WO2015107689A1 - 通信ノード、システム、および同期方法 - Google Patents

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power
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浩一郎 山下
鈴木　貴久
宏真 山内
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    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the present invention relates to a communication node, a system, and a synchronization method.
  • the portable receiver measures the time to receive the next message using a timer based on the synchronization message transmitted from the remote transmitter, and the power of the receiver that has been turned off when the desired time is received.
  • a technique for turning on and operating the receiver is known (for example, refer to Patent Document 2 below).
  • an object of the present invention is to provide a communication node, a system, and a synchronization method that can save battery of the communication node.
  • a communication node included in a plurality of communication nodes that transfer data to a communication device by multi-hop communication, and a synchronization signal for synchronizing the multi-hop communication in the communication node.
  • a transmitter for transmitting a synchronization request signal for requesting transmission; a receiver for receiving the synchronization signal for the synchronization request signal transmitted by the transmitter; and a state of the receiver;
  • the power consumption of the receiving unit is in a first state before transmitting the first power, and the power consumption of the receiving unit is higher than the first power after the transmitting unit transmits the synchronization request signal.
  • a communication node, a system, and a synchronization method are proposed that include a power control unit that controls the receiving unit to be in a second state that is a second power.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an operation example of a system according to the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a system 100 according to the present invention.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an operation example of the system 100.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a hardware configuration example of the sensor node 102.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an example of a premise operation of the sensor node 102.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an example of a power state of each component.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a hardware configuration example of the server 201 and the parent device 101.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing a packet configuration example.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing a packet configuration example.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a functional configuration example of the sensor node 102.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a functional configuration example of the parent device 101.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating an example of transmission / reception of the synchronization signal S2 and the synchronization request signal S1.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating a timing chart example regarding transmission / reception of the synchronization request signal S1 and the synchronization signal S2.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure performed by the sensor node 102 in a synchronization incomplete state.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure performed by the sensor node 102 in the synchronization request standby state.
  • FIG. 15 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure performed by the sensor node 102 in the synchronization completion state.
  • FIG. 16 is a flowchart illustrating an example of a
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an operation example of the system according to the present invention.
  • the system 100 is a sensor network system in which a sensor node 102 having a sensor and a small wireless communication circuit forms a sensor network SNET and collects sensor data.
  • the system 100 includes a plurality of sensor nodes 102 and a parent device 101.
  • the sensor node 102 is a wireless communication node having a sensor, and is provided in the arrangement area 103.
  • sensor nodes 102-1 to 102-4 are provided in the arrangement area 103.
  • the sensor node 102 charges a battery with electric power obtained by self-power generation.
  • Base device 101 is a communication device for collecting sensor data from a plurality of sensor nodes 102.
  • FIG. 100 A detailed example of the system 100 is shown in FIG.
  • the state of the arrangement area 103 is measured using a plurality of sensor nodes 102 at predetermined time intervals. Examples of the measurement include temperature, humidity, pressure, and light. More specifically, measurement data and the like are transferred to the parent device 101 by performing multi-hop communication with a plurality of sensor nodes 102.
  • each sensor is synchronized between the construction process and the synchronization.
  • Node 102 must be up.
  • the construction process is a process such as arranging the sensor node 102 in the arrangement area 103. In this case, the capacity of the battery mounted on each sensor node 102 increases.
  • the power of each sensor node 102 may be turned on manually. For example, when the sensor node 102 is buried in the arrangement area 103, the power of each sensor node 102 cannot be turned on manually. For example, if the number of sensor nodes 102 is large, manual work is not realistic.
  • each sensor node 102 receives the synchronization signal S2 by switching the reception unit from the off state to the on state and requesting the transmission of the synchronization signal S2, so that the reception unit is continuously connected.
  • the period during which the device is in the on state can be shortened. Thereby, battery saving can be achieved.
  • each sensor node 102 receives a first state from a first state where the power consumption of the receiving unit of the sensor node 102 is the first power when the capacity of the mounted battery exceeds a predetermined amount.
  • the receiving unit is controlled to be in the second state, which is the second power higher than the power.
  • the predetermined amount is determined by, for example, the designer of the sensor node 102. For example, the predetermined amount is 4/5 of the capacity of the battery.
  • the first state is that the receiving unit is off, and the second state is that the receiving unit is on.
  • the sensor node 102 transmits a synchronization request signal S1 for requesting transmission of a synchronization signal S2 for synchronizing multi-hop communication.
  • the sensor node 102 receives the synchronization signal S2 with respect to the synchronization request signal S1.
  • the sensor node 102-1 receives a synchronization signal S2 corresponding to the transmitted synchronization request signal S1 from the parent device 101 by the receiving unit.
  • a specific configuration example of each of the synchronization signal S2 and the synchronization request signal S1 is illustrated in FIG.
  • the sensor nodes 102-2 to 102-4 also transmit the synchronization request signal S1, but the synchronization request signal S1 does not reach the parent device 101.
  • the sensor node 102 receives the synchronization request signal S1 so that the state of the reception unit becomes the first state when the reception unit does not receive the synchronization signal S2 until a certain period of time elapses after the transmission.
  • the certain time is a value determined by, for example, a designer of the system 100 or a user of the system 100.
  • the sensor node 102 when the sensor node 102 receives the synchronization request signal S1 from the other sensor node 102 after the receiving unit receives the synchronization signal S2, the sensor node 102 receives the synchronization signal S2 for the received synchronization request signal S1 and receives the synchronization request signal S1.
  • a synchronization signal S2 is transmitted based on the synchronization signal S2.
  • the sensor node 102-1 receives each synchronization request signal S1 transmitted from the sensor nodes 102-2 to 102-4.
  • the sensor node 102-1 transmits a synchronization signal S2 corresponding to the received synchronization request signal S1, which is based on the synchronization signal S2 received from the parent device 101.
  • the synchronization signal S2 can be received. Therefore, the amount of transmission power of the synchronization request signal S1 and the synchronization signal S2 may be small, so that power saving can be achieved.
  • the sensor node 102 controls the receiving unit so that the state of the receiving unit becomes the first state after a predetermined time has elapsed since the receiving unit received the synchronization signal S2.
  • the sensor node 102-1 is not already in a state capable of receiving the synchronization request signal S1.
  • the sensor nodes 102-2 to 102-4 are in a state where they can receive the synchronization request signal S1.
  • each sensor node 102 receives the synchronization signal S2 by switching the reception unit from the off state to the on state and requesting transmission of the synchronization signal S2, so that the reception unit is continuously turned on.
  • the period can be shortened. Therefore, it is not necessary to maintain the reception operation by the receiving unit until that timing, as compared with the case where all the sensor nodes 102 deliver the synchronization signal S2 after the timing at which the synchronization signal S2 can be received. Further, as compared with the case where the synchronization signal S2 is delivered after the construction process is finished, the reception operation by the receiving unit may not be maintained until that timing. Therefore, battery saving can be achieved.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a system 100 according to the present invention.
  • a change in the environment of the arrangement area 103 in which the sensor node 102 is provided is detected by collecting measurement values measured by a plurality of wireless sensor nodes 102, for example.
  • the system 100 includes a server 201, a gateway 202, a parent device 101, and a plurality of sensor nodes 102.
  • the server 201 and the gateway 202 are connected via a network NET such as the Internet.
  • each device may be connected to a user terminal via a network NET.
  • the server 201 collects, accumulates, and analyzes measurement values, and controls the entire system 100 such as the gateway 202, the parent device 101, and the sensor node 102.
  • the gateway 202 relays signal exchange between the network NET to which the server 201 and the user terminal are connected, and the sensor network SNET by the plurality of sensor nodes 102 and the parent device 101.
  • the parent device 101 collects measurement values by communicating with the sensor node 102 and notifies the server 201 of the collection results. Further, the parent device 101 may issue an instruction to the sensor node 102, for example.
  • the plurality of sensor nodes 102 are communication nodes that measure the state of each position in the arrangement area 103. In addition, the plurality of sensor nodes 102 can communicate with surrounding sensor nodes 102 and the parent device 101 wirelessly.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing an operation example of the system 100.
  • the state of the predetermined area is measured every predetermined time d.
  • the system 100 causes the sensor node 102 to measure the state of a predetermined area once every 10 minutes, and collects the measurement data to the server through the parent device 101, the gateway 202, and the network. Therefore, in order to perform periodic measurement, each sensor node 102 must be synchronized.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a hardware configuration example of the sensor node 102.
  • the sensor node 102 includes a sensor 401, an MCU (Micro Control Unit) 402, a timer 403, a ROM (Read Only Memory) 404, a RAM (Random Access Memory) 405, and a nonvolatile memory 406.
  • the sensor node 102 includes a wireless circuit 408, an antenna 409, a power management unit 410, a battery 411, a harvester 412, and the like.
  • the sensor node 102 includes an internal bus 407 that connects the sensor 401, MCU 402, timer 403, ROM 404, RAM 405, and nonvolatile memory 406. Further, in FIG. 4, a dotted line indicates a power supply line, and a solid line indicates a signal line.
  • Sensor 401 detects a predetermined amount of displacement at the installation location.
  • a piezoelectric element that detects a pressure at an installation location an element that detects temperature, a photoelectric element that detects light, or the like can be used.
  • the MCU 402 is a control unit that performs overall control of the sensor node 102 and data processing, for example, by loading a program stored in the ROM 404 into the RAM 405 and executing the program.
  • the MCU 402 processes data detected by the sensor 401.
  • the timer 403 counts the time set by the MCU 402 or the like. In the present embodiment, for example, the timer 403 counts a sensing interval for sensing by the sensor 401 spontaneously. Further, for example, the timer 403 counts a predetermined period during which the short-range wireless circuit is stopped in the second embodiment to be described later.
  • the ROM 404 is a storage unit that stores programs executed by the MCU 402.
  • the RAM 405 is a storage unit that stores temporary data for processing in the MCU 402.
  • the nonvolatile memory 406 is a writable memory, and is a storage unit that holds predetermined data that is written even when power supply is interrupted.
  • the writable nonvolatile memory 406 includes a flash memory.
  • the antenna 409 transmits and receives radio waves for wireless communication with other sensor nodes 102 and the gateway 202.
  • the radio circuit 408 is RF (Radio Frequency).
  • the radio circuit 408 includes a reception circuit 422 that outputs a radio wave received via the antenna 409 as a reception signal, and a transmission circuit 421 that transmits a transmission signal via the antenna 409 as a radio wave.
  • the transmission power of the transmission circuit 421 can be switched by the MCU 402. The transmission power is determined based on the arrangement area 103 of the sensor node 102, the number of arrangement of the sensor nodes 102, the arrangement position of the parent device 101, and the like. In the present embodiment, for example, each transmission power of the transmission circuit 421 is set so that a signal can reach a predetermined distance.
