JP2022175553A - Radio communications system, connection destination learning device, connection destination learning program, and connection destination learning method - Google Patents
Radio communications system, connection destination learning device, connection destination learning program, and connection destination learning method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022175553A JP2022175553A JP2021082064A JP2021082064A JP2022175553A JP 2022175553 A JP2022175553 A JP 2022175553A JP 2021082064 A JP2021082064 A JP 2021082064A JP 2021082064 A JP2021082064 A JP 2021082064A JP 2022175553 A JP2022175553 A JP 2022175553A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- communication
- repeater
- learning
- success rate
- sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 323
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 74
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 44
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 11
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 21
- 241000218228 Humulus Species 0.000 description 16
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 241001508691 Martes zibellina Species 0.000 description 3
- 244000025221 Humulus lupulus Species 0.000 description 2
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 description 2
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 description 2
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 2
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
Landscapes
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
Description
この発明は、親機及び子機を含む複数の通信端末間において信号を送受信する互いの接続先が規定された無線通信システム等に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a radio communication system or the like in which connection destinations for transmitting and receiving signals between a plurality of communication terminals including a parent device and a child device are specified.
従来より、センサ及びリピータ等の複数の通信端末を備えた無線通信システムが知られている。無線通信システムは、無線通信により互いに接続される複数の通信端末を備えている。これらの通信端末間では互いの接続先が規定されている。このような無線通信システムでは、通信端末間の接続先は、例えば、電波強度(受信信号強度)に基づいて決定される(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, wireless communication systems are known that include a plurality of communication terminals such as sensors and repeaters. A wireless communication system includes a plurality of communication terminals connected to each other by wireless communication. Mutual connection destinations are defined between these communication terminals. In such a wireless communication system, connection destinations between communication terminals are determined based on, for example, radio field strength (received signal strength) (see, for example, Patent Document 1).
上述のような電波強度に基づいて接続先が決定される構成では、電波強度の高いリピータに接続が集中して通信成功率が低下してしまい、却ってネットワークが不安定になる虞がある。 In the configuration in which the connection destination is determined based on the radio wave intensity as described above, there is a risk that the connection will be concentrated on the repeater with the high radio wave intensity and the communication success rate will decrease, resulting in the network becoming unstable.
この発明は、複数の通信端末間における通信経路の最適化を図ることができる無線通信システム等を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a wireless communication system and the like that can optimize communication paths between a plurality of communication terminals.
本発明の第1の側面によって提供される無線通信システムは、親機及び子機を含む複数の通信端末を備え、該複数の通信端末間において信号を送受信する互いの接続先が規定される無線通信システムであって、子機は、複数の通信端末のうちの他の通信端末からの受信信号強度を測定し、親機は、子機のそれぞれとの通信成功率を算出し、通信成功率が向上するように学習し、受信信号強度及び通信成功率を含む通信状態に関する入力情報が入力された場合に接続先に関する出力情報を出力する学習部、を備える。また、親機は、出力情報に基づいて接続先を更新する。 A wireless communication system provided by a first aspect of the present invention includes a plurality of communication terminals including a parent device and a child device, and a wireless communication system in which mutual connection destinations for transmitting and receiving signals between the plurality of communication terminals are defined. In a communication system, a child device measures received signal strengths from other communication terminals among a plurality of communication terminals, and a parent device calculates a communication success rate with each of the child devices, and calculates the communication success rate a learning unit that learns such that the communication is improved, and outputs output information regarding the connection destination when input information regarding the communication state including the received signal strength and the communication success rate is input. Also, the parent machine updates the connection destination based on the output information.
上記入力情報には、複数の通信端末のそれぞれと他の通信端末との無線通信における信号の伝播経路数であるパス数と該電波経路のそれぞれの通信信号強度とを含むようにしてもよい。 The input information may include the number of paths, which is the number of signal propagation paths in wireless communication between each of the plurality of communication terminals and other communication terminals, and the communication signal strength of each of the radio wave paths.
上記学習部は、通信成功率を報酬とした強化学習によって学習するようにしてもよい。 The learning unit may learn by reinforcement learning with a communication success rate as a reward.
上記親機は、複数のタイムスロットを含む通信スケジュールに従って、複数のタイムスロットのそれぞれに割り当てられた子機と通信を行い、上記子機のそれぞれは、複数のタイムスロットのうち親機又は他の子機が割り当てられたタイムスロットにおいて親機又は他の子機が送信する信号に基づいて前記受信信号強度を測定するようにしてもよい。 The parent device communicates with the child device assigned to each of the plurality of time slots according to a communication schedule including the plurality of time slots, and each of the child devices communicates with the parent device or other devices among the plurality of time slots. The received signal strength may be measured based on a signal transmitted by the parent device or another child device in the time slot to which the child device is assigned.
上記親機及び子機のそれぞれは、複数のタイムスロットのうち割り当てられたタイムスロットにおいて同期信号を送信するように構成され、上記子機のそれぞれは、複数のタイムスロットのうち親機又は他の子機が割り当てられたタイムスロットにおいて親機又は他の子機が送信する同期信号に基づいて受信信号強度を測定するようにしてもよい。 Each of the parent device and the child device is configured to transmit a synchronization signal in an assigned time slot among the plurality of time slots, The received signal strength may be measured based on the synchronization signal transmitted by the master or another slave in the time slot assigned to the slave.
上記通信成功率は、無線通信において、親機から子機へ送信された返信要求に対して返信があった割合であり、上記親機は、子機のそれぞれに対して通信成功率を算出するようにしてもよい。 The communication success rate is the ratio of responses to reply requests sent from the parent device to the child device in wireless communication, and the parent device calculates the communication success rate for each child device. You may do so.
本発明の第2の側面によって提供される接続先学習装置は、親機及び子機を含む複数の通信端末が備えられて該複数の通信端末間において信号を送受信する互いの接続先が規定された無線通信システムに適用するための接続先学習装置であって、子機が測定した他の通信端末からの受信信号強度、及び、親機と子機のそれぞれとの通信成功率を含む通信状態に関する入力情報を取得する取得手段、通信成功率が向上するように学習する学習手段、通信状態に関する入力情報が入力された場合に接続先に関する出力情報を出力する出力手段、を備える。 A connection destination learning device provided by a second aspect of the present invention is provided with a plurality of communication terminals including a parent device and a child device, and mutual connection destinations for transmitting and receiving signals between the plurality of communication terminals are specified. A connection destination learning device for application to a wireless communication system, which includes the received signal strength from other communication terminals measured by the child device and the communication state including the communication success rate between the parent device and the child device. acquisition means for acquiring input information regarding the connection destination, learning means for learning so as to improve the communication success rate, and output means for outputting output information regarding the connection destination when input information regarding the communication state is input.
本発明の第3の側面によって提供される接続先学習プログラムは、親機及び子機を含む複数の通信端末が備えられて該複数の通信端末間において信号を送受信する互いの接続先が規定された無線通信システムに適用するための接続先学習装置を、子機が測定した他の通信端末からの受信信号強度、及び、親機と子機のそれぞれとの通信成功率を含む通信状態に関する入力情報を取得する取得手段、通信成功率が向上するように学習する学習手段、通信状態に関する入力情報が入力された場合に接続先に関する出力情報を出力する出力手段、として機能させる。 A connection destination learning program provided by a third aspect of the present invention is provided with a plurality of communication terminals including a parent device and a child device, and mutual connection destinations for transmitting and receiving signals between the plurality of communication terminals are defined. Input related to the communication status including the received signal strength from other communication terminals measured by the child device and the success rate of communication with each of the parent device and the child device It functions as acquisition means for acquiring information, learning means for learning so as to improve the communication success rate, and output means for outputting output information regarding a connection destination when input information regarding a communication state is input.
本発明の第4の側面によって提供される接続先学習方法は、親機及び子機を含む複数の通信端末が備えられて該複数の通信端末間において信号を送受信する互いの接続先が規定された無線通信システムに適用するための接続先学習方法であって、子機が測定した他の通信端末からの受信信号強度、及び、親機と子機のそれぞれとの通信成功率を含む通信状態に関する入力情報を取得する取得処理、通信成功率が向上するように学習する学習処理、通信状態に関する入力情報が入力された場合に接続先に関する出力情報を出力する出力処理、を含む。 A connection destination learning method provided by a fourth aspect of the present invention is provided with a plurality of communication terminals including a parent device and a child device, and mutual connection destinations for transmitting and receiving signals between the plurality of communication terminals are defined. A connection destination learning method for application to a wireless communication system, which includes the received signal strength from other communication terminals measured by the child device and the communication state including the communication success rate between the parent device and the child device. Acquisition processing for acquiring input information regarding the connection destination, learning processing for learning so as to improve the communication success rate, and output processing for outputting output information regarding the connection destination when input information regarding the communication state is input.
