JP2014169906A - Battery lifetime prediction method of wireless sensor network in state monitor system - Google Patents

Battery lifetime prediction method of wireless sensor network in state monitor system Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery lifetime prediction method using information on a total number of packets transmitted within a fixed period in sensor nodes in order to suppress a power load required for battery lifetime prediction as further as possible.SOLUTION: The battery lifetime prediction method of a wireless sensor network in a state monitor system comprises: estimating a packet flow from the number of transmitted packets in wireless sensor nodes; calculating a packet flow probability; computing a remaining battery capacitance of a wireless sensor node in which battery exhaustion first occurs, up to a time point when such a sensor node occurs; then performing update to a packet flow probability in removing the sensor node in which battery exhaustion occurs; computing the remaining battery capacitance of a wireless sensor in which battery exhaustion occurs up to the moment when such a sensor node is next generated; and then repeating the operations until battery exhaustion occurs in all the wireless sensor nodes.

Description

本発明は、無線センサネットワークのバッテリ寿命予測方法に係り、特に、状態監視システムにおける無線センサネットワークのバッテリ寿命予測方法に関するものである。   The present invention relates to a battery life prediction method for a wireless sensor network, and more particularly to a battery life prediction method for a wireless sensor network in a state monitoring system.

従来、近年の情報通信技術、センサ技術の急速な発展に伴い、社会の様々な環境に多数のセンサを配置しネットワーク化した、センサネットワークに関する研究開発がさかんに行われている。中でも近年注目されているのが、無線通信機能を備えた多数のセンサノードから構成される無線センサネットワーク(WSN)である(下記特許文献1参照)。その適用範囲は多岐に拡がり、環境、軍事、工業等の分野においても研究が行われている。   2. Description of the Related Art Conventionally, with the rapid development of information communication technology and sensor technology in recent years, research and development related to sensor networks in which a large number of sensors are arranged and networked in various social environments have been extensively conducted. Among them, a wireless sensor network (WSN) composed of a large number of sensor nodes having a wireless communication function has been attracting attention in recent years (see Patent Document 1 below). The range of application has been expanded to include research in fields such as the environment, the military, and industry.

また、無線センサの電池交換の例としては下記特許文献2が、電池駆動のノード例としては、下記特許文献3が、マルチホップ無線ネットワークにおける省電力化のための制御例としては、下記特許文献4がそれぞれ提案されている。   The following Patent Document 2 is an example of battery replacement of a wireless sensor, the following Patent Document 3 is an example of a battery-driven node, and the following Patent Document is an example of control for power saving in a multi-hop wireless network. 4 has been proposed.

特開2000−304531号公報JP 2000-304531 A 特開2008−039196号公報JP 2008-039196 A 登録実用新案第3145353号公報Registered Utility Model No. 3145353 特開2009−206749号公報JP 2009-206749 A

Adam Dunkels,Fredrik O(ウムラウト付き)sterlind,Nicolas Tsifters,Zhitao He,”Software−based Online Energy Estimation for Sensor Nodes”,Proceedings of the 4th workshop on Embedded networked sensors,pp.28−32 2007年6月25〜26日発表Adam Dunkels, Fredrik O (with umlauts) sterlind, Nicolas Tsifters, Zhitao He, "Software-based Online enthorth," 28-32 Announced June 25-26, 2007

WSNにおいて、センサノードはバッテリ駆動であることが一般的である。特に状態監視を目的としたWSNは長期運用が前提となるため、センサノードのバッテリ枯渇という問題が発生し、バッテリ交換が必要となる。しかしながら、バッテリ交換には多額の費用が必要となるため、WSNの長期運用を効率化するためには適切なバッテリ交換戦略を策定することが求められる。また、バッテリ交換戦略を策定するためには、各センサノードのバッテリの電力負荷が、動的に変動する設置環境やルーティングプロトコルなどの影響を受けるため、動的にバッテリ寿命を予測することが重要な課題となる。   In WSN, the sensor node is generally battery powered. In particular, the WSN for the purpose of condition monitoring is premised on long-term operation, so that the problem of sensor battery depletion occurs, and battery replacement is required. However, since battery replacement requires a large amount of money, it is required to formulate an appropriate battery replacement strategy in order to improve the long-term operation of the WSN. In order to formulate a battery replacement strategy, it is important to predict battery life dynamically because the battery power load of each sensor node is affected by dynamically changing installation environments and routing protocols. It becomes a difficult task.

