(57)【要約】【課題】  多数のセンサノードからのデータ収集をするセンサネットワークにおいて、広範囲からデータを収集でき、容易に接続経路を確立する無線通信システムを提供する。【解決手段】第１の無線通信方式によって通信可能な無線基地局と、前記第１の無線通信方式及び第２の無線通信方式によって通信可能な複数の第１ノードと、前記第２の無線通信方式によって通信可能な複数の第２ノードと、を備え；前記第１ノードは、前記第１の無線通信方式における接続区間数を前記第２ノードに対して送信し；前記第２ノードは、前記第１ノードが送信した信号及び／又は前記第２ノードが送信した信号の受信状態を取得し、前記第１の無線通信方式における接続区間数、前記第２の無線通信方式における接続区間数、及び、前記取得された受信状態情報に基づいて接続先となる上位ノードを選択する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の無線通信方式によって通信可能な無線基地局と、前記第１の無線通信方式及び第２の無線通信方式によって通信可能な複数の第１ノードと、前記第２の無線通信方式によって通信可能な複数の第２ノードと、を備え；
前記第１ノードは、前記第１の無線通信方式によって、他の前記第１ノードを介して又は直接に前記無線基地局と接続され、
前記第２ノードは、前記第２の無線通信方式によって、他の前記第２ノードを介して又は直接に前記第１ノードと接続されることにより、各ノードが階層的に接続される無線通信システムにおいて；
前記第１ノードは、前記第１の無線通信方式における接続区間数を前記第２ノードに対して送信し；
前記第２ノードは、
前記第１ノードが送信した信号及び／又は前記第２ノードが送信した信号の受信状態を取得し、
前記第１の無線通信方式における接続区間数、前記第２の無線通信方式における接続区間数、及び、前記取得された受信状態情報に基づいて接続先となる上位ノードを選択することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記第１ノードは、当該第１ノードを特定する送信元情報、前記第１の無線通信方式における接続区間数、当該第１ノードが受信した信号の受信状態情報、当該第１ノードが接続される上位ノード又は無線基地局を特定する上位装置情報、及び、当該第１ノードに接続されるノードに関する情報を送信することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記第２ノードは、当該第２ノードを特定する送信元情報、前記第１の無線通信方式における接続区間数、前記第２の無線通信方式における接続区間数、当該第２ノードが受信した信号の受信状態情報、当該第２ノードが接続される上位ノードを特定する上位装置情報、及び、当該第２ノードに接続されるノードに関する情報を送信することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム
【請求項４】
位置検出基地局と、前記第１ノード及び／又は前記第２ノードの位置を算出するサーバと、を備え、
前記サーバは、前記第１ノードと前記位置検出基地局との間で送受信される信号の受信タイミングに基づいて上記第１ノードの位置を算出し、
前記第１ノードは、前記第２ノードとの間で送受信される信号の受信強度の情報を前記サーバに送信し、
前記サーバは、前記受信強度情報を用いて、当該信号の受信点と前記第２ノードとの間の距離を算出し、前記第２ノードの位置を算出することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項５】
第１の無線通信方式によって第１ノード又は無線基地局と通信可能な第１無線部と、
第２の無線通信方式によって第２ノードと通信可能な第２無線部と、
自ノードがネットワークに接続されている旨の情報を含むパケットを生成するパケット生成部と、
ネットワークに対する接続先を選択する接続先選択部と、を備え、
前記第１無線部は、前記第１の無線通信方式によって、他の前記第１ノードを介して又は直接に前記無線基地局と通信し、前記第１ノードが送信した信号及び／又は前記無線基地局が送信した信号の受信状態を取得し、
前記第２無線部は、前記第２の無線通信方式によって、他の前記第２ノードを介して又は直接に前記第２ノードと通信し、
前記パケット生成部は、当該第１ノードを特定する送信元情報、前記第１の無線通信方式における接続区間数、当該第１ノードが受信した信号の受信状態情報、当該第１ノードが接続される上位ノード又は無線基地局を特定する上位装置情報、及び、当該第１ノードに接続されるノードに関する情報を含むパケットを生成し、
前記接続先選択部は、前記第１の無線通信方式における接続区間数、及び、前記取得された受信状態情報に基づいて接続先となる上位装置を選択することを特徴とする無線ノード。
