(57)【要約】  複数のセンサノードおよび複数のセンサノードからデータを収集するサーバを含むセンサネットワークシステムにおいて、複数のセンサノードの中の第１のセンサノードは、データを取得したときに、データをサーバへ直接送信するための第１のエネルギーと、データを他のセンサノードへ送信するための第２のエネルギーと、データを第１のセンサノード内に保持するための第３のエネルギーに基づいて、データをサーバへ直接送信する第１の送信モードまたはデータを他のセンサノードへ送信する第２の送信モードを選択する。そして、第１のセンサノードは、選択した送信モードでデータをサーバまたは他のセンサノードへ送信する。
2015193956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセンサノードおよび前記複数のセンサノードからデータを収集するサーバを含むセンサネットワークシステムであって、
前記複数のセンサノードの中の第１のセンサノードは、データを取得したときに、前記データを前記サーバへ直接送信するための第１のエネルギーと、前記データを他のセンサノードへ送信するための第２のエネルギーと、前記データを前記第１のセンサノード内に保持するための第３のエネルギーに基づいて、前記データを前記サーバへ直接送信する第１の送信モードまたは前記データを前記他のセンサノードへ送信する第２の送信モードを選択し、
前記第１のセンサノードは、選択した送信モードで前記データを前記サーバまたは前記他のセンサノードへ送信する
ことを特徴とするセンサネットワークシステム。
【請求項２】
前記第２のエネルギーおよび前記第３のエネルギーの和が前記第１のエネルギーよりも小さいときは、前記第１のセンサノードは前記第２の送信モードで前記データを前記他のセンサノードへ送信し、前記第２のエネルギーおよび前記第３のエネルギーの和が前記第１のエネルギー以上であるときは、前記第１のセンサノードは前記第１の送信モードで前記データを前記サーバへ送信する
ことを特徴とする請求項１に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項３】
前記第２のエネルギーは、前記第１のセンサノードにおいて選択された送信モードに応じて更新される送信電力に比例する
ことを特徴とする請求項１に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項４】
前記第３のエネルギーは、前記第１のセンサノードが前記データを取得したときからの経過時間に比例する
ことを特徴とする請求項１に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項５】
前記データが生成されたときからの経過時間が予め指定された閾値時間を越えたときには、前記第１のセンサノードは、前記第１の送信モードで前記データを前記サーバへ送信する
ことを特徴とする請求項１に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項６】
前記第１のセンサノードから送信されたデータが他のセンサノードを経由して前記第１のセンサノードへ戻ってきたときは、前記第１のセンサノードは、前記第１の送信モードで前記データを前記サーバへ送信する
ことを特徴とする請求項１に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項７】
前記第１のセンサノードのバッテリ残量が、前記データを生成したセンサノードから前記第１のセンサノードまでの経路上の各センサノードのバッテリ残量の平均に基づいて算出される参照バッテリ残量以上であるときは、前記第１のセンサノードは、前記第１の送信モードで前記データを前記サーバへ送信する
ことを特徴とする請求項１に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項８】
前記第１のセンサノードのバッテリ残量が、前記データを生成したセンサノードから前記第１のセンサノードまでの経路上の各センサノードのバッテリ残量の平均および標準偏差に基づいて算出される参照バッテリ残量以上であるときは、前記第１のセンサノードは、前記第１の送信モードで前記データを前記サーバへ送信する
ことを特徴とする請求項１に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項９】
前記第１のセンサノードは、前記データを取得したときに、ビーコン信号を送信し、
前記ビーコン信号を受信したセンサノードは、前記データを前記サーバへ直接送信することができると判定したときは、前記ビーコン信号に対応するビーコン応答を前記第１のセンサノードへ送信し、
前記第１のセンサノードが前記ビーコン応答を受信し、且つ、前記第２のエネルギーおよび前記第３のエネルギーの和が前記第１のエネルギーよりも小さいときに、前記第１のセンサノードは、前記第２の送信モードで前記ビーコン応答の送信元のセンサノードへ前記データを送信する
ことを特徴とする請求項１に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項１０】
前記第１のセンサノードは、前記第１の送信モードでデータを送信したときは、次のビーコン信号を送信するための送信電力を大きくする
ことを特徴とする請求項９に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項１１】
前記第１のセンサノードは、前記第２の送信モードでデータを前記サーバへ送信したときは、次のビーコン信号を送信するための送信電力を小さくする
ことを特徴とする請求項９または１０に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項１２】
複数のセンサノードおよび前記複数のセンサノードからデータを収集するサーバを含むセンサネットワークシステムにおいて使用されるデータ伝送方法であって、
前記複数のセンサノードの中の第１のセンサノードは、データを取得したときに、前記データを前記サーバへ直接送信するための第１のエネルギーと、前記データを他のセンサノードへ送信するための第２のエネルギーと、前記データを前記第１のセンサノード内に保持するための第３のエネルギーに基づいて、前記データを前記サーバへ直接送信する第１の送信モードまたは前記データを前記他のセンサノードへ送信する第２の送信モードを選択し、
前記第１のセンサノードは、選択した送信モードで前記データを前記サーバまたは前記他のセンサノードへ送信する
ことを特徴とするデータ伝送方法。
【請求項１３】
複数のセンサノードおよび前記複数のセンサノードからデータを収集するサーバを含むセンサネットワークシステムにおいて使用されるセンサノードであって、
センサと、
プロセッサと、
無線送受信器と、を有し、
前記プロセッサは、
前記センサまたは他のセンサノードからデータを取得し、
前記データを前記サーバへ直接送信するための第１のエネルギーと、前記データを他のセンサノードへ送信するための第２のエネルギーと、前記データを保持するための第３のエネルギーに基づいて、前記データを前記サーバへ直接送信する第１の送信モードまたは前記データを前記他のセンサノードへ送信する第２の送信モードを選択し、
前記無線送受信器は、前記プロセッサにより選択された送信モードで前記データを前記サーバまたは前記他のセンサノードへ送信する
ことを特徴とするセンサノード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサネットワークシステム、センサネットワークシステムにおいて使用されるデータ伝送方法、及びセンサネットワークシステムにおいて使用されるセンサノードに係わる。
【背景技術】
【０００２】
センサネットワークシステムは、センシング対象領域に多数のセンサノードを有し、それらのセンサノードを用いてデータを収集する。各センサノードは、１または複数のセンサを備え、センシングデータを取得する。例えば、海の水質を調査するシステムでは、各センサノードは、水質を検出するセンサを含み、検出した水質を表すデータを生成する。また、地すべりを監視するシステムでは、各センサノードは、地盤の歪を検出するセンサを含み、検出した歪を表すデータを生成する。そして、各センサノードは、取得したセンシングデータをサーバへ送信する。【０００３】