  • the harvester 412 generates power based on the external environment at the location where the sensor node 102 is installed, for example, energy changes such as light, vibration, temperature, and radio waves. In the example of FIG. 4, only one harvester 412 is provided. However, the present invention is not limited thereto, and a plurality of the same type of harvesters 412 may be provided, or a plurality of different types of harvesters 412 may be provided. Good.
  • the harvester 412 may generate power according to the amount of displacement detected by the sensor 401, or may generate power according to the amount of displacement of the received radio wave received by the wireless circuit 408.
  • the battery 411 stores the electric power generated by the harvester 412.
  • the sensor node 102 is not provided with a primary battery, an external power source, or the like, and generates electric power required for operation inside the own device.
  • the power management unit 410 performs control to supply the power stored by the battery 411 to each unit of the sensor node 102 as a driving power source.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a premise operation of the sensor node 102.
  • each sensor node 102 performs an intermittent operation. In the intermittent operation, each sensor node 102 switches from a sleep state described later to an activation state described later every predetermined time d. The predetermined time d is determined by the user. And each sensor node 102 measures the state of an arrangement
  • each sensor node 102 the remaining amount of the battery 411 is reduced by processing by the MCU 402, wireless transmission by the transmission circuit 421, reception by the reception circuit 422, etc. in the activated state.
  • the remaining amount of the battery 411 increases due to charging in a sleep state described later.
  • the plurality of sensor nodes 102 use multi-hop communication for data signals for notifying the base unit 101 of measured values of the sensors 401 included in each sensor node 102. Relay transfer. Further, as described above, each sensor node 102 sets the transmission power of the transmission circuit 421 as the first transmission power in the activated state.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of the power state of each component.
  • the power state of the MCU 402 includes an on state, a sleep state, and an off state.
  • the ON state is a state in which voltages that can be processed by the MCU 402 are supplied to the MCU 402.
  • the sleep state is a state in which power is supplied to an interrupt circuit or the like included in the MCU 402 or the timer 403, and power is not supplied to a circuit or the like having a main function such as an operation of the MCU 402.
  • the interrupt circuit included in the MCU 402 receives an interrupt signal, the MCU 402 is turned on.
  • the off state is a state in which power is not supplied to all of the MCU 402 and any operation cannot be performed, but the off state is not used in this embodiment.
  • the power state of the receiving circuit 422 includes an off state that is a first state and an off state that is a second state.
  • the on state is a state where power is supplied to the receiving circuit 422.
  • the off state is a state in which power is not supplied to the reception circuit 422 and a state in which radio waves cannot be received.
  • the power state of the sensor 401 includes an on state and an off state.
  • the on state is a state where power is supplied to the sensor 401.
  • the off state is a state in which power is not supplied to the sensor 401.
  • the MCU 402 when the sensor node 102 is in the activated state, the MCU 402 is in the on state, the receiving circuit 422 is in the on state, and the sensor 401 is in the on state.
  • the MCU 402 when the sensor node 102 is in the sleep state, the MCU 402 is in the sleep state, the reception circuit 422 is in the off state, and the sensor 401 is in the off state.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a hardware configuration example of the server 201 and the parent device 101. Since the server 201 and the parent device 101 may have the same configuration, the server 201 and the parent device 101 will be described as the same configuration. In order to indicate either the server 201 or the parent device 101, in FIG.
  • the device 700 operates based on an external power supply.
  • the apparatus 700 includes a CPU (Central Processing Unit) 701, a timer 702, a ROM 703, a RAM 704, a disk drive 705, a disk 706, and an I / O (Input / Output) circuit 707.
  • the apparatus 700 includes an internal bus 711 that connects a CPU 701, a timer 702, a ROM 703, a RAM 704, a disk drive 705, and an I / O circuit 707.
  • the CPU 701 is a control unit that controls the entire apparatus 700.
  • the ROM 703 is a storage unit that stores programs such as a boot program.
  • a RAM 704 is a storage unit used as a work area for the CPU 701.
  • the disk drive 705 controls reading / writing of data with respect to the disk 706 according to the control of the CPU 701.
  • the disk 706 is a storage unit that stores data written under the control of the disk drive 705. Examples of the disk 706 include a magnetic disk and an optical disk.
  • the storage unit such as the ROM 703 and the disk 706 stores predetermined time information described later and standby time information described later.
  • a radio communication circuit 708 and an antenna 709 are connected to the I / O circuit 707.
  • wireless communication with the parent device 101 can be performed by wireless communication with the gateway 202 via the wireless communication circuit 708 and the antenna 709.
  • wireless communication can be performed with the sensor node 102 via the wireless communication circuit 708 and the antenna 709.
  • a network I / F 710 is connected to the I / O circuit 707.
  • the device 700 can communicate with an external device via a network such as the Internet through a network I / F 710 by TCP (Transmission Control Protocol) / IP (Internet Protocol) protocol processing.
  • TCP Transmission Control Protocol
  • IP Internet Protocol
  • wired communication or wireless communication can be applied to communication by the network I / F 710.
  • the device 700 may be provided with an input device such as a keyboard, a mouse, or a touch panel. As a result, the user can directly operate the device 700 via the input device. Further, for example, an output device such as a display, a printer, or a buzzer may be provided in the device 700.
  • an input device such as a keyboard, a mouse, or a touch panel.
  • an output device such as a display, a printer, or a buzzer may be provided in the device 700.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing a packet configuration example.
  • the synchronization request signal S1 is a signal for requesting synchronization from the sensor node 102 to the base unit 101 or the synchronized sensor node 102 after each of the sensor nodes 102 is installed in a predetermined area.
  • the synchronization request signal S1 has an identification flag and a transmission source ID.
  • the identification flag is a flag for identifying the synchronization request signal S1, and is, for example, “0x01”.
  • the transmission source ID is identification information indicating the transmission source of the synchronization request signal S1.
  • the synchronization signal S2 is a signal transmitted from the parent device 101 or the synchronized sensor node 102 to the sensor node 102 that is the transmission source of the synchronization request signal S1, and is a signal that notifies the synchronization timing.
  • the synchronization signal S2 includes an identification flag, a destination ID, a transmission source ID, predetermined time information ddata indicating a predetermined time d, timing information indicating the next activation timing, and standby time information indicating a synchronization request standby time.
  • the identification flag is a flag for identifying the synchronization signal S2, for example, “0x10”.
  • the transmission source ID is identification information indicating the transmission source of the synchronization signal S2.
  • the predetermined time information ddata is information indicating a time that is a measurement interval, for example.
  • the timing information is information indicating the timing at which the MCU 402 and the sensor 401 are activated next time for measurement. For example, it may be information such as how many minutes later, or information indicating a specific time.
  • the standby time information is information indicating a time for waiting for a synchronization request from another sensor node 102 after the synchronization is completed. For example, it may be information such as how many minutes later, or information indicating a specific time.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a functional configuration example of the sensor node 102.
  • the sensor node 102 includes an overall control unit 901, a reception unit 902, a transmission unit 903, a power control unit 904, a power storage unit 905, and a storage unit 906.
  • the receiving unit 902 is realized by the receiving circuit 422.
  • the transmission unit 903 is realized by the transmission circuit 421.
  • the power control unit 904 is realized by the power management unit 410.
  • the storage unit 906 is realized by the ROM 404, the RAM 405, the nonvolatile memory 406, etc. shown in FIG.
  • the overall control unit 901 is realized by, for example, the MCU 402 and the timer 403 shown in FIG.
  • Each process of the overall control unit 901 is coded in a program stored in the storage unit 906 accessible by the MCU 402 illustrated in FIG. 4, for example. Then, the MCU 402 reads the program from the storage unit 906 and executes the process coded in the program. Thereby, each process of the overall control unit 901 is realized. Further, the processing result of each unit is stored in the storage unit 906, for example.
  • the power storage unit 905 has a function of voluntarily storing power supplied to each unit.
  • the power storage unit 905 is, for example, the battery 411 illustrated in FIG.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a functional configuration example of the parent device 101.
  • Base device 101 includes a control unit 1001, a reception unit 1002, a transmission unit 1003, and a storage unit 1004.
  • the storage unit 1004 is realized by, for example, the ROM 703, the RAM 704, the disk 706, etc. shown in FIG.
  • the reception unit 1002 and the transmission unit 1003 are realized by, for example, the wireless communication circuit 708 illustrated in FIG.
  • the control unit 1001 is realized by the CPU 701 shown in FIG.
  • Each process of the control unit 1001 is coded in a program stored in the storage unit 1004 accessible by the CPU 701, for example.
  • the CPU 701 reads the program from the storage unit 1004 and executes the process coded in the program. Thereby, each process of the control unit 1001 is realized.
  • the processing result of each unit is stored in the storage unit 1004, for example.
  • the overall control unit 901 illustrated in FIG. 9 controls the transmission unit 903 to transmit the synchronization request signal S1 when the amount of power stored in the power storage unit 905 exceeds a predetermined amount. For example, when receiving an interrupt such as completion of charging, the overall control unit 901 causes the power control unit 904 to switch the state of the sensor node 102 from the sleep state to the activated state. As described above, in the sleep state of the sensor node 102, the MCU 402 is in the sleep state, the sensor 401 and the reception circuit 422 are in the off state, and the timer 403 is activated.
  • the MCU 402 since the MCU 402 is in the sleep state and can operate with respect to the interrupt function, it can accept an interrupt from the timer 403, the power management unit 410, or the like. In the activated state of the sensor node 102, the sensor 401, the MCU 402, and the reception circuit 422 are turned on.
  • the overall control unit 901 generates a synchronization request signal S1.
  • the transmission unit 903 transmits the synchronization request signal S1 generated by the overall control unit 901.
  • the reception unit 902 receives the synchronization signal S2 corresponding to the synchronization request signal S1 transmitted by the transmission unit 903.
  • the receiving unit 1002 illustrated in FIG. 10 receives the synchronization request signal S1 transmitted from the transmitting unit 903 illustrated in FIG. Then, the control unit 1001 illustrated in FIG. 10 generates a synchronization signal S2 for the synchronization request signal S1 received by the reception unit 1002.
  • the transmission unit 1003 transmits the synchronization signal S2 generated by the control unit 1001.
  • a detailed example of the generation of the synchronization signal S2 is shown in FIG.
  • the synchronization signal S2 corresponding to the synchronization request signal S1 is a signal whose destination ID included in the synchronization signal S2 indicates the self-sensor node 102.
  • 9 controls the storage unit 906 to store the predetermined time information ddata included in the synchronization signal S2 received by the receiving unit 902.
  • the overall control unit 901 is based on the received synchronization signal S2 with respect to the received synchronization request signal S1 when receiving the synchronization request signal S1 from another sensor node 102 after the receiving unit 902 receives the synchronization signal S2. Control is performed to cause the transmission unit 903 to transmit the synchronization signal S2.
  • the power control unit 904 controls the reception unit 902 so that the state of the reception unit 902 becomes the first state after a predetermined time has elapsed since the reception unit 902 received the synchronization signal S2.
  • the fixed time here is, for example, the standby time indicated by the standby time information stdata included in the synchronization signal S2.
