図面 (/)

技術 無線センサネットワークのセンサノード及び収集装置、並びに、無線センサネットワークシステム

出願人 一般財団法人電力中央研究所東芝エネルギーシステムズ株式会社
発明者 大谷哲夫宮下充史黒野正裕片山茂樹
出願日 2016年7月8日 (3年11ヶ月経過) 出願番号 2016-136044
公開日 2018年1月11日 (2年5ヶ月経過) 公開番号 2018-007203
状態 特許登録済
技術分野 測定値信号、等のための伝送方式 移動無線通信システム 選択的呼出装置(遠隔制御・遠隔測定用)
主要キーワード 収集箇所 フィールドセンサ ステーションレベル レベル装置 センサ識別子 工学単位 サポート層 統計情報処理
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(2018年1月11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 (9)

課題

無線センサネットワークを構成するセンサノードが設置され起動された際にセンサノードによる計測を実用的な時間で且つ確実に開始する。

解決手段

計測によって取得された情報を収集装置に宛てて送信するセンサノードが、収集装置から繰り返し送信されるカウンタリセット信号への応答として所定の場合に無線通信網への接続を要求する接続要求メッセージを収集装置に宛てて送信すると共に、接続要求メッセージが収集装置によって受信された後に周期的な死活確認として収集装置から周期的に送信される自らに対する死活確認メッセージを受信したときは生存していることを通知する生存信号を収集装置に宛てて送信し、接続要求メッセージを収集装置に宛てて送信した後に自らに対する死活確認メッセージを受信しない状態が継続している間にカウンタリセット信号の受信回数が所定の回数以上になった場合に接続要求メッセージを収集装置に宛てて送信する。

概要

背景

無線センサネットワークは、センサ無線通信機能とが一体となった装置(「センサノード」とも呼ばれる)から構成され、センサデータ収集やセンサノードの遠隔設定を実現することができる。無線センサネットワークの概要を図7に示す。電波収集箇所(図中の「コーディネータ」)に直接届かないセンサノードからのデータは、一層近接したセンサノードが中継することによって収集される。この通信方式マルチホップと呼ばれる。このとき、収集箇所(図中の「コーディネータ」)までの伝送経路(即ち、通信経路)は、センサノード同士が自律的に通信を行いながら自動的に設定される。このため、利用者による通信線の設置や通信のための設定作業の必要がない。

無線センサネットワークの実現には、例えばZigBeeが利用され得る。ZigBeeは、ZigBee Allianceが定める近距離無線通信規格であり、最大で6万台のデバイス言い換えると、センサノード)を接続することが可能である。低消費電力低コストが特徴であり、アドホックネットワーク構築するためのルーチングプロトコルアドレス割り当て方法などが定められている(非特許文献1)。

ZigBeeの通信プロトコルスタックは、図8に示す通り、物理層PHY層)とメディアアクセス制御層(図中の「MAC層」)とにIEEE 802.15.4(非特許文献2)を採用している。IEEE 802.15.4は、網設定がコーディネータによる自動設定であることや接続手順が完全ハンドシェイク型であることなどの特徴を有する。

ZigBeeの通信プロトコルスタックは、また、ネットワーク層(図8中の「NWK層」)とアプリケーションサポート層(同図中の「APS層」)とでは、ZigBee Allianceが作成した仕様を利用する。更に上位のアプリケーション(同図中の「AP層」)については、個別に作成されることになっているものの、ZigBee Smart Energy Profile(SEP)2.0 のように、一部分野についてはZigBee Alliance自らによってアプリケーションオブジェクトが作成されている。

ルーチングについては、AODV(Ad hoc On-demand Distance Vector の略;非特許文献3)に基づき、ルーチングテーブルが構成されて伝送経路が設定される。AODVの特徴は以下の通りである。
i)ノードがデータを送信しようとしてから初めて経路選択が開始される。
ii)経路選択処理では、ノード間で経路情報交換される。
iii)選択された経路は、ノード内の経路表に保存される。
iv)経路表の有効時間(言い換えると、ノードによる経路情報の保持時間)は設定可能であるものの、通常は短い時間(例えば30秒)が用いられる。
v)直近データ送信から所定の有効時間が経過すると、当該経路情報は無効になる(言い換えると、ノードにおいて経路情報が破棄される)。
vi)データ送信に必要な経路情報が、経路表で、有効である場合にはそれを利用する一方で、無効になっている場合には経路選択処理が改めて実施される。

概要

無線センサネットワークを構成するセンサノードが設置され起動された際にセンサノードによる計測を実用的な時間で且つ確実に開始する。計測によって取得された情報を収集装置に宛てて送信するセンサノードが、収集装置から繰り返し送信されるカウンタリセット信号への応答として所定の場合に無線通信網への接続を要求する接続要求メッセージを収集装置に宛てて送信すると共に、接続要求メッセージが収集装置によって受信された後に周期的な死活確認として収集装置から周期的に送信される自らに対する死活確認メッセージを受信したときは生存していることを通知する生存信号を収集装置に宛てて送信し、接続要求メッセージを収集装置に宛てて送信した後に自らに対する死活確認メッセージを受信しない状態が継続している間にカウンタリセット信号の受信回数が所定の回数以上になった場合に接続要求メッセージを収集装置に宛てて送信する。

目的

本発明は、無線センサネットワークを構成するセンサノードが設置され起動された際に当該センサノードによる計測を実用的な時間で且つ確実に開始することができる無線センサネットワークのセンサノード及び収集装置並びに無線センサネットワークシステムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

計測によって取得された情報を無線通信網トポロジの起点に位置づけられている収集装置に宛てて送信するセンサノードであり、前記収集装置から繰り返し送信されるカウンタリセット信号への応答として所定の場合に前記無線通信網への接続を要求する接続要求メッセージを前記収集装置に宛てて送信すると共に当該接続要求メッセージが前記収集装置によって受信された後に周期的な死活確認として前記収集装置から周期的に送信される自らに対する死活確認メッセージを受信したときは生存していることを通知する生存信号を前記収集装置に宛てて送信するように構成され、前記接続要求メッセージを前記収集装置に宛てて送信した後に前記自らに対する死活確認メッセージを受信しない状態が継続している間に前記カウンタリセット信号の受信回数が所定の回数以上になった場合に前記接続要求メッセージを前記収集装置に宛てて送信することを特徴とする無線センサネットワークのセンサノード。

請求項2

前記無線通信網における通信経路の情報の保持時間が、前記収集装置による前記死活確認の周期よりも長く設定されることを特徴とする請求項1記載の無線センサネットワークのセンサノード。

請求項3

無線通信網のトポロジの起点に位置づけられてセンサノードが計測によって取得した情報を収集する収集装置であり、前記センサノードに対してブロードキャストにてカウンタリセット信号を送信すると共に当該カウンタリセット信号への応答として前記センサノードから送信される前記無線通信網への接続を要求する接続要求メッセージを受信した後に周期的な死活確認として死活確認メッセージを前記センサノードに宛てて周期的に送信するように構成され、前記死活確認の1ターン当り前記死活確認メッセージを所定の回数送信しても当該死活確認メッセージへの応答としての前記センサノードからの生存信号を受信しない場合に当該ターンについては前記センサノードは途絶していると判断し、前記途絶と判断されたターンが所定のターン数繰り返されたときに前記センサノードを前記死活確認メッセージの送信対象から外すことを特徴とする無線センサネットワークの収集装置。

請求項4

前記死活確認メッセージへの応答としての前記センサノードからの生存信号を受信しない状態が継続している間に前記死活確認の或るターンにおける1回目の前記死活確認メッセージの送信の時から所定の時間が経過した場合にも当該ターンについては前記センサノードは途絶していると判断することを特徴とする請求項3記載の無線センサネットワークの収集装置。

