JP5979705B2 - ノード装置、ノード装置制御方法、及び、ノード装置制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信を行うことによりネットワークトポロジにおけるノードを構成するノード装置に関する。

無線通信を行うことによりネットワークトポロジにおけるノードを構成するノード装置を複数備える無線通信システムが知られている。例えば、ノード装置は、物理量（例えば、温度、湿度、又は、消費電力量等）を検出するセンサノードである。各ノード装置は、他のノード装置を介して、宛先として設定されたノード装置へデータを送信する。即ち、複数のノード装置は、無線マルチホップネットワークを構成している。

ネットワークトポロジは、無線マルチホップネットワークに適したルーティングプロトコルを用いることにより構築されることが多い。無線マルチホップネットワークに適したルーティングプロトコルとして、プロアクティブ型のルーティングプロトコルと、リアクティブ型のルーティングプロトコルと、が知られている。

プロアクティブ型のルーティングプロトコルの代表例は、ＯＬＳＲ（Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｌｉｎｋ Ｓｔａｔｅ Ｒｏｕｔｉｎｇ）プロトコルである。ＯＬＳＲプロトコルは、ＩＥＴＦ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔａｓｋ Ｆｏｒｃｅ）により規定されたプロトコルである（非特許文献１を参照）。

リアクティブ型のルーティングプロトコルの代表例は、ＡＯＤＶ（Ａｄ ｈｏｃ Ｏｎ−Ｄｅｍａｎｄ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｖｅｃｔｏｒ）プロトコル、又は、ＤＳＲ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｏｕｒｃｅ Ｒｏｕｔｉｎｇ）プロトコルである。ＡＯＤＶプロトコル、及び、ＤＳＲプロトコルは、ＩＥＴＦにより規定されたプロトコルである（非特許文献２、及び、非特許文献３をそれぞれ参照）。

これらのルーティングプロトコルは、他のノード装置から受信された無線信号の強度（受信強度）、及び／又は、特定のノード装置までのホップ数等に基づいて、当該特定のノード装置までの通信に要するコスト（パスコスト）を表すメトリック値を算出する。更に、これらのルーティングプロトコルは、算出されたメトリック値に基づいて、ネットワークトポロジを構築する。

また、この種のノード装置の一つとして、特許文献１に記載のノード装置は、所定の周期が経過する毎に、無線信号を送受信するための無線インタフェースを、起動するタイミング、及び、停止するタイミングを学習する。更に、ノード装置は、学習されたタイミングに基づいて、データを送信するタイミングを調整する。これにより、データの衝突、又は、ネットワークの輻輳を回避することができる。

特開２００８−０９９０７４号公報

IETF MANET RFC3626:Optimized Link State Routing Protocol (OLSR) IETF MANET RFC3561:Ad hoc On-Demand Distance Vector (AODV) Routing IETF MANET RFC4728:The Dynamic Source Routing Protocol (DSR)

ところで、上記ノード装置は、応答情報としての通信状態情報の送信を要求する応答送信要求を、他のノード装置である送信元ノードから受信する。通信状態情報は、自ノードの通信状態を表す情報であり且つネットワークトポロジを形成するための情報である。例えば、通信状態情報は、受信強度、及び、ホップ数を表す情報である。

ノード装置は、応答送信要求を受信すると、応答送信要求に対する応答情報（通信状態情報）を送信元ノードへ送信する。即ち、上記ノード装置は、応答送信要求が受信された回数と同じ回数だけ応答情報を送信する。従って、ノード装置が比較的狭い領域内に比較的多く配置されている（即ち、ノード装置の密度が比較的高い）場合、応答情報が送信される回数が過度に多くなるため、通信負荷が過大となってしまうという問題があった。

なお、このような問題は、複数のノード装置により受信されるように宛先が設定され且つ応答情報の送信を要求する他の応答送信要求に対しても同様に生じる。

このため、本発明の目的は、上述した課題である「通信負荷が過大となってしまう場合が生じること」を解決することが可能なノード装置を提供することにある。

かかる目的を達成するため本発明の一形態であるノード装置は、
無線通信を行うことにより、ネットワークトポロジにおけるノードを構成する装置である。

更に、このノード装置は、
複数のノードにより受信されるように宛先が設定され且つ応答情報の送信を要求する応答送信要求を、他のノード装置である送信元ノードから受信する要求受信手段と、
上記応答送信要求が受信された場合、当該応答送信要求に対する上記応答情報を送信する応答情報送信手段と、
を備え、
上記応答情報送信手段は、上記応答送信要求が受信され、その後、上記送信元ノードが上記応答情報を受信したときに送信する後続情報が受信された場合、当該応答送信要求に対する上記応答情報の送信を中止するように構成される。

また、本発明の他の形態であるノード装置制御方法は、
無線通信を行うことにより、ネットワークトポロジにおけるノードを構成するノード装置に適用され、
複数のノードにより受信されるように宛先が設定され且つ応答情報の送信を要求する応答送信要求を、他のノード装置である送信元ノードから受信し、
上記応答送信要求が受信され、その後、上記送信元ノードが上記応答情報を受信したときに送信する後続情報が受信されなかった場合、当該応答送信要求に対する上記応答情報を送信し、一方、当該応答送信要求が受信され、その後、当該後続情報が受信された場合、当該応答送信要求に対する当該応答情報の送信を中止する方法である。

また、本発明の他の形態であるノード装置制御プログラムは、
無線通信を行うことにより、ネットワークトポロジにおけるノードを構成するノード装置に、
複数のノードにより受信されるように宛先が設定され且つ応答情報の送信を要求する応答送信要求を、他のノード装置である送信元ノードから受信し、
上記応答送信要求が受信され、その後、上記送信元ノードが上記応答情報を受信したときに送信する後続情報が受信されなかった場合、当該応答送信要求に対する上記応答情報を送信し、一方、当該応答送信要求が受信され、その後、当該後続情報が受信された場合、当該応答送信要求に対する当該応答情報の送信を中止する、処理を実行させるためのプログラムである。

