JP3790245B2 - Communication module and communication method for wireless sensor network system - Google Patents

Communication module and communication method for wireless sensor network system Download PDF

Info

Publication number
JP3790245B2
JP3790245B2 JP2003392372A JP2003392372A JP3790245B2 JP 3790245 B2 JP3790245 B2 JP 3790245B2 JP 2003392372 A JP2003392372 A JP 2003392372A JP 2003392372 A JP2003392372 A JP 2003392372A JP 3790245 B2 JP3790245 B2 JP 3790245B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
data
code
data block
transmission
reception
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2003392372A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2005159532A (en
Inventor
規義 山内
清 板生
寛 保坂
健 佐々木
光 佐藤
育子 漆原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kitakyushu Foundation for Advancement of Industry Science and Technology
Original Assignee
Kitakyushu Foundation for Advancement of Industry Science and Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kitakyushu Foundation for Advancement of Industry Science and Technology filed Critical Kitakyushu Foundation for Advancement of Industry Science and Technology
Priority to JP2003392372A priority Critical patent/JP3790245B2/en
Publication of JP2005159532A publication Critical patent/JP2005159532A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3790245B2 publication Critical patent/JP3790245B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02DCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Description

本発明は、センサ・ノード(sensor node)及びネットワーク・ノード(network node)とを備えた無線センサ・ネットワーク・システムにおいて、各ノード間でのデータ通信を行うための通信技術に関する。   The present invention relates to a communication technique for performing data communication between nodes in a wireless sensor network system including a sensor node and a network node.

近年、無線センサ・ネットワーク(wireless sensor network)の研究・開発が進展し、実用化のレベルに達しつつある(例えば、非特許文献1,2参照)。無線センサ・ネットワークとは、温度センサや光センサ等の各種のセンサを備えた小型のセンサ・ノードと、インターネット等の広域ネットワークのインタフェースであるネットワーク・ノードとが無線により結合されたネットワークをいう。   In recent years, research and development of wireless sensor networks have progressed and have reached the level of practical use (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2). The wireless sensor network is a network in which a small sensor node including various sensors such as a temperature sensor and an optical sensor and a network node that is an interface of a wide area network such as the Internet are wirelessly coupled.

図13は無線センサ・ネットワークの構成の一例を示す図である(非特許文献2,3参照)。図13において、無線センサ・ネットワークは、10個のセンサ・ノード101と1個のネットワーク・ノード102とにより構成されている。ネットワーク・ノード102は、ホスト・コンピュータ103にケーブル接続されている。そして、ホスト・コンピュータ103は、インターネット104にケーブル接続されている。各センサ・ノード101及びネットワーク・ノード102間は、無線結合されている。各センサ・ノード101は、その近傍のセンサ・ノード101と無線通信を行うことにより、データの送受信を行う。そして、最終的には、ネットワーク・ノード102にデータが集められる。ネットワーク・ノード102は、収集されたデータを、ホスト・コンピュータ103を通じて、外部(インターネット104)に送信することができる。   FIG. 13 is a diagram showing an example of the configuration of a wireless sensor network (see Non-Patent Documents 2 and 3). In FIG. 13, the wireless sensor network is composed of ten sensor nodes 101 and one network node 102. The network node 102 is connected to the host computer 103 by cable. The host computer 103 is connected to the Internet 104 by cable. Each sensor node 101 and network node 102 are wirelessly coupled. Each sensor node 101 transmits and receives data by performing wireless communication with the sensor node 101 in the vicinity thereof. Finally, data is collected in the network node 102. The network node 102 can transmit the collected data to the outside (the Internet 104) through the host computer 103.

現在実在するセンサ・ノードとしては、例えば、RSC WINS & Hida,Sensoria WINS(非特許文献4),UCLA's iBadge(非特許文献5),UCLA's Medusa MK-II(非特許文献6),Berkeley's Motes(非特許文献7),Berkeley Piconodes(非特許文献2),MIT's μAMPs(非特許文献8)などが知られている。   Currently existing sensor nodes include, for example, RSC WINS & Hida, Sensoria WINS (Non-Patent Document 4), UCLA's iBadge (Non-Patent Document 5), UCLA's Medusa MK-II (Non-Patent Document 6), Berkeley's Motes (Non-Patent Document 6) Patent Document 7), Berkeley Piconodes (Non-Patent Document 2), MIT's μAMPs (Non-Patent Document 8), and the like are known.

図14はセンサ・ノードの一例を表す斜視図、図15はセンサ・ノードのハードウェア・アーキテクチャの一例を示す図である(非特許文献1,9参照)。センサ・ノード101は、設置スペースを必要としないように、超小型に作られる。環境中に自由に設置できるようにするために、電源は電池(又は太陽電池)110とされる。従って、電池110の印加電圧を所望の電圧に変換するための直流−直流変換器111を備えている。また、センサ・ノード101は、センサ112、アナログ・デジタル変換器(以下、「ADC」という。)113、メモリ114、マイクロ・コントローラ・ユニット(microcontroller unit : 以下、「MCU」という。)115、RFトランシーバ(RF transceiver)116、及びアンテナ117を備えている。センサ112は、温度センサや光センサ等の各種のセンサである。センサ112において生成されたアナログ信号はADC113でデジタル・データに変換され、MCU115に入力される。そして、デジタル・データは、MCU115からRFトランシーバ116に送られ、アンテナ117よりRF信号として送信される。MCU115は、通信制御、モジュール間の経路生成制御、及び電源制御を行う。MCU115による制御は、メモリ114に格納されている反応性システムOS(reactive system operating system)118によって実行される。   FIG. 14 is a perspective view illustrating an example of a sensor node, and FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a hardware architecture of the sensor node (see Non-Patent Documents 1 and 9). The sensor node 101 is made very small so as not to require installation space. The power source is a battery (or solar battery) 110 so that it can be freely installed in the environment. Accordingly, a DC-DC converter 111 for converting the applied voltage of the battery 110 into a desired voltage is provided. The sensor node 101 includes a sensor 112, an analog / digital converter (hereinafter referred to as “ADC”) 113, a memory 114, a micro controller unit (hereinafter referred to as “MCU”) 115, and an RF. A transceiver (RF transceiver) 116 and an antenna 117 are provided. The sensor 112 is various sensors such as a temperature sensor and an optical sensor. The analog signal generated in the sensor 112 is converted into digital data by the ADC 113 and input to the MCU 115. Then, the digital data is transmitted from the MCU 115 to the RF transceiver 116 and transmitted from the antenna 117 as an RF signal. The MCU 115 performs communication control, path generation control between modules, and power supply control. Control by the MCU 115 is executed by a reactive system operating system (OS) 118 stored in the memory 114.

センサ・ノード101は、リアルタイム性、ハードウェア規模の制約、低消費電力等の要件が要求されるため、反応性システムOS118は、これらの要件に適応したものが使用される。このような反応性システムOS118としては、例えば、TinyOSが知られている(非特許文献9参照)。   The sensor node 101 is required to have requirements such as real-time characteristics, hardware scale restrictions, low power consumption, and the like, and the reactive system OS 118 is adapted to these requirements. For example, TinyOS is known as such a reactive system OS 118 (see Non-Patent Document 9).

一般に、センサ・ノード101間で通信を行う際の符号化方式は、変調信号が直流成分の影響を受けないように直流平衡変調符号(dc-balanced code)が選択される。通信の際には符号化したデータはVCO(Voltage Controlled Oscillator)を変調してしまうので、直流成分が残っていると中心周波数のチューニング誤差が発生してしまうからである。TinyOSにおいては、センサ・ノード101間での弱電力無線通信を行う際に、マンチェスタ符号又は4B6B符号(例えば、特許文献1,非特許文献11参照)を選択して使用することができる(非特許文献10参照)。これらのコードは直流平衡変調符号である。マンチェスタ符号は、情報のレベルではなく遷移によって符号化する。そのため、ビット・レートは、ボー・レートの半分になる。一方、4B6B符号の場合にはビット・レートは、ボー・レートの2/3となる。
米国特許第4824463号明細書 Deborah Estrin, Akbar Sayeed, and Mani Srivastava, and Mani Srivastava, "Mobicom 2002 Tutorial T5 : Wireless Sensor Networks", 米国, ACM International Conference on Mobile Computing and Networking (MobiCom), 2002年9月 J.Rabaey, M.Ammer, J.Silva jr., D.Patel, and S.Roundy, "Picoradio supports ad hoc ultra-low power wireless networking", In IEEE Computer Magazine, 米国, July 2000, pp. 42-48. Philip Buonadonna, Jason Hill, and David Culler, "Active Message Communication for Tiny Networked Sensors", Submitted to Infocom 米国, 2001 G.J. Pottie, W.J. Kaiser, "Wireless Integrated Network Sensors", Communications of the ACM, 米国, 2000年5月, Vol. 43, No. 5, pp.551-8. Ivo Locher, "iBadge", [online], Networked & Embedded Systems Laboratory, University of California, [平成15年11月20日検索], インターネット, <URL : http://nesl.ee.ucla.edu/projects/ibadge/> Andreas Savvides and Mani B. Srivastava, "A Distributed Computation Platform for Wireless Embedded Sensing", Invited paper, to appear in the proceedings of ICCD 2002, Freiburg, Germany J. Hill, R. Szewczyk, A. Woo, S. Hollar, D. Culler, and K. Pister, "System architecture directions for network sensors", ASPLOS 2000, 米国 R. Min, M. Bhardwaj, et al., "An architecture for a power-aware distributed micro sensor node", in Proc. IEEE Workshop Signal Processing Systems (SiPS '00), 米国, 2000年10月, pp. 581-590. Jason Hill, Robert Szewczyk, Alec Woo, Seth Hollar, David Culler, Kristofer Pister, "System Architecture Directions for Networked Sensors", ACM SIGARCH Computer Architecture News, 米国, 2000年12月, Volume 28, Issue 5, pp.93-104, ACM Press New York, NY, USA Jerry Zhao and Ramesh Govindan, "Understanding Packet Delivery Performance In Dense Wireless Sensor Networks", The First ACM Conference on Embedded Networked Sensor Systems,Los Angeles, 米国, 2003年11月 "ASH Transceiver Software Designer's Guide", [online], 2002年8月7日, RF Monolithics Inc., [平成15年11月20日検索], インターネット, <URL :http://www.rfm.com/corp/apnotes.htm>
In general, a DC balanced modulation code (dc-balanced code) is selected as an encoding method for communication between the sensor nodes 101 so that the modulation signal is not affected by a DC component. This is because the encoded data modulates a VCO (Voltage Controlled Oscillator) during communication, and if a DC component remains, a center frequency tuning error occurs. In TinyOS, Manchester code or 4B6B code (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 11) can be selected and used when performing weak power wireless communication between the sensor nodes 101 (Non-patent Document 11). Reference 10). These codes are DC balanced modulation codes. Manchester codes are encoded by transitions rather than information levels. Therefore, the bit rate is half the baud rate. On the other hand, in the case of 4B6B code, the bit rate is 2/3 of the baud rate.
US Pat. No. 4,824,463 Deborah Estrin, Akbar Sayeed, and Mani Srivastava, and Mani Srivastava, "Mobicom 2002 Tutorial T5: Wireless Sensor Networks", USA, ACM International Conference on Mobile Computing and Networking (MobiCom), September 2002 J.Rabaey, M.Ammer, J.Silva jr., D.Patel, and S.Roundy, "Picoradio supports ad hoc ultra-low power wireless networking", In IEEE Computer Magazine, USA, July 2000, pp. 42- 48. Philip Buonadonna, Jason Hill, and David Culler, "Active Message Communication for Tiny Networked Sensors", Submitted to Infocom USA, 2001 GJ Pottie, WJ Kaiser, "Wireless Integrated Network Sensors", Communications of the ACM, USA, May 2000, Vol. 43, No. 5, pp.551-8. Ivo Locher, "iBadge", [online], Networked & Embedded Systems Laboratory, University of California, [retrieved on November 20, 2003], Internet, <URL: http://nesl.ee.ucla.edu/projects / ibadge / > Andreas Savvides and Mani B. Srivastava, "A Distributed Computation Platform for Wireless Embedded Sensing", Invited paper, to appear in the proceedings of ICCD 2002, Freiburg, Germany J. Hill, R. Szewczyk, A. Woo, S. Hollar, D. Culler, and K. Pister, "System architecture directions for network sensors", ASPLOS 2000, USA R. Min, M. Bhardwaj, et al., "An architecture for a power-aware distributed micro sensor node", in Proc. IEEE Workshop Signal Processing Systems (SiPS '00), USA, October 2000, pp. 581 -590. Jason Hill, Robert Szewczyk, Alec Woo, Seth Hollar, David Culler, Kristofer Pister, "System Architecture Directions for Networked Sensors", ACM SIGARCH Computer Architecture News, USA, December 2000, Volume 28, Issue 5, pp.93- 104, ACM Press New York, NY, USA Jerry Zhao and Ramesh Govindan, "Understanding Packet Delivery Performance In Dense Wireless Sensor Networks", The First ACM Conference on Embedded Networked Sensor Systems, Los Angeles, USA, November 2003 "ASH Transceiver Software Designer's Guide", [online], August 7, 2002, RF Monolithics Inc., [November 20, 2003 search], Internet, <URL: http://www.rfm.com/ corp / apnotes.htm>

上記センサ・ノード間でデータ通信を行う場合、例えば、4B6B符号を使用するときは、図16に示したように、まず送信する8ビットのデジタル・データのパケットを4ビット・データで構成される2つのデータ・ブロックに分割する。そして、これらを変換表に従って6ビットのデータ・ブロックに変換する。そして、この6ビットのデータ・ブロックが順次送信される。   When data communication is performed between the sensor nodes, for example, when a 4B6B code is used, an 8-bit digital data packet to be transmitted is first composed of 4-bit data as shown in FIG. Divide into two data blocks. These are converted into 6-bit data blocks according to the conversion table. These 6-bit data blocks are sequentially transmitted.