【請求項６】
第１の無線通信方式によって上位装置と通信する通信装置との間で、第２の無線通信方式によって通信可能な無線部と、
自ノードがネットワークに接続されている旨の情報を含むパケットを生成するパケット生成部と、
ネットワークに対する接続先を選択する接続先選択部と、を備え、
前記無線部は、前記第２の無線通信方式によって、他の前記第２ノードを介して又は直接に前記第１ノードと通信し、前記第２ノードが送信した信号及び／又は前記第１ノードが送信した信号の受信状態を取得し、
前記パケット生成部は、当該第２ノードを特定する送信元情報、前記第１の無線通信方式における接続区間数、前記第２の無線通信方式における接続区間数、当該第２ノードが受信した信号の受信状態情報、当該第２ノードが接続される上位ノードを特定する上位装置情報、及び、当該第２ノードに接続されるノードに関する情報を含むパケットを生成し、
前記接続先選択部は、前記第１の無線通信方式における接続区間数、前記第２の無線通信方式における接続区間数、及び、前記取得された受信状態情報に基づいて接続先となる上位ノードを選択することを特徴とする無線ノード。
【請求項７】
第１の無線通信方式によって通信可能な無線基地局と、前記第１の無線通信方式及び第２の無線通信方式によって通信可能な複数の第１ノードと、前記第２の無線通信方式によって通信可能な複数の第２ノードとを備え；
前記第１ノードは、前記第１の無線通信方式によって、他の前記第１ノードを介して又は直接に前記無線基地局と接続され；前記第２ノードは、前記第２の無線通信方式によって、他の前記第２ノードを介して又は直接に前記第１ノードと接続されることにより、各ノードが階層的に接続される無線通信システムの構築方法であって；
前記第１ノードは、前記第１の無線通信方式における接続区間数を前記第２ノードに対して送信し；
前記第２ノードは、
前記第１ノードが送信した信号及び／又は他の前記第２ノードが送信した信号の受信状態を取得し、
前記第１の無線通信方式における接続区間数、前記第２の無線通信方式における接続区間数、及び、前記取得された受信状態情報に基づいて接続先となる上位ノードを選択することを特徴とする無線通信システムの構築方法。
【請求項８】
前記第１ノードは、当該第１ノードを特定する送信元情報、前記第１の無線通信方式における接続区間数、当該第１ノードが受信した信号の受信状態情報、当該第１ノードが接続される上位ノード又は無線基地局を特定する上位装置情報、及び、当該第１ノードに接続されるノードに関する情報を送信することを特徴とする請求項７に記載の無線通信システムの構築方法。
【請求項９】
前記第２ノードは、当該第２ノードを特定する送信元情報、前記第１の無線通信方式における接続区間数、前記第２の無線通信方式における接続区間数、当該第２ノードが受信した信号の受信状態情報、当該第２ノードが接続される上位ノードを特定する上位装置情報、及び、当該第２ノードに接続されるノードに関する情報を送信することを特徴とする請求項７に記載の無線通信システムの構築方法。
【請求項１０】
第１の無線通信方式によって通信可能な無線基地局と、前記第１の無線通信方式及び第２の無線通信方式によって通信可能な複数の第１ノードと、前記第２の無線通信方式によって通信可能な複数の第２ノードと、前記第１ノードと通信を行う複数の位置検出基地局と、前記第１ノード及び／又は前記第２ノードの位置を算出するサーバと、を備える無線通信システムにおけるノードの位置測定方法であって、
前記第１ノードは、前記第１の無線通信方式によって、他の前記第１ノードを介して又は直接に前記無線基地局と接続され、前記第１の無線通信方式における接続区間数を、前記第２ノードに対して送信し；
前記第２ノードは、前記第１ノードが送信した信号及び前記第２ノードが送信した信号の受信状態を取得し、前記第１の無線通信方式における接続区間数、前記第２の無線通信方式における接続区間数、及び、前記取得された受信状態情報によって接続先となる上位ノードを選択して、前記第２の無線通信方式によって、他の前記第２ノードを介して又は直接に前記第１ノードと接続され、
前記サーバは、
前記第１ノードと前記位置検出基地局との間で送受信される信号の受信タイミング情報を受信し、
前記複数の位置検出基地局による受信タイミング情報の差を用いて、前記第１ノードの位置を算出し、
前記第１ノードと前記第２ノードとの間で送受信される信号の受信強度情報を受信し、
