JP7268786B1 - 通信システム、マスタノード及び通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】干渉の問題に対処しつつ、センサノードの消費電力を低減する。【解決手段】通信システムは、複数のセンサノードと、複数のセンサノードそれぞれと水中音響通信するマスタノードと、を備え、マスタノードは、複数のセンサノードそれぞれからのデータを異なる時間帯に受信するように、複数のセンサノードそれぞれにインターバル通知を送信し、複数のセンサノードそれぞれは、マスタノードからのインターバル通知を受信するとスリープモードに移行し、受信したインターバル通知に示されるインターバルが経過するとスリープモードから復帰し、データをマスタノードに送信する。【選択図】図１

Description

本発明は、通信システム、マスタノード及び通信方法に関する。

水中での通信システムに、水中音響通信が用いられることが知られている。例えば特許文献１に示されるように、マスタノードが、複数のセンサノードそれぞれからのデータを受信する。

米国特許出願公開第２０１５／２８８４５９号明細書

干渉回避のために、データの時分割受信が行われる。水中音響信号の伝搬速度がそれほど速くないので、通信遅延が無視できない。例えば特許文献１は、各センサノードが、マスタノードとの距離を測定し、マスタノードまでの水中音響信号の伝搬時間を計算したうえで、割り当てられたタイムスロットでマスタノードにデータが到着するように、データ送信のタイミングをコントロールする手法を提案する。しかしこの手法では、すべてのノードの時刻同期が必要であり、また、センサノードが距離測定、時間計算等を行う必要がある。とくに、センサノードの機能や動作が複雑化し、消費電力が大きくなるという問題がある。

本発明の一側面は、干渉の問題に対処しつつ、センサノードの消費電力を低減する。

一側面に係る通信システムは、複数のセンサノードと、複数のセンサノードそれぞれと水中音響通信するマスタノードと、を備え、マスタノードは、複数のセンサノードそれぞれからのデータを異なる時間帯に受信するように、複数のセンサノードそれぞれにインターバル通知を送信し、複数のセンサノードそれぞれは、マスタノードからのインターバル通知を受信するとスリープモードに移行し、受信したインターバル通知に示されるインターバルが経過するとスリープモードから復帰し、データをマスタノードに送信する。

一側面に係るマスタノードは、水中音響通信を用いて、複数のセンサノードそれぞれからのデータを異なる時間帯に受信するように、複数のセンサノードそれぞれにインターバル通知を送信し、インターバル通知は、対応するセンサノードを、当該インターバル通知を受信するとスリープモードに移行し、受信したインターバル通知に示されるインターバルが経過するとスリープモードから復帰し、データをマスタノードに送信するように動作させるための通知である。

一側面に係る通信方法は、マスタノードが、水中音響通信を用いて、複数のセンサノードそれぞれからのデータを異なる時間帯に受信するように、複数のセンサノードそれぞれにインターバル通知を送信することと、複数のセンサノードそれぞれが、マスタノードからのインターバル通知を受信するとスリープモードに移行し、受信したインターバル通知に示されるインターバルが経過するとスリープモードから復帰し、データをマスタノードに送信することと、を含む。

本発明によれば、干渉の問題に対処しつつ、センサノードの消費電力を低減することができる。

実施形態に係る通信システムの概略構成の例を示す図である。 通信システムにおいて実行される処理（通信方法）の例を示すタイミングチャートである。 通信システムにおいて実行される処理（通信方法）の例を示すタイミングチャートである。 データテーブルの例を示す図である。 通信システムにおいて実行される処理（通信方法）の例を示すタイミングチャートである。 通信システムにおいて実行される処理（通信方法）の例を示すタイミングチャートである。 コントローラの例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ実施形態について説明する。同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。

図１は、実施形態に係る通信システムの概略構成の例を示す図である。通信システム１００は、水中に存在する対象物の監視に用いられる。以下では、水中は、海中であるものとして説明する。矛盾の無い範囲において、海中、海底、海面等は、水中、水底、水面等に読み替えられてよい。

図１には、対象物として、海底に設けられた井戸Ｗが例示される。井戸Ｗは、オイル、ガス等の資源採掘のために海底に設けられたものである。資源採掘はすでに完了しており、井戸Ｗは、廃坑後の井戸である。とはいっても、廃坑後の井戸Ｗから資源が漏れ出る可能性がある。通信システム１００は、資源漏れのような異常発生の有無を含めた井戸Ｗの監視を行う。具体的に、通信システム１００は、複数のセンサ１と、複数のセンサノード２と、マスタノード３と、洋上ブイ４と、監視装置５とを含む。複数のセンサ１、複数のセンサノード２及びマスタノード３は、海中に配置される。

複数のセンサ１として、３つのセンサ１が例示される。各センサを区別できるように、センサ１１、センサ１２及びセンサ１３とも称し図示する。センサ１１、センサ１２及びセンサ１３をとくに区別しない場合は、単にセンサ１と呼ぶ。

センサ１は、監視対象物、すなわち井戸Ｗに対して設けられる。１つの井戸Ｗに対して、１つ以上のセンサ１が設けられる。図１に示される例では、左側の井戸Ｗに対してセンサ１１が設けられ、右側の井戸に対してセンサ１２及びセンサ１３が設けられる。

センサ１は、井戸Ｗの状態、とくに井戸Ｗの出口又はその付近の状態によって変化する物理量等を検出する。センサ１の例は、圧力センサ、温度センサ、画像センサ等である。以下では、センサ１の検出結果（圧力等）を示すデータを、単に「データ」と呼ぶ場合もある。

複数のセンサノード２として、３つのセンサノード２が例示される。各センサノード２を区別できるように、センサノード２１、センサノード２２及びセンサノード２３とも称し図示する。センサノード２１、センサノード２２及びセンサノード２３をとくに区別しない場合は、単にセンサノード２と呼ぶ。

