JP2010206596A - 無線センサシステム、基地局、センサノード、通信制御方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】無線センサシステムにおけるセンサノードの消費電力量を低減し、センサノードの動作時間を延長させる。
【解決手段】受信データ格納部１０４はセンサノード２から受信したデータを記憶する。予測データ生成部１０３は受信データ格納部１０４に記憶したデータに基づいて、センサノード２が次に生成するであろう予測データを生成する。通信制御部１０２は、予測データをセンサノード２へ送信したのちに、センサノード２からデータを受信する前に所定の時間を経過した場合、予測データを受信したデータとみなして記憶する。受信データ比較部２０５は、基地局１から受信した予測データと送信データ生成部２０３で生成したデータを比較する。通信制御部２０２は、予測データがそれに対応する生成したデータと一致しない場合に、生成したデータを基地局１に送信し、予測データが対応する生成したデータと一致する場合に、その生成したデータの送信を停止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、センサノードから無線によってデータを収集する無線センサシステム、基地局、センサノード、通信制御方法およびプログラムに関する。

一般的に、センサノードは、乾電池やボタン電池を電力供給源として作動し、ひとたび設置されると、センサノード周囲のデータ、例えば温度や湿度データを基地局へ一定周期で送信するといった動作を繰り返す。センサノードの電池が切れた場合の充電作業や、電池の交換作業等の手間を省くため、センサノードは数ヶ月〜数年間、ときにはそれ以上動作することが望まれる。

そのため、センサノードは自身の消費電力量を抑え、電池の消耗を減らすことが必要となる。すなわち、センサノードの省電力化を図り低電力で動作させることにより、センサノードを長期間に渡って動作させることが必要となる。省電力化を図った無線センサネットワークにおけるセンサノードの通信制御方法としては、例えば特許文献１に記載された技術が知られている。

特許文献１の無線センサネットワークでは、最初に、送信側センサノードは、初期設定値（例えば最大電力）で受信側センサノードへデータを送信する。次に、受信側センサノードは、受信した信号のパケット番号と受信時刻と受信電力値を記憶し、センサノードにより選択される通信制御間隔の前記パケット番号と前記受信時刻と前記受信電力値から、パケット伝送率と受信電力の平均値と受信電力の標準偏差を求める。さらに前記パケット伝送率と前記受信電力の平均値と前記受信電力の標準偏差から最適な送信電力を計算し、計算した最適な送信電力値から送信電力変更の要否を判断し、送信側センサノードへ最適な送信電力値を送信する。

送信側センサノードは、受信側センサノードより最適な送信電力値を受信すると、受信側センサノードへデータを送信する際、受信した送信電力値を用いてデータを送信する。

以上、説明した通信制御方法により、センサノードは、受信電力の平均値、受信電力の標準偏差に加えパケット伝送率を計算し、最適な送信電力値を決定することで、自身の消費する電流量の低減を図っている。

特開２００７−６０３４２号公報

関連する技術の通信制御方法では、センサノードがデータを送信する際の送信電力を最適な値に設定して通信制御することで、センサノードの消費電流量低減を図っていた。

しかし、その通信制御方法では、センサノードは、各通信の送信電力を低減させるのみで、通信回数自体は減らないため、低減できる消費電力はあまり大きくなく、結果として、センサノードの動作時間を長くはできないという問題があった。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、無線センサシステムにおけるセンサノードの消費電力量を低減し、センサノードの動作時間を延長させることを目的とする。

本発明の第１の観点に係る無線センサシステムは、
センサノードから無線通信でデータを受信する基地局受信手段と、
前記センサノードから受信したデータを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶したデータに基づいて、前記センサノードが次に生成するであろうデータの予測値を所定の方法で生成する予測データ生成手段と、
前記予測データ生成手段で生成した予測値を前記センサノードに無線通信で送信する基地局送信手段と、
前記予測値を前記センサノードに送信したのちに、該センサノードからデータを受信する前に所定の時間を経過した場合に、前記予測値を該センサノードから受信したデータとみなして前記記憶手段に記憶する手段と、
を備える基地局と、
前記基地局から無線通信で前記予測値を受信するノード受信手段と、
前記基地局に送信するデータを生成するデータ生成手段と、
前記基地局から受信した予測値と前記データ生成手段で生成したデータを比較する比較手段と、
前記基地局から受信した予測値が、その予測値に対応する前記生成したデータの所定の範囲を超える場合に、前記生成したデータを前記基地局に無線通信で送信するノード送信手段と、
を備えるセンサノードと、
を含んで構成され、
前記センサーノードは、前記基地局から受信した予測値がその予測値に対応する前記生成したデータの所定の範囲にある場合に、その生成したデータの送信を停止する、
ことを特徴とする。

本発明の第２の観点に係る基地局は、
センサノードから無線通信でデータを受信する基地局受信手段と、
前記センサノードから受信したデータを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶したデータに基づいて、前記センサノードが次に生成するであろうデータの予測値を所定の方法で生成する予測データ生成手段と、
前記予測データ生成手段で生成した予測値を前記センサノードに無線通信で送信する基地局送信手段と、
前記予測値を前記センサノードに送信したのちに、該センサノードからデータを受信する前に所定の時間を経過した場合に、前記予測値を該センサノードから受信したデータとみなして前記記憶手段に記憶する手段と、
を備える。

本発明の第３の観点に係るセンサノードは、
基地局から、順序付けられたデータを無線通信で受信するノード受信手段と、
前記基地局に送信するデータを生成するデータ生成手段と、
前記基地局から受信したデータと前記データ生成手段で生成したデータを比較する比較手段と、
前記基地局から受信したデータが、その順序に対応する前記生成したデータの所定の範囲を超える場合に、前記生成したデータを前記基地局に無線通信で送信するノード送信手段と、
を備え、
前記基地局から受信したデータが、その順序に対応する前記生成したデータの所定の範囲にある場合に、その生成したデータの送信を停止する、
ことを特徴とする。

