無線ネットワークシステム
【課題】無線ネットワークシステムにおいて無線送受信装置の消費電力を抑えながら、大容量の送信であっても送信途中でのデータ喪失を回避する。
【解決手段】無線ネットワークシステムは、無線親機２２とセンサー３０が取り付けられる無線子機２０との間を複数の無線中継機２１を多段に経由して、ＩＥＥＥ８０２．１５．４で規定される通信方式で通信する。無線子機はセンサーからＲＳ４８５等ののシリアル通信でデータを取得し、無線親機は、複数の中継機が備える記憶手段の記憶容量に応じたパケット容量を無線子機に制御指令として送信する。無線子機はこの送信されたパケット容量にシリアル通信で取得したセンサーデータ５１ａ〜５１ｃを分割して中継機へ送信する。
【解決手段】無線ネットワークシステムは、無線親機２２とセンサー３０が取り付けられる無線子機２０との間を複数の無線中継機２１を多段に経由して、ＩＥＥＥ８０２．１５．４で規定される通信方式で通信する。無線子機はセンサーからＲＳ４８５等ののシリアル通信でデータを取得し、無線親機は、複数の中継機が備える記憶手段の記憶容量に応じたパケット容量を無線子機に制御指令として送信する。無線子機はこの送信されたパケット容量にシリアル通信で取得したセンサーデータ５１ａ〜５１ｃを分割して中継機へ送信する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線ネットワークシステムに係り、特に大容量のデータを送信するのに好適な無線ネットワークシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
工場等においてエネルギー消費量を監視してＣＯ２を削減することや、温湿度および圧力、振動、音等を監視して機器の異常を早期または事前に検出すること、人間や積荷の位置を追跡して状況を把握すること等のために、無線センサーネットワークシステムが用いられている。特に、監視範囲が広大な場合等には、有線ネットワークであれば構築に多大な費用と工程が必要となるので、無線センサーネットワークが優位である。
【０００３】
ところで、無線ネットワークの構築においては、分散配置した各無線送受信装置に確実に電源を供給できることと、確実にデータを送受信することが必要になる。電源供給においては、特に電池を使用する場合に低消費電力であることが求められる。そこで、無線送受信装置における電力消費量の割合が大きい無線送受信状態での低消費電力化が試みられている。
【０００４】
例えば特許文献１に記載の無線ネットワークシステムでは、通信量を少なくして消費電力を抑えている。具体的には、各センサーが収集した全データを送信するのではなく、全データの中から一定周期でサンプリングしたデータだけを、無線親機に送信している。そして、ユーザーが細かい変動を確認したいときだけ、サンプリング速度を上げて無線親機にデータを集めている。これにより、無線送受信装置の通信量を低減させ、消費電力を抑制している。
【０００５】
また他の例として、特許文献２にネットワークシステムに用いるセンサデバイスが記載されている。この公報に記載のセンサデバイスでは、種々の外部アプリケーションに対応したデータとするために、センサデバイスがデータ変換機能とメモリ手段とを有し、伝送レートにあわせてデータの一部をメモリ手段に記憶しておき後で送信できるように構成されている。その際、測定したデータを圧縮したり暗号化することも可能になっている。データを圧縮して送信すれば、通信量が低減し消費電力も低下する。
【０００６】
一方、無線ネットワークシステムに求められる他の課題であるデータ送受信の高信頼化のために、例えば特許文献３に記載のように、センサーが取得したデータを無線親機に接続したサーバのデータベースに時系列で保存することが試みられている。このシステムでは、受信されたデータに欠損があった場合、ユーザーの要求により、ＮＵＬＬ値や直前の送信データ、前後関係から予測したデータを送信して欠損を補完し、データの信頼度を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１６９８８８号公報
【特許文献２】特開２００５−３１８２６号公報
【特許文献３】特開２００９−１７１４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１に記載の無線ネットワークシステムでは、サンプリングによりデータ量を減少させてデータ通信量を小さくしている。しかしながら、サンプリング速度を遅くできないセンサーしか使えない計測に対しては効果が激減する。また、無線ネットワークシステムでは、センサーが検出したデータを送信する場合、計測要求コマンドに応じてセンサーが計測してデータを取得し、取得したデータを親機側に送信している。その際、データの送信が成功するまで、数度のデータ送信を繰り返すこともある。
【０００９】
特に大容量のデータを通信する場合には、予期せぬ理由により通信途中でデータ通信が途絶したりデータの欠損が生じたりすることがある。その場合には、再度計測要求コマンドを指令してセンサーが取得したデータを再送信させる。最悪の場合には、この手順を繰り返す。その結果、通信時間が延び無線送受信による消費電力が増加する。
【００１０】
また、データを圧縮して送信することを可能にした特許文献２に記載のセンサデバイスを無線ネットワークシステムに用いた場合、取得したデータをメモリ手段に記憶せずに送信できるまで圧縮できれば、円滑な通信が可能になる。しかしながら、圧縮しても送信可能な最大容量を超えると、以下に述べる不具合が発生する。
【００１１】
圧縮してもデータ量が大容量であれば、一度の通信で送れる量だけに分割して送信するしかない。ところで、無線ネットワークシステムでは多数の無線送受信装置が分散配置されていて、この分散配置された多数の無線送受信装置を多段の中継機として用いて親機へとデータを送信するメッシュトポロジーが採用される。メッシュトポロジーを採用すると、パケットを分割して送信する際に、分割したパケットが中継途中に失われる恐れが生じる。その理由は、分割パケットを次々に送ることにより、途中の中継機でパケットが衝突するからである。
【００１２】
すなわち、多数の中継機が同時に分割データを通信していると、異なる分割データが同一の中継機に送信されて衝突が生じる。そこでこの衝突を防止するため、公知の技術として、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式という通信方法が用いられる。ＣＳＭＡ／ＣＡ方式では、無線チャンネルが一定以上空いていることを確認し、ランダムな長さの時間待ちした後、パケットを送信してデータの衝突を回避する。
【００１３】
ところが、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いても衝突によるデータ喪失が避けられない事態が生じる。例えば３段中継してセンサー側端末から親機にデータを３分割して送信する場合、初段の中継機は分割の第１のデータを２段目の中継機へ送信終了しても、２段目の中継機が３段目の中継機へ第１のデータを送信完了するまでは、第２のデータを受信し終えてもＣＳＭＡ／ＣＡ方式により待ち状態になる。
【００１４】
一方、初段の中継機へ送信するセンサー側端末は第３のデータが送信可能であり初段の中継機が待ち状態であるのがＣＳＭＡ／ＣＡ方式によるものであるのを知らず、第３のデータを初段の中継機へ送信する。その結果、初段の中継機では、第２のデータと第３のデータの両方が送信されたことになり、初段中継機では記憶容量不足により、一部のデータまたは全部のデータが喪失される。