センサノード２は、対応するセンサ１に対して設けられ、より具体的には、対応するセンサ１の近く、すなわち海底付近に配置される。図１に示される例では、センサノード２１が、センサ１１に対して設けられる。センサノード２２が、センサ１２に対して設けられる。センサノード２３が、センサ１３に対して設けられる。なお、１つのセンサノード２が、複数のセンサ１に対して設けられてもよい。

センサノード２は、対応するセンサ１からのデータを受信する。この受信には、例えば有線通信が用いられてよい。センサノード２は、受信したデータを、マスタノード３に送信する。この送信には、後述の水中音響通信が用いられる。センサノード２によるデータの送信は、例えば所定の周期で繰り返し行われる。周期の例は、数時間、数日等である。

本実施形態では、センサノード２は、スリープモードに移行可能に構成される。スリープモードに移行すると、センサノード２は、マスタノード３へのデータ送信は行えなくなるが、消費電力が低減された状態になる。スリープモードから復帰すると、センサノード２は、マスタノード３へのデータ送信が行えるようになる。

マスタノード３は、複数のセンサノード２それぞれからのデータを受信する。マスタノード３は、洋上ブイ４の近く、すなわち海面付近に配置される。

本実施形態では、マスタノード３は、センサノード２と水中音響通信する。水中音響通信は、ワイヤレス長距離通信が可能であり、センサノード２及びマスタノード３の通信に適している。センサノード２が数百メートルから数千メートルもの海中深くに配置される一方で、井戸Ｗの廃坑前に用いられていたパイプラインやアンビリカルケーブル等はすでに撤去されているからである。センサノード２及びマスタノード３は、水中音響通信が可能であり、また、後に詳述するセンサノード２及びマスタノード３の機能を有するように設計されたモデム、装置（通信装置）等であってよい。設計は、ハードウェア設計であってもよいし、ソフトウェア設計であってもよい。

洋上ブイ４は、海上に配置される。洋上ブイ４は、マスタノード３が受信したデータを受信する。この受信には、例えば有線通信が用いられてよい。洋上ブイ４は、取得したデータを、監視装置５に送信する。この送信には、例えば無線通信が用いられてよい。

監視装置５は、井戸Ｗを監視したり管理したりするために用いられる。監視装置５は、洋上ブイ４から離れた位置に設けられ、洋上ブイ４からのデータを受信する。監視装置５の配置場所は、海上であってもよいし陸上であってもよい。例えば、監視装置５は、受信したデータに基づいて、井戸Ｗの状態を監視する。監視の例は、圧力値等の閾値判断である。井戸Ｗにおいて資源漏れ等の異常が発生すると圧力値が大きくなるので、圧力値の閾値判断により異常発生の有無を判断できる。異常が発生したと判断した場合、監視装置５は、その旨を通信システム１００のユーザ（井戸Ｗの監視者等）に通知してよい。通知手法は特に限定されないが、例えばアラーム等のイベントを発生するように監視装置５が動作してよい。

データ収集及び監視装置５による閾値判断等が上述の所定の周期で繰り返し行われることで、長期間にわたって井戸Ｗの状態が監視される。長期間にわたる運用のためには、とくに、海中深くに配置され、バッテリ交換や有線給電が困難なセンサノード２の消費電力の低減が重要になる。一方で、１つのマスタノード３が複数のセンサノード２からのデータを受信するマルチアクセスに対応するために、干渉対処が必要である。開示される技術によれば、干渉の問題に対処しつつ、センサノード２の消費電力を低減することができる。

実際のデータ収集に先立って、マスタノード３は、複数のセンサノード２それぞれとの間の通信遅延を把握する。通信遅延は、例えば、マスタノード３とセンサノード２との間の水中音響信号の伝搬時間（往復伝搬時間又は片道伝搬時間）として把握されてもよいし、マスタノード３及びセンサノード２のノード間距離（物理的な距離）として把握されてもよい。なお、ノード間距離は、伝搬時間から求めることができ（片道伝搬時間×水中音響信号伝搬速度）、反対に、伝搬時間は、ノード間距離から求めることができる（ノード間距離／水中音響信号伝搬速度）。

通信遅延の把握手法の一例について述べると、マスタノード３は、センサノード２１に対して、Ｐｉｎｇパケットを送信する。センサノード２１は、Ｐｉｎｇパケットを受信した後、すぐに応答パケット（Ａｃｋパケット）をマスタノード３に送信する。マスタノード３は、応答パケットを受信する。マスタノード３は、Ｐｉｎｇパケットを送信してから応答パケットを受信するまでの時間を、マスタノード３とセンサノード２１との水中音響信号の往復伝搬時間として把握（記憶等）する。また、マスタノード３は、片道伝搬時間（往復伝搬時間の半分）に水中の音響信号の伝搬速度（例えば約１５００メートル）を乗じて求めた距離を、マスタノード３及びセンサノード２１のノード間距離として把握（記憶等）してもよい。同様にして、マスタノード３とセンサノード２２との間の通信遅延、及び、マスタノード３とセンサノード２３との間の通信遅延も把握される。

実際のデータ収集の手順について説明する。マスタノード３は、複数のセンサノード２それぞれのインターバルＩＮＴを算出し、算出したインターバルＩＮＴを示すインターバル通知を、対応するセンサノード２に送信する。複数のセンサノード２それぞれは、マスタノード３からのインターバル通知を受信すると、スリープモードに移行する。センサノード２は、インターバル通知に示されるインターバルＩＮＴが経過すると、スリープモードから復帰し、データをマスタノード３に送信する。マスタノード３は、センサノード２からのデータを受信する。マスタノード３は、センサノード２からのデータを受信すると、そのセンサノード２に次のインターバル通知を送信する。

上記の手順において、マスタノード３がインターバル通知を送信してからデータを受信するまでの期間は、水中音響信号の通信遅延（より具体的には往復伝搬時間）とインターバルＩＮＴとの合計期間に相当する。マスタノード３は、各センサノード２のインターバルＩＮＴを任意に算出することで、各センサノード２からのデータを受信する時間帯（タイミング）を調整することができる。本実施形態では、マスタノード３は、マスタノード３と複数のセンサノード２それぞれとの間の通信遅延に基づいて、複数のセンサノード２それぞれからのデータを異なる時間帯に受信するように、複数のセンサノード２それぞれのインターバルＩＮＴを算出する。

