(57)【要約】【課題】  センサネットワークシステム上に電池切れまたは故障しているノードが存在しても、確実に防犯信号がベースに伝達されるシステムの提供。【解決手段】  下位ノードは、隣接ノードリストをもとに防犯センサが検知した信号を、上位Ｍ個までの上位ノードに対して、時系列的に信号を送信する。このＭ個のノード１は、さらに自分の持っている隣接ノードリストの上位Ｍ個の上位ノードに対して、防犯信号を送信する。これを繰り返すことによって、同一の防犯信号が多数のノード１を経由して、複数のルートでベース２まで伝達される。この時送信されたデータ系列の中には、送信先のノード１のアドレスとデータＩＤが含まれている。この手順を各ノード１が繰り返すことによって、最終的にベース２に防犯信号が伝達される。    【選択図】  図１
2008204136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサの感知信号を送信するノードと、
前記ノードから前記センサの感知信号を受信するベースとから構成され、
無線ネットワークシステムを利用して前記センサの感知信号をサーバに伝達するセンサネットワークシステムにおいて、
前記感知信号を受けたノードは、信号を送信されるノードの情報である隣接ノードリストに記載されたノードに対して、よりベースに近い上位から順番で時系列的に、前記感知信号を含んだデータフレームを送信するセンサネットワークシステム。
【請求項２】
前記データフレームは送信先アドレスとデータＩＤを含んでいることを特徴とした請求項１に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項３】
前記隣接ノードリストに記載されている隣接ノードのうち、上位Ｍ個に上位から順番で時系列的に前記感知信号を含んだデータフレームを送信することを特徴とした請求項１に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項４】
前記隣接ノードリストに記載されている隣接ノードは、事前に各ノードが通信を行って受信感度値（ＲＳＳＩ）が高いノードから上位ノードとして前記リストに記載されることを特徴とした請求項１に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項５】
センサの感知信号を送信するノードと、
前記ノードから前記センサの感知信号を受信するベースとから構成され、
無線ネットワークシステムを利用して前記センサの感知信号をサーバに伝達するセンサネットワークシステムにおいて、
前記感知信号を受けたノードは、信号を送信されるノードの情報である隣接ノードリストに記載されたノードに対して、よりベースに近い上位から順番で時系列的に、受信したことを送信元に知らせるＡＣＫ信号無しで前記感知信号を含んだデータフレームを送信するセンサネットワークシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサデータを送信するノードと、そのノードからセンサデータを受信するベース、ならびにノードとベースから構成されるセンサネットワークシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、センサに無線通信機能を有する小型の電子回路を付加して、現実世界の様々な情報をリアルタイムに情報処理装置に取り込むセンサネットワークシステムが検討されている。センサネットワークシステムには幅広い応用が考えられており、例えば、無線回路、プロセッサ、センサ、電池を集積した指輪型の小型電子回路により、脈拍等を常時モニタし、モニタ結果は無線通信により診断装置に送信され、モニタ結果に基づいて健康状態を判定するといったような医療応用も考えられている（例えば、非特許文献１参照。）。
センサネットワークシステムを広く実用化するためには、無線通信機能、センサ、および、電池等の電源を搭載する電子回路（以下、ノードという）を、長時間に渡ってメンテナンスフリー、かつセンサデータを送信し続けられるものとし、かつ外形も小型化することが重要になる。このため、超小型でどこにでも設置できるノードの開発が進められている。現段階では、実用上、１年程度の期間、電池交換をせずに使用可能であることが、メンテナンスコストおよび使い勝手の両面から必要と考えられている。
