JP4670448B2 - データ収集システム、データ収集方法およびデータ収集プログラム - Google Patents

Description

本発明は、収集の対象となるデータを持つ複数の端末からデータを収集するデータ収集システム、データ収集方法およびデータ収集プログラムに係わり、特にこれらの複数の端末から少ない通信回数でデータを収集するときに好適なデータ収集システム、データ収集方法およびデータ収集プログラムに関する。

従来から、熱や音、位置などの様々な情報を検出するセンサのデータをネットワークにより収集するセンサネットワークシステムや、水道や電気およびガス等の使用量を計測する計測器の検針データをネットワークにより収集するデータ収集システムが存在している。これらのデータ収集システムでは、センサや計測器はそれぞれ通信機能を備え、ネットワークを通じて各データをデータ収集装置に送信するようになっている。

データ収集システムには各種の通信形態が存在するが、センサや測定器を順に経由する形でネットワークを構築してデータを収集するデータ収集システムがこのうちの１つとして提案されている（たとえば特許文献１参照）。この提案によれば、広域に設置された個々の通信端末装置は、他の通信端末装置を経由しながら最終的にデータ収集装置にデータを送り届けるようになっている。このような通信方法をマルチホップ（multi-hop）通信という。この提案のデータ収集システムでは、データ収集装置はマルチホップ通信で通信可能なエリア外に存在している。そのため、マルチホップ通信網を構成する複数の通信端末装置のうち１台が、公衆回線網に接続し、公衆回線網を介してデータ収集装置にデータを送ることができる通信端末装置となっている。この公衆回線網に接続された通信端末装置を親機とすると、子機となるその他の通信端末装置は、ぞれぞれのデータをマルチホップ通信で親機まで送り届け、さらに親機から公衆回線網によりデータをデータ収集装置に送るようになっている。

ところで、このようなデータ収集システムでは、収集対象となるデータを持つ通信端末装置の数が増えると、これらの各データを収集するためにシステム全体として必要とする通信回数の総和も増加する。これに伴って、データ収集に掛かる時間も増え、システム全体として効率が悪いものになってしまう。そこで、この提案のデータ収集システムでは、親機の通信端末装置がマルチホップ通信で各子機の通信端末装置のデータを集め、一括してデータ収集装置に送るようにしている。この手法によれば、親機を単なる中継点にして子機１台ずつがデータ収集装置にデータを送信するより、システム全体としてデータ収集に必要な通信回数を少なく抑えることができる。
特開２００２−２１８０８０号公報（段落００１７、図１）

ところが、この提案のデータ収集システムでは、親機が各子機からデータを収集するために必要となる通信回数がかなりの数になるという問題がある。すなわち、親機と各通信端末装置との通信はマルチホップ通信であるが、マルチホップ通信では、通信端末装置間でデータ転送を繰り返して通信が行われるため、たとえば末端に位置する１台の通信端末装置からデータ収集するだけでも、このデータを順次転送する各通信端末装置の通信として複数回の通信が必要となる。したがって、マルチホップ通信によるシステムでは、各通信端末装置からデータを収集するために必要な通信回数の総和は、通信端末装置数の増加に伴い、容易に大きな値となってしまう。この結果として、データ収集システムとして非効率な通信が行われることになった。

そこで本発明の目的は、収集の対象となるデータを持つ複数の通信端末装置が順にデータ転送の繰り返すことで通信を行うマルチホップ通信網で、より効率的な通信を可能とするデータ収集システム、そのデータ収集方法およびデータ収集プログラムを提供することにある。

本発明では、（イ）データの収集を行うデータ収集装置とこのデータ収集装置に対して各々の測定したデータを送信する複数の通信端末とをデータ収集装置を基点としてそれぞれの通信端末をツリー構造で連結した通信網として表わした通信網データを入力する通信網データ入力手段と、（ロ）この通信網データ入力手段により入力した通信網データからツリー構造の分岐点に存在する通信端末としての分岐点通信端末を抽出する分岐点通信端末抽出手段と、（ハ）通信網データ入力手段により入力した通信網データからツリー構造におけるデータ収集装置を基点としたときのそれぞれ末端に位置する通信端末としての末端通信端末を抽出する末端通信端末抽出手段と、（ニ）この末端通信端末抽出手段によって抽出された末端通信端末のうちでデータ収集装置からのホップ数が最大となる最大ホップ数通信端末を検出する最大ホップ数通信端末検出手段と、（ホ）この最大ホップ数通信端末検出手段によって検出した最大ホップ数通信端末から１ホップだけデータ収集装置側に位置する通信端末を、通信データの収集の拠点となる通信端末としてのクラスタホストに設定するクラスタホスト設定手段と、（ヘ）このクラスタホスト設定手段によって設定したクラスタホストから１ホップで通信でき、かつこれから分岐点通信端末抽出手段で抽出した分岐点通信端末を除外した集合を、通信データの収集のグループとしての第１のクラスタとして設定する第１のクラスタ設定手段と、（ト）この第１のクラスタ設定手段によって設定された第１のクラスタを構成する通信端末を通信網データから削除して最大ホップ数通信端末を再度検出しながら、データ収集装置とどのクラスタにも属さない通信端末が残るまで第２のクラスタ以降のクラスタを順次設定する残りクラスタ設定手段と、（チ）これら第１のクラスタ設定手段ならびに残りクラスタ設定手段で設定したそれぞれのクラスタについて、クラスタホスト設定手段によってそれぞれ設定したクラスタホストを用いて同一クラスタ内の各通信端末のデータを集約し、これら集約データをツリー構造に沿ってデータ収集装置に送出する集約データ送出手段とをデータ収集システムに具備させる。

