(57)【要約】【課題】基地局とセンサノードとの間のみならず、センサノード間通信における輻輳を容易に回避可能な無線通信システムおよび無線端末装置を提供することにある。【解決手段】基地局と通信するための無線送受信部と、他の無線端末と通信するための赤外線送受信部と、上記基地局の無線通信が衝突しない状態であるか否かを検出する輻輳制御部と、上記輻輳制御部によって無線チャネルの空き状態を検出してから、無線送受信部によって上記基地局と無線通信し、基地局との無線通信が終了した時、上記赤外線送受信部によって他の無線端末に識別子情報を送信する通信制御部とを備えた無線端末装置。【選択図】  図３
2008153783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局と通信するための第１の無線送受信部と、
他の無線端末と通信するための第２の無線送受信部と、
上記基地局の無線送受信部が他の無線端末と無線通信状態か否かを検出する輻輳制御部と、
上記輻輳制御部によって、無線通信が衝突しない状態であることを確認してから、上記第１の無線送受信部によって上記基地局と無線通信し、基地局との無線通信が終了した時、上記第２の無線送受信部によって他の無線端末に情報を送信する通信制御部とを備えたことを特徴とする無線端末装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２の無線送受信部による情報送信の所要時間が、前記第１の無線送受信部による通信期間よりも短いことを特徴とする無線端末装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記通信制御部が、所定の周期でアクティブモードとなって、前記輻輳制御部による無線通信状態の検出と、前記第１、第２の無線送受信部による無線通信を実行し、他の無線端末への情報送信の終了後に、スタンバイモードに移行することを特徴とする無線端末装置。
【請求項４】
請求項３において、
少なくとも１つのセンサを備え、
前記通信制御部が、上記センサで検出されたセンシングデータを前記基地局に送信することを特徴とする無線端末装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記第２の無線送受信部によって他の無線端末から受信した情報を蓄積するためのメモリを備え、
前記通信制御部が、上記メモリに蓄積された他の無線端末からの受信情報を含む通信フレームを前記基地局に送信することを特徴とする無線端末装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記通信制御部が、前記第２の無線送受信部によって自端末の識別情報を他の無線端末に送信し、他の無線端末から所定期間内に受信した識別情報を含む通信フレームを前記基地局に送信することを特徴とする無線端末装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記通信制御部が、前記第１の無線送受信部による基地局との通信が終了した後、所定期間内に、前記第２の無線送受信部による情報送信をランダムな間隔で複数回繰り返すことを特徴とする無線端末装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記第２の送受信部の向きを検出するための状態センサを備え、
前記通信制御部が、上記状態センサの出力に応じて、前記第２の送受信部による情報送信の実行要否を判断することを特徴とする無線端末装置。
【請求項９】
複数の無線端末装置と、ネットワークを介して管理装置に接続された複数の無線基地局とからなる無線通信システムにおいて、
上記各無線端末装置が、
上記何れかの基地局と通信するための第１の無線送受信部と、
他の無線端末装置と通信するための第２の無線送受信部と、
上記基地局の無線通信が衝突しない状態であるか否かを検出する輻輳制御部と、
上記輻輳制御部によって、無線通信が衝突しない状態であることが検出された時、上記第１の無線送受信部によって上記基地局と無線通信し、基地局との無線通信が終了した時、上記第２の無線送受信部によって他の無線端末に情報を送信する通信制御部とを備え、
上記各無線基地局が、上記無線端末装置から受信した通信フレームの内容を上記管理装置に転送することを特徴とする無線通信システム。
【請求項１０】
請求項９において、
前記各無線端末装置が、少なくとも１つのセンサを備え、前記通信制御部が、上記センサで検出されたセンシングデータを前記基地局に送信することを特徴とする無線通信システム。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記各無線端末装置が、第２の無線送受信部によって他の無線端末から受信した情報を蓄積するためのメモリを備え、前記通信制御部が、上記メモリに蓄積された他の無線端末からの受信情報を含む通信フレームを前記基地局に送信することを特徴とする無線通信システム。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記各無線端末装置が、前記第２の無線送受信部によって自端末の識別情報を他の無線端末に送信し、他の無線端末から所定期間内に受信した識別情報を含む通信フレームを前記基地局に送信することを特徴とする無線通信システム。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記各無線端末装置が、他の無線端末から所定期間内に受信した識別情報と回数情報とを含む通信フレームを前記基地局に送信することを特徴とする無線通信システム。