  • the standby time is counted by the timer 403, for example.
  • the overall control unit 901 sets the timing indicated by the timing information included in the synchronization signal S2 received by the receiving unit 902 in the timer 403. For example, the overall control unit 901 causes the power control unit 904 to switch the state of the sensor node 102 from the activated state to the sleep state. As a result, the timer 403 is interrupted at the next synchronization timing.
  • the power control unit 904 determines that the state of the receiving unit 902 is the first state.
  • the receiving unit 902 is controlled so as to be in a state.
  • the certain time here is, for example, a value determined in advance by a designer or a user.
  • information indicating the predetermined time is stored in advance in the storage unit 906 or the like.
  • the fixed time is counted by the timer 403.
  • the first state of the receiving unit 902 is an off state.
  • the power control unit 904 changes the state of the sensor node 102 when the receiving unit 902 does not receive the synchronization signal S2 after the transmission unit 903 transmits the synchronization request signal S1 and after a predetermined time has elapsed. You may be in a sleep state.
  • the overall control unit 901 performs synchronization based on the received synchronization signal S2 with respect to the received synchronization request signal S1. Control is performed to cause the transmission unit 903 to transmit the signal S2.
  • the power control unit 904 determines that the state of the receiving unit 902 is the first state.
  • the receiving unit 902 is controlled so as to be in a state.
  • the overall control unit 901 controls the power control unit 904 to switch the state of the sensor node 102 from the sleep state to the activated state.
  • the overall control unit 901 performs control to cause the sensor 401 to measure the state of the installation location.
  • the overall control unit 901 performs control to cause the transmission unit 903 to transmit a data signal including the measurement result.
  • the overall control unit 901 performs control to transfer the data signal received by the transmission unit 903 when the reception unit 902 receives a data signal from the sensor node 102 other than the own sensor node 102.
  • the overall control unit 901 performs control to cause the power control unit 904 to switch the state of the sensor node 102 from the activated state to the sleep state.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of transmission / reception of the synchronization signal S2 and the synchronization request signal S1.
  • the sensor node 102-1 to the sensor node 102-10 are installed in the predetermined area. For example, each sensor node 102 transmits the synchronization signal S2 when charging is completed.
  • base unit 101 receives synchronization request signal S1 transmitted from sensor node 102-1.
  • the distance between the parent device 101 and the sensor nodes 102-2 to 102-10 is longer than the reachable distance depending on the transmission intensity of the synchronization request signal S1. Therefore, each synchronization request signal S1 transmitted from the sensor node 102-2 to sensor node 102-10 does not reach the parent device 101.
  • base unit 101 transmits synchronization signal S2 addressed to sensor node 102-1 that is the transmission source of received synchronization request signal S1.
  • the sensor node 102-1 When the sensor node 102-1 receives the synchronization signal S2 transmitted from the parent device 101, the sensor node 102-1 stores the predetermined time d designated by the synchronization signal S2 in the nonvolatile memory 406. Then, the sensor node 102-1 sets the timer 403 so as to be started after the next start timing specified by the synchronization signal S2. In addition, the sensor node 102-1 sets the standby time specified by the synchronization signal S2 in the timer 403, so that the synchronization request signal S1 is output between the reception of the synchronization signal S2 and the standby time. I wait.
  • the sensor node 102-1 receives the synchronization request signal S1 from each of the sensor nodes 102-2 to 102-4, and then receives the synchronization request signal S1 from each of the sensor nodes 102-2 to 102-4.
  • the synchronization signal S2 is transmitted.
  • the sensor node 102-1 shifts to the sleep state.
  • the sensor nodes 102-2 to 102-4 store in the nonvolatile memory 406 a predetermined time d specified by the synchronization signal S2. Then, the sensor nodes 102-2 to 102-4 set the timer 403 so as to start after the next start timing specified by the synchronization signal S2.
  • the sensor nodes 102-2 to 102-4 set the standby time designated by the synchronization signal S2 in the timer 403 so that the standby time elapses from the reception of the synchronization signal S2. Then, it waits for the synchronization request signal S1.
  • the sensor node 102-2 upon receiving the synchronization request signal S1 transmitted from the sensor node 102-6, the sensor node 102-2 transmits the synchronization signal S2 to the sensor node 102-6.
  • the sensor node 102-2 shifts to the sleep state.
  • the sensor node 102-6 receives the synchronization signal S2 from the sensor node 102-2, the sensor node 102-6 stores the predetermined time d designated by the synchronization signal S2 in the nonvolatile memory 406. Then, the sensor node 102-6 sets the timer 403 to start after the next start timing specified by the synchronization signal S2.
  • the sensor node 102-6 sets the standby time designated by the synchronization signal S2 in the timer 403, so that the synchronization request signal S1 is output between the reception of the synchronization signal S2 and the standby time. I wait.
  • the sensor node 102-3 when the sensor node 102-3 receives the synchronization request signal S1 transmitted from the sensor node 102-7, the sensor node 102-3 transmits the synchronization signal S2 to the sensor node 102-7.
  • the sensor node 102-7 When the standby time elapses, the sensor node 102-3 transitions to the sleep state.
  • the sensor node 102-7 receives the synchronization signal S2 from the sensor node 102-3, the sensor node 102-7 stores the predetermined time d designated by the synchronization signal S2 in the nonvolatile memory 406. Then, the sensor node 102-7 sets the timer 403 so as to be started after the next start timing designated by the synchronization signal S2.
  • the sensor node 102-7 sets the standby time designated by the synchronization signal S2 in the timer 403, so that the synchronization request signal S1 is output between the reception of the synchronization signal S2 and the standby time. I wait.
  • the sensor node 102-4 when the sensor node 102-4 receives the synchronization request signal S1 transmitted from each of the sensor node 102-5 and the sensor node 102-8, the sensor node 102-5 and the sensor node 102- 8 transmits a synchronization signal S2.
  • the sensor node 102-4 shifts to the sleep state.
  • the sensor node 102-5 and the sensor node 102-8 receive the synchronization signal S2 from the sensor node 102-4, the predetermined time d designated by the synchronization signal S2 is stored in the nonvolatile memory 406.
  • the sensor node 102-5 and the sensor node 102-8 set the timer 403 so as to start after the next start timing designated by the synchronization signal S2. Further, the sensor node 102-5 and the sensor node 102-8 set the standby time specified by the synchronization signal S2 in the timer 403, so that the standby time elapses from the reception of the synchronization signal S2. Then, it waits for the synchronization request signal S1.
  • the sensor node 102-7 when the sensor node 102-7 receives the synchronization request signal S1 transmitted from the sensor node 102-9, the sensor node 102-7 transmits a synchronization signal S2 to the sensor node 102-9.
  • the sensor node 102-9 shifts to the sleep state.
  • the sensor node 102-9 receives the synchronization signal S2 from the sensor node 102-7, the sensor node 102-9 stores the predetermined time d specified by the synchronization signal S2 in the nonvolatile memory 406. Then, the sensor node 102-9 sets the timer 403 so as to be started after the next start timing specified by the synchronization signal S2.
  • the sensor node 102-9 sets the standby time designated by the synchronization signal S2 in the timer 403, so that the synchronization request signal S1 is received between the reception of the synchronization signal S2 and the standby time. I wait.
  • the sensor node 102-8 when the sensor node 102-8 receives the synchronization request signal S1 transmitted from the sensor node 102-10, the sensor node 102-8 transmits a synchronization signal S2 to the sensor node 102-10.
  • the sensor node 102-8 shifts to the sleep state.
  • the sensor node 102-10 receives the synchronization signal S2 from the sensor node 102-8, the sensor node 102-10 stores the predetermined time d specified by the synchronization signal S2 in the nonvolatile memory 406. Then, the sensor node 102-10 sets the timer 403 to start after the next start timing specified by the synchronization signal S2.
  • the sensor node 102-10 sets the standby time specified by the synchronization signal S2 in the timer 403, so that the synchronization request signal S1 is output between the reception of the synchronization signal S2 and the standby time. I wait.
  • the sensor node 102-9 and the sensor node 102-10 wait for the synchronization request signal S1, but since neither of the sensor nodes 102 has completed the synchronization, the synchronization signal S2 is not received.
  • the sensor node 102-9 and the sensor node 102-10 shift to the sleep state when the standby time has elapsed.
  • each sensor node 102 performs measurement every predetermined time d as described above, and transfers measurement data to the parent device 101 by relay transfer such as multi-hop communication as described above.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of a timing chart regarding transmission / reception of the synchronization request signal S1 and the synchronization signal S2.
  • the sensor node 102-1 transmits the synchronization request signal S1
  • the sensor node 102-1 receives the synchronization signal S2 from the parent device 101.
  • the sensor node 102-1 waits for the synchronization request signal S1. Thereafter, when the standby time st elapses, the sensor node 102-1 performs measurement by the sensor 401 every predetermined time d.
  • the sensor node 102-2 transmits the synchronization request signal S1
  • the sensor node 102-2 receives the synchronization signal S2 from the parent device 101. Then, the sensor node 102-2 waits for the synchronization request signal S1. Thereafter, when the standby time st elapses, the sensor node 102-2 performs measurement by the sensor 401 every predetermined time d.
  • the sensor node 102-3 transmits the synchronization request signal S1
  • the sensor node 102-3 receives the synchronization signal S2 from the parent device 101.
  • the sensor node 102-3 waits for the synchronization request signal S1.
  • the sensor node 102-4 and the sensor node 102-5 transmit the synchronization request signal S1
  • the sensor node 102-4 receives the synchronization signal S2 from the sensor node 102-3.
  • the standby time st elapses
  • the sensor node 102-3 performs measurement by the sensor 401 every predetermined time d.
  • the sensor node 102-4 and the sensor node 102-5 wait for the synchronization request signal S1. Thereafter, when the standby time st elapses, the sensor node 102-4 and the sensor node 102-5 perform measurement by the sensor 401 every predetermined time d.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure performed by the sensor node 102 in a synchronization incomplete state.
  • the sensor node 102 switches from the sleep state to the activated state upon completion of charging or the like (step S1301).
  • the sensor node 102 transmits a synchronization request signal S1 (step S1302).
  • the completion of charging is notified by transmitting an interrupt signal from the power management unit 410 or the like to the MCU 402.
  • the sensor node 102 determines whether or not the synchronization signal S2 has been received (step S1303).
  • the sensor node 102 stores the predetermined time d in the nonvolatile memory 406 (step S1304). Then, the sensor node 102 sets an interrupt to the timer 403 so as to start after the next start timing (step S1305). Next, the sensor node 102 waits for a standby time for a synchronization request (step S1306), and proceeds to step S1307.
  • the processing procedure performed by the sensor node 102 in the standby state for the synchronization request is shown in FIG.
