JP7086736B2 - センサノード、センサネットワーク、および、中継ノードの動作推定方法 - Google Patents

Description

本開示は、省電力動作が可能な中継ノードを備えセンサネットワークに関する。

従来から、センサをネットワーク（有線または無線）に接続することにより、センサがセンシングした計測データを収集するためのセンサネットワークが知られている（特許文献１～３、非特許文献１参照）。例えば無線センサネットワークでは、無線通信機能を備えたセンサであるセンサノード（無線通信子機）から無線で送信される計測データが、この無線センサネットワークと有線ネットワークとの境界などに位置するゲートウェイノード（基地局）に送られることにより収集される。この際、例えば発電プラント内など、センサノードの設置場所の制約や金属構造物などの遮蔽物の影響からセンサノードおよびゲートウェイノード間で通信の安定性を十分に確保できないような場合には、通信安定性向上策として、通信の中継動作が可能な中継ノード（ルータノード）が配置される。これによって、センサノードおよびゲートウェイノードは、１以上の中継ノードによってマルチホップ接続され、安定した通信が可能となる。なお、中継ノードは、中継機能を有するセンサノードである場合もある。

また、センサノードは、ネットワークの端に位置するエンドノードである場合が多く、他ノードとの通信可能なアクティブモードで動作するアクティブ状態と、他ノードとの通信ができないスリープモードで操作するスリープ状態とを周期的などで切り替える省電力動作が可能である。これによって、電池（バッテリ）で駆動するセンサノードは、スリープモードで動作することにより無線回路などをスリープ状態にさせることで、電力消費を抑制することができ、電池交換することなく長期間の駆動が可能となる。

その一方で、中継ノードは、センサノード（エンドノード）や他の中継ノードと非同期に通信を行う可能性がある。このため、中継ノードを省電力動作させるための方法としては、様々な提案がなされている。例えば、中継ノードが、自身が管理するセンサノードに対して送信間隔を指定するコマンドを送信し、センサノードからの通信がない期間にスリープ状態になるといった方法（特許文献１）や、ゲートウェイ（収集局）が、センサネットワーク内の中継ノードおよびセンサノードに対してスリープ期間を指定した命令パケットを送信し、これを受信した各ノードが、指定されたスリープ期間にスリープ状態になるといった方法（特許文献２）などが提案されている。

なお、特許文献３では、中継ノードが、センサノードから送信される計測データの受信状況に基づいて、センサノードがアクティブ状態となる周期（起動周期）を推定し、アクティブ状態のセンサノードに対して、起動周期や起動時間の変更設定や、各種計測のための処理要求を行うことが開示されている。

特開２０１５－２１６５８１号公報 特開２００９－２０６７４９号公報 特開２０１３－１０２２６３号公報

久保 祐樹、他２名、"無線センサネットワークの省電力化技術"、［ｏｎｌｉｎｅ］、２００９年４月、ＯＫＩテクニカルレビュー第２１４号 Ｖｏｌ．７６ Ｎｏ．１、［２０１８年４月１８日検索］、インターネット＜ＵＲＬ： ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｏｋｉ．ｃｏｍ／ｊｐ／ｏｔｒ／２００９／ｎ２１４／ｐｄｆ／２１４＿ｒ０９．ｐｄｆ＞

特許文献１～２が開示する方法は、中継ノードとセンサノードとが、アクティブ状態となるアクティブ期間およびスリープ状態となるスリープ期間を設定によって同期させることにより、中継ノードの省電力動作を可能としている。このためには、中継ノードおよびセンサノードの両方にそのための機能を実装する必要があり、既存のセンサネットワークシステムへの変更がその分だけ大きくなる。各種のノード間で時間同期が必要となるため、センサネットワークシステムのセットアップが複雑になる。また、特許文献１では、中継ノードが配下のセンサノードを管理する必要が生じる。このような課題に鑑みて、本発明者らは、中継ノードが省電力動作をするための新たな手法を考えた。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、センサネットワークを構成する中継ノードが省電力動作をするための方式を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るセンサノードは、
センサネットワークを構成する中継ノードであって、送達確認の送信を要求する応答要求フレームに対して前記送達確認を送信するアクティブ期間と前記送達確認を送信しないスリープ期間とを所定の動作設定に従って切り替えるように構成された中継ノード、に前記応答要求フレームを送信するよう構成されたセンサノードであって、
前記センサネットワークに接続するための通信部と、
センシング対象を計測するためのセンサ部と、
前記応答要求フレームを所定の推定送信動作設定に従って前記中継ノードに送信するように構成された推定送信部、及び前記送達確認の受信状況に基づいて前記中継ノードの前記アクティブ期間または前記スリープ期間の少なくとも一方を判定するように構成された判定部、を含む動作状態推定部と、
前記動作設定の推定結果に基づいて、前記センサ部によって計測された計測データの通信先との通信の実行を制御するように構成された通信実行制御部と、を備える。

上記（１）の構成によれば、センサノードは、アクティブ状態とスリープ状態とを切り替えることにより省電力動作を行う中継ノードと通信するように構成されている。そして、センサノードは、中継ノードに対して送達確認の送信を要求する送信データである応答要求フレームを送信することより、その要求に応じて中継ノードから送信される送達確認の受信状況に基づいてアクティブ期間またはスリープ期間を推定し、その推定結果に基づいて通信先（ゲートウェイなど）との通信の実行を制御する。

このように、センサノードが中継ノードの動作設定（省電力動作設定）を推定することにより、センサノードは、中継ノードのアクティブ期間に通信を行い、スリープ期間に通信を行わないなど、中継ノードを介した通信先との通信を適切なタイミングで行うことができる。よって、中継ノードの省電力動作を可能にすることができると共に、中継ノードのスリープ期間に通信を行うことによるセンサノードの電力消費を防止することができる。また、センサノードが新たに記憶する必要があるのは、省電力動作設定の推定に必要な送達確認の受信状況（過去数回の通信記録データ）や、省電力動作設定の推定結果のみであり、この構成を実現のために必要な記憶領域は大きくなく、センサノードのコストを押し上げることもない。

その他、センサノードおよび中継ノード間の精密な時間同期（特許文献１～２など）が不要であるため、センサネットワークのセットアップを簡易化することができる。センサノードが上記の推定結果に基づいて通信頻度を自動的に調整するため、中継ノードがセンサノードを管理する必要がなく、また、１以上のセンサノードが省電力動作を行う場合にそれに合わせて中継ノードの省電力動作を調整するといった中継動作に対するチューニング等も不要とすることができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記動作状態推定部は、
前記センサノードが受信した前記送達確認に対応する第１の前記応答要求フレームおよび第２の前記応答要求フレームである２つの前記応答要求フレームであって、前記第１の応答要求フレームの送信時と前記第２の応答要求フレームの送信時との間には、前記中継ノードからの対応する前記送達確認を受信しなかった第３の応答要求フレームが送信されている場合の前記２つの応答要求フレームの送信間隔、または、前記２つの応答要求フレームに対して前記センサノードが受信した２つの前記送達確認の受信間隔に基づいて、前記アクティブ期間の時間間隔を算出するように構成された算出部を、さらに有する。

中継ノードは、アクティブ期間とスリープ期間とを交互に繰り返す。よって、センサノードは、アクティブ期間で応答要求フレームを送信することによって、応答要求フレームに対する送達確認が受信される場合である通信成功を経験した後には、そのアクティブ期間の次に続くスリープ期間に応答要求フレームを送信することによって、応答要求フレームに対する送達確認が受信されない場合である通信失敗を経験し、その次のアクティブ期間で通信成功を再度経験することになる。

上記（２）の構成によれば、中継ノードのスリープ期間を挟んで隣接する２つのアクティブ期間の各々に行った通信成功時の応答要求フレームの送受信間隔に基づいて、中継ノードのアクティブ期間が繰り返される時間間隔（周期）を算出することができる。また、アクティブ期間やスリープ期間のタイミングを推定することもできる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記推定送信動作設定は、複数の前記応答要求フレームの各々を送信する送信間隔設定を含み、
前記動作状態推定部は、前記送信間隔設定に従って前記応答要求フレームを送信する前記推定送信部による前記応答要求フレームの送信実行間隔を変更するように構成された送信実行間隔変更部を、さらに有し、
前記送信実行間隔変更部は、
前記送達確認が受信された場合には前記応答要求フレームの送信実行間隔を短くし、前記送達確認が受信されない場合には、前記応答要求フレームの送信実行間隔を長くする。

上記（３）の構成によれば、センサノードは、中継ノードとの通信成功時には、応答要求フレームの送信実行間隔をより長い値に更新し、中継ノードとの通信失敗時にはこの送信実行間隔をより短い値に更新する。これによって、中継ノードのスリープ期間、およびこのスリープ期間を挟んで隣接する２つのアクティブ期間に送信する応答要求フレームの送信数を減らしつつ、アクティブ期間が繰り返される周期を適切に算出することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記送信実行間隔変更部は、前記応答要求フレームの送信実行間隔が、所定の最小値以上で、かつ、所定の最大値以下の範囲に収まるように、前記応答要求フレームの送信実行間隔を変更する。
上記（４）の構成によれば、応答要求フレームの送信実行間隔に最小値を設けることで、タイマ時間が短くなり過ぎることによって、不必要なほど過度に推定のための応答要求フレームが送信さることを防止し、推定時の電力消費の増大の防止することができる。また、応答要求フレームの送信実行間隔に最大値を設けることで、センサノードが中継ノードと通信可能な最小の時間間隔などの適切な推定を図ることができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）～（４）の構成において、
前記通信実行制御部は、
前記動作設定の推定結果に基づいて、前記中継ノードの前記アクティブ期間に前記通信先との通信を実行する通信実行タイミングを決定するように構成された通信タイミング決定部と、
前記通信実行タイミングで前記通信先との通信を実行するように構成された通信実行部と、を有する。
上記（５）の構成によれば、アクティブ期間の周期の推定結果を用いて、通信実行タイミングが中継ノードのアクティブ期間に重なるように決定する。この通信実行タイミングに従って、センサノードがゲートウェイなど通信先との通信を実行することにより、中継ノードのアクティブ期間に通信を行うことができ、電力消費を抑制しつつ、通信先との通信をより確実に行うことができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記通信タイミング決定部は、
前記通信実行タイミングの初期値を設定するように構成された初期値設定部と、
前記通信先との通信時に送信する前記応答要求フレームに対する前記送達確認の受信状況に基づいて、前記通信実行タイミングの初期値を調整していくことにより、前記通信実行タイミングを決定するように構成された調整部と、をさらに有する。
上記（６）の構成によれば、状況に応じて通信実行タイミングを決定することができ、より適した通信実行タイミングによる通信先との通信の実行を図ることができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記調整部は、前記送達確認が受信された場合に、通信頻度が段階的に下がるように、前記通信実行タイミングの初期値を調整していく。
上記（７）の構成によれば、通信実行タイミングを段階的に調整することにより、より適した通信実行タイミングによる通信先との通信の実行を図ることができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（６）～（７）の構成において、
前記調整部は、前記送達確認が受信されない場合に、通信頻度が段階的に上がるように、前記通信実行タイミングの初期値を調整していく。
上記（８）の構成によれば、通信実行タイミングを段階的に調整することにより、より適した通信実行タイミングによる通信先との通信の実行を図ることができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（５）～（８）の構成において、
前記通信実行部によって送信された前記応答要求フレームに対して前記送達確認が受信されない場合に前記動作状態推定部に対して通知するように構成された通知部を、さらに備える。
上記（９）の構成によれば、中継ノードの動作設定（省電力動作設定）の推定結果に基づいて送信された応答要求フレームに対する中継ノードからの送達確認が受信されない場合には、継動作推定部に対してその旨を通知する。中継ノードからの送達確認が受信されない場合には、応答要求フレームが中継ノードの省電力動作設定の推定結果に基づいて送信されているので、例えばセンサネットワークに何らかの変化が生じたなどにより、これまでの中継ノードの省電力動作設定の推定結果が適切ではなくなったものと想定される。よって、このような状況を動作状態推定部に通知するようにすれば、再度の推定を行う契機を与えることができ、これを契機に動作状態推定部による再推定を行うことにより、現在の状況に適した推定結果を得ることができる。

