JP4341672B2 - Communication timing control system and communication timing control method - Google Patents

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Description

本発明は、通信タイミング制御システム及び通信タイミング制御方法に関し、例えば、センサネットワーク等の空間に分散配置された多数のノードや移動体が、相互にデータ通信を行なう場合において、電波干渉等による通信データの衝突を回避する装置、方法、ノード及び通信システムに適用し得る。 The present invention relates to a communication timing control system and a communication timing control method. For example, when a large number of nodes and mobiles distributed in a space such as a sensor network perform data communication with each other, communication data due to radio wave interference or the like. The present invention can be applied to an apparatus, a method, a node, and a communication system for avoiding collisions.

特許文献1〜特許文献7には、集中管理サーバを必要とせず、個々のノードが自律分散的にタイムスロット割当を行うことによって、通信データの発信衝突を回避する通信タイミング制御に関する技術が記載されている。   Patent Documents 1 to 7 describe a technique related to communication timing control that avoids a communication data transmission collision by autonomously distributing time slot allocation without requiring a centralized management server. ing.

特許文献1〜特許文献7に記載の通信タイミング制御方法は、各ノードが近傍ノードとの間で周期的にインパルス信号(自ノードの発信タイミングを示す制御信号)を送受信することによって通信タイミングの相互調整を行うものである。これにより、インパルス信号の到達範囲(以後、相互作用範囲と呼ぶ)内のノード間で、1周期(インパルス信号の発信周期)を相互に分割するタイムスロット割当を実現する。なお、インパルス信号は、必ずしもインパルス状の波形を有する信号という意味ではなく、一般的な制御信号と同様にパケット等で構成することが可能である。そこで、ここでは、インパルス信号をタイミング制御信号と呼ぶ。   In the communication timing control method described in Patent Literature 1 to Patent Literature 7, each node periodically transmits and receives an impulse signal (a control signal indicating the transmission timing of the own node) to and from neighboring nodes, thereby mutual communication timing. Make adjustments. This realizes time slot allocation that divides one period (impulse signal transmission period) between nodes in the impulse signal reachable range (hereinafter referred to as the interaction range). Note that the impulse signal does not necessarily mean a signal having an impulse-like waveform, and can be configured by a packet or the like as with a general control signal. Therefore, here, the impulse signal is referred to as a timing control signal.

ところで、上記のような通信タイミング制御方法の適用形態の1つとして、例えば無線センサネットワークがある。   By the way, as one application mode of the communication timing control method as described above, there is a wireless sensor network, for example.

一般に、無線センサネットワークでは、個々のセンサノードでセンシングされた観測データをシンクノードに集めるネットワークを構成することが多い。すなわち、各センサノードは観測データを近傍ノードに無線で送信し、その受信ノードはさらに別のノードに受信データを転送する動作(マルチホップ通信)を次々に実行することにより、最終的にシンクノードに観測データを到達させるネットワークを構成する。   In general, a wireless sensor network often includes a network that collects observation data sensed by individual sensor nodes at a sink node. That is, each sensor node wirelessly transmits observation data to neighboring nodes, and the reception node finally performs an operation (multi-hop communication) for transferring the reception data to another node, thereby finally obtaining a sink node. A network that allows observation data to reach is constructed.

このようなネットワークでは、シンクノードの近傍に存在するノードにトラヒックが集中する。したがって、シンクノードの近傍ノードがトラヒックを処理可能な大きさの無線帯域(チャネル占有時間)を確保しなければ輻輳(通信データの渋滞)が発生する。つまり、各センサノードは、一定期間(送信周期)に他ノードから受信した観測データ(転送すべきデータ)に、自ノードの観測データ、及び送信先等の制御情報を付加したデータを送信する必要がある。この「一定期間に送信する必要があるデータ量」が、「同一期間に送信可能なデータ量」を上回ると、送信すべき観測データが蓄積して輻輳が発生することになる。   In such a network, traffic concentrates on nodes existing in the vicinity of the sink node. Therefore, congestion (communication data congestion) occurs if the neighboring node of the sink node does not secure a radio band (channel occupation time) that is large enough to process traffic. In other words, each sensor node needs to transmit observation data received from other nodes (data to be transferred) in a certain period (transmission cycle) with the observation data of its own node and control information such as the destination added. There is. When the “data amount that needs to be transmitted in a certain period” exceeds the “data amount that can be transmitted in the same period”, the observation data to be transmitted accumulates and congestion occurs.

そのため、特許文献1〜特許文献7に開示される技術を用いる場合、タイミング制御信号の発信周期、すなわちタイムスロット割当の周期(上記の一定期間に相当)は、上記の点を考慮して、シンクノードの近傍ノードがトラヒックを処理可能な大きさに設定する必要がある。   Therefore, when the techniques disclosed in Patent Documents 1 to 7 are used, the transmission period of the timing control signal, that is, the time slot allocation period (corresponding to the above-described fixed period) is considered in consideration of the above points. It is necessary to set the size so that the neighboring nodes of the node can process the traffic.

一方、上記のネットワークでは、タイムスロット割当の周期が大きいほど、通信遅延が大きくなる。ここで、通信遅延とは、各センサノードの観測データがシンクノードに到達するまでに要する時間を意味する。   On the other hand, in the above network, the communication delay increases as the time slot allocation period increases. Here, the communication delay means the time required for the observation data of each sensor node to reach the sink node.

したがって、通信遅延を極力小さくし、かつ輻輳を発生させないためには、あらかじめ、設計者がネットワークで発生するトラヒックを見積もって、タイムスロット割当の周期を適切な値に設定する必要がある。   Therefore, in order to minimize the communication delay and prevent congestion, the designer needs to estimate the traffic generated in the network in advance and set the time slot allocation period to an appropriate value.

特開2005−94663号公報JP 2005-94663 A 特開2006−074617号公報JP 2006-074617 A 特開2006−074619号公報JP 2006-0774619 A 特開2006−157438号公報JP 2006-157438 A 特開2006−157441号公報JP 2006-157441 A 特開2006−211585号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-211585 特開2006−211564号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-211564

しかし、上記のように設計者がタイムスロット割当の周期を固定的にパラメータ設定するという方法は、ネットワークのノード構成が固定で、発生するトラヒックが変動しない場合は有効に機能するが、何らかの変化が生じた場合は、その都度、人手で設定変更しなければならないという問題がある。   However, the method in which the designer fixedly sets the time slot allocation period as described above functions effectively when the network node configuration is fixed and the generated traffic does not fluctuate. When this occurs, there is a problem that the setting must be changed manually each time.

例えば、あるネットワークに対して、後からノードを追加してネットワークを拡張する場合、一般に発生するトラヒックも増大するため、当初のネットワークに対して最適化されたタイムスロット割当の周期のままでは輻輳が発生する。したがって、ネットワークを拡張する場合、設計者が現場で設定変更する作業を強いられることになり、スケーラビリティーの欠如という問題が顕在化する。   For example, when a network is expanded later by adding a node to a certain network, the traffic generated generally increases, so that congestion is not maintained with the period of time slot allocation optimized for the original network. appear. Therefore, when expanding the network, the designer is forced to change the setting in the field, and the problem of lack of scalability becomes obvious.