請求項5

計測によって取得された情報を無線通信網のトポロジの起点に宛てて送信するセンサノードと前記無線通信網のトポロジの起点に位置づけられて前記センサノードが計測によって取得した前記情報を収集する収集装置とを有する無線センサネットワークシステムであり、前記センサノードは、前記収集装置から繰り返し送信されるカウンタリセット信号への応答として所定の場合に前記無線通信網への接続を要求する接続要求メッセージを前記収集装置に宛てて送信すると共に当該接続要求メッセージが前記収集装置によって受信された後に周期的な死活確認として前記収集装置から周期的に送信される自らに対する死活確認メッセージを受信したときは生存していることを通知する生存信号を前記収集装置に宛てて送信するように構成され、前記接続要求メッセージを前記収集装置に宛てて送信した後に前記自らに対する死活確認メッセージを受信しない状態が継続している間に前記カウンタリセット信号の受信回数が所定の回数以上になった場合に前記接続要求メッセージを前記収集装置に宛てて送信し、また、前記収集装置は、前記センサノードに対してブロードキャストにて前記カウンタリセット信号を送信すると共に当該カウンタリセット信号への応答として前記センサノードから送信される前記接続要求メッセージを受信した後に前記周期的な死活確認として前記死活確認メッセージを前記センサノードに宛てて周期的に送信するように構成され、前記死活確認の1ターン当り前記死活確認メッセージを所定の回数送信しても当該死活確認メッセージへの応答としての前記センサノードからの前記生存信号を受信しない場合に当該ターンについては前記センサノードは途絶していると判断し、前記途絶と判断されたターンが所定のターン数繰り返されたときに前記センサノードを前記死活確認メッセージの送信対象から外すことを特徴とする無線センサネットワークシステム。

請求項6

前記センサノードでの前記無線通信網における通信経路の情報の保持時間が、前記収集装置による前記死活確認の周期よりも長く設定されることを特徴とする請求項5記載の無線センサネットワークシステム。

請求項7

前記収集装置は、前記死活確認メッセージへの応答としての前記センサノードからの生存信号を受信しない状態が継続している間に前記死活確認の或るターンにおける1回目の前記死活確認メッセージの送信の時から所定の時間が経過した場合にも当該ターンについては前記センサノードは途絶していると判断することを特徴とする請求項5記載の無線センサネットワークシステム。

技術分野

0001

本発明は、無線センサネットワークセンサノード及び収集装置並びに無線センサネットワークシステムに関する。さらに詳述すると、本発明は、無線センサネットワークの制御に用いて好適な技術に関する。

背景技術

0002

無線センサネットワークは、センサ無線通信機能とが一体となった装置(「センサノード」とも呼ばれる)から構成され、センサデータ収集やセンサノードの遠隔設定を実現することができる。無線センサネットワークの概要図7に示す。電波収集箇所(図中の「コーディネータ」)に直接届かないセンサノードからのデータは、一層近接したセンサノードが中継することによって収集される。この通信方式マルチホップと呼ばれる。このとき、収集箇所(図中の「コーディネータ」)までの伝送経路(即ち、通信経路)は、センサノード同士が自律的に通信を行いながら自動的に設定される。このため、利用者による通信線の設置や通信のための設定作業の必要がない。

0003

無線センサネットワークの実現には、例えばZigBeeが利用され得る。ZigBeeは、ZigBee Allianceが定める近距離無線通信規格であり、最大で6万台のデバイス言い換えると、センサノード)を接続することが可能である。低消費電力低コストが特徴であり、アドホックネットワーク構築するためのルーチングプロトコルアドレス割り当て方法などが定められている(非特許文献1)。

0004

ZigBeeの通信プロトコルスタックは、図8に示す通り、物理層PHY層)とメディアアクセス制御層(図中の「MAC層」)とにIEEE 802.15.4(非特許文献2)を採用している。IEEE 802.15.4は、網設定がコーディネータによる自動設定であることや接続手順が完全ハンドシェイク型であることなどの特徴を有する。

0005

ZigBeeの通信プロトコルスタックは、また、ネットワーク層図8中の「NWK層」)とアプリケーションサポート層(同図中の「APS層」)とでは、ZigBee Allianceが作成した仕様を利用する。更に上位のアプリケーション(同図中の「AP層」)については、個別に作成されることになっているものの、ZigBee Smart Energy Profile(SEP)2.0 のように、一部分野についてはZigBee Alliance自らによってアプリケーションオブジェクトが作成されている。

0006

ルーチングについては、AODV(Ad hoc On-demand Distance Vector の略;非特許文献3)に基づき、ルーチングテーブルが構成されて伝送経路が設定される。AODVの特徴は以下の通りである。
i)ノードがデータを送信しようとしてから初めて経路選択が開始される。
ii)経路選択処理では、ノード間で経路情報交換される。
iii)選択された経路は、ノード内の経路表に保存される。
iv)経路表の有効時間(言い換えると、ノードによる経路情報の保持時間)は設定可能であるものの、通常は短い時間(例えば30秒)が用いられる。
v)直近データ送信から所定の有効時間が経過すると、当該経路情報は無効になる(言い換えると、ノードにおいて経路情報が破棄される)。
vi)データ送信に必要な経路情報が、経路表で、有効である場合にはそれを利用する一方で、無効になっている場合には経路選択処理が改めて実施される。

先行技術

0007

C.Wang,T.Jiang,and Q Zhang「ZigBee Network Protocols and Applications」,CRCPress,2014年
IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks − Part 15.4「Low−Rate Wireless Personal Area Networks(LR−WPANs)」,IEEE 802.15.4−2011,2011年
C.Perkins,E.Belding−Royer,and S.Das「Ad hoc On−Demand Distance Vector (AODV) Routing」,IETC RFC 3561,2003年

発明が解決しようとする課題

0008

上述のような従来の無線センサネットワークでは、無線センサネットワークの利用の仕方によっては、不要な通信トラヒック(具体的には例えば、無線通信網への接続要求のための通信トラヒック)が多く発生してセンサノードの接続が不安定になり、センサデータの送信が無い状況であってもネットワーク全体の設定に長時間を要し、場合によってはセンサノードによる計測を開始することができないという問題があった。

0009

そこで、本発明は、無線センサネットワークを構成するセンサノードが設置され起動された際に当該センサノードによる計測を実用的な時間で且つ確実に開始することができる無線センサネットワークのセンサノード及び収集装置並びに無線センサネットワークシステムを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0010

かかる目的を達成するため、本発明の無線センサネットワークのセンサノードは、計測によって取得された情報を無線通信網のトポロジの起点に位置づけられている収集装置に宛てて送信するセンサノードであり、前記収集装置から繰り返し送信されるカウンタリセット信号への応答として所定の場合に前記無線通信網への接続を要求する接続要求メッセージを前記収集装置に宛てて送信すると共に当該接続要求メッセージが前記収集装置によって受信された後に周期的な死活確認として前記収集装置から周期的に送信される自らに対する死活確認メッセージを受信したときは生存していることを通知する生存信号を前記収集装置に宛てて送信するように構成され、前記接続要求メッセージを前記収集装置に宛てて送信した後に前記自らに対する死活確認メッセージを受信しない状態が継続している間に前記カウンタリセット信号の受信回数が所定の回数以上になった場合に前記接続要求メッセージを前記収集装置に宛てて送信するようにしている。

0011

したがって、このセンサノードによると、無線通信網における情報の伝送経路を複数のセンサノードが同時に確立させる際の通信の輻輳が防止される。

0012

本発明の無線センサネットワークのセンサノードは、前記無線通信網における通信経路の情報の保持時間が、前記収集装置による前記死活確認の周期よりも長く設定されるようにしても良い。この場合には、通信経路の情報の破棄が真に必要な状況のみに限定されて実施されるので、無線センサネットワークの経路探索に関連する不要な通信トラヒックの発生が抑制される。

0013

また、本発明の無線センサネットワークの収集装置は、無線通信網のトポロジの起点に位置づけられてセンサノードが計測によって取得した情報を収集する収集装置であり、前記センサノードに対してブロードキャストにてカウンタリセット信号を送信すると共に当該カウンタリセット信号への応答として前記センサノードから送信される前記無線通信網への接続を要求する接続要求メッセージを受信した後に周期的な死活確認として死活確認メッセージを前記センサノードに宛てて周期的に送信するように構成され、前記死活確認の1ターン当り前記死活確認メッセージを所定の回数送信しても当該死活確認メッセージへの応答としての前記センサノードからの生存信号を受信しない場合に当該ターンについては前記センサノードは途絶していると判断し、前記途絶と判断されたターンが所定のターン数繰り返されたときに前記センサノードを前記死活確認メッセージの送信対象から外すようにしている。

