TW201534154A - 系統、通信節點及切換方法 - Google Patents

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TW201534154A TW103139349A TW103139349A TW201534154A TW 201534154 A TW201534154 A TW 201534154A TW 103139349 A TW103139349 A TW 103139349A TW 103139349 A TW103139349 A TW 103139349A TW 201534154 A TW201534154 A TW 201534154A
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Abstract

複數個感測器節點(102)的各者係於同一時期交替切換第1狀態(St1)與第2狀態(St2)，其中，該第1狀態(St1)係當自身感測器節點(102)發生預定異常時將用以通知發生異常一事的異常通知信號發送給收集裝置(101)之狀態，該第2狀態(St2)係將相異於異常通知信號的資料信號發送給通信裝置之狀態。在各個第1狀態(St1)的期間(I)中，感測器節點(102)係於第1狀態(St1)的期間(I)所含有的部分期間(i)成為第3狀態(St3)，該第3狀態(St3)係接收從複數個感測器節點(102)之中自身感測器節點(102)以外的感測器節點(102)發送的異常通知信號，並將所接收到的異常通知信號予以轉發之狀態。在各個第1狀態(St1)的期間(I)中，感測器節點(102)係於第1狀態(St1)的期間(I)所含有的相異於部分期間(i)的期間成為第4狀態(St4)，該第4狀態(St4)係不接收異常通知信號之狀態。

Description

系統、通信節點及切換方法
本發明係有關系統(system)、通信節點(node)及切換方法。
在感測器網路系統(sensor network system)的習知技術中係有如下的公知技術：藉由許多無線的感測器節點(sensor node)來檢測感測器節點設置區域的環境變化等。此外，習知技術中亦有如下的公知技術：以感測器節點間的多跳躍(multihop)通信進行中繼(realy)轉發，藉此將資料(data)發送給未直接連接的感測器節點。
此外，習知技術中亦有如下的公知技術：於進行中繼轉發時，定期地與周邊的感測器節點交換是否正在進行中繼處理之資訊，當周邊並不存在進行中繼處理的節點時設為常時接收功能動作狀態，當存在中繼終端裝置時，將定期接收期間以外設為休眠(sleep)狀態(參照例如下述之專利文獻1)。藉此，便能以一部分的感測器節點進行統計處理。
此外，習知技術中亦有如下的公知技術： 為了降低耗電量，根據相鄰節點的休眠資訊和剩餘電力資訊來決定處於休眠狀態的期間(參照例如下述之專利文獻2)。
此外，習知技術中亦有如下的公知技術：在藉由多跳躍通信轉發資料的感測器網路中，依據距基地台的距離將終端裝置分組，除了以一定週期進行通信的時間以外設為休眠狀態，偵測到緊急資訊的終端裝置係將資訊發送週期縮短(參照例如下述之專利文獻3)。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本國特開2011-49676號公報
專利文獻2：日本國特開2004-336779號公報
專利文獻3：日本國特開2009-86697號公報
然而，例如於感測器節點進行間歇動作時，為了於休止期間中也通知由感測器節點檢測出的異常，會於休止期間中啟動感測器節點的接收電路，而有耗電增加的問題。
在本發明的一態樣中，其目的在於提供能夠謀求耗電之降低的系統、通信節點及切換方法。
在本發明的一態樣中係提出一種系統、通 信節點及切換方法，係：在各者係於同一時期交替切換第1狀態與第2狀態的複數個通信節點之中，該第1狀態係當自身通信節點發生預定異常時將用以通知發生前述異常一事的異常通知信號發送給通信裝置之狀態，該第2狀態係將相異於前述異常通知信號的資料信號發送給前述通信裝置之狀態；在各個前述第1狀態的期間中，係：於前述第1狀態的期間所含有的部分期間成為第3狀態，該第3狀態係接收從前述複數個通信節點之中自身通信節點以外的通信節點發送的前述異常通知信號，並將所接收到的前述異常通知信號予以轉發之狀態；於前述第1狀態的期間所含有的相異於前述部分期間的期間成為第4狀態，該第4狀態係不接收前述異常通知信號之狀態。
依據本發明的一態樣，能夠謀求耗電之降低。
100‧‧‧系統
101、101-1至101-4‧‧‧收集裝置
102、102-1至102-10、102-N‧‧‧感測器節點
103‧‧‧配置區域
201‧‧‧伺服器
202‧‧‧閘道器
301、301-1、301-2‧‧‧感測器
302‧‧‧MCU
303、502‧‧‧計時器
304、503‧‧‧ROM
305、504‧‧‧RAM
306‧‧‧非揮發性記憶體
307、511‧‧‧內部匯流排
308‧‧‧無線電路
309、509‧‧‧天線
310‧‧‧電源管理單元
311‧‧‧電池
312‧‧‧能量擷取器
321‧‧‧發送電路
322‧‧‧接收電路
500‧‧‧裝置
501‧‧‧CPU
505‧‧‧碟片驅動裝置
506‧‧‧碟片
507‧‧‧I/O電路
508‧‧‧無線通信電路
510‧‧‧網路I/F
801、901、1001‧‧‧控制部
802、902、1002‧‧‧接收部
803、903、1003‧‧‧發送部
804‧‧‧電力控制部
805、904、1004‧‧‧記憶部
910‧‧‧收集裝置清單
d‧‧‧順序
n‧‧‧輪替次數
r‧‧‧第1電波到達距離
p1‧‧‧第1發送電力
p2‧‧‧第2發送電力
NET‧‧‧網路
R‧‧‧第2電波到達距離
S1301至S1304、S1701至S1708、S1801至S1808、S1901至S1904、S2001至S2006、S2101至S2103‧‧‧步驟
S1‧‧‧輪替順序登錄信號
S2‧‧‧緊急事件信號
S3‧‧‧資料信號
St1‧‧‧第1狀態
St2‧‧‧第2狀態
St3‧‧‧第3狀態
St4‧‧‧第4狀態
SNET‧‧‧感測器網路