近年では、各センサノードが移動することができるセンサネットワークシステムが実用化されている。例えば、ＩＴＳ（Intelligent Transport Systems）分野においては、各車両（及び、人）にそれぞれセンサノードが取り付けられる。この場合、センサノードは、無線通信でセンシングデータをサーバへ送信する。【０００４】
なお、監視センタへ海水浴客の現在位置を通知できるようにするシステムが提案されている（例えば、特許文献１）。また、省電力化と通信信頼性の向上とを両立させたセンサ情報収集方法が提案されている（例えば、特許文献２）。さらに、各センサノードで収集されたデータをシンクノードまで確実に送信できるデータ送信方法が提案されている（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３４８０１１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９３４１３号公報
【特許文献３】特開２００６−２８７５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
センサノードが移動することができるセンサネットワークシステムでは、各センサノードがデータを直接的にサーバへ送信することが多い。この場合、各センサノードは、無線信号がサーバまで到達可能な送信電力でデータを送信する。このため、各センサノードの消費電力が大きくなってしまう。【０００７】
ここで、例えば、各センサノードは、そのセンサノードに内蔵されたバッテリで動作するものとする。この場合、データ送信の消費電力が大きいと、バッテリの寿命が短くなってしまう。すなわち、センサノードが動作できる期間が短くなってしまう。そして、センサネットワークシステムにおいて、使用可能なセンサノードの個数が少なくなると、収集した情報の価値も低下してしまう。【０００８】
本発明の１つの側面に係わる目的は、センサネットワークシステムにおいて使用されるセンサノードの消費電力を削減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの態様のセンサネットワークシステムは、複数のセンサノードおよび前記複数のセンサノードからデータを収集するサーバを含む。前記複数のセンサノードの中の第１のセンサノードは、データを取得したときに、前記データを前記サーバへ直接送信するための第１のエネルギーと、前記データを他のセンサノードへ送信するための第２のエネルギーと、前記データを前記第１のセンサノード内に保持するための第３のエネルギーに基づいて、前記データを前記サーバへ直接送信する第１の送信モードまたは前記データを前記他のセンサノードへ送信する第２の送信モードを選択する。そして、前記第１のセンサノードは、選択した送信モードで前記データを前記サーバまたは前記他のセンサノードへ送信する。
【発明の効果】
【００１０】
上述の態様によれば、センサネットワークシステムにおいて使用されるセンサノードの消費電力が削減される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の１つの実施形態に係わるセンサネットワークシステムの一例を示す図である。
【図２】センサノードのハードウェア構成の一例を示す図である。
【図３】センサノードのプロセッサにより提供される機能を説明する図である。
【図４】送信データおよびビーコン信号のフォーマットの例を示す図である。
【図５】平均バッテリ残量および標準偏差について説明する図である。
【図６】センサノードからデータ収集サーバへのデータ伝送の実施例を示す図（その１）である。
【図７】センサノードからデータ収集サーバへのデータ伝送の実施例を示す図（その２）である。
【図８】センサノードからデータ収集サーバへのデータ伝送の実施例を示す図（その３）である。
【図９】センサノードからデータ収集サーバへのデータ伝送の実施例を示す図（その４）である。
【図１０】センサノードからデータ収集サーバへのデータ伝送の実施例を示す図（その５）である。
【図１１】センサノードからデータ収集サーバへのデータ伝送の実施例を示す図（その６）である。
【図１２】センサノードからデータ収集サーバへのデータ伝送の実施例を示す図（その７）である。
【図１３】センサノードの動作を示すフローチャートである。
【図１４】ビーコン応答処理を示すフローチャートである。
【図１５】データ循環評価を示すフローチャートである。
【図１６】リアルタイム性評価を示すフローチャートである。
【図１７】バッテリ残量評価を示すフローチャートである。
【図１８】マルチホップ通信処理を示すフローチャートである。
【図１９】送信電力更新処理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】
図１は、本発明の１つの実施形態に係わるセンサネットワークシステムの一例を示す。図１に示す実施例では、センサネットワークシステム１００は、複数のセンサノード１および複数のセンサノード１からデータを収集するデータ収集サーバ２を含む。なお、図１において、各センサノード１は、楕円形のシンボルで表されている。
【００１３】
センサノード１は、１または複数のセンサを含むセンサデバイスである。また、センサノード１は、無線リンクを介して信号を送信および受信することができる。すなわち、センサノード１は、無線ネットワークにおいて、データを処理することができ、周囲の環境を検知することができ、他のセンサノードおよびサーバと通信を行うことができる。
【００１４】
センサネットワークシステム１００は、センシング対象フィールドに多数のセンサノード１を配置（または、散布）することにより構成される。センシング対象フィールドは、この実施例では、環境データを収集すべき領域を意味する。また、各センサノード１は、移動可能であるものとする。例えば、センサノード１が車両に取り付けられたときは、車両が走行すると、センサノード１の位置が変化する。また、センサノード１が海に散布されたときは、波および潮によってセンサノード１の位置が変化する。なお、図１に示す破線矢印は、センサノード１が移動している状態を表している。
【００１５】
センサノード１は、センサを用いて環境を検知することができる。そして、センサにより環境が検知されたときは、センサノード１は、この検知結果を表す環境データを生成する。例えば、センサノード１が温度センサを有するときは、センサノード１は温度データを生成する。そして、センサノード１は、環境データを生成すると、その環境データをデータ収集サーバ２へ送信する。ただし、センサノード１は、下記の２つの送信モードを使用可能である。
（１）マルチホップ通信モード
（２）ダイレクト通信モード
【００１６】
センサノード１は、マルチホップ通信モードを選択したときは、生成した環境データを他のセンサノードへ送信する。この場合、環境データを受信したセンサノードは、マルチホップ通信モードまたはダイレクト通信モードを選択し、選択した送信モードでその環境データを送信する。一方、センサノード１は、ダイレクト通信モードを選択したときは、取得した環境データをデータ収集サーバ２へ直接的に送信する。
【００１７】
このとき、センサノード１は、様々な要因を考慮して送信モードを選択することができる。この実施例では、センサノード１は、下記の要因に基づいて送信モードを選択する。
（１）消費エネルギー評価（センサノード１の消費電力を小さくする）
（２）リアルタイム性評価（指定された所定の時間内に環境データをデータ収集サーバ２に到着させる）
（３）バッテリ残量評価（センシング対象フィールド内の複数のセンサノード１のバッテリ残量のばらつきを小さくする）
（４）データ循環評価（マルチホップ通信において環境データがセンシング対象フィールド内で循環してしまう状態を回避する）
【００１８】
