JP2008533760A - センサネットワーク - Google Patents

Abstract

本発明は、センサネットワークのノードのバックアップノードを検出する方法を提供する。まず、バックアップされるべき状態にあるノードを判断する。その後、エージェントノードを用いてバックアップノードを検出するため、バックアップされるべきノードに隣接する複数のノードからエージェントノードを決定する。バックアップされることを待機する状態は、バックアップされるべきノードの電気量が所定の値以下に低減することである。本発明によると、バックアップされるべきノードは、多数のノードと通信する必要がない。それは、バックアップノードの実質的な検索を実行するため、隣接ノードからエージェントノードを決定しさえすればよい。

Description

本発明は、データネットワークに関し、より詳細には、エネルギー消費を適切に管理することが可能なセンサネットワークに関する。

生理的モニタリング、環境的モニタリング（大気、水、土壌など）、条件トリガーされるメンテナンス、インテリジェントスペース、軍事使用、株式管理及び人間が行うのに適さない他の作業など、センサネットワークの可能な適用環境は大変広範囲なものである。

センサネットワークは、一般に特定の作業を共同で又は個別に実行する有線又は無線手段により接続されるセンサセット（また、センサネットワークのノードと呼ばれる）を有する。センサネットワークの各センサは、通常は以下の機能の１以上、すなわち、誘導、格納、伝送、中継、クエリの受け付け、イベントのトリガー、データ処理などを有する。

センサネットワークのセンサは小型で、安価で、配置が容易で、機能についてより強力となっているため、センサネットワークは、ますます普及してきている。しかしながら、上述したこれらの特殊な特性により、センサのエネルギー使用及び格納はますます重要な問題となっている。センサ及びセンサネットワークの効率性に影響を与えることなく、センサの作業時間を最大化する方法は、熱心な議論のトピックとなっている。

米国特許出願（公報ＵＳ２００３／００６３５８５Ａ１；出願人：Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ Ｉｎｃ．；発明者：Ｍｏｈａｍｅｄ Ｆ．Ｙｏｕｎｉｓ）は、センサネットワークのエネルギー消費を管理する方法を開示した。まず、特定のルールに従って、センサネットワークの各センサを複数のグループに分割し、各グループは各センサのデータを制御ノードに送信するためのゲートウェイとして動作するセンサを有している。その後、対応するゲートウェイの各グループについてルートテーブルを設定し、最小のエネルギーを消費するため、各センサノードにおける相対的に小さなルートテーブルを設定する。その後、各センサの利用可能なエネルギーを監視する。最後に、各センサの利用可能なエネルギーの変動に従ってルートテーブルを再設定する。

当該米国特許出願は、ある程度まで各センサグループのエネルギー消費を低減した。しかしながら、各センサグループは、グループのすべてのセンサの作業を調整するためのゲートウェイとして使用されるセンサを有し、ゲートウェイが損傷した場合（それがある不利な環境において損傷する可能性がある）、グループ及びセンサネットワーク全体の効率性に大きな影響を与えることとなる。さらに、ゲートウェイがセンサグループ全体のコアとして機能するため、すべてのセンサは作業を完了するためゲートウェイと通信する必要があり、それは、グループ内の通信料を必然的に増大させ、グループのエネルギー消費を増大させ、特に一部の中継ノードのエネルギー消費を増大させる。

従って、センサネットワークがセンサ及びセンサネットワークの効率性に影響を与えることなくセンサの寿命を最大化することを可能にするため、センサネットワークのエネルギー消費を管理する新規なセンサネットワークと方法が必要とされる。

本発明の課題の１つは、センサネットワークにおけるエネルギー消費を管理する新たなセンサ、新たなセンサネットワーク及び新たな方法を提供するため、センサ及びセンサネットワークの効率性に影響を与えることなく、センサの寿命を最大化することである。