本発明の第４の観点に係る通信制御方法は、
基地局において、
センサノードから無線通信でデータを受信する基地局受信ステップと、
前記センサノードから受信したデータを記憶する記憶ステップと、
前記記憶ステップで記憶したデータに基づいて、前記センサノードが次に生成するであろうデータの予測値を所定の方法で生成する予測データ生成ステップと、
前記予測データ生成ステップで生成した予測値を前記センサノードに無線通信で送信する基地局送信ステップと、
前記予測値を前記センサノードに送信したのちに、該センサノードからデータを受信する前に所定の時間を経過した場合に、前記予測値を該センサノードから受信したデータとみなして前記記憶ステップを実行させるステップと、
を備える基地局通信制御方法と、
センサノードにおいて、
前記基地局から無線通信で前記予測値を受信するノード受信ステップと、
前記基地局に送信するデータを生成するデータ生成ステップと、
前記基地局から受信した予測値と前記データ生成ステップで生成したデータを比較する比較ステップと、
前記基地局から受信した予測値が、その予測値に対応する前記生成したデータの所定の範囲を超える場合に、前記生成したデータを前記基地局に無線通信で送信するノード送信ステップと、
を備えるノード通信制御方法と、
を含んで構成され、
前記センサノードにおいて、前記基地局から受信した予測値がその予測値に対応する前記生成したデータの所定の範囲にある場合に、その生成したデータの送信を停止する、
ことを特徴とする。

本発明の第５の観点に係る通信制御方法は、
センサノードから無線通信でデータを受信する基地局受信ステップと、
前記センサノードから受信したデータを記憶する記憶ステップと、
前記記憶ステップで記憶したデータに基づいて、前記センサノードが次に生成するであろうデータの予測値を所定の方法で生成する予測データ生成ステップと、
前記予測データ生成ステップで生成した予測値を前記センサノードに無線通信で送信する基地局送信ステップと、
前記予測値を前記センサノードに送信したのちに、該センサノードからデータを受信する前に所定の時間を経過した場合に、前記予測値を該センサノードから受信したデータとみなして前記記憶ステップで記憶するステップと、
を備える。

本発明の第６の観点に係る通信制御方法は、
基地局から、順序付けられたデータを無線通信で受信するノード受信ステップと、
前記基地局に送信するデータを生成するデータ生成ステップと、
前記基地局から受信したデータと前記データ生成ステップで生成したデータを比較する比較ステップと、
前記基地局から受信したデータが、その順序に対応する前記生成したデータの所定の範囲を超える場合に、前記生成したデータを前記基地局に無線通信で送信するノード送信ステップと、
を備え、
前記基地局から受信したデータが、その順序に対応する前記生成したデータの所定の範囲にある場合に、前記ノード送信ステップの前記生成したデータの送信を停止する、
ことを特徴とする。

本発明の第７の観点に係るプログラムは、
センサノードから無線通信でデータを受信する基地局受信ステップと、
前記センサノードから受信したデータを記憶する記憶ステップと、
前記記憶ステップで記憶したデータに基づいて、前記センサノードが次に生成するであろうデータの予測値を所定の方法で生成する予測データ生成ステップと、
前記予測データ生成ステップで生成した予測値を前記センサノードに無線通信で送信する基地局送信ステップと、
前記予測値を前記センサノードに送信したのちに、該センサノードからデータを受信する前に所定の時間を経過した場合に、前記予測値を該センサノードから受信したデータとみなして前記記憶ステップで記憶するステップと、
を実行させる。

本発明の第８の観点に係るプログラムは、
基地局から、順序付けられたデータを無線通信で受信するノード受信ステップと、
前記基地局に送信するデータを生成するデータ生成ステップと、
前記基地局から受信したデータと前記データ生成ステップで生成したデータを比較する比較ステップと、
前記基地局から受信したデータが、その順序に対応する前記生成したデータの所定の範囲を超える場合に、前記生成したデータを前記基地局に無線通信で送信するノード送信ステップと、
を実行させ、
前記基地局から受信したデータが、その順序に対応する前記生成したデータの所定の範囲にある場合に、前記ノード送信ステップの前記生成したデータの送信を停止する、
ことを特徴とする。

本発明によれば、無線センサシステムにおけるセンサノードの消費電力量を低減し、センサノードの動作時間を延長させることができる。

本発明の実施の形態１に係る無線センサシステムの構成例示すブロック図である。 実施の形態１に係るセンサノードの作用を説明する図である。 実施の形態１に係る基地局の動作の一例を示すフローチャートである。 実施の形態１に係るセンサノードの動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る無線センサシステムの動作を説明する図である。 本発明の実施の形態３に係る無線センサシステムの構成例を示すブロック図である。 実施の形態３に係るセンサノードの作用を説明する図である。 実施の形態３に係るセンサノードの動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る基地局の物理的な構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係るセンサノードの物理的な構成例を示すブロック図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付す。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る無線センサシステムの構成例示すブロック図である。無線センサシステムは、基地局１とセンサノード２から構成される。基地局１とセンサノード２は、無線で通信する。１つの基地局１と複数のセンサノード２が通信する場合がある。

センサノード２は、例えば、それが設置された場所の温度、湿度、照度、圧力、雰囲気ガス濃度または音響レベルなどを計測するセンサを備え、検出したデータを基地局１に無線で送信する。以降、センサノード２が基地局１に送信するデータを生成データという。基地局１は、各センサノード２から受信した生成データを蓄積し、図示しないサーバに送信したり、生成データを表示したり、そこで生成データの分析を行ったりする。

基地局１は、送受信部１０１、通信制御部１０２、予測データ生成部１０３および受信データ格納部１０４を備える。基地局１の送受信部１０１は、センサノード２の送受信部２０１と無線でデータを送受信する。送受信部１０１は、センサノード２から生成データを受信すると、通信制御部１０２へ送る。通信制御部１０２は、受信した生成データを受信データ格納部１０４に記憶させる。