また、本発明では、（イ）データの収集を行うデータ収集装置とこのデータ収集装置に対して各々の測定したデータを送信する複数の通信端末とをデータ収集装置を基点としてそれぞれの通信端末をツリー構造で連結した通信網として表わした通信網データを入力する通信網データ入力手段と、（ロ）この通信網データ入力手段により入力した通信網データからツリー構造の分岐点に存在する通信端末としての分岐点通信端末を抽出する分岐点通信端末抽出手段と、（ハ）通信網データ入力手段により入力した通信網データからツリー構造におけるデータ収集装置を基点としたときのそれぞれ末端に位置する通信端末としての末端通信端末を抽出する末端通信端末抽出手段と、（ニ）この末端通信端末抽出手段によって抽出された末端通信端末のうちでデータ収集装置からのホップ数が最大となる最大ホップ数通信端末を検出する最大ホップ数通信端末検出手段と、（ホ）この最大ホップ数通信端末検出手段によって検出した最大ホップ数通信端末から１ホップだけデータ収集装置側に位置する通信端末を、通信データの収集の拠点となる通信端末としてのクラスタホストに設定するクラスタホスト設定手段と、（ヘ）このクラスタホスト設定手段によって設定したクラスタホストから１ホップで通信でき、かつこれから分岐点通信端末抽出手段で抽出した分岐点通信端末を除外した集合を、通信データの収集のグループとしての第１のクラスタとして設定する第１のクラスタ設定手段と、（ト）通信網データ入力手段により入力した通信網データをこの第１のクラスタ設定手段で設定した第１のクラスタを構成する全ての通信端末をまとめて１つの通信端末としてのクラスタホストで置き換えた通信網データに更新し、最大ホップ数通信端末を再度検出しながら、この通信網データにデータ収集装置とどのクラスタにも属さない通信端末が残るまで第２のクラスタ以降のクラスタを順次設定する残りクラスタ設定手段と、（チ）これら第１のクラスタ設定手段ならびに残りクラスタ設定手段で設定したそれぞれのクラスタについて、クラスタホスト設定手段によってそれぞれ設定したクラスタホストを用いて同一クラスタ内の各通信端末のデータを集約し、これら集約データをツリー構造に沿ってデータ収集装置に送出する集約データ送出手段とをデータ収集システムに具備させる。

更に、本発明では、（イ）データの収集を行うデータ収集装置とこのデータ収集装置に対して各々の測定したデータを送信する複数の通信端末とをツリー構造で連結し各通信端末に順次データ転送させる形で構築される通信網を表わす通信網データを入力する通信網データ入力ステップと、（ロ）この通信網データ入力ステップで入力した通信網データからツリー構造の分岐点に存在する通信端末としての分岐点通信端末を抽出する分岐点通信端末抽出ステップと、（ハ）通信網データ入力ステップで入力した通信網データからツリー構造におけるデータ収集装置を基点としたときのそれぞれ末端に位置する通信端末としての末端通信端末を抽出する末端通信端末抽出ステップと、（ニ）この末端通信端末抽出ステップで抽出された末端通信端末のうちでデータ収集装置からのホップ数が最大となる最大ホップ数通信端末を検出する最大ホップ数通信端末検出ステップと、（ホ）この最大ホップ数通信端末検出ステップで検出した最大ホップ数通信端末から１ホップだけデータ収集装置側に位置する通信端末を、通信データの収集の拠点となる通信端末としてのクラスタホストに設定するクラスタホスト設定ステップと、（ヘ）このクラスタホスト設定ステップで設定したクラスタホストから１ホップで通信でき、かつこれから分岐点通信端末抽出ステップで抽出した分岐点通信端末を除外した集合を、通信データの収集のグループとしての第１のクラスタとして設定する第１のクラスタ設定ステップと、（ト）この第１のクラスタ設定ステップで設定された第１のクラスタを構成する通信端末を通信網データから削除して最大ホップ数通信端末を再度検出しながら、データ収集装置とどのクラスタにも属さない通信端末が残るまで第２のクラスタ以降のクラスタを順次設定する残りクラスタ設定ステップと、（チ）これら第１のクラスタ設定ステップならびに残りクラスタ設定ステップで設定したそれぞれのクラスタについて、クラスタホスト設定ステップでそれぞれ設定したクラスタホストを用いて同一クラスタ内の各通信端末のデータを集約し、これら集約データをツリー構造に沿ってデータ収集装置に送出する集約データ送出ステップとをデータ収集方法に具備させる。

更にまた、本発明では、（イ）データの収集を行うデータ収集装置とこのデータ収集装置に対して各々の測定したデータを送信する複数の通信端末とをツリー構造で連結し各通信端末に順次データ転送させる形で構築される通信網を表わす通信網データからツリー構造の分岐点に存在する通信端末としての分岐点通信端末を抽出する分岐点通信端末抽出処理と、（ロ）通信網データからツリー構造におけるデータ収集装置を基点としたときのそれぞれ末端に位置する通信端末としての末端通信端末を抽出する末端通信端末抽出処理と、（ハ）この末端通信端末抽出処理で抽出された末端通信端末のうちでデータ収集装置からのホップ数が最大となる最大ホップ数通信端末を検出する最大ホップ数通信端末検出処理と、（ニ）この最大ホップ数通信端末検出処理で検出した最大ホップ数通信端末から１ホップだけデータ収集装置側に位置する通信端末を、通信データの収集の拠点となる通信端末としてのクラスタホストに設定するクラスタホスト設定処理と、（ホ）このクラスタホスト設定処理で設定したクラスタホストから１ホップで通信でき、かつこれから分岐点通信端末抽出処理で抽出した分岐点通信端末を除外した集合を、通信データの収集のグループとしての第１のクラスタとして設定する第１のクラスタ設定処理と、（ヘ）この第１のクラスタ設定処理で設定された第１のクラスタを構成する通信端末を通信網データから削除して最大ホップ数通信端末を再度検出しながら、データ収集装置とどのクラスタにも属さない通信端末が残るまで第２のクラスタ以降のクラスタを順次設定する残りクラスタ設定処理と、（ト）これら第１のクラスタ設定処理ならびに残りクラスタ設定処理で設定した各クラスタに対応するクラスタホストそれぞれに、同一クラスタ内の各通信端末のデータを集約しこれら集約データをツリー構造に沿ってデータ収集装置に送出することを要求する集約データ送出要求処理とを具備したデータ収集プログラムをコンピュータに実行させる。

以上説明したように本発明では、データ収集装置がマルチホップ通信で通信端末からデータを収集するデータ収集システムで、これらの通信端末から通信データの収集のグループとしてのクラスタを設定するようになっている。このようにして設定された各クラスタに対応して設定されるクラスタホストは、同一クラスタ内の各通信端末のデータを集約して、それぞれデータ収集装置に一括して送出するようになっている。したがって、マルチホップ通信で各通信端末が１台ずつデータ収集装置にデータを送信するより、システム全体として、通信の回数を抑えて各データを収集することができる。また、本発明のデータ収集システムは、クラスタ生成を単純化しているため、大規模なシステムにおいても、効率的にクラスタ生成処理を行うことができる。

