(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
監視対象の構造物の状態を監視するために予め設置位置が決定された複数のセンサノード及びデータ集約装置を備えたワイヤレスセンサネットワークにおいて、前記センサノードと前記データ集約装置間に介在して前記センサノードからのセンサデータを中継して転送する中継ノードを、前記構造物のどこへ設置すべきかを求める処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記中継ノードを設置可能な前記構造物中の複数の位置候補を設定する位置候補設定手段、
前記センサノードそれぞれについて、当該センサノードから前記位置候補に設置されると仮定した中継ノードを経由して前記データ集約装置に至る通信経路であって、所定の経路条件を満たす通信経路候補を生成する経路候補生成手段、
前記生成された通信経路候補のうちから互いに同じ中継ノードを経由しない所定数の通信経路候補の組合せを前記センサノードそれぞれについて選出することで、全ての前記センサノードから前記データ集約装置に至る前記所定数分冗長な通信経路を含んだ通信経路網を算出する経路網算出手段、
前記算出された通信経路網に含まれる中継ノードの位置候補を、中継ノードの設置位置として決定する設置位置決定手段、
として前記コンピュータを機能させるとともに、
前記経路網算出手段が、当該通信経路網に含まれる中継ノードの総数が少ない程高く評価する評価基準に従って当該通信経路網を評価する評価手段と、当該評価手段の評価結果に基づいて通信経路網を決定する手段とを有し、
前記設置位置決定手段が、前記経路網算出手段により決定された通信経路網に含まれる中継ノードの位置候補を、中継ノードの設置位置として決定する、
ように前記コンピュータを機能させるためのプログラム。
【請求項２】
前記評価手段が、当該通信経路網を構成する経路の総経路長が短い程高く評価する基準を前記評価基準に含めて当該通信経路網を評価するように前記コンピュータを機能させるための請求項１に記載のプログラム。
【請求項３】
前記経路網算出手段が、前記中継ノードそれぞれに予め定められた最大通信容量を超えないよう、通信経路候補の組合せを選出する、
ように前記コンピュータを機能させるための請求項１又は２に記載のプログラム。
【請求項４】
前記経路条件には、センサノードから前記データ集約装置までの距離に応じた転送回数の上限である転送回数条件が少なくとも含まれ、
前記経路候補生成手段が、前記センサノードそれぞれについての通信経路候補を、当該センサノードから前記データ集約装置までの距離に対応する前記転送回数条件に定められた転送回数の上限を超えないように生成する、
ように前記コンピュータを機能させるための請求項１〜３の何れか一項に記載のプログラム。
【請求項５】
前記構造物は立体的な構造物であり、
前記センサノードは前記構造物の各所の監視対象部分に設置され、
前記コンピュータは、前記複数のセンサノード及び前記データ集約装置の前記構造物への設置位置の３次元座標を記憶する記憶部を備えており、
前記位置候補設定手段が、前記複数の位置候補の３次元座標を設定し、
前記経路候補生成手段が、前記複数のセンサノード及び前記データ集約装置の３次元座標並びに前記複数の位置候補の３次元座標を用いて、前記センサノードそれぞれについて、当該センサノードから前記データ集約装置への基準方向に沿った順方向の経路のみで到達する通信経路を、当該基準方向と当該経路とのなす角度に基づいて選択することで通信経路候補として生成する、
ように前記コンピュータを機能させるための請求項１〜４の何れか一項に記載のプログラム。
【請求項６】
前記経路網算出手段が、
前記評価基準に従った評価が最良となる前記通信経路網の厳密解を、探索的手法又は列挙的手法に基づく厳密解算出処理によって算出する厳密解算出処理手段と、
前記通信経路網の暫定解を繰り返し求め、前記評価基準に従った評価がより良い解を算出していく発見的手法に基づくヒューリスティクス処理によって前記通信経路網の準最適解を算出するヒューリスティクス処理手段と、
を有するように前記コンピュータを機能させるための請求項１〜５の何れか一項に記載のプログラム。
【請求項７】
前記経路網算出手段が、前記厳密解算出処理手段による前記厳密解算出処理を先に実行し、前記厳密解の算出に至らずに処理開始からの経過時間が所定時間に到達した場合に前記厳密解算出処理を中止し、前記ヒューリスティクス処理手段による前記ヒューリスティクス処理を実行するように前記コンピュータを機能させるための請求項６に記載のプログラム。
【請求項８】
既存の通信経路網に対する新たなセンサノードの設置位置を設定する新センサ設置位置設定手段、
前記新たなセンサノードから前記データ集約装置に至る通信経路であって、前記所定の経路条件を満たす通信経路候補を生成する新センサ用経路候補生成手段、
前記新たなセンサノードそれぞれについて、前記新センサ用経路候補生成手段により生成された通信経路候補のうちから互いに同じ中継ノードを経由しない所定数の通信経路候補の組合せであって、前記既存の通信経路網に含まれる既存の中継ノード以外の新たな中継ノードの数がより少ない組合せを選出することで、前記新たなセンサノードから前記データ集約装置に至る前記所定数分冗長な通信経路を含んだ通信経路網を算出する新センサ包含経路網算出手段、
として前記コンピュータを機能させるための請求項１〜７の何れか一項に記載のプログラム。
【請求項９】
前記位置候補設定手段が、前記中継ノードを前記構造物に配置可能な範囲を格子状に区切り、該格子位置を前記位置候補として設定するように前記コンピュータを機能させるための請求項１〜８の何れか一項に記載のプログラム。
【請求項１０】
監視対象の構造物の状態を監視するために予め設置位置が決定された複数のセンサノード及びデータ集約装置を備えたワイヤレスセンサネットワークにおいて、前記センサノードと前記データ集約装置間に介在して前記センサノードからのセンサデータを中継して転送する中継ノードを、前記構造物のどこへ設置すべきかを算出する中継ノード位置算出装置であって、
前記中継ノードを設置可能な前記構造物中の複数の位置候補を設定する位置候補設定手段と、
前記センサノードそれぞれについて、当該センサノードから前記位置候補に設置されると仮定した中継ノードを経由して前記データ集約装置に至る通信経路であって、所定の経路条件を満たす通信経路候補を生成する経路候補生成手段と、
前記生成された通信経路候補のうちから互いに同じ中継ノードを経由しない所定数の通信経路候補の組合せを前記センサノードそれぞれについて選出することで、全ての前記センサノードから前記データ集約装置に至る前記所定数分冗長な通信経路を含んだ通信経路網を算出する経路網算出手段と、
前記算出された通信経路網に含まれる中継ノードの位置候補を、中継ノードの設置位置として決定する設置位置決定手段と、
を備え、
前記経路網算出手段は、当該通信経路網に含まれる中継ノードの総数が少ない程高く評価する評価基準に従って当該通信経路網を評価する評価手段と、当該評価手段の評価結果に基づいて通信経路網を決定する手段とを有し、
前記設置位置決定手段は、前記経路網算出手段により決定された通信経路網に含まれる中継ノードの位置候補を、中継ノードの設置位置として決定する、
