスの消費電力が最も大きいのは無線通信のための通信モジュールである。そこで、従来では、通信モジュールを間欠動作させ、稼働モード(Wake)と停止モード(Sleep)を周期的に繰り返すことで、停止期間の消費電力を抑え、バッテリ寿命を延ばす手法が知られている。この場合、通信モジュール間でのデータの送受信は、稼働期間だけで行われる。

なお、従来では、全端末ゲートウェイとが起動周期起動位相、及び起動期間を合わせて、起動と停止の切り替え動作を行う手法や、グループ内で交代して代表端末を決定し車と通信を行う手法が存在する。また、従来では、移動体端末をグループに分け、それぞれのグループにおける通信を別々の周波数で行う手法が存在する(例えば、特許文献1〜3参照)。

概要

通信効率を向上させる。通信方法において、所定の位置に設置された複数のノードを複数のグループに分けるグループ化ステップと、前記グループ化ステップによりグループ化された各グループに含まれるノードの稼働及び停止のタイミングが他のグループと重ならず、何れか1つのグループのノードが稼働している状態となるように前記複数のノードに稼働制御を行うノード稼働制御ステップと、稼働中のノードに含まれる検出手段からの検出データを取得する検出データ取得ステップとを有する。

目的

開示の技術は、かかる問題を鑑み、通信効率を向上させることを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

この技術が所属する分野

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請求項1

所定の位置に設置された複数のノードを複数のグループに分けるグループ化ステップと、前記グループ化ステップによりグループ化された各グループに含まれるノードの稼働及び停止のタイミングが他のグループと重ならず、何れか1つのグループのノードが稼働している状態となるように前記複数のノードに稼働制御を行うノード稼働制御ステップと、稼働中のノードに含まれる検出手段からの検出データを取得する検出データ取得ステップとを有することを特徴とする通信方法

請求項2

前記グループ化ステップは、前記複数のノードに対して計測された電波強度に基づいて、各グループに含まれるノードの電波強度の平均値が所定の条件を満たすように、前記各グループにノードを割り振ることを特徴とする請求項1に記載の通信方法。

請求項3

前記グループ化ステップは、前記複数のノードに対して計測された通信時間に基づいて、各グループに含まれるノードの通信時間の平均値が所定の条件を満たすように、前記各グループにノードを割り振ることを特徴とする請求項1又は2に記載の通信方法。

請求項4

前記ノード稼働制御ステップは、前記グループ化ステップによりグループ化されたグループ数に応じて前記稼働及び停止のタイミングを調整することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の通信方法。

請求項5

前記グループ化ステップにより前記複数のノードをグループ化する前に、前記複数のノードに対して問い合わせ情報を送信し、前記複数のノードから得られる応答情報を受信することで、前記グループ化ステップにより前記複数のノードをグループ化するための情報を計測する事前計測ステップを有することを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の通信方法。

請求項6

記事計測ステップによる計測において、前記応答情報が受信できない未応答ノードが存在する場合に、前記応答情報を受信した応答ノードから、前記未応答ノードからの応答情報の取得を代理させるノードを選択し、選択した代理ノード依頼指示を送信する代理ノード制御ステップを有することを特徴とする請求項5に記載の通信方法。

請求項7

所定の位置に設置された複数のノードを複数のグループに分けるグループ化手段と、前記グループ化手段によりグループ化された各グループに含まれるノードの稼働及び停止のタイミングが他のグループと重ならず、何れか1つのグループのノードが稼働している状態となるように前記複数のノードに稼働制御を行うノード稼働制御手段と、稼働中のノードに含まれる検出手段からの検出データを取得する検出データ取得手段とを有することを特徴とする情報処理装置

技術分野

0001

本願は、無線ネットワーク通信方法及び情報処理装置に関する。

背景技術

0002

近年では、様々なセンサデバイスを用いて情報を収集するセンサネットワーク技術が開発されている。センサネットワーク技術は、例えば温度や湿度降雨量風速等の環境を計測するものや、地震等による大規模構造物の損傷を検出するための構造ヘルスモニタリングシステム等がある。

0003

ここで、上述したセンサデバイスを稼働させるには電力が必要となるが、例えばセンサシステム屋外に設置されているような場合には、電源供給は容易ではない。従来では、センサデバイスの動力源として、太陽光振動風力、熱といった環境エネルギーを電力に変換する(エナジーハーベスト)技術があるが、上述した技術よりも、二次電池等によるバッテリが用いられることの方が多い。なお、バッテリに蓄えられる電力は、有限であるため、できるだけバッテリ寿命を長持ちさせるようなセンサデバイスが求められる。また、センサデバイスのハード面での省電力化と共に、センサデバイスの制御システムといったソフト面からも省電力化が必要になる。

0004

例えば、無線通信方式によるセンサネットワークにおいて、センサデバイスの消費電力が最も大きいのは無線通信のための通信モジュールである。そこで、従来では、通信モジュールを間欠動作させ、稼働モード(Wake)と停止モード(Sleep)を周期的に繰り返すことで、停止期間の消費電力を抑え、バッテリ寿命を延ばす手法が知られている。この場合、通信モジュール間でのデータの送受信は、稼働期間だけで行われる。

0005

なお、従来では、全端末ゲートウェイとが起動周期起動位相、及び起動期間を合わせて、起動と停止の切り替え動作を行う手法や、グループ内で交代して代表端末を決定し車と通信を行う手法が存在する。また、従来では、移動体端末をグループに分け、それぞれのグループにおける通信を別々の周波数で行う手法が存在する(例えば、特許文献1〜3参照)。

先行技術

0006

特開2011−223419号公報
特開2007−188141号公報
特開2009−278581号公報

発明が解決しようとする課題

0007

しかしながら、特許文献1に示すような従来手法では、起動モードと停止モードとを交互に繰り返すが、停止モードではデータを送信することはできず、起動モードでのみデータ送信を行うことになる。そのため、従来手法では、起動時にデータ送信が集中してしまうと共にスリープ時にデータを送信することができない。また、特許文献2,3に示すような従来手法では、例えば上述したセンサネットワークに適したグループ化が行われていない。したがって、従来手法では、通信効率を向上させることはできない。

0008

開示の技術は、かかる問題を鑑み、通信効率を向上させることを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

開示の一態様における通信方法は、所定の位置に設置された複数のノードを複数のグループに分けるグループ化ステップと、前記グループ化ステップによりグループ化された各グループに含まれるノードの稼働及び停止のタイミングが他のグループと重ならず、何れか1つのグループのノードが稼働している状態となるように前記複数のノードに稼働制御を行うノード稼働制御ステップと、稼働中のノードに含まれる検出手段からの検出データを取得する検出データ取得ステップとを有する。

発明の効果

0010

開示の技術によれば、通信効率を向上させることができる。

図面の簡単な説明

0011

本実施形態におけるセンサネットワークシステム概略構成の一例を示す図である。
データ収集装置機能構成の一例を示す図である。
データ収集装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
ノードの機能構成の一例を示す図である。
ノードのハードウェア構成の一例を示す図である。
データ収集装置におけるデータ収集処理の一例を示すフローチャートである。
グループ化処理の一例を示すフローチャートである。
ノードにおけるデータ収集処理の一例を示すフローチャートである。
代理GW処理の一例を示すフローチャートである。
本実施形態におけるノードリストの一例を示す図である。
電波到達範囲外にあるノードに対する事前計測手法を説明するための図である。
本実施形態におけるグループ化の第1実施例を示す図である。
本実施形態におけるグループ化の第2実施例を示す図である。
グループ化されたノードの稼働制御の一例を説明するための図である。
グループ毎の稼働制御例を説明するための図である。

実施例

0012

以下、添付図面を参照しながら実施例について詳細に説明する。なお、以下の説明では、一例として、構造ヘルスモニタリング技術等に用いられるセンサネットワーク(無線ネットワーク)の構成について説明するが、適用範囲等についてはこれに限定されるものではない。

