JP2017228962A - Radio sensor terminal, radio data aggregation device, and radio sensor network system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線センサネットワークシステム、並びに、当該システムを構築する無線センサ端末及び無線データ集約装置に関する。 The present invention relates to a wireless sensor network system, and a wireless sensor terminal and a wireless data aggregation device that construct the system.
増加する天然資源需要への対応が国際的な課題となっており、資源探査の分野では、天然資源(石油、ガスなど)を短期間に精度よく探し出すことが重要になっている。一方で、主要油田での産出量の減少、探鉱及び開発の容易な油田の減少により、資源探査の深度化が進んでいる。また、探査開発競争も激化している。これに伴い、高感度な探査用センサ技術を安価に提供する必要性が増加している。 Responding to increasing natural resource demand has become an international issue, and in the field of resource exploration, it is important to find natural resources (oil, gas, etc.) accurately in a short time. On the other hand, resource exploration has been deepening due to a decrease in production in major oil fields and a decrease in oil fields that are easy to explore and develop. In addition, competition for exploration and development is intensifying. Along with this, there is an increasing need to provide high-sensitivity exploration sensor technology at low cost.
昨今、ジオフォンを用いた資源探査システムに代えて、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)センサを用いた加速度計が注目されており、各種開発に使用されている。資源探査システムは、システムの大規模化に向けた流れが加速しており、センサを稠密に配置することにより地下構造を高分解能で計測する重要度が増している。しかし、有線接続型の資源探査システムでは、構築可能なシステム規模に限界がある。 Recently, instead of a resource exploration system using a geophone, an accelerometer using a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) sensor has attracted attention and is used for various developments. Resource exploration systems are accelerating the flow toward larger systems, and the importance of high-resolution measurement of underground structures is increasing by densely arranging sensors. However, in the wired connection type resource exploration system, there is a limit to the system scale that can be constructed.
資源探査には、調査のフェーズに応じて、様々な方法が存在する。例えば最終的に資源の埋蔵場所を特定するために用いられる主要な手法の一つに、反射法地震探査と呼ばれる手法がある。この手法は、地表面に配置した人工震源から発生された人工的な振動が、地中の各層(土壌層、水層、石油やガスを貯蔵する層、基盤岩層など)で反射して戻ってくる際の波を、地表面に配置した振動センサ(加速度センサ)で受信し、その信号波形を解析することにより地層構造や地殻構造を把握する手法である。 There are various methods for resource exploration depending on the survey phase. For example, one of the main methods used to finally identify resource reserves is a method called reflection seismic survey. In this method, artificial vibrations generated from an artificial seismic source placed on the ground surface are reflected back from each layer in the ground (soil layer, water layer, oil and gas storage layer, bedrock layer, etc.). This is a technique for grasping the geological structure and the crustal structure by receiving the incoming wave with a vibration sensor (acceleration sensor) arranged on the ground surface and analyzing the signal waveform.
人工震源には、ダイナマイトが用いられる他、人工的に振動を発生させることのできる特殊な車両(起震車と呼ばれる)を用いることもある。反射法地震探査の場合、調査対象フィールドに、人工震源としての起震車、取得された震動データを転送するセンサネットワークシステム(以下、「センサネットワーク」という。)、取得された振動データを蓄積するデータセンタ(データ収集車)が必要となる。 As the artificial seismic source, dynamite is used, and a special vehicle (called a seismic vehicle) that can artificially generate vibration may be used. In the case of reflection seismic exploration, the seismic vehicle as an artificial seismic source, a sensor network system (hereinafter referred to as “sensor network”) that transfers the acquired vibration data, and the acquired vibration data are stored in the survey target field. A data center (data collection vehicle) is required.
前述したように、従来システムでは、振動センサどうしを信号線で接続する。しかし、有線接続型の構成では、同時に測定できるセンサの数に限界がある。また、同構成は、調査対象フィールド(森林、密林など)に存在する障害物(木、岩、河川など)により設置設計に制約がある。さらに、同構成は、各振動センサに電力を供給するための大容量の電源施設、大型のデータセンタ(データ収集車)などのフィールド設備が必要となる。いずれも、センサネットワークのコストを増加させる一因になっている。 As described above, in the conventional system, the vibration sensors are connected by the signal line. However, in the wired connection type configuration, there is a limit to the number of sensors that can be measured simultaneously. In addition, the design of this configuration is limited by the obstacles (trees, rocks, rivers, etc.) present in the surveyed fields (forests, dense forests, etc.). Furthermore, this configuration requires field facilities such as a large-capacity power supply facility and a large data center (data collection vehicle) for supplying power to each vibration sensor. Both of these are factors that increase the cost of the sensor network.
資源探査の効率化には、センサネットワークの大規模化が有効である。しかし、前述したように、有線接続型のセンサネットワークは、測定に使用できるセンサの数に限界がある。具体的には、ケーブルを介してデータの収集と給電を行うセンサネットワークでは、膨大なデータ量を蓄積するストレージ車や電源供給施設の設置コストが要因となり、システムを構成するセンサの数は数1000〜1万個程度が限界となる。また、調査対象フィールド上の障害物により、設置条件に制限が生じる。 Increasing the scale of sensor networks is effective for improving the efficiency of resource exploration. However, as described above, the wired connection type sensor network has a limit to the number of sensors that can be used for measurement. Specifically, in a sensor network that collects and supplies data via cables, the installation cost of a storage vehicle or power supply facility that accumulates an enormous amount of data is a factor, and the number of sensors constituting the system is several thousand. ~ 10,000 is the limit. Also, the installation conditions are limited by obstacles on the surveyed field.
しかし、前述したように、昨今では、数万〜10万個以上のセンサで構成される大規模なセンサネットワークを調査対象フィールドに設置し、資源探査を効率化する必要性が増加している。ただし、前述したように、有線接続型のセンサネットワークでは一層の効率化が難しい。 However, as described above, in recent years, there is an increasing need to install a large-scale sensor network composed of tens of thousands to 100,000 or more sensors in a field to be investigated to make resource exploration more efficient. However, as described above, it is difficult to further increase the efficiency of the wired connection type sensor network.
そこで、ケーブルレスシステムを用いた資源探査システムの構築を検討する。ケーブルレスシステムを採用することにより、有線接続型のセンサネットワークでは設置できなかった場所にもセンサを設置できるようになる。さらに、フィールド設備やケーブル自体が不要になり、設置コストを大幅に削減することが可能になる。その一方で、ケーブルレスシステムの実現には、センサのバッテリ駆動、無線マルチホップ方式によるデータ(センサデータ、運用及び管理に必要な情報)の転送が必要となる。 Therefore, the construction of a resource exploration system using a cableless system is examined. By adopting a cableless system, sensors can be installed in places that could not be installed in a wired connection type sensor network. Furthermore, field facilities and cables themselves are not required, and installation costs can be greatly reduced. On the other hand, in order to realize a cableless system, it is necessary to transfer data (sensor data, information necessary for operation and management) by battery driving of a sensor and a wireless multi-hop method.
しかし、調査対象フィールドによっては(例えば資源探査を行うフィールド)では、大量のセンサ群を稠密に配置して探査に使用する流れが加速しており、センサ間の距離は、数メートル〜数10メートル程度となると想定される。ところが、一般的に用いられるサブGHzや数GHz帯の無線通信による通信距離は、前述した設置間隔に比べて十分に長い。このため、稠密配置型の大規模センサネットワークでは、各センサの通信可能範囲内に多数のセンサが配置されることになる。 However, depending on the field to be surveyed (for example, a field in which resource exploration is performed), a flow of a large number of sensors arranged densely and used for exploration is accelerating, and the distance between sensors is several meters to several tens of meters. It is assumed that However, the communication distance by generally used sub-GHz or several-GHz band wireless communication is sufficiently longer than the above-described installation interval. For this reason, in a densely arranged large-scale sensor network, a large number of sensors are arranged within the communicable range of each sensor.
ところが、一般的な無線センサネットワークの構築方法では、通信品質の良い(すなわち、受信電波強度の高い)センサを接続先として選択する。そのため、最近隣のセンサの間でコネクションが確立される。しかし、このような接続形態は、ネットワーク全体の無線マルチホップ数を増大させ、遅延時間及び消費電力の増加を引き起こす。なお、この技術課題は、同様の配置構成を採る無線センサネットワークに共通する課題である。 However, in a general wireless sensor network construction method, a sensor with good communication quality (that is, a high received radio wave intensity) is selected as a connection destination. Therefore, a connection is established between the nearest sensors. However, such a connection form increases the number of wireless multihops in the entire network, and causes an increase in delay time and power consumption. This technical problem is a problem common to wireless sensor networks having the same arrangement configuration.
そこで、本発明は、無線センサ端末をその通信可能距離に比して十分に短い間隔で配置して無線センサネットワークシステムを構築する場合にも、遅延時間や消費電力を低減できる仕組みを提供する。 Therefore, the present invention provides a mechanism capable of reducing delay time and power consumption even when a wireless sensor network system is constructed by arranging wireless sensor terminals at intervals sufficiently shorter than the communicable distance.
