(57)【要約】【課題】  従来の技術によるセンサネットワークシステムでは、自律的に通信経路が決定されるため経路に支障が発生すると自律的に新たに異なる通信経路が決定されるが、通信経路決定に時間を要し、この間通信が途絶して目標検出できない場合が発生する問題点があった。【解決手段】  センサネットワークシステムにおいて、各センサから管理装置に至る通信経路をあらかじめ複数決定しておき、通信経路に異常が発生した場合に即時に他の通信経路に切り換えるようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管理装置と管理装置で制御される複数のセンサから構成され、前記複数のセンサが無線アドホックネットワークを構成するセンサネットワークシステムであって、
各々の前記センサは、自らのセンサ位置である自己位置情報と、当該センサが通信可能なセンサのＩＤ番号と、当該ＩＤ番号の前記センサからの受信電波強度とを前記無線アドホックネットワークにより前記管理装置に伝達する通信手段を備え、
前記管理装置は、各々の前記センサから伝達された各センサの前記自己位置情報と前記ＩＤ番号と前記受信電波強度とに基づき、前記管理装置に近くなる方向であって前記受信電波強度が強い順に、各々のセンサから前記管理装置に至る複数の通信経路を定める通信経路決定手段と、前記複数の通信経路の中から主となる通信経路を設定するネットワーク制御手段とを備え、
前記ネットワーク制御手段は、主となる通信経路に異常が発生したときに前記複数の通信経路の他の通信経路に切り換えることを特徴とするセンサネットワークシステム。
【請求項２】
前記センサは送信強度制御手段を備え、前記送信強度制御手段は前記通信手段が送信する電波強度を制御して、前記センサが通信が可能なセンサの数を調整することを特徴とする請求項１記載のセンサネットワークシステム。
【請求項３】
前記センサは、ＩＲセンサと振動センサとを備えて前記ＩＲセンサと前記振動センサが検出した検出信号を前記管理装置に伝達し、前記管理装置は前記センサから、前記振動センサの検出信号がある場合は車両と判断し、前記ＩＲセンサの検出信号のみの場合は人と判別する判断手段を備えることを特徴とする請求項１記載のセンサネットワークシステム。
【請求項４】
無線アドホックネットワークを構成する複数のセンサの各センサより、自らのセンサ位置である自己位置情報と、通信が可能なセンサのＩＤ番号と、当該ＩＤ番号の前記センサからの受信電波強度とを収集する第一のステップと、
前記第一のステップで収集した通信可能なセンサの中から、前記複数のセンサを制御する管理装置の方向にあって前記収集した受信電波強度の大きい順に通信相手となるセンサを複数選択する第二のステップと、
前記第二のステップで選択した各センサを経由するように、各々のセンサから前記管理装置に至る通信経路を設定する第三のステップと、
からなることを特徴とする通信経路決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無線アドホックネットワークを構成する複数のセンサとこれらのセンサ情報を管理する管理装置からなり、センサから管理装置までの検出信号の伝送時間を保証するとともに、信頼性の高い通信経路を有するセンサネットワークシステム及び通信経路決定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無線アドホックネットワークは、センサ同士を無線で接続し、複数のセンサが自律的に中継処理することでネットワークを構成し、電波が直接届かない管理装置までセンサ情報を伝送することを可能とする技術である。広範囲に点在するセンサ間を結ぶセンサネットワークを、送信電波強度を低く抑えて低コストで簡便に構築できることから、重要施設や危険地帯の侵入者警備への適用が考えられている。
【０００３】
無線アドホックネットワークにおける送信元から送信先までの通信経路の決定は、中継段数、受信電波強度又はスループットが指標として使用されている。（例えば、特許文献１参照。）また、中継段数及び受信電波強度の両方を重み付けにより考慮したものもある。（例えば、非特許文献１参照。）
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２５２７４号公報
