(57)【要約】【課題】通信距離が長く、電池寿命が長い無線ネットワークノードを実現するため低速のＣＰＵでも安定して通信が出来る通信手順を開発したい。【解決手段】親機から無線ネットワークノードに電波で無線ネットワークノードの固有番号の変更を行う場合、まず親機は無線ネットワークノードの固有番号をその無線ネットワークノードに送信し、その無線ネットワークノードは、自分の固有番号を受信した時点で固有番号変更の準備が完了したことを親機に送信する。親機は再びその無線ネットワークノードに変更後の固有番号を送り、受信した無線ネットワークノードは自分の固有番号を変更するという手順を行うことを特徴とする無線ネットワークノード装置である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機、受信機、外部とのインターフェースを備えた無線ネットワークノードであって、親機から無線ネットワークノードに呼びかけた時に、無線ネットワークノードは呼びかけ信号を受信すると他の無線ネットワークノードと衝突がないように自身で乱数を発生し、その乱数値をタイムスロット値にして、そのタイムスロットの時に親機に自分の固有番号を返信する。親機はその固有番号を受信すると、その無線ネットワークノードにその無線ネットワークノードの固有番号を返信する。無線ネットワークノードは親機からの返信を受信すると、所定の時間送受信回路の電源を切り停止する無線ネットワークノードにおいて親機が、その無線ネットワークノードの優先度に応じて無線ネットワークノードの送受信回路の電源停止時間値を無線ネットワークノードへの返信時に送信することを特徴とする無線ネットワークノード装置。
【請求項２】
請求項１記載の無線ネットワークノードにおいて、親機から乱数値の上限値、つまりタイムスロット数変更を無線ネットワークノードへの返信時に送信することを特徴とする無線ネットワークノード装置。
【請求項３】
請求項１、請求項２記載の無線ネットワークノードにおいて、通常の受信回路の他にもう一つの低消費電力受信回路を設け、親機から別の周波数でもう一つの低消費電力受信回路に電波を受信した場合、通常の送受信回路の主電源が投入されることを特徴とする無線ネットワークノード。
【請求項４】
請求項１、請求項２、請求項３記載の無線ネットワークノードにおいて、親機から無線ネットワークノードに電波で無線ネットワークノードの固有番号の変更を行う場合、まず親機は無線ネットワークノードの固有番号をその無線ネットワークノードに送信し、その無線ネットワークノードは、自分の固有番号を受信した時点で固有番号変更の準備が完了したことを親機に送信する。親機は再びその無線ネットワークノードに変更後の固有番号を送り、受信した無線ネットワークノードは自分の固有番号を変更するという手順を行うことを特徴とする無線ネットワークノード装置。
【請求項５】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４記載の無線ネットワークノードにおいて、物や人に無線ネットワークノードを取り付ける場合、親機に静止画又は動画撮影カメラを設置し、請求項５における親機からの無線ネットワークノードの固有番号変更時又は親機が無線ネットワークノードを読み出し時に、同時に無線ネットワークノードを所持する物又は人をカメラで撮影することを特徴とする無線ネットワークノード。
【請求項６】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５記載の無線ネットワークノードにおいて、親機が無線ネットワークノードの固有番号を発行する際、親機の番号又は時間又は親機や子機無線ネットワークノードの固有の状態から固有番号を生成することを特徴とする無線ネットワークノード。
【請求項７】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６記載の無線ネットワークノードにおいて、親機に物体や人の温度や状態を感知できるセンサーを取り付け、センサーが反応しかつ無線ネットワークノードの固有番号を受信した場合、又は無線ネットワークノードの固有番号が受信されずに、センサーだけが反応した場合に予め設定された動作を親機が行うことを特徴とする無線ネットワークノード。
