JP5188419B2 - Sensor ad hoc network, sensor terminal and management sensor terminal - Google Patents
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Description
本発明は、一定周期で観測データを交換するセンサアドホックネットワークに関する。 The present invention relates to a sensor ad hoc network that exchanges observation data at a fixed period.
従来、観測精度向上や広域な観測情報共有を目的に、一定周期で観測情報を交換し合うセンサ端末が配置されたセンサアドホックネットワークがある。また、各センサ端末が、符号化ルーティング機能を備えることにより、Network Coding情報伝送による信頼性の高いセンサ情報共有通信が可能となる。Network Codingは、End-to-End間(送信センサ端末から受信センサ端末の間)の各センサ端末が、独立リンクを用いて情報を符号化しながら通信する情報伝送の理論である。この理論に基づくセンサアドホックネットワークでは、各センサ端末が、受信したメッセージ情報をまとめて符号化して複数の端末へ送信する。符号化して送信した情報が受信端末で復元できるように、各センサ端末は、規定の符号化関数を実行する。これにより、従来のツリー型のルーティング経路にも関わらず、各リンク上を伝送する情報量を増大させることなくマルチルーティングを実現することが可能となり、狭帯域環境下であっても、ネットワーク全体として限られた通信資源を計画的に最大限活用した情報伝送が可能となる。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is a sensor ad hoc network in which sensor terminals that exchange observation information at regular intervals are arranged for the purpose of improving observation accuracy and sharing observation information over a wide area. Moreover, each sensor terminal is provided with a coding routing function, so that highly reliable sensor information sharing communication by network coding information transmission becomes possible. Network Coding is a theory of information transmission in which each sensor terminal between End-to-End (between a transmission sensor terminal and a reception sensor terminal) communicates while encoding information using an independent link. In a sensor ad hoc network based on this theory, each sensor terminal collectively encodes received message information and transmits it to a plurality of terminals. Each sensor terminal executes a specified encoding function so that the information transmitted after encoding can be restored at the receiving terminal. This makes it possible to realize multi-routing without increasing the amount of information transmitted on each link, despite the conventional tree-type routing path, and even in a narrowband environment, Information transmission that makes maximum use of limited communication resources systematically becomes possible.
Network Codingに関するアイディアの基本が下記非特許文献1に開示されており、下記非特許文献1で開示されている数学的なモデルを無線ネットワークに実装した技術が下記特許文献1において開示されている。 The basic idea regarding Network Coding is disclosed in Non-Patent Document 1 below, and a technique in which a mathematical model disclosed in Non-Patent Document 1 is implemented in a wireless network is disclosed in Patent Document 1 below.
しかしながら、上記従来の技術によれば、一定周期で観測データを送受信するグループが混在する場合、特定の独立リンクに送信情報が重複し、送信量が増大する。そのため、通信性能が劣化する、という問題があった。 However, according to the above-described conventional technique, when groups that transmit and receive observation data in a fixed period coexist, transmission information overlaps with a specific independent link, and the transmission amount increases. Therefore, there was a problem that communication performance deteriorated.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、一定周期で観測データを送受信するグループが混在する場合においても、情報量を増大させることなく情報伝送を実現することができるセンサアドホックネットワークを得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and a sensor ad hoc network that can realize information transmission without increasing the amount of information even when a group that transmits and receives observation data in a fixed period coexists. The purpose is to obtain.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、一定周期で観測データを交換する複数のセンサ端末を備え、かつ、観測データを交換するセンサ端末のグループが複数存在する場合において、当該センサ端末の1つである管理センサ端末が、各グループにおける観測データの伝送タイミングおよびデータ待ち時間を管理するセンサアドホックネットワークであって、前記センサ端末は、受信した観測データの送信元センサ端末および観測データの送信先センサ端末に関する情報を管理するルーティング管理手段と、自端末が属するグループの伝送タイミングおよびデータ待ち時間を管理し、また、他のセンサ端末との時刻の同期を確立する時刻同期手段と、前記データ待ち時間までに送信元センサ端末からの観測データが揃った場合に、所定の符号化関数に基づいて、受信した観測データに対して符号化処理を実行し、前記伝送タイミングで、当該符号化した観測データを送信先センサ端末へネットワークコーディング伝送する符号化手段と、を備え、前記管理センサ端末は、前記ルーティング管理手段、前記時刻同期手段および前記符号化手段に加えて、さらに、前記センサアドホックネットワークに含まれる全てのグループにおける観測データの伝送タイミングおよびデータ待ち時間を管理し、他のセンサ端末に対して、当該センサ端末が属するグループの伝送タイミングおよびデータ待ち時間を通知する情報伝送管理手段、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention includes a plurality of sensor terminals that exchange observation data at a constant period, and there are a plurality of groups of sensor terminals that exchange observation data. The management sensor terminal, which is one of the sensor terminals, is a sensor ad hoc network that manages the transmission timing and data waiting time of observation data in each group, and the sensor terminal is the source sensor terminal of the received observation data And routing management means for managing information related to the destination sensor terminal of the observation data, time synchronization for managing the transmission timing and data waiting time of the group to which the terminal belongs, and establishing time synchronization with other sensor terminals And when the observation data from the source sensor terminal is ready before the data waiting time. And encoding means for executing an encoding process on the received observation data based on a predetermined encoding function, and transmitting the encoded observation data to the destination sensor terminal at the transmission timing by network coding. In addition to the routing management means, the time synchronization means, and the encoding means, the management sensor terminal further includes transmission timings and data waiting times of observation data in all groups included in the sensor ad hoc network. And information transmission management means for notifying other sensor terminals of the transmission timing and data waiting time of the group to which the sensor terminal belongs.
