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JP2010206596A - 無線センサシステム、基地局、センサノード、通信制御方法およびプログラム - Google Patents

無線センサシステム、基地局、センサノード、通信制御方法およびプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】無線センサシステムにおけるセンサノードの消費電力量を低減し、センサノードの動作時間を延長させる。
【解決手段】受信データ格納部104はセンサノード2から受信したデータを記憶する。予測データ生成部103は受信データ格納部104に記憶したデータに基づいて、センサノード2が次に生成するであろう予測データを生成する。通信制御部102は、予測データをセンサノード2へ送信したのちに、センサノード2からデータを受信する前に所定の時間を経過した場合、予測データを受信したデータとみなして記憶する。受信データ比較部205は、基地局1から受信した予測データと送信データ生成部203で生成したデータを比較する。通信制御部202は、予測データがそれに対応する生成したデータと一致しない場合に、生成したデータを基地局1に送信し、予測データが対応する生成したデータと一致する場合に、その生成したデータの送信を停止する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、センサノードから無線によってデータを収集する無線センサシステム、基地局、センサノード、通信制御方法およびプログラムに関する。
一般的に、センサノードは、乾電池やボタン電池を電力供給源として作動し、ひとたび設置されると、センサノード周囲のデータ、例えば温度や湿度データを基地局へ一定周期で送信するといった動作を繰り返す。センサノードの電池が切れた場合の充電作業や、電池の交換作業等の手間を省くため、センサノードは数ヶ月〜数年間、ときにはそれ以上動作することが望まれる。
そのため、センサノードは自身の消費電力量を抑え、電池の消耗を減らすことが必要となる。すなわち、センサノードの省電力化を図り低電力で動作させることにより、センサノードを長期間に渡って動作させることが必要となる。省電力化を図った無線センサネットワークにおけるセンサノードの通信制御方法としては、例えば特許文献1に記載された技術が知られている。
特許文献1の無線センサネットワークでは、最初に、送信側センサノードは、初期設定値(例えば最大電力)で受信側センサノードへデータを送信する。次に、受信側センサノードは、受信した信号のパケット番号と受信時刻と受信電力値を記憶し、センサノードにより選択される通信制御間隔の前記パケット番号と前記受信時刻と前記受信電力値から、パケット伝送率と受信電力の平均値と受信電力の標準偏差を求める。さらに前記パケット伝送率と前記受信電力の平均値と前記受信電力の標準偏差から最適な送信電力を計算し、計算した最適な送信電力値から送信電力変更の要否を判断し、送信側センサノードへ最適な送信電力値を送信する。
送信側センサノードは、受信側センサノードより最適な送信電力値を受信すると、受信側センサノードへデータを送信する際、受信した送信電力値を用いてデータを送信する。
以上、説明した通信制御方法により、センサノードは、受信電力の平均値、受信電力の標準偏差に加えパケット伝送率を計算し、最適な送信電力値を決定することで、自身の消費する電流量の低減を図っている。
特開2007−60342号公報
関連する技術の通信制御方法では、センサノードがデータを送信する際の送信電力を最適な値に設定して通信制御することで、センサノードの消費電流量低減を図っていた。
しかし、その通信制御方法では、センサノードは、各通信の送信電力を低減させるのみで、通信回数自体は減らないため、低減できる消費電力はあまり大きくなく、結果として、センサノードの動作時間を長くはできないという問題があった。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、無線センサシステムにおけるセンサノードの消費電力量を低減し、センサノードの動作時間を延長させることを目的とする。
本発明の第1の観点に係る無線センサシステムは、
センサノードから無線通信でデータを受信する基地局受信手段と、
前記センサノードから受信したデータを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶したデータに基づいて、前記センサノードが次に生成するであろうデータの予測値を所定の方法で生成する予測データ生成手段と、
前記予測データ生成手段で生成した予測値を前記センサノードに無線通信で送信する基地局送信手段と、
前記予測値を前記センサノードに送信したのちに、該センサノードからデータを受信する前に所定の時間を経過した場合に、前記予測値を該センサノードから受信したデータとみなして前記記憶手段に記憶する手段と、
を備える基地局と、
前記基地局から無線通信で前記予測値を受信するノード受信手段と、
前記基地局に送信するデータを生成するデータ生成手段と、
前記基地局から受信した予測値と前記データ生成手段で生成したデータを比較する比較手段と、
前記基地局から受信した予測値が、その予測値に対応する前記生成したデータの所定の範囲を超える場合に、前記生成したデータを前記基地局に無線通信で送信するノード送信手段と、
を備えるセンサノードと、
を含んで構成され、
前記センサーノードは、前記基地局から受信した予測値がその予測値に対応する前記生成したデータの所定の範囲にある場合に、その生成したデータの送信を停止する、
ことを特徴とする。
本発明の第2の観点に係る基地局は、
センサノードから無線通信でデータを受信する基地局受信手段と、
前記センサノードから受信したデータを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶したデータに基づいて、前記センサノードが次に生成するであろうデータの予測値を所定の方法で生成する予測データ生成手段と、
前記予測データ生成手段で生成した予測値を前記センサノードに無線通信で送信する基地局送信手段と、
前記予測値を前記センサノードに送信したのちに、該センサノードからデータを受信する前に所定の時間を経過した場合に、前記予測値を該センサノードから受信したデータとみなして前記記憶手段に記憶する手段と、
を備える。
本発明の第3の観点に係るセンサノードは、
基地局から、順序付けられたデータを無線通信で受信するノード受信手段と、