例えば、非特許文献２には、「Ｍｉｃａ２Ｄｏｔ」と呼ばれる、直径３ｃｍ程度の小型のノードのプロトタイプが紹介されている。このＭｉｃａ２Ｄｏｔは、無線通信に必要な機能を集積したＲＦチップと、低消費電力なプロセッサチップから構成される。このプロトタイプにおいては、９９％の時間は待機状態で、残りの１％の時間のみを間欠的に起動してセンサを動かして結果を無線通信するという間欠動作により、小型電池にて１年程度の動作が可能としている。
センサネットワークシステムには、上記のような小型で無線通信を行うノードと、センシングされたデータを無線で収集して、インターネットなどの有線ネットワークに接続するデバイス（以下、ベースと呼ぶ）の２種のデバイスが必要である。ノードは、小型かつ移動性を加味して電池で駆動されることが多いのに対し、ベースは据え置きでＡＣ電源駆動されるケースが多い。
【非特許文献１】Sokwoo Rhee他「Artifact-Resistant Power-Efficient Design of Finger-Ring Plethysmographic Sensors」,IEEE Transactions On Biomedical Engineering, Vol.48, No.7, July 2001, pp.795-805
【非特許文献２】Crossbow 「Smarter Sensors In Silicon」、インターネット、URL : http://www.xbow.com/Support/Support_pdf_files/Motetraining/Hardware.pdf
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
センサネットワークシステムをビル等の施設の防犯システムに利用しようとすると、以下のような課題が発生する。前述したように、ノードは敷設のやりやすさから電池駆動が強く求められている。しかし、電池駆動ではその寿命に制限が発生する。
防犯センサが稼働し信号がノードから送出されると、この信号は他のノードを経由してベースに伝達される。しかし、その途中にあるノードの電池が消耗されていると、そのノードは信号伝達機能がない。そこで、信号が停止してしまう。これでは防犯システムが機能しない。すなわち、いつ消耗するかもしれない電池を使用してのシステムで防犯に適用するには、信頼性が劣るという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、センサの感知信号を送信するノードと、前記ノードから前記センサの感知信号を受信するベースとから構成され、無線ネットワークシステムを利用して前記センサの感知信号をサーバに伝達するセンサネットワークシステムにおいて、前記感知信号を受けたノードは、信号を送信されるノードの情報である隣接ノードリストに記載されたノードに対して、よりベースに近い上位から順番で時系列的に、前記感知信号を含んだデータフレームを送信するセンサネットワークシステムにある。
【０００５】
本発明の第２の態様は、前記データフレームは送信先アドレスとデータＩＤを含んでいることを特徴とする第１の態様のセンサネットワークシステムにある。
【０００６】
本発明の第３の態様は、前記隣接ノードリストに記載されている隣接ノードのうち、上位Ｍ個に上位から順番で時系列的に前記感知信号を含んだデータフレームを送信することを特徴とする第１の態様のセンサネットワークシステムにある。
【０００７】
本発明の第４の態様は、前記隣接ノードリストに記載されている隣接ノードは、事前に各ノードが通信を行って受信感度値（ＲＳＳＩ）が高いノードから上位ノードとして前記リストに記載されることを特徴とする第１の態様のセンサネットワークシステムにある。
【０００８】
本発明の第５の態様は、センサの感知信号を送信するノードと、前記ノードから前記センサの感知信号を受信するベースとから構成され、無線ネットワークシステムを利用して前記センサの感知信号をサーバに伝達するセンサネットワークシステムにおいて、前記感知信号を受けたノードは、信号を送信されるノードの情報である隣接ノードリストに記載されたノードに対して、よりベースに近い上位から順番で時系列的に、受信したことを送信元に知らせるＡＣＫ信号無しで前記感知信号を含んだデータフレームを送信するセンサネットワークシステムにある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、センサネットワークシステム上に電池切れまたは故障しているノードが存在していても、確実に防犯信号がベースに伝達されるシステムを構築できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の代表的な実施形態の概要は次のとおりである。