(57)【要約】【課題】  従来の光アクセスネットワークの構築では、光ファイバーケーブル及びケーブル敷設が必要であり、コスト高になるといった課題を解決し、街灯に光通信機能を持たせて、簡易にケーブルレスの光センサネットワークを実現する。【解決手段】  本アクセス空間センサ通信装置（ＡＳＯＳＭ）１００は、各々光送信部および光受信部を収容した光送受信部１１０、１２０、１３０、これら光送受信部間を接続する内部バス１０１、１０２、制御部１７０、通常の照明用ランプと同じ口金１を備え、光送受信部１１０、１２０は、隣接するＡＳＯＳＭ間の光通信に使用し、光送受信部１３０は、路上の照明及び照明配下の通信装置との光通信に使用する。該ＡＳＯＳＭ１００を従来の街灯に換えて設置することで、路上の照明と共にＡＳＯＳＭ間で行う光センサネットワークを構成する。【選択図】図３
2005124123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々光送信部および光受信部を収容したＮ個（Ｎ≧３）の光送受信部と、これら光送受信部間を接続する内部バスと、制御部と、通常の照明用ランプの口金と同じ給電用インターフェース部とを備え、
少なくとも２つの光送受信部は、隣接するアクセス空間光センサ通信装置間の光通信に使用し、残りの少なくとも１つの光送受信部は、照明及び照明配下の通信装置との光通信に使用することを特徴とするアクセス空間光センサ通信装置。
【請求項２】
請求項１記載のアクセス空間光センサ通信装置において、
照明配下の通信装置との光通信に使用する光送受信部と内部バスの間に、内部バス上の信号の通信装置宛のものを取り込む信号分岐部と、通信装置からの信号を内部バス上の信号と多重化する信号多重化部とを備えることを特徴とするアクセス空間光センサ通信装置。
【請求項３】
請求項１もしくは２記載のアクセス空間光センサ通信装置において、
少なくとも隣接するアクセス空間光センサ通信装置間の光通信に使用する光送受信部は、光信号の送受信方向を調節するための光学軸調整部を備えることを特徴とするアクセス空間光センサ通信装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアクセス空間光センサ通信装置において、
少なくとも隣接するアクセス空間光センサ通信装置間の光通信に使用する光送受信部に折り返しスイッチを備え、制御部により前記スイッチをオン、オフ可能としたことを特徴とするアクセス空間光センサ通信装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアクセス空間光センサ通信装置において、
気温、湿度、気圧、匂い、ガス、カメラ、マイク、その他、少なくとも1つ以上のセンサを備え、制御部により所定の時間間隔でセンサの情報を送信可能としたことを特徴とするアクセス空間光センサ通信装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアクセス空間光センサ通信装置を複数、路上の街灯に換えて設置し、路上の照明と共に各アクセス空間光センサ通信装置間で光通信を行う光センサネットワークを構成してなるアクセス空間光センサネットワークシステム。
【請求項７】
請求項６記載のアクセス空間光センサネットワークシステムにおいて、
光センサネットワークが主にインターネットプロトコルを用いる通信ネットワークに接続され、アクセス空間光センサ通信装置による照明配下の通信装置が、当該アクセス空間光センサ通信装置を介して前記通信ネットワークにアクセスできるようにしたことを特徴とするアクセス空間光センサネットワークシステム。
【請求項８】
請求項６記載のアクセス空間光センサネットワークシステムにおいて、
光センサネットワークが主にインターネットプロトコルを用いる通信ネットワークに接続され、アクセス空間光センサ通信装置に備えられたセンサの情報を前記通信ネットワーク上の任意のアプリケーションを介してデータベースに蓄積できるようにしたことを特徴とするアクセス空間光センサネットワークシステム。
【請求項９】
請求項６記載のアクセス空間光センサネットワークシステムにおいて、
アクセス空間光センサ通信装置や前記装置が設置される屋外の柱などの物理的な装置を物理的に設置・保守・管理する物理プレーンと、物理プレーンで設置された複数のアクセス空間光センサ通信装置間で無線または光無線を用いつつ通信プロトコルを用いて通信確立するための通信制御を実施する制御プレーンと、制御プレーンで複数のアクセス空間光センサ通信装置が通信確立した後に、データ信号を送信するため、アクセス空間光センサ通信装置が備えている光送受信部を用い、データ通信用の光通信の確立を実施するデータプレーンと、データプレーンで確立したデータ通信を用いて、アプリケーションを実施するアプリケーションプレーンとを備え、前記物理プレーン、前記制御プレーン、前記データプレーン、前記アプリケーションプレーンの順に通信手順を実行していくことを特徴とするアクセス空間光センサネットワークシステム。
【請求項１０】
請求項６記載のアクセス空間光センサネットワークシステムにおいて、
