JP2007109228A - センサネットワーク中の近隣センサ間における自律的相互作用の為のシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ネットワーク中のセンサ自身がそのセンサに最も近いセンサのリストを構築し、他のセンサからのメッセージを受けた場合に、行動を起こすべきか否か、又はコマンドを実行するべきか否かを自ら決定することのできるセンサおよびその作動方法を提供する。
【解決手段】上述した課題は、他のセンサに関する地理的位置情報をその中に記憶する為のメモリと、そのセンサの地理的位置をセンサネットワークへと送るための通信装置とを具備したセンサ等により解決することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は計測センサに関するものであり、より具体的には近隣のセンサ同士が中央制御無しに相互に協働するセンサネットワークに関し、更に具体的には近隣のセンサ同士が自立的に相互作用することにより計測を実施することを特徴とするセンサネットワークに関する。

分散型センサネットワークの多くのアプリケーションにおいては、それらのセンサがどこに位置しているかについての空間的理解が必要である。この地理的配置情報は、システムが、ある特定の位置における事象を観測する、又は複数の位置における事象を観測する為の判断を下すことを可能とする上で必要なのである。例えば、ネットワーク中のセンサの１つがある局所的事象を観測した場合、近隣にある他のセンサも同じ事象を観察した方が望ましいことがある。通常、ネットワーク中の全センサによりその事象を観測することには意味が無い為、そのような観測を中央制御下で制御することは困難である。

そのようなことが出来る構造とは、中央制御装置が全センサの地理的位置を把握し、所望の位置にある１つ以上のセンサに計測、事象の観測、行動の実行又はそれらの組み合わせを「命令」するというものである。これには伝送帯域幅並びにプロセッサ時間が消費され、実用的ではない場合が多い。例えば従来のシステムにおいては、ネットワーク中の全センサ位置に関する判定は手動で行われる。その後「ネイバー」リストが作られ、全センサへと配信される。この手法は面倒であることに加え、伝送上の問題と共に古くなったデータを使うことによるエラーを生じやすいものである。

ネットワーク中のセンサはそれらに関連付けられた地理的位置を各々に有しており、これら各々が周期的にこの情報をネットワーク中の全センサへと同報通信する。次に受信したセンサは、そのセンサと他のセンサとの間の距離を計算することにより、そのセンサに最も近いセンサのリストを構築する。するとそのセンサが他のセンサからのメッセージを受けた場合に、行動を起こすべきか否か、又はコマンドを実行するべきか否かを決定する為の決定アルゴリズムと共にこのリストを利用することが出来る。

この地理的ネイバーリストは幾つかの方法で利用することが出来る。第一の方法は、センサが行動を実行し、その後近隣の他のセンサへとメッセージを送ることによりこれらの近隣センサが特定の方式で行動を起こすように命令するというものである。第二の方法は、センサが事象を観測し、そしてその事象が観測されたことを全てのセンサに知らせる為にメッセージを同報通信する。すると受信した各センサは、そのセンサ自体がその事象に近いかどうか、及び行動することが出来るか否かについてを決定することが出来、そしてそうである場合、その同報通信メッセージに基づいてそのセンサが特定の方法で行動するべきかどうかが判断されるのである。

本発明のより完全な理解を得る為に、添付図を参照しつつ以下に詳細にわたって説明する。

図１は、離間した複数のセンサを有する計測システムの一実施例１０を描いた図である。本願の教示概念は、このようなシステムにおいて利用することも、又はデータ収集ポイントがそれ自体に関する地理的データを有し、他のデータ収集ポイントと通信することが出来るいずれのシステムにも利用することが出来る。以下の説明においては、システムはセンサ２０−１から２０−Ｎへ等、様々なセンサ間で地理的データが（恐らくは計測データに付随するメタデータとして）通信されるものとして説明されている。

図１の実施例においては、所望であればセンサからのデータは、無線又は有線、又はそれらの組み合わせにより、ネットワーク１２を介してデータ収集ポイント１１へと伝送される。更に留意したい点は、必ずしもネットワークを使用しなければならないというわけではなく、むしろセンサ２０−１から２０−Ｎへの通信の一部又は全てが、例えばブルートゥースプロトコルのような１つ以上の無線プロトコルを用いたポイントツーポイントであっても良いという点である。また以下にも説明するように、特定のデータは、無線が有利ではであるが所望であれば有線であっても良いリンク１１０を介してセンサ間で直接的に通信することが出来る。