そのため、上記のような問題に対して、タイムスロット割当の周期を固定パラメータとするのではなく、状況に応じてネットワークが自律的に適切な値を決定する機能を実現することができる通信タイミング制御装置、通信タイミング制御方法、通信タイミング制御プログラム、ノード及び通信システムが求められている。   Therefore, for the above problems, communication timing control that can realize a function for the network to autonomously determine an appropriate value according to the situation, instead of setting the time slot allocation period as a fixed parameter. There is a need for an apparatus, a communication timing control method, a communication timing control program, a node, and a communication system.

かかる課題を解決するために、第1の本発明の通信タイミング制御システムは、通信システムを構成する複数のノードのそれぞれが、1又は複数の他ノードから受信したタイミング制御信号の送信タイミングと、自ノードのタイミング制御信号の送信タイミングとの相互調整に基づいて、所定の動作周期において自ノードがデータ信号を送信するタイムスロットを算出する通信タイミング算出手段を備え、(1)複数のノードのうち動作周期の決定を行う第1のノードが、(1−1)1又は複数の他ノードから受信したタイミング制御信号に含まれる送信データのデータ量情報に基づき、所定の方法により動作周期の更新周期情報の決定を行う周期決定手段と、(1−2)周期決定手段により決定された動作周期の更新周期情報をタイミング制御信号に含めて1又は複数の他ノードに送信するタイミング制御信号送信手段とを備え、(2)第1のノード以外の1又は複数の第2のノードは、(2−1)通信タイミング算出手段が、第1のノードから受信したタイミング制御信号に含まれている動作周期の更新周期情報を用いて動作周期を更新し、その更新した動作周期における自ノードのデータ信号のタイムスロットを算出することを特徴とする。 In order to solve such a problem, a communication timing control system according to a first aspect of the present invention includes a transmission timing of a timing control signal received from one or a plurality of other nodes by each of a plurality of nodes constituting the communication system, Communication timing calculation means for calculating a time slot in which the own node transmits a data signal in a predetermined operation cycle based on mutual adjustment with the transmission timing of the node timing control signal , and (1) an operation among a plurality of nodes Based on the data amount information of the transmission data included in the timing control signal received from (1-1) 1 or a plurality of other nodes by the first node that determines the cycle, the update cycle information of the operation cycle by a predetermined method And (1-2) update cycle information of the operation cycle determined by the cycle determination unit. Including the control signal and a timing control signal transmitting means for transmitting to one or more other nodes, (2) a first one or more second nodes except the node (2-1) communication timing calculated The means updates the operation cycle using the update cycle information of the operation cycle included in the timing control signal received from the first node, and calculates the time slot of the data signal of the own node in the updated operation cycle. It is characterized by that.

第2の本発明の通信タイミング制御方法は、通信システムを構成する複数のノードのそれぞれが、1又は複数の他ノードから受信したタイミング制御信号の送信タイミングと、自ノードのタイミング制御信号の送信タイミングとの相互調整に基づいて、所定の動作周期において自ノードがデータ信号を送信するタイムスロットを算出する通信タイミング算出手段を備え、(1)複数のノードのうち上記動作周期の決定を行う第1のノードは、(1−1)周期決定手段が、1又は複数の他ノードから受信したタイミング制御信号に含まれる送信データのデータ量情報に基づき、所定の方法により動作周期の更新周期情報の決定を行う周期決定工程と、(1−2)タイミング制御信号送信手段が、周期決定手段により決定された動作周期の更新周期情報をタイミング制御信号に含めて1又は複数の他ノードに送信するタイミング制御信号送信工程とを有し、(2)第1のノード以外の1又は複数の第2のノードは、(2−1)通信タイミング算出手段が、第1のノードから受信したタイミング制御信号に含まれる動作周期の更新周期情報を用いて動作周期を更新し、その更新した動作周期における自ノードのデータ信号のタイムスロットを算出する工程を有することを特徴とする。 In the communication timing control method of the second aspect of the present invention, the transmission timing of the timing control signal received by each of the plurality of nodes constituting the communication system from one or more other nodes and the transmission timing of the timing control signal of the own node And a communication timing calculation means for calculating a time slot in which the own node transmits a data signal in a predetermined operation cycle based on mutual adjustment, and (1) a first determination of the operation cycle among a plurality of nodes. (1-1) The cycle determination means determines the update cycle information of the operation cycle by a predetermined method based on the data amount information of the transmission data included in the timing control signal received from one or more other nodes. And (1-2) a timing control signal transmission unit that updates the operation cycle determined by the cycle determination unit. A timing control signal transmitting step of including information in a timing control signal and transmitting the information to one or more other nodes. (2) One or more second nodes other than the first node are (2-1 ) The communication timing calculation means updates the operation cycle using the update cycle information of the operation cycle included in the timing control signal received from the first node, and sets the time slot of the data signal of the own node in the updated operation cycle. It has the process to calculate, It is characterized by the above-mentioned.

本発明によれば、タイムスロット割当の周期を固定パラメータとするのではなく、状況に応じてネットワークが自律的に適切な値を決定する機能を実現することができる。   According to the present invention, it is possible to realize a function in which the network autonomously determines an appropriate value according to the situation, instead of setting the time slot allocation period as a fixed parameter.

(A)第1の実施形態
以下、本発明の通信タイミング制御システム装置及び通信タイミング制御方法を利用した第1の実施形態を、図面を参照して説明する。
(A) First Embodiment A first embodiment using the communication timing control system apparatus and the communication timing control method of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1の実施形態は、複数のノードを有して構成される無線通信ネットワーク(通信システム)において、本発明の通信制御装置、通信制御方法、通信制御プログラム、ノード及び通信システムを利用して、各ノードが自他のタイミング制御信号に基づく通信タイミングを計算する場合の実施形態を説明する。   The first embodiment uses a communication control apparatus, a communication control method, a communication control program, a node, and a communication system according to the present invention in a wireless communication network (communication system) configured to include a plurality of nodes. An embodiment in which each node calculates communication timing based on its own timing control signal will be described.

なお、第1の実施形態では、個々のセンサノードでセンシングされた観測データを、マルチホップでシンクノードに転送することによってデータ収集を行う無線センサネットワークを例に挙げて説明する。   In the first embodiment, a wireless sensor network that collects data by transferring observation data sensed by individual sensor nodes to a sink node by multi-hop will be described as an example.

(A−1)第1の実施形態の構成及び動作
(A−1−1)無線通信ネットワークの構成
図2は、第1の実施形態の無線通信ネットワーク(無線センサネットワーク)NTの全体構成図である。図2において、第1の実施形態の無線通信ネットワークNTは、多数のノードAとシンクノードSとを有して構成されるものである。
(A-1) Configuration and Operation of First Embodiment (A-1-1) Configuration of Wireless Communication Network FIG. 2 is an overall configuration diagram of a wireless communication network (wireless sensor network) NT of the first embodiment. is there. In FIG. 2, the wireless communication network NT according to the first embodiment includes a large number of nodes A and sink nodes S.

