JP2016019200A - Sensor node communication terminal, host communication terminal, and radio sensor network system - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態は、センサノード通信端末、ホスト通信端末および無線センサネットワークシステムに関する。 The present embodiment relates to a sensor node communication terminal, a host communication terminal, and a wireless sensor network system.
近年、電源を内蔵した小型の無線機能付センサ端末(センサノード通信端末)が開発されている。 In recent years, a small sensor terminal with a wireless function (sensor node communication terminal) incorporating a power source has been developed.
このようなセンサノード通信端末は、例えば屋内外の建造物(橋、道路、鉄道、ビルディング等)などに複数個にわたって設置され、温度、湿度、歪量等の種々の物理量から成る環境情報の測定や分析に利用されている。 Such sensor node communication terminals are installed over a plurality of indoor and outdoor buildings (bridges, roads, railways, buildings, etc.), for example, and measure environmental information consisting of various physical quantities such as temperature, humidity, and strain. It is used for analysis.
そして、複数のセンサノード通信端末から送信される測定データをホスト通信端末によって受信、格納して、その測定データに基いて建造物等の状態を自動的に測定し、監視する無線センサネットワークシステムが種々提案されている。 A wireless sensor network system that receives and stores measurement data transmitted from a plurality of sensor node communication terminals by a host communication terminal, and automatically measures and monitors the state of a building or the like based on the measurement data. Various proposals have been made.
ところで、従来技術に係る無線センサネットワークシステムでは、センサノード通信端末とホスト通信端末との間における信号およびデータの送受信に、無線規格IEEE802.15.4(無線周波数は2.4〔GHz〕)が用いられることが多かった。 By the way, in the wireless sensor network system according to the prior art, wireless standard IEEE802.15.4 (radio frequency is 2.4 [GHz]) is used for transmission and reception of signals and data between the sensor node communication terminal and the host communication terminal. Often used.
この無線規格IEEE802.15.4は、データ転送速度は最高250kbpsと比較的低速であるが、低コストで低消費電力という特徴を有している。 This wireless standard IEEE802.15.4 has a feature of low cost and low power consumption, although the data transfer rate is relatively low at a maximum of 250 kbps.
ところが、無線規格IEEE802.15.4は、基本的に非同期方式であるので、センサノード通信端末とホスト通信端末とで送受信時のタイムスタンプ(互いの基準時刻)が異なっている。そのため、センサノード通信端末がホスト通信端末に対して、一方的に測定データを送信することとなり、ホスト通信端末側でその測定データが受信されたか否かは不明であるという難点がある。 However, since the wireless standard IEEE802.15.4 is basically an asynchronous method, the time stamp (the mutual reference time) at the time of transmission / reception differs between the sensor node communication terminal and the host communication terminal. For this reason, the sensor node communication terminal unilaterally transmits measurement data to the host communication terminal, and it is unclear whether the measurement data is received on the host communication terminal side.
そこで、従来技術において送受信を確実に行うには、センサノード通信端末とホスト通信端末との間で送信要求(RTS:Request To Send)と送信許可(CTS:Clear To Send)とを交換し、互いに各種信号やデータの送受信処理(送受信動作)を行う必要があった。 Therefore, in order to reliably perform transmission and reception in the prior art, a transmission request (RTS: Request To Send) and a transmission permission (CTS: Clear To Send) are exchanged between the sensor node communication terminal and the host communication terminal. It was necessary to perform transmission / reception processing (transmission / reception operation) of various signals and data.
しかしながら、センサノード通信端末における受信処理の頻度が高くなると消費電力が相対的に増え、光発電素子等で構成される自立型電源による連続運用が困難になるという問題がある。特に、送受信確率を向上させるために、センサノード通信端末が同じ測定データを複数回にわたって送信するように制御する場合もあるが、この場合には、トータルの送信処理時間が長くなり、センサノード通信端末側の消費電力が一層嵩むという不都合があった。 However, when the frequency of reception processing in the sensor node communication terminal is increased, there is a problem that power consumption is relatively increased and it is difficult to perform continuous operation using a self-supporting power source configured with a photovoltaic element or the like. In particular, in order to improve the transmission / reception probability, the sensor node communication terminal may be controlled to transmit the same measurement data multiple times, but in this case, the total transmission processing time becomes long, and the sensor node communication There is a disadvantage that the power consumption on the terminal side is further increased.
本実施の形態は、測定データの受信確率を向上させ、且つ全体の省電力化を図ることができるセンサノード通信端末、ホスト通信端末および無線センサネットワークシステムを提供する。 The present embodiment provides a sensor node communication terminal, a host communication terminal, and a wireless sensor network system that can improve the reception probability of measurement data and can achieve overall power saving.
本実施の形態の一態様によれば、物理量を測定するセンサ部と、前記センサ部で測定した物理量を測定データとしてホスト通信端末に対して送信する送信部と、前記ホスト通信端末から送信されて来る所定のデータを受信する受信部と、同期時刻情報を生成する時計部と、前記送信部から前記測定データを送信するタイミングを規定する送信基準時刻の情報と、前記ホスト通信端末側における前記測定データの受信窓の割当て情報とを格納する格納部と、前記センサ部、前記送信部、前記受信部、前記時計部および前記格納部の動作を制御する制御部と、前記センサ部、前記送信部、前記受信部、前記時計部、前記格納部および前記制御部に電力を供給する電源部とを備え、前記制御部は、前記時計部で生成される同期時刻情報に基いて、所定のタイミングで前記ホスト通信端末に対して、前記送信基準時刻の情報と、前記受信窓の割当て情報とを要求する要求信号を前記送信部から送信し、該要求信号に応じて前記ホスト通信端末から送信されて来る前記送信基準時刻の情報と、前記受信窓の割当て情報とを前記受信部で受信して、前記格納部に格納し、前記送信部を介して、前記送信基準時刻の情報および前記受信窓の割当て情報に基いて、前記測定データを前記ホスト通信端末に対して定期的に送信するように制御するセンサノード通信端末が提供される。 According to one aspect of the present embodiment, a sensor unit that measures a physical quantity, a transmission unit that transmits the physical quantity measured by the sensor unit as measurement data to a host communication terminal, and a transmission from the host communication terminal. A receiving unit that receives predetermined data, a clock unit that generates synchronization time information, transmission reference time information that defines a timing for transmitting the measurement data from the transmission unit, and the measurement on the host communication terminal side A storage unit that stores data reception window allocation information, a control unit that controls operations of the sensor unit, the transmission unit, the reception unit, the clock unit, and the storage unit, the sensor unit, and the transmission unit A power supply unit that supplies power to the reception unit, the clock unit, the storage unit, and the control unit, the control unit based on synchronization time information generated by the clock unit, A request signal for requesting the transmission reference time information and the receiving window allocation information is transmitted from the transmission unit to the host communication terminal at the timing, and from the host communication terminal according to the request signal The transmission reference time information transmitted and the reception window allocation information are received by the reception unit, stored in the storage unit, via the transmission unit, the transmission reference time information and the transmission window A sensor node communication terminal is provided that controls to periodically transmit the measurement data to the host communication terminal based on reception window allocation information.
