JP2009246654A - プログラム、中継ノード位置算出装置及び中継ノード位置算出方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】リレー位置算出装置1では、リレーRの設置位置候補Pを設定し、この設置位置候補Pに設置されると仮定したリレーRを経由してセンサSそれぞれからゲートウェイGに至る通信経路網を算出し、この通信経路網に含まれるリレーRに対応する位置候補PをリレーRの最適な設置位置とする。通信経路網の算出は、先ず、1)全ての通信経路候補を対象として、評価が最良の通信経路網の厳密解を算出する厳密解算出処理を実行する。そして、厳密解の算出に至らずに処理開始からの経過時間が所定時間に到達した場合に、2)所定数の通信経路候補を対象として通信経路網の暫定解を繰り返し求め、評価がより良い準最適解を算出するヒューリスティクス処理が実行される。
【選択図】図2
Description
コンピュータ(例えば、図2のリレー位置算出装置1)に、予め設置位置が決定されたセンサノード(例えば、図1のセンサS)からのセンサデータを中継ノード(例えば、図1のリレーR)が無線通信によってデータ集約装置(例えば、図1のゲートウェイG)に中継して転送するワイヤレスセンサネットワークにおける前記中継ノードの設置位置を算出する処理を実行させるためのプログラム(例えば、図2のリレー位置算出プログラム510)であって、
前記中継ノードを設置可能な複数の位置候補を設定する位置候補設定手段(例えば、図18のステップA3)、
前記センサノードそれぞれについて、当該センサノードから前記位置候補に設置されると仮定した中継ノードを経由して前記データ集約装置に至る通信経路であって、所定の経路条件を満たす通信経路候補を生成する経路候補生成手段(例えば、図19のステップB1,図20のステップC1)、
前記生成された通信経路候補のうちから互いに同じ中継ノードを経由しない所定数の通信経路候補の組合せを前記センサノードそれぞれについて選出することで、全ての前記センサノードから前記データ集約装置に至る前記所定数分冗長な通信経路網を算出する経路網算出手段(例えば、図19のステップB9、図20のステップC11)、
前記算出された通信経路網に含まれる中継ノードの位置候補を、中継ノードの設置位置として決定する設置位置決定手段(例えば、図18のステップA11,A17)、
として前記コンピュータを機能させるためのプログラムである。
予め設置位置が決定されたセンサノードからのセンサデータを中継ノードが無線通信によってデータ集約装置に中継して転送するワイヤレスセンサネットワークにおける前記中継ノードの設置位置を算出する中継ノード位置算出装置(例えば、図2のリレー位置算出装置1)であって、
前記中継ノードを設置可能な複数の位置候補を設定する位置候補設定手段と、
前記センサノードそれぞれについて、当該センサノードから前記位置候補に設置されると仮定した中継ノードを経由して前記データ集約装置に至る通信経路であって、所定の経路条件を満たす通信経路候補を生成する経路候補生成手段と、
前記生成された通信経路候補のうちから互いに同じ中継ノードを経由しない所定数の通信経路候補の組合せを前記センサノードそれぞれについて選出することで、全ての前記センサノードから前記データ集約装置に至る前記所定数分冗長な通信経路網を算出する経路網算出手段と、
前記算出された通信経路網に含まれる中継ノードの位置候補を、中継ノードの設置位置として決定する設置位置決定手段と、
を備える中継ノード位置算出装置を構成しても良い。
予め設置位置が決定されたセンサノードからのセンサデータを中継ノードが無線通信によってデータ集約装置に中継して転送するワイヤレスセンサネットワークにおける前記中継ノードの設置位置を算出する中継ノード位置算出方法であって、
前記中継ノードを設置可能な複数の位置候補を設定するステップと、
前記センサノードそれぞれについて、当該センサノードから前記位置候補に設置されると仮定した中継ノードを経由して前記データ集約装置に至る通信経路であって、所定の経路条件を満たす通信経路候補を生成するステップと、
