JP2012080437A - Wireless communication system having distributed scheduler function - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low-cost wireless communication system enabling each distributed node to autonomously execute each schedule.SOLUTION: The wireless communication system includes distributed nodes and a management node. Each distributed node includes: a wireless communication unit automatically constructing an ad hoc wireless network; a connection port to an external device; a clock; and a memory area for storing a schedule in the near future. Based on the clock, the distributed node autonomously executes the retained schedule. The management node includes: ad hoc wireless network management means; a network port; a first memory area for storing data, related to the external device, received from the a plurality of distributed nodes; and a second memory area for storing the schedules of the plurality of distributed nodes. Further, each distributed node obtains the schedule of the near future from the management node, at prescribed timing after schedule execution.

Description

本発明は、分散型スケジューラ機能を有する無線通信システムに関し、より具体的には、例えば、数十ないし数百台以上のノードコンピュータ(以下、分散ノードとする)がアドホック無線ネットワークを自動的に構築し、自律的にスケジュールを実行することができる無線通信システムに関する。   The present invention relates to a wireless communication system having a distributed scheduler function, and more specifically, for example, several tens to several hundreds of node computers (hereinafter referred to as distributed nodes) automatically construct an ad hoc wireless network. The present invention relates to a wireless communication system that can execute a schedule autonomously.

発電プラントや化学プラント等においては、各機器の制御を達成するために、多様な場所に配置される多数のフィールド機器、例えば、弁やスイッチなどの制御部品、温度センサ、圧力センサおよび流量センサのようなセンサを有している。各フィールド機器を連携動作させるためには、スケジュール化された動作モード変更を行うことができる制御システムが必要となる。
プラント制御システムでは、フィールド機器をフィールドバスに接続し、これらのフィールド機器がフィールドバスを介して互いにデータ通信を行うように構成されることが知られている。フィールドバスを用いた制御システムでは、制御の中心になる少数のコンピュータと、大きいシステムでは数千、数万の小規模なフィールド機器で構成される。このような制御システムでは、例えば動作モードの変更を行うため、一定周期で通信を繰り返す定周期通信が行われる。そのため、フィールドバスシステムをTCP/IPネットワークを用いて構成した場合には、ネットワークの負荷が問題となる。
In a power plant, a chemical plant, etc., in order to achieve control of each device, many field devices arranged in various places, for example, control parts such as valves and switches, temperature sensors, pressure sensors and flow rate sensors. It has such a sensor. In order to operate each field device in a coordinated manner, a control system capable of performing a scheduled operation mode change is required.
In a plant control system, it is known that field devices are connected to a field bus, and these field devices are configured to perform data communication with each other via the field bus. A control system using a fieldbus is composed of a small number of computers that are the center of control, and a large system is composed of thousands or tens of thousands of small field devices. In such a control system, for example, in order to change the operation mode, fixed-cycle communication that repeats communication at a fixed cycle is performed. Therefore, when the fieldbus system is configured using a TCP / IP network, the network load becomes a problem.

特許文献1には、TCP/IPを用い、マルチキャスト通信を使用した定周期通信を効率的に行うことができるネットワークシステムであって、設定された条件を満たすパケットを受信すると送信を開始する複数の自律ノードと、前記自律ノードに送信開始条件を設定するスケジュール設定装置と、を備えるネットワークシステムが提案されている。   Patent Document 1 discloses a network system capable of efficiently performing periodic communication using multicast communication using TCP / IP, and a plurality of transmission systems that start transmission when receiving a packet that satisfies a set condition. A network system is proposed that includes an autonomous node and a schedule setting device that sets a transmission start condition for the autonomous node.

ところで、多数の分散ノード相互間をZigBee(登録商標。以下省略)などの通信規格に基づいて無線で接続し、いわゆるマルチホップ通信を行うことのできるアドホック無線ネットワークは、無線LANのようなアクセスポイント等のインフラを用意しなくても無線通信ネットワークを簡単に構築できるといった利点を有している。例えば、計測点が数百点を越える多点計測においては、フィールド機器をアドホックに無線で接続することの要望は高い。そこで、発明者は、ZigBee無線ネットワークを用いて構築したオンデマンド・モニタリングシステム技術を提案した(非特許文献1参照)。   By the way, an ad hoc wireless network capable of wirelessly connecting a large number of distributed nodes based on a communication standard such as ZigBee (registered trademark, hereinafter omitted) and performing so-called multi-hop communication is an access point such as a wireless LAN. Thus, there is an advantage that a wireless communication network can be easily constructed without preparing an infrastructure such as the above. For example, in multipoint measurement where the number of measurement points exceeds several hundred, there is a high demand for wireless connection of field devices to ad hoc. Therefore, the inventor has proposed an on-demand monitoring system technology constructed using a ZigBee wireless network (see Non-Patent Document 1).