本実施の形態の他の態様によれば、2以上のセンサノード通信端末から送信されて来る要求信号および測定データを受信する受信部と、前記要求信号に応じて、送信基準時刻の情報と、受信窓の割当て情報とを前記センサノード通信端末に対して送信する送信部と、同期時刻情報を生成する時計部と、前記センサノード通信端末から前記測定データを送信させるタイミングを規定する送信基準時刻の情報と、前記測定データを受信する受信窓の割当て情報とを格納する格納部と、前記送信部、前記受信部、前記時計部および前記格納部の動作を制御する制御部と、前記送信部、前記受信部、前記時計部、前記格納部および前記制御部に電力を供給する電源部とを備え、前記制御部は、前記受信部で、前記センサノード通信端末から送信されて来る前記要求信号を受信した際に、前記時計部で生成される同期時刻情報に基いて、所定のタイミングで前記センサノード通信端末に対して、前記送信基準時刻の情報と、前記受信窓の割当て情報とを前記送信部から送信し、前記送信基準時刻の情報および前記受信窓の割当て情報に基いて、所定のタイミングで前記センサノード通信端末から定期的に送信されて来る前記測定データを前記受信部で受信した際に、当該測定データを割当てられた前記受信窓に対応させて前記格納部に格納するように制御するホスト通信端末が提供される。 According to another aspect of the present embodiment, a reception unit that receives request signals and measurement data transmitted from two or more sensor node communication terminals, and information on a transmission reference time according to the request signal, A transmission unit that transmits reception window allocation information to the sensor node communication terminal, a clock unit that generates synchronization time information, and a transmission reference time that defines the timing at which the measurement data is transmitted from the sensor node communication terminal A storage unit that stores information of the reception window and allocation information of a reception window that receives the measurement data, a control unit that controls operations of the transmission unit, the reception unit, the clock unit, and the storage unit, and the transmission unit A power supply unit that supplies power to the reception unit, the clock unit, the storage unit, and the control unit, and the control unit is transmitted from the sensor node communication terminal at the reception unit. When the request signal is received, the transmission reference time information and the reception window are allocated to the sensor node communication terminal at a predetermined timing based on the synchronization time information generated by the clock unit. Information from the transmission unit, and based on the transmission reference time information and the reception window allocation information, the reception of the measurement data periodically transmitted from the sensor node communication terminal at a predetermined timing A host communication terminal that controls to store the measurement data in the storage unit in correspondence with the assigned reception window when the reception unit receives the measurement data.
本実施の形態の他の態様によれば、本実施の形態に係る2以上のセンサノード通信端末と、ホスト通信端末とを備える無線センサネットワークシステムが提供される。 According to another aspect of the present embodiment, a wireless sensor network system including two or more sensor node communication terminals according to the present embodiment and a host communication terminal is provided.
本実施の形態によれば、測定データの受信確率を向上させ、且つ全体の省電力化を図ることができるセンサノード通信端末、ホスト通信端末および無線センサネットワークシステムを提供することができる。 According to the present embodiment, it is possible to provide a sensor node communication terminal, a host communication terminal, and a wireless sensor network system that can improve the reception probability of measurement data and can achieve overall power saving.
次に、図面を参照して、実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。 Next, embodiments will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
又、以下に示す実施の形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 Further, the embodiment described below exemplifies an apparatus and a method for embodying the technical idea, and in this embodiment, the material, shape, structure, arrangement, etc. of the component parts are described below. It is not something specific. This embodiment can be modified in various ways within the scope of the claims.
(無線センサネットワークシステムの概略構成)
図1を参照して、本実施の形態に係る無線センサネットワークシステム1の概略構成について説明する。
(Schematic configuration of wireless sensor network system)
With reference to FIG. 1, a schematic configuration of a wireless
図1は、実施の形態に係るセンサノード通信端末N1,N2、ホスト通信端末H1および無線センサネットワークシステム1の概略構成を示す構成ブロック図である。
FIG. 1 is a configuration block diagram showing a schematic configuration of sensor node communication terminals N1, N2, a host communication terminal H1, and a wireless
まず、本実施の形態に係る無線センサネットワークシステム1は、複数のセンサノード通信端末N(N1,N2・・・)と、1台のホスト通信端末H1とから構成され、各センサノード通信端末N1,N2・・・とホスト通信端末H1との間における信号およびデータの送受信は、無線(所定周波数帯の電波)を介して行われるようになっている。
First, the wireless
なお、説明の都合上、図1においては2台のセンサノード通信端末N1,N2のみについて図示するが、実際に稼働する無線センサネットワークシステム1では、3台以上のセンサノード通信端末Nを設けることが可能である。より具体的には、監視対象あるいは測定対象としての建造物等の種類、大きさや規模にもよるが、センサノード通信端末Nの総設置数は、例えば数十個から数百個あるいは数千個などの単位となる場合も有り得る。
For convenience of explanation, only two sensor node communication terminals N1 and N2 are shown in FIG. 1, but in the actually operating wireless
また、センサノード通信端末Nが多数となる場合などには、受信効率等を考慮して、ホスト通信端末H1を2台以上設け、各ホスト通信端末H1で受信したデータ等を所定のネットワークを介して統合するようにしてもよい。 In addition, when there are a large number of sensor node communication terminals N, in consideration of reception efficiency, two or more host communication terminals H1 are provided, and data received by each host communication terminal H1 is transmitted via a predetermined network. May be integrated.
[センサノード通信端末の概略構成]
図1を参照して、実施の形態に係るセンサノード通信端末N1(N2)の概略構成について説明する。なお、本実施の形態において、センサノード通信端末N1,N2・・・は、何れも同じ構成を有しているものとする。
[Schematic configuration of sensor node communication terminal]
With reference to FIG. 1, a schematic configuration of sensor node communication terminal N1 (N2) according to the embodiment will be described. In the present embodiment, the sensor node communication terminals N1, N2,... Have the same configuration.
センサノード通信端末N1(N2)は、各種の物理量を測定するセンサ部20と、センサ部20で測定した物理量を測定データとしてホスト通信端末H1に対して送信する送信部およびホスト通信端末H1から送信されて来る所定のデータを受信する受信部とを構成する無線送受信装置(RFLSI等)11を備える。
The sensor node communication terminal N1 (N2) transmits from the
また、同期時刻情報を生成する時計部を構成するRTC(Real Time Clock )モジュール13と、無線送受信装置11から測定データを送信するタイミングを規定する送信基準時刻の情報と、ホスト通信端末H1側における測定データの受信窓の割当て情報とを格納する不揮発性メモリやハードディスク装置等で構成される格納部15と、センサ部20、無線送受信装置11、RTCモジュール13および格納部15の動作を制御するマイクロコンピュータ等で構成される制御部10と、センサ部20、無線送受信装置11、RTCモジュール13、格納部15および制御部10に電力を供給する電源部12とを備える。無線送受信装置11には、アンテナ16が接続されている。なお、センサ部20および電源部12の構成例については後述する。
Also, an RTC (Real Time Clock)
そして、制御部10は、RTCモジュール13で生成される同期時刻情報に基いて、所定のタイミングでホスト通信端末H1に対して、送信基準時刻の情報と、受信窓の割当て情報とを要求する要求信号を送信部を構成する無線送受信装置11から送信し、この要求信号に応じてホスト通信端末H1から送信されて来る送信基準時刻の情報と、受信窓の割当て情報とを受信部を構成する無線送受信装置11で受信して、格納部15に格納し、無線送受信装置11を介して、送信基準時刻の情報および受信窓の割当て情報に基いて、測定データをホスト通信端末H1に対して定期的に送信するように制御するようになっている。具体的な送受信手順等については後述する。
Based on the synchronization time information generated by the
また、制御部10は、乱数を生成する乱数生成部14をさらに備え、送信部を構成する無線送受信装置11から送信された要求信号が、他のセンサノード通信端末N2またはホスト通信端末H1から送信された他の信号や情報と干渉または衝突(コリジョン)を生じた際には、所定のタイミングに代えて乱数生成部14で生成された乱数に基づくタイミングでホスト通信端末H1に対する要求信号の再送信を行うように制御するようになっている。
In addition, the
なお、要求信号には、センサノード通信端末N1、N2・・・自身のアドレス情報(例えば、MACアドレス等)が含まれるようにしてもよい。これにより、ホスト通信端末H1側で、各センサノード通信端末N1、N2・・・を識別することができるようになり、測定データの送信元や建造物等における不具合の発生位置を特定することができる。 The request signal may include sensor node communication terminals N1, N2,..., Own address information (for example, a MAC address). This makes it possible to identify the sensor node communication terminals N1, N2,... On the host communication terminal H1 side, and to specify the position where the trouble occurs in the measurement data transmission source, the building, or the like. it can.