通常、動的にバッテリ寿命を予測するためには、経路情報を取得する必要があるが、経路情報の常時取得はトラヒックを増大させてしまい、ネットワーク全体の電力負荷を増大させてしまう。
そこで、本発明は、上記状況に鑑みて、バッテリ寿命予測に必要な電力負荷をできる限り抑えるために、各センサノードにおいて一定期間に送信した総パケット数情報を用いたバッテリ寿命予測方法を提供することを目的とする。
Usually, in order to dynamically predict the battery life, it is necessary to acquire route information. However, constant acquisition of route information increases traffic and increases the power load of the entire network.
Therefore, in view of the above situation, the present invention provides a battery life prediction method using total packet number information transmitted in a certain period in each sensor node in order to suppress the power load necessary for battery life prediction as much as possible. For the purpose.

本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕状態監視システムにおける無線センサネットワークのバッテリ寿命予測方法において、無線センサノードの送信パケット数からパケットフロー量を推定し、パケットフロー確率を求め、前記推定したパケットフロー確率に基づき、最初にバッテリ枯渇を起こした無線センサノードが発生した場合には、その時点までの前記無線センサノードのバッテリ残量を計算し、次に、バッテリが枯渇した無線センサノードを除去したときのパケットフロー確率に更新し、前記更新したパケットフロー確率に基づき、次に、バッテリ枯渇を起こした無線センサノードが発生した場合には、その時点までの前記無線センサノードのバッテリ残量を計算し、次に、前記の操作を繰り返し、全ての無線センサノードが枯渇するまで繰り返すことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides
[1] In a battery life prediction method of a wireless sensor network in a state monitoring system, a packet flow amount is estimated from the number of transmitted packets of a wireless sensor node, a packet flow probability is obtained, and a battery is firstly determined based on the estimated packet flow probability. When a depleted wireless sensor node occurs, calculate the remaining battery level of the wireless sensor node up to that point, and then update to the packet flow probability when the depleted wireless sensor node is removed Then, based on the updated packet flow probability, when a wireless sensor node that has run out of battery occurs, the remaining battery level of the wireless sensor node up to that point is calculated. It is characterized by repeating operations until all wireless sensor nodes are exhausted. .

〔2〕上記〔1〕記載の状態監視システムにおける無線センサネットワークのバッテリ寿命予測方法において、前記各ステップの状態に対応して、前記無線センサノードの交換を行う判断材料とすることを特徴とする。   [2] The battery life prediction method for a wireless sensor network in the state monitoring system according to [1] above, wherein the wireless sensor node is replaced according to the state of each step. .

本発明によれば、バッテリ寿命予測に必要な電力負荷をできる限り抑えるために、各センサノードにおいて一定期間に送信した総パケット数情報を用いたバッテリ寿命予測を行うことができる。
また、バッテリ寿命の管理者は、上記したバッテリ寿命予測を各ステップを考慮してバッテリの取り替え指針に反映させることができる。
According to the present invention, in order to suppress the power load necessary for battery life prediction as much as possible, it is possible to perform battery life prediction using the total number of packets information transmitted in a certain period in each sensor node.
Further, the battery life manager can reflect the battery life prediction described above in the battery replacement guideline in consideration of each step.

本発明の実施例を示すネットワークの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the network which shows the Example of this invention. 本発明の実施例を示すネットワークのバッテリ寿命予測の態様を示す図である。It is a figure which shows the aspect of the battery life prediction of the network which shows the Example of this invention. 本発明の他のパケットフロー量を推定するための、入出力情報と制約条件の説明図である。It is explanatory drawing of the input / output information and restrictions for estimating the other packet flow amount of this invention.

