JP6927072B2 - 経路選択装置、経路選択方法及びプログラム - Google Patents
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Description
E(i)=ETx×TN(i)+ERx×RN(i) (式1)
式1において、ETxは1センサーパケットの送信に必要とされるエネルギー量、ERxは1センサーパケットの受信に必要とされるエネルギー量、TN(i)はノードiが1データ収集サイクルに必要な送信パケット数、RN(i)はノードiが1データ収集サイクルに必要な受信パケット数である。ノードi自身が作成する1データ収集サイクルのセンサーレポート数をd(i)、ノードiが転送するツリー上で下位のノードすべてのセンサーレポート数の合計をd(below_i)とするとTN(i)は以下の式2及び式3で表される。
TN(i)=(d(below_i)+d(i))/S, ((d(below_i)+d(i))%S=0の場合) (式2)
TN(i)=(d(below_i)+d(i))/S+1, ((d(below_i)+d(i))%S≠0の場合) (式3)
式2及び3において、"/"は割り算の商を示し、"%"は割り算の剰余を示す。式2及び式3から剰余が0以外のときには送受信されるパケットに空きがあることが分かる。そのため、各リンクにおけるパケットの空きを少なくすることもパケット数削減に有効な手段であると考えられる。
Etree=Σi∈TE(i) (式4)
特に屋内に設置されるセンサーでは、各センサーが使用する電力はACアダプターから供給されるが、その場合センサーに提供される電力総和をなるべく少なくすることが電力削減の目的で必要となる。そのため式4で表されるEtreeを最小にする方式が検討されている(非特許文献2参照)。非特許文献2では2つの問題に対処している。一つはMECAT(Minimum Energy Cost Aggregation Tree)問題であり、この問題はセンサーレポートを発生せずツリー上の下位センサーノードのセンサーレポートだけを転送する目的で使われるリレーノードが存在しないWSN(Wireless Sensor Network)を対象とするツリーノード(ツリー上のノード)が利用するエネルギー総和の最小化問題である。もう一つはMECAT-RN(MECAT with Relay Node)問題であり、この問題はWSNにおいてリレーノードを含めてのすべてのツリーノードが使用するエネルギー総和の最小化問題である。
複数のセンサーノードを含む複数のノードで構成されたセンサーツリーにおいて、下位のノードからのセンサーレポートをパケットに格納して上位のノードに送信する際の経路を選択する経路選択装置であって、
前記センサーツリーの中で配下に子ノードを保持する第1のノードを選択し、当該第1のノードを頂点とするサブツリーの配下の第2のノードを、当該サブツリーに属さない第3のノードの配下に移動したときに、前記センサーツリーにおいて送受信されるパケット総数が減る場合、前記センサーツリーにおいて前記第2のノードを前記第3のノードの配下に移動するが、前記第1のノードを頂点とするサブツリーの配下のすべてのノードに対して、ノードが移動したときのパケット総数の変化を求め、パケット総数が最も減少するノードを移動するノード移動部
を有することを特徴とする。
複数のセンサーノードを含む複数のノードで構成されたセンサーツリーにおいて、下位のノードからのセンサーレポートをパケットに格納して上位のノードに送信する際の経路を選択する経路選択装置における経路選択方法であって、
前記センサーツリーの中で配下に子ノードを保持する第1のノードを選択し、当該第1のノードを頂点とするサブツリーの配下の第2のノードを、当該サブツリーに属さない第3のノードの配下に移動したときに、前記センサーツリーにおいて送受信されるパケット総数が減る場合、前記センサーツリーにおいて前記第2のノードを前記第3のノードの配下に移動するが、前記第1のノードを頂点とするサブツリーの配下のすべてのノードに対して、ノードが移動したときのパケット総数の変化を求め、パケット総数が最も減少するノードを移動するステップ
を有することを特徴とする。
上記の経路選択装置の各部としてコンピュータを機能させることを特徴とする。
図7に本実施の形態をMECAT問題に適用したときのノード移動例を示す。この例では、図7(1)のように最短経路ツリーがすでに形成されている。図7において各ツリーノードの横に記されている(a,b)に関して、aはノードi自身が作成する1データ収集サイクルのセンサーレポート数:d(i)の値であり、bはノードiが転送する下位ノードすべてのセンサーレポート数の合計:d(below_i)である。また、各リンク横に記されている数字は当該リンクで送信されるパケット数を示しており、データ集約レートSは5である。
なお、図7(1)のノード5のように、サブツリーの頂点ノードとして選択されるノードiは(d(below_i)+d(i))%S≠0のように(d(below_i)+d(i))をデータ集約レートSで割った剰余が0より大きいノードとしてもよい(すなわち、剰余が1以上である)。この理由は、通常当該剰余が0の場合はパケットの収容率が高いため、配下のノードを移動しても効果が少ないためである。また、このような条件を作ることにより、移動対象ノード数が減るため処理時間を短くできる可能性がある。つまり図6のステップS102〜S105のルーチン数を減らすことが可能である。
