JP6595246B2 - 通信システムおよび情報提供装置 - Google Patents

Description

本発明は、それぞれが情報を収集提供する複数の情報提供装置が、それらの情報を利用する利用端末に情報を配信する技術に関する。

無線通信を用いたアプリケーションの一つとして、道路に沿って配置された複数の情報提供装置（ノード）のそれぞれに環境センシングを行わせ、その結果を、車両等に搭載された利用端末にブロードキャスト配信するものが考えられる。この場合、各ノードの設置場所は様々であり、その全てのノードに電源を設置することは現実的ではなく、電池駆動で動作するノードが散在することになる。

このような電池駆動で動作するノードの省電力化を図るため、隣接する複数のノードでクラスタを構成し、代表となるクラスタヘッドを選出して、このクラスタヘッドに情報を集めて配信を実施する技術が知られている（非特許文献１，２参照）。

W.Heinzelman, A.Chandrakasan, and H.Balakrishnan,"Energy-efficient communication protocol for wireless microsensor networks,"Proc.IEEE 33rd Annual Hawaii International Conference on System Sciences, 2000. O.Younis and S.Fahmy,"HEED: A hybrid, energy-efficient, distributed clustering approach for ad hoc sensor networks,"IEEE Trans. Mobile Computing,"vol.3, no.4, pp.366-379, 2004.

しかしながら、クラスタヘッドを用いる従来技術では、例えば、大型車両の存在等により、小型車両に搭載された利用端末とクラスタヘッドとの無線通信環境が一時的に劣化する場合や、利用端末を搭載した車両が高速に移動することによってクラスタヘッドの通信範囲内で通信を完了できない場合があり、このような場合には、情報を得ることができないという問題があった。

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、情報の収集および配信をする情報提供装置の省電力化と、情報提供装置と利用端末の間の信頼性の高い通信とを両立させる技術を提供することを目的とする。

本発明の通信システムは、情報を収集提供する複数の情報提供装置が、情報を利用する利用端末に対して情報を配信する。情報提供装置は、それぞれが所有する情報を互いに共有し、共有された情報を利用して自装置が所有する情報以上の情報量を有する配信情報を生成して、利用端末に対して配信情報の配信を実施すると共に、配信情報の配信を一時的に停止するスリープ状態への遷移を、それぞれが自律分散的に実施する。

このような構成によれば、各情報提供装置は自律的分散的にスリープ状態に遷移することにより、通信システムを構成する全ての情報提供装置の消費電力をほぼ均等に削減することができる。また、各情報提供装置は、自身の所有する情報だけでなく提供された他の情報提供装置の情報も送信するため、一つの情報提供装置との通信状態が劣化した場合でも、その情報提供装置が収集した情報を、他の情報提供装置から取得することができるため、信頼性の高い通信を実現することができる。

また、本発明の情報提供装置は、情報共有部と、配信情報生成部と、配信部と、スリープ制御部とを備える。情報共有部は、自装置から予め設定された範囲内に存在する他の情報提供装置を周辺ノードとして、これら周辺ノードとの間で、それぞれが所有する情報を互いに共有する。配信情報生成部は、情報共有部により共有された情報を利用して自身が所有する情報以上の情報量を有する配信情報を生成する。配信部は、情報生成部にて生成された配信情報を利用端末に対して配信する。スリープ制御部は、 予め設定されたスリープ条件に従ってスリープ状態に遷移し、配信部による配信情報の配信を一時的に停止させる。

このように構成された本発明の情報提供装置は、上述の通信システムを構成する際に好適に用いることができる。
なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

通信システムの概要を示す説明図である。 第１実施形態の通信システムを構成する情報提供装置および利用端末の構成を示すブロック図である。 スリープ制御部が実行する処理の内容を示すフローチャートである。 情報格納部の構成を示すブロック図である。 格納処理部が実行する処理の内容を示すフローチャートである。 スリープノード数推定部が実行する処理の内容を示すフローチャートである。 誤り訂正符号化部の構成を示すブロック図である。 符号化率算出部が実行する処理の内容を示すフローチャートである。 無線通信部が実行する処理の内容を示すフローチャートである。 ノード間およびノードと利用端末との間で行う通信の概要を示すシーケンス図である。 情報提供装置での処理の流れを示す説明図である。 配信パケットの通信状態および利用端末での受信処理を例示する説明図である。 第２実施形態における情報提供装置の構成を示すブロック図である。 誤り訂正符号化部およびスリープ制御部の構成を示すブロック図である。 第３実施形態における情報提供装置の構成を示すブロック図である。 誤り訂正符号化部およびスリープ制御部の構成を示すブロック図である。

以下に本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１．１．全体構成］
図１に示す通信システムは、道路に沿って配置される複数の情報提供装置１と、車両に搭載され。情報提供装置１との無線通信により各種情報を取得する利用端末１０とを備える。以下では情報提供装置１をノード、特に着目する情報提供装置１を自ノード、自ノードの通信範囲内に存在する他の情報提供装置１を自ノードも含めて周辺ノードともよぶ。

通信システムでは、ノード間で送受信するパケットとして、情報を共有する際に使用する共有パケットＰｃ、および自ノードがスリープ状態に入ることを他ノードに通知する際に使用するスリープ通知パケットＰｓがある。また、各ノードが利用端末１０に対して情報を配信する際に使用する配信パケットＰ（Ｐij、Ｐjとも記載し、iは送信元ノードを識別する識別子、jは一連の情報を識別する識別子である）が存在する。なお、いずれのパケットＰｃ，Ｐｓ，Ｐijも、送信元ノードを識別する情報が少なくとも含まれている。