特開2009−105604号公報JP 2009-105604 A

中西美一:「ユビキタスデータ収集・蓄積・分析システムパッケージの開発」,四国電力.四国総合研究所 研究期報No.89,pp43-54(2007.12)Nakanishi Miichi: "Development of a ubiquitous data collection, storage, and analysis system package", Shikoku Electric Power. Shikoku Research Institute No.89, pp43-54 (2007.12)

ZigBee規格のようなアドホック無線等で連係されたネットワーク上に、多数の分散ノードを配置する構成のシステムにおいて、個々の分散ノードの振る舞いを時間精度良くスケジュール管理することは簡単ではないが、この機能がないと、この種のシステムの用途は非常に限定的なものとなってしまう。
個々の分散ノードに、予め動作スケジュールを組み込んでおく方法では、システム全体の振る舞いを変えたい場合に全ての分散ノードのスケジュールデータを更新する必要があり現実的ではない。また、個々の分散ノードにはコスト面の制約から長期間のスケジュールを保持するだけのメモリを搭載できない場合も多い。特に多点計測においては、分散ノードのコストをできる限り抑える必要があるため、ハードウェア資源の制約は大きい。
In a system configured to arrange a large number of distributed nodes on a network linked by ad hoc radio such as the ZigBee standard, it is not easy to schedule the behavior of individual distributed nodes with good time accuracy. Without this, the use of this type of system would be very limited.
In the method in which an operation schedule is incorporated in each distributed node in advance, when it is desired to change the behavior of the entire system, it is necessary to update the schedule data of all the distributed nodes, which is not practical. Also, there are many cases where it is not possible to mount a memory that can hold a long-term schedule in each distributed node due to cost constraints. In particular, in multipoint measurement, it is necessary to reduce the cost of the distributed node as much as possible, so the hardware resource is greatly limited.

ここで、ネットワーク全体のスケジュールを保持した1つのノードコンピュータ(以下、管理ノードとする)から、個々の分散ノードへ無線ネットワークを介して、リアルタイムに動作指令を行う方法が考えられる。しかし、無線ネットワークは有線ネットワークに比べて不安定で、通信時間の揺らぎも発生しやすく、特に複数の分散ノードに同時に動作指令を出す必要がある場合に個々の分散ノードへの指令伝達に大きな時間ゆらぎが発生してしまうという問題がある。また、アドホック無線ネットワークの利用形態の1つに、牧場に放牧された肉牛の体温管理をオンラインで行う場合のように、設置場所を固定した分散ノード群により無線通信経路を確保した上で、通信可能エリア内を、分散ノード(この場合は肉牛に携帯させる体温計測ノード)をそれからの第一中継局を最寄の固定分散ノードへ順次切り替えながら移動させる形態があるが、この利用形態では、第一中継局の切り替えが発生する都度、数秒〜数十秒の通信断絶が発生し、この間移動分散ノードは管理ノードからの動作指令を受信することができないため、管理ノードからリアルタイムに動作指令を行う方法は利用できないという問題がある。また、この方法の避けがたい欠点として、管理ノードは個々の分散ノードへの動作指示タイミングを検出するために、システム全体のスケジュールデータを常にスキャンする必要があるため、分散ノードの数に比例して、そのためのデータ処理負荷が増大し、管理ノードに必要なデータ処理性能の決定が難しいことがある。   Here, a method is conceivable in which an operation command is issued in real time from a single node computer (hereinafter referred to as a management node) holding the schedule of the entire network to individual distributed nodes via a wireless network. However, wireless networks are unstable compared to wired networks, and fluctuations in communication time are likely to occur. Especially when it is necessary to issue operation commands to multiple distributed nodes simultaneously, a large amount of time is required for command transmission to individual distributed nodes. There is a problem that fluctuations occur. In addition, one of the forms of ad-hoc wireless network usage is to establish a wireless communication path with a group of distributed nodes with fixed installation locations, as in the case of online temperature management of beef cattle grazed on a ranch. There is a form in which a distributed node (in this case, a body temperature measurement node carried by a beef cattle) is moved in the possible area while sequentially switching the first relay station from there to the nearest fixed distributed node. Whenever one relay station is switched, communication disconnection occurs for several seconds to several tens of seconds. During this time, the mobile distributed node cannot receive an operation command from the management node, and therefore issues an operation command in real time from the management node. There is a problem that the method is not available. Further, as an unavoidable disadvantage of this method, since the management node needs to constantly scan the schedule data of the entire system in order to detect the operation instruction timing to each distributed node, it is proportional to the number of distributed nodes. Therefore, the data processing load for that purpose increases, and it may be difficult to determine the data processing performance required for the management node.

