JP2010509834A - センサ装置、センサネットワークシステム、及びセンサ装置制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】実施の形態は、センサ装置及びその制御方法を開示する。
【解決手段】実施の形態によるセンサ装置は、タグ情報を要求して干渉チャネルを検出するリーダと、前記検出された干渉チャネル情報を近距離無線通信で互いに共有して、前記リーダに使用するチャネルを再割当する近距離無線通信モジュールと、を含む。
【選択図】図１

Description

実施の形態は、センサ装置、センサネットワークシステム、及びセンサ装置制御方法を開示する。

ユビキタス（ｕｂｉｑｕｉｔｏｕｓ）ネットワーク技術とは、時間と場所に拘束されず、多様なネットワークに自然に接続できるようにする技術のことである。このようなユビキタスネットワーク技術の一例としてＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）技術を挙げることができる。

一般に、ＲＦＩＤ技術はタグとリーダを含み、タグは商品のような物品に付着され該物品の細部情報を保存し、リーダはタグとＲＦ通信を遂行してタグから物品の情報を獲得する。このようなＲＦＩＤ技術は物品の流通、組立、価格変動、販売などの物流／流通管理を効果的に処理できる基盤を提供する。

ＲＦＩＤリーダは高速で移動するタグを対象とするため、電波環境の変化が激しく、外部の環境変化による受信信号の変化が大きくなるが、特にＲＦＩＤリーダ間の周波数干渉現象はＲＦＩＤタグの認識率に大きな影響を与える。

実施の形態はタグの認識率を向上させることができるセンサ装置、センサネットワークシステム、及びセンサ装置制御方法を提供する。

実施の形態はリーダ間の干渉を最小化できるセンサ装置、センサネットワークシステム、及びセンサ装置制御方法を提供する。

実施の形態によるセンサ装置は、タグ情報を要求して干渉チャネルを検出するリーダと、生成された干渉チャネル情報を近距離無線通信で送信又は受信して共有する近距離無線通信モジュールと、を含む。

実施の形態によるセンサ装置は、タグ情報を要求して干渉チャネルを検出するリーダと、検出された干渉チャネル情報を近距離無線通信で互いに共有し、リーダに使用するチャネルを再割当する近距離無線通信モジュールと、を含む。

実施の形態によるセンサネットワークシステムは、タグと通信して干渉チャネルとタグ情報を含むノード情報を伝送するセンサと、センサのノード情報を収集するコーディネータモジュールと、コーディネータモジュールから収集したノード情報に基づいてセンサのチャネルを再割当して伝送するサーバと、を含む。

実施の形態によるセンサ装置制御方法は、センサのリーダから干渉チャネルを検出するステップと、干渉チャネルが検出された場合、隣接するセンサと干渉チャネルを共有するステップと、干渉チャネルを除いたチャネルのうちから使用するチャネルをリーダに再割当するステップと、を含む。

実施の形態によるセンサ装置、センサネットワークシステム、及びセンサ装置制御方法によれば、タグの認識率を向上させることができる。

また、タグの認識率の向上によってＲＦＩＤ技術の信頼性を改善させることができる。

さらに、隣接するリーダとの干渉現象を排除することができ、リーダ配置の自由度を確保することができる。

また、周辺環境や施設に拘束されず、ＲＦＩＤシステムを効果的に構築できる。

さらに、ネットワーク内のリーダを制御するための複雑な統制システムを別途具備しなくても良い効果がある。

また、センサネットワーク内のリーダの初期状態及び現状をリアルタイムでモニタリングすることで効果的に管理できる。

実施の形態に係るセンサネットワークシステムを示す図である。 第１実施の形態に係るノード型周波数カウント方式を示す図である。 第２実施の形態に係るネットワーク型周波数カウント方式を示す図である。 実施の形態に係るセンサノードを示す図である。 実施の形態に係るリーダの詳細な構成を示す図である。 図４の近距離無線通信モジュールの詳細な構成を示す図である。 図４の近距離無線通信モジュールのプロトコルスタック構造を示す図である。 実施の形態に係るリーダのスイッチングタイムを示す図である。 実施の形態に係るリーダの周波数ホッピング動作を例示的に示す図である。 図４の近距離無線通信モジュールのネットワークトポロジ（Ｔｏｐｏｌｏｇｙ）を例示的に示す図である。 図４の近距離無線通信モジュールのネットワークトポロジを例示的に示す図である。 図４の近距離無線通信モジュールのネットワークトポロジを例示的に示す図である。 実施の形態に係るノード型周波数カウント方法を示すフローチャートである。 実施の形態に係るネットワーク型周波数カウント方法を示すフローチャートである。