前記受信強度情報を用いて、前記第２ノードからの信号の受信点と前記第２ノードとの間の距離を算出し、前記第２ノードの位置を算出することを特徴とするノードの位置測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネットワークトポロジを有する無線通信システムに関し、特にセンサネット等のアドホックネットワークの構築技術及びセンサノードの位置測定技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ユビキタスコンピューティング社会では移動通信、企業や公衆の無線ＬＡＮ、Ｐ２Ｐネットワークが融合し、物理世界と仮想世界が連結される。そして、コンテクスト（行動、環境）の知覚のためセンサネットワークが発展する。このセンサネットワークにおいて、上位階層のインフラネットワーク（集中管理）と、末端側のＰ２Ｐネットワーク（アドホック）が混在し、複雑系ネットワークを構成することがある。
【０００３】
このようなセンサネットワークの概要について非特許文献１に記載されている。
【非特許文献１】CHEE-YEE CHONG、外１名，「Sensor Networks: Evolution, Opportunities, and Challenges」，PROCEEDINGS OF THE IEEE，Institute of Electrical and Electronics Engineers，２００３年８月，第９１巻，第８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
センサネットワークのような複雑系ネットワークを進化、成長させるためには、ネットワークの動的編成を可能にする自己組織化ネットワーク構造が必要となる。すなわち、インフラ一点集中型や、ランダム分散型のネットワークではなく、スケールフリーネットワークが適し、接続経路を優先的に選択するインテリジェントノードと適応度を有するハブが重要となる。
【０００５】
また、センサネットワークにおいて用いられる近距離無線システム（例えば、FSK、UWB、ZigBee等）は通信距離が短く、広範囲にセンサを配置することが困難であった。すなわち、これらの近距離無線システムでは、センサの近くでセンサの出力を監視する必要があり、センサ及び監視機器の配置が制約を受けていた。
【０００６】
さらに、センサノードを広範囲に配置することができると、配置されたセンサノードの位置を知ることが困難となる問題も生じる。
【０００７】
本発明は、多数のセンサノードからのデータ収集をするセンサネットワークにおいて、広範囲からデータを収集でき、容易に接続経路を確立する無線通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、第１の無線通信方式によって通信可能な無線基地局と、前記第１の無線通信方式及び第２の無線通信方式によって通信可能な複数の第１ノードと、前記第２の無線通信方式によって通信可能な複数の第２ノードと、を備え；前記第１ノードは、前記第１の無線通信方式によって、他の前記第１ノードを介して又は直接に前記無線基地局と接続され、前記第２ノードは、前記第２の無線通信方式によって、他の前記第２ノードを介して又は直接に前記第１ノードと接続されることにより、各ノードが階層的に接続される無線通信システムにおいて；前記第１ノードは、前記第１の無線通信方式における接続区間数を前記第２ノードに対して送信し；前記第２ノードは、前記第１ノードが送信した信号及び／又は前記第２ノードが送信した信号の受信状態を取得し、前記第１の無線通信方式における接続区間数、前記第２の無線通信方式における接続区間数、及び、前記取得された受信状態情報に基づいて接続先となる上位ノードを選択する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、広範囲にセンサを配置することができる。また、ホップ数が少なく、状態のよい経路を自律的に選択するので、接続信頼性が高く、データ伝送の確度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態の無線通信システムの構成図である。
【００１２】
本実施の形態の無線通信システムは、シンクノードとしての無線ＬＡＮ基地局１００、無線ＬＡＮ基地局１００に接続されるハブノード４００、ハブノード４００の位置を算出するためにハブノード４００からの信号を受信する位置検出基地局（Locator）３００、ハブノード４００に接続されるセンサノード５００、及び、無線通信システムを統合的に管理する統合管理サーバ２００が設けられている。
【００１３】
シンクノード１００は、ハブノード４００の周辺に設けられており、ハブノード４００と無線ＬＡＮ回線を介して通信可能に接続されている。このため、シンクノード１００には、アンテナ、無線部及びベースバンド信号処理部を有している。アンテナで受信された信号は無線部に入力され、増幅、周波数変換によってベースバンド信号に変換され、ベースバンド信号処理部に入力される。ベースバンド信号処理部では、ベースバンド信号の復調、復号化及び誤り訂正処理が行われる。なお、シンクノード１００に、後述する位置検出基地局３００の機能を付加して、シンクノード１００もハブノード４００から送信された測位信号を受信するようにしてもよい。