［１．２．利用端末］
利用端末１０は、図２に示すように、アンテナ１１、無線通信部１２、パケット格納部１３、復号部１４、処理部１５を備える。

アンテナ１１は、情報提供装置１との通信に使用する所定周波数帯の電波を送受信する。
無線通信部１２は、アンテナ１１を介して情報提供装置１との間で、所定の通信規格に従った通信を実行する。ここでは、例えば、センサネットワークを主目的とする近距離無線通信規格の一つであるＺｉｇｂｅｅ（登録商標）を用いる。

パケット格納部１３は、無線通信部１２が受信したパケットを一時的に格納する。
復号部１４は、パケットが誤り訂正符号によって符号化されている場合に、これを復号して、情報提供装置１から提供される配信情報を抽出する。

処理部１５は、復号部１４により抽出された配信情報に基づいて各種処理を実行する。
なお、このような利用端末１０は周知のものであるため、これ以上の詳細な説明については省略する。

［１．３．情報提供装置］
情報提供装置１は、図２に示すように、バッテリ監視部２、観測情報取得部３、スリープ制御部４、情報格納部５、誤り訂正符号化部６、無線通信部７、アンテナ８を備える。このうち、スリープ制御部４，情報格納部５，誤り訂正符号化部６，無線通信部７は、公知のコンピュータが所定のプログラムに従って実行する処理により実現される。

［１．３．１．バッテリ監視部］
バッテリ監視部２は、当該情報提供装置１を駆動する図示しないバッテリの充電状態を表す電池残量Ｅｂを検出してスリープ制御部４に出力する。なお、バッテリは、ソーラパネル等の充電装置によって適宜充電されるように構成されている。

［１．３．２．観測情報取得部］
観測情報取得部３は、予め指定された各種情報を図示しないセンサ等を介して取得し、これを観測情報ＤＫｓとして情報格納部５や無線通信部７に出力する。

［１．３．３．スリープ制御部］
スリープ制御部４は、無線通信部７からの要求ＲＱに従い、バッテリ監視部２からの充電状態Ｅｂ、情報格納部５からのスリープノード数Ｎｓ等に基づいて自ノードをスリープ状態にすべきであるか否かを判断し、その判断結果を表すスリープフラグＦsleep を設定し、必要に応じてスリープ通知パケットＰｓの送信を無線通信部７に指示する。

スリープ制御部４が実行する処理の詳細を、図３に示すフローチャートを用いて説明する。
無線通信部７からの要求ＲＱに従って、本処理が起動すると、スリープ制御部４として機能するコンピュータは、Ｓ１１０にて、スリープフラグＦsleep を、スリープ状態ではないことを示すオフ（ＯＦＦ）に初期化する。

続くＳ１２０では、乱数発生器を用いて所定範囲内（ここでは０〜９９）の値を有する乱数Ｎｒを生成する。
続くＳ１３０では、予め設定されたスリープ状態への遷移確率をＰrs（０≦Ｐrs＜１）として、乱数Ｎｒがスリープ遷移確率Ｐrsを１００倍した値より小さいか否かを判断する。乱数Ｎｒがスリープ遷移確率Ｐrsを１００倍した値より小さい場合（Ｎｒ＜Ｐrs×１００）、スリープ状態にすべきと判断してＳ１６０に移行する。一方、乱数Ｎｒがスリープ遷移確率Ｐrsを１００倍した値以上である場合（Ｎｒ≧Ｐrs×１００）、Ｓ１４０に進む。

Ｓ１４０では、バッテリ監視部２から電池残量Ｅｂを取得する。
続くＳ１５０では、電池残量Ｅｂが予め設定された電圧閾値Ｅthより小さいか否かを判断する。電池残量Ｅｂが電圧閾値Ｅthより小さい場合（Ｅｂ＜Ｅth）、スリープ状態に遷移すべきと判断してＳ１６０に進む。一方、電池残量Ｅｂが電圧閾値Ｅth以上である場合（Ｅｂ≧Ｅth）、Ｓ１７０に進む。

Ｓ１６０では、スリープフラグＦsleep をスリープ状態であることを示すオン（ＯＮ）に設定して、本処理を終了する。
Ｓ１７０では、情報格納部５からスリープノード数Ｎｓを取得する。

続くＳ１８０では、スリープノード数Ｎｓが予め設定された閾値Ｎthより小さいか否かを判断する。スリープノード数Ｎｓが閾値Ｎthより小さい場合（Ｎｓ＜Ｎth）、スリープ状態にすべきと判断し、Ｓ１９０にてスリープ時間ＴＳ１を設定して、Ｓ２３０に進む。一方、スリープノード数Ｎｓが閾値Ｎth以上である場合（Ｎｓ≧Ｎth）、Ｓ２００に進む。

Ｓ２００では、スリープ状態以外の状態、即ちウェイクアップ状態の継続時間の計時値である駆動時間Ｔonを取得する。
続くＳ２１０では、駆動時間Ｔonが予め設定された時間閾値Ｔthより大きいか否かを判断する。駆動時間Ｔonが時間閾値Ｔthより大きい場合（Ｔon＞Ｔth）、スリープ状態にすべきと判断し、Ｓ２２０にてスリープ時間ＴＳ２を設定して、Ｓ２３０に進む。一方、駆動時間Ｔonが時間閾値Ｔth以下である場合（Ｔon≦Ｔth）、スリープ状態にする必要はないものとして、本処理を終了する。

