JP2009086697A - 無線センサネットワークおよびその情報伝達方法 - Google Patents

Abstract

【課題】端末から高信頼かつ低遅延で緊急情報を基地局へ伝達を実現する無線センサネットワークの伝達方法を提供する。
【解決手段】ホームサーバー１とホームサーバー１の周りに配されセンサを有する複数のセンサノード２とから成り、情報をセンサノード２からセンサノード２へバケツリレー式に伝達する無線センサネットワークの情報伝達方法であって、上記各センサノード２は、それぞれ一定の周期で情報の発信を行っており、いずれかのセンサノード１３−１が緊急情報を検知すると、この緊急情報を検知したセンサノード１３−１からホームサーバー１へ緊急情報を伝達する経路［３］→［６］→［９］の周りに配されたセンサノード１１−２・１２−２・１２−３・１３−２・１３−３は、情報の発信を制限する
【選択図】図１

Description

本発明は、無線センサネットワークおよびその情報伝達方法に関するものである。

無線通信は、その電波干渉などの物理的特性により元来信頼性の低いものである。加えて、無線通信ネットワークにおいては、複数の端末が同時に通信を行うことによる衝突（コリジョン）などの問題があり、これらの問題を克服し高信頼な通信を実現するための手段として、従来ＭＡＣ層やネットワーク層においてエラー訂正符号や到達確認・再送、ＣＳＭＡ／ＣＡアルゴリズムなどが用いられてきた。

しかしながら、上記従来の構成でも、例えば隠れ端末などの問題によりコリジョンが発生し、緊急情報をいち早く基地局へ伝達させることができない、という問題が生じる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、端末から高信頼かつ低遅延で緊急情報を基地局へ伝達を実現する無線センサネットワークおよびその伝達方法を提供することである。

本発明の無線センサネットワークおよびその伝達方法は、上記課題を解決するために、基地局と該基地局の周りに配されセンサを有する複数の端末とから成り、情報を端末から端末へバケツリレー式に伝達する無線センサネットワークの情報伝達方法であって、上記各端末は、それぞれ一定の周期で情報の発信を行っており、いずれかの端末が緊急情報を検知すると、この緊急情報を検知した端末から基地局へ緊急情報を伝達する経路の周りに配された端末は、情報の発信を制限することを特徴としている。

ここで、緊急情報とは、火災、住居不法侵入、およびガス漏れなどの緊急の情報をいう。基地局は、各端末からの情報を収集し、管理している。また、端末はセンサを有しており、監視したい任意の場所に配されている。さらに、センサは、例えば、湿度センサ、加速度センサ、火災検知センサなどを用途に応じて適宜用いることができる。また、本実施の形態の無線センサネットワークの情報伝達方法は、バケツリレー方式にて情報の伝達を行っている。ここで、バケツリレー方式とは、ある端末が情報を発信した場合、この情報を受け取ることができる位置に配された端末がこの情報を受け取り、さらに、この情報を受け取った端末が情報を発信して、情報を近くの端末を順番に介することにより、遠くへ情報を伝達させる方式をいう。また、一つの端末からの情報を受け取る位置には複数の端末が配されている場合もあり、この場合には、これら複数の端末に情報が伝達される。つまり、バケツリレーという文言には、一つの端末から複数の端末へ情報を受け渡す場合も含む。

本発明では、一定の周期で情報の発信を行っている。また、緊急情報を伝達する経路は、一つまたは複数の経路である場合があるが、少なくとも、発信元の端末が決まれば、ある無線センサネットワークに対して一義的に決定される。

本発明では、特に、いずれかの端末が緊急情報を検知した場合、この緊急情報を検知した端末から基地局へ緊急情報を伝達する経路の周りに配された端末は、情報の発信を制限することを特徴としている。一般に、無線センサネットワークにおける情報の伝達は、緊急情報も緊急情報でない非緊急情報も同じ経路を通って行われる。そのため、端末において緊急情報と非緊急情報との衝突（コリジョン）が起こり緊急情報が消滅してしまうという問題が生じる。また、緊急情報が消滅してしまった場合、再び緊急情報を送ればよいが、この場合、遅延が生じてしまう。

これに対して、上記構成によれば、緊急情報を伝達する経路の周りに配された端末における情報の発信を制限している。そのため、緊急情報を伝達する経路上に配された端末に対して、緊急情報を伝達する経路の周りに配された端末からの情報が送られることを制限することができ、緊急情報と非緊急情報との衝突（コリジョン）を防止することができる。