0013

<センサネットワークシステムの概略構成例>
図1は、本実施形態におけるセンサネットワークシステムの概略構成の一例を示す図である。図1に示すセンサネットワークシステム10は、情報処理装置の一例としてのデータ収集装置11と、複数のノード12−1〜12−9(以下、必要に応じて「ノード12」と総称する)とを有する。なお、データ収集装置11やノード12の数、設置位置等については、図1の例に限定されるものではない。

0014

データ収集装置11は、各ノード12が取得した情報を収集する。具体的には、データ収集装置11は、例えば各ノード12に設けられた所定の情報の検出を行うセンサ(検出手段)によって検出された情報等を収集する。なお、データ収集装置11は、例えばゲートウェイ装置ゲートウェイノード)であるが、これに限定されるものではない。

0015

また、データ収集装置11は、各ノード12をグループ化するために各ノード12から所定の情報を取得する。なお、データ収集装置11は、あるノードから情報が取得できなかった場合には、そのノードの近くに設置されたノードにデータ収集の代理をさせるための各種制御を行う。また、データ収集装置11は、各ノード12から得られた情報に基づいて、グループ化を行い、各グループに含まれるノード12の稼働及び停止のタイミング(周期)が他のグループと重ならないように各ノード12に稼働制御を行う。また、データ収集装置11は、例えば全ノードが停止することがないように、センサネットワークシステム10の稼働時等の所定期間において、複数のグループのうち、何れか1つのグループのノード12が稼働している状態となるように稼働制御を行う。

0016

ここで、稼働とは、例えばノード12内の通信モジュール等を稼働させてデータの送受信が可能な状態をいい、停止とは、例えば上述した通信モジュール等を停止させてデータの送受信が不可能な状態をいうが、これに限定されるものではない。また、停止時には、通信モジュール等に対する電力供給を行わなくてよいため、省電力化が図れる。

0017

つまり、本実施形態では、グループ毎のノードのみを稼働させるため、電力消費を抑えることができ、更に全ノードが停止することがないため、通信効率を向上させることができる。

0018

また、データ収集装置11は、各グループ間稼働回数稼働時間が均等になるように、稼働制御を行うことができる。これにより、本実施形態では、あるグループを使用しすぎて劣化が著しくなるようなことがなくなる。

0019

なお、データ収集装置11は、例えば各ノードに含まれるセンサから得られた検出データを有線又は無線通信ネットワークを介して、他の装置(例えば、管理サーバ等)に送信することもできる。

0020

ノード12は、予め設定された位置に設置されており、各ノード12が取得した問い合わせ情報(例えば、応答要求)に対する応答情報や、センサ等により検出された検出データ等、予め記憶されている情報等を、データ収集装置11に直接送信する。また、ノード12は、センサネットワークとして、図1点線に示すようにリンクされた他のノード12等を経由して、データを目的地(例えば、データ収集装置11)に送信する。

0021

なお、ノード12が送信する情報としては、例えば各ノード12に設けられたセンサ(ノードセンサ)で検出された検出データ等があるが、これに限定されるものではない。検出データとしては、例えば構造ヘルスモニタリングであれば、モニタリングを行う対象の構造物(例えば、建物や橋、道路等)の変形やひび割れ、破損、破壊時に生じる音を検出し、その音を検知したことを示す情報を含む。また、検出データの例としては、例えば検知した音から推測される構造物の変化や破損等の種類や程度を示す情報等を含むがこれに限定されるものではない。また、ノード12は、例えばモニタリング対象(例えば、構造物)の内部や近接、又は対象物に接して設置されるが、これに限定されるものではない。

0022

また、ノード12は、データ収集装置11からのゲートウェイ代理制御の指示に応じて他のノードからの所定の情報を収集することもできる。その場合、代理ゲートウェイ(以下、「代理GW」という)として動作しているノード(代理ノード)からの問い合わせ情報を受けた他のノードは、その代理GWに応答情報を送信する。代理GWとして動作している代理ノードは、他のノードから取得した情報をデータ収集装置11に送信する。

0023

なお、各ノード12間や、ノード12とデータ収集装置11との間でのデータの送受信は、例えば無線通信等により行われる。無線通信の種類としては、例えば近距離無線通信(例えば、Bluetooth(登録商標)やWi−Fi(登録商標)、無線LAN(Local Area Network))等を使用することができるが、これに限定されるものではない。

0024

また、上述した図1に示すセンサネットワークシステム10は、一例として、メッシュマルチホップ型センサネットワーク(以下、「メッシュネットワーク」という)を示している。メッシュネットワークとは、ネットワーク上に存在する各ノード12間で情報の送受信を可能にすることで、例えば無線ネットワーク間に障害物が存在したとしても、その障害物を回避してデータを目的地に送信することができる。そのため、メッシュネットワークは、広範囲にノード12を設置することができる。

0025

ここで、従来のネットワークでは、ノード12内で消費電力の大きい通信モジュールを稼働モード(Wake)や停止モード(Sleep)で動作させると、稼働モード内でしたデータを送信できないため、送信完了までに時間がかかる。そこで、本実施形態では、データ収集装置11において、各ノード12を用いて多重停止モードによる制御を行う。つまり、本実施形態では、例えばセンサネットワークシステム10に含まれるノード12−1〜12−9を複数のグループに分け、各グループにおける稼働及び停止のタイミング(Wake周期、Sleep周期)が重ならないように稼働制御を行う。また、本実施形態では、複数のグループのうち、システム稼働時等の所定期間において、何れか1つのグループに含まれるノード12が稼働している状態となるように稼働制御を行うことで、全ノードが停止する期間がないため、通信効率を向上させることができる。

0026

具体的には、本実施形態では、図1に示すようにモニタリング対象である所定の位置(領域)に設置された複数のノード12−1〜12−9に対して、所定の条件に基づいてグループ化する。また、本実施形態では、グループ化された各グループの停止時間をずらすことによって、ネットワーク全体の消費電力を増やすことなく、通信効率を向上させる。なお、所定の条件とは、例えば各グループ間で、データ収集装置11における各ノード12からの電波強度や、各ノード間との通信時間、検出範囲等に基づいて精度が偏ることがないような条件が設定される。

0027

なお、本実施形態では、グループ毎にノードを稼働させ、各ノード間等で送受信を行う場合に、複数の送信周波数を用いることで、同時に複数のデータを送受信させることができる。これにより、本実施形態では、通信効率を向上させることができる。

0028

<データ収集装置11の機能構成例
次に、上述したセンサネットワークシステム10におけるデータ収集装置11の機能構成例について、図を用いて説明する。図2は、データ収集装置の機能構成の一例を示す図である。図2に示すデータ収集装置11は、入力手段21と、出力手段22と、記憶手段23と、パラメータ設定手段24と、事前計測手段25と、代理ゲートウェイ(GW)設定手段26と、グループ化手段27と、ノード稼働制御手段28と、検出データ取得手段29と、通信手段30と、制御手段31とを有する。

0029

入力手段21は、データ収集装置11を使用するユーザ等からの各種指示の開始や終了、設定情報の入力等の各種入力を受け付ける。具体的には、入力手段11は、例えばセンサネットワークシステム10に含まれる各ノード12の管理を行ったり、各ノード12を所定数のグループにグループ化するための処理を行う。なお、入力手段21により取得される情報の入力は、例えばキーボードマウス等の入力インターフェース等による入力でもよく、また画面を用いたタッチパネル形式の入力でもよい。更に、入力手段21は、例えばマイクロフォン等により音声を入力する音声入力手段を有していてもよい。

0030

出力手段22は、入力手段21により入力された内容や、入力内容に基づいて実行された内容等の出力を行う。なお、出力手段22は、例えば画面表示により出力する場合には、ディスプレイ等の表示手段を有し、音声により出力する場合には、例えばスピーカ等の音声出力手段を有していてもよい。また、入力手段21及び出力手段22は、例えばタッチパネル等のように入出力一体型であってもよい。

