JP2010136007A - データ収集方法およびデータ収集システム - Google Patents

Abstract

【課題】効率よくデータを収集可能なデータ収集方法を得ること。
【解決手段】データ収集ノードＮおよび複数のノードが無線通信によるメッシュネットワークを構成し、データ収集ノードＮが、複数のノードに対する経路情報を定期的に更新して保持し、各ノードから定期的にデータを収集するデータ収集システムにおいて、データ収集ノードＮが、経路情報に基づいてデータ収集順序を決定しデータ収集順序および経路情報にしたがって、１ノードずつ順番にデータ取得要求メッセージを送信し、データ取得要求メッセージを受信した順に、複数のノードが、当該データ取得要求メッセージに対する応答であるデータ通知メッセージを返信し、データ収集実行にあたりデータ収集不可と判断されたノードがあった場合に、当該ノードとデータ収集ノードＮとの間の経路修復を実行する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、メッシュ状の無線ネットワークにおけるデータ収集方法に関する。

従来から、無線端末同士が相互に通信を行うメッシュネットワークを用いて、通信に必要なデータを収集するための様々なシステムが提案されている（たとえば、下記、特許文献１参照）。

このようなメッシュネットワークにおいて、故障や障害といった事態が発生した場合に、データ収集ノードは、その不具合が発生した箇所より下位のノードからデータを取得できない。このような場合、データ収集ノードは、その原因を特定することは難しいため、一時的な無線エラーと判断して再度データ要求を行うか、または、経路が壊れたと判断して経路探索を行う。

特開２００２−２１８０８０号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、データ収集を行うにあたっては、ノードの順序に関して特に考慮していないので、障害が発生した場合に、障害箇所を特定できない。このため、障害箇所の下位のノードからデータ収集を行う場合、同じ原因によりデータを取得できずに、再度のデータ要求または経路探索を行うこととなる、という問題があった。また、メッシュネットワークにおける経路探索は、各ノードが無線通信の衝突を回避してデータを送信するので時間を要する、という問題があった。すなわち、無駄な経路探索処理が増大し、データ収集に多くの時間を費やしてしまう、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、効率よくデータを収集可能なデータ収集方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、データ収集ノードおよび複数のノードが無線通信によるメッシュネットワークを構成し、前記データ収集ノードが、前記複数のノードに対する経路情報を定期的に更新して保持し、前記ノードのそれぞれから定期的にデータを収集するデータ収集システム、におけるデータ収集方法であって、前記データ収集ノードが、前記経路情報に基づいてデータ収集順序を決定する順序決定ステップと、前記データ収集ノードが、前記データ収集順序および前記経路情報にしたがって、前記複数のノードに対して１ノードずつ順番に、データ収集を行うためのデータ取得要求メッセージを送信するデータ収集実行ステップと、前記データ取得要求メッセージを受信した順に、前記複数のノードが、当該データ取得要求メッセージに対する応答であるデータ通知メッセージを返信するデータ通知ステップと、前記データ収集実行ステップにおいてデータ収集不可と判断されたノードがあった場合に、当該ノードと前記データ収集ノードとの間の経路修復を実行する経路修復ステップと、を含むことを特徴とする。

この発明によれば、経路故障している箇所を特定しやすくなるので、経路探索回数を削減することが可能となり、データ収集が迅速に実施できる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかるデータ収集方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明にかかるデータ収集システムの実施の形態の構成例を示す図である。図１のデータ収集システムは、データ収集ノードＮ、および、無線端末であるノード１−０，１−１，１−２，１−３，１−４，１−５，１−６，１−７を備える。データ収集ノードＮと各ノードは、メッシュネットワークを構築する機能を有し、データ収集ノードＮを起点としたメッシュネットワークを構築する。データ収集ノードＮと各ノードは、図１に示すように無線リンクで接続される。