アクセス空間光センサ通信装置を二列に一次元的に設置し、一方の列の任意のアクセス空間光センサ通信装置が故障した場合、他方の列のアクセス空間光センサ通信装置を用いて迂回路を形成して通信できるようにしたことを特徴とするアクセス空間光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、街灯の照明として利用されていた照明モジュール（照明用ランプ）に光通信機能を持たせて、通常の照明として利用すると同時に、隣接した照明間同士で通信を可能にし、更に各モジュールには気温、湿度、気圧、匂い、マイク、カメラ、ガス検出等のセンサを備えることで、センサネットワークを実現可能にし、また、光通信に必要な手段を有している端末が照明下に存在する場合には、その端末がセンサネットワークを介して通信が可能になるアクセス空間光センサ通信装置、及びそれを利用したアクセス空間光センサネットワークシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、街灯の照明は単なる照明の機能しか有していなかった。図２に従来の一般的な照明用ランプを示す。これは、口金１から金属部材２、電極３に電流が流れると、発光管４が発光して、ガラス部材等の外管５を通して周囲を照明するというものである。
【０００３】
また、最近、技術の進化により白色発光ダイオード（白色ＬＥＤ）が普及し、図２に示すような従来の照明ランプから白色ＬＥＤに変わりつつある。白色ＬＥＤは従来の照明ランプに比べ、消費電力が低く、耐久性も高いことから、今後普及していくと考えられる（例えば、非特許文献１）。しかしながら、照明の機能しか有していないことは、従来の照明ランプと変わりがない。
【０００４】
一方、従来のアクセスネットワークは、図４に示すように、サービスノード１０から地下のケーブル１１を通り、き線点１２から架空上のケーブル１３を加入者宅２０の保安器１４まで張ることで、加入者が通信手段を確保する方式が一般的である。このため、アクセスネットワークを構築する際の各加入者に対する、必要なケーブルのコストが高く、更には、そのケーブルの設置コストも高いなどの問題がある。また、架空上にケーブルを張っているため、外見上の美観を壊すといった問題もある。
【０００５】
また、センサネットワークのような、あらゆる場所の情報を収集する目的のネットワークアーキテクチャを既存のアクセスネットワークのみを用いて実現する場合、各センサ間をケーブルで接続することになるので、更に必要なケーブルコストが高くなる。
【０００６】
なお、無線端末でセンサネットワークを構成するようなアイデアも多くあるが、配備された無線端末の電源をどう省電力化して、どのように無線端末の寿命を長期化するかという問題がある。
【０００７】
更には、白色ＬＥＤを通信に使用することも提案されているが（非特許文献２）、センサネットワークでの適用は考慮されていない。
【０００８】
【非特許文献１】「白色ＬＥＤがあちらにも、こちらにも」、日経エレクトロニクス、２００３年３月３１日、ｐｐ１０８〜１１５
【非特許文献２】小峯、春山、中川「照明光（可視光）を用いた双方向通信システムの提案」、信学技報ＤＳＰ２００２−１４５、２００３年１月、ｐｐ４１〜４６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述のように、従来の街灯の照明モジュールが単なる照明の機能しか有していないのに対し、照明モジュールに光通信機能を持たせて、隣接した照明モジュール間同士でケーブルレスの通信を可能にしたアクセス空間光センサ通信装置を提供することにある。
【００１０】
また、本発明は、既存のアクセスネットワークや無線端末を用いてセンサネットワークを実現する場合の上述したような問題に鑑み、従来の電柱等に設置してある照明機器をアクセス空間光センサ通信装置に置き換え、複数設置することで、ケーブルレスで、且つ、別途給電設備を必要としないアクセス空間光センサネットワークシステムを提供することにある。
【００１１】
また、本発明は、各アクセス空間光センサ通信装置に気温、湿度、気圧、匂い、マイク、カメラ、ガス検出等のセンサを備えることで、センサ検出ネットワークを実現可能にし、また、このアクセス空間光センサ通信装置との通信に必要な手段を備えた端末が照明下に存在する場合には、その端末同士がセンサネットワークを介して通信が可能になるアクセス空間光センサネットワークシステムを提供することにある。
【００１２】
さらに、本発明は、上記アクセス空間光センサネットワークシステムの構築において、システム全体の運用・管理・保守・寿命等がより有効になるアクセス空間光センサネットワークシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のアクセス空間光センサ通信装置は、各々光送信部および光受信部を収容したＮ個（Ｎ≧３）の光送受信部と、これら光送受信部間を接続する内部バスと、制御部と、通常の照明用ランプの口金と同じ給電用インターフェース部とを備え、少なくとも２つの光送受信部は、隣接するアクセス空間光センサ通信装置間の光通信に使用し、残りの少なくとも１つの光送受信部は、照明及び照明配下の通信装置との光通信に使用するようにする。
【００１４】
また、本発明のアクセス空間光センサ通信装置は、照明配下の通信装置との光通信に使用する光送受信部と内部バスの間に、内部バス上の信号の通信装置宛のものを取り込む信号分岐部と、通信装置からの信号を内部バス上の信号と多重化する信号多重化部とを備える。
【００１５】