また、制御部10は、送信部および受信部を構成する無線送受信装置11について、送信動作および受信動作を行わない状態においては、省電力状態に移行させるように制御できる。これにより、各センサノード通信端末N1、N2・・・における消費電力の一層の低減を図ることができる。
In addition, the
[センサ部の構成例]
ここで、図2を参照して、図1に示す各センサノード通信端末N1、N2・・・が備えるセンサ部20の構成例について説明する。
[Configuration example of sensor unit]
Here, with reference to FIG. 2, the example of a structure of the
センサ部20内には、建造物等の外壁部などの温度を計測するサーミスタ等で構成される温度センサSN1、建造物等の湿度を計測する湿度センサSN2、CO2などの気体の濃度を検出する気体センサSN3、建造物等の壁部などの歪を検出するストレインゲージなどで構成される歪センサSN4、建造物等の振動を検出する振動センサSN5の少なくとも一つを備える。
In the
なお、センサ部20内に設けられるセンサの種類は、上記例に限定されず、センサノード通信端末N1、N2・・・の設置目的等に応じて適宜選択することができる。例えば、上記以外のセンシング対象としての物理量としては、光量、風量、傾斜量、圧力、放射線量などが挙げられる。
In addition, the kind of sensor provided in the
また、各センサノード通信端末N1、N2・・・のセンサ部20は、すべて同じセンサを備えるようにしてもよいし、あるいは各センサノード通信端末N1、N2・・・毎に搭載するセンサの種類を変えるようにしてもよい。
Further, the
これにより、センサノード通信端末N1、N2・・・が設置される橋、道路、鉄道、ビルディング等の建造物の種類や環境に応じて、各センサ部20に適切なセンサを搭載して、検査等に必要な各種物理量を測定データとして取得することができる。
Thus, appropriate sensors are mounted on each
[電源部の構成例]
次に、図3を参照して、図1に示す各センサノード通信端末N1、N2・・・が備える電源部12の構成例について説明する。
[Example of power supply configuration]
Next, a configuration example of the
電源部12は、例えば太陽電池パネル等で構成される光発電装置301と、この光発電装置301で発電された電気を蓄電する二次電池や電気二重層コンデンサ等で構成される蓄電装置302を備えるようにできる。
The
さらに、蓄電装置302の蓄電量を検出する蓄電量検出器303をさらに備えるように構成するように構成できる。そして、図1に示す制御部10は、蓄電量検出器303によって蓄電装置302の蓄電量が所定の閾値(例えば、センサノード通信端末N1等の無線送受信装置11を起動可能な電圧など)を超えていると判定した際に、無線送受信装置11を起動して、要求信号を送信するように制御できる。これにより、光発電装置301で発電された電気を有効に利用することができ、省電力化を図ると共に、測定データ等を確実に送信可能な状態でのみ各センサノード通信端末N1、N2・・・を起動することにより、長期間に渡り測定データを安定して取得することができる。
Furthermore, the
なお、光発電装置301に代えて、熱(温度差)エネルギー、振動エネルギー、電波エネルギーなど様々な形態で環境中に存在する各種エネルギーを電力に変換するエネルギーハーベスティング技術を適用した各種発電装置を搭載するようにしてもよい。
Instead of the photovoltaic
これにより、電力線等を介して各センサノード通信端末N1、N2・・・に電力を供給することなく、光発電装置301等から駆動電力を取得することができ、各センサノード通信端末N1、N2・・・を自立的に運用することが可能となる。
Thus, driving power can be acquired from the photovoltaic
[ホスト通信端末の概略構成]
図1を参照して、実施の形態に係るホスト通信端末H1の概略構成について説明する。
[Schematic configuration of host communication terminal]
A schematic configuration of the host communication terminal H1 according to the embodiment will be described with reference to FIG.
ホスト通信端末H1は、センサノード通信端末N1、N2・・・から送信されて来る要求信号および測定データを受信する受信部と、要求信号に応じて、送信基準時刻の情報と、受信窓の割当て情報とをセンサノード通信端末N1、N2・・・に対して送信する送信部とを構成する無線送受信装置(RFLSI等)32を備える。 The host communication terminal H1 receives a request signal and measurement data transmitted from the sensor node communication terminals N1, N2,..., Transmission reference time information, and reception window allocation according to the request signal. A wireless transmission / reception device (RFLSI or the like) 32 that constitutes a transmission unit that transmits information to the sensor node communication terminals N1, N2,.
また、同期時刻情報を生成する時計部を構成するRTC(Real Time Clock )モジュール33と、センサノード通信端末N1、N2・・・から測定データを送信させるタイミングを規定する送信基準時刻の情報と、測定データを受信する受信窓の割当て情報とを格納する不揮発性メモリやハードディスク装置等で構成される格納部35と、無線送受信装置31、RTCモジュール33および格納部15の動作を制御するマイクロコンピュータ等で構成される制御部30と、無線送受信装置31、RTCモジュール33、格納部35および制御部30に電力を供給する電源部32とを備える。無線送受信装置31には、アンテナ36が接続されている。
Also, an RTC (Real Time Clock)
なお、電源部32は、電力線から電力供給を受ける構成としてもよいし、設置環境によっては、前出の図3に示すような光発電装置301および蓄電装置302を備えた構成としてもよい。
Note that the
ホスト通信端末H1は、パーソナルコンピュータ、データベースサーバやクラウドサーバなどで構成されるデータ管理部40に接続され、ホスト通信端末H1で受信した測定データ等を統合して管理するようになっている。
The host communication terminal H1 is connected to a
そして、制御部30は、無線送受信装置31で、センサノード通信端末N1、N2・・・から送信されて来る要求信号を受信した際に、RTCモジュール33で生成される同期時刻情報に基いて、所定のタイミングでセンサノード通信端末N1、N2・・・に対して、送信基準時刻の情報と、受信窓の割当て情報とを無線送受信装置31から送信し、送信基準時刻の情報および受信窓の割当て情報に基いて、所定のタイミングでセンサノード通信端末N1、N2・・・から定期的に送信されて来る測定データを無線送受信装置31で受信した際に、この測定データを割当てられた受信窓に対応させて格納部35に格納するように制御するようになっている。
And the
なお、受信窓の割り当て数は、センサノード通信端末N1、N2・・・の設置数以上とすることが望ましい。これにより、各センサノード通信端末N1、N2・・・から送信されて来る測定データをより確実に受信して格納することができる。 It is desirable that the number of reception windows allocated be equal to or greater than the number of sensor node communication terminals N1, N2,. Thereby, the measurement data transmitted from each sensor node communication terminal N1, N2,... Can be received and stored more reliably.
また、制御部30は、無線送受信装置31で、所定のセンサノード通信端末(センサノード通信端末N1、N2・・・の何れか)からの測定データを所定時間にわたって受信しなかった場合には、そのセンサノード通信端末に割り当てられた受信窓を他のセンサノード通信端末に割り当てるように制御することができる。これにより、有限な受信窓を有効に利用することができる。即ち、測定データを所定時間にわたって受信しなかったセンサノード通信端末については、何らかの故障等が発生したとして、休止中の他のセンサノード通信端末や予備機として用意されたセンサノード通信端末を起動し、それらのセンサノード通信端末からの要求信号に応じて、故障機に割り当てられていた受信窓を再割当てして利用することができる。
In addition, when the wireless transmitter /
[無線センサネットワークシステムの構成例]
図4の模式的構成図に、実施の形態に係る無線センサネットワークシステム1の構成例を示す。
[Configuration example of wireless sensor network system]
The schematic block diagram of FIG. 4 shows a configuration example of the wireless
図4に示す構成例では、複数のセンサノード通信端末N(N1、N2、・・・Ni、Ni+1、Nn)と、これらのセンサノード通信端末Nから無線送信される測定データを送信基準時刻の情報および受信窓の割当て情報に基いて受信するホスト通信端末H1とから構成されている。 In the configuration example shown in FIG. 4, a plurality of sensor node communication terminals N (N1, N2,... Ni, Ni + 1, Nn) and measurement data wirelessly transmitted from these sensor node communication terminals N are transmitted at the transmission reference time. And a host communication terminal H1 that receives information on the basis of information and reception window assignment information.