前記基地局に送信するデータを生成するデータ生成手段と、
前記基地局から受信したデータと前記データ生成手段で生成したデータを比較する比較手段と、
前記基地局から受信したデータが、その順序に対応する前記生成したデータの所定の範囲を超える場合に、前記生成したデータを前記基地局に無線通信で送信するノード送信手段と、
を備え、
前記基地局から受信したデータが、その順序に対応する前記生成したデータの所定の範囲にある場合に、その生成したデータの送信を停止する、
ことを特徴とする。
本発明の第4の観点に係る通信制御方法は、
基地局において、
センサノードから無線通信でデータを受信する基地局受信ステップと、
前記センサノードから受信したデータを記憶する記憶ステップと、
前記記憶ステップで記憶したデータに基づいて、前記センサノードが次に生成するであろうデータの予測値を所定の方法で生成する予測データ生成ステップと、
前記予測データ生成ステップで生成した予測値を前記センサノードに無線通信で送信する基地局送信ステップと、
前記予測値を前記センサノードに送信したのちに、該センサノードからデータを受信する前に所定の時間を経過した場合に、前記予測値を該センサノードから受信したデータとみなして前記記憶ステップを実行させるステップと、
を備える基地局通信制御方法と、
センサノードにおいて、
前記基地局から無線通信で前記予測値を受信するノード受信ステップと、
前記基地局に送信するデータを生成するデータ生成ステップと、
前記基地局から受信した予測値と前記データ生成ステップで生成したデータを比較する比較ステップと、
前記基地局から受信した予測値が、その予測値に対応する前記生成したデータの所定の範囲を超える場合に、前記生成したデータを前記基地局に無線通信で送信するノード送信ステップと、
を備えるノード通信制御方法と、
を含んで構成され、
前記センサノードにおいて、前記基地局から受信した予測値がその予測値に対応する前記生成したデータの所定の範囲にある場合に、その生成したデータの送信を停止する、
ことを特徴とする。
本発明の第5の観点に係る通信制御方法は、
センサノードから無線通信でデータを受信する基地局受信ステップと、
前記センサノードから受信したデータを記憶する記憶ステップと、
前記記憶ステップで記憶したデータに基づいて、前記センサノードが次に生成するであろうデータの予測値を所定の方法で生成する予測データ生成ステップと、
前記予測データ生成ステップで生成した予測値を前記センサノードに無線通信で送信する基地局送信ステップと、
前記予測値を前記センサノードに送信したのちに、該センサノードからデータを受信する前に所定の時間を経過した場合に、前記予測値を該センサノードから受信したデータとみなして前記記憶ステップで記憶するステップと、
を備える。
本発明の第6の観点に係る通信制御方法は、
基地局から、順序付けられたデータを無線通信で受信するノード受信ステップと、
前記基地局に送信するデータを生成するデータ生成ステップと、
前記基地局から受信したデータと前記データ生成ステップで生成したデータを比較する比較ステップと、
前記基地局から受信したデータが、その順序に対応する前記生成したデータの所定の範囲を超える場合に、前記生成したデータを前記基地局に無線通信で送信するノード送信ステップと、
を備え、
前記基地局から受信したデータが、その順序に対応する前記生成したデータの所定の範囲にある場合に、前記ノード送信ステップの前記生成したデータの送信を停止する、
ことを特徴とする。
本発明の第7の観点に係るプログラムは、
センサノードから無線通信でデータを受信する基地局受信ステップと、
前記センサノードから受信したデータを記憶する記憶ステップと、
前記記憶ステップで記憶したデータに基づいて、前記センサノードが次に生成するであろうデータの予測値を所定の方法で生成する予測データ生成ステップと、
前記予測データ生成ステップで生成した予測値を前記センサノードに無線通信で送信する基地局送信ステップと、
前記予測値を前記センサノードに送信したのちに、該センサノードからデータを受信する前に所定の時間を経過した場合に、前記予測値を該センサノードから受信したデータとみなして前記記憶ステップで記憶するステップと、
を実行させる。
本発明の第8の観点に係るプログラムは、
基地局から、順序付けられたデータを無線通信で受信するノード受信ステップと、
前記基地局に送信するデータを生成するデータ生成ステップと、
前記基地局から受信したデータと前記データ生成ステップで生成したデータを比較する比較ステップと、
前記基地局から受信したデータが、その順序に対応する前記生成したデータの所定の範囲を超える場合に、前記生成したデータを前記基地局に無線通信で送信するノード送信ステップと、
を実行させ、
前記基地局から受信したデータが、その順序に対応する前記生成したデータの所定の範囲にある場合に、前記ノード送信ステップの前記生成したデータの送信を停止する、
ことを特徴とする。
本発明によれば、無線センサシステムにおけるセンサノードの消費電力量を低減し、センサノードの動作時間を延長させることができる。
本発明の実施の形態1に係る無線センサシステムの構成例示すブロック図である。 実施の形態1に係るセンサノードの作用を説明する図である。 実施の形態1に係る基地局の動作の一例を示すフローチャートである。 実施の形態1に係るセンサノードの動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態2に係る無線センサシステムの動作を説明する図である。 本発明の実施の形態3に係る無線センサシステムの構成例を示すブロック図である。 実施の形態3に係るセンサノードの作用を説明する図である。 実施の形態3に係るセンサノードの動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る基地局の物理的な構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係るセンサノードの物理的な構成例を示すブロック図である。
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付す。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る無線センサシステムの構成例示すブロック図である。無線センサシステムは、基地局1とセンサノード2から構成される。基地局1とセンサノード2は、無線で通信する。1つの基地局1と複数のセンサノード2が通信する場合がある。