0014

したがって、この収集装置によると、所定の回数及びターン数の死活確認メッセージの収集装置からの送信によってセンサノードの途絶(即ち、通信の接続断)や接続解除が判定されるので、センサノードの死活確認に関連する不要な通信トラヒックの発生が抑制される。

0015

本発明の無線センサネットワークの収集装置は、前記死活確認メッセージへの応答としての前記センサノードからの生存信号を受信しない状態が継続している間に前記死活確認の或るターンにおける1回目の前記死活確認メッセージの送信の時から所定の時間が経過した場合にも当該ターンについては前記センサノードは途絶していると判断するようにしても良い。この場合には、所定の時間の経過によってもセンサノードの途絶が判定されるので、センサノードの死活確認に関連する不要な通信トラヒックの発生が一層抑制される。

0016

また、本発明の無線センサネットワークシステムは、計測によって取得された情報を無線通信網のトポロジの起点に宛てて送信するセンサノードと前記無線通信網のトポロジの起点に位置づけられて前記センサノードが計測によって取得した前記情報を収集する収集装置とを有する無線センサネットワークシステムであり、前記センサノードは、前記収集装置から繰り返し送信されるカウンタリセット信号への応答として所定の場合に前記無線通信網への接続を要求する接続要求メッセージを前記収集装置に宛てて送信すると共に当該接続要求メッセージが前記収集装置によって受信された後に周期的な死活確認として前記収集装置から周期的に送信される自らに対する死活確認メッセージを受信したときは生存していることを通知する生存信号を前記収集装置に宛てて送信するように構成され、前記接続要求メッセージを前記収集装置に宛てて送信した後に前記自らに対する死活確認メッセージを受信しない状態が継続している間に前記カウンタリセット信号の受信回数が所定の回数以上になった場合に前記接続要求メッセージを前記収集装置に宛てて送信し、また、前記収集装置は、前記センサノードに対してブロードキャストにて前記カウンタリセット信号を送信すると共に当該カウンタリセット信号への応答として前記センサノードから送信される前記接続要求メッセージを受信した後に前記周期的な死活確認として前記死活確認メッセージを前記センサノードに宛てて周期的に送信するように構成され、前記死活確認の1ターン当り前記死活確認メッセージを所定の回数送信しても当該死活確認メッセージへの応答としての前記センサノードからの前記生存信号を受信しない場合に当該ターンについては前記センサノードは途絶していると判断し、前記途絶と判断されたターンが所定のターン数繰り返されたときに前記センサノードを前記死活確認メッセージの送信対象から外すようにしている。

0017

したがって、この無線センサネットワークシステムによると、無線通信網における情報の伝送経路を複数のセンサノードが同時に確立させる際の通信の輻輳が防止され、また、所定の回数及びターン数の死活確認メッセージの収集装置からの送信によってセンサノードの途絶(即ち、通信の接続断)や接続解除が判定されるのでセンサノードの死活確認に関連する不要な通信トラヒックの発生が抑制される。

0018

本発明の無線センサネットワークシステムは、前記センサノードでの前記無線通信網における通信経路の情報の保持時間が、前記収集装置による前記死活確認の周期よりも長く設定されるようにしても良い。この場合には、通信経路の情報の破棄が真に必要な状況のみに限定されて実施されるので、無線センサネットワークの経路探索に関連する不要な通信トラヒックの発生が抑制される。

0019

本発明の無線センサネットワークシステムは、前記収集装置は、前記死活確認メッセージへの応答としての前記センサノードからの生存信号を受信しない状態が継続している間に前記死活確認の或るターンにおける1回目の前記死活確認メッセージの送信の時から所定の時間が経過した場合にも当該ターンについては前記センサノードは途絶していると判断するようにしても良い。この場合には、所定の時間の経過によってもセンサノードの途絶が判定されるので、センサノードの死活確認に関連する不要な通信トラヒックの発生が一層抑制される。

発明の効果

0020

本発明の無線センサネットワークのセンサノードや無線センサネットワークシステムによれば、センサノードによる伝送経路確立に関する通信の輻輳を防止することができるので、センサノードの起動から計測開始までの時間を短縮しつつセンサノードによる計測を確実に開始することが可能であり、無線センサネットワークやそのセンサノードとしての信頼性及び利便性の向上が可能になり、延いては無線センサネットワーク利用の快適性の向上が可能になる。

0021

本発明の無線センサネットワークの収集装置や無線センサネットワークシステムによれば、センサノードの死活確認に関連する不要な通信トラヒックの発生を抑制することができるので、センサノードの起動から計測開始までの時間を短縮しつつセンサノードによる計測を確実に開始することが可能であり、無線センサネットワークやその収集装置としての信頼性及び利便性の向上が可能になり、延いては無線センサネットワーク利用の快適性の向上が可能になる。

0022

本発明の無線センサネットワークのセンサノードや無線センサネットワークシステムは、通信経路の情報の保持時間が死活確認の周期よりも長く設定されるようにした場合には、無線センサネットワークの経路探索に関連する不要な通信トラヒックの発生も抑制することができるので、センサノードの起動から計測開始までの時間を一層短縮しつつセンサノードによる計測を確実に開始することが可能であり、無線センサネットワークやそのセンサノードとしての信頼性及び利便性の更なる向上が可能になり、延いては無線センサネットワーク利用の快適性の更なる向上が可能になる。

0023

本発明の無線センサネットワークの収集装置や無線センサネットワークシステムは、1回目の死活確認メッセージの送信の時から所定の時間が経過した場合にも当該ターンについてはセンサノードは途絶していると判断するようにした場合には、センサノードの死活確認に関連する不要な通信トラヒックの発生を一層抑制することができるので、センサノードの起動から計測開始までの時間を一層短縮しつつセンサノードによる計測を確実に開始することが可能であり、無線センサネットワークやその収集装置としての信頼性及び利便性の更なる向上が可能になり、延いては無線センサネットワーク利用の快適性の更なる向上が可能になる。

図面の簡単な説明

0024

実施形態における無線センサネットワーク全体のアーキテクチャを説明する図である。
実施形態におけるベイレベル装置とセンサノードとの間におけるやりとりの手順を説明する図である。
実施形態におけるベイレベル装置とセンサノードとの間におけるやりとりの手順を説明する図である。
実施形態におけるセンサノードの接続確認に纏わるベイレベル装置の動作を説明するフローチャートである。
実施形態におけるセンサノードの死活確認に纏わるベイレベル装置の動作を説明するフローチャートである。
実施形態におけるセンサノードの動作を説明するフローチャートである。
無線センサネットワークの概要を説明する図である。
ZigBeeの通信プロトコルスタックを説明する図である。

実施例

0025

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

0026

図1乃至図6に、本発明の無線センサネットワークのセンサノード及び収集装置並びに無線センサネットワークシステムの実施形態の一例を示す。

0027

本実施形態における無線センサネットワーク全体のアーキテクチャを図1に示す。本実施形態では、ZigBeeの近距離無線通信規格をベースとする無線センサネットワークに本発明の一例が適用された場合を例に挙げて説明する。

0028

なお、本発明が適用される無線センサネットワークの設置の目的は、特定の目的に限定されるものではないものの、具体的には例えば、あくまで一例として挙げると、種々の設備施設等の状態診断状態監視,或いは状態変化動向の把握などが挙げられる。

0029

本実施形態における無線センサネットワークの構成要素の概要は以下の通りである。

0030

なお、以下の説明における「ベイレベル装置」や「ステーションレベル装置」という呼称(言い換えると、用語)は、例えば変電所監視制御システムの構成の説明において用いられることがある呼称(用語)である。したがって、以下の説明における「ベイレベル装置」や「ステーションレベル装置」は、本発明の説明としての一例ではあるものの、本発明の構成の規定としては以下の説明に相当する種々の機器や装置などが広く該当し得るものとし、具体的な構成として「ベイレベル装置」や「ステーションレベル装置」に限定されるものではない。

0031

付け加えると、「ステーションレベル」と「ベイレベル」との間の関係は、「ステーションレベル」が上位レベルであり、その下位レベルに「ベイレベル」は位置づけられる。

0032

また、以下の説明における「ソフトウェアモジュール」とは、自らの役割(具体的には例えば、データの収集,統計情報処理など)を担い、他のソフトウェアモジュールにデータを提供することで無線センサネットワーク設置の目的達成に必要な情報処理を実現するものである。別の見方をすると、ソフトウェアモジュールの組み合わせにより、無線センサネットワーク設置の目的に係る情報処理が実現される。