上記課題を解決するために、本発明は、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本明細書は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、「センサと、無線通信部と、無線センサネットワークシステムへの接続時、無線通知パケットの受信電波強度が大きい他端末よりも、無線通知パケットの受信電波強度が小さい他端末を、自端末の接続先に選択し、前記無線センサネットワークシステムへの接続完了以降は、前記無線通信部に対し定期的に無線通知パケットを送出させるプロセッサとを有する無線センサ端末」である。 In order to solve the above problems, the present invention employs, for example, the configurations described in the claims. The present specification includes a plurality of means for solving the above-mentioned problems. For example, “When the sensor, the wireless communication unit, and the wireless sensor network system are connected, the received radio wave intensity of the wireless notification packet is Select the other terminal whose received radio wave intensity of the wireless notification packet is smaller than that of the other large terminal as the connection destination of the own terminal, and after completing the connection to the wireless sensor network system, periodically wirelessly communicate with the wireless communication unit A wireless sensor terminal having a processor for sending a notification packet.
本発明によれば、無線センサネットワークシステムを構築する各無線センサ端末が、通信品質の良い(受信電波強度の高い)無線センサ端末ではなく、あえて受信電波強度が小さい無線センサ端末を接続先に選択する。この結果、無線センサ端末を例えば稠密配置する場合でも、互いに接続される無線センサ端末間の距離を長くでき、マルチホップ数を削減し、遅延時間と消費電力を減らすことができる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。 According to the present invention, each wireless sensor terminal constructing a wireless sensor network system is not a wireless sensor terminal with good communication quality (high received radio wave intensity) but a wireless sensor terminal with low received radio wave intensity is selected as the connection destination. To do. As a result, even when wireless sensor terminals are densely arranged, for example, the distance between wireless sensor terminals connected to each other can be increased, the number of multihops can be reduced, and the delay time and power consumption can be reduced. Problems, configurations, and effects other than those described above will become apparent from the following description of embodiments.
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の実施の形態は、後述する実施例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The embodiment of the present invention is not limited to the examples described later, and various modifications are possible within the scope of the technical idea.
各実施例における状態遷移フローは、後述するように、マイクロコンピュータ(以下、「マイコン」又は「プロセッサ」という。)を含む汎用コンピュータ上におけるソフトウェアの実行を通じて実装される場合を想定するが、専用ハードウェア又はソフトウェアとハードウェアの組み合わせで実装しても良い。また、設置するセンサ端末の数や設置間隔、通信速度、運用期間などの具体的な数値は、実施例の説明のための数値であり、以下の説明で使用する数値に限定しない。 As will be described later, the state transition flow in each embodiment is assumed to be implemented through execution of software on a general-purpose computer including a microcomputer (hereinafter referred to as “microcomputer” or “processor”). Hardware or a combination of software and hardware. In addition, specific numerical values such as the number of sensor terminals to be installed, an installation interval, a communication speed, and an operation period are numerical values for explaining the embodiments, and are not limited to numerical values used in the following description.
(1)実施例1
(1−1)無線センサネットワークシステム
図1に、実施例に係る無線センサネットワークシステム1(以下、「システム1」などという。)の全体構成を示す。システム1は、測定対象フィールドFに配置された無線センサ端末1s〜10000sと、これらのデータを集約するアグリゲータ1a〜ia(iは任意の数値を代表する。)と、データセンタDに配置されるデータサーバsvによって構成される。なお、狭義のシステム1は、測定対象フィールドFに配置される無線センサ端末1s〜10000sとアグリゲータ1a〜iaで構成される。
(1) Example 1
(1-1) Wireless Sensor Network System FIG. 1 shows an overall configuration of a wireless sensor network system 1 (hereinafter referred to as “
本実施例におけるシステム1は、システム規模が大きく、かつ、無線センサ端末1s〜10000sが稠密に配置されている。本実施例の場合、1万個の無線センサ端末を使用するが、その個数は任意である。従って、無線センサ端末の個数はより多い場合もあれば、少ない場合もある。後述するように、無線センサ端末は、各種のセンサと無線通信機能を搭載する。本実施例の場合、無線センサ端末とアグリゲータは5〜10m間隔で配置される。
The
アグリゲータ(すなわち、無線データ集約装置)は、個々の無線センサ端末に搭載された各種のセンサによってセンシングされたデータ(以下「センサデータ」ともいう。)を、互いに無線接続された1又は複数台の無線センサ端末を通じて集約する。各アグリゲータは、測定対象フィールドF内に一定間隔に配置され、それぞれが略100〜1000個の無線センサ端末からのデータを集約する。勿論、この数値は一例である。なお、測定対象フィールドFは屋外に限定せず、屋内であっても良いし、屋内と屋外が混在したフィールドであっても良い。アグリゲータは、集約したデータを、通信ケーブルLを介してデータセンタD内のデータサーバsvに伝送する。本明細書において、データとは、各種センサが取得する物理量データだけでなく、システムの運用及び管理の一方又は両方に必要な情報も含む。 The aggregator (that is, the wireless data aggregating apparatus) is configured by one or a plurality of wirelessly connected data (hereinafter also referred to as “sensor data”) sensed by various sensors mounted on individual wireless sensor terminals. Aggregate through wireless sensor terminals. Each aggregator is arranged in the measurement target field F at regular intervals, and each aggregates data from approximately 100 to 1000 wireless sensor terminals. Of course, this numerical value is an example. The measurement target field F is not limited to the outdoors, and may be indoors, or may be a field in which indoors and outdoors are mixed. The aggregator transmits the aggregated data to the data server sv in the data center D via the communication cable L. In this specification, data includes not only physical quantity data acquired by various sensors but also information necessary for one or both of system operation and management.
(1−2)無線マルチホップ接続
図2を用いて、実施例による無線マルチホップ接続(マルチホップ2)と比較例による無線マルチホップ接続(マルチホップ1)の違いを説明する。なお、図2は、図1のうち測定対象フィールドFの部分を詳細に示す。図2においては、無線センサ端末の設置間隔を10m程度に設定し、無線による通信可能距離は50m程度とする。
(1-2) Wireless Multi-hop Connection The difference between the wireless multi-hop connection according to the embodiment (multi-hop 2) and the wireless multi-hop connection according to the comparative example (multi-hop 1) will be described with reference to FIG. 2 shows in detail the portion of the measurement target field F in FIG. In FIG. 2, the installation interval of the wireless sensor terminals is set to about 10 m, and the wireless communicable distance is about 50 m.