図２は、通信システムにおいて実行される処理（通信方法）の例を示すタイミングチャートである。理解を容易にするため、センサノード２は、センサノード２１及びセンサノード２２の２つだけで説明する。

ステップＳ１０１～ステップＳ１０５の処理は、マスタノード３及びセンサノード２１に関する処理である。センサノード２１のインターバルＩＮＴを、インターバルＩＮＴ１と称し図示する。データは、センサ１１（図１）のデータである。

ステップＳ１０１において、マスタノード３は、インターバルＩＮＴ１を算出し、インターバル通知をセンサノード２１に送信する。ステップＳ１０２において、センサノード２１は、インターバル通知を受信し、スリープモードに移行する。インターバルＩＮＴ１が経過すると、ステップＳ１０３において、センサノード２１は、スリープモードから復帰して、データをマスタノード３に送信する。ステップＳ１０４において、マスタノード３は、データを受信し、センサノード２１の次のインターバルＩＮＴ１を算出し、インターバル通知をセンサノード２１に送信する。ステップＳ１０５において、センサノード２１は、インターバル通知を受信し、スリープモードに移行する。

上記の処理がマスタノード３とセンサノード２１との間で繰り返し実行されることで、センサノード２１からのデータ、すなわちセンサ１１（図１）のデータが収集される。なお、ステップＳ１０４で算出されるインターバルＩＮＴ１は、先のステップＳ１０１で算出されたインターバルＩＮＴ１と同じであってもよいし異なっていてもよい。

ステップＳ２０２～ステップＳ２０５の処理は、マスタノード３及びセンサノード２２に関する処理である。センサノード２２のインターバルＩＮＴを、インターバルＩＮＴ２と称し図示する。データは、センサ１２（図１）のデータである。図には表れないが、ステップＳ２０２に先立って、マスタノード３がセンサノード２２のインターバルＩＮＴ２を算出し、インターバル通知をセンサノード２２に送信済みである。

ステップＳ２０２において、センサノード２は、インターバル通知を受信し、スリープモードに移行する。インターバルＩＮＴ２が経過すると、ステップＳ２０３において、センサノード２２は、スリープモードから復帰して、データをマスタノード３に送信する。ステップＳ２０４において、マスタノード３は、データを受信し、センサノード２２の次のインターバルＩＮＴ２を算出し、インターバル通知をセンサノード２２に送信する。ステップＳ２０５において、センサノード２２は、インターバル通知を受信し、スリープモードに移行する。

上記の処理がマスタノード３とセンサノード２２との間で繰り返し実行されることで、センサノード２２からのデータ、すなわちセンサ１２（図１）のデータが収集される。なお、ステップＳ２０４で算出されるインターバルＩＮＴ２は、先のステップＳ２０２に先立って算出されたインターバルＩＮＴ２と同じであってもよいし異なっていてもよい。

同様にして、他のセンサ１、例えばセンサ１３（図１）のデータも、マスタノード３とセンサノード２３（図１）との間の通信によって収集される。

なお、センサノード２とマスタノード３との間のデータの送受信エラーが生じる可能性もあるが、その場合は、例えばデータ再送によってエラーが補償されてよい。複雑な仕組みにより一回の通信の信頼性を向上させるよりも、応答に時間がかかったとしても再送を繰り返した方が確実にデータを伝送できる可能性がある。また、通信システム１００全体で連続的に通信が行われるわけではないため、データを再送するセンサノード２とマスタノード３との間の通信時間が多少長くなっても、他のセンサノード２とマスタノード３との間の通信への影響は少ない。

以上で説明した通信システム１００によれば、マスタノード３が複数のセンサノード２からのデータを異なる時間帯に受信するので、干渉を回避することができる。また、センサノード２がスリープモードに移行するので、その分、センサノード２の消費電力を低減することができる。従って、干渉の問題に対処しつつ、センサノード２の消費電力を低減することができる。

センサノード２は、マスタノード３から通知されたインターバルＩＮＴに従ってスリープモードへの移行、スリープモードからの復帰及びデータ送信を行うだけでよい。センサノード２とマスタノード３との間の厳密な時刻同期は不要である。複雑な機能等をセンサノード２に持たせる必要がなく、その分、センサノード２の消費電力をさらに低減できる可能性が高まる。

マスタノード３は、センサノード２からのデータを受信すると、そのセンサノード２に次のインターバル通知を送信する。データ受信後すぐに次のインターバル通知が行われることで、センサノード２のスリープ期間を長くすることができる。センサノード２の消費電力をさらに低減できる可能性が高まる。

マスタノード３は、センサノード２からのデータを受信する都度、そのセンサノード２の次のインターバルＩＮＴを算出することができる。このため、複数のセンサノード２のインターバルＩＮＴ、すなわちデータ収集の周期をフレキシブルに調整することができる。

なお、マスタノード３がセンサノード２にデータ送信要求（リクエストパケット等）を送信し、センサノード２がその要求を受信して、データをマスタノード３に送信するという通信手順も考えられる。ただしこの場合には、センサノード２がマスタノード３からのデータ送信要求を待ち続ける必要があるので、スリープモードに移行できなくなる。このような問題は通信システム１００では生じない。

開示される技術は、上記実施形態に限定されない。いくつかの変形例について説明する。

＜センサノード内部クロック誤差に応じたインターバル調整＞
センサノード２がスリープモードに置かれるスリープ期間は、センサノード２の内部クロックがインターバルＩＮＴをカウントする期間に相当する。この場合、センサノード２の内部クロック誤差に起因して、センサノード２の実際のスリープ期間が、通知されたインターバルＩＮＴからずれる可能性がある。その結果、センサノード２がスリープモードから復帰してデータを送信する時刻、ひいてはマスタノード３がセンサノード２からのデータを受信する時刻がずれる可能性がある。