T、T’‧‧‧時刻
TE0至TE3‧‧‧監視結束時刻
TS0至TS3‧‧‧監視開始時刻
第1圖係顯示本發明的系統的動作例之說明圖。
第2圖係顯示本發明的系統例之說明圖。
第3圖係顯示感測器節點102的硬體(hardware)構成例之方塊(block)圖。
第4圖的(a)及(b)係顯示感測器節點102的前提動作例之說明圖。
第5圖係顯示伺服器(server)201及收集裝置101的硬 體構成例之方塊圖。
第6圖係顯示各信號的封包(packet)結構例之說明圖。
第7圖係顯示構成要素在各動作中的電力狀態之說明圖。
第8圖係顯示感測器節點102的功能構成例之說明圖。
第9圖係顯示伺服器201的功能構成例之說明圖。
第10圖係顯示收集裝置101的功能構成例之說明圖。
第11圖的(1)及(2)係說明輪替例之說明圖。
第12圖的(a)及(b)係顯示輪替次數的決定例之說明圖。
第13圖係顯示輪替順序登錄信號的轉發例之順序(sequence)圖。
第14圖係顯示跳躍數與登錄順序的例子之說明圖。
第15圖係顯示定期量測與監視時間之說明圖。
第16圖係顯示定期量測後的監視節點的變遷例之說明圖。
第17圖係顯示感測器節點102於信號接收時進行的處理步驟例之流程圖(flow chart)。
第18圖係顯示感測器節點102於計時器中斷(interrupt)時進行的處理步驟例之流程圖。
第19圖係感測器節點102於緊急事件(event)發生時進行的處理步驟例之流程圖。
第20圖係顯示伺服器201進行的處理步驟例之流程圖。
第21圖係顯示收集裝置101進行的處理步驟例之流程 圖。
以下，參照添附圖式，詳細說明本發明的系統、通信節點及切換方法的實施形態。
第1圖係顯示本發明的系統的動作例之說明圖。系統100係一感測器網路系統，由具有感測器與小型無線通信電路的感測器節點102形成感測器網路，能夠收集感測器的資料。系統100係具有複數個感測器節點102與收集裝置101。感測器節點102係具有感測器的無線的通信節點，設置在配置區域103。例如，感測器節點102係將藉由自發電而獲得的電力充電至電池(battery)。收集裝置101係用以從複數個感測器節點102收集感測器之資料的通信裝置。關於系統100的詳細例子，顯示於第2圖。
複數個感測器節點102的各者係於同一時期交替切換第1狀態St1與第2狀態St2。例如，第1狀態St1係當自身感測器節點102發生預定異常時將通知發生異常一事的異常通知信號發送到收集裝置101之狀態。所謂的預定異常，例如像是配置區域103的環境急遽變化等緊急度高之異常。此處，異常通知信號係例如稱為緊急事件信號。第2狀態St2係藉由收集裝置101將相異於緊急事件信號的資料信號予以發送之狀態。雖然此處係將緊急事件信號的通知對象與資料信號的通知對象設為同一個收集裝置101，但亦可為不同的裝置。
第2狀態St2係將電源供給至感測器節點 102的各部之啟動狀態。具體而言，首先，第2狀態St2係感測器節點102以感測器節點102所具有的感測器進行量測並將通知量測值的資料信號發送給通信裝置之狀態。此外，在第2狀態St2中，感測器節點102係將從其他感測器節點102發送的資料信號予以轉發。此處，將第2狀態St2的處理稱為定期量測。各感測器節點102係進行如第4圖所示的間歇動作，因此會因第2狀態St2中的量測及資料發送而大幅消耗電池的電力。有鑒於此，在本實施形態中係於第1狀態St1的期間I對自身感測器節點102所具有的電池進行充電。
在各個第1狀態St1的期間I中，感測器節點102係於第1狀態St1的期間I所含有的部分期間i成為第3狀態St3。第3狀態St3係接收從複數個感測器節點102之中自身感測器節點102以外的感測器節點102發送的緊急事件信號並將所接收到的緊急事件信號予以轉發之狀態。此外，在各個第1狀態St1的期間I中，感測器節點102係於第1狀態St1的期間I所含有的相異於部分期間i的期間成為不接收緊急事件信號的第4狀態St4。第3狀態St3係後述的監視狀態，第4狀態St4乃係後述的休眠狀態。
例如，第3狀態St3係將電源供給至感測器節點102所具有的接收部之狀態，第4狀態St4係不將電源供給至感測器節點102所具有的接收部之狀態。藉此，在第3狀態St3中係使感測器節點102接收緊急事件信號， 在第4狀態St4中則使感測器節點102不接收緊急事件信號。
此外，各感測器節點102係以第1發送電力發送資料信號。各感測器節點102係以比第1發送電力大的第2發送電力發送緊急事件信號。藉此，即使正在工作的感測器節點102數目少，但由於能夠將緊急事件信號發送得較遠，故能夠使緊急事件信號以較少的次數到達收集裝置101。
此外，部分期間i之長度與相異於部分期間i的期間之長度兩者間的第1比率係對應於緊急事件信號在第2發送電力下的到達距離與資料信號在第1發送電力下的到達距離兩者間的第2比率之值。第2比率係後述的輪替次數n。在第1圖的例子中，若緊急事件信號的到達距離為資料信號的到達距離的2倍，則第2比率成為2。因此，第1比率為1/第2比率，設部分期間i之長度為第1狀態St1的期間I之長度/第2比率。藉此，各感測器節點102僅在較短的期間成為第3狀態St3，故能夠使耗電量降低。
此外，感測器節點102係於運作前，藉由發送自收集裝置101的信號到達感測器節點102所需的跳躍數與第1比率，決定部分期間i的開始時刻。
例如，感測器節點102-1係在第2狀態St2後成為第3狀態St3。接著，感測器節點102-1係在第3狀態St3後成為第4狀態St4。接著，感測器節點102-1係在 第4狀態St4後再次成為第2狀態St2。如上述，感測器節點102-1係依第2狀態St2、第3狀態St3、第4狀態St4的順序切換。此外，感測器節點102-3、感測器節點102-5、感測器節點102-8及感測器節點102-10的狀態變遷係與感測器節點102-1相同。
例如，感測器節點102-2係在第2狀態St2後成為第4狀態St4。接著，感測器節點102-2係在第4狀態St4後成為第3狀態St3。接著，感測器節點102-2係在第3狀態St3後再次成為第2狀態St2。如上述，感測器節點102-2係依第2狀態St2、第4狀態St4、第3狀態St3的順序切換。此外，感測器節點102-4、感測器節點102-6、感測器節點102-7及感測器節點102-9的狀態變遷係與感測器節點102-2相同。
