(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれに独立して観測対象を測定し、前記測定の結果に対応する周波数を有する応答信号を送信できる複数のセンサノードと、
前記センサノードから送信される前記応答信号を受信するフュージョンセンタと
を具備するワイヤレスセンサネットワークシステムであって、
前記フュージョンセンタは、
前記フュージョンセンタおよび前記センサノードが利用する所定の周波数帯域で通信している、前記複数のセンサノード以外の周辺通信機器を検出するキャリアセンス部と、
前記周辺通信機器との前記周波数帯域における干渉または与干渉を回避する通信条件を、前記検出の結果に基づいて算出し、算出された前記通信条件に基づいて、前記複数のセンサノードのそれぞれを、前記応答信号の送信を要求する対象センサノードまたは前記応答信号の送信を要求しない対象外センサノードに分別する通信条件算出部と、
前記複数のセンサノードのうち、前記対象外センサノード以外の前記対象センサノードに向けるリクエスト信号を生成するリクエスト信号生成部と、
生成された前記リクエスト信号を送信する送受信部と
を具備し、
前記複数のセンサノードのそれぞれは、
前記リクエスト信号を受信する送受信部と、
前記応答信号を生成する応答信号生成部と
を具備し、
応答を要求された前記対象センサノードは、自己以外のセンサノードによる通信の有無にかかわりなく、受信した前記リクエスト信号に応じて前記応答信号を前記フュージョンセンタに向けて送信する
ワイヤレスセンサネットワークシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のワイヤレスセンサネットワークシステムにおいて、
前記各センサノードは、
自己に設定された固有番号を記憶するメモリと、
受信された前記リクエスト信号から前記通信条件を検出する通信条件検出部と
をさらに具備し、
前記フュージョンセンタは、
前記複数のセンサノードに前記固有番号が対応付けられているテーブルを記憶するメモリ
をさらに具備し、
前記通信条件算出部は、
前記通信条件として、前記周辺通信機器との前記周波数帯域における干渉または与干渉を回避して通信できる情報収集範囲を算出し、
前記情報収集範囲に基づいて、前記複数のセンサノードのそれぞれを、前記対象センサノードまたは前記対象外センサノードに分別するセンサノード分別情報をさらに算出し、
前記リクエスト信号は、前記センサノード分別情報をさらに含み、
前記通信条件検出部は、前記リクエスト信号から前記センサノード分別情報を検出し、
前記各センサノードは、前記対象センサノードに分別されている場合にのみ前記応答信号を送信する
ワイヤレスセンサネットワークシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のワイヤレスセンサネットワークシステムにおいて、
前記情報収集範囲は第１領域を含み、
前記第１領域は第２領域を含み、
前記複数のセンサノードは、
前記第１領域の内部、かつ、前記第２領域の外部に配置されている第１センサノード群と、
前記第２領域の内部に配置されている第２センサノード群と
を含み、
前記リクエスト信号が前記フュージョンセンタから前記第１センサノード群および前記第２センサノード群の両方に選択的に届く前記リクエスト信号の送信電力は、第１送信電力であって、
前記リクエスト信号が前記フュージョンセンタから前記第２センサノード群に選択的に届く前記リクエスト信号の送信電力は、第２送信電力であって、
前記フュージョンセンタは、
前記第２センサノード群に向けて前記第２送信電力を有する第２リクエスト信号を送信した後に、前記第１センサノード群および前記第２センサノード群に向けて前記第１送信電力を有する第１リクエスト信号を送信し、
前記第２リクエスト信号は、前記第２センサノード群が前記第１リクエスト信号を無視する通信条件を含む
ワイヤレスセンサネットワークシステム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のワイヤレスセンサネットワークシステムにおいて、
前記センサノードの送受信部は、前記応答信号を、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）方式で生成して送信し、
前記フュージョンセンタの送受信部は、前記応答信号を前記ＯＦＤＭ方式で受信する
ワイヤレスセンサネットワークシステム。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のワイヤレスセンサネットワークシステムにおいて、
前記応答信号がトーン信号である
ワイヤレスセンサネットワークシステム。
【請求項６】
フュージョンセンタが、複数のセンサノードのうち、対象外センサノード以外の対象センサノードに向けたリクエスト信号を送信するステップと、
複数のセンサノードが、前記リクエスト信号を受信するステップと、
前記対象センサノードのそれぞれが、自己以外のセンサノードによる通信の有無にかかわりなく、受信した前記リクエスト信号に応じて、観測対象の測定結果に対応する周波数を有する応答信号を、前記フュージョンセンタに向けて送信するステップと、
前記フュージョンセンタが、前記対象センサノードから送信される複数の前記応答信号を受信するステップと
を含む情報収集方法であって、
前記リクエスト信号を送信するステップは、
前記フュージョンセンタおよび前記センサノードが利用する所定の周波数帯域で通信している、前記複数のセンサノード以外の周辺通信機器による通信の有無を検出するステップと、
前記周辺通信機器との前記周波数帯域における干渉または与干渉を回避する通信条件を、前記検出の結果に基づいて算出するステップと、
算出された前記通信条件に基づいて、前記複数のセンサノードのそれぞれを、前記応答信号の送信を要求する前記対象センサノードまたは前記応答信号の送信を要求しない前記対象外センサノードに分別するステップと、
前記複数のセンサノードのうち、前記対象外センサノード以外の前記対象センサノードに向けるリクエスト信号を生成するステップと
を含む
情報収集方法。
【請求項７】
請求項６に記載の情報収集方法において、
前記通信条件を算出するステップは、
前記通信条件として、前記周辺通信機器との前記周波数帯域における干渉または与干渉を回避して通信できる情報収集範囲を算出するステップと、
前記情報収集範囲に基づいて、前記複数のセンサノードのそれぞれを、前記対象センサノードまたは前記対象外センサノードに分別するセンサノード分別情報を算出するステップと
を含み、
前記リクエスト信号は、前記センサノード分別情報をさらに含み、
前記応答信号を送信するステップは、
前記リクエスト信号から前記通信条件を検出するステップと、
前記リクエスト信号から前記センサノード分別情報を検出するステップと、
前記それぞれのセンサノードが、前記対象センサノードに分別されている場合にのみ前記応答信号を送信するステップと
を含む
情報収集方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載の情報収集方法に含まれるステップのうち、前記フュージョンセンタが行うステップを、前記フュージョンセンタのプロセッサが実行することで実現する
プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はワイヤレスセンサネットワークシステムおよびこれに用いる情報収集方法に関し、例えば、複数のセンサノードと、観測データを収集する基地局であるフュージョンセンタとを含むワイヤレスセンサネットワークシステムおよびこれに用いる情報収集方法に好適に利用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ワイヤレスセンサネットワークに係る技術の研究開発が活発に行われている。ワイヤレスセンサネットワークとは、観測のためのセンサなどを備えるセンサノードを、無線通信によって構成されたネットワークを介して制御したり、位置や環境に係る情報の収集に利用したりする無線ネットワークである。
ワイヤレスセンサネットワークは、モニタリングシステムや、ホーム・オートメーションなど、様々な分野での活用が期待されている。センサネットワークを無線通信で構築することによって、コストダウンや、センシング範囲の拡大や、ネットワークの変更における柔軟性などのメリットが期待できる。
【０００３】
このようなワイヤレスセンサネットワークでは複数のセンサ情報を同一周波数で共有する技術として、各センサノードが空きチャネルを検出した場合に各々のタイミングでデータを送信するキャリアセンスを用いてきた。
この時、短時間の空きチャネルを有効活用するために、各センサノードにおいて送信すべきデータを収容したパケットを生成し情報伝送していた。パケットには通常、送信元や送信宛先などのヘッダ情報を付与して伝送することになるが、決められたフォーマットに従って、すべてのデータにヘッダ情報を入れる必要があるため、センサ情報収集時にこれらの情報が不要な場合でも付与され、その場合には各ノードにおける消費電力の浪費につながっていた。
上記のような問題を解決すべく、特許文献１（特許第５１８２７１３号）および特許文献２（特開２０１３−１８７５５２号公報）に、新規な無線通信方法に係る発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５１８２７１３号
【特許文献２】特開２０１３−１８７５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記各発明を具体化するにあたって、ワイヤレスセンサネットワークシステムに含まれる複数のセンサノードおよびフュージョンセンタが、効率良く通信するための通信プロトコルが求められている。
本出願に係る発明は、ワイヤレスセンサネットワークシステムに含まれる複数のセンサノードおよびフュージョンセンタが、効率良く通信できるネットワークシステムおよび情報収集方法を提供するものである。
【０００６】
また、ワイヤレスセンサネットワークシステムに含まれる複数のセンサノードおよびフュージョンセンタが通信する際に、同じ周波数帯域を利用する他の通信システムとの間で干渉が発生する可能性がある。そのため、このような干渉を回避できる通信プロトコルが求められている。
本出願に係る発明は、同じ周波数帯域を利用する他の通信システムとの間で互いの干渉を回避できる、ワイヤレスセンサネットワークシステムおよびこれに用いる情報収集方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に、［発明を実施するための形態］で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。
本発明の一実施形態によるワイヤレスセンサネットワークシステムは、複数のセンサノード（２）と、フュージョンセンタ（１）とを具備する。