また、本発明アクセス空間光センサ通信装置は、少なくとも隣接するアクセス空間光センサ通信装置間の光通信に使用する光送受信部は、光信号の送受信方向を調節するための光学軸調整部を備える。
【００１６】
また、本発明のアクセス空間光センサ通信装置は、少なくとも隣接するアクセス空間光センサ通信装置間の光通信に使用する光送受信部に折り返しスイッチを備え、制御部により該スイッチをオン、オフ可能する。
【００１７】
さらに、本発明のアクセス空間光センサ通信装置は、気温、湿度、気圧、匂い、ガス、カメラ、マイク、その他、少なくとも1つ以上のセンサを備え、制御部により所定の時間間隔でセンサの情報を送信可能とする。
【００１８】
本発明のアクセス空間光センサネットワークシステムは、このようなアクセス空間光センサ通信装置を複数、路上の街灯に換えて設置し、路上の照明と共に各アクセス空間光センサ通信装置間で光通信を行う光センサネットワークを構成する。
【００１９】
また、本発明のアクセス空間光センサネットワークシステムは、光センサネットワークが主にインターネットプロトコルを用いる通信ネットワーク（例えば、インターネット等）に接続することで、アクセス空間光センサ通信装置による照明配下の通信装置が、当該アクセス空間光センサ通信装置を介してインターネット等にアクセスできるようにする。
【００２０】
また、本発明のアクセス空間光センサネットワークシステムは、同様に、光センサネットワークをインターネット等に接続することで、アクセス空間光センサ通信装置のセンサ情報をインターネット上の任意のアプリケーションを介してデータベースに蓄積できるようにする。
【００２１】
さらに、本発明のアクセス空間光センサネットワークシステムは、アクセス空間光センサ通信装置や前記装置が設置される屋外の柱などの物理的な装置を物理的に設置・保守・管理する物理プレーンと、物理プレーンで設置された複数のアクセス空間光センサ通信装置間で無線または光無線を用いつつ通信プロトコルを用いて通信確立するための通信制御を実施する制御プレーンと、制御プレーンで複数のアクセス空間光センサ通信装置が通信確立した後に、データ信号を送信するため、アクセス空間光センサ通信装置が備えている光送受信部を用い、データ通信用の光通信を確立を実施するデータプレーンと、データプレーンで確立したデータ通信を用いて、アプリケーションを実施するアプリケーションプレーンとを備え、前記物理プレーン、前記制御プレーン、前記データプレーン、前記アプリケーションプレーンの順に通信手順を実行してようにする。
【００２２】
さらに、本発明のアクセス空間光センサネットワークシステムは、アクセス空間光センサ通信装置を二列に一次元に設置し、一方の列の任意のアクセス空間光センサ通信装置が故障した場合、他方の列のアクセス空間光センサ通信装置を用いて迂回路を形成して通信できるようにする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、通信機能を持たせたアクセス空間光センサ通信装置（ＡＳＯＳＭ）を、従来の街灯に置き換えて配備することにより、路上の照明とともに、簡易に光センサネットワークを実現できる。また、光通信であるので、広領域・高速の通信を確保できる。さらに、架空上には電柱及び街灯のようなＡＳＯＳＭに電源を供給する電力線のみとなり、従来の通信ケーブルが不要になり、街の美観を保てる点で有効である。
【００２４】
また、本発明のＡＳＯＳＭは、既存の街灯の照明ランプと同等の電気的インターフェース（口金）を有することで、通信モジュールの電源供給が確保しているので、従来の無線端末で構成するようなセンサネットワークの電源問題は発生しない。
【００２５】
さらに、本発明のＡＳＯＳＭは照明としても機能するため、ＡＳＯＳＭの照明配下では、必要な光通信手段を有する端末であれば、ＡＳＯＳＭで構成されたネットワークを介して通信できる。また、ＡＳＯＳＭにカメラのようなセンサを設置し、夜間、照明配下の物や人をセンシングすることで、監視システムとしても利用できる。また、ＡＳＯＳＭに気温、湿度、気圧、匂い、ガス等のセンサを設置し、所望の時間間隔で、これら情報をセンシングすることで、各種検知システムとして利用できる。
【００２６】
さらに、本発明によれば、アクセス空間光センサネットワークにおいて４つの分離されたプレーン（物理プレーン、制御プレーン、データプレーン、アプリケーションプレーン）による通信方式により、システム全体の運用・管理・保守がより有効になる。
【００２７】
また、例えば、道路のような場所にＡＳＯＳＭを設置する場合、二列に一次元すなわち２重化且つ一次元にＡＳＯＳＭを配列することによって、よりシステム全体の寿命が延び、アクセス空間光センサシステムを長期に利用する上で有効となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は本発明のアクセス空間光センサ通信装置の一実施の形態の構成図を示す。以下、アクセス空間光センサ通信装置をＡＳＯＳＭと略称する。図１では、ＡＳＯＳＭ１００は３つの光送受信部１１０、１２０、１３０を備えるとしたが、勿論、必ず３つである必要はない。
【００２９】