【請求項１４】
請求項１１において、
前記各無線端末装置が、他の無線端末から所定期間内に受信した識別情報と受信時刻情報とを含む通信フレームを前記基地局に送信することを特徴とする無線通信システム。
【請求項１５】
請求項１４において、
少なくとも１つのセンサを備え、前記各無線端末装置が、前記通信フレームに上記センサで検出されたセンシングデータを含めて、前記基地局に送信することを特徴とする無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムに関し、更に詳しくは、センサを備えた複数の無線端末から情報を収集するセンサネットに適した無線通信システムおよび無線端末装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、センサを搭載した小型の無線端末装置（以下、センサノードと呼ぶ）からリアルタイムに情報を収集するネットワークシステム（以下、センサネットと呼ぶ）の研究開発が進んでいる。センサネットは、複数のセンサノードで、人、物、環境の状態情報をセンシングし、これを無線ネットワークを介して、管理装置（監視センタ）にリアルタイムで伝送するようにしたネットワークシステムである。センサネットは、各センサノードに電源（電池）と無線通信機能とを装備しておくことによって、各センサノードと中継網との間の接続配線を不要にできるため、無線基地局と通信可能な範囲内にセンサノードを容易に配置し、これまで不可能であった状況監視が可能となる。
【０００３】
センサネットは、中継網（イントラネット／インターネット）に接続された複数の基地局と、各基地局の周辺に位置した複数のセンサノードと、上記中継網に接続された管理装置とから構成される。管理装置には、一般的なコンピュータまたはサーバが適用される。各センサノードは、人、物体、あるいは環境の状態を適宜センシングし、センシングデータとセンサノードＩＤとを含むデータパケットを所定の通信フレーム形式で無線で基地局に送信する。
【０００４】
基地局は、センサノードから受信したデータパケットに、例えば、タイムスタンプや基地局ＩＤ等の制御情報を附加した後、これを中継網（イントラネット／インターネット）経由で、管理装置に転送する。管理装置（監視センタ）、例えば、サーバは、各基地局から受信したセンシングデータ、センサノードＩＤ、タイムスタンプ、基地局ＩＤ等の情報を蓄積し、システムの目的に応じたデータ管理、データ分析を行う。
【０００５】
センサノードは、例えば、監視エリアでのセンサノードの設置作業を容易にするため、あるいは、人がセンサノードを身につけた状態で、自由に行動できるようにするために、小型、軽量化し、メンテナンスフリーで長時間動作できることが望まれる。小型電池で長時間動作させるためには、各センサノードの消費電力をできるだけ少なくする工夫が必要となる。
【０００６】
センサノードの消費電力の低減策としては、例えば、センサノードの状態を、センシングや無線通信を実行するアクティブモードと、動作休止状態となるスタンバイモードに切り替え可能にしておき、センサノードを間歇的にアクティブモードにして、スタンバイモードの期間中は、タイマ以外の電子回路（プロセッサを含む）を電源オフ状態にすることによって、消費電流を大幅に削減する方法が知られている。
【０００７】
上述したセンサネットにおける情報収集は、センサによる単純なセンシングに制限されるものではない。例えば、各センサノードに、無線送受信器とは別に赤外線送受信器を搭載しておき、赤外線送信器で自分のノード識別子を定期的に送信すると共に、他のセンサノードからのノード識別子の受信状態を管理装置（監視センタ）に報告させることによって、センサノード間のインタラクションの状態を監視することが可能となる。この場合、赤外線送受信器が互いに対向した位置関係にあるセンサノード間でのみ、ノード識別子が正常に送受信できるように、各センサノードから、或る程度の指向性をもった赤外線を送信させることによって、センサノード間の位置関係やインタラクションの変化を検出することが可能となる。
【０００８】
赤外線による識別子（ＩＤ）情報の送受信によって、対面状態にある対象物を検出するシステムとして、例えば、ＥＬＰＡＳ（Electro-Optical Systems）社（イスラエル）の赤外線ロケーションシステム：ＥＩＲＩＳ（ELPAS InfraRed Identification and Search system）がある。このシステムでは、バッジと呼ばれる送信機から、拡散赤外線方式で、送信元バッジＩＤを含んだ信号を４秒毎に発信しておき、これをリーダと呼ばれる受信機で受信し、制御用ＰＣで解析することによって、バッジを身につけた人物の位置をモニタリングしている。
【０００９】
このようなウェアラブルなセンサノードを利用したシステムでは、複数のノードが、同一タイミングで赤外線信号を送信した場合、送信信号の衝突あるいは重なりによって、受信側での信号の識別が困難になる。そこで、赤外線通信の標準規格であるＩｒＤＡでは、赤外線信号を正常に受信できたノード（端末）が、送信側に確認応答（ＡＣＫ：Acknowledgement）信号を返信することを前提として、赤外線信号を送信してから所定時間内にＡＣＫ信号を受信できなかった時、送信側が同一の信号を再送することによって、赤外線信号の衝突、競合による失敗をリカバリするようにしている。
【００１０】