予測データ生成部１０３は、受信データ格納部１０４に記憶されたデータを用いて、センサノード２ごとに、センサノード２が次回に送信するであろうデータを予測する。データを予測する方法は、例えば、直近に受信した所定の個数のデータの算術平均である。所定の個数が１の場合は、前回に受信したデータと同じ値になる。

予測データ生成部１０３は、例えば、過去に受信した生成データの中で、最新のデータをｎ個（ｎは１以上の整数）、例えばｎ＝１０といった値を用いる場合、過去に受信したデータから最新の値を１０個取得し、それらの算術平均値を前記情報で指定されたセンサノード２が次に送信するであろうデータとして、予測データを生成する。

データを予測する方法には他に、直近に受信した所定の個数のデータから近似式で外挿する方法や、最尤法などを用いることができる。生成データが周期的に変動する場合は、周期関数を当てはめて予測することができる。また、センサノード２が送信する生成データの特性を考慮して、時間帯による変化、日変化または季節変動などを織り込んだ予測方法を採用してもよい。

予測データ生成部１０３は、予測したデータ（予測データ）を通信制御部１０２に送る。通信制御部１０２は、予測データをそれに対応するセンサノード２に、送受信部１０１から送信する。送受信部１０１は、センサノード２へ予測データを送信したのち、センサノード２より生成データを受信した場合、その生成データを通信制御部１０２に送る。

通信制御部１０２は、予測データを送受信部１０１から送信したのち一定時間内に、送受信部１０１より、センサノード２の送信データを受け取らなかった場合、予測データをセンサノード２から受信したデータとみなして、予測データを受信データ格納部１０４に記憶させる。また、通信制御部１０２は、送受信部１０１よりセンサノード２の送信データを受け取った場合、センサノード２から受信した生成データを受信データ格納部１０４に記憶させる。

このようにして、受信データ格納部１０４には、センサノード２から受信した生成データまたは生成データとみなした予測データがセンサノード２ごとに時系列に記憶される。記憶する生成データまたは予測データには、受信した時刻または受信する予定の時刻を付してもよい。

一方、センサノード２は、送受信部２０１、通信制御部２０２、送信データ生成部２０３および受信データ比較部２０５を備える。送受信部２０１は、基地局１の送受信部１０１と無線でデータを送受信する。送受信部２０１は、基地局１から予測データを受信すると、通信制御部２０２へ送る。

送信データ生成部２０３は決められたタイミングで、前述したようにセンサで検出したデータから基地局１に送信すべきデータ（生成データ）を生成する。送信データ生成部２０３は、生成データを通信制御部２０２および受信データ比較部２０５に送る。

通信制御部２０２は、基地局１から受信した予測データを受信データ比較部２０５に送る。受信データ比較部２０５は、予測データと生成データを比較して、予測データが生成データの所定の範囲に入っているか、所定の範囲を超えているかを通信制御部２０２に伝える。予測データと生成データを比較する所定の範囲は、例えば、両者が一致するかどうかである。所定の範囲は、センサで検出するデータの誤差の範囲とすることができる。

通信制御部２０２は、予測データが生成データから所定の範囲を超えている場合には、生成データを基地局１に送受信部２０１から送信する。予測データが生成データの所定の範囲に入っている場合は、生成データを送信しない。

本実施の形態では、予測データの送信とセンサノード２における生成データの生成は、同じ時間間隔で行われる。予測データと生成データはそれぞれの時間間隔で順序づけられる。予測データと生成データは、交互にまたは同時に生成されて、対応づけられている。予測データと生成データには番号を付して、それぞれの順序と相互の対応をとってもよい。この番号には、例えば０〜１２７（７ビット）のような限定された範囲の数値を循環して用いることができる。

センサノード２を起動した初期には、通信する無線チャネルが空いている（搬送波の受信レベルが限界以下に小さい）ときに生成データの送信を開始し、以降は、決められたタイミングで予測データの受信と生成データの送信を行う。あるいは、最初に基地局１を探索して通信周期の同期を確立したのち、予測データの受信と生成データの送信を行う。

センサノード２は、決められたタイミングで予測データを受信できない場合は、予測データが生成データから所定の範囲を外れているとみなして、生成データを送信する。基地局１では、生成データを受信できない場合には、予測データを生成データとみなして記憶することになる。基地局１では、受信した生成データに誤りを検出した場合、受信したデータからセンサノード２の識別符号を正しく解読できれば、その回の生成データを欠損値として扱うことができる。

図２は、実施の形態１に係るセンサノード２の作用を説明する図である。図２は、１回の生成データの消費電流の変化を模式的に示す。図２（ａ）は、予測データとそれに対応する生成データが一致する場合を示す。図２（ｂ）は、予測データが生成データから所定の範囲を超えた場合を示す。

図２（ａ）に示すように、予測データと生成データが一致する場合には、センサノード２から送信が行われないので、その分の電力が消費されない。予測データが生成データの所定の範囲に入る率が高ければ高いほど、電力消費量を抑えることができる。

センサノード２では、毎回基地局１から受信するので、その分消費電力量が増加するが、予測データが生成データと一致する場合には送信を行わないので、予測データが生成データと一致する率が大きければ、平均して消費電力量を抑えることができる。例えば、基地局１の予測が１０回に９回の割合で予測を当てることにより、毎回必ず送信する方式と比較して、１０％前後の消費電力量を削減できる。計算の一例を以下に示す。

センサノード２の消費電力量は、センサノード２の動作回数と消費電力、処理時間の積で表すことができる。毎回生成データを送信する通信制御方法の消費電力量は、１０回センサノード２を動作させた場合、１回の通信に必要な消費電力量が、例えば２８２．９(mW・ms)とすると、その消費電力量は２８２９(mW・ms)である。本実施の形態の通信制御方法で、１回の通信に必要な消費電力量が、例えば、基地局１の予測データが生成データに一致する場合に、２３７．６（mW・ms）であり、基地局１の予測データが生成データに一致しない場合に、３６４．２(mW・ms)であったとする。

