(57)【要約】【課題】無線ネットワークシステムのトポロジが変化する場合でも、符号テーブルおよび復号テーブルのメンテナンスに要する処理負担を削減する。【解決手段】最下位ノードで観測された観測データをサーバへ中継転送するノード１０において、当該ノード１０の下位ノードごとに復号テーブルを設けて、復号装置１４により、下位ノードからの符号に対応する観測データを、当該下位ノードに対応する復号テーブルから取得することにより復号し、得られた観測データの組と対応する符号を、符号化装置１３により、符号テーブルから取得することにより符号化し、上位ノードへ送信する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信路を介して木構造で接続された複数のノードと、当該木構造の頂点に接続された１つのサーバとからなり、前記木構造の末端に位置するノードで観測されたデータを、当該ノードより前記サーバに近い中継ノードで順次中継転送することにより、前記サーバへ収集する無線ネットワークシステムであって、
前記中継ノードは、
前記無線通信路を介して自ノードに接続されている、より前記サーバから遠いノードからなる下位ノードごとに設けられ、当該下位ノードから受信する受信符号と当該受信符号に対応する受信観測データとの組が複数登録されている復号テーブルと、
自ノードから送信する送信観測データと当該送信観測データに対応する送信符号との組が複数登録されている符号テーブルと、
自ノードで復号および符号化の対象となりうるすべての受信および送信観測データと当該観測データの符号として一時的に用いる例外符号との組が、複数登録されている例外符号テーブルと、
自ノードから送信する送信観測データに対応する送信符号の候補となる仮符号が、複数登録されている仮符号テーブルと、
前記下位ノードから受信した受信符号に対応する受信観測データを、当該下位ノードに対応する復号テーブルから取得することにより、当該受信符号を受信観測データへ復号する復号装置と、
前記復号装置で復号された前記各下位ノードからの受信観測データを含む送信観測データに対応する送信符号を、前記符号テーブルから取得することにより、当該送信観測データを送信符号へ符号化する符号化装置と、
前記下位ノードから送信された符号を無線通信で受信し受信符号として前記復号装置へ出力するとともに、前記符号化装置で得られた送信符号を上位ノードへ無線通信で送信する無線通信装置と
を含み、
前記符号化装置は、符号化する送信観測データに対応する送信符号が前記符号テーブルに登録されていない場合、前記例外符号テーブルから当該送信観測データに対応する例外符号を取得して前記非符号化符号を付加することにより、当該送信観測データを送信符号へ符号化し、当該符号テーブルに送信符号として登録されていない仮符号を前記仮符号テーブルから取得し、この仮符号と当該送信観測データとの組を当該符号テーブルへ追加し、
前記復号装置は、復号する受信符号に対応する受信観測データが前記復号テーブルに登録されていない場合、当該受信符号に付加されている非符号化符号を除去し、残りの受信符号と同じ例外符号に対応する観測データを前記例外符号テーブルから取得することにより、当該受信符号を受信観測データへ復号し、当該復号テーブルに受信符号として登録されていない仮符号を前記仮符号テーブルから取得し、この仮符号と当該受信観測データとの組を当該復号テーブルへ追加する
ことを特徴とする無線ネットワークシステム。
【請求項２】
無線通信路を介して木構造で接続された複数のノードと、当該木構造の頂点に接続された１つのサーバとからなり、前記木構造の末端に位置するノードで観測されたデータを、当該ノード前記サーバに近い中継ノードで順次中継転送することにより、前記サーバへ収集する無線ネットワークシステムで、前記中継ノードとして用いられるノードであって、
前記無線通信路を介して自ノードに接続されている、より前記サーバから遠いノードからなる下位ノードごとに設けられ、当該下位ノードから受信する受信符号と当該受信符号に対応する受信観測データとの組が複数登録されている復号テーブルと、
自ノードから送信する送信観測データと当該送信観測データに対応する送信符号との組が複数登録されている符号テーブルと、
自ノードで復号および符号化の対象となりうるすべての受信および送信観測データと当該観測データの符号として一時的に用いる例外符号との組が、複数登録されている例外符号テーブルと、
自ノードから送信する送信観測データに対応する送信符号の候補となる仮符号が、複数登録されている仮符号テーブルと、
前記下位ノードから受信した受信符号に対応する受信観測データを、当該下位ノードに対応する復号テーブルから取得することにより、当該受信符号を受信観測データへ復号する復号装置と、
前記復号装置で復号された前記各下位ノードからの受信観測データを含む送信観測データに対応する送信符号を、前記符号テーブルから取得することにより、当該送信観測データを送信符号へ符号化する符号化装置と、
前記下位ノードから送信された符号を無線通信で受信し受信符号として前記復号装置へ出力するとともに、前記符号化装置で得られた送信符号を上位ノードへ無線通信で送信する無線通信装置と
を含み、
前記符号化装置は、符号化する送信観測データに対応する送信符号が前記符号テーブルに登録されていない場合、前記例外符号テーブルから当該送信観測データに対応する例外符号を取得して前記非符号化符号を付加することにより、当該送信観測データを送信符号へ符号化し、当該符号テーブルに送信符号として登録されていない仮符号を前記仮符号テーブルから取得し、この仮符号と当該送信観測データとの組を当該符号テーブルへ追加し、
前記復号装置は、復号する受信符号に対応する受信観測データが前記復号テーブルに登録されていない場合、当該受信符号に付加されている非符号化符号を除去し、残りの受信符号と同じ例外符号に対応する観測データを前記例外符号テーブルから取得することにより、当該受信符号を受信観測データへ復号し、当該復号テーブルに受信符号として登録されていない仮符号を前記仮符号テーブルから取得し、この仮符号と当該受信観測データとの組を当該復号テーブルへ追加する
ことを特徴とするノード。
【請求項３】
請求項２に記載のノードにおいて、
前記符号化装置は、前記符号テーブルに登録されている各送信観測データに対して、当該送信観測データの符号化処理頻度が多いものから順に、予め用意した送信符号のうち送信情報量の小さい送信符号を優先して順次再割り当てすることにより、当該符号テーブルを更新し、
前記復号装置は、前記復号テーブルに登録されている各受信観測データに対して、当該受信観測データの復号処理頻度が多いものから順に、予め用意した受信符号のうち送信情報量の小さい受信符号を優先して順次再割り当てすることにより、当該復号テーブルを更新する
ことを特徴とするノード。
【請求項４】
請求項２に記載のノードにおいて、
前記符号化装置は、前記符号テーブルの大きさが予め設定されたサイズ上限に達している状態で、当該符号テーブルに登録されていない送信観測データを符号化する場合には、当該送信観測データに対応する例外符号を前記例外符号テーブルから取得し、予め設定されている制御符号を当該例外符号に付加して前記無線通信装置へ出力することにより、当該送信観測データを送信符号へ符号化し、
前記復号装置は、復号する受信符号に前記制御符号が付加されている場合には、当該受信符号から当該制御符号を除いた残りの例外符号に対応する受信観測データを前記例外符号テーブルから取得して出力することにより、当該受信符号を受信観測データへ復号する
ことを特徴とするノード。
【請求項５】
請求項２に記載のノードにおいて、
前記復号テーブルは、前記各下位ノードに共通して設けられて、これら下位ノードからの受信符号を連結した連結受信符号と、これら連結受信符号に対応する、それぞれの受信符号の受信観測データを連結した連結受信観測データとの組が複数登録されたテーブルからなり、
前記復号装置は、前記各下位ノードから受信した受信符号を連結した連結受信符号に対応する連結受信観測データを前記復号テーブルから取得して出力することにより、当該各受信符号を受信観測データへ復号する
ことを特徴とするノード。
【請求項６】
請求項２に記載のノードにおいて、
予め設定された時刻または時間間隔で、自ノードの周囲状況を観測し、得られた自観測データを出力する観測装置をさらに備え、
前記符号化装置は、前記復号装置で復号された受信観測データと前記観測装置で得られた自観測データとを含む送信観測データに対応する送信符号を、前記符号テーブルから取得して前記無線通信装置へ出力することにより、当該送信観測データを送信符号へ符号化する
ことを特徴とするノード。
【請求項７】
無線通信路を介して木構造で接続された複数のノードと、当該木構造の頂点に接続された１つのサーバとからなり、前記木構造の末端に位置するノードで観測されたデータを、当該ノード前記サーバに近い中継ノードで順次中継転送することにより、前記サーバへ収集する無線ネットワークシステムで、前記中継ノードで用いられるデータ収集方法であって、
記憶装置が、
前記無線通信路を介して自ノードに接続されている、より前記サーバから遠いノードからなる下位ノードごとに設けられ、当該下位ノードから受信する受信符号と当該受信符号に対応する受信観測データとの組が複数登録されている復号テーブルと、
自ノードから送信する送信観測データと当該送信観測データに対応する送信符号との組が複数登録されている符号テーブルと、
自ノードで復号および符号化の対象となりうるすべての受信および送信観測データと当該観測データの符号として一時的に用いる例外符号との組が、複数登録されている例外符号テーブルと、
自ノードから送信する送信観測データに対応する送信符号の候補となる仮符号が、複数登録されている仮符号テーブルと
を記憶する記憶ステップと、
復号装置が、前記下位ノードから受信した受信符号に対応する受信観測データを、当該下位ノードに対応する復号テーブルから取得することにより、当該受信符号を受信観測データへ復号する復号ステップと、
符号化装置が、前記復号装置で復号された前記各下位ノードからの受信観測データを含む送信観測データに対応する送信符号を、前記符号テーブルから取得することにより、当該送信観測データを送信符号へ符号化する符号ステップと
無線通信装置が、前記下位ノードから送信された符号を無線通信で受信し受信符号として前記復号装置へ出力するとともに、前記符号化装置で得られた送信符号を上位ノードへ無線通信で送信する無線通信ステップと
を含み、
前記符号ステップは、符号化する送信観測データに対応する送信符号が前記符号テーブルに登録されていない場合、前記例外符号テーブルから当該送信観測データに対応する例外符号を取得して前記非符号化符号を付加することにより、当該送信観測データを送信符号へ符号化し、当該符号テーブルに送信符号として登録されていない仮符号を前記仮符号テーブルから取得し、この仮符号と当該送信観測データとの組を当該符号テーブルへ追加するステップを含み、
前記復号ステップは、前記復号装置が、復号する受信符号に対応する受信観測データが前記復号テーブルに登録されていない場合、当該受信符号に付加されている非符号化符号を除去し、残りの受信符号と同じ例外符号に対応する観測データを前記例外符号テーブルから取得することにより、当該受信符号を受信観測データへ復号し、当該復号テーブルに受信符号として登録されていない仮符号を前記仮符号テーブルから取得し、この仮符号と当該受信観測データとの組を当該復号テーブルへ追加するステップを含む
ことを特徴とするデータ収集方法。
【請求項８】
コンピュータを、請求項２〜請求項６のいずれかに記載のノードとして機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信技術に関し、特に複数のノードで観測したデータを、これらノード間を結ぶ無線ネットワークシステムを用いて収集するデータ収集技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
センサネットワークシステムは、各ノードに、温度、湿度、加速度、磁気、圧力、電磁波、降雨量、照度、位置、気体や液体の流量など、任意の物理量を観測するセンサを搭載し、当該センサで観測した観測データを、これらノード間を結ぶ無線通信路を用いてサーバで収集することにより、広範囲に分布する対象の状態を観測するシステムである。
このようなセンサネットワークシステムに代表される無線ネットワークシステムでは、各ノードに設けられている無線通信装置を利用して、各ノードで観測された観測データを、ノード相互間でバケツリレー方式によりそれぞれ中継転送することにより、サーバへ収集するものとなっている。