0033

1)ベイレベル装置
ベイレベル装置は、主に、センサデータの読取を担うソフトウェアモジュールを備え、センサノードが計測を行って得た情報としてのセンサデータの収集を行う装置である。ベイレベル装置は、あわせて、無線センサネットワークとのインタフェースを実現し、関連する情報処理を行う。ベイレベル装置の機能は、例えば、無線による送受信機能(言い換えると、無線信号の送信及び受信を行うための機序)を備える(或いは、無線による送受信機構が付加された)コンピュータ上に実現され得る。

0034

センサデータの読取を担うソフトウェアモジュールは、無線センサネットワークが設置された目的に関する処理に活用される信号(言い換えると、センサの計測項目に関する信号)をセンサから取得し、ソフトウェアモジュール同士で通信可能なフォーマットに変換する。

0035

本実施形態では、ベイレベル装置の機能とZigBeeの近距離無線通信規格に従うZigBeeコーディネータとが一台のコンピュータ上に実現される。具体的には、ベイレベル装置の機能がソフトウェアにて実装され、また、ZigBeeコーディネータがUSB(Universal Serial Bus の略)にてコンピュータ本体に接続される。

0036

なお、ベイレベル装置の機能やZigBeeコーディネータを実現するコンピュータ本体の中には、必要に応じ、HTTPサーバやIEEE 1451プログラムインストールされるようにしても良い。

0037

HTTPサーバとしては、具体的には例えば、Microsoft社製のInternet Information Service(IIS)が用いられ得る。

0038

IEEE 1451プログラムは、例えば、USBで接続されたZigBeeコーディネータを通じ、IEEE 1451で用意されたセンサ諸元などへのアクセスを行ったり、センサノードからのデータを受信して同プログラム内のバッファに保存したりするように構成される(具体的には、プログラムされる)ことが考えられる。

0039

2)センサノード
センサノードは、種々の設備や施設等に設置されて計測を行い、無線センサネットワークが設置された目的に関する処理に必要な情報(具体的には例えば、あくまで一例として挙げると、温度,音などの計測データ)を取得してベイレベル装置(尚、ZigBeeコーディネータを備える)へと送信する。センサノードは、また、データ送信に必要な無線センサネットワークを自律的に構築(言い換えると、伝送経路/通信経路を自律的に設定)する。

0040

センサノードは複数設置され、各センサノード間無線通信によって接続される。なお、一つの無線センサネットワーク(即ち、無線通信網)を設定するものとして設置されるセンサノードの台数は、状態診断や状態監視等の対象とされた設備や施設等の規模に応じて適宜調整される。

0041

無線通信が途切れないようにして無線センサネットワーク(無線通信網)が構成され得るようにするために必要な場合には、計測は行わずに無線通信の中継器として機能するセンサノードが設置されるようにしても良い。この場合のセンサノードは、計測機能を備えず、通信機能のみを備えるようにしても良い。本発明では、計測機能を備えずに中継器として機能するノードも「センサノード」に含まれるものとする。

0042

ここで、ベイレベル装置と複数のセンサノードとの接続関係は、全てのセンサノードがベイレベル装置と直接に無線通信可能な状態である場合を除いて、ベイレベル装置を起点(言い換えると、最上位頂点)とすると共に各センサノード同士が通信を行う接続を含むツリー構造のトポロジを構成する。そして、各センサノードがセンサデータをベイレベル装置へと伝達したり、ベイレベル装置が各センサノードへと情報を通知したりする際に、マルチホップ転送が行われる。

0043

なお、ここでの説明におけるツリー構造のトポロジの起点(最上位,頂点)であるベイレベル装置は、無線センサネットワークの構成の説明において、各センサノードが計測して取得した情報を収集する装置として位置づけられ、センタノードとも呼ばれる。

0044

また、マルチホップ転送は、或るセンサノードが他のセンサノードから受信した情報(例えば、センサデータ,制御・運用に必要な信号)を別のセンサノードへと送信することにより、ベイレベル装置と直接には無線通信可能な状態にないセンサノードの情報をセンサノード同士の通信を介してベイレベル装置へと伝達する方式である。

0045

具体的には例えば、図1に示す例において、ベイレベル装置1A(尚、ZigBeeコーディネータを備える)とセンサノード2B及び2Cとが直接には無線通信することができない場合は、センサノード2B及び2Cの情報は接続関係のツリー構造において上位のノードであるセンサノード2Aへと送信され、当該送信された情報はセンサノード2Aによって受信され、当該受信された情報はセンサノード2Aによってベイレベル装置1Aへと送信され、当該送信された情報は接続関係のツリー構造において起点(最上位,頂点)のノードであるベイレベル装置1Aによって受信されるというように、マルチホップ転送によって送信される。

0046

センサノードは、例えば、フラッシュメモリ計測用のセンサ(具体的には例えば、温度センサ音センサなど),及び無線による送受信機能を搭載したものとして構成されることが考えられる。

0047

また、センサノードには、必要に応じ、ソフトウェアとして、センサノード用IEEE 1451.0サービスモジュール,ZigBee用IEEE 1451.5通信モジュール,TEDS(Transducer Electronic Data Sheet の略),センサデータ取得・送信機能が実装されるようにしても良い。

0048

センサノード用IEEE 1451.0サービスモジュールについては、具体的には例えば、Transducer ServiceAPI(Application Programming Interface の略)が実装されることが考えられる。

0049

TEDSについては、例えば、センサ識別子地理的位置情報などの基本的な情報を表すフィールドと、計測対象工学単位や最小サンプリング時間間隔などのセンサ諸元を表すフィールドとが実装されることが考えられる。

0050

ZigBee用IEEE 1451.5通信モジュールにおいては、具体的には例えば、Module CommunicationsAPI(IEEE 1451.0;例えば、堀ほか「設備保全フィールドセンサネットワークの構成手法(その2)−無線センサネットワークにおけるデータ収集時間の推定手法の提案−」,11章,電力中央研究所報告R10038,2011年 を参照)に記載されているAPIのうち以下のAPIと対応する処理が実装されることが考えられる。

0051

i)Comm
下位レイヤの通信モジュールを対象として起動や停止などのライフサイクルに関する処理を提供するAPIである。
ii)NetComm
通信ネットワークに接続しているセンサノードとのデータ交換を行うためのAPIである。
iii)Registration
下位レイヤの通信モジュールを登録するためのAPIである。
iv)NetRegistration
センサノード又はセンサノードのグループを登録するAPIである。
v)NetReceive
センサノードから受信したデータの処理を起動するためのAPIである。

0052

上述のベイレベル装置とセンサノードとに加え、無線センサネットワークの設置の目的や運用の仕方により、必要に応じ、以下のステーションレベル装置やディレクトリサーバが無線センサネットワークの構成要素として含まれるようにしても良い。

0053

3)ステーションレベル装置
主に、データ整理を担うソフトウェアモジュールやデータ処理を担うソフトウェアモジュールを備え、無線センサネットワークが設置された目的(言い換えると、監視項目やセンサの計測項目)に関する処理を行う。ステーションレベル装置の機能は、例えば、コンピュータ上に実現され得る。

0054

データ整理を担うソフトウェアモジュールは、具体的には例えば無線センサネットワークが設置された目的に合わせた処理において利用し易いようにデータを整理したり複数のデータを組み合わせて別の項目のデータを算出したりする。

0055

データ処理を担うソフトウェアモジュールは、具体的には例えばセンサデータ或いは上記のソフトウェアモジュールによって整理されたデータに基づいて、無線センサネットワークが設置された目的に合わせた処理(具体的には例えば、あくまで一例として挙げると、種々の設備や施設等の状態診断,状態監視,或いは状態変化の動向の把握)を行う。

0056

4)ディレクトリサーバ
無線センサネットワークが設置された目的に関する処理に利用されるデータを扱うソフトウェアモジュールの生成・初期化とステーションレベル装置やベイレベル装置への配信、及び、ソフトウェアモジュールの起動・停止・復旧に関する指令送信を担う。また、ソフトウェアモジュール間の関係を管理する。ディレクトリサーバの機能は、例えば、コンピュータ上に実現(具体的には、ソフトウェアにて実装)され得る。