なお、この出願においては、「エネルギー」は例えば「電力」で表されるものとする。ここで、センサノード１が環境データを送信するために必要な電力は、無線信号の到達距離に依存する。したがって、例えば、個々のセンサノード１の消費電力を小さくするためには、ダイレクト通信モードを選択するよりも、マルチホップ通信モードを選択する方が好ましい。ただし、他の要因（２）〜（４）に係わる要求を満足するためには、センサノード１はダイレクト通信モードで環境データを送信することがある。なお、各センサノード１が送信モードを選択する方法については、後で詳しく説明する。
【００１９】
このように、各センサノード１は、ダイレクト通信モードまたはマルチホップ通信モードで、環境データをデータ収集サーバ２へ向けて送信する。この結果、データ収集サーバ２は、複数のセンサノード１においてそれぞれ検知された環境データを収集することができる。そして、データ収集サーバ２は、収集した環境データに基づいて、例えば、センシング対象フィールドの環境を分析する。
【００２０】
なお、上述の記載では、センサネットワークシステム１００は複数のセンサノード１およびデータ収集サーバ２を含むが、本発明はこの構成に限定されるものではない。たとえば、センサネットワークシステム１００はデータ収集サーバ２を含まなくてもよい。すなわち、複数のセンサノード１により構成されるネットワークを「センサネットワークシステム」と呼ぶようにしてもよい。
【００２１】
センサノード１は、自ノード内のセンサによる検知結果から環境データを生成することができる。また、センサノード１は、他のノードから環境データを受信することがある。以下の記載では、センサノード１が環境データを取得する動作は、自ノード内のセンサによる検知結果から環境データを生成する動作、及び、他のノードから環境データを受信する動作を含むものとする。
【００２２】
上述の記載では、センサノード１が環境データを取得するが、本発明はこの構成に限定されるものではない。すなわち、センサノード１は、環境データ以外のデータを取得してもよい。よって、以下の記載では、センサノード１からデータ収集サーバ２へ送信される様々なデータを、単に「データ」と呼ぶことがある。
【００２３】
図２は、センサノード１のハードウェア構成の一例を示す。センサノード１は、図２に示すように、バッテリ１１、環境発電素子（Energy-harvesting device）１２、センサ１３、プロセッサ１４、ＲＦ送受信器１５を有する。
【００２４】
バッテリ１１は、電気エネルギーを蓄積する。そして、バッテリ１１は、センサ１３、プロセッサ１４、ＲＦ送受信器１５に電力を供給する。環境発電素子１２は、電波、光、温度、または振動などを利用して電気エネルギーを生成することができる。環境発電素子１２により生成される電気エネルギーは、バッテリ１１に蓄積される。
【００２５】
センサ１３は、センサの種別に対応する状態または環境を検知する。例えば、センサ１３が温度センサであれば、センサ１３はセンサノード１の周辺の温度を検出する。プロセッサ１４は、センサノード１がデータを取得したときに、送信モードを選択する。「センサノード１がデータを取得したとき」は、「センサ１３による検知結果からデータを生成したとき」および「他のセンサノード１からデータを受信したとき」を含む。また、プロセッサ１４は、メモリおよび時計を含むものとする。
【００２６】
ＲＦ送受信器１５は、プロセッサ１４により選択された送信モードで、センサノード１が取得したデータを送信する。すなわち、マルチホップ通信モードが選択されたときは、ＲＦ送受信器１５は、後述するビーコンを利用して特定されるセンサノード１へデータを送信する。一方、ダイレクト通信モードが選択されたときは、ＲＦ送受信器１５は、データをデータ収集サーバ２へ直接的に送信する。また、ＲＦ送受信器１５は、他のセンサノード１およびデータ収集サーバ２から無線信号を受信することができる。なお、ＲＦ送受信器１５において、他のセンサノード１との間で無線信号を送信および受信するための回路、およびデータ収集サーバ２との間で無線信号を送信および受信するための回路は、互いに独立していてもよい。
【００２７】
上述のセンサノード１において、プロセッサ１４は、必要に応じて起動される構成であってもよい。この場合、例えば、センサ１３は、検知した値が変化したときに、プロセッサ１４を起動してもよい。また、センサ１３は、検知指示が与えられたときに、検知結果をプロセッサ１４へ出力するようにしてもよい。検知指示は、例えば、データ収集サーバ２からセンサノード１へ与えられえる。或いは、プロセッサ１４が検知指示を生成できるようにしてもよい。
【００２８】
なお、センサノード１は、環境発電素子１２を有していなくてもよい。この場合、バッテリ１１が切れると、センサノード１は動作できなくなる。ただし、バッテリ１１を交換すれば、センサノード１は動作を継続することができる。また、センサノード１は、図２に示していない他の回路要素を有していてもよい。
【００２９】
図３は、センサノード１のプロセッサ１４により提供される機能を説明する図である。プロセッサ１４は、与えられたプログラムを実行することにより、データ取得部２１、データ処理部２２、ビーコン生成部２３、ビーコン応答部２４、送信モード選択部２５、送信電力更新部２６を提供することができる。ただし、これらの機能の一部は、ハードウェア回路で実現してもよい。また、プロセッサ１４は、図３に示していない他の機能を提供することもできる。
【００３０】
データ取得部２１は、センサ１３から検知結果を表すデータを取得する。また、データ取得部２１は、ＲＦ送受信器１５が他のセンサノード１から受信するデータを取得する。データ処理部２２は、データ取得部２１により取得されたデータから送信データを生成する。
【００３１】
図４（ａ）は、送信データのフォーマットの一例を示す。送信データは、この実施例では、宛先アドレス（ＤＡ）、送信元アドレス（ＳＡ）、データＩＤ、平均バッテリ残量、標準偏差、ホップ数、タイムスタンプ、センシング値を含む。
【００３２】
宛先アドレスは、マルチホップ通信モードが選択されたときは、後述するビーコンを利用して特定されるセンサノード１を表す。また、ダイレクト通信モードが選択されたときは、宛先アドレスは、データ収集サーバ２を表す。送信元アドレスは、センサノード（自ノード）１を表す。データＩＤは、センサネットワークシステム１００内で各データを識別する。平均バッテリ残量は、データを生成したセンサノード１から自ノードまでの経路上の各センサノード１のバッテリ残量の平均を表す。また、標準偏差は、データを生成したセンサノード１から自ノードまでの経路上の各センサノード１のバッテリ残量の標準偏差を表す。ホップ数は、データを生成したセンサノード１から自ノードまでのホップ数を表す。したがって、このホップ数は、データを生成したセンサノード１から自ノードまでの経路上のセンサノード１の個数に相当する。タイムスタンプは、データが生成された時刻を表す。センシング値は、センサ１３により検知された値を表す。
【００３３】
なお、送信データは、図４（ａ）に示していない他の情報要素を含んでいてもよい。また、センサノード１は、複数のセンサノードにおいてそれぞれ検知されたセンシング値をまとめて次ノードまたはデータ収集サーバ２へ送信してもよい。たとえば、センサノードＡ、Ｂ、Ｃ、．．．を介してデータがマルチホップ転送されるものとする。また、センサノードＡ、Ｂ、Ｃは、それぞれデータＡ、Ｂ、Ｃを生成するものとする。この場合、センサノードＡは、データＡをセンサノードＢへ送信する。センサノードＢは、データＢおよび受信したデータＡをまとめてセンサノードＣへ送信する。センサノードＣは、データＣおよび受信したデータＡ、Ｂをまとめて次ノードへ送信する。この場合、データ送信回数が少なくなるので、各センサノード１の消費電力および／またはセンサネットワークシステム１００全体の消費電力が削減され、また、データ収集サーバ２におけるデータ受信処理の負荷が削減される。
【００３４】
図５は、平均バッテリ残量および標準偏差について説明する図である。この例では、センサノード１ｗにおいて生成されたデータが、センサノード１ｘ、１ｙを経由してセンサノード１ｚまで伝送されるものとする。なお、センサノード１ｗ、１ｘ、１ｙ、１ｚに対して表記されている値「１００」「８０」「６０」「７０」は、バッテリ１１の残量を表す。
