(57)【要約】【課題】複数のセンサノードを含みゲートウェイを介してインターネットに接続されているセンサネットワークの稼働率評価方法を提供する。【解決手段】各センサノードによりセンシングされたデータは、他のセンサノードを中継して前記ゲートウェイ及びネットワークを介して転送される。センサネットワークの稼働率を評価するために用いる情報として、当該センサネットワーク内に含まれるセンサノードの数又はセンシングエリア面積、センサノードでセンシングされたデータの転送経路、及び各センサノードのパラメータを含む。稼働率を評価するに当たり、これらの情報を入力し、演算装置を用いて所定の式に基づいて稼働率を算出する。稼働率を最適化するため、算出された稼働率を目的値と比較し、目標値を超えない場合、入力したデータを変更しながら演算を繰り返す。【選択図】        図２
2004343534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データセンシング機能、通信機能、データ中継機能及びバッテリを有する複数のセンサノードを具え、ゲートウェイを介してネットワークに接続され、各センサノードによりセンシングされたデータは、中間に位置する他のセンサノードを中継して前記ゲートウェイ及びネットワークを介して転送されるセンサネットワークの稼働率を評価する方法であって、
センサネットワークの稼働率を評価するために用いる情報として、当該センサネットワーク内に含まれるセンサノードの数又はセンシングエリア面積、センサノードでセンシングされたデータの転送経路、及び各センサノードのパラメータを含み、
前記稼働率評価に用いる情報を入力する工程と、
演算装置を用い、入力されたデータに基づいて時刻ｔにおけるセンサネットワークの稼働率ｗｔを算出する工程とを具えることを特徴とするセンサネットワークの稼働率評価方法。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサネットワークの稼働率評価方法において、ｉ番目（ｉは１以上の自然数とする）のセンサノードのパラメータとして、常時消費電力ａｉ／秒、１回のセンシングに要する平均消費電力１／βｉ、下位ノードのセンシングデータの１ビット中継に対する平均消費電力１／γｉ、センシングの発生平均頻度λｉ／秒、及び平均初期バッテリ量１／ηｉを用い、前記センサノードの数をｎとした場合に、式
【数１】
2004343534.tif 000011
に基づいて時刻ｔにおけるセンサネットワークの稼働率ｗｔを算出することを特徴とするセンサネットワークの稼働率評価方法。
【請求項３】
請求項２に記載のセンサネットワークの稼働率評価方法において、前記センサノードとして同一のパラメータを有するｎ個のセンサノードを用い、センサノードのパラメータとして、常時消費電力ａ／秒、１回のセンシングに要する平均消費電力１／β、下位ノードのセンシングデータの１ビット中継に対する平均消費電力１／γ、センシングの発生平均頻度λ／秒、及び平均初期バッテリ量１／ηを用い、式、
【数２】
2004343534.tif 000012
に基づいて時刻ｔにおけるセンサネットワークの稼働率ｗｔを算出することを特徴とするセンサネットワークの稼働率評価方法。
【請求項４】
データセンシング機能、通信機能、データ中継機能及びバッテリを有する複数のセンサノードを具え、ゲートウェイを介してネットワークに接続され、各センサノードによりセンシングされたデータは、中間に位置する他のセンサノードを中継して前記ゲートウェイ及びネットワークを介して転送されるセンサネットワークを稼働率に基づいて設計するする方法であって、
センサネットワークの稼働率を求めるための情報として、当該センサネットワーク内に含まれるセンサノードの数又はセンシングエリア面積、センサノードでセンシングされたデータの転送経路、及び各センサノードのパラメータを用い、
前記稼働率評価に用いる情報を入力する工程と、
入力された情報を記憶手段に記憶する工程と、
演算装置を用い、入力された情報に基づいて時刻ｔにおけるセンサネットワークの稼働率ｗｔを算出する演算処理工程とを具え、
演算処理の結果として得られた稼働率と目的とする稼働率と比較し、目標値よりも低い場合、前記センサノード数、データ転送経路又はセンサノードのパラメータのいずれかを変更して再度演算処理を実行し、前記目標値を超えるまで演算処理を繰り返すことを特徴とするセンサネットワークの設計方法。
【請求項５】