一般的な無線マルチホップ接続の場合、各無線センサ端末は、「マルチホップ1」に示すように最近隣に位置する無線センサ端末との間でリンクを確立する。すなわち、個々の無線センサ端末の通信距離は、通信可能距離に対して十分なマージンを有している。この場合、無線センサ端末ls〜無線センサ端末ksは、1ホップずつデータを転送する。つまり、5ホップでデータを転送する。その結果、「マルチホップ1」においては、マルチホップ数が増大し、データの伝送遅延及び消費電力が増大する。
In the case of a general wireless multi-hop connection, each wireless sensor terminal establishes a link with a wireless sensor terminal located in the nearest neighborhood as shown in “multi-hop 1”. That is, the communication distance of each wireless sensor terminal has a sufficient margin with respect to the communicable distance. In this case, the wireless sensor terminal ls to the wireless sensor terminal ks transfer data one hop at a time. That is, data is transferred with 5 hops. As a result, in “
一方、実施例による無線マルチホップ接続の場合、無線センサ端末lsは、その通信可能距離である50mの付近に位置する無線センサ端末と通信する。図2の場合、無線センサ端末lsの通信可能距離と無線センサ端末ksまでの距離はほぼ同じである。このため、無線センサ端末lsは、「マルチホップ2」に示すように1ホップで無線センサ端末ksに接続する。なお、無線センサ端末lsは、無線ネットワークの構築時に、無線リンクの接続先として無線センサ端末ksを選択する。この実施例による接続手法により、データ転送に必要なマルチホップ数の最小化が可能になり、データ伝送遅延時間及び消費電力を低減することが可能になる。
On the other hand, in the case of the wireless multi-hop connection according to the embodiment, the wireless sensor terminal ls communicates with a wireless sensor terminal located in the vicinity of 50 m that is the communicable distance. In the case of FIG. 2, the communicable distance of the wireless sensor terminal ls and the distance to the wireless sensor terminal ks are substantially the same. For this reason, the wireless sensor terminal ls connects to the wireless sensor terminal ks with one hop as shown in “
(1−3)無線センサ端末及びアグリゲータの構成
図3に、無線センサ端末1s〜10000sの内部構成例を示す。なお、図3に示す全ての構成要素が無線センサ端末に搭載されている必要は無く、その一部の構成要素のみを搭載する構成でも良いし、不図示の構成要素を搭載する構成でも良い。
(1-3) Configuration of Wireless Sensor Terminal and Aggregator FIG. 3 shows an internal configuration example of the
図3に示す無線センサ端末は、マイコン301、無線通信部302、タイマ303、センサ304、メモリ305、バッテリ制御部306、バッテリ307、GPS(Global Positioning System)信号受信部308、及びアンテナ309を有する。マイコン301は、内部メモリに記録された制御プログラムに従って、無線通信部302、タイマ303、センサ304、メモリ305、バッテリ制御部306、GPS信号受信部308の動作を制御し、当該制御を通じて端末全体の状態を制御する。
The wireless sensor terminal shown in FIG. 3 includes a
センサ304は、マイコン301から受信したセンサ取得要求に応じてセンサ値をマイコン301に返す。センサ304は、例えば振動計である。マイコン301は、取得したセンサ値をメモリ305に格納する。GPS信号受信部308は、無線センサ端末(自端末)の設置場所を特定する他、測定対象フィールドFに大量に存在する各センサ端末が取得するセンサデータの取得時刻の同期に用いられる。
The
無線通信部302は、他端末(無線センサ端末)から受信した無線通知パケット又は無線通信パケットを受信(又は復調)し、マイコン301に転送する。本明細書では、システム1に参加済みの無効センサ端末が周期的にブロードキャストする無線通信パケットを「無線通知パケット」と呼び、通常通信時の無線通信パケットと区別する。また、無線通信部302は、マイコン301からの応答を無線通信パケットに変換(変調)し、アンテナ309を介して外部空間に送信する。なお、マイコン301は、タイマ303の使用により、無線制御が無線パケットエラーなどにより実現できなかった場合のバックアップやマイコン制御の時間管理のための状態遷移にも対応する。ここで、マイコン301は、周囲に位置する他の無線センサ端末から受信された無線通知パケットの受信電波強度を計算し、相対的に受信電波強度が小さい無線センサ端末を自端末の接続先に選択する。
The
ここで、「無線通知パケットを受信できる」とは、送信元である無線センサ端末が、自端末に対して無線通知パケットを送受信可能な範囲内に位置することを意味する。また、通信可能な無線センサ端末が複数台ある場合に、受信電波強度が最も小さい無線センサ端末は、自端末からの距離が最も離れている無線センサ端末を意味する。ここで、受信電波強度が無線通信部302及びアンテナ309の最低受信感度に近いほど、通信可能距離に近くなる。図2のマルチホップ2は、受信電波強度が最も小さい無線センサ端末を選択した結果である。
Here, “can receive a wireless notification packet” means that a wireless sensor terminal as a transmission source is located within a range in which a wireless notification packet can be transmitted to and received from the terminal itself. In addition, when there are a plurality of wireless sensor terminals that can communicate, the wireless sensor terminal having the smallest received radio wave intensity means a wireless sensor terminal that is farthest from the terminal itself. Here, the closer to the minimum reception sensitivity of the
もっとも、接続先に選択する無線センサ端末は、受信電波強度が最小値である他端末(無線センサ端末)に限定されるものではなく、無線通知パケットの受信が可能な範囲内で受信電波強度が相対的に低いものであれば良い。受信電波強度が低いほど、一般的には自端末と他端末との距離が離れるため、マッピング数の低減に寄与する。また、後述する実施例にて説明するように、接続先に選択する無線センサ端末は、様々な選択条件を考慮して決定される。 However, the wireless sensor terminal to be selected as the connection destination is not limited to other terminals (wireless sensor terminals) having the minimum received radio wave intensity, and the received radio wave intensity is within a range in which the wireless notification packet can be received. A relatively low one is sufficient. As the received radio wave intensity is lower, the distance between the own terminal and other terminals is generally increased, which contributes to the reduction of the number of mappings. Further, as will be described in an embodiment described later, the wireless sensor terminal to be selected as a connection destination is determined in consideration of various selection conditions.
図4に、アグリゲータ1a〜iaの内部構成例を示す。なお、図4に示す全ての構成要素がアグリゲータに搭載されている必要は無く、その一部の構成要素のみを搭載する構成でも良いし、不図示の構成要素を搭載する構成でも良い。 FIG. 4 shows an internal configuration example of the aggregators 1a to ia. Note that it is not necessary that all the constituent elements shown in FIG. 4 are mounted on the aggregator, and only a part of the constituent elements may be mounted, or a constituent element (not shown) may be mounted.
アグリゲータの基本構成は、無線センサ端末と同一である。相違点は、アグリゲータには、電源用インターフェース(IF)406と有線通信部410が追加されている点である。すなわち、アグリゲータには、センサ404が搭載されており、当該センサ404により無線センサ端末としても機能する。
The basic configuration of the aggregator is the same as that of the wireless sensor terminal. The difference is that a power supply interface (IF) 406 and a
アグリゲータは、無線センサ端末とは異なり、電源用インターフェース(IF)406を通じて電力の供給を受けて動作する。電源用インターフェース(IF)406を通じて電力の供給を受けられる分、マイコン401には、無線センサ端末1s〜10000s側のマイコン301よりも処理能力の高いCPUを用いることができる。
Unlike the wireless sensor terminal, the aggregator operates by receiving power supply through a power interface (IF) 406. A CPU having a higher processing capability than the
マイコン401は、アンテナ409及び無線通信部402を通じて集約されたセンサデータ(無線パケット)を有線パケットに変換すると、有線通信部410に出力する。外部機器とのインターフェースである有線通信部410は、通信ケーブルLを介し、有線パケットをデータサーバsvに伝送する。
When the
(1−4)タイミングチャート
図5に、無線センサ端末lsが、既存の無線センサネットワークシステムに参加する際に実行する処理手順を示す。まず、無線センサ端末1sは、システム1に参加済の無線センサ端末から定期的にブロードキャストされる無線通知パケット501及び502を受信する。無線通知パケット501及び502は、無線センサ端末js及びksにそれぞれ対応する。
(1-4) Timing Chart FIG. 5 shows a processing procedure executed when the wireless sensor terminal ls participates in an existing wireless sensor network system. First, the
無線センサ端末1sは、前述したように、無線通知パケット501及び502の受信電波強度を計算し、強度が相対的に低い無線センサ端末ksを接続先(親端末)に選択する。この後、無線センサ端末1sは、選択した無線センサ端末ks宛てにネットワーク参加要求パケット503を送信する。無線センサ端末ksは、既にシステム1に参加しているので、アグリゲータ1aまでの経路情報を保持している。このため、無線センサ端末ksは、当該経路情報に基づいて、受信したネットワーク参加要求パケット503をネットワーク参加要求パケット504としてアグリゲータ1aに転送する。図5の場合、無線センサ端末ksは、ネットワーク参加要求パケット504をアグリゲータ1aに直接転送可能であるが、実際には複数ホップを通じて転送される。
As described above, the
ネットワーク参加要求パケット504を受信したアグリゲータ1aは、無線センサ端末ls用に通信帯域割当を算出し、ネットワーク参加可否情報と算出結果を含むネットワーク参加応答パケット505を無線センサ端末ls宛てに返信する。ネットワーク参加応答パケット505を受信した無線センサ端末ksは、ネットワーク参加応答パケット506を無線センサ端末lsに戻す。ここでの算出結果には、通信周波数チャネル情報、無線センサ端末lsが通信可能なタイミングに関する情報等が含まれる。 The aggregator 1a that has received the network participation request packet 504 calculates communication band allocation for the wireless sensor terminal ls, and returns a network participation response packet 505 including network participation permission information and the calculation result to the wireless sensor terminal ls. The wireless sensor terminal ks that has received the network participation response packet 505 returns the network participation response packet 506 to the wireless sensor terminal ls. The calculation result here includes communication frequency channel information, information about timing at which the wireless sensor terminal ls can communicate, and the like.