【００１５】
また、特許文献３に記載の無線ネットワークでは、欠落したデータをＮＵＬＬ値や直前の送信データ、前後関係から予測したデータで保管している。しかしながら、今データはあくまでも保管データであり、センサーデバイス等が取得した正確なデータではなく、欠落した区間でデータの急激な変化等があっても親機では検出できない。
【００１６】
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は無線ネットワークシステムにおいて無線送受信装置の消費電力を抑えながら、大容量の送信であっても送信途中でのデータ喪失を回避することにある。本発明の他の目的は、無線ネットワークシステムにおいて、消費電力の低減とデータ通信及びデータの信頼性の向上を両立させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成する本発明の特徴は、無線親機とセンサーが取り付けられる無線子機との間を複数の無線中継機を多段に経由して通信する無線ネットワークシステムにおいて、無線子機はセンサーからシリアル通信でデータを取得し、無線親機は、複数の中継機が備える記憶手段の記憶容量に応じたパケット容量を無線子機に制御指令として送信し、無線子機はこの送信されたパケット容量にシリアル通信で取得したセンサーデータを分割して中継機へ送信することにある。
【００１８】
そしてこの特徴において、無線親機と無線子機間の中継機を経由する通信はＩＥＥＥ８０２．１５．４で規定される通信方式であり、センサーと無線子機との通信はシリアル通信方式であり、親機からの制御指令を受信した後に、無線子機がセンサーからデータ取得ミスしたら、無線子機は無線親機と通信することなくセンサーとの間で、データ取得成功の判断が下されるまで、データ取得を繰り返すのが望ましい。また、データ取得成功の判断に、シリアル通信における文字数およびビット反転を含むのがよい。
【００１９】
上記特徴において、データ取得成功の判断が下されたときに無線子機は、先に無線親機から送られた制御指令に基づいて、無線中継機にセンサーデータを送信するのがよく、無線子機は分割したデータを、予め定めた一定の時間間隔で送信するようにしてもよい。
【００２０】
さらに、無線子機はセンサーデータを圧縮した後、無線親機からの制御指令に含まれるパケット容量に従って圧縮データを分割して送信するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば無線ネットワークシステムにおいて、センサーの取得データをシリアル通信で無線送受信装置に送信し、無線送受信装置が必要データ部分だけを抽出した後に抽出したデータを中継機の記憶容量に応じたパケットに分割し、分割パケットを１個ずつ中継機に送信し、その際、中継機が隣り合う中継機に各分割パケットを中継するのに要する時間間隔をおいて無線送受信装置が送信するので、無線送受信装置の消費電力を抑えながら、大容量の送信であっても送信途中でのデータ喪失を回避できる。また、消費電力の低減とデータ通信及びデータの信頼性の向上を両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る無線センサーネットワークシステムの一実施例のシステム図である。
【図２】図１に示した無線センサーネットワークシステムにおけるセンサーとの通信方法を説明する図である。
【図３】図１に示した無線センサーネットワークシステムが備える無線送受信装置のブロック図である。
【図４】図１に示した無線センサーネットワークシステムが備える無線親機からの送信内容を説明する図である。
【図５】図１に示した無線センサーネットワークシステムが備える無線送受信装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】図１に示した無線センサーネットワークシステムが備える無線親機の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明に係る無線センサーネットワークシステムの他の実施例のシステム図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下本発明に係る無線センサーネットワークシステムの一実施例を、図面を用いて説明する。図１は、無線センサーネットワークシステム２００のシステム図である。本無線センサーネットワークシステム２００は、無線端末である１台の無線送受信装置２０と親機２２との間で情報を送受信している。そして、シリアル通信手段（例えばＲＳ４８５方式）のシリアル通信手段を用いてセンサー３０と通信する端末側の無線送受信装置２０と、親機２２との間には、多数の中継機２１が分散配置されている。
【００２４】
ここで、ＲＳ４８５方式のシリアル通信を用いると、無線中継機２１や無線送受信装置２０を３２台接続することが可能である。なお、シリアル通信はＲＳ４８５に限るものではなく、ＲＳ２３２やＩ２Ｃも使用可能である。この多数分散配置された中継機２１を用いて無線多段中継することにより、いわゆるメッシュトポロジーなシステムになっている。
【００２５】
この図１に示した無線センサーネットワークシステム２００では、無線送受信装置２０は中継機２１ｃと通信可能であるが、無線送受信装置２０から中継機２１ｂへ電波が届く範囲には配置されていないので、無線送受信装置２０と中継機２１ｂとは直接通信が不可能である。そこで、無線送受信装置２０から送信される送信パケットは、まず中継機２１ｃへ送信され、中継機２１ｃが受信する。
【００２６】
中継機２１ｃは、無線送受信装置２０からのパケットの受信を完了すると、中継機２１ｂへ送信を開始する。以下、この手順を中継機２１ｂ、２１ａ、…(図中大括弧内に示したように多数の中継機２１、２１、…)の順に繰り返し、最終的に親機２２までパケットを送信する。なお、各中継機２１には記憶手段が備えられている。
【００２７】
このような状況で、中継機２１や無線送受信装置２０が一度に送信を行うとデータが衝突する。この衝突を防止するために、ＣＳＭＡ/ＣＡ方式を用いて無線チャンネルが所定量以上空いていることを確認し、ランダムな長さの時間待ちをした後、データを送信する。ＣＳＭＡ/ＣＡ方式を用いた具体的な方法を、以下に説明する。
【００２８】
端末に位置する無線送受信装置２０は、センサーが取得したデータに制御信号を加えた総パケットを、事前に把握する。その方法としては、予め取得データを親機２２から指定することにより、親機２２側で総パケットを把握して、無線受信装置２０に分割指示する。または、無線送受信装置２０自身が取得データ量および自身に記憶すべきデータ量を求めて、総パケットを求める。
【００２９】
総パケットが求められたら、親機２２の指令または自己２０の演算により、送信可能容量を超えたパケット５１を、パケット５１ａ、５１ｂ、５１ｃに分割し、無線送受信装置２０にパケット５１ａ、５１ｂ、５１ｃ単位で記憶する。無線親機２２からの指示により、または予め定めた時刻に到達したら、無線送受信装置２０は親機２２にパケット５１ａから順に、パケット５１ｂ、５１ｃを中継機２１ｃ、２１ｂ、…を経由して送信する。
【００３０】
ここで、中継機２１ｂが分割したパケット５１ａを中継機２１ａに送信しているのであれば、中継機２１ｂは無線チャンネルを使っていてビジーの状態である。中継機２１ｃから、中継機２１ｂへ後続のパケット５１ｂを送信することが不可能であるので、ＣＳＭＡ/ＣＡ方式にしたがい後続のパケット５１ｂの送信をランダムな時間だけ待たせる。
【００３１】