（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係る中継ノードは、
センサネットワークを構成し、１または複数のセンサノードが行う通信の中継が可能なアクティブ期間と前記通信の中継をしないスリープ期間とを所定の動作設定に従って切り替えるように構成された中継ノードであって、
前記１または複数のセンサノードから送信される送信データの受信状況を監視するように構成された受信状況監視部、および前記送信データの受信状況に基づいて前記動作設定を決定するように構成された設定決定部、を含む動作設定生成部と、
前記動作設定生成部によって生成された前記動作設定に従って、前記アクティブ期間と前記スリープ期間とを切り替えるように構成された動作制御部と、を備える。

上記（１０）の構成によれば、中継ノードは、動作設定（省電力動作設定）に従って、アクティブ状態とスリープ状態とを切り替えることにより省電力動作が可能に構成されており、この省電力動作設定を、センサノードが送信するゲートウェイなどの通信先に向けた送信データなどの受信状況に応じて生成する。これによって、中継ノードは、通信を実行するセンサノードが存在しないと見込まれる期間にはスリープ状態になることができ、電力消費を抑制することができる。また、中継ノードは、通信を実行するセンサノードが１つでも存在することが見込まれる期間にはアクティブ状態になることによりセンサノードの通信の確実な中継を図ることができる。よって、ゲートウェイなどによる計測データの収集のリアルタイム性の向上や、センサノードの送信データの再送などに伴う電力消費を抑制することができる。

その他、センサノードと中継ノードとの間の精密な時間同期が不要であるため、センサネットワークのセットアップを簡易化することができる。また、先に説明したような、センサノードが中継ノードの省電力動作設定を推定するような場合に比べて、センサノードに対する機能追加を不要とすることや、センサノードの推定時の電力消費の低減、メンテナンスを中継ノードに集約できるといった効果を有する。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１０）の構成において、
前記設定決定部は、前記送信データの受信状況に基づいて、前記送信データを受信しない時間間隔に基づいて前記スリープ期間を決定するか、あるいは、前記送信データを受信する時間間隔に基づいて前記アクティブ期間を決定するかの少なくとも一方を実行する。
上記（１１）の構成によれば、中継ノードは、省電力動作設定を適切に決定することができる。

（１２）幾つかの実施形態では、上記（１０）～（１１）の構成において、
前記動作設定を更新するように構成された設定更新部を、さらに備え、
前記設定更新部は、
前記アクティブ期間毎に、前記送信データを送信する前記センサノードの数の期待数を算出するように構成された期待数算出部と、
前記アクティブ期間毎に、前記送信データを送信する前記センサノードの数の実績数を算出するように構成された実績数算出部と、
前記期待数と前記実績数とが一致しない場合に前記動作設定生成部に通知するように構成された不一致通知部と、を有する。
上記（１２）の構成によれば、中継ノードは、センサノードからの送信データの期待数および実績数をアクティブ期間毎に確認し、期待数と実績数が一致しない場合には通知する。期待数と実績数が一致しない場合には、中継ノードがセンサノードの通信状況を適切に把握できていないと判断される。よって、期待数と実績数との比較により、中継ノードの省電力動作設定が適切であるか否かを判定することができ、適切でない場合には中継ノードの省電力動作設定を更新するようにすれば、センサネットワークの変化に追従した、中継ノードの適切な省電力動作設定を維持することができる。

（１３）本発明の少なくとも一実施形態に係るセンサネットワークは、
上記（１）～（９）のいずれか１つに記載のセンサノードと、
前記センサノードが送信する送信データを収集するように構成されたゲートウェイノードと、
前記センサノードが送信する前記送信データを前記ゲートウェイノードに中継するように構成された中継ノードと、を備える。

上記（１３）の構成によれば、上記（１）～（９）と同様の効果を奏する。

（１４）本発明の少なくとも一実施形態に係るセンサネットワークは、
センサノードと、
前記センサノードが送信する送信データを収集するように構成されたゲートウェイノードと、
上記（１０）～（１２）のいずれか１つに記載の中継ノードと、を備える。

上記（１４）の構成によれば、上記（１０）～（１２）と同様の効果を奏する。

（１５）本発明の少なくとも一実施形態に係る中継ノードの動作推定方法は、
センサネットワークを構成する中継ノードであって、送達確認の送信を要求する応答要求フレームに対して前記送達確認を送信するアクティブ期間と前記送達確認を送信しないスリープ期間とを所定の動作設定に従って切り替えるように構成された中継ノード、に前記応答要求フレームを送信するよう構成されたセンサノードで実行する中継ノードの動作推定方法であって、
前記応答要求フレームを所定の推定送信動作設定に従って前記中継ノードに送信するステップ、及び前記送達確認の受信状況に基づいて前記中継ノードの前記アクティブ期間または前記スリープ期間の少なくとも一方を判定するステップ、を含む動作状態推定のためのステップと、
前記動作設定の推定結果に基づいて、前記センサ部によって計測された計測データの通信先との通信の実行を制御するステップと、を備える。

上記（１５）の構成によれば、上記（１）と同様の効果を奏する。

（１６）本発明の少なくとも一実施形態に係る中継ノードの動作方法は、
センサネットワークを構成し、１または複数のセンサノードが行う通信の中継が可能なアクティブ期間と前記通信の中継をしないスリープ期間とを所定の動作設定に従って切り替えるように構成された中継ノードのための中継ノードの動作方法であって、
前記１または複数のセンサノードから送信される送信データの受信状況を監視する受信状況監視ステップ、および前記送信データの受信状況に基づいて前記動作設定を決定する設定決定ステップ、を含む動作設定生成のためのステップと、
前記動作設定生成部によって生成された前記動作設定に従って、前記アクティブ期間と前記スリープ期間とを切り替えるステップと、を備える。

上記（１６）の構成によれば、上記（１０）と同様の効果を奏する。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、センサネットワークを構成する中継ノードが省電力動作をするための方式が提供される。

本発明の一実施形態に係る無線センサネットワークの構成を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係るセンサノードの機能を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る通信実行制御部による通信の実行制御を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るセンサノードによるアクティブ期間間隔の推定方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る中継ノードの省電力動作設定推定方法のフローを示す図である。 本発明の一実施形態に係る中継ノードの機能を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る中継ノードが管理するセンサノードテーブルを示す図である。 本発明の一実施形態に係る中継ノードの動作方法を示す図であり、中継ノードの学習後の定常動作時の状況を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る中継ノードの動作方法を示す図であり、中継ノードの学習時の動作を示すフロー図である。 本発明の一実施形態に係る中継ノードの学習後の定常動作時の動作を示すフロー図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る無線センサネットワーク１の構成を概略的に示す図である。図１に示すように、センサネットワーク（無線センサネットワーク１）は、１又は複数のセンサノード２と、１又は複数の中継ノード５と、ゲートウェイノード（以下、単に、ゲートウェイ８）と、で構成される。そして、センサノード２は、ゲートウェイ８と直接通信するか、または、その近隣に存在する中継ノード５を介してゲートウェイ８と通信することにより、ゲートウェイ８に送信データＤを送るように構成される。

なお、以下の説明では、図１に示すような無線センサネットワーク１を例に説明するが、センサネットワークは有線で構築されていても良いし、有線の部分と無線の部分とを含んで構築されていても良く、以下の説明中の無線を適宜有線と読み替えて適用する。

詳述すると、センサノード２は、センシング対象を計測するためのセンサ部２ｓ、および無線センサネットワーク１に接続するための無線通信機能を備える装置である。換言すれば、センサノード２は、センサ部２ｓと、無線通信が可能な無線通信部２ｒとが接続された装置である。センサ部２ｓは、センシング対象をセンシング可能に設置されることにより、そのセンシング（計測）を行う。無線通信部２ｒは、センサ部２ｓによってセンシングされた結果である計測データの無線による送信や、中継ノード５などの他のノードから送信される送達確認Ｆａ（後述）などの受信を行う。なお、センサノード２は、１つの無線通信部２ｒと１つのセンサ部２ｓとが接続されて構成されていても良いし（１対１の接続）、１つの無線通信部２ｒに対して同一又は異なるセンシング対象を計測する複数のセンサ部２ｓが接続されて構成されていても良い（多対１の接続）。

具体的には、センサノード２は、例えば周期的（アップロード間隔）などの所定の送信タイミングで、計測データを送信する。計測データなどの送信データＤは、その下位レイヤを構成するネットワーク層（レイヤ）のプロトコルによるパケット化、ＭＡＣ層のプロトコルによるフレーム化を受けた後に、無線通信部２ｒから出力される。こうしてセンサノード２から送信された送信データＤは、ゲートウェイ８により直接受信されるか、中継ノード５によって中継されることにより、ゲートウェイ８に受信される。