以下実施例につき本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例によるデータ収集システムの構成の概要を表わしたものである。データ収集システム２００は、第１〜第１０の通信端末装置２１１〜２２０と、これらから収集対象となるデータを収集し、通信ケーブル２２５によりサーバ２３０に接続してインターネット２４０へ配信するデータ収集通信端末装置２５０によって構成されている。また、第８〜第１０の通信端末装置２１８〜２２０のひとまとまりは第１のクラスタ（cluster）２６１、第４〜第７の通信端末装置２１４〜２１７のひとまとまりは第２のクラスタ２６２、第１および第３の通信端末装置２１１、２１３のひとまとまりは第３のクラスタ２６３となっている。クラスタについては、後で説明を行う。第１〜第１０の通信端末装置２１１〜２２０は、データ収集通信端末装置２５０を基点としたツリー（tree）構造で接続されているが、そのツリー経路２７０についても、後で説明を行うことにする。ここでは、第１〜第１０の通信端末装置２１１〜２２０がセンサを備え、それぞれが検出したデータをデータ収集通信端末装置２５０が収集するとして説明を行うことにする。

図２は、第１の通信端末装置の構成の概要を表わしたものである。ここでは、第１の通信端末装置２１１を例としてその構成の説明を行うが、第２〜第１０の通信端末装置２１２〜２２０も同様の構成となっている。第１の通信端末装置２１１は、温度やメータの情報を検出するセンサ部３０１を備えている。さらに、第１の通信端末装置２１１は、アンテナ３０３を使用して無線で通信を行う無線部３０２を備えている。これらセンサ部３０１、無線部３０２に接続された制御部３０４は、図示しないＣＰＵ（中央処理装置）、動作を制御するプログラムを格納したＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、およびＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等のメモリによって構成されている。バッテリ３０５は、第１の通信端末装置２１１の各部に電源を供給するために使用される。そして、電源供給回路３０６は、バッテリ３０５から各部への電源供給を制御する。これらの各部はデータバスなどのバス３０７により接続されている。

無線部３０２は、間欠的に無線でパケット通信を行うようになっている。パケットには、データの前にヘッダとして、送信先のＩＤ（Identification）、送信元のＩＤおよび宛て先ＩＤが含まれている。無線部３０２は間欠的に電波をモニタしてヘッダの確認を行い、自分宛ての信号が来ると、電源供給回路３０６を介して制御部３０４を起動しその後の信号制御を含む処理を行わせる。自分宛てでなければ信号処理を行わないため、無駄なバッテリ３０５消費が抑えられる。図１のツリー経路２７０は第１〜第１０の通信端末装置２１１〜２２０それぞれの無線部３０２₁〜３０２₁₀の無線通信により実現される通信経路により構成されたものである。

図３は、データ収集通信端末装置の構成の概要を表わしたものである。図１および図２と共に説明を行う。データ収集通信端末装置２５０は、サーバ２３０と通信ケーブル２２５で接続し、この通信ケーブル２２５を介して信号の送受信を行う通信回路３１２と、アンテナ３１３により無線で通信を行う無線部３１４を備えている。これら通信回路３１２、無線部３１４と接続された制御部３１５は、図示しないＣＰＵ（中央処理装置）、動作を制御するプログラムを格納したＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、およびＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等のメモリによって構成され、通信回路３１２および無線部３１４の信号処理をはじめとしたデータ収集に関する各種処理を行うようになっている。電源供給回路３１６は電源ケーブル３１７を介して外部から供給された電源を、データ収集通信端末装置２５０の各部に供給している。これらの各部はデータバスなどのバス３１８により接続されている。

図４は、本実施例のデータ収集通信端末装置が第１〜第１０の通信端末装置からクラスタを生成してデータを収集する処理の流れを表わしたものである。図１および図３と共に説明を行う。データ収集通信端末装置２５０は、電源供給回路３１６により電源の供給を受けるとその動作を開始し、最初にツリー経路２７０の構築を行う（ステップＳ１０１）。ツリー経路２７０の構築のために、まず、データ収集通信端末装置２５０は無線で直接通信可能な通信端末装置を検索する。これは、無線部３１４により検索信号を送出することで行われる。この検索信号は、全ての通信端末装置に宛てに送信され、受信した通信端末装置に応答信号の返信を要求するものとなっている。第１〜第１０の通信端末装置２１１〜２２０のうち、第１および第２の通信端末装置２１１、２１２はデータ収集通信端末装置２５０と無線通信可能な位置に存在しており、これらは検索信号を受信すると、それに対して応答信号を返すようになっている。データ処理通信端末装置２５０はこの応答信号の受信により、無線で通信可能なのは第１および第２の通信端末装置２１１、２１２であるという検索結果を得ることができる。同様にして、第１〜第１０の通信端末装置２１１〜２２０はそれぞれ自装置と無線で通信可能な通信端末装置を検索するようになっている。

図５は、データ処理通信端末装置および第１〜第１０の通信端末装置ごとに無線通信可能な通信端末装置の検索結果を表わしたものである。検索信号と応答信号をやり取りすることで、このように各通信端末装置ごとに無線通信可能な通信端末装置を検索した結果が得られる。

図６は、データ処理通信端末装置と第１〜第１０の通信端末装置それぞれを結ぶ経路を示す経路テーブルを表わしたものである。図１と共に説明を行う。データ処理通信端末装置２５０は、第１〜第１０の通信端末装置２１１〜２２０のそれぞれから図５に示した検索結果を収集し、これらを基にして、第１〜第１０の通信端末装置２１１〜２２０に至る経路および第１〜第１０の通信端末装置２１１〜２２０から自装置に至る経路の作成を行う。この図６で、例えば、送信元がデータ処理通信端末装置２５０で、送信先が第３の通信端末装置２１３のデータの進路は、「２５０→２１１→２１３」となっている。ただし、「→」は、装置間でデータが送信される方向を示している。したがって、これは、データ処理通信端末装置２５０から、第１の通信端末装置２１１に転送され、さらに第３の通信端末装置２１３に転送されてデータの送信が完了する、ということを表わしている。経路の作成は、データ転送される回数が最少になるように行われている。このように、データの宛て先ごとにその経路を示した経路テーブルは、第１〜第１０の通信端末装置２１１〜２２０、およびデータ収集通信端末装置２５０それぞれの制御部３０４（図２参照）、３１５（図３参照）のメモリに備えられ、これにしたがったデータの転送および送信が行われるようになっている。