上述の例では、本実施の形態で、例えば、基地局１の予測データが平均して１０回中９回生成データに一致する場合、すなわち、基地局１の予測データが１０回中１回生成データと一致しない場合、１回あたりの平均消費電力量は、２５０２．６ (mW・ms)となる。つまり、本実施の形態の通信制御方法では、毎回生成データを送信する通信制御方法に比べ、約１３％の消費電力量を削減できる。一般的に、無線機では送信するときの電流が最も大きいので、送信回数を減らすほど、消費電力量を抑えることができる。

図３は、実施の形態１に係る基地局１の動作の一例を示すフローチャートである。図３は、１つのセンサノード２に対する通信処理を示す。基地局１は、センサノード２ごとに決められたタイミングで、それぞれの通信処理を起動する。

まず、予測データ生成部１０３は、上述のように受信データ格納部１０４に記憶されているデータから、対象のセンサノード２が次に生成するであろうデータの予測値である予測データを算出する（ステップＳ１１）。通信制御部１０２は、予測データを送受信部１０１からセンサノード２に送信する（ステップＳ１２）。

送受信部１０１は、予測データを送信したのち、センサノード２が生成データを送信するのを待ち受ける（ステップＳ１３、ステップＳ１４；ＮＯ、ステップＳ１５；ＮＯ）。センサノード２から生成データを受信する前に（ステップＳ１４；ＮＯ）、所定の時間を経過した場合は（ステップＳ１５；ＹＥＳ）、予測データを受信データ（生成データ）として受信データ格納部１０４に記憶させる（ステップＳ１６）。

所定の時間を経過する前に生成データを受信した場合は（ステップＳ１４；ＹＥＳ）、受信データ（生成データ）を受信データ格納部１０４に記憶させる（ステップＳ１７）。

図４は、実施の形態１に係るセンサノード２の動作の一例を示すフローチャートである。センサノード２は、決められたタイミングで通信処理を起動する。

まず、送信データ生成部２０３は、センサで検出したデータなどから送信すべきデータ（生成データ）を生成する（ステップＳ２１）。そして、基地局１が予測データを送信するのを待ち受ける（ステップＳ２２、ステップＳ２３；ＮＯ、ステップＳ２６；ＮＯ）。

所定の時間を経過する前に予測データを受信した場合は（ステップＳ２３；ＹＥＳ）、生成データと受信データ（予測データ）を比較する（ステップＳ２４）。そして、予測データが生成データに所定の範囲で一致する場合は（ステップＳ２５；ＹＥＳ）、生成データを送信することなく通信処理を終了する。予測データと生成データが所定の範囲で一致しない場合は（ステップＳ２５；ＮＯ）、通信制御部２０２は、生成データを送受信部２０１から基地局１に送信する（ステップＳ２７）。

基地局１の送信を待ち受けて（ステップＳ２２）、データを受信する前に所定の時間を経過した場合にも（ステップＳ２３；ＮＯ、ステップＳ２６；ＹＥＳ）、通信制御部２０２は、生成データを送受信部２０１から基地局１に送信する（ステップＳ２７）。

以上説明したように、本実施の形態１の無線センサシステムによれば、生成データを毎回送信する方法に比べ、少ない消費電力量でセンサノード２を動作させることが可能となり、結果としてセンサノード２の動作時間が延長される。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係る無線センサシステムの動作を説明する図である。実施の形態２では、基地局１の予測データ生成部１０３は、センサノード２が次に生成するであろうデータを、他のセンサノード２から受信した生成データを用いて予測する。

図５は、例えば、センサノード２ａ、センサノード２ｃ、センサノード２ｂが並んで設置されていることを示す。基地局１が、センサノード２ｃの生成データを予測する場合を想定する。

図５の例では、センサノード２ｃの生成データが、センサノード２ａとセンサノード２ｂの生成データの算術平均になっている。例えば、送信時刻２０：１０では、センサノード２ａの生成データは２７℃であり、センサノード２ｂの生成データは２５℃である。センサノード２ａとセンサノード２ｂから受信するデータ（生成データまたは予測データである）が確定した段階で、センサノード２ｃの生成データをそれらの算術平均
（２７℃＋２５℃）／２ ＝ ２６℃
で予測することができる。

このように、センサノード２ｃの生成データと、センサノード２ａ、センサノード２ｂの生成データとの間に相関関係があれば、その相関関係を用いることによって、センサノード２ｃの生成データを予測する精度を向上できる。

なお、本実施の形態２において、センサノード２の生成データを予測するときに、そのセンサノード２から受信した生成データに加えて、他のセンサノード２から受信したデータを用いて予測してよい。また、他のセンサノード２から受信したデータのみから、対象のセンサノード２の予測データを生成することもあり得る。

（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３に係る無線センサシステムの構成例を示すブロック図である。実施の形態３では、センサノード２は、それ自身が次に生成するデータを予測する。センサノード２は、実施の形態１の構成に加えて、生成データ格納部２０４および予測データ生成部２０６を備える。

生成データ格納部２０４は、送信データ生成部２０３で生成したデータ（生成データ）を記憶する。この場合、過去の生成データをすべて記憶する必要はなく、次の生成データを予測するために必要な個数の生成データを記憶していればよい。

予測データ生成部２０６は、基地局１の予測データ生成部１０３と同様にして、生成データ格納部２０４に記憶されている生成データを用いて、次に生成するデータを予測する。予測データ生成部２０６は、予測したデータ（以下、ノード予測データという）を通信制御部２０２に送る。

一方、送信データ生成部２０３は決められたタイミングで、前述したようにセンサで検出したデータから基地局１に送信すべきデータ（生成データ）を生成する。送信データ生成部２０３は、生成データを通信制御部２０２、生成データ格納部２０４および受信データ比較部２０５に送る。