各ノードは、搭載したセンサにより温度情報を取得可能であり、また、シリアル通信または赤外線通信を用いて、他の機器からデータを取得可能である。各ノードは、このように得られたデータを、データ収集ノードＮからの要求に応じて、データ収集ノードＮに送信する。なお、データ収集ノードＮは、配下のメッシュネットワークがどのように構築されているかを把握していることとする。メッシュネットワークにおける経路構築方法は様々に提案されているが、いずれを用いてもよい。また、無線プロトコルや無線チップに関しても、どの方式またはＨ／Ｗを用いてもよい。

データ収集ノードＮは、データ取得不可を判断するために、タイムアウト制御を実施する。すなわち、データ収集ノードＮは、各ノードについて、データを要求するデータ要求メッセージを送信してから、そのメッセージに対する応答として収集データなどを搭載したデータ通知メッセージを受信するまでの間にわたって、タイムカウントを行う。そして、予め定めたタイムアウト時間内にデータ通知メッセージを受信できない場合は、データ取得不可であると判断する。タイムアウト時間は、ホップ数などを考慮してノードごとに設定可能である。

つぎに、本実施の形態におけるデータ収集順序について説明する。図２−１および図２−２は、図１のデータ収集システムにおけるデータ収集順序の一例を示す図である。図２−１は、データ収集ノードＮの隣接ノードを選択し、各ノードのツリーに沿った順序でデータを収集する場合である。また、図２−２は、データ収集ノードＮからのホップ数が小さい順序でデータを収集する場合である。なお、前提として、データ収集ノードＮは、図１の各ノードについて経路情報を保有し随時更新している。経路情報には各ノードへのホップ数も含まれる。データ収集ノードＮは、経路情報に基づいて、上記図２−１および図２−２における順序を決定する。

図２−１の場合では、データ収集ノードＮが、経路情報に基づいて自身から１ホップである全てのノードを特定し（ノード１−１，ノード１−２，ノード１−０）、特定したノードごとに、収集する順序を決定する。各ノードの配下のノードについては、上位ノードから順にツリー構造にしたがってデータを収集する（たとえば、ノード１−１に対するノード１−４，１−６，１−７の順）。上記で特定した１つのノードのツリー全てについてデータ収集が完了した場合は（たとえば、順序（１）〜（５））、データ収集ノードＮは、つぎに、上記で特定した他のノード（たとえば、ノード１−２）およびその配下のノード（たとえば、ノード１−５）について、データ収集を実行する。なお、以下では、この図２−１を用いて説明を行うが、図２−２の場合であっても、所定の順序に基づき同様にデータ収集を実施できる。

つづいて、以上のように構成されたデータ収集システムにおけるデータ収集動作について説明する。ここで、データ収集の順序は図２−１にしたがうので、データ収集ノードＮは、まず、自身から１ホップであるノードの１つであるノード１−１（およびその配下のノード）からデータ収集を開始する。

図３は、データ収集動作を説明するシーケンス図である。図３では、図２−１の順序（１）から（３）のデータ収集について説明するために、データ収集ノードＮ、および、ノード１−１，１−４，１−６を示している。図１のとおり、データ収集ノードＮの配下であるノード１−１，１−４，１−６は、ノード１−１を上位ノードとするツリー構造となっている。データ収集ノードＮは、まず、ノード１−１にデータ取得要求メッセージ（Ｉｎｑｕｉｒｙ）を送信する（ステップＳ１）。このメッセージを受信したノード１−１が、データ通知メッセージ（Ａｃｋ）をデータ収集ノードＮに対して送信する（ステップＳ２）。ここで、何らかの理由により、ステップＳ２のデータ通知メッセージが、データ収集ノードＮに到達しなかったとする。一方、データ収集ノードＮでは、ステップＳ１におけるデータ取得要求メッセージの送信のタイミングから、タイムカウントを開始しているが、所定の時間が経過するまでの間に応答を受信しないため、タイムアウトとなる。この場合、データ収集ノードＮは、ノード１−１からのデータ取得不可と判断する（ステップＳ３）。そして、たとえば、経路探索処理を行い（ステップＳ４）、ノード１−１に対する新たな経路を構築する。その後、データ収集ノードＮは、新たな経路を用いてノード１−１に再度、データ取得要求メッセージを送信する（ステップＳ５）。