センサノード2は、例えば、それが設置された場所の温度、湿度、照度、圧力、雰囲気ガス濃度または音響レベルなどを計測するセンサを備え、検出したデータを基地局1に無線で送信する。以降、センサノード2が基地局1に送信するデータを生成データという。基地局1は、各センサノード2から受信した生成データを蓄積し、図示しないサーバに送信したり、生成データを表示したり、そこで生成データの分析を行ったりする。
基地局1は、送受信部101、通信制御部102、予測データ生成部103および受信データ格納部104を備える。基地局1の送受信部101は、センサノード2の送受信部201と無線でデータを送受信する。送受信部101は、センサノード2から生成データを受信すると、通信制御部102へ送る。通信制御部102は、受信した生成データを受信データ格納部104に記憶させる。
予測データ生成部103は、受信データ格納部104に記憶されたデータを用いて、センサノード2ごとに、センサノード2が次回に送信するであろうデータを予測する。データを予測する方法は、例えば、直近に受信した所定の個数のデータの算術平均である。所定の個数が1の場合は、前回に受信したデータと同じ値になる。
予測データ生成部103は、例えば、過去に受信した生成データの中で、最新のデータをn個(nは1以上の整数)、例えばn=10といった値を用いる場合、過去に受信したデータから最新の値を10個取得し、それらの算術平均値を前記情報で指定されたセンサノード2が次に送信するであろうデータとして、予測データを生成する。
データを予測する方法には他に、直近に受信した所定の個数のデータから近似式で外挿する方法や、最尤法などを用いることができる。生成データが周期的に変動する場合は、周期関数を当てはめて予測することができる。また、センサノード2が送信する生成データの特性を考慮して、時間帯による変化、日変化または季節変動などを織り込んだ予測方法を採用してもよい。
予測データ生成部103は、予測したデータ(予測データ)を通信制御部102に送る。通信制御部102は、予測データをそれに対応するセンサノード2に、送受信部101から送信する。送受信部101は、センサノード2へ予測データを送信したのち、センサノード2より生成データを受信した場合、その生成データを通信制御部102に送る。
通信制御部102は、予測データを送受信部101から送信したのち一定時間内に、送受信部101より、センサノード2の送信データを受け取らなかった場合、予測データをセンサノード2から受信したデータとみなして、予測データを受信データ格納部104に記憶させる。また、通信制御部102は、送受信部101よりセンサノード2の送信データを受け取った場合、センサノード2から受信した生成データを受信データ格納部104に記憶させる。
このようにして、受信データ格納部104には、センサノード2から受信した生成データまたは生成データとみなした予測データがセンサノード2ごとに時系列に記憶される。記憶する生成データまたは予測データには、受信した時刻または受信する予定の時刻を付してもよい。
一方、センサノード2は、送受信部201、通信制御部202、送信データ生成部203および受信データ比較部205を備える。送受信部201は、基地局1の送受信部101と無線でデータを送受信する。送受信部201は、基地局1から予測データを受信すると、通信制御部202へ送る。
送信データ生成部203は決められたタイミングで、前述したようにセンサで検出したデータから基地局1に送信すべきデータ(生成データ)を生成する。送信データ生成部203は、生成データを通信制御部202および受信データ比較部205に送る。
通信制御部202は、基地局1から受信した予測データを受信データ比較部205に送る。受信データ比較部205は、予測データと生成データを比較して、予測データが生成データの所定の範囲に入っているか、所定の範囲を超えているかを通信制御部202に伝える。予測データと生成データを比較する所定の範囲は、例えば、両者が一致するかどうかである。所定の範囲は、センサで検出するデータの誤差の範囲とすることができる。
通信制御部202は、予測データが生成データから所定の範囲を超えている場合には、生成データを基地局1に送受信部201から送信する。予測データが生成データの所定の範囲に入っている場合は、生成データを送信しない。
本実施の形態では、予測データの送信とセンサノード2における生成データの生成は、同じ時間間隔で行われる。予測データと生成データはそれぞれの時間間隔で順序づけられる。予測データと生成データは、交互にまたは同時に生成されて、対応づけられている。予測データと生成データには番号を付して、それぞれの順序と相互の対応をとってもよい。この番号には、例えば0〜127(7ビット)のような限定された範囲の数値を循環して用いることができる。
センサノード2を起動した初期には、通信する無線チャネルが空いている(搬送波の受信レベルが限界以下に小さい)ときに生成データの送信を開始し、以降は、決められたタイミングで予測データの受信と生成データの送信を行う。あるいは、最初に基地局1を探索して通信周期の同期を確立したのち、予測データの受信と生成データの送信を行う。
センサノード2は、決められたタイミングで予測データを受信できない場合は、予測データが生成データから所定の範囲を外れているとみなして、生成データを送信する。基地局1では、生成データを受信できない場合には、予測データを生成データとみなして記憶することになる。基地局1では、受信した生成データに誤りを検出した場合、受信したデータからセンサノード2の識別符号を正しく解読できれば、その回の生成データを欠損値として扱うことができる。
図2は、実施の形態1に係るセンサノード2の作用を説明する図である。図2は、1回の生成データの消費電流の変化を模式的に示す。図2(a)は、予測データとそれに対応する生成データが一致する場合を示す。図2(b)は、予測データが生成データから所定の範囲を超えた場合を示す。
図2(a)に示すように、予測データと生成データが一致する場合には、センサノード2から送信が行われないので、その分の電力が消費されない。予測データが生成データの所定の範囲に入る率が高ければ高いほど、電力消費量を抑えることができる。
センサノード2では、毎回基地局1から受信するので、その分消費電力量が増加するが、予測データが生成データと一致する場合には送信を行わないので、予測データが生成データと一致する率が大きければ、平均して消費電力量を抑えることができる。例えば、基地局1の予測が10回に9回の割合で予測を当てることにより、毎回必ず送信する方式と比較して、10%前後の消費電力量を削減できる。計算の一例を以下に示す。