中継ノード位置算出装置。
【請求項１１】
監視対象の構造物の状態を監視するために予め設置位置が決定された複数のセンサノード及びデータ集約装置を備えたワイヤレスセンサネットワークにおいて、前記センサノードと前記データ集約装置間に介在して前記センサノードからのセンサデータを中継して転送する中継ノードを、前記構造物のどこへ設置すべきかを算出する中継ノード位置算出方法であって、
前記中継ノードを設置可能な前記構造物中の複数の位置候補を設定するステップと、
前記センサノードそれぞれについて、当該センサノードから前記位置候補に設置されると仮定した中継ノードを経由して前記データ集約装置に至る通信経路であって、所定の経路条件を満たす通信経路候補を生成するステップと、
前記生成された通信経路候補のうちから互いに同じ中継ノードを経由しない所定数の通信経路候補の組合せを前記センサノードそれぞれについて選出することで、全ての前記センサノードから前記データ集約装置に至る前記所定数分冗長な通信経路を含んだ通信経路網を算出するステップと、
前記算出された通信経路網に含まれる中継ノードの位置候補を、中継ノードの設置位置として決定するステップと、
を含み、
前記通信経路網を算出するステップは、当該通信経路網に含まれる中継ノードの総数が少ない程高く評価する評価基準に従って当該通信経路網を評価する評価ステップと、当該評価ステップでの評価結果に基づいて通信経路網を決定するステップとを含み、
前記設置位置を決定するステップは、前記決定された通信経路網に含まれる中継ノードの位置候補を、中継ノードの設置位置として決定するステップである、
中継ノード位置算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤレスセンサネットワークにおける中継ノードの設置位置を算出する中継ノード位置算出方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤレスセンサネットワークは、各所に設置されたセンサノードによる観測データ（センサデータ）を集約することで、対象物の状態を監視するためのネットワークシステムである。ワイヤレスセンサネットワークの一形態として、ワイヤレス通信機能及びルーティング機能を有する複数のセンサノードが、センサデータを収集するシンクノードを頂点として経路木状にワイヤレス接続されたセンサネットワークが知られている。このネットワークでは、各ノードが子ノードから受信したデータ及び自身のデータを集約して親データに送信することで、センサノードからのセンサデータを、その上位に位置している親ノードに集約しながらシンクノードまで転送される（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−２８７５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ワイヤレスセンサネットワークを、例えば地下鉄のトンネルや橋梁、水道管といった構造物の監視システムに適用することができる。例えば、地下鉄のトンネルを監視対象とする場合、このトンネルの内壁に、ひび割れの発生といった状態を検出するためのセンサノードを多数設置し、これらのセンサノードによるセンサデータをトンネルの内壁に設置された中継ノードを介して無線通信で転送することで、データ集約装置に集約する。データ集約装置で集約されたデータは、例えば既設の有線通信ケーブル等を介してサーバ等の外部装置に送信される。
【０００４】
実際にワイヤレスセンサネットワークを構築する際には、先ず、構造物の監視対象部分を把握し、センサノード１つ１つの設置位置を決定する。また、データ集約装置の設置位置も、電源や外部装置との接続ケーブルの敷設位置等から決定される。そして、センサノードからデータ集約装置までの通信経路が構築されるように中継ノード１つ１つの設置位置を決定するが、このとき、ネットワーク全体の性能を考慮して中継ノードの配置位置を適切に決定する必要がある。具体的には、中継ノードの設置数をより少なくして設置コストを小さくする、センサノードからデータ集約装置に至る通信経路をより短くしてデータ劣化を防止するといったように、ネットワーク全体の性能を考慮して適切なネットワークが構築されるように、中継ノードの設置位置を決定する。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ワイヤレスセンサネットワークを構成する中継ノードの適切な設置位置を算出することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための第１の発明は、
コンピュータ（例えば、図２のリレー位置算出装置１）に、予め設置位置が決定されたセンサノード（例えば、図１のセンサＳ）からのセンサデータを中継ノード（例えば、図１のリレーＲ）が無線通信によってデータ集約装置（例えば、図１のゲートウェイＧ）に中継して転送するワイヤレスセンサネットワークにおける前記中継ノードの設置位置を算出する処理を実行させるためのプログラム（例えば、図２のリレー位置算出プログラム５１０）であって、
前記中継ノードを設置可能な複数の位置候補を設定する位置候補設定手段（例えば、図１８のステップＡ３）、
前記センサノードそれぞれについて、当該センサノードから前記位置候補に設置されると仮定した中継ノードを経由して前記データ集約装置に至る通信経路であって、所定の経路条件を満たす通信経路候補を生成する経路候補生成手段（例えば、図１９のステップＢ１，図２０のステップＣ１）、
前記生成された通信経路候補のうちから互いに同じ中継ノードを経由しない所定数の通信経路候補の組合せを前記センサノードそれぞれについて選出することで、全ての前記センサノードから前記データ集約装置に至る前記所定数分冗長な通信経路網を算出する経路網算出手段（例えば、図１９のステップＢ９、図２０のステップＣ１１）、
前記算出された通信経路網に含まれる中継ノードの位置候補を、中継ノードの設置位置として決定する設置位置決定手段（例えば、図１８のステップＡ１１，Ａ１７）、
として前記コンピュータを機能させるためのプログラムである。
【０００７】
また、他の発明として、
予め設置位置が決定されたセンサノードからのセンサデータを中継ノードが無線通信によってデータ集約装置に中継して転送するワイヤレスセンサネットワークにおける前記中継ノードの設置位置を算出する中継ノード位置算出装置（例えば、図２のリレー位置算出装置１）であって、
前記中継ノードを設置可能な複数の位置候補を設定する位置候補設定手段と、
前記センサノードそれぞれについて、当該センサノードから前記位置候補に設置されると仮定した中継ノードを経由して前記データ集約装置に至る通信経路であって、所定の経路条件を満たす通信経路候補を生成する経路候補生成手段と、
前記生成された通信経路候補のうちから互いに同じ中継ノードを経由しない所定数の通信経路候補の組合せを前記センサノードそれぞれについて選出することで、全ての前記センサノードから前記データ集約装置に至る前記所定数分冗長な通信経路網を算出する経路網算出手段と、
前記算出された通信経路網に含まれる中継ノードの位置候補を、中継ノードの設置位置として決定する設置位置決定手段と、
を備える中継ノード位置算出装置を構成しても良い。
【０００８】