本発明は、センサネットワーク内のノードのバックアップノードを検出する方法を提供する。まず、ノードがバックアップされるべき状態にあると判断する。その後、エージェントノードがバックアップされるべきノードの代わりにバックアップノードを探すように、バックアップされるべきノードに隣接する複数のノードからエージェントノードを決定する。さらに、バックアップされるべきノードのデータが、バックアップノードに送信可能である。

本発明の一実施例は、バックアップされるべき状態が、バックアップされるべきノードの電気量が所定の値以下に低減し、その後、バックアップされるべきノード自体が自らバックアップノードを検出するため、多数のノードと通信する必要がないということであることを示す。それは、バックアップノードの実質的な探索を行うため、隣接するノードからエージェントノードを決定しさえすればよい。エージェントノードがノードの近傍にあるため、決定プロセスはノードのエネルギーを過剰に消費しない。他方、バックアップされるべきノードが実質的な検索を実行しないため、さらなるエネルギーの節約がなされる。さらに、最終的に検出されたバックアップノードは、通常は当該ノードの周囲にあるため、バックアップされるべきノードの近傍のエージェントノードのエネルギー消費が低減するであろう。

本発明はまた、センサネットワークの複数のノードの１つであり、センサがバックアップされることを待機しているか検出する検出手段と、センサがバックアップされるべきとき、エージェントノードがバックアップされるべきノードの代わりにバックアップノードを探すように、ノードに隣接する複数のノードからエージェントノードを決定する判定手段を有する。

本発明は、さらにセンサネットワークを提供し、センサネットワークは、第１センサと第２センサとを含む複数のセンサノードを有する。第１センサは、センサがバックアップされるべきか検出する検出手段と、センサがバックアップされることを待機しているとき、ノードに隣接する複数のノードからエージェントノードを決定し、第２センサにそれのバックアップノードを検出するよう要求する判定手段とを有し、第２センサは、第１センサからの要求について第１センサのバックアップノードを検出する通信手段を有する。

本発明の他の課題及び達成はより明らかとなり、添付した図面を参照して以下の説明及び請求項によって、本発明がより包括的に理解可能である。

図１は、本発明の一実施例によるセンサの各コンポーネントの概略的なブロック図である。手段１００は、通信手段１１０と、センサ手段１３０と、検出手段１５０と、判定手段１６０と、電源（図示せず）とを有する。電源は、センサがそれの作業を実行するのに必要なエネルギーを提供する。それは、非リチャージャブル又はリチャージャブルである。

手段１００はまた、格納手段１２０とＣＰＵ１４０とを有する。

手段１００は、一部の手段（検出手段１５０と判定手段１６０など）の機能がソフトウェアを介し実行可能なセンサネットワークのノードとすることが可能である。当業者に関して、手段１００に含まれる手段は、それらの組み合わせが本発明の機能を実行可能とする限り、複数の従来の手段によって実現することが可能である。

センサ手段１３０は、周囲の環境を誘導するため使用される。例えば、周囲の環境の特定の変化が、センサの特定の機能をトリガーするであろう。誘導されたメッセージは、処理のため通信手段１１０を介し送信可能であり、またある程度までＣＰＵ１４０により処理可能であり、その後格納手段１２０に格納され、もちろん、それはまた格納手段１２０に直接格納される。

通信手段１１０は、センサ手段１３０により誘導されるメッセージなどのセンサによって誘導される環境的メッセージを送信し、他のセンサから中継可能な格納手段１２０に格納されているメッセージを送信し、照会リクエストなどの他のセンサから受信する他のメッセージを受信するため使用される。

格納手段１２０は、センサ手段１３０により誘導される環境的メッセージ又は通信手段１１０が他のセンサから受信するメッセージである可能性があるメッセージを格納するのに使用される。

検出手段１５０は、センサが、バックアップされるのを待機する状態にあるか検出するのに使用される。この状態は、センサのメーカー又はセンサネットワークシステムのメーカーによって予め設定可能である。例えば、センサの格納手段１２０は、８０％フル状態であり、又はセンサの電気量は所定の値以下に低下している。