各センサノード通信端末N1、N2・・・は、橋、道路、鉄道、ビルディング等の建造物等に設置されている。なお、上述したように、各センサノード通信端末N1、N2・・・の電源部12として、光発電装置301および蓄電装置302を備える場合には、太陽光の照射によって光発電装置301で得られる電力によって各センサノード通信端末N1、N2・・・を自立的に駆動することができる。
Each of the sensor node communication terminals N1, N2,... Is installed in a building such as a bridge, a road, a railway, or a building. In addition, as mentioned above, when the
ホスト通信端末H1は、例えば、所定に高さを有する支柱や塔の上部に設置される。これにより、各センサノード通信端末N1、N2・・・との間で、信号やデータを確実に送受信することができる。 For example, the host communication terminal H1 is installed on a column or tower having a predetermined height. Thus, signals and data can be reliably transmitted and received between the sensor node communication terminals N1, N2,.
また、センサノード通信端末Nが多数となる場合などには、電波的に影となる位置に設置されたセンサノード通信端末Nとの受信効率等を考慮して、ホスト通信端末H1を2台以上設け、各ホスト通信端末H1で受信したデータ等を所定のネットワークを介してデータ管理部40で統合するようにしてもよい。
Further, when there are a large number of sensor node communication terminals N, two or more host communication terminals H1 are considered in consideration of the reception efficiency with the sensor node communication terminal N installed at a position that is shaded by radio waves. The
[信号およびデータの送受信の手順について]
図5および図6に示すシーケンス図を参照して、実施の形態に係る無線センサネットワークシステム1におけるセンサノード通信端末N1(N2・・・)とホスト通信端末H1との信号およびデータの送受信の手順について説明する。
[Signal and data transmission / reception procedures]
With reference to the sequence diagrams shown in FIG. 5 and FIG. 6, procedures for transmitting and receiving signals and data between sensor node communication terminal N1 (N2...) And host communication terminal H1 in wireless
まず、図5に示すように、実施の形態に係る無線センサネットワークシステム1におけるセンサノード通信端末N1(N2・・・)は、ステップS10で、送信部を構成する無線送受信装置11が立ち上がる(起動する)。
First, as shown in FIG. 5, the sensor node communication terminal N1 (N2...) In the wireless
なお、前出の図3に示すように、蓄電量検出器303を備える場合には、蓄電量検出器303によって蓄電装置302の蓄電量が所定の閾値(例えば、センサノード通信端末N1等の無線送受信装置11を起動可能な電圧など)を超えていると判定された際に、無線送受信装置11を起動するように制御できる。
As shown in FIG. 3 described above, when the
起動した無線送受信装置11は、制御部10の制御により、RTCモジュール13で生成される同期時刻情報に基いて、所定のタイミングでホスト通信端末H1に対して、送信基準時刻の情報と、受信窓の割当て情報とを要求する要求信号を無線送信する(ステップS11、S12)。
The activated wireless transmission /
ホスト通信端末H1は、センサノード通信端末N1(N2・・・)から送信されて来る要求信号およびセンサノード通信端末N1(N2・・・)の識別情報(MACアドレス等)を受信して、格納部35に格納する(ステップS13)。 The host communication terminal H1 receives and stores the request signal transmitted from the sensor node communication terminal N1 (N2...) And the identification information (MAC address etc.) of the sensor node communication terminal N1 (N2...). The data is stored in the unit 35 (step S13).
次いで、ホスト通信端末H1は、要求信号に応じて、送信基準時刻の情報と、受信窓の割当て情報とをセンサノード通信端末N1(N2・・・)に対して無線送信する(ステップS14、S15)。 Next, in response to the request signal, the host communication terminal H1 wirelessly transmits the transmission reference time information and the reception window allocation information to the sensor node communication terminal N1 (N2...) (Steps S14 and S15). ).
センサノード通信端末N1(N2・・・)は、送信基準時刻の情報と、受信窓の割当て情報とを受信し、格納部15に格納する(ステップS16)。 The sensor node communication terminal N1 (N2...) Receives the transmission reference time information and the reception window allocation information, and stores them in the storage unit 15 (step S16).
次いで、センサノード通信端末N1(N2・・・)は、送信基準時刻の情報および受信窓の割当て情報に基いて、測定データ(センサデータ)をホスト通信端末H1に対して無線送信する(ステップS17a、S18a)。 Next, the sensor node communication terminal N1 (N2...) Wirelessly transmits measurement data (sensor data) to the host communication terminal H1 based on the transmission reference time information and the reception window allocation information (step S17a). , S18a).
ホスト通信端末H1は、所定のタイミングでセンサノード通信端末N1(N2・・・)から送信されて来る測定データを無線送受信装置31で受信し、この測定データを割当てられた受信窓に対応させて格納部35に格納する(ステップS19a)。
The host communication terminal H1 receives the measurement data transmitted from the sensor node communication terminal N1 (N2...) At a predetermined timing by the wireless transmission /
そして、センサノード通信端末N1(N2・・・)は、上述のような測定データの送信処理を送信基準時刻の情報および受信窓の割当て情報に基いて所定の時間間隔で行う(ステップS17b,18b,17c,18c・・・)。これにより、センサノード通信端末N1(N2・・・)は、送信処理を行わない状態において、受信モードを実施することなく、省電力状態(スリープ状態)に移行することができるので、測定データの送受信に要するトータルの消費電力を低減することができる。 Then, the sensor node communication terminal N1 (N2...) Performs the measurement data transmission process as described above at predetermined time intervals based on the transmission reference time information and the reception window allocation information (steps S17b, 18b). , 17c, 18c ...). As a result, the sensor node communication terminal N1 (N2...) Can shift to the power saving state (sleep state) without performing the reception mode in a state where transmission processing is not performed. Total power consumption required for transmission and reception can be reduced.
また、ホスト通信端末H1側では、センサノード通信端末N1(N2・・・)毎に割り当てた受信窓で、送信基準時刻の情報に基づいた時間間隔で送信されて来る測定データを受信することになるので、受信モードで待機すればよい。これにより、各センサノード通信端末N1(N2・・・)から測定データを確実に受信することができると共に、消費電力も抑えることができる。 In addition, the host communication terminal H1 side receives measurement data transmitted at time intervals based on the information of the transmission reference time in the reception window assigned to each sensor node communication terminal N1 (N2...). Therefore, it is sufficient to wait in the reception mode. Thereby, while being able to receive measurement data from each sensor node communication terminal N1 (N2 ...) reliably, power consumption can also be suppressed.
なお、実際には、各センサノード通信端末N1(N2・・・)から測定データを安定して受信できるようになるまでは、信号やデータの干渉や衝突(コリジョン)の影響により、所定の時間を要することとなる。 Actually, until the measurement data can be stably received from each of the sensor node communication terminals N1 (N2...), A predetermined period of time is caused by the influence of signal and data interference and collision (collision). Will be required.
ここで、図6のシーケンス図を参照して、信号やデータの干渉や衝突(コリジョン)が発生した場合の手順について説明する。 Here, with reference to the sequence diagram of FIG. 6, a procedure when a signal or data interference or collision (collision) occurs will be described.
なお、同様の手順については、同一のステップ符号を付して詳細な説明は省略する。 In addition, about the same procedure, the same step code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.
図6に示すように、無線センサネットワークシステム1に係るセンサノード通信端末N1(N2、・・・)は、ステップS10で、送信部を構成する無線送受信装置11が起動し、起動した無線送受信装置11は、RTCモジュール13で生成される同期時刻情報に基いて、所定のタイミングでホスト通信端末H1に対して、送信基準時刻の情報と、受信窓の割当て情報とを要求する要求信号を無線送信する(ステップS11、S12)。
As shown in FIG. 6, the sensor node communication terminal N1 (N2,...) Related to the wireless
ここで、ステップS12の送信過程において、他のセンサノード通信端末Nから送信された要求信号や測定データとの干渉や衝突(コリジョン)Cの影響により、受信モード状態にあるホスト通信端末H1で受信できない事態が発生した場合を想定する。 Here, in the transmission process of step S12, the signal is received by the host communication terminal H1 in the reception mode state due to interference with a request signal or measurement data transmitted from another sensor node communication terminal N or the influence of collision (collision) C. Assume a situation where an impossible situation occurs.