【０００３】
図１２は、無線ネットワークシステムの構成例である。ここでは、Ｎ1〜Ｎ10の１０個のノードと１つのサーバＮtから無線ネットワークシステムが構成されており、Ｎ1〜Ｎ10は、それぞれ特定のノードと無線通信可能であり、Ｎtも同様である。例えば、Ｎ1はＮ2およびＮ5と無線通信可能であり、他のノードとは無線通信できない。このためＮ1で得られた観測データは、Ｎ2またはＮ5経由でＮtまで転送することになる。また、ＮtはＮ2，Ｎ4，Ｎ6およびＮ8と無線通信可能であり、他のノードとは無線通信できない。このためＮ1〜Ｎ10で得られた観測データは、Ｎ2，Ｎ4，Ｎ6およびＮ8のいずれかを経由してＮtまで転送することになる。
【０００４】
一般的に、このような無線ネットワークシステムは、それぞれ無線通信機能を持つｎ個（ｎは２以上の整数）のノードＮ1〜Ｎnと、１つのサーバＮtとから構成される。この際、サーバＮtを含む各ノードをＮ＝｛Ｎ1，…，Ｎn，Ｎt｝とし、ノードＮi，Ｎj間（ｉ，ｊは１〜ｎの整数でｉ≠ｊ）の無線通信路を枝Ｅ＝｛ｅ（ｉ，ｊ）：（Ｘi，Ｘjが無線通信可能なとき）｝とすると、無線ネットワークシステムは、ノードと無線通信路によるグラフＧ＝（Ｎ，Ｅ）と表現できる。
【０００５】
このような無線ネットワークシステムで観測データの収集を行う場合、無線ネットワークシステム全体でデータ収集に要する通信コストを削減することが求められる。
通信コストを削減する方法として、まずネットワーク構成の簡素化が考えられる。ノードＮiで観測された観測データを、無線通信路ｅ（ｉ，ｊ）を経由してノードＮjへ送信する際に要する平均コストをｃ（ｉ，ｊ）と記述した場合、ＮiからサーバＮtまでの各無線通信路ｅにかかる平均コストｃ（ｉ，ｊ）の総和が最小となる経路が、Ｎiの最短路となる。
【０００６】
したがって、ノードＮiごとに最短路を求めることにより、いずれの最短路にも含まれない無線通信路を削除することができる。図１３は、無線ネットワークシステムの構成例（最短路）である。例えば、コストがノード間距離に比例する場合、Ｎ1は、Ｎ5，Ｎ6を経由してＮtへ観測データを転送するより、Ｎ2経由のほうが平均コストが小さい。またＮ5は、Ｎ1，Ｎ2を経由してＮtへ観測データを転送するより、Ｎ6経由のほうが平均コストが小さい。したがって、Ｎ1−Ｎ5間の無線通信路が削除可能となる。同様にして、Ｎ2−Ｎ3間、Ｎ6−Ｎ7間、およびＮ9−Ｎ10間の無線通信路も削除可能となる。このようにして、無駄な無線通信路を削除することにより、サーバＮtを頂点とする木構造の無線ネットワークシステムを得ることができる。  図１４は、無線ネットワークシステム（木構造）の構成例である。
【０００７】
次に、通信コストを削減する方法として、符号化による送信情報量の削減が考えられる。従来、符号化により送信情報量を削減する手法として、Ｓｌｅｐｉａｎ−Ｗｏｌｆ符号化通信手法が提案されている（例えば、非特許文献１，２など参照）。
この手法の特徴は、ある時刻にある複数のノードの組で観測される観測データ間に相関性があるとき、これらのノードの組に対して共通した符号テーブルと復号テーブルとを適用する点にある。
【０００８】
図１５は、従来の符号化手法を示す説明図である。ここでは、ノードＮi，Ｎjにそれぞ符号化装置が設けられており、ノードＮkに復号装置が設けられている。Ｎiは、観測データＸiを符号化装置により符号化し、得られたコードＣ（Ｘi）をノードＮkへ送信する。Ｎjは、観測データＸjを符号化装置により符号化し、得られたコードＣ（Ｘj）をノードＮkへ送信する。Ｎkは、Ｎiから受信したコードＣ（Ｘi）とＮjから受信したコードＣ（Ｘj）とを、復号装置でそれぞれ復号して元のＸiとＸjを得る。
【０００９】
図１５において、Ｎi−Ｎk間およびＮj−Ｎk間の無線通信路で送信される送信情報量（ビット数）をそれぞれＲi，Ｒjとし、Ｎi，Ｎjで観測されるデータ系列の平均情報量をＨ（Ｎi），Ｈ（Ｎj）とし、Ｎi，ＮjとＮkとの間の送信情報量Ｈ（Ｎi，Ｎj）とした場合、Ｒi＋Ｒj＞Ｈ（Ｎi，Ｎj）が成り立つ。ここで、Ｎiのデータ系列がＮjのデータ系列に完全に従属している場合、Ｈ（Ｎi，Ｎj）＝Ｈ（Ｎi）またはＨ（Ｎi，Ｎj）＝Ｈ（Ｎj）となる。一方、Ｎiのデータ系列がＮjのデータ系列と完全に独立している場合、Ｈ（Ｎi，Ｎj）＝Ｈ（Ｎi）＋Ｈ（Ｎj）となる。したがって、Ｒi＋Ｒjを最小とすることは、すなわち通信コストを最小化することと等しい。
【００１０】
図１６は、観測データの発生確率（共起関係なし）を示す説明図である。ここでは、Ｘiが”０”のときＸjが”１”となる確率が０．５で、Ｘjが”０”となる確率が０．５である。同じく、Ｘiが”１”のときＸjが”０”となる確率が０．５で、Ｘjが”１”となる確率が０．５である。このように、Ｎiのデータ系列がＮjのデータ系列に完全に独立している場合、Ｎi，ＮjとＮkとの間の送信情報量Ｈ（Ｎi，Ｎj）は、Ｒi＋Ｒjとなる。
【００１１】
図１７は、観測データの発生確率（共起関係あり）を示す説明図である。ここでは、Ｘiが”０”のときＸjが”１”となる確率が１で、Ｘjが”０”となる確率が０である。同じく、Ｘiが”１”のときＸjが”０”となる確率が１で、Ｘjが”１”となる確率が０である。このように、Ｎiのデータ系列がＮjのデータ系列に完全に従属している場合、Ｎi，ＮjとＮkとの間の送信情報量Ｈ（Ｎi，Ｎj）は、Ｒi（＝Ｒj）となる。したがって、図１６の例のように、Ｘi，Ｘjを個別に送信する場合と比較して、送信情報量Ｈ（Ｎi，Ｎj）を半分に削減できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Slepian, D. and Wolf, J.: Noiseless coding of correlated information sources, IEEE Transactions on Information Theory, Volume 19, Issue 4, pp. 471-180 (1973).
【非特許文献２】Cristescu, R., Beferull-Lozano, B., and Vetterli, M.: Networked Slepian-Wolf: theory, algorithms, and scaling laws, IEEE Transactions on Information Theory, Volume 51. Issue 12, pp. 4057-4073 (2005).
【非特許文献３】Junning Liu, Micah Adler, Don Towsley, and Chun Zhang: On optimal communication cost for gathering correlated data through wireless sensor networks, MobiCom '06: Proceedings of the 12th annual international conference on Mobile computing and networking, pp. 310-321 (2006).
【非特許文献４】G. S. Manku and R. Motwani: Approximate frequency counts over data streams. In Proc. of VLDB, pp. 346-357 (2002).
【非特許文献５】Qin Zhang, Feifei Li, and Ke Yi: Finding frequent items in probabilistic data, SIGMOD '08: Proceedings of the 2008 ACM SIGMOD international conference on Management of data, pp. 819-832 (2008).
【非特許文献６】James A. Storer and Thomas G. Szymanski, Data compression via textual substitution, Journal of the Association for Computing Machinery, 29(4), pp. 928-951 (1982).
【非特許文献７】野村 亮, 松嶋 敏泰, 平澤 茂一: メモリ量を低減した近似ベイズ符号化アルゴリズム, 電子情報通信学会論文誌. A, 基礎・境界, Vol.J86-A, No.1(20030101) pp. 46-59 (2003).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このようなＳｌｅｐｉａｎ−Ｗｏｌｆ符号化通信手法を用いて、すべてのノードに独立した符号化装置を設け、サーバのみに復号装置を設けた場合、前述した図１３のような木構造のトポロジにおいて、通信コストを最小化できることが知られている（例えば、非特許文献３など参照）。
しかしながら、このような従来技術では、ノードと無線通信路からなるグラフに変化が生じて、無線ネットワークシステムのトポロジが変化した場合、各ノードに設けられた符号化装置の符号テーブルとサーバ上の復号テーブルとをすべて作り直す必要があるという問題がある。
【００１４】
例えば、前述したセンサネットワークシステムでは、対象の移動に伴うノードの移動によりネットワークトポロジが変化することがある。また、観測地点を増やすために新たなノードを追加することも考えられ、さらに、故障により無線ネットワークシステムからノードが削除されることがある。このため、データ収集方法は、無線ネットワークシステムトポロジの動的な変化に対しても頑健で、柔軟に対応する必要がある。
【００１５】
しかし、従来技術によれば、ノードの追加や削除が行われた場合、各ノードの符号テーブルとサーバの復号テーブルとをすべて更新する必要があるため、無線ネットワークシステムトポロジの動的な変化に対して柔軟に対応することができない。また、これら符号テーブルおよび復号テーブルのメンテナンスに関する処理負担が増大し、ノード数が増えるに連れて処理負担も大幅に増大する。
【００１６】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、無線ネットワークシステムのトポロジが変化する場合でも、符号テーブルおよび復号テーブルのメンテナンスに要する処理負担を削減できる無線ネットワークシステム、ノード、データ収集方法、およびプログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このような目的を達成するために、本発明にかかる無線ネットワークシステムは、無線通信路を介して木構造で接続された複数のノードと、当該木構造の頂点に接続された１つのサーバとからなり、木構造の末端に位置するノードで観測されたデータを、当該ノードよりサーバに近い中継ノードで順次中継転送することにより、サーバへ収集する無線ネットワークシステムであって、中継ノードは、無線通信路を介して自ノードに接続されている、よりサーバから遠いノードからなる下位ノードごとに設けられ、当該下位ノードから受信する受信符号と当該受信符号に対応する受信観測データとの組が複数登録されている復号テーブルと、自ノードから送信する送信観測データと当該送信観測データに対応する送信符号との組が複数登録されている符号テーブルと、自ノードで復号および符号化の対象となりうるすべての受信および送信観測データと当該観測データの符号として一時的に用いる例外符号との組が、複数登録されている例外符号テーブルと、自ノードから送信する送信観測データに対応する送信符号の候補となる仮符号が、複数登録されている仮符号テーブルと、下位ノードから受信した受信符号に対応する受信観測データを、当該下位ノードに対応する復号テーブルから取得することにより、当該受信符号を受信観測データへ復号する復号装置と、復号装置で復号された各下位ノードからの受信観測データを含む送信観測データに対応する送信符号を、符号テーブルから取得することにより、当該送信観測データを送信符号へ符号化する符号化装置と、下位ノードから送信された符号を無線通信で受信し受信符号として復号装置へ出力するとともに、符号化装置で得られた送信符号を上位ノードへ無線通信で送信する無線通信装置とを含み、符号化装置は、符号化する送信観測データに対応する送信符号が符号テーブルに登録されていない場合、例外符号テーブルから当該送信観測データに対応する例外符号を取得して非符号化符号を付加することにより、当該送信観測データを送信符号へ符号化し、当該符号テーブルに送信符号として登録されていない仮符号を仮符号テーブルから取得し、この仮符号と当該送信観測データとの組を当該符号テーブルへ追加し、復号装置は、復号する受信符号に対応する受信観測データが復号テーブルに登録されていない場合、当該受信符号に付加されている非符号化符号を除去し、残りの受信符号と同じ例外符号に対応する観測データを例外符号テーブルから取得することにより、当該受信符号を受信観測データへ復号し、当該復号テーブルに受信符号として登録されていない仮符号を仮符号テーブルから取得し、この仮符号と当該受信観測データとの組を当該復号テーブルへ追加する。
