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JP2017038148A - Tree route determination device and tree route determination method - Google Patents

Tree route determination device and tree route determination method Download PDF

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JP2017038148A
JP2017038148A JP2015157273A JP2015157273A JP2017038148A JP 2017038148 A JP2017038148 A JP 2017038148A JP 2015157273 A JP2015157273 A JP 2015157273A JP 2015157273 A JP2015157273 A JP 2015157273A JP 2017038148 A JP2017038148 A JP 2017038148A
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JP
Japan
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sensor
tree
sensor node
node
adjacent
Prior art date
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Pending
Application number
JP2015157273A
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Japanese (ja)
Inventor
洋 松浦
Hiroshi Matsuura
洋 松浦
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】センサーノードからなるセンサーツリーを作成する際に、ツリー経路の決定を効率的に行う。【解決手段】センサーツリーにおけるルートセンサーノードと、当該センサーツリーに接続していない浮遊センサーとを有するシステムにおいて、当該浮遊センサーと当該浮遊センサーに隣接する親ツリーセンサーノードとの間の接続関係を決定するツリー経路決定装置において、前記ルートセンサーノードからのホップ数として定義されるレベル毎に浮遊センサーの情報を取得するセンサー情報取得手段と、前記浮遊センサーの情報の取得を行うレベルにおける新たなツリーセンサーノードとして、当該浮遊センサーを1つレベルの小さい親ツリーセンサーノード直下に接続させる経路決定手段とを備える。【選択図】図4PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently determine a tree route when creating a sensor tree composed of sensor nodes. SOLUTION: In a system having a root sensor node in a sensor tree and a floating sensor not connected to the sensor tree, a connection relationship between the floating sensor and a parent tree sensor node adjacent to the floating sensor is determined. In the tree route determination device, a sensor information acquisition means for acquiring information on the floating sensor for each level defined as the number of hops from the route sensor node, and a new tree sensor at the level for acquiring information on the floating sensor. As the node, a route determination means for connecting the floating sensor directly under the parent tree sensor node having a small level is provided. [Selection diagram] FIG. 4

Description

本発明は、ワイヤレスセンサーネットワーク(WSN)上でルートセンサーノードを頂点とする複数センサーからなるデータ収集ツリーを作成する技術に関連するものである。このようなデータ収集ツリーでは、ツリー上の各ツリーセンサーノードが、ルートセンサーノードまでツリーに沿ってデータを転送する収集サイクルを繰り返すことにより、ルートセンサーノードが収集したデータをベースステーションに定期的に送信する。   The present invention relates to a technique for creating a data collection tree composed of a plurality of sensors having a root sensor node as a vertex on a wireless sensor network (WSN). In such a data collection tree, each tree sensor node on the tree repeats a collection cycle in which data is transferred along the tree to the root sensor node, thereby periodically collecting the data collected by the root sensor node to the base station. Send.

特定の場所/地域にセンサーを配置し、対象地の湿度、温度、気体濃度等をセンサーによって計測し、その平均値、最大/最小値、等をデータ収集ツリーで収集し、ルートセンサーノードからベースステーションに通知することによって対象地の分析を行う、あるいはガスメータ、電気メータなどの情報を定期的にデータ収集ツリーで収集する、ことを可能にする技術として、RPL(Routing Protocol for Low-power and Lossy Networks)プロトコル(非特許文献1)が標準化されている。   Sensors are placed in specific locations / regions, and the humidity, temperature, gas concentration, etc. of the target location are measured by the sensors. The average value, maximum / minimum values, etc. are collected in the data collection tree, and the base from the root sensor node RPL (Routing Protocol for Low-power and Lossy) is a technology that makes it possible to analyze the target area by notifying the station, or to collect information such as gas meters and electric meters periodically in the data collection tree. Networks) protocol (Non-Patent Document 1) has been standardized.

センサーは、電池稼働のものが多く、各センサーの電池寿命内での、データ収集ツリーの収集サイクル数を最大限にするようなツリー寿命の長いツリーが求められる。また、ツリーの各リーフセンサノードからルートセンサーノードまでのホップ数が大きい場合は、データ到達率が低くなるため、ルートセンサーノードまでのホップ数が最短の経路のみで構成されるツリー(最短経路センサーツリー)を利用する場合もあり(非特許文献2)、その最短経路センサーツリーの寿命を長くすることが求められる。   Many sensors are battery-operated, and a tree having a long tree life that maximizes the number of data collection tree collection cycles within the battery life of each sensor is required. Also, if the number of hops from each leaf sensor node to the root sensor node in the tree is large, the data arrival rate will be low, so a tree consisting of only the path with the shortest number of hops to the root sensor node (shortest path sensor) (Non-patent document 2), and it is required to extend the life of the shortest path sensor tree.

T. Winter, et al., "RPL: IPv6 Routing Protocol for Low-power and Lossy Networks", RFC6550, IETF, March 2012.T. Winter, et al., "RPL: IPv6 Routing Protocol for Low-power and Lossy Networks", RFC6550, IETF, March 2012. C. Liu and G. Cao, "Distributed Monitoring and Aggregation in Wireless Sensor Networks", IEEE Infocom, 2010.C. Liu and G. Cao, "Distributed Monitoring and Aggregation in Wireless Sensor Networks", IEEE Infocom, 2010.

しかしながら、非特許文献1のRPLに代表される既存のツリー経路選択方法では、ツリーに所属しない各浮遊センサーが自律的に当該浮遊センサーの複数の隣接センサーがツリーに所属しているか(ツリーセンサーノードであるか)を判断して、もしツリーセンサーノードである場合は、当該ツリーセンサーノードの直下に当該浮遊センサーを接続するという動作を実行するため、計算量が大きくなるという課題がある。この課題を図1に示す例を用いて説明する。   However, in the existing tree path selection method represented by RPL of Non-Patent Document 1, each floating sensor that does not belong to the tree autonomously belongs to the tree (a tree sensor node). If it is a tree sensor node, an operation of connecting the floating sensor immediately below the tree sensor node is executed, which causes a problem that the amount of calculation increases. This problem will be described using an example shown in FIG.

