JP2018019320A - 無線通信ネットワークシステム、無線送信機、無線通信方法、および、センサネットワークシステム - Google Patents

Abstract

【課題】多数の無線送信機が特定の周期で同期されずに一つの収集先装置にデータ送信する無線通信ネットワークシステムにおいて、送信データが収集先装置で密の状態が継続するのを軽減することが可能な無線通信ネットワークシステムを提供する。【解決手段】通信が“密”である状態では、自機による送信データと他機による送信データとが集中して通信が輻輳しデータを失う可能性がある。そこで、特定の周期をデータ発生源装置毎に変えて、通信が“密”でデータの到達率が悪化するのを軽減する。本例では、データ発生源装置１０にユニークなナンバーＮを付与しておき、データ発生周期を下記式（１）に示すように、データ発生源装置毎に変える。Ｔ＝Ｔ０＋Ｎ×ｔ１（１）ここでＴ０は基準となる周期である。Ｎはユニークなナンバーであり、ｔ１はＴ０よりも十分に小さな固定時間であって、全てのデータ発生源装置１０に共通である。【選択図】図３

Description

本発明は、多数の散在するデータ発生源装置が発するデータを無線通信によって途中中継して一箇所に収集するネットワークシステムにおいて、データ発生源装置からのデータ送信周期が重ならないように特定の周期でデータを発生して収集先装置におけるデータ収集でデータの疎密が生じないようにする技術に関する。

多数の散在するデータ発生源装置のデータを無線通信ネットワークによって途中中継して一箇所に収集するシステムにおいて、以下に記載するようなデータ送信方法を想定することは当業者にとって普通にできることである。例えば、
（１）夫々のデータ発生源装置が任意のタイミングでデータを発生し送信する方法。

この方法によると、データ発生源装置が送信したデータが収集先装置へ到達するまでの時間に対して、データ発生周期が十分に長くなければ収集先装置周辺でデータが集中し、場合によっては通信の輻輳によるデータ紛失によって到達率を悪化する可能性がある。
（２）収集先装置がデータ発生源装置を一台ずつ指定してデータを送信させる方法。

この方法によると、収集先装置がデータ発生源装置を指定する周期より、データ発生源装置のデータ送信周期を短くすることができない。
（３）特定の周期を多数のタイムスロットに分割して、データ発生源装置の送信タイミングが重ならないように送信する方法。

無線通信ネットワークによって途中中継して収集先装置が収集するシステムにおいては、到達までの時間が一定ではないため、データ発生源装置の送信タイミングが重ならないように制御することは非常に難しい。

また多数の無線装置を多段中継して通信を行う、所謂、マルチホップ通信ネットワークでは、多段中継される無線装置を同期させること自体が困難である。
下記特許文献１には、データ収集サーバが、各センサノードからセンサデータを受信する手段と、センサデータを統計的に処理して統計量を算出する手段と、統計量に基づいて、センサデータを収集する通信タイミングを決定する手段と、通信タイミングをセンサノードへ通知する手段とを具備するデータ収集システムが記載されている。

そして上記データ収集システムは、上記データ収集サーバが各センサノードから収集したセンサデータに基づいて算出される統計量が所定の閾値を超えて変化すると予測されるまでは、各センサノードからセンサデータを収集するための通信が行われないようにして、統計量の精度を大きく損なうことなく、通信トラヒックおよびデータ収集サーバへのアクセスを減らすようにしている。

特開２０１１−１４２４３９号公報

多数のデータ発生源装置が特定の周期で同期されずにデータを一つの収集先装置へ無線送信すると、収集先装置では通信の集中が発生して通信の疎密が生じる。収集先装置における通信が“密”の状態では輻輳が発生し、到達率の低下が起こる。