本発明によれば、情報量を増大させることなく情報伝送を実現することができる、という効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that information transmission can be realized without increasing the amount of information.
以下に、本発明にかかるセンサアドホックネットワークの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a sensor ad hoc network according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
最初に、従来からのNetwork Coding理論について簡単に説明する。図1は、Network Coding理論を説明する図である。観測データの送信を開始するセンサ端末(送信センサ端末)T1sは、自装置が備える符号化関数を用いて、観測データaおよびbを、それぞれ同時にセンサ端末T2、T3へ送信する。観測データaまたはbを受信したセンサ端末T2、T3は、その情報を転送する。観測データa、bの両方を受信したセンサ端末T4は、符号化関数として排他的論理和を実行し、センサ端末T5へ符号化データaXORbを送信する。データの送り先であるセンサ端末(受信センサ端末)T6d、T7dは、それぞれの符号化関数を用いて、以下の計算により観測データaおよびbの両方の情報を復元する(受信データを得る)。
受信センサ端末T6d:受信データ=(a,b)=(a,aXOR(aXORb))
受信センサ端末T7d:受信データ=(a,b)=(bXOR(aXORb),b)
ここでは、全てのセンサ端末が同じグループ(センサ情報共有グループ)に属している。
Embodiment 1 FIG.
First, we will briefly explain the conventional Network Coding theory. FIG. 1 is a diagram for explaining the Network Coding theory. The sensor terminal (transmission sensor terminal) T1s that starts the transmission of the observation data transmits the observation data a and b to the sensor terminals T2 and T3 at the same time using the encoding function of the own device. The sensor terminals T2 and T3 that have received the observation data a or b transfer the information. The sensor terminal T4 that has received both the observation data a and b performs exclusive OR as an encoding function, and transmits the encoded data aXORb to the sensor terminal T5. The sensor terminals (reception sensor terminals) T6d and T7d that are data destinations restore the information of both the observation data a and b by the following calculation using the respective encoding functions (obtain reception data).
Reception sensor terminal T6d: reception data = (a, b) = (a, aXOR (aXORb))
Reception sensor terminal T7d: reception data = (a, b) = (bXOR (aXORb), b)
Here, all the sensor terminals belong to the same group (sensor information sharing group).
つぎに、センサ情報共有グループが複数存在する場合(融合)について説明する。図2は、2つのセンサ情報共有グループが存在する場合を示す図である。予め送信センサ端末T11s、受信センサ端末T12d、T13dの間がセンサ情報共有関係にある(センサ情報共有グループ1)。ここで、新たに送信センサ端末T21s、受信センサ端末T22d、T23d、T24dの間がセンサ情報共有関係にある観測データの送受信が開始される(センサ情報共有グループ2)。この場合、センサ端末T02→T03、センサ端末T03→T04、センサ端末T04→T13d、センサ端末T02→T13d、の4つの独立リンク(融合独立リンク)は、センサ情報共有グループ1、2が共有する。そのため、それぞれのセンサ情報共有グループの間で情報伝送がなされると、上記の4つの独立リンクでは、符号化データの送信量が2倍になる。
Next, a case where there are a plurality of sensor information sharing groups (fusion) will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating a case where two sensor information sharing groups exist. The transmission sensor terminal T11s and the reception sensor terminals T12d and T13d have a sensor information sharing relationship (sensor information sharing group 1) in advance. Here, transmission / reception of observation data having a sensor information sharing relationship between the transmission sensor terminal T21s and the reception sensor terminals T22d, T23d, and T24d is newly started (sensor information sharing group 2). In this case, sensor
本実施の形態では、異なるセンサ情報共有グループの間でもセンサ端末間で時刻の同期を取り、Network Codingによる情報伝送ができる。これにより、上記の4つの独立リンクで符号化データの送信量が2倍になる状態を回避できる。 In the present embodiment, time synchronization is achieved between sensor terminals even between different sensor information sharing groups, and information transmission by Network Coding can be performed. Thereby, it is possible to avoid a state where the transmission amount of the encoded data is doubled by the above four independent links.