以下、添付された図面を参照して実施の形態によるセンサ装置及びセンサネットワークシステムについて説明する。

図１は、実施の形態に係るセンサネットワークシステムを示す図である。
図１に示すように、センサネットワークシステム３００はセンサネットワーク１００Ａ、１００Ｂとアクセスネットワーク２００とを含む。前記センサネットワーク１００Ａ、１００Ｂは複数のセンサノード１００を含み、各センサノード１００は該当セル領域のタグ１１５から情報を収集する。前記アクセスネットワーク２００は複数のゲートウェイモジュール２０２及びサーバ２１０を含み、前記ゲートウェイモジュール２０２はバックボーンネットワークとしてインターネットに接続でき、センサノード１００から収集した情報をサーバ２１０へ伝達し、サーバ２１０から制御データをセンサネットワーク１００Ａ、１００Ｂへ伝達する。前記サーバ２１０はセンサノード１００をモニタリングして管理及び制御する。

前記センサノード１００は近距離無線通信によって各種情報を共有する。前記共有情報は干渉チャネル情報及びチャネル割当情報などを含むことができる。

前記センサネットワークシステム３００はユビキタスセンサネットワーク（ＵＳＮ:ｕｂｉｑｕｉｔｏｕｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ）を基盤に、一つ以上のセンサネットワーク１００Ａ、１００Ｂを管理できる。また、各センサノード１００のチャネル割当方式は、センサネットワーク１００Ａ、１００Ｂ内で自らチャネルを割り当てさせるか、サーバ２１０によってチャネルを割り当てられることができる。前記ノード型周波数カウント方式、又はネットワーク型周波数カウント方式は、干渉チャネルを除いたチャネルを用いて新しいチャネルに再割当することができる。

図２は、第１実施の形態に係るノード型周波数カウント方式を示す図である。
図２に示すように、センサネットワーク１００Ａには複数のセンサノード１０１〜１０Ｎ、タグ（Ｔａｇ、又はｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ）１１５及びルータ１８０を含み、各センサノード１０１〜１０Ｎはリーダ（ｒｅａｄｅｒ、又はＩｎｔｅｒｒｏｇａｔｏｒ）１１０と近距離無線通信モジュール１５０とからなる。ここで、リーダ１１０とタグ１１５はＲＦＩＤシステムと定義され、前記リーダ１１０はタグ１１５に情報要求信号を伝送し（Ｓ１）、タグ１１５から実体詳細情報を受信（Ｓ２）することで、タグ１１５のデータを収集できる。

前記タグ１１５は形態と大きさが様々であり、電源を搭載しているか否かによって能動型タグと受動型タグとに区分され、使用する周波数帯域によって低周波システムと高周波システムとに分かれる。かかるタグは人、自動車、貨物、家畜、ビルディングなどの実体に付着され、該実体の詳細情報を保存する。

前記近距離無線通信モジュール１５０は、ジグビーモジュールに具現され得る。前記近距離無線通信モジュール１５０はリーダ１１０と有線インタフェース（例：ＵＡＲＴ）で接続され、リーダ１１０と情報を交換する。ここで、前記近距離無線通信モジュール１５０は近距離無線ネットワーク内で他の近距離無線通信モジュールと相互通信を行う。前記近距離無線通信モジュール１５０はジグビーモジュール、無線ＬＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ、又はＷｉＦｉ）、超広帯域無線（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ：ＵＷＢ）、ブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）、ワイマックス（Ｗｏｒｌｄ ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｃｃｅｓｓ：ＷｉＭａｘ）、ワイブロ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ：ＷｉＢｒｏ）及びＤＳＲＣ（Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｓｈｏｒｔ Ｒａｎｇｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）のうち少なくとも一つに具現され得る。

前記ＲＦＩＤ通信方式と近距離無線通信方式は、互いに異なる周波数帯域で通信を行える。前記リーダ１１０を利用したＲＦＩＤ通信方式は、例えば、ＵＨＦ（Ｕｌｔｒａ−Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯域（例：８６０−９６０ＭＨｚ）の範囲を使用し、近距離無線通信モジュール１５０は、例えば、マイクロ波（例：２．４ＧＨｚ）帯域の範囲を使用することができる。このような通信帯域は、例示のために開示されたものであり、開示される実施の形態の技術的思想とその技術的範囲内で、変更が可能である。

前記ルータ１８０は無線ルータ、即ち、ジグビールータとして、センサノード１０１〜１０Ｎからなるセンサネットワーク１００Ａを拡張させることができる。例えば、スター及びメッシュトポロジの形態にセンサネットワークを構成することもできる。

センサネットワーク１００Ａの終端は、コーディネータモジュール１８２から構成され、前記コーディネータモジュール１８２はルータ１８０を介してセンサノード１０１〜１０Ｎと通信し、センサネットワーク１００Ａの内部のセンサノードの初期化及び管理を担当し、センサノード１０１〜１０Ｎから収集した情報をゲートウェイモジュール２０２へ伝達し、サーバ２１０の制御データをセンサネットワーク１００Ａへ伝達する。

