(57)【要約】  複数のセンサノード（１０２）は、同時期に各々が、自センサノード（１０２）において所定の異常が発生した場合に異常が発生したことを通知する異常通知信号を収集装置（１０１）へ送信する第１状態（Ｓｔ１）と、異常通知信号と異なるデータ信号を通信装置へ送信する第２状態（Ｓｔ２）と、を交互に切り替える。センサノード（１０２）は、第１状態（Ｓｔ１）の期間（Ｉ）の各々では、第１状態（Ｓｔ１）の期間（Ｉ）に含まれる一部の期間（ｉ）に複数のセンサノード（１０２）のうち自センサノード（１０２）以外のセンサノード（１０２）から送信される異常通知信号を受信し、受信した異常通知信号を転送する第３状態（Ｓｔ３）となる。センサノード（１０２）は、第１状態（Ｓｔ１）の期間（Ｉ）の各々では、第１状態（Ｓｔ１）の期間（Ｉ）に含まれる一部の期間（ｉ）と異なる期間に異常通知信号を受信しない第４状態（Ｓｔ４）となる。
2015072023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信装置と、
自通信ノードにおいて所定の異常が発生した場合に前記異常が発生したことを通知する異常通知信号を前記通信装置へ送信する第１状態と、前記異常通知信号と異なるデータ信号を前記通信装置へ送信する第２状態と、を各々が同時期に交互に切り替える複数の通信ノードと、
を有し、
前記複数の通信ノードのいずれかの通信ノードが、
前記第１状態の期間の各々では、
前記第１状態の期間に含まれる一部の期間に前記複数の通信ノードのうち自通信ノード以外の通信ノードから送信される前記異常通知信号を受信し、受信した前記異常通知信号を転送する第３状態となり、
前記第１状態の期間に含まれる前記一部の期間と異なる期間に前記異常通知信号を受信しない第４状態となる、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記異常通知信号は、前記データ信号が送信される送信電力よりも大きい送信電力によって送信されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記一部の期間の長さと前記一部の期間と異なる期間の長さとの第１比率は、前記異常通知信号の到達距離と前記データ信号の到達距離との第２比率に応じた値であることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記一部の期間の開始時刻を、前記通信装置から送信された信号が自通信ノードに到達するまでのホップ数と前記第１比率によって決定することを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記複数の通信ノードの各々はセンサを有し、
前記データ信号は、自通信ノードが有する前記センサのデータを前記通信装置へ送信することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに一つに記載のシステム。
【請求項６】
自通信ノードにおいて所定の異常が発生した場合に前記異常が発生したことを通知する異常通知信号を通信装置へ送信部によって送信する第１状態と、前記異常通知信号と異なるデータ信号を前記通信装置へ前記送信部によって送信する第２状態と、を各々が同時期に交互に切り替える複数の通信ノードに含まれ、
前記第１状態の期間の各々では、
前記第１状態の期間に含まれる一部の期間に前記複数の通信ノードのうち自通信ノード以外の通信ノードから送信される前記異常通知信号を受信部によって受信し、受信した前記異常通知信号を前記送信部によって転送する第３状態となり、
前記第１状態の期間に含まれる前記一部の期間と異なる期間に前記異常通知信号を前記受信部によって受信しない第４状態となる、
ことを特徴とする通信ノード。
【請求項７】
前記第１状態の期間の各々において、前記受信部に電源を供給することにより前記第３状態となり、前記受信部に電源を供給しないことにより前記第４状態となることを特徴とする請求項６に記載の通信ノード。
【請求項８】
自通信ノードにおいて所定の異常が発生した場合に前記異常が発生したことを通知する異常通知信号を通信装置へ送信する第１状態と、前記異常通知信号と異なるデータ信号を前記通信装置へ送信する第２状態と、を各々が同時期に交互に切り替える複数の通信ノードに含まれ、
前記第１状態の期間の各々では、
前記第１状態の期間に含まれる一部の期間に前記複数の通信ノードのうち自通信ノード以外の通信ノードから送信される前記異常通知信号を受信し、受信した前記異常通知信号を転送する第３状態となり、
前記第１状態の期間に含まれる前記一部の期間と異なる期間に前記異常通知信号を受信しない第４状態となる、
ことを特徴とする切り替え方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、システム、通信ノード、および切り替え方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、センサネットワークシステムでは、多数の無線のセンサノードによってセンサノードが設けられた領域の環境の変化などを検出することが公知である。また、従来、センサノード間のマルチホップ通信によるリレー転送によって直接接続されていないセンサノードにデータを送信する技術が公知である。【０００３】
また、従来、リレー転送を行う場合に、定期的に周辺のセンサノードと中継処理を行っているか否かの情報を交換し、周辺に中継処理を行うノードがない場合に常時受信機能動作状態とし、中継端末がある場合に定期受信期間以外スリープ状態とする技術が公知である（例えば、以下特許文献１参照。）。これにより、一部のセンサノードによって集計処理が行われるようになる。【０００４】
また、従来、消費電力量を低減させるために、隣接ノードのスリープ情報や残留エネルギー情報に基づいて、スリープ状態となる期間を決定する技術が公知である（例えば、以下特許文献２参照。）。【０００５】
また、従来、マルチホップ通信によってデータを転送するセンサネットワークにおいて、基地局から距離に応じて端末をグループ分けし、一定周期で通信するとき以外はスリープ状態にし、緊急情報を検知した端末は情報発信の周期を短くする技術が公知である（例えば、以下特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−４９６７６号公報
【特許文献２】特開２００４−３３６７７９号公報
【特許文献３】特開２００９−８６６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、例えばセンサノードが間欠動作を行う場合に、センサノードによって検出された異常を休止期間中にも通知するためには休止期間中にセンサノードの受信回路を起動することになり、消費電力が多くなるという問題がある。【０００８】
１つの側面では、本発明は、消費電力の低減を図ることができるシステム、通信ノード、および切り替え方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面によれば、自通信ノードにおいて所定の異常が発生した場合に前記異常が発生したことを通知する異常通知信号を通信装置へ送信する第１状態と、前記異常通知信号と異なるデータ信号を前記通信装置へ送信する第２状態と、を各々が同時期に交互に切り替える複数の通信ノードに含まれ、前記第１状態の期間の各々では、前記第１状態の期間に含まれる一部の期間に前記複数の通信ノードのうち自通信ノード以外の通信ノードから送信される前記異常通知信号を受信し、受信した前記異常通知信号を転送する第３状態となり、前記第１状態の期間に含まれる前記一部の期間と異なる期間に前記異常通知信号を受信しない第４状態となるシステム、通信ノード、および切り替え方法が提案される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、消費電力の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明にかかるシステムの動作例を示す説明図である。
【図２】図２は、本発明にかかるシステム例を示す説明図である。
【図３】図３は、センサノード１０２のハードウェア構成例を示すブロック図である。
【図４】図４は、センサノード１０２の前提動作例を示す説明図である。
【図５】図５は、サーバ２０１および収集装置１０１のハードウェア構成例を示すブロック図である。
【図６】図６は、各信号のパケット構成例を示す説明図である。
【図７】図７は、各動作における構成要素の電力状態を示す説明図である。
【図８】図８は、センサノード１０２の機能的構成例を示す説明図である。
【図９】図９は、サーバ２０１の機能的構成例を示す説明図である。
【図１０】図１０は、収集装置１０１の機能的構成例を示す説明図である。
【図１１】図１１は、交代例を示す説明図である。
【図１２】図１２は、交代回数の決定例を示す説明図である。
【図１３】図１３は、交代順登録信号の転送例を示すシーケンス図である。
【図１４】図１４は、ホップ数と登録された順番の例を示す説明図である。
【図１５】図１５は、定期測定と見張り時間とを示す説明図である。
【図１６】図１６は、定期測定後の見張りノードの遷移例を示す説明図である。
【図１７】図１７は、センサノード１０２が行う信号受信時の処理手順例を示すフローチャートである。
【図１８】図１８は、センサノード１０２が行うタイマ割り込み時の処理手順例を示すフローチャートである。
【図１９】図１９は、センサノード１０２が行う緊急イベント発生時の処理手順例を示すフローチャートである。
【図２０】図２０は、サーバ２０１が行う処理手順例を示すフローチャートである。
【図２１】図２１は、収集装置１０１が行う処理手順例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかるシステム、通信ノード、および切り替え方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明にかかるシステムの動作例を示す説明図である。システム１００は、センサと小型の無線通信回路を有するセンサノード１０２がセンサネットワークを形成し、センサのデータを収集できるセンサネットワークシステムである。システム１００は、複数のセンサノード１０２と、収集装置１０１と、を有する。センサノード１０２は、センサを有する無線の通信ノードであり、配置領域１０３に設けられる。例えば、センサノード１０２は、自発電によって得られた電力をバッテリに充電する。収集装置１０１は、複数のセンサノード１０２からセンサのデータを収集するための通信装置である。システム１００の詳細例については、図２に示す。
【００１４】
複数のセンサノード１０２は、同時期に各々が、第１状態Ｓｔ１と、第２状態Ｓｔ２と、を交互に切り替える。例えば、第１状態Ｓｔ１は、自センサノード１０２において所定の異常が発生した場合に異常が発生したことを通知する異常通知信号を収集装置１０１へ送信する状態である。所定の異常とは、例えば、配置領域１０３の環境の急激な変化などの緊急度の高いような異常である。ここで、異常通知信号は、例えば、緊急イベント信号と称する。第２状態Ｓｔ２は、緊急イベント信号と異なるデータ信号を収集装置１０１によって送信する状態である。ここでは、緊急イベント信号の通知先と、データ信号の通知先を同じ収集装置１０１にしているが、異なる装置あってもよい。
【００１５】
第２状態Ｓｔ２は、センサノード１０２の各部に電源が供給された起動状態である。具体的に、まず、第２状態Ｓｔ２は、センサノード１０２が、センサノード１０２が有するセンサによって測定を行い、測定値を通知するデータ信号を通信装置へ送信する状態である。また、第２状態Ｓｔ２では、センサノード１０２は、他のセンサノード１０２から送信されたデータ信号を転送する。ここで、第２状態Ｓｔ２における処理を定期測定と称する。各センサノード１０２は、図４に示すような間欠動作を行うため、第２状態Ｓｔ２における測定およびデータ送信によりバッテリの電力を大幅に消耗してしまう。そこで、本実施の形態では、第１状態Ｓｔ１の期間Ｉに自センサノード１０２が有するバッテリ充電を行う。
【００１６】
センサノード１０２は、第１状態Ｓｔ１の期間Ｉの各々では、第１状態Ｓｔ１の期間Ｉに含まれる一部の期間ｉに第３状態Ｓｔ３となる。第３状態Ｓｔ３は、複数のセンサノード１０２のうち自センサノード１０２以外のセンサノード１０２から送信される緊急イベント信号を受信し、受信した緊急イベント信号を転送する状態である。また、センサノード１０２は、第１状態Ｓｔ１の期間Ｉの各々では、第１状態Ｓｔ１の期間Ｉに含まれる一部の期間ｉと異なる期間に緊急イベント信号を受信しない第４状態Ｓｔ４となる。第３状態Ｓｔ３は後述する見張り状態であり、第４状態Ｓｔ４は後述するスリープ状態である。
【００１７】
例えば、第３状態Ｓｔ３は、センサノード１０２が有する受信部に電源が供給される状態であり、第４状態Ｓｔ４は、センサノード１０２が有する受信部に電源が供給されない状態である。これにより、第３状態Ｓｔ３では、センサノード１０２が緊急イベント信号を受信し、第４状態Ｓｔ４ではセンサノード１０２が緊急イベント信号を受信しないようになる。
【００１８】
また、各センサノード１０２は、データ信号を第１送信電力によって送信する。各センサノード１０２は、緊急イベント信号を第１送信電力よりも大きい第２送信電力によって送信する。これにより、稼働しているセンサノード１０２の数が少なくても、より遠くに緊急イベント信号を送信することができるため、より少ない回数によって緊急イベント信号が収集装置１０１へ到達可能となる。
【００１９】
また、一部の期間ｉの長さと一部の期間ｉと異なる期間の長さとの第１比率は、第２送信電力による緊急イベント信号の到達距離と第１送信電力によるデータ信号の到達距離との第２比率に応じた値である。第２比率は後述する交代回数ｎである。図１の例では、緊急イベント信号の到達距離がデータ信号の到達距離の２倍であれば、第２比率は２となる。そのため、第１比率は、１／第２比率であり、一部の期間ｉの長さを第１状態Ｓｔ１の期間Ｉの長さ／第２比率とする。これにより、各センサノード１０２がより短い期間だけ第３状態Ｓｔ３となるため、消費電力量を低減させることができる。
【００２０】
また、センサノード１０２は、運用前に、一部の期間ｉの開始時刻を、収集装置１０１から送信された信号がセンサノード１０２に到達するまでのホップ数と第１比率によって決定する。
【００２１】