図2において、シンクノードSを中心とする実線の円は、センサノードAの発信したデータ信号が中継ノードを介することなく、直接(すなわち、1ホップで)、シンクノードSに到達する空間範囲を示す。また、その周囲に存在する点線の円から実線の円を除く領域は、センサノードAの発信したデータ信号が1段の中継ノードを介して(すなわち、2ホップで)シンクノードSに到達する空間範囲を示す。   In FIG. 2, a solid circle centered on the sink node S indicates a spatial range in which the data signal transmitted from the sensor node A reaches the sink node S directly (that is, in one hop) without passing through the relay node. Show. Further, the area excluding the solid circle from the dotted circle existing around it is a space in which the data signal transmitted from the sensor node A reaches the sink node S via one relay node (that is, in two hops). Indicates the range.

また、図2において、上記2種類の円(実線と点線の円)のさらに外側に示すセンサノードAを中心とする点線の円は、センサノードAの第1の近傍ノード範囲を示す。すなわち、内側の点線の円は、センサノードAの第1の近傍ノード範囲を示し、第1の実施形態ではデータ信号の到達範囲とする。また、外側の点線の円は、センサノードAの第2近傍ノード範囲を示し、第1の実施形態ではタイミング制御信号の到達範囲とする。このように、第1の実施形態では、タイミング制御信号の電波到達範囲が、データ信号の電波到達範囲の2倍程度であるものとして説明する。   In FIG. 2, a dotted circle centered on the sensor node A further outside the two types of circles (solid and dotted circles) indicates a first neighboring node range of the sensor node A. That is, the inner dotted circle indicates the first neighboring node range of the sensor node A, and is the data signal reachable range in the first embodiment. An outer dotted circle indicates a second neighboring node range of the sensor node A, and is a reach range of the timing control signal in the first embodiment. As described above, in the first embodiment, it is assumed that the radio wave arrival range of the timing control signal is about twice the radio wave arrival range of the data signal.

ここで、タイミング制御信号とは、自ノードの発信タイミングを示す制御信号である。タイミング制御信号は、例えば、インパルス状の波形を有する信号(波形整形された信号も含む概念)であってもよいが、これに限定されるものではなく、パケット等で構成された信号であってよい。   Here, the timing control signal is a control signal indicating the transmission timing of the own node. The timing control signal may be, for example, a signal having an impulse-like waveform (a concept including a waveform-shaped signal), but is not limited thereto, and is a signal composed of a packet or the like. Good.

多数のセンサノードAはそれぞれ、予めセンサを備えており、周期的に又は常に観測データを観測し、自ノードの通信時間に、観測データを含む通信パケットを無線送信して近傍の他ノード(以下、近傍ノード;ノードの発信電波が届く範囲に存在する他ノード)に与える。また、その通信パケットを受信した近傍ノードは、受信した観測データと共に自ノードの観測データを含む通信パケットを、自ノードの通信時間に無線送信する。この転送を繰り返し行ない、最終的にシンクノードSに観測データが到達する。   Each of the many sensor nodes A is provided with a sensor in advance, observes observation data periodically or constantly, and wirelessly transmits a communication packet including the observation data during the communication time of the own node (hereinafter referred to as other nodes). , Neighboring nodes; other nodes existing within the range where the node's outgoing radio waves reach. Also, the neighboring node that has received the communication packet wirelessly transmits the communication packet including the received observation data and the observation data of the own node during the communication time of the own node. This transfer is repeated, and observation data finally reaches the sink node S.

シンクノードSは、各センサノードAのセンサデータの最終到達先としてのノードである。シンクノードSの機能は、基本的に、これから説明する各センサノードAが有する構成を備えるものであるが、後述するように、各センサノードAにおけるタイミング制御信号の発信周期(すなわち、タイムスロット割当周期)を決定し、そのタイムスロット割当周期を各センサノードAに与えるものである。また、シンクノードSは、所定の処理を行なう処理装置(例えばサーバ等)と接続(有線接続又は無線接続)若しくは搭載するものとしてもよい。   The sink node S is a node as a final destination of the sensor data of each sensor node A. The function of the sink node S basically has the configuration of each sensor node A described below. As will be described later, the timing control signal transmission period (that is, time slot allocation) in each sensor node A will be described later. The time slot allocation cycle is given to each sensor node A. In addition, the sink node S may be connected (wired connection or wireless connection) or mounted with a processing device (for example, a server) that performs predetermined processing.

(A−1−2)センサノードAについて
各センサノードAは、近傍ノードとの間で周期的にタイミング制御信号を送受信し、自他のタイミング制御信号の通信タイミングの相互調整を行なうことで、自ノードのデータ信号の送信期間であるタイムスロットの割当を自律的に行なうものである。
(A-1-2) Sensor node A Each sensor node A periodically transmits and receives timing control signals to and from neighboring nodes, and performs mutual adjustment of communication timings of its own and other timing control signals. The time slot which is the transmission period of the data signal of the own node is autonomously assigned.

また、各センサノードAは、所定の制御情報を付加したタイミング制御信号を送受信するものである。この制御情報の詳細については後述するが、データ信号の送受信を開始する以前に、タイミング制御信号のみを送受信している状態(すなわち、通信タイミング調整過程)においても、各センサノードAは、制御情報の付加を行ない、制御信号を付加したタイミング制御信号を送受信する。   Each sensor node A transmits and receives a timing control signal to which predetermined control information is added. Although details of this control information will be described later, each sensor node A also receives control information in a state in which only the timing control signal is transmitted / received before starting transmission / reception of the data signal (that is, in the communication timing adjustment process). The timing control signal to which the control signal is added is transmitted and received.

さらに、各センサノードAは、受信タイミング制御信号に付加された制御情報を検出し、この制御情報に基づいて、通信タイミングの再調整を行なうものである。   Further, each sensor node A detects the control information added to the reception timing control signal, and re-adjusts the communication timing based on this control information.

図1は、第1の実施形態におけるセンサノードAの内部構成を示すブロック図である。図1において、第1の実施形態のセンサノードAは、通信タイミング計算手段1、タイミング制御信号受信手段2、タイミング制御信号送信手段3、同調判定手段4、データ通信手段5、センサ6、を少なくとも有して構成される。   FIG. 1 is a block diagram illustrating an internal configuration of the sensor node A according to the first embodiment. In FIG. 1, the sensor node A of the first embodiment includes at least a communication timing calculation unit 1, a timing control signal reception unit 2, a timing control signal transmission unit 3, a tuning determination unit 4, a data communication unit 5, and a sensor 6. It is configured.

タイミング制御信号受信手段2は、近傍ノードが送出したタイミング制御信号を受信し、受信したタイミング制御信号を、通信タイミング計算手段1及び同調判定手段4に与えるものである。   The timing control signal receiving means 2 receives a timing control signal sent from a neighboring node, and gives the received timing control signal to the communication timing calculation means 1 and the tuning determination means 4.

また、タイミング制御信号受信手段2は、受信したタイミング制御信号に付加されている制御情報を検出し、その検出した制御情報を、通信タイミング計算手段1及びタイミング制御信号送信手段3に与えるものである。   The timing control signal receiving means 2 detects control information added to the received timing control signal, and supplies the detected control information to the communication timing calculating means 1 and the timing control signal transmitting means 3. .

ここで、タイミング制御信号に付加される制御情報としては、「タイムスロット割当周期情報(周期情報)」、「データ信号のデータサイズ情報」、「送信先ノード番号」などが該当する。   Here, the control information added to the timing control signal corresponds to “time slot allocation cycle information (cycle information)”, “data size information of data signal”, “destination node number”, and the like.

