JP4213176B2 - センサデバイス、サーバノード、センサネットワークシステム、通信経路の構築方法、制御プログラム、および記録媒体 - Google Patents

センサデバイス、サーバノード、センサネットワークシステム、通信経路の構築方法、制御プログラム、および記録媒体 Download PDF

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Description

本発明は、無線通信機能を搭載したセンサデバイスにより構成されるセンサネットワークシステム、およびそのセンサネットワークシステムにおける通信経路の構築方法に関するものであり、より具体的には、センサデバイスが検知した検知データを送受信するための通信経路を安全かつ確実に構築するための、センサネットワークシステム及び通信経路構築方法に関するものである。
センサネットワークシステムは、無線通信機能を持つ多くのセンサデバイス(センサモジュールともいう)により構成される。センサネットワークシステムの利用目的は様々であり、防犯・介護・省エネルギー・広域計測・トレース等のあらゆる分野に利用され得る。
例えば、介護の分野では、センサデバイスにより、被介護者の心拍数、体温、姿勢、手足の動き及び緊急事態等を監視することができる。また、例えば、建物環境の場合には、センサデバイスにより、地震データ、構造支持部の動き、火災、洪水等を監視することができる。
例えば、家庭内でセンサネットワークシステムが使用される場合、ホームセキュリティ、機器モニタ/制御、見守り/介護、遠隔管理など、様々な用途で使用されることが考えられる。
センサデバイスは、広範囲に配置され、また設置性の良さから追加によりさらに数多く設置されるであろうことが、容易に考えられる。家庭内でセンサネットワークシステムが使用される場合、センサデバイスの設置性の良さから、センサデバイスは追加で設置され、建物の内外に数多く設置されることになる。
従って、管理者の手間を軽減するためには、数多く設置されたセンサデバイスの通信経路は、自律的に構築されることが好ましく、自律性はセンサネットワークシステムにおいて重要な要素となる。
従来の通信経路構築方法に関し、例えば、特許文献1には、1つの基地局を中心として、無線装置のネットワークを自律的に構築する方法が開示されている。
また、特許文献2には、予め設定されている所定の通信距離内に存在する設備監視制御手段、センターサーバ、または移動式端末装置等の他装置を検知することで無線ネットワーク網を自律的に構築する方法が開示されている。
特開2005−94530号公報(平成17年4月7日公開) 特開2005−157744号公報(平成17年6月16日公開)
しかしながら、上記従来技術の構成を用いる場合、以下の問題を生じる。
特許文献1の通信経路構築方法は、単一のネットワークを構築することが前提であり、センサデバイスの通信可能範囲内に異なる複数のネットワークが存在する場合が考慮されていない。すなわち、家庭内においてセンサネットワークを構築する場合、センサデバイスの通信可能範囲内となる隣家において同様のシステムが利用されていると、自宅と隣家とを区別して、ネットワークを構築することはできなかった。家の中にある隣の部屋同士においても同様である。
また、特許文献2のシステムにおいても同様に、センターサーバを頂点とする単一のネットワークが想定されており、移動式端末装置が、隣のビルにある同様のシステムのネットワークを検知することは考慮されていない。すなわち、移動式端末装置の通信可能範囲内に複数の異なったネットワークが存在する環境では、正しくネットワークが構築できないという問題点を有している。
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、通信可能範囲内に複数の異なるセンサネットワークが存在する場合でも、構築すべき通信経路を特定でき、安全かつ確実にネットワークを構築できるセンサネットワークシステムおよび通信経路構築方法を提供することにある。
本発明に係るセンサデバイスは、上記課題を解決するために、建物を特定する建物IDと、前記建物内の部屋を特定する部屋IDと、各装置を特定する個別IDとによって管理され、自装置が格納している前記建物IDおよび前記部屋IDを用いて上位ノードであるサーバノードと無線通信を行い、最上位ノードであり、前記サーバノードを管理する管理サーバと、前記サーバノードを介して通信を行うセンサデバイスにおいて、前記センサデバイスは、前記サーバノードとの、通信経路の構築と通信とを制御する制御手段を備え、前記サーバノードとの前記通信経路を構築する際、前記制御手段は、接続可能な前記サーバノードを検出し、検出した前記サーバノードを含む前記通信経路を、選択候補として前記サーバノードの上位にある前記管理サーバに伝送し、前記管理サーバにおいて前記通信経路の決定のために入力された鍵情報と、前記管理サーバにおいて前記選択候補の中から選択された前記通信経路と、選択された前記通信経路に含まれる前記サーバノードが有する前記建物IDと、選択された前記通信経路に含まれる前記サーバノードが有する前記部屋IDとを、選択された前記通信経路に含まれる前記サーバノードから受信し、前記鍵情報が自装置の有する鍵情報と一致する場合にのみ、自装置の前記個別IDと前記一致とを前記管理サーバに通知し、前記受信した前記建物IDおよび前記部屋IDを自装置の前記建物IDおよび前記部屋IDとして格納し、前記通信経路の構築を完了することを特徴とする。
また、本発明に係るサーバノードは、上記課題を解決するために、建物を特定する建物IDと、前記建物内の部屋を特定する部屋IDと、各装置を特定する個別IDとによって管理され、自装置が格納している前記建物IDおよび前記部屋IDを用いて上位ノードである管理サーバと無線通信を行い、自装置が格納している前記個別IDを用いて下位ノードであるセンサデバイスと無線通信を行うサーバノードにおいて、前記サーバノードは、前記管理サーバおよび前記センサデバイスとの、通信経路の構築と通信とを制御する制御手段を備え、前記センサデバイスとの前記通信経路を構築する際、前記制御手段は、前記センサデバイスによる接続可能な前記サーバノードを検出する問い合わせに応答し、前記センサデバイスから受信した前記通信経路の候補リストをサーバノードの上位ノードである管理サーバに転送し、自装置が前記管理サーバにおいて前記候補リストから選択された前記通信経路に含まれる場合は、前記管理サーバから、前記選択された前記通信経路と、前記管理サーバにおいて入力された鍵情報とを受信し、受信した前記選択された前記通信経路および前記鍵情報に、自装置の前記建物IDと前記部屋IDとを加えて、前記センサデバイスに転送し、前記センサデバイスから受信した前記センサデバイスの前記個別IDを自装置が管理するセンサデバイスの個別IDとして格納し、前記通信経路の構築を完了することを特徴とする。
また、本発明に係るセンサネットワークシステムは、上記課題を解決するために、前記センサデバイスと、前記サーバノードとを含んで構成される。
また、本発明に係る通信経路の構築方法は、上記課題を解決するために、建物を特定する建物IDと、前記建物内の部屋を特定する部屋IDと、各装置を特定する個別IDとによって管理される、センサデバイスと、その上位ノードであるサーバノードとが、前記センサデバイスが格納している前記建物IDおよび前記部屋ID、または前記サーバノードが格納している前記個別IDを用いて無線通信を行うために構築される通信経路の構築方法であって、前記センサデバイスが、接続可能な前記サーバノードを検出するための問い合わせを行う問い合わせステップと、前記サーバノードが、前記問い合わせに応答する応答ステップと、前記センサデバイスが、前記問い合わせ結果を前記通信経路の候補リストとして送信する候補リスト送信ステップと、前記サーバノードが、受信した前記候補リストを、前記サーバノードの上位ノードである管理サーバに転送する第1の転送ステップと、前記管理サーバが、前記候補リストからいずれの前記通信経路を選択したかの選択情報と、鍵情報とを受け付け、選択された前記通信経路に送信する受付送信ステップと、前記サーバノードが、自装置の前記建物IDと前記部屋IDとを加えて、受信した前記選択情報と前記鍵情報とを、前記センサデバイスに転送する第2の転送ステップと、前記センサデバイスが、受信した前記鍵情報と自装置が有する鍵情報とが一致するか判断する鍵情報判断ステップと、前記鍵情報が一致した場合に、前記センサデバイスが、自装置の前記個別IDと前記一致とを前記サーバノードに通知する一致通知ステップと、前記サーバノードが、受信した前記個別IDを自装置が管理する前記センサデバイスの前記個別IDとして格納する第1の格納ステップと、前記センサデバイスが、受信した前記建物IDおよび前記部屋IDを自装置の前記建物IDおよび前記部屋IDとして格納する第2の格納ステップとを含んで構成される。
当該構成において、センサデバイスとは、そのセンサデバイスの周囲に存在する測定する対象となる物、例えば、温度、人体の脈拍、人の有無などを測定し、測定した測定値を無線通信により他の機器へと送信する装置のことである。
新たにセンサネットワークシステムに追加されるセンサデバイスは、自装置の上位ノードとなるサーバノードを選択し通信経路を構築する際に、自らの判断によりサーバノードを決定するのではなく、その選択肢を、最上位ノードである管理サーバを介して管理者に提示する。そして、管理者の所望の通信経路が選択された後、その選択された通信経路、すなわち管理者が入力を行った管理サーバと、選択されたサーバノードとを経由して、センサデバイスまで、その選択がなされた事が通知される。さらに、管理サーバにおいて入力された鍵情報と、センサデバイスに設定されている鍵情報とが一致するか否かを判断することにより、管理者の認証が行われる。最終的に、認証された管理者の選択した通信経路が、センサデバイスの通信経路として設定される。