上記の特定の周期がすべてのデータ発生源装置に共通であるときには、収集先装置における通信の到達率の悪化が継続するデータ発生源装置を必ず生じさせてしまう。
そこで本発明の目的は、多数の無線送信機が特定の周期で同期されずに一つの収集先装置にデータ送信する無線通信ネットワークシステムにおいて、送信データが収集先装置で密の状態が継続するのを軽減することが可能な無線通信ネットワークシステム、無線送信機、無線通信方法、および、センサネットワークシステムを提供することにある。

上記課題を解決するために本発明の請求項１記載の発明は、多数の散在する無線送信機が特定の周期でデータを送信し、データを無線通信ネットワークによって途中中継して一箇所に収集する無線通信ネットワークシステムにおいて、
上記無線送信機にユニークなナンバーを付与し、付与されたユニークなナンバーに基づいて上記無線送信機におけるデータ発生のための特定の周期が決定され、上記無線送信機は、上記決定されたデータ発生周期に基づいてデータの発生を行う、ことを特徴とする。

上記請求項１記載の無線通信ネットワークシステムにおいて、
上記無線送信機に付与される上記特定の周期は、以下の式（１）により決定される、
Ｔ＝Ｔ０＋Ｎ×ｔ_１ （１）
ここでＴ０は基準となる周期、Ｎはユニークなナンバー、ｔ_１はＴ０よりも十分に小さな固定時間であって、全ての無線送信機に共通である、ことを特徴とする。

上記課題を解決するために本発明の請求項３記載の発明は、多数の散在する無線送信機が特定の周期でデータを送信し、データを無線通信ネットワークによって途中中継して一箇所に収集する無線通信ネットワークシステムにおいて、
上記無線送信機のデータ発生からデータ送信に至るまでに遅延時間を設け、該遅延時間を上記無線送信機毎、又は、上記データ発生毎に異ならせるようにした、ことを特徴とする。

上記課題を解決するために本発明の請求項４記載の発明は、多数の散在する無線送信機が特定の周期でデータを送信し、データを無線通信ネットワークによって途中中継して一箇所に収集する無線通信ネットワークシステムにおける無線送信機であって、
上記無線送信機にユニークなナンバーを付与し、付与されたユニークなナンバーに基づいて上記無線送信機におけるデータ発生のための特定の周期が決定され、上記無線送信機は、上記決定されたデータ発生周期に基づいてデータの発生を行う、ことを特徴とする。

また上記課題を解決するために本発明の請求項５記載の発明は、多数の散在する無線送信機が特定の周期でデータを送信し、データを無線通信ネットワークによって途中中継して一箇所に収集する無線通信ネットワークシステムにおける無線送信機であって、
上記無線送信機のデータ発生からデータ送信に至るまでに遅延時間を設け、該遅延時間を上記無線送信機毎、又は、上記データ発生毎に異ならせるようにした、ことを特徴とする。

上記課題を解決するために本発明の請求項６記載の発明は、多数の散在する無線送信機が特定の周期でデータを送信し、データを無線通信ネットワークによって途中中継して一箇所に収集する無線通信ネットワークシステムにおける無線通信方法であって、
上記無線送信機にユニークなナンバーを付与し、付与されたユニークなナンバーに基づいて上記無線送信機におけるデータ発生のための特定の周期が決定され、上記無線送信機は、上記決定されたデータ発生周期に基づいてデータの発生を行うことを特徴とする。

上記課題を解決するために本発明の請求項７記載の発明は、多数の散在するデータ発生源装置が特定の周期でデータを送信し、データをセンサネットワークによって途中中継して収集先装置に収集するセンサネットワークシステムにおいて、
上記データ発生源装置にユニークなナンバーを付与し、付与されたユニークなナンバーに基づいて上記データ発生源装置におけるデータ発生のための特定の周期が決定され、上記データ発生源装置は、上記決定されたデータ発生周期に基づいてセンサデータの発生を行う、ことを特徴とする。