【非特許文献１】中川智尋、太田賢、吉川貴、倉掛正治，“無線マルチホップ・アクセスネットワークにおける経路制御及びハンドオーバ制御方式”信学論（Ｂ）,ｖｏｌ．８５−Ｂ，ｎｏ１２，ｐｐ２１４７−２１５４，Ｄｅｃ．２００２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の技術によるセンサネットワークシステムでは、各センサにおける通信相手探索から所定の指標に従った通信経路決定までが自律的に実施される。決定された経路自体は管理されず、経路に支障が発生すると、自律的に再度センサにおける通信相手探索から通信経路決定までの動作が実行され通信経路が再決定される。この通信相手探索から所定の指標に従った通信経路決定まで時間を要し、この間通信が途絶する。
【０００６】
重要施設等の警備では侵入者を漏れなく検出し、検出した場合には即時に対処しなければならないが、上記のように通信経路に異常が発生し、通信経路の再決定動作になると通信途絶により侵入者を検出できない場合が発生する問題点があった。
【０００７】
また、自律的に通信経路が決定されるため、検出したセンサから管理装置に至る経路は時々で変化している。このため、検出したセンサから管理装置に至る情報の伝達時間（以下、リアクションタイムという）も変化し、侵入者対処のために必要なリアクションタイムを確保できない場合が発生する問題点があった。
【０００８】
また、重要施設等の警備では侵入者が人であるか車両であるかで対処方法が異なるが、これを類別するには画像センサによる映像を監視者が常時観察して判断する必要があり、監視者の負担が非常に大きくなる問題点があった。
【０００９】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、所要のリアクションタイムを確保し、通信途絶による検出不能時間を発生することのないセンサネットワークシステム及び通信経路決定方法を提供することを目的とする。
【００１０】
さらに、侵入者が人であるか車両であるかを自動的に類別するセンサネットワーク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】
【００１１】
この発明によるセンサネットワークシステムは、管理装置と管理装置で制御される複数のセンサから構成され、前記複数のセンサが無線アドホックネットワークを構成するセンサネットワークシステムであって、各々の前記センサは、自らのセンサ位置である自己位置情報と、当該センサが通信可能なセンサのＩＤ番号と、当該ＩＤ番号の前記センサからの受信電波強度とを前記無線アドホックネットワークにより前記管理装置に伝達する通信手段を備え、前記管理装置は、各々の前記センサから伝達された各センサの前記自己位置情報と前記ＩＤ番号と前記受信電波強度とに基づき、前記管理装置に近くなる方向であって前記受信電波強度が強い順に、各々のセンサから前記管理装置に至る複数の通信経路を定める通信経路決定手段と、前記複数の通信経路の中から主となる通信経路を設定するネットワーク制御手段とを備え、前記ネットワーク制御手段は、主となる通信経路に異常が発生したときに前記複数の通信経路の他の通信経路に切り換えるようにした。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、通信途絶による検出不能時間を発生することのないセンサネットワークシステムを構成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は本実施の形態のセンサネットワークシステムのネットワーク構成を示す図であり、１ａ〜１ｊは侵入者を検出する機能及びアドホックネットワークを構成する無線通信機能を有する複数のセンサ、２はネットワークを管理制御する管理装置である。図中、実線及び破線の矢印は、それぞれ経路決定された第一の通信経路３及び第二の通信経路４である。
【００１４】
また、図２はセンサ１の構成を示す図であり、５は目標検出手段、６は自己位置標定手段、７は通信相手探索手段、８は受信電波強度測定手段、９は無線通信手段である。
【００１５】
目標検出手段５は、ＩＲセンサや振動センサで構成し、温度変化や地面の振動により侵入者の接近を検出して検出信号を発生する。
自己位置標定手段６は、ＧＰＳで構成することでセンサ１の位置情報を得ることができるが、別途ＧＰＳやその他の測量手段を用いて測定した位置情報を入力してもよく、この場合はセンサ１をＧＰＳを用いる場合に比べて低コスト化及び低消費電力化できる効果がある。