また、本発明の無線センサネットワークの情報伝達方法では、上記各端末は、基地局からの距離に応じて予めグループ分けされており、同じグループに属する端末は同じタイミングで情報の発信を行い、かつ、基地局から遠いグループに属する端末から順次に情報の発信を行うことが好ましい。

上記構成によれば、端末を基地局からの距離に応じて予めグループ分けしており、さらに、同じグループに属する端末は同じタイミングで情報の発信を行い、かつ、基地局から遠いグループに属する端末から順次に情報の発信を行っている。そのため、ある端末から、基地局へ情報を伝達させるときに、より早く基地局へ情報を伝達することができる。

また、本発明の無線センサネットワークの情報伝達方法では、上記各端末は、情報の発信を行うタイミングの前後の期間において電源をＯＮにする一方、それ以外の期間において電源をＯＦＦにする、スリープ制御を行うことが好ましい。

上記構成によれば、情報の発信時およびその前後の期間において電源をＯＮにし、それ以外の期間において電源をＯＦＦにしている。ここで、情報の発信時の前後の期間において電源をＯＮにしているため、近くに配された端末からの情報を受け取ることができる。さらに、それ以外の期間において電源をＯＦＦにしているため、省電力化を図ることができる。

また、本発明の無線センサネットワークの情報伝達方法では、上記緊急情報を同じグループに属する端末から受け取った端末は、情報の発信を制限し、自身の端末よりも基地局から遠くのグループに属する端末から緊急情報を受け取った端末は、スリープ制御を解除して電源をＯＮにし続けることが好ましい。

ここで、情報の発信を制限するとは、例えば、情報の発信を完全に止めてしまうことや情報発信の周期を長くすることが含まれる。上記構成によれば、緊急情報を基地局を伝達する経路における端末の電源をＯＮにし続けるので、情報の消滅を防止することができると共に、同じグループに属する端末（つまり緊急情報を基地局に伝達する経路の近くに配された端末）の情報の発信を制限することができるため、コリジョンの問題を軽減することができる。

また、本発明の無線センサネットワークの情報伝達方法では、緊急情報を検知した端末は、情報の発信の周期を短くすることが好ましい。上記構成によれば、緊急情報が基地局へ到達するまでにかかる時間を短くすることができる。

また、本発明の無線センサネットワークの情報伝達方法では、上記スリープ制御を解除して電源をＯＮにし続ける端末も同じく情報発信の周期を短くすることが好ましい。上記構成によれば、緊急情報が基地局へ到達するまでにかかる時間を短くすることができる。

また、本発明の無線センサネットワークの情報伝達方法では、上記スリープ制御を解除して電源をＯＮにし続ける端末は、緊急情報を受け取らずに一定時間が経過すると、スリープ制御を再開することが好ましい。上記構成によれば、各端末がそれぞれ独立してスリープ制御を再開することができる。そのため、無線センサネットワークを一括で制御する制御部を設ける必要がない。

本発明の無線センサネットワークおよびその伝達方法は、以上のように、基地局と該基地局の周りに配されセンサを有する複数の端末とから成り、情報を端末から端末へバケツリレー式に伝達する無線センサネットワークの情報伝達方法であって、上記各端末は、それぞれ一定の周期で情報の発信を行っており、いずれかの端末が緊急情報を検知すると、この緊急情報を検知した端末から基地局へ緊急情報を伝達する経路の周りに配された端末は、情報の発信を制限している。従って、端末から高信頼かつ低遅延で緊急情報を基地局へ伝達することができる。

本発明の一実施の形態について、図面を用いて説明する。

本発明の無線センサネットワーク（wireless sensor network；ＷＳＮ）は、図３に示すように、ホームサーバー（ＨＳ；基地局；ベースステーション）１、およびこのホームサーバー１の周りに配された複数のセンサノード（端末）２を有している。ホームサーバー１は、各センサノード２が得たセンサ情報を管理する役割を有している。一方、センサノード２は、温度、湿度、人の進入、または火災発生などを監視するために、住居やビルの監視対象となる場所に配置されている。例えば、センサノード２を窓ガラスに設けることにより、窓が割られたことを検知することができる。なお、ここでは基地局の一例としてホームサーバーを挙げているが、本発明の無線センサネットワークは家庭内のシステムに限定されず、ビルシステムなどにも用いることができる。