図3は、異なるセンサ情報共有グループ間でNetwork Codingによる情報伝送が可能なセンサ端末の構成例を示す図である。センサ端末は、アプリケーション部10と、ルーティング管理部20と、NetworkCoding情報伝送部30と、CommunicationLine40と、時刻同期部50と、を備える。また、NetworkCoding情報伝送部30は、符号化ルーティング部31と、送受信部32と、独立リンク管理部33と、符号化関数データベース部34と、を備える。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a sensor terminal capable of transmitting information by network coding between different sensor information sharing groups. The sensor terminal includes an
アプリケーション部10は、各センサ端末間で行う符号化データの送受信の対象となる観測データに関するアプリケーションを提供する。ルーティング管理部20は、センサアドホックネットワーク上で、無線により通信可能なセンサ端末のトポロジィ情報を保持する。この情報に基づいて、送信センサ端末から受信センサ端末間で利用する独立リンク集合を計算する。
The
NetworkCoding情報伝送部30は、入力元のセンサ端末から受信した符号化データに対して符号化処理を実行し、出力先のセンサ端末へ符号化後のデータを送信する。符号化ルーティング部31は、符号化関数データベース部34が保持する符号化関数、および独立リンク管理部33が保持する独立リンクの関係に基づいて、入力した符号化データに対して符号化ルーティングを行う。送受信部32は、CommunicationLine40を介して、符号化データを送受信する。独立リンク管理部33は、自センサ端末において、入力となる独立リンクと、出力となる独立リンクの関係を保持する。この計算はルーティング管理部20が行う。符号化関数データベース部34は、符号化ルーティングを行う際に実行する符号化関数を保持する。CommunicationLine40は、他のセンサ端末と符号化データの送受信を行う際の伝送路である。
The NetworkCoding
時刻同期部50は、GPS(Global Positioning System)等を用いて、全てのセンサ端末間で時刻の同期を行う。また、符号化したデータを他のセンサ端末へ送信するタイミング等を管理する。これにより全てのセンサ端末は、予め規定された同一の基準時間を周期とし、同期してNetwork Coding情報伝送を行うことができる。なお、時刻の同期をとる方法としては、GPSに限定するものではない。
The
また、複数のセンサ情報共有グループが存在するネットワークでは、各グループにおける符号化データの送信タイミング等の情報を管理する管理センサ端末を配置する。図2において、センサ端末T99に相当するものである。図4は、異なるセンサ情報共有グループにおける各グループの情報を管理する管理センサ端末の構成例を示す図である。管理センサ端末は、アプリケーション部10と、ルーティング管理部20と、NetworkCoding情報伝送部30と、CommunicationLine40と、時刻同期部50と、センサ情報共有ID管理部60と、情報伝送スケジューラ部70と、センサ情報共有属性データベース部80と、を備える。
In a network in which a plurality of sensor information sharing groups exist, a management sensor terminal that manages information such as the transmission timing of encoded data in each group is arranged. In FIG. 2, this corresponds to the sensor terminal T99. FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a management sensor terminal that manages information of each group in different sensor information sharing groups. The management sensor terminal includes an
センサ情報共有ID管理部60は、センサ情報共有関係にあるセンサ端末の集合(センサ情報共有グループ)に対して、識別子(ID)を発行する。センサ情報共有グループに属する送信センサ端末が、センサ情報共有ID管理部60を保持する管理センサ端末にID発行を依頼し、取得したIDを利用してセンサ情報共有による観測データの送信を開始する。情報伝送スケジューラ部70は、センサ情報共有属性データベース部80が保持するセンサ情報共有属性に基づいて、基準間隔時間に基づく符号化ルーティングの実行、および基準許容時間に基づくタイムアウト処理について管理する。センサ情報共有属性データベース部80は、本管理センサ端末が関わるセンサ情報共有グループのタイミングに関する情報(センサ情報共有属性)を保持する。
The sensor information sharing ID management unit 60 issues an identifier (ID) to a set of sensor terminals (sensor information sharing group) having a sensor information sharing relationship. The transmission sensor terminal belonging to the sensor information sharing group requests the management sensor terminal holding the sensor information sharing ID management unit 60 to issue an ID, and starts transmitting observation data by sensor information sharing using the acquired ID. The information transmission scheduler unit 70 manages the execution of the coding routing based on the reference interval time and the timeout process based on the reference allowable time based on the sensor information sharing attribute held by the sensor information sharing
図5は、センサ情報共有属性データベース部80の構成例を示す図である。センサ情報共有属性データベース部80は、センサ情報共有IDと、基準許容時間と、基準間隔時間から構成される。各センサ情報共有グループのテーブルの集合である。1つのテーブルは、センサ情報共有を開始する送信センサ端末からの共有登録メッセージの受信により登録される。この共有登録メッセージには、センサ情報共有のためにNetwork Coding情報伝送周期時間に必要な基準間隔時間と、許容される入力待ちタイムアウト時間に必要な基準許容時間が含まれる。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the sensor information sharing
センサ情報共有IDは、センサ情報共有グループを一意に識別するために割当てられる識別子(ID)である。センサ情報共有ID管理部60が付与する。基準許容時間は、基準時間に掛ける整数値であり、入力待ちのタイムアウトを行う周期である。入力待ちタイムアウト時間は、センサ情報共有属性データベース部80で管理する値の最小値(基準時間)から、「入力待ちタイムアウト時間=基準時間×基準許容時間」を計算することにより決定する。基準間隔時間は、基準時間に掛ける整数値であり、Network Coding情報伝送を行う周期である。入力待ちタイムアウト時間と同様に、センサ情報共有属性データベース部80で管理する値の最小値から、「Network Coding情報伝送周期時間=基準時間×基準間隔時間」を計算することにより決定する。
The sensor information sharing ID is an identifier (ID) assigned to uniquely identify the sensor information sharing group. The sensor information sharing ID management unit 60 assigns it. The reference allowable time is an integer value multiplied by the reference time, and is a period for performing a timeout for waiting for input. The input waiting time-out time is determined by calculating “input waiting time-out time = reference time × reference allowable time” from the minimum value (reference time) managed by the sensor information sharing
各センサ端末がNetwork Coding情報伝送周期時間に従うことにより、センサアドホックネットワーク内の全てのセンサ情報共有グループの条件を満たすNetwork Coding情報伝送を実現できる。なお、「入力待ちタイムアウト時間>Network Coding情報伝送周期時間」の関係になる場合、Network Coding情報伝送周期時間を2倍にした値を適用する。 When each sensor terminal follows the Network Coding information transmission cycle time, Network Coding information transmission satisfying the conditions of all sensor information sharing groups in the sensor ad hoc network can be realized. Note that when the relationship of “input waiting timeout time> Network Coding information transmission cycle time” is satisfied, a value obtained by doubling the Network Coding information transmission cycle time is applied.