フュージョンセンタ（１）は、キャリアセンス部（１１１）と、リクエスト信号生成部（１１３）と、送受信部（１１４）とを具備する。ここで、キャリアセンス部（１１１）は、フュージョンセンタ（１）およびセンサノード（２）が利用する所定の周波数帯域で通信している、複数のセンサノード（２）以外の周辺通信機器（４）による通信の有無を検出する。リクエスト信号生成部（１１３）は、センサノード（２）に向けるリクエスト信号を生成する。フュージョンセンタの送受信部（１１４）は、生成されたリクエスト信号を送信する。
複数のセンサノード（２）のそれぞれは、センサノードの送受信部（２１４）と、応答信号生成部（２１３）とを具備する。ここで、センサノードの送受信部（２１４）は、リクエスト信号を受信する。
複数のセンサノード（２）は、それぞれに独立して観測対象を測定し、応答信号生成部（２１３）は、測定の結果に対応する周波数を有する応答信号（３）を生成する。応答を要求されたセンサノード（２）は、自己以外のセンサノード（２）による通信の有無にかかわりなく、受信したリクエスト信号に応じて応答信号（３）をフュージョンセンタ（１）に向けて送信する。
フュージョンセンタ（１）は、センサノード（２）から送信される応答信号（３）を受信する。
【０００８】
本発明の一実施形態によるワイヤレスセンサネットワークシステムは、複数のセンサノード（２）と、フュージョンセンタ（１）とを具備する。
フュージョンセンタ（１）は、キャリアセンス部（１１１）と、通信条件算出部（１１２）と、リクエスト信号生成部（１１３）と、送受信部（１１４）とを具備する。ここで、キャリアセンス部（１１１）は、フュージョンセンタ（１）および複数のセンサノード（２）が利用する所定の周波数帯域で通信している、複数のセンサノード（２）以外の周辺通信機器（４）（５）を検出する。通信条件算出部（１１２）は、周辺通信機器（４）（５）との周波数帯域における干渉または与干渉を回避する通信条件を、キャリアセンス部（１１１）の検出結果に基づいて算出する。リクエスト信号生成部（１１３）は、算出された通信条件に基づいて、複数のセンサノード（２）に向けるリクエスト信号を生成する。フュージョンセンタの送受信部（１１４）は、生成されたリクエスト信号を送信する。
複数のセンサノード（２）のそれぞれは、センサノードの送受信部（２１４）と、通信条件検出部（２１２）と、応答信号生成部（２１３）とを具備する。ここで、センサノードの送受信部（２１４）は、リクエスト信号を受信する。通信条件検出部（２１２）は、受信されたリクエスト信号から通信条件を検出する。複数のセンサノード（２）は、それぞれに独立して観測対象を測定し、応答信号生成部（２１３）は、検出された通信条件に基づいて、測定の結果に対応する周波数を有する応答信号（３）を生成する。応答を要求されたセンサノード（２）は、自己以外のセンサノード（２）による通信の有無にかかわりなく、受信したリクエスト信号に応じて応答信号（３）をフュージョンセンタ（１）に向けて送信する。
フュージョンセンタ（１）は、センサノード（２）から送信される応答信号（３）を受信する。
【０００９】
本発明の一実施形態による情報収集方法は、複数のセンサノード（２）が、それぞれに独立して、観測対象を測定することと、フュージョンセンタ（１）が、複数のセンサノード（２）に向けたリクエスト信号を送信することと、複数のセンサノード（２）が、リクエスト信号を受信することと、複数のセンサノード（２）のそれぞれが、受信したリクエスト信号に応じたタイミングで、測定の結果に対応する周波数を有する応答信号（３）を、フュージョンセンタ（１）に向けて送信することと、フュージョンセンタ（１）が、複数のセンサノード（２）から送信される複数の応答信号（３）を受信することとを含む。ここで、リクエスト信号を送信することは、フュージョンセンタ（１）および複数のセンサノード（２）が利用する所定の周波数帯域で通信している、複数のセンサノード（２）以外の周辺通信機器（４）（５）を検出することと、周辺通信機器（４）（５）との周波数帯域における干渉または与干渉を回避する通信条件を、周辺無線送信機の検出結果に基づいて算出することと、算出された通信条件に基づいて、複数のセンサノード（２）に向けたリクエスト信号を生成することとを含む。応答信号を送信することは、受信されたリクエスト信号から通信条件を検出することと、検出された通信条件に基づいて、応答信号（３）を生成することとを含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ワイヤレスセンサネットワークシステムに含まれる複数のセンサノードおよびフュージョンセンタが通信する際に、同じ周波数帯域を利用する他の通信システムとの間で互いの干渉を回避することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態によるワイヤレスセンサネットワークシステムの構成を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の第１実施形態によるフュージョンセンタの構成を、物理的な視点から示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の第１実施形態によるフュージョンセンタの構成を、機能的な視点から示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の第１実施形態によるセンサノードの構成を、物理的な視点から示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の第１実施形態によるセンサノードの構成を、機能的な視点から示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の第１実施形態によるワイヤレスセンサネットワークシステムで送受信するトーン信号の周波数と観測値の対応関係を説明する図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の第１実施形態によるワイヤレスセンサネットワークシステムで送受信するトーン信号の周波数と観測値の対応関係を説明する具体例を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の第１実施形態によるセンサノードが送信するトーン信号の一例を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の第１実施形態による他のセンサノードが送信するトーン信号の一例を示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明の第１実施形態によるさらに他のセンサノードが送信するトーン信号の一例を示す図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、本発明の第１実施形態によるフュージョンセンタが１つの受信信号として一括受信する、複数のトーン信号の集合体の一例を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の第１実施形態によるワイヤレスセンサネットワークシステムと、その周辺で通信する他の無線機との相互干渉問題について、距離の観点から説明する図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａに例示したワイヤレスセンサネットワークシステムと、その周辺で通信する他の無線機との相互干渉問題について、周波数および信号強度の観点から説明する図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明の第１実施形態によるフュージョンセンタが算出する想定与干渉範囲を説明する図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、図６Ｃに例示したフュージョンセンタ１が算出する情報収集範囲について説明する図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の第１実施形態によるワイヤレスセンサネットワークシステムの動作の一例を示すシーケンス図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の第１実施形態によるフュージョンセンタの動作の一例を示すフローチャートである。
【図７Ｃ】図７Ｃは、本発明の第１実施形態によるセンサノードの動作の一例を示すフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の第１実施形態によるワイヤレスセンサネットワークシステムおよび情報収集方法と、従来技術とを、情報収集回数で比較した結果の一例を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明の第２実施形態による情報収集方法を説明する図である。
【図１０】図１０は、本発明の第３実施形態による情報収集方法を説明する図である。
【図１１】図１１は、本発明の第４実施形態による情報収集方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
添付図面を参照して、本発明によるワイヤレスセンサネットワークシステムおよびこれに用いる情報収集方法を実施するための形態を以下に説明する。なお、本願における各図は本発明を説明するための概念図であり、図示した各物理的構成や機能的構成は、ハードウェアまたはソフトウェアならびにそれらの組み合わせにより構成することができる。
【００１３】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態によるワイヤレスセンサネットワークシステムの構成を示す図である。
図１に示したワイヤレスセンサネットワークシステムは、フュージョンセンタ１と、複数のセンサノード２−Ａ〜２−Ｆを含んでいる。センサノード２は、位置や環境に係る情報を観測するセンサである。フュージョンセンタ１は、各センサノード２−Ａ〜２−Ｆで観測された観測データを収集する基地局である。なお、図１では一例として６台のセンサノード２−Ａ〜２−Ｆが描かれているが、センサノードの台数に制限は特に無い。以降、複数のセンサノードのそれぞれを区別しない場合には、センサノード２などと記す。
【００１４】
図１に示したワイヤレスセンサネットワークシステムの周辺には、周辺無線送信機４や、周辺無線受信機５が存在する場合がある。ここで、周辺無線送信機４および周辺無線受信機５は、フュージョンセンタ１と複数のセンサノード２から構成されるワイヤレスセンサネットワークシステムには含まれない。すなわち、別のネットワークシステムの構成要素である。
なお、図１では一例として１台の周辺無線送信機４および１台の周辺無線受信機５が描かれているが、周辺無線送信機４および周辺無線受信機５のそれぞれについて、台数に制限は特に無い。また、同一の周辺無線機が、ある時は周辺無線送信機４として動作し、またある時は周辺無線受信機５として動作しても良い。以降、周辺無線送信機４および周辺無線受信機５の集合を、周辺無線システムと記す。