無線信号の競合を回避する方法として、例えば、特開２００５−４５３３０号公報（特許文献１）では、通信方式が異なる無線ＬＡＮモジュールとBluetoothモジュールとを備えた無線アクセスポイントの制御部が、各通信方式における通信状態に基いて、送受信タイミング制御信号を生成し、この通信タイミング制御信号に基づいて、上記２つのモジュールを互いに異なった時間帯で動作させることを提案している。具体的には、第１の期間は、ポーリング方式による無線ＬＡＮ通信に割り当て、無線アクセスポイントに、無線ＬＡＮインタフェースを備えた複数のパソコンと通信させ、第２の期間は、非ポーリング方式のBluetooth通信に割り当て、無線アクセスポイントに、Bluetoothインタフェースを備えた複数のパソコンと通信させている。
【００１１】
また、ＷＯ２００２／０９１６８３号公報（特許文献２）は、各無線端末が、アクセスポイントとして機能する制御局を経由して、他の無線端末と通信する第１の通信システムと、アドホック・ネットワークのように、各無線端末が、制御局を経由することなく、他の無線端末と通信する第２の通信システムとを統合した場合の通信の衝突防止方法を提案している。特許文献２では、各端末が、第１の通信システム用の送受信部と、第２の無線システム用の送受信部とを備え、第２の通信システムを利用したい無線端末が、第１の通信システムの制御局から報知されたネットワーク情報に基いて、上記制御局に第２の通信システムのチャネル割当てを要求し、上記制御局から受信したチャネル割当て情報に基いて、他の無線端末に情報を送信するようにしている。
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−４５３３０号公報
【特許文献２】ＷＯ２００２／０９１６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
センサネットでは、基地局とセンサノードとの間の通信衝突を回避する輻輳のみならず、センサノード間通信における輻輳も回避する必要がある。特に、バッジ型のようなウェアラブル性を考慮した小型センサノードにおいては、これらの輻輳を簡易な方式で回避することが望まれる。しかしながら、特許文献１、２は、何れも、アクセスポイントとなる制御局が、情報伝送形式の異なる２つの通信システムの伝送時間帯を制御しており、制御局に特殊な機能が必要となっている。
【００１４】
本発明の目的は、基地局とセンサノードとの間のみならず、センサノード間通信における輻輳を容易に回避可能な無線通信システムおよび無線端末装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、消費電力の低減に有効なセンサネット用の無線端末装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の無線端末装置は、基地局と通信するための第１の無線送受信部と、他の無線端末と通信するための第２の無線送受信部と、上記基地局の無線チャネルの状態が、通信が衝突しない状態であるか否かを検出する輻輳制御部と、上記輻輳制御部によって無線チャネルの空き状態を検出してから、上記第１の無線送受信部によって上記基地局と無線通信し、基地局との無線通信が終了した時、上記第２の無線送受信部によって他の無線端末に情報を送信する通信制御部とを備えたことを特徴とする。
ここで、輻輳制御部は、例えば、キャリアセンスによって、基地局での無線通信が衝突しない状態か否かを判定する。第２の無線送受信部は、例えば、赤外線送受信部であり、自端末の識別情報を他の無線端末に送信する。
【００１６】
本発明の無線端末装置によれば、輻輳制御部によって、無線通信が衝突しない状態であることを検出してから、第１の無線送受信部による基地局との無線通信が実行されるため、基地局で複数の送信フレームが競合する可能性は極めて少ない。また、第２の無線送受信部による他の無線端末への情報送信は、基地局との無線通信が終了した時に開始されるが、この時点では、他の無線端末は、待機中、無線チャネルの空き状態を検出中、基地局との無線通信を開始した直後の何れかであり、他端末との通信は開始していない。従って、第２の無線送受信部、例えば、赤外線送受信部による情報送信が、基地局との通信所要時間よりも短時間で完了する限り、他の無線端末からの情報送信と競合する可能性も極めて低い。
【００１７】
更に詳述すると、本発明の無線端末装置は、上記第２の無線送受信部によって他の無線端末から受信した情報を蓄積するためのメモリを備え、上記通信制御部が、上記メモリに蓄積された他の無線端末からの受信情報を含む通信フレームを基地局に送信することを特徴とする。但し、上記通信フレームは、無線端末装置が備えるセンサで検知されたセンシングデータを含んでもよい。
【００１８】
本発明の無線端末装置は、上記通信制御部が、所定の周期でアクティブモードとなって、上記輻輳制御部による無線通信状態検出と、上記第１、第２の無線送受信部による無線通信を実行し、他の無線端末への情報送信の終了後に、スタンバイモードに移行することを特徴とする。
【００１９】
本発明の無線通信システムは、複数の無線端末装置と、ネットワークを介して管理装置に接続された複数の無線基地局とからなり、
上記各無線端末装置が、上記何れかの基地局と通信するための第１の無線送受信部と、他の無線端末装置と通信するための第２の無線送受信部と、上記基地局の無線通信が衝突しない状態であるか否かを検出する輻輳制御部と、上記輻輳制御部によって無線通信が衝突しない状態であることが検出された時、上記第１の無線送受信部によって上記基地局と無線通信し、基地局との無線通信が終了した時、上記第２の無線送受信部によって他の無線端末に情報を送信する通信制御部とを備え、
