WO2018008075A1 - 通信ノード、通信システムおよびアップデート方法 - Google Patents

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WO2018008075A1
WO2018008075A1 PCT/JP2016/069826 JP2016069826W WO2018008075A1 WO 2018008075 A1 WO2018008075 A1 WO 2018008075A1 JP 2016069826 W JP2016069826 W JP 2016069826W WO 2018008075 A1 WO2018008075 A1 WO 2018008075A1
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WO
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node
child
communication
update file
child node
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PCT/JP2016/069826
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English (en)
French (fr)
Inventor
康志 栗原
浩一郎 山下
鈴木　貴久
Original Assignee
富士通株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W8/00—Network data management
    • H04W8/22—Processing or transfer of terminal data, e.g. status or physical capabilities
    • H04W8/24—Transfer of terminal data
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/02—Power saving arrangements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the present invention relates to a communication node, a communication system, and an update method for wirelessly communicating data.
  • a wireless sensor network system In a wireless sensor network system (WSN), a large number of communication nodes having sensors are arranged in a sensing target area, each communication node acquires sensing data, and a collection device collects data of the communication node by wireless communication.
  • the WSN performs landslide monitoring and structure monitoring, transfers data to a communication node (GW node) functioning as a gateway by multi-hop between the communication nodes, and the GW node transmits the data to the collection device.
  • GW node communication node
  • the communication node of WSN operates by power generation such as a harvester without receiving power supply from outside, the operating power is limited. Then, the operation time (measurement cycle) and sleep time are set to the communication node at a constant cycle, and when the operation time is reached, the communication node acquires data to be sensed, transmits the data to the GW node, and sleeps again. Intermittent operation to transition to.
  • each communication node when performing software update of the communication node, the intermittent operation is stopped, and the update file is transmitted from the collection device side to each communication node in a state of transition to the operation state.
  • each communication node When the update using the update file is completed, each communication node again collects data by intermittent operation.
  • JP 2009-159619 A Japanese Patent Laying-Open No. 2015-82792
  • the communication node is always in an operating state, the operation time is increased, the power consumption of the communication node is correspondingly increased, and the battery of the communication node is depleted.
  • an object of the present invention is to perform software update of a communication node while suppressing loss of sensing data and an increase in power consumption.
  • a plurality of distributed installations are performed within the sensing target area, and the sensing data at the installation location is transmitted to the collection device by multi-hop communication within a predetermined operating time, and then an intermittent operation that enters a sleep state is performed.
  • a gateway node serving as a gateway of the collection device among the communication nodes is configured to update the software for the child node within one operation time of the child node at the time of software update of another child node.
  • a plurality of child nodes respectively transmit determination information for determining whether or not the update file can be transmitted within one operation time of the plurality of child nodes on the communication path of the multi-hop communication.
  • a control unit is provided.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a communication system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a functional block diagram of a child node according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of the GW node according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a hardware configuration example of the communication node according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a timing chart illustrating software update processing of the communication system according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a processing example related to software update performed by the GW node according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a processing example related to software update performed by the child node according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a timing chart showing software update processing of an existing communication system.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a communication system according to an embodiment.
  • a wireless sensor network system (WSN) 100 is shown as a communication system.
  • the WSN 100 includes a communication node 101 and a collection device 102.
  • a large number of communication nodes 101 having various sensors are distributed and arranged in the sensing area A.
  • the communication node 101 acquires sensing data at the installation location, and transmits and transfers the measured data to the adjacent communication node 101.
  • a single communication node 101 that is communicatively connected to a collection device (observation device) 102 that collects sensing data functions as a gateway (GW) node 101b serving as a gateway.
  • GW gateway
  • the communication node 101 will be described as a configuration example including the GW node 101b and the communication nodes 101 other than the GW node 101b as child nodes 101a.
  • the communication node 101 has limited power that can be used for wireless communication and has a short radio wave reach (for example, about several tens of centimeters). For this reason, each communication node 101 cannot directly communicate with the remote GW node 101b or the collection apparatus 102, and therefore multihop-transfers data via the adjacent communication node (child node) 101a.
  • the collection device 102 collects data received from the GW node 101b.
  • the collection device 102 has a function of performing predetermined statistical processing on the collected data and transmitting it to another management server. Further, the collection device 102 holds an update file of software update of the communication node (child node 101a), and transmits the update file to the communication node 101 (GW node 101b).
  • the GW node 101b transmits an update file to the child node 101a at an appropriate time in consideration of a predetermined cycle of the intermittent operation of each child node 101a at the time of software update of the child node 101a.
  • FIG. 2 is a functional block diagram of a child node according to the embodiment.
  • the internal function of the child node 101a among the communication nodes 101 is shown.
  • the child node 101a includes a sensor element 201, a control unit 202, a storage unit 203, a wireless unit 204, and a battery 205.
  • the sensor element 201 detects a predetermined feature amount at the installation location of the child node 101a.
  • a piezoelectric element that detects the pressure at the installation location an element that detects temperature, a photoelectric element that detects light, and the like can be used.
  • the control unit 202 performs overall control and data processing of the child node 101a.
  • the control unit 202 is a target for performing software update in the embodiment.
  • the control unit 202 includes a transfer determination unit 211, a sensing unit 212, a data transmission / reception unit 213, and a sleep unit 214.
  • the transfer determination unit 211 Based on the determination information (transfer determination value D and number of hops H) received from the GW node 101b, the transfer determination unit 211 stores an update file in another child within the current cycle (corresponding to one operation time of the intermittent operation). It is determined whether or not transmission (transfer) to the node 101a is possible. As a result of the determination, when it is determined that the data is not transferred in the current cycle, the determination is performed again in the next cycle.
  • the sensing unit 212 detects a feature amount (sensing data) for the sensor element 201.
  • the data transmission / reception unit 213 performs processing for transmitting the feature amount (sensing data) detected by the sensing unit 212 to the adjacent communication node 101 (child node 101a or GW node 101b).
  • a process of receiving an update file of software update and related data from an adjacent communication node 101 (child node 101a or GW node 101b) is performed.
  • the sleep unit 214 operates the control unit 202 intermittently with a predetermined cycle.
  • One cycle includes an operation time of a predetermined time and a sleep time of a predetermined time.
  • the storage unit 203 stores and holds various data necessary for the control operation of the control unit 202.
  • the storage unit 203 includes a hop count H storage region 221, a transfer determination value D storage region 222, a software update file storage region 223, and a displacement amount (sensing) output by the control unit 202 (sensing unit 212). Data) storage area 224.
  • the wireless unit 204 performs wireless communication with an adjacent communication node (child node 101a or GW node 101b) based on the control of the control unit 202 (data transmission / reception unit 213).
  • the wireless unit 204 wirelessly transmits the feature amount (sensing data) detected by the control unit 202 (sensing unit 212) to an adjacent communication node (child node 101a or GW node 101b) via an antenna.
  • the wireless unit 204 wirelessly receives an update file of software update and data related to the software update from the GW node 101b via an antenna.
  • the battery 205 supplies power for operating the entire child node 101a.
  • a harvester or the like provided in the child node 101a generates electric power
  • the battery 205 is a secondary battery that stores the generated electric power.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of the GW node according to the embodiment.
  • the GW node 101b includes a communication unit 301, a control unit 302, and a storage unit 303.
  • a sensor element may be included, and a battery may be included when power is not supplied from the outside.
  • the communication unit 301 performs wireless communication with the adjacent communication node (child node 101a) and the collection device 102 based on the control of the control unit 302 (node control unit 313). Wired communication may be performed with the collection device 102.
  • the communication unit 301 receives a displacement amount (sensing data) from an adjacent communication node (child node 101a) via an antenna. Further, the communication unit 301 receives an update file of software update and data related to the software update from the collection device 102.
  • the control unit 302 is configured by, for example, a CPU or MPU, and controls the entire GW node 101b and performs data processing.
  • the control unit 302 includes a T2 calculation unit 311, a D calculation unit 312, and a node control unit 313.
  • the T2 calculation unit 311 calculates a time T2 during which the software update file can be transferred to the child node 101a based on a predetermined calculation formula.
  • T2 indicates a time during which an update file can be transferred to a plurality of child nodes 101a by multi-hop communication (time limit).
  • the D calculation unit 312 calculates, based on a predetermined calculation formula, a tree depth D that allows the update file of software update to be transferred to the child node 101a in one cycle. Tree depth D indicates how many times an update file can be transmitted per hop. The value of D is transmitted to each child node 101a, and the child node 101a further determines whether or not an update file can be transferred in this cycle to the child node 101a on the child side (transfer determination value). Use.