つまり、センサデバイスのセキュリティレベルが「高」に設定されている場合、特定の通信経路による通信が必要であると判断し、まず利便性を確保するために自律的に構築可能な通信経路を検出し、その中から自宅に属する通信経路を抽出するが、自律的には構築を完了しない。抽出した通信経路を選択候補として、通信可能範囲内にあるサーバノードに送信する。受信したサーバノードは、さらに上位の管理サーバに送信する。管理サーバは、この選択候補を、管理者に提示し、管理者は選択候補の中から所望の通信経路を選択する。選択する際、通信経路の構築を完了する際に管理者の認証を行うために、管理者は、センサデバイス内部に予め登録されている鍵情報の入力を行う。この鍵情報が正しく入力されない場合は、管理者の認証に失敗したことになるので、管理者の選択した通信経路による、通信経路の構築は完了しない。
なお、通信経路の選択候補は、センサデバイスの通信可能範囲内にある隣家のサーバノードを経由して、隣家の管理サーバにおいても提示されるが、隣家の管理者は、鍵情報を知ることができないので、間違った通信経路が構築されることは無い。
<建物ID、部屋ID、個別IDについて>
なお、ワイヤレスセンサネットワークにおいては、通信コストを下げる、すなわち送信電力を削減するために、より少ない電力で通信できる最も近いデバイスへ検出情報を伝達することが有効である。
しかし、ホームセキュリティの用途においては、隣家にも同様のセンサネットワークが有る場合、そのネットワークとの混信が問題となる。
この問題を回避するためには、通信経路を特定することが必要であり、そのためには隣家との区別を行うために、建物IDによる管理が必要となる。また、ホームセキュリティ用途においては、干渉などによる通信の遅延を出来るだけ低減することが重要なので、部屋IDを設定することにより屋内のネットワークを分割し、遅延が最小となるよう設計することが必要である。
また、本発明に係るセンサネットワークシステムでは、センサデバイス、サーバノード、および管理サーバはそれぞれ、これらの機器を特定できる個別IDを有する。
これらの個別ID同士をリンクすることにより通信経路を特定することも可能ではあるが、管理者の管理負荷軽減のためには、自宅と隣家との区別に建物IDを利用し、同一建物内の部屋などのエリアの区別に部屋IDを利用することが好ましい。
なお、個別IDは、上位ノードが、下位ノードを管理するためにも使用される。すなわち、センサデバイスの上位ノードであるサーバノードは、自装置の管理下にあるセンサデバイスを把握するための子デバイスリストを有し、その子デバイスリスト中には、自装置の管理下に置かれるセンサデバイスの、センサデバイス名と個別IDとを対応付けて格納されている。管理サーバも同様に子デバイスリストを有し、その子デバイスリスト中には、自装置が管理するサーバノードの、サーバノード名と個別IDとを対応付けて格納されている。
逆に、下位ノードは、自装置の上位ノードの個別IDを把握しておらず、通信を行う際には、自装置の個別IDを直接指定して送信を行うことは無い。代わりに、通信経路の構築時に、自装置の上位ノードから通知された建物IDおよび部屋IDを用いることで、その部屋IDを有する部屋のサーバノードおよびその建物IDを有する建物の管理サーバを間接的に指定する。このような間接的な指定方法であっても、その部屋IDを有するサーバノードおよびその建物IDを有する管理サーバは一意に特定出来るので、問題は生じない。
建物IDは、ある地域又は全ての地域に存在する建物を特定するために十分な桁数を有し、また部屋IDは、建物内また建物周辺の分割されたエリアを区別し特定するために十分な桁数を有している。個別IDも、各センサデバイス、サーバノード、および管理サーバを区別し特定するために十分な桁数を有している。
建物ID、部屋ID、および個別IDは、これらの機器内部の不揮発性メモリに格納されていることが好ましい。
建物IDは、一つの建物内またその建物周辺に存在するセンサデバイス、サーバノード、および管理サーバにより共有される。これにより、隣家に存在する、センサデバイス、サーバノード、および管理サーバと容易に区別され得る。従って、通信可能範囲内に隣家のセンサデバイス、サーバノード、または管理サーバが存在しても、適切に通信経路を特定することが出来るので、伝送する情報が混信することは無く、適切に通信を行うことができる。
また、部屋IDは、一つの建物内また建物周辺の、区分された一つのエリア内に存在するセンサデバイス及びサーバノードにより共有される。これにより、一つのエリア内に存在するセンサデバイス及びサーバノードを、異なるエリアに存在するセンサデバイス及びサーバノードから容易に区別できる。従って、通信可能範囲内に他のエリアに属する、同一機能を持つセンサデバイスが存在しても、適切に通信経路を特定することが出来るので、伝送する情報が混信することは無く、適切に通信を行うことが出来る。
建物ID、部屋ID、および個別IDを用いることにより、センサネットワークが普及することにより、多数のセンサデバイス、サーバノード、および管理サーバが設置され、通信可能範囲内に異なるネットワークが混在する環境が一般的になった場合でも、ホームセキュリティなどのセンサネットワークシステムにおいて、検知した情報を適切な通信経路を用いて伝送出来るセンサネットワークシステムを提供することが出来る。
上記の構成によれば、センサデバイスネットワークにおいて、新規にまたは追加で設置する、センサデバイス又はサーバノードの通信可能範囲内に、隣家のセンサネットワークなど他のセンサネットワークが存在する場合でも、設置するセンサデバイス又はサーバノードが、誤って本来接続すべきネットワークとは異なるネットワークに接続してしまうことを防止できるので、安全かつ確実に通信経路を構築できるという効果を奏する。
従って、ホームセキュリティなどの無線ネットワークに、安全かつ確実なデータ転送経路構築方法を提供することが出来る。
また、本発明に係るセンサデバイスは、上記の構成に加えて、前記制御手段は、接続可能な前記サーバノードを検出する際、接続可能な前記サーバノードを検出するための問い合わせを送信し、前記問い合わせに対して応答する前記サーバノードが無くなるまで、問い合わせ時の送信電力のレベル情報と応答した前記サーバノードの名前とを記録し、前記問い合わせの送信電力のレベルを所定量だけ絞り、前記問い合わせを再度行うことを繰り返し、検出した前記サーバノードの前記名前と該サーバノードと通信するために必要な最小送信電力の前記レベル情報との組合せを、選択候補として前記サーバノードの上位の前記管理サーバに伝送することを特徴とする。
当該構成において、制御手段は、自装置が接続可能なサーバノードを検出する際に、自装置がそれぞれのサーバノードと通信を行う際に必要な自装置の送信電力も調べる。例えば、最初は最大送信電力のレベル(100%の送信出力)を用いて問い合わせパケットを送信するので、4つのサーバノードが応答したとする。次に、制御部は、所定量だけ送信電力を絞って(例えば80%の送信電力)、再度問い合わせパケットを送信するので、今回は3つのサーバノードが応答したとする。このことから、今回応答しなかった1つのサーバノードと通信するために必要な最小送信電力のレベルは、100%であることがわかる。この作業を繰り返すことにより、制御手段は、どのサーバノードに接続するときには、必要な最小送信電力のレベルがどれだけであるかを把握する。制御手段は、把握した情報を、問い合わせに応答したそれぞれのサーバノードを経由して、それらサーバノードの上位にある管理サーバに送信する。管理サーバは、受信した情報を管理者に提示する。
上記構成によれば、センサデバイスが接続可能なサーバノードのリストが、それぞれのサーバノードと通信するために必要な最小送信電力のレベル情報とともに管理サーバにおいて提示されるので、管理者は、安全かつ確実な上に、送信電力、すなわち消費電力が少なくて済む通信経路を構築できるという効果を奏する。
本発明に係るセンサデバイス及びサーバノードは、上記の通信経路を特定する仕組みと共に、センサデバイス及びサーバノードが通信経路を自律的に構築するか、通信経路の選択を管理者に委ねるか、構築方法の切り替えを行うためのセキュリティレベルと呼ぶ情報を有する構成でもよい。セキュリティレベルの情報は、センサデバイス及びサーバノードの内部に有り、不揮発性メモリに格納されていることが好ましい。
本発明に係るセンサデバイスは、センサデバイスのセキュリティレベルが「低」に設定されている場合、通信経路に関するこだわりは無いものと判断し、利便性を重視して自律的に通信経路を構築する。すなわち、通信可能範囲内にあるサーバノードを検出し、送信電力を徐々に絞り、最も送信電力が少なくて済むサーバノードに接続する構成でもよい。
同様に、本発明に係るサーバノードは、サーバノードのセキュリティレベルが「低」に設定されている場合、通信経路に関するこだわりは無いものと判断し、利便性を重視して自律的に通信経路を構築する。すなわち、通信可能範囲内にある管理サーバを検出し、送信電力を徐々に絞り、最も送信電力が少なくて済む管理サーバに接続する構成でもよい。