【００３５】
センサノード１ｗのバッテリ１１の残量は「１００」である。したがって、センサノード１ｗからセンサノード１ｘへ伝送されるデータに格納される平均バッテリ残量および標準偏差は、以下の通りである。
平均バッテリ残量：１００（センサノード１ｗのバッテリ残量）
標準偏差：なし
【００３６】
センサノード１ｘのバッテリ１１の残量は「８０」である。したがって、センサノード１ｘからセンサノード１ｙへ伝送されるデータに格納される平均バッテリ残量および標準偏差は、以下の通りである。
平均バッテリ残量：９０（センサノード１ｗ、１ｘのバッテリ残量の平均）
標準偏差：１０（センサノード１ｗ、１ｘのバッテリ残量の標準偏差）
【００３７】
センサノード１ｙのバッテリ１１の残量は「６０」である。したがって、センサノード１ｙからセンサノード１ｚへ伝送されるデータに格納される平均バッテリ残量および標準偏差は、以下の通りである。
平均バッテリ残量：８０（センサノード１ｗ、１ｘ、１ｙのバッテリ残量の平均）
標準偏差：16.3（センサノード１ｗ、１ｘ、１ｙのバッテリ残量の標準偏差）
【００３８】
平均バッテリ残量および標準偏差は、データを受信したセンサノード１において送信モードを選択する際に使用される。例えば、図５に示すセンサノード１ｚは、センサノード１ｙから受信するデータに格納されている平均バッテリ残量および標準偏差、およびセンサノード１ｚのバッテリ残量に基づいて、マルチホップ通信モードまたはダイレクト通信モードを選択してもよい。なお、平均バッテリ残量および標準偏差を利用して送信モードを選択する方法（即ち、バッテリ残量評価）の実施例は、後で説明する。
【００３９】
ビーコン生成部２３は、ビーコン信号を生成する。ビーコン信号は、図４（ｂ）に示すように、宛先アドレス（ＤＡ）、送信元アドレス（ＳＡ）、データサイズ情報を含む。ビーコン信号は、図４（ａ）に示すデータの送信先ノードをサーチするために使用されるので、宛先アドレスには、例えば、マルチキャストアドレスが設定される。送信元アドレスは、センサノード（自ノード）１を表す。データサイズ情報は、図４（ａ）に示すデータのサイズを表す。
【００４０】
ビーコン応答部２４は、センサノード１がビーコン信号を受信したときに、ビーコン応答を生成する。ただし、ビーコン応答部２４は、この実施例では、受信したビーコン信号に対応するデータをデータ収集サーバ２へ送信することが可能であるときに、ビーコン応答を生成する。
【００４１】
送信モード選択部２５は、データ処理部２２により生成されるデータを送信する送信モード（マルチホップ通信モードまたはダイレクト通信モード）を選択する。送信電力更新部２６は、ビーコン信号を送信するための送信電力を決定する。なお、この実施例では、マルチホップ通信モードでデータを送信するときの送信電力は、ビーコン信号の送信電力と同じである。送信モード選択部２５および送信電力更新部２６の処理については、後で詳しく説明する。
【００４２】
次に、図６〜図１２を参照しながら、センサノード１からデータ収集サーバ２へのデータ伝送の実施例を示す。この実施例では、図６に示すセンサノード１ａにおいて検知された値を表すデータ（以下、データＡ）が、データ収集サーバ２へ伝送される。なお、図６において幾つかのセンサノード１に付与されている矢印は、センサノードの移動を表している。この矢印の意味は、図７〜図１２においても同じである。
【００４３】
センサノード１ａは、図７に示すように、ビーコン信号を送信する。このとき、センサノード１ａは、送信電力更新部２６により決定されている送信電力でビーコン信号を送信する。そして、ビーコン信号は、送信電力に対応する範囲内に位置しているセンサノード１により受信される。以下の説明では、ビーコン信号が到達する範囲を「ビーコン範囲」と呼ぶことがある。
【００４４】
ビーコン信号は、図４（ｂ）に示すように、データサイズ情報を含む。図７に示すケースでは、センサノード１ａから送信されるビーコン信号は、データＡのサイズを表すデータサイズ情報を含む。そして、このビーコン信号を受信したセンサノード１は、データサイズ情報に基づいて、ダイレクト通信モードでデータＡをデータ収集サーバ２へ送信できるか否かを判定する。
【００４５】
センサノード１ａのビーコン信号を受信したセンサノード１は、ダイレクト通信モードでデータＡをデータ収集サーバ２へ送信できるときは、ビーコン応答を返送する。図７に示す例では、センサノード１ｂからセンサノード１ａへビーコン応答が返送されている。
【００４６】
センサノード１ａは、センサノード１ｂからビーコン応答を受信すると、データＡをデータ収集サーバ２へ送信するための送信モードを選択する。この例では、送信モードとしてマルチホップ通信モードが選択されるものとする。この場合、センサノード１ａは、ビーコン応答の送信元モード（すなわち、センサノード１ｂ）へデータＡを送信する。この結果、センサノード１ａにおいて検知された値を表すデータＡは、センサノード１ｂにより受信される。
【００４７】
尚、センサノード１ａは、複数のノードからビーコン応答を受信したときは、例えば、最初にビーコン応答を返送してきたノードへデータＡを送信する。また、センサノード１ａは、所定時間内にビーコン応答を受信できなかったときは、マルチホップ転送をあきらめて、ダイレクト通信モードでデータＡをデータ収集サーバ２へ送信する。
【００４８】
図８〜図１１は、それぞれ図７と同様のマルチホップ転送を示す。すなわち、図８〜図１１においては、マルチホップ転送により、データＡが順番に転送されていく。具体的には以下の通りである。
【００４９】
図８において、センサノード１ｂはビーコン信号を送信し、センサノード１ｃは、そのビーコン信号に対応するビーコン応答を返送する。また、センサノード１ｂは、データＡをデータ収集サーバ２へ送信するための送信モードを選択する。この例では、マルチホップ通信モードが選択される。この場合、センサノード１ｂは、ビーコン応答の送信元モード（すなわち、センサノード１ｃ）へデータＡを送信する。この結果、センサノード１ａにおいて検知された値を表すデータＡは、センサノード１ｃまで転送される。
【００５０】
図９において、センサノード１ｃはビーコン信号を送信し、センサノード１ｄは、そのビーコン信号に対応するビーコン応答を返送する。また、センサノード１ｃは、データＡをデータ収集サーバ２へ送信するための送信モードを選択する。この例では、マルチホップ通信モードが選択される。この場合、センサノード１ｃは、ビーコン応答の送信元モード（すなわち、センサノード１ｄ）へデータＡを送信する。この結果、センサノード１ａにおいて検知された値を表すデータＡは、センサノード１ｄまで転送される。
【００５１】
図１０において、センサノード１ｄはビーコン信号を送信し、センサノード１ｅは、そのビーコン信号に対応するビーコン応答を返送する。また、センサノード１ｄは、データＡをデータ収集サーバ２へ送信するための送信モードを選択する。この例では、マルチホップ通信モードが選択される。この場合、センサノード１ｄは、ビーコン応答の送信元モード（すなわち、センサノード１ｅ）へデータＡを送信する。この結果、センサノード１ａにおいて検知された値を表すデータＡは、センサノード１ｅまで転送される。
【００５２】
図１１において、センサノード１ｅはビーコン信号を送信し、センサノード１ｆは、そのビーコン信号に対応するビーコン応答を返送する。また、センサノード１ｅは、データＡをデータ収集サーバ２へ送信するための送信モードを選択する。この例では、マルチホップ通信モードが選択される。この場合、センサノード１ｅは、ビーコン応答の送信元モード（すなわち、センサノード１ｆ）へデータＡを送信する。この結果、センサノード１ａにおいて検知された値を表すデータＡは、センサノード１ｆまで転送される。
【００５３】
センサノード１ｆは、センサノード１ａ〜１ｅと同様に、データＡをデータ収集サーバ２へ送信するための送信モードを選択する。この実施例では、センサノード１ｆは、ダイレクト通信モードを選択する。そうすると、センサノード１ｆは、図１２に示すように、データＡをデータ収集サーバ２へ直接的に送信する。このとき、データＡの宛先アドレスは、データ収集サーバ２である。また、センサノード１ｆは、ダイレクト通信モードのために予め指定されている送信電力でデータＡをデータ収集サーバ２へ送信する。