光送受信部１１０は右隣りのＡＳＯＳＭとケーブルレス光通信のアクセス空間光通信（ＦＳＯ：Ｆree  Ｓpace  Ｏptics）を可能とするもので、光送信部１１１、光受信部１１２、光送信駆動部１１３、光受信増幅部１１４で構成される。同様に、光送受信部１２０は左隣りのＡＳＯＳＭとのアクセス空間光通信（ＦＳＯ）を可能とするもので、光送信部１２１、光受信部１２２、光送信駆動部１２３、光受信増幅部１２４で構成される。ここで、光送信部１１１、１２１には、可視光や赤外線などのＬＥＤやレーザーなどを用いる。また、光受信部１１２、１２２としてはフォトダイオード（ＰＤ）などを用いる。光送受信部１１０、１２０の間は内部バス１０１、１０２で接続され、隣接するＡＳＯＳＭとの信号の送信、受信を可能にしている。１１５、１２５は信号折り返し用スイッチである。
【００３０】
更に、隣接するＡＳＯＳＭと効率的な通信を可能にするために、光送受信部１１０、１２０は、光学軸を調整して、光受信レベルを所望の値にするように、それぞれ光学軸調整部１１６、１２６を備えている。
【００３１】
光送受信部１３０は、照明の機能と照明配下に存在する通信端末と光通信を可能とするもので、光送信部１３１、光受信部１３２、光送信駆動部１３３、光受信増幅部１３４で構成される。ここで、光送信部１３１には、照明も兼ねるために、例えば可視光の白色ＬＥＤを用いる。光学信部１３４にはフォトダイオード（ＰＤ）などを用いる。この光送受信部１３０と内部バス１０１、１０２の間には信号分岐部（Ｄｒｏｐ機能部）１４０、信号多重化部（ＡＤＤ機能）１５０を配置して、照明配下の通信端末と隣接するＡＳＯＳＭとの間の信号の送信、受信を可能にしている。
【００３２】
センサ部１６０には、所望のセンサが搭載可能である。例えば、気温、湿度、気圧、カメラ、マイク、匂い等のセンサを搭載できる。そのセンサ情報は、例えば、所望の間隔で、光送受信部１１０、１２０などを介して隣接するＡＳＯＳＭに伝達できるようにする。
【００３３】
制御部１７０は、該ＡＳＯＳＭ１００内の各部の制御を司る。例えば、スイッチ１１５や１２５のオン・オフ、センサ情報の送信タイミング等は制御部１７０でコントロールされる。ＡＣ−ＤＣ変換部１８０は、口金１を通して給電される交流を直流に変換して、該ＡＳＯＳＭ１００内の各部に送る。
【００３４】
該ＡＳＯＳＭ１００の外観は、基本的には図２に示したような従来の照明用ランプと同様であり、全体を外管等で覆った構造とする。これにより、ケーブルレスの光通信機能と同時に照明の機能が達成される。
【００３５】
次に、図３により、本発明のアクセス空間光センサ通信装置（ＡＳＯＳＭ）の動作を説明する。図３において、各ＡＳＯＳＭ１００は、既存の街灯にかわって設置され、必要な電力は口金１から供給を受けているとする。以下に中央のＡＳＯＳＭ１００に着目して動作を説明するが、左右のＡＳＯＳＭについても同様である。
【００３６】
中央のＡＳＯＳＭ１００において、光受信部１１２が右隣のＡＳＯＳＭからの光信号を受光して電気信号に変換し、増幅部１１４が該電気信号を増幅して内部バス１０１に送出する。該内部バス１０１の電気信号が光送信駆動部１２３に入力し、該駆動部１２３が光送信部１２１を駆動することで、光信号が左隣りのＡＳＯＳＭに送出される。
【００３７】
一方、光受信部１２２が左隣りのＡＳＯＳＭからの光信号を受光して電気信号に変換し、増幅部１２４で増幅されて内部バス１０２に送出される。該内部バス１０２の電気信号が光送信駆動部１１３に入力し、該駆動部１１３が光送信部１１１を駆動することで、光信号が右隣りのＡＳＯＳＭに送出される。
【００３８】
内部バス１０１の電気信号は信号分岐部１４０にも入力される。信号分岐部１４０では、該中央のＡＳＯＳＭ１００の照明配下の通信端末宛の信号があれば、該信号を取り込んで光送受駆動部１３３に送る。この結果、光送信駆動部１３３により光送信部１３１が駆動して（例えば、光変調駆動）、照明配下の通信端末に光信号が送出される。また、該中央のＡＳＯＳＭ１００の照明配下の通信端末からの光信号は、光受信部１３２が受光して電気信号に変換され、増幅部１３４で増幅されて信号多重化部１５０に入力される。信号多重化部１５０では、該信号を内部バス１０２上の信号に多重化して送出する。
【００３９】
更に、センサ部１６０に搭載された所望センサのセンサ情報は、制御部１７０の制御下で所定のタイミングで内部バス１０１や１０２に送出される。
【００４０】
また、図３において、例えば、左隣りのＡＳＯＳＭが存在しない場合、制御部７０により光送受信部１２０の前段の折り返しスイッチ１２５をオンとすることで、当該中央のＡＳＯＳＭ１００が終端装置として機能する。同様に、右隣りのＡＳＯＳＭが存在しない場合には、光送受信部１１０の前段の折り返しスイッチ１１５をオンとすることで、当該中央のＡＳＯＳＭ１００が終端装置となる。
【００４１】
図５は、本発明のアクセス空間光センサ通信装置（ＡＳＯＳＭ）を使用したアクセス空間光センサネットワークの概念図である。図５において、サービスノード１０、地下ケーブル１１までは図４の従来のアクセスネットワークと同様であるが、き線点１２から加入者宅２０まで、本発明のＡＳＯＳＭ１００を必要な分だけ配備して、各ＡＳＯＳＭ間同士で光空間通信を行い、ケーブルレスのアクセス空間光センサネットワークを構成する。これにより、図４の従来のアクセスネットワークにおける架空上のケーブル１３は不要である。また、ＡＳＯＳＭ１００は、従来の電柱等に設置してある電灯と交換するだけでよい。架空上には電柱及び街灯にかわるＡＳＯＳＭに電力を供給する電力線のみとなり、光空間通信パスを従来の加入者線に代用し、通信ケーブル類が不要になるため、街の美観が保たれる。更に、ＡＳＯＳＭ１００は、夜間の照明も兼ねるため、別途電灯は不要である。また、ＡＳＯＳＭ１００は、既存の街灯の照明ランプと同等の電気的インターフェース（口金）を有することで、モジュールの電源供給が確保されているので、従来想定していた無線端末でセンサネットワークを構成する場合の電源問題は発生しない。