また、センサノード２は、通常、電池（バッテリ。以下同様。）で駆動するように構成されており、スリープ状態（後述）とアクティブ状態（後述）とを例えば周期的などで繰り返すように動作（省電力動作）する。つまり、センサノード２は、電池交換することなく長期間の駆動を可能とするために、送信データＤを送信しない時にはスリープ状態（後述）になり、送信データＤを送信する時には、全ての機能に対する電源供給を行った状態など、スリープ状態を解除したアクティブ状態（後述）になるように動作する。ただし、本発明では、センサノード２は省電力動作を実行しても良いし、その実行をしなくても良い。センサノード２が省電力動作をすることにより、センサノード２に対する電池交換などのメンテナンスコストの削減が可能となる。

ゲートウェイ８は、上述したセンサノード２（通常は複数）から送信される計測データを収集する装置である。図１に示すように、ゲートウェイ８は、無線センサネットワーク１と有線ネットワーク９１との境界などに設置される。よって、通常、ゲートウェイ８は、電源の確保が容易であり、また、無線センサネットワーク１を構成する各種ノードからの不定期な通信に対応する必要があることから、省電力動作は行わない（常時アクティブ状態）。なお、ゲートウェイ８で収集された計測データは、ゲートウェイ８自身が利用しても良いし、ルーティングするなどして、有線ネットワーク９１に設置されるサーバなどの他の装置に送信しても良い。

中継ノード５は、センサノード２の通信を中継する装置である。すなわち、中継ノード５は、センサノード２から送信された通信フレームを受信すると共に、その通信フレームにカプセル化されているパケット（送信データＤ）をゲートウェイ８に向けて中継送信する。図１に示すように、中継ノード５が中継送信した通信フレームをゲートウェイ８が直接受信する場合もあれば、さらに他の１以上の中継ノード５によってさらに中継送信されていくことにより、最終的にゲートウェイ８が送信データＤを受信する場合がある。つまり、センサノード２とゲートウェイ８とは中継ノード５を介してマルチホップ接続される。なお、中継ノード５は、ゲートウェイ８や他の中継ノード５からの通信を中継しても良い。

このような中継ノード５は、センサノード２およびゲートウェイ８間での安定した通信を確保するために設置される。例えば、発電プラント内に無線センサネットワーク１を構築する場合には、発電プラント内にはボイラ、タービン、配管など様々な設備が設置されており、ゲートウェイ８やセンサノード２の設置に対して様々な制約が存在する。例えば、ゲートウェイ８の設置に関しては、ゲートウェイ８を駆動する電源や通信線（有線ネットワーク９１側）の配線が可能かという観点や、温度や振動などの環境条件が適合するか、梁や柱など設置が可能な構造物があるか、などの制約条件を満たす必要がある。センサノード２の設置に関しては、センサ部２ｓと無線通信部２ｒとの配線が可能であるかという観点や、上記の環境条件によるものほか、無線通信部２ｒの設置固定が可能な場所であるか、などの制約条件を満たす必要がある。電源の配線については、ノードを電池で駆動するように構成すれば良いが、電池の消耗に伴う定期的な電池交換が必要となる。

このため、各種のノードの設置場所は、上述したような制約を満たす場所に限定される。また、これらの設置に関する制約を全て満たす場所に各種のノードを設置したとしても、センサノード２とゲートウェイ８との間に、例えば密集した金属製配管９３などの金属構造物や壁９４などの遮蔽物（図１参照）が存在すると、その影響により、通信の安定性が十分に確保できない場合がある。このような場合に中継ノード５を配置することにより、センサノード２およびゲートウェイ８間での通信の安定化を図ることが可能となる。

なお、例えば発電プラントでは、数十分に一回～数時間に一回、あるいは一日に一回など、センシング対象を低頻度で計測できれば良いようなリアルタイム性を問わないデータの収集に用いられるのが良い。このようなリアルタイム性を問わないデータは、例えば発電プラントでは、例えば温度、振動の統計値（所定期間の平均値や、最大値、最小値など）や、油、水の漏洩有無、補助ボイラや送風ファンなど短時間の停止がプラントの動作上致命的とならない補機におけるセンシング情報が挙げられる。

また、無線センサネットワーク１に適用する無線通信規格としては、具体的には、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）であっても良い。ＺｉｇＢｅｅでは、上述したセンサノード２はエンドデバイスであり、中継ノード５はルータノードであり、ゲートウェイ８は例えばコーディネータと呼ばれる。ただし、ＺｉｇＢｅｅに限らず、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標） Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ、ＬｏＲａＷＡＮやＳｉｇＦｏｘなど、中継ノード５による中継送信が行われる全ての低頻度・低消費電力向け無線通信規格のいずれかであれば良い。なお、センサノード２の数が増加した場合、後述するように、中継ノード５の起動時間を狙って複数のセンサノード２が通信を実施し、輻輳状態となることがあることから、ＣＳＭＡ／ＣＡなど、通信の衝突を回避する仕組みを持つ通信規格であることが望ましい。

上述したような構成を備える無線センサネットワーク１において、本発明の中継ノード５は、上述した省電力動作を実行することが可能である。具体的には、中継ノード５は、例えば周期的などの所定のタイミングでスリープ状態とアクティブ状態とを切り替える省電力動作を実行する。換言すれば、中継ノード５は、省電力動作によって、アクティブ状態で動作するアクティブモードと、スリープ状態で動作するスリープモードとで動作モードを切り替える。アクティブ状態とは、無線通信回路などの少なくとも一部の機能（回路）に対する電力供給を停止した状態であり、他ノードとの通信（データの送受信）が可能な状態である。スリープ状態とは、他のノードとの通信をしない状態（あるいは通信ができな状態）であり、アクティブ状態以外の状態である。

より具体的には、中継ノード５は、例えば、スリープ状態を時間ｘ（例えば３時間など）継続した後にアクティブ状態を時間ｙ（例えば１０分間など）継続するなど、アクティブ状態にある期間（時間帯）であるアクティブ期間Ｔａとスリープ状態にある期間（時間帯）であるスリープ期間Ｔｓとを交互に繰り返す。スリープ期間Ｔｓでは、無線通信機能などへの電力供給が停止されることで、中継ノード５は、スリープ状態になることによりアクティブ状態の時よりも電力消費を抑制できる。このため、中継ノード５を電池で駆動するように構成する場合には、電池交換なしにより長期の駆動が可能となる。

その反面、中継ノード５が省電力動作を実行する場合には、センサノード２は、中継ノード５のアクティブ期間Ｔａでしか通信ができない。つまり、中継ノード５のアクティブ期間Ｔａにセンサノード２が送信データＤを送信する場合には、中継ノード５がセンサノード２からの通信フレームを受信するので、通信が中継される。ところが、センサノード２が送信データＤを送信する送信タイミング（センサノード２のアクティブ期間Ｔａ）に中継ノード５がスリープ状態（スリープ期間Ｔｓ）にあると、中継ノード５がセンサノード２からの通信フレームを受信処理しないなどにより、中継ノード５が中継をせず、センサノード２はゲートウェイ８と通信を行うことができない。さらに、中継ノード５による通信の中継が行われない場合には、ゲートウェイ８による計測データの収集に遅延が生じたり、通信の失敗を検知したセンサノード２が再送制御を行う場合には、その再送による電力消費が生じたりする。センサノード２が再送しない場合には、ゲートウェイ８において収集する計測データの欠落が生じる場合もある。

（実施形態１）
そこで、本発明の幾つかの実施形態では、以下で説明するような手法により、センサノード２が、中継ノード５のアクティブ期間Ｔａやスリープ期間Ｔｓを推定する。これによって、センサノード２は、中継ノード５がアクティブ状態と推定される時に、センサノード２はゲートウェイ８との通信を行うようにすることが可能となる。

本実施形態について、図２～図５を用いて説明する。図２は、本発明の一実施形態に係るセンサノード２の機能を示すブロック図である。図３は、本発明の一実施形態に係る通信実行制御部４による通信の実行制御を説明するための図である。図４は、本発明の一実施形態に係るセンサノードによるアクティブ期間間隔Ｐの推定方法を説明するための図である。また、図５は、本発明の一実施形態に係る中継ノード５の省電力動作設定推定方法のフローを示す図である。

詳述すると、幾つかの実施形態では、センサノード２は、上述したアクティブ期間Ｔａとスリープ期間Ｔｓとを所定の動作設定（以下、省電力動作設定）に従って切り替える中継ノード５を介して、ゲートウェイ８などとなる送信データＤの通信先と通信を行うノードである（図１参照）。図２に示すように、センサノード２は、上記の無線通信部２ｒおよびセンサ部２ｓに加えて、動作状態推定部３と、通信実行制御部４と、を備える。これらのセンサノード２が備える機能部について、それぞれ説明する。

なお、センサノード２や中継ノード５などの各種ノードは、コンピュータを含んで構成されても良く、図示しないＣＰＵ（プロセッサ）や、ＲＯＭやＲＡＭといったメモリなどとなる記憶装置ｍ（２ｍ、５ｍ）を備えている。そして、メモリ（主記憶装置）にロードされたプログラムの命令に従ってＣＰＵが動作（データの演算など）することで、センサノード２が備える上記の各機能部など、各種ノードに必要な機能を実現する。換言すれば、上記のプログラムは、コンピュータに後述する各機能部を実現させるためのソフトウェアであり、コンピュータによる読み込みが可能な記憶媒体に記憶されても良い。あるいは、各種ノードは、上記の各機能部の少なくとも一部の処理を実行するための専用の回路（ハード）を含んで構成されても良い。

動作状態推定部３は、中継ノード５の省電力動作設定（動作状態）を推定するよう構成される機能部である。換言すれば、中継ノード５の動作状態を推定するよう構成される機能部である。より詳細には、動作状態推定部３は、送達確認Ｆａの送信を要求する通信フレームである応答要求フレームＦｒを所定の設定（推定送信動作設定）に従って中継ノード５に送信する推定送信部３１と、この応答要求フレームＦｒを受信した中継ノード５から送信（返送）される上記の送達確認Ｆａの受信状況に基づいて、中継ノード５のアクティブ期間Ｔａまたはスリープ期間Ｔｓの少なくとも一方を判定する判定部３２と、を有する。

上記の送達確認Ｆａ（Ａｃｋ）は、通信フレームを受信したことを、その通信フレームの送信元に通知するための情報を有する通信フレームである。例えばＺｉｇＢｅｅ（登録商標）では、ＭＡＣ層レベルでＡｃｋの要求を行うオプションにより、Ａｃｋの要求が必要であることを指定することによって、隣接するノード間で送達確認Ｆａの要求と応答を行うことが可能である。本実施形態では、このようなセンサノード２は、隣接するノード（１ホップ先）に対して送達確認Ｆａを要求する応答要求フレームＦｒを送信するように構成されている。