また、他の発明として、
予め設置位置が決定されたセンサノードからのセンサデータを中継ノードが無線通信によってデータ集約装置に中継して転送するワイヤレスセンサネットワークにおける前記中継ノードの設置位置を算出する中継ノード位置算出方法であって、
前記中継ノードを設置可能な複数の位置候補を設定するステップと、
前記センサノードそれぞれについて、当該センサノードから前記位置候補に設置されると仮定した中継ノードを経由して前記データ集約装置に至る通信経路であって、所定の経路条件を満たす通信経路候補を生成するステップと、
前記生成された通信経路候補のうちから互いに同じ中継ノードを経由しない所定数の通信経路候補の組合せを前記センサノードそれぞれについて選出することで、全ての前記センサノードから前記データ集約装置に至る前記所定数分冗長な通信経路網を算出するステップと、
前記算出された通信経路網に含まれる中継ノードの位置候補を、中継ノードの設置位置として決定するステップと、
を含む中継ノード位置算出方法を構成しても良い。
【０００９】
この第１の発明等によれば、中継ノードを設置可能な複数の位置候補が設定され、センサノードそれぞれについて、設定された位置候補に設置されると仮定した中継ノードを経由してデータ集約装置に至る所定の経路条件を満たす通信経路候補が生成される。そして、生成された通信経路候補のうちから、所定数の通信経路候補の組合せがセンサノードそれぞれについて選出されることで、全てのセンサノードからデータ集約装置に至る冗長な通信経路網が算出され、算出された通信経路網に含まれる中継ノードの位置候補が、ワイヤレスセンサネットワークにおける中継ノードの設置位置として決定される。すなわち、全てのセンサノードからデータ集約装置に至る通信経路網を生成し、この通信経路網に含まれる中継ノードの位置候補を中継ノードの設置位置として決定することで、ワイヤレスセンサネットワークにおける中継ノードの最適な設置位置の算出が可能となる。また、生成される通信経路網は、１つのセンサノードについて互いに同じ中継ノードを経由しない所定数の通信経路が確保されている。これにより、例えば中継ノードの故障によって１つの通信経路が遮断されたとしても他の通信経路を利用することができるといった、信頼性の高い通信経路網の構築が可能となる。
【００１０】
第２の発明として、第１の発明のプログラムであって、
前記経路網算出手段が、前記中継ノードそれぞれに予め定められた最大通信容量を超えないよう、通信経路候補の組合せを選出する、
ように前記コンピュータを機能させるためのプログラムを構成しても良い。
【００１１】
この第２の発明によれば、中継ノードそれぞれに予め定められた最大通信容量を超えないよう、通信経路候補の組合せが選出されて通信経路網が算出される。これにより、設置される中継ノードの通信容量を考慮した最適な通信経路網の構築が可能となる。
【００１２】
また、第３の発明として、第１又は第２の発明のプログラムであって、
前記経路条件には、センサノードから前記データ集約装置までの距離に応じた転送回数の上限である転送回数条件が少なくとも含まれ、
前記経路候補生成手段が、前記センサノードそれぞれについての通信経路候補を、当該センサノードから前記データ集約装置までの距離に対応する前記転送回数条件に定められた転送回数の上限を超えないように生成する、
ように前記コンピュータを機能させるためのプログラムを構成しても良い。
【００１３】
この第３の発明によれば、センサノードそれぞれについての通信経路候補は、当該センサノードからデータ集約装置までの距離に応じた転送回数の上限を超えないように生成される。転送回数に上限を設けることで、算出される通信経路候補の総数を制限し、通信経路網の算出時間が長くなり過ぎることを防止できる。また、センサノードからデータ集約装置までの通信経路における転送回数が多くなるほど、転送されるデータの劣化程度が大きくなるが、通信経路候補の転送回数に上限が設けられることで、冗長な通信経路候補が算出されることを防止し、信頼性の高い通信経路網の構築が可能となる。
【００１４】
また、第４の発明として、第１〜第３の何れかの発明のプログラムであって、
前記経路候補生成手段が、前記センサノードから前記データ集約装置へ順方向の経路のみで到達する通信経路を通信経路候補として生成するように前記コンピュータを機能させるためのプログラムを構成しても良い。
【００１５】
この第４の発明によれば、通信経路候補は、センサノードからデータ集約装置へ順方向のみで到達する通信経路として生成される。すなわち、通信経路候補は後戻りする経路ではないため、迂遠な通信経路候補が生成されることが防止される。
【００１６】
また、第５の発明として、第１〜第４の何れかの発明のプログラムであって、
前記経路網算出手段が、
所定の評価基準に従った評価が最良となる前記通信経路網の厳密解を、探索的手法又は列挙的手法に基づく厳密解算出処理によって算出する厳密解算出処理手段と、
前記通信経路網の暫定解を繰り返し求め、前記所定の評価基準に従った評価がより良い解を算出していく発見的手法に基づくヒューリスティクス処理によって前記通信経路網の準最適解を算出するヒューリスティクス処理手段と、
を有するように前記コンピュータを機能させるためのプログラムを構成しても良い。
【００１７】
この第５の発明によれば、通信経路網の算出として、１）所定の評価基準に従った評価が最良となる通信経路網の厳密解を探索的手法又は列挙的手法に基づいて算出する厳密解算出処理と、２）通信経路網の暫定解を繰り返し求め、所定の評価基準に従った評価がより良い解を算出していく発見的手法に基づいて通信経路網の準最適解を算出するヒューリスティクス処理とが行われる。
【００１８】
また、第６の発明として、第５の発明のプログラムであって、
前記経路網算出手段が、前記厳密解算出処理手段による前記厳密解算出処理を先に実行し、前記厳密解の算出に至らずに処理開始からの経過時間が所定時間に到達した場合に前記厳密解算出処理を中止し、前記ヒューリスティクス処理手段による前記ヒューリスティクス処理を実行するように前記コンピュータを機能させるためのプログラムを構成しても良い。
【００１９】
この第６の発明によれば、通信経路網の算出は、１）厳密解算出処理が先に実行され、厳密解の算出に至らずに処理開始からの経過時間が所定時間に到達した場合に、厳密解算出処理が終了されて、２）ヒューリスティクス処理が実行される。つまり、厳密解算出処理による厳密解の算出の時間制限を設け、制限時間内に厳密解が算出されない場合にヒューリスティクス処理によって準最適解を算出することで、制限時間を超える厳密解の算出を中止し、算出にかける時間に見合った適切と思われる中継ノードの設置位置の算出が可能となる。
【００２０】
また、第７の発明として、第５又は第６の発明のプログラムであって、
前記厳密解算出処理手段及び前記ヒューリスティクス処理手段が、総経路長及び／又は総中継ノード数に基づく評価基準に従って、対応する前記厳密解算出処理及び前記ヒューリスティクス処理を実行するように前記コンピュータを機能させるためのプログラムを構成しても良い。
【００２１】
この第７の発明によれば、総経路長及び／又は総中継ノード数に基づく評価基準に従って、厳密解算出処理及びヒューリスティクス処理が行われる。
【００２２】