ところで、送信元がデータ処理通信端末装置２５０で、送信先が第７の通信端末装置２１７の場合、この図６で、経路は「２５０→２１１→２１４→２１７」と示されているが、同じ通信回数で「２５０→２１１→２１３→２１７」という経路も可能である。本実施例では、同じ通信回数の場合、無線の強度に応じて、経路を選択させることとする。これは、データ処理通信端末装置２５０および第１〜第１０の通信端末装置２１１〜２２０それぞれは受信した検索信号の強度を測定し、その信号強度の情報も、図５の検索結果に含まれるようにすることで実現可能である。これ以外にも、例えば「２５０→２１１→２１４→２１７」および「２５０→２１１→２１３→２１７」の経路ごとに、この後に説明するクラスタを生成する処理を行わせたとき、システム全体の通信回数の総和が少なくなる方を計算させ、経路を選択するようにしてもよい。以上のようにして、経路テーブルの作成およびツリー経路２７０の構築が行われる。

図４に戻って説明を続ける。データ処理通信端末装置２５０は、このようにステップＳ１０１で構築されたツリー経路２７０の経路データを用いて、第１〜第１０の通信端末装置２１１〜２１０からクラスタを生成する処理を行う（ステップＳ１０２）。このクラスタ生成処理により、図１に示した例では、第１〜第３のクラスタ２６１〜２６３が生成する。

図７は、図４のステップ１０２のクラスタ生成処理を具体的に表わしたものである。図１と共に説明を行う。まず、データ収集通信端末装置２５０に２ホップ以上でつながるツリーリストが存在するかの判断処理が行われる（ステップＳ３０１）。存在しない場合は（Ｎ）、クラスタを生成することなく処理を終了する（エンド）。存在する場合は（ステップＳ３０１：Ｙ）、経路の分岐点に位置する通信端末装置を全て検索し、該当する通信端末装置があれば、これらにフラグを立てる（ステップＳ３０２）。図１に示した例では、第１および第４の通信端末装置２１１、２１４にフラグが立てられる。次に、データ収集通信端末装置２５０から最も多いホップ数の通信端末装置を検出して、その１ホップ前の通信端末装置をクラスタホストとする（ステップＳ３０３）。図１に示した例では、最多ホップ数の通信端末装置が、第１０の通信端末装置２２０に相当するので、第１のクラスタホストは第９の通信端末装置２１９となる。

このようにして選ばれたクラスタホストから１ホップで通信できる通信端末装置を全て検出し、そのうちステップＳ３０２の処理でフラグが立てられていない通信端末装置の集合でクラスタを生成する（ステップＳ３０４）。したがって、図１に示した例では、第８〜第１０の通信端末装置２１８〜２１９により第１のクラスタ２６１が生成されることになる。次に、ツリーリストからこのクラスタに含まれる通信端末装置を削除して、新しいツリーリストを作成する（ステップＳ３０５）。この新しいツリーリストに通信端末装置が含まれていなければ（ステップＳ３０６：Ｎ）、クラスタ生成処理は終了し（エンド）、そうでなければ（ステップＳ３０６：Ｙ）、ステップＳ３０１の処理に戻って、再度クラスタ生成処理を繰り返す。このように既に生成したクラスタに含まれる通信端末装置を削除することにしたのは、同一の通信端末装置が異なったクラスタに重複する形で含まれないようにするためである。

図１に示した例では、第１のクラスタ２６１に含まれる通信端末装置を除いた第１〜第７の通信端末装置２１１〜２１７により新しいツリーリストが作成され、この中から第１のクラスタ２６１の生成と同様にして、第２のクラスタ２６２が生成される。第２のクラスタ２６２に含まれるのは第４〜第７の通信端末装置２１４〜２１７で、第２のクラスタホストは第４の通信端末装置２１４である。なお、第１の通信端末装置２１１は、ステップＳ３０２でフラグが立てられているので、第２のクラスタ２６２には含まれない。

第３のクラスタ２６３も同様に、前回のツリーリストから更に第２のクラスタ２６２に含まれる通信端末装置を除き、このクラスタ生成アルゴリズムを適用して生成される。これにより、第１の通信端末装置２１１をクラスタホストとし、第３の通信端末装置２１３とで構成された第３のクラスタ２６３が生成される。最後に第２の通信端末装置２１２が残るが、ステップＳ３０１の処理判断により（Ｎ）、これ以上クラスタを生成することなく処理は終了される（エンド）。

図４に戻って説明を続ける。データ収集通信端末装置２５０は、ステップＳ１０２でクラスタを生成すると、ステップＳ１０３の電源がオフにされたかどうか判断する処理を行う。電源がオフにされると（Ｙ）、処理を終了する（エンド）。一方、電源がオフされなければ（Ｙ）、データ収集要求の受信を判断する処理が行われる（ステップＳ１０４）。データ収集要求は、例えば、インターネットに接続する要求元からサーバ２３０を介して受信したり、データ収集通信端末装置２５０に操作部を備え、所定の操作がデータ収集要求の受信となるよう設定してもよい。このようなデータ収集要求を受信したと判断すると（Ｙ）、まず、クラスタに属さない通信端末装置からデータの収集を行う（ステップＳ１０５）。ここでのデータ収集は、データを収集する対象となる通信端末装置を１台ずつ指定して行われる。このように通信端末装置を１台ずつ指定して、マルチホップ通信でデータを収集する場合に行われる通信について、例を用いて次に説明する。

