JP2010206724A - 省電力型無線通信装置及び無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中継機能を有する無線通信装置に省エネ制御機能を設ける。
【解決手段】省電力型ルータ２１〜２３、３１〜３３は、対象物の状態を検知するセンサノード１１〜１３と、センサノード１１〜１３により検知された対象物の状態をセンサデータとして取得して管理するコーディネータ１５１との無線通信を中継する。省電力型ルータ２１〜２３、３１〜３３は、センサノード１１〜１３側から送信されたセンサデータをコーディネータ１５１側に無線送信する無線送受信部１８４と、無線送受信部１８４によりセンサデータが送信された後、自装置をアクティブモードからスリープモードに切替制御する制御部１８２とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信装置に関し、特に、省電力型の無線通信装置に関する。

近年、ワイヤレスセンサネットワークを用いて、センサノード（センサ機器）が取得したセンサデータを管理端末まで転送させる技術が提案されている。例えば、特許文献１には、電気、ガス、水道等の計測器に接続された無線テレメータ端末（センサノードに対応）により計測されたデータを、中継器を経由して無線通信し、センサデータをデータ収集車まで転送する無線テレメータシステムが提案されている。また、特許文献２には、無線機と電話回線を使用してデータを転送する自動検針用無線システムが提案されている。

図７には、管理端末であるコーディネータ（ＣＮ）１５１、複数のルータ（ＲＴ）１５２、複数のセンサノード（ＳＮ）１５３を有するワイヤレスセンサネットワーク９０が示されている。各家に設置されたセンサノード１５３は、温度や照度（たとえば、ここでは、ルームエアコンの室内温度）を検出するセンサを内蔵する。

センサノード１５３は、センサにより検出されたセンサデータを、コーディネータ１５１又はルータ１５２のいずれかに送る。他のルータ１５２は、いずれかのルータ１５２又はセンサノード１５３から送られたセンサデータをコーディネータ１５１又は他のルータ１５２に送る。コーディネータ１５１は、ルータ１５２又はセンサノード１５３から送られたセンサデータをＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）に送る。一般的な供給電源は、コーディネータ１５１又はルータ１５２の場合はＡＣ電源１５４であり、センサノード１５３の場合は電池（図示せず）である。

図８に、センサノード１５３及びルータ１５２の内部構成を示す。本構成は、センサデータ転送制御を主に示すものであり、無線方式及び規格に関しては省略する。センサノード１５３は、制御部１６２、センサ部１６３、無線送受信部１６４、電池１６５、センサ部電源スイッチ１６６、無線送受信部電源スイッチ１６７を有する。センサ部１６３は、温度、照度等の変化量を電気信号として取り出し、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換して、制御部１６２に送る。

制御部１６２は、ＣＰＵ及び周辺デバイスで構成され、センサ部１６３から送られたセンサデータのデジタル信号を、各無線方式及び規格に合わせてコード化して、無線送受信部１６４へ送るとともに、無線送受信部１６４からのコード化された信号を受け取る。

無線送受信部１６４は、制御部１６２から送られたコード化された信号を、各無線方式及び規格に合わせて変調して送信するとともに、電波を受信して、各無線方式及び規格に合わせて復調し、コード化された信号を制御部１６２に送る。電池１６５は、センターノード１５３の各部に電流を供給する。電源スイッチ１６６、１６７は、制御部１６２から出力された制御信号に基づき電源スイッチ１６６、１６７をそれぞれオン／オフすることにより、センサ部１６３への電流供給の制御と、無線送受信部１６４への電流供給の制御を行う。

ルータ１５２は、制御部１７２、無線送受信部１７４、ＡＣアダプタ１７５を有する。無線送受信部１７４は、センサノード１５３からの電波を受信して、各無線方式及び規格に合わせて復調及びコード化された信号を制御部１７２に送り、さらに、制御部１７２から送られたコード化された信号を、各無線方式及び規格に合わせて変調して次段のルータ１５２に送信する。また、同様に次段のルータ１５２からの信号を受信し、センサノード１５３に送信する。

制御部１７２は、ＣＰＵ及び周辺デバイスで構成され、無線送受信部１７４からセンサノード１５３のコード化された信号を受け取り、さらに、このコード化された信号を次段のルータ１５２に送るため、無線送受信部１７４へ送る。また、同様に、無線送受信部１７４から次段のルータ１５２の信号を受け取り、センサノード１５３に送るため、信号を無線送受信部１７４へ送る。ＡＣアダプタ１７５は、ＡＣ電源の電圧をＤＣ電圧に変換して、ルータ１５２の各部に電流を供給する。

次に、各部の動作について説明する。センサノード１５３の制御部１６２は、消費電力の低減のためにスリープ制御を行う。通常時はスリープ状態にあり、周期的にスリープ状態から抜け、センサ部１６３、無線送受信部１６４を動作させ、動作終了後はスリープ状態に戻る。