つぎに、ノード１−１は、再度のデータ取得要求メッセージを受信し、上記新たな経路でデータ通知メッセージ（Ａｃｋ）をデータ収集ノードＮに対して送信する（ステップＳ６）。この処理で、当該メッセージがデータ収集ノードＮに到達した場合、つぎに、データ収集ノードＮは、ノード１−４に対してデータ取得要求メッセージを送信する（ステップＳ７）。このメッセージは、上記新たな経路で接続されたノード１−１を経由してノード１−４に到達する。データ取得要求メッセージを受信したノード１−４は、上述同様、データ通知メッセージ（Ａｃｋ）をデータ収集ノードＮに対して送信する（ステップＳ８）。このメッセージは、ノード１−１および上記新たな経路を経由してデータ収集ノードＮに到達する。以降同様にして、ノード１−６に対するデータ取得要求メッセージの送信（ステップＳ９）およびデータ通知メッセージの送信（ステップＳ１０）が、ノード１−１および１−４経由で行われる。データ収集ノードＮは、ノード１−６からデータ通知メッセージを受信することにより、ノード１−６についてのデータ収集を完了する。

なお、上記では、ステップＳ３においてタイムアウトと判断した場合に、ステップＳ４において経路探索処理を行ったが、一時的な無線エラーであることも考えられるので、経路探索処理の前に、データ取得要求の再送を実施してもよい。

また、経路探索処理には様々な方法があるが、一般的な方法として、探索対象の端末（ここでは、ノード１−１）に向けて経路探索要求メッセージをブロードキャストし、このメッセージを受信した端末が、自身が探索対象の端末でないと判断した場合、さらにこのメッセージをブロードキャストする。こうした動作を繰り返すうちに、探索対象の端末（ノード１−１）がメッセージを受信するので、この端末が応答することにより、経路が修復可能となる。

上記経路探索では、たとえば、図１におけるノード１−０が、データ収集ノードＮとノード１−１との間の中継端末となり、経路が修復できた場合を想定する。これにより、図２−１のデータ取得順序の表の「経路」は、“Ｎ→１−１”となっているところが、“Ｎ→１−０→１−１”のように更新される。一方、「順序」については、変更しなくてもよく、また、中継端末となったノード１−０からデータ取得を行うように変更してもよい。

また、図３の例において、たとえば、ノード１−６から応答がなくデータ収集ノードＮにおいてタイムアウトが発生した場合は、ノード１−６と上位ノードであるノード１−４との間で経路故障が発生している可能性が高い。したがって、上述同様、経路探索を実施するか、または、一時的な無線エラーを考慮してデータ取得要求メッセージを再送する。

以上説明したように、本実施の形態では、データ収集を行うにあたっての順序を予め設定し、各ノードに対して順番にデータ収集を行うこととした。これにより、経路故障している箇所を特定しやすくなるので、経路探索回数を削減することが可能となり、データ収集が迅速に実施できる。

なお、本実施の形態では、データ取得要求メッセージに対するタイムアウト制御は、データ収集ノードが行うこととしたが、データ取得要求メッセージを中継する各ノードが自律的に実施してもよい。図４は、タイムアウト制御を各ノードが実行する場合を説明するシーケンス図である。この場合、データ収集ノードＮが、自身が送信したデータ取得要求メッセージについてタイムアウト制御を行うことに加えて、各ノードが、データ収集ノードＮから送信されたデータ取得要求メッセージを中継するにあたって、自身から１ホップのノードについてタイムアウト制御を行う。