しかしながら、センサ・ノード間のデータ通信は、弱電力RF通信であるため、電源や周囲の機器からのノイズやフェージングの影響を極めて受けやすい。そのため、無線通信におけるビット・エラーが頻発する場合がある。1つのデータ・ブロックがビット・エラーにより脱落した場合、そのデータ・ブロックに続いて送信されるパケットにエラーが伝搬し、バースト・エラーを生じる。すなわち、8ビットのデータ・ブロックは2つの4ビットのデータ・ブロックに分割して順次送信されるため、1つのデータ・ブロックが脱落すると、パケットを組み立てるデータ・ブロックの組み合わせにずれが生じる。このずれが伝搬するために、バースト・エラーが発生する。   However, since data communication between sensor nodes is weak power RF communication, it is extremely susceptible to noise and fading from the power supply and surrounding devices. For this reason, bit errors frequently occur in wireless communication. If one data block is dropped due to a bit error, the error propagates to the packet transmitted following that data block, resulting in a burst error. That is, since an 8-bit data block is divided into two 4-bit data blocks and sequentially transmitted, if one data block is dropped, there is a deviation in the combination of data blocks that compose a packet. Because this deviation propagates, a burst error occurs.

かかるエラーの発生を防止するため、多くの通信方式においては、誤り訂正符号が用いられる。しかしながら、誤り訂正符号を使用する場合、それを実現するための回路規模が大きくなる。また、演算処理が複雑になればなるほど、センサ・ノードにおけるデータ処理のリアルタイム性が損なわれる。特に、センサ・ノードでは、限られた規模のハードウェア資源を使用してできる限りの低電力で通信を行う必要がある。そのため、複雑な演算処理を伴う符号化はできる限り避けることが望ましい。   In order to prevent the occurrence of such an error, an error correction code is used in many communication systems. However, when an error correction code is used, the circuit scale for realizing it becomes large. Further, the more complicated the arithmetic processing, the more the real-time performance of data processing at the sensor node is impaired. In particular, sensor nodes need to communicate with as low power as possible using hardware resources of a limited scale. For this reason, it is desirable to avoid encoding involving complicated arithmetic processing as much as possible.

一方、無線センサ・ネットワークにおいて、センサ・ノードが送受信するデータは、殆どが、各センサ・ノードのセンサからの出力をデジタル化したデータである。かかるデータは、すべてのデータを正確に送受信することは必ずしも要求されず、データの多少の脱落は許容される。この種のデータは、センサが検出する物理量の全体的な傾向(包絡的な傾向)を掴むために使用されることが殆どだからである。従って、無線センサ・ネットワークでは、誤り訂正符号を用いてまで脱落したデータを復元する要請は少ないという事情がある。   On the other hand, in the wireless sensor network, most of the data transmitted / received by the sensor node is data obtained by digitizing the output from the sensor of each sensor node. Such data is not necessarily required to transmit and receive all data accurately, and some omission of data is allowed. This is because this kind of data is mostly used to grasp the general tendency (envelope tendency) of the physical quantity detected by the sensor. Accordingly, there is a situation in wireless sensor networks that there are few requests for restoring lost data using error correction codes.

そこで、本発明の目的は、エラー伝搬が生ずることなく、高速の符号化・復号化処理が可能であり、限られた規模のハードウェア資源により低消費電力で実現することが可能な無線センサ・ネットワーク・システムの通信技術を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a wireless sensor that can perform high-speed encoding / decoding processing without causing error propagation, and can be realized with low power consumption with limited hardware resources. It is to provide a communication technology for a network system.

本発明に係る無線センサ・ネットワーク・システムの通信モジュールの第1の構成は、センサに接続されたセンサ・インタフェース、送受信制御部、及び無線送受信部を備えた一乃至複数のセンサ・ノードと、前記センサ・ノードとの間で無線通信を行う無線送受信部、送受信制御部、及び外部ネットワークとのデータの授受を行うネットワーク・インタフェース部を備えた一乃至複数個のネットワーク・ノードと、の2種のノードを有する無線センサ・ネットワーク・システムにおいて各ノードに使用される通信モジュールであって、前記送受信制御部は、送受信データ・ブロックを、フロント・データ(front data)とテイル・データ(tail data)の2つのデータ・ブロックにブロック分割し出力するデータ・ブロック分割手段と、前記データ・ブロック分割手段が出力する各データ・ブロックの先頭に、そのデータ・ブロックがフロント・データであるかテイル・データであるかを識別するためのコントロール・コード(control code)を付加するコントロール・コード付加手段と、を備えていることを特徴とする。   A first configuration of a communication module of a wireless sensor network system according to the present invention includes a sensor interface connected to a sensor, a transmission / reception control unit, and one or more sensor nodes including a wireless transmission / reception unit, Two types of one or more network nodes including a wireless transmission / reception unit that performs wireless communication with a sensor node, a transmission / reception control unit, and a network interface unit that exchanges data with an external network A communication module used for each node in a wireless sensor network system having a node, wherein the transmission / reception control unit converts a transmission / reception data block into front data (tail data) and tail data (tail data). Data block dividing means for dividing the data into two data blocks and outputting the data blocks; and the data A control code for adding a control code for identifying whether the data block is front data or tail data to the head of each data block output by the block dividing means And an adding means.

無線通信においてデータ転送に使用される方式はシリアル通信が一般的である。その際に転送するデータのデータ長は1byte(8bit)を基本としている。また、センサからアナログデータを取り込み、ADCを施し、変換されたディジタルデータも1byteを最小のデータ長として取り扱うのが一般的である。そこで、センサから取得された8bitのディジタルデータを無線で転送する際に直流平衡変調を採用した。また、最小の1byteのデータでの転送を行うという条件を満たすために、もとの8bitのデータを4bitに分割するとともに、6bitへの符号化を施し、フロント・データ、テイル・データを判別するための2bitのコントロール・コードを付加することで、8bitのデータとした。これにより、一般的なシリアル転送と同様に扱うことが可能となる。また、応用範囲も広がる。また、リアルタイム性の維持のために単純な通信方式にすることもできる。また、逆に複雑なプロトコルなどを適用することも容易になる。更に、通常のシリアル転送とは異なり、コントロール・コードが付加されていることにより、無線通信でネックとなるデータ落ちの問題も解決することができる。   Serial communication is generally used as a method for data transfer in wireless communication. The data length of the data transferred at that time is basically 1 byte (8 bits). In general, analog data is acquired from a sensor, ADC is applied, and converted digital data is generally handled with 1 byte as the minimum data length. Therefore, DC balanced modulation was adopted when 8bit digital data acquired from the sensor was transferred wirelessly. In addition, in order to satisfy the condition that the transfer with the minimum 1-byte data is performed, the original 8-bit data is divided into 4 bits and encoded to 6 bits to discriminate front data and tail data. By adding a 2-bit control code, 8bit data was obtained. As a result, it can be handled in the same manner as general serial transfer. In addition, the range of application is expanded. In addition, a simple communication method can be used to maintain real-time characteristics. On the contrary, it becomes easy to apply a complicated protocol. Furthermore, unlike a normal serial transfer, the addition of a control code can solve the problem of data loss that becomes a bottleneck in wireless communication.

また、無線通信における符号誤りの誤り発生に1つのデータ・ブロックが脱落した場合でも、脱落したデータ・ブロックに続くデータ・ブロックのコントロール・コードを参照することにより、そのデータ・ブロックがフロント・データであるかテイル・データであるかを識別することができる。従って、脱落したデータ・ブロックに続くデータ・ブロックからでも、もとのパケットを正確に復元することができる。そのため、エラーの伝搬が防止される。また、コントロール・コード付加手段の演算処理は、コントロール・コードを付加するのみであり、複雑な演算処理を必要としない。また、受信側の演算処理も、コントロール・コードの参照とそれによるパケットの組み立てのみであり、複雑な演算処理を必要としない。従って、少ないハードウェア資源で構成することが可能で、高速で消費電力の少ない演算処理が可能である。従って、無線センサ・ネットワークのノードで使用される通信モジュールに要請される条件を満足することができる。   Also, even if one data block is dropped due to the occurrence of a code error in wireless communication, the data block is changed to the front data by referring to the control code of the data block following the dropped data block. Or tail data can be identified. Therefore, the original packet can be accurately restored even from the data block following the lost data block. Therefore, error propagation is prevented. Further, the arithmetic processing of the control code adding means only adds a control code, and does not require complicated arithmetic processing. Further, the calculation processing on the receiving side is only the reference of the control code and the assembly of the packet by that, and does not require complicated calculation processing. Therefore, it is possible to configure with a small amount of hardware resources, and it is possible to perform arithmetic processing with high speed and low power consumption. Therefore, the conditions required for the communication module used in the node of the wireless sensor network can be satisfied.

本発明に係る無線センサ・ネットワーク・システムの通信モジュールの第2の構成は、前記第1の構成において、前記送受信制御部は、他のノードから送信されたフロント・データ又はテイル・データのデータ・ブロックを前記無線送受信部が受信した場合、当該データ・ブロックに付加されたコントロール・コードを検出するコントロール・コード検出手段と、前記無線送受信部により受信されたデータ・ブロックB1に対して前記コントロール・コード検出手段により検出されたコントロール・コードC1と、そのデータ・ブロックB1の直前に前記無線送受信部により受信されたデータ・ブロックB0のコントロール・コードC0とを比較し、コントロール・コードC0がフロント・データを特定するコードである場合においてコントロール・コードC1がテイル・データを特定するコード以外のコードである場合、データ・ブロックB0を削除し、コントロール・コードC0がテイル・データを特定するコードである場合においてコントロール・コードC1がフロント・データを特定するコード以外のコードである場合、データ・ブロックB1の直後に受信されるデータ・ブロックB2を削除するデータ処理を行うエラー・ブロック削除手段と、を備えていることを特徴とする。   According to a second configuration of the communication module of the wireless sensor network system according to the present invention, in the first configuration, the transmission / reception control unit is configured to transmit data of front data or tail data transmitted from another node. When the block is received by the wireless transmission / reception unit, control code detection means for detecting a control code added to the data block, and the control block for the data block B1 received by the wireless transmission / reception unit The control code C1 detected by the code detection means is compared with the control code C0 of the data block B0 received by the wireless transmission / reception unit immediately before the data block B1. If the code identifies the data, When the code code C1 is a code other than the code specifying the tail data, the data block B0 is deleted, and when the control code C0 is the code specifying the tail data, the control code C1 is the front code. An error block deleting means for performing data processing for deleting a data block B2 received immediately after the data block B1 when the code is a code other than a code for specifying data; .

この構成によれば、ノード間の無線通信においてエラーが発生してデータ・ブロックが脱落した場合、脱落したデータ・ブロックの直前に受信されたデータ・ブロックがフロント・データであれば、そのデータ・ブロックにより構成されるパケットの前半分が欠落する。また、脱落したデータ・ブロックの直後に受信されたデータ・ブロックがテイル・データである場合にも、そのデータ・ブロックにより構成されるパケットの後半分が欠落する。   According to this configuration, when an error occurs in wireless communication between nodes and a data block is dropped, if the data block received immediately before the dropped data block is front data, the data block The first half of the packet composed of blocks is missing. Also, when the data block received immediately after the dropped data block is tail data, the latter half of the packet constituted by the data block is lost.

そこで、エラー・ブロック削除手段は、送受信制御部により受信されたデータ・ブロックB1に対してコントロール・コード検出手段により検出されたコントロール・コードC1と、そのデータ・ブロックB1の直前に送受信制御部により受信されたデータ・ブロックB0のコントロール・コードC0とを比較する。そして、コントロール・コードC0がフロント・データを特定するコードである場合においてコントロール・コードC1がテイル・データを特定するコード以外のコードである場合、データ・ブロックB0を削除する。また、コントロール・コードC0がテイル・データを特定するコードである場合においてコントロール・コードC1がフロント・データを特定するコード以外のコードである場合、データ・ブロックB1の直後に受信されるデータ・ブロックB2を削除する。これにより、脱落したデータ・ブロックの直前又は直後に受信されたデータ・ブロックにより構成されるパケットの後半分又は前半分が欠落する場合には、そのパケットは削除され、エラーパケットが生成されることが防止される。また、脱落したデータ・ブロックに続いて受信されるデータ・ブロックに対しても、パケットを構成するデータ・ブロックの組み合わせのずれが伝搬することによるバースト・エラーが発生することが防止される。   Therefore, the error block deletion means includes the control code C1 detected by the control code detection means for the data block B1 received by the transmission / reception control section, and the transmission / reception control section immediately before the data block B1. The control code C0 of the received data block B0 is compared. When the control code C0 is a code specifying front data and the control code C1 is a code other than a code specifying tail data, the data block B0 is deleted. Further, when the control code C0 is a code specifying tail data and the control code C1 is a code other than a code specifying front data, the data block received immediately after the data block B1 Delete B2. As a result, if the latter half or the first half of a packet composed of data blocks received immediately before or after the missing data block is missing, the packet is deleted and an error packet is generated. Is prevented. Further, it is possible to prevent a burst error from occurring due to propagation of a shift in a combination of data blocks constituting a packet even for a data block received subsequent to the dropped data block.

また、最小のデータ長のデータにコントロール・コードを付加し、受信側で個々のデータについてエラーを判別するため、エラー検出時に破棄されるデータを最小限に抑えることが可能になる。   In addition, since a control code is added to data having the minimum data length and an error is determined for each piece of data on the receiving side, it is possible to minimize data discarded when an error is detected.

本発明に係る無線センサ・ネットワーク・システムの通信モジュールの第3の構成は、前記第1又は2の構成において、前記送受信制御部は、前記データ・ブロック分割手段が出力するフロント・データ及びテイル・データの2つのデータ・ブロックのそれぞれを直流平衡変調符号(DC-balanced code)に符号化するデータ・ブロック符号化手段を備え、前記コントロール・コード付加手段は、前記データ・ブロック符号化手段により符号化された前記各データ・ブロックの先頭に、そのデータ・ブロックがフロント・データであるかテイル・データであるかを識別するためのコントロール・コードを付加することを特徴とする。   According to a third configuration of the communication module of the wireless sensor network system according to the present invention, in the first or second configuration, the transmission / reception control unit is configured to transmit the front data and tail output from the data block dividing unit. Data block encoding means for encoding each of the two data blocks of data into a DC-balanced modulation code (DC-balanced code) is provided, and the control code adding means is encoded by the data block encoding means. A control code for identifying whether the data block is front data or tail data is added to the head of each of the converted data blocks.