【００１４】
また、シンクノード１００は、ネットワークＩ／Ｆ部を有し、ネットワークを介して統合管理サーバ２００と接続されている。
【００１５】
統合管理サーバ２００は、ネットワークＩ／Ｆ部を有し、ネットワークを介してシンクノード１００と接続されている。また、統合管理サーバ２００は、ＣＰＵ及びメモリを有し、無線通信システムの構成を管理する。この構成には、位置検出基地局３００の位置情報や、階層的に接続されたハブノード４００、センサノード５００の接続情報が含まれる。また、統合管理サーバ２００は、位置検出基地局３００が受信した信号のタイミングに基づいて、ハブノード４００の位置を計算する。さらに、ハブノード４００が受信したセンサノード５００からの信号の解析結果に基づいて、センサノード５００の位置を計算する。
【００１６】
位置検出基地局３００は、ハブノード４００の周辺に設けられており、ハブノード４００に対して位置検出用の信号の送信し、及び／又は、ハブノード４００から送信された位置検出用の信号を受信する。このため、位置検出基地局３００には、アンテナ、無線部、ベースバンド信号処理部及び受信タイミング測定部を有している。アンテナで受信された信号は無線部に入力され、増幅、周波数変換によってベースバンド信号に変換され、ベースバンド信号処理部に入力される。ベースバンド信号処理部では、ベースバンド信号の復調、復号化及び誤り訂正処理が行われる。そして、受信タイミング測定部は、受信した測位信号を解析して、測位信号の受信時刻及び測位信号を送信したハブノード４００を特定可能な情報を特定する。
【００１７】
図２は、本発明の実施の形態のハブノード４００の構成を表すブロック図である。
【００１８】
ハブノード４００は、アンテナ４０１、第１無線部４０２及び第１ベースバンド部５０３（第１無線系）を有し、さらに、アンテナ４１１、第２無線部４１２及び第２ベースバンド部４１３（第２無線系）を有することによって、複数種類の異なる無線通信システムによって通信可能に構成されている。本実施の形態では、第１無線系によって無線ＬＡＮシステムを用いてシンクノード（無線ＬＡＮ基地局）１００と通信可能になっており、第２無線系によって近距離無線システム（例えば、FSK、UWB、ZigBee等）を用いてセンサノード５００と通信可能になっている。
【００１９】
なお、第１無線系（無線ＬＡＮシステム）のデータ伝送距離は１００ｍ程度であり、第２無線系（近距離無線システム）のデータ伝送距離は１０ｍ程度であり、第１無線系の方が第２無線系よりもデータ伝送距離が長くなっている。このように、第１無線系と第２無線系とはデータ伝送距離が異なるものでもよいが、データ伝送速度が異なるもの（上位の第１無線系の方がデータ伝送速度が速いもの）であってもよい。
【００２０】
また、第１の無線系として、無線ＬＡＮの他に、携帯電話システム、高度道路交通システム（ＩＴＳ）を用いてもよく、第２の無線系として、Bluetooth、ＵＷＢ、ＲＦＩＤを用いてもよい。すなわち、本発明は、第１の無線系として通信距離の長い公衆通信網や企業内通信網を用い、第２の無線系として通信距離の短いＰ２Ｐネットワーク、センサネットワーク、ホームネットワークを用いると好適である。
【００２１】
制御部４０４は、ＣＰＵ及びメモリで構成されており、ハブノード４００の各部の動作（例えば、データの送受信タイミング等）を制御する。
【００２２】
データ処理部４０５は、ＣＰＵ及びメモリで構成されており、一方の無線系によって受信したデータを変換し、他方の無線系によって送信するデータを生成するデータ変換処理を行う。このデータの変換は、受信したデータに統計処理をして他方の無線系によってデータを送信する。具体的には、データ処理部４０５は、センサノード５００から第２無線系（近距離無線システム）によって受信したデータに対して集計、平均化、分散計算、所定の数値範囲のデータのみを抽出するフィルタリング、最大値抽出等の統計的処理を行い、第１無線系（無線ＬＡＮシステム）で送信するデータに変換する。なお、このデータの変換は、統計処理ではなく、二つの無線系間で異なる信号フォーマットを変換するものでもよい。
【００２３】
電源部４０６は、ハブノード４００の各部に電力を供給するもので、二次電池、太陽電池、温度差発電、無線給電、微少振動による発電等によって構成される。よって、商用電源に接続される電源線を必要しないことから、ハブノード４００の設置場所が制約を受けることがない。
【００２４】
図３は、本発明の実施の形態のセンサノード５００の構成を表すブロック図である。
【００２５】