また、本発明に係るサーバノードは、サーバノードのセキュリティレベルが「高」に設定されている場合、特定の通信経路による通信が必要であると判断し、まず利便性を確保するために自律的に構築可能な通信経路を検出するが、通信経路の構築は完了しない構成でもよい。この構成の場合、検出した通信経路を選択候補として、通信可能範囲内にある管理サーバに送信する。管理サーバは、この選択候補を、管理者に提示し、管理者は選択候補の中から所望の通信経路を選択する。選択するの際、通信経路の構築を完了する際に管理者の認証を行うために、管理者は、サーバノード内部に予め登録されている鍵情報の入力を行う。この鍵情報が正しく入力されない場合は、管理者の認証に失敗したことになるので、管理者の選択した通信経路による、通信経路の構築は完了しない。
なお、通信経路の選択候補は、サーバノードの通信可能範囲内にある隣家の管理サーバにおいても提示されるが、隣家の管理者は、鍵情報を知ることができないので、間違った通信経路が構築されることは無い。
本発明に係るセンサネットワークシステムは、センサデバイスとサーバノードと管理サーバとから構成され、それぞれの内部には、建物IDと部屋IDと個別IDとが格納され、無線機の通信可能範囲内に異なるネットワークが存在しても、通信経路はそれぞれのIDを特定することにより、混信することなく、安全に経路構築できる。
また、本発明に係るセンサネットワークシステムの通信経路の構築方法は、建物IDと部屋IDと個別IDとを特定する際に、自律的に抽出された通信経路の候補から選択する様な簡易な操作性と、接続されるべきセンサデバイスまたはサーバノードに格納されている鍵情報を入力することにより、安全性を確保する方法である。
それ故、センサデバイスやサーバノードの追加を行う際に、自律的に隣家などの通信可能範囲内にある異なるネットワークに接続してしまう間違いを未然に防ぐと共に、自律性を損なわない操作性と安全性を提供できるという効果を奏する。
本発明に係るセンサデバイスは、建物を特定する建物IDと、前記建物内の部屋を特定する部屋IDと、各装置を特定する個別IDとによって管理され、自装置が格納している前記建物IDおよび前記部屋IDを用いて上位ノードであるサーバノードと無線通信を行い、最上位ノードであり、前記サーバノードを管理する管理サーバと、前記サーバノードを介して通信を行うセンサデバイスにおいて、前記センサデバイスは、前記サーバノードとの、通信経路の構築と通信とを制御する制御手段を備え、前記サーバノードとの前記通信経路を構築する際、前記制御手段は、接続可能な前記サーバノードを検出するための問い合わせを送信し、前記問い合わせに対して応答する前記サーバノードが一つのみになるまで、問い合わせの送信電力を所定量だけ絞った後、問い合わせを繰り返し、残った一つの前記サーバノードに対して、自装置の上位サーバを前記サーバノードに決定したことと、自装置の前記個別IDとを通知し、前記サーバノードが有する前記建物IDおよび前記部屋IDを受信し、受信した前記建物IDおよび前記部屋IDを自装置の前記建物IDおよび前記部屋IDとして格納し、前記通信経路の構築を完了することを特徴とする構成でもよい。
本発明に係るサーバノードは、建物を特定する建物IDと、前記建物内の部屋を特定する部屋IDと、各装置を特定する個別IDとによって管理され、自装置が格納している前記建物IDおよび前記部屋IDを用いて上位ノードである管理サーバと無線通信を行い、自装置が格納している前記個別IDを用いて下位ノードであるセンサデバイスと無線通信を行うサーバノードにおいて、前記サーバノードは、前記センサデバイスとの、通信経路の構築と通信とを制御する制御手段を備え、前記センサデバイスとの前記通信経路を構築する際、前記制御手段は、前記センサデバイスによる接続可能な前記サーバノードを検出する問い合わせに応答し、前記センサデバイスによる、前記センサデバイスの上位サーバを前記サーバノードに決定したことと、自装置の前記個別IDとの通知に応答して、自装置が有する前記建物IDおよび前記部屋IDを前記センサデバイスに送信し、前記センサデバイスから受信した前記個別IDを自装置が管理する前記センサデバイスの個別IDとして格納し、前記通信経路の構築を完了することを特徴とする構成でもよい。
本発明に係るサーバノードは、建物を特定する建物IDと、前記建物内の部屋を特定する部屋IDと、各装置を特定する個別IDとによって管理され、自装置が格納している前記建物IDおよび前記部屋IDを用いて上位ノードである管理サーバと無線通信を行い、自装置が格納している前記個別IDを用いて下位ノードであるセンサデバイスと無線通信を行うサーバノードにおいて、前記サーバノードは、前記管理サーバおよび前記センサデバイスとの、通信経路の構築と通信とを制御する制御手段を備え、前記管理サーバとの前記通信経路を構築する際、前記制御手段は、接続可能な前記管理サーバを検出するための問い合わせを送信し、前記問い合わせに対して応答する前記管理サーバが一つのみになるまで、問い合わせの送信電力を所定量だけ絞った後、問い合わせを繰り返し、残った一つの前記管理サーバに対して、自装置の上位サーバを前記管理サーバに決定したことと、自装置の前記個別IDとを通知し、前記管理サーバが有する前記建物IDを受信し、受信した前記建物IDを自装置の前記建物IDとして格納し、前記通信経路の構築を完了することを特徴とする構成でもよい。
本発明に係る通信経路の構築方法は、建物を特定する建物IDと、前記建物内の部屋を特定する部屋IDと、各装置を特定する個別IDとによって管理される、センサデバイスと、その上位ノードであるサーバノードとが、前記センサデバイスが格納している前記建物IDおよび前記部屋ID、または前記サーバノードが格納している前記個別IDを用いて無線通信を行うために構築される通信経路の構築方法であって、前記センサデバイスが、接続可能な前記サーバノードを検出するための問い合わせを行う問い合わせステップと、前記サーバノードが、前記問い合わせに応答する応答ステップと、前記センサデバイスが、前記応答ステップにおいて応答する前記サーバノードが一つのみになるまで、送信電力を所定量絞った後、前記問い合わせステップに戻る選択ステップと、前記センサデバイスが、選択ステップにおいて最後まで残った前記サーバノードに対して、自装置の上位サーバを前記サーバノードに決定したことと、自装置の前記個別IDとを通知する決定ステップと、前記サーバノードが、前記通知に応答して、自装置が有する前記建物IDおよび前記部屋IDを前記センサデバイスに送信するID送信ステップと、前記センサデバイスが、受信した前記建物IDおよび前記部屋IDを自装置の内部記憶領域に書き込む第1の書き込みステップと、前記サーバノードが、前記センサデバイスから受信した前記個別IDを自装置の内部記憶領域に書き込む第2の書き込みステップとを含んで構成されてもよい。
本発明に係るセンサネットワークシステムのデータ転送経路構築方法は、建物内部或いは周辺に置かれた無線機能搭載センサデバイスと、一つ又は複数の前記センサデバイスと無線通信を行うサーバノードと、一つ又は複数の前記サーバノードと無線通信を行う管理サーバからなり、上記管理サーバ及びサーバノードとセンサデバイスの内部には、建物IDの他に、建物内部や周辺を分割して区別できる部屋IDと、デバイス個体を特定できる個別IDが設けられ、前記管理サーバ及びサーバノードとセンサデバイスのデータ転送経路は、前期建物IDと部屋IDと個別IDを特定することにより構築できる構成でもよい。
本発明に係るセンサネットワークシステムのデータ転送経路構築方法では、前記建物IDは、存在する全ての建物を区別するために十分な桁数を有し、同一の建物内部及び周辺に存在する前記管理サーバ及びサーバノードとセンサデバイスは同一の建物IDを共有することによりデータ転送経路を特定できることを特徴とする構成でもよい。
本発明に係るセンサネットワークシステムのデータ転送経路構築方法では、前記部屋IDは、建物内部や周辺を分割して区別するために十分な桁数を有し、同一の区分内に存在するサーバノード及びセンサデバイスは同一の部屋IDを共有することによりデータ転送経路を特定できることを特徴とする構成でもよい。
本発明に係るセンサネットワークシステムのデータ転送経路構築方法では、前記個別IDは、存在する全ての管理サーバ及びサーバノードとセンサデバイスを区別するために十分な桁数を有することによりデータ転送経路を特定できることを特徴とする構成でもよい。
本発明に係るセンサネットワークシステムのデータ転送経路構築方法では、前記センサデバイスは、内部にセキュリティレベルの情報を有し、該レベルに応じて自律的に構築するデータ転送経路の完了レベルを変更できることを特徴とする構成でもよい。
本発明に係るセンサネットワークシステムのデータ転送経路構築方法では、前記センサデバイスは、内部に格納しているセキュリティレベルが低ければ、自律的に接続可能なサーバノードを検出するとともに、送信電力が最も少なくて済むサーバノードに接続して、該サーバノードが有する建物IDと部屋IDを内部記憶領域に書き込み、データ転送経路を構築完了することを特徴とする構成でもよい。
本発明に係るセンサネットワークシステムのデータ転送経路構築方法では、前記センサデバイスは、内部に格納しているセキュリティレベルが高ければ、自律的に接続可能なサーバノードを検出して一つ又は複数のデータ転送経路の候補を抽出し、管理サーバに接続されている端末において候補の中から経路を選択し、経路決定のために入力された鍵情報が正しい場合にのみ、選択されたサーバノードが有する建物IDと部屋IDを内部領域に書き込み、データ転送経路構築を完了することを特徴とする構成でもよい。
本発明に係るセンサネットワークシステムのデータ転送経路構築方法では、前記サーバノードは、内部にセキュリティレベルの情報を有し、該レベルに応じて自律的に構築するデータ転送経路の完了レベル決めることができることを特徴とする構成でもよい。