以下、具体的に説明する。ここでは、上記実施の形態同様、図２−１の順序（１）から（３）のデータ収集について説明する。まず、図３のステップＳ５およびＳ６、Ｓ７およびＳ８と同様の処理である、ステップＳ１１およびＳ１２、Ｓ１３およびＳ１４の処理によって、ノード１−１およびノード１−４についてのデータ収集が行われる。つぎに、データ収集ノードＮは、ノード１−６についてのデータ収集を行うために、データ取得要求メッセージを送信する（ステップＳ１５）。このデータ取得要求メッセージが、ノード１−１および１−４によって中継されノード１−６に到達した場合、ノード１−６は、応答としてのデータ通知メッセージをノード１−４に送信する（ステップＳ１６）。なお、ノード１−４は、データ取得要求メッセージを中継するにあたって、タイムアウト制御を実施している。

ここで、図４に示すように、ノード１−４がデータ取得要求メッセージを中継した後に、ノード１−４とノード１−６との間で経路故障などが発生した場合、ノード１−４は、ノード１−６からの応答がタイムアウトしたことにより、ノード１−６からのデータ取得不可であると判断する（ステップＳ１７）。したがって、ノード１−４は、データ取得要求メッセージの再送、または経路探索処理（図４の例では、経路探索処理）を実行する（ステップＳ１８）。このようにして、ノード１−４は、ノード１−６に対する新たな経路を構築し、新たな経路を用いてノード１−６にデータ取得要求メッセージを再送する（ステップＳ１９）。再送されたデータ取得要求メッセージを受信した場合、ノード１−６は、応答としてのデータ通知メッセージを、上記新たな経路を用いてノード１−４に送信する（ステップＳ２０）。このデータ通知メッセージがデータ収集ノードＮに到達することにより、データ収集ノードＮは、ノード１−６についてのデータ収集を完了する。

なお、ここでは、各ノードが自律的にタイムアウト制御を行う場合であっても、データ収集ノードＮは、自らタイムアウト制御を行っており、たとえば、図４に示すように、ノード１−６に対してデータ取得要求メッセージを送る際にもタイムカウントを開始する。ここでのタイムアウト時間は、各ノードが自律的にタイムアウト制御を行うための時間を考慮して、単なる不達を検知する場合に比較して長めに設定することができる。データ収集ノードＮは、ノード１−６からの応答がタイムアウトした場合、ノード１−６に対して経路探索処理を実行する。

上記では、データ収集を行うにあたってのタイムアウト制御を各ノードが実行することとした。これにより、不具合が発生している箇所を細かく特定でき、その箇所を回避するように経路探索を実行できるので、処理を効率化できる。また、データ収集ノードが全ての経路探索処理を実行することを回避でき、処理の負荷を分散させることが可能となる。また、データ収集ノードにおけるタイムアウトを待たずにデータ収集を継続できるので、さらに迅速なデータ収集が可能となる。また、データ収集ノードからの再送を回避できるので、通信を効率化できる。

以上のように、本発明にかかるデータ収集方法は、データを定期的に収集する無線通信システムに有用であり、特に、効率よくデータ収集を実行するシステムに適している。

データ収集システムの構成例を示す図である。 図１のデータ収集システムにおけるデータ収集順序の一例を示す図である。 図１のデータ収集システムにおけるデータ収集順序の一例を示す図である。 データ収集動作を説明するシーケンス図である。 タイムアウト制御を各ノードが実行する場合を説明するシーケンス図である。

符号の説明

１−０，１−１，１−２，１−３，１−４，１−５，１−６，１−７ ノード
Ｎ データ収集ノード

Claims (12)