0031

記憶手段23は、本実施形態における各処理の実行に必要な各種情報を記憶する。具体的には、本実施形態におけるグループ化するための各種パラメータや事前計測結果、代理GWによる計測結果、グループ化結果、ノードに代理GWとしての処理を行わせるための各種情報、各ノード12に含まれるセンサから検出された検出データ等を記憶する。記憶手段23に記憶される情報は、これに限定されるものではなく、例えば各処理の実行結果等のログ情報エラー情報等も記憶される。

0032

また、記憶手段23は、記憶された各種情報を必要に応じて所定のタイミングで読み出したり、書き込んだりすることができる。また、記憶手段23は、上述したような多種の情報の集合物であり、それらの情報を、例えばキーワード等を用いて検索し、抽出することができるように体系的に構成されているデータベースとしての機能を有していてもよい。記憶手段23は、例えばハードディスクメモリ等からなる。

0033

パラメータ設定手段24は、ノード12をどの程度のグループに分けるか(グループ数)、又は分けるときの基準となる各種パラメータや閾値等の情報を設定する。なお、グループ数を設定する場合には、例えばセンサネットワークシステム10に含まれるノード数に応じてグループ数を設定してもよく、また1グループに含まれる最小ノード数や最大ノード数等を設定しておき、この設定値に基づいてグループ数を設定してもよい。

0034

事前計測手段25は、各ノード12をグループ化する場合に、各グループ間で電波強度や通信時間等に大きな差(偏り)が生じないように、グループ化する前に、グループ化するときの基準となる所定の情報の計測を行う。具体的には、事前計測手段25は、データ収集装置11の周囲のノード12に対して問い合わせ情報(応答要求)を送信し、その応答情報を各ノード12から取得することで、各ノード12の電波強度や通信時間等のうち、少なくとも1つを取得する。なお、電波強度や通信時間は、例えばデータ収集装置11が各ノード12から直接信号の送受信を行って計測してもよく、代理GWとしてのノード12と他のノードとにおける電波強度や通信時間を用いて計測してもよい。

0035

また、事前計測手段25は、計測結果に基づいて応答ノードリストや未応答ノードリストを生成する。本実施形態では、上述した未応答ノードリストを用いて代理GWに未応答ノードに対する計測を行わせ、応答ノードリストを用いて各ノードのグループ化を行う。

0036

なお、事前計測手段25は、例えば各ノード12を接続しているネットワーク(トポロジ)を、事前計測時に所定のネットワーク(例えば、ツリー型ネットワーク)に切り換えるように各ノード12を制御する信号を生成して各ノード12に送信することもできる。これにより、本実施形態では、ノード間の通信経路を制限することができるため、例えば各通信時間を図るときに、予め設定されたツリー型ネットワークに基づき通信時間を取得することができ、適切かつ効率的に対象ノードからの通信時間を取得することができる。

0037

代理GW制御手段26は、事前計測手段25等において、例えば障害物等による電波障害や問い合わせ情報が届いていない等の理由により、応答情報が得られないノードが存在する場合に、データ収集装置11に変わって応答情報を取得する代理GWを設定する。なお、代理GWとなるノードは、例えばデータ収集装置11との通信が可能であり、また所定の計測結果が得られていないノード間での通信も可能なノードが好ましいが、これに限定されるものではない。例えば、代理GW制御手段26は、電波強度を取得できたノード12のうち、強度の値が最も弱いノード又は通信時間が最も長いノード等を、データ収集装置11から最も遠い位置にあるノードとして代理GWに設定してもよい。また、代理GW制御手段26は、例えば未応答ノードがある領域に多く存在する場合には、予め設定されたノードの設置位置情報に基づいて、その領域の近くで応答のあったノード12を選択し、選択したノードを代理GWに設定してもよい。本実施形態では、未応答ノードに近いノードを選択することで、未応答ノード間との電波障害等が生じにくく、応答を受信し易くなる。

0038

また、代理GW制御手段26は、選択されたノードに対して代理GWの依頼指示(依頼コマンド)を送信する。このとき、代理GW制御手段26は、未応答ノードリストも送信する。また、代理GW制御手段26は、代理GWから得られる応答ノードリスト、未応答ノードリストを取得する。代理GW制御手段26は、事前計測手段25により得られた応答ノードリストの情報を、代理GWから取得した応答ノードリストの情報で更新する。また、代理GW制御手段26は、代理GWから未応答ノードリストの情報を取得した場合には、更に別の代理GWとなるノードを選択し、選択したノードに依頼指示等を送信する。

0039

代理GW制御手段26は、上述した制御を所定時間又は所定回数繰り返すことで、できる限り多くのノードを含む応答ノードリストを生成する。なお、代理GW制御手段26は、上述した制御を所定時間又は所定回数繰り返しても未応答ノードが存在する場合には、そのノードをグループ化の対象に含めなかったり、エラーリスト等を生成することもできる。

0040

グループ化手段27は、事前計測手段25や代理GW制御手段26により得られる各ノード12の計測結果(応答ノードリスト)と、パラメータ設定手段24により設定されたグループ数等の条件とを含む情報に基づいて、各ノード12のグループ化を行う。また、グループ化手段27は、所定のタイミングや所定の条件に基づいて、再グループ化を行ってもよい。なお、再グループ化を行う所定のタイミングや所定の条件とは、例えばセンサネットワークシステム10に新たなノードが所定数以上追加(増設)した場合や、故障したノードが所定数以上存在する場合等であるが、これに限定されるものではない。

0041

ノード稼働制御手段28は、各ノード12に対する稼働指示を制御する。具体的には、ノード稼働制御手段28は、例えばグループ化手段27において、グループ化された各グループに含まれるノード12に対して、グループ毎に稼働や停止のタイミング(周期等)を制御する。このとき、ノード稼働制御手段28は、例えば各グループにおいて、停止モードに移動するタイミングが他のグループを重ならず、更にシステム稼働時等の所定期間において、何れか1つのグループのノード12が稼働している状態となるように制御する。これにより、データ送信ができない期間がなくなり、ノード12が稼働するまで待つといった時間制御がなくなるため、通信効率を向上させることができる。また、ノード稼働制御手段28は、各グループが交互又は所定の順番で稼働するように制御したり、稼働回数や稼働時間が他のグループと均等になるように制御することができる。これにより、本実施形態では、あるグループを使用しすぎて劣化が著しくなるようなことがなくなる。ノード稼働制御手段28は、上述した各ノード12に対する稼働制御内容を所定のコマンド等により各ノード12に送信する。

0042

検出データ取得手段29は、各ノード12から送信された情報を取得する。具体的には、検出データ取得手段29は、例えば構造ヘルスモニタリング等の処理において、構造物の変形やひび割れ、破損、破壊等を検知したセンサの検出データ(例えば、位置情報や、種類、破損の程度等を含む)等を取得する。また、検出データ取得手段29は、取得した検出データ等を用いて構造物の解析等を行ってもよい。検出データ取得手段29により取得した検出データ等は、記憶手段23等に記憶される。

0043

通信手段30は、例えばインターネットやLAN等に代表される通信ネットワークを介してノード12やその他の外部装置とデータの送受信を行うための送受信手段である。ここで、送受信手段20は、ノード12や外部装置等に記憶されている各種情報等を受信することができ、またデータ収集装置11で処理された結果を、通信ネットワークを介してノード12や外部装置等に送信することもできる。

0044

制御手段31は、コード収集装置11の各構成部全体の制御を行う。具体的には、制御手段31は、例えばユーザ等による入力手段21からの指示等に基づいて、グループ化されたノード12を用いた稼働制御等の各制御を行う。ここで、上述したデータ収集装置11としては、例えばPersonal Computer(PC)やサーバ等を用いることができるが、これに限定されるものではない。

