JP5267356B2 - センサーネットワークシステム - Google Patents

Description

本発明は、プラント等の各所において自動的に計測・制御を行うための技術に関する。

近年、情報通信分野から計測・制御分野への無線通信の適用拡大が進んでいる。これはセンサーネットワークとも呼ばれ、ＨＡＲＴ協会におけるＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴやＩＳＡ１００委員会におけるＩＳＡ１００．１１ａ等の標準規格の策定も進展している。これらの標準規格は、プラント等における計測・制御機器のデータ伝送への無線通信の適用を念頭に置いたものである。これらの標準規格では、メッシュネットワーク構成、時分割多重（ＴＤＭＡ）によるアクセス方式を採用しつつ、フィールドの計測・制御機器毎に異なる計測周期を設定し、これをセンター（システムマネージャー）がメッシュネットワークのトポロジー（各計測・制御機器に対して通信を行う際の中継経路）とともに管理する。

プラントを含む工業環境において無線通信システムを導入する場合、課題となるのが計測・制御機器（無線端末）の電源の調達方法である。データ伝送に無線を利用するのに、電源は別途、系統から有線により供給することは好まれない。また、電池による駆動についても、例えば、プラント内の無線端末の設置台数が数千台以上に及ぶことを考慮すると、電池交換にかかる工数も無視できないことになり、これも避けられるべきである。

このような背景のもと、昨今、環境発電もしくはエネルギーハーベスト技術と呼ばれるものの適用が検討され始めている。環境発電とは、文字通り、無線端末の設置環境に存在するエネルギーを回収して電気に変換することにより、無線端末を駆動しようとするものである。太陽光、振動、熱、環境電磁波（携帯電話基地局、放送局等から放射される電磁波）等が環境発電におけるエネルギー源として検討されている。

特開２００５−１８２６４３号公報 特開２００４−３５５１６４号公報 特開２００２−１１８４８０号公報 特開２００８−２２７６１２号公報

環境発電を利用した無線端末もしくは無線システムについては、特許文献１〜３等において提案されている。これらの文献における提案は、無線端末の設置場所において環境発電により十分な電力を供給できることを前提としている。しかしながら、環境発電は、その設置環境や時刻等により、供給可能な電力量は変動するものである。例えば、太陽光の場合、発電量は、太陽電池パネルの面積だけでなく、設置場所、時刻（昼／夜）、季節に依存する。また、振動の場合には、振動源として例えばモータに設置すると、発電量はモータのＯＮ／ＯＦＦだけでなく、回転数（周波数）にも依存する。従って、無線端末の電力不足が生じる可能性があり、正常な計測・制御が行えなくなる可能性がある。

一方、環境発電の発電量に応じて適応的に制御する無線システムに関しては、特許文献４が提案されている。これは、太陽電池を駆動電源とする複数の無線機によりメッシュネットワークを構成する無線通信システムにおいて、太陽電池の発電量が予想消費電力以下となった無線機が、接続経路を周囲の他の無線機に自律的に切り替えることにより、消費電力の均一化を図るものである。

しかしながら、工業環境に適用されるセンサーネットワークにおいては、フィールドに設置される計測・制御機器毎に消費電力や接続される環境発電装置は異なるものであり、接続経路の変更のみによってネットワークに存在する全ての端末の消費電力を管理もしくは制御することには限界があるという問題があった。

本発明は上記の従来の問題点に鑑み提案されたものであり、その目的とするところは、工業用途へのセンサーネットワークについて、端末の電源を環境発電により供給する場合に、ネットワーク内の各端末の消費電力を適切に制御しつつ、各端末の動作状態をセンター側で集中的に管理することを可能としたセンサーネットワークシステムを提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明にあっては、無線通信機能を有し、環境発電装置により個々に駆動される複数のセンサーネットワーク端末と、当該センサーネットワーク端末のいずれかと有線接続されたシステムマネージャーとを備えたセンサーネットワークシステムであって、前記センサーネットワーク端末は、接続されている前記環境発電装置の発電量および蓄電量を検出する手段と、検出した発電量および蓄電量を前記システムマネージャーに伝送する手段と、前記システムマネージャーから伝送された計測周期に基づいて計測周期の設定を変更する手段とを備え、前記システムマネージャーは、前記センサーネットワーク端末から得た発電量および蓄電量をもとに、当該センサーネットワーク端末の計測周期を演算する手段と、演算結果を設定値として当該センサーネットワーク端末に伝送する手段とを備え、前記計測周期を演算する手段は、蓄電量の現在値Ｑ（ｔ _ｎ ）と前回値Ｑ（ｔ _ｎ−１ ）から差分αをα＝Ｑ（ｔ _ｎ ）−Ｑ（ｔ _ｎ−１ ）により演算し、差分αが正の値である場合に、蓄電量の現在値Ｑ（ｔ _ｎ ）と最大値Ｑ _ｍａｘ から比率βをβ＝Ｑ（ｔ _ｎ ）／Ｑ _ｍａｘ により演算し、比率βが所定の閾値よりも大きい場合に計測周期を所定値の範囲で短く設定し、差分αが負の値である場合に、発電量の現在値Ｐ（ｔ _ｎ ）と差分αと現在の計測周期Ｔ _ｏｌｄ から、新たな計測周期Ｔ _ｎｅｗ を（Ｐ（ｔ _ｎ ）・Ｔ _ｏｌｄ −α）／Ｐ（ｔ _ｎ ）より長い値で、かつ所定の範囲内の値に設定するようにしている。