データ・ブロック符号化手段は、各データ・ブロックを直流平衡変調符号に符号化するため、送信されるデータは直流平衡性能が高いものとなる。ここで、直流平衡とは、長さNのすべての期間において0と1との数がほぼ等しいことをいう。このように、送信されるデータの直流平衡性能を高めることにより、高域通過フィルタで外部に取り出した情報をもとの信号に挿入する際に信号の欠落が生じない。また、無線送受信部の受信段のアンプに交流結合を採用することができるため、自動利得制御回路の設計が簡単になる。   Since the data block encoding means encodes each data block into a DC balanced modulation code, the transmitted data has high DC balanced performance. Here, DC balance means that the number of 0s and 1s is almost equal in all periods of length N. In this way, by improving the DC balance performance of the data to be transmitted, no signal is lost when the information extracted outside by the high-pass filter is inserted into the original signal. In addition, since AC coupling can be employed in the amplifier at the reception stage of the wireless transceiver, the design of the automatic gain control circuit is simplified.

また、無線通信の際に直流平衡性能を高くするためには、データの符号化が不可欠である。かつ前述の通り、最小のデータ転送単位1byteを維持するにはデータを分割し、受信側で再度結合させるため、フロント・データ、テイル・データを判別するコントロール・コードが必要となる。即ち、上記第3の構成を取ることにより、無線通信回路の簡単化、データ転送の単純化が実現でき、簡単な回路でのリアルタイム通信や、省電力化が可能となる。   In addition, data encoding is indispensable for improving DC balance performance during wireless communication. As described above, in order to maintain the minimum data transfer unit of 1 byte, the data is divided and recombined on the receiving side, so that a control code for discriminating front data and tail data is required. That is, by adopting the third configuration, the wireless communication circuit can be simplified and the data transfer can be simplified, and real-time communication and power saving can be achieved with a simple circuit.

本発明に係る無線センサ・ネットワーク・システムの通信モジュールの第4の構成は、前記第3の構成において、前記データ・ブロック分割手段は、前記センサ・インタフェース又は前記無線送受信部から出力される8ビットの送受信データ・ブロックを、4ビットのフロント・データと4ビットのテイル・データの2つのデータ・ブロックにブロック分割し出力するものであり、前記データ・ブロック符号化手段は、4ビットの各データ・ブロックを6ビットの直流変調符号に符号化することを特徴とする。   According to a fourth configuration of the communication module of the wireless sensor network system according to the present invention, in the third configuration, the data block dividing means is an 8-bit output from the sensor interface or the wireless transmission / reception unit. The transmission / reception data block is divided into two data blocks of 4-bit front data and 4-bit tail data, and the data block encoding means outputs each data of 4 bits. The block is encoded into a 6-bit DC modulation code.

このように、4B6B符号化を採用することにより、通常ディジタルデータの処理の際に最小のデータ長となる1byteの残りの2bitをコントロール・コードとして利用できるため、直流平衡性能を確保しながら、分割されたデータのエラー判定も実現でき、簡単な方式で効率的なデータ転送を行うことができる。   In this way, by adopting 4B6B encoding, the remaining 2 bits of 1 byte, which is the minimum data length when processing normal digital data, can be used as a control code, so it is possible to divide while ensuring DC balance performance It is also possible to implement error determination of the data that has been processed, and to perform efficient data transfer with a simple method.

本発明に係る無線センサ・ネットワーク・システムの通信モジュールの第5の構成は、前記第3又は4の構成において、前記送受信制御部は、入力されるデータ・ブロックの符号系列とそれに対する直流平衡変調符号との対応関係を表すルックアップ・テーブルが格納された符号化テーブルを備え、前記データ・ブロック符号化手段は、前記データ・ブロック分割手段が出力するフロント・データ及びテイル・データの2つのデータ・ブロックのそれぞれを、前記符号化テーブルを参照することによって直流平衡変調符号に符号化することを特徴とする。   According to a fifth configuration of the communication module of the wireless sensor network system according to the present invention, in the third or fourth configuration, the transmission / reception control unit includes a code sequence of an input data block and a DC balanced modulation for the code sequence. A coding table in which a look-up table representing a correspondence relationship with codes is stored, and the data block coding means includes two data of front data and tail data output from the data block dividing means Each block is encoded into a DC balanced modulation code by referring to the encoding table.

このように、符号化をルックアップ・テーブルによって行うことにより、符号化処理の演算が容易となる。また、あらかじめルックアップ・テーブルに登録された符号語を符号化に使用するので、符号化で使用する符号語を容易に変更することが可能である。特に、ノード間の通信に影響を与えるノイズの発生源が特定の機器などである場合には、特定の符号語に対するエラーレートが大きくなる場合が多い。これらのノイズは、UHP帯のRF通信を採用した場合には、周囲の環境(地形、建物)やノイズの発生源となる機器の存在などに依存しており、ノードが置かれている場所や環境によってエラーを起こしやすい符号語が変化する。従って、そのような場合、各ノードごとに、エラーを起こしやすい符号語を避けるようにして、符号化に使用する符号語をルックアップ・テーブルに登録しておくことにより、場所や環境に依存したノイズがノード間の通信に与える影響を低減することができる。   As described above, encoding is performed by a lookup table, thereby facilitating encoding processing. In addition, since the codeword registered in the lookup table in advance is used for encoding, the codeword used for encoding can be easily changed. In particular, when the source of noise that affects communication between nodes is a specific device or the like, the error rate for a specific codeword often increases. When UHP band RF communication is used, these noises depend on the surrounding environment (terrain, buildings), the presence of equipment that is the source of noise, and the location of the node. Codewords that are prone to error vary depending on the environment. Therefore, in such a case, depending on the location and environment, by registering the codeword used for encoding in the lookup table so as to avoid codewords that are likely to cause errors for each node. The influence of noise on communication between nodes can be reduced.

また、通信の際にエラーチェックやデータの再送・補正など複雑な処理を行うことによりノイズの影響を低減させるのではなく、ルックアップ・テーブルを変更することで特定のノイズの影響を軽減することができる。また、符号化テーブルとして格納する方式をとることにより、テーブルの変更が容易となり、無線通信に影響を及ぼす周囲の環境の変化に、臨機応変に対応し、通信を安定化させることが可能となる。   Also, instead of reducing the influence of noise by performing complicated processing such as error checking and data retransmission / correction during communication, the influence of specific noise can be reduced by changing the lookup table. Can do. In addition, by adopting a method of storing as an encoding table, it becomes easy to change the table, and it becomes possible to respond to changes in the surrounding environment that affect wireless communication, and to stabilize communication. .

本発明に係る無線センサ・ネットワーク・システムの通信モジュールの第6の構成は、前記第5の構成において、前記送受信制御部は、前記直流平衡変調符号において使用可能なすべての符号系列を、所定の順序でパイロット信号として前記無線送受信部から送信するパイロット信号送信手段と、前記無線送受信部が他のノードから送信されたパイロット信号を受信した場合において、受信された各直流平衡変調符号のそれぞれについて誤り発生率又は誤り発生数を検出するパイロット信号検査手段と、前記各直流平衡変調符号のうち、前記パイロット信号検査手段により検出される誤り発生率が低いもの又は誤り発生数が少ないものから順に、必要な個数だけ直流平衡変調符号を選択して前記符号化テーブルに登録する符号選択手段と、を備えていることを特徴とする。   According to a sixth configuration of the communication module of the wireless sensor network system according to the present invention, in the fifth configuration, the transmission / reception control unit assigns all code sequences usable in the DC balanced modulation code to a predetermined code sequence. When the pilot signal transmitting means transmits the pilot signal as a pilot signal in order and the pilot signal transmitted from the other node by the wireless transmitter / receiver, an error is detected for each DC balanced modulation code received. Pilot signal inspection means for detecting the occurrence rate or the number of error occurrences, and among the DC balanced modulation codes, the ones required in order from the one with the low error occurrence rate detected by the pilot signal inspection means or the one with the smallest number of error occurrences. Code selecting means for selecting a number of DC balanced modulation codes and registering them in the encoding table; For example, characterized in that is.

このように、実際の通信の前に、パイロット信号による通信状態の検査を行い、最も良い通信状態を確立することにより、データ通信の際の通信方式を簡素化することができる。また、センサ・ネットワークなどのローカルなネットワーク内では、他のネットワークのプロトコルに左右されることなく、独自にテーブル参照の取り決めが行われるため、テーブル参照の取り決め方法によっては、他のネットワークから、データの機密性を守る効果も期待される。   As described above, the communication state at the time of data communication can be simplified by performing the inspection of the communication state by the pilot signal before the actual communication and establishing the best communication state. In local networks such as sensor networks, table reference agreements are made independently of other network protocols. Depending on the table reference agreement method, data from other networks It is also expected to protect the confidentiality.

本発明に係る無線センサ・ネットワーク・システムの通信方法の第1の構成は、センサに接続されたセンサ・インタフェース、データの送受信制御を行う送受信制御部、及び無線により他のノードとのデータの送受信を行う無線送受信部を備えた一乃至複数のセンサ・ノードと、前記センサ・ノードとの間で無線通信を行う無線送受信部、データの送受信制御を行う送受信制御部、及び外部ネットワークとのデータの授受を行うネットワーク・インタフェース部を備えた一乃至複数個のネットワーク・ノードと、の2種のノードを有する無線センサ・ネットワーク・システムにおいて、各ノード間でデータの通信を行うための通信方法であって、送受信データ・ブロックを、フロント・データとテイル・データの2つのデータ・ブロックにブロック分割するデータ・ブロック分割手順と、前記データ・ブロック分割手順において生成された各データ・ブロックの先頭に、そのデータ・ブロックがフロント・データであるかテイル・データであるかを識別するためのコントロール・コードを付加するコントロール・コード付加手順と、を有していることを特徴とする。   A first configuration of a communication method of a wireless sensor network system according to the present invention includes a sensor interface connected to a sensor, a transmission / reception control unit that performs transmission / reception control of data, and transmission / reception of data to / from other nodes wirelessly. One or a plurality of sensor nodes having a wireless transmission / reception unit for performing data transmission, a wireless transmission / reception unit for performing wireless communication with the sensor node, a transmission / reception control unit for performing transmission / reception control of data, and data transmission to an external network In a wireless sensor network system having two types of nodes, one or a plurality of network nodes provided with a network interface unit for sending and receiving, a communication method for performing data communication between the nodes. Block the transmit / receive data block into two data blocks: front data and tail data. A data block dividing procedure for dividing the data block, and at the head of each data block generated in the data block dividing procedure, to identify whether the data block is front data or tail data And a control code adding procedure for adding the control code.

本発明に係る無線センサ・ネットワーク・システムの通信方法の第2の構成は、前記第1の構成において、他のノードから送信されたフロント・データ又はテイル・データのデータ・ブロックを前記無線送受信部が受信した場合、当該データ・ブロックに付加されたコントロール・コードを検出するコントロール・コード検出手順と、前記無線送受信部により受信されたデータ・ブロックB1に対して前記コントロール・コード検出手順で検出されたコントロール・コードC1と、そのデータ・ブロックB1の直前に前記無線送受信部により受信されたデータ・ブロックB0のコントロール・コードC0とを比較し、コントロール・コードC0がフロント・データを特定するコードである場合においてコントロール・コードC1がテイル・データを特定するコード以外のコードである場合、データ・ブロックB0を削除し、コントロール・コードC0がテイル・データを特定するコードである場合においてコントロール・コードC1がフロント・データを特定するコード以外のコードである場合、データ・ブロックB1の直後に受信されるデータ・ブロックB2を削除するデータ処理を行うエラー・ブロック削除手順と、を有することを特徴とする。   According to a second configuration of the communication method of the wireless sensor network system according to the present invention, in the first configuration, the data block of the front data or the tail data transmitted from another node is transmitted to the wireless transmission / reception unit. Is detected by the control code detection procedure for detecting the control code added to the data block and the control code detection procedure for the data block B1 received by the wireless transmission / reception unit. The control code C1 is compared with the control code C0 of the data block B0 received by the wireless transmission / reception unit immediately before the data block B1, and the control code C0 is a code for specifying the front data. In some cases, control code C1 The data block B0 is deleted, and when the control code C0 is a code specifying tail data, the control code C1 is a code other than a code specifying front data. If it is a code, it has an error block deletion procedure for performing data processing for deleting the data block B2 received immediately after the data block B1.

本発明に係る無線センサ・ネットワーク・システムの通信方法の第3の構成は、前記第1又は2の構成において、前記データ・ブロック分割手順で生成されたフロント・データ及びテイル・データの2つのデータ・ブロックのそれぞれを直流平衡変調符号に符号化するデータ・ブロック符号化手順を有し、前記コントロール・コード付加手順では、前記データ・ブロック符号化手順で符号化された前記各データ・ブロックの先頭に、そのデータ・ブロックがフロント・データであるかテイル・データであるかを識別するためのコントロール・コードを付加する処理を行うことを特徴とする。   According to a third configuration of the wireless sensor network system communication method of the present invention, in the first or second configuration, two data of front data and tail data generated by the data block dividing procedure are used. A data block encoding procedure for encoding each block into a DC balanced modulation code, and in the control code addition procedure, the head of each data block encoded in the data block encoding procedure And a process of adding a control code for identifying whether the data block is front data or tail data.

本発明に係る無線センサ・ネットワーク・システムの通信方法の第4の構成は、前記第3の構成において、前記データ・ブロック分割手順では、前記センサ・インタフェース又は前記無線送受信部から出力される8ビットの送受信データ・ブロックを、4ビットのフロント・データと4ビットのテイル・データの2つのデータ・ブロックにブロック分割し、前記データ・ブロック符号化手順では、4ビットの各データ・ブロックを6ビットの直流変調符号に符号化することを特徴とする。   According to a fourth configuration of the wireless sensor network system communication method of the present invention, in the third configuration, in the data block division procedure, 8 bits output from the sensor interface or the wireless transmission / reception unit. The transmission / reception data block is divided into two data blocks of 4-bit front data and 4-bit tail data. In the data block encoding procedure, each 4-bit data block is divided into 6 bits. It encodes to the direct current | flow modulation code of this.