また、アドホック無線ネットワークを利用したシステムでは、個々の分散ノードへの電源供給が難しい場合が多く、電池電源での長時間動作が可能であることが必要となる場合が多い。電池電源での長時間動作は、一般に各分散ノードを必要な時のみ消費電力の大きな活動状態とし、それ以外の時は殆ど電力を消費しない休止状態とすることで実現されるが、例えばこれをスケジュール機能を持たないセンサノード群に適用した場合、各センサノードは必要な計測間隔がスケジュール的に変化する場合でも、常に最短の時間間隔で活動状態と休止状態を繰り返す必要があり、結果的に消費電力の低減が難しくなるといった課題がある。   Also, in a system using an ad hoc wireless network, it is often difficult to supply power to individual distributed nodes, and it is often necessary to be able to operate for a long time with a battery power source. Long-time operation with battery power is generally realized by putting each distributed node in an active state that consumes a large amount of power only when necessary, and in a resting state that consumes little power at other times. When applied to a sensor node group that does not have a schedule function, each sensor node must always repeat the active state and the dormant state in the shortest time interval, even if the required measurement interval changes in a schedule. There is a problem that it is difficult to reduce power consumption.

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、個々の分散ノードが自律的にスケジュールを実行することができる無線通信システムを低コストに提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a wireless communication system in which each distributed node can autonomously execute a schedule at a low cost.

本発明は、CPUのメインメモリとキャッシュメモリの関係を模したメカニズムで、1つの管理ノードにはネットワーク全体のスケジュールデータを保持し、個々の分散ノードが必要に応じて、近未来のスケジュールを管理ノードからネットワークを介して取得することを特徴とする、ネットワーク分散型のスケジュール管理機能を提供するものである。
本発明は以下の技術手段から構成される。
The present invention is a mechanism that imitates the relationship between the main memory and cache memory of the CPU. One management node holds schedule data for the entire network, and individual distributed nodes manage near-future schedules as needed. The present invention provides a network distributed schedule management function, which is obtained from a node via a network.
The present invention comprises the following technical means.

第1の発明は、アドホック無線ネットワークを自動的に構築する無線通信ユニット、外部機器との接続用ポート、時計、および近未来のスケジュールを記憶するメモリ領域を有し、その時計に基づき保持されたスケジュールを自律的に実行する分散ノードと、アドホック無線ネットワーク管理手段、ネットワークポート、複数の分散ノードから受信した外部機器関連データを記憶する第1メモリ領域、および複数の分散ノードのスケジュールを記憶する第2メモリ領域を有する管理ノードと、を備えるシステムであって、各分散ノードが、スケジュール実行後の所定のタイミングに近未来のスケジュールを管理ノードから取得することを特徴とする無線通信システムである。
第2の発明は、第1の発明において、上記の管理ノードが、全ての分散ノードのスケジュールを読み込み、第2メモリ領域に分散ノード毎のスケジュールに分割して記憶する手段を有することを特徴とする。
第3の発明は、第1または2の発明において、上記の管理ノードが、第2メモリ領域に記憶されたスケジュールが更新された際に、ブロードキャストメッセージにより各分散ノードの保持するスケジュールを更新する手段を有することを特徴とする。
第4の発明は、第1ないし3のいずれかの発明において、上記の分散ノードが、マイクロコントローラに内蔵されたメモリにスケジュールを記憶することを特徴とする。
第5の発明は、第1ないし4のいずれかの発明において、上記の分散ノードが、外部機器との接続用ポートを介してセンサからの計測データを収集できることを特徴とする。
第6の発明は、第1ないし5のいずれかの発明において、上記の分散ノードが、消費電力を低減する節電モードを有し、内蔵電池により長期連続駆動が可能であることを特徴とする。
第7の発明は、第1ないし6のいずれかの発明において、上記の分散ノードが、1または複数の移動体に設置されることを特徴とする。
第8の発明は、第1ないし7のいずれかの発明において、数十台以上の分散ノードを接続することができる。
第9の発明は、第1ないし8のいずれかの発明に係る無線通信システムで用いられる分散ノードである。
第10の発明は、第1ないし8のいずれかの発明に係る無線通信システムで用いられる管理ノードである。
The first invention has a wireless communication unit that automatically constructs an ad hoc wireless network, a port for connection with an external device, a clock, and a memory area that stores a near future schedule, and is held based on the clock. A distributed node that autonomously executes a schedule, an ad hoc wireless network management means, a network port, a first memory area that stores external device-related data received from a plurality of distributed nodes, and a first that stores schedules of the plurality of distributed nodes A wireless communication system comprising: a management node having two memory areas, wherein each distributed node acquires a near-future schedule from the management node at a predetermined timing after execution of the schedule.
A second invention is characterized in that, in the first invention, the management node has means for reading the schedules of all the distributed nodes and dividing and storing the schedules for each distributed node in the second memory area. To do.
According to a third invention, in the first or second invention, when the schedule stored in the second memory area is updated, the management node updates a schedule held by each distributed node by a broadcast message. It is characterized by having.
According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions, the distributed node stores a schedule in a memory built in a microcontroller.
A fifth invention is characterized in that, in any one of the first to fourth inventions, the distributed node can collect measurement data from a sensor via a connection port with an external device.
A sixth invention is characterized in that, in any one of the first to fifth inventions, the distributed node has a power saving mode for reducing power consumption and can be continuously driven for a long time by a built-in battery.
According to a seventh invention, in any one of the first to sixth inventions, the distributed node is installed in one or a plurality of mobile objects.
In an eighth invention according to any one of the first to seventh inventions, tens or more of distributed nodes can be connected.
A ninth invention is a distributed node used in the radio communication system according to any one of the first to eighth inventions.
A tenth invention is a management node used in a radio communication system according to any one of the first to eighth inventions.