【００４２】
図６に、発明のアクセス空間光センサ通信装置（ＡＳＯＭ）を適用したアクセス空間光センサネットワークの基本構成を示す。先に述べたように、ＡＳＯＳＭ１００は基本的には電柱上に設置する。各電柱に存在するＡＳＯＳＭ１００間でアクセス空間光通信（光ケーブルレス通信）を行い光センサネットワークを形成する。センサ情報等はメディアコンバータ２００、３００ゲートウェイ４００を介して、例えばインターネット５００上のアプリケーションシステム５１０、レゾルバー５２０、データベース５３０上で処理される。また、各電柱に存在しているＡＳＯＳＭ１００は照明としても利用でき、更に照明配下では、照明が及ぼす局所的な場所に限り、照明光を利用した通信も可能である。以下に、光センサネットワークの二、三の具体的実施例を示す。なお、インターネット５００は、例えばイントラネットや独自の地域ネットワークであってもよい。
【実施例１】
【００４３】
図７はＡＳＯＳＭのセンサ部にカメラ、気温、湿度等を搭載して、地域監視システムを実現する例である。まず、ある地域の電柱に存在している街灯にＡＳＯＳＭ１００を設置する。ここで、設置する際にあらかじめ、ＧＰＳ（Ｇlobal  Ｐositioning  Ｓystem）等による位置情報や日時情報、当該ＡＳＯＳＭノード情報をＡＳＯＳＭ１００に登録しておく。次に隣接のＡＳＯＳＭ１００同士で光通信を行い、光センサネットワークを形成する。ここで、各ＡＳＯＳＭ１００にカメラを備えることにより、カメラの写る範囲で動的物体を検知した場合に、カメラの写真及び関連情報（ＡＳＯＳＭノード情報、位置情報、日時、気温、湿度等）をインターネット５００上の任意のアプリケーションシステム５１０を介してデータベース５３０に収容することができる。特に夜間では照明下でカメラが働いているので、より効果的な写真をデータベース５００に収容できる。このようなシステムを構築することにより、ＡＳＯＳＭ１００が設置された地域の監視システム等に応用できる。
【００４４】
例えば、地域に住んでいるすべての住民はＲＦＩＤ（Ｒadio  Ｆrequency  Ｉdentification）タグを有しているとする。また、地域外の住人はＡＳＯＳＭ１００が設置された地域内に侵入すると、ＲＦＩＤタグを有しない動的物体を非安全物体候補の存在として認知されるとする。その場合において、その認知された物体は、ＡＳＯＳＭ１００に備えられているカメラで侵入者の写真を撮り、データベース５３０上に格納されるとする。仮に、その地域で、何か、犯罪発生した場合に、そのデータベース５３０上にある写真は重要な証拠として価値があるといった有効性がある。
【実施例２】
【００４５】
図８は、電柱に設置されたＡＳＯＳＭ１００で構成されているネットワークを介して、ＡＳＯＳＭ１００の照明配下に存在している通信端末でインターネットにアクセスしている例である。通信端末に可視光通信モジュールを備えることで、照明配下に存在している通信端末とＡＳＯＳＭ１００の間では可視光通信により、インターネット５００にアクセスできる。仮に通信端末が移動しても、任意の時間内に隣接している照明配下に移動した場合において、一般的なハンドオーバー機能により通信の継続は可能である。従来のホットスポットのような場合、各ポイントに通信装置やアンテナを設置し、その通信装置とインターネットで有線回線を用いて通信をする仕組みが一般的であるが、本実施例では、電柱の照明機器をＡＳＯＳＭ１００に交換し、隣接しているＡＳＯＳＭ１００が複数存在し、ネットワークを構成できれば、照明配下で照明が及ぶ限られた範囲の中においては、通信が可能であるといた利点がある。このためには、通信端末に可視光通信手段を備える必要がある。
【実施例３】
【００４６】
図９は、電柱に設置されたＡＳＯＳＭ１００のセンサ部に気温、湿度、ガス検知（例えば、ＣＯ２検知）等を搭載し、地域の気温、湿度、ＣＯ２の検出システムを実現する例である。これも、先の実施例１と同様なネットワークを構成することで、所望の時間間隔で、ＡＳＯＳＭ１００の設置した地域における気温、湿度、ガス検知等の情報をリアルタイムに把握することができる。例えば、気温、湿度のリアルタイムの情報に関しては、気温、湿度の変化に連動するビジネス（例えば、飲食、衣服、農業等）の基本情報として利用できるし、ガス検知に関しては、地域住民の環境保護という観点の基本情報として利用できるような有効性がある。
【実施例４】
【００４７】
これは、図１０に示すように、物理プレーン１０００、制御プレーン１１００、データプレーン１２００、アプリケーションプレーン１３００の４プレーン（レイヤー）に分離したアクセス空間光センサネットワークアーキテクチャとする例である。
【００４８】
物理プレーン１０００では、アクセス空間光センサ通信装置（ＡＳＯＳＭ）１００や該ＡＳＯＳＭを設定する街灯柱または電話柱等の屋外の柱などの物理的な装置を物理的に設置・保守・管理する。例えば、ＡＳＯＳＭ100の設置時において、設置位置情報をＧＰＳ（Ｇlobal  Ｐositing  Ｓystem）等を用いて事前にＡＳＯＳＭ内に情報を持たせる。また、各電柱や街灯柱にＡＳＯＳＭ１００を設置する際、各ＡＳＯＳＭ間が十分通信のできる位置に設置を実施する。物理プレーン１０００において、通信に十分な要件が整った場合、制御プレーン１１００において、通信接続のネゴシエーションを実施する。