センサノード２は、図４に示すように、センサ３、Ａ／Ｄ変換器４、無線送受信機５、メモリ６、タイマ調整部７、タイマ８、電源９、および緊急情報判定部１０を備えている。電源９は、センサノード２内の各部材に対して電力を供給する役割を有している。ここで、センサ３は、用途に応じて、例えば、湿度センサ、加速度センサ、火災検知センサ、または人感センサなどを用いることができる。このセンサ３にて検知された湿度情報などのセンサ情報が、センサノード２からホームサーバー１へ伝達されるようになっている。さらに、詳細については後述するが、ホームサーバー１（図３）から各センサノード２へレベル情報（グループ情報）が伝達されるようにもなっている。

つまり、本実施の形態における、無線センサネットワークにおける情報の伝達方向には、
(i)ホームサーバー１から遠ざかる方向へセンサノード２を通過しながら伝達される伝達方向
(ii)センサノード２から、センサノード２を通過しながらホームサーバー１へ伝達される伝達方向
の２つの伝達方向がある。

上記(i)の伝達方向は、ホームサーバー１から各センサノード２に対してレベル情報を伝達するために用いられる。一方、上記(ii)の伝達方向は、センサノード２が検知したセンサ情報をホームサーバー１へ伝達するために用いられる。

また、本実施の形態の無線センサネットワークでは、バケツリレー通信（マルチホップ通信ともいう）、と呼ばれる通信方式にて情報の伝達を行っている。この通信方式は、情報を発信したセンサノード２の電波の届く範囲（円形の範囲）に配されたセンサノード２が情報を受け取り、さらにこのセンサノード２が情報を発信することにより、センサノード２が順次に情報を受け渡していく通信方式である。

このようなバケツリレー通信の利点は、情報を送信する場合、および情報を受信する場合にのみセンサノード２の電源９をＯＮにし、それ以外の状態ではセンサノード２の電源９をＯＦＦにすることができるので、省電力化を図ることができる。このような動作をスリープのスケジューリングという。

ところで、本実施の形態の無線センサネットワークでは、センサノードをグループ分けして、このグループ毎に同じタイミングで情報の発信を行っている。また、本発明は、「人命に関わるような緊急情報」を「湿度情報などの非緊急情報」よりも確実に早く（高信頼・低遅延で）ホームサーバーに伝達することができる。このような本発明の特徴点について説明する前に、まず、センサノードのグループ分けの方法について説明し、その後、本発明の特徴点について説明する。
〔センサノードのグループ分けの方法〕
センサノード２のグループ分けの方法について、図５を用いて説明する。グループ分けは、上記した(i)の伝達方向にレベル情報を伝達することにより行う。詳細について、次に説明するが、大雑把に言えば、ホームサーバー１からの距離（ホップ数ともいう）に応じてグループ分けを行っている。

まず、ホームサーバー１は、自身のレベル（グループ番号）を０に設定し、ホームサーバー１からの情報であることを示す、ビーコンパケット（ホームサーバー１が発信するレベル情報）を発信する。これにより、このホームサーバー１からのビーコンパケットの電波が届く範囲（円形の範囲）Ａに配置されたセンサノード（第１のセンサノード）１１がビーコンパケットを受信する。このビーコンパケットを受信した第１のセンサノード１１は、受け取ったレベル情報に１を加え、すなわち自身のレベルを１に設定し、タイマ調整部７がタイマ８の値をレベル１に応じた値に調整する。より具体的には、ビーコンパケットを無線送受信機５（図４）を介して緊急情報判定部１０が受け取り、この緊急情報判定部１０がレベルをメモリ６に記憶させると共に、タイマ調整部７にレベルを送り、タイマ調整部７がタイマ８を調整する。

ここでいうタイマの値の調整とは、センサノードにおける情報の送信のタイミングなどを設定することを示している。タイマ調整部７は、レベルに応じてタイマ８の値を決定する、より具体的には、生物学で用いられる、パルス結合振動子モデルに従って設定している。なお、第１のセンサノード１１は、ホームサーバー１からの電波を受信できる範囲Ａに配されたセンサノード全てを指しており、１つでもよいし、図５に示すように複数でもよい。