この場合には、所定時間が経過した場合にもホスト通信端末H1から要求信号に応じた送信基準時刻の情報と、受信窓の割当て情報とが送信されて来ない状態となる(ステップS103)。 In this case, even when the predetermined time has elapsed, the host communication terminal H1 does not transmit the transmission reference time information corresponding to the request signal and the reception window allocation information (step S103).
この状態を制御部10によって判定し、センサノード通信端末N1(N2・・・)は、所定時間の経過後に、再度、要求信号を無線送信する(ステップS104、S105)。
This state is determined by the
この場合に、ステップS11と同様に、RTCモジュール13で生成される同期時刻情報に基いた一定の時間間隔で再度、要求信号を送信することも考えられるが、他のセンサノード通信端末Nからも以前と同じ時間間隔で送信された場合には、また干渉や衝突(コリジョン)を生じてしまう虞がある。そこで、センサノード通信端末N1(N2・・・)の無線送受信装置11から送信された要求信号が、他のセンサノード通信端末Nあるいはホスト通信端末H1から送信された他の信号や情報と干渉または衝突(コリジョン)を生じた際には、所定のタイミングに代えて乱数生成部14で生成された乱数に基づくタイミングでホスト通信端末H1に対する要求信号の再送信を行うように制御するとよい。
In this case, as in step S11, the request signal may be transmitted again at a constant time interval based on the synchronization time information generated by the
そして、ホスト通信端末H1は、センサノード通信端末N1(N2・・・)から再送信されて来る要求信号およびセンサノード通信端末N1(N2・・・)の識別情報(MACアドレス等)を受信して、格納部35に格納する(ステップS106)。 Then, the host communication terminal H1 receives the request signal retransmitted from the sensor node communication terminal N1 (N2...) And the identification information (MAC address etc.) of the sensor node communication terminal N1 (N2...). And stored in the storage unit 35 (step S106).
次いで、ホスト通信端末H1は、要求信号に応じて、送信基準時刻の情報と、受信窓の割当て情報とをセンサノード通信端末N1(N2・・・)に対して無線送信する(ステップS107、S108)。 Next, in response to the request signal, the host communication terminal H1 wirelessly transmits the transmission reference time information and the reception window allocation information to the sensor node communication terminal N1 (N2...) (Steps S107, S108). ).
センサノード通信端末N1(N2・・・)は、送信基準時刻の情報と、受信窓の割当て情報とを受信し、格納部15に格納する(ステップS109)。 The sensor node communication terminal N1 (N2...) Receives the transmission reference time information and the reception window allocation information and stores them in the storage unit 15 (step S109).
次いで、センサノード通信端末N1(N2・・・)は、送信基準時刻の情報および受信窓の割当て情報に基いて、測定データ(センサデータ)をホスト通信端末H1に対して無線送信する(ステップS110a、S111a)。 Next, the sensor node communication terminal N1 (N2...) Wirelessly transmits measurement data (sensor data) to the host communication terminal H1 based on the transmission reference time information and the reception window allocation information (step S110a). , S111a).
ホスト通信端末H1は、所定のタイミングでセンサノード通信端末N1(N2・・・)から送信されて来る測定データを無線送受信装置31で受信し、この測定データを割当てられた受信窓に対応させて格納部35に格納する(ステップS112a)。
The host communication terminal H1 receives the measurement data transmitted from the sensor node communication terminal N1 (N2...) At a predetermined timing by the wireless transmission /
そして、センサノード通信端末N1(N2・・・)は、上述のような測定データの送信処理を送信基準時刻の情報および受信窓の割当て情報に基いて所定の時間間隔で行う(ステップS110b,111b・・・)。 Then, the sensor node communication terminal N1 (N2...) Performs measurement data transmission processing as described above at predetermined time intervals based on the transmission reference time information and the reception window allocation information (steps S110b, 111b). ...).
このような手順により、他のセンサノード通信端末Nから送信された要求信号や測定データとの干渉や衝突(コリジョン)の影響により、受信モード状態にあるホスト通信端末H1で受信できない事態が発生した場合であっても、要求信号の再送信によって、上記事態を回避して、測定データを確実に受信することができる。 Due to such a procedure, a situation occurs in which the host communication terminal H1 in the reception mode state cannot receive due to the influence of the interference or collision (collision) with the request signal and measurement data transmitted from the other sensor node communication terminal N. Even in such a case, by retransmitting the request signal, the above situation can be avoided and the measurement data can be reliably received.
なお、実際には、他のセンサノード通信端末Nから送信された要求信号や測定データとの干渉や衝突(コリジョン)の影響を受ける場合には、センサノード通信端末N1(N2・・・)とホスト通信端末H1との間で安定して要求信号や測定データの送受信が確立されるまでには、所定の時間を要する。具体例については、図7,図8を参照して次に述べる。 Actually, in the case of being affected by interference or collision (collision) with a request signal or measurement data transmitted from another sensor node communication terminal N, the sensor node communication terminal N1 (N2...) A predetermined time is required until transmission / reception of a request signal and measurement data is stably established with the host communication terminal H1. A specific example will be described next with reference to FIGS.
[信号およびデータの送受信の具体例]
図7および図8に示すタイミングチャートに基いて、実施の形態に係る無線センサネットワークシステム1におけるセンサノード通信端末Nとホスト通信端末H1との信号およびデータの送受信の具体例について説明する。
[Specific examples of signal and data transmission / reception]
Based on the timing charts shown in FIGS. 7 and 8, a specific example of signal and data transmission / reception between the sensor node communication terminal N and the host communication terminal H1 in the wireless
なお、図7および図8では説明の都合上、3台のセンサノード通信端末N1〜N3と1台のホスト通信端末H1との間の送受信の例について述べる。但し、センサノード通信端末Nの設置数が4台以上となる場合や、ホスト通信端末H1を2台以上設けるような場合であっても基本的な手順は同様である。 For convenience of explanation, FIGS. 7 and 8 describe an example of transmission / reception between three sensor node communication terminals N1 to N3 and one host communication terminal H1. However, the basic procedure is the same even when the number of sensor node communication terminals N is four or more or when two or more host communication terminals H1 are provided.
また、図7および図8に示すタイミングチャートにおいて、ホスト通信端末H1は、常時、信号およびデータを受信可能な状態(受信モード状態)にあるものとする。 In the timing charts shown in FIGS. 7 and 8, it is assumed that the host communication terminal H1 is always in a state (reception mode state) where signals and data can be received.
図7および図8に示すタイミングチャートは、基本的にホスト通信端末H1が備えるRTCモジュール33が生成する同期時刻情報に基いて進行する。
The timing charts shown in FIGS. 7 and 8 basically proceed based on the synchronization time information generated by the
なお、図7および図8に示すタイミングチャートにおいて、破線で示すパルス波形は受信に失敗した状態を表し、ハッチ線が入ったパルス波形は受信が成功した状態を表している。 In the timing charts shown in FIGS. 7 and 8, a pulse waveform indicated by a broken line indicates a state where reception has failed, and a pulse waveform including a hatch line indicates a state where reception is successful.
また、ここに示す例では、受信窓として、1分間の全体枠を5で割った12秒毎の5個の受信窓W1〜W5が設定されるものとする。なお、受信窓の数は、センサノード通信端末の数などに応じて適宜変更可能である。 In the example shown here, it is assumed that five reception windows W1 to W5 every 12 seconds obtained by dividing the entire frame for one minute by 5 are set as reception windows. Note that the number of reception windows can be appropriately changed according to the number of sensor node communication terminals and the like.