ネットワーク参加応答パケット506を受信した無線センサ端末lsは、当該パケットに含まれる帯域情報に基づいて、自端末に割り当てられた通信帯域を確保し、通常のパケット伝送モードに移行する。すなわち、無線センサ端末1sで実行されるアプリケーションで通信要求が発生すると、その情報(センサデータ)を無線通信パケット507及び508として中継局である無線センサ端末ksに送信する。
The wireless sensor terminal ls that has received the network participation response packet 506 secures the communication band assigned to the terminal based on the band information included in the packet, and shifts to the normal packet transmission mode. That is, when a communication request is generated by an application executed on the
なお、前述の説明では、既存のシステム1に、アグリゲータ1a及び無線センサ端末ks、jsが参加している状況を前提としたが、システム1にアグリゲータ1aしか存在しない場合でも、同様の手順で、システム1に参加することができる。その場合は、アグリゲータ1aがブロードキャストする無線通知パケットを、新規に参加する無線センサ端末1sが受信することで一連の動作が開始される。
In the above description, it is assumed that the aggregator 1a and the wireless sensor terminals ks and js are participating in the existing
ネットワーク参加要求パケット503及び504の送信及び転送に際し、その送信元である無線センサ端末1s及びjsは、通信経路の追跡情報として、送信元を特定する識別子(ID)を当該パケット内に追記しても良い。当該識別子が追記されている場合、アグリゲータ1aは、参加要求元の無線センサ端末1sのネットワークトポロジ情報を得ることができる。
When transmitting and transferring the network participation request packets 503 and 504, the
(1−5)効果
以上の通り、本実施例の場合、システム1を構築する各無線センサ端末1s〜10000sが、通信品質の良い(受信電波強度の高い)無線センサ端末ではなく、あえて通信可能距離付近に位置する無線センサ端末(受信電波強度の低い)を接続先に選択する。この結果、無線センサ端末を例えば稠密配置する場合でも、互いに接続される無線センサ端末間の距離を長くでき、マルチホップ数の大幅な削減と遅延時間を短縮することができる。このため、データ収集の通信遅延時間や無線センサ端末で消費される電力量を低減することができる。このことは、バッテリ駆動される無線センサ端末の稼働時間を延ばすのに有利である。
(1-5) Effect As described above, in the case of the present embodiment, the
(2)実施例2
本実施例においては、接続先としての無線センサ端末の具体的な選択方法について説明する。図6に、多数の無線センサ端末が稠密配置されたシステム1と、無線センサ端末1sの通信可能範囲601の位置関係を示す。図6の場合、測定対象フィールドFの中にアグリゲータは1つである。従って、測定対象フィールドF内に位置する全ての無線センサ端末のセンサデータは、アグリゲータ1aに集約される。
(2) Example 2
In this embodiment, a specific method for selecting a wireless sensor terminal as a connection destination will be described. FIG. 6 shows the positional relationship between the
無線センサ端末lsは、システム1への参加時に、マイコン301及びタイマ303によってカウントされる一定時間の間、システム1に既に参加している、自端末の周囲に位置する無線センサ端末から送信される無線通知パケット501及び502の受信を待機する。
When participating in the
図6では、無線センサ端末lsの通信可能範囲601内に、8個の無線センサ端末9s、10s、18s、19s、20s、29s、30s、31sが存在している。このため、無線センサ端末1sは、最大で、8個の無線センサ端末から無線通知パケットを受信する。ここで、無線センサ端末lsは、受信した全ての無線通知パケットの情報をリスト化し、各無線通知パケットを受信した時の受信電波強度が以下の条件式を満たすか否かを判定する。
最低受信感度+α+β≧受信電波強度≧最低受信感度+α …式1
当該条件式を満たす受信電波強度は、図7のハッチングを付して示す帯域に相当する。
In FIG. 6, there are eight
Minimum reception sensitivity + α + β ≧ Receiving radio wave strength ≧ Minimum reception sensitivity + α ...
The received radio wave intensity satisfying the conditional expression corresponds to a band indicated by hatching in FIG.
当該条件を満たす受信電波強度が存在した場合、無線センサ端末lsは、条件を満たす受信電波強度の中で最も低い受信電波強度を有する無線センサ端末を接続先(親端末)として選択し、ネットワーク参加要求パケット503を送信する。ここで、最低受信感度は、受信機に固有のパラメータであり、通常の無線ICであれば、データシート等を調査することにより取得可能である。αは、一定値のマージンであり、無線電波伝搬環境に応じたフェージング等の影響による受信電波強度のばらつきを考慮したパラメータである。一般には、20dB程度の値である。βは、受信電波強度の選択範囲を表すパラメータであり、無線センサ端末のパラメータである。 If there is a received radio wave intensity satisfying the condition, the wireless sensor terminal ls selects the wireless sensor terminal having the lowest received radio wave intensity satisfying the condition as a connection destination (parent terminal), and participates in the network. A request packet 503 is transmitted. Here, the minimum reception sensitivity is a parameter unique to the receiver, and can be acquired by examining a data sheet or the like if it is a normal wireless IC. α is a constant margin and is a parameter that takes into account variations in received radio wave intensity due to the influence of fading or the like according to the radio wave propagation environment. Generally, the value is about 20 dB. β is a parameter representing the selection range of received radio wave intensity, and is a parameter of the wireless sensor terminal.
このように、本実施例では、所定の通信条件を満たす中で、受信電波強度が最も弱い無線センサ端末をあえて接続先に選択することにより、一般的な接続手法(受信電波強度が最も良く、通信品質が最も良い最近隣の無線センサ端末との間で無線リンクを確立する手法)に比べ、マルチホップ数の増加を低減する。 As described above, in this example, a predetermined connection condition (the best received radio wave intensity is obtained by deliberately selecting a wireless sensor terminal having the weakest received radio wave intensity as a connection destination while satisfying predetermined communication conditions. The increase in the number of multi-hops is reduced as compared with a method of establishing a wireless link with the nearest wireless sensor terminal having the best communication quality.
図6の場合、無線伝搬が距離に比例し、かつ、無線電波伝搬環境に依存するフェージング等による受信電波強度のばらつきは無いと仮定し、αを0dBに設定した場合、無線センサ端末lsの通信可能範囲601の中から最も距離の遠い無線センサ端末18sが接続先として選択される。
In the case of FIG. 6, it is assumed that the radio propagation is proportional to the distance and there is no variation in the received radio wave intensity due to fading or the like depending on the radio wave propagation environment, and when α is set to 0 dB, the communication of the radio sensor terminal ls The
以下では、(α,β)の具体例を列挙する。以下に示す(α,β)の例は、各設置条件における具体的なパラメータ設定方法例を示すものであって、条件ごとに無線電波設計に基づき設定されるべきものである。 In the following, specific examples of (α, β) are listed. The following (α, β) examples show specific parameter setting method examples in each installation condition, and should be set based on the radio wave design for each condition.
αは、設置環境特有のフェージング現象による受信電波強度の分散範囲を考慮に入れた、通信品質確保のための安全マージン値である。一般に、下記の値を採用することが多い。
・屋外見通し環境:10dB程度
・屋外非見通し環境:20dB程度
・屋内見通し環境:20dB程度
・屋内非見通し環境:30dB程度
α is a safety margin value for ensuring communication quality, taking into account the dispersion range of the received radio wave intensity due to the fading phenomenon peculiar to the installation environment. In general, the following values are often adopted.
・ Outdoor viewing environment: about 10 dB ・ Outdoor non-viewing environment: about 20 dB ・ Indoor viewing environment: about 20 dB ・ Indoor non-viewing environment: about 30 dB
βは、設置環境条件や無線センサ端末の設置間隔から決定されるべき値である。例えば、設置環境が式2に示す電波伝搬式で記述される環境であるとする。
PL=30*log(d) …式2
ここで、PLはパスロス(電波減衰量[dB])であり、dは距離[m]である。また、無線センサ端末の送信電力を0dBm、受信感度を−90dBmとする。さらに、屋外非見通し環境を想定し、α=20dBとする。以下では、無線センサ端末の設置間隔が10mの場合と50mの場合について記載するが、無線センサ端末の設置間隔がそれ以外の場合でも、同様の方法で算出可能である。
β is a value that should be determined from the installation environment conditions and the installation interval of the wireless sensor terminals. For example, it is assumed that the installation environment is an environment described by the radio wave propagation formula shown in
PL = 30 * log (d)…
Here, PL is a path loss (radio wave attenuation [dB]), and d is a distance [m]. The transmission power of the wireless sensor terminal is 0 dBm, and the reception sensitivity is -90 dBm. Furthermore, assuming an outdoor non-line-of-sight environment, α = 20 dB. In the following description, the case where the installation interval of the wireless sensor terminals is 10 m and the case where the installation interval is 50 m will be described.