  • Step S1303 If it is determined that the synchronization signal S2 has not been received between the time when the synchronization request signal S1 is transmitted and the elapse of a certain time (step S1303: No), the sensor node 102 switches from the activated state to the sleep state. (Step S1307), a series of processing ends. As described above, in this sleep state, the MCU 402 is in the sleep state, the sensor 401 and the reception circuit 422 are in the off state, and the timer 403 is activated. Here, since the MCU 402 is in the sleep state and can operate with respect to the interrupt function, it can accept an interrupt from the timer 403 or the like.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure performed by the sensor node 102 in the synchronization request standby state.
  • the sensor node 102 acquires the current time from the timer 403, triggered by the reception of the synchronization request signal S1 (step S1401).
  • the sensor node 102 acquires the next activation scheduled time (step S1402).
  • the sensor node 102 obtains the next activation timing by subtracting the current time from the next activation scheduled time (step S1403).
  • the sensor node 102 transmits the synchronization signal S2 (step S1404), and ends the series of processes.
  • FIG. 15 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure performed by the sensor node 102 in the synchronization completion state.
  • the sensor node 102 switches to an activated state in response to an interrupt from the timer 403 (step S1501).
  • the sensor node 102 sets an interrupt to the timer so as to start after a predetermined time d (step S1502).
  • the sensor node 102 performs regular measurement (step S1503).
  • the sensor node 102 switches to the sleep state (step S1504) and ends the series of processes.
  • the MCU 402 is in the sleep state
  • the sensor 401 and the reception circuit 422 are in the off state
  • the timer 403 is activated.
  • the MCU 402 since the MCU 402 is in the sleep state and can operate with respect to the interrupt function, it can accept an interrupt from the timer 403 or the like.
  • FIG. 16 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure performed by the parent device 101.
  • base unit 101 receives the synchronization request signal S1 as a trigger and acquires the current time from the timer (step S1601).
  • Master device 101 obtains a remainder obtained by dividing the current time by predetermined time d (step S1602).
  • Master device 101 obtains the next activation timing by subtracting the calculated remainder from predetermined time d (step S1603).
  • Master device 101 transmits synchronization signal S2 (step S1604), and the series of processing ends.
  • each of the sensor nodes 102 receives the synchronization signal by switching the reception circuit from the off state to the on state and requesting the transmission of the synchronization signal, so that the reception circuit is continuously turned on.
  • the period can be shortened. Thereby, battery saving can be achieved.
  • the sensor node 102 when the sensor node 102 receives a synchronization request signal from another sensor node 102 after receiving the synchronization signal, the sensor node 102 transmits a synchronization signal based on the received synchronization signal with respect to the received synchronization request signal. In this way, when the sensor node 102 that has completed synchronization transmits a synchronization signal on behalf of the parent device, each sensor node 102 transmits a synchronization request signal with transmission power that can reach the parent device. Thus, power saving can be achieved.
  • the sensor node 102 switches the receiving circuit to an off state after a certain time has elapsed after receiving the synchronization signal.
  • power saving is achieved by performing an intermittent operation after completing the transmission of the synchronization signal in response to the synchronization request signal from the other sensor node 102 at a short distance.
  • the sensor node 102 transmits a synchronization request signal when the amount of power stored in the battery exceeds a predetermined amount.
  • the synchronization request signal and the synchronization signal can be transmitted and received at a spontaneous timing. Therefore, battery saving can be achieved.
  • the sensor node 102 controls the receiving unit to be in the first state. Therefore, since intermittent operation is realized, battery saving can be achieved.
  • multi-hop communication is performed periodically. Thereby, the state of the arrangement area is regularly measured.
  • the synchronization method described in this embodiment can be realized by executing a synchronization program prepared in advance by the MCU 402.
  • the synchronization program is recorded on a recording medium readable by the MCU 402 such as the ROM 404 and the nonvolatile memory 406, and is executed by being read from the recording medium by the MCU 402. Further, the synchronization program may be distributed from the parent device 101 by multi-hop communication.
  • SYMBOLS 100 System 101 Base machine 102 Sensor node 401 Sensor 402 MCU 403 Timer 404 ROM 405 RAM 406 Non-volatile memory 410 Power management unit 411 Battery 421 Transmission circuit 422 Reception circuit 701 CPU 702 Timer 703 ROM 704 RAM 706 Disk 901 Overall control unit 902 Reception unit 903 Transmission unit 904 Power control unit 905 Power storage unit 1001 Control unit 1002 Reception unit 1003 Transmission unit 1004 Storage unit S1 Synchronization request signal S2 Synchronization signal