本発明のセンサーネットワークシステムにあっては、環境発電を利用する各センサーネットワーク端末の消費電力を適切に制御しつつ、各端末の動作状態をセンターにて集中的に管理することにより、特に工業用途に求められる計測・制御システムの一元管理および最適運用が可能となる。

本発明の一実施形態にかかるセンサーネットワークシステムの構成例を示す図である。 センサーネットワーク端末の内部構成例を示す図である。 電力調整部の内部構成例を示す図である。 メモリに格納される電力データの構造例を示す図である。 システムマネージャーの内部機能ブロック構成例を示す図である。 システムマネージャーのハードウェア構成例を示す図である。 通信のパケット構成例を示す図である。 実施形態の全体的な処理例を示すフローチャートである。 計測データ・電力データの受信および制御の処理例を示すシーケンス図である。 計測周期の演算・変更の処理例を示すフローチャートである。 計測周期の演算・変更の処理例を示すシーケンス図である。 中継経路の選択の処理例を示すフローチャートである。 中継経路の選択・変更の処理例を示すシーケンス図である。

以下、本発明の好適な実施形態につき説明する。

＜構成＞
図１は本発明の一実施形態にかかるセンサーネットワークシステムの構成例を示す図である。なお、メッシュ型のネットワーク構成について図示しているが、スター型トポロジーのネットワーク構成に対しても適用可能である。

図１において、センサーネットワーク端末１Ａ〜１Ｈは計測・制御の目的に応じてプラント等の適所に配置されており、近隣の端末間で相互に無線により通信を行うようになっている。これらのうち、有線ネットワークが敷設された場所に配置されるセンサーネットワーク端末１Ｈは、有線ネットワークによりシステムマネージャー２と接続されている。

また、センサーネットワーク端末１Ａ〜１Ｈは、そのネットワークトポロジー上の配置から、中継端末とエンド端末とに分類される。中継端末とは、他のセンサーネットワーク端末のデータ伝送を中継する役割を果たす端末である。エンド端末とは、いずれのセンサーネットワーク端末の中継端末としても機能しない端末である。更に、エンド端末は必ず計測・制御の機能を有しているが、中継端末には計測・制御の機能を有しているものとそうでないものとが存在する。より細かくは、計測のみ、あるいは制御のみの場合もある。ここで、計測とは、何らかの物理量を測定し、システムマネージャー２に通知することをいう。制御とは、システムマネージャー２からの指示に基づき、外部機器に対する制御信号の出力やアクチュエータによる動作等を行うことをいう。

図２はセンサーネットワーク端末１（１Ａ〜１Ｈ）の内部構成例を示す図である。

図２において、センサーネットワーク端末１は、環境エネルギー源から電力を得る環境発電装置１１と、無線通信および計測・制御を司る無線センサーノード１２と、電波の入出力を行うアンテナ１３とを備えている。

環境発電装置１１は、環境エネルギー源から発電を行う発電部１１１と、負荷への電力の供給・蓄電を制御するための電力調整部１１２と、発電した電力を一時的に貯蔵するための蓄電部１１３とを備えている。図中の太線矢印は電力の流れを、細線矢印は制御の流れを、それぞれ示している。

図３は環境発電装置１１の電力調整部１１２の内部構成例を示す図である。

図３において、電力調整部１１２は、制御部１１２１とメモリ１１２２と検出部１１２３と切替部１１２４と定電圧部１１２５とを備えている。

制御部１１２１は、電力調整部１１２における主たる制御動作を行い、電力データ（発電・蓄電パラメータ）を取得してメモリ１１２２に格納し、無線センサーノード１２からの要求に応じて電力データを提供する機能を有している。図４はメモリ１１２２に格納される電力データの構造例を示す図であり、発電についての発電種類、最大値、平均値、現在値と、蓄電についての最大値（最大容量）、現在値等の項目を含んでいる。このうち、発電についての発電種類、最大値と、蓄電部の最大値については、予め設定されているものとする。

図３に戻り、検出部１１２３は、発電部１１１の出力電圧や出力電流から発電量を検出し、制御部１１２１に出力する機能を有している。蓄電部１１３にも同様の検出部（図示せず）が設けられており、蓄電量を制御部１１２１に出力している。

切替部１１２４は、制御部１１２１からの指令により、発電部１１１、蓄電部１１３および定電圧部１１２５の接続を切り替える。具体的には、無線センサーノード１２が非稼動状態の時には、発電部１１１にて発電された電力は、蓄電部１１３へ入力されるようにし、無線センサーノード１２が稼動状態の時には、その時点における発電部１１１の発電量に応じて発電部１１１、蓄電部１１３もしくはこれら両方を定電圧部１１２５に接続する。

定電圧部１１２５は、無線センサーノード１２へ供給する電力を定電圧に変換する機能を有している。

図２に戻り、無線センサーノード１２は、計測部１２１と制御実行部１２２と無線データ送受信部１２３と有線データ送受信部１２４と中継部１２５と計測周期設定部１２６と中継経路設定部１２７とを備えている。