【００５４】
尚、図４（ａ）に示す送信データ中の「平均バッテリ残量」「標準偏差」「ホップ数」は、センサノード１においてバッテリ残量評価を行うために使用される。したがって、センサノード１ｆは、データ収集サーバ２への送信データから「平均バッテリ残量」「標準偏差」「ホップ数」を削除してもよい。
【００５５】
なお、図６〜図１２に示す実施例では、以下の状態が検出されたときに、センサノード１ｆはダイレクト通信モードを選択する。
（１）「データＡを隣接ノードへ送信するエネルギーＥn」および「データＡをセンサノード１ｆ内に保持するエネルギーＥh」の和が、「データＡをデータ収集サーバ２へ直接的に送信するエネルギーＥs」以上である。
（２）データＡの測定時刻（センサノード１ａにおいてデータＡが生成された時刻）からの経過時間が所定の閾値時間以上である。
（３）センサノード１ｆのバッテリ残量は、センサノード１ａ〜１ｅのバッテリ残量の平均および標準偏差に基づいて決まる参照バッテリ残量以上である。参照バッテリ残量は、例えば「バッテリ残量の平均＋２×バッテリ残量の標準偏差」で算出される。ただし、参照バッテリ残量は、他の方法で計算してもよい。
【００５６】
なお、上記（１）〜（３）は、消費エネルギー評価、リアルタイム性評価、バッテリ残量評価に相当する。また、センサノード１ｆは、データ循環評価も行う。ただし、図６〜図１２に示す例では、データＡは、過去にセンサノード１ｆによって処理されていないので、データ循環評価に基づいてダイレクト通信モードが選択されることはない。
【００５７】
このように、データを取得したセンサノード１は、そのデータをデータ収集サーバ２へ送信するための送信モードを選択する。このとき、センサノード１は、消費エネルギー評価、リアルタイム性評価、バッテリ残量評価、又はデータ循環評価によってダイレクト通信モードが選択されない限りは、マルチホップ通信モードでデータを送信する。ここで、ダイレクト通信モードと比較して、マルチホップ通信モードの送信電力（すなわち、消費エネルギー）は小さい。したがって、センサネットワークシステム１００においては、各センサノード１の消費電力が削減され得る。この結果、バッテリ切れに起因して動作が停止するセンサノード１の個数が削減される。
【００５８】
リアルタイム性評価を行うことにより、データ収集サーバ２は、各センサノード１で生成されたデータを遅延なく収集することができる。また、データ循環評価を行うことにより、データ収集サーバ２は、各センサノード１で生成されたデータを確実に収集することができる。
【００５９】
さらに、バッテリ残量評価を行うことにより、他のセンサノードと比較してバッテリ残量の多いセンサノード１において、ダイレクト通信モードが実行されやすくなる。このため、センサネットワークシステム１００内の複数のセンサノード１のバッテリ残量のばらつきが抑制される。すなわち、バッテリ残量評価を導入することによっても、バッテリ切れに起因して動作が停止するセンサノード１の個数が削減される。
【００６０】
図１３は、センサノード１の動作を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、プロセッサ１４によって実行される。この実施例では、プロセッサ１４は、予め決められたイベントが発生したときに起動されて、図１３に示すフローチャートの処理を実行するものとする。具体的には、センサ１３からプロセッサ１４へ検知結果が与えられたとき、又は、センサノード１が他のセンサノードからビーコン信号を受信したときに、プロセッサ１４は起動される。したがって、以下では、上述のイベントが発生した後の処理について説明する。
【００６１】
Ｓ１において、プロセッサ１４は、発生したイベントがセンシングであるかビーコン信号の受信であるかを判定する。センサノード１が他のセンサノードからビーコン信号を受信したときは、プロセッサ１４の処理はＳ２へ進む。一方、センサ１３から検知結果が与えられたときは、プロセッサ１４の処理はＳ１１へ進む。ここでは、まず、センサ１３による検知結果がプロセッサ１４に与えられたものとする。
【００６２】
センサ１３による検知結果が与えられると、データ処理部２２は、その検知結果を表すデータを生成する。このとき、データ処理部２２は、Ｓ１１において、タイムスタンプを作成する。このタイムスタンプは、データが生成された時刻（センサ１３による測定時刻）を表す。続いて、Ｓ１２において、データ処理部２２は、このデータを識別するデータＩＤを生成する。タイムスタンプおよびデータＩＤは、図４（ａ）に示すように、送信データ内に格納される。なお、タイムスタンプおよびデータＩＤは、センサネットワークシステム１００でデータが転送されるときに、書き換えられることはない。
【００６３】
送信モード選択部２５は、Ｓ５においてリアルタイム性評価を行い、Ｓ６においてバッテリ残量評価を行う。そして、Ｓ５またはＳ６においてダイレクト通信モードが選択されたときは、プロセッサ１４の処理はＳ８へ進む。一方、ダイレクト通信モードが選択されなかったときは、プロセッサ１４の処理はＳ７へ進む。
【００６４】
Ｓ７において、送信モード選択部２５は、マルチホップ通信モードを選択してもよいか判定する。そして、マルチホップ通信モードが選択されたときは、プロセッサ１４は、ＲＦ送受信器１５を利用して、Ｓ７の処理の中で特定されたセンサノード１へデータを送信する。
【００６５】
一方、Ｓ５、Ｓ６、またはＳ７においてダイレクト通信モードが選択されたときは、Ｓ８においてダイレクト通信モードでデータが送信される。この場合、プロセッサ１４は、ＲＦ送受信器１５を利用して、データを直接的にデータ収集サーバ２へ送信する。
【００６６】
Ｓ７またはＳ８が実行された後、送信電力更新部２６は、Ｓ９において、次のビーコン信号を送信するための送信電力の設定値を更新する。１つの実施例としては、マルチホップ通信モードでデータが送信されたときは、送信電力更新部２６は、送信電力の設定値を小さくする。一方、ダイレクト通信モードでデータが送信されたときは、送信電力更新部２６は、送信電力の設定値を大きくする。
【００６７】
センサノード１が他のセンサノードからビーコン信号を受信したときは、プロセッサ１４の処理はＳ２へ進む。Ｓ２において、ビーコン応答部２４は、受信したビーコン信号に対応するビーコン応答を生成する。このビーコン応答は、ＲＦ送受信器１５によりビーコン信号の送信元ノードへ返送される。なお、後で詳しく説明するが、Ｓ２は、受信したビーコン信号に対して応答するか否かを判定する処理を含む。そして、受信したビーコン信号に対して応答しないと判定されたときは、プロセッサ１４の処理は終了する。
【００６８】
プロセッサ１４は、ビーコン応答を返送した後、データを待ち受ける。そして、プロセッサ１４は、Ｓ３において、ビーコン信号の送信元ノードからデータを受信する。但し、Ｓ２のビーコン応答から所定時間内にデータを受信できなかった場合は、プロセッサ１４の処理は終了する。
【００６９】
Ｓ４において、送信モード選択部２５は、データ循環評価を行う。そして、データ循環評価においてダイレクト通信モードが選択されたときは、プロセッサ１４の処理はＳ８へ進む。一方、ダイレクト通信モードが選択されなかったときは、プロセッサ１４の処理はＳ５へ進む。Ｓ５〜Ｓ９の処理は、上述した通りである。
【００７０】
次に、図６〜図１２に示す実施例を参照しながら図１３に示すフローチャートの処理を説明する。ここでは、センサノード１ａ、１ｂ、１ｆの動作について記載する。
【００７１】
センサノード１ａにおいて、センサ１３により検知された値がプロセッサ１４に与えられる。この場合、Ｓ１１においてタイムスタンプが作成され、Ｓ１２においてデータＩＤが生成される。この後、Ｓ５〜Ｓ７においてダイレクト通信モードは選択されないものとする。そうすると、センサノード１ａは、Ｓ７において、センサノード１ｂへデータＡを送信する。
【００７２】
