JP4009291B2

JP4009291B2 - ノードから構成された通信システムにおけるデータ伝送経路の決定システムおよびその方法

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Publication number: JP4009291B2
Application number: JP2005001049A
Authority: JP
Inventors: 志泰金; 大永金; 商洙李; 魯城朴
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-01-06
Filing date: 2005-01-06
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2025-01-06
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Description

本発明は、アドホック（ａｄ−ｈｏｃ）／センサネットワークに関し、詳細にはアドホック／センサネットワークを構成するノードが最小電力でデータを伝送することのできるシステムおよびその方法に関する。

一般に、通信システムは、移動端末（ｍｏｂｉｌｅｅｌｅｍｅｎｔ）と基地局（ｂａｓｅｓｔａｔｉｏｎ）間でのデータを送受信する。即ち、移動端末と基地局は、他のノード（ｎｏｄｅ）を経由せずに直接データの送受信を行なう。一方、アドホック（ａｄ−ｈｏｃ）ネットワーク／センサネットワークは、特定ノードのデータをベースノード（ｂａｓｅｎｏｄｅ）に伝達する場合、他のノードを用いることができる。以下、図１を参照して、アドホック／センサネットワークの構造について詳述する。図１に示した通り、アドホックネットワーク／センサネットワークは、運営者１００、ベースノード１０２、そして複数のノードからなっている。

運営者１００は、ベースノード１０２に必要なデータを収集するよう要請する。運営者１００が要請するデータにはセンサフィールド１０４の温度や周囲環境に関する情報などが含まれている。ベースノード１０２は運営者１００が要請したデータをセンサフィールド１０４にそれぞれ配しているノードに要請し、この要請によって各ノードから伝達されたデータを運営者１００に伝達する。各ノードは、ベースノード１０２が要請したデータを収集し、この収集されたデータをベースノード１０２に伝達する。ベースノード１０２から一定の距離内に位置しているノードは、収集されたデータをベースノード１０２に直接伝達する。しかし、一定距離内に位置してないノードついては収集されたデータをベースノード１０２に直接伝達せず、ベースノード１０２に隣接したノードを用いて伝達する。一定の距離内に位置しないノードが収集したデータを、隣接したノードを介して伝達する理由としては、データ伝送に伴なう電力消費の最小化を図るためである。即ち、ノードが特定データを伝送するために消費される電力は、ベースノード１０２とノード間の距離の二乗に比例する。従って、ベースノード１０２から一定の距離内に位置しないノードは、複数の隣接ノードを用いて収集されたデータを伝送することによりデータ伝送に係る電力消費を最小化する。以下、他のノードのデータを仲介するノードを仲介ノード（ｒｅｌａｙｎｏｄｅ）と称する。勿論、仲介ノードも自己が収集したデータにつき他の仲介ノードを介して、あるいは直接ベースノードに伝達することができる。

図２は特定ノードから収集されたデータをベースノードに伝達するために用いられる仲介ノードを決める例について示されている。以下、収集したデータを伝達するノードを出発地ノード（ｓｔａｒｔｎｏｄｅ）２００とする。出発地ノード２００は、仲介ノードを用いて、収集されたデータをベースノードに伝達する。ノード２０４は、収集されたデータを出発地ノード２００がベースノードに伝達するために用いられる仲介ノードとして使用されると仮定する。

この場合、出発地ノード２００はノード２０２を仲介ノードとして使用するかを決める。即ち、出発地ノード２００は収集されたデータをノード２０２とノード２０４を用いてベースノードに伝達するか、あるいはノード２０４のみを用いてベースノードに伝送するかを決める。出発地ノード２００は、各ノードでデータを伝送するために消費される電力に基づいて仲介ノードを決める。一般にデータを伝送するために消費される電力は距離の二乗に比例する。

ノードＡからノードＢにデータを伝送するため消費される電力をΓ（Ａ，Ｂ）とすると、出発地ノード２００からノード２０４に収集されたデータを直接伝達するため消費される電力はΓ（２００，２０４）であり、出発地ノード２００からノード２０２を介してノード２０４へ収集されたデータを伝達するために消費される電力は、Γ（２００，２０２）＋Γ（２０２，２０４）である。出発地ノード２００は、前記Γ（２００，２０４）と前記Γ（２００，２０２）＋Γ（２０２，２０４）とのサイズを比べて、ノード２０２を仲介ノードとして使用するかを決める。