通信相手探索手段７は、周囲のセンサ１と無線通信手段９により電波を送受して通信可能な周囲のセンサ１を特定する。なお、各センサには予め個々のセンサを特定するＩＤが与えられており、通信相手探索手段７はこのＩＤにより通信可能な周囲のセンサ１を特定することができる。
受信電波強度測定手段８は、通信相手探索手段７で特定した通信可能なセンサ１からの受信電波の強度を測定する。
無線通信手段９は、センサ１同士で相互に通信することでアドホックネットワークを構成するとともに、通信可能なセンサ１とそのセンサ１からの受信電波強度、及び自己位置情報をアドホックネットワークにより管理装置２まで伝達する。
【００１６】
図３は、管理装置２の構成を示す図である。管理装置２は、通信経路決定手段１０及びネットワーク制御手段１１を有し、通信経路決定手段１０は、各センサ１から伝達される通信可能なセンサ１とそのセンサ１からの受信電波強度、及び自己位置情報を記憶し、これらを用いて各センサ１から管理装置２に至る複数の通信経路を決定する。  
図４は、管理装置２が記憶している各センサ１から伝達される通信可能なセンサ１とそのセンサ１からの受信電波強度及び自己位置情報を示した記憶内容の一例である。
通信経路決定手段１０は、図４で示される通信可能なセンサ情報やそのセンサ１からの受信電波強度及び自己位置情報をもとに、通信経路を複数設定する。通信経路の設定にあたり通信経路決定手段１０は、各センサの位置からみて管理装置２の方向に存在し、かつ受信電波強度の大きい順に、接続先となるセンサを選択することを指標とする。また、各々の通信経路が同一のセンサを中継する場合にその複数の通信経路を中継することになる同一のセンサの数を予め定めた所定数以下となることを指標とする。さらに、通信経路決定手段１０は、各センサ間の中継時間に中継段数（管理装置２に至る経路でセンサを中継する段数）を乗じた時間が、所要のリアクションタイム以下となることを指標として、通信経路を複数設定する。
【００１７】
次に、通信経路決定手段１０は、このようにして設定した通信経路上にあるセンサに対して以下の設定を実行する。図１に示した例を用いて説明すると、通信経路決定手段１０は通信経路３を設定するにあたり、まず、通信経路３上にあるセンサ１ｂに対して、センサ１ｅから信号を受けたときは管理装置２に信号を伝達するルールを設定する。更に、センサ１ｅに対してはセンサ１ｉから信号を受けたときはセンサ１ｂに伝達するルールを設定する。更にセンサ１ｉに対しては・・・というようにして、特定のセンサからの信号を受けたときにその信号を伝達するセンサを予めルールとして設定しておく。
同様に通信経路決定手段１０は、通信経路４上にあるセンサに対しても、特定のセンサからの信号を受けたときの伝達先を設定する。
これにより管理装置２は、各センサから管理装置２に至る通信経路を設定することが可能となる。
【００１８】
ネットワーク制御手段１１は、各センサ毎に、各センサが検出した検出信号を管理装置２に向けて送信するため通信経路として、上記複数の通信経路のうちの一つを主経路として選択する。選択した主経路上のセンサに対しては、先に設定したルールを実効状態とする信号を発する。
【００１９】
ネットワーク制御手段１１は、ネットワークを監視しており、ある通信経路に異常が発生した場合には即時に上記複数の通信経路のうちの他の通信経路に切り換える。
ネットワーク制御手段１１は、定期的に（例えば、３０分毎）に、各センサに対してセンサの状態を確認するための問合せを行っている。これによりネットワーク制御手段１１はセンサが正常に動作しているか否かや、センサに搭載した電池の残量等を確認している。この定期的な問合せに対して指定したセンサからの応答がないとき、ネットワーク制御手段１１は、通信経路に異常が発生したと判断する。
あるいは、所定の時間以上経過しても特定のセンサからの信号がないとき、ネットワーク制御手段１１は当該センサに問合せを行い、その指定したセンサからの応答がないときに、通信経路に異常が発生したと判断する。
【００２０】
通信経路決定手段１０が２つの通信経路を決定した一例を図１に示す。図１において、主となる第一の通信経路３と、バックアップとなる第二の通信経路４が設定されている。図１において、センサ１ｐは、主となる通信経路３により目標検出手段５で検出した検出信号を管理装置２に伝達する。