センサノード５００は、アンテナ５０１、無線部５０２及びベースバンド部５０３を有し近距離無線システム（例えば、FSK、UWB、ZigBee等）によってハブノード４００と通信可能に構成されている。
【００２６】
センサ５０４は、光センサ等、センサノード５００が検出する物理量によって異なるセンサが設けられている。このセンサには、前述のものの他、湿度センサ、熱センサ（温度センサ）、紫外線センサ、赤外線センサ、放射線センサ、電磁波センサ、加速度センサ、距離センサ、映像センサ、振動センサ、音センサ、磁気センサ、金属検知センサ、分子センサ、化学センサ、生体センサ、臭気センサ、味覚センサ等、多種多様なものを用いることができる。
【００２７】
電源部５０５は、センサノード５００の各部に電力を供給するもので、二次電池、太陽電池、温度差発電、無線給電、微少振動による発電等によって構成される。よって、商用電源に接続される電源線を必要しないことから、センサノード５００の設置場所が制約を受けることがない。
【００２８】
センサ５０４で取得したデータには、センサノード５００の位置情報が付加される。そして、ベースバンド部５０３で変調され、無線部５０２で周波数変換、増幅がされて、近距離無線システムを用いて送信される。なお、センサノード５００で位置情報を付加することなく、ハブノード４００で、センサノード５００のアドレスに基づいて、ハブノード４００が記憶しているセンサノード５００の位置情報をセンサ５０４で取得したデータに付加してもよい。
【００２９】
本実施の形態の無線通信システムは、図１に示すように、シンクノード１００を頂点として、ハブノード４００、センサノード５００の順に階層的なネットワークが構成される。すなわち、１台のシンクノード１００には複数のハブノード４００が接続され、１台のハブノード４００には複数のセンサノード５００が接続され、さらに、センサノード５００には他のセンサノード５００が接続される。なお、ハブノード４００が、シンクノード１００と直接接続されてもよいが、図７に示すように、他のハブノード４００を介してシンクノード１００と接続されてもよい。
【００３０】
図４は、本発明の実施の形態の無線通信システムのシステム構築時のシーケンス図である。
【００３１】
シンクノードは、所定のタイミング（例えば、３０秒等の一定時間間隔）で、ハローパケットＡ１（第１無線系の第１階層のハローパケット）を無線ＬＡＮネットワーク上に同報送信（ブロードキャスト）する。このハローパケットＡ１によって、シンクノードは、自局の存在及び自局を介して通信可能であることを他のノードに報知する。
【００３２】
そして、ハブノード１が、シンクノードが送信したハローパケットＡ１を受信すると、ハブノード１はシンクノードと接続して、ハローパケットＡ２（第１無線系の第２階層のハローパケット）を無線ＬＡＮネットワーク上に同報送信して、自局の存在及び自局を介して通信可能であることを他のノードに報知する。なお、ハローパケットには、自局がネットワークのどの階層に位置するのかの情報（ホップ数）が含まれている（図５参照）。
【００３３】
ハブノード１は、無線ＬＡＮシステムの他、近距離無線システムによっても通信することができるので、近距離無線システムにおいてもハローパケットＢ１（第２無線系の第１階層のハローパケット）を同報送信して、自局の存在及び自局を介して通信可能であることを他のノードに報知する。
【００３４】
ハブノード１は、シンクノードとの接続を確立した後、さらに、シンクノードが送信したハローパケットＡ１を受信すると、既に当該ハローパケットを送信したノードとの接続が確立しているので、ハローパケットＡ１は不要なパケットであると判定し、当該受信パケットを破棄する。
【００３５】
さらに、ハブノード１が送信したハローパケットＡ２を受信したハブノード２は、ハブノード１と接続して、ハローパケットＡ３（第１無線系の第３階層のハローパケット）を無線ＬＡＮネットワーク上に同報送信して、自局の存在及び自局を介して通信可能であることを他のノードに報知する。
【００３６】
ハブノード２は、無線ＬＡＮシステムの他、近距離無線システムによっても通信することができるので、近距離無線システムにおいてもハローパケットＢ１（第２無線系の第１階層のハローパケット）を同報送信して、自局の存在及び自局を介して通信可能であることを他のノードに報知する。
【００３７】
さらに、ハブノード２が送信したハローパケットＢ１を受信したセンサノード１は、ハブノード２と接続して、ハローパケットＢ２（第２無縁系の第２階層のハローパケット）を近距離無線システムにおいて同報送信して、自局の存在及び自局を介して通信可能であることを他のノードに報知する。
【００３８】