図6は、全てのセンサ端末が同期してNetwork Coding情報伝送を行うタイミングを示す図である。t0,t1,t2,…,t8は、Network Coding情報伝送周期時間をステップとしている。本実施の形態では、各センサ端末が時刻の同期を取ることにより、全てのセンサ端末T01〜T07は、このステップに同期して符号化ルーティングを行い、Network Coding情報伝送を行う。これにより、異なるセンサ情報共有グループのセンサ端末同士でも、符号化ルーティングを行うことが可能となる。なお、各センサ端末T01〜T07は、各符号化ルーティング処理において、基準許容時間によるタイムアウト処理を行う。基準間隔時間および基準許容時間は、管理センサ端末が、センサ情報共有属性データベース部80の情報に基づいて決定し、センサアドホックネットワーク内に存在する全てのセンサ端末に通知する。
FIG. 6 is a diagram illustrating the timing at which all sensor terminals perform network coding information transmission in synchronization. t0, t1, t2,..., t8 have Network Coding information transmission cycle time as a step. In the present embodiment, when the sensor terminals synchronize the time, all the sensor terminals T01 to T07 perform coding routing in synchronization with this step and perform network coding information transmission. As a result, it is possible to perform coding routing even between sensor terminals of different sensor information sharing groups. Each sensor terminal T01 to T07 performs a time-out process based on a reference allowable time in each coding routing process. The management sensor terminal determines the reference interval time and the reference allowable time based on the information in the sensor information sharing
つぎに、センサ端末が行う符号化ルーティング処理について説明する。図7は、2つのセンサ情報共有グループを示す図である。具体的に、送信センサ端末T50s、T70sが、受信センサ端末T59d、T69d、T79dへ独立リンク集合を用いて観測データを送信する場合に、中継するセンサ端末T74が行う符号化ルーティング処理について説明する。センサ端末T74では、ルーティング管理部20が、送信センサ端末T50s、T70s、センサ端末T51〜T58、T61〜T68、T71〜T78、受信センサ端末T59d、T69d、T79dを、2つのセンサ情報共有グループとするNetwork Coding情報伝送を決定する。この結果から、独立リンク管理部33は、自センサ端末の入力がセンサ端末T53、T63、T73の3端末(入力リンク数L=3)、出力がセンサ端末T65、T75の2端末(出力リンク数M=2)であると判断する。
Next, an encoding routing process performed by the sensor terminal will be described. FIG. 7 is a diagram showing two sensor information sharing groups. Specifically, the coding routing process performed by the relay sensor terminal T74 when the transmission sensor terminals T50s and T70s transmit observation data to the reception sensor terminals T59d, T69d, and T79d using the independent link set will be described. In the sensor terminal T74, the
図8は、観測データを転送するセンサ端末T74の符号化ルーティング処理を説明する図である。センサ端末T74は、センサ端末T53、T63、T73からの符号化データD53、D63、D73を入力として、符号化関数データベース部34が保持する符号化関数E74を用いて、符号化ルーティング部31が符号化処理を実行する。その結果、センサ端末T74は、符号化データD65、D75を生成し、それぞれセンサ端末T65,T75へ送信する。センサ端末T74は、センサ情報共有グループが同一であるかどうかに関わらず、符号化処理を行うことができる。
FIG. 8 is a diagram for explaining the coding routing process of the sensor terminal T74 that transfers the observation data. The sensor terminal T74 receives the encoded data D53, D63, and D73 from the sensor terminals T53, T63, and T73, and uses the encoding function E74 held in the encoding
個々のセンサ端末間の独立リンクでは、例えば、センサ端末T53は、「NC_Send_request m5374」で符号化データD53をセンサ端末T74へ送信する。センサ端末T74は、「NC_Send_reply m5374」で符号化データD53を受信したことをセンサ端末T53へ通知する。センサ端末T74は、センサ端末T53、T63、T73からの3つの符号化データD53、D63、D73が揃った時に、符号化処理を実行する。 In an independent link between individual sensor terminals, for example, the sensor terminal T53 transmits the encoded data D53 to the sensor terminal T74 using “NC_Send_request m5374”. The sensor terminal T74 notifies the sensor terminal T53 that the encoded data D53 has been received by “NC_Send_reply m5374”. The sensor terminal T74 executes an encoding process when the three encoded data D53, D63, and D73 from the sensor terminals T53, T63, and T73 are prepared.