通信制御部２０２は、予測データ生成部２０６から受け取ったノード予測データと、送信データ生成部２０３から受け取った生成データを比較する。ノード予測データが、生成データから所定の範囲内にあれば、通信制御部２０２は、送受信部２０１が基地局１から予測データを受信するのを停止する。

送受信部２０１が基地局１から予測データを受信するのを停止した場合は、生成データを基地局１に送信することも停止する。その場合は、受信データ比較部２０５で受信データ（予測データ）と生成データを比較することはない。

基地局１の動作は、実施の形態１と同様である。すなわち、センサノード２でノード予測データと生成データが所定の範囲で一致している場合は、センサノード２から生成データが送信されないので、基地局１は、予測データを生成データとみなして受信データ格納部１０４に記憶する。

センサノード２の予測方法が、基地局１の予測方法と同じであれば、無線通信が正常に行われている限り、基地局１で記憶されるデータと生成データが異なることはない。基地局１の予測データと、センサノード２のノード予測データは、誤差の許容範囲で一致していれば、基地局１で記憶されるデータが生成データから許容範囲を超えて、不一致になることはない。

また、実施の形態２の基地局１と実施の形態３のセンサノード２を組み合わせてもよい。その場合、基地局１の予測データの方が、センサノード２におけるノード予測データより、生成データに近ければ、基地局１で記憶されるデータが生成データから許容範囲を超えて、不一致になることはない。

図７は、実施の形態３に係るセンサノード２の作用を説明する図である。図７（ａ）は、ノード予測データと生成データが一致する場合である。図７（ｂ）は、ノード予測データと生成データが一致しないが、予測データと生成データが一致する場合を示す。図７（ｃ）は、ノード予測データが生成データと一致せず、さらに、予測データと生成データが一致しない場合である。基地局１の予測とセンサノード２の予測が異なる場合に、図７（ｂ）の形態が発生しうる。

図７に示すように、本実施の形態３では、ノード予測データの生成およびノード予測データと生成データの比較の処理（図７のＰで示す期間）だけ消費電力量は増加することになるが、その消費電流はデータ受信（図７のＲで示す）に比べれば小さい。受信を停止する回数がある程度見込めれば、１回の平均通信電力量をその分小さくできる。

図８は、実施の形態３に係るセンサノード２の動作の一例を示すフローチャートである。センサノード２は、決められたタイミングで通信処理を起動する。

まず、予測データ生成部２０６は、生成データ格納部２０４に記憶されたデータから次に生成するであろうデータの予測値であるノード予測データを生成する（ステップＳ３１）。送信データ生成部２０３は、センサで検出したデータなどから送信すべきデータ（生成データ）を生成する（ステップＳ３２）。通信制御部２０２は、ノード予測データと生成データを比較し（ステップＳ３３）、両者が所定の範囲で一致していれば（ステップＳ３４；ＹＥＳ）、生成データを生成データ格納部２０４に記憶して（ステップＳ３９）、１回の通信処理を終了する。

ノード予測データと生成データが所定の範囲で一致していなければ（ステップＳ３４；ＮＯ）、基地局１が予測データを送信するのを待ち受ける（ステップＳ３５、ステップＳ３６；ＮＯ、ステップＳ４０；ＮＯ）。基地局送信待ち受け（ステップＳ３５）以降、生成したデータを送信するまで（ステップＳ４１）は、図４のステップＳ２２〜ステップＳ２７までの処理と同じである。

所定の時間を経過する前に予測データを受信した場合は（ステップＳ３６；ＹＥＳ）、生成データと受信データ（予測データ）を比較する（ステップＳ３７）。そして、予測データが生成データに所定の範囲で一致する場合は（ステップＳ３８；ＹＥＳ）、生成データを送信することなく、生成したデータを記憶して（ステップＳ３９）、通信処理を終了する。予測データと生成データが所定の範囲で一致しない場合は（ステップＳ３８；ＮＯ）、通信制御部２０２は、生成データを送受信部２０１から基地局１に送信する（ステップＳ４１）。

基地局１の送信を待ち受けて（ステップＳ３５）、データを受信する前に所定の時間を経過した場合にも（ステップＳ３６；ＮＯ、ステップＳ４０；ＹＥＳ）、通信制御部２０２は、生成データを送受信部２０１から基地局１に送信する（ステップＳ４１）。生成データを送信したのち、生成データを生成データ格納部２０４に記憶する。

以上説明したように、実施の形態３のセンサノード２では、それ自身が次に生成するデータを予測し、予測したデータ（ノード予測データ）が生成データの所定の範囲にあれば、基地局１からデータを受信せず、また生成データを基地局１に送信しない。その結果、さらに消費電力量を削減することができる。

図９は、本発明の実施の形態に係る基地局１の物理的な構成例を示すブロック図である。基地局１は、図９に示すように、制御部１１、主記憶部１２、外部記憶部１３、操作部１４、表示部１５および送受信部１６を備える。主記憶部１２、外部記憶部１３、操作部１４、表示部１５および送受信部１６はいずれも内部バス１０を介して制御部１１に接続されている。

制御部１１はＣＰＵ（Central Processing Unit）等から構成され、外部記憶部１３に記憶されている通信プログラム１９に従って、前述の通信処理を実行する。

主記憶部１２はＲＡＭ（Random-Access Memory）等から構成され、外部記憶部１３に記憶されている通信プログラム１９をロードし、制御部１１の作業領域として用いられる。

外部記憶部１３は、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Digital Versatile Disc Random-Access Memory）、ＤＶＤ−ＲＷ（Digital Versatile Disc ReWritable）等の不揮発性メモリから構成され、前記の処理を制御部１１に行わせるための通信プログラム１９を予め記憶し、また、制御部１１の指示に従って、この通信プログラム１９が記憶するデータを制御部１１に供給し、制御部１１から供給されたデータを記憶する。