センサノード2の消費電力量は、センサノード2の動作回数と消費電力、処理時間の積で表すことができる。毎回生成データを送信する通信制御方法の消費電力量は、10回センサノード2を動作させた場合、1回の通信に必要な消費電力量が、例えば282.9(mW・ms)とすると、その消費電力量は2829(mW・ms)である。本実施の形態の通信制御方法で、1回の通信に必要な消費電力量が、例えば、基地局1の予測データが生成データに一致する場合に、237.6(mW・ms)であり、基地局1の予測データが生成データに一致しない場合に、364.2(mW・ms)であったとする。
上述の例では、本実施の形態で、例えば、基地局1の予測データが平均して10回中9回生成データに一致する場合、すなわち、基地局1の予測データが10回中1回生成データと一致しない場合、1回あたりの平均消費電力量は、2502.6 (mW・ms)となる。つまり、本実施の形態の通信制御方法では、毎回生成データを送信する通信制御方法に比べ、約13%の消費電力量を削減できる。一般的に、無線機では送信するときの電流が最も大きいので、送信回数を減らすほど、消費電力量を抑えることができる。
図3は、実施の形態1に係る基地局1の動作の一例を示すフローチャートである。図3は、1つのセンサノード2に対する通信処理を示す。基地局1は、センサノード2ごとに決められたタイミングで、それぞれの通信処理を起動する。
まず、予測データ生成部103は、上述のように受信データ格納部104に記憶されているデータから、対象のセンサノード2が次に生成するであろうデータの予測値である予測データを算出する(ステップS11)。通信制御部102は、予測データを送受信部101からセンサノード2に送信する(ステップS12)。
送受信部101は、予測データを送信したのち、センサノード2が生成データを送信するのを待ち受ける(ステップS13、ステップS14;NO、ステップS15;NO)。センサノード2から生成データを受信する前に(ステップS14;NO)、所定の時間を経過した場合は(ステップS15;YES)、予測データを受信データ(生成データ)として受信データ格納部104に記憶させる(ステップS16)。
所定の時間を経過する前に生成データを受信した場合は(ステップS14;YES)、受信データ(生成データ)を受信データ格納部104に記憶させる(ステップS17)。
図4は、実施の形態1に係るセンサノード2の動作の一例を示すフローチャートである。センサノード2は、決められたタイミングで通信処理を起動する。
まず、送信データ生成部203は、センサで検出したデータなどから送信すべきデータ(生成データ)を生成する(ステップS21)。そして、基地局1が予測データを送信するのを待ち受ける(ステップS22、ステップS23;NO、ステップS26;NO)。
所定の時間を経過する前に予測データを受信した場合は(ステップS23;YES)、生成データと受信データ(予測データ)を比較する(ステップS24)。そして、予測データが生成データに所定の範囲で一致する場合は(ステップS25;YES)、生成データを送信することなく通信処理を終了する。予測データと生成データが所定の範囲で一致しない場合は(ステップS25;NO)、通信制御部202は、生成データを送受信部201から基地局1に送信する(ステップS27)。
基地局1の送信を待ち受けて(ステップS22)、データを受信する前に所定の時間を経過した場合にも(ステップS23;NO、ステップS26;YES)、通信制御部202は、生成データを送受信部201から基地局1に送信する(ステップS27)。
以上説明したように、本実施の形態1の無線センサシステムによれば、生成データを毎回送信する方法に比べ、少ない消費電力量でセンサノード2を動作させることが可能となり、結果としてセンサノード2の動作時間が延長される。
(実施の形態2)
図5は、本発明の実施の形態2に係る無線センサシステムの動作を説明する図である。実施の形態2では、基地局1の予測データ生成部103は、センサノード2が次に生成するであろうデータを、他のセンサノード2から受信した生成データを用いて予測する。
図5は、例えば、センサノード2a、センサノード2c、センサノード2bが並んで設置されていることを示す。基地局1が、センサノード2cの生成データを予測する場合を想定する。
図5の例では、センサノード2cの生成データが、センサノード2aとセンサノード2bの生成データの算術平均になっている。例えば、送信時刻20:10では、センサノード2aの生成データは27℃であり、センサノード2bの生成データは25℃である。センサノード2aとセンサノード2bから受信するデータ(生成データまたは予測データである)が確定した段階で、センサノード2cの生成データをそれらの算術平均
(27℃+25℃)/2 = 26℃
で予測することができる。
このように、センサノード2cの生成データと、センサノード2a、センサノード2bの生成データとの間に相関関係があれば、その相関関係を用いることによって、センサノード2cの生成データを予測する精度を向上できる。
なお、本実施の形態2において、センサノード2の生成データを予測するときに、そのセンサノード2から受信した生成データに加えて、他のセンサノード2から受信したデータを用いて予測してよい。また、他のセンサノード2から受信したデータのみから、対象のセンサノード2の予測データを生成することもあり得る。
(実施の形態3)
図6は、本発明の実施の形態3に係る無線センサシステムの構成例を示すブロック図である。実施の形態3では、センサノード2は、それ自身が次に生成するデータを予測する。センサノード2は、実施の形態1の構成に加えて、生成データ格納部204および予測データ生成部206を備える。
生成データ格納部204は、送信データ生成部203で生成したデータ(生成データ)を記憶する。この場合、過去の生成データをすべて記憶する必要はなく、次の生成データを予測するために必要な個数の生成データを記憶していればよい。
予測データ生成部206は、基地局1の予測データ生成部103と同様にして、生成データ格納部204に記憶されている生成データを用いて、次に生成するデータを予測する。予測データ生成部206は、予測したデータ(以下、ノード予測データという)を通信制御部202に送る。
一方、送信データ生成部203は決められたタイミングで、前述したようにセンサで検出したデータから基地局1に送信すべきデータ(生成データ)を生成する。送信データ生成部203は、生成データを通信制御部202、生成データ格納部204および受信データ比較部205に送る。