本発明に係るセンサネットワークシステムのデータ転送経路構築方法では、前記サーバノードは、内部に格納しているセキュリティレベルが低ければ、自律的に接続可能な管理サーバを検出するとともに、送信電力が最も少なくて済む管理サーバに接続して、該管理サーバが有する建物IDと部屋IDを内部記憶領域に書き込み、データ転送経路を構築完了することを特徴とする構成でもよい。
本発明に係るセンサネットワークシステムのデータ転送経路構築方法では、前記サーバノードは、内部に格納しているセキュリティレベルが高ければ、自律的に接続可能な管理サーバを検出し、一つ又は複数のデータ転送経路の候補を抽出し、管理サーバに接続されている端末において候補の中から経路を選択し、経路決定のために入力された鍵情報が正しい場合にのみ、選択された管理サーバが有する建物IDと部屋IDを内部領域に書き込み、データ転送経路構築を完了することを特徴とする構成でもよい。
本発明に係るセンサネットワークシステムは、前記データ転送経路構築方法を用いたセンサネットワークシステムであってもよい。
本発明に係るセンサネットワークシステムでは、前記センサデバイスは、データ転送経路構築完了後、前記サーバノードと通信可能な最小限のレベルまで送信出力を調整することにより低消費電力化を図ることを特徴とする構成でもよい。
本発明に係るセンサネットワークシステムでは、前記サーバノードは、データ転送経路構築完了後、前記センサデバイスと通信可能な最小限のレベルまで送信出力を調整することにより低消費電力化を図ることを特徴構成でもよい。
本発明に係るセンサデバイスは、以上のように、前記センサデバイスは、前記サーバノードとの、通信経路の構築と通信とを制御する制御手段を備え、前記サーバノードとの前記通信経路を構築する際、前記制御手段は、接続可能な前記サーバノードを検出し、検出した前記サーバノードを含む前記通信経路を、選択候補として前記サーバノードの上位にある前記管理サーバに伝送し、前記管理サーバにおいて前記通信経路の決定のために入力された鍵情報と、前記管理サーバにおいて前記選択候補の中から選択された前記通信経路と、選択された前記通信経路に含まれる前記サーバノードが有する前記建物IDと、選択された前記通信経路に含まれる前記サーバノードが有する前記部屋IDとを、選択された前記通信経路に含まれる前記サーバノードから受信し、前記鍵情報が自装置の有する鍵情報と一致する場合にのみ、自装置の前記個別IDと前記一致とを前記管理サーバに通知し、前記受信した前記建物IDおよび前記部屋IDを自装置の前記建物IDおよび前記部屋IDとして格納し、前記通信経路の構築を完了することを特徴とする。
また、本発明に係るサーバノードは、以上のように、前記サーバノードは、前記管理サーバおよび前記センサデバイスとの、通信経路の構築と通信とを制御する制御手段を備え、前記センサデバイスとの前記通信経路を構築する際、前記制御手段は、前記センサデバイスによる接続可能な前記サーバノードを検出する問い合わせに応答し、前記センサデバイスから受信した前記通信経路の候補リストをサーバノードの上位ノードである管理サーバに転送し、自装置が前記管理サーバにおいて前記候補リストから選択された前記通信経路に含まれる場合は、前記管理サーバから、前記選択された前記通信経路と、前記管理サーバにおいて入力された鍵情報とを受信し、受信した前記選択された前記通信経路および前記鍵情報に、自装置の前記建物IDと前記部屋IDとを加えて、前記センサデバイスに転送し、前記センサデバイスから受信した前記センサデバイスの前記個別IDを自装置が管理するセンサデバイスの個別IDとして格納し、前記通信経路の構築を完了することを特徴とする。
また、本発明に係るセンサネットワークシステムは、以上のように、前記センサデバイスと、前記サーバノードとを含んで構成される。
また、本発明に係る通信経路の構築方法は、以上のように、前記センサデバイスが、接続可能な前記サーバノードを検出するための問い合わせを行う問い合わせステップと、前記サーバノードが、前記問い合わせに応答する応答ステップと、前記センサデバイスが、前記問い合わせ結果を前記通信経路の候補リストとして送信する候補リスト送信ステップと、前記サーバノードが、受信した前記候補リストを、前記サーバノードの上位ノードである管理サーバに転送する第1の転送ステップと、前記管理サーバが、前記候補リストからいずれの前記通信経路を選択したかの選択情報と、鍵情報とを受け付け、選択された前記通信経路に送信する受付送信ステップと、前記サーバノードが、自装置の前記建物IDと前記部屋IDとを加えて、受信した前記選択情報と前記鍵情報とを、前記センサデバイスに転送する第2の転送ステップと、前記センサデバイスが、受信した前記鍵情報と自装置が有する鍵情報とが一致するか判断する鍵情報判断ステップと、前記鍵情報が一致した場合に、前記センサデバイスが、自装置の前記個別IDと前記一致とを前記サーバノードに通知する一致通知ステップと、前記サーバノードが、受信した前記個別IDを自装置が管理する前記センサデバイスの前記個別IDとして格納する第1の格納ステップと、前記センサデバイスが、受信した前記建物IDおよび前記部屋IDを自装置の前記建物IDおよび前記部屋IDとして格納する第2の格納ステップとを含んで構成される。
それ故、センサデバイスネットワークにおいて、新規にまたは追加で設置する、センサデバイス又はサーバノードの通信可能範囲内に、隣家のセンサネットワークなど他のセンサネットワークが存在する場合でも、設置するセンサデバイス又はサーバノードが、誤って本来接続すべきネットワークとは異なるネットワークに接続してしまうことを防止できるので、安全かつ確実に通信経路を構築できるという効果を奏する。
従って、ホームセキュリティなどの無線ネットワークに、安全かつ確実なデータ転送経路構築方法を提供することが出来る。
本発明の実施形態および参考例について説明すれば、以下の通りである。
〔参考例〕
<センサネットワークシステムの構成について>
図2において、本参考例のセンサネットワークシステムの構成を示す。センサネットワークシステムは、同じ又は異なる機能を有するセンサを備えるセンサデバイス10A〜10Lと、サーバノード11A〜11Dと、管理サーバ12Aとから構成される。
センサネットワークシステムは、同一の建物21Aの内部および周辺に存在する。
センサデバイス10A〜10Cおよびサーバノード11Aは、同一の部屋内に存在し、ローカルネットワークを形成する。
同様に、センサデバイス10D〜10Fおよびサーバノード11B、センサデバイス10G〜10Iおよびサーバノード11C、センサデバイス10J〜10Lおよびサーバノード11Dは、それぞれ同一の部屋内に存在し、それぞれローカルネットワークを形成する。
管理サーバ12Aは、建物21Aの中に存在し、サーバノード11A〜11Dとローカルネットワークを形成する。また管理サーバ12Aは、センサデバイスの情報、またはその情報を元に作成された情報をインターネット上で利用するため、外部のインターネットと接続される。
従って、センサネットワークは、上記センサデバイス10A〜10Lおよびサーバノード11A〜11Dから構成される4つのローカルネットワークと、サーバノード11A〜11Dと管理サーバ12Aから構成される一つのローカルネットワークから構成される。
サーバノード11A〜11Dは、ローカルネットワーク間のルーティングとアプリケーションプログラムの実行とを行う。また、管理サーバ12Aは、ローカルネットワーク間のルーティングと、ローカルネットワークとインターネットとの間のルーティングと、アプリケーションプログラムの実行とを行う。
<ローカルネットワークの分割について>
ローカルネットワークを分割することにより、通信に用いる周波数を、ローカルネットワーク毎に変更する事が可能となる。そして、ローカルネットワーク毎に通信周波数を変更することにより、ローカルネットワーク間での通信の干渉を回避する事ができる。
また、同じ通信周波数を利用する場合でも、送信電力を少なくすることにより、干渉を避けることが出来る。従って、ネットワーク分割により、より高効率で省電力な通信が可能となる。
<センサデバイスの構成について>
図3(a)において、センサデバイス10A〜10Lのブロック図を示す。センサデバイス10A〜10Lは、それぞれ、計測対象を検知するセンサ部1と、サーバノードとの無線通信を行う通信部2と、検知および通信を制御する制御部3(制御手段)とを含んで構成される。なお、制御部3は、内部メモリ(図示せず)を含んで構成される。
<サーバノードの構成について>
図3(b)において、サーバノード11A〜11Dのブロック図を示す。サーバノード11A〜11Dは、それぞれ、センサデバイスおよび管理サーバとの無線通信を行う通信部5と、通信を制御する制御部6(制御手段)とを含んで構成される。なお、制御部6は、内部メモリ(図示せず)を含んで構成される。
<管理サーバの構成について>
図3(c)において、管理サーバ12Aのブロック図を示す。管理サーバ12Aは、サーバノードとの無線通信およびインターネットとの通信を行う通信部7と、管理者に管理情報を提示する表示部8と、通信および表示の制御を行う制御部9とを含んで構成される。なお、制御部9は、内部メモリ(図示せず)を含んで構成される。
<建物ID、部屋ID、個別IDについて>
図2に示すように、建物21Aには、ある地域又は全ての地域に存在する建物を特定するために十分な桁数を有する建物ID(この図の例では、建物ID=001)が付与されている。
この建物IDは、センサデバイス、サーバノード、管理サーバそれぞれの内部メモリに格納されている。