図1に示す例では、ツリーを構成するセンサーがルートセンサーノードRのみであり、他のセンサーはツリーに所属しない浮遊センサーであるとする。また、図中の点線はセンサー間の隣接関係を示し、レベルは各センサーのRからの最短ホップ数を示している。各センサーには、L1-1、L1-2、L2-1、....のように、レベルと、レベル内でのセンサー識別番号からなる符号が付されている。例えば、L1-1は、レベル1のセンサー1を示す。また、識別番号を特定せずに*で表わすことにより、あるレベル内のセンサー全般を表す場合(例:L2-*、L3-*)もある。   In the example shown in FIG. 1, it is assumed that the sensor constituting the tree is only the root sensor node R, and the other sensors are floating sensors that do not belong to the tree. Moreover, the dotted line in a figure shows the adjacent relationship between sensors, and the level has shown the shortest hop number from R of each sensor. Each sensor has L1-1, L1-2, L2-1, ... In this way, a code including a level and a sensor identification number within the level is attached. For example, L1-1 indicates the level 1 sensor 1. In addition, there is a case in which all sensors within a certain level are represented by expressing them with * without specifying an identification number (for example, L2- *, L3- *).

図1に示す例において、各センサーは自身がRを隣接センサーに持つかを、自身の隣接センサーを全て調べて確認しなければならない。結果として、L1-1、L1-2のみがRと隣接しているので、まず、L1-1とL1-2がツリーセンサーノードとしてツリー上のR直下に配置される。次にL2(レベル2)のツリーセンサーノードを決定する際にも、再度L2-*、L3-*の浮遊センサーは自身の全ての隣接センサーを確認しなければならない。そのため、最大レベルがhとして、WSNの隣接センサー数(リンク数)がl(注:アルファベットのエル)の場合はO(hl)の計算量が必要となることになる。これは、lある隣接関係について最大h回の調査が必要であるからである。   In the example shown in FIG. 1, each sensor must check whether it has R as an adjacent sensor by checking all its adjacent sensors. As a result, since only L1-1 and L1-2 are adjacent to R, first, L1-1 and L1-2 are arranged directly under R on the tree as tree sensor nodes. Next, when determining the L2 (level 2) tree sensor node, the L2- * and L3- * floating sensors must again check all their neighboring sensors. Therefore, if the maximum level is h and the number of adjacent sensors (links) in the WSN is l (Note: L in the alphabet), the amount of calculation of O (hl) is required. This is because it is necessary to investigate a maximum of h times for a certain adjacency relationship.

上記のO(hl)で使用しているO記法(O-notation)は、アルゴリズムの計算量を表す方法の一つであり、問題のサイズを大きくしていったときの漸近的計算量を示すものである。Oはオーダーと呼ばれる。O記法は、計算量の上限を表す場合に有効である。以下にO(g(n))の定義を示す。   The O notation (O-notation) used in the O (hl) above is one of the methods for expressing the computational complexity of the algorithm, and indicates the asymptotic computational complexity when the problem size is increased. Is. O is called order. The O notation is effective for expressing the upper limit of the calculation amount. The definition of O (g (n)) is shown below.

まず、   First,

Figure 2017038148
とする。
Figure 2017038148
And

このとき、次のようにfの集合がOを用いて定義される。   At this time, a set of f is defined using O as follows.

Figure 2017038148
例1、例2を以下に示す。
Figure 2017038148
Examples 1 and 2 are shown below.

Figure 2017038148
Figure 2017038148

Figure 2017038148
上記の定義、及び例で示すように、f(n)∈O(g(n))とは、ある定数c、n0が存在し、nがn0より大きいときには必ず0≦f(n)≦c・g(n)となることを意味する。
Figure 2017038148
As shown in the above definitions and examples, f (n) ∈O (g (n)) means that a constant c, n 0 exists, and when n is larger than n 0, 0 ≦ f (n) It means that ≦ c · g (n).

従来技術における第2の課題は、作成した最短経路センサーツリーが、必ずしもエネルギー使用量とツリー寿命の観点から見て効率的とは言えないことである。この課題を図2を参照して説明する。   The second problem in the prior art is that the created shortest path sensor tree is not necessarily efficient in terms of energy usage and tree life. This problem will be described with reference to FIG.

図2の例では、データ集約率qをq=4としている。データ集約率とは図2に示すようなデータ収集ツリーでリーフセンサーノードL3-*からルートセンサーノードRまでセンサーデータを収集する場合に一つのパケットに集約できるセンサーデータ数を示す。例えば、図2(a)に示すL1-1からRへのパケットには、L3-1、L3-2、L2-1、L1-1の4つのセンサーデータが集約されている。また、図2の例において、ツリーセンサーノード間のリンクの横に示される数は1データ収集サイクルで必要になる送信パケット数を示す。   In the example of FIG. 2, the data aggregation rate q is set to q = 4. The data aggregation rate indicates the number of sensor data that can be aggregated into one packet when sensor data is collected from the leaf sensor node L3- * to the root sensor node R in the data collection tree as shown in FIG. For example, in the packet from L1-1 to R shown in FIG. 2A, four sensor data L3-1, L3-2, L2-1, and L1-1 are collected. In the example of FIG. 2, the number shown next to the link between the tree sensor nodes indicates the number of transmission packets required in one data collection cycle.

図1を参照して説明した方法で最短経路センサーツリーを作成した場合、図2(a)に示すようにサブツリー間でツリーセンサーノード数がバランスよく配置される場合もあるが、図2(b)に示すようにサブツリー間でツリーセンサーノードが偏って配置される場合もある。図2(b)の場合は、L2-2からL1-2、L1-2からRの各区間で必要となるパケット送信数がそれぞれ2となり、パケット送信数の合計が図2(a)の場合に比べて2大きくなってしまう。また、図2(b)の場合、L2-2は4つのツリーセンサーノードが直下に配置されているので、パケット受信数が4になり、パケット受信に必要となるエネルギーが大きくなり、L2-2に割り当てられたエネルギーを他と比較して早く消費してしまう問題点もある。   When the shortest path sensor tree is created by the method described with reference to FIG. 1, the number of tree sensor nodes may be arranged in a balanced manner between the subtrees as shown in FIG. In some cases, the tree sensor nodes are biased between the subtrees as shown in FIG. In the case of FIG. 2B, the number of packet transmissions required in each section from L2-2 to L1-2 and L1-2 to R is 2, respectively, and the total number of packet transmissions is the case of FIG. It will be 2 larger than In the case of FIG. 2B, since the tree sensor node L2-2 is arranged immediately below, the number of packet receptions is 4, and the energy required for packet reception becomes large. There is also a problem that the energy allocated to is consumed faster than others.

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、センサーノードからなるセンサーツリーを作成する際に、ツリー経路の決定を効率的に行うことを可能とする技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a technology that enables efficient tree path determination when creating a sensor tree composed of sensor nodes. .