次に、第１のセンサノード１１が自身のセンサ３にて検知したセンサ情報、および自身のレベル情報（レベル１）を同時に発信する（ブロードキャストする）。この第１のセンサノードからのセンサ情報およびレベル情報を受信したセンサノード（第２のセンサノード）は、受け取ったレベル情報に１加え、すなわちレベルを２に設定し、タイマ調整部７がタイマ８の値の調整を行う。つまり、第１のセンサノード１１からの情報を受信できる位置に配された、センサノードが、レベル２の第２のセンサノード１２とされる。図５では、ある一つの第１のセンサノード１１に対して、電波の届く範囲を参照符号Ｂにて示しているが、他の第１のセンサノード１１についても同様である。

以下同様にして、第２のセンサノードから、レベル３の第３のセンサノード１３へセンサ情報およびレベル情報が伝達され、この第３のセンサノードからレベル４の第４のセンサノード（不図示）へとセンサ情報およびレベル情報が伝達される。このようにして、全てのセンサノードにおいて、レベルとタイマ８の値が調整され、センサノードがレベル毎にグループ分けされる。

なお、上記において、ホームサーバー１や各センサノードの動作を説明したが、上記の動作は、無線センサネットワーク全体における時系列を示したものであり、ホームサーバー１および各センサノード２は、それぞれが自律して動作している。
〔センサ情報の伝達方法〕
上記のように、各センサノードをレベル分けすることにより、次のようにして、各センサノードが検知したセンサ情報をホームサーバー１へ伝達することができる。このようなセンサノードからホームサーバーへセンサ情報を伝達する方法について図６を用いて説明する。図６では既に、上記の方法によりレベル分け（グループ分け）がされているとする。

この無線センサネットワークは、図６に示すように、ホームサーバー１、第１のセンサノード１１−１、第１のセンサノード１１−２、第２のセンサノード１２−１、第２のセンサノード１２−２、第３のセンサノード１３−１、および第３のセンサノード１３−２を有している。なお、第１のセンサノード１１−１および第１のセンサノード１１−２はレベル１のセンサノードであり、第２のセンサノード１２−１および第２のセンサノード１２−２はレベル２のセンサノードであり、第３のセンサノード１３−１および第３のセンサノード１３−２はレベル３のセンサノードである。

ここで、一例として、第３のセンサノード１３−１が検知したセンサ情報をホームサーバー１へ伝達する方法について説明する。まず、第３のセンサノード１３−１がセンサ情報を送信した場合、このセンサ情報は、図６中、第２のセンサノード１２−１へ向かう経路Ｈおよび第３のセンサノード１３−２へ向かう経路Ｏの２つの経路があるが、センサ情報は、経路Ｈにて伝達される。つまり、ホームサーバー１へ伝達すべきセンサ情報は、よりレベルが低いセンサノード（よりホームサーバー１へ近いセンサノード）へと伝達される。但し、第３のセンサノード１３−２も第３のセンサノード１３−１からのセンサ情報の受信を行っている。ここで、第３のセンサノード１３−２は、後に詳述するが、第３のセンサノード１３−１から受信したセンサ情報が緊急情報かどうかを判定している。

第２のセンサノード１２−１が第３のセンサノード１３−１からのセンサ情報を受け取った場合、このセンサ情報は、図６中、第２のセンサノード１２−２へ向かう経路Ｎ、第１のセンサノード１１−１へ向かう経路Ｉ、および第１のセンサノード１１−２へ向かう経路Ｌの３つの経路があるが、センサ情報は、上記と同様に、経路Ｉまたは経路Ｌにて伝達される。その後、第１のセンサノード１１−１は受け取ったセンサ情報を経路Ｊを用いてホームサーバー１へ伝達し、第１のセンサノード１１−２は受け取ったセンサ情報を経路Ｍを用いてホームサーバー１へ伝達する。このように、自身よりレベルの低いセンサノードへセンサ情報を順に（バケツリレー式に）伝達していくことにより、センサノードが検知したセンサ情報をホームサーバーへ伝達することができる。
〔平常状態におけるセンサノードの情報発信のタイミング〕
本発明は、緊急な状況が生じた場合に、迅速かつ正確に（高信頼かつ低遅延で）この状況をホームサーバーへ伝達することを目的としている。そこで、各センサノードは、常に、センサ３が検知した情報が緊急情報かどうか、および、受け取ったセンサ情報が緊急情報かどうかを緊急情報判定部１０（図４）にて判定している。