また、第８の発明として、第７の発明のプログラムであって、
前記厳密解算出処理手段及び前記ヒューリスティクス処理手段が、総経路長のより短い通信経路網をより高く評価する評価基準に従って、対応する前記厳密解算出処理及び前記ヒューリスティクス処理を実行するように前記コンピュータを機能させるためのプログラムを構成しても良い。
【００２３】
この第８の発明によれば、総経路長のより短い通信経路網をより高く評価する評価基準に従って、厳密解算出処理及びヒューリスティクス処理が行われる。総経路長が長くなるほど、中継ノードの数が増加し機器コスト及び設置コストが増加し得る。仮に、中継ノードの数が一定であったとしても、総経路長が長くなると、各中継ノードの通信電力の必要量が増加しバッテリ交換の頻度が上がる。何れの場合であっても、総経路長のより短い通信経路網をより高く評価することで、より適切な中継ノードの設置位置の算出が可能となる、
【００２４】
また、第９の発明として、第７又は第８の発明であって、
前記厳密解算出処理手段及び前記ヒューリスティクス処理手段が、総中継ノード数のより少ない通信経路網をより高く評価する評価基準に従って、対応する前記厳密解算出処理及び前記ヒューリスティクス処理を実行するように前記コンピュータを機能させるためのプログラムを構成しても良い。
【００２５】
この第９の発明によれば、総中継ノード数のより少ない通信経路網をより高く評価する評価基準に従って、厳密解算出処理及びヒューリスティクス処理が行われる。総中継ノード数が少ないほど、通信経路網全体としての中継ノードの機器コスト及び設置コストが少なくてすむ。このため、総中継ノード数のより少ない通信経路網をより高く評価することで、より最適な中継ノードの設置位置の算出が可能となる。
【００２６】
また、第１０の発明として、第１〜第９の何れかの発明のプログラムであって、
既存の通信経路網に対する新たなセンサノードの設置位置を設定する新センサ設置位置設定手段（たとえば、図２１のステップＤ３）、
前記新たなセンサノードから前記データ集約装置に至る通信経路であって、前記所定の経路条件を満たす通信経路候補を生成する新センサ用経路候補生成手段（例えば、図２１のステップＤ１３）、
前記新たなセンサノードそれぞれについて、前記新センサ用経路候補生成手段により生成された通信経路候補のうちから互いに同じ中継ノードを経由しない所定数の通信経路候補の組合せであって、前記既存の通信経路網に含まれる既存の中継ノード以外の新たな中継ノードの数がより少ない組合せを選出することで、前記新たなセンサノードから前記データ集約装置に至る前記所定数分冗長な通信経路を含んだ通信経路網を算出する新センサ包含経路網算出手段（例えば、図２１のステップＤ１９）、
として前記コンピュータを機能させるためのプログラムを構成しても良い。
【００２７】
この第１０の発明によれば、既存の通信経路網に対して新たなセンサノードの設置位置が設定され、新たなセンサノードからデータ集約装置に至る所定の経路条件を満たす通信経路候補が生成される。そして、新たなセンサノードそれぞれについて、互いに同じ中継ノードを経由しない通信経路候補の組合せであって、既存の中継ノード以外の新たな中継ノードの数がより少ない組合せを選出することで、新たなセンサノードからデータ集約装置に至る所定数分冗長な通信経路を含んだ通信経路網が算出される。これにより、既存の通信経路網に対して新たなセンサノードを追加する際に、この新たなセンサノードからデータ集約装置に至る通信経路を既存の通信経路網に追加した通信経路網を生成し、生成した通信経路網に含まれる中継ノードの位置を新たに追加する中継ノードの設置位置として算出することができる。このとき、新たに追加する中継ノード数が最も少なくなるような通信経路網が生成されるため、新たな中継ノードの機器コスト及び設置コストを抑えることができる。また、新たなセンサノードについて互いに同じ中継ノードを経由しない所定数の通信経路が確保された通信経路網が生成されるため、信頼性の高い通信経路網の構築が可能となる。
【００２８】
また、第１１の発明として、第１〜第１０の何れかの発明のプログラムであって、
前記ワイヤレスセンサネットワークは、所定の構造物の検査用に前記センサノードを配設し、前記データ集約装置でセンサデータを集約して前記構造物を診断するためのネットワークであり、
前記位置候補設定手段が、前記中継ノードを前記構造物に配置可能な範囲を格子状に区切り、該格子位置を前記位置候補として設定するように前記コンピュータを機能させるためのプログラムを構成しても良い。
【００２９】
この第１１の発明によれば、ワイヤレスセンサネットワークを、構造物の検査用にセンサノードを配設し、データ集約装置でセンサデータを集約する構造物を診断するためのネットワークに適用することができる。また、中継ノードを設置可能な構造物の範囲を格子状に区切った格子位置が、中継ノードの位置候補として設置される。従って、中継ノードの位置候補が格子状に設定されることで、通信経路候補の算出等の演算処理が容易となり、また、設置後の中継ノード管理も容易となる。このとき、格子位置の間隔は中継ノードの通信可能距離よりも短く設定することが望ましい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、全てのセンサノードからデータ集約装置に至る通信経路網を生成し、この通信経路網に含まれる中継ノードの位置候補を中継ノードの設置位置として決定することで、ワイヤレスセンサネットワークにおける中継ノードの最適な設置位置の算出が可能となる。また、生成される通信経路網は、１つのセンサノードについて互いに同じ中継ノードを経由しない所定数の通信経路が確保されている。これにより、例えば中継ノードの故障によって１つの通信経路が遮断されたとしても他の通信経路を利用することができるといった、信頼性の高い通信経路網の構築が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態を説明する。
【００３２】
［原理］
本実施形態のリレー位置算出装置は、ワイヤレスセンサネットワークの構成要素の一つであるリレー（中継ノード）の最適と思われる設置位置を算出する装置である。ワイヤレスセンサネットワークは、例えば地下鉄のトンネルや橋梁といった構造物の状態を監視するために構築される。
【００３３】
図１に、地下鉄のトンネルを検査対象の構造物としたワイヤレスセンサネットワークの概念を示す。同図によれば、ワイヤレスセンサネットワークＮは、センサノードであるセンサＳと、中継ノードであるリレーＲと、データ集約装置であるゲートウェイＧとから構成される。
【００３４】
センサＳは、トンネル内壁の監視対象部分に設置され、監視対象部分のひび割れや振動等を検出する。また、このセンサＳは無線通信機能を有し、検出結果のデータ（センサデータ）を、送信先として予め定められたリレーＲ或いはゲートウェイＧに送信する。リレーＲは、無線通信機能を有し、センサＳや他のリレーＲからの受信データを、送信先として予め定められた他のリレーＲ或いはゲートウェイＧに転送する。ゲートウェイＧは、トンネル内の所定区間毎に設置され、例えば既設の外部ケーブルを介して外部の管理装置等に接続されている。そして、ゲートウェイＧは、該当する区間内に設置されている各センサＳによるセンサデータを集約して外部装置に転送する。つまり、ワイヤレスセンサネットワークＮでは、センサＳによるセンサデータは、リレーＲを介した転送（ホッピング）を繰り返すことで、当該区間のセンサデータを集約するゲートウェイＧまで送信される。