センサノード１ｂは、図７に示すように、センサノード１ａからビーコン信号を受信する。よって、センサノード１ｂは、Ｓ２において、ビーコン応答をセンサノード１ａへ返送する。この後、センサノード１ｂは、Ｓ３において、センサノード１ａからデータＡを受信する。このとき、Ｓ４〜Ｓ７においてダイレクト通信モードは選択されないものとする。そうすると、センサノード１ｂは、Ｓ７において、センサノード１ｃへデータＡを送信する。
【００７３】
センサノード１ｆは、図１１に示すように、センサノード１ｅからビーコン信号を受信する。よって、センサノード１ｆは、Ｓ２において、ビーコン応答をセンサノード１ｅへ返送する。この後、センサノード１ｆは、Ｓ３において、センサノード１ｅからデータＡを受信する。ところが、センサノード１ｆにおいて、Ｓ４〜Ｓ７のいずれか１つのステップでダイレクト通信モードが選択される。そうすると、センサノード１ｆは、Ｓ８において、図１２に示すように、データＡを直接的にデータ収集サーバ２へ送信する。
【００７４】
なお、図１３に示すフローチャートの手順は、１つの実施例であって、矛盾のない範囲で変更してもよい。たとえば、Ｓ５およびＳ６が実行される順序を入れ替えてもよい。また、たとえば、Ｓ７の中でリアルタイム性評価が実行される場合は、Ｓ５を省略してもよい。さらに、センサ１３により検知された値がプロセッサ１４に与えられたときは（Ｓ１：センシング）、Ｓ５およびＳ６は実行しなくてもよい。
【００７５】
図１４は、ビーコン応答処理を示すフローチャートである。ビーコン応答処理は、センサノード１がビーコン信号を受信したときに実行される。なお、ビーコン応答処理は、図１３のＳ２に対応する。
【００７６】
Ｓ２１において、ビーコン応答部２４は、受信したビーコン信号に格納されているデータサイズ情報を取得する。このデータサイズ情報は、ビーコン信号の送信元ノードから受信することが予想されるデータのサイズを表す。
【００７７】
Ｓ２２において、ビーコン応答部２４は、予想送信エネルギーを計算する。予想送信エネルギーは、ビーコン信号に対応するデータをダイレクト通信モードでデータ収集サーバ２へ送信するために要するエネルギーを表す。このエネルギーは、送信データのサイズおよび送信電力に依存する。送信データのサイズは、上述のデータサイズ情報により表される。また、ダイレクト通信モードの送信電力は、この実施例では、すべてのセンサノード１において同じであり、予め指定されているものとする。
【００７８】
Ｓ２３において、ビーコン応答部２４は、バッテリ１１の残量を検出する。そして、ビーコン応答部２４は、Ｓ２４において、予想送信エネルギーおよびバッテリ１１の残量に基づいて、ビーコン応答を返送するか否かを判定する。
【００７９】
予想送信エネルギーに対してバッテリ１１の残量が十分に大きいときは、ビーコン応答部２４は、Ｓ２５において、ビーコン応答を生成する。このビーコン応答は、ＲＦ送受信器１５により、受信したビーコン信号の送信元ノードへ返送される。一方、予想送信エネルギーに対してバッテリ１１の残量が十分に大きくないときは、プロセッサ１４の処理は終了する。
【００８０】
図１５は、データ循環評価を示すフローチャートである。データ循環評価は、図１３のＳ４に相当する。すなわち、データ循環評価は、センサノード１が他のセンサノードからデータを受信したときに実行される。
【００８１】
Ｓ３１において、送信モード選択部２５は、センサネットワークシステム１００内でデータ循環が発生しているか否かを判定する。このとき、送信モード選択部２５は、受信データのデータＩＤを検出する。そして、送信モード選択部２５は、受信データのデータＩＤが、プロセッサ１４のメモリに保持されているデータＩＤと一致すれば、データ循環が発生していると判定する。なお、プロセッサ１４は、新たなデータを生成したとき、又は他のセンサノードから新たなデータを受信したときに、そのデータのデータＩＤを所定のメモリ領域に記録するものとする。
【００８２】
受信データのデータＩＤがメモリに保持されているデータＩＤと一致するときは、送信モード選択部２５は、センサノード１が過去に送信したデータが他のセンサノードを経由してセンサノード１に戻ってきたと判定する。すなわち、データ循環が発生していると判定される。そうすると、プロセッサ１４の処理は、図１３のＳ８へ進む。この場合、センサノード１は、ダイレクト通信モードで、受信データを直接的にデータ収集サーバ２へ送信する。
【００８３】
一方、受信データのデータＩＤがメモリに保持されているデータＩＤと一致しないときには、送信モード選択部２５は、Ｓ３２において、受信データのデータＩＤを所定のメモリ領域に記録する。この後、プロセッサ１４の処理は、図１３のＳ５（リアルタイム性評価）へ進む。なお、メモリに記録されたデータＩＤは、所定時間が経過した後に削除されるようにしてもよい。
【００８４】
図１６は、リアルタイム性評価を示すフローチャートである。リアルタイム性評価は、図１３のＳ５に相当する。
【００８５】
Ｓ４１において、送信モード選択部２５は、受信データに付与されているタイムスタンプを抽出する。このタイムスタンプは、センサによる検知に基づいてデータが生成された時刻（以下、データ生成時刻）を表す。そして、送信モード選択部２５は、データ生成時刻からの経過時間が予め指定された閾値時間以上であるか否かを判定する。データ生成時刻をｔ1、現在時刻をｔ2、閾値時間をＴとすると、「ｔ2−ｔ1≧Ｔ」を満足するか否かが判定される。
【００８６】
データ生成時刻からの経過時間が閾値時間以上であったときは、プロセッサ１４の処理は、図１３のＳ８へ進む。この場合、センサノード１は、ダイレクト通信モードで、受信データを直接的にデータ収集サーバ２へ送信する。この結果、データ収集サーバ２は、センサノード１で生成されたデータを遅延なく受信することができる。一方、データ生成時刻からの経過時間が閾値時間未満であったときは、プロセッサ１４の処理は、図１３のＳ６（バッテリ残量評価）へ進む。
【００８７】
図１７は、バッテリ残量評価を示すフローチャートである。バッテリ残量評価は、図１３のＳ６に相当する。
【００８８】
Ｓ５１において、送信モード選択部２５は、受信データに付与されている平均バッテリ残量および標準偏差に基づいて参照バッテリ残量を算出する。参照バッテリ残量は、例えば、下式で計算される。
参照バッテリ残量＝平均バッテリ残量＋２×標準偏差
ただし、参照バッテリ残量は、他の方法で算出してもよい。例えば、参照バッテリ残量は「平均バッテリ残量＋標準偏差」であってもよい。或いは、標準偏差を使用することなく参照バッテリ残量を算出してもよい。例えば、参照バッテリ残量は「Ｋ×平均バッテリ残量（Ｋ＞１）」であってもよい。
【００８９】
Ｓ５２において、送信モード選択部２５は、自ノードのバッテリ１１の残量（即ち、自ノードバッテリ残量）と参照バッテリ残量とを比較する。そして、自ノードバッテリ残量が参照バッテリ残量以上であるときは、送信モード選択部２５は、周辺のノードのバッテリの残量と比較して、自ノードのバッテリ１１の残量が多いと判定する。そうすると、プロセッサ１４の処理は、図１３のＳ８へ進む。この場合、センサノード１は、ダイレクト通信モードで、受信データを直接的にデータ収集サーバ２へ送信する。一方、自ノードバッテリ残量が参照バッテリ残量よりも少ないときは、プロセッサ１４の処理は、図１３のＳ７（マルチホップ通信処理）へ進む。
【００９０】
このように、バッテリ残量評価によれば、周辺のノードと比較してバッテリ残量の多いセンサノード１においては、消費電力の大きいダイレクト通信モードが優先的に選択される。この結果、センサネットワークシステム１００の複数のセンサノードにおいてバッテリ残量のばらつきが抑制される。
【００９１】
図１８は、マルチホップ通信処理を示すフローチャートである。マルチホップ通信処理は、図１３のＳ７に相当する。
【００９２】
Ｓ６１において、送信モード選択部２５は、消費エネルギー評価を行う。消費エネルギー評価では、送信モード選択部２５は、「データを隣接ノードへ送信するエネルギー（ノード間通信エネルギーＥn）」と「データをセンサノード１内に保持するエネルギー（データ保持エネルギーＥh）」との和と、「データをデータ収集サーバ２へ直接的に送信するエネルギー（ダイレクト通信エネルギーＥs）」とを比較する。
【００９３】