0057

なお、上述のステーションレベル装置の機能とディレクトリサーバの機能とは、一台のコンピュータ上に実現されるようにしても良い。

0058

5)上記以外のソフトウェアモジュール

0059

無線センサネットワークにおいて用いられ得るソフトウェアモジュールとして、上記の他に、システム連携を担うソフトウェアモジュールが挙げられる。

0060

システム連携を担うソフトウェアモジュールは、他システム(具体的には例えば、作業管理システム)とのデータ連携に必要な処理を行う。

0061

そして、本実施形態の無線センサネットワークのセンサノードは、計測によって取得された情報を無線通信網のトポロジの起点に位置づけられている収集装置としてのベイレベル装置に宛てて送信するセンサノードであり、ベイレベル装置から繰り返し送信されるカウンタリセット信号への応答として所定の場合に無線通信網への接続を要求する接続要求メッセージをベイレベル装置に宛てて送信すると共に当該接続要求メッセージがベイレベル装置によって受信された後に周期的な死活確認としてベイレベル装置から周期的に送信される自らに対する死活確認メッセージを受信したときは生存していることを通知する生存信号をベイレベル装置に宛てて送信するように構成され、接続要求メッセージをベイレベル装置に宛てて送信した後に自らに対する死活確認メッセージを受信しない状態が継続している間にカウンタリセット信号の受信回数が接続要求送信間隔回数Nb〔回〕以上になった場合に接続要求メッセージをベイレベル装置に宛てて送信し、且つ、無線通信網における通信経路の情報の保持時間が、ベイレベル装置による死活確認の周期よりも長く設定されるようにしている。

0062

また、本実施形態の無線センサネットワークの収集装置は、無線通信網のトポロジの起点に位置づけられてセンサノードが計測によって取得した情報を収集する収集装置としてのベイレベル装置であり、センサノードに対してブロードキャストにてカウンタリセット信号を送信すると共に当該カウンタリセット信号への応答としてセンサノードから送信される無線通信網への接続を要求する接続要求メッセージを受信した後に周期的な死活確認として死活確認メッセージをセンサノードに宛てて周期的に送信するように構成され、死活確認の1ターン当り死活確認メッセージを死活確認送信最大回数Ns〔回〕送信しても当該死活確認メッセージへの応答としての当該センサノードからの生存信号を受信しない場合、または、死活確認メッセージへの応答としてのセンサノードからの生存信号を受信しない状態が継続している間に死活確認の或るターンにおける1回目の死活確認メッセージの送信の時から生存信号受信時限Tr〔秒〕が経過した場合に当該ターンについては当該センサノードは途絶していると判断し、途絶と判断されたターンが接続解除判定ターン数Ni〔ターン〕繰り返されたときに当該センサノードを死活確認メッセージの送信対象から外すようにしている。

0063

さらに、本実施形態の無線センサネットワークシステムは、上記の無線センサネットワークのセンサノードを複数有すると共に、上記の無線センサネットワークの収集装置としてのベイレベル装置を有するようにしている。

0064

以下、本発明の要点である、
〈I〉センサノードの接続確認及び死活確認
〈II〉センサノードにおける経路情報の保持
についてそれぞれ説明する。

0065

〈I〉センサノードの接続確認及び死活確認
(1)センサノードの接続確認の概要
センサノードの接続確認の機能として、センサノードが設置・起動されてベイレベル装置とのデータ交換が可能になったことが自動的に確認され、また、接続確認が一旦為されたセンサノードとの接続状況が把握される。

0066

具体的には(図2参照)、ベイレベル装置は、センサノードが有するカウンタを合わせるためにカウンタリセット信号をブロードキャストにて送信する。

0067

カウンタリセット信号を受信したセンサノードは、以下の〈条件1〉乃至〈条件3〉のうちのいずれかの条件が成立する場合に接続要求メッセージをベイレベル装置に宛てて送信する。

0068

〈条件1〉自らに対して(言い換えると、自らに宛てて)送信された死活確認メッセージを受信していない場合。
〈条件2〉自らに対して(言い換えると、自らに宛てて)送信された最新の死活確認メッセージの受信後に、カウンタリセット信号を所定の閾値回数(Nr〔回〕)以上受信している場合。
〈条件3〉接続要求メッセージを1回送信した後に、自らに対する(言い換えると、自らに宛てられた)死活確認メッセージを受信しない状況で、カウンタリセット信号を所定の閾値回数(Nb〔回〕)受信した場合。

0069

上述の構成により、接続要求の返信機能が追加され、AODVによる伝送経路が確立されていない場合には初回のセンサデータが送信されないため、データ交換の効率化が図られる。

0070

また、多数のセンサノードが同時に送信すると通信の輻輳によってベイレベル装置またはマルチホップを行うセンサノードにおいて受信エラーが発生してしまうのに対し、上述の構成によれば、センサノードによる接続要求の返信は所定の条件(具体的には、上述の〈条件1〉又は〈条件2〉)が満たされた場合に限定して実施されるため、ベイレベル装置またはマルチホップを行うセンサノードにおける受信エラーの発生が回避される。

0071

つまり、上述の構成によれば、ベイレベル装置とセンサノードとが相互に、また、複数のセンサノード同士が相互に、相手の特徴を案した動作を行うため、無線センサネットワークによる通信網の構築が、更には無線センサネットワーク関連の機能の実行が適切に且つ効率的に行われ得る。

0072

(2)センサノードの死活確認の概要
ベイレベル装置は、センサノードからの接続要求メッセージを受信した場合、死活確認の要求メッセージを当該センサノードに宛てて送信する。そして、当該センサノードからの生存信号を受信することにより、当該センサノードは生存していると共に接続していることを確認する。

0073

ベイレベル装置は、また、接続が確認されているセンサノードに対しては、死活確認を所定の周期で繰り返し行う。

0074

具体的には(図3参照)、ベイレベル装置から、接続が確認されているセンサノードに宛ててユニキャストにて死活確認メッセージが送信される。

0075

死活確認メッセージは、所定の間隔(Ts〔秒〕)で、当該センサノードを対象とした死活確認の期間(「ターン」と呼ぶ)当り最大で所定の閾値回数(Ns〔回〕)送信される。センサノード毎の死活確認のターンは、生存信号を受信するか、予め設定された時限(Tr〔秒〕)経過すると終了する。

0076

上記時限(Tr〔秒〕)を経過した場合には、当該センサノードは途絶したものと判定される。そして、所定の閾値回数(Ni〔ターン〕)連続で途絶と判定されると、当該センサノードは接続解除と判定され、それ以降は死活確認メッセージが送信されなくなる。死活確認メッセージが送信されなくなったセンサノードは、起動直後と同じ状態になる。

0077

なお、センサノードから送信された生存信号が受信された場合に、当該センサノードに宛てて、ベイレベル装置から、センサの諸元に関する要求メッセージが送信されるようにしても良い。

0078

上述の構成により、センサノードの途絶や接続解除の判定基準送信回数や時限とターン数とによって設定され、センサノードの死活確認に関連する通信の発生が抑制される。

0079

(3)ベイレベル装置の具体的な動作手順
上述の概要に基づく、ベイレベル装置とセンサノードとのそれぞれの具体的な動作手順は例えば以下のようになる(図4乃至図6参照)。ただし、以下に説明する具体的な動作手順は上述の概要の組み合わせとしてのベイレベル装置やセンサノードの具体的な動作手順のあくまでも一例であり、本発明の上述の構成を実現するベイレベル装置やセンサノードの具体的な動作手順は他にもあり得る。

0080

まず、ベイレベル装置は、センサノードの接続確認に纏わる動作として、センサノードに対してブロードキャストにてカウンタリセット信号を送信する(図4BS1)。ベイレベル装置によるカウンタリセット信号の送信は、予め適宜定められた所定の間隔(具体的には例えば、あくまで一例として挙げると、10〜20秒程度の周期)で、若しくは所定のトリガーに従って、繰り返し行われる。

0081

ベイレベル装置は、続いて、センサノードから送信されて(図6のNS1乃至NS7)既に受信した接続要求に対する死活確認の処理状況を確認し、未だ処理されていない(即ち、死活確認が為されていない)接続要求が残っているか否かを判断する(図4のBS2)。