本発明の実施の形態によれば、センサーツリーにおけるルートセンサーノードと、当該センサーツリーに接続していない浮遊センサーとを有するシステムにおいて、当該浮遊センサーと当該浮遊センサーに隣接する親ツリーセンサーノードとの間の接続関係を決定するツリー経路決定装置であって、
前記ルートセンサーノードからのホップ数として定義されるレベル毎に浮遊センサーの情報を取得するセンサー情報取得手段と、
前記浮遊センサーの情報の取得を行うレベルにおける新たなツリーセンサーノードとして、当該浮遊センサーを1つレベルの小さい親ツリーセンサーノード直下に接続させる経路決定手段と
を備えることを特徴とするツリー経路決定装置が提供される。
According to an embodiment of the present invention, in a system having a root sensor node in a sensor tree and a floating sensor not connected to the sensor tree, the floating sensor and a parent tree sensor node adjacent to the floating sensor A tree path determination device for determining a connection relationship between
Sensor information acquisition means for acquiring information of the floating sensor for each level defined as the number of hops from the route sensor node;
A tree path determination device comprising: path determination means for connecting the floating sensor directly below a small parent tree sensor node of one level as a new tree sensor node at a level for acquiring information of the floating sensor Is provided.

本発明の実施の形態によれば、センサーツリーにおけるルートセンサーノードと、当該センサーツリーに接続していない浮遊センサーとを有するシステムにおいて、当該浮遊センサーと当該浮遊センサーに隣接する親ツリーセンサーノードとの間の接続関係を決定するツリー経路決定装置が実行するツリー経路決定方法であって、
前記ルートセンサーノードからのホップ数として定義されるレベル毎に浮遊センサーの情報を取得するセンサー情報取得ステップと、
前記浮遊センサーの情報の取得を行うレベルにおける新たなツリーセンサーノードとして、当該浮遊センサーを1つレベルの小さい親ツリーセンサーノード直下に接続させる経路決定ステップと
を備えることを特徴とするツリー経路決定方法が提供される。
According to an embodiment of the present invention, in a system having a root sensor node in a sensor tree and a floating sensor not connected to the sensor tree, the floating sensor and a parent tree sensor node adjacent to the floating sensor A tree path determination method executed by a tree path determination device that determines a connection relationship between
A sensor information acquisition step for acquiring floating sensor information for each level defined as the number of hops from the route sensor node;
A path determining step of connecting the floating sensor directly below a small parent tree sensor node of one level as a new tree sensor node at a level for acquiring information of the floating sensor; Is provided.

本発明の実施の形態によれば、センサーノードからなるセンサーツリーを作成する際に、ツリー経路の決定を効率的に行うことを可能とする技術が提供される。   According to the embodiment of the present invention, there is provided a technique capable of efficiently determining a tree path when creating a sensor tree including sensor nodes.

従来技術を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a prior art. 従来技術を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a prior art. 本発明の実施の形態に係るシステム構成を示す図である。It is a figure which shows the system configuration | structure which concerns on embodiment of this invention. ルートセンサーノードRの構成図である。2 is a configuration diagram of a route sensor node R. FIG. バランス機能を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a balance function. バランス機能が適さない場合の例を示す図である。It is a figure which shows the example in case a balance function is not suitable. 浮遊センサーを優先的に親に接続させる処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the process which connects a floating sensor to a parent preferentially. 効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an effect.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The embodiment described below is only an example, and the embodiment to which the present invention is applied is not limited to the following embodiment.

(システム構成)
本実施の形態では、ワイヤレスセンサーネットワーク(WSN)上でルートセンサーノードRを頂点とする複数センサーからなるデータ収集ツリーを作成する。図3は、本実施の形態に係るシステム構成を示す図である。図3に示す状態は、図1の場合と同様であり、ツリーを構成するセンサーがルートセンサーノードRのみであり、他のセンサーはツリーに所属しない浮遊センサーである。既に説明したように、図中の点線はセンサー間の隣接関係を示し、レベルは各センサーのRからの最短ホップ数を示している。各センサーには、L1-1、L1-2、L2-1、....のように、レベルと、レベル内でのセンサー識別番号からなる符号が付されている。図3において、センサー間を結ぶ矢印付きの線は動作を説明するための線であり、これについては後述する。
(System configuration)
In the present embodiment, a data collection tree including a plurality of sensors having a root sensor node R as a vertex is created on a wireless sensor network (WSN). FIG. 3 is a diagram showing a system configuration according to the present embodiment. The state shown in FIG. 3 is the same as that in FIG. 1, and the sensor constituting the tree is only the root sensor node R, and the other sensors are floating sensors that do not belong to the tree. As already explained, the dotted line in the figure indicates the adjacent relationship between the sensors, and the level indicates the shortest hop number from R of each sensor. Each sensor has L1-1, L1-2, L2-1, ... In this way, a code including a level and a sensor identification number within the level is attached. In FIG. 3, a line with an arrow connecting the sensors is a line for explaining the operation, which will be described later.

各センサーは、無線通信機能、センサーデータ収集機能、パケット送受信機能等を含む装置である。また、各センサーは、隣接センサー取得要求に基づいて、自身に隣接する隣接センサーを検出し、当該隣接センサーの識別情報を要求元に通知する機能を含む。   Each sensor is a device including a wireless communication function, a sensor data collection function, a packet transmission / reception function, and the like. Each sensor includes a function of detecting an adjacent sensor adjacent to the sensor based on the adjacent sensor acquisition request and notifying the request source of identification information of the adjacent sensor.

なお、本実施の形態において、あるセンサーAが他のセンサーBから受信する信号の受信電力が所定の閾値以上である場合に、センサーAはセンサーBをセンサーAの隣接センサーであると認識する。   In the present embodiment, sensor A recognizes sensor B as an adjacent sensor to sensor A when the received power of a signal received by one sensor A from another sensor B is greater than or equal to a predetermined threshold.