【請求項８】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７記載の無線ネットワークノードにおいて、親機近辺のノイズにより電波到達距離が短くなるのを防止するため親機と無線ネットワークノードの間に中継用の無線ネットワークノードを置き、通信距離を向上させることを特徴とする無線ネットワークノード。
【請求項９】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６記載の無線ネットワークノードにおいて、子機に傾きや動きを感知できるセンサーを取り付け、センサーが反応した場合に予め設定された動作を子機が行うことを特徴とする無線ネットワークノード。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、ＩＤ番号持った又はセンサーを取り付けたＲＦＩＤあるいは無線タグあるは無線ネットワークノードの技術に関するものである。
【背景の技術】
【０００２】小型無線ネットワークは通常、無線タグ、ＲＦＩＤと呼ばれているもので、電池を持たないパッシブ型と電池を必要とするアクテイブ型がある。パッシブ型はバーコードに変わるものとして考えられている。パッシブ型のＲＦＩＤは親機と子機が数センチの至近距離での応用が主である。
【０００３】パッシブ型は電源を持たないので送信される電波からエネルギーを補給する。一方センサーネットワークで使われる小型無線ネットワークノードと呼ばれるものがあり、一般的にアクティブ型と呼ばれるもので電池が必要であるが送受信回路を備え、センサーを取り付けてデータを無線で送信できる。無線ネットワークノード自身を経由してネットワークでデータのやりとりが行える等の特徴がある。また、通信距離はパッシブ型に比べてはるかに長く数十メータの通信距離が可能である。
【０００４】パッシブ型は電池が不要であるが通信距離を伸ばすためには大きなアンテナが必要であり、電波が強いため他の無線機器に影響を及ぼす可能性がある。無線タグ的な使い方で通信距離が必要な用途にはアクティブ型が適しているが、問題が電池が必要であるということである。しかしながら電池の消耗が少なく、少なくとも１年間以上電池の交換が必要ない場合はパッシブ型に準じて使える場合が少なくない。
【０００５】従来、パッシブ型の衝突に関するものは（例えば、特許文献２参照）あるが、アクティブ型に関するものは少ない。また、省電力に関するものは特許文献１にあるが同じ受信回路を使った方法で１回目の受信で省電力モードから通常モードへの変更を行い、２回目の受信ではじめて通信を行う方法である。本発明は衝突の回避と省電力を同時に行える通信手順を使っている。
【特許文献１】特開２００３−１１５０３３
【特許文献２】特公２００２−５１９８７６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】パッシブ型の無線タグは電池は不必要であるが通信距離は短い。また、通信距離を長くするためには送信アンテナを大きくする必要があり、送信電力を上げる必要がある。ところが送信電力を上げると近隣の無線装置に影響を及ぼす。【０００６】アクティブ型の無線タグは通信距離がパッシブ型に比べて有利である代わりに電池が必要である。ただ、電池が必要でも消費電力を下げればパッシブ型に準じた使い方が可能である。電池の消耗を防ぐためには低速度のＣＰＵを使う必要があり、内部回路の省電力のコントロールを行う必要がある。【０００７】そのため、低速度のＣＰＵでも可能な単純な手順で無線タグの通信を行う必要がある。また、無線タグの使い方として多数の無線タグが通信エリア内に存在し、それぞれのタグを個別に認識できなければならない。そのため、省電力を可能とする通信手順や省電力の方法を新たに考案する必要があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