本発明に係る無線センサ・ネットワーク・システムの通信方法の第5の構成は、前記第3又は4の構成において、前記送受信制御部は、入力されるデータ・ブロックの符号系列とそれに対する直流平衡変調符号との対応関係を表すルックアップ・テーブルが格納された符号化テーブルを備えており、前記データ・ブロック符号化手順では、前記データ・ブロック分割手順で生成されたフロント・データ及びテイル・データの2つのデータ・ブロックのそれぞれを、前記符号化テーブルを参照することによって直流平衡変調符号に符号化することを特徴とする。   According to a fifth configuration of the communication method of the wireless sensor network system according to the present invention, in the third or fourth configuration, the transmission / reception control unit includes a code sequence of an input data block and a DC balanced modulation for the code sequence. A coding table storing a look-up table representing a correspondence relationship with codes, and in the data block coding procedure, the front data and tail data generated by the data block dividing procedure are stored. Each of the two data blocks is encoded into a DC balanced modulation code by referring to the encoding table.

本発明に係る無線センサ・ネットワーク・システムの通信方法の第6の構成は、前記第5の構成において、各ノード間でデータの通信を開始するに先立ち、前記直流平衡変調符号において使用可能なすべての符号系列を、所定の順序でパイロット信号として前記無線送受信部から送信するパイロット信号送信手順と、前記無線送受信部が他のノードから送信されたパイロット信号を受信した場合において、受信された各直流平衡変調符号のそれぞれについて誤り発生率又は誤り発生数を検出するパイロット信号検査手順と、前記各直流平衡変調符号のうち、前記パイロット信号検査手順で検出された誤り発生率が低いもの又は誤り発生数が少ないものから順に、必要な個数だけ直流平衡変調符号を選択して前記符号化テーブルに登録する符号選択手順と、
を有していることを特徴とする。
The sixth configuration of the communication method of the wireless sensor network system according to the present invention is such that, in the fifth configuration, all of the DC balanced modulation codes that can be used before starting data communication between the nodes. Each of the received DC signals when the radio transmission / reception unit receives a pilot signal transmitted from another node as a pilot signal in a predetermined order from the radio transmission / reception unit. A pilot signal inspection procedure for detecting an error occurrence rate or the number of error occurrences for each balanced modulation code, and one of the DC balanced modulation codes having a low error occurrence rate detected by the pilot signal inspection procedure or the number of error occurrences The code that selects the necessary number of DC balanced modulation codes and registers them in the coding table in order from the smallest number And 択手 order,
It is characterized by having.

以上のように、本発明によれば、ノード間の無線通信において送信されたデータ・ブロックが脱落した場合であっても、脱落により不完全となったパケットのみを削除して、他のパケットを正確に復元することができる。そのため、エラーの伝搬を防止することができる。そして、少ないハードウェア資源で構成することが可能であり、高速で符号化・復号化処理が可能である。また、センサ・ノードのような限られた電池電源での消費電力の少ない演算処理が可能である。従って、無線センサ・ネットワークのノードで使用される通信モジュールに要請される条件を充足する通信技術を提供することができる。   As described above, according to the present invention, even when a data block transmitted in wireless communication between nodes is dropped, only a packet that is incomplete due to dropping is deleted, and another packet is deleted. It can be restored accurately. Therefore, error propagation can be prevented. Further, it can be configured with a small amount of hardware resources, and high-speed encoding / decoding processing is possible. In addition, it is possible to perform arithmetic processing with low power consumption using a limited battery power source such as a sensor node. Therefore, it is possible to provide a communication technique that satisfies the conditions required for the communication module used in the node of the wireless sensor network.

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明の実施例1に係る無線センサ・ネットワーク・システムの全体構成を表す図である。本実施例の無線センサ・ネットワーク・システムは、ネットワーク・ノード1、センサ・ノード2、及びホスト・コンピュータ3により構成される。ネットワーク・ノード1は、図1では1つだけ示しているが、複数であってもよい。センサ・ノード2は、1つのネットワーク・ノード1に対して1乃至複数個存在する。各センサ・ノード2とネットワーク・ノード1とは、無線通信により接続される。また、ネットワーク・ノード1は、ケーブルにより、ホスト・コンピュータ3に接続されている。そして、ホスト・コンピュータ3は、インターネット4に接続されている。これにより、ネットワーク・ノード1は、ホスト・コンピュータ3を介して、インターネット4に接続することができる。   FIG. 1 is a diagram illustrating the overall configuration of a wireless sensor network system according to a first embodiment of the present invention. The wireless sensor network system according to this embodiment includes a network node 1, a sensor node 2, and a host computer 3. Although only one network node 1 is shown in FIG. 1, there may be a plurality of network nodes. One or more sensor nodes 2 exist for one network node 1. Each sensor node 2 and network node 1 are connected by wireless communication. The network node 1 is connected to the host computer 3 by a cable. The host computer 3 is connected to the Internet 4. As a result, the network node 1 can be connected to the Internet 4 via the host computer 3.

尚、図1では、1つのネットワーク・ノード1に対して複数のセンサ・ノード2が同レベルで接続した構成(この構成は「平面構造(flat structure)」と呼ばれる。)を示しているが、ネットワーク・ノード1とセンサ・ノード2との接続は、図13に示したような階層構造(hierarchical structure)であってもよい。   FIG. 1 shows a configuration in which a plurality of sensor nodes 2 are connected to one network node 1 at the same level (this configuration is called a “flat structure”). The connection between the network node 1 and the sensor node 2 may have a hierarchical structure as shown in FIG.

各センサ・ノード2は、センサ5、アナログ・デジタル信号処理装置6、及びRFトランシーバ(RF transceiver : 高周波無線送受信機)7、及びアンテナ7a(図2参照)を備えている。センサ5は、光センサ、温度センサ、音センサ等の各種センサが用いられる。センサ5は、光、温度、音等の物理量を検出し、アナログ電気信号として出力する。アナログ・デジタル信号処理装置6は、センサ5から出力されるアナログ電気信号をデジタル値に変換するとともに、このデジタル信号について各ノード(センサ・ノード2及びネットワーク・ノード1をいう。以下同じ。)間での通信制御を行う。RFトランシーバ7は、各ノード間で実際にRF無線通信を実行する装置である。   Each sensor node 2 includes a sensor 5, an analog / digital signal processing device 6, an RF transceiver (RF transceiver) 7, and an antenna 7a (see FIG. 2). As the sensor 5, various sensors such as an optical sensor, a temperature sensor, and a sound sensor are used. The sensor 5 detects physical quantities such as light, temperature, and sound and outputs them as analog electrical signals. The analog / digital signal processing device 6 converts an analog electric signal output from the sensor 5 into a digital value, and between the nodes (referred to as the sensor node 2 and the network node 1, hereinafter the same) for the digital signal. Control communication with. The RF transceiver 7 is a device that actually performs RF wireless communication between the nodes.

図2はネットワーク・ノード及びセンサ・ノードのハードウェア構成を表すブロック図である。ネットワーク・ノード1は、ベース・ボード10、PCボード11、及び電池12の3つのユニットにより構成される。また、センサ・ノード2は、ベース・ボード10、センサ・ボード13、及び電池12の3つのユニットにより構成される。ベース・ボード10は、ネットワーク・ノード1とセンサ・ノード2とで共通のものが使用される。このように、ネットワーク・ノード1とセンサ・ノード2とで部品の共通化を図ることにより、各ノードを低コストで製造することが可能となる。   FIG. 2 is a block diagram showing the hardware configuration of the network node and the sensor node. The network node 1 is composed of three units: a base board 10, a PC board 11, and a battery 12. The sensor node 2 is composed of three units: a base board 10, a sensor board 13, and a battery 12. A common base board 10 is used for the network node 1 and the sensor node 2. In this way, by sharing parts between the network node 1 and the sensor node 2, each node can be manufactured at low cost.

ベース・ボード10には、ノード間の無線通信を行う機能及び電源制御を行う機能を有する回路が搭載されている。従って、ベース・ボード10は、各ノードの通信モジュール兼電源制御モジュールとして機能する。PCボード11には、ネットワーク・ノード1とホスト・コンピュータ3との間での通信を行うための回路が搭載されている。センサ・ボード13には、センサ・ノード2に内蔵されたセンサ5が出力するアナログ信号を処理しデジタル信号に変換する回路と、センサ5に供給する電力を制御する回路とが搭載されている。電池12は、ベース・ボード10、PCボード11、及びセンサ・ボード13に電力供給を行う。   The base board 10 is equipped with a circuit having a function of performing wireless communication between nodes and a function of performing power supply control. Therefore, the base board 10 functions as a communication module and power supply control module for each node. A circuit for performing communication between the network node 1 and the host computer 3 is mounted on the PC board 11. The sensor board 13 includes a circuit that processes an analog signal output from the sensor 5 built in the sensor node 2 and converts the analog signal into a digital signal, and a circuit that controls power supplied to the sensor 5. The battery 12 supplies power to the base board 10, the PC board 11, and the sensor board 13.

ベース・ボード10は、中央処理装置(Central Processing Unit : 以下、「CPU」という。)15、静的ランダム・アクセス・メモリ(Static Random Access Memory : 以下、「SRAM」という。)16、RFトランシーバ7、クロック17、及び電力制御装置(Power Controller)18を備えている。CPU15は、ベース・ボード10の回路全体の制御、及びPCボード11又はセンサ・ボード13とのデータ通信の制御を行う。SRAM16は、CPU15の演算処理に際して生じるデータを一時的に保持するために設けられている。RFトランシーバ7は、図1において説明したものと同様のものである。クロック17は、ベース・ボード10とPCボード11又はセンサ・ボード13とで同期動作を行うための基準クロックを生成する。また、電力制御装置18は、ノード全体の平均消費電力を抑えるために、動作していないモジュールに対して供給する電力を遮断又は低下させる制御を行う。   The base board 10 includes a central processing unit (hereinafter referred to as “CPU”) 15, a static random access memory (hereinafter referred to as “SRAM”) 16, and an RF transceiver 7. , A clock 17 and a power controller 18. The CPU 15 controls the entire circuit of the base board 10 and controls data communication with the PC board 11 or the sensor board 13. The SRAM 16 is provided to temporarily hold data generated during the arithmetic processing of the CPU 15. The RF transceiver 7 is the same as that described in FIG. The clock 17 generates a reference clock for performing a synchronous operation between the base board 10 and the PC board 11 or the sensor board 13. Further, the power control device 18 performs control to cut off or reduce the power supplied to the modules that are not operating in order to suppress the average power consumption of the entire node.

尚、センサ5として使用される各種センサへの柔軟な対応と部品の共通化とを図るため、CPU15の代わりに、PIC(Programmable Interrupt Controller)、PLD(Programmable Logic Device)、CPLD(Complex Programmable Logic Device)、FPGA(Field Programmable Gate Array)のようなプログラマブルなデバイスを使用することもできる。   In order to flexibly support various sensors used as the sensor 5 and to share parts, the PIC (Programmable Interrupt Controller), PLD (Programmable Logic Device), CPLD (Complex Programmable Logic Device) are used instead of the CPU 15. ), Programmable devices such as FPGA (Field Programmable Gate Array) can also be used.

PCボード11には、ホスト・コンピュータ3との間での通信を行うための回路として、RS232Cドライバ19が搭載されている。このRS232Cドライバ19は、RS232C(Recommended Standard 232 C)に定められた規格に従って、ホスト・コンピュータ3とCPU15との間でシリアル通信の制御を行う。   An RS232C driver 19 is mounted on the PC board 11 as a circuit for performing communication with the host computer 3. The RS232C driver 19 controls serial communication between the host computer 3 and the CPU 15 in accordance with a standard defined in RS232C (Recommended Standard 232 C).

センサ・ボード13は、低域通過フィルタ(Low Pass Filter : 以下、「LPF」という。)20、アナログ・デジタル変換器(Analog-Digital Converter : 以下、「ADC」という。)21、及び電力制御装置22を備えている。LPF20は、センサ5から入力されるアナログ信号の低周波数成分を除去することによりDC成分をカットする。ADC21は、LPF20で低周波除去がされたアナログ信号をデジタル信号に量子化する。この量子化により得られるデジタル信号は、ベース・ボード10に出力される。電力制御装置22は、センサ・ボード13全体の平均消費電力を抑えるために、動作していないモジュールに対して供給する電力を遮断又は低下させる制御を行う。すなわち、センサ5がセンシング動作をしていないときに、センサ・ボード13の他のモジュールの電源を遮断し又は低消費電力モードにする。   The sensor board 13 includes a low-pass filter (hereinafter referred to as “LPF”) 20, an analog-digital converter (hereinafter referred to as “ADC”) 21, and a power control device. 22 is provided. The LPF 20 cuts the DC component by removing the low frequency component of the analog signal input from the sensor 5. The ADC 21 quantizes the analog signal from which the low frequency is removed by the LPF 20 into a digital signal. A digital signal obtained by this quantization is output to the base board 10. The power control device 22 performs control to cut off or reduce the power supplied to the module that is not operating in order to suppress the average power consumption of the entire sensor board 13. That is, when the sensor 5 is not performing a sensing operation, the power of the other modules of the sensor board 13 is cut off or the low power consumption mode is set.

図3は本発明の実施例1に係るセンサ・ノード2における通信モジュールの機能構成を示したブロック図である。尚、ネットワーク・ノード1の通信モジュールの機能構成も図3と同様であるので、ここでは代表的にセンサ・ノード2の通信モジュールの機能構成のみを説明する。   FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration of the communication module in the sensor node 2 according to the first embodiment of the present invention. Since the functional configuration of the communication module of the network node 1 is the same as that in FIG. 3, only the functional configuration of the communication module of the sensor node 2 will be described here.

