無線センサーネットワークシステム
【課題】 伝達遅延や特定の端末へのトラフィック負荷の集中を防ぐことができ、システム全体を効率よく運用することができる無線センサーネットワークシステムを提供する。
【解決手段】 センサー端末が、第１の送信出力で既存のノードを介して管理端末に加入要求を送信し、管理端末が、加入要求の受信経路上のノードのトラフィック負荷を算出し、ホップ数とトラフィック負荷が共に許容範囲内ならば、当該センサー端末の通信経路を当該受信経路とし、ホップ数と負荷の少なくとも一方が許容範囲外であれば、センサー端末に、第１よりも大きい第２の送信出力で、管理端末又はトラフィック負荷の小さい特定のノードに直接接続する指示を出力して通信経路を再構築し、センサー端末が、当該指示を受信した場合には、管理端末宛のデータ送信時に、第２の送信出力で管理端末又は特定のノードに送信する無線センサーネットワークシステムとしている。
【解決手段】 センサー端末が、第１の送信出力で既存のノードを介して管理端末に加入要求を送信し、管理端末が、加入要求の受信経路上のノードのトラフィック負荷を算出し、ホップ数とトラフィック負荷が共に許容範囲内ならば、当該センサー端末の通信経路を当該受信経路とし、ホップ数と負荷の少なくとも一方が許容範囲外であれば、センサー端末に、第１よりも大きい第２の送信出力で、管理端末又はトラフィック負荷の小さい特定のノードに直接接続する指示を出力して通信経路を再構築し、センサー端末が、当該指示を受信した場合には、管理端末宛のデータ送信時に、第２の送信出力で管理端末又は特定のノードに送信する無線センサーネットワークシステムとしている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線センサーネットワークシステムに係り、特にシステム全体のトラフィック量の増加を抑制して遅延時間を短縮し、特定の端末への負荷の集中を防いで効率的な運用を可能とする無線センサーネットワークシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
［先行技術の説明］
無線センサーネットワークシステムは、複数のセンサー端末を備え、工場やプラントにおける機器監視や、電力、ガス、水道の使用量メータのデータを無線通信によって収集するシステムとして用いられている。
無線センサーネットワークシステムでは、センサー端末から収集したデータを管理するために、有線ネットワークを介してサーバ等と接続されることが多い。有線ネットワークと接続する機能を備え、ネットワーク内のセンサー端末からのデータをまとめてサーバに送信するセンサー端末をゲートウェイ端末（以下、ＧＷ端末とする）と呼ぶ。
【０００３】
無線センサーネットワークシステムで用いられる無線端末（センサー端末）としては、特定小電力無線機が用いられることが多い。特定小電力無線機の最大無線送信出力は、１０ｍＷに制限されているが、上限を上げることが検討されている。
【０００４】
また、無線センサーネットワークシステムでは、１つのネットワークでセンサー端末の台数が数千〜数万台になる場合も想定され、センサー端末相互の干渉及び消費電力を抑えるため、無線送信出力や無線送信頻度を抑えるよう動作することが望ましい。
【０００５】
そこで、センサー端末では、無線通信品質の信頼性を確保するために、携帯電話機や無線データモジュールのようにダイナミックに送信電力を微調整する制御を行うのではなく、伝搬路の通信品質が劣悪の場合でも確実に通信できるようマージンを見込んだ無線送信出力で通信を行う。無線送信出力は、センサー端末の設置時に設定されるのが一般的である。
【０００６】
無線センサーネットワークシステムでは、センサー端末がアドホック的に近隣の端末を介してネットワークに参入し、順次ネットワークトポロジ（通信経路）を形成していく。そして、各ノード（センサー端末）がトラフィックを次のノードに順次転送（ホップ）することにより通信を行う。マルチホップ通信を行うことで、広いエリアをカバーすることが可能となる。
【０００７】
しかし、ＧＷ端末からのホップ数が多くなると伝送遅延が大きくなり、また、センサー端末の配置によっては、特定のセンサー端末にトラフィック負荷が集中して、当該端末を介したデータ伝達遅延が大きくなることがある。
【０００８】
［関連技術］
尚、無線センサーネットワークシステムに関する技術としては、特開２００９−２９６２６２号公報「無線通信装置」（株式会社日立国際電気、特許文献１）がある。
特許文献１には、端末が、通信範囲の広い狭帯域無線機と通信範囲の狭い広帯域無線機とを備え、通信を行う際に、宛先情報を狭帯域無線機から送信させ、一定時間以内に狭帯域無線機で宛先ノードから経路情報を受信し、当該経路情報が記憶している情報と一致した場合に、広帯域無線機を用いて当該経路情報を用いて宛先との通信を行うものであり、無線リソースの有効利用を図るものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−２９６２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の無線センサーネットワークシステムでは、センサー端末の配置によってはホップ数の増大による遅延や、特定の端末へのトラフィック負荷の集中が生じてしまうという問題点があった。
【００１１】
本発明は、上記実状に鑑みて為されたもので、伝達遅延や特定の端末へのトラフィック負荷の集中を防ぐことができ、システム全体を効率よく運用することができる無線センサーネットワークシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、センサーを備え無線通信を行う複数のセンサー端末と、複数のセンサー端末と通信する通信経路を構築し、通信経路に基づいて各センサー端末との無線通信を行う管理端末とを備え、センサー端末と管理端末とをノードとする無線センサーネットワークシステムであって、センサー端末が、ネットワークに参入する際に、第１の送信出力で、既存のノードを介して管理端末に加入要求を送信し、管理端末が、加入要求を受信すると、受信した経路上のノードのトラフィック負荷を算出し、ホップ数とトラフィック負荷が共に許容範囲内であれば、当該センサー端末の通信経路を受信した経路とし、ホップ数とトラフィック負荷の少なくとも一方が許容範囲外であれば、当該センサー端末に対して、第１の送信出力よりも大きい第２の送信出力で、管理端末又はトラフィック負荷の小さい特定のノードに直接接続するよう指示を出力して通信経路を再構築し、センサー端末が、指示を受信した場合には、管理端末宛にデータを送信する際に、第２の送信出力で管理端末又は特定のノードに送信することを特徴としている。
【００１３】
また、本発明は、複数のセンサー端末と共に無線センサーネットワークシステムのノードを構成し、各センサー端末と通信する通信経路を構築して、通信経路に基づいてセンサー端末との無線通信を行う管理端末であって、センサー端末から第１の送信出力で送信された、ネットワークへの加入要求を受信すると、受信した経路に基づいて要求元のセンサー端末のホップ数を算出すると共に、受信した経路上のノードのトラフィック負荷を算出し、ホップ数とトラフィック負荷が共に許容範囲内であれば、当該センサー端末の通信経路を受信した経路とし、ホップ数とトラフィック負荷の少なくとも一方が許容範囲外であれば、当該センサー端末に対して、第１の送信出力よりも大きい第２の送信出力で、管理端末又はトラフィック負荷の小さい特定のノードに直接接続するよう指示を出力して通信経路を再構築することを特徴としている。
【００１４】
また、本発明は、管理端末と共に無線センサーネットワークシステムのノードを構成し、管理端末からの指示に基づいて無線通信を行うセンサー端末であって、ネットワークに参入する際に、第１の送信出力で、既存のノードを介して管理端末に加入要求を送信し、管理端末から、第１の送信出力よりも大きい第２の送信出力で、管理端末又はトラフィック負荷の小さい特定のノードに直接接続する指示を受信した場合には、管理端末宛にデータを送信する際に、第２の送信出力で管理端末又は当該特定のノードに送信することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、センサーを備え無線通信を行う複数のセンサー端末と、複数のセンサー端末と通信する通信経路を構築し、通信経路に基づいて各センサー端末との無線通信を行う管理端末とを備え、センサー端末と管理端末とをノードとする無線センサーネットワークシステムであって、センサー端末が、ネットワークに参入する際に、第１の送信出力で、既存のノードを介して管理端末に加入要求を送信し、管理端末が、加入要求を受信すると、受信した経路上のノードのトラフィック負荷を算出し、ホップ数とトラフィック負荷が共に許容範囲内であれば、当該センサー端末の通信経路を受信した経路とし、ホップ数とトラフィック負荷の少なくとも一方が許容範囲外であれば、当該センサー端末に対して、第１の送信出力よりも大きい第２の送信出力で、管理端末又はトラフィック負荷の小さい特定のノードに直接接続するよう指示を出力して通信経路を再構築し、センサー端末が、指示を受信した場合には、管理端末宛にデータを送信する際に、第２の送信出力で管理端末又は特定のノードに送信する無線センサーネットワークシステムとしているので、ホップ数の増大によるデータ伝達遅延や、いずれかのノードへの負荷の集中を防ぎ、ネットワーク全体のトラフィック量の増加を抑制して、システムを効率的に運用することができる効果がある。
【００１６】
また、本発明によれば、複数のセンサー端末と共に無線センサーネットワークシステムのノードを構成し、各センサー端末と通信する通信経路を構築して、通信経路に基づいてセンサー端末との無線通信を行う管理端末であって、センサー端末から第１の送信出力で送信された、ネットワークへの加入要求を受信すると、受信した経路に基づいて要求元のセンサー端末のホップ数を算出すると共に、受信した経路上のノードのトラフィック負荷を算出し、ホップ数とトラフィック負荷が共に許容範囲内であれば、当該センサー端末の通信経路を受信した経路とし、ホップ数とトラフィック負荷の少なくとも一方が許容範囲外であれば、当該センサー端末に対して、第１の送信出力よりも大きい第２の送信出力で、管理端末又はトラフィック負荷の小さい特定のノードに直接接続するよう指示を出力して通信経路を再構築する管理端末としているので、センサー端末に対して適切な送信出力及び接続先を指示して、ホップ数の増大やノードへの負荷集中を防ぎ、ネットワーク全体のトラフィック量の増加を抑制して、システムを効率的に運用することができる効果がある。
【００１７】
また、本発明によれば、管理端末と共に無線センサーネットワークシステムのノードを構成し、管理端末からの指示に基づいて無線通信を行うセンサー端末であって、ネットワークに参入する際に、第１の送信出力で、既存のノードを介して管理端末に加入要求を送信し、管理端末から、第１の送信出力よりも大きい第２の送信出力で、管理端末又はトラフィック負荷の小さい特定のノードに直接接続する指示を受信した場合には、管理端末宛にデータを送信する際に、第２の送信出力で管理端末又は当該特定のノードに送信するセンサー端末としているので、管理端末の指示に基づいて適切な出力及び接続先で通信を行って、効率的に運用可能なシステムを構築できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る無線センサーネットワークシステムの概略構成例を示す模式説明図である。
【図２】本システムのセンサー端末の概略構成図である。
【図３】本システムのＧＷ端末の概略構成図である。
【図４】ＴＳＣＨ方式のリソース管理を示す模式説明図である。
【図５】本システムの第１の運用例を示す模式説明図である。
【図６】本システムの第２の運用例を示す模式説明図である。
【図７】本システムの第３の運用例を示す模式説明図である。
【図８】本システムの第４の運用例の下り方向の通信を示す模式説明図である。
【図９】本システムの第４の運用例の上り方向の通信を示す模式説明図である。
【図１０】ＧＷ端末のルーティングテーブルの例を示す説明図である。
【図１１】センサー端末のルーティングテーブルの例を示す説明図である。
【図１２】ＧＷ端末における新規センサー端末の参入時の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る無線センサーネットワークシステムは、センサー端末及びＧＷ端末（管理端末）が、アドホック通信を行う１０ｍＷ程度の低出力モードと、それより高出力で広範囲の通信を行う高出力モードとを備え、ネットワーク加入時には、低出力モードで近隣のセンサー端末を介してＧＷ端末にアクセスし、ＧＷ端末が、受信経路における当該センサー端末のホップ数と、受信経路上の各ノードのトラフィック負荷を算出して、ホップ数とトラフィック負荷が許容範囲内であれば当該新加入のセンサー端末の通信経路を当該受信経路で決定し、少なくとも一方が許容範囲外であれば、当該センサー端末に、高出力モードに切り替えて、ＧＷ端末に直接接続するよう指示して、通信経路の再構築を行うものであり、ホップ数の増大による遅延や負荷の集中を防ぐことができ、システムを効率的に運用することができるものである。
【００２０】