例えば、センサノード１０２−１は、第２状態Ｓｔ２の後に第３状態Ｓｔ３となる。そして、センサノード１０２−１は、第３状態Ｓｔ３の後に第４状態Ｓｔ４となる。つぎに、センサノード１０２−１は、第４状態Ｓｔ４の後に再度第２状態Ｓｔ２となる。このように、センサノード１０２−１は、第２状態Ｓｔ２、第３状態Ｓｔ３、第４状態Ｓｔ４の順に切り替えられる。また、センサノード１０２−３とセンサノード１０２−５とセンサノード１０２−８とセンサノード１０２−１０とはセンサノード１０２−１と同様の状態遷移である。
【００２２】
例えば、センサノード１０２−２は、第２状態Ｓｔ２の後に第４状態Ｓｔ４となる。そして、センサノード１０２−２は、第４状態Ｓｔ４の後に第３状態Ｓｔ３となる。つぎに、センサノード１０２−２は、第３状態Ｓｔ３の後に再度第２状態Ｓｔ２となる。このように、センサノード１０２−２は、第２状態Ｓｔ２、第４状態Ｓｔ４、第３状態Ｓｔ３の順に切り替えられる。また、センサノード１０２−４とセンサノード１０２−６とセンサノード１０２−７とセンサノード１０２−９とはセンサノード１０２−２と同様の状態遷移である。
【００２３】
図２は、本発明にかかるシステム例を示す説明図である。システム１００では、複数の無線のセンサノード１０２によって測定された測定値を収集するなどによってセンサノード１０２が設けられた配置領域１０３の環境の変化などを検出する。
【００２４】
具体的に、システム１００は、サーバ２０１と、ゲートウェイ２０２と、収集装置１０１と、複数のセンサノード１０２と、を有する。サーバ２０１とゲートウェイ２０２とは、インターネットなどのネットワークＮＥＴを介して接続される。また、図示していないが、各装置がネットワークＮＥＴを介して利用者端末と接続されてもよい。
【００２５】
サーバ２０１は、測定値の収集、蓄積、解析などを行い、ゲートウェイ２０２、収集装置１０１、センサノード１０２などのシステム１００全体を制御する。ゲートウェイ２０２は、サーバ２０１と利用者端末とが接続されたネットワークＮＥＴと、複数のセンサノード１０２と収集装置１０１とによるセンサネットワークＳＮＥＴと、の間の信号のやり取りを中継する。例えば、収集装置１０１は、センサノード１０２と通信を行うことにより測定値を収集し、収集結果をサーバ２０１へ通知する。また、収集装置１０１は、例えば、センサノード１０２に指示を出してもよい。複数のセンサノード１０２は、配置領域１０３の各位置の状態を測定する通信ノードである。また、複数のセンサノード１０２は、無線により周囲のセンサノード１０２や収集装置１０１と通信可能である。
【００２６】
（センサノード１０２のハードウェア構成例）
図３は、センサノード１０２のハードウェア構成例を示すブロック図である。センサノード１０２は、センサ３０１と、ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）３０２と、タイマ３０３と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）３０４と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）３０５と、不揮発メモリ３０６と、を有する。また、センサノード１０２は、無線回路３０８と、アンテナ３０９と、電源管理ユニット３１０と、バッテリ３１１と、ハーベスタ３１２と、などを有する。また、センサノード１０２は、センサ３０１と、ＭＣＵ３０２と、タイマ３０３と、ＲＯＭ３０４と、ＲＡＭ３０５と、不揮発メモリ３０６と、を接続する内部バス３０７を有する。また、図３中、点線の矢印は電源線を示し、実線の矢印は信号線を示す。
【００２７】
センサ３０１は、設置箇所における所定の変位量を検出する。センサ３０１は、例えば、設置箇所の圧力を検出する圧電素子や、温度を検出する素子、光を検出する光電素子などを用いることができる。図３に示すように、センサ３０１は複数種類設けられていてもよい。機能に応じて、定期測定用のセンサ３０１−１と緊急イベント用のセンサ３０１−２などのように測定タイミングを分けてもよい。定期測定では、各センサノード１０２は、第１所定間隔ごとにセンサ３０１−１によって測定を行い、測定値を収集装置１０１に通知する。緊急イベント用の測定では、各センサノード１０２は、第１所定間隔よりも短い第２所定間隔ごとにセンサ３０１−２によって測定を行い、測定値によって異常の有無を判定する。緊急イベント用の測定では、各センサノード１０２は、異常があると判定した場合に、緊急的に異常が発生したことを収集装置１０１に通知する。
【００２８】
ＭＣＵ３０２は、例えばＲＯＭ３０４に記憶されたプログラムをＲＡＭ３０５にロードして実行することにより、センサノード１０２の全体の制御やデータ処理を行う制御部である。例えば、ＭＣＵ３０２は、センサ３０１が検出したデータを処理する。タイマ３０３は、例えば、ＭＣＵ３０２などによって設定された時間をカウントする。本実施の形態では、例えば、タイマ３０３は、自発的にセンサ３０１によってセンシングするためのセンシング間隔をカウントする。また、例えば、タイマ３０３は、後述する実施例２において、近距離無線回路を停止する所定期間をカウントする。
【００２９】
ＲＯＭ３０４は、ＭＣＵ３０２が実行するプログラムなどを格納する記憶部である。ＲＡＭ３０５は、ＭＣＵ３０２における処理の一時データを格納する記憶部である。不揮発メモリ３０６は、書き込み可能なメモリであって、電力供給が途絶えたときなどにおいても書き込まれた所定のデータを保持する記憶部である。例えば、書き込み可能な不揮発メモリ３０６としては、フラッシュメモリが挙げられる。ＲＯＭ３０４、不揮発メモリ３０６などの記憶部には、例えば、交代順などが記憶される。
【００３０】
アンテナ３０９は、他のセンサノード１０２やゲートウェイ２０２と無線通信する電波を送受信する。例えば、無線回路３０８は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）である。無線回路３０８は、アンテナ３０９を介して受信した無線電波を受信信号として出力する受信回路３２２と、送信信号を無線電波としてアンテナ３０９を介して送信する送信回路３２１と、を有する。送信回路３２１の送信電力はＭＣＵ３０２によって切り替え可能である。本実施の形態では、例えば、送信回路３２１は、第１送信電力と第２送信電力との少なくとも２つの送信電力に切り替え可能とする。例えば、第１送信電力は、近距離に配置されたセンサノード１０２に送信信号が直接通信可能な電力である。例えば、第２送信電力は、第１送信電力よりも強い送信電力であって、収集装置１０１までに送信信号が直接通信可能な電力である。第１送信電力と第２送信電力については、センサノード１０２の配置領域１０３、センサノード１０２の配置数、収集装置１０１の配置位置などに基づいて決定される。また、本実施の形態では、例えば、送信回路３２１の各送信電力は、予め定められた距離までに信号が到達可能となるように設定される。ここで、第１送信電力による電波の到達可能な距離を第１電波到達距離とも呼び、送信回路３２１の第２送信電力による電波が到達する距離を第２電波到達距離とも呼ぶ。
【００３１】
ハーベスタ３１２は、センサノード１０２の設置箇所における外部環境、例えば、光、振動、温度、無線電波などのエネルギー変化に基づき発電を行う。図３の例では、ハーベスタ３１２が１つだけ設けられているが、これに限らず、同一種類のハーベスタ３１２が複数設けられていてもよいし、異なる種類のハーベスタ３１２が複数設けられていてもよい。ハーベスタ３１２は、センサ３０１によって検出された変位量に応じて発電を行ってもよいし、無線回路３０８によって受信された受信電波の変位量に応じて発電を行ってもよい。バッテリ３１１は、ハーベスタ３１２により発電された電力を蓄える。すなわち、センサノード１０２は、一次電池や外部電源などが設けられず、動作に要する電力を自装置の内部で生成する。電源管理ユニット３１０は、バッテリ３１１によって蓄えられた電力を、センサノード１０２の各部に駆動電源として供給する制御を行う。
【００３２】
図４は、センサノード１０２の前提動作例を示す説明図である。ここで、各センサノード１０２は、間欠動作を行う。間欠動作では、各センサノード１０２は、所定時間ごとに、スリープ状態から起動する。所定時間については、利用者によって定められる。そして、各センサノード１０２は、起動後に、配置箇所の状態をセンサ３０１−１によって測定する。つぎに、各センサノード１０２は、測定された測定値を収集装置１０１に送信する。各センサノード１０２は、測定値を収集装置１０１に送信後に、スリープ状態へ移行する。ここで、起動中については、起動状態と称する。また、ここでの起動状態は図１に示した第２状態Ｓｔ２である。また、図４の（ａ）に示すように、各センサノード１０２では、起動状態において、ＭＣＵ３０２による処理、送信回路３２１による無線送信、受信回路３２２による受信などによってバッテリ３１１の残量が減る。これに対して、各センサノード１０２では、スリープ状態において、充電によりバッテリ３１１の残量が増加する。
【００３３】
また、図４の（ｂ）に示すように、複数のセンサノード１０２は、起動状態において、各センサノード１０２が有するセンサ３０１の測定値を収集装置１０１へ通知するデータ信号についてはマルチホップ通信によりリレー転送する。また、上述したように、各センサノード１０２は、起動状態において、送信回路３２１の送信電力を第１送信電力とする。
【００３４】
（サーバ２０１および収集装置１０１のハードウェア構成例）
図５は、サーバ２０１および収集装置１０１のハードウェア構成例を示すブロック図である。サーバ２０１と収集装置１０１とは、同様の構成であってもよいため、同一構成として説明するが、これに限らず、異なる構成であってもよい。サーバ２０１と収集装置１０１とのいずれかを指すために、図５では、単に装置５００と称する。
【００３５】
装置５００は、センサノード１０２と異なり、外部電源に基づき動作する。装置５００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）５０１と、タイマ５０２と、ＲＯＭ５０３と、ＲＡＭ５０４と、ディスクドライブ５０５と、ディスク５０６と、Ｉ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）回路５０７と、を有する。装置５００は、ＣＰＵ５０１と、タイマ５０２と、ＲＯＭ５０３と、ＲＡＭ５０４と、ディスクドライブ５０５と、Ｉ／Ｏ回路５０７と、を接続する内部バス５１１を有する。
【００３６】
ここで、ＣＰＵ５０１は、装置５００の全体の制御を司る制御部である。ＲＯＭ５０３は、ブートプログラムなどのプログラムを記憶する記憶部である。ＲＡＭ５０４は、ＣＰＵ５０１のワークエリアとして使用される記憶部である。ディスクドライブ５０５は、ＣＰＵ５０１の制御にしたがってディスク５０６に対するデータのリード／ライトを制御する。ディスク５０６は、ディスクドライブ５０５の制御で書き込まれたデータを記憶する記憶部である。ディスク５０６としては、磁気ディスク、光ディスクなどが挙げられる。装置５００がサーバ２０１である場合、ＲＯＭ５０３やディスク５０６などの記憶部には、図９に示す収集装置１０１の識別情報や収集装置１０１の配置位置などを含む収集装置リスト９１０などが記憶される。また、装置５００がサーバ２０１である場合、ＲＯＭ５０３やディスク５０６などの記憶部には、送信回路３２１の第１送信電力による電波の第１電波到達距離ｒ、送信回路３２１の第２送信電力による電波の第２電波到達距離Ｒなどが記憶される。
【００３７】
また、Ｉ／Ｏ回路５０７には、無線通信回路５０８およびアンテナ５０９が接続される。例えば、装置５００がサーバ２０１であれば、無線通信回路５０８およびアンテナ５０９を介してゲートウェイ２０２と無線通信することにより、収集装置１０１と無線通信することができる。例えば、装置５００が収集装置１０１であれば、無線通信回路５０８およびアンテナ５０９を介してセンサノード１０２と無線通信することができる。
【００３８】
また、Ｉ／Ｏ回路５０７にはネットワークＩ／Ｆ５１０が接続される。これにより、装置５００は、ネットワークＩ／Ｆ５１０を介して、ＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）／ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）のプロトコル処理などにより、インターネットなどのネットワークを介して外部装置と通信を行うことができる。また、ネットワークＩ／Ｆ５１０による通信には、有線通信や無線通信を適用することができる。
【００３９】
また、図示していないが、キーボード、マウス、タッチパネルなどの入力装置を装置５００に設けてもよい。これにより、利用者が入力装置を介して装置５００を直接操作することが可能となる。また、例えば、ディスプレイ、プリンタ、ブザーなどの出力装置を装置５００に設けてもよい。これにより、例えば、異常が発生した場合、異常の種類に応じて、装置５００が出力装置に異常であることを出力してもよい。
【００４０】
図６は、各信号のパケット構成例を示す説明図である。まず、交代順登録信号Ｓ１は、スリープ状態において各センサノード１０２に受信回路３２２に電源を供給させる順序を登録する信号である。交代順登録信号Ｓ１は、収集装置１０１から各センサノード１０２へセンサノード１０２間のマルチホップ通信によりリレー転送される。
【００４１】
交代順登録信号Ｓ１は、識別フラグと、ホップ数と、交代回数と、を有する。識別フラグは、交代順登録信号Ｓ１であることを示す情報であり、他の信号の識別フラグと重複しないように予め定められた値であり、例えば、０ｘ０１などの固定値である。ホップ数は、収集装置１０１からセンサノード１０２までの間に経由した他のセンサノード１０２の数である。交代回数は、測定間隔において、複数のセンサノード１０２間で何回交代するかを示す数である。
【００４２】
緊急イベント信号Ｓ２は、緊急的な異常が発生したことを収集装置１０１へ通知する信号である。緊急イベント信号Ｓ２は、識別フラグと、データと、を有する。識別フラグは、緊急イベント信号Ｓ２であることを示す情報であり、他の信号の識別フラグと重複しないように予め定められた値であり、例えば、０ｘ１０などの固定値である。データとしては、例えば、異常が発生したセンサノード１０２の識別情報、緊急イベントの種類、測定値などが挙げられる。緊急イベントの種類とは、センサ３０１の種類であってもよい。上述した例では、緊急イベント用のセンサ３０１−２は１種類であるが、複数種類設けられていてもよいため、センサ３０１の種類が緊急イベント信号Ｓ２に含まれる。
【００４３】