前記ゲートウェイモジュール２０２はコーディネータモジュール１８２とサーバ２１０との間に接続され、データを交換する。前記サーバ２１０は前記センサノード１０１〜１０Ｎの情報を利用してセンサノード１０１〜１０Ｎを制御する。

このようなセンサノード１０１〜１０Ｎはノード型チャネル割当方式でチャネルを割り当てる。ノード型チャネル割当方式はセンサネットワーク１００Ａ内のセンサノード１０１〜１０Ｎが干渉チャネルと使用チャネルを互いに共有し、干渉チャネルを除いた周波数カウント方式でチャネルを割り当てる。例えば、第１センサノード１０１で干渉チャネルが発生すると、前記干渉チャネル情報は第１近距離無線通信モジュール１５０を介してセンサネットワーク１００Ａ内の全てのセンサノード１０２〜１０Ｎに伝達されて共有される。この時第１近距離無線通信モジュール１５０はリーダ１１０が使用するチャネルとノードＩＤ、そして、タグ情報を共に伝達する。これにより近距離無線通信モジュール１５０は干渉チャネルと他のリーダの使用中のチャネルを除いたチャネルのうちから使用するチャネルをリーダ１１０に伝達する。

ここで、前記近距離無線通信モジュール１５０はノード情報を共有し、干渉チャネルと使用するチャネルの情報を受信し、残りのチャネルのうちから周波数をカウントして使用するチャネルを選択し、次のセンサノードの近距離無線通信モジュール１５０に順次に伝達する。このような方式で、センサネットワーク１００Ａ内のセンサノード１０１〜１０Ｎは干渉チャネルを除いたチャネルのうちから使用するチャネルをそれぞれ選択することができ、リーダ１１０は使用するチャネルを介してタグ１５０と通信する。この時、センサネットワーク１００Ａ内のリーダ１１０は互いに異なるチャネルを占有するようになる。

前記センサネットワーク１００Ａ内で全てのリーダ１１０は互いに異なるチャネルを占有し、タグ１１５と通信を行う。例えば、大韓民国ＲＦＩＤ ＵＨＦ周波数である９０８.５〜９１４Ｍｈｚ帯域内では、リーダ１１０は占有周波数２００ＫＨｚの間隔を置いて形成される１５個以上のチャネルを、互いに異なる時間帯で占有し、タグ１１５と通信を行う。チャネルの数は国家別使用周波数帯域によって変更可能である。例えば、ヨーロッパＵＨＦ ＲＦＩＤ周波数である８６５〜８６８ＭＨｚ帯域内では、占有周波数は２００ＫＨｚのチャネル間隔を有する。米国ＵＨＦ ＲＦＩＤ周波数である９０２〜９２８ＭＨｚ帯域内では、占有周波数は５００ＫＨｚのチャネル間隔を有する。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。

そして、前記センサノード１０１〜１０ＮのノードＩＤ、干渉チャネル、使用チャネル、及びタグ情報はルータ１８０を介してコーディネータモジュール１８２へ伝達され、前記コーディネータモジュール１８２はセンサネットワーク１００Ａ内の全ての情報を収集して、ゲートウェイモジュール２０２を介してサーバ２１０へ伝達する。前記サーバ２１０はゲートウェイモジュール２０２を介して収集した情報に基づいてセンサノード１０１〜１０Ｎを管理する。

図３は、第２実施の形態に係るネットワーク型周波数カウント方式を示す図である。
図３に示すように、サーバ２１０は複数のセンサネットワーク１００Ａ〜１００Ｎを管理し、ノード情報としてノードＩＤと干渉チャネル、及びタグ情報を収集する。前記サーバ２１０はチャネル干渉が発生したネットワーク１００Ａ〜１００Ｎのチャネルから前記干渉チャネルを除いたチャネルを周波数カウントしてチャネル割当をやり直す。このような方式で、センサネットワーク１００Ａ〜１００Ｎのリーダ１１０のチャネル割当を行う。

前記サーバ２１０は各リーダ１１０から収集したタグ情報を保存し、干渉チャネル情報を除いたチャネルを用いてノード別チャネルを再割当する。前記チャネル割当データはゲートウェイモジュール２０２を介して各コーディネータモジュール１８２へ伝達され、各コーディネータモジュール１８２はルータ１８０を介して全てのセンサノード１０１〜１０Ｎにチャネル割当データを伝達する。このようなチャネル割当データを逆方向パスで各センサノード１０１〜１０Ｎへ伝達するが、この時のチャネル割当データは所定個数のセンサネットワークグループ又は全体センサネットワークグループに区分できる。

前記センサノード１０１〜１０ＮはノードＩＤと割り当てられたチャネルを用いてタグ１１５と通信を遂行する。即ち、センサノード１０１〜１０Ｎの近距離無線通信モジュール１５０はノードＩＤから割り当てられたチャネルを抽出して、前記抽出されたチャネルをリーダ１１０に伝達する。前記リーダ１１０は前記チャネルに該当する周波数でタグ１１５と通信する。