請求項４に記載のセンサネットワークの設計方法において、請求項２又は３に記載の式を用いて演算処理を実行することを特徴とするセンサネットワークの設計方法。
【請求項６】
データセンシング機能、通信機能、データ中継機能及びバッテリを有する複数のセンサノードを具え、ゲートウェイを介してネットワークに接続され、各センサノードによりセンシングされたデータは、中間に位置する他のセンサノードを中継して前記ゲートウェイ及びネットワークを介して転送されるセンサネットワークの設計方法であって、
センサネットワークセンシングエリアＤ及び当該センシングエリア内に配置されるセンサノード数ｎを規定する工程と、
センサノードの結合関係を規定する工程と、
センサノード間の間隔ｄｉを規定する工程とを具え、
センサノード間の間隔ｄｉを、ゲートウェイに近い側のセンサノード間の間隔をゲートウェイに遠い側のセンサノード間の間隔よりも小さく設定することを特徴とするセンサネットワークの設計方法。
【請求項７】
データセンシング機能、通信機能、データ中継機能及びバッテリを有する複数のセンサノードを具え、ゲートウェイを介してネットワークに接続され、各センサノードによりセンシングされたデータは、中間に位置する他のセンサノードを中継して前記ゲートウェイ及びネットワークを介して転送されるセンサネットワークの設計方法であって、
センサネットワークセンシングエリアＤ及び当該センシングエリア内に配置されるセンサノード数ｎを規定する工程と、
センサノードの結合関係を規定する工程と、
センサノード間の間隔ｄｉを規定する工程とを具え、
センサノード間の間隔ｄｉを、式
【数３】
2004343534.tif 000013
（ただし、θ１＝１とし、ｃｉ，１及びｃｉ，２はセンサノードｉに関するパラメータであり下位ノードのセンシングデータを１ビット中継する毎の平均消費電力がｃｉ，１＋ｃｉ，２ｄｉ２  となるものとする）
に基づいて決定することを特徴とするセンサネットワークの設計方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センシング機能及び通信機能を有する複数のバッテリ内蔵型のセンサノードを含むセンサネットワークの稼働率評価方法及び設計方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エレクトロニクスやＭＥＭＳ技術の進展により、工場や自動車、オフィスや家庭にある多くのセンサが小型化されるとともに、ネットワーク的につながり始めた。例えば、警備会社や携帯電話への通知と組み合わせた盗難防止自動車や侵入監視つき住宅、各種のタンクの残量センサとタンクへの配給システムの組み合わせ、地すべりセンサによる通報システムや地震センサによるガス供給停止制御などが、実際の例として挙げられる。特に、無線技術を用い、バッテリ内蔵型で、自律的にネットワークを構成する非常に多くの超小型センサノード（本明細書において、通信機能を有するセンサを「センサノード」と称する）によるセンサネットワークが可能となってきた。このようなセンサネットワークの例として、ｓｍａｒｔ−ｄｕｓｔに代表される未来型センサネットワークが既知である（例えば、非特許文献１参照）。このような未来型センサネットワークは、以下のようなこれまでのネットワークとは異なる特徴を有している（例えば、非特許文献２参照）。
【０００３】
ｉ）通信機能は低機能である。
ｉｉ）非常に多くのノードからなるネットワークになりえる。また、ノードの単位面積あたりの密度が非常に高いかもしれない。
ｉｉｉ）センサノードの位置は、きちんと計画されたものでないかもしれない。
ｉｖ）センサノードは電池切れで動かなくなるかもしれない。
Ｖ）センサノードは、簡単に動かなくなるかもしれず、また、一斉に更新されるかもしれない。
ｖｉ）センサノードは移動するかもしれない。
ｖｉｉ）センサノードはエンドポイント機能を有し、中継機能も有するかもしれない。
ｖｉｉｉ）センサノードは、自ノードや下位ノードでセンスしたセンシングデータの統合や情報処理などの上位レイヤ機能を有するかもしれない。
このように、こうしたセンサネットワークはこれまでのネットワークと異なる側面を有する。そのため、これまでとは違う尺度でその特徴を評価する必要が出てきている。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｉ．  Ｆ．  Ａｋｙｉｌｄｉｚ，  Ｗ．  Ｓｕ，  Ｙ．  Ｓａｎｋａｒｕｂｒａｍａｎｉａｍ，  ａｎｄ  Ｅ．Ｃａｙｉｒｃｉ著  “Ａ  Ｓｕｒｖｅｙ  ｏｎ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”  ＩＥＥＥ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｍａｇａｚｉｎｅ，ｐｐ．１０２−１１４，Ａｕｇｕｓｔ  ２００２