スリープ時、制御部１６２はタイマ制御のみを動作させ、その他の制御を停止し、消費電力を抑えて省電力化を実現させる。また、センサ部１６３、無線送受信部１６４の電源を必要時以外はオフにする。センサデータを送信した場合には、送信先からデータ受信の確認情報のＡＣＫ受信を行う。スリープ時間は、タイマ時間の設定で制御する。

図３には、センサノード１５３の制御処理のフローチャートが示されている。制御部１６２は、処理がスタートすると、無線送受信部１６４の電源をオンし（Ｓ２５１）、接続要求の送信を行い（Ｓ２５２）、送信先からのＡＣＫ受信を待ち（Ｓ２５３）、ＡＣＫを受信すると無線送受信部１６４の電源をオフにする（Ｓ２５４）。

次に、タイマ時間の設定を行い（Ｓ２５５）、タイマカウンタのクリアを行い（Ｓ２５６）、スリープモードをオンにして（Ｓ２５７）、スリープ制御を開始し、タイマカウンタがタイマ時間になるまで待つ（Ｓ２５８）。

タイマカウンタがタイマ時間になると、スリープモードをオフにする（Ｓ２５９）。そして、センサ部１６３の電源をオンして（Ｓ２６０）、センサからの電気信号をＡ／Ｄ変換し、センサデータとして取得し（Ｓ２６１）、センサ部１６３の電源をオフにする（Ｓ２６２）。

次に、無線送受信部１６４の電源をオンして（Ｓ２６３）、センサデータの送信を行い（Ｓ２６４）、送信先からのＡＣＫ受信を待ち（Ｓ２６５）、ＡＣＫ受信すると無線送受信部１６４の電源をオフする（Ｓ２６６）。再び、ステップＳ２５５に戻ってタイマ時間の設定を行い（Ｓ２５５）、タイマカウンタのクリアを行い（Ｓ２５６）、スリープモードをオンにして（Ｓ２５７）、ステップＳ２５８以降の動作を繰り返す。

図４には、ルータ１５２の制御処理のフローチャートが示されている。制御部１７２は、処理がスタートすると、無線送受信部１７４から接続要求又はセンサデータの受信を持ち（Ｓ２７１）、接続要求又はセンサデータの受信をすると、ＡＣＫを送信する（Ｓ２７２）。

次に、無線送受信部１７４に接続要求又はセンサデータの送信を行い（Ｓ２７３）、送信先からのＡＣＫ受信を待つ（Ｓ２７４）。ＡＣＫを受信したら、Ｓ２７１〜Ｓ２７４の動作を繰り返す。

図９には、センサノード１５３とルータ１５２とのインターフェースが示されている。図９に記載されている「処」は内部処理、「ＴＸ」は送信、「ＲＸＷｔ」は受信待ち、「ＴＭ」はタイマ時間設定、「Ｓｌｅｅｐ」はスリープ状態、「ＳＥＮ」はセンサデータの取得、「Ｓ×××」は図３又は図４のフローチャートに示した各ステップＳにて行われる処理を示す。

センサネットワークの一例としては、送信、受信待ち、タイマ時間設定及びセンサデータ取得等のアクティブモード（すなわち、スリープモードでないとき）の時間は数百ミリ秒〜数秒で、これらの事象が生じる時間間隔は数時間であり、これらの場合の消費電流は、数十〜数百ミリアンペアである。一方、スリープモードの消費電流は、数十〜数百マイクロアンペアであり、ほとんどの時間はスリープモード（スリープ状態）である。

図９を参照しながら、センサノード１５３とルータ１５２とのインターフェースについて説明する。センサノード１５３の制御部１６２は、処理がスタートすると、ルータ１５２に接続要求（Ｒｅｑ）を送信する。ルータ１５２は、センサノード１５３から接続要求を受信すると、センサノード１５３に応答（Ａｃｋ）を通知する。センサノード１５３は、ルータ１５２から応答（Ａｃｋ）を受信すると、タイマ時間ＴＭを設定し、スリープ状態に入る。タイマ時間が経過すると、スリープ状態から抜けて、センサノード１５３はセンサデータを取得して、上記センサノード１５３からの接続要求（Ｒｅｑ）をセンサデータ送信（Ｄａｔａ）に替えて、上記と同じ動作でセンサノード１５３からルータ１５２へのインターフェースを行う。

特開平８−１６３６６４号公報 特開平６−９０２９８号公報

上述したように、センサノード１５３はスリープ制御を行うことにより、省電力化を実現している。しかしながら、センサネットワーク９０上のルータ１５２は、送信電力が小さいため、前段から次段へマルチホップを行い、また、不定期に送信される複数のセンサノード１５３からのセンサデータを受信し、次段の装置に送信する。この機能を実現するために、常時電源が取れるようにＡＣ電源等があるところにルータ１５２を取り付ける必要があり、ルータ１５２の設置場所が限られる。

