(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報を収集する多層ポーリングデータベースネットワークシステムにおいて、
複数の端末局群をもち、各群は複数（ｐ2)の端末局を含み、各端末局は情報を取得し、データとして蓄積し、予め定められた下層ポーリング期間（Ｔ2)に応じて送信するように形成されている下層ポーリング層と、
複数（ｐ1)の中継データベース局をもち、各々の中継データベース局は対応する端末局群と情報（ｂ1 ）を得るために通信し、前記情報（ｂ1)から特定情報データ（ｂ2)を抽出するとともに前記情報（ｂ1)を複数群（ｎ）に分割して予め定められた期間保持する中継データベース層と、および
前記複数の中継データベース局を順次ポーリングし、予め定められた上層ポーリング期間（Ｔ1)に[(ｂ2 ＋ｂ1/n)ｐ2]バイトの情報を取得するセンタ局と、
から構成した情報を収集するデータベースネットワークシステム。
【請求項２】
前記上層ポーリング期間（Ｔ1)と下層ポーリング期間（Ｔ2)は、次の関係にある請求項１記載のデータベースネットワークシステム。
Ｔ1 ≧Ｔ2
Ｔ1 ＝[ ８ (ｂ2 ＋ｂ1/n)ｐ2 ｐ1]/ ｒ1
Ｔ2 ＝８ｂ1 ｐ2 / ｒ2
ここにおいて
ｒ1 ：上ポーリング層の実行伝送速度
ｒ2 ：下ポーリング層の実行伝送速度
【請求項３】
前記中継データベース層は、
複数の上層中継データベース局と前記上層中継データベース局の一つ当てに設けられている複数の下層中継データベース局群とを含み、
前記下層中継データベース局群の各局が前記複数の端末局からなる端末局グループから情報を収集し、
前記センタ局が前記上層中継データベース局から情報を収集するものである請求項１記載のデータベースネットワークシステム。
【請求項４】
前記情報は、ガス，電気，水道等の都市ライフライン情報であり、前記端末局は家庭等の生活単位端末であり、
前記中継データベース局は、前記情報から、緊急度が高い特定情報データを抽出し、元の情報を含めてｍ種類（ｍ≧２）の情報を生成した上で、それらｍ種類の情報を緊急度に応じた短さの収集時間で前記センタ局に収集する請求項１記載のデータベースネットワークシステム。
【請求項５】
前記データベースネットワークシステムは、連続して動作させられ、常時、前記センタ局の主データベースは前記特定情報データ、または前記特定情報データとその他の情報データを一定期間蓄積することにより動作の履歴を保持するように構成した請求項１記載のデータベースネットワークシステム。
【請求項６】
変化する情報を取得してデータとして蓄積し、予め定められた下層ポーリングに応じて送信する複数の端末局からなる端末局グループと、
端末局グループ対応に設けられ、各端末から順次受信した情報を特定情報データとその他のデータとして蓄積し、要求に応じて送信する複数の中継データベース局と、
任意の前記中継データベース局の特定情報データとその他のデータの一部を各中継データベース局から予め定められた上層ポーリングにより順次受信して全データを受信しその間に前記特定情報データの複数回受信を行い、必要に応じて蓄積するセンタ局と、
から構成した情報を収集するデータベースネットワークシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広域にわたるガス，水道，電気などのライフラインサービスに関する情報を収集し、特に緊急事態発生に関するデータ（特定データ）を迅速に収集できる都市ライフライン情報の収集装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般家庭のライフライン情報、ガス，水道，電気などの使用状況または好ましくない状態の発生状況を収集する場合、電話回線を用いた収集システムが実用されている。しかし、電話回線による情報収集システムは、災害時の通信が輻輳する状況のもとでは有効ではない。また端末数が２０万以上の規模で、ガス，水道，電気を含めた端末当たり１００Ｂの情報を収集する場合、電話回線を用いると、３０秒×２０万端末＝１６６７時間かかる計算になる。したがって、電話回線を用いて常時監視システムを実現することは困難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は次のとおりである。
１．大規模地震による災害時に、都市ライフライン（水道，電気，ガス供給）の被災状況を、都市全般にわたって短時間（数分以内）で把握する情報収集・監視システムは、わが国でも外国でも開発されていない。このようなシステムの開発が災害対策の上から、解決が急がれる問題と考えられる。
２．本発明は、各家庭に設置されている水道メータ，電気メータ，ガスメータなどの情報を、都市ライフライン情報として捉え、それらを都市全般にわたってほぼ実時間で収集・監視するシステムを開発し、上の問題を解決しようとするものである。