さらに、センサノード１が送信したハローパケットＢ２を受信したセンサノード２は、センサノード１と接続して、ハローパケットＢ３（第２無線系の第３階層のハローパケット）を近距離無線システムにおいて同報送信して、自局の存在及び自局を介して通信可能であることを他のノードに報知する。
【００３９】
このように、接続が完了したノードが、自局が通信可能な通信システムにおいてハローパケットを送信することによって、無線局が順に接続され、図７の（Ｂ）に示すような階層的なスケールフリーネットワークが構築される。
【００４０】
図５は、本発明の実施の形態のハローパケットの構成図である。
【００４１】
ハローパケットには、少なくとも、送信元アドレス６０１、ホップ数Ａ（６０２）、ホップ数Ｂ（６０３）及び受信電力情報６０４が含まれている。さらに、上位アドレス６０５及びリンク数６０６が含まれていてもよい。
【００４２】
送信元アドレス６０１は、当該ハローパケットを送信したノードを識別可能な情報である。
【００４３】
ホップ数は、ホップ数Ａ（６０２）及びホップ数Ｂ（６０３）によって構成されており、各々、異なる無線通信システムにおける基準ノード間での接続区間数を表す。本実施の形態では、センサノード５００は、上位の無線ＬＡＮシステム及び下位の近距離無線システムによって、ノードを介して、シンクノード１００まで接続されている。よって、ホップ数Ａが無線ＬＡＮシステム区間でノードを介して接続される接続区間数を表し、ホップ数Ｂが近距離無線システム区間でノードを介して接続される接続区間数を表す。
【００４４】
例えば、図４に示すセンサノード１は、無線ＬＡＮシステム区間での接続区間数が２であり、近距離無線システム区間での接続区間数が１であるので、センサノード１が送信するハローパケットに格納される情報では、ホップ数Ａ＝２、ホップ数Ｂ＝１となる。また、上位のネットワーク（無線ＬＡＮ）に属するハブノード４００は、上位ノードに対する接続に近距離無線システムを使用していないので、ホップ数Ｂ欄を有さないハローパケットを用いるか、又は、ホップ数Ｂ＝０としたハローパケットを用いる。
【００４５】
受信電力情報６０４は、当該ハローパケットを送信したノードが、上位ノードからの信号（例えば、ハローパケット）を受信した信号強度を示す情報である。この受信電力情報は、受信電力値（ＲＳＳＩ）に限らず、ビット誤り率（ＢＥＲ）、希望波対干渉波比（ＣＩＲ）、搬送波雑音比（Ｃ／Ｎ）、信号対干渉雑音電力比（ＳＩＲ）、信号雑音比（Ｓ／Ｎ）等を用いることもできる。
【００４６】
上位アドレス６０５は、当該ハローパケットを送信したノードが接続している上位ノードを識別可能な情報である。
【００４７】
リンク数６０６は、当該ハローパケットを送信したノードに接続されているノードの数を示す情報である。なお、リンク数６０６に接続されているノードの数の情報ではなく、接続されているノードを特定可能な情報を含ませてもよい。
【００４８】
図６は、本発明の実施の形態のハローパケット受信処理のフローチャートである。
【００４９】
ハローパケットを受信したノードは、受信電力を測定する（Ｓ１０１）。その後、受信したハローパケットから送信元アドレス６０１を抽出し、ハローパケットが記録されているデータベースを参照して、既にその送信元ノードから同じ内容のハローパケットを受信しているか否かを判定する（Ｓ１０２）。
【００５０】
そして、既に同じ内容のハローパケットを受信しており、当該受信パケットに関する処理が既に行われていれば、当該ハローパケットは不要なパケットであると判定し、当該受信パケットを破棄する（Ｓ１１０）。
【００５１】
一方、以前に同じ内容のハローパケットを受信しておらず、当該受信パケットに関する処理は行われていないと判定すると、以後のステップで当該ハローパケットに関する接続を確立するかを判定する処理を行う（Ｓ１０３〜Ｓ１０５）。
【００５２】
まず、受信したハローパケットから抽出した送信元アドレス６０１、ホップ数６０２、６０３、受信電力６０４、リンク数６０６をデータベースに記録する（Ｓ１０３）。
【００５３】
その後、接続先を選択する（Ｓ１０４）。この接続先選択処理では、予め定められた所定の関数を用いて、最適な接続先を選択する。例えば、
Ｆ ＝ α×ホップ数Ａ ＋ β×ホップ数Ｂ − 受信電力
のような関数を用いて、データベースに記録されたハローパケットを評価する。なお、α、βは各ホップ数に対する重み付け係数である。この係数α、βは、無線ＬＡＮシステム、近距離無線システムの特性（通信速度、通信距離、通信コスト）によって予め定めておく。なお、上位のネットワーク（無線ＬＡＮ）に属するハブノード４００は、上位ノードに対する接続に近距離無線システムを使用していないので、β＝０又はホップ数Ｂ＝０とする。
【００５４】
そして、関数値Ｆが最小となるハローパケットを求め、この最小値を与えるハローパケットを送信したノードを接続先として選択する。このように、２階層のホップ数及び受信電力を用いて接続先を選択することによって、最適な接続先を選択することができる。