本発明は、以上のように構成されることにより、ノード装置の密度が比較的高い場合において、通信負荷を低減することができる。

本発明の第１実施形態に係るセンサネットワークシステムの概略構成を表す図である。 本発明の第１実施形態に係るセンサノードの機能を表すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係るセンサノードの位置の一例を示した図である。 本発明の第１実施形態に係るセンサネットワークシステムの作動を示したシーケンス図である。 本発明の第２実施形態に係るノード装置の機能を表すブロック図である。

以下、本発明に係る、ノード装置、ノード装置制御方法、及び、ノード装置制御プログラム、の各実施形態について図１〜図５を参照しながら説明する。

＜第１実施形態＞
（構成）
図１に示したように、第１実施形態に係るセンサネットワークシステム１は、１つのシンクノード１０１と、複数のセンサノード２０１，２０２，…と、を備える。

複数のセンサノード２０１，２０２，…は、互いに異なる位置に配置される。複数のセンサノード２０１，２０２，…のそれぞれは、他のセンサノード２０１，２０２，…との間で、無線による通信を行うように構成されている。本例では、複数のセンサノード２０１，２０２，…のそれぞれは、互いに無線信号を送受信することが可能な領域内に位置する他のセンサノード２０１，２０２，…との間で、無線による通信を行うように構成されている。

複数のセンサノード２０１，２０２，…のそれぞれは、物理量を検出し、当該検出された物理量を表すセンサデータを取得する。複数のセンサノード２０１，２０２，…のそれぞれは、取得されたセンサデータを収容するパケットを、他のセンサノード２０１，２０２，…を介して、シンクノード１０１へ送信する。即ち、複数のセンサノード２０１，２０２，…は、無線マルチホップネットワークを構成している。なお、複数のセンサノード２０１，２０２，…は、無線マルチホップネットワーク以外のネットワーク（例えば、無線ネットワーク等）を構成していてもよい。

シンクノード１０１は、複数のセンサノード２０１，２０２，…のそれぞれにより送信されたパケットを受信することにより、センサデータを収集する。

センサネットワークシステム１は、ネットワークトポロジ（例えば、木構造を有するネットワークトポロジ）を形成するように構成される。即ち、シンクノード１０１、及び、センサノード２０１，２０２，…のそれぞれは、無線通信を行うことにより、ネットワークトポロジにおけるノードを構成している。また、本明細書において、シンクノード１０１、及び、センサノード２０１，２０２，…のそれぞれは、ノード装置とも呼ばれる。

図２に示したように、センサノード２０１は、無線通信部３１０と、ルーティング機能部３２０と、センサ部３３０と、アプリケーション機能部３４０と、を備える。

無線通信部３１０は、無線信号を送受信するためのアンテナ３１１を備える。無線通信部３１０は、他のノード（シンクノード１０１、及び、センサノード２０２，…）との間でアンテナ３１１を介して無線通信を行う。無線通信部３１０は、無線通信を行うことにより受信した無線信号が表す情報をルーティング機能部３２０へ出力する。更に、無線通信部３１０は、無線通信を行うことにより、ルーティング機能部３２０によって出力された情報を表す無線信号を他のノードへ送信する。

本例では、無線通信部３１０は、ＩＥＥＥ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１により定められた方式に従って無線通信を行う。なお、無線通信部３１０は、他の方式（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．１により定められた方式、ＩＥＥＥ８０２．１５．４により定められた方式、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、又は、省電力無線等）に従って無線通信を行うように構成されていてもよい。

ルーティング機能部３２０は、予め定められたルーティングプロトコルに従ってネットワークトポロジを形成するための機能を有する。ここでは、この機能のうちの本発明に係る部分を主として説明する。

ルーティング機能部３２０は、無線情報取得部３２１と、パケット送受信部３２２と、プロトコル処理部３２３と、タイマ管理部３２４と、ルーティング情報記憶部３２５と、を備える。なお、パケット送受信部３２２、及び、プロトコル処理部３２３は、要求受信手段、及び、応答情報送信手段を構成している。

無線情報取得部３２１は、周辺ノードから無線信号を受信した場合、当該周辺ノードに対する通信状態情報を取得する。周辺ノードは、他のノード（シンクノード１０１、及び、センサノード２０２，…）のうちの、自ノード（センサノード２０１）と無線通信可能なノードである。

ここで、通信状態情報は、自ノードの通信状態を表す情報であり、且つ、ネットワークトポロジを形成するための情報である。本例では、通信状態情報は、周辺ノードから受信した無線信号の強度（受信強度）、当該無線信号の遅延時間（例えば、当該無線信号が送信されてから受信されるまでに要した時間等）、又は、ロス率（例えば、送信されたパケットの数に対する、受信されないパケットの数の割合、又は、データの誤り率等）等を表す情報である。

なお、通信状態情報は、自ノード又は周辺ノードからシンクノード１０１までのホップ数を表すホップ数情報を含んでいてもよい。

無線情報取得部３２１は、取得された通信状態情報を、当該通信状態情報を取得する基となった無線信号を送信してきた周辺ノード（送信元ノード）と対応付けて（本例では、周辺ノードを識別するためのノード識別情報と対応付けて）ルーティング情報記憶部３２５に記憶させる。

パケット送受信部３２２は、無線通信部３１０により受信された無線信号が表すパケットを取得する。パケット送受信部３２２は、取得されたパケットに収容されている、情報、又は、要求を取得し、取得された、情報、又は、要求を３２３をプロトコル処理部３２３へ出力する。

また、パケット送受信部３２２は、プロトコル処理部３２３により、情報、又は、要求が出力された場合、当該情報、又は、要求を収容するパケットを生成する（即ち、情報、又は、要求をパケットにマッピング（変換）する）。パケット送受信部３２２は、無線通信部３１０を介して、生成されたパケットを自ノードに対して設定された送信先としての他ノード（他のノード）へ送信する。

ここで、パケットに収容される、情報、又は、要求は、情報送信要求、通信状態情報、接続要求、又は、接続応答である。

情報送信要求は、通信状態情報の送信を要求する情報である。本例では、情報送信要求は、複数のノードにより受信されるように宛先が設定され且つ応答情報の送信を要求する応答送信要求を構成している。また、本例では、情報送信要求は、送信元のノードを特定するための情報を含む。また、本例では、通信状態情報は、応答情報を構成している。