また、本発明の実施の形態に係るＧＷ端末は、センサー端末から、経路情報を付した加入要求を受信すると、当該センサー端末のホップ数と、経路上のノードのトラフィック負荷を算出して、それぞれしきい値と比較し、ホップ数及びトラフィック負荷が共に許容範囲内であれば、当該経路情報に基づいて当該センサー端末を接続し、ホップ数とトラフィック負荷の少なくとも一方が許容範囲外であれば、当該センサー端末を高出力モードに切り替え、ＧＷ端末と直接接続するよう経路を再構築して当該センサー端末に通知するものであり、ホップ数の増大による遅延や負荷の集中を防ぐことができ、システムを効率的に運用することができるものである。
【００２１】
また、本発明の実施の形態に係るセンサー端末は、低出力モードと高出力モードとを備え、ネットワーク加入時には、低出力モードで近隣のセンサー端末を介して加入要求をＧＷ端末に送信し、ＧＷ端末から高出力モードへの切り替えと接続先とが指定されると、高出力モードに切り替えて、高出力で当該接続先に接続して経路の再構築を行うものであり、ホップ数の増大による遅延や負荷の集中を防ぎ、システム全体を効率的に運用することができるものである。
【００２２】
［実施の形態に係る無線センサーネットワークシステムの概略構成：図１］
本発明の実施の形態に係る無線センサーネットワークシステムの概略構成例について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る無線センサーネットワークシステムの概略構成例を示す模式説明図である。
図１に示すように、本実施の形態に係る無線センサーネットワークシステムは、ゲートウェイ端末（ＧＷ端末）と、複数のセンサー端末とを備えている。
図中の数字は、各端末のノード番号を表しており、ノード１はＧＷ端末であり、ノード２〜１１はセンサー端末である。尚、ＧＷ端末は、請求項に記載した管理端末に相当する。
【００２３】
ＧＷ端末は、構築された経路情報に従って複数のセンサー端末と双方向無線通信を行うと共に、有線ネットワークに接続してサーバ等との通信を行う。
また、センサー端末は、無線通信のみを行う。
【００２４】
図１のネットワークトポロジでは、ＧＷ端末（ノード１）には、ノード２、ノード５、ノード８が接続している。
更に、ノード２には、ノード３，４が順次接続し、ノード５には、ノード６，７が順次接続し、ノード８にはノード９が接続している。そして更に、ノード９にはノード１０及び１１が接続している。
【００２５】
本システムでは、ＧＷ端末によって無線リソースの割り当てが行われるＴＳＣＨ（Time Slotted Channel Hopping）方式を用いているが、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式でも可能である。
また、本システムのネットワークトポロジーはツリー型としているが、メッシュ型にも適用可能である。
【００２６】
［センサー端末の構成：図２］
次に、センサー端末の構成について図２を用いて説明する。図２は、本システムのセンサー端末の概略構成図である。
図２に示すように、センサー端末は、センサー１と、制御部２と、無線部３とを備えた無線通信端末である。
［センサー１］
センサー１は、例えば電力メータ等の、センシングデータを取得するものであり、センシングしたデータ（例えば消費電力量の値）を制御部２に出力する。
【００２７】
［制御部２］
制御部２は、処理部及び記憶部を備えたマイコン等で構成され、センサー端末全体の制御を行うものであり、処理部として、アプリケーション管理部２１と、経路管理部２２と、無線通信アクセス制御部２３と、無線通信インタフェース部２４とを備えている。
制御部２では、各処理部が記憶部に記憶されたプログラムを起動して所定の処理を行う。
【００２８】
［制御部２の各部］
制御部２の各部について説明する。
［アプリケーション管理部２１］
アプリケーション管理部２１は、センサー１からのセンシングデータを受信して受信日時と共に蓄積する処理を行う。また、設定されているスケジュールに従って、ＧＷ端末へのデータ送信のタイミングになると、センシングデータを読み出して、パケット情報を生成する。
【００２９】
［経路管理部２２］
経路管理部２２は、ネットワーク（ＮＷ）層の機能であり、ルーティングテーブルを記憶している。ルーティングテーブルには、上り方向用として、宛先となるＧＷ端末のアドレスと、当該センサー端末からＧＷ端末への経路上にある次ノードのアドレスを記憶している。また、下り方向用として、当該センサー端末より下位のノードのアドレスと、経路上にある次ノードのアドレスを記憶している。
そして、経路管理部２２は、ＧＷ端末からの指示に基づいてルーティングテーブルを更新して、経路情報を変更する。経路の変更については後述する。
【００３０】
更に、本システムの特徴として、経路管理部２２は、ルーティングテーブルに、宛先毎に送信出力を規定する出力モードを記憶している。
出力モードとしては、送信電力が小さく（１０ｍＷ程度）アドホック通信に用いられる低出力モードと、送信電力が大きい（１Ｗ程度）高出力モードがあり、宛先毎にいずれかを記憶している。そして、データ送信時には、宛先に応じて記憶している出力モードを読み出して、設定する。
【００３１】
そして、本システムの特徴として、経路管理部２２は、送信モードに応じて無線部３における送信電力の切り替えを行う。つまり、低出力モードが設定されると無線部３を低出力に切り替え、高出力モードが設定されると高出力に切り替える。
低出力モードにおける送信出力は、請求項に記載した第１の送信出力に相当し、高出力モードにおける送信出力は、請求項に記載した第２の送信出力に相当している。
【００３２】
これにより、例えば、上り方向のＧＷ端末を宛先とする場合には高出力モードとし、下位ノードを宛先とする隣接ノードへの通信では低出力モードとすることが可能となる。
また、経路管理部２２は、ＧＷ端末からの指示に従って出力モードの切り替えを行う。尚、センサー端末の経路管理部２２は、デフォルトとして低出力モードを記憶している。
【００３３】
［無線通信アクセス制御部２３］
無線通信アクセス制御部２３は、ＭＡＣ（Media Access Control）層の機能であり、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式やＴＳＣＨ方式等のアクセス方式による無線通信制御を行う。そして、送信時には、経路管理部２２から指定された出力モードを無線通信インタフェース部２４に出力する。
【００３４】
［無線通信インタフェース部２４］
無線通信インタフェース部２４は、物理（ＰＨＹ）層の機能であり、無線フレームデータの生成及び分解を行う。
【００３５】
［無線部３］
無線部３は、変復調部３１と、周波数変換部３２と、アンテナ３３とを備えている。
［変復調部３１］
変復調部３１は、送信時には、無線通信インタフェース部２４からの無線フレームデータを変調処理を施したベースバンド信号に変換する。
また、受信時には、周波数変換部３２からのベースバンド信号を復調し、ビット判定を行い、受信データを出力する。
【００３６】
［周波数変換部３２］
周波数変換部３２は、送信時には、変調されたベースバンド信号を、無線周波数の信号へ変換し、アンテナ３３に出力する。
特に、本システムのセンサー端末では、無線部３は、送信時には低出力又は高出力のいずれかの出力で送信を行う。送信出力の切り替えは、制御部２の経路管理部２２によって行われる。
受信時には、アンテナ３３で受信された無線周波数帯の信号をベースバンド信号へ変換する。
【００３７】
アンテナ３３は、送信信号を増幅する増幅部を備え、無線周波数に変換された送信信号を、制御部から指示された送信出力となるよう増幅して空中に出力する。
また、空中から無線周波数信号を受信して、周波数変換部３２に出力する。
【００３８】
無線部３は、低出力に切り替えられると１０ｍＷ程度の出力で送信を行い、近隣のノードに送信し、高出力に切り替えられると、低出力よりも大きい出力、例えば１Ｗ程度の出力で送信を行う。高出力モードが設定されている場合には通信範囲が広くなり、地理的に離れているＧＷ端末や他の上位ノードと直接通信が可能となる。
【００３９】
［ＧＷ端末の構成：図３］
次に、ＧＷ端末の構成について図３を用いて説明する。図３は、本システムのＧＷ端末の概略構成図である。
図３に示すように、ＧＷ端末は、制御部４と、無線通信処理部５と、無線部６と、有線通信処理部７とを備えている。ＧＷ端末は、基本的には図２に示したセンサー端末の構成に有線通信処理部７を付加した構成であるが、制御部４の構成及び動作がセンサー端末とは異なっている。
また、ＧＷ端末も、センサー端末と同様に送信出力を高出力又は低出力のいずれかに切り替えて通信を行うものである。
【００４０】
そして、無線通信処理部５は、無線通信アクセス制御部５１と、無線通信インタフェース部５２とを備え、有線通信処理部７は、有線通信アクセス制御部７１と、有線通信インタフェース部７２とを備えている。
【００４１】
各部について説明する。
［制御部４］
制御部４は、アプリケーション管理部４１と、経路管理部４２と、トラフィック負荷算出部４３と、データ伝達遅延算出部４４とを備えている。
［アプリケーション管理部４１］
制御部４のアプリケーション管理部４１は、各センサー端末から収集した情報を有線通信用にデータ変換したり、有線通信を介して受信したサーバからの制御情報等を無線通信用に変換する。
【００４２】
［経路管理部４２］
経路管理部４２は、ネットワーク全体の経路情報を構築するものであり、経路の再構築やセンサー端末に対する出力モードの切り替えの指示を行う。そして、経路管理部４２は、ＧＷ端末に接続される全てのセンサー端末の経路情報として、ルーティングテーブルを備えている。ＧＷ端末のルーティングテーブルについては、後述する。
【００４３】
更に、本システムの特徴として、経路管理部４２は、ＧＷ端末と直接接続しているセンサー端末について出力モード（高出力モード／低出力モード）を記憶しており、各センサー端末への送信時には、各センサー端末に対応した出力モードに合わせて、送信出力を切り替えるよう無線部３に指示を出力する。
つまり、経路管理部４２は、低出力モードが設定されている端末に送信する場合は低出力で送信し、高出力モードが設定されている端末に送信する場合には高出力で送信するよう制御する。
【００４４】
そして、経路管理部４２は、ネットワークトポロジの変更をセンサー端末に指示するための制御パケットを生成する。具体的には、制御パケットは各センサー端末のルーティングテーブルを更新するための情報を含み、出力モードの切り替えや、接続先の変更を指示するものである。
また、経路管理部４２は、有線通信の通信先となるサーバ等のアドレスを記憶している。
【００４５】
そして、新規端末の加入時に、後述するトラフィック負荷算出部４３及びデータ伝達遅延算出部４４からの算出結果に基づいて、必要な場合には経路の再構築を行って自己のルーティングテーブルを更新し、該当するセンサー端末に制御パケットを送信する。経路管理部４２の動作については後述する。
【００４６】
［トラフィック負荷算出部４３］
トラフィック負荷算出部４３は、新規端末のネットワーク参入時に、ルーティングテーブルを参照して、経路上のセンサー端末のトラフィック負荷を計算する。トラフィック負荷は、各センサー端末に割り当てられているスロット数に基づいて計算され、当該センサー端末に直接又は間接的に接続されている下位のセンサー端末の数に応じて負荷が大きくなる。そして、算出されたトラフィック負荷が予め記憶されているトラフィック負荷のしきい値を超えているか否かを判断し、その結果を経路管理部４２に通知する。
【００４７】
これにより、本システムのＧＷ端末の経路管理部４２では新規センサー端末がネットワークに加入する際に、当該端末の追加によってトラフィック負荷が集中してしまうセンサー端末があるかどうかを判断し、トラフィック負荷が集中する端末がある場合、負荷が集中しないように下位ノードのいずれかを高出力モードに切り替えて、負荷が集中しているノードを経由しないよう接続先を選択して、経路の再構築を行うものである。
【００４８】
［データ伝達遅延算出部４４］
また、データ伝達遅延算出部４４は、新規端末のネットワーク参入時に、ルーティングテーブルを参照して、当該新規センサー端末のホップ数を求め、データ伝達遅延量を算出し、予め記憶されているしきい値と比較して、データ伝達遅延量が許容範囲内であるか否かを判断し、結果を経路管理部４２に通知する。
【００４９】
これにより、本システムのＧＷ端末の経路管理部４２では、新規端末のデータ伝達遅延量が許容範囲外となった場合には、新規センサー端末の出力モードを高出力モードに切り替えて、ＧＷ端末と直接通信を行うよう、経路の再構築を行うものである。
【００５０】
尚、データ伝達遅延算出部４４では、データ伝達遅延量を算出せずに当該センサー端末からＧＷ端末までのホップ数のみで判断してもよい。この場合にはホップ数のしきい値が記憶されており、当該センサー端末からのホップ数をしきい値と比較して、しきい値以内であれば許容範囲内とし、しきい値を超えた場合には許容範囲外とする。
【００５１】
［無線通信処理部５］
［無線通信アクセス制御部５１］
無線通信アクセス制御部５１は、ＭＡＣ層の機能であり、センサー端末における無線通信アクセス制御部と同様に、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式やＴＳＣＨ方式の無線アクセス方式の制御を行う。
【００５２】
［無線通信インタフェース部：５２］
無線通信インタフェース部５２は、ＰＨＹ層の機能であり、無線フレームデータの生成及び分解を行う。
【００５３】
［無線部６］