また、建物21A内は、4つの部屋20A〜20Dに分割されており、各部屋には部屋IDが付与されており、この部屋IDは、その部屋にあるサーバノードおよびセンサデバイスに割り当てられる。
例えば、センサデバイス10A〜10Cおよびサーバノード11Aは、部屋20Aにあるので、部屋ID=010が付与されている。
例えば、部屋20Bにあるセンサデバイス10D〜10Fおよびサーバノード11Bには、部屋ID=011が付与され、センサデバイス10G〜10Iおよびサーバノード11Cには、部屋ID=012が付与され、センサデバイス10J〜10Lおよびサーバノード11Dには、部屋ID=013が付与されている。
また、建物内部或いは建物周辺に設置される、センサデバイス、サーバノード、および管理サーバには、それらのデバイス個体を特定するための個別IDが付与されている。
図4(a)において、管理サーバ12Aの制御部9内にある内部メモリ上のテーブル120の構造を示す。テーブル120には、建物IDと個別IDとが格納されている。
図4(b)において、サーバノード11A〜11Dの制御部6内にある内部メモリ上のテーブル110A〜110Dの構造を示す。テーブル110A〜110Dには、建物IDと部屋IDと個別IDとが格納されている。
図4(c)において、センサデバイス10A〜10Lの制御部3内にある内部メモリ上のテーブル100A〜100Lの構造を示す。テーブル100A〜100Lには、建物IDと部屋IDと個別IDとが格納されている。
<アプリケーションルールについて>
各サーバノード11A〜11Dは、内部メモリ上に、上記のテーブル110A〜110Dに加えて、アプリケーションプログラム、アプリケーションルール、および子デバイスリストを有する。
また、管理サーバ12Aは、内部メモリ上に、上記のテーブル120に加えて、アプリケーションプログラム、およびアプリケーションルールを有する。
アプリケーションプログラムは、サーバノードの制御部6および管理サーバ12Aの制御部9において実行されるソフトウェアであり、サーバノードが受信したデータパケットをいずれの宛先に転送するかを制御するプログラムである。
アプリケーションルールとは、アプリケーションプログラムが、データパケットの転送を行なう際に従うルールであり、どこから受信したデータパケットはどこへ転送するかが記述されている。
例えば、アプリケーションルールは、「センサデバイス10Cから受信したデータパケットは、センサデバイス10Aへ転送する」、「センサデバイス10Jから受信したデータパケットは、管理サーバ12Aへ転送する」などというものである。
なお、アプリケーションルールは、製品出荷時に、サーバノード11Aに対して、予め設定されている構成でもよいし、何らかの方法で管理者が必要に応じて設定する構成でもよい。
<子デバイスリストについて>
上述の通り、子デバイスリストは、サーバノード11A〜11Dの内部メモリ上に構築される。
子デバイスリストは、各サーバノードが、自分の管理下にあるセンサデバイスを把握するために利用する、センサデバイス名とその個別IDとの対応を記述したリストである。
サーバノード11A〜11Dは、センサデバイスとの通信経路の構築を完了した時点において、子デバイスリストに、そのセンサデバイス名と個別IDとを登録する。
<データ転送例について(その1)>
本参考例において、既に構築された通信経路によるデータ転送の例を以下で説明する。図5および図6において、センサデバイス10Cにおいて検知したデータを、同一部屋内のセンサデバイス10Aに転送する手順を示す。
センサデバイス10Cは、自装置の通信可能範囲40の中にあるサーバノード11Aおよびサーバノード11Cにデータ送信が可能である。
なお、詳細は後述するが、センサデバイス10A〜10Lは、通信経路を新規に構築する際に、送信電力を通信できるサーバノードが一つのみになるまで徐々に絞っていき、最後まで残ったサーバノードと、その時点まで絞った送信電力を用いて通信するので、通常は、その絞った送信電力において、通信可能な範囲に入っているサーバノードは、一つのみである。
この例では、センサデバイス10Cが、絞った送信電力を用いて通信できるサーバノードが、仮に、サーバノード11Aおよびサーバノード11Cであるとして、説明を行っている。このような状況は、例えば、通信経路構築時には、センサデバイス10Cとサーバノード11Cとの間に、電波を弱める遮蔽物があったので、センサデバイス10Cは、送信電力を弱めていった結果残ったサーバノード11Aを親としたが、その後、その遮蔽物が取り除かれ、センサデバイス10Cが、絞った送信電力で通信できるサーバノードが、サーバノード11Aおよびサーバノード11Cの二つになったような場合である。
手順1.まず、センサデバイス10Cが、図6に示すとおり、テーブル100Cに格納している、建物ID=001、部屋ID=010、および個別ID=112を含めて、データパケットを送信する。
手順2.センサデバイス10Cから送信されたデータパケットは、サーバノード11Aおよびサーバノード11Cにより受信される。
手順3a.ここで、サーバノード11Aは、内部メモリ上に、子デバイスリストを有しており、このリストから、個別ID=112は、センサデバイス10Cであり、自分の管理下にあることを認識し、また受信したデータパケットの部屋IDが自分の格納する部屋IDと一致することを確認するので、受信したデータパケットは自分宛のものであることを認識する。
手順3b.サーバノード11Cも、センサデバイス10Cからデータパケットを受信するが、そのデータに含まれる個別IDは、サーバノード11Cが管理する子デバイスリストには入っていないことと、受信したデータパケットに含まれる部屋ID=010が、自分の格納する部屋ID=012と異なることとから、受信したデータパケットが自分宛ではないことを認識し、受信したデータパケットを破棄する。
手順4.次に、サーバノード11Aでは、アプリケーションプログラムが、アプリケーションルールに沿って、受信したデータパケットの転送を行う。
この例では、アプリケーションルールは、「センサデバイス10Cから受信したデータパケットは、センサデバイス10Aへ転送する」というものである。このアプリケーションルールに従い、データパケットは、その宛先個別IDを、転送先であるセンサデバイス10Aの個別IDとした後、サーバノード11Aから送信される。
手順5.図6のサーバノード11Aの子デバイスリストに示すように、サーバノード11Aから送信されたデータパケットは、センサデバイス10A〜10Cにより受信される。センサデバイス10Aは、そのデータパケットの宛先個別IDが、自分の個別IDと一致するので、そのデータパケットが自分宛であると認識する。しかし、センサデバイス10Bおよびセンサデバイス10Cは、そのデータパケットの宛先個別IDが、自分の個別IDと一致しないので、そのデータパケットを破棄する。
以上の手順により、データが、センサデバイス10Cからセンサデバイス10Aに伝送される。
<データ転送例について(その2)>
次に、本参考例において、構築されている通信経路に沿った、2つめのデータ転送例を説明する。
図7および図8において、センサデバイス10Jにおいて検知したデータを、別の部屋にあるセンサデバイス10Dへ転送する例を示す。
この例でも、通常とは異なり、上記のデータ転送例と同様に、センサデバイス10Jは、自装置の通信可能範囲50の中にあるサーバノード11Cおよびサーバノード11Dにデータ転送が可能であるとする。
手順1.まず、センサデバイス10Jが、図8に示すとおり、テーブル100Jに格納している、建物ID=001、部屋ID=013、および個別ID=119を含めて、データパケットを送信する。
手順2.センサデバイス10Jから送信されたデータパケットは、サーバノード11Cおよびサーバノード11Dにより受信される。
手順3.ここで、サーバノード11Dは、上記のデータ転送例と同様に、受信したデータパケットは自分宛のものであることを認識する。サーバノード11Cは、上記のデータ転送例と同様に、受信したデータパケットを破棄する。
手順4.次に、サーバノード11Dでは、アプリケーションプログラムが、アプリケーションルールに沿って、受信したデータパケットの転送を行う。
この例では、アプリケーションルールは、「センサデバイス10Jから受信したデータパケットは、管理サーバ12Aへ転送する」というものである。
手順5.次に、管理サーバ12Aでは、アプリケーションプログラムが、アプリケーションルールに沿って、受信したデータパケットの転送を行う。
この例では、アプリケーションルールは、「センサデバイス10Jから発信されたデータパケットは、サーバノード11Bへ転送する」というものである。
手順6。次に、サーバノード11Bでは、アプリケーションプログラムが、アプリケーションルールに沿って、受信したデータパケットの転送を行う。
この例では、アプリケーションルールは、「センサデバイス10Jから発信されたデータパケットは、センサデバイス10Dへ転送する」というものである。
手順7.センサデバイス10Dは、そのデータパケットの宛先個別IDが、自分の個別IDと一致するので、そのデータパケットが自分宛であると認識する。
以上の手順により、データが、センサデバイス10Jからセンサデバイス10Dに伝送される。
<通信経路の構築手順について>
センサネットワークシステムに、新たにセンサデバイスを追加し、新しい通信経路を構築する方法について、図9および図12を用いて、以下に説明する。