・設置間隔が10mの場合
式2に示す電波伝搬式より、ある無線センサ端末から見たとき、70dB(=|α+(−90dBm)|)の減衰量に対応する距離は210mとなる。この場合、無線センサ端末の設置間隔は10m(碁盤目状であれば、約8個の無線センサ端末)であるので、接続先候補となる無線センサ端末数の確保を考慮して、接続先候補範囲を設置間隔の2倍の20mとし、210m〜190mの間に位置する無線センサ端末をターゲットと考える。この場合、式2に示す電波伝搬式より、βの設定値としては、1〜2dB(安全を見て5dB程度)と設定できる。
When the installation interval is 10 m From the radio wave propagation equation shown in
・設置間隔が50mの場合
式2に示す電波伝搬式より、ある無線センサ端末から見たとき、70dB(=|α+(−90dBm)|)の減衰量に対応する距離は210mとなる。この場合、無線センサ端末の設置間隔は50m(碁盤目状であれば、約8個の無線センサ端末)なので、接続先候補となる無線センサ端末数の確保を考慮して、接続先候補範囲を設置間隔の2倍の100mとし、210m〜110mの間に位置する無線センサ端末をターゲットと考える。この場合、式2に示す電波伝搬式より、βの設定値としては、8〜9dB(安全を見て12dB程度)と設定できる。
When the installation interval is 50 m From the radio wave propagation equation shown in
図8に、各無線センサ端末1s〜10000sにおいて実行される処理動作例を示す。当該処理は、マイコン301が、無線通信部302、タイマ303、センサ304、メモリ305、バッテリ制御部306、GPS信号受信機308と連携することにより実行される。
FIG. 8 shows a processing operation example executed in each of the
当該処理は、無線センサ端末に電源が入れられることで開始される(S801)。電源投入後、無線センサ端末は、無線通知パケットを受信するための受信待機状態に移行する(S802)。図9に、無線通知パケットのフォーマット例を示す。無線通知パケットはヘッダ部とデータ部で構成される。ヘッダ部は、通知パケットヘッダ901で構成される。データ部は、アグリゲータからのマルチホップ数902、バッテリ残量903、子端末数904、GPS位置情報905、シーケンス番号906等を含む。
The process is started when the wireless sensor terminal is turned on (S801). After the power is turned on, the wireless sensor terminal shifts to a reception standby state for receiving a wireless notification packet (S802). FIG. 9 shows a format example of the radio notification packet. The radio notification packet includes a header part and a data part. The header part is composed of a notification packet header 901. The data part includes a
図8の説明に戻る。受信待機状態にあるマイコン301は、タイマ303との連携により、事前に設定されたタイムタイムアウト時間まで、タイマ303のカウントダウン処理を実施する(S803)。この期間内に無線通知パケットが受信された場合(S804で肯定結果)、マイコン301は、受信された無線通知パケットに関する情報を近隣無線センサ端末リストとしてメモリ305に格納又は更新する(S805)。なお、当該処理の後、マイコン301は、S802に戻る。
Returning to the description of FIG. The
詳細については後述するが、近隣無線センサ端末リスト1000(図10)には、受信電波強度1001、マルチホップ数1002、バッテリ残量1003、子端末数1004、GPS位置情報1005、無線通知パケット受信率1006、受信無線通知パケット数1007、初回無線通知パケットのシーケンス番号1008及びそれらの優先度1010が格納される。
Although details will be described later, the neighboring wireless sensor terminal list 1000 (FIG. 10) includes a received
図8の説明に戻る。マイコン301は、タイムアウト時間が経過した時点で、近隣無線センサ端末リスト1000に更新情報が格納されている場合(S806で肯定結果)には次のステップへ進む。なお、近隣無線センサ端末リスト1000に更新情報が格納されていない場合(S806で否定結果)、このことは、無線通知パケットを受信しなかったことを意味する。従って、S806で否定結果の場合、マイコン301は、受信待機状態に再度移行し、タイマ303をリセットする。
Returning to the description of FIG. The
近隣無線センサ端末リスト1000に更新情報が格納されている場合、マイコン301は、当該リストの中から接続先を選択する(S807)。この際、マイコン301は、受信電波強度が上述の式1を満たす無線センタ端末を選択する。これにより、マイコン301は、通信可能な範囲内でマルチホップ数を最小にすることのできる接続先(他端末)に自端末を接続することができる。
When update information is stored in the neighboring wireless
接続先の選択後、マイコン301は、接続先経由でアグリゲータ1a宛てに参加要求パケットを送信し(S808)、アグリゲータからの参加応答パケットを受信するための受信待機状態に遷移する(S809)。受信待機中に参加応答パケットの受信があり、ネットワークへの参加が許可された場合(S810で肯定結果)、マイコン301は、自端末のネットワーク情報を更新し(S812)、帯域設定後のネットワーク参加を完了する(S813)。
After selecting the connection destination, the
その後、マイコン301は、システム1に参加済の他の無線センサ端末と同様に、定期的に無線通知パケットを送信し、他の無線センサ端末からの新規の参加要求を待ち受ける。一方、参加応答パケットを受信しなかった場合(S810で否定結果)、マイコン301は、タイムアウト時間内か否かを更に判定し(S811)、タイムアウト時間内の場合(S811で否定結果)には受信待機状態を継続する(S809)。一方、タイムアウト時間が既に経過していた場合(S811で肯定結果)、マイコン301は、参加要求パケットを再度送信する(S808)。
Thereafter, the
以上の通り、各無線センサ端末1s〜10000sが、あえて受信電波強度が最も低い無線センサ端末を接続先に選択することにより、自端末からも最も離れた位置の無線センサ端末との間に位置する無線センサ端末とのホップを削減できる。このため、データ収集の通信遅延時間や無線センサ端末で消費される電力量の低減効果を最大化できる。勿論、バッテリ駆動される無線センサ端末の稼働時間を延ばすのに有利である。
As described above, each of the
(3)実施例3
実施例2においては、接続先の選択処理(S807)において、式1を満たす受信電波強度に対応する無線センサ端末を選択することにより、通信可能な範囲内でマルチホップ数の最小化に寄与する接続先に接続しているが、システム1を構成する無線センサ端末の数や配置の状況によっては、データの集約先であるアグリゲータ1aにデータが向かわない経路ができる可能性がある。また、特定の無線センサ端末に通信負荷が偏り、バッテリ残量に偏りが生じてしまう可能性もある。また、無線センサ端末間の物理的な距離は短いにもかかわらず、障害物の影響のために、受信電波強度上での見かけの距離が長く見える無線センサ端末に接続してしまう可能性もある。なお、その他の問題もあり得る。
(3) Example 3
In the second embodiment, in the connection destination selection process (S807), by selecting a wireless sensor terminal corresponding to the received radio wave
そこで、本実施例では、無線通知パケット(図9)に含まれる情報(マルチホップ数902、バッテリ残量903、子端末数904、GPS位置情報905、シーケンス番号906)等の情報を含めて接続先を選択し(S807)、前述の問題を回避する。以下では、各無線センサ端末のマイコン301が、接続先の選択時に参照する近隣無線センサ端末リスト1000の各情報について説明する。
Therefore, in this embodiment, connection is made including information such as information (
・受信電波強度1001
当該情報は、周囲に存在する他の各無線センサ端末からの無線通知パケットの受信時に、無線通信部302が取得する情報であり、接続先の選択に使用する最も基本的な情報である。マイコン301が、当該情報を用いて、あえて受信電波強度の弱い無線センサ端末を接続先に選択することにより、通信可能な範囲内でマルチホップ数を最小化することができる。
・
The information is information acquired by the
ただし、式1を満たす無線センサ端末が存在しない場合もあり得る。そのような場合、マイコン301は、αの値を小さくして式1を満たす可能性がある無線センサ端末の候補を増やすことが望ましい。マルチホップ数を減らすため、基本的にはαの値を小さくすることを優先するが、それでも候補が見つからない場合にはβの値を大きくして、無線センサネットワークシステムへの参加を優先させる。
However, there may be no wireless sensor terminal that satisfies
・マルチホップ数1002
当該情報は、個々の無線センサ端末が、自端末の通信状態に関する情報として内部に保持する情報である。具体的には、接続先が決定され、アグリゲータ1aからネットワーク接続許可を得た場合に、マイコン301が、決定された接続先から受信したマルチホップ数に1を加えた値として内部メモリに保持する情報である。マイコン301は、当該情報を用いることにより、アグリゲータ1aからのマルチホップ数を正確にカウントし、把握することができる。
・ 1002 multi-hops
This information is information that each wireless sensor terminal holds internally as information regarding the communication state of the terminal itself. Specifically, when the connection destination is determined and the network connection permission is obtained from the aggregator 1a, the
新規にシステム1に参加する無線センサ端末に、式1を満たす複数の無線センサ端末のうち、無線通知パケット内に含まれるマルチホップ数が最小である無線センサ端末を接続先として選択する機能を追加すれば、アグリゲータ1aに近づく方向のデータ伝送経路が選択されるようにできる。
Added a function to select a wireless sensor terminal with the smallest number of multi-hops included in a wireless notification packet as a connection destination among a plurality of wireless sensor
・バッテリ残量1003
当該情報は、無線センサ端末が無線通知パケットを送信する際に、バッテリ制御部306にアクセスしてバッテリ307の残量を取得し、無線通知パケットのデータ部に含める情報である。新規にシステム1に参加する無線センサ端末に、式1を満たす複数の無線センサ端末のうち、バッテリ残量が最大の無線センサ端末を接続先として選択する機能を追加すれば、特定の無線センサ端末への通信負荷を軽減することができる。これにより、バッテリ307に対する負荷をネットワーク全体で平滑化することができる。
-
This information is information that is included in the data portion of the wireless notification packet by accessing the
・子端末数1004
当該情報は、他端末からのデータを中継する無線センサ端末が、システム1への新規の参加を要求する無線センサ端末に対するネットワーク参加応答パケットをアグリゲータ1aから受信して転送し、該当する無線センサ端末からAckが受信された時点でカウントアップされる情報である。すなわち、当該情報は、他端末からのデータを中継する各無線センサ端末に接続されている子端末数を表す。
・ Number of child terminals: 1004
The wireless sensor terminal that relays data from another terminal receives the network participation response packet for the wireless sensor terminal requesting new participation in the
新規にシステム1に参加する無線センサ端末に、式1を満たす複数の無線センサ端末のうち、近隣無線センサ端末リスト1000に記載されている子端末数が最小である無線センサ端末を接続先として選択する機能を追加することにより、特定の無線センサ端末への通信負荷の集中を軽減でき、ネットワーク全体で負荷の分散を実現できる。
As a wireless sensor terminal newly participating in the
・GPS位置情報1005