状態監視システムにおける無線センサネットワークのバッテリ寿命予測方法は、無線センサノードの送信パケット数からパケットフロー量を推定し、パケットフロー確率を求め、前記推定したパケットフロー確率に基づき、最初にバッテリ枯渇を起こしたセンサノードが発生した場合には、その時点までの前記無線センサノードのバッテリ残量を計算し、次に、バッテリが枯渇したセンサノードを除去したときのパケットフロー確率に更新し、前記更新したパケットフロー確率に基づき、次に、バッテリ枯渇を起こしたセンサノードが発生した場合には、その時点までの前記無線センサノードのバッテリ残量を計算し、次に、前記の操作を繰り返し、全ての無線センサノードが枯渇するまで繰り返す。   The battery life prediction method of the wireless sensor network in the state monitoring system estimates the packet flow amount from the number of transmitted packets of the wireless sensor node, obtains the packet flow probability, and first causes the battery depletion based on the estimated packet flow probability. If a sensor node is generated, the remaining battery level of the wireless sensor node until that time is calculated, and then updated to the packet flow probability when the sensor node that has run out of battery is removed, and the updated Next, based on the packet flow probability, if a sensor node that has run out of battery occurs, calculate the remaining battery level of the wireless sensor node up to that point, then repeat the above operation to Repeat until the wireless sensor nodes are exhausted.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は本発明の実施例を示すネットワークの構成例を示す図、図2はそのネットワークのバッテリ寿命予測の態様を示す図であり、図2(a)はそのステップ1、図2(b)はそのステップ2、図2(c)はそのステップ3を示す図である。
ここで、まず、用語の定義を行う。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a network showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a battery life prediction mode of the network, FIG. 2 (a) is step 1 and FIG. 2 (b). FIG. 2 is a diagram showing Step 2 and FIG.
Here, first, terms are defined.

(1)センサノード:バッテリ駆動であり、センサ機能と無線機能と計算機能を備えているものとする。また、必ずしもセンシングする必要はなく、データを送信するだけの中継ノードとして運用することも可能であるものとする。
(2)ゲートウェイ(GW):AC電源駆動であり、センサノードからの情報を集約するものとする。
(1) Sensor node: It is assumed that it is battery-driven and has a sensor function, a wireless function, and a calculation function. Further, it is not always necessary to perform sensing, and it is possible to operate as a relay node that only transmits data.
(2) Gateway (GW): It is driven by AC power, and gathers information from sensor nodes.

(3)ノード:センサノードとゲートウェイを区別しない場合は、これらを単にノードと呼ぶものとする。
(4)エッジ:ノード間の通信路をエッジと呼び、エッジは有向辺で表され、始点から終点にデータを転送できることを示すものとする。
(5)パス:終点がゲートウェイで、その他は全てセンサノードであるノード列で、このノード列に含まれる全ての隣接ノードにエッジが存在する場合、このノード列をパスと呼ぶものとする。
(3) Node: When the sensor node and the gateway are not distinguished, they are simply called nodes.
(4) Edge: A communication path between nodes is called an edge, and the edge is represented by a directed side and indicates that data can be transferred from the start point to the end point.
(5) Path: A node sequence in which the end point is a gateway and all others are sensor nodes, and when there is an edge in all adjacent nodes included in this node sequence, this node sequence is called a path.

本発明における無線センサネットワークでは、センサノードとゲートウェイからなるネットワークを想定する。また、パスに沿ってデータを送信する場合、パケットロスやループは生じないものとする。
ここで対象とするネットワーク構成例を図1に示す。この図において、センサノードAは、センサノードBとセンサノードCにデータを送信できることを示している。
The wireless sensor network in the present invention assumes a network composed of sensor nodes and gateways. Further, when data is transmitted along the path, no packet loss or loop occurs.
An example of the network configuration targeted here is shown in FIG. In this figure, sensor node A indicates that data can be transmitted to sensor node B and sensor node C.

バッテリ枯渇などの原因によりセンサノードの機能が停止すると、ネットワークトポロジが変化する。また、ネットワークトポロジの変化は、各センサノードにおける電力負荷に影響を与える。例えば、図1においてセンサノードAがセンサノードBとセンサノードCにデータを送信している場合、センサノードBが停止すると、これまでセンサノードBを経由していたデータについてもセンサノードCを経由することになるため、センサノードCの電力負荷が増大する。   When the function of the sensor node stops due to a cause such as battery exhaustion, the network topology changes. In addition, the change in the network topology affects the power load at each sensor node. For example, in FIG. 1, when the sensor node A is transmitting data to the sensor node B and the sensor node C, when the sensor node B stops, the data that has passed through the sensor node B until now passes through the sensor node C. As a result, the power load of the sensor node C increases.