これに対して、ルータ１５２をどこにでも設置できるように電源を乾電池にすると、交換が頻繁に発生するので、交換しやすい場所に設置する必要が生じる。また、電源を太陽電池と蓄電池のコンビネーションにしても、天候等の予測不可能な状況により電源が得られない場合が生じる。

上記問題に鑑み、本発明は、中継機能を有する無線通信装置に省エネ制御機能を設けることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、対象物の状態を検知し、センサデータとして送信するセンサと、前記センサデータを取得して管理する管理端末と、の間の無線通信を１段又は多段で中継する省電力型無線通信装置が提供される。

前記省電力型無線通信装置は、前記センサ側から送信されたセンサデータを前記管理端末側に無線送信する無線送受信部と、前記無線送受信部によりセンサデータが送信された後、自装置をアクティブモードからスリープモードに切替制御する制御部と、を有する。

これによれば、無線送受信部によりセンサデータが送信された後、省電力型無線通信装置はアクティブモードからスリープモードに切替制御される。これにより、省電力型無線通信装置の消費電力を低減させることができる。この結果、電力供給手段として電源に電池を使用しても電池の持続時間が長くなり、電池交換が頻繁に発生することがないため、省電力型無線通信装置を交換しやすい場所に設置しなければならないというような設置場所の制限を緩和することができる。

前記省電力型無線通信装置には、自装置の各部に電力を供給するための電池が内蔵されていてもよい。

前記制御部は、前記センサデータが前記管理端末側に無線通信された後、前記無線送受信部への電力供給を一旦停止してもよい。

前記制御部は、前記管理端末から前記センサデータの受信確認通知を受信した後、前記無線送受信部への電力供給を一旦停止してもよい。

前記制御部は、予め定められたスリープ時間経過後、自装置をスリープモードからアクティブモードに復帰させてもよい。

複数の前記センサと前記管理端末との間の無線通信を中継する専用の省電力型無線通信装置が各センサに一対一に特定され、前記各センサにより検出されたセンサデータは前記各センサに一対一に特定された専用の省電力型無線通信装置を通る特定の経路を経由して前記管理端末に送信されるようにしてもよい。

前記省電力型無線通信装置をスリープモードからアクティブモードに復帰させるまでのスリープ時間は、前記センサと前記管理端末との無線通信を中継する専用の省電力型無線通信装置のうち、前記センサに近い位置に配置されている省電力型無線通信装置程長い時間又は同一時間に予め設定されるようにしてもよい。

前記センサを内蔵するセンサ装置をスリープモードからアクティブモードに復帰させるまでのスリープ時間は、前記専用の省電力型無線通信装置のスリープ時間より長い時間又は同一時間に予め設定されるようにしてもよい。

以上説明したように本発明によれば、中継機能を有する無線通信装置に省エネ制御機能を設けることにより、省電力化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るワイヤレスセンサネットワークの全体構成図である。 同実施形態に係るワイヤレスセンサネットワークの各部の内部構成図である。 センサノード制御処理のフローチャートである。 （基幹）ルータ制御処理のフローチャートである。 同実施形態に係る省電力型ルータ制御処理のフローチャートである。 同実施形態に係る各部のインターフェースを示した図である。 比較例に係るワイヤレスセンサネットワークの全体構成図である。 比較例に係るワイヤレスセンサネットワークの各部の内部構成図である。 比較例に係る各部のインターフェースを示した図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

本実施形態に係るワイヤレスセンサネットワーク及びそのネットワークに含まれる無線通信装置については以下の順序で説明する。
［ワイヤレスセンサネットワークの全体構成］
［各部の内部構成］
（センサノードの内部構成）
（省電力型ルータの内部構成）
（基幹ルータの内部構成）
［各部の動作］
（センサノードの動作及び基幹ルータの動作）
（省電力型ルータの動作）

［ワイヤレスセンサネットワークの全体構成］
図１には、本実施形態に係るワイヤレスセンサネットワーク１０の全体構成が示されている。ワイヤレスセンサネットワーク１０は、センサノード（ＳＮ）１１〜１５、基幹ルータ（ＲＴ）４１、省電力型ルータ（ＲＴａ、ＲＴｂ、ＲＴｃ、又はＲＴｘ）２１〜２３、３１〜３３、コーディネータ（ＣＮ）１５１を有している。

センサノード１１〜１５は住宅毎に設置されていて、図示しないセンサにより対象物の状態を検知する。本実施形態では、センサは室内温度を検出し、センサノード１１〜１５は、室内温度をセンサデータとしてコーディネータ１５１に向けて送信する。なお、センサノード１１〜１５は、センサを内蔵するセンサ装置の一例である。