Ｓ２３０では、スリープフラグＦsleep をスリープ状態であることを示すオンに設定する。
続くＳ２４０では、無線通信部７にスリープ通知パケットＰｓの送信を指示する。

続くＳ２５０では、無線通信部７がスリープ通知パケットＰｓを送信した後に、先のＳ１９０またはＳ２２０で設定されたスリープ時間ＴＳ１またはＴＳ２の間、無線通信部７を含む自ノードの機能を停止させて省電力化を図るスリープ処理を起動して、本処理を終了する。

つまり、本処理では、スリープ遷移確率ＰrsでスリープフラグＦsleep をオンに設定する他、電池残量Ｅｂが少ない場合（Ｅｂ＜Ｅth）、スリープノード数Ｎｓが少ない場合（Ｎｓ＜Ｎth）、駆動時間（ウェイクアップ状態の継続時間）Ｔonが長い場合（Ｔon＞Ｔth）にもスリープフラグＦsleep をオンに設定する。特に、スリープノード数Ｎｓが少ない場合および駆動時間Ｔonが長い場合には、スリープ通知パケットＰｓを出力して、連続的なスリープ状態に遷移する。

［１．３．４．情報格納部］
情報格納部５は、図４に示すように、観測情報格納部５１、格納処理部５２、スリープノード数推定部５３、更新処理部５４を備える。

観測情報格納部５１は、読み書き自在な周知のメモリからなり、周辺ノード毎に、スリープ状況Ｆsl、最新パケット受信時刻Ｔrs、観測情報ＤＭを記憶する領域が少なくとも確保されている。ここでは、周辺ノードの数をＭ個として、周辺ノードを＃１〜＃Ｍで識別するものとする。スリープ状況Ｆsl_i（ｉ＝１〜Ｍ）は、周辺ノード＃ｉがスリープ状態にあるか否かを表すフラグであり、最新パケット受信時刻Ｔrs_i は、周辺ノード＃iを送信元とする配信パケットＰijを最後に受信した時刻を表す。但し、自ノードについては、スリープ状況Ｆslおよび最新パケット受信時刻Ｔrsの領域は使用されないものとする。

格納処理部５２は、観測情報取得部３から取得した観測情報ＤＫｓおよび無線通信部７を介して自ノード以外の周辺ノードから取得した観測情報を、観測情報格納部５１に格納する。

格納処理部５２が実行する処理の詳細を、図５に示すフローチャートを用いて説明する。本処理は、予め設定された一定期間毎に、他のノードと同時に起動する。
本処理が起動すると格納処理部５２として機能するコンピュータは、Ｓ３１０にて、観測情報取得部３から自ノードの観測情報ＤＫｓを取得し、観測情報格納部５１の自ノードの情報を格納するエリアに保存する。

続くＳ３２０では、自ノードの観測情報ＤＫｓを載せた共有パケットＰｃの送信を指示することにより、自ノードの観測情報ＤＫｓを他ノード（自ノードを除く全ての周辺ノード）に配信する。

続くＳ３３０では、本処理が起動してから予め設定された待機時間内に、無線通信部７を介して他ノードから受信した共有パケットＰｃに基づき、共有パケットＰｃに示された観測情報を、観測情報格納部５１の送信元となった他ノードの情報を格納するエリアに保存する。

続くＳ３４０では、誤り訂正符号化部６を起動して、本処理を終了する。
これにより、各ノードで取得された観測情報が、周辺ノード間で互いに共有されることになる。

更新処理部５４は、無線通信部７が受信するスリープ通知パケットＰｓおよび配信パケットＰijを監視し、スリープ通知パケットＰｓの受信が確認された時には、そのスリープ通知パケットＰｓの送信元となった他ノードのスリープ状況Ｆsl_i を、スリープ状態であることを示すオンに設定する。また、配信パケットＰijの受信が確認された時には、その配信パケットＰijの送信元となった他ノードの最新パケット受信時刻Ｔrs_i を更新すると共に、スリープ状況Ｆsl_i を、スリープ状態ではないことを示すオフに設定する。

スリープノード数推定部５３は、観測情報格納部５１に格納された各周辺ノードのスリープ状況Ｆslおよび最新パケット受信時刻Ｔrsに基づいて、スリープノード数Ｎｓおよびスリープ率Ｃｓを算出する。

スリープノード数推定部５３が実行する処理の詳細を、図６に示すフローチャートを用いて説明する。本処理は、予め設定された一定周期または観測情報格納部５１の内容が更新される毎に起動する。

本処理が起動すると、スリープノード数推定部５３として機能するコンピュータは、Ｓ４１０にて、周辺ノードを識別するパラメータｉを１に、スリープノード数Ｎｓを０に初期化する。

続くＳ４２０では、周辺ノード＃ｉの最新パケット受信時刻Ｔsr_i およびスリープ状況Ｆsl_i を観測情報格納部５１から取得する。
続くＳ４３０では、スリープ状況Ｆsl_i がオンであるか否かを判断する。スリープ状況Ｆsl_i がオン（Ｆsl_i ＝ＯＮ）、即ち周辺ノード＃ｉがスリープ状態にあれば、Ｓ４６０に移行し、スリープノード数Ｎｓをインクリメント（Ｎｓ←Ｎｓ＋１）してＳ４７０に進む。一方、スリープ状況Ｆsl_i がオフ（Ｆsl_i ＝ＯＦＦ）であれば、Ｓ４４０に移行する。

Ｓ４４０では、周辺ノード＃ｉから配信パケットＰijを最後に受信してからの経過時間Ｔintを算出する。具体的には、現在時刻から、最新パケット受信時刻Ｔsr_i を減算した結果を経過時間Ｔintとする。