そこで、まず、緊急情報判定部１０にて緊急状況が検知されていない状態（平常状態）の、各センサノードの情報発信のタイミングについて図７を用いて説明する。なお、上記で説明したが、このセンサノードの情報発信のタイミングは、タイマにて計測されている。図７中、横軸は時間を示している。また、図中、矢印は、センサノードからの情報の発信のタイミングを示している。また、各レベルを示す線分のうち、実線は電源ＯＮの状態を示している。一方、破線は電源ＯＦＦの状態を示している。つまり、この平常状態では、各センサノードにおいてスリープ制御（スリープのスケジューリング）が行われている。

同レベルのセンサノードは、同時に情報（センサ情報およびレベル情報）を送信する。さらに、情報の発信は、レベルの高いセンサノードから順に、つまり、図７に示すように、レベルｎ、レベルｎ−１、レベルｎ−２、・・・の順に、情報を発信するようになっている。このように、情報を時間差を設けて順に発信することにより、近くのノード（レベルが１つ異なるノード、以下同じ）から情報を受け取る場合、および自身が情報を送信する場合にのみ電源をＯＮにしておけばよいので、省電力化を図ることができる。なお、ｔ_ｎは、各センサノードにおける情報発信の間隔であり、δは、オフセットを係数である。

レベルｎの第ｎのセンサノードを用いてデータ送信のタイミングについて説明する。第ｎのセンサノードは、時刻−δｔ_ｎにおいて、電源がＯＮとなり、図示しないレベルｎ＋１の第ｎ＋１のセンサノードから情報を受け取る。その後、時刻０において、第ｎのセンサノード自身が検知した情報および第ｎ＋１のセンサノードから受け取った情報を近くのセンサノードに送信する。さらに、時刻δｔ_ｎにおいて、レベルｎ−１の第ｎ−１のセンサノードから情報を受け取り、電源をＯＦＦにする。そして、時刻ｔ_ｎ−δｔ_ｎにおいて電源ＯＮとなり、以後、時刻−δｔ_ｎ〜ｔ_ｎ−δｔ_ｎと同様の動作を繰り返す。

また、第ｎ−１のセンサノードは、時刻０において、電源がＯＮとなり、レベルｎの第ｎのセンサノードから情報を受け取る。その後、時刻δｔ_ｎにおいて、第ｎ−１のセンサノード自身が検知した情報および第ｎのセンサノードから受け取った情報を近くのセンサノードに送信する。さらに、時刻２δｔ_ｎにおいて、レベルｎ−２の第ｎ−２のセンサノードから情報を受け取り、電源をＯＦＦにする。そして、時刻ｔ_ｎにおいて電源ＯＮとなり、以後、時刻０〜ｔ_ｎと同様の動作を繰り返す。つまり、第ｎ−１のセンサノードの動作は、第ｎのセンサノードの動作よりもδｔ_ｎ遅れている。なお、第ｎ−２のセンサノードの動作については、第ｎ−１のセンサノードの動作からδｔ_ｎ遅れて同様の動作を繰り返しているため、その説明を省略する。

以上のように各センサノードが情報を送信することにより、情報を検知したセンサノードから、ホームサーバーへリレー式に情報を伝達することができる。
〔本発明の特徴部分〕
次に、本発明の最重要部分について説明する。

各センサノード２の緊急情報判定部１０は、センサ３が検知したセンサ情報が緊急情報であるかどうかを検知すると共に、受け取ったセンサ情報が緊急情報かどうかを検知する（図４）。

ここで、あるセンサノードが検知したセンサ情報が緊急情報であると判断された場合について図１を用いて説明する。ここで、緊急情報とは、火災、住居不法侵入、ガス漏れなどを示している。

ここで示す無線センサネットワークは、図１に示すように、ホームサーバー１、第１のセンサノード１１−１、第１のセンサノード１１−２、第１のセンサノード１１−３、第２のセンサノード１２−１、第２のセンサノード１２−２、第２のセンサノード１２−３、第２のセンサノード１２−４、第３のセンサノード１３−１、第３のセンサノード１３−２、および第３のセンサノード１３−３を有している。なお、第１のセンサノード１１−１、第１のセンサノード１１−２、および第１のセンサノード１１−３はレベル１のセンサノードであり、第２のセンサノード１２−１、第２のセンサノード１２−２、および第２のセンサノード１２−３はレベル２のセンサノードであり、第３のセンサノード１３−１、第３のセンサノード１３−２、および第３のセンサノード１３−３はレベル３のセンサノードである。