「タイムスロット割当周期情報」は、シンクノードSにより決定又は更新されたタイムスロット割当の周期に関する情報である。   The “time slot allocation cycle information” is information relating to the time slot allocation cycle determined or updated by the sink node S.

「データ信号のデータサイズ情報」は、タイムスロット割当周期において、自ノードが送信すべきデータ信号のデータサイズ、あるいは対応するパケット数に関する情報である。この「データ信号のデータサイズ情報」は、当該周期において、実際に送信する各データ信号のデータサイズを意味するのではなく、データ通信開始後に自ノードで発生するトラヒックの見積り(すなわち、送信すべき全データ信号のデータサイズの総和)を示す情報である。   “Data size information of data signal” is information relating to the data size of the data signal to be transmitted by the own node or the number of corresponding packets in the time slot allocation period. This “data size information of the data signal” does not mean the data size of each data signal that is actually transmitted in the period, but is an estimate of the traffic generated in the own node after the start of data communication (that is, it should be transmitted) This is information indicating the sum of the data sizes of all data signals.

「送信先ノード番号」は、自ノードがデータ信号を直接送信する相手ノードを指定するための送信先ノード番号に関する情報であり、データ信号毎の送信先ノード番号を示す。   The “destination node number” is information regarding a destination node number for designating a counterpart node to which the own node directly transmits a data signal, and indicates a destination node number for each data signal.

通信タイミング計算手段1は、タイミング制御信号受信手段2から受け取ったタイミング制御信号と自ノードの制御信号の送信タイミングとを利用して、自ノードのデータ信号の通信タイミングを計算するものである。   The communication timing calculation means 1 calculates the communication timing of the data signal of the own node using the timing control signal received from the timing control signal receiving means 2 and the transmission timing of the control signal of the own node.

通信タイミング計算手段1における通信タイミングの計算方法としては、特許文献1〜特許文献7等に記載のメカニズムを利用して、近傍ノードとの間でタイミング制御信号の発信タイミング等が衝突しないように制御しながら、自ノードと近傍ノードの通信タイミング関係に基づいて自ノードのタイミング制御信号の送信タイミングを制御し、自律分散的に通信タイミングパタンを形成するものである。なお、通信タイミングパタンは、均等であってもよいし、又は、トラヒックに応じて不均等であってもよい。   As a communication timing calculation method in the communication timing calculation means 1, the mechanism described in Patent Literature 1 to Patent Literature 7, etc. is used so that the transmission timing of the timing control signal does not collide with neighboring nodes. On the other hand, the transmission timing of the timing control signal of the own node is controlled based on the communication timing relationship between the own node and the neighboring nodes, and the communication timing pattern is formed in an autonomous and distributed manner. Note that the communication timing pattern may be equal, or may be unequal according to traffic.

また、通信タイミング計算手段1は、受信タイミング制御信号に付加されている制御情報をタイミング制御信号受信手段2から受け取り、その制御情報に含まれているタイムスロット割当周期を用いて、通信タイミングの再調整を行なうものである。   Further, the communication timing calculation means 1 receives the control information added to the reception timing control signal from the timing control signal reception means 2, and uses the time slot allocation period included in the control information to re-set the communication timing. Make adjustments.

これにより、ネットワーク内のトラフィックが集中するシンクノードSが決定した適切なタイムスロット割当周期を用いて、各センサノードAが通信タイミングを再調整することができる。   Thereby, each sensor node A can readjust the communication timing using an appropriate time slot allocation period determined by the sink node S where the traffic in the network is concentrated.

さらに、通信タイミング計算手段1は、自ノードにおける通信タイミングを規定する位相信号を形成し、その位相信号(位相情報)を、タイミング制御信号送信手段3、同調判定手段4及びデータ通信手段5に与えるものである。   Further, the communication timing calculation unit 1 forms a phase signal that defines the communication timing in the own node, and provides the phase signal (phase information) to the timing control signal transmission unit 3, the tuning determination unit 4, and the data communication unit 5. Is.

タイミング制御信号送信手段3は、通信タイミング計算手段1から位相情報を受け取り、出力タイミング制御信号を送信するものである。このとき、タイミング制御信号送信手段3は、出力タイミング制御信号に制御情報を付加するものである。   The timing control signal transmission unit 3 receives phase information from the communication timing calculation unit 1 and transmits an output timing control signal. At this time, the timing control signal transmission means 3 adds control information to the output timing control signal.

すなわち、タイミング制御信号送信手段3は、制御情報のうち、「送信先ノード番号」を変更すると共に、「データ信号のデータサイズ情報」を変更する。   In other words, the timing control signal transmission unit 3 changes the “transmission destination node number” and the “data size information of the data signal” in the control information.

ここで、「データ信号のデータサイズ情報」の内容を変更する方法としては、自ノードにおけるトラヒックに係る送信データサイズの総数を求めることができれば、種々の方法を適用することができるが、例えば次のような方法を適用することができる。   Here, as a method of changing the content of the “data size information of the data signal”, various methods can be applied as long as the total number of transmission data sizes related to traffic in the own node can be obtained. Such a method can be applied.

まず、タイミング制御信号送信手段3は、1周期間に他ノードから受信したタイミング制御信号に付加された制御情報である「データ信号のデータサイズ情報」、「送信先ノード番号」を参照し、「送信先ノード番号」が自ノードの番号に該当するものがあるか否かを判定する(ステップS1)。   First, the timing control signal transmission means 3 refers to “data size information of a data signal” and “transmission destination node number” which are control information added to a timing control signal received from another node in one cycle. It is determined whether or not there is a transmission destination node number corresponding to the number of the own node (step S1).

「送信先ノード番号」が自ノードの番号に該当するものがある場合、タイミング制御信号送信手段3は「データ信号のデータサイズ情報」の総和を算出する(ステップS2)。   If there is one whose “destination node number” corresponds to its own node number, the timing control signal transmission means 3 calculates the sum of “data size information of the data signal” (step S2).

また、「送信先ノード番号」が自ノードの番号に該当するものがない場合、タイミング制御信号送信手段3は、「データ信号のデータサイズ情報」を0とする(ステップS3)。   If there is no “destination node number” corresponding to the number of the own node, the timing control signal transmission unit 3 sets “data size information of the data signal” to 0 (step S3).

次に、タイミング制御信号送信手段3は、1周期間にセンサ6がセンシングした観測データがある場合、その観測データをデータ信号に変換した際のデータ信号のデータサイズを算出し、そのデータ信号のデータサイズを、ステップS2及びS3の「データ信号のデータサイズ情報」に加算する(ステップS4)。   Next, when there is observation data sensed by the sensor 6 in one cycle, the timing control signal transmission means 3 calculates the data size of the data signal when the observation data is converted into a data signal, and the data signal The data size is added to “data size information of data signal” in steps S2 and S3 (step S4).

例えば、データ信号が一般に複数のパケットで構成され、各パケットのデータサイズを均一と仮定すると、データサイズは単にパケット数として扱うことができる。そこで、簡単のために、「データ信号のデータサイズ情報」を「データ信号のパケット数情報」として説明する。   For example, assuming that the data signal is generally composed of a plurality of packets and the data size of each packet is assumed to be uniform, the data size can be handled simply as the number of packets. Therefore, for the sake of simplicity, “data size information of data signal” will be described as “data signal packet number information”.