図３は出発地ノードが仲介ノードを決める他の例を示している。出発地ノード３００には、特定ノードを仲介ノードとして使用できる例が事前に格納されている。ノード３０２を仲介ノードとして使用する例は、出発地ノード３００がノード３０２を介して仲介領域（ｒｅｌａｙｒｅｇｉｏｎ）３１０に配されるノード３０４、３０６にデータを伝送する場合である。
各ノード３００ないし３０８は初期設定時に自己の位置と隣接しているノードの位置を把握している。即ち、他のノードを仲介せずにデータを伝送することができるノードの位置を把握しているのである。従って、出発地ノード３００が仲介領域３１０に配されるノード３０４、３０６にデータを伝送する場合のみノード３０２が仲介ノードとして使用される。データを伝送しようとするノード３０８が仲介領域３１０に位置しない場合、出発地ノード３００はノード３０２を仲介ノードとして使用しない。

前述したように従来のルーティング（データ伝送）経路を決定する方法についてはノード間の距離のみを考慮している。即ち、各ノードの位置情報を用いて距離を計算し、計算された距離を用いてデータを伝送するために消費される電力を計算して、この計算された消費電力に基づいて最小消費電力を有するルーティング経路を決める。しかし、距離に対する概念のみを用いて消費電力を測定すると問題点が発生することがある。即ち、実際の距離が短いにもかかわらず、環境周りの影響によってデータ伝送に電力が多く費やされてしまう虞が生じるのである。

本発明は前述した問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、第１にデータを伝送するに当たって最小の消費電力を有するルーティング経路を決めるシステムおよび方法を提供することにある。
本発明の第２の目的は、伝送しようとするデータの重要度によって異なるルーティング経路を使用するシステムおよび方法を提供することにある。
本発明の第３の目的は、センサフィールドに配されたノード間で消費される電力差を最小化するシステムおよび方法を提供することにある。
本発明の第４の目的は、動作が一時あるいは永久に中断されたノードを考慮してルーティング経路を決めるシステムおよび方法を提供することにある。
本発明の第５の目的は、ノードについてその移動性を保障する場合、移動性が保障されたノードを考慮してルーティング経路を決めるシステムおよび方法を提供することにある。

本発明の一つの態様によると、ベースノードと、少なくとも１つの隣接ノードと、前記ベースノードが要請したデータを直接または前記隣接ノードを仲介して前記ベースノードに伝送する出発地ノードと、を含む通信システムにおいて、要請されたデータを前記出発地ノードが伝送する方法は、前記通信システムを構成するノード相互間のデータ伝送に必要な電力を測定するステップと、前記測定された電力を用いて、前記出発地ノードから前記ベースノードまで前記データを伝送するのに必要な電力消費が最小となる経路を探索するステップと、前記探索された経路を用いて、前記要請されたデータを伝送するステップと、を含み、前記出発地ノードは、前記要請されたデータを伝送できる複数の経路と、これらの経路を介して前記データを伝送する際に要する電力消費と、前記データを仲介する隣接ノードの個数に関する情報と、を格納し、前記出発地ノードは、前記隣接ノードからこの隣接ノードの残留電力に関する情報を通知され、前記隣接ノードの残留電力に関する情報は、当該隣接ノードのデータ伝送回数が設定値よりも大きい場合に通知されることを特徴とする。

本発明の他の態様によると、ベースノードと、少なくとも１つの隣接ノードと、前記ベースノードが要請したデータを直接または前記隣接ノードを仲介して前記ベースノードに伝送する出発地ノードと、を含む通信システムにおいて、要請されたデータを前記出発地ノードが伝送するシステムは、前記ベースノードと、各ノード間の測定された消費電力を用いて、前記出発地ノードから前記ベースノードまでのデータの伝送に必要な電力消費が最小となる経路を検索し、前記探索された経路を用いて、前記要請されたデータを伝送する出発地ノードと、を含み、前記出発地ノードは、前記要請されたデータを伝送できる複数の経路と、これらの経路を介してデータを伝送する際に要する電力消費と、前記データを仲介する隣接ノードの個数に関する情報と、を格納し、前記出発地ノードは、前記隣接ノードからこの隣接ノードの残留電力に関する情報を通知され、前記隣接ノードの残留電力に関する情報は、当該隣接ノードのデータ伝送回数が設定値よりも大きい場合に通知されることを特徴とする。