図9は、センサデバイス10Mを新たに設置する場合の、通信可能範囲60を示している。通信可能範囲60には、4つのサーバノード11B、11D、11X、および11Yが含まれているので、センサデバイス10Mは、これら4つのサーバノードとデータ通信が可能である。なお、サーバノード11Bおよびサーバノード11Dは、建物21A内にあり、サーバノード11Xおよびサーバノード11Yは、建物21B内にある。
本発明においては、4つのサーバノードの内、通信する際にセンサデバイス10Mにとって最も送信電力の少なくて済むサーバノードを親とすることが、データ通信上最も電力消費効率が良いとの考えにより、選択されている。
本参考例では、センサデバイス10Mが通信する際、上記4つのサーバノードのうち、建物21B内のサーバノード11Xとの通信において、送信電力が最も小さくて済むとすると、図12に示す通り、センサデバイス10Mは、建物21B内のサーバノード11Xに対して、通信経路の構築を開始する。
図11において、センサデバイス10Mが通信経路を構築する際の手順についてのフローチャートを示す。
手順1.まず、センサデバイス10Mの制御部3は、自分が初期状態であるか否かを判断する(ステップ1、以下S1と略す)。この判断は、自分の内部メモリ上のテーブル100Mに、建物IDおよび部屋IDが格納されているか否かにより行う。
自分が初期状態である場合は、次の手順に進む。
自分が初期状態でない場合は、通信経路は既に構築されているので、処理を終了する。なお、この場合、テーブル100Mに格納されている部屋IDの部屋に設置されている、すなわちその部屋IDを内部メモリ上のテーブルに格納しているサーバノードが、センサデバイス10Mの親となる。
手順2.S1において、初期状態であると判断された場合、センサデバイス10Mの制御部3は、最大出力を用いて、センサネットワークへの参加問い合わせパケットを送信する(S2)。
手順3.参加問い合わせパケットを受信したサーバノードは、自分がセンサデバイス10Mの親となって、センサデバイス10Mをセンサネットワークに参加させることが出来る旨の、回答パケットを送信する(S3)。
最初の参加問い合わせパケットは、センサデバイス10Mの最大電力により送信されるので、図9に示すとおり、サーバノード11B、11D、11X、および11Yの四つのサーバノードにより受信される。従って、これら四つのサーバノードが、回答パケットを送信することになる。
手順4.回答パケットを受信したセンサデバイス10Mは、回答パケットを送信したサーバノードの数が一つであるか否かを判断する(S4)。
サーバノードの数が一つである場合は、S6の処理に進む。
サーバノードの数が一つではない場合は、S5の処理に進む。
手順5.センサデバイス10Mの制御部3は、送信電力を所定量だけ絞った後、再度センサネットワークへの参加問い合わせパケットを送信する(S5)。その後、S3の処理に戻る。
手順6.回答パケットを送信したサーバノードの数が一つである場合、センサデバイス10Mの制御部3は、構築完了処理を行う(S6)。
この例では、サーバノード11Xが最後まで残ったサーバノードである。構築完了処理とは、現在の送信電力を今後サーバノード11Xとの通信を行う際の送信電力として設定する処理と、サーバノード11Xからの回答パケットに含まれる建物IDおよび部屋IDを、自分の建物IDおよび部屋IDとして、内部メモリ上のテーブル100Mに格納する処理と、サーバノード11Xに対して、サーバノード11Xを自分の親とする旨を通知する通知パケットを送信する処理とから構成される。
手順7.通知パケットを受信したサーバノードの制御部6は、自分の内部メモリ上にある子デバイスリストに、通知パケットを送信したセンサデバイスのセンサデバイス名と個別IDとを登録する(S7)。
以上の手順により、センサデバイス10Mが、サーバノード11Xの子デバイスとなり、通信経路の構築が完了する。

〔第1の実施形態〕
本実施形態において、センサデバイスおよびサーバノードは、セキュリティレベルの情報を持ち、その情報に基づいて、通信経路の構築を行う。
<センサネットワークシステムの構成について>
本実施形態において、センサデバイス、サーバノード、および管理サーバの構成は、以下の点を除き、参考例と同じなので、詳細な説明を省略する。
本実施形態における構成の異なる点は、図12(a)に示すように、センサデバイス10A〜10Lの制御部3の内部メモリ上のテーブル100A〜100Lには、建物ID、部屋ID、個別IDに加えて、セキュリティレベルの情報が格納される点である。
そして、図12(b)に示すように、サーバノード11A〜11D、11X、および11Yも、そのテーブル110A〜110D、110X、および110Yに、セキュリティレベルの情報が格納される。
<セキュリティレベルの情報について>
本実施形態では、センサデバイス10A〜10Lおよびサーバノード11A〜11D、11X、および11Yは、セキュリティレベルに関する情報を有する。このセキュリティレベルに関する情報は、センサデバイスが、センサネットワークに参加する際の動作を制御するために用いられる。セキュリティレベルには、「高」および「低」の二つの値がある。
<通信経路の構築手順について>
新たに設置したセンサデバイス10Mが、センサネットワークに参加するために、通信経路を構築する手順を説明する。参考例と同様に、図9に示すように、センサデバイス10Mが最大電力を用いて通信できる範囲60には、四つのサーバノード、すなわち、サーバノード11B、11D、11X、および11Yが存在している。
初期状態において、センサデバイス10Mのセキュリティレベルが「低」である場合、通信経路の構築手順は、参考例において説明した手順と同様になるので、その手順の説明を省略する。なお、この場合、センサデバイス10Mがサーバノード11Xと通信経路を構築することになるが、その際、図13に示すように、サーバノード11Xの制御部6の内部メモリ上のテーブル110Xに格納されている建物ID=002および部屋ID=010が、センサデバイス10Mの制御部3の内部メモリ上のテーブル100Mに、センサデバイス10Mの建物IDおよび部屋IDとして、格納される。
次に、初期状態において、センサデバイス10Mのセキュリティレベルが「高」である場合について説明する。
センサデバイス10Mのセキュリティレベルが「高」に設定されるのは、例えば、管理者が、センサデバイス10Mを、建物21Aのセンサネットワークシステムに接続するように設置を予定している場合などである。
この場合、センサデバイス10Mの設置前に、センサデバイス10Mのセキュリティレベルが「高」に設定されているので、セキュリティレベルが「低」の場合と異なり、サーバノード11Xは、センサデバイス10Mの親とはならない。
図1において、センサデバイス10Mが通信経路を構築する際の手順についてのフローチャートを示す。
手順1.まず、センサデバイス10Mの制御部3は、自分が初期状態であるか否かを判断する(S11)。この判断は、自分の内部メモリ上のテーブル100Mに、建物IDおよび部屋IDが格納されているか否かにより行う。
自分が初期状態である場合は、次の手順に進む。
自分が初期状態でない場合は、通信経路は既に構築されているので、処理を終了する。
手順2.S11において、初期状態であると判断された場合、センサデバイス10Mの制御部3は、最大出力を用いて、センサネットワークへの参加問い合わせパケットを送信する(S12)。
手順3.参加問い合わせパケットを受信したサーバノードは、自分がセンサデバイス10Mの親となって、センサデバイス10Mをセンサネットワークに参加させることが出来る旨の、回答パケットを送信する(S13)。
参加問い合わせパケットは、センサデバイス10Mの最大電力により送信されるので、図9に示すとおり、サーバノード11B、11D、11X、および11Yの四つのサーバノードにより受信される。従って、これら四つのサーバノードが、回答パケットを送信する。
手順4.センサデバイス10Mの制御部3は、セキュリティレベルが「高」に設定されているか否かを判断する(S14)。
セキュリティレベルが「高」の場合は、S15の処理に進む。
セキュリティレベルが「高」ではない場合は、参考例と同じ処理手順(S23)により、通信経路を構築し、処理を終了する。
手順5.セキュリティレベルが「高」の場合、センサデバイス10Mの制御部3は、いずれのサーバノードから回答パケットを受信したかを、経路候補パケットにより送信する(S15)。
手順6.経路候補パケットを受信したサーバノードは、その経路候補パケットを、上位の管理サーバに転送する(S16)。
手順7.管理サーバは、経路候補パケットを受信すると、その経路候補パケットに含まれる経路候補のうち、自分と同じ建物IDを持つ経路のみを抽出し、管理者に提示する(S17)。
例えば、図14に示す例では、経路の候補として、センサデバイス10Mからサーバノード11Bを経由して管理サーバ12Aに至る経路と、センサデバイス10Mからサーバノード11Dを経由して管理サーバ12Aに至る経路と、センサデバイス10Mからサーバノード11Xを経由して管理サーバ12Bに至る経路と、センサデバイス10Mからサーバノード11Yを経由して管理サーバ12Bに至る経路とが、経路候補パケットに含まれている。
そして、管理サーバ12Aにおいては、管理サーバ12Aと同じ建物IDを持つ、センサデバイス10Mからサーバノード11Bを経由して管理サーバ12Aに至る経路と、センサデバイス10Mからサーバノード11Dを経由して管理サーバ12Aに至る経路とが、管理者に提示される。