本発明によれば、個々の分散ノードが自律的にスケジュールを実行することができる無線通信システムを低コストに提供することが可能となる。すなわち、分散ノードの動作スケジュール管理が可能となることで、各種センサからのデータ収集頻度を適切に調整し、データの収集と管理のコストを低減することが可能となる。
また、各分散ノードの消費電力を低減し、電池交換の間隔を延長することが可能となる。
According to the present invention, it is possible to provide a low-cost wireless communication system in which individual distributed nodes can autonomously execute a schedule. In other words, since the operation schedule management of the distributed node can be performed, it is possible to appropriately adjust the data collection frequency from various sensors and reduce the cost of data collection and management.
In addition, the power consumption of each distributed node can be reduced, and the battery replacement interval can be extended.

本発明の一実施形態に係るシステム全体構成図である。1 is an overall system configuration diagram according to an embodiment of the present invention. 本発明の管理ノード(NC)およびデータセンタに係るソフトウェア、データ等を図示したシステム全体構成図である。1 is an overall system configuration diagram illustrating software, data, and the like related to a management node (NC) and a data center of the present invention. 本発明の分散ノード(NICE)のブロック図である。It is a block diagram of the distributed node (NICE) of this invention. 本発明の管理ノード(NC)のブロック図である。It is a block diagram of the management node (NC) of this invention. 本発明のシステムの分散スケジューラメカニズムを説明するための図面である。3 is a diagram illustrating a distributed scheduler mechanism of the system of the present invention. 本発明の分散ノードにおけるスケジュール処理フローチャートである。It is a schedule processing flowchart in the distributed node of this invention.

本発明を実施するための形態を、オンデマンド・モニタリングシステム技術(ATOMS)(非特許文献1参照)の改良例で説明する。
本実施形態のシステムは、フィールドネットワークとしてZigBee無線通信ネットワークを、データベースとしてネイティブ型のXMLデータベースを使用することを特徴とする、オンデマンド型(必要な時に即座に配備でき、極めて柔軟な運用が可能である)のモニタリングシステム技術を用い、(a)ネットワーク分散型セルコンピュータ(NICE、通常1つのアドホック無線ネットワーク上に複数配置、本発明の分散ノードに相当)、(b)ネットワークコンピュータ(NC、通常1つのアドホック無線ネットワーク上に1つ配置、本発明の管理ノードに相当)、(c)データセンタ、(d)ユーザインターフェースの4つのグループで構成されている(図1および図2参照)。
An embodiment for carrying out the present invention will be described as an improved example of on-demand monitoring system technology (ATOMS) (see Non-Patent Document 1).
The system of this embodiment is characterized by using a ZigBee wireless communication network as a field network and a native XML database as a database, which is on-demand type (can be deployed immediately when needed, enabling extremely flexible operation) (A) Network distributed cell computers (NICE, usually arranged on a single ad hoc wireless network, equivalent to the distributed node of the present invention), (b) Network computers (NC, usually 1 is arranged on one ad hoc wireless network and corresponds to the management node of the present invention), (c) a data center, and (d) a user interface (see FIG. 1 and FIG. 2).

(a)図3に示すネットワーク分散型セルコンピュータ(NICE)は、多様な信号入出力機能およびZigBee無線ネットワーク連係機能を備えた、高性能、小型、低コスト、低消費電力の計測制御用コンピュータで、システムの全体構成上、本発明における分散ノードと位置付けられる。ネットワーク分散型セルコンピュータ(NICE)はセンサ等を接続することで、独立した計測・制御ノードとして機能するが、既存の設備等にネットワーク分散型セルコンピュータ(NICE)を取り付けることにより、それらの設備等をオンライン化することもできる。本実施の形態に係るネットワーク分散型セルコンピュータ(NICE)は、部品コストと消費電力の低減を目的として、その主要部品であるマイクロコンピュータに内臓された数KバイトのRAMのみで動作するように設計されている。なお、用途に応じてRS232C、CAN、1-Wire(登録商標)等の有線通信ポートを設けてもよく、また部品コストと消費電力の問題が無い場合にはmicroSD等の外部記憶装置を設ける仕様としてもよい。ネットワーク分散型セルコンピュータ(NICE)の計時機構であるリアルタイムクロック(RTC)は±30秒/月程度の計時誤差を発生するが、ネットワーク分散型セルコンピュータ(NICE)ではRTCを定期的にアドホック無線ネットワーク経由でネットワークコンピュータ(NC)に搭載されているシステム全体の基準となるRTCに同期させることで、システム運用上問題となる計時誤差の発生を防いでいる(本実施の形態では、システム全体として1秒以内の誤差となるよう運用されている)。 (a) The network distributed cell computer (NICE) shown in Fig. 3 is a high-performance, compact, low-cost, low-power measurement and control computer with various signal input / output functions and ZigBee wireless network linkage functions. The system is positioned as a distributed node in the present invention in terms of the overall configuration of the system. A network distributed cell computer (NICE) functions as an independent measurement and control node by connecting sensors, etc., but by installing a network distributed cell computer (NICE) in existing facilities, etc. Can also be brought online. The network distributed cell computer (NICE) according to the present embodiment is designed to operate only with a few kilobytes of RAM built into the microcomputer, which is the main component, for the purpose of reducing component cost and power consumption. Has been. Depending on the application, a wired communication port such as RS232C, CAN, 1-Wire (registered trademark) may be provided, and if there are no problems with component cost and power consumption, an external storage device such as microSD is provided. It is good. Real-time clock (RTC), which is the timekeeping mechanism of network distributed cell computer (NICE), generates a time error of about ± 30 seconds / month. Synchronizing with the RTC, which is the standard for the entire system mounted on the network computer (NC), prevents the occurrence of timing errors that cause problems in system operation (in this embodiment, the entire system is 1). It is operated so that the error is within seconds).