符号化ルーティング処理では、時刻同期部50が、入力待ちタイムアウト時間とNetwork Coding情報伝送周期時間の2つの時間を符号化ルーティング部31へ通知する。入力待ちタイムアウト時間は、センサ端末T74が、入力となる符号化データD53、D63、D73を受け付ける時間である。また、Network Coding情報伝送周期時間は、出力となる符号化データD65,D75を送信するタイミングである。入力待ちタイムアウト時間は、Network Coding情報伝送周期時間に対して、入力となる符号化データが揃わないために発生する送信遅延が許容される最大時間を意味する。
In the coding routing process, the
全てのセンサ端末でNetwork Coding情報伝送周期時間を合わせることにより、各センサ端末では、センサ情報共有グループが同一か否かに関わらず、Network Coding情報伝送が可能となる。また、Network Coding情報伝送のタイミングを実現するため、各センサ端末で送信のタイミングに遅延が生じないように、各センサ情報共有グループで符号化処理時間を考慮した入力待ちタイムアウト時間を設定する。入力待ちタイムアウト時間までにデータが揃わなかった場合、そのセンサ端末では符号化処理をせず、つぎのセンサ端末へデータの送信を行わない。 By matching the Network Coding information transmission cycle time in all sensor terminals, it becomes possible for each sensor terminal to transmit Network Coding information regardless of whether or not the sensor information sharing group is the same. Further, in order to realize the timing of Network Coding information transmission, an input waiting time-out time considering the encoding processing time is set in each sensor information sharing group so that there is no delay in the transmission timing at each sensor terminal. If the data is not ready before the input waiting time-out time, the sensor terminal does not perform encoding processing and does not transmit data to the next sensor terminal.
図9は、符号化データメッセージの構成例を示す図である。各センサ端末間では、符号化データメッセージによって符号化データの送受信を行う。符号化データメッセージは、符号化ヘッダと符号化データから構成される。符号化ヘッダは、独立リンクを用いて情報を伝送する手順に関する情報を保持する。符号化データは、符号化されてセンサ情報共有により伝送される観測データである。符号化ヘッダは、シーケンス番号と、リンク送信端末IDと、リンク受信端末IDから構成される。シーケンス番号は、送信センサ端末が付与する観測データを分割して符号化データメッセージを送信する順番である。番号形式は、例えば、センサ情報共有ID管理部60から付与されたセンサ情報共有グループのIDを含んだ形式でもよい。リンク送信端末IDは、入力となるセンサ端末の識別子である。リンク受信端末IDは、この符号化データメッセージを受信するセンサ端末の識別子である。符号化データは、図7および図8の説明における符号化前のデータ、または符号化後のデータを表す。 FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of an encoded data message. The encoded data is transmitted / received between the sensor terminals using the encoded data message. The encoded data message is composed of an encoded header and encoded data. The encoded header holds information regarding a procedure for transmitting information using an independent link. The encoded data is observation data that is encoded and transmitted by sharing sensor information. The encoded header includes a sequence number, a link transmission terminal ID, and a link reception terminal ID. The sequence number is the order in which the observation data provided by the transmission sensor terminal is divided and the encoded data message is transmitted. The number format may be a format including the ID of the sensor information sharing group given from the sensor information sharing ID management unit 60, for example. The link transmission terminal ID is an identifier of the sensor terminal to be input. The link receiving terminal ID is an identifier of the sensor terminal that receives this encoded data message. The encoded data represents data before encoding in the description of FIGS. 7 and 8 or data after encoding.
上記で説明した、符号化ルーティング処理を、フローチャートを用いて説明する。図10は、符号化ルーティング処理を示すフローチャートである。センサ端末T74は、入力となるセンサ端末から入力データを受信した場合(ステップS1:Yes)、つぎに入力すべきデータが全て揃っているかどうかを確認する(ステップS2)。入力データが全て揃っている場合(ステップS2:Yes)、符号化ルーティング部31で符号化処理を実行する(ステップS3)。そして、時刻同期部50からのNetwork Coding情報伝送周期時間を受信後(ステップS4)、符号化処理をしたデータを出力先のセンサ端末T65、T75へ送信する(ステップS5)。 The encoding routing process described above will be described using a flowchart. FIG. 10 is a flowchart showing the coding routing process. When the sensor terminal T74 receives input data from the sensor terminal to be input (step S1: Yes), the sensor terminal T74 confirms whether all data to be input next are available (step S2). If all the input data are available (step S2: Yes), the encoding routing unit 31 executes the encoding process (step S3). Then, after receiving the Network Coding information transmission cycle time from the time synchronizer 50 (step S4), the encoded data is transmitted to the output sensor terminals T65 and T75 (step S5).
入力データを受信していない場合(ステップS1:No)、符号化ルーティング部31は、時刻同期部50から入力待ちタイムアウト時間を受信すると(ステップS6:Yes)、処理を終了する。符号化ルーティング部31は、時刻同期部50から入力待ちタイムアウト時間を受信していないが(ステップS6:No)、Network Coding情報伝送周期時間を受信した場合(ステップS7:Yes)、同様に処理を終了する。Network Coding情報伝送周期時間を受信していない場合(ステップS7:No)、ステップS1へ戻る。 When the input data is not received (step S1: No), the encoding routing unit 31 receives the input waiting timeout period from the time synchronization unit 50 (step S6: Yes), and ends the process. The encoding routing unit 31 does not receive the input waiting time-out time from the time synchronization unit 50 (step S6: No), but when receiving the Network Coding information transmission cycle time (step S7: Yes), the same processing is performed. finish. When the Network Coding information transmission cycle time has not been received (step S7: No), the process returns to step S1.
入力データを受信したが(ステップS1:Yes)、入力データの全てが揃っていない場合(ステップS2:No).符号化ルーティング部31は、入力待ちタイムアウト時間を受信したかどうかを確認する(ステップS8)。入力待ちタイムアウト時間を受信した場合(ステップS8:Yes)、ステップS6と同様、処理を終了する。この場合、入力したデータは、次のセンサ端末T65、T75へ送信されないことになる。入力待ちタイムアウト時間を受信していない場合(ステップS8:No)、ステップS1へ戻る。 When input data is received (step S1: Yes), but all of the input data is not complete (step S2: No). The encoding routing unit 31 confirms whether or not an input waiting timeout period has been received (step S8). When the input waiting time-out time is received (step S8: Yes), the processing is ended as in step S6. In this case, the input data is not transmitted to the next sensor terminals T65 and T75. If the input waiting timeout period has not been received (step S8: No), the process returns to step S1.