本発明によると、出発地ノードがベースノードに最低電力パスを用いてデータを伝送することにより消費電力の最小化を図ることができる。さらに、素早い伝送が求められるデータとそうでないデータとを区分して伝送することにより、データ伝送の効率を高められる。また、センサフィールドに含まれているノードの変化を迅速に隣接ノードへ伝達することにより、前記ノードの変化をルーティングテーブルに反映できる。さらに、残留電力が十分でないノードを仲介ノードから取除くことでセンサフィールドに配しているすべてのノードで費やされている電力を同一に保たせることができる。

本発明は、ルーティング経路を決定するにあたって各ノード間の距離に対する概念のみを考慮するのではなく、実際のデータを伝送するために消費される電力を考慮してルーティング経路を決める方案を提案する。以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施例を詳述する。

図４は本発明に係るノードの構成を示している。同図において、送信部４００、出力強度調節部４０２、受信部４１６、メモリ４０４、プロセッサ４２０、信号強度測定部４１４、センサ４０６、残留電力測定部４０８、バッテリ４１０、ＧＰＳ（ｇｌｏｂａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍ）４１２から構成されている。ノードは上述の構成以外にも他の構成要素を加えることができるが、本発明と関連して必要な構成のみを示した。送信部４００は、収集したデータまたは出発地ノード、あるいは仲介ノードから伝達されたデータを伝送する。出力強度調節部４０２は伝送するデータの出力強度を調節する。即ち、ノードとデータを受信するノード間のデータ伝送において用いられる電力が大きければ出力強度を高める一方、ノードとデータを受信するノード間のデータ伝送に用いられる電力が小さければ出力強度を低くする。

センサ４０６は、ベースノードの命令に応じて必要とされるデータを収集する。メモリ４０４は収集したデータあるいは伝達されたデータを一時保存する。信号強度測定部４１４は受信された信号の信号強度を測定する。測定された信号強度を用いて信号を伝送したノード間の消費電力が分かるようになる。残留電力測定部４０８はバッテリ４１０に残っている電力量を測定する。ＧＰＳ４１２はノードの位置を判断する。プロセッサ４２０は各構成の動作を制御するか、他の動作を行なう。

図５は本発明に係るルーティング経路を決める過程を示している。ノードはＧＰＳ４１２が伝達した位置情報（ＧＰＳ位置情報）５００と信号強度測定部４１４から伝達された測定値５０２とを用いて、電力消費予測モデルを介して、ノード間の消費電力を予測する。予測されたノード間の消費電力（電力消費予測モデル）５０４と最低電力特徴アルゴリズム５０６を用いて最低電力特徴グラフ５０８を構成する。構成された最低電力特徴グラフ５０８とルーティングテーブル構成アルゴリズム５１０を用いてルーティングテーブル５１４を生成する。さらに、本発明においてルーティングテーブル５１４を生成するに当たって、残留電力測定部４０８が測定した測定値（５１２）である残留電力５１６、ノードの突然故障５１８、ノードの移動性５２０、データ伝送に係る遅延時間５２２を考慮する。以下、図５に示された過程について図６ないし図１２に基づいて順次詳述する。

図６および図７にはデータ伝送に係るノード間の消費電力を測定する過程が示されている。図６にはテスト信号を受信するノードにおいて行なわれる動作が示されており、図７にはテスト信号を伝送するノードにおいて行なわれる動作が示されている。以下、図６を参照しながらテスト信号を受信するノードで行なわれる動作につき詳述する。

まず、Ｓ６００において、ノードはテスト信号が受信されたか否かを判断する。テスト信号とは、収集されたデータを伝送するノードにおいて隣接ノードへデータを伝送するときに必要とされる電力を測定するために用いられる信号のことを指す。判断の結果、テスト信号が受信されれば（Ｓ６００において「Ｙ」）Ｓ６０２に進み、テスト信号が受信されなければ（Ｓ６００において「Ｎ」）Ｓ６００に移動する。Ｓ６０２では、ノードの信号強度測定部４１４はテスト信号の受信強度を測定し、Ｓ６０４に進む。Ｓ６０４において、ノードは、測定された受信強度を、テスト信号の伝送を行なったノードに伝送する。