接続要求は、接続先となるノードを特定するための情報を含み、当該特定されたノードとの接続を要求する情報である。本例では、接続要求は、後続情報を構成している。接続応答は、要求された接続を許可する旨を表す情報である。

また、プロトコル処理部３２３は、パケット送受信部３２２により出力された、情報、又は、要求を受け付ける。プロトコル処理部３２３は、受け付けられた、情報、又は、要求が、通信状態情報である場合において、当該通信状態情報が、自ノードが送信した情報送信要求に対して他のノードから送信された通信状態情報である場合、受信通信状態情報としての当該通信状態情報を当該他のノードと対応付けてルーティング情報記憶部３２５に記憶させる。

その後、プロトコル処理部３２３は、自ノードが送信した情報送信要求に対する通信状態情報を送信してきたノードの中から、ネットワークトポロジにおける接続先であるノードを、受信通信状態情報に基づいて決定する。そして、プロトコル処理部３２３は、接続先として決定したノードを特定するための情報を含む接続要求をパケット送受信部３２２へ出力する。

また、プロトコル処理部３２３は、受け付けられた、情報、又は、要求が、情報送信要求である場合、当該情報送信要求が収容されていたパケットの送信元であるノード（送信元ノード）を特定し、特定された送信元ノードと対応付けてルーティング情報記憶部３２５に記憶されている通信状態情報を取得する。

そして、プロトコル処理部３２３は、当該情報送信要求が受信されてから、所定の待機時間が経過するまで、当該情報送信要求に対する応答情報としての通信状態情報の送信（即ち、パケット送受信部３２２への出力）を待機する。

そして、プロトコル処理部３２３は、通信状態情報の送信を待機している間に、送信元ノードにより送信された後続情報としての接続要求が受け付けられた場合、当該通信状態情報の送信を中止する。

一方、プロトコル処理部３２３は、通信状態情報の送信を待機している間に、送信元ノードにより送信された後続情報としての接続要求が受け付けられなかった場合、上記取得された通信状態情報をパケット送受信部３２２へ出力する。これにより、パケット送受信部３２２は、通信状態情報を収容するパケットを、無線通信部３１０を介して送信する。

即ち、プロトコル処理部３２３は、情報送信要求が受信された回数よりも、通信状態情報を送信する回数を少なくするように構成されている、と言うことができる。

ここで、待機時間は、送信元ノードと対応付けて記憶されている（即ち、上記取得された）通信状態情報が表す受信強度に応じて予め定められる。本例では、待機時間は、受信強度が小さくなるほど長くなるように定められる。例えば、待機時間は、受信強度が−７０ｄＢｍ以上である場合に２秒に設定され、受信強度が−７０ｄＢｍ未満であり且つ−９０ｄＢｍ以上である場合に５秒に設定され、受信強度が−９０ｄＢｍ未満である場合に８秒に設定される。

なお、プロトコル処理部３２３は、センサノードの密度（単位面積あたりに配置されているセンサノードの数）、及び／又は、センサネットワークシステム１に要求される応答時間の上限値等に応じて、待機時間が変更可能に構成されていてもよい。

また、プロトコル処理部３２３は、自ノードをセンサネットワークシステム１において識別するための情報（例えば、ノード番号等）に基づいて待機時間を決定するように構成されていてもよい。また、プロトコル処理部３２３は、擬似乱数を生成し、生成された擬似乱数に基づいて待機時間を決定するように構成されていてもよい。

また、プロトコル処理部３２３は、ＣＭＳＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）機能によって定められるバックオフ時間を待機時間として用いるように構成されていてもよい。

即ち、あるノードに対する待機時間は、他のいずれかのノードに対する待機時間と異なる値を有するように設定される。

具体的には、プロトコル処理部３２３は、情報送信要求を受け付けると、通信状態情報を取得し、取得された通信状態情報が表す受信強度に応じて定められた待機時間をタイマ管理部３２４へ出力する。

そして、プロトコル処理部３２３は、後述するタイムアウト通知をタイマ管理部３２４から受け付けるまでの間（待機期間）に、上記情報送信要求に対して、他のノードから送信元ノードへ送信された通信状態情報を受信したか否かを判定する。

プロトコル処理部３２３は、待機期間内に、送信元ノードが、上記情報送信要求に対する通信状態情報を受信したときに送信する接続要求が受け付けられなかった（即ち、受信されなかった）場合、通信状態情報を送信元ノードへ送信する（即ち、パケット送受信部３２２へ出力する）。一方、プロトコル処理部３２３は、待機期間内に、上記接続要求が受け付けられた場合、通信状態情報を送信元ノードへ送信しない。

また、プロトコル処理部３２３は、受け付けられた、情報、又は、要求が、接続要求である場合において、接続要求により特定される、接続先となるノードが自ノードであるとき、接続応答を送信する。

タイマ管理部３２４は、時間を計測するタイマを有する。タイマ管理部３２４は、ルーティング機能部３２０又はプロトコル処理部３２３により出力された待機時間を受け付ける。タイマ管理部３２４は、待機時間を受け付けた場合、タイマが時間を計測することにより、当該待機時間を受け付けた時点から当該待機時間だけ後の時点にて、タイムアウト通知を、当該待機時間の出力元（即ち、ルーティング機能部３２０又はプロトコル処理部３２３）へ出力する。

ルーティング情報記憶部３２５は、無線情報取得部３２１により取得された通信状態情報と、プロトコル処理部３２３により受け付けられた受信通信状態情報と、を記憶する。更に、ルーティング情報記憶部３２５は、形成されたネットワークトポロジに基づいた情報であり、且つ、パケットの転送先を表す情報であるルーティング情報（本例では、自ノードに対する送信先としての他ノードを特定するための情報）を記憶する。

本例では、センサネットワークシステム１は、２つのノードが接続されることにより形成されたネットワークトポロジに基づくルーティング情報を各ノードのルーティング情報記憶部３２５に記憶させるように構成される。

センサ部３３０は、物理量（本例では、温度）を検出する。なお、センサ部３３０は、物理量として、湿度、消費電力量（単位時間あたりに消費された電力の量）、ガスの使用量、水道の使用量、又は、音声等を検出するように構成されていてもよい。