一方、無線送受信装置２０へは中継機２１ｂの電波が届かないので、中継機２１ｃがＣＳＭＡ/ＣＡ方式に従って送信を遅らせている情報は、無線送受信装置には送られない。そのため、無線送受信装置２０は後続のパケット５１ｃを中継機２１ｃへ送信する。無線送受信装置２０が分割したパケット５１ｃを送信すると、中継機２１ｃは以前に受信したパケット５１ｂを送信待ちしているので、中継機２１ｃには以前のパケット５１ｂと新たなパケット５１ｃとが並存し、中継機２１ｃの記憶容量を超えたパケットを受信しなければならなくなる。その結果、新たに送信されたパケット５１ｃが失われるという事態が生じる。
【００３２】
また中継機２１ｃが、分割したパケット５１ｂを送信しているときに、無線送受信装置２０から後続の分割パケット５１ｃが送信されると、中継機２１ｃは同時に送信と受信することが不可能であるから、後続の分割パケット５１ｃが失われるという事態が生じる。このように、単にＣＳＭＡ/ＣＡ方式を用いただけでは、データの衝突およびそれによるデータの喪失が避けられない。この不具合を回避する方法については、後述する。
【００３３】
図２に、本実施例における通信方法の概要を示す。図２は、無線センサーネットワークシステム２００において、上記データ喪失を回避したセンサー３０情報の取得手続を示す図である。無線センサーネットワーク２００には、図１に示すシステムを用いている。センサー３０と無線送受信装置２０の間はＲＳ４８５規格のシリアル通信手段を用いており、必要な情報だけが無線送受信装置２０から無線親機２２に無線通信されている。この図２の上部は情報伝達系を、下部はタイムチャートを示している。
【００３４】
無線通信は以下のように実行される。初めに、無線親機２２から複数段の中継機２１を介して、センサー３０が接続され端末に位置する無線送受信装置２０へ、第１回目の無線通信として通信開始要求１００が送信される。この通信開始要求１００には、無線送受信装置２０がセンサー３０と通信するのに必要な情報をパケットにした必要情報パケット１０７が含まれる。この通信開始要求１００にしたがって、無線送受信装置２０はセンサー３０の通信仕様に合わせた通信を実行する。
【００３５】
ところで、無線送受信装置２０がセンサー情報を入手するために、必要なソフトウェアが無線送受信装置２０のＲＯＭに、予め記憶されている。そのため、取り付けられるセンサーも未知の状態で作成される無線送受信装置２０で、センサー３０の機種毎に無線送受信装置２０のソフトウェアを変更するのは事実上無理である。
【００３６】
そこでこの不具合を回避するため、無線親機２２はセンサー３０の機種固有の情報をパケットにし、無線送受信装置２０に送信する。これが、必要情報パケット１０７である。一方、無線送受信装置２０のＲＯＭには、どんなセンサー３０が接続されても汎用的に使用できるソフトウェアが書き込まれている。その結果、無線送受信装置２０は無線親機２２からのパケットを使用することで、ソフトウェアを変更せずに、任意のセンサー３０と通信を行うことができる。センサー３０との通信が可能になると、センサー３０からは通信経路が確保された応答が返送される。
【００３７】
その後、無線送受信装置２０は、親機２２から送信された必要情報パケット１０７に含まれる計測要求コマンド１０２の実行時刻に達したら、センサー３０との通信により計測を実行し、計測データ１０３をセンサー３０から無線送受信装置２０へ送信させる。このセンサー３０と無線送受信装置２０の間で、何らかの理由により計測データが送信されず失敗１０６のフラグが立っても、無線送受信装置２０は、第１回の無線通信で親機２２から送信された必要情報パケットの情報に基づいて、リトライする。これにより、確実に計測データ１０３をセンサー３０から取得するとともに、センサー３０へ受信完了１０４の情報を送り、センサー３０からは応答信号１０５を受信する。
【００３８】
ここで、センサー３０のデータ取得が成功したか失敗したかを無線送受信装置２０が判断するわけであるが、その判断は、センサー３０からシリアル通信で送られてきたデータが、正規の長さのデータか、ビット反転が生じていないか等で判断する。このセンサー３０からの応答信号１０５が得られたら、無線送受信装置２０は親機２２から要求された計測データ等の必要データ１０８を、親機２２へ送信する。
【００３９】
２回目の無線通信は、センサー３０から返信されたデータから、必要領域を無線送受信装置２０が抽出して送信するパケット通信である。このように通信方法を改善すれば、従来６回以上実行されていた親機２２と無線送受信装置２０との間の無線通信が、２回だけで済むようになり消費電力を低減することができる。
【００４０】
図３〜６を図１とともに用いて、データ喪失の回避法を説明する。ここで、図３は無線センサーネットワークシステム２００が備える無線送受信装置２０のブロック図であり、図４は無線親機２２からの送信内容を説明する図、図５は無線送受信装置２０の動作を示すフローチャート、図６は無線親機２２の動作を示すフローチャートである。
【００４１】
ところで、本実施例では、無線送受信装置２０と中継機２１および各中継機２１、２１間、最終段中継機２１と親機２２間には、ＩＥＥＥ８０２．１５．４で規定される通信方式を用いている。このＩＥＥＥ８０２．１５．４で規定される通信方式は、一度に送信できるデータ容量が２５０ｋｂｐｓと、無線ＬＡＮなどで使用されるＩＥＥＥ８０２．１１に規定される通信方式の送信可能データ容量５４ＭｂｐＳに比べて小さい。その結果、上記不具合が顕著に発生する。
【００４２】
図３において、無線送受信装置２０はアンテナ１０および無線送受信手段１１、中央演算装置１２、シリアル通信手段１３、電源制御部１４を備えている。これら無線送受信手段１１および中央演算装置１２、シリアル通信手段１３、電源制御部１４は、中央演算装置１２で制御される。
【００４３】
無線親機２２は、上記したように、中継機２１の記憶容量とセンサー３０の機種毎に決められた計測要求コマンドと必要データ領域とをパケット１０７にし、無線送受信装置２０に無線送信する。無線送受信装置２０は、センサー２０からシリアル通信手段１２を用いて取得されるデータの必要部分を抽出してパケットを作成し、中継機２１の記憶容量にパケットを分割する。無線送受信装置２０は、各パケット５１ａ〜５１ｃのうちの１つだけ無線送信すると、中継機２１が分割パケット５１ａ〜５１ｃを中継するのに要する時間を待った後、次の分割パケット５１ａ〜５１ｃを送信することを繰り返す。これにより、分割したパケット５１ａ〜５１ｃが中継途中で失われることを回避できる。
【００４４】
なお、端末側の無線送受信装置２０には、温度や圧力、振動、騒音等の各種の物理量を計測するセンサー３０が接続されている。これら各センサー３０の出力は、定期的に検出され、計測データとして、例えばＵＡＲＴ(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface)、Ｉ２Ｃ(Inter-Integrated Circuit)などで代表されるシリアル通信手段１２を通じて無線送受信装置２０に送信される。一方、上述したように、無線親機２２から無線送受信装置２０へ、中継機２１が有する記憶手段の記憶容量を最大値とする分割サイズが、パケット４０(図２のパケット１０７に相当)の一部として送信される。
【００４５】
このパケット４０の例を、図４に示す。図４は、無線親機２２から無線送受信装置２０に送信されるパケット４０の具体的内容例である。パケット４０は、制御文字３１および計測要求コマンド３２、分割サイズ３３、必要データ領域指定３４、制御文字３５から構成されている。ここで計測要求コマンド３２はそれぞれのセンサー３０毎に決められている。