ただし、本実施形態に本発明は限定されない。他の幾つかの実施形態では、センサノード２は、中継ノード５の先に位置するゲートウェイ８などの通信先に対して送達確認Ｆａを要求（アプリケーション層での送達確認Ｆａを要求）する応答要求フレームＦｒを送信しても良い。この場合、応答要求フレームＦｒおよび送達確認Ｆａは中継ノード５を介して送受信されることになるので、センサノード２は、送達確認Ｆａの受信の有無によって、中継ノード５の動作状態を判定することが可能となる。あるいは、例えば通信先を隣接ノードとした通信を実行（応答要求フレームＦｒを送信）することによって、隣接するノード間で、アプリケーション層での送達確認Ｆａの要求と応答を行っても良い。

このセンサノード２からの応答要求フレームＦｒに対して、中継ノード５は、アクティブ期間Ｔａではセンサノード２などの他のノードから送信された通信フレームを受信処理する。よって、中継ノード５は、通信フレームが応答要求フレームＦｒの場合には、送達確認Ｆａが要求されていることを検知することができ、送達確認Ｆａを送信（返信）する。逆に、スリープ期間Ｔｓでは、中継ノード５は他のノードから送信された通信フレームの受信処理をしないなどのため、応答要求フレームＦｒを送信したセンサノード２に対して、送達確認Ｆａを送信しない。なお、スリープ状態における電力供給の停止をどの機能（回路）にするかによって、中継ノード５が、スリープ状態において送達確認Ｆａの要求を検知できるように構成されているような場合には、送達確認Ｆａを送信しないように中継ノード５を構成しても良い。

したがって、判定部３２は、推定送信部３１によって送信された応答要求フレームＦｒに対する中継ノード５からの送達確認Ｆａが受信された場合には、その受信時など、応答要求フレームＦｒや送達確認Ｆａの送受信の際には中継ノード５がアクティブ状態であると判定することができ、逆に、送達確認Ｆａが受信されない場合には、中継ノード５がスリープ状態であると判定することができる。

例えば、中継ノード５の省電力動作設定が、例えば１日の何時から何時までアクティブ状態あるいはスリープ状態になるなど、動作状態を時刻で設定したものである場合には、センサノード２による送達確認Ｆａの受信時刻などに中継ノード５がアクティブ状態になることが分かるので、アクティブ期間Ｔａのタイミングを判定することができる。同様に、センサノード２による送達確認Ｆａが受信できなかった時刻などに中継ノード５がスリープ状態になることが分かるので、スリープ期間Ｔｓのタイミングを判定することができる（図３参照）。

中継ノード５が、例えばスリープ状態を３時間（時間ｘ）継続した後にアクティブ状態を１０分間（時間ｙ）継続するといった周期的などにスリープ状態とアクティブ状態とを交互に繰り返す場合には、後述するように、判定部３２は、応答要求フレームＦｒを時間の経過に従って複数送信し、各応答要求フレームＦｒに対する送達確認Ｆａの受信、不受信を記憶することにより、送達確認Ｆａの受信間隔や応答要求フレームＦｒの送信間隔などに基づいて、アクティブ期間Ｔａやスリープ期間Ｔｓを判定することができる（図３参照）。

また、センサノード２による送達確認Ｆａの受信の有無は、幾つかの実施形態では、１つの応答要求フレームＦｒの送信に対する送達確認Ｆａの受信の有無で評価しても良い。他の幾つかの実施形態では、規定時間α内に送信する複数の応答要求フレームＦｒに対する送達確認Ｆａの受信割合（通信成功率）で評価しても良い。この場合、通信成功率が所定値以上の場合に通信成功とし、所定値よりも低い場合に通信失敗とする。通信成功率で評価することにより、中継ノード５がアクティブ状態であるにもかかわらず、通信の輻輳時や、一時的な無線通信環境の悪化によって、センサノード２および中継ノード５間の応答要求フレームＦｒや送達確認Ｆａの送受信が失敗した場合に、センサノード２が、中継ノード５がスリープ状態であることにより送達確認Ｆａが受信されないと誤って判定するのを防止することが可能となる。

他方、通信実行制御部４は、図３に示すように、上述した動作状態推定部３によって推定された、中継ノード５の省電力動作設定の推定結果Ｅに基づいて、センサ部２ｓによって計測された計測データの通信先（本実施形態ではゲートウェイ８）との通信の実行を制御するよう構成される機能部である。具体的には、通信実行制御部４は、上記の推定結果Ｅに基づいて、ゲートウェイ８に対する計測データの送信を、中継ノード５がアクティブ状態と推定される時（アクティブ期間Ｔａ）に実行し、中継ノード５がスリープ状態と推定される時（スリープ期間Ｔｓ）には実行しないように制御する。

これによって、中継ノード５の省電力動作を可能としつつ、センサノード２からゲートウェイ８への通信が、中継ノード５のスリープ期間Ｔｓに実行されることによる通信遅延や電力消費などを防止することが可能となる。また、例えば、センサノード２が、中継ノード５のスリープ期間Ｔｓには一緒にスリープ状態で動作するようにすれば、センサノード２の電力消費もより効果的に低減することが可能となる。

なお、本実施形態では、センサノード２は、中継ノード５のスリープ期間Ｔｓと推定される期間にはスリープ状態で動作するよう構成されるが、他の幾つかの実施形態では、スリープ状態で動作せずに、単に、計測データの送信を行わないように構成しても良い。

上記の構成によれば、センサノード２は、アクティブ状態とスリープ状態とを切り替えることにより省電力動作を行う中継ノード５と通信するように構成されている。そして、センサノード２は、中継ノード５に対して送達確認Ｆａの送信を要求する応答要求フレームＦｒを送信することより、その要求に応じて中継ノード５から送信される送達確認Ｆａの受信状況に基づいてアクティブ期間Ｔａまたはスリープ期間Ｔｓを推定し、その推定結果に基づいて通信先（ゲートウェイ８など）との通信の実行を制御する。

このように、センサノード２が中継ノード５の省電力動作設定を推定することにより、センサノード２は、中継ノード５のアクティブ期間Ｔａに通信を行い、スリープ期間Ｔｓに通信を行わないなど、中継ノード５を介した通信先との通信を適切なタイミングで行うことができる。よって、中継ノード５の省電力動作を可能にすることができると共に、中継ノード５のスリープ期間Ｔｓに通信を行うことによるセンサノード２の電力消費を防止することができる。また、センサノード２が新たに記憶する必要があるのは、中継ノード５の省電力動作設定の推定に必要な送達確認Ｆａの受信状況（過去数回の通信記録データ）や、省電力動作設定の推定結果のみであり、この構成を実現のために必要な記憶領域は大きくなく、センサノード２のコストを押し上げることもない。

その他、センサノード２および中継ノード５間の精密な時間同期が不要であるため、無線センサネットワーク１のセットアップを簡易化することができる。センサノード２が上記の推定結果Ｅに基づいて通信頻度を自動的に調整するため、中継ノード５がセンサノード２を管理する必要がなく、また、１以上のセンサノード２が省電力動作を行う場合にそれに合わせて中継ノード５の省電力動作を調整するといった中継動作に対するチューニング等も不要とすることができる。

なお、上述した実施形態では、中継ノード５の省電力動作設定を推定するセンサノード２が、自ら送信した応答要求フレームＦｒを送信し、それに対する送達確認Ｆａの受信状況に基づいて推定を行うが、他の幾つかの実施形態では、センサノード２は、中継ノード５と他のセンサノード２との間で送受信される通信フレーム（応答要求フレームＦｒ、送達確認Ｆａなど）をキャプチャし、そのキャプチャした通信フレームに基づいて上記の推定行っても良い。

次に、センサノード２が行う中継ノード５の省電力動作設定の推定手法に関する幾つかの実施形態について、図４を用いて詳細に説明する。
幾つかの実施形態では、動作状態推定部３は、センサノード２が受信した送達確認Ｆａに対応する第１の応答要求フレームＦｒおよび第２の応答要求フレームＦｒである２つの応答要求フレームＦｒであって、第１の応答要求フレームＦｒの送信時と第２の応答要求フレームＦｒの送信時との間には、中継ノード５からの対応する送達確認Ｆａを受信しなかった第３の応答要求フレームＦｒが送信されている場合の２つの応答要求フレームＦｒの送信間隔、または、この２つの応答要求フレームＦｒに対してセンサノード２が受信した２つの送達確認Ｆａの受信間隔に基づいて、アクティブ期間Ｔａの時間間隔を算出する算出部を、さらに有しても良い。

上述したように、中継ノード５は、アクティブ期間Ｔａとスリープ期間Ｔｓとを交互に繰り返す。よって、センサノードは５、アクティブ期間Ｔａで応答要求フレームＦｒを送信することによって、応答要求フレームＦｒに対する送達確認Ｆａが受信される場合である通信成功を経験した後には、そのアクティブ期間Ｔａの次に続くスリープ期間Ｔｓに応答要求フレームＦｒを送信することによって、応答要求フレームＦｒに対する送達確認Ｆａが受信されない場合である通信失敗を経験し、その次のアクティブ期間Ｔａで通信成功を再度経験することになる。

例えば、中継ノード５が、３時間（時間ｘ）に１回１０分（時間ｙ）だけアクティブ状態になるとすると、図４に示すように、１０分のアクティブ期間Ｔａ、３時間のスリープ期間Ｔｓの後、再度、１０分のアクティブ期間Ｔａが始まるというような繰り返しが行われる。この際、センサノード２が、例えば５分周期で１の応答要求フレームＦｒを送信する場合、図４に示すように、第１のアクティブ期間Ｔａ（１）で送信した各応答要求フレームＦｒに対して最後に通信が成功した後（図４の〇）、その通信成功後の５分後に送信した応答要求フレームＦｒは、第１のスリープ期間Ｔｓ（１）でなされることになるので、通信が失敗する（図４の×）。その後、この第１のスリープ期間Ｔｓ（１）において５分間隔で送信した応答要求フレームＦｒは全て通信失敗となるが、その最後の通信失敗後は、第２のアクティブ期間Ｔａ（２）に応答要求フレームＦｒを送信することになるので、通信が成功することになる。

よって、このような通信成功と通信失敗との関係性から、第１のアクティブ期間Ｔａ（１）で最後に通信が成功した時刻と、第２のアクティブ期間Ｔａ（２）で最初に通信が成功した時刻との２つの時刻の時間間隔を算出することにより、アクティブ期間Ｔａが繰り返される時間間隔（アクティブ期間間隔Ｐ）を求めることができる。そして、ある通信成功の時刻から、アクティブ期間間隔Ｐで、アクティブ期間Ｔａが繰り返されることが推定できる。