通信制御部202は、予測データ生成部206から受け取ったノード予測データと、送信データ生成部203から受け取った生成データを比較する。ノード予測データが、生成データから所定の範囲内にあれば、通信制御部202は、送受信部201が基地局1から予測データを受信するのを停止する。
送受信部201が基地局1から予測データを受信するのを停止した場合は、生成データを基地局1に送信することも停止する。その場合は、受信データ比較部205で受信データ(予測データ)と生成データを比較することはない。
基地局1の動作は、実施の形態1と同様である。すなわち、センサノード2でノード予測データと生成データが所定の範囲で一致している場合は、センサノード2から生成データが送信されないので、基地局1は、予測データを生成データとみなして受信データ格納部104に記憶する。
センサノード2の予測方法が、基地局1の予測方法と同じであれば、無線通信が正常に行われている限り、基地局1で記憶されるデータと生成データが異なることはない。基地局1の予測データと、センサノード2のノード予測データは、誤差の許容範囲で一致していれば、基地局1で記憶されるデータが生成データから許容範囲を超えて、不一致になることはない。
また、実施の形態2の基地局1と実施の形態3のセンサノード2を組み合わせてもよい。その場合、基地局1の予測データの方が、センサノード2におけるノード予測データより、生成データに近ければ、基地局1で記憶されるデータが生成データから許容範囲を超えて、不一致になることはない。
図7は、実施の形態3に係るセンサノード2の作用を説明する図である。図7(a)は、ノード予測データと生成データが一致する場合である。図7(b)は、ノード予測データと生成データが一致しないが、予測データと生成データが一致する場合を示す。図7(c)は、ノード予測データが生成データと一致せず、さらに、予測データと生成データが一致しない場合である。基地局1の予測とセンサノード2の予測が異なる場合に、図7(b)の形態が発生しうる。
図7に示すように、本実施の形態3では、ノード予測データの生成およびノード予測データと生成データの比較の処理(図7のPで示す期間)だけ消費電力量は増加することになるが、その消費電流はデータ受信(図7のRで示す)に比べれば小さい。受信を停止する回数がある程度見込めれば、1回の平均通信電力量をその分小さくできる。
図8は、実施の形態3に係るセンサノード2の動作の一例を示すフローチャートである。センサノード2は、決められたタイミングで通信処理を起動する。
まず、予測データ生成部206は、生成データ格納部204に記憶されたデータから次に生成するであろうデータの予測値であるノード予測データを生成する(ステップS31)。送信データ生成部203は、センサで検出したデータなどから送信すべきデータ(生成データ)を生成する(ステップS32)。通信制御部202は、ノード予測データと生成データを比較し(ステップS33)、両者が所定の範囲で一致していれば(ステップS34;YES)、生成データを生成データ格納部204に記憶して(ステップS39)、1回の通信処理を終了する。
ノード予測データと生成データが所定の範囲で一致していなければ(ステップS34;NO)、基地局1が予測データを送信するのを待ち受ける(ステップS35、ステップS36;NO、ステップS40;NO)。基地局送信待ち受け(ステップS35)以降、生成したデータを送信するまで(ステップS41)は、図4のステップS22〜ステップS27までの処理と同じである。
所定の時間を経過する前に予測データを受信した場合は(ステップS36;YES)、生成データと受信データ(予測データ)を比較する(ステップS37)。そして、予測データが生成データに所定の範囲で一致する場合は(ステップS38;YES)、生成データを送信することなく、生成したデータを記憶して(ステップS39)、通信処理を終了する。予測データと生成データが所定の範囲で一致しない場合は(ステップS38;NO)、通信制御部202は、生成データを送受信部201から基地局1に送信する(ステップS41)。
基地局1の送信を待ち受けて(ステップS35)、データを受信する前に所定の時間を経過した場合にも(ステップS36;NO、ステップS40;YES)、通信制御部202は、生成データを送受信部201から基地局1に送信する(ステップS41)。生成データを送信したのち、生成データを生成データ格納部204に記憶する。
以上説明したように、実施の形態3のセンサノード2では、それ自身が次に生成するデータを予測し、予測したデータ(ノード予測データ)が生成データの所定の範囲にあれば、基地局1からデータを受信せず、また生成データを基地局1に送信しない。その結果、さらに消費電力量を削減することができる。
図9は、本発明の実施の形態に係る基地局1の物理的な構成例を示すブロック図である。基地局1は、図9に示すように、制御部11、主記憶部12、外部記憶部13、操作部14、表示部15および送受信部16を備える。主記憶部12、外部記憶部13、操作部14、表示部15および送受信部16はいずれも内部バス10を介して制御部11に接続されている。
制御部11はCPU(Central Processing Unit)等から構成され、外部記憶部13に記憶されている通信プログラム19に従って、前述の通信処理を実行する。
主記憶部12はRAM(Random-Access Memory)等から構成され、外部記憶部13に記憶されている通信プログラム19をロードし、制御部11の作業領域として用いられる。
外部記憶部13は、フラッシュメモリ、ハードディスク、DVD−RAM(Digital Versatile Disc Random-Access Memory)、DVD−RW(Digital Versatile Disc ReWritable)等の不揮発性メモリから構成され、前記の処理を制御部11に行わせるための通信プログラム19を予め記憶し、また、制御部11の指示に従って、この通信プログラム19が記憶するデータを制御部11に供給し、制御部11から供給されたデータを記憶する。
操作部14はキーボードおよびマウスなどのポインティングデバイス等と、キーボードおよびポインティングデバイス等を内部バスに接続するインタフェース装置から構成されている。操作部14を介して、センサノード2の識別番号などが入力され、制御部11に供給される。
表示部15は、CRT(Cathode Ray Tube)またはLCD(Liquid Crystal Display)などから構成され、センサノード2から受信したデータなどを表示する。