【００１８】
また、本発明にかかるノードは、無線通信路を介して木構造で接続された複数のノードと、当該木構造の頂点に接続された１つのサーバとからなり、木構造の末端に位置するノードで観測されたデータを、当該ノードよりサーバに近い中継ノードで順次中継転送することにより、サーバへ収集する無線ネットワークシステムで、中継ノードとして用いられるノードであって、無線通信路を介して自ノードに接続されている、よりサーバから遠いノードからなる下位ノードごとに設けられ、当該下位ノードから受信する受信符号と当該受信符号に対応する受信観測データとの組が複数登録されている復号テーブルと、自ノードから送信する送信観測データと当該送信観測データに対応する送信符号との組が複数登録されている符号テーブルと、自ノードで復号および符号化の対象となりうるすべての受信および送信観測データと当該観測データの符号として一時的に用いる例外符号との組が、複数登録されている例外符号テーブルと、自ノードから送信する送信観測データに対応する送信符号の候補となる仮符号が、複数登録されている仮符号テーブルと、下位ノードから受信した受信符号に対応する受信観測データを、当該下位ノードに対応する復号テーブルから取得することにより、当該受信符号を受信観測データへ復号する復号装置と、復号装置で復号された各下位ノードからの受信観測データを含む送信観測データに対応する送信符号を、符号テーブルから取得することにより、当該送信観測データを送信符号へ符号化する符号化装置と、下位ノードから送信された符号を無線通信で受信し受信符号として復号装置へ出力するとともに、符号化装置で得られた送信符号を上位ノードへ無線通信で送信する無線通信装置とを含み、符号化装置は、符号化する送信観測データに対応する送信符号が符号テーブルに登録されていない場合、例外符号テーブルから当該送信観測データに対応する例外符号を取得して非符号化符号を付加することにより、当該送信観測データを送信符号へ符号化し、当該符号テーブルに送信符号として登録されていない仮符号を仮符号テーブルから取得し、この仮符号と当該送信観測データとの組を当該符号テーブルへ追加し、復号装置は、復号する受信符号に対応する受信観測データが復号テーブルに登録されていない場合、当該受信符号に付加されている非符号化符号を除去し、残りの受信符号と同じ例外符号に対応する観測データを例外符号テーブルから取得することにより、当該受信符号を受信観測データへ復号し、当該復号テーブルに受信符号として登録されていない仮符号を仮符号テーブルから取得し、この仮符号と当該受信観測データとの組を当該復号テーブルへ追加する。
【００１９】
この際、符号化装置で、符号テーブルに登録されている各送信観測データに対して、当該送信観測データの符号化処理頻度が多いものから順に、予め用意した送信符号のうち送信情報量の小さい送信符号を優先して順次再割り当てすることにより、当該符号テーブルを更新し、復号装置で、復号テーブルに登録されている各受信観測データに対して、当該受信観測データの復号処理頻度が多いものから順に、予め用意した受信符号のうち送信情報量の小さい受信符号を優先して順次再割り当てすることにより、当該復号テーブルを更新するようにしてもよい。
【００２０】
また、符号化装置で、符号テーブルの大きさが予め設定されたサイズ上限に達している状態で、当該符号テーブルに登録されていない送信観測データを符号化する場合には、当該送信観測データに対応する例外符号を例外符号テーブルから取得し、予め設定されている制御符号を当該例外符号に付加して無線通信装置へ出力することにより、当該送信観測データを送信符号へ符号化し、復号装置で、復号する受信符号に制御符号が付加されている場合には、当該受信符号から当該制御符号を除いた残りの例外符号に対応する受信観測データを例外符号テーブルから取得して出力することにより、当該受信符号を受信観測データへ復号するようにしてもよい。
【００２１】
また、復号テーブルを、各下位ノードに共通して設けられて、これら下位ノードからの受信符号を連結した連結受信符号と、これら連結受信符号に対応する、それぞれの受信符号の受信観測データを連結した連結受信観測データとの組が複数登録されたテーブルから構成し、復号装置で、各下位ノードから受信した受信符号を連結した連結受信符号に対応する連結受信観測データを復号テーブルから取得して出力することにより、当該各受信符号を受信観測データへ復号するようにしてもよい。
【００２２】
また、予め設定された時刻または時間間隔で、自ノードの周囲状況を観測し、得られた自観測データを出力する観測装置をさらに備え、符号化装置で、復号装置で復号された受信観測データと観測装置で得られた自観測データとを含む送信観測データに対応する送信符号を、符号テーブルから取得して無線通信装置へ出力することにより、当該送信観測データを送信符号へ符号化するようにしてもよい。
【００２３】
また、本発明にかかるデータ収集方法は、無線通信路を介して木構造で接続された複数のノードと、当該木構造の頂点に接続された１つのサーバとからなり、木構造の末端に位置するノードで観測されたデータを、当該ノードよりサーバに近い中継ノードで順次中継転送することにより、サーバへ収集する無線ネットワークシステムで、中継ノードで用いられるデータ収集方法であって、記憶装置が、無線通信路を介して自ノードに接続されている、よりサーバから遠いノードからなる下位ノードごとに設けられ、当該下位ノードから受信する受信符号と当該受信符号に対応する受信観測データとの組が複数登録されている復号テーブルと、自ノードから送信する送信観測データと当該送信観測データに対応する送信符号との組が複数登録されている符号テーブルと、自ノードで復号および符号化の対象となりうるすべての受信および送信観測データと当該観測データの符号として一時的に用いる例外符号との組が、複数登録されている例外符号テーブルと、自ノードから送信する送信観測データに対応する送信符号の候補となる仮符号が、複数登録されている仮符号テーブルとを記憶する記憶ステップと、復号装置が、下位ノードから受信した受信符号に対応する受信観測データを、当該下位ノードに対応する復号テーブルから取得することにより、当該受信符号を受信観測データへ復号する復号ステップと、符号化装置が、復号装置で復号された各下位ノードからの受信観測データを含む送信観測データに対応する送信符号を、符号テーブルから取得することにより、当該送信観測データを送信符号へ符号化する符号ステップと、無線通信装置が、下位ノードから送信された符号を無線通信で受信し受信符号として復号装置へ出力するとともに、符号化装置で得られた送信符号を上位ノードへ無線通信で送信する無線通信ステップとを含み、符号ステップは、符号化する送信観測データに対応する送信符号が符号テーブルに登録されていない場合、例外符号テーブルから当該送信観測データに対応する例外符号を取得して非符号化符号を付加することにより、当該送信観測データを送信符号へ符号化し、当該符号テーブルに送信符号として登録されていない仮符号を仮符号テーブルから取得し、この仮符号と当該送信観測データとの組を当該符号テーブルへ追加するステップを含み、復号ステップは、復号装置が、復号する受信符号に対応する受信観測データが復号テーブルに登録されていない場合、当該受信符号に付加されている非符号化符号を除去し、残りの受信符号と同じ例外符号に対応する観測データを例外符号テーブルから取得することにより、当該受信符号を受信観測データへ復号し、当該復号テーブルに受信符号として登録されていない仮符号を仮符号テーブルから取得し、この仮符号と当該受信観測データとの組を当該復号テーブルへ追加するステップを含む。
【００２４】
また、本発明にかかるプログラムは、コンピュータを、前述したいずれかのノードとして機能させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、木構造の無線ネットワークシステムにおいて、符号化装置と復号装置の組を多段化するようにしたので、各ノードで用いる符号テーブルおよび復号テーブルにおいて、当該ノードで送受信する観測データに関する符号だけを管理すればよいことになり、ノードごとに符号テーブルおよび復号テーブルの内容を集約できる。
【００２６】
したがって、サーバが保持しなければならない符号テーブルおよび復号テーブルのサイズを大幅に削減することができる。さらに、ノードの削除や追加が行われた場合でも、符号テーブルおよび復号テーブルの書き換えるが必要となるノードの範囲を、追加・削除されたノードと関係するノードのみに限定することができる。これにより、ノードの追加や削除が行われた場合でも、各ノードの符号テーブルおよび復号テーブルのすべてを更新する必要がなくなり、符号テーブルおよび復号テーブルのメンテナンスに要する処理負担を大幅に削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる無線ネットワークシステムの構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態にかかる無線ネットワークシステムで用いるノードの構成を示すブロック図である。
【図３】ノードにおけるデータ収集処理を示すフローチャートである。
【図４】ノードにおけるデータ受信処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施の形態にかかる無線ネットワークシステムの構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態にかかる無線ネットワークシステムのデータ収集動作例（テーブル登録あり）を示す説明図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態にかかる無線ネットワークシステムのデータ収集動作例（符号用テーブル未登録）を示す説明図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態にかかる無線ネットワークシステムのデータ収集動作例（復号用テーブル未登録）を示す説明図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態にかかるノードでのテーブル更新動作例を示す説明図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態にかかる無線ネットワークシステムのデータ収集動作例を示す説明図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態にかかるノードでのテーブル更新動作例を示す説明図である。
【図１２】無線ネットワークシステムの構成例である。
【図１３】無線ネットワークシステムの構成例（最短路）である。
【図１４】無線ネットワークシステム（木構造）の構成例である。
【図１５】従来の符号化手法を示す説明図である。
【図１６】観測データの発生確率（共起関係なし）を示す説明図である。
【図１７】観測データの発生確率（共起関係あり）を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる無線ネットワークシステムについて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる無線ネットワークシステムの構成例を示すブロック図である。
【００２９】
本実施の形態にかかる無線ネットワークシステム１は、無線通信機能を備えた複数のノードＮ1〜Ｎn（ｎは２以上の整数）と１つのサーバＮtとから構成されている。図１では、ｎ＝６の場合の一構成例が示されており、ここでは、Ｎ1，Ｎ2がそれぞれの無線通信路を介してＮ3と接続され、Ｎ4，Ｎ5がそれぞれの無線通信路を介してＮ6に接続され、Ｎ3，Ｎ6がそれぞれの無線通信路を介してＮtに接続されている。
【００３０】
このようにして、木構造で接続されたＮ1〜Ｎ6でバケツリレー方式により観測データが順次中継転送されて、Ｎ1〜Ｎ6で観測された観測データが最終的にＮtへ収集される。