コーディネータ１５１は、センサにより検知された室内温度をセンサデータとして取得して管理する管理端末の一例である。

基幹ルータ４１、省電力型ルータ２１〜２３、３１〜３３は、前記センサと、前記センサにより検知された室内温度を取得して管理するコーディネータ１５１との無線通信を中継する無線通信装置の一例である。無線通信装置は、基幹無線通信装置と省電力型無線通信装置とを有していて、基幹ルータ４１は、センサ側から送信されたセンサデータをコーディネータ１５１側に無線送信した後においてもスリープモードに切替制御されずに、アクティブモードのみに制御される基幹無線通信装置の一例である。

また、省電力型ルータ２１〜２３、３１〜３３は、センサ側から送信されたセンサデータをコーディネータ１５１側に無線送信した後、アクティブモードからスリープモードに切替制御される機能を有する省電力型無線通信装置の一例である。

省電力型ルータ２１〜２３、３１〜３３は、センサノード１１〜１３からのセンサデータを基幹ルータ４１に送る。本実施形態では、経路Ａ、Ｂ、Ｃ毎に２つずつ省電力型ルータが配置されているが、これに限られない。省電力型ルータは、設置間隔が予め定められた電波の到達距離以上になると設置されるようにしてもよい。

一般的な供給電源は、コーディネータ１５１及び基幹ルータ４１の場合はＡＣ電源で、センサノード１１〜１３の場合は電池である。また、本実施形態では、省電力型ルータ２１〜２３、３１〜３３の供給電源も電池である。また、省電力型ルータ２１〜２３、３１〜３３は、受信先を１つの装置に限定し、受信先と同期してスリープ制御を行い、省電力化を実現する。

省電力型ルータ２１〜２３、３１〜３３は、センサノード１１〜１３、基幹ルータ４１と同様に個別ＩＤを持っていて、受信先及び送信先を個別ＩＤにより固定する。固定方法としては、ルータの設置前に固定する方法とルータの設置後に固定する方法とがある。

ルータの設置前に固定する方法では、各装置への受信先及び送信先のＩＤの書き込みを予め行っておく。最初に、省電力型ルータ２１〜２３、３１〜３３をリセットし、次にセンサノード１１〜１３をリセットすると、動作が開始し、決められたＩＤの相手と通信する。

これにより、センサノード１１は、省電力型ルータ２１、省電力型ルータ３１、基幹ルータ４１とつながる。この経路を経路Ａとする。同様に、センサノード１２は、省電力型ルータ２２、省電力型ルータ３２、基幹ルータ４１とつながる。この経路を経路Ｂとする。同様に、センサノード１３は、省電力型ルータ２３、省電力型ルータ３３、基幹ルータ４１とつながる。この経路を経路Ｃとする。このようにして、各センサノードにより検出されたセンサデータはそれぞれ特定された専用の省電力型ルータを通る経路Ａ、Ｂ、Ｃを経て基幹ルータ４１に送信される。すなわち、省電力型ルータ２１〜２３、３１〜３３は、センサデータを基幹ルータ４１を介してコーディネータ１５１に送信することとなる。

上記のように、ＩＤの書き込みを予め行っておくことは、手間のかかる作業である。よって、受信先及び送信先をルータの設置後に固定する方法をとってもよい。この方法では、ルータを設置して、次のルータに何らかの環境上の影響でうまく接続できなかった場合、接続できなかったルータの設置場所を変えるのではなく、新たにルータを複数個設置して、そのうちのどれかが接続できれば設置成功とする。この方法では、ルータ設置後に、各装置への受信先及び送信先のＩＤの書き込みを自動的に行う。これは運用上にも好適である。

最初に、省電力型ルータ３１をリセットすると、動作が開始し、省電力型ルータ３１は自動的に送信先として基幹ルータ４１のＩＤを書き込む。次に、省電力型ルータ２１をリセットすると、動作が開始し、省電力型ルータ３１は自動的に受信先として省電力型ルータ２１のＩＤを書き込み、省電力型ルータ２１は自動的に送信先として省電力型ルータ３１のＩＤを書き込む。

最後にセンサノード１１をリセットすると、動作が開始し、省電力型ルータ２１は自動的に受信先としてセンサノード１１のＩＤを書き込み、センサノード１１は自動的に送信先として省電力型ルータ２１のＩＤを書き込む。そして、決まったＩＤの相手と通信する。同様に、省電力型ルータ３２、３３、省電力型ルータ２２、２３、センサノード１２、１３についても、上記設置後のＩＤの書き込みを行う。

複数のセンサノード１１〜１３を一度に設置し、また同時に省電力型ルータ２１〜２３、３１〜３３も一度に設置し、接続経路を確立するためには、次のような設置後の固定方法を実行してもよい。これにより、設置時間が大幅に削減される。