無線部６は、変復調部６１と、周波数変換部６２と、アンテナ６３とを備え、無線信号の送受信を行う。無線部６の各部の構成及び動作は、センサー端末の無線部３の各部と同様であり、アンテナ６３は、送信信号を増幅する増幅部を備え、経路管理部４２によって設定された送信モードに対応する送信出力で送信信号を送信する。
また、ＧＷ端末の送信出力は、センサー端末と同様であり、低出力時には１０ｍＷ程度、高出力時には例えば１Ｗ程度とする。
【００５４】
［有線通信処理部７］
有線通信処理部７は、有線通信アクセス制御部７１と、有線通信インタフェース部７２とを備えている。
［有線通信アクセス制御部７１］
有線通信アクセス制御部７１は、有線ネットワークのアクセス方式に基づいて通信制御を行う。
［有線通信インタフェース部７２］
有線通信インタフェース部７２は、有線ネットワークのフレームデータを通信ケーブルを介して有線ネットワーク上のサーバ等に送信し、また、サーバからの制御情報等のフレームデータを受信する。
【００５５】
［ＴＳＣＨ方式のリソース管理：図４］
次に、本システムで用いられているＴＳＣＨ方式のリソース管理について図４を用いて説明する。図４は、ＴＳＣＨ方式のリソース管理を示す模式説明図である。
ここでは、使用可能な無線チャネル数を７としており、ＧＷ端末の無線通信アクセス制御部５１が、各ノードに使用可能なタイムスロットを割り当てる。
【００５６】
具体的には、ＧＷ端末は、タイムスロット毎に、送信先ノード（Ｄ）と、送信元ノード（Ｓ）と、無線チャネル番号とを指定して割り当て（予約）を行い、多重通信を行うよう制御する。
このように、送信可能なタイムスロット及び受信可能なタイムスロットが予め決められるために、センサー端末では、自ノードに割り当てられたスロットのみを送受信する。
そして、自ノードに割り当てられていないスロットは送受信しない、若しくは当該タイムスロット時間はスリープすることができ、干渉の発生を防ぎ、消費電力の低減を図ることができるものである。
【００５７】
ＣＳＭＡ／ＣＡ方式でも本システムを実現することは可能であるが、ＴＳＣＨ方式のような帯域予約制のほうが、遅延時間やトラフィック負荷を抑えることができ、システムを効率的に運用可能となる。
【００５８】
［本システムの第１の運用例：図５］
次に、本システムの第１の運用例について図５を用いて説明する。図５は、本システムの第１の運用例を示す模式説明図である。
第１の運用例は、ホップ数の増大によりデータ伝達遅延が発生してしまう場合の経路再構築である。
【００５９】
図５では、図１に示したネットワークに新たにセンサー端末が追加される場合の例を示している。
ここではホップ数の上限を３としており、ＧＷ端末の制御部４のデータ伝達遅延算出部４４にホップ数のしきい値として３が設定されている。
【００６０】
図５に示すように、まず、ＧＷ端末（ノード１）と、複数のセンサー端末（ノード２〜１１）から成るネットワークが構築されている状態で、新たにノードＡがノード７に接続してＧＷ端末宛に加入要求を送信する。この場合にはデフォルトである低出力モードで送信を行う。この時点でノードＡのルーティングテーブルには、宛先をＧＷ端末とする場合の次ノードとしてノード７が記憶される。
【００６１】
そして、ノード７で受信されたノードＡからの加入要求は、既に構築されている経路に基づいて、ノード７，６，５を介してＧＷ端末に受信される。
ＧＷ端末では、制御部４が、受信したデータからノードＡの経路情報（ノードＡ→ノード７→ノード６→ＧＷ端末）を取得して、経路管理部４２のルーティングテーブルを参照して、ノードＡのホップ数を求める。
【００６２】
具体的には、ＧＷ端末のデータ伝達遅延算出部４４は、ルーティングテーブルから、ノードＡの親ノードとなっているノード７のホップ数を読み取り、それに１を加算してノードＡのホップ数とする。そして、図５の場合、伝達遅延算出部４４が、ノードＡのホップ数は４であり、上限値の３を超えていると判断する。
【００６３】
そこで、ＧＷ端末の経路管理部４２は、ノードＡに対して、出力モードを高出力モードに切り替え、ＧＷ端末と直接通信を行う許可を与える経路再構築を行う。
具体的には、経路管理部４２が、ノードＡに対して、出力モードを低出力モードから高出力モードに切り替え、通信先をＧＷ端末とする指示を含む制御パケットを生成して、加入要求を受信したマルチホップ経路の逆経路でノードＡに送信する。この場合、ＧＷ端末は制御パケットを低出力で送信する。
当該制御情報は、ノード５，６，７を介してノードＡに受信される。
【００６４】
ノードＡでは、受信したＧＷ端末からの制御情報に基づいて、ルーティングテーブルを更新する。具体的には、上り通信について、宛先がＧＷ端末の場合の次ノードをＧＷ端末として、他のノードを介さずにＧＷ端末と直接通信を行うように設定する。これにより、ノードＡとノード７との接続は切断される。それと共に、ノードＡでは、上り通信に対応する出力モードを高出力モードに設定する。
【００６５】
これにより、ノードＡは、ノード７との接続を切断し、高出力無線通信によってＧＷ端末と直接通信を行うことが可能となる。
その結果、図５に示すように、ノードＡのホップ数は１となり、遅延時間が増大するのを防ぐことができるものである。
そして、ノードＡはＧＷ宛に制御パケットに対する応答を送信する。
【００６６】
また、ＧＷ端末の経路管理部４２は、ノードＡから制御情報に対する応答を受信すると、ルーティングテーブルのノードＡに対応する経路情報として、ノードＡの親ノードをノード７からＧＷ端末に書き換えて更新する。
また、経路管理部４２は、ノードＡとの通信時には高出力モードで通信する旨記憶する。そして、ノードＡに送信する際には高出力で送信を行う。
【００６７】
このように、本システムの第１の運用例では、新規参入するセンサー端末のホップ数が上限値を超えてデータ伝達遅延時間が大きくなると予想される場合に、ＧＷ端末が、新規参入するセンサー端末を高出力モードに切り替えて、ＧＷ端末と直接通信を行わせるよう経路を再構築するものであり、データ伝達遅延時間の増大を防ぐことができるものである。
【００６８】
［本システムの第２の運用例：図６］
次に、本システムの第２の運用例について図６を用いて説明する。図６は、本システムの第２の運用例を示す模式説明図である。
第２の運用例は、ホップ数の上限は超えていないものの、トラフィック負荷の増大が発生する場合の経路再構築を示している。
第２の運用例では、ホップ数の上限値を１０としており、ＧＷ端末の制御部４のデータ伝達遅延算出部４４にホップ数のしきい値として１０が設定されている。
【００６９】
図６に示すように、まず、ノードＡがノード７に接続して新規追加されると、ＧＷ端末の伝達遅延算出部４４はノードＡのホップ数をしきい値と比較してホップ数が上限を超えていないと判断し、経路管理部３２は、そのままのマルチホップ経路（ＧＷ端末→ノード５→ノード６→ノード７→ノードＡ）をルーティングテーブルに登録する。
【００７０】
その後、ノードＡの子ノードとしてノードＡ１及びＡ３が接続され、更に孫ノードとしてノードＡ２，Ａ４，Ａ５が接続される。孫ノードでもホップ数は６であり、ホップ数の上限は超えていない。
【００７１】
一方、ＧＷ端末のトラフィック負荷算出部４３は、新規端末が追加される度に、当該新規センサー端末からＧＷ端末への経路上にあるノードのトラフィック負荷を計算する。
尚、経路上の全てのノードについてトラフィック負荷を計算しなくてもよいが、この場合には、ＧＷ端末からノードＡ〜Ａ５への経路上で最も負荷が大きくなるのは、多くの下位ノードが接続されている最上位ノードのノード５であり、少なくともノード５についてはトラフィック負荷の算出を行う。
【００７２】
そして、トラフィック負荷算出部４３が、ノード５のトラフィック負荷がしきい値を超えたことを検出すると、経路管理部４２は、ノード５のトラフィック負荷を軽減するために、ノードＡを高出力モードに切り替え、ＧＷ端末と直接通信を行うようルーティングテーブルを更新し、第１の運用例と同様にノードＡに制御パケットを送信する。
【００７３】
ノードＡでは、自己のルーティングテーブルを書き換えて、ＧＷ端末とは高出力モードで直接通信を行う。
これにより、ノードＡとノード７との接続は切断され、ノード５の下位ノードの数は２となってノード５にかかるトラフィック負荷は大幅に低減されるものである。
また、ノードＡは、下位のＡ１，Ａ３との通信については今まで通り低出力モードで通信を行う。
【００７４】
このように、第２の運用例では、新規センサー端末の加入によって、より上位にあるノードのトラフィック負荷の増大が予想される場合に、ＧＷ端末が、経路上の適当な位置にあるセンサー端末を高出力モードに切り替えて、ＧＷ端末と直接通信を行わせるよう経路を再構築するものであり、特定のノードへのトラフィック負荷の集中を防ぐことができるものである。
【００７５】
また、第２の運用例では、高出力モードを許可されたセンサー端末が、ＧＷ端末との通信のみを高出力モードに切り替え、下位のノードとの通信には従来通り低出力モードを用いることにより、電力の浪費を防ぐと共に干渉の発生を防ぐことができるものである。
【００７６】
［接続先の選択］
また、ノードＡを高出力に切り替えた場合に、接続先をＧＷ端末に限定せず、別の負荷の小さいノードを接続先として選択し、当該ノードにノードＡとＧＷ端末との通信を中継させるルートを構築してもよい。
図６の場合、例えばノードＡの接続先をノード２とすると、ＧＷ端末は、ノードＡに対して上り方向の宛先をＧＷ端末とし、それに対応する次ノードをノード２とし、更に高出力モードで送信するよう指示する。
また、ＧＷ端末は、ノード２に対して、下り方向のノードＡ及びその下位ノードを宛先とする場合の次ノードをノードＡとし、高出力モードで通信するよう指示する。
【００７７】
ノードＡ及びノード２は、制御パケットに基づいて自己のルーティングテーブルを書き換え、ノードＡとノード２とが高出力モードの通信で接続されることになる。尚、ノード２とＧＷ端末とは引き続き低出力モードで通信を行う。
【００７８】
また、ＧＷ端末が、負荷の小さい複数のノードを中継ノードの候補として選択し、実際に高出力モードを用いて、ノードＡとの間で候補ノードを介した既知データの通信を行ってみて、最も通信品質のよかった経路に決定する、というようにしてもよい。
【００７９】
［経路の確定］
更に、本システムでは、経路の再構築を行った場合には、新しいルートに基づいて、ＧＷ端末から既知のデータを送信し、宛先のセンサー端末から当該データを正常に受信した旨の応答を受信した場合に、新しいルートを確定してルーティングテーブルを更新するようにしている。新しい経路での送受信が正常にできない場合には、再度、経路の再構築を行う。
これにより、ルーティングテーブルには、確実に通信できる経路が記憶されることなり、通信の信頼性を確保することができるものである。
【００８０】
［本システムの第３の運用例：図７］
次に、本システムの第３の運用例について図７を用いて説明する。図７は、本システムの第３の運用例を示す模式説明図である。
第３の運用例では、高出力に切り替えたいノードが、高出力対応の機種ではなかった場合の経路再構築を示す。
第３の運用例では、ホップ数の上限値を１０としており、ＧＷ端末の制御部４のデータ伝達遅延算出部４４にホップ数のしきい値として１０が設定されている。
【００８１】
まず、ノードＢがノード７に接続されて新たにネットワークに加入する。
その後、ノードＡ、ノードＡ１がノードＢの配下に順次追加される。
ＧＷ端末のトラフィック負荷算出部４３が、ノード５にかかるトラフィック負荷を算出し、ノード５のトラフィック負荷がしきい値を超えたことを検出すると、経路管理部４２は、第２の運用例と同様に、現在のトポロジから効率的に負荷を分散するために、ノードＢを高出力モードに切り替えて直接通信を行うことを試みる。
【００８２】
ＧＷ端末の経路管理部４２は、まず、ノードＢに対して、高出力対応の機種であるかどうかの問い合わせを行う。
そして、ノードＢから「高出力対応ではない」旨の応答を受信すると、経路管理部４２は、ルーティングテーブルを参照して、ノードＢの下位に接続されているノードＡに対して、高出力対応の機種であるかどうかの問い合わせを行う。
【００８３】
ノードＡから「高出力対応である」旨の応答を受信すると、ＧＷ端末の経路管理部４２は、ノードＡに対して、高出力モードに切り替えてＧＷ端末と直接通信を行うと共に、ノードＢをノードＡの配下とするよう制御パケットを送信する。
また、ＧＷ端末の経路管理部４２は、ノードＢに対して、ノードＡの配下となるよう制御パケットを送信する。
【００８４】
ＧＷ端末では、問い合わせによって判明した各センサー端末の高出力対応／非対応の情報をルーティングテーブルに記憶しておく。これにより、後の経路再構築時に何度も問い合わせずに済み、経路の再構築を効率的に行うことが可能となる。
尚、高出力対応／非対応の情報は、予め外部から設定されるものであってもよいし、センサー端末がネットワーク加入時に自らＧＷ端末に通知してもよい。
【００８５】
そして、ノードＡ及びノードＢは自己のルーティングテーブルを書き換え、経路を再構築する。
ノードＢでは、上り方向のＧＷ端末宛に対応する次ノードはノードＡとして更新し、ノード７との接続は切断される。これにより、ノードＢはノードＡの子ノードとなり、それまでと親子関係が逆転する。
ノードＡは、ＧＷ端末とは高出力モードで直接通信し、下位のノードＢ、ノードＡ１とは低出力モードで通信を行う。
【００８６】
このように、第３の運用例では、ＧＷ端末が、トポロジ変更に伴い任意のセンサー端末を高出力モードに切り替える場合に、当該端末宛に高出力対応か否かを問い合わせ、高出力対応ではなかった場合に、当該高出力非対応端末の下位のノードを高出力モードに切り替えてＧＷ端末と直接通信を行い、高出力非対応の端末を、高出力対応端末の下位ノードとするよう経路を再構築して、トラフィック負荷の増大を防ぐと共に経路構築の自由度を増大させることができるものである。