アプリケーション機能部３４０は、予め設定された取得周期が経過する毎に、センサ部３３０により検出された物理量を表すセンサデータを取得する。本例では、センサデータは、検出された物理量そのものを表すデータである。なお、アプリケーション機能部３４０は、予め設定された期間においてセンサ部３３０により検出された物理量に基づく値（例えば、平均値、及び、分散等）を表すセンサデータを取得するように構成されていてもよい。

アプリケーション機能部３４０は、取得されたセンサデータをルーティング機能部３２０へ出力する。

なお、アプリケーション機能部３４０は、センサノード２０１を用いてサービスを行う際にユーザーにより機能が追加されるように構成されていてもよい。例えば、センサノード２０１がスマートメータを構成する場合、アプリケーション機能部３４０は、電気機器を制御するように構成されていてもよい。

パケット送受信部３２２は、アプリケーション機能部３４０によりセンサデータが出力された場合、当該センサデータを収容するパケットを生成する（即ち、センサデータをパケットにマッピング（変換）する）。パケット送受信部３２２は、無線通信部３１０を介して、生成されたパケットを自ノードに対して設定された送信先としての他ノードへ送信する。

パケット送受信部３２２は、無線通信部３１０を介して、他ノードのそれぞれにより送信されたパケットを受信する。パケット送受信部３２２は、パケットを受信した場合、受信されたパケットのそれぞれが収容するセンサデータを収容するパケットを、無線通信部３１０を介して、自ノードに対して設定された送信先としての他ノードへ送信する。

なお、他のセンサノード２０２，２０３，…のそれぞれも、センサノード２０１と同様の構成を有している。

また、シンクノード１０１は、センサノード２０１と同様に、無線通信部と、ルーティング機能部と、アプリケーション機能部と、を備える。
更に、シンクノード１０１は、受信したセンサデータと、当該センサデータの送信元であるセンサノードを識別するためのノード識別情報と、を対応付けて記憶（蓄積）する。

なお、シンクノード１０１は、取得されたセンサデータを自ノードが備える記憶装置に記憶するように構成されていたが、当該センサデータを他の装置（例えば、サーバ等）へ送信するように構成されていてもよい。

また、シンクノード１０１は、センサ部３３０と同様の機能と、アプリケーション機能部３４０と同様の機能と、を有し、自ノードにおいてもセンサデータを取得するように構成されていてもよい。

（作動）
次に、上述したセンサネットワークシステム１の作動について説明する。
本例では、センサネットワークシステム１は、プロアクティブ型のルーティングプロトコルに従って作動する。即ち、各センサノード２０１，２０２，…が定期的に（即ち、予め設定された更新周期が経過する毎に）、ネットワークトポロジを形成するための処理を実行する。これにより、ネットワークトポロジが更新される。

いま、図３に示したように、５つのセンサノード２０１〜２０５に着目して説明を続ける。本例では、センサノード２０１が、周辺に存在するノードを探索する場合を想定する。

先ず、図４に示したように、センサノード２０１は、ブロードキャスト方式に従って情報送信要求を送信する（ステップＳ１０１）。なお、情報送信要求は、周辺探索メッセージとも呼ばれる。また、ブロードキャスト方式は、メッセージに含まれる宛先アドレスとして、ブロードキャストアドレスを設定することにより、すべてのノードを宛先として設定する方式である。なお、センサノード２０１は、メッセージに含まれる宛先アドレスとして、複数のノードを特定するアドレスが設定された方式に従って情報送信要求を送信するように構成されていてもよい。

センサノード２０１により送信された周辺探索メッセージは、図３における破線の円Ｒ２０２内に位置するノード（本例では、センサノード２０２〜２０５）により受信される。

図３における破線の円Ｒ２０１は、センサノード２０１により送信された無線信号の受信強度が−７０ｄＢｍ以上である領域を示している。また、図３における破線の円Ｒ２０２は、センサノード２０１により送信された無線信号の受信強度が−９０ｄＢｍ以上である領域を示している。

即ち、本例では、センサノード２０２，２０３は、センサノード２０１により送信された無線信号の受信強度が−７０ｄＢｍ以上である領域に位置している。また、センサノード２０４，２０５は、センサノード２０１により送信された無線信号の受信強度が−７０ｄＢｍ未満であり且つ−９０ｄＢｍ以上である領域に位置している。

なお、周辺探索メッセージは、ネットワークトポロジにおけるセンサノード２０１の状態、及び、シンクノード１０１までのホップ数等を表す情報を含んでいてもよい。

センサノード２０２〜２０５のそれぞれは、センサノード２０１により送信された周辺探索メッセージを受信する。このとき、センサノード２０２〜２０５のそれぞれは、通信状態情報を取得する。

上記仮定に従えば、センサノード２０２，２０３のそれぞれは、受信強度として、−７０ｄＢｍ以上の値を取得する。従って、センサノード２０２，２０３のそれぞれは、情報送信要求を受信してから、受信強度に応じて定められた待機時間としての２秒が経過するまでの間、通信状態情報の送信を待機する。なお、通信状態情報は、周辺探索応答メッセージとも呼ばれる。

次いで、センサノード２０２は、情報送信要求を受信してから待機時間が経過した時点にて、情報送信要求を送信してきたノードである送信元ノード（センサノード２０１）により送信された後続情報としての接続要求を受信したか否かを判定する。なお、接続要求は、接続要求メッセージとも呼ばれる。本例では、センサノード２０２は、送信元ノード２０１により送信された接続要求を受信していない。

従って、センサノード２０２は、情報送信要求を受信してから待機時間が経過した時点にて、通信状態情報を送信元ノードとしてのセンサノード２０１へ送信する（ステップＳ１０２）。

また、センサノード２０３も、センサノード２０２と同様に、情報送信要求を受信してから待機時間が経過した時点にて、通信状態情報を送信元ノードとしてのセンサノード２０１へ送信する（ステップＳ１０３）。

なお、本例では、ＣＭＳＡ／ＣＡ機能によって定められるバックオフ時間が異なることにより、センサノード２０２により通信状態情報が送信される時点と、センサノード２０３により通信状態情報が送信される時点と、が僅かに相違する。