データ信号Ｓ３は、測定値を収集装置１０１へ通知する信号である。データ信号Ｓ３は、識別フラグと、データと、を有する。識別フラグは、データ信号Ｓ３であることを示す情報であり、他の信号の識別フラグと重複しないように予め定められた値であり、例えば、０ｘ１１などの固定値である。データとしては、測定値、測定したセンサノード１０２の識別情報などが挙げられる。また、図６には、各信号の構成の一例を示したが、これに限らず、種々変更可能である。
【００４４】
図７は、各動作における構成要素の電力状態を示す説明図である。センサノード１０２の状態は、起動状態と、見張り状態と、スリープ状態と、がある。ここで、起動状態が上述したように図１に示した第２状態Ｓｔ２であり、見張り状態が図１に示した第３状態Ｓｔ３であり、スリープ状態が図１に示した第４状態Ｓｔ４である。また、ＭＣＵ３０２の電力状態は、オン状態と、スリープ状態と、がある。オン状態とは、ＭＣＵ３０２が各種処理可能な電圧がＭＣＵ３０２に供給される状態である。スリープ状態とは、ＭＣＵ３０２やタイマ３０３が有する割り込み回路などには電力が供給されてあり、ＭＣＵ３０２の演算などのメインの機能を有する回路などには電力が供給されてない状態である。また、ＭＣＵ３０２が有する割り込み回路が割り込み信号を受け付けると、ＭＣＵ３０２がオン状態になる。また、ＭＣＵ３０２には、すべてに電力が供給されず、あらゆる動作ができないオフ状態があるが、本実施の形態ではオフ状態を利用しない。
【００４５】
また、受信回路３２２の電力状態はオン状態とオフ状態とがある。オン状態とは、受信回路３２２に電源が供給される状態である。オフ状態とは、受信回路３２２に電源が供給されない状態であり、電波の受信ができない状態である。また、センサ３０１の電力状態はオン状態とオフ状態とがある。オン状態とは、センサ３０１に電源が供給される状態である。オフ状態とは、センサ３０１に電源が供給されない状態である。
【００４６】
例えば、センサノード１０２の状態が起動状態である場合、ＭＣＵ３０２はオン状態であり、受信回路３２２はオン状態であり、定期測定用のセンサ３０１−１はオン状態であり、緊急イベント用のセンサ３０１−２はオン状態である。
【００４７】
例えば、センサノード１０２の状態が見張り状態である場合、ＭＣＵ３０２はスリープ状態であり、受信回路３２２はオン状態であり、定期測定用のセンサ３０１−１はオフ状態であり、緊急イベント用のセンサ３０１−２はオン状態である。例えば、センサノード１０２の状態がスリープ状態である場合、ＭＣＵ３０２はスリープ状態であり、受信回路３２２はオフ状態であり、定期測定用のセンサ３０１−１はオフ状態であり、緊急イベント用のセンサ３０１−２はオン状態である。
【００４８】
（センサノード１０２の機能的構成例）
図８は、センサノード１０２の機能的構成例を示す説明図である。センサノード１０２は、制御部８０１と、受信部８０２と、送信部８０３と、電力制御部８０４と、記憶部８０５と、を有する。受信部８０２は、受信回路３２２によって実現される。送信部８０３は、送信回路３２１によって実現される。電力制御部８０４は、電源管理ユニット３１０によって実現される。記憶部８０５は、例えば、ＲＯＭ３０４やＲＡＭ３０５や不揮発メモリ３０６などによって実現される。制御部８０１は、例えば、ＭＣＵ３０２やタイマ３０３などによって実現される。また、制御部８０１の各処理は、例えば、ＭＣＵ３０２がアクセス可能な記憶部８０５に記憶されたプログラムにコーディングされている。そして、ＭＣＵ３０２が記憶部８０５からプログラムを読み出して、プログラムにコーディングされている処理を実行する。これにより、制御部８０１の各処理が実現される。また、各部の処理結果は、例えば、記憶部８０５に記憶される。
【００４９】
（サーバ２０１の機能的構成例）
図９は、サーバ２０１の機能的構成例を示す説明図である。サーバ２０１は、制御部９０１と、受信部９０２と、送信部９０３と、記憶部９０４と、を有する。受信部９０２および送信部９０３は、例えば、無線通信回路５０８によって実現される。制御部９０１は、ＣＰＵ５０１などによって実現される。また、制御部９０１の各処理は、例えば、ＣＰＵ５０１がアクセス可能な記憶部９０４に記憶されたプログラムにコーディングされている。そして、ＣＰＵ５０１が記憶部９０４からプログラムを読み出して、プログラムにコーディングされている処理を実行する。これにより、制御部９０１の各処理が実現される。また、各部の処理結果は、例えば、記憶部９０４に記憶される。
【００５０】
（収集装置１０１の機能的構成例）
図１０は、収集装置１０１の機能的構成例を示す説明図である。収集装置１０１は、制御部１００１と、受信部１００２と、送信部１００３と、記憶部１００４と、を有する。受信部１００２および送信部１００３は、例えば、無線通信回路５０８によって実現される。制御部１００１は、ＣＰＵ５０１などによって実現される。また、制御部１００１の各処理は、例えば、ＣＰＵ５０１がアクセス可能な記憶部１００４に記憶されたプログラムにコーディングされている。そして、ＣＰＵ５０１が記憶部１００４からプログラムを読み出して、プログラムにコーディングされている処理を実行する。これにより、制御部１００１の各処理が実現される。また、各部の処理結果は、例えば、記憶部１００４に記憶される。
【００５１】
図１１は、交代例を示す説明図である。例えば、見張り状態であるセンサノード１０２を見張りノードとも呼び、スリープ状態であるセンサノード１０２をスリープノードとも呼ぶ。図１１の（１）では、見張りノードはセンサノード１０２−１〜センサノード１０２−５である。見張りノードは、受信回路３２２に電源が供給されてあるため、スリープノードよりもバッテリ３１１の電力消費量が大きい。そのため、同一のセンサノード１０２が常時見張りノードであると、バッテリ３１１の電力が不足する可能性があるため、見張り状態とスリープ状態とが切り替えられる。そして、図１１の（２）では、見張りノードがセンサノード１０２−６〜センサノード１０２−１０となり、センサノード１０２−１〜センサノード１０２−５がスリープノードとなる。
【００５２】
このように、運用時に見張りノードを交代制にするために、サーバ２０１は、例えば運用開始時に見張り状態とスリープ状態とを切り替える交代回数を決定する。そして、サーバ２０１は、決定した交代回数に基づいて複数のセンサノード１０２の各々に切り替える順を決定させる。
【００５３】
図１２は、交代回数の決定例を示す説明図である。まず、制御部９０１は、見張り状態とスリープ状態とを切り替える交代回数を決定する。例えば、図１２の（ａ）に示すように、制御部９０１は、第１電波到達距離ｒと第２電波到達距離Ｒとの比によって交代回数ｎを決定する。図１２の例では、交代回数ｎはＲ／ｒを超えない最大の実数である（図１２中［  ］はガウス記号）。制御部９０１は、決定された交代回数ｎを記憶部９０４に記憶する。
【００５４】
図１２の（ｂ）に示すように、交代回数ｎが４である場合を例に挙げると、センサノード１０２−１２が最大の送信電力である第２送信電力ｐ２によって信号を送信した場合に、センサノード１０２−８〜センサノード１０２−１１については当該信号を受信可能である。そのため、センサノード１０２−８〜センサノード１０２−１１のうち、いずれかが見張りノードであればよい。また、センサノード１０２−８が第２送信電力ｐ２によって信号を送信した場合に、センサノード１０２−４〜センサノード１０２−７については当該信号を受信可能である。そのため、センサノード１０２−４〜センサノード１０２−７のうちのいずれかが見張りノードであればよい。
【００５５】
つぎに、制御部９０１は、収集装置リスト９１０に基づいて、複数の収集装置１０１からいずれか１つの収集装置１０１を選択する。そして、送信部９０３は、交代回数ｎを含む交代順登録信号を複数のセンサノード１０２に送信させる指示を制御部９０１によって選択された収集装置１０１へ送信する。収集装置リスト９１０は、例えば、収集装置１０１の識別情報や収集装置１０１の配置位置などを含む。
【００５６】
つぎに、受信部１００２は、送信部９０３からの指示を受信する。制御部１００１は、受信部１００２が受信した指示に基づいて、ホップ数を０にし、交代回数をｎとした交代順登録信号Ｓ１を生成する。そして、送信部１００３は、生成した交代順登録信号Ｓ１を複数のセンサノード１０２へ送信する。
【００５７】
受信部８０２は、交代順登録信号Ｓ１を受信する。そして、制御部８０１は、交代順登録信号Ｓ１に含まれるホップ数を交代順登録信号Ｓ１に含まれる交代回数ｎによって除算した時の余りを算出する。制御部８０１は、算出した余りを順番ｄとして記憶部８０５に記憶する。そして、制御部８０１は、ホップ数を１カウントアップした交代順登録信号Ｓ１を生成する。つぎに、送信部８０３は、生成された交代順登録信号Ｓ１を送信する。
【００５８】
図１３は、交代順登録信号の転送例を示すシーケンス図である。上述したように、サーバ２０１は、収集装置１０１に複数のセンサノード１０２に交代順登録を行わせる指示を収集装置１０１に送信する（ステップＳ１３０１）。収集装置１０１は、交代順登録を行わせる指示を受信すると、複数のセンサノード１０２に交代順登録信号Ｓ１を送信する（ステップＳ１３０２）。例えば、センサノード１０２−０は、交代順登録信号Ｓ１を受信すると、受信した交代順登録信号Ｓ１に基づいて順番ｄを登録する。そして、例えば、センサノード１０２−０は、ホップ数を１カウントアップした交代順登録信号Ｓ１を転送する（ステップＳ１３０３）。
【００５９】
センサノード１０２−０と同様に、センサノード１０２−１は、交代順登録信号Ｓ１を受信すると、受信した交代順登録信号Ｓ１に基づいて順番ｄを登録する。そして、例えば、センサノード１０２−１は、ホップ数を１カウントアップした交代順登録信号Ｓ１を転送する（ステップＳ１３０４）。このようにリレー転送によりセンサノード１０２−Ｎまで交代順登録信号Ｓ１が送信される。
【００６０】
図１４は、ホップ数と登録された順番の例を示す説明図である。ここでは、交代回数ｎが４の場合を例に挙げる。例えば、センサノード１０２−０は、交代順登録信号Ｓ１に含まれるホップ数が０であるため、順番ｄは０となる。例えば、センサノード１０２−１は、交代順登録信号Ｓ１に含まれるホップ数が１であるため、順番ｄは１となる。例えば、センサノード１０２−２は、交代順登録信号Ｓ１に含まれるホップ数が２であるため、順番ｄは２となる。例えば、センサノード１０２−３は、交代順登録信号Ｓ１に含まれるホップ数が３であるため、順番ｄは３となる。例えば、センサノード１０２−４は、交代順登録信号Ｓ１に含まれるホップ数が４であるため、順番ｄは０となる。
【００６１】
また、図１４の例では、センサノード１０２−４とセンサノード１０２−８とは順番ｄが０となる。図１４の例では、センサノード１０２−５とセンサノード１０２−９とは順番ｄが１となる。図１４の例では、センサノード１０２−６とセンサノード１０２−１０とは順番ｄが２となる。図１４の例では、センサノード１０２−７とセンサノード１０２−１１とは順番ｄが３となる。
【００６２】
つぎに、運用中に、制御部８０１は、タイマ５０２によってカウントされた測定間隔ごとに、起動状態となり、センサ３０１−１によって定期測定を行う。制御部８０１は、センサ３０１−１によって測定した測定値を収集装置１０１に通知するデータ信号Ｓ３を生成する。制御部８０１は、送信部８０３の送信電力を第１送信電力ｐ１にする。そして、送信部８０３は、第１送信電力ｐ１によって、生成されたデータ信号Ｓ３を送信する。
【００６３】
また、受信部８０２は、複数のセンサノード１０２のうち自センサノード１０２以外のセンサノード１０２から、自センサノード１０２以外のセンサノード１０２によって測定された測定値を収集装置１０１に通知するデータ信号Ｓ３を受信する。制御部８０１は、送信部８０３の送信電力を第２送信電力ｐ２にする。そして、送信部８０３は、第２送信電力ｐ２によって、受信されたデータ信号Ｓ３を転送する。これにより、図４に示したように、センサノード１０２間のマルチホップ通信によって各データ信号が収集装置１０１へリレー転送される。
【００６４】
つぎに、定期測定が終了した後に、制御部８０１は、測定間隔と見張り時間とをタイマ５０２に設定する。そして、制御部８０１は、センサノード１０２の状態を起動状態からスリープ状態へ移行する指示を電力制御部８０４へ行う。電力制御部８０４は、センサノード１０２をスリープ状態へ移行するために、ＭＣＵ３０２への供給する電源電圧を下げるように制御する。また、電力制御部８０４は、受信回路３２２と定期測定用のセンサ３０１−１とへの電源の供給を行わないように制御する。ただし、緊急イベント用のセンサ３０１−２へは電源が供給されたままになる。
【００６５】
また、起動状態からスリープ状態に移行する直前に、制御部８０１は、送信部８０３の送信電力を第２送信電力ｐ２にしてもよい。これにより、センサノード１０２が見張り状態である場合に、制御部８０１がスリープ状態であっても、送信部８０３は最大の送信電力である第２送信電力ｐ２によって緊急イベント信号Ｓ２を送信できる。
【００６６】
また、電力制御部８０４は、タイマ３０３によるカウントにより見張り開始時刻になると、センサノード１０２の状態をスリープ状態から見張り状態へ移行するために、受信回路３２２へ電源を供給する。そして、見張り状態である場合に、受信部８０２が緊急イベント信号Ｓ２を受信すると、送信部８０３は、第２送信電力ｐ２によって、受信された緊急イベント信号Ｓ２を送信する。
【００６７】
電力制御部８０４は、タイマ３０３によるカウントにより見張り終了時刻になると、センサノード１０２の状態を見張り状態からスリープ状態へ移行するために、受信回路３２２への電源の供給を行わないように制御する。
【００６８】
また、運用中に、センサノード１０２が見張りノードとなる見張り開始時刻は以下式（１）によって決まり、センサノード１０２が見張りノードからスリープノードとなる見張り終了時刻は以下式（２）によって決まり、見張り時間は以下式（３）によって決まる。
【００６９】
見張り開始時刻ＴＳ＝定期測定後のｉ×ｄ秒後・・・（１）
見張り終了時刻ＴＥ＝定期測定後のｉ×（ｄ＋１）秒後・・・（２）
測定間隔＝Ｉ
見張り時間＝ｉ＝Ｉ／ｎ・・・（３）
【００７０】
なお、測定間隔Ｉは、図１に示した第１状態Ｓｔ１の期間Ｉと同じであり、見張り時間ｉは図１に示した一部の期間ｉと同じである。
【００７１】
図１５は、定期測定と見張り時間とを示す説明図である。各センサノード１０２は、同時期に定期測定を行った後に、タイマ３０３によって測定間隔Ｉをカウントするとともに、タイマ３０３によって見張り開始時刻と見張り終了時刻とをカウントする。
【００７２】
順番ｄが０であるセンサノード１０２−０とセンサノード１０２−４とは、見張り開始時刻ＴＳ０になると、起動状態から見張り状態となり、見張り終了時刻ＴＥ０になると、スリープ状態となる。また、見張り開始時刻ＴＳ０から見張り終了時刻ＴＥ０までの期間、順番ｄが１〜３であるセンサノード１０２−１〜センサノード１０２−３とセンサノード１０２−Ｎとはスリープ状態である。