0082

なお、ベイレベル装置は、センサノードから送信された接続要求メッセージを受信することにより、当該センサノードを他のセンサノードと区別して認識するための情報(例えば、センサノード毎の識別子)を取得する。以下の説明では、個々のセンサノードを区別して認識するための識別子に相当する情報を表す符号として「i」を用い、「センサノードi」と表記する。ただし、符号「i」はあくまでも個々のセンサノードを区別していることを表すためのものであり、以下の説明における「センサノードi」が全て同一のセンサノードであることを意味するものではない。

0083

そして、未だ処理されていない接続要求が残っている場合(BS2:Yes)は、ベイレベル装置は、センサノードの死活確認に纏わる動作として、未だ処理されていない接続要求のメッセージ(具体的には、メッセージの内容に対応する信号)を送信してきたセンサノードiに宛ててユニキャストにて死活確認のメッセージ(具体的には、メッセージの内容に対応する信号)を送信する(BS3)。

0084

ベイレベル装置は、続いて、センサノードiからの生存信号を受信したか否かを判断する(BS4)。

0085

そして、センサノードiからの生存信号を受信しない場合(BS4:No)は、ベイレベル装置の処理ステップはBS2の処理に戻る。

0086

他方、センサノードiからの生存信号を受信した場合(BS4:Yes)は、ベイレベル装置は、当該センサノードiに宛ててユニキャストにて諸元要求のメッセージ(具体的には、メッセージの内容に対応する信号)を送信する(BS5)。その上で、ベイレベル装置の処理ステップはBS2の処理に戻る。

0087

一方、BS2の処理において未だ処理されていない接続要求が残っていない場合(BS2:No)は、ベイレベル装置の処理ステップは、接続確認済みのセンサノードに対する死活確認を実行する処理(図5のBS6以降)に移行する。

0088

ここで、BS3及びBS4の処理にて行われる死活確認はセンサノードから送信された接続要求メッセージへの応答として行われる初回の死活確認であり、一方、BS6以降の処理にて行われる死活確認は初回の死活確認が既に行われて生存及び接続が確認されたセンサノードに対する継続的な死活確認である。

0089

継続的な死活確認を実行する処理として、ベイレベル装置は、まず、初回の死活確認が既に為されているセンサノードに対する継続的な死活確認の状況を確認し、未だ確認されていない(即ち、継続的な死活確認が為されていない)センサノードが残っているか否かを判断する(図5のBS6)。

0090

そして、生存しているか接続解除しているかが未だ確認されていないセンサノードが残っていない場合(BS6:No)は、ベイレベル装置の処理ステップはBS1の処理に戻る。

0091

他方、生存しているか接続解除しているかが未だ確認されていないセンサノードが残っている場合(BS6:Yes)は、ベイレベル装置は、未だ確認されていないセンサノードiに宛ててユニキャストにて死活確認メッセージ(信号)を送信する(BS7)。

0092

その後、ベイレベル装置は、死活確認送信間隔時間としてTs〔秒〕が経過するのを待ってから(BS8)、センサノードiからの生存信号を受信したか否かを判断する(BS9)。

0093

死活確認送信間隔時間としてのTs〔秒〕の値は、特定の値(時間長さ)に限定されるものではなく、例えば事前分析・検討結果などが踏まえられた上で、適当な値(時間長さ)に適宜設定される。死活確認送信間隔時間としてのTs〔秒〕の値は、具体的には例えば、あくまで一例として挙げると、1〜2〔秒〕程度の範囲のうちの適当な値に設定され得る。

0094

そして、死活確認メッセージの送信時(BS7)から死活確認送信間隔時間Ts〔秒〕が経過する前にセンサノードiからの生存信号を受信した場合(BS9:Yes)は、ベイレベル装置は、当該センサノードiは生存していることを確認する(BS10)。その上で、ベイレベル装置の処理ステップはBS6の処理に戻る。

0095

他方、死活確認メッセージの送信時(BS7)から死活確認送信間隔時間Ts〔秒〕が経過する前にセンサノードiからの生存信号を受信していない場合(BS9:No)は、ベイレベル装置は、当該センサノードiに対する死活確認メッセージの送信回数が1ターン当りの死活確認送信最大回数としてのNs〔回〕に到達しているか否かを判断する(BS11)。

0096

死活確認送信最大回数としてのNs〔回〕の値は、特定の値(回数)に限定されるものではなく、例えば事前の分析・検討結果などが踏まえられた上で、適当な値(回数)に適宜設定される。死活確認送信最大回数としてのNs〔回〕の値は、具体的には例えば、あくまで一例として挙げると、2〜5〔回〕程度の範囲のうちの適当な値に設定され得る。

0097

そして、センサノードiに対する死活確認メッセージの送信回数が死活確認送信最大回数Ns〔回〕に到達していない場合(BS11:No)は、ベイレベル装置の処理ステップはBS7の処理に戻る。

0098

他方、センサノードiに対する死活確認メッセージの送信回数が死活確認送信最大回数Ns〔回〕に到達している場合(BS11:Yes)は、ベイレベル装置は、死活確認応答猶予時間としてTg〔秒〕が経過するのを待つ(BS12)。

0099

死活確認応答猶予時間としてのTg〔秒〕の値は、特定の値(時間長さ)に限定されるものではなく、例えば事前の分析・検討結果などが踏まえられた上で、適当な値(時間長さ)に適宜設定される。死活確認応答猶予時間としてのTg〔秒〕の値は、例えば、生存信号受信時限としてのTr〔秒〕と上述の死活確認送信間隔時間Ts〔秒〕及び死活確認送信最大回数Ns〔回〕とを用いて数式1のように表され得る。

0100

(数1) Tg = Tr−[Ts×(Ns−1)]

0101

生存信号受信時限Tr〔秒〕は、センサノードi別に死活確認のターン毎に計測され(言い換えると、カウントされ)、或るセンサノードiに対する継続的な死活確認の或るターンにおける1回目の死活確認メッセージの送信時(BS7)からの経過時間の限度(即ち、最大時間長さ)である。

0102

生存信号受信時限としてのTr〔秒〕の値は、特定の値(時間長さ)に限定されるものではなく、例えば事前の分析・検討結果などが踏まえられた上で、適当な値(時間長さ)に適宜設定される。生存信号受信時限としてのTr〔秒〕の値は、具体的には例えば、あくまで一例として挙げると、2〜10〔秒〕程度の範囲のうちの適当な値に設定され得る。

0103

そして、ベイレベル装置は、死活確認応答猶予時間Tg〔秒〕が経過するのを待ってから(BS12)、センサノードiからの生存信号を受信したか否かを判断する(BS13)。

0104

そして、継続的な死活確認の或るターンにおけるNs回目の死活確認メッセージの送信時(BS7)から死活確認応答猶予時間Tg〔秒〕が経過する前に(言い換えると、1回目の死活確認メッセージの送信時(BS7)から生存信号受信時限Tr〔秒〕が経過する前に)センサノードiからの生存信号を受信した場合(BS13:Yes)は、ベイレベル装置は、当該センサノードiは生存していることを確認する(BS10)。その上で、ベイレベル装置の処理ステップはBS6の処理に戻る。

0105

他方、継続的な死活確認の或るターンにおけるNs回目の死活確認メッセージの送信時(BS7)から死活確認応答猶予時間Tg〔秒〕が経過する前にセンサノードiからの生存信号を受信していない場合(BS13:No)は、ベイレベル装置は、当該センサノードiからの死活確認メッセージへの応答としての生存信号が受信されないターンが接続解除判定ターン数としてのNi〔ターン〕連続しているか否かを判断する(BS14)。

0106

接続解除判定ターン数としてのNi〔ターン〕の値は、特定の値(ターン数)に限定されるものではなく、例えば事前の分析・検討結果などが踏まえられた上で、適当な値(ターン数)に適宜設定される。接続解除判定ターン数としてのNi〔ターン〕の値は、具体的には例えば、あくまで一例として挙げると、2〜5〔ターン〕程度の範囲のうちの適当な値に設定され得る。

0107

そして、センサノードiからの生存信号を受信していない死活確認のターンが接続解除判定ターン数Ni〔ターン〕連続していない場合(BS14:No)は、ベイレベル装置の処理ステップはBS6の処理に戻る。