上記課題を解決するために本発明の請求項８記載の発明は、多数の散在する無線送信機が特定の周期でデータを送信し、データをセンサネットワークによって途中中継して収集先装置に収集するセンサネットワークシステムにおいて、
上記データ発生源装置のデータ発生からデータ送信に至るまでに遅延時間を設け、該遅延時間を上記データ発生源装置毎、又は、上記データ発生毎に異ならせるようにした、ことを特徴とする。

本発明によれば、無線送信機が一つの収集先装置周辺に多数存在し、無線送信機が自律的にデータを送信する無線通信ネットワークシステムにおいて、各々の無線送信機が特定周期で非同期に発生したデータが収集先装置周辺に集中してデータの到達率の悪化するような場合においても、特定の無線送信機に限ってデータの到達率の悪化が継続することを軽減することが可能となる。

本発明の実施形態に係るデータ発生源装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る収集先装置の構成を示す図である。 本発明によるデータ収集に利用される無線通信ネットワークの構成例を示す図である。 本発明が課題とする非同期のデータ送信で収集先装置においてデータ到達に疎密が発生する様子を示す図である。 本発明の他の実施例に係るデータ送信タイミング例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
本明細書では、無線送信機を実施形態ではデータ発生源装置として説明する。また無線通信ネットワークを実施形態ではセンサネットワークシステムとして説明する。

図１Ａは、本発明の実施形態に係るデータ発生源装置の構成を示す図である。また、図１Ｂは、本発明の実施形態に係る収集先装置の構成を示す図である。
図１Ａにおいて、本発明の実施形態に係るデータ発生源装置１０は、データ発生源１１と、データを送受信するための無線送受信部１２と、アンテナ１４と、データ発生源装置１０が発生したデータを一つ先のデータ発生源装置を中継転送先として選択するルーチング処理部１３を備えている。

データ発生源１１は、センサ(不図示)などから得たセンス情報を基に特定の周期で送信データを発生させて無線送受信部１２に引き渡し、無線送受信部１２は、必要に応じてルーチング処理部１３が指示する送信データの宛先にアンテナ１４を経て送信する。

送信データは、途中中継転送されてやがて図１Ｂに示す収集先装置２０に無線通信ネットワーク（後述する）を介して到達する。
図１Ｂにおいて、本発明の実施形態に係る収集先装置２０は、アンテナ２３と、データを送受信するための無線送受信部２１と、収集したデータを処理するデータ処理部２１を備えている。

図１Ａのデータ発生源装置１０から発せられた送信データは、図１Ｂの収集先装置２０のアンテナ２３を介して無線送受信部２２に受信され、さらに無線送受信部２２からデータ処理部２１に引き渡される。

図２は、本発明によるデータ収集に利用される無線通信ネットワークの構成例を示す図である。
図２において、実線の白丸が収集先装置２０の周囲に配置されているデータ発生源装置１０を表しており、実線の黒丸が収集先装置２０を表している。

データ発生源装置１０と収集先装置２０は、各々無線通信ネットワークを介する通信によってデータの授受を行う。無線通信ネットワークによるデータ送信には、無線による通信には到達距離に限りがあり、収集先装置２０から離れたデータ発生源装置１０のデータは、途中のデータ発生源装置（実線の白丸）が中継転送することによりやがて収集先装置２０に到達する。

図２の図中に示す数字１〜４は、収集先装置２０まで中継転送するときの通信回数を表している。一番遠方のデータ発生源装置１０から収集先装置２０までデータを中継転送するために４回の通信を行うことを数字により表している。

また図２に示す無線通信ネットワークにより中継転送を行いながらデータ発生源装置１０から収集先装置２０へ中継転送する具体例を矢印によって示している。
図２では、データ発生源装置１０は自機より収集先装置２０に近いデータ発生源装置（実線の白丸）を選択して中継転送先を決定する、所謂、“ポテンシャルルーチング”と呼ばれるルーチング手法を用いている。

“ポテンシャルルーチング”は、小南、菅野、村田、畠内により発表された「大規模無線センサネットワークにおける管理型自己組織制御に基づくポテンシャルルーチング」電子情報通信学会技術研究報告、VOL.110,NO.377,pp25-30,2011.01.20に開示されているので、必要であれば参照されたい。