【００７３】
順番ｄが１であるセンサノード１０２−１は、見張り開始時刻ＴＳ１になると、スリープ状態から見張り状態となり、見張り終了時刻ＴＥ１になると、見張り状態からスリープ状態となる。また、見張り開始時刻ＴＳ１から見張り終了時刻ＴＥ１までの期間、順番ｄが０、２、３のいずれかであるセンサノード１０２−０とセンサノード１０２−２〜センサノード１０２−４とセンサノード１０２−Ｎとはスリープ状態である。
【００７４】
順番ｄが２であるセンサノード１０２−２は、見張り開始時刻ＴＳ２になると、スリープ状態から見張り状態となり、見張り終了時刻ＴＥ２になると、見張り状態からスリープ状態となる。また、見張り開始時刻ＴＳ２から見張り終了時刻ＴＥ２までの期間、順番ｄが０、１、３のいずれかであるセンサノード１０２−０とセンサノード１０２−１とセンサノード１０２−３とセンサノード１０２−４とセンサノード１０２−Ｎとはスリープ状態である。
【００７５】
順番ｄが３であるセンサノード１０２−３とセンサノード１０２−Ｎは、見張り開始時刻ＴＳ３になると、スリープ状態から見張り状態となり、見張り終了時刻ＴＥ３になると、見張り状態から起動状態となる。見張り状態の後に起動状態になるのは、タイマ３０３による測定間隔Ｉのカウントが終了するためである。また、見張り開始時刻ＴＳ３から見張り終了時刻ＴＥ３までの期間、順番ｄが０、１、２のいずれかであるセンサノード１０２−０〜センサノード１０２−２とセンサノード１０２−４とはスリープ状態である。
【００７６】
図１６は、定期測定後の見張りノードの遷移例を示す説明図である。図１６の例は、交代回数ｎが４であり、収集装置１０１−３から交代順登録信号Ｓ１を送信した例である。図１６の（１）では、定期測定を行った後、０秒後からｉ秒後までの期間における見張りノードを示す。図１６の（２）では、定期測定を行った後、ｉ秒後から２ｉ秒後までの期間における見張りノードを示す。図１６の（３）では、定期測定を行った後、２ｉ秒後から３ｉ秒後までの期間における見張りノードを示す。図１６の（４）では、定期測定を行った後、３ｉ秒後から４ｉ秒後までの期間における見張りノードを示す。
【００７７】
（センサノード１０２が行う処理手順例）
図１７は、センサノード１０２が行う信号受信時の処理手順例を示すフローチャートである。まず、センサノード１０２は、信号を受信したか否かを判断する（ステップＳ１７０１）。信号を受信していないと判断された場合（ステップＳ１７０１：Ｎｏ）、センサノード１０２は、ステップＳ１７０１へ戻る。
【００７８】
信号を受信したと判断された場合（ステップＳ１７０１：Ｙｅｓ）、センサノード１０２は、受信した信号の種類を判断する（ステップＳ１７０２）。受信した信号が緊急イベント信号であると判断された場合（ステップＳ１７０２：緊急イベント）、センサノード１０２は、第２送信電力ｐ２によって、緊急イベント信号Ｓ２を転送し（ステップＳ１７０３）、一連の処理を終了する。
【００７９】
受信した信号が交代順登録信号Ｓ１であると判断された場合（ステップＳ１７０２：交代順登録）、センサノード１０２は、順番ｄ＝受信した交代順登録信号Ｓ１に含まれるホップ数％ｎを計算する（ステップＳ１７０４）。「％」は除算結果の余りを示す。つぎに、センサノード１０２は、順番ｄを記憶部８０５に登録する（ステップＳ１７０５）。そして、センサノード１０２は、ホップ数をインクリメントする（ステップＳ１７０６）。センサノード１０２は、第１送信電力ｐ１によって、インクリメント後のホップ数を含む交代順登録信号Ｓ１を転送し（ステップＳ１７０７）、一連の処理を終了する。
【００８０】
受信した信号がデータ信号であると判断された場合（ステップＳ１７０２：データ）、センサノード１０２は、第１送信電力ｐ１によって、データ信号Ｓ３を転送し（ステップＳ１７０８）、一連の処理を終了する。
【００８１】
図１８は、センサノード１０２が行うタイマ割り込み時の処理手順例を示すフローチャートである。まず、センサノード１０２は、タイマ割り込みを受け付けたかを判断する（ステップＳ１８０１）。タイマ割り込みを受け付けていない場合（ステップＳ１８０１：Ｎｏ）、センサノード１０２は、ステップＳ１８０１へ戻る。
【００８２】
タイマ割り込みを受け付けた場合（ステップＳ１８０１：Ｙｅｓ）、センサノード１０２は、割り込みの種類を判断する（ステップＳ１８０２）。受け付けたタイマ割り込みが測定間隔Ｉのカウントによるタイマ割り込みであると判断された場合（ステップＳ１８０２：測定間隔Ｉ秒）、センサノード１０２は、ＭＣＵ３０２へ電源を供給することによって起動状態にし、定期測定を行う（ステップＳ１８０３）。定期測定については、センサ３０１による測定と、第１送信電力ｐ１による測定値を含むデータ信号の送信と、他のセンサノード１０２との同期処理と、などが行われる。例えば、同期処理とは、測定開始から所定時間経過した後にスリープ状態または見張り状態に移行することを示す。各センサノード１０２によって測定間隔をカウントするため、データ信号の送信に誤差が生じる。そのため、測定開始時刻から各センサノード１０２によるデータ信号の送信が終了すると推測される所定時間経過する。そのため、同期処理を行うことにより、より多くのデータ信号が収集装置１０１まで到達可能となる。
【００８３】
センサノード１０２は、測定間隔Ｉ秒後と、見張り時間ｉ×ｄ秒後にタイマ割り込みが発生するようにタイマ３０３を設定する（ステップＳ１８０４）。そして、センサノード１０２は、受信回路３２２への電源供給をやめ、ＭＣＵ３０２への電源の電圧を下げることにより、スリープ状態に移行し（ステップＳ１８０５）、一連の処理を終了する。
【００８４】
また、受け付けたタイマ割り込みが見張り時間のカウントによるタイマ割り込みであると判断された場合（ステップＳ１８０２：見張り時間ｉ×ｄ秒）、センサノード１０２は、受信回路３２２へ電源を供給することにより、見張り状態に移行する（ステップＳ１８０６）。つぎに、センサノード１０２は、見張り時間ｉ秒経過したか否かを判断する（ステップＳ１８０７）。見張り時間ｉ秒経過していないと判断された場合（ステップＳ１８０７：Ｎｏ）、センサノード１０２は、ステップＳ１８０７へ戻る。
【００８５】
見張り時間ｉ秒経過したと判断された場合（ステップＳ１８０７：Ｙｅｓ）、センサノード１０２は、受信回路３２２へ電源を供給しないことにより、スリープ状態に移行となり（ステップＳ１８０８）、一連の処理を終了する。
【００８６】
図１９は、センサノード１０２が行う緊急イベント発生時の処理手順例を示すフローチャートである。センサノード１０２は、センサ３０１からの割り込み信号を受け付けたか否かを判断する（ステップＳ１９０１）。割り込み信号を受け付けていないと判断された場合（ステップＳ１９０１：Ｎｏ）、センサノード１０２は、ステップＳ１９０１へ戻る。
【００８７】
割り込み信号を受け付けたと判断された場合（ステップＳ１９０１：Ｙｅｓ）、センサノード１０２は、センサ３０１から測定値を取得する（ステップＳ１９０２）。センサノード１０２は、取得した測定値やセンサ３０１の種類を有する緊急イベント信号を送信する（ステップＳ１９０３）。そして、センサノード１０２は、スリープ状態へ移行し（ステップＳ１９０４）、一連の処理を終了する。
【００８８】
（サーバ２０１が行う処理手順例）
図２０は、サーバ２０１が行う処理手順例を示すフローチャートである。サーバ２０１は、交代回数ｎを計算する（ステップＳ２００１）。サーバ２０１は、収集装置１０１を１つ選択し、選択した収集装置１０１へ交代順登録を指示する（ステップＳ２００２）。つぎに、サーバ２０１は、定期測定を行う（ステップＳ２００３）。定期測定では、収集された各センサノード１０２の測定値に基づいて、配置領域１０３の状態などを観測する。
【００８９】
つぎに、サーバ２０１は、緊急イベントがあるか否かを判断する（ステップＳ２００４）。緊急イベントがあると判断された場合（ステップＳ２００４：Ｙｅｓ）、サーバ２０１は、緊急イベントを処理し（ステップＳ２００５）、ステップＳ２００６へ移行する。
【００９０】
緊急イベントがないと判断された場合（ステップＳ２００４：Ｎｏ）、サーバ２０１は、所定時間経過したか否かを判断する（ステップＳ２００６）。所定時間とは、上述した測定間隔Ｉである。例えば、サーバ２０１は、タイマ５０２によって測定間隔Ｉをカウントしてもよい。所定時間経過していないと判断された場合（ステップＳ２００６：Ｎｏ）、サーバ２０１は、ステップＳ２００４へ戻る。一方、所定時間経過したと判断された場合（ステップＳ２００６：Ｙｅｓ）、サーバ２０１は、ステップＳ２００３へ戻る。
【００９１】
（収集装置１０１が行う処理手順例）
図２１は、収集装置１０１が行う処理手順例を示すフローチャートである。収集装置１０１は、信号を受信したか否かを判断する（ステップＳ２１０１）。受信していないと判断された場合（ステップＳ２１０１：Ｎｏ）、収集装置１０１は、ステップＳ２１０１へ戻る。一方、緊急イベント信号を受信したと判断された場合（ステップＳ２１０１：緊急イベント）、収集装置１０１は、緊急イベントをサーバ２０１に通知し（ステップＳ２１０２）、一連の処理を終了する。
【００９２】
また、収集装置１０１は、交代順登録信号を受信したと判断された場合（ステップＳ２１０１：交代順登録）、収集装置１０１は、ホップ数を０、交代回数をｎとして交代順登録信号を送信し（ステップＳ２１０３）、一連の処理を終了する。
【００９３】
以上説明したように、例えば、センサノードが間欠動作を行う場合に、センサノード１０２によって検出された異常を休止期間中にも通知するためには休止期間中にセンサノード１０２の受信回路を起動することになり、消費電力が多くなるという。このため、たとえば、休止期間中に充電を行っていても、次回起動時のバッテリ残量が不足する場合がある。そこで、本実施の形態にかかるシステム１００では、周期的な充電期間中に、センサノード１０２ごとに受信回路の動作状態と休止状態とを切り替えて、該動作状態の一部のセンサノード１０２により異常通知信号の転送を行う。これにより、消費電力を抑えつつ充電期間中の異常通知を行うことが可能となる。動作状態とは上述した見張り状態である。
【００９４】
また、各センサノード１０２は、データ信号を第１送信電力によって送信する。各センサノード１０２は、異常通知信号を第１送信電力よりも大きい第２送信電力ｐ２によって送信する。これにより、稼働しているセンサノード１０２の数が少なくても、より遠くに異常通知信号を送信することができるため、より少ない回数によって異常通知信号が収集装置１０１へ到達可能となる。
【００９５】
また、受信回路の動作状態の期間の長さと受信回路の休止状態の期間の長さとが、第２送信電力ｐ２による緊急イベント信号の到達距離と第１送信電力によるデータ信号の到達距離との第２比率に応じた値とする。これにより、各センサノード１０２がより短い期間だけ受信回路の動作状態となるため、消費電力量を低減させることができる。
【００９６】
また、センサノード１０２は、運用前に、一部の期間の開始時刻を、収集装置１０１から送信された信号がセンサノード１０２に到達するまでのホップ数によって決定する。これにより、異常通知信号が収集装置１０１に到達する精度が向上する。
【００９７】
なお、本実施の形態で説明した切り替え方法は、予め用意されたプログラムをＭＣＵ３０２で実行することにより実現することができる。本プログラムは、ＲＯＭ３０４や不揮発メモリ３０６などＭＣＵ３０２で読み取り可能な記録媒体に記録され、ＭＣＵ３０２によって記録媒体から読み出されることによって実行される。また、本プログラムは、サーバが収集装置を介して配布してもよい。
【符号の説明】
【００９８】
１００  システム
１０１−１〜１０１−４  収集装置
１０２  センサノード
２０１  サーバ
２０２  ゲートウェイ
３０１−１，３０１−２  センサ
３０２  ＭＣＵ
３０３，５０２  タイマ
３０４，５０３  ＲＯＭ
３０６  不揮発メモリ
３１０  電源管理ユニット
３１１  バッテリ
３１２  ハーベスタ
３２１  送信回路
３２２  受信回路
５０１  ＣＰＵ
５０６  ディスク
５０８  無線通信回路
８０１，９０１，１００１  制御部
８０２，９０２，１００２  受信部
８０３，９０３，１００３  送信部
８０４  電力制御部
８０５，９０４，１００４  記憶部
ｄ  順番
ｒ  第１電波到達距離
Ｒ  第２電波到達距離
Ｓ１  交代順登録信号
Ｓ２  緊急イベント信号
Ｓ３  データ信号
ＮＥＴ  ネットワーク
ＳＮＥＴ  センサネットワーク
Ｓｔ１  第１状態
Ｓｔ２  第２状態
Ｓｔ３  第３状態
Ｓｔ４  第４状態
【図１】
2015072023.tif 000003
【図２】
2015072023.tif 000004
【図３】
2015072023.tif 000005
【図４】
2015072023.tif 000006
【図５】
2015072023.tif 000007
【図６】
2015072023.tif 000008
【図７】
2015072023.tif 000009
【図８】
2015072023.tif 000010
【図９】
2015072023.tif 000011
【図１０】
2015072023.tif 000012
【図１１】
2015072023.tif 000013
【図１２】
2015072023.tif 000014
【図１３】
2015072023.tif 000015
【図１４】
2015072023.tif 000016
【図１５】
2015072023.tif 000017
【図１６】
2015072023.tif 000018
【図１７】
2015072023.tif 000019
【図１８】
2015072023.tif 000020
【図１９】
2015072023.tif 000021
【図２０】
2015072023.tif 000022
【図２１】
2015072023.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成28年5月11日(2016.5.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信装置と、
自通信ノードにおいて所定の異常が発生した場合に前記異常が発生したことを通知する異常通知信号を前記通信装置へ送信する第１状態と、前記異常通知信号と異なるデータ信号を前記通信装置へ送信する第２状態と、を各々が同時期に交互に切り替える複数の通信ノードと、
を有し、
前記複数の通信ノードのいずれかの通信ノードが、
前記第１状態の期間の各々では、