【非特許文献２】
Ｊ．  Ｍ．Ｋａｈｎ，  Ｒ．  Ｈ．Ｋａｔｚ，ａｎｄ  Ｋ．Ｓ．Ｊ．Ｐｉｓｔｅｒ著  “Ｎｅｘｔ  ｃｅｎｔｕｒｙ  ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ：  Ｍｏｂｉｌｅ  ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ  ｆｏｒ  ｓｍａｒｔ  ｄｕｓｔ”  Ｉｎ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｆｉｆｔｈ  Ａｎｎｕａｌ  ＡＣＭ／ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ（ＭｏｂｉＣｏｍ９９），ｐｐ．２７−２７８，Ｓｅａｔｔｌｅ，Ａｕｇｕｓｔ  １９９９
【０００５】
センサネットワークの例を図１に示す。センサネットワークは、複数のセンサノード、ゲートウェイからなる。広義のセンサネットワークは、さらに別のネットワークに接続されたデータベース、アドレス解決装置、アプリケーションシステムを含むが、本特許では、特にデータベース、アドレス解決装置、アプリケーションシステムなどに言及することはない。各センサノードがゲートウェイと直接接続されている場合（図１（ａ））と、他センサノードとも接続し、他のノードのセンシングデータを中継し得る場合（図１（ｂ））がある。ゲートウェイは、当該センサネットワークを他網（通常、インターネット）に接続する。ゲートウェイは複数あってもよい。ゲートウェイがインターネットホストの場合、ＩＰアドレスを有するが、センサノードはＩＰアドレスを持たないかもしれない。特別な場合として、センサノードがゲートウェイ機能を取り込んだ図１（ｃ）の形態もある。
【０００６】
各センサノードでセンスされたデータは、ゲートウェイを及び別のネットワークを介してデータベースに送られる。アプリケーションシステムは、センシングデータを得るため、データベースやセンサノードにアクセスするが、通常、「東京のｘｙｚ交差点の気温」というように地理的位置やａｔｔｒｉｂｕｔｅ−ｂａｓｅのアドレスを用いてアクセスする。そのため、アドレス解決装置がデータベースやゲートウェイのＩＰアドレス、センサノードのネットワークアドレスを解決する。ゲートウェイノードのアドレスが解決された場合、データ取得要求がゲートウェイに転送され、ゲートウェイで配下のセンサノードのネットワークアドレスに対応付けられる。こうして、データベースまたはセンサノードから要求データを取得したアプリケーションシステムは、グラフ化などの処理を行い、ユーザにセンシングデータを通知する。
【０００７】
前述のように、センサネットワークは既存のネットワークとはかなり趣を異にする。従って、センサネットワークの性能や品質に関する尺度も、センサネットワークにふさわしいものを検討する必要がある。
まず、センサネットワークの特徴は、センサノードがバッテリー内蔵型である場合が多く、バッテリ切れによる機能停止が生じ得るということである。バッテリに関連する尺度の例として「センサネットワーク稼働率」（センサネットワークを構成するすべてのセンサノードが稼動している確率）が考えられる。
【０００８】
これに対して、既存ネットワークでは、呼損率や接続遅延、パケット遅延や伝送エラー率などが尺度となる。そして、既存のネットワークのネットワーク設計装置は、記憶装置と演算装置と入出力装置を有し、対地トラヒック、ネットワークトポロジ・経路、ノードのパラメータ（呼処理容量など）を入力装置より与え、記憶し、予め定められた式により、上記尺度を演算措置により評価する。これにより、最終的に、同尺度目標値を満足する経路やノードの数などを求めることにより、ネットワーク設計が行われている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
センサネットワークは既存のネットワークとはかなり趣を異にするにも関わらず、適当な尺度がなく、それに基づく設計方法や評価方法が提案されていないのが実情である。
従って、本発明の目的は、バッテリ内蔵型の複数のセンサノードを含みゲートウェイを介してセンシングデータが転送されるセンサネットワークの稼働率評価方法を提供することにある。