【０００９】本発明の送信機、受信機、外部とのインターフェースを備えた無線ネットワークノードであって、親機から無線ネットワークノードに呼びかけた時に、無線ネットワークノードは呼びかけ信号を受信すると他の無線ネットワークノードと衝突がないように自身で乱数を発生し、その乱数値をタイムスロット値にして、そのタイムスロットの時に親機に自分の固有番号を返信する。親機はその固有番号を受信すると、その無線ネットワークノードにその無線ネットワークノードの固有番号を返信する。無線ネットワークノードは親機からの返信を受信すると、所定の時間送受信回路の電源を切り停止する。この無線ネットワークノードにおいて親機が、その無線ネットワークノードの優先度に応じて無線ネットワークノードの送受信回路の電源停止時間値を無線ネットワークノードへの返信時に送信することを特徴とする無線ネットワークノード装置である。本発明の無線ネットワークノードにおいて、親機から乱数値の上限値を無線ネットワークノードへの返信時に送信し、タイムスロット数を変更することを特徴とする無線ネットワークノード装置である。【００１０】本発明の無線ネットワークノードは、通常の受信回路の他にもう一つの低消費電力受信回路を設け、親機から別の周波数でもう一つの低消費電力受信回路に電波を受信した場合、通常の送受信回路の電源が投入されることを特徴とする無線ネットワークノードである。
この発明は【００１１】本発明の無線ネットワークノードにおいて、親機から無線ネットワークノードに電波で無線ネットワークノードの固有番号の変更を行う場合、まず親機は無線ネットワークノードの固有番号をその無線ネットワークノードに送信し、その無線ネットワークノードは、自分の固有番号を受信した時点で固有番号変更の準備が完了したことを親機に送信する。親機は再びその無線ネットワークノードに変更後の固有番号を送り、受信した無線ネットワークノードは自分の固有番号を変更するという手順を行うことを特徴とする無線ネットワークノード装置である。【００１２】本発明の無線ネットワークノードにおいて、物や人に無線ネットワークノードを取り付ける場合、親機に静止画又は動画撮影カメラを設置し、請求項５における親機からの無線ネットワークノードの固有番号変更時又は親機が無線ネットワークノードを読み出し時に、同時に無線ネットワークノードを所持する物又は人をカメラで撮影することを特徴とする無線ネットワークノードである。。【００１３】本発明の無線ネットワークノードにおいて、親機が無線ネットワークノードの固有番号を発行する際、親機の番号又は時間又は親機や子機無線ネットワークノードの固有の状態から固有番号を生成することを特徴とする無線ネットワークノードである。【００１４】本発明の無線ネットワークノードにおいて、親機に物体や人の温度や状態を感知できるセンサーを取り付け、センサーが反応しかつ無線ネットワークノードの固有番号を受信した場合、又は無線ネットワークノードの固有番号が受信されずに、センサーだけが反応した場合に予め設定された動作を親機が行うことを特徴とする無線ネットワークノードである。【００１５】本発明の無線ネットワークノードにおいて、親機近辺のノイズにより電波到達距離が短くなるのを防止するため親機と無線ネットワークノードの間に中継用の無線ネットワークノードを置き、通信距離を向上させることを特徴とする無縁ネットワークノードである。【００１６】本発明の無線ネットワークノードにおいて、子機に傾きや動きを感知できるセンサーを取り付け、センサーが反応した場合に予め設定された動作を子機が行うことを特徴とする無線ネットワークノードである。
【発明の効果】
【００１７】  この発明の請求項１は無線ネットワークノード内のＣＰＵが低速の場合でも、単純な手順で通信の確立が行える。また、無線ネットワークノードが親機の受信エリアに多数存在しても親機の呼びかけ信号に対して子機が一斉に返事を出し、衝突が起こる確率が減少する。また、通信が完了した無線ネットワークノードはしばらく停止するので、まだ通信が完了していない無線ネットワークノードが親機と通信が行える確率が増加する。また、停止時間を調整することにより、電池の消耗を減少させることができる。【００１８】この発明の請求項２は無線ネットワークノードの数によりタイムスロット数が変更できることにある。無線ネットワークノードが少数の場合、通信の衝突が少なく、タイムスロット数は少なくてすむ。無線ネットワークノードが多い場合は衝突の確率が高いのでタイムスロット数を多くする必要がある。親機はアプリケーションや状況に応じてタイムスロット数の調整を行うことができ、無線ネットワークノードシステムの円滑な運用ができる。