図２は、計測データと共に地理的データを送る為の様々な制御を有するセンサの一実施例２０を示す図である。この実施例においては、記憶装置２１中にある地理的データ及びセンサからのデータ（例えば入力２５を介して取得したデータ）は、記憶装置２３中に記憶される。記憶装置２１及び２３は、所望であれば同一の記憶装置とすることが出来る点に留意が必要である。更に留意したいのは、センサ２０から送られる計測データはセンサ２０中に記憶されている必要はなく、収集されると同時にデータ収集機構１１へと通信されるものであって良い。入力２５はデータを計測、又はデータを検出、又は状態を検出し、そしてその「検出」結果を知らせることが出来る。加えて、データは他のセンサからセンサ間コミュニケータ２６を介してセンサ２０へと提供されるものであっても良い。本願の説明においては、センサ２０から送られる計測データは、他の位置から観測された、又は通信されたデータを含むそのようなデータを収集及び送信するいずれのモード又は方式をも含む。本実施例においては、データはプロセッサ２２及びセンサ間コミュニケータ２６の制御下で送信されており、もしデータをデータ収集ポイント１１へと送ることが望まれた場合、コミュニケータ２４を利用することが出来る。

制御装置２０２はセンサの地理的位置を判定する。これは、例えばセンサに内蔵されたＧＰＳ、センサへと送られるＧＰＳデータ、センサ位置の遠隔判定（例えば携帯電話の基地局が携帯電話へとその位置を送る）といった、いずれかの周知の方法を利用することにより実現することが出来る。

記憶装置２０１は、「ネイバー」の地理的位置を共有する。「ネイバー」の定義は、時間と共に、そして計測される事象によって変化する可能性がある。これらの定義は、例えば収集ポイント１１からダウンロードしてメモリ２０３中に記憶することが出来る。

コミュニケータ２４又はセンサ間コミュニケータ２６は、センサの判定された物理位置を同報通信する為に使うことが出来る。あるセンサがそのような同報通信（これはセンサからセンサへと反復することが出来る）を受けると、そのセンサはメモリ２０３中にロックされた命令に基づいて特定の他のセンサの地理的位置を記憶装置２０２中に記憶するべきであるかどうかを判断する。他のセンサの地理的位置のこの記憶に基づき、１つ又は複数のネイバーリストが決定される。

近隣センサの独自のリストを個々のセンサに別個に生成させることにより、手動によるシステム構成は不要であり、センサが移動した場合、又はセンサが状態を変えた場合に、センサネットワークが拡大、又は変化すると、ネイバーテーブルを動的に更新することが出来るのである。これは大規模システムの必須維持条件を著しく引き下げるものであり、位置テーブルに不正なエントリを加えてしまう、位置テーブルを間違ったセンサ中に入力してしまう、又はテーブルをセンサへと入力し忘れる等のエラーの潜在性も低くなるのである。

次に図３を参照するが、ここにはプロセッサ２２の制御下でメモリ２０３中に記憶することが出来るアルゴリズム３０が示されている。アルゴリズム３０は、ネイバーリストを構築する為の一実施例を示すものであり、処理３０１により他のセンサからその中に地理的位置情報を含むメッセージが受信されると、受信された地理的情報はメモリ２０３中に構築されたルールに基づいて処理され、処理３０２に示した「ネイバー」リストが作られる。このネイバーリストは次に処理３０３を通じて「ネイバーリスト」中に記憶される。ネイバーリストは単一のリストであっても、センサと通信されなければならない予測される異なる計測事象に応じた複数のリストであっても良い。時間の経過に応じ、使用され、メモリ２０３中に記憶されるアルゴリズムは変更することが出来る。この変更は、例えば図１に示したプロセッサ１０１、記憶装置１０２及び通信装置１０３の制御下にあるデータ収集システム１１により可能である。

図４は、近隣のセンサを制御する為の一実施例を説明するアルゴリズム４０を示しており、処理４０１に示したようにセンサ２０−１等のセンサが事象を観測した場合のものである。処理４０２では、ネイバーセンサリストがアクセスされることにより、計測事象の場合、更なる観測又はテスト用にどのセンサが利用されるかが判断される。処理４０３の制御下において、１つ以上の近隣センサ（ネイバーセンサ）へとコマンドが送られ、受信したセンサは特定の機能を実行するように命令される。受信したセンサにおいて、どの機能が実行されるかについての様式は、図６を参照しつつ後に説明するものとする。