前記第１状態の期間に含まれる一部の期間に前記複数の通信ノードのうち自通信ノード以外の通信ノードから送信される前記異常通知信号を受信し、受信した前記異常通知信号を転送する第３状態となり、
前記第１状態の期間に含まれる前記一部の期間と異なる期間に前記異常通知信号を受信しない第４状態となる、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記異常通知信号は、前記データ信号が送信される送信電力よりも大きい送信電力によって送信されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記一部の期間の長さと前記一部の期間と異なる期間の長さとの第１比率は、前記異常通知信号の到達距離と前記データ信号の到達距離との第２比率に応じた値であることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記一部の期間の開始時刻を、前記通信装置から送信された信号が自通信ノードに到達するまでのホップ数と前記第１比率によって決定することを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
自通信ノードにおいて所定の異常が発生した場合に前記異常が発生したことを通知する異常通知信号を通信装置へ送信部によって送信する第１状態と、前記異常通知信号と異なるデータ信号を前記通信装置へ前記送信部によって送信する第２状態と、を各々が同時期に交互に切り替える複数の通信ノードに含まれ、
前記第１状態の期間の各々では、
前記第１状態の期間に含まれる一部の期間に前記複数の通信ノードのうち自通信ノード以外の通信ノードから送信される前記異常通知信号を受信部によって受信し、受信した前記異常通知信号を前記送信部によって転送する第３状態となり、
前記第１状態の期間に含まれる前記一部の期間と異なる期間に前記異常通知信号を前記受信部によって受信しない第４状態となる、
ことを特徴とする通信ノード。
【請求項６】
前記第１状態の期間の各々において、前記受信部に電源を供給することにより前記第３状態となり、前記受信部に電源を供給しないことにより前記第４状態となることを特徴とする請求項５に記載の通信ノード。
【請求項７】
自通信ノードにおいて所定の異常が発生した場合に前記異常が発生したことを通知する異常通知信号を通信装置へ送信する第１状態と、前記異常通知信号と異なるデータ信号を前記通信装置へ送信する第２状態と、を各々が同時期に交互に切り替える複数の通信ノードに含まれ、
前記第１状態の期間の各々では、
前記第１状態の期間に含まれる一部の期間に前記複数の通信ノードのうち自通信ノード以外の通信ノードから送信される前記異常通知信号を受信し、受信した前記異常通知信号を転送する第３状態となり、
前記第１状態の期間に含まれる前記一部の期間と異なる期間に前記異常通知信号を受信しない第４状態となる、
ことを特徴とする切り替え方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、システム、通信ノード、および切り替え方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、センサネットワークシステムでは、多数の無線のセンサノードによってセンサノードが設けられた領域の環境の変化などを検出することが公知である。また、従来、センサノード間のマルチホップ通信によるリレー転送によって直接接続されていないセンサノードにデータを送信する技術が公知である。
【０００３】
また、従来、リレー転送を行う場合に、定期的に周辺のセンサノードと中継処理を行っているか否かの情報を交換し、周辺に中継処理を行うノードがない場合に常時受信機能動作状態とし、中継端末がある場合に定期受信期間以外スリープ状態とする技術が公知である（例えば、以下特許文献１参照。）。これにより、一部のセンサノードによって集計処理が行われるようになる。
【０００４】
また、従来、消費電力量を低減させるために、隣接ノードのスリープ情報や残留エネルギー情報に基づいて、スリープ状態となる期間を決定する技術が公知である（例えば、以下特許文献２参照。）。
【０００５】
また、従来、マルチホップ通信によってデータを転送するセンサネットワークにおいて、基地局から距離に応じて端末をグループ分けし、一定周期で通信するとき以外はスリープ状態にし、緊急情報を検知した端末は情報発信の周期を短くする技術が公知である（例えば、以下特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−４９６７６号公報
【特許文献２】特開２００４−３３６７７９号公報
【特許文献３】特開２００９−８６６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、例えばセンサノードが間欠動作を行う場合に、センサノードによって検出された異常を休止期間中にも通知するためには休止期間中にセンサノードの受信回路を起動することになり、消費電力が多くなるという問題がある。
【０００８】
１つの側面では、本発明は、消費電力の低減を図ることができるシステム、通信ノード、および切り替え方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面によれば、自通信ノードにおいて所定の異常が発生した場合に前記異常が発生したことを通知する異常通知信号を通信装置へ送信する第１状態と、前記異常通知信号と異なるデータ信号を前記通信装置へ送信する第２状態と、を各々が同時期に交互に切り替える複数の通信ノードに含まれ、前記第１状態の期間の各々では、前記第１状態の期間に含まれる一部の期間に前記複数の通信ノードのうち自通信ノード以外の通信ノードから送信される前記異常通知信号を受信し、受信した前記異常通知信号を転送する第３状態となり、前記第１状態の期間に含まれる前記一部の期間と異なる期間に前記異常通知信号を受信しない第４状態となるシステム、通信ノード、および切り替え方法が提案される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、消費電力の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明にかかるシステムの動作例を示す説明図である。
【図２】図２は、本発明にかかるシステム例を示す説明図である。
【図３】図３は、センサノード１０２のハードウェア構成例を示すブロック図である。
【図４】図４は、センサノード１０２の前提動作例を示す説明図である。
【図５】図５は、サーバ２０１および収集装置１０１のハードウェア構成例を示すブロック図である。
【図６】図６は、各信号のパケット構成例を示す説明図である。
【図７】図７は、各動作における構成要素の電力状態を示す説明図である。
【図８】図８は、センサノード１０２の機能的構成例を示す説明図である。
【図９】図９は、サーバ２０１の機能的構成例を示す説明図である。
【図１０】図１０は、収集装置１０１の機能的構成例を示す説明図である。
【図１１】図１１は、交代例を示す説明図である。
【図１２】図１２は、交代回数の決定例を示す説明図である。
【図１３】図１３は、交代順登録信号の転送例を示すシーケンス図である。
【図１４】図１４は、ホップ数と登録された順番の例を示す説明図である。
【図１５】図１５は、定期測定と見張り時間とを示す説明図である。
【図１６】図１６は、定期測定後の見張りノードの遷移例を示す説明図である。
【図１７】図１７は、センサノード１０２が行う信号受信時の処理手順例を示すフローチャートである。
【図１８】図１８は、センサノード１０２が行うタイマ割り込み時の処理手順例を示すフローチャートである。
【図１９】図１９は、センサノード１０２が行う緊急イベント発生時の処理手順例を示すフローチャートである。
【図２０】図２０は、サーバ２０１が行う処理手順例を示すフローチャートである。
【図２１】図２１は、収集装置１０１が行う処理手順例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかるシステム、通信ノード、および切り替え方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明にかかるシステムの動作例を示す説明図である。システム１００は、センサと小型の無線通信回路を有するセンサノード１０２がセンサネットワークを形成し、センサのデータを収集できるセンサネットワークシステムである。システム１００は、複数のセンサノード１０２と、収集装置１０１と、を有する。センサノード１０２は、センサを有する無線の通信ノードであり、配置領域１０３に設けられる。例えば、センサノード１０２は、自発電によって得られた電力をバッテリに充電する。収集装置１０１は、複数のセンサノード１０２からセンサのデータを収集するための通信装置である。システム１００の詳細例については、図２に示す。
【００１４】
複数のセンサノード１０２は、同時期に各々が、第１状態Ｓｔ１と、第２状態Ｓｔ２と、を交互に切り替える。例えば、第１状態Ｓｔ１は、自センサノード１０２において所定の異常が発生した場合に異常が発生したことを通知する異常通知信号を収集装置１０１へ送信する状態である。所定の異常とは、例えば、配置領域１０３の環境の急激な変化などの緊急度の高いような異常である。ここで、異常通知信号は、例えば、緊急イベント信号と称する。第２状態Ｓｔ２は、緊急イベント信号と異なるデータ信号を収集装置１０１によって送信する状態である。ここでは、緊急イベント信号の通知先と、データ信号の通知先を同じ収集装置１０１にしているが、異なる装置あってもよい。
【００１５】
第２状態Ｓｔ２は、センサノード１０２の各部に電源が供給された起動状態である。具体的に、まず、第２状態Ｓｔ２は、センサノード１０２が、センサノード１０２が有するセンサによって測定を行い、測定値を通知するデータ信号を通信装置へ送信する状態である。また、第２状態Ｓｔ２では、センサノード１０２は、他のセンサノード１０２から送信されたデータ信号を転送する。ここで、第２状態Ｓｔ２における処理を定期測定と称する。各センサノード１０２は、図４に示すような間欠動作を行うため、第２状態Ｓｔ２における測定およびデータ送信によりバッテリの電力を大幅に消耗してしまう。そこで、本実施の形態では、第１状態Ｓｔ１の期間Ｉに自センサノード１０２が有するバッテリ充電を行う。
【００１６】
センサノード１０２は、第１状態Ｓｔ１の期間Ｉの各々では、第１状態Ｓｔ１の期間Ｉに含まれる一部の期間ｉに第３状態Ｓｔ３となる。第３状態Ｓｔ３は、複数のセンサノード１０２のうち自センサノード１０２以外のセンサノード１０２から送信される緊急イベント信号を受信し、受信した緊急イベント信号を転送する状態である。また、センサノード１０２は、第１状態Ｓｔ１の期間Ｉの各々では、第１状態Ｓｔ１の期間Ｉに含まれる一部の期間ｉと異なる期間に緊急イベント信号を受信しない第４状態Ｓｔ４となる。第３状態Ｓｔ３は後述する見張り状態であり、第４状態Ｓｔ４は後述するスリープ状態である。
【００１７】
例えば、第３状態Ｓｔ３は、センサノード１０２が有する受信部に電源が供給される状態であり、第４状態Ｓｔ４は、センサノード１０２が有する受信部に電源が供給されない状態である。これにより、第３状態Ｓｔ３では、センサノード１０２が緊急イベント信号を受信し、第４状態Ｓｔ４ではセンサノード１０２が緊急イベント信号を受信しないようになる。
【００１８】
また、各センサノード１０２は、データ信号を第１送信電力によって送信する。各センサノード１０２は、緊急イベント信号を第１送信電力よりも大きい第２送信電力によって送信する。これにより、稼働しているセンサノード１０２の数が少なくても、より遠くに緊急イベント信号を送信することができるため、より少ない回数によって緊急イベント信号が収集装置１０１へ到達可能となる。
【００１９】
また、一部の期間ｉの長さと一部の期間ｉと異なる期間の長さとの第１比率は、第２送信電力による緊急イベント信号の到達距離と第１送信電力によるデータ信号の到達距離との第２比率に応じた値である。第２比率は後述する交代回数ｎである。図１の例では、緊急イベント信号の到達距離がデータ信号の到達距離の２倍であれば、第２比率は２となる。そのため、第１比率は、１／第２比率であり、一部の期間ｉの長さを第１状態Ｓｔ１の期間Ｉの長さ／第２比率とする。これにより、各センサノード１０２がより短い期間だけ第３状態Ｓｔ３となるため、消費電力量を低減させることができる。
【００２０】
また、センサノード１０２は、運用前に、一部の期間ｉの開始時刻を、収集装置１０１から送信された信号がセンサノード１０２に到達するまでのホップ数と第１比率によって決定する。
【００２１】
例えば、センサノード１０２−１は、第２状態Ｓｔ２の後に第３状態Ｓｔ３となる。そして、センサノード１０２−１は、第３状態Ｓｔ３の後に第４状態Ｓｔ４となる。つぎに、センサノード１０２−１は、第４状態Ｓｔ４の後に再度第２状態Ｓｔ２となる。このように、センサノード１０２−１は、第２状態Ｓｔ２、第３状態Ｓｔ３、第４状態Ｓｔ４の順に切り替えられる。また、センサノード１０２−３とセンサノード１０２−５とセンサノード１０２−８とセンサノード１０２−１０とはセンサノード１０２−１と同様の状態遷移である。
【００２２】
例えば、センサノード１０２−２は、第２状態Ｓｔ２の後に第４状態Ｓｔ４となる。そして、センサノード１０２−２は、第４状態Ｓｔ４の後に第３状態Ｓｔ３となる。つぎに、センサノード１０２−２は、第３状態Ｓｔ３の後に再度第２状態Ｓｔ２となる。このように、センサノード１０２−２は、第２状態Ｓｔ２、第４状態Ｓｔ４、第３状態Ｓｔ３の順に切り替えられる。また、センサノード１０２−４とセンサノード１０２−６とセンサノード１０２−７とセンサノード１０２−９とはセンサノード１０２−２と同様の状態遷移である。
【００２３】
図２は、本発明にかかるシステム例を示す説明図である。システム１００では、複数の無線のセンサノード１０２によって測定された測定値を収集するなどによってセンサノード１０２が設けられた配置領域１０３の環境の変化などを検出する。
【００２４】
具体的に、システム１００は、サーバ２０１と、ゲートウェイ２０２と、収集装置１０１と、複数のセンサノード１０２と、を有する。サーバ２０１とゲートウェイ２０２とは、インターネットなどのネットワークＮＥＴを介して接続される。また、図示していないが、各装置がネットワークＮＥＴを介して利用者端末と接続されてもよい。
【００２５】