ネットワーク制御手段１１は主となる通信経路３に異常を検知すると、通信経路決定手段１０が予め決定したセンサ１ｐから管理装置２に至る２つの通信経路３、４のうち、通信経路４を瞬時に選択する。このときネットワーク制御手段１１は、通信経路３上のセンサに対して実効状態としたルールを破棄し、通信経路４上のセンサに対して、先に設定したルールを実効状態とする指示を発する。
【００２１】
このように主となる通信経路３に異常が生じた場合に、管理装置２からの指令により瞬時にバックアップ用の第二の通信経路４に切換えることができる。これにより、従来のように通信異常が生じた際に、センサ１同士で改めて自律的に通信経路の再決定を行うことがない。
なお、図１では通信経路決定手段１０が主の通信経路３とバックアップ用の通信経路４の２つの通信経路を予め決定した例を説明したが、設定する通信経路は２つに限られるものではない。
また、通信経路切替の直後には、切替えた通信経路に従いセンサへの問合せを行うが、この問合せに対して指定したセンサからの応答がないときは更に他の通信経路に切替えることを行う。通信経路の切替を複数回行った結果、なお通信異常が継続するときは、指定したセンサ自体に故障があるとしてこのセンサを情報収集の対象から外すようにしてもよい。
【００２２】
図５は、管理装置２の通信経路決定手段１０が通信経路を決定する方法を示すフロー図である。
通信経路の決定は３ステップから構成される。
まずステップ１において、通信経路決定手段１０は、複数設置された各センサから通信可能相手センサのＩＤ番号、通信可能相手センサからの受信電波強度及び各センサの自己位置の情報を収集する。
ステップ２において、通信経路決定手段１０は各センサの自己位置からみて管理装置２の方向に存在し、受信電波強度の大きい順に接続相手となるセンサを複数選択する。なお、管理装置２にセンサが隣接する場合は、そのセンサの通信相手は管理装置２とする。
次にステップ３において、通信経路決定手段１０は各センサから管理装置２に至る通信経路の決定にあたって、各々の通信経路が同一のセンサを中継する場合にその複数の通信経路を中継することになる同一のセンサの数を予め定めた所定数以下となるようにする。さらに、通信経路決定手段１０は、各センサ間の中継時間に中継段数（管理装置２に至る経路でセンサを中継する段数）を乗じた時間が、所要のリアクションタイム以下となることを指標として、複数形成する。
【００２３】
以上のように、本実施の形態では、管理装置が各センサから所定の情報を予め収集しておき、各センサから管理装置に至る通信経路を複数設定しておくようにした。そして、複数設定した通信経路のうち、主となる通信経路で異常が検出されると、バックアップ用の通信経路に瞬時に切替えるようにした。
これにより、通信途絶を原因として、管理装置が各センサで検出した検出信号を受信できない検出不能時間を、極めて短時間に抑えることができる。検出不能時間を極めて短時間に抑えることで、例えば、センサが設置された重要施設等の警備では侵入者を漏れなく検出し、検出した場合には即時に対処することが可能となる。
【００２４】
また、本実施の形態では、図５のステップ２で説明したように、通信経路の決定にあたっては受信電波強度の大きい順にセンサの通信相手を選択するようにしているため、信頼性の高い通信経路を構成できる効果がある。
【００２５】
また、本実施の形態では図５のステップ３で説明したように、通信経路の決定にあたり、所要のリアクションタイムを確保する通信経路を形成するとともに、形成した複数の通信経路において各々の通信経路が同一のセンサを中継する場合にその同一のセンサの数を予め定めた値以下となるようにしたので、中継するセンサに異常が発生した場合において他の通信経路に切り換えるときに異常を発生したセンサ１を回避できる確率が高くなり、切り換えた通信経路の通信の確達性を向上できる効果がある。
図１で説明した２つの通信経路３、４では、同一センサ１を中継する数を０とした完全に独立した通信経路を構成した場合であり、この場合は初期設定した通信経路に異常が発生した場合に他の通信経路に切り換えることで完全に異常個所を回避することができる効果がある。
【００２６】
実施の形態２．
図６は、本実施の形態のセンサ１の構成を示す図であり、実施の形態１で説明した図２の構成に送信電波強度制御手段１２を更に付加したものである。ここで送信電波強度制御手段１２は、無線通信手段９が送信する電波強度を調整する機能を有する。
【００２７】