【００５５】
なお、この接続先の選択において、ハローパケットを送信したノードに接続されているノード数を考慮してもよい。この場合、ハローパケットに含まれるリンク数６０６を用いて、以下のような関数Ｇを用いてハローパケットを評価する。
Ｇ ＝ α×ホップ数Ａ ＋ β×ホップ数Ｂ − 受信電力 −γ×リンク数
なお、関数Ｇではなく関数Ｆを用いて、リンク数が少ないノードを優先して接続するようにしてもよい。
【００５６】
また、上位アドレス６０５を用いて、特定の上位装置に対して優先して接続するようにしてもよい。
【００５７】
なお、ハブノード４００の上位装置となるのはシンクノード１００または他のハブノードなので、近距離無線システムで送信されるハローパケットが受信されてもこのハローパケットの評価は行わない。
【００５８】
そして、自局が送信するハローパケットを生成する（Ｓ１０５）。このハローパケット生成処理では、自局のアドレスを送信元アドレス６０１に書き込む。なお、送信元アドレス（自局アドレス）は無線通信システムによって異なる場合もある。さらに、上位ノードからのハローパケットを受信した際に測定した受信電力の情報を受信電力情報６０４に書き込み、ステップＳ１０４にて選択した上位ノードのアドレスを上位アドレス６０５に書き込み、自局に接続されているノード数をリンク数６０６に書き込む。
【００５９】
さらに、ホップ数Ａ又はホップ数Ｂのうち、選択した上位ノードとの間の接続に用いた無線通信システムに対応するホップ数に１を加算して、ホップ数６０２又は６０３を更新する。
【００６０】
図７は、構築されたネットワークの構成図である。
【００６１】
前述したように、本発明では、シンクノード１００を頂点として、ハブノード４００、センサノード５００が順に接続される階層的なスケールフリーネットワークが構築されている。なお、図７（Ｂ）はスケールフリーネットワークを表し、図７（Ａ）はランダムネットワークを表している。本発明において、ランダムネットワークを構成するためには、一つのノードからの接続数を１に限定せず、複数のノードとの接続を許容するように構成すれば、近傍の複数のノードと接続されて、ランダムネットワークが構築される。
【００６２】
次に、本発明のセンサノード５００の位置測定方法について説明する。
【００６３】
センサノード５００の位置を測定するためには、当該センサノード５００が接続されるハブノード４００の位置を測定する必要がある。ハブノード４００の位置は、例えば、２００３年総合大会講演論文集（荻野敦、外５名，「無線ＬＡＮ統合アクセスシステム（１）位置検出システムの検討」，２００３年総合大会講演論文集，電子情報通信学会，Ｂ−５−２０３，ｐ．６６２）に記載されているように、端末から送信される信号を基地局（位置検出基地局３００）で受信した時間の差（各基地局の受信時間の差Ｔi−Ｔ1）を計算し、受信時間差に光速を乗算することによって、端末から各基地局までの信号の伝搬距離の差
｛｜Ｐ−Ｐi｜−｜Ｐ−Ｐ1｜｝＝ｃ（Ｔi−Ｔ1），i＝2,...,n
を算出し、端末の位置を算出することができる。ここで、基地局から送信されて端末で受信される信号を用いて、それぞれの基地局からの送信信号の受信タイミングから伝搬距離の差を求めてもよい。
【００６４】
そして、位置が測定されたハブノード４００ａ及びハブノード４００ｂとが、その位置が未知であるセンサノード５００ａからの信号を受信して、その受信信号の強度（ＲＳＳＩ）を統合管理サーバ２００に送信する。統合管理サーバ２００は、複数のハブノード４００が受信したセンサノード５００ａからの信号の受信強度に基づいて、該信号を受信したハブノードとセンサノード５００ａとの間の距離を算出する。このハブノード（受信点）４００からセンサノード５００までの距離は、送信された電波の強度は送受信点間の距離の二乗に反比例することを用いて求めることができる。
【００６５】
そして、ハブノード４００ａとハブノード４００ｂとの間の既知の距離を用いて、位置が既知であるハブノード４００ａ及びハブノード４００ｂと、その位置が未知であるセンサノード５００ａとによって三角形を形成し、三辺測量の原理によってセンサノード５００ａの位置を算出する。
【００６６】
そして、同様の手順で、位置が既知となったセンサノード５００ａとハブノード４００ｂがセンサノード５００ｂからの信号を受信して、その受信信号の強度（ＲＳＳＩ）を統合管理サーバ２００に送信する。統合管理サーバ２００は、受信強度に基づいてノード間の距離を算出する。そして、ハブノード４００ｂ及びセンサノード５００ａと、その位置が未知であるセンサノード５００ｂとによって三角形を形成し、センサノード５００ｂの位置を算出する。