計測部１２１は、計測の対象となる物理量をデータとして取得する機能を有している。計測を行わないセンサーネットワーク端末である場合には、計測部１２１は不要となる。

制御実行部１２２は、外部機器に対する制御信号の出力やアクチュエータによる動作等を行う機能を有している。制御を行わないセンサーネットワーク端末である場合には、制御実行部１２２は不要となる。

無線データ送受信部１２３は、隣接する他のセンサーネットワーク端末との間で無線通信によるデータ伝送を行う機能を有している。

有線データ送受信部１２４は、有線ネットワークで接続されたシステムマネージャー２等との間でデータ伝送を行う機能を有している。有線ネットワークとの接続を行わないセンサーネットワーク端末である場合は、有線データ送受信部１２４は不要となる。

中継部１２５は、無線データ送受信部１２３もしくは有線データ送受信部１２４により受信したパケットが他の端末を行先とする場合にパケットの転送を行う機能を有している。

計測周期設定部１２６は、システムマネージャー２からの指示に従い、計測部１２１に対して計測周期を設定する機能を有している。計測部１２１は内部的に計測周期を保持し、その計測周期に基づいて計測の実行および計測データの送信を行う。

中継経路設定部１２７は、システムマネージャー２からの指示に従い、無線データ送受信部１２３に対して中継経路を設定する機能を有している。無線データ送受信部１２３は内部的に経路データを保持し、システムマネージャー２へのパケット送信時に使用する。

図５はシステムマネージャー２の内部機能ブロック構成例を示す図である。

図５において、システムマネージャー２は、計測・制御管理部２０１と電力データ管理部２０２と計測周期演算部２０３と中継経路選択部２０４とデータベース２０５とを備えている。

計測・制御管理部２０１は、センサーネットワーク端末１による計測と制御を管理する部分であり、センサーネットワーク端末１から報告された計測データをデータベース２０５に格納するとともに、センサーネットワーク端末１に対して制御を指示する機能を有している。データベース２０５に格納される計測データは、計測対象に応じた種々の形式を持つ。

電力データ管理部２０２は、計測データの報告と同時に通知されるエンド端末および中継端末の電力データをデータベース２０５に格納する機能を有している。データベース２０５に格納される電力データは、図４に示したデータが端末毎に過去の所定期間分にわたり、取得日時データと対応付けて管理されるものである。

計測周期演算部２０３は、データベース２０５に格納された各センサーネットワーク端末１の電力データに基づいて、計測周期の変更が必要であるか否か判断するとともに、変更する場合には計測周期を演算する機能を有している。

中継経路選択部２０４は、データベース２０５に格納された経路データと、経路に含まれるセンサーネットワーク端末１の電力データに基づいて、中継経路の変更が必要であるか否か判断するとともに、変更する場合には中継経路を選択する機能を有している。経路データは、各センサーネットワーク端末１が周囲と自律的に通信を試みることにより、通信が可能な他のセンサーネットワーク端末１の識別子を集計したものであり、システムマネージャー２と測定を行うセンサーネットワーク端末１との間の中継経路がデータベース２０５に格納されている。例えば、システムマネージャー２とセンサーネットワーク端末１Ｃ（Ｃ）との間につき、「Ｈ←→Ｅ←→Ｆ←→Ｃ」と「Ｈ←→Ｇ←→Ｆ←→Ｃ」の２つの経路が設定されている。

図６はシステムマネージャー２のハードウェア構成例を示す図である。

図６において、システムマネージャー２は、システムバス２１に接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）２２、ＲＯＭ（Read Only Memory）２３、ＲＡＭ（Random Access Memory）２４、ＮＶＲＡＭ（Non-Volatile Random Access Memory）２５、Ｉ／Ｆ（Interface）２６を備えている。また、Ｉ／Ｆ２６に接続された、キーボード、マウス、モニタ、ＣＤ／ＤＶＤ（Compact Disk/Digital Versatile Disk）ドライブ等のＩ／Ｏ（Input/Output Device）２７、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）２８、ＮＩＣ（Network Interface Card）２９等を備えている。Ｍはプログラムもしくはデータが格納されたＣＤ／ＤＶＤ等のメディア（記録媒体）である。

図７は通信のパケット構成例を示す図である。ここではセンサーネットワークの経路探索の方式としてソースルーティング（Source routing）を採用するものとしている。ソースルーティングでは、伝送するパケットに中継経路に存在する中継端末のアドレスを経路の通過順に格納する。中継端末は、自局を中継経路に指定したパケットを受信すると、経路上の次の端末宛てにパケットを送信（転送）する。なお、ソースルーティングに代えて、グラフルーティング（経路をグラフという形で各端末において共通に定義しておき、使用するグラフをパケットで指定する方式）等の他の経路探索方式の採用も可能である。

図７（ａ）は、センサーネットワーク端末１からシステムマネージャー２へ向けて送信されるパケットの構成例を示す図であり、計測データおよび電力データの通知に用いられるパケットである。「プリアンブル」は、伝送先の装置の受信回路を起動させるために付加する既知の符号列である。「ヘッダ」は以降のデータの先頭を伝送先の装置が検出するために付加する既知の符号列である。これらに続く「自局」の「アドレス」には、送信元のセンサーネットワーク端末１のアドレスが設定される。その次の「発電」「蓄電」には、自端末の発電、蓄電に関する電力データの値が設定される。「中継＃１」・・の「アドレス」には、システムマネージャー２までの経路上の中継端末のアドレスが設定される。また、これらに続く「発電」「蓄電」には、中継端末の電力データの値が設定される。すなわち、エンド端末からパケットが送信された時点ではこれらの中継端末の電力データの値は空欄であるが、中継端末を通過する時点で有効な値が設定される。「行先アドレス」にはシステムマネージャー２のアドレスが設定される。「ペイロード」には計測データが含まれる。