図８は、データ収集通信端末装置がデータを収集する対象となる通信端末装置を指定してマルチホップ通信でデータを収集するときに行われる通信の例について図解したものである。図１〜図３と共に説明を行う。ここでは、データ収集通信端末装置２５０は第１の通信端末装置２１１を経由して２ホップ目の第３の通信端末装置２１３からデータを収集する処理を例にとって説明を行う。図１に示した例では、どのクラスタにも属さないのは第２の通信端末装置２１２だけであるが、ここでは説明のため、第３の通信端末装置２１３がどのクラスタにも属さないとして、そのデータの収集方法を説明することにする。図２の各部で、第１の通信端末装置２１１のものを指すときは添え字「１」、第３の通信端末装置２１３のものを指すときは添え字「３」を付して表わすことにする。まず、データ収集通信端末装置２５０は、第３の通信端末装置２１３に直接、信号を送ることができないため、第１の通信端末装置２１１に収集要求信号４０１を送信する。第１の通信端末装置２１１では、ヘッダの宛て先に自装置のＩＤが含まれることから、制御部３０４₁を起こしてデータを第３の通信端末装置２１３に転送する処理を行う。このようにして第１の通信端末装置２１１が送信した信号は、データ収集通信端末装置２５０にも届き、データ収集通信端末装置２５０ではこれを、正常なデータ転送が行われたことを示すメッセージであるＡＣＫ（Acknowledge）信号４０２Ａとして受信する。収集要求信号４０２を受信した第３の通信端末装置２１３は、収集対象である自己のデータ４０３をセンサ部３０１₃から取得して、制御部３０４₃により第１の通信端末装置２１１に送信する。これを受け、第１の通信端末装置２１１はデータ収集通信端末装置２５０にデータ４０４を送信する。これが同時に第３の通信端末装置２１３へのＡＣＫ信号４０４Ａとなる。データ収集通信端末装置２５０は、転送されたデータ４０４を受け取ると、ＡＣＫ信号４０５を第１の通信端末装置２１１に送信して、データ収集が完了する。

このように、ｉホップ目の通信端末装置を指定してデータを収集するために必要な通信回数Ｗｉは、次の（１）式で表わすことができる。
Ｗｉ＝２＊i＋１・・・・・（１）
したがって、経路テーブルに従って、１台ずつからデータ収集を行う場合、全ての通信端末装置からデータを収集するために必要な通信回数Ｗは、ツリーリストのｉホップ目の通信端末装置の数をｈｉとすると、次の（２）式で表わすことができる。
Ｗ＝Σ（ｈｉ＊Ｗｉ）・・・（２）
図１に示した例では、１、２、３、４および５ホップ目の通信端末装置の数はそれぞれ、“２”、“２”、“４”、“１”および“１”であるため、仮に全てのデータをこの手法で収集すると、必要な通信回数Ｗは６４となる。

図４のステップＳ１０５の処理に戻って説明を続ける。図１に示した例では、データ処理通信端末装置２５０はどのクラスタにも属さない第２の通信端末装置２１２にデータ収集要求信号を送信する。そして、これに対して第２の通信端末装置２１２から送られてきたデータを受信し、図８に示したようにＡＣＫ信号を送信して、データの収集処理を完了する。

次に、変数ｍを“１”として（ステップＳ１０６）、第ｍのクラスタホストにデータ収集コマンドを送信する（ステップＳ１０７）。これを受けた第ｍのクラスタホストは、第ｍのクラスタに属する全ての通信端末装置からデータを集め、一旦自分のメモリに貯める。第ｍのクラスホストは、全てのデータを集約すると、まとめてデータ収集通信端末装置２５０に送信するようになっている。データ収集通信端末装置２５０は、このようにしてまとめられたデータを受信すると、ＡＣＫ信号を返送して第ｍのクラスタからのデータ収集を完了する（ステップＳ１０８）。図１に示した例では、これにより第１のクラスタ２６１に属する、第８〜第１０の通信端末装置２１８〜２２０のデータが一度に収集できることになる。

次に、変数ｍを１つだけカウントアップして（ステップＳ１０９）、それがクラスタの総数より小さく、全クラスタからのデータ収集が完了していなければ（ステップＳ１１０：Ｎ）、ステップＳ１０７の処理から繰り返す。全クラスタからのデータ収集が完了すれば（ステップＳ１１０：Ｙ）、収集結果をデータ収集の要求元に返す処理を行う（ステップＳ１１１）。図１に示した例では、ステップＳ１０４で受信したデータ収集要求に対する処理を完了するために、この後、さらに第２および第３のクラスタ２６２、２６３に対しても同様にデータ収集処理が繰り返される。そして、収集結果をデータ収集の要求元に返す処理として、例えば、サーバ２３０を介してデータをインターネットに接続する要求元に送信したり、データ収集通信端末装置２５０にディスプレイを備え、そこに表示させたりする処理が行われる。データ処理通信端末装置２５０は、以上のようにしてデータ収集を完了すると、ステップＳ１０３に戻り、そこからの処理を繰り返す。ところで、ステップＳ１０４でデータ収集要求を受信しないうちに（Ｎ）、第１〜第１０の通信端末装置２１１〜２２０の位置が変わるなどして、ツリー経路２７０の再構築が必要になると（ステップＳ１１２：Ｙ）、ステップＳ１０１に戻ってツリー経路構築処理が再び行われる。もちろん再構築の必要がなければ（Ｎ）、電源がオフされない限り（ステップＳ１０３：Ｎ）、ツリー経路２７０のままでデータ収集要求の受信を待機する。