  • the node control unit 313 controls the start / stop of data collection for the child node 101a.
  • the node control unit 313 includes functions such as overall control of software update update processing for the child node 101a.
  • the storage unit 303 stores and holds various data necessary for the control operation of the control unit 302.
  • the storage unit 303 stores various parameters used for calculation by the T2 calculation unit 311 and the D calculation unit 312. For example, the storage area 321 of the operation time E of the child node 101a, the storage area 322 of the reception time R1 of the first data (1st message) from the child node 101a, and the reception time of the last data (Last message) from the child node 101a Rn storage area 323.
  • the storage unit 303 further includes a storage area 324 of a fixed communication time T1 per pop calculated by measurement or simulation in advance. Furthermore, the storage area 325 of the time T2 in which the update file of the software update calculated by the T2 calculation unit 311 can be transferred, and the storage area 326 of the tree depth D that can be transferred in one cycle calculated by the D calculation unit 312 are included. . Furthermore, a storage area 327 for feature amounts (sensing data) received from the child node 101a and a storage area 328 for software update update files are included.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a hardware configuration example of the communication node according to the embodiment. Both the child node 101a and the GW node 101b can have a common configuration.
  • the communication node 101 includes a sensor 401, an MCU (Micro Control Unit) 402, a timer 403, a ROM (Read Only Memory) 404, and a RAM (Random Access Memory) 405.
  • a nonvolatile memory 406 may also be included.
  • the communication node 101 includes a short-range wireless circuit 408, an antenna 409, a power management unit 410, a battery 411, and a harvester 412.
  • the communication node 101 also has an internal bus 407 that connects the sensor 401, MCU 402, timer 403, ROM 404, RAM 405, and nonvolatile memory 406.
  • dotted arrows indicate power supply lines
  • solid arrows indicate signal lines.
  • the sensor 401 detects a predetermined feature amount at the installation location.
  • a piezoelectric element that detects a pressure at an installation location an element that detects temperature, a photoelectric element that detects light, or the like can be used.
  • the antenna 409 transmits and receives radio waves for wireless communication with other communication nodes 101 (child node 101a and GW node 101b.
  • the short-range wireless circuit 408 is an RF (Radio Frequency).
  • the reception circuit 422 outputs a radio wave received via the antenna 409 as a reception signal, and the transmission circuit 421 transmits the transmission signal as a radio wave via the antenna 409.
  • the transmission power of the transmission circuit 421 is transmitted by the MCU 402. It may be changeable.
  • the MCU 402 is a control unit that performs overall control and data processing of the communication node 101 by loading a program stored in the ROM 404 into the RAM 405 and executing the program, for example.
  • the MCU 402 processes data detected by the sensor 401.
  • the timer 403 counts the time set by the MCU 402 or the like.
  • the ROM 404 is a storage unit that stores programs executed by the MCU 402.
  • the RAM 405 is a storage unit that stores temporary data for processing in the MCU 402.
  • the nonvolatile memory 406 is a writable memory, and is a storage unit that holds predetermined data that is written even when power supply is interrupted.
  • the writable nonvolatile memory 406 includes a flash memory.
  • the harvester 412 generates power based on the external environment at the location where the communication node 101 is installed, for example, energy changes such as light, vibration, temperature, and radio waves. In the example of FIG. 4, only one harvester 412 is provided. However, the invention is not limited to this, and a plurality of the same type of harvester 412 may be provided, or a plurality of different types of harvesters 412 may be provided. Good.
  • the harvester 412 may generate power according to the feature amount detected by the sensor 401, or may generate power according to the amount of displacement of the received radio wave received by the short-range wireless circuit 408.
  • the battery 411 stores the electric power generated by the harvester 412.
  • the communication node 101 is not provided with a primary battery, an external power source, or the like, and generates power required for operation inside the own device.
  • the power management unit 410 performs control to supply the power stored by the battery 411 to each unit of the communication node 101 as a driving power source.
  • the MCU 402 illustrated in FIG. 4 realizes the functions of the control units 202 and 302 illustrated in FIGS. 2 and 3, and the RAM 405 illustrated in FIG. 4 functions as the functions of the storage units 203 and 303 illustrated in FIGS. 2 and 3. Is realized.
  • the short-range wireless circuit 408 and the antenna 409 illustrated in FIG. 4 realize the functions of the wireless unit 204 illustrated in FIG. 2 and the communication unit 301 illustrated in FIG.
  • a battery 411 illustrated in FIG. 4 corresponds to the battery 205 illustrated in FIG.
  • the collection device 102 can be realized using a general-purpose computer device.
  • the collection device 102 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM, a RAM, a memory, an I / O (Input / Output) circuit, and the like.
  • the CPU controls the entire collection apparatus 102, executes a program such as a boot program stored in the ROM, and uses the RAM as a work area, thereby realizing the functions of the collection apparatus 102.
  • a wireless communication circuit and an antenna are connected to the I / O circuit, and wireless communication is performed with the GW node 101b.
  • a network I / F is connected to the I / O circuit, and the collection device 102 can communicate with an external server, a user terminal, and the like via the network I / F via a network such as the Internet. Further, wired communication may be performed with the GW node 101b via an I / O circuit.
  • the server collects sensing data from the collection device 102 and performs statistical processing and the like.
  • the collection device 102 may have a server function (such as statistical processing).
  • the collection device 102 may be provided with an input device such as a keyboard, a mouse, or a touch panel. As a result, the user can directly operate the collection device 102 via the input device. For example, an output device such as a display, a printer, or a buzzer may be provided in the collection device 102. Thereby, for example, when an abnormality occurs in the data, the collection device 102 can output an alarm to the user terminal or the server depending on the type of abnormality.
  • an input device such as a keyboard, a mouse, or a touch panel.
  • an output device such as a display, a printer, or a buzzer may be provided in the collection device 102.
  • the collection device 102 can output an alarm to the user terminal or the server depending on the type of abnormality.
  • the GW node 101b is updated to the child node 101a at an appropriate time corresponding to the operation state (intermittent operation) of the child node 101a. Send the file.
  • the child node 101a also transmits an update file to the child node 101a at an appropriate time corresponding to the operation state (intermittent operation) of the transfer destination child node 101a.
  • the GW node 101b performs software update of the plurality of child nodes 101a without stopping data collection and intermittent operation by the plurality of child nodes 101a. For this reason, the GW node 101b transmits the update file of the software update to the child node 101a using the gap time between the operation times in the intermittent operation.
  • the GW node 101b collects data (sensing data) from each child node 101a, and then transmits an update file to the child node 101a.
  • the update file is transmitted until the child node 101a starts sleep.
  • the child node 101a located on the one parent side of the child node 101a that has not been able to transmit the update file has the next cycle. Then, the update file is transmitted to the child node 101a on the child side.
  • the GW node 101b determines the transmission timing of update data according to the following implementation procedure. As an implementation procedure, the GW node 101b performs (1) the advance information acquisition phase, and (2) the operation phase.
  • the GW node 101b acquires the following information and stores it in the storage unit 303. 1. Communication time T1 required for one hop between child nodes 101a 2. Minimum operation time E of child node 101a per cycle (obtained from system parameters, etc.)
  • a software update event for example, reception of an update file from the collection device 102
  • the child node 101a is (A) If incremented H ⁇ D, the update file is transferred to the child node 101a on the child side together with the incremented H. (B) If incremented H ⁇ D, set H to 0 and transfer the update file in the next cycle.
  • FIG. 5 is a timing chart illustrating software update processing of the communication system according to the embodiment.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents one GW node 101b that performs multi-hop communication and three child nodes 101a (Nodes 1 to 3).
  • the child nodes 101a of the Nodes 1 to 3 each transmit sensing data within the operation time of the intermittent operation.
  • the sensing data of the child node 101a of Node3 is transferred in multihop to the GW node 101b via the Node2 and Node1 on the parent side.
  • the intermittent operation of each child node 101a includes an operation time, a stop section (stop time), and a margin.
  • sleep from a distant node (Node 3) and wake up (start up margin) from a nearby node (Node 1).
  • start up margin from a nearby node (Node 1).
  • stop section of the far node (Node 3) is long.
  • the GW node 101b (1) in the prior information acquisition phase, at a predetermined measurement period (tens of minutes to several hours), the GW node 101b first receives sensing data from the child node 101a and last time The received time Rn is recorded.
  • the GW node 101b can execute the update file transmission from the information of the times R1 and Rn, the communication time T1 per hop stored in advance, and the operation time E of the sensor node for each measurement period. Calculate Thereby, the GW node 101b calculates the depth D of the network tree that can transmit the update file in one measurement cycle.