第2圖係顯示本發明的系統例之說明圖。在系統100中，係藉由進行由複數個無線的感測器節點102所量測得的量測值之收集等來檢測設置有感測器節點102的配置區域103的環境變化等。
具體而言，系統100係具有：伺服器201、閘道器(gateway)202、收集裝置101及複數個感測器節點102。伺服器201與閘道器202係經由網際網路(internet)等網路NET而連接。此外，雖然未圖示出，但各裝置亦可經由網路NET而與使用者終端裝置連接。
伺服器201係進行量測值的收集、蓄積、解析等，控制涵蓋閘道器202、收集裝置101、感測器節點 102等的系統100全體。閘道器202係進行網路NET與感測器網路SNET之間的信號轉遞之中繼，該網路NET係伺服器201與使用者終端裝置連接之網路，該感測器網路SNET係由複數個感測器節點102與收集裝置101構成的網路。例如，收集裝置101係藉由與感測器節點102進行通信而收集量測值，並將收集結果通知伺服器201。此外，收集裝置101係例如亦可對感測器節點102發出指示。複數個感測器節點102係量測配置區域103各位置的狀態之通信節點。此外，複數個感測器節點102係能夠與周圍的感測器節點102和收集裝置101以無線方式而進行通信。
(感測器節點102的硬體構成例)
第3圖係顯示感測器節點102的硬體構成例之方塊圖。感測器節點102係具有：感測器301、MCU(Micro Control Unit；微控制器)302、計時器(timer)303、ROM(Read Only Memory；唯讀記憶體)304、RAM(Random Access Memory；隨機存取記憶體)305及非揮發性記憶體306。此外，感測器節點102還具有：無線電路308、天線(antenna)309、電源管理單元(unit)310、電池311及擷取器(harvester)312等。此外，感測器節點102還具有將感測器301、MCU 302、計時器303、ROM 304、RAM 305及非揮發性記憶體306連接起來的內部匯流排(bus)307。此外，在第3圖中，虛線代表電源線，實線代表信號線。
感測器301係檢測設置處的預定位移量。感測器301係例如能夠使用檢測設置處壓力的壓電元件、檢 測溫度的元件、檢測光的光電元件等。如第3圖所示，感測器301係亦可設置複數種。亦可如定期量測用的感測器301-1與緊急事件用的感測器301-2等，對應於功能來區分量測時序(timing)。在定期量測中，各感測器節點102係每隔第1預定間隔以感測器301-1進行量測，並將量測值通知收集裝置101。在緊急事件用的量測中，各感測器節點102係每隔比第1預定間隔短的第2預定間隔以感測器301-2進行量測，並依據量測值判定有無異常。在緊急事件用的量測中，各感測器節點102係當判定為有異常時，將發生緊急異常一事通知收集裝置101。
MCU 302係例如藉由將記憶在ROM 304的程式(program)載入至RAM 305執行而進行感測器節點102整體控制和資料處理的控制部。例如，MCU 302係處理感測器301所檢測出的資料。計時器303係例如計數(count)由MCU 302等所設定的時間。在本實施形態中，例如，計時器303係主動計數用於藉由感測器301進行感測的感測間隔。此外，例如，計時器303係在後述的實施例2中計數停止近距離無線電路的預定期間。
ROM 304係儲存MCU 302所執行之程式等的記憶部。RAM 305係儲存MCU 302之處理的暫存資料的記憶部。非揮發性記憶體306為能夠寫入的記憶體，且係當電力供給中斷時等仍將所寫入的預定資料予以保持的記憶部。例如，就能夠進行寫入的非揮發性記憶體306而言，可舉出快閃記憶體(flash memory)。在ROM 304、非揮發性 記憶體306等記憶部係例如記憶輪替順序等資料。
天線309係發送/接收用來與其他感測器節點102、閘道器202進行無線通信的電波。例如，無線電路308係屬於RF(Radio Frequency；射頻)。無線電路308係具有：接收電路322，係以透過天線309接收到的無線電波作為接收信號並輸出；及發送電路321，係將發送信號以無線電波的形式透過天線309來發送。發送電路321的發送電力係能夠由MCU 302切換。在本實施形態中，例如，發送電路321係能夠切換為至少第1發送電力與第2發送電力兩種發送電力。例如，第1發送電力係能夠讓發送信號直接通信至近距離配置的感測器節點102之電力。例如，第2發送電力係比第1發送電力強的發送電力，乃係能夠讓發送信號直接通信至收集裝置101之電力。關於第1發送電力與第2發送電力，係根據感測器節點102的配置區域103、感測器節點102的配置個數、收集裝置101的配置位置等而決定。此外，在本實施形態中，例如，發送電路321的各發送電力係以能讓信號到達預設距離之方式設定。此處，將電波在第1發送電力下能夠到達的距離亦稱為第1電波到達距離，將電波在發送電路321的第2發送電力下到達的距離亦稱為第2電波到達距離。
擷取器312係根據感測器節點102設置處的外部環境的例如光、震動、溫度、無線電波等的能量變化進行發電。雖然在第3圖的例子中只設有一個擷取器312，但並不以此為限，亦可設置複數個同一種類的擷取器312， 亦可設置複數個不同種類的擷取器312。擷取器312係可相應於感測器301所檢測出的位移量來進行發電，亦可對應於無線電路308所接收到的接收電波的位移量來進行發電。電池311係蓄存由擷取器312所發電的電力。亦即，感測器節點102並未設有一次電池、外部電源等，而是在自身裝置內部產生動作所需的電力。電源管理單元310係進行將電池311所蓄存的電力供給至感測器節點102各部作為驅動電源之控制。
