JP5422270B2 - 無線センサネットワークおよびそのデータ検知方法 - Google Patents
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Description
先行技術では、無線センサは、環境変数を検出し、かつ管理者によって特定される検知周波数(検知間隔)に従ってデータを復元する。検知間隔がより長い(検知時間がより短い)場合には、より多くのエネルギーが節約されるが、より少ないデータが取得される。検知間隔がより短い場合には、検知されたデータが多く取得されるが、電力消費がより大きくなることもあった。これは、無線センサがデータを検知または送受信している場合には、電力消費が比較的大きくなることがあったからである。さらに、無線センサは、通常バッテリによって電源投入され、かつ屋外環境にあれば、バッテリを充電するのが困難である。
米国特許公開第2007/0211654号は、「無線センサネットワークのための省電力方法」を開示している。通信用アクティブモードを除いて、電力消費を最小にするスリープモードを動作させ、装置がオンになるとスリープ確率を初期化し、アクティブモードタイマが始動するにつれて通信用アクティブモードを動作させ、アクティブモードタイマが切れる前に送信または受信すべきパケットがない場合にはスリープモードに移行し、かつスリープ確率に基づいてスリープモードからの退出を決定する。
本発明は、検知されたデータに従って予測モデルを確立するための無線センサネットワークおよびデータ検知方法に関し、前に検知されたデータの統計値は、許容誤差範囲および信頼水準内であれば、ユーザに提供される。あるいは、実際に検知されたデータは、必要であればユーザに提供される。
図1は、本発明の一実施形態による無線センサネットワークを示す模式図である。図1を参照して、本発明の実施形態による無線センサネットワーク100は、データ収集モジュール110およびデータ処理モジュール120を含む。データ収集モジュール110は、処理ユニット111、無線センサ112、実行モジュール113、および無線周波数(RF)モジュール114を含む。データ処理モジュール120は、処理ユニット121、予測モジュール122、データベース123、および無線周波数(RF)モジュール124を含む。
処理ユニット111は、コマンド分析などの局所計算を行う。処理ユニット111は、基本計算能力を有し、検知期間を決定してもよく、かつ無線センサ112を制御して、検知された結果(すなわち、収集されたデータ)をRFモジュール114を通してデータ処理モジュール120に提供してもよい。
RFモジュール114は、データ収集モジュール110とデータ処理モジュール120との間でデータを受信しかつ送信する。
処理ユニット121は、局所計算およびデータ分析を行う。予測モジュール122は、データ収集モジュール110によって収集されるデータに従って予測モデルを確立する。データベース123は、データ収集モジュール110によって収集されるデータを記憶する。RFモジュール124は、データ収集モジュール110とデータ処理モジュール120との間でデータを受信しかつ送信する。
図2は、本発明の実施形態による予測モジュール122の動作を示すフローチャートである。図2に示すように、データ収集モジュール110は、ステップ210に示すように、データ処理モジュール120から送信されるコマンドに従ってデータを収集し、かつ収集されたデータをデータ処理モジュール120に返送する。
次に、ステップ250に示すように、ソースデータの傾向を見つけることが可能である。ソースデータの傾向を見つける際には、各時点での各セグメントデータの統計値が計算されてもよい。本実施形態では、平均値および分散値が、一例として示される。例えば図3Bでは、時点1でのセグメントデータT1〜T4の平均値(19.34)および分散値(0.53)を計算する。分散値が閾値未満であれば、平均値は、ユーザによって許容される信頼水準および誤差許容度を満たす。すなわち、データ処理モジュール120は、平均値をユーザに提供してもよい。逆に、分散値が閾値より大きければ、平均値は、ユーザによって許容される信頼水準および誤差許容度を満たさない。したがって、データ処理モジュール120は、データ収集モジュール110に、データを収集しかつ収集されたデータをユーザに提供するように通知する。閾値の設定は、ユーザパラメータおよびデータ特性に従って決定され、ここでユーザパラメータは、信頼水準、誤差許容度、検知確率などの例である。誤差許容度がより大きくなる場合には、省電力がより高くなる。信頼水準がより高くなる場合には、省電力および誤り率がより低くなる。検出確率がより高くなる場合には、省電力および誤り率がより低くなる。より高い検出確率がより多くの検出時間を表すほど、省電力の機能がより低くなり、かつ誤差を有する復元データの機会がより少なくなる。