このような第２実施の形態は、サーバでセル内の干渉チャネルを収集し、前記収集したチャネル情報に基づいて新しいチャネル割当を遂行する。このようなチャネル割当方式はサーバで干渉チャネルを基準にして再割当する方式を遂行するため、干渉チャネルが発生することなく通信できる。

図４は、実施の形態に係るセンサノードを示す構成図である。
図４に示すように、センサノード１００はリーダ１１０、近距離無線通信モジュール１５０及び信号分離器１７０及びアンテナ１７１を含む。前記センサノード１００はリーダ１１０、近距離無線通信モジュール１５０及び信号分離器１７０が単一チップの形態に具現されることができる。

前記リーダ１１０はＲＦＩＤネットワーク内に存在するタグ１１５と無線通信媒体を介して通信する。このようなリーダ１１０は信号分離器１７０を経てアンテナ１７１を介してタグ１１５に情報要求信号を伝送し、タグ１１５から実体詳細情報を受信することで、タグ１１５のデータを収集できる。前記近距離無線通信モジュール１５０はジグビーモジュールに具現されることができ、ジグビーネットワーク内に存在する近距離無線通信モジュールは互いに通信する。

前記信号分離器１７０はリーダ１１０及び近距離無線通信モジュール１５０とアンテナ１７１との間に連結される。このような信号分離器１７０はリーダ１１０又は近距離無線通信モジュール１５０のＲＦ信号をアンテナ１７１を介して入力又は出力する。前記信号分離器１７０は、例えば、マルチプレクサのようなスイッチ集積回路を具備することができ、リーダ１１０又は近距離無線通信モジュール１５０に設置されるか、別途に設置され得る。また、実施の形態ではセンサノード１００が一つのアンテナを用いる場合を例に挙げて説明したが、複数のアンテナを提供してリーダ１１０と近距離通信モジュール１５０が独立的に通信することも可能であり、これに限定しない。

前記リーダ１１０は割り当てられたチャネルを使用して占有時間の間タグ１１５と通信を遂行する。前記リーダ１１０は、例えば、複数のチャネルのうちチャネル干渉の無いチャネルを利用してタグ１１５と通信を遂行する。

そして、リーダ１１０はタグ１１５から受信する信号の強さを測定して、前記測定された受信信号の強さから干渉が発生するチャネルの干渉情報を生成して、近距離無線通信モジュール１５０へ伝達する。前記近距離無線通信モジュール１５０は他の近距離無線通信モジュールとチャネル干渉情報を共有することになる。これにより隣接するリーダ１１０のチャネル干渉情報を認識することができ、リーダ１１０間は干渉の無いチャネルで通信することになるため、タグの認識率を向上させることができる。

図５は、実施の形態に係るリーダの詳細な構成を示す図である。
図５に示すように、リーダ１１０はＲＦ処理器１２０、干渉チャネル検出器１３０及びリーダ制御器１４０を含む。前記ＲＦ処理器１２０はＲＦ通信を担当する部分であって、トランシーバ１２１、変調器１２２、復調器１２３及びベースバンド部１２４を含み、リーダ制御器１４０の制御を受ける。

前記トランシーバ１２１は信号分離器１７０を介してＲＦ信号を送信するか、ＲＦ信号を受信する。前記変調器１２２は伝送しようとするデータを発振周波数に変調してトランシーバ１２１へ出力し、前記復調器１２３はトランシーバ１２１を介して受信する信号をタグ情報に復調し、ベースバンド部１２４は送信されるデータをアナログ信号で処理し、受信した信号をデジタルデータとして処理する。ここで、リーダ１１０のエンコード方式は例えば、ＰＩＥ（Ｐｕｌｓｅ Ｉｎｔｅｒｖａｌ Ｅｎｃｏｄｉｎｇ）を使用でき、変調器１２２はＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）方式、例えば、ＤＳＢ−ＡＳＫ（Ｄｏｕｂｌｅ−ＳｉｄｅＢａｎｄ ＡＳＫ）、ＳＳＢ−ＡＳＫ（Ｓｉｎｇｌｅ−ＳｉｄｅＢａｎｄ ＡＳＫ）、又はＰＲ−ＡＳＫ（Ｐｈａｓｅ−Ｒｅｖｅｒｓａｌ ＡＳＫ）を選択的に使用でき、このような方式に実施の形態を限定するものではない。