なお、図１のような木構造の無線ネットワークシステムにおいて、任意のノードから見て、サーバＮtに近いノードを「上位のノード」、サーバＮtから遠いノードを「下位のノード」と呼ぶ。また、木構造の末端に位置するノードＮ1，Ｎ2，Ｎ4，Ｎ5を「最下位ノード」、最下位ノードより上位に位置するノードＮ3，Ｎ6を中継ノードと呼ぶ。
【００３１】
［本発明の概念］
本発明では、前述の非特許文献３に示されている符号化装置と復号装置の組を、木構造の無線ネットワークシステムにおいて多段化する方式を導入する。非特許文献３では、サーバのみが復号装置を持つ単段である。これに対して、本発明は、中継ノードに復号装置と復号装置とを設け、あるノードが下位ノードから符号化された観測データを符号として受け取った場合、その受信符号を復号装置で元の観測データに復号する。また、ノードは、復号して得られた下位ノードからの受信観測データ、さらには自ノードで観測した自観測データを含む送信観測データを生成し、この送信観測データを符号化装置により再度符号化して上位ノードへ送信する。
【００３２】
このデータ収集方法によれば、各ノードで用いる符号テーブルおよび復号テーブルにおいて、当該ノードで送受信する観測データに関する符号だけを管理すればよいことになり、ノードごとに符号テーブルおよび復号テーブルの内容を集約できる。
したがって、サーバが保持しなければならない符号テーブルおよび復号テーブルのサイズを大幅に削減することができる。さらに、ノードの削除や追加が行われた場合でも、符号テーブルおよび復号テーブルを書き換える必要があるノードの範囲を、追加・削除されたノードと関係するノードのみに限定することができる。これにより、ノードの追加や削除が行われた場合でも、ネットワーク全体のノードの符号テーブルを更新する必要がなくなり、符号テーブルおよび復号テーブルのメンテナンスに要する処理負担を大幅に削減できる。
【００３３】
［ノードの構成］
図２は、本発明の第１の実施の形態にかかる無線ネットワークシステムで用いるノードの構成を示すブロック図である。
このノード１０には、主な機能部として、無線通信装置１１、観測装置１２、符号化装置１３、復号装置１４、記憶装置１５、および制御装置１６が設けられている。
【００３４】
無線通信装置１１は、専用の無線通信回路からなり、微弱な電波で近隣のノードまたはサーバと無線通信を行う機能と、当該無線通信により下位ノードから受信した符号を復号装置１４へ出力する機能と、符号化装置１３から出力された符号を当該無線通信により上位ノードへ送信する機能とを有している。
観測装置１２は、専用のセンサ回路からなり、予め指示された時刻または時間間隔で、自ノード周囲の状況を観測し、得られた観測データを符号化装置１３へ出力する機能を有している。
【００３５】
符号化装置１３は、同一処理タイミングにおいて、記憶装置１５に保存されている下位ノードから受信した受信観測データ、さらには観測装置１２で得られた自観測データを、１つの送信観測データとして見なし、記憶装置１５の符号テーブルに基づき符号化する機能と、得られた送信符号を無線通信装置１１へ出力する機能とを有している。
復号装置１４は、無線通信装置１１で受信した下位ノードからの受信符号を、記憶装置１５の復号テーブルに基づき復号する機能と、得られた受信観測データを記憶装置１５へ保存する機能とを有している。
【００３６】
記憶装置１５は、メモリなどの記憶装置からなり、他ノードから受信した受信観測データや、符号化装置１３および復号装置１４で用いる符号テーブル、復号テーブル、例外符号テーブル、仮符号テーブルなどの各種処理情報を記憶する機能を有している。
【００３７】
符号テーブルは、自ノードから送信する送信観測データとこれに対応する送信符号（符号化データ）との組から構成されており、上位ノードへ送信する送信観測データを送信符号へ符号化する際に用いられる。
復号テーブルは、自ノードの下位ノードから受信する受信符号（符号化データ）とこれに対応する受信観測データとの組から構成されており、下位ノードから受信した受信符号を受信観測データへ復号する際に用いられる。この復号テーブルは、無線通信路を介して自ノードと直接接続されている下位ノードごとに、それぞれ別個に設けられている。
【００３８】
送信観測データを符号化する際、あるいは受信符号を復号する際に、対応する観測データと符号との組が符号テーブルや復号テーブルに登録されていない場合、符号化装置１３および復号装置１４に設けられた次の機能により、符号テーブルおよび復号テーブルに対して新たな組が追加される。これに機能については、ノード内の制御装置１６や記憶装置１５など、他の装置で実現してもよい。
【００３９】
符号化装置１３は、符号化する送信観測データに対応する送信符号が符号テーブルに登録されていない場合、例外符号テーブルから当該送信観測データに対応する例外符号を取得して非符号化符号を付加した後、無線通信装置へ出力することにより、当該送信観測データを送信符号へ符号化する機能と、符号テーブルに送信符号として登録されていない仮符号を仮符号テーブルから取得し、この仮符号と当該送信観測データとの組を符号テーブルへ追加する機能とを有している。
【００４０】
また、復号装置１４は、復号する受信符号に対応する受信観測データが復号テーブルに登録されていない場合、この受信符号に付加されている非符号化符号を除去し、残りの受信符号と同じ例外符号に対応する観測データを例外符号テーブルから取得して出力することにより、当該受信符号を受信観測データへ復号する機能と、復号テーブルに受信符号として登録されていない仮符号を仮符号テーブルから取得し、この仮符号と当該受信観測データとの組を復号テーブルへ追加する機能とを有している。
【００４１】
仮符号テーブルは、自ノードから送信する送信観測データに対応する送信符号の候補となる仮符号が、予めリストとして登録されているデータテーブルである。一方、例外符号テーブルは、自ノードで復号および符号化の対象となりうるすべての受信および送信観測データと当該観測データの符号として一時的に用いる例外符号との組が、予めリストとして登録されているデータテーブルである。例えば、観測データとして英数文字が使用される場合、アスキーコード表を例外符号テーブルとして用いる方法がある。
これら仮符号テーブルや例外符号テーブルは、データを観測し始める前にすべてのノードに配信して記憶装置１５へ格納するか、各ノード１０の記憶装置１５に予め書き込んでおく。
【００４２】
制御装置１６は、無線通信装置１１で受信したサーバや他ノードからの制御コマンドを実行することにより観測装置１２や記憶装置１５を制御する機能を有している。
前述したように、観測装置１２は、予め指示された時刻または時間間隔でデータを観測することができる。制御装置１６は、上記機能により、サーバから送られてきた命令を解釈し、観測装置１２においてデータを観測する時刻や時間間隔およびキャッシュのサイズを随時変更する。この命令は、例えば制御内容を示す文字列のデータとして記述する。
【００４３】
これら機能部のうち、符号化装置１３、復号装置１４、および制御装置１６は、専用の情報処理回路から構成してもよいが、ＣＰＵがプログラムと協働してなる演算処理装置から構成してもよい。
また、観測装置１２として、温度、湿度、速度、加速度、角加速度、磁気、圧力、電磁波、降雨量、照度、位置、心拍数、電気抵抗値、電位、脳波、距離、気体や液体の流量など、任意の物理量を計測するセンサを用いる形態がある。観測装置１２の代わりに、データを生成、入力、あるいは受信する装置を用いる形態もあるが、このような形態で得られたデータについても、観測データという表現に含まれるものとする。
【００４４】
観測装置１２において観測される観測データの集合はｘ1，…，ｘm（ｍは２以上の整数）で表す。すなわちノードＮ1，…，Ｎnで観測される観測データは、集合ｘ1，…，ｘmの要素のいずれかである。時刻ｔにノードＮi（ｉは１〜ｎの整数）で観測された観測データをＸi（ｔ）と記す。以下、これを単にＸiと記述する。時刻ｔにノードＮiで観測データｘkが観測される確率をｐ（Ｎi＝ｘk）と記述する。
【００４５】
このとき、いずれのＮiについてもｐ（Ｎi＝ｘ1）＋ｐ（Ｎi＝ｘ2）＋…＋ｐ（Ｎi＝ｘm）＝１が成り立ち、ｘ1，…，ｘmを観測する確率はそれぞれ排他であるものとする。本発明は、いずれのノードＮiも記憶のない定常情報源である場合に最も通信コストを削減できるが、そうではない場合であっても本発明を適用できる。
【００４６】
［第１の実施の形態の動作］
次に、図３および図４を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる無線ネットワークシステムのデータ収集動作について説明する。図３は、ノードにおけるデータ収集処理を示すフローチャートである。図４は、ノードにおけるデータ受信処理を示すフローチャートである。
【００４７】
［データ収集処理］
各ノード１０は、データ収集動作において、予め設定されたデータ観測時刻や時間間隔ごとに、図３のデータ収集処理を実行する。
【００４８】
ここでは、各ノード１０の符号テーブルおよび復号テーブルの登録内容が更新される時間間隔は一定であり、例えば１秒とする。データ収集動作の開始時点において、すべてのノード１０の符号テーブルおよび復号テーブルにはいずれの組も登録されていない空の状態であり、例外符号テーブルや仮符号テーブルは、すべてのノード１０の記憶装置１５に格納されているものとする。また、データ収集動作の開始時点において、ノード１０が観測した自観測データや下位ノードからの受信観測データは、存在していないものとする。さらに、観測データは８ｂｉｔで表現可能とし、各無線通信路は、１秒間に観測されたデータを送信するために必要なｂｉｔ数以上のデータを転送できる転送容量を持つものとする。
【００４９】
まず、観測装置１２は、自ノードの周囲状況を示す観測データを観測し、得られた自観測データを符号化装置１３へ出力する（ステップ１００）。この際、データ観測動作は、すべてのノード１０において同一処理タイミングで実行される。
【００５０】
次に、復号装置１４は、無線通信装置１１で受信された下位ノードからの受信符号を受け取って、後述する図４の復号処理を実行し、得られた受信観測データを記憶装置１５へ保存する（ステップ１０１）。なお、このステップ１０１は、下位ノードが存在するノード１０でのみ行われるものであり、最下位ノードでは実行されない。
符号化装置１３は、下位ノードからの受信観測データを記憶装置１５から取得し（ステップ１０２）、これら自観測データおよび受信観測データを１つに連結して、上位ノードへ送信すべき送信観測データを生成する（ステップ１０３）。
【００５１】
続いて、符号化装置１３は、当該送信観測データに対応する送信符号が、記憶装置１５の符号テーブルに登録されているか確認する（ステップ１０４）。
ここで、送信観測データに対応する送信符号が符号テーブルに登録されている場合（ステップ１０４：ＹＥＳ）、符号化装置１３は、その送信符号を無線通信装置１１へ出力する（ステップ１０５）。これにより、当該送信符号が無線通信装置１１から上位ノードへ送信され（ステップ１０５）、一連のデータ収集処理を終了する。
【００５２】
また、ステップ１０４において、当該送信観測データに対応する送信符号が符号テーブルに登録されていない場合（ステップ１０４：ＮＯ）、符号化装置１３は、記憶装置１５の例外符号テーブルから、当該送信観測データに対応する例外符号を取得する（ステップ１１０）。
続いて、符号化装置１３は、この例外符号の先頭に、予め設定されている非符号化符号を付加して送信すべき送信符号を生成し、無線通信装置１１へ出力する（ステップ１１１）。これにより、当該送信符号が無線通信装置１１から上位ノードへ送信される。
【００５３】
次に、符号化装置１３は、符号テーブルで送信符号として使用していない仮符号を、当該送信観測データに対応する送信符号として、記憶装置１５の仮符号テーブルから取得し（ステップ１１２）、この仮符号からなる送信符号と当該送信観測データとの組を符号テーブルの末尾へ追加し（ステップ１１３）、一連のデータ収集処理を終了する。
【００５４】
［データ受信処理］
復号装置１４は、前述した図３のステップ１０１において、図４のデータ受信処理を実行する。
まず、復号装置１４は、データ観測と同一の処理タイミングで各下位ノードから受信した受信符号を無線通信装置１１から取得し（ステップ１２０）、これら受信符号のうち、復号処理していない未処理の受信符号を、所定の順序あるいはアトランダムに選択し（ステップ１２１）、当該受信符号に対応する受信観測データが、記憶装置１５の復号テーブルに登録されているか確認する（ステップ１２２）。この際、復号テーブルとして、当該受信符号の送信元ノードに対応する復号テーブルを用いる。