サーバ２０１は、測定値の収集、蓄積、解析などを行い、ゲートウェイ２０２、収集装置１０１、センサノード１０２などのシステム１００全体を制御する。ゲートウェイ２０２は、サーバ２０１と利用者端末とが接続されたネットワークＮＥＴと、複数のセンサノード１０２と収集装置１０１とによるセンサネットワークＳＮＥＴと、の間の信号のやり取りを中継する。例えば、収集装置１０１は、センサノード１０２と通信を行うことにより測定値を収集し、収集結果をサーバ２０１へ通知する。また、収集装置１０１は、例えば、センサノード１０２に指示を出してもよい。複数のセンサノード１０２は、配置領域１０３の各位置の状態を測定する通信ノードである。また、複数のセンサノード１０２は、無線により周囲のセンサノード１０２や収集装置１０１と通信可能である。
【００２６】
（センサノード１０２のハードウェア構成例）
図３は、センサノード１０２のハードウェア構成例を示すブロック図である。センサノード１０２は、センサ３０１と、ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）３０２と、タイマ３０３と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）３０４と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）３０５と、不揮発メモリ３０６と、を有する。また、センサノード１０２は、無線回路３０８と、アンテナ３０９と、電源管理ユニット３１０と、バッテリ３１１と、ハーベスタ３１２と、などを有する。また、センサノード１０２は、センサ３０１と、ＭＣＵ３０２と、タイマ３０３と、ＲＯＭ３０４と、ＲＡＭ３０５と、不揮発メモリ３０６と、を接続する内部バス３０７を有する。また、図３中、点線の矢印は電源線を示し、実線の矢印は信号線を示す。
【００２７】
センサ３０１は、設置箇所における所定の変位量を検出する。センサ３０１は、例えば、設置箇所の圧力を検出する圧電素子や、温度を検出する素子、光を検出する光電素子などを用いることができる。図３に示すように、センサ３０１は複数種類設けられていてもよい。機能に応じて、定期測定用のセンサ３０１−１と緊急イベント用のセンサ３０１−２などのように測定タイミングを分けてもよい。定期測定では、各センサノード１０２は、第１所定間隔ごとにセンサ３０１−１によって測定を行い、測定値を収集装置１０１に通知する。緊急イベント用の測定では、各センサノード１０２は、第１所定間隔よりも短い第２所定間隔ごとにセンサ３０１−２によって測定を行い、測定値によって異常の有無を判定する。緊急イベント用の測定では、各センサノード１０２は、異常があると判定した場合に、緊急的に異常が発生したことを収集装置１０１に通知する。
【００２８】
ＭＣＵ３０２は、例えばＲＯＭ３０４に記憶されたプログラムをＲＡＭ３０５にロードして実行することにより、センサノード１０２の全体の制御やデータ処理を行う制御部である。例えば、ＭＣＵ３０２は、センサ３０１が検出したデータを処理する。タイマ３０３は、例えば、ＭＣＵ３０２などによって設定された時間をカウントする。本実施の形態では、例えば、タイマ３０３は、自発的にセンサ３０１によってセンシングするためのセンシング間隔をカウントする。また、例えば、タイマ３０３は、後述する実施例２において、近距離無線回路を停止する所定期間をカウントする。
【００２９】
ＲＯＭ３０４は、ＭＣＵ３０２が実行するプログラムなどを格納する記憶部である。ＲＡＭ３０５は、ＭＣＵ３０２における処理の一時データを格納する記憶部である。不揮発メモリ３０６は、書き込み可能なメモリであって、電力供給が途絶えたときなどにおいても書き込まれた所定のデータを保持する記憶部である。例えば、書き込み可能な不揮発メモリ３０６としては、フラッシュメモリが挙げられる。ＲＯＭ３０４、不揮発メモリ３０６などの記憶部には、例えば、交代順などが記憶される。
【００３０】
アンテナ３０９は、他のセンサノード１０２やゲートウェイ２０２と無線通信する電波を送受信する。例えば、無線回路３０８は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）である。無線回路３０８は、アンテナ３０９を介して受信した無線電波を受信信号として出力する受信回路３２２と、送信信号を無線電波としてアンテナ３０９を介して送信する送信回路３２１と、を有する。送信回路３２１の送信電力はＭＣＵ３０２によって切り替え可能である。本実施の形態では、例えば、送信回路３２１は、第１送信電力と第２送信電力との少なくとも２つの送信電力に切り替え可能とする。例えば、第１送信電力は、近距離に配置されたセンサノード１０２に送信信号が直接通信可能な電力である。例えば、第２送信電力は、第１送信電力よりも強い送信電力であって、収集装置１０１までに送信信号が直接通信可能な電力である。第１送信電力と第２送信電力については、センサノード１０２の配置領域１０３、センサノード１０２の配置数、収集装置１０１の配置位置などに基づいて決定される。また、本実施の形態では、例えば、送信回路３２１の各送信電力は、予め定められた距離までに信号が到達可能となるように設定される。ここで、第１送信電力による電波の到達可能な距離を第１電波到達距離とも呼び、送信回路３２１の第２送信電力による電波が到達する距離を第２電波到達距離とも呼ぶ。
【００３１】
ハーベスタ３１２は、センサノード１０２の設置箇所における外部環境、例えば、光、振動、温度、無線電波などのエネルギー変化に基づき発電を行う。図３の例では、ハーベスタ３１２が１つだけ設けられているが、これに限らず、同一種類のハーベスタ３１２が複数設けられていてもよいし、異なる種類のハーベスタ３１２が複数設けられていてもよい。ハーベスタ３１２は、センサ３０１によって検出された変位量に応じて発電を行ってもよいし、無線回路３０８によって受信された受信電波の変位量に応じて発電を行ってもよい。バッテリ３１１は、ハーベスタ３１２により発電された電力を蓄える。すなわち、センサノード１０２は、一次電池や外部電源などが設けられず、動作に要する電力を自装置の内部で生成する。電源管理ユニット３１０は、バッテリ３１１によって蓄えられた電力を、センサノード１０２の各部に駆動電源として供給する制御を行う。
【００３２】
図４は、センサノード１０２の前提動作例を示す説明図である。ここで、各センサノード１０２は、間欠動作を行う。間欠動作では、各センサノード１０２は、所定時間ごとに、スリープ状態から起動する。所定時間については、利用者によって定められる。そして、各センサノード１０２は、起動後に、配置箇所の状態をセンサ３０１−１によって測定する。つぎに、各センサノード１０２は、測定された測定値を収集装置１０１に送信する。各センサノード１０２は、測定値を収集装置１０１に送信後に、スリープ状態へ移行する。ここで、起動中については、起動状態と称する。また、ここでの起動状態は図１に示した第２状態Ｓｔ２である。また、図４の（ａ）に示すように、各センサノード１０２では、起動状態において、ＭＣＵ３０２による処理、送信回路３２１による無線送信、受信回路３２２による受信などによってバッテリ３１１の残量が減る。これに対して、各センサノード１０２では、スリープ状態において、充電によりバッテリ３１１の残量が増加する。
【００３３】
また、図４の（ｂ）に示すように、複数のセンサノード１０２は、起動状態において、各センサノード１０２が有するセンサ３０１の測定値を収集装置１０１へ通知するデータ信号についてはマルチホップ通信によりリレー転送する。また、上述したように、各センサノード１０２は、起動状態において、送信回路３２１の送信電力を第１送信電力とする。
【００３４】
（サーバ２０１および収集装置１０１のハードウェア構成例）
図５は、サーバ２０１および収集装置１０１のハードウェア構成例を示すブロック図である。サーバ２０１と収集装置１０１とは、同様の構成であってもよいため、同一構成として説明するが、これに限らず、異なる構成であってもよい。サーバ２０１と収集装置１０１とのいずれかを指すために、図５では、単に装置５００と称する。
【００３５】
装置５００は、センサノード１０２と異なり、外部電源に基づき動作する。装置５００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）５０１と、タイマ５０２と、ＲＯＭ５０３と、ＲＡＭ５０４と、ディスクドライブ５０５と、ディスク５０６と、Ｉ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）回路５０７と、を有する。装置５００は、ＣＰＵ５０１と、タイマ５０２と、ＲＯＭ５０３と、ＲＡＭ５０４と、ディスクドライブ５０５と、Ｉ／Ｏ回路５０７と、を接続する内部バス５１１を有する。
【００３６】
ここで、ＣＰＵ５０１は、装置５００の全体の制御を司る制御部である。ＲＯＭ５０３は、ブートプログラムなどのプログラムを記憶する記憶部である。ＲＡＭ５０４は、ＣＰＵ５０１のワークエリアとして使用される記憶部である。ディスクドライブ５０５は、ＣＰＵ５０１の制御にしたがってディスク５０６に対するデータのリード／ライトを制御する。ディスク５０６は、ディスクドライブ５０５の制御で書き込まれたデータを記憶する記憶部である。ディスク５０６としては、磁気ディスク、光ディスクなどが挙げられる。装置５００がサーバ２０１である場合、ＲＯＭ５０３やディスク５０６などの記憶部には、図９に示す収集装置１０１の識別情報や収集装置１０１の配置位置などを含む収集装置リスト９１０などが記憶される。また、装置５００がサーバ２０１である場合、ＲＯＭ５０３やディスク５０６などの記憶部には、送信回路３２１の第１送信電力による電波の第１電波到達距離ｒ、送信回路３２１の第２送信電力による電波の第２電波到達距離Ｒなどが記憶される。
【００３７】
また、Ｉ／Ｏ回路５０７には、無線通信回路５０８およびアンテナ５０９が接続される。例えば、装置５００がサーバ２０１であれば、無線通信回路５０８およびアンテナ５０９を介してゲートウェイ２０２と無線通信することにより、収集装置１０１と無線通信することができる。例えば、装置５００が収集装置１０１であれば、無線通信回路５０８およびアンテナ５０９を介してセンサノード１０２と無線通信することができる。
【００３８】
また、Ｉ／Ｏ回路５０７にはネットワークＩ／Ｆ５１０が接続される。これにより、装置５００は、ネットワークＩ／Ｆ５１０を介して、ＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）／ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）のプロトコル処理などにより、インターネットなどのネットワークを介して外部装置と通信を行うことができる。また、ネットワークＩ／Ｆ５１０による通信には、有線通信や無線通信を適用することができる。
【００３９】
また、図示していないが、キーボード、マウス、タッチパネルなどの入力装置を装置５００に設けてもよい。これにより、利用者が入力装置を介して装置５００を直接操作することが可能となる。また、例えば、ディスプレイ、プリンタ、ブザーなどの出力装置を装置５００に設けてもよい。これにより、例えば、異常が発生した場合、異常の種類に応じて、装置５００が出力装置に異常であることを出力してもよい。
【００４０】
図６は、各信号のパケット構成例を示す説明図である。まず、交代順登録信号Ｓ１は、スリープ状態において各センサノード１０２に受信回路３２２に電源を供給させる順序を登録する信号である。交代順登録信号Ｓ１は、収集装置１０１から各センサノード１０２へセンサノード１０２間のマルチホップ通信によりリレー転送される。
【００４１】
交代順登録信号Ｓ１は、識別フラグと、ホップ数と、交代回数と、を有する。識別フラグは、交代順登録信号Ｓ１であることを示す情報であり、他の信号の識別フラグと重複しないように予め定められた値であり、例えば、０ｘ０１などの固定値である。ホップ数は、収集装置１０１からセンサノード１０２までの間に経由した他のセンサノード１０２の数である。交代回数は、測定間隔において、複数のセンサノード１０２間で何回交代するかを示す数である。
【００４２】
緊急イベント信号Ｓ２は、緊急的な異常が発生したことを収集装置１０１へ通知する信号である。緊急イベント信号Ｓ２は、識別フラグと、データと、を有する。識別フラグは、緊急イベント信号Ｓ２であることを示す情報であり、他の信号の識別フラグと重複しないように予め定められた値であり、例えば、０ｘ１０などの固定値である。データとしては、例えば、異常が発生したセンサノード１０２の識別情報、緊急イベントの種類、測定値などが挙げられる。緊急イベントの種類とは、センサ３０１の種類であってもよい。上述した例では、緊急イベント用のセンサ３０１−２は１種類であるが、複数種類設けられていてもよいため、センサ３０１の種類が緊急イベント信号Ｓ２に含まれる。
【００４３】
データ信号Ｓ３は、測定値を収集装置１０１へ通知する信号である。データ信号Ｓ３は、識別フラグと、データと、を有する。識別フラグは、データ信号Ｓ３であることを示す情報であり、他の信号の識別フラグと重複しないように予め定められた値であり、例えば、０ｘ１１などの固定値である。データとしては、測定値、測定したセンサノード１０２の識別情報などが挙げられる。また、図６には、各信号の構成の一例を示したが、これに限らず、種々変更可能である。
【００４４】
図７は、各動作における構成要素の電力状態を示す説明図である。センサノード１０２の状態は、起動状態と、見張り状態と、スリープ状態と、がある。ここで、起動状態が上述したように図１に示した第２状態Ｓｔ２であり、見張り状態が図１に示した第３状態Ｓｔ３であり、スリープ状態が図１に示した第４状態Ｓｔ４である。また、ＭＣＵ３０２の電力状態は、オン状態と、スリープ状態と、がある。オン状態とは、ＭＣＵ３０２が各種処理可能な電圧がＭＣＵ３０２に供給される状態である。スリープ状態とは、ＭＣＵ３０２やタイマ３０３が有する割り込み回路などには電力が供給されてあり、ＭＣＵ３０２の演算などのメインの機能を有する回路などには電力が供給されてない状態である。また、ＭＣＵ３０２が有する割り込み回路が割り込み信号を受け付けると、ＭＣＵ３０２がオン状態になる。また、ＭＣＵ３０２には、すべてに電力が供給されず、あらゆる動作ができないオフ状態があるが、本実施の形態ではオフ状態を利用しない。
【００４５】
また、受信回路３２２の電力状態はオン状態とオフ状態とがある。オン状態とは、受信回路３２２に電源が供給される状態である。オフ状態とは、受信回路３２２に電源が供給されない状態であり、電波の受信ができない状態である。また、センサ３０１の電力状態はオン状態とオフ状態とがある。オン状態とは、センサ３０１に電源が供給される状態である。オフ状態とは、センサ３０１に電源が供給されない状態である。
【００４６】