【００４９】
制御プレーン１１００では、各ＡＳＯＳＭ１００間の位置情報や通信プロトコルを用いて、各ＡＳＯＳＭ１００間のネゴシエーション等の制御信号の送受信が行われ、複数のＡＳＯＳＭ１００間で制御信号レベルの通信確立が実現する。この制御プレーン１１００の通信手段として、無線や光無線通信を用いる。制御プレーン１１００で、制御信号レベルの通信確立が整った場合、データプレーン１２００において、データ通信のリンク確立を実施する。
【００５０】
データプレーン１２００では、制御プレーン１１００で確立したＡＳＯＳＭ１００間において、光無線通信を用いたマルチホップ型のネットワークによる高速・大容量データ通信を実施する。対向ＡＳＯＳＭの位置情報を入手し、該ＡＳＯＳＭ間で光無線通信（ＦＳＯ）によるデータ通信のリンクを確立する。ここで光無線通信を用いる利点としては、無線に比べ、法的制限がなく、高速・大容量の通信が可能である．また、従来、屋外における光無線通信の弱点であった気象条件、遮断物による影響なども、街灯または電柱間程度の距離や物理的環境条件を考えると従来の弱点もクリアできる。例えば、街灯または電柱間の距離が従来の屋外向け光無線通信に比べて極端に短く、また、街灯間についても、基本的に見通しが良いので問題にならない。なお、光無線通信ではなく、高帯域を利用した無線でもかまわない。
【００５１】
アプリケーションプレーン１３００においては、センサを利用した各種アプリケーションをインプリできる。例えば、図７で示したように、センサとして、カメラを想定する場合、光無線通信の高速・大容量性を利用し、カメラセンサネットワークとして地域防犯等のサービスが可能になる。また、図８で示した可視光通信を用いた街灯一人・物間通信により、街灯下がホットスポット的なサイバー空間形成が可能になる。
【００５２】
図１０のようにプレーンを分離することで、障害等が発生した場合において、障害原因がどのプレーンで発生しているか等の管理・保守がしやすい。例えば、物理プレーンで物理的な装置が正常に稼動していない場合には制御プレーン上でのネゴシエーションも不可であり、その場合は物理的な装置の異常であることが推定できるといったように、アクセス空間光センサネットワークを確立する上で、有効な手段である。
【実施例５】
【００５３】
通常、道路の両側に街灯柱や電柱がほぼ等間隔に並んで設置されている。そこで、本実施例は、アクセス空間光センサ通信装置（ＡＳＯＳＭ）を路上に二列一次元的（二重一次元）に設置し、一方の列のあるＡＳＯＳＭが故障した場合、他方の列のＡＳＯＳＭを用いて迂回路を形成して空間光通信（ＦＳＯ）を維持するものである。
【００５４】
図１１（ａ）はＡＳＯＳＭ（センサノード）１００を一列に一次元配列してアクセス空間光センサネットワークを構成した場合（以下、単純一次元モデル）、図１１（ｂ）はＡＳＯＳＭ（センサノード）１００を二列に一次元配列して２重一次元配列センサネットワークを構成した場合（以下、２重一次元モデル（迂回なし））を示している。図１１（ａ）の一次元配列されたＡＳＯＳＭは、１，２，３，…，ｎと単純に並んでおり、例えば、道路の片側に設置しているイメージである。一方、図１１（ｂ）の２重化された一次元配列のＡＳＯＳＭは、ＡＳＯＳＭａ１，…，ａｎ、及びＡＳＯＳＭｂ１，…，ｂｎがそれぞれ道路の両脇に設置されているイメージであり、それぞれ独立にゲートウェイ（ＧＷ）４００間の情報を通信する。但し、ＡＳＯＳＭａｉ，ｂｉが取得する情報は同一またはほぼ同一のものとする。また、前提として、ＡＳＯＳＭａｉ，ｂｉのどちらかの系が機能していれば、全情報がＧＷ４００に到着可能であるとする。
【００５５】
本実施例では、図１１（ｂ）の２重一次元モデルにおいて、図１１（ｃ）及び図１１（ｄ）に示すような迂回方式１あるいは迂回方式２を実現するものである。図１１（ｃ）の迂回方式１では、センサノードａｉまたはｂｉが故障した場合、センサノードａｉ＋１またはｂｉ＋１からｂｉまたはａｉへ情報転送が可能とする。つまり、全てのｉにおいて、センサノードａｉまたはｂｉのどちらかが機能していたら、システム上の全情報がゲートウェイ（ＧＷ）４００まで到達可能であるとする。なお、センサノードａｉ及びｂｉで得られる情報は基本的に同一なものであり、互いにバックアップの役割をしている。迂回方式１を実現する迂回経路設定アルゴリズムを図１２に示す。一方、図１１（ｄ）の迂回方式２では、仮にセンサノードａｉが故障した場合において、ａｉ＋１→ｂｉ＋１→ｂｉ→ｂｉ−１→ａｉ−１を経由して情報転送を行い、システム上の全情報がＧＷまで到達可能とする。迂回方式２を実現する迂回経路設定アルゴリズムを図１３に示す。
【００５６】
図１１（ｃ）と（ｄ）に示す迂回方式１と迂回方式２の差分は、迂回方式１では故障したセンサノードａｉの対向側のセンサノードｂｉが故障しない限り、センサネットワークシステム上の情報がＧＷまで到達可能であるが、迂回方式２では故障したセンサノードａｉの対向側のセンサノードｂｉ−１、ｂｉ、ｂｉ＋１が正常動作していない場合、センサネットワークシステム上の情報がＧＷまで到達不可となることである。
【００５７】