【００５５】
ここで、当該受信符号に対応する受信観測データが当該復号テーブルに登録されている場合（ステップ１２２：ＹＥＳ）、当該受信観測データを記憶装置１５へ保存する（ステップ１２３）。
この後、復号装置１４は、無線通信装置１１から取得した受信符号のすべてについて、復号処理が終了したか確認し（ステップ１２４）、未処理の受信符号が存在する場合には（ステップ１２４：ＮＯ）、ステップ１０３へ戻って未処理の受信符号に対する復号処理へ移行する。
一方、無線通信装置１１から取得したすべての受信符号に対する復号処理が終了した場合には（ステップ１２４：ＹＥＳ）、一連のデータ受信処理を終了する。
【００５６】
また、ステップ１２２において、選択した受信符号に対応する受信観測データが復号テーブルに登録されていない場合（ステップ１２２：ＮＯ）、復号装置１４は、当該受信符号の先頭から非符号化符号を除去した後（ステップ１３０）、残りの受信符号と同じ例外符号に対応する観測データを、記憶装置１５の例外符号テーブルから取得し（ステップ１３１）、得られた観測データを当該受信符号に対応する受信観測データとして記憶装置１５に保存する（ステップ１３２）。
【００５７】
続いて、復号装置１４は、当該受信符号の送信元ノードに対応する復号テーブルで受信符号として使用されていない未使用の仮符号を仮符号テーブルから取得し（ステップ１３３）、この仮符号を上記復号処理で得られた受信観測データに対応する受信符号として、当該仮符号と当該受信観測データとの組を当該復号テーブルに追加した後（ステップ１３４）、前述したステップ１２４へ移行する。
【００５８】
［データ収集動作例］
次に、図５〜図８を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる無線ネットワークシステムのデータ収集動作例について説明する。図５は、本発明の第１の実施の形態にかかる無線ネットワークシステムの構成例を示すブロック図である。図６は、本発明の第１の実施の形態にかかる無線ネットワークシステムのデータ収集動作例（テーブル登録あり）を示す説明図である。図７は、本発明の第１の実施の形態にかかる無線ネットワークシステムのデータ収集動作例（符号用テーブル未登録）を示す説明図である。図８は、本発明の第１の実施の形態にかかる無線ネットワークシステムのデータ収集動作例（復号用テーブル未登録）を示す説明図である。
【００５９】
図５の無線ネットワークシステムの構成例は、前述した図１に対応しており、無線通信機能を備えた複数のノードＮ1〜Ｎ6と１つのサーバＮtとから構成されている。ここでは、最下位ノードであるＮ1，Ｎ2がそれぞれの無線通信路を介して上位ノードＮ3と接続されている。また、最下位ノードであるＮ4，Ｎ5がそれぞれの無線通信路を介して上位ノードＮ6に接続されている。さらに、これらＮ3，Ｎ6がそれぞれの無線通信路を介してサーバＮtに接続されている。
【００６０】
Ｎ1は、自ノードの観測装置（図示せず）で観測した観測データＸ1を、記憶装置の符号テーブルに基づいて符号化装置により符号化し、得られた符号Ｃ（Ｘ1）を無線通信装置（図示せず）によりＮ3へ送信する。同様にして、Ｎ2は、観測データＸ2を符号化し、得られた符号Ｃ（Ｘ2）をＮ3へ送信する。
また、Ｎ4は、自ノードの観測装置（図示せず）で観測した観測データＸ4を、記憶装置の符号テーブルに基づいて符号化装置により符号化し、得られた符号Ｃ（Ｘ4）を無線通信装置（図示せず）によりＮ6へ送信する。同様にして、Ｎ5は、観測データＸ5を符号化し、得られた符号Ｃ（Ｘ5）をＮ6へ送信する。
【００６１】
一方、Ｎ3は、無線通信装置（図示せず）によりＮ1，Ｎ2からの符号Ｃ（Ｘ1），Ｃ（Ｘ2）をそれぞれ受信し、送信元ノードに対応する記憶装置の復号テーブルに基づいて復号装置により元の観測データ（Ｘ1，Ｘ2）を復号する。この後、得られた受信観測データ（Ｘ1，Ｘ2）と自ノードの観測装置（図示せず）で観測した自観測データＸ3とからなる観測データ（Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3）を、記憶装置の符号テーブルに基づいて符号化装置により符号化し、得られた送信符号Ｃ（Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3）を無線通信装置によりＮ3へ送信する。
【００６２】
同様にして、Ｎ6は、Ｎ4，Ｎ5からの受信符号Ｃ（Ｘ4），Ｃ（Ｘ5）を復号し、得られた受信観測データＸ4，Ｘ5と自ノードの観測装置（図示せず）で観測した自観測データＸ6とを含む送信観測データ（Ｘ4，Ｘ5，Ｘ6）を符号化し、得られた送信符号Ｃ（Ｘ4，Ｘ5，Ｘ6）をＮ6へ送信する。
【００６３】
サーバＮtは、無線通信装置（図示せず）によりＮ3，Ｎ6からの符号Ｃ（Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3），Ｃ（Ｘ4，Ｘ5，Ｘ6）をそれぞれ受信し、送信元ノードに対応する記憶装置の復号テーブルに基づいて復号装置により元の観測データ（Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3，Ｘ4，Ｘ5，Ｘ6）を復号する。
【００６４】
本実施の形態では、このように木構造の無線ネットワークシステムにおいて、符号化装置と復号装置の組を多段化するようにしたので、各ノードで用いる符号テーブルおよび復号テーブルにおいて、当該ノードで送受信する観測データに関する符号だけを管理すればよいことになり、ノードごとに符号テーブルおよび復号テーブルの内容を集約できる。
【００６５】
したがって、サーバが保持しなければならない符号テーブルおよび復号テーブルのサイズを大幅に削減することができる。さらに、ノードの削除や追加が行われた場合でも、符号テーブルおよび復号テーブルの書き換えるが必要となるノードの範囲を、追加・削除されたノードと関係するノードのみに限定することができる。これにより、ノードの追加や削除が行われた場合でも、各ノードの符号テーブルおよび復号テーブルのすべてを更新する必要がなくなり、符号テーブルおよび復号テーブルのメンテナンスに要する処理負担を大幅に削減できる。
【００６６】
［テーブル登録ありの場合］
次に、図６を参照して、データ収集動作のうち、ノードの符号化・復号処理において、対象となる観測データと符号との組が、それぞれの符号テーブルに登録されている場合について詳細に説明する。以下では、図５のネットワーク構成のうちノードＮ1，Ｎ2，Ｎ3のみに着目し、中継ノードＮ3では自ノードでデータを観測しないものとする。
【００６７】
任意の時刻ｔにおいて、Ｎ1の符号テーブルには、（Ａ，０１），（Ｂ，１０）の組が登録されており、Ｎ2の符号テーブルには、（Ａ，０１），（Ｂ，１０），（Ｃ，１１）の組が登録されている。また、Ｎ3のうち、Ｎ1用復号テーブルには、（Ａ，０１），（Ｂ，１０）の組が登録されており、Ｎ2用復号テーブルには、（Ａ，０１），（Ｂ，１０），（Ｃ，１１）の組が登録されている。また、符号テーブルには、（ＡＡ，０１），（ＡＢ，１０１），（ＢＡ，１０１０），（ＢＢ，１１００）が登録されている。
【００６８】
時刻ｔにおいて、Ｎ1での自観測データＸ1が”Ｂ”の場合、Ｎ1の符号化装置は、符号テーブルから、送信観測データＸ1＝”Ｂ”に対応する送信符号Ｃ（Ｘ1）＝”１０”を取得し、Ｎ3へ送信する。
同様に、Ｎ2での自観測データＸ2が”Ａ”の場合、Ｎ2の符号化装置は、符号テーブルから、送信観測データＸ2＝”Ａ”に対応する送信符号Ｃ（Ｘ2）＝”０１”を取得し、Ｎ3へ送信する。
【００６９】
Ｎ3の復号装置は、Ｎ1用復号テーブルを参照して、Ｎ1から受信した受信符号”１０”に対応する受信観測データＸ1＝”Ｂ”を取得し、Ｎ2用復号テーブルを参照して、Ｎ2から受信した受信符号”０１”に対応する受信観測データＸ2＝”Ａ”を取得する。
一方、Ｎ3の符号化装置は、符号テーブルを参照して、復号装置で得られた受信観測データＸ1，Ｘ2を連結した送信観測データ（Ｘ1，Ｘ2）＝”ＢＡ”に対応する送信符号Ｃ（Ｘ1，Ｘ2）＝”１０１０”を取得し、サーバＮtへ送信する。
【００７０】
［符号テーブル未登録の場合］
次に、図７を参照して、データ収集動作のうち、ノードＮ3の符号化処理において、対象となる送信観測データと送信符号との組が、符号テーブルに登録されていない場合について詳細に説明する。
【００７１】
任意の時刻ｔにおいて、Ｎ1の符号テーブルには、（Ａ，０１），（Ｂ，１０）の組が登録されており、Ｎ2の符号テーブルには、（Ａ，０１），（Ｂ，１０），（Ｃ，１１）の組が登録されている。また、Ｎ3のうち、Ｎ1用復号テーブルには、（Ａ，０１），（Ｂ，１０）の組が登録されており、Ｎ2用復号テーブルには、（Ａ，０１），（Ｂ，１０），（Ｃ，１１）の組が登録されている。また、符号テーブルには、（ＡＡ，０１），（ＡＢ，１０１），（ＢＡ，１０１０），（ＢＢ，１１００）が登録されている。
また、例外符号テーブルには、（Ｄ，０００），（Ｃ，００１），（Ａ，００１０），（Ｂ，００１１），…の組が登録されており、仮符号テーブルには、上位から順に”０００”，”００１”，”０１０”，”０１１”，…が登録されている。
【００７２】
時刻ｔにおいて、Ｎ1の自観測データＸ1が”Ａ”の場合、Ｎ1の符号化装置は、符号テーブルから、送信観測データＸ1＝”Ａ”に対応する送信符号Ｃ（Ｘ1）＝”０１”を取得し、Ｎ3へ送信する。
同様に、Ｎ2の自観測データＸ2が”Ｃ”の場合、Ｎ2の符号化装置は、符号テーブルから、送信観測データＸ2＝”Ｃ”に対応する送信符号Ｃ（Ｘ2）＝”１１”を取得し、Ｎ3へ送信する。
【００７３】
Ｎ3の復号装置は、Ｎ1用復号テーブルを参照して、Ｎ1から受信した受信符号”０１”に対応する受信観測データＸ1＝”Ａ”を取得し、Ｎ2用復号テーブルを参照して、Ｎ2から受信した受信符号”１１”に対応する受信観測データＸ2＝”Ｃ”を取得して出力する。
Ｎ3の符号化装置は、符号テーブルを参照して、復号装置で得られた受信観測データＸ1，Ｘ2を連結した送信観測データ（Ｘ1，Ｘ2）＝”ＡＣ”に対応する送信符号Ｃ（Ｘ1，Ｘ2）を検索する。
【００７４】
この際、符号テーブルには、送信観測データ”ＡＣ”に対応する送信符号が登録されていない。このため、Ｎ3の符号化装置は、例外符号テーブルを参照して、送信観測データ”Ａ”と”Ｃ”に対応する例外符号”００１０”と”００１”をそれぞれ取得し、これら例外符号を連結して送信符号”００１０００１”を生成し、この先頭に非符号化符号”００”を付加した送信符号Ｃ（Ｘ1，Ｘ2）＝”００００１０００１”をサーバＮtへ送信する。
【００７５】
この後、Ｎ3の符号化装置は、仮符号テーブルから、符号テーブルで使用していない仮符号のうち、最も上位にリストされている仮符号、この例では”０００”を取得し、この仮符号からなる送信符号”０００”と送信観測データ”ＡＣ”との組を符号テーブルの末尾へ追加する。
これにより、以後、送信観測データ”ＡＣ”については、送信符号”０００”が用いられることになる。
【００７６】
［復号テーブル未登録の場合］
次に、図８を参照して、データ収集動作のうち、ノードＮ3の復号処理において、対象となる復号観測データと復号符号との組が、Ｎ2用復号テーブルに登録されていない場合について詳細に説明する。
【００７７】
任意の時刻ｔにおいて、Ｎ1の符号テーブルには、（Ａ，０１），（Ｂ，１０）の組が登録されており、Ｎ2の符号テーブルには、（Ａ，０１），（Ｂ，１０），（Ｃ，１１）の組が登録されている。また、Ｎ3のうち、Ｎ1用復号テーブルには、（Ａ，０１），（Ｂ，１０）の組が登録されており、Ｎ2用復号テーブルには、（Ａ，０１），（Ｂ，１０），（Ｃ，１１）の組が登録されている。また、符号テーブルには、（ＡＡ，０１），（ＡＢ，１０１），（ＢＡ，１０１０），（ＢＢ，１１００），（ＡＣ，０００）が登録されている。
また、例外符号テーブルには、（Ｄ，０００），（Ｃ，００１），（Ａ，００１０），（Ｂ，００１１），…の組が登録されており、仮符号テーブルには、上位から順に”０００”，”００１”，”０１０”，”０１１”，…が登録されている。
【００７８】
時刻ｔにおいて、Ｎ1の自観測データＸ1が”Ａ”の場合、Ｎ1の符号化装置は、符号テーブルから、送信観測データＸ1＝”Ａ”に対応する送信符号Ｃ（Ｘ1）＝”０１”を取得し、Ｎ3へ送信する。
同様に、Ｎ2の自観測データＸ2が”Ｄ”の場合、Ｎ2の符号化装置は、符号テーブルから、Ｘ2＝”Ｄ”に対応する送信符号を検索するが、符号テーブルには送信観測データ”Ｄ”に対応する送信符号が登録されていない。
【００７９】