【００６７】
さらに、位置が既知となったセンサノード５００ｂとセンサノード５００ａがセンサノード５００ｃからの信号を受信して、その受信信号の強度（ＲＳＳＩ）を統合管理サーバ２００に送信する。統合管理サーバ２００は、受信強度に基づいてノード間の距離を算出する。そして、センサノード５００ａ及びセンサノード５００ｂと、その位置が未知であるセンサノード５００ｃとによって三角形を形成し、センサノード５００ｂの位置を算出する。
【００６８】
なお、複数のハブノード（受信点）４００によってセンサノード５００からの信号を受信することなく、一つのハブノード（受信点）４００によってセンサノード５００からの信号を受信して、ハブノードの位置を求めることもできる。これは、測位対象のセンサノード５００に接続されているノードは、数ｍ以内の近傍にあると推定されることから、統合管理サーバ２００が記憶しているネットワーク構成に基づいて、センサノード５００が存在する方向を推測することができるからである。
【００６９】
また、上述の説明では、位置が未知であるセンサノードからの信号の受信強度を位置が既知であるセンサノードで測定しているが、位置が既知であるセンサノードからの信号の受信強度を位置が未知であるセンサノードで測定して測定結果を上位ノードを介してサーバに送信してもよい。受信強度を測定する信号として、上述の無線通信システムの構築のために用いられるハローパケットを用いてもよい。この場合は、各センサノードは受信したそれぞれのハローパケットの受信強度を測定し、ハローパケットの受信強度をその送信元ノードを特定する情報と合わせて、接続先として選択した上位ノードを介してサーバに送信する。
【００７０】
また、上述したネットワーク構成を用いた位置推定方法と、受信信号強度に基づく位置測定方法とを併用してもよい。
【００７１】
以上説明したように、本発明の実施の形態では、ネットワークの上位階層（サーバ側）を無線ＬＡＮシステムで、下位階層（端末側）を近距離無線システムで接続したので、センサノードからのデータ伝送距離を長くすることができ、広範囲にセンサを配置することができる。
【００７２】
また、ノードが、ホップ数が少なく、通信状態のよい経路を自律的に選択するので、ネットワークを容易に構築することができる。また、ネットワークの一部に障害が発生しても、他の経路を自律的に選択するので、故障耐性を向上させることができる。
さらに、ノードが、ホップ数が少なく、通信状態のよい経路を自律的に選択するので、接続信頼性が高く、データ伝送の確度を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、センサノードによって地震、地滑り、雪崩、火山活動等を検知する防災システム、河川管理システム、道路管理システム、鉄道管理システムに適用することができる。また、センサノードによって温湿度、光量、騒音等を検知し、個人のプレゼンス情報や特性、端末位置等から空調、照明、各種機器（家電製品）を制御するビル管理システム、ホーム管理システムに適用することができる。
【００７４】
また、センサノードによって人の環境情報（場所、行動等）を管理する環境情報システムや、コンテクストウェアシステムに適用することができる。また、センサノードによって患者の様態を監視し、医療機器を制御する医療システムに適用することができる。
【００７５】
また、センサノードによって隊員の位置や生体情報を検知し、隊員の行動を管理する消防、警察、軍隊の管理システムに適用することができる。また、センサノードによって金属を検知する地雷監置システムに適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施の形態の無線通信システムの構成図である。
【図２】本発明の実施の形態のハブノードの構成を表すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態のセンサノードの構成を表すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態の無線通信システムのシステム構築時のシーケンス図ある。
【図５】本発明の実施の形態のハローパケットの構成図である。
【図６】本発明の実施の形態のハローパケット受信処理のフローチャートである。
【図７】構築されたネットワークの構成図である。
【符号の説明】
【００７７】
１００  無線ＬＡＮ基地局（シンクノード）
２００  統合管理サーバ
３００  位置検出基地局
４００  ハブノード
５００  センサノード
【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１】
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