以下、図１１に示した４つのモデル（単純一次元モデル、２重一次元モデル（迂回無）、２重一次元モデル（迂回方式１）、２重一次元モデル（迂回方式２））における信頼性評価について説明する。
【００５８】
＜評価方法＞
センサネットワークシステム全体の稼働率を求めるにあたり、次の２点を前提案条件とする。
（１）各ノードの単位時間あたりの故障率をλとし、故障確率分布を指数関数とする。
（２）ノードｉで取得されたデータはノードｉ−１、ｉ−２、…、１の順に転送され、最後にノード１からＧＷに転送される。また、ＧＷからノードｉに対する情報はノード１、２、…、ｉ−１を経由してノードｉに転送される。
【００５９】
図１１に示す４モデルにおけるセンサネットワークシステム全体の稼働率は次のようになる。
（ａ）  単純一次元モデル
図１１（ａ）において、ノード１、…、ｎの寿命をＸ１、…Ｘｎとすると、ある任意のノードの寿命Ｘｉがｘ時間以下の確率Ｐ｛Ｘｉ≦ｘ｝はＸｉの累積分布関数であり、式（１）のようになる。
【数１】
2005124123.tif 000003
したがって、時刻ｔにおいて全ての情報がＧＷに到着可能な確率Ａ（ｔ）は、式（２）のようになる。
【数２】
2005124123.tif 000004
【００６０】
（ｂ）２重一次元モデル（迂回無）
図１１（ｂ）に示すように、センサノードａ１、…、ａｎ、ｂ１、…、ｂｎがそれぞれ道路の両脇に設置され、それぞれ独立にＧＷまで情報を転送するモデルにおいて、センサノードａ１、ｂ１のどちらかの系が機能していれば、全情報がＧＷに到着可能であるとする。このときの時刻ｔにおいて全ての情報がＧＷに到着可能な確率Ａ（ｔ）は、式（３）のようになる。
【数３】
2005124123.tif 000005
【００６１】
（ｃ）２重一次元モデル（迂回方式１）
時刻ｔにおいて全ての情報がＧＷに到着可能な確立Ａ（ｔ）は、式（４）のようになる。
【数４】
2005124123.tif 000006
【００６２】
（ｄ）２重一次元モデル（迂回方式２）
システム全体の寿命Ｘがｘ時間以下の確率Ｐ｛Ｘ≦ｘ｝を求める。時刻０において、２ｎ個のセンサノード全てが稼動していると仮定し、最初のセンサノードが故障する時間をＴ１、Ｔ１から２台目のセンサノードが故障するまでの時間をＴ２とし、システム全体が不稼動になる時点でのセンサノード故障数をＮとおくと、システムが不稼動になるまでの時間は、
【数５】
2005124123.tif 000007
【数６】
2005124123.tif 000008
となる。ここで、ＴｉとＮが独立であるならば、Ｘの分布は式（６）となる。
次にＰ＾＝Ｐ｛Ｔ１＋…Ｔｋ≦ｘ｝を求める。
【数７】
2005124123.tif 000009
ここで、ｉ番目のセンサノードから正常動作しているとすると、正常動作している全てのセンサノード数は（２ｎ−ｉ＋１）個であるので、λｉ＝（２ｎ＋１−ｉ）λを式（７）に代入し、式（８）を得る。
【数８】
2005124123.tif 000010
よって、全ての情報がＧＷに到着可能な確率Ａ（ｔ）は、式（９）となる。
【数９】
2005124123.tif 000011
【００６３】
なお、Ｐ｛Ｎ＝ｋ｝については、特にＮが大きな場合、直接計算するのが困難なため、図１３で示している経路設定アルゴリスムに基づきシミュレーションで求めた。図１４にその結果を示す。
【００６４】
＜評価結果＞
迂回方式のシステム信頼性の効果を考えるため、図３で示したハードウェア構成からＦＩＴ数を１００００ＦＩＴ程度と仮定し、故障率λ＝１×１０−５（件／時間）を基準に評価を行う。また、センサネットワークの大きさはｎ＝１０〜３０とする（２重一次元モデルの場合は片側のみのセンサノード数）。
【００６５】
図１５にｎ＝１０、２０、３０の場合について４モデルの稼動率を示す。例えばｎ＝２０において、全体のシステムの稼働率９０％の際の故障までの時間を各モデルで比較すると、図１１（ａ）の単純一次元モデルで０．０６年、図１１（ｂ）の２重一次元モデル（迂回無）で０．２２年、図１１（ｃ）の２重一次元モデル（迂回方式１）で０．５１年、図１１（ｄ）の２重一次元モデル（迂回方式２）で０．８５年であり、図１１（ｃ），（ｄ）の迂回方式１、２を適用した２重一次元モデルにより、システムの延命手法としての有効性を確認できる。
【００６６】
図１６に全体のシステム稼働率９０％を満たすセンサノード数対故障までの時間を示す。センサノード数の増加に伴い、迂回無より迂回方式１、２の方が故障までの時間の減少が少ないことがわかる。センサノード数の増大に対しても、図1（ｃ），（ｄ）の迂回方式１、２の有効性を確認できる。
【００６７】
図１７に全体のシステム稼働率９０％を満たす故障率対故障までの時間を示す。任意の故障までの時間におけるシステム稼働率を保つための、センサノードのハード構成規模がわかる。例えば、故障までの時間を１年としてセンサネットワークを設計する場合、ｎ＝１０おいて、センサノードの故障率を迂回方式１でλ＝１．２×１０−５（ＦＩＴ数１２０００）、迂回方式２でλ＝７．５×１０−６（ＦＩＴ数７５００）以内、またｎ＝２０においては、迂回方式１でλ＝８．５×１０−６（ＦＩＴ数８５００）、迂回方式２でλ＝５．０×１０−６（ＦＩＴ数５０００）以内のハードウェア構成にする必要がある。つまり、信頼性を確保できるハー・ドウェア規模については、迂回方式１の方が１．７倍の設計マージンがある。
【００６８】