３．緊急時における情報収集システムであるので、通信の輻輳による情報収集の遅れ・中断は許されない。既存の通信システムを利用したシステムでは解決できない輻輳問題を、専用情報収集システムを開発することによって解決しようとしている。
４．専用システムなので、要求される機能，性能が規定できる。目的に適合したシステムを開発することが技術的課題となる。
５．都市全体のライフラインを常時監視し、緊急情報を短時間で収集する機能と詳細なライフライン情報も収集する機能を併せもつ情報収集システムを開発することが具体的な技術課題である。
６．多層無線ポーリングシステム内に分散配置した高速データベースを組み合わせた新しいネットワーク構成技術、すなわち、データベースネットワークでこの技術的課題を解決している。
災害発生時に、その状況を把握するためには、数分以内に全家庭のライフラインの状態を把握することが要求される。また、災害時、同時に発生する事象により、通信が輻輳をきたす。したがって、このような状況下であっても、通信が確保されることが要求される。
７．災害発生時に、その状況を把握するためには、災害発生時点までのシステムの状態、正常に動作していること、が把握されていなければならない。
【０００４】
本発明の主目的は、既存の通信方式によらない新規なデータベースネットワークシステムを提供することにある。
本発明のさらに詳細な目的は、大規模地震による災害時に、都市ライフライン（水道，電気，ガス供給）の被災状況を、都市全般にわたって短時間（数分以内）で把握する情報収集・監視システムを前記データベースネットワークシステムを用いて構成することである。
本発明のさらに詳細な目的は、前記大規模地震による災害発生時の直前の状態を把握しておくことができるデータベースネットワークシステムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明による請求項１記載のデータベースネットワークシステムは、
情報を収集する多層ポーリングデータベースネットワークシステムにおいて、
複数の端末局群をもち、各群は複数（ｐ2)の端末局を含み、各端末局は情報を取得し、データとして蓄積し、予め定められた下層ポーリング期間（Ｔ2)に応じて送信するように形成されている下層ポーリング層と、
複数（ｐ1)の中継データベース局をもち、各々の中継データベース局は対応する端末局群と情報（ｂ1 ）を得るために通信し、前記情報（ｂ1)から特定情報データ（ｂ2)を抽出するとともに前記情報（ｂ1)を複数群（ｎ）に分割して予め定められた期間保持する中継データベース層と、および
前記複数の中継データベース局を順次ポーリングし、予め定められた上層ポーリング期間（Ｔ1)に[(ｂ2 ＋ｂ1/n)ｐ2]バイトの情報を取得するセンタ局と、
から構成されている。
【０００６】
本発明による請求項２記載のデータベースネットワークシステムは、
請求項１記載のデータベースネットワークシステムにおいて、
前記上層ポーリング期間（Ｔ1)と下層ポーリング期間（Ｔ2)は、次の関係にある。
Ｔ1 ≧Ｔ2
Ｔ1 ＝[ ８ (ｂ2 ＋ｂ1/n)ｐ2 ｐ1]/ ｒ1
Ｔ2 ＝８ｂ1 ｐ2 / ｒ2
ここにおいて
ｒ1 ：上ポーリング層の実行伝送速度
ｒ2 ：下ポーリング層の実行伝送速度
本発明による請求項３記載のデータベースネットワークシステムは、
請求項１記載のデータベースネットワークシステムにおいて、
前記中継データベース層は、
複数の上層中継データベース局と前記上層中継データベース局の一つ当てに設けられている複数の下層中継データベース局群とを含み、
前記下層中継データベース局群の各局が前記複数の端末局からなる端末局グループから情報を収集し、
前記センタ局が前記上層中継データベース局から情報を収集するように構成されている。
本発明による請求項４記載のデータベースネットワークシステムは、
請求項１記載のデータベースネットワークシステムにおいて、
前記情報は、ガス，電気，水道等の都市ライフライン情報であり、前記端末局は家庭等の生活単位端末であり、
前記中継データベース局は、前記情報から、緊急度が高い特定情報データを抽出し、元の情報を含めてｍ種類（ｍ≧２）の情報を生成した上で、それらｍ種類の情報を緊急度に応じた短さの収集時間で前記センタ局に収集するように構成されている。
本発明による請求項５記載のデータベースネットワークシステムは、
請求項１記載のデータベースネットワークシステムにおいて、
前記データベースネットワークシステムは、連続して動作させられ、常時、前記センタ局の主データベースは前記特定情報データ、または前記特定情報データとその他の情報データを一定期間蓄積することにより動作の履歴を保持するように構成されている。
本発明による請求項６記載のデータベースネットワークシステムは、
変化する情報を取得してデータとして蓄積し、予め定められた下層ポーリングに応じて送信する複数の端末局からなる端末局グループと、
端末局グループ対応に設けられ、各端末から順次受信した情報を特定情報データとその他のデータとして蓄積し、要求に応じて送信する複数の中継データベース局と、