センサ・ノード2の通信モジュールは、パケット生成手段31、データ・ブロック分割手段32、データ・ブロック符号化手段33、コントロール・コード付加手段34、符号化テーブル35、コントロール・コード検出手段36、エラー・ブロック削除手段37、データ・ブロック復号手段38、パケット組立手段39、中央制御部40、パイロット信号送信手段41、パイロット信号検査手段42、及び符号選択手段43により構成される。これらの機能は、図2のCPU15及びSRAM16が協働することによって実現される。尚、図3において、センサ5、RFトランシーバ7、アンテナ7a、LPF20、及びADC21は図1、図2と同様のものである。   The communication module of the sensor node 2 includes a packet generating unit 31, a data block dividing unit 32, a data block encoding unit 33, a control code adding unit 34, an encoding table 35, a control code detecting unit 36, an error The block deletion unit 37, the data block decoding unit 38, the packet assembly unit 39, the central control unit 40, the pilot signal transmission unit 41, the pilot signal inspection unit 42, and the code selection unit 43 are included. These functions are realized by the cooperation of the CPU 15 and the SRAM 16 shown in FIG. In FIG. 3, the sensor 5, the RF transceiver 7, the antenna 7a, the LPF 20, and the ADC 21 are the same as those in FIGS.

パケット生成手段31は、センサ5から出力されADC21により量子化されたセンシング・データを8ビットのパケットとして再構成する。データ・ブロック分割手段32は、入力される8ビットのパケットを、フロント・データとテイル・データの2つの4ビットのデータ・ブロックにブロック分割して出力する。   The packet generator 31 reconstructs the sensing data output from the sensor 5 and quantized by the ADC 21 as an 8-bit packet. The data block dividing means 32 divides an input 8-bit packet into two 4-bit data blocks of front data and tail data, and outputs them.

データ・ブロック符号化手段33は、データ・ブロック分割手段32が出力するフロント・データ及びテイル・データの2つのデータ・ブロックのそれぞれを直流平衡変調符号に符号化する。尚、直流平衡変調符号としては、マンチェスタ符号(PE(Phase Encoding)符号)やmBnB符号、mBnT符号、nBIC符号等を使用することができるが、本実施例においては、4B6B符号を採用する。4B6B符号化によって符号化された6bitのデータにコントロール・コード2bitを付加し1byteのデータを形成するためである。   The data block encoding unit 33 encodes each of the two data blocks of the front data and the tail data output from the data block dividing unit 32 into a DC balanced modulation code. As the DC balanced modulation code, Manchester code (PE (Phase Encoding) code), mBnB code, mBnT code, nBIC code, or the like can be used. In this embodiment, 4B6B code is adopted. This is because 2 bits of control code are added to 6 bits of data encoded by 4B6B encoding to form 1 byte of data.

ここで、データ・ブロック符号化手段33が符号化を行う際の入力と符号ごとの対応関係は、符号化テーブル35に格納されている。符号化テーブル35はルックアップ・テーブルである。データ・ブロック符号化手段33は、4ビットの入力データ・ブロックに対して符号化テーブル35を参照して高速で符号化を行い、6ビットの符号化データ・ブロックを出力する。尚、図4にデータ・ブロックの符号変換表の一例を示す。   Here, the input when the data block encoding means 33 performs encoding and the correspondence relationship for each code are stored in the encoding table 35. The encoding table 35 is a lookup table. The data block encoding means 33 encodes a 4-bit input data block at high speed with reference to the encoding table 35, and outputs a 6-bit encoded data block. FIG. 4 shows an example of a code conversion table of data blocks.

コントロール・コード付加手段34は、データ・ブロック符号化手段33が出力する6ビットの符号化データ・ブロックの先頭に、2ビットのコントロール・コードを付加する。コントロール・コードとは、そのデータ・ブロックがフロント・データであるかテイル・データであるかを識別するための符号である。データ・ブロックがフロント・データの場合にはコントロール・コード“01”が付され、データ・ブロックがテイル・データの場合にはコントロール・コード“10”が付される。データ・レートを向上する観点からは、コントロール・コードはできるだけ短いほうがよい。一方、コントロール・コードのみでも直流平衡を実現し、データに付加した際にも直流平衡を確実に保持できるようにする必要がある。そのため、本実施例では2ビットのコントロール・コードを使用している。   The control code adding means 34 adds a 2-bit control code to the head of the 6-bit encoded data block output from the data block encoding means 33. The control code is a code for identifying whether the data block is front data or tail data. When the data block is front data, a control code “01” is attached, and when the data block is tail data, a control code “10” is attached. From the viewpoint of improving the data rate, the control code should be as short as possible. On the other hand, it is necessary to realize DC balance with only the control code, and to ensure that DC balance can be maintained even when added to data. Therefore, a 2-bit control code is used in this embodiment.

コントロール・コード検出手段36は、他のノードから送信されたフロント・データ又はテイル・データのデータ・ブロックをRFトランシーバ7が受信した場合、当該データ・ブロックに付加されたコントロール・コードを検出する。   When the RF transceiver 7 receives a data block of front data or tail data transmitted from another node, the control code detection means 36 detects a control code added to the data block.

エラー・ブロック削除手段37は、RFトランシーバ7により受信されたデータ・ブロックB1に対してコントロール・コード検出手段36により検出されたコントロール・コードC1と、そのデータ・ブロックB1の直前にRFトランシーバ7により受信されたデータ・ブロックB0のコントロール・コードC0とを比較し、通信中にデータ・ブロックに生じたエラーを検出する。すなわち、エラー・ブロック削除手段37は、コントロール・コードC0がフロント・データを特定するコードである場合においてコントロール・コードC1がテイル・データを特定するコード以外のコードである場合には、データ・ブロックB0を削除する。また、コントロール・コードC0がテイル・データを特定するコードである場合においてコントロール・コードC1がフロント・データを特定するコード以外のコードである場合、データ・ブロックB1の直後に受信されるデータ・ブロックB2を削除する。そして、エラー・ブロック削除手段37は、削除しないデータ・ブロックについては、先頭2ビットのコントロール・コードを削除した、6ビットのデータ・ブロックを出力する。   The error block deletion means 37 includes the control code C1 detected by the control code detection means 36 for the data block B1 received by the RF transceiver 7, and the RF transceiver 7 immediately before the data block B1. The received data block B0 is compared with the control code C0 to detect an error occurring in the data block during communication. That is, when the control code C0 is a code specifying the front data and the control code C1 is a code other than the code specifying the tail data, the error block deleting means 37 is a data block. Delete B0. Further, when the control code C0 is a code specifying tail data and the control code C1 is a code other than a code specifying front data, the data block received immediately after the data block B1 Delete B2. Then, the error block deleting means 37 outputs a 6-bit data block in which the first 2-bit control code is deleted for the data block not to be deleted.

データ・ブロック復号手段38は、エラー・ブロック削除手段37が出力する6ビットのデータ・ブロックを4B6B変換により復号し、4ビットの復号データ・ブロックを生成する。ここで、データ・ブロック復号手段38は、復号を行う場合には、符号化テーブル35を参照することによって復号処理を行う。   The data block decoding unit 38 decodes the 6-bit data block output from the error block deletion unit 37 by 4B6B conversion to generate a 4-bit decoded data block. Here, the data block decoding means 38 performs a decoding process with reference to the encoding table 35, when decoding.

パケット組立手段39は、復号されたフロント・データ・ブロックとテイル・データ・ブロックとを結合し、もとの8ビットのパケットを復元する。復元されたパケットは、中央制御部40に出力される。   The packet assembling means 39 combines the decoded front data block and tail data block, and restores the original 8-bit packet. The restored packet is output to the central control unit 40.

中央制御部40は、データ・パケットの流れを制御するものである。パケット生成手段31からセンサ5が出力したデータが入力された場合には、これをデータ・ブロック分割手段32に出力する。また、パケット組立手段39から、他のノードから転送されてきたパケットが入力された場合には、これをデータ・ブロック分割手段32に出力する。(尚、ネットワーク・ノード1の場合には、中央制御部40は、パケット組立手段39から、他のノードから転送されてきたパケットが入力された場合には、これをPCボード11のRS232Cドライバに出力する。)   The central control unit 40 controls the flow of data packets. When the data output from the sensor 5 is input from the packet generating unit 31, the data is output to the data block dividing unit 32. Further, when a packet transferred from another node is input from the packet assembling means 39, it is output to the data block dividing means 32. (In the case of the network node 1, when the packet transferred from the other node is input from the packet assembling means 39, the central control unit 40 sends it to the RS232C driver of the PC board 11. Output.)

パイロット信号送信手段41、パイロット信号検査手段42、及び符号選択手段43は、ノード間でセンシング・データの通信を始める前段階として、各ノード間で発生する特定のノイズの影響を低減するためのモジュールである。   The pilot signal transmission unit 41, the pilot signal inspection unit 42, and the code selection unit 43 are modules for reducing the influence of specific noise generated between the nodes as a stage before starting communication of sensing data between the nodes. It is.

パイロット信号送信手段41は、直流平衡変調符号において使用可能なすべての符号系列を、所定の順序でパイロット信号としてコントロール・コード付加手段34に出力する。すなわち、通信に使用可能なすべての符号をパイロット信号としてRFトランシーバ7を介して他のノードに送信するものである。パイロット信号検査手段42は、RFトランシーバ7が他のノードから送信されたパイロット信号を受信した場合において、受信された各直流平衡変調符号のそれぞれについて誤り発生率又は誤り発生数を検出する。符号選択手段43は、各直流平衡変調符号のうち、パイロット信号検査手段42により検出される誤り発生率が低いもの又は誤り発生数が少ないものから順に、必要な個数だけ直流平衡変調符号を選択して符号化テーブル35に登録する。   The pilot signal transmitting means 41 outputs all code sequences usable in the DC balanced modulation code to the control code adding means 34 as pilot signals in a predetermined order. That is, all codes usable for communication are transmitted as pilot signals to other nodes via the RF transceiver 7. When the RF transceiver 7 receives a pilot signal transmitted from another node, the pilot signal checking unit 42 detects an error occurrence rate or the number of error occurrences for each received DC balanced modulation code. The code selection means 43 selects the necessary number of DC balanced modulation codes in order from the one with the lowest error rate detected by the pilot signal checking means 42 or the smallest number of error occurrences among the DC balanced modulation codes. Are registered in the encoding table 35.

このようにして、各ノード間では、パイロット信号を使用して、誤り率が最小となる符号語が、通信に使用する符号語として選択され、符号化テーブル35に格納される。これにより、ノードが置かれている場所や環境に応じて、エラーを起こしやすい符号語の使用を避けて符号化が行われることとなる。そのため、ノードの周囲の環境(地形、建物)やノイズの発生源となる機器の存在などに依存した誤り率の増加を抑えることができる。   In this way, between the nodes, using the pilot signal, the code word that minimizes the error rate is selected as the code word used for communication and stored in the encoding table 35. As a result, encoding is performed while avoiding the use of codewords that are prone to errors, depending on the location and environment of the node. Therefore, it is possible to suppress an increase in error rate depending on the environment (terrain, building) around the node and the presence of equipment that is a source of noise.

尚、上記パイロット信号を使用した符号語の選択動作の詳細については後述する。   The details of the code word selection operation using the pilot signal will be described later.

以上のように構成された実施例1に係る無線センサ・ネットワーク・システムにおいて、以下その動作と実験例について説明する。   The operation and experimental example of the wireless sensor network system according to the first embodiment configured as described above will be described below.

〔1〕符号語の選択
まず、上で述べた符号語の選択動作の詳細について説明する。図5は符号語の選択動作の流れを表すフローチャートである。符号語の選択動作は2つのノード(センサ・ノード2又はネットワーク・ノード1)が協働することによって行われる。以下では、符号語の選択動作を行うノードをN1、N2と記す。また、試験符号(pilot symbol)を送信する側のノードを送信ノードN1、試験符号を受信する側のノードを受信ノードN2と呼ぶこととする。
[1] Selection of Code Word First, details of the code word selection operation described above will be described. FIG. 5 is a flowchart showing the flow of the code word selection operation. The code word selection operation is performed by cooperation of two nodes (sensor node 2 or network node 1). Hereinafter, the nodes that perform the code word selection operation are denoted as N1 and N2. A node that transmits a test code (pilot symbol) is referred to as a transmitting node N1, and a node that receives a test code is referred to as a receiving node N2.

まず、送信ノードN1の中央制御部40は、RFトランシーバ7により、受信ノードN2に対して覚醒メッセージ(wakeup message)を送信する(S1)。受信ノードN2では、RFトランシーバ7により覚醒メッセージが受信されると、中央制御部40は、電力制御装置18に対して覚醒モード切替信号を出力する。電力制御装置18は、これを受けて、受信ノードN2のベース・ボード10内の符号語の選択動作に関係する各モジュールに電力供給を開始し、覚醒モード(wakeup mode)となる(S21)。   First, the central control unit 40 of the transmission node N1 transmits a wakeup message to the reception node N2 by the RF transceiver 7 (S1). In the receiving node N <b> 2, when the wake-up message is received by the RF transceiver 7, the central control unit 40 outputs a wake-up mode switching signal to the power control device 18. In response to this, the power control device 18 starts supplying power to each module related to the code word selection operation in the base board 10 of the receiving node N2, and enters the wakeup mode (S21).

次に、送信ノードN1の中央制御部40は、RFトランシーバ7により、受信ノードN2に対して試験モード・メッセージ(test mode message)を送信する(S2)。受信ノードN2では、RFトランシーバ7により試験モード・メッセージが受信されると(S22)、パイロット信号検査手段42は、通信試験を行う各符号語に対するエラー・カウンタ{e(k)}を0に初期化する(S23)。ここで、エラー・カウンタとは、通信試験を行う符号語に対して、その符号語を通信したときに生じた誤り回数を計数するための変数である。本実施例では、直流平衡変調符号として4B6B符号を使用するので、符号語としては、図6に示したような20個の符号語から16個を選択して使用することが可能である。エラー・カウンタ{e(k)}は、これらの20個の符号語に対して1対1対応している。   Next, the central control unit 40 of the transmission node N1 transmits a test mode message (test mode message) to the reception node N2 by the RF transceiver 7 (S2). In the receiving node N2, when the test mode message is received by the RF transceiver 7 (S22), the pilot signal checking means 42 initially sets the error counter {e (k)} to 0 for each codeword to be subjected to the communication test. (S23). Here, the error counter is a variable for counting the number of errors that occur when communicating a code word for a code word for which a communication test is performed. In the present embodiment, since the 4B6B code is used as the DC balanced modulation code, it is possible to select and use 16 codewords from 20 codewords as shown in FIG. The error counter {e (k)} has a one-to-one correspondence with these 20 codewords.