その設置後の固定方法としては、最初に、省電力型ルータ２１〜２３、３１〜３３がグループ化している場合などで、省電力型ルータ３１〜３３をリセットすると、動作が開始し、省電力型ルータ３１〜３３は自動的に送信先としての基幹ルータ４１のＩＤを書き込む。次に、省電力型ルータ２１〜２３をリセットすると、動作が開始し、省電力型ルータ３１〜３３は自動的に受信先として省電力型ルータ２１〜２３のどれかのＩＤを書き込み、省電力型ルータ２１〜２３は自動的に送信先として省電力型ルータ３１〜３３のどれかのＩＤを書き込む。最後に、センサノード１１〜１３をリセットすると、動作が開始し、省電力型ルータ２１〜２３は自動的に受信先としてセンサノード１１〜１３のどれかのＩＤを書き込み、センサノード１１〜１３は自動的に送信先として省電力型ルータ２１〜２３のどれかのＩＤを書き込む。そして、決まったＩＤの相手と通信する。従って、センサノード１１、省電力型ルータ２３、省電力型ルータ３２、基幹ルータ４１とつながる場合などがある。

ルータのグループ化は、予め設定しておき、同一グループのルータは接続しないというルールを設定しておく。こうすることにより、センサノード１１〜１３に接続する同一グループの省電力型ルータ２１〜２３をおおよそその位置に設置し、それぞれのセンサノード１１〜１３と省電力型ルータ２１〜２３とが接続できるようにする。同様に、次に接続する同一グループの省電力型ルータ３１〜３３をおおよそその位置に設置し、先に設置した同一グループの省電力型ルータ２１〜２３と接続できるようにする。

以上の固定方法により、センサノードとコーディネータ１５１との無線通信を中継する専用の省電力型ルータが特定される。各センサノードにより検出されたセンサデータは、特定された専用の省電力型ルータを通る特定の経路を経由してコーディネータ１５１に送信される。

［各部の内部構成］
次に、センサノード、省電力型ルータ、基幹ルータの内部構成について、図２を参照しながら説明する。ここでは、センサノード１１、省電力型ルータ２１、３１、基幹ルータ４１の内部構成について説明することにより、同一構成の他のセンサノード１２、１３及び省電力型ルータ２２、２３、３２、３３の説明を省略する。また、ここでは、センサデータ転送制御を主に示すものであり、無線方式及び規格に関しては省略する。

（センサノードの内部構成）
センサノード１１は、制御部１６２、センサ部１６３、無線送受信部１６４、電池１６５、センサ部電源スイッチ１６６、無線送受信部電源スイッチ１６７を有する。センサノード１１の構成は、比較例のセンサノード１５３と同じである。つまり、センサ部１６３は、温度、照度等の変化量を電気信号として取り出し、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換して、制御部１６２に送る。

制御部１６２は、ＣＰＵ及び周辺デバイスで構成され、センサ部１６３から送られたセンサのデジタル信号を、各無線方式及び規格に合わせてコード化して、無線送受信部１６４へ送るとともに、無線送受信部１６４からのコード化された信号を受け取る。

無線送受信部１６４は、制御部１６２から送られたコード化された信号を、各無線方式及び規格に合わせて変調して送信するとともに、電波を受信して、各無線方式及び規格に合わせて復調し、コード化された信号を制御部１６２に送る。電池１６５は、各部に電流を供給する。電源スイッチ１６６、１６７は、制御部１６２から出力された制御信号に基づき各スイッチ１６６、１６７をオン／オフすることにより、センサ部１６３への電流供給の制御と、無線送受信部１６４への電流供給の制御を行う。

（省電力型ルータの内部構成）
省電力型ルータ２１、３１のそれぞれは、無線送受信部１８４、制御部１８２、電池１２５、無線送受信部電源スイッチ１２６を有する。

無線送受信部１８４は、センサノード１１からの電波を受信して、各無線方式及び規格に合わせて復調及びコード化された信号を制御部１８２に送り、さらに、制御部１８２から送られたコード化された信号を、各無線方式及び規格に合わせて変調して次段のルータに送信する。また、同様に次段のルータからの信号を受信し、センサノード１１に送信する。無線送受信部１８４は、センサノード１１側から送信されたセンサデータをコーディネータ１５１側に無線送信し、コーディネータ１５１側からの受信確認通知（ＡＣＫ）をセンサノード１１側に無線送信する。

制御部１８２は、ＣＰＵ及び周辺デバイスで構成され、無線送受信部１８４からセンサノード１１のコード化された信号を受け取り、さらに、このコード化された信号を次段のルータに送るため、無線送受信部１８４へ送る。また、同様に、無線送受信部１８４から次段のルータの信号を受け取り、センサノード１１に送るため、信号を無線送受信部１８４へ送る。

制御部１８２は、後述する所定のタイミングに自装置の各部をアクティブモードからスリープモードに切替制御する。制御部１８２は、スリープモードに切替制御する際、無線送受信部１８４への電力供給を一旦停止する。また、制御部１８２は、無線送受信部１８４への電力供給を一旦停止した後、予め定められたスリープ時間経過後、自装置をスリープモードからアクティブモードに復帰させる。