また、管理サーバ12Bにおいては、管理サーバ12Bと同じ建物IDを持つ、センサデバイス10Mからサーバノード11Xを経由して管理サーバ12Bに至る経路と、センサデバイス10Mからサーバノード11Yを経由して管理サーバ12Bに至る経路とが、管理者に提示される。但し、管理サーバ12Bの管理者は、後述する鍵情報を知らないので、センサデバイス10Mを管理サーバ12Bの配下のセンサデバイスとして、センサネットワークに組み込むことは出来ない。
手順8.管理者が、管理サーバにおいて、提示された経路候補の中から、所望の経路を選択する(S18)。この例では、センサデバイス10Mからサーバノード11Dを経由して管理サーバ12Aに至る経路が選択されたとする。
手順9.管理者が、管理サーバにおいて、鍵情報を入力する(S19)。入力された鍵情報は、鍵情報パケットとして、S18において選択された経路により、センサデバイス10Mに通知される。鍵情報は、管理者のみ知り得る情報であれば、センサデバイス10Mの個別IDであっても構わない。なお、管理者により選択されたサーバノード11Dは、自分の持つ建物IDおよび部屋IDを鍵情報パケットに含めることで、センサデバイス10Mに通知する。
手順10.センサデバイス10Mの制御部3は、受信した鍵情報パケットに含まれる鍵情報が、自分の持つ鍵情報と一致するか否かを判断する(S20)。
一致する場合は、S21の処理に進む。
一致しない場合は、通信経路の構築処理を終了する。
手順11.受信した鍵情報パケットに含まれる鍵情報が、自分の持つ鍵情報と一致する場合、センサデバイス10Mの制御部3は、図15に示すように、受信した鍵情報パケットに含まれる建物IDおよび部屋IDを、自分の建物IDおよび部屋IDとして、テーブル100Mに格納し、構築完了パケットを、サーバノード11Dに対して送信する(S21)。
手順12.構築完了パケットを受信したサーバノード11Dの制御部6は、内部メモリ上の子デバイスリストに、センサデバイス10Mのセンサデバイス名と個別IDとを登録すると共に、構築完了を管理サーバ12Aに通知する(S22)。
以上の手順により、セキュリティレベル「高」が設定された場合に、管理者の所望の通信経路による、通信経路構築が完了する。
なお、センサデバイス10Mとサーバノード11Dとの間において、通信経路の構築が完了した後に、センサデバイス10Mは、送信電力を絞っていき、サーバノード11Dと通信できる最低限の送信電力になるよう、送信電力を調整する処理を行ってもよい。
〔第2の実施形態〕
本実施形態においては、第1の実施形態と異なる点についてのみ説明を行う。本実施形態における構成では、図1に示すフローチャートのS12およびS13における処理が、第1の実施形態とは異なる。第1の実施形態では、センサデバイス10Mは最大出力を用いて参加問い合せパケットを1回送信し、対応出来るサーバノードが参加問い合せパケットに一回のみ応答する構成であった。これに対し、本実施形態では、センサデバイス10Mは、まず最大出力で参加問い合せパケットを送信した後、送信出力を絞りながら、複数回、参加問い合せパケットを送信する。
<通信経路の構築手順について>
初期状態において、センサデバイス10Mのセキュリティレベルは「高」である。
図16において、センサデバイス10Mが通信経路を構築する際の手順について、フローチャートを示す。
手順1から3は、第1の実施形態と同じなので、説明を省略する。
手順3A.次に、センサデバイス10Mは、参加問い合せパケットに対して回答パケットが受信されたか否か、すなわち参加問い合せパケットに応答したサーバノードがあったかどうかを判断する(S24)。
回答パケットが受信された場合は、S25の処理に進む。
回答パケットが受信されなかった場合は、次の手順4の処理に進む。
手順3B.センサデバイス10Mは、現在の送信電力と、現在の送信電力を用いて参加問い合わせを行うと、いずれのサーバノードが回答パケットを返信するかとを記憶する(S25)。
手順3C.次に、センサデバイス10Mは、現在の送信電力レベルを、所定量だけ絞った後、再度、センサネットワークへの参加問い合わせパケットを送信する(S5)。
手順3Aから3Cまでの動作は、センサデバイス10Mからのセンサネットワーク参加問い合わせに対して、いずれのサーバノードも回答パケットを送信しなくなるまで繰り返される。
なお、センサデバイス10Mは、回答を受信しなくなった際の送信電力よりも、一段だけ大きい送信電力を用いて、再度参加問い合わせを行う。管理サーバは、同一の送信電力レベルで参加問い合せパケットが届くことにより、参加問い合わせが完了したことを認識する。
手順4は、第1の実施形態と同じなので、説明を省略する。
手順5.セキュリティレベルが「高」の場合、センサデバイス10Mの制御部3は、いずれのサーバノードから回答パケットを受信したかの情報と、および回答パケットを送信した各サーバノードと通信するために必要な最小送信電力のレベル情報とを、経路候補パケットに含め、その経路候補パケットを、送信する(S15)。
手順6は、第1の実施形態と同じなので、説明を省略する。
手順7.管理サーバは、経路候補パケットを受信すると、その経路候補パケットに含まれる経路候補のうち、自分と同じ建物IDを持つ経路のみを抽出し、その経路とその経路にあるサーバノードに対して通信する際の最小送信電力レベルとを管理者に提示する(S17)。
すなわち、管理サーバ12Aにおいては、管理サーバ12Aと同じ建物IDを持つ、センサデバイス10Mからサーバノード11Bを経由して管理サーバ12Aに至る経路と、センサデバイス10Mからサーバノード11Dを経由して管理サーバ12Aに至る経路と、センサデバイス10Mからサーバノード11Bおよび11Dへの必要最小送信電力レベルとが、管理者に提示される。
手順8.管理者が、管理サーバにおいて、提示された経路候補の中から、必要最小送信電力レベルを考慮し、所望の経路を選択する(S18)。この例では、センサデバイス10Mからサーバノード11Dを経由して管理サーバ12Aに至る経路が選択されたとする。
手順9から12は、第1の実施形態と同じなので、説明を省略する。
手順13.センサデバイス10Mは、選択されたサーバノードと通信するために必要な最小送信電力を、通信に用いる送信電力として設定する。
以上の手順により、セキュリティレベル「高」が設定された場合に、管理者の所望の、通信経路および必要最小送信電力による、通信経路構築が完了する。
<補足事項>
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
最後に、センサデバイス10A〜10L、サーバノード11A〜11D、および管理サーバ12Aの各ブロック、特に制御部3、6、9は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにCPUを用いてソフトウェアによって実現してもよい。
すなわち、センサデバイス10A〜10L、サーバノード11A〜11D、および管理サーバ12Aは、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するCPU(central processing unit)、上記プログラムを格納したROM(read only memory)、上記プログラムを展開するRAM(random access memory)、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置(記録媒体)などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアであるセンサデバイス10A〜10L、サーバノード11A〜11D、および管理サーバ12Aの制御プログラムのプログラムコード(実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム)をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記センサデバイス10A〜10L、サーバノード11A〜11D、および管理サーバ12Aに供給し、そのコンピュータ(またはCPUやMPU)が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー(登録商標)ディスク/ハードディスク等の磁気ディスクやCD−ROM/MO/MD/DVD/CD−R等の光ディスクを含むディスク系、ICカード(メモリカードを含む)/光カード等のカード系、あるいはマスクROM/EPROM/EEPROM/フラッシュROM等の半導体メモリ系などを用いることができる。
また、センサデバイス10A〜10L、サーバノード11A〜11D、および管理サーバ12Aを通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、LAN、ISDN、VAN、CATV通信網、仮想専用網(virtual private network)、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、IEEE1394、USB、電力線搬送、ケーブルTV回線、電話線、ADSL回線等の有線でも、IrDAやリモコンのような赤外線、Bluetooth(登録商標)、802.11無線、HDR、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。
本発明に係るセンサデバイスネットワークは、新規にまたは追加で設置する、センサデバイス又はサーバノードの通信可能範囲内に、隣家のセンサネットワークなど他のセンサネットワークが存在する場合でも、設置するセンサデバイス又はサーバノードが、誤って本来接続すべきネットワークとは異なるネットワークに接続してしまうことを防止でき、安全かつ確実に通信経路を構築できるので、防犯・介護・省エネ・広域計測・トレース等のあらゆる分野のセンサネットワークシステムに好適に利用され得る。