次に、送信ノードN1のパイロット信号送信手段41、及び受信ノードN2のパイロット信号検査手段42は、内部変数として保持している試験回数を表す変数i及び試験符号のインデックスを表す変数jを0に初期化する(S3,S24)。ここで、試験符号とは、図6に示した20個の通信試験を行う6ビットの符号語をいう。以下、これらの符号語をp(j)(j=0,1,…,19)と記す。   Next, the pilot signal transmission unit 41 of the transmission node N1 and the pilot signal inspection unit 42 of the reception node N2 set the variable i representing the number of tests and the variable j representing the test code index held as internal variables to 0. Initialization is performed (S3, S24). Here, the test code refers to a 6-bit code word for performing the 20 communication tests shown in FIG. Hereinafter, these code words are denoted as p (j) (j = 0, 1,..., 19).

次に、送信ノードN1では、パイロット信号送信手段41が、コントロール・コード付加手段34に対して、試験符号p(j)を出力する。コントロール・コード付加手段34は、入力された試験符号p(j)にコントロール・コードを付加して、RFトランシーバ7から受信ノードN2に対して送信する(S4)。受信ノードN2では、RFトランシーバ7により試験符号p(j)が受信されると(S25)、パイロット信号検査手段42は、正しい試験符号p(j)が受信されたか否かを検査する(S26)。ここで、試験符号は図6に示した表の上から下に向かって順次送信することをあらかじめ定めておく。従って、パイロット信号検査手段42は、受信された試験符号と図6の順で決められた符号語とを対比することにより正しい試験符号p(j)が受信されたか否かを判定することができる。そして、判定の結果、受信された試験符号が誤りであった場合には、エラー・カウンタe(j)の値を1だけインクリメントする(S27)。   Next, in the transmission node N 1, the pilot signal transmission unit 41 outputs a test code p (j) to the control code addition unit 34. The control code adding means 34 adds a control code to the input test code p (j) and transmits it from the RF transceiver 7 to the receiving node N2 (S4). In the receiving node N2, when the test code p (j) is received by the RF transceiver 7 (S25), the pilot signal checking means 42 checks whether or not the correct test code p (j) is received (S26). . Here, it is determined in advance that the test codes are sequentially transmitted from the top to the bottom of the table shown in FIG. Therefore, the pilot signal inspection means 42 can determine whether or not the correct test code p (j) has been received by comparing the received test code with the code word determined in the order of FIG. . If the received test code is an error as a result of the determination, the value of the error counter e (j) is incremented by 1 (S27).

次に、送信ノードN1のパイロット信号送信手段41、及び受信ノードN2のパイロット信号検査手段42は、変数jを1だけインクリメントする(S5,S28)。その結果、変数jの値が最大値Nc(=20)に達していない場合には(S6,S29)、ステップS4、ステップS25の動作に戻り、次の試験符号についても同様の試験動作を繰り返す。 Next, the pilot signal transmission unit 41 of the transmission node N1 and the pilot signal inspection unit 42 of the reception node N2 increment the variable j by 1 (S5, S28). As a result, when the value of the variable j does not reach the maximum value N c (= 20) (S6, S29), the process returns to the operation of steps S4 and S25, and the same test operation is performed for the next test code. repeat.

ステップS6,S29において、変数jの値が最大値Nc(=20)に達した場合、送信ノードN1のパイロット信号送信手段41、及び受信ノードN2のパイロット信号検査手段42は、変数iを1だけインクリメントし、変数jを0に初期化する(S7,S30)。そして、変数iの値が最大値Ntestに達していない場合には(S8,S31)、ステップS4、ステップS25の動作に戻り、再び0番目の試験符号から同様の試験動作を繰り返す。ここで、Ntestは、すべての試験符号に対して行う通信試験の回数を表す。このNtestの値は、誤り特性を十分な精度で検出可能な適度な回数に設定される。 In steps S6 and S29, when the value of the variable j reaches the maximum value N c (= 20), the pilot signal transmitting means 41 of the transmitting node N1 and the pilot signal checking means 42 of the receiving node N2 set the variable i to 1. Is incremented by 1 and variable j is initialized to 0 (S7, S30). If the value of the variable i has not reached the maximum value N test (S8, S31), the process returns to the operations of steps S4 and S25, and the same test operation is repeated again from the 0th test code. Here, N test represents the number of communication tests performed for all test codes. The value of N test is set to an appropriate number of times that the error characteristic can be detected with sufficient accuracy.

ステップS8,S31において、変数iの値が最大値Ntestに達した場合、受信ノードN2の符号選択手段43は、それまでに得られたエラー・カウンタ{e(k);k=0,…,19}の値を比較して、e(k)の値が小さいものから順に16個の試験符号p(k)を選択し、これを16個の符号語c(k)(k=0,…,15)に割り当てる(S32)。そして、符号選択手段43は、選択された符号語{c(k)}をRFトランシーバ7により送信ノードN1に送信する(S33)。また、符号選択手段43は、受信した符号語{c(k)}を符号化テーブル35に格納する(S34)。一方、送信ノードN1では、RFトランシーバ7が符号語{c(k)}を受信すると(S9)、符号選択手段43は、受信した符号語{c(k)}を符号化テーブル35に格納する(S10)。 In steps S8 and S31, when the value of the variable i reaches the maximum value Ntest , the code selection means 43 of the receiving node N2 determines the error counter {e (k); k = 0,. , 19} are compared, and 16 test codes p (k) are selected in descending order of the value of e (k), and the 16 code words c (k) (k = 0, ..., 15) (S32). The code selection means 43 transmits the selected code word {c (k)} to the transmission node N1 by the RF transceiver 7 (S33). The code selection means 43 stores the received code word {c (k)} in the encoding table 35 (S34). On the other hand, in the transmission node N1, when the RF transceiver 7 receives the code word {c (k)} (S9), the code selection unit 43 stores the received code word {c (k)} in the encoding table 35. (S10).

以上の動作が終了すると、送信ノードN1及び受信ノードN2の電力制御装置18は、再び電力供給を停止して、休眠モード(sleep mode)に遷移する(S11,S35)。   When the above operation is completed, the power control devices 18 of the transmission node N1 and the reception node N2 stop supplying power again and transition to a sleep mode (S11, S35).

上述のような動作により、送信ノードN1と受信モードN2との間で通信を行う際の符号語が選択され、送信ノードN1及び受信モードN2の符号化テーブル35に格納される。そして、以後の送信ノードN1と受信モードN2との間の通信においては、符号化テーブル35に格納された符号語を使用して通信が行われることになる。   By the operation as described above, a code word for performing communication between the transmission node N1 and the reception mode N2 is selected and stored in the encoding table 35 of the transmission node N1 and the reception mode N2. In the subsequent communication between the transmission node N1 and the reception mode N2, communication is performed using the codeword stored in the encoding table 35.

〔2〕センシング・データの通信
次に、センサ・ノード2がセンシング・データの転送を行う場合の動作について説明する。
[2] Sensing Data Communication Next, an operation when the sensor node 2 transfers sensing data will be described.

図7はセンサ・ノード2がセンシング・データの転送を行う場合の動作の全体の流れを表すフローチャートである。センシング・データの転送動作は2つのノード(センサ・ノード2又はネットワーク・ノード1)が協働することによって行われる。以下では、センシング・データの転送動作を行うノードをN3、N4と記す。また、センシング・データを要求する側のノードをデータ要求ノードN3、センシング・データを送信する側のノードをデータ送信ノードN4と呼ぶこととする。   FIG. 7 is a flowchart showing the overall flow of operation when the sensor node 2 transfers sensing data. The sensing data transfer operation is performed by cooperation of two nodes (sensor node 2 or network node 1). Hereinafter, the nodes that perform the sensing data transfer operation are denoted as N3 and N4. A node that requests sensing data is referred to as a data requesting node N3, and a node that transmits sensing data is referred to as a data transmitting node N4.

まず、データ要求ノードN3の中央制御部40は、RFトランシーバ7により、データ送信ノードN4に対して覚醒メッセージ(wakeup message)を送信する(S41)。データ送信ノードN4では、RFトランシーバ7により覚醒メッセージが受信されると、中央制御部40は、電力制御装置18に対して覚醒モード切替信号を出力する。電力制御装置18は、これを受けて、データ送信ノードN4のベース・ボード10内のセンシング・データの転送動作に関係する各モジュールに電力供給を開始し、覚醒モード(wakeup mode)となる(S51)。   First, the central control unit 40 of the data request node N3 transmits a wakeup message to the data transmission node N4 by the RF transceiver 7 (S41). In the data transmission node N4, when the wake-up message is received by the RF transceiver 7, the central control unit 40 outputs a wake-up mode switching signal to the power control device 18. In response to this, the power control device 18 starts supplying power to each module related to the sensing data transfer operation in the base board 10 of the data transmission node N4, and enters the wakeup mode (S51). ).

次に、データ要求ノードN3の中央制御部40は、RFトランシーバ7により、データ送信ノードN4に対してデータ要求(data request)を送信する(S42)。データ送信ノードN4では、データ要求を受信すると(S52)、中央制御部40は、RFトランシーバ7により、データ要求ノードN3に対してスタート・メッセージ(start message)を送信する(S53)。データ要求ノードN3では、スタート・メッセージを受信すると、受信モード(request mode)に遷移する(S43)。   Next, the central control unit 40 of the data request node N3 transmits a data request to the data transmission node N4 by the RF transceiver 7 (S42). In the data transmission node N4, when the data request is received (S52), the central control unit 40 transmits a start message (start message) to the data request node N3 by the RF transceiver 7 (S53). When the data request node N3 receives the start message, the data request node N3 transits to a reception mode (request mode) (S43).

続いて、データ送信ノードN4は、センシング・データの送信を行い(S54)、データ要求ノードN3はセンシング・データの受信を行う(S44)。このステップS44,S54の動作の詳細については後述する。   Subsequently, the data transmission node N4 transmits sensing data (S54), and the data request node N3 receives sensing data (S44). Details of the operations in steps S44 and S54 will be described later.

最後に、すべてのセンシング・データの転送が終わると、データ送信ノードN4の中央制御部40は、送信終了コードEOD(End of Data)をデータ要求ノードN3に対して送信し(S55)、休眠モード(sleep mode)に遷移する(S56)。データ要求ノードN3では、送信終了コードEODを受信すると(S45)、受信モードから休眠モードに遷移する(S46)。   Finally, when all the sensing data has been transferred, the central control unit 40 of the data transmission node N4 transmits a transmission end code EOD (End of Data) to the data request node N3 (S55), and enters the sleep mode. Transition to (sleep mode) (S56). When the data request node N3 receives the transmission end code EOD (S45), the data request node N3 transitions from the reception mode to the sleep mode (S46).

図8は図7のステップS45,S55の動作の詳細を表す流れ図、図9はパケットの符号化における処理を表す図である。   FIG. 8 is a flowchart showing details of operations in steps S45 and S55 of FIG. 7, and FIG. 9 is a diagram showing processing in packet encoding.

データ送信ノードN4において、中央制御部40は、データ要求ノードN3に対してスタート・メッセージを送信した後(S53)、送信するセンシング・データのパケットをパケット生成手段(データの中継の場合には、SRAM16)から取得する。そして、データ・ブロック分割手段32は、取得した8ビットのパケットを、2つの4ビットのデータ・ブロック(フロント・データB1及びテイル・データB2)に分割する(S71,図9(a)参照)。   In the data transmission node N4, the central control unit 40 transmits a start message to the data request node N3 (S53), and then transmits a packet of sensing data to be transmitted to a packet generation unit (in the case of data relay, Obtained from the SRAM 16). Then, the data block dividing means 32 divides the acquired 8-bit packet into two 4-bit data blocks (front data B1 and tail data B2) (see S71, FIG. 9A). .

次に、データ・ブロック符号化手段33は、符号化テーブル35を参照して、分割により得られた2つのデータ・ブロックB1,B2に対して4B6B符号化処理を行う(S72,図9(b)参照)。そして、コントロール・コード付加手段34は、フロント・データB1に対しては、そのデータ・ブロックの先頭にコントロール・コード“01”を付加し、テイル・データB2に対しては、そのデータ・ブロックの先頭にコントロール・コード“10”を付加する(S73,図9(b)参照)。なお、各コントロール・コードは、直流平衡符号であるため、コントロール・コードの付加によっても、各データ・ブロックの直流平衡性は崩れることはない。   Next, the data block encoding unit 33 refers to the encoding table 35 and performs 4B6B encoding processing on the two data blocks B1 and B2 obtained by the division (S72, FIG. 9B). )reference). Then, the control code adding means 34 adds a control code “01” to the head of the data block for the front data B1, and for the tail data B2, the control code “01”. A control code “10” is added to the head (S73, see FIG. 9B). Since each control code is a DC balanced code, even if the control code is added, the DC balance of each data block is not lost.

生成された2つの8ビットのデータ・ブロックは、RFトランシーバ7から、データ要求ノードN3に無線伝送される(S74,S75)。   The two generated 8-bit data blocks are wirelessly transmitted from the RF transceiver 7 to the data request node N3 (S74, S75).

データ送信ノードN4は、以上のステップS71〜S75までの動作を、すべてのセンシング・データの転送が終了するまで繰り返す(S76)。そして、すべてのセンシング・データの転送が終了すると、中央制御部40が、データ要求ノードN3に対してEODを送信し(S55)、前に説明した次の動作に移行する。   The data transmission node N4 repeats the operations from the above steps S71 to S75 until the transfer of all sensing data is completed (S76). When all the sensing data has been transferred, the central control unit 40 transmits an EOD to the data requesting node N3 (S55), and proceeds to the next operation described above.

一方、データ要求ノードN3においては、受信モードにおいて、RFトランシーバ7がデータ・ブロックB1を受信した場合(S61)、コントロール・コード検出手段36は、データ・ブロックB1の先頭2ビットのコントロール・コードを検出し、それが“01”であるか否かを検査する(S62)。コントロール・コードが“01”でない場合には、エラー・ブロック削除手段37は、そのデータ・ブロックを削除して、再び、次のデータ・ブロックB1の受信を待つ(S61)。   On the other hand, in the data request node N3, when the RF transceiver 7 receives the data block B1 in the reception mode (S61), the control code detection means 36 obtains the control code of the first 2 bits of the data block B1. It is detected and it is checked whether or not it is “01” (S62). If the control code is not "01", the error block deleting means 37 deletes the data block and waits for the next data block B1 (S61).