続くＳ４５０では、経過時間Ｔintが予め設定された時間閾値Ｔｓ以上であるか否かを判断する。経過時間Ｔintが時間閾値Ｔs以上であれば、周辺ノード＃ｉはスリープ状態にあるものと認識してＳ４６０に進み、スリープノード数ＮｓをインクリメントしてＳ４７０に進む。一方、経過時間Ｔintが時間閾値Ｔｓ未満であれば、Ｓ４６０をスキップしてＳ４７０に進む。

Ｓ４７０では、パラメータｉをインクリメント（ｉ←ｉ＋１）する。
続くＳ４８０では、パラメータｉが周辺ノード総数Ｍを超えているか否かを判断する。パラメータｉが周辺ノード総数Ｍを超えていなければ、Ｓ４２０に戻って上述の処理を繰り返す。一方、パラメータｉが周辺ノード総数Ｍを超えていれば、Ｓ４９０に進む。

Ｓ４９０では、スリープノード数Ｎｓを、周辺ノード総数Ｍで除算することでスリープ率Ｃｓを求め、スリープノード数Ｎｓをスリープ制御部４に、スリープ率Ｃｓを誤り訂正符号化部６に出力して、本処理を終了する。

なお、Ｓ４２０〜Ｓ４６０の処理は、パラメータｉが自ノードを示す値の場合には実行されないものとする。
［１．３．５．誤り訂正符号化部］
誤り訂正符号化部６は、図７に示すように、パラメータ格納部６１、符号化率算出部６２、符号化処理部６３を備える。

パラメータ格納部６１は、不揮発性メモリからなり、通信路で生じる受信誤りへの耐性を付与するための補正項であるＣεと、符号化処理部６３で使用する符号化方式の誤り訂正能力を考慮して設定される補正項であるＣｃを記憶する。補正項Ｃε，Ｃｃは、いずれも０より大きく１より小さい値に設定される。

具体的には、補正項Ｃεは、補償したい通信路でのパケットロス確率を設定値とする。例えば、Ｃε＝０．１（＝１０％）と設定すると、１０％のパケットロスに耐え得る符号化が実現されることになる。また、補正項Ｃｃは、システムで使用する符号と、理想的な符号との性能差を基に設定値を定める。例えば、１０％のパケットが欠損する通信路で、受信失敗率１０^-2を達成するための符号を構成することを考える。このとき、理想的な符号化率はＲ＝０．９であるが、実運用で使用する符号化率はＲ＝０．８として符号化する必要があると判明しているものとする。この場合、Ｃｃ＝０．９−０．８＝０．１とすることで、適切な符号化率を設定することができる。

符号化率算出部６２は、パラメータ格納部６１に格納された補正項Ｃε，Ｃｃ、スリープ制御部４で使用されるパラメータであるスリープ遷移確率Ｐrs、情報格納部５で生成されるスリープ率Ｃｓに基づいて、符号化処理部６３での符号化に使用するパラメータである符号化率Ｒを算出する。

符号化率算出部６２が実行する処理の詳細を、図８に示すフローチャートを用いて説明する。本処理は、スリープ制御部４から起動指令に従って起動する。
本処理が起動すると、符号化率算出部６２として機能するコンピュータは、Ｓ５１０にて、情報格納部５からスリープ率Ｃｓを取得する。

続くＳ５２０では、パラメータ格納部６１から補正項Ｃε，Ｃｃを取得する。
続くＳ５３０では、スリープ制御部４からスリープ遷移確率Ｐrsを取得する。
続くＳ５４０では、周辺ノード全体の通信路容量Ｃを（１）式を用いて算出する。但し、Ｃrs＝Ｐrsである。

Ｃ＝１−Ｃrs−Ｃｓ−Ｃε−Ｃｃ （１）
続くＳ５４０では、通信路容量Ｃに基づいて符号化率Ｒを設定して、本処理を終了する。具体的には、符号化率Ｒの値は、配信パケットＰijの構造（ヘッダ長やデータ長等）によって取り得る値が決まっているため、その取り得る値の中からＲ≦Ｃを満たす最大の値を選択する。なお、符号化率Ｒが低いほど誤り訂正能力は大きい。つまり、全ての周辺ノードがフル稼働し、かつ通信路での誤りが発生しない場合の通信路容量Ｃが１であり、自ノードはスリープ遷移確率Ｐrs（＝Ｃrs）の割合でスリープ状態となること、稼働していない周辺ノードがスリープ率Ｃｓの割合で存在することを考慮し、更に、補正項Ｃε，Ｃｃの分だけマージンをとると、通信路容量Ｃは（１）式で表されることになる。

符号化処理部６３は、情報格納部５から読み出した自ノードを含む全ての周辺ノード＃１〜＃Ｍの観測情報ＤＭを連結した共有情報を生成し、この共有情報を、符号化率算出部６２で設定された符号化率Ｒで誤り訂正符号化し、その結果を符号化情報Ｉcdとして無線通信部７に提供する。

［１．３．６．無線通信部］
無線通信部７は、情報共有処理、パケット監視処理、パケット配信処理を実行する。
情報共有処理では、情報格納部５の格納処理部５２からの指示に従って、自ノードの観測情報ＤＫｓを共有パケットＰｃによって他ノードに配信すると共に、他ノードから共有パケットＰｃを受信すると、これを情報格納部５の格納処理部５２に転送する処理を行う。