図３は、本発明が課題とする非同期のデータ送信で収集先装置においてデータ到達に疎密が発生する様子を示す図である。
すなわち、図３に示す例は、データ発生源装置１０（１〜６）がデータを非同期に発生させて収集先装置２０に送信データがランダムに到達して疎密が発生する例を示している。

送信データは途中の無線送信機(図２における途中のデータ発生源装置１０参照)で中継転送されることになるが、図３では、例えば、データ発生源装置１０（６）からの送信データは中継転送されることなく直接収集先装置２０に到達することも示している。

データ発生源装置１０は特定の周期（図３の下部に示すデータ発生周期Ｔ）で送信データを発生している。例えば５００台ものデータ発生源装置１０が３０分に一回送信データを発生するものとすると、収集先装置２０には３０分間に５００の送信データが到達することになる。

それぞれのデータ発生源装置１０で時刻同期を採ることが不可能であるため、送信されたデータはランダムなタイミングでデータ収集先装置２０に到達することになり、その結果、図３に示すように到達タイミングに“疎、密”が生じる。

図３に示す矢印は、データ発生源装置から収集先装置に送信データが届くものとして表わされているが、実際には途中の無線送信機（データ発生源装置２〜６）で中継転送を行うため、到達する時間もまちまちであって図３に示されるように整然とはならない。

通信が“密”である状態では、自機による送信データと他機による送信データとが集中して通信が輻輳しデータを失う可能性がある。すなわち通信が“疎”の時に比べて“密”の時はデータ到達率が低下する。

このように、特定の周期（図３の下部にデータ発生周期Ｔ）がすべてのデータ発生源装置１０（１〜６）で共通であるときには、“密”となるデータ発生源装置１０（例．１、４、５）の通信は、何時も“密”の状態で通信することになり、“疎”となるデータ発生源装置１０（例．３、６）に比べてデータ到達率が低下する。

そこで本発明の実施例１に係る発明は、図３に示した特定の周期をデータ発生源装置毎に変えて、通信が“密”でデータの到達率が悪化するのを軽減するものである。
すなわち本発明の実施例１は、データ発生源装置１０にユニークなナンバーＮを付与しておき、データ発生周期を下記（１）式に示すように、データ発生源装置毎に変える。

Ｔ＝Ｔ０＋Ｎ×ｔ_１ （１）
ここでＴ０は基準となる周期である。Ｎはユニークなナンバーであり、ｔ_１はＴ０よりも十分に小さな固定時間であって、全てのデータ発生源装置１０に共通である。

データ発生周期Ｔを上記（１）式に示すものとすると、全ての無線送信機（データ発生源装置１０）のデータ発生周期が異なることになり、通信が密な状態を継続するデータ発生源装置を軽減することができる。

しかしながら、上記実施例１で示した特定の周期を変更することができない場合がある。例えば、１０分に一回のデータ送信が必要であり、１０分という時間に意味がある場合などがこれに相当する。

そこで本発明の他の実施例(実施例２に該当)に係る発明は、図３に示した特定の周期に基づくデータ発生の原則を変えずに、データの送信タイミングをデータ発生源装置ごとに変更するようにしたものである。

図４は、本発明の他の実施例(実施例２)に係るデータ送信タイミング例を示す図である。図４において、本発明の実施例２に係るデータ送信タイミングの例では、データ発生周期Ｔに対してデータ送信をｔ時間だけ遅らせて送信するようにしたものである。

ここでｔ時間は、無線送信機（データ発生源装置１０)毎にその値を異ならせるようにした時間であり、データ発生ごとに異なるタイミングとなるようにしたものである。
ｔ時間の決め方は、例えば、時刻とデータ発生源装置のユニークなナンバーを底とした乱数から決めることが考えられる。