さらに、本発明の別の目的は、バッテリ内蔵型の複数のセンサノードを含みゲートウェイを介してセンシングデータが転送されるセンサネットワークの稼働率設計方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によるセンサネットワークの稼働率評価方法は、データセンシング機能、通信機能、データ中継機能及びバッテリを有する複数のセンサノードを具え、ゲートウェイを介してネットワークに接続され、各センサノードによりセンシングされたデータは、中間に位置する他のセンサノードを中継して前記ゲートウェイ及びネットワークを介して転送されるセンサネットワークの稼働率を評価する方法であって、
センサネットワークの稼働率を評価するために用いる情報として、当該センサネットワーク内に含まれるセンサノードの数又はセンシングエリア面積、センサノードでセンシングされたデータの転送経路、及び各センサノードのパラメータを含み、
前記稼働率評価に用いる情報を入力する工程と、
演算装置を用い、入力されたデータに基づいて時刻ｔにおけるセンサネットワークの稼働率ｗｔを算出する工程とを具えることを特徴とする。
【００１１】
本発明によるセンサネットワークの設計方法は、データセンシング機能、通信機能、データ中継機能及びバッテリを有する複数のセンサノードを具え、ゲートウェイを介してネットワークに接続され、各センサノードによりセンシングされたデータは、中間に位置する他のセンサノードを中継して前記ゲートウェイ及びネットワークを介して転送されるセンサネットワークの設計方法であって、
センサネットワークセンシングエリアＤ及び当該センシングエリア内に配置されるセンサノード数ｎを規定する工程と、
センサノードの結合関係を規定する工程と、
センサノード間の間隔ｄｉを規定する工程とを具え、
センサノード間の間隔ｄｉを、ゲートウェイに近い側のセンサノード間の間隔をゲートウェイに遠い側のセンサノード間の間隔よりも小さく設定することを特徴とする。
【００１２】
本発明による別のセンサネットワークの設計方法は、データセンシング機能、通信機能、データ中継機能及びバッテリを有する複数のセンサノードを具え、ゲートウェイを介してネットワークに接続され、各センサノードによりセンシングされたデータは、中間に位置する他のセンサノードを中継して前記ゲートウェイ及びネットワークを介して転送されるセンサネットワークの設計方法であって、センサネットワークセンシングエリアＤ及び当該センシングエリア内に配置されるセンサノード数ｎを規定する工程と、
センサノードの結合関係を規定する工程と、
センサノード間の間隔ｄｉを規定する工程とを具え、
センサノード間の間隔ｄｉを、式
【数４】
2004343534.tif 000003
（ただし、θ１＝１とし、ｃｉ，１及びｃｉ，２はセンサノードｉに関するパラメータであり下位ノードのセンシングデータを１ビット中継する毎の平均消費電力がｃｉ，１＋ｃｉ，２ｄｉ２ となるものとする）
に基づいて決定することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
入出力装置、記憶装置、演算装置からなるセンサネットワーク設計・評価システム上でのセンサネットワーク設計・評価方法について説明する。評価装置は、各種のデータやパラメータを入力する入力装置、入力したパラメータ等を記憶するデータベース、入力パラメータについて所定の演算処理を実行する演算装置、及び演算結果を出力する出力装置を有するものとする。
各センサノードは、センシング機能、通信機能及びセンシングデータの中継機能を有し、バッテリが内蔵されているものとする。各センサノードにより検出されたデータは、無線リンクのマルチホップにより他のセンサノードを中継してゲートウェイに転送する。当該ゲートウェイはインターネットに接続する。従って、各センサノード１〜ｎは、中間のセンサノードで順次中継されてゲートウェイ１に転送され、インターネット２を経てワークステーション等に送信される。
【００１４】
センサネットワークの稼働率評価は、以下の工程に従って行う。
初めに、設置すべきセンサノードの数ｎ及びセンシングエリア面積（距離）Ｄを決定して入力する。より一般的なネットワークトポロジについては、以下のようにして、一列の単純な構成に分解する。図２は、直線型の網構成を示す。図２において、インターネット１にゲートウェイ２が接続され、ゲートウェイ２には直線状に配列されたｎ個のセンサノード３ａ〜３ｎがライン状に接続される直線型の網とする。