任意の前記中継データベース局の特定情報データとその他のデータの一部を各中継データベース局から予め定められた上層ポーリングにより順次受信して全データを受信しその間に前記特定情報データの複数回受信を行い、必要に応じて蓄積するセンタ局と、から構成されている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下図面等を参照して本発明による装置の実施の形態を説明する。図１は本発明によるデータベースネットワークシステムの第１の実施形態である非同期２層ポーリングシステムと高速データベースを組合せて構成したライフライン情報収集・監視システム概念図である。
【０００８】
センタ局１は収拾したデータを整理して必要期間蓄積する主データベース１Ａを備えている。センタ局１は中継データベース局群３の中継データベース局３1 ・・３p1  を順次ポーリングしてデータを集める。
各中継データベース局３1 ・・３p1  はそれぞれの端末局群に関連しており、端末局群に属する端末局、例えば生活単位である１世帯に対応する局、を順次ポーリングしてデータを集める。
各中継データベース局３1 ・・３p1  はそれぞれ、前記主データベース１Ａと同様な役割を果たすものを備えているが煩瑣となるから図示を省略してある。
【０００９】
端末局群５1 ・・５p1は、３1 ・・３p1中継データベース局に関連する端末局群である。中継データベース局３1 に関連する端末局群５1 はＰ２個の端末局５11・・５1p2 を含んでいる。中継データベース局３1 は端末局５11・・５1p2 を順次ポーリングしてデータを集める。中継データベース局３2 は端末局５21・・５2p2 を順次ポーリングしてデータを集める。中継データベース局３p1は端末局５p11 ・・５p1p2を順次ポーリングしてデータを集める。各中継データベース局の順次ポーリングは並列または並列的に行われる。点線６の示す上層通信、センタ局１と中継データベース局３1 等の通信の実効データ伝送速度をｒ1 とし、点線８の示す下層通信、中継データベース局３1 等と端末局等の通信の実効データ伝送速度をｒ2 とする。通信媒体とし、特に下層通信では優先通信を含めて各種の媒体が予想されるが、この実施例は無線通信媒体を使用している。
【００１０】
前記データベースネットワークシステムの第１の実施形態である大規模地震による災害発生時に、都市ライフライン（水道，電気，ガス供給システム）の被災状況を、１０分以内に把握するシステムを説明する。
【００１１】
各家庭に設置されたメータを介して、水道，ガス，電気供給状況を示す信号（ライフライン情報）をセンタ局に収集、常時監視する。ライフライン情報の収集，分析，蓄積・保持は、無線通信装置とコンピュータを組合せて構築した専用ネットワークを用いて行う。各家庭はこの場合、端末局にあたり、前記ライフライン情報は、いわゆる電子メータ（またはマイコンメータ）が用いられる。前記電子メータはライフラインの情報データ（使用量等）の収集, 保持, 発信, 更新等の機能を持っている。
【００１２】
データベースネットワークシステムシステムの要求条件は次のとおりである。
１．家庭端末数：約２６万
２．ライフライン情報（１家庭端末当たり）
水道  ：  ２０Ｂ                                  （Ｂ：ｂｙｔｅ）
ガス  ：  ２０Ｂ
電気  ：  ２０Ｂ
その他：  ４０Ｂ
合計  ：１００Ｂ
緊急度が高く、常時監視する必要がある情報は、
１０Ｂ／家庭端末
３．緊急度が高く、常時監視する必要がある情報（１０Ｂ／家庭端末）は、数分毎に２６万家庭端末から周期的に収集し、更新する。収集・更新時間は１０分以内とする。さらに、直近２４時間の時間記録を常時保持する。
４．収集した全てのライフライン情報を、必要に応じて（或いは、定期的に）更新し、その最新内容をシステム内のデータベースに保持する。
【００１３】
上記要求を満たすシステムを実現するシステムは、以下に記す技術（の組合せ）を用いる。
１．無線多層ポーリングシステムを使う。
２．２層ポーリングシステムと高速データベースを組合わせて構成した、ライフライン情報収集システムの構成概念図を図１に示す。
３．ポーリング方式によって収集される家庭端末ライフライン情報は、（１）付与されたアドレスを持ち、（２）指定された項目に分類されている。したがって家庭端末から収集されたライフライン情報は、データベース構造を持つので、これを取得，処理するコンピュータ（ＰＣ）をデータベースとみなし、データベースとしての機能と特徴を活用する。
４．センタ局１に主データベース装置１Ａを配置することに加えて、中継局３i にもデータベースを分散配置する。
５．主データベース装置１Ａおよび中継局データベース装置には、多量のデータを高速度で更新できる能力を有するものを使う。
６．高速データ更新能力をもつデータベースが配置された中継局を、中継・データベース局（Relay-Database Station: 以下ＲＤＳ）と呼ぶ。
【００１４】
７．図１において、ＲＤＳは主として４つの役割を果たす。