当該情報は、マイコン301が発した取得要求に対する応答としてGPS信号受信機308から取得される設置位置情報である。一般には、1m以上程度の精度で設置位置を把握できる。既にシステム1に接続している無線センサ端末は、無線通知パケットにGPS位置情報905を含めている。このため、システム1に新たに参加する無線センサ端末に、無線通知パケットに含まれる当該情報を監視し、自端末の近隣に位置する無線センサ端末の設置環境を把握する機能を設けることにより、接続に適さない無線センサ端末を接続先の候補から除外することができる。
・
The information is installation position information acquired from the
具体的には、マイコン301に以下の機能を追加する。まず、マイコン301は、受信した無線通知パケットに含まれるGPS位置情報と自端末で保持されているGPS位置情報との差分を計算して、無線通知パケットを送信した各無線センサ端末と自端末との距離情報を算出する。
Specifically, the following functions are added to the
次に、マイコン301は、設置環境条件を表す電波伝搬式(すなわち式2)に算出された距離情報を代入して算出される受信電波強度と自端末で実際に測定された受信電波強度との差分を算出する。さらに、マイコン301は、算出された差分値が事前に設定した判定閾値より大きいか否かを判定し、大きい場合、該当する他端末を接続先の候補から除外する。差分値が判定閾値より大きい状態は、自端末との距離に対して実際の受信電波強度が低すぎる場合に生じる。このような状態は、物理的な距離は近いにも関わらず、周辺に存在する障害物などの影響で、受信電波強度上での見かけの距離が長く見える場合を意味する。このような場合、式1を満たしたとしても接続には適していないため、接続対象の候補から除外する。
Next, the
・無線通知パケット受信率1006
当該情報は、無線通知パケットに含まれるシーケンス番号906と実際に受信した無線通知パケットの回数とに基づいて算出される情報である。当該情報は以下の手順で求めることができる。新規にシステム1に参加する無線センサ端末では、自端末の近隣に位置する他端末(無線センサ端末)のそれぞれから初めて受信した無線通知パケット(初回無線通知パケット)に含まれるシーケンス番号906を、近隣無線センサ端末リスト1000に端末別に記憶する。
-Radio notification
The information is information calculated based on the sequence number 906 included in the wireless notification packet and the number of actually received wireless notification packets. The information can be obtained by the following procedure. In the wireless sensor terminal newly participating in the
システム1に参加した後も、各無線センサ端末は、自端末の近隣に位置する他端末(無線センサ端末)からの無線通知パケットを受信し続け、そのシーケンス番号906と初回無線通知パケットのシーケンス番号1008との差分から、初回受信時から現在時までに他端末が送信した無線通知パケットの数(差分値)を算出する。
Even after joining the
同時に、各無線センサ端末は、自端末が受信した無線通知パケットの数(受信回数)を送信元毎(端末毎)にカウントアップし、そのカウント値を受信無線通知パケット数1007として近隣無線センサ端末リスト1000に端末別に記憶する。この後、マイコン301は、算出されたカウント値を前述の差分値で除算し、無線通知パケット受信率1006を算出する。ここで、無線通知パケット受信率1006が高いことは、受信成功率が高いことを意味する。
At the same time, each wireless sensor terminal counts up the number (number of receptions) of wireless notification packets received by the terminal for each transmission source (for each terminal), and sets the count value as the number of received
従って、新規にシステム1に参加する無線センサ端末に、式1を満たす複数の無線センサ端末のうち、受信成功率が最も高い無線センサ端末を選択する機能を追加することにより、接続先候補の中でも通信状態が高い無線センサ端末を接続先に選択することができる。
Therefore, by adding a function to select a wireless sensor terminal having the highest reception success rate among a plurality of wireless sensor
・優先度1010
当該情報は、前述した各情報をいずれも利用して接続先を絞り込む際に、いずれの情報を優先的に適用するかを規定する情報である。本実施例の場合、優先度1010は、数値が小さいほど優先順位が高いものとする。例えば「1」は「2」より優先順位が高い。図10に示す近隣無線センサ端末リスト1000の場合、受信電波強度1001、マルチホップ数1002、バッテリ残量1003、子端末数1004、GPS位置情報1005、無線通知パケット受信率1006の順に適用し、最終的に1つの接続先を選択する。それでも接続先を1つに絞り込めない場合、マイコン301はランダムに選択する。
・
This information is information that prescribes which information is preferentially applied when the connection destination is narrowed down using any of the above-described information. In the case of the present embodiment, the
なお、各情報に割り当てる優先度1010は、利用者、保守管理者などが変更可能な仕様としても良い。利用者、保守管理者などが、システム1に求められる要求仕様に応じて優先度1010を変更することができれば、幅広い用途への応用が可能となる。
The
(4)実施例4
本実施例では、システム1を構成する複数の無線センサ端末による自律的なネットワークの構築後に、アグリゲータ1aがネットワーク構成を修正するための機能について説明する。なお、本実施例における構築後とは、全ての無線センサ端末の設置が完了した時点のみならず、接地の途中段階も含む意味である。
(4) Example 4
In the present embodiment, a function for the aggregator 1a to correct the network configuration after the construction of an autonomous network by a plurality of wireless sensor terminals constituting the
新規な無線センサ端末の配置と並行してネットワークが自律的に構築されるシステム1においては、無線センサ端末の配置および電源オンの順番次第によって、図11に示す接続形態のネットワークが構築される。例えば無線センサ端末20sは、3つの無線センサ端末を介してアグリゲータ1aに接続される。しかし、図11から分かるように、無線センサ端末20sの近傍には無線センサ端末19sを通るパスが存在し、そちらのホップ数の方が現時点の接続経路よりも少なく済む。つまり、図11に示すネットワークは、少なくとも無線センサ端末の配置上の観点からは、最適な無線マルチホップを構築できていない。
In the
そこで、本実施例では、アグリゲータ1aに、ネットワークの構築中又は構築後に、各無線センサ端末に対してGPS位置情報を要求する無線通信パケットを送信する機能を搭載する。当該無線通信パケットを受信した各無線センサ端末は、それに対する応答として、GPS位置情報をアグリゲータ1aに送信する。これにより、アグリゲータ1aは、ネットワークトポロジの論理的構成及び物理的構成を把握する。 Therefore, in this embodiment, the aggregator 1a is equipped with a function of transmitting a wireless communication packet for requesting GPS position information to each wireless sensor terminal during or after the construction of the network. Each wireless sensor terminal that has received the wireless communication packet transmits GPS position information to the aggregator 1a as a response thereto. Thereby, the aggregator 1a grasps the logical configuration and physical configuration of the network topology.
ここで、ネットワークトポロジの論理的構成とは、個々の無線センサ端末の接続関係を結んだ構成である。例えば図11であれば、線分で接続された複数の無線センサ端末で与えられる。一方、ネットワークトポロジの物理的構成とは、無線センサ端末の物理的な配置関係のことである。例えば図11であれば、無線センサ端末のフィールド内における物理的な位置関係(GPS位置情報で特定される位置関係)が相当する。 Here, the logical configuration of the network topology is a configuration in which individual wireless sensor terminals are connected. For example, in FIG. 11, it is given by a plurality of wireless sensor terminals connected by line segments. On the other hand, the physical configuration of the network topology is a physical arrangement relationship of the wireless sensor terminals. For example, in FIG. 11, the physical positional relationship (the positional relationship specified by the GPS positional information) in the field of the wireless sensor terminal corresponds.
まず、アグリゲータ1aは、論理的ネットワークトポロジの情報に基づいて、マルチホップ数が最小になっていない無線リンクを検出する。次に、アグリゲータ1aは、検出された無線センサ端末(例えば図11の20s)について、物理的ネットワークトポロジ情報と電波伝搬モデルを用いてマルチホップ数を改善可能な接続先を抽出する。さらに、アグリゲータ1aは、抽出された無線センサ端末(例えば図11の20s)に対し、切断(離脱)又は再起動要求(再接続)を要求する無線通信パケットを発行する。 First, the aggregator 1a detects a radio link in which the number of multihops is not minimized based on information on the logical network topology. Next, the aggregator 1a extracts a connection destination that can improve the number of multihops using the physical network topology information and the radio wave propagation model for the detected wireless sensor terminal (for example, 20s in FIG. 11). Furthermore, the aggregator 1a issues a wireless communication packet requesting a disconnection (detachment) or a restart request (reconnection) to the extracted wireless sensor terminal (for example, 20s in FIG. 11).
当該機能をアグリゲータ1aが有することにより、ネットワークの事後的な最適化が可能となる。なお、前述の説明では、ネットワークの構築が完了した時点(構築途中も含む)で、アグリゲータ1aが各無線センサ端末に対してGPS位置情報を要求する無線通信パケットを送信し、各無線センサ端末はそれに対する応答としてGPS位置情報をアグリゲータ1aに返信しているが、ネットワーク参加要求パケット503及び504内に、GPS位置情報が含まれるようにしても良い。 Since the aggregator 1a has this function, the network can be optimized later. In the above description, when the network construction is completed (including during construction), the aggregator 1a transmits a wireless communication packet requesting GPS position information to each wireless sensor terminal, and each wireless sensor terminal The GPS position information is returned to the aggregator 1a as a response thereto, but the GPS position information may be included in the network participation request packets 503 and 504.