この実施例のデータ収集システム１００のようにクラスタ生成が行われるシステムで、ｊホップ目にクラスタホストを持つ、あるクラスタｐに含まれる通信端末装置がｋｐ台とすると、このクラスタの全通信端末装置からデータを収集するために必要な通信回数Ｔｊｐは、次の（３）式で表わすことができる。
Ｔｊｐ＝２＊ｋｐ＋２＊（ｊ−１）＋１・・・・（３）
したがって、ｊホップ目にクラスタホストを持つクラスタの数をｃｊとし、これらのｊホップ目にクラスタホストを持つ全クラスタに含まれる全通信端末装置からデータを収集するために必要な通信回数Ｔｊは、次の（４）式で表わすことができる。
Ｔｊ＝Σ（ｃｊ＊Ｔｊｐ）・・・・・（４）
したがって、図４のデータ収集処理によって、すべての通信端末装置からデータを収集するために必要な通信回数Ｔは、次の（５）式で表わすことができる。
Ｔ＝Σ（ｈｉ＊Ｗｉ）＋ΣΣ（ｃｊ＊Ｔｊｐ）・・・・・（５）
図１に示した例では、１ホップ目にクラスタホストを持つクラスタの数ｃ１は“１”、２ホップ目にクラスタホストを持つクラスタの数ｃ２は“１”、および４ホップ目にクラスタホストを持つクラスタの数ｃ４は“１”であるから、次のように計算することができる。
Ｔ＝１＊（２＊１＋１）
＋１＊（２＊２＋２＊（１−１）＋１）
＋１＊（２＊４＋２＊（２−１）＋１）
＋１＊（２＊３＋２＊（４−１）＋１）
＝３＋５＋１１＋１３＝３２
したがって、必要な通信回数Ｔは３２となり、クラスタを生成せず第１〜第１０の通信端末装置２１１〜２２０を１台ずつ指定してデータを収集する場合の通信回数Ｗに比べて、半分の通信回数で済むことになる。

以上説明したように、本実施例のデータ収集装置によれば、データ収集通信端末装置２５０は、クラスタを生成するアルゴリズムを備え、データ収集の対象となる第１〜第１０の通信端末装置２１１〜２２０からいくつかのクラスタを生成するようにしている。さらに、各クラスタにはクラスタホストとよばれるクラスタの他の全てのメンバーに１ホップで通信可能な通信端末装置を設定し、クラスタホストに設定された通信端末装置が、クラスタ内の全てのデータを収集するようにしている。そして、データ収集通信端末装置２５０は、クラスタに含まれる通信端末装置のデータを収集する際は、各クラスタホストのみに収集要求信号を送信し、各クラスタ内のデータをまとめて受信するようにしているので、データ収集システム２００全体として少ない通信回数で効率よくデータ収集を行うことができる。また、データ収集にかかる時間も通信回数に応じて短縮するので、データ収集要求に対して、迅速な収集結果を得ることができる。もちろん、全ての通信端末装置が通信線などでデータ収集通信端末装置と直接接続され、１ホップで通信できる場合は、本発明による手法でクラスタは生成されない。本実施例では、マルチホップ通信は全て無線で行われているとして説明したが、他の複数の通信端末装置を経由しながらデータ転送を繰り返すことで通信が行われる形態であれば、この通信効率の問題は、全てあるいは一部が有線により構築されたネットワークでも同様に存在する。

ところで、計測器およびセンサの電源供給にはバッテリが使用され、電源供給ラインの敷設が困難な場所にも設置可能となっているのが一般的である。したがって、自動検針データ収集システムおよびセンサネットワークシステムで、長期にわたってデータを収集するためには、各計測器およびセンサの低消費電力化が必須である。このため、これらのアンテナで無線信号が受信されても、自分宛てでなければその後の処理を行わないようにして、無駄な電力消費を防いでいる。しかし、データ収集の効率が悪く、全体としての通信回数を抑えられないシステムでは、各計測器およびセンサのバッテリへの負担も大きくなってしまう。しかし、本実施例のデータ収集装置によれば、このように全体として効率よくデータ収集を行うことができるので、消費電力を低下させ、長期にわたってデータを収集することができる。

＜本発明の変形例＞

図９は、変形例によるデータ収集システムの構成の概要を表わしたものである。この図９で図１と同一の部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。変形例のデータ収集システム２００Ａは、インターネット２４０、サーバ２３０、データ収集通信端末装置２５０Ａ、および第１〜第１０の通信端末装置２１１〜２２０によって構成されている。そして、第８〜第１０の通信端末装置２１８〜２２０のひとまとまりは第１のクラスタ２６１、この第１のクラスタ２６１および第４〜第７の通信端末装置２１４〜２１７のひとまとまりは第２のクラスタ２６２Ａ、第２のクラスタ２６２Ａおよび第１と第３の通信端末装置２１１、２１３のひとまとまりは第３のクラスタ２６３Ａとなっている。

図１０は、この変形例のデータ収集システムにおけるクラスタ生成処理を具体的に表わしたものである。この図１０で図７と同じ処理には、同じステップ番号を付し、適宜説明を省略する。図９と共に説明を行う。ステップＳ３０４で生成したクラスタをクラスタホストの位置にある１つの通信端末装置とみなして、新しいツリーリストを作成する（ステップＳ３０５Ａ）。そしてステップＳ３０１の処理に戻って再度クラスタ生成処理を繰り返す。図９の例では、第８〜第１０の通信端末装置２１８〜２１９により第１のクラスタ２６１が生成されると、これをたとえば第Ｚの通信端末装置として新しいツリーリストが作成される。したがって、第２のクラスタ２６２Ａは、この第Ｚの通信端末装置および第４〜第７の通信端末装置２１４〜２１７のひとまとまりとして生成される。さらにこの第２のクラスタ２６２Ａをたとえば第Ｙの通信端末装置とすると、第３のクラスタ２６３Ａは第Ｙの通信端末装置および第１と第３の通信端末装置２１１、２１３のひとまとまりとして生成され、これは例えば第Ｘの通信端末装置としてみなされることになる。