ここで、例えば、第３のセンサノード１３−１のセンサ３（図４）にて、緊急情報を検知したとする。つまり、第３のセンサノード１３−１に設けられた緊急情報判定部１０（図４）が、センサ３にて検知したセンサ情報が緊急情報であると判断した場合、まず、このセンサ情報に緊急であることを示すタグを付す。そして、この第３のセンサノード１３−１は、スリープ制御が解除され、電源がＯＮの状態が続き、上記した平常状態よりも高い頻度でセンサ情報を送信する。

次に、第３のセンサノード１３−１は、このセンサ情報を、周りのセンサノードに送信する。但し、緊急情報を受け取った後にすぐに緊急情報を送信することはせず、平常状態における、次の情報発信のタイミング（図７・２参照；時刻０）において緊急情報を発信する。これにより、緊急情報を受ける側のセンサノードが電源ＯＦＦであるということを防止することができ、確実に緊急情報をホームサーバー１へ近いセンサノードへ送信することができる。

ここで、第３のセンサノード１３−１の送信した情報を受信できる位置に配されたセンサノードを、図１に示すように、第３のセンサノード１３−２、第３のセンサノード１３−３、および第２のセンサノード１２−１であるとする。さらに、第３のセンサノード１３−２へ伝達される経路を経路［１］、第３のセンサノード１３−３へ伝達される経路を経路［２］、第２のセンサノード１２−１へ伝達される経路を経路［３］とする。

経路［１］［２］から緊急のセンサ情報を受け取った第３のセンサノード１３−２および第３のセンサノード１３−３は、情報の送信を全て止めるなどして、情報の送信を制限する。一方、第２のセンサノード１２−１への経路［３］は優先経路となり、この第２のセンサノード１２−１は、スリープ制御が解除され、電源ＯＮの状態が続く。但し、第２のセンサノード１２−１は、上記の第３のセンサノード１３−１と同様に、緊急情報を受け取った後、すぐにこの緊急情報を発信するのではなくて、平常状態における次の情報発信のタイミング（時刻δｔ_ｎ）を待って緊急情報を発信する。

次に、第２のセンサノード１２−１が送信した情報を受信できる位置に配されたセンサノードを、図１に示すように、第２のセンサノード１２−２、第２のセンサノード１２−３、および第１のセンサノード１１−１であるとする。さらに、第２のセンサノード１２−２へ伝達される経路を経路［４］、第２のセンサノード１２−３へ伝達される経路を経路［５］、第１のセンサノードへ伝達される経路を経路［６］とする。

経路［４］［５］から緊急のセンサ情報を受け取った第２のセンサノード１２−２および第２のセンサノード１２−３は、情報の送信を制限する。一方、第１のセンサノード１１−１への経路［６］は優先経路となり、この第１のセンサノード１１−１は、スリープ制御が解除され、電源ＯＮの状態が続く。

さらに、第１のセンサノード１１−１の送信した情報を受信できる位置に配されたセンサノードを、第１のセンサノード１１−２とする。さらに、第１のセンサノード１１−２への経路を経路［８］、ホームサーバー１への経路を経路［９］とする。このとき、経路［８］から緊急のセンサ情報を受け取った第１のセンサノード１１−２は、情報の送信を制限する。一方、ホームサーバー１への経路［９］は優先経路となる。

以上のように、緊急情報がセンサノードからホームサーバー１へ伝達される場合、同レベルのセンサノードから緊急情報を受け取ったセンサノードは、情報の送信を制限する。一方、一つ上のレベルからセンサ情報を受け取ったセンサノード間との経路が優先経路となり、このセンサノードはスリープ制御が解除され、電源ＯＮの期間が続く。

上記構成によれば、周りのセンサノードの動作を制限することにより、コリジョン（情報の衝突）の問題を回避できるとともに、優先経路［３］→［６］→［９］上のセンサノードのスリープ制御を解除して電源ＯＮにし続けることができるので、緊急情報を優先経路［３］→［６］→［９］を用いてホームサーバーへ高信頼かつ低遅延で伝達させることができる。なお、優先経路に配されたセンサノードに対して、コリジョンなどの問題を生じさせないセンサノードは、通常の動作（平常状態のスリープ制御）を行う。つまり、図１における第２のセンサノード１２−４、および第１のセンサノード１１−３は、通常の動作（平常状態の動作）を行う。