上記各無線基地局が、上記無線端末装置から受信した通信フレームの内容を上記管理装置に転送することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、無線端末装置と基地局との間のみならず、無線端末装置間通信における競合や輻輳も効果的に回避できるため、同一フレームの再送動作が少ない無線端末装置および無線通信システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明が適用されるセンサネットの１例を示す。
センサネットは、複数のセンサノード１０（１０Ａ−１、１０Ａ−２、１０Ａ−３、・・・、１０Ｂ−１、・・・）と、中継網（イントラネット／インターネット）ＮＷに接続された複数の基地局３０（３０Ａ、３０Ｂ、・・・）と、中継網ＮＷに接続されたサーバ４０とからから構成されている。サーバ４０は、センサネットにおける管理装置または監視センタとして機能する。
【００２２】
各センサノード１０は、何れかの基地局３０を介して、センシング情報をサーバ４０に通知する。図示したセンサネットでは、センサノード１０Ａ−１〜１０Ａ−３は基地局３０Ａと交信可能な範囲内に位置し、センサノード１０Ｂ−１は、基地局１０Ｂと交信可能な範囲内に位置している。
【００２３】
図２は、センサノード１０のハードウェア構成の１実施例を示す。
センサノード１０には、マイコン（プロセッサ部、メモリ）１１と、無線送受信部（第１無線部）１２と、赤外線送受信部（第２無線部）１３と、タイマ部ＲＴＣ（Real Time Clock）１４と、電源（電池）１５とからなり、マイコン１１は、内部バスを介して、複数のセンサ部および入出力部に接続されている。
【００２４】
ここに示したセンサノード１０は、人が身につけるウェアラブルなセンサノードとなっており、センサ部として、照度センサ１２１と、温度センサ１２２と、加速度センサ１２３を備え、入出力部として、液晶表示画面（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）１２４と、発行素子（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）１２５と、スピーカ（またはブザー）１２６と、入力ボタン１２７と、マイク１２８を備えている。
【００２５】
ＬＣＤ１２４には、センサ部で検知した各種のセンシングデータや、無線状態、基地局３０から受信したメッセージ等の情報がドット形式で表示される。ＬＥＤ１２５は、ノードの動作状態を視覚化するために利用され、特定イベントの発生時、例えば、メッセージの受信時に点灯する。また、スピーカ１２６は、例えば、サーバ４０から受信した音声データの再生と、鳴音による特定イベントの通知に利用される。ボタン１２７は、ＬＣＤ画面のスクロール操作や、ＬＣＤ画面に表示された選択肢の選択など、ユーザインタフェースの操作に利用される。マイク１２８は、１種のセンサであり、センサノード１０周辺の環境音や人の発話情報を取得する。取得された音声情報は、音声データ化され、無線パケットとしてサーバ４０に送信される。
【００２６】
本実施例において、マイコン１１は、輻輳制御部１１０と通信制御部１１１を備え、センシングデータの蓄積用メモリ領域として、赤外線データ領域１１２、加速度データ領域１１３、音声データ領域１１４を備えている。ＲＴＣ１４は、常に動作状態にあり、例えば、第１タイマ１４１で無線通信時間を管理し、第２タイマ１４２でセンシング時間を管理する。これらのタイマから出力される割り込み信号によって、センサノード１０の動作モードが、スタンバイモードからアクティブモード、逆に、アクティブモードからスタンバイモードに切替えられる。センサノード１０の動作モードは、通信制御部１１１によって制御される。
【００２７】
マイコン１１は、アクティブモード期間中に、入出力部の制御、センサ部へのセンシング実行命令の出力、無線送受信部１２および赤外線送受信部１３によるデータの送受信など、センサノード１０の全体動作を制御する。本実施例では、ＲＴＣ１４と赤外線送受信部１３は、常に稼動状態にあり、センサノード１０がスタンバイモードになった時、ＲＴＣ１４と赤外線送受信部１３以外の電子回路（マイコン１１を含む）をオフ状態にすることによって、消費電力を抑える。
【００２８】
マイコン１１は、アクティブモードの期間中に、各種センサ１２１〜１２３からセンシングデータをメモリ領域１１２〜１１４に取り込み、センシングデータとノード識別子を含む無線通信フレームを生成して、これを無線送受信部１２を介して基地局３０に送信する。また、アクティブモードの期間中に、無線送受信部１２が基地局３０から受信した制御データを取り込み、制御データに応じた制御動作を実行し、後で詳述するように、赤外線送受信部１３を介して、センサノード自身のＩＤ情報を含むパルス信号を送信する。
ここに示したセンサノード１０は、例えば、人体の正面に装着しておき、人の動きに伴って基地局の周辺を移動させることができる。この場合、センサノード１０は、人と人との対面検出にも応用できる。
【００２９】
基地局３０は、センサノード１０からの送信された無線フレームを正常に受信できた場合、送信元センサノード１０にＡＣＫ信号を返送する。センサノード１０は、ＡＣＫ信号を受信することによって、自分が送信したセンシングデータが、基地局で正しく受信されたものと判断する。