図７は本発明に係るテスト信号を伝送するノードにて行なわれる動作を示している。Ｓ７００において、ノードはテスト信号を放送（ブロードキャスト）する。ノードはすべての隣接ノードとデータ伝送に係る消費電力を測定するために、テスト信号の出力強度を設定された時間間隔をもって順次高めて伝送する。テスト信号にはテスト信号の出力強度が含まれている。隣接ノードは、テスト信号を直接受信するノードのことである。Ｓ７０２において、ノードは隣接ノードからテスト信号に対する応答信号が受信されたかを判断する。判断の結果、応答信号が受信されれば（Ｓ７０２において「Ｙ」）Ｓ７０４に進み、応答信号が受信されなければ（Ｓ７０２において「Ｎ」）Ｓ７０２に移動し、その応答信号が受信されるまでＳ７０２を繰り返す。
Ｓ７０４において、ノードは応答信号に含まれている情報を用いてノードと隣接ノードとの間のデータ伝送に伴なう消費電力を計算する。表１には計算された消費電力に対する例が示されている。

ｕはテスト信号を伝送したノードであり、ａｄｊ１ないしａｄｊｎはテスト信号に対する応答信号を伝送した隣接ノードを意味する。Ｓ７０４を行なうことによって、ｕはａｄｊ１ないしａｄｊｎに対するａ、ｂ及びｃの値を獲得し、獲得された情報は隣接ノードのテーブルに記載される。

Ｓ７０６において、ｕは設定された時間を超えたか否かを判断する。設定された時間が経過すると（Ｓ７０６において「Ｙ」）、応答信号を受信する動作を中断しＳ７０８に進む。設定された時間を経過しなければ（Ｓ７０６において「Ｎ」）Ｓ７０２に移動する。Ｓ７０８において、ｕは応答信号を伝送したノードについてノードが測定した消費電力に関する情報を求める。前述のようにセンサフィールドに配されるすべてのノードはテスト信号を伝送し、それに対する応答に基づいて、表１に示すようなテーブルを構成する。さらに、獲得した情報は他のノードと共有できる。Ｓ７１０において、ｕは要求信号に対する応答信号が受信されたか否かを判断する。判断の結果、応答信号が受信されれば（Ｓ７１０において「Ｙ」）Ｓ７１２に進み、判断の結果、応答信号が受信されなければ（Ｓ７１０において「Ｎ」）Ｓ７１０に移動する。
Ｓ７１２において、ｕは受信された応答信号に含まれている情報を用いて隣接ノードテーブルの残り部分を記載する。ｕが受信した応答信号に含まれている情報は、表１を参照すると、ｅ、ｆ、ｇであることが分かる。Ｓ７１４において、ｕはすべての隣接ノードから応答信号を受信したか否かを判断する。判断の結果、すべての隣接ノードから応答信号を受信すれば（Ｓ７１４において「Ｙ」）Ｓ７１６に進み、すべての隣接ノードから応答信号を受信しなければ（Ｓ７１４において「Ｎ」）Ｓ７１０に移動する。

図６ないし図７に示したように、本発明はデータ伝送のために費やされる電力につき、距離のみならず周辺状況の影響に関しても考慮する。即ち、実際に消費される電力を測定し、測定された電力を利用する方案を提示している。以下、測定された消費電力に対するデータを用いて実際の各ノードが伝送すべき電力について詳述する。
出発地ノードが伝送した信号の電力が１０ｍＷであり、受信ノードが受信した信号の電力が８ｍＷであると、ノード間での電力の損失は次式で計算される。

受信ノードは臨界値電力以上のデータを受信しなければならない。臨界値電力以下のデータが受信されれば、受信ノードは必要とされる動作が行なえなくなるからである。次式は出発地ノードでデータ伝送を行なうために用いられる最小電力を示す。

以下、図６ないし図７で計算した隣接ノードテーブルを用いて最低電力特徴グラフを求める過程につき詳述する。図８は本発明に係る最低電力特徴グラフを求める過程を示した図である。Ｓ８００において、ノードは隣接ノードテーブルを基準として最短距離アルゴリズムを実行する。最短距離アルゴリズムを実行することによって、ノード間最低電力パスと最低電力パスで消費される電力と、最低電力パスを構成するノードとが求められる。Ｓ８０２において、ノードはホップ単位で最低電力パスを抽出する。