(5)他の実施例
前述した各実施例の機能は、ソフトウェアのプログラムコードによっても実現できる。この場合、プログラムコードを記録した記憶媒体をシステム又は装置に提供し、そのシステム又は装置のコンピュータ(又はCPUやMPU)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す。
(5) Other Embodiments The functions of the above-described embodiments can be realized by software program codes. In this case, a storage medium in which the program code is recorded is provided to the system or apparatus, and the computer (or CPU or MPU) of the system or apparatus reads the program code stored in the storage medium.
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施例の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそれを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体には、例えばフレキシブルディスク、CD−ROM、DVD−ROM、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROMなどが用いられる。 In this case, the program code itself read from the storage medium realizes the functions of the above-described embodiments, and the program code itself and the storage medium storing it constitute the present invention. Examples of storage media for supplying such program codes include flexible disks, CD-ROMs, DVD-ROMs, hard disks, optical disks, magneto-optical disks, CD-Rs, magnetic tapes, nonvolatile memory cards, ROMs, etc. Is used.
また、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOS(オペレーティングシステム)などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータ上のメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータのCPUなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述の実施例の機能が実現されるようにしてもよい。 Also, based on the instruction of the program code, an OS (operating system) running on the computer performs part or all of the actual processing, and the functions of the above-described embodiments are realized by the processing. May be. Furthermore, after the program code read from the storage medium is written in the memory on the computer, the CPU of the computer or the like performs part or all of the actual processing based on the instruction of the program code. You may make it implement | achieve the function of the above-mentioned Example.
さらに、前述した実施例の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを、ネットワークを介して配信することにより、それをシステム又は装置のハードディスクやメモリ等の記憶手段又はCD−RW、CD−R等の記憶媒体に格納し、使用時にそのシステム又は装置のコンピュータ(又はCPUやMPU)が当該記憶手段や当該記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行するようにしても良い。 Further, by distributing the program code of the software that realizes the functions of the above-described embodiments via a network, the program code is stored in a storage unit such as a hard disk or a memory of a system or apparatus or a storage such as a CD-RW or CD-R. The program may be stored in a medium, and a computer (or CPU or MPU) of the system or apparatus may read and execute the program code stored in the storage unit or the storage medium when used.
最後に、ここで述べたプロセス及び技術は、本質的に如何なる特定の装置に関連することはなく、コンポーネントの如何なる相応しい組み合わせによってでも実装できることを理解する必要がある。更に、汎用目的の多様なタイプのデバイスがここで記述した教授に従って使用可能である。ここで述べた方法のステップを実行するのに、専用の装置を構築するのが有益であることが判るかもしれない。また、実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。 Finally, it should be understood that the processes and techniques described herein are not inherently related to any particular apparatus and can be implemented by any suitable combination of components. In addition, various types of devices for general purpose can be used in accordance with the teachings described herein. It may prove useful to build a dedicated device to perform the method steps described herein. Various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiments.
例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。本発明は、具体例に関連して記述したが、これらは、すべての観点において限定の為ではなく説明のためである。本分野にスキルのある者には、本発明を実施するのに相応しいハードウェア、ソフトウェア、及びファームウエアの多数の組み合わせがあることが解るであろう。例えば、記述したソフトウェアは、アセンブラ、C/C++、perl、Shell、PHP、Java(登録商標)等の広範囲のプログラム又はスクリプト言語で実装できる。 For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined. Although the present invention has been described with reference to specific examples, they are in all respects illustrative and not restrictive. Those skilled in the art will appreciate that there are numerous combinations of hardware, software, and firmware that are suitable for implementing the present invention. For example, the described software can be implemented in a wide range of programs or script languages such as assembler, C / C ++, perl, Shell, PHP, Java (registered trademark).
さらに、上述の実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。全ての構成が相互に接続されていても良い。 Furthermore, in the above-described embodiment, control lines and information lines are those that are considered necessary for explanation, and not all control lines and information lines on the product are necessarily shown. All the components may be connected to each other.
加えて、本技術分野の通常の知識を有する者には、本発明のその他の実装がここに開示された本発明の明細書及び実施形態の考察から明らかになる。記述された実施形態の多様な態様及び/又はコンポーネントは、データを管理する機能を有するコンピュータ化ストレージシステムに於いて、単独又は如何なる組み合わせでも使用することが出来る。 In addition, other implementations of the invention will be apparent to those skilled in the art from consideration of the specification and embodiments of the invention disclosed herein. Various aspects and / or components of the described embodiments can be used singly or in any combination in a computerized storage system capable of managing data.
F…測定対象フィールド
D…データセンタ
1s、2s、…、is、(i+1)s、…js、…、10000s…無線センサ端末
1a、ia…アグリゲータ(無線データ集約装置)
sv…データサーバ
L…通信ケーブル
301、401…マイコン
302、402…無線通信部
303、403…タイマ
304、404…センサ
305、405…メモリ
306…バッテリ制御部
307…バッテリ
308、408…GPS信号受信部
309、409…アンテナ
406…電源用インターフェース(IF)
410…有線通信部
F: Measurement target field
D ...
sv ... data server L ...
410: Wired communication unit
Claims (14)
無線通信部と、
無線センサネットワークシステムへの接続時、無線通知パケットの受信電波強度が大きい他端末よりも、無線通知パケットの受信電波強度が小さい他端末を、自端末の接続先に選択し、前記無線センサネットワークシステムへの接続完了以降は、前記無線通信部に対し定期的に無線通知パケットを送出させるプロセッサと
を有する無線センサ端末。 A sensor,
A wireless communication unit;
When connecting to the wireless sensor network system, the wireless sensor network system selects another terminal having a lower reception radio wave strength of the wireless notification packet than the other terminal having a higher reception radio wave strength of the wireless notification packet as a connection destination of the own terminal. A wireless sensor terminal comprising: a processor that periodically transmits a wireless notification packet to the wireless communication unit after connection to the wireless communication unit is completed.
前記プロセッサは、自端末の最低受信感度にマージン値を加えた第1の閾値を超える受信電波強度が得られる他端末を自端末の接続先に選択する
ことを特徴とする無線センサ端末。 The wireless sensor terminal according to claim 1,
The wireless sensor terminal, wherein the processor selects, as a connection destination of the self terminal, another terminal that can obtain a received radio wave intensity exceeding a first threshold value obtained by adding a margin value to the minimum reception sensitivity of the self terminal.
前記プロセッサは、第2の閾値(>第1の閾値)より小さい受信電波強度が得られる他端末を自端末の接続先に選択する
ことを特徴とする無線センサ端末。 The wireless sensor terminal according to claim 2,
The said processor selects the other terminal from which the received radio wave intensity smaller than a 2nd threshold value (> 1st threshold value) is obtained as a connecting point of a self-terminal. The wireless sensor terminal characterized by the above-mentioned.
前記プロセッサは、前記第1の閾値を超え、かつ、前記第2の閾値より小さい受信電波強度が得られる他端末が複数存在する場合、前記受信電波強度が最も小さい他端末を自端末の接続先を選択する
ことを特徴とする無線センサ端末。 In the wireless sensor terminal according to claim 3,
In a case where there are a plurality of other terminals that have a received radio wave intensity that exceeds the first threshold and is smaller than the second threshold, the processor selects the other terminal with the lowest received radio wave intensity as a connection destination of the own terminal. The wireless sensor terminal characterized by selecting.
前記プロセッサは、前記第1の閾値を超える受信電波強度が得られる他端末が存在しない場合、前記第1の閾値を小さい値に変更する
ことを特徴とする無線センサ端末。 In the wireless sensor terminal according to claim 3,
The wireless sensor terminal, wherein the processor changes the first threshold value to a smaller value when there is no other terminal capable of obtaining a received radio wave intensity exceeding the first threshold value.
前記プロセッサは、前記第1の閾値を超え、かつ、前記第2の閾値より小さい受信電波強度が得られる他端末が複数存在する場合、前記他端末から受信した無線通知パケットからマルチホップ数情報を取り出し、最も小さいマルチホップ数情報に対応する他端末を接続先に選択する
ことを特徴とする無線センサ端末。 In the wireless sensor terminal according to claim 3,
The processor, when there are a plurality of other terminals that have a received radio wave intensity that exceeds the first threshold and is smaller than the second threshold, obtains multihop number information from a radio notification packet received from the other terminal. A wireless sensor terminal characterized by taking out and selecting another terminal corresponding to the smallest multi-hop number information as a connection destination.
前記プロセッサは、前記第1の閾値を超え、かつ、前記第2の閾値より小さい受信電波強度が得られる他端末が複数存在する場合、前記他端末から受信した無線通知パケットからバッテリ残量情報を取り出し、最も多いバッテリ残量情報に対応する他端末を接続先に選択する
ことを特徴とする無線センサ端末。 In the wireless sensor terminal according to claim 3,
The processor, when there are a plurality of other terminals that have a received radio wave intensity that exceeds the first threshold and is smaller than the second threshold, obtains remaining battery information from the wireless notification packet received from the other terminal. A wireless sensor terminal that is picked up and selects another terminal corresponding to the most battery remaining amount information as a connection destination.