  • the child node 101a (Node2) stores the update file, D, and H information, and the child node 101a (Node3 on the child side) ) (Time tk3).
  • the GW node 101b calculates the time T2 during which the update file shown in FIG. 5 can be transferred using, for example, the following parameters.
  • the GW node 101b obtains a time O at which the first child node 101a (Node 1) has transmitted sensing data by the following equation.
  • O R1-T1
  • the GW node 101b obtains the sleep start time W by the following formula.
  • the GW node 101b obtains a time T2 during which the update file of the software update can be transferred using the following formula.
  • the GW node 101b calculates the depth D of the tree transferred in one cycle shown in FIG. 5 based on, for example, modification of the following expression.
  • D ⁇ T1 ⁇ T2 D ⁇ T1 ⁇ Rn ⁇ R1 + T1-E
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a processing example related to software update performed by the GW node according to the embodiment. The processing content which the control part 302 of GW node 101b performs is shown.
  • step S601: Yes when the control unit 302 receives sensing data from each child node 101a (step S601: Yes), the time T2 during which the update file of the software update can be transferred and the depth D of the tree where the update file can be transferred in one cycle. Calculate information. And the information of these T2 and D is updated (step S602), and it transfers to step S603.
  • step S601: No the process proceeds to step S603.
  • step S603: Yes the control unit 302 determines whether sensing data has been received from all the child nodes 101a (step S604). When the software update is not performed (step S603: No), the process returns to step S601.
  • the control unit 302 Upon receiving the sensing data in step S604, the control unit 302 calculates an appropriate time for transmitting the update file to the child node 101a. As described above, the control unit 302 obtains the time R1 when the GW node 101b first received data, the time Rn when data was last received, the communication time T1 required for one hop, and the operation time E of the node in the measurement cycle. To do. Then, the control unit 302 calculates a time O at which the first child node 101a (Node 1) transmits the sensing data, a sleep start time W, and a time T2 at which the update file can be transferred. The control unit 302 calculates D and transmits it to the child node 101a.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a processing example related to software update performed by the child node according to the embodiment. The processing content which the control part 202 of the child node 101a performs is shown.
  • control unit 202 determines whether the activation time has been reached in the intermittent operation of a predetermined cycle (step S701: No loop). When the activation time is reached (step S701: Yes), the control unit 202 returns from the sleep state and enters an operation state (step S701: No). Step S702).
  • step S703: (1) when the control unit 202 determines that (1) the data transmission time of the sensing data has come (step S703: (1)), the control unit 202 transmits the sensing data to the child node 101a (or GW node 101b) on the parent side ( Step S704) and the process proceeds to Step S706. Further, (2) when receiving data from the child node 101a on the child side (step S703: (2)), the received sensing data is transferred to the parent child node 101a (step S705), and the process proceeds to step S706. In cases other than (1) and (2) above (step S703: No), the processing in step S703 is continued.
  • step S706 the control unit 202 determines whether reception of sensing data of all the child nodes 101a is completed (step S706). If reception is complete (step S706: Yes), the process proceeds to step S707. If reception is not complete (step S706: No), the process returns to step S703.
  • step S707 the control unit 202 determines whether or not the transmission of the sensing data of its own child node 101a is completed (step S707). If the transmission is complete (step S707: Yes), the process proceeds to step S708. If the transmission is not complete (step S707: No), the process returns to step S703.
  • step S708 the control unit 202 (1) Update file of software update from parent child node 101a (or GW node 101b), time T2 at which update file can be transferred within one operation time, hop count H, transfer determination The reception of information of value D is determined (step S708: (1)).
  • the control unit 202 updates (increments) the hop count H (step S709).
  • control unit 202 compares the updated number of hops H with the received transfer determination value D. If H ⁇ D (step S710: Yes), the control unit 202 stores the update file, H, and D information on the child side. The data is transmitted to the child node 101a (step S711), and the process returns to step S701.
  • step S707: Yes the control unit 202 stores (2) each information of the update file, H, and D in the storage unit 203.
  • Step S708: (2) the control unit 202 transmits the update file, H, and D information to the child node 101a on the child side (step S711).
  • the control unit 202 (3) when the sleep start time is reached (step S708 (3)), shifts to the sleep mode until the next activation time (step S713), and returns to the process of step S701.
  • the control unit 302 of the GW node 101b executes the process shown in FIG. 6, and the control unit 202 of each child node 101a executes the process shown in FIG.
  • an update file for software update for software executed by the control unit 202 of the plurality of child nodes 101a can be transmitted at an appropriate time without stopping the data collection by the plurality of child nodes 101a due to the intermittent operation.
  • the GW node 101b calculates an operation time during which the update file can be transmitted based on the reception state of the sensing data from the child node 101a and the system parameters, and transmits the update file to the child node 101a. At this time, the GW node 101b transmits the hop count H and the transfer determination value D to the child node 101a together with the update file. As a result, the child node 101a on the child side can easily calculate the time when the update file is transmitted to the child node 101a on the child side using the hop count H and the transfer determination value D, and cannot transmit in this cycle. The update file can be sent immediately in the next cycle.
  • FIG. 8 is a timing chart showing software update processing of an existing communication system. Similar to the embodiment, each of the child nodes (Node 1 to 3) performs an intermittent operation of a predetermined cycle including the operation time, sleep, and margin.
  • the GW node transmits a measurement stop control signal to the child node (Node 2), transmits an update file to the child node (Node 2), and then transmits a measurement restart control signal.
  • the child node since the update file of the software update is transmitted within the operating time, the measurement cycle is not shifted, and the child node can continue the intermittent operation with its own cycle. . Further, the child node can periodically transmit sensing data to the GW node, and data loss on the data collection side can be prevented.
  • the software update of the child node is possible without stopping the data collection of the sensing data and the intermittent operation of the node. Then, increase in power consumption of each child node can be prevented, battery consumption can be suppressed, battery depletion can be prevented, and sensing data loss can be prevented.
  • the software update method described in the present embodiment can be realized by executing a control program prepared in advance on a target device (child node) computer (processor such as MCU).
  • This control program is recorded on a computer-readable recording medium such as a magnetic disk, an optical disk, or a USB (Universal Serial Bus) flash memory, and is executed by being read from the recording medium by the computer.
  • the control program may be distributed via a network such as the Internet.