各ノードは自分（以下、下位ノードと言う）よりベースに距離的に近いノード（以下、上位ノードと言う）のうち、どのノードに信号を送信するかの情報（以下、隣接ノードリストという）を既にもっている。この情報は具体的に上位ノードのアドレスであり、この情報はあらかじめセンサネットワークシステムを構築した時に各ノードが入手できる情報である。この情報をもとに防犯センサが検知した信号（以下、防犯信号と言う）を受けた各ノードは、自分の隣接ノードリストの、例えば上位Ｍ個までの上位ノードに対して時系列的に信号を送信する。このＭ個のノードは、さらに自分の持っている隣接ノードリストの上位Ｍ個の上位ノードに対して防犯信号を送信する。これを繰り返すことによって同一の防犯信号が多数のノードを経由して、複数のルートでベースまで伝達される。これにより、センサネットワークシステム上の複数のノードが電池切れで動作していなくても、防犯信号がベースに伝達する確率は高くなる。
【００１１】
この時送信されたデータフレームの構成を図４に示す。データフレーム４０は送信元アドレスＳｒｃ４１,送信先アドレスＤｅｓｔ４２,ベースアドレスＢａｓｅＩＤ４３,防犯センサが検知した検知信号を他のノードで検出した同様な防犯センサの検知信号と一義的に区別できる信号（以下、データＩＤと言う）ＤａｔａＩＤ４４, 防犯センサの検知信号Ｄａｔａ４５,パリティチェック用のＣＲＣ４６で構成されている。ここで、各データは８ｂｉｔで構成される。信号を受け取った上位ノードは、このデータＩＤを参照することによって、すでに過去に受信した信号なのかを識別できる。すなわち、このデータＩＤの内容が過去のデータＩＤ（ＣＰＵ内に記憶され、受信する毎に新しいＩＤに更新される）と同じならば、既に違うノードから受け取ったデータである事がわかる。もし過去に受信した信号なら、この上位ノードは再度信号を送信しない。この処理によって同じ信号が何度も同じノードから送信されることを防止する。この手順を各ノードが繰り返すことによって、最終的にベースに防犯信号が伝達される。
【００１２】
図１にセンサネットワークシステムの一実施形態を示し、詳細に説明する。センサが搭載されているＮ１〜Ｎ１０までのノード１と、サーバ３にＬＡＮケーブルで接続されたベース２から構成される。各ノード１の間、及びノード１−ベース２の間は双方向の無線で接続されている。矢印は、お互いに双方向で通信できることを意味している。ここで無線とは、微弱、特定省電力、ZigBee、Bluetooth等の通信方式で代表される無線を意味している。
【００１３】
ベース２のハードウェア構成を図２に示す。無線部２０はアンテナ（ＡＮＴ）２１、無線モジュール（ＲＦＭ）２２,マイコン（ＣＰＵ）２３,制御回路（ＬＯＧＩＣ）２４,電圧レギュレータ（ＲＥＧ）２５,リアルタイムクロック（ＲＴＣ）２６で構成されている。また、サーバ３との通信を行えるようにＴＣＰ／ＩＰの変換ＩＣ２７を搭載したＬＡＮ基板２８が搭載されている。このＬＡＮ基板２８によりサーバ３とベース２の間の有線通信を行う。また、ＬＡＮ基板２８と無線部２０はコネクタＣＮ２，ＣＮ４で接続されている。
【００１４】
一方、ノード１の構成を図３に示す。無線部３０はアンテナ（ＡＮＴ）３１、無線モジュール（ＲＦＭ）３２,マイコン（ＣＰＵ）３３,制御回路（ＬＯＧＩＣ）３４,リアルタイムクロック（ＲＴＣ）３６で構成され、内蔵電池３５で駆動される。Ｎ１〜Ｎ１０までのノード１は、人感センサ等の人間の動きを検知できるセンサ３９とその検知した信号を無線で伝送できる無線部３０から構成されている。
【００１５】
例えば、ノードＮ８に搭載されている人感センサが人間の動きを感知すると、ノードＮ８に搭載されている無線モジュールによって、その感知した信号は上位ノードに送信される。この信号の送信先は、無線部に搭載されているＣＰＵ内のメモリに記憶されている隣接ノードリストに記載されているノードであり、かつより上位に位置付けられているノードへ順番に送信される。隣接ノードリストに記載される順番は、事前に各ノードが通信を行ってノードＮ８からの送信された電波が最も強く受信できるノードの順番である。すなわち受信感度値（ＲＳＳＩ）の高い順番を意味する。外乱がない状態では、この受信感度値はノード間の距離の２乗に反比例するので、ノード間の距離が近い上位ノードから記載される。例えばノードＮ８の場合には、ベースに距離的に近い上位ノードはノードＮ４、９，１０の３個である。ノードＮ１０の場合にはノードＮ８との距離が他のノードより遠い為に電波が届かないとすると、隣接ノードリストにはノードＮ４、９のみが記載されている。したがって、ノードＮ４とＮ９に信号を無線で送ることが出来る。またノードＮ１０においては、隣接したノードＮ５、ノードＮ６、ノードＮ９に信号を送ることが出来る。