例えば、センサノード１０２の状態が起動状態である場合、ＭＣＵ３０２はオン状態であり、受信回路３２２はオン状態であり、定期測定用のセンサ３０１−１はオン状態であり、緊急イベント用のセンサ３０１−２はオン状態である。
【００４７】
例えば、センサノード１０２の状態が見張り状態である場合、ＭＣＵ３０２はスリープ状態であり、受信回路３２２はオン状態であり、定期測定用のセンサ３０１−１はオフ状態であり、緊急イベント用のセンサ３０１−２はオン状態である。例えば、センサノード１０２の状態がスリープ状態である場合、ＭＣＵ３０２はスリープ状態であり、受信回路３２２はオフ状態であり、定期測定用のセンサ３０１−１はオフ状態であり、緊急イベント用のセンサ３０１−２はオン状態である。
【００４８】
（センサノード１０２の機能的構成例）
図８は、センサノード１０２の機能的構成例を示す説明図である。センサノード１０２は、制御部８０１と、受信部８０２と、送信部８０３と、電力制御部８０４と、記憶部８０５と、を有する。受信部８０２は、受信回路３２２によって実現される。送信部８０３は、送信回路３２１によって実現される。電力制御部８０４は、電源管理ユニット３１０によって実現される。記憶部８０５は、例えば、ＲＯＭ３０４やＲＡＭ３０５や不揮発メモリ３０６などによって実現される。制御部８０１は、例えば、ＭＣＵ３０２やタイマ３０３などによって実現される。また、制御部８０１の各処理は、例えば、ＭＣＵ３０２がアクセス可能な記憶部８０５に記憶されたプログラムにコーディングされている。そして、ＭＣＵ３０２が記憶部８０５からプログラムを読み出して、プログラムにコーディングされている処理を実行する。これにより、制御部８０１の各処理が実現される。また、各部の処理結果は、例えば、記憶部８０５に記憶される。
【００４９】
（サーバ２０１の機能的構成例）
図９は、サーバ２０１の機能的構成例を示す説明図である。サーバ２０１は、制御部９０１と、受信部９０２と、送信部９０３と、記憶部９０４と、を有する。受信部９０２および送信部９０３は、例えば、無線通信回路５０８によって実現される。制御部９０１は、ＣＰＵ５０１などによって実現される。また、制御部９０１の各処理は、例えば、ＣＰＵ５０１がアクセス可能な記憶部９０４に記憶されたプログラムにコーディングされている。そして、ＣＰＵ５０１が記憶部９０４からプログラムを読み出して、プログラムにコーディングされている処理を実行する。これにより、制御部９０１の各処理が実現される。また、各部の処理結果は、例えば、記憶部９０４に記憶される。
【００５０】
（収集装置１０１の機能的構成例）
図１０は、収集装置１０１の機能的構成例を示す説明図である。収集装置１０１は、制御部１００１と、受信部１００２と、送信部１００３と、記憶部１００４と、を有する。受信部１００２および送信部１００３は、例えば、無線通信回路５０８によって実現される。制御部１００１は、ＣＰＵ５０１などによって実現される。また、制御部１００１の各処理は、例えば、ＣＰＵ５０１がアクセス可能な記憶部１００４に記憶されたプログラムにコーディングされている。そして、ＣＰＵ５０１が記憶部１００４からプログラムを読み出して、プログラムにコーディングされている処理を実行する。これにより、制御部１００１の各処理が実現される。また、各部の処理結果は、例えば、記憶部１００４に記憶される。
【００５１】
図１１は、交代例を示す説明図である。例えば、見張り状態であるセンサノード１０２を見張りノードとも呼び、スリープ状態であるセンサノード１０２をスリープノードとも呼ぶ。図１１の（１）では、見張りノードはセンサノード１０２−１〜センサノード１０２−５である。見張りノードは、受信回路３２２に電源が供給されてあるため、スリープノードよりもバッテリ３１１の電力消費量が大きい。そのため、同一のセンサノード１０２が常時見張りノードであると、バッテリ３１１の電力が不足する可能性があるため、見張り状態とスリープ状態とが切り替えられる。そして、図１１の（２）では、見張りノードがセンサノード１０２−６〜センサノード１０２−１０となり、センサノード１０２−１〜センサノード１０２−５がスリープノードとなる。
【００５２】
このように、運用時に見張りノードを交代制にするために、サーバ２０１は、例えば運用開始時に見張り状態とスリープ状態とを切り替える交代回数を決定する。そして、サーバ２０１は、決定した交代回数に基づいて複数のセンサノード１０２の各々に切り替える順を決定させる。
【００５３】
図１２は、交代回数の決定例を示す説明図である。まず、制御部９０１は、見張り状態とスリープ状態とを切り替える交代回数を決定する。例えば、図１２の（ａ）に示すように、制御部９０１は、第１電波到達距離ｒと第２電波到達距離Ｒとの比によって交代回数ｎを決定する。図１２の例では、交代回数ｎはＲ／ｒを超えない最大の実数である（図１２中［  ］はガウス記号）。制御部９０１は、決定された交代回数ｎを記憶部９０４に記憶する。
【００５４】
図１２の（ｂ）に示すように、交代回数ｎが４である場合を例に挙げると、センサノード１０２−１２が最大の送信電力である第２送信電力ｐ２によって信号を送信した場合に、センサノード１０２−８〜センサノード１０２−１１については当該信号を受信可能である。そのため、センサノード１０２−８〜センサノード１０２−１１のうち、いずれかが見張りノードであればよい。また、センサノード１０２−８が第２送信電力ｐ２によって信号を送信した場合に、センサノード１０２−４〜センサノード１０２−７については当該信号を受信可能である。そのため、センサノード１０２−４〜センサノード１０２−７のうちのいずれかが見張りノードであればよい。
【００５５】
つぎに、制御部９０１は、収集装置リスト９１０に基づいて、複数の収集装置１０１からいずれか１つの収集装置１０１を選択する。そして、送信部９０３は、交代回数ｎを含む交代順登録信号を複数のセンサノード１０２に送信させる指示を制御部９０１によって選択された収集装置１０１へ送信する。収集装置リスト９１０は、例えば、収集装置１０１の識別情報や収集装置１０１の配置位置などを含む。
【００５６】
つぎに、受信部１００２は、送信部９０３からの指示を受信する。制御部１００１は、受信部１００２が受信した指示に基づいて、ホップ数を０にし、交代回数をｎとした交代順登録信号Ｓ１を生成する。そして、送信部１００３は、生成した交代順登録信号Ｓ１を複数のセンサノード１０２へ送信する。
【００５７】
受信部８０２は、交代順登録信号Ｓ１を受信する。そして、制御部８０１は、交代順登録信号Ｓ１に含まれるホップ数を交代順登録信号Ｓ１に含まれる交代回数ｎによって除算した時の余りを算出する。制御部８０１は、算出した余りを順番ｄとして記憶部８０５に記憶する。そして、制御部８０１は、ホップ数を１カウントアップした交代順登録信号Ｓ１を生成する。つぎに、送信部８０３は、生成された交代順登録信号Ｓ１を送信する。
【００５８】
図１３は、交代順登録信号の転送例を示すシーケンス図である。上述したように、サーバ２０１は、収集装置１０１に複数のセンサノード１０２に交代順登録を行わせる指示を収集装置１０１に送信する（ステップＳ１３０１）。収集装置１０１は、交代順登録を行わせる指示を受信すると、複数のセンサノード１０２に交代順登録信号Ｓ１を送信する（ステップＳ１３０２）。例えば、センサノード１０２−０は、交代順登録信号Ｓ１を受信すると、受信した交代順登録信号Ｓ１に基づいて順番ｄを登録する。そして、例えば、センサノード１０２−０は、ホップ数を１カウントアップした交代順登録信号Ｓ１を転送する（ステップＳ１３０３）。
【００５９】
センサノード１０２−０と同様に、センサノード１０２−１は、交代順登録信号Ｓ１を受信すると、受信した交代順登録信号Ｓ１に基づいて順番ｄを登録する。そして、例えば、センサノード１０２−１は、ホップ数を１カウントアップした交代順登録信号Ｓ１を転送する（ステップＳ１３０４）。このようにリレー転送によりセンサノード１０２−Ｎまで交代順登録信号Ｓ１が送信される。
【００６０】
図１４は、ホップ数と登録された順番の例を示す説明図である。ここでは、交代回数ｎが４の場合を例に挙げる。例えば、センサノード１０２−０は、交代順登録信号Ｓ１に含まれるホップ数が０であるため、順番ｄは０となる。例えば、センサノード１０２−１は、交代順登録信号Ｓ１に含まれるホップ数が１であるため、順番ｄは１となる。例えば、センサノード１０２−２は、交代順登録信号Ｓ１に含まれるホップ数が２であるため、順番ｄは２となる。例えば、センサノード１０２−３は、交代順登録信号Ｓ１に含まれるホップ数が３であるため、順番ｄは３となる。例えば、センサノード１０２−４は、交代順登録信号Ｓ１に含まれるホップ数が４であるため、順番ｄは０となる。
【００６１】
また、図１４の例では、センサノード１０２−４とセンサノード１０２−８とは順番ｄが０となる。図１４の例では、センサノード１０２−５とセンサノード１０２−９とは順番ｄが１となる。図１４の例では、センサノード１０２−６とセンサノード１０２−１０とは順番ｄが２となる。図１４の例では、センサノード１０２−７とセンサノード１０２−１１とは順番ｄが３となる。
【００６２】
つぎに、運用中に、制御部８０１は、タイマ５０２によってカウントされた測定間隔ごとに、起動状態となり、センサ３０１−１によって定期測定を行う。制御部８０１は、センサ３０１−１によって測定した測定値を収集装置１０１に通知するデータ信号Ｓ３を生成する。制御部８０１は、送信部８０３の送信電力を第１送信電力ｐ１にする。そして、送信部８０３は、第１送信電力ｐ１によって、生成されたデータ信号Ｓ３を送信する。
【００６３】
また、受信部８０２は、複数のセンサノード１０２のうち自センサノード１０２以外のセンサノード１０２から、自センサノード１０２以外のセンサノード１０２によって測定された測定値を収集装置１０１に通知するデータ信号Ｓ３を受信する。制御部８０１は、送信部８０３の送信電力を第２送信電力ｐ２にする。そして、送信部８０３は、第２送信電力ｐ２によって、受信されたデータ信号Ｓ３を転送する。これにより、図４に示したように、センサノード１０２間のマルチホップ通信によって各データ信号が収集装置１０１へリレー転送される。
【００６４】
つぎに、定期測定が終了した後に、制御部８０１は、測定間隔と見張り時間とをタイマ５０２に設定する。そして、制御部８０１は、センサノード１０２の状態を起動状態からスリープ状態へ移行する指示を電力制御部８０４へ行う。電力制御部８０４は、センサノード１０２をスリープ状態へ移行するために、ＭＣＵ３０２への供給する電源電圧を下げるように制御する。また、電力制御部８０４は、受信回路３２２と定期測定用のセンサ３０１−１とへの電源の供給を行わないように制御する。ただし、緊急イベント用のセンサ３０１−２へは電源が供給されたままになる。
【００６５】
また、起動状態からスリープ状態に移行する直前に、制御部８０１は、送信部８０３の送信電力を第２送信電力ｐ２にしてもよい。これにより、センサノード１０２が見張り状態である場合に、制御部８０１がスリープ状態であっても、送信部８０３は最大の送信電力である第２送信電力ｐ２によって緊急イベント信号Ｓ２を送信できる。
【００６６】
また、電力制御部８０４は、タイマ３０３によるカウントにより見張り開始時刻になると、センサノード１０２の状態をスリープ状態から見張り状態へ移行するために、受信回路３２２へ電源を供給する。そして、見張り状態である場合に、受信部８０２が緊急イベント信号Ｓ２を受信すると、送信部８０３は、第２送信電力ｐ２によって、受信された緊急イベント信号Ｓ２を送信する。
【００６７】
電力制御部８０４は、タイマ３０３によるカウントにより見張り終了時刻になると、センサノード１０２の状態を見張り状態からスリープ状態へ移行するために、受信回路３２２への電源の供給を行わないように制御する。
【００６８】
また、運用中に、センサノード１０２が見張りノードとなる見張り開始時刻は以下式（１）によって決まり、センサノード１０２が見張りノードからスリープノードとなる見張り終了時刻は以下式（２）によって決まり、見張り時間は以下式（３）によって決まる。
【００６９】
見張り開始時刻ＴＳ＝定期測定後のｉ×ｄ秒後・・・（１）
見張り終了時刻ＴＥ＝定期測定後のｉ×（ｄ＋１）秒後・・・（２）
測定間隔＝Ｉ
見張り時間＝ｉ＝Ｉ／ｎ・・・（３）
【００７０】
なお、測定間隔Ｉは、図１に示した第１状態Ｓｔ１の期間Ｉと同じであり、見張り時間ｉは図１に示した一部の期間ｉと同じである。
【００７１】
図１５は、定期測定と見張り時間とを示す説明図である。各センサノード１０２は、同時期に定期測定を行った後に、タイマ３０３によって測定間隔Ｉをカウントするとともに、タイマ３０３によって見張り開始時刻と見張り終了時刻とをカウントする。
【００７２】
順番ｄが０であるセンサノード１０２−０とセンサノード１０２−４とは、見張り開始時刻ＴＳ０になると、起動状態から見張り状態となり、見張り終了時刻ＴＥ０になると、スリープ状態となる。また、見張り開始時刻ＴＳ０から見張り終了時刻ＴＥ０までの期間、順番ｄが１〜３であるセンサノード１０２−１〜センサノード１０２−３とセンサノード１０２−Ｎとはスリープ状態である。
【００７３】
順番ｄが１であるセンサノード１０２−１は、見張り開始時刻ＴＳ１になると、スリープ状態から見張り状態となり、見張り終了時刻ＴＥ１になると、見張り状態からスリープ状態となる。また、見張り開始時刻ＴＳ１から見張り終了時刻ＴＥ１までの期間、順番ｄが０、２、３のいずれかであるセンサノード１０２−０とセンサノード１０２−２〜センサノード１０２−４とセンサノード１０２−Ｎとはスリープ状態である。
【００７４】
順番ｄが２であるセンサノード１０２−２は、見張り開始時刻ＴＳ２になると、スリープ状態から見張り状態となり、見張り終了時刻ＴＥ２になると、見張り状態からスリープ状態となる。また、見張り開始時刻ＴＳ２から見張り終了時刻ＴＥ２までの期間、順番ｄが０、１、３のいずれかであるセンサノード１０２−０とセンサノード１０２−１とセンサノード１０２−３とセンサノード１０２−４とセンサノード１０２−Ｎとはスリープ状態である。
【００７５】
順番ｄが３であるセンサノード１０２−３とセンサノード１０２−Ｎは、見張り開始時刻ＴＳ３になると、スリープ状態から見張り状態となり、見張り終了時刻ＴＥ３になると、見張り状態から起動状態となる。見張り状態の後に起動状態になるのは、タイマ３０３による測定間隔Ｉのカウントが終了するためである。また、見張り開始時刻ＴＳ３から見張り終了時刻ＴＥ３までの期間、順番ｄが０、１、２のいずれかであるセンサノード１０２−０〜センサノード１０２−２とセンサノード１０２−４とはスリープ状態である。
【００７６】