また、アクティブ期間間隔Ｐの間には、そのアクティブ期間間隔Ｐ以下の期間長を有するスリープ期間Ｔｓが存在することも推定できる。ある１つのアクティブ期間Ｔａで通信が２回以上連続で成功すれば、その最初の通信成功と最後の通信成功との時間間隔は、１つのアクティブ期間Ｔａの少なくとも一部であると推定できる。

上記の構成によれば、中継ノード５のスリープ期間Ｔｓを挟んで隣接する２つのアクティブ期間Ｔａの各々に行った通信成功時の応答要求フレームＦｒの送受信間隔に基づいて、中継ノード５のアクティブ期間Ｔａが繰り返される時間間隔（周期）を算出することができる。また、アクティブ期間Ｔａやスリープ期間Ｔｓのタイミングを推定することもできる。

上記の実施形態において、幾つかの実施形態では、上記の推定送信部３１の動作を規定する上記の推定送信動作設定は、複数の応答要求フレームＦｒの各々を送信する送信間隔設定を含む。この場合において、幾つかの実施形態では、上述した動作状態推定部３は、上記の送信間隔設定に従って応答要求フレームＦｒを送信する推定送信部３１による応答要求フレームＦｒの送信実行間隔を変更する送信実行間隔変更部３４を、さらに有しても良い。より詳細には、送信実行間隔変更部３４は、推定送信部３１が送信した応答要求フレームＦｒに対する送達確認Ｆａが受信された場合には応答要求フレームＦｒの送信実行間隔を短くし、上記の送達確認Ｆａが受信されない場合には送信実行間隔を長くする。

応答要求フレームＦｒの送信実行間隔を長くすると、推定送信部３１が送信する応答要求フレームＦｒの送信頻度（単位時間当たりの送信回数）が下がる。そして、上述したスリープ期間Ｔｓを挟んで隣接する２つのアクティブ期間Ｔａのうちの最初のアクティブ期間Ｔａで通信が１度成功した後は送信頻度を下げると、もう一方である次のアクティブ期間Ｔａが来るまでに送信する応答要求フレームＦｒの数がより少なくなる。よって、センサノード２が中継ノード５の省電力動作設定の推定のための電力消費を抑制することが可能となる。

逆に、応答要求フレームＦｒの送信実行間隔を短くすると、推定送信部３１が送信する応答要求フレームＦｒの送信頻度が上がる。上述したスリープ期間Ｔｓを挟んで隣接する２つのアクティブ期間Ｔａのうちの最初のアクティブ期間Ｔａでの通信成功が繰り返されると、その都度、応答要求フレームＦｒの送信実行間隔を長くすることになる。このため、場合によっては応答要求フレームＦｒの送信実行間隔が長くなり過ぎ、最初のアクティブ期間Ｔａに続くスリープ期間Ｔｓや、もう一方のアクティブ期間Ｔａに応答要求フレームＦｒが適切に送信されない場合が生じ得る。このような場合によって、中継ノード５のアクティブ期間間隔Ｐの最小値が求められない場合には、送信データＤが本来送信できるタイミングを適切に判定できず、送信データＤをアップロード間隔などで送信できないなどの問題が生じ得る。よって、通信失敗時には応答要求フレームＦｒの送信実行間隔を短くすることにより、アクティブ期間間隔Ｐの適切な算出を図ることが可能となる。

図２に示す実施形態では、推定送信部３１は、応答要求フレームＦｒの送信にあたって推定送信動作設定を読み込み、送信間隔設定値をタイマ時間（変数）にセットするようになっている。また、推定送信部３１は、経過時間を測るためのカウンタをタイマ時間までカウントアップしていき、タイマ時間の値まで時間をカウントする度に応答要求フレームＦｒを送信するように構成されている。また、応答要求フレームＦｒの送信後にカウンタをリセットするように構成されている。そして、送信実行間隔変更部３４は、上記のタイマ時間を変更するようになっている。つまり、推定送信動作設定（送信間隔設定）の値を変更するのではなく、その値を初期値としてタイマ時間にセットすると共に、セットしたタイマ時間の値を変更することにより、推定送信部３１の応答要求フレームＦｒの送信実行間隔を変更する。

本実施形態について、図５を用いて、ステップ順に説明する。なお、図５のフローは、センサノード２の電源投入後、無線センサネットワーク１に参加（接続）した後に行われるようになっている。また、送信間隔設定値（初期値）は、中継ノード５のスリープ期間Ｔｓやアクティブ期間Ｔａよりも十分短いものとする。

図５のステップＳ５１において、センサノード２は、送信間隔設定の設定値（例えば５分など）を初期値としてタイマ時間にセットする。その後、ステップＳ５２において、中継ノード５の省電力動作設定の推定のために応答要求フレームＦｒを送信する。そして、ステップＳ５３において、センサノード２は、ステップＳ５２で送信した応答要求フレームＦｒに対する送達確認Ｆａが中継ノード５から受信されるか否か（通信が成功したか否か）を判定する。

そのステップＳ５３での判定の結果、センサノード２は、送達確認Ｆａが受信されなかったと判定した場合（通信失敗の場合）には、ステップＳ５４において、タイマ時間を短くするためタイマ時間短縮処理を実行する。具体的には、例えば現在のタイマ時間を半分にした値や、タイマ時間から所定値を減算した値など、現在のタイマ時間に任意の演算を行うことにより、現在のタイマ時間よりも短い値を有する変更値を算出し、変更値でタイマ時間を更新（上書き）する。

逆に、ステップＳ５３において、センサノード２は、送達確認Ｆａが受信されたと判定した場合（通信成功の場合）には、ステップＳ５５において、タイマ時間を長くするためタイマ時間延長処理を実行する。具体的には、例えば現在のタイマ時間を２倍にした値や、タイマ時間から所定値を加算した値など、現在のタイマ時間に任意の演算を行うことにより、現在のタイマ時間よりも長い値を有する変更値を算出し、変更値でタイマ時間を更新（上書き）する。

その後、ステップＳ５６において、中継ノード５の省電力動作の推定が完了したか否かを判定し、推定が完了していないと判定した場合には、ステップＳ５７でタイマ時間の満了まで待機後、ステップＳ５２に戻り、応答要求フレームＦｒを送信する。逆に、ステップＳ５６において推定が完了したと判定される場合には、フローを終了する。上記の推定の完了は、例えば、アクティブ期間間隔Ｐが算出できた場合であっても良い。

なお、ステップＳ５３での通信成功、通信失敗は、ステップＳ５２で送信した１または複数の応答要求フレームＦｒに対する送達確認Ｆａの受信割合（通信成功率）で評価しても良い。例えば、タイマ時間から規定時間α（αはタイマ時間よりも短時間）を減算し、この（タイマ時間－α）毎に、α時間の間に周期的に複数の応答要求フレームＦｒを送信しても良い。

また、幾つかの実施形態では、図２に示す実施形態では、送信実行間隔変更部３４は、応答要求フレームＦｒの送信実行間隔が、所定の最小値以上で、かつ所定の最大値以下の範囲に収まるように、応答要求フレームＦｒの送信実行間隔を変更しても良い。具体的には、上述した図５のステップＳ５４において、タイマ時間の最小値（例えば初期値など）と、上記の変更値とを比較し、そのうちの大きい値を有する方で現在のタイマ時間を変更する。このように、タイマ時間に対して最小値を設けることで、タイマ時間が短くなり過ぎることによって、不必要なほど過度に応答要求フレームＦｒが送信さることを防止し、推定時の電力消費の増大の防止を図ることが可能となる。

同様に、ステップＳ５５において、所定の最大値と、上記の変更値とを比較し、そのうちの小さい値を有する方で現在のタイマ時間を変更する。このように、タイマ時間に対して最大値を設定することで、センサノード２が中継ノード５と通信可能な最小の時間間隔などの適切な推定を図ることが可能となる。

上記の構成によれば、センサノード２は、中継ノード５との通信成功時には、応答要求フレームＦｒの送信実行間隔をより長い値に更新し、中継ノード５との通信失敗時にはこの送信実行間隔をより短い値に更新する。これによって、中継ノード５のスリープ期間Ｔｓ、およびこのスリープ期間Ｔｓを挟んで隣接する２つのアクティブ期間Ｔａに送信する応答要求フレームＦｒの送信数を減らしつつ、アクティブ期間Ｔａが繰り返される周期（アクティブ期間間隔Ｐ）を適切に算出することができる。
なお、本実施形態に本発明は限定されず、他の幾つかの実施形態では、図５のステップＳ５４やＳ５５において、現在のタイマ時間を変更値で無条件に変更しても良い。

他の幾つかの実施形態では、例えば、中継ノード５は、３時間（時間ｘ）のスリープ期間Ｔｓおきに、１０分（時間ｙ）だけアクティブ状態になるなど、中継ノード５の省電力動作設定に関する情報をセンサノード２に事前に登録するように構成しても良い。このような実施形態では、センサノード２が１または複数回送信する応答要求フレームＦｒに対する送達確認Ｆａが１回受信できれば、スリープ期間Ｔｓが分かっているので、アクティブ期間Ｔａが繰り返される周期がｘ＋ｙ時間と算出できる。

次に、上述した通信実行制御部４に関する幾つかの実施形態について、説明する。
幾つかの実施形態では、図２に示すように、通信実行制御部４は、動作状態推定部３による推定結果Ｅに基づいて、中継ノード５のアクティブ期間Ｔａに通信先との通信を実行する通信実行タイミングを決定する通信タイミング決定部４１と、この通信実行タイミングで通信先との通信を実行する通信実行部４４と、を有しても良い。

具体的には、通信タイミング決定部４１は、動作状態推定部３（判定部３２）が推定した例えばアクティブ期間間隔Ｐなどに基づいて、その間隔や、その間隔の公倍数などの間隔を通信実行間隔として設定し、応答要求フレームＦｒあるいは送達確認Ｆａの送受信時刻を起点として、アクティブ期間間隔Ｐで通信先との通信を行うような通信実行タイミングを決定しても良い。あるいは、後述するように、通信タイミング決定部４１は、通信実行タイミングの初期値を設定し、その初期値を調整しながら、通信実行タイミングを決定しても良い。

上記の構成によれば、アクティブ期間Ｔａの周期（アクティブ期間間隔Ｐ）の推定結果Ｅを用いて、通信実行タイミングが中継ノード５のアクティブ期間Ｔａに重なるように決定する。この通信実行タイミングに従って、センサノード２がゲートウェイ８など通信先との通信を実行することにより、中継ノード５のアクティブ期間Ｔａに通信を行うことができ、電力消費を抑制しつつ、通信先との通信をより確実に行うことができる。