一方、センサノード２０４，２０５のそれぞれは、受信強度として、−７０ｄＢｍ未満であり且つ−９０ｄＢｍ以上の値を取得する。従って、センサノード２０４，２０５のそれぞれは、情報送信要求を受信してから、受信強度に応じて定められた待機時間としての５秒が経過するまでの間、通信状態情報の送信を待機する。

そして、センサノード２０１は、自ノードが送信した情報送信要求に対する通信状態情報を送信してきたノード（本例では、センサノード２０２、及び、センサノード２０３）の中から、ネットワークトポロジにおける接続先であるノードを、受信通信状態情報に基づいて決定する。

ここでは、センサノード２０１が、センサノード２０２を接続先として決定する場合を想定する。この場合、センサノード２０１は、接続先として決定したノードを特定するための情報を含む接続要求メッセージを送信する（ステップＳ１０４）。

センサノード２０１により送信された接続要求メッセージは、図３における破線の円Ｒ２０２内に位置するノード（本例では、センサノード２０２〜２０５）により受信される。

センサノード２０２は、センサノード２０１により送信された接続要求メッセージを受信すると、センサノード２０１との接続を許可する旨を表す接続応答情報をセンサノード２０１へ送信する（ステップＳ１０５）。なお、接続応答情報は、接続応答メッセージとも呼ばれる。これにより、ネットワークトポロジにおいて、センサノード２０１とセンサノード２０２とが接続される。

一方、センサノード２０４は、情報送信要求を受信してから待機時間が経過した時点にて、情報送信要求を送信してきたノードである送信元ノード（センサノード２０１）により送信された後続情報としての接続要求を受信したか否かを判定する。本例では、センサノード２０４は、通信状態情報の送信を待機している間に、センサノード２０１により送信された接続要求メッセージを受信している。

従って、センサノード２０４は、通信状態情報の送信を中止する（即ち、通信状態情報を送信しない）。同様に、センサノード２０５も、通信状態情報の送信を待機している間に、センサノード２０１により送信された接続要求メッセージを受信しているから、通信状態情報の送信を中止する。

なお、センサノード２０４は、情報送信要求を受信してから待機時間が経過するまでの間に、情報送信要求を送信してきたノードである送信元ノード（センサノード２０１）により送信された後続情報としての接続要求を受信した場合、当該接続要求を受信した時点にて通信状態情報の送信を中止するように構成されていてもよい。

また、センサノード２０４は、情報送信要求を受信してから待機時間が経過した時点、及び、後続情報を受信した時点、以外の時点にて、通信状態情報の送信を中止するか否かを決定するように構成されていてもよい。

仮に、すべてのノード（センサノード２０２〜２０５）が応答情報としての周辺探索応答メッセージを送信する場合、周辺探索応答メッセージが４回、送信される。これに対し、本例では、周辺探索応答メッセージが送信される回数は、２回に削減されている。

以上、説明したように、第１実施形態に係るノード装置１０１，２０１，２０２，…によれば、応答情報（本例では、通信状態情報）が無駄に送信されることを抑制することができる。

また、第１実施形態に係るノード装置１０１，２０１，２０２，…によれば、応答送信要求、及び、後続情報の両方が送信されているにもかかわらず、ノード装置が、応答送信要求、及び、後続情報の一方を受信できない事態が生じる可能性を低減することができる。この結果、応答情報が送信される回数を確実に低減することができる。

また、第１実施形態に係るノード装置１０１，２０１，２０２，…によれば、送信元ノードが応答送信要求に対する応答情報を受信していない場合に、応答送信要求を受信したノード装置は、当該応答送信要求に対する応答情報の送信を中止しない。従って、送信元ノードは、応答送信要求に対する応答情報を確実に受信することができる。

このように、上記構成によれば、ノード装置の密度が比較的高い場合であっても、通信負荷を十分に低減することができる。

更に、第１実施形態に係るノード装置１０１，２０１，２０２，…は、待機時間を、受信強度が小さくなるほど長くなる値に決定する。

これによれば、受信強度が大きいノード装置ほど優先して、応答情報を送信元ノードへ送信することができる。これにより、例えば、受信強度が大きいノード装置ほど優先して、ネットワークトポロジにおいて送信元ノードと接続することができる。この結果、無線信号における誤り率を低減することができるので、通信負荷が無駄に過大となることを回避することができる。

加えて、第１実施形態に係るノード装置１０１，２０１，２０２，…は、物理量を検出し、当該検出された物理量を表すセンサデータをネットワークトポロジにおいて接続された他のノード装置へ送信する。

ところで、複数のセンサノードが比較的近くに配置されている場合、当該複数のセンサノードにより検出される物理量が比較的近い値である可能性が高い。従って、送信元ノードは、比較的近くに配置されている複数のセンサノードのすべてから応答情報を受信する必要がないことがある。従って、上記構成によれば、応答情報が無駄に送信されることを抑制することができる。

なお、第１実施形態の変形例に係るノード装置において、情報送信要求が応答送信要求を構成し、通信状態情報が応答を構成していたが、応答送信要求は、通信状態情報以外の応答の送信を要求する情報であってもよい。

例えば、ノード装置は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４シリーズにより定められた方式に従って無線通信を行う無線通信システムを構成していてもよい。この場合、ノード装置は、応答送信要求として、Ｂｅａｃｏｎ Ｒｅｑｕｅｓｔメッセージを用い、且つ、応答情報として、Ｂｅａｃｏｎメッセージを用い、且つ、後続情報として、Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ Ｒｅｑｕｅｓｔメッセージを用いるように構成されることが好適である。この場合、情報送信要求は、送信元のノードを特定するための情報を含んでいなくてもよい。

即ち、この場合、応答送信要求を送信してきたノード装置（第１の送信元ノード）と異なるノード装置（第２の送信元ノード）により送信された後続情報が受信された場合であっても、ノード装置は、上記応答送信要求に対する応答情報の送信を中止するように構成される。この場合、第１の送信元ノードは、応答送信要求を送信した場合において、いずれの応答情報も受信しなかったとき、再度、応答送信要求を送信するように構成されることが好適である。