このため、Ｎ2の符号化装置は、例外符号テーブルを参照して、送信観測データ”Ｄ”に対応する例外符号”０００”を取得し、この例外符号の先頭に非符号化符号”００”を付加した送信符号Ｃ（Ｘ2）＝”０００００”をサーバＮtへ送信する。
この後、Ｎ2の符号化装置は、仮符号テーブルから、符号テーブルで使用していない仮符号のうち、最も上位にリストされている仮符号、この例では”０００”を取得し、この仮符号からなる受信符号”０００”と受信観測データ”Ｄ”との組を符号テーブルの末尾へ追加する。これにより、以後、受信観測データ”Ｄ”については、受信符号”０００”が用いられることになる。
【００８０】
Ｎ3の復号装置は、Ｎ1用復号テーブルを参照して、Ｎ1から受信した受信符号”０１”に対応する受信観測データＸ1＝”Ａ”を取得し、Ｎ2用復号テーブルを参照して、Ｎ2から受信した受信符号”０００００”に対応する受信観測データを検索する。
この際、Ｎ2用復号テーブルには、受信符号”０００００”に対応する受信観測データが登録されていない。このため、Ｎ3の復号装置は、当該受信符号の先頭から非符号化符号”００”を削除し、例外符号テーブルを参照して、残りの受信符号”０００”からなる例外符号に対応する観測データ”Ｄ”を取得し、受信観測データとして出力する。
【００８１】
この後、Ｎ3の復号装置は、仮符号テーブルから、Ｎ2用復号テーブルで使用していない仮符号のうち、最も上位にリストされている仮符号、この例では”０００”を取得し、この仮符号からなる受信符号”０００”と受信観測データ”Ｄ”との組をＮ2用復号テーブルの末尾へ追加する。
これにより、以後、受信符号”０００”については、受信観測データ”Ｄ”が用いられることになる。
【００８２】
一方、Ｎ3の符号化装置は、符号テーブルを参照して、復号装置で得られた受信観測データＸ1，Ｘ2を連結した送信観測データ（Ｘ1，Ｘ2）＝”ＡＤ”に対応する送信符号Ｃ（Ｘ1，Ｘ2）を検索する。
この際、符号テーブルには、送信観測データ”ＡＤ”に対応する送信符号が登録されていない。このため、Ｎ3の復号装置は、例外符号テーブルを参照して、送信観測データ”Ａ”と”Ｄ”に対応する例外符号”００１０”と”０００”をそれぞれ取得し、これら例外符号を連結して送信符号”００１００００”を生成し、この先頭に非符号化符号”００”を付加した送信符号Ｃ（Ｘ1，Ｘ2）＝”００００１００００”をサーバＮtへ送信する。
【００８３】
この後、Ｎ3の復号装置は、仮符号テーブルから、符号テーブルで使用していない仮符号のうち、最も上位にリストされている仮符号、この例では”００１”を取得し、この仮符号からなる送信符号”００１”と送信観測データ”ＡＤ”との組を符号テーブルの末尾へ追加する。
これにより、以後、送信観測データ”ＡＤ”については、送信符号”００１”が用いられることになる。
【００８４】
［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、木構造の無線ネットワークシステムのうち、最下位ノードで観測された観測データをサーバへ中継転送するノードにおいて、当該ノードの下位ノードごとに復号テーブルを設けて、復号装置により、下位ノードからの受信符号に対応する受信観測データを、当該下位ノードに対応する復号テーブルから取得することにより復号し、得られた受信観測データを含む送信観測データと対応する送信符号を、符号化装置により、符号テーブルから取得することにより符号化して、上位ノードへ送信するようにしたので、木構造の無線ネットワークシステムにおいて、符号化装置と復号装置の組を多段化することができる。これにより、各ノードで用いる符号テーブルおよび復号テーブルにおいて、当該ノードで送受信する観測データに関する符号だけを管理すればよいことになり、ノードごとに符号テーブルおよび復号テーブルの内容を集約できる。
【００８５】
したがって、サーバが保持しなければならない符号テーブルおよび復号テーブルのサイズを大幅に削減することができる。さらに、ノードの削除や追加が行われた場合でも、符号テーブルおよび復号テーブルの書き換えるが必要となるノードの範囲を、追加・削除されたノードと関係するノードのみに限定することができる。これにより、ノードの追加や削除が行われた場合でも、各ノードの符号テーブルおよび復号テーブルのすべてを更新する必要がなくなり、符号テーブルおよび復号テーブルのメンテナンスに要する処理負担を大幅に削減できる。
【００８６】
また、本実施の形態では、ノードの復号装置により、下位ノードから受信した受信符号を復号する際に、当該受信符号に対応する受信観測データが復号テーブルに登録されていない場合、当該受信符号に付加されている非符号化符号を除去し、残りの受信符号と同じ例外符号に対応する観測データを例外符号テーブルから取得して出力することにより、当該受信符号を受信観測データへ復号し、当該復号テーブルに受信符号として登録されていない仮符号を仮符号テーブルから取得し、この仮符号と当該受信観測データとの組を当該復号テーブルへ追加し、符号化装置により、上位ノードへ送信する送信観測データを符号化する際に、当該送信観測データに対応する送信符号が符号テーブルに登録されていない場合、例外符号テーブルから当該送信観測データに対応する例外符号を取得して非符号化符号を付加した後、無線通信装置へ出力することにより、当該送信観測データを送信符号へ符号化し、当該符号テーブルに送信符号として登録されていない仮符号を仮符号テーブルから取得し、この仮符号と当該送信観測データとの組を当該符号テーブルへ追加する。
【００８７】
したがって、例外符号テーブルおよび仮符号テーブルを各ノードに予め設定しておくだけで、各ノードが、必要に応じて自律的に、自ノードの符号テーブルおよび復号テーブルを自動的に更新することができる。これにより、サーバにおける符号テーブルおよび復号テーブルのメンテナンスに要する処理負担を大幅に削減できる。
また、符号テーブルに登録されていない新たな観測データを符号化して送信する際、初回だけ非符号化符号を付加した例外符号を用いて上位ノードへ新たな観測データが通知され、次回からは当該観測データと対応する仮符号を用いた符号で上位ノードへ当該観測データが通知される。これにより、送信情報量が大きくなる例外符号の使用回数を最小限に抑制することができ、例外符号の長期的使用に起因する通信コストの増大を回避できる。
【００８８】
また、本実施の形態では、前述した図１のように、無線ネットワークシステムが木構造からなる場合を例として説明したが、対象となる無線ネットワークシステムが木構造ではない場合は、前述のように、各ノードからサーバまでの最短路をそれぞれ求めることで、木構造の無線ネットワークシステムと見なすことができる。
この際、最短路を求める方法として、ノードが配置されている位置間の物理的な距離を用いる方法がある。あるノードからサーバまでの経路が複数存在する場合、それらの経路の距離の合計を計算し、その合計値が最も小さい経路を最短路とする。
【００８９】
また、物理的な距離の代わりに、無線通信路上で１ｂｉｔあるいは１パケットのデータを送信したときに要する電力量を用いる方法もある。この方法では、ノードからサーバまで通信を行ったときに使用する電力量が最少となる経路（あるいは経路の組み合わせ）を最短路とする。
また、データ長が８ｂｉｔで表現できない場合、例えば１〜１０００度の範囲で１度単位で温度を計測する場合は１６ｂｉｔのデータ長が必要な場合もある。このような場合には、必要なデータ長に応じてｂｉｔ数を増加させた形態もある。
【００９０】
また、データの観測間隔の単位としては、秒以外の、例えばミリ秒やナノ秒を使う形態もある。さらに、観測間隔の増加分が一定ではなく、不定である形態もある。例えば、観測間隔が１秒，２秒，３秒，４秒，５秒のように、観測するごとに次の観測までの間隔が変化する形態である。この場合、予め観測間隔が与えられる。このほか、測定時刻を指定する形態や、時刻と間隔を両方指定する形態もある。観測間隔あるいは観測時刻の情報は、ノードの管理者が予め装置に書き込む方式と、管理者がサーバを用いて各ノードに測定間隔を指定するコマンドを送信し、ノード上で情報を書き換える方式がある。
【００９１】
また、例外符号を識別するための非符号化符号については、例外符号の先頭ではなく末尾に付加する方法もある。非符号化符号を付加する位置は、装置の管理者がデータの観測を開始する前にすべてのノードに対して統一的に設定しておく。
【００９２】
また、本実施の形態におけるデータ収集動作例では、ノードＮ3が自ノードで観測した自観測データの送信を行わない例について説明したが、下位ノードＮ1，Ｎ2から受け取った受信観測データＸ1，Ｘ2に加え、Ｎ3が観測した自観測データＸ3も上位のノードに送信する方法もある。この場合、符号テーブルには、Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3の３つの観測データを連結した送信観測データと、この送信観測データに対応する送信符号との組を登録しておく。
【００９３】
下位ノード数が３つ以上の場合も同様に、符号テーブルに登録する送信観測データとして各下位ノードからの受信観測データを含む送信観測データを用いる。例えば、ノードＮ3の下位ノードとしてＮ1，Ｎ2，Ｎ4，Ｎ5が存在する場合、符号テーブルには、Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3，Ｘ4，Ｘ5の５つの受信観測データを連結した送信観測データと、この送信観測データに対応する送信符号との組を登録しておく。
【００９４】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態にかかる無線ネットワークシステムについて説明する。
第１の実施の形態では、符号テーブルに未登録の送信観測データを符号化して上位ノードへ送信する場合、初回には例外符号を用いて送信するとともに、仮符号テーブルから取得した仮符号からなる符号と当該観測データとの組を符号化テーブルに追加し、次回からは、符号テーブルに登録した仮符号を用いて送信する場合を例として説明した。
【００９５】
このような手法では、送信情報量の小さい仮符号が、処理頻度の低い送信観測データに割り当てられた状態が継続する場合がある。例えば、あるノードから送信する送信観測データが”ＡＢＢＢＢＢＢ”であり、”Ａ”の符号が”１０”、”Ｂ”の符号が”０”であったとする。この際、送信観測データに対する送信符号は”１０００００００”となる。一方、Ａに符号”０”を割り当てＢに”１０”を割り当てれば、当該送信観測データに対する送信符号は”０１０１０１０１０１０１０”となり、前者の割り当て方法に比べると送信符号の送信情報量が大きくなる。
【００９６】
第１の実施の形態によれば、新たな送信観測データに対して仮符号を割り当てる際、仮符号テーブルの先頭から順に未使用の仮符号を取得して割り当てている。ここで、仮符号テーブルにおいて、テーブル先頭に近い仮符号ほど送信情報量の小さい仮符号が登録されている場合、新たな送信観測データとして時間的に早く出現した送信観測データに対して、より送信情報量の小さい仮符号が割り当てられることになり、必ずしも通信コストを最小化できる最適な符号の割り当てが行われるとは限らない。
【００９７】
本実施の形態では、このような、符号の割り当ての順序により通信コストが増加するケースを回避する方法として、定期的に、符号テーブルおよび復号テーブルを更新する、すなわち符号を割り当てし直す方式について説明する。
【００９８】
本実施の形態において、ノード１０の符号化装置１３は、記憶装置１５の符号テーブルに登録されている各送信観測データに対して、当該送信観測データの符号化処理頻度が多いものから順に、予め用意した送信符号のうち送信情報量の小さい送信符号を優先して順次再割り当てすることにより、当該符号テーブルを更新する機能を有している。
同様に、ノード１０の復号装置１４は、記憶装置１５の復号テーブルに登録されている各受信観測データに対して、当該受信観測データの復号処理頻度が多いものから順に、予め用意した受信符号のうち送信情報量の小さい受信符号を優先して順次再割り当てすることにより、当該復号テーブルを更新する機能を有している。
【００９９】
これら、符号化装置１３および復号装置１４の機能については、例えば制御装置１７や記憶装置１５など、ノード内の他の装置で実行してもよい。また、ノード１０におけるこの他の構成は、前述した実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
【０１００】
［第２の実施の形態の動作］