この発明によれば、通信成功率が向上するように学習され、学習によって自動的に複数の通信端末間における互いの接続先に関する情報が更新されるので、通信ができない(失敗する)ことが低減され、複数の通信端末間における通信経路の最適化を図ることができる。 According to the present invention, learning is performed so as to improve the communication success rate, and the learning automatically updates the information regarding the mutual connection destinations between a plurality of communication terminals, thereby reducing communication failures (failures). It is possible to optimize communication paths between a plurality of communication terminals.
図面を参照してこの発明の実施形態に係る無線通信システム(接続先学習装置、接続先学習プログラム、接続先学習方法)について説明する。なお、この発明の構成は、実施形態に限定されるものではない。また、以下で説明するフローを構成する各種処理の順序は、処理内容に矛盾等が生じない範囲で順不同である。 A wireless communication system (connection destination learning device, connection destination learning program, connection destination learning method) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the structure of this invention is not limited to embodiment. Further, the order of various processes constituting the flow described below is random as long as there is no contradiction or the like in the contents of the processes.
図1は、この発明の実施形態に係る無線通信システム100の概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a
無線通信システム100は、データステーション10と、複数の中継機20と、複数のセンサ30とを有している。データステーション10、中継機20及びセンサ30は、通信端末であり、互いに無線通信を行い、自律的にネットワークを構築する。すなわち、複数の通信端末間において信号を送受信する互いの接続先が規定される。無線通信システム100においては、マルチホップ無線ネットワークが形成される。データステーション10は、親機として機能する。中継機20及びセンサ30は、子機として機能する。基本的には、データステーション10は、中継機20と通信を行い、センサ30は、中継機20と通信を行う。センサ30の個数は、中継機20に比べて多い。
A
データステーション10及び中継機20は、データステーション10を頂点(最上位)とするツリー型のネットワークトポロジを構成している。本実施形態では、ネットワークにおいてデータステーション10側を上流側又は上位とし、ツリーの末端側を下流側又は下位とする。また、データステーション10、中継機20及びセンサ30を区別しない場合には、単に通信端末と称する場合がある。また、各中継機20を区別する場合には、符号「20」の後にアルファベットを付して区別する。同様に、各センサ30を区別する場合には、符号「30」の後にアルファベットを付して区別する。
The
無線通信システム100では、センサ30が対象物の所定の物理量を検出し、その検出値、即ち、検出データが中継機20を介してデータステーション10に収集される。例えば、無線通信システム100は、蒸気システムを有する工場内に設置される。蒸気システムは、複数のスチームトラップT(図1では1つだけ図示)を有している。対象物は、スチームトラップTである。センサ30は、スチームトラップTの振動数及び温度を検出する。
In the
また、無線通信システム100では、AI(Artificial Intelligence)の機械学習(例えば、強化学習)を利用し、親機と子機のそれぞれとの通信成功率が向上するように学習させることで、複数の通信端末間において信号を送受信する互いの接続先(通信経路)を最適化する。
Further, in the
〈データステーションの構成〉
図2は、データステーション10のブロック図である。データステーション10は、無線通信システム100のセンサ30の検出値の収集及び管理を行う。また、データステーション10は、外部ネットワーク等を介して上位のサーバ90(図1)等に接続される。データステーション10は、必要に応じて、センサ30の検出値をサーバ90に転送する。さらに、データステーション100は、接続先学習装置として機能し、無線通信システム100の通信経路の確立を行う。
<Configuration of data station>
FIG. 2 is a block diagram of
データステーション10は、CPU11と、メモリ12と、記憶部13と、無線通信回路14と、計時回路15と、上位インターフェース部16と、電源回路17とを有している。その他、データステーション10は、GPUを有していてもよい。
The
記憶部13には、各種プログラム及び各種情報が記憶されている。CPU11は、記憶部13から各種プログラムを読み込み、実行することにより、様々な処理を行う。例えば、記憶部13には、ネットワークの通信経路を形成するためのプログラム、センサ30の検出値を収集するためのプログラム、ネットワークのツリー構造を規定するツリーテーブル、各センサ30がどの中継機20に接続されているかを規定したセンサテーブル、最終送信先へのルートを規定するルーティングテーブル、ツリーテーブルからルーティングテーブルを作成するためのプログラム、中継機20と通信を行うスケジュールを規定したスケジュール情報、及び、収集した検出値等が記憶されている。
Various programs and various information are stored in the
また、記憶部13には、通信成功率を算出するプログラムが記憶されている。通信成功率は、無線通信において、親機(データステーション10)から各子機(中継器20及びセンサ30)へ送信された返信要求に対して返信があった割合である。データステーション10(CPU11)は、{(返信があった回数)/(返信を要求した回数)}を通信成功率として算出する。データステーション10(CPU11)は、子機のそれぞれに対して通信成功率を算出する。例えば、現時点から過去に返信を要求した所定回数(例えば、過去5回分)についての通信成功率を記憶する。尚、「返信があった回数」は、データステーション10が受信した回数を意味する。したがって、センサ30が検出値を返信したが、途中の中継機20が返信に失敗した場合は、「返信があった回数」にはカウントされない。また、通信成功率は、返信を要求した子機との通信成功率である。したがって、例えば、データステーション10から或るセンサ30に対して返信を要求する場合、途中で中継機20が信号を中継していても、データステーション10と該或るセンサ30との通信成功率として算出される。尚、算出のための「返信があった回数」等のデータ、算出された通信成功率も記憶部13に保存される。
The
さらに、記憶部13には、接続先学習プログラムが記憶されている。CPU11が、接続学習プログラムを実行することで、学習部DL(学習モデル)として機能する。学習部DLは、複数の通信端末間において信号を送受信する互いの接続先に関する出力情報を出力する。CPU11(データステーション10)は、この出力情報に基づいて無線通信システム100の通信経路の確立(変更)を行う。詳細は、後述する。
Furthermore, the
無線通信回路14は、中継機20等の他の通信端末と無線通信を行う。無線通信回路14は、CPU11の制御によって動作し、各種信号を符号化・変調等の処理により無線信号に変換し、アンテナを介して送信する。また、無線通信回路14は、アンテナを介して受信した信号を復調・複合化等の処理により適切な信号に変換する。さらに、無線通信回路14は、受信した信号に基づいて受信信号強度(RSSI:Received Signal Strength Indicator)を計測する。受信信号強度は、例えば、受信した信号の平均値を用いることができる。受信信号強度は、受信信号の発信端末の識別情報に対応付けて記憶部13に保存される。
The
計時回路15は、所定のクロックを発生し、データステーション10の基準となる時刻を計時する。上位インターフェース部16は、サーバ90との間のインターフェース処理を行う。電源回路17は、外部電源(図示省略)が接続されており、データステーション10の各要素に電力を供給する。
The
〈中継機の構成〉
図3は、中継機20のブロック図である。中継機20は、データステーション10の指令に応じて、センサ30の検出値をデータステーション10へ送信する。中継機20は、CPU21と、メモリ22と、記憶部23と、無線通信回路24と、計時回路25と、電源回路26と、電池27とを有している。
<Configuration of Repeater>
FIG. 3 is a block diagram of the
記憶部23には、各種プログラム及び各種情報が記憶されている。CPU21は、記憶部23から各種プログラムを読み込み、実行することにより、様々な処理を行う。例えば、記憶部23には、ネットワークの通信経路を形成するためのプログラム、センサ30の検出値を中継するためのプログラム、ツリーテーブル、ルーティングテーブル、ツリーテーブルからルーティングテーブルを作成するためのプログラム、繋がっているセンサ30を特定するセンサ接続情報及び、センサ30から取得した検出値等が記憶されている。
Various programs and various information are stored in the
また、記憶部23には、電池27の残量を推定するためのプログラムも記憶されている。CPU21は、該プログラムを実行することによって、各種処理に応じた消費電力を積算し、電池27の残量を推定する。
The
無線通信回路24は、他の通信端末と無線通信を行う。無線通信回路24は、CPU21の制御によって動作し、各種信号を符号化・変調等の処理により無線信号に変換し、アンテナを介して送信する。また、無線通信回路24は、アンテナを介して受信した信号を復調・複合化等の処理により適切な信号に変換する。さらに、無線通信回路24は、受信した信号に基づいて受信信号強度を計測する。受信信号強度は、例えば、受信した信号の平均値を用いることができる。受信信号強度は、受信信号の発信端末の識別情報に対応付けて記憶部23に保存される。
The
計時回路25は、所定のクロックを発生し、中継機20の基準となる時刻を計時する。電源回路26には、電池27が接続されている。電源回路26は、中継機20の各要素に電力を供給する。
The
中継機20は、他の通信端末との信号の送受信等の様々な処理を実行できるアクティブ状態と、信号の送受信等の処理が実行できないが、アクティブ状態に比べて消費電力が抑制されたスリープ状態とを切り替え可能に構成されている。中継機20がアクティブ状態からスリープ状態となる際には、CPU21は、アクティブ状態になるべき時刻を計時回路25に設定し、非アクティブ状態となる。スリープ状態において、計時回路25は、計時を継続する。設定された時刻になると、計時回路25は、CPU21に時刻の到来を通知し、この通知を受けたCPU21は、非アクティブ状態からアクティブ状態となる。また、アクティブ状態のCPU21は、メモリ22、記憶部23及び無線通信回路24への電源回路26からの電力供給を許可する。こうして、中継機20は、スリープ状態からアクティブ状態となる。