【００１９】この発明の請求項３は省電力に関するものである。通常は送受信停止回路を設け、一定の時間ごとに起き上がり、電波がないかどうか確認し、あれば通常の受信状態になり、なければ停止状態になる。この方法は停止時間が長いほど省電力になるが、起動時には最悪は停止時間の間待たされることになり、無線タグの反応レスポンスが下がる可能性がある。請求項３の方法は無線ネットワークノードに別の低消費電力の受信回路を追加し、メインの受信回路は常に停止状態で追加した受信回路に電波が入力された時点でメイン回路に電源を供給する方法である。この方法によれは追加の受信回路はデータを受信しないので低消費電力の回路が構成できるので、レスポンスが早い省電力無線ネットワークノードが構成できる。【００２０】この発明の請求項４は無線ネットワークノードの固有番号の変更に関するものである。固有番号の変更は安全のため二段階の方法で行う。１回目は無線ネットワークノードに固有番号変更のための準備をさせ、準備が完了した無線ネットワークノードのみが実際の固有番号の変更を行うことにより安全性を確保する。【００２１】この発明の請求項５はセキュリテイに関するものである。例えば、無線ネットワークノードを人に持たせ、勤務時間を調べる場合、その無線ネットワークノードを他人に貸して、勤務時間の不正が行われる可能性がある。それを防止するために認証ステーション的なものを作り、無線ネットワークノードを持った人間が認証ステーションの側に行き、無線ネットワークノードを読み取ると同時に顔の撮影を行い無線ネットワークノードの固有番号と顔のデータを一致させる。無線ネットワークノードを使ったセキュリテイシステムを使った場合、後で顔と顔の記録が残るので不正の調査が出来る。【００２２】この発明の請求項６は請求項５で顔画像の登録を行う場合、無線ネットワークノードの固有番号に属性を持たせ、認証ステーション番号や時間を加味した固有番号を発行し、ワンタイムパスワード的に１回限りの固有番号として登録し、無線ネットワークノードの固有番号の不正使用を防ぐ。
【発明を実施するための最良の形態】以下、本発明を図に示す実施例により具体的に説明する。図１は本発明によるタグの構成を示すブロック図、図２は本発明のタグの使用例を示す説明図、図３は本発明のタグにおける通信手順のフローチャートの説明図である。なお、これにより本発明が限定されるものではない。【００２３】図１において、１０は本発明による無線ネットワークノードである。センサーや外部ネットワークと接続する外部Ｉ／Ｏ端子１、通信データをコントロールするＣＰＵ２、外部スィツチ３、ＬＥＤ表示器４、送信回路７、受信回路８、一般的に用いられているループアンテナ５又はヘリカルアンテナ６、電池９から構成されている。これらの回路は公知回路から構成されている。この構成で親機、子機は同じ回路を使用している。【００２４】  無線ネットワークノードは図１にあるように、ＲＦの送受信回路とＣＰＵのシンプルな構成である。ＣＲ２０３２のリチウム電池のホルダーが装備されているが、外部電池も使える。アンテナは外部ヘリカルアンテナか内部ループアンテナが選択できる。外部Ｉ／ＯはＲＳ２３２Ｃの送受信とＧＰＩＯ、内部ＣＰＵのボードプログラミング用の端子が出ている。親機として利用する場合、ＲＳ２３２Ｃで接続してもよく、ネットワークのＨｕｂ経由でサーバに接続してもよい。センサーネットワークとして使う場合、ＧＰＩＯやシリアルポートをデジタル温度センサー向けのＩ２Ｃバスインタフェースとして使うこともできる。【００２５】図２において一般的な通信手順は図３のようになる。通信できる空間内に１個の親機１０と多数の無線ネットワークノード１０を装着した移動する人や物があることを想定する。これらの固有番号を無線ネットワークノードからネットワークに取り込みたい場合にブロードキャスト方式を使う。ブロードキャスト方式は図３のように親機から全無線ネットワークノードに対して一斉にブロードキャスト信号を発信する。受信した無線ネットワークノードは親機に対して自分の固有番号を送信する。この時、全部の無線ネットワークノードが一斉に返事をすれば電波の衝突が起こり、通信が不可能になるので、時分割多重方式（ＴＤＭＡ）で返信する。