判定手段１６０は、センサがバックアップされるのを待機する状態にあるとき、エージェントノードがバックアップされるノードの代わりにバックアップノードを求めるように、ノードに隣接する複数のノードからエージェントノードを決定するのに使用される。

ＣＰＵ１４０は、センサの予め格納されているコマンドに従って、センサのその他のコンポーネント（検出手段１５０及び判定手段１６０など）の作業を調整するのに使用される。もちろん、ＣＰＵはまた、必要に応じて、より複雑なデータを処理することも可能である。

図２は、本発明の一実施例によるセンサネットワークのシステムの概略図であり、図３は、本発明の一実施例によるセンサネットワークの通信のフローチャートである。センサネットワークは、センサ１００を含む複数のセンサを有し、そこでは、ノード１〜９がセンサ１００と（ワン・ホップ）通信可能であり、その他のノードがセンサ１００と通信するのにマルチホップ通信が必要とされる。センサネットワークの各センサは、以下の機能の１以上、すなわち、誘導、格納、伝送、中継、リクエストの受付、イベントのトリガー、データ処理などを有する。

図２及び３によると、センサ１００は自らがバックアップされることを待機する状態であると検出すると、すなわち、それの電気量が所定の値（ＴＨ１、それのトータルの電気量格納容量の２５％など）に低下すると、センサ１００は、それに隣接するノードからエージェントノード（ＡＮ）を検出し、センサ１００のバックアップノード（ＢＮ）を検出するため利用可能なノード（ＡＬＡＮ）と通信することを要求するリクエストをエージェントノードに送信する。

隣接ノード（ＮＮ）は、センサ１００と直接通信する（すなわち、ワン・ホップ）ことが可能なすべてのノードを含むかもしれない。エージェントノードを検出するため実行される通信を低減するため、エージェントノードは、センサ１００と最も直近にワン・ホップ通信を行った隣接ノードの１つであってもよい。もちろん、センサはエリア内に相対的に稠密に分散されている場合、隣接ノードは、センサ１００とのマルチホップ通信を実行可能なものを含むかもしれない。

センサ１００により送信されるリクエストＭ１は、以下のようなフォーマットによるものであってもよい。

メッセージＭ１の“機能”とは、温度誘導、音声誘導、輝度誘導、格納機能、データ処理機能などのセンサ１００の各機能を示すのに使用される。

メッセージＭ１の“能力”とは、キーデータを誘導する能力、一般データを誘導する能力、ストレージに格納されている各種データのデータ量など、センサ１００の各機能の各種レベルの能力及び状態を示すのに使用される。キーデータは、相対的に迅速に変換するノードを含み、意志決定により重要である。

メッセージＭ１の“ＡＬＡＮ”は、利用可能なバックアップノードのリストとして使用される。利用可能なノードリストは、ノード３〜７などの直接的な通信（すなわち、ワン・ホップ）を実行可能なセンサ１００の最新のルートテーブル２３０に上記ノードを含むかもしれない。もちろん、利用可能なノードリストはまた、ノード１〜５などの直接的な通信を実行可能なセンサ１００の新しいルートテーブル２２０（ルートテーブル２２０は、更新後にルートテーブル２３０になる）に上記ノードを含めるかもしれない。利用可能なノードリストはまたノード８及び９を有し、センサ１００は、ノード８及び９からのみメッセージを受信するかもしれない。この実施例では、“ＡＬＡＮ”はノード１〜９を含む。

他のＡＬＡＮ生成方法は、センサ１００がさらなる通信によって到達可能なすべてのノードに、これらのノードにその利用性を決定するためリプライすることを要求するメッセージを送信することである。これらのノードは、バックアップノードとして存在する非アクティブなノードを含むかもしれない。バックアップノードは、エージェントノードにより構成される以下のディスカッションに参加するため、特定のメッセージによりアクティブとされる。ディスカッションモードは、既存のモードの１つであるかもしれない。