通常、センサノードから送信されるパケットには経路情報が含まれておらず、アドホックなネットワークにおいてはどのセンサノードに電力負荷が集中しているのかを推測するのは難しい。一方、既述のように、経路情報の常時取得はネットワーク全体の電力負荷を増大させてしまう。
そこで、本発明では、各センサノードにおいて、一定期間に送信したパケット数をカウントし、この情報を利用してバッテリ枯渇によるセンサノード停止の影響を考慮した、各センサノードのバッテリ寿命を予測する方法を提案する。本発明では、各センサノードにおいて、パケットを送信する場合が特にバッテリの消費が大きいので、パケットの送信数を管理することでバッテリ寿命を予測することができるようにした。
Normally, route information is not included in a packet transmitted from a sensor node, and in an ad hoc network, it is difficult to estimate to which sensor node a power load is concentrated. On the other hand, as described above, constant acquisition of route information increases the power load of the entire network.
Therefore, in the present invention, each sensor node counts the number of packets transmitted in a certain period, and uses this information to predict the battery life of each sensor node in consideration of the effect of sensor node stop due to battery depletion. Propose. In the present invention, since battery consumption is particularly large when packets are transmitted at each sensor node, the battery life can be predicted by managing the number of packets transmitted.

ここでは、バッテリ寿命予測方法について、以下に概要を述べる。
最初に、各センサノードにおいて一定期間に送信した各センサノードのパケット数から各エッジのパケットフロー量を推定する。次に、その推定量に基づき、各センサノードの使用電力を見積もり、その使用電力からバッテリ寿命を予測する。バッテリ寿命予測の手順については後述する。
Here, an outline of the battery life prediction method will be described below.
First, the packet flow amount of each edge is estimated from the number of packets of each sensor node transmitted in each sensor node for a certain period. Next, based on the estimated amount, the power consumption of each sensor node is estimated, and the battery life is predicted from the power consumption. The battery life prediction procedure will be described later.

まず、パケットフロー量を推定するための、入出力情報と制約条件について述べる。
(1)入力:
・ノード集合
・エッジ集合
・各センサノードにおける一定期間の送信パケット数
・各センサノードにおける一定期間のセンシングデータ数
(2)制約条件:
・すべてのセンサノードにおいて、一定期間のセンシングデータ数と受信パケット数の和は送信パケット数に等しい。
First, input / output information and constraint conditions for estimating the packet flow amount will be described.
(1) Input:
-Node set-Edge set-Number of transmitted packets in each sensor node for a certain period-Number of sensing data in each sensor node for a certain period (2) Restrictions:
In all sensor nodes, the sum of the number of sensing data and the number of received packets for a certain period is equal to the number of transmitted packets.

(3)出力:
・各エッジのパケットフロー量
次に、図2および3を参照して、バッテリ寿命予測の手順について述べる。
まず、各センサノードにおけるパケット送信数を取得し、現在時刻tc における各センサノードのバッテリ残量を計算する〔図2(a),図3(a)〕。なお、センサノード上の数字は各センサノードのパケット送信数である。
(3) Output:
-Packet flow amount at each edge Next, a battery life prediction procedure will be described with reference to FIGS.
First, the number of packet transmissions at each sensor node is acquired, and the remaining battery level of each sensor node at the current time t c is calculated [FIGS. 2 (a) and 3 (a)]. The number on the sensor node is the number of packet transmissions of each sensor node.

次に、送信パケット数からパケットフロー量を推定し(パケットフロー確率)、その推定したパケットフロー確率に基づいて、最初にバッテリが枯渇するセンサノードおよびその時刻t1 を予測し、その時刻t1 における他のセンサノードのバッテリ残量を計算する〔図2(b),図3(b)〕。なお、数字は各辺のパケットフロー量である。
次に、バッテリが枯渇したセンサノードを除去したネットワークにおけるパケットフロー量を計算してパケットフロー確率を更新し、更新したパケットフロー確率に基づいて、次に、バッテリが枯渇するセンサノードとその時刻t2 を予測し、その時刻t2 における他のセンサノードのバッテリ残量を計算する〔図2(c),図3(c)〕。なお、ここで、ノード停止により、トポロジが変化し、他ノードへの負荷が変化する。また、センサノード上の数字はパケット送信数、その他は各辺のパケットフロー量である。
Next, the packet flow amount is estimated from the number of transmitted packets (packet flow probability), and based on the estimated packet flow probability, the sensor node at which the battery is depleted first and its time t 1 are predicted, and the time t 1 The remaining battery levels of the other sensor nodes are calculated [Fig. 2 (b), Fig. 3 (b)]. The numbers are the packet flow amounts on each side.
Next, the packet flow probability is updated by calculating the packet flow amount in the network from which the sensor node depleted of the battery is removed, and then the sensor node depleted of the battery and its time t based on the updated packet flow probability. 2 is predicted, and the remaining battery levels of the other sensor nodes at time t 2 are calculated [FIG. 2 (c), FIG. 3 (c)]. Here, when the node is stopped, the topology changes and the load on other nodes changes. The numbers on the sensor node are the number of packet transmissions, and the others are the packet flow amounts on each side.