  • Wireless sensor network system DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Communication node 101a Child node 101b GW node 102 Collection apparatus 201 Sensor element 202,302 Control part 203,303 Storage part 204 Radio

Abstract

通信ノード（１０１）は、センシング対象の領域Ａ内に複数分散設置され、所定の稼働時間内で設置箇所のセンシングデータをそれぞれマルチホップ通信により収集装置（１０２）に向けて送信した後、スリープ状態となる間欠動作を行う。通信ノード（１０１）のうち、収集装置（１０２）のゲートウェイとなるゲートウェイノード（１０１ｂ）は、他の子ノード（１０１ａ）のソフトウェアアップデート時に、子ノード（１０１ａ）に対し、子ノード（１０１ａ）の１稼働時間内でソフトウェアアップデート用の更新ファイルを送信するとともに、マルチホップ通信の通信経路上の複数の子ノード（１０１ａ）の１稼働時間内で、子ノード（１０１ａ）がそれぞれ更新ファイルの送信可否を判断するための転送判断値（Ｄ）とホップ数（Ｈ）を送信する。

Description

通信ノード、通信システムおよびアップデート方法
　本発明は、データを無線通信する通信ノード、通信システムおよびアップデート方法に関する。
　ワイヤレスセンサネットワークシステム（ＷＳＮ）では、センシング対象の領域にセンサを有する通信ノードを多数配置し、各通信ノードがセンシングデータを取得し、無線通信により収集装置が通信ノードのデータを収集する。例えば、ＷＳＮは、地すべり監視や構造物モニタリングを行い、通信ノード間のマルチホップでデータをゲートウェイとして機能する通信ノード（ＧＷノード）まで転送し、ＧＷノードが収集装置にデータを送信する。
　ＷＳＮの通信ノードのソフトウェアをアップデートする場合、多数の通信ノードを回収して行うことは難しい。このため、収集装置側から更新ファイルを各通信ノードに送信し、受信した通信ノード群が更新ファイルをアップデートする技術が用いられている（例えば、下記特許文献１，２参照。）。
　ＷＳＮの通信ノードは、外部から電力供給を受けずにハーベスタ等の発電により動作するため、動作電力が限られている。そして、通信ノードに一定周期で稼働時間（測定周期）とスリープ時間を設定し、稼働時間になると通信ノードがセンシング対象のデータを取得して、ＧＷノードに向けてデータを送信し、再びスリープ状態に遷移する間欠動作を行う。
　そして、通信ノードのソフトウェアアップデートを実施する場合、間欠動作を停止し、動作状態に遷移させた状態で収集装置側から更新ファイルを各通信ノードに送信する。各通信ノードは、更新ファイルを用いたアップデートが終了すると、再び間欠動作によるデータ収集を行う。
特開２００９－１５９６１９号公報 特開２０１５－８２７９２号公報
　しかし、従来技術では、ソフトウェアアップデートを行う期間中は、通信ノードがデータ収集を停止して停止期間中のデータが欠損し、十分な精度のデータを収集できなくなる。
　また、ソフトウェアアップデートの期間分だけデータ収集の測定周期にずれが生じる。この際、ソフトウェアアップデートの期間中、通信ノードは常時動作状態となり、稼働時間が増大し、対応して通信ノードの消費電力が増加し、通信ノードのバッテリ枯渇を招く。
　一つの側面では、本発明は、センシングデータの欠損と消費電力増大を抑え、通信ノードのソフトウェアアップデートが行えることを目的とする。
　一つの態様では、センシング対象の領域内に複数分散設置され、所定の稼働時間内で設置箇所のセンシングデータをそれぞれマルチホップ通信により収集装置に向けて送信した後、スリープ状態となる間欠動作を行う通信ノードにおいて、前記通信ノードのうち、前記収集装置のゲートウェイとなるゲートウェイノードは、他の子ノードのソフトウェアアップデート時に、前記子ノードに対し、前記子ノードの１稼働時間内で前記ソフトウェアアップデート用の更新ファイルを送信するとともに、前記マルチホップ通信の通信経路上の複数の前記子ノードの１稼働時間内で、複数の前記子ノードがそれぞれ前記更新ファイルの送信可否を判断するための判断情報を送信する制御部を備える。
　一つの側面として、センシングデータの欠損と消費電力増大を抑え、通信ノードのソフトウェアアップデートが行えるという効果を奏する。
図１は、実施の形態の通信システムの構成例を示す図である。 図２は、実施の形態の子ノードの機能ブロック図である。 図３は、実施の形態のＧＷノードの機能ブロック図である。 図４は、実施の形態の通信ノードのハードウェア構成例を示す図である。 図５は、実施の形態の通信システムのソフトウェアアップデートの処理を示すタイミングチャートである。 図６は、実施の形態のＧＷノードが行うソフトウェアアップデートにかかる処理例を示すフローチャートである。 図７は、実施の形態の子ノードが行うソフトウェアアップデートにかかる処理例を示すフローチャートである。 図８は、既存の通信システムのソフトウェアアップデートの処理を示すタイミングチャートである。
（実施の形態）
　図１は、実施の形態の通信システムの構成例を示す図である。通信システムとして、ワイヤレスセンサネットワークシステム（ＷＳＮ）１００を示す。ＷＳＮ１００は、通信ノード１０１と、収集装置１０２と、を含む。
　センシング対象の領域Ａには、各種センサを有する通信ノード１０１が多数、分布配置される。通信ノード１０１は、設置箇所でのセンシングデータを取得し、隣接する通信ノード１０１に測定したデータを送信転送する。
　通信ノード１０１間では、図中矢印で示す転送経路のマルチホップ通信によりデータが転送される。そして、転送経路上において、センシングデータを収集する収集装置（観測装置）１０２に通信接続される単一の通信ノード１０１がゲートウェイとなるゲートウェイ（ＧＷ）ノード１０１ｂとして機能し、収集装置１０２にデータを送信する。以下の説明では、通信ノード１０１について、ＧＷノード１０１ｂと、ＧＷノード１０１ｂ以外の通信ノード１０１を子ノード１０１ａと、からなる構成例で説明する。
　通信ノード１０１は、無線通信に使用できる電力が限られ、電波到達距離が短い（例えば、数十ｃｍ程度）。このため、各通信ノード１０１は、離れているＧＷノード１０１ｂや収集装置１０２と直接通信ができないため、隣接する通信ノード（子ノード）１０１ａを介してデータをマルチホップ転送する。
　収集装置１０２は、ＧＷノード１０１ｂから受信したデータを収集する。収集装置１０２は、収集したデータに対する所定の統計処理を行い、他の管理サーバに送信する機能を有する。また、収集装置１０２は、通信ノード（子ノード１０１ａ）のソフトウェアアップデートの更新ファイルを保持し、更新ファイルを通信ノード１０１（ＧＷノード１０１ｂ）に送信する。ＧＷノード１０１ｂは、子ノード１０１ａのソフトウェアアップデート時に、各子ノード１０１ａの間欠動作の所定周期を鑑み、適切な時期に子ノード１０１ａに対して更新ファイルを送信する。
　図２は、実施の形態の子ノードの機能ブロック図である。通信ノード１０１のうち、子ノード１０１ａの内部機能を示す。子ノード１０１ａは、センサ素子２０１と、制御部２０２と、記憶部２０３と、無線部２０４と、バッテリ２０５と、を含む。
　センサ素子２０１は、子ノード１０１ａの設置箇所における所定の特徴量を検出する。センサ素子２０１は、例えば、設置箇所の圧力を検出する圧電素子や、温度を検出する素子、光を検出する光電素子などを用いることができる。
　制御部２０２は、子ノード１０１ａの全体の制御やデータ処理を行う。この制御部２０２は、実施の形態におけるソフトウェアアップデートを行う対象である。制御部２０２は、転送判定部２１１と、センシング部２１２と、データ送受信部２１３と、スリープ部２１４と、を含む。
　転送判定部２１１は、ＧＷノード１０１ｂから受信した判断情報（転送判断値Ｄとホップ数Ｈ）に基づき、今回の１周期（上記間欠動作の１稼働時間に相当）内に更新ファイルを他の子ノード１０１ａに送信（転送）できるか否かを判定する。なお、判定の結果、今回の周期で転送しないと判定したときには、次の周期で再度判定を行う。