もちろん、センサがあるエリア内に相対的に稠密に分散されている場合、利用可能なノードはまた、センサ１００とマルチホップ通信を実行可能なノードを含むかもしれない。

エージェントノードを決定する処理は、以下の通りである。第１に、センサ１００が隣接ノード（ＮＮ）のノード（ＲＮ）にリクエストＭ１を送信する。第２に、ノードＲＮが、リクエストＭ１内の利用可能なノードリスト（ＡＬＡＮ）に従って、バックアップノードの検索を実行するのに必要な電気量を推定する。第３に、ノードＲＮの電気量が合計電気量と特定の閾値より大きい場合、ノードＲＮは、ノード（ＲＮ）がエージェントノード（ＡＮ）になることを示す確認メッセージＭ２をセンサ１００に送信し、そうでない場合、ＲＮは、それの隣接ノードかららのノードをそれのエージェントノードとして選択するようセンサ１００に要求するため、再選択メッセージＭ３をセンサ１００に送信する。センサ１００は、エージェントノードがセンサ１００の隣接ノードから検出されるまで、当該プロセスを繰り返すことが可能である。本実施例では、ノード２が、センサ１００のエージェントノードとして選択される。

ノードＲＮにより送信される確認メッセージＭ２は、以下のようなフォーマットによるものとすることができる。

ノードＲＮにより送信される再選択メッセージＭ３は、以下のようなフォーマットによるものとすることができる。

ノード２がセンサ１００のエージェントノードとして選択された後、適切なバックアップノードを選択するため、ＡＬＡＮリストに従って、ディスカッションがすべての利用可能なノードにおいて構成される。このディスカッションモードは、既存のディスカッションモードの何れかとしてもよい。基本的原理は、候補となるバックアップノードの利用可能なノードの機能、能力及び電気量がセンサ１００を置換可能であるか検討することである。ディスカッションの始めに、ノード２は、センサ１００の機能及び能力を通知するため、メッセージＭ４をノード１及びノード３〜９に送信してもよい。ディスカッション全体を通じて、ディスカッションに参加するノード間でマルチホップ通信が必要とされる場合、センサ１００を回避する。

ノードＡＮにより送信されるメッセージＭ４は、以下のようなフォーマットによるものであるかもしれない。

ディスカッション後、ノード４がセンサ１００のバックアップノード（ＢＮ）として決定される。もちろん、ディスカッションの結果がまた、センサ１００のバックアップノードとして他の何れか利用可能な適切なノード（ノード２を含む）を決定するかもしれない。

その後、ノード４は、センサ１００の温度誘導機能など、センサ１００の機能及び／又はデータを要求するため、メッセージＭ５をセンサ１００に送信する。

バックアップノード（ＢＮ、ノード４）により送信されるメッセージＭ５は、以下のようなフォーマットによるものであるかもしれない。

ノード４から送信されるメッセージＭ５を受信すると、センサ１００は、バップアップされるノード４にデータ及び／又は機能を送信し、自らを省電力状態におく。この送信プロセスはまた、２つのステップにより実行されてもよい。第１ステップでは、一般データ及び／又は機能がバックアップノード（ＢＮ、ノード４）に転送され、センサ１００の電気量がより低いレベルまでさらに低下すると、キーデータ及び／又は機能がバックアップノード（ＢＮ、ノード４）に転送される。

バックアップ後、センサ１００はもはや温度変化を誘導せず、代わりに、ノード４はセンサ１００の温度誘導を実行する。

最後に、エージェントノード（ＡＮ，ノード２）又はバックアップノード（ＢＮ、ボード４）はまた、センサ１００が省電力状態にあり、それの機能及び／又はデータがバックアップノード（ＢＮ、ノード４）により処理されることを通知するため、センサ１００と通信された通知メッセージＭ６を上記ノード（利用可能なノードＡＬＡＮなど）に送信し、これにより、それらのルートテーブルを更新するためなど、対応する指標を採用することが可能である。