The
〈センサの構成〉
図4は、センサ30のブロック図である。センサ30は、スチームトラップTの振動数及び温度を検出し、その検出値を対応する中継機20に送信する。センサ30は、対象物の所定の物理量を検出するセンサ部40と、センサ部40の検出値を他の通信端末に送信する処理部50とを有している。
<Sensor configuration>
FIG. 4 is a block diagram of
センサ部40は、振動センサ及び温度センサを含んでおり、スチームトラップTの振動数及び温度を検出する。センサ部40は、スチームトラップTのケーシング(例えば、蒸気及びドレンが流入する流入部)に接触するように設置され、接触した部分の振動数及び温度を検出する。センサ部40は、検出した振動数及び温度に対応する電気信号を処理部50に出力する。
The
処理部50は、CPU51と、メモリ52と、記憶部53と、無線通信回路54と、計時回路55と、センサインターフェース部56と、電源回路57と、電池58とを有して
いる。
The
記憶部53には、各種プログラム及び各種情報が記憶されている。CPU51は、記憶部53から各種プログラムを読み込み、実行することにより、様々な処理を行う。例えば、記憶部53には、ネットワークの通信経路を形成するためのプログラム、センサ部40から振動数及び温度を取得し、検出値として中継機20に送信するためのプログラム、繋がっている中継機20を特定する中継機接続情報、及び、検出値等が記憶されている。
Various programs and various information are stored in the
また、記憶部53には、電池58の残量を推定するためのプログラムも記憶されている。CPU51は、該プログラムを実行することによって、各種処理に応じた消費電力を積算し、電池58の残量を推定する。
The
無線通信回路54は、他の通信端末と無線通信を行う。無線通信回路54は、CPU51の制御によって動作し、各種信号を符号化・変調等の処理により無線信号に変換し、アンテナを介して送信する。また、無線通信回路54は、アンテナを介して受信した信号を復調・複合化等の処理により適切な信号に変換する。さらに、無線通信回路54は、受信した信号に基づいて受信信号強度を計測する。受信信号強度は、例えば、受信した信号の平均値を用いることができる。受信信号強度は、受信信号の発信端末の識別情報に対応付けて記憶部53に保存される。
A
計時回路55は、所定のクロックを発生し、センサ30の基準となる時刻を計時する。センサインターフェース部56は、センサ部40との間のインターフェース処理を行う。電源回路57には、電池58が接続されている。電源回路57は、センサ30の各要素に電力を供給する。
The
センサ30は、中継機20と同様に、他の通信端末との信号の送受信等の様々な処理を実行できるアクティブ状態と、信号の送受信等の処理が実行できないが、アクティブ状態に比べて消費電力が抑制されたスリープ状態とを切り替え可能に構成されている。
As with the
〈通信端末の接続関係〉
無線通信システム100では、各通信端末の接続先が定められており、その接続関係に基づいて信号の伝搬が行われる。無線通信システム100は、データステーション10、中継機20及びセンサ30の接続関係として、ツリーテーブル、ルーティングテーブル、センサテーブル、センサ接続情報及び中継機接続情報を保持している。
<Communication terminal connection>
In the
ツリーテーブルは、無線通信システム100のツリー構造を規定するテーブルであり、各中継機20の上位の通信端末を規定している。ツリーテーブルは、無線通信システム100で1つ作成され、データステーション10及び全ての中継機20は、共通のツリーテーブルを保持している。図5は、図1の無線通信システム100に対応するツリーテーブルである。ツリーテーブルの上欄には、対象となる中継機20が記載され、下欄には、各中継機20が接続される上位側の通信端末(データステーション10又は中継機20)が規定されている。
The tree table is a table that defines the tree structure of the
ルーティングテーブルは、或る通信端末から全ての到達可能な最終送信先の通信端末と該或る通信端末から該最終送信先までの通信経路における次の(1ホップ先の)通信端末との対応関係、即ち、最終送信先までの通信経路における或る通信端末から1ホップだけ下位の通信端末を規定している。ルーティングテーブルは、ツリーテーブルに基づいて作成される。データステーション10及び各中継機20は、それぞれに固有のルーティングテーブルを保持している。
The routing table shows the correspondence relationship between all reachable final destination communication terminals from a certain communication terminal and the next (one-hop ahead) communication terminal in the communication route from the certain communication terminal to the final destination. That is, it defines a communication terminal that is one hop lower than a certain communication terminal on the communication route to the final destination. A routing table is created based on the tree table. Each
図6は、図1の無線通信システム100における中継機20aのルーティングテーブルである。ルーティングテーブルの上欄には、対象となる最終送信先が記載され、下欄には、中継機20aを起点とする場合の1ホップ先の中継機20が規定されている。中継機20aからは、中継機20b,20c,20d,20e,20f,20g,20h,20iに到達可能であるので、それらの中継機20までの通信経路上の中継機20aから1ホップだけ下位の中継機20がそれぞれ規定されている。中継機20j,20kは、中継機20aからは到達できないので、中継機20aのルーティングテーブルにおいては、最終送信先を中継機20j,20kとした場合の1ホップ先の中継機20は規定されていない。
FIG. 6 is a routing table of the
センサテーブルは、センサ30と中継機20との接続関係(即ち、各センサ30がどの中継機20に接続されているか)を規定している。センサテーブルは、無線通信システム100で1つ作成され、データステーション10が保持している。図7は、図1の無線通信システム100に対応するセンサテーブルである。センサテーブルの上欄には、対象となるセンサ30が記載され、下欄には、各センサ30が接続される中継機20が規定されている。
The sensor table defines the connection relationship between the
センサ接続情報は、中継機20がそれぞれ保持する情報であって、各中継機20に接続されたセンサ30を特定する情報(例えば、センサ30の通信アドレス)である。
The sensor connection information is information held by each of the
中継機接続情報は、センサ30のそれぞれが保持する情報であって、各センサ30が接続される中継機20を特定する情報(例えば、中継機20の通信アドレス)である。
The repeater connection information is information held by each of the
無線通信システム100では、これらの接続関係を用いて信号の伝搬が行われる。まず、信号がデータステーション10からダウンリンク方向に送信される場合について説明する。例えば、データステーション10がセンサ30gへ信号を送信する場合、データステーション10は、センサテーブルに基づいて、センサ30gが繋がっている中継機20hを割り出す。そして、データステーション10は、自身のルーティングテーブルに基づいて、最終送信先が中継機20hである場合の1ホップ先の中継機20が中継機20aであることを割り出す。データステーション10は、最終送信先に中継機20hを設定し、1ホップ先の送信先に中継機20aを設定した信号を送信する。
In the
以下、この信号を受信した各中継機20は、自身のルーティングテーブルに基づいて、1ホップ先の中継機20を変更し、該信号を中継機20hまで伝搬する。具体的には、中継機20aは、中継機20dを1ホップ先の送信先に設定して、該信号を転送する。該信号を受信した中継機20dは、中継機20gを1ホップ先の送信先に設定して、該信号を転送する。該信号を受信した中継機20gは、中継機20hを1ホップ先の送信先に設定して、該信号を転送する。最終送信先である中継機20hは、該信号を受信すると、自身のセンサ接続情報に基づいて、最終送信先及び1ホップ先の送信先の両方をセンサ30gに設定し、該信号を送信する。こうして、該信号は、最終的にセンサ30gによって受信される。
After that, each
次に、信号がデータステーション10へアップリンク方向に送信される場合について説明する。例えば、センサ30gがデータステーション10へ信号を送信する場合、センサ30gは、自身の中継機接続情報に基づいて、最終送信先及び1ホップ先の送信先の両方を中継機20hに設定した信号を送信する。該信号は、中継機20hによって受信される。中継機20hは、ツリーテーブルに基づいて、1ホップだけ上位の中継機20が中継機20gであることを割り出す。中継機20hは、最終送信先にデータステーション10を設定し、1ホップ先の送信先に中継機20gを設定した信号を送信する。
Next, the case where the signal is transmitted in the uplink direction to the
以下、この信号を受信した各中継機20は、ツリーテーブルに基づいて、1ホップ先の中継機20を変更し、該信号をデータステーション10まで伝搬する。具体的には、中継機20gは、1ホップ先の送信先に中継機20dを設定して、該信号を転送する。中継機20dは、1ホップ先の送信先に中継機20aを設定して、該信号を転送する。中継機20aは、1ホップ先の送信先にデータステーション10を設定して、該信号を転送する。こうして、該信号は、最終的にデータステーション10によって受信される。
After that, each
このようにデータステーション10、中継機20及びセンサ30は、通信端末の接続関係(ツリーテーブル、ルーティングテーブル、ツリーテーブル、センサ接続情報及び中継機接続情報)に基づいて信号を送信する。
In this manner, the
〈通信スケジュール〉
このように構成された無線通信システム100は、通常の運転動作として、センサ30の検出値をデータステーション10に収集する収集処理を行う。データステーション10は、図8に示す通信スケジュールに従って各中継機20と通信を行い、各中継機20に対応する、即ち、繋がっているセンサ30の検出値を収集する。
<Communication schedule>
The
図8の通信スケジュールは、収集処理の1サイクルを示しており、図8の通信スケジュールが繰り返し実行される。通信スケジュールは、複数のタイムスロットに分割されている。各中継機20には、特定のタイムスロットが割り当てられている。各中継機20は、対応するタイムスロットにおいてデータステーション10と通信を行い、該中継機20に繋がったセンサ30からの検出値をデータステーション10に送信する(以下、この処理を「返信処理」ともいう)。