前記生成された通信経路候補のうちから互いに同じ中継ノードを経由しない所定数の通信経路候補の組合せを前記センサノードそれぞれについて選出することで、全ての前記センサノードから前記データ集約装置に至る前記所定数分冗長な通信経路網を算出するステップと、
前記算出された通信経路網に含まれる中継ノードの位置候補を、中継ノードの設置位置として決定するステップと、
を含む中継ノード位置算出方法を構成しても良い。
前記経路網算出手段が、前記中継ノードそれぞれに予め定められた最大通信容量を超えないよう、通信経路候補の組合せを選出する、
ように前記コンピュータを機能させるためのプログラムを構成しても良い。
前記経路条件には、センサノードから前記データ集約装置までの距離に応じた転送回数の上限である転送回数条件が少なくとも含まれ、
前記経路候補生成手段が、前記センサノードそれぞれについての通信経路候補を、当該センサノードから前記データ集約装置までの距離に対応する前記転送回数条件に定められた転送回数の上限を超えないように生成する、
ように前記コンピュータを機能させるためのプログラムを構成しても良い。
前記経路候補生成手段が、前記センサノードから前記データ集約装置へ順方向の経路のみで到達する通信経路を通信経路候補として生成するように前記コンピュータを機能させるためのプログラムを構成しても良い。
前記経路網算出手段が、
所定の評価基準に従った評価が最良となる前記通信経路網の厳密解を、探索的手法又は列挙的手法に基づく厳密解算出処理によって算出する厳密解算出処理手段と、
前記通信経路網の暫定解を繰り返し求め、前記所定の評価基準に従った評価がより良い解を算出していく発見的手法に基づくヒューリスティクス処理によって前記通信経路網の準最適解を算出するヒューリスティクス処理手段と、
を有するように前記コンピュータを機能させるためのプログラムを構成しても良い。
前記経路網算出手段が、前記厳密解算出処理手段による前記厳密解算出処理を先に実行し、前記厳密解の算出に至らずに処理開始からの経過時間が所定時間に到達した場合に前記厳密解算出処理を中止し、前記ヒューリスティクス処理手段による前記ヒューリスティクス処理を実行するように前記コンピュータを機能させるためのプログラムを構成しても良い。
前記厳密解算出処理手段及び前記ヒューリスティクス処理手段が、総経路長及び/又は総中継ノード数に基づく評価基準に従って、対応する前記厳密解算出処理及び前記ヒューリスティクス処理を実行するように前記コンピュータを機能させるためのプログラムを構成しても良い。
前記厳密解算出処理手段及び前記ヒューリスティクス処理手段が、総経路長のより短い通信経路網をより高く評価する評価基準に従って、対応する前記厳密解算出処理及び前記ヒューリスティクス処理を実行するように前記コンピュータを機能させるためのプログラムを構成しても良い。
前記厳密解算出処理手段及び前記ヒューリスティクス処理手段が、総中継ノード数のより少ない通信経路網をより高く評価する評価基準に従って、対応する前記厳密解算出処理及び前記ヒューリスティクス処理を実行するように前記コンピュータを機能させるためのプログラムを構成しても良い。
既存の通信経路網に対する新たなセンサノードの設置位置を設定する新センサ設置位置設定手段(たとえば、図21のステップD3)、
前記新たなセンサノードから前記データ集約装置に至る通信経路であって、前記所定の経路条件を満たす通信経路候補を生成する新センサ用経路候補生成手段(例えば、図21のステップD13)、
前記新たなセンサノードそれぞれについて、前記新センサ用経路候補生成手段により生成された通信経路候補のうちから互いに同じ中継ノードを経由しない所定数の通信経路候補の組合せであって、前記既存の通信経路網に含まれる既存の中継ノード以外の新たな中継ノードの数がより少ない組合せを選出することで、前記新たなセンサノードから前記データ集約装置に至る前記所定数分冗長な通信経路を含んだ通信経路網を算出する新センサ包含経路網算出手段(例えば、図21のステップD19)、