0045

上述したように、データ収集装置11では、各ノード12をグループ化し、各グループ毎にスリープ時間をずらすことにより、ネットワーク全体の消費電力を増やすことなく通信効率を向上させることができる。なお、本実施形態では、グループ毎に複数の送信周波数を用いることもできる。これにより、複数のノードが同時に通信を行うこともできる。

0046

<データ収集装置11:ハードウェア構成>
ここで、上述したデータ収集装置11においては、各機能をコンピュータに実行させることができる実行プログラムデータ収集プログラム)を生成し、例えば汎用のPC等にその実行プログラムをインストールすることにより、本実施形態におけるデータ収集処理を実現することができる。ここで、本実施形態におけるデータ収集処理が実現可能なコンピュータのハードウェア構成例について図を用いて説明する。

0047

図3は、データ収集装置のハードウェア構成の一例を示す図である。図3に示すハードウェア構成は、入力装置41と、出力装置42と、ドライブ装置43と、補助記憶装置44と、主記憶装置45と、各種制御を行うCentral Processing Unit(CPU)46と、ネットワーク接続装置47とを有するよう構成されており、これらはシステムバスBで相互に接続されている。

0048

入力装置41は、ユーザ等が操作するキーボード及びマウス等のポインティングデバイスや、マイクロフォン等の音声入力デバイスを有しており、ユーザ等からのプログラム実行指示、各種操作情報ソフトウェアを稼働するための情報等を入力する。

0049

出力装置42は、本実施形態における処理を行うためのコンピュータ本体を操作するのに必要な各種ウィンドウやデータ等を表示するディスプレイを有し、CPU46が有する制御プログラムによりプログラムの実行経過や結果等を表示することができる。また、出力装置42は、上述の処理結果等を紙等の印刷媒体印刷して、ユーザ等に提示することができる。

0050

ここで、本実施形態においてコンピュータ本体にインストールされる実行プログラムは、例えばUniversal Serial Bus(USB)メモリやCD−ROM、DVD等の可搬型記録媒体48等により提供される。プログラムを記録した記録媒体48は、ドライブ装置43にセット可能であり、CPU46からの制御信号に基づき、記録媒体48に含まれる実行プログラムが、記録媒体48からドライブ装置43を介して補助記憶装置44にインストールされる。

0051

補助記憶装置44は、ハードディスク等のストレージ手段であり、CPU46からの制御信号に基づき、本実施形態における実行プログラムや、コンピュータに設けられた制御プログラム等を蓄積し、必要に応じて入出力を行うことができる。補助記憶手段44は、CPU46からの制御信号等に基づいて、記憶された各情報から必要な情報を読み出したり、書き込むことができる。

0052

主記憶装置45は、CPU46により補助記憶装置44から読み出された実行プログラム等を格納する。なお、主記憶装置45は、Read Only Memory(ROM)やRandom Access Memory(RAM)等からなる。

0053

CPU46は、オペレーティングシステム等の制御プログラム、及び主記憶装置45に格納されている実行プログラムに基づいて、各種演算や各ハードウェア構成部とのデータの入出力等、コンピュータ全体の処理を制御して各処理を実現することができる。なお、プログラムの実行中に必要な各種情報等は、補助記憶装置44から取得することができ、また実行結果等を格納することもできる。

0054

具体的には、CPU46は、例えば入力装置41から得られるプログラムの実行指示等に基づき、補助記憶装置44にインストールされたデータ収集プログラムを実行させることにより、主記憶装置45上でプログラムに対応する処理を行う。

0055

例えば、CPU46は、上述したようにデータ収集プログラムを実行させることで、上述したパラメータ設定手段24におけるパラメータ設定処理や事前計測手段25における事前計測処理、グループ化手段25による各ノード12のグループ化処理等を行う。また、CPU46は、上述したようにデータ収集プログラムを実行させることで、ノード稼働制御手段28によるノード稼働制御処理や代理GW制御手段26による代理GW設定処理、検出データ取得手段29による検出データ取得処理等を行う。なお、CPU46における処理内容は、これに限定されるものではない。CPU46により実行された内容は、必要に応じて補助記憶装置44に記憶させることができる。

0056

ネットワーク接続装置47は、CPU46からの制御信号に基づき、通信ネットワーク等と接続することにより、実行プログラムやソフトウェア、ユーザ情報等を、通信ネットワークに接続されている外部装置等から取得する。また、ネットワーク接続装置47は、プログラムを実行することで得られた実行結果又は本実施形態における実行プログラム自体を外部装置等に提供することができる。

0057

上述したようなハードウェア構成により、本実施形態におけるデータ収集処理を実行することができる。また、プログラムをインストールすることにより、汎用のPCやサーバ等で本実施形態におけるデータ収集処理を容易に実現することができる。

0058

<ノード12の機能構成例>
次に、上述したセンサネットワークシステム10におけるノード12の機能構成例について、図を用いて説明する。図4は、ノードの機能構成の一例を示す図である。図4に示すノード12は、検出手段51と、通信手段52と、代理GW手段53と、稼働制御手段54と、トポロジ切換制御手段55と、制御手段56とを有する。

0059

検出手段51は、予め設定されたセンサ等を用いて音や光、温度、圧力、流量等の計測の対象となる物理量等の情報を検知し、検知した情報を処理しやすい信号(検出データ等)に変換する。なお、本実施形態では、センサの一例として、例えば材料や構造物の変形やひび割れ、破損、破壊時等に生じる音を検知するアコスティックエミッションAE)センサを用いることができるが、これに限定されるものではない。例えば、他のセンサとして、超音波探傷UT)センサ等を用いることができる。

0060

通信手段52は、他のノード12やデータ収集装置11とのデータの送受信を行う送受信手段である。具体的には、通信手段52は、無線通信を行うことができるが、これに限定されるものではなく、一部又は全部で有線通信を用いてもよい。また、本実施形態では、上述したようにメッシュネットワークを構築するための通信手段を用いることができるが、これに限定されるものではない。

0061

代理GW手段53は、ゲートウェイ(GW)としてのデータ収集装置11からの依頼指示により、データ収集装置11の代理GW(代理ノード)として、データ収集装置11における処理の一部(例えば、事前計測手段25等)と同様の処理を行う。具体的には、代理GW手段53は、通信可能な他のノード12に対して、グループ化する前に、グループ化するときの基準となる所定の情報の計測を行う。

0062

例えば、代理GW手段53は、データ収集装置11からの依頼指示と共に受信する未応答ノードリストに基づいて、自己のノードの周囲にある未応答ノードに対して問い合わせ情報を送信する。また、代理GW手段53は、問い合わせ情報に対応する応答情報を未応答ノードから取得することで、各ノード12の電波強度や通信時間等のうち、少なくとも1つを取得する。代理GW手段53は、取得した電波強度や通信時間等の計測結果に基づいて、上述した応答ノードリストや未応答ノードリスト等を生成し、通信手段52を介してデータ収集装置11に送信する。

0063

稼働制御手段54は、データ収集装置11から得られる稼働制御情報に基づいて、自分が所属するグループに対応する稼働タイミング(Wake)や停止タイミング(Sleep)に合わせて稼働制御を行う。

0064

トポロジ切換制御手段55は、データ収集装置11から得られるトポロジ設定の変更制御に基づいて、通信ネットワークの接続形態を変更して各ノード間等におけるデータの送受信を行う。なお、通信ネットワークの接続形態の変更としては、例えばメッシュネットワークとツリー型ネットワークとの変更等があるが、これに限定されるものではない。

0065

制御手段56は、ノード12の各構成部全体の制御を行う。具体的には、制御手段56は、通信制御や代理GW制御、稼働制御、トポロジ切換制御等の各制御を行う。

0066

<ノード12:ハードウェア構成>
ここで、上述したノード12においては、各機能をコンピュータに実行させることができる実行プログラム(データ収集プログラム)を生成し、汎用のノード装置等にその実行プログラムをインストールすることにより、本実施形態におけるデータ収集処理を実現することができる。ここで、本実施形態におけるデータ収集処理が実現可能なコンピュータのハードウェア構成例について図を用いて説明する。