第4圖係顯示感測器節點102的前提動作例之說明圖。此處，各感測器節點102係進行間歇動作。在間歇動作中，各感測器節點102係每隔預定時間從休眠狀態中啟動。關於預定時間，係由使用者訂定。接著，各感測器節點102係在啟動後以感測器301-1量測配置處的狀態。接著，各感測器節點102係將所量測得的量測值發送給收集裝置101。各感測器節點102係在將量測值發送給收集裝置101後轉為休眠狀態。此處，針對啟動中係稱為啟動狀態。此外，此處的啟動狀態係第1圖中所示的第2狀態St2。此外，如第4圖的(a)所示，在啟動狀態中，各感測器節點102的電池311的剩餘電量係因MCU 302進行的處理、發送電路321進行的無線信號發送、接收電路322進行的信號接收等而減少。相對於此，在休眠狀態中，各感測器節點102的電池311的剩餘電量係因充電而增加。
此外，如第4圖的(b)所示，在啟動狀態中，針對用於將各感測器節點102所具有的感測器301的量測 值通知給收集裝置101的資料信號，複數個感測器節點102係以多跳躍通信進行中繼轉發。此外，如上述，在啟動狀態中，各感測器節點102係以發送電路321的發送電力作為第1發送電力。
(伺服器201及收集裝置101的硬體構成例)
第5圖係顯示伺服器201及收集裝置101的硬體構成例之方塊圖。由於伺服器201與收集裝置101可為相同構成，因此以兩者為相同構成進行說明，但並不以此為限，兩者亦可為不同的構成。在第5圖中係將伺服器201與收集裝置101簡稱為裝置500，以表示其中任一者。
不同於感測器節點102，裝置500係根據外部電源而動作。裝置500係具有：CPU(Central Processing Unit；中央處理器)501、計時器502、ROM 503、RAM 504、碟片驅動裝置(disk drive)505、碟片506及I/O(Input/Output；輸入/輸出)電路507。裝置500係具有將CPU 501、計時器502、ROM 503、RAM 504、碟片驅動裝置505及I/O電路507予以連接的內部匯流排511。
此處，CPU 501係掌管裝置500整體控制的控制部。ROM 503乃係記憶開機程式(BOOT program)等程式的記憶部。RAM 504乃係作為CPU 501的工作區(work area)使用的記憶部。碟片驅動裝置505係依照CPU 501的控制來控制對碟片506的資料讀寫(read/write)。碟片506係記憶藉由碟片驅動裝置505的控制而寫入之資料的記憶部。就碟片506而言，可舉出磁碟、光碟等。當裝置500 為伺服器201時，在ROM 503和碟片506等記憶部係記憶第9圖中所示之含有收集裝置101的識別資訊和收集裝置101的配置位置等的收集裝置清單(list)910等。此外，當裝置500為伺服器201時，在ROM 503和碟片506等記憶部係還記憶電波在發送電路321的第1發送電力下的第1電波到達距離r與電波在發送電路321的第2發送電力下的第2電波到達距離R等。
此外，在I/O電路507係連接無線通信電路508及天線509。例如，若裝置500為伺服器201，則能夠藉由透過無線通信電路508及天線509來與閘道器202進行無線通信而與收集裝置101進行無線通信。例如，若裝置500為收集裝置101，則能夠透過無線通信電路508及天線509而與感測器節點102進行無線通信。
此外，在I/O電路507係連接網路I/F(interface；介面)510。藉此，裝置500係能夠透過網路I/F510，並藉由TCP(Transmission Control Protocol；傳輸控制協定)/IP(Internet Protocol；網際網路協定)的協定處理等而經由網際網路等網路來與外部裝置進行通信。此外，透過網路I/F 510進行的通信係能夠採用有線通信、無線通信。
此外，雖然未圖示出，但亦可在裝置500設置鍵盤(keyboard)、滑鼠(mouse)、觸控面板(touch panel)等輸入裝置。藉此，便能夠讓使用者透過輸入裝置直接操作裝置500。此外，例如，亦可在裝置500設置顯示器(display)、印表機(printer)、蜂鳴器(buzzer)等輸出裝置。藉 此，例如，當發生異常時，相應於異常的種類，裝置500亦可將為異常一事輸出至輸出裝置。
第6圖係顯示各信號的封包結構例之說明圖。首先，輪替順序登錄信號S1係登錄令各感測器節點102在休眠狀態中將電源供給至接收電路322之順序的信號。輪替順序登錄信號S1係藉由感測器節點102間的多跳躍通信而從收集裝置101中繼轉發到各感測器節點102。
輪替順序登錄信號S1係具有識別旗標(flag)、跳躍數及輪替次數。識別旗標係表示此為輪替順序登錄信號S1之資訊，且係以不會與其他信號的識別旗標重複之方式預先設定好之值，例如為0x01等固定值。跳躍數係從收集裝置101到感測器節點102之間所經由的其他感測器節點102的個數。輪替次數係表示於量測間隔中，在複數個感測器節點102間輪替幾次的數字。
緊急事件信號S2係將發生緊急異常一事通知給收集裝置101之信號。緊急事件信號S2係具有識別旗標與資料。識別旗標係表示此為緊急事件信號S2之資訊，乃係以不會與其他信號的識別旗標重複之方式預先設定好之值，例如為0x10等固定值。就資料而言，例如可舉出發生異常的感測器節點102的識別資訊、緊急事件的種類、量測值等。所謂的緊急事件的種類，可為感測器301的種類。在上述的例子中，雖然緊急事件用的感測器301-2只有一種，但亦可設置複數種，故緊急事件信號S2中包含感測器301的種類。
資料信號S3係將量測值通知給收集裝置101之信號。資料信號S3係具有識別旗標與資料。識別旗標係表示此為資料信號S3之資訊，且係以不會與其他信號的識別旗標重複之方式預先設定之值，例如為0x11等固定值。就資料而言，可舉出量測值、所量測的感測器節點102的識別資訊等。此外，雖然在第6圖中顯示了各信號之結構的一例，但並不以此為限，可有各種變更。
第7圖係顯示構成要素在各動作中的電力狀態之說明圖。感測器節點102的狀態係具有啟動狀態、監視狀態及休眠狀態。此處，係如上所述，啟動狀態為第1圖中所示的第2狀態St2，監視狀態為第1圖中所示的第3狀態St3，休眠狀態為第1圖中所示的第4狀態St4。此外，MCU 302的電力狀態係具有開啟(on)狀態與休眠狀態。所謂的開啟狀態，係將能夠讓MCU 302進行各種處理的電壓供給至MCU 302之狀態。所謂的休眠狀態，係有電力供給至MCU 302和計時器303所具有的中斷電路等，且無電力供給至MCU 302所具有的演算等主要功能的電路等之狀態。此外，當MCU 302所具有的中斷電路收到中斷信號，MCU 302便成為開啟狀態。此外，MCU 302雖然具有對所有電路皆不供給電力、一切動作都無法進行的關閉(off)狀態，但在本實施形態中並不使用關閉狀態。