として前記コンピュータを機能させるためのプログラムを構成しても良い。
前記ワイヤレスセンサネットワークは、所定の構造物の検査用に前記センサノードを配設し、前記データ集約装置でセンサデータを集約して前記構造物を診断するためのネットワークであり、
前記位置候補設定手段が、前記中継ノードを前記構造物に配置可能な範囲を格子状に区切り、該格子位置を前記位置候補として設定するように前記コンピュータを機能させるためのプログラムを構成しても良い。
本実施形態のリレー位置算出装置は、ワイヤレスセンサネットワークの構成要素の一つであるリレー(中継ノード)の最適と思われる設置位置を算出する装置である。ワイヤレスセンサネットワークは、例えば地下鉄のトンネルや橋梁といった構造物の状態を監視するために構築される。
図2は、本実施形態のリレー位置算出装置1の内部構成を示すブロック図である。同図によれば、リレー位置算出装置1は、処理部100と、入力部200と、表示部300と、通信部400と、記憶部500とが、バスBにより互いにデータ通信可能に接続されて構成された公知のコンピュータシステムを用いて実現される。
図18は、処理部100が実行するリレー位置算出処理のフローチャートである。同図によれば、先ず、入力部200から、センサS及びゲートウェイGそれぞれの設置位置や最大データ転送率等のデータを入力・設定する(ステップA1)。また、入力部200からの入力指示に従って、リレーRの設置位置候補Pを設定する(ステップA3)。次いで、設置されるセンサSそれぞれについて、ゲートウェイGの設置位置からの距離Dをもとに、最大転送回数を算出・設定する(ステップA5)。その後、厳密解算出処理を開始する(ステップA7)。
このように、本実施形態によれば、リレー位置算出装置1では、リレーRの設置位置候補Pを設定し、この設置位置候補Pに設置されると仮定したリレーRを経由してセンサSそれぞれからゲートウェイGに至る通信経路網を算出し、この通信経路網に含まれるリレーRに対応する位置候補PをリレーRの最適な設置位置とする。通信経路網の算出は、先ず、1)全ての通信経路候補を対象として、評価が最良の通信経路網の厳密解を算出する厳密解算出処理を実行する。そして、厳密解の算出に至らずに処理開始からの経過時間が所定時間に到達した場合に、2)所定数の通信経路候補を対象として通信経路網の暫定解を繰り返し求め、評価がより良い準最適解を算出するヒューリスティクス処理が実行される。つまり、厳密解算出処理による厳密解の算出の時間制限を設け、制限時間内に厳密解が算出されない場合にヒューリスティクス処理によって準最適解を算出することで、定められた時間内でより最適と思われるリレーの設置位置の算出が可能となる。また、通信経路網は、1つのセンサSについて互いに同じリレーRを経由しない2つの通信経路を選出して算出される。これにより、例えばリレーRの故障によって1つの通信経路が遮断されたとしても他の通信経路を利用することができるといった、信頼性の高い通信経路網の構築が可能となる。
なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なことは勿論である。
例えば、上述の実施形態では、通信経路網を評価する際の評価基準を、通信経路網に含まれるリレーRの総数としたが、これを、各通信経路候補の経路長の総和としても良い。この場合、総経路長が短いほど、良い評価とする。更に、評価基準を、リレーRの総数及び総経路長の両方としても良い。この場合、両者の評価値それぞれに重み付けを行い、どちらを優先させるかを変更可能としても良い。
また、上述の実施形態では、新たにワイヤレスセンサネットワークを構築する場合を説明したが、既に構築されているワイヤレスセンサネットワークに新たなセンサSを追加設置する場合にも適用可能である。この場合、既存のワイヤレスセンサネットワーク(既存通信網)における各センサSの通信経路を変更することなく、追加設置するリレーRの総数が最小となるように、リレーRの追加設置位置を決定する。