（１）下ポーリング層の通信制御。
（２）家庭端末からのライフライン情報（１００Ｂ／端末）の取得。
（３）緊急度の高いデータまたは特定データを抽出し、（１０Ｂ／端末）×ｐ2 データセット（事象変化情報または特定データ情報と呼ぶ）を生成。
（４）ライフライン情報（１００Ｂ／端末）の分割（分割数ｎ）とその一定時間保持。
８．センタ局１はＲＤＳ×ｐ1 を順次ポーリングし、情報を収集する。１ポーリングサイクル間に、各ＲＤＳから、〔（１０＋１００／ｎ）×ｐ2 〕Ｂが収集される。
９．上記７の結果、１ポーリングサイクル毎に、センタ局には（１０Ｂ／端末）×ｐ2 ×ｐ1 の事象変化情報が収集される。ここで、ｐ2 ×ｐ1 は家庭端末の総数である。
１０．上記７の結果、ｎポーリングサイクル毎に、センタ局には（１００Ｂ／端末）×ｐ2 ×ｐ1 のライフライン情報が収集される。すなわち、ｎサイクル毎に全家庭端末からのライフライン情報が収集される。
【００１５】
１１．上記９と１０をまとめて、次のことがいえる：全家庭端末からセンタ局１へ、
（１）短時間で緊急度の高い事象変化情報を送ること、
（２）全ライフライン情報を送ることの２つの目的を、１つの情報伝送路を使って達成できる。
１２．上層ポーリング周期Ｔ1 は次の式で与えられる。
Ｔ1 ＝〔８×（１０＋１００／ｎ）ｐ2 ×ｐ1 〕／ｒ1
ここで、ｒ1 は上ポーリング層の実効データ伝送速度である。全家庭端末数ｐ2 ×ｐ1 が与えられた場合、ポーリング周期Ｔ1 は主にｒ1 によって決まる。
１３．ネットワークの使用目的からＴ1 の上限が与えられた場合には、上式にしたがい、ｒ1 の下限がほぼ決まる。
１４．下ポーリング層のポーリング周期Ｔ2 は
Ｔ2 ＝８×１００×ｐ2 ／ｒ2
で与えられる。ここで、ｒ2 は下ポーリング層の実効データ伝送速度である。
１５．上ポーリング層の実効データ伝送速度ｒ1 は
１／ｒ1 ＝１／ｒd1＋１／ｒu1
で与えられる。ここでｒd1はＲＤＳとセンタ局１を結ぶ通信線路のデータ伝送速度（ｂｐｓ）、ｒu1はセンタ局内データベースのデータ更新速度である。
１６．下ポーリング層の実効データ伝送速度ｒ2 は
１／ｒ2 ＝１／ｒd2＋１／ｒu2
で与えられる。ｒd2は家庭端末局とＲＤＳを結ぶ通信線路のデータ伝送速度、
ｒu2はＲＤＳ内データベースのデータ更新速度である
【００１６】
１７．上ポーリング層と下ポーリング層は非同期で動作する。センタ局に収集されたデータが、ＲＤＳに収集された最新データであることを保証するには、
Ｔ1 ≧Ｔ2
でなければならない。
１８．
Ｔ1 ＝Ｔ2
のとき、下ポーリング層で収集された全てのデータが、上ポーリング層に送り込まれるので、データ転送効率は１００％となる。
１９．このとき、下ポーリング層の実効データ伝送速度ｒ2 と上ポーリング層の実効データ伝送速度ｒ1 の間には、
ｒ2 ＝ｒ1 ×（１／ｐ1 ）×〔１００／（１０＋１００／ｎ）〕
の関係が成り立つ。（１／ｐ1 ）は下層ポーリングセルｐ1 個の並列動作による要求速度低減効果、〔１００／（１０＋１００／ｎ）〕は伝送情報量の比による調整効果である。
２０．実際には、これよりわずかに高い値にｒ2 を設定する：
ｒ2 ＝ｒ1 ×（１／ｐ1 ）×〔１００／（１０＋１００／ｎ）〕×（１＋δ）
δ≪１
２１．ＲＤＳ内データベースに要求されるメモリ容量：
（１）１００×ｐ2 Ｂ：１００Ｂデータをｐ2 家庭端末から収集・記憶。
（２）１０×ｐ2 Ｂ：１００Ｂから１０Ｂを抽出、１０Ｂ×ｐ2 を記憶。
２２．センタ局内データベースに要求されるメモリ容量：
（１）１００×ｐ2 ×ｐ1 ：全家庭端末から収集したライフライン情報の記憶・保持。
（２）１０×ｐ2 ×ｐ1 ×（２４×６０×／Ｔ1 ）Ｂ：全家庭端末から収集した事象変化情報の直近２４時間分を記憶・保持。
【００１７】
２３．システム各階層のデータ量
【表１】
0003867757.tif 000002
【００１８】
２４．このシステムは、基本的には、家庭端末で発生したライフライン情報１００×ｐ2 ×ｐ1 Ｂの情報を取込み、中継・データベース局（ＲＤＳ）層とセンタ局に蓄積するシステムである。システム内におけるデータ処理によって生成されたデータは、生成した層およびその上の層に蓄積される。
２５．システムが具備すべきメモリ容量は、基本的には２倍（２＝層の数）となる。それに、システム内で生成されたデータ量の２倍（ＲＤＳおよびセンタ局）が加わる。
２６．メモリ量の倍増という代価を払って、緊急度の高い情報を短時間で収集する機能を手に入れたことになる。
２７．高速データベース装置を分散配置することにより限られたデータ伝送速度の通信路を使い、目的に適合したネットワークを実現することが可能となった。
２８．高速データベース装置を分散配置し、限られたデータ伝送速度の通信路を有効利用し、目的に適合したネットワークを実現することを可能とするネットワークを、データベースネットワークと呼ぶこととする。
２９．データベースネットワーク技術は、高速データベース技術の進歩，大規模メモリの価格低廉化によって、現実的に有為な技術となった。