一実施形態において、マスタノード３は、センサノード２の内部クロック誤差を補償（吸収等）するように、センサノード２のインターバルＩＮＴを算出してよい。具体的に、マスタノード３は、センサノード２からのデータの受信予定時刻と、実際の受信時刻との差分に基づいて、そのセンサノード２の次のインターバルＩＮＴを算出する。図３を参照して説明する。

図３は、通信システムにおいて実行される処理（通信方法）の例を示すタイミングチャートである。理解を容易にするため、センサノード２はセンサノード２１だけで説明する。

ステップＳ１０１Ａにおいて、マスタノード３は、センサノード２１のインターバルＩＮＴ１を算出し、インターバル通知をセンサノード２１に送信する。それとともに、マスタノード３は、受信予定時刻を記憶する。ここでの受信予定時刻は、マスタノード３が次にセンサノード２１からデータを受信する予定の時刻である。受信予定時刻は、マスタノード３におけるインターバル通知の送信時刻を基準として定められてよく、例えば、送信時刻から、水中音響信号の往復伝搬時間及びインターバルＩＮＴ１だけ遅れた時刻として算出される。

ステップＳ１０２及びステップＳ１０３の処理は、先に図２を参照して説明したとおりである。すなわち、センサノード２１は、インターバル通知を受信し、スリープモードに移行し、インターバルＩＮＴ１が経過すると、スリープモードから復帰して、データをマスタノード３に送信する。

ステップＳ１０４Ａにおいて、マスタノード３は、データを受信し、実際の受信時刻を記録する。マスタノード３は、先のステップＳ１０１Ａで記録した受信予定時刻と、実際の受信時刻との差分Δｔを算出する。例えば、差分Δｔ＝実際の受信時刻－受信予定時刻として算出される。

なお、図３に示される例では、実際の受信時刻が予定受信時刻よりも遅れており、差分Δｔはプラスの値である。これは、センサノード２１の実際のスリープ期間が、インターバルＩＮＴ１よりも長いこと、すなわちセンサノード２１の内部クロックの進み具合がマスタノード３の内部クロックの進み具合よりも遅れていることを意味している。

マスタノード３は、算出した差分Δｔに基づいて、センサノード２１の次のインターバルＩＮＴ１ｒｅｖを算出する。このインターバルＩＮＴ１ｒｅｖは、次回、この例では後のステップＳ１０７での差分Δｔ、すなわちマスタノード３が次にセンサノード２１からのデータを受信した際の差分Δｔの大きさが小さくなるように（０に近づくように）算出される。例えば、今回のステップＳ１０４Ａで算出した差分Δｔがプラス側に大きいほど、インターバルＩＮＴ１ｒｅｖは短くなるように算出される。反対に、差分Δｔがマイナス側に大きいほど、インターバルＩＮＴ１ｒｅｖは長くなるように算出される。

例えば、実際の受信時刻が予定受信時刻よりも５％だけ遅い場合（差分Δｔ＝５％）、インターバルＩＮＴ１ｒｅｖは、インターバルＩＮＴ１よりも５％だけ短くなるように算出されてよい。センサノード２の内部クロックの進みがマスタノード３の内部クロックの進みよりも５％だけ遅れており、この内部クロックの遅れを打ち消すようにインターバルＩＮＴ１がインターバルＩＮＴ１ｒｅｖに補正又は修正されるともいえる。

マスタノード３は、算出したインターバルＩＮＴ１ｒｅｖを示すインターバル通知を、センサノード２１に送信する。それとともに、マスタノード３は、次の受信予定時刻を記憶する。

ステップＳ１０５において、センサノード２１は、インターバル通知を受信し、スリープモードに移行する。インターバルＩＮＴ１ｒｅｖが経過すると、ステップＳ１０６において、センサノード２１は、スリープモードから復帰して、データをマスタノード３に送信する。このインターバルＩＮＴ１ｒｅｖがセンサノード２１の内部クロックでカウントされるので、センサノード２１の実際のスリープ期間は、インターバルＩＮＴ１と同じ又は実質的に同じになり得る。

ステップＳ１０７において、マスタノード３は、データの受信を含め、先のステップＳ１０４Ａと同様の処理を実行する。ここでの差分Δｔは、先のステップＳ１０４Ａでの差分Δｔよりも小さくなっており、例えば０又は実質的に０になり得る。

上記の処理がマスタノード３及びセンサノード２１で繰り返し実行されることで、センサノード２の内部クロック誤差の影響を低減することができる。他のセンサノード２、例えばセンサノード２２及びセンサノード２３（図１）についても同様である。

＜データ変化に応じたインターバル調整＞
一実施形態において、マスタノード３は、センサノード２から受信したデータに基づいて、そのセンサノード２の次のインターバルＩＮＴを算出してよい。例えばデータ変化に応じてデータ収集の周期をフレキシブルに調整することができる。圧力値を示すデータを例に挙げて説明する。

井戸Ｗに資源漏れが発生していない正常状態では、圧力変化はほとんどみられない。資源漏れが発生する異常状態に移る過渡状態において、大きな圧力変化がみられる。マスタノード３は、正常状態でのインターバルＩＮＴが長く、過渡状態でのインターバルＩＮＴが短くなるように、インターバルＩＮＴを算出する。これにより、センサノード２の消費電力を低減しつつ、井戸Ｗの状態を適切に監視することができる。

例えば、マスタノード３は、同じセンサノード２からのデータに示される圧力値が大きくなるにつれてインターバルＩＮＴが短くなるように、そのセンサノード２のインターバルＩＮＴを算出する。圧力値からインターバルＩＮＴを算出することのできるあらゆるアルゴリズムが用いられてよく、また、データテーブル等が参照されてもよい。データテーブルの一例について、図４を参照して説明する。

図４は、データテーブルの例を示す図である。例示されるデータテーブルは、圧力値とインターバルＩＮＴとを対応付けて記述する。なお、ここでの圧力値は、異常発生と判断される値が１００になるように規格化されている。