エージェントノード（ＡＮ、ノード２）により送信されるメッセージＭ６は、以下のようなフォーマットによるものであってもよい。

センサネットワークが制御センターを有する場合、エージェントノード（ＡＮ、ノード２）又はバックアップノード（ＢＮ、ノード４）はまた、センサ１００が省電力状態にあり、それの機能及び／又はデータがバックアップノード（ＢＮ、ノード４）に処理されることを制御センターに通知するため、通知メッセージＭ７を制御センターに送信するようにしてもよい。

エージェントノード（ＡＮ、ノード２）により送信されるメッセージＭ７は、以下のようなフォーマットによるものであってもよい。

センサネットワークでは、各種ノードが異なるレベルの重要度を有するかもしれない。本発明によると、重要度の低いノードは、重要度の高いノードの通信負荷を低減し、それらの実行寿命を延長するため、重要度の高いノードのバックアップノードを探す。もちろん、すべてのノードが、所与の原理に従って隣接ノードによってバックアップノードとして選択されてもよい。

本発明が、その実施例に関して上述された。当業者は上述したものに基づき、すべてのタイプの置換、改良及び変更を明らかに実行可能であるということは明白である。この問題について、その性質のすべての置換、改良及び変更は、本発明の請求項の趣旨及び範囲内に属するべきである。

図１は、本発明の一実施例によるセンサの各コンポーネントの概略的なブロック図である。 図２は、本発明の一実施例によるセンサネットワークのシステムの概略図である。 図３は、本発明の一実施例によるセンサネットワークの通信のフローチャートである。

Claims (11)

1. センサネットワークのノードのバックアップノードを検出する方法であって、
   ａ．前記ノードがバックアップされるべき状態にあると判断するステップと、
   ｂ．エージェントノードを用いて前記バックアップノードを検出するため、前記ノードに隣接する複数のノードからエージェントノードを決定するステップと、
   を有する方法。
2. 前記バックアップされるべきノードのデータを前記バックアップノードに送信するステップをさらに有する、請求項１記載の方法。
3. 前記バックアップノードは、前記バックアップされるべきノードの対応する機能の少なくとも一部を実行するステップをさらに有する、請求項１記載の方法。
4. 前記バックアップされるべき状態は、前記バックアップされるべきノードの電気量が所定の値より低いことである、請求項１記載の方法。
5. 前記隣接ノードは、前記バックアップされるべきノードが直近に通信した隣接ノードである、請求項１記載の方法。
6. 前記エージェントノードは、前記バックアップされるべきノードが直近に通信した隣接ノードである、請求項１記載の方法。
7. 前記バックアップノードは、処理能力について前記バックアップされるべきノードに類似する、請求項１記載の方法。
8. 前記処理能力は、以下の能力、すなわち、誘導、格納、伝送、中継、リクエストの受付、イベントのトリガー及びデータ処理の少なくとも１つを有する、請求項７記載の方法。
9. センサネットワーク内のノードの１つであるセンサであって、
   当該センサがバックアップされることを待機する状態にあるか検出する検出手段と、
   当該センサが、複数の隣接するノードのエージェントノードを用いて前記バックアップノードを探すためバックアップされるべき状態にあるか判断する判定手段と、
   を有するセンサ。
10. 第１センサと第２センサとを含む複数のノードを有するセンサネットワークであって、
    前記第１センサは、
    前記センサがバックアップされるべき状態にあるか検出する検出手段と、
    前記ノードに隣接する複数のノードの前記第２センサをエージェントノードとして使用し、前記第２センサにバックアップノードを検出するよう要求するため、前記センサがバックアップされることを待機する状態にあるか判断する判定手段と、
    を有し、
    前記第２センサは、前記第１センサからの要求に従って、前記第１センサのバックアップノードを検出する通信手段を有する、センサネットワーク。
11. 前記検出手段は、前記第１センサの電気量を検出するのに使用され、
    前記バックアップされることを待機する状態は、前記電気量が所定の値より低いことである、請求項１０記載のセンサネットワーク。

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