基地局３０は、送信元センサノード１０にＡＣＫ信号を返送した後、受信データを中継網ＮＷを介してサーバ４０に転送する。但し、基地局３０からのＡＣＫ信号を受信したセンサノード１０に、無線フレームの送信終了を示すＡＣＫ信号を送信させ、このＡＣＫ信号を受信した時点で、基地局３０からサーバ４０に受信データを転送するようにしてもよい。
【００３０】
基地局３０に対して、仮に複数のセンサノード１０が略同時に無線フレームの送信を開始した場合、送信信号の衝突によって、無線フレームを正常受信することができないため、基地局３０からのＡＣＫ信号の返送はない。無線フレームの送信元となった各センサノードは、一定時間内にＡＣＫ信号を受信できなければ、送信フレームを基地局で正しく受信できなかったものと判断し、それぞれランダムな待ち時間が経過した時点で、同一センシングデータの再送を試みることになる。
【００３１】
本実施例では、上述した同一センシングデータの再送を回避するために、各センサノード１０が、基地局３０との無線通信に先立って、個別に輻輳制御を行なう。具体的に言うと、センサノード１０の輻輳制御部１１０が、基地局３０への無線フレームの送信に先立って、キャリアセンスにより、基地局の無線チャネルが空き状態か否か、換言すれば、他のセンサノードが基地局３０と無線通信中か否かを判定する。
【００３２】
他のセンサノードが、基地局３０と無線通信中であれば、キャリアセンスを繰り返して、無線通信が衝突しない状態となるのを待つ。但し、キャリアセンスを一旦中止し、ランダムな時間が経過した後、キャリアセンスを再開するようにしてもよい。キャリアセンスの結果、基地局３０と無線通信中のセンサノードが存在しないと判断できた場合、センサノード１０は、直ちに無線通信状態となり、基地局３０に無線通信フレームを送信する。
【００３３】
センサノード１０と基地局３０との間の通信フレームには、センサノード１０から基地局３０に向かう上り通信フレームと、基地局３０からセンサノード１０に向かう下り通信フレームとがある。上り通信フレームは、センサノードで検出した温度、照度、加速度などのセンシングデータと、赤外線送受信部で検知した他のセンサノードの識別子とをサーバ４０に送信するためのものであり、下り通信フレームは、例えば、時計用タイマへの設定時刻、センシング間隔、無線フレームの送信周期、サンプリングレート等の制御パラメータの設定値を変更するために、サーバ４０からセンサノード１０に制御コマンドを与えるためのものである。下り通信フレームには、基地局３０からのセンサノード１０に送信するＡＣＫ信号フレームも含まれる。
【００３４】
図３は、アクティブモード期間中に各センサノード１０が実行する輻輳制御期間、無線通信期間、赤外線通信期間の関係を示す。ここでは、同一の基地局内３０Ａを介してサーバ４０と通信する二つのセンサノード１０Ａ−１、１０Ａ−２の動作を示している。各センサノード１０は、基地局から指定された所定の通信周期Ｔ０で、スタンバイモードからアクティブモードに切替えられ、無線通信フレームを基地局３０に送信する。
【００３５】
アクティブモードに切替えられたセンサノード１０Ａ−１は、通信フレームの送信に先立って、キャリアセンスによる輻輳制御２１１−１を実行し、無線通信が衝突しない状態であることを確認した上で、基地局３０と無線通信２１２−１を開始する。無線通信２１２−１では、センサノード１０Ａ−１から基地局３０Ａに無線通信フレームを送信し、この無線通信フレームを正常に受信した時、基地局からセンサノード１０Ａ−１にＡＣＫ信号を返信する。本実施例では、基地局からＡＣＫ信号を受信したセンサノード１０Ａ−１が、直ちに赤外線通信状態２１３−１になり、自分のノード識別子を含む通信フレームを赤外線送受信部１３で他のセンサノードに送信することに特徴がある。
【００３６】
尚、キャリアセンスで無線通信が衝突しない状態であることが判定された場合でも、例えば、センサノード１０Ａ−２が、センサノード１０Ａ−１のキャリアセンスでは検出できない場所に位置していた場合、センサノード１０Ａ−１と１０Ａ−２が同時に無線通信を開始し、結果的に、これら２つのノードの無線信号に衝突が発生する可能性がある。これは、隠れ端末問題として知られた現象である。そこで、本実施例では、センサノード１０Ａ−１が、基地局３０ＡからのＡＣＫ信号の受信を待って、赤外線通信２１３−１を開始している。基地局３０Ａに無線通信フレームを送信してから所定時間内にＡＣＫ信号を受信できなければ、センサノード１０Ａ−１は、ランダムに決定した待ち時間が経過した時点で、前回の送信フレームと同一内容の無線通信フレームを基地局３０Ａに再送する。
【００３７】
センサノード１０Ａ−１は、赤外線通信２１３−１が終了すると、スタンバイモードに移行し、タイマー１４１が示す所定の周期Ｔ０で、次回の通信シーケンス（輻輳制御２１１−２、無線通信２１２−２、赤外線通信２１３−２）を繰り返す。
センサノード１０Ａ−２も、センサノード１０Ａ−１と同様、基地局３０に無線フレームを送信する前に、キャリアセンスによる輻輳制御（２２１−１）を実行し、他のセンサノードが基地局３０と無線通信中でないことを確認して、基地局３０と無線通信（２２２−１）を開始し、無線フレームの送受信が正常終了すると、直ちに他のセンサノードとの赤外線通信を開始する（２２３−１）。
【００３８】
上述したように、本実施例では、各センサノード１０が、基地局３０との無線通信が完了した時、直ちに赤外線通信を実行している。基地局との無線通信の開始時刻は、事前に行われる輻輳制御によって、センサノード毎に異なっており、無線通信の完了と赤外線通信の開始タイミングも、センサノード毎に必ず異なっている。また、キャリアセンスによる輻輳制御の所要時間も含めると、センサノード１０と基地局３０との間の無線通信期間は、赤外線通信期間よりも長くなっているため、各センサノードが、無線通信期間の直後に赤外線通信を開始すれば、赤外線通信期間が他のセンサノードの赤外線通信期間と重なることはない。