図９は本発明に係る最低電力を示した図である。ノード間に繋がっている１つの伝送経路をホップ（ｈｏｐ）とする。以下、同図を用いて最短距離アルゴリズムを介して最低電力パスが求められる過程について詳述する。

ノードＡに対して最低電力パスが設定されたノードＤと、ノードＦとの間に最低電力パスが設定されれば、ノードＡからノードＦに設定された最低電力パスは取除かれる。即ち、ノードＦは直接ノードＡに伝送せず、ノードＤを介して伝送する。

以下、図９を用いてべースノードで伝送したトリガー（ｔｒｉｇｇｅｒ）メッセージを使用して各ノードにてルーティングテーブルを構成する構成につき詳述する。ベースノードがトリガーメッセージを伝送すると、伝送されたトリガーメッセージはノードＡとノードＢに受信される。ノードＡとノードＢは伝送されたトリガーメッセージを用いて必要な情報を求め、その情報を保存する。

この表で示されているベースノード、ノードＣ、およびノードＤは最低電力パスで連結されているノードのことを意味する。ノードＢもやはり表２のような情報を保存する。hop countはベースノードとのホップ数を指し、power consumptionはベースノードまでデータを伝送するために消費される電力のことを指す。ノードＡおよびノードＢは、受信したトリガーメッセージを最低電力パスで連結されている他のノードへ伝送する。ノードＡはノードＣおよびノードＤにトリガーメッセージを伝送し、ノードＢはノードＣおよびノードＥへトリガーメッセージを伝送する。トリガーメッセージにはノードＡおよびノードＢで求めた情報が含まれている。ノードＣ、ノードＤ、およびノードＥは伝送されたトリガーメッセージを用いて必要な情報を求め、且つ保存する。下記表３は一例であって、ノードＣに対して求めた情報が示されている。

図１０は本発明に係る各ノードにおいてルーティングテーブルを更新した過程が示されている。以下、同図を参照して本発明に係る各ノードでルーティングテーブルを更新する過程について説明する。
Ｓ１０００において、ノードは隣接ノード（隣接ノードｖ）からトリガーメッセージが受信されたか否かを判断する。判断の結果、隣接ノードからトリガーメッセージが受信されれば（Ｓ１０００において「Ｙ」）Ｓ１００２に進み、受信されなければ（Ｓ１０００において「Ｎ」）Ｓ１０００に移動する。Ｓ１００２において、ノードは既存ルーティングテーブルに保存されている隣接ノード（ｖ）に対する消費電力（ＰＣ；ＲＴ[Ｖ]）に関する情報とトリガーメッセージに含まれている消費電力（ＰＣ（トリガーメッセージ））に関する情報とを比較する。

比較の結果、トリガーメッセージに含まれている消費電力が小さければ（Ｓ１００２において「Ｙ」）Ｓ１００４に進み、トリガーメッセージに含まれている消費電力が大きければ（Ｓ１００２において「Ｎ」）Ｓ１０００に戻る。Ｓ１００４において、ノードはトリガーメッセージに含まれている消費電力と受信する時に必要な電力とを加算し、加算された結果に基づいて既存のルーティングテーブルを更新する。さらに、Ｓ１００６において、ノードはトリガーメッセージに含まれているホップに１を加算し、加算された結果に基づいて既存のルーティングテーブルを更新する。Ｓ１００４ないしＳ１００６は１つの過程で行なわれることは自明である。下記表４はルーティングテーブルの一例を示している。

表４で示した通りに、ノードはノード１ないしノードｎについて最小電力パスで連結されており、連結されているノードに対する残留電力の情報が分かる。隣接ノードは残留電力に対する情報をトリガーメッセージに含ませて伝送する。表４によると、ノード１によるルーティング経路で費やされる電力は「Ｌ」であり、ホップ数は「０」である。以下、ルーティングテーブルを用いてルーティング経路を決定するために考慮されるべき事項について詳述する。