例えば、データ信号が一般に複数のパケットで構成され、各パケットのデータサイズを均一と仮定すると、データサイズは単にパケット数として扱うことが可能である。そこで、以下では、簡単のため、「データ信号のデータサイズ」を「データ信号のパケット数」として説明する。   For example, if a data signal is generally composed of a plurality of packets and the data size of each packet is assumed to be uniform, the data size can be handled simply as the number of packets. Therefore, in the following, for the sake of simplicity, “data size of data signal” is described as “number of data signal packets”.

また、各センサノードにおけるセンシング周期を「タイムスロット割当の周期」と同一とし、1周期に1回のセンシングを行うと仮定する。さらに、1回のセンシングで得られる観測データは、全ノード一律に固定のデータサイズを有する1パケットのデータ信号に変換されると仮定する。   Further, it is assumed that the sensing cycle in each sensor node is the same as the “time slot allocation cycle”, and sensing is performed once per cycle. Furthermore, it is assumed that the observation data obtained by one sensing is converted into a data signal of one packet having a fixed data size uniformly for all nodes.

例えば、末端のセンサノードAが、自ノードの観測データに対するデータ信号を1周期単位に1パケット送信すると、そのパケットの送信元センサノードは、受信した1パケットと、自ノードの観測データに対するデータ信号1パケット(計2パケット)を1周期毎に送信する。したがって、末端のセンサノードから多段の中継センサノードを介してシンクノードにデータ信号を送信する場合、一般にシンクノードに近いセンサノードほど、1周期間に送信すべきデータ信号のパケット数、すなわちデータサイズが増大する。   For example, when the sensor node A at the end transmits one packet of the data signal for the observation data of the own node in one cycle unit, the transmission source sensor node of the packet receives the received one packet and the data signal for the observation data of the own node. One packet (two packets in total) is transmitted every cycle. Therefore, when a data signal is transmitted from a terminal sensor node to a sink node via a multi-stage relay sensor node, the number of data signal packets to be transmitted in one cycle, that is, the data size is generally closer to the sensor node. Will increase.

同調判定手段4は、自ノードや1又は複数の近傍ノードの間で行なわれる出力タイミング制御信号の送信タイミングの相互調整が、「過渡状態」あるいは「定常状態」のいずれの状態にあるかを判定するものである。この判定方法としては、例えば、入力タイミング制御信号及び出力タイミング制御信号の発生タイミングを観測し、タイミング制御信号を授受し合う複数のノードの発生タイミング間の時間差が時間的に安定している場合に「定常状態」であると判定し、そうでない場合に「過度状態」と判定する。なお、この実施形態の場合には、同調判定手段4には、自ノードからの出力タイミング制御信号の発生タイミングを捉えるための信号として、出力タイミング制御信号に代えて、通信タイミング計算手段1からの位相情報(位相信号)が入力されている。   The tuning determination means 4 determines whether the mutual adjustment of the output timing control signal transmission timing performed between the own node or one or a plurality of neighboring nodes is in a “transient state” or a “steady state”. To do. As this determination method, for example, when the generation timings of the input timing control signal and the output timing control signal are observed, and the time difference between the generation timings of a plurality of nodes that exchange timing control signals is stable in time. It determines with it being "steady state", and when that is not right, it determines with "excessive state." In the case of this embodiment, the tuning determination unit 4 receives from the communication timing calculation unit 1 as a signal for capturing the generation timing of the output timing control signal from the own node, instead of the output timing control signal. Phase information (phase signal) is input.

また、同調判定手段4は、位相信号の周期毎に、判定結果を示す同調判定信号と、入力タイミング制御信号の発生タイミングにおける位相信号の位相値の最小値をスロット信号とをデータ通信手段5に与える。   Further, the tuning determination means 4 provides the data communication means 5 with a tuning determination signal indicating a determination result for each period of the phase signal and a slot signal indicating the minimum value of the phase signal at the generation timing of the input timing control signal. give.

センサ6は、例えば、音や振動の強度、化学物質の濃度、温度など、物理的又は化学的な環境情報を観測するものであり、観測データをデータ通信手段に与える。   The sensor 6 is for observing physical or chemical environmental information such as intensity of sound or vibration, chemical substance concentration, temperature, and the like, and provides observation data to the data communication means.

データ通信手段5は、観測データ及び又は入力データ信号(両方の場合を含む)を出力データ信号として他ノードに送信するものである。データ通信手段15は、この送信を、同調判定信号が「定常状態」を示す場合に、タイムスロット(システムなどが割り当てた固定的な時間区間ではないが、「タイムスロット」という用語を用いる)で行ない、同調判定信号が「過渡状態」を示す場合には送信動作を停止している。なお、出力データ信号は、出力タイミング制御信号と同一周波数帯で送信周波数とするものであっても良い。   The data communication means 5 transmits observation data and / or input data signals (including both cases) as an output data signal to other nodes. When the tuning determination signal indicates “steady state”, the data communication means 15 uses a time slot (which is not a fixed time interval assigned by the system or the like, but uses the term “time slot”). When the tuning determination signal indicates “transient state”, the transmission operation is stopped. The output data signal may be a transmission frequency in the same frequency band as the output timing control signal.

なお、タイムスロットとしては、タイムスロットの開始点は、出力タイミング制御信号の送信が終了したタイミングであり、タイムスロットの終了点は、位相信号の周期毎の最初の入力タイミング制御信号のタイミングより多少のオフセット分だけ前のタイミングとする。   As for the time slot, the start point of the time slot is the timing at which the transmission of the output timing control signal is completed, and the end point of the time slot is slightly different from the timing of the first input timing control signal for each period of the phase signal. The previous timing is set by the offset.

(A−1−3)シンクノードSについて
シンクノードSは、近傍ノードを通じてマルチホップされた各センサノードAからのデータ信号を受け取るものである。シンクノードSは、例えばサーバ等の情報処理装置と接続しており、取得したデータ信号を情報処理装置に与えて所定の処理をさせるものである。
(A-1-3) About Sink Node S The sink node S receives a data signal from each sensor node A that is multi-hopped through neighboring nodes. The sink node S is connected to an information processing apparatus such as a server, for example, and gives the acquired data signal to the information processing apparatus to perform predetermined processing.

シンクノードSは、自ノードを中心とする第2近傍範囲内のセンサノードSとの間で、所定の制御情報を付加したタイミング制御信号を送受信するものである。また、シンクノードSは、タイミング制御信号に付加された制御情報に基づいて、トラフィックに応じたタイムスロット割当周期を決定、更新し、その決定、更新したタイムスロット割当周期を制御情報として付加したタイミング制御信号を送信するものである。   The sink node S transmits and receives a timing control signal to which predetermined control information is added to and from the sensor node S in the second vicinity range centered on the own node. In addition, the sink node S determines and updates the time slot allocation period according to traffic based on the control information added to the timing control signal, and adds the determined and updated time slot allocation period as control information. A control signal is transmitted.