此外，接收電路322的電力狀態係具有開啟狀態與關閉狀態。所謂的開啟狀態，係將電源供給至接收電路322之狀態。所謂的關閉狀態，係不將電源供給至接 收電路322之狀態，且係無法接收電波之狀態。此外，感測器301的電力狀態係具有開啟狀態與關閉狀態。所謂的開啟狀態，係將電源供給至感測器301之狀態，所謂的關閉狀態，且係不將電源供給至感測器301之狀態。
例如，當感測器節點102的狀態為啟動狀態時，MCU 302為開啟狀態、接收電路322為開啟狀態、定期量測用的感測器301-1為開啟狀態、緊急事件用的感測器301-2為開啟狀態。
例如，當感測器節點102的狀態為監視狀態時，MCU 302為休眠狀態、接收電路322為開啟狀態、定期量測用的感測器301-1為關閉狀態、緊急事件用的感測器301-2為開啟狀態。例如，當感測器節點102的狀態為休眠狀態時，MCU 302為休眠狀態、接收電路322為關閉狀態、定期量測用的感測器301-1為關閉狀態、緊急事件用的感測器301-2為開啟狀態。
(感測器節點102的功能構成例)
第8圖係顯示感測器節點102的功能構成例之說明圖。感測器節點102係具有：控制部801、接收部802、發送部803、電力控制部804及記憶部805。接收部802係藉由接收電路322而實現。發送部803係藉由發送電路321而實現。電力控制部804係藉由電源管理單元310而實現。記憶部805係例如藉由ROM 304、RAM 305、非揮發性記憶體306等而實現。控制部801係例如藉由MCU 302和計時器303等而實現。此外，控制部801的各項處理係例如 被編寫(coding)成記憶在能夠由MCU 302進行存取(access)的記憶部805之程式。然後，MCU 302從記憶部805讀取程式，執行被編寫成程式的處理。藉此，實現控制部801的各項處理。此外，各部的處理結果係例如記憶至記憶部805。
(伺服器201的功能構成例)
第9圖係顯示伺服器201的功能構成例之說明圖。伺服器201係具有：控制部901、接收部902、發送部903及記憶部904。接收部902及發送部903係例如藉由無線通信電路508而實現。控制部901係藉由CPU 501等而實現。此外，控制部901的各項處理係例如被編寫成記憶在能夠由CPU 501進行存取的記憶部904之程式。然後，CPU 501從記憶部904讀取程式，執行被編寫成程式的處理。藉此，實現控制部901的各項處理。此外，各部的處理結果係例如記憶至記憶部904。
(收集裝置101的功能構成例)
第10圖係顯示收集裝置101的功能構成例之說明圖。收集裝置101係具有：控制部1001、接收部1002、發送部1003及記憶部1004。接收部1002及發送部1003係例如藉由無線通信電路508而實現。控制部1001係藉由CPU 501等而實現。此外，控制部1001的各項處理係例如被編寫成記憶在能夠由CPU 501進行存取的記憶部1004之程式。然後，CPU 501從記憶部1004讀取程式，執行被編寫成程式的處理。藉此，實現控制部1001的各項處理。此外，各部 的處理結果係例如記憶至記憶部1004。
第11圖的(1)及(2)係說明輪替例之說明圖。例如，將為監視狀態的感測器節點102亦稱為監視節點，將為休眠狀態的感測器節點102亦稱為休眠節點。在第11圖的(1)中，監視節點乃係感測器節點102-1至感測器節點102-5。在監視節點中，由於電源有供給至接收電路322，故電池311的電力消耗量比休眠節點大。因此，若同一個感測器節點102為常時監視節點，電池311的電力便有可能不夠，故進行監視狀態與休眠狀態之切換。接著，在第11圖的(2)中，監視節點變成是感測器節點102-6至感測器節點102-10，感測器節點102-1至感測器節點102-5變成休眠節點。
如上述，為了令監視節點於運作時為輪替制，伺服器201係例如在運作開始時決定切換監視狀態與休眠狀態的輪替次數。接著，伺服器201係根據所決定的輪替次數令複數個感測器節點102各者決定切換的順序。
第12圖係顯示輪替次數的決定例之說明圖。首先，控制部901係決定切換監視狀態與休眠狀態的輪替次數。例如，如第12圖的(a)所示，控制部901係依第1電波到達距離r與第2電波到達距離R之比而決定輪替次數n。在第12圖的例子中，輪替次數n係不超過R/r的最大實數(第12圖中的[ ]為高斯符號(Gauss' symbol))。控制部901係將所決定的輪替次數n記憶至記憶部904。
如第12圖的(b)所示，若以輪替次數n為4 的情形為例，當感測器節點102-12以最大的發送電力即第2發送電力p2發送信號時，感測器節點102-8至感測器節點102-11係能夠接收到該信號。因此，只要感測器節點102-8至感測器節點102-11之中的任一者為監視節點即可。此外，當感測器節點102-8以第2發送電力p2發送信號時，感測器節點102-4至感測器節點102-7係能夠接收到該信號。因此，只要感測器節點102-4至感測器節點102-7之中的任一者為監視節點即可。
接著，控制部901係根據收集裝置清單910，從複數個收集裝置101中選擇任一收集裝置101。接著，發送部903係發送指示給控制部901所選擇的收集裝置101，該指示係用於令收集裝置101將含有輪替次數n的輪替順序登錄信號發送至複數個感測器節點102。收集裝置清單910係例如含有收集裝置101的識別資訊和收集裝置101的配置位置等。
接著，接收部1002係接收來自發送部903的指示。控制部1001係根據接收部1002所接收到的指示，產生跳躍數設為0、輪替次數設為n的輪替順序登錄信號S1。接著，發送部1003係將所產生的輪替順序登錄信號S1發送給複數個感測器節點102。
接收部802係接收輪替順序登錄信號S1。接著，控制部801係算出將輪替順序登錄信號S1中所含的跳躍數除以輪替順序登錄信號S1中所含的輪替次數n所得之餘數。控制部801係以所算出之餘數作為順序d記憶至 記憶部805。接著，控制部801係產生跳躍數遞增(count up)1的輪替順序登錄信號S1。接著，發送部803係將所產生的輪替順序登錄信號S1予以發送。