操作部１４はキーボードおよびマウスなどのポインティングデバイス等と、キーボードおよびポインティングデバイス等を内部バスに接続するインタフェース装置から構成されている。操作部１４を介して、センサノード２の識別番号などが入力され、制御部１１に供給される。

表示部１５は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）またはＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などから構成され、センサノード２から受信したデータなどを表示する。

送受信部１６は、無線送受信機およびそれらと接続するシリアルインタフェースまたはＬＡＮ（Local Area Network）インタフェースから構成されている。送受信部１６を介して、センサノード２に予測データを送信し、生成データをセンサノード２から受信する。

図１または図６に示す基地局１の送受信部１０１、通信制御部１０２、予測データ生成部１０３および受信データ格納部１０４の処理は、通信プログラム１９が、制御部１１、主記憶部１２、外部記憶部１３、操作部１４、表示部１５および送受信部１６などを資源として用いて処理することによって実行する。

図１０は、図１または図６に示すセンサノード２のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。センサノード２は、図１０に示すように、制御部２１、主記憶部２２、外部記憶部２３、入力部２４、センサ２５および送受信部２６を備える。主記憶部２２、外部記憶部２３、入力部２４および送受信部２６はいずれも内部バス２０を介して制御部２１に接続されている。

制御部２１はＣＰＵ（Central Processing Unit）またはディジタル信号処理装置（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）等から構成され、外部記憶部２３に記憶されている制御プログラム２９に従って、センサノード２の送受信部２０１、通信制御部２０２、送信データ生成部２０３、受信データ比較部２０５、生成データ格納部２０４および予測データ生成部２０６の各処理を実行する。制御部２１はまた、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）で構成することもできる。

主記憶部２２はＲＡＭ（Random-Access Memory）等から構成され、制御部２１の作業領域として用いられる。

外部記憶部２３は、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、フラッシュメモリ、ハードディスク等の不揮発性メモリから構成され、センサノード２の処理を制御部２１に行わせるための制御プログラム２９を予め記憶し、また、制御部２１の指示に従って、制御プログラム２９が記憶するデータを制御部２１に供給し、制御部２１から供給されたデータを記憶する。

入力部２４は、シリアルインタフェースまたはパラレルインタフェースから構成されている。入力部２４は、センサ２５に接続し、センサ２５から各検出データを入力する。

送受信部２６は、無線送受信機およびそれらと接続するシリアルインタフェースまたはＬＡＮ（Local Area Network）インタフェースから構成されている。制御部２１は、送受信部２６を介して、基地局１に生成データを送信し、予測データを基地局１から受信する。

図１または６に示すセンサノード２の送受信部２０１、通信制御部２０２、送信データ生成部２０３、受信データ比較部２０５、生成データ格納部２０４および予測データ生成部２０６の処理は、制御プログラム２９が、制御部２１、主記憶部２２、外部記憶部２３、入力部２４および送受信部２６などを資源として用いて処理することによって実行する。

その他、本発明の好適な変形として、以下の構成が含まれる。

本発明の第１の観点に係る無線センサシステムについて、
好ましくは、前記基地局は、前記予測値を生成する対象の前記センサノード以外のセンサノードから受信したデータを用いて、該対象のセンサノードが生成するデータの予測値を生成することを特徴とする。

好ましくは、前記センサノードは、該センサノードが生成するデータを予測する予測手段を備え、
前記データ生成手段で生成したデータが前記予測手段で予測したデータから所定の範囲を超える場合に、前記基地局から前記予測値を受信し、
前記生成したデータが前記予測したデータの所定の範囲にある場合に、前記基地局からの前記予測値の受信を停止し、かつ、前記生成したデータの送信を停止する、
ことを特徴とする

本発明の第２の観点に係る基地局について、好ましくは、
前記予測データ生成手段は、前記予測値を生成する対象の前記センサノード以外のセンサノードから受信したデータを用いて、該対象のセンサノードが生成するデータの予測値を生成することを特徴とする。

本発明の第３の観点に係るセンサノードについて、好ましくは、
前記データ生成手段で生成するデータを予測する予測手段を備え、
前記生成したデータが前記予測手段で予測したデーから所定の範囲を超える場合に、前記基地局から前記順序付けられたデータを受信し、
前記生成したデータが前記予測したデータの所定の範囲にある場合に、前記基地局からの前記データの受信を停止し、かつ、前記生成したデータの送信を停止する、
ことを特徴とする。

本発明の第４の観点に係る通信制御方法について、好ましくは、
前記予測データ生成ステップは、前記予測値を生成する対象の前記センサノード以外のセンサノードから受信したデータを用いて、該対象のセンサノードが生成するデータの予測値を生成することを特徴とする。

好ましくは、前記センサノードにおいて、該センサノードが生成するデータを予測する予測ステップを備え、
前記データ生成ステップで生成したデータが前記予測ステップで予測したデータから所定の範囲を超える場合に、前記基地局から前記予測値を受信し、
前記生成したデータが前記予測したデータの所定の範囲にある場合に、前記基地局からの前記予測値の受信を停止し、かつ、前記生成したデータの送信を停止する、
ことを特徴とする。

本発明の第５の観点に係る通信制御方法について、好ましくは、
前記予測データ生成ステップは、前記予測値を生成する対象の前記センサノード以外のセンサノードから受信したデータを用いて、該対象のセンサノードが生成するデータの予測値を生成することを特徴とする。

本発明の第６の観点に係る通信制御方法について、好ましくは、
データ生成ステップで生成するデータを予測する予測ステップを備え、
前記データ生成ステップで生成したデータが前記予測ステップで予測したデータから所定の範囲を超える場合に、前記基地局から前記予測値を受信し、
前記生成したデータが前記予測したデータの所定の範囲にある場合に、前記基地局からの前記予測値の受信を停止し、かつ、前記生成したデータの送信を停止する、
ことを特徴とする。