なお、シンクノードS及びすべてのセンサノードAにおける動作開始時点の周期(周期の初期値)は、共通の初期値が設定されているものとし、例えば、ノード間でタイミング制御信号の送受信のみができる程度の大きさが設定されている。   It should be noted that a common initial value is set as the cycle (initial value of the cycle) at the operation start time in the sink node S and all the sensor nodes A. For example, only timing control signals can be transmitted and received between the nodes. About the size is set.

図3は、第1の実施形態のシンクノードSの内部構成を示すブロック図である。図3において、第1の実施形態のシンクノードSは、通信タイミング計算手段11、タイミング制御信号受信手段12、タイミング制御信号送信手段13、周期決定手段14、シンクデータ通信手段15、を少なくとも有して構成される。   FIG. 3 is a block diagram illustrating an internal configuration of the sink node S according to the first embodiment. In FIG. 3, the sync node S of the first embodiment includes at least a communication timing calculation unit 11, a timing control signal reception unit 12, a timing control signal transmission unit 13, a period determination unit 14, and a sync data communication unit 15. Configured.

通信タイミング計算手段11、タイミング制御信号受信手段12及びタイミング制御信号送信手段13は、各センサノードAの通信タイミング計算手段1、タイミング制御信号受信手段2及びタイミング制御信号送信手段3と同様の機能を行なうものである。そのため、ここでの詳細な説明は省略する。   The communication timing calculation means 11, the timing control signal reception means 12 and the timing control signal transmission means 13 have the same functions as the communication timing calculation means 1, the timing control signal reception means 2 and the timing control signal transmission means 3 of each sensor node A. To do. Therefore, detailed description here is omitted.

なお、シンクノードSは、センサノードAに対してデータ信号を送信する必要はなく、タイミング制御信号の発信が可能な大きさのタイムスロットを獲得できれば問題ない。したがって、通信タイミング計算手段11は、この点を考慮して、通信タイミング計算処理を適用することができる。例えば、通信タイミング計算手段11は、シンクノードSがタイミング制御信号の発信のために必要なタイムスロットに対応する位相幅を決定し、その位相幅を確保できるように位相応答関数を設定して通信タイミングを計算する方法を適用することができる。   Note that the sink node S does not need to transmit a data signal to the sensor node A, and there is no problem as long as it can acquire a time slot having a size capable of transmitting a timing control signal. Therefore, the communication timing calculation unit 11 can apply the communication timing calculation process in consideration of this point. For example, the communication timing calculation unit 11 determines the phase width corresponding to the time slot necessary for the sync node S to transmit the timing control signal, sets the phase response function so as to ensure the phase width, and performs communication. A method for calculating timing can be applied.

シンクデータ通信手段15は、第1近傍ノード範囲内に存在するセンサノードAから受信したデータ信号を一定期間毎にまとめてサーバ等の情報処理装置に出力するものである。ここで、サーバ等の情報処理装置は、ネットワークで収集されたすべての観測データを処理、及び管理する装置を意味する。   The sink data communication unit 15 collects data signals received from the sensor node A existing in the first neighboring node range at regular intervals and outputs them to an information processing apparatus such as a server. Here, an information processing device such as a server means a device that processes and manages all observation data collected on the network.

なお、シンクデータ通信手段15は、センサノードAからのデータ信号の受信とは独立して、シンクデータ信号の出力動作を実行できるようにしてもよい。すなわち、シンクデータ通信手段15は、データ信号の受信中に、シンクデータ信号の出力ができるようにしてもよい。   Note that the sync data communication unit 15 may execute the output operation of the sync data signal independently of the reception of the data signal from the sensor node A. In other words, the sync data communication unit 15 may output the sync data signal while receiving the data signal.

周期決定手段14は、タイミング制御信号受信手段12から受信タイミング制御信号に付加されている制御情報を受け取り、制御情報に基づいて、トラフィックに応じたタイムスロット割当周期(以後、更新周期と呼ぶ)を決定するものである。また、周期決定手段14は、決定した更新周期を通信タイミング計算手段11、タイミング制御信号送信手段13に与えるものである。   The period determining unit 14 receives control information added to the reception timing control signal from the timing control signal receiving unit 12, and based on the control information, determines a time slot allocation period (hereinafter referred to as an update period) according to traffic. To decide. The cycle determination unit 14 gives the determined update cycle to the communication timing calculation unit 11 and the timing control signal transmission unit 13.

通信タイミング調整過程でデータ信号の送受信を行なわない場合、タイムスロット割当周期の初期値は、ノード間でタイミング制御信号の送受信のみ可能な大きさに設定すればよく、比較的小さな値を用いることができる。これは、周期の初期値が小さいほど、更新周期決定までに要する時間を小さく抑えることができるからである。   When data signals are not transmitted / received during the communication timing adjustment process, the initial value of the time slot allocation period may be set to a size that allows only transmission / reception of timing control signals between nodes, and a relatively small value may be used. it can. This is because the smaller the initial period value, the smaller the time required to determine the update period.

以下では、周期決定手段14による更新周期決定方法の例を説明する。上述したように、シンクノードSは、自ノードを中心とする第2近傍範囲内のセンサノードSとの間でタイミング制御信号を送受信する。   Below, the example of the update period determination method by the period determination means 14 is demonstrated. As described above, the sink node S transmits and receives a timing control signal to and from the sensor node S in the second vicinity range centered on the own node.

周期決定手段14は、受信したタイミング制御信号に付加された制御情報に基づいて、次式を用いて更新周期を決定する。但し、この更新周期の決定処理は、以下の条件を満足する場合のみ実行する。   The period determining means 14 determines an update period using the following equation based on the control information added to the received timing control signal. However, this update cycle determination process is executed only when the following conditions are satisfied.

「データ信号のデータサイズ情報」の制御情報は、シンクノードS及びセンサノードAが、動作を開始すると、一般にその値は時間と共に増加し、やがて安定した値をとる定常状態になる。周期決定手段14による更新周期の決定処理は、「データ信号のデータサイズ情報」の制御情報の値が定常状態になったことを検出した場合にのみ実行する。   When the sink node S and the sensor node A start to operate, the value of the control information “data size information of data signal” generally increases with time, and eventually reaches a steady state that takes a stable value. The update period determining process by the period determining unit 14 is executed only when it is detected that the value of the control information in the “data size information of the data signal” is in a steady state.

ここで、周期決定手段14は、受信タイミング制御信号に付加された「データ信号のデータサイズ情報」の制御情報の値が、いずれも一定期間変化しない状態が持続した場合に、定常状態であると判定する。この一定時間の値は、実験的に決定することができるものである。

Figure 0004341672
Here, the cycle determination means 14 is in a steady state when the value of the control information of “data size information of the data signal” added to the reception timing control signal has not changed for a certain period. judge. This constant time value can be determined experimentally.
Figure 0004341672

ここで、
update:更新周期
α:定数パラメータ
data:1パケットのデータ信号を送信するのに要する時間
pulse:タイミング制御信号の送信に要する時間
ここでは、簡単のため、タイミング制御信号も1パケットとして扱う
pace:パケット送信後、次にパケットの送信開始までに要する時間、すなわち、パケット送信間隔
int:シンクノードの第2近傍範囲内におけるセンサノードの総数
P(node_num):シンクノードの第2近傍範囲内における各センサノードが、当該周期において送信すべきデータ信号のパケット数
ここで、node_numは、上記センサノードのノード番号を表し、P(node_num)は、ノード番号node_numのセンサノードに対するパケット数を表す。
here,
T update : Update cycle α: Constant parameter W data : Time required to transmit one packet of data signal W pulse : Time required to transmit timing control signal Here, for simplicity, the timing control signal is also treated as one packet. S pace : Time required until the next packet transmission after packet transmission, that is, packet transmission interval N int : Total number of sensor nodes within the second neighborhood range of the sink node P (node_num): Second neighborhood of the sink node The number of data signal packets that each sensor node within the range should transmit in the cycle. Here, node_num represents the node number of the sensor node, and P (node_num) represents the number of packets for the sensor node of the node number node_num. To express.