【００３５】
ところで、ゲートウェイＧの設置位置は、電源や外部ケーブルの敷設位置等によって制限される。つまり、ワイヤレスセンサネットワークの構築の際には、センサＳ及びゲートウェイＧの設置位置を定めた後に、リレーＲの適切な設置位置を決定することになる。なお、本実施形態において、ワイヤレスセンサネットワークは、各センサＳそれぞれについて、同一のリレーＲを経由しない２つの通信経路を有する冗長的なネットワークとして構築される。そして、本実施形態のリレー位置算出装置は、初期設定としてセンサＳ及びゲートウェイＧの設置位置を先ず入力・設定した後に、最適と思われるリレーＲの設置位置を算出するものである。
【００３６】
［構成］
図２は、本実施形態のリレー位置算出装置１の内部構成を示すブロック図である。同図によれば、リレー位置算出装置１は、処理部１００と、入力部２００と、表示部３００と、通信部４００と、記憶部５００とが、バスＢにより互いにデータ通信可能に接続されて構成された公知のコンピュータシステムを用いて実現される。
【００３７】
処理部１００は、記憶部５００に記憶されるプログラムやデータ、入力部２００から入力されたデータ等に基づいて、リレー位置算出装置１を構成する各部への指示やデータ転送を行い、リレー位置算出装置１の全体制御を行う。また、本実施形態では、処理部１００は、リレー位置算出プログラム５１０に従ったリレー位置算出処理を行う。
【００３８】
リレー位置算出処理では、センサＳ及びゲートウェイＧそれぞれの設置位置をもとに、複数の設置位置候補Ｐのうちから、リレーＲの最適と思われる設置位置を決定する。なお、設置位置を含むゲートウェイＧについてのデータはゲートウェイデータ５２１に格納されており、各センサＳについてのデータはセンサデータ５２２に格納されている。
【００３９】
図３に、センサデータ５２２の一例を示す。同図によれば、センサデータ５２２は、設置されているセンサ５２２ａそれぞれについて、設置位置５２２ｂと、データ発信率５２２ｃと、最大データ転送率５２２ｄと、通信可能距離５２２ｅとを対応付けて格納している。
【００４０】
具体的には、先ず、リレーＲの設置位置の候補Ｐを設定する。図４に、設置位置候補Ｐの設定例を示す。ここで、リレーＲの設置可能な位置には制限がある。すなわち、地下鉄の場合、リレーＲはトンネルの内壁に設置されるが、既存設備や列車の運行の妨げにならず、設置作業や設置後の保守作業が容易といった所定の条件を満たす範囲を、リレーＲの設置可能な範囲とする。そして、このようなリレーＲの設置可能範囲内であって、トンネルの内壁面を格子状に区切った格子点に、リレーＲの設置位置候補Ｐを設定する。格子点の間隔はリレーＲの通信可能距離を考慮し、具体的には通信可能距離の１／３〜１／４程度とする。例えばリレーＲの通信可能距離が１５〜２０ｍ程度の場合、格子点の間隔を５ｍ程度となるように設定する。ここで、設置位置候補Ｐは、設定可能範囲内の全ての格子点に設定しても良いし、或いは、設定可能範囲内の格子点のうちから、入力部２００の指示に従って選択した格子点に設定しても良い。
【００４１】
設定された設置位置候補Ｐについてのデータは、リレー位置候補データ５２３に格納される。図５に、リレー位置候補データ５２３のデータ構成の一例を示す。同図によれば、リレー位置候補データ５２３は、位置候補５２３ａそれぞれについて、当該位置に設置されるリレー５２３ｂと、そのリレーの最大データ転送率５２３ｃと、通信可能距離５２３ｄを対応付けて格納している。
【００４２】
位置候補Ｐを設定すると、これらの位置候補Ｐの全てにリレーＲを配置したと仮定し、センサＳからリレーＲを経由してゲートウェイＧに至る通信経路候補を算出する。このとき、センサＳ及びリレーＲそれぞれに定められた通信可能距離を考慮し、あるノードの通信可能距離内にあるノードをその次のノードとするように、通信経路候補を算出する。
【００４３】
図６に、通信経路候補の一例を示す。同図（ａ）では、センサＳからゲートウェイＧに至る通信経路候補として、リレーＲ１，Ｒ３を経由する経路１と、リレーＲ２，Ｒ５を経由する経路２とが生成されている。また、センサＳはリレーＲとしても機能する。つまり、同図（ｂ）に示すように、センサＳ１からゲートウェイＧに至る通信経路候補として、センサＳ２及びリレーＲ２を経由する経路を生成することも可能である。
【００４４】
このとき、処理部１００は、所定の経路条件を満たすように通信経路候補を生成する。経路条件とは、（１）後戻りしない、（２）転送回数が所定の上限を超えない、ことである。
【００４５】
図７は、経路条件（１）を説明する図である。同図（ａ）では、センサＳからゲートウェイＧに至る通信経路候補として、リレーＲ１，Ｒ３を経由する経路１と、リレーＲ２，Ｒ６，Ｒ７を経由する経路２とが生成されている。「後戻りしない」経路とは、センサＳからゲートウェイＧに向かう順方向の経路のみで構成される通信経路である。具体的には、同図（ｂ）に示すように、センサＳからゲートウェイＧに向かう方向を基準方向Ｖ０とし、経路中の各ノードからその次ノードに向かう経路方向Ｖｎがこの基準方向Ｖ０に対して「順方向」であるか「逆方向」であるかを判定することで、当該経路が「後戻りしない」経路であるか否かを判定する。順方向であるか逆方向であるかは、センサＳからゲートウェイＧに向かう基準方向Ｖ０と、経路中の各ノードが次のノードに向かう経路方向Ｖｎとが成す角度をもとに判定する。すなわち、この角度が９０度以内ならば順方向と判定し、９０度を超えるならば逆方向とする。
【００４６】
同図（ｂ）では、経路１において、センサＳからリレーＲ１に向かう経路方向Ｖ１ａ、リレーＲ１からリレーＲ３に向かう経路方向Ｖ１ｂ、及びリレーＲ３からゲートウェイＧに向かう経路方向Ｖ１ｃは、何れも基準方向Ｖ０に対して「順方向」である。従って、経路１は「後戻りしない」経路であり、経路条件（１）を満たす。一方、経路２では、リレーＲ７からゲートウェイＧに向かう経路方向Ｖ２ｄが、基準方向に対して「逆方向」となっている。従って、経路２は「後戻りする」経路であり、経路条件（１）を満たさない。
【００４７】
また、図８は、経路条件（２）を説明する図である。同図では、センサＳからゲートウェイＧに至る通信経路として、リレーＲ２，Ｒ５を経由する経路１と、リレーＲ１，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ６を経由する経路２とが生成されている。センサＳには、ゲートウェイＧからの距離Ｄに応じた転送回数の上限が定められる。この転送回数の上限は、距離Ｄが長いほど、大きい値に定められる。同図では、センサＳとゲートウェイＧとの間の距離Ｄは、Ｄ２＜Ｄ＜Ｄ３、であり、転送回数の上限は「３」である。従って、経路１の転送回数は「２」であり、転送回数の上限「３」以下であるため、経路条件（２）を満たす。一方、経路２の転送回数は「４」であり、転送回数の上限「３」を超えているため、経路条件（２）を満たさない。
【００４８】
ここで、各センサＳの最大転送回数は、最大転送回数テーブル５２４に従って算出される。図９に、最大転送回数テーブル５２４のデータ構成の一例を示す。同図によれば、最大転送回数テーブル５２４は、ゲートウェイからの距離５２４ａと、最大転送回数５２４ｂとを対応付けて格納している。