【００４６】
図５を用いて、無線送受信装置２０の動作を説明する。図５は、無線親機２２から図４に示したパケット４０を受信した無線送受信装置２０が、センサー３０情報を取得して無線送信するフローのフローチャートである。Ｓ１０１において、無線送受信装置２０は、無線親機２２からパケット４０を受け取る。このパケット４０には、計測を開始する要求が含まれている。
【００４７】
パケット４０を受け取った無線送受信装置２０は、Ｓ１０２でシリアル通信手段１２を用いてセンサー３０に計測要求コマンド２２を送信する。無線送受信装置２０は、Ｓ１０３でセンサー３０からシリアル通信手段１２によりデータを受信すると、Ｓ１０４で受信データサイズを確認する。さらに、Ｓ１０５で図４に示したパケット４０中の必要データ領域指定３４からの情報により、シリアル通信手段１２を介して入手したセンサー３０からのデータから、中央演算装置１２が必要データ領域を取り出す。
【００４８】
データサイズが分割サイズより小さい場合には１回の送信で済むため、Ｓ１０６で、無線送受信装置２０はデータサイズを調べる。データサイズが1回の送信容量内であれば、Ｓ１０７に進んで、無線送受信装置２０は、送信パケットの初めと終わりを示す文字をデータ列に付加し、パケットを作成する。
【００４９】
Ｓ１０８で無線送受信手段２０は、アンテナ１０からデータのパケットを隣り合う中継機２１ｃへ送信する。データのパケットの送信が終われば、計測要求を受け付けるスタンバイの状態となる（Ｓ１０９）。
【００５０】
一方、Ｓ１０６でデータサイズが分割サイズより大きいと判断したときには、Ｓ１１０へ進んで、データ列にパケットの初めと終わりを示す制御文字を付加して、データのパケットを作成する。このままでは、中継機２１ｃへ送信できないので、Ｓ１１１へ進んで、中継機２１の記憶容量以下のサイズにパケットがなるよう、分割サイズ３３で示された容量のＮ個のパケットに分割する。
【００５１】
Ｓ１１２へ進み、分割したパケットの１個目を送信する。１個目を送信し終えたら、Ｓ１１３に進んで、所定時間（一定時間）、次のパケットの送信を待機する。所定時間経過したら、パケットの送信回数が分割個数のＮに達しているか否かを判断する（Ｓ１１４）。分割個数のＮまで達していないときは、Ｓ１１２に戻り、送信と待機を繰り返す。分割個数のＮまで達したら、Ｓ１０９に進み、次の計測要求を待つか、計測要求時間に達するのを待つ。または、計測を終了する。以上のフローにおいて、送信待機の時間は、中継機２１が分割パケットを中継処理するために要する時間である。
【００５２】
図６に、無線親機２２の動作を、フローチャートで示す。図示しない上位計算機または上位制御機からユーザーが指定した計測周期を迎えるか、またはユーザーが計測要求を指定すると、Ｓ２０１で無線親機２２は図４に示したパケット４０を作成する。Ｓ２０２で作成されたパケット４０を、中継機２１を介して無線送受信装置２０に送信する。次いで、Ｓ２０３で無線送受信装置２０から送信された複数の分割パケット５１ａ〜５１ｃを受信し、Ｓ２０４で分割されたパケット５１ａ〜５１ｃを結合し、パケット５１を復元する。Ｓ２０５で復元されたパケットからセンサーデータを取り出す。センサーデータを取り出した後は、スタンバイ状態となり、ユーザーの指示待ちとなる（Ｓ２０６）。ここで、計測要求コマンド３２はセンサー３０の種類ごとに変わるが、無線親機２２が計測要求コマンドを含む図４のパケットを作成するため、センサー３０の種類が何であっても、無線送受信装置２０を動作させるソフトウェアを変更する必要はない。
【００５３】
なお上記実施例では、センサー３０の取得データをそのまま分割して送信しているが、さらに大容量のデータとなる場合には、データそのものを無線送受信装置２０が圧縮し、圧縮後分割して送信してもよい。このようにすれば、非常に大容量の通信でも可能になる。また、上記実施例では無線送受信装置２０の送信タイミングを、無線親機２２からの指令に合わせているが、送信の開始時期は無線親機２２の指令に合わせるとしても、分割した後のデータの送信は、予め定めた一定間隔とするようにしてもよい。この一定間隔時の設定では、予めデータ衝突が生じない間隔を求めておくようにする。
【００５４】
図６に示したシステム図を用いて、本発明に係る無線センサーネットワークシステム２００の他の実施例を説明する。本実施例が、図１に示す実施例と異なるのは、図１のシステムではセンサー３０と無線送受信装置２０が一組しかなかったが、本実施例では、無線センサーネットワークシステム２００が、センサー３０と無線送受信装置２０を複数有していることにある。無線送受信装置２０は、中継機２１と同じ機能も有しており、無線中継することが可能であるから、他の無線送受信装置２０に接続されたセンサー３０の計測情報も中継することが可能となる。
【００５５】
以上説明したように、上記各実施例によれば、センサー３０が取得したデータのデータ容量が、各中継機が送信可能なデータ容量よりも大きくても、無線センサーネットワークシステムは低消費電力で、かつ確実にデータを伝達することができる。これにより、データ伝達の信頼度が向上する。また、無線送受信装置のソフトウェアを変更することなく、各種センサーを使用できる。
【符号の説明】
【００５６】
１０…アンテナ、１１…無線送受信手段、１２…中央演算装置、１２…シリアル通信手段、１４…電源制御部、２０…無線送受信装置（無線子機）、２１、２１ａ〜２１ｃ…中継機、２２…（無線）親機、 ３０…センサー、 ３１…制御文字、３２…計測要求コマンド、 ３３…分割サイズ、３４…必要データ領域指定、３５…制御文字、４０…パケット、５１、５１ａ〜５１ｃ…分割パケット、１００…通信開始要求、１０１…応答、１０２…計測要求コマンド、１０３…計測データ、１０４…受信完了、１０５…通信完了、１０６…失敗、１０７…必要情報パケット、１０８…必要データ、２００…無線センサーネットワークシステム。
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線ネットワークシステムに係り、特に大容量のデータを送信するのに好適な無線ネットワークシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
工場等においてエネルギー消費量を監視してＣＯ２を削減することや、温湿度および圧力、振動、音等を監視して機器の異常を早期または事前に検出すること、人間や積荷の位置を追跡して状況を把握すること等のために、無線センサーネットワークシステムが用いられている。特に、監視範囲が広大な場合等には、有線ネットワークであれば構築に多大な費用と工程が必要となるので、無線センサーネットワークが優位である。
【０００３】
ところで、無線ネットワークの構築においては、分散配置した各無線送受信装置に確実に電源を供給できることと、確実にデータを送受信することが必要になる。電源供給においては、特に電池を使用する場合に低消費電力であることが求められる。そこで、無線送受信装置における電力消費量の割合が大きい無線送受信状態での低消費電力化が試みられている。
【０００４】
例えば特許文献１に記載の無線ネットワークシステムでは、通信量を少なくして消費電力を抑えている。具体的には、各センサーが収集した全データを送信するのではなく、全データの中から一定周期でサンプリングしたデータだけを、無線親機に送信している。そして、ユーザーが細かい変動を確認したいときだけ、サンプリング速度を上げて無線親機にデータを集めている。これにより、無線送受信装置の通信量を低減させ、消費電力を抑制している。
【０００５】