以上説明したように、本実施の形態では、センサ端末は、他のセンサ端末と時刻の同期を取ることにより、異なるセンサ情報共有グループに属するセンサ端末ともNetwork Codingによる情報伝送ができることとした。これにより、特定の独立リンクに送信情報が重複せず送信量が増大しないため、通信性能の劣化を回避することができる。 As described above, in the present embodiment, the sensor terminal can transmit information by Network Coding to sensor terminals belonging to different sensor information sharing groups by synchronizing time with other sensor terminals. Thereby, since transmission information does not overlap with a specific independent link and the transmission amount does not increase, deterioration of communication performance can be avoided.
実施の形態2.
本実施の形態では、入力となる符号化データが受信できなかった場合に、Dummyデータを使用する。実施の形態1と異なる部分について説明する。
In the present embodiment, Dummy data is used when encoded data serving as input cannot be received. A different part from Embodiment 1 is demonstrated.
図11は、本実施の形態のセンサ端末の構成例を示す図である。センサ端末は、アプリケーション部10と、ルーティング管理部20と、NetworkCoding情報伝送部30aと、CommunicationLine40と、時刻同期部50と、を備える。また、NetworkCoding情報伝送部30aは、Dummy符号化ルーティング部35と、Dummyデータ挿入部36と、送受信部32と、独立リンク管理部33と、符号化関数データベース部34と、を備える。
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of the sensor terminal according to the present embodiment. The sensor terminal includes an
Dummy符号化ルーティング部35は、他のセンサ端末から受信した符号化データおよびDummyデータに対して、自センサ端末で保持する符号化関数に基づいて、符号化ルーティングを行う。Dummyデータ挿入部36は、Dummy符号化ルーティング部35が入力待ちタイムアウト時間までに符号化データを受信できなかった場合に、Dummyデータを提供する。Dummyデータは、「null」を用いる。 The Dummy encoding routing unit 35 performs encoding routing on the encoded data and Dummy data received from the other sensor terminals based on the encoding function held by the own sensor terminal. The Dummy data insertion unit 36 provides Dummy data when the Dummy encoding routing unit 35 cannot receive the encoded data before the input waiting timeout time. “Dull” data uses “null”.
図12は、観測データを転送するセンサ端末T74の符号化ルーティング処理を説明する図である。センサ端末T74では、センサ端末T63からの符号化データD63を受信する前に入力待ちタイムアウトとなる。この場合、Dummyデータ挿入部36が、符号化データD63の代わりとして、Dummyデータを提供する。Dummy符号化ルーティング部35は、符号化データD63の到着を待つことなく、受信した符号化データD53、D73、およびDummyデータを用いて符号化ルーティングを実行する。Dummy符号化ルーティング部35は、Network Coding情報共有周期時間のタイミングで、生成した符号化データD65、D75を、それぞれセンサ端末T65、T75へ送信する。 FIG. 12 is a diagram for explaining the coding routing process of the sensor terminal T74 that transfers the observation data. In the sensor terminal T74, an input waiting time-out occurs before the encoded data D63 from the sensor terminal T63 is received. In this case, the Dummy data insertion unit 36 provides Dummy data instead of the encoded data D63. The Dummy encoding routing unit 35 performs encoding routing using the received encoded data D53, D73 and Dummy data without waiting for the arrival of the encoded data D63. The Dummy encoding routing unit 35 transmits the generated encoded data D65 and D75 to the sensor terminals T65 and T75, respectively, at the timing of the Network Coding information sharing cycle time.
上記で説明した符号化ルーティング処理を、フローチャートを用いて説明する。図13は、符号化ルーティング処理を示すフローチャートである。入力待ちタイムアウト時間を受信した場合(ステップS8:Yes)、Dummyデータ挿入部36がDummyデータを挿入し(ステップS11)、Dummy符号化ルーティング部35が、Dummyデータを挿入した記録を符号化データメッセージに記録する処理(ステップS12)を行った後、符号化処理(ステップS3)を実行する点が実施の形態1と異なる。 The encoding routing process described above will be described using a flowchart. FIG. 13 is a flowchart showing the coding routing process. When the input waiting time-out time is received (step S8: Yes), the Dummy data insertion unit 36 inserts the Dummy data (Step S11), and the Dummy encoding routing unit 35 records the record in which the Dummy data is inserted into the encoded data message. This embodiment is different from the first embodiment in that the encoding process (step S3) is executed after the recording process (step S12) is performed.
図14は、Dummyデータを使用した場合の符号化データメッセージの構成例を示す図である。実施の形態1(図9参照)に対して、符号化ヘッダにDummy実行センサ端末リストを追加する。Dummy符号化処理を行った端末の情報を、受信センサ端末に伝える役割を果たす。受信センサ端末は、この情報に基づいて情報を復元できる。 FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration example of an encoded data message when Dummy data is used. Compared to Embodiment 1 (see FIG. 9), a Dummy execution sensor terminal list is added to the encoded header. It plays a role of transmitting information of the terminal that has performed Dummy encoding processing to the receiving sensor terminal. The receiving sensor terminal can restore the information based on this information.