図１６は、定期測定後の見張りノードの遷移例を示す説明図である。図１６の例は、交代回数ｎが４であり、収集装置１０１−３から交代順登録信号Ｓ１を送信した例である。図１６の（１）では、定期測定を行った後、０秒後からｉ秒後までの期間における見張りノードを示す。図１６の（２）では、定期測定を行った後、ｉ秒後から２ｉ秒後までの期間における見張りノードを示す。図１６の（３）では、定期測定を行った後、２ｉ秒後から３ｉ秒後までの期間における見張りノードを示す。図１６の（４）では、定期測定を行った後、３ｉ秒後から４ｉ秒後までの期間における見張りノードを示す。
【００７７】
（センサノード１０２が行う処理手順例）
図１７は、センサノード１０２が行う信号受信時の処理手順例を示すフローチャートである。まず、センサノード１０２は、信号を受信したか否かを判断する（ステップＳ１７０１）。信号を受信していないと判断された場合（ステップＳ１７０１：Ｎｏ）、センサノード１０２は、ステップＳ１７０１へ戻る。
【００７８】
信号を受信したと判断された場合（ステップＳ１７０１：Ｙｅｓ）、センサノード１０２は、受信した信号の種類を判断する（ステップＳ１７０２）。受信した信号が緊急イベント信号であると判断された場合（ステップＳ１７０２：緊急イベント）、センサノード１０２は、第２送信電力ｐ２によって、緊急イベント信号Ｓ２を転送し（ステップＳ１７０３）、一連の処理を終了する。
【００７９】
受信した信号が交代順登録信号Ｓ１であると判断された場合（ステップＳ１７０２：交代順登録）、センサノード１０２は、順番ｄ＝受信した交代順登録信号Ｓ１に含まれるホップ数％ｎを計算する（ステップＳ１７０４）。「％」は除算結果の余りを示す。つぎに、センサノード１０２は、順番ｄを記憶部８０５に登録する（ステップＳ１７０５）。そして、センサノード１０２は、ホップ数をインクリメントする（ステップＳ１７０６）。センサノード１０２は、第１送信電力ｐ１によって、インクリメント後のホップ数を含む交代順登録信号Ｓ１を転送し（ステップＳ１７０７）、一連の処理を終了する。
【００８０】
受信した信号がデータ信号であると判断された場合（ステップＳ１７０２：データ）、センサノード１０２は、第１送信電力ｐ１によって、データ信号Ｓ３を転送し（ステップＳ１７０８）、一連の処理を終了する。
【００８１】
図１８は、センサノード１０２が行うタイマ割り込み時の処理手順例を示すフローチャートである。まず、センサノード１０２は、タイマ割り込みを受け付けたかを判断する（ステップＳ１８０１）。タイマ割り込みを受け付けていない場合（ステップＳ１８０１：Ｎｏ）、センサノード１０２は、ステップＳ１８０１へ戻る。
【００８２】
タイマ割り込みを受け付けた場合（ステップＳ１８０１：Ｙｅｓ）、センサノード１０２は、割り込みの種類を判断する（ステップＳ１８０２）。受け付けたタイマ割り込みが測定間隔Ｉのカウントによるタイマ割り込みであると判断された場合（ステップＳ１８０２：測定間隔Ｉ秒）、センサノード１０２は、ＭＣＵ３０２へ電源を供給することによって起動状態にし、定期測定を行う（ステップＳ１８０３）。定期測定については、センサ３０１による測定と、第１送信電力ｐ１による測定値を含むデータ信号の送信と、他のセンサノード１０２との同期処理と、などが行われる。例えば、同期処理とは、測定開始から所定時間経過した後にスリープ状態または見張り状態に移行することを示す。各センサノード１０２によって測定間隔をカウントするため、データ信号の送信に誤差が生じる。そのため、測定開始時刻から各センサノード１０２によるデータ信号の送信が終了すると推測される所定時間経過する。そのため、同期処理を行うことにより、より多くのデータ信号が収集装置１０１まで到達可能となる。
【００８３】
センサノード１０２は、測定間隔Ｉ秒後と、見張り時間ｉ×ｄ秒後にタイマ割り込みが発生するようにタイマ３０３を設定する（ステップＳ１８０４）。そして、センサノード１０２は、受信回路３２２への電源供給をやめ、ＭＣＵ３０２への電源の電圧を下げることにより、スリープ状態に移行し（ステップＳ１８０５）、一連の処理を終了する。
【００８４】
また、受け付けたタイマ割り込みが見張り時間のカウントによるタイマ割り込みであると判断された場合（ステップＳ１８０２：見張り時間ｉ×ｄ秒）、センサノード１０２は、受信回路３２２へ電源を供給することにより、見張り状態に移行する（ステップＳ１８０６）。つぎに、センサノード１０２は、見張り時間ｉ秒経過したか否かを判断する（ステップＳ１８０７）。見張り時間ｉ秒経過していないと判断された場合（ステップＳ１８０７：Ｎｏ）、センサノード１０２は、ステップＳ１８０７へ戻る。
【００８５】
見張り時間ｉ秒経過したと判断された場合（ステップＳ１８０７：Ｙｅｓ）、センサノード１０２は、受信回路３２２へ電源を供給しないことにより、スリープ状態に移行となり（ステップＳ１８０８）、一連の処理を終了する。
【００８６】
図１９は、センサノード１０２が行う緊急イベント発生時の処理手順例を示すフローチャートである。センサノード１０２は、センサ３０１からの割り込み信号を受け付けたか否かを判断する（ステップＳ１９０１）。割り込み信号を受け付けていないと判断された場合（ステップＳ１９０１：Ｎｏ）、センサノード１０２は、ステップＳ１９０１へ戻る。
【００８７】
割り込み信号を受け付けたと判断された場合（ステップＳ１９０１：Ｙｅｓ）、センサノード１０２は、センサ３０１から測定値を取得する（ステップＳ１９０２）。センサノード１０２は、取得した測定値やセンサ３０１の種類を有する緊急イベント信号を送信する（ステップＳ１９０３）。そして、センサノード１０２は、スリープ状態へ移行し（ステップＳ１９０４）、一連の処理を終了する。
【００８８】
（サーバ２０１が行う処理手順例）
図２０は、サーバ２０１が行う処理手順例を示すフローチャートである。サーバ２０１は、交代回数ｎを計算する（ステップＳ２００１）。サーバ２０１は、収集装置１０１を１つ選択し、選択した収集装置１０１へ交代順登録を指示する（ステップＳ２００２）。つぎに、サーバ２０１は、定期測定を行う（ステップＳ２００３）。定期測定では、収集された各センサノード１０２の測定値に基づいて、配置領域１０３の状態などを観測する。
【００８９】
つぎに、サーバ２０１は、緊急イベントがあるか否かを判断する（ステップＳ２００４）。緊急イベントがあると判断された場合（ステップＳ２００４：Ｙｅｓ）、サーバ２０１は、緊急イベントを処理し（ステップＳ２００５）、ステップＳ２００６へ移行する。
【００９０】
緊急イベントがないと判断された場合（ステップＳ２００４：Ｎｏ）、サーバ２０１は、所定時間経過したか否かを判断する（ステップＳ２００６）。所定時間とは、上述した測定間隔Ｉである。例えば、サーバ２０１は、タイマ５０２によって測定間隔Ｉをカウントしてもよい。所定時間経過していないと判断された場合（ステップＳ２００６：Ｎｏ）、サーバ２０１は、ステップＳ２００４へ戻る。一方、所定時間経過したと判断された場合（ステップＳ２００６：Ｙｅｓ）、サーバ２０１は、ステップＳ２００３へ戻る。
【００９１】
（収集装置１０１が行う処理手順例）
図２１は、収集装置１０１が行う処理手順例を示すフローチャートである。収集装置１０１は、信号を受信したか否かを判断する（ステップＳ２１０１）。受信していないと判断された場合（ステップＳ２１０１：Ｎｏ）、収集装置１０１は、ステップＳ２１０１へ戻る。一方、緊急イベント信号を受信したと判断された場合（ステップＳ２１０１：緊急イベント）、収集装置１０１は、緊急イベントをサーバ２０１に通知し（ステップＳ２１０２）、一連の処理を終了する。
【００９２】
また、収集装置１０１は、交代順登録信号を受信したと判断された場合（ステップＳ２１０１：交代順登録）、収集装置１０１は、ホップ数を０、交代回数をｎとして交代順登録信号を送信し（ステップＳ２１０３）、一連の処理を終了する。
【００９３】
以上説明したように、例えば、センサノードが間欠動作を行う場合に、センサノード１０２によって検出された異常を休止期間中にも通知するためには休止期間中にセンサノード１０２の受信回路を起動することになり、消費電力が多くなるという。このため、たとえば、休止期間中に充電を行っていても、次回起動時のバッテリ残量が不足する場合がある。そこで、本実施の形態にかかるシステム１００では、周期的な充電期間中に、センサノード１０２ごとに受信回路の動作状態と休止状態とを切り替えて、該動作状態の一部のセンサノード１０２により異常通知信号の転送を行う。これにより、消費電力を抑えつつ充電期間中の異常通知を行うことが可能となる。動作状態とは上述した見張り状態である。
【００９４】
また、各センサノード１０２は、データ信号を第１送信電力によって送信する。各センサノード１０２は、異常通知信号を第１送信電力よりも大きい第２送信電力ｐ２によって送信する。これにより、稼働しているセンサノード１０２の数が少なくても、より遠くに異常通知信号を送信することができるため、より少ない回数によって異常通知信号が収集装置１０１へ到達可能となる。
【００９５】
また、受信回路の動作状態の期間の長さと受信回路の休止状態の期間の長さとが、第２送信電力ｐ２による緊急イベント信号の到達距離と第１送信電力によるデータ信号の到達距離との第２比率に応じた値とする。これにより、各センサノード１０２がより短い期間だけ受信回路の動作状態となるため、消費電力量を低減させることができる。
【００９６】
また、センサノード１０２は、運用前に、一部の期間の開始時刻を、収集装置１０１から送信された信号がセンサノード１０２に到達するまでのホップ数によって決定する。これにより、異常通知信号が収集装置１０１に到達する精度が向上する。
【００９７】
なお、本実施の形態で説明した切り替え方法は、予め用意されたプログラムをＭＣＵ３０２で実行することにより実現することができる。本プログラムは、ＲＯＭ３０４や不揮発メモリ３０６などＭＣＵ３０２で読み取り可能な記録媒体に記録され、ＭＣＵ３０２によって記録媒体から読み出されることによって実行される。また、本プログラムは、サーバが収集装置を介して配布してもよい。
【００９８】
上述した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
【００９９】
（付記１）通信装置と、
自通信ノードにおいて所定の異常が発生した場合に前記異常が発生したことを通知する異常通知信号を前記通信装置へ送信する第１状態と、前記異常通知信号と異なるデータ信号を前記通信装置へ送信する第２状態と、を各々が同時期に交互に切り替える複数の通信ノードと、
を有し、
前記複数の通信ノードのいずれかの通信ノードが、
前記第１状態の期間の各々では、
前記第１状態の期間に含まれる一部の期間に前記複数の通信ノードのうち自通信ノード以外の通信ノードから送信される前記異常通知信号を受信し、受信した前記異常通知信号を転送する第３状態となり、
前記第１状態の期間に含まれる前記一部の期間と異なる期間に前記異常通知信号を受信しない第４状態となる、
ことを特徴とするシステム。
【０１００】
（付記２）前記異常通知信号は、前記データ信号が送信される送信電力よりも大きい送信電力によって送信されることを特徴とする付記１に記載のシステム。
【０１０１】
（付記３）前記一部の期間の長さと前記一部の期間と異なる期間の長さとの第１比率は、前記異常通知信号の到達距離と前記データ信号の到達距離との第２比率に応じた値であることを特徴とする付記２に記載のシステム。
【０１０２】
（付記４）前記一部の期間の開始時刻を、前記通信装置から送信された信号が自通信ノードに到達するまでのホップ数と前記第１比率によって決定することを特徴とする付記３に記載のシステム。
【０１０３】
（付記５）前記複数の通信ノードの各々はセンサを有し、
前記データ信号は、自通信ノードが有する前記センサのデータを前記通信装置へ送信することを特徴とする付記１〜４のいずれかに一つに記載のシステム。
【０１０４】
（付記６）自通信ノードにおいて所定の異常が発生した場合に前記異常が発生したことを通知する異常通知信号を通信装置へ送信部によって送信する第１状態と、前記異常通知信号と異なるデータ信号を前記通信装置へ前記送信部によって送信する第２状態と、を各々が同時期に交互に切り替える複数の通信ノードに含まれ、
前記第１状態の期間の各々では、
前記第１状態の期間に含まれる一部の期間に前記複数の通信ノードのうち自通信ノード以外の通信ノードから送信される前記異常通知信号を受信部によって受信し、受信した前記異常通知信号を前記送信部によって転送する第３状態となり、
前記第１状態の期間に含まれる前記一部の期間と異なる期間に前記異常通知信号を前記受信部によって受信しない第４状態となる、
ことを特徴とする通信ノード。
【０１０５】
（付記７）前記第１状態の期間の各々において、前記受信部に電源を供給することにより前記第３状態となり、前記受信部に電源を供給しないことにより前記第４状態となることを特徴とする付記６に記載の通信ノード。
【０１０６】
（付記８）自通信ノードにおいて所定の異常が発生した場合に前記異常が発生したことを通知する異常通知信号を通信装置へ送信する第１状態と、前記異常通知信号と異なるデータ信号を前記通信装置へ送信する第２状態と、を各々が同時期に交互に切り替える複数の通信ノードに含まれ、
前記第１状態の期間の各々では、
前記第１状態の期間に含まれる一部の期間に前記複数の通信ノードのうち自通信ノード以外の通信ノードから送信される前記異常通知信号を受信し、受信した前記異常通知信号を転送する第３状態となり、
前記第１状態の期間に含まれる前記一部の期間と異なる期間に前記異常通知信号を受信しない第４状態となる、
ことを特徴とする切り替え方法。
【符号の説明】
【０１０７】
１００  システム
１０１−１〜１０１−４  収集装置
１０２  センサノード
２０１  サーバ
２０２  ゲートウェイ
３０１−１，３０１−２  センサ
３０２  ＭＣＵ
３０３，５０２  タイマ
３０４，５０３  ＲＯＭ
３０６  不揮発メモリ
３１０  電源管理ユニット
３１１  バッテリ
３１２  ハーベスタ
３２１  送信回路
３２２  受信回路
５０１  ＣＰＵ
５０６  ディスク
５０８  無線通信回路
８０１，９０１，１００１  制御部
８０２，９０２，１００２  受信部
８０３，９０３，１００３  送信部
８０４  電力制御部
８０５，９０４，１００４  記憶部
ｄ  順番
ｒ  第１電波到達距離
Ｒ  第２電波到達距離
Ｓ１  交代順登録信号
Ｓ２  緊急イベント信号
Ｓ３  データ信号
ＮＥＴ  ネットワーク
ＳＮＥＴ  センサネットワーク
Ｓｔ１  第１状態
Ｓｔ２  第２状態
Ｓｔ３  第３状態
Ｓｔ４  第４状態
【国際調査報告】
2015072023.tif 000024
2015072023.tif 000025