JP4805646B2 - センサ端末、センサ端末の制御方法 - Google Patents
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Description
本発明はセンサ端末、センサ端末の制御方法に関し、特にセンサネットワークを構成するためのセンサ端末、センサ端末の制御方法に関するものである。
（一般的なセンサネットワーク）
ユーザが特に意識することなく、様々な環境で最適なサービスを享受できるユビキタス社会の実現に向け、微小なセンサ端末からなるセンサネットワークの検討が進められている。これらのセンサ端末は環境中の様々な場所に設置され、ユーザの嗜好や状態、また環境情報など多様な情報取得を行う。さらに災害現場や複雑なパイプラインなど、従来観測が困難だった環境での幅広い利用も期待されている。
ユーザが特に意識することなく、様々な環境で最適なサービスを享受できるユビキタス社会の実現に向け、微小なセンサ端末からなるセンサネットワークの検討が進められている。これらのセンサ端末は環境中の様々な場所に設置され、ユーザの嗜好や状態、また環境情報など多様な情報取得を行う。さらに災害現場や複雑なパイプラインなど、従来観測が困難だった環境での幅広い利用も期待されている。
センサネットワークでは、情報を収集するセンサ端末を「Ｓｉｎｋ」、情報を発信するセンサ端末のことを「Ｓｏｕｒｃｅ」と呼ぶ。また、センサ端末間の無線通信の制御信号として、送信要求信号をＲＴＳ（Request To Send）信号、受信準備完了信号をＣＴＳ（Clear To Send）信号、確認応答をＡＣＫ（Acknowledgment）信号と呼ぶ。
センサ端末の通信における識別子は、ＩＰネットワークで利用されるＩＰアドレスやＭＡＣアドレスとは異なる方式が提案されている。ＩＰアドレス相当のエンドエンド（つまり送信端末及び受信端末）の識別子（以下、エンド識別子）については、アドレス設定負荷を減らすため属性の提案がなされている（非特許文献１参照）。また、ＭＡＣアドレスは４８ビットと冗長であるため、より少ないビット長を近隣間での識別子（以下、近隣識別子）として利用する方式等も提案されている（非特許文献２参照）。
センサ端末の通信における識別子は、ＩＰネットワークで利用されるＩＰアドレスやＭＡＣアドレスとは異なる方式が提案されている。ＩＰアドレス相当のエンドエンド（つまり送信端末及び受信端末）の識別子（以下、エンド識別子）については、アドレス設定負荷を減らすため属性の提案がなされている（非特許文献１参照）。また、ＭＡＣアドレスは４８ビットと冗長であるため、より少ないビット長を近隣間での識別子（以下、近隣識別子）として利用する方式等も提案されている（非特許文献２参照）。
既存のセンサネットワークでこれらの識別子を用いて実際に通信を行う場合、アドレス長などは変化するが、図１６に示されているような既存のＩＰ・ＭＡＣに近いフレーム構成がとられる。同図に示されている、センサパケットは、１ホップ（ｈｏｐ）の識別のための「受信者近接識別子」及び「送信者近接識別子」と、エンドエンドの識別のための「受信者エンド識別子」及び「送信者エンド識別子」とをデータに付加した構造をなしている。そして、このセンサパケットは、１ホップ毎に近隣識別子が書き替えられながら、目的のセンサ端末まで転送される。
ここで、センサパケットの送信の様子が図１７に示されている。同図には２つのセンサ端末が実線円形で示されている。各実線円形内の数字は、そのセンサ端末の近隣識別子である。
同図において、センサＡ（ＳｅｎｓｏｒＡ）からセンサＢ（ＳｅｎｓｏｒＢ）にデータを送る場合、センサＡは、１ホップの識別のための受信者近隣識別子「２」及び送信者近接識別子「１」と、受信者エンド識別子「Ｂ」及び送信者エンド識別子「Ａ」とをデータ「ＤＡＴＡ」に付加したセンサパケットＰ１１を作成する。
同図において、センサＡ（ＳｅｎｓｏｒＡ）からセンサＢ（ＳｅｎｓｏｒＢ）にデータを送る場合、センサＡは、１ホップの識別のための受信者近隣識別子「２」及び送信者近接識別子「１」と、受信者エンド識別子「Ｂ」及び送信者エンド識別子「Ａ」とをデータ「ＤＡＴＡ」に付加したセンサパケットＰ１１を作成する。
このセンサパケットＰ１１がセンサＡから送信されると、センサＡに近接するセンサＣ（ＳｅｎｓｏｒＣ）がそれを受信し、受信者近隣識別子を「３」、送信者近接識別子を「２」に書き替えたセンサパケットＰ２２を作成する。このセンサパケットＰ２２がセンサＣから送信されると、センサＣに近接するセンサＤ（ＳｅｎｓｏｒＤ）がそれを受信し、受信者近隣識別子を「４」、送信者近接識別子を「３」に書き替えたセンサパケットＰ３３を作成する。このセンサパケットＰ３３がセンサＤから送信されると、センサＤに近接するセンサＢがそれを受信する。
以上のように、センサパケットは、１ホップ毎に近隣識別子が書き替えられて伝達される。
以上のように、センサパケットは、１ホップ毎に近隣識別子が書き替えられて伝達される。
（センサネットワークに適した無線技術）
センサネットワークに適した無線技術として、省電力化を意識した様々な提案がされている。SＭＡＣでは近隣センサ間で同期をとりActive／Sleepのスケジューリングを行い、Active時のみ通信を行ったり、１回のＲＴＳ信号／ＣＴＳ信号でデータ送信を完了するなど様々な省電力化を実現している（非特許文献３参照）。
ＴＭＡＣはさらにデータをバースト的に送信することでActive時間を短縮し、またActive時に通信が競合した場合には、通信可能時刻を明示的に指定することでSleep時間の延長と通信の確実性を両立させている（非特許文献４参照）。
センサネットワークに適した無線技術として、省電力化を意識した様々な提案がされている。SＭＡＣでは近隣センサ間で同期をとりActive／Sleepのスケジューリングを行い、Active時のみ通信を行ったり、１回のＲＴＳ信号／ＣＴＳ信号でデータ送信を完了するなど様々な省電力化を実現している（非特許文献３参照）。
ＴＭＡＣはさらにデータをバースト的に送信することでActive時間を短縮し、またActive時に通信が競合した場合には、通信可能時刻を明示的に指定することでSleep時間の延長と通信の確実性を両立させている（非特許文献４参照）。
上記従来のセンサネットワークにかかる無線通信制御方式では、その通信フレームと制御信号とについて、ＩＰネットワークの無線ＬＡＮなどに利用される８０２．１１を基本としている。このため、送信センサ端末に対し、複数の受信センサ端末が存在する場合には、以下に示すような問題点があった。
すなわち、上記従来技術にかかる無線通信制御方式では、無線通信範囲内に複数の通信相手センサがいる場合、通信相手毎にＲＴＳ信号／ＣＴＳ信号／ＡＣＫ信号といった制御信号や、データをやり取りしていた。そのため、ＲＴＳ信号とデータは送信者が一度送信すれば各センサに届いているにもかかわらず（データを無線送信するため、各センサまで届いているにもかかわらず受信する仕組みがなく、自端末が受信端末であると認識できない）、センサ毎に通信が行われるため複数回の冗長なＲＴＳ信号／データ通信が発生していた。このことについて、図１８及び図１９を参照して説明する。
すなわち、上記従来技術にかかる無線通信制御方式では、無線通信範囲内に複数の通信相手センサがいる場合、通信相手毎にＲＴＳ信号／ＣＴＳ信号／ＡＣＫ信号といった制御信号や、データをやり取りしていた。そのため、ＲＴＳ信号とデータは送信者が一度送信すれば各センサに届いているにもかかわらず（データを無線送信するため、各センサまで届いているにもかかわらず受信する仕組みがなく、自端末が受信端末であると認識できない）、センサ毎に通信が行われるため複数回の冗長なＲＴＳ信号／データ通信が発生していた。このことについて、図１８及び図１９を参照して説明する。
図１８には７つのセンサ端末が実線円形で示されている。各実線円形内の数字は、そのセンサ端末の近隣識別子である。同図において、破線で示されている円形は、ＳｏｕｒｃｅＡから直接に無線送信可能な範囲である。この状態において、ＳｏｕｒｃｅＡから、ＳｉｎｋＢ及びＳｉｎｋＣにセンサパケットを送信する場合を考える。
この場合、ＳｏｕｒｃｅＡは、受信者近隣識別子「１」及び送信者近接識別子「０」と、受信者エンド識別子「Ｂ」及び送信者エンド識別子「Ａ」とをデータ「ＤＡＴＡ」に付加したセンサパケットＰ１２を作成する。このセンサパケットＰ１２がＳｏｕｒｃｅＡから送信されると、受信者近隣識別子が「１」であるセンサ端末Ｄが受信する。
この場合、ＳｏｕｒｃｅＡは、受信者近隣識別子「１」及び送信者近接識別子「０」と、受信者エンド識別子「Ｂ」及び送信者エンド識別子「Ａ」とをデータ「ＤＡＴＡ」に付加したセンサパケットＰ１２を作成する。このセンサパケットＰ１２がＳｏｕｒｃｅＡから送信されると、受信者近隣識別子が「１」であるセンサ端末Ｄが受信する。