図４に示される例では、０以上２０未満の圧力値に対して、１週間のインターバルＩＮＴが対応付けられる。２０以上４０未満の圧力値に対して、２４時間のインターバルＩＮＴが対応付けられる。４０以上６０未満の圧力値に対して、１２時間のインターバルＩＮＴが対応付けられる。６０以上８０未満の圧力値に対して、６時間のインターバルＩＮＴが対応付けられる。８０以上１００未満の圧力値に対して、１時間のインターバルＩＮＴが対応付けられる。１００以上の圧力値は、異常発生を示す。この場合のインターバルＩＮＴは、例えば１時間よりも短い時間であってよい。

図５は、通信システムにおいて実行される処理（通信方法）の例を示すタイミングチャートである。理解を容易にするため、センサノード２はセンサノード２１だけで説明する。

ステップＳ１０１～ステップＳ１０３の処理はこれまでも説明したとおりである。マスタノード３は、センサノード２１のインターバルＩＮＴ１を算出し、インターバル通知をセンサノード２１に送信する。センサノード２１は、インターバル通知を受信し、スリープモードに移行し、インターバルＩＮＴ１が経過すると、スリープモードから復帰して、データをマスタノード３に送信する。

ステップＳ１０４Ｂにおいて、マスタノード３は、データを受信し、データに基づいて、センサノード２１の次のインターバルＩＮＴ１－２を算出する。ここでのデータは、前回のデータから変化しており、例えば圧力値が大きくなっているものとする。例えば上述の図４に示されるようなデータテーブルが参照され、データに示される圧力値に対応するインターバルＩＮＴが算出される。算出されるインターバルＩＮＴ１－２の長さは、インターバルＩＮＴ１よりも短い。マスタノード３は、算出したインターバルＩＮＴ１－２を示すインターバル通知を、センサノード２１に送信する。

ステップＳ１０５において、センサノード２１は、インターバル通知を受信し、スリープモードに移行する。インターバルＩＮＴ１－２が経過すると、ステップＳ１０６において、センサノード２１は、スリープモードから復帰して、データをマスタノード３に送信する。

ステップＳ１０７において、マスタノード３は、データの受信を含め、先のステップＳ１０４Ｂと同様の処理を実行する。

上記の処理がマスタノード３及びセンサノード２１で繰り返し実行される。他のセンサノード２、例えばセンサノード２２及びセンサノード２３（図１）についても同様である。データ変化に応じてデータ収集周期をフレキシブルに変更することができる。

なお、上記では、データに基づく判断がマスタノード３で行われる場合を例に挙げて説明した。ただし、同様の判断は、監視装置５で行われてもよく、また、センサ１、センサノード２等で行われてもよい。例えば、監視装置５やセンサノード２が、インターバルＩＮＴの変更依頼をマスタノード３に送信してよい。

＜センサノード追加＞
これまで説明したように、マスタノード３が各センサノード２のインターバルＩＮＴを任意に算出できるので、センサノード２の追加が容易に行える。センサノード２の追加として、例えば以下の２通りのケースが考えられる。なお、追加される新たなセンサノード２を、追加ノードとも称する。

第１のケースでは、マスタノード３において、各センサノード２からのデータの受信時間帯どうしの間に空き時間帯が存在する。ここでいう空き時間帯は、追加ノードからデータを受信することのできる時間帯以上の長さを有する時間帯である。第１のケースの場合、マスタノード３は、追加ノードからのデータを空き時間帯に受信するように、追加ノードのインターバルＩＮＴを算出し、算出したインターバルＩＮＴをそのセンサノード２に送信する。

第２のケースでは、上述のような空き時間帯が存在しない。この場合、マスタノード３は、追加ノードが追加される前から存在していた複数のセンサノード２、及び、追加ノードそれぞれからのデータを異なる時間帯に受信するように、追加ノードが追加される前から存在していた複数のセンサノード２の少なくとも一部のセンサノード２のインターバルＩＮＴを変更する。第２のケースについて、図６も参照して説明する。

図６は、通信システムにおいて実行される処理（通信方法）の例を示すタイミングチャートである。この例では、センサノード２１及びセンサノード２２が当初から存在している複数のセンサノード２であり、センサノード２３が追加ノードである。

ステップＳ１０２～ステップＳ１０６の処理は、センサノード２３追加前におけるマスタノード３及びセンサノード２１に関する処理である。ステップＳ１０２及びステップＳ１０３において、センサノード２１は、マスタノード３からのインターバル通知（インターバルＩＮＴ１）を受信し、スリープモードに移行、スリープモードから復帰し、データをマスタノード３に送信する。ステップＳ１０４において、マスタノード３は、センサノード２１からのデータを受信し、次のインターバル通知（この例では同じくインターバルＩＮＴ１）をセンサノード２１に送信する。ステップＳ１０５及びステップＳ１０６において、センサノード２１は、マスタノード３からのインターバル通知（インターバルＩＮＴ１）を受信し、スリープモード移行、スリープモードから復帰し、データをマスタノード３に送信する。

ステップＳ２０１～ステップＳ２０４の処理は、センサノード２３追加前におけるマスタノード３及びセンサノード２２に関する処理である。ステップＳ２０１において、マスタノード３は、インターバル通知（インターバルＩＮＴ２）をセンサノード２２に送信する。ステップＳ２０２及びステップＳ２０３において、センサノード２２は、インターバル通知（インターバルＩＮＴ２）を受信し、スリープモードに移行、スリープモードから復帰し、データをマスタノード３に送信する。ステップＳ２０４において、マスタノード３は、センサノード２２からのデータを受信し、次のインターバル通知（インターバルＩＮＴ２）をセンサノード２２に送信する。

図６に示されるように、或る時刻にセンサノード２３が新たに追加される。図には表れないが、マスタノード３は、先に説明した手法により、マスタノード３とセンサノード２３との間の通信遅延を把握する。この後、マスタノード３は、センサノード２１、センサノード２２及びセンサノード２３それぞれからのデータを異なる時間帯に受信するように、センサノード２１、センサノード２２及びセンサノード２３それぞれのインターバルＩＮＴを算出し、通知する。センサノード２１のインターバルＩＮＴ１の長さ及びセンサノード２２のインターバルＩＮＴ２の長さは、これまでとは異なる長さに変更され得る。