0108

他方、センサノードiからの生存信号を受信していない死活確認のターンが接続解除判定ターン数Ni〔ターン〕連続している場合(BS14:Yes)は、ベイレベル装置は、当該センサノードiは接続解除と判定して死活確認の対象から外す(BS15)。

0109

接続解除していると判定されたセンサノードに対しては、以降は死活確認メッセージは送信されなくなる。死活確認メッセージが送信されなくなったセンサノードは、起動直後と同じ状態になる。

0110

なお、接続解除していると判定されたセンサノードは、ベイレベル装置上の登録が削除される。そして、ベイレベル装置からブロードキャストにて所定の間隔で若しくは所定のトリガーに従って繰り返して送信される(図4のBS1)カウンタリセット信号への応答として接続要求メッセージが送信される(図6のNS1乃至NS7)など、新規電源投入されてセンサノードが起動した場合と同じ処理が行われる。この場合、例えばセンサノード毎の識別子等とセンサ諸元との対応データ整備されることにより、センサの諸元データの取得に関連する処理(通信)が省略されるようにしても良い。

0111

ベイレベル装置は上述のように死活確認送信最大回数Ns〔回〕や生存信号受信時限Tr〔秒〕と接続解除判定ターン数Ni〔ターン〕とによってセンサノードの途絶や接続解除の判定を行うので、センサノードの接続解除の判定に関連する通信(接続確認関連の通信)のトラヒックの発生が抑制される。

0112

(4)センサノードの具体的な動作手順
上記(1)及び(2)の概要に基づくと共に、上述のベイレベル装置によるセンサノードの接続確認及び死活確認に纏わる動作に応答し、センサノードは以下の動作を行う。

0113

なお、本実施形態では、上記で説明したように、ベイレベル装置は、カウンタリセット信号,死活確認メッセージ,及び諸元要求メッセージの三種類のメッセージ(具体的には、各メッセージの内容に対応する信号)を送信するものとする。

0114

また、センサノードにおける以下の処理において用いられる接続要求判別変数CRは、起動直後においては初期値として接続要求中でないことを表す0(ゼロ)になっている。

0115

センサノードは、起動後、カウンタリセット信号を受信すると、ベイレベル装置に宛ててユニキャストにて接続要求メッセージを送信する。ベイレベル装置は起動直後は自らに対して送信された死活確認メッセージを受信していない状態であるので、起動直後の接続要求メッセージの送信は上記(1)における〈条件1〉に基づく動作である。また、センサノードは、接続要求判別の変数CRを接続要求中である(言い換えると、接続要求メッセージを既に送信している)ことを表す1にする。

0116

起動直後に接続要求メッセージを送信した後のセンサノードの動作は、図6のフローに従う。

0117

センサノードは、何らかのメッセージ(具体的には、メッセージの内容に対応する信号)を受信する(NS1)と、当該メッセージがどのような種類のものであるかを判断する(NS2,NS8,及びNS10)。

0118

センサノードは、まず、受信したメッセージがカウンタリセット信号であるか否かを判断する(NS2)。

0119

そして、受信したメッセージがカウンタリセット信号である場合(NS2:Yes)は、センサノードは、カウンタリセット信号の受信回数Nに1を加える(NS3)。

0120

センサノードは、続いて、接続要求判別の変数CRが接続要求中であることを表す1であるか否かを判断する(NS4)。

0121

そして、接続要求判別の変数CRが1である(即ち、接続要求中である;言い換えると、接続要求メッセージを既に送信している)場合(NS4:Yes)は、センサノードは、続いて、カウンタリセット信号の受信回数Nが接続要求送信間隔回数としてのNb〔回〕に到達しているか否かを判断する(NS5)。

0122

接続要求送信間隔回数としてのNb〔回〕の値は、2以上であれば特定の値(回数)に限定されるものではなく、例えば事前の分析・検討結果などが踏まえられた上で、適当な値(回数)に適宜設定される。接続要求送信間隔回数としてのNb〔回〕の値は、具体的には例えば、あくまで一例として挙げると、5〜15〔回〕程度の範囲のうちの適当な値に設定され得る。

0123

そして、カウンタリセット信号の受信回数Nが接続要求送信間隔回数Nb〔回〕に到達していない(即ち、N<Nb である)場合(NS5:No)は、センサノードの処理ステップはNS1の処理に戻る。

0124

他方、カウンタリセット信号の受信回数Nが接続要求送信間隔回数Nb〔回〕に到達している(即ち、N≧Nb である)場合(NS5:Yes)は、センサノードは、ベイレベル装置に宛ててユニキャストにて接続要求メッセージを送信し、さらに、カウンタリセット信号の受信回数Nを0(ゼロ)にすると共に接続要求判別の変数CRを接続要求中であることを表す1にする(NS7)。その上で、センサノードの処理ステップはNS1の処理に戻る。

0125

一方、NS4の処理において接続要求判別の変数CRが0(ゼロ)である(即ち、接続要求中でない)場合(NS4:No)は、センサノードは、続いて、カウンタリセット信号の受信回数Nが接続要求開始保留回数としてのNr〔回〕に到達しているか否かを判断する(NS6)。

0126

接続要求開始保留回数としてのNr〔回〕の値は、2以上であれば特定の値(回数)に限定されるものではなく、例えば事前の分析・検討結果などが踏まえられた上で、適当な値(回数)に適宜設定される。接続要求開始保留回数としてのNr〔回〕の値は、具体的には例えば、あくまで一例として挙げると、2〜5〔回〕程度の範囲のうちの適当な値に設定され得る。

0127

そして、カウンタリセット信号の受信回数Nが接続要求開始保留回数Nr〔回〕に到達していない(即ち、N<Nr である)場合(NS6:No)は、センサノードの処理ステップはNS1の処理に戻る。

0128

他方、カウンタリセット信号の受信回数Nが接続要求開始保留回数Nr〔回〕に到達している(即ち、N≧Nr である)場合(NS6:Yes)は、センサノードは、ベイレベル装置に宛ててユニキャストにて接続要求メッセージを送信し、さらに、カウンタリセット信号の受信回数Nを0(ゼロ)にすると共に接続要求判別の変数CRを接続要求中であることを表す1にする(NS7)。その上で、センサノードの処理ステップはNS1の処理に戻る。

0129

センサノードは上述のように起動直後以外はカウンタリセット信号の受信回数Nが接続要求送信間隔回数Nb〔回〕若しくは接続要求開始保留回数Nr〔回〕に到達した場合のみベイレベル装置に宛てて接続要求メッセージを返信するので、センサノードの起動時の通信トラヒックが分散され、また、無線センサネットワークの運用時の通信トラヒックの発生が抑制される。

0130

一方、NS2の処理において受信したメッセージがカウンタリセット信号でない場合(NS2:No)は、センサノードは、受信したメッセージが自らに対する(言い換えると、自らに宛てられた)諸元要求メッセージであるか否かを判断する(NS8)。

0131

そして、受信したメッセージが自らに対する諸元要求メッセージである場合(NS8:Yes)に、センサノードは、ベイレベル装置に宛ててユニキャストにて諸元データを送信する(NS9)。

0132

他方、受信したメッセージが自らに対する諸元要求メッセージでない場合(NS8:No)は、NS2の処理においてセンサノードが受信したメッセージは、自らに対する(言い換えると、自らに宛てられた)死活確認メッセージである(NS10)。

0133

この場合、センサノードは、ベイレベル装置に宛ててユニキャストにて生存信号を送信し(NS11)、さらに、カウンタリセット信号の受信回数Nを0(ゼロ)にすると共に接続要求判別の変数CRを接続要求中でないことを表す0(ゼロ)にする(NS12)。その上で、センサノードの処理ステップはNS1の処理に戻る。

0134

センサノードは上述のように自らに対する死活確認メッセージを受信した場合のみベイレベル装置に宛てて生存信号を返信するので、センサノードの死活確認に関連する通信トラヒックを含む無線センサネットワークの運用時の通信トラヒックの発生が抑制される。

0135

上述のベイレベル装置の動作とセンサノードの動作とにより、ベイレベル装置とセンサノードとの間の無線通信の経路が確立されると共にベイレベル装置によってセンサノードiの生存及び接続が確認され、その上で、センサノードiが計測して取得した情報としてのセンサデータの収集が開始される。