図７（ｂ）は、システムマネージャー２からセンサーネットワーク端末１に向けて送信されるパケットの構成例を示す図であり、センサーネットワーク端末１への各種設定や制御の指示に用いられる。計測周期の設定や中継経路の設定にも用いられる。システムマネージャー２から送信されるパケットであるため、「自局」「中継」に電力データは含まれない。「行先」の「アドレス」には設定相手のセンサーネットワーク端末１のアドレスが設定される。「計測周期」には新たに設定すべき計測周期が設定される。ペイロードには、各種の設定データ（対象センサー種類、データフォーマット等）や、新たに設定すべき経路データが含まれる。

図７（ｃ）は、システムマネージャー２からセンサーネットワーク端末１に向けて送信されるパケットの他の構成例を示す図であり、別のセンサーネットワーク端末１宛てのパケットに中継端末への計測周期の設定を兼ねたものである。この例では、「中継＃１」の「アドレス」と並べて「計測周期」が設定されている。

＜動作＞
図８は上記の実施形態の全体的な処理例を示すフローチャートである。

図８において、システムマネージャー２では、計測データ・電力データの受信および制御の処理と、計測周期および中継経路の制御の処理とをほぼ並行して実行する。

計測データ・電力データの受信および制御の処理では、計測を行う端末から計測データおよび電力データの受信し（ステップＳ１００）、必要に応じて制御を行う端末への制御指示を行い（ステップＳ２００）、これらの処理を繰り返す。

計測周期および中継経路の制御の処理では、計測を行う全てのセンサーネットワーク端末１に対して、計測周期の演算・変更の処理を実施（順序は任意）し（ステップＳ３００）、更に、計測を行う全てのセンサーネットワーク端末１に対する中継経路について、中継経路の選択の処理を実施（システムマネージャー２から遠いセンサーネットワーク端末１から順に実施）し（ステップＳ４００）、これらの処理を繰り返す。中継経路の選択の処理においては、先だって行われる計測周期の演算・変更の処理により可能な範囲で計測周期が適正化されるが、計測周期を変更するだけでは中継端末の電力収支が十分に改善されない場合には、中継経路の変更が行われることになる。

図９は計測データ・電力データの受信および制御の処理例を示すシーケンス図である。

図９において、センサーネットワーク端末１Ｃは、自端末の電力データを取得し（ステップＳ１０１）、計測を実行し（ステップＳ１０２）、パケット（図７（ａ））の「自局」の「発電」「蓄電」に電力データを設定し、保持する経路データに従ってセンサーネットワーク端末１Ｆにパケットを無線送信する（ステップＳ１０４）。

センサーネットワーク端末１Ｆは、パケットを受信すると、その直前に行った自端末の電力データの取得（ステップＳ１０３）に基づき、受信したパケットの「中継＃１」の「発電」「蓄電」に電力データを設定し、次の中継アドレスの示すセンサーネットワーク端末１Ｅにパケットを無線送信（転送）する（ステップＳ１０６）。

センサーネットワーク端末１Ｅは、パケットを受信すると、その直前に行った自端末の電力データの取得（ステップＳ１０５）に基づき、受信したパケットの「中継＃２」の「発電」「蓄電」に電力データを設定し、次の中継アドレスの示すセンサーネットワーク端末１Ｈにパケットを無線送信（転送）する（ステップＳ１０８）。

センサーネットワーク端末１Ｈは、パケットを受信すると、その直前に行った自端末の電力データの取得（ステップＳ１０７）に基づき、受信したパケットの「中継＃３」の「発電」「蓄電」に電力データを設定し、行先アドレスの示すシステムマネージャー２にパケットを有線送信（転送）する（ステップＳ１０９）。

システムマネージャー２は、パケットを受信すると、パケットのペイロードに含まれる計測データと、「自局」「中継＃１」〜「中継＃３」の「発電」「蓄電」に設定された電力データとをデータベース２０５に格納する（ステップＳ１１０）。

次いで、システムマネージャー２は、計測データに基づく判断等の所定の処理を行い（ステップＳ１１１）、センサーネットワーク端末１Ｃにより何らかの制御が必要である場合は、ペイロードに制御内容を含むパケットを経路データに従ってセンサーネットワーク端末１Ｈに有線送信する（ステップＳ１１２）。なお、このパケットの送信の際に、後述する計測周期の変更を併せて行ってもよい。