The communication schedule in FIG. 8 indicates one cycle of collection processing, and the communication schedule in FIG. 8 is repeatedly executed. The communication schedule is divided into multiple time slots. Each
基本的には、各中継機20は、割り当てられた特定のタイムスロット(以下、「特定スロット」とも称する)においてアクティブ状態となり、特定スロット以外のときはスリープ状態となる。ただし、他の中継機20とデータステーション10との通信経路上に存在する中継機20は、下位の中継機20がデータステーション10と通信する場合に中継処理を行う必要があるため、下位の中継機20に割り当てられたタイムスロット(以下、「中継スロット」とも称する)においてもアクティブ状態となって中継処理を実行する。また、センサ30は、繋がっている中継機20の特定スロットにおいて該中継機20へ検出値を送信するので、該中継機20の特定スロットにおいてアクティブ状態となっている。センサ30は、中継機20へ検出値を送信する必要がないときには、基本的にはスリープ状態となっている。
Basically, each
図8の通信スケジュールでは、タイムスロットがマトリックス状に規定されている。基本的には、ツリー構造の通信経路の階層に従ってタイムスロットが割り当てられている。詳しくは、列ごとにツリー構造の階層が割り当てられる。例えば、列L0には、データステーション10が割り当てられ、列L1には、第1階層(即ち、ホップ数が1)が割り当てられ、列L2には、第2階層(即ち、ホップ数が2)が割り当てられる。第3階層以降についても同様である。
In the communication schedule of FIG. 8, time slots are defined in a matrix. Basically, time slots are assigned according to the hierarchy of communication paths in a tree structure. Specifically, a tree structure hierarchy is assigned to each column. For example, column L0 is assigned the
通常、各中継機20には、何れか1つのタイムスロットが割り当てられる。第1階層の中継機20a,20jには、列L1のタイムスロットが割り当てられる。第2階層の中継機20b,20c,20d,20kには、列L2のタイムスロットが割り当てられる。第3階層の中継機20e,20f,20gには、列L3のタイムスロットが割り当てられる。第4階層の中継機20h,20iには、列L4のタイムスロットが割り当てられる。
Usually, each
一方、データステーション10は、中継機20に比べて処理内容が多いので、1つのタイムスロットではなく、複数のタイムスロット(図8では、列L0の全てのタイムスロット)がデータステーション10に割り当てられる。尚、列に含まれるタイムスロットの数と各階層に含まれる中継機20の数は異なる(通常、列に含まれるタイムスロットの数の方が多い)ので、列に含まれるタイムスロットには、中継機が割り当てられていないものも存在する。
On the other hand, since the
また、前述の如く、或る中継機20の特定スロットにおいては、該中継機20に繋がるセンサ30もアクティブ状態となるので、実質的に、各センサ30にも特定のタイムスロットが割り当てられていることになる。ただし、中継機20には複数のセンサ30が繋がり得るので、そのような場合には、該中継機20の特定スロットには、複数のセンサ30が割り当てられていることになる。例えば、図8の例では、列L3、行N1のタイムスロットには中継機20eが割り当てられている。中継機20eには2つのセンサ30d,30eが繋がっているので(図1参照)、列L3、行N1のタイムスロットには実質的に該2つのセンサ30が割り当てられていることになる。
Further, as described above, in a specific slot of a
通信スケジュールでは、タイムスロットの処理は、列方向に進んでいく。例えば、或る列(例えば、列L1)において、行番号に関して昇順(即ち、行N1からNmの順)にタイムスロットの処理が進んでいき、当該行の最後の行番号(行Nm)のタイムスロットの処理が終了すると、次の列(例えば、列L2)の最初の行番号(行N1)のタイムスロットから同様の順序で処理が進められていく。 In the communication schedule, the processing of time slots proceeds columnwise. For example, in a certain column (for example, column L1), time slot processing proceeds in ascending order with respect to the row number (that is, the order of rows N1 to Nm), and the time slot of the last row number (row Nm) of the row is processed. When slot processing is completed, processing proceeds in the same order from the time slot of the first row number (row N1) in the next column (eg, column L2).
〈接続関係の確定及びタイムスロットの割り当て〉
データステーション10は、ネットワークの通信経路を確立する際に、通信端末の接続関係を確定すると共に、タイムスロットの割り当てを行って通信スケジュールを完成させる。具体的には、ネットワークの通信経路を確立する初期設定の際に、通信端末の接続関係を確定すると共に、タイムスロットの割り当てを行って通信スケジュールを完成させる。
<Determination of connection relationship and assignment of time slots>
When establishing a network communication path, the
例えば、データステーション10は、どの通信端末同士が繋がるか、即ち、データステーション10、中継機20及びセンサ30の接続関係を確定させ、ツリーテーブル及びセンサテーブルを作成する。さらに、データステーション10は、ツリーテーブルに基づいてルーティングテーブルを作成する。接続関係が確定されると、データステーション10は、各中継機20にタイムスロットを割り当て、通信スケジュールを完成させる。データステーション10は、ツリーテーブル、センサテーブル、ルーティングテーブル及び通信スケジュール(即ち、中継機20へのタイムスロットの割り当て)を記憶部13に保存する。
For example, the
データステーション10は、タイムスロットの割り当てが完了すると、各中継機20にツリーテーブル及び特定スロットのスロット番号を通知する。このとき、下位の中継機20の中継処理を行う必要がある中継機20には、それ自身の特定スロットのスロット番号に加えて、下位の中継機20の特定スロット、即ち、中継スロットのスロット番号も通知される。また、データステーション10は、センサテーブルに基づいて、各中継機20にセンサ接続情報を、各センサ30に中継機接続情報を通知する。
When the time slot allocation is completed, the
各中継機20は、ツリーテーブルに基づいてルーティングテーブルを作成する。また、中継機20は、繋がっているセンサ30に該中継機20の特定スロットのスロット番号を通知する。中継機20は、特定スロット及び中継スロットのスロット番号、ツリーテーブル、ルーティングテーブル及びセンサ接続情報を記憶部23に保存する。
Each
センサ30は、繋がっている中継機20の特定スロットのスロット番号及び中継機接続情報を記憶部53に保存する。
The
尚、初期設定後は、学習部DLにおいて出力された出力情報(ツリーテーブル及びセンサテーブル)によって通信経路が更新される。詳細は後述する。 After initial setting, the communication path is updated by the output information (tree table and sensor table) output from the learning unit DL. Details will be described later.
〈システムの動作〉
続いて、無線通信システム100の各種処理について説明する。
<System operation>
Next, various processes of the
-収集処理-
収集処理においては、データステーション10は、通信スケジュールに従って処理を進める。具体的には、データステーション10は、それ自身に割り当てられたタイムスロットにおいて、データステーション10に必要な処理を行う。続いて、データステーション10は、タイムスロットの順番で、タイムスロットに割り当てられた中継機20と順次、通信を行う。このとき、データステーション10から各中継機20に送られる信号には、少なくとも、センサ30の検出値の返信を要求するリクエスト信号が含まれている。
- Collection process -
In the collection process, the
一方、中継機20は、通信スケジュールに従って、特定スロットのタイミングでアクティブ状態となって、データステーション10からのリクエスト信号を待機する。また、中継機20は、特定スロットに応じて、該中継機20に繋がっているセンサ30から検出値を取得する。中継機20は、リクエスト信号を受信すると、センサ30からの検出値をリクエスト信号に対する応答としてデータステーション10へ返信する。また、中継機20は、中継スロットでもアクティブ状態となって、データステーション10と下位の中継機20との間の中継処理を行う。
On the other hand, the
センサ30は、接続される中継機20の特定スロットに応じてアクティブ状態となって検出値を該中継機20に送信する。一の中継機20に複数のセンサ30が接続されている場合には、一の中継機20の特定スロットの少なくとも開始時点において、該複数のセンサ30の全てがアクティブ状態となっている。複数のセンサ30は、順番に、中継機20からリクエスト信号を受け取り、検出値を中継機20へ送信する。複数のセンサ30は、中継機20への検出値の送信が完了した順にスリープ状態となる。
The
また、収集処理の実行中、データステーション10、中継器20及びセンサ30のそれぞれは、受信した信号に基づいて受信信号強度を計測する。
Also, during execution of the collection process, each of the
例えば、センサ30は、繋がっている中継機20からリクエスト信号を受け取った場合、その受信信号強度を測定し、その測定結果を検出値と併せて該中継機20に返信する。また、各中継機20は、収集処理時に自身の特定スロットにおいて検出値の返信処理を行う際に、上位の通信端末(データステーション10又は中継機20)及び下位の通信端末(センサ30)と信号を送受信する際にその受信信号強度を測定し、その測定結果をセンサ30の検出値及び受信信号強度と併せてデータステーション10に返信する。
For example, when the
尚、受信信号強度には、測定端末の識別情報と、受信信号の発信端末の識別情報とを対応付けておけばよい。 Incidentally, the received signal strength may be associated with the identification information of the measuring terminal and the identification information of the transmitting terminal of the received signal.