省電力型ルータＲＴｘをスリープモードからアクティブモードに復帰させるまでのスリープ時間は、センサノードＳＮとコーディネータＣＮとの無線通信を中継する専用の省電力型ルータＲＴｘのうち、センサノードＳＮに近い位置に配置されている省電力型ルータＲＴｘ程、長い時間又は同一時間に予め設定される。また、センサノードＳＮをスリープモードからアクティブモードに復帰させるまでのスリープ時間は、専用の省電力型ルータＲＴｘのスリープ時間より長い時間又は同一時間に予め設定される。

たとえば、経路Ａ上の専用の省電力型ルータ２１、３１及びセンサノード１１では、省電力型ルータ３１のスリープ時間≦省電力型ルータ２１のスリープ時間≦センサノード１１のスリープ時間に予め設定される。ただし、省電力型ルータ３１のアクティブモードに復帰した時間が長くなると、その分電力を消費してしまうため、省電力型ルータ３１のスリープ時間＝省電力型ルータ２１のスリープ時間＝センサノード１１のスリープ時間に予め設定されることが好ましい。

電池１２５は、各部に電流を供給する。電源スイッチ１２６は、制御部１８２からの制御信号に基づき、無線送受信部１８４の電流供給を制御する。

（基幹ルータの内部構成）
基幹ルータ４１は、制御部１７２、無線送受信部１７４、ＡＣアダプタ１７５を有する。無線送受信部１７４は、省電力型ルータ３１からの電波を受信して、各無線方式及び規格に合わせて復調及びコード化された信号を制御部１７２に送り、さらに、制御部１７２から送られたコード化された信号を、各無線方式及び規格に合わせて変調してコーディネータ１５１に送信する。また、同様にコーディネータ１５１からの信号を受信し、省電力型ルータ３１に送信する。

制御部１７２は、ＣＰＵ及び周辺デバイスで構成され、無線送受信部１７４から省電力型ルータ３１のコード化された信号を受け取り、さらに、このコード化された信号をコーディネータ１５１に送るため、無線送受信部１７４へ送る。また、同様に、無線送受信部１７４からコーディネータ１５１の信号を受け取り、省電力型ルータ３１に送るため、信号を無線送受信部１７４へ送る。ＡＣアダプタ１７５は、ＡＣ電源の電圧をＤＣ電圧に変換して、ルータ１５２の各部に電流を供給する。

［各部の動作］
次に、各部の動作について説明する。本実施形態では、多段の省電力型ルータを１つのセンサノード専用として、各装置が１対１でセンサノードから各ルータにセンサデータを送信するようにし、センサデータを送信し、送信先からのデータ受信の確認情報（ＡＣＫ）を得て、各装置がほぼ同時にスリープ状態に入るように同期化させる。スリープ機能は、データ送受信時以外は、タイマ機能のみを動作させて省電力化させ、タイマ値は、予め受信データがくる前にスリープ状態から抜けるように設定する。

（センサノードの動作及び基幹ルータの動作）
センサノード１１の動作（図３）及び基幹ルータ４１の動作（図４）は、比較例にて示したセンサノード１５３及びルータ１５２と同じ動作であり、すでに説明したのでここでは説明を省略し、以下に省電力型ルータの動作を説明する。

（省電力型ルータの動作）
図５には、省電力型ルータの制御処理のフローチャートが示されている。制御部１８２は、無線送受信部１８４の電源をオンして（Ｓ２２１）、接続要求又はセンサデータの受信を待つ（Ｓ２７１）。接続要求又はセンサデータを受信すると、無線送受信部１８４から接続要求又はセンサデータの送信を行い（Ｓ２７３）、送信先からのＡＣＫ受信を待つ（Ｓ２７４）。ＡＣＫを受信すると、ＡＣＫを送信し（Ｓ２７２）、無線送受信部１８４の電源をオフする（Ｓ２２２）。

次に、タイマ時間を設定し（Ｓ２２３）、タイマカウンタのクリアを行い（Ｓ２２４）、スリープモードをオンにして（Ｓ２２５）、スリープ制御を開始し、タイマカウンタがタイマ時間になるまで待つ（Ｓ２２６）。

タイマカウンタがタイマ時間になると、スリープモードをオフにする（Ｓ２２７）。そして、再び、無線送受信部１８４の電源をオンにして（Ｓ２２１）、接続要求又はセンサデータの受信を待ち（Ｓ２７１）、接続要求又はセンサデータを受信すると、ステップＳ２７３以下の動作を繰り返す。