【００８７】
尚、ここでは、ノードＢの直下のノードＡが高出力対応の端末であった場合について説明したが、ノードＡも非対応であった場合には、更に下位のノード（ここではＡ１）について高出力対応か否かを問い合わせ、高出力対応であったノードを親として経路を再構築することも可能である。
【００８８】
［本システムの第４の運用例：図８，９］
次に、本システムの第４の運用例について図８、図９を用いて説明する。図８は、本システムの第４の運用例の下り方向の通信を示す模式説明図であり、図９は、本システムの第４の運用例の上り方向の通信を示す模式説明図である。
上述した第１〜第３の運用例は、双方向通信の経路を示しており、上りと下りで同一の経路を用いている。しかしながら、高出力での無線通信の機会が増えると、同一ネットワークの他の端末への干渉や、隣接するネットワークへの干渉の恐れが生ずる。
【００８９】
そこで、第４の運用例では、高出力での通信の回数をできるだけ少なくするため、遅延時間の制約に応じて、下り方向と上り方向とで異なるルートを構築するようにしている。
図８，９は、図７に示したものと同じセンサー端末でのネットワーク構成を示しており、ノードＢは高出力モードに対応していないセンサー端末であり、ノードＡは高出力モードに対応したセンサー端末である。
【００９０】
一般に、ＧＷ端末からセンサー端末宛の下り方向の通信では、制御情報等が伝送され、遅延の制約は厳しくない。そのため、ホップ数が増大してもあまり影響はないと考えられる。
そこで、図８に示すように、高出力非対応の端末であるノードＢを含む経路を、下り通信時には、低出力モードで、ＧＷ端末→ノード５→ノード７→ノードＢ→ノードＡ→ノードＡ１とする。
このように、ある程度の遅延が許容される下り通信では、高出力通信を用いず、低出力のマルチホップ通信でデータを伝送する。
【００９１】
一方、上り通信では、センサー端末でセンシングしたデータを伝達するため、遅延の制約が厳しい場合が多い。
そのため、図９に示すように、上り方向の通信では、ノードＡを高出力モードに切り替え、ノードＢをノードＡの配下とする経路の再構築を行う。
これにより、ノードＢ、ノードＡ、ノードＡ１は１ホップ又は２ホップでＧＷ端末に接続でき、遅延時間を少なくすることができるものである。
【００９２】
［ＧＷ端末のルーティングテーブル例：図１０］
次に、ＧＷ端末の経路管理部４２に記憶されているルーティングテーブルの例について図１０を用いて説明する。図１０は、ＧＷ端末のルーティングテーブルの例を示す説明図である。
図１０に示すように、ＧＷ端末のルーティングテーブルは、当該ＧＷ端末の配下にある全てのセンサー端末についての経路を管理するものであり、ノードＩＤに対応して、親ノード、子ノードの数、高出力対応の可否、出力モード、ホップ数をマトリクス状に記憶しているものである。
【００９３】
図１０のルーティングテーブルは、図７のネットワークトポロジに対応したテーブルを示している。
ノードＩＤは、ネットワークに加入しているセンサ端末の識別情報である。
親ノードは、当該ノードに直接接続する上位ノードである。
子ノードの数は、当該ノードに直接又は間接に接続する下位ノードの数である。
【００９４】
高出力対応の可否は、当該ノードのセンサー端末が、高出力での通信が可能であるか否かを示す情報であり、センサー端末がネットワーク加入時に加入要求に付して送信して、その情報をＧＷ端末で取得するようにしてもよいし、第３の運用例に記載したように、ＧＷ端末が各センサー端末に問い合わせてもよい。
また、ホップ数は、ＧＷ端末から当該ノードまでのホップ数である。
【００９５】
図１０の例では、例えば、ノードＡは、高出力モードに切り替わってＧＷ端末（ノード１）と直接通信を行っているので、「親ノード」はＧＷ端末、子ノードとしてノードＡ１とノードＢが接続されているので、「子ノードの数」は２、また「高出力対応の可否」は可（図では「○」と記載）、「ホップ数」は１が記憶されている。
【００９６】
また、ノードＢについては、「親ノード」はノードＡ、「子ノードの数」は０、また「高出力対応の可否」は不可（図では「×」と記載）、「ホップ数」は２が記憶されている。
【００９７】
［センサー端末のルーティングテーブル：図１１］
次に、センサー端末のルーティングテーブルの例について図１１を用いて説明する。図１１は、センサー端末のルーティングテーブルの例を示す説明図である。
図１１の例は、図６に示したネットワークトポロジにおけるノードＡのルーティングテーブルである。
【００９８】
図１１に示すように、センサー端末のルーティングテーブルには、宛先と、それに対応する次ノード及び出力モードが記憶されている。
図６のネットワークトポロジにおけるノードＡのルーティングテーブルの場合、上り方向について、ＧＷ端末（ノード１）を宛先として、それに対応する次ノードとしてＧＷ端末が記憶され、出力モードは高出力が記憶されている。
つまり、ノードＡは、高出力モードでＧＷ端末に直接接続して通信を行うことが記憶されている。
【００９９】
また、下り方向については、ノードＡの下位ノードである宛先Ａ１〜Ａ５に対応して、それぞれ次ノードが記憶され、出力モードとして低出力が記憶されている。
このルーティングテーブルでは、ノードＡ１とノードＡ３はノードＡに直接接続され、ノード２はノードＡ１を経由する経路上にあり、また、ノードＡ４，５はノードＡ３を経由する経路上にあり、ノードＡは下り方向については全て低出力モードで通信を行うことが記憶されているものである。
【０１００】
［ＧＷ端末の処理：図１２］
次に、ＧＷ端末の制御部における新規端末参入時の処理について図１２を用いて説明する。図１２は、ＧＷ端末における新規センサー端末の参入時の処理を示すフローチャートである。
図１２に示すように、ＧＷ端末の制御部（以下、単に「ＧＷ端末」とする）は、新規センサー端末からネットワークへの加入要求を受信して、新規端末が参入すると（１００）、受信した加入要求に付された経路情報と記憶しているルーティングテーブルに基づいて、当該新規センサー端末のホップ数を求め、ホップ数が設定されている上限値以内であるかどうかを判断する（１０２）。
【０１０１】
ホップ数が上限以内であれば（Yesの場合）、ＧＷ端末は、新規センサー端末の経路上にあるノードのトラフィック負荷を算出し、トラフィック負荷がしきい値以内であるかどうかを判断し（１０４）、しきい値以内であれば（Yesの場合）、当該マルチホップの経路を確定し、ルーティングテーブルに記憶する（１０６）。
【０１０２】
また、処理１０２で、新規参入端末のホップ数が上限を超えていた場合（Noの場合）と、処理１０４でトラフィック負荷がしきい値を超えていた場合（Noの場合）には、ＧＷ端末は、運用例に示したような経路の再構築を行う（１０８）。
【０１０３】
そして、ＧＷ端末は、新経路を構築すると、当該新経路を用いて既知データを新経路上のセンサー端末宛に送信する（１１０）。
そして、送信先のセンサー端末から当該データを正常に受信した旨示す応答を受信すると、当該新経路を確定してルーティングテーブルを更新する（１１４）。
このようにして、本システムのＧＷ端末における処理が行われる。
【０１０４】
［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る無線センサーネットワークシステムは、ＧＷ端末と、ＧＷ端末に直接又は間接的に接続する複数のセンサー端末とを備え、センサー端末が、送信出力が小さい低出力モードと、それより送信出力が大きい高出力モードとを備え、ネットワーク加入時には、低出力モードで近隣のセンサー端末に接続して、既存のマルチホップ経路を用いてＧＷ端末にアクセスし、ＧＷ端末が、当該マルチホップ経路における当該新規加入端末のホップ数と、当該経路上のノードのトラフィック負荷を算出して、ホップ数とトラフィック負荷が共に予め設定された上限以内であれば、当該端末の経路を当該マルチホップ経路で確定し、ホップ数とトラフィック負荷の少なくとも一方が上限を超えている場合には、当該センサー端末に対して、高出力モードに切り替えて、ＧＷ端末と直接通信を行うよう指示を出力して経路の再構築を行うシステムとしており、ホップ数の増大によるデータ伝達遅延や特定のノードへの負荷の集中を抑えることができ、ネットワーク全体のトラフィック量の増加を抑制して、システムを効率的に運用することができる効果がある。
【０１０５】
また、本システムによれば、ＧＷ端末が、高出力モードに切り替えた端末の接続先を、ＧＷ端末に限らずトラフィック負荷の小さい端末に指定することも可能であり、システム全体をより効率的に運用できる効果がある。
【０１０６】
また、本システムによれば、ＧＷ端末が、経路の再構築の際に、高出力モードに切り替えたいノードが高出力モードに対応していないセンサー端末の場合には、当該ノードの下位ノードで高出力モードに対応しているセンサー端末を高出力モードに切り替えてＧＷ端末と直接通信を行うよう、経路を再構築するシステムとしているので、経路構築の自由度を増大させ、ホップ数の増大によるデータ伝達遅延や特定のノードへの負荷の集中を抑え、システムを効率的に運用することができる効果がある。
【０１０７】
また、本システムによれば、ＧＷ端末からセンサー端末への下り方向の通信については、マルチホップの経路を用いて通信を行い、上り方向の通信については、ホップ数が少なくなるよう、一部のセンサー端末を高出力モードに切り替えた経路を用いて通信を行うようにしているので、なるべく高出力通信を行わなくて済むよう、許容される遅延時間に応じて上りと下りとでホップ数を変えた経路として、消費電力の増大及び干渉の発生を最低限に抑えることができる効果がある。
【０１０８】
また、本システムによれば、センサー端末が、宛先毎に出力モードを記憶しているので、ＧＷ端末と高出力モードで通信を行う場合でも、下位のノードとは低出力モードでアドホック通信を行うことができ、無駄に消費電力を増大させず、干渉の発生を最低限に抑えることができる効果がある。
【０１０９】
また、上述した例では、出力モードが高出力モードと低出力モードの２段階である場合について説明したが、センサー端末の位置がわかる場合には、指定された接続先からの距離に応じた送信出力を設定するようにしてもよいし、また、少しずつ送信出力を上げていって、接続先との正常な送受信が可能な送信出力を設定するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明は、特にシステム全体のトラフィック量の増加を抑制して遅延時間を短縮し、特定の端末への負荷の集中を防いで効率的な運用を可能とする無線センサーネットワークシステムに適している。
【符号の説明】
【０１１１】
１...センサー、 ２，４...制御部、 ３，６...無線部、 ５...無線通信処理部、 ７...有線通信処理部、 ２１，４１...アプリケーション管理部、 ２２，４２...経路管理部、 ２３，５１...無線通信アクセス制御部、 ２４，５２...無線通信インタフェース部、 ７１...有線通信アクセス制御部、 ７２...有線通信インタフェース部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線センサーネットワークシステムに係り、特にシステム全体のトラフィック量の増加を抑制して遅延時間を短縮し、特定の端末への負荷の集中を防いで効率的な運用を可能とする無線センサーネットワークシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
［先行技術の説明］
無線センサーネットワークシステムは、複数のセンサー端末を備え、工場やプラントにおける機器監視や、電力、ガス、水道の使用量メータのデータを無線通信によって収集するシステムとして用いられている。
無線センサーネットワークシステムでは、センサー端末から収集したデータを管理するために、有線ネットワークを介してサーバ等と接続されることが多い。有線ネットワークと接続する機能を備え、ネットワーク内のセンサー端末からのデータをまとめてサーバに送信するセンサー端末をゲートウェイ端末（以下、ＧＷ端末とする）と呼ぶ。
【０００３】
無線センサーネットワークシステムで用いられる無線端末（センサー端末）としては、特定小電力無線機が用いられることが多い。特定小電力無線機の最大無線送信出力は、１０ｍＷに制限されているが、上限を上げることが検討されている。
【０００４】
また、無線センサーネットワークシステムでは、１つのネットワークでセンサー端末の台数が数千〜数万台になる場合も想定され、センサー端末相互の干渉及び消費電力を抑えるため、無線送信出力や無線送信頻度を抑えるよう動作することが望ましい。
【０００５】
そこで、センサー端末では、無線通信品質の信頼性を確保するために、携帯電話機や無線データモジュールのようにダイナミックに送信電力を微調整する制御を行うのではなく、伝搬路の通信品質が劣悪の場合でも確実に通信できるようマージンを見込んだ無線送信出力で通信を行う。無線送信出力は、センサー端末の設置時に設定されるのが一般的である。
【０００６】
無線センサーネットワークシステムでは、センサー端末がアドホック的に近隣の端末を介してネットワークに参入し、順次ネットワークトポロジ（通信経路）を形成していく。そして、各ノード（センサー端末）がトラフィックを次のノードに順次転送（ホップ）することにより通信を行う。マルチホップ通信を行うことで、広いエリアをカバーすることが可能となる。