また他の例として、特許文献２にネットワークシステムに用いるセンサデバイスが記載されている。この公報に記載のセンサデバイスでは、種々の外部アプリケーションに対応したデータとするために、センサデバイスがデータ変換機能とメモリ手段とを有し、伝送レートにあわせてデータの一部をメモリ手段に記憶しておき後で送信できるように構成されている。その際、測定したデータを圧縮したり暗号化することも可能になっている。データを圧縮して送信すれば、通信量が低減し消費電力も低下する。
【０００６】
一方、無線ネットワークシステムに求められる他の課題であるデータ送受信の高信頼化のために、例えば特許文献３に記載のように、センサーが取得したデータを無線親機に接続したサーバのデータベースに時系列で保存することが試みられている。このシステムでは、受信されたデータに欠損があった場合、ユーザーの要求により、ＮＵＬＬ値や直前の送信データ、前後関係から予測したデータを送信して欠損を補完し、データの信頼度を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１６９８８８号公報
【特許文献２】特開２００５−３１８２６号公報
【特許文献３】特開２００９−１７１４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１に記載の無線ネットワークシステムでは、サンプリングによりデータ量を減少させてデータ通信量を小さくしている。しかしながら、サンプリング速度を遅くできないセンサーしか使えない計測に対しては効果が激減する。また、無線ネットワークシステムでは、センサーが検出したデータを送信する場合、計測要求コマンドに応じてセンサーが計測してデータを取得し、取得したデータを親機側に送信している。その際、データの送信が成功するまで、数度のデータ送信を繰り返すこともある。
【０００９】
特に大容量のデータを通信する場合には、予期せぬ理由により通信途中でデータ通信が途絶したりデータの欠損が生じたりすることがある。その場合には、再度計測要求コマンドを指令してセンサーが取得したデータを再送信させる。最悪の場合には、この手順を繰り返す。その結果、通信時間が延び無線送受信による消費電力が増加する。
【００１０】
また、データを圧縮して送信することを可能にした特許文献２に記載のセンサデバイスを無線ネットワークシステムに用いた場合、取得したデータをメモリ手段に記憶せずに送信できるまで圧縮できれば、円滑な通信が可能になる。しかしながら、圧縮しても送信可能な最大容量を超えると、以下に述べる不具合が発生する。
【００１１】
圧縮してもデータ量が大容量であれば、一度の通信で送れる量だけに分割して送信するしかない。ところで、無線ネットワークシステムでは多数の無線送受信装置が分散配置されていて、この分散配置された多数の無線送受信装置を多段の中継機として用いて親機へとデータを送信するメッシュトポロジーが採用される。メッシュトポロジーを採用すると、パケットを分割して送信する際に、分割したパケットが中継途中に失われる恐れが生じる。その理由は、分割パケットを次々に送ることにより、途中の中継機でパケットが衝突するからである。
【００１２】
すなわち、多数の中継機が同時に分割データを通信していると、異なる分割データが同一の中継機に送信されて衝突が生じる。そこでこの衝突を防止するため、公知の技術として、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式という通信方法が用いられる。ＣＳＭＡ／ＣＡ方式では、無線チャンネルが一定以上空いていることを確認し、ランダムな長さの時間待ちした後、パケットを送信してデータの衝突を回避する。
【００１３】
ところが、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いても衝突によるデータ喪失が避けられない事態が生じる。例えば３段中継してセンサー側端末から親機にデータを３分割して送信する場合、初段の中継機は分割の第１のデータを２段目の中継機へ送信終了しても、２段目の中継機が３段目の中継機へ第１のデータを送信完了するまでは、第２のデータを受信し終えてもＣＳＭＡ／ＣＡ方式により待ち状態になる。
【００１４】
一方、初段の中継機へ送信するセンサー側端末は第３のデータが送信可能であり初段の中継機が待ち状態であるのがＣＳＭＡ／ＣＡ方式によるものであるのを知らず、第３のデータを初段の中継機へ送信する。その結果、初段の中継機では、第２のデータと第３のデータの両方が送信されたことになり、初段中継機では記憶容量不足により、一部のデータまたは全部のデータが喪失される。
【００１５】
また、特許文献３に記載の無線ネットワークでは、欠落したデータをＮＵＬＬ値や直前の送信データ、前後関係から予測したデータで保管している。しかしながら、今データはあくまでも保管データであり、センサーデバイス等が取得した正確なデータではなく、欠落した区間でデータの急激な変化等があっても親機では検出できない。
【００１６】
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は無線ネットワークシステムにおいて無線送受信装置の消費電力を抑えながら、大容量の送信であっても送信途中でのデータ喪失を回避することにある。本発明の他の目的は、無線ネットワークシステムにおいて、消費電力の低減とデータ通信及びデータの信頼性の向上を両立させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成する本発明の特徴は、無線親機とセンサーが取り付けられる無線子機との間を複数の無線中継機を多段に経由して通信する無線ネットワークシステムにおいて、無線子機はセンサーからシリアル通信でデータを取得し、無線親機は、複数の中継機が備える記憶手段の記憶容量に応じたパケット容量を無線子機に制御指令として送信し、無線子機はこの送信されたパケット容量にシリアル通信で取得したセンサーデータを分割して中継機へ送信することにある。
【００１８】
そしてこの特徴において、無線親機と無線子機間の中継機を経由する通信はＩＥＥＥ８０２．１５．４で規定される通信方式であり、センサーと無線子機との通信はシリアル通信方式であり、親機からの制御指令を受信した後に、無線子機がセンサーからデータ取得ミスしたら、無線子機は無線親機と通信することなくセンサーとの間で、データ取得成功の判断が下されるまで、データ取得を繰り返すのが望ましい。また、データ取得成功の判断に、シリアル通信における文字数およびビット反転を含むのがよい。
【００１９】
上記特徴において、データ取得成功の判断が下されたときに無線子機は、先に無線親機から送られた制御指令に基づいて、無線中継機にセンサーデータを送信するのがよく、無線子機は分割したデータを、予め定めた一定の時間間隔で送信するようにしてもよい。
【００２０】
さらに、無線子機はセンサーデータを圧縮した後、無線親機からの制御指令に含まれるパケット容量に従って圧縮データを分割して送信するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば無線ネットワークシステムにおいて、センサーの取得データをシリアル通信で無線送受信装置に送信し、無線送受信装置が必要データ部分だけを抽出した後に抽出したデータを中継機の記憶容量に応じたパケットに分割し、分割パケットを１個ずつ中継機に送信し、その際、中継機が隣り合う中継機に各分割パケットを中継するのに要する時間間隔をおいて無線送受信装置が送信するので、無線送受信装置の消費電力を抑えながら、大容量の送信であっても送信途中でのデータ喪失を回避できる。また、消費電力の低減とデータ通信及びデータの信頼性の向上を両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る無線センサーネットワークシステムの一実施例のシステム図である。