１０ データ発生源装置(無線送信機)
１１ データ発生源
１２、２２ 無線送受信部
１３ ルーチング処理部
１４、２３ アンテナ
２０ 収集先装置
２１ データ処理部

Claims (8)

1. 多数の散在する無線送信機が特定の周期でデータを送信し、データを無線通信ネットワークによって途中中継して一箇所に収集する無線通信ネットワークシステムにおいて、
   前記無線送信機にユニークなナンバーを付与し、付与されたユニークなナンバーに基づいて前記無線送信機におけるデータ発生のための特定の周期が決定され、前記無線送信機は、前記決定されたデータ発生周期に基づいてデータの発生を行う、
   ことを特徴とする無線通信ネットワークシステム。
2. 請求項１記載の無線通信ネットワークシステムにおいて、
   前記無線送信機に付与される前記特定の周期は、以下の式（１）により決定される、
   Ｔ＝Ｔ０＋Ｎ×ｔ_１ （１）
   ここでＴ０は基準となる周期、Ｎはユニークなナンバー、ｔ_１はＴ０よりも十分に小さな固定時間であって、全ての無線送信機に共通である、
   ことを特徴とする無線通信ネットワークシステム。
3. 多数の散在する無線送信機が特定の周期でデータを送信し、データを無線通信ネットワークによって途中中継して一箇所に収集する無線通信ネットワークシステムにおいて、
   前記無線送信機のデータ発生からデータ送信に至るまでに遅延時間を設け、該遅延時間を前記無線送信機毎、又は、前記データ発生毎に異ならせるようにした、
   ことを特徴とする無線通信ネットワークシステム。
4. 多数の散在する無線送信機が特定の周期でデータを送信し、データを無線通信ネットワークによって途中中継して一箇所に収集する無線通信ネットワークシステムにおける無線送信機であって、
   前記無線送信機にユニークなナンバーを付与し、付与されたユニークなナンバーに基づいて前記無線送信機におけるデータ発生のための特定の周期が決定され、前記無線送信機は、前記決定されたデータ発生周期に基づいてデータの発生を行う、
   ことを特徴とする無線送信機。
5. 多数の散在する無線送信機が特定の周期でデータを送信し、データを無線通信ネットワークによって途中中継して一箇所に収集する無線通信ネットワークシステムにおける無線送信機であって、
   前記無線送信機のデータ発生からデータ送信に至るまでに遅延時間を設け、該遅延時間を前記無線送信機毎、又は、前記データ発生毎に異ならせるようにした、
   ことを特徴とする無線送信機。
6. 多数の散在する無線送信機が特定の周期でデータを送信し、データを無線通信ネットワークによって途中中継して一箇所に収集する無線通信ネットワークシステムにおける無線通信方法であって、
   前記無線送信機にユニークなナンバーを付与し、付与されたユニークなナンバーに基づいて前記無線送信機におけるデータ発生のための特定の周期が決定され、前記無線送信機は、前記決定されたデータ発生周期に基づいてデータの発生を行うことを特徴とする無線通信方法。
7. 多数の散在するデータ発生源装置が特定の周期でデータを送信し、データをセンサネットワークによって途中中継して収集先装置に収集するセンサネットワークシステムにおいて、
   前記データ発生源装置にユニークなナンバーを付与し、付与されたユニークなナンバーに基づいて前記データ発生源装置におけるデータ発生のための特定の周期が決定され、前記データ発生源装置は、前記決定されたデータ発生周期に基づいてセンサデータの発生を行う、
   ことを特徴とするセンサネットワークシステム。
8. 多数の散在する無線送信機が特定の周期でデータを送信し、データをセンサネットワークによって途中中継して収集先装置に収集するセンサネットワークシステムにおいて、
   前記データ発生源装置のデータ発生からデータ送信に至るまでに遅延時間を設け、該遅延時間を前記データ発生源装置毎、又は、前記データ発生毎に異ならせるようにした、
   ことを特徴とするセンサネットワークシステム。

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