また、上述の実施形態では、ワイヤレスセンサネットワークの監視対象をトンネルとしたが、橋梁やダム、プラント、船、塔等の他の建造物としても良い。
S センサ、R リレー、G ゲートウェイ
1 リレー位置算出装置
100 処理部、200 入力部、300 表示部、400 通信部
500 記憶部
510 リレー位置算出プログラム
521 ゲートウェイデータ、522 センサデータ
523 リレー位置候補データ
524 最大転送回数テーブル、525 最大転送回数データ
526 通信経路候補データ、527 経路組データ
528 準最適解データ
Claims (13)
- コンピュータに、予め設置位置が決定されたセンサノードからのセンサデータを中継ノードが無線通信によってデータ集約装置に中継して転送するワイヤレスセンサネットワークにおける前記中継ノードの設置位置を算出する処理を実行させるためのプログラムであって、
前記中継ノードを設置可能な複数の位置候補を設定する位置候補設定手段、
前記センサノードそれぞれについて、当該センサノードから前記位置候補に設置されると仮定した中継ノードを経由して前記データ集約装置に至る通信経路であって、所定の経路条件を満たす通信経路候補を生成する経路候補生成手段、
前記生成された通信経路候補のうちから互いに同じ中継ノードを経由しない所定数の通信経路候補の組合せを前記センサノードそれぞれについて選出することで、全ての前記センサノードから前記データ集約装置に至る前記所定数分冗長な通信経路網を算出する経路網算出手段、
前記算出された通信経路網に含まれる中継ノードの位置候補を、中継ノードの設置位置として決定する設置位置決定手段、
として前記コンピュータを機能させるためのプログラム。 - 前記経路網算出手段が、前記中継ノードそれぞれに予め定められた最大通信容量を超えないよう、通信経路候補の組合せを選出する、
ように前記コンピュータを機能させるための請求項1に記載のプログラム。 - 前記経路条件には、センサノードから前記データ集約装置までの距離に応じた転送回数の上限である転送回数条件が少なくとも含まれ、
前記経路候補生成手段が、前記センサノードそれぞれについての通信経路候補を、当該センサノードから前記データ集約装置までの距離に対応する前記転送回数条件に定められた転送回数の上限を超えないように生成する、
ように前記コンピュータを機能させるための請求項1又は2に記載のプログラム。 - 前記経路候補生成手段が、前記センサノードから前記データ集約装置へ順方向の経路のみで到達する通信経路を通信経路候補として生成するように前記コンピュータを機能させるための請求項1〜3の何れか一項に記載のプログラム。
- 前記経路網算出手段が、
所定の評価基準に従った評価が最良となる前記通信経路網の厳密解を、探索的手法又は列挙的手法に基づく厳密解算出処理によって算出する厳密解算出処理手段と、
前記通信経路網の暫定解を繰り返し求め、前記所定の評価基準に従った評価がより良い解を算出していく発見的手法に基づくヒューリスティクス処理によって前記通信経路網の準最適解を算出するヒューリスティクス処理手段と、
を有するように前記コンピュータを機能させるための請求項1〜4の何れか一項に記載のプログラム。 - 前記経路網算出手段が、前記厳密解算出処理手段による前記厳密解算出処理を先に実行し、前記厳密解の算出に至らずに処理開始からの経過時間が所定時間に到達した場合に前記厳密解算出処理を中止し、前記ヒューリスティクス処理手段による前記ヒューリスティクス処理を実行するように前記コンピュータを機能させるための請求項5に記載のプログラム。
- 前記厳密解算出処理手段及び前記ヒューリスティクス処理手段が、総経路長及び/又は総中継ノード数に基づく評価基準に従って、対応する前記厳密解算出処理及び前記ヒューリスティクス処理を実行するように前記コンピュータを機能させるための請求項5又は6に記載のプログラム。