1. データ収集ノードおよび複数のノードが無線通信によるメッシュネットワークを構成し、前記データ収集ノードが、前記複数のノードに対する経路情報を定期的に更新して保持し、前記ノードのそれぞれから定期的にデータを収集するデータ収集システム、におけるデータ収集方法であって、
   前記データ収集ノードが、前記経路情報に基づいてデータ収集順序を決定する順序決定ステップと、
   前記データ収集ノードが、前記データ収集順序および前記経路情報にしたがって、前記複数のノードに対して１ノードずつ順番に、データ収集を行うためのデータ取得要求メッセージを送信するデータ収集実行ステップと、
   前記データ取得要求メッセージを受信した順に、前記複数のノードが、当該データ取得要求メッセージに対する応答であるデータ通知メッセージを返信するデータ通知ステップと、
   前記データ収集実行ステップにおいてデータ収集不可と判断されたノードがあった場合に、当該ノードと前記データ収集ノードとの間の経路修復を実行する経路修復ステップと、
   を含むことを特徴とするデータ収集方法。
2. 前記順序決定ステップでは、
   前記データ収集ノードが、自身からのホップ数が小さいノードから順番にデータ収集を行うように前記データ収集順序を決定することを特徴とする請求項１に記載のデータ収集方法。
3. 前記順序決定ステップでは、
   前記データ収集ノードが、前記複数のノードから自身に隣接する１つまたは複数のノードを選択し、選択したノードおよび当該選択したノードをそれぞれ頂点とするツリーを構成するノードに対して、ツリーごとに、頂点のノードから順番にデータ収集を行うように前記データ収集順序を決定することを特徴とする請求項１に記載のデータ収集方法。
4. 前記経路修復ステップでは、
   前記データ収集ノードが、前記データ取得要求メッセージを送信したノードについてデータ収集不可であるか否かを判断し、当該ノードとの間で経路修復を実行し、自身から当該ノードに至る新たな経路を得ることを特徴とする請求項１、２または３に記載のデータ収集方法。
5. 前記経路修復ステップでは、
   前記データ取得要求メッセージを中継するノードとなる中継ノードが、自身より下位に隣接するノードについてデータ収集不可であるか否かを判断し、データ収集不可であると判断した場合に、当該隣接するノードとの間で経路修復を実行し、自身から当該隣接するノードに至る新たな経路を得ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のデータ収集方法。
6. 前記中継ノードは、前記新たな経路にしたがって、前記隣接するノードに対して前記データ取得要求メッセージを再送することを特徴とする請求項５に記載のデータ収集方法。
7. データ収集ノードおよび複数のノードが無線通信によるメッシュネットワークを構成し、前記データ収集ノードが、前記複数のノードに対する経路情報を定期的に更新して保持し、前記ノードのそれぞれから定期的にデータを収集するデータ収集システムであって、
   前記データ収集ノードは、
   前記経路情報に基づいてデータ収集順序を決定し、
   前記データ収集順序および前記経路情報にしたがって、前記複数のノードに対して１ノードずつ順番に、データ収集を行うためのデータ取得要求メッセージを送信し、
   データ収集不可と判断したノードがあった場合に、当該ノードと自身との間の経路修復を実行し、
   前記複数のノードのそれぞれは、
   前記データ取得要求メッセージを受信すると、当該データ取得要求メッセージに対する応答であるデータ通知メッセージを返信することを特徴とするデータ収集システム。
8. 前記データ収集ノードが、自身からのホップ数が小さいノードから順番にデータ収集を行うように前記データ収集順序を決定することを特徴とする請求項７に記載のデータ収集システム。
9. 前記データ収集ノードは、前記複数のノードから自身に隣接する１つまたは複数のノードを選択し、選択したノードおよび当該選択したノードをそれぞれ頂点とするツリーを構成するノードに対して、ツリーごとに、頂点のノードから順番にデータ収集を行うように前記データ収集順序を決定することを特徴とする請求項７に記載のデータ収集システム。
10. 前記データ収集ノードは、前記データ取得要求メッセージを送信したノードについてデータ収集不可であるか否かを判断し、当該ノードとの間で経路修復を実行し、自身から当該ノードに至る新たな経路を得ることを特徴とする請求項７、８または９に記載のデータ収集システム。
11. 前記複数のノードのそれぞれは、
    前記データ取得要求メッセージを中継する中継ノードとなった場合、自身より下位に隣接するノードについてデータ収集不可であるか否かを判断し、データ収集不可であると判断した場合に、当該隣接するノードとの間で経路修復を実行し、自身から当該隣接するノードに至る新たな経路を得ることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１つに記載のデータ収集システム。
12. 前記中継ノードは、前記新たな経路にしたがって、前記隣接するノードに対して前記データ取得要求メッセージを再送することを特徴とする請求項１１に記載のデータ収集システム。

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