【００１５】
図１において、センサノード２−Ａ〜２−Ｆは、トーン信号３−Ａ〜３−Ｆをそれぞれ送信している。また、フュージョンセンタ１は、トーン信号３−Ａ〜３−Ｆを受信している。以降、各トーン信号のそれぞれを区別しない場合には、トーン信号３などと記す。
後述するように、フュージョンセンタ１も信号を送信し、センサノード２はこの信号を受信する。このように、本実施形態によるワイヤレスセンサネットワークシステムでは、フュージョンセンタ１とセンサノード２とは無線で通信する。
なお、トーン信号３は、単一周波数を持つ正弦波信号である。したがって、トーン信号３は、一般的なパケット信号が含む諸データのような情報を含まないのが通常である。トーン信号３は、周波数と、信号強度と、送受信の時刻によって定義可能である。しかし、本発明は通常のトーン信号３だけでなく、各センサノード２を識別するため、トーン信号の周波数を時間で変化させたり、低速な変調を行うなどＩＤのようなごく小さな情報を含む応答信号でも適用可能である。本願において応答信号とは、フュージョンセンタ１から発信された送信リクエスト信号に応じて、センサノード２がフュージョンセンタ１に送信する信号であり、トーン信号３を含む概念である。実施形態においては、応答信号の一例として、本発明の効果を最も発揮できるトーン信号３を例に説明する。
【００１６】
同様に、周辺無線送信機４が周辺無線信号６を送信し、周辺無線受信機５がこの周辺無線信号６を受信する。この周辺無線信号６がトーン信号３と同じ周波数帯域に含まれていれば、ワイヤレスセンサネットワークシステムと周辺無線システムとの間で干渉が発生する可能性がある。このような干渉を回避することが、本発明の目的の一つである。
【００１７】
複数のセンサノード２は、それぞれに独立して観測対象を測定し、測定の結果を表すトーン信号３をフュージョンセンタ１に向けて一斉に送信する。フュージョンセンタ１は、複数のセンサノード２から一斉送信される測定結果としてのトーン信号３を、無線通信によって一括受信して収集した上で、その分析を行う。これらの動作の詳細については、後述する。
【００１８】
図２Ａは、本発明の第１実施形態によるフュージョンセンタ１の構成を、物理的な視点から示す図である。図２Ａに示したフュージョンセンタ１は、バス１０と、演算部であるプロセッサ１１と、記憶部であるメモリ１２と、送受信装置１３と、送受信用のアンテナ１３１と、入出力装置１４とを有している。
メモリ１２は、データを記憶するためのデータ領域１２１と、制御用プログラムを記憶したプログラム領域１２２を含んでいる。メモリ１２は、一時記憶型のメモリまたは長期記憶型のハードディスク、ならびにそれらの組み合わせでも良い。
フュージョンセンタ１は、プログラムやデータを格納した記憶媒体１４１をさらに含んでいても良い。なお、記憶媒体１４１は、プログラムやデータをメモリ１２に移動または複製した後に、フュージョンセンタ１から取り外しても良い。
【００１９】
また、フュージョンセンタ１は、図示しない電源をさらに有している。フュージョンセンタ１は、各センサノード２を制御したり、受信した情報を処理したりするため、多くの電力を消費する。したがって、フュージョンセンタ１は、常時電力を供給できるよう、電源コンセントなどから電力を供給する構成が望ましい。
バス１０、プロセッサ１１、メモリ１２、入出力装置１４としては汎用のコンピュータを用いることができ、送受信用のアンテナ１３１を備えた送受信装置１３を、コンピュータに有線または無線で接続することによりフュージョンセンタ１とすることができる。また、フュージョンセンタ１は、送受信装置１３を備えたコンピュータそのものであっても良い。
【００２０】
図２Ａに示したフュージョンセンタ１の各構成要素の接続関係について説明する。プロセッサ１１と、メモリ１２と、送受信装置１３と、アンテナ１３１と、入出力装置１４とは、それぞれバス１０を介して接続されている。ここで、バス１０は、各構成要素の間で相互に信号を送受信する接続関係を一例として表しており、各構成要素は必ずしも図示したとおりに接続されていなくても良い。
アンテナ１３１は、送受信装置１３に接続されている。
記憶媒体１４１は、入出力装置１４に着脱可能に接続される。
【００２１】
図２Ａに示したフュージョンセンタ１の構成要素の動作について説明する。プロセッサ１１は、プログラム領域１２２に格納されたプログラムを実行する。このとき、プロセッサ１１は、データ領域１２１にアクセスしてデータの読み書きを行っても良いし、送受信装置１３や入出力装置１４を制御しても良い。
データ領域１２１は、データを読み書き可能に格納している。また、プログラム領域１２２は、プログラムを読み書き可能に格納している。
送受信装置１３は、アンテナ１３１を介して、無線信号の送信および受信を行う。
【００２２】
入出力装置１４は、データ、プログラム、制御信号などの入力および出力を行う。入出力装置１４は、一例として、記憶媒体１４１の読み書きを行うドライブであっても良いし、フュージョンセンタ１の動作を制御するボタンやマウス、キーボードなどのユーザ・インタフェースであっても良いし、プロセッサ１１がプログラムを実行した結果などを表示するディスプレイであっても良いし、これらの集合であっても良い。
【００２３】
図２Ｂは、本発明の第１実施形態によるフュージョンセンタ１の構成を、機能的な視点から示す図である。図２Ｂに示したフュージョンセンタ１は、仮想バス１１０と、キャリアセンス部１１１と、通信条件算出部１１２と、送信リクエスト信号生成部１１３と、送受信部１１４と、分析部１１５とを有している。
キャリアセンス部１１１と、通信条件算出部１１２と、送信リクエスト信号生成部１１３と、送受信部１１４と、分析部１１５とは、それぞれ、仮想バス１１０を介して接続されている。ここで、仮想バス１１０は、各構成要素の間で相互に信号を送受信する接続関係を一例として表しており、各構成要素は必ずしも図示したとおりに接続されていなくても良い。
【００２４】
次に、図２Ｂに示したフュージョンセンタ１の構成要素の動作について説明する。キャリアセンス部１１１は、フュージョンセンタ１の周辺で、フュージョンセンタ１およびセンサノード２が利用する所定の周波数帯域で通信している、センサノード２以外の周辺無線送信機４を検出する。
通信条件算出部１１２は、周辺無線送信機４および周辺無線送信機４と通信する周辺無線受信機５との周波数帯域における干渉を回避できる通信条件を、キャリアセンス部１１１による周辺無線送信機４の検出結果に基づいて、算出する。
送信リクエスト信号生成部１１３は、通信条件算出部１１２によって算出された通信条件に基づいて、複数のセンサノード２の全てに向けた送信リクエスト信号を生成する。
キャリアセンス部１１１・通信条件算出部１１２・送信リクエスト信号生成部１１３の動作はそれぞれ、プロセッサ１１が、プログラム領域１２２に格納されたキャリアセンスプログラム・通信条件算出プログラム・送信リクエスト信号生成プログラムを実行し、データ領域１２１にアクセスしてデータの読み書きを行うことなどによって、実現する。
【００２５】
送受信部１１４は、送信リクエスト信号生成部１１３によって生成された送信リクエスト信号を、センサノード２に向けて送信する。また、送受信部１１４は、複数のセンサノード２から一斉送信される複数のトーン信号３の集合体を、受信信号として一括受信する。送受信部１１４の動作は、プロセッサ１１が、プログラム領域１２２に格納された送信リクエスト信号送信プログラムまたは受信信号受信プログラムを実行し、送受信装置１３を制御し、データ領域１２１にアクセスしてデータの読み書きを行うことなどによって、実現する。
【００２６】
分析部１１５は、送受信部１１４によって受信された受信信号の分析を行う。分析部１１５の動作は、プロセッサ１１が、プログラム領域１２２に格納された分析プログラムを実行し、データ領域１２１にアクセスしてデータの読み書きを行うことなどによって、実現する。
【００２７】
図３Ａは、本発明の第１実施形態によるセンサノード２の構成を、物理的な視点から示す図である。図３Ａに示したセンサノード２は、バス２０と、プロセッサ２１と、メモリ２２と、送受信装置２３と、アンテナ２３１と、入出力装置２４と、センサ２５とを有している。メモリ２２は、データ領域２２１と、プログラム領域２２２とを含んでいる。センサノード２は、プログラムやデータを格納した記憶媒体２４１をさらに含んでいても良い。なお、記憶媒体２４１は、プログラムやデータをメモリ２２に移動または複製した後に、センサノード２から取り外しても良い。
また、センサノード２は、図示しない電源をさらに有していることが望ましい。本発明におけるセンサノード２は低消費電力であるため、電源として乾電池などを使用することができ、小型化を図ることができる。
【００２８】
図３Ａに示したセンサノード２の構成要素の接続関係について説明する。プロセッサ２１と、メモリ２２と、送受信装置２３と、アンテナ２３１と、入出力装置２４と、センサ２５とは、それぞれ、バス２０を介して接続されている。ここで、バス２０は、各構成要素の間で相互に信号を送受信する接続関係を一例として表しており、各構成要素は必ずしも図示したとおりに接続されていなくても良い。
アンテナ２３１は、送受信装置２３に接続されている。
記憶媒体２４１は、入出力装置２４に着脱可能に接続される。
【００２９】
図３Ａに示したセンサノード２の構成要素の動作について説明する。プロセッサ２１は、プログラム領域２２２に格納されたプログラムを実行する。このとき、プロセッサ２１は、データ領域２２１にアクセスしてデータの読み書きを行っても良いし、送受信装置２３や、入出力装置２４や、センサ２５を制御しても良い。
データ領域２２１は、データを読み書き可能に格納している。また、プログラム領域２２２は、プログラムを読み書き可能に格納している。
送受信装置２３は、アンテナ２３１を介して、無線信号の送信および受信を行う。
【００３０】
入出力装置２４は、データ、プログラム、制御信号などの入力および出力を行う。入出力装置２４は、一例として、記憶媒体２４１の読み書きを行うドライブであっても良いし、センサノード２の動作を制御するボタンやマウス、キーボードなどのユーザ・インタフェースであっても良いし、プロセッサ２１がプログラムを実行した結果などを表示するディスプレイであっても良いし、これらの集合であっても良い。
センサ２５は、プロセッサ２１によって制御されるなどして、観測対象の測定を行う。この測定の結果は、バス２０やプロセッサ２１を介して、データ領域２２１に格納されることが望ましい。
【００３１】
図３Ｂは、本発明の第１実施形態によるセンサノード２の構成を、機能的な視点から示す図である。図３Ｂに示したセンサノード２は、仮想バス２１０と、測定部２１１と、通信条件検出部２１２と、トーン信号生成部２１３と、送受信部２１４とを有している。