表４のようなルーティングテーブルを構成したノードは、隣接ノードが伝送したデータまたは自己が伝送するデータをルーティングテーブルを用いて伝送する。この場合、ノードは伝送しようとするデータの重要度を考えて様々にルーティング経路を設定することができる。迅速にデータをベースノードへ伝送しなければならない場合は、ノードはルーティングテーブルのホップ数を比較し、比較の結果、ホップ数が最も少ないノードへデータを伝送する。一般に、データ伝送時間はホップ数に比例するので、最も少ないホップ数を有しているルーティング経路が用いられる。しかし、データが迅速に伝送される必要がない場合は、ルーティングテーブルの消費電力を比較する。比較の結果、消費電力が最も小さなルーティング経路を用いてデータを伝送する。これによって、ノードで消費される電力を最小化できる。即ち、本発明は伝送しようとするデータの重要度（迅速度）によって、他のルーティング経路を使用しデータの伝送ができるようになる。

図１１は特定ノードを仲介ノードとして使用する場合、特定ノードにて消費される電力を最小化する方案につき提案している。図９によると、ノードＣは電力消費を最小化するためにノードＢへデータを伝送する。この場合、ノードＢは伝達されたデータをベースノードに伝送するための動作を行なう。ノードＢは伝達されたデータをベースノードに伝達することによって電力を消費し、ノードＢの残留電力は急速に減少される。したがって、ノードＢで消費される電力の量を最小化するための方案が必要とされる。

図１１において、Ｓ１１００では、ノードがデータ伝送回数をカウントし、カウント値と設定値（ｋ）とを比較する。比較の結果、カウント値（伝送回数）が設定値より大きければ（Ｓ１１００において「Ｙ」）Ｓ１１０２に進み、カウント値が設定値より小さければ（Ｓ１１００において「Ｎ」）Ｓ１１００に戻る。Ｓ１１０２において、ノードは残留電力測定部４０８から残留電力を読み出す。Ｓ１１０４において、ノードは読み出した残留電力を隣接ノードへ通知する。Ｓ１１０６において、データ伝送回数を「０」と設定し、Ｓ１１００に移動する。

図１２には残留電力が通知されたノードにおいて行なわれる動作が示されている。Ｓ１２００において、ノードは残留電力量に対する報告を受信したか否かを判断する。判断の結果、残留電力量に対する報告が受信されれば（Ｓ１２００において「Ｙ」）Ｓ１２０２に進み、受信されなければ（Ｓ１２００において「Ｎ」）Ｓ１２００に戻る。Ｓ１２０２において、ノードは受信した残留電力量を用いてルーティングテーブルを更新する。さらに、ノードは受信した残留電力量とルーティングテーブルを用いて残留電力量に対する平均値（平均残留電力量）を更新する。Ｓ１２０４において、ノードは受信した残留電力量と隣接ノードの残留電力量に対する平均値とを比較する。比較の結果、隣接ノードの平均電力量よりも残留電力量が大きければ（Ｓ１２０４において「Ｎ」）Ｓ１２０６に進み、隣接ノードの平均電力量よりも残留電力量が小さければ（Ｓ１２０４において「Ｙ」）Ｓ１２１２に進む。

Ｓ１２０６において、ノードは残留電力量を通知したノードに対する更新前のステップの電力状態を確認する。確認の結果、電力状態が「十分」であれば（Ｓ１２０６において「Ｙ」）Ｓ１２０８に進み、電力状態が「不十分」であれば（Ｓ１２０６において「Ｎ」）Ｓ１２００に移動する。Ｓ１２０８において、ノードは残留電力量を通知したノードに対する電力状態を「十分」と変更し、Ｓ１２１０において仲介含み要求を隣接ノードに通知する。「十分」状態のノードは自己のデータのみならず、隣接ノードが伝達したデータも伝送する。「不十分」状態のノードは自己のデータのみを伝送する。
Ｓ１２１２において、ノードは、残留電力量を通知したノードに対する更新前のステップの電力状態を確認する。確認の結果、電力状態が「十分」であれば（Ｓ１２１２において「Ｎ」）Ｓ１２００に戻り、確認の結果、電力状態が「不十分」であれば（Ｓ１２１２において「Ｙ」）Ｓ１２１４に進む。Ｓ１２１４において、ノードは残留電力量を通知したノードに対する電力状態を「不十分」に変更し、Ｓ１２１６においては仲介除外要求を隣接ノードに通知する。

図９に示したように、ノードＣは一定時間の間にノードＢのみを仲介ノードとして使用したとき、ノードＢの残留電力が平均残留電力より小さい場合には、仲介除外要求メッセージを隣接ノードに通知し、ノードＡの残留電力が平均残留電力より大きい場合には、仲介含み要求を隣接ノードに通知する。