また、第１実施形態の変形例に係るノード装置において、情報送信要求は、送信元のノードを特定するための情報を含んでいなくてもよい。

また、第１実施形態の変形例に係るノード装置において、応答送信要求を送信してきたノード装置（第１の送信元ノード）と異なるノード装置（第２の送信元ノード）により送信された後続情報が受信された場合であっても、ノード装置は、上記応答送信要求に対する応答情報の送信を中止するように構成されていてもよい。この場合、第１の送信元ノードは、応答送信要求を送信した場合において、いずれの応答情報も受信しなかったとき、再度、応答送信要求を送信するように構成されることが好適である。

また、第１実施形態の変形例に係るノード装置において、待機時間は、受信強度が小さくなるほど長くなる値に設定されていたが、受信強度が予め設定された範囲内にある場合に最短である値に設定され、且つ、受信強度が当該範囲外にある場合に、受信強度が小さくなるほど長くなる値に設定されてもよい。

また、第１実施形態の変形例に係るノード装置において、待機時間は、受信強度に応じて定められていたが、受信強度以外の通信状態を表す情報に応じて定められていてもよい。

また、第１実施形態の変形例に係るノード装置は、情報送信要求を受信した場合、センサネットワークシステムにおける、自ノードが有する役割に基づいて、待機時間を変更するように構成されていてもよい。例えば、シンクノードは、シンクノード以外のノードが用いる待機時間よりも短い時間を待機時間として用いるように構成されていてもよい。

また、第１実施形態の変形例に係るノード装置は、情報送信要求を受信した場合、センサネットワークシステムにおける、送信元ノード（情報送信要求を送信してきたノード）が有する役割に基づいて、待機時間を変更するように構成されていてもよい。

例えば、ネットワークトポロジが木構造を有する（即ち、ネットワークトポロジがツリートポロジである）場合、ノード装置は、少なくとも１つの子ノードを有するノード（クラスタヘッドノード）と、子ノードを１つも有しないノード（エンドノード）と、のそれぞれに対して異なる値を待機時間として決定することが好適である。

例えば、ノード装置は、送信元ノードがクラスタヘッドノードである場合、送信元ノードがエンドノードである場合よりも短い時間を待機時間として決定するように構成されることが好適である。

なお、センサネットワークシステムにおけるノードの役割は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４、又は、ＺｉｇＢｅｅにおける、ルーター、コーディネーター、及び、エンドポイント等であってもよいし、ルーティングプロトコルにおけるＭＰＲ（Ｍｕｌｔｉ Ｐｏｉｎｔ Ｒｅｌａｙ）集合に参加しているか否か、であってもよい。

なお、第１実施形態の変形例に係るノード装置は、応答送信要求を受信してから待機時間が経過するまでの間に、後続情報を受信していない場合であっても、予め設定された送信中止条件が成立したとき、応答情報の送信を中止するように構成されていてもよい。例えば、送信中止条件は、自ノードの通信状態よりも他ノードの通信状態の方が良好である、という条件である。この場合、ノード装置は、他ノードにより送信された応答情報に基づいて、送信中止条件が成立するか否かを判定する。なお、送信中止条件は、ルーティングプロトコル、又は、ネットワークトポロジの構築方法に応じて設定されていてもよい。

また、第１実施形態の変形例に係るノード装置は、応答送信要求を送信してから、予め設定された回数だけ、当該応答送信要求に対する応答情報を受信するまでの間、後続情報の送信を待機するように構成されていてもよい。

また、第１実施形態に係るノード装置は、センサノードを構成していたが、センサノード以外の無線通信装置を構成していてもよい。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るノード装置について図５を参照しながら説明する。
第２実施形態に係るノード装置１０００は、無線通信を行うことにより、ネットワークトポロジにおけるノードを構成する装置である。

更に、このノード装置１０００は、
複数のノードにより受信されるように宛先が設定され且つ応答情報の送信を要求する応答送信要求を、他のノード装置である送信元ノードから受信する要求受信部（要求受信手段）１００１と、
上記応答送信要求が受信された場合、当該応答送信要求に対する上記応答情報を送信する応答情報送信部（応答情報送信手段）１００２と、
を備える。

更に、応答情報送信部１００２は、上記応答送信要求が受信され、その後、上記送信元ノードが上記応答情報を受信したときに送信する後続情報が受信された場合、当該応答送信要求に対する上記応答情報の送信を中止するように構成される。

送信元ノードが応答送信要求を送信した場合、当該応答送信要求を受信したノード装置は、当該応答送信要求に対する応答情報を送信する。更に、送信元ノードは、この応答情報を受信した場合、後続情報を送信する。

ところで、送信元ノードは、応答送信要求を送信した場合において、当該応答送信要求に対する応答情報をあるノード装置から受信したとき、当該応答送信要求に対する、他のノード装置からの応答情報を受信する必要がないことがある。従って、上記構成によれば、応答情報が無駄に送信されることを抑制することができる。

また、応答送信要求と後続情報とは、同一の送信元ノードから送信される。従って、上記構成によれば、応答送信要求、及び、後続情報の両方が送信されているにもかかわらず、ノード装置が、応答送信要求、及び、後続情報の一方を受信できない事態が生じる可能性を低減することができる。この結果、応答情報が送信される回数を確実に低減することができる。

また、上記構成によれば、送信元ノードが応答送信要求に対する応答情報を受信していない場合に、応答送信要求を受信したノード装置は、当該応答送信要求に対する応答情報の送信を中止しない。従って、送信元ノードは、応答送信要求に対する応答情報を確実に受信することができる。

このように、上記構成によれば、ノード装置の密度が比較的高い場合であっても、通信負荷を十分に低減することができる。

以上、上記実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成及び詳細に、本願発明の範囲内において当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

なお、上記各実施形態においてノード装置の各機能は、回路等のハードウェアにより実現されていた。ところで、ノード装置は、処理装置と、プログラム（ソフトウェア）を記憶する記憶装置と、を備えるとともに、処理装置がそのプログラムを実行することにより、各機能を実現するように構成されていてもよい。この場合、プログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体に記憶されていてもよい。例えば、記録媒体は、フレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスク、及び、半導体メモリ等の可搬性を有する媒体である。