また、データステーション10は、返信処理の際に、下位の中継機20からの受信信号強度を測定する。データステーション10は、自身が測定した受信信号強度、及び、検出値とともに受信した他の通信端末が測定した受信信号強度を、取得時刻(日時)とともに記憶部13で保存する(図11の強度データリスト参照)。データステーション10は、新たな測定結果を獲得する毎に、記憶部13のデータを更新する。
Also, the
また、収集処理では、中継機20が特定スロットにおいて行う処理に同期信号の送信がある。中継機20は、特定スロットにおいて同期信号をブロードキャストし、該同期信号を受信した他の中継機20又はセンサ30と同期を行う。また、データステーション10も、割り当てられたタイムスロットにおいて同期信号をブロードキャストし、該同期信号を受信した他の中継機20又はセンサ30と同期を行う。
In addition, in the collection process, the process performed by the
さらに、収集処理の実行中、データステーション10は、各センサ30に対する通信成功率を算出する。収集処理では、1のセンサ30に関して{(返信があった回数)/(返信を要求した回数)}が通信成功率として算出される。「返信を要求した回数」は、データステーション10が或るセンサ30にリクエスト信号を送信した回数である。「返信があった回数」は、データステーション10が該或るセンサ30から検出値を受信した回数である。収集処理の1サイクルにおいて、全てのセンサ30のそれぞれに対して通信成功率が算出される。上述したように、現時点から過去5回分の返信を要求した回数に対して算出される。各通信成功率は、センサ30の識別情報に対応付けて記憶部13に記憶される(例えば、図12の成功率データリスト参照)。通信成功率が算出される毎に、記憶部13のデータは更新される。
Furthermore, the
このように、収集処理の基本的な処理においては、データステーション10は、通信スケジュールに従って各特定スロットにおいて該特定スロットに対応するセンサ30の検出値を収集することによって、全てのセンサ30の検出値を収集する。尚、収集処理は、センサ30の数によっても異なってくるが、例えば、30分に1回の周期で実行される。
Thus, in the basic processing of the collection process, the
-スキャン処理-
無線通信システム100では、後述する接続先の更新処理において、複数の通信端末間において信号を送受信する互いの接続先(通信経路)が更新される。その際、各子機における受信信号強度、通信成功率等の情報が用いられる。そのため、無線通信システム100では、受信信号強度等をスキャンするスキャン処理を実行する。前述の収集処理では、接続関係のある通信端末に関して受信信号強度等が取得されるが、スキャン処理では、接続関係のない通信端末に関しても受信信号強度等が取得される。
-Scan processing-
In the
スキャン処理は、例えば、12時間に1回の周期(1日2回)で実行される。図9は、スキャン処理のフローチャートを示す。データステーション10は、周期に基づく時間が到来した場合、スキャン処理を実行する。最初に、データステーション10は、全ての中継機20及びセンサ30にスキャン信号を送信する(ステップS10)。データステーション10は、収集処理と並行してスキャン信号を送信する。具体的には、データステーション10は、各タイムスロットにおいて対応する中継機20に検出値のリクエスト信号と共にスキャン信号も送信する。すなわち、スキャン処理は、収集処理と共に実行される。
The scanning process is performed, for example, once every 12 hours (twice a day). FIG. 9 shows a flowchart of the scanning process. The
スキャン信号を受信した中継機20及びセンサ30は、スキャン動作を実行する。具体的には、中継機20は、収集処理において、特定スロットだけでなく、それ以外のタイムスロットにおいてもアクティブ状態となり、他の通信端末からの信号を待機する。
The
スキャン動作を行う中継機20は、収集処理において、自身の特定スロット以外のタイムスロットにおいて、他の通信端末(データステーション10及び中継機20)からの同期信号を待機する。中継機20は、同期信号を受信できた場合には、その受信信号強度を測定する。
The
収集処理において、各中継機20が同期信号を送信するタイミングは、各特定スロット内で決まっている。つまり、中継機20は、特定スロットにおける所定のタイミング(例えば、特定スロットの序盤又は終盤)で同期信号を送信する。また、各特定スロットにおいて、対応する中継機20が何の信号も送信しない期間も決まっている。そこで、スキャン動作を行う中継機20は、自身の特定スロット以外のタイムスロットにおいて、同期信号が送信されるタイミングを含む一部の期間と何の信号も送信されない一部の期間だけアクティブ状態となって同期信号の通信信号強度を測定し、前記期間以外はスリープ状態となる。これにより、スキャン動作における消費電力を低減することができる。
In the collection process, the timing at which each
中継機20は、この処理(スキャン動作)を通信スケジュールの1サイクルの間行うことによって、特定スロット以外の全てのタイムスロットにおける同期信号の受信信号強度を取得する。中継機20は、同期信号を送信した発信端末の識別情報とこの同期信号の受信信号強度とを関連づけたデータをスキャンデータとして記憶部23に保存する。
By performing this process (scanning operation) for one cycle of the communication schedule, the
センサ30も、中継機20と同様のスキャン動作を行う。センサ30は、繋がっている中継機20の特定スロット以外のタイムスロットにおいて、同期信号が送信されるタイミングを含む一部の期間と何の信号も送信されない一部の期間だけアクティブ状態となる。センサ30は、同期信号を受信できた場合には、その受信信号強度を測定する。タイムスロットにおける前記期間以外は、センサ30は、スリープ状態となる。センサ30は、この処理(スキャン動作)を通信スケジュールの1サイクルの間行う。
The
センサ30は、繋がっている中継機20の特定スロットにおいても同期信号の受信信号強度を測定する。すなわち、センサ30は、全てのタイムスロットにおける同期信号の受信信号強度を取得する。センサ30は、同期信号を送信した発信端末の識別情報とこの同期信号の受信信号強度とを関連づけたデータをスキャンデータとして記憶部53に保存する。
The
尚、記憶部に保存される各スキャンデータは、新たにデータが取得される毎に更新されていく。 Each scan data stored in the storage unit is updated each time new data is acquired.