また、上述した実施形態において、幾つかの実施形態では、図２に示すように、上記の通信タイミング決定部４１は、上述した通信実行タイミングの初期値（以下、通信タイミング初期値Ｐｓ）を設定する初期値設定部４１ａと、通信先（ゲートウェイ８など）との通信時に送信する応答要求フレームＦｒに対する送達確認Ｆａの受信状況に基づいて、通信タイミング初期値Ｐｓを調整していくことにより、通信実行タイミングを決定する調整部４１ｂと、をさらに有しても良い。センサノード２は、通常、予め定められた規定のアップロード間隔（頻度）などの所定の送信タイミングで計測データ（送信データＤ）を通信先に送信するが、このような所定の送信タイミングに従って送信データＤを送信するための調整を行う。

すなわち、推定によって得られたアクティブ期間間隔Ｐが、中継ノード５のアクティブ期間の最小間隔（周期）ではなかった場合において、規定のアップロード間隔と、アクティブ期間間隔Ｐの公倍数で得られる間隔であって規定のアップロード間隔に最も近い間隔との差異が許容できないほど大きい場合が有り得る。このような場合、アクティブ期間間隔Ｐが最小値でないため、規定のアップロード間隔により近く、上記の差異が許容できるような通信実行タイミングに設定できる可能性がある。よって、センサノード２は、調整部４１ｂによる調整を通して、より適切な通信実行タイミングを探す。

具体的には、調整部４１ｂは、応答要求フレームＦｒに対する送達確認Ｆａが受信された場合に通信タイミング初期値Ｐｓを調整しても良く、例えば通信頻度が段階的に下がるように、通信タイミング初期値Ｐｓを調整しても良い。逆に、調整部４１ｂは、応答要求フレームＦｒに対する送達確認Ｆａが受信されない場合に通信タイミング初期値Ｐｓを調整しても良く、例えば通信頻度が段階的に上がるように、通信タイミング初期値Ｐｓを調整しても良い。

より具体的には、調整部４１ｂは、通信タイミング初期値Ｐｓを変数にアクティブ期間間隔Ｐセットし、送達確認Ｆａの受信状況に応じて、この変数値を変更する。上記の通信タイミング初期値Ｐｓは、例えばアクティブ期間間隔Ｐの公倍数（Ｐ×ｎ。ｎは１以上の整数）であっても良い。また、調整部４１ｂによる通信頻度の段階的な上げ下げの幅は、通信タイミング初期値Ｐｓあるいはアクティブ期間間隔Ｐよりも小さい間隔となる。

例えば、調整部４１ｂは、アクティブ期間間隔Ｐに基づいて算出される、規定のアップロード間隔よりも小さく、かつ、それに最も近い間隔を通信タイミング初期値Ｐｓとして、アクティブ期間間隔Ｐを２以上の任意の数で分割するような周期で、通信タイミング初期値Ｐｓから、通信タイミング初期値Ｐｓからアクティブ期間間隔Ｐ（Ｐｓ＋Ｐ）まで、応答要求フレームＦｒの送信および送達確認Ｆａの受信確認を行っても良い。通信タイミング決定部４１は、このような処理によって、通信タイミング初期値Ｐｓからアクティブ期間間隔Ｐまでの間で見つけられた規定のアップロード間隔に最も近い間隔を、通信実行タイミングに決定する。

上記の構成によれば、状況に応じて通信実行タイミングを決定することができ、より適した通信実行タイミングによる通信先との通信の実行を図ることができる。
なお、上述した通信タイミング決定部４１と同様の処理を実行するためのステップを、中継ノードの動作推定方法が備えていても良い。

その他、幾つかの実施形態では、通信実行制御部４は、通信実行部４４によって送信された応答要求フレームＦｒに対して送達確認Ｆａが受信されない場合に動作状態推定部３に対して通知する通知部４５を、さらに備えても良い。中継ノード５からの送達確認Ｆａが受信されない場合には、応答要求フレームＦｒが中継ノード５の省電力動作設定の推定結果Ｅに基づいて送信されているので、例えば無線センサネットワーク１に何らかの変化が生じたなどにより、これまでの中継ノード５の省電力動作設定の推定結果Ｅが適切ではなくなったものと想定される。

よって、このような状況を動作状態推定部３に通知するようにすれば、再度の推定を行う契機を与えることができ、これを契機に動作状態推定部３による再推定を行うことにより、現在の状況に適した推定結果Ｅを得ることができる。
なお、上述した通知部４５と同様の処理を実行するためのステップを、中継ノードの動作推定方法が備えていても良い。

（実施形態２）
次に、本発明の他の幾つかの実施形態について、図６～図１０を用いて説明する。
図６は、本発明の一実施形態に係る中継ノードの機能を示すブロック図である。図７は、本発明の一実施形態に係る中継ノードが管理するセンサノードテーブルを示す図である。図８は、本発明の一実施形態に係る中継ノードの動作方法を示す図であり、中継ノードの学習後の定常動作時の状況を説明するための図である。図９は、本発明の一実施形態に係る中継ノードの動作方法を示す図であり、中継ノードの学習時の動作を示すフロー図である。また、図１０は、本発明の一実施形態に係る中継ノードの学習後の定常動作時の動作を示すフロー図である。

本実施形態は、上述した省電力動作を行う中継ノード５が、電源投入後の初期状態などにおいて、センサノード２からの送信データＤの送信状況を監視し、その監視結果に基づいて、自ノードのアクティブ期間Ｔａやスリープ期間Ｔｓをいつにするかを決定する。つまり、中継ノード５は、センサノードの通信状況を把握して、自ノードの動作設定（省電力動作設定）を決定する。これによって、中継ノード５は、センサノード２が通信（送信データＤを送信）すると推定される時（時間帯）がアクティブ期間Ｔａになり、センサノード２が通信しないと推定される時がスリープ期間Ｔｓになるように、省電力動作設定を生成することが可能となり、センサノード２の動作に応じた中継ノード５の適切な省電力動作を図れる。

詳述すると、幾つかの実施形態では、中継ノード５は、上述したように、１または複数のセンサノード２が行う通信の中継が可能なアクティブ期間Ｔａと、この通信の中継をしないスリープ期間Ｔｓとを所定の動作設定（以下、省電力動作設定）に従って切り替える装置である。図６に示すように、中継ノード５は、省電力動作に関する動作設定生成部６と、動作制御部７と、を備える。

動作設定生成部６は、省電力動作設定を生成するよう構成された機能部である。通常、センサノード２は、事前に設定されたアップロード間隔などで計測データをゲートウェイ８に送信するよう構成されている。そこで、中継ノード５は、省電力動作設定が初期化されていることで未だ内容設定がない初期化時においては、スリープ状態になることなくアクティブ状態で動作することにより、センサノード２の通信状況を監視する。そして、中継ノード５は、この監視結果に基づいて、各センサノード２のアクティブ期間Ｔａやスリープ期間Ｔｓを把握（学習）し、自ノードの省電力動作設定として保存する。
より詳細には、動作設定生成部６は、受信状況監視部６１と、設定決定部６２と、を含む。

受信状況監視部６１は、１または複数のセンサノード２から送信される送信データＤの受信状況を監視する。具体的には、中継ノード５は、センサノード２が送信した送信データＤを受信すると、その送信データＤの通信フレーム中から省電力動作設定を決定するのに用いる情報を抽出する。具体的には、例えば通信フレームのヘッダ情報から送信元（センサノード２のアドレス）を抽出し、その通信フレームの受信時刻などの通信時刻と共に履歴データＨとして記憶する。この動作を所定の学習期間（監視期間）にわたって実行することで、複数の履歴データＨを記憶装置５ｍに蓄積する。なお、通信フレームから送信データＤの宛先（ネットワーク層の宛先）をさらに抽出しても良い。宛先がゲートウェイ８であれば、その送信データＤが、センサノード２からのゲートウェイ８への計測データの通信のためのものであることが確認できる。

設定決定部６２は、センサノード２から送信された送信データＤの受信状況に基づいて、自ノードの省電力動作設定を決定する。つまり、上述した学習期間に得られる複数の履歴データＨを解析し、省電力動作を決定する。より詳細には、設定決定部６２は、送信データＤの受信状況に基づいて、１または複数のセンサノード２が送信する送信データＤを受信しない時間間隔に基づいてスリープ期間Ｔｓを決定しても良い。あるいは、１または複数のセンサノード２が送信する送信データＤを受信する時間間隔に基づいてアクティブ期間Ｔａを決定しても良い。これらのうちの両方を行っても良い。スリープ期間Ｔｓあるいはアクティブ期間Ｔａを設定すべき期間が分かれば、その期間以外を他方の期間とすれば良く、省電力動作設定を生成することが可能となる。

すなわち、学習期間に蓄積された複数の履歴データＨの送信元から、中継ノード５が中継すべきセンサノード２が把握できる。また、複数の履歴データＨを送信元毎に確認することにより、各センサノード２が行ったゲートウェイ８などの通信先との通信時刻が把握できる。よって、複数の履歴データＨの通信時刻をセンサノード２毎に確認することにより、その複数の通信時刻に基づいて、各センサノード２の通信間隔を推定することができる。

さらに、各センサノード２の通信間隔の推定値（推定通信間隔Ｇ）を用いることで、図１０に示すように、中継ノード５は、例えば、その推定後に受信した送信データＤの受信時刻およびその送信データＤの送信元から、各センサノード２のその後の通信先との通信時刻を推定することができる。よって、設定決定部６２は、各センサノード２の通信の推定時刻の前後に所定の時間を付加するなどした、この推定時刻を含む所定の時間帯にアクティブ状態で動作するようにし、それ以外の時間帯ではスリープ状態で動作するような省電力動作設定を生成する。

図６に示す実施形態では、中継ノード５は、図７に示すようなセンサノードテーブル５Ｔで、自ノードが中継する必要がある１または複数のセンサノード２を管理するようになっている。センサノードテーブル５Ｔは、センサノード２毎に、推定した推定通信間隔Ｇと、最新の送信データＤの受信時刻と、この最新の送信データＤの受信時刻の次に、同一のセンサノード２から送信データＤを受信する想定受信時刻を記憶するようになっている。

この動作設定生成部６は、幾つかの実施形態では、図８に示すフローに従って動作しても良い。図８をステップ順に説明すると、中継ノード５は、電源投入がなされると、学習モードに移行する。すなわち、無線センサネットワーク１への参加、および、ステップＳ８１におけるセンサノードテーブル５Ｔの初期化（クリア）の後、ステップＳ８２において、センサノード２から送信される送信データＤを待ち受ける。そして、ステップＳ８３において、中継すべき送信データＤを受信したら、その送信データＤの通信フレームから送信元を抽出し、その送信元が初めて送信データＤを送信した場合など未だセンサノードテーブル５Ｔへ登録がない場合には、センサノードテーブル５Ｔに登録する。また、ステップＳ８４において、履歴データＨを記憶装置５ｍなどに保存する。