前記干渉チャネル検出器１３０はアンテナ（図４の１７１）又は信号分離器１７０から受信する信号を受け取って受信信号の強さを測定し、測定された受信信号の強さを検出してリーダ制御器１４０へ伝達する。このような干渉チャネル検出器１３０は信号結合器１３１、信号変換器１３２、レベル生成器１３３及びフィルタ１３４を含む。前記信号結合器１３１は信号分離器１７０を介して受信した信号をカップリングさせて信号変換器１３２へ出力するものであって、例えば、カップリングキャパシタ（ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）又は方向性結合器（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｃｏｕｐｌｅｒ）などに具現され得る。前記信号変換器１３２はカップリングされた信号から安定した中間周波数信号への変換を行う。このような信号変換器１３２は受信信号が不安定な高周波信号を表す場合、安定した中間周波数信号に変換を行う。前記レベル生成器１３３は中間周波数信号を直流電圧レベルに変換してフィルタ１３４へ出力する。前記レベル生成器１３３は中間周波数信号に比例したデシベル値のレベルを出力することで、電力レベルの信号受信感度を改善させることができる。前記フィルタ１３４は直流電圧レベルのノイズ成分を除去して干渉チャネルを検出し、前記干渉チャネル情報をリーダ制御器１４０へ伝達する。また、干渉情報以外にも現リーダのセッティング状態のモニタリング及びリーダから収集したタグＩＤを伝達する機能もともに遂行する。

前記リーダ制御器１４０は干渉チャネルがある場合、前記干渉チャネル情報とタグ情報を近距離無線通信モジュール１５０へ伝達する。

前記リーダ制御器１４０は自らのチャネル干渉情報を近距離無線通信モジュール１５０へ出力し、近距離無線通信モジュール１５０から使用するチャネル情報を受信する。ここで、前記近距離無線通信モジュール１５０は他のモジュールと前記干渉情報を共有するので、全てのリーダ１１０のチャネル干渉情報を共有できるようになる。これにより近距離無線通信モジュール１５０は干渉チャネル情報を反映して使用するチャネルをそれぞれカウントしてリーダ１１０に伝達する。

ここで、前記近距離無線通信モジュール１５０はＴ−ＦＨＳＳ（Ｔｉｍｅ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｈｏｐｐｉｎｇ ｓｐｒｅａｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ）方式でチャネルホッピングを行う。前記ＦＨＳＳ方式は、ＰＳＫ（ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）技術を使用して、数十個以上の独立チャネルに対してランダムホッピングシーケンス（ｒａｎｄｏｍ ｈｏｐｐｉｎｇ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）によってチャネルホッピングしてデータを送受信できる。ここで、周波数ホッピング方式はＦＨＳＳ方式のみでなく、ＬＢＴ（Ｌｉｓｔｅｎ Ｂｅｆｏｒｅ Ｔａｌｋ）方式で通信することもできるが、前記ＬＢＴ方式はデータを伝送する前に使用可能なチャネルを探知してチャネルが空いている場合のみ通信する方式である。かかる周波数占有方式に対してＦＨＳＳ、ＬＢＴ方式のうち何れか一つを使用するか、又は二つを共に使用することができ、または、ダイレクトシーケンススペクトラム拡散（Ｄｉｒｅｃｔ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｓｐｒｅａｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ：ＤＳＳＳ）方式を適用できる。

このようなリーダ制御器１４０は近距離無線通信モジュールから干渉情報に基づいてＦＨＳＳ遂行のための変数値を受信してＲＦ処理器１２０を制御し、前記ＲＦ処理器１２０はチャネルインデックスシーケンスによって発振周波数を生成して該当チャネルでタグと通信を遂行することになる。即ち、前記リーダ制御器はＴ−ＦＨＳＳ時間同期方式を利用したチャネルコーディング方式により前記周波数ホッピングと関連した情報を処理する。

また、前記リーダ制御器１４０はＲＦ処理器１２０の動作を制御することで、ＲＦ処理器１２０の変調器に印加される発振周波数を調整することができる。

一方、図６は、図４の近距離無線通信モジュールの詳細な構成を示す図であり、図７は図４の近距離無線通信モジュールの通信プロトコルスタックを示す図である。

図６に示すように、近距離無線通信モジュール１５０は、ＲＦ受信機１５１、ＲＦ送信機１５２、位相同期ループ（Ｐｈａｓｅ ｌｏｃｋｅｄ ｌｏｏｐ：ＰＬＬ）１５３、電力制御回路１５４、ＭＡＣ処理器１５５及び制御器１５６を含む。

前記ＲＦ受信機１５１及びＲＦ送信機１５２は信号分離器１７０を介してアンテナと連結され、制御器１５６はリーダ１１０とタグ情報及び干渉チャネル情報を交換する。ここで、前記制御器１５６とリーダ１１０とは有線インタフェース、例えば、ＵＡＲＴ接続装置（例：ＲＳ−２３２ＣＤＴＥインタフェース）で連結され得る。