第13圖係顯示輪替順序登錄信號的轉發例之順序圖。如上述，伺服器201係發送指示至收集裝置101，該指示係令收集裝置101對複數個感測器節點102進行輪替順序登錄(步驟S1301)。收集裝置101係當接收到令輪替順序登錄進行的指示，便將輪替順序登錄信號S1發送至複數個感測器節點102(步驟S1302)。例如，感測器節點102-0係當接收到輪替順序登錄信號S1，便根據所接收到的輪替順序登錄信號S1登錄順序d。接著，例如，感測器節點102-0係將跳躍數遞增1的輪替順序登錄信號S1予以轉發(步驟S1303)。
同感測器節點102-0，感測器節點102-1係當接收到輪替順序登錄信號S1，便根據所接收到的輪替順序登錄信號S1登錄順序d。接著，例如，感測器節點102-1係將跳躍數遞增1的輪替順序登錄信號S1予以轉發(步驟S1304)。藉由如上述的中繼轉發，便使輪替順序登錄信號S1發送至感測器節點102-N。
第14圖係顯示跳躍數與所登錄之順序的例子之說明圖。此處係以輪替次數n為4的情形為例。例如，感測器節點102-0係由於輪替順序登錄信號S1中所含的跳躍數為0，故順序d成為0。例如，感測器節點102-1係由於輪替順序登錄信號S1中所含的跳躍數為1，故順序d成 為1。例如，感測器節點102-2係由於輪替順序登錄信號S1中所含的跳躍數為2，故順序d成為2。例如，感測器節點102-3係由於輪替順序登錄信號S1中所含的跳躍數為3，故順序d成為3。例如，感測器節點102-4係由於輪替順序登錄信號S1中所含的跳躍數為4，故順序d成為0。
此外，在第14圖的例子中，感測器節點102-4與感測器節點102-8的順序d成為0。在第14圖的例子中，感測器節點102-5與感測器節點102-9的順序d成為1。在第14圖的例子中，感測器節點102-6與感測器節點102-10的順序d成為2。在第14圖的例子中，感測器節點102-7與感測器節點102-11的順序d成為3。
接著，於運作中，控制部801係每隔計時器502所計數的量測間隔變成啟動狀態，以感測器301-1進行定期量測。控制部801係產生將感測器301-1所量測得的量測值通知給收集裝置101的資料信號S3。控制部801係將發送部803的發送電力設為第1發送電力p1。接著，發送部803係以第1發送電力p1將所產生的資料信號S3發送出去。
此外，接收部802係從複數個感測器節點102之中自身感測器節點102以外的感測器節點102，接收要將自身感測器節點102以外的感測器節點102所量測得的量測值通知給收集裝置101的資料信號S3。控制部801係將發送部803的發送電力設為第2發送電力p2。接著，發送部803係以第2發送電力p2將所接收到的資料信號 S3予以轉發。藉此，如第4圖所示，各資料信號便藉由感測器節點102間的多跳躍通信而中繼轉發至收集裝置101。
接著，在定期量測結束後，控制部801係在計時器502設定量測間隔與監視時間。接著，控制部801係將使感測器節點102的狀態從啟動狀態轉為休眠狀態的指示發送給電力控制部804。為了使感測器節點102轉為休眠狀態，電力控制部804係以降低供給至MCU 302的電源電壓之方式進行控制。此外，電力控制部804係以不對接收電路322與定期量測用的感測器301-1供給電源之方式進行控制。但對於緊急事件用的感測器301-2仍維持電源供給。
此外，在從啟動狀態轉為休眠狀態之瞬前，控制部801係亦可將發送部803的發送電力設為第2發送電力p2。藉此，當感測器節點102為監視狀態時，即使控制部801為休眠狀態，發送部803還是能夠以最大的發送電力即第2發送電力p2將緊急事件信號S2予以發送。
此外，當計時器303計數來到監視開始時刻，電力控制部804便將電源供給至接收電路322，以使感測器節點102的狀態從休眠狀態轉為監視狀態。此外，於監視狀態時，當接收部802接收到緊急事件信號S2，發送部803便以第2發送電力p2將所接收到的緊急事件信號S2予以發送。
當計時器303計數來到監視結束時刻，為了使感測器節點102的狀態從監視狀態轉為休眠狀態，電力 控制部804便以不對接收電路322供給電源之方式進行控制。
此外，於運作中，感測器節點102變成監視節點的監視開始時刻係以下式(1)決定，感測器節點102從監視節點變成休眠節點的監視結束時刻係以下式(2)決定，監視時間係以下式(3)決定。
監視開始時刻TS=定期量測後的i×d秒後……(1)
監視結束時刻TE=定期量測後的i×(d+1)秒後……(2)
量測間隔=I
監視時間=i=I/n……(3)
另外，量測間隔I係與第1圖中所示的第1狀態St1的期間I相同，監視時間i係與第1圖中所的部分期間i相同。
第15圖係顯示定期量測與監視時間之說明圖。各感測器節點102係於同一時期進行過定期量測後，以計時器303計數量測間隔I，並且以計時器303計數監視開始時刻與監視結束時刻。
順序d為0的感測器節點102-0與感測器節點102-4係當來到監視開始時刻TS0，便從啟動狀態變成監視狀態，當來到監視結束時刻TE0，便變成休眠狀態。此外，在從監視開始時刻TS0到監視結束時刻TE0為止的期間，順序d為1至3的感測器節點102-1至感測器節點102-3以及感測器節點102-N為休眠狀態。
順序d為1的感測器節點102-1係當來到監視開始時刻TS1，便從休眠狀態變成監視狀態，當來到監視結束時刻TE1，便從監視狀態變成休眠狀態。此外，在從監視開始時刻TS1到監視結束時刻TE1為止的期間，順序d為0、2、3其中任一者的感測器節點102-0、感測器節點102-2至感測器節點102-4與感測器節點102-N為休眠狀態。
順序d為2的感測器節點102-2係當來到監視開始時刻TS2，便從休眠狀態變成監視狀態，當來到監視結束時刻TE2，便從監視狀態變成休眠狀態。此外，在從監視開始時刻TS2到監視結束時刻TE2為止的期間，順序d為0、1、3其中任一者的感測器節點102-0、感測器節點102-1、感測器節點102-3、感測器節點102-4與感測器節點102-N為休眠狀態。