センサーネットワーク端末１Ｈは、パケットを受信すると、次の中継アドレスの示すセンサーネットワーク端末１Ｅにパケットを無線送信（転送）する（ステップＳ１１３）。

センサーネットワーク端末１Ｅは、パケットを受信すると、次の中継アドレスの示すセンサーネットワーク端末１Ｆにパケットを無線送信（転送）する（ステップＳ１１４）。

センサーネットワーク端末１Ｆは、パケットを受信すると、行先アドレスの示すセンサーネットワーク端末１Ｃにパケットを無線送信（転送）する（ステップＳ１１５）。

センサーネットワーク端末１Ｃは、パケットのペイロードに含まれる制御内容に基づき、制御動作を行う（ステップＳ１１６）。

図１０は計測周期の演算・変更の処理例を示すフローチャートであり、システムマネージャー２において、計測を行うセンサーネットワーク端末１毎に行う処理である。

図１０において、演算の基礎となる電力データとして、蓄電の現在値をＱ（ｔ_ｎ）、最大値をＱ_ｍａｘとし、発電の現在値をＰ（ｔ_ｎ）とする（ステップＳ３０１）。

これらの電力データに基づき、蓄電の現在値の前回値との差分αを、
α＝Ｑ（ｔ_ｎ）−Ｑ（ｔ_ｎ−１）
により演算する（ステップＳ３０２）。差分αは、前回値と現在値の検出期間における電力収支を示しており、正の値である場合は消費電力に対して発電量が充分であるが、負の値である場合は消費電力に対して発電量が不足していることを示す。

次いで、α＞＝０であるか否か判断する（ステップＳ３０３）。

α＞＝０である場合（ステップＳ３０３のＹｅｓ）、蓄電の現在値の最大値に対する比率βを、
β＝Ｑ（ｔ_ｎ）／Ｑ_ｍａｘ
により演算する（ステップＳ３０４）。

次いで、β＞＝閾値であるか否か判断する（ステップＳ３０５）。

β＞＝閾値である場合（ステップＳ３０５のＹｅｓ）、計測周期を所定値の範囲で短くするように変更する（ステップＳ３０６）。これにより、一つのセンサーネットワーク端末１に対する処理を終了する。

また、β＞＝閾値でない場合（ステップＳ３０５のＮｏ）、計測周期を変更しない（ステップＳ３０７）。これにより、一つのセンサーネットワーク端末１に対する処理を終了する。

一方、α＞＝０でない場合（ステップＳ３０３のＮｏ）、Ｐ（ｔ_ｎ）とαとの比較からα＞＝０となる計測周期Ｔ_ｎｅｗを、
Ｔ_ｎｅｗ ＞＝ （Ｐ（ｔ_ｎ）・Ｔ_ｏｌｄ−α）／Ｐ（ｔ_ｎ）
により演算する（ステップＳ３０８）。Ｔ_ｏｌｄは変更前の計測周期である。

この式は、それまでの計測周期Ｔ_ｏｌｄ内の発電電力量に不足電力量（−α）を加えた値よりも、新たな計測周期Ｔ_ｎｅｗ内の発電電力量は同じか大きくなければならないという条件、すなわち、
Ｐ（ｔ_ｎ）・Ｔ_ｎｅｗ＞＝Ｐ（ｔ_ｎ）・Ｔ_ｏｌｄ−α
を変形することにより求められる。

次いで、Ｔ_ｎｅｗが所望の計測周期範囲内であるか否か判断する（ステップＳ３０９）。

Ｔ_ｎｅｗが所望の計測周期範囲内である場合（ステップＳ３０９のＹｅｓ）、求めた計測周期Ｔ_ｎｅｗに変更する（ステップＳ３１０）。これにより、一つのセンサーネットワーク端末１に対する処理を終了する。

また、Ｔ_ｎｅｗが所望の計測周期範囲内でない場合（ステップＳ３０９のＮｏ）、環境発電装置の容量増大を指示する等のアラートを発生する（ステップＳ３１１）。これにより、一つのセンサーネットワーク端末１に対する処理を終了する。

計測周期の変更および中継経路の変更によっても、ネットワーク上に存在する全てのセンサーネットワーク端末１の電力収支が要求を満たさない場合は、環境発電装置の容量拡大、追加を行う必要がある。しかし、ネットワーク上の各センサーネットワーク端末１の計測周期および発電・蓄電に関するパラメータは、システムマネージャー２にて一元管理されていることから、追加する環境発電容量を最小限に抑えることが可能である。

図１１は計測周期の演算・変更の処理例を示すシーケンス図である。

図１１において、システムマネージャー２において計測周期の演算を行い（ステップＳ３１）、計測周期の変更を行うこととなったものとする。ここではセンサーネットワーク端末１Ｃの計測周期を変更するものとする。この場合、図７（ｂ）のパケットの「行先」の「計測周期」に変更後の計測周期を設定し、経路データに従ってセンサーネットワーク端末１Ｈに有線送信する（ステップＳ３２）。

センサーネットワーク端末１Ｈは、パケットを受信すると、次の中継アドレスの示すセンサーネットワーク端末１Ｅにパケットを無線送信（転送）する（ステップＳ３３）。

センサーネットワーク端末１Ｅは、パケットを受信すると、次の中継アドレスの示すセンサーネットワーク端末１Ｆにパケットを無線送信（転送）する（ステップＳ３４）。

センサーネットワーク端末１Ｆは、パケットを受信すると、行先アドレスの示すセンサーネットワーク端末１Ｃにパケットを無線送信（転送）する（ステップＳ３５）。

センサーネットワーク端末１Ｃは、パケットを受信すると、パケットの「行先」の「計測周期」に設定された計測周期を自端末に設定する（ステップＳ３６）。センサーネットワーク端末１Ｃにおける以後の計測周期は設定された値によるものとなる。