【００３９】
従って、各センサノード１０の赤外線送受信部１３で、他のセンサノードから送信された赤外線信号をいつでも受信できるようしておき、赤外線信号が検知された時点で、割込み信号によってマイコン１１（通信制御部１１０）を起動するようにしておけば、ノード識別子を含む赤外線信号の受信処理が可能となる。
【００４０】
図４は、センサノード１０（１０Ａ−１〜１０Ａ−３）と基地局３０Ａとの間の通信シーケンスの第１の実施例を示す。ここでは、センサノード１０Ａ−１と１０Ａ−２、１０Ａ−２と１０Ａ−３が、互いに赤外線通信可能な位置関係（距離と角度）にあり、センサノード１０Ａ−１と１０Ａ−３は、赤外線通信不可能な位置関係にあるものと仮定している。
【００４１】
センサノード１０Ａ−１は、キャリアセンスによる輻輳制御（２１１）を行ない、無線通信が衝突しない状態であることを確認して、基地局３０Ａに無線通信フレームを送信する（２１２Ｔ）。基地局３０Ａは、無線通信フレームの受信に成功すると、センサノード１０Ａ−１にＡＣＫフレームを返送し（３０１−１）、受信フレームの内容をデータパケットとしてサーバ４０に転送する（３０２−１）。センサノード１０Ａ−１は、基地局３０ＡからＡＣＫ信号を受信すると（２１２Ｔ）、赤外線通信によって、自分のノード識別子を所定の方向に送信する（２１３）。センサノード１０Ａ−１から送信されたノード識別子は、センサノード１０Ａ−２によって受信される（２１４）。
【００４２】
センサノード１０Ａ−１と同様に、センサノード１０Ａ−３も、キャリアセンスによる輻輳制御（２３１）を行い、無線チャネルが空き状態にあることを確認して、基地局３０Ａに無線通信フレームを送信する（２３２Ｔ）。基地局３０Ａは、無線通信フレームの受信に成功すると、センサノード１０Ａ−３にＡＣＫフレームを返送し（３０１−１）、受信フレームの内容をデータパケットとしてサーバ４０に転送する（３０２−２）。センサノード１０Ａ−３は、基地局３０ＡからＡＣＫ信号を受信すると（２３２Ｔ）、赤外線通信によって、自分のノード識別子を所定の方向に送信する（２３３）。センサノード１０Ａ−３から送信されたノード識別子は、センサノード１０Ａ−２によって受信される（２３４）。
【００４３】
センサノード１０Ａ−３は、赤外線通信によって検出した他のセンサノード（ここでは、センサノード１０Ａ−１と１０Ａ−３）のノード識別子を蓄積しておき、次回の無線通信タイミングで、これをセンシングデータの一部として、無線通信フレームで基地局３０Ａに送信する（２２１〜２２３）。センサノード１０Ａ−３と同様、センサノード１０Ａ−１、１０Ａ−３も、赤外線通信で他のセンサノードのノード識別子を受信していた場合は、これを無線通信フレームで基地局３０Ａに送信する。
【００４４】
ここで、無線通信に続いて実行される赤外線通信（２１３、２２３、２３３）では、各センサノードに固有のノード識別子を送信すれば済むため、無線通信（２１２Ｔ〜２１２Ｒ、２２２Ｔ〜２２２Ｒ、２３２Ｔ〜２３２Ｒ）の所要時間よりも短時間で完了できる。
従って、本実施例のように、各センサノードが、個別の輻輳制御により、無線通信が衝突しない状態であることを確認した上で、基地局との無線通信を開始し、無線通信の終了時点で直ちに赤外線通信を開始するようにした場合、複数センサノードの赤外線通信に競合が発生するおそれはない。例えば、センサノード１０Ａ−１が赤外線通信２１３を実行した時、センサノード１０Ａ−３は、輻輳制御（２３１）を実行中か、無線通信（２３２Ｔ、２３２Ｒ）を開始した直後であり、センサノード１０Ａ−３が無線通信後に開始する赤外線通信２３３と、センサノード１０Ａ−１の赤外線通信２１３とが、時間的に重なることはない。
【００４５】
図５は、赤外線通信フレームと送信信号波形の１例を示す。
赤外線で送信される通信フレームは、送信元センサノードの上位ＩＤを示すフィールド４０１と、下位ＩＤ４０２を示すフィールドと、エラー訂正コードを示すフィールド４０３とからなる。各センサノードの赤外線送受信部１３は、上記通信フレームを符号化した後、赤外線パルス信号４００として送信する
図６は、センサノード１０の外観の１例を示す。
センサノード１０の表面側には、ＬＣＤ１２４、ＬＥＤ１２５、ボタン１２７、スピーカ１２６、マイク１２８が搭載され、マイコン１１、ＲＴＣ１４、電池１４、加速度センサ１２３は、ノード筐体に内蔵されている。赤外線送受信器１３は、ノードの表面側に搭載され、照度センサ１２１は、ノードの向きを判定できるように、表裏両面にそれぞれ搭載されている（１２１Ａ、１２１Ｂ）。
【００４６】
例えば、マイコン１１で、照度センサ１２１Ａと１２１Ｂの出力を比較し、照度センサ１２１Ａの出力が明らかに低い場合は、赤外線送受信器１３が物体または人体で覆われた状態にあるものと判断し、赤外線通信を中止する。また、加速度センサ１２３の出力信号から、センサノードの動きが激しいと判断された時も、赤外線の送信信号が相手ノードで正しく受信される可能性が低いため、赤外線通信を中止する。
【００４７】
図７は、各種センサによる検出結果と赤外線送受信器１３による検出結果とを送信するための無線通信フレームの１例を示す。