図8に本実施の形態をMECAT-RN問題に適用したときのノード移動例を示す。この例では、図8(1)のように(3,2)-LASTアルゴリズムによって、すでにリレーノードを含めたツリーが構成されている。図8において、R1〜R5はリレーノードを示し、他のノード0〜5はセンサーノードを示している。実線はツリーノード間の隣接関係を示し、センサーレポートはこの実線に沿って下位ノードから上位ノードに転送され、最終的にルートノード0に送付される。点線はツリーに使用されていないノード間の隣接関係を示す。またリンクの横の数字はそのリンク上で送信されるパケット数を示しており、データ集約レートSは5である。
上記のように、MECAT問題及びMECAT-RN問題でそれぞれ最短経路ツリー、(3,2)-LAST等の既存の方式で初期ツリーを作成した後に、本実施の形態に従ってノードを移動することにより、よりセンサーツリーのノードが使う総エネルギー量を減らすことができる。
図9に、本発明の実施の形態における経路選択装置100のハードウェア構成例を示す。経路選択装置100は、CPU(Central Processing Unit)201等のプロセッサ、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)等のメモリ装置202、ハードディスク等の記憶装置203等から構成されたコンピュータでもよい。例えば、経路選択装置100の機能および処理は、記憶装置203又はメモリ装置202に格納されているデータやプログラムをCPU201が実行することによって実現される。また、経路選択装置100に必要な情報は、入出力インタフェース装置204から入力され、経路選択装置100において求められた結果は、入出力インタフェース装置204から出力されてもよい。
説明の便宜上、本発明の実施の形態に係る経路選択装置は機能的なブロック図を用いて説明しているが、本発明の実施の形態に係る経路選択装置は、ハードウェア、ソフトウェア又はそれらの組み合わせで実現されてもよい。例えば、本発明の実施の形態は、コンピュータに対して本発明の実施の形態に係る経路選択装置の機能を実現させるプログラム、コンピュータに対して本発明の実施の形態に係る方法の各手順を実行させるプログラム等により、実現されてもよい。また、各機能部が必要に応じて組み合わせて使用されてもよい。また、本発明の実施の形態に係る方法は、実施の形態に示す順序と異なる順序で実施されてもよい。
110 ノード情報取得部
120 ルーティング要求部
130 ルート決定部
131 WSN認識部
132 初期ツリー作成部
133 センサーレポート数計算部
134 ノード移動部
140 WSN格納部
150 ツリー格納部
201 CPU
202 メモリ装置
203 記憶装置
204 入出力インタフェース装置
Claims (6)
- 複数のセンサーノードを含む複数のノードで構成されたセンサーツリーにおいて、下位のノードからのセンサーレポートをパケットに格納して上位のノードに送信する際の経路を選択する経路選択装置であって、
前記センサーツリーの中で配下に子ノードを保持する第1のノードを選択し、当該第1のノードを頂点とするサブツリーの配下の第2のノードを、当該サブツリーに属さない第3のノードの配下に移動したときに、前記センサーツリーにおいて送受信されるパケット総数が減る場合、前記センサーツリーにおいて前記第2のノードを前記第3のノードの配下に移動するが、前記第1のノードを頂点とするサブツリーの配下のすべてのノードに対して、ノードが移動したときのパケット総数の変化を求め、パケット総数が最も減少するノードを移動するノード移動部
を有する経路選択装置。 - 前記ノード移動部は、前記第1のノードが作成するセンサーレポート数と当該ノードが転送する下位ノードの合計センサーレポート数との和を、センサーレポートをパケットに集約するデータ集約レートで割った剰余が1以上のノードを対象として、前記第1のノードを選択する。請求項1に記載の経路選択装置。
- 前記ノード移動部は、前記センサーツリーにおいてノードの移動を繰り返し行う場合、ノードがサブツリーの頂点として選択される回数に上限を設定する、請求項1又は2に記載の経路選択装置。
- 前記ノード移動部は、前記センサーツリーにおいてノードの移動を繰り返し行う場合、ノードが移動する回数に上限を設定する、請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載の経路選択装置。
- 複数のセンサーノードを含む複数のノードで構成されたセンサーツリーにおいて、下位のノードからのセンサーレポートをパケットに格納して上位のノードに送信する際の経路を選択する経路選択装置における経路選択方法であって、
前記センサーツリーの中で配下に子ノードを保持する第1のノードを選択し、当該第1のノードを頂点とするサブツリーの配下の第2のノードを、当該サブツリーに属さない第3のノードの配下に移動したときに、前記センサーツリーにおいて送受信されるパケット総数が減る場合、前記センサーツリーにおいて前記第2のノードを前記第3のノードの配下に移動するが、前記第1のノードを頂点とするサブツリーの配下のすべてのノードに対して、ノードが移動したときのパケット総数の変化を求め、パケット総数が最も減少するノードを移動するステップ
を有する経路選択方法。 - 請求項1乃至4のうちいずれか1項に記載の経路選択装置の各部としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
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