なお、計測周期を単独で変更する場合について説明したが、後述する中継経路の変更と同時に行ってもよい。

また、上述の説明では、計測周期の設定に関する演算は全てシステムマネージャー２にて行うこととしているが、演算自体は各センサーネットワーク端末１にて行い、演算結果をシステムマネージャー２に伝送することも可能である。

図１２は中継経路の選択の処理例を示すフローチャートであり、システムマネージャー２において、計測を行うセンサーネットワーク端末１毎に行う処理である。

図１２において、任意のセンサーネットワーク端末Ｘの蓄電の現在値をＱ（Ｘ，ｔ_ｎ）とする（ステップＳ４０１）。

センサーネットワーク端末Ｘ毎に、蓄電の現在値の前回値との差分α（Ｘ）を、
α（Ｘ）＝Ｑ（Ｘ，ｔ_ｎ）−Ｑ（Ｘ，ｔ_ｎ−１）
により演算する（ステップＳ４０２）。

次いで、対象となる経路毎に経路に含まれるセンサーネットワーク端末のα（Ｘ）を要素とした行列を用意する（ステップＳ４０３）。ここでは、「Ｈ←→Ｅ←→Ｆ←→Ｃ」と「Ｈ←→Ｇ←→Ｆ←→Ｃ」の２つの経路を予めシステムマネージャー２が把握しているものとすると、
経路＃１：［α（Ｈ），α（Ｅ），α（Ｆ），α（Ｃ）］
経路＃２：［α（Ｈ），α（Ｇ），α（Ｆ），α（Ｃ）］
という行列を用意する。

次いで、経路＃１について任意のα（Ｘ）＜０であるか否か判断する（ステップＳ４０４）。

経路＃１について任意のα（Ｘ）＜０でない場合（ステップＳ４０４のＮｏ）、続いて、経路＃２について任意のα（Ｘ）＜０であるか否か判断する（ステップＳ４０５）。

そして、経路＃２について任意のα（Ｘ）＜０である場合（ステップＳ４０５のＹｅｓ）、経路＃１を選択する（ステップＳ４０６）。これにより、一つのセンサーネットワーク端末１に対する処理を終了する。

また、経路＃２について任意のα（Ｘ）＜０でない場合（ステップＳ４０５のＮｏ）、経路毎にα（Ｘ）の行列要素の加算を行う（ステップＳ４０７）。すなわち、
経路＃１：ＳＵＭ［α（Ｈ），α（Ｅ），α（Ｆ），α（Ｃ）］
経路＃２：ＳＵＭ［α（Ｈ），α（Ｇ），α（Ｆ），α（Ｃ）］
を求める。

そして、加算結果が大きくなる経路を選択する（ステップＳ４０８）。これにより、一つのセンサーネットワーク端末１に対する処理を終了する。

一方、経路＃１について任意のα（Ｘ）＜０である場合（ステップＳ４０４のＹｅｓ）、続いて、経路＃２について任意のα（Ｘ）＜０であるか否か判断する（ステップＳ４０９）。

そして、経路＃２について任意のα（Ｘ）＜０でない場合（ステップＳ４０９のＮｏ）、経路＃２を選択する（ステップＳ４１０）。これにより、一つのセンサーネットワーク端末１に対する処理を終了する。

また、経路＃２について任意のα（Ｘ）＜０である場合（ステップＳ４０９のＹｅｓ）、各経路について、負の値となるα（Ｘ）の数は同じであるか否か判断する（ステップＳ４１１）。

そして、負の値となるα（Ｘ）の数は同じである場合（ステップＳ４１１のＹｅｓ）、経路毎にα（Ｘ）の行列要素の加算を行い（ステップＳ４０７）、加算結果が大きくなる経路を選択する（ステップＳ４０８）。これにより、一つのセンサーネットワーク端末１に対する処理を終了する。

また、負の値となるα（Ｘ）の数は同じでない場合（ステップＳ４１１のＮｏ）、負の値となるα（Ｘ）の数が少ない経路を選択する（ステップＳ４１２）。これにより、一つのセンサーネットワーク端末１に対する処理を終了する。

図１２では２つの経路が存在する場合についての処理を説明したが、３以上の経路が存在する場合にも同様に経路を選択することができる。すなわち、システムマネージャー２と対象となるセンサーネットワーク端末との間の経路につき、経路に含まれるセンサーネットワーク端末のα（Ｘ）を要素とした行列を用意し、全ての要素が正の値となる経路を探す。それが１つの経路であれば、その経路を選択する。複数の経路であれば、行列要素の加算を行い、加算結果が大きくなる経路を選択する。

また、全ての要素が正の値となる経路がない場合、負の値の要素数を比べ、最も少ない経路を選択する。負の値の要素数が同じ場合、行列要素の加算を行い、加算結果が大きくなる経路を選択する。

なお、処理を単純化するため、全ての経路について行列要素の加算を行い、加算結果が最も大きい経路を選択するようにしてもよい。

図１３は中継経路の選択・変更の処理例を示すシーケンス図である。

図１３において、システムマネージャー２において中継経路の選択を行い（ステップＳ４１）、中継経路の変更を行うこととなったものとする。ここではセンサーネットワーク端末１Ｃとの間の中継経路を変更するものとする。この場合、パケット（図７（ｂ））のペイロードに新たな経路データを含め、新たな経路データに従ってセンサーネットワーク端末１Ｈに有線送信する（ステップＳ４２）。