ルートセンサーノードRは、最短経路のパスで構成される最短経路センサーツリーのツリー経路を決定する装置(ツリー経路決定装置)である。ルートセンサーノードRは、当該ルートセンサーノードRからのホップ数として定義されるレベル毎に浮遊センサーを取得し、当該浮遊センサーを当該レベルの新たなツリーセンサーノードとして1つレベルの小さい親ツリーセンサーノード直下に接続することによりツリー経路を決定する機能を有する。また、ルートセンサーノードRは、新たなレベルの浮遊センサーを取得する際には、当該レベルより1つ小さいレベルで既にツリーセンサーノードとなっているセンサーの隣接センサーを取得し、当該隣接センサーが当該レベル以下のレベルのツリーセンサーノードでない場合は、当該隣接センサーを、当該隣接センサーと隣接関係にある1つ小さいレベルのセンサーを親ツリーセンサーノードとしてその直下に接続する。ルートセンサーノードRの具体的な構成例を次に説明する。   The route sensor node R is a device (tree route determination device) that determines the tree route of the shortest route sensor tree configured by the shortest route path. The root sensor node R acquires a floating sensor for each level defined as the number of hops from the root sensor node R, and uses the floating sensor as a new tree sensor node of the level, and a small parent tree sensor node of one level. It has a function of determining a tree path by connecting directly below. When the root sensor node R acquires a floating sensor at a new level, the root sensor node R acquires an adjacent sensor of a sensor that is already a tree sensor node at a level one level lower than the level, and the adjacent sensor If the tree sensor node is not lower than the level, the adjacent sensor is connected immediately below it as a parent tree sensor node with a sensor of the next smaller level that is adjacent to the adjacent sensor. Next, a specific configuration example of the route sensor node R will be described.

図4は、ルートセンサーノードRの構成例を示す図である。図4に示すように、ルートセンサーノードRは、ルーティングモジュールRMを備える。ルーティングモジュールRMは、隣接センサー情報取得部1、ルーティング要求部2、レベル毎ルート決定部3、ツリー経路最終決定部4、隣接センサーリスト格納部5、及びツリーノード格納部6を有する。また、レベル毎ルート決定部3は、共通祖先センサーノード探索部31、親間移動判断部32を有する。各機能部の機能概要は以下のとおりである。   FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the route sensor node R. As shown in FIG. 4, the route sensor node R includes a routing module RM. The routing module RM includes an adjacent sensor information acquisition unit 1, a routing request unit 2, a level-by-level route determination unit 3, a tree path final determination unit 4, an adjacent sensor list storage unit 5, and a tree node storage unit 6. The level-by-level route determination unit 3 includes a common ancestor sensor node search unit 31 and a parent-to-parent movement determination unit 32. The functional outline of each functional unit is as follows.

隣接センサー情報取得部1は、ルートセンサーノードR自身に隣接する隣接センサーを取得するとともに、ツリーを構成するツリーセンサーノードに対して隣接センサー取得要求を送信することにより、当該ツリーセンサーノードから、当該ツリーセンサーノードに隣接する隣接センサーを取得する。なお、本実施の形態において、「隣接センサーを取得する」とは、隣接センサーを示す情報(識別情報等)を取得することである。便宜上、「隣接センサーを取得する」という表現を用いている。   The adjacent sensor information acquisition unit 1 acquires an adjacent sensor adjacent to the root sensor node R itself, and transmits an adjacent sensor acquisition request to the tree sensor node that configures the tree. Get adjacent sensors adjacent to the tree sensor node. In this embodiment, “acquiring an adjacent sensor” means acquiring information (identification information or the like) indicating the adjacent sensor. For convenience, the expression “acquire adjacent sensor” is used.

ルーティング要求部2は、最終的に決定されたツリー経路に従ってパケットの転送を行うよう、各ツリーセンサーノードに対してルーティングの設定を行う。   The routing request unit 2 sets the routing for each tree sensor node so that the packet is transferred according to the finally determined tree path.

レベル毎ルート決定部3は、レベル毎に、当該レベルの新たなツリーセンサーノードを1つレベルの小さい親ツリーセンサーノード直下に接続する等の処理を行う。レベル毎ルート決定部3に含まれる共通祖先センサーノード探索部31と親間移動判断部32は後述するバランス機能に係る処理を実行する。ツリー経路最終決定部4は、全てのレベルの浮遊センサーがツリーセンサーノードとして決定されたことを検知した場合に、ルーティング要求部2に対してルーティング要求を行う。   For each level, the route determination unit 3 for each level performs processing such as connecting a new tree sensor node of the level directly under a small parent tree sensor node of one level. The common ancestor sensor node search unit 31 and the parent-to-parent movement determination unit 32 included in the level-by-level route determination unit 3 execute processing related to a balance function described later. The tree path final decision unit 4 makes a routing request to the routing request unit 2 when detecting that all levels of floating sensors have been decided as tree sensor nodes.

隣接センサーリスト格納部5は、ツリーセンサーノードとして決定されたノード毎に、当該ノードに隣接する隣接センサーのリストを格納する。本実施の形態では、小さいレベルから順にレベル毎にツリーセンサーノードが決定されることから、隣接センサーリスト格納部5には、小さいレベルから順に、当該レベルのツリーセンサーノードに隣接する隣接センサーが格納され、当該隣接センサーがツリーセンサーノードとして決定された場合には、当該隣接センサーは隣接センサーリスト格納部5から削除される。図4には、例として、レベル2のツリーセンサーノードに隣接する隣接センサー(の識別情報)が格納されている状態が示されている。   The adjacent sensor list storage unit 5 stores, for each node determined as a tree sensor node, a list of adjacent sensors adjacent to the node. In the present embodiment, tree sensor nodes are determined for each level in order from the smallest level. Therefore, neighboring sensors adjacent to the tree sensor node of the level are stored in the neighboring sensor list storage unit 5 in order from the smallest level. When the adjacent sensor is determined as a tree sensor node, the adjacent sensor is deleted from the adjacent sensor list storage unit 5. FIG. 4 shows a state where adjacent sensors (identification information) adjacent to the level 2 tree sensor node are stored as an example.

ツリーノード格納部6には、決定されたツリーの情報(センサーノード、接続関係等)が格納される。   The tree node storage unit 6 stores information on the determined tree (sensor node, connection relationship, etc.).

本実施の形態に係るルートセンサーノードRは、例えば、無線通信機能を備えるコンピュータに、本実施の形態で説明する処理内容を記述したプログラムを実行させることにより実現可能である。すなわち、ルートセンサーノードRが有する機能は、当該コンピュータに内蔵されるCPUやメモリなどのハードウェア資源を用いて、ルートセンサーノードRで実施される処理に対応するプログラムを実行することによって実現することが可能である。上記プログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体(可搬メモリ等)に記録して、保存したり、配布したりすることが可能である。また、上記プログラムをインターネットや電子メールなど、ネットワークを通して提供することも可能である。   The route sensor node R according to the present embodiment can be realized, for example, by causing a computer having a wireless communication function to execute a program describing the processing contents described in the present embodiment. That is, the function of the route sensor node R is realized by executing a program corresponding to the process executed by the route sensor node R using hardware resources such as a CPU and a memory built in the computer. Is possible. The above-mentioned program can be recorded on a computer-readable recording medium (portable memory or the like), stored, or distributed. It is also possible to provide the program through a network such as the Internet or electronic mail.