無線センサネットワークシステム1が稼働すると、まず、センサノード通信端末N2がタイミングTN2(ホスト通信端末H1側の時間t1近傍)で最初に起動する。なお、特には限定されないが、各センサノード通信端末N1〜N3の起動タイミングは、例えば前述のように電源部12に光発電装置301を搭載する場合には、蓄電量検出器303によって蓄電装置302の蓄電量が所定の閾値を超えていると判定した時点とすることができる。
When the wireless
そして、タイミングTN2から例えば1分以内の乱数時間(乱数生成部14で生成される)で要求信号P1aを無線送信する。なお、要求信号P1aは、送信基準時刻の情報と、受信窓の割当て情報とを要求する要求信号であり、センサノード通信端末N2の識別情報(MACアドレス等)を含ませることができる。 Then, the request signal P1a is wirelessly transmitted at a random time within one minute from the timing TN2 (generated by the random number generation unit 14). The request signal P1a is a request signal for requesting transmission reference time information and reception window allocation information, and can include identification information (such as a MAC address) of the sensor node communication terminal N2.
次いで、ホスト通信端末H1は、時間t3を起点として要求信号P2aを受信して格納部35に格納する。
Next, the host communication terminal H1 receives the request signal P2a from the time t3 and stores it in the
ホスト通信端末H1は、要求信号P2aの受信から所定時間後に、送信基準時刻の情報および受信窓の割当て情報のデータP3aを無線送信する。 The host communication terminal H1 wirelessly transmits the transmission reference time information and the reception window allocation information data P3a after a predetermined time from the reception of the request signal P2a.
そして、受信モード状態にあるセンサノード通信端末N2は、送信基準時刻の情報および受信窓の割当て情報のデータP4aを受信して格納部15に格納する。なお、時間t3〜t4の時間帯には、他のセンサノード通信端末N1,N3およびホスト通信端末H1との間で信号等の送受信は行われていないので、他の信号やデータとの干渉や衝突は発生せず、データP4aは支障なくセンサノード通信端末N2で受信される。
Then, the sensor node communication terminal N2 in the reception mode state receives the transmission reference time information and the reception window allocation information data P4a and stores them in the
ここで、センサノード通信端末N2については、送信基準時刻は、1分毎の「0秒時」(即ち、時間t5、t10、t15・・・のタイミング)で、受信窓W1が割り当てられるものとする。 Here, for the sensor node communication terminal N2, the transmission reference time is “0 second” every minute (that is, the timing of time t5, t10, t15...) And the reception window W1 is assigned. To do.
次いで、センサノード通信端末N2は、送信基準時刻の情報および受信窓の割当て情報に基いて時間t5を起点として測定データD1aを無線送信する。 Next, the sensor node communication terminal N2 wirelessly transmits the measurement data D1a starting from time t5 based on the transmission reference time information and the reception window allocation information.
一方、センサノード通信端末N3は、タイミングTN3(ホスト通信端末H1側の時間t4近傍)で起動する。 On the other hand, the sensor node communication terminal N3 is activated at timing TN3 (near time t4 on the host communication terminal H1 side).
そして、タイミングTN3から例えば1分以内の乱数時間(乱数生成部14で生成される)で要求信号P1bを無線送信する。 Then, the request signal P1b is wirelessly transmitted at a random time (generated by the random number generator 14) within, for example, one minute from the timing TN3.
ここで、時間t5〜t6の時間帯において、センサノード通信端末N2からの測定データD1aの送信と、タイミングTN3からの要求信号P1bの送信とがオーバラップしている。このため、測定データD1aと要求信号P1bとの無線信号に干渉や衝突(コリジョン)が発生し、測定データD1aおよび要求信号P1bはホスト通信端末H1によって受信されない状態となる。 Here, the transmission of the measurement data D1a from the sensor node communication terminal N2 and the transmission of the request signal P1b from the timing TN3 overlap in the time period from time t5 to t6. For this reason, interference or collision (collision) occurs in the radio signal between the measurement data D1a and the request signal P1b, and the measurement data D1a and the request signal P1b are not received by the host communication terminal H1.
そのため、測定データD1aおよび要求信号P1bについては、次に述べる手順で再送信が必要となる。 Therefore, it is necessary to retransmit the measurement data D1a and the request signal P1b according to the procedure described below.
まず、測定データD1aについては、センサノード通信端末N2によって、送信基準時刻の情報および受信窓の割当て情報に基いて時間t10を起点として測定データD1aの再送信が行われる。そして、時間t10〜t11の時間帯において、他のセンサノード通信端末N1,N3およびホスト通信端末H1との間で信号等の送受信は行われていないので、他の信号やデータとの干渉や衝突は発生せず、測定データD1aは支障なくホスト通信端末H1の受信窓W1で受信される。 First, for the measurement data D1a, the sensor node communication terminal N2 retransmits the measurement data D1a from the time t10 based on the information on the transmission reference time and the allocation information on the reception window. In the time period from t10 to t11, since signals are not transmitted / received between the other sensor node communication terminals N1, N3 and the host communication terminal H1, interference or collision with other signals or data is not performed. The measurement data D1a is received by the reception window W1 of the host communication terminal H1 without any trouble.
また、要求信号P1bについては、タイミングTN3から例えば1分経過後、さらに1分以内の乱数時間(乱数生成部14で生成される)である時間t12近傍で要求信号P1bを再送信する。 As for the request signal P1b, for example, after 1 minute has elapsed from the timing TN3, the request signal P1b is retransmitted in the vicinity of time t12, which is a random time within 1 minute (generated by the random number generation unit 14).
一方、センサノード通信端末N1は、タイミングTN1(ホスト通信端末H1側の時間t9近傍)で起動する。 On the other hand, the sensor node communication terminal N1 is activated at timing TN1 (near time t9 on the host communication terminal H1 side).
そして、タイミングTN1から例えば1分以内の乱数時間(乱数生成部14で生成される)で要求信号P5bを無線送信する。 Then, the request signal P5b is wirelessly transmitted at a random time within one minute from the timing TN1 (generated by the random number generator 14).
ここで、時間t12〜t13の時間帯において、センサノード通信端末N3からの要求信号P1bの送信と、センサノード通信端末N1からの要求信号P5bの送信とがオーバラップしている。このため、要求信号P1bと要求信号P5bとの無線信号に干渉や衝突(コリジョン)が発生し、要求信号P1bおよび要求信号P5bはホスト通信端末H1によって受信されない状態となる。 Here, the transmission of the request signal P1b from the sensor node communication terminal N3 and the transmission of the request signal P5b from the sensor node communication terminal N1 overlap in the time period from time t12 to t13. For this reason, interference and collision (collision) occur in the radio signals of the request signal P1b and the request signal P5b, and the request signal P1b and the request signal P5b are not received by the host communication terminal H1.
そのため、要求信号P1bおよび要求信号P5bについては、次に述べる手順で再送信が必要となる。 Therefore, the request signal P1b and the request signal P5b need to be retransmitted according to the following procedure.
まず、要求信号P1bについては、タイミングTN3から例えば2分経過後、さらに1分以内の乱数時間(乱数生成部14で生成される)である時間t18近傍で要求信号P1bを再々送信する。 First, for the request signal P1b, after 2 minutes elapse from the timing TN3, for example, the request signal P1b is transmitted again in the vicinity of time t18 which is a random time within 1 minute (generated by the random number generation unit 14).
ホスト通信端末H1は、要求信号P2bの受信から所定時間後に、送信基準時刻の情報および受信窓の割当て情報のデータP3bを無線送信する。 The host communication terminal H1 wirelessly transmits the transmission reference time information and the reception window assignment information data P3b after a predetermined time from the reception of the request signal P2b.