また、上記実施形態の他の変形例として、上述した実施形態及び変形例の任意の組み合わせが採用されてもよい。

＜付記＞
上記実施形態の一部又は全部は、以下の付記のように記載され得るが、以下には限られない。

（付記１）
無線通信を行うことにより、ネットワークトポロジにおけるノードを構成するノード装置であって、
複数のノードにより受信されるように宛先が設定され且つ応答情報の送信を要求する応答送信要求を、他のノード装置である送信元ノードから受信する要求受信手段と、
前記応答送信要求が受信された場合、当該応答送信要求に対する前記応答情報を送信する応答情報送信手段と、
を備え、
前記応答情報送信手段は、前記応答送信要求が受信され、その後、前記送信元ノードが前記応答情報を受信したときに送信する後続情報が受信された場合、当該応答送信要求に対する前記応答情報の送信を中止するように構成されたノード装置。

送信元ノードが応答送信要求を送信した場合、当該応答送信要求を受信したノード装置は、当該応答送信要求に対する応答情報を送信する。更に、送信元ノードは、この応答情報を受信した場合、後続情報を送信する。

ところで、送信元ノードは、応答送信要求を送信した場合において、当該応答送信要求に対する応答情報をあるノード装置から受信したとき、当該応答送信要求に対する、他のノード装置からの応答情報を受信する必要がないことがある。従って、上記構成によれば、応答情報が無駄に送信されることを抑制することができる。

また、応答送信要求と後続情報とは、同一の送信元ノードから送信される。従って、上記構成によれば、応答送信要求、及び、後続情報の両方が送信されているにもかかわらず、ノード装置が、応答送信要求、及び、後続情報の一方を受信できない事態が生じる可能性を低減することができる。この結果、応答情報が送信される回数を確実に低減することができる。

また、上記構成によれば、送信元ノードが応答送信要求に対する応答情報を受信していない場合に、応答送信要求を受信したノード装置は、当該応答送信要求に対する応答情報の送信を中止しない。従って、送信元ノードは、応答送信要求に対する応答情報を確実に受信することができる。

このように、上記構成によれば、ノード装置の密度が比較的高い場合であっても、通信負荷を十分に低減することができる。

（付記２）
付記１に記載のノード装置であって、
前記応答情報送信手段は、前記応答送信要求が受信されてから、所定の待機時間が経過するまで、当該応答送信要求に対する前記応答情報の送信を待機するとともに、当該応答情報の送信を待機している間に、前記送信元ノードにより送信された前記後続情報が受信された場合、当該応答情報の送信を中止するように構成されたノード装置。

（付記３）
付記２に記載のノード装置であって、
前記応答情報送信手段は、前記ネットワークトポロジにおけるノードを構成する他のノード装置に対する値と異なる値を有するように前記待機時間が設定されるように構成されたノード装置。

（付記４）
付記２又は付記３に記載のノード装置であって、
前記応答情報送信手段は、前記待機時間を、前記受信された応答送信要求としての無線信号の強度である受信強度に基づいて決定するように構成されたノード装置。

（付記５）
付記４に記載のノード装置であって、
前記応答情報送信手段は、前記待機時間を、前記受信強度が小さくなるほど長くなる値に決定するように構成されたノード装置。

これによれば、受信強度が大きいノード装置ほど優先して、応答情報を送信元ノードへ送信することができる。これにより、例えば、受信強度が大きいノード装置ほど優先して、ネットワークトポロジにおいて送信元ノードと接続することができる。この結果、無線信号における誤り率を低減することができるので、通信負荷が無駄に過大となることを回避することができる。

（付記６）
付記１乃至付記５のいずれかに記載のノード装置であって、
前記応答情報は、自ノードの通信状態を表す情報であり且つ前記ネットワークトポロジを形成するための情報である通信状態情報であり、
前記後続情報は、前記送信元ノードと、当該送信元ノードにより受信された前記応答情報を送信したノード装置と、を接続するための情報である、ノード装置。

（付記７）
付記１乃至付記６のいずれかに記載のノード装置であって、
物理量を検出し、当該検出された物理量を表すセンサデータを前記ネットワークトポロジにおいて接続された他のノード装置へ送信するように構成されたセンサノードであるノード装置。

ところで、複数のセンサノードが比較的近くに配置されている場合、当該複数のセンサノードにより検出される物理量が比較的近い値である可能性が高い。従って、送信元ノードは、比較的近くに配置されている複数のセンサノードのすべてから応答情報を受信する必要がないことがある。従って、上記構成によれば、応答情報が無駄に送信されることを抑制することができる。

（付記８）
無線通信を行うことにより、ネットワークトポロジにおけるノードを構成するノード装置に適用され、
複数のノードにより受信されるように宛先が設定され且つ応答情報の送信を要求する応答送信要求を、他のノード装置である送信元ノードから受信し、
前記応答送信要求が受信され、その後、前記送信元ノードが前記応答情報を受信したときに送信する後続情報が受信されなかった場合、当該応答送信要求に対する前記応答情報を送信し、一方、当該応答送信要求が受信され、その後、当該後続情報が受信された場合、当該応答送信要求に対する当該応答情報の送信を中止する、ノード装置制御方法。

（付記９）
付記８に記載のノード装置制御方法であって、
前記応答送信要求が受信されてから、所定の待機時間が経過するまで、当該応答送信要求に対する前記応答情報の送信を待機するとともに、当該応答情報の送信を待機している間に、前記送信元ノードにより送信された前記後続情報が受信された場合、当該応答情報の送信を中止する、ノード装置制御方法。

（付記１０）
付記９に記載のノード装置制御方法であって、
前記ネットワークトポロジにおけるノードを構成する他のノード装置に対する値と異なる値を有するように前記待機時間が設定される、ノード装置制御方法。

（付記１１）
無線通信を行うことにより、ネットワークトポロジにおけるノードを構成するノード装置に、
複数のノードにより受信されるように宛先が設定され且つ応答情報の送信を要求する応答送信要求を、他のノード装置である送信元ノードから受信し、
前記応答送信要求が受信され、その後、前記送信元ノードが前記応答情報を受信したときに送信する後続情報が受信されなかった場合、当該応答送信要求に対する前記応答情報を送信し、一方、当該応答送信要求が受信され、その後、当該後続情報が受信された場合、当該応答送信要求に対する当該応答情報の送信を中止する、処理を実行させるためのノード装置制御プログラム。