【００１５】
次に、センサネットワークのトポロジ・センサノード間の結合関係を入力する（図３）。さらにその上で、センシングデータが送信される経路を入力する（図４）。ゲートウェイを端点とするツリー構造が通常である。ゲートウェイを根とし、末端のセンサノードまでの一連のノードを、演算装置は取り出す（図５）。ゲートウェイを端点とする１列の構成となる。ｎ個のセンサノードについては、ゲートウェイ２に近い側から順次識別番号を付与する。
【００１６】
センサノードｉは常時毎秒ａｉの電力を消費し、この常時消費電力ａｉに加えて、センシングやデータ転送に際して、以下の電力消費を生ずる。まず、センサノードｉがセンシングする毎に電力ｂｉを消費する。この電力ｂｉは平均１／βｉの指数分布に従う確率変数であるとする。そして、下位ノードのセンシングデータを中継する毎に電力ｃｉを消費する。ここで、ｃｉは、平均１／γｉの指数分布に従う確率変数とする。センサノードｉにおけるセンシングは平均λｉ／秒のポアソン分布にしたがって生ずるものとする。また、センサノードｉの初期バッテリ量ｈｉ（時刻０できバッテリ量）は、平均１／ηｉに従うものとする。尚、以下の説明においてデータの転送遅延は無視する。
【００１７】
次に、入力すべきセンサノードのパラメータについて説明する。ｘｉを、全センサノードは稼動し続ける（バッテリ切れしない）とした上でのセンシングと中継によりセンサノードｉが時刻０以降に消費する電力とする。ｐｔ（ｘ１，……ｘｎ）を時刻ｔにおけるｘ１，……ｘｎの同時確率密度関数とする。このとき、ｐｔは以下の式を満たす。
【数５】
2004343534.tif 000004
ｑｔ（ｓ１，……ｓｎ）をｐｔ（ｘ１，……ｘｎ）のＬａｐｌａｓ−Ｓｔｉｅｌｔｊｅｓ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍ（Ｌ．Ｓ．Ｔ．）とすると、ｑｔは以下の式で表される。
【数６】
2004343534.tif 000005
【００１８】
ｙｉを、全センサノードは稼動し続ける（バッテリ切れしない）とした上での、センサノードｉが時刻０以降に消費する電力とする。すなわち、時刻ｔにおいて、ｙｉ＝ｘｉ＋ａｉｔ  となる。ｒｔ（ｙ１，………ｙｎ）を時刻ｔにおけるｙ１，………ｙｎの同時確率密度関数とし、ｕｔ（ｓ１，……ｓｎ）を、そのＬ．Ｓ．Ｔ．とする。すると、
【数７】
2004343534.tif 000006
となる。
【００１９】
以上の結果より、時刻ｔのセンサネットワークの稼働率ｗｔは以下のように表される。
【数８】
2004343534.tif 000007
この式より、稼働率ｗｔはｔに対して指数関数的に減少することが分かる。
特に、各パラメータ（ａｉ，βｉ，γｉ，ηｉ，λｉ）がセンサノード番号ｉによらず同一の場合（すなわち、各ｉについてａｉ＝ａ，βｉ＝β，γｉ＝γ，ηｉ＝η，λｉ＝λ）、消費電力ｗｔは以下の式で表される。
【数９】
2004343534.tif 000008
この場合、上式から、ｗｔはλに関して、指数関数的に減少することが分かる。
【００２０】
上述した事項に基づき、センサネットワークを評価するためのセンサノードパラメータとして、常時消費電力ａｉ／秒、１センシング平均消費電力１／βｉ、下位ノードのセンシングデータ１ビット中継に対する平均消費電力１／γｉ、センシング発生平均頻度λｉ／秒、平均初期バッテリ量（時刻０でのバッテリ量）１／ηｉを用い、これらのパラメータの入力を行う。尚、全ノード同一パラメータの場合は、全ノード同一パラメータモードにより、常時消費電力ａ／秒、１センシング平均消費電力１／β、下位ノードのセンシングデータ１ビット中継に対する平均消費電力１／γ、センシング発生平均頻度λ／秒、平均初期バッテリ量（時刻０でのバッテリ量）１／ηを入力する。
【００２１】
これらの入力したパラメータやノード数等に関する情報は記憶装置に記憶する。次に、演算装置は、予め定められている上記式により、センサネットワーク緑働率を評価する
【００２２】
予め定められ記憶されているセンサネットワーク稼働率目標値に対して、評価結果と比較し、結果を出力装置に表示する。評価結果が目標値を下回る場合は、センサノードのパラメータまたはセンサノード数の変更要求を出力装置に表示する。一般的なネットワークトポロジの場合は、結合関係の経路の変更、あるいは、センサノードパラメータの変更の要求を出力装置に表示する。これに従って、ユーザは、センサノードのパラメータ等を変更して入力する。入力パラメータは記憶され、再び、演算装置により評価式に基づいて演算が実行される。センサネットワーク稼働率目標値と評価結果を比較し、結果を再び出力装置に表示する。評価結果が目標値を上回るまで、この手順を繰り返し、センサネットワークの稼働率の最適化を行う。