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

　各センサノード（１０２）は、センサノード（１０２）に搭載されたバッテリの容量が所定量以上となった場合に、センサノード（１０２）の状態を受信部の状態がセンサノード（１０２）の受信部の消費電力が第１電力である第１状態から第１電力より高い第２電力である第２状態となるように受信部を制御する。センサノード（１０２）は、マルチホップ通信の同期を取るための同期信号（Ｓ２）の送信を要求する同期要求信号（Ｓ１）を送信する。センサノード（１０２）は、同期要求信号（Ｓ１）に対する同期信号（Ｓ２）を受信する。センサノード（１０２）は、受信部が同期信号（Ｓ２）を受信した後に自センサノード（１０２）以外のセンサノード（１０２）から同期要求信号（Ｓ１）を受信した場合に、受信した同期要求信号（Ｓ１）に対する同期信号（Ｓ２）であって、受信した同期信号（Ｓ２）に基づく同期信号（Ｓ２）を送信する。

Description

通信ノード、システム、および同期方法
　本発明は、通信ノード、システム、および同期方法に関する。
　従来、センサネットワークシステムでは、多数の無線のセンサノードによってセンサノードが設けられた領域の環境の変化などを検出することが公知である。また、従来、センサノード間のマルチホップ通信によるリレー転送によって直接接続されていないセンサノードにデータを送信する技術が公知である。
　また、従来、無線ノードが、ホストから送信された同期信号によって内部時計を設定し、省電力モードと通常モードとを切り替える技術が公知である（例えば、以下特許文献１参照。）。
　また、従来、遠隔測定において、可搬受信機はリモート送信機から送信された同期メッセージに基づき、タイマを用いてつぎのメッセージを受信する時間を測定し、受信したい時間はオフした受信機の電源をオンして受信機を作動させる技術が公知である（例えば、以下特許文献２参照。）。
　また、従来、無線センサが、電源投入時と十分長い時間経過後に上位局から受信した時計時刻により自時計時刻の誤差を修正して、無線センサの起動時刻に反映される技術が公知である（例えば、以下特許文献３参照。）。
　また、従来、リモコン受信機において、信号の待ち受けを間欠的に行うことによって、信号待ち受けに要する電力消費の低減を図り、電池寿命を延長させる技術が公知である（例えば、以下特許文献４参照。）。
特開２００８－３０６６５７号公報 特表２００７－５１５８６３号公報 特開２００５－３４８１８６号公報 特開平５－２９２５６４号公報
　しかしながら、従来、各通信ノードのデータを集約する通信装置から送信される同期信号を通信ノードが受信するシステムにおいて、同期信号がいずれのタイミングで送信されるかが不明である場合、各通信ノードは長時間連続して受信待ちを行うことになる。このため、通信ノードのバッテリの容量が大きくなるという問題点がある。
　１つの側面では、本発明は、通信ノードの省バッテリ化を図ることができる通信ノード、システム、および同期方法を提供することを目的とする。
　本発明の一側面によれば、マルチホップ通信によってデータを通信装置へ転送する複数の通信ノードに含まれる通信ノードであって、自通信ノードにおいて前記マルチホップ通信の同期を取るための同期信号の送信を要求する同期要求信号を送信する送信部と、前記送信部が送信した前記同期要求信号に対する前記同期信号を受信する受信部と、前記受信部の状態が、前記送信部が前記同期要求信号を送信する前には前記受信部の消費電力が第１電力である第１状態となり、前記送信部が前記同期要求信号を送信した後には前記受信部の消費電力が前記第１電力よりも高い第２電力である第２状態となるように前記受信部を制御する電力制御部と、を有する通信ノード、システム、および同期方法が提案される。
　本発明の一態様によれば、通信ノードの省バッテリ化を図ることができる。
図１は、本発明にかかるシステムの一動作例を示す説明図である。 図２は、本発明にかかるシステム１００例を示す説明図である。 図３は、システム１００の動作例を示す説明図である。 図４は、センサノード１０２のハードウェア構成例を示すブロック図である。 図５は、センサノード１０２の前提動作例を示す説明図である。 図６は、各構成要素の電力状態例を示す説明図である。 図７は、サーバ２０１および親機１０１のハードウェア構成例を示すブロック図である。 図８は、パケット構成例を示す説明図である。 図９は、センサノード１０２の機能的構成例を示す説明図である。 図１０は、親機１０１の機能的構成例を示す説明図である。 図１１は、同期信号Ｓ２および同期要求信号Ｓ１の送受信例を示す説明図である。 図１２は、同期要求信号Ｓ１および同期信号Ｓ２の送受信に関するタイミングチャート例を示す説明図である。 図１３は、同期未完状態においてセンサノード１０２が行う処理手順例を示すフローチャートである。 図１４は、同期要求待受状態においてセンサノード１０２が行う処理手順例を示すフローチャートである。 図１５は、同期完了状態においてセンサノード１０２が行う処理手順例を示すフローチャートである。 図１６は、親機１０１が行う処理手順例を示すフローチャートである。
　以下に添付図面を参照して、本発明にかかる通信ノード、システム、および同期方法の実施の形態を詳細に説明する。
　図１は、本発明にかかるシステムの一動作例を示す説明図である。システム１００は、センサと小型の無線通信回路を有するセンサノード１０２がセンサネットワークＳＮＥＴを形成し、センサのデータを収集できるセンサネットワークシステムである。システム１００は、複数のセンサノード１０２と、親機１０１と、を有する。センサノード１０２は、センサを有する無線の通信ノードであり、配置領域１０３に設けられる。図１の例では、配置領域１０３にセンサノード１０２－１～センサノード１０２－４が設けられてある。例えば、センサノード１０２は、自発電によって得られた電力をバッテリに充電する。親機１０１は、複数のセンサノード１０２からセンサのデータを収集するための通信装置である。システム１００の詳細例については、図２に示す。システム１００では、所定時間ごとに複数のセンサノード１０２を用いて配置領域１０３の状態を計測する。計測としては、例えば、温度、湿度、圧力、光などが挙げられる。より具体的には、複数のセンサノード１０２でマルチホップ通信を行うことによって計測データなどを親機１０１まで転送させる。
　このように、所定時間ごとに複数のセンサノード１０２を用いて配置領域１０３を計測するためには、複数のセンサノード１０２においてマルチホップ通信の同期を取らなければならない。上述したように従来、複数のセンサノード１０２で行われるマルチホップ通信での同期を取る同期信号Ｓ２を親機１０１からセンサノード１０２へ送信する場合、施工工程から同期を取るまでの間、各センサノード１０２は起動していなければならない。施工工程とは、センサノード１０２を配置領域１０３に配置させるなどの工程である。この場合、各センサノード１０２に搭載されるバッテリの容量が大きくなる。また、例えば、各センサノード１０２の電源を人手によって投入することもある。例えばセンサノード１０２が配置領域１０３に埋められている場合などには、人手によって各センサノード１０２の電源を投入できない。また、例えば、センサノード１０２の数が多いと、人手による作業が現実的でない。
　そこで、本実施の形態では、各センサノード１０２が、受信部をオフ状態からオン状態に切り替えて同期信号Ｓ２の送信を要求することにより同期信号Ｓ２を受信することにより、受信部が連続してオン状態となる期間を短縮できる。これにより、省バッテリ化を図ることができる。
　まず、各センサノード１０２は、搭載されたバッテリの容量が所定量以上となった場合に、受信部の状態がセンサノード１０２の受信部の消費電力が第１電力である第１状態から第１電力より高い第２電力である第２状態となるように受信部を制御する。所定量については、例えば、センサノード１０２の設計者などによって定められる。例えば、所定量とは、バッテリの容量の４／５などである。ここで、第１状態とは受信部がオフ状態であり、第２状態とは受信部がオン状態である。そして、センサノード１０２は、マルチホップ通信の同期を取るための同期信号Ｓ２の送信を要求する同期要求信号Ｓ１を送信する。センサノード１０２は、同期要求信号Ｓ１に対する同期信号Ｓ２を受信する。図１（１）に示すように、例えば、センサノード１０２－１は、親機１０１から、送信した同期要求信号Ｓ１に対する同期信号Ｓ２を受信部によって受信する。同期信号Ｓ２と同期要求信号Ｓ１との各々の具体的な構成例は、図８に示す。センサノード１０２－２～センサノード１０２－４も同期要求信号Ｓ１を送信しているが、同期要求信号Ｓ１が親機１０１まで到達しない。そのため、センサノード１０２は、同期要求信号Ｓ１を送信後から一定時間経過するまでの間に、受信部が同期信号Ｓ２を受信しなかった場合、受信部の状態が第１状態となるように受信部を制御する。一定時間は、例えばシステム１００の設計者やシステム１００の利用者などによって定められた値である。
　また、例えば、センサノード１０２は、受信部が同期信号Ｓ２を受信した後に他のセンサノード１０２から同期要求信号Ｓ１を受信した場合に、受信した同期要求信号Ｓ１に対する同期信号Ｓ２であって、受信した同期信号Ｓ２に基づく同期信号Ｓ２を送信する。図１（２）の例では、センサノード１０２－１は、センサノード１０２－２～センサノード１０２－４から送信された各同期要求信号Ｓ１を受信する。センサノード１０２－１は、受信した同期要求信号Ｓ１に対する同期信号Ｓ２であって、親機１０１から受信した同期信号Ｓ２に基づく同期信号Ｓ２を送信する。このように、親機１０１まで到達可能でない同期要求信号Ｓ１が送信されたとしても、同期信号Ｓ２を受信可能となる。そのため、同期要求信号Ｓ１や同期信号Ｓ２の送信電力量が少なくてよいため、省電力化を図ることができる。
　また、例えば、センサノード１０２は、受信部が同期信号Ｓ２を受信してから一定時間経過後に、受信部の状態が第１状態となるように受信部を制御する。図１（３）の例では、センサノード１０２－１は、すでに同期要求信号Ｓ１を受信可能な状態になっていない。また、図１（３）の例では、センサノード１０２－２～センサノード１０２－４が、同期要求信号Ｓ１を受信可能な状態となっている。
　このように、各センサノード１０２が、受信部をオフ状態からオン状態に切り替えて同期信号Ｓ２の送信を要求することにより同期信号Ｓ２を受信することで、受信部が連続してオン状態となる期間を短縮できる。そのため、すべてのセンサノード１０２が同期信号Ｓ２を受信可能なタイミングになってから同期信号Ｓ２を配信する場合に比べて、そのタイミングまで受信部による受信動作を維持しなくてもよい。また、施工工程が終わるタイミングになってから同期信号Ｓ２を配信する場合に比べて、そのタイミングまで受信部による受信動作を維持しなくてもよい。したがって、省バッテリ化を図ることができる。
　図２は、本発明にかかるシステム１００例を示す説明図である。システム１００では、複数の無線のセンサノード１０２によって測定された測定値を収集するなどによってセンサノード１０２が設けられた配置領域１０３の環境の変化などを検出する。
　例えば、システム１００は、サーバ２０１と、ゲートウェイ２０２と、親機１０１と、複数のセンサノード１０２と、を有する。サーバ２０１とゲートウェイ２０２とは、インターネットなどのネットワークＮＥＴを介して接続される。また、図示していないが、各装置がネットワークＮＥＴを介して利用者端末と接続されてもよい。
　サーバ２０１は、測定値の収集、蓄積、解析などを行い、ゲートウェイ２０２、親機１０１、センサノード１０２などのシステム１００全体を制御する。ゲートウェイ２０２は、サーバ２０１と利用者端末とが接続されたネットワークＮＥＴと、複数のセンサノード１０２と親機１０１とによるセンサネットワークＳＮＥＴと、の間の信号のやり取りを中継する。例えば、親機１０１は、センサノード１０２と通信を行うことにより測定値を収集し、収集結果をサーバ２０１へ通知する。また、親機１０１は、例えば、センサノード１０２に指示を出してもよい。複数のセンサノード１０２は、配置領域１０３の各位置の状態を測定する通信ノードである。また、複数のセンサノード１０２は、無線により周囲のセンサノード１０２や親機１０１と通信可能である。