【００４９】
そして、算出された各センサＳの最大転送回数は、最大転送回数データ５２５に格納される。図１０に、最大転送回数データ５２５のデータ構成の一例を示す。同図によれば、最大転送回数データ５２５は、センサ５２５ａそれぞれについて、算出された最大転送回数５２５ｂを対応付けて格納している。
【００５０】
また、算出された通信経路候補についてのデータは、通信経路候補データ５２６に格納される。図１１に、通信経路候補データ５２６のデータ構成の一例を示す。同図によれば、通信経路候補データ５２６は、センサ５２６ａそれぞれについて、算出した通信経路候補５２６ｂと、その転送回数５２６ｃと、経路長５２６ｄとを対応付けて格納している。
【００５１】
通信経路候補を算出すると、処理部１００は、続いて、センサＳそれぞれについて、互いに同じリレーＲを経由しない２つの通信経路候補からなる経路組を算出する。算出された経路組についてのデータは、経路組データ５２７に格納される。図１２に、経路組データ５２７のデータ構成の一例を示す。同図によれば、経路組データ５２７は、センサ５２７ａそれぞれについて、算出した経路組５２７ｂを対応付けて格納している。
【００５２】
そして、処理部１００は、生成した経路組のうちから、各センサＳについて１つの経路組を選出し、選出した経路組で構成される「通信経路網」を算出する。この通信経路網の算出は、（Ａ）厳密解算出処理、（Ｂ）ヒューリスティクス処理、の２種類の処理を用いて行う。すなわち、先ず、（Ａ）厳密解算出処理によって通信経路網の厳密解の算出を試みる。そして、この厳密解算出処理によって所定時間内に厳密解が算出されなかった場合には、続いて、（Ｂ）ヒューリスティクス処理によって通信経路網の準最適解を算出する。ここで「準最適解」としたのは、ヒューリスティクス処理による解が、必ずしも厳密な意味での最適な解であるとは限らないためである。
【００５３】
厳密解算出処理では、全ての解を列挙し、これらのうちから所定の制約条件を満たし、且つ評価が最も良い解を探す列挙的手法によって通信経路網の厳密解を算出する。すなわち、センサＳそれぞれについて全ての通信経路候補を算出し、これらの通信経路候補からなる全ての経路組を算出する。そして、各センサＳについて１つの経路組を選出して構成される全ての通信経路網を算出し、これらの全ての通信経路網のうち、通信容量条件を満たし、且つ、評価が最良となる通信経路網を厳密解とする。なお、厳密解算出処理としては、列挙的方法ではなく、探索的手法を用いても良いのは勿論である。
【００５４】
ここで、通信容量条件は、通信経路網に含まれる各ノードのデータ転送率が、当該ノードに定められた最大データ転送率（最大通信容量）βを超えないことである。図１３は、通信容量条件を説明する図である。同図では、センサＳ１についての通信経路候補として、リレーＲ１，Ｒ６を経由する経路１と、リレーＲ４を経由する経路２と、センサＳ２についての通信経路候補として、リレーＲ３，Ｒ４を経由する経路３と、リレーＲ５を経由する経路４とから構成される通信経路網が生成されている。リレーＲｎのデータ転送率γｎは、当該リレーＲｎを経由する経路それぞれの始点ノードであるセンサＳｍのデータ発信率αｍの和となる。
【００５５】
例えば、同図では、リレーＲ１のデータ転送率γ１は、当該リレーＲ１を経由する経路１の始点ノードであるセンサＳ１のデータ発信率α１となる。また、リレーＲ２は何れも経路にも用いられないので、そのデータ転送率γ２はゼロとなる。また、リレーＲ４のデータ転送率γ４は、経路２のセンサＳ１のデータ発信率α１と、経路３のセンサＳ２のデータ発信率α２との和となる。他のリレーＲ３，Ｒ５〜Ｒ８それぞれについても同様である。そして、全てのリレーＲ１〜Ｒ８それぞれのデータ転送率γ１〜γ８が、定められた最大データ転送率β１〜β８以下ならば、通信容量条件を満たすと判定される。
【００５６】
また、通信経路網の「評価」は、当該通信経路網に含まれるリレーＲの総数を基準として行う。具体的には、リレーの総数が少ないほど、良い評価とする。図１４は、通信経路網の評価を説明する図である。同図では、２つのセンサＳ１，Ｓ２それぞれについて１つの経路組を選出して構成した通信経路網の一例を示している。
【００５７】
同図（ａ）に示す通信経路網は、センサＳ１についての通信経路候補として、リレーＲ１，Ｒ６を経由する経路１と、リレーＲ２，Ｒ４を経由する経路２と、センサＳ２についての通信経路候補として、リレーＲ３，Ｒ７を経由する経路３と、リレーＲ５，Ｒ８を経由する経路４とから構成される。つまり、この通信経路網に含まれるリレーＲの総数は「８」である。また、同図（ｂ）に示す通信経路網は、センサＳ１の通信経路候補として、リレーＲ１，Ｒ６を経由する経路１と、リレーＲ４を経由する経路５と、センサＳ２の通信経路候補として、リレーＲ３，Ｒ４を経由する経路６と、リレーＲ５を経由する経路７とから構成される。つまり、この通信経路網に含まれるリレーＲの総数は「５」である。従って、同図（ｂ）に示す通信経路網の方が、同図（ａ）に示す通信経路網よりも良いと評価される。
【００５８】
ヒューリスティクス処理では、通信経路網の暫定解を繰り返し求め、評価がより良い解に更新してゆく発見的手法によって準最適解を算出する。具体的には、先ず、各センサＳについて所定数の経路組を算出する。そして、算出した所定数の経路組を対象として所定の選出条件を満たす通信経路網を算出し、これらのうちから評価が最良となるものを準最適解（準最適通信網）とする。
【００５９】
選出条件は、（１）各センサについて１つの経路組を選出する、（２）各ノードのデータ転送率γが最大データ転送率αを超えない（通信容量条件）、である。すなわち、対象とする所定数の経路組それぞれに変数Ｘを割り当て、選出条件を満たす条件式を算出する。変数Ｘは対応する経路組を選択するか否かを示す変数であり、「１」は当該経路組を選択することを示し、「０」は選択しないことを示す。
【００６０】
図１５は、準最適解の算出を説明する図である。同図では、２つのセンサＳ１，Ｓ２それぞれにつき２つの経路組を対象とした場合を示している。センサＳ１の経路組１，２それぞれに変数Ｘ１，Ｘ２が割り当てられ、センサＳ２の経路組３，４それぞれに変数Ｘ３，Ｘ４が割り当てられている。そして、選出条件（１）を満たす条件式は、同図の場合には次式（１）となる。
【数１】
0005038215.tif 000002
また、選出条件（２）を満たす条件式は、同図の場合には次式（２）となる。
【数２】
0005038215.tif 000003
そして、式（１），（２）を満たす解を算出する。
【００６１】
図１６は、図１５に対する解を示す図である。図１６によれば、４つの解（１）〜解（４）が算出されている。すなわち、解（１）は、センサＳ１の経路組１と、センサＳ２の経路組３とからなる通信経路網である。また、解（２）は、センサＳ１の経路組１と、センサＳ２の経路組４とからなる通信経路網である。また、解（３）は、センサＳ１の経路組２と、センサＳ２の経路組３とからなる通信経路網である。また、解（４）は、センサＳ１の経路組２と、センサＳ２の経路組４とからなる通信経路網である。そして、これらの解のうちから、評価が最良となる解を選択する。この評価は、上述の厳密解算出処理の場合と同様に、通信経路網におけるリレーＲの総数を評価基準として行い、通信経路網に含まれるリレーＲの総数が少ないほど、良い評価とする。