その他、前記のハードウエア構成やフローチャートは一例であり、任意に変更および修正が可能である。

基地局１の制御部１１、主記憶部１２、外部記憶部１３、操作部１４、表示部１５および送受信部１６、およびセンサノード２の主記憶部２２、外部記憶部２３、入力部２４および送受信部２６などから構成される無線センサシステムの処理を行う中心となる部分は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。たとえば、前記の動作を実行するためのコンピュータプログラムを、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等）に格納して配布し、当該コンピュータプログラムをコンピュータにインストールすることにより、前記の処理を実行する基地局１またはセンサノード２を構成してもよい。また、インターネット等の通信ネットワーク上のサーバ装置が有する記憶装置に当該コンピュータプログラムを格納しておき、通常のコンピュータシステムがダウンロード等することで基地局１またはセンサノード２を構成してもよい。

また、基地局１またはセンサノード２の機能を、ＯＳ（オペレーティングシステム）とアプリケーションプログラムの分担、またはＯＳとアプリケーションプログラムとの協働により実現する場合などには、アプリケーションプログラム部分のみを記録媒体や記憶装置に格納してもよい。

また、搬送波にコンピュータプログラムを重畳し、通信ネットワークを介して配信することも可能である。たとえば、通信ネットワーク上の掲示板(BBS, Bulletin Board System)に前記コンピュータプログラムを掲示し、ネットワークを介して前記コンピュータプログラムを配信してもよい。そして、このコンピュータプログラムを起動し、ＯＳの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、前記の処理を実行できるように構成してもよい。

本発明は、無線センサシステムにおける各センサノードの消費電力の低減を実現することが可能であり、また、無線通信システム、特に、各無線ノードにおける省電力化が重要な電子タグシステムやセンサネットワークシステムなどに適用可能である。

１ 基地局
２ センサノード
１１ 制御部
１２ 主記憶部
１３ 外部記憶部
１４ 操作部
１５ 表示部
１６ 送受信部
１９ 通信プログラム
２１ 制御部
２２ 主記憶部
２３ 外部記憶部
２４ 入力部
２５ センサ
２６ 送受信部
２９ 制御プログラム
１０１ 送受信部
１０２ 通信制御部
１０３ 予測データ生成部
１０４ 受信データ格納部
２０１ 送受信部
２０２ 通信制御部
２０３ 送信データ生成部
２０４ 生成データ格納部
２０５ 受信データ比較部
２０６ 予測データ生成部

Claims (16)