センサーネットワーク端末１Ｈは、パケットを受信すると、次の中継アドレスの示すセンサーネットワーク端末１Ｇにパケットを無線送信（転送）する（ステップＳ４３）。

センサーネットワーク端末１Ｇは、パケットを受信すると、次の中継アドレスの示すセンサーネットワーク端末１Ｆにパケットを無線送信（転送）する（ステップＳ４４）。

センサーネットワーク端末１Ｆは、パケットを受信すると、行先アドレスの示すセンサーネットワーク端末１Ｃにパケットを無線送信（転送）する（ステップＳ４５）。

センサーネットワーク端末１Ｃは、パケットを受信すると、パケットのペイロードに含まれる経路データを自端末に設定する（ステップＳ４６）。センサーネットワーク端末１Ｃからシステムマネージャー２への以後のパケットの中継経路は設定された経路によるものとなる。

なお、中継経路を単独で変更する場合について説明したが、前述した計測周期の変更と同時に行ってもよい。

＜総括＞
以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範な趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更を加えることができることは明らかである。すなわち、具体例の詳細および添付の図面により本発明が限定されるものと解釈してはならない。

１、１Ａ〜１Ｈ センサーネットワーク端末
１１ 環境発電装置
１１１ 発電部
１１２ 電力調整部
１１２１ 制御部
１１２２ メモリ
１１２３ 検出部
１１２４ 切替部
１１２５ 定電圧部
１１３ 蓄電部
１２ 無線センサーノード
１２１ 計測部
１２２ 制御実行部
１２３ 無線データ送受信部
１２４ 有線データ送受信部
１２５ 中継部
１２６ 計測周期設定部
１２７ 中継経路設定部
１３ アンテナ
２ システムマネージャー
２０１ 計測・制御管理部
２０２ 電力データ管理部
２０３ 計測周期演算部
２０４ 中継経路選択部
２０５ データベース

Claims (8)