別の実施例である図５に示したアルゴリズム５０においては、処理５０１で事象が観測され、処理５０２においては観測された事象を全センサへと同報通信すべきか、又は選択されたセンサのみへと送信すべきかが判定される。これが同報通信となった場合、処理５０３においてその事象がシステム中の全センサへと同報通信される。選択的な同報通信となった場合、処理５０４において適切なネイバーセンサリストがアクセスされ、処理５０５においてこのネイバーリストに基づき、その事象がそのネイバーリスト上にあるセンサのみへと同報通信される。

次に図６を参照するが、アルゴリズム６０は入ってくるメッセージをセンサがどのように処理するかの一実施例を示している。処理６０１においては、１つ以上のセンサから
メッセージが受信され、処理６０２においてはそのメッセージが計測事象、又は特定の動作を実行するコマンドを含んでいるかどうかが判定される。メッセージがコマンドメッセージであった場合、処理６０３においてそのコマンドの機能が実行される。この実行は送信センサにより完全に制御することが出来る、又はこの処理を例えばメッセージを受けたセンサ中のメモリ２０３に記憶されたアルゴリズムにより、送信センサからのコード又は他の命令に基づいて制御することが出来る。所望であれば、受信センサが送信センサへとメッセージを返すようになっていても、又はコマンドの計測結果をデータ収集ポイント１１へと送るようになっていても良い。

受信したメッセージがコマンドではなかった場合、処理６０４において計測事象がそのメッセージに付随しているかどうかが判定される。付随していない場合、この時点では何も実行されない。計測事象が付随していた場合、処理６０５において計測事象が読み出され、送信センサの位置が判定される。この判定は、例えば送信センサの位置を指し示す地理的メタデータのようなメッセージ中に含まれる情報により行うことが出来る、又はメタデータが受信センサのネイバーリスト中から送信センサの位置を検索することを助ける送信センサの識別情報を含むものとなっていても良い。

次に処理６０６において命令、例えばメモリ２０３中に含まれる命令がチェックされ、プロセッサ２２の制御下で受信センサと送信センサ間の相対的な地理的位置が判定される。相対的な地理的位置に基づき、処理６０７は処理６０８を介して適切な機能を実行する。ここでも、結果は所望であれば送信センサへと送り返すこと、又はデータ収集ポイントへと送ることが出来る。また、新たな計測情報は、後の時点での利用に向けて記憶装置２３中に保持される。

本発明及びその利点を詳細にわたって説明して来たが、本願請求項に定義される本発明の精神及び範囲から離れることなく、様々な変更、代替及び改変を加えることが可能であることは言うまでもない。更には、本願の範囲は、本明細書に説明した処理、機械、製造、組成物、手段、方法及びステップの特定の実施例に限定することを意図したものではない。当業者であれば本発明の開示内容から容易に理解することが出来るように、本願に記載した実施例に対応する、実質的に同じ機能、又は実質的に同じ結果を得られる既存の、又は後に開発されるであろう、処理、機械、製造、組成物、手段、方法又はステップは、本発明に基づいて利用することが出来る。よって本願請求項は、その範囲にそのような処理、機械、製造、組成物、手段、方法又はステップを包含することを意図したものである。

最後に、本発明の代表的な実施態様を示す。
（実施態様１）
他のセンサ（２０−Ｎ）に関する地理的位置情報をその中に記憶する為のメモリ（２０１）と、そのセンサ（２０−１）の地理的位置をセンサネットワーク（１２）へと送るための通信装置（２４、２６）とを具備したセンサ。

（実施態様２）
前記通信装置が、更に事象を観測した特定のセンサに関するデータを送信することが出来るものであることを特徴とする実施態様１に記載のセンサ。

（実施態様３）
前記送られるデータが、少なくともその一部に前記送信センサの識別に関するデータを含んでいるものであることを特徴とする実施態様２に記載のセンサ。

（実施態様４）
前記送られるデータが、少なくともその一部に前記送信センサの物理的位置に関するデータを含んでいるものであることを特徴とする実施態様２に記載のセンサ。