送受信部16は、無線送受信機およびそれらと接続するシリアルインタフェースまたはLAN(Local Area Network)インタフェースから構成されている。送受信部16を介して、センサノード2に予測データを送信し、生成データをセンサノード2から受信する。
図1または図6に示す基地局1の送受信部101、通信制御部102、予測データ生成部103および受信データ格納部104の処理は、通信プログラム19が、制御部11、主記憶部12、外部記憶部13、操作部14、表示部15および送受信部16などを資源として用いて処理することによって実行する。
図10は、図1または図6に示すセンサノード2のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。センサノード2は、図10に示すように、制御部21、主記憶部22、外部記憶部23、入力部24、センサ25および送受信部26を備える。主記憶部22、外部記憶部23、入力部24および送受信部26はいずれも内部バス20を介して制御部21に接続されている。
制御部21はCPU(Central Processing Unit)またはディジタル信号処理装置(DSP:Digital Signal Processor)等から構成され、外部記憶部23に記憶されている制御プログラム29に従って、センサノード2の送受信部201、通信制御部202、送信データ生成部203、受信データ比較部205、生成データ格納部204および予測データ生成部206の各処理を実行する。制御部21はまた、FPGA(Field Programmable Gate Array)で構成することもできる。
主記憶部22はRAM(Random-Access Memory)等から構成され、制御部21の作業領域として用いられる。
外部記憶部23は、ROM(Read-Only Memory)、フラッシュメモリ、ハードディスク等の不揮発性メモリから構成され、センサノード2の処理を制御部21に行わせるための制御プログラム29を予め記憶し、また、制御部21の指示に従って、制御プログラム29が記憶するデータを制御部21に供給し、制御部21から供給されたデータを記憶する。
入力部24は、シリアルインタフェースまたはパラレルインタフェースから構成されている。入力部24は、センサ25に接続し、センサ25から各検出データを入力する。
送受信部26は、無線送受信機およびそれらと接続するシリアルインタフェースまたはLAN(Local Area Network)インタフェースから構成されている。制御部21は、送受信部26を介して、基地局1に生成データを送信し、予測データを基地局1から受信する。
図1または6に示すセンサノード2の送受信部201、通信制御部202、送信データ生成部203、受信データ比較部205、生成データ格納部204および予測データ生成部206の処理は、制御プログラム29が、制御部21、主記憶部22、外部記憶部23、入力部24および送受信部26などを資源として用いて処理することによって実行する。
その他、本発明の好適な変形として、以下の構成が含まれる。
本発明の第1の観点に係る無線センサシステムについて、
好ましくは、前記基地局は、前記予測値を生成する対象の前記センサノード以外のセンサノードから受信したデータを用いて、該対象のセンサノードが生成するデータの予測値を生成することを特徴とする。
好ましくは、前記センサノードは、該センサノードが生成するデータを予測する予測手段を備え、
前記データ生成手段で生成したデータが前記予測手段で予測したデータから所定の範囲を超える場合に、前記基地局から前記予測値を受信し、
前記生成したデータが前記予測したデータの所定の範囲にある場合に、前記基地局からの前記予測値の受信を停止し、かつ、前記生成したデータの送信を停止する、
ことを特徴とする
本発明の第2の観点に係る基地局について、好ましくは、
前記予測データ生成手段は、前記予測値を生成する対象の前記センサノード以外のセンサノードから受信したデータを用いて、該対象のセンサノードが生成するデータの予測値を生成することを特徴とする。
本発明の第3の観点に係るセンサノードについて、好ましくは、
前記データ生成手段で生成するデータを予測する予測手段を備え、
前記生成したデータが前記予測手段で予測したデーから所定の範囲を超える場合に、前記基地局から前記順序付けられたデータを受信し、
前記生成したデータが前記予測したデータの所定の範囲にある場合に、前記基地局からの前記データの受信を停止し、かつ、前記生成したデータの送信を停止する、
ことを特徴とする。
本発明の第4の観点に係る通信制御方法について、好ましくは、
前記予測データ生成ステップは、前記予測値を生成する対象の前記センサノード以外のセンサノードから受信したデータを用いて、該対象のセンサノードが生成するデータの予測値を生成することを特徴とする。
好ましくは、前記センサノードにおいて、該センサノードが生成するデータを予測する予測ステップを備え、
前記データ生成ステップで生成したデータが前記予測ステップで予測したデータから所定の範囲を超える場合に、前記基地局から前記予測値を受信し、
前記生成したデータが前記予測したデータの所定の範囲にある場合に、前記基地局からの前記予測値の受信を停止し、かつ、前記生成したデータの送信を停止する、
ことを特徴とする。
本発明の第5の観点に係る通信制御方法について、好ましくは、
前記予測データ生成ステップは、前記予測値を生成する対象の前記センサノード以外のセンサノードから受信したデータを用いて、該対象のセンサノードが生成するデータの予測値を生成することを特徴とする。
本発明の第6の観点に係る通信制御方法について、好ましくは、
データ生成ステップで生成するデータを予測する予測ステップを備え、
前記データ生成ステップで生成したデータが前記予測ステップで予測したデータから所定の範囲を超える場合に、前記基地局から前記予測値を受信し、
前記生成したデータが前記予測したデータの所定の範囲にある場合に、前記基地局からの前記予測値の受信を停止し、かつ、前記生成したデータの送信を停止する、
ことを特徴とする。
その他、前記のハードウエア構成やフローチャートは一例であり、任意に変更および修正が可能である。