- 前記厳密解算出処理手段及び前記ヒューリスティクス処理手段が、総経路長のより短い通信経路網をより高く評価する評価基準に従って、対応する前記厳密解算出処理及び前記ヒューリスティクス処理を実行するように前記コンピュータを機能させるための請求項7に記載のプログラム。
- 前記厳密解算出処理手段及び前記ヒューリスティクス処理手段が、総中継ノード数のより少ない通信経路網をより高く評価する評価基準に従って、対応する前記厳密解算出処理及び前記ヒューリスティクス処理を実行するように前記コンピュータを機能させるための請求項7又は8に記載のプログラム。
- 既存の通信経路網に対する新たなセンサノードの設置位置を設定する新センサ設置位置設定手段、
前記新たなセンサノードから前記データ集約装置に至る通信経路であって、前記所定の経路条件を満たす通信経路候補を生成する新センサ用経路候補生成手段、
前記新たなセンサノードそれぞれについて、前記新センサ用経路候補生成手段により生成された通信経路候補のうちから互いに同じ中継ノードを経由しない所定数の通信経路候補の組合せであって、前記既存の通信経路網に含まれる既存の中継ノード以外の新たな中継ノードの数がより少ない組合せを選出することで、前記新たなセンサノードから前記データ集約装置に至る前記所定数分冗長な通信経路を含んだ通信経路網を算出する新センサ包含経路網算出手段、
として前記コンピュータを機能させるための請求項1〜9の何れか一項に記載のプログラム。 - 前記ワイヤレスセンサネットワークは、所定の構造物の検査用に前記センサノードを配設し、前記データ集約装置でセンサデータを集約して前記構造物を診断するためのネットワークであり、
前記位置候補設定手段が、前記中継ノードを前記構造物に配置可能な範囲を格子状に区切り、該格子位置を前記位置候補として設定するように前記コンピュータを機能させるための請求項1〜10の何れか一項に記載のプログラム。 - 予め設置位置が決定されたセンサノードからのセンサデータを中継ノードが無線通信によってデータ集約装置に中継して転送するワイヤレスセンサネットワークにおける前記中継ノードの設置位置を算出する中継ノード位置算出装置であって、
前記中継ノードを設置可能な複数の位置候補を設定する位置候補設定手段と、
前記センサノードそれぞれについて、当該センサノードから前記位置候補に設置されると仮定した中継ノードを経由して前記データ集約装置に至る通信経路であって、所定の経路条件を満たす通信経路候補を生成する経路候補生成手段と、
前記生成された通信経路候補のうちから互いに同じ中継ノードを経由しない所定数の通信経路候補の組合せを前記センサノードそれぞれについて選出することで、全ての前記センサノードから前記データ集約装置に至る前記所定数分冗長な通信経路網を算出する経路網算出手段と、
前記算出された通信経路網に含まれる中継ノードの位置候補を、中継ノードの設置位置として決定する設置位置決定手段と、
を備える中継ノード位置算出装置。 - 予め設置位置が決定されたセンサノードからのセンサデータを中継ノードが無線通信によってデータ集約装置に中継して転送するワイヤレスセンサネットワークにおける前記中継ノードの設置位置を算出する中継ノード位置算出方法であって、
前記中継ノードを設置可能な複数の位置候補を設定するステップと、
前記センサノードそれぞれについて、当該センサノードから前記位置候補に設置されると仮定した中継ノードを経由して前記データ集約装置に至る通信経路であって、所定の経路条件を満たす通信経路候補を生成するステップと、
前記生成された通信経路候補のうちから互いに同じ中継ノードを経由しない所定数の通信経路候補の組合せを前記センサノードそれぞれについて選出することで、全ての前記センサノードから前記データ集約装置に至る前記所定数分冗長な通信経路網を算出するステップと、
前記算出された通信経路網に含まれる中継ノードの位置候補を、中継ノードの設置位置として決定するステップと、
を含む中継ノード位置算出方法。
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