この図９に示した例で、すべての通信端末装置からデータを収集するために必要な通信回数Ｔを計算する。まず、データ収集システム２００Ａにおいて、データ収集通信端末装置２５０Ａが１ホップで通信できる位置にある通信端末装置の全てからデータを収集するために必要な通信回数Ｗ１は、（２）式で計算することができる。図９の例で１ホップで通信できる位置にあるのは、第２の通信端末装置１０２および第Ｘの通信端末装置の２つであるから、（２）式においてツリーリストの１ホップ目の通信端末装置の数は“２”であるから、次の（６）式のように計算することができる。
Ｗ１＝２＊（２＊１＋１）＝６・・・・・（６）
次に、ある第ｑのクラスタに含まれるクラスタホストからｉホップ目の通信端末装置がｋｑｉ台とすると、このクラスタの全通信端末装置からクラスタホストがデータを収集するために必要な通信回数Ｓｑは、次の（７）式で表わすことができる。
Ｓｑ＝Σｋｑｉ＊２＊ｉ・・・・・・（７）
図９に示した例で、各クラスタホストが各通信端末装置からデータを収集するために必要な通信回数Ｓは、第１のクラスタ２６１に含まれる第１のクラスタホストから１ホップ目の通信端末装置の数ｋ１１は“２”、第２のクラスタ２６２Ａに含まれる第２のクラスタホストから１ホップ目の通信端末装置の数ｋ２１は“３”、第２のクラスタ２６２Ａに含まれるク第２のラスタホストから２ホップ目の通信端末装置の数ｋ２２は“１”、および第３のクラスタ２６３Ａに含まれる第３のクラスタホストから１ホップ目の通信端末装置の数ｋ３１は“２”であるから、次の（８）式のように計算することができる。
Ｓ＝ΣＳｑ＝２＊２＊１＋３＊２＊１＋１＊２＊２＋２＊２＊１＝１４・・・・・（８）
したがって、図９に示した例で、データ収集通信端末装置２５０Ａが第１〜第１０の通信端末装置２１１〜２２０の全てからデータを収集するのに必要な通信回数Ｔは、（６）式と（８）式の結果を足し合わせたものとなるため、通信回数Ｔは２０と計算される。この変形例のデータ収集システム２００Ａのクラスタ生成処理によれば、図７の実施例のクラスタ生成処理で生成したクラスタを利用するよりも、さらに少ない回数でデータを収集することが可能になる。

本発明の一実施例によるデータ収集システムの構成の概要を表わした構成図である。 第１の通信端末装置の構成の概要を表わした構成図である。 データ収集通信端末装置の構成の概要を表わした構成図である。 データ収集通信端末装置が第１〜第１０の通信端末装置からクラスタを生成してデータを収集する処理の流れを表わした流れ図である。 データ処理通信端末装置および第１〜第１０の通信端末装置ごとに無線通信可能な通信端末装置の検索結果を表わした説明図である。 データ処理通信端末装置と第１〜第１０の通信端末装置それぞれを結ぶ経路を示す経路テーブルを表わした説明図である。 図４のステップ１０２のクラスタ生成処理の流れを具体的に表わした流れ図である。 データ収集通信端末装置がデータを収集する対象となる通信端末装置を指定してマルチホップ通信でデータを収集するときに行われる通信の例について図解した説明図である。 変形例によるデータ収集システムの構成の概要を表わした構成図である。 変形例のデータ収集システムにおけるクラスタ生成処理の流れを具体的に表わした流れ図である。

符号の説明

２００、２００Ａ データ収集システム
２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７、２１８、２１９、２２０ 通信端末装置
２５０、２５０Ａ データ収集通信端末装置
２６１、２６２、２６２Ａ、２６３、２６３Ａ クラスタ
３０１ センサ部
３０２、３１４ 無線部
３０３、３１３ アンテナ
３０４、３１５ 制御部
３０５ バッテリ
３０６、３１６ 電源供給回路
３１２ 通信回路

Claims (7)