【０００７】
しかし、ＧＷ端末からのホップ数が多くなると伝送遅延が大きくなり、また、センサー端末の配置によっては、特定のセンサー端末にトラフィック負荷が集中して、当該端末を介したデータ伝達遅延が大きくなることがある。
【０００８】
［関連技術］
尚、無線センサーネットワークシステムに関する技術としては、特開２００９−２９６２６２号公報「無線通信装置」（株式会社日立国際電気、特許文献１）がある。
特許文献１には、端末が、通信範囲の広い狭帯域無線機と通信範囲の狭い広帯域無線機とを備え、通信を行う際に、宛先情報を狭帯域無線機から送信させ、一定時間以内に狭帯域無線機で宛先ノードから経路情報を受信し、当該経路情報が記憶している情報と一致した場合に、広帯域無線機を用いて当該経路情報を用いて宛先との通信を行うものであり、無線リソースの有効利用を図るものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−２９６２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の無線センサーネットワークシステムでは、センサー端末の配置によってはホップ数の増大による遅延や、特定の端末へのトラフィック負荷の集中が生じてしまうという問題点があった。
【００１１】
本発明は、上記実状に鑑みて為されたもので、伝達遅延や特定の端末へのトラフィック負荷の集中を防ぐことができ、システム全体を効率よく運用することができる無線センサーネットワークシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、センサーを備え無線通信を行う複数のセンサー端末と、複数のセンサー端末と通信する通信経路を構築し、通信経路に基づいて各センサー端末との無線通信を行う管理端末とを備え、センサー端末と管理端末とをノードとする無線センサーネットワークシステムであって、センサー端末が、ネットワークに参入する際に、第１の送信出力で、既存のノードを介して管理端末に加入要求を送信し、管理端末が、加入要求を受信すると、受信した経路上のノードのトラフィック負荷を算出し、ホップ数とトラフィック負荷が共に許容範囲内であれば、当該センサー端末の通信経路を受信した経路とし、ホップ数とトラフィック負荷の少なくとも一方が許容範囲外であれば、当該センサー端末に対して、第１の送信出力よりも大きい第２の送信出力で、管理端末又はトラフィック負荷の小さい特定のノードに直接接続するよう指示を出力して通信経路を再構築し、センサー端末が、指示を受信した場合には、管理端末宛にデータを送信する際に、第２の送信出力で管理端末又は特定のノードに送信することを特徴としている。
【００１３】
また、本発明は、複数のセンサー端末と共に無線センサーネットワークシステムのノードを構成し、各センサー端末と通信する通信経路を構築して、通信経路に基づいてセンサー端末との無線通信を行う管理端末であって、センサー端末から第１の送信出力で送信された、ネットワークへの加入要求を受信すると、受信した経路に基づいて要求元のセンサー端末のホップ数を算出すると共に、受信した経路上のノードのトラフィック負荷を算出し、ホップ数とトラフィック負荷が共に許容範囲内であれば、当該センサー端末の通信経路を受信した経路とし、ホップ数とトラフィック負荷の少なくとも一方が許容範囲外であれば、当該センサー端末に対して、第１の送信出力よりも大きい第２の送信出力で、管理端末又はトラフィック負荷の小さい特定のノードに直接接続するよう指示を出力して通信経路を再構築することを特徴としている。
【００１４】
また、本発明は、管理端末と共に無線センサーネットワークシステムのノードを構成し、管理端末からの指示に基づいて無線通信を行うセンサー端末であって、ネットワークに参入する際に、第１の送信出力で、既存のノードを介して管理端末に加入要求を送信し、管理端末から、第１の送信出力よりも大きい第２の送信出力で、管理端末又はトラフィック負荷の小さい特定のノードに直接接続する指示を受信した場合には、管理端末宛にデータを送信する際に、第２の送信出力で管理端末又は当該特定のノードに送信することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、センサーを備え無線通信を行う複数のセンサー端末と、複数のセンサー端末と通信する通信経路を構築し、通信経路に基づいて各センサー端末との無線通信を行う管理端末とを備え、センサー端末と管理端末とをノードとする無線センサーネットワークシステムであって、センサー端末が、ネットワークに参入する際に、第１の送信出力で、既存のノードを介して管理端末に加入要求を送信し、管理端末が、加入要求を受信すると、受信した経路上のノードのトラフィック負荷を算出し、ホップ数とトラフィック負荷が共に許容範囲内であれば、当該センサー端末の通信経路を受信した経路とし、ホップ数とトラフィック負荷の少なくとも一方が許容範囲外であれば、当該センサー端末に対して、第１の送信出力よりも大きい第２の送信出力で、管理端末又はトラフィック負荷の小さい特定のノードに直接接続するよう指示を出力して通信経路を再構築し、センサー端末が、指示を受信した場合には、管理端末宛にデータを送信する際に、第２の送信出力で管理端末又は特定のノードに送信する無線センサーネットワークシステムとしているので、ホップ数の増大によるデータ伝達遅延や、いずれかのノードへの負荷の集中を防ぎ、ネットワーク全体のトラフィック量の増加を抑制して、システムを効率的に運用することができる効果がある。
【００１６】
また、本発明によれば、複数のセンサー端末と共に無線センサーネットワークシステムのノードを構成し、各センサー端末と通信する通信経路を構築して、通信経路に基づいてセンサー端末との無線通信を行う管理端末であって、センサー端末から第１の送信出力で送信された、ネットワークへの加入要求を受信すると、受信した経路に基づいて要求元のセンサー端末のホップ数を算出すると共に、受信した経路上のノードのトラフィック負荷を算出し、ホップ数とトラフィック負荷が共に許容範囲内であれば、当該センサー端末の通信経路を受信した経路とし、ホップ数とトラフィック負荷の少なくとも一方が許容範囲外であれば、当該センサー端末に対して、第１の送信出力よりも大きい第２の送信出力で、管理端末又はトラフィック負荷の小さい特定のノードに直接接続するよう指示を出力して通信経路を再構築する管理端末としているので、センサー端末に対して適切な送信出力及び接続先を指示して、ホップ数の増大やノードへの負荷集中を防ぎ、ネットワーク全体のトラフィック量の増加を抑制して、システムを効率的に運用することができる効果がある。
【００１７】
また、本発明によれば、管理端末と共に無線センサーネットワークシステムのノードを構成し、管理端末からの指示に基づいて無線通信を行うセンサー端末であって、ネットワークに参入する際に、第１の送信出力で、既存のノードを介して管理端末に加入要求を送信し、管理端末から、第１の送信出力よりも大きい第２の送信出力で、管理端末又はトラフィック負荷の小さい特定のノードに直接接続する指示を受信した場合には、管理端末宛にデータを送信する際に、第２の送信出力で管理端末又は当該特定のノードに送信するセンサー端末としているので、管理端末の指示に基づいて適切な出力及び接続先で通信を行って、効率的に運用可能なシステムを構築できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る無線センサーネットワークシステムの概略構成例を示す模式説明図である。
【図２】本システムのセンサー端末の概略構成図である。
【図３】本システムのＧＷ端末の概略構成図である。
【図４】ＴＳＣＨ方式のリソース管理を示す模式説明図である。
【図５】本システムの第１の運用例を示す模式説明図である。
【図６】本システムの第２の運用例を示す模式説明図である。
【図７】本システムの第３の運用例を示す模式説明図である。
【図８】本システムの第４の運用例の下り方向の通信を示す模式説明図である。
【図９】本システムの第４の運用例の上り方向の通信を示す模式説明図である。
【図１０】ＧＷ端末のルーティングテーブルの例を示す説明図である。
【図１１】センサー端末のルーティングテーブルの例を示す説明図である。
【図１２】ＧＷ端末における新規センサー端末の参入時の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る無線センサーネットワークシステムは、センサー端末及びＧＷ端末（管理端末）が、アドホック通信を行う１０ｍＷ程度の低出力モードと、それより高出力で広範囲の通信を行う高出力モードとを備え、ネットワーク加入時には、低出力モードで近隣のセンサー端末を介してＧＷ端末にアクセスし、ＧＷ端末が、受信経路における当該センサー端末のホップ数と、受信経路上の各ノードのトラフィック負荷を算出して、ホップ数とトラフィック負荷が許容範囲内であれば当該新加入のセンサー端末の通信経路を当該受信経路で決定し、少なくとも一方が許容範囲外であれば、当該センサー端末に、高出力モードに切り替えて、ＧＷ端末に直接接続するよう指示して、通信経路の再構築を行うものであり、ホップ数の増大による遅延や負荷の集中を防ぐことができ、システムを効率的に運用することができるものである。
【００２０】
また、本発明の実施の形態に係るＧＷ端末は、センサー端末から、経路情報を付した加入要求を受信すると、当該センサー端末のホップ数と、経路上のノードのトラフィック負荷を算出して、それぞれしきい値と比較し、ホップ数及びトラフィック負荷が共に許容範囲内であれば、当該経路情報に基づいて当該センサー端末を接続し、ホップ数とトラフィック負荷の少なくとも一方が許容範囲外であれば、当該センサー端末を高出力モードに切り替え、ＧＷ端末と直接接続するよう経路を再構築して当該センサー端末に通知するものであり、ホップ数の増大による遅延や負荷の集中を防ぐことができ、システムを効率的に運用することができるものである。
【００２１】
また、本発明の実施の形態に係るセンサー端末は、低出力モードと高出力モードとを備え、ネットワーク加入時には、低出力モードで近隣のセンサー端末を介して加入要求をＧＷ端末に送信し、ＧＷ端末から高出力モードへの切り替えと接続先とが指定されると、高出力モードに切り替えて、高出力で当該接続先に接続して経路の再構築を行うものであり、ホップ数の増大による遅延や負荷の集中を防ぎ、システム全体を効率的に運用することができるものである。
【００２２】
［実施の形態に係る無線センサーネットワークシステムの概略構成：図１］
本発明の実施の形態に係る無線センサーネットワークシステムの概略構成例について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る無線センサーネットワークシステムの概略構成例を示す模式説明図である。
図１に示すように、本実施の形態に係る無線センサーネットワークシステムは、ゲートウェイ端末（ＧＷ端末）と、複数のセンサー端末とを備えている。
図中の数字は、各端末のノード番号を表しており、ノード１はＧＷ端末であり、ノード２〜１１はセンサー端末である。尚、ＧＷ端末は、請求項に記載した管理端末に相当する。
【００２３】
ＧＷ端末は、構築された経路情報に従って複数のセンサー端末と双方向無線通信を行うと共に、有線ネットワークに接続してサーバ等との通信を行う。
また、センサー端末は、無線通信のみを行う。
【００２４】
図１のネットワークトポロジでは、ＧＷ端末（ノード１）には、ノード２、ノード５、ノード８が接続している。
更に、ノード２には、ノード３，４が順次接続し、ノード５には、ノード６，７が順次接続し、ノード８にはノード９が接続している。そして更に、ノード９にはノード１０及び１１が接続している。
【００２５】
本システムでは、ＧＷ端末によって無線リソースの割り当てが行われるＴＳＣＨ（Time Slotted Channel Hopping）方式を用いているが、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式でも可能である。
また、本システムのネットワークトポロジーはツリー型としているが、メッシュ型にも適用可能である。
【００２６】
［センサー端末の構成：図２］
次に、センサー端末の構成について図２を用いて説明する。図２は、本システムのセンサー端末の概略構成図である。
図２に示すように、センサー端末は、センサー１と、制御部２と、無線部３とを備えた無線通信端末である。
［センサー１］
センサー１は、例えば電力メータ等の、センシングデータを取得するものであり、センシングしたデータ（例えば消費電力量の値）を制御部２に出力する。
【００２７】
［制御部２］
制御部２は、処理部及び記憶部を備えたマイコン等で構成され、センサー端末全体の制御を行うものであり、処理部として、アプリケーション管理部２１と、経路管理部２２と、無線通信アクセス制御部２３と、無線通信インタフェース部２４とを備えている。
制御部２では、各処理部が記憶部に記憶されたプログラムを起動して所定の処理を行う。
【００２８】
［制御部２の各部］
制御部２の各部について説明する。
［アプリケーション管理部２１］
アプリケーション管理部２１は、センサー１からのセンシングデータを受信して受信日時と共に蓄積する処理を行う。また、設定されているスケジュールに従って、ＧＷ端末へのデータ送信のタイミングになると、センシングデータを読み出して、パケット情報を生成する。
【００２９】
［経路管理部２２］