式(1.1)において、記号・は積を表す。また、αの値は、あらかじめ実験的に決定する定数パラメータである。αの値を適切に設定することにより、ノードの配置形態や配置環境に適した周期の見積もりが可能になる。   In the formula (1.1), the symbol • represents a product. The value of α is a constant parameter that is experimentally determined in advance. By appropriately setting the value of α, it is possible to estimate the period suitable for the node arrangement form and the arrangement environment.

このように、周期決定手段14は、式(1.1)に従って更新周期の決定処理が実行されると、その値を更新周期情報としてタイミング制御信号送信手段13に与え、この更新周期情報を制御情報の「周期情報」としてタイミング制御信号に付加して発信させる。また、周期決定手段14は、タイミング制御信号の発信後、更新周期情報を通信タイミング計算手段11に与えてタイムスロット割当周期の更新をさせる。   As described above, when the update cycle determination process is executed according to the equation (1.1), the cycle determination unit 14 gives the value to the timing control signal transmission unit 13 as update cycle information, and controls this update cycle information. It is added to the timing control signal as “period information” of information and transmitted. In addition, after the timing control signal is transmitted, the cycle determination unit 14 gives the update cycle information to the communication timing calculation unit 11 to update the time slot allocation cycle.

また、シンクノードSから発信された「周期情報(周期の更新情報)」が付加されたタイミング信号を受信したセンサノードAは、タイミング制御信号にその制御情報を付加して発信する。そして、センサノードAにおいては、タイミング制御信号を発信後、通信タイミング計算手段1が「周期情報」に基づいてタイムスロット割当周期を更新し、通信タイミングを計算する。   Further, the sensor node A that has received the timing signal added with “period information (period update information)” transmitted from the sink node S adds the control information to the timing control signal and transmits it. In the sensor node A, after transmitting the timing control signal, the communication timing calculation means 1 updates the time slot allocation period based on the “period information” and calculates the communication timing.

このような動作を各センサノードAが次々に実行することにより、ネットワークNT内のすべてのノードに「周期情報(周期の更新情報)」が与えられ、各ノードが更新周期を用いて通信タイミングの再調整を実行する。   As each sensor node A sequentially executes such an operation, “period information (period update information)” is given to all nodes in the network NT, and each node uses the update period to determine the communication timing. Perform readjustment.

(A−2)第1の実施形態の効果
以上のように、第1の実施形態によれば、相互に複数のノード間でタイミング制御信号を送受信することによって自律分散的にタイムスロット割当を相互調整するデータ通信において、制御情報が付加されたタイミング制御信号を用いることにより、ネットワーク内で発生するすべてのトラヒックが集中するシンクノードにおいて適切なタイムスロット割当周期を決定し、ネットワーク内の全ノードがそれに基づいて通信タイミングを再調整する動作を実行することができる。
(A-2) Effect of First Embodiment As described above, according to the first embodiment, time slot allocation is performed in an autonomous and distributed manner by mutually transmitting and receiving timing control signals between a plurality of nodes. In the data communication to be adjusted, by using a timing control signal to which control information is added, an appropriate time slot allocation period is determined at a sink node where all traffic generated in the network is concentrated, and all nodes in the network Based on this, an operation for readjusting the communication timing can be executed.

これにより、ネットワークの拡張あるいは縮小等の変化が起こっても、通信遅延を極力小さくし、かつ輻輳を発生させない状態で動作する形態に自律的に変化することが可能になる。したがって、設計者が現場でパラメータを設定変更する作業から開放され、スケーラビリティーが向上する。   As a result, even if a change such as expansion or contraction of the network occurs, it is possible to autonomously change to a mode in which communication delay is minimized and operation is performed without causing congestion. Therefore, the designer is freed from the work of changing the parameter setting on site, and the scalability is improved.

(B)他の実施形態
上述した第1の実施形態では、無線通信ネットワークの例として、各ノードがセンサデータを送信するセンサネットワークを例示した。しかし、センサネットワークに限定されず、ノード間で自律分散的に通信タイミングを形成して無線通信を実現する無線通信ネットワークであれば、広く適用することができる。
(B) Other Embodiments In the first embodiment described above, a sensor network in which each node transmits sensor data is illustrated as an example of a wireless communication network. However, the present invention is not limited to a sensor network, and can be widely applied to any wireless communication network that realizes wireless communication by forming communication timing between nodes in an autonomous and distributed manner.

上述した第1の実施形態では、周期情報、データ信号のデータサイズ情報及び送信先ノード番号を制御信号としてタイミング制御信号に付加する場合を説明した。なお、タイミング制御信号に付加する制御情報としては、周期情報と、データ信号のデータサイズ情報及び送信先ノード番号とのいずれかの情報としてもよい。   In the first embodiment described above, the case where the period information, the data size information of the data signal, and the transmission destination node number are added to the timing control signal as a control signal has been described. Note that the control information to be added to the timing control signal may be any of the period information, the data size information of the data signal, and the destination node number.

第1の実施形態において、通信タイミング計算手段による自ノードの通信タイミングの算出方法については、特許文献1〜特許文献7に記載されている方法を適用するとした。しかし、自他のタイミング制御信号の送信タイミングを相互調整して、時間発展規則に従って算出するものであれば、他の方法も広く適用することができる。   In the first embodiment, the method described in Patent Literature 1 to Patent Literature 7 is applied to the method for calculating the communication timing of the own node by the communication timing calculation means. However, other methods can be widely applied as long as the transmission timings of their own and other timing control signals are mutually adjusted and calculated according to the time evolution rule.

上記の実施形態では、空間に分散配置された多数のノードが、相互に無線でデータのやり取りを行うシステムを想定して説明した。しかし、本発明の利用形態は、無線通信を行うシステムに限定されない。空間に分散配置された多数のノードが、相互に有線でデータをやり取りするシステムにも適用することが可能である。例えば、イーサーネット(登録商標)等のように有線接続されたLANシステムに適用することも可能である。また、同様に、有線接続されたセンサやアクチュエータ、あるいはサーバ等、異なる種類のノードが混在するネットワークに適用することも可能である。無論、有線接続されたノードと、無線接続されたノードが混在するネットワークに適用することも可能である。   The above embodiment has been described assuming a system in which a large number of nodes distributed in a space exchange data with each other wirelessly. However, the utilization form of the present invention is not limited to a system that performs wireless communication. The present invention can also be applied to a system in which a large number of nodes distributed in a space exchange data with each other by wire. For example, the present invention can be applied to a LAN system connected by wire such as Ethernet (registered trademark). Similarly, the present invention can be applied to a network in which different types of nodes are mixed, such as wired sensors or actuators or servers. Of course, the present invention can be applied to a network in which nodes connected by wire and nodes connected wirelessly are mixed.