また、ＳｏｕｒｃｅＡは、受信者近隣識別子「４」及び送信者近接識別子「０」と、受信者エンド識別子「Ｃ」及び送信者エンド識別子「Ａ」とをデータ「ＤＡＴＡ」に付加したセンサパケットＰ２１を作成する。このセンサパケットＰ２１がＳｏｕｒｃｅＡから送信されると、受信者近隣識別子が「４」であるセンサ端末Ｅが受信する。
このように、ＳｉｎｋＢ、ＳｉｎｋＣのそれぞれに向けて、別々のセンサパケットが送信されることになる。このように別々のセンサパケットが送信される場合、図１９（ａ）に示されているように、複数回の送受信処理が行われる。すなわち、ＳｏｕｒｃｅＡとセンサ端末Ｄとの間で、ＲＴＳ信号、ＣＴＳ信号が授受された後、ＤＡＴＡであるセンサパケットＰ１２が送信され、最後にＡＣＫ信号が返ってくることになる。なお、同図（ａ）中のＲＴＳ信号、ＣＴＳ信号、ＡＣＫ信号は、同図（ｂ）に示されているように、データ・制御信号等を区別する識別用のフィールドであるTypeフィールド６１、受信対象の近隣センサの識別子を表すReceiverListフィールド６３、及び、送信近隣センサの近隣識別子と送信Ｓｏｕｒｃｅのエンド識別子用のSenderInfoフィールド６４を含んで構成されている。
このように、ＳｉｎｋＢ、ＳｉｎｋＣのそれぞれに向けて、別々のセンサパケットが送信されることになる。このように別々のセンサパケットが送信される場合、図１９（ａ）に示されているように、複数回の送受信処理が行われる。すなわち、ＳｏｕｒｃｅＡとセンサ端末Ｄとの間で、ＲＴＳ信号、ＣＴＳ信号が授受された後、ＤＡＴＡであるセンサパケットＰ１２が送信され、最後にＡＣＫ信号が返ってくることになる。なお、同図（ａ）中のＲＴＳ信号、ＣＴＳ信号、ＡＣＫ信号は、同図（ｂ）に示されているように、データ・制御信号等を区別する識別用のフィールドであるTypeフィールド６１、受信対象の近隣センサの識別子を表すReceiverListフィールド６３、及び、送信近隣センサの近隣識別子と送信Ｓｏｕｒｃｅのエンド識別子用のSenderInfoフィールド６４を含んで構成されている。
さらに、ＳｏｕｒｃｅＡとセンサ端末Ｅとの間で、ＲＴＳ信号、ＣＴＳ信号が授受された後、ＤＡＴＡであるセンサパケットＰ２１が送信され、最後にＡＣＫ信号が返ってくることになる。
このように別々のセンサパケットが送信され、複数回の送受信処理が行われると、電力消費が増大することになる。これを解決するためには、ブロードキャストを利用することにより、一度の通信で複数の近隣センサにデータを届けることも考えられる。その場合、ブロードキャストアドレスが指定され、送信側のセンサ端末によるあて先の指定はないため、受信データを次のセンサに転送するかどうかはデータを受信した近隣センサが自律的に決定することになる。
このように別々のセンサパケットが送信され、複数回の送受信処理が行われると、電力消費が増大することになる。これを解決するためには、ブロードキャストを利用することにより、一度の通信で複数の近隣センサにデータを届けることも考えられる。その場合、ブロードキャストアドレスが指定され、送信側のセンサ端末によるあて先の指定はないため、受信データを次のセンサに転送するかどうかはデータを受信した近隣センサが自律的に決定することになる。
例えば、図２０に示されているように、ＳｏｕｒｃｅＡからブロードキャストアドレス「ＡＬＬ」を含むセンサパケットＰ５については、周囲の複数のセンサ端末Ｄ、Ｅ、Ｆ、及びＧの全てがそれを中継することになる。この場合、周囲のセンサのうち、センサ端末Ｄ及びＥのみがセンサパケットＰ５を中継処理すれば、全Ｓｉｎｋにデータを届けることができる。しかしながら、この場合、センサ端末Ｆとセンサ端末Ｇは自分が中継しなくてよいことを容易に判断することはできない。そして、不要な中継処理を行うと各センサ端末の消費電力に大きな影響を与え、必要な中継処理が行われないと全てのＳｉｎｋにデータを届けることができないという問題がある。
また、上述したブロードキャストは送信相手が特定されないため、上述したＲＴＳ信号に対するＣＴＳ信号及びデータに対するＡＣＫ信号がどのようなタイミングで送信されるか、またその信号数も分からない。このため、ＲＴＳ信号／ＣＴＳ信号の衝突が生じることがあり、その衝突を回避できない。よって、上記のブロードキャストは、安定したデータ通信には不向きである。
本発明は、上記問題点を解決しつつ、複数の近隣センサ端末への一括データ送信を実現できるセンサ端末、センサ端末の制御方法の提供を目的としている。
本発明は、上記問題点を解決しつつ、複数の近隣センサ端末への一括データ送信を実現できるセンサ端末、センサ端末の制御方法の提供を目的としている。
本発明の請求項１によるセンサ端末は、同一のデータを、送信先であるＮ個の目的端末に送信する場合に、該目的端末の識別子と自端末に近接する近接端末のＭ個（Ｎ、Ｍは、自然数かつ少なくとも一方は２以上）の識別子とからなる識別子の組を、少なくとも１つ含むパケットであるデータパケット（例えば、図１中のデータパケットＰ）を作成するパケット作成手段（例えば、図５中及び図６中の送信データパケット作成部１５に対応）を含むことを特徴とする。送信側端末が明示的に受信センサ毎に中継すべきシンクを指定したデータパケットを作成し、これを送信することにより、複数近隣センサに同一のデータを送信する場合、複数回の通信を行うことなく１度の通信で済ませることができるので、無線通信の回数を低減でき、センサ端末同士の通信の省電力化を実現できる。
本発明の請求項２によるセンサ端末は、請求項１において、前記パケット作成手段は、外部からの要求に応答して前記データパケットを作成することを特徴とする。外部からの要求があった場合において、複数近隣センサに同一のデータを送信する場合、複数回の通信を行うことなく１度の通信で済ませることができるので、無線通信の回数を低減でき、センサ端末同士の通信の省電力化を実現できる。
本発明の請求項３によるセンサ端末は、請求項１又は２において、前記目的端末及び前記近接端末の識別子を含むルーティングテーブル（例えば、図５中及び図６中のルーティングテーブル１４に対応）を更に含み、前記パケット作成手段は前記ルーティングテーブルを参照して前記データパケットを作成することを特徴とする。ルーティングテーブルを参照することにより、送信側端末が明示的に受信センサ毎に中継すべきシンクを指定したデータパケットを作成できる。
本発明の請求項４によるセンサ端末は、送信先であるＮ個の目的端末の識別子と自端末に近接する近接端末のＭ個（Ｎ、Ｍは、自然数かつ少なくとも一方は２以上）の識別子とからなる識別子の組を、少なくとも１つ有するパケットを受信するセンサ端末であって、前記パケットに含まれている、識別子の組に基づいて、自端末が該パケットの受信対象であるか判断する受信パケット解析手段（例えば、図５中及び図６中の受信パケット解析部１２に対応）と、前記受信パケット解析手段により自端末が該パケットの受信対象であると判断された場合に、前記目的端末に向けて該パケットを転送するために識別子の書き替えを行う手段（例えば、図５中及び図６中の送信データパケット作成部１５に対応）とを含むことを特徴とする。識別子の組に基づいて、パケットの受信対象であるか判断するので、受信対象でない場合にはその後の処理を行う必要が無くなり、消費電力を低減できる。
本発明の請求項５によるセンサ端末は、請求項４において、前記受信パケット解析手段により自端末が該パケットの受信対象であると判断され、かつ、該パケットに近接端末の識別子が複数含まれている場合に、その含まれている順番に応じたタイミングで確認応答パケットを返信する手段（例えば、図６中の送信タイミング制御部１６３に対応）を更に含むことを特徴とする。このようなタイミングで確認応答パケットを返信することにより、確認応答パケット同士の衝突を回避できる。
本発明の請求項６によるセンサ端末の制御方法は、同一のデータを、送信先であるＮ個の目的端末に送信する場合に、該目的端末の識別子と自端末に近接する近接端末のＭ個（Ｎ、Ｍは、自然数かつ少なくとも一方は２以上）の識別子とからなる識別子の組を、少なくとも１つ含むパケットであるデータパケットを送信側端末から送信する送信ステップと、前記データパケットを受信した受信側端末において、該データパケットに含まれている、識別子の組に基づいて、自端末が該パケットの受信対象であるか判断する判断ステップと、前記判断ステップにより自端末が該パケットの受信対象であると判断された場合に、前記目的端末に向けて該パケットを転送するために識別子の書き替えを行う識別子書き替えステップとを含むことを特徴とする。
このようにセンタ端末を制御すれば、複数近隣センサに同一のデータを送信する場合、複数回の通信を行うことなく１度の通信で済ませることができるので、無線通信の回数を低減でき、センサ端末同士の通信の省電力化を実現できる。
このようにセンタ端末を制御すれば、複数近隣センサに同一のデータを送信する場合、複数回の通信を行うことなく１度の通信で済ませることができるので、無線通信の回数を低減でき、センサ端末同士の通信の省電力化を実現できる。
本発明によれば、複数近隣センサに同一のデータを送信する場合、複数回の通信を行うことなく１度の通信で済ませることができ、かつ、ブロードキャストのように受信センサが自律的にその後の処理を決定するのではなく、送信側端末が明示的に受信センサ毎に中継すべきシンクを指定することで、データの不達や冗長なデータ信号発生を抑制できる。これにより、無線通信の回数を低減でき、センサ端末同士の通信の省電力化を実現できる効果がある。消費電力を低減して電源容量を小さくできるので、センサ端末全体の大きさをより小さくできるという効果がある。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示されている。
（無線パケット構造例）
図１は、本実施形態のセンサ端末を用いたセンサネットワークシステムにおいて、送信側のセンサ端末が、同一のデータを複数の近隣センサに一括送信する場合のパケット構造例を示す図である。
（無線パケット構造例）
図１は、本実施形態のセンサ端末を用いたセンサネットワークシステムにおいて、送信側のセンサ端末が、同一のデータを複数の近隣センサに一括送信する場合のパケット構造例を示す図である。
同図において、パケットＰは、Typeフィールド６１、NbrNumフィールド６２、ReceiverListフィールド６３、SenderInfoフィールド６４が、データ６５に付加された構造になっている。
Typeフィールド６１は、データ・制御信号を区別する識別用のフィールドである。
NbrNumフィールド６２は、送信対象となる複数近隣センサの数を表すフィールドである。本例では、近隣の受信者１及び受信者２に送信するので、NbrNumフィールドの値は「２」である。送信先が単数の場合には、このフィールドの値は「１」になる。もっとも、送信先が単数の場合には、NbrNumフィールド６２を設けないことにしてもよい。
Typeフィールド６１は、データ・制御信号を区別する識別用のフィールドである。
NbrNumフィールド６２は、送信対象となる複数近隣センサの数を表すフィールドである。本例では、近隣の受信者１及び受信者２に送信するので、NbrNumフィールドの値は「２」である。送信先が単数の場合には、このフィールドの値は「１」になる。もっとも、送信先が単数の場合には、NbrNumフィールド６２を設けないことにしてもよい。
ReceiverListフィールド６３は、受信リストを示すフィールドである。このフィールドには、（１）受信対象の近隣センサの近隣識別子、（２）その近隣センサが送信先とすべきＳｉｎｋの数「ＳｉｎｋＮｕｍ」、（３）その近隣センサが送信先とすべきＳｉｎｋのエンド識別子とからなる組が、NbrNumフィールドの値に対応する数だけ列挙される。本例では、「受信者１近接識別子」、「ＳｉｎｋＮｕｍ」、「シンク１エンド識別子」、「シンク２エンド識別子」の組６３ａと、「受信者２近接識別子」、「ＳｉｎｋＮｕｍ」、「シンク３エンド識別子」の組６３ｂとが含まれている。前者の組６３ａは、シンク１及びシンク２を目的端末としたパケットを近隣の受信者１が送信するという内容であり、「ＳｉｎｋＮｕｍ」の値は「２」である。後者の組６３ｂは、シンク３を目的端末としたパケットを近隣の受信者２が送信するという内容であり、「ＳｉｎｋＮｕｍ」の値は「１」である。
SenderInfoフィールド６４には、送信近隣センサの近隣識別子と送信Ｓｏｕｒｃｅのエンド識別子用のフィールドである。
以上が本発明のセンサ端末において、データを送信する際の無線パケットＰの基本構造である。なお、必要に応じて「Ｄｕｒａｔｉｏｎ」など８０２．１１等の無線規格で標準に提供されるフィールドが付加される。
以上が本発明のセンサ端末において、データを送信する際の無線パケットＰの基本構造である。なお、必要に応じて「Ｄｕｒａｔｉｏｎ」など８０２．１１等の無線規格で標準に提供されるフィールドが付加される。
（パケットの送受信）
データ送信の場合、送信センサは上記無線パケットＰを発信する。このパケットＰを受信した近隣のセンサ端末は、自端末の近隣識別子が、ReceiverListフィールド６３に含まれているとき、自端末の近隣識別子に対応する送信先Ｓｉｎｋのエンド識別子を検出し、そのＳｉｎｋに対して引き続きデータの転送を行う。
これに対し、ReceiverListフィールド６３に自端末の近隣識別子が含まれていないセンサ端末は、通常の８０２．１１等のように転送等は行わず、通信が終了するまで待機する。
データ送信の場合、送信センサは上記無線パケットＰを発信する。このパケットＰを受信した近隣のセンサ端末は、自端末の近隣識別子が、ReceiverListフィールド６３に含まれているとき、自端末の近隣識別子に対応する送信先Ｓｉｎｋのエンド識別子を検出し、そのＳｉｎｋに対して引き続きデータの転送を行う。
これに対し、ReceiverListフィールド６３に自端末の近隣識別子が含まれていないセンサ端末は、通常の８０２．１１等のように転送等は行わず、通信が終了するまで待機する。
（無線制御信号の構造例）
また、ＲＴＳ信号／ＣＴＳ信号／ＡＣＫ信号の各信号授受による無線制御を行う場合、ＣＴＳ信号、ＡＣＫ信号の両信号については、図１９（ｂ）に示されている構造と同様である。これに対し、ＲＴＳ信号については、図１９（ｂ）に示されている構造とは異なる。すなわち、図２に示されているように、ＲＴＳ信号Ｒには、NbrNumフィールド６２が追加され、このフィールドには送信対象となる複数の近隣センサの数を表す値が含められる。そして、ＲＴＳ信号ＲのReceiverListフィールド６３には、受信対象の近隣センサの識別子が、NbrNumフィールド６２の値に対応する数だけ列挙される。例えば、NbrNumフィールド６２の値が「２」である場合、「近隣１近隣識別子」と「近隣４近隣識別子」とが列挙される。
以上が本実施形態のセンタ端末同士の間で授受されるＲＴＳ信号の基本構造である。なお、必要に応じてＤｕｒａｔｉｏｎなど８０２．１１等の無線規格で標準に提供されるフィールドが付加される。
また、ＲＴＳ信号／ＣＴＳ信号／ＡＣＫ信号の各信号授受による無線制御を行う場合、ＣＴＳ信号、ＡＣＫ信号の両信号については、図１９（ｂ）に示されている構造と同様である。これに対し、ＲＴＳ信号については、図１９（ｂ）に示されている構造とは異なる。すなわち、図２に示されているように、ＲＴＳ信号Ｒには、NbrNumフィールド６２が追加され、このフィールドには送信対象となる複数の近隣センサの数を表す値が含められる。そして、ＲＴＳ信号ＲのReceiverListフィールド６３には、受信対象の近隣センサの識別子が、NbrNumフィールド６２の値に対応する数だけ列挙される。例えば、NbrNumフィールド６２の値が「２」である場合、「近隣１近隣識別子」と「近隣４近隣識別子」とが列挙される。
以上が本実施形態のセンタ端末同士の間で授受されるＲＴＳ信号の基本構造である。なお、必要に応じてＤｕｒａｔｉｏｎなど８０２．１１等の無線規格で標準に提供されるフィールドが付加される。
（無線制御信号の送受信）
図２に示されているＲＴＳ信号を受信したセンサ端末（以下、受信センサ端末と呼ぶ）は、自端末の近隣識別子がReceiverListフィールドに含まれている場合、送信元の近隣識別子に対しＣＴＳ信号の返信を行う。このＣＴＳ信号の返信は、複数の受信センサ端末間のＣＴＳ信号が衝突しないように時間を分けて行われる。具体的には、ReceiverListフィールドに列挙されている識別子の順番に、一定時間を積算したタイミングを基として各受信センサ端末はＣＴＳ信号の送信を行う。こうすることにより、ＣＴＳ信号の送信タイミングが、各受信センサ端末で異なるものとなり、ＣＴＳ信号の衝突が回避できる。一般に、センサ端末のデータ送信速度は数十Ｋｂｐｓなので、積算する時間はこれを考慮した時間とする。
図２に示されているＲＴＳ信号を受信したセンサ端末（以下、受信センサ端末と呼ぶ）は、自端末の近隣識別子がReceiverListフィールドに含まれている場合、送信元の近隣識別子に対しＣＴＳ信号の返信を行う。このＣＴＳ信号の返信は、複数の受信センサ端末間のＣＴＳ信号が衝突しないように時間を分けて行われる。具体的には、ReceiverListフィールドに列挙されている識別子の順番に、一定時間を積算したタイミングを基として各受信センサ端末はＣＴＳ信号の送信を行う。こうすることにより、ＣＴＳ信号の送信タイミングが、各受信センサ端末で異なるものとなり、ＣＴＳ信号の衝突が回避できる。一般に、センサ端末のデータ送信速度は数十Ｋｂｐｓなので、積算する時間はこれを考慮した時間とする。
全てのＣＴＳ信号を受信した送信センサは、図１に示されているパケット構造でデータパケットを送信する。これにより、複数近隣センサに同一のデータを送信する場合、パケットを複数回送信するのではなく（図１８参照）、図３に示されているように１度の通信で済ませることができる。すなわち、同図に示されているように、ＳｏｕｒｃｅＡは、受信者近隣識別子「１」及び受信者エンド識別子「Ｂ」、受信者近隣識別子「４」及び受信者エンド識別子「Ｃ」、送信者近接識別子「０」及び送信者エンド識別子「Ａ」をデータ「ＤＡＴＡ」に付加したセンサパケットＰを作成する。このセンサパケットＰがＳｏｕｒｃｅＡから送信されると、受信者近隣識別子が「１」であるセンサ端末Ｄ、受信者近隣識別子が「４」であるセンサ端末Ｅがそれぞれ受信することになる。このように、複数のパケットを１つに集約することができる。なお、図３においては、簡単のためType、NbrNum、SinkNumの各フィールドは表示されていない。
データパケットを正常に受信したセンサ端末Ｄ、Ｅは、送信者であるＳｏｕｒｃｅＡに対しＡＣＫ信号を返信する。このＡＣＫ信号の送信についても、ＣＴＳ信号の送信の際と同様に衝突を回避するため、ReceiverListフィールドに含まれている識別子の順番に一定時間を積算したタイミングを基にして行われる。
ＲＴＳ信号の集約、データパケットの集約が行われ、かつ、ＣＴＳ信号及びＡＣＫ信号の衝突が回避される結果、図４に示されているように、ＳｏｕｒｃｅＡからセンサ端末Ｄ、Ｅに、集約されたＲＴＳ信号が送信された後、異なるタイミングでＣＴＳ信号が返信される。その後、ＤＡＴＡである集約されたセンサパケットが送信され、異なるタイミングでＡＣＫ信号が返ってくることになる。
ＲＴＳ信号の集約、データパケットの集約が行われ、かつ、ＣＴＳ信号及びＡＣＫ信号の衝突が回避される結果、図４に示されているように、ＳｏｕｒｃｅＡからセンサ端末Ｄ、Ｅに、集約されたＲＴＳ信号が送信された後、異なるタイミングでＣＴＳ信号が返信される。その後、ＤＡＴＡである集約されたセンサパケットが送信され、異なるタイミングでＡＣＫ信号が返ってくることになる。
以上のように、本実施形態のセンサ端末によれば、ブロードキャストの場合（図２０参照）のように受信センサが自律的にその後の処理を決定するのではなく、送信者が明示的に受信センサ毎に中継すべきシンクを指定することで、データの不達や冗長なデータ信号発生を抑制できる。
また、ＲＴＳ信号／ＣＴＳ信号／ＡＣＫ信号による無線制御を行う場合は、ＲＴＳ信号を１つのパケットに集約することができ、かつ、複数のセンサから返信されるＣＴＳ信号／ＡＣＫ信号にリスト順に基づく時間差を与えているため衝突回避も実現でき、省電力通信と確実な通信とを両立することができる。
また、ＲＴＳ信号／ＣＴＳ信号／ＡＣＫ信号による無線制御を行う場合は、ＲＴＳ信号を１つのパケットに集約することができ、かつ、複数のセンサから返信されるＣＴＳ信号／ＡＣＫ信号にリスト順に基づく時間差を与えているため衝突回避も実現でき、省電力通信と確実な通信とを両立することができる。
（センサ端末の構成例１）
図５は、本実施形態にかかるデータの無線通信を行うセンサ端末の構成例を示すブロック図であり、データ送信の際に、ＲＴＳ信号等の無線制御を行わない場合の構成例を示すブロック図である。同図において、本例のセンサ端末は、入出力インタフェース１１と、受信パケット解析部１２と、データベース１３と、ルーティングテーブル１４と、送信データパケット作成部１５とを含んで構成されている。
このような構成において、入出力インタフェース１１は、他のセンサ端末からパケットを受信すると、受信パケット解析部１２にそのパケットを転送する。また、入出力インタフェース１１は、送信データパケット作成部１５からパケットが転送されてくると、他のセンサ端末にそのパケットを送信する。
図５は、本実施形態にかかるデータの無線通信を行うセンサ端末の構成例を示すブロック図であり、データ送信の際に、ＲＴＳ信号等の無線制御を行わない場合の構成例を示すブロック図である。同図において、本例のセンサ端末は、入出力インタフェース１１と、受信パケット解析部１２と、データベース１３と、ルーティングテーブル１４と、送信データパケット作成部１５とを含んで構成されている。
このような構成において、入出力インタフェース１１は、他のセンサ端末からパケットを受信すると、受信パケット解析部１２にそのパケットを転送する。また、入出力インタフェース１１は、送信データパケット作成部１５からパケットが転送されてくると、他のセンサ端末にそのパケットを送信する。
受信パケット解析部１２は、自端末の近隣識別子と自端末のエンド識別子とがReceiverListフィールドに含まれているか解析することによって、自端末がそのパケットの受信対象であるかどうか判断する。例えば、それら識別子の上位数ビットがReceiverListフィールドに含まれていれば、自端末がそのパケットの受信対象であると判断できる。この判断の結果、それらがReceiverListフィールドに含まれている場合、データベース１３へのデータ収容や、送信データパケット作成部１５へのパケットヘッダ構造の通知を行う。なお、上記の判断の結果、自端末の近隣識別子及びエンド識別子が含まれない場合でも、受信パケット解析部１２は、必要に応じてルーティングテーブル１４の更新を行う。
ルーティングテーブル１４は、後述するように、近隣のセンサ端末の識別子を項目に含んでいる。受信パケット解析部１２において自端末がそのパケットの受信対象であると判断された場合、ルーティングテーブル１４内の対応する項目が選択される。ルーティングテーブル１４において複数の項目が選択された状態において、それらの項目に同一の識別子が含まれていれば、それらを集約できることになり、別々のパケットを作成するのではなく、１つに集約されたパケットが作成される。
送信データパケット作成部１５は、データパケット転送時あるいは自律的にデータパケットを発信する際に、自端末近隣の端末についての識別子である近隣識別子、自端末のエンド識別子、データベース１３内のデータ、受信パケット解析部１２から必要な情報を収集し、図１を参照して説明したパケットを作成する。この作成されたパケットは、入出力インタフェース１１に出力される。
なお、対象物の温度、湿度、気温、位置、時刻、動き、電界強度等、センサ端末の周囲の情報を取得する環境情報取得部をセンサ端末内に追加すれば、外部からの要求やデータパケットを受信していない場合であっても、自律的にデータパケットを送信することができる。
なお、対象物の温度、湿度、気温、位置、時刻、動き、電界強度等、センサ端末の周囲の情報を取得する環境情報取得部をセンサ端末内に追加すれば、外部からの要求やデータパケットを受信していない場合であっても、自律的にデータパケットを送信することができる。
（センサ端末の構成例２）
図６は、本実施形態にかかるデータの無線通信を行うセンサ端末の他の構成例を示すブロック図であり、データ送信の際に、ＲＴＳ信号等の無線制御を行う場合の構成例を示すブロック図である。同図において、本例のセンサ端末は、図５の構成に、無線制御部１６が追加された構成になっている。無線制御部１６は、データパケットを保存する無線制御用バッファ１６１と、図２を参照して説明したＲＴＳ信号を作成する無線制御パケット作成部１６２と、ＣＴＳ信号及びＡＣＫ信号についての送信タイミングを制御する送信タイミング制御部１６３とを含んで構成されている。
図６は、本実施形態にかかるデータの無線通信を行うセンサ端末の他の構成例を示すブロック図であり、データ送信の際に、ＲＴＳ信号等の無線制御を行う場合の構成例を示すブロック図である。同図において、本例のセンサ端末は、図５の構成に、無線制御部１６が追加された構成になっている。無線制御部１６は、データパケットを保存する無線制御用バッファ１６１と、図２を参照して説明したＲＴＳ信号を作成する無線制御パケット作成部１６２と、ＣＴＳ信号及びＡＣＫ信号についての送信タイミングを制御する送信タイミング制御部１６３とを含んで構成されている。
このような構成において、送信データパケット作成部１５は、作成した送信パケットを無線制御用バッファ１６１に転送する。無線制御用バッファ１６１はそのデータパケットを保存しておき、無線制御パケット作成部１６２にＲＴＳ信号の送信要求を通知する。
ＲＴＳ信号の送信要求をうけた無線制御パケット作成部１６２は、送信データパケットのヘッダを参照して、上述したＲＴＳ信号を作成し、送信タイミング制御部１６３に出力する。送信タイミング制御部１６３は、ＲＴＳ信号を入出力インタフェース１１に転送する。入出力インタフェース１１は他のセンサ端末にＲＴＳ信号を送信する。
ＲＴＳ信号の送信要求をうけた無線制御パケット作成部１６２は、送信データパケットのヘッダを参照して、上述したＲＴＳ信号を作成し、送信タイミング制御部１６３に出力する。送信タイミング制御部１６３は、ＲＴＳ信号を入出力インタフェース１１に転送する。入出力インタフェース１１は他のセンサ端末にＲＴＳ信号を送信する。
また、他のセンサ端末からＲＴＳ信号を受信した場合、受信パケット解析部１２は、自端末の近隣識別子と自端末のエンド識別子がReceiverListフィールドに含まれているか判断する。それらがReceiverListフィールドに含まれている場合、そのＲＴＳ信号は無線制御パケット作成部１６２に転送される。
無線制御パケット作成部１６２は、ＲＴＳ信号を送信したセンサ端末をあて先としたＣＴＳ信号を作成し、送信タイミング制御部１６３に出力する。送信タイミング制御部１６３は、複数のセンサ端末が送信するＣＴＳ信号同士の衝突を回避するため、ReceiverListフィールドに含まれている識別子の順番に、ある単位時間を積算したタイミングを基にしてＣＴＳ信号を入出力インタフェース１１に出力する。
無線制御パケット作成部１６２は、ＲＴＳ信号を送信したセンサ端末をあて先としたＣＴＳ信号を作成し、送信タイミング制御部１６３に出力する。送信タイミング制御部１６３は、複数のセンサ端末が送信するＣＴＳ信号同士の衝突を回避するため、ReceiverListフィールドに含まれている識別子の順番に、ある単位時間を積算したタイミングを基にしてＣＴＳ信号を入出力インタフェース１１に出力する。
送信側のセンサ端末では、ＣＴＳ信号が近隣の受信側センサ端末全てから返信されると、無線制御用バッファ１６１からデータパケットを取り出し、入出力インタフェース１１によりそれを送信する。
データ受信が完了すると、近隣の受信側センサ端末の無線制御パケット作成部１６２は、ＲＴＳ信号の送信側センサ端末をあて先としたＡＣＫ信号を作成し、送信タイミング制御部１６３にＡＣＫ信号を送信する。
データ受信が完了すると、近隣の受信側センサ端末の無線制御パケット作成部１６２は、ＲＴＳ信号の送信側センサ端末をあて先としたＡＣＫ信号を作成し、送信タイミング制御部１６３にＡＣＫ信号を送信する。
送信タイミング制御部１６３は、複数のセンサ端末からのＡＣＫ信号の衝突を回避するため、ReceiverListフィールドに含まれている識別子の順番に、ある単位時間を積算したタイミングを基にしてＡＣＫ信号を入出力インタフェース１１に送信する。
なお、上記のＲＴＳ信号及びＣＴＳ信号の授受が行われない場合もある。この場合、データパケットが正常に受信できた場合にＡＣＫ信号を返信する。
なお、上記のＲＴＳ信号及びＣＴＳ信号の授受が行われない場合もある。この場合、データパケットが正常に受信できた場合にＡＣＫ信号を返信する。
（センサ端末の構成例３）
図２１は、本実施形態にかかるデータの無線通信を行うセンサ端末の他の構成例を示すブロック図であり、同一の識別子の組に対し複数のパケットを送信するときに、代用識別子を利用した通信を行う場合の構成を示すブロック図である。同図のセンサ端末は、図５の構成に、識別子の組より少ない情報量で表された代用識別子を作成する代用識別子作成部１７と、代用識別子とを含むデータパケットを初めて受信した際に、識別子の組と代用識別子との対応を記憶する代用識別子記憶部１８を追加したものである。すなわち、受信パケット解析部１２は、識別子の組と代用識別子とを含んだパケットを受信したとき、例えば図２２のような対応表を作成し、代用識別子記憶部１８に記憶させる。
図２１は、本実施形態にかかるデータの無線通信を行うセンサ端末の他の構成例を示すブロック図であり、同一の識別子の組に対し複数のパケットを送信するときに、代用識別子を利用した通信を行う場合の構成を示すブロック図である。同図のセンサ端末は、図５の構成に、識別子の組より少ない情報量で表された代用識別子を作成する代用識別子作成部１７と、代用識別子とを含むデータパケットを初めて受信した際に、識別子の組と代用識別子との対応を記憶する代用識別子記憶部１８を追加したものである。すなわち、受信パケット解析部１２は、識別子の組と代用識別子とを含んだパケットを受信したとき、例えば図２２のような対応表を作成し、代用識別子記憶部１８に記憶させる。
同図を参照すると、この対応表には、代用識別子と、その代用識別子に対応する識別子との組が記憶されている。識別子の組を含まず、代用識別子を含むパケットを受信したとき、受信パケット解析部１２は代用識別子記憶部１８に記憶されている、この対応表を参照して代用識別子に対応する識別子の組を求める。そして、受信パケット解析部１２は、上述したようにその識別子の組に応じた処理を行う。
また、送信データパケット作成部１５が代用識別子を利用したパケットを作成する場合、代用識別子作成部１７を利用して代用識別子を作成し、送信データパケットを作成する。例えば、図２３のように、同一の識別子の組に複数のパケットを送信するとき、初めの通信時は識別子の組及び代用識別子を含むパケットを作成し送信する。それ以後の通信では識別子の組は含まず、代用識別子を含むパケットを作成して通信を行う。
この代用識別子には、例えば識別子の組に対し既存のハッシュ関数（ＭＤ５等）を適用した値を利用すれば良い。また、送信センサ端末が代用識別子の値を設定する場合、連続した値を設定しても良いし、ランダムな値を設定しても良い。
ところで、図１や図１４に示されているように、パケット内には、識別子の組以外のヘッダ情報（ＮｂｒＮｕｍ、ＳｉｎｋＮｕｍ、ＲｅｃｖＬｉｓｔＬｅｎ、ＲｅｃｖＬｉｓｔＢｉｔ）も存在する。このため、これらの情報をも含めた内容について代用識別子を用いると、よりヘッダ長を縮小させることができる。
なお、図６の構成に、上述した代用識別子作成部１７、代用識別子記憶部１８を追加した構成を採用しても良い。このように構成すれば、無線制御を行い、代用識別子による通信を行うセンサ端末が実現できる。
ところで、図１や図１４に示されているように、パケット内には、識別子の組以外のヘッダ情報（ＮｂｒＮｕｍ、ＳｉｎｋＮｕｍ、ＲｅｃｖＬｉｓｔＬｅｎ、ＲｅｃｖＬｉｓｔＢｉｔ）も存在する。このため、これらの情報をも含めた内容について代用識別子を用いると、よりヘッダ長を縮小させることができる。
なお、図６の構成に、上述した代用識別子作成部１７、代用識別子記憶部１８を追加した構成を採用しても良い。このように構成すれば、無線制御を行い、代用識別子による通信を行うセンサ端末が実現できる。
（集約動作例）
上記は、同一無線通信範囲内における複数近隣センサへの集約送信方式、つまり１ｈｏｐ通信範囲内の集約について説明したが、ここではＳｏｕｒｃｅからＳｉｎｋへの経路自体の集約について説明する。
複数の目的Ｓｉｎｋへの経路が集約できる場合は、経路を集約してパケットを送信することが望ましい。経路集約の効果について、図７を用いて説明する。図７（ａ）の場合ではＳｏｕｒｃｅＡからＳｉｎｋＢ、ＳｉｎｋＨに対し同一のデータが別経路で送られるため、データの送受信回数が増え、消費電力が増大する。一方、図７（ｂ）の場合ではＳｏｕｒｃｅＡからＳｉｎｋＢ、ＳｉｎｋＨへのデータは同一の経路で送られるため、図７（ａ）の場合に比べてデータ送受信回数が減少し、省電力効果が高い。
上記は、同一無線通信範囲内における複数近隣センサへの集約送信方式、つまり１ｈｏｐ通信範囲内の集約について説明したが、ここではＳｏｕｒｃｅからＳｉｎｋへの経路自体の集約について説明する。
複数の目的Ｓｉｎｋへの経路が集約できる場合は、経路を集約してパケットを送信することが望ましい。経路集約の効果について、図７を用いて説明する。図７（ａ）の場合ではＳｏｕｒｃｅＡからＳｉｎｋＢ、ＳｉｎｋＨに対し同一のデータが別経路で送られるため、データの送受信回数が増え、消費電力が増大する。一方、図７（ｂ）の場合ではＳｏｕｒｃｅＡからＳｉｎｋＢ、ＳｉｎｋＨへのデータは同一の経路で送られるため、図７（ａ）の場合に比べてデータ送受信回数が減少し、省電力効果が高い。
上記経路集約を実現するための、センサ端末における、経路集約の動作例について、更に図８を参照して説明する。
同図において、最初に、ルーティングテーブルを基に、最適な近接センサ群のリストを作成する（ステップＳ１０１）。次に、リストに未送信のあて先があるか判断する（ステップＳ１０２）。ここでは、リストに未送信のあて先があるので、次に、あて先を最も集約可能な近隣センサを選択する（ステップＳ１０２→Ｓ１０３）。
そして、上記センサに集約可能なセンサについては、上記リストから削除する（ステップＳ１０４）。その後、ステップＳ１０２に戻り、リストに未送信のあて先がなくなるまで以上の動作が継続される。
同図において、最初に、ルーティングテーブルを基に、最適な近接センサ群のリストを作成する（ステップＳ１０１）。次に、リストに未送信のあて先があるか判断する（ステップＳ１０２）。ここでは、リストに未送信のあて先があるので、次に、あて先を最も集約可能な近隣センサを選択する（ステップＳ１０２→Ｓ１０３）。
そして、上記センサに集約可能なセンサについては、上記リストから削除する（ステップＳ１０４）。その後、ステップＳ１０２に戻り、リストに未送信のあて先がなくなるまで以上の動作が継続される。
（ルーティングテーブル）
ルーティングテーブルの例が図９（ａ）に示されている。同図には、Ｓｏｕｒｃｅの属性を示す「ＳｒｃＡｔｔｒ」、Ｓｉｎｋの識別子である「ＳｉｎｋＩＤ」、近隣のセンサ端末の識別子である「ＬｏｃａｌＡｄｄ」、コスト値である「Ｖａｌｕｅ」、が示されている。
同図（ａ）において、複数のＳｉｎｋＡ〜Ｅに対してデータパケットを送信する場合について説明する。この場合、最初に、各ＳｉｎｋＡ〜Ｅに送信するコスト値「Ｖａｌｕｅ」の最も小さな項目が選択される。コスト値が同一の場合はそれら全てが選択される。本例では太線枠の項目が選択される。
ルーティングテーブルの例が図９（ａ）に示されている。同図には、Ｓｏｕｒｃｅの属性を示す「ＳｒｃＡｔｔｒ」、Ｓｉｎｋの識別子である「ＳｉｎｋＩＤ」、近隣のセンサ端末の識別子である「ＬｏｃａｌＡｄｄ」、コスト値である「Ｖａｌｕｅ」、が示されている。
同図（ａ）において、複数のＳｉｎｋＡ〜Ｅに対してデータパケットを送信する場合について説明する。この場合、最初に、各ＳｉｎｋＡ〜Ｅに送信するコスト値「Ｖａｌｕｅ」の最も小さな項目が選択される。コスト値が同一の場合はそれら全てが選択される。本例では太線枠の項目が選択される。
同図（ａ）において選択された項目が同図（ｂ）に示されている。同図（ｂ）は最適近隣識別子リストである。この最適近隣識別子リストにおいて、近隣のセンサ端末の識別子「ＬｏｃａｌＡｄｄ」の内容が同じ項目が選択される。本例では太線枠の項目が選択される。「ＬｏｃａｌＡｄｄ」の内容が同じであれば、集約が可能である。このため、同図（ｂ）において選択された項目と同じＳｉｎｋＩＤが含まれている項目は消去される。
同図（ｂ）において集約又は消去が行われなかった項目が同図（ｃ）に示されている。同図（ｃ）において、さらに近隣のセンサ端末の識別子「ＬｏｃａｌＡｄｄ」の内容が同じ項目が選択される。本例では太線枠の項目が選択される。「ＬｏｃａｌＡｄｄ」の内容が同じであれば、集約が可能である。以上のように、集約及び削除が行われるため、最小数のパケットが送信されることになるので、システム全体の消費電力を低減することができる。
なお、外部からの要求に応答してセンサ端末からデータパケットを送信するプル型送信処理の場合よりも、要求が無くてもセンサ端末自身がデータパケットを送信するプッシュ型送信処理の場合の方が図１のように集約できる可能性が高く、消費電力削減の効果が期待できる。
なお、外部からの要求に応答してセンサ端末からデータパケットを送信するプル型送信処理の場合よりも、要求が無くてもセンサ端末自身がデータパケットを送信するプッシュ型送信処理の場合の方が図１のように集約できる可能性が高く、消費電力削減の効果が期待できる。
次に、本発明のセンサ端末を利用したセンサネットワークシステムの実施例１について図１０を参照して説明する。なお、同図において、パケットＰはデータパケットであり、簡単のためType、NbrNum、SinkNumの各フィールドは描かれていない。またＳｏｕｒｃｅＡ、ＳｉｎｋＢ等はエンド識別子を表し、０、１、２、３等の数字は近隣識別子を表している。
同図には、最も基本的な適用例が示されている。本例では、ＳｏｕｒｃｅＡがＳｉｎｋＢ及びＳｉｎｋＣに対して同一のデータパケットを送信する。
まず、ＳｏｕｒｃｅＡはルーティングテーブルを参照することにより、ＳｉｎｋＢについては近隣センサＤ（識別子「１」）に、ＳｉｎｋＣについては近隣センサＥ（識別子「４」）に送信すればよいと判断する。そして、ＳｏｕｒｃｅＡは、ReceiverListフィールド６３において、近隣センサ識別子「１」とエンド識別子「Ｂ」、近隣センサ識別子「４」とエンド識別子「Ｃ」、をそれぞれ対応付けたパケットＰを作成する。なお、パケットＰのSenderInfoフィールド６４は、送信者であるＳｏｕｒｃｅＡの近隣センサ識別子「０」及びエンド識別子「Ａ」である。
まず、ＳｏｕｒｃｅＡはルーティングテーブルを参照することにより、ＳｉｎｋＢについては近隣センサＤ（識別子「１」）に、ＳｉｎｋＣについては近隣センサＥ（識別子「４」）に送信すればよいと判断する。そして、ＳｏｕｒｃｅＡは、ReceiverListフィールド６３において、近隣センサ識別子「１」とエンド識別子「Ｂ」、近隣センサ識別子「４」とエンド識別子「Ｃ」、をそれぞれ対応付けたパケットＰを作成する。なお、パケットＰのSenderInfoフィールド６４は、送信者であるＳｏｕｒｃｅＡの近隣センサ識別子「０」及びエンド識別子「Ａ」である。
この作成されたパケットＰを送信することにより、一度の通信で２つの近隣センサにデータを送信することができる。
このパケットＰを受信した近隣のセンサ端末Ｄ及びセンサ端末Ｅは、パケットＰのヘッダを参照し、センサ端末ＤはＳｉｎｋＢに向けてパケットを転送し、センサ端末ＥはＳｉｎｋＣに向けてパケットを転送する。以上のようにパケットＰが送信された場合、ブロードキャストとは異なり、近隣センサ識別子「２」のセンサ端末Ｆ、近隣センサ識別子「３」のセンサ端末Ｇは、自端末があて先に含まれていないと判別できるため、パケットＰを受信しても不要な転送等は行わない。
このパケットＰを受信した近隣のセンサ端末Ｄ及びセンサ端末Ｅは、パケットＰのヘッダを参照し、センサ端末ＤはＳｉｎｋＢに向けてパケットを転送し、センサ端末ＥはＳｉｎｋＣに向けてパケットを転送する。以上のようにパケットＰが送信された場合、ブロードキャストとは異なり、近隣センサ識別子「２」のセンサ端末Ｆ、近隣センサ識別子「３」のセンサ端末Ｇは、自端末があて先に含まれていないと判別できるため、パケットＰを受信しても不要な転送等は行わない。
つまり、ブロードキャストとは異なり、データ送信回数が低減されることになり、無線通信の省電力化に貢献できる。また近隣のセンサ端末毎にパケット受信後の転送先を明示することで、必要十分な転送が行われることが保証され、パケットの不達や、冗長パケット送信による消費電力増大を防ぐことができる。
なお、本実施例においてＲＴＳ信号／ＣＴＳ信号／ＡＣＫ信号の制御を行う場合は、先述した図４に示すシーケンスで制御が行われる。この場合、ＲＴＳ信号及びデータパケットについて、送信回数が低減されることになり、無線通信の省電力化に貢献できる。
なお、本実施例においてＲＴＳ信号／ＣＴＳ信号／ＡＣＫ信号の制御を行う場合は、先述した図４に示すシーケンスで制御が行われる。この場合、ＲＴＳ信号及びデータパケットについて、送信回数が低減されることになり、無線通信の省電力化に貢献できる。
次に、本発明のセンサ端末を利用したセンサネットワークシステムの実施例２について図１１を参照して説明する。なお、同図において、パケットＰはデータパケットであり、簡単のためType、NbrNum、SinkNumの各フィールドは描かれていない。またＳｏｕｒｃｅＡ、ＳｉｎｋＢ等はエンド識別子を表し、０、１、２、３等の数字は近隣識別子を表している。
同図には、ある近隣識別子に対するエンド識別子が複数ある場合の適用例が示されている。本例では、ＳｏｕｒｃｅＡがＳｉｎｋＢ及びＳｉｎｋＨ並びにＳｉｎｋＣに対して同一のデータを送信する。
同図には、ある近隣識別子に対するエンド識別子が複数ある場合の適用例が示されている。本例では、ＳｏｕｒｃｅＡがＳｉｎｋＢ及びＳｉｎｋＨ並びにＳｉｎｋＣに対して同一のデータを送信する。
まず、ＳｏｕｒｃｅＡはルーティングテーブルを参照することにより、ＳｉｎｋＢ及びＳｉｎｋＨについては近隣センサＤ（識別子「１」）に、ＳｉｎｋＣについては近隣センサＥ（識別子「４」）に送信すればよいと判断する。そして、ＳｏｕｒｃｅＡは、ReceiverListフィールド６３において、近隣センサ識別子「１」とエンド識別子「Ｂ」及び「Ｈ」、近隣センサ識別子「４」とエンド識別子「Ｃ」、をそれぞれ対応付けたパケットＰを作成する。なお、パケットＰのSenderInfoフィールド６４は、送信者であるＳｏｕｒｃｅＡの近隣センサ識別子「０」及びエンド識別子「Ａ」である。
この作成されたパケットＰを送信することにより、一度の通信で２つの近隣センサにデータを送信することができる。このパケットＰを受信した近隣のセンサ端末Ｅは、パケットＰのヘッダを参照し、ＳｉｎｋＣに向けてパケットを転送する。このとき、ブロードキャストとは異なり、近隣センサ識別子「２」のセンサ端末Ｆと近隣センサ識別子「３」のセンサ端末Ｇは、自端末があて先に含まれていないと判別できるため、パケットＰを受信しても不要な転送等は行わない。
一方、パケットＰを受信した近隣のセンサ端末Ｄは、ＳｉｎｋＢとＳｉｎｋＨが送信先として指定されているため、それら複数のセンサ端末への一括送信を行う。つまり、センサ端末Ｄは、識別子の書き替えを行い、ReceiverListフィールド６３において、近隣センサ識別子「５」とエンド識別子「Ｂ」、近隣センサ識別子「６」とエンド識別子「ｈ」、をそれぞれ対応付けたパケットＰ’を作成する。なお、パケットＰ’のSenderInfoフィールドは、送信者であるＳｏｕｒｃｅＡの近隣センサ識別子「１」及びエンド識別子「Ａ」である。この作成されたパケットＰ’を送信することにより、一度の通信で２つの近隣センサにデータを送信することができる。
以上のようにパケットＰが送信された場合、ブロードキャストとは異なり、近隣センサ識別子「２」のセンサ端末Ｆ、近隣センサ識別子「３」のセンサ端末Ｇは、自端末があて先に含まれていないと判別できるため、パケットＰを受信しても不要な転送等は行わない。
以上説明したように、本実施例では、ＳｏｕｒｃｅＡ及びセンサ端末Ｄにおいて送信回数が低減されることになり、無線通信の省電力化に貢献できる。
以上説明したように、本実施例では、ＳｏｕｒｃｅＡ及びセンサ端末Ｄにおいて送信回数が低減されることになり、無線通信の省電力化に貢献できる。
上記の実施例２の場合、ＳｏｕｒｃｅＡからＳｉｎｋＢ及びＳｉｎｋＨまでの経路は、１ホップ分しか集約されていない。経路の集約は１ホップ分に限定されるものではなく、複数ホップ分集約されることもある。
例えば、図１２（ａ）に示されているように、ＳｏｕｒｃｅＡからＳｉｎｋＢ’、ＳｉｎｋＨ’、に対し、従来のように別々にパケットを送信すると、このパケットは別々の経路で送信されることがある。これに対し、上述したルーティングテーブルを利用した送信先近隣センサ識別子の集約により集約されたパケットを送信すれば、図１２（ｂ）に示されているように、ＳｏｕｒｃｅＡからＳｉｎｋＢ’及びＳｉｎｋＨ’に向けて、集約された１つのパケットが直前まで１つの経路で送信されることになる。したがって、経路の集約が複数ホップ分行われ、センサネットワーク全体として送信回数が低減されることになり、無線通信の省電力化に貢献できる。
例えば、図１２（ａ）に示されているように、ＳｏｕｒｃｅＡからＳｉｎｋＢ’、ＳｉｎｋＨ’、に対し、従来のように別々にパケットを送信すると、このパケットは別々の経路で送信されることがある。これに対し、上述したルーティングテーブルを利用した送信先近隣センサ識別子の集約により集約されたパケットを送信すれば、図１２（ｂ）に示されているように、ＳｏｕｒｃｅＡからＳｉｎｋＢ’及びＳｉｎｋＨ’に向けて、集約された１つのパケットが直前まで１つの経路で送信されることになる。したがって、経路の集約が複数ホップ分行われ、センサネットワーク全体として送信回数が低減されることになり、無線通信の省電力化に貢献できる。
次に、本発明のセンサ端末を利用したセンサネットワークシステムの実施例４について図１３を参照して説明する。なお、同図においては、パケットＰはデータパケットであり、簡単のためType、NbrNum、SinkNumの各フィールドは描かれていない。またＳｏｕｒｃｅＡ、ＳｉｎｋＧはエンド識別子を表し、０、１、２、３等の数字は近隣識別子を表している。
同図には、ある１つの目的センサ端末のために近隣のセンサ端末が複数存在する場合の適用例が示されている。本例では、ＳｏｕｒｃｅＡがＳｉｎｋＧに対してデータパケットを送信する場合に、実施例１〜３のような単数経路ポリシーではなく、複数経路ポリシーを採用する。
無線通信は有線通信に比べ不安定であり、センサネットワークのような低電力無線は特に通信品質の変動が激しい。そこでＳｏｕｒｃｅＡはＳｉｎｋＧに対し、複数経路を利用してデータを送信する場合がある。
無線通信は有線通信に比べ不安定であり、センサネットワークのような低電力無線は特に通信品質の変動が激しい。そこでＳｏｕｒｃｅＡはＳｉｎｋＧに対し、複数経路を利用してデータを送信する場合がある。
同図において、ＳｏｕｒｃｅＡはＳｉｎｋＧへの複数経路として、ルーティングテーブルから近隣のセンサ端末Ｄ（識別子「１」）とセンサ端末Ｂ（識別子「５」）とを選択し、同一データパケットの送信を行う。このデータパケットのReceiverListフィールド６３においては、近隣センサ識別子「１」及び近隣センサ識別子「５」がエンド識別子「Ｇ」に対応付けられる。なお、パケットＰのSenderInfoフィールド６４は、送信者であるＳｏｕｒｃｅＡの近隣センサ識別子「０」及びエンド識別子「Ａ」である。
このパケットＰを送信することにより、一度の通信で２つのセンサ端末Ｂ及びＤにデータを送信することができる。すなわち、センサ端末Ｄ及びＦを経由してＳｉｎｋＧに至る経路と、センサ端末Ｂ及びＥを経由してＳｉｎｋＧに至る経路とによってパケットＰが送信される。このようなデータ転送により、１つのパケットについて２つの経路で送信できる。近隣のセンサ端末が多数存在する場合には、多数の経路が存在することになる。それら多数の経路について別々にパケットを送信することは消費電力の点から好ましくない。そこで、本例ではそれら多数の経路を、２つの経路に集約しているので、消費電力を低減することができる。
さらに、本例では、それら２つの経路について別々にパケットを送信する場合とは異なり、最初の１ホップ分が１つのパケット送信で済むので、より消費電力を低減することができる。また、経路の途中に位置する中継センサにおいて、複数の経路にパケットを送信する場合がある。この場合にも、１つに集約したパケットを送信すれば良いので、消費電力を低減でき、かつ、複数の経路を利用して安定性を高めたパケット送信を実現できる。
ところで、受信対象となる近隣センサ端末が多数存在する場合、SenderInfoフィールド６４の内容が膨大になってしまうおそれがある。そこで、この場合には、全てのセンサ端末の識別子をSenderInfoフィールド６４に含めるのではなく、閾値等を設けておき、より少ない数のパケットに分けて送信する。例えば、１度の転送で送信できるパケットデータの最大値（ＭＴＵ；Ｍａｘｉｍｕｍ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｕｎｉｔ）が閾値となり、この閾値以下のパケットデータとなるように分けて送信される。このような場合でも膨大な数のパケットを別々に送信する代わりに、数個のパケットを送信するだけで済み、送信回数減少による省電力効果が期待できる。
（変形例）
本発明において送受信されるパケットは図１のような構造に限定されるものではない。パケットの他の構造例について、図１４を参照して説明する。同図に示されているパケットＰ１は、Typeフィールド６１、ＲｃｖＬｉｓｔＬｅｎ６２ａ、ＲｃｖＬｉｓｔＢｉｔｓ６２ｂ、ReceiverListフィールド６３、SenderInfoフィールド６４が、データ６５に付加された構造になっている。図１に示されている構造とは異なり、NbrNumフィールド６２の代わりに、ＲｃｖＬｉｓｔＬｅｎ６２ａ及びＲｃｖＬｉｓｔＢｉｔｓ６２ｂが設けられ、かつReceiverListフィールド６３中の「ＳｉｎｋＮｕｍ」が削除されている。
本発明において送受信されるパケットは図１のような構造に限定されるものではない。パケットの他の構造例について、図１４を参照して説明する。同図に示されているパケットＰ１は、Typeフィールド６１、ＲｃｖＬｉｓｔＬｅｎ６２ａ、ＲｃｖＬｉｓｔＢｉｔｓ６２ｂ、ReceiverListフィールド６３、SenderInfoフィールド６４が、データ６５に付加された構造になっている。図１に示されている構造とは異なり、NbrNumフィールド６２の代わりに、ＲｃｖＬｉｓｔＬｅｎ６２ａ及びＲｃｖＬｉｓｔＢｉｔｓ６２ｂが設けられ、かつReceiverListフィールド６３中の「ＳｉｎｋＮｕｍ」が削除されている。
パケットＰ１中のＲｃｖＬｉｓｔＬｅｎ６２ａは、受信リストを示すフィールドであるReceiverListフィールド６３のアドレス数を示している。本例のReceiverListフィールド６３は、「受信者１近接識別子」、「シンク１エンド識別子」、「シンク２エンド識別子」の組６３ａ’と、「受信者２近接識別子」、「シンク３エンド識別子」の組６３ｂ’とからなり、５つのアドレスが含まれている。このため、ＲｃｖＬｉｓｔＬｅｎ６２ａの値は「５」となる。
パケットＰ１中のＲｃｖＬｉｓｔＢｉｔｓ６２ｂは、ReceiverListフィールド６３の各送信先アドレスが近隣識別子かエンド識別子かを表すビット列である。近隣識別子を「１」、エンド識別子を「０」で表す場合、ＲｃｖＬｉｓｔＢｉｔｓ６２ｂの値は、「１００１０」となる。
なお、上記の組６３ａは、シンク１及びシンク２を目的端末としたパケットを近隣の受信者１が送信するという内容である。また、上記の組６３ｂは、シンク３を目的端末としたパケットを近隣の受信者２が送信するという内容である。
以上のようなパケット構造を採用すれば、パケット全体の構造をより単純化することができる。
なお、上記の組６３ａは、シンク１及びシンク２を目的端末としたパケットを近隣の受信者１が送信するという内容である。また、上記の組６３ｂは、シンク３を目的端末としたパケットを近隣の受信者２が送信するという内容である。
以上のようなパケット構造を採用すれば、パケット全体の構造をより単純化することができる。
（同一の識別子の組に複数のデータパケットを送信する場合）
図２４を用いて、同一の識別子の組に複数のデータパケットを送信する場合の動作について説明する。同図において、同一の識別子の組に複数のデータパケットを送信する場合、送受信されるパケットは図１、図１４のような構造ではなく、図２３のような構造とする。すなわち、識別子の組とその識別子の組に対応した代用識別子とを含むデータパケットが送信される（ステップＳ２０１）。
図２４を用いて、同一の識別子の組に複数のデータパケットを送信する場合の動作について説明する。同図において、同一の識別子の組に複数のデータパケットを送信する場合、送受信されるパケットは図１、図１４のような構造ではなく、図２３のような構造とする。すなわち、識別子の組とその識別子の組に対応した代用識別子とを含むデータパケットが送信される（ステップＳ２０１）。
このデータパケットを受信した近隣のセンサ端末（以後、近隣受信センサ端末と呼ぶ）は、識別子の組と代用識別子との対応を記憶する（ステップＳ２０２ａ、Ｓ２０２ｂ）。データパケットを送信した送信センサ端末は、以降の送信では識別子の組を含まず、代用識別子を含むデータパケットを送信する（ステップＳ２０３）。
近隣受信センサ端末は、代用識別子と対応した識別子の組、すなわち上述した対応表を記憶しているため、代用識別子のみでも自端末が受信すべきかどうかという判断や、その後の転送処理が行われる（ステップＳ２０４ａ、Ｓ２０４ｂ）。以上のように代用識別子で識別子の組を代用することにより、近隣受信センサ端末の識別に必要なバイト長を減少させることができ、省電力通信を実現できる。
近隣受信センサ端末は、代用識別子と対応した識別子の組、すなわち上述した対応表を記憶しているため、代用識別子のみでも自端末が受信すべきかどうかという判断や、その後の転送処理が行われる（ステップＳ２０４ａ、Ｓ２０４ｂ）。以上のように代用識別子で識別子の組を代用することにより、近隣受信センサ端末の識別に必要なバイト長を減少させることができ、省電力通信を実現できる。
なお、代用識別子の有無はTypeフィールドの値により判断することができる。つまり受信センサは、受信パケットのTypeフィールドを参照することにより、そのパケットが識別子の組を利用して送信されているのか、識別子の組と代用識別子の組が含まれているのか、代用識別子だけで送信されているのか、を判断することができる。またTypeフィールドではなく代用識別子の有無を判定するためのOptionフィールドを新たに設け、それを用いて設定してもよい。
（センサ端末の制御方法）
上述したセンサ端末においては、以下の制御方法が採用されている。すなわち、同一のデータを、送信先であるＮ個の目的端末に送信する場合に、該目的端末の識別子と自端末に近接する近接端末のＭ個（Ｎ、Ｍは、自然数かつ少なくとも一方は２以上）の識別子とからなる識別子の組を、少なくとも１つ含むパケットであるデータパケットを送信側端末から送信する送信ステップと、上記データパケットを受信した受信側端末において、該データパケットに含まれている、識別子の組に基づいて、自端末が該パケットの受信対象であるか判断する判断ステップと、上記判断ステップにより自端末が該パケットの受信対象であると判断された場合に、上記目的端末に向けて該パケットを転送するために識別子の書き替えを行う識別子書き替えステップとを含む制御方法が採用されている。
このようにセンタ端末を制御すれば、複数近隣センサに同一のデータを送信する場合、複数回の通信を行うことなく１度の通信で済ませることができるので、無線通信の回数を低減でき、センサ端末同士の通信の省電力化を実現できる。
上述したセンサ端末においては、以下の制御方法が採用されている。すなわち、同一のデータを、送信先であるＮ個の目的端末に送信する場合に、該目的端末の識別子と自端末に近接する近接端末のＭ個（Ｎ、Ｍは、自然数かつ少なくとも一方は２以上）の識別子とからなる識別子の組を、少なくとも１つ含むパケットであるデータパケットを送信側端末から送信する送信ステップと、上記データパケットを受信した受信側端末において、該データパケットに含まれている、識別子の組に基づいて、自端末が該パケットの受信対象であるか判断する判断ステップと、上記判断ステップにより自端末が該パケットの受信対象であると判断された場合に、上記目的端末に向けて該パケットを転送するために識別子の書き替えを行う識別子書き替えステップとを含む制御方法が採用されている。
このようにセンタ端末を制御すれば、複数近隣センサに同一のデータを送信する場合、複数回の通信を行うことなく１度の通信で済ませることができるので、無線通信の回数を低減でき、センサ端末同士の通信の省電力化を実現できる。
（まとめ）
本発明のセンサ端末を用いてセンサネットワークシステムを構成した場合のシミュレーション結果について図１５を参照して説明する。同図には、センサ端末数が「１００」、Ｓｉｎｋの数が「１０」、Ｓｏｕｒｃｅの数が「１」のセンサネットワークシステムにおいて、ユーザからの要求によるプル型通信が行われる場合を前提としている。そして、同図には、従来技術の場合の消費電力を１００％とし、無線集約を行った場合、経路集約を行った場合、無線及び経路共に集約した場合、のそれぞれについて、ＲＴＳ信号の送信（同図中の網掛け）、データパケットの送信（同図中の白ヌキ）、総計（同図中のハッチング）、の消費電力が百分率で示されている。同図に示されているように、無線集約、経路集約の少なくとも一方を行った場合は、従来技術の場合に比べて、消費電力を低減できることがわかる。
本発明のセンサ端末を用いてセンサネットワークシステムを構成した場合のシミュレーション結果について図１５を参照して説明する。同図には、センサ端末数が「１００」、Ｓｉｎｋの数が「１０」、Ｓｏｕｒｃｅの数が「１」のセンサネットワークシステムにおいて、ユーザからの要求によるプル型通信が行われる場合を前提としている。そして、同図には、従来技術の場合の消費電力を１００％とし、無線集約を行った場合、経路集約を行った場合、無線及び経路共に集約した場合、のそれぞれについて、ＲＴＳ信号の送信（同図中の網掛け）、データパケットの送信（同図中の白ヌキ）、総計（同図中のハッチング）、の消費電力が百分率で示されている。同図に示されているように、無線集約、経路集約の少なくとも一方を行った場合は、従来技術の場合に比べて、消費電力を低減できることがわかる。
本発明は、センサネットワークにおいて、消費電力を低減して電源容量を小さくし、センサ端末全体の大きさをより小さくする場合に利用できる。
１１ 入出力インタフェース
１２ 受信パケット解析部
１３ データベース
１４ ルーティングテーブル
１５ 送信データパケット作成部
１６ 無線制御部
１７ 代用識別子作成部
１８ 代用識別子記憶部
６１ Typeフィールド
６２ NbrNumフィールドフィールド
６３ ReceiverListフィールド
６４ SenderInfoフィールド
１６１ 無線制御用バッファ
１６２ 無線制御パケット作成部
１６３ 送信タイミング制御部
Ａ〜Ｈ センサ端末
１２ 受信パケット解析部
１３ データベース
１４ ルーティングテーブル
１５ 送信データパケット作成部
１６ 無線制御部
１７ 代用識別子作成部
１８ 代用識別子記憶部
６１ Typeフィールド
６２ NbrNumフィールドフィールド
６３ ReceiverListフィールド
６４ SenderInfoフィールド
１６１ 無線制御用バッファ
１６２ 無線制御パケット作成部
１６３ 送信タイミング制御部
Ａ〜Ｈ センサ端末
Claims (6)
- 同一のデータを、送信先であるＮ個の目的端末に送信する場合に、該目的端末の識別子と自端末に近接する近接端末のＭ個（Ｎ、Ｍは、自然数かつ少なくとも一方は２以上）の識別子とからなる識別子の組を、少なくとも１つ含むパケットであるデータパケットを作成するパケット作成手段を含むことを特徴とするセンサ端末。
- 前記パケット作成手段は、外部からの要求に応答して前記データパケットを作成することを特徴とする請求項１記載のセンサ端末。
- 前記目的端末及び前記近接端末の識別子を含むルーティングテーブルを更に含み、前記パケット作成手段は前記ルーティングテーブルを参照して前記データパケットを作成することを特徴とする請求項１又は２記載のセンサ端末。
- 送信先であるＮ個の目的端末の識別子と自端末に近接する近接端末のＭ個（Ｎ、Ｍは、自然数かつ少なくとも一方は２以上）の識別子とからなる識別子の組を、少なくとも１つ有するパケットを受信するセンサ端末であって、前記パケットに含まれている、識別子の組に基づいて、自端末が該パケットの受信対象であるか判断する受信パケット解析手段と、前記受信パケット解析手段により自端末が該パケットの受信対象であると判断された場合に、前記目的端末に向けて該パケットを転送するために識別子の書き替えを行う手段とを含むことを特徴とするセンサ端末。
- 前記受信パケット解析手段により自端末が該パケットの受信対象であると判断され、かつ、該パケットに近接端末の識別子が複数含まれている場合に、その含まれている順番に応じたタイミングで確認応答パケットを返信する手段を更に含むことを特徴とする請求項４記載のセンサ端末。
- 同一のデータを、送信先であるＮ個の目的端末に送信する場合に、該目的端末の識別子と自端末に近接する近接端末のＭ個（Ｎ、Ｍは、自然数かつ少なくとも一方は２以上）の識別子とからなる識別子の組を、少なくとも１つ含むパケットであるデータパケットを送信側端末から送信する送信ステップと、前記データパケットを受信した受信側端末において、該データパケットに含まれている、識別子の組に基づいて、自端末が該パケットの受信対象であるか判断する判断ステップと、前記判断ステップにより自端末が該パケットの受信対象であると判断された場合に、前記目的端末に向けて該パケットを転送するために識別子の書き替えを行う識別子書き替えステップとを含むことを特徴とするセンサ端末の制御方法。
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