次に、図９を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかるノードでのテーブル更新動作について説明する。図９は、本発明の第２の実施の形態にかかるノードでのテーブル更新動作例を示す説明図である。
【０１０１】
図９には、ノードＮ1で観測した観測データＸ1を、その符号化装置で符号化してノードＮ2へ送信し、Ｎ1からの受信符号Ｃ（Ｘ1）をＮ2の復号装置で復号する例が示されている。
Ｎ1では、観測間隔ｔ＝１秒ごとに時刻ｔ0から時刻ｔ13までの間に、１４個の観測データＸ1を順次観測し、その観測データ列は”ＢＤＡＣＡＡＡＢＢＣＡＢＤＣ”であったとし、キャッシュの更新時間間隔は１０秒とする。また、時刻ｔ0の時点で、Ｎ1，Ｎ2は、観測データＸ1に関して同じ符号割り当て内容の符号テーブルと復号テーブルとを持ち、テーブル先頭から順に（Ｂ，１１），（Ｄ，１１０），（Ａ，１０１１），（Ｃ，１０１０）の組が登録されているものとする。
【０１０２】
このような状況によれば、時刻ｔ9までのＮ1からＮ2へ送信された観測データは、”ＢＤＡＣＡＡＡＢＢＣ”となり、時刻ｔ9において、これら観測データの処理頻度は、Ｂ＝３，Ｄ＝１，Ａ＝４，Ｃ＝２となる。なお、観測データの処理頻度については、符号化装置１３で符号化処理を行った時点、および復号装置１４で復号処理を行った時点で、記憶装置１５に保存されている当該観測データに関する処理頻度を１ずつ加算する。
【０１０３】
Ｎ1の符号化装置１３は、時刻ｔ9において、自観測データ”Ｃ”に対応する送信符号”１０１０”を送信した直後に、符号テーブルの更新を行う。テーブル更新処理は次の手順で行う。
手順（Ａ１）符号テーブルの各観測データについて、処理頻度が高い順にテーブル先頭から並び変える。
手順（Ａ２）頻度の高い観測データから順番に、予め用意しておいた送信情報量の小さい符号から優先してそれぞれ割り当てる。
手順（Ａ３）各観測データの処理頻度を０に初期化する。
【０１０４】
これにより、更新後の符号テーブルは、テーブル先頭から順に（Ａ，１０），（Ｂ，１１），（Ｃ，１０１），（Ｄ，１１０）の組が登録されることになる。
一方、Ｎ2では、Ｎ1から時刻ｔ9の符号を受け取って例外符号テーブルに基づき復号した直後に、復号テーブルの更新を行う。テーブル更新処理は、Ｎ1の符号テーブルに対する手順と同じであり、更新後の復号テーブルの内容もＮ1の符号テーブルと同じである。
【０１０５】
このようにして、符号テーブルおよび復号テーブルの更新が行われた後は、割り当て直された符号テーブルおよび復号テーブルに基づき、符号化および復号を行う。したがって、時刻ｔ10以降のＮ1の送信観測データ”ＡＢＤＣ”については、それぞれ”１０”，”１１”，”１１０”，”１０１”という送信符号に符号化され、テーブル更新前の”１０１１”，”１１”，”１１０”，”１０１０”と比較して、送信情報量が削減されていることがわかる。
【０１０６】
［第２の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、符号テーブルおよび復号テーブルの各観測データに対して、当該観測データの処理頻度が大きい順に、送信情報量の小さい符号から順に再割り当てするようにしたので、通信コストを最小化できる最適な符号を観測データに割り当てることができる。これにより、送信情報量の小さい符号が、処理頻度の低い観測データに割り当てられた状態が継続するような状況を自動的に回避することができる。
【０１０７】
本実施の形態において、上記手順（Ａ２）で割り当てる符号としては、送信情報の小さいコンパクトな符号を用いる。このような符号の例としては、ハフマン符号がある。予め割り当てに用いる任意の符号リストを登録したテーブルを用意しておき、このテーブルにしたがって符号を割り当てる方式もある。なお、符号を割り当てるときは、非符号化符号を先頭に持つ符号は割り当てない。非符号化符号を末尾に付ける形態では、非符号化符号を末尾に持つ符号は割り当てない。
【０１０８】
また、上記手順（Ａ３）で処理頻度を０にする代わりに、各データの処理頻度を推定する方法もある（例えば、非特許文献４，５など参照）。このような処理頻度を推定するアルゴリズムを用いる場合は、無線ネットワークシステム内のすべてのノードで同じ推定アルゴリズムを用いる。処理頻度を０にせず、累積させて計算した頻度を使う方法もある。
【０１０９】
また、テーブルを更新する時間間隔を固定長とせず、更新を行うことをデータ送信側の下位ノードが受信側の上位ノードに、予め設定した更新指示符号を用いて通知する方法もある。この場合、ノードはこの更新指示符号を送信した直後、および受信した直後に、それぞれテーブル更新処理を行う。テーブル更新の時間間隔を固定とするか、ノードが個別に通知するかは、ノードごとに個別に選択できる。
【０１１０】
ノードが送信する観測データについては、ある時刻の観測データではなく、一定の時間内に観測された複数の観測データを送信する方法がある。例えば、Ｎ1で観測された時刻ｔ0から時刻ｔ5までの観測データを一括してＮ2に送信する方式である。この場合、各時刻の観測データごとに符号化を行う方法のほか、ランレングス法、ＬＺ７７／ＬＺ８８／ＬＺＳＳ圧縮法（例えば、非特許文献６など参照）、ベイズ法（例えば、非特許文献７など参照）のように、連続する複数の観測データをまとめて符号化する方法がある。
【０１１１】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態にかかる無線ネットワークシステムについて説明する。
第１の実施の形態では、新たな観測データに対して仮符号を割り当てる際、仮符号テーブルの先頭から順に未使用の仮符号を取得して割り当てる場合を例として説明した。
この際、各ノードで符号テーブルおよび復号テーブルを保持する必要が生じる。この点について、記憶領域が十分にあるノードでは問題ないが、記憶領域が少ないノードには容易に導入できない場合も考えられる。
【０１１２】
本実施の形態では、このような課題に対応するため、各ノードで保持する符号テーブルおよび復号テーブルのサイズを限定する方法を導入する。すなわち、各ノードは、上位ノードへ送信した送信観測データのうち、符号化の処理頻度の高い送信観測データについてのみ符号テーブルに残し、処理頻度が低い送信観測データについては符号テーブルから順次破棄する。この際、処理頻度の低い送信観測データについては、復号および符号を行うことなく、下位ノードから受け取った受信符号をそのまま上位ノードへ転送する。
【０１１３】
本実施の形態において、ノード１０の符号化装置１３は、符号テーブルの大きさが予め設定されたサイズ上限に達している状態で、当該符号テーブルに登録されていない送信観測データを符号化する場合には、当該送信観測データに対応する例外符号を例外符号テーブルから取得し、予め設定されている制御符号を当該例外符号に付加して無線通信装置へ出力することにより、当該送信観測データを送信符号へ符号化する機能を有している。
【０１１４】
また、ノード１０の復号装置１４は、復号する受信符号に制御符号が付加されている場合には、当該受信符号から当該制御符号を除いた残りの例外符号に対応する受信観測データを例外符号テーブルから取得して出力することにより、当該受信符号を受信観測データへ復号する機能を有している。
なお、ノード１０におけるこの他の構成は、前述した実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
【０１１５】
［第３の実施の形態の動作］
次に、図１０を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかるノードでのデータ収集動作について説明する。図１０は、本発明の第３の実施の形態にかかる無線ネットワークシステムのデータ収集動作例を示す説明図である。
【０１１６】
図１０には、ノードＮ1，Ｎ2からの送信符号Ｃ（Ｘ1），Ｃ（Ｘ2）をノードＮ3で受け取って、上位ノードへ中継転送する例が示されている。
Ｎ1では、観測間隔ｔ＝１秒ごとに時刻ｔ0から時刻ｔ9までの観測期間に、１０個の観測データＸ1を順次観測し、その観測データ列は”ＡＢＡＢＡＢＣＡＣＤ”であったとする。また、Ｎ2では、同一の観測期間に１０個の観測データＸ2を観測し、その観測データ列は”ＡＡＢＢＡＡＢＡＡ”であったとする。
【０１１７】
また、Ｎ1の符号テーブルには、（Ａ，１０），（Ｂ，１１），（Ｃ，１０１）の組が登録されており、Ｎ2の符号テーブルには、（Ａ，１１），（Ｂ，１０）の組が登録されているものとする。また、Ｎ3のＮ1用復号テーブルには、（Ａ，１０），（Ｂ，１１），（Ｃ，１０１），Ｄ（１１０）の組が登録されており、Ｎ2用復号テーブルには、（Ａ，１１），（Ｂ，１０）の組が登録されており、符号テーブルには、（ＡＡ，１０），（ＡＢ，１０１），（ＢＡ，１０１０），（ＢＢ，１１００）の組が登録されているものとする。
【０１１８】
時刻ｔ6において、Ｎ3は”ＣＡ”という受信観測データをＮ1，Ｎ2から受け取って、符号化装置により符号化処理を開始するが、Ｎ3の符号テーブルには送信観測データ”ＣＡ”に対応する符号が存在しない。このため、Ｎ3の符号化装置は、前述と同様にして、送信観測データ”ＣＡ”に対応する例外符号の取得、および仮符号テーブルから取得した仮符号の符号テーブルへの追加を行おうとするが、符号テーブルがサイズ上限まで達しているため、新たな追加は行えない。
【０１１９】
したがって、Ｎ3の符号化装置は、送信観測データ”Ｃ”と”Ａ”に対応する例外符号”００１０”と”０００”をそれぞれ例外符号テーブルから取得した後、これら例外符号の組の先頭に予め設定されている制御符号”０１”を付加して符号”０１００１００００”を生成し、無線通信装置１１を介して上位ノードへ送信する。
【０１２０】
この後、Ｎ3からサーバまでの通信経路上にある各中継ノードは、制御符号が付加された例外符号の組を受信した場合、符号テーブルおよび復号テーブルのサイズ上限にかかわらず、これらテーブルへの追加を行わず、制御符号と例外符号のみを使って観測データを復号および符号化して中継転送し、サーバの復号装置において、例外符号テーブルに基づいて復号する。
【０１２１】
また、時刻ｔ9においてＮ1で観測データ”Ｄ”を観測するが、符号テーブルに”Ｄ”に対応する符号がない。このとき、符号テーブルのサイズが上限に達している場合、Ｎ1の符号化装置は、観測データ”Ｄ”と対応する例外符号”００１１”を例外符号テーブルから取得し、この先頭に制御符号”０１”を付加した送信符号”０１００１１”を生成してＮ3へ送信する。
【０１２２】
Ｎ3の復号装置は、制御符号を含む受信符号をＮ1から受信すると、当該受信符号から制御符号”０１”を除いた例外符号”００１１”に対応する観測データ”Ｄ”を出力する。
また、Ｎ3の符号化装置は、制御符号を含む符号を受信したことから、復号テーブルではなく例外符号テーブルを参照して、Ｎ1，Ｎ2からの受信観測データ”Ｄ”と”Ａ”に対応する例外符号”００１１”と”０００”を取得し、これら例外符号の組の先頭に制御符号を付加して送信符号”０１００１１０００”を生成し、無線通信装置１１を介して上位ノードへ送信する。
【０１２３】
［第３の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、符号テーブルのサイズ上限に達した後、符号テーブルに登録されていない送信観測データを符号化する場合、この送信観測データに対応する例外符号を例外符号テーブルから取得し、予め設定されている制御符号をこの例外符号に付加して上位ノードへ送信するようにしたので、符号テーブルおよび復号テーブルのサイズを制限することができる。これにより、観測データの種類が多い場合でも、予め十分な大きさの記憶領域をノードに設けておく必要がなくなり、ノードの回路規模さらにはコストアップを回避できる。
なお、テーブルサイズを削減すると通信コストは増加する傾向にある。したがって、無線ネットワークシステムの管理者は、アプリケーションに応じてノードのテーブルサイズを決めることで、通信コストの削減幅を調整することができる。
【０１２４】
また、本実施の形態では、第１の実施の形態に適用した場合を例として説明したが、第２の実施の形態のように、テーブルの更新を行う場合にも適用できる。この場合、テーブル更新後、テーブルに含まれる観測データと符号の組数が、テーブル上限より少ない数となるよう削減する。例えば、テーブル上限が４組である場合、更新後の組数を２組とする方法がある。
【０１２５】
テーブル更新時に、テーブルサイズ上限まで組を再登録すると、テーブルにない観測データを受け取っても、その観測データに対応する組をテーブルに追加できなくなる。このため、テーブルを更新してもテーブルの内容が常に同一となるため、観測データの処理頻度が変わってもテーブル内の組が交換されなくなり、符号化の効率が低下する。