【図２】図１に示した無線センサーネットワークシステムにおけるセンサーとの通信方法を説明する図である。
【図３】図１に示した無線センサーネットワークシステムが備える無線送受信装置のブロック図である。
【図４】図１に示した無線センサーネットワークシステムが備える無線親機からの送信内容を説明する図である。
【図５】図１に示した無線センサーネットワークシステムが備える無線送受信装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】図１に示した無線センサーネットワークシステムが備える無線親機の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明に係る無線センサーネットワークシステムの他の実施例のシステム図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下本発明に係る無線センサーネットワークシステムの一実施例を、図面を用いて説明する。図１は、無線センサーネットワークシステム２００のシステム図である。本無線センサーネットワークシステム２００は、無線端末である１台の無線送受信装置２０と親機２２との間で情報を送受信している。そして、シリアル通信手段（例えばＲＳ４８５方式）のシリアル通信手段を用いてセンサー３０と通信する端末側の無線送受信装置２０と、親機２２との間には、多数の中継機２１が分散配置されている。
【００２４】
ここで、ＲＳ４８５方式のシリアル通信を用いると、無線中継機２１や無線送受信装置２０を３２台接続することが可能である。なお、シリアル通信はＲＳ４８５に限るものではなく、ＲＳ２３２やＩ２Ｃも使用可能である。この多数分散配置された中継機２１を用いて無線多段中継することにより、いわゆるメッシュトポロジーなシステムになっている。
【００２５】
この図１に示した無線センサーネットワークシステム２００では、無線送受信装置２０は中継機２１ｃと通信可能であるが、無線送受信装置２０から中継機２１ｂへ電波が届く範囲には配置されていないので、無線送受信装置２０と中継機２１ｂとは直接通信が不可能である。そこで、無線送受信装置２０から送信される送信パケットは、まず中継機２１ｃへ送信され、中継機２１ｃが受信する。
【００２６】
中継機２１ｃは、無線送受信装置２０からのパケットの受信を完了すると、中継機２１ｂへ送信を開始する。以下、この手順を中継機２１ｂ、２１ａ、…(図中大括弧内に示したように多数の中継機２１、２１、…)の順に繰り返し、最終的に親機２２までパケットを送信する。なお、各中継機２１には記憶手段が備えられている。
【００２７】
このような状況で、中継機２１や無線送受信装置２０が一度に送信を行うとデータが衝突する。この衝突を防止するために、ＣＳＭＡ/ＣＡ方式を用いて無線チャンネルが所定量以上空いていることを確認し、ランダムな長さの時間待ちをした後、データを送信する。ＣＳＭＡ/ＣＡ方式を用いた具体的な方法を、以下に説明する。
【００２８】
端末に位置する無線送受信装置２０は、センサーが取得したデータに制御信号を加えた総パケットを、事前に把握する。その方法としては、予め取得データを親機２２から指定することにより、親機２２側で総パケットを把握して、無線受信装置２０に分割指示する。または、無線送受信装置２０自身が取得データ量および自身に記憶すべきデータ量を求めて、総パケットを求める。
【００２９】
総パケットが求められたら、親機２２の指令または自己２０の演算により、送信可能容量を超えたパケット５１を、パケット５１ａ、５１ｂ、５１ｃに分割し、無線送受信装置２０にパケット５１ａ、５１ｂ、５１ｃ単位で記憶する。無線親機２２からの指示により、または予め定めた時刻に到達したら、無線送受信装置２０は親機２２にパケット５１ａから順に、パケット５１ｂ、５１ｃを中継機２１ｃ、２１ｂ、…を経由して送信する。
【００３０】
ここで、中継機２１ｂが分割したパケット５１ａを中継機２１ａに送信しているのであれば、中継機２１ｂは無線チャンネルを使っていてビジーの状態である。中継機２１ｃから、中継機２１ｂへ後続のパケット５１ｂを送信することが不可能であるので、ＣＳＭＡ/ＣＡ方式にしたがい後続のパケット５１ｂの送信をランダムな時間だけ待たせる。
【００３１】
一方、無線送受信装置２０へは中継機２１ｂの電波が届かないので、中継機２１ｃがＣＳＭＡ/ＣＡ方式に従って送信を遅らせている情報は、無線送受信装置には送られない。そのため、無線送受信装置２０は後続のパケット５１ｃを中継機２１ｃへ送信する。無線送受信装置２０が分割したパケット５１ｃを送信すると、中継機２１ｃは以前に受信したパケット５１ｂを送信待ちしているので、中継機２１ｃには以前のパケット５１ｂと新たなパケット５１ｃとが並存し、中継機２１ｃの記憶容量を超えたパケットを受信しなければならなくなる。その結果、新たに送信されたパケット５１ｃが失われるという事態が生じる。
【００３２】
また中継機２１ｃが、分割したパケット５１ｂを送信しているときに、無線送受信装置２０から後続の分割パケット５１ｃが送信されると、中継機２１ｃは同時に送信と受信することが不可能であるから、後続の分割パケット５１ｃが失われるという事態が生じる。このように、単にＣＳＭＡ/ＣＡ方式を用いただけでは、データの衝突およびそれによるデータの喪失が避けられない。この不具合を回避する方法については、後述する。
【００３３】
図２に、本実施例における通信方法の概要を示す。図２は、無線センサーネットワークシステム２００において、上記データ喪失を回避したセンサー３０情報の取得手続を示す図である。無線センサーネットワーク２００には、図１に示すシステムを用いている。センサー３０と無線送受信装置２０の間はＲＳ４８５規格のシリアル通信手段を用いており、必要な情報だけが無線送受信装置２０から無線親機２２に無線通信されている。この図２の上部は情報伝達系を、下部はタイムチャートを示している。
【００３４】
無線通信は以下のように実行される。初めに、無線親機２２から複数段の中継機２１を介して、センサー３０が接続され端末に位置する無線送受信装置２０へ、第１回目の無線通信として通信開始要求１００が送信される。この通信開始要求１００には、無線送受信装置２０がセンサー３０と通信するのに必要な情報をパケットにした必要情報パケット１０７が含まれる。この通信開始要求１００にしたがって、無線送受信装置２０はセンサー３０の通信仕様に合わせた通信を実行する。
【００３５】
ところで、無線送受信装置２０がセンサー情報を入手するために、必要なソフトウェアが無線送受信装置２０のＲＯＭに、予め記憶されている。そのため、取り付けられるセンサーも未知の状態で作成される無線送受信装置２０で、センサー３０の機種毎に無線送受信装置２０のソフトウェアを変更するのは事実上無理である。
【００３６】
そこでこの不具合を回避するため、無線親機２２はセンサー３０の機種固有の情報をパケットにし、無線送受信装置２０に送信する。これが、必要情報パケット１０７である。一方、無線送受信装置２０のＲＯＭには、どんなセンサー３０が接続されても汎用的に使用できるソフトウェアが書き込まれている。その結果、無線送受信装置２０は無線親機２２からのパケットを使用することで、ソフトウェアを変更せずに、任意のセンサー３０と通信を行うことができる。センサー３０との通信が可能になると、センサー３０からは通信経路が確保された応答が返送される。