図９を用いて隣接ノードに仲介含み要求メッセージを伝送する場合につき詳述する。ノードＣがノードＡについて仲介含み要求を行なう場合、ノードＡを用いてデータを伝送するか否かを決める。ルーティングテーブルによるとノードＡを用いてデータを伝送する場合の電力消費が「８」であることが分かる。ノードＣは仲介除外が要請されなかったノードを経由してデータを伝送する場合に消費される電力と「８」とを比較する。
図９において、ノードＣがノードＡあるいはノードＢを仲介ノードとして使用しベースノードにデータを伝送する。ノードＣはノードＡを用いる場合の消費電力と、ノードＢを用いる場合の消費電力とを比較する。比較の結果、消費出力が最も小さなノード（ノードＢ）を仲介ノードとして設定する。さらに、比較の結果、消費電力が同一であれば新たに含まれたノードを仲介ノードとして設定する。
なお、最小電力を用いる場合について詳述したが、遅延時間を短くするためにホップ数を比較する場合も同一に適用され得る。即ち、少ないホップ数を有するノードが新たな仲介ノードとして設定される。

以下、図９を用いて隣接ノードで仲介除外要求メッセージを伝送する場合について詳述する。ノードＢについて仲介除外要求メッセージをブロードキャストした場合、ノードＣはノードＢを除き、除外された状態でルーティングテーブルを用いて最適のルーティング経路を設定する。同図によると、ノードＡがルーティング経路として設定される。

以下、ルーティングテーブルを構成する場合ノードの移動性について説明する。ノードがセンサフィールド内で移動したり、センサフィールドから離れる際には、移動されたノードに対する情報を迅速にルーティングテーブルへ反映しなければならない。移動したノードをルーティングテーブルに反映することにより、データ伝送を最小電力で行うことができる。このため、本発明ではノードが移動する場合に隣接ノードへの移動に関するデータを通知する。即ち、ノードが既存の位置から離れる場合、隣接ノードから離れることを通知し、新たにノードが加わる場合にも、隣接ノードに新たなノードのデータが通知される。特定のノードが既存の位置から離れた場合、隣接ノードは最小電力特徴グラフを新たに構成し、構成された最小電力特徴グラフを用いてルーティングテーブルを更新する。
さらに特定のノードが新たに加わると、隣接ノードは最小電力特徴グラフを新たに構成し、構成された最小電力特徴グラフを用いてルーティングテーブルを更新する。

突然ノードが故障を起こしたときは、ノードが離れているときと同一に取り扱う。特徴ノードが破損されたり電力をすべて消費した場合がこれに該当する。マルチホックで特徴ノードが他のノードのデータを仲介することは必要である。従って、特定ノードについて突然の故障が発生すると、特定ノードはセンサフィールドから離れたと判断してルーティングテーブルから取除く。特定ノードが除外された状態でルーティングテーブルを更新し、更新されたテーブルを用いてルーティング経路を設定する。

以上、図面を参照して本発明の好適な実施形態を図示および説明してきたが本発明の保護範囲は、前述の実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。

アドホック／センサネットワークの一般的な構成を示した図である。アドホック／センサネットワークにおいて仲介ノードを決める過程を示した図である。アドホック／センサネットワークにおいて仲介ノードを決める過程を示した図である。本発明に係るノードの構造を示した図である。本発明に係るノードで行なわれる過程を概略的に示した図である。テスト信号を受信するノードで行なわれる動作を示した図である。テスト信号を伝送するノードで行なわれる動作を示した図である。最低電力パスを抽出する過程を示した図である。アドホック／センサネットワークを構成するノード間の最低電力パスを概略的に示した図である。ノードでルーティングテーブルを更新する過程を示した図である。ノードで残留電力に対する情報を伝送する過程を示した図である。ノードで残留電力に対する情報を受信したノードで行なわれる動作を示した図である。

符号の説明

４００送信部
４０２出力強度調節部
４１６受信部
４０４メモリ
４２０プロセッサ
４１４信号強度測定部
４０６センサ
４０８残留電力測定部
４１０バッテリ
４１２ＧＰＳ