経路管理部２２は、ネットワーク（ＮＷ）層の機能であり、ルーティングテーブルを記憶している。ルーティングテーブルには、上り方向用として、宛先となるＧＷ端末のアドレスと、当該センサー端末からＧＷ端末への経路上にある次ノードのアドレスを記憶している。また、下り方向用として、当該センサー端末より下位のノードのアドレスと、経路上にある次ノードのアドレスを記憶している。
そして、経路管理部２２は、ＧＷ端末からの指示に基づいてルーティングテーブルを更新して、経路情報を変更する。経路の変更については後述する。
【００３０】
更に、本システムの特徴として、経路管理部２２は、ルーティングテーブルに、宛先毎に送信出力を規定する出力モードを記憶している。
出力モードとしては、送信電力が小さく（１０ｍＷ程度）アドホック通信に用いられる低出力モードと、送信電力が大きい（１Ｗ程度）高出力モードがあり、宛先毎にいずれかを記憶している。そして、データ送信時には、宛先に応じて記憶している出力モードを読み出して、設定する。
【００３１】
そして、本システムの特徴として、経路管理部２２は、送信モードに応じて無線部３における送信電力の切り替えを行う。つまり、低出力モードが設定されると無線部３を低出力に切り替え、高出力モードが設定されると高出力に切り替える。
低出力モードにおける送信出力は、請求項に記載した第１の送信出力に相当し、高出力モードにおける送信出力は、請求項に記載した第２の送信出力に相当している。
【００３２】
これにより、例えば、上り方向のＧＷ端末を宛先とする場合には高出力モードとし、下位ノードを宛先とする隣接ノードへの通信では低出力モードとすることが可能となる。
また、経路管理部２２は、ＧＷ端末からの指示に従って出力モードの切り替えを行う。尚、センサー端末の経路管理部２２は、デフォルトとして低出力モードを記憶している。
【００３３】
［無線通信アクセス制御部２３］
無線通信アクセス制御部２３は、ＭＡＣ（Media Access Control）層の機能であり、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式やＴＳＣＨ方式等のアクセス方式による無線通信制御を行う。そして、送信時には、経路管理部２２から指定された出力モードを無線通信インタフェース部２４に出力する。
【００３４】
［無線通信インタフェース部２４］
無線通信インタフェース部２４は、物理（ＰＨＹ）層の機能であり、無線フレームデータの生成及び分解を行う。
【００３５】
［無線部３］
無線部３は、変復調部３１と、周波数変換部３２と、アンテナ３３とを備えている。
［変復調部３１］
変復調部３１は、送信時には、無線通信インタフェース部２４からの無線フレームデータを変調処理を施したベースバンド信号に変換する。
また、受信時には、周波数変換部３２からのベースバンド信号を復調し、ビット判定を行い、受信データを出力する。
【００３６】
［周波数変換部３２］
周波数変換部３２は、送信時には、変調されたベースバンド信号を、無線周波数の信号へ変換し、アンテナ３３に出力する。
特に、本システムのセンサー端末では、無線部３は、送信時には低出力又は高出力のいずれかの出力で送信を行う。送信出力の切り替えは、制御部２の経路管理部２２によって行われる。
受信時には、アンテナ３３で受信された無線周波数帯の信号をベースバンド信号へ変換する。
【００３７】
アンテナ３３は、送信信号を増幅する増幅部を備え、無線周波数に変換された送信信号を、制御部から指示された送信出力となるよう増幅して空中に出力する。
また、空中から無線周波数信号を受信して、周波数変換部３２に出力する。
【００３８】
無線部３は、低出力に切り替えられると１０ｍＷ程度の出力で送信を行い、近隣のノードに送信し、高出力に切り替えられると、低出力よりも大きい出力、例えば１Ｗ程度の出力で送信を行う。高出力モードが設定されている場合には通信範囲が広くなり、地理的に離れているＧＷ端末や他の上位ノードと直接通信が可能となる。
【００３９】
［ＧＷ端末の構成：図３］
次に、ＧＷ端末の構成について図３を用いて説明する。図３は、本システムのＧＷ端末の概略構成図である。
図３に示すように、ＧＷ端末は、制御部４と、無線通信処理部５と、無線部６と、有線通信処理部７とを備えている。ＧＷ端末は、基本的には図２に示したセンサー端末の構成に有線通信処理部７を付加した構成であるが、制御部４の構成及び動作がセンサー端末とは異なっている。
また、ＧＷ端末も、センサー端末と同様に送信出力を高出力又は低出力のいずれかに切り替えて通信を行うものである。
【００４０】
そして、無線通信処理部５は、無線通信アクセス制御部５１と、無線通信インタフェース部５２とを備え、有線通信処理部７は、有線通信アクセス制御部７１と、有線通信インタフェース部７２とを備えている。
【００４１】
各部について説明する。
［制御部４］
制御部４は、アプリケーション管理部４１と、経路管理部４２と、トラフィック負荷算出部４３と、データ伝達遅延算出部４４とを備えている。
［アプリケーション管理部４１］
制御部４のアプリケーション管理部４１は、各センサー端末から収集した情報を有線通信用にデータ変換したり、有線通信を介して受信したサーバからの制御情報等を無線通信用に変換する。
【００４２】
［経路管理部４２］
経路管理部４２は、ネットワーク全体の経路情報を構築するものであり、経路の再構築やセンサー端末に対する出力モードの切り替えの指示を行う。そして、経路管理部４２は、ＧＷ端末に接続される全てのセンサー端末の経路情報として、ルーティングテーブルを備えている。ＧＷ端末のルーティングテーブルについては、後述する。
【００４３】
更に、本システムの特徴として、経路管理部４２は、ＧＷ端末と直接接続しているセンサー端末について出力モード（高出力モード／低出力モード）を記憶しており、各センサー端末への送信時には、各センサー端末に対応した出力モードに合わせて、送信出力を切り替えるよう無線部３に指示を出力する。
つまり、経路管理部４２は、低出力モードが設定されている端末に送信する場合は低出力で送信し、高出力モードが設定されている端末に送信する場合には高出力で送信するよう制御する。
【００４４】
そして、経路管理部４２は、ネットワークトポロジの変更をセンサー端末に指示するための制御パケットを生成する。具体的には、制御パケットは各センサー端末のルーティングテーブルを更新するための情報を含み、出力モードの切り替えや、接続先の変更を指示するものである。
また、経路管理部４２は、有線通信の通信先となるサーバ等のアドレスを記憶している。
【００４５】
そして、新規端末の加入時に、後述するトラフィック負荷算出部４３及びデータ伝達遅延算出部４４からの算出結果に基づいて、必要な場合には経路の再構築を行って自己のルーティングテーブルを更新し、該当するセンサー端末に制御パケットを送信する。経路管理部４２の動作については後述する。
【００４６】
［トラフィック負荷算出部４３］
トラフィック負荷算出部４３は、新規端末のネットワーク参入時に、ルーティングテーブルを参照して、経路上のセンサー端末のトラフィック負荷を計算する。トラフィック負荷は、各センサー端末に割り当てられているスロット数に基づいて計算され、当該センサー端末に直接又は間接的に接続されている下位のセンサー端末の数に応じて負荷が大きくなる。そして、算出されたトラフィック負荷が予め記憶されているトラフィック負荷のしきい値を超えているか否かを判断し、その結果を経路管理部４２に通知する。
【００４７】
これにより、本システムのＧＷ端末の経路管理部４２では新規センサー端末がネットワークに加入する際に、当該端末の追加によってトラフィック負荷が集中してしまうセンサー端末があるかどうかを判断し、トラフィック負荷が集中する端末がある場合、負荷が集中しないように下位ノードのいずれかを高出力モードに切り替えて、負荷が集中しているノードを経由しないよう接続先を選択して、経路の再構築を行うものである。
【００４８】
［データ伝達遅延算出部４４］
また、データ伝達遅延算出部４４は、新規端末のネットワーク参入時に、ルーティングテーブルを参照して、当該新規センサー端末のホップ数を求め、データ伝達遅延量を算出し、予め記憶されているしきい値と比較して、データ伝達遅延量が許容範囲内であるか否かを判断し、結果を経路管理部４２に通知する。
【００４９】
これにより、本システムのＧＷ端末の経路管理部４２では、新規端末のデータ伝達遅延量が許容範囲外となった場合には、新規センサー端末の出力モードを高出力モードに切り替えて、ＧＷ端末と直接通信を行うよう、経路の再構築を行うものである。
【００５０】
尚、データ伝達遅延算出部４４では、データ伝達遅延量を算出せずに当該センサー端末からＧＷ端末までのホップ数のみで判断してもよい。この場合にはホップ数のしきい値が記憶されており、当該センサー端末からのホップ数をしきい値と比較して、しきい値以内であれば許容範囲内とし、しきい値を超えた場合には許容範囲外とする。
【００５１】
［無線通信処理部５］
［無線通信アクセス制御部５１］
無線通信アクセス制御部５１は、ＭＡＣ層の機能であり、センサー端末における無線通信アクセス制御部と同様に、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式やＴＳＣＨ方式の無線アクセス方式の制御を行う。
【００５２】
［無線通信インタフェース部：５２］
無線通信インタフェース部５２は、ＰＨＹ層の機能であり、無線フレームデータの生成及び分解を行う。
【００５３】
［無線部６］
無線部６は、変復調部６１と、周波数変換部６２と、アンテナ６３とを備え、無線信号の送受信を行う。無線部６の各部の構成及び動作は、センサー端末の無線部３の各部と同様であり、アンテナ６３は、送信信号を増幅する増幅部を備え、経路管理部４２によって設定された送信モードに対応する送信出力で送信信号を送信する。
また、ＧＷ端末の送信出力は、センサー端末と同様であり、低出力時には１０ｍＷ程度、高出力時には例えば１Ｗ程度とする。
【００５４】
［有線通信処理部７］
有線通信処理部７は、有線通信アクセス制御部７１と、有線通信インタフェース部７２とを備えている。
［有線通信アクセス制御部７１］
有線通信アクセス制御部７１は、有線ネットワークのアクセス方式に基づいて通信制御を行う。
［有線通信インタフェース部７２］
有線通信インタフェース部７２は、有線ネットワークのフレームデータを通信ケーブルを介して有線ネットワーク上のサーバ等に送信し、また、サーバからの制御情報等のフレームデータを受信する。
【００５５】
［ＴＳＣＨ方式のリソース管理：図４］
次に、本システムで用いられているＴＳＣＨ方式のリソース管理について図４を用いて説明する。図４は、ＴＳＣＨ方式のリソース管理を示す模式説明図である。
ここでは、使用可能な無線チャネル数を７としており、ＧＷ端末の無線通信アクセス制御部５１が、各ノードに使用可能なタイムスロットを割り当てる。
【００５６】
具体的には、ＧＷ端末は、タイムスロット毎に、送信先ノード（Ｄ）と、送信元ノード（Ｓ）と、無線チャネル番号とを指定して割り当て（予約）を行い、多重通信を行うよう制御する。
このように、送信可能なタイムスロット及び受信可能なタイムスロットが予め決められるために、センサー端末では、自ノードに割り当てられたスロットのみを送受信する。
そして、自ノードに割り当てられていないスロットは送受信しない、若しくは当該タイムスロット時間はスリープすることができ、干渉の発生を防ぎ、消費電力の低減を図ることができるものである。
【００５７】
ＣＳＭＡ／ＣＡ方式でも本システムを実現することは可能であるが、ＴＳＣＨ方式のような帯域予約制のほうが、遅延時間やトラフィック負荷を抑えることができ、システムを効率的に運用可能となる。
【００５８】
［本システムの第１の運用例：図５］
次に、本システムの第１の運用例について図５を用いて説明する。図５は、本システムの第１の運用例を示す模式説明図である。
第１の運用例は、ホップ数の増大によりデータ伝達遅延が発生してしまう場合の経路再構築である。
【００５９】
図５では、図１に示したネットワークに新たにセンサー端末が追加される場合の例を示している。
ここではホップ数の上限を３としており、ＧＷ端末の制御部４のデータ伝達遅延算出部４４にホップ数のしきい値として３が設定されている。
【００６０】
図５に示すように、まず、ＧＷ端末（ノード１）と、複数のセンサー端末（ノード２〜１１）から成るネットワークが構築されている状態で、新たにノードＡがノード７に接続してＧＷ端末宛に加入要求を送信する。この場合にはデフォルトである低出力モードで送信を行う。この時点でノードＡのルーティングテーブルには、宛先をＧＷ端末とする場合の次ノードとしてノード７が記憶される。
【００６１】
そして、ノード７で受信されたノードＡからの加入要求は、既に構築されている経路に基づいて、ノード７，６，５を介してＧＷ端末に受信される。
ＧＷ端末では、制御部４が、受信したデータからノードＡの経路情報（ノードＡ→ノード７→ノード６→ＧＷ端末）を取得して、経路管理部４２のルーティングテーブルを参照して、ノードＡのホップ数を求める。
【００６２】
具体的には、ＧＷ端末のデータ伝達遅延算出部４４は、ルーティングテーブルから、ノードＡの親ノードとなっているノード７のホップ数を読み取り、それに１を加算してノードＡのホップ数とする。そして、図５の場合、伝達遅延算出部４４が、ノードＡのホップ数は４であり、上限値の３を超えていると判断する。
【００６３】
そこで、ＧＷ端末の経路管理部４２は、ノードＡに対して、出力モードを高出力モードに切り替え、ＧＷ端末と直接通信を行う許可を与える経路再構築を行う。