(b)図4に示すネットワークコンピュータ(NC)は、ZigBee無線ネットワークに連係された全てのネットワーク分散型セルコンピュータ(NICE)の運用を管理すると共に、ネットワーク分散型セルコンピュータ(NICE)群から必要なデータを収集しデータセンタへ送信する機能を備えており、システムの全体構成上、本発明における管理ノードと位置付けられる。ネットワークコンピュータ(NC)ではコストならびに消費電力の制約が少ないため、搭載されたマイクロコンピュータはネットワーク分散型セルコンピュータ(NICE)のそれに比べて遥かに高性能で、また、ネットワークコンピュータ(NC)には数十MバイトのRAMと数Gバイトの外部記憶装置(SDメモリ)が搭載されている。ネットワークコンピュータ(NC)にはシステム全体の基準となるRTCが搭載されている。このRTCは定期的にGPS等の正確な時刻に同期するように設定されており、システム運用上問題となる計時誤差は発生しない。従って、ネットワーク分散型セルコンピュータ(NICE)およびネットワークコンピュータ(NC)に搭載されている全てのRTCの計時誤差は常にシステム運用上問題のない範囲に管理されていることとなり、このことは本発明が有効に機能する前提となっている。本実施の形態に係るネットワークコンピュータ(NC)は、Java(登録商標)実行環境を搭載し、用途に応じて予め用意された複数のXMLテンプレートに基づきJavaスレッドを生成し、XMLテンプレート毎にXMLデータ構造を生成する手段を有している。 (b) The network computer (NC) shown in FIG. 4 manages the operation of all network distributed cell computers (NICE) linked to the ZigBee wireless network and is necessary from the network distributed cell computers (NICE) group. It has a function of collecting data and transmitting it to a data center, and is positioned as a management node in the present invention in the overall system configuration. Network computers (NC) are less costly and less power consuming, so the built-in microcomputers are far more powerful than network distributed cell computers (NICE), and network computers (NC) A 10 MB RAM and a few GB external storage device (SD memory) are installed. The network computer (NC) is equipped with an RTC, which is the standard for the entire system. This RTC is set to synchronize with an accurate time such as GPS periodically, and there is no timing error that causes problems in system operation. Therefore, the timing errors of all RTCs installed in the network distributed cell computer (NICE) and network computer (NC) are always managed within a range where there is no problem in system operation. It is assumed that it functions effectively. The network computer (NC) according to the present embodiment has a Java (registered trademark) execution environment, generates Java threads based on a plurality of XML templates prepared in advance according to usage, and generates XML data for each XML template. Means for generating the structure.

(c)データセンタでは、ネットワークコンピュータ(NC)から受信したデータをXMLデータベースへ格納すると共に、ユーザインターフェースに対し、XML技術をベースとした強力なデータ分析サービスを提供する。 (c) The data center stores data received from a network computer (NC) in an XML database and provides a powerful data analysis service based on XML technology for the user interface.

(d)ユーザインターフェースとして、携帯電話、インターネットブラウザ、および、PCベースの専用データ分析ソフトを利用できる。この内、インターネットブラウザおよび携帯電話は直接ネットワークコンピュータ(NC)へアクセスし、最新の計測データを参照したり、異常通報メールを受信することができる。また、データセンタのXMLデータベースと連動して動作するPCベースの専用データ分析ソフトを使用し、XQuery(XMLデータの検索・抽出言語)ベースの強力な探索的データ分析を行うことができる。 (d) A mobile phone, Internet browser, and PC-based dedicated data analysis software can be used as a user interface. Of these, the Internet browser and mobile phone can directly access the network computer (NC), refer to the latest measurement data, and receive anomaly notification mail. In addition, powerful search-based data analysis based on XQuery (XML data retrieval and extraction language) can be performed using PC-based dedicated data analysis software that works in conjunction with the XML database of the data center.