【００６２】
算出された準最適解についてのデータは、準最適解データ５２８に格納される。図１７に、準最適解データ５２８のデータ構成の一例を示す。同図によれば、準最適解データ５２８は、センサ５２８ａそれぞれについて、選出された経路組５２８ｂを対応付けて格納している。
【００６３】
準最適解を算出すると、処理部１００は、続いて、暫定解を算出して準最適解を更新する処理を繰り返し行う。具体的には、１つのセンサＳをランダムに選択し、この選択したセンサＳについて新たな１つの経路組を算出する。ここで、新たな経路組は、準最適解の算出に用いた経路組とは異なる経路組とする。次いで、準最適解の通信経路網（準最適通信網）において、選択したセンサＳについての経路組を、新たな経路組に置き換えた通信経路網を生成し、暫定解（暫定通信網）とする。そして、この暫定解（暫定通信網）を評価し、準最適解（準最適通信網）と比較して評価が良いならば、この暫定解を準最適解として更新する。処理部１００は、この準最適解の更新の処理を繰り返し実行する。そして、繰り返し回数が所定回数に達すると、繰り返し実行を終了し、終了した時点での準最適解の通信経路網（準最適通信網）に含まれる各リレーＲに対応する位置候補Ｐを、リレーＲの最適な設置位置として決定する。
【００６４】
図２に戻り、入力部２００は、例えばキーボードやマウス、タッチパネル、各種スイッチ等によって実現される入力装置であり、操作入力に応じた入力信号を処理部１００に出力する。表示部３００は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＥＬＤ（Electronic Luminescent Display）等によって実現される表示装置であり、処理部１００から入力される表示信号に基づく各種画面を表示する。通信部４００は、例えば、無線通信モジュールやルータ、モデム、ＴＡ、有線用の通信ケーブルのジャックや制御回路等によって実現される通信装置であり、外部機器との間でデータ通信を行う。
【００６５】
記憶部５００は、処理部１００がリレー位置算出装置１を統合的に制御するための諸機能を実現するためのシステムプログラムやデータ等を記憶しているとともに、処理部１００の作業領域として用いられ、処理部１００が各種プログラムに従って実行した演算結果や、入力部２００からの入力信号等が一時的に格納される。本実施形態では、記憶部５００は、プログラムとしてリレー位置算出プログラム５１０を記憶しているとともに、データとして、ゲートウェイデータ５２１と、センサデータ５２２と、リレー位置候補データ５２３と、最大転送回数テーブル５２４と、最大転送回数データ５２５と、通信経路候補データ５２６と、経路組データ５２７と、準最適解データ５２８とを記憶している。
【００６６】
［処理の流れ］
図１８は、処理部１００が実行するリレー位置算出処理のフローチャートである。同図によれば、先ず、入力部２００から、センサＳ及びゲートウェイＧそれぞれの設置位置や最大データ転送率等のデータを入力・設定する（ステップＡ１）。また、入力部２００からの入力指示に従って、リレーＲの設置位置候補Ｐを設定する（ステップＡ３）。次いで、設置されるセンサＳそれぞれについて、ゲートウェイＧの設置位置からの距離Ｄをもとに、最大転送回数を算出・設定する（ステップＡ５）。その後、厳密解算出処理を開始する（ステップＡ７）。
【００６７】
図１９は、厳密解算出処理の流れを説明するフローチャートである。同図によれば、先ず、センサＳそれぞれについて、経路条件を満たす全ての通信経路候補を算出する（ステップＢ１）。次いで、センサＳそれぞれについて、算出した通信経路候補による全ての経路組を算出する（ステップＢ３）。続いて、算出した経路組のうちから、各センサＳにつき１つの経路組を選出した全ての通信経路網を算出する（ステップＢ５）。そして、算出した通信経路網のうちから通信容量条件を満たすものを抽出し（ステップＢ７）、更に、抽出した通信経路網のうちから、評価が最良のものを選択して厳密解とする（ステップＢ９）。以上の処理を行うと、厳密解算出処理を終了する。
【００６８】
そして、この厳密解算出処理によって、当該処理の開始から所定時間内に厳密解が算出されたならば（ステップＡ９：ＹＥＳ）、算出された厳密解の通信経路網に含まれる各リレーＲに対応する位置候補Ｐを、リレーＲの最適な設置位置として決定する（ステップＡ１１）。
【００６９】
一方、厳密解算出処理を開始したが所定時間内に厳密解が算出されないならば（ステップＡ９：ＮＯ）、実行中の厳密解算出処理を終了し（ステップＡ１３）、ヒューリスティクス処理を行って準最適解を算出する（ステップＡ１５）。
【００７０】
図２０は、ヒューリスティクス処理の流れを説明するフローチャートである。同図によれば、先ず、センサＳそれぞれについて、所定数の通信経路候補を算出し（ステップＣ１）、次いで、これらの通信経路候補を用いて所定数の経路組を算出する（ステップＣ２）。ここで、所定数の通信経路候補及び経路組は、上述の厳密解算出処理において算出した通信経路候補及び経路組を用いても良い。次いで、算出した経路組を対象として、各センサＳについて１つの経路組を選出した組み合わせのうち、通信容量条件を満たし、且つ、評価が最良、すなわちリレーＲの総数が最も少ない組み合わせを算出し、準最適解（準最適通信網）とする（ステップＣ３）。
【００７１】
その後、処理部１００は、カウント値ｎを初期値「１」に設定する（ステップＣ５）。このカウント値ｎは、準最適解の更新の繰り返し回数をカウントするものである。次いで、１つのセンサＳをランダムに選択し（ステップＣ７）、この選択したセンサＳについて、新たな１つの経路組を算出する（ステップＣ９）。続いて、準最適解の通信経路網（準最適通信網）において、選択したセンサＳの経路組を、新たに算出した経路組に置き換えた通信経路網を算出し、暫定解（暫定通信網）とする（ステップＣ１１）。
【００７２】
そして、処理部１００は、この暫定解（暫定通信網）が通信容量条件を満たすかを判断する。通信容量を満たすならば（ステップＣ１３：ＹＥＳ）、更に、暫定解（暫定通信網）の評価と、準最適解（準最適通信網）の評価とを比較し、暫定解の評価が準最適解の評価に比較して良いならば（ステップＣ１５：ＹＥＳ）、暫定解を準最適解として更新する（ステップＣ１７）。その後、カウント値ｎが所定の閾値Ｎに達したかを判断し、達していないならば（ステップＣ１９：ＮＯ）、ｎを「１」加算した値に更新した後（ステップＣ２１）、ステップＣ７に戻る。一方、カウント値ｎが閾値Ｎに達したならば（ステップＣ１９：ＹＥＳ）、ヒューリスティクス処理を終了する。
【００７３】
ヒューリスティクス処理を終了すると、算出した準最適解の通信経路網（準最適通信網）における各リレーＲに対応する位置候補Ｐを、リレーＲの最適な設置位置として決定する（ステップＡ１７）。以上の処理を行うと、処理部１００は、リレー位置算出処理を終了する。
【００７４】
［作用・効果］