測定部２１１と、通信条件検出部２１２と、トーン信号生成部２１３と、送受信部２１４とは、それぞれ、仮想バス２１０を介して接続されている。ここで、仮想バス２１０は、各構成要素の間で相互に信号を送受信する接続関係を一例として表しており、各構成要素は必ずしも図示したとおりに接続されていなくても良い。
【００３２】
次に、図３Ｂに示したセンサノード２の構成要素の動作について説明する。測定部２１１は、センサノード２が設置されている場所において、観測対象の測定を行う。測定部２１１の動作は、図３Ａに示すプロセッサ２１が、プログラム領域２２２に格納された測定プログラムを実行し、センサ２５を制御し、データ領域２２１にアクセスしてデータの読み書きを行うことなどによって、実現する。
【００３３】
通信条件検出部２１２は、受信された送信リクエスト信号から通信条件を検出する。検出された通信条件は、データ領域２２１に格納されることが望ましい。
トーン信号生成部２１３は、検出された通信条件に基づいて、測定の結果を表すトーン信号３を生成する。
通信条件検出部２１２・トーン信号生成部２１３の動作はそれぞれ、プロセッサ２１が、プログラム領域２２２に格納された通信条件検出プログラム・トーン信号生成プログラムを実行し、データ領域２２１にアクセスしてデータの読み書きを行うことなどによって、実現する。
【００３４】
送受信部２１４は、フュージョンセンタ１から送信された送信リクエスト信号を受信する。受信された送信リクエスト信号は、データ領域２２１に格納されることが望ましい。また、送受信部２１４は、トーン信号生成部２１３によって生成されたトーン信号３を、送信リクエスト信号に応じたタイミングでフュージョンセンタ１に向けて送信する。
送受信部２１４の動作は、プロセッサ２１が、プログラム領域２２２に格納された送信リクエスト信号受信プログラムまたはトーン信号送信プログラムを実行し、送受信装置２３を制御し、データ領域２２１にアクセスしてデータの読み書きを行うことなどによって、実現する。
ここまでは主に、本実施形態によるワイヤレスセンサネットワークシステムの構成について説明した。ここからは主に、本実施形態によるワイヤレスセンサネットワークの動作、すなわち本実施形態による情報収集方法について説明する。
【００３５】
まず、測定部２１１の動作の詳細について説明する。測定部２１１が測定する観測対象は、例えば、温度、湿度、気圧、明るさ、濃度、線量、緯度、経度、などであっても良い。いずれの場合も、センサ２５として、温度計、湿度計、気圧計、照度計、濃度計、ガイガーカウンター、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ：全地球測位網）受信装置、などの適切な測定手段を用意することが望ましい。観測対象は上記のものに限られず、種々のものが考えられる。
ここでは、一例として、観測対象がセンサノード２周辺の気温であり、センサ２５が温度計である場合について説明する。
【００３６】
測定部２１１が観測対象を測定するには、例えば、プロセッサ２１の制御下でセンサ２５が気温を測定する。その測定結果は、データ領域２２１に記憶させることが望ましい。この測定動作は、センサノード２の消費電力を節約する観点からは、送信リクエスト信号を受信した際にのみ実行されることが望ましい。しかしながら、例えばガイガーカウンターによる線量の測定には比較的長い時間が必要であるので、送信リクエスト信号を受信してからトーン信号３を送信するまでのタイムラグを最小化する観点からは、一連の測定動作を常時繰り返し実行されても良い。
【００３７】
次に、トーン信号生成部２１３の動作の詳細について説明する。トーン信号生成部２１３は、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）方式でトーン信号３を生成する。すなわち、トーン信号３の周波数は、ＯＦＤＭサブキャリア周波数の集合から選択されて設定される。観測値をトーン信号３の周波数に変換するこの手法を、以降、周波数軸マッピングと記す。
図４Ａは、本発明による周波数軸マッピングの原理を概略的に示す図である。図４Ａは、観測値を示す第１の軸と、サブキャリア周波数番号を示す第２の軸とを示している。
【００３８】
まず、観測値をｋと置き、観測範囲の最小値をＫｍｉｎと置き、同じく最大値をＫｍａｘと置き、中心値をＫＣと置く。ここで、観測範囲中心値ＫＣは、観測範囲の最大値および最小値の中心値であり、次の式で定義されるものとする。
ＫＣ＝（Ｋｍａｘ＋Ｋｍｉｎ）／２
なお、観測範囲の幅の半分の値Ｗは、以下のように定義される。
Ｗ＝（Ｋｍａｘ−Ｋｍｉｎ）／２
【００３９】
次に、サブキャリア周波数番号をｎＣと置き、サブキャリア周波数番号の最小値をＮｍｉｎと置き、同じく最大値をＮｍａｘと置き、中心値をＮＣと置く。ここで、サブキャリア周波数中心番号ＮＣは、サブキャリア周波数番号の最大値と、最小値との中心値であり、次の式で定義されるものとする。
ＮＣ＝（Ｎｍａｘ＋Ｎｍｉｎ）／２
なお、このようなサブキャリア周波数中心番号ＮＣが存在するためには、サブキャリアの総数は奇数である必要があり、以下のように定義される整数Ａが存在するものとする。
Ｎｍａｘ−Ｎｍｉｎ＝２Ａ
【００４０】
周波数軸マッピングの具体的な計算方法について説明する。観測値ｋが観測範囲最小値Ｋｍｉｎ以下であれば、サブキャリア周波数最小番号Ｎｍｉｎを割り当てる。同様に、観測値ｋが観測範囲最大値Ｋｍａｘ以上であれば、サブキャリア周波数最大番号Ｎｍａｘを割り当てる。
観測値ｋが上記以外の、すなわち
Ｋｍｉｎ＜ｋ＜Ｋｍａｘ
の関係を満足する場合は、観測値ｋを整数２Ａで刻んでサブキャリア周波数番号ｎＣに割り当てる。このとき、割り当てられるサブキャリア周波数番号ｎＣは以下の式で算出される。
【数１】
0006469475.tif 000002
すなわち、観測値ｋと、観測範囲中心値ＫＣとの差を、整数２Ａの逆数で離散化し、小数点以下を切り捨てた上で、対応するサブキャリア周波数番号ｎＣと、サブキャリア周波数中心番号ＮＣとの差に置き換えることが出来る。
【００４１】
図４Ｂは、本発明による周波数軸マッピングの具体例を示す図である。この例では、温度を２０〜３０°Ｃの範囲で測定し、サブキャリア周波数番号０〜１００番の範囲でマッピングする。図４Ａに対応させて考えると、
Ｋｍｉｎ＝２０
Ｋｍａｘ＝３０
ＫＣ＝２５
Ｗ＝５
Ｎｍｉｎ＝０
Ｎｍａｘ＝１００
ＮＣ＝５０
Ａ＝５０
となり、より具体的には、周波数軸マッピングは以下の式を演算することに等しくなる。
【数２】
0006469475.tif 000003
【００４２】
トーン信号３の周波数は、上記に説明したような周波数軸マッピングによって、すなわち観測対象の測定結果に応じて決定される。
決定されたトーン信号周波数は、少なくともトーン信号送信時刻までは、トーン信号周波数データとしてデータ領域２２１に格納されることが望ましい。なお、データ領域２２１に格納されたトーン信号周波数データは、次回に決定される周波数と入れ替わりで削除されても良いし、データ領域２２１に空き領域が残っている限り累積しても良い。または、最新のトーン信号周波数データをデータ領域２２１に格納する空き領域が足りなければ古いトーン信号周波数データから順番に入れ替わりで削除されても良い。
【００４３】
ここで、センサノード２の送受信部２１４の動作のうち、トーン信号３を送信する動作の詳細について説明する。
送受信部２１４は、トーン信号周波数データと、トーン信号３の信号強度を表すトーン信号強度データと、トーン信号３を送信する時刻を表すトーン信号送信時刻データとを、データ領域２２１から読み出す。なお、詳細については後述するが、トーン信号強度データと、トーン信号送信時刻データとは、いずれも、後述する通信条件検出部２１２の動作によって、データ領域２２１に格納されている。
【００４４】
送受信部２１４は、トーン信号送信時刻に、観測結果に応じたトーン信号周波数を有するトーン信号３を、フュージョンセンタ１に向けて送信する。トーン信号３の送信は、全てのセンサノード２またはその一部において、一斉に実行される。
このように、センサノード２からフュージョンセンタ１に向けたトーン信号３の送信は、それぞれのトーン信号３がごく短い上に、一斉に実行されるので、一度の送信がやはりごく短い時間で完了する。
【００４５】
ここで、フュージョンセンタ１の送受信部１１４の動作のうち、トーン信号３を一括受信する動作の詳細について説明する。
複数のセンサノード２の送受信部２１４から一斉に送信された複数のトーン信号３は、フュージョンセンタ１にほぼ同時に到達する。厳密には、各センサノード２からフュージョンセンタ１までの距離が異なるため、各トーン信号３の到達時刻には多少のずれが生じ得るが、ここではこのずれを無視する。
フュージョンセンタ１の送受信部１１４は、複数のセンサノード２から一斉送信される複数のトーン信号３の集合体を、１つの受信信号として一括受信すれば良い。この動作の一例を、図５Ａ〜図５Ｄを参照して説明する。
【００４６】
図５Ａは、本発明の第１実施形態によるセンサノード２−Ａが送信するトーン信号３−Ａの一例を示す図である。図５Ｂは、本発明の第１実施形態による他のセンサノード２−Ｂが送信するトーン信号３−Ｂの一例を示す図である。図５Ｃは、本発明の第１実施形態によるさらに他のセンサノード２−Ｃが送信するトーン信号３−Ｃの一例を示す図である。図５Ａ〜図５Ｃに示した例では、３つのセンサノード２−Ａ〜２−Ｃが送信する３つのトーン信号３−Ａ〜３−Ｃは、それぞれ異なる周波数を有しているが、一部またはすべてのトーン信号３において周波数が同じであっても良い。なお、３つのセンサノード２−Ａ〜２−Ｃが送信する３つのトーン信号３−Ａ〜３−Ｃにおいて、信号強度は同じであることが望ましい。
【００４７】
図５Ｄは、本発明の第１実施形態によるフュージョンセンタ１が１つの受信信号として一括受信する、複数のトーン信号３−Ａ〜３−Ｃの集合体の一例を示す図である。
図５Ｄに示した例では、フュージョンセンタ１が受信する信号は、３つの周波数成分を有している。これら３つの周波数成分は、３つのトーン信号３−Ａ〜３−Ｃの周波数にそれぞれ対応している。なお、同じ周波数を有する複数のトーン信号３は、当然ながら信号強度が大きい１つの周波数成分として受信される。
【００４８】
これら３つの周波数成分において、それぞれの信号強度は必ずしも同じではない。受信時の信号強度の違いは、送信元から送信先までの距離に反比例して信号の強度が減衰することに由来する。各周波数成分の信号強度は、いずれの場合も、閾値である所望受信電力ＰｒＦＣより大きくなければならない。したがって、トーン信号３の送信時の信号強度は、所望受信電力ＰｒＦＣの値や、各センサノード２からフュージョンセンタ１までの最大距離などから逆算して設定されることが望ましい。
また、所望受信電力ＰｒＦＣや、トーン信号３の送信時の信号強度は、使用する周波数帯域における雑音電力よりも十分に大きいことが望ましい。