　図３は、システム１００の動作例を示す説明図である。システム１００では、所定時間ｄごとに所定領域の状態を計測する。例えば、システム１００では、１０分に一度、センサノード１０２に所定領域の状態を計測させ、計測データを親機１０１、ゲートウェイ２０２、ネットワークを通じてサーバに集約する。そのため、定期計測を行うためには、各センサノード１０２が同期を取らなければならない。
（センサノード１０２のハードウェア構成例）
　図４は、センサノード１０２のハードウェア構成例を示すブロック図である。センサノード１０２は、センサ４０１と、ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）４０２と、タイマ４０３と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）４０４と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）４０５と、不揮発メモリ４０６と、を有する。また、センサノード１０２は、無線回路４０８と、アンテナ４０９と、電源管理ユニット４１０と、バッテリ４１１と、ハーベスタ４１２と、などを有する。また、センサノード１０２は、センサ４０１と、ＭＣＵ４０２と、タイマ４０３と、ＲＯＭ４０４と、ＲＡＭ４０５と、不揮発メモリ４０６と、を接続する内部バス４０７を有する。また、図４中、点線は電源線を示し、実線は信号線を示す。
　センサ４０１は、設置箇所における所定の変位量を検出する。センサ４０１は、例えば、設置箇所の圧力を検出する圧電素子や、温度を検出する素子、光を検出する光電素子などを用いることができる。
　ＭＣＵ４０２は、例えばＲＯＭ４０４に記憶されたプログラムをＲＡＭ４０５にロードして実行することにより、センサノード１０２の全体の制御やデータ処理を行う制御部である。例えば、ＭＣＵ４０２は、センサ４０１が検出したデータを処理する。タイマ４０３は、例えば、ＭＣＵ４０２などによって設定された時間をカウントする。本実施の形態では、例えば、タイマ４０３は、自発的にセンサ４０１によってセンシングするためのセンシング間隔をカウントする。また、例えば、タイマ４０３は、後述する実施例２において、近距離無線回路を停止する所定期間をカウントする。
　ＲＯＭ４０４は、ＭＣＵ４０２が実行するプログラムなどを格納する記憶部である。ＲＡＭ４０５は、ＭＣＵ４０２における処理の一時データを格納する記憶部である。不揮発メモリ４０６は、書き込み可能なメモリであって、電力供給が途絶えたときなどにおいても書き込まれた所定のデータを保持する記憶部である。例えば、書き込み可能な不揮発メモリ４０６としては、フラッシュメモリが挙げられる。
　アンテナ４０９は、他のセンサノード１０２やゲートウェイ２０２と無線通信する電波を送受信する。例えば、無線回路４０８は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）である。無線回路４０８は、アンテナ４０９を介して受信した無線電波を受信信号として出力する受信回路４２２と、送信信号を無線電波としてアンテナ４０９を介して送信する送信回路４２１と、を有する。送信回路４２１の送信電力はＭＣＵ４０２によって切り替え可能である。送信電力については、センサノード１０２の配置領域１０３、センサノード１０２の配置数、親機１０１の配置位置などに基づいて決定される。また、本実施の形態では、例えば、送信回路４２１の各送信電力は、予め定められた距離までに信号が到達可能となるように設定される。
　ハーベスタ４１２は、センサノード１０２の設置箇所における外部環境、例えば、光、振動、温度、無線電波などのエネルギー変化に基づき発電を行う。図４の例では、ハーベスタ４１２が１つだけ設けられているが、これに限らず、同一種類のハーベスタ４１２が複数設けられていてもよいし、異なる種類のハーベスタ４１２が複数設けられていてもよい。ハーベスタ４１２は、センサ４０１によって検出された変位量に応じて発電を行ってもよいし、無線回路４０８によって受信された受信電波の変位量に応じて発電を行ってもよい。バッテリ４１１は、ハーベスタ４１２により発電された電力を蓄える。すなわち、センサノード１０２は、一次電池や外部電源などが設けられず、動作に要する電力を自装置の内部で生成する。電源管理ユニット４１０は、バッテリ４１１によって蓄えられた電力を、センサノード１０２の各部に駆動電源として供給する制御を行う。
　図５は、センサノード１０２の前提動作例を示す説明図である。ここで、各センサノード１０２は、間欠動作を行う。間欠動作では、各センサノード１０２は、所定時間ｄごとに、後述するスリープ状態から後述する起動状態に切り替える。所定時間ｄについては、利用者によって定められる。そして、各センサノード１０２は、起動後に、配置箇所の状態をセンサ４０１によって測定する。つぎに、各センサノード１０２は、測定された測定値を親機１０１に送信する。各センサノード１０２は、測定値を親機１０１に送信後に、後述する起動状態から後述するスリープ状態へ切り替える。また、図５の（ａ）に示すように、各センサノード１０２では、起動状態において、ＭＣＵ４０２による処理、送信回路４２１による無線送信、受信回路４２２による受信などによってバッテリ４１１の残量が減る。これに対して、各センサノード１０２では、後述するスリープ状態において、充電によりバッテリ４１１の残量が増加する。
　また、図５の（ｂ）に示すように、複数のセンサノード１０２は、起動状態において、各センサノード１０２が有するセンサ４０１の測定値を親機１０１へ通知するデータ信号についてはマルチホップ通信によりリレー転送する。また、上述したように、各センサノード１０２は、起動状態において、送信回路４２１の送信電力を第１送信電力とする。
　図６は、各構成要素の電力状態例を示す説明図である。ＭＣＵ４０２の電力状態は、オン状態と、スリープ状態と、オフ状態と、がある。オン状態とは、ＭＣＵ４０２が各種処理可能な電圧がＭＣＵ４０２に供給される状態である。スリープ状態とは、ＭＣＵ４０２やタイマ４０３が有する割り込み回路などには電力が供給されてあり、ＭＣＵ４０２の演算などのメインの機能を有する回路などには電力が供給されない状態である。また、ＭＣＵ４０２が有する割り込み回路が割り込み信号を受け付けると、ＭＣＵ４０２がオン状態になる。また、オフ状態は、ＭＣＵ４０２にはすべてに電力が供給されず、あらゆる動作ができない状態であるが、本実施の形態ではオフ状態を利用しない。
　また、受信回路４２２の電力状態は第１状態であるオフ状態と第２状態であるオフ状態とがある。オン状態とは、受信回路４２２に電源が供給される状態である。オフ状態とは、受信回路４２２に電源が供給されない状態であり、電波の受信ができない状態である。また、センサ４０１の電力状態はオン状態とオフ状態とがある。オン状態とは、センサ４０１に電源が供給される状態である。オフ状態とは、センサ４０１に電源が供給されない状態である。
　また、例えば、センサノード１０２の状態が起動状態である場合、ＭＣＵ４０２はオン状態であり、受信回路４２２はオン状態であり、センサ４０１はオン状態である。例えば、センサノード１０２の状態がスリープ状態である場合、ＭＣＵ４０２はスリープ状態であり、受信回路４２２はオフ状態であり、センサ４０１はオフ状態である。
（サーバ２０１および親機１０１のハードウェア構成例）
　図７は、サーバ２０１および親機１０１のハードウェア構成例を示すブロック図である。サーバ２０１と親機１０１とは、同様の構成であってもよいため、同一構成として説明するが、これに限らず、異なる構成であってもよい。サーバ２０１と親機１０１とのいずれかを指すために、図７では、単に装置７００と称する。
　装置７００は、センサノード１０２と異なり、外部電源に基づき動作する。装置７００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）７０１と、タイマ７０２と、ＲＯＭ７０３と、ＲＡＭ７０４と、ディスクドライブ７０５と、ディスク７０６と、Ｉ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）回路７０７と、を有する。装置７００は、ＣＰＵ７０１と、タイマ７０２と、ＲＯＭ７０３と、ＲＡＭ７０４と、ディスクドライブ７０５と、Ｉ／Ｏ回路７０７と、を接続する内部バス７１１を有する。
　ここで、ＣＰＵ７０１は、装置７００の全体の制御を司る制御部である。ＲＯＭ７０３は、ブートプログラムなどのプログラムを記憶する記憶部である。ＲＡＭ７０４は、ＣＰＵ７０１のワークエリアとして使用される記憶部である。ディスクドライブ７０５は、ＣＰＵ７０１の制御にしたがってディスク７０６に対するデータのリード／ライトを制御する。ディスク７０６は、ディスクドライブ７０５の制御で書き込まれたデータを記憶する記憶部である。ディスク７０６としては、磁気ディスク、光ディスクなどが挙げられる。また、装置７００が親機１０１である場合、ＲＯＭ７０３やディスク７０６などの記憶部には、後述する所定時間情報や後述する待受時間情報などが記憶される。
　また、Ｉ／Ｏ回路７０７には、無線通信回路７０８およびアンテナ７０９が接続される。例えば、装置７００がサーバ２０１であれば、無線通信回路７０８およびアンテナ７０９を介してゲートウェイ２０２と無線通信することにより、親機１０１と無線通信することができる。例えば、装置７００が親機１０１であれば、無線通信回路７０８およびアンテナ７０９を介してセンサノード１０２と無線通信することができる。
　また、Ｉ／Ｏ回路７０７にはネットワークＩ／Ｆ７１０が接続される。これにより、装置７００は、ネットワークＩ／Ｆ７１０を介して、ＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）／ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）のプロトコル処理などにより、インターネットなどのネットワークを介して外部装置と通信を行うことができる。また、ネットワークＩ／Ｆ７１０による通信には、有線通信や無線通信を適用することができる。
　また、図示していないが、キーボード、マウス、タッチパネルなどの入力装置を装置７００に設けてもよい。これにより、利用者が入力装置を介して装置７００を直接操作することが可能となる。また、例えば、ディスプレイ、プリンタ、ブザーなどの出力装置を装置７００に設けてもよい。
　図８は、パケット構成例を示す説明図である。同期要求信号Ｓ１は、センサノード１０２の各々が所定領域に設置された後に、センサノード１０２から親機１０１または同期済みのセンサノード１０２へ同期を要求する信号である。同期要求信号Ｓ１は、識別フラグと、送信元ＩＤと、を有する。識別フラグは、同期要求信号Ｓ１であることを識別するフラグであり、例えば、“０ｘ０１”である。送信元ＩＤは、同期要求信号Ｓ１の送信元を示す識別情報である。
　同期信号Ｓ２は、親機１０１または同期済みのセンサノード１０２から、同期要求信号Ｓ１の送信元であるセンサノード１０２へ送信される信号であって、同期のタイミングを通知する信号である。同期信号Ｓ２は、識別フラグと、宛先ＩＤと、送信元ＩＤと、所定時間ｄを示す所定時間情報ｄｄａｔａと、次回起動タイミングを示すタイミング情報と、同期要求待受時間を示す待受時間情報と、を有する。識別フラグは、同期信号Ｓ２であることを識別するフラグであり、例えば、“０ｘ１０”である。送信元ＩＤは、同期信号Ｓ２の送信元を示す識別情報である。所定時間情報ｄｄａｔａは、例えば、計測間隔である時間を示す情報である。タイミング情報は、次回にＭＣＵ４０２とセンサ４０１を起動させて計測を行うタイミングを示す情報である。例えば、何分後などの情報であってもよいし、具体的な時刻を示す情報であってもよい。待受時間情報は、同期完了後に他のセンサノード１０２からの同期要求を待ち受ける時間を示す情報である。例えば、何分後などの情報であってもよいし、具体的な時刻を示す情報であってもよい。
（センサノード１０２の機能的構成例）
　図９は、センサノード１０２の機能的構成例を示す説明図である。センサノード１０２は、全体制御部９０１と、受信部９０２と、送信部９０３と、電力制御部９０４と、蓄電部９０５と、記憶部９０６と、を有する。受信部９０２は、受信回路４２２によって実現される。送信部９０３は、送信回路４２１によって実現される。電力制御部９０４は、電源管理ユニット４１０によって実現される。記憶部９０６は、例えば、図４に示したＲＯＭ４０４やＲＡＭ４０５や不揮発メモリ４０６などによって実現される。全体制御部９０１は、例えば、図４に示したＭＣＵ４０２やタイマ４０３などによって実現される。また、全体制御部９０１の各処理は、例えば、図４に示したＭＣＵ４０２がアクセス可能な記憶部９０６に記憶されたプログラムにコーディングされている。そして、ＭＣＵ４０２が記憶部９０６からプログラムを読み出して、プログラムにコーディングされている処理を実行する。これにより、全体制御部９０１の各処理が実現される。また、各部の処理結果は、例えば、記憶部９０６に記憶される。蓄電部９０５は、各部に供給される電力を自発的に蓄電する機能を有する。蓄電部９０５は、例えば、図４に示したバッテリ４１１である。