なお、本実施の形態では、ツリー経路決定装置がルートセンサーノードRであるとしているが、これは必須ではなく、ツリー経路決定装置の機能をルートセンサーノードR以外のセンサーノードに持たせてもよいし、ツリー経路決定装置を、センサーノードとは別の装置としてツリーの外部に設けてもよい。   In the present embodiment, the tree path determination device is assumed to be the root sensor node R, but this is not essential, and the function of the tree path determination device may be provided to a sensor node other than the root sensor node R. However, the tree path determination device may be provided outside the tree as a device different from the sensor node.

(ルートセンサーノードRの動作)
以下、上記の構成を備えるルートセンサーノードRにおけるツリー経路の決定処理について説明する。以下では、説明の便宜上、ルートセンサーノードRをRと表記する。
(Operation of route sensor node R)
Hereinafter, a tree path determination process in the root sensor node R having the above-described configuration will be described. Hereinafter, for convenience of explanation, the root sensor node R is denoted as R.

<基本的な処理>
既に説明したように、図3に示す構成において、最初はRだけがツリーセンサーノードである。次に、Rの隣接センサー情報取得部1は、R自身の隣接センサーであるL1-1、L1-2を取得し、取得結果(L1-1、L1-2)を隣接センサーリスト格納部5に格納する。
<Basic processing>
As already described, in the configuration shown in FIG. 3, only R is a tree sensor node at first. Next, the adjacent sensor information acquisition unit 1 of R acquires L1-1 and L1-2 that are R's adjacent sensors, and stores the acquisition results (L1-1 and L1-2) in the adjacent sensor list storage unit 5. Store.

R内のレベル毎ルート決定部3は、L1-1、L1-2をデータ収集ツリー上でRの直下に確定ツリーセンサーノードとして配置し、ツリーノード格納部6に格納する。   The per-level route determination unit 3 in R arranges L1-1 and L1-2 as fixed tree sensor nodes directly under R on the data collection tree, and stores them in the tree node storage unit 6.

新たなレベル1(L1)のツリーセンサーノードが決定したので、R内のレベル毎ルート決定部3はL1-1、L1-2の隣接センサー取得要求を、隣接センサー情報取得部1に指示し、隣接センサー情報取得部1は、隣接センサー取得要求をL1-1、L1-2に送信する。   Since a new level 1 (L1) tree sensor node has been determined, the per-level route determination unit 3 in R instructs the adjacent sensor information acquisition unit 1 to request acquisition of adjacent sensors of L1-1 and L1-2, The adjacent sensor information acquisition unit 1 transmits an adjacent sensor acquisition request to L1-1 and L1-2.

隣接センサー取得要求を受信した隣接センサーL1-1、L1-2はそれぞれ、各自の親(この場合はR)を除いた隣接センサーをRに通知する。つまり、L1-1はL1-2、L2-1を通知し、L1-2はL1-1、L2-2を通知する。これらの通知は、図3においてAで示される。   The adjacent sensors L1-1 and L1-2 that have received the adjacent sensor acquisition request notify R of the adjacent sensors excluding their parents (in this case, R). That is, L1-1 notifies L1-2 and L2-1, and L1-2 notifies L1-1 and L2-2. These notifications are indicated by A in FIG.

なお、本実施の形態において、隣接センサー取得要求をRからツリーセンサーノードに送信する場合の信号経路、及びツリーセンサーノードから隣接センサーの情報をRに通知する場合の信号経路には特に限定はなく、どのような経路で信号が伝送されてもよい。   In the present embodiment, there is no particular limitation on the signal path when the adjacent sensor acquisition request is transmitted from R to the tree sensor node, and the signal path when the adjacent sensor information is notified to R from the tree sensor node. The signal may be transmitted by any route.

L1-1の隣接センサーのリストL1-2、L2-1と、L1-2の隣接センサーのリストL1-1、L2-2は隣接センサーリスト格納部5に格納されるとともに、Rの隣接センサーのリストL1-2、L1-1は隣接センサーリスト格納部5から削除される。その理由は、これらのセンサーは既にレベル1(L1)のツリーセンサーノードとしてツリーに接続されているからであり、L2のツリーセンサーノードを決める際には不要であるからである。   The L1-1 adjacent sensor list L1-2 and L2-1 and the L1-2 adjacent sensor list L1-1 and L2-2 are stored in the adjacent sensor list storage unit 5 and the R adjacent sensor list The lists L1-2 and L1-1 are deleted from the adjacent sensor list storage unit 5. The reason is that these sensors are already connected to the tree as level 1 (L1) tree sensor nodes, and are not necessary when determining the L2 tree sensor nodes.

次に、レベル毎ルート決定部3は、隣接センサーリスト格納部5に格納されているL1-1、 L1-2の隣接センサーをL2のツリーセンサーノードとして接続する。この際、L1-1にはL2-1のみが、L1-2にはL2-2のみがL2の隣接センサーとして存在するので、L2-1はL1-1の直下に、L2-2はL1-2の直下に接続され、この接続の情報がツリーノード格納部6に格納される。図4の例では、ツリーノード格納部6の中に、このときの格納情報が示されている。   Next, the per-level route determination unit 3 connects the L1-1 and L1-2 adjacent sensors stored in the adjacent sensor list storage unit 5 as L2 tree sensor nodes. At this time, only L2-1 is present in L1-1, and only L2-2 is present in L1-2 as an adjacent sensor of L2, so L2-1 is directly under L1-1 and L2-2 is L1- The connection information is stored in the tree node storage unit 6. In the example of FIG. 4, the storage information at this time is shown in the tree node storage unit 6.

ここで、新たなレベル2(L2)のツリーセンサーノードが決定したので、R内のレベル毎ルート決定部3はL2-1、L2-2に対する隣接センサー取得要求送信を、隣接センサー情報取得部1に指示し、隣接センサー情報取得部1は、L2-1、L2-2のそれぞれに隣接センサー取得要求を送信する。   Here, since a new level 2 (L2) tree sensor node has been determined, the per-level route determination unit 3 in R sends the adjacent sensor acquisition request transmission to L2-1 and L2-2, and the adjacent sensor information acquisition unit 1 The adjacent sensor information acquisition unit 1 transmits an adjacent sensor acquisition request to each of L2-1 and L2-2.