0067

図5は、ノードのハードウェア構成の一例を示す図である。図5に示すハードウェア構成は、センサ61と、マイクロコントローラユニット62と、メモリ63と、バッテリ64と、通信モジュール65と、アンテナ66とを有する。

0068

センサ61は、上述したように音や光、温度、圧力、流量等の計測の対象となる物理量等の情報を検出する検出手段である。なお、センサ61は、検出条件に応じて選択的に設けられていてもよく、例えば構造ヘルスモニタリングであれば、上述したAEセンサやUTセンサ等を用いることができる。なお、センサの種類は、これに限定されるものではなく、例えば1種類のセンサでもよく、複数種類のセンサでもよい。

0069

マイクロコントローラユニット62は、ノード12全体を制御する制御手段である。マイクロコントローラユニット62は、センサ61からの検出信号を受信したり、メモリ63に対して、記憶されている情報の読み出しや、検出信号等の書き込み等を行う。また、マイクロコントローラユニット62は、通信モジュール65に対して検出信号を出力したり、通信モジュール65から得られる情報の取得等を行う。また、マイクロコントローラユニット62は、上述した代理GW手段53や稼働制御手段54、トポロジ切換制御手段55等における各処理を行う。

0070

メモリ63は、ノード12の識別情報(例えば、ノードNO)やセンサ61により検出された情報を記憶したり、データ収集装置11からの所属するグループに基づく稼働制御情報等を記憶する記憶手段である。また、代理GWとしての処理を実行する場合には、応答ノードリストや未応答ノードリスト等が記憶される。

0071

バッテリ64は、ノード12全体を稼働させるための電力を供給する電源手段である。具体的には、バッテリ64は、センサ61、マイクロコントローラユニット62、及び通信モジュール63に対する駆動電源等を供給する。なお、バッテリ64は、例えばリチウムイオン等の充電式電池乾電池等を用いることができるが、これに限定されるものではない。

0072

通信モジュール65は、アンテナ66を介して外部と無線によるデータの送受信等を行う。なお、通信モジュール65による通信制御は、マイクロコントローラ62により行われる。

0073

アンテナ66は、通信モジュール65による制御により、他のノード12やデータ収集装置11に対して無線電波による各種データの送受信を行う。

0074

上述したようなハードウェア構成により、本実施形態におけるデータ収集処理を実行することができる。また、プログラムをインストールすることにより、本実施形態におけるデータ収集処理を容易に実現することができる。

0075

<データ収集処理>
次に、本実施形態におけるデータ収集処理の具体例について、フローチャートを用いて説明する。なお、本実施形態におけるデータ収集処理では、データ収集装置11における処理と、ノード12における処理とを含むため、それぞれの処理を分けて説明する。

0076

<データ収集装置11におけるデータ収集処理>
図6は、データ収集装置におけるデータ収集処理の一例を示すフローチャートである。図6に示すデータ収集処理は、ノード12をどの程度のグループに分けるか、又は、分けるときの基準となる各種パラメータや閾値等の情報を設定する(S01)。その後、データ収集処理は、事前計測処理によるグループ化処理を行う(S02)。なお、S02の処理の具体例については、後述する。

0077

また、データ収集処理は、グループ化されたノード12に対して、例えば稼働及び停止のタイミングが各グループで重ならず、何れか1つのグループが稼働している状態となるように稼働制御コマンドを生成して、各グループのノード12に送信する(S03)。

0078

次に、データ収集処理は、例えば各グループに含まれるノード12に設けられたセンサ等により検出され、ノード12から送信された検出データを受信したか否かを判断する(S04)。データ収集処理は、検出データを受信した場合(S04において、YES)、その検出データを記憶手段23等に記憶する(S05)。

0079

データ収集処理は、S05の処理が終了後、又は、S04の処理において、検出データを受信していない場合(S04において、NO)、センサ等からの検出データの収集を終了するか否かを判断する(S06)。データ収集処理は、データの収集を終了しない場合(S06において、NO)、S04の処理に戻る。また、データ収集処理は、データの収集を終了する場合(S06において、YES)、処理を終了する。

0080

<S02:事前計測処理によるグループ化処理>
次に、上述したS02の処理における事前計測処理によるグループ化処理(以下、単に「グループ化処理」という)の一例について、フローチャートを用いて説明する。図7は、グループ化処理の一例を示すフローチャートである。図7に示すグループ化処理は、ネットワーク上の全ノード12に対してトポロジの変更要求を行う(S11)。なお、トポロジの変更要求は、例えば変更要求コマンドを全ノード12に送信することにより行うが、これに限定されるものではない。なお、トポロジの変更内容としては、例えば各ノードのメッシュネットワークから、予め設定されたノード間のツリー型ネットワークへの変更があるが、これに限定されるものではない。ツリー型ネットワークに変更することで、後述する通信時間の計測をツリー型ネットワークで設定した通信経路に基づいて適切に計測することができる。

0081

グループ化処理は、トポロジが変更された全ノード12に対して、問い合わせ情報の一例である応答要求を行い(S12)、ノード12から応答があったか否かを判断する(S13)。グループ化処理は、応答がない場合(S13において、NO)、S12の処理に戻り繰り返し処理を行う。また、グループ化処理は、応答があった場合(S13において、YES)、その応答情報から得られる電波強度、通信時間のリスト(応答ノードリスト)を生成する(S14)。なお、S14の処理では、電波強度又は通信時間の何れかを含むリストでもよく、両方を含むリストでもよい。

0082

次に、グループ化処理は、所定時間内に全ノード12から応答があったか否かを判断し(S15)、全ノードから応答がなかった場合(S15において、NO)、応答がなかったノードに対応する未応答ノードリストを生成する(S16)。

0083

また、グループ化処理は、ノード12の中から代理GWを選択し、選択したノード12に対して代理GWを設定し、依頼コマンド送信する(S17)。なお、S17の処理において、代理GWの設定方法としては、例えば、上述したように電波強度が最も弱いノード又は通信時間が最も長いノード等をデータ収集装置11と通信可能な最も遠い位置にあるノードとして、代理GWとして設定することができる。また、代理GWの他の設定方法としては、例えば未応答ノードがある領域に多く存在する場合には、その領域の近くで応答のあったノードを代理GWとして設定することができるが、設定方法については、これに限定されるものではない。

0084

ここで、グループ化処理は、代理GWによる計測を終了するか否かを判断する(S18)。なお、S18の処理では、代理GWによって計測された未応答ノードの電波強度や通信時間に対してもS14と同様にリストが生成される。

0085

グループ処理は、S18の処理において、代理GWによる計測を終了しない場合(S18において、NO)、再度未応答ノードリストを生成し(S19)、S17の処理に戻る。なお、S19の処理では、代理GWを用いてもノードの電波強度や通信時間が取得できなかったノードを対象に未応答ノードリストが生成される。

0086

また、グループ化処理は、代理GWによる計測を終了する場合(S18において、YES)、つまり、代理GWにより全ノードから応答のあった場合、又は、上述したS15の処理において、全ノードから応答があった場合(S15において、YES)、それまでに得られた応答ノードリスト等の条件や予め設定されたグループ数等に基づいてグループ化を行う(S20)。

0087

次に、グループ化処理は、グループ結果を各ノード12に送信し(S21)、更にトポロジリセットコマンドを各ノード12に送信する(S22)。S22の処理により、各ノードは、例えばツリー型ネットワークから元のメッシュネットワークへ変更する。これにより、各ノード12は、所定のタイミングでグループ毎に稼働を行い、全てが停止することがないようにすることができる。