上述した実施形態における通信タイミング計算手段が実現する機能は、ハードウェア資源が処理プログラムを実行することにより実現されるソフトウェア処理によるものを想定するが、実現可能であれば、電気回路等で構成されたハードウェアにより実現するようにしてもよい。   The function realized by the communication timing calculation unit in the above-described embodiment is assumed to be a software process realized by executing a processing program with hardware resources. It may be realized by hardware.

第1の実施形態のセンサノードの内部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of the sensor node of 1st Embodiment. 第1の実施形態の無線センサネットワークの全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a wireless sensor network according to a first embodiment. 第1の実施形態のシンクノードの内部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of the sink node of 1st Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1、11…通信タイミング計算手段、2、12…タイミング制御信号受信手段、3、13…タイミング制御信号送信手段、A…センサノード、S…シンクノード、NT…無線通信ネットワーク。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,11 ... Communication timing calculation means 2, 12 ... Timing control signal receiving means 3, 13, ... Timing control signal transmission means, A ... Sensor node, S ... Sink node, NT ... Wireless communication network.

Claims (6)

通信システムを構成する複数のノードのそれぞれが、1又は複数の他ノードから受信したタイミング制御信号の送信タイミングと、自ノードのタイミング制御信号の送信タイミングとの相互調整に基づいて、所定の動作周期において自ノードがデータ信号を送信するタイムスロットを算出する通信タイミング算出手段を備え
上記複数のノードのうち上記動作周期の決定を行う第1のノードが、
1又は複数の他ノードから受信した上記タイミング制御信号に含まれる送信データのデータ量情報に基づき、所定の方法により上記動作周期の更新周期情報の決定を行う周期決定手段と、
上記周期決定手段により決定された上記動作周期の更新周期情報を上記タイミング制御信号に含めて1又は複数の他ノードに送信するタイミング制御信号送信手段と
を備え、
上記第1のノード以外の1又は複数の第2のノードは、
上記通信タイミング算出手段が、上記第1のノードから受信した上記タイミング制御信号に含まれている上記動作周期の更新周期情報を用いて上記動作周期を更新し、その更新した動作周期における自ノードのデータ信号のタイムスロットを算出する
ことを特徴とする通信タイミング制御システム
Each of the plurality of nodes constituting the communication system has a predetermined operation cycle based on mutual adjustment of the transmission timing of the timing control signal received from one or a plurality of other nodes and the transmission timing of the timing control signal of the own node. own node comprises a communication timing calculating means for calculating a time slot for transmitting a data signal in,
A first node that determines the operation cycle among the plurality of nodes is:
Period determining means for determining update period information of the operation period by a predetermined method based on data amount information of transmission data included in the timing control signal received from one or more other nodes;
Timing control signal transmitting means for including update period information of the operation period determined by the period determining means in the timing control signal and transmitting the timing control signal to one or more other nodes ;
One or more second nodes other than the first node are:
The communication timing calculation means updates the operation cycle using the update cycle information of the operation cycle included in the timing control signal received from the first node, and the own node in the updated operation cycle A communication timing control system characterized by calculating a time slot of a data signal .
上記周期決定手段が、当該第1のノード宛とする送信データのデータ量情報が一定時間変化しない状態のときに、上記動作周期の周期期間で、通信タイミングを取り合う1又は複数の他ノードから受信するデータの全データ量情報に応じて、上記動作周期の更新周期情報の決定を行うものであることを特徴とする請求項1に記載の通信タイミング制御システム。The period determining means receives from one or more other nodes having communication timing in the period period of the operation period when the data amount information of the transmission data addressed to the first node does not change for a certain period of time. The communication timing control system according to claim 1, wherein the update cycle information of the operation cycle is determined in accordance with total data amount information of data to be processed. 上記第1のノードは、上記各ノードが送信する送信データの最終到達先であるシンクノードであることを特徴とする請求項1又は2に記載の通信タイミング制御システム。The communication timing control system according to claim 1 or 2, wherein the first node is a sink node that is a final destination of transmission data transmitted by each of the nodes. 通信システムを構成する複数のノードのそれぞれが、1又は複数の他ノードから受信したタイミング制御信号の送信タイミングと、自ノードのタイミング制御信号の送信タイミングとの相互調整に基づいて、所定の動作周期において自ノードがデータ信号を送信するタイムスロットを算出する通信タイミング算出手段を備え、Each of the plurality of nodes constituting the communication system has a predetermined operation cycle based on mutual adjustment of the transmission timing of the timing control signal received from one or a plurality of other nodes and the transmission timing of the timing control signal of the own node. A communication timing calculating means for calculating a time slot in which the node transmits a data signal,
上記複数のノードのうち上記動作周期の決定を行う第1のノードは、The first node that determines the operation cycle among the plurality of nodes is:
周期決定手段が、1又は複数の他ノードから受信したタイミング制御信号に含まれる送信データのデータ量情報に基づき、所定の方法により上記動作周期の更新周期情報の決定を行う周期決定工程と、A cycle determining step in which the cycle determining means determines the update cycle information of the operation cycle by a predetermined method based on data amount information of transmission data included in the timing control signal received from one or more other nodes;
タイミング制御信号送信手段が、上記周期決定手段により決定された上記動作周期の更新周期情報をタイミング制御信号に含めて1又は複数の他ノードに送信するタイミング制御信号送信工程とA timing control signal transmitting step in which the timing control signal transmitting means includes the update period information of the operation period determined by the period determining means in a timing control signal and transmits the timing control signal to one or more other nodes;
を有し、Have
上記第1のノード以外の1又は複数の第2のノードは、One or more second nodes other than the first node are:
上記通信タイミング算出手段が、上記第1のノードから受信したタイミング制御信号に含まれる上記動作周期の更新周期情報を用いて上記動作周期を更新し、その更新した動作周期における自ノードのデータ信号のタイムスロットを算出する工程を有するThe communication timing calculation means updates the operation cycle using the update cycle information of the operation cycle included in the timing control signal received from the first node, and the data signal of the own node in the updated operation cycle A step of calculating a time slot
ことを特徴とする通信タイミング制御方法。A communication timing control method characterized by the above.
上記周期決定手段が、当該第1のノード宛とする送信データのデータ量情報が一定時間変化しない状態のときに、上記動作周期の周期期間で、通信タイミングを取り合う1又は複数の他ノードから受信するデータの全データ量情報に応じて、上記動作周期の更新周期情報の決定を行うことを特徴とする請求項4に記載の通信タイミング制御方法。The period determining means receives from one or more other nodes having communication timing in the period period of the operation period when the data amount information of the transmission data addressed to the first node does not change for a certain period of time. 5. The communication timing control method according to claim 4, wherein update period information of the operation period is determined according to total data amount information of data to be performed. 上記第1のノードは、上記各ノードが送信する送信データの最終到達先であるシンクノードであることを特徴とする請求項4又は6に記載の通信タイミング制御方法。The communication timing control method according to claim 4 or 6, wherein the first node is a sink node that is a final destination of transmission data transmitted by each of the nodes.
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