続いて、データステーション10は、中継機20及びセンサ30にスキャンデータの返信を要求する返信信号を送信する(ステップS11)。データステーション10は、ステップS10の処理でスキャン信号を送信してから通信スケジュールの1サイクルが経過した後に、全ての中継機20及びセンサ30へ返信信号をタイムスロットに従って順次送信する。すなわち、データステーション10は、スキャン信号を送信した1サイクルの収集処理の次の収集処理の実行時に返信信号を送信する。
Subsequently, the
尚、データステーション10は、ステップS20の処理において特定の中継機20又はセンサ30だけにスキャン信号を送信していた場合には、スキャン信号を送信した中継機20又はセンサ30だけに返信信号を送信すればよい。
If the
返信信号を受信した中継機20及びセンサ30は、例えば、接続関係が設定されている通信端末を除いて、スキャンデータのうち受信信号強度が高い上位5個のスキャンデータをデータステーション10へ返信する。すなわち、接続関係に設定されていないが通信可能な他の通信端末とのスキャンデータが返信される。尚、中継機20及びセンサ30は、全てのスキャンデータをデータステーション10へ返信してもよい。
The
データステーション10は、中継機20及びセンサ30から返信されたスキャンデータを、取得時刻に対応付けて記憶部13に保存する(例えば、図13のスキャンデータリスト参照)(ステップS12)。また、ステップS12の処理では、データステーション10は、返信結果に基づいて、返信信号を送信した中継機20及びセンサ30それぞれとの通信成功率を算出する。ここでは、「返信を要求した回数」は、データステーション10が或る中継機20又はセンサ30にスキャンデータの返信を要求する返信信号を送信した回数である。「返信があった回数」は、データステーション10が該或る中継機20又はセンサ30からスキャンデータを受信した回数である。そして、データステーション10は、記憶部13の対応する通信成功率(成功率データリスト)を更新する。したがって、前述の収集処理では、センサ30それぞれに対する通信成功率のみが更新されるが、スキャン処理では全ての子機のそれぞれに対する通信成功率が更新される。
The
-接続先の更新処理-
前述の如く、無線通信システム100では、通信端末の接続関係が定められており、この接続関係に基づいて信号の伝搬が行われる。しかしながら、通信環境が変化する場合もあり、以前は良好であった通信端末間の通信が不調となることもある。そこで、データステーション10は、機械学習(例えば、強化学習)を利用して通信成功率が向上するように、複数の通信端末間において信号を送受信する互いの接続先(通信経路)を更新する。
- Connection destination update process -
As described above, in the
尚、本実施形態では、ツリー型のネットワークトポロジにおける中継機20の階層の変更は行わなず、また通信スケジュールの各中継機20のスロットの割り当ての変更も行わない。
In this embodiment, the hierarchy of the
最初に、データステーション10の学習部DLについて詳細に説明する。図10は、学習部DLの概要を示す図である。学習部DLは、受信信号強度及び通信成功率などを含む通信状態に関する入力情報が入力された場合、接続先に関する出力情報を出力する。本実施形態では、ツリーテーブル及びセンサセーブルが出力情報として出力される。学習部DLは、ニューラルネットワーク(Neural Network)を用いた強化学習によって生成される。
First, the learning unit DL of the
図10に示すように、学習部DLは、入力層DL1、中間層DL2及び出力層DL3等から構成される。入力層DL1は、無線通信システム100の現状の通信状態に関する入力情報が入力される。具体的には、接続中の端末における受信信号強度データ、通信成功率データ、通信可能な他ノードの受信信号強度データ、及び、マルチパスデータ等が現状の通信状態に関する入力情報として入力される。
As shown in FIG. 10, the learning unit DL is composed of an input layer DL1, an intermediate layer DL2, an output layer DL3, and the like. Input information relating to the current communication state of the
接続中の端末における受信信号強度データには、接続関係が設定されている通信端末同士の通信時における受信信号強度のデータである。例えば、強度データとして図11の強度データリストが用いられる。強度データリストには、前述の収集処理において、検出値の要求リクエスト時に各通信端末で測定された受信信号強度の値が含まれる。したがって、強度データリストには、一の通信端末において、通信可能であるが接続関係が設定されていない他の通信端末からの受信信号強度は含まれない。 The received signal strength data in the connected terminal is data of the received signal strength during communication between communication terminals with which the connection relationship is established. For example, the intensity data list in FIG. 11 is used as intensity data. The strength data list includes the received signal strength values measured by each communication terminal at the time of request for the detection value in the collection process described above. Therefore, the strength data list does not include received signal strengths from other communication terminals with which one communication terminal can communicate but for which connection relationships have not been established.
強度データリストは、測定端末ID、発信端末ID、取得時刻及び受信信号強度等から構成される。測定端末IDは、受信信号強度を測定した通信端末の識別情報を示す。発信端末IDは、対応する測定端末に信号を送信した通信端末の識別情報を示す。中継機20が測定端末に該当する場合、発信端末ID(発信端末)としては複数が存在する。中継機20は、収集処理において、上位の中継機20又はデータステーション10、下位の中継機20又はセンサ30と通信を行うためである。取得時刻は、データステーション10が、受信信号強度のデータを受信(取得)した時刻である。受信信号強度は、対応する発信端末(発信端末ID)の受信信号強度(平均値)(dBm)を示す。
The strength data list is composed of a measuring terminal ID, a transmitting terminal ID, an acquisition time, a received signal strength, and the like. The measurement terminal ID indicates identification information of the communication terminal that measured the received signal strength. The originating terminal ID indicates identification information of the communication terminal that transmitted the signal to the corresponding measuring terminal. When the
例えば、図11において、測定端末ID:30aのセンサ30aは、発信端末ID:20aのセンサ20aからの信号の受信信号強度が保存されている。
For example, in FIG. 11, the
通信成功率データは、データステーション10(親機)と中継機20及びセンサ30のそれぞれとの通信成功率が設定されているデータである。例えば、通信成功率データとして図12の成功率データリストが用いられる。成功率データリストは、対象端末ID及び通信成功率等から構成される。対象端末IDは、データステーション10が返信要求した相手の通信端末の識別情報を示す。通信成功率は、データステーション10と対象端末端末(対象端末ID)との通信成功率を示す。
The communication success rate data is data in which the communication success rate between the data station 10 (master device) and each of the
通信可能な他ノードの受信信号強度データは、前述したスキャンデータである。すなわち、接続関係が設定されている通信端末を除いて、スキャンデータのうち受信信号強度が高い上位5個のスキャンデータである。例えば、通信可能な他ノードの受信信号強度データとして、図13に示すスキャンデータリストが用いられる。スキャンデータリストは、受信信号強度のほか、各通信端末が通信可能な他の通信端末を特定するための情報としても参照される。 The received signal strength data of other nodes with which communication is possible is the aforementioned scan data. In other words, the top five scan data with the highest received signal strength among the scan data except for the communication terminals for which the connection relationship is set. For example, the scan data list shown in FIG. 13 is used as received signal strength data of other nodes with which communication is possible. The scan data list is also referred to as information for identifying other communication terminals with which each communication terminal can communicate, in addition to the received signal strength.
スキャンデータリストは、前述の強度データリストと同様の形式であり、測定端末ID、発信端末ID、取得時刻及び通信信号強度等から構成される。測定端末IDは、受信信号強度を測定した通信端末の識別情報を示す。発信端末IDは、対応する測定端末とは接続関係が設定されていないが、この測定端末と通信可能な他の通信端末あって、この測定端末に信号を送信した通信端末の識別情報を示す。したがって、測定端末によっては、複数の発信端末IDがあったり、発信端末IDがなかったりする場合がある。取得時刻は、データステーション10が、受信信号強度のデータを受信(取得)した時刻である。受信信号強度は、対応する発信端末(発信端末ID)の受信信号強度(平均値)(dbm)を示す。
The scan data list has the same format as the strength data list described above, and is composed of the measurement terminal ID, the transmission terminal ID, the acquisition time, the communication signal strength, and the like. The measurement terminal ID indicates identification information of the communication terminal that measured the received signal strength. The originating terminal ID indicates identification information of a communication terminal that has not established a connection relationship with the corresponding measuring terminal but is capable of communicating with this measuring terminal and has transmitted a signal to this measuring terminal. Therefore, depending on the measuring terminal, there may be multiple calling terminal IDs or no calling terminal ID. The acquisition time is the time when the
マルチパスデータは、2地点の通信端末間のマルチパスに関するデータである。例えば、マルチパスデータとして、図14に示すマルチパスデータリストが用いられる。マルチパスは、無線通信において、信号が空間を伝播する際に2つ以上の伝播経路を持つことにより生じる反射(反射波)などの現象を意味する。そのため、反射波が強い場合には、本来の直接波と衝突してデータ化け等が発生する虞がある。前述したように、無線通信システム100は、前述したように、蒸気システムを有する工場内等に設置されるため、タンクや配管等の工場設備による反射波によりマルチパスが発生する虞がある。したがって、マルチパスデータを入力情報として利用することも通信成功率を向上させるのに有用である。
Multipath data is data relating to multipath between communication terminals at two points. For example, the multipath data list shown in FIG. 14 is used as the multipath data. In wireless communication, multipath means a phenomenon such as reflection (reflected wave) caused by having two or more propagation paths when a signal propagates through space. Therefore, when the reflected wave is strong, it may collide with the original direct wave and cause data corruption or the like. As described above, since the
マルチパスデータリストは、端末ID-1、端末ID-2、マルチパス数、マルチパス信号強度等から構成される。端末ID-1及び端末ID-2は、通信端末の識別情報を示し、通信端末のいずれの2点間であるかが特定される。端末ID-1は、2点間において、信号を送信する側の通信端末の識別情報を示す。端末ID-2は、信号を受信する側の通信端末の識別情報を示す。少なくとも接続関係が設定される可能性がある組み合わせについて用意しておけばよい。 The multipath data list is composed of terminal ID-1, terminal ID-2, number of multipaths, multipath signal strength, and the like. Terminal ID-1 and terminal ID-2 indicate communication terminal identification information, and specify between any two points of the communication terminal. Terminal ID-1 indicates identification information of a communication terminal that transmits a signal between two points. Terminal ID-2 indicates the identification information of the communication terminal that receives the signal. It is sufficient to prepare at least combinations for which connection relationships may be set.
マルチパス数は、端末ID-1及び端末ID-2の2点間において発生する伝播経路(パス)数を示す。具体的には、通常の1の電波経路(直接波)を除いて発生する電波経路(反射波)の数を示す。マルチパス信号強度は、マルチパス数で示された電波経路(反射波)のそれぞれの受信信号強度(平均値)(dBm)を示す。 The number of multipaths indicates the number of propagation paths (paths) generated between two points of terminal ID-1 and terminal ID-2. Specifically, it indicates the number of radio wave paths (reflected waves) generated except for one normal radio wave path (direct wave). The multipath signal strength indicates the received signal strength (average value) (dBm) of each radio wave path (reflected wave) indicated by the number of multipaths.