Claims

ベースノードと、少なくとも１つの隣接ノードと、前記ベースノードが要請したデータを直接または前記隣接ノードを仲介して前記ベースノードに伝送する出発地ノードと、を含む通信システムにおいて、要請されたデータを前記出発地ノードが伝送する方法であって、
前記通信システムを構成するノード相互間のデータ伝送に必要な電力を測定するステップと、
前記測定された電力を用いて、前記出発地ノードから前記ベースノードまで前記データを伝送するのに必要な電力消費が最小となる経路を探索するステップと、
前記探索された経路を用いて、前記要請されたデータを伝送するステップと、
を含み、
前記出発地ノードは、前記要請されたデータを伝送できる複数の経路と、これらの経路を介して前記データを伝送する際に要する電力消費と、前記データを仲介する隣接ノードの個数に関する情報と、を格納し、
前記出発地ノードは、前記隣接ノードからこの隣接ノードの残留電力に関する情報を通知され、
前記隣接ノードの残留電力に関する情報は、当該隣接ノードのデータ伝送回数が設定値よりも大きい場合に通知される
ことを特徴とするデータの伝送方法。
前記出発地ノードは、前記データの迅速な伝送が求められる場合、仲介する隣接ノードの個数が最も少ない経路を用いて前記要請されたデータを伝送することを特徴とする請求項１に記載のデータの伝送方法。
前記出発地ノードは、前記データを仲介する前記隣接ノードの残留電力が閾値以下である場合、他の経路を用いて前記要請されたデータを伝送することを特徴とする請求項１に記載のデータの伝送方法。
前記閾値は、仲介可能な隣接ノードの残留電力の平均値であることを特徴とする請求項３に記載のデータの伝送方法。
前記出発地ノードは、前記データを仲介する機能を失った隣接ノードに関する情報を削除することを特徴とする請求項１に記載のデータの伝送方法。
位置の変更される隣接ノードは、他のノードに位置変更に関する情報を通知することを特徴とする請求項１に記載のデータの伝送方法。
前記出発地ノードは、前記変更された位置情報を反映して前記要請されたデータを伝送できる複数の経路と、これらの経路を介して前記データを伝送する際に要する電力消費と、仲介する隣接ノードの個数に関する情報と、を更新することを特徴とする請求項６に記載のデータの伝送方法。
前記経路は、１ホップずつ順次に選択されることを特徴とする請求項１に記載のデータの伝送方法。
ベースノードと、少なくとも１つの隣接ノードと、前記ベースノードが要請したデータを直接または前記隣接ノードを仲介して前記ベースノードに伝送する出発地ノードと、を含む通信システムにおいて、要請されたデータを前記出発地ノードが伝送するシステムは、
前記ベースノードと、
各ノード間の測定された消費電力を用いて、前記出発地ノードから前記ベースノードまでのデータの伝送に必要な電力消費が最小となる経路を検索し、前記探索された経路を用いて、前記要請されたデータを伝送する出発地ノードと、
を含み、
前記出発地ノードは、前記要請されたデータを伝送できる複数の経路と、これらの経路を介してデータを伝送する際に要する電力消費と、前記データを仲介する隣接ノードの個数に関する情報と、を格納し、
前記出発地ノードは、前記隣接ノードからこの隣接ノードの残留電力に関する情報を通知され、
前記隣接ノードの残留電力に関する情報は、当該隣接ノードのデータ伝送回数が設定値よりも大きい場合に通知される
ことを特徴とするシステム。
前記出発地ノードは、前記データの迅速な伝送が求められる場合、前記隣接ノードの個数が最も少ない経路を用いて前記要請されたデータを伝送することを特徴とする請求項９に記載のシステム。
前記出発地ノードは、前記データを仲介する前記隣接ノードの残留電力が閾値以下である場合、他の経路を用いて前記要請されたデータを伝送することを特徴とする請求項９に記載のシステム。
前記閾値は、仲介可能な隣接ノードの残留電力の平均値であることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
前記出発地ノードは、前記データを仲介する機能を失った隣接ノードに関する情報を削除することを特徴とする請求項９に記載のシステム。
位置の変更される隣接ノードは、他のノードに位置変更に関する情報を通知することを特徴とする請求項９に記載のシステム。
前記出発地ノードは、前記変更された位置情報を反映して前記要請されたデータを伝送できる複数の経路と、これらの経路を介して前記データを伝送する際に要する電力消費と、仲介する隣接ノードの個数に関する情報と、を更新することを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
前記経路は、１ホップずつ順次に選択されることを特徴とする請求項９に記載のシステム。