パケット監視処理では、他ノードからスリープ通知パケットＰｓまたは配信パケットＰijを受信すると、これを情報格納部５の更新処理部５４に転送する。
パケット配信処理では、誤り訂正符号化部６で生成された符号化情報Ｉcdを複数に分割して、分割した情報をパケット化することで配信パケットＰijを生成し、これらを利用端末１０に順次配信する。

ここで、パケット配信処理の詳細を、図９に示すフローチャートを用いて説明する。本処理は、無線通信部７が機能している期間に、繰り返し実行される。
本処理が起動すると、無線通信部７として機能するコンピュータは、Ｓ６１０にて、誤り訂正符号化部６から提供される符号化情報ＩcdをＮ（Ｎは１以上の整数）分割する。なお、Ｎ＝１の場合は、符号化情報Ｉcdを、そのまま一つのパケットとして扱うことを意味する。

続くＳ６２０では、分割された情報（パケット）の識別に用いるパラメータｊを１に初期化する。
続くＳ６３０では、スリープ制御部４を動作させスリープフラグＦsleep を取得する。

続くＳ６４０では、取得したスリープフラグＦsleep がオンであるか否かを判断する。スリープフラグＦsleep がオフであればＳ６５０に進み、先のＳ６１０にて分割されたｊ番目の分割情報にヘッダ等を付加した配信パケットＰｊを生成し、利用端末１０に向けて送信してＳ６６０に進む。一方、スリープフラグＦsleep がオンであれば、Ｓ６５０をスキップし、即ち配信パケットＰｊを送信することなくＳ６６０に進む。

Ｓ６６０では、パラメータｊをインクリメント（ｊ←ｊ＋１）する。
続くＳ６７０では、パラメータｊが分割数Ｎより大きいか否かを判断する。パラメータｊが分割数Ｎ以下であればＳ５３０に戻って、上述の処理を繰り返す。一方、パラメータｊが分割数Ｎより大きければ、本処理を一旦終了する。

［１．４．動作］
このように構成された通信システムの動作概要を、図１０〜図１２を用いて説明する。
各ノードは、周期的に同じタイミングで起動し、観測情報を共有する処理を実行する。

具体的には、各ノードは、起動して観測情報（図１１（ａ）参照）を取得すると、その観測情報を観測情報格納部５１に記憶すると共に、その観測情報を共有パケットＰｃによって他ノードに配信する（図１０参照）。他ノードからの共有パケットＰｃを受信した各ノードは、共有パケットＰｃに含まれる観測情報を観測情報格納部５１に記憶する。これにより、周辺ノード間で、互いの観測情報が共有されることになる（図１１（ｂ）参照）。

共有された観測情報（共有情報）は、その時々の周辺ノード全体の通信路容量Ｃに応じた符号化率Ｒにより誤り訂正符号化され、更にＮ分割されたものが配信パケットＰijによって利用端末１０に順次配信される（図１０、図１１（ｃ）参照）。

ノードがスリープ状態の時には、配信パケットＰijが送信されず欠落する。また、各ノードは、スリープ状態への遷移を、それぞれ独立に判断し自律分散的な動作をするため、ノード毎に異なったパターンで配信パケットＰijが欠落することになる（図１２（ａ）参照）。

利用端末は、各ノードから一部欠落した情報を順次受信することになるが、それらを総合すると、一部重複する配信パケットＰijも存在するが、通信路符号化定理に従い、Ｒ≦Ｃを満たすように設定されていることから、ほとんどの場合、全ての配信パケットを受信することになる（図１２（ｂ）参照）。その結果、利用端末では、全ての共有情報、即ち各ノードで取得された全ての観測情報が取得されることになる。

［１．５．効果］
以上説明したように、本実施形態の通信システムによれば、全てのノードが、情報配信を停止するスリープ状態に自律分散的に遷移するため、いずれかのノードに偏ることなく通信システム全体として消費電力を低減することができる。

本実施形態では、周辺ノードが互いに共有した共有情報に基づき、利用端末１０への配信情報を冗長化し、しかも、利用端末１０への配信を特定のノードだけが実施するのではなく全ノードが実施している。このため、利用端末１０は、あるノードとの通信環境が劣悪な場合でも、別のノードとの通信によって必要な情報を取得することができる。

本実施形態では、配信情報の冗長化に誤り訂正符号を用い、その際に用いる符号化率Ｒを、その時々の周辺ノードの状態を考慮して推定した通信路容量Ｃを用いて、通信路符号化定理を満たすように設定している。このため、スリープ状態に遷移したノードによる未配信情報が発生しても、その影響を誤り訂正可能な範囲内に抑えることができ、信頼性の高い通信を実現することができる。

本実施形態では、通信路容量Ｃを推定する際に、データ配信の未実施に関わるスリープ遷移確率Ｐrs（＝Ｃrs）、周辺端末のスリープ率Ｃｓだけでなく、通信路で生ずる誤りや、使用する誤り訂正符号の訂正能力を加味した補正項Ｃε，Ｃｃも用いている。このため通信システムの特徴や設置環境を反映した的確な通信路容量Ｃの推定、ひいては的確な符号化率Ｒを設定することができる。

本実施形態では、自ノードをスリープ状態にすべきか否かを判断する際に、電池残量Ｅｂ、スリープノード数Ｎｓ、連続駆動時間Ｔonを考慮しているため、周辺ノード間で電池残量Ｅｂが大きくばらつくこと、必要以上に多くのノードが配信情報の送信を実施すること等を抑制することができ、消費電力の削減および所望の通信品質の確保を効率良く実現することができる。

なお、本実施形態では、通信路容量Ｃを推定する際に、スリープ率Ｃs、補正項Ｃε，Ｃcを用いているが、これらの任意の一つまたは二つ、或いは全部を省略してもよい。
［２．第２実施形態］
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。