0136

また、上述のベイレベル装置の動作とセンサノードの動作とによると、センサの諸元に関するデータがセンサノードから自動的に直接取得される。すなわち、センサノードの生存及び接続が確認された(図4のBS4:Yes)直後に、ベイレベル装置からの要求(BS5)に基づいて当該センサノードの諸元に関するデータが収集される(図6のNS8,NS9)。

0137

センサの諸元データに関するベイレベル装置とセンサノードとの間のやりとりにおいては、例えば、センサの諸元データのフォーマット及び取得方法として、IEEE 1451が利用されることが考えられる。

0138

IEEE 1451が制定しているセンサの諸元データのフォーマットはTEDSとして定められている(例えば、IEEE Standardsfor a Smart Transducer Interface for Sensors and Actuators − Common Functions, Communication protocols, and Transducer Electronic Data Sheet (TEDS) Formats,IEEE 1451.0−2007,2007年 を参照)。IEEE 1451は、また、TEDSのアクセス用メッセージやセンサの諸元データを収集する機能(NCAP:Network Capable Application Processor の略)の仕様についても定めている(例えば、IEEE Standards for a Smart Transducer Interface for Sensors and Actuators − Network Capable Application Processor Information Model,IEEE 1451.1−1999,1999年 を参照)。

0139

〈II〉センサノードにおける経路情報の保持
経路表の有効時間(言い換えると、経路表の情報の保持時間,経路表の情報が破棄されるまでの時間)を適切に調整することにより、無線センサネットワークの経路探索に用いられる通信トラヒックの発生が抑制されることが期待される。

0140

例えば上記〈I〉におけるベイレベル装置の動作とセンサノードの動作とによって確立された無線通信の経路は、各センサノード内に、経路表の情報として保存される。

0141

しかしながら、経路表の情報は、予め設定された所定の時間内に、当該経路表に規定された伝送経路(即ち、通信経路)が利用されない場合、すなわち、当該経路表に規定された伝送経路が利用された無線通信が行われない場合に破棄される。そして、あらためて、伝送経路の確立のための通信が行われる。このため、センサノードの台数が多い場合に特に、無線センサネットワーク内の通信トラヒックが増加して輻輳が発生し、延いてはセンサノードの接続状態を含めて通信状態が不安定になってしまう。

0142

一方で、上述のベイレベル装置の動作及びセンサノードの動作と対応させると、ベイレベル装置が或るセンサノードiが接続していると認識している状況で、ベイレベル装置と当該のセンサノードiとの間で死活確認メッセージと生存信号との送受信が上記所定の時間内に行われている場合は、経路表の情報の破棄は発生しない。

0143

そこで、センサノードにおける経路表の情報の破棄が行われるまでの時間(言い換えると、経路情報の保持時間)が、センサノードが死活確認メッセージを受信する最大間隔よりも長く設定される。

0144

そして、上述のベイレベル装置とセンサノードとの動作を前提とすると、或るセンサノードが継続的な死活確認のメッセージを受信する最大間隔を踏まえ、センサノードにおける経路情報の保持時間Th〔秒〕は、数式2によって算出される値に設定されることが考えられる。

0145

(数2) Th = k(Nn×Tr×Ni)
ここに、 Th:経路情報の保持時間〔秒〕,
Nn:ネットワーク内のセンサノードの台数〔台〕,
Tr:生存信号受信時限〔秒〕,
Ni:接続解除判定ターン数〔ターン〕
k:定数をそれぞれ表す。

0146

数式2における定数kは、ネットワーク内に設置されている各センサノードが死活確認メッセージを受信する最大間隔に対する余裕度合いを表す定数であり、1より大きい値として設定される。

0147

定数kの値は、1より大きければ特定の値に限定されるものではないものの、発明者が見出した知見によると、1.5〜2.5程度の範囲のうちの値に設定されることが好ましく、2.0程度の値に設定されることが更に好ましい。

0148

数式2における「Nn×Tr×Ni」は、或るセンサノードが継続的な死活確認のメッセージを受信する最大間隔であり、言い換えると、ベイレベル装置による或るセンサノードを対象とする継続的な死活確認の開始の周期である。つまり、数式2は、センサノードにおける経路情報の保持時間Th〔秒〕が、ベイレベル装置による各センサノードにおける継続的な死活確認の開始の周期よりも長く設定されることを意味する。

0149

センサノードは上述のように経路情報の保持時間が死活確認メッセージを受信する最大間隔よりも長いので、経路表の情報の破棄が真に必要な状況のみに限定されて実施されるため、無線センサネットワークの経路探索に関連する通信トラヒックの発生が抑制される。

0150

以上のように構成された無線センサネットワークシステムによれば、無線通信網における情報の伝送経路が確立されていない場合には計測によって取得された情報が通信されないので、センサノードによる計測情報の送信に関連する不要な通信トラヒックの発生を防止することができ、さらに、通信経路の情報の破棄が真に必要な状況のみに限定されて実施されるので、無線センサネットワークの経路探索に関連する不要な通信トラヒックの発生を抑制することができる。このため、センサノードの起動から計測開始までの時間を短縮しつつセンサノードによる計測を確実に開始することが可能になる。

0151

以上のように構成された無線センサネットワークシステムによれば、また、所定の回数及びターン数の死活確認メッセージの収集装置からの送信によってセンサノードの途絶(即ち、通信の接続断)や接続解除が判定されるので、センサノードの死活確認に関連する不要な通信トラヒックの発生を抑制することができ、さらに、所定の時間の経過によってもセンサノードの途絶が判定されるので、センサノードの死活確認に関連する不要な通信トラヒックの発生を一層抑制することができる。このため、センサノードの起動から計測開始までの時間を短縮しつつセンサノードによる計測を確実に開始することが可能になる。

0152

なお、上述の実施形態は本発明を実施する際の好適な形態の一例ではあるものの本発明の実施の形態が上述のものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において本発明は種々変形実施可能である。

0153

例えば、上述の実施形態では未処理の接続要求のメッセージを送信してきたセンサノードiに宛てて死活確認のメッセージを送信して(BS3)センサノードiからの生存信号を受信したか否かを判断した(BS4)上でセンサノードiに宛てて諸元要求のメッセージを送信する(BS5)ようにしているが、この初回の死活確認メッセージの送信(BS3)及び生存信号の受信(BS4)は本発明において必須の構成ではない。すなわち、未処理の接続要求のメッセージを送信してきたセンサノードiに宛ててBS3及びBS4の処理を経ることなく諸元要求メッセージを送信するようにしても良い。この場合には、初回の死活確認に関連する通信トラヒックの発生が回避されるので、センサノードの起動から計測開始までの時間が一層短縮される。

0154

また、上述の実施形態ではセンサノードiからの生存信号を受信した場合(BS4:Yes)にベイレベル装置は当該センサノードiに宛てて諸元要求のメッセージを送信する(BS5)ようにしているが、生存が確認されたセンサノードに対する動作、言い換えると生存が確認されたセンサノードとベイレベル装置との間のやりとり(つまり、情報の交換)は諸元データに関するやりとりに限られるものではなく、センサデータの収集に関するやりとりが行われるようにしても良い。

0155

また、上述の実施形態ではセンサノードにおける経路情報の保持時間がセンサノードが死活確認メッセージを受信する最大間隔よりも長く設定されるようにしているが、この構成は本発明において必須の構成ではなく、経路情報の保持時間が他の基準によって設定されるようにしても良い。この場合でも、センサノードによる接続要求メッセージの送信に纏わる構成により、センサノードの起動から計測開始までの時間を短縮しつつセンサノードによる計測を確実に開始することが可能である。

0156

また、上述の実施形態ではセンサノードからの生存信号を受信することなく生存信号受信時限Tr〔秒〕が経過した場合に当該ターンについて前記センサノードは途絶していると判断するようにしているが、この構成は本発明において必須の構成ではなく、生存信号受信時限Tr〔秒〕の経過によるセンサノードの途絶の判定は行われないようにしても良い。この場合でも、死活確認メッセージの所定の回数の送信によるセンサノードの途絶の判定により、センサノードの起動から計測開始までの時間を短縮しつつセンサノードによる計測を確実に開始することが可能である。

0157

1A,1Bベイレベル装置
2A,2B,2C,2D,2E,2F センサノード

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