３０．高速データベースの大略の定義：
上ポーリング層の実効データ伝送速度ｒ1 は
１／ｒ1 ＝１／ｒd1＋１／ｒu1
で与えられる。ここでｒd1はＲＤＳとセンタ局を結ぶ通信線路のデータ伝送速度（ｂｐｓ）、ｒu1  はセンタ局内データベースのデータ更新速度である。また、下ポーリング層の実効データ伝送速度ｒ2 は
１／ｒ2 ＝１／ｒd2＋１／ｒu2
で与えられる。ｒd2は家庭端末局とＲＤＳを結ぶ通信線路のデータ伝送速度、
ｒu2はＲＤＳ内データベースのデータ更新速度である。
ｒd1＜＜ｒu1，ｒd2＜＜ｒu2を満たすデータベースを高速データベースと定義する。
【００１９】
３１．中継・データベース局（ＲＤＳ）の数ｐ1 の決定法
データベースネットワークに対して、次式により、ペナルティ関数を定義する。
ｆ＝ａ1 ｐ1 ＋ａ2 ｐ2
ここで、ａ1 ，ａ2 は、それぞれ上ポーリング層および下ポーリング層における１回線接続当たりの通信エラー発生率である。また、ｐ2 ×ｐ1 は家庭端末の数Ｃなので、
ｐ2 ×ｐ1 ＝Ｃ
上の２式を組み合わせて、
ｆ＝ａ1 ｐ1 ＋ａ2 （Ｃ／ｐ1 ）
ペナルティ関数ｆはδｆ／δｐ1 ＝０のとき極値をとる：
δｆ／δｐ1 ＝ａ1 −ａ2 （Ｃ／ｐ12）＝０
したがって、
ｐ1 ＝（ａ2 ／ａ1 ）(1/2) ×（Ｃ）(1/2)
ｐ2 ＝（ａ1 ／ａ2 ）(1/2) ×（Ｃ）(1/2)
を得る。
上式にしたがって、ｐ1 およびｐ2 を選択した場合、ネットワーク全体の通信エラー率の予測値は最小となる。
【００２０】
【実施例】
データベースネットワークの具体例の１つである２層ポーリング情報収集・監視システム（実施例１）の設計について説明する。
（要求）
全家庭端末数＝ｐ2 ×ｐ1 ＝２18＝２６２１４４
ポーリングサイクル時間Ｔ1 に対する要求：Ｔ1 ≦５分
（設計）
１００Ｂデータの分割数ｎ＝１０
必要な上ポーリング層データ伝送速度：ｒ1 ≧１３９．８１ｋｂｐｓ
ＲＤＳの数：ｐ1 ＝１０２４（設計者による選択）
家庭端末数／ＲＤＳ：ｐ2 ＝２６２１４４／１０２４＝２５６
必要な下ポーリング層データ伝送速度：ｒ2 ≧６８２．７×（１＋δ）＝６８５ｂｐｓ
事象変化情報収集時間：１ポーリングサイクル＝５分
ライフライン詳細情報収集時間：Ｔ1 ×ｎ＝５０分
ＲＤＳ内データベースメモリ  ：２５．６ｋＢ＋２．５６ｋＢ＝２８．２ｋＢ
センタ局内データベースメモリ：
２６．２ＭＢ（ライフライン情報１フレーム）
および
２．６２×２４×６０／５＝７５５ＭＢ
（事象変化情報２４時間）
【００２１】
ｐ1 ，ｐ2 選択の妥当性
仮定１：上ポーリング層回線接続１回当たりのエラー発生率ａ1 と下ポーリング層回線接続１回当たりのエラー発生率ａ2 の比が１：１であると仮定した場合、ネットワーク全体のエラー発生率を最小とするＲＤＳの数は、
ｐ1 ＝ｐ2 ＝（Ｃ）(1/2) ＝（２６２１４４）(1/2) ＝５１２
となる。
仮定２：ａ1 とａ2 の比が１：４であると仮定した場合、ネットワーク全体のエラー発生率を最小とするＲＤＳの数は、
ｐ1 ＝（ａ2 ／ａ1 ）(1/2) ×（Ｃ）(1/2) ＝２×５１２＝１０２４
ｐ2 ＝（ａ1 ／ａ2 ）(1/2) ×（Ｃ）(1/2) ＝０．５×５１２＝２５６
となる。
上層通信回線エラー発生率より下層通信回線エラー発生率が高い場合が多いと考えられる。このような場合には、設計者が選択した数は妥当である。
【００２２】
次に、データベースネットワーク技術を拡張してネットワークの層数を２層から３層に増すことにより、上述のようなデータベースネットワークが持つ特徴をさらに拡張することができる。
１．図２に第２の実施態様である３層データベースネットワークの構成概念図を示す。この構成は中継データベースが上、下の２層になっている。センタ局１０１は、主データベース１０１Ａを備えている。センタ局１０１は、上層中継データベース局群１０３に含まれる上層中継データベース局１０３1 ，１０３2 ・・１０３p1をポーリングして各上層中継データベース局のデータを収集する。各上層中継データベース局は局単位で、関連下層中継データベース局群の下層中継データベース局をポーリングして各下層中継データベース局のデータを収集する。上層中継データベース局１０３1 はその局関連下層中継データベース局１０４11〜１０４1p2 をポーリングして各下層中継データベース局のデータを収集する。
【００２３】
下層中継データベース局はその局関連端末局群の端末局をポーリングして各端末局のデータを収集する。例えば下層中継データベース局１０４11はその局関連端末局群の端末１０５111 ・・１０５11p3をポーリングする。また下層中継データベース局１０４p1p2はその局関連端末局群の端末局１０５p1p21 ・・１０５p1p2p3をポーリングする。点線１０６は上層通信を示し、その実効データ伝送速度をｒ1 とする。点線１０７は中層通信を示し、その実効データ伝送速度をｒ2 とする。点線１０８は下層通信を示し、その実効データ伝送速度をｒ3 とする。
