(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-04-25
(45)【発行日】2023-05-08
(54)【発明の名称】通信システム、マスタノード及び通信方法
(51)【国際特許分類】
H04B 13/02 20060101AFI20230426BHJP
G08C 15/06 20060101ALI20230426BHJP
【FI】
H04B13/02
G08C15/06 H
(21)【出願番号】P 2022091052
(22)【出願日】2022-06-03
【審査請求日】2022-12-05
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000006507
【氏名又は名称】横河電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】吉田 善貴
【審査官】鴨川 学
(56)【参考文献】
【文献】特開2006-287565(JP,A)
【文献】特開2018-201116(JP,A)
【文献】特開2010-016576(JP,A)
【文献】特開2008-191111(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2015/0288459(US,A1)
【文献】特開2015-216581(JP,A)
【文献】特開2013-137671(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H04B 13/02
G08C 15/06
(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】米国特許出願公開第2015/288459号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
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。
【0005】
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。
【課題を解決するための手段】
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【発明の効果】
【0009】
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。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【
図1】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。
【
図2】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。
【
図3】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。
【
図5】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。
【
図6】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。
【発明を実施するための形態】
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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)。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
<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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
<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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【0069】
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。
【0070】
<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。
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
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。
【0074】
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。
【0075】
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。
【0076】
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。
【0077】
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。
【0078】
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。
【0079】
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。
【0080】
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。
【0081】
<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。
【0082】
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。
【0083】
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。
【0084】
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。
【0085】
<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。
【0086】
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。
【0087】
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。
【0088】
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。
【0089】
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。
【0090】
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。
【0091】
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。
【0092】
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。
【0093】
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。
【0094】
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。
【0095】
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。
【0096】
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。
【0097】
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。
【符号の説明】
【0098】
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
【要約】
【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