隣接センサー取得要求を受信したL2-1、L2-2はRからの要求を受けてそれぞれの隣接センサーをRに通知する。L2-1からは隣接センサーとしてL3-1〜L3-3が通知され、L2-2からは隣接センサーとしてL3-1〜L3-4が通知される。これらの通知は図3においてBで示されている。   In response to the request from R, L2-1 and L2-2 that have received the adjacent sensor acquisition request notify R of the respective adjacent sensors. L2-1 notifies L3-1 to L3-3 as adjacent sensors, and L2-2 notifies L3-1 to L3-4 as adjacent sensors. These notifications are indicated by B in FIG.

L2-1、L2-2のそれぞれから取得された隣接センサーは隣接センサーリスト格納部5に格納される。隣接センサーリスト格納部5で、今まで格納されていたL1-1、L1-2の隣接センサーリストはこの時点でL2-1、L2-2の隣接センサーリストに置き換えられる。その理由は既にL2のセンサーは全て、ツリーセンサーノードとして、ツリーノード格納部6に格納されているからである。図4の例では、隣接センサーリスト格納部5の中に、このときの格納情報が示されている。   The adjacent sensors acquired from each of L2-1 and L2-2 are stored in the adjacent sensor list storage unit 5. In the adjacent sensor list storage unit 5, the adjacent sensor lists of L1-1 and L1-2 stored so far are replaced with the adjacent sensor lists of L2-1 and L2-2 at this time. The reason is that all L2 sensors are already stored in the tree node storage unit 6 as tree sensor nodes. In the example of FIG. 4, stored information at this time is shown in the adjacent sensor list storage unit 5.

隣接センサーリスト格納部5は、L2-1、L2-2の隣接センサーを順にレベル毎ルート決定部3に渡す。もしくは、レベル毎ルート決定部3がL2-1、L2-2の隣接センサーを順に隣接センサーリスト格納部5から読み出すこととしてもよい。なお、L2-1、L2-2の隣接センサーを順に隣接センサーリスト格納部5から読み出すとは、ツリーセンサーノードの識別番号の順に読み出すことであり、具体的には、まず、L2-1の隣接センサー(L3-1〜L3-3)を読み出し、次に、L2-2の隣接センサー(L3-1〜L3-4)を読み出すことである。   The adjacent sensor list storage unit 5 passes the adjacent sensors of L2-1 and L2-2 to the level-by-level route determination unit 3 in order. Alternatively, the level-by-level route determination unit 3 may sequentially read the adjacent sensors L2-1 and L2-2 from the adjacent sensor list storage unit 5. In addition, reading the adjacent sensors of L2-1 and L2-2 from the adjacent sensor list storage unit 5 in order means reading the tree sensor node in the order of the identification numbers. The sensors (L3-1 to L3-3) are read out, and then the adjacent sensors (L3-1 to L3-4) of L2-2 are read out.

ここで、L2-1の隣接センサーはL3-1〜L3-3であり、これらのセンサーはまだツリーに参加していないので、レベル毎ルート決定部3は、L3-1〜L3-3を無条件でL2-1配下のツリーセンサーノードに決定し、ツリーノード格納部6に格納する。   Here, the adjacent sensors of L2-1 are L3-1 to L3-3, and since these sensors have not yet participated in the tree, the route determination unit 3 for each level does not include L3-1 to L3-3. Under the condition, the tree sensor node under L2-1 is determined and stored in the tree node storage unit 6.

次にL2-2の隣接センサーL3-1〜L3-4がレベル毎ルート決定部3に渡されると、レベル毎ルート決定部3は、まず、L2-2直下のツリーセンサーノードとしてL3-1を選択するが、L3-1は既にL2-1の直下のツリーセンサーノードとして選択されている。本実施の形態では、あるレベルのセンサーノードは、1つ小さいレベルのセンサーノードのうち1つのセンサーノードのみに接続することを許容する。従って、上記のような状況になる場合、本実施の形態では、バランス機能により適切にセンサーノードの選択の修正を行うこととしている。   Next, when the adjacent sensors L3-1 to L3-4 of L2-2 are passed to the route determiner 3 for each level, the route determiner 3 for each level first selects L3-1 as a tree sensor node directly under L2-2. Although selected, L3-1 is already selected as a tree sensor node immediately below L2-1. In the present embodiment, a certain level of sensor node is allowed to connect to only one sensor node of one smaller level sensor node. Therefore, in this embodiment, in the present embodiment, the selection of the sensor node is appropriately corrected by the balance function.

<バランス機能>
バランス機能とは次のような機能である。すなわち、1つ小さいレベルのツリーセンサーノード(新親ツリーセンサーノード)(本例では、L2-2)の隣接センサーとして選択されたセンサーが既にツリーセンサーノード(本例では、L3-1)になっていて、他の親ツリーセンサーノード(既存親ツリーセンサーノード)(本例ではL2-1)の直下に配置されている場合は、当該既存親ツリーセンサーノード(L2-1)と、新親ツリーセンサーノード(L2-2)の共通の祖先となる共通祖先センサーノード(本例では、R)を検索し、共通祖先センサーノードの配下で当該既存親ツリーセンサーノード(L2-1)が所属するサブツリーのツリーセンサーノード数と、新親ツリーセンサーノード(L2-2)が所属するサブツリーのツリーセンサーノード数を比較し、もしも当該センサー(L3-1)が既存親ツリーセンサーノード直下から新親ツリーセンサーノード直下に移動した場合に、当該2つのサブツリー間のツリーセンサーノード数差が小さくなる場合には、当該センサーを既存親ツリーセンサーノード直下から新親ツリーセンサーノード直下に移動させる、というものである。
<Balance function>
The balance function is the following function. That is, the sensor selected as the adjacent sensor of the tree sensor node (new parent tree sensor node) (in this example, L2-2) one level lower is already the tree sensor node (L3-1 in this example). If it is placed directly under another parent tree sensor node (existing parent tree sensor node) (L2-1 in this example), the existing parent tree sensor node (L2-1) and the new parent tree A common ancestor sensor node (R in this example) that is a common ancestor of the sensor node (L2-2) is searched, and the subtree to which the existing parent tree sensor node (L2-1) belongs under the common ancestor sensor node Compare the number of tree sensor nodes with the number of tree sensor nodes in the subtree to which the new parent tree sensor node (L2-2) belongs. -If the difference in the number of tree sensor nodes between the two sub-trees becomes small when moving from directly under the node to the new parent tree sensor node, move the sensor from directly under the new parent tree sensor node to directly under the new parent tree sensor node. It is to move.