この操作を繰り返し、全てのセンサノードのバッテリが枯渇する時刻t3 〔図2(c)〕の推定が得られるまで繰り返す。
長期運用が想定される設備状態監視(例えば、径年劣化把握)では、センサノードのバッテリ枯渇が問題となるため、効率的なバッテリ交換戦略が求められる。そこで、本発明では、バッテリ交換戦略策定に必要なバッテリ寿命を推定する方法を提案した。
This operation is repeated until the estimation of the time t 3 (FIG. 2C) at which the batteries of all sensor nodes are depleted is obtained.
In equipment state monitoring (for example, grasping of age-related deterioration) assumed to be long-term operation, the battery drain of the sensor node becomes a problem, so an efficient battery replacement strategy is required. Therefore, the present invention has proposed a method for estimating the battery life necessary for formulating a battery replacement strategy.

以下、本願発明の状態監視における無線センサネットワークのバッテリ寿命予測方法について説明する。
全体的フローとしては、
(1)所与のパラメータを入力する。
(2)問題(P)を数理最適化ソルバーで解き、各エッジのフロー量を推定し、パケットフロー確率を算定する。
Hereinafter, the battery life prediction method of the wireless sensor network in the state monitoring of the present invention will be described.
The overall flow is as follows:
(1) Input given parameters.
(2) Solve the problem (P) with a mathematical optimization solver, estimate the flow amount of each edge, and calculate the packet flow probability.

(3)推定されたフロー量に基づき、各センサノードのバッテリ残量を計算する。
以下、各項目について詳細に記述する。
〔1〕入力パラメータ
・センサ通信可能辺
・各センサノードのセンシング頻度
・電池容量
〔2〕次に、問題(P)の定式化について説明する。
(3) Based on the estimated flow amount, the remaining battery level of each sensor node is calculated.
Each item is described in detail below.
[1] Input parameters-Sensor communication possible side-Sensing frequency of each sensor node-Battery capacity [2] Next, formulation of problem (P) will be described.

まず、記号の定義について述べる。
・グラフ G(V,A)
・センサ集合 S
・リレー集合 R
・ゲートウェイ集合 T
・ノード集合 V=S∪R∪T
・辺集合 A={(i,j)|i∈S∪R,j∈V,i≠j,iからjにパケット送信可能}
・センシング回数 si (≧0,∀i∈S)
各センサノードはセンシング1回毎に1パケットを送信する。
First, the definition of symbols will be described.
・ Graph G (V, A)
・ Sensor set S
・ Relay set R
・ Gateway set T
Node set V = S∪R∪T
Edge set A = {(i, j) | i∈S∪R, j∈V, i ≠ j, packet can be transmitted from i to j}
・ Sensing frequency s i (≧ 0, ∈i∈S)
Each sensor node transmits one packet for each sensing.

ノードi∈S∪Rにおける送信パケット数Pi(≧0,∀i∈S∪R)

Figure 2014169906
Number of transmitted packets Pi at node i ∈ S∪R (≧ 0, ∀i∈S∪R)
Figure 2014169906

〈決定変数〉ノード間のパケットフロー量 xij〔≧0,∀(i,j)∈A〕 〈制約条件〉

Figure 2014169906
<Decision variable> Packet flow amount between nodes x ij [≧ 0, ∀ (i, j) ∈A] <Restriction condition>
Figure 2014169906

・パケットフロー確率
各辺におけるパケットフロー確率はPr(i,j)以下で求められる。
Pr(i,j)=(xij/Pi )〔∀(i,j)∈A〕
〔3〕次に、電池残量曲線について説明する。
Packet flow probability The packet flow probability on each side is determined to be equal to or less than Pr (i, j).
Pr (i, j) = (x ij / P i ) [∀ (i, j) ∈A]
[3] Next, the battery remaining capacity curve will be described.