【００２６】無線ネットワークノードは自分のタイムスロット番号を乱数で決定し、そのタイムスロット分だけ遅延させて発信する。親機は無線ネットワークノードからの固有番号を受信すると、その固有番号とともにＡＣＫ信号をその無線ネットワークノードに返信する。無線ネットワークノードは自分の固有番号を受信すると一定時間スリープ状態に入る。これで通信が確立するたびにアクティブな無線ネットワークノードの数が減っていく。【００２７】  図４はＨｕｂから無線の届く範囲に親機を取り付けた例で、必要なエリアをカバーすることができる。親機小型のサーバデバイスと無線モジュールを組み合わせることにより構成できる。親機以降は通常のネットワークインフラである。この例ではある固有番号の無線ネットワークノードはどのエリアにあるかどうかが判定できる。親機には通常ＩＰアドレスがついているので、簡易的にはｔｅｌｎｅｔコマンドでコントロールすることが可能である。
無縁ネットワークノードには汎用通信プロトコルまで実装する必要はない。極限まで無線ネットワークノードのエネルギー消費を少なくする必要があるため、標準化によるネゴシエーション等の実装は省き単純な通信方法を使う。ネットワーク上からはミドルウエアやＡＰＩによる標準化が可能である。【００２８】  無線ネットワークノードは外部Ｉ／Ｏを備えており、センサーと取り付ければセンサーネットワークノードとして利用できる。センサーに歪ゲージをつけ、橋梁などに設置すれば、一定の間隔で車でのデータ収集が可能になる。デジタル２線式の温度センサーはダイレクトにこの無線モジュールに接続できる。例えば、スーパマーケットの生鮮食料品の温度管理では、有線で多数のセンサーを取り付けるのは現実的ではない。この無線ネットワークノードの温度センサーは、必要な場所に置くだけで設置が完了する。あとは親機が一定に時間間隔で温度データを収集する。【００２９】  セキュリテイ的な観点からみて、既存のネットワークインフラを使用したくないことがある。例えば、ネットワーク上で事故があった場合すべてがストップする。この無線ネットワークノードは本来のネットワークノードとして使え、マルチホップシステムにより、リピータ経由で独自のネットワークシステムを構築でき、既存のネットワークインフラの影響を受けない。また、加速度センサーを無線ネットワークノードをつければＸ軸Ｙ軸の傾きをリアルタイムで親機送信することができる。【００３０】市場で要求されているものは、通信量はＩＤなど１０数バイトでいいので、安定して十数ｍの距離が通信でき、既存のネットワークとリンクできるものである。アクティブ型は電池が必要であるが、３年以上電池交換が必要なければ、この時代、ＲＦＩＤとしてほとんど問題にならない分野も数多く存在する。例えば、３年で出荷する牛に対して、牛の寿命以上に電池が持たせる必要はない。【００３１】  ユピキタスとは情報通信の世界を人や物の所在や状態にまで拡張する技術のことである。無線ネットワークノードは超小型で人や物に取り付けることができる。また、リーダ・ライターを接近させなくても１０数ｍの距離の通信が可能で、直径２０ｍｍのリチュウム電池大のサイズで数年間運用可能である。無線規格は無線局の申請が不要な微弱無線を使う。送受信以外の機能、データのエンコード、デコード、誤り修正、変調はすべてＣＰＵによるソフトウェアで行っており、ソフトウェアを入れ替えることにより、各種のアプリケーションにも対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態に係る無線ネットワークノード
【図２】本発明の実施の形態に係る無線ネットワークノードと親機
【図３】通信手順フローチャート
【図４】親機の複合使用例
【符号の説明】
【００３２】１  Ｉ／Ｏ部
２  ＣＰＵ
３  スィツチ
４  ＬＥＤ
５  ループアンテナ
６  ヘリカルアンテナ
７  送信回路
８  受信回路
９  電池
１０  無線ネットワークノード
１１  インタフェース
１２  ＰＣ又はネットワーク
１３  親機
１４  既存ネットワーク
１５  通信エリア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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