より具体的には、バランス機能に係る処理は共通祖先センサーノード探索部31と親間移動判断部32が実行する。まず、共通祖先センサーノード探索部31は、上述した既存親ツリーセンサーノードL2-1と新親ツリーセンサーノードL2-2との間で共通祖先ツリーセンサーノードを見つける。この例では共通祖先ツリーセンサーノードはRであり、その配下のサブツリーのツリーセンサーノード数の算出、比較を行う。この処理はR内の親間移動判断部32が実行する。   More specifically, the process related to the balance function is executed by the common ancestor sensor node search unit 31 and the parent movement determination unit 32. First, the common ancestor sensor node search unit 31 finds a common ancestor tree sensor node between the existing parent tree sensor node L2-1 and the new parent tree sensor node L2-2. In this example, the common ancestor tree sensor node is R, and the number of tree sensor nodes in the subtree under it is calculated and compared. This process is executed by the parent-to-parent movement determination unit 32 in R.

親間移動判断部32は、L1-1配下のサブツリーのツリーセンサーノード数を5と算出し(L1-1、L2-1、L3-1、L3-2、L3-3の5つ)、L1-2配下のサブツリーのツリーセンサーノード数を2と算出し(L1-2とL2-2の2つ)、差を3と算出する。そして、親間移動判断部32は、L3-1をサブツリー間で移動させることによってノード数の差が3から1に減少することを確認し、当該移動を行う。移動後の状態から、L3-2、L3-3を更に移動してもサブツリー間のノード数差は1のままなので、L3-2、L3-3は移動されない。L3-4は、L2-2にしか隣接していないので、L2-2直下に配置される。この処理を行った結果(ツリーノード格納部6に格納される内容)を図5に示す。図5に示すように、結果として各サブツリーのノード数は4となりバランスが保たれる。   The parent-to-parent movement determination unit 32 calculates the number of tree sensor nodes of the subtree under L1-1 as five (L1-1, L2-1, L3-1, L3-2, and L3-3), and L1 The number of tree sensor nodes in the subtree under -2 is calculated as 2 (L1-2 and L2-2), and the difference is calculated as 3. Then, the parent-to-parent movement determination unit 32 confirms that the difference in the number of nodes is decreased from 3 to 1 by moving L3-1 between subtrees, and performs the movement. Even if L3-2 and L3-3 are further moved from the moved state, the difference in the number of nodes between the subtrees remains 1, so that L3-2 and L3-3 are not moved. Since L3-4 is only adjacent to L2-2, it is placed directly under L2-2. The result of this processing (content stored in the tree node storage unit 6) is shown in FIG. As shown in FIG. 5, as a result, the number of nodes in each sub-tree is 4, and the balance is maintained.

<ルーティング要求>
このように全てのレベルの浮遊センサーがツリーセンサーノードとして決定されたことをR内のツリー経路最終決定部4が認識した場合、ツリー経路最終決定部4はルーティング要求部2にルーティング要求を行う。なお、このルーティング要求は各レベルのツリーノードが確定した都度行うことも可能である。ルーティング要求部2は、ツリーノード格納部6に格納されているツリーの情報に基づいて、決定した通りのルーティングを行う。ここでのルーティングとは、ツリーを構成する各センサーノードに対して、ツリーの経路のとおりに、センサーデータを格納するパケットの転送を行うように設定を行うことである。
<Routing request>
When the tree path final determination unit 4 in R recognizes that floating sensors of all levels are determined as tree sensor nodes in this way, the tree path final determination unit 4 makes a routing request to the routing request unit 2. Note that this routing request can be made each time a tree node at each level is determined. The routing request unit 2 performs routing as determined based on the tree information stored in the tree node storage unit 6. In this case, the routing means setting for each sensor node constituting the tree to transfer a packet storing sensor data along the path of the tree.

<浮遊センサーを優先的に親に接続させる処理>
上述したように、図5の左側に示すセンサーの隣接関係の場合、バランス機能が適切に機能する。しかし、図6の左側に示すようなセンサーの隣接関係の場合、以下に説明するように、バランス機能がうまく働かない。
<Process to preferentially connect the floating sensor to the parent>
As described above, in the case of the adjacent relationship between the sensors shown on the left side of FIG. 5, the balance function functions appropriately. However, in the case of the adjacent relationship of the sensors as shown on the left side of FIG. 6, the balance function does not work well as described below.

図5と図6では、隣接関係が一区間だけ異なる。すなわち、図5ではL2-1が隣接センサーとしてL3-3を持つが、図6ではL2-1が隣接センサーとしてL3-3を持たない。図6の場合、レベル3でのツリーセンサーノードの決定の際に、まず、L2-1の直下の子ツリーセンサーノードとしてL3-1、L3-2のみが決定され、次に、L2-2の隣接センサーであるL3-1の帰属先を決める際、親間移動判断部32はL1-1の配下のサブツリーのノード数が4でL1-2配下のサブツリーのノード数が2であり、L3-1をL2-1からL2-2へ移動することでノード数差を0にできるので、この移動を行う判断をする。その後にL3-2を移動するとノード数差が広がるため移動しない。L3-3、L3-4は浮遊センサーで親がL2-2のみなので、L2-2直下にツリーセンサーノードとして接続することになる。結果として図6の右側に示すようにL1-2配下サブツリーのノード数が5となり、L1-1配下サブツリーのノード数3に比較して大きくアンバランスになってしまう。   In FIG. 5 and FIG. 6, the adjacency relationship differs by one section. That is, L2-1 has L3-3 as an adjacent sensor in FIG. 5, but L2-1 does not have L3-3 as an adjacent sensor in FIG. In the case of FIG. 6, when determining the tree sensor node at level 3, first, only L3-1 and L3-2 are determined as child tree sensor nodes immediately below L2-1, and then L2-2. When determining the attribution destination of L3-1 that is an adjacent sensor, the inter-parent movement determination unit 32 has 4 nodes in the subtree under L1-1 and 2 nodes in the subtree under L1-2, and L3- Since the difference in the number of nodes can be reduced to 0 by moving 1 from L2-1 to L2-2, it is determined to perform this movement. If you move L3-2 after that, the difference in the number of nodes widens and it does not move. Since L3-3 and L3-4 are floating sensors and their parents are only L2-2, they will be connected as tree sensor nodes directly under L2-2. As a result, as shown on the right side of FIG. 6, the number of nodes in the subtree under L1-2 becomes five, which is greatly unbalanced compared to the number of nodes in subtree L1-1.