　センシング部２１２は、センサ素子２０１に対する特徴量（センシングデータ）の検出を行う。データ送受信部２１３は、センシング部２１２により検出した特徴量（センシングデータ）を隣接する通信ノード１０１（子ノード１０１ａまたはＧＷノード１０１ｂ）に送信する処理を行う。また、隣接する通信ノード１０１（子ノード１０１ａまたはＧＷノード１０１ｂ）からソフトウェアアップデートの更新ファイル、および関連するデータを受信する処理を行う。
　スリープ部２１４は、所定の周期を有して制御部２０２を間欠動作させる。１周期は所定時間の稼働時間と、所定時間のスリープ時間とを含む。
　記憶部２０３は、制御部２０２の制御動作に必要な各種データを記憶保持する。記憶部２０３は、ホップ数Ｈの記憶領域２２１と、転送判断値Ｄの記憶領域２２２と、ソフトウェアアップデートの更新ファイルの記憶領域２２３と、制御部２０２（センシング部２１２）が出力する変位量（センシングデータ）の記憶領域２２４と、を含む。
　無線部２０４は、制御部２０２（データ送受信部２１３）の制御に基づき、隣接する通信ノード（子ノード１０１ａまたはＧＷノード１０１ｂ）との間で無線通信を行う。この無線部２０４は、制御部２０２（センシング部２１２）により検出した特徴量（センシングデータ）を隣接する通信ノード（子ノード１０１ａまたはＧＷノード１０１ｂ）にアンテナを介して無線送信する。また、無線部２０４は、ＧＷノード１０１ｂからソフトウェアアップデートの更新ファイル、およびソフトウェアアップデートに関連するデータをアンテナを介して無線受信する。
　バッテリ２０５は、子ノード１０１ａ全体を動作するための電源を供給する。後述するが、子ノード１０１ａに設けられるハーベスタ等が電力を生成し、バッテリ２０５は、この生成された電力を蓄電する２次電池である。
　図３は、実施の形態のＧＷノードの機能ブロック図である。通信ノード１０１のうち、ＧＷノード１０１ｂの内部機能を示す。ＧＷノード１０１ｂは、通信部３０１と、制御部３０２と、記憶部３０３と、を含む。このほか、子ノード１０１ａと同様に、センサ素子を含んでもよく、また、外部から電力供給を受けない場合にはバッテリを含んでもよい。
　通信部３０１は、制御部３０２（ノード制御部３１３）の制御に基づき、隣接する通信ノード（子ノード１０１ａ）、および収集装置１０２との間で無線通信を行う。収集装置１０２との間は、有線通信を行ってもよい。
　通信部３０１は、隣接する通信ノード（子ノード１０１ａ）からアンテナを介して変位量（センシングデータ）を受信する。また、通信部３０１は、収集装置１０２からソフトウェアアップデートの更新ファイル、およびソフトウェアアップデートに関連するデータを受信する。
　制御部３０２は、例えばＣＰＵやＭＰＵにより構成され、ＧＷノード１０１ｂ全体の制御やデータ処理を行う。制御部３０２は、Ｔ２計算部３１１と、Ｄ計算部３１２と、ノード制御部３１３とを含む。
　Ｔ２計算部３１１は、子ノード１０１ａに対してソフトウェアアップデートの更新ファイルを転送できる時間Ｔ２を所定の算出式に基づき算出する。Ｔ２は、マルチホップ通信により複数の子ノード１０１ａに対し更新ファイルを転送可能な時間（制限時間）を示す。
　Ｄ計算部３１２は、子ノード１０１ａに対してソフトウェアアップデートの更新ファイルを上記の１周期で転送できる木の深さＤを所定の算出式に基づき算出する。木の深さＤは、１ホップあたり何回更新ファイルを送信できるかを示す。このＤの値は、各子ノード１０１ａに送信され、子ノード１０１ａは、さらに子側の子ノード１０１ａに対し今回の周期で更新ファイルを転送できるか否かを判断する値（転送判断値）として用いる。
　ノード制御部３１３は、子ノード１０１ａに対してデータ収集の開始／停止を制御する。また、ノード制御部３１３は、子ノード１０１ａに対するソフトウェアアップデートの更新処理を統括制御する等の機能を含む。
　記憶部３０３は、制御部３０２の制御動作に必要な各種データを記憶保持する。記憶部３０３は、Ｔ２計算部３１１およびＤ計算部３１２の計算に用いる各種パラメータを記憶する。例えば、子ノード１０１ａの稼働時間Ｅの記憶領域３２１と、子ノード１０１ａから最初のデータ（１ｓｔメッセージ）の受信時刻Ｒ１の記憶領域３２２と、子ノード１０１ａから最後のデータ（Ｌａｓｔメッセージ）の受信時刻Ｒｎの記憶領域３２３と、を含む。
　記憶部３０３は、さらに、あらかじめの計測やシミュレーション等で算出した１ポップあたりの固定の通信時間Ｔ１の記憶領域３２４と、を含む。さらに、Ｔ２計算部３１１が計算したソフトウェアアップデートの更新ファイルを転送できる時間Ｔ２の記憶領域３２５と、Ｄ計算部３１２が算出した１周期で転送できる木の深さＤの記憶領域３２６と、を含む。さらに、子ノード１０１ａから受信した特徴量（センシングデータ）の記憶領域３２７と、ソフトウェアアップデートの更新ファイルの記憶領域３２８と、を含む。
　図４は、実施の形態の通信ノードのハードウェア構成例を示す図である。子ノード１０１ａと、ＧＷノード１０１ｂのいずれも共通した構成とすることができる。通信ノード１０１は、センサ４０１と、ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）４０２と、タイマ４０３と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）４０４と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）４０５と、を含む。また、不揮発メモリ４０６を含んでもよい。
　また、通信ノード１０１は、近距離無線回路４０８と、アンテナ４０９と、電源管理ユニット４１０と、バッテリ４１１と、ハーベスタ４１２と、を含む。また、通信ノード１０１は、センサ４０１と、ＭＣＵ４０２と、タイマ４０３と、ＲＯＭ４０４と、ＲＡＭ４０５と、不揮発メモリ４０６と、を接続する内部バス４０７を有する。図４中、点線の矢印は電源線を示し、実線の矢印は信号線を示す。
　センサ４０１は、設置箇所における所定の特徴量を検出する。センサ４０１は、例えば、設置箇所の圧力を検出する圧電素子や、温度を検出する素子、光を検出する光電素子などを用いることができる。アンテナ４０９は、他の通信ノード１０１（子ノード１０１ａおよびＧＷノード１０１ｂと無線通信する電波を送受信する。例えば、近距離無線回路４０８は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）である。近距離無線回路４０８は、アンテナ４０９を介して受信した無線電波を受信信号として出力する受信回路４２２と、送信信号を無線電波としてアンテナ４０９を介して送信する送信回路４２１と、を有する。送信回路４２１の送信電力はＭＣＵ４０２によって変更可能としてもよい。
　ＭＣＵ４０２は、例えばＲＯＭ４０４に記憶されたプログラムをＲＡＭ４０５にロードして実行することにより、通信ノード１０１の全体の制御やデータ処理を行う制御部である。例えば、ＭＣＵ４０２は、センサ４０１が検出したデータを処理する。タイマ４０３は、例えば、ＭＣＵ４０２などによって設定された時間をカウントする。
　ＲＯＭ４０４は、ＭＣＵ４０２が実行するプログラムなどを格納する記憶部である。ＲＡＭ４０５は、ＭＣＵ４０２における処理の一時データを格納する記憶部である。不揮発メモリ４０６は、書き込み可能なメモリであって、電力供給が途絶えたときなどにおいても書き込まれた所定のデータを保持する記憶部である。例えば、書き込み可能な不揮発メモリ４０６としては、フラッシュメモリが挙げられる。
　ハーベスタ４１２は、通信ノード１０１の設置箇所における外部環境、例えば、光、振動、温度、無線電波などのエネルギー変化に基づき発電を行う。図４の例では、ハーベスタ４１２が一つだけ設けられているが、これに限らず、同一種類のハーベスタ４１２が複数設けられていてもよいし、異なる種類のハーベスタ４１２が複数設けられていてもよい。ハーベスタ４１２は、センサ４０１によって検出された特徴量に応じて発電を行ってもよいし、近距離無線回路４０８によって受信された受信電波の変位量に応じて発電を行ってもよい。バッテリ４１１は、ハーベスタ４１２により発電された電力を蓄える。すなわち、通信ノード１０１は、一次電池や外部電源などが設けられず、動作に要する電力を自装置の内部で生成する。電源管理ユニット４１０は、バッテリ４１１によって蓄えられた電力を、通信ノード１０１の各部に駆動電源として供給する制御を行う。