（付記１２）
付記１１に記載のノード装置制御プログラムであって、
前記処理は、
前記応答送信要求が受信されてから、所定の待機時間が経過するまで、当該応答送信要求に対する前記応答情報の送信を待機するとともに、当該応答情報の送信を待機している間に、前記送信元ノードにより送信された前記後続情報が受信された場合、当該応答情報の送信を中止するように構成されたノード装置制御プログラム。

（付記１３）
付記１２に記載のノード装置制御プログラムであって、
前記処理は、
前記ネットワークトポロジにおけるノードを構成する他のノード装置に対する値と異なる値を有するように前記待機時間が設定されるように構成されたノード装置制御プログラム。

本発明は、無線通信を行うことによりネットワークトポロジにおけるノードを構成するノード装置等に適用可能である。

１ センサネットワークシステム
１０１ シンクノード
２０１〜２０５ センサノード
３１０ 無線通信部
３１１ アンテナ
３２０ ルーティング機能部
３２１ 無線情報取得部
３２２ パケット送受信部
３２３ プロトコル処理部
３２４ タイマ管理部
３２５ ルーティング情報記憶部
３３０ センサ部
３４０ アプリケーション機能部
１０００ ノード装置
１００１ 要求受信部
１００２ 応答情報送信部

Claims (9)

1. 無線通信を行うことにより、ネットワークトポロジにおけるノードを構成するノード装置であって、
   複数のノードにより受信されるように宛先が設定され且つ応答情報の送信を要求する応答送信要求を、他のノード装置である送信元ノードから受信する要求受信手段と、
   前記応答送信要求が受信された場合、当該応答送信要求に対する前記応答情報を送信する応答情報送信手段と、
   を備え、
   前記応答情報送信手段は、前記応答送信要求が受信され、その後、前記送信元ノードが前記応答情報を受信したときに送信する後続情報が受信された場合、当該応答送信要求に対する前記応答情報の送信を中止するように構成され、
   前記応答情報は、自ノードの通信状態を表す情報であり且つ前記ネットワークトポロジを形成するための情報である通信状態情報であり、
   前記後続情報は、前記送信元ノードと、当該送信元ノードにより受信された前記応答情報を送信したノード装置と、を接続するための情報であり、
   受け付けた前記後続情報により特定される、接続先となるノードが自ノードであるとき、要求された接続を許可する旨を表す情報である接続応答を送信するノード装置。
2. 請求項１に記載のノード装置であって、
   前記応答情報送信手段は、前記応答送信要求が受信されてから、所定の待機時間が経過するまで、当該応答送信要求に対する前記応答情報の送信を待機するとともに、当該応答情報の送信を待機している間に、前記送信元ノードにより送信された前記後続情報が受信された場合、当該応答情報の送信を中止するように構成されたノード装置。
3. 請求項２に記載のノード装置であって、
   前記応答情報送信手段は、前記ネットワークトポロジにおけるノードを構成する他のノード装置に対する値と異なる値を有するように前記待機時間が設定されるように構成されたノード装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載のノード装置であって、
   前記応答情報送信手段は、前記待機時間を、前記受信された応答送信要求としての無線信号の強度である受信強度に基づいて決定するように構成されたノード装置。
5. 請求項４に記載のノード装置であって、
   前記応答情報送信手段は、前記待機時間を、前記受信強度が小さくなるほど長くなる値に決定するように構成されたノード装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のノード装置であって、
   物理量を検出し、当該検出された物理量を表すセンサデータを前記ネットワークトポロジにおいて接続された他のノード装置へ送信するように構成されたセンサノードであるノード装置。
7. 無線通信を行うことにより、ネットワークトポロジにおけるノードを構成するノード装置に適用され、
   複数のノードにより受信されるように宛先が設定され且つ応答情報の送信を要求する応答送信要求を、他のノード装置である送信元ノードから受信し、
   前記応答送信要求が受信され、その後、前記送信元ノードが前記応答情報を受信したときに送信する後続情報が受信されなかった場合、当該応答送信要求に対する前記応答情報を送信し、一方、当該応答送信要求が受信され、その後、当該後続情報が受信された場合、当該応答送信要求に対する当該応答情報の送信を中止し、
   前記応答情報は、自ノードの通信状態を表す情報であり且つ前記ネットワークトポロジを形成するための情報である通信状態情報であり、
   前記後続情報は、前記送信元ノードと、当該送信元ノードにより受信された前記応答情報を送信したノード装置と、を接続するための情報であり、
   受け付けた前記後続情報により特定される、接続先となるノードが自ノードであるとき、要求された接続を許可する旨を表す情報である接続応答を送信するノード装置制御方法。
8. 請求項７に記載のノード装置制御方法であって、
   前記応答送信要求が受信されてから、所定の待機時間が経過するまで、当該応答送信要求に対する前記応答情報の送信を待機するとともに、当該応答情報の送信を待機している間に、前記送信元ノードにより送信された前記後続情報が受信された場合、当該応答情報の送信を中止する、ノード装置制御方法。
9. 無線通信を行うことにより、ネットワークトポロジにおけるノードを構成するノード装置に、
   複数のノードにより受信されるように宛先が設定され且つ応答情報の送信を要求する応答送信要求を、他のノード装置である送信元ノードから受信し、
   前記応答送信要求が受信され、その後、前記送信元ノードが前記応答情報を受信したときに送信する後続情報が受信されなかった場合、当該応答送信要求に対する前記応答情報を送信し、一方、当該応答送信要求が受信され、その後、当該後続情報が受信された場合、当該応答送信要求に対する当該応答情報の送信を中止する、処理を実行させ、
   前記応答情報は、自ノードの通信状態を表す情報であり且つ前記ネットワークトポロジを形成するための情報である通信状態情報であり、
   前記後続情報は、前記送信元ノードと、当該送信元ノードにより受信された前記応答情報を送信したノード装置と、を接続するための情報であり、
   受け付けた前記後続情報により特定される、接続先となるノードが自ノードであるとき、要求された接続を許可する旨を表す情報である接続応答を送信するノード装置制御プログラム。

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