そして、受信モード状態にあるセンサノード通信端末N3は、送信基準時刻の情報および受信窓の割当て情報のデータP4bを受信して格納部15に格納する。なお、時間t18〜t19の時間帯には、他のセンサノード通信端末N1,N2およびホスト通信端末H1との間で信号等の送受信は行われていないので、他の信号やデータとの干渉や衝突は発生せず、データP4bは支障なくセンサノード通信端末N3で受信される。
The sensor node communication terminal N3 in the reception mode state receives the transmission reference time information and the reception window allocation information data P4b and stores them in the
ここで、センサノード通信端末N3については、送信基準時刻は、1分毎の「12秒時」(即ち、時間t21、t26・・・のタイミング)で、受信窓W2が割り当てられるものとする。 Here, with respect to the sensor node communication terminal N3, it is assumed that the transmission reference time is “12 seconds” every minute (that is, the timing of time t21, t26...) And the reception window W2 is assigned.
そして、センサノード通信端末N2は、送信基準時刻の情報および受信窓の割当て情報に基いて時間t21を起点として測定データD2aを無線送信する。 Then, the sensor node communication terminal N2 wirelessly transmits the measurement data D2a from the time t21 based on the transmission reference time information and the reception window allocation information.
時間t21〜t22の時間帯において、他のセンサノード通信端末N1,N2およびホスト通信端末H1との間で信号等の送受信は行われていないので、他の信号やデータとの干渉や衝突は発生せず、測定データD2aは支障なくホスト通信端末H1の受信窓W2で受信される。 Since no signals are transmitted / received between the other sensor node communication terminals N1, N2 and the host communication terminal H1 in the time period from time t21 to t22, interference and collision with other signals and data occur. The measurement data D2a is received by the reception window W2 of the host communication terminal H1 without any trouble.
また、センサノード通信端末N1からの要求信号P5aについては、タイミングTN1から例えば1分経過後、さらに1分以内の乱数時間(乱数生成部14で生成される)である時間t15近傍で再送信する。 Further, the request signal P5a from the sensor node communication terminal N1 is retransmitted in the vicinity of time t15, which is a random time within one minute (generated by the random number generator 14), for example, after one minute has elapsed from the timing TN1. .
しかし、センサノード通信端末N2が、時間t15を起点として、測定データD1bを自動的に定期送信しているため、要求信号P5aと干渉や衝突を生じてしまう。このため、ホスト通信端末H1側では、測定データD1bおよび要求信号P5aは受信されない。 However, since the sensor node communication terminal N2 automatically and periodically transmits the measurement data D1b starting from the time t15, interference and collision with the request signal P5a occurs. For this reason, the measurement data D1b and the request signal P5a are not received on the host communication terminal H1 side.
そこで、要求信号P5aについては、再送信が必要となる。即ち、センサノード通信端末N1は、タイミングTN1から例えば2分経過後、さらに1分以内の乱数時間(乱数生成部14で生成される)である時間t22近傍で要求信号P5bを再々送信する。 Therefore, the request signal P5a needs to be retransmitted. That is, the sensor node communication terminal N1 again transmits the request signal P5b again in the vicinity of time t22 which is a random time within 1 minute (generated by the random number generation unit 14) after 2 minutes elapse from the timing TN1.
ホスト通信端末H1は、要求信号P5aの受信から所定時間後に、送信基準時刻の情報および受信窓の割当て情報のデータP4cを無線送信する。 The host communication terminal H1 wirelessly transmits the transmission reference time information and the reception window allocation information data P4c after a predetermined time from the reception of the request signal P5a.
そして、受信モード状態にあるセンサノード通信端末N1は、送信基準時刻の情報および受信窓の割当て情報のデータP4cを受信して格納部15に格納する。なお、時間t22〜t23の時間帯には、他のセンサノード通信端末N2,N3およびホスト通信端末H1との間で信号等の送受信は行われていないので、他の信号やデータとの干渉や衝突は発生せず、データP4cは支障なくセンサノード通信端末N1で受信される。
The sensor node communication terminal N1 in the reception mode state receives the transmission reference time information and the reception window allocation information data P4c and stores them in the
ここで、センサノード通信端末N1については、送信基準時刻は、1分毎の「24秒時」(即ち、時間t27、t32・・・のタイミング)で、受信窓W3が割り当てられるものとする。 Here, with respect to the sensor node communication terminal N1, it is assumed that the transmission reference time is “24 seconds” every minute (that is, timings at times t27, t32...) And the reception window W3 is assigned.
そして、センサノード通信端末N1は、送信基準時刻の情報および受信窓の割当て情報に基いて時間t27を起点として測定データD3aを無線送信する。 Then, the sensor node communication terminal N1 wirelessly transmits the measurement data D3a from the time t27 based on the transmission reference time information and the reception window allocation information.
時間t27〜t28の時間帯において、他のセンサノード通信端末N2,N3およびホスト通信端末H1との間で信号等の送受信は行われていないので、他の信号やデータとの干渉や衝突は発生せず、測定データD3aは支障なくホスト通信端末H1の受信窓W3で受信される。 Since no signals are transmitted / received between the other sensor node communication terminals N2 and N3 and the host communication terminal H1 in the time period from time t27 to t28, interference and collision with other signals and data occur. The measurement data D3a is received by the reception window W3 of the host communication terminal H1 without any trouble.
このようにして、各センサノード通信端末N1〜N3において、ホスト通信端末H1からの送信基準時刻の情報および受信窓の割当て情報のデータ(P4a、P4b、P4c)の受信に成功すると、以降は、送信基準時刻の情報および受信窓の割当て情報に基いて、定期的に測定データ(D1e、D2c、D3b等)が送信される状態が確立される。 When the sensor node communication terminals N1 to N3 succeed in receiving the transmission reference time information and the reception window allocation information data (P4a, P4b, P4c) from the host communication terminal H1 in this way, A state in which measurement data (D1e, D2c, D3b, etc.) is periodically transmitted is established based on the transmission reference time information and the reception window allocation information.
これにより、各センサノード通信端末N1〜N3は、送信基準時刻の情報および受信窓の割当て情報のデータ(P4a、P4b、P4c)の受信後においては、受信モードに移行する必要がなくなる。また、無線送受信装置11によって定期的な測定データの送信を行う以外の期間は、省電力状態に移行させることができるので、測定データの送信に要するトータルの消費電力を効率的に抑制することができる。
Thereby, the sensor node communication terminals N1 to N3 do not need to shift to the reception mode after receiving the transmission reference time information and the reception window allocation information data (P4a, P4b, P4c). In addition, during periods other than when periodic transmission of measurement data is performed by the wireless transmission /
また、他のセンサノード通信端末から送信された要求信号や測定データとの干渉や衝突(コリジョン)の影響により、受信モード状態にあるホスト通信端末H1で受信できない事態が発生した場合であっても、要求信号の再送信を行うことによって、測定データを確実に受信することができる。これにより、各センサノード通信端末N1、N2、N3・・・から効率的に測定データを取得することができ、各センサノード通信端末N1、N2、N3・・・を設置した建造物等の監視等を確実に行うことができる。 Even when a situation occurs in which the host communication terminal H1 in the reception mode cannot receive due to interference or collision with a request signal or measurement data transmitted from another sensor node communication terminal. By retransmitting the request signal, the measurement data can be reliably received. Thereby, measurement data can be efficiently acquired from each sensor node communication terminal N1, N2, N3... And monitoring of a building or the like in which each sensor node communication terminal N1, N2, N3. Etc. can be performed reliably.
[その他の実施の形態]
上記のように、実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この実施の形態を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
[Other embodiments]
As described above, the embodiments have been described. However, it should be understood that the descriptions and drawings forming a part of this disclosure are illustrative and do not limit the embodiments. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
このように、本実施の形態はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。 As described above, this embodiment includes various embodiments not described here.