【００２４】
２．すなわち、センタ局１０１に主データベース１０１Ａを配置することに加えて、下層中継局および上層中継局にもデータベース（図示を省略）を分散配置する。
３．高速データベースが配置された下層および上層中継局を、それぞれ、下層中継・データベース局（下層ＲＤＳ）および上層中継・データベース局（上層ＲＤＳ）と呼ぶ。
４．図２において、下層ＲＤＳは主として４つの役割を果たす。（１）下ポーリング層の通信制御。（２）家庭端末からのライフライン情報（１００Ｂ／端末）の取得。（３）緊急度の高いデータを抽出し、（１０Ｂ／端末）×ｐ3 データセット（事象変化情報）を生成。（４）ライフライン情報（１００Ｂ／端末）の分割（分割数ｎ3 ）とその一定時間保持。
【００２５】
５．図２において、上層ＲＤＳは主として５つの役割を果たす。
（１）中ポーリング層の通信制御。
（２）下層ＲＤＳからの事象変化情報（１０Ｂ×ｐ3 ）の取得。
（３）下層ＲＤＳから、ライフライン情報（（１００Ｂ／ｎ3 ）×ｐ3 ）の取得。
（４）ｐ2 局の下層ＲＤＳから取得したライフライン情報（（１００Ｂ／ｎ3 ）×ｐ3 ）×ｐ2 を蓄積・保持。
（５）ライフライン情報から、緊急度が中程度のデータを抽出し、（２０Ｂ／端末）×ｐ3 ×ｐ2 データセット（保守情報と呼ぶ）を生成。
（６）保守情報（２０Ｂ／端末）×ｐ3 ×ｐ2 の分割（分割数ｎ2 ）とその一定時間保持。
【００２６】
６．センタ局はｐ1 局の上層ＲＤＳを順次ポーリングし、事象変化情報と保守情報あるいは事象変化情報と詳細情報を収集する。１ポーリングサイクル間に、各上層ＲＤＳから〔（１０＋２０／ｎ2 ）×ｐ3 ×ｐ2 〕Ｂを収集する。
７．上記６の結果、１ポーリングサイクル毎に、センタ局には（１０Ｂ／端末）×ｐ3 ×ｐ2 ×ｐ1 の事象変化情報が収集される。ここで、ｐ3 ×ｐ2 ×ｐ1 は家庭端末の総数である。
８．上記６の結果ｎ2 ポーリングサイクル毎に、センタ局には（２０Ｂ／端末）×ｐ3 ×ｐ2 ×ｐ1 の保守情報が収集される。即ち、ｎ2 サイクル毎に全家庭端末からの保守情報が収集される。
９．ライフライン情報（１００Ｂ／端末）×ｐ3 ×ｐ2 は、一定時間、各上層ＲＤＳ内データベースに蓄積・保持される。
１０．必要に応じて保守情報に代えて、ライフライン情報をセンタ局へ送る。５×ｎ2 ポーリングサイクルを要する。
１１．各上層ＲＤＳはｐ2 局の下層ＲＤＳを順次ポーリングし、事象変化情報およびライフライン情報を収集する。１ポーリングサイクル間に、各下層ＲＤＳから、〔（１０＋２０／ｎ3 ）×ｐ3 〕Ｂを収集する。
【００２７】
１２．上記７〜１１をまとめて、次のことがいえる：全家庭端末からセンタ局へ（１）緊急度の高い事象変化情報を短時間で（１ポーリングサイクルＴ１毎に）送ること、（２）２番目に緊急度の高い保守情報をｎ2 ポーリングサイクルで送ること、（３）必要に応じてライフライン情報を５×ｎ2 ポーリングサイクルで送ることの３つの目的を１つの情報伝送路を使って達成できる。
【００２８】
１３．上層ポーリング周期Ｔ1 は次の式で与えられる。
Ｔ1 ＝〔８×（１０＋２０／ｎ2 ）×ｐ3 ×ｐ2 ×ｐ1 〕／ｒ1
ｒ1 は上ポーリング層の実効データ伝送速度である。
１４．中層ポーリング周期Ｔ2 は次の式で与えられる。
Ｔ2 ＝〔８×（１０＋１００／ｎ3 ）×ｐ3 ×ｐ2 〕／ｒ2
ｒ2 は中ポーリング層の実効データ伝送速度である。
１５．下層ポーリング周期Ｔ3 は次の式で与えられる。
Ｔ3 ＝（８×１００×ｐ3 ）／ｒ3
ｒ3 は下ポーリング層の実効データ伝送速度である。
【００２９】
１６．センタ局および上層ＲＤＳに収集されるデータが最新データであることを保証するには、
Ｔ1 ≧  Ｔ2 ≧  Ｔ3
でなければならない。
１７．
Ｔ1 ＝  Ｔ2 ＝  Ｔ3
のとき、データ転送効率が１００％となる。この条件のもとでは、ｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 の間に、次の関係が成り立っている。
ｒ2 ＝ｒ1 ×（１／ｐ1 ）×（１０＋１００／ｎ3 ）／（１０＋２０／ｎ2 ）
ｒ3 ＝ｒ2 ×（１／ｐ2 ）×〔１００／（１０＋１００／ｎ3 ）〕
＝ｒ1 ×（１／ｐ1 ）×（１／ｐ2 ）×〔１００／（１０＋２０／ｎ2 ）〕
１８．実際には、これよりわずかに高い値にｒ2 ，ｒ3 を設定する。
ｒ2 ＝ｒ1 ×（１／ｐ1 ）×（１０＋１００／ｎ3 ）／（１０＋２０／ｎ2 ）×（１＋δ）
ｒ3 ＝ｒ1 ×（１／ｐ1 ）×（１／ｐ2 ）×〔１００／（１０＋２０／ｎ2 ）〕×（１＋δ）
δ＜＜１
【００３０】
１９．下層ＲＤＳ内データベースに要求されるメモリ容量：（１）１００×ｐ3 Ｂ：１００Ｂデータを家庭端末から収集・記憶。（２）１０×ｐ3 Ｂ：１００Ｂから１０Ｂを抽出・記憶。
２０．上層ＲＤＳ内データベースに要求されるメモリ容量：（１）１００×ｐ3 ×ｐ2 Ｂ：家庭端末から１００Ｂデータを収集・記憶・保持。（２）２０×ｐ3 ×ｐ2 ：１００Ｂから２０Ｂデータを抽出・保持。（３）１０×ｐ3 ×ｐ2 Ｂ：ｐ3 ×ｐ2 家庭端末分の事象変化データを収集・記憶。