【００２３】
また、最大化オプションを指定すると、センサノードのパラメータ範囲の入力画面がでる。これに従って、パラメータ範囲をユーザは入力する。このパラメータ範囲内の各々の値に対して、評価式を評価し、センサネットワーク稼働率が最大となるパラメータ値と評価値を出力装置に表示することもできる。
【００２４】
次に、センサノードをあるエリア内に設置する場合の、最適な設置方法について説明する。エリアは簡単化するため、長さＤの１次元とし、センサノードｉとｉ−１との間の距離をｄｉとする。センシングや中継による消費電力及び検出頻度は、センサノード間の距離に依存するパラメータｂｉ，１，ｂｉ，２，ｃｉ，１，ｃｉ，２を用いることができる。これらのパラメータは、センサノードパラメータである１センシング平均消費電力１／β、下位ノードのセンシングデータ１ビット中継に対する平均消費電力１／γ、センシングの発生頻度λと以下の関係がある。１／βｉ＝ｂｉ，１＋ｂｉ，２ｄｉｍ，／γｉ＝ｃｉ，１＋ｃｉ，２ｄｉｍ，λｉ＝ｌｄｉ，Ｄ＝Σｉ＝１ｎｄｉ（ｍ＝２）  これにより、ノード数などの変わりに、センサノード間の間隔ｄｉを与え、評価式に基づいて評価することで、あるエリアのセンシングを行うセンサネットワークの稼働率に関する最適化の評価が可能となる。尚、以下の数値例では、各センサノードについての一例として以下の値を用いることができる。ｔ＝１（ｙｅａｒ）＝３１５３６０００秒、ｍ＝２、ａｉ＝１（ｎｊ）、ｂｉ，ｊ＝９５（ｎＪ）、ｂｉ，２＝０．０１（ｎＪ）、ｃｉ，１＝１８０（ｎＪ）、  ｃｉ，２＝１８０（ｎＪ）、１／ηｉ＝１０（Ｊ）、ｌｉ＝０．０００１（ｉ＝１………ｎ）
【００２５】
［均等配置］
各センサノードを均等に配置する例（すなわち、ｄｉ＝Ｄ／ｎ）について検討する。ノード数ｎを、
式ｎ＝Ｄ｛（ｍ−１）  ｃｉ，２／ｃｉ，１｝１／ｍ
に基づいて決定する方法を均等配置法と呼ぶことにする。均等配置法は、センサノードを均等に配置するという条件のもとで、中継のための電力消費が支配項である場合の平均消費電力を最小化するようなノード数を与える。均等にセンサノードを配置する場合、センサノード数とネットワーク稼働率との関係は、図６のようになるが、均等配置法によれば、ｎ＝４となり、均等配置法で与えたノード数を用いれば稼働率上も最適なノード数となっている。
【００２６】
［不均等配置］
センサノードを等間隔に設置するという条件をはずして、決められたセンサノード数ｎ（センサノード数は固定する）について任意の設置のなかでセンサネットワーク稼働率を最大化する設置法を検討する。いま、ｄｉ＝θｉＤ／（Σｉ＝１ｎθｉ）とし、θｎ＝１、θｊ（ｊ＝１……ｎ−１）を以下の式に基づいて規定することにより、中継のための電力消費で距離比例項が支配項である場合の平均消費電力を最小化するようにセンサネットワーク設計することができる。すなわち、式
【数１０】
2004343534.tif 000009
をｄｉ＋…ｄｎ＝Ｄという条件で最適化する。これはｄｉ＝θｉＤ＝１とすることで、直接、数式１１を得る。
【数１１】
2004343534.tif 000010
【００２７】
上記で与えられる不均等配置法が、センサネットワーク稼働率上も有効であることを、数式７（または８）により評価したものが、図７である。図７では、ノード数を可変として、等間隔にノードを配置した場合と数式１１により間隔を決め配置した場合の稼働率のグラフである。後者の稼働率が前者を上回っていることが分かる。数式１１により決まるセンサノード間隔を図８に図示した。これで分かるように、数式１１による配置法は、ゲートウェイに近いほどノード間距離を短くする配置法となっている。ゲートウェイに近いノードほど下位ノードからのセンシングデータ中継による消費電力が増加するが、これを隣接ノードとの距離を短くすることで制御し、稼働率を上げていると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】センサネットワークの例を示す図である。
【図２】センサネットワークを直線型網に展開した図である。
【図３】センサネットワークの結合関係を示す図である。
【図４】センシングデータの転送経路を示すである。