なお、トーン信号３の信号強度は予め所定値に決まっている必要はない。フュージョンセンタ１から送信される送信リクエスト信号にトーン信号３の信号強度を指定するトーン信号強度情報を含めることにより、トーン信号３の信号強度が、フュージョンセンタ１から送信される送信リクエスト信号により指定される構成でも良い。
【００４９】
ここで、分析部１１５の動作の詳細について説明する。
フュージョンセンタ１が受信したトーン信号３の集合体が含む情報のうち、分析部１１５が主に利用するのは、その周波数成分である。すなわち、分析部１１５は、ＯＦＤＭのサブキャリア周波数のうち、どれが利用されて、どれが利用されなかったか、を検出する。
【００５０】
一例として、用意された０番から１００番のサブキャリア周波数のうち、２０番から３０番までの１１種類と、８０番との、合計１２種類のサブキャリア周波数に対応する周波数成分が、トーン信号３の集合体から検出された場合について考える。このような場合は、８０番のサブキャリア周波数に対応する周波数成分が例外的であると推定することが出来る。これは、一つの室内に温度測定用のセンサノード２を例えば３０個散在させたときに、通常の反応を示しているセンサノードはそれぞれ２０番から３０番までのサブキャリア周波数でトーン信号３を発信し、例外的に１個または数個のセンサノードが８０番のサブキャリア周波数でトーン信号３を発信したことを意味する。
ここで、２０番、２１番、２２番・・・３０番は、それぞれ２２．０℃、２２．１℃、２２．２℃・・・２３．０℃を観測した場合に、センサノードが発信するトーン信号のサブキャリア周波数である。また８０番は、２８．０℃を観測した場合に、センサノードが発信するトーン信号のサブキャリア周波数である。１個または数個のセンサノードだけが８０番のサブキャリア周波数でトーン信号３を発信したことは、２２〜２３℃の室内の一部に２８℃の場所があることを示す。フュージョンセンタ１が受信したトーン信号３の集合体の中に、このような例外的な異常値を検出することにより、例えば部屋の一部で火災が起きていることなどを発見することができる。
【００５１】
なお、各周波数成分の受信電力については、同じ周波数のトーン信号３を送信したセンサノード２の総数や、センサノード２ごとのフュージョンセンタ１までの距離などに左右されるため、ここでは情報か否かの閾値判定以外の分析には利用しない。
分析部１１５は、以上のような分析の結果を、データ領域１２１に格納しても良いし、入出力装置１４から出力しても良い。
【００５２】
次に、本発明の課題の１つである周辺無線システムとの干渉回避を実現するために行うキャリアセンスについて説明する。
まず、キャリアセンス部１１１の動作の詳細について説明する。図６Ａは、本発明の第１実施形態によるワイヤレスセンサネットワークシステムと、その周辺で通信する周辺無線システムの無線機との相互干渉問題について、距離の観点から説明する図である。
【００５３】
図６Ａは、フュージョンセンタ１と、２つのセンサノード２−Ａ、２−Ｂと、２つの周辺無線送信機４−Ａ、４−Ｂと、周辺無線受信機５とが配置された位置関係の例を示している。ここで、周辺無線送信機４−Ａ、４−Ｂおよび周辺無線受信機５は、フュージョンセンタ１とセンサノード２−Ａ、２−Ｂから構成されるワイヤレスセンサネットワークシステムには含まれない。すなわち、別のネットワークシステムの構成要素である。
通信範囲２００−Ａは、センサノード２−Ａから送信されるトーン信号３−Ａが到達する範囲を示しており、その形状は例えば、センサノード２−Ａを中心とする円である。同様に、通信範囲２００−Ｂは、センサノード２−Ｂから送信されるトーン信号３−Ｂが到達する範囲を示しており、その形状は例えば、センサノード２−Ｂを中心とする円である。
また、通信範囲４００−Ａは、周辺無線送信機４−Ａが送信する周辺無線信号６−Ａが到達する範囲を示しており、その形状は例えば、周辺無線送信機４−Ａを中心とする円である。その他、周辺無線送信機４−Ｂからは周辺無線信号６−Ｂが送信される。なお、本実施の形態においては、特に平面距離が問題となるため、送信機を中心とする円を基準にしているが、本発明は送信機を中心とする球面を基準に考えた場合にも同様に適用可能である。
【００５４】
フュージョンセンタ１の位置は、通信範囲２００−Ａの内側であり、通信範囲２００−Ｂの内側でもあるが、通信範囲４００−Ａの外側である。また、フュージョンセンタ１から周辺無線送信機４−Ｂまでの距離は、フュージョンセンタ１から周辺無線送信機４−Ａまでの距離よりもさらに長い。
【００５５】
図６Ｂは、図６Ａに例示したワイヤレスセンサネットワークシステムと、その周辺で通信する他の無線機との相互干渉問題について、周波数および信号強度の観点から説明する図である。
図６Ｂは、横軸が周波数を表し、縦軸が受信電力を表すグラフである。図６Ｂのグラフには、図６Ａに例示した４つの信号、すなわちトーン信号３−Ａ、３−Ｂおよび周辺無線信号６−Ａ、６−Ｂと、その他の雑音Ｎと、が含まれている。ここで雑音とは、主としてフュージョンセンタ１の回路内で発生する不規則な信号を指しており、周辺無線システムがキャリアセンス対象のチャネルを利用して情報信号を発信していないにもかかわらず検出される信号を意味する。したがって、雑音は情報信号に比べて無視できるくらい小さい場合も含む。
図６Ｂに示した例では、４つの信号はそれぞれ周波数が異なっているが、実際には一部の信号において周波数が同じである場合も考えられる。その一方で、雑音Ｎは、幅広い周波数帯域に広がって存在している。
【００５６】
図６Ｂの縦軸において、キャリアセンスレベルＰＣＳは、受信した信号の周波数成分ごとにキャリアセンス部１１１が検出可能な最小の受信電力である。言い換えれば、周辺無線信号６−Ｂのように、受信電力がキャリアセンスレベルＰＣＳを下回る信号を、キャリアセンス部１１１は無視する。このように、キャリアセンスレベルＰＣＳとしては、キャリアセンスにおいて空きチャネルとして無視できる程度の受信電力の値を設定する。なお、キャリアセンスレベルＰＣＳは、雑音Ｎの電力より十分に大きく設定されることが望ましい。
【００５７】
図６Ｂの縦軸において、情報判定閾値ＰＴＨは、受信した信号の周波数成分ごとにキャリアセンス部１１１が有効と判定する最小の受信電力である。言い換えれば、受信信号のうち、所望する成分であるトーン信号３−Ａ、３−Ｂは、図６Ｂに例示したように、情報判定閾値ＰＴＨを上回っている必要がある。その一方で、図６Ｂに示した例では、所望しない周辺無線信号６−Ａも情報判定閾値ＰＴＨを上回っている。
このような周辺無線信号６−Ａは、分析部１１５において、センサノード２から送信されたトーン信号３と区別できないおそれがある。すなわち、フュージョンセンタ１およびセンサノード２が、周辺無線送信機４および周辺無線受信機５から悪影響を受ける恐れがある。このような悪影響を、以降、干渉と記す。本出願において、周辺無線システムとの干渉を回避するとは、まったく干渉が生じない状態だけを意味するものではなく、ワイヤレスセンサネットワークシステムが情報の送受信を行うに際して、周辺無線システムから受ける悪影響が問題にならない程度に抑制された状態も含むものとする。
また、このような周辺無線信号６の存在は、反対に、フュージョンセンタ１およびセンサノード２が、周辺無線送信機４および周辺無線受信機５からなる周辺無線システムに悪影響を与えている可能性を示唆している。このような悪影響を、以降、与干渉と記す。本出願において、与干渉を回避するとは、まったく与干渉が生じない状態だけを意味するものではなく、周辺無線システムが情報の送受信を行うに際して、ワイヤレスセンサネットワークシステムから受ける悪影響が問題にならない程度に抑制された状態も含むものとする。
【００５８】
上記に説明した干渉または与干渉を回避するために、本実施形態によるワイヤレスセンサネットワークシステムでは、フュージョンセンタ１およびセンサノード２の間で通信を行う前に、この通信で使用する周波数帯域で周辺無線送信機４や周辺無線受信機５などが通信を行っているかどうかを検出する。このような検出をキャリアセンスと記す。キャリアセンスを行えば、チャネルが空いたタイミングで通信を行うことができる。その結果、周辺無線送信機４や周辺無線受信機５が通信を行っていないときに、ワイヤレスセンサネットワークシステムが情報の送受信を行うことができるため、周辺無線システムからの干渉を回避することができる。
【００５９】
従来技術として、無線通信システムには、それに含まれる複数の無線送受信機がそれぞれにキャリアセンスを行う方法がある。このような方法では、無線送受信機の総数が増えるとキャリアセンスに必要な時間が増大する。また、各無線送受信機がキャリアセンスに必要な構造を有するため、無線送受信機のサイズが大きくなり、消費電力も大きくなる。
その一方で、本実施形態によるワイヤレスセンサネットワークシステムでは、フュージョンセンタ１がキャリアセンスを行い、センサノード２はキャリアセンスを行わない。この方法は、本実施形態によるワイヤレスセンサネットワークシステムでは、複数のセンサノード２の全てまたは一部がフュージョンセンタ１との通信を一斉に行い、かつ、一度の通信が非常に短い時間で完了するからこそ可能となる。
【００６０】
図６Ｃは、本発明の第１実施形態によるフュージョンセンタ１が算出する想定与干渉範囲を説明する図である。ここで、想定与干渉範囲とは、フュージョンセンタ１および複数のセンサノード２が通信する際に、同じ周波数帯域で通信する周辺無線送信機４および周辺無線受信機５への干渉が発生し得る範囲である。
キャリアセンスを行うことで、周辺無線システムによる通信の有無、延いては周辺無線信号６を送信している周辺無線送信機４の存在を検出できる。また、フュージョンセンタ１から見た周辺無線信号６の受信電力に基づいて、フュージョンセンタ１から周辺無線送信機４までの距離を推測することもできる。
【００６１】
また、フュージョンセンタ１は、周辺無線信号６に含まれるパケットデータの種類や、複数の周辺無線送信機４が配置されている密度などに係る情報に基づいて、周辺無線送信機４から周辺無線受信機５までの距離を推測することが出来る。図６Ｃでは、周辺無線送信機４から周辺無線受信機５までの距離をｄ１と記している。
しかし、想定与干渉範囲を算出するためには、周辺無線送信機４までの距離のみならず、周辺無線受信機５までの距離も推定する必要がある。図６Ｃでは、フュージョンセンタ１から周辺無線受信機５までの距離をｄ２と記している。
フュージョンセンタ１は、キャリアセンスを行うことによって、所定の周波数帯域で通信を行う周辺無線送信機４の存在を検出するのみならず、この周辺無線送信機４が送信する周辺無線信号６を受信する周辺無線受信機５が存在し得る場所も推測する。この動作について説明する。
【００６２】
まず、フュージョンセンタ１のキャリアセンス部１１１は、キャリアセンスレベルを決定する。キャリアセンスレベルとは、キャリアセンスの対象となる周波数帯域で受信した信号を考慮するか否かの基準となる受信電力閾値である。したがって、キャリアセンスレベルを決定することは、図６Ｃに示したキャリアセンス範囲４０１を決定することに等しい。