1. データの収集を行うデータ収集装置とこのデータ収集装置に対して各々の測定したデータを送信する複数の通信端末とを前記データ収集装置を基点としてそれぞれの通信端末をツリー構造で連結した通信網として表わした通信網データを入力する通信網データ入力手段と、
   この通信網データ入力手段により入力した前記通信網データから前記ツリー構造の分岐点に存在する通信端末としての分岐点通信端末を抽出する分岐点通信端末抽出手段と、
   前記通信網データ入力手段により入力した前記通信網データから前記ツリー構造における前記データ収集装置を基点としたときのそれぞれ末端に位置する通信端末としての末端通信端末を抽出する末端通信端末抽出手段と、
   この末端通信端末抽出手段によって抽出された前記末端通信端末のうちで前記データ収集装置からのホップ数が最大となる最大ホップ数通信端末を検出する最大ホップ数通信端末検出手段と、
   この最大ホップ数通信端末検出手段によって検出した最大ホップ数通信端末から１ホップだけ前記データ収集装置側に位置する通信端末を、通信データの収集の拠点となる通信端末としてのクラスタホストに設定するクラスタホスト設定手段と、
   このクラスタホスト設定手段によって設定したクラスタホストから１ホップで通信でき、かつこれから前記分岐点通信端末抽出手段で抽出した分岐点通信端末を除外した集合を、通信データの収集のグループとしての第１のクラスタとして設定する第１のクラスタ設定手段と、
   この第１のクラスタ設定手段によって設定された第１のクラスタを構成する通信端末を前記通信網データから削除して前記最大ホップ数通信端末を再度検出しながら、前記データ収集装置とどのクラスタにも属さない通信端末が残るまで第２のクラスタ以降のクラスタを順次設定する残りクラスタ設定手段と、
   これら第１のクラスタ設定手段ならびに残りクラスタ設定手段で設定したそれぞれのクラスタについて、前記クラスタホスト設定手段によってそれぞれ設定したクラスタホストを用いて同一クラスタ内の各通信端末のデータを集約し、これら集約データを前記ツリー構造に沿って前記データ収集装置に送出する集約データ送出手段
   とを具備することを特徴とするデータ収集システム。
2. データの収集を行うデータ収集装置とこのデータ収集装置に対して各々の測定したデータを送信する複数の通信端末とを前記データ収集装置を基点としてそれぞれの通信端末をツリー構造で連結した通信網として表わした通信網データを入力する通信網データ入力手段と、
   この通信網データ入力手段により入力した前記通信網データから前記ツリー構造の分岐点に存在する通信端末としての分岐点通信端末を抽出する分岐点通信端末抽出手段と、
   前記通信網データ入力手段により入力した前記通信網データから前記ツリー構造における前記データ収集装置を基点としたときのそれぞれ末端に位置する通信端末としての末端通信端末を抽出する末端通信端末抽出手段と、
   この末端通信端末抽出手段によって抽出された前記末端通信端末のうちで前記データ収集装置からのホップ数が最大となる最大ホップ数通信端末を検出する最大ホップ数通信端末検出手段と、
   この最大ホップ数通信端末検出手段によって検出した最大ホップ数通信端末から１ホップだけ前記データ収集装置側に位置する通信端末を、通信データの収集の拠点となる通信端末としてのクラスタホストに設定するクラスタホスト設定手段と、
   このクラスタホスト設定手段によって設定したクラスタホストから１ホップで通信でき、かつこれから前記分岐点通信端末抽出手段で抽出した分岐点通信端末を除外した集合を、通信データの収集のグループとしての第１のクラスタとして設定する第１のクラスタ設定手段と、
   前記通信網データ入力手段により入力した前記通信網データをこの第１のクラスタ設定手段で設定した前記第１のクラスタを構成する全ての通信端末をまとめて１つの通信端末としての前記クラスタホストで置き換えた通信網データに更新し、前記最大ホップ数通信端末を再度検出しながら、この通信網データに前記データ収集装置とどのクラスタにも属さない通信端末が残るまで第２のクラスタ以降のクラスタを順次設定する残りクラスタ設定手段と、
   これら第１のクラスタ設定手段ならびに残りクラスタ設定手段で設定したそれぞれのクラスタについて、前記クラスタホスト設定手段によってそれぞれ設定したクラスタホストを用いて同一クラスタ内の各通信端末のデータを集約し、これら集約データを前記ツリー構造に沿って前記データ収集装置に送出する集約データ送出手段
   とを具備することを特徴とするデータ収集システム。
3. 前記最大ホップ数通信端末検出手段によって検出した最大ホップ数通信端末が複数のときいずれか１つを最大ホップ数通信端末装置とすることを特徴とする請求項１または請求項２記載のデータ収集システム。
4. 前記データ収集装置はインターネットを介してデータ収集要求を受信するデータ収集要求受信手段と、このデータ収集要求に対して得られたデータ収集結果をインターネットを介して要求元に送出するデータ収集結果送出手段とを更に具備することを特徴とする請求項１または請求項２記載のデータ収集システム。
5. 前記集約データ送出手段で複数の前記通信端末の通信データを集約した集約データを前記ツリー構造に沿って前記データ収集装置に送出するのと逆に、前記データ収集装置はこれらの複数の前記通信端末ごとにデータの収集要求を集約した集約データ収集要求を行う集約データ収集要求手段をさらに具備することを特徴とする請求項１または請求項２記載のデータ収集システム。
6. データの収集を行うデータ収集装置とこのデータ収集装置に対して各々の測定したデータを送信する複数の通信端末とをツリー構造で連結し各通信端末に順次データ転送させる形で構築される通信網を表わす通信網データを入力する通信網データ入力ステップと、
   この通信網データ入力ステップで入力した前記通信網データから前記ツリー構造の分岐点に存在する通信端末としての分岐点通信端末を抽出する分岐点通信端末抽出ステップと、
   前記通信網データ入力ステップで入力した前記通信網データから前記ツリー構造における前記データ収集装置を基点としたときのそれぞれ末端に位置する通信端末としての末端通信端末を抽出する末端通信端末抽出ステップと、
   この末端通信端末抽出ステップで抽出された前記末端通信端末のうちで前記データ収集装置からのホップ数が最大となる最大ホップ数通信端末を検出する最大ホップ数通信端末検出ステップと、
   この最大ホップ数通信端末検出ステップで検出した最大ホップ数通信端末から１ホップだけ前記データ収集装置側に位置する通信端末を、通信データの収集の拠点となる通信端末としてのクラスタホストに設定するクラスタホスト設定ステップと、
   このクラスタホスト設定ステップで設定したクラスタホストから１ホップで通信でき、かつこれから前記分岐点通信端末抽出ステップで抽出した分岐点通信端末を除外した集合を、通信データの収集のグループとしての第１のクラスタとして設定する第１のクラスタ設定ステップと、
   この第１のクラスタ設定ステップで設定された第１のクラスタを構成する通信端末を前記通信網データから削除して前記最大ホップ数通信端末を再度検出しながら、前記データ収集装置とどのクラスタにも属さない通信端末が残るまで第２のクラスタ以降のクラスタを順次設定する残りクラスタ設定ステップと、
   これら第１のクラスタ設定ステップならびに残りクラスタ設定ステップで設定したそれぞれのクラスタについて、前記クラスタホスト設定ステップでそれぞれ設定したクラスタホストを用いて同一クラスタ内の各通信端末のデータを集約し、これら集約データを前記ツリー構造に沿って前記データ収集装置に送出する集約データ送出ステップ
   とを具備することを特徴とするデータ収集方法。
7. コンピュータに、
   データの収集を行うデータ収集装置とこのデータ収集装置に対して各々の測定したデータを送信する複数の通信端末とをツリー構造で連結し各通信端末に順次データ転送させる形で構築される通信網を表わす通信網データから前記ツリー構造の分岐点に存在する通信端末としての分岐点通信端末を抽出する分岐点通信端末抽出処理と、
   前記通信網データから前記ツリー構造における前記データ収集装置を基点としたときのそれぞれ末端に位置する通信端末としての末端通信端末を抽出する末端通信端末抽出処理と、
   この末端通信端末抽出処理で抽出された前記末端通信端末のうちで前記データ収集装置からのホップ数が最大となる最大ホップ数通信端末を検出する最大ホップ数通信端末検出処理と、
   この最大ホップ数通信端末検出処理で検出した最大ホップ数通信端末から１ホップだけ前記データ収集装置側に位置する通信端末を、通信データの収集の拠点となる通信端末としてのクラスタホストに設定するクラスタホスト設定処理と、
   このクラスタホスト設定処理で設定したクラスタホストから１ホップで通信でき、かつこれから前記分岐点通信端末抽出処理で抽出した分岐点通信端末を除外した集合を、通信データの収集のグループとしての第１のクラスタとして設定する第１のクラスタ設定処理と、
   この第１のクラスタ設定処理で設定された第１のクラスタを構成する通信端末を前記通信網データから削除して前記最大ホップ数通信端末を再度検出しながら、前記データ収集装置とどのクラスタにも属さない通信端末が残るまで第２のクラスタ以降のクラスタを順次設定する残りクラスタ設定処理と、
   これら第１のクラスタ設定処理ならびに残りクラスタ設定処理で設定した各クラスタに対応する前記クラスタホストそれぞれに、同一クラスタ内の各通信端末のデータを集約しこれら集約データを前記ツリー構造に沿って前記データ収集装置に送出することを要求する集約データ送出要求処理
   とを実行させることを特徴とするデータ収集プログラム。

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