順序d為3的感測器節點102-3與感測器節點102-N係當來到監視開始時刻TS3，便從休眠狀態變成監視狀態，當來到監視結束時刻TE3，便從監視狀態變成啟動狀態。於監視狀態之後會成為啟動狀態，係因計時器303所進行的量測間隔I之計數結束之故。此外，在從監視開始時刻TS3到監視結束時刻TE3為止的期間，順序d為0、1、2其中任一者的感測器節點102-0至感測器節點102-2以及感測器節點102-4為休眠狀態。
第16圖係顯示定期量測後的監視節點的變遷例之說明圖。第16圖的例子係輪替次數n為4、從收集 裝置101-3發送輪替順序登錄信號S1的例子。在第16圖的(1)中係顯示在進行定期量測後的0秒後到i秒後這段期間的監視節點。在第16圖的(2)中係顯示在進行定期量測後的i秒後到2i秒後這段期間的監視節點。在第16圖的(3)中係顯示在進行定期量測後的2i秒後到3i秒後這段期間的監視節點。在第16圖的(4)中係顯示在進行定期量測後的3i秒後到4i秒後這段期間的監視節點。
(感測器節點102進行的處理步驟例)
第17圖係顯示感測器節點102於信號接收時進行的處理步驟例之流程圖。首先，感測器節點102係判斷是否接收到信號(步驟S1701)。當判斷為未接收到信號時(步驟S1701：「否」)，感測器節點102係回到步驟S1701。
當判斷為接收到信號時(步驟S1701：「是」)，感測器節點102係判斷所接收到的信號的種類(步驟S1702)。當判斷為所接收到的信號為緊急事件信號時(步驟S1702：緊急事件)，感測器節點102係以第2發送電力p2將緊急事件信號S2予以轉發(步驟S1703)，結束一連串的處理。
當判斷為所接收到的信號為輪替順序登錄信號S1時(步驟S1702：輪替順序登錄)，感測器節點102係計算「順序d=所接收到的輪替順序登錄信號S1中所含的跳躍數%n」(步驟S1704)。其中的「%」表示除法計算結果之餘數。接著，感測器節點102係將順序d登錄至記憶部805(步驟S1705)。接著，感測器節點102係令跳躍數遞加 (increment)(步驟S1706)。感測器節點102係以第1發送電力p1將含有遞加後的跳躍數的輪替順序登錄信號S1予以轉發(步驟S1707)，結束一連串的處理。
當判斷為所接收到的信號為資料信號時(步驟S1702：資料)，感測器節點102係以第1發送電力p1將資料信號S3予以轉發(步驟S1708)，結束一連串的處理。
第18圖係顯示感測器節點102於計時器中斷時進行的處理步驟例之流程圖。首先，感測器節點102係判斷是否收到計時器中斷(步驟S1801)。當未受理計時器中斷時(步驟S1801：「否」)，感測器節點102係回到步驟S1801。
當收到計時器中斷時(步驟S1801：「是」)，感測器節點102係判斷中斷的種類(步驟S1802)。當判斷為所受理的計時器中斷為由量測間隔I之計數所產生的計時器中斷時(步驟S1802：量測間隔I秒)，感測器節點102係藉由將電源供給至MCU 302而變為啟動狀態，進行定期量測(步驟S1803)。關於定期量測，係進行藉由感測器301進行的量測、以第1發送電力p1進行的含有量測值的資料信號之發送、以及與其他感測器節點102間的同步處理等。例如，所謂的同步處理，係指從量測開始起經過一段預定時間後轉為休眠狀態或監視狀態。由於是交由各感測器節點102計數量測間隔，故資料信號的發送會出現誤差。因此，從量測開始時刻起經過一段推測各感測器節點102所進行的資料信號之發送會結束的預定時間。因此，藉由進行同 步處理，便能夠讓更多的資料信號到達收集裝置101。
感測器節點102係以使計時器中斷在量測間隔I秒後與監視時間i×d秒後發生之方式設定計時器303(步驟S1804)。接著，感測器節點102係藉由中止對接收電路322的電源供給且降低給MCU 302的電源電壓而轉為休眠狀態(步驟S1805)，結束一連串的處理。
此外，當判斷為所受理的計時器中斷為由監視時間之計時所產生的計時器中斷時(步驟S1802：監視時間i×d秒)，感測器節點102係藉由將電源供給至接收電路322而轉為監視狀態(步驟S1806)。接著，感測器節點102係判斷是否經過了監視時間i秒(步驟S1807)。當判斷為未經過監視時間i秒時(步驟S1807：「否」)，感測器節點102係回到步驟S1807。
當判斷為經過監視時間i秒時(步驟S1807：「是」)，感測器節點102係藉由不對接收電路322供給電源而轉為休眠狀態(步驟S1808)，結束一連串的處理。
第19圖係感測器節點102於緊急事件發生時進行的處理步驟例之流程圖。感測器節點102係判斷是否收到來自感測器301的中斷信號(步驟S1901)。當判斷為未受理中斷信號時(步驟S1901：「否」)，感測器節點102係回到步驟S1901。
當判斷為收到中斷信號時(步驟S1901：「是」)，感測器節點102係從感測器301取得量測值(步驟S1902)。感測器節點102係將含有所取得的量測值和感測器301之 種類的緊急事件信號予以發送(步驟S1903)。接著，感測器節點102係轉為休眠狀態(步驟S1904)，結束一連串的處理。
(伺服器201進行的處理步驟例)
第20圖係顯示伺服器201進行的處理步驟例之流程圖。伺服器201係計算輪替次數n(步驟S2001)。伺服器201係選擇1個收集裝置101，對所選擇的收集裝置101指示輪替順序登錄(步驟S2002)。接著，伺服器201係進行定期量測(步驟S2003)。在定期量測中，係根據所收集到的各感測器節點102的量測值，觀測配置區域103的狀態等。
接著，伺服器201係判斷是否有緊急事件(步驟S2004)。當判斷為有緊急事件時(步驟S2004：「是」)，伺服器201係處理緊急事件(步驟S2005)，前進至步驟S2006。
當判斷為無緊急事件時(步驟S2004：「否」)，伺服器201係判斷是否經過了預定時間(步驟S2006)。所謂的預定時間，係上述的量測間隔I。例如，伺服器201係亦可藉由計時器502計數量測間隔I。當判斷為未經過預定時間時(步驟S2006：「否」)，伺服器201係回到步驟S2004。相對於此，當判斷為經過了預定時間時(步驟S2006：「是」)，伺服器201係回到步驟S2003。
(收集裝置101進行的處理步驟例)