前記プロセッサは、前記第1の閾値を超え、かつ、前記第2の閾値より小さい受信電波強度が得られる他端末が複数存在する場合、前記他端末から受信した無線通知パケットから接続端末数情報を取り出し、最も少ない接続端末数情報に対応する他端末を接続先に選択する
ことを特徴とする無線センサ端末。 In the wireless sensor terminal according to claim 3,
The processor, when there are a plurality of other terminals that can obtain a received radio wave intensity that exceeds the first threshold and is smaller than the second threshold, obtains the number of connected terminals from a radio notification packet received from the other terminal. A wireless sensor terminal characterized by taking out and selecting another terminal corresponding to the smallest number of connected terminals as a connection destination.
前記プロセッサは、
前記第1の閾値を超え、かつ、前記第2の閾値より小さい受信電波強度が得られる他端末が複数存在する場合、前記他端末から受信した無線通知パケットに含まれる前記他端末のGPS位置情報と自端末が保持するGPS位置情報とに基づいて他端末と自端末の距離情報を算出する処理と、
前記距離情報と設置環境とに応じて定まる電波伝搬式から算出される受信電波強度と前記他端末から実際に受信した無線通知パケットの受信電波強度との差分を算出する処理と、
算出された前記差分が事前に設定された判定閾値より大きい場合、該当する他端末を接続先の候補から除外する処理と
を実行することを特徴とする無線センサ端末。 In the wireless sensor terminal according to claim 3,
The processor is
GPS location information of the other terminal included in the wireless notification packet received from the other terminal when there are a plurality of other terminals that exceed the first threshold and have a received radio wave intensity smaller than the second threshold And calculating the distance information between the other terminal and the own terminal based on the GPS position information held by the own terminal,
A process of calculating a difference between a received radio wave intensity calculated from a radio wave propagation formula determined according to the distance information and an installation environment and a received radio wave intensity of a radio notification packet actually received from the other terminal;
When the calculated difference is larger than a preset determination threshold, a process of excluding the corresponding other terminal from the connection destination candidates is executed.
前記プロセッサは、
前記第1の閾値を超え、かつ、前記第2の閾値より小さい受信電波強度が得られる他端末が複数存在する場合、前記他端末から受信した無線通知パケットから取り出したシーケンス番号と、自端末が受信した前記無線通知パケットの受信回数のカウント値とに基づいて前記無線通知パケットの受信成功率を算出する処理と、
最も大きい前記受信成功率に対応する他端末を接続先に選択する
ことを特徴とする無線センサ端末。 In the wireless sensor terminal according to claim 3,
The processor is
When there are a plurality of other terminals that exceed the first threshold and have a received radio wave intensity smaller than the second threshold, the sequence number extracted from the wireless notification packet received from the other terminal, A process of calculating a reception success rate of the wireless notification packet based on a count value of the number of reception times of the received wireless notification packet;
A wireless sensor terminal, wherein another terminal corresponding to the largest reception success rate is selected as a connection destination.
前記プロセッサは、前記第1の閾値を超え、かつ、前記第2の閾値より小さい受信電波強度が得られる他端末が複数存在する場合、
前記他端末から受信した無線通知パケットからマルチホップ数情報を取り出し、最も小さいマルチホップ数情報に対応する他端末を接続先に選択する処理、
前記他端末から受信した無線通知パケットからバッテリ残量情報を取り出し、最も多いバッテリ残量情報に対応する他端末を接続先に選択する処理、
前記他端末から受信した無線通知パケットから接続端末数情報を取り出し、最も少ない接続端末数情報に対応する他端末を接続先に選択する処理、
前記他端末から受信した無線通知パケットに含まれる前記他端末のGPS位置情報と自端末が保持するGPS位置情報とに基づいて他端末と自端末の距離情報を算出し、更に、前記距離情報と設置環境とに応じて定まる電波伝搬式から算出される受信電波強度と前記他端末から実際に受信した前記無線通知パケットの受信電波強度との差分を算出し、その後、算出された前記差分が事前に設定された判定閾値より大きい場合、該当する他端末を接続先の候補から除外する処理、及び、
前記他端末から受信した無線通知パケットから取り出したシーケンス番号情報と、無線通知パケットの受信回数のカウント値とに基づいて無線通知パケットの受信成功率を算出し、最も大きい前記受信成功率に対応する他端末を接続先に選択する処理
の一部又は全部を事前に定めた優先順に実行し、接続先に選択する他端末を絞り込む
ことを特徴とする無線センサ端末。 In the wireless sensor terminal according to claim 3,
The processor, when there are a plurality of other terminals that exceed the first threshold and can obtain a received radio wave intensity smaller than the second threshold,
Processing for extracting multihop number information from the radio notification packet received from the other terminal and selecting the other terminal corresponding to the smallest multihop number information as a connection destination;
A process of extracting battery remaining amount information from the wireless notification packet received from the other terminal and selecting the other terminal corresponding to the most battery remaining amount information as a connection destination;
A process of extracting the connected terminal number information from the wireless notification packet received from the other terminal and selecting the other terminal corresponding to the smallest connected terminal number information as a connection destination,
Calculate distance information between the other terminal and the own terminal based on the GPS position information of the other terminal included in the wireless notification packet received from the other terminal and the GPS position information held by the own terminal, and further, the distance information The difference between the received radio wave intensity calculated from the radio wave propagation formula determined according to the installation environment and the received radio wave intensity of the radio notification packet actually received from the other terminal is calculated, and then the calculated difference is calculated in advance. When the threshold value is larger than the determination threshold set in the above, the process of excluding the corresponding other terminal from the connection destination candidates,
Calculate the reception success rate of the wireless notification packet based on the sequence number information extracted from the wireless notification packet received from the other terminal and the count value of the reception frequency of the wireless notification packet, and correspond to the largest reception success rate A wireless sensor terminal characterized in that part or all of the process of selecting other terminals as connection destinations is executed in a predetermined priority order to narrow down other terminals to be selected as connection destinations.
前記無線センサネットワークシステムの構築中又は構築後に、複数の前記無線センサ端末の各GPS位置情報と前記無線センサ端末間の接続情報を収集する処理と、収集された前記GPS位置情報及び前記接続情報とに基づいてネットワークトポロジを把握する処理と、マルチホップ数が最小になっていない無線リンクを検出する処理と、前記GPS位置情報により算出される距離情報と設置環境とに応じて定まる電波伝搬式を用いてマルチホップ数を改善可能な接続先を選択する処理と、選択された前記無線センサ端末に対し、無線センサネットワークシステムからの離脱又は再接続を要求する処理と、を実行するプロセッサと
を有する無線データ集約装置。 A plurality of wireless sensors having a function of selecting, as a connection destination of its own terminal, another terminal having a smaller reception radio wave strength of the radio notification packet than another terminal having a higher radio wave reception strength of the radio notification packet when connected to the wireless sensor network system A wireless communication unit that communicates with the terminal;
During or after the construction of the wireless sensor network system, a process of collecting each GPS position information of the plurality of wireless sensor terminals and connection information between the wireless sensor terminals, and the collected GPS position information and the connection information A process for grasping the network topology based on the above, a process for detecting a wireless link whose multi-hop number is not minimized, and a radio wave propagation formula determined according to the distance information calculated by the GPS position information and the installation environment. A processor that executes a process of selecting a connection destination that can be used to improve the number of multi-hops, and a process of requesting the selected wireless sensor terminal to leave or reconnect to the wireless sensor network system. Wireless data aggregation device.
複数の前記無線センサ端末と通信する1又は複数の無線データ集約装置と
を有する無線センサネットワークシステム。 When connecting to the wireless sensor network system, select another terminal having a lower reception radio wave intensity of the radio notification packet than the other terminal having a higher radio wave reception intensity of the radio notification packet as a connection destination of the own terminal, and go to the wireless sensor network system After completing the connection, a plurality of wireless sensor terminals that periodically send out wireless notification packets to the wireless communication unit,
A wireless sensor network system comprising: one or a plurality of wireless data aggregation devices that communicate with a plurality of the wireless sensor terminals.
前記無線データ集約装置は、
無線センサネットワークシステムの構築中又は構築後に、複数の前記無線センサ端末の各GPS位置情報と前記無線センサ端末間の接続情報を収集する処理と、
収集された前記GPS位置情報及び前記接続情報に基づいてネットワークトポロジを把握する処理と、
マルチホップ数が最小になっていない無線リンクを検出する処理と、
前記GPS位置情報により算出される距離情報と設置環境とに応じて定まる電波伝搬式を用いてマルチホップ数を改善可能な接続先を選択する処理と、
選択された前記無線センサ端末に対し、無線センサネットワークシステムからの離脱又は再接続を要求する処理と
を実行することを特徴とする無線センサネットワークシステム。
The wireless sensor network system according to claim 13.
The wireless data aggregation device includes:
A process of collecting each GPS position information of a plurality of the wireless sensor terminals and connection information between the wireless sensor terminals during or after construction of the wireless sensor network system;
Processing to grasp the network topology based on the collected GPS location information and the connection information;
A process for detecting a radio link whose multihop count is not minimized;
A process of selecting a connection destination that can improve the number of multihops using a radio wave propagation formula determined according to the distance information calculated by the GPS position information and the installation environment;
A process for requesting the selected wireless sensor terminal to leave or reconnect to the wireless sensor network system.
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