〔A〕入力
(1)ネットワーキングに関連するパラメータ
・現在時刻tc (図2参照)
・現在時刻tc におけるノード集合Vc
・現在時刻tc におけ辺集合Ac
・時刻tにおけるグラフG′(V′,A′)
・グラフG′(V′,A′)におけるアーク(i,j)の重みPr(i,j)
・センシング頻度
・ノードi∈S∪Rの電力容量 Ci ,i∈S∪R
・送信パケット数 pi (≧0),i∈S∪R
・時刻tc における累積送信パケット送信数
・時刻tc における累積送信パケット受信数
(2)消費電力計算に必要なパラメータ
・供給電圧 H
・パケットサイズ
・プロセッサの消費電流(今回使用するパケットサイズでの1パケットあたり) Im
・プロセッサ動作時の1パケットあたりの動作時間とパケット処理数の積(他は省略) tm
・待機時のプロセッサの消費電流 Il
・無線機の送信時の消費電流 It
・無線機の受信時の消費電流 Ir
・i個からなるその他の構成部品(センサやLEDなど)の消費電流 ICi
〔B〕出力
時刻tC から全てのノードのバッテリが枯渇するまでの期間における、各ノードの電池残量曲線
〔C〕計算アルゴリズム
ノード生存率を確認周期毎(各ノードの送信パケット数が送られるタイミング毎)に次を実行する。
[A] Input (1) Parameters related to networking ・ Current time t c (see FIG. 2)
Node set V c in, the current time t c
• The current put in time t c edge set A c
-Graph G '(V', A ') at time t
The weight Pr (i, j) of the arc (i, j) in the graph G ′ (V ′, A ′)
・ Sensing frequency ・ Power capacity C i , i∈S∪R of node i∈S∪R
-Number of transmitted packets p i (≧ 0), i∈S∪R
And time t c cumulative transmission packets Received in a cumulative transmission packet transmission number and time t c in (2) necessary power calculating parameter supply voltage H
-Packet size-Current consumption of the processor (per packet with the packet size used this time) Im
・ Product of the operating time per packet and the number of packets processed during processor operation (others omitted) t m
・ Processor current consumption during standby I l
At the time of transmission of-radio consumption current I t
At the time of reception of-radio consumption current I r
・ Current consumption of other components (sensors, LEDs, etc.) consisting of i pieces I Ci
[B] Battery remaining capacity curve of each node in the period from the output time t C until the battery of all the nodes is depleted [C] Calculation algorithm Node survival rate for each confirmation period (the number of transmitted packets of each node is sent) At each timing):

ステップS1 V′:=VC ,A′:=AC ,t:=tC とする。また、電池残量曲線を初期化する。
ステップS2 時刻tの累積送受信パケット数と消費電力計算式(1)から、ノードi∈V′\Tの電池残量Ki を次式で計算する。
i =Ci −〔式(1)で定義されるノードi∈V′\Tの消費電力),i∈V’\T
このとき、もしKi ≦0ならば、V’:=V’\{i’},Aから{i’}に接続する全てのアークを除去し、G′を更新する。また、時刻tにおけるノードi′の電池残量を0として、電池残量曲線を更新する。この操作の結果、非連結ノードが発生した場合には、上記と同様の操作により、G′と電池残量曲線を更新する。このとき、V′が0でないならば終了する。
Step S1 V ′: = V C , A ′: = A C , t: = t C. Also, the battery remaining capacity curve is initialized.
Step S2 From the cumulative number of transmitted / received packets at time t and the power consumption calculation formula (1), the remaining battery level K i of the node iεV ′ \ T is calculated by the following formula.
K i = C i − [power consumption of node i∈V ′ \ T defined by equation (1)), i∈V ′ \ T
At this time, if K i ≦ 0, V ′: = V ′ \ {i ′}, all arcs connected from A to {i ′} are removed, and G ′ is updated. In addition, the remaining battery level curve is updated with the remaining battery level of the node i ′ at time t being zero. If an unconnected node is generated as a result of this operation, G ′ and the battery remaining capacity curve are updated by the same operation as described above. At this time, if V ′ is not 0, the process is terminated.