【００３７】
その後、無線送受信装置２０は、親機２２から送信された必要情報パケット１０７に含まれる計測要求コマンド１０２の実行時刻に達したら、センサー３０との通信により計測を実行し、計測データ１０３をセンサー３０から無線送受信装置２０へ送信させる。このセンサー３０と無線送受信装置２０の間で、何らかの理由により計測データが送信されず失敗１０６のフラグが立っても、無線送受信装置２０は、第１回の無線通信で親機２２から送信された必要情報パケットの情報に基づいて、リトライする。これにより、確実に計測データ１０３をセンサー３０から取得するとともに、センサー３０へ受信完了１０４の情報を送り、センサー３０からは応答信号１０５を受信する。
【００３８】
ここで、センサー３０のデータ取得が成功したか失敗したかを無線送受信装置２０が判断するわけであるが、その判断は、センサー３０からシリアル通信で送られてきたデータが、正規の長さのデータか、ビット反転が生じていないか等で判断する。このセンサー３０からの応答信号１０５が得られたら、無線送受信装置２０は親機２２から要求された計測データ等の必要データ１０８を、親機２２へ送信する。
【００３９】
２回目の無線通信は、センサー３０から返信されたデータから、必要領域を無線送受信装置２０が抽出して送信するパケット通信である。このように通信方法を改善すれば、従来６回以上実行されていた親機２２と無線送受信装置２０との間の無線通信が、２回だけで済むようになり消費電力を低減することができる。
【００４０】
図３〜６を図１とともに用いて、データ喪失の回避法を説明する。ここで、図３は無線センサーネットワークシステム２００が備える無線送受信装置２０のブロック図であり、図４は無線親機２２からの送信内容を説明する図、図５は無線送受信装置２０の動作を示すフローチャート、図６は無線親機２２の動作を示すフローチャートである。
【００４１】
ところで、本実施例では、無線送受信装置２０と中継機２１および各中継機２１、２１間、最終段中継機２１と親機２２間には、ＩＥＥＥ８０２．１５．４で規定される通信方式を用いている。このＩＥＥＥ８０２．１５．４で規定される通信方式は、一度に送信できるデータ容量が２５０ｋｂｐｓと、無線ＬＡＮなどで使用されるＩＥＥＥ８０２．１１に規定される通信方式の送信可能データ容量５４ＭｂｐＳに比べて小さい。その結果、上記不具合が顕著に発生する。
【００４２】
図３において、無線送受信装置２０はアンテナ１０および無線送受信手段１１、中央演算装置１２、シリアル通信手段１３、電源制御部１４を備えている。これら無線送受信手段１１および中央演算装置１２、シリアル通信手段１３、電源制御部１４は、中央演算装置１２で制御される。
【００４３】
無線親機２２は、上記したように、中継機２１の記憶容量とセンサー３０の機種毎に決められた計測要求コマンドと必要データ領域とをパケット１０７にし、無線送受信装置２０に無線送信する。無線送受信装置２０は、センサー２０からシリアル通信手段１２を用いて取得されるデータの必要部分を抽出してパケットを作成し、中継機２１の記憶容量にパケットを分割する。無線送受信装置２０は、各パケット５１ａ〜５１ｃのうちの１つだけ無線送信すると、中継機２１が分割パケット５１ａ〜５１ｃを中継するのに要する時間を待った後、次の分割パケット５１ａ〜５１ｃを送信することを繰り返す。これにより、分割したパケット５１ａ〜５１ｃが中継途中で失われることを回避できる。
【００４４】
なお、端末側の無線送受信装置２０には、温度や圧力、振動、騒音等の各種の物理量を計測するセンサー３０が接続されている。これら各センサー３０の出力は、定期的に検出され、計測データとして、例えばＵＡＲＴ(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface)、Ｉ２Ｃ(Inter-Integrated Circuit)などで代表されるシリアル通信手段１２を通じて無線送受信装置２０に送信される。一方、上述したように、無線親機２２から無線送受信装置２０へ、中継機２１が有する記憶手段の記憶容量を最大値とする分割サイズが、パケット４０(図２のパケット１０７に相当)の一部として送信される。
【００４５】
このパケット４０の例を、図４に示す。図４は、無線親機２２から無線送受信装置２０に送信されるパケット４０の具体的内容例である。パケット４０は、制御文字３１および計測要求コマンド３２、分割サイズ３３、必要データ領域指定３４、制御文字３５から構成されている。ここで計測要求コマンド３２はそれぞれのセンサー３０毎に決められている。
【００４６】
図５を用いて、無線送受信装置２０の動作を説明する。図５は、無線親機２２から図４に示したパケット４０を受信した無線送受信装置２０が、センサー３０情報を取得して無線送信するフローのフローチャートである。Ｓ１０１において、無線送受信装置２０は、無線親機２２からパケット４０を受け取る。このパケット４０には、計測を開始する要求が含まれている。
【００４７】
パケット４０を受け取った無線送受信装置２０は、Ｓ１０２でシリアル通信手段１２を用いてセンサー３０に計測要求コマンド２２を送信する。無線送受信装置２０は、Ｓ１０３でセンサー３０からシリアル通信手段１２によりデータを受信すると、Ｓ１０４で受信データサイズを確認する。さらに、Ｓ１０５で図４に示したパケット４０中の必要データ領域指定３４からの情報により、シリアル通信手段１２を介して入手したセンサー３０からのデータから、中央演算装置１２が必要データ領域を取り出す。
【００４８】
データサイズが分割サイズより小さい場合には１回の送信で済むため、Ｓ１０６で、無線送受信装置２０はデータサイズを調べる。データサイズが1回の送信容量内であれば、Ｓ１０７に進んで、無線送受信装置２０は、送信パケットの初めと終わりを示す文字をデータ列に付加し、パケットを作成する。
【００４９】
Ｓ１０８で無線送受信手段２０は、アンテナ１０からデータのパケットを隣り合う中継機２１ｃへ送信する。データのパケットの送信が終われば、計測要求を受け付けるスタンバイの状態となる（Ｓ１０９）。
【００５０】
一方、Ｓ１０６でデータサイズが分割サイズより大きいと判断したときには、Ｓ１１０へ進んで、データ列にパケットの初めと終わりを示す制御文字を付加して、データのパケットを作成する。このままでは、中継機２１ｃへ送信できないので、Ｓ１１１へ進んで、中継機２１の記憶容量以下のサイズにパケットがなるよう、分割サイズ３３で示された容量のＮ個のパケットに分割する。
【００５１】
Ｓ１１２へ進み、分割したパケットの１個目を送信する。１個目を送信し終えたら、Ｓ１１３に進んで、所定時間（一定時間）、次のパケットの送信を待機する。所定時間経過したら、パケットの送信回数が分割個数のＮに達しているか否かを判断する（Ｓ１１４）。分割個数のＮまで達していないときは、Ｓ１１２に戻り、送信と待機を繰り返す。分割個数のＮまで達したら、Ｓ１０９に進み、次の計測要求を待つか、計測要求時間に達するのを待つ。または、計測を終了する。以上のフローにおいて、送信待機の時間は、中継機２１が分割パケットを中継処理するために要する時間である。
【００５２】