送信電波強度制御手段１２は、各センサ１において送信電波強度を所要数の通信相手が得られる最低限の強度に制御する。これにより、送信電波強度を必要最小限に抑えることができるため、電波傍受に対して秘匿性を高める効果がある。
【００２８】
さらに、送信電波強度制御手段１２により、電波の通達距離が最小限度に制限されることから、必要範囲を超えて通達することによる電波の干渉を防げ、通信の信頼性を高くできる効果がある。
【００２９】
なお、実施の形態２では、送信電波強度制御手段１２が無線通信手段９が送信する電波強度を調整するようにしたが、管理装置２が無線通信手段９が送信する電波強度を調整するようにしてもよい。
例えば、管理装置２は、図４で示した通信可能なセンサ１とそのセンサ１からの受信電波強度に基づき、各々のセンサが通信相手探索手段７により自律的に通信可能相手を探索する際に、通信可能相手の数があらかじめ設定した数以下となるよう無線通信手段９が送信する電波強度を設定し、その設定を各センサに対して伝達する。
各センサは、管理装置２から伝達された設定に基づき、無線通信手段９が送信する電波強度を調整し、調整後の電波を周囲に送信するようにするようにしてもよい。
【００３０】
実施の形態３．
図７は、本実施の形態のセンサ１の目標検出手段５の構成を示す図である。本実施の形態の目標検出手段５はＩＲセンサ１３と振動センサ１４と制御器１５からなる。
【００３１】
ＩＲセンサ１３は、常時動作状態であり周囲の温度変化を検出するもので目標が人であっても車両であっても検知範囲に入ると温度が変化するため両方を検出できる。
一方、振動センサ１４は、センサ１が設置されている地面を介して目標から伝達する振動を検出するもので、車両は検出できても人は困難である。
制御器１５はＩＲセンサ１３の目標検出信号と振動センサ１４の目標検出信号を無線通信手段を介して管理装置２に送信する。
【００３２】
管理装置２は、アドホックネットワークによりＩＲセンサ１３からの目標検出信号と振動センサ１４からの目標検出信号の両方を受信すると、そのセンサ１は車両を検出したと判断する。
また、管理装置２は、アドホックネットワークによりＩＲセンサ１３からの目標検出信号のみを受信した場合は、そのセンサ１は人を検出したと判断する。
このように、従来例のように画像センサを用いることなく、ＩＲセンサ１３と振動センサ１４により人と車両が自動的に類別可能となるため、監視者が常時映像を観察している必要がなくなり、監視者の負担を大幅に低減できる効果がある。また、画像送信には高速で大容量の無線通信手段９が必要であるが、ＩＲセンサ１３及び振動センサ１４の検出情報のみの送信でよいため、無線通信手段９を安価で低消費電力にできる効果がある。
【００３３】
さらに、制御器１５は、振動センサ１４を通常停電させておき、ＩＲセンサ１３が目標を検出した時に電源を入れて動作を開始させるよう制御することで、センサ１の消費電力を低減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の実施形態１のセンサネットワークシステムのネットワーク構成を示す図である。
【図２】この発明の実施形態１のセンサ１の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施形態１の管理装置２の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施形態１の管理装置２が記憶している各センサ１からの情報の一例である。
【図５】この発明の実施形態１の通信経路決定方法を示すフロー図である。
【図６】この発明の実施形態２のセンサ１の構成を示す図である。
【図７】この発明の実施形態３の目標検出手段５の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  センサ、  ２  管理装置、  ３  第一の通信経路、  ４  第二の通信経路、  ５  目標検出手段、  ６  自己位置標定手段、  ７  通信相手探索手段、  ８  受信電波強度測定手段、  ９  無線通信手段、  １０  通信経路決定手段、  １１  ネットワーク制御手段、  １２  送信電波強度制御手段、  １３  ＩＲセンサ、  １４  振動センサ、  １５  制御器
【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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