２１．センタ局内データベースに要求されるメモリ容量：（１）１００×ｐ3 ×ｐ2 ×ｐ1 Ｂ：全家庭端末から収集したライフライン情報の記憶・保持。（２）２０×ｐ3 ×ｐ2 ×ｐ1 Ｂ：全家庭端末から収集した保守情報の直近Ｆフレームを記憶・保持。（３）１０×ｐ3 ×ｐ2 ×ｐ1 ×（２４×６０／Ｔ1 ）：事象変化情報の直近２４時間分を記憶・保持。
【００３１】
２２．システム各階層のデータ量
【表２】
0003867757.tif 000003
【００３２】
２３．３種の情報の収集に必要な時間
【表３】
0003867757.tif 000004
【００３３】
２４．情報収集の緊急度にしたがって、ライフライン情報を３種に分ける。
２５．緊急度が最も高い事象変化情報を短時間（Ｔ1 分）で収集する。
２６．１つの通信路を使い、３種類の情報を家庭端末からセンタ局へ送る。これを可能とするために、通信路の途中に下層ＲＤＳおよび上層ＲＤＳを分散配置する。下層ＲＤＳでは事象変化情報を生成し、上層ＲＤＳでは保守情報を生成する。
２７．分散配置された高速データベースに、必要なメモリ量を付加することにより、様々なデータ処理機能を持たせることができる。目的に応じた特性を持つデータベースネットワークを構築できる。
【００３４】
２８．上層中継・データベース局数ｐ1 および下層中継・データベース局数ｐ2 の決定法
３層構造を持つデータベースネットワークに対して、次式により、ペナルティ関数を定義する。
ｆ＝ａ1 ×ｐ1 ＋ａ2 ×ｐ2 ＋ａ3 ×ｐ3
ここで、
ｐ1 ×ｐ2 ×ｐ3 ＝Ｃ
は家庭端末の数Ｃを与える。
ｐ1 ，ｐ2 ，ｐ3 の決定手順を２段に分けて考える。先ず、ｐ1 を定数とみなしｐ2 とｐ3 の関係を決める。次に、この条件のもとで、ｐ1 の値を決める。
ｐ2 ×ｐ3 ＝Ｃ／ｐ1
右辺を定数とみなしているので、
ｐ3 ＝（Ｃ／ｐ1 ）（１／ｐ2 ）
ここで、ｐ2 とｐ3 の関係についてのペナルティ関数ｆ2 を定義する。
ｆ2 ＝ａ2 ｐ2 ＋ａ3 ｐ3
＝ａ2 ｐ2 ＋ａ3 （Ｃ／ｐ1 ）（１／ｐ2 ）
ｆ2 の極値を与えるｐ2 を求める。
δｆ2 ／δｐ2 ＝ａ2 ｐ2 −ａ3 （Ｃ／ｐ1 ）（１／ｐ22）＝０
上の式から、
ｐ2 ＝（ａ3 ／ａ2 ）(1/2) ×（Ｃ／ｐ1 ）(1/2)
を得る。したがって、ｐ3 は
ｐ3 ＝（ａ2 ／ａ3 ）(1/2) ×（Ｃ／ｐ1 ）(1/2)
となる。これらの値をｆの定義式に入れれば
ｆ＝ａ1 ｐ1 ＋ａ2 （ａ3 ／ａ2 ）(1/2) ×（Ｃ／ｐ1 ）(1/2) ＋ａ3 （ａ2 ／ａ3 ）(1/2) ×（Ｃ／ｐ1 ）(1/2)
＝ａ1 ｐ 1＋２（ａ2 ａ3 ）(1/2) ×（Ｃ／ｐ1 ）(1/2)
となる。上の式から、ｆの極値を与えるｐ1 を求める。
δｆ／ｐ1 ＝ａ1 −（ａ2 ａ3 Ｃ）(1/2) ×〔１／（ｐ1 (3/2) ）〕＝０
したがって、
ｐ13＝ａ2 ａ3 Ｃ／ａ12
または、
ｐ1 ＝（ａ2 ａ3 ／ａ12）(1/3) ×（Ｃ）(1/3)
この結果をｐ2 とｐ3 の表現式に代入して、
ｐ2 ＝（ａ3 ／ａ2 ）(1/2) ×（Ｃ／ｐ1 ）(1/2)
＝（ａ1 ａ3 ／ａ32）(1/3) ×（Ｃ）(1/3)
ｐ3 ＝（ａ2 ／ａ3 ）(1/2) ×（Ｃ／ｐ1 ）(1/2)
＝（ａ1 ａ2 ／ａ32）(1/3) ×（Ｃ）(1/3)
これらの値はｐ1 ×ｐ2 ×ｐ3 ＝Ｃを満たす。
ａ1 ，ａ2 ，ａ3 をそれぞれ、上層ポーリング、中層ポーリング、下層ポーリングの回線接続１回当たりの通信エラー発生率とすれば、ｐ1 ，ｐ2 ，ｐ3 を上記の値に設定した場合に、ネットワーク全体の通信エラー発生率は最小となる。
【００３５】
【実施例】
次にデータベースネットワークの具体例（実施例２）を示して、３層ポーリング情報収集・監視システム設計例を説明する。
３層ポーリング情報収集・監視システム設計例
（要求）
全家庭端末数：ｐ3 ×ｐ2 ×ｐ1 ＝２19＝５２４２８８
ポーリングサイクル時間Ｔ1 に対する要求：Ｔ1 ≦５分
（設計）
２０Ｂデータの分割数：ｎ2 ＝４（設計者の選択）
必要な上ポーリング層データ伝送速度：ｒ1 ≧２０９．７ｋｂｐｓ
上層ＲＤＳの数：ｐ1 ＝５１２（設計者の選択）
１００Ｂデータの分割数：ｎ3 ＝５（設計者の選択）
必要な中ポーリング層データ伝送速度：
ｒ2 ≧８１９．１×（１＋δ）＝８２０ｂｐｓ
下層ＲＤＳの数／上層ＲＤＳ：ｐ2 ＝３２（設計者の選択）
家庭端末数／中層ＲＤＳ：ｐ3 ＝５２４２８８／５１２×６４＝１６
必要な下ポーリング層データ伝送速度：
ｒ3 ≧４２．７×（１＋δ）＝４３ｂｐｓ
事象変化情報収集時間：１ポーリングサイクル＝５分
保守情報収集時間：Ｔ1 ×（ｎ3 ＋ｎ2 ）＝４５分
ライフライン詳細情報収集時間：Ｔ1 ×（ｎ3 ＋ｎ2 ×５）＝１２５分
下層ＲＤＳ内データベースメモリ：１．６ｋＢ＋０．１６ｋＢ＝１．７６ｋＢ