そして、ステップＳ８５において、学習モードを完了させるか否かを判定し、学習モードを継続すると判定した場合には、ステップＳ８２に戻り、上述したステップＳ８２～Ｓ８５を繰り返す。学習モードの完了は、学習モードを完了できるものとして設定した所定の時間が経過した場合に完了と判定しても良い。あるいは、センサノードテーブル５Ｔに最後に登録されたセンサノード２の登録後から、所定の時間を経過しても、新たなセンサノード２が追加されなかった場合に完了と判定しても良い。このような複数の条件の少なくとも１つが成立した場合に、完了と判定しても良い。

逆に、ステップＳ８５において、学習モードを完了すると判定した場合には、ステップＳ８４の実行により蓄積した複数の履歴データＨを用いて、各センサノード２毎に推定通信間隔Ｇ（前述）の算出を行い、センサノードテーブル５Ｔに登録する。この際、センサノード２毎に、最新の通信フレームの受信時刻を履歴データＨから抽出し、最新の受信時刻に登録する。その後、次に説明する動作制御部７による定常動作モードへ移行する。

他方、動作制御部７は、動作設定生成部６によって生成された省電力動作設定に従って、自ノードのアクティブ期間Ｔａとスリープ期間Ｔｓとを切り替える。上述したセンサノードテーブル５Ｔを参照すれば、各センサノード２の想定受信時刻のうちの現在時刻に最も近い想定受信時刻に、次に中継すべきセンサノード２からの送信データＤの想定受信時刻が得られる。よって、動作制御部７は、この現在時刻から最も時間的に近い想定受信時刻まではスリープ状態になり、この想定受信時刻付近でアクティブ状態になるように制御（省電力動作）する。アクティブ状態になった後は、動作制御部７は、例えば、上記と同様の処理を行うことにより、次のスリープ状態になるタイミングと、アクティブ状態になるタイミングを決定し、その決定に従って省電力動作を実行しても良い。あるいは、センサノードテーブル５Ｔに基づいて、スリープ状態およびアクティブ状態の各タイミングを決めて、これに基づく周期などで省電力動作を実行しても良い。その結果、中継ノード５は、時間の経過に従って、アクティブ期間Ｔａとスリープ期間Ｔｓを交互に繰り返すようになる（図１０参照）。

より具体的には、動作制御部７は、図９に示すフローに従って動作しても良い。図９をステップ順に説明すると、中継ノード５は、定常動作モードへの移行後のステップＳ９１において、センサノードテーブル５Ｔに登録されたセンサノード２毎の次の想定受信時刻から現在時刻に最も近い想定受信時刻を探す。ステップＳ９２において、ステップＳ９１で見つけた想定受信時刻までスリープ状態となる。ステップＳ９３において、スリープ状態からの復帰後（アクティブ状態への切替り後）、センサノードテーブル５Ｔの次の想定受信時刻に登録された時刻のうち、現在時刻から任意の時間（β）以内（現在時刻＋β以内）の時刻となっているセンサノード２を抽出する。その後、ステップＳ９４において、抽出した１以上のセンサノード２からの送信データＤを待機する。

そして、ステップＳ９５において、ステップ５３で抽出したセンサノード２の全てから、現在時刻＋β以内に送信データＤを通信するための通信フレームが受信できた場合には、ステップＳ９６において、センサノードテーブル５Ｔに変更が有るか否かを判定する。例えば、センサノードテーブル５Ｔに登録されていない他のセンサノード２からの通信フレームを受信した場合には、変更有りと判定する。

例えばＺｉｇｂｅｅでは、センサノード２は、無線センサネットワーク１に参加する際には、ＣＳＭＡ／ＣＡのキャリアセンスなどにより、他の通信が存在する時間に割り込むように孤立通知（Ｂｅａｃｏｎ ｒｅｑｕｅｓｔ）をブロードキャストし、自ノードの存在を近隣の中継ノード５（近隣のノード）に通知する。センサノード２は、自ノードが送信した孤立通知に対して中継ノード５が応答（Ｂｅａｃｏｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）するまで孤立通知を送信するが、中継ノード５は、この孤立通知を受け取った段階で新規のセンサノード２が出現したことを検知する。よって、中継ノード５を、センサノード２からの孤立通知の受信に応じてセンサノードテーブル５Ｔに変更有りと判定するように構成しても良い。あるいは、新しいセンサノード２が無線センサネットワーク１に参加する前にゲートウェイ８に対して新しいセンサノード２を登録するなど、ゲートウェイ８に新しいセンサノード２がペアリングされたことをゲートウェイ８からアクティブ状態の中継ノード５に通知することにより、中継ノード５がセンサノードテーブル５Ｔに変更有りと判定するように構成しても良い。物理的なスイッチあるいはソフトウェアスイッチを中継ノード５に設けておき、センサノード２を設置した段階で人が中継ノード５のモードを切り替えることにより、中継ノード５がセンサノードテーブル５Ｔに変更有りと判定するように構成しても良い。

そして、ステップＳ９６において、変更無しの場合には、ステップＳ９１に戻って上述したステップを繰り返す。逆に、ステップＳ９６において、変更有りの場合には、学習モード（図８参照）へ遷移する。

一方、上述したステップＳ９５において、全てのセンサノード２から通信フレームが受信できない場合には、学習モードへ遷移する。本実施形態では、多少のタイミングずれで通信フレームを受信できない場合に学習モードへ遷移するのを防止するために、ステップＳ９７において、さらに所定の時間だけ受信を待機する。例えば、さらにβだけ受信を待機しても良いし、β×ｍ（ｍは１以上の整数）の間、受信を待機しても良い。その後、ステップＳ９８で、抽出した全てのセンサノード２からの通信フレームが受信できたか否かを判定し、受信できた場合には、上述したステップＳ９６に移り、受信できない場合には、学習モードへ遷移する。

上記の構成によれば、中継ノード５は、省電力動作設定に従って、アクティブ状態とスリープ状態とを切り替えることにより省電力動作が可能に構成されており、この省電力動作設定を、センサノード２が送信するゲートウェイ８などの通信先に向けた送信データＤなどの受信状況に応じて生成する。これによって、中継ノード５は、通信を実行するセンサノード２が存在しないと見込まれる期間にはスリープ状態になることができ、電力消費を抑制することができる。また、中継ノード５は、通信を実行するセンサノード２が１つでも存在することが見込まれる期間にはアクティブ状態になることによりセンサノード２の通信の確実な中継を図ることができる。よって、ゲートウェイ８などによる計測データの収集のリアルタイム性の向上や、センサノード２の送信データＤの再送などに伴う電力消費を抑制することができる。

その他、センサノード２と中継ノード５との間の精密な時間同期が不要であるため、無線センサネットワーク１のセットアップを簡易化することができる。また、先に説明したような、センサノード２が中継ノード５の省電力動作設定を推定するような場合に比べて、センサノード２に対する機能追加を不要とすることや、センサノード２の推定時の電力消費の低減、メンテナンスを中継ノード５に集約できるといった効果を有する。

また、幾つかの実施形態では、中継ノード５は、上記の省電力動作設定を更新する設定更新部６４を、さらに備えても良い。設定更新部６４は、アクティブ期間Ｔａ毎に、送信データＤを送信するセンサノード２の数の期待数を算出する期待数算出部６４ａと、アクティブ期間Ｔａ毎に、送信データＤを送信するセンサノード２の数の実績数を算出する実績数算出部６４ｂと、上記の期待数と実績数とが一致しない場合に動作設定生成部６に通知する通知部６４ｃと、を有する。

本実施形態について図１０を用いて説明する。図１０では、中継ノード５は、時間の経過に従って、アクティブ期間Ｔａを６回繰り返している。その中の１番目～４番目、および６番目のアクティブ期間Ｔａでは、中継ノード５は、センサノード２ａ～２ｃのうちのいずれか１つのセンサノード２のみが送信した送信データＤを受信する見込みなので、期待数は１となる。他方、５番目のアクティブ期間Ｔａでは、中継ノード５は、センサノード２ａおよび２ｃの２つのセンサノード２が送信した送信データＤを受信する見込みなので、期待数は２となる。

このように設定された各アクティブ期間Ｔａの期待数に対して、実際に受信した送信データＤの実績数の全てが１であったとする。この場合、５番目の各アクティブ期間Ｔａでの期待数は２であるため、５番目の各アクティブ期間Ｔａにおける期待数と実績数とが一致しない。よって、通知部６４ｃによる上記の通知がなされる。また、図１０に示す実施形態では、実績数が期待数よりも小さい場合を示しているが、いずれかの中継ノード５のアクティブ期間Ｔａにおいて実績数が期待数よりも多い場合にも、通知部６４ｃによる通知がなされる。

上記の構成によれば、中継ノードは、センサノード２からの送信データＤの期待数および実績数をアクティブ期間Ｔａ毎に確認し、期待数と実績数が一致しない場合には通知する。期待数と実績数が一致しない場合には、中継ノード５がセンサノード２の通信状況を適切に把握できていないと判断される。よって、期待数と実績数との比較により、中継ノード５の省電力動作設定が適切であるか否かを判定することができ、適切でない場合には中継ノード５の省電力動作設定を更新するようにすれば、センサネットワークの変化に追従した、中継ノード５の適切な省電力動作設定を維持することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

１ 無線センサネットワーク
２ センサノード
２ｒ 無線通信部
２ｓ センサ部
３ 動作状態推定部
３１ 推定送信部
３２ 判定部
３４ 送信実行間隔変更部
４ 通信実行制御部
４１ 通信タイミング決定部
４１ａ 初期値設定部
４１ｂ 調整部
４４ 通信実行部
４５ 通知部
５ 中継ノード
５Ｔ センサノードテーブル
６ 動作設定生成部
６１ 受信状況監視部
６２ 設定決定部
６４ 設定更新部
６４ａ 期待数算出部
６４ｂ 実績数算出部
６４ｃ 通知部
７ 動作制御部
８ ゲートウェイ
９１ 有線ネットワーク
９３ 金属製配管
９４ 壁
Ｆｒ 応答要求フレーム
Ｆａ 送達確認
Ｔａ アクティブ期間
Ｔｓ スリープ期間
Ｄ 送信データ
Ｅ 中継ノードの省電力動作設定の推定結果
Ｐ アクティブ期間間隔
Ｇ 推定通信間隔

Claims (13)