　図４に記載のセンサ４０１は、図２に記載のセンサ素子２０１の機能を実現する。図４に記載のＭＣＵ４０２は、図２，図３に記載の制御部２０２，３０２の機能を実現し、図４に記載のＲＡＭ４０５は、図２，図３に記載の記憶部２０３，３０３の機能を実現する。図４に記載の近距離無線回路４０８とアンテナ４０９は、図２に記載の無線部２０４および図３に記載の通信部３０１の機能を実現する。図４に記載のバッテリ４１１は、図２に記載のバッテリ２０５に相当する。
　ここで、子ノード１０１ａ、ＧＷノード１０１ｂのいずれについても、既存のハードウェア構成を変更することなく、ＭＣＵが実行するプログラムの一部を追加するのみで、実施の形態の子ノード１０１ａ、ＧＷノード１０１ｂの機能を実現できる。
　また、不図示であるが、収集装置１０２は、汎用のコンピュータ装置を用いて実現できる。この収集装置１０２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）と、ＲＯＭと、ＲＡＭと、メモリと、Ｉ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）回路、等を含む。ＣＰＵは、収集装置１０２の全体の制御を司り、ＲＯＭに格納されたブートプログラムなどのプログラムを実行し、ＲＡＭをワークエリアとして使用することで、収集装置１０２の機能を実現できる。
　また、Ｉ／Ｏ回路には、無線通信回路やアンテナが接続され、ＧＷノード１０１ｂと無線通信する。また、Ｉ／Ｏ回路にはネットワークＩ／Ｆが接続され、収集装置１０２は、ネットワークＩ／Ｆからインターネットなどのネットワークを介して外部のサーバや利用者端末等と通信を行うことができる。また、Ｉ／Ｏ回路を介して、ＧＷノード１０１ｂと有線通信を行ってもよい。サーバは、収集装置１０２からセンシングデータを収集し統計処理等を行う。収集装置１０２がサーバの機能（統計処理等）を有してもよい。
　また、収集装置１０２は、キーボード、マウス、タッチパネルなどの入力装置を設けてもよい。これにより、利用者が入力装置を介して収集装置１０２を直接操作することが可能となる。また、例えば、ディスプレイ、プリンタ、ブザーなどの出力装置を収集装置１０２に設けてもよい。これにより、例えば、データに異常が発生した場合、異常の種類によっては収集装置１０２が利用者端末やサーバに警報を出力できる。
（実施の形態のソフトウェアアップデート手順の概要）
　実施の形態では、ＧＷノード１０１ｂは、収集装置１０２等から子ノード１０１ａのソフトウェアアップデートの更新ファイルを受信すると、子ノード１０１ａの動作状態（間欠動作）に対応した適切な時期に子ノード１０１ａに更新ファイルを送信する。また、子ノード１０１ａも転送先の子ノード１０１ａの動作状態（間欠動作）に対応した適切な時期に、子ノード１０１ａに更新ファイルを送信する。
　ＧＷノード１０１ｂは、複数の子ノード１０１ａによるデータ収集および間欠動作を停止させずに、複数の子ノード１０１ａのソフトウェアアップデートを実施する。このため、ＧＷノード１０１ｂは、間欠動作内の稼働時間の間の隙間時間を用いて、ソフトウェアアップデートの更新ファイルを子ノード１０１ａに送信する。
　この際、ＧＷノード１０１ｂは、各子ノード１０１ａからデータ（センシングデータ）を収集した後、子ノード１０１ａに対して更新ファイルを送信する。この更新ファイルの送信は、子ノード１０１ａがスリープを開始するまでに実施する。
　ここで、全ての子ノード１０１ａに更新ファイルを送信（転送）できなかった場合には、更新ファイルを送信できなかった子ノード１０１ａの一つ親側に位置している子ノード１０１ａが次の周期で子側の子ノード１０１ａに対し更新ファイルの送信を行う。
（ＧＷノードおよび子ノードの更新データの送信時期）
　より具体的には、ＧＷノード１０１ｂは、下記の実施手順に従い更新データの送信時期を決定する。ＧＷノード１０１ｂは、実施手順として、（１）事前情報取得フェーズの実施後、（２）運用フェーズを実施する。
（１）事前情報取得フェーズ
　通信システムの運用前にＧＷノード１０１ｂが下記情報を取得し、記憶部３０３に記憶しておく。
１．子ノード１０１ａ同士間の１ホップにかかる通信時間Ｔ１
２．周期ごとの子ノード１０１ａの最低稼働時間Ｅ（システムパラメータ等から取得）
（２）運用フェーズ
１．通信システムの運用中にＧＷノード１０１ｂは、各周期ごとに以下の情報を取得し、記憶部３０３に記憶する（具体的算出方法は後述）。
　ＧＷノード１０１ｂが最初にデータ受信した時刻Ｒ１
　ＧＷノード１０１ｂが最後にデータ受信した時刻Ｒｎ
　更新ファイル転送を実施できる時間Ｔ２
　１周期で転送できる木の深さＤ
２．通信システムの運用中にＧＷノード１０１ｂがソフトウェアアップデートのイベント（例えば収集装置１０２から更新ファイルの受信）を検出すると、以下のソフトウェアアップデートにかかる処理を実施する。
　子ノード１０１ａからのデータ受信後、更新ファイルと、１周期で転送できる木の深さＤと、ホップ数Ｈ（＝０）の情報を子ノード１０１ａに送信する。
　子ノード１０１ａ側実施手順としては、通信システムの運用中において、ＧＷノード１０１ｂ（あるいは親側の子ノード１０１ａ）から更新ファイルと、１周期で転送できる木の深さＤと、ホップ数Ｈ（＝０）の情報を受信すると、ホップ数Ｈをインクリメントし、Ｄと比較する。そして、子ノード１０１ａは、
　（ａ）インクリメントしたＨ＜Ｄであれば、インクリメントしたＨとともに子側の子ノード１０１ａに更新ファイルを転送する。
　（ｂ）インクリメントしたＨ≧Ｄであれば、Ｈを０にし、次の周期で更新ファイルを転送する。
（ソフトウェアアップデートの処理例）
　図５は、実施の形態の通信システムのソフトウェアアップデートの処理を示すタイミングチャートである。図５の横軸は時間であり、縦軸にはマルチホップ通信を行う１台のＧＷノード１０１ｂと、３台の子ノード１０１ａ（Ｎｏｄｅ１～３）を示す。
　Ｎｏｄｅ１～３の子ノード１０１ａは、それぞれ間欠動作の稼働時間内でセンシングデータの送信を行う。例えば、Ｎｏｄｅ３の子ノード１０１ａのセンシングデータは、親側のＮｏｄｅ２，Ｎｏｄｅ１を介してＧＷノード１０１ｂまでマルチホップで転送される。
　ここで、図５に示すように、各子ノード１０１ａの間欠動作として、稼働時間と、停止区間（停止時間）と、マージンとを含む。ＧＷノード１０１ｂ（親側）からみて、遠いノード（Ｎｏｄｅ３）からスリープし、近いノード（Ｎｏｄｅ１）から起床（マージンの起動）する。また、ＧＷノード１０１ｂ（親側）からみて、遠いノード（Ｎｏｄｅ３）の停止区間が長い。
　ＧＷノード１０１ｂは、（１）事前情報取得フェーズにおいて、所定の測定周期（数十分～数時間）ごとに、ＧＷノード１０１ｂが最初に子ノード１０１ａ側からセンシングデータを受信した時刻Ｒ１と、最後に受信した時刻Ｒｎを記録する。
　そして、ＧＷノード１０１ｂは、この時刻Ｒ１，Ｒｎの情報と、あらかじめ記憶している１ホップあたりの通信時間Ｔ１と、測定周期ごとのセンサノードの稼働時間Ｅより、アップデートファイル送信を実施できる時間Ｔ２を計算する。これにより、ＧＷノード１０１ｂは、１測定周期で更新ファイルを送信できるネットワークツリーの深さＤを計算する。
　次に、ＧＷノード１０１ｂは、（２）運用フェーズにおいて、収集装置１０２からの更新ファイル受信等、ソフトウェアアップデートイベントを検出すると、更新ファイルと、Ｄと、ホップ数（Ｈ＝０）の情報を子ノード１０１ａに送信する（時期ｔｋ１）。
　親側から更新ファイルと、Ｄと、ホップ数（Ｈ＝０）の情報を受信した子ノード１０１ａ（Ｎｏｄｅ１）は、Ｈの情報を更新し、Ｄの情報と比較する。そして、子ノード１０１ａは、Ｈ＜Ｄである場合、更新ファイルと、更新したＨとＤの情報を直ぐに子側の子ノード１０１ａ（Ｎｏｄｅ２）に送信する（時期ｔｋ２）。
　一方、Ｈ≧Ｄである場合、子ノード１０１ａ（Ｎｏｄｅ２）は、Ｈを初期値（＝０）に更新し、更新ファイルと、Ｄと、Ｈの情報を記憶し、今回の測定周期の動作を終了する。そして、次の測定周期になり、センシングデータの送受信が完了すると、子ノード１０１ａ（Ｎｏｄｅ２）は更新ファイルと、Ｄと、Ｈの情報を保存している場合は、子側の子ノード１０１ａ（Ｎｏｄｅ３）に送信する（時期ｔｋ３）。
　ここで、図５に示した更新ファイルを転送できる時間Ｔ２について、ＧＷノード１０１ｂは、例えば、下記に示す各パラメータを用いて算出する。
　まず、ＧＷノード１０１ｂは、最初の子ノード１０１ａ（Ｎｏｄｅ１）がセンシングデータを送信した時刻Ｏを下記式により求める。
　Ｏ＝Ｒ１－Ｔ１
　また、ＧＷノード１０１ｂは、スリープ開始時刻Ｗを下記式により求める。
　Ｗ＝Ｏ＋Ｅ＝Ｒ１－Ｔ１＋Ｅ
　そして、ＧＷノード１０１ｂは、ソフトウェアアップデートの更新ファイルを転送できる時間Ｔ２を下記式により求める。