ステップ425では、実行モジュールは、時点を期間における最初の時点に設定する。あるいは、ステップ430に示すように、実行モジュールは、受信された検知コマンドに従って、現時点が予測ポイントであるかどうかを判断する。もしYESであれば、ステップ440に進むか、さもなければステップ435に進む。
現時点が予測ポイントであれば、ステップ440に示すように、実行モジュールは、検知確率に従って、予測ポイントがチェックポイントとして設定されるかどうかを判断する。もしYESであれば、ステップ435に進み、さもなければステップ445に進む。
図4に示すように、本発明の実施形態において現時点が予測ポイントであってチェックポイントでなければ、無線センサ112はデータを検知しない。そこで、データ送信およびデータ検知の時間ならびに無線センサ112の電力消費も減じることが可能である。さらに、データ周期性がより明白になれば、予測ポイントがより多くなり、かつ電力消費がより効果的に節約される。さらに、チェックポイントの導入は、本実施形態における予測モデルを、その予測モデルがさまざまな環境に適合される(すなわちデータ傾向がばらついている)ように更新してもよい。予測モデルは、更新される場合には、ますます精密になる。
本出願は、2008年12月5日に出願された台湾特許出願第97147533号明細書の優先権を主張し、その全ての開示内容を本明細書中に援用する。
Claims (17)
- 検知コマンドを出力するデータ処理モジュールと、
前記データ処理モジュールから出力される前記検知コマンドを受信し、ソースデータを検知しかつ前記データ処理モジュールに提供するデータ収集モジュールとを備える無線センサネットワークであって、
前記データ処理モジュールは、前記ソースデータの周期を用いて前記ソースデータの傾向を見つけて、予測モデルを確立するとともに前記ソースデータを用いて前記予測モデルを更新する予測モジュールを備え、
前記ソースデータの周期が、ユーザにより前記予測モジュールに入力されれば、その周期を用い、
前記ソースデータの周期が、ユーザにより前記予測モジュールに入力されなければ、前記予測モジュールは、前記データ収集モジュールからの前記ソースデータに従って前記ソースデータの周期を予測するものであり、
前記データ処理モジュールは、前記確立された予測モデルに基づいて、前記検知コマンドを更新しかつ前記更新された検知コマンドを前記データ収集モジュールに送出し、
前記データ収集モジュールは、前記検知コマンドに従って、検知時点でデータ検知が行われるかどうかを決定し、
前記データ収集モジュールは、データ検知が行われるならば、前記ソースデータを検知しかつ前記データ処理モジュールに提供し、前記データ処理モジュールは前記ソースデータを出力し、かつ
前記データ処理モジュールは、データ検知が行われなければ、前に検知されたソースデータの統計値に従って予測データを取得し、かつ当該予測データを出力する、無線センサネットワーク。 - 前記データ処理モジュールは、
前記データ収集モジュールと前記データ処理モジュールとの間で前記ソースデータおよび前記検知コマンドを送受信する第1データトランシーバモジュールと、
前記第1データトランシーバモジュールに結合され、前記第1データトランシーバモジュールによって受信される前記ソースデータを記憶するデータベースと、
前記データベースに結合され、前記ソースデータを分析する第1処理ユニットと、
前記第1処理ユニットに結合され、前記ソースデータの前記傾向を見つけて、前記予測モデルを確立しかつ、前記予測モデルがデータの現在の傾向を反映するように動的に更新する前記予測モジュールとを備える、請求項1に記載の無線センサネットワーク。 - 前記データ収集モジュールは、
前記データ収集モジュールと前記データ処理モジュールとの間で前記ソースデータおよび前記検知コマンドを送受信する第2データトランシーバモジュールと、
前記第2データトランシーバモジュールに結合され、前記第2データトランシーバモジュールによって受信される前記検知コマンドに従って前記ソースデータを検知する無線センサと、
前記無線センサを制御して、前記ソースデータを前記第2データトランシーバモジュールを通して前記データ処理モジュールに提供する第2処理ユニットと、
前記第2データトランシーバモジュールによって受信される前記検知コマンドを受信して、前記無線センサが、前記検知時点でデータ検知を行うかどうかを決定する実行モジュールとを備える、請求項2に記載の無線センサネットワーク。 - 前記予測モジュールは、前記ソースデータをシフトして、シフトされたデータを取得し、前記予測モジュールは、前記ソースデータと前記シフトされたデータとの類似性を比較して、前記ソースデータの前記周期を取得する、請求項1に記載の無線センサネットワーク。
- 前記予測モジュールは、前記ソースデータを時間ドメインから周波数ドメインに変換し、この周波数ドメインに変換されたデータに基づいて、前記ソースデータの前記周期を取得する、請求項1に記載の無線センサネットワーク。