なお、センサ端末でDummyデータを使用して符号化処理を行う場合について説明したが、管理センサ端末においても同様の構成を備えることで、Dummyデータを使用した符号化処理を行うことが可能である。 In addition, although the case where the encoding process was performed using Dummy data at the sensor terminal was described, it is possible to perform the encoding process using Dummy data by providing the management sensor terminal with the same configuration. .
以上説明したように、本実施の形態では、センサ端末の符号化ルーティングにおいて、入力となる複数の符号化データメッセージのうち少なくとも1つに受信遅延が発生した場合、センサ端末は、Dummyデータを使用して符号化処理を行うこととした。これにより、受信済みの符号化データについて、処理の共倒れによる情報伝送の中断を回避することができる。 As described above, in the present embodiment, in the coding routing of the sensor terminal, when a reception delay occurs in at least one of a plurality of coded data messages to be input, the sensor terminal uses Dummy data. Thus, the encoding process is performed. As a result, it is possible to avoid interruption of information transmission due to a collapsing process for the received encoded data.
Dummyデータを使用して符号化処理を実行する方法については、複数のセンサ情報共有グループが共存するNetwork Coding情報伝送に限定するものではなく、従来のように、1つのセンサ情報共有グループの場合についても適用可能である。 The method for executing the encoding process using the Dummy data is not limited to the network coding information transmission in which a plurality of sensor information sharing groups coexist. Is also applicable.
以上のように、本発明にかかるセンサアドホックネットワークは、一定周期で観測データを交換するセンサ情報共有グループに有用であり、特に、複数のセンサ情報共有グループが混在する場合に適している。 As described above, the sensor ad hoc network according to the present invention is useful for a sensor information sharing group that exchanges observation data at a fixed period, and is particularly suitable when a plurality of sensor information sharing groups coexist.
10 アプリケーション部
20 ルーティング管理部
30,30a NetworkCoding情報伝送部
31 符号化ルーティング部
32 送受信部
33 独立リンク管理部
34 符号化関数データベース部
35 Dummy符号化ルーティング部
36 Dummyデータ挿入部
40 CommunicationLine
50 時刻同期部
60 センサ情報共有ID管理部
70 情報伝送スケジューラ部
80 センサ情報共有属性データベース部
DESCRIPTION OF
50 Time synchronization unit 60 Sensor information sharing ID management unit 70 Information
Claims (6)
前記センサ端末は、
受信した観測データの送信元センサ端末および観測データの送信先センサ端末に関する情報を管理するルーティング管理手段と、
自端末が属するグループの伝送タイミングおよびデータ待ち時間を管理し、また、他のセンサ端末との時刻の同期を確立する時刻同期手段と、
前記データ待ち時間までに送信元センサ端末からの観測データが揃った場合に、所定の符号化関数に基づいて、受信した観測データに対して符号化処理を実行し、前記伝送タイミングで、当該符号化した観測データを送信先センサ端末へネットワークコーディング伝送する符号化手段と、
前記データ待ち時間までに送信元センサ端末からの観測データが揃わなかった場合に、ダミーデータを生成するダミーデータ生成手段と、
を備え、
前記符号化手段は、前記データ待ち時間までに送信元センサ端末からの観測データが揃わなかった場合に、前記所定の符号化関数に基づいて、送信元センサ端末から受信したデータおよび前記ダミーデータ生成手段により生成されたダミーデータに対して符号化処理を実行し、前記伝送タイミングで、当該符号化した観測データを送信先センサ端末へネットワークコーディング伝送し、
前記管理センサ端末は、
前記ルーティング管理手段、前記時刻同期手段および前記符号化手段に加えて、さらに、
前記センサアドホックネットワークに含まれる全てのグループにおける観測データの伝送タイミングおよびデータ待ち時間を管理し、他のセンサ端末に対して、当該センサ端末が属するグループの伝送タイミングおよびデータ待ち時間を通知する情報伝送管理手段、
を備えることを特徴とするセンサアドホックネットワーク。 When there are a plurality of sensor terminal groups that exchange observation data at a certain cycle and there are a plurality of groups of sensor terminals that exchange observation data, a management sensor terminal that is one of the sensor terminals performs an observation in each group. A sensor ad hoc network that manages data transmission timing and data waiting time,
The sensor terminal is
Routing management means for managing information related to the source sensor terminal of the received observation data and the destination sensor terminal of the observation data;
Time synchronization means for managing the transmission timing and data waiting time of the group to which the terminal belongs, and establishing time synchronization with other sensor terminals;
When observation data from a transmission source sensor terminal is prepared by the data waiting time, an encoding process is performed on the received observation data based on a predetermined encoding function, and the code is transmitted at the transmission timing. Encoding means for transmitting the networked observation data to the destination sensor terminal,
Dummy data generating means for generating dummy data when observation data from a transmission source sensor terminal is not prepared by the data waiting time;
With
The encoding means generates the data received from the transmission source sensor terminal and the dummy data based on the predetermined encoding function when the observation data from the transmission source sensor terminal is not prepared by the data waiting time. Encoding processing is performed on the dummy data generated by the means, and at the transmission timing, the encoded observation data is network-coded and transmitted to the destination sensor terminal,
The management sensor terminal is
In addition to the routing management means, the time synchronization means, and the encoding means,
Information transmission for managing the transmission timing and data waiting time of observation data in all groups included in the sensor ad hoc network and notifying other sensor terminals of the transmission timing and data waiting time of the group to which the sensor terminal belongs Management means,
A sensor ad hoc network comprising:
受信した観測データの送信元センサ端末および観測データの送信先センサ端末に関する情報を管理するルーティング管理手段と、
自端末が属するグループの伝送タイミングおよびデータ待ち時間を管理し、また、他のセンサ端末との時刻の同期を確立する時刻同期手段と、