【図５】センサネットワークをゲートウェイを拠点としたツリー構造とした図である。
【図６】ノード数を可変とした場合のセンサノード数とセンサネットワークの稼働率との関係を示す図である。
【図７】ノード数を固定した場合のセンサノード数と稼働率との関係を示す図である。
【図８】ノード数が固定されている場合のゲートウェイからのセンサノード番号とノード間隔との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  インターネット
２  ゲートウェイ
３  センサノード
【図１】
2004343534.tif 000014
【図２】
2004343534.tif 000015
【図３】
2004343534.tif 000016
【図４】
2004343534.tif 000017
【図５】
2004343534.tif 000018
【図６】
2004343534.tif 000019
【図７】
2004343534.tif 000020
【図８】
2004343534.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成15年5月26日(2003.5.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
以上の結果より、時刻ｔのセンサネットワークの稼働率ｗｔは以下のように表される。
【数８】
2004343534.tif 000022
この式より、稼働率ｗｔはｔに対して指数関数的に減少することが分かる。
特に、各パラメータ（ａｉ，βｉ，γｉ，ηｉ，λｉ）がセンサノード番号ｉによらず同一の場合（すなわち、各ｉについてａｉ＝ａ，βｉ＝β，γｉ＝γ，ηｉ＝η，λｉ＝λ）、ネットワーク稼働率ｗｔは以下の式で表される。
【数９】
2004343534.tif 000023
この場合、上式から、ｗｔはλに関して、指数関数的に減少することが分かる。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
［均等配置］
各センサノードを均等に配置する例（すなわち、ｄｉ＝Ｄ／ｎ）について検討する。ノード数ｎを、式
ｎ＝Ｄ｛（ｍ−１）  ｃｉ，２／ｃｉ，１｝１／ｍ
に基づいて決定する方法を均等配置法（１の方法と称する）と呼ぶことにする。均等配置法は、センサノードを均等に配置するという条件のもとで、中継のための電力消費が支配項である場合の平均消費電力を最小化するようなノード数を与える。均等にセンサノードを配置する場合、センサノード数とネットワーク稼働率との関係は、図６のようになるが、均等配置法によれば、ｎ＝４となり、均等配置法で与えたノード数を用いれば稼働率上も最適なノード数となっている。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
［不均等配置］
センサノードを等間隔に設置するという条件をはずして、決められたセンサノード数ｎ（センサノード数は固定する）について任意の設置のなかでセンサネットワーク稼働率を最大化する設置法を検討する。いま、ｄｉ＝θｉＤ／（Σｉ＝１ｎθｉ）とし、θｎ＝１、θｊ（ｊ＝１……ｎ−１）を以下の式に基づいて規定することにより、中継のための電力消費で距離比例項が支配項である場合の平均消費電力を最小化するようにセンサネットワーク設計することができる。すなわち、式
【数１０】
2004343534.tif 000024
をｄ１＋…＋ｄｎ＝Ｄという条件で最適化する。これはｄｉ＝θｉｄｎ，θｎ＝１とすることで、直接、数式１１を得る。
【数１１】
2004343534.tif 000025
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
上記で与えられる不均等配置法が、センサネットワーク稼働率上も有効であることを、数式７（または８）により評価したものが、図７である。図７では、ノード数を可変として、等間隔にノードを配置した場合（２の方法と称する）と数式１１により間隔を決め配置した場合の稼働率のグラフである。後者の稼働率が前者を上回っていることが分かる。数式１１により決まるセンサノード間隔を図８に図示した。これで分かるように、数式１１による配置法は、ゲートウェイに近いほどノード間距離を短くする配置法となっている。ゲートウェイに近いノードほど下位ノードからのセンシングデータ中継による消費電力が増加するが、これを隣接ノードとの距離を短くすることで制御し、稼働率を上げていると考えられる。