但し、１回目に第３のセンサノード１３−１から送った情報が必ずしも、ホームサーバー１へ到達するとは限らない。特に、１回目に送る緊急情報は、まだ、優先経路の周りのセンサノードが平常通りのスリープ制御を行っており、これらのセンサノードが発信するセンサ情報とのコリジョンが発生する可能性が高い。センサノードは、緊急情報の発信が不要になるまで緊急情報をホームサーバー１へ送り続けているため、１回目に送る緊急情報がコリジョンによって失われた場合にも、この後続の緊急情報によって優先経路の構築が継続される。そのため、一旦、優先経路が確保されると、続いて送られる緊急情報もこの優先経路を通過するようになっている。

そして、緊急情報をホームサーバー１が受け取ると、緊急情報が不要になった時点でホームサーバー１から、第３のセンサノード１３−１に対して、到達確認の信号が送られ、第３のセンサノード１３−１がこの到達確認の信号を受け取ると、第３のセンサノード１３−１は、平常状態に戻る。

また、各センサノードに上記のタイマ８とは別にもう一つタイマを設けることが好ましい。これにより、上記のその他の情報の送信を制限されていたセンサノードは、緊急情報を受け取る度にこのタイマをリセットし、ある一定時間緊急情報を受け取らなかった場合、平常状態に戻る。このタイマは、優先経路上のセンサノードでは、電源をＯＮにし続ける時間を計測するのに用いることができる。

上記では、本実施の形態のセンサノードは、必ずしもソフトステート型に限らず、無線センサネットワーク全体を制御するコントロールセンターや制御局を設けてもよい。

次に、緊急状態になった場合（つまりいずれかのセンサノードが緊急状況を検知した場合）におけるこのセンサノードに関連するセンサノードの動作の詳細について図２に示すタイミングチャートを用いて説明する。

図２では、レベルｎ、レベルｎ−１、レベルｎ−２のセンサノードの動作について説明する。これらのセンサノードはいずれも優先経路上に配されたセンサノードであり、ここでは、レベルｎのセンサノードが緊急情報を検知したセンサノードであるとする。なお、ｔ_ｎは、平常状態における各センサノードにおける情報発信の間隔であり、δは、オフセット係数であり、ｔ_ｅは、緊急状態における各センサノードにおける情報発信の間隔である。

レベルｎの第ｎのセンサノードを用いてデータ送信のタイミングについて説明する。時刻―ｔにおいて、緊急状態を検知したとする。この時、スリープ制御を解除し、この第ｎのセンサノードの電源をＯＮにし続ける。そして、平常状態と同じタイミングである、時刻０において緊急情報を発信する。次に、時刻ｔ_ｅ（＜ｔ_ｎ）、および時刻２ｔ_ｅにおいて再び緊急情報を発信する。そして、上記したように、ホームサーバー１から到達確認の信号を受け取るまで、ｔ_ｅの間隔で緊急情報を発信する。

レベルｎ−１の第ｎ−１のセンサノードは、時刻０において緊急情報を第ｎのセンサノードから受け取る。この緊急情報の受け取りと同時に、スリープ制御を解除し、センサノードの電源をＯＮにし続ける。そして、平常状態と同じタイミングである、時刻δｔ_ｎにおいて緊急情報を発信する。以後の情報の発信は、タイミングチャートに示すように、第ｎのセンサノードから緊急情報を受け取った後すぐに、発信する。そして、第ｎのセンサノードからの緊急情報をある一定時間受け取らなくなったときに、平常状態に戻る。

レベルｎ−２の第ｎ−２のセンサノードは、時刻δｔ_ｎにおいて緊急情報を第ｎ−１のセンサノードから受け取る。この緊急情報の受け取りと同時に、スリープ制御を解除し、センサノードの電源をＯＮにし続ける。そして、平常状態と同じタイミングである、時刻２δｔ_ｎにおいて緊急情報を発信する。以後の情報の発信は、タイミングチャートに示すように、第ｎのセンサノードから緊急情報を受け取った後すぐに、発信する。そして、第ｎ−１のセンサノードからの緊急情報をある一定時間受け取らなくなったときに、平常状態に戻る。