図６には、本実施形態に係るセンサノード１１、省電力型ルータ２１、３１、基幹ルータ４１のインターフェースが示されている。図６に記載されている「処」は内部処理、「ＴＸ」は送信、「ＲＸＷｔ」は受信待ち、「ＴＭ」はタイマ時間設定、「Ｓｌｅｅｐ」はスリープ状態、「ＳＥＮ」はセンサデータの取得、「Ｓ×××」は図３〜図５のフローチャートに示した各ステップＳにて行われる処理を示す。

センサノード１１の制御部１６２は、処理がスタートすると、省電力型ルータ２１に接続要求（Ｒｅｑ）を送信する。省電力型ルータ２１は、センサノード１１から接続要求（Ｒｅｑ）を受信すると、省電力型ルータ３１に接続要求（Ｒｅｑ）を送信する。省電力型ルータ３１は、省電力型ルータ２１から接続要求（Ｒｅｑ）を受信すると、基幹ルータ４１に接続要求（Ｒｅｑ）を送信する。

基幹ルータ４１は、省電力型ルータ３１から接続要求を受信すると、省電力型ルータ３１に応答（Ａｃｋ）を通知する。省電力型ルータ３１は、基幹ルータ４１から接続要求を受信すると、省電力型ルータ２１に応答（Ａｃｋ）を通知し、タイマ時間ＴＭ（ＴＭ２）を設定し、スリープ状態に入る。

省電力型ルータ２１は、省電力型ルータ３１から応答（Ａｃｋ）を受信すると、センサノード１１に応答（Ａｃｋ）を送信し、タイマ時間ＴＭ（ＴＭ１）を設定し、スリープ状態に入る。センサノード１１は、省電力型ルータ２１から応答（Ａｃｋ）を受信すると、タイマ時間ＴＭを設定し、スリープ状態に入る。このようにして、センサノード１１、省電力型ルータ２１、省電力型ルータ３１は同期してスリープ状態に入る。

タイマ時間ＴＭ経過後、センサノード１１、省電力型ルータ２１、省電力型ルータ３１は所定の時間でスリープ状態から抜けて、センサノード１１は、センサデータを取得してデータを送信する。

省電力型ルータ２１、省電力型ルータ３１は、待ち受け状態となり、先程説明した接続要求（Ｒｅｑ）をセンサデータ（Ｄａｔａ）に替えた状態で、再び上記動作を行う。このようにして、センサノード１１と基幹ルータ４１との無線通信の中継を行い、インターフェースとして機能する。このように、データの送信毎に同期をとるため、時間の経過による同期ずれが起こらなくなる。

さらに、基幹ルータ４１からは、省電力型ルータ３１がセンサノード１１のように見えるため、上記スリープ制御状態のネットワークへの影響を最低限に抑えることができる。このようにすることで、ルータを省電力化させることができる。

以上に説明した一実施形態によれば、多段の省電力型ルータＲＴｘを１つのセンサノードＳＮ専用のルータとして、１対１でセンサノードＳＮから省電力型ルータＲＴｘ及び基幹ルータＲＴにデータを送信する。また、省電力型ルータＲＴｘもセンサノードＳＮに同期して、スリープ制御できる。これによれば、省電力型ルータＲＴｘをスリープ制御することができ、省電力型ルータＲＴｘの消費電力化が実現できる。この結果、電源に乾電池を使用することができ、これによっても電池の持続時間が長くなるため、電池交換が頻繁に発生しない。このため、省電力型ルータを交換しやすい場所に設置する等の設置場所の制限を緩和することができる。

言い換えれば、本実施形態では、ワイヤレスセンサネットワークを構成するルータの設置場所の制限を緩和するために、電源に電池を使うことができるように省電力型ルータの機能の一部を制限した。これにより、多段の省電力型ルータを１つのセンサノード専用として用い、データ送受信以外は各装置（省電力型ルータ及びセンサノード）が同期してスリープ状態になるようにし、電池の持続時間を長くするシステムを構築した。これにより、設置場所の制限を緩和するだけでなく、省エネを考慮したワイヤレスセンサネットワークを構築することができる。

また、電源として太陽電池と蓄電池とを採用した場合、蓄電池の持続時間がさらに長くなり、状況により電源が得られない制限がより緩和される。そして、常時電源がとれるようにＡＣ電源などがある場所にルータを設置する必要がなくなり、ルータの設置場所の制限が緩和される。

また、１つのセンサノードにつながった多段の省電力型ルータは、センサネットワーク上では、１つのセンサノードに見えるため、上記スリープ制御時のネットワークへの影響を最低限に抑えることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、機能を中継器（ルータ）に限定してセンサノードと１対１にしたルータに適した例を説明したが、中継器の機能を持った新たな装置に適した例や、中継器の機能を持った多段のセンサノードに適した例にも適用可能である。

尚、本明細書において、フローチャートに記述されたステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的に又は個別的に実行される処理をも含む。また時系列的に処理されるステップでも、場合によっては適宜順序を変更することが可能であることは言うまでもない。