- 前記予測モジュールは、前記ソースデータの前記周期に従って、前記ソースデータを複数のセグメントデータにセグメント化し、かつ前記ソースデータの前記セグメントデータを周期ごとに重ね合わせ、かつ前記予測モジュールは、前記検知時点で重ね合わせられた前記セグメントデータの統計値を計算して、前記ソースデータの前記傾向を見つける、請求項1に記載の無線センサネットワーク。
- 前記統計値は、平均値および分散値を含み、
前記分散値が閾値より大きいと前記データ処理モジュールが判定すれば、前記データ収集モジュールは、前記ソースデータを検知しかつ前記ソースデータを前記データ処理モジュールに提供し、かつ
前記分散値が前記閾値未満であると前記データ処理モジュールが判定すれば、前記データ処理モジュールは、前記平均値を前記予測データとして前記ユーザに提供する、請求項6に記載の無線センサネットワーク。 - 前記予測モデルが動的に更新される場合には、前記予測モジュールは、更新される前のソースデータの平均値および分散値、ならびに更新される前のソースデータの数および更新のために新たに取り込まれるソースデータの数に従って、新たなソースデータの新たな平均値および新たな分散値を計算し、これにより前記予測モデルが更新されるかどうかを決定する、請求項2に記載の無線センサネットワーク。
- 前記予測モデルが動的に更新される場合には、前記予測モジュールは、更新のために新たに取り込まれるソースデータの新たな平均値および新たな分散値を計算し、これにより前記予測モデルが更新されるかどうかを決定する、請求項2に記載の無線センサネットワーク。
- 無線センサネットワークのデータ検知方法であって、前記方法は、
検知コマンドを出力するステップと、
前記検知コマンドに従ってソースデータを検知するステップと、
前記ソースデータの周期を用いて前記ソースデータの傾向を見つけて、予測モデルを確立し、前記ソースデータを用いて前記予測モデルを更新するステップと、
前記確立された予測モデルに基づいて、前記検知コマンドを更新するステップと、
前記更新された検知コマンドに従って、検知時点でデータ検知が行われるかどうかを決定するステップと、
データ検知が行われるならば、前記ソースデータを検知しかつそのソースデータをユーザに提供するステップと、
データ検知が行われなければ、前に検知されたソースデータの統計値に従って予測データを取得しかつかつ当該予測データを前記ユーザに提供するステップとを含み、
前記予測モデルを確立し更新するステップにおいて、前記ソースデータの周期が入力されれば、その周期を用い、
前記予測モデルを確立し更新するステップにおいて、前記ソースデータの周期が入力されなければ、前記ソースデータに従って前記ソースデータの周期が予測される、データ検知方法。 - 前記検知されたソースデータを記憶するステップと、
前記ソースデータを分析するステップと、
前記ソースデータの前記傾向が見つけられた後、前記予測モデルがデータの現在の傾向を反映するように前記予測モデルを動的に更新するステップとをさらに含む、請求項10に記載の方法。 - 前記ソースデータの前記周期を予測するステップは、
前記ソースデータをシフトして、シフトされたデータを取得し、かつ前記ソースデータと前記シフトされたデータとの類似性を比較して、前記ソースデータの前記周期を取得するステップを含む、請求項10に記載の方法。 - 前記ソースデータを時間ドメインから周波数ドメインに変換し、この周波数ドメインに変換されたデータに基づいて、前記ソースデータの前記周期を取得するステップを含む、請求項10に記載の方法。
- 前記ソースデータの前記周期に従って、前記ソースデータを複数のセグメントデータにセグメント化するステップと、
前記ソースデータの前記セグメントデータを結合するステップと、
前記ソースデータの前記セグメントデータを周期ごとに重ね合わせるステップと、
重ね合わせられた前記セグメントデータの統計値を前記検知時点で計算して、前記ソースデータの前記傾向を見つけるステップとをさらに含む、請求項10に記載の方法。 - 前記統計値は、平均値および分散値を含み、
前記分散値が閾値より大きければ、前記ソースデータは、前記検知時点で検知されかつ前記ユーザに提供され、かつ
前記分散値が前記閾値未満であれば、前記ソースデータの前記平均値は、前記検知時点で前記ユーザに提供される、請求項14に記載の方法。 - 前記予測モデルを動的に更新するステップは、
新たなソースデータの新たな平均値および新たな分散値を、更新される前のソースデータの平均値および分散値、ならびに更新される前のソースデータの数および更新のために新たに取り込まれるソースデータの数に従って計算し、これにより前記予測モデルが更新されるかどうかを決定するステップを含む、請求項11に記載の方法。 - 前記予測モデルを動的に更新するステップは、
更新のために新たに取り込まれるソースデータの新たな平均値および新たな分散値を計算し、これにより前記予測モデルが更新されるかどうかを決定する、請求項11に記載の方法。
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