基地局1の制御部11、主記憶部12、外部記憶部13、操作部14、表示部15および送受信部16、およびセンサノード2の主記憶部22、外部記憶部23、入力部24および送受信部26などから構成される無線センサシステムの処理を行う中心となる部分は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。たとえば、前記の動作を実行するためのコンピュータプログラムを、コンピュータが読み取り可能な記録媒体(フレキシブルディスク、CD−ROM、DVD−ROM等)に格納して配布し、当該コンピュータプログラムをコンピュータにインストールすることにより、前記の処理を実行する基地局1またはセンサノード2を構成してもよい。また、インターネット等の通信ネットワーク上のサーバ装置が有する記憶装置に当該コンピュータプログラムを格納しておき、通常のコンピュータシステムがダウンロード等することで基地局1またはセンサノード2を構成してもよい。
また、基地局1またはセンサノード2の機能を、OS(オペレーティングシステム)とアプリケーションプログラムの分担、またはOSとアプリケーションプログラムとの協働により実現する場合などには、アプリケーションプログラム部分のみを記録媒体や記憶装置に格納してもよい。
また、搬送波にコンピュータプログラムを重畳し、通信ネットワークを介して配信することも可能である。たとえば、通信ネットワーク上の掲示板(BBS, Bulletin Board System)に前記コンピュータプログラムを掲示し、ネットワークを介して前記コンピュータプログラムを配信してもよい。そして、このコンピュータプログラムを起動し、OSの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、前記の処理を実行できるように構成してもよい。
本発明は、無線センサシステムにおける各センサノードの消費電力の低減を実現することが可能であり、また、無線通信システム、特に、各無線ノードにおける省電力化が重要な電子タグシステムやセンサネットワークシステムなどに適用可能である。
1 基地局
2 センサノード
11 制御部
12 主記憶部
13 外部記憶部
14 操作部
15 表示部
16 送受信部
19 通信プログラム
21 制御部
22 主記憶部
23 外部記憶部
24 入力部
25 センサ
26 送受信部
29 制御プログラム
101 送受信部
102 通信制御部
103 予測データ生成部
104 受信データ格納部
201 送受信部
202 通信制御部
203 送信データ生成部
204 生成データ格納部
205 受信データ比較部
206 予測データ生成部

Claims (16)

  1. センサノードから無線通信でデータを受信する基地局受信手段と、
    前記センサノードから受信したデータを記憶する記憶手段と、
    前記記憶手段に記憶したデータに基づいて、前記センサノードが次に生成するであろうデータの予測値を所定の方法で生成する予測データ生成手段と、
    前記予測データ生成手段で生成した予測値を前記センサノードに無線通信で送信する基地局送信手段と、
    前記予測値を前記センサノードに送信したのちに、該センサノードからデータを受信する前に所定の時間を経過した場合に、前記予測値を該センサノードから受信したデータとみなして前記記憶手段に記憶する手段と、
    を備える基地局と、
    前記基地局から無線通信で前記予測値を受信するノード受信手段と、
    前記基地局に送信するデータを生成するデータ生成手段と、
    前記基地局から受信した予測値と前記データ生成手段で生成したデータを比較する比較手段と、
    前記基地局から受信した予測値が、その予測値に対応する前記生成したデータの所定の範囲を超える場合に、前記生成したデータを前記基地局に無線通信で送信するノード送信手段と、
    を備えるセンサノードと、
    を含んで構成され、
    前記センサーノードは、前記基地局から受信した予測値がその予測値に対応する前記生成したデータの所定の範囲にある場合に、その生成したデータの送信を停止する、
    ことを特徴とする無線センサシステム。
  2. 前記基地局は、前記予測値を生成する対象の前記センサノード以外のセンサノードから受信したデータを用いて、該対象のセンサノードが生成するデータの予測値を生成することを特徴とする請求項1に記載の無線センサシステム。
  3. 前記センサノードは、該センサノードが生成するデータを予測する予測手段を備え、
    前記データ生成手段で生成したデータが前記予測手段で予測したデータから所定の範囲を超える場合に、前記基地局から前記予測値を受信し、
    前記生成したデータが前記予測したデータの所定の範囲にある場合に、前記基地局からの前記予測値の受信を停止し、かつ、前記生成したデータの送信を停止する、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の無線センサシステム。
  4. センサノードから無線通信でデータを受信する基地局受信手段と、
    前記センサノードから受信したデータを記憶する記憶手段と、
    前記記憶手段に記憶したデータに基づいて、前記センサノードが次に生成するであろうデータの予測値を所定の方法で生成する予測データ生成手段と、
    前記予測データ生成手段で生成した予測値を前記センサノードに無線通信で送信する基地局送信手段と、
    前記予測値を前記センサノードに送信したのちに、該センサノードからデータを受信する前に所定の時間を経過した場合に、前記予測値を該センサノードから受信したデータとみなして前記記憶手段に記憶する手段と、
    を備える基地局。
  5. 前記予測データ生成手段は、前記予測値を生成する対象の前記センサノード以外のセンサノードから受信したデータを用いて、該対象のセンサノードが生成するデータの予測値を生成することを特徴とする請求項4に記載の基地局。
  6. 基地局から、順序付けられたデータを無線通信で受信するノード受信手段と、
    前記基地局に送信するデータを生成するデータ生成手段と、
    前記基地局から受信したデータと前記データ生成手段で生成したデータを比較する比較手段と、
    前記基地局から受信したデータが、その順序に対応する前記生成したデータの所定の範囲を超える場合に、前記生成したデータを前記基地局に無線通信で送信するノード送信手段と、
    を備え、
    前記基地局から受信したデータが、その順序に対応する前記生成したデータの所定の範囲にある場合に、その生成したデータの送信を停止する、
    ことを特徴とするセンサノード。
  7. 前記データ生成手段で生成するデータを予測する予測手段を備え、
    前記生成したデータが前記予測手段で予測したデーから所定の範囲を超える場合に、前記基地局から前記順序付けられたデータを受信し、