例えば、長期間の運用により、各センサノード通信端末Nおよびホスト通信端末H1が備える時計部を構成する各RTCモジュール13、33で生成する同期時間情報に所定のズレを生じた場合には、各センサノード通信端末Nから要求信号を再送信して送信基準時刻の情報および受信窓の割当て情報の再取得を行うようにしてもよい。
For example, when a predetermined shift occurs in the synchronization time information generated by the
また、電源部12に光発電装置を備える構成において、日照時間等の影響で、比較的長期間にわたって測定データを送信しない休止状態となっていたセンサノード通信端末Nが起動する場合にも、上記と同様にそのセンサノード通信端末Nから要求信号を再送信して送信基準時刻の情報および受信窓の割当て情報の再取得を行うようにしてもよい。
Further, in the configuration in which the
本実施の形態のセンサノード通信端末、ホスト通信端末および無線センサネットワークシステムは、橋、道路、鉄道、ビルディング等の各種建造物などに適用可能であり、温度、湿度、気体濃度、歪み、振動等を各種センサを備えるセンサノード通信端末で取得し、その測定データを確実且つ低消費電力で無線送信可能なシステムに応用することができる。 The sensor node communication terminal, host communication terminal, and wireless sensor network system of the present embodiment can be applied to various buildings such as bridges, roads, railways, buildings, etc., and include temperature, humidity, gas concentration, strain, vibration, etc. Can be obtained by a sensor node communication terminal equipped with various sensors, and the measurement data can be applied to a system capable of transmitting wirelessly with low power consumption.
1…無線センサネットワークシステム
H1…ホスト通信端末
N(N1、N2、N3・・・)…センサノード通信端末
10、30…制御部
11…無線送受信装置
12…電源部
13、33…RTCモジュール
14…乱数生成部
15、35…格納部
16、36…アンテナ
20…センサ部
31…無線送受信装置
32…電源部
40…データ管理部
301…光発電装置
302…蓄電装置
303…蓄電量検出器
D1a、D2b、D3a…測定データ
P1a、P1b、P2a、P2b、P5a、P5b…要求信号
P3a、P3b、P4a、P4b、P4c…送信基準時刻の情報および受信窓の割当て情報のデータ
W1〜W5…受信窓
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記センサ部で測定した物理量を測定データとしてホスト通信端末に対して送信する送信部と、
前記ホスト通信端末から送信されて来る所定のデータを受信する受信部と、
同期時刻情報を生成する時計部と、
前記送信部から前記測定データを送信するタイミングを規定する送信基準時刻の情報と、前記ホスト通信端末側における前記測定データの受信窓の割当て情報とを格納する格納部と、
前記センサ部、前記送信部、前記受信部、前記時計部および前記格納部の動作を制御する制御部と、
前記センサ部、前記送信部、前記受信部、前記時計部、前記格納部および前記制御部に電力を供給する電源部と
を備え、
前記制御部は、
前記時計部で生成される同期時刻情報に基いて、所定のタイミングで前記ホスト通信端末に対して、前記送信基準時刻の情報と、前記受信窓の割当て情報とを要求する要求信号を前記送信部から送信し、
該要求信号に応じて前記ホスト通信端末から送信されて来る前記送信基準時刻の情報と、前記受信窓の割当て情報とを前記受信部で受信して、前記格納部に格納し、
前記送信部を介して、前記送信基準時刻の情報および前記受信窓の割当て情報に基いて、前記測定データを前記ホスト通信端末に対して定期的に送信するように制御することを特徴とするセンサノード通信端末。 A sensor unit for measuring physical quantities;
A transmission unit for transmitting the physical quantity measured by the sensor unit to the host communication terminal as measurement data;
A receiving unit for receiving predetermined data transmitted from the host communication terminal;
A clock unit for generating synchronization time information;
A storage unit that stores information on a transmission reference time that defines a timing at which the measurement data is transmitted from the transmission unit, and allocation information of a reception window of the measurement data on the host communication terminal side;
A control unit that controls operations of the sensor unit, the transmission unit, the reception unit, the clock unit, and the storage unit;
A power supply unit that supplies power to the sensor unit, the transmission unit, the reception unit, the clock unit, the storage unit, and the control unit;
The controller is
Based on the synchronization time information generated by the clock unit, a request signal for requesting the transmission reference time information and the reception window allocation information to the host communication terminal at a predetermined timing is transmitted to the transmission unit. Send from
The information on the transmission reference time transmitted from the host communication terminal in response to the request signal and the allocation information on the reception window are received by the reception unit, and stored in the storage unit,
A sensor for controlling to periodically transmit the measurement data to the host communication terminal based on the transmission reference time information and the reception window allocation information via the transmission unit. Node communication terminal.
前記送信部から送信された前記要求信号が、他のセンサノード通信端末または前記ホスト通信端末から送信された他の信号や情報と干渉または衝突を生じた際には、前記所定のタイミングに代えて前記乱数生成部で生成された乱数に基づくタイミングで前記ホスト通信端末に対する前記要求信号の再送信を行うように制御することを特徴とする請求項1に記載のセンサノード通信端末。 The control unit further includes a random number generation unit that generates a random number,
When the request signal transmitted from the transmitter interferes with or collides with another signal or information transmitted from another sensor node communication terminal or the host communication terminal, the predetermined timing is used instead of the predetermined timing. The sensor node communication terminal according to claim 1, wherein control is performed so that the request signal is retransmitted to the host communication terminal at a timing based on the random number generated by the random number generation unit.
前記制御部は、前記蓄電量検出器によって前記蓄電装置の蓄電量が所定の閾値を超えていると判定した際に、前記送信部を起動して、前記要求信号を送信するように制御することを特徴とする請求項6に記載のセンサノード通信端末。 The power supply unit further includes a storage amount detector that detects a storage amount of the power storage device,
The control unit controls to activate the transmission unit and transmit the request signal when the storage amount detector determines that the storage amount of the power storage device exceeds a predetermined threshold value. The sensor node communication terminal according to claim 6.
前記要求信号に応じて、送信基準時刻の情報と、受信窓の割当て情報とを前記センサノード通信端末に対して送信する送信部と、
同期時刻情報を生成する時計部と、
前記センサノード通信端末から前記測定データを送信させるタイミングを規定する送信基準時刻の情報と、前記測定データを受信する受信窓の割当て情報とを格納する格納部と、
前記送信部、前記受信部、前記時計部および前記格納部の動作を制御する制御部と、
前記送信部、前記受信部、前記時計部、前記格納部および前記制御部に電力を供給する電源部と
を備え、
前記制御部は、
前記受信部で、前記センサノード通信端末から送信されて来る前記要求信号を受信した際に、前記時計部で生成される同期時刻情報に基いて、所定のタイミングで前記センサノード通信端末に対して、前記送信基準時刻の情報と、前記受信窓の割当て情報とを前記送信部から送信し、
前記送信基準時刻の情報および前記受信窓の割当て情報に基いて、所定のタイミングで前記センサノード通信端末から定期的に送信されて来る前記測定データを前記受信部で受信した際に、当該測定データを割当てられた前記受信窓に対応させて前記格納部に格納するように制御することを特徴とするホスト通信端末。 A receiving unit that receives request signals and measurement data transmitted from two or more sensor node communication terminals according to any one of claims 1 to 8,
In accordance with the request signal, a transmission unit that transmits information of a transmission reference time and reception window allocation information to the sensor node communication terminal;
A clock unit for generating synchronization time information;
A storage unit that stores transmission reference time information that defines a timing for transmitting the measurement data from the sensor node communication terminal, and reception window assignment information for receiving the measurement data;
A control unit that controls operations of the transmission unit, the reception unit, the clock unit, and the storage unit;
A power supply unit that supplies power to the transmission unit, the reception unit, the clock unit, the storage unit, and the control unit;
The controller is
When the receiving unit receives the request signal transmitted from the sensor node communication terminal, based on the synchronization time information generated by the clock unit, the sensor node communication terminal is transmitted at a predetermined timing. The transmission reference time information and the reception window allocation information are transmitted from the transmission unit,
Based on the information of the transmission reference time and the allocation information of the reception window, the measurement data is received when the reception unit receives the measurement data periodically transmitted from the sensor node communication terminal at a predetermined timing. The host communication terminal is controlled so as to be stored in the storage unit in association with the assigned reception window.
請求項9から請求項11の何れかに記載のホスト通信端末と
を備えることを特徴とする無線センサネットワークシステム。 Two or more sensor node communication terminals according to any one of claims 1 to 8,
A wireless sensor network system comprising: the host communication terminal according to claim 9.
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