上記のことから、アクセス空間光センサ装置自身のハードウェア規模が大きくなる場合で且つセンサネツトワーク全体のシステム信頼性を重視する場合には図１１（ｃ）の迂回方式１が有効となる。
【００６９】
＜コスト評価＞
図１１に示す４モデルのコスト比較を行い、迂回方式のコスト的メリットを考える。図１１（ａ），（ｂ）に示すように、単純一次元モデルと２重一次元モデルではセンサノード数が倍になるため、コストも倍になる。また、図１１（ｃ）に示すように、迂回方式１では、センサノードａｉまたはｂｉが故障した場合、センサノードａｉ＋１またはｂｉ＋１からｂｉまたはａｉへ迂回した後、ｂｉまたはａｉからａｉ−１またはｂｉ−１へ情報転送される。つまり、センサノードａｉはａｉ＋１、ａｉ−１、ｂｉ＋１、ｂｉ−１へ経路設定する必要があり、１センサノード単体で迂回のための経路を２経路確保する必要がある。一方、図１１（ｄ）に示す迂回方式２では、センサノードａｉまたはｂｉが故障した場合、センサノードａｉ±１、ｂｉ±１間のみ経路設定する必要がある。
【００７０】
そこで、図１のＡＳＯＳＭの光送受信部のコストをα、共通部（内部バス、制御部、街灯下通信部、センサ部等）のコストをβとして、４モデルにおける各々のコスト（Ｃ１Ｄ、Ｃｄｕａｌ１Ｄ、Ｃｍｅｔｈｏｄ１、Ｃｍｅｔｈｏｄ２）を求めると、Ｃ１Ｄ＝２ｎα＋ｎβ１Ｄ、Ｃｄｕａｌ１Ｄ＝４ｎα＋ｎβｄｕａｌ１Ｄ、Ｃｍｅｔｈｏｄ２＝８ｎα＋ｎβｍｅｔｈｏｄ１、Ｃｍｅｔｈｏｄ２＝６ｎα＋ｎβｍｅｔｈｏｄ２となる。現在、光モジュール部のコストαが高く、αのシステム全体のコスト比重が高いと考える。また、各モデルの共通部は同程度のコスト（β１Ｄ≒βｄｕａｌ１Ｄ≒βｍｅｔｈｏｄ１≒βｍｅｔｈｏｄ２）であると仮定する。
【００７１】
２重一次元モデルは単純な一次元モデルに比べ当然２倍のコストがかかるし、迂回方式を実現すると、更に迂回方式１で１．５倍、迂回方式２で２倍のコストが必要である。２つの迂回方式のみ考えると、Ｃｍｅｔｈｏｄ１＝１．３３×Ｃｍｅｔｈｏｄ２となり、迂回方式１が迂回方式２より約１．３倍のコスト高になり、センサネットワー規親摸が大きくなるほど、迂回方式２のコスト的メリットが高い。つまり、大規模センサネットワークシステムにおいて、コストを優先のネットワークを実現したい場合、迂回方式２が有効になる。
【００７２】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は、ここで挙げた実施例に限られるものでないことは云うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明のアクセス空間光センサ通信装置の一実施例の構成図である。
【図２】従来の照明用ランプの構成図である。
【図３】本発明のアクセス空間光センサ通信装置の動作説明図である。
【図４】従来のアクセスネットワークの概念図である。
【図５】本発明のアクセス空間光センサネットワークの概念図である。
【図６】本発明のアクセス空間光センサネットワークの基本構成図である。
【図７】本発明のアクセス空間光センサネットワークの実施例１を説明する図である。
【図８】本発明のアクセス空間光センサネットワークの実施例２を説明する図である。
【図９】本発明のアクセス空間光センサネットワークの実施例３を説明する図である。
【図１０】本発明のアクセス空間光センサネットワークの実施例４を説明する図である。
【図１１】本発明のアクセス空間光センサネットワークの実施例５を説明する図である。
【図１２】実施例５の迂回方式１の迂回路設定アルゴリズムである。
【図１３】実施例５の迂回方式２の迂回路設定アルゴリズムである。
【図１４】迂回方式２における全情報のゲートウェイへの到着可能確立のシミュレーション結果の一例である。
【図１５】実施例５の評価結果１である。
【図１６】実施例５の評価結果２である。
【図１７】実施例５の評価結果３である。
【符号の説明】
【００７４】
１  口金
１００  アクセス空間光センサ通信装置（ＡＳＯＳＭ）
１１０、１２０、１３０  光送受信部
１１５、１２５  信号折り返し用スイッチ
１１６、１２６  光学軸調整部
１４０  信号分岐部
１５０  信号多重化部
１６０  センサ部
１７０  制御部
１８０  ＡＣ−ＤＣ変換部
４００  ゲートウエイ
５００  インターネット
【図１】
2005124123.tif 000012
【図２】
2005124123.tif 000013
【図３】
2005124123.tif 000014
【図４】
2005124123.tif 000015
【図５】
2005124123.tif 000016
【図６】
2005124123.tif 000017
【図７】
2005124123.tif 000018
【図８】
2005124123.tif 000019
【図９】
2005124123.tif 000020
【図１０】
2005124123.tif 000021
【図１１】
2005124123.tif 000022
【図１２】
2005124123.tif 000023
【図１３】
2005124123.tif 000024
【図１４】
2005124123.tif 000025
【図１５】
2005124123.tif 000026
【図１６】
2005124123.tif 000027
【図１７】
2005124123.tif 000028