0088

<ノード12におけるデータ収集処理>
次に、ノード12におけるデータ収集処理の一例について、フローチャートを用いて説明する。図8は、ノードにおけるデータ収集処理の一例を示すフローチャートである。図8に示すデータ収集処理は、まず、ノード12を稼働すると前回までのパラメータ設定を初期化する(S31)。次に、データ収集処理は、例えばゲートウェイであるデータ収集装置11から代理GWになるように要求(依頼指示)があったか否かを判断する(S32)。

0089

データ収集処理は、代理GWの依頼指示があった場合(S32において、YES)、代理GWとしての各処理を行う(S33)。なお、S33の処理の具体例については、後述する。

0090

また、データ収集処理は、S32の処理において、代理GWの依頼指示がなかった場合(S32において、NO)、又は、S33の処理後、各ノード12に設けられたセンサ等による計測を開始する(S34)。

0091

ここで、データ収集処理は、ノード12に含まれるセンサ等により所定の検知信号等を検出したか否かを判断し(S35)、信号を検出した場合(S35において、YES)、その検出データを上述したメモリ63等に記憶する(S36)。なお、所定の検知信号とは、例えば構造ヘルスモニタリング等において、モニタリングを行う対象の構造物の変形やひび割れ、破損、破壊時に生じる音等があるが、これに限定されるものではない。

0092

また、データ収集処理は、信号を検出していない場合(S35において、NO)、又は、S36の処理後、送信時刻であるか否かを判断する(S37)。なお、S37の処理は、予め送信する時刻が設定されており、その時刻と現時刻とを比較して、現時刻が設定時刻に達しているか否かで判断することができるが、これに限定されるものではない。また、定期的に送信を行う場合には、S37の処理において、前回の送信時点を基準として所定の時間が経過しているか否かを判断してもよい。

0093

ここで、データ収集処理は、送信時間に達していない場合(S37において、NO)、S35の処理に戻る。また、データ収集処理は、送信時間に達している場合(S37において、YES)、その時点でメモリ63等に記憶されたデータをデータ収集装置11に送信する(S38)。ここで、データ収集処理は、処理を終了するか否かを判断し(S39)、処理を終了しない場合(S39において、NO)S35の処理に戻る。また、データ収集処理は、ユーザの終了指示等の所定の操作等により処理を終了する場合(S39において、YES)、ノード12におけるデータ収集処理を終了する。

0094

<S33:代理GW処理>
次に、上述したS33の処理における代理GW処理の一例について、フローチャートを用いて説明する。図9は、代理GW処理の一例を示すフローチャートである。図9において、代理GW動作処理は、まず、データ収集装置11から未応答ノードリストを受信し(S41)、未応答のノード12に対して問い合わせ情報の一例である応答要求を行う(S42)。なお、S42の処理では、未応答ノードに近いノードから応答要求を出しているため、電波障害等が生じにくく、応答を受信し易い。

0095

ここで、代理GW処理は、未応答ノードから応答があったか否かを判断し(S43)、応答がない場合(S43において、NO)、S42の処理に戻る。また、代理GW処理は、S43の処理において、未応答ノードから応答があった場合(S43において、YES)、電波強度、通信時間のリスト(応答ノードリスト)を生成する(S44)。なお、S44の処理では、電波強度又は通信時間の何れかを含むリストでもよく、両方を含むリストでもよい。

0096

ここで、代理GW処理は、所定時間経過後に、S41にて受信した未応答ノードリストに含まれる全ノードから応答があったか否かを判断する(S45)。代理GW処理は、全ノードから応答がなかった場合(S45において、NO)、応答がなかったノードに対応する未応答ノードリストを生成する(S46)。また、代理GW処理は、S45の処理において、全ノードから応答があった場合(S45において、YES)、応答ノードリストを生成する(S47)。なお、本実施形態では、S45の処理において、S41の処理で得られた未応答ノードリストに含まれる一部のノードから応答があった場合にも、S47において、その一部の応答リストに対する応答ノードリストを生成する。

0097

その後、代理GW処理は、S47の処理で得られた応答ノードリスト、S46の処理で得られた未応答ノードリストをデータ収集装置11に送信する(S48)。

0098

つまり、本実施形態におけるグループ化処理では、上述した各処理に示すように、GW(データ収集装置11)から各ノード12へ問い合わせ(応答要求)を行い、所定時間を経過しても応答がないノードを未応答ノードリストとしてリストアップする。このとき、GWは、応答のあったノードも応答ノードリストとしてリストアップする。なお、応答ノードリストには、例えばノードの識別情報(ノードNO)、電波強度、通信時間等を含むがこれに限定されるものではなく、例えば電波強度又は通信時間の何れかの情報を含んでいてもよい。

0099

ここで、GWは、全ノードからの応答が得られなかった場合に、応答の得られたノードのうち、電波強度が最も弱い又は通信時間が最も長いノードを代理GWとして設定する。また、GWは、代理GWに設定されたノードに対して、代理GWになるように制御コマンド及び未応答ノードリストを送信する。代理GWは、受信した未応答ノードリストに基づいて、未応答ノードに対して応答要求を行い、未応答ノードリストの全ノードからの応答があった場合には、その結果(電波強度、通信時間等の応答ノードリスト)をGWに送信する。また、応答しないノードが残った場合には、対応する未応答ノードリスト化を生成してGWに送信する。GWは、未応答ノードが存在する場合には、代理GWから受信した未応答ノードリストに基づいて別の代理GWを設定し、その代理GWに制御コマンド及び未応答ノードリストを送信する。

0100

なお、上述の処理では、代理GWによる処理結果をGWに送信し、GWが別の代理GWを設定しているが、これに限定されるものではなく、例えば代理GWが未応答ノードリストに基づいて別の代理GWを設定してもよい。その場合、代理GWは、設定した別の代理GWに対して制御コマンド及び未応答ノードリストを送信することになる。

0101

また、本実施形態では、GWにおいて、全ノードからの応答結果が得られた時点で、その応答ノードリストに基づいて各ノード12をグループ化する。なお、GWは、上述の処理を所定時間又は所定回数行ったとしても応答結果が得られなかったノードについては、故障している可能性もあるため、グループ化する対象には含めない。グループ化する対象に含めないノードは、例えばエラーリスト等を生成してもよい。

0102

<ノードリスト例>
図10は、本実施形態におけるノードリストの一例を示す図である。図10(A)では、応答ノードリストの一例を示し、図10(B)は、未応答ノードリストの一例を示している。

0103

図10(A)に示す応答ノードリストの項目は、一例として、ノード12を識別するための「ノードNO」、「電波強度(mW)」、「通信時間(msec)」、「グループ」等を含むが、これに限定されるものではない。例えば、「電波強度(mW)」、「通信時間(msec)」は、何れかであってもよく、「グループ」の項目は含まれていなくてもよい。

0104

また、図10(B)に示す未応答ノードリストの項目は、一例として、ノード12を識別するための「ノードNO」、「電波強度(mW)」、「通信時間(msec)」等を含むが、これに限定されるものではない。例えば、「電波強度(mW)」、「通信時間(msec)」は、何れかであってもよい。なお、図10(B)における「NA」は、例えばデータが未計測であることを示す。

0105

本実施形態では、上述したように、GW(データ収集装置11)からの問い合わせ情報(応答要求)に対して応答のあったノードに対して電波強度や通信時間等を計測し、計測結果から図10(A)に示す応答ノードリストを生成する。

0106

また、応答のなかったノードに対しては、図10(B)に示す未応答ノードリストを生成する。なお、本実施形態では、予めセンサネットワークシステム10に存在する全ノードリストを生成しておき、その中から応答ノードリストにないノードを未応答ノードリストとして抽出することができる。未応答ノードリストは、問い合わせ情報を送信してから、予め設定された時間の経過後に生成することができるが、これに限定されるものではない。

0107

また、未応答ノードリストは、上述したように代理GWのノードに送信される。また、本実施形態では、代理GWにより得られる応答ノードリストに基づいて図10(A)の応答ノードリストが更新される。