ステップＳ１０７～ステップＳ１１０の処理は、センサノード２３追加後におけるマスタノード３及びセンサノード２１に関する処理である。ステップＳ１０７において、マスタノード３は、センサノード２１からのデータを受信し、センサノード２１の次のインターバルＩＮＴ１－２を算出する。インターバルＩＮＴ１－２の長さは、インターバルＩＮＴ１の長さから変更されており、例えばインターバルＩＮＴ１よりも長くなっている。マスタノード３は、算出したインターバルＩＮＴ１－２を示すインターバル通知を、センサノード２１に送信する。ステップＳ１０８及びステップＳ１０９において、センサノード２１は、インターバル通知（インターバルＩＮＴ１－２）を受信し、スリープモードに移行、スリープモードから復帰し、データをマスタノード３に送信する。ステップＳ１１０において、マスタノード３は、センサノード２１からのデータを受信する。この後の処理は図示されないが、次のインターバル通知（例えばインターバルＩＮＴ２－２）がマスタノード３からセンサノード２１に送信される。

ステップＳ２０５～ステップＳ２１０の処理は、センサノード２３追加後におけるマスタノード３及びセンサノード２２に関する処理である。ステップＳ２０５及びステップＳ２０６において、センサノード２２は、マスタノード３からのインターバル通知（インターバルＩＮＴ２）を受信し、スリープモードに移行、スリープモードから復帰し、データをマスタノード３に送信する。ステップＳ２０７において、マスタノード３は、センサノード２２からのデータを受信し、センサノード２２の次のインターバルＩＮＴ２－２を算出する。インターバルＩＮＴ２－２の長さは、インターバルＩＮＴ２の長さから変更されており、例えばインターバルＩＮＴ２よりも長くなっている。マスタノード３は、算出したインターバルＩＮＴ２－２を示すインターバル通知を、センサノード２２に送信する。ステップＳ２０８及びステップＳ２０９において、センサノード２２は、インターバル通知（インターバルＩＮＴ２－２）を受信し、スリープモードに移行、スリープモードから復帰し、データをマスタノード３に送信する。ステップＳ２１０において、マスタノード３は、センサノード２２からのデータを受信する。この後の処理は図示されないが、次のインターバル通知（例えばインターバルＩＮＴ２－２）がマスタノード３からセンサノード２２に送信される。

ステップＳ３０２～ステップＳ３０７の処理は、センサノード２３追加後におけるセンサノード２及びマスタノード３に関する処理である。ステップＳ３０２及びステップＳ３０３において、センサノード２３は、マスタノード３からのインターバル通知（インターバルＩＮＴ３）を受信し、スリープモードに移行し、スリープモードから復帰し、データをマスタノード３に送信する。ステップＳ３０４において、マスタノード３は、センサノード２３からのデータを受信し、次のインターバル通知（インターバルＩＮＴ３）をセンサノード２３に送信する。ステップＳ３０５及びステップＳ３０６において、センサノード２３は、マスタノード３からのインターバル通知（インターバルＩＮＴ３）を受信し、スリープモードに移行し、スリープモードから復帰し、データをマスタノード３に送信する。ステップＳ３０７において、マスタノード３は、センサノード２３からのデータを受信する。この後の処理は図示されないが、次のインターバル通知（例えばインターバルＩＮＴ３）がマスタノード３からセンサノード２３に送信される。

例えば以上のようにして、センサノード２３が追加された場合でも、マスタノード３は、センサノード２１、センサノード２２及びセンサノード２３それぞれからのデータを異なる時間帯に受信できるようになる。なお、上述の図６では、センサノード２３の追加に応じて、センサノード２１及びセンサノード２２の両方のインターバルＩＮＴが変更される場合を例に挙げて説明した。ただし、センサノード２１及びセンサノード２２の一方のインターバルＩＮＴだけが変更されてもよい。

＜非送信制御＞
長期間にわたって井戸Ｗの異常が発生しないことを監視する場合、通常はデータ変化が小さいと考えられる。一実施形態において、データ変化が小さいときにはセンサノード２がデータ送信を行わないように制御される。センサノード２の消費電力をさらに低減できる可能性が高まる。

例えば、センサ１が定期的にデータをセンサノード２に送信する場合、センサノード２は、スリープから復帰すると、センサ１からのデータの受信を待つ。センサ１はデータをセンサノード２に送信し、センサノード２はデータを受信する。ここで、センサノード２は、センサ１から受信したデータに変化がある場合、データをマスタノード３に送信する。データに変化が無い場合、センサノード２は、データをマスタノード３に送信しない。データの変化の有無の判断には、例えば今回のデータと前回のデータとの差分に対する閾値判断が用いられてよい。

センサ１がデータの送信を行わないようにすることもできる。この場合、センサ１は、データに変化がある場合、データをセンサノード２に送信する。データに変化が無い場合、センサ１は、データをセンサノード２に送信しない。センサノード２は、センサ１からのデータを受信した場合、データをマスタノード３に送信する。センサ１からのデータを一定期間受信しなかった場合、センサノード２は、データをマスタノード３に送信することなく、例えば再びスリープモードに移行する。スリープ期間は先に通知されたインターバルＩＮＴであってよい。

マスタノード３は、センサノード２がデータを送信したときにだけ、センサノード２からのデータを受信する。データ変化が小さいときにセンサノード２がデータを送信しなくなるので、その分、センサノード２の消費電力をさらに低減できる可能性が高まる。なお、センサノード２においてデータ送信の要否判断が行れるため、センサノード２のスリープ期間はそれほど変わらない可能性もあるが、その場合でも、センサノード２で送信処理が行われない分だけ確実に消費電力が低減される。