アプリケーションヘッダ（Application Header）フィールド６０１は、センサネットに適用されたアプリケーション種類を示す。データタイプ（Data type）フィールド６０２は、無線フレームのフォーマット識別情報を示す。
【００４８】
温度フィールド６０３と照度フィールド６０４は、それぞれ温度センサ１２１と照度センサ１２２で検出されたセンシングデータを示す。無線通信フレームの送信周期内に複数回のセンシングが行われた場合は、最新のセンシングデータが採用される。電池電圧値フィールド６０５は、電源１５の出力電圧の値を示す。
【００４９】
ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）値フィールド６０６は、ＡＣＫ信号など、基地局から受信した無線信号の電波強度の測定値を示す。リザーブフィールド６０７は、未使用のフィールドであり、オールゼロの値が設定される。
【００５０】
検出ノード個数フィールド６０８は、無線通信周期Ｔ０内に赤外線通信で検出された他のセンサノード個数、すなわち、周期Ｔ０内で受信した値の異なるセンサノード識別子の個数Ｎを示す。
【００５１】
対面識別子ｋ（ｋ＝１〜１６）フィールド（６０９、６１１、６１３、・・・、６３９）は、検出されたＮ個のセンサノードのうちのｋ番目のセンサノードの識別子を示し、検出回数ｋフィールド（６１０、６１２、・・・、６４０）は、周期Ｔ０内でのｋ番目のセンサノード識別子の検出回数（受信回数）を示している。対面識別子フィ−ルドと検出回数フィールドの個数は、各基地局に収容可能なセンサノードの最大個数に応じて決定される。
【００５２】
本実施例では、各センサノードは、各周期Ｔ０内に他のセンサノードから受信したセンサノード識別子と、識別子毎の検出回数とをテーブル形式で蓄積しておき、センサ部で検出したセンシングデータ６０３、６０４および電池電圧値６０５と共に、図７に示した無線フレームフォーマットで基地局３０に送信する。
【００５３】
基地局３０が無線フレームの受信に失敗した場合、同一のデータを再送する必要があるため、各センサノードには、例えば、奇数周期用テーブルと偶数周期用テーブルの２面のテーブルを用意しておき、周期毎にテーブルを切替えて検出データを蓄積し、データ送信に成功した時点で、前周期で使用したテーブル内容をクリアするとよい。
【００５４】
本実施例では、ノード識別子毎の受信回数をカウントしているため、周期Ｔ０内での赤外線通信回数が増加しても、データ蓄積に必要なメモリ容量は固定で済む。従って、上記無線フレームフォーマットは、多数回の赤外線通信記録の送信に適しており、センシングデータの送信周期Ｔ０が変更された場合でも、各センサノードから基地局に固定フォーマットでデータ送信できるという利点がある（以下、第１の方式とする）。
【００５５】
図８は、無線通信フレームの他の例を示す。
フィールド６０１と６０８は、図７と同様である。対面識別子ｋ（ｋ＝１〜８）フィールド（７０９、７１１、７１３、・・・、７２３）は、検出されたＮ個のセンサノードのうちのｋ番目のセンサノードの識別子を示し、タイムスタンプフィールド（７１０、７１２、・・・、７２４）は、ｋ番目のセンサノード識別子の受信時刻を示している。
【００５６】
本実施例では、周期Ｔ０内で受信されたセンサノード識別子毎の受信時刻（タイムスタンプ）を基地局３０に通知するようにしているため、周期Ｔ０内での赤外線通信回数が増加すると、データ蓄積に必要なメモリ容量も増加する。従って、この通信フレームは、各センサノードが、データ蓄積用として十分大きいメモリ容量をもつ場合に適している（以下、第２の方式とする）。
【００５７】
尚、図７、図８の通信フレームは、センシング情報とノード識別子情報の両方を含んできるが、アプリケーション次第で、何れか一方の情報のみを基地局に送信するようにしてもよい。また、無線送信周期とセンシング周期とを分割することによって、無線フレームサイズを図８の方式ほど大きくせずに、センシング周期単位での赤外線検出時刻を取得する方式も考えれれる。この方式（以下、第３の方式とする）では、センシング周期毎にタイムスタンプを附与する。図８の方式では赤外線を検出する度に、その検出時間を記録する。一方、第３の方式ではセンシング周期毎にタイムスタンプが附与されるため、第２の方式に比べて、データサイズが小さくて済む利点がある。また、第１の方式に比べ赤外線の検出時刻をより細かく取得することが可能となる。
【００５８】
図９は、センサノード１０（１０Ａ−１〜１０Ａ−３）と基地局３０Ａとの間の通信シーケンスの第２の実施例を示す。
本実施例は、基地局との無線通信を終えた各センサノードが、無線通信周期Ｔ０内に、赤外線によるセンサノード識別子の送信を複数回繰り返すことを特徴としている。
【００５９】
前述したように、各センサノード１０は、個別に輻輳制御をして、無線通信（２１２、２２２、２３２、・・・）を開始しているため、無線通信の直後に実行される赤外線通信では、他のセンサノードと競合することなくノード識別子を送信できる。しかしながら、同一周期Ｔ０内で行われる２回目以降の赤外線通信では、他のセンサノードとの競合を回避できる保証は無い。
【００６０】
そこで、本実施例では、図１０に示すように、２回目以降の赤外線通信は、他のセンサノードの１回目の赤外線通信と重ならないように、前回の送信時刻から一定時間ｔ±ランダム時間ｒ（ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４、・・・）が経過した時点で実行する。ランダム時間ｒは、赤外線通信の所要時間より長く、ｔより短い時間とする。本実施例によれば、実施例１よりも、赤外線によるノード識別子検出を頻繁に行えるため、センサノードの位置的関係の変化を精密に検出できる。