0108

また、図10(A)に示す応答ノードリストには、グループ化により、各ノードがどのグループに属するかの情報を「グループ」の項目に記憶させることもできる。本実施形態では、図10に示すような、応答ノードリストを生成することで、適切なグループ化を行うことができる。

0109

<電波の到達範囲外にあるノード12に対する事前計測手法>
次に、データ収集装置11(GW)からの電波の到達範囲外にあるノード12に対する事前計測手法の具体例について、図を用いて説明する。図11は、電波の到達範囲外にあるノードに対する事前計測手法を説明するための図である。

0110

図11(A)の例では、上述した電波強度や通信時間等の事前計測を行う際に、GWからの問い合わせ情報を含む電波の到達範囲内にノード(例えば、ノード12−1)が存在している。このような場合に、データ収集装置11は、ノード12−1からの応答情報の受信時の電波強度を計測する。また、データ収集装置11は、データ収集装置11からノード12−1に対して問い合わせ情報(応答要求)を送信してから、その応答情報を受信するまでの時間を通信時間として計測する。これらの計測結果は、応答ノードリストに記憶される。

0111

ここで、図11(B)の例では、データ収集装置11から直接電波(問い合わせ情報)が届かない位置にノード(例えば、ノード12−2)が設置されている。このような場合には、ノード12−2から応答情報が送信されない。そこで、本実施形態では、データ収集装置11からの電波の到達範囲外にあるノードも計測するために、上述したように代理GWを用いて応答情報を取得する。

0112

具体的には、図11(C)に示すように、データ収集装置11から直接電波が届かない場所に設置されたノード12−2に対しては、例えば電波の到達範囲にあるノード(例えば、ノード12−1)を代理GWする。代理GWは、応答ノードリストに含まれる計測結果により選択される。そして、本実施形態では、代理GW(例えば、ノード12−1)とノード12−2との間で、上述した問い合わせ情報と応答情報とによる計測を行い、その結果をデータ収集装置11に送信する。

0113

ここで、例えばデータ収集装置11との電波強度がWAの代理GW(ノード12−1)が、ノード12−2からの電波強度WBを計測した場合には、データ収集装置11からみたノード12−2の電波強度を以下の手法により求める。

0114

例えば、データ収集装置11が既に受信した電波強度のうち、最も大きな電波強度をWoとすると、代理GWでの電波強度係数αは、例えば「α=(WA/Wo)」として求めることができる。したがって、データ収集装置11でノード12−2からの信号を受信したと仮定した場合の信号強度WBvは、代理GWがノード12−2から受信した信号強度WBと電波強度係数αとを用いて「WBv=WB×α」として求めることができる。

0115

また、図11(C)の場合において、データ収集装置11からみたノード12−2の通信時間は、以下の手法により求める。例えば、本実施形態では、データ収集装置11とノード12−1との通信時間(第1通信時間)を求め、次にノード12−1とノード12−2との通信時間(第2通信時間)とを求める。そして、得られた第1通信時間と第2通信時間の加算値を、データ収集装置11からみたノード12−2の通信時間とする。

0116

なお、本実施形態では、ノード12の設置直後に、ネットワークのトポロジをメッシュネットワークではなく、ツリー型のネットワークにして行うことができる。したがって、本実施形態では、メッシュメットワークのように経路迂回することなく、所定のノード経路による適切な通信時間を計測することができる。また、グループ化の完了後は、ネットワークトポロジを元のネットワーク(例えば、メッシュネットワーク)に変更する。

0117

グループ化手法
次に、本実施形態におけるグループ化手法の各実施例について、図を用いて説明する。

0118

<第1実施例>
図12は、本実施形態におけるグループ化の第1実施例を示す図である。第1実施例では、各センサノード(ノード12)とGW(データ収集装置11)間の電波強度を事前に計測し、計測された電波強度に基づいてグループ化を行う。

0119

例えば、第1実施例では、予め設定されたパラメータ設定条件により2つにグループ化する場合には、上述した応答ノードリスト等に基づいて、図12に示すように、ノード12−1〜12−12を電波強度の強い順に並べ、順番にグループa,bに割り振る。なお、割り振る場合には、例えば図12に示すように、各グループに属するセンサ数や電波強度平均が所定の条件を満たすように割り振る。具体的には、センサ数や電波強度平均がグループ間で均等になるように割り振るのが好ましい。なお、本実施形態による均等とは、同一だけでなく、所定の許容範囲も含む。

0120

図12の例では、グループaのセンサ数が6、強度平均が5.8であり、グループbのセンサ数が6、強度平均が5.5であるため、均等にグループ化されている。もし均等に割り振りできなかった場合には、再グループ化を行う。その場合、ノードの割り振りが前回と同一にならないように制御される。

0121

また、第1実施例において、ノード12がセンサネットワークに追加(増設)された場合には、追加ノードからの電波強度を計測し、グループ内のノード数や電波強度分布が一定となるように、既存のグループに対して割り振りを行う。また、第1実施例において、ノードが予め設定された閾値以上追加されたり、同一グループから削除されることで、各グループ内のセンサノード数や電波強度分布が偏った場合には、再度グループ化処理を行ってもよい。

0122

なお、上述した電波強度は、図12の処理を複数回繰り返し、その積算値又は平均値を用いて、上記と同様にグループ化を行ってもよい。

0123

<第2実施例>
次に、グループ化手法の第2実施例について、図を用いて説明する。図13は、本実施形態におけるグループ化の第2実施例を示す図である。第2実施例では、各ノード12とゲートウェイ(データ収集装置11)間の通信時間を事前に計測し、計測された通信時間に基づいてグループ化を行う。

0124

例えば、第2実施例では、予め設定されたパラメータの設定条件により2つにグループ化する場合には、上述した応答ノードリスト等に基づいて、図13に示すように、ノード12—1〜12−12を通信時間の短い順に並べ、順番にグループa,bに割り振る。なお、割り振る場合には、例えば図13に示すように、各グループに属するセンサ数や通信時間平均が所定の条件を満たすように割り振る。具体的には、センサ数や通信時間平均がグループ間で均等になるように割り振るのが好ましい。図13の例では、グループaのセンサ数が6、強度平均が5.5であり、グループbのセンサ数が6、強度平均が5.8であるため、均等にグループ化されている。もし均等に割り振りできなかった場合には、再グループ化を行う。その場合には、ノードの割り振りが前回と同一にならないように制御される。

0125

なお、上述した通信時間は、図13の処理を複数回繰り返し、その積算値又は平均値を用いて、上記と同様にグループ化を行ってもよい。

0126

また、上述した第1実施例及び第2実施例において、各グループとして選択された各ノードの設置位置に偏りがある場合には、上述した再グループ化を行う。これにより、グループ間での稼働と停止の切り換わりによるモニタリング対象領域が変動することなく、高精度な構造ヘルスモニタリングを実現することができる。上述した第1実施例及び第2実施例を適宜組み合わせてグループ化を行ってもよい。

0127

<グループ化されたノードの稼働制御について>
ここで、グループ化されたノードの稼働制御について、具体的に説明する。図14は、グループ化されたノードの稼働制御の一例を説明するための図である。本実施形態では、いわゆる多重停止モードが用いられる。具体的には、センサネットワークに属するノード12(センサノード)を2つ以上のグループにグループ化し、それぞれの停止(Sleep)周期(又は稼働(Wake)周期)が互いに異なる時間で、所定時間間隔で交互に稼働するよう制御する。これにより、何れかのグループが常に稼働していることになり、従来手法のような全くノードが稼働していない時間帯がないため、データ送信時のデータの集中を緩和することができる。

0128

図14(A)の例では、例えば、2つのセンサグループ(グループa、グループb)を有し、それぞれのセンサグループが異なる時間に稼働するようにする。なお、各グループを構成する位置については、図14(B)に示すように、各グループの位置が同じ位置に偏ることがないように、センサの設置領域を基準として各グループのノードが分散して選択される。なお、データ収集装置11については、常に稼働状態(Wake状態)である。