本システムにおける分散スケジューラのメカニズムは次のとおりである(図5および図6参照)。
(1)ユーザはシステム全体のスケジュールを記述したXMLファイルを作成し、ネットワークコンピュータ(NC)のSDメモリに保存する。各XMLファイルには1日分のスケジュールが記述されている。ここで、スケジュールデータの記述をネットワーク分散型セルコンピュータ(NICE)毎にしなかった理由は、この方が人に優しく、間違いが起こり難いという人的側面の配慮による。
本実施の形態に係るスケジュールのタイプは、日間(1ファイル)、週間(7ファイル)、月間(31ファイル)、年間(366ファイル)から選択可能となっている。本実施の形態において選択できるのはいずれか1つであり、組み合わせはできない仕様とした。「日間」以外を選択した場合には、毎日1:00に翌日分のスケジュールデータがSDメモリに保存したXMLファイルからネットワークコンピュータ(NC)のRAMへロードされる。
The mechanism of the distributed scheduler in this system is as follows (see FIGS. 5 and 6).
(1) The user creates an XML file describing the schedule of the entire system and stores it in the SD memory of the network computer (NC). Each XML file describes the schedule for one day. Here, the reason why the schedule data is not described for each network distributed cell computer (NICE) is due to consideration of the human aspect that it is more human-friendly and less likely to make mistakes.
The schedule type according to the present embodiment can be selected from daily (1 file), week (7 files), month (31 files), and year (366 files). In the present embodiment, any one can be selected, and the specification cannot be combined. When other than “days” is selected, schedule data for the next day is loaded into the RAM of the network computer (NC) from the XML file stored in the SD memory at 1:00 every day.

(2)スケジュールデータは、ネットワークコンピュータ(NC)のRAMへ読み込まれた時点で、ネットワーク分散型セルコンピュータ(NICE)毎のスケジュールデータに分割して保持される。 (2) When the schedule data is read into the RAM of the network computer (NC), it is divided into schedule data for each network distributed cell computer (NICE) and held.

(3)各ネットワーク分散型セルコンピュータ(NICE)は起動時に最も直近のスケジュールおよびその次のスケジュールをアドホック無線ネットワークを経由してネットワークコンピュータ(NC)から取得するようにプログラムされており、その後は、保持されたスケジュールを実行する都度、その次のスケジュールデータをアドホック無線ネットワークを経由してネットワークコンピュータ(NC)から取得する。従って、各ネットワーク分散型セルコンピュータ(NICE)は、常に、実行中+近未来のスケジュール2つを保持することとなる。ネットワーク分散型セルコンピュータ(NICE)が保持すべき近未来のスケジュールデータは1つで必要十分であるが、本例では余裕を見て2つとしている。 (3) Each network distributed cell computer (NICE) is programmed to obtain the most recent schedule and the next schedule from the network computer (NC) via an ad hoc wireless network at startup. Each time the stored schedule is executed, the next schedule data is acquired from the network computer (NC) via the ad hoc wireless network. Therefore, each network distributed cell computer (NICE) always keeps two schedules in execution + near future. One schedule data in the near future to be held by the network distributed cell computer (NICE) is necessary and sufficient, but in this example, it is set to two with a margin.

(4)ネットワークコンピュータ(NC)は、FTPサーバ機能を搭載しており、SDメモリへのスケジュールデータの保存・更新はLAN経由で行えるようになっている。ネットワークコンピュータ(NC)のスケジュールデータを更新した場合は、ネットワークコンピュータ(NC)から全てのネットワーク分散型セルコンピュータ(NICE)へブロードキャストメッセージにより、現在保持している近未来のスケジュールを廃棄し、起動時と同じ初期化シーケンスを実行するよう指示する仕様となっている。そのため、スケジュールの変更は即座に全てのネットワーク分散型セルコンピュータ(NICE)へ反映され、ネットワークコンピュータ(NC)のスケジュールデータ更新後に、各ネットワーク分散型セルコンピュータ(NICE)に保持されている古いスケジュールが実行されることはない。 (4) The network computer (NC) has an FTP server function so that schedule data can be stored and updated in the SD memory via the LAN. When the schedule data of the network computer (NC) is updated, the near-future schedule currently held is discarded by a broadcast message from the network computer (NC) to all network distributed cell computers (NICE). It is a specification that instructs to execute the same initialization sequence as. Therefore, the schedule change is immediately reflected in all the network distributed cell computers (NICE), and after updating the schedule data of the network computer (NC), the old schedule held in each network distributed cell computer (NICE) Never executed.

(5)1つのスケジュールデータは、「シーケンス番号」+「実行時刻」+「メッセージ」で構成されている。また、メッセージはキーとデータ本体で構成されており、その利用方法はアプリケーション依存となっている。メッセージには、センサの計測方法の変更指示、何らかの外部機器の制御指示、あるいは、表示デバイスへ表示する文字列、等が含まれる。 (5) One schedule data includes “sequence number” + “execution time” + “message”. The message is composed of a key and a data body, and its usage is application dependent. The message includes an instruction to change the sensor measurement method, an instruction to control some external device, a character string to be displayed on the display device, and the like.

