[发明专利]传感器网络系统和传感器节点

说明书

技术领域

本发明涉及为了省电而进行以下这样的间断动作，即以一定时间间隔循环成为启动状态和停止状态的传感器节点的利用系统，特别涉及在系统全体中取得时刻同步的技术。

背景技术

以前，作为在传感器网络中使用的无线通信方式，有ZigBee。例如，可以参考ZigBee规格，ZigBee Alliance发行，ZigBee Alliance的Web网站(平成19年5月21日检索)、因特网<URL：http://www.zigbee.org/>。

另外，作为根据地震确定震源位置的方法，以前有网格搜索法(grid search)。例如，可以参考紧急地震速报的概要、与处理方法有关的技术参考资料、气象厅的Web网站(平成19年5月21日检索)、因特网<URL：http://www.seisvo1.kishou.go.jp/eq/EEW/kentokai5/>。

近年来，正在开发由具有了传感器功能的小型无线传感器节点(以下称为传感器节点)、中继机(Router Node)、基站、以及传感器网络管理服务器(以下称为管理服务器)构成的传感器网络系统。传感器节点对人或场所的状态等(传感器数据)进行观测，通过中继机将观测到的传感器数据中继到多跳越点(multihop)，经由基站发送到管理服务器。管理服务器根据接收到的传感器数据，执行各种处理。

传感器网络系统中的关键设备(key device)是以小型、低功率为特征的传感器节点。小型因而能够附加在包含环境和人的所有目标上，低功率因而不需要外部供电就能够用电池运转数年。进而，通过无线进行通信，因而能够经由基站或中继机配置到广范围。

作为传感器节点的特征动作，有间断动作。这是以下这样的动作：只在执行传感探测(sensing)和数据发送这样的任务时驱动必要的硬件，在没有需要执行的任务时，传感器、高频电路(RF)等外围硬件完全停止，微计算机也在低功率模式下休眠。通过进行间断动作，传感器节点能够用有限的电池进行长时间动作。

如果微计算机的规定的休眠时间结束，则计数器部件产生中断，由此微计算机恢复为通常动作模式。然后，依照规定的步骤，执行传感探测，发送传感探测到的数据，在有发送给自己的数据的情况下，通过轮询(Polling)进行接收，进行该数据的处理。如果应该在该时刻执行的全部任务结束，则再次进入规定时间的休眠。休眠期间中的任务处理期间的长度为数10毫秒以上，长也只是1秒左右，所以传感器节点的大多时间处于休眠状态。

另外，由于间断动作的基本特征在于“不需要执行任务时进行休眠”，所以可以认为根据任务的调度(scheduling)方法而间断动作的实施方法多样地变化。例如，在传感器节点安装了多个传感器的情况下，每个传感器可以具有分别不同的传感探测周期。另外，传感探测、数据发送、数据接收本来是分别独立的任务，所以每个任务可以具有独立的动作周期。

作为这样进行间断动作的传感器节点的从管理服务器接收指示(指令：command)的接收方法，有定期地向发送方查询是否有发送给自己的指令的轮询(Polling)方式。在该情况下，只要传感器节点自身不进行轮询则不发送指令，因此传感器节点可以依照自身的间断动作周期进行动作。在传感器网络所使用的无线通信方式，即ZigBee(非专利文献1)的情况下，轮询时的询问分组的接收、直到接收与之对应的应答的时间总共是10毫秒左右，因此例如即使在没有数据的状况下实施轮询，随之产生的电力消耗的增大也非常小。

上述间断动作方式是对于传感器节点的低功率化、长寿命化是必须的技术，但另一方面也会产生不适合。在无线暂时切断而数据无法送达时、管理服务器停止而无法发送等，因任意原因而数据无法送达管理服务器的情况下，也需要持续进行传感探测，这时需要观测时刻。另外，在通信路径中有了延迟的情况下，观测时刻和在管理服务器中接收到的时刻有可能不一致。但是，为了正确地知道进行了传感探测的时刻，理想的是在传感器节点中附加观测时刻，需要在传感器节点中具有计时器，并且与基准时刻正确地一致。但是，在有多个传感器节点的情况下，理想的是根据指令设置时刻，但由于传感器节点进行间断动作，所以无法始终发送指令。因此，可以考虑在传感器节点进行了轮询的定时下，由管理服务器随时发出指令，但传感器节点直到接收到来自管理服务器的回信为止需要等待，需要进行长时间启动，因此能量效率差。

发明内容