一方、ステップS62において、コントロール・コードが“01”であった場合、データ・ブロック復号手段38は、符号化テーブル35を参照して、4B6B逆変換により受信したデータ・ブロックB1を4ビットのデータ・ブロックB1’に復号する。そして、パケット組立手段39は、復号されたデータ・ブロックB1’を内部レジスタに一時的に格納する(S63)。   On the other hand, when the control code is “01” in step S62, the data block decoding means 38 refers to the encoding table 35 and converts the data block B1 received by the 4B6B inverse transform to the 4-bit data. Decode to block B1 ′ Then, the packet assembling means 39 temporarily stores the decrypted data block B1 'in the internal register (S63).

そして、RFトランシーバ7が次のデータ・ブロックB2を受信すると(S64)、コントロール・コード検出手段36は、データ・ブロックB2の先頭2ビットのコントロール・コードを検出し、それが“10”であるか否かを検査する(S65)。コントロール・コードが“10”の場合には、データ・ブロック復号手段38は、符号化テーブル35を参照して、4B6B逆変換により受信したデータ・ブロックB2を4ビットのデータ・ブロックB2’に復号する。そして、パケット組立手段39は、復号されたデータ・ブロックB2’と内部レジスタに格納されたデータ・ブロックB1’とを結合し、パケットを復元する(S66)。中央制御部40は、復元されたパケットを、SRAM16に格納する(又は、データ要求ノードN3がネットワーク・ノード1の場合には、RS232Cドライバ19を介して、ホスト・コンピュータ3に出力する)。   When the RF transceiver 7 receives the next data block B2 (S64), the control code detecting means 36 detects the control code of the first 2 bits of the data block B2, which is “10”. It is inspected (S65). When the control code is “10”, the data block decoding unit 38 refers to the encoding table 35 and decodes the data block B2 received by 4B6B inverse transform into a 4-bit data block B2 ′. To do. Then, the packet assembling means 39 combines the decoded data block B2 'and the data block B1' stored in the internal register, and restores the packet (S66). The central control unit 40 stores the restored packet in the SRAM 16 (or, when the data request node N3 is the network node 1, outputs it to the host computer 3 via the RS232C driver 19).

一方、ステップS65において、コントロール・コードが“10”でない場合、エラー・ブロック削除手段37は、コントロール・コードが“01”であれば(S67)、パケット組立手段39の内部レジスタに格納されたデータ・ブロックを新たに受信されたデータ・ブロックで書き換え(S68)、ステップS64に戻る。一方、コントロール・コードが“01”でもない場合には、エラー・ブロック削除手段37は、受信したデータ・ブロックB2を削除し(S69)、ステップS61に戻る。   On the other hand, if the control code is not “10” in step S65, the error block deleting means 37, if the control code is “01” (S67), the data stored in the internal register of the packet assembling means 39. Rewrite the block with the newly received data block (S68), and return to step S64. On the other hand, if the control code is not “01”, the error block deleting means 37 deletes the received data block B2 (S69) and returns to step S61.

以上の動作により、誤りが発生したデータ・ブロックが削除されるとともに、組み合わせずれを生じることなく、パケットの復元を行うことができる。   With the above operation, a data block in which an error has occurred is deleted, and a packet can be restored without causing a combinational shift.

尚、すべてのセンシング・データの送信が終了すると、RFトランシーバ7がEODを受信して、ステップS45以降の動作に移行する。   When transmission of all sensing data is completed, the RF transceiver 7 receives the EOD and shifts to the operation after step S45.

〔3〕実験例
最後に、本発明の効果を試作機による実験によって確認したので、以下その結果について説明する。
[3] Experimental Example Finally, the effect of the present invention was confirmed by an experiment using a prototype, and the result will be described below.

図10は実験で使用した実施例1に係るネットワーク・ノード及びセンサ・ノードの外観図である。(a)がネットワーク・ノード1であり、(b)がセンサ・ノード2である。本実験において、RFトランシーバ7の無線通信では、303.1MHzの周波数帯域を使用した。また無線通信におけるボー・レートは、19.2kbpsとした。ベース・ボード10のクロックは8MHzを使用した。電池の出力電圧は3.5V、ベース・ボード10、PCボード11、及びセンサ・ボード13の動作電圧Vccは3.3Vとした。また、アンテナ7aには、ヘリカル(螺旋状)アンテナ(helical antenna)を使用した。   FIG. 10 is an external view of the network node and the sensor node according to the first embodiment used in the experiment. (A) is the network node 1, and (b) is the sensor node 2. In this experiment, the wireless communication of the RF transceiver 7 used a frequency band of 303.1 MHz. The baud rate in wireless communication was 19.2 kbps. The base board 10 used a clock of 8 MHz. The output voltage of the battery was 3.5V, and the operating voltage Vcc of the base board 10, the PC board 11, and the sensor board 13 was 3.3V. Further, a helical antenna was used as the antenna 7a.

図11は実験で使用したネットワーク・ノード及びセンサ・ノード、並びに周辺機器の配置図である。実験は室内で行い、ネットワーク・ノード1とセンサ・ノード2との間の距離は50cmとした。センサ・ノード2側には、センサ5の入力の代わりに、信号発生器(signal generator)によりサイン波を入力した。ネットワーク・ノード1は、ホスト・コンピュータ3とRS232C規格のシリアル・ケーブルにより接続した。各ノードの電源は、電池の代わりに3.3V出力のACアダプタを使用した。   FIG. 11 is a layout diagram of network nodes, sensor nodes, and peripheral devices used in the experiment. The experiment was performed indoors, and the distance between the network node 1 and the sensor node 2 was 50 cm. Instead of the sensor 5 input, a sine wave was input to the sensor node 2 side by a signal generator. The network node 1 is connected to the host computer 3 by an RS232C standard serial cable. The power supply of each node used 3.3V output AC adapter instead of the battery.

センサ・ノード2から送信されるデータをネットワーク・ノード1で受信し、ホスト・コンピュータ3に出力される波形データを観測した。   Data transmitted from the sensor node 2 was received by the network node 1 and waveform data output to the host computer 3 was observed.

図12は実験で得られた受信データ波形を示す図である。(a)はコントロール・コードを使用しないで通信を行った場合に得られた受信データの波形であり、(b)は実施例1で説明した通信方法により通信を行った場合に得られた受信データの波形である。(a)では、喪失したデータ・ブロックからノイズが生じているのが明らかであり、観測は形も汚い。   FIG. 12 is a diagram showing received data waveforms obtained in the experiment. (A) is a waveform of reception data obtained when communication is performed without using a control code, and (b) is a reception data obtained when communication is performed by the communication method described in the first embodiment. It is a waveform of data. In (a), it is clear that noise is generated from the lost data blocks, and the observations are unsightly.

それに対して、実施例1で説明した通信方法により通信を行った場合、(b)のように、ノイズが除去され、きれいなセンシング・データが得られることが分かる。   In contrast, when communication is performed by the communication method described in the first embodiment, it is understood that noise is removed and clean sensing data is obtained as shown in (b).

本発明の実施例1に係る無線センサ・ネットワーク・システムの全体構成を表す図である。It is a figure showing the whole structure of the wireless sensor network system which concerns on Example 1 of this invention. ネットワーク・ノード及びセンサ・ノードのハードウェア構成を表すブロック図である。It is a block diagram showing the hardware constitutions of a network node and a sensor node. 本発明の実施例1に係るセンサ・ノードにおける通信モジュールのモジュール構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the module structure of the communication module in the sensor node which concerns on Example 1 of this invention. データ・ブロックの符号変換表の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the code conversion table of a data block. 符号語の選択動作の流れを表すフローチャートである。It is a flowchart showing the flow of selection operation | movement of a code word. 4B6B符号化方式で使用可能な符号語の一覧表である。It is a list of the code words which can be used with 4B6B encoding system. センサ・ノードがセンシング・データの転送を行う場合の動作の全体の流れを表すフローチャートである。It is a flowchart showing the whole flow of operation | movement in case a sensor node transfers sensing data. 図7のステップS45,S55の動作の詳細を表す流れ図である。It is a flowchart showing the detail of operation | movement of step S45, S55 of FIG. パケットの符号化における処理を表す図である。It is a figure showing the process in the encoding of a packet. 実験で使用した実施例1に係るネットワーク・ノード及びセンサ・ノードの外観図である。It is an external view of the network node and sensor node which concern on Example 1 used in experiment. 実験で使用したネットワーク・ノード及びセンサ・ノード、並びに周辺機器の配置図である。It is a layout view of network nodes and sensor nodes and peripheral devices used in the experiment. 実験で得られた受信データ波形を示す図である。It is a figure which shows the received data waveform obtained by experiment. 無線センサ・ネットワークの構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of a wireless sensor network. センサ・ノードの一例を表す斜視図である。It is a perspective view showing an example of a sensor node. センサ・ノードのハードウェア・アーキテクチャの構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the hardware architecture of a sensor node. パケット送信時のデータ・ブロックへの分割を説明する図である。It is a figure explaining the division | segmentation into the data block at the time of packet transmission.

符号の説明Explanation of symbols

1 ネットワーク・ノード
2 センサ・ノード
3 ホスト・コンピュータ
4 インターネット
5 センサ
6 アナログ・デジタル信号処理装置
7 RFトランシーバ(高周波無線送受信機)
7a アンテナ
10 ベース・ボード
11 PCボード
12 電池
13 センサ・ボード
15 中央処理装置(CPU)
16 SRAM
17 クロック
18 電力制御装置
19 RS232Cドライバ
20 低域通過フィルタ(LPF)
21 アナログ・デジタル変換器(ADC)
22 電力制御装置
31 パケット生成手段
32 データ・ブロック分割手段
33 データ・ブロック符号化手段
34 コントロール・コード付加手段
35 符号化テーブル
36 コントロール・コード検出手段
37 エラー・ブロック削除手段
38 データ・ブロック復号手段
39 パケット組立手段
40 中央制御部
41 パイロット信号送信手段
42 パイロット信号検査手段
43 符号選択手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Network node 2 Sensor node 3 Host computer 4 Internet 5 Sensor 6 Analog / digital signal processor 7 RF transceiver (high frequency radio transceiver)
7a Antenna 10 Base board 11 PC board 12 Battery 13 Sensor board 15 Central processing unit (CPU)
16 SRAM
17 Clock 18 Power control device 19 RS232C driver 20 Low-pass filter (LPF)
21 Analog-to-digital converter (ADC)
22 Power control device 31 Packet generation means 32 Data block division means 33 Data block coding means 34 Control code addition means 35 Encoding table 36 Control code detection means 37 Error block deletion means 38 Data block decoding means 39 Packet assembly means 40 Central controller 41 Pilot signal transmission means 42 Pilot signal inspection means 43 Code selection means

Claims (10)