【００６１】
図１１は、本発明が適用されるセンサネットの他の実施例を示す。
本実施例では、図１１に示すように、異なる基地局に所属したセンサノード（１０Ａ−３と１０Ｂ−１）間で赤外線通信が行われた場合を想定しており、サーバ４０が、トポロジ管理部４１と、赤外線データ管理部４２と、ノードモード管理部４３を備えている。
【００６２】
センサネットの基地局３０Ａ、３０Ｂ、・・・は、それぞれ異なった無線チャネルを使用しているため、例えば、センサノード１０Ａ−３が、基地局３０Ａと無線通信を実行中であっても、別の基地局３０Ｂに所属したセンサノード１０Ｂ−１が、無線通信を正常に開始し、正常に終了することができる。従って、各センサノードに、無線通信終了後に直ちに赤外線通信を開始させると、センサノード１０Ａ−３と１０Ｂ−１の赤外線通信が同時に実行され、状況によっては、赤外線通信に失敗する可能性がある。
【００６３】
本実施例では、サーバ４０が、トポロジ管理部４１によって、各センサノードが現在どの基地局に所属しているかを監視している。また、赤外線データ管理部４２によって、例えば、センサノード１０Ａ−３と１０Ｂ−１のように、異なる基地局に所属したセンサノード間の赤外線通信を監視し、ノードモード管理部４３によって、各センサノードの動作モードを管理している。異なる基地局に所属したセンサノード間での赤外線通信の発生を検出した時、サーバ４０は、該当するセンサノード（図１１では１０Ａ−３と１０Ｂ−１）に対して、赤外線ＡＣＫ発行モードへの移行命令を送信する。
【００６４】
図１２は、上述した赤外線通信の競合に対応できるセンサノードの１実施例を示す。
本実施例のセンサノード１０は、マイコン１１にＡＣＫ管理部１１５を設け、ＲＴＣ１４に、赤外線通信管理用の第３タイマ１４３を設けたことを特徴としている。
【００６５】
赤外線ＡＣＫ発行モードへの移行命令を受けたセンサノードは、ＡＣＫ管理部１１５によって、センサノードの動作モードを赤外線ＡＣＫモードを変更する。赤外線ＡＣＫモードになったセンサノードは、赤外線で他のセンサノードからノード識別子を正常に受信した時、ＡＣＫ信号を返信する。また、赤外線で自分のノード識別子と送信した時、ＡＣＫ信号の受信を待ち、所定時間内にＡＣＫ信号を受信できなかった場合は、ノード識別子を再送する。ノード識別子の再送は、赤外線通信管理用の第３タイマ１４３からの割り込み信号に従って、図９、図１０で説明したランダム時間ｔ±ｒが経過した時点で実行する。
【００６６】
サーバ４０は、赤外線ＡＣＫモードで動作中のセンサノードの状態を監視し、センサノード（１０Ａ−３と１０Ｂ−１）が、同一の基地局に所属した時点で、赤外線ＡＣＫモード解除命令を発行する。赤外線ＡＣＫモード解除命令を受けたセンサノードは、ＡＣＫ管理部１１５によって、センサノードの動作モードを通常モードに戻す。通常モードに戻ったセンサノードは、図４または図９で説明した赤外線通信モードで動作する。
【００６７】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、各センサノードが、他のセンサノードと競合することなく、基地局との無線通信、センサノード間の赤外線通信を実行することが可能となる。
本発明をウエアラブルな名札型のセンサノードに応用した場合、人の対面状況を検出するアプリケーション、例えば、人と人との対面状況の把握や、コミュニケーションの活発度合に基づく組織のハブとなる人物の選出が可能となる。また、新規システムの導入や配置換えの前後での人の対面状況、コミュニケーションの活発度合の変化を分析し、組織マネジメントへの利用が可能となる。
また、本発明を据置型センサノードに適用した場合、例えば、机上に設置されたセンサノードで、名札型のセンサノードを身につけた人物の在席状況を自動的に検出することによって、メンバのプレゼンス情報を取得できる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明が適用されるセンサネットの１例を示す図。
【図２】センサノード１０のハードウェア構成の１実施例を示す図。
【図３】アクティブモード期間中に各センサノード１０が実行する輻輳制御期間、無線通信期間、赤外線通信期間の関係を示す図。
【図４】センサノード１０と基地局３０Ａとの間の通信シーケンスの第１の実施例を示す図。
【図５】赤外線通信フレームと送信信号波形の１例を示す図。
【図６】センサノード１０の外観の１例を示す図。
【図７】無線通信フレームフォーマットの１例を示す図。
【図８】無線通信フレームフォーマットの他の例を示す図。
【図９】センサノード１０と基地局３０Ａとの間の通信シーケンスの第２の実施例を示す図。
【図１０】第２の実施例における輻輳制御期間、無線通信期間、赤外線通信期間の関係を示す図。
【図１１】本発明が適用されるセンサネットの他の実施例を示す図。
【図１２】図１１のセンサネットに適用されるセンサノードの１実施例を示す図。
【符号の説明】
【００６９】
１０：センサノード、３０：基地局、４０：サーバ（監視センタ）、
１１：マイコン、１２：無線送受信部、１３：赤外線送受信部、１４：ＲＴＣ、１５：電源、１２１：照度センサ、１２２：温度センサ、１２３：加速度センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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