また、上記実施形態にて無線通信装置を構成する各部の動作は互いに関連しており、互いの関連を考慮しながら、一連の動作及び一連の処理として置き換えることができる。これにより、無線通信装置の実施形態を、無線通信方法の実施形態及び無線通信装置が有する機能をコンピュータに実現させるための無線通信プログラムの実施形態とすることができる。

これにより、上記実施形態のワイヤレスセンサネットワークによれば、対象物の状態を検知するセンサと、前記センサにより検知された対象物の状態をセンサデータとして取得して管理する管理端末と、の無線通信を中継する省電力型無線通信装置を使用した無線通信方法であって、前記センサ側から送信されたセンサデータを前記管理端末側に無線送信するステップと、前記無線送受信部によりセンサデータが送信された後、自装置をアクティブモードからスリープモードに切替制御するステップと、を含む無線通信方法を実現することができる。

本発明は、上記実施形態にて説明したワイヤレスセンサネットワークの他にも幅広い分野に適用可能である。一例としては、本発明を、自動販売機内の在庫を監視する無線通信システムに適用することができる。この場合、自動販売機に接続された、無線検量端末がセンサノードＳＮになり、中継器が省電力ルータＲＴｘ及び基幹ルータＲＴになり、自動販売機内の在庫を監視する監視端末がコーディネータＣＮになる。

また、本発明は、照明、空調を管理する無線通信システムにも適用できる。この場合、室内に設置された、無線照度、温度センサ端末がセンサノードＳＮになり、中継器が省電力ルータＲＴｘ及び基幹ルータＲＴになり、照明、空調を管理する管理端末がコーディネータＣＮになる。

また、本発明は、電気、ガス、水道等の計測器のデータを収集する無線テレメータシステムにも適用できる。この場合、電気、ガス、水道等の計測器に接続された、無線テレメータ端末がセンサノードＳＮになり、中継器が省電力ルータＲＴｘ及び基幹ルータＲＴになり、センサデータを集めるデータ収集車及び収集装置がコーディネータＣＮになる。

１０ ワイヤレスセンサネットワーク
１１、１２、１３、１４、１５、１５３ センサノード
２１、２２、２３、３１、３２、３３ 省電力型ルータ
４１ 基幹ルータ
１５２ ルータ
１５１ コーディネータ
１６２、１７２、１８２ 制御部
１６３ センサ部
１６４、１７４、１８４ 無線送受信部
１２５、１６５ 電池
１７５ ＡＣアダプタ
１５４ ＡＣ電源
１２６、１６７ 無線送受信部電源スイッチ
１６６ センサ部電源スイッチ

Claims (8)

1. 対象物の状態を検知し、センサデータとして送信するセンサと、前記センサデータを取得して管理する管理端末と、の間の無線通信を１段又は多段で中継する省電力型無線通信装置であって、
   前記センサ側から送信されたセンサデータを前記管理端末側に無線送信する無線送受信部と、
   前記無線送受信部によりセンサデータが送信された後、自装置をアクティブモードからスリープモードに切替制御する制御部と、を備える省電力型無線通信装置。
2. 前記省電力型無線通信装置には、自装置の各部に電力を供給するための電池が内蔵されている請求項１に記載の省電力型無線通信装置。
3. 前記制御部は、前記センサデータが前記管理端末側に無線通信された後、前記無線送受信部への電力供給を一旦停止する請求項１又は請求項２のいずれかに記載の省電力型無線通信装置。
4. 前記制御部は、前記管理端末から前記センサデータの受信確認通知を受信した後、前記無線送受信部への電力供給を一旦停止する請求項３に記載の省電力型無線通信装置。
5. 前記制御部は、予め定められたスリープ時間経過後、自装置をスリープモードからアクティブモードに復帰させる請求項１〜４のいずれかに記載の省電力型無線通信装置。
6. 複数の前記センサと前記管理端末との間の無線通信を中継する専用の省電力型無線通信装置が各センサに一対一に特定され、
   前記各センサにより検出されたセンサデータは前記各センサに一対一に特定された専用の省電力型無線通信装置を通る特定の経路を経由して前記管理端末に送信される請求項１〜５のいずれかに記載の省電力型無線通信装置。
7. 前記省電力型無線通信装置をスリープモードからアクティブモードに復帰させるまでのスリープ時間は、前記センサと前記管理端末との無線通信を中継する専用の省電力型無線通信装置のうち、前記センサに近い位置に配置されている省電力型無線通信装置程長い時間又は同一時間に予め設定される請求項６に記載の省電力型無線通信装置。
8. 前記センサを内蔵するセンサ装置をスリープモードからアクティブモードに復帰させるまでのスリープ時間は、前記専用の省電力型無線通信装置のスリープ時間より長い時間又は同一時間に予め設定される請求項７に記載の省電力型無線通信装置。

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