（親機１０１の機能的構成例）
　図１０は、親機１０１の機能的構成例を示す説明図である。親機１０１は、制御部１００１と、受信部１００２と、送信部１００３と、記憶部１００４と、を有する。記憶部１００４は、例えば、図７に示したＲＯＭ７０３、ＲＡＭ７０４、ディスク７０６などによって実現される。受信部１００２および送信部１００３は、例えば、図７に示した無線通信回路７０８によって実現される。制御部１００１は、図７に示したＣＰＵ７０１などによって実現される。また、制御部１００１の各処理は、例えば、ＣＰＵ７０１がアクセス可能な記憶部１００４に記憶されたプログラムにコーディングされている。そして、ＣＰＵ７０１が記憶部１００４からプログラムを読み出して、プログラムにコーディングされている処理を実行する。これにより、制御部１００１の各処理が実現される。また、各部の処理結果は、例えば、記憶部１００４に記憶される。
　図９に示した全体制御部９０１は、蓄電部９０５に蓄電された電力量が所定量以上になった場合に、同期要求信号Ｓ１を送信部９０３に送信させるように制御する。例えば、全体制御部９０１は、充電完了などの割り込みを受け付けると、電力制御部９０４によってセンサノード１０２の状態をスリープ状態から起動状態に切り替えさせる。上述したようにセンサノード１０２のスリープ状態では、ＭＣＵ４０２がスリープ状態であり、センサ４０１と受信回路４２２とがオフ状態であり、タイマ４０３が起動している状態である。また、ここでは、ＭＣＵ４０２は、スリープ状態であるため、割り込み機能については動作可能であるため、タイマ４０３や電源管理ユニット４１０などからの割り込みを受け付けることができる。また、センサノード１０２の起動状態では、センサ４０１とＭＣＵ４０２と受信回路４２２とがオン状態となる。
　そして、全体制御部９０１は、同期要求信号Ｓ１を生成する。送信部９０３は、全体制御部９０１によって生成された同期要求信号Ｓ１を送信する。受信部９０２は、送信部９０３が送信した同期要求信号Ｓ１に対する同期信号Ｓ２を受信する。
　例えば、親機１０１に近いセンサノード１０２であれば、図１０に示した受信部１００２が、図９に示した送信部９０３から送信された同期要求信号Ｓ１を受信する。そして、図１０に示す制御部１００１は、受信部１００２が受信した同期要求信号Ｓ１に対する同期信号Ｓ２を生成する。送信部１００３は、制御部１００１が生成した同期信号Ｓ２を送信する。同期信号Ｓ２の生成の詳細例については、図１６に示す。また、同期要求信号Ｓ１に対する同期信号Ｓ２とは、同期信号Ｓ２に含まれる宛先ＩＤが自センサノード１０２を示す信号である。そして、図９に示す全体制御部９０１は、受信部９０２が受信した同期信号Ｓ２に含まれる所定時間情報ｄｄａｔａを記憶部９０６に記憶させる。
　全体制御部９０１は、受信部９０２が同期信号Ｓ２を受信した後に、他のセンサノード１０２からの同期要求信号Ｓ１を受信した場合に、受信した同期要求信号Ｓ１に対する、受信した同期信号Ｓ２に基づく同期信号Ｓ２を、送信部９０３に送信させる制御を行う。また、電力制御部９０４は、受信部９０２が同期信号Ｓ２を受信してから一定時間経過後に、受信部９０２の状態が第１状態となるように受信部９０２を制御する。ここでの一定時間については、例えば、同期信号Ｓ２に含まれる待受時間情報ｓｔｄａｔａが示す待受時間である。待受時間については、例えば、タイマ４０３によって計数される。
　また、例えば、全体制御部９０１は、受信部９０２が受信した同期信号Ｓ２に含まれるタイミング情報が示すタイミングをタイマ４０３に設定する。そして、例えば、全体制御部９０１は、電力制御部９０４によってセンサノード１０２の状態を起動状態からスリープ状態に切り替えさせる。これによりつぎの同期のタイミングにタイマ４０３の割り込みが発生する。
　また、電力制御部９０４は、送信部９０３が同期要求信号Ｓ１を送信してから一定時間経過後までに、受信部９０２が同期信号Ｓ２を受信しなかった場合、受信部９０２の状態が第１状態となるように受信部９０２を制御する。ここでの一定時間については、例えば、予め設計者や利用者によって定められた値である。一定時間を示す情報が例えば、予め記憶部９０６などに記憶されてある。また、一定時間については、タイマ４０３によって計数される。上述したように、受信部９０２の第１状態とは、オフ状態である。また、例えば、電力制御部９０４は、送信部９０３が同期要求信号Ｓ１を送信してから一定時間経過後までに、受信部９０２が同期信号Ｓ２を受信しなかった場合、センサノード１０２の状態をスリープ状態にしてもよい。
　全体制御部９０１は、受信部９０２が同期信号Ｓ２を受信した後に他のセンサノード１０２からの同期要求信号Ｓ１を受信した場合に、受信した同期要求信号Ｓ１に対する、受信した同期信号Ｓ２に基づく同期信号Ｓ２を、送信部９０３に送信させる制御を行う。
　また、電力制御部９０４は、送信部９０３が同期要求信号Ｓ１を送信してから一定時間経過後までに、受信部９０２が同期信号Ｓ２を受信しなかった場合、受信部９０２の状態が第１状態となるように受信部９０２を制御する。
　また、全体制御部９０１は、タイマ４０３による割り込みを受け付けると、電力制御部９０４にセンサノード１０２の状態をスリープ状態から起動状態に切り替えさせる制御を行う。そして、全体制御部９０１は、センサ４０１に設置箇所の状態を計測させる制御を行う。つぎに、全体制御部９０１は、計測結果を含むデータ信号を送信部９０３に送信させる制御を行う。そして、全体制御部９０１は、自センサノード１０２以外のセンサノード１０２からのデータ信号を受信部９０２が受信した場合、送信部９０３によって受信したデータ信号を転送させる制御を行う。そして、全体制御部９０１は、データ信号の送信および転送が完了すると、電力制御部９０４にセンサノード１０２の状態を起動状態からスリープ状態に切り替えさせる制御を行う。
　以上の各部の処理を踏まえて、図１１を用いてシステム１００の動作例を説明し、図１２を用いてシステム１００のタイミングチャート例を説明する。
　図１１は、同期信号Ｓ２および同期要求信号Ｓ１の送受信例を示す説明図である。図１１の例では、所定領域内には、センサノード１０２－１～センサノード１０２－１０までが設置された状態である。例えば、各センサノード１０２は、充電完了などを契機として、同期信号Ｓ２を送信する。
　＜時刻０＞において、親機１０１は、センサノード１０２－１から送信された同期要求信号Ｓ１を受信する。図１１の例では、親機１０１とセンサノード１０２－２～センサノード１０２－１０との距離が、同期要求信号Ｓ１の送信強度によって到達可能な距離よりも遠い。そのため、センサノード１０２－２～センサノード１０２－１０から送信された各同期要求信号Ｓ１は、親機１０１まで到達しない。＜時刻０＞において、親機１０１は、受信した同期要求信号Ｓ１の送信元であるセンサノード１０２－１を宛先にした同期信号Ｓ２を送信する。センサノード１０２－１は、親機１０１から送信された同期信号Ｓ２を受信すると、同期信号Ｓ２によって指定された所定時間ｄを不揮発メモリ４０６に記憶する。そして、センサノード１０２－１は、同期信号Ｓ２によって指定された次回起動タイミング後に起動するようにタイマ４０３を設定する。また、センサノード１０２－１は、同期信号Ｓ２によって指定された待受時間をタイマ４０３に設定することにより、同期信号Ｓ２の受信から待受時間が経過するまでの間に、同期要求信号Ｓ１を待ち受ける。
　＜時刻ｔ＞において、センサノード１０２－１は、センサノード１０２－２～センサノード１０２－４の各々から同期要求信号Ｓ１を受信すると、センサノード１０２－２～センサノード１０２－４の各々に対して同期信号Ｓ２を送信する。センサノード１０２－１は、待受時間が経過すると、スリープ状態へ移行する。また、センサノード１０２－２～センサノード１０２－４は、センサノード１０２－１からの同期信号Ｓ２を受信すると、同期信号Ｓ２によって指定された所定時間ｄを不揮発メモリ４０６に記憶する。そして、センサノード１０２－２～センサノード１０２－４は、同期信号Ｓ２によって指定された次回起動タイミング後に起動するようにタイマ４０３を設定する。また、センサノード１０２－２～センサノード１０２－４は、同期信号Ｓ２によって指定された待受時間をタイマ４０３に設定することにより、同期信号Ｓ２の受信から待受時間が経過するまでの間に、同期要求信号Ｓ１を待ち受ける。
　＜時刻２ｔ＞において、センサノード１０２－２は、センサノード１０２－６から送信された同期要求信号Ｓ１を受信すると、センサノード１０２－６に対して同期信号Ｓ２を送信する。センサノード１０２－２は、待受時間が経過すると、スリープ状態へ移行する。また、センサノード１０２－６は、センサノード１０２－２からの同期信号Ｓ２を受信すると、同期信号Ｓ２によって指定された所定時間ｄを不揮発メモリ４０６に記憶する。そして、センサノード１０２－６は、同期信号Ｓ２によって指定された次回起動タイミング後に起動するようにタイマ４０３を設定する。また、センサノード１０２－６は、同期信号Ｓ２によって指定された待受時間をタイマ４０３に設定することにより、同期信号Ｓ２の受信から待受時間が経過するまでの間に、同期要求信号Ｓ１を待ち受ける。
　また、＜時刻２ｔ＞において、センサノード１０２－３は、センサノード１０２－７から送信された同期要求信号Ｓ１を受信すると、センサノード１０２－７に対して同期信号Ｓ２を送信する。センサノード１０２－３は、待受時間が経過すると、スリープ状態へ移行する。また、センサノード１０２－７は、センサノード１０２－３からの同期信号Ｓ２を受信すると、同期信号Ｓ２によって指定された所定時間ｄを不揮発メモリ４０６に記憶する。そして、センサノード１０２－７は、同期信号Ｓ２によって指定された次回起動タイミング後に起動するようにタイマ４０３を設定する。また、センサノード１０２－７は、同期信号Ｓ２によって指定された待受時間をタイマ４０３に設定することにより、同期信号Ｓ２の受信から待受時間が経過するまでの間に、同期要求信号Ｓ１を待ち受ける。
　また、＜時刻２ｔ＞において、センサノード１０２－４は、センサノード１０２－５とセンサノード１０２－８の各々から送信された同期要求信号Ｓ１を受信すると、センサノード１０２－５とセンサノード１０２－８に対して同期信号Ｓ２を送信する。センサノード１０２－４は、待受時間が経過すると、スリープ状態へ移行する。また、センサノード１０２－５とセンサノード１０２－８とは、センサノード１０２－４からの同期信号Ｓ２を受信すると、同期信号Ｓ２によって指定された所定時間ｄを不揮発メモリ４０６に記憶する。そして、センサノード１０２－５とセンサノード１０２－８とは、同期信号Ｓ２によって指定された次回起動タイミング後に起動するようにタイマ４０３を設定する。また、センサノード１０２－５とセンサノード１０２－８とは、同期信号Ｓ２によって指定された待受時間をタイマ４０３に設定することにより、同期信号Ｓ２の受信から待受時間が経過するまでの間に、同期要求信号Ｓ１を待ち受ける。
　＜時刻３ｔ＞において、センサノード１０２－７は、センサノード１０２－９から送信された同期要求信号Ｓ１を受信すると、センサノード１０２－９に対して同期信号Ｓ２を送信する。センサノード１０２－７は、待受時間が経過すると、スリープ状態へ移行する。また、センサノード１０２－９は、センサノード１０２－７からの同期信号Ｓ２を受信すると、同期信号Ｓ２によって指定された所定時間ｄを不揮発メモリ４０６に記憶する。そして、センサノード１０２－９は、同期信号Ｓ２によって指定された次回起動タイミング後に起動するようにタイマ４０３を設定する。また、センサノード１０２－９は、同期信号Ｓ２によって指定された待受時間をタイマ４０３に設定することにより、同期信号Ｓ２の受信から待受時間が経過するまでの間に、同期要求信号Ｓ１を待ち受ける。
　また、＜時刻３ｔ＞において、センサノード１０２－８は、センサノード１０２－１０から送信された同期要求信号Ｓ１を受信すると、センサノード１０２－１０に対して同期信号Ｓ２を送信する。センサノード１０２－８は、待受時間が経過すると、スリープ状態へ移行する。また、センサノード１０２－１０は、センサノード１０２－８からの同期信号Ｓ２を受信すると、同期信号Ｓ２によって指定された所定時間ｄを不揮発メモリ４０６に記憶する。そして、センサノード１０２－１０は、同期信号Ｓ２によって指定された次回起動タイミング後に起動するようにタイマ４０３を設定する。また、センサノード１０２－１０は、同期信号Ｓ２によって指定された待受時間をタイマ４０３に設定することにより、同期信号Ｓ２の受信から待受時間が経過するまでの間に、同期要求信号Ｓ１を待ち受ける。