前述した第１実施形態では、スリープ遷移確率Ｐrsとして予め設定された固定値を用いている。これに対し、第２実施形態では、スリープ遷移確率Ｐrsをその都度算出する点で第１実施形態とは相違する。

［２．１．構成］
本実施形態の情報配信装置１ａは、図１３に示すように、スリープ制御部４ａ、および誤り訂正符号化部６ａが、第１実施形態におけるスリープ制御部４よび誤り訂正符号化部６とは異なっている。

誤り訂正符号化部６ａは、図１４に示すように、パラメータ格納部６１に格納されている補正項Ｃε，Ｃｃおよび符号化率算出部６２ａで設定した符号化率Ｒをスリープ制御部４ａに提供するように構成されている。

なお、符号化率算出部６２ａは、既出の（１）式からＣrs(＝Ｐrs)を取り除いた（２）式を用いて通信路容量Ｃを算出し、この通信路容量Ｃを用いてＲ≦Ｃとなる符号化率Ｒを設定する。

Ｃ＝１−Ｃｓ−Ｃε−Ｃｃ （２）
スリープ制御部４ａは、誤り訂正符号化部６ａから提供される補正項Ｃε，Ｃｃおよび符号化率Ｒに加え、情報格納部５からスリープ率Ｃｓを取得し、スリープ遷移確率Ｐrsを（３）式に従って算出する以外は、第１実施形態のスリープ制御部４と同様に構成されている。

Ｐrs＝１−Ｒ−Ｃｓ−Ｃε−Ｃｃ （３）
つまり、この算出されたスリープ遷移確率Ｐrsは、図３に示したフローチャートのＳ１３０の処理で使用されることになる。

［２．２．効果］
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果に加え、以下の効果が得られる。

即ち、本実施形態では、スリープ遷移確率Ｐrsが固定値ではなく、その場の状況に応じた値に設定されるため、通信路容量Ｃの推定精度を向上させることができ、より的確な符号化率Ｒの設定を実現することができる。

なお、本実施形態では、通信路容量Ｃおよびスリープ遷移確率Ｐrsを算出する際に、スリープ率Ｃs、補正項Ｃε，Ｃcを用いているが、これらの任意の一つまたは二つ、或いは全部を省略してもよい。

［３．第３実施形態］
第３実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。

前述した第１実施形態では、状況に応じて符号化率Ｒを可変設定している。これに対し、第３実施形態では、符号化率Ｒとして固定値を用い、その代わりにスリープ遷移確率Ｐrsを可変設定する点で第１実施形態とは相違する。

［３．１．構成］
本実施形態の情報配信装置１ｂは、図１５に示すように、スリープ制御部４ｂ、および誤り訂正符号化部６ｂが、第１実施形態におけるスリープ制御部４よび誤り訂正符号化部６とは異なっている。

誤り訂正符号化部６ｂは、図１６に示すように、符号化率算出部６２の代わりに符号化率格納部６４を備えている。符号化率格納部６４は、不揮発性メモリからなり、符号化率Ｒが記憶されている。そして、パラメータ格納部６１に格納されている補正項Ｃε，Ｃｃおよび符号化率格納部６４に格納されている符号化率Ｒをスリープ制御部４ｂに提供するように構成されている。

スリープ制御部４ｂは、誤り訂正符号化部６ｂから提供される補正項Ｃε，Ｃｃおよび符号化率Ｒに加え、情報格納部５からスリープ率Ｃｓを取得し、スリープ遷移確率Ｐrsを第２実施形態と同様に上述の（３）式に従って算出する点、誤り訂正符号化部６ｂへのスリープ遷移確率Ｐrsの提供を行わない点以外は、第１実施形態のスリープ制御部４と同様に構成されている。つまり、この算出されたスリープ遷移確率Ｐrsは、図３に示したフローチャートのＳ１３０の処理で使用されることになる。

［３．２．効果］
以上詳述した第３実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果に加え、以下の効果が得られる。

即ち、本実施形態では、符号化率Ｒが固定されている場合でも、各ノードのスリープ遷移確率Ｐrsが、符号化率Ｒに見合った通信路容量Ｃが得られるように設定されるため、所望の通信品質を確保することができる。

なお、本実施形態では、スリープ遷移確率Ｐrsを算出する際にスリープ率Ｃｓ、補正項Ｃε，Ｃcを用いているが、これらの任意の一つまたは二つ、或いは全部を省略してもよい。

［４．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得る。

（１）上記実施形態では、情報提供装置１のスリープ制御部４、情報格納部５、誤り訂正符号化部６、無線通信部７の機能が、コンピュータが実行する処理によって実現されるものとして説明したが、これに限定されるものではない。これら処理の一部または全部を、例えばロジック回路等のハードウェアにて実現してもよい。

（２）上記実施形態では、自ノードをスリープ状態にすべきか否かの判断に、スリープ遷移確率Ｐrs、電池残量Ｅｂ、スリープノード数Ｎｓ、駆動時間Ｔonを用いているが、いずれか一つまたはいずれか二つか三つを任意に組み合わせたものを用いてもよい。

（３）上記実施形態における一つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分散させたり、複数の構成要素が有する機能を一つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

（４）上述した通信システム、情報提供装置の他、当該情報提供装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、情報提供方法など、種々の形態で実現することもできる。