ノード間通信エネルギーＥnは、送信データのサイズおよび図１９に示す更新処理により決定される送信電力に基づいて算出される。データ保持エネルギーＥhは、Ｓ６５において算出される。ダイレクト通信エネルギーＥsは、送信データのサイズおよびダイレクト通信モードの送信電力に基づいて算出される。ダイレクト通信モードの送信電力は、この実施例では、すべてのセンサノード１において同じであり、予め指定されているものとする。
【００９４】
ノード間通信エネルギーＥnおよびデータ保持エネルギーＥhの和が、ダイレクト通信エネルギーＥs以上であれば（Ｓ６１：Ｎｏ）、マルチホップ通信モードよりもダイレクト通信モードの方が消費エネルギーが少ないと判定される。この場合、プロセッサ１４の処理は、図１３のＳ８へ進む。そして、センサノード１は、ダイレクト通信モードで、受信データを直接的にデータ収集サーバ２へ送信する。ノード間通信エネルギーＥnおよびデータ保持エネルギーＥhの和が、ダイレクト通信エネルギーＥsよりも小さいときは、プロセッサ１４の処理はＳ６２へ進む。
【００９５】
Ｓ６２は、図１６に示すリアルタイム性評価の処理と実質的に同じである。すなわち、データ生成時刻からの経過時間が閾値時間以上であれば、プロセッサ１４の処理は、図１３のＳ８へ進む。この場合、センサノード１は、ダイレクト通信モードで、受信データを直接的にデータ収集サーバ２へ送信する。一方、データ生成時刻からの経過時間が閾値時間未満であれば、プロセッサ１４の処理はＳ６３へ進む。
【００９６】
Ｓ６３〜Ｓ６４において、ビーコン生成部２３は、ビーコン信号を生成する。ビーコン信号の一例は、図４（ｂ）を参照して説明した通りである。そして、ビーコン生成部２３は、ＲＦ送受信器１５を利用して、生成したビーコン信号を送信する。ビーコン信号の送信電力は、図１９に示す更新処理により決定される。この後、送信モード選択部２５は、所定時間、ビーコン信号に対応するビーコン応答を待ち受ける。
【００９７】
なお、Ｓ６３において送信されるビーコン信号は、ビーコン範囲内に位置するセンサノード１により受信される。そして、このビーコン信号を受信したセンサノード１は、図１４に示すビーコン応答処理を実行する。すなわち、ビーコン信号を受信したセンサノード１のうち、データ収集サーバ２へデータを送信することが可能なセンサノード１が、ビーコン応答を返送する。
【００９８】
所定時間内にビーコン応答が返送されてきたときは（Ｓ６４：Ｙｅｓ）、送信モード選択部２５は、マルチホップ通信モードを選択する。この場合、Ｓ６６においてデータ処理部２２は、図４（ａ）に示す平均バッテリ残量、標準偏差、およびホップ数を更新する。このとき、受信データに記録されている平均バッテリ残量、ホップ数、及び自ノードのバッテリ残量に基づいて、新たな平均バッテリ残量が算出される。また、受信データに記録されている平均バッテリ残量、標準偏差、ホップ数、及び自ノードのバッテリ残量に基づいて、新たな標準偏差が算出される。さらに、ホップ数は１だけインクリメントされる。
【００９９】
Ｓ６７において、プロセッサ１４は、ＲＦ送受信器１５を利用してデータを送信する。データの宛先は、ビーコン応答の送信元ノードである。すなわち、マルチホップ転送が実行される。このとき、ＲＦ送受信器１５は、図１９に示す更新処理により決定される送信電力でデータを送信する。
【０１００】
一方、所定時間内にビーコン応答が返送されてこなかったときは（Ｓ６４：Ｎｏ）、送信モード選択部２５は、Ｓ６５において、データ保持エネルギーＥhを更新する。データ保持エネルギーＥhは、下式に従って更新される。
Ｅh＝Ｅh＋Ｅh(Δt)
Ｅhの初期値はゼロである。Ｅh(Δt)は、メモリに保持されるデータのサイズに比例する関数である。Δｔは、データ取得部２１がデータを取得したときからの経過時間を表す。即ち、センサ１３により検知された値がプロセッサ１４に与えられたときは、Δｔは、その値がプロセッサ１４に与えられたときからの経過時間を表す。また、センサノード１が他のセンサノードからデータを受信したときは、Δｔは、データ受信時刻からの経過時間を表す。この実施例では、データ保持エネルギーＥhは、経過時間に比例して増加していくものとする。
【０１０１】
Ｓ６１〜Ｓ６５の処理は、プロセッサ１４がビーコン応答を受信するまで繰り返し実行される。ただし、Ｓ６１〜Ｓ６５が繰り返し実行されている期間中は、Ｓ６５の処理によって、データ保持エネルギーＥhが徐々に増加してゆく。そして、ノード間通信エネルギーＥnおよびデータ保持エネルギーＥhの和が、ダイレクト通信エネルギーＥsにまで増加すると、Ｓ６１の判定結果が「Ｎｏ」となる。この場合、送信モード選択部２５によってダイレクト通信モードが選択されることになる。同様に、Ｓ６１〜Ｓ６５が繰り返し実行されている期間中に、データ生成時刻からの経過時間が閾値時間に達すると、Ｓ６２の判定結果が「Ｙｅｓ」となる。この場合も、送信モード選択部２５によりダイレクト通信モードが選択されることになる。
【０１０２】
このように、マルチホップ通信処理においては、ビーコン応答の送信元ノードへデータが送信される。ただし、プロセッサ１４がビーコン応答を受信できないときは、ダイレクト通信モードが選択され、データはデータ収集サーバ２へ送信される。
【０１０３】
図１９は、送信電力更新処理を示すフローチャートである。送信電力更新処理は、図１３のＳ９に相当する。
【０１０４】
送信電力更新処理においては、マルチホップ通信の送信電力が更新される。ここで、この実施例では、上述したビーコン信号の送信電力は、マルチホップ通信の送信電力と同じである。すなわち、ビーコン範囲は、マルチホップ通信の送信電力に依存する。
【０１０５】
ビーコン範囲が広い場合、そのビーコン範囲内に位置するセンサノード１の数が多くなることが期待される。すなわち、ビーコン範囲が広い場合、ビーコン信号およびビーコン応答によるビーコン通信が成功する確率が高くなる。したがって、ビーコン通信が成功する確率を高くするためには、マルチホップ通信の送信電力が大きいことが好ましい。ところが、マルチホップ通信の送信電力が大きいと、センサノード１の消費エネルギーが大きくなり、センサノード１の寿命が短くなるおそれがある。よって、マルチホップ通信の送信電力は、ビーコン通信が成功する確率を高く維持しながら、可能な限り小さくすることが好ましい。
【０１０６】
ただし、各センサノード１が移動可能なセンサネットワークシステムにおいては、ノード間の距離が一定ではないので、好適なマルチホップ通信の送信電力を予め決めることは困難である。また、好適なマルチホップ通信の送信電力は、センシング対象フィールド内に設けられるセンサノードの個数（または、密度）、センサネットワークシステムにおいて実行されるアプリケーションなどに依存する。そこで、センサネットワークシステム１００においては、マルチホップ通信の送信電力は、各センサノード１においてそれぞれ動的に決定される。
【０１０７】
Ｓ７１において、送信電力更新部２６は、実行された送信モードを特定する。マルチホップ通信モードでデータが送信されたときは、ビーコン通信が成功したと判定される。この場合、ビーコン範囲が十分に広いと考えられる。したがって、送信電力更新部２６は、Ｓ７２において、次のビーコン信号を送信するための送信電力が所定電力だけ小さくなるように、ＲＦ送受信器１５に指示を与える。
【０１０８】
一方、ダイレクト通信モードでデータが送信されたときは、ビーコン通信が失敗した可能性があると判定される。この場合、ビーコン範囲が小さ過ぎる可能性があると考えられる。したがって、送信電力更新部２６は、Ｓ７３において、次のビーコン信号を送信するための送信電力が所定電力だけ大きくなるように、ＲＦ送受信器１５に指示を与える。
【０１０９】
このように、各センサノード１が移動可能なセンサネットワークシステム１００においては、データを取得したセンサノード１の近傍に他のセンサノードが存在しないことがある。すなわち、マルチホップ通信を行うことができないケースが発生し得る。このため、データを取得したセンサノード１は、消費エネルギー評価、リアルタイム性評価、バッテリ残量評価、データ循環評価に基づいて、好適な送信モードを選択する。１つの実施例では、これらの全ての評価においてマルチホップ通信モードが選択された場合に限って、マルチホップ通信モードでデータが送信される。一方、少なくとも１つの評価においてダイレクト通信モードが選択された場合には、ダイレクト通信モードでデータ収集サーバ２へデータが送信される。この結果、各センサノードの消費エネルギーが抑制されることに加えて、センサネットワークシステム全体の消費エネルギーの削減、および複数のセンサノードのバッテリ残量のばらつきの抑制が実現される。