ＲＦ受信機１５１及びＲＦ送信機１５２は近距離無線通信帯域に送信又は受信する信号を処理し、ノードと関連した情報を交換する。前記位相同期ループ１５３はＲＦ受信機１５１とＲＦ送信機１５２に基準周波数信号を提供し、電力制御回路１５４は受信信号の強さを判別して送信電力量を調整する。このようなＲＦ受信機１５１、ＲＦ送信機１５２、位相同期回路１５３及び電力制御回路１５４は、近距離通信プロトコル（例:ジグビー方式）の物理層（ＰＨＹ Ｌａｙｅｒ）（図７のＬ１）を介して動作するものであって、ＲＦ通信構造とネットワークトポロジを決定する。

前記制御器１５６はリーダ１１０からタグ情報と干渉チャネル情報を受信して、前記干渉チャネルを除いたチャネルのうちから使用するチャネルを周波数カウントして前記リーダ１１０に再割当する。また、前記制御器１５６はタグ情報、干渉チャネル及び使用チャネル情報を含むノード情報を他のセンサノードに伝達して共有する。このようなノード間のチャネル共有方式は干渉チャネルが他のノードにも割り当てられないように制御するものであって、ノード型周波数カウント方式に該当する。また、前記センサノードのノード情報はサーバに伝送される。

ここで、ネットワーク型周波数カウント方式では前記制御器１５６でリーダ１１０に干渉チャネルを除いたチャネルを再割当せず、サーバでリーダの干渉チャネル及びタグ情報を収集して、干渉チャネルを除いたチャネルから各リーダのチャネルを再割当し、該チャネル割当データをセンサノードに伝送する。この時、近距離無線通信モジュール１５０の制御器１５６はチャネル割当データから自らのノードＩＤに該当するチャネルを抽出してリーダに伝達し、前記リーダはタグと干渉チャネルの無いチャネルで通信することができる。ノード型周波数カウント方式とネットワーク型周波数カウント方式は、初期セットされるか、運営者がネットワークの特性によって選択できる。

前記ＲＦ受信機１５１とＲＦ送信機１５２は、例えば、ＤＳＳＳを利用して、２．４ＧＨｚ帯域の場合、３２ＰＮコード長さのＯ−ＱＰＳＫ（Ｏｆｆｓｅｔ−Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調方式が用いられ、１ＧＨｚ以下の帯域である場合、１５ＰＮコード長さのＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調方式が利用される。前記ＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）処理器１５５は物理（ＰＨＹ）階層（図７のＬ１）のデジタル処理が終わると、受信したデータフレーム構造を解析してフレームを承認し、エラーを感知して再伝送を行うか否かを決定し、パケットルーティングを処理する。

また、前記制御器１５６は残りのＭＡＣ階層の機能、ネットワーク階層（図７のＬ３）の機能、フレームワーク階層（図７のＬ４）の機能を遂行してネットワークトポロジを構成し、応用階層（図７のＬ５）の機能を遂行して前記干渉情報のようなデータを伝送する。

図７に示すように、前記物理階層（Ｌ１）及びＭＡＣ階層（Ｌ２）はＩＥＥＥ８０２標準方式を使用する。ここで、ＩＥＥＥ８０２．１５．４標準は２つの種類（２．４ＧＨｚ、８６６／９１５ＭＨｚ）の物理階層を定義し、２．４ＧＨｚ帯域には１６チャネル、９０２ＭＨｚ乃至９２８ＭＨｚ帯域には１０チャネル、８６８ＭＨｚ乃至８７０ＭＨｚ帯域には１つのチャネルが割り当てられる。このようなチャネル個数はチャネル帯域幅によって変更されることができ、これに限定しない。

図８は、実施の形態によるＲＦリーダのスイッチングタイムを例示的に示す図である。
図８に示すように、時点Ｔ１，．．．，ＴＮはセンサネットワーク内のリーダの開始時間を示し、区間Ｔ１１，．．．，ＴＮ１は各リーダのチャネル占有時間を示す。

図９は、実施の形態によるリーダの周波数ホッピング動作を例示的に示す図である。
図９に示すように、チャネル区間Ｄ１は干渉の起きた周波数（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）チャネルを意味し、チャネル区間Ｄ２はホッピングした後、タグ情報を処理する区間である。第１近距離無線通信モジュールはチャネル２で干渉が発生した場合、チャネル５で周波数ホッピング（ｆｃ）して第１リーダに伝達し、第２近距離無線通信モジュールはチャネル２で干渉が発生した場合、チャネル３を基準にチャネル６で周波数ホッピング（ｆｃ）して第２リーダに伝達し、第３近距離無線通信モジュールはチャネル２に干渉が発生した場合、チャネル４を基準にチャネル７に周波数ホッピング（ｆｃ）して第３リーダに伝達する。このような周波数ホッピング動作は干渉チャネルを除いたチャネルのうち、互いに異なるチャネルにホッピングされる。