具体的には、経路管理部４２が、ノードＡに対して、出力モードを低出力モードから高出力モードに切り替え、通信先をＧＷ端末とする指示を含む制御パケットを生成して、加入要求を受信したマルチホップ経路の逆経路でノードＡに送信する。この場合、ＧＷ端末は制御パケットを低出力で送信する。
当該制御情報は、ノード５，６，７を介してノードＡに受信される。
【００６４】
ノードＡでは、受信したＧＷ端末からの制御情報に基づいて、ルーティングテーブルを更新する。具体的には、上り通信について、宛先がＧＷ端末の場合の次ノードをＧＷ端末として、他のノードを介さずにＧＷ端末と直接通信を行うように設定する。これにより、ノードＡとノード７との接続は切断される。それと共に、ノードＡでは、上り通信に対応する出力モードを高出力モードに設定する。
【００６５】
これにより、ノードＡは、ノード７との接続を切断し、高出力無線通信によってＧＷ端末と直接通信を行うことが可能となる。
その結果、図５に示すように、ノードＡのホップ数は１となり、遅延時間が増大するのを防ぐことができるものである。
そして、ノードＡはＧＷ宛に制御パケットに対する応答を送信する。
【００６６】
また、ＧＷ端末の経路管理部４２は、ノードＡから制御情報に対する応答を受信すると、ルーティングテーブルのノードＡに対応する経路情報として、ノードＡの親ノードをノード７からＧＷ端末に書き換えて更新する。
また、経路管理部４２は、ノードＡとの通信時には高出力モードで通信する旨記憶する。そして、ノードＡに送信する際には高出力で送信を行う。
【００６７】
このように、本システムの第１の運用例では、新規参入するセンサー端末のホップ数が上限値を超えてデータ伝達遅延時間が大きくなると予想される場合に、ＧＷ端末が、新規参入するセンサー端末を高出力モードに切り替えて、ＧＷ端末と直接通信を行わせるよう経路を再構築するものであり、データ伝達遅延時間の増大を防ぐことができるものである。
【００６８】
［本システムの第２の運用例：図６］
次に、本システムの第２の運用例について図６を用いて説明する。図６は、本システムの第２の運用例を示す模式説明図である。
第２の運用例は、ホップ数の上限は超えていないものの、トラフィック負荷の増大が発生する場合の経路再構築を示している。
第２の運用例では、ホップ数の上限値を１０としており、ＧＷ端末の制御部４のデータ伝達遅延算出部４４にホップ数のしきい値として１０が設定されている。
【００６９】
図６に示すように、まず、ノードＡがノード７に接続して新規追加されると、ＧＷ端末の伝達遅延算出部４４はノードＡのホップ数をしきい値と比較してホップ数が上限を超えていないと判断し、経路管理部３２は、そのままのマルチホップ経路（ＧＷ端末→ノード５→ノード６→ノード７→ノードＡ）をルーティングテーブルに登録する。
【００７０】
その後、ノードＡの子ノードとしてノードＡ１及びＡ３が接続され、更に孫ノードとしてノードＡ２，Ａ４，Ａ５が接続される。孫ノードでもホップ数は６であり、ホップ数の上限は超えていない。
【００７１】
一方、ＧＷ端末のトラフィック負荷算出部４３は、新規端末が追加される度に、当該新規センサー端末からＧＷ端末への経路上にあるノードのトラフィック負荷を計算する。
尚、経路上の全てのノードについてトラフィック負荷を計算しなくてもよいが、この場合には、ＧＷ端末からノードＡ〜Ａ５への経路上で最も負荷が大きくなるのは、多くの下位ノードが接続されている最上位ノードのノード５であり、少なくともノード５についてはトラフィック負荷の算出を行う。
【００７２】
そして、トラフィック負荷算出部４３が、ノード５のトラフィック負荷がしきい値を超えたことを検出すると、経路管理部４２は、ノード５のトラフィック負荷を軽減するために、ノードＡを高出力モードに切り替え、ＧＷ端末と直接通信を行うようルーティングテーブルを更新し、第１の運用例と同様にノードＡに制御パケットを送信する。
【００７３】
ノードＡでは、自己のルーティングテーブルを書き換えて、ＧＷ端末とは高出力モードで直接通信を行う。
これにより、ノードＡとノード７との接続は切断され、ノード５の下位ノードの数は２となってノード５にかかるトラフィック負荷は大幅に低減されるものである。
また、ノードＡは、下位のＡ１，Ａ３との通信については今まで通り低出力モードで通信を行う。
【００７４】
このように、第２の運用例では、新規センサー端末の加入によって、より上位にあるノードのトラフィック負荷の増大が予想される場合に、ＧＷ端末が、経路上の適当な位置にあるセンサー端末を高出力モードに切り替えて、ＧＷ端末と直接通信を行わせるよう経路を再構築するものであり、特定のノードへのトラフィック負荷の集中を防ぐことができるものである。
【００７５】
また、第２の運用例では、高出力モードを許可されたセンサー端末が、ＧＷ端末との通信のみを高出力モードに切り替え、下位のノードとの通信には従来通り低出力モードを用いることにより、電力の浪費を防ぐと共に干渉の発生を防ぐことができるものである。
【００７６】
［接続先の選択］
また、ノードＡを高出力に切り替えた場合に、接続先をＧＷ端末に限定せず、別の負荷の小さいノードを接続先として選択し、当該ノードにノードＡとＧＷ端末との通信を中継させるルートを構築してもよい。
図６の場合、例えばノードＡの接続先をノード２とすると、ＧＷ端末は、ノードＡに対して上り方向の宛先をＧＷ端末とし、それに対応する次ノードをノード２とし、更に高出力モードで送信するよう指示する。
また、ＧＷ端末は、ノード２に対して、下り方向のノードＡ及びその下位ノードを宛先とする場合の次ノードをノードＡとし、高出力モードで通信するよう指示する。
【００７７】
ノードＡ及びノード２は、制御パケットに基づいて自己のルーティングテーブルを書き換え、ノードＡとノード２とが高出力モードの通信で接続されることになる。尚、ノード２とＧＷ端末とは引き続き低出力モードで通信を行う。
【００７８】
また、ＧＷ端末が、負荷の小さい複数のノードを中継ノードの候補として選択し、実際に高出力モードを用いて、ノードＡとの間で候補ノードを介した既知データの通信を行ってみて、最も通信品質のよかった経路に決定する、というようにしてもよい。
【００７９】
［経路の確定］
更に、本システムでは、経路の再構築を行った場合には、新しいルートに基づいて、ＧＷ端末から既知のデータを送信し、宛先のセンサー端末から当該データを正常に受信した旨の応答を受信した場合に、新しいルートを確定してルーティングテーブルを更新するようにしている。新しい経路での送受信が正常にできない場合には、再度、経路の再構築を行う。
これにより、ルーティングテーブルには、確実に通信できる経路が記憶されることなり、通信の信頼性を確保することができるものである。
【００８０】
［本システムの第３の運用例：図７］
次に、本システムの第３の運用例について図７を用いて説明する。図７は、本システムの第３の運用例を示す模式説明図である。
第３の運用例では、高出力に切り替えたいノードが、高出力対応の機種ではなかった場合の経路再構築を示す。
第３の運用例では、ホップ数の上限値を１０としており、ＧＷ端末の制御部４のデータ伝達遅延算出部４４にホップ数のしきい値として１０が設定されている。
【００８１】
まず、ノードＢがノード７に接続されて新たにネットワークに加入する。
その後、ノードＡ、ノードＡ１がノードＢの配下に順次追加される。
ＧＷ端末のトラフィック負荷算出部４３が、ノード５にかかるトラフィック負荷を算出し、ノード５のトラフィック負荷がしきい値を超えたことを検出すると、経路管理部４２は、第２の運用例と同様に、現在のトポロジから効率的に負荷を分散するために、ノードＢを高出力モードに切り替えて直接通信を行うことを試みる。
【００８２】
ＧＷ端末の経路管理部４２は、まず、ノードＢに対して、高出力対応の機種であるかどうかの問い合わせを行う。
そして、ノードＢから「高出力対応ではない」旨の応答を受信すると、経路管理部４２は、ルーティングテーブルを参照して、ノードＢの下位に接続されているノードＡに対して、高出力対応の機種であるかどうかの問い合わせを行う。
【００８３】
ノードＡから「高出力対応である」旨の応答を受信すると、ＧＷ端末の経路管理部４２は、ノードＡに対して、高出力モードに切り替えてＧＷ端末と直接通信を行うと共に、ノードＢをノードＡの配下とするよう制御パケットを送信する。
また、ＧＷ端末の経路管理部４２は、ノードＢに対して、ノードＡの配下となるよう制御パケットを送信する。
【００８４】
ＧＷ端末では、問い合わせによって判明した各センサー端末の高出力対応／非対応の情報をルーティングテーブルに記憶しておく。これにより、後の経路再構築時に何度も問い合わせずに済み、経路の再構築を効率的に行うことが可能となる。
尚、高出力対応／非対応の情報は、予め外部から設定されるものであってもよいし、センサー端末がネットワーク加入時に自らＧＷ端末に通知してもよい。
【００８５】
そして、ノードＡ及びノードＢは自己のルーティングテーブルを書き換え、経路を再構築する。
ノードＢでは、上り方向のＧＷ端末宛に対応する次ノードはノードＡとして更新し、ノード７との接続は切断される。これにより、ノードＢはノードＡの子ノードとなり、それまでと親子関係が逆転する。
ノードＡは、ＧＷ端末とは高出力モードで直接通信し、下位のノードＢ、ノードＡ１とは低出力モードで通信を行う。
【００８６】
このように、第３の運用例では、ＧＷ端末が、トポロジ変更に伴い任意のセンサー端末を高出力モードに切り替える場合に、当該端末宛に高出力対応か否かを問い合わせ、高出力対応ではなかった場合に、当該高出力非対応端末の下位のノードを高出力モードに切り替えてＧＷ端末と直接通信を行い、高出力非対応の端末を、高出力対応端末の下位ノードとするよう経路を再構築して、トラフィック負荷の増大を防ぐと共に経路構築の自由度を増大させることができるものである。
【００８７】
尚、ここでは、ノードＢの直下のノードＡが高出力対応の端末であった場合について説明したが、ノードＡも非対応であった場合には、更に下位のノード（ここではＡ１）について高出力対応か否かを問い合わせ、高出力対応であったノードを親として経路を再構築することも可能である。
【００８８】
［本システムの第４の運用例：図８，９］
次に、本システムの第４の運用例について図８、図９を用いて説明する。図８は、本システムの第４の運用例の下り方向の通信を示す模式説明図であり、図９は、本システムの第４の運用例の上り方向の通信を示す模式説明図である。
上述した第１〜第３の運用例は、双方向通信の経路を示しており、上りと下りで同一の経路を用いている。しかしながら、高出力での無線通信の機会が増えると、同一ネットワークの他の端末への干渉や、隣接するネットワークへの干渉の恐れが生ずる。
【００８９】
そこで、第４の運用例では、高出力での通信の回数をできるだけ少なくするため、遅延時間の制約に応じて、下り方向と上り方向とで異なるルートを構築するようにしている。
図８，９は、図７に示したものと同じセンサー端末でのネットワーク構成を示しており、ノードＢは高出力モードに対応していないセンサー端末であり、ノードＡは高出力モードに対応したセンサー端末である。
【００９０】
一般に、ＧＷ端末からセンサー端末宛の下り方向の通信では、制御情報等が伝送され、遅延の制約は厳しくない。そのため、ホップ数が増大してもあまり影響はないと考えられる。
そこで、図８に示すように、高出力非対応の端末であるノードＢを含む経路を、下り通信時には、低出力モードで、ＧＷ端末→ノード５→ノード７→ノードＢ→ノードＡ→ノードＡ１とする。
このように、ある程度の遅延が許容される下り通信では、高出力通信を用いず、低出力のマルチホップ通信でデータを伝送する。
【００９１】
一方、上り通信では、センサー端末でセンシングしたデータを伝達するため、遅延の制約が厳しい場合が多い。
そのため、図９に示すように、上り方向の通信では、ノードＡを高出力モードに切り替え、ノードＢをノードＡの配下とする経路の再構築を行う。
これにより、ノードＢ、ノードＡ、ノードＡ１は１ホップ又は２ホップでＧＷ端末に接続でき、遅延時間を少なくすることができるものである。
【００９２】
［ＧＷ端末のルーティングテーブル例：図１０］
次に、ＧＷ端末の経路管理部４２に記憶されているルーティングテーブルの例について図１０を用いて説明する。図１０は、ＧＷ端末のルーティングテーブルの例を示す説明図である。
図１０に示すように、ＧＷ端末のルーティングテーブルは、当該ＧＷ端末の配下にある全てのセンサー端末についての経路を管理するものであり、ノードＩＤに対応して、親ノード、子ノードの数、高出力対応の可否、出力モード、ホップ数をマトリクス状に記憶しているものである。
【００９３】
図１０のルーティングテーブルは、図７のネットワークトポロジに対応したテーブルを示している。
ノードＩＤは、ネットワークに加入しているセンサ端末の識別情報である。
親ノードは、当該ノードに直接接続する上位ノードである。
子ノードの数は、当該ノードに直接又は間接に接続する下位ノードの数である。
【００９４】
高出力対応の可否は、当該ノードのセンサー端末が、高出力での通信が可能であるか否かを示す情報であり、センサー端末がネットワーク加入時に加入要求に付して送信して、その情報をＧＷ端末で取得するようにしてもよいし、第３の運用例に記載したように、ＧＷ端末が各センサー端末に問い合わせてもよい。
また、ホップ数は、ＧＷ端末から当該ノードまでのホップ数である。
【００９５】
図１０の例では、例えば、ノードＡは、高出力モードに切り替わってＧＷ端末（ノード１）と直接通信を行っているので、「親ノード」はＧＷ端末、子ノードとしてノードＡ１とノードＢが接続されているので、「子ノードの数」は２、また「高出力対応の可否」は可（図では「○」と記載）、「ホップ数」は１が記憶されている。