本発明の第1の実施形態における、通信経路の構築手順を示すフローチャートである。 本発明の参考例における、センサネットワークシステムの構成を示す構成図である。 本発明に係る、各デバイスの構成を示すブロック図であり、(a)は、センサデバイスのブロック図であり、(b)は、サーバノードのブロック図であり、(c)は、管理サーバのブロック図である。 本発明の参考例における、建物ID、部屋ID、および個別IDを格納する、内部メモリ上のテーブルを示す図であり、(a)は、管理サーバのテーブルに格納される状態を示す図であり、(b)は、サーバノードのテーブルに格納される状態を示す図であり、(c)は、センサデバイスのテーブルに格納される状態を示す図である。 本発明の参考例における、通信経路の一例を示す図である。 本発明の参考例における、通信時の経路の決め方を示す図である。 本発明の参考例における、通信経路の一例を示す図である。 本発明の参考例における、通信時の経路の決め方を示す図である。 本発明の参考例における、センサネットワークにセンサデバイスを新規追加する場合の、通信可能範囲を示す図である。 本発明の参考例における、センサネットワークにセンサデバイスを新規追加した場合の、通信経路を示す図である。 本発明の参考例における、通信経路の構築手順を示すフローチャートである。 本発明の第1の実施形態における、建物ID、部屋ID、個別ID、およびセキュリティレベルを格納する、内部メモリ上のテーブルを示す図であり、(a)は、サーバノードのテーブルに格納される状態を示す図であり、(b)は、センサデバイスのテーブルに格納される状態を示す図である。 本発明の第1の実施形態において、サーバノードの建物IDと部屋IDとが、センサデバイスの建物IDおよび部屋IDとして設定される様子を示す図である。 本発明の第1の実施形態における、通信経路の一例を示す図である。 本発明の第1の実施形態において、サーバノードの建物IDと部屋IDとが、センサデバイスの建物IDおよび部屋IDとして設定される様子を示す図である。 本発明の第2の実施形態における、通信経路の構築手順を示すフローチャートである。
符号の説明
1 センサ部
2 通信部
3 制御部(制御手段)
5 通信部
6 制御部(制御手段)
7 通信部
8 表示部
9 制御部
10A〜10M センサデバイス
11A〜11Y サーバノード
12A、12B 管理サーバ
20A〜20D 部屋
21A、21B 建物
100A〜100L テーブル
110A〜110D テーブル
120 テーブル
40、50、60 通信可能範囲

Claims (8)

  1. 建物を特定する建物IDと、前記建物内の部屋を特定する部屋IDと、各装置を特定する個別IDとによって管理され、自装置が格納している前記建物IDおよび前記部屋IDを用いて上位ノードであるサーバノードと無線通信を行い、最上位ノードであり、前記サーバノードを管理する管理サーバと、前記サーバノードを介して通信を行うセンサデバイスにおいて、
    前記センサデバイスは、
    前記サーバノードとの、通信経路の構築と通信とを制御する制御手段を備え、
    前記制御手段は、前記建物ID、部屋ID、および個別IDを格納するためのメモリを有しており、
    前記サーバノードとの前記通信経路を構築する際、
    前記制御手段は、
    接続可能な前記サーバノードを検出し、
    検出した前記サーバノードを含む前記通信経路を、選択候補として前記サーバノードの上位にある前記管理サーバに伝送し、
    前記管理サーバにおいて前記通信経路の決定のために入力された鍵情報と、
    前記管理サーバにおいて前記選択候補の中から選択された前記通信経路と、
    選択された前記通信経路に含まれる前記サーバノードが有する前記建物IDと、
    選択された前記通信経路に含まれる前記サーバノードが有する前記部屋IDとを含むパケットを、鍵情報パケットとして、選択された前記通信経路に含まれる前記サーバノードから受信し、
    前記鍵情報パケットに含まれる鍵情報が自装置の有する鍵情報と一致する場合にのみ、
    前記鍵情報パケットに含まれる建物IDおよび部屋IDを、自装置の建物IDおよび部屋IDとして、前記メモリに格納するとともに、
    前記サーバノードに対して、該サーバノードを自装置の親機とする旨を通知する通知パケットを送信し、前記通信経路の構築を完了することを特徴とするセンサデバイス。
  2. 前記制御手段は、
    接続可能な前記サーバノードを検出する際、
    接続可能な前記サーバノードを検出するための問い合わせを送信し、
    前記問い合わせに対して応答する前記サーバノードが無くなるまで、
    問い合わせ時の送信電力のレベル情報と
    応答した前記サーバノードの名前と
    を記録し、
    前記問い合わせの送信電力のレベルを所定量だけ絞り、
    前記問い合わせを再度行う
    ことを繰り返し、
    検出した前記サーバノードの前記名前と
    該サーバノードと通信するために必要な最小送信電力の前記レベル情報と
    の組合せを、選択候補として前記サーバノードの上位の前記管理サーバに伝送する
    ことを特徴とする請求項1に記載のセンサデバイス。
  3. 建物を特定する建物IDと、前記建物内の部屋を特定する部屋IDと、各装置を特定する個別IDとによって管理され、自装置が格納している前記建物IDおよび前記部屋IDを用いて上位ノードである管理サーバと無線通信を行い、自装置が格納している前記個別IDを用いて下位ノードであるセンサデバイスと無線通信を行うサーバノードにおいて、
    前記サーバノードは、
    前記管理サーバおよび前記センサデバイスとの、通信経路の構築と通信とを制御する制御手段を備え、
    前記センサデバイスとの前記通信経路を構築する際、
    前記制御手段は、
    前記センサデバイスによる接続可能な前記サーバノードを検出する問い合わせに応答し、
    前記センサデバイスから受信した前記通信経路の候補リストをサーバノードの上位ノードである管理サーバに転送し、
    自装置が前記管理サーバにおいて前記候補リストから選択された前記通信経路に含まれる場合は、
    前記管理サーバから、前記選択された前記通信経路と、前記管理サーバにおいて入力された鍵情報とを受信し、
    受信した前記選択された前記通信経路および前記鍵情報に、自装置の前記建物IDと前記部屋IDとを加えて、前記センサデバイスに転送し、
    前記センサデバイスから受信した前記センサデバイスの前記個別IDを自装置が管理するセンサデバイスの個別IDとして格納し、
    前記通信経路の構築を完了する
    ことを特徴とするサーバノード。
  4. 請求項1または2に記載のセンサデバイスと、
    請求項3に記載のサーバノードと
    を含んで構成されるセンサネットワークシステム。
  5. 建物を特定する建物IDと、前記建物内の部屋を特定する部屋IDと、各装置を特定する個別IDとによって管理される、センサデバイスと、その上位ノードであるサーバノードとが、前記センサデバイスが格納している前記建物IDおよび前記部屋ID、または前記サーバノードが格納している前記個別IDを用いて無線通信を行うために構築される通信経路の構築方法であって、
    前記センサデバイスが、接続可能な前記サーバノードを検出するための問い合わせを行う問い合わせステップと、
    前記サーバノードが、前記問い合わせに応答する応答ステップと、
    前記センサデバイスが、前記問い合わせ結果を前記通信経路の候補リストとして送信する候補リスト送信ステップと、
    前記サーバノードが、受信した前記候補リストを、前記サーバノードの上位ノードである管理サーバに転送する第1の転送ステップと、
    前記管理サーバが、前記候補リストからいずれの前記通信経路を選択したかの選択情報と、鍵情報とを受け付け、選択された前記通信経路に送信する受付送信ステップと、
    前記サーバノードが、自装置の前記建物IDと前記部屋IDとを加えて、受信した前記選択情報と前記鍵情報とを、鍵情報パケットとして前記センサデバイスに転送する第2の転送ステップと、
    前記センサデバイスが、受信した前記鍵情報パケットに含まれる鍵情報と自装置が有する鍵情報とが一致するか判断する鍵情報判断ステップと、
    前記鍵情報が一致した場合に、
    前記センサデバイスが、前記鍵情報パケットに含まれる建物IDおよび部屋IDを、自装置の建物IDおよび部屋IDとして格納する格納ステップと、
    前記サーバノードに対して、該サーバノードを自装置の親機とする旨を通知する通知ステップと、
    前記通知ステップによる通知を受信すると、前記サーバノードはこの通知先であるセンサデバイスのセンサデバイス名と個別IDとを登録する登録ステップと、を含んで構成される、通信経路の構築方法。
  6. 請求項1または2に記載のセンサデバイスの各手段として、コンピュータを機能させるための制御プログラム。
  7. 請求項3に記載のサーバノードの各手段として、コンピュータを機能させるための制御プログラム。
  8. 請求項6または7に記載の制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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