さらに、上記に記載の、「緊急情報」は、緊急の度合いに応じて優先度を設けることができる。つまり、上記の実施の形態では、２つ以上の緊急情報が存在し得る。この場合、より緊急性の高い情報をいち早く、かつ、正確にホームサーバー１へ伝達する必要がある。そのため、緊急情報に対して、緊急である旨のタグに加えて、優先度を示すタグを付すことが好ましい。このように、優先度を示すタグを付せば、ある端末において、２つ以上の緊急情報が競合した場合でも、より優先度の高い緊急情報を優先経路を通してホームサーバー１へ伝達することができる。この点につき、具体例を用いて説明する。例えば、火災発生は緊急情報であるが、ガス漏れと共に、火災発生が発生した場合には、両者が合わさってガス爆発が発生する可能性がある。そのため、この場合、ガス漏れに火災発生よりも優先度の高いタグを付すことが好ましい。但し、ここで挙げたのはあくまで一例であり、重要なのは、緊急情報の種類によって、優先度のタグを付す点である。

また、緊急状態において形成される優先経路は、一通りとは限らない、つまり、ある緊急状態を検知したセンサノードからホームサーバーへの経路は複数通りある場合もある。

さらに、本実施の形態では、各センサノードが自律して動作するソフトステート型としたが、必ずしもこれに限らず、全てのセンサノードを制御する制御部を設けて、この制御部にてセンサノードの動作を制御させるハードステート型でもよい。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の無線センサネットワークの情報伝達方法はビルオートメーションおよびホームネットワークに特に好適に利用することができる。

本発明の実施形態の無線センサネットワークにおいて緊急状態が生じた際の優先経路について説明する図である。 本実施の形態の無線センサネットワークにおいて緊急状態が生じた際のセンサノードの情報の発信を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態の無線センサネットワークの概略構成を示す図である。 本実施の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。 本実施の形態の無線センサネットワークにおいてグループ分けを説明する図である。 本実施の形態の無線センサネットワークにおいて、センサノードからホームサーバーへの情報の伝達経路について説明する図である。 本実施の形態の無線センサネットワークにおいて平常状態のセンサノードの情報の発信を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ ホームサーバー（基地局）
２ センサノード（端末）
３ センサ
１１，１２，１３ センサノード（端末）
１１−１，１１−２，１１−３，１２−１，１２−２，１２−３，１３−１，１３−２，１３−３ センサノード（端末）
９ 電源

Claims (8)

1. 基地局と該基地局の周りに配されセンサを有する複数の端末とから成り、情報を端末から端末へバケツリレー式に伝達する無線センサネットワークの情報伝達方法であって、
   上記各端末は、それぞれ一定の周期で情報の発信を行っており、
   いずれかの端末が緊急情報を検知すると、この緊急情報を検知した端末から基地局へ緊急情報を伝達する経路の周りに配された端末は、情報の発信を制限することを特徴とする、無線センサネットワークの情報伝達方法。
2. 上記各端末は、基地局からの距離に応じて予めグループ分けされており、
   同じグループに属する端末は同じタイミングで情報の発信を行い、かつ、基地局から遠いグループに属する端末から順次に情報の発信を行うことを特徴とする、請求項１に記載の無線センサネットワークの情報伝達方法。
3. 上記各端末は、情報の発信を行うタイミングの前後の期間において電源をＯＮにする一方、それ以外の期間において電源をＯＦＦにする、スリープ制御を行うことを特徴とする、請求項２に記載の無線センサネットワークの情報伝達方法。
4. 上記緊急情報を同じグループに属する端末から受け取った端末は、情報の発信を制限し、
   自身の端末よりも基地局から遠くのグループに属する端末から緊急情報を受け取った端末は、スリープ制御を解除して電源をＯＮにし続けることを特徴とする、請求項２または３に記載の無線センサネットワークの情報伝達方法。
5. 緊急情報を検知した端末は、情報の発信の周期を短くすることを特徴とする請求項４に記載の無線センサネットワークの情報伝達方法。
6. 上記スリープ制御を解除して電源をＯＮにし続ける端末も同じく情報発信の周期を短くすることを特徴とする請求項５に記載の無線センサネットワークの情報伝達方法。
7. 上記スリープ制御を解除して電源をＯＮにし続ける端末は、
   緊急情報を受け取らずに一定時間が経過すると、スリープ制御を再開することを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載の無線センサネットワークの情報伝達方法。
8. 基地局と該基地局の周りに配されセンサを有する複数の端末とから成り、情報を端末から端末へバケツリレー式に伝達する無線センサネットワークであって、
   上記各端末は、それぞれ一定の周期で情報の発信を行っており、
   いずれかの端末が緊急情報を検知すると、この緊急情報を検知した端末から基地局へ緊急情報を伝達する経路の周りに配された端末は、情報の発信を制限するようになっていることを特徴とする、無線センサネットワーク。

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