ステップS3 問題(P)の出力解を用いて、G′の重みを更新する。
ステップS4 グラフG′、各センサのセンシング頻度、各ノードの電力残量と受信パケット数を考慮して、最初に電池枯渇が発生するノードi* とその時刻t* を求める。この過程で計算された、各ノードにおける時刻tから時刻t* までの電池残量の推移を電池残量曲線に追加する。V′;=V′\{i* },A′から{i* }に接続する全てのアークを除去する。このとき、V′が0でないならば終了する。
Step S3: The weight of G ′ is updated using the output solution of the problem (P).
Step S4 Considering the graph G ′, the sensing frequency of each sensor, the remaining power of each node and the number of received packets, the node i * at which battery depletion first occurs and its time t * are obtained. The transition of the battery remaining amount from time t to time t * calculated in this process is added to the battery remaining amount curve. V ′; = V ′ \ {i * }, remove all arcs connected from A ′ to {i * }. At this time, if V ′ is not 0, the process is terminated.

ステップS5 時刻t* におけるノードi∈V′\Tの累積送受信パケット数を求めて、t=t* としてステップS2へ戻る(これは、ステップS4から算出済みであり、形式的な記述である)。
〔D〕各ノードにおける消費電力の計算(前記非特許文献1参照)
C /H=Im m +Il l +Ir r +ΣICiCi …(1)
ただし、EC は消費電力とする。
Step S5: Determine the cumulative number of transmission / reception packets of node iεV ′ \ T at time t *, and return to Step S2 as t = t * (this is already calculated from Step S4 and is a formal description). .
[D] Calculation of power consumption in each node (see Non-Patent Document 1)
E C / H = I m t m + I l t l + I r t r + ΣI Ci t Ci ... (1)
However, E C is power consumption.

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。   In addition, this invention is not limited to the said Example, Based on the meaning of this invention, a various deformation | transformation is possible and these are not excluded from the scope of the present invention.

本発明の状態監視システムにおける無線センサネットワークのバッテリ寿命予測方法は、無線センサの各センサノードの送受信数に基づいて無線センサのバッテリ残量を計算する、無線センサネットワークのバッテリ寿命予測方法として利用可能である。   The battery life prediction method of the wireless sensor network in the state monitoring system of the present invention can be used as a battery life prediction method of the wireless sensor network that calculates the remaining battery level of the wireless sensor based on the number of transmission / reception of each sensor node of the wireless sensor. It is.

A,B,C,D センサノード
GW ゲートウェイ
C 現在時刻
1 センサノードCのバッテリ枯渇時刻
2 センサノードAのバッテリ枯渇時刻
3 全てのセンサノードのバッテリ枯渇時刻
A, B, C, D Sensor node GW Gateway t C Current time t 1 Battery depletion time of sensor node C t 2 Battery depletion time of sensor node A t 3 Battery depletion time of all sensor nodes

Claims (2)

無線センサノードの送信パケット数からパケットフロー量を推定し、パケットフロー確率を求め、前記推定したパケットフロー確率に基づき、最初にバッテリ枯渇を起こしたセンサノードが発生した場合には、その時点までの前記無線センサノードのバッテリ残量を計算し、次に、バッテリが枯渇したセンサノードを除去したときのパケットフロー確率に更新し、前記更新したパケットフロー確率に基づき、次に、バッテリ枯渇を起こしたセンサノードが発生した場合には、その時点までの前記無線センサノードのバッテリ残量を計算し、次に、前記の操作を繰り返し、全ての無線センサノードが枯渇するまで繰り返すことを特徴とする状態監視システムにおける無線センサネットワークのバッテリ寿命予測方法。   Estimate the packet flow amount from the number of transmitted packets of the wireless sensor node, determine the packet flow probability, and if a sensor node that has run out of battery first occurs based on the estimated packet flow probability, up to that point The remaining battery level of the wireless sensor node is calculated, and then updated to the packet flow probability when the sensor node depleted of the battery is removed, and then the battery is depleted based on the updated packet flow probability. When a sensor node occurs, the remaining battery level of the wireless sensor node up to that point is calculated, and then the above operation is repeated until all wireless sensor nodes are exhausted. A battery life prediction method for a wireless sensor network in a monitoring system. 請求項1記載の状態監視システムにおける無線センサネットワークのバッテリ寿命予測方法において、前記各ステップの状態に対応して、前記無線センサノードの交換を行う判断材料とすることを特徴とする状態監視システムにおける無線センサネットワークのバッテリ寿命予測方法。   The wireless sensor network battery life prediction method in the state monitoring system according to claim 1, wherein the wireless sensor node is replaced according to the state of each step. A battery life prediction method for a wireless sensor network.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019146249A (en) * 2015-03-20 2019-08-29 株式会社東芝 Radio communication device and radio communication system

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