センサネットワーク内でチャネル２に干渉が発生する場合、干渉チャネルを除いたチャネルを用いて予め決められたチャネル間隔にホッピングすることになるが、それぞれチャネル５、チャネル８、チャネル１１、チャネル１４の順にホッピングするか、チャネル３、チャネル６、チャネル９、チャネル１２、チャネル１５の順にホッピングするか、チャネル４、チャネル７、チャネル１０、チャネル１３の順にホッピングすることができる。ここで、周波数ホッピングは、例えば、３つのチャネル間隔で行われ、チャネル干渉がある場合、他の間隔のチャネルにホッピングされ得る。従って、所定領域内で隣接するように設置されたＲＦリーダは干渉現象の影響を受けることなくタグ情報を受信することができ、タグの認識率を改善させることができる。

図１０乃至図１２は、実施の形態による近距離無線通信モジュールが形成するネットワークトポロジ（Ｔｏｐｏｌｏｇｙ）を例示的に示す図である。ここで、近距離無線通信モジュールはジグビーモジュールである場合を例に挙げて説明する。

図１０は、一つのルータ（Ｒ）１８０に複数のセンサノード（Ｎ）１００がスター（Ｓｔａｒ）型センサネットワークに形成された例である。図１１は、複数のルータ（Ｒ）１８０に複数のセンサノード（Ｎ）１００がメッシュ（Ｍｅｓｈ）型センサネットワークに形成された例である。図１２は、一つのルータ１８０に複数のセンサノード（Ｎ）１００がクラスタツリー（Ｃｌｕｓｔｅｒ Ｔｒｅｅ）型センサネットワークに形成された図である。

また、センサネットワークはコーディネータを中心にＦＦＤ（Ｆｕｌｌ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｎｏｄｅ）とＲＦＤ（Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｎｏｄｅ）でジグビーネットワークが形成される。前記ＦＦＤはデータルーティング機能を有しており、前記ＲＦＤは測定されたデータをＦＦＤに単に伝達する役割のみを遂行する。一つのジグビーネットワークは数十〜数万個のノードで構成されることができ、電源とネットワーク帯域幅の効率性のために適切に構成され得る。

図１３は、実施の形態によるノード型周波数カウント方法を示すフローチャートである。
図１３に示すように、センサノードはタグに情報要求信号を送信しタグ情報を受信する（Ｓ１０１）。この時、センサノードのリーダは干渉チャネルがあるか否かを確認した後（Ｓ１０３）、干渉チャネルがある場合、近距離無線通信モジュールに伝達する。前記近距離無線通信モジュールは干渉チャネルを除いたチャネルのうちから使用するチャネルを選択し（Ｓ１０５）、そのチャネルをリーダに伝達してタグと情報を交換する。また、前記干渉チャネルと使用チャネル、そしてタグ情報は、他の近距離無線通信モジュールに伝達され、センサネットワーク内で共有することになる（Ｓ１０７）。これによりセンサネットワーク内のセンサノードは干渉チャネルを除いたチャネルと他のノードが使用しないチャネルのうちからチャネルを選択できる。

図１４は、実施の形態によるネットワーク型周波数カウント方法を示すフローチャートである。
図１４に示すように、サーバでセンサネットワーク内のノードからタグ情報と干渉チャネル情報を収集する（Ｓ１１１）。そして、各センサノードに干渉チャネルを除いたチャネル割当データを伝送することで（Ｓ１１３）、各センサノードは割り当てられたチャネルでタグと通信を遂行する（Ｓ１１５）。このようなネットワーク型チャネル割当方法は、センサネットワークの構造が複数である場合、サーバから一括的に干渉チャネルを集めて、干渉チャネルを除いたチャネルのうちからチャネルをそれぞれ割り当てる。

以上、実施の形態を中心に説明したが、これは例示しているだけであり、本発明を限定するものでなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性を抜け出さない範囲で、以上で例示していない様々な変形と応用が可能であることが理解できるはずである。例えば、本発明の実施の形態に具体的に示された各構成要素は、変形して実施することができるものである。そして、このような変形と応用に係わる相違点は添付された請求の範囲が規定する本発明の範囲に含まれると解析されるべきである。

実施の形態によるセンサ装置、センサネットワークシステム、及びセンサ装置制御方法によれば、タグの認識率を向上させることができる。
また、タグの認識率の向上によってＲＦＩＤ技術の信頼性を改善させることができる。
さらに、隣接するリーダとの干渉現象を排除することができ、リーダ配置の自由度を確保することができる。
また、周辺環境や施設に拘束されず、ＲＦＩＤシステムを効果的に構築できる。
さらに、ネットワーク内のリーダを制御するための複雑な統制システムを別途具備しなくても良い効果がある。
また、センサネットワーク内のリーダの初期状態及び現状をリアルタイムでモニタリングすることで効果的に管理できる。

Claims (20)