キャリアセンスレベルを低く設定することは、小さな受信電力であってもキャリアセンスの対象とすることを意味する。すなわち、フュージョンセンタ１から遠くにある周辺無線送信機４までキャリアセンスの対象とすることになり、キャリアセンス範囲４０１は広くなる。
逆に、キャリアセンスレベルを高く設定することは、小さな受信電力である場合にはキャリアセンスの対象としないことを意味する。すなわち、フュージョンセンタ１から近くにある周辺無線送信機４だけをキャリアセンスの対象とすることになり、キャリアセンス範囲４０１は狭くなる。
キャリアセンス範囲４０１の形状は例えば、フュージョンセンタ１を中心とする円である。
ここで、キャリアセンスレベルは、任意に決定して良い。例えば、予めデータ領域１２１にキャリアセンスレベルの候補値と、対応するキャリアセンス範囲の半径との対をリストアップしたテーブルを予め用意しておき、このテーブルの中から選択することでキャリアセンスレベルを決定すれば良い。この場合は、複数回のキャリアセンスをそれぞれ異なるキャリアセンスレベルで実行しても良い。また、キャリアセンスレベルを人為的に決定し、入出力装置１４から入力して、キャリアセンス部１１１における決定値としても良い。
【００６３】
次に、周辺無線送信機４が、キャリアセンス範囲４０１の外側に位置していると想定する。ここでは、キャリアセンス範囲４０１の境界線上に位置していると想定する。
上記のように、周辺無線送信機４から周辺無線受信機５までの距離ｄ１を仮定し、図６Ｃに示した周辺無線送信機４の通信範囲４００を推測する。図６Ｃに示した例では、通信範囲４００の形状は、周辺無線送信機４を中心とし、距離ｄ１を半径とする円である。
【００６４】
そして、通信範囲４００の中で、フュージョンセンタ１との距離が最小となる点に、周辺無線受信機５が位置していると推定する。このとき、図６Ｃに示した距離ｄ２が、フュージョンセンタ１から周辺無線受信機５までの距離である。
【００６５】
次に、想定与干渉範囲４０２を算出する。図６Ｃに示した例では、想定与干渉範囲４０２の形状は、フュージョンセンタ１を中心とし、距離ｄ２を半径とする円である。
想定与干渉範囲４０２を算出した後は、周辺無線送信機４および周辺無線受信機５に対する干渉および与干渉を回避しつつフュージョンセンタ１およびセンサノード２の間で通信を行える範囲を算出する。このような範囲を、以降、情報収集範囲と記す。
【００６６】
図６Ｄは、図６Ｃに例示したフュージョンセンタ１が算出する情報収集範囲４０３について説明する概念図である。
図６Ｄには、図６Ｃに例示したフュージョンセンタ１、センサノード２−Ａ〜２−Ｃ、周辺無線送信機４、周辺無線受信機５、通信範囲４００、キャリアセンス範囲４０１および想定与干渉範囲４０２の他に、情報収集範囲４０３がさらに例示されている。
情報収集範囲４０３は、基本的に、想定与干渉範囲４０２より狭い。
【００６７】
ここで、通信条件算出部１１２の動作の詳細について説明する。以下の通信条件の算出は、通信条件算出部１１２によって行う。
フュージョンセンタ１においては、フュージョンセンタ１の送受信装置１３で受信した受信電力が、ある所望の閾値である受信電力ＰｒＦＣを超えた場合を、センサノード２からのトーン信号３として認識する。
そのため、センサノード２がトーン信号３を送信する際の送信電力ＰｔＳＮは、トーン信号３がフュージョンセンタ１で受信されたときに、所望受信電力ＰｒＦＣを超えるように設計する必要がある。
以下に、センサノード２の送信電力ＰｔＳＮを設計する方法について説明する。
【００６８】
ＯＦＤＭサブキャリア１つあたりのフュージョンセンタ１の所望受信電力ＰｒＦＣと、ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ：信号対雑音比）の関係は、以下の計算式で与えられる。
【数３】
0006469475.tif 000004
ここで、ＳＮＲＦＣはフュージョンセンタ１における所望ＳＮＲを示し、ＰｒＦＣはフュージョンセンタ１における所望受信電力を示す。Ｎはトーン信号３の帯域幅における雑音電力を示し、ＷＳＴはトーン信号３の使用帯域幅を示す。ＷＳＮはＯＦＤＭサブキャリアの総帯域幅を示し、ＳＣはサブキャリアの総数を示す。数３の分母は１サブキャリアあたりの雑音電力を表している。
【００６９】
１つのセンサノード２あたりの送信電力ＰｔＳＮは、受信電力と距離による減衰の関係から算出される。ここでは、各センサノード２が送信するトーン信号３の送信電力が一律である場合について説明する。フュージョンセンタ１から最も遠いセンサノードの場合でも、送信電力ＰｔＳＮが距離による減衰によって所望受信電力ＰｒＦＣを下回らないことが望ましい。このような条件は、以下の式で表される。
【数４】
0006469475.tif 000005
ここで、ＰｔＳＮは１つのセンサノード２あたりの送信電力を示し、ＰｒＦＣはフュージョンセンタ１の所望受信電力を示す。λはトーン信号３の波長を示し、ｄｃは情報収集範囲４０３の半径を示す。ｄ０は所定の参照距離を示し、ｎは伝搬減衰係数を示している。
【００７０】
フュージョンセンタ１を中心とする情報収集範囲４０３の半径である距離ｄｃを徐々に大きく設定し、そのときに所望される送信電力ＰｔＳＮを数４より算出する。
そして、以下の数５より、フュージョンセンタ１および各センサノード２が周辺無線送信機４および周辺無線受信機５に与える合成干渉電力Ｉａｇｇを、以下の式により算出する。
【数５】
0006469475.tif 000006
ここで、Ｉａｇｇは周辺無線システムへ与える合成干渉電力を示し、ｒはフュージョンセンタ１からの距離を示す。また、θはフュージョンセンタ１を中心とした所定方向との角度を示し、ｄｃは情報収集範囲４０３の半径を示す。ＰｔＳＮ（ｄｃ）はフュージョンセンタ１からの距離ｄｃに位置するセンサノード２の送信電力を示し、ρＳＮ（ｒ，θ）はフュージョンセンタ１を中心として距離ｒ、角度θの範囲におけるセンサノード２の密度を示す。ｄ０は所定の参照距離を示し、ｚはセンサノード２から周辺無線受信機５までの距離を示す。
【００７１】
算出された合成干渉電力Ｉａｇｇが許容値よりも小さい場合は、情報収集範囲４０３の半径である距離ｄｃを徐々に大きくして、所望される送信電力ＰｔＳＮおよび合成干渉電力Ｉａｇｇの算出を繰り返す。
算出された合成干渉電力Ｉａｇｇが許容値を上回った場合はそこで算出の繰り返しを終了し、上回ったときのｄｃの１つ前の半径である距離ｄｃを採用して、情報収集範囲４０３を決定する。
採用された情報収集範囲４０３の条件下で算出されたトーン信号３の送信電力ＰｔＳＮを、許容干渉値の条件を満たす送信電力として採用し、収集範囲内のセンサノード２に予め設計しておくことができる。その場合、この送信電力は、センサノード２のデータ領域２２１に格納されることが望ましい。
【００７２】
または、採用されたトーン信号３の送信電力を、情報収集範囲４０３内の各センサノード２にその都度設定することもできる。その場合は、採用された送信電力ＰｔＳＮの値をトーン信号強度情報として通信条件に含め、送信リクエスト信号に含まれる通信条件の１つとしてフュージョンセンタ１から各センサノード２に送信される。送信リクエスト信号を受信したセンサノード２は、送受信装置２３で受信された送信リクエスト信号に含まれるトーン信号強度情報を、通信条件検出部２１２で検出し、送信電力ＰｔＳＮのトーン信号３をフュージョンセンタ１に送信する。これにより、フュージョンセンタ１は、情報収集範囲４０３内にあるセンサノード２から、受信電力ＰｒＦＣを超えるトーン信号３を受信することができる。
なお、通信条件には、さらに、一部のセンサノード２にはトーン信号の送信を要求し、他のセンサノード２はこの要求の対象外とする、分別条件が含まれても良い。この分別条件については、本発明の他の実施形態として後述する。
【００７３】
さらに、上記で求めた距離ｄｃを採用して決定される情報収集範囲４０３内にあるセンサノード２に対して送信リクエスト信号が届くように、送信リクエスト信号の送信電力を決定しても良い。この場合、送信リクエスト信号は通信条件を含まなくても良い。
送信リクエスト信号を受信した複数のセンサノード２は、送受信装置２３で受信された送信リクエスト信号の信号電力が、センサノード内で設定されている閾値を超えた場合だけ、フュージョンセンタ１にトーン信号３を送信する。これにより、フュージョンセンタ１は、距離ｄｃを採用して決定される情報収集範囲４０３内にあるセンサノード２からのみトーン信号３の送信を受けることができる。
この送信リクエスト信号の送信電力は、通信条件としてフュージョンセンタ１のデータ領域１２１に格納されることが望ましい。
【００７４】
または、上記で求めた距離ｄｃを採用して決定される情報収集範囲４０３内にあるセンサノード２のみを指定するＩＤ情報を、通信条件として送信リクエスト信号に含めても良い。この場合、送信リクエスト信号を受信した複数のセンサノード２は、送受信装置２３で受信された送信リクエスト信号に含まれるＩＤ情報を、通信条件検出部２１２で検出し、自己が指定されたと判断した場合だけ、フュージョンセンタ１にトーン信号３を送信する。これにより、フュージョンセンタ１は、距離ｄｃを採用して決定される情報収集範囲４０３内にあるセンサノード２からのみトーン信号３の送信を受けることができる。
このセンサノード分別情報としてのＩＤ情報は、通信条件としてフュージョンセンタ１のデータ領域１２１に格納されることが望ましい。
以上の通信条件の算出は、通信条件算出部１１２によって行う。
【００７５】
ここで、送信リクエスト信号生成部１１３の動作の詳細について説明する。
送信リクエスト信号生成部１１３は、センサノード２から観測結果としてのトーン信号３の送信を要求する送信リクエスト信号を生成する。各センサノード２は、送信リクエスト信号を受信した場合には、観測結果に対応する周波数のトーン信号３をフュージョンセンタ１に送信するように構成されている。したがって、この送信リクエスト信号は、単にセンサノード２に応答を要求する信号だけから成るものでも良いし、各種の通信条件を含んでいても良い。ここで、通信条件には、前述した送信電力ＰｔＳＮの値をトーン信号強度情報として含んでも良い。
送信リクエスト信号に含まれる通信条件には、さらに、各センサノード２がフュージョンセンタ１に向けたトーン信号３を送信するタイミングを指定する情報を含んでいても良い。ただし、実際には周辺無線送信機４による周辺無線信号６の送信が始まる可能性はいつでもあるので、各センサノード２は送信リクエスト信号を受信したら直ちにトーン信号３を送信することが望ましい。この場合は、タイミングを指定する必要が無い。
【００７６】
ここで、送受信部１１４の動作のうち、送信リクエスト信号を送信する動作の詳細について説明する。
まず、フュージョンセンタ１のキャリアセンス部１１１でキャリアセンスを行い、キャリアセンスレベルＰＣＳを超える受信電力が無いことを確認する。キャリアセンスレベルを超える受信電力が検出されないということは、周辺無線システムが通信を行っていない、または通信を行っていても無視できるレベルであることを意味する。すなわち、フュージョンセンタ１およびセンサノード２が使用する周波数帯域が空いている状態である。