センサに接続されたセンサ・インタフェース、送受信制御部、及び無線送受信部を備えた一乃至複数のセンサ・ノードと、
前記センサ・ノードとの間で無線通信を行う無線送受信部、送受信制御部、及び外部ネットワークとのデータの授受を行うネットワーク・インタフェース部を備えた一乃至複数個のネットワーク・ノードと、
の2種のノードを有する無線センサ・ネットワーク・システムにおいて各ノードに使用される通信モジュールであって、
前記送受信制御部は、
送受信データ・ブロックを、フロント・データとテイル・データの2つのデータ・ブロックにブロック分割し出力するデータ・ブロック分割手段と、
前記データ・ブロック分割手段が出力する各データ・ブロックの先頭に、そのデータ・ブロックがフロント・データであるかテイル・データであるかを識別するためのコントロール・コードを付加するコントロール・コード付加手段と、
他のノードから送信されたフロント・データ又はテイル・データのデータ・ブロックを前記無線送受信部が受信した場合、当該データ・ブロックに付加されたコントロール・コードを検出するコントロール・コード検出手段と、
前記無線送受信部により受信されたデータ・ブロックB1に対して前記コントロール・コード検出手段により検出されたコントロール・コードC1と、そのデータ・ブロックB1の直前に前記無線送受信部により受信されたデータ・ブロックB0のコントロール・コードC0とを比較し、コントロール・コードC0がフロント・データを特定するコードである場合においてコントロール・コードC1がテイル・データを特定するコード以外のコードである場合、データ・ブロックB0を削除し、コントロール・コードC0がテイル・データを特定するコードである場合においてコントロール・コードC1がフロント・データを特定するコード以外のコードである場合、データ・ブロックB1の直後に受信されるデータ・ブロックB2を削除するデータ処理を行うエラー・ブロック削除手段と、
を備えていることを特徴とする通信モジュール。
One or a plurality of sensor nodes including a sensor interface connected to the sensor, a transmission / reception control unit, and a wireless transmission / reception unit;
One or a plurality of network nodes including a wireless transmission / reception unit that performs wireless communication with the sensor node, a transmission / reception control unit, and a network interface unit that exchanges data with an external network;
A communication module used for each node in a wireless sensor network system having two types of nodes,
The transmission / reception control unit includes:
A data block dividing means for dividing a transmission / reception data block into two data blocks of front data and tail data and outputting the data blocks;
Control code adding means for adding a control code for identifying whether the data block is front data or tail data to the head of each data block output by the data block dividing means When,
Control code detection means for detecting a control code added to the data block when the wireless transmission / reception unit receives a data block of front data or tail data transmitted from another node;
The control code C1 detected by the control code detection means for the data block B1 received by the wireless transmission / reception unit, and the data block received by the wireless transmission / reception unit immediately before the data block B1 The control code C0 of B0 is compared, and when the control code C0 is a code specifying front data and the control code C1 is a code other than a code specifying tail data, the data block B0 When the control code C0 is a code other than the code specifying the front data when the control code C0 is a code specifying the tail data, the data received immediately after the data block B1・ Delete block B2 And error block deletion means for performing data processing,
A communication module comprising:
前記送受信制御部は、
前記データ・ブロック分割手段が出力するフロント・データ及びテイル・データの2つのデータ・ブロックのそれぞれを直流平衡変調符号に符号化するデータ・ブロック符号化手段を備え、
前記コントロール・コード付加手段は、前記データ・ブロック符号化手段により符号化された前記各データ・ブロックの先頭に、そのデータ・ブロックがフロント・データであるかテイル・データであるかを識別するためのコントロール・コードを付加することを特徴とする請求項1記載の通信モジュール。
The transmission / reception control unit includes:
Data block encoding means for encoding each of the two data blocks of front data and tail data output from the data block dividing means into a DC balanced modulation code;
The control code adding means identifies at the head of each data block encoded by the data block encoding means whether the data block is front data or tail data. 2. The communication module according to claim 1 , wherein the control code is added.
前記データ・ブロック分割手段は、前記センサ・インタフェース又は前記無線送受信部から出力される8ビットの送受信データ・ブロックを、4ビットのフロント・データと4ビットのテイル・データの2つのデータ・ブロックにブロック分割し出力するものであり、
前記データ・ブロック符号化手段は、4ビットの各データ・ブロックを6ビットの直流変調符号に符号化することを特徴とする請求項2記載の通信モジュール。
The data block dividing means converts an 8-bit transmission / reception data block output from the sensor interface or the wireless transmission / reception unit into two data blocks of 4-bit front data and 4-bit tail data. It is divided into blocks and output.
3. The communication module according to claim 2, wherein said data block encoding means encodes each 4-bit data block into a 6-bit DC modulation code.
前記送受信制御部は、
入力されるデータ・ブロックの符号系列とそれに対する直流平衡変調符号との対応関係を表すルックアップ・テーブルが格納された符号化テーブルを備え、
前記データ・ブロック符号化手段は、前記データ・ブロック分割手段が出力するフロント・データ及びテイル・データの2つのデータ・ブロックのそれぞれを、前記符号化テーブルを参照することによって直流平衡変調符号に符号化すること
を特徴とする請求項2又は3記載の通信モジュール。
The transmission / reception control unit includes:
A coding table storing a look-up table representing a correspondence between a code sequence of an input data block and a DC balanced modulation code corresponding thereto;
The data block encoding means encodes each of the two data blocks of the front data and the tail data output from the data block dividing means into a DC balanced modulation code by referring to the encoding table. The communication module according to claim 2 or 3, wherein
前記送受信制御部は、
前記直流平衡変調符号において使用可能なすべての符号系列を、所定の順序でパイロット信号として前記無線送受信部から送信するパイロット信号送信手段と、
前記無線送受信部が他のノードから送信されたパイロット信号を受信した場合において、受信された各直流平衡変調符号のそれぞれについて誤り発生率又は誤り発生数を検出するパイロット信号検査手段と、
前記各直流平衡変調符号のうち、前記パイロット信号検査手段により検出される誤り発生率が低いもの又は誤り発生数が少ないものから順に、必要な個数だけ直流平衡変調符号を選択して前記符号化テーブルに登録する符号選択手段と、
を備えていることを特徴とする請求項4記載の通信モジュール。
The transmission / reception control unit includes:
Pilot signal transmitting means for transmitting all code sequences usable in the DC balanced modulation code as pilot signals from the wireless transmission / reception unit in a predetermined order;
When the wireless transmission / reception unit receives a pilot signal transmitted from another node, pilot signal checking means for detecting an error occurrence rate or the number of error occurrences for each received DC balanced modulation code;
Of the DC balanced modulation codes, the coding table is selected by selecting the necessary number of DC balanced modulation codes in order from the one with the low error rate detected by the pilot signal checking means or the one with the few error occurrence numbers. Code selecting means to be registered in
The communication module according to claim 4, further comprising:
センサに接続されたセンサ・インタフェース、データの送受信制御を行う送受信制御部、及び無線により他のノードとのデータの送受信を行う無線送受信部を備えた一乃至複数のセンサ・ノードと、
前記センサ・ノードとの間で無線通信を行う無線送受信部、データの送受信制御を行う送受信制御部、及び外部ネットワークとのデータの授受を行うネットワーク・インタフェース部を備えた一乃至複数個のネットワーク・ノードと、
の2種のノードを有する無線センサ・ネットワーク・システムにおいて、各ノード間でデータの通信を行うための通信方法であって、
送受信データ・ブロックを、フロント・データとテイル・データの2つのデータ・ブロックにブロック分割するデータ・ブロック分割手順と、
前記データ・ブロック分割手順において生成された各データ・ブロックの先頭に、そのデータ・ブロックがフロント・データであるかテイル・データであるかを識別するためのコントロール・コードを付加するコントロール・コード付加手順と、
他のノードから送信されたフロント・データ又はテイル・データのデータ・ブロックを前記無線送受信部が受信した場合、当該データ・ブロックに付加されたコントロール・コードを検出するコントロール・コード検出手順と、
前記無線送受信部により受信されたデータ・ブロックB1に対して前記コントロール・コード検出手順で検出されたコントロール・コードC1と、そのデータ・ブロックB1の直前に前記無線送受信部により受信されたデータ・ブロックB0のコントロール・コードC0とを比較し、コントロール・コードC0がフロント・データを特定するコードである場合においてコントロール・コードC1がテイル・データを特定するコード以外のコードである場合、データ・ブロックB0を削除し、コントロール・コードC0がテイル・データを特定するコードである場合においてコントロール・コードC1がフロント・データを特定するコード以外のコードである場合、データ・ブロックB1の直後に受信されるデータ・ブロックB2を削除するデータ処理を行うエラー・ブロック削除手順と、
を有していることを特徴とする通信方法。
One or more sensor nodes including a sensor interface connected to the sensor, a transmission / reception control unit that performs transmission / reception control of data, and a wireless transmission / reception unit that transmits / receives data to / from other nodes wirelessly;
One or more networks including a wireless transmission / reception unit that performs wireless communication with the sensor node, a transmission / reception control unit that performs transmission / reception control of data, and a network interface unit that transmits / receives data to / from an external network Nodes,
In a wireless sensor network system having two types of nodes, a communication method for performing data communication between nodes,
A data block division procedure for dividing a transmission / reception data block into two data blocks of front data and tail data;
Control code addition for adding a control code for identifying whether the data block is front data or tail data to the head of each data block generated in the data block dividing procedure Procedure and
A control code detection procedure for detecting a control code added to the data block when the wireless transmission / reception unit receives a data block of front data or tail data transmitted from another node;
The control code C1 detected by the control code detection procedure for the data block B1 received by the wireless transceiver, and the data block received by the wireless transceiver immediately before the data block B1 The control code C0 of B0 is compared. When the control code C0 is a code for specifying the front data and the control code C1 is a code other than the code for specifying the tail data, the data block B0 If the control code C0 is a code other than the code specifying the front data when the control code C0 is a code specifying the tail data, the data received immediately after the data block B1・ Deleting block B2 And error block deletion procedure for performing data processing,
A communication method characterized by comprising:
前記データ・ブロック分割手順で生成されたフロント・データ及びテイル・データの2つのデータ・ブロックのそれぞれを直流平衡変調符号に符号化するデータ・ブロック符号化手順を有し、
前記コントロール・コード付加手順では、前記データ・ブロック符号化手順で符号化された前記各データ・ブロックの先頭に、そのデータ・ブロックがフロント・データであるかテイル・データであるかを識別するためのコントロール・コードを付加する処理を行うことを特徴とする請求項5記載の通信方法。
A data block encoding procedure for encoding each of the two data blocks of the front data and the tail data generated by the data block division procedure into a DC balanced modulation code;
In the control code addition procedure, in order to identify whether the data block is front data or tail data at the head of each data block encoded by the data block encoding procedure. 6. The communication method according to claim 5 , wherein a process of adding the control code is performed.
前記データ・ブロック分割手順では、前記センサ・インタフェース又は前記無線送受信部から出力される8ビットの送受信データ・ブロックを、4ビットのフロント・データと4ビットのテイル・データの2つのデータ・ブロックにブロック分割し、
前記データ・ブロック符号化手順では、4ビットの各データ・ブロックを6ビットの直流変調符号に符号化することを特徴とする請求項7記載の通信方法。
In the data block division procedure, an 8-bit transmission / reception data block output from the sensor interface or the wireless transmission / reception unit is converted into two data blocks of 4-bit front data and 4-bit tail data. Split into blocks,
8. The communication method according to claim 7, wherein in the data block encoding procedure, each 4-bit data block is encoded into a 6-bit DC modulation code.
前記送受信制御部は、入力されるデータ・ブロックの符号系列とそれに対する直流平衡変調符号との対応関係を表すルックアップ・テーブルが格納された符号化テーブルを備えており、
前記データ・ブロック符号化手順では、前記データ・ブロック分割手順で生成されたフロント・データ及びテイル・データの2つのデータ・ブロックのそれぞれを、前記符号化テーブルを参照することによって直流平衡変調符号に符号化すること
を特徴とする請求項7又は8記載の通信方法。
The transmission / reception control unit includes a coding table in which a lookup table representing a correspondence relationship between a code sequence of an input data block and a DC balanced modulation code corresponding thereto is stored,
In the data block encoding procedure, each of the two data blocks of the front data and the tail data generated in the data block dividing procedure is converted into a DC balanced modulation code by referring to the encoding table. 9. The communication method according to claim 7 , wherein encoding is performed.
各ノード間でデータの通信を開始するに先立ち、前記直流平衡変調符号において使用可能なすべての符号系列を、所定の順序でパイロット信号として前記無線送受信部から送信するパイロット信号送信手順と、
前記無線送受信部が他のノードから送信されたパイロット信号を受信した場合において、受信された各直流平衡変調符号のそれぞれについて誤り発生率又は誤り発生数を検出するパイロット信号検査手順と、
前記各直流平衡変調符号のうち、前記パイロット信号検査手順で検出された誤り発生率が低いもの又は誤り発生数が少ないものから順に、必要な個数だけ直流平衡変調符号を選択して前記符号化テーブルに登録する符号選択手順と、
を有していることを特徴とする請求項9記載の通信方法。




Prior to starting data communication between the nodes, a pilot signal transmission procedure for transmitting all code sequences usable in the DC balanced modulation code as pilot signals in a predetermined order from the radio transceiver unit;
When the wireless transceiver receives a pilot signal transmitted from another node, a pilot signal inspection procedure for detecting an error occurrence rate or the number of error occurrences for each received DC balanced modulation code;
Among the DC balanced modulation codes, a necessary number of DC balanced modulation codes are selected in order from the one with the low error occurrence rate detected in the pilot signal inspection procedure or the one with the few error occurrences, and the coding table A code selection procedure to be registered in
The communication method according to claim 9 , further comprising:




JP2003392372A 2003-11-21 2003-11-21 Communication module and communication method for wireless sensor network system Expired - Fee Related JP3790245B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003392372A JP3790245B2 (en) 2003-11-21 2003-11-21 Communication module and communication method for wireless sensor network system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003392372A JP3790245B2 (en) 2003-11-21 2003-11-21 Communication module and communication method for wireless sensor network system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005159532A JP2005159532A (en) 2005-06-16
JP3790245B2 true JP3790245B2 (en) 2006-06-28

Family

ID=34719092

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003392372A Expired - Fee Related JP3790245B2 (en) 2003-11-21 2003-11-21 Communication module and communication method for wireless sensor network system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3790245B2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4704877B2 (en) * 2005-10-03 2011-06-22 三菱電機株式会社 Terminal and terminal communication method
KR100787595B1 (en) 2006-05-16 2007-12-21 전자부품연구원 Sensor network platform
DE102006027462B4 (en) * 2006-06-12 2009-06-18 Nec Europe Ltd. Method for operating a wireless sensor network
DE102006027639B4 (en) * 2006-06-13 2008-06-19 Nec Europe Ltd. Method for establishing a secret key
EP2914039A1 (en) * 2014-02-26 2015-09-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Data transmitting assembly, data receiver and method for operating the same
CN110427634B (en) * 2019-05-17 2022-08-02 西南交通大学 Communication system for realizing reaction system based on FPGA and construction method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005159532A (en) 2005-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6373834B2 (en) System and method for low overhead wireless beacon timing
RU2580840C2 (en) Systems and methods for low-overhead wireless beacon timing
JP5989773B2 (en) System and method for low overhead wireless beacons with the following full beacon indication
JP5657680B2 (en) Coding method and apparatus for broadcast channel
TWI628928B (en) Digital radio communication
KR20200017520A (en) Polar Code Encoding Method and Device
US20060186973A1 (en) Radio frequency integrated circuit having a physical layer portion integrated therein
JP2014524208A (en) System and method for low overhead wireless beacons with compressed network identifiers
EP1656737B1 (en) Method and apparatus for varying lengths of low density parity check codewords
EP3562074B1 (en) Method, device, and equipment for use in determining coding and decoding of polar code
US20200374033A1 (en) Electronic device, communication method, decryption method and medium
JP3790245B2 (en) Communication module and communication method for wireless sensor network system
Li et al. Temporal lossless and lossy compression in wireless sensor networks
Zhang et al. Packet size optimization for goodput and energy efficiency enhancement in slotted IEEE 802.15. 4 networks
Wang et al. A baseband processing ASIC for body area networks
Celebi et al. Wireless communication for the industrial IoT
Sinha A new energy efficient MAC protocol based on redundant radix for wireless networks
US8514731B2 (en) Variable-frequency network device and variable-frequency network connection establishing method
Ruxanayasmin et al. Implementation of data compression techniques in mobile ad hoc networks
US20230246730A1 (en) Data transmission method and apparatus, circuit board, storage medium and electronic apparatus
JP5545523B2 (en) Wireless communication system and interference prevention method
JP2008011048A (en) Wireless transmission apparatus, wireless receiving apparatus, and wireless transmitter-receiver
CN109347605B (en) Encoding method, decoding method and device, and computer readable storage medium
Bhattacharya et al. MRBNS: a new energy-efficient communication scheme in low power wireless networks
CN113242287A (en) Optical cross-network communication equipment capable of automatically correcting error and feeding back and use method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20051020

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20051027

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20051115

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20051024

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20051207

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20051209

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060203

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060328

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060330

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090407

Year of fee payment: 3

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090407

Year of fee payment: 3

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100407

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100407

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110407

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120407

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130407

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130407

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140407

Year of fee payment: 8

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees