JP5038813B2

JP5038813B2 - 無線センサ装置及び無線センサ装置の起動制御方法

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Publication number: JP5038813B2
Application number: JP2007205844A
Authority: JP
Inventors: 雄金子; 映二鎌形; 俊之梅田; 正紘吉兼
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-08-07
Filing date: 2007-08-07
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2027-08-07
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Description

本発明は、センシング及びルーティングを行う無線センサ装置及びこれの起動制御方法に関する。

センサネットワークは、センシング及びルーティングを行う複数の無線センサ装置により構築される。即ち、センサネットワークでは複数の無線センサ装置が個々にセンシングを行って得た情報を互いに送受信し、上記情報をサーバで収集することにより複雑な状況や環境を把握することができる。

非特許文献１記載のセンサネットワークでは、各無線センサ装置が自装置のカバーするセンシング範囲を他装置に通知する。各無線センサ装置は、このようにして得た他装置のセンシング範囲と自装置のセンシング範囲が重複するか否かを判断し、両センシング範囲が重複すれば自装置の電源をオフにする。従って、非特許文献１記載のセンサネットワークでは、無線センサ装置間でセンシング範囲の重複が存在すればネットワーク全体での消費電力を低減することができる。
D. Tian and ND. Georganas. A Converage-Preserving Node Scheduling Scheme for Large Wireless Sensor Networks. Wireless Sensor Networks and Applications, pp. 32-41 (2002)

非特許文献１記載のセンサネットワークでは、無線センサ装置間にセンシング範囲の重複が存在しなければ消費電力の低減効果は得られない。即ち、非特許文献１記載のセンサネットワークでは、センシング範囲が他装置と重複していない大部分の無線センサ装置が定常起動状態であるため、ネットワーク全体での消費電力の大幅な低減は見込めない。

従って、本発明は消費電力を低減可能な無線センサ装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る無線センサ装置は、センサネットワークを構成する無線センサ装置において、主電源と；前記主電源からの電力供給を受けて動作し、センシング及びセンシングにより得られる第１センシング情報を経路情報に従ってサーバに向けて送信する第１のルーティング及び他の無線センサ装置からの第２センシング情報を前記経路情報に従って前記サーバに向けて送信する第２のルーティングを行うセンサ部と；前記主電源から供給される電荷を蓄積するキャパシタを含み、該キャパシタの自己放電を利用して限時動作を行うタイマと；前記タイマが所定時刻に前記限時動作を行うように前記主電源から前記タイマへの電荷の供給を制御する第１の制御スイッチと；前記他の無線センサ装置からの無線信号を電力に変換して制御信号を出力する整流器と；前記タイマが前記限時動作の状態にあるとき前記制御信号を受けると前記主電源から前記センサ部への電力供給を開始させる第２の制御スイッチと；を具備する。

本発明の他の態様に係る無線センサ装置の起動制御方法は、主電源と、前記主電源からの電力供給を受けて動作し、センシング及びセンシングにより得られる第１センシング情報を経路情報に従ってサーバに向けて送信する第１のルーティング及び他の無線センサ装置からの第２センシング情報を前記経路情報に従って前記サーバに向けて送信する第２のルーティングを行うセンサ部とを備え、センサネットワークを構成する無線センサ装置の起動制御方法において；前記主電源から供給される電荷を蓄積するキャパシタを含み、該キャパシタの自己放電を利用して限時動作を行うタイマが所定時刻に前記限時動作を行うように前記主電源から前記タイマへの電荷の供給を制御し；前記他の無線センサ装置からの無線信号を電力に変換して制御信号を出力し；前記タイマが前記限時動作の状態にあるとき前記制御信号を受けると前記主電源から前記センサ部への電力供給を開始させる。

本発明によれば、タイマによって起動時刻を管理することにより消費電力を低減可能な無線センサ装置を提供できる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る無線センサ装置は、アンテナ１０１、高感度整流器１０２、制御スイッチであるリレー１０３、１０４及び１０６、タイマ１０５、主電源１０７及びセンサ部１１０を有する。センサ部１１０は、ＣＰＵ１１１、ディスク１１２、無線通信部１１３、メモリ１１４及びセンサ素子１１５を含む。センサ素子１１５は、例えば温度、湿度及び圧力などの物理量あるいは位置情報などをセンシングする。

アンテナ１０１は、他の無線センサ装置からの無線信号を受信する。高感度整流器１０２は、アンテナ１０１によって受信された無線信号を電力に変換し、この電力を制御信号として用いてリレー１０３を制御する。

リレー１０３は、例えば半導体素子で構成されるソリッド・ステート・リレーであって、主電源１０７からセンサ部１１０への電力供給を制御する。即ち、無線センサ装置が待機状態に遷移する際にセンサ部１１０から供給される電力によって、リレー１０６は主電源１０７からセンサ部１１０への電力供給を停止する。また、無線センサ装置が起動状態に遷移する際にリレー１０６は、高感度整流器１０２及びリレー１０６から供給される電力に基づいて主電源１０７からセンサ部１１０への電力供給を開始する。リレー１０４は、センサ部１１０によって制御され、主電源１０７からタイマ１０５への電荷の供給を制御する。

タイマ１０５は、例えばキャパシタの自己放電を利用する低消費電力かつ簡易な構成で実現される。具体的には、リレー１０４を通じて供給された電荷が自己放電により消費されるまでの時間を、タイマ１０５の設定時間として利用する。即ち、設定時間に相当する電荷量が主電源１０７からタイマ１０５に供給されるように、センサ部１１０がリレー１０４を制御する。

リレー１０６は、センサ部１１０によって有効または開放に設定される。リレー１０６は有効に設定されていれば、タイマ１０５からの出力に応じてリレー１０３を有効または開放に設定する。

主電源１０７は、センサ部１１０及びタイマ１０５への電力供給を行う。尚、主電源１０７からセンサ部１１０及びタイマ１０５への電力供給は、前述したようにリレー１０３及びリレー１０４によって夫々制御される。

センサ部１１０は、センシング及びルーティングなどの本実施形態に係る無線センサ装置の主要な処理を行う。例えば、センサ部１１０は、ＣＰＵ１１１、ディスク１１２、無線通信部１１３及びメモリ１１４をバスで相互に接続することにより構成される。

ＣＰＵ１１１は、数値演算、条件判定及び入出力データの受け渡しなどの様々な処理を行う。ディスク１１２には、自装置のセンサＩＤ、センシング時刻情報、ルーティング開始時刻情報及びサーバ情報を含む様々な情報が記憶される。尚、ルーティングとは、自装置がセンシングして得られた情報を後述する経路情報に従ってサーバに向けて送信する処理を意味する。

無線通信部１１３は、無線信号の電力増幅、フィルタリング、周波数変換及び変復調など他の無線センサ装置とデータを送受信するための処理を行う。メモリ１１４は、ＣＰＵ１１１が上記様々な処理を行う際に必要とするデータを一時的に保存する。

以下、図２を用いて本実施形態に係る無線センサ装置で構成されるセンサネットワークについて説明する。
図２において丸印は図１に示す無線センサ装置で構成される無線センサ装置群Ａ〜Ｌ、四角印はサーバＭを夫々表している。サーバＭは、無線センサ装置群Ａ〜Ｌがセンシングして得られた情報を収集する。サーバＭは、自装置の管理するセンサ群Ａ〜ＬのセンサＩＤを記憶している。尚、サーバＭは図１に示す無線センサ装置で構成されてもよい。以下の説明では、サーバＭは図１に示す無線センサ装置で構成されているものとする。従って、サーバＭのディスク１１２には、無線センサ装置群Ａ〜ＬのセンサＩＤが記憶されている。これらの無線センサ装置群Ａ〜Ｌは、いわゆるマルチホップルーティングを行う。図２に示すセンサネットワークにおいて各無線センサ装置群Ａ〜Ｌがセンシング及びルーティングを行うには、以下に説明する準備を予め行う必要がある。

図２に示すセンサネットワークでは、各無線センサ装置がルーティングを行うために、自装置からサーバまでの経路情報を作成する必要がある。経路情報を作成する無線センサ装置の無線通信部１１３は、周囲に存在する無線センサ装置に発信元センサＩＤ及び宛先センサＩＤを含む経路検索要求を送信する。尚、周囲とは無線通信部１１３による無線通信が可能な範囲を指す。例えば無線センサ装置Ｅが経路情報を作成する場合、図３に示すように無線センサ装置Ｅの無線通信部１１３は周囲に存在する無線センサ装置Ｂ、Ｄ、Ｇ及びＨに、無線センサ装置Ｅを発信元、サーバＭを宛先とする経路検索要求を送信する。

上記経路検索要求を受信した無線センサ装置のＣＰＵ１１１は、ディスク１１２またはメモリ１１４を参照し、宛先センサＩＤの示す無線センサ装置までの経路情報がディスク１１２に記憶されているか否かを確認する。経路情報が記憶されていれば、無線センサ装置の無線通信部１１３は経路情報を周囲に存在する無線センサ装置に返信する。一方、経路情報が記憶されていなければ、無線センサ装置のＣＰＵ１１１は、受信した経路検索要求に中継センサＩＤとして自装置のセンサＩＤをディスク１１２より読み出して付加する。そして、無線センサ装置の無線通信部１１３は当該経路検索要求を周囲の無線センサ装置に送信する。図３の例では、無線センサ装置Ｂ、Ｄ、Ｇ及びＨのＣＰＵ１１１は、サーバＭまでの経路情報がディスク１１２またはメモリ１１４に記憶されていないため、経路検索要求に中継センサＩＤとして自装置のセンサＩＤを付加する。そして、無線センサ装置Ｂ、Ｄ、Ｇ及びＨの無線通信部１１３は当該経路検索要求を周囲の無線センサ装置に送信する。

図４に示すように、このような処理を繰り返すことにより無線センサ装置Ｅからの経路検索要求はサーバＭへ到達する。サーバＭは受信した経路検索要求より発信元センサである無線センサ装置Ｅ及び中継センサである無線センサ装置Ｇ及びＪを確認できる。

次に、サーバＭの無線通信部１１３は上記経路検索要求に応答して、発信元センサＩＤ、中継センサＩＤ及び宛先センサＩＤを含む経路情報を直近の中継センサである無線センサ装置Ｊに送信する。また、サーバＭのＣＰＵ１１１は上記経路情報をディスク１１２またはメモリ１１４に記憶し、無線センサＥ、ＧまたはＪへメッセージを送信する際に利用する。尚、図５では一例として中継センサＩＤが２つの場合の経路情報のデータ構造を示しているが、中継センサＩＤは３以上または１以下であっても勿論よい。

上記経路情報を受信した無線センサ装置ＪのＣＰＵ１１１は経路情報をディスク１１２またはメモリ１１４に記憶する。また、無線センサ装置Ｊの無線通信部１１３は直近の中継センサである無線センサ装置Ｇに上記経路情報を送信する。無線センサ装置ＧのＣＰＵ１１１は経路情報をディスク１１２またはメモリ１１４に記憶する。また、無線センサ装置Ｇの無線通信部１１３は経路検索要求の発信元である無線センサ装置Ｅに上記経路情報を送信する。

以上のように経路情報の作成を行うことにより、発信元センサ及び中継センサはサーバへの経路情報を確認でき、サーバは上記発信元センサ及び中継センサへの経路情報を確認できる。尚、上記作成手順は一例であって、既に提案されている他の経路情報作成手順を用いてもよい。

センサネットワークを構成する全ての無線センサ装置においてサーバへの経路情報の作成が終了すると、各無線センサ装置は経路情報に従ってサーバ及び中継センサに対するルーティング時刻の共有処理を行う。

各無線センサ装置のＣＰＵ１１１は、自装置のルーティング開始時刻情報及び経路情報をディスク１１２またはメモリ１１４より読み出す。各無線センサ装置の無線通信部１１３は、上記経路情報に従ってルーティング時刻Ｔをサーバに向けて送信する。無線センサ装置Ｅがルーティング時刻の共有処理を行う場合であれば、無線センサ装置Ｅの無線通信部１１３は、経路情報に従って無線センサ装置Ｇにルーティング時刻Ｔを通知する。尚、このルーティング時刻Ｔは１つである必要はなく複数であってもよい。

各中継センサのＣＰＵ１１１は、ルーティング時刻Ｔが通知されると、当該ルーティング時刻Ｔを自装置が中継センサとしてルーティングに参加する時刻（以下、単にルーティング参加時刻と称する）としてディスク１１２またはメモリ１１４に記憶する。また、各中継センサの無線通信部１１３は、経路情報に従ってルーティング時刻Ｔを次の中継センサまたはサーバに転送する。上記例であれば、図６に示すように無線センサ装置Ｇが無線センサ装置Ｊへ、無線センサ装置ＪがサーバＭへとルーティング時刻Ｔを記憶して転送する。

サーバのＣＰＵ１１１は上記ルーティング時刻Ｔが通知されると、当該ルーティング時刻Ｔをディスク１１２またはメモリ１１４に記憶すると共に、確認応答を作成する。サーバの無線通信部１１３は、経路情報に従って上記確認応答をルーティング時刻の発信元センサに向けて返信する。上記例であれば、サーバＭのＣＰＵ１１１の作成した確認応答が、図７に示すように経路情報に従ってサーバＭ→無線センサ装置Ｊ→無線センサ装置Ｇ→無線センサ装置Ｅの順で転送される。

以上のようにルーティング時刻の共有処理を行うと、センサネットワークを構成する各無線センサ装置は、ルーティング参加時刻を知ることができる。従って、上記共有処理の終了後、各無線センサ装置は（１）ルーティング参加時刻、（２）自装置がセンシングを行う時刻（以下、単にセンシング時刻と称する）、（３）自装置がルーティングを開始する時刻（以下、単にルーティング開始時刻と称する）の３種類の時刻情報を持つこととなる。後述するように、本実施形態に係る無線センサ装置は、自装置が動作する必要の無い期間は待機状態で消費電力を節約し、上記３種類の時刻情報になると起動状態に遷移する。ここで、無線センサ装置の待機状態とは主電源１０７からセンサ部１１０への電力供給がオフとなっている状態、起動状態とは主電源１０７からセンサ部１１０への電力供給がオンとなっている状態を意味している。

各無線センサ装置のＣＰＵ１１１は、サーバからの確認応答を受信してルーティング時刻の共有成功を確認すると、自装置のセンサＩＤを持つ準備完了通知を作成する。各無線センサ装置の無線通信部１１３は、上記準備完了通知を経路情報に従ってサーバに向けて送信する。準備完了通知は、前述した流れと同様に中継センサを経由してサーバに転送される。サーバのＣＰＵ１１１は、準備完了通知に含まれるセンサＩＤを参照してセンサネットワークを構成する全ての無線センサ装置から準備完了通知を受けたことを確認すると、待機命令を作成する。サーバの無線通信部１１３は、図８に示すように上記待機命令を全ての無線センサ装置に向けて送信する。

各無線センサ装置の無線通信部１１３は待機命令を受け取ると、当該待機命令を周囲の無線センサ装置に転送する。上記待機命令の転送後、各無線センサ装置は待機状態に遷移する。具体的には、まず、各無線センサ装置のＣＰＵ１１１はディスク１１２またはメモリ１１４に記憶されている（１）ルーティング参加時刻、（２）センシング時刻及び（３）ルーティング開始時刻を参照して次の起動時刻を決定する。

各無線センサ装置のセンサ部１１０は次の起動時刻を決定すると、上記起動時刻にタイマ１０５が切れるように主電源１０７からタイマ１０５への電荷の供給を制御する。具体的には、センサ部１１０はリレー１０４を有効にして主電源１０７からタイマ１０５への電荷の供給を開始し、上記起動時刻にタイマ１０５が切れる程度の電荷量を供給するとリレー１０４を開放して電荷の供給を停止する。

次に、センサ部１１０は上記起動時刻が（１）ルーティング参加時刻であればリレー１０６を有効にし、（２）センシング時刻または（３）ルーティング開始時刻であればリレー１０６を開放する。次に、センサ部１１０はリレー１０３を開放して主電源１０７からセンサ部１１０への電力供給を停止し、無線センサ装置は待機状態となる。

次に、無線センサ装置が待機状態から起動状態へ遷移する場合の各部の動作について説明する。ここで、前述したように高感度整流器１０２はアンテナ１０１が受信した信号を電力に変換して、リレー１０３を有効にすることにより主電源１０７からセンサ部１１０への電力供給を開始させることができる。しかしながら、高感度整流器１０２はアンテナ１０１が受信した信号の内容に係わらず電力への変換を行うため、高感度整流器１０２のみでリレー１０３を制御しようとすると、例えばルーティング経路に関係のない無線センサ装置が、周囲の無線センサ装置からの信号によって起動してしまう。従って、本実施形態に係る無線センサ装置では、高感度整流器１０２内に論理回路を設けてタイマ１０５が切れた場合にのみ高感度整流器１０２からリレー１０３への入力が有効になるように構成する。尚、この論理回路は例えばＸＯＲやＡＮＤなどを用いて簡単に構成することができるため、説明を省略する。

従って、設定時刻付近になるとタイマ１０５に蓄えられていた電荷が自己放電によって消費され、高感度整流器１０２及びリレー１０６に与えられる信号に変化が生じ、高感度整流器１０２からの信号によってリレー１０３が有効になり、主電源１０７からセンサ部１１０への電力供給が開始して無線センサ装置が起動状態に遷移する。また、起動時刻がセンシング時刻またはルーティング開始時刻の場合は、他の無線センサ装置からの信号が無いため高感度整流器１０２を使用できない。しかしながら、前述したようにリレー１０６が有効であるためタイマ１０５が切れた場合に、当該リレー１０６がリレー１０３を有効にして主電源１０７からセンサ部１１０への電力供給を開始し、無線センサ装置が起動状態に遷移する。

以上のように、センサネットワークを構成する各無線センサ装置において準備が完了すると、各無線センサ装置ではディスク１１２に記憶されているセンシング時刻またはルーティング開始時刻になると前述したようにタイマ１０５が切れ、リレー１０６がリレー１０３を有効にする。すると、主電源１０７からセンサ部１１０へ電力が供給され、無線センサ装置が起動状態に遷移する。本実施形態に係る無線センサ装置におけるセンシング処理は公知の手法を適用できるため説明を省略し、以下の説明ではルーティング処理を中心に述べる。

ルーティングを開始する無線センサ装置は、次の中継センサを起動させるために周囲の無線センサ装置に起動用信号を送信する。尚、この起動用信号は一定間隔で複数回送信されてもよい。起動用信号を受けて起動状態に遷移した中継センサは、起動確認応答を返信する。起動確認応答を受けた無線センサ装置は、自装置がセンシングして得た情報（以下、単にセンシング情報と称する）を返信する。センシング情報を受けた中継センサは、次の中継センサを同様に起動させてセンシング情報をサーバまで転送する。

センシング情報を得たサーバは、上記センシング情報をディスク１１２またはメモリ１１４に記憶する。次に、サーバの無線通信部１１３は、受信確認応答を発信元センサに向けて送信する。受信確認応答は、中継センサを経由して発信元センサに到達する。受信確認応答を受けた発信元センサは、ルーティング経路上のセンサを待機させるべく待機命令をサーバに向けて送信し、タイマ１０５を設定して待機状態に遷移する。以下、同様に中継センサも待機命令を転送し、タイマ１０５を設定して待機状態に遷移する。最後にサーバが待機命令を受け取り、タイマ１０５を設定して待機状態に遷移する。

以下、図９を用いて無線センサ装置Ｅによるルーティング処理を説明する。ルーティング時刻Ｔになると、ルーティングを開始する無線センサ装置Ｅのタイマ１０５が切れ、リレー１０６がリレー１０３を有効にして主電源１０７からセンサ部１１０への電力供給が開始し、無線センサ装置Ｅが起動状態に遷移する。

次に、無線センサ装置Ｅの無線通信部１１３は、無線センサ装置Ｇを起動させるために、周囲の無線センサ装置に起動用信号を送信する。無線センサ装置Ｇのタイマ１０５はルーティング時刻Ｔで切れているため、高感度整流器１０２は起動用信号を電力に変換してリレー１０３を有効にできる。従って、無線センサ装置Ｇの主電源１０７からセンサ部１１０への電力供給が開始し、無線センサ装置Ｇは起動状態に遷移する。なお、起動用信号は無線センサ装置Ｇ以外の無線センサ装置にも届き、高感度整流器１０２において電力に変換される可能性はあるが、前述したようにタイマ１０５の切れていない無線センサ装置は起動状態に遷移できない。即ち、ルーティング経路上に存在する無線センサ装置のみが起動する。

次に、無線センサ装置Ｇの無線通信部１１３は、無線センサ装置Ｅに起動確認応答を送信する。無線センサ装置Ｊは、無線センサ装置Ｇの無線通信部１１３の通信可能な範囲内に存在し、タイマ１０５もルーティング時刻Ｔで切れているため、無線センサ装置Ｇの起動確認応答によって起動状態に遷移する。

無線センサ装置Ｇからの起動確認応答を受信すると、無線センサ装置Ｅの無線通信部１１３はセンシング情報を無線センサ装置Ｇに送信する。無線センサ装置Ｅからのセンシング情報を受信すると、無線センサ装置Ｅの無線通信部１１３は起動用信号を無線センサ装置Ｊに送信する。尚、前述したように無線センサ装置Ｊは既に起動状態であるが、本実施形態に係る無線センサ装置では起動確認応答を受けてからセンシング情報を転送するため、各中継センサは起動用信号を送信する必要がある。

無線センサ装置Ｇからの起動用信号を受信すると、無線センサ装置Ｊの無線通信部１１３は起動確認応答を無線センサ装置Ｇに返信する。なお、この起動確認応答によってサーバＭが起動状態に遷移する。無線センサ装置Ｊからの起動確認応答を受信すると、無線センサ装置Ｇの無線通信部１１３は無線センサ装置Ｅのセンシング情報を転送する。

無線センサ装置Ｇからの上記センシング情報を受信すると、無線センサ装置Ｊの無線通信部１１３は起動用信号をサーバＭに送信し、サーバＭの無線通信部１１３は起動確認応答を返信する。サーバＭからの起動確認応答を受信すると、無線センサ装置Ｊの無線通信部１１３は上記センシング情報をサーバＭに転送する。サーバＭは上記センシング情報をディスク１１２またはメモリ１１４に記憶する。

次に、サーバＭの無線通信部１１３は受信確認応答を無線センサ装置Ｊに送信する。サーバＭからの受信確認応答を受信すると、無線センサ装置Ｊの無線通信部１１３は上記受信確認応答を無線センサ装置Ｇに転送し、無線センサ装置Ｇの無線通信部１１３は上記受信確認応答を無線センサ装置Ｅに転送する。

上記受信確認応答を受信すると、無線センサ装置Ｅの無線通信部１１３は待機命令を無線センサ装置Ｇに送信する。上記待機命令の送信後、現在時刻が次の起動時刻に達していなければ、無線センサ装置Ｅは前述したように待機状態に遷移する。

無線センサ装置Ｇの無線通信部１１３は上記待機命令を無線センサ装置Ｊに転送し、無線センサ装置Ｊの無線通信部１１３は上記待機命令をサーバＭに転送する。尚、上記待機命令の転送後、現在時刻が次の起動時刻に達していなければ、無線センサ装置Ｇ及びＪは前述したように待機状態に遷移する。また、上記待機命令を受信したサーバＭも、現在時刻が次に起動時刻に達していなければ、前述したように待機状態に遷移する。

以上説明したように本実施形態に係る無線センサ装置では、タイマ１０５によって起動時刻を管理し、動作が不要な時刻には主電源１０７からセンサ部１１０への電力供給を停止している。従って、本実施形態に係る無線センサ装置によれば無駄の少ない起動が行われ、センサネットワーク全体の消費電力を低減させることができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る無線センサ装置で構成されるセンサネットワークは、前述した第１の実施形態に係る無線センサ装置で構成されるセンサネットワークとルーティング時刻の共有処理及びルーティング処理が異なる。以下の説明では、上記ルーティング時刻の共有処理及びルーティング処理を中心に述べる。

本実施形態に係る無線センサ装置で構成されるセンサネットワークでは、ルーティング経路上の無線センサ装置は、ルーティング参加時刻を所定時間ｔずつずらして共有する。具体的には、まずルーティングを開始する無線センサ装置のＣＰＵ１１１が所定時間ｔを決定する。ここで、この所定時間ｔは、無線センサ装置が待機状態から起動状態に遷移するまでに要する時間よりも長い時間とする。次に、上記無線センサ装置の無線通信部１１３は、経路情報に従って第１の中継センサにルーティング時刻Ｔ及び所定時間ｔを送信する。

第１の中継センサのＣＰＵ１１１は、受信したルーティング時刻Ｔをルーティング参加時刻としてディスク１１２またはメモリ１１４に記憶する。次に、この第１の中継センサの無線通信部１１３は、第２の中継センサにルーティング時刻Ｔ及び所定時間ｔを送信する。

第２の中継センサのＣＰＵ１１１は、受信したルーティング時刻Ｔに所定時間ｔを加算したルーティング時刻（Ｔ＋ｔ）をルーティング参加時刻としてディスク１１２またはメモリ１１４に記憶する。

次に、この第２の中継センサの無線通信部１１３は、第３の中継センサにルーティング時刻（Ｔ＋ｔ）及び所定時間ｔを送信する。以降、中継センサを経由する毎にルーティング時刻に所定時間ｔが加算される。従って、中継センサの数をｎとすると、サーバのディスク１１２またはメモリ１１４に記憶されるルーティング参加時刻は（Ｔ＋ｎｔ）となる。

以下、図１０を用いて無線センサ装置Ｅによるルーティング時刻の共有処理を説明する。まず、無線センサ装置ＥのＣＰＵ１１１が所定時間ｔを決定する。次に、無線センサ装置Ｅの無線通信部１１３は、経路情報に従って無線センサ装置Ｇにルーティング時刻Ｔ及び所定時間ｔを送信する。

ルーティング時刻Ｔ及び所定時間ｔを受信すると、無線センサ装置ＧのＣＰＵ１１１は、ルーティング時刻Ｔをルーティング参加時刻としてディスク１１２またはメモリ１１４に記憶する。次に、無線センサ装置Ｇの無線通信部１１３は、経路情報に従って無線センサ装置Ｊにルーティング時刻Ｔ及び所定時間ｔを送信する。

ルーティング時刻Ｔ及び所定時間ｔを受信すると、無線センサ装置ＪのＣＰＵ１１１は、ルーティング時刻Ｔと所定時間ｔの加算値（Ｔ＋ｔ）をルーティング参加時刻としてディスク１１２またはメモリ１１４に記憶する。次に、無線センサ装置Ｊの無線通信部１１３は、経路情報に従ってサーバＭにルーティング時刻（Ｔ＋ｔ）及び所定時間ｔを送信する。

ルーティング時刻（Ｔ＋ｔ）及び所定時間ｔを受信すると、サーバＭのＣＰＵ１１１は、ルーティング時刻（Ｔ＋ｔ）と所定時間ｔの加算値（Ｔ＋２ｔ）をルーティング参加時刻としてディスク１１２またはメモリ１１４に記憶する。次に、サーバＭの無線通信部１１３は、経路情報に従って無線センサ装置Ｊに確認応答を送信する。

無線センサ装置Ｊの無線通信部１１３は経路情報に従って無線センサ装置Ｇに上記確認応答を転送し、無線センサ装置Ｇの無線通信部１１３は経路情報に従って無線センサ装置Ｅに上記確認応答を転送する。無線センサ装置Ｅが上記確認応答を受信すると、当該無線センサ装置Ｅに関するルーティング時刻の共有処理が完了する。

次に、本実施形態に係る無線センサ装置で構成されるセンサネットワークのルーティング処理について説明する。各無線センサ装置の無線通信部１１３は、前述した起動確認応答を受信してから上記所定時間ｔの間隔を空けてセンシング情報を送信する。以下、図１１を用いて無線センサ装置Ｅによるルーティング処理を説明する。

ルーティング開始時刻Ｔになると、無線センサ装置Ｅのタイマ１０５が切れ、リレー１０６によってリレー１０３が有効となり、主電源１０７からセンサ部１１０へ電力が供給され、無線センサ装置Ｅは起動状態に遷移する。無線センサ装置Ｅの無線通信部１１３は、経路情報に従って無線センサ装置Ｇに起動用信号を送信する。

無線センサ装置Ｇのタイマ１０５は時刻Ｔで既に切れていて、高感度整流器１０２の出力が有効であるため、高感度整流器１０２はアンテナ１０１にて受信された上記起動用信号を変換した電力を用いてリレー１０３を有効にする。すると、無線センサ装置Ｇの主電源１０７からセンサ部１１０に電力が供給され、無線センサ装置Ｇは起動状態に遷移する。

次に、無線センサ装置Ｇの無線通信部１１３は、無線センサ装置Ｅに起動確認応答を返信する。前述した第１の実施形態では、この起動確認応答によって無線センサ装置Ｊが起動状態に遷移していた。しかしながら、本実施形態では無線センサ装置Ｊのルーティング参加時刻は（Ｔ＋ｔ）であるため、タイマ１０５は切れておらず、無線センサ装置Ｊが起動状態に遷移することはない。

起動確認応答を受信すると、無線センサ装置Ｅの無線通信部１１３は所定時間ｔの経過を待ってからセンシング情報を経路情報に従って無線センサ装置Ｇに送信する。ここで、無線センサ装置Ｅが所定時間ｔの経過を待つのは、無線センサ装置Ｊが無線センサ装置Ｇからの起動用信号を受信する時点で当該無線センサ装置Ｊのタイマ１０５が確実に切れるようにするためである。

上記センシング情報を受信すると、無線センサ装置Ｇの無線通信部１１３は経路情報に従って無線センサ装置Ｊに起動用信号を送信する。前述したように、無線センサ装置Ｇは時刻Ｔ以降に起動状態となり、その後無線センサ装置Ｅが所定時間ｔ待っているため、上記起動用信号を受信した時点で無線センサ装置Ｊのルーティング参加時刻（Ｔ＋ｔ）は確実に経過しており、当該無線センサ装置Ｊのタイマ１０５は切れている。従って、無線センサ装置Ｊの高感度整流器１０２はアンテナ１０１にて受信した上記起動用信号を変換した電力を用いてリレー１０３を有効にし、主電源１０７からセンサ部１１０へ電力が供給され、無線センサ装置Ｊは起動状態に遷移する。

次に、無線センサ装置Ｊの無線通信部１１３は、無線センサ装置Ｇに起動確認応答を返信する。前述した第１の実施形態では、この起動確認応答によってサーバＭが起動状態に遷移していた。しかしながら、本実施形態ではサーバＭのルーティング参加時刻は（Ｔ＋２ｔ）であるため、タイマ１０５は切れておらず、サーバＭが起動状態に遷移することはない。

起動確認応答を受信すると、無線センサ装置Ｇの無線通信部１１３は所定時間ｔの経過を待ってから上記センシング情報を経路情報に従って無線センサ装置Ｊに転送する。ここで、無線センサ装置Ｇが所定時間ｔの経過を待つのは前述した理由と同様にサーバＭのタイマ１０５が確実に切れるようにするためである。

上記センシング情報を受信すると、無線センサ装置Ｊの無線通信部１１３は経路情報に従ってサーバＭに起動用信号を送信する。前述したようにこの時点で時刻（Ｔ＋２ｔ）が経過しているため、サーバＭのタイマ１０５は切れている。従って、サーバＭの高感度整流器１０２はアンテナ１０１にて受信した上記起動用信号を変換した電力を用いてリレー１０３を有効にし、主電源１０７からセンサ部１１０へ電力が供給され、サーバＭは起動状態に遷移する。

次に、サーバＭの無線通信部１１３は、無線センサ装置Ｊに起動確認応答を返信する。起動確認応答を受信すると、無線センサ装置Ｊの無線通信部１１３は所定時間ｔの経過を待ってから上記センシング情報を経路情報に従ってサーバＭに転送する。サーバＭのＣＰＵ１１１は上記センシング情報をディスク１１２またはメモリ１１４に記憶する。以降の処理は前述した第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

以上説明したように、本実施形態に係る無線センサ装置では、所定時間ｔずつずらしてルーティング参加時刻を共有し、また起動確認応答の受信から上記所定時間ｔ待ってセンシング情報を送信するようにしている。従って、本実施形態によればルーティングに参加する無線センサ装置は、自装置が実際にセンシング情報を受信する直前まで待機状態を維持することが可能となり、前述した第１の実施形態に比べてネットワーク全体での消費電力を更に低減させることができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る無線センサ装置で構成されるセンサネットワークでは、前述した第２の実施形態に係る無線センサ装置で構成されるセンサネットワークとルーティング処理が異なる。以下の説明では、上記ルーティング処理を中心に述べる。

前述した第２の実施形態に係る無線センサ装置で構成されるセンサネットワークでは、ルーティングを開始した無線センサ装置がサーバに向けて待機命令を送信してルーティング経路上の無線センサ装置を待機状態に遷移させていた。しかしながら、このルーティング経路上の無線センサ装置が同時に他のルーティングにも参加している場合、当該無線センサ装置が上記待機命令に従ってしまうと上記他のルーティング処理が正しく行われない。

従って、本実施形態に係る無線センサ装置は、センシング情報、受信確認応答及び待機命令にルーティング識別子を付与する。各無線センサ装置はセンシング情報を送受信する際に上記ルーティング識別子をディスク１１２またはメモリ１１４に記憶し、上記待機命令を送受信する際に上記ルーティング識別子をディスク１１２またはメモリ１１４から削除することにより、自装置が参加しているルーティング処理の完了／未完了を把握する。即ち、各無線センサ装置は、上記ルーティング識別子がディスク１１２またはメモリ１１４に残っている場合、待機状態に遷移せずに次の待機命令を待つ。

以下、図１２を用いて無線センサ装置Ｅ及びＫによるルーティング処理を説明する。尚、無線センサ装置Ｋについても、無線センサ装置Ｅと同様の手法により既に経路情報（無線センサ装置Ｋ→無線センサ装置Ｊ→サーバＭ）を作成し、ルーティング時刻Ｔ２の共有処理が済んでいるものとする。

次に、無線センサ装置Ｇの無線通信部１１３は、無線センサ装置Ｅに起動確認応答を返信する。起動確認応答を受信すると、無線センサ装置Ｅの無線通信部１１３は所定時間ｔの経過を待ってからルーティング識別子（１）を付加したセンシング情報（１）を経路情報に従って無線センサ装置Ｇに送信する。ここで、例えば無線センサ装置ＥのセンサＩＤが上記ルーティング識別子（１）として用いられる。また、無線センサ装置ＥのＣＰＵ１１１は、上記ルーティング識別子（１）をディスク１１２またはメモリ１１４に記憶する。

上記センシング情報（１）を受信すると、無線センサ装置ＧのＣＰＵ１１１は当該センシング情報（１）に付加されているルーティング識別子（１）をディスク１１２またはメモリ１１４に記憶する。次に、無線センサ装置Ｇの無線通信部１１３は経路情報に従って無線センサ装置Ｊに起動用信号を送信する。無線センサ装置Ｊの高感度整流器１０２はアンテナ１０１にて受信した上記起動用信号を変換した電力を用いてリレー１０３を有効にし、主電源１０７からセンサ部１１０へ電力が供給され、無線センサ装置Ｊは起動状態に遷移する。

次に、無線センサ装置Ｊの無線通信部１１３は、無線センサ装置Ｇに起動確認応答を返信する。起動確認応答を受信すると、無線センサ装置Ｇの無線通信部１１３は所定時間ｔの経過を待ってから上記センシング情報（１）を経路情報に従って無線センサ装置Ｊに転送する。

上記センシング情報（１）を受信すると、無線センサ装置ＪのＣＰＵ１１１は当該センシング情報（１）に付加されているルーティング識別子（１）をディスク１１２またはメモリ１１４に記憶する。次に、無線センサ装置Ｊの無線通信部１１３は経路情報に従ってサーバＭに起動用信号を送信する。サーバＭの高感度整流器１０２はアンテナ１０１にて受信した上記起動用信号を変換した電力を用いてリレー１０３を有効にし、主電源１０７からセンサ部１１０へ電力が供給され、サーバＭは起動状態に遷移する。

次に、サーバＭの無線通信部１１３は、無線センサ装置Ｊに起動確認応答を返信する。起動確認応答を受信すると、無線センサ装置Ｊの無線通信部１１３は所定時間ｔの経過を待ってから上記センシング情報（１）を経路情報に従ってサーバＭに転送する。サーバＭのＣＰＵ１１１は上記センシング情報（１）及び当該センシング情報（１）に付加されているルーティング識別子（１）をディスク１１２またはメモリ１１４に記憶する。ここで、無線センサ装置Ｋのルーティング開始時刻Ｔ２が到来したとする。

ルーティング開始時刻Ｔ２が到来したため無線センサ装置Ｋのタイマ１０５が切れ、リレー１０６によってリレー１０３が有効となり、主電源１０７からセンサ部１１０へ電力が供給され、無線センサ装置Ｋは起動状態に遷移する。無線センサ装置Ｋの無線通信部１１３は、経路情報に従って無線センサ装置Ｊに起動用信号を送信する。

起動用信号を受信すると、無線センサ装置Ｊの無線通信部１１３は、無線センサ装置Ｋに起動確認応答を返信する。起動確認応答を受信すると、無線センサ装置Ｋの無線通信部１１３は所定時間ｔの経過を待ってからルーティング識別子（２）を付加したセンシング情報（２）を経路情報に従って無線センサ装置Ｊに送信する。

上記センシング情報（２）を受信すると、無線センサ装置ＪのＣＰＵ１１１は当該センシング情報（２）に付加されているルーティング識別子（２）をディスク１１２またはメモリ１１４に記憶する。次に、無線センサ装置Ｊの無線通信部１１３は経路情報に従ってサーバＭに起動用信号を送信する。

起動用信号を受信すると、サーバＭの無線通信部１１３は無線センサ装置Ｊに起動確認応答を返信する。起動確認応答を受信すると、無線センサ装置Ｊの無線通信部１１３は所定時間ｔの経過を待ってから上記センシング情報（２）を経路情報に従ってサーバＭに転送する。サーバＭのＣＰＵ１１１は上記センシング情報（２）及び当該センシング情報（２）に付加されているルーティング識別子（２）をディスク１１２またはメモリ１１４に記憶する。

次に、サーバＭの無線通信部１１３は上記センシング情報（１）のルーティング識別子（１）を付加した受信確認応答（１）を経路情報に従って無線センサ装置Ｊに送信する。サーバＭからの受信確認応答（１）を受信すると、無線センサ装置Ｊの無線通信部１１３は上記受信確認応答（１）を無線センサ装置Ｇに転送し、無線センサ装置Ｇの無線通信部１１３は上記受信確認応答（１）を無線センサ装置Ｅに転送する。

受信確認応答（１）を受信すると、無線センサ装置Ｅの無線通信部１１３は当該受信確認応答（１）のルーティング識別子（１）を付加した待機命令（１）を経路情報に従って無線センサ装置Ｇに送信する。また、無線センサ装置ＥのＣＰＵ１１１は上記ルーティング識別子（１）をディスク１１２またはメモリ１１４から削除し、前述した待機処理を行う。

無線センサ装置Ｅから待機命令（１）を受信すると、無線センサ装置Ｇの無線通信部１１３は当該待機命令（１）を経路情報に従って無線センサ装置Ｊに転送する。また、無線センサ装置ＧのＣＰＵ１１１は上記ルーティング識別子（１）をディスク１１２またはメモリ１１４から削除し、前述した待機処理を行う。

無線センサ装置Ｇから待機命令（１）を受信すると、無線センサ装置Ｊの無線通信部１１３は当該待機命令（１）を経路情報に従ってサーバＭに転送する。また、無線センサ装置ＪのＣＰＵ１１１は上記ルーティング識別子（１）をディスク１１２またはメモリ１１４から削除するが、ルーティング識別子（２）が残っているため、待機処理を行わずに次の待機命令を待つ。

無線センサ装置Ｊから待機命令（１）を受信すると、サーバＭのＣＰＵ１１１は上記ルーティング識別子（１）をディスク１１２またはメモリ１１４から削除するが、ルーティング識別子（２）が残っているため、待機処理を行わずに次の待機命令を待つ。また、サーバＭの無線通信部１１３は上記センシング情報（２）のルーティング識別子（２）を付加した受信確認応答（２）を経路情報に従って無線センサ装置Ｊに送信する。無線センサ装置Ｊの無線通信部１１３は上記受信確認応答（２）を無線センサ装置Ｋに転送する。

受信確認応答（２）を受信すると、無線センサ装置Ｋの無線通信部１１３は当該受信確認応答（２）のルーティング識別子（２）を付加した待機命令（２）を経路情報に従って無線センサ装置Ｊに送信する。また、無線センサ装置ＫのＣＰＵ１１１は上記ルーティング識別子（２）をディスク１１２またはメモリ１１４から削除し、前述した待機処理を行う。

無線センサ装置Ｋから待機命令（２）を受信すると、無線センサ装置Ｊの無線通信部１１３は当該待機命令（２）を経路情報に従ってサーバＭに転送する。また、無線センサ装置ＪのＣＰＵ１１１は上記ルーティング識別子（２）をディスク１１２またはメモリ１１４から削除し、前述した待機処理を行う。

無線センサ装置Ｊから待機命令（２）を受信すると、サーバＭのＣＰＵ１１１は上記ルーティング識別子（２）をディスク１１２またはメモリ１１４から削除し、前述した待機処理を行う。

以上説明したように、本実施形態に係る無線装置で構成されるセンサネットワークでは、同時に複数のルーティング処理が行われる場合でも、全てのルーティング処理が完了するまでルーティング経路上の無線センサ装置は待機状態に遷移しない。従って、本実施形態に係る無線センサ装置によれば、より信頼度の高いセンサネットワークを構成できる。

なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また上記各実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる。また例えば、各実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除した構成も考えられる。さらに、異なる実施形態に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。

第１の実施形態に係る無線センサ装置を示すブロック図。図１に示す無線センサ装置で構成されるセンサネットワークの一例を示す図。図２に示すセンサネットワークにおける経路情報の作成の様子を示す図。図２に示すセンサネットワークにおける経路情報の作成の流れを示すシーケンス図。図４に示す経路情報のデータ構造の一例を示す図。図２に示すセンサネットワークにおけるルーティング時刻の共有の様子を示す図。図２に示すセンサネットワークにおけるルーティング時刻の共有の流れを示すシーケンス図。図２に示すセンサネットワークにおけるセンサの一斉待機処理の流れを示すシーケンス図。図２に示すセンサネットワークにおけるルーティング処理の流れを示すシーケンス図。第２の実施形態に係る無線センサ装置で構成されるセンサネットワークにおけるルーティング時刻の共有の流れを示すシーケンス図。第２の実施形態に係る無線センサ装置で構成されるセンサネットワークにおけるルーティング処理の流れを示すシーケンス図。第３の実施形態に係る無線センサ装置で構成されるセンサネットワークにおけるルーティング処理の流れを示すシーケンス図。

符号の説明

１０１・・・アンテナ
１０２・・・高感度整流器
１０３・・・リレー
１０４・・・リレー
１０５・・・タイマ
１０６・・・リレー
１０７・・・主電源
１１０・・・センサ部
１１１・・・ＣＰＵ
１１２・・・ディスク
１１３・・・無線通信部
１１４・・・メモリ

Claims

センサネットワークを構成する無線センサ装置において、
主電源と、
前記主電源からの電力供給を受けて動作し、センシング及びセンシングにより得られる第１センシング情報を経路情報に従ってサーバに向けて送信する第１のルーティング及び他の無線センサ装置からの第２センシング情報を前記経路情報に従って前記サーバに向けて送信する第２のルーティングを行うセンサ部と、
前記主電源から供給される電荷を蓄積するキャパシタを含み、該キャパシタの自己放電を利用して限時動作を行うタイマと、
前記タイマが所定時刻に前記限時動作を行うように前記主電源から前記タイマへの電荷の供給を制御する第１の制御スイッチと、
前記他の無線センサ装置からの無線信号を電力に変換して制御信号を出力する整流器と、
前記タイマが前記限時動作の状態にあるとき前記制御信号を受けると前記主電源から前記センサ部への電力供給を開始させる第２の制御スイッチと
を具備することを特徴とする無線センサ装置。
前記第１の制御スイッチは前記センサ部が前記センシングを行う第１時刻または前記第１のルーティングを行う第２時刻に前記タイマが前記限時動作を行うように、前記主電源から前記タイマへの電荷の供給を制御し、
前記タイマが前記限時動作を行うまでは前記主電源から前記センサ部への電力供給を停止させ、前記タイマが前記限時動作を行うと前記主電源から前記センサ部への電力供給を開始させる第３の制御スイッチを更に具備することを特徴とする請求項１記載の無線センサ装置。
前記第１の制御スイッチは前記センサ部が前記第２のルーティングを行う第３時刻に前記タイマが前記限時動作を行うように、前記主電源から前記タイマへの電荷の供給を制御し、
前記第２の制御スイッチは前記タイマが前記限時動作を行うまでは前記主電源から前記センサ部への電力供給を停止させ、前記タイマが前記限時動作を行うと前記主電源から前記センサ部への電力供給を開始させることを特徴とする請求項１記載の無線センサ装置。
前記第３時刻は、前記第２のルーティングの経路上で１つ前に存在する他の無線センサ装置の第３時刻よりも所定時間遅く、
前記センサ部は、前記経路上で１つ後に存在する他の無線センサ装置の起動を確認すると前記所定時間待ってから前記第２のセンシング情報を送信することを特徴とする請求項３記載の無線センサ装置。
前記センサ部が、前記第１または第２のルーティングの経路上で１つ前に存在する他の無線センサ装置から待機命令を受信すると、
前記第１の制御スイッチは前記センサ部が前記センシングまたは前記第１または第２のルーティングを行う時刻に前記タイマが前記限時動作を行うように、前記主電源から前記タイマへの電荷の供給を制御し、
前記第２の制御スイッチは前記主電源からセンサ部への電力供給を停止させることを特徴とする請求項１記載の無線センサ装置。
前記センサ部が同時に行っている複数の前記第１または第２のルーティングの経路上で１つ前に存在する全ての他装置から待機命令を受信すると、
前記第１の制御スイッチは前記センサ部が前記センシングまたは前記第１または第２のルーティングを行う時刻に前記タイマが前記限時動作を行うように、前記主電源から前記タイマへの電荷の供給を制御し、
前記第２の制御スイッチは前記主電源からセンサ部への電力供給を停止させることを特徴とする請求項１記載の無線センサ装置。
主電源と、前記主電源からの電力供給を受けて動作し、センシング及びセンシングにより得られる第１センシング情報を経路情報に従ってサーバに向けて送信する第１のルーティング及び他の無線センサ装置からの第２センシング情報を前記経路情報に従って前記サーバに向けて送信する第２のルーティングを行うセンサ部とを備え、センサネットワークを構成する無線センサ装置の起動制御方法において、
前記主電源から供給される電荷を蓄積するキャパシタを含み、該キャパシタの自己放電を利用して限時動作を行うタイマが所定時刻に前記限時動作を行うように前記主電源から前記タイマへの電荷の供給を制御し、
前記他の無線センサ装置からの無線信号を電力に変換して制御信号を出力し、
前記タイマが前記限時動作の状態にあるとき前記制御信号を受けると前記主電源から前記センサ部への電力供給を開始させる
ことを特徴とする無線センサ装置の起動制御方法。