これに対して、テーブル更新時に、テーブル上限より少ない組数まで登録組数を削減することにより、観測データの処理頻度に応じてテーブル内容を更新でき、符号化の効率を良好に維持できる。
【０１２６】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態にかかる無線ネットワークシステムについて説明する。
本実施の形態では、Ｓｌｅｐｉａｎ−Ｗｏｌｆ符号化通信手法をベースとした改良通信手法を用いた場合について説明する。
前述した第１の実施の形態では、ノードＮ3の復号装置は、送信元ノードＮ1，Ｎ2ごとに個別の復号テーブルを持ち、それぞれの復号テーブルを使って復号を行っている。
【０１２７】
これに対して、改良通信手法を用いる本実施の形態では、Ｎ1，Ｎ2に共通して設けられ、Ｎ1，Ｎ2からの受信観測データＸ1，Ｘ2を連結した連結受信観測データと、これら受信観測データＸ1，Ｘ2に対応するそれぞれの受信符号を連結した連結受信符号との組が複数登録された復号テーブルを用いる。
また、ノード１０の復号装置１４は、Ｎ1，Ｎ2から受信した受信符号を連結した連結受信符号に対応する連結受信観測データを、各下位ノードに共通の復号テーブルから取得して出力することにより、当該各受信符号を受信観測データへ復号する機能を有している。
【０１２８】
また、復号テーブルにサイズ上限がない場合には、復号テーブルを更新する際、ノード１０の復号装置１４により、連結受信観測データのすべてに対して受信符号を割り当て、割り当てた結果を各下位ノードへ符号テーブルとして通知する。
一方、テーブルサイズの上限がある場合には、ノード１０の復号装置１４により、復号テーブル内のサイズ上限より小さい数の連結受信観測データに対してのみ受信符号を割り当て、割り当てた結果を各下位ノードへ符号テーブルとして通知する。
なお、ノード１０におけるこの他の構成は、前述した実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
【０１２９】
改良通信手法を用いると、下位ノードごとに復号テーブルを持つ場合と比較して、より送信情報量の小さい符号で観測データを送信することができる。一方で、復号テーブルの更新時に復号テーブルの内容を上位ノードから下位ノード送信するという処理が必要になる。
改良通信手法を用いない場合は、復号テーブルの内容を送信する処理は不要となる。テーブル送受信の通信コストが改良通信手法を導人することによるコスト削減の効果を超える場合、その経路のみ改良通信手法を用いない方法もある。
【０１３０】
［第４の実施の形態の動作］
次に、図１１を参照して、本発明の第４の実施の形態にかかるノードでのテーブル更新動作について説明する。図１１は、本発明の第４の実施の形態にかかるノードでのテーブル更新動作例を示す説明図である。
【０１３１】
改良通信手法によるテーブル更新方法は、例えば非特許文献８，９などに示されている。
図１１には、ノードＮ1，Ｎ2から観測データを受け取るノードＮ3で用いる、復号テーブルが示されており、観測データＸ1，Ｘ2の組と符号の組が登録されている。
【０１３２】
ある時刻において、Ｎ3の復号テーブルに、連結受信観測データ”ＡＡ”，”ＡＢ”，”ＡＣ”，”ＢＡ”，”ＢＢ”，”ＣＡ”，”ＣＣ”，”ＤＤ”に関する符号（図示せず）がそれぞれ登録されているものとする。
Ｎ3の復号装置は、以下の手順にしたがって復号データの更新を行う。なお、復号装置は、自ノードＮ3に対してデータを１ｂｉｔ送信するコストが最も高いノードを、各下位ノードＮ1，Ｎ2のなかから選択しておく。ここでは、Ｎ1がＮ2よりも通信コストが高いものとして説明する。
【０１３３】
手順（Ｂ１）復号テーブルの各連結受信観測データをＸ1について分類し、Ｘ1に関する処理頻度を計算する。
手順（Ｂ２）Ｘ1に関する復号処理頻度の高いものから順番に、より送信情報量の小さい符号を、順次、Ｘ1に対して割り当てる。割り当てる符号としては、ハフマン符号を用いる方法がある。
手順（Ｂ３）復号テーブルの各連結受信観測データをＸ2について分類し、Ｘ2に関する処理頻度を計算する。
手順（Ｂ４）Ｘ2に関する復号処理頻度の高いものから順番に、より送信情報量の小さい符号を、順次、Ｘ2に対して割り当てる。割り当てる符号としては、ハフマン符号を用いる方法がある。この際、Ｘ1，Ｘ2の受信符号の組み合わせ符号が、より復号処理頻度の高い組み合わせ符号のいずれとも重複せず、かつ最も送信情報量の小さいものを選んで割り当てる。
【０１３４】
図１１の例では、連結受信観測データ”ＡＡ”，”ＡＢ”，”ＡＣ”，”ＢＡ”，”ＢＢ”，”ＣＡ”，”ＣＣ”，”ＤＤ”の復号処理頻度がそれぞれ２５，５，８，１５，１０，３，４，２０であったとする。
手順（Ｂ１）により、Ｘ1が”Ａ”，”Ｂ”，”Ｃ”，”Ｄ”の場合の復号処理頻度としてそれぞれ３８，２５，８，２０が求められ、手順（Ｂ２）において、Ｘ1に対する受信符号としては、”Ａ”，”Ｂ”，”Ｄ”，”Ｃ”の順に、送信情報量の小さい符号が優先して割り当てられ、（Ａ，１０），（Ｂ，１１），（Ｄ，０１），（Ｃ，００１）という割り当て結果となる。
【０１３５】
また、手順（Ｂ３）により、Ｘ2が”Ａ”，”Ｂ”，”Ｃ”，”Ｄ”の場合の復号処理頻度としてそれぞれ５３，１５，１３，２０が求められ、手順（Ｂ４）において、Ｘ1に対する受信符号としては、”Ａ”，”Ｄ”，”Ｂ”，”Ｃ”の順に、送信情報量の小さい符号が優先して割り当てられ、（Ａ，１０），（Ｄ，１１），（Ｃ，０１），（Ｄ，００１）という割り当て結果が得られる。
【０１３６】
この際、上記手順（Ｂ４）では、Ｘ1，Ｘ2の受信符号の組み合わせ符号が重複しなければ、Ｘ2の異なる複数の組み合わせ符号について、これらのＸ2に対して同一の符号を割り当ててもよい。以下、同じ符号を異なるデータに対して割り当てる例について説明する。
【０１３７】
図１１の例では、Ｎ2のデータ”Ａ”と”Ｄ”に対して同じ受信符号”０１”が割り当てられ、残りの”Ｂ”，”Ｃ”に対して順に、送信情報量の小さい符号”１１”，”０１”が割り当てられている。
このとき、Ｘ2に対して”１０”を割り当てる対象となるＸ1，Ｘ2の観測データ組は、”ＡＡ”，”ＢＡ”，”ＣＡ”，”ＤＤ”である。これらの符号に対するＸ1とＸ2を連結したときの符号は、それぞれ”１０１０”，”１１１０”，”００１１０”，”０１１０”となり、重複がない。
【０１３８】
この際、Ｎ3がＮ2から”１０”という受信符号Ｘ2を受け取っただけでは、”Ｄ”と復号すべきか”Ａ”と復号すべきか区別がつかないが、同時にＮ1から”１０”，”１１”，”００１”という受信符号を受け取っていれば、Ｘ2は”Ａ”という唯一の観測データに復号でき、Ｎ1から”０１”を受け取っている場合は”Ｄ”に復号できる。
すなわち、任意の下位ノードから受信した異なる値の受信観測データに対して同じ受信符号を割り当てた場合でも、他の下位ノードから受信した受信観測データと連結した符号で見たときに、重複がないような符号の割り当てとなる場合は、これらを区別して復号することが可能である。
【０１３９】
したがって、符号割り当ての重複を許すことで、送信情報量のより小さい符号を割り当てることが可能となる。このため、Ｎ1，Ｎ2の受信観測データに対して個別の復号テーブルを持つ方法に比べて、通信コストを低減することができる。データを受け取るノード数が３以上である場合でも、同様の重複を許す符号割り当て方式を使うことで、合計したときの通信コストを低減することができる。
【０１４０】
［第４の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、各下位ノードからの受信観測データを連結した連結受信観測データと、これら受信観測データに対応するそれぞれの受信符号を連結した連結受信符号との組を複数登録して復号テーブルを、各下位ノードに共通して設け、ノードの復号装置により、各下位ノードから受信したそれぞれの受信符号を連結した連結受信符号に対応する連結受信観測データを、各下位ノードに共通の復号テーブルから取得することにより、復号処理を行うようにしたので、本発明にかかる無線ネットワークシステムにおいて、改良通信手法を多段化して導入することができる。
【０１４１】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態にかかる無線ネットワークシステムについて説明する。
本実施の形態では、無線ネットワークシステムにおけるノードの追加、ノードの削除、およびノードの移動を行う場合について説明する。
【０１４２】
［ノードの追加］
ノードＮ1へ観測データを送信する新たなノードＮ2を追加する場合、まず、Ｎ2において、符号化装置１３から無線通信装置１１を介してＮ1へ、データ送信開始を示す送信開始符号と、当該ノードＮ2の識別番号を示す符号を送信する。
Ｎ1は、無線通信装置１１によりＮ2からの送信開始符号を受け取った場合、Ｎ2の識別番号に基づき、復号装置１４によりＮ2からの観測データを復号するための復号テーブルを、記憶装置１５に新たに生成し、その復号テーブルの内部を空にする。
【０１４３】
その後、Ｎ2から始めて符号を受け取ったとき、Ｎ1の復号装置１４は、第１の実施の形態で述べた、当該符号と対応する観測データが復号テーブルに登録されていない場合と同じ処理を行う。復号テーブルの更新についても、第１の実施の形態で述べた方法と同じ方法を用いる。
また、本実施の形態を第４の実施の形態に適用して、改良通信手法を用いて復号テーブルの更新を行う場合には、Ｎ1が他の下位ノードから受け取った観測データにＮ2の観測データを加えてから符号の割り当てを行う。
【０１４４】
［ノードの削除］
ノードＮ1へ観測データを送信していたノードＮ2を削除する場合、まず、Ｎ2において、符号化装置１３から無線通信装置１１を介してＮ1へ、ノード削除を通知する削除符号と、削除するＮ2の識別番号を示す符号を送信する。
Ｎ1は、無線通信装置１１によりＮ2からの削除符号を受け取った場合、Ｎ2の識別番号に基づき、復号装置１４により、記憶装置１５からＮ2の復号テーブルを削除し、符号化装置１３により、これ以降から符号テーブルを更新するまでの間、上位ノードへＮ2以外の観測データを送信するときには、符号テーブルを使って符号化せず、すべて制御符号と例外符号のみを用いて符号化を行う。
【０１４５】
その後、Ｎ1は、符号化装置１３により、符号テーブルの更新を行うときに、符号テーブルに登録されている観測データと符号とからなる各組について、当該観測データからＮ2の観測データを削除し、Ｎ2の観測データがないものとして、処理頻度を再計算してから符号テーブルを作成し直す。
また、本実施の形態を第４の実施の形態に適用して、改良通信手法を用いて復号テーブルの更新を行う場合にも、同様にしてＮ2のデータが存在しないものとして符号を作り直す。
【０１４６】
また、Ｎ2の削除により、任意のノードからサーバまでの経路に変更が生じる場合がある。このような場合には、サーバにより、変更が生じたノードすべてについて最短路を計算し直し、サーバから関係する各ノードへの指示に応じて、これらノードで前述したノードの削除と追加に関する処理を行う。
【０１４７】
［ノードの移動］
無線ネットワークシステム中でノードが移動した場合、任意のノードからサーバまでの経路に変更が生じる場合がある。このような場合には、無線ネットワークシステムにおいてノードの削除と追加が行われたものとして、前述したノードの削除と追加に関する処理を行う。
【０１４８】
［実施の形態の拡張］
以上の実施の形態では、各観測データに対して任意の符号を割り当てる場合について説明したが、最短の符号としてφ（空）という特殊な符号を任意の観測データに割り当ててもよい。
この符号が割り当てられたデータが、あるノードで観測あるいは受信されたとき、そのノードの符号化装置１３は、上位ノードに対して観測データの送信を行わない。一方、上位ノードは、一定時間内に受信すべきデータを受信しなかったとき、復号装置１４により、符号φを受け取ったものとして復号処理を行う。
このように、φを用いることで、無線通信を全く行わなくてもよいケースが生じ、通信コストを大幅に下げることができる場合がある。
【符号の説明】
【０１４９】
１…無線ネットワークシステム、１０…ノード、１１…無線通信装置、１２…観測装置、１３…符号化装置、１４…復号装置、１５…記憶装置、１６…制御装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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