0129

また、本実施形態において、停止及び稼働を繰り返すタイミングは、各グループ内の全てのセンサノードにおいて同時である必要がある。メッシュネットワークにおいて、通信データは、バケツリレーのように各ノードを経由して目的地に送られるため、グループ内でタイミングがずれると、通信データを送りたい時にsleep状態のノードが存在し、通信データを目的地まで送れなくなるからである。

0130

図15は、グループ毎の稼働制御例を説明するための図である。図15(A)は、2つのグループ(グループa,b)に分けた場合の稼働制御の一例を示している。また、図15(B)は、3つのグループ(グループa,b,c)に分けた場合の稼働制御の一例を示している。また、図15(C)は、N個のグループ(グループa,b,c,・・・,N)に分けた場合の稼働制御の一例を示している。

0131

本実施形態では、図15(A)〜(C)に示すように、複数のノード(センサノード)を複数のグループに分け、各グループの稼働及び停止のタイミングが重ならないように制御する。また、本実施形態では、図15(A)〜(C)に示すように、システム稼働時等の所定期間において、何れか1つのグループが切れ間なく稼働している状態となるように制御する。これにより、本実施形態では、全ノードが停止することなく、ノード12に含まれるセンサ等からの検出データを迅速に送信することができるため、通信効率を向上させることができる。

0132

なお、各グループの稼働(Wake)及び停止(Sleep)するタイミングは、図15(A)〜(C)に示すようにお互いが交互になるように制御される。これにより、通信の空き時間をなくすことができ、通信効率を向上させることができる。また、本実施形態では、全てのグループで稼働時間や稼働回数が均等になるように制御することで、あるグループを使用しすぎて劣化が著しくなるようなことがなくなる。

0133

例えば、図15(C)に示すように、稼働(Wake)している時間をTwakeとし、停止(Sleep)している時間をTSleepとすると、N個のグループに分けた場合に、(N−1)*Twake=TSleepとして時間を設定する。このように、本実施形態では、グループ数に応じて起動(Wake)、停止(Sleep)のタイミング等を調整することができる(図15(A)〜(C))。

0134

なお、図15(A)〜(C)の例では、所定期間内において、何れか1つのグループが切れ間なく稼働している例を示しているが、これに限定されるものではなく、グループ間で多少の切れ間があってもよい。

0135

また、本実施形態において、グループ化されるグループ数は、予め設定された固定のグループ数でもよく、ノードの数やユーザの指示等に応じてグループ数を変更してもよい。例えば、ノードの増設や故障等により事前計測における応答ノードの数が前回と異なる場合がある。そのような場合には、事前計測により得られる応答ノードの数に応じてグループ数を設定する。また、ユーザが1グループ内のセンサ数(例えば、1グループ100個以内等)を指示した場合には、その指示内容に応じてグループ数を設定することができる。

0136

ここで、上述したノード12は、中継装置としての機能も有している。また、データ収集装置11は、ゲートウェイ(データ収集ノード)でもよく、他のネットワーク、例えばLAN等に接続され、そのLAN等に接続されている管理サーバに収集データを送信されることができる。

0137

また、本実施形態では、電力消費の観点から、グループ化された複数のグループのうち、稼働しているグループが重ならないように制御するのが好ましい。しかしながら、本実施形態は、これに限定されるものではなく、例えば一部のグループに対して他のグループより稼働頻度を多くしたり、稼働時間を長くすることもできる。

0138

上述した実施形態によれば、通信効率を向上させることができる。具体的には、省電力化のためにセンサネットワーク用の無線ネットワークシステムを周期的な間欠動作させながら、通信効率を向上したセンサネットワーク用無線ネットワークシステムを提供することができる。

0139

なお、本実施形態では、グループ毎にノードを稼働させ、各ノード間等で送受信を行う場合に、複数の送信周波数を用いることで、同時に複数のデータを送受信させることができる。これにより、本実施形態では、通信効率を向上させることができる。

0140

以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、上記変形例以外にも種々の変形及び変更が可能である。

0141

なお、以上の実施例に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
所定の位置に設置された複数のノードを複数のグループに分けるグループ化ステップと、
前記グループ化ステップによりグループ化された各グループに含まれるノードの稼働及び停止のタイミングが他のグループと重ならず、何れか1つのグループのノードが稼働している状態となるように前記複数のノードに稼働制御を行うノード稼働制御ステップと、
稼働中のノードに含まれる検出手段からの検出データを取得する検出データ取得ステップとを有することを特徴とする通信方法。
(付記2)
前記グループ化ステップは、
前記複数のノードに対して計測された電波強度に基づいて、各グループに含まれるノードの電波強度の平均値が所定の条件を満たすように、前記各グループにノードを割り振ることを特徴とする付記1に記載の通信方法。
(付記3)
前記グループ化ステップは、
前記複数のノードを、前記電波強度の強い順に、前記各グループに対して順番に割り振ることを特徴とする付記2に記載の通信方法。
(付記4)
前記グループ化ステップは、
前記複数のノードに対して計測された通信時間に基づいて、各グループに含まれるノードの通信時間の平均値が所定の条件を満たすように、前記各グループにノードを割り振ることを特徴とする付記1又は2に記載の通信方法。
(付記5)
前記グループ化ステップは、
前記複数のノードを、前記通信時間の短い順に、前記各グループに対して順番に割り振ることを特徴とする付記4に記載の通信方法。
(付記6)
前記ノード稼働制御ステップは、
前記グループ化ステップによりグループ化されたグループ数に応じて前記稼働及び停止のタイミングを調整することを特徴とする付記1乃至5の何れか1項に記載の通信方法。
(付記7)
前記グループ化ステップにより前記複数のノードをグループ化する前に、前記複数のノードに対して問い合わせ情報を送信し、前記複数のノードから得られる応答情報を受信することで、前記グループ化ステップにより前記複数のノードをグループ化するための情報を計測する事前計測ステップを有することを特徴とする付記1乃至6の何れか1項に記載の通信方法。
(付記8)
記事計測ステップによる計測において、前記応答情報が受信できない未応答ノードが存在する場合に、前記応答情報を受信した応答ノードから、前記未応答ノードからの応答情報の取得を代理させるノードを選択し、選択した代理ノードに依頼指示を送信する代理ノード制御ステップを有することを特徴とする付記7に記載の通信方法。
(付記9)
前記グループ化ステップは、
所定の条件に基づいて再度グループ化を行うことを特徴とする付記1乃至8の何れか1項に記載の通信方法。
(付記10)
所定の位置に設置された複数のノードを複数のグループに分けるグループ化手段と、
前記グループ化手段によりグループ化された各グループに含まれるノードの稼働及び停止のタイミングが他のグループと重ならず、何れか1つのグループのノードが稼働している状態となるように前記複数のノードに稼働制御を行うノード稼働制御手段と、
稼働中のノードに含まれる検出手段からの検出データを取得する検出データ取得手段とを有することを特徴とする情報処理装置。

0142

10センサネットワークシステム
11データ収集装置(情報処理装置)
12ノード
21入力手段
22 出力手段
23 記憶手段
24パラメータ設定手段
25事前計測手段
26代理ゲートウェイ(GW)設定
27グループ化手段
28 ノード稼働制御手段
29 検出データ取得手段
30,52通信手段
31,56 制御手段
41入力装置
42出力装置
43ドライブ装置
44補助記憶装置
45主記憶装置
46 Central Processing Unit(CPU)
47ネットワーク接続装置
48記録媒体
51 検出手段
53 代理GW手段
54 稼働制御手段
55トポロジ切換制御手段
61センサ
62マイクロコントローラユニット
63メモリ
64バッテリ
65通信モジュール
66 アンテナ

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