図６に、無線親機２２の動作を、フローチャートで示す。図示しない上位計算機または上位制御機からユーザーが指定した計測周期を迎えるか、またはユーザーが計測要求を指定すると、Ｓ２０１で無線親機２２は図４に示したパケット４０を作成する。Ｓ２０２で作成されたパケット４０を、中継機２１を介して無線送受信装置２０に送信する。次いで、Ｓ２０３で無線送受信装置２０から送信された複数の分割パケット５１ａ〜５１ｃを受信し、Ｓ２０４で分割されたパケット５１ａ〜５１ｃを結合し、パケット５１を復元する。Ｓ２０５で復元されたパケットからセンサーデータを取り出す。センサーデータを取り出した後は、スタンバイ状態となり、ユーザーの指示待ちとなる（Ｓ２０６）。ここで、計測要求コマンド３２はセンサー３０の種類ごとに変わるが、無線親機２２が計測要求コマンドを含む図４のパケットを作成するため、センサー３０の種類が何であっても、無線送受信装置２０を動作させるソフトウェアを変更する必要はない。
【００５３】
なお上記実施例では、センサー３０の取得データをそのまま分割して送信しているが、さらに大容量のデータとなる場合には、データそのものを無線送受信装置２０が圧縮し、圧縮後分割して送信してもよい。このようにすれば、非常に大容量の通信でも可能になる。また、上記実施例では無線送受信装置２０の送信タイミングを、無線親機２２からの指令に合わせているが、送信の開始時期は無線親機２２の指令に合わせるとしても、分割した後のデータの送信は、予め定めた一定間隔とするようにしてもよい。この一定間隔時の設定では、予めデータ衝突が生じない間隔を求めておくようにする。
【００５４】
図６に示したシステム図を用いて、本発明に係る無線センサーネットワークシステム２００の他の実施例を説明する。本実施例が、図１に示す実施例と異なるのは、図１のシステムではセンサー３０と無線送受信装置２０が一組しかなかったが、本実施例では、無線センサーネットワークシステム２００が、センサー３０と無線送受信装置２０を複数有していることにある。無線送受信装置２０は、中継機２１と同じ機能も有しており、無線中継することが可能であるから、他の無線送受信装置２０に接続されたセンサー３０の計測情報も中継することが可能となる。
【００５５】
以上説明したように、上記各実施例によれば、センサー３０が取得したデータのデータ容量が、各中継機が送信可能なデータ容量よりも大きくても、無線センサーネットワークシステムは低消費電力で、かつ確実にデータを伝達することができる。これにより、データ伝達の信頼度が向上する。また、無線送受信装置のソフトウェアを変更することなく、各種センサーを使用できる。
【符号の説明】
【００５６】
１０…アンテナ、１１…無線送受信手段、１２…中央演算装置、１２…シリアル通信手段、１４…電源制御部、２０…無線送受信装置（無線子機）、２１、２１ａ〜２１ｃ…中継機、２２…（無線）親機、 ３０…センサー、 ３１…制御文字、３２…計測要求コマンド、 ３３…分割サイズ、３４…必要データ領域指定、３５…制御文字、４０…パケット、５１、５１ａ〜５１ｃ…分割パケット、１００…通信開始要求、１０１…応答、１０２…計測要求コマンド、１０３…計測データ、１０４…受信完了、１０５…通信完了、１０６…失敗、１０７…必要情報パケット、１０８…必要データ、２００…無線センサーネットワークシステム。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線親機とセンサーが取り付けられる無線子機との間を複数の無線中継機を多段に経由して通信する無線ネットワークシステムにおいて、
前記無線子機は前記センサーからのシリアル通信でデータを取得し、前記無線親機は、前記複数の中継機が備える記憶手段の記憶容量に応じたパケット容量を前記無線子機に制御指令として送信し、前記無線子機はこの送信されたパケット容量に前記シリアル通信で取得したセンサーデータを分割して前記中継機へ送信することを特徴とする無線ネットワークシステム。
【請求項２】
前記無線親機と無線子機間の中継機を経由する通信はＩＥＥＥ８０２．１５．４で規定される通信方式であり、前記センサーと無線子機との通信はシリアル通信方式であり、前記無線親機からの制御指令を受信した後は、前記無線子機が前記センサーからデータ取得ミスしたら、前記無線子機は前記無線親機と通信することなく前記センサーとの間で、データ取得成功の判断が下されるまで、データ取得を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の無線ネットワークシステム。
【請求項３】
前記データ取得成功の判断に、シリアル通信における文字数およびビット反転を含むことを特徴とする請求項２に記載の無線ネットワークシステム。
【請求項４】
前記データ取得成功の判断が下されたときに前記無線子機は、先に無線親機から送られた制御指令に基づいて、前記無線中継機にセンサーデータを送信することを特徴とする請求項２に記載の無線ネットワークシステム。
【請求項５】
前記無線子機が、分割したデータを予め定めた一定の時間間隔で送信することを特徴とする請求項１に記載の無線ネットワークシステム。
【請求項６】
前記無線子機はセンサーデータを圧縮した後、前記無線親機からの制御指令に含まれるパケット容量に従って圧縮データを分割して送信することを特徴とする請求項１に記載の無線ネットワークシステム。
【請求項１】
無線親機とセンサーが取り付けられる無線子機との間を複数の無線中継機を多段に経由して通信する無線ネットワークシステムにおいて、
前記無線子機は前記センサーからのシリアル通信でデータを取得し、前記無線親機は、前記複数の中継機が備える記憶手段の記憶容量に応じたパケット容量を前記無線子機に制御指令として送信し、前記無線子機はこの送信されたパケット容量に前記シリアル通信で取得したセンサーデータを分割して前記中継機へ送信することを特徴とする無線ネットワークシステム。
【請求項２】
前記無線親機と無線子機間の中継機を経由する通信はＩＥＥＥ８０２．１５．４で規定される通信方式であり、前記センサーと無線子機との通信はシリアル通信方式であり、前記無線親機からの制御指令を受信した後は、前記無線子機が前記センサーからデータ取得ミスしたら、前記無線子機は前記無線親機と通信することなく前記センサーとの間で、データ取得成功の判断が下されるまで、データ取得を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の無線ネットワークシステム。
【請求項３】
前記データ取得成功の判断に、シリアル通信における文字数およびビット反転を含むことを特徴とする請求項２に記載の無線ネットワークシステム。
【請求項４】
前記データ取得成功の判断が下されたときに前記無線子機は、先に無線親機から送られた制御指令に基づいて、前記無線中継機にセンサーデータを送信することを特徴とする請求項２に記載の無線ネットワークシステム。
【請求項５】
前記無線子機が、分割したデータを予め定めた一定の時間間隔で送信することを特徴とする請求項１に記載の無線ネットワークシステム。
【請求項６】
前記無線子機はセンサーデータを圧縮した後、前記無線親機からの制御指令に含まれるパケット容量に従って圧縮データを分割して送信することを特徴とする請求項１に記載の無線ネットワークシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−８９９９２（Ｐ２０１２−８９９９２Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３３５８６（Ｐ２０１０−２３３５８６）
【出願日】平成２２年１０月１８日（２０１０．１０．１８）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１８日（２０１０．１０．１８）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
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