１，１ａ，１ｂ…情報提供装置、２…バッテリ監視部、３…観測情報取得部、４，４ａ，４ｂ…スリープ制御部、５…情報格納部、６，６ａ，６ｂ…誤り訂正符号化部、７，１２…無線通信部、８，１１…アンテナ、１０…利用端末、１３…パケット格納部、１４…復号部、１５…処理部、５１…観測情報格納部、５２…格納処理部、５３…スリープノード数推定部、５４…更新処理部、６１…パラメータ格納部、６２，６２ａ…符号化率算出部、６３…符号化処理部、６４…符号化率格納部

Claims (24)

1. 情報を収集提供する複数の情報提供装置（１）が、前記情報を利用する利用端末（１０）に対して、前記情報を配信する通信システムにおいて、
   前記情報提供装置は、それぞれが所有する情報を互いに共有し、共有された情報を連結した共有情報に対して誤り訂正符号化を実施することで、自装置が所有する情報以上の情報量を有する配信情報を生成して、前記利用端末に対して前記配信情報の配信を実施すると共に、前記配信情報の配信を一時的に停止するスリープ状態への遷移を、それぞれが自律分散的に実施し、更に、前記利用端末に対する前記配信情報の配信に使用可能な通信路容量を推定し、推定された通信路容量の下で前記共有情報を復元可能となるように設定された符号化率によって、前記誤り訂正符号化を実施する
   ことを特徴とする通信システム。
2. 情報を収集提供する複数の情報提供装置（１）が、前記情報を利用する利用端末（１０）に対して、前記情報を配信する通信システムにおいて、
   前記情報提供装置は、それぞれが所有する情報を互いに共有し、共有された情報を連結した共有情報に対して、予め設定された符号化率によって誤り訂正符号化を実施することで、自装置が所有する情報以上の情報量を有する配信情報を生成して、前記利用端末に対して前記配信情報の配信を実施すると共に、前記配信情報の配信を一時的に停止するスリープ状態への遷移を、それぞれが自律分散的に実施し、更に、前記符号化率をＲとして、自装置が前記スリープ状態に遷移するスリープ遷移確率Ｐrsを、Ｐrs＝１−Ｒに設定する
   ことを特徴とする通信システム。
3. 情報を収集提供する複数の情報提供装置（１）が、前記情報を利用する利用端末（１０）に対して、前記情報を配信する通信システムにおいて、
   前記情報提供装置は、それぞれが所有する情報を互いに共有し、共有された情報を利用して自装置が所有する情報以上の情報量を有する配信情報を生成して、前記利用端末に対して前記配信情報の配信を実施すると共に、前記配信情報の配信を一時的に停止するスリープ状態への遷移を、それぞれが自律分散的に実施し、更に、前記スリープ状態にある前記周辺ノードの数が予め設定された閾値より少ないことを、前記スリープ条件の一つとする
   ことを特徴とする通信システム。
4. 情報を利用する利用端末に対して、前記情報を配信する情報提供装置であって、
   自装置から予め設定された範囲内に存在する他の情報提供装置を周辺ノードとして、前記周辺ノードとの間で、それぞれが所有する情報を互いに共有する情報共有部（４）と、
   前記情報共有部により共有された情報を利用して自装置が所有する情報以上の情報量を有する配信情報を生成する配信情報生成部（６）と、
   前記情報生成部にて生成された前記配信情報を前記利用端末に対して配信する配信部（７）と、
   予め設定されたスリープ条件に従ってスリープ状態に遷移し、前記配信部による前記配信情報の配信を一時的に停止させるスリープ制御部（４）と、
   を備え、
   前記スリープ制御部は、前記スリープ状態にある前記周辺ノードの数が予め設定された閾値より少ないことを、前記スリープ条件の一つとする
   ことを特徴とする情報提供装置。
5. 前記スリープ制御部は、前記周辺ノードのそれぞれについて、前記配信情報を最後に受信してからの経過時間を求め、該経過時間が予め設定された時間閾値を超えた周辺ノードを、前記スリープ状態にあるものと認識することを特徴とする請求項４に記載の情報提供装置。
6. 前記スリープ制御部は、スリープ状態に遷移する場合に、前記周辺ノードにスリープ通知パケットを送信し、前記周辺ノードから前記スリープ通知パケットを受信した場合に、該パケットの送信元の周辺ノードを、前記スリープ状態にあるものと認識することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の情報提供装置。
7. 前記配信情報生成部は、前記情報共有部により共有された情報を連結した共有情報に対して誤り訂正符号化を実施することで前記配信情報を生成することを特徴とする請求項４から請求項６までのいずれか１項に記載の情報提供装置。
8. 前記配信情報生成部は、前記利用端末に対する前記配信情報の配信に使用可能な通信路容量を推定し、推定された通信路容量の下で前記共有情報を復元可能となるように設定された符号化率によって、前記誤り訂正符号化を実施することを特徴とする請求項７に記載の情報提供装置。
9. 情報を利用する利用端末に対して、前記情報を配信する情報提供装置であって、
   自装置から予め設定された範囲内に存在する他の情報提供装置を周辺ノードとして、前記周辺ノードとの間で、それぞれが所有する情報を互いに共有する情報共有部（４）と、
   前記情報共有部により共有された情報を利用して自装置が所有する情報以上の情報量を有する配信情報を生成する配信情報生成部（６）と、
   前記情報生成部にて生成された前記配信情報を前記利用端末に対して配信する配信部（７）と、
   予め設定されたスリープ条件に従ってスリープ状態に遷移し、前記配信部による前記配信情報の配信を一時的に停止させるスリープ制御部（４）と、
   を備え、