尚、上述のマルチパス数、マルチパス信号強度は、電波シミュレーションソフトを用いて作成すればよい。そして、マルチパスデータは、予めデータステーション10の記憶部13に保存しておけばよい。尚、マルチパス数等のデータは、中継機20及びセンサ30の全ての組み合わせに対して用意しておいてもよい。
The number of multipaths and the multipath signal strength described above may be created using radio wave simulation software. The multipath data may be stored in the
図10に戻って、中間層DL2は、出力層DL3から通信成功率を向上させるための接続先に関する情報が出力されるように強化学習される。尚、中間層DL2では、現在のツリーテーブル、センサテーブルも参照される。 Returning to FIG. 10, the intermediate layer DL2 is subjected to reinforcement learning so that the output layer DL3 outputs information on the connection destination for improving the communication success rate. Note that the current tree table and sensor table are also referred to in the intermediate layer DL2.
中間層DL2は、親機と各子機と間の通信成功率を報酬として強化学習するように構成される。すなわち、出力層DL3から出力されたツリーテーブル及びセンサセーブルに基づいて接続先(通信経路)が更新された場合に、親機と各子機と間の通信成功率が向上するようにパラメータ(重み等)が更新されていく。強化学習としては、例えば、深層Q学習、AC(Actor-Critic)等がある。また、強化学習に代えて、GAN、クラスタリング等のアルゴリズムを用いた教師なし学習を行うようにしてもい。 The middle layer DL2 is configured to perform reinforcement learning with a communication success rate between the parent device and each child device as a reward. That is, parameters (weight etc.) will be updated. Examples of reinforcement learning include deep Q learning and AC (Actor-Critic). Also, instead of reinforcement learning, unsupervised learning using algorithms such as GAN and clustering may be performed.
尚、本実施形態では、学習部DLは、初期状態では強化学習が進んでいない状態であるが、例えば、無線通信システムのモデルのシミュレーションを予め実行させすることで強化学習を事前に行わせてもよい。 In this embodiment, the learning unit DL is in a state where reinforcement learning is not progressing in the initial state. good too.
出力層DL3は、上述の入力情報が入力層DL1に入力されると、接続先に関する出力情報としてツリーテーブル及びセンサセーブルを出力する。データステーション10は、出力されたツリーテーブル及びセンサセーブルを用いて接続関係を変更する。
When the above-described input information is input to the input layer DL1, the output layer DL3 outputs a tree table and a sensor sable as output information regarding the connection destination. The
図15は、接続先の更新処理のフローチャートを示す。データステーション10は、例えば、収集処理が完了した後、更新処理を実行する。例えば、更新処理は、完了した収集処理と次の収集処理との間の所定期間にに実行される。
FIG. 15 shows a flowchart of connection destination update processing. The
最初に、データステーション10は、学習部DL(入力層DL1)に、前述した入力情報を入力する(ステップS20)。その後、データステーション10は、学習部DL(出力層DL3)から出力された出力情報を特定する(ステップS21)。
First, the
次に、データステーション10は、出力情報に基づいて接続関係を更新(変更)するか否かを判断する(ステップS22)。具体的には、現在のツリーテーブル及びセンサテーブルと出力情報とを比較し、接続先の変更がある場合には接続関係を変更すると判断される。
Next, the
接続関係を更新しないと判断した場合(ステップS22:NO)、データステーション10は、ステップS24の処理に移行する。一方、接続関係を更新すると判断した場合(ステップS22:YES)、データステーション10は、更新実行処理を行う(ステップS23)。更新実行処理では、新たな接続先の設定を行うための処理が実行される。
If it is determined not to update the connection relationship (step S22: NO), the
具体的には、データステーション10は、記憶部13に保存されているツリーテーブル及びセンサテーブルを、ステップS21の処理で出力されたツリーテーブル及びセンサテーブルに変更(更新)する。また、データステーション10は、ツリーテーブルに基づいて新たにルーティングテーブルを作成し、記憶部13に保存されているルーティングテーブルを変更(更新)する。
Specifically, the
さらに、データステーション10は、新たな接続先を中継機20及びセンサ30に通知する。具体的には、データステーション10は、更新したツリーテーブルを全ての中継機20に通知する。また、センサ30の接続先が更新された場合には、データステーション10は、新たなセンサ30が接続された中継機20に、センサ接続情報、即ち、接続されたセンサ30を特定する情報を通知すると共に、接続先が変更されたセンサ30に中継機接続情報、即ち、繋がる中継機20を特定する情報及び該中継機20のスロット番号を通知する。図16に更新後のツリーテーブルを示す。図16では、図5のツリーテーブルに対して更新された情報に下線が付されている。中継機20cの接続先が中継機20bに更新されている。
Further, the
更新されたツリーテーブルを受信した中継機20は、ツリーテーブルを記憶部23に保存すると共に、ツリーテーブルに基づいてルーティングテーブルを更新する。図17に、中継機20aの更新後のルーティングテーブルを示す。図17では、図6のルーティングテーブルに対して更新された情報に下線が付されている。最終送信先が中継機20c及び中継機20fの場合の1ホップ先の送信先が、それぞれ中継機20bに更新されている。
Upon receiving the updated tree table, the
また、新たなセンサ接続情報を受信した中継機20は、センサ接続情報を更新する。該中継機20は、以降の処理(例えば、次の収集処理)では新たに接続されたセンサ30に対して処理を実行する。
Also, the
新たな中継機接続情報及び新たなスロット番号を受信したセンサ30は、中継機接続情報及びスロット番号を更新する。該センサ30は、新たな中継機20の特定スロットに応じてアクティブ状態となり、検出値を該中継機20に送信する。
Upon receiving the new repeater connection information and new slot number, the
尚、接続先の更新処理の実行中、全ての中継機20及びセンサ30は、アクティブ状態とすればよい。そして、データステーション10は、このアクティブ状態にある期間内に新たな接続先を中継機20及びセンサ30に通知すればよい。
It should be noted that all the
次に、データステーション10は、学習実行条件を満たすか否かを判断する(ステップS24)。学習実行条件としては、例えば、前回のステップS25の学習処理の実行後、5回のスキャン処理が実行されたことである。通信成功率は過去5回分の数値であるので、学習実行条件が成立した状態であれば、全ての子機に関する通信成功率が前回の学習処理の実行後の通信成功率に更新される。尚、前回の学習処理の実行後、収集処理が5回実行されたことを学習実行条件としてもよい。また、1回の収集処理が実行されることを学習実行条件としてもよい。
Next, the
学習実行条件が成立しないと判断した場合(ステップS24:NO)、データステーション10は、変更処理を終了する。一方、学習実行条件が成立したと判断した場合(ステップS24:YES)、データステーション10は、学習処理を実行し(ステップS25)、変更処理を終了する。学習処理では、学習部DLに対し、最新の通信成功率(成功率データリスト)が報酬として与えられ、通信成功率が向上するように中間層DL2が強化学習される。
When determining that the learning execution condition is not satisfied (step S24: NO), the
以上のように、通信成功率が向上するように学習され、学習によって自動的に複数の通信端末間における互いの接続先に関する情報が更新されるので、通信ができない(失敗する)ことが低減され、複数の通信端末間における通信経路の最適化を図ることができる。 As described above, learning is performed so as to improve the communication success rate, and the learning automatically updates the information regarding the mutual connection destinations between a plurality of communication terminals, thereby reducing communication failures (failures). , it is possible to optimize communication paths between a plurality of communication terminals.
なお、上述の実施形態の入力情報は、上述の実施形態に限定されるものではない。少なくとも、各ノードの受信信号強度データ(強度データリスト、スキャンデータリスト)及び通信成功率が含まれていればよい。したがって、マルチパスデータが入力情報に含まれていなくてもよい。 It should be noted that the input information in the above embodiment is not limited to the above embodiment. At least the received signal strength data (strength data list, scan data list) and communication success rate of each node should be included. Therefore, multipath data may not be included in the input information.
上述の実施形態では、1回の収集処理が終了する毎に、接続先の更新処理が実行されてているが、特にこれに限定されるものではない。学習及び接続先の更新のそれぞれは、任意のタイミングで実行すればよい。例えば、1週間に1度のタイミングで実行してもよい。 In the above-described embodiment, connection destination update processing is executed each time collection processing ends, but the present invention is not particularly limited to this. Each of learning and connection destination update may be executed at arbitrary timing. For example, it may be executed once a week.