上記を３２７６８台
上層ＲＤＳ内データベースメモリ：
１０２．４ｋＢ＋１０．２４ｋＢ＋２０．４８ｋＢ＝１３３．１３ｋＢ
上記を５１２台
センタ局内データベースメモリ：
５２．４３ＭＢ（ライフライン情報１フレーム）
および
１０４．９ＭＢ（保守情報１０フレーム）
および
１．５１ＧＢ（事象変化情報２４時間）
【００３６】
次にｐ1 ，ｐ2 ，ｐ3 の選択の妥当性について検証する。
（Ｃ）(1/3) ＝（５２４２８８）(1/3) ＝８０．６４
以下を仮定する。
（ａ2 ／ａ1 ）＝８      （ａ3 ／ａ1 ）＝１６
上の仮定のもとに、ｐ1 ，ｐ2 ，ｐ3 を計算すると、
ｐ1 ＝〔ａ2 ａ3 ／ａ12〕(1/3) （Ｃ）(1/3)
＝５．０４×８０．６４＝４０６．４
ｐ2 ＝〔ａ1 ａ3 ／ａ22〕(1/3) （Ｃ）(1/3)
＝０．６３０×８０．６４＝５０．８
ｐ3 ＝〔ａ2 ａ1 ／ａ32〕(1/3) （Ｃ）(1/3)
＝０．３１５×８０．６４＝２５．４
設計者の選択：
ｐ1 ＝５１２
ｐ2 ＝６４
ｐ3 ＝１６
は通信エラーを最小とする設計値に近い。
【００３７】
本発明によるデータベースネットワークシステムを大規模地震発生時の緊急通報用に用いようとするとき、その目的に照らして、問題の時点にこのデータベースネットワークシステムが正常に動作していたという保証が必要である。すくなくとも、動作状態が的確に把握されていなければならない。そのためこの前記データベースネットワークシステムは、連続して動作させられ、常時、前記センタ局の主データベースは前記特定情報データ、または特定情報データと前記その他のデータを一定期間蓄積することにより動作の履歴を保持するように構成してある。これにより事故等が災害に起因するものであったかなかったかの判断が可能となる。
【００３８】
本発明によるデータベースネットワークシステムは前述のように絶え間なく情報を収集するものであるから、膨大な情報の収集が可能である。そのために前述のライフラインデータのみならず、より多くの情報を収集対象とすることができる。すなわち、前記変化する情報の組合せは、各メータのライフラインデータに含まれているメータ値の読み取り、各種の保守業務に係わる情報収集・監視のためのデータ、セキュリティ、老人介護、消火栓水圧、空調機監視等に係わる情報データのいずれかを組み合わせとすることができる。
【００３９】
以上詳しく説明した実施例について本発明の範囲内で種々の変形を施すことができる。ＲＤＳが１層の例と２層の例を示したが、これを３層以上に拡張することは可能であり、その場合においても、前述した設計の方法が同様に適用できる。本発明によるデータベースネットワークシステムを都市ライフラインの緊急情報の収集を例にして詳しく説明したが、その他の情報の収集にも利用できることは上述のとおりである。前記実施例は通信媒体として、無線を利用する例を示したが、光ファイバ通信を含む有線通信網を新設して利用することもできる。有線と無線を層別に使い分けたり、地域別（例えば群単位での選択）も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるデータベースネットワークシステムの第１の実施形態である非同期２層ポーリングシステムと高速データベースを組合せて構成したライフライン情報収集・監視システム概念図である。
【図２】本発明によるデータベースネットワークシステムの第２の実施例である非同期３層ポーリングシステムと高速データベースを組合せて構成したライフライン情報収集・監視システム概念図である。
【符号の説明】
１    センタ局
１Ａ  主データベース
３    中継データベース局群
３1 ・・３i ・・３p1  中継データベース局
５1 ・・５p1・・      端末局群
５11・・５1p2   ３1   局関連端末局
５21・・５2p2   ３2   局関連端末局
５p11 ・・５p1p2  ３p1  局関連端末局
６  上層通信（実効データ伝送速度＝ｒ1 ）
８  下層通信（実効データ伝送速度＝ｒ2 ）
１０１    センタ局
１０１Ａ  主データベース
１０３    上層中継データベース局群
１０３1 ，１０３2 ・・１０３p1  上層中継データベース局
１０４11〜１０４1p1     １０３1 局関連下層中継データベース局
１０４p11 〜１０４p1p2  １０３p1局関連下層中継データベース局
１０４1 ・・１０４p1          下層中継データベース局群
１０５111 ・・１０５11p3      下層中継データベース局１０４11の関連端末局
１０５p1p21 ・・１０５p1p2p3  下層中継データベース局１０４p1p2局の関連端末局
１０５11・・１０５p1p2    端末局群
１０６  上層通信（実効データ伝送速度＝ｒ1 ）
１０７  中層通信（実効データ伝送速度＝ｒ2 ）
１０８  下層通信（実効データ伝送速度＝ｒ3 ）
【図１】
0003867757.tif 000005
【図２】
0003867757.tif 000006