(6)このメカニズムを利用して、センサ計測のタイミングを変更したり、外部機器を制御したり、LCDにメッセージを表示したりできる。 (6) Using this mechanism, the sensor measurement timing can be changed, external devices can be controlled, and messages can be displayed on the LCD.

本発明の具体的な適用事例を、既設工場のセキュリティシステムの構築を例として説明する。
既設の工場に新たにセキュリティシステムを導入するには、例えば、(a)全ての入退室門への侵入検知センサノードの設置、(b)立ち入り制限区域への入退域監視ノードの設置、を実施した上で、それらの分散ノードの動作モードを時刻、曜日、祝祭日の状況等に応じて、時間精度良く変化させる必要がある。また、(b)の立ち入り制限区域は作業状況によっても定期的に変化するため、より柔軟なスケジュール管理が必要である。(a)+(b)は工場の規模に応じて、数十〜数千箇所になると予想され、それぞれの分散ノードに独立して動作スケジュールを保持し、必要に応じて保守することは膨大な労力を要するため現実的ではない。また、管理ノードから無線通信により逐次動作モードを指示する方式では、一時的な電波通信障害等によりセキュリティ上重要な部分を管理する分散ノードの動作モード変更に遅延あるいは誤動作が発生する可能性があり、セキュリティシステムとしての機能を満足しない。
本発明では、全ての分散ノードの動作モードスケジュールを、管理ノードの外部記憶装置に保存しておくだけで、それぞれの分散ノードへ、近未来の動作モードスケジュールが逐次配送されるため、システム全体の動作スケジュール管理を効率的、かつ、時間精度良く実施することができる。
この例に示すように、本分散スケジューラメカニズムの導入により、ネットワーク分散型セルコンピュータ(NICE)、ネットワークコンピュータ、データセンタ、およびユーザインターフェースから構成されるシステムをモニタリング用途だけでなく、スケジュール管理機能を必要とするセキュリティシステム等へ利用できるようになった。また、このシステムでは、管理ノード側は、分散ノードからの要求を待っていればよいため、動物や車両等の移動体にも分散ノードを設置することが可能である。
A specific application example of the present invention will be described by taking as an example the construction of a security system in an existing factory.
To introduce a new security system to an existing factory, for example, (a) install intrusion detection sensor nodes in all entrance / exit gates, and (b) install entrance / exit monitoring nodes in restricted access areas. Once implemented, it is necessary to change the operation mode of these distributed nodes with high accuracy in accordance with the time, day of the week, and holidays. Moreover, since the restricted access area in (b) changes periodically depending on the work situation, more flexible schedule management is required. (a) + (b) is expected to be several dozen to several thousand locations depending on the scale of the factory, and it is enormous to maintain an operation schedule independently on each distributed node and maintain it as necessary It is not realistic because it requires labor. In addition, in the method of instructing the sequential operation mode by wireless communication from the management node, there is a possibility that a delay or malfunction may occur in the operation mode change of the distributed node that manages the security important part due to temporary radio communication failure etc. Does not satisfy the function as a security system.
In the present invention, since the operation mode schedules of all the distributed nodes are simply stored in the external storage device of the management node, the near-future operation mode schedules are sequentially delivered to the respective distributed nodes. Operation schedule management can be performed efficiently and with good time accuracy.
As shown in this example, the introduction of this distributed scheduler mechanism requires not only monitoring but also a schedule management function for a system consisting of a network distributed cell computer (NICE), a network computer, a data center, and a user interface. It can be used for security systems. Further, in this system, since the management node only has to wait for a request from the distributed node, it is possible to install the distributed node in a moving body such as an animal or a vehicle.