上述の実施形態では、収集処理において受信信号強度を測定して強度データリストが生成されているが、特にこれに限定されるものではない。スキャン処理において、同期信号に対して全ての通信端末において受信信号強度を測定し、強度データリスト、スキャンデータリストを生成してもよい。 In the above-described embodiment, the strength data list is generated by measuring the received signal strength in the collection process, but the present invention is not particularly limited to this. In the scanning process, the received signal strength may be measured in all communication terminals with respect to the synchronization signal, and the strength data list and the scan data list may be generated.
この発明は、複数の通信端末間における通信経路の最適化を図るのに有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for optimizing communication paths between a plurality of communication terminals.
10 データステーション(通信端末、親機、接続先学習装置)
20 中継機(通信端末、子機)
30 センサ(通信端末、子機)
100 無線通信システム
DL 学習部
10 data station (communication terminal, base unit, connection destination learning device)
20 repeater (communication terminal, child device)
30 sensor (communication terminal, slave unit)
100 wireless communication system DL learning unit
Claims (9)
前記子機は、前記複数の通信端末のうちの他の通信端末からの受信信号強度を測定し、
前記親機は、前記子機のそれぞれとの通信成功率を算出し、
前記通信成功率が向上するように学習し、前記受信信号強度及び前記通信成功率を含む通信状態に関する入力情報が入力された場合に前記接続先に関する出力情報を出力する学習部、を備え、
前記親機は、前記出力情報に基づいて前記接続先を更新する、
無線通信システム。 A wireless communication system comprising a plurality of communication terminals including a parent device and a child device, wherein mutual connection destinations for transmitting and receiving signals between the plurality of communication terminals are specified,
The slave device measures received signal strength from other communication terminals among the plurality of communication terminals,
The parent device calculates a communication success rate with each of the child devices,
a learning unit that learns to improve the communication success rate and outputs output information about the connection destination when input information about the communication state including the received signal strength and the communication success rate is input;
the parent device updates the connection destination based on the output information;
wireless communication system.
請求項1に記載の無線通信システム。 The input information includes the number of paths, which is the number of signal propagation paths in wireless communication between each of the plurality of communication terminals and another communication terminal, and the communication signal strength of each of the radio wave paths,
A wireless communication system according to claim 1 .
請求項1又は請求項2に記載の無線通信システム。 The learning unit learns by reinforcement learning with the communication success rate as a reward.
The radio communication system according to claim 1 or 2.
前記子機のそれぞれは、前記複数のタイムスロットのうち前記親機又は他の子機が割り当てられたタイムスロットにおいて前記親機又は前記他の子機が送信する信号に基づいて前記受信信号強度を測定する、
請求項1~3のいずれかに記載の無線通信システム。 the parent device communicates with the child device assigned to each of the plurality of time slots according to a communication schedule including a plurality of time slots;
Each of the child devices measures the received signal strength based on a signal transmitted by the parent device or the other child device in a time slot to which the parent device or the other child device is assigned among the plurality of time slots. Measure,
The radio communication system according to any one of claims 1-3.
前記子機のそれぞれは、前記複数のタイムスロットのうち前記親機又は他の子機が割り当てられたタイムスロットにおいて前記親機又は前記他の子機が送信する前記同期信号に基づいて前記受信信号強度を測定する、
請求項4に記載の無線通信システム。 each of the parent device and the child device is configured to transmit a synchronization signal in an assigned time slot among the plurality of time slots;
Each of the child devices receives the received signal based on the synchronization signal transmitted by the parent device or the other child device in a time slot to which the parent device or the other child device is assigned among the plurality of time slots. measuring strength,
A wireless communication system according to claim 4.
前記親機は、前記子機のそれぞれに対して前記通信成功率を算出する、
請求項1~5のいずれかに記載の無線通信システム。 The communication success rate is a rate of reply to a reply request transmitted from the parent device to the child device in wireless communication,
the parent device calculates the communication success rate for each of the child devices;
The radio communication system according to any one of claims 1-5.
前記子機が測定した他の通信端末からの受信信号強度、及び、前記親機と前記子機のそれぞれとの通信成功率を含む通信状態に関する入力情報を取得する取得手段、
前記通信成功率が向上するように学習する学習手段、
前記通信状態に関する入力情報が入力された場合に前記接続先に関する出力情報を出力する出力手段、
を備えた接続先学習装置。 A connection destination learning device for use in a wireless communication system provided with a plurality of communication terminals including a parent device and a child device and in which mutual connection destinations for transmitting and receiving signals between the plurality of communication terminals are specified,
Acquisition means for acquiring input information regarding a communication state including received signal strength from another communication terminal measured by the child device and a communication success rate between the parent device and the child device;
learning means for learning to improve the communication success rate;
output means for outputting output information regarding the connection destination when input information regarding the communication state is input;
A connected learning device with a
前記子機が測定した他の通信端末からの受信信号強度、及び、前記親機と前記子機のそれぞれとの通信成功率を含む通信状態に関する入力情報を取得する取得手段、
前記通信成功率が向上するように学習する学習手段、
前記通信状態に関する入力情報が入力された場合に前記接続先に関する出力情報を出力する出力手段、
として機能させる接続先学習プログラム。 A connection destination learning device for application to a wireless communication system in which a plurality of communication terminals including a base unit and a slave unit are provided and mutual connection destinations for transmitting and receiving signals between the plurality of communication terminals are defined,
Acquisition means for acquiring input information regarding a communication state including received signal strength from another communication terminal measured by the child device and a communication success rate between the parent device and the child device;
learning means for learning to improve the communication success rate;
output means for outputting output information regarding the connection destination when input information regarding the communication state is input;
A connection destination learning program that functions as a
前記子機が測定した他の通信端末からの受信信号強度、及び、前記親機と前記子機のそれぞれとの通信成功率を含む通信状態に関する入力情報を取得する取得処理、
前記通信成功率が向上するように学習する学習処理、
前記通信状態に関する入力情報が入力された場合に前記接続先に関する出力情報を出力する出力処理、
を含む接続先学習方法。 A connection destination learning method for application to a wireless communication system provided with a plurality of communication terminals including a parent device and a child device and in which mutual connection destinations for transmitting and receiving signals between the plurality of communication terminals are defined,
Acquisition processing for acquiring input information related to a communication state including received signal strength from another communication terminal measured by the child device and a communication success rate between the parent device and the child device,
a learning process for learning to improve the communication success rate;
output processing for outputting output information regarding the connection destination when input information regarding the communication state is input;
Destination learning methods, including
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021082064A JP2022175553A (en) | 2021-05-14 | 2021-05-14 | Radio communications system, connection destination learning device, connection destination learning program, and connection destination learning method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021082064A JP2022175553A (en) | 2021-05-14 | 2021-05-14 | Radio communications system, connection destination learning device, connection destination learning program, and connection destination learning method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022175553A true JP2022175553A (en) | 2022-11-25 |
Family
ID=84145123
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021082064A Pending JP2022175553A (en) | 2021-05-14 | 2021-05-14 | Radio communications system, connection destination learning device, connection destination learning program, and connection destination learning method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2022175553A (en) |
-
2021
- 2021-05-14 JP JP2021082064A patent/JP2022175553A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103118439B (en) | based on the data fusion method of sensor network node universal middleware | |
CN104584639B (en) | The dynamic data aggregation of content center and load balancing perception | |
JP5804504B2 (en) | Route control method for multi-hop wireless network | |
CN104247448B (en) | Communicator and communication means | |
JP5379529B2 (en) | Wireless communication system and parent node search method | |
JP2008109198A (en) | Wireless meter reading system, and wireless meter reading method | |
JP6754240B2 (en) | Wireless communication system | |
CN105246137A (en) | Micro-power wireless network data transmission method and system | |
JP3585790B2 (en) | Variable area ad hoc network | |
JP5634394B2 (en) | Method and device for determining at least one terminal that a relay has to relay signals transferred between at least one terminal and a base station of a wireless cellular telecommunication network | |
JP2014155133A (en) | Network system and communication method therefor | |
JP2022175553A (en) | Radio communications system, connection destination learning device, connection destination learning program, and connection destination learning method | |
JP6616705B2 (en) | Wireless communication system | |
JP2018182603A (en) | Wireless communication system | |
JP6605349B2 (en) | Wireless communication system | |
Michel et al. | Predictable MAC-level performance in low-power wireless under interference | |
JP6813202B1 (en) | Wireless communication systems, wireless communication methods, relay stations, and programs | |
JP6632778B1 (en) | Wireless communication device, wireless communication system, and wireless communication program | |
CN114710817A (en) | Underwater network data transmission path determining method, transmission method, device and equipment | |
TWI727519B (en) | Terminal device, communication system and communication method | |
JP7345103B1 (en) | Radios and wireless communication systems | |
JP7179233B1 (en) | wireless communication system | |
JP7122497B1 (en) | wireless communication system | |
Short | Eligible earliest deadline first: Server-based scheduling for master-slave industrial wireless networks | |
JP2020123844A (en) | Radio communication apparatus, radio communication method, and radio communication system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240315 |