周波数帯域が空いていることを検出したら、送受信部１１４は、生成された送信リクエスト信号を、所定のタイミングで全てのセンサノード２に向けて送信する。ただし、前述したとおり、周辺無線送信機４による周辺無線信号６の送信が始まる可能性はいつでもあるので、送信リクエスト信号生成部１１３は送信リクエスト信号が生成されたら直ちに送信リクエスト信号を送信することが望ましい。ただし、その間に送信リクエスト信号を定義する諸条件を表すデータをデータ領域１２１に格納しても良い。
【００７７】
ここで、本実施形態によるワイヤレスセンサネットワークシステムの動作、すなわち本実施形態による情報収集方法についてまとめる。図７Ａは、本発明の第１実施形態によるワイヤレスセンサネットワークシステムの動作の一例を示すシーケンス図である。
図７Ａは、フュージョンセンタ１およびセンサノード２−Ａ〜２−Ｆの動作の一例を示している。ただし、センサノード２−Ｃ〜２−Ｅの動作については図示を省略している。なお、前述したとおり、センサノード２の総数に制限は特に無い。
【００７８】
図７Ａに示した例では、まず、フュージョンセンタ１が、第１ステップＳ１１としてキャリアセンスを行う。次に、フュージョンセンタ１が、第２ステップＳ１２として通信条件を算出する。そして、フュージョンセンタ１が、第３ステップＳ１３として送信リクエスト信号を生成する。次に、フュージョンセンタ１が、第４ステップＳ１４として送信リクエスト信号をセンサノード２−Ａ〜２−Ｆに向けて送信する。
【００７９】
続いて、センサノード２−Ａ〜２−Ｆのそれぞれが、第５ステップＳ２１Ａ〜Ｓ２１Ｆとして送信リクエスト信号を受信する。次に、センサノード２−Ａ〜２−Ｆのそれぞれが、第６ステップＳ２２Ａ〜Ｓ２２Ｆとして通信条件を確認する。そして、センサノード２−Ａ〜２−Ｆのそれぞれが、第７ステップＳ２３Ａ〜Ｓ２３Ｆとして観測対象を測定する。
センサノード２−Ａ〜２−Ｆのそれぞれが、第８ステップＳ２４Ａ〜Ｓ２４Ｆとしてトーン信号を生成する。次に、センサノード２−Ａ〜２−Ｆのそれぞれが、第９ステップＳ２５Ａ〜Ｓ２５Ｆとしてトーン信号３をフュージョンセンタ１に向けて送信する。
【００８０】
フュージョンセンタ１が、第１０ステップＳ１５としてトーン信号３の集合体を一括受信する。そして、フュージョンセンタ１が、第１１ステップＳ１６としてトーン信号３の集合体を分析する。
【００８１】
ここで、本実施形態によるフュージョンセンタ１の動作、すなわち本実施形態によるフュージョンセンタ１による情報収集方法についてまとめる。図７Ｂは、本発明の第１実施形態によるフュージョンセンタ１の動作の一例を示すフローチャートである。
フュージョンセンタ１は、まず、第１ステップＳ１１に含まれるステップＳ１１１として周辺無線システムが通信中であるか否かの検出を行う。
通信中の周辺無線システムが検出された場合（ＹＥＳ）は、第１ステップＳ１１に含まれるステップＳ１１２として周辺無線システムの通信が終了するまで待機する。その後、第１ステップＳ１１に含まれるステップＳ１１３としてＮＡＶ（Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ  Ｖｅｃｔｏｒ）時間の待機と、ＤＩＦＳ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ  ＩｎｔｅｒＦｒａｍｅ  Ｓｐａｃｅ）時間の待機とを行う。その後さらに、第１ステップＳ１１に含まれるステップＳ１１４としてランダムバックオフ時間の待機を行う。そして、ステップＳ１１１に戻る。
【００８２】
通信中の周辺無線システムが検出されなかった場合（ＮＯ）は、第２ステップＳ１２として通信条件を算出する。続いて、第３ステップＳ１３として送信リクエスト信号を生成する。そして、第４ステップＳ１４として送信リクエスト信号を送信する。
第１０ステップＳ１５に含まれるステップＳ１５１としてトーン信号受信モードを開始する。図７Ａに示したとおり、第１０ステップＳ１５においてはトーン信号３を受信する。そして、第１０ステップＳ１５に含まれるステップＳ１５２としてトーン信号受信モードを終了する。
【００８３】
次に、第１１ステップＳ１６として分析を行う一方で、第１２ステップＳ１７としてＤＩＦＳ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ  ＩｎｔｅｒＦｒａｍｅ  Ｓｐａｃｅ）時間の待機を行う。その後さらに、第１３ステップＳ１８としてランダムバックオフ時間の待機を行う。次に、ステップＳ１１１に戻る。
【００８４】
以上に説明したフュージョンセンタ１の動作は、プログラムとしてプログラム領域１２２に格納されていることが好ましい。なお、このプログラムは、記憶媒体１４１からプログラム領域１２２に供給されても良い。
【００８５】
ここで、本実施形態によるセンサノード２の動作、すなわち本実施形態によるセンサノード２による情報測定方法についてまとめる。図７Ｃは、本発明の第１実施形態によるセンサノード２の動作の一例を示すフローチャートである。
各センサノード２は、まず、第５ステップＳ２１に含まれるステップＳ２１１として送信リクエスト信号を受信するための待機を行う。次に、第５ステップＳ２１に含まれるステップＳ２１２として送信リクエスト信号を受信する。
続いて、各センサノード２は、第６ステップＳ２２に含まれるステップＳ２２１として通信条件を検出する。そして、第６ステップＳ２２に含まれるステップＳ２２２として、各センサノード２は自身がトーン信号３の送信を要求されている対象であるか否かを確認する。
【００８６】
自身がトーン信号３の送信を要求されている対象ではなかった場合（ＮＯ）、各センサノード２はステップＳ２１１に戻る。
反対に、自身がトーン信号３の送信を要求されている対象であった場合（ＹＥＳ）、各センサノード２は第７ステップＳ２３として観測対象を測定する。
【００８７】
その後、各センサノード２は、第８ステップＳ２４としてトーン信号３を生成する。次に、各センサノード２は、第９ステップＳ２５としてトーン信号３をフュージョンセンタ１に向けて送信する。そして、各センサノード２は、ステップＳ２１１に戻る。
以上に説明したセンサノード２の動作は、プログラムとしてプログラム領域２２２に格納されていることが好ましい。なお、このプログラムは、記憶媒体２４１からプログラム領域２２２に供給されても良い。
【００８８】
ここで、本実施形態によるワイヤレスセンサネットワークシステムおよびこれを用いる情報収集方法で得られる作用効果について説明する。
図８は、本発明の第１実施形態によるワイヤレスセンサネットワークシステムおよび情報収集方法と、複数の無線送受信機がそれぞれにキャリアセンスを行う従来技術とを、情報収集回数で比較したシミュレーション結果の一例を示すグラフである。
図８は、横軸がキャリアセンスエリア内周辺無線システム数を示し、縦軸が収集回数を示すグラフを示している。このグラフは、合計６本のグラフａ〜ｆを含んでいる。ここで、キャリアセンスエリア内周辺無線システム数は、周辺無線送信機および周辺無線受信機の対の総数を意味する。
【００８９】
第１グラフａは、本実施形態によるワイヤレスセンサネットワークシステムおよび情報収集方法を用いて多数のセンサノード２から送信されるトーン信号３のうち、フュージョンセンタ１が一括受信できたトーン信号３の総数を示している。第２グラフｂ〜第６グラフｆは、本実施形態との比較対象として、従来技術によるＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｓｅｎｓｅ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ  ｗｉｔｈ  Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）を用いた送受信機の間で信号を送受信できた回数を示している。なお、ＣＳＭＡ／ＣＡは、例えば無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの通信手段に採用されている通信プロトコルである。
【００９０】
ここで、第２グラフｂ〜第６グラフｆに示した例は、センサノードの総数が異なる。すなわち、第２グラフｂはセンサノードの総数が１個である場合を示し、第３グラフｃはセンサノードの総数が３個である場合を示し、第４グラフｄはセンサノードの総数が５個である場合を示し、第５グラフｅはセンサノードの総数が１０個である場合を示し、第６グラフｆはセンサノードの総数が２５個である場合を示している。
【００９１】
図８から読み取れるように、いずれの場合も、キャリアセンスエリア内の周辺無線システム数が増えれば、収集回数は指数関数的に減少する傾向にある。これは、キャリアセンスエリア内の周辺無線システム数が増えれば、通信できない時間が増えるからであると考えられる。
また、第２グラフｂ〜第６グラフｆから読み取れるように、センサノードの総数が増えれば、収集回数が反比例して減少する傾向にある。これは、同じフュージョンセンタと通信できるセンサノードは一度に１個であるからと考えられる。
【００９２】
一方、第１グラフａは約５００のサブキャリア周波数を用いて情報収集を行った場合のグラフである。本発明によれば、複数のセンサノードから情報を一括受信できるため、基本的にセンサノード数がいくつであっても、理論的には収集回数に変わりはない。そのため、図８の第１グラフａにおいては、従来技術である第２グラフｂ〜第６グラフｆのようなセンサノード数は観念されない。
第１グラフａから読み取れるように、本実施形態によれば、センサノード数には制限がなくなるため、例え１００個以上と多数になった場合でも、第２グラフｂに示した、ＣＳＭＡ／ＣＡにおいてセンサノードの総数が１個である場合にほぼ等しい性能で情報の収集を行える、という優れた作用効果が得られることが分かる。その一因として、複数のセンサノード２が同じフュージョンセンタ１と同時に通信できる、という本発明の特徴が挙げられる。
【００９３】
本発明の最も簡易な構成として、フュージョンセンタ１は、通信条件算出部１１２を有していなくても良い。また、センサノード２は、通信条件検出部２１２を有していなくても良い。
その場合、フュージョンセンタ１は、キャリアセンスの結果に応じて、空きチャネルを利用して通信条件を含まない送信リクエスト信号を全てのセンサノード２に向けて送信する。センサノード２は、送信リクエスト信号を受信したらすぐに、観測結果に対応する周波数でトーン信号３をフュージョンセンタ１に送信する。これにより、極めて短時間だけ空きチャネルを利用して、一括して大量の情報を収集することができる。センサノード２は通信条件検出部を持たないため構成が簡易になり、小型化および低消費電力化も実現できる。
【００９４】
［第２実施形態］