1. 無線通信機能を有し、環境発電装置により個々に駆動される複数のセンサーネットワーク端末と、当該センサーネットワーク端末のいずれかと有線接続されたシステムマネージャーとを備えたセンサーネットワークシステムであって、
   前記センサーネットワーク端末は、接続されている前記環境発電装置の発電量および蓄電量を検出する手段と、検出した発電量および蓄電量を前記システムマネージャーに伝送する手段と、前記システムマネージャーから伝送された計測周期に基づいて計測周期の設定を変更する手段とを備え、
   前記システムマネージャーは、前記センサーネットワーク端末から得た発電量および蓄電量をもとに、当該センサーネットワーク端末の計測周期を演算する手段と、演算結果を設定値として当該センサーネットワーク端末に伝送する手段とを備え、
   前記計測周期を演算する手段は、
   蓄電量の現在値Ｑ（ｔ _ｎ ）と前回値Ｑ（ｔ _ｎ−１ ）から差分αを
   α＝Ｑ（ｔ _ｎ ）−Ｑ（ｔ _ｎ−１ ）
   により演算し、
   差分αが正の値である場合に、蓄電量の現在値Ｑ（ｔ _ｎ ）と最大値Ｑ _ｍａｘ から比率βを
   β＝Ｑ（ｔ _ｎ ）／Ｑ _ｍａｘ
   により演算し、比率βが所定の閾値よりも大きい場合に計測周期を所定値の範囲で短く設定し、
   差分αが負の値である場合に、発電量の現在値Ｐ（ｔ _ｎ ）と差分αと現在の計測周期Ｔ _ｏｌｄ から、新たな計測周期Ｔ _ｎｅｗ を
   （Ｐ（ｔ _ｎ ）・Ｔ _ｏｌｄ −α）／Ｐ（ｔ _ｎ ）
   より長い値で、かつ所定の範囲内の値に設定する
   ことを特徴とするセンサーネットワークシステム。
2. 請求項１に記載のセンサーネットワークシステムにおいて、
   前記センサーネットワーク端末は、前記システムマネージャーから伝送された中継経路に基づいて中継経路の設定を変更する手段を備え、
   前記システムマネージャーは、前記センサーネットワーク端末から得た発電量および蓄電量をもとに、所定のセンサーネットワーク端末との間の中継経路を選択する手段と、選択結果を設定値として当該センサーネットワーク端末に伝送する手段とを備えたことを特徴とするセンサーネットワークシステム。
3. 無線通信機能を有し、環境発電装置により個々に駆動される複数のセンサーネットワーク端末と、当該センサーネットワーク端末のいずれかと有線接続されたシステムマネージャーとを備えたセンサーネットワークシステムにおける前記センサーネットワーク端末であって、
   接続されている前記環境発電装置の発電量および蓄電量を検出する手段と、
   検出した発電量および蓄電量を前記システムマネージャーに伝送する手段と、
   前記システムマネージャーから伝送された計測周期に基づいて計測周期の設定を変更する手段と
   を備え、
   前記計測周期は、
   蓄電量の現在値Ｑ（ｔ _ｎ ）と前回値Ｑ（ｔ _ｎ−１ ）から差分αを
   α＝Ｑ（ｔ _ｎ ）−Ｑ（ｔ _ｎ−１ ）
   により演算し、
   差分αが正の値である場合に、蓄電量の現在値Ｑ（ｔ _ｎ ）と最大値Ｑ _ｍａｘ から比率βを
   β＝Ｑ（ｔ _ｎ ）／Ｑ _ｍａｘ
   により演算し、比率βが所定の閾値よりも大きい場合に計測周期を所定値の範囲で短く設定し、
   差分αが負の値である場合に、発電量の現在値Ｐ（ｔ _ｎ ）と差分αと現在の計測周期Ｔ _ｏｌｄ から、新たな計測周期Ｔ _ｎｅｗ を
   （Ｐ（ｔ _ｎ ）・Ｔ _ｏｌｄ −α）／Ｐ（ｔ _ｎ ）
   より長い値で、かつ所定の範囲内の値に設定する
   ことを特徴とするセンサーネットワーク端末。
4. 請求項３に記載のセンサーネットワーク端末において、
   前記システムマネージャーから伝送された中継経路に基づいて中継経路の設定を変更する手段
   を備えたことを特徴とするセンサーネットワーク端末。
5. 無線通信機能を有し、環境発電装置により個々に駆動される複数のセンサーネットワーク端末と、当該センサーネットワーク端末のいずれかと有線接続されたシステムマネージャーとを備えたセンサーネットワークシステムにおける前記システムマネージャーであって、
   前記センサーネットワーク端末から得た発電量および蓄電量をもとに、当該センサーネットワーク端末の計測周期を演算する手段と、
   演算結果を設定値として当該センサーネットワーク端末に伝送する手段と
   を備え、
   前記計測周期を演算する手段は、
   蓄電量の現在値Ｑ（ｔ _ｎ ）と前回値Ｑ（ｔ _ｎ−１ ）から差分αを
   α＝Ｑ（ｔ _ｎ ）−Ｑ（ｔ _ｎ−１ ）
   により演算し、
   差分αが正の値である場合に、蓄電量の現在値Ｑ（ｔ _ｎ ）と最大値Ｑ _ｍａｘ から比率βを
   β＝Ｑ（ｔ _ｎ ）／Ｑ _ｍａｘ
   により演算し、比率βが所定の閾値よりも大きい場合に計測周期を所定値の範囲で短く設定し、
   差分αが負の値である場合に、発電量の現在値Ｐ（ｔ _ｎ ）と差分αと現在の計測周期Ｔ _ｏｌｄ から、新たな計測周期Ｔ _ｎｅｗ を
   （Ｐ（ｔ _ｎ ）・Ｔ _ｏｌｄ −α）／Ｐ（ｔ _ｎ ）
   より長い値で、かつ所定の範囲内の値に設定する
   ことを特徴とするシステムマネージャー。
6. 請求項５に記載のシステムマネージャーにおいて、
   前記センサーネットワーク端末から得た発電量および蓄電量をもとに、所定のセンサーネットワーク端末との間の中継経路を選択する手段と、
   選択結果を設定値として当該センサーネットワーク端末に伝送する手段と
   を備えたことを特徴とするシステムマネージャー。
7. 無線通信機能を有し、環境発電装置により個々に駆動される複数のセンサーネットワーク端末と、当該センサーネットワーク端末のいずれかと有線接続されたシステムマネージャーとを備えたセンサーネットワークシステムの制御方法であって、
   前記センサーネットワーク端末が、接続されている前記環境発電装置の発電量および蓄電量を検出し、検出した発電量および蓄電量を前記システムマネージャーに伝送する工程と、
   前記システムマネージャーが、前記センサーネットワーク端末から得た発電量および蓄電量をもとに、当該センサーネットワーク端末の計測周期を演算し、演算結果を設定値として当該センサーネットワーク端末に伝送する工程と、
   前記センサーネットワーク端末が、前記システムマネージャーから伝送された計測周期に基づいて計測周期の設定を変更する工程と
   を備え、
   前記計測周期の演算は、
   蓄電量の現在値Ｑ（ｔ _ｎ ）と前回値Ｑ（ｔ _ｎ−１ ）から差分αを
   α＝Ｑ（ｔ _ｎ ）−Ｑ（ｔ _ｎ−１ ）
   により演算し、
   差分αが正の値である場合に、蓄電量の現在値Ｑ（ｔ _ｎ ）と最大値Ｑ _ｍａｘ から比率βを
   β＝Ｑ（ｔ _ｎ ）／Ｑ _ｍａｘ
   により演算し、比率βが所定の閾値よりも大きい場合に計測周期を所定値の範囲で短く設定し、
   差分αが負の値である場合に、発電量の現在値Ｐ（ｔ _ｎ ）と差分αと現在の計測周期Ｔ _ｏｌｄ から、新たな計測周期Ｔ _ｎｅｗ を
   （Ｐ（ｔ _ｎ ）・Ｔ _ｏｌｄ −α）／Ｐ（ｔ _ｎ ）
   より長い値で、かつ所定の範囲内の値に設定する
   ことを特徴とするセンサーネットワーク制御方法。
8. 請求項７に記載のセンサーネットワーク制御方法において、
   前記システムマネージャーが、前記センサーネットワーク端末から得た発電量および蓄電量をもとに、所定のセンサーネットワーク端末との間の中継経路を選択し、選択結果を設定値として当該センサーネットワーク端末に伝送する工程と、
   前記センサーネットワーク端末が、前記システムマネージャーから伝送された中継経路に基づいて中継経路の設定を変更する工程と
   を備えたことを特徴とするセンサーネットワーク制御方法。
   

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