前記データ待ち時間までに送信元センサ端末からの観測データが揃った場合に、所定の符号化関数に基づいて、受信した観測データに対して符号化処理を実行し、前記伝送タイミングで、当該符号化した観測データを送信先センサ端末へネットワークコーディング伝送する符号化手段と、
前記データ待ち時間までに送信元センサ端末からの観測データが揃わなかった場合に、ダミーデータを生成するダミーデータ生成手段と、
を備え、
前記符号化手段は、前記データ待ち時間までに送信元センサ端末からの観測データが揃わなかった場合に、前記所定の符号化関数に基づいて、送信元センサ端末から受信したデータおよび前記ダミーデータ生成手段により生成されたダミーデータに対して符号化処理を実行し、前記伝送タイミングで、当該符号化した観測データを送信先センサ端末へネットワークコーディング伝送する、
ことを特徴とするセンサ端末。 When there are a plurality of sensor terminal groups that exchange observation data at a certain cycle and there are a plurality of groups of sensor terminals that exchange observation data, a management sensor terminal that is one of the sensor terminals performs an observation in each group. The sensor terminal in a sensor ad hoc network that manages data transmission timing and data waiting time,
Routing management means for managing information related to the source sensor terminal of the received observation data and the destination sensor terminal of the observation data;
Time synchronization means for managing the transmission timing and data waiting time of the group to which the terminal belongs, and establishing time synchronization with other sensor terminals;
When observation data from a transmission source sensor terminal is prepared by the data waiting time, an encoding process is performed on the received observation data based on a predetermined encoding function, and the code is transmitted at the transmission timing. Encoding means for transmitting the networked observation data to the destination sensor terminal,
Dummy data generating means for generating dummy data when observation data from a transmission source sensor terminal is not prepared by the data waiting time;
Equipped with a,
The encoding means generates the data received from the transmission source sensor terminal and the dummy data based on the predetermined encoding function when the observation data from the transmission source sensor terminal is not prepared by the data waiting time. The dummy data generated by the means is subjected to an encoding process, and the encoded observation data is network-coded and transmitted to the destination sensor terminal at the transmission timing.
A sensor terminal characterized by that.
受信した観測データの送信元センサ端末および観測データの送信先センサ端末に関する情報を管理するルーティング管理手段と、
自端末が属するグループの伝送タイミングおよびデータ待ち時間を管理し、また、他のセンサ端末との時刻の同期を確立する時刻同期手段と、
前記データ待ち時間までに送信元センサ端末からの観測データが揃った場合に、所定の符号化関数に基づいて、受信した観測データに対して符号化処理を実行し、前記伝送タイミングで、当該符号化した観測データを送信先センサ端末へネットワークコーディング伝送する符号化手段と、
前記センサアドホックネットワークに含まれる全てのグループにおける観測データの伝送タイミングおよびデータ待ち時間を管理し、他のセンサ端末に対して、当該センサ端末が属するグループの伝送タイミングおよびデータ待ち時間を通知する情報伝送管理手段と、
前記データ待ち時間までに送信元センサ端末からの観測データが揃わなかった場合に、ダミーデータを生成するダミーデータ生成手段と、
を備え、
前記符号化手段は、前記データ待ち時間までに送信元センサ端末からの観測データが揃わなかった場合に、前記所定の符号化関数に基づいて、送信元センサ端末から受信したデータおよび前記ダミーデータ生成手段により生成されたダミーデータに対して符号化処理を実行し、前記伝送タイミングで、当該符号化した観測データを送信先センサ端末へネットワークコーディング伝送する、
ことを特徴とする管理センサ端末。 When there are a plurality of sensor terminal groups that exchange observation data at a certain cycle and there are a plurality of groups of sensor terminals that exchange observation data, a management sensor terminal that is one of the sensor terminals performs an observation in each group. The management sensor terminal in a sensor ad hoc network that manages data transmission timing and data waiting time,
Routing management means for managing information related to the source sensor terminal of the received observation data and the destination sensor terminal of the observation data;
Time synchronization means for managing the transmission timing and data waiting time of the group to which the terminal belongs, and establishing time synchronization with other sensor terminals;
When observation data from a transmission source sensor terminal is prepared by the data waiting time, an encoding process is performed on the received observation data based on a predetermined encoding function, and the code is transmitted at the transmission timing. Encoding means for transmitting the networked observation data to the destination sensor terminal,
Information transmission for managing the transmission timing and data waiting time of observation data in all groups included in the sensor ad hoc network and notifying other sensor terminals of the transmission timing and data waiting time of the group to which the sensor terminal belongs Management means;
Dummy data generating means for generating dummy data when observation data from a transmission source sensor terminal is not prepared by the data waiting time;
Equipped with a,
The encoding means generates the data received from the transmission source sensor terminal and the dummy data based on the predetermined encoding function when the observation data from the transmission source sensor terminal is not prepared by the data waiting time. The dummy data generated by the means is subjected to an encoding process, and the encoded observation data is network-coded and transmitted to the destination sensor terminal at the transmission timing.
A management sensor terminal.
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