本発明の第１実施形態においては、複数のセンサノード２の全てに向けて送信リクエスト信号を発信し、全てのセンサノード２から情報を収集する形態を説明した。本発明の第２実施形態においては、トーン信号３の送信を要求する対象と、対象外とに分別し、一部のセンサノードのみから情報を収集する形態について説明する。
本実施の形態によれば、情報収集の対象を一部のセンサノード２に限定することにより、センサノード２の密度を仮想的に下げることが可能となり、情報収集範囲を広げることに繋がる。
【００９５】
図９は、本発明の第２実施形態による情報収集方法を説明する図である。図９は、各センサノード２に固有のＩＤ番号を対応付けたテーブルを示している。このようなテーブルは、例えば、フュージョンセンタ１のデータ領域１２１に格納しておく。
また、各センサノード２は、自身のＩＤ番号をデータ領域２２１に格納しておく。
図９のテーブルでは、さらに、各センサノード２をグループ１またはグループ２に割り振っている。図９に示した例では、ＩＤ番号が奇数のセンサノード２がグループ１に所属し、ＩＤ番号が偶数のセンサノード２がグループ２に所属している。
【００９６】
フュージョンセンタ１が送信リクエスト信号を送信する際に、「ＩＤ番号が奇数」または「ＩＤ番号が偶数」を示す１ビットの情報を加えた通信条件を含める。送信リクエスト信号を受信した各センサノード２は、自身のＩＤ番号をデータ領域２２１から読み出し、通信条件と照合し、自身がトーン信号の応答を要求された対象であるか否かを判定する。各センサノード２は、判定結果に従って、自身が応答を要求されていた場合にはトーン信号３を送信し、要求されていない場合にはトーン信号３を送信しない。トーン信号３を送信しない場合は、消費電力を節約するために、センサ２５における測定の動作を省略しても良い。
【００９７】
応答対象となるセンサノード２を半分に絞ることにより、トーン信号３を送信するセンサノード２の総数も半分になり、トーン信号全体の送信電力も半分になる。その結果、与干渉電力が低減されるため、その分だけ情報収集範囲４０３を広げることが可能となる。
【００９８】
また、次回の送信リクエスト信号では対象と対象外の分別条件を逆に設定することで、前回の送信リクエスト信号ではトーン信号３を送信しなかったセンサノード２だけにトーン信号３の送信を要求することが出来る。この動作を繰り返すことで、情報収集にかかる時間は２倍に増えるものの、情報収集範囲４０３を広げることが可能となる。
対象とするセンサノード２の一例として奇数ＩＤと偶数ＩＤで分別する例を示したが、ＩＤが３の倍数のもののみに限定したり、ランダムで選ぶなどすることにより、対象とするセンサノード２の比率を変えることも可能である。なお、一度に情報収集する対象となるセンサノード数は、２個以上であることが望ましい。
また、図９では、各センサノード２に固有のＩＤ番号を対応付けたテーブルを示したが、当該テーブルは、さらにＩＤ番号に対応させて各センサノード２の配置情報を含んでいても良い。
【００９９】
［第３実施形態］
本発明の第２実施形態とは異なる分別条件として、送信リクエスト信号の送信電力を変更する方法について、本発明の第３実施形態として説明する。
図１０は、本発明の第３実施形態による情報収集方法を説明する図である。図１０に示した例では、情報収集範囲を３つの同心円状の通信範囲２０１、２０２、２０３に分割している。通信範囲２０１、２０２、２０３の中心にはフュージョンセンタ１が位置している。センサノード２−Ａ、２−Ｂは通信範囲２０１の内側に位置している。センサノード２−Ｃ、２−Ｄは通信範囲２０２の内側、かつ、通信範囲２０１の外側に位置している。センサノード２−Ｅ、２−Ｆは通信範囲２０３の内側、かつ、通信範囲２０２の外側に位置している。
【０１００】
本実施形態では、情報収集を３回に分けて行う。１回目には、通信範囲２０１の内側だけに届く送信電力でフュージョンセンタ１が送信リクエスト信号を送信する。さらに、送信リクエスト信号に含まれる通信条件として、以降受信する送信リクエスト信号を２回だけ無視する指定を追加する。その結果、センサノード２−Ａ、２−Ｂだけが送信リクエスト信号を受信してトーン信号３を送信する。
【０１０１】
２回目には、通信範囲２０２の内側だけに届く送信電力でフュージョンセンタ１が送信リクエスト信号を送信する。さらに、送信リクエスト信号に含まれる通信条件として、以降受信する送信リクエスト信号を１回だけ無視する指定を追加する。その結果、センサノード２−Ａ〜２−Ｄだけが送信リクエスト信号を受信して、そのうちセンサノード２−Ｃ、２−Ｄだけがトーン信号３を送信する。
【０１０２】
３回目には、通信範囲２０３の全域に届く送信電力でフュージョンセンタ１が送信リクエスト信号を送信する。その結果、センサノード２−Ａ〜２−Ｆの全てが送信リクエスト信号を受信して、そのうちセンサノード２−Ｅ、２−Ｆだけがトーン信号３を送信する。
【０１０３】
こうすることで、フュージョンセンタ１を中心とする同心円上の範囲ごとに測定情報を個別に収集することが可能となる、という優れた作用効果が得られる。なお、第２実施形態と同様に、一度にトーン信号３を送信するセンサノード２の総数が３分の１に減るので、トーン信号全体としての送信電力も３分の１に減り、その分だけ情報収集範囲が広がる、という作用効果も同時に得られる。
なお、上記の例では３段階に分けて情報収集を行ったが、段階の数は自由に変更可能である。本実施形態においても、一度に情報収集する対象となるセンサノード数は、２個以上であることが望ましい。
【０１０４】
［第４実施形態］
本発明の第２実施形態で用いた各センサノード２に固有のＩＤ番号を、本発明の第１実施形態で説明した周波数軸マッピングと組み合わせることについて、本発明の第４実施形態として説明する。
図１１は、本発明の第４実施形態による情報収集方法を説明する図である。図１１は、センサノード２のＩＤ番号と、周波数軸マッピングで用いる観測値と、同じく周波数軸マッピングで用いるＯＦＤＭサブキャリア番号との対応関係を規定するテーブルの一例を示している。このテーブルは、フュージョンセンタ１のデータ領域１２１に格納されていることが好ましい。また、各センサノード２は、このテーブルのうち少なくとも自身に係る部分をデータ領域２２１に格納していることが好ましい。
【０１０５】
本実施形態では、ＯＦＤＭサブキャリアの総数を、利用するセンサノード２の数で乗算する。すなわち、本発明の第１実施形態では１０１だったＯＦＤＭサブキャリアの総数を、例えば、センサノード２の総数が６であれば６０６以上に増やす。このとき、使用する周波数帯域を広げても良いし、サブキャリアごとに割り当てられる周波数帯域を狭めても良い。
【０１０６】
各センサノード２は、自身のデータ領域２２１に格納しているテーブルまたはその一部を参照し、このテーブルで規定されている対応関係に応じた周波数のトーン信号３を生成し、フュージョンセンタ１に向けて送信する。フュージョンセンタ１は、第１実施形態と同様にトーン信号３の集合体を一括受信しても、分析部１１５がデータ領域１２１に格納されているテーブルを参照することで、どの周波数成分がどのＩＤ番号を有するセンサノード２から届き、かつ、どの観測値を意味するかを読み取ることが出来る。その結果、本実施形態によるワイヤレスセンサネットワークシステムおよび情報収集方法では、より詳細な情報を収集することが可能となる。なお、本実施形態においても、一度に情報収集する対象となるセンサノード数は、２個以上であることが望ましい。
【０１０７】
第２〜第４実施形態では、応答対象とするセンサノード２を絞るための様々なバリエーションを説明したが、センサノード２を絞る方法が種々存在することを示唆する例示である。
また、各センサノード２の応答信号としてトーン信号３を例に説明したが、応答信号はトーン信号である必要はなく、測定結果に対応した所定の周波数を有する他の信号でも良い。
以上、発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１０８】
また、前記実施の形態に説明したそれぞれの特徴は、技術的に矛盾しない範囲で自由に組み合わせることが可能である。具体的には、第４実施形態に第２実施形態または第３実施形態を組み合わせることで、ＯＦＤＭサブキャリアの総数に乗算する係数を減らし、第４実施形態をより安定的に実行することが可能となる。
【符号の説明】
【０１０９】
１  フュージョンセンタ
１０  バス
１１  プロセッサ
１１０  仮想バス
１１１  キャリアセンス部
１１２  通信条件算出部
１１３  送信リクエスト信号生成部
１１４  送受信部
１１５  分析部
１２  メモリ
１２１  データ領域
１２２  プログラム領域
１３  送受信装置
１３１  アンテナ
１４  入出力装置
１４１  記憶媒体
２、２−Ａ〜２−Ｆ  センサノード
２０  バス
２００−Ａ、２００−Ｂ  通信範囲
２０１〜２０３  通信範囲
２１  プロセッサ
２１０  仮想バス
２１１  測定部
２１２  通信条件検出部
２１３  トーン信号生成部
２１４  送受信部
２２  メモリ
２２１  データ領域
２２２  プログラム領域
２３  送受信装置
２３１  アンテナ
２４  入出力装置
２４１  記憶媒体
２５  センサ
３、３−Ａ〜３−Ｆ、３−０〜３−１００  トーン信号
４、４−Ａ、４−Ｂ  周辺無線送信機
４００、４００−Ａ、４００−Ｂ  通信範囲
４０１  キャリアセンス範囲
４０２  想定与干渉範囲
４０３  情報収集範囲
５  周辺無線受信機
６、６−Ａ、６−Ｂ  周辺無線信号
Ｎ  雑音
ＰＣＳ  キャリアセンスレベル
ＰＮ  雑音電力
ＰＴＨ  情報判定閾値
ＰｒＦＣ  所望受信電力
【図１】
0006469475.tif 000007
【図２Ａ】
0006469475.tif 000008
【図２Ｂ】
0006469475.tif 000009
【図３Ａ】
0006469475.tif 000010
【図３Ｂ】
0006469475.tif 000011
【図４Ａ】
0006469475.tif 000012
【図４Ｂ】
0006469475.tif 000013
【図５Ａ】
0006469475.tif 000014
【図５Ｂ】
0006469475.tif 000015
【図５Ｃ】
0006469475.tif 000016
【図５Ｄ】
0006469475.tif 000017
【図６Ａ】
0006469475.tif 000018
【図６Ｂ】
0006469475.tif 000019
【図６Ｃ】
0006469475.tif 000020
【図６Ｄ】
0006469475.tif 000021
【図７Ａ】
0006469475.tif 000022
【図７Ｂ】
0006469475.tif 000023
【図７Ｃ】
0006469475.tif 000024
【図８】
0006469475.tif 000025
【図９】
0006469475.tif 000026
【図１０】
0006469475.tif 000027
【図１１】
0006469475.tif 000028