　＜時刻４ｔ＞において、センサノード１０２－９とセンサノード１０２－１０は、同期要求信号Ｓ１を待ち受けるが、いずれのセンサノード１０２も同期が完了しているため、同期信号Ｓ２を受信しない。そして、センサノード１０２－９とセンサノード１０２－１０は、待受時間が経過すると、スリープ状態へ移行する。
　また、各センサノード１０２は、同期が完了すると、上述したように所定時間ｄごとに計測を行い、上述したようにマルチホップ通信などのリレー転送によって計測データを親機１０１まで転送する。
　図１２は、同期要求信号Ｓ１および同期信号Ｓ２の送受信に関するタイミングチャート例を示す説明図である。センサノード１０２－１は、同期要求信号Ｓ１を送信すると、親機１０１から同期信号Ｓ２を受信する。そして、センサノード１０２－１は、同期要求信号Ｓ１を待ち受ける。その後、センサノード１０２－１は、待受時間ｓｔが経過すると、所定時間ｄごとにセンサ４０１によって計測を行う。
　センサノード１０２－２は、同期要求信号Ｓ１を送信すると、親機１０１から同期信号Ｓ２を受信する。そして、センサノード１０２－２は、同期要求信号Ｓ１を待ち受ける。その後、センサノード１０２－２は、待受時間ｓｔが経過すると、所定時間ｄごとにセンサ４０１によって計測を行う。
　センサノード１０２－３は、同期要求信号Ｓ１を送信すると、親機１０１から同期信号Ｓ２を受信する。そして、センサノード１０２－３は、同期要求信号Ｓ１を待ち受ける。センサノード１０２－４とセンサノード１０２－５とは、同期要求信号Ｓ１を送信すると、センサノード１０２－３から同期信号Ｓ２を受信する。センサノード１０２－３は、待受時間ｓｔが経過すると、所定時間ｄごとにセンサ４０１によって計測を行う。また、センサノード１０２－４とセンサノード１０２－５とは、同期要求信号Ｓ１を待ち受ける。その後、センサノード１０２－４とセンサノード１０２－５とは待受時間ｓｔが経過すると、所定時間ｄごとにセンサ４０１によって計測を行う。同期要求信号Ｓ１の送信間隔については特に限定しない。
（センサノード１０２が行う処理手順例）
　図１３は、同期未完状態においてセンサノード１０２が行う処理手順例を示すフローチャートである。センサノード１０２は、充電完了などを契機として、スリープ状態から起動状態に切り替える（ステップＳ１３０１）。つぎに、センサノード１０２は、同期要求信号Ｓ１を送信する（ステップＳ１３０２）。例えば、充電完了などは、電源管理ユニット４１０などからＭＣＵ４０２へ割り込み信号が送信されることによって通知される。センサノード１０２は、同期信号Ｓ２を受信したか否かを判断する（ステップＳ１３０３）。
　同期信号Ｓ２を受信したと判断された場合（ステップＳ１３０３：Ｙｅｓ）、センサノード１０２は、所定時間ｄを不揮発メモリ４０６に記憶する（ステップＳ１３０４）。そして、センサノード１０２は、次回起動タイミング後に起動するようにタイマ４０３に割り込みを設定する（ステップＳ１３０５）。つぎに、センサノード１０２は、同期要求の待受時間待機し（ステップＳ１３０６）、ステップＳ１３０７へ移行する。同期要求の待受状態においてセンサノード１０２が行う処理手順については、図１４に示す。
　同期要求信号Ｓ１を送信してから一定時間経過するまでの間に、同期信号Ｓ２を受信していないと判断された場合（ステップＳ１３０３：Ｎｏ）、センサノード１０２は、起動状態からスリープ状態に切り替え（ステップＳ１３０７）、一連の処理を終了する。上述したように、ここでのスリープ状態では、ＭＣＵ４０２がスリープ状態であり、センサ４０１と受信回路４２２とがオフ状態であり、タイマ４０３が起動している状態である。また、ここでは、ＭＣＵ４０２は、スリープ状態であるため、割り込み機能については動作可能であるため、タイマ４０３などからの割り込みを受け付けることができる。
　図１４は、同期要求待受状態においてセンサノード１０２が行う処理手順例を示すフローチャートである。まず、センサノード１０２は、同期要求信号Ｓ１の受信を契機として、タイマ４０３から現在時刻を取得する（ステップＳ１４０１）。つぎに、センサノード１０２は、次回起動予定時刻を取得する（ステップＳ１４０２）。そして、センサノード１０２は、次回起動予定時刻から現在時刻を引き次回起動タイミングを求める（ステップＳ１４０３）。センサノード１０２は、同期信号Ｓ２を送信し（ステップＳ１４０４）、一連の処理を終了する。
　図１５は、同期完了状態においてセンサノード１０２が行う処理手順例を示すフローチャートである。まず、センサノード１０２は、タイマ４０３の割り込みを契機として、起動状態に切り替える（ステップＳ１５０１）。そして、センサノード１０２は、所定時間ｄ後に起動するようタイマに割り込みをセットする（ステップＳ１５０２）。センサノード１０２は、定期計測を行う（ステップＳ１５０３）。つぎに、センサノード１０２は、スリープ状態に切り替え（ステップＳ１５０４）、一連の処理を終了する。ここでのスリープ状態では、ＭＣＵ４０２がスリープ状態であり、センサ４０１と受信回路４２２とがオフ状態であり、タイマ４０３が起動している状態である。また、ここでは、ＭＣＵ４０２は、スリープ状態であるため、割り込み機能については動作可能であるため、タイマ４０３などからの割り込みを受け付けることができる。
（親機１０１が行う処理手順）
　図１６は、親機１０１が行う処理手順例を示すフローチャートである。まず、親機１０１は、同期要求信号Ｓ１の受信を契機として、タイマから現在時刻を取得する（ステップＳ１６０１）。親機１０１は、現在時刻を所定時間ｄで割った余りを求める（ステップＳ１６０２）。親機１０１は、所定時間ｄから、算出した余りを引くことにより、次回起動タイミングを求める（ステップＳ１６０３）。親機１０１は、同期信号Ｓ２を送信し（ステップＳ１６０４）、一連の処理を終了する。
　以上説明したように、各センサノード１０２が、受信回路をオフ状態からオン状態に切り替えて同期信号の送信を要求することにより同期信号を受信することで、受信回路が連続してオン状態となる期間を短縮できる。これにより、省バッテリ化を図ることができる。
　また、センサノード１０２は、同期信号を受信した後に他のセンサノード１０２からの同期要求信号を受信した場合に、受信した同期要求信号に対する、受信した同期信号に基づく同期信号を送信する。このように、同期が完了しているセンサノード１０２が親機に代わって同期信号を送信することによって、各センサノード１０２が親機まで到達可能な送信電力によって同期要求信号を送信する場合と比較して、省電力化を図ることができる。
　また、センサノード１０２は、同期信号を受信してから一定時間経過後に、受信回路をオフ状態に切り替える。これにより、近距離にある他のセンサノード１０２からの同期要求信号に対する同期信号の送信を終了後に、間欠動作を行うことによって、省電力化を図る。
　また、センサノード１０２は、バッテリに蓄電された電力量が所定量以上になった場合に、同期要求信号を送信する。これにより、自発的なタイミングで同期要求信号および同期信号の送受信を行うことができる。したがって、省バッテリ化を図ることができる。
　また、センサノード１０２は、同期要求信号を送信してから一定時間経過後までに同期信号を受信しなかった場合、受信部の状態が第１状態となるように制御する。これにより、間欠動作が実現するため、省バッテリ化を図ることができる。
　また、マルチホップ通信は周期的に行われる。これにより、配置領域の状態が定期計測される。
　なお、本実施の形態で説明した同期方法は、予め用意された同期プログラムをＭＣＵ４０２で実行することにより実現することができる。本同期プログラムは、ＲＯＭ４０４や不揮発メモリ４０６などのＭＣＵ４０２で読み取り可能な記録媒体に記録され、ＭＣＵ４０２によって記録媒体から読み出されることによって実行される。また、同期プログラムは、親機１０１からマルチホップ通信によって配布されてもよい。
　１００　システム
　１０１　親機
　１０２　センサノード
　４０１　センサ
　４０２　ＭＣＵ
　４０３　タイマ
　４０４　ＲＯＭ
　４０５　ＲＡＭ
　４０６　不揮発メモリ
　４１０　電源管理ユニット
　４１１　バッテリ
　４２１　送信回路
　４２２　受信回路
　７０１　ＣＰＵ
　７０２　タイマ
　７０３　ＲＯＭ
　７０４　ＲＡＭ
　７０６　ディスク
　９０１　全体制御部
　９０２　受信部
　９０３　送信部
　９０４　電力制御部
　９０５　蓄電部
　１００１　制御部
　１００２　受信部
　１００３　送信部
　１００４　記憶部
　Ｓ１　同期要求信号
　Ｓ２　同期信号

Claims (9)

  1. 　マルチホップ通信によってデータを通信装置へ転送する複数の通信ノードに含まれる通信ノードであって、
    　自通信ノードにおいて前記マルチホップ通信の同期を取るための同期信号の送信を要求する同期要求信号を送信する送信部と、
    　前記送信部が送信した前記同期要求信号に対する前記同期信号を受信する受信部と、
    　前記受信部の状態が、前記送信部が前記同期要求信号を送信する前には前記受信部の消費電力が第１電力である第１状態となり、前記送信部が前記同期要求信号を送信した後には前記受信部の消費電力が前記第１電力よりも高い第２電力である第２状態となるように前記受信部を制御する電力制御部と、
    　を有することを特徴とする通信ノード。
  2. 　前記受信部が前記同期信号を受信した後に前記複数の通信ノードのうちの自通信ノード以外の通信ノードからの前記同期要求信号を受信した場合に、前記受信部が受信した前記同期要求信号に対する、受信した前記同期信号に基づく前記同期信号を、前記送信部に送信させる制御を行う送信制御部を有することを特徴とする請求項１に記載の通信ノード。
  3. 　前記電力制御部は、前記受信部が前記同期信号を受信してから一定時間経過後に、前記受信部の状態が前記第１状態となるように前記受信部を制御することを特徴とする請求項２に記載の通信ノード。
  4. 　前記受信部に供給される電力を蓄電する蓄電部を有し、
    　前記送信制御部は、前記蓄電部に蓄電された電力量が所定量以上になった場合に、前記同期要求信号を前記送信部に送信させるように制御することを特徴とする請求項２または３に記載の通信ノード。
  5. 　前記電力制御部は、前記送信部が前記同期要求信号を送信してから一定時間経過後までに、前記受信部が前記同期信号を受信しなかった場合、前記受信部の状態が前記第１状態となるように前記受信部を制御することを特徴とする請求項４に記載の通信ノード。
  6. 　前記マルチホップ通信は周期的に行われることを特徴とする請求項１～５のいずれか一つに記載の通信ノード。
  7. 　通信装置と、
    　マルチホップ通信によってデータを前記通信装置へ転送する複数の通信ノードと、
    　を有するシステムであって、
    　前記複数の通信ノードに含まれる通信ノードが、
    　受信部の状態を、前記受信部の消費電力が第１電力である第１状態から前記受信部の消費電力が前記第１電力よりも高い第２電力である第２状態に切り替え、
    　自通信ノードにおいて前記マルチホップ通信の同期を取るための同期信号の送信を要求する同期要求信号を送信部によって送信し、
    　前記送信部が送信した前記同期要求信号に対する前記同期信号を前記受信部によって受信することを特徴とするシステム。
  8. 　前記通信装置は、
    　前記複数の通信ノードのうちいずれかの通信ノードから送信された前記同期要求信号を受信すると、受信した前記同期要求信号に対する同期信号を送信することを特徴とする請求項７に記載のシステム。
  9. 　マルチホップ通信によってデータを通信装置へ転送する複数の通信ノードに含まれる通信ノードが、
    　受信部の状態を、前記受信部の消費電力が第１電力である第１状態から前記受信部の消費電力が前記第１電力よりも高い第２電力である第２状態に切り替え、
    　自通信ノードにおいて前記マルチホップ通信の同期を取るための同期信号の送信を要求する同期要求信号を送信部によって送信し、
    　前記送信部が送信した前記同期要求信号に対する前記同期信号を前記受信部によって受信する、
    　処理を実行することを特徴とする同期方法。
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