（実施態様５）
受信した前記センサ観測事象の１つに基づいて行動を実行する為のプロセッサ（２２）を更に具備し、前記行動が、前記センサ中に先に記憶された他のデータに基づくものであることを特徴とする実施態様２に記載のセンサ。

（実施態様６）
センサ群のネットワーク（１２）におけるセンサ作動方法であって、前記センサ群の１つにおける事象を判定する（４０、５０）ステップと、前記センサ群の前記１つから送られたデータに基づいて前記センサ群の他の１つにおいて特定のタスクを実行する（６０）ステップとを有し、前記データが、少なくとも部分的に前記センサネットワーク間で伝送される相対的な地理的位置データに応じて、少なくとも部分的に前記送信データに応じて、前記計測された事象と制御されている前記タスクとに依存するものであることを特徴とする方法。

（実施態様７）
前記特定のタスクが前記データ送信センサにより制御される（４０３）ことを特徴とする実施態様６に記載の方法。

（実施態様８）
前記特定のタスクが、前記センサ群の前記他の１つにおけるプログラムロジックにより制御される（５０３、５０５、６０６、６０７、６０８）ことを特徴とする実施態様６に記載の方法。

（実施態様９）
前記センサ群の前記他の１つが、前記送信センサに関わる特定の地理的領域中にあることを識別された特定のセンサであることを特徴とする実施態様６に記載の方法。

（実施態様１０）
センサの地理的位置における物理的属性を計測する為の手段（２３、２５）と、前記計測された物理的特性の少なくとも１つを前記センサの前記地理的位置に関わる地理的領域中にある少なくとも１つの他のセンサへと伝送する為の手段（２６）とを具備したセンサ。

センサ間通信のある複数センサネットワークの一実施例を示す図である。 センサネットワーク中に使う為のセンサの一実施例を示す図である。 センサネットワークの処理の実施例を示す図である。 センサネットワークの処理の実施例を示す図である。 センサネットワークの処理の実施例を示す図である。 センサネットワークの処理の実施例を示す図である。

符号の説明

１２：ネットワーク
２０−１〜２０−Ｎ：センサ
２２：プロセッサ
２３、２５：物理特性を計測する為の手段
２４、２６：通信装置／伝送する為の手段
２０１：メモリ

Claims (10)

1. 他のセンサに関する地理的位置情報をその中に記憶する為のメモリと、そのセンサの地理的位置をセンサネットワークへと送るための通信装置とを具備したセンサ。
2. 前記通信装置が、更に事象を観測した特定のセンサに関するデータを送信することが出来るものであることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
3. 前記送られるデータが、少なくともその一部に前記送信センサの識別に関するデータを含んでいるものであることを特徴とする請求項２に記載のセンサ。
4. 前記送られるデータが、少なくともその一部に前記送信センサの物理的位置に関するデータを含んでいるものであることを特徴とする請求項２に記載のセンサ。
5. 受信した前記センサ観測事象の１つに基づいて行動を実行する為のプロセッサを更に具備し、前記行動が、前記センサ中に先に記憶された他のデータに基づくものであることを特徴とする請求項２に記載のセンサ。
6. センサ群のネットワークにおけるセンサ作動方法であって、前記センサ群の１つにおける事象を判定するステップと、前記センサ群の前記１つから送られたデータに基づいて前記センサ群の他の１つにおいて特定のタスクを実行するステップとを有し、前記データが、少なくとも部分的に前記センサネットワーク間で伝送される相対的な地理的位置データに応じて、少なくとも部分的に前記送信データに応じて、前記計測された事象と制御されている前記タスクとに依存するものであることを特徴とする方法。
7. 前記特定のタスクが前記データ送信センサにより制御されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記特定のタスクが、前記センサ群の前記他の１つにおけるプログラムロジックにより制御されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
9. 前記センサ群の前記他の１つが、前記送信センサに関わる特定の地理的領域中にあることを識別された特定のセンサであることを特徴とする請求項６に記載の方法。
10. センサの地理的位置における物理的属性を計測する為の手段と、前記計測された物理的特性の少なくとも１つを前記センサの前記地理的位置に関わる地理的領域中にある少なくとも１つの他のセンサへと伝送する為の手段とを具備したセンサ。
    

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