【００１６】
各ノードが自身のデータを無線で送ることができる相手のノードは、自身と相手のノードとの距離によって決まる。その距離は具体的には無線方式によって異なっている。例えば、微弱無線のような送信出力の低いものでは３〜５ｍ、特定小電力のような送信出力の高いものでは１００ｍ程度距離が離れていても、自身の信号を相手のノードに送ることが可能である。したがって、送信出力の高い無線方式ではノード間の距離を離すことが出来る為に、広範囲なセンサネットワークシステムを構築することができる。
【００１７】
本発明の送信フローチャートを図５に示す。まず、あるノードの人感センサが人を検知する（Ｓ５０）。この検知したノードが持っている隣接ノードリストの上位Ｍ個のノードに対して、送信するノードの順番等の送信準備をする（Ｓ５１）。次に、その順番に従い対応するノードに、ＡＣＫ信号無しのデータフレームを送信する（Ｓ５２）。更に、Ｍ個のノードへＡＣＫ信号無しのデータフレームを送信したかを判別し（Ｓ５３）、未了の場合はＳ５２の処理に戻る。Ｓ５３で送信が終了した場合には、送信がベースへ到達したかを判別する（Ｓ５４）。ベースに到達した場合は、この送信フローを終了する。Ｓ５４でベースに到達していない場合には、更に受信したノードは、データＩＤが一致しているかを判別する（Ｓ５５）。データＩＤが一致している場合は、既に受信されたデータであるので、この送信フローを終了する。Ｓ５５でデータＩＤが一致していない場合には、受信していないデータであるので、受信したノードが持っている隣接ノードリストの上位Ｍ個のノードに対して、送信するノードの順番等の送信準備をする（Ｓ５６）。次に、上記Ｓ５２の処理に戻る。
【００１８】
例えば、ノードＮ４の人感センサが人の侵入を検知し、人感センサの出力状態が変化したとする。その信号変化は、ノードＮ４に搭載されている無線部に伝達される。信号の変化が伝達された無線部は自身が持っている隣接ノードリストに基づいて、そのリストに記載されている上位Ｍ個の上位ノードに信号変化を伝える。この時、隣接ノードリストに記載されている上位ノードは、事前に各ノードが通信を行って受信感度値（ＲＳＳＩ）が高いものから上位ノードとしてリストに記載され、受信感度値が一定レベル以下のノードは、受信し難い為にリストから外される。したがって、ノードによって隣接ノードリストに記載されているノードの数は異なる。外乱が多い環境では、受信能力が低くなる為に一定以上の受信感度値を持つような隣接ノードリストに記載さるノードの数は少なく、反対に外乱が少ない環境では、隣接ノードリストに記載されるノードの数は多くなる。したがって外乱が多い為、ある一定以上の受信感度値（ＲＳＳＩ）を持つような隣接ノードリストに記載されるノードが１個しかない場合には、前述した上位Ｍ個のノードはＭ=１になる。
【００１９】
また、反対に外乱が少ない状態では、隣接ノードリストに記載されているノードの数は多くなる。仮にそのノードの数が１０個あったと仮定すればＭ＝１０となるが、実際に送信先の上位ノードは、例えば隣接ノードリストの上位３個程度で十分である。なぜなら、記載されているノード数が多いということは、電波環境が良いことを意味するので、通信の確度は高いと判断できるからである。したがって、この場合にはＭ=３となる。このＭの値については、本発明によるセンサネットワークシステムが適応される環境によって異なるので、その環境状況に応じてその場で決められるものである。
【００２０】
ここで、ノードＮ４のリストにはノードＮ１、ノードＮ５、ノードＮ９の順番で書かれていたとする。したがって、ノードＮ４はノードＮ１に対して送信元アドレスとして自身のＩＤと、送信先アドレスとしてノードＮ１のＩＤと、最終あて先アドレスとしてベースのＩＤと人感センサの信号変化の情報とデータＩＤを、一連のデータ（これを以下データフレームと呼ぶ）として送信する。この時ノードＮ５も当然ノードＮ４からの信号を受信するが、データの中にノードＮ１が送信先アドレスとして入っているのでノードＮ５はこのデータを破棄する。ノードＮ９もノードＮ５と同様の処理をする。
また、ノードＮ４から信号を受信したノードＮ１は本来なら受信したという信号（以下ＡＣＫ信号と呼ぶ）をノードＮ４に対して発信するが、本発明ではＡＣＫ信号を発信しない。  
【００２１】
ノードＮ１への信号送信が終了したら、ノードＮ４は隣接リストの上位２番目のノードＮ５に対してノードＮ１に対して送信したデータと同様な信号を送信する。ただし、送信先アドレスとしてノードＮ１の替わりにノードＮ５のＩＤにする。この信号は前述と同様、ノードＮ１、ノードN９も受信するが、送信先アドレスが自身のノードではない為に受信データを破棄する。  