＜コントローラ＞
一実施形態において、センサノード２を制御するためのコントローラが別途設けられてもよい。図７を参照して説明する。

図７は、コントローラの例を示す図である。この例では、センサ１とセンサノード２との間に、コントローラ６が設けられる。センサ１は、定期的にデータをコントローラ６に送信する。コントローラ６は、センサ１からのデータを受信して収集し、必要なデータ、すなわちセンサノード２がマスタノード３に送信すべきデータをセンサノード２に送信する。例えば上記のようにデータ変化がある場合にだけ、コントローラ６は、センサ１からのデータをセンサノード２に送信する。データ変化の有無の判断等の機能をセンサ１やセンサノード２に持たせる必要が無いので、汎用の装置等をセンサ１やセンサノード２として用いることができる可能性が高まる。同様の機能を監視装置５に持たせてもよい。また、監視装置５やコントローラ６が、センサノード２にスリープモードを指示したり、センサノード２の電源のＯＮ/ＯＦＦを制御したりしてもよい。

以上で説明した技術は、例えば次のように特定される。開示される技術の１つは、通信システム１００である。図１及び図２等を参照して説明したように、通信システム１００は、複数のセンサノード２と、複数のセンサノード２それぞれと水中音響通信するマスタノード３と、を備える。マスタノード３は、複数のセンサノード２それぞれからのデータを異なる時間帯に受信するように、複数のセンサノード２それぞれにインターバル通知を送信する。複数のセンサノード２それぞれは、マスタノード３からのインターバル通知を受信するとスリープモードに移行し、受信したインターバル通知に示されるインターバルが経過するとスリープモードから復帰し、データをマスタノード３に送信する。

上記の通信システム１００によれば、マスタノード３が複数のセンサノード２からのデータを異なる時間帯に受信するので、干渉を回避することができる。また、センサノード２がスリープモードに移行するので、その分、センサノード２の消費電力を低減することができる。従って、干渉の問題に対処しつつ、センサノード２の消費電力を低減することができる。

図１及び図２等を参照して説明したように、マスタノード３は、センサノード２からのデータを受信すると、そのセンサノード２に次のインターバル通知を送信してよい。データ受信後すぐに次のインターバル通知が行われることで、センサノード２のスリープ期間を長くすることができる。センサノード２の消費電力をさらに低減できる可能性が高まる。

図１及び図２等を参照して説明したように、マスタノード３は、マスタノード３と複数のセンサノード２それぞれとの間の通信遅延（例えば伝搬時間、ノード間距離）に基づいて、複数のセンサノード２それぞれからのデータを異なる時間帯に受信するように、複数のセンサノード２それぞれのインターバルＩＮＴを算出し、算出したインターバルＩＮＴを示すインターバル通知を、対応するセンサノード２に送信してよい。これにより、通信遅延を考慮したうえで干渉を回避することができる。

図３等を参照して説明したように、マスタノード３は、センサノード２からのデータの受信予定時刻と、実際の受信時刻との差分に基づいて、そのセンサノード２の次のインターバルＩＮＴ（例えばインターバルＩＮＴ１ｒｅｖ）を算出してよい。これにより、例えばセンサノード２の内部クロックに誤差に応じたそのセンサノード２のインターバルＩＮＴの調整が可能になる。

図４及び図５等を参照して説明したように、マスタノード３は、センサノード２から受信したデータに基づいて、そのセンサノード２の次のインターバルＩＮＴを算出してよい。これにより、例えばデータ変化に応じてデータ収集の周期をフレキシブルに調整することができる。

図６等を参照して説明したように、マスタノード３は、複数のセンサノード２（例えばセンサノード２１、センサノード２２）に新たなセンサノード２（例えばセンサノード２３）が追加されると、複数のセンサノード２及び追加されたセンサノードそれぞれからのデータを異なる時間帯に受信するように、複数のセンサノード２の少なくとも一部のセンサノード（例えばセンサノード２１及びセンサノード２２の少なくとも一方）のインターバルを変更してよい。これにより、新たなセンサノード２が追加された場合でも、干渉の問題に対処しつつ、センサノード２の消費電力を低減することができる。

なお、上述の各特徴のうちの排他的でない特徴は任意に組み合わされてよい。

図１及び図２等を参照して説明したマスタノード３も、開示される技術の１つである。マスタノード３は、水中音響通信を用いて、複数のセンサノード２それぞれからのデータを異なる時間帯に受信するように、複数のセンサノード２それぞれにインターバル通知を送信する。ここでのインターバル通知は、対応するセンサノード２を、当該インターバル通知を受信するとスリープモードに移行し、受信したインターバル通知に示されるインターバルＩＮＴが経過するとスリープモードから復帰し、データをマスタノード３に送信するように動作させるための通知である。このようなマスタノード３によっても、これまで説明したように、干渉の問題に対処しつつ、センサノード２の消費電力を低減することができる。

図１及び図２等を参照して説明した通信方法も、開示される技術の１つである。通信方法は、マスタノード３が、水中音響通信を用いて、複数のセンサノード２それぞれからのデータを異なる時間帯に受信するように、複数のセンサノード２それぞれにインターバル通知を送信すること（例えばステップＳ１０１、ステップＳ１０４、ステップＳ２０４）と、複数のセンサノード２それぞれが、マスタノード３からのインターバル通知を受信するとスリープモードに移行し、受信したインターバル通知に示されるインターバルが経過するとスリープモードから復帰し、データをマスタノード３に送信すること（例えばステップＳ１０２、ステップＳ１０３、ステップＳ２０２、ステップＳ２０３）と、を含む。このような通信方法によっても、これまで説明したように、干渉の問題に対処しつつ、センサノード２の消費電力を低減することができる。