このように、本実施形態によれば、リレー位置算出装置１では、リレーＲの設置位置候補Ｐを設定し、この設置位置候補Ｐに設置されると仮定したリレーＲを経由してセンサＳそれぞれからゲートウェイＧに至る通信経路網を算出し、この通信経路網に含まれるリレーＲに対応する位置候補ＰをリレーＲの最適な設置位置とする。通信経路網の算出は、先ず、１）全ての通信経路候補を対象として、評価が最良の通信経路網の厳密解を算出する厳密解算出処理を実行する。そして、厳密解の算出に至らずに処理開始からの経過時間が所定時間に到達した場合に、２）所定数の通信経路候補を対象として通信経路網の暫定解を繰り返し求め、評価がより良い準最適解を算出するヒューリスティクス処理が実行される。つまり、厳密解算出処理による厳密解の算出の時間制限を設け、制限時間内に厳密解が算出されない場合にヒューリスティクス処理によって準最適解を算出することで、定められた時間内でより最適と思われるリレーの設置位置の算出が可能となる。また、通信経路網は、１つのセンサＳについて互いに同じリレーＲを経由しない２つの通信経路を選出して算出される。これにより、例えばリレーＲの故障によって１つの通信経路が遮断されたとしても他の通信経路を利用することができるといった、信頼性の高い通信経路網の構築が可能となる。
【００７５】
［変形例］
なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なことは勿論である。
【００７６】
（Ａ）評価基準
例えば、上述の実施形態では、通信経路網を評価する際の評価基準を、通信経路網に含まれるリレーＲの総数としたが、これを、各通信経路候補の経路長の総和としても良い。この場合、総経路長が短いほど、良い評価とする。更に、評価基準を、リレーＲの総数及び総経路長の両方としても良い。この場合、両者の評価値それぞれに重み付けを行い、どちらを優先させるかを変更可能としても良い。
【００７７】
（Ｂ）既存のワイヤレスセンサネットワークに追加
また、上述の実施形態では、新たにワイヤレスセンサネットワークを構築する場合を説明したが、既に構築されているワイヤレスセンサネットワークに新たなセンサＳを追加設置する場合にも適用可能である。この場合、既存のワイヤレスセンサネットワーク（既存通信網）における各センサＳの通信経路を変更することなく、追加設置するリレーＲの総数が最小となるように、リレーＲの追加設置位置を決定する。
【００７８】
図２１は、このリレーＲの追加設置位置を算出する処理（追加リレー位置算出処理）を説明するフローチャートである。同図によれば、処理部１００は、先ず、入力部２００から、既存通信網に含まれるセンサＳやリレーＲ、ゲートウェイＧの位置等のデータを入力・設定する（ステップＤ１）。また、入力部２００から、新たに設置するセンサの位置データ等を入力・設定する（ステップＤ３）。
【００７９】
次いで、新センサについて、既存のリレーＲのみによる全ての通信経路候補を算出し（ステップＤ５）、これらの通信経路候補による全ての経路組を算出する（ステップＤ７）。そして、算出した経路組それぞれについて、既存通信網に追加した際に通信容量条件を満たすかを判断する。通信容量条件を満たす経路組が有るならば（ステップＤ９：ＹＥＳ）、新たなリレーＲの設置は不要として、追加リレー位置算出処理を終了する。
【００８０】
一方、通信容量条件を満たす経路組が無いならば（ステップＤ９：ＮＯ）、処理部１００は、入力部２００からの入力指示に従って、追加するリレーＲの設置位置候補Ｐを設定する（ステップＤ１１）。次いで、新センサについて、既存リレー及び位置候補Ｐに設置すると仮定した追加リレーによる全ての通信経路候補を算出し（ステップＤ１３）、これらの通信経路候補による全ての経路組を算出する（ステップＤ１５）。そして、これらの経路組のうちから、所定数の経路組を選択する（ステップＤ１７）。選択した経路組のうちから、既存通信網に追加した際に、通信容量条件を満たし、且つ評価が最良となる経路組を選択し、最適経路組とする（ステップＤ１９）。
【００８１】
続いて、処理部１００は、カウント値ｎを初期値「１」に設定する（ステップＤ２１）。そして、新センサについての新たな１つの経路組を、例えばランダム選択し（ステップＤ２３）、選択した経路組を既存通信網に追加して構成される通信経路網（暫定経路網）が通信容量条件を満たすかを判定する。暫定経路網が通信容量条件を満たすならば（ステップＤ２５：ＹＥＳ）、更に、この暫定経路網の評価と、既存通信網に最適経路組を追加して構成される通信経路網の評価とを比較する。そして、暫定経路網の方が評価が良いならば（ステップＤ２７：ＹＥＳ）、選択した経路組を最適経路組として更新する（ステップＤ２９）。
【００８２】
次いで、カウント値ｎが所定の閾値Ｎに達したかを判断し、カウント値ｎが閾値Ｎに達していないならば（ステップＤ３１：ＮＯ）、カウント値ｎを「１」加算した値に更新した後（ステップＤ３３）、ステップＤ２３に戻る。一方、カウント値ｎが閾値Ｎに達したならば（ステップＤ３１：ＹＥＳ）、最適経路組の各通信経路候補に含まれる各位置候補Ｐを、新たに追加するリレーＲの設置位置として決定する（ステップＤ３５）。以上の処理を行うと、処理部１００は、追加リレー位置算出処理を終了する。
【００８３】
（Ｃ）監視対象
また、上述の実施形態では、ワイヤレスセンサネットワークの監視対象をトンネルとしたが、橋梁やダム、プラント、船、塔等の他の建造物としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】ワイヤレスセンサネットワークの構成例。
【図２】リレー位置算出装置の内部構成図。
【図３】センサデータのデータ構成例。
【図４】リレーの設置位置候補Ｐの設定例。
【図５】リレー位置候補データのデータ構成例。
【図６】通信経路候補の一例。
【図７】経路条件（１）の説明図。
【図８】経路条件（２）の説明図。
【図９】最大転送回数テーブルのデータ構成例。
【図１０】最大転送回数データのデータ構成例。
【図１１】通信経路候補データのデータ構成例。
【図１２】経路組データのデータ構成例。
【図１３】通信容量条件の説明図。
【図１４】通信経路網の評価の説明図。
【図１５】準最適解の算出の説明図。
【図１６】図１５に対する解の一例。
【図１７】準最適解データのデータ構成例。
【図１８】リレー位置算出処理のフローチャート。
【図１９】厳密解算出処理のフローチャート。
【図２０】ヒューリスティクス処理のフローチャート。
【図２１】追加リレー位置算出処理のフローチャート。
【符号の説明】
【００８５】
Ｎ  ワイヤレスセンサネットワーク
Ｓ  センサ、Ｒ  リレー、Ｇ  ゲートウェイ
１  リレー位置算出装置
１００  処理部、２００  入力部、３００  表示部、４００  通信部
５００  記憶部
５１０  リレー位置算出プログラム
５２１  ゲートウェイデータ、５２２  センサデータ
５２３  リレー位置候補データ
５２４  最大転送回数テーブル、５２５  最大転送回数データ
５２６  通信経路候補データ、５２７  経路組データ
５２８  準最適解データ
【図１】
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【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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