【００２２】
ノードＮ４から信号を受信したノードＮ５は、本来なら受信したというＡＣＫ信号をノードＮ４に対して発信するが本発明ではＡＣＫ信号を発信しない。
【００２３】
ノードＮ５への信号送信が終了したら、ノードＮ４は隣接リストの上位３番目のノードＮ９に対して、ノードＮ１に送信したデータと同様な信号を送信する。ただし、送信先アドレスとしてノードＮ１の替わりにノードＮ９のＩＤにする。この信号は前述と同様、ノードＮ１、ノードＮ５も受信するが、送信先アドレスが自身のノードではない為に受信データを破棄する。  
【００２４】
ノードＮ４から信号を受信したノードＮ９は、本来なら受信したというＡＣＫ信号をノードＮ４に対して発信するが、本発明ではＡＣＫ信号を発信しない。
以上のように、ノードＮ４の人感センサが検出した信号は、隣接ノードリストに記載された上位ノードの順番で時系列的にデータ送信される。この時、データを受け取った上位ノードはＡＣＫ信号を発信しない。
【００２５】
さらにノードＮ５は、自身に記載されている隣接ノードリストの上位３個のノード、例えばノードＮ１、ノードＮ２、ノードＮ３に対して、ノードＮ４が行った動作を繰り返す。ただし、ノードＮ１は、既にノードＮ４から同様のデータが送信されている為に、受信したデータを破棄する。この動作は、受信したデータフレームにデータＩＤが含まれており、このデータＩＤが同一なことから判断して破棄される。ノードＮ２、ノードＮ３に対しては、ノードＮ４がノードＮ５、ノードＮ９に対して行ったものと同様の動作をする。
【００２６】
更に、ノードＮ１、ノードＮ２、ノードＮ３の隣接ノードリストに記載されているノードはベースのみである。したがって、ノードＮ１、Ｎ２、Ｎ３は、ベースに向かってノードＮ４の人感センサの検知信号を送信する。この結果、ノードＮ４の人感センサの検知信号は、ノードＮ１→ベース、ノードＮ５→ノードＮ２→ベース、ノードＮ５→ノードＮ３→ベースの３種類のルートを通ってベースに送られる。これにより、どれかのノードが故障または電池切れしていても前述のように複数のルートが確保される為に、信号がベースに送られる確率が高くなる。ここで、ノードＮ１、Ｎ２、Ｎ３が同時にベースに向かって送信すると、電波のコリジョンが起こり、ベースはいずれのノードからの信号も受信できない。
【００２７】
しかし、本発明では隣接ノードリストに記載された上位ノードに対して上位ノードから時系列的に信号が送信される。これにより、例えばノードＮ４からノードＮ１に送られた信号は、ノードＮ５→ノードＮ２経由で送られる信号よりも時間的に先行している。またノードＮ５→ノードＮ２で送られた信号は、ノードＮ５→ノードＮ３経由で送られた信号よりも時間的に先行している。これにより、上記３種類のルートを通って伝達されるノードＮ４の信号はベースに到達するまでに時間差が生じる為、信号のコリジョンは起こらない。
【００２８】
前述したように、受信したノードは受信したというＡＣＫ信号を発信しない。この理由はＡＣＫ信号を発信すると、それだけノードＮ４の検知信号をベースに伝達する時間が多くかかってしまう。これは、防犯目的で設置される本システムにとっては致命的欠点である為、本発明では、ＡＣＫ信号を発信せずにシステムを構成させている。これによる欠点は、信号が確実に伝達されているかの確認が行われていないことになるが、この欠点を本システムでは複数ルートの信号経路を確保することにより補っている。
ベースに送られた検知信号はＬＡＮを通してサーバに送られ、侵入者信号がセンタで確認できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】センサネットワークシステムの一実施形態を示す図である。
【図２】ベースのハードウェア構成を示す図である。
【図３】ノードのハードウェア構成を示す図である。
【図４】データフレームの構成を示す図である。
【図５】送信フローチャートを示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  ノード    
２  ベース  
３  サーバ  
３９  センサ
【図１】
2008204136.tif 000003
【図２】
2008204136.tif 000004
【図３】
2008204136.tif 000005
【図４】
2008204136.tif 000006
【図５】
2008204136.tif 000007