【図１】
2015193956.tif 000003
【図２】
2015193956.tif 000004
【図３】
2015193956.tif 000005
【図４】
2015193956.tif 000006
【図５】
2015193956.tif 000007
【図６】
2015193956.tif 000008
【図７】
2015193956.tif 000009
【図８】
2015193956.tif 000010
【図９】
2015193956.tif 000011
【図１０】
2015193956.tif 000012
【図１１】
2015193956.tif 000013
【図１２】
2015193956.tif 000014
【図１３】
2015193956.tif 000015
【図１４】
2015193956.tif 000016
【図１５】
2015193956.tif 000017
【図１６】
2015193956.tif 000018
【図１７】
2015193956.tif 000019
【図１８】
2015193956.tif 000020
【図１９】
2015193956.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月6日(2017.1.6)
【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】
複数のセンサノードおよび前記複数のセンサノードからデータを収集するサーバを含むセンサネットワークシステムであって、
前記複数のセンサノードの中の第１のセンサノードは、データを取得したときに、前記データを前記サーバへ直接送信するための第１のエネルギーと、前記データを他のセンサノードへ送信するための第２のエネルギーと、前記データを前記第１のセンサノード内に保持するための第３のエネルギーに基づいて、前記データを前記サーバへ直接送信する第１の送信モードまたは前記データを前記他のセンサノードへ送信する第２の送信モードを選択し、
前記第１のセンサノードは、選択した送信モードで前記データを前記サーバまたは前記他のセンサノードへ送信する
ことを特徴とするセンサネットワークシステム。
【請求項２】
前記第２のエネルギーおよび前記第３のエネルギーの和が前記第１のエネルギーよりも小さいときは、前記第１のセンサノードは前記第２の送信モードで前記データを前記他のセンサノードへ送信し、前記第２のエネルギーおよび前記第３のエネルギーの和が前記第１のエネルギー以上であるときは、前記第１のセンサノードは前記第１の送信モードで前記データを前記サーバへ送信する
ことを特徴とする請求項１に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項３】
前記データが生成されたときからの経過時間が予め指定された閾値時間を越えたときには、前記第１のセンサノードは、前記第１の送信モードで前記データを前記サーバへ送信する
ことを特徴とする請求項１に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項４】
前記第１のセンサノードから送信されたデータが他のセンサノードを経由して前記第１のセンサノードへ戻ってきたときは、前記第１のセンサノードは、前記第１の送信モードで前記データを前記サーバへ送信する
ことを特徴とする請求項１に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項５】
前記第１のセンサノードのバッテリ残量が、前記データを生成したセンサノードから前記第１のセンサノードまでの経路上の各センサノードのバッテリ残量の平均に基づいて算出される参照バッテリ残量以上であるときは、前記第１のセンサノードは、前記第１の送信モードで前記データを前記サーバへ送信する
ことを特徴とする請求項１に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項６】
前記第１のセンサノードのバッテリ残量が、前記データを生成したセンサノードから前記第１のセンサノードまでの経路上の各センサノードのバッテリ残量の平均および標準偏差に基づいて算出される参照バッテリ残量以上であるときは、前記第１のセンサノードは、前記第１の送信モードで前記データを前記サーバへ送信する
ことを特徴とする請求項１に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項７】
前記第１のセンサノードは、前記データを取得したときに、ビーコン信号を送信し、
前記ビーコン信号を受信したセンサノードは、前記データを前記サーバへ直接送信することができると判定したときは、前記ビーコン信号に対応するビーコン応答を前記第１のセンサノードへ送信し、
前記第１のセンサノードが前記ビーコン応答を受信し、且つ、前記第２のエネルギーおよび前記第３のエネルギーの和が前記第１のエネルギーよりも小さいときに、前記第１のセンサノードは、前記第２の送信モードで前記ビーコン応答の送信元のセンサノードへ前記データを送信する
ことを特徴とする請求項１に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項８】
前記第１のセンサノードは、前記第１の送信モードでデータを送信したときは、次のビーコン信号を送信するための送信電力を大きくする
ことを特徴とする請求項７に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項９】
前記第１のセンサノードは、前記第２の送信モードでデータを前記サーバへ送信したときは、次のビーコン信号を送信するための送信電力を小さくする
ことを特徴とする請求項７または８に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項１０】
複数のセンサノードおよび前記複数のセンサノードからデータを収集するサーバを含むセンサネットワークシステムにおいて使用されるデータ伝送方法であって、
前記複数のセンサノードの中の第１のセンサノードは、データを取得したときに、前記データを前記サーバへ直接送信するための第１のエネルギーと、前記データを他のセンサノードへ送信するための第２のエネルギーと、前記データを前記第１のセンサノード内に保持するための第３のエネルギーに基づいて、前記データを前記サーバへ直接送信する第１の送信モードまたは前記データを前記他のセンサノードへ送信する第２の送信モードを選択し、
前記第１のセンサノードは、選択した送信モードで前記データを前記サーバまたは前記他のセンサノードへ送信する
ことを特徴とするデータ伝送方法。
【請求項１１】
複数のセンサノードおよび前記複数のセンサノードからデータを収集するサーバを含むセンサネットワークシステムにおいて使用されるセンサノードであって、
センサと、
プロセッサと、
無線送受信器と、を有し、
前記プロセッサは、
前記センサまたは他のセンサノードからデータを取得し、
前記データを前記サーバへ直接送信するための第１のエネルギーと、前記データを他のセンサノードへ送信するための第２のエネルギーと、前記データを保持するための第３のエネルギーに基づいて、前記データを前記サーバへ直接送信する第１の送信モードまたは前記データを前記他のセンサノードへ送信する第２の送信モードを選択し、
前記無線送受信器は、前記プロセッサにより選択された送信モードで前記データを前記サーバまたは前記他のセンサノードへ送信する
ことを特徴とするセンサノード。
【国際調査報告】
2015193956.tif 000022
2015193956.tif 000023
2015193956.tif 000024
2015193956.tif 000025