【００９６】
また、ノードＢについては、「親ノード」はノードＡ、「子ノードの数」は０、また「高出力対応の可否」は不可（図では「×」と記載）、「ホップ数」は２が記憶されている。
【００９７】
［センサー端末のルーティングテーブル：図１１］
次に、センサー端末のルーティングテーブルの例について図１１を用いて説明する。図１１は、センサー端末のルーティングテーブルの例を示す説明図である。
図１１の例は、図６に示したネットワークトポロジにおけるノードＡのルーティングテーブルである。
【００９８】
図１１に示すように、センサー端末のルーティングテーブルには、宛先と、それに対応する次ノード及び出力モードが記憶されている。
図６のネットワークトポロジにおけるノードＡのルーティングテーブルの場合、上り方向について、ＧＷ端末（ノード１）を宛先として、それに対応する次ノードとしてＧＷ端末が記憶され、出力モードは高出力が記憶されている。
つまり、ノードＡは、高出力モードでＧＷ端末に直接接続して通信を行うことが記憶されている。
【００９９】
また、下り方向については、ノードＡの下位ノードである宛先Ａ１〜Ａ５に対応して、それぞれ次ノードが記憶され、出力モードとして低出力が記憶されている。
このルーティングテーブルでは、ノードＡ１とノードＡ３はノードＡに直接接続され、ノード２はノードＡ１を経由する経路上にあり、また、ノードＡ４，５はノードＡ３を経由する経路上にあり、ノードＡは下り方向については全て低出力モードで通信を行うことが記憶されているものである。
【０１００】
［ＧＷ端末の処理：図１２］
次に、ＧＷ端末の制御部における新規端末参入時の処理について図１２を用いて説明する。図１２は、ＧＷ端末における新規センサー端末の参入時の処理を示すフローチャートである。
図１２に示すように、ＧＷ端末の制御部（以下、単に「ＧＷ端末」とする）は、新規センサー端末からネットワークへの加入要求を受信して、新規端末が参入すると（１００）、受信した加入要求に付された経路情報と記憶しているルーティングテーブルに基づいて、当該新規センサー端末のホップ数を求め、ホップ数が設定されている上限値以内であるかどうかを判断する（１０２）。
【０１０１】
ホップ数が上限以内であれば（Yesの場合）、ＧＷ端末は、新規センサー端末の経路上にあるノードのトラフィック負荷を算出し、トラフィック負荷がしきい値以内であるかどうかを判断し（１０４）、しきい値以内であれば（Yesの場合）、当該マルチホップの経路を確定し、ルーティングテーブルに記憶する（１０６）。
【０１０２】
また、処理１０２で、新規参入端末のホップ数が上限を超えていた場合（Noの場合）と、処理１０４でトラフィック負荷がしきい値を超えていた場合（Noの場合）には、ＧＷ端末は、運用例に示したような経路の再構築を行う（１０８）。
【０１０３】
そして、ＧＷ端末は、新経路を構築すると、当該新経路を用いて既知データを新経路上のセンサー端末宛に送信する（１１０）。
そして、送信先のセンサー端末から当該データを正常に受信した旨示す応答を受信すると、当該新経路を確定してルーティングテーブルを更新する（１１４）。
このようにして、本システムのＧＷ端末における処理が行われる。
【０１０４】
［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る無線センサーネットワークシステムは、ＧＷ端末と、ＧＷ端末に直接又は間接的に接続する複数のセンサー端末とを備え、センサー端末が、送信出力が小さい低出力モードと、それより送信出力が大きい高出力モードとを備え、ネットワーク加入時には、低出力モードで近隣のセンサー端末に接続して、既存のマルチホップ経路を用いてＧＷ端末にアクセスし、ＧＷ端末が、当該マルチホップ経路における当該新規加入端末のホップ数と、当該経路上のノードのトラフィック負荷を算出して、ホップ数とトラフィック負荷が共に予め設定された上限以内であれば、当該端末の経路を当該マルチホップ経路で確定し、ホップ数とトラフィック負荷の少なくとも一方が上限を超えている場合には、当該センサー端末に対して、高出力モードに切り替えて、ＧＷ端末と直接通信を行うよう指示を出力して経路の再構築を行うシステムとしており、ホップ数の増大によるデータ伝達遅延や特定のノードへの負荷の集中を抑えることができ、ネットワーク全体のトラフィック量の増加を抑制して、システムを効率的に運用することができる効果がある。
【０１０５】
また、本システムによれば、ＧＷ端末が、高出力モードに切り替えた端末の接続先を、ＧＷ端末に限らずトラフィック負荷の小さい端末に指定することも可能であり、システム全体をより効率的に運用できる効果がある。
【０１０６】
また、本システムによれば、ＧＷ端末が、経路の再構築の際に、高出力モードに切り替えたいノードが高出力モードに対応していないセンサー端末の場合には、当該ノードの下位ノードで高出力モードに対応しているセンサー端末を高出力モードに切り替えてＧＷ端末と直接通信を行うよう、経路を再構築するシステムとしているので、経路構築の自由度を増大させ、ホップ数の増大によるデータ伝達遅延や特定のノードへの負荷の集中を抑え、システムを効率的に運用することができる効果がある。
【０１０７】
また、本システムによれば、ＧＷ端末からセンサー端末への下り方向の通信については、マルチホップの経路を用いて通信を行い、上り方向の通信については、ホップ数が少なくなるよう、一部のセンサー端末を高出力モードに切り替えた経路を用いて通信を行うようにしているので、なるべく高出力通信を行わなくて済むよう、許容される遅延時間に応じて上りと下りとでホップ数を変えた経路として、消費電力の増大及び干渉の発生を最低限に抑えることができる効果がある。
【０１０８】
また、本システムによれば、センサー端末が、宛先毎に出力モードを記憶しているので、ＧＷ端末と高出力モードで通信を行う場合でも、下位のノードとは低出力モードでアドホック通信を行うことができ、無駄に消費電力を増大させず、干渉の発生を最低限に抑えることができる効果がある。
【０１０９】
また、上述した例では、出力モードが高出力モードと低出力モードの２段階である場合について説明したが、センサー端末の位置がわかる場合には、指定された接続先からの距離に応じた送信出力を設定するようにしてもよいし、また、少しずつ送信出力を上げていって、接続先との正常な送受信が可能な送信出力を設定するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明は、特にシステム全体のトラフィック量の増加を抑制して遅延時間を短縮し、特定の端末への負荷の集中を防いで効率的な運用を可能とする無線センサーネットワークシステムに適している。
【符号の説明】
【０１１１】
１...センサー、 ２，４...制御部、 ３，６...無線部、 ５...無線通信処理部、 ７...有線通信処理部、 ２１，４１...アプリケーション管理部、 ２２，４２...経路管理部、 ２３，５１...無線通信アクセス制御部、 ２４，５２...無線通信インタフェース部、 ７１...有線通信アクセス制御部、 ７２...有線通信インタフェース部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサーを備え無線通信を行う複数のセンサー端末と、前記複数のセンサー端末と通信する通信経路を構築し、前記通信経路に基づいて前記各センサー端末との無線通信を行う管理端末とを備え、前記センサー端末と前記管理端末とをノードとする無線センサーネットワークシステムであって、
センサー端末が、ネットワークに参入する際に、第１の送信出力で、既存のノードを介して前記管理端末に加入要求を送信し、
前記管理端末が、前記加入要求を受信すると、前記受信した経路上のノードのトラフィック負荷を算出し、前記ホップ数と前記トラフィック負荷が共に許容範囲内であれば、前記センサー端末の通信経路を前記受信した経路とし、前記ホップ数と前記トラフィック負荷の少なくとも一方が許容範囲外であれば、前記センサー端末に対して、前記第１の送信出力よりも大きい第２の送信出力で、前記管理端末又はトラフィック負荷の小さい特定のノードに直接接続するよう指示を出力して通信経路を再構築し、
前記センサー端末が、前記指示を受信した場合には、前記管理端末宛にデータを送信する際に、前記第２の送信出力で前記管理端末又は前記特定のノードに送信することを特徴とする無線センサーネットワークシステム。
【請求項２】
複数のセンサー端末と共に無線センサーネットワークシステムのノードを構成し、前記各センサー端末と通信する通信経路を構築して、前記通信経路に基づいて前記センサー端末との無線通信を行う管理端末であって、
センサー端末から第１の送信出力で送信された、ネットワークへの加入要求を受信すると、受信した経路に基づいて要求元のセンサー端末のホップ数を算出すると共に、前記受信した経路上のノードのトラフィック負荷を算出し、前記ホップ数と前記トラフィック負荷が共に許容範囲内であれば、前記センサー端末の通信経路を前記受信した経路とし、前記ホップ数と前記トラフィック負荷の少なくとも一方が許容範囲外であれば、前記センサー端末に対して、前記第１の送信出力よりも大きい第２の送信出力で、前記管理端末又はトラフィック負荷の小さい特定のノードに直接接続するよう指示を出力して通信経路を再構築することを特徴とする管理端末。
【請求項３】
管理端末と共に無線センサーネットワークシステムのノードを構成し、前記管理端末からの指示に基づいて無線通信を行うセンサー端末であって、
ネットワークに参入する際に、第１の送信出力で、既存のノードを介して前記管理端末に加入要求を送信し、前記管理端末から、前記第１の送信出力よりも大きい第２の送信出力で、前記管理端末又はトラフィック負荷の小さい特定のノードに直接接続する指示を受信した場合には、前記管理端末宛にデータを送信する際に、前記第２の送信出力で前記管理端末又は前記特定のノードに送信することを特徴とするセンサー端末。
【請求項１】
センサーを備え無線通信を行う複数のセンサー端末と、前記複数のセンサー端末と通信する通信経路を構築し、前記通信経路に基づいて前記各センサー端末との無線通信を行う管理端末とを備え、前記センサー端末と前記管理端末とをノードとする無線センサーネットワークシステムであって、
センサー端末が、ネットワークに参入する際に、第１の送信出力で、既存のノードを介して前記管理端末に加入要求を送信し、
前記管理端末が、前記加入要求を受信すると、前記受信した経路上のノードのトラフィック負荷を算出し、前記ホップ数と前記トラフィック負荷が共に許容範囲内であれば、前記センサー端末の通信経路を前記受信した経路とし、前記ホップ数と前記トラフィック負荷の少なくとも一方が許容範囲外であれば、前記センサー端末に対して、前記第１の送信出力よりも大きい第２の送信出力で、前記管理端末又はトラフィック負荷の小さい特定のノードに直接接続するよう指示を出力して通信経路を再構築し、
前記センサー端末が、前記指示を受信した場合には、前記管理端末宛にデータを送信する際に、前記第２の送信出力で前記管理端末又は前記特定のノードに送信することを特徴とする無線センサーネットワークシステム。
【請求項２】
複数のセンサー端末と共に無線センサーネットワークシステムのノードを構成し、前記各センサー端末と通信する通信経路を構築して、前記通信経路に基づいて前記センサー端末との無線通信を行う管理端末であって、
センサー端末から第１の送信出力で送信された、ネットワークへの加入要求を受信すると、受信した経路に基づいて要求元のセンサー端末のホップ数を算出すると共に、前記受信した経路上のノードのトラフィック負荷を算出し、前記ホップ数と前記トラフィック負荷が共に許容範囲内であれば、前記センサー端末の通信経路を前記受信した経路とし、前記ホップ数と前記トラフィック負荷の少なくとも一方が許容範囲外であれば、前記センサー端末に対して、前記第１の送信出力よりも大きい第２の送信出力で、前記管理端末又はトラフィック負荷の小さい特定のノードに直接接続するよう指示を出力して通信経路を再構築することを特徴とする管理端末。
【請求項３】
管理端末と共に無線センサーネットワークシステムのノードを構成し、前記管理端末からの指示に基づいて無線通信を行うセンサー端末であって、
ネットワークに参入する際に、第１の送信出力で、既存のノードを介して前記管理端末に加入要求を送信し、前記管理端末から、前記第１の送信出力よりも大きい第２の送信出力で、前記管理端末又はトラフィック負荷の小さい特定のノードに直接接続する指示を受信した場合には、前記管理端末宛にデータを送信する際に、前記第２の送信出力で前記管理端末又は前記特定のノードに送信することを特徴とするセンサー端末。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−５５４５１（Ｐ２０１３−５５４５１Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９１５０３（Ｐ２０１１−１９１５０３）
【出願日】平成２３年９月２日（２０１１．９．２）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２日（２０１１．９．２）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
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