1. タグ情報を要求して干渉チャネルを検出するリーダと、
   前記干渉チャネルの情報を近距離無線通信で送信又は受信して共有する近距離無線通信モジュールと、を含むセンサ装置。
2. 前記リーダと近距離無線通信モジュールとは有線インタフェースで連結される請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記近距離無線通信モジュールは、ジグビーモジュール、無線ＬＡＮ又はＷｉＦｉ、超広帯域無線（ＵＷＢ）モジュール、ブルートゥースモジュール、ワイマックス（ＷｉＭａｘ）モジュール、ワイブロ（ＷｉＢｒｏ）モジュール及び専用狭域通信（ＤＳＲＣ）モジュールのうち少なくとも一つを含む請求項１に記載のセンサ装置。
4. 前記リーダは、タグから受信した信号の強さを感知して干渉チャネルを検出する干渉チャネル検出器を含む請求項１に記載のセンサ装置。
5. 前記リーダは、タグと通信を遂行するＲＦ処理器と、アンテナに受信された信号の強さを感知して干渉チャネルを検出する干渉チャネル検出器と、前記近距離無線通信モジュールと連結され、前記検出された干渉チャネル情報を前記近距離無線通信モジュールに伝達して使用するチャネルを受信するリーダ制御器と、を含む請求項１に記載のセンサ装置。
6. 前記近距離無線通信モジュールは前記干渉チャネルを除いたチャネルのうちから他のリーダが使用しないチャネルを再割当する請求項１に記載のセンサ装置。
7. 前記リーダと近距離無線通信モジュールとを共にアンテナに接続する信号分離器を含む請求項１に記載のセンサ装置。
8. タグ情報を要求して干渉チャネルを検出するリーダと、
   検出された前記干渉チャネルの情報を近距離無線通信で互いに共有し、前記リーダに使用するチャネルを再割当する近距離無線通信モジュールと、を含むセンサ装置。
9. 前記リーダは、タグと通信を遂行するＲＦ処理器と、アンテナに受信された信号の強さを感知して干渉チャネルを検出する干渉チャネル検出器と、前記近距離無線通信モジュールと連結され、前記検出された干渉チャネル情報を前記近距離無線通信モジュールに伝達して使用するチャネルを受信するリーダ制御器と、を含む請求項８に記載のセンサ装置。
10. 前記干渉チャネル検出器は、受信する信号をカップリングさせて検出する信号結合器と、前記カップリングされた信号を中間周波数信号に変換する信号変換器と、前記変換された中間周波数信号から干渉されたチャネルを検出するフィルタと、を含む請求項９に記載のセンサ装置。
11. 前記リーダ制御器は、近距離無線通信モジュールにタグ情報と干渉チャネル情報を伝達し、再割当されたチャネルを受信してＲＦ処理器を制御する請求項９に記載のセンサ装置。
12. 前記リーダはＵＨＦ帯域で通信し、
    前記近距離無線通信モジュールは２．４５ＧＨｚ帯域で通信する請求項８に記載のセンサ装置。
13. 前記リーダ制御器は、時間−周波数ホッピングスペクトラム拡散（Ｔ−ＦＨＳＳ）時間同期方式を利用したチャネルコーディング方式により前記周波数ホッピングと関連した情報を処理する請求項９に記載のセンサ装置。
14. 前記近距離無線通信モジュールはジグビーモジュールを含み、
    前記ジグビーモジュールはリデュースドファンクションデバイス（ＲＦＤ）モジュール、フルファンクションデバイス（ＦＦＤ）モジュールのうち少なくとも一つで動作する請求項８に記載のセンサ装置。
15. タグと通信し、干渉チャネルとタグ情報を含むノード情報を伝送するセンサと、
    前記センサのノード情報を収集するコーディネータモジュールと、
    前記コーディネータモジュールから収集したノード情報に基づいて前記センサのチャネルを再割当し、再割当されたチャネルの情報を伝送するサーバと、を含むセンサネットワークシステム。
16. 前記センサは、タグと通信するリーダと、前記リーダと接続され他のセンサと近距離無線通信を行う近距離無線通信モジュールと、を含む請求項１５に記載のセンサネットワークシステム。
17. 前記近距離無線通信モジュールとコーディネータモジュールとの間に配置されたルータを含む請求項１５に記載のセンサネットワークシステム。
18. センサのリーダから干渉チャネルを検出するステップと、
    前記干渉チャネルが検出された場合、隣接するセンサと前記干渉チャネル情報を共有するステップと、
    前記干渉チャネルを除いたチャネルのうちから使用するチャネルをリーダに再割当するステップと、を含むセンサ装置制御方法。
19. 前記干渉チャネルの情報の共有は、近距離無線通信モジュールによってなされる請求項１８に記載のセンサ装置制御方法。
20. 前記再割当されたチャネルの情報は近距離無線通信モジュールでカウントされるか、サーバから受信される請求項１８に記載のセンサ装置制御方法。

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