    前記生成したデータが前記予測したデータの所定の範囲にある場合に、前記基地局からの前記データの受信を停止し、かつ、前記生成したデータの送信を停止する、
    ことを特徴とする請求項6に記載のセンサノード。
  8. 基地局において、
    センサノードから無線通信でデータを受信する基地局受信ステップと、
    前記センサノードから受信したデータを記憶する記憶ステップと、
    前記記憶ステップで記憶したデータに基づいて、前記センサノードが次に生成するであろうデータの予測値を所定の方法で生成する予測データ生成ステップと、
    前記予測データ生成ステップで生成した予測値を前記センサノードに無線通信で送信する基地局送信ステップと、
    前記予測値を前記センサノードに送信したのちに、該センサノードからデータを受信する前に所定の時間を経過した場合に、前記予測値を該センサノードから受信したデータとみなして前記記憶ステップを実行させるステップと、
    を備える基地局通信制御方法と、
    センサノードにおいて、
    前記基地局から無線通信で前記予測値を受信するノード受信ステップと、
    前記基地局に送信するデータを生成するデータ生成ステップと、
    前記基地局から受信した予測値と前記データ生成ステップで生成したデータを比較する比較ステップと、
    前記基地局から受信した予測値が、その予測値に対応する前記生成したデータの所定の範囲を超える場合に、前記生成したデータを前記基地局に無線通信で送信するノード送信ステップと、
    を備えるノード通信制御方法と、
    を含んで構成され、
    前記センサノードにおいて、前記基地局から受信した予測値がその予測値に対応する前記生成したデータの所定の範囲にある場合に、その生成したデータの送信を停止する、
    ことを特徴とする通信制御方法。
  9. 前記予測データ生成ステップは、前記予測値を生成する対象の前記センサノード以外のセンサノードから受信したデータを用いて、該対象のセンサノードが生成するデータの予測値を生成することを特徴とする請求項8に記載の通信制御方法。
  10. 前記センサノードにおいて、該センサノードが生成するデータを予測する予測ステップを備え、
    前記データ生成ステップで生成したデータが前記予測ステップで予測したデータから所定の範囲を超える場合に、前記基地局から前記予測値を受信し、
    前記生成したデータが前記予測したデータの所定の範囲にある場合に、前記基地局からの前記予測値の受信を停止し、かつ、前記生成したデータの送信を停止する、
    ことを特徴とする請求項8または9に記載の通信制御方法。
  11. センサノードから無線通信でデータを受信する基地局受信ステップと、
    前記センサノードから受信したデータを記憶する記憶ステップと、
    前記記憶ステップで記憶したデータに基づいて、前記センサノードが次に生成するであろうデータの予測値を所定の方法で生成する予測データ生成ステップと、
    前記予測データ生成ステップで生成した予測値を前記センサノードに無線通信で送信する基地局送信ステップと、
    前記予測値を前記センサノードに送信したのちに、該センサノードからデータを受信する前に所定の時間を経過した場合に、前記予測値を該センサノードから受信したデータとみなして前記記憶ステップで記憶するステップと、
    を備える通信制御方法。
  12. 前記予測データ生成ステップは、前記予測値を生成する対象の前記センサノード以外のセンサノードから受信したデータを用いて、該対象のセンサノードが生成するデータの予測値を生成することを特徴とする請求項11に記載の通信制御方法。
  13. 基地局から、順序付けられたデータを無線通信で受信するノード受信ステップと、
    前記基地局に送信するデータを生成するデータ生成ステップと、
    前記基地局から受信したデータと前記データ生成ステップで生成したデータを比較する比較ステップと、
    前記基地局から受信したデータが、その順序に対応する前記生成したデータの所定の範囲を超える場合に、前記生成したデータを前記基地局に無線通信で送信するノード送信ステップと、
    を備え、
    前記基地局から受信したデータが、その順序に対応する前記生成したデータの所定の範囲にある場合に、前記ノード送信ステップの前記生成したデータの送信を停止する、
    ことを特徴とする通信制御方法。
  14. データ生成ステップで生成するデータを予測する予測ステップを備え、
    前記データ生成ステップで生成したデータが前記予測ステップで予測したデータから所定の範囲を超える場合に、前記基地局から前記予測値を受信し、
    前記生成したデータが前記予測したデータの所定の範囲にある場合に、前記基地局からの前記予測値の受信を停止し、かつ、前記生成したデータの送信を停止する、
    ことを特徴とする請求項13に記載の通信制御方法。
  15. コンピュータに、
    センサノードから無線通信でデータを受信する基地局受信ステップと、
    前記センサノードから受信したデータを記憶する記憶ステップと、
    前記記憶ステップで記憶したデータに基づいて、前記センサノードが次に生成するであろうデータの予測値を所定の方法で生成する予測データ生成ステップと、
    前記予測データ生成ステップで生成した予測値を前記センサノードに無線通信で送信する基地局送信ステップと、
    前記予測値を前記センサノードに送信したのちに、該センサノードからデータを受信する前に所定の時間を経過した場合に、前記予測値を該センサノードから受信したデータとみなして前記記憶ステップで記憶するステップと、
    を実行させるプログラム。
  16. コンピュータに、
    基地局から、順序付けられたデータを無線通信で受信するノード受信ステップと、
    前記基地局に送信するデータを生成するデータ生成ステップと、
    前記基地局から受信したデータと前記データ生成ステップで生成したデータを比較する比較ステップと、
    前記基地局から受信したデータが、その順序に対応する前記生成したデータの所定の範囲を超える場合に、前記生成したデータを前記基地局に無線通信で送信するノード送信ステップと、
    を実行させ、
    前記基地局から受信したデータが、その順序に対応する前記生成したデータの所定の範囲にある場合に、前記ノード送信ステップの前記生成したデータの送信を停止する、
    ことを特徴とするプログラム。
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