1. センサネットワークを構成する中継ノードであって、送達確認の送信を要求する応答要求フレームに対して前記送達確認を送信するアクティブ期間と前記送達確認を送信しないスリープ期間とを所定の第１動作設定に従って切り替えるように構成された中継ノード、に前記応答要求フレームを送信するよう構成されたセンサノードであって、
   前記センサネットワークに接続するための通信部と、
   センシング対象を計測するためのセンサ部と、
   前記応答要求フレームを所定の第２動作設定に従って前記中継ノードに送信するように構成された送信部、及び前記送達確認の受信状況に基づいて前記中継ノードの前記アクティブ期間または前記スリープ期間の少なくとも一方を判定するように構成された判定部、を含む動作状態推定部と、
   前記第１動作設定の推定結果に基づいて、前記センサ部によって計測された計測データの通信先との通信の実行を制御するように構成された通信実行制御部と、を備え、
   前記動作状態推定部は、
   前記センサノードが受信した前記送達確認に対応する第１の前記応答要求フレームおよび第２の前記応答要求フレームである２つの前記応答要求フレームであって、前記第１の応答要求フレームの送信時と前記第２の応答要求フレームの送信時との間には、前記中継ノードからの対応する前記送達確認を受信しなかった第３の応答要求フレームが送信されている場合の前記２つの応答要求フレームの送信間隔、または、前記２つの応答要求フレームに対して前記センサノードが受信した２つの前記送達確認の受信間隔に基づいて、前記アクティブ期間の時間間隔を算出するように構成された算出部を、さらに有し、
   前記第２動作設定は、複数の前記応答要求フレームの各々を送信する送信間隔設定を含み、
   前記動作状態推定部は、前記送信間隔設定に従って前記応答要求フレームを送信する前記送信部による前記応答要求フレームの送信実行間隔を変更するように構成された送信実行間隔変更部を、さらに有し、
   前記送信実行間隔変更部は、
   前記送達確認が受信された場合には前記応答要求フレームの送信実行間隔を短くし、前記送達確認が受信されない場合には、前記応答要求フレームの送信実行間隔を長くすることを特徴とするセンサノード。
2. センサネットワークを構成する中継ノードであって、送達確認の送信を要求する応答要求フレームに対して前記送達確認を送信するアクティブ期間と前記送達確認を送信しないスリープ期間とを所定の第１動作設定に従って切り替えるように構成された中継ノード、に前記応答要求フレームを送信するよう構成されたセンサノードであって、
   前記センサネットワークに接続するための通信部と、
   センシング対象を計測するためのセンサ部と、
   前記応答要求フレームを所定の第２動作設定に従って前記中継ノードに送信するように構成された送信部、及び前記送達確認の受信状況に基づいて前記中継ノードの前記アクティブ期間または前記スリープ期間の少なくとも一方を判定するように構成された判定部、を含む動作状態推定部と、
   前記第１動作設定の推定結果に基づいて、前記センサ部によって計測された計測データの通信先との通信の実行を制御するように構成された通信実行制御部と、を備え、
   前記通信実行制御部は、
   前記第１動作設定の推定結果に基づいて、前記中継ノードの前記アクティブ期間に前記通信先との通信を実行する通信実行タイミングを決定するように構成された通信タイミング決定部と、
   前記通信実行タイミングで前記通信先との通信を実行するように構成された通信実行部と、を有し、
   前記通信タイミング決定部は、
   前記通信実行タイミングの初期値を設定するように構成された初期値設定部と、
   前記通信先との通信時に送信する前記応答要求フレームに対する前記送達確認の受信状況に基づいて、前記通信実行タイミングの初期値を調整していくことにより、前記通信実行タイミングを決定するように構成された調整部と、をさらに有し、
   前記調整部は、前記送達確認が受信された場合に、通信頻度が段階的に下がるように、前記通信実行タイミングの初期値を調整していくことを特徴とするセンサノード。
3. 前記動作状態推定部は、
   前記センサノードが受信した前記送達確認に対応する第１の前記応答要求フレームおよび第２の前記応答要求フレームである２つの前記応答要求フレームであって、前記第１の応答要求フレームの送信時と前記第２の応答要求フレームの送信時との間には、前記中継ノードからの対応する前記送達確認を受信しなかった第３の応答要求フレームが送信されている場合の前記２つの応答要求フレームの送信間隔、または、前記２つの応答要求フレームに対して前記センサノードが受信した２つの前記送達確認の受信間隔に基づいて、前記アクティブ期間の時間間隔を算出するように構成された算出部を、さらに有することを特徴とする請求項２に記載のセンサノード。
4. 前記第２動作設定は、複数の前記応答要求フレームの各々を送信する送信間隔設定を含み、
   前記動作状態推定部は、前記送信間隔設定に従って前記応答要求フレームを送信する前記送信部による前記応答要求フレームの送信実行間隔を変更するように構成された送信実行間隔変更部を、さらに有し、
   前記送信実行間隔変更部は、
   前記送達確認が受信された場合には前記応答要求フレームの送信実行間隔を短くし、前記送達確認が受信されない場合には、前記応答要求フレームの送信実行間隔を長くすることを特徴とする請求項３に記載のセンサノード。
5. 前記送信実行間隔変更部は、前記応答要求フレームの送信実行間隔が、所定の最小値以上で、かつ、所定の最大値以下の範囲に収まるように、前記応答要求フレームの送信実行間隔を変更することを特徴とする請求項１または４に記載のセンサノード。
6. 前記通信実行制御部は、
   前記第１動作設定の推定結果に基づいて、前記中継ノードの前記アクティブ期間に前記通信先との通信を実行する通信実行タイミングを決定するように構成された通信タイミング決定部と、
   前記通信実行タイミングで前記通信先との通信を実行するように構成された通信実行部と、を有することを特徴とする請求項１に記載のセンサノード。
7. 前記通信タイミング決定部は、
   前記通信実行タイミングの初期値を設定するように構成された初期値設定部と、
   前記通信先との通信時に送信する前記応答要求フレームに対する前記送達確認の受信状況に基づいて、前記通信実行タイミングの初期値を調整していくことにより、前記通信実行タイミングを決定するように構成された調整部と、をさらに有することを特徴とする請求項６に記載のセンサノード。
8. 前記調整部は、前記送達確認が受信された場合に、通信頻度が段階的に下がるように、前記通信実行タイミングの初期値を調整していくことを特徴とする請求項７に記載のセンサノード。
9. 前記調整部は、前記送達確認が受信されない場合に、通信頻度が段階的に上がるように、前記通信実行タイミングの初期値を調整していくことを特徴とする請求項２、７、または８に記載のセンサノード。
10. 前記通信実行部によって送信された前記応答要求フレームに対して前記送達確認が受信されない場合に前記動作状態推定部に対して通知するように構成された通知部を、さらに備えることを特徴とする請求項２、６、７、８、または９に記載のセンサノード。
11. 請求項１～１０のいずれか１項に記載のセンサノードと、
    前記センサノードが送信する送信データを収集するように構成されたゲートウェイノードと、
    前記センサノードが送信する前記送信データを前記ゲートウェイノードに中継するように構成された中継ノードと、を備えることを特徴とするセンサネットワーク。
12. センサネットワークを構成する中継ノードであって、送達確認の送信を要求する応答要求フレームに対して前記送達確認を送信するアクティブ期間と前記送達確認を送信しないスリープ期間とを所定の第１動作設定に従って切り替えるように構成された中継ノード、に前記応答要求フレームを送信するよう構成されたセンサノードで実行する中継ノードの動作推定方法であって、
    前記応答要求フレームを所定の第２動作設定に従って前記中継ノードに送信するステップ、及び前記送達確認の受信状況に基づいて前記中継ノードの前記アクティブ期間または前記スリープ期間の少なくとも一方を判定するステップ、を含む動作状態推定のためのステップと、
    前記第１動作設定の推定結果に基づいて、センシング対象を計測するためのセンサ部によって計測された計測データの通信先との通信の実行を制御するステップと、を備え、
    前記動作状態推定のためのステップは、
    前記センサノードが受信した前記送達確認に対応する第１の前記応答要求フレームおよび第２の前記応答要求フレームである２つの前記応答要求フレームであって、前記第１の応答要求フレームの送信時と前記第２の応答要求フレームの送信時との間には、前記中継ノードからの対応する前記送達確認を受信しなかった第３の応答要求フレームが送信されている場合の前記２つの応答要求フレームの送信間隔、または、前記２つの応答要求フレームに対して前記センサノードが受信した２つの前記送達確認の受信間隔に基づいて、前記アクティブ期間の時間間隔を算出するためのステップを、さらに有し、
    前記第２動作設定は、複数の前記応答要求フレームの各々を送信する送信間隔設定を含み、
    前記動作状態推定のためのステップは、前記送信間隔設定に従って前記応答要求フレームを送信する前記送信するステップにおける前記応答要求フレームの送信実行間隔を変更するためのステップを、さらに有し、
    前記送信実行間隔を変更するためのステップは、
    前記送達確認が受信された場合には前記応答要求フレームの送信実行間隔を短くし、前記送達確認が受信されない場合には、前記応答要求フレームの送信実行間隔を長くすることを特徴とする中継ノードの動作推定方法。
13. センサネットワークを構成する中継ノードであって、送達確認の送信を要求する応答要求フレームに対して前記送達確認を送信するアクティブ期間と前記送達確認を送信しないスリープ期間とを所定の第１動作設定に従って切り替えるように構成された中継ノード、に前記応答要求フレームを送信するよう構成されたセンサノードで実行する中継ノードの動作推定方法であって、
    前記応答要求フレームを所定の第２動作設定に従って前記中継ノードに送信するステップ、及び前記送達確認の受信状況に基づいて前記中継ノードの前記アクティブ期間または前記スリープ期間の少なくとも一方を判定するステップ、を含む動作状態推定のためのステップと、
    前記第１動作設定の推定結果に基づいて、センシング対象を計測するためのセンサ部によって計測された計測データの通信先との通信の実行を制御するステップと、を備え、
    前記通信先との通信の実行を制御するステップは、
    前記第１動作設定の推定結果に基づいて、前記中継ノードの前記アクティブ期間に前記通信先との通信を実行する通信実行タイミングを決定するためのステップと、
    前記通信実行タイミングで前記通信先との通信を実行するためのステップと、を有し、
    前記通信実行タイミングを決定するためのステップは、
    前記通信実行タイミングの初期値を設定するためのステップと、
    前記通信先との通信時に送信する前記応答要求フレームに対する前記送達確認の受信状況に基づいて、前記通信実行タイミングの初期値を調整していくことにより、前記通信実行タイミングを決定するための調整ステップと、をさらに有し、
    前記調整ステップは、前記送達確認が受信された場合に、通信頻度が段階的に下がるように、前記通信実行タイミングの初期値を調整していくことを特徴とする中継ノードの動作推定方法。
    

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