1. センサノードから無線通信でデータを受信する基地局受信手段と、
   前記センサノードから受信したデータを記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶したデータに基づいて、前記センサノードが次に生成するであろうデータの予測値を所定の方法で生成する予測データ生成手段と、
   前記予測データ生成手段で生成した予測値を前記センサノードに無線通信で送信する基地局送信手段と、
   前記予測値を前記センサノードに送信したのちに、該センサノードからデータを受信する前に所定の時間を経過した場合に、前記予測値を該センサノードから受信したデータとみなして前記記憶手段に記憶する手段と、
   を備える基地局と、
   前記基地局から無線通信で前記予測値を受信するノード受信手段と、
   前記基地局に送信するデータを生成するデータ生成手段と、
   前記基地局から受信した予測値と前記データ生成手段で生成したデータを比較する比較手段と、
   前記基地局から受信した予測値が、その予測値に対応する前記生成したデータの所定の範囲を超える場合に、前記生成したデータを前記基地局に無線通信で送信するノード送信手段と、
   を備えるセンサノードと、
   を含んで構成され、
   前記センサーノードは、前記基地局から受信した予測値がその予測値に対応する前記生成したデータの所定の範囲にある場合に、その生成したデータの送信を停止する、
   ことを特徴とする無線センサシステム。
2. 前記基地局は、前記予測値を生成する対象の前記センサノード以外のセンサノードから受信したデータを用いて、該対象のセンサノードが生成するデータの予測値を生成することを特徴とする請求項１に記載の無線センサシステム。
3. 前記センサノードは、該センサノードが生成するデータを予測する予測手段を備え、
   前記データ生成手段で生成したデータが前記予測手段で予測したデータから所定の範囲を超える場合に、前記基地局から前記予測値を受信し、
   前記生成したデータが前記予測したデータの所定の範囲にある場合に、前記基地局からの前記予測値の受信を停止し、かつ、前記生成したデータの送信を停止する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の無線センサシステム。
4. センサノードから無線通信でデータを受信する基地局受信手段と、
   前記センサノードから受信したデータを記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶したデータに基づいて、前記センサノードが次に生成するであろうデータの予測値を所定の方法で生成する予測データ生成手段と、
   前記予測データ生成手段で生成した予測値を前記センサノードに無線通信で送信する基地局送信手段と、
   前記予測値を前記センサノードに送信したのちに、該センサノードからデータを受信する前に所定の時間を経過した場合に、前記予測値を該センサノードから受信したデータとみなして前記記憶手段に記憶する手段と、
   を備える基地局。
5. 前記予測データ生成手段は、前記予測値を生成する対象の前記センサノード以外のセンサノードから受信したデータを用いて、該対象のセンサノードが生成するデータの予測値を生成することを特徴とする請求項４に記載の基地局。
6. 基地局から、順序付けられたデータを無線通信で受信するノード受信手段と、
   前記基地局に送信するデータを生成するデータ生成手段と、
   前記基地局から受信したデータと前記データ生成手段で生成したデータを比較する比較手段と、
   前記基地局から受信したデータが、その順序に対応する前記生成したデータの所定の範囲を超える場合に、前記生成したデータを前記基地局に無線通信で送信するノード送信手段と、
   を備え、
   前記基地局から受信したデータが、その順序に対応する前記生成したデータの所定の範囲にある場合に、その生成したデータの送信を停止する、
   ことを特徴とするセンサノード。
7. 前記データ生成手段で生成するデータを予測する予測手段を備え、
   前記生成したデータが前記予測手段で予測したデーから所定の範囲を超える場合に、前記基地局から前記順序付けられたデータを受信し、
   前記生成したデータが前記予測したデータの所定の範囲にある場合に、前記基地局からの前記データの受信を停止し、かつ、前記生成したデータの送信を停止する、
   ことを特徴とする請求項６に記載のセンサノード。
8. 基地局において、
   センサノードから無線通信でデータを受信する基地局受信ステップと、
   前記センサノードから受信したデータを記憶する記憶ステップと、
   前記記憶ステップで記憶したデータに基づいて、前記センサノードが次に生成するであろうデータの予測値を所定の方法で生成する予測データ生成ステップと、
   前記予測データ生成ステップで生成した予測値を前記センサノードに無線通信で送信する基地局送信ステップと、
   前記予測値を前記センサノードに送信したのちに、該センサノードからデータを受信する前に所定の時間を経過した場合に、前記予測値を該センサノードから受信したデータとみなして前記記憶ステップを実行させるステップと、
   を備える基地局通信制御方法と、
   センサノードにおいて、
   前記基地局から無線通信で前記予測値を受信するノード受信ステップと、
   前記基地局に送信するデータを生成するデータ生成ステップと、
   前記基地局から受信した予測値と前記データ生成ステップで生成したデータを比較する比較ステップと、
   前記基地局から受信した予測値が、その予測値に対応する前記生成したデータの所定の範囲を超える場合に、前記生成したデータを前記基地局に無線通信で送信するノード送信ステップと、
   を備えるノード通信制御方法と、
   を含んで構成され、
   前記センサノードにおいて、前記基地局から受信した予測値がその予測値に対応する前記生成したデータの所定の範囲にある場合に、その生成したデータの送信を停止する、
   ことを特徴とする通信制御方法。
9. 前記予測データ生成ステップは、前記予測値を生成する対象の前記センサノード以外のセンサノードから受信したデータを用いて、該対象のセンサノードが生成するデータの予測値を生成することを特徴とする請求項８に記載の通信制御方法。
10. 前記センサノードにおいて、該センサノードが生成するデータを予測する予測ステップを備え、
    前記データ生成ステップで生成したデータが前記予測ステップで予測したデータから所定の範囲を超える場合に、前記基地局から前記予測値を受信し、
    前記生成したデータが前記予測したデータの所定の範囲にある場合に、前記基地局からの前記予測値の受信を停止し、かつ、前記生成したデータの送信を停止する、
    ことを特徴とする請求項８または９に記載の通信制御方法。
11. センサノードから無線通信でデータを受信する基地局受信ステップと、
    前記センサノードから受信したデータを記憶する記憶ステップと、
    前記記憶ステップで記憶したデータに基づいて、前記センサノードが次に生成するであろうデータの予測値を所定の方法で生成する予測データ生成ステップと、
    前記予測データ生成ステップで生成した予測値を前記センサノードに無線通信で送信する基地局送信ステップと、
    前記予測値を前記センサノードに送信したのちに、該センサノードからデータを受信する前に所定の時間を経過した場合に、前記予測値を該センサノードから受信したデータとみなして前記記憶ステップで記憶するステップと、
    を備える通信制御方法。
12. 前記予測データ生成ステップは、前記予測値を生成する対象の前記センサノード以外のセンサノードから受信したデータを用いて、該対象のセンサノードが生成するデータの予測値を生成することを特徴とする請求項１１に記載の通信制御方法。
13. 基地局から、順序付けられたデータを無線通信で受信するノード受信ステップと、
    前記基地局に送信するデータを生成するデータ生成ステップと、
    前記基地局から受信したデータと前記データ生成ステップで生成したデータを比較する比較ステップと、
    前記基地局から受信したデータが、その順序に対応する前記生成したデータの所定の範囲を超える場合に、前記生成したデータを前記基地局に無線通信で送信するノード送信ステップと、
    を備え、
    前記基地局から受信したデータが、その順序に対応する前記生成したデータの所定の範囲にある場合に、前記ノード送信ステップの前記生成したデータの送信を停止する、
    ことを特徴とする通信制御方法。
14. データ生成ステップで生成するデータを予測する予測ステップを備え、
    前記データ生成ステップで生成したデータが前記予測ステップで予測したデータから所定の範囲を超える場合に、前記基地局から前記予測値を受信し、
    前記生成したデータが前記予測したデータの所定の範囲にある場合に、前記基地局からの前記予測値の受信を停止し、かつ、前記生成したデータの送信を停止する、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の通信制御方法。
15. コンピュータに、
    センサノードから無線通信でデータを受信する基地局受信ステップと、
    前記センサノードから受信したデータを記憶する記憶ステップと、
    前記記憶ステップで記憶したデータに基づいて、前記センサノードが次に生成するであろうデータの予測値を所定の方法で生成する予測データ生成ステップと、
    前記予測データ生成ステップで生成した予測値を前記センサノードに無線通信で送信する基地局送信ステップと、
    前記予測値を前記センサノードに送信したのちに、該センサノードからデータを受信する前に所定の時間を経過した場合に、前記予測値を該センサノードから受信したデータとみなして前記記憶ステップで記憶するステップと、
    を実行させるプログラム。
16. コンピュータに、
    基地局から、順序付けられたデータを無線通信で受信するノード受信ステップと、
    前記基地局に送信するデータを生成するデータ生成ステップと、
    前記基地局から受信したデータと前記データ生成ステップで生成したデータを比較する比較ステップと、
    前記基地局から受信したデータが、その順序に対応する前記生成したデータの所定の範囲を超える場合に、前記生成したデータを前記基地局に無線通信で送信するノード送信ステップと、
    を実行させ、
    前記基地局から受信したデータが、その順序に対応する前記生成したデータの所定の範囲にある場合に、前記ノード送信ステップの前記生成したデータの送信を停止する、
    ことを特徴とするプログラム。

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