第21圖係顯示收集裝置101進行的處理步驟例之流程圖。收集裝置101係判斷是否接收到信號(步驟S2101)。當判斷為未接收到時(步驟S2101：「否」)，收集裝置101係 回到步驟S2101。相對於此，當判斷為接收到緊急事件信號時(步驟S2101：緊急事件)，收集裝置101係將緊急事件通知伺服器201(步驟S2102)，結束一連串的處理。
此外，收集裝置101係當判斷為接收到輪替順序登錄信號時(步驟S2101：輪替順序登錄)，收集裝置101係設跳躍數為0、設輪替次數為n，將輪替順序登錄信號予以發送(步驟S2103)，結束一連串的處理。
如前述說明，例如當感測器節點進行間歇動作時，為了於休止期間中也通知感測器節點102所檢測出的異常，會於休止期間中啟動感測器節點102的接收電路，導致耗電增加。因此，即使例如於休止期間中進行充電，還是會有下次啟動時電池剩餘電量不夠的情形。有鑒於此，在本實施形態的系統100中，係於週期性的充電期間中，就每一個感測器節點102切換接收電路的動作狀態與休止狀態，利用處於該動作狀態的一部分的感測器節點102進行異常通知信號的轉發。藉此，便能夠既抑制耗電也於充電期間中進行異常通知。所謂的動作狀態，係前述的監視狀態。
此外，各感測器節點102係以第1發送電力發送資料信號。各感測器節點102係以比第1發送電力大的第2發送電力p2發送異常通知信號。藉此，即使正在工作的感測器節點102數目少，但由於能夠將異常通知信號發送得較遠，故異常通知信號能夠藉由較少的次數到達收集裝置101。
此外，係將接收電路的動作狀態的期間之長度與接收電路的休止狀態的期間之長度設為相應於緊急事件信號在第2發送電力p2下的到達距離與資料信號在第1發送電力下的到達距離兩者間的第2比率之值。藉此，各感測器節點102便僅在較短的期間成為接收電路的動作狀態，故能夠使耗電量降低。
此外，感測器節點102係於運作前，藉由發送自收集裝置101的信號到達感測器節點102所需的跳躍數，決定部分期間的開始時刻。藉此，使異常通知信號到達收集裝置101的精度提升。
另外，本實施形態所說明的切換方法係能夠藉由以MCU 302執行已預先準備好的程式來實現。該程式係記錄在ROM 304和非揮發性記憶體306等能夠以MCU 302讀取的記錄媒體，並藉由以MCU 302從記錄媒體讀取來執行。此外，該程式係可由伺服器透過收集裝置發佈。
100‧‧‧系統
101‧‧‧收集裝置
102、102-1、102-2‧‧‧感測器節點
103‧‧‧配置區域
St1‧‧‧第1狀態
St2‧‧‧第2狀態
St3‧‧‧第3狀態
St4‧‧‧第4狀態

Claims (8)

  1. 一種系統，係具有：通信裝置；及複數個通信節點，係各者係於同一時期交替切換第1狀態與第2狀態，該第1狀態係當自身通信節點發生預定異常時將用以通知發生前述異常一事的異常通知信號發送給前述通信裝置之狀態，該第2狀態係將相異於前述異常通知信號的資料信號發送給前述通信裝置之狀態；在各個前述第1狀態的期間中，前述複數個通信節點之中的任一通信節點係：於前述第1狀態的期間所含有的部分期間成為第3狀態，該第3狀態係接收從前述複數個通信節點之中自身通信節點以外的通信節點發送的前述異常通知信號，並將所接收到的前述異常通知信號予以轉發之狀態；於前述第1狀態的期間所含有的相異於前述部分期間的期間成為第4狀態，該第4狀態係不接收前述異常通知信號之狀態。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，前述異常通知信號係以比發送前述資料信號的發送電力大的發送電力發送。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之系統，其中，前述部分期間之長度與相異於前述部分期間的期間之長度兩者間 的第1比率係對應於前述異常通知信號的到達距離與前述資料信號的到達距離兩者間的第2比率之值。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之系統，其中，依據發送自前述通信裝置的信號到達自身通信節點為止的跳躍數與前述第1比率，決定前述部分期間的開始時刻。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之系統，其中，前述複數個通信節點的各者係具有感測器；前述資料信號係將自身通信節點所具有的前述感測器的資料發送給前述通信裝置。
  6. 一種通信節點，係：包括在各者係於同一時期交替切換第1狀態與第2狀態的複數個通信節點之中的通信節點，該第1狀態係當自身通信節點發生預定異常時藉由發送部將用以通知發生前述異常一事的異常通知信號發送給通信裝置之狀態，該第2狀態係藉由前述發送部將相異於前述異常通知信號的資料信號發送給前述通信裝置之狀態；在各個前述第1狀態的期間中，係：於前述第1狀態的期間所含有的部分期間成為第3狀態，該第3狀態係藉由接收部接收從前述複數個通信節點之中自身通信節點以外的通信節點發送的前述異常通知信號，並藉由前述發送部將所接收到的前述異常通知信號予以轉發之狀態；於前述第1狀態的期間所含有的相異於前述部分期間的期間成為第4狀態，該第4狀態係不藉由前述接 收部接收前述異常通知信號之狀態。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之通信節點，其中，在各個前述第1狀態的期間中，藉由供給電源給前述接收部而成為前述第3狀態，藉由不供給電源給前述接收部而成為前述第4狀態。
  8. 一種切換方法，係：各者係於同一時期交替切換第1狀態與第2狀態的複數個通信節點中所包含的切換方法，該第1狀態係當自身通信節點發生預定異常時將用以通知發生前述異常一事的異常通知信號發送給通信裝置之狀態，該第2狀態係將相異於前述異常通知信號的資料信號發送給前述通信裝置之狀態；在各個前述第1狀態的期間中，係：於前述第1狀態的期間所含有的部分期間成為第3狀態，該第3狀態係接收從前述複數個通信節點之中自身通信節點以外的通信節點發送的前述異常通知信號，並將所接收到的前述異常通知信號予以轉發之狀態；於前述第1狀態的期間所含有的相異於前述部分期間的期間成為第4狀態，該第4狀態係不接收前述異常通知信號之狀態。
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