   前記配信情報生成部は、前記情報共有部により共有された情報を連結した共有情報に対して誤り訂正符号化を実施することで前記配信情報を生成し、
   前記配信情報生成部は、前記利用端末に対する前記配信情報の配信に使用可能な通信路容量を推定し、推定された通信路容量の下で前記共有情報を復元可能となるように設定された符号化率によって、前記誤り訂正符号化を実施する
   ことを特徴とする情報提供装置。
10. 前記スリープ制御部は、予め設定されたスリープ遷移確率Ｐrsで前記スリープ状態に遷移するように構成され、
    前記配信情報生成部は、前記通信路容量をＣ＝１−Ｐrs、前記符号化率をＲとして、Ｒ≦Ｃを満たす値に設定することを特徴とする請求項８または請求項９に記載の情報提供装置。
11. 前記配信情報生成部は、通信路で生じる受信誤りへの耐性を付与するための補正項を用いて、前記通信路容量を補正することを特徴とする請求項１０に記載の情報提供装置。
12. 前記配信情報生成部は、前記誤り訂正符号の訂正能力を考慮した補正項を用いて、前記通信路容量を補正することを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の情報提供装置。
13. 前記周辺ノードのスリープ率を求めるスリープ率算出部（５３）を備え、
    前記配信情報生成部は、前記スリープ率算出部にて算出されたスリープ率を用いて、前記通信路容量を補正することを特徴とする請求項１０から請求項１２までのいずれか１項に記載の情報提供装置。
14. 前記周辺ノードのスリープ率を求めるスリープ率算出部を備え、
    前記スリープ制御部は、前記符号化率をＲ、前記スリープ率をＣｓとして、自装置が前記スリープ状態に遷移するスリープ遷移確率Ｐrsを、Ｐrs＝１−Ｒ−Ｃsに設定し、
    前記配信情報生成部は、前記通信路容量をＣ＝１−Ｃsとして、前記符号化率Ｒを、Ｒ
    ≦Ｃを満たす値に設定することを特徴とする請求項８または請求項９に記載の情報提供装置。
15. 前記配信情報生成部および前記スリープ制御部は、通信路で生じる受信誤りへの耐性を付与するための補正項を用いて、前記通信路容量および前記スリープ遷移確率を補正することを特徴とする請求項１４に記載の情報提供装置。
16. 前記配信情報生成部および前記スリープ制御部は、前記誤り訂正符号の訂正能力を考慮した補正項を用いて、前記通信路容量および前記スリープ遷移確率を補正することを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の情報提供装置。
17. 前記配信情報生成部は、予め設定された符号化率によって、前記誤り訂正符号化を実施し、
    前記スリープ制御部は、前記符号化率をＲとして、自装置が前記スリープ状態に遷移するスリープ遷移確率Ｐrsを、Ｐrs＝１−Ｒに設定することを特徴とする請求項７から請求項１６までのいずれか１項に記載の情報提供装置。
18. 情報を利用する利用端末に対して、前記情報を配信する情報提供装置であって、
    自装置から予め設定された範囲内に存在する他の情報提供装置を周辺ノードとして、前記周辺ノードとの間で、それぞれが所有する情報を互いに共有する情報共有部（４）と、
    前記情報共有部により共有された情報を利用して自装置が所有する情報以上の情報量を有する配信情報を生成する配信情報生成部（６）と、
    前記情報生成部にて生成された前記配信情報を前記利用端末に対して配信する配信部（７）と、
    予め設定されたスリープ条件に従ってスリープ状態に遷移し、前記配信部による前記配信情報の配信を一時的に停止させるスリープ制御部（４）と、
    を備え、
    前記配信情報生成部は、前記情報共有部により共有された情報を連結した共有情報に対して、予め設定された符号化率によって誤り訂正符号化を実施することで前記配信情報を生成し、
    前記スリープ制御部は、前記符号化率をＲとして、自装置が前記スリープ状態に遷移するスリープ遷移確率Ｐrsを、Ｐrs＝１−Ｒに設定する
    ことを特徴とする情報提供装置。
19. 前記周辺ノードのスリープ率を求めるスリープ率算出部（５３）を備え、
    前記配信情報生成部は、前記スリープ率算出部にて算出されたスリープ率を用いて、前記通信路容量を補正することを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載の情報提供装置。
20. 前記配信情報生成部および前記スリープ制御部は、通信路で生じる受信誤りへの耐性を付与するための補正項を用いて、前記スリープ遷移確率を補正することを特徴とする請求項１７から請求項１９までのいずれか１項に記載の情報提供装置。
21. 前記配信情報生成部および前記スリープ制御部は、前記誤り訂正符号の訂正能力を考慮した補正項を用いて、前記スリープ遷移確率を補正することを特徴とする請求項１７から請求項２０までのいずれか１項に記載の情報提供装置。
22. 当該情報提供装置を駆動するバッテリの充電状態を監視するバッテリ監視部（２）を備え、
    前記スリープ制御部は、前記バッテリ監視部にて検出されたバッテリの残量が、予め設定された閾値以下となることを、前記スリープ条件の一つとすることを特徴とする請求項４から請求項２１までのいずれか１項に記載の情報提供装置。
23. 前記配信情報生成部は、前記情報共有部によって共有された情報を連結したものを前記配信情報とすることを特徴とする請求項４から請求項２２までのいずれか１項に記載の情報提供装置。
24. 前記スリープ制御部は、前記配信情報の配信を実行するウェイクアップ状態の継続時間が、予め設定された時間閾値を超えることを前記スリープ条件の一つとすることを特徴とする請求項４から請求項２３までのいずれか１項に記載の情報提供装置。