開示される技術特徴の組合せのいくつかの例を以下に記載する。
（１）
複数のセンサノードと、
前記複数のセンサノードそれぞれと水中音響通信するマスタノードと、
を備え、
前記マスタノードは、前記複数のセンサノードそれぞれからのデータを異なる時間帯に受信するように、前記複数のセンサノードそれぞれにインターバル通知を送信し、
前記複数のセンサノードそれぞれは、前記マスタノードからのインターバル通知を受信するとスリープモードに移行し、受信したインターバル通知に示されるインターバルが経過すると前記スリープモードから復帰し、データを前記マスタノードに送信する、
通信システム。
（２）
前記マスタノードは、前記センサノードからのデータを受信すると、当該センサノードに次のインターバル通知を送信する、
（１）に記載の通信システム。
（３）
前記マスタノードは、前記マスタノードと前記複数のセンサノードそれぞれとの間の通信遅延に基づいて、前記複数のセンサノードそれぞれからのデータを異なる時間帯に受信するように、前記複数のセンサノードそれぞれのインターバルを算出し、算出したインターバルを示すインターバル通知を、対応するセンサノードに送信する、
（１）又は（２）に記載の通信システム。
（４）
前記マスタノードは、前記センサノードからのデータの受信予定時刻と、実際の受信時刻との差分に基づいて、当該センサノードの次のインターバルを算出する、
（１）～（３）のいずれかに記載の通信システム。
（５）
前記マスタノードは、前記センサノードから受信したデータに基づいて、当該センサノードの次のインターバルを算出する、
（１）～（４）のいずれかに記載の通信システム。
（６）
前記マスタノードは、前記複数のセンサノードに新たなセンサノードが追加されると、前記複数のセンサノード及び追加されたセンサノードそれぞれからのデータを異なる時間帯に受信するように、前記複数のセンサノードの少なくとも一部のセンサノードのインターバルを変更する、
（１）～（５）のいずれかに記載の通信システム。
（７）
音響通信を用いて、複数のセンサノードそれぞれからのデータを異なる時間帯に受信するように、前記複数のセンサノードそれぞれにインターバル通知を送信するマスタノードであって、
前記インターバル通知は、対応するセンサノードを、当該インターバル通知を受信するとスリープモードに移行し、受信したインターバル通知に示されるインターバルが経過すると前記スリープモードから復帰し、データを前記マスタノードに送信するように動作させるための通知である、
マスタノード。
（８）
マスタノードが、音響通信を用いて、複数のセンサノードそれぞれからのデータを異なる時間帯に受信するように、前記複数のセンサノードそれぞれにインターバル通知を送信することと、
前記複数のセンサノードそれぞれが、前記マスタノードからのインターバル通知を受信するとスリープモードに移行し、受信したインターバル通知に示されるインターバルが経過すると前記スリープモードから復帰し、データを前記マスタノードに送信することと、
を含む、
通信方法。

１ センサ
１１ センサ
１２ センサ
１３ センサ
２ センサノード
２１ センサノード
２２ センサノード
２３ センサノード
３ マスタノード
４ 洋上ブイ
５ 監視装置
６ コントローラ
Ｗ 井戸
ＩＮＴ インターバル
ＩＮＴ１ インターバル
ＩＮＴ１ｒｅｖ インターバル
ＩＮＴ１－２ インターバル
ＩＮＴ２ インターバル
ＩＮＴ２－２ インターバル
ＩＮＴ３ インターバル

Claims (7)

1. 複数のセンサノードと、
   前記複数のセンサノードそれぞれと水中音響通信するマスタノードと、
   を備え、
   前記マスタノードは、前記複数のセンサノードそれぞれからのデータを異なる時間帯に受信するように、前記複数のセンサノードそれぞれにインターバル通知を送信し、
   前記複数のセンサノードそれぞれは、前記マスタノードからのインターバル通知を受信するとスリープモードに移行し、受信したインターバル通知に示されるインターバルが経過すると前記スリープモードから復帰し、データを前記マスタノードに送信し、
   前記マスタノードは、前記センサノードからのデータを受信すると、当該センサノードに次のインターバル通知を送信する、
   通信システム。
2. 前記マスタノードは、前記マスタノードと前記複数のセンサノードそれぞれとの間の通信遅延に基づいて、前記複数のセンサノードそれぞれからのデータを異なる時間帯に受信するように、前記複数のセンサノードそれぞれのインターバルを算出し、算出したインターバルを示すインターバル通知を、対応するセンサノードに送信する、
   請求項１に記載の通信システム。
3. 前記マスタノードは、前記センサノードからのデータの受信予定時刻と、実際の受信時刻との差分に基づいて、当該センサノードの次のインターバルを算出する、
   請求項１に記載の通信システム。
4. 前記マスタノードは、前記センサノードから受信したデータに基づいて、当該センサノードの次のインターバルを算出する、
   請求項１に記載の通信システム。
5. 前記マスタノードは、前記複数のセンサノードに新たなセンサノードが追加されると、前記複数のセンサノード及び追加されたセンサノードそれぞれからのデータを異なる時間帯に受信するように、前記複数のセンサノードの少なくとも一部のセンサノードのインターバルを変更する、
   請求項１に記載の通信システム。
6. 音響通信を用いて、複数のセンサノードそれぞれからのデータを異なる時間帯に受信するように、前記複数のセンサノードそれぞれにインターバル通知を送信するマスタノードであって、
   前記インターバル通知は、対応するセンサノードを、当該インターバル通知を受信するとスリープモードに移行し、受信したインターバル通知に示されるインターバルが経過すると前記スリープモードから復帰し、データを前記マスタノードに送信するように動作させるための通知であり、
   前記マスタノードは、前記センサノードからのデータを受信すると、当該センサノードに次のインターバル通知を送信する、
   マスタノード。
7. マスタノードが、音響通信を用いて、複数のセンサノードそれぞれからのデータを異なる時間帯に受信するように、前記複数のセンサノードそれぞれにインターバル通知を送信することと、
   前記複数のセンサノードそれぞれが、前記マスタノードからのインターバル通知を受信するとスリープモードに移行し、受信したインターバル通知に示されるインターバルが経過すると前記スリープモードから復帰し、データを前記マスタノードに送信することと、
   前記マスタノードが、前記センサノードからのデータを受信すると、当該センサノードに次のインターバル通知を送信することと、
   を含む、
   通信方法。

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