　Ｔ２＝Ｒｎ－Ｗ＝Ｒｎ－｛（Ｒ１－Ｔ１）＋Ｅ｝＝Ｒｎ－Ｒ１＋Ｔ１－Ｅ
　また、図５に示した１周期で転送する木の深さＤについて、ＧＷノード１０１ｂは、例えば、下記に示す式の変形に基づき算出する。
　Ｄ×Ｔ１＜Ｔ２
　Ｄ×Ｔ１＜Ｒｎ－Ｒ１＋Ｔ１－Ｅ
　Ｄ＜（Ｒｎ－Ｒ１＋Ｔ１－Ｅ）／Ｔ１
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　図６は、実施の形態のＧＷノードが行うソフトウェアアップデートにかかる処理例を示すフローチャートである。ＧＷノード１０１ｂの制御部３０２が実行する処理内容を示す。
　はじめに、制御部３０２は、各子ノード１０１ａからセンシングデータを受信すると（ステップＳ６０１：Ｙｅｓ）、ソフトウェアアップデートの更新ファイルを転送できる時間Ｔ２と、更新ファイルを１周期で転送できる木の深さＤの情報の計算を行う。そして、これらＴ２，Ｄの情報をアップデートし（ステップＳ６０２）、ステップＳ６０３に移行する。子ノード１０１ａからセンシングデータを受信しない場合（ステップＳ６０１：Ｎｏ）、ステップＳ６０３に移行する。
　次に、制御部３０２は、子ノード１０１ａのソフトウェアアップデートを実施するイベント時には（ステップＳ６０３：Ｙｅｓ）、全ての子ノード１０１ａからセンシングデータを受信したか判断する（ステップＳ６０４）。ソフトウェアアップデートを実施しない場合には（ステップＳ６０３：Ｎｏ）、ステップＳ６０１の処理に戻る。
　そして、制御部３０２は、全ての子ノード１０１ａからセンシングデータを受信する処理を行う（ステップＳ６０４：Ｎｏのループ）。そして、全ての子ノード１０１ａからセンシングデータを受信すれば（ステップＳ６０４：Ｙｅｓ）、制御部３０２は、算出した適切な時期にＴ２とＤとｍＨ（＝０）と更新ファイルの各情報を子ノード１０１ａに送信し（ステップＳ６０５）、ステップＳ６０１の処理に戻る。
　ステップＳ６０４でのセンシングデータの受信により、制御部３０２は、更新ファイルを子ノード１０１ａに送信する適切な時期を算出する。上述したように、制御部３０２は、ＧＷノード１０１ｂが最初にデータを受信した時刻Ｒ１、最後にデータを受信した時刻Ｒｎ、１ホップに要する通信時間Ｔ１、測定周期におけるノードの稼働時間Ｅを取得する。そして、制御部３０２は、最初の子ノード１０１ａ（Ｎｏｄｅ１）がセンシングデータを送信した時刻Ｏ、スリープ開始時刻Ｗ、更新ファイルを転送できる時間Ｔ２を算出する。また、制御部３０２は、Ｄを算出し、子ノード１０１ａに送信する。
　図７は、実施の形態の子ノードが行うソフトウェアアップデートにかかる処理例を示すフローチャートである。子ノード１０１ａの制御部２０２が実行する処理内容を示す。
　はじめに、制御部２０２は、所定周期の間欠動作において起動時刻になったか判断し（ステップＳ７０１：Ｎｏのループ）、起動時刻になると（ステップＳ７０１：Ｙｅｓ）、スリープ状態から復帰し動作状態となる（ステップＳ７０２）。
　次に、制御部２０２は、（１）センシングデータのデータ送信時刻になったと判断すると（ステップＳ７０３：（１））、親側の子ノード１０１ａ（もしくはＧＷノード１０１ｂ）にセンシングデータを送信し（ステップＳ７０４）、ステップＳ７０６に移行する。また、（２）子側の子ノード１０１ａからのデータ受信時には（ステップＳ７０３：（２））、親側の子ノード１０１ａに受信したセンシングデータを転送し（ステップＳ７０５）、ステップＳ７０６に移行する。上記（１）、（２）以外の場合（ステップＳ７０３：Ｎｏ）、ステップＳ７０３の処理を継続する。
　ステップＳ７０６では、制御部２０２は、全ての子ノード１０１ａのセンシングデータの受信が完了したか判断する（ステップＳ７０６）。そして、受信完了であれば（ステップＳ７０６：Ｙｅｓ）、ステップＳ７０７に移行し、受信完了でなければ（ステップＳ７０６：Ｎｏ）、ステップＳ７０３に戻る。
　ステップＳ７０７では、制御部２０２は、自己の子ノード１０１ａのセンシングデータの送信が完了したかを判断する（ステップＳ７０７）。そして、送信完了であれば（ステップＳ７０７：Ｙｅｓ）、ステップＳ７０８に移行し、送信完了でなければ（ステップＳ７０７：Ｎｏ）、ステップＳ７０３に戻る。
　ステップＳ７０８では、制御部２０２は、親側の子ノード１０１ａ（もしくはＧＷノード１０１ｂ）から（１）ソフトウェアアップデートの更新ファイル、１稼働時間内で更新ファイルを転送できる時間Ｔ２、ホップ数Ｈ、転送判断値Ｄの情報の受信を判断する（ステップＳ７０８：（１））。更新ファイルの受信時、制御部２０２は、ホップ数Ｈを更新（インクリメント）する（ステップＳ７０９）。
　そして、制御部２０２は、更新したホップ数Ｈと受信した転送判断値Ｄとを比較し、Ｈ＜Ｄである場合（ステップＳ７１０：Ｙｅｓ）、更新ファイル、Ｈ、Ｄの各情報を子側の子ノード１０１ａに送信し（ステップＳ７１１）、ステップＳ７０１の処理に戻る。
　また、制御部２０２は、Ｈ＜Ｄでない場合は（ステップＳ７１０：Ｎｏ）、更新ファイル、Ｄ、Ｈ（＝０）を記憶部２０３に保持し（ステップＳ７１２）、ステップＳ７０８の処理に戻る。
　また、制御部２０２は、子ノード１０１ａ（および自己の子ノード１０１ａ）のセンシングデータの送受信が完了した際（ステップＳ７０７：Ｙｅｓ）、（２）更新ファイル、Ｈ、Ｄの各情報を記憶部２０３に保持しているか判断する（ステップＳ７０８：（２））。この場合、制御部２０２は、更新ファイル、Ｈ、Ｄの各情報を子側の子ノード１０１ａに送信する（ステップＳ７１１）。
　また、制御部２０２は、（３）スリープ開始時刻に達すると（ステップＳ７０８（３））、次回起動時刻までスリープモードに移行し（ステップＳ７１３）、ステップＳ７０１の処理に戻る。
　ＧＷノード１０１ｂの制御部３０２が図６に示した処理を実行し、各子ノード１０１ａの制御部２０２が図７に示した処理を実行する。これにより、複数の子ノード１０１ａが間欠動作によりデータ収集を停止することなく、複数の子ノード１０１ａの制御部２０２が実行するソフトウェアに対するソフトウェアアップデートのための更新ファイルを適切な時期に送信できるようになる。
　ＧＷノード１０１ｂは、子ノード１０１ａからのセンシングデータの受信状態と、システムパラメータにより、更新ファイルを送信できる稼働時間を算出し、更新ファイルを子ノード１０１ａに送信する。この際、ＧＷノード１０１ｂは、更新ファイルとともに、ホップ数Ｈ、転送判断値Ｄを子ノード１０１ａに送信する。これにより、子側の子ノード１０１ａは、ホップ数Ｈ、転送判断値Ｄを用いて、子側の子ノード１０１ａに更新ファイルを送信する時期を簡単に算出でき、今回の周期で送信できなくても次回の周期で更新ファイルを直ちに送信できるようになる。
　図８は、既存の通信システムのソフトウェアアップデートの処理を示すタイミングチャートである。実施の形態同様に、各子ノード（Ｎｏｄｅ１～３）は、稼働時間とスリープおよびマージンを含む所定周期の間欠動作を行う。
　既存技術では、子ノードのソフトウェアアップデートのために子ノードに更新ファイルを送信するには、センシングデータの送信を停止させる必要があった。例えば、ＧＷノードが子ノード（Ｎｏｄｅ２）に対して計測停止の制御信号を送信した後、子ノード（Ｎｏｄｅ２）に更新ファイルを送信した後、計測再開の制御信号を送信する。
　これにより、更新ファイルの送信に対応して子ノード（Ｎｏｄｅ２）の稼働時間が増大する。また、更新ファイルの送信時に計測が停止しデータの欠損が生じる。
　そして、更新ファイル（およびセンシングデータ）を転送する転送経路上の全ての子ノードの稼働時間が増大する。この際、転送経路上の全ての子ノードがスリープに遷移できなくなり、子ノードの消費電力が増加する。測定周期にずれが生じ、ＧＷノードが子ノードから定期的なデータ収集を行えなくなる。
　上記問題は、子ノードのホップ数が多くなるほど顕著となり、稼働時間が対応して増大し、測定周期のずれの増大を招いた。
　これに対し、実施の形態によれば、ソフトウェアアップデートの更新ファイルは、稼働時間内で送信するため、測定周期のずれが生じることがなく、子ノードは自己に固有の周期で間欠動作を継続できる。また、子ノードは、定期的にＧＷノードに対してセンシングデータを送信でき、データ収集側におけるデータ欠損を防ぐことができる。
　すなわち、実施の形態によれば、センシングデータのデータ収集およびノードの間欠動作を停止することなく、子ノードのソフトウェアアップデートが可能になる。そして、各子ノードの消費電力の増大を防ぎ、バッテリ消費を抑えてバッテリ枯渇を防ぐことができ、また、センシングデータの欠損を防止できるようになる。