従来、アドホック無線ネットワーク技術は、分散ノードの動作スケジュール管理を必要としない単純なモニタリング用途への適用を目的に利用される場合が多かったが、本発明によれば、モニタリング用途に限っても、分散ノードの動作スケジュール管理が可能となることで、各種センサからのデータ収集頻度を適切に調整し、データの収集と管理のコストを低減することが可能となる。
また、本発明によれば、各分散ノードの消費電力を低減し、電池交換の間隔を延長するという大きな経済的効果が期待できる。すなわち、本発明は、各分散ノードがスケジュール機能を搭載しているので、活動状態と休止状態の間隔を適切に変更することができ、電池寿命を最大限に延長することが可能となる。ここで、管理ノード側からの無線通信によりスケジュール変更を行う構成においては、分散ノードが休止中は管理ノードからの無線通信を受信できないため、スケジュール変更に不具合が生じるが、本発明では、分散ノード側から近未来のスケジュールデータを取得するため、省電力化のため分散ノードを休止状態とする利用形態においても問題なくスケジュール変更を行うことが可能である。
また、入退出門の電磁ロック制御のように、分散ノードから外部装置の制御を行う場合には、分散ノードの動作スケジュール管理機能は更に重要となる。多数の分散ノードの動作モードを時間精度良くスケジュール管理できれば、ホームオートメーションシステム、ビル管理システム、あるいは、工場等の機器類の自動運転システムをアドホック無線ネットワーク技術をベースに構築できるようになる。
Conventionally, ad hoc wireless network technology has often been used for the purpose of application to simple monitoring applications that do not require operation schedule management of distributed nodes, but according to the present invention, even if limited to monitoring applications, Since it becomes possible to manage the operation schedule of the distributed nodes, it is possible to appropriately adjust the data collection frequency from various sensors and reduce the cost of data collection and management.
In addition, according to the present invention, it is possible to expect a great economic effect of reducing the power consumption of each distributed node and extending the battery replacement interval. That is, according to the present invention, since each distributed node has a schedule function, the interval between the active state and the hibernation state can be appropriately changed, and the battery life can be extended to the maximum. Here, in the configuration in which the schedule change is performed by wireless communication from the management node side, since the wireless communication from the management node cannot be received while the distributed node is idle, a problem occurs in the schedule change. Since the near future schedule data is acquired from the side, it is possible to change the schedule without any problem even in a usage mode in which the distributed nodes are in a dormant state for power saving.
In addition, when the external device is controlled from the distributed node, such as the electromagnetic lock control at the entrance and exit, the operation schedule management function of the distributed node becomes more important. If the operation modes of a large number of distributed nodes can be managed with high time accuracy, an automatic operation system for home automation systems, building management systems, or devices such as factories can be constructed based on ad hoc wireless network technology.

Claims (10)

アドホック無線ネットワークを自動的に構築する無線通信ユニット、外部機器との接続用ポート、時計、および近未来のスケジュールを記憶するメモリ領域を有し、その時計に基づき保持されたスケジュールを自律的に実行する分散ノードと、
アドホック無線ネットワーク管理手段、ネットワークポート、複数の分散ノードから受信した外部機器関連データを記憶する第1メモリ領域、および複数の分散ノードのスケジュールを記憶する第2メモリ領域を有する管理ノードと、
を備えるシステムであって、
各分散ノードが、スケジュール実行後の所定のタイミングに近未来のスケジュールを管理ノードから取得することを特徴とする無線通信システム。
It has a wireless communication unit that automatically builds an ad hoc wireless network, a port for connecting to external devices, a clock, and a memory area that stores a near-future schedule, and autonomously executes the schedule held based on that clock A distributed node,
A management node having an ad hoc wireless network management means, a network port, a first memory area for storing external device-related data received from a plurality of distributed nodes, and a second memory area for storing a schedule of the plurality of distributed nodes;
A system comprising:
A wireless communication system, wherein each distributed node acquires a near-future schedule from a management node at a predetermined timing after schedule execution.
上記の管理ノードが、全ての分散ノードのスケジュールを読み込み、第2メモリ領域に分散ノード毎のスケジュールに分割して記憶する手段を有することを特徴とする請求項1の無線通信システム。   2. The wireless communication system according to claim 1, wherein the management node has means for reading the schedules of all the distributed nodes and dividing and storing the schedules for each distributed node in the second memory area. 上記の管理ノードが、第2メモリ領域に記憶されたスケジュールが更新された際に、ブロードキャストメッセージにより各分散ノードの保持するスケジュールを更新する手段を有することを特徴とする請求項1または2の無線通信システム。   3. The radio according to claim 1, wherein the management node has means for updating a schedule held by each distributed node by a broadcast message when the schedule stored in the second memory area is updated. Communications system. 上記の分散ノードが、マイクロコントローラに内蔵されたメモリにスケジュールを記憶することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかの無線通信システム。   4. The wireless communication system according to claim 1, wherein the distributed node stores a schedule in a memory built in a microcontroller. 上記の分散ノードが、外部機器との接続用ポートを介してセンサからの計測データを収集できることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかの無線通信システム。   The wireless communication system according to claim 1, wherein the distributed node is capable of collecting measurement data from a sensor via a connection port with an external device. 上記の分散ノードが、消費電力を低減する節電モードを有し、内蔵電池により長期連続駆動が可能であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかの無線通信システム。   6. The wireless communication system according to claim 1, wherein the distributed node has a power saving mode for reducing power consumption, and can be continuously driven for a long time by a built-in battery. 上記の分散ノードが、1または複数の移動体に設置されることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかの無線通信システム。   The wireless communication system according to claim 1, wherein the distributed node is installed in one or a plurality of mobile objects. 数十台以上の分散ノードを接続することができる請求項1ないし7のいずれかの無線通信システム。   The wireless communication system according to any one of claims 1 to 7, wherein several tens or more distributed nodes can be connected. 請求項1ないし8のいずれかの無線通信システムで用いられる分散ノード。   A distributed node used in the wireless communication system according to claim 1. 請求項1ないし8のいずれかの無線通信システムで用いられる管理ノード。   A management node used in the wireless communication system according to claim 1.
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