　なお、本実施の形態で説明したソフトウェアのアップデート方法は、あらかじめ用意された制御プログラムを対象となる機器（子ノード）のコンピュータ（ＭＣＵ等のプロセッサ）で実行することにより実現することができる。本制御プログラムは、磁気ディスク、光ディスク、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）フラッシュメモリなどのコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。また、制御プログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布してもよい。
　１００　ワイヤレスセンサネットワークシステム（ＷＳＮ）
　１０１　通信ノード
　１０１ａ　子ノード
　１０１ｂ　ＧＷノード
　１０２　収集装置
　２０１　センサ素子
　２０２，３０２　制御部
　２０３，３０３　記憶部
　２０４　無線部
　２０５　バッテリ
　３０１　通信部
　４０２　ＭＰＵ
　４０４　ＲＯＭ
　４０５　ＲＡＭ
　４０６　不揮発メモリ
　４１１　バッテリ
　４１２　ハーベスタ

Claims (14)

  1. 　センシング対象の領域内に複数分散設置され、所定の稼働時間内で設置箇所のセンシングデータをそれぞれマルチホップ通信により収集装置に向けて送信した後、スリープ状態となる間欠動作を行う通信ノードにおいて、
    　前記通信ノードのうち、前記収集装置のゲートウェイとなるゲートウェイノードは、他の子ノードのソフトウェアアップデート時に、前記子ノードに対し、前記子ノードの１稼働時間内で前記ソフトウェアアップデート用の更新ファイルを送信するとともに、前記マルチホップ通信の通信経路上の複数の前記子ノードの１稼働時間内で、複数の前記子ノードがそれぞれ前記更新ファイルの送信可否を判断するための判断情報を送信する制御部を備えたことを特徴とする通信ノード。
  2. 　前記ゲートウェイノードの制御部は、
    　複数の前記子ノードから受信した複数の前記センシングデータの受信期間と、前記稼働時間とに基づき、１稼働時間内で更新ファイルを転送できる時間を算出することを特徴とする請求項１に記載の通信ノード。
  3. 　前記ゲートウェイノードの制御部は、
    　複数の前記子ノードから送信される前記センシングデータの受信時刻を記録し、１ホップに要する通信時間と、予め設定された前記子ノードの稼働時間とに基づき、１稼働時間内で更新ファイルを転送できる時間と、前記１稼働時間内で更新ファイルを前記マルチホップ通信により転送可能なネットワークツリーの深さと、ホップ数とを算出し、算出結果を前記判断情報として、前記子ノードに送信することを特徴とする請求項１に記載の通信ノード。
  4. 　前記ゲートウェイノードの制御部は、
    　前記子ノードに固有の前記稼働時間および前記スリープ状態の期間を変更することなく、前記稼働時間内で前記センシングデータの受信の期間を差し引いた残りの期間内で前記更新ファイルを前記子ノードに送信することを特徴とする請求項１に記載の通信ノード。
  5. 　前記子ノードは、
    　前記更新ファイルの受信時に、前記判断情報に基づき、前記１稼働時間内で子側の前記子ノードに対する前記更新ファイルの送信の可否を判断し、送信可能時には、今回の周期で子側の前記子ノードに前記更新ファイルを送信し、送信不可能時には、次回の周期の１稼働時間内で子側の前記子ノードに前記更新ファイルを送信する制御部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の通信ノード。
  6. 　前記子ノードの制御部は、
    　前記更新ファイルと共に受信した前記判断情報に含まれる、１稼働時間内で更新ファイルを転送できる時間と、前記１稼働時間内で更新ファイルを前記マルチホップ通信により転送可能なネットワークツリーの深さと、ホップ数とに基づき、前記１稼働時間内で子側の前記子ノードに対する前記更新ファイルの送信の可否を判断することを特徴とする請求項５に記載の通信ノード。
  7. 　前記子ノードの制御部は、
    　今回の周期の前記１稼働時間内で前記更新ファイルの送信可能時には、受信した前記ホップ数を更新して子側の前記子ノードに送信することを特徴とする請求項６に記載の通信ノード。
  8. 　前記子ノードの制御部は、
    　今回の周期の前記１稼働時間内で前記更新ファイルの送信不可能時には、前記更新ファイルを保持し、受信した前記ホップ数を更新し、次回の周期の前記１稼働時間内で前記更新したホップ数と、保持しておいた前記更新ファイルとを子側の前記子ノードに送信することを特徴とする請求項６に記載の通信ノード。
  9. 　前記子ノードの制御部は、
    　親側の前記子ノードから受信した前記ネットワークツリーの深さと、更新したホップ数とを比較し、
    　前記ネットワークツリーの深さよりも更新した前記ホップ数の方が小さければ、今回の周期の前記１稼働時間中に前記更新ファイルと、前記ホップ数と、前記ネットワークツリーの深さの情報とを子側の前記子ノードに送信し、
    　前記ネットワークツリーの深さよりも更新した前記ホップ数の方が大きければ、次回の周期の前記１稼働時間中に前記更新ファイルと、前記ホップ数と、前記ネットワークツリーの深さの情報とを送信することを特徴とする請求項６に記載の通信ノード。
  10. 　前記通信ノードは、内蔵するハーベスタが生成する電力に基づき動作することを特徴とする請求項１～９のいずれか一つに記載の通信ノード。
  11. 　センシング対象の領域内に複数分散設置され、所定の稼働時間内で設置箇所のセンシングデータをそれぞれマルチホップ通信により送信した後、スリープ状態となる間欠動作を行う通信ノードと、前記センシングデータを収集する収集装置と、を含む通信システムにおいて、
    　前記通信ノードのうち、前記収集装置のゲートウェイとなるゲートウェイノードは、他の子ノードのソフトウェアアップデート時に、前記子ノードに対し、前記子ノードの１稼働時間内で前記ソフトウェアアップデート用の更新ファイルを送信するとともに、前記マルチホップ通信の通信経路上の複数の前記子ノードの１稼働時間内で、複数の前記子ノードがそれぞれ前記更新ファイルの送信可否を判断するための判断情報を送信する制御部を備え、
    　前記子ノードは、前記更新ファイルの受信時に、前記判断情報に基づき、前記１稼働時間内で子側の前記子ノードに対する前記更新ファイルの送信の可否を判断し、送信可能時には、今回の周期で子側の前記子ノードに前記更新ファイルを送信し、送信不可能時には、次回の周期の１稼働時間内で子側の前記子ノードに前記更新ファイルを送信する制御部を備えたことを特徴とする通信システム。
  12. 　前記収集装置は、記ゲートウェイノードに前記更新ファイルを送信し、
    　前記ゲートウェイノードの制御部は、前記受信した更新ファイルに基づき、前記ソフトウェアアップデートを実行することを特徴とする請求項１１に記載の通信システム。
  13. 　センシング対象の領域内に複数分散設置され、所定の稼働時間内で設置箇所のセンシングデータをそれぞれマルチホップ通信により収集装置に向けて送信した後、スリープ状態となる間欠動作を行う通信ノードが実行するアップデート方法において、
    　前記通信ノードのうち、前記収集装置のゲートウェイとなるゲートウェイノードは、他の子ノードのソフトウェアアップデート時に、前記子ノードに対し、前記子ノードの１稼働時間内で前記ソフトウェアアップデート用の更新ファイルを送信するとともに、前記マルチホップ通信の通信経路上の複数の前記子ノードの１稼働時間内で、複数の前記子ノードがそれぞれ前記更新ファイルの送信可否を判断するための判断情報を送信することを特徴とするアップデート方法。
  14. 　前記子ノードは、
    　前記更新ファイルの受信時に、前記判断情報に基づき、前記１稼働時間内で子側の前記子ノードに対する前記更新ファイルの送信の可否を判断し、送信可能時には、今回の周期で子側の前記子ノードに前記更新ファイルを送信し、送信不可能時には、次回の周期の１稼働時間内で子側の前記子ノードに前記更新ファイルを送信することを特徴とする請求項１３に記載のアップデート方法。
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