そこで、上記のようにアンバランスになってしまうことを解消するために、レベル毎ルート決定部3は、新親ツリーセンサーノード配下に複数の隣接センサーが存在する場合は、その複数の隣接センサーの中で浮遊センサーが存在するか判断し、浮遊センサーが存在する場合は、当該浮遊センサーを新親ツリーセンサーノード直下に最初に接続し、その後に既に既存親ツリーセンサーノードを親に持つ隣接センサーを新親ツリーセンサーノード直下に移動するかどうかの判断をすることとしている。   Therefore, in order to eliminate the unbalance as described above, the route determination unit 3 for each level, when a plurality of adjacent sensors exist under the new parent tree sensor node, If there is a floating sensor, connect the floating sensor first directly under the new parent tree sensor node, and then add an adjacent sensor that already has the existing parent tree sensor node as a parent. Judgment is made whether to move directly under the new parent tree sensor node.

つまり、レベルが1小さい親ツリーセンサーノードの隣接センサーが複数ある場合は、まだ親が決まっていない浮遊センサーノードから先に当該親直下に接続することにより、新親ツリーセンサーノードが所属するサブツリーのノード数を正確に移動時に反映することを可能としている。具体的には以下のとおりである。   In other words, when there are multiple adjacent sensors of a parent tree sensor node whose level is 1 lower, by connecting the floating sensor node whose parent is not yet determined, directly under the parent, the subtree to which the new parent tree sensor node belongs It is possible to accurately reflect the number of nodes when moving. Specifically, it is as follows.

図7の左側(図6の左側と同じ)の隣接関係において、レベル3のツリーセンサーノードを決定する際に、まず、レベル毎ルート決定部3は、L3-1、L3-2を無条件でL2-1配下のツリーセンサーノードとしして選択する。次に、レベル毎ルート決定部3は、L2-2直下のツリーセンサーノードの選択を行う。ここでは、まだ親が決まっていない浮遊センサーであるL3-3、L3-4から先に当該親(L2-2)直下にツリーセンサーノードとして接続する。この後に、前述したバランス機能により、既存親ツリーセンサーノード(L2-1)を親に持つ隣接センサー(L3-1、L3-2)を新親ツリーセンサーノード(L2-2)直下に移動するかどうかの判断をする。   In determining the level 3 tree sensor node in the adjacency relationship on the left side of FIG. 7 (same as the left side of FIG. 6), the level-specific route determination unit 3 first sets L3-1 and L3-2 unconditionally. Select as a tree sensor node under L2-1. Next, the route determining unit 3 for each level selects a tree sensor node immediately below L2-2. Here, L3-3 and L3-4, which are floating sensors whose parents have not yet been determined, are connected as tree sensor nodes directly under the parent (L2-2). After this, whether the adjacent sensor (L3-1, L3-2) whose parent is the existing parent tree sensor node (L2-1) is moved directly under the new parent tree sensor node (L2-2) by the balance function described above Make a judgment.

図7では、上記のようにL2-2直下にL3-3、L3-4が最初に接続されるので、新親ツリーセンサーノードL2-2が所属するサブツリーのノード数が4となり、既存ツリーセンサーノードL2-1が所属するサブツリーのノード数も4であるため、親間移動判断部32は、L3-1、L3-2をL2-1直下からL2-2直下に移動する必要がないと判断する。そのため、サブツリー間でのノード数バランスが保たれる。   In FIG. 7, L3-3 and L3-4 are first connected directly under L2-2 as described above, so the number of nodes in the subtree to which the new parent tree sensor node L2-2 belongs is 4, and the existing tree sensor Since the number of nodes in the subtree to which node L2-1 belongs is also 4, the inter-parent movement determination unit 32 determines that it is not necessary to move L3-1 and L3-2 from directly below L2-1 to directly below L2-2. To do. Therefore, the node number balance among the subtrees is maintained.

なお、レベルが1小さい親ツリーセンサーノードの隣接センサーが複数ある場合に、まだ親が決まっていない浮遊センサーノードから先に当該親直下に接続する処理について、図7の隣接関係の例で説明したが、この処理は図5の隣接関係に適用してもよい。   In addition, when there are a plurality of adjacent sensors of the parent tree sensor node whose level is 1 lower, the process of connecting the floating sensor node whose parent is not yet determined to the immediate parent is described in the example of the adjacent relationship in FIG. However, this processing may be applied to the adjacency relationship of FIG.

(本実施の形態の効果について)
Rが実行する基本的な処理により、データ収集ツリーとして最短経路センサーツリーを作成することができる。そして、その計算量はO(l)(注:O ()の括弧の中の文字はアルファベットのエルである)になる。この理由は各レベルの浮遊センサーを取得することは、そのレベルより1小さいレベルのツリーセンサーノードに隣接する隣接センサーを取得することにより可能になるからである。本実施の形態では、同一ツリーセンサーノードは一度だけ、隣接センサーを取得すればよいので、従来手法のように異なるレベルの数だけ隣接センサーを取得する必要がない。故に計算量は隣接センサー数の合計であるlのオーダとなる。この計算量は従来方式のO(hl)に比較して計算量が小さくなっていることがわかる。
(About the effect of this embodiment)
By the basic processing executed by R, a shortest path sensor tree can be created as a data collection tree. And the amount of calculation is O (l) (Note: the letter in parentheses for O () is the letter L). This is because obtaining a floating sensor at each level is possible by obtaining adjacent sensors adjacent to a tree sensor node that is one level below that level. In the present embodiment, since the same tree sensor node needs to acquire the adjacent sensor only once, it is not necessary to acquire the adjacent sensors for different levels as in the conventional method. Therefore, the calculation amount is on the order of l which is the total number of adjacent sensors. It can be seen that this calculation amount is smaller than that of the conventional method O (hl).

また、バランス機能により、データ収集ツリーにおけるサブツリー間で、構成するツリーセンサーノード数に差が開くこと(例:図2(b))を避けることができ、そのため、従来方式に比較して、1サブツリー内の送信パケット数の削減、少数ツリーセンサーノードへの受信パケットの集中を避けることができ、データ収集ツリー寿命を延ばすことが可能になる。   In addition, the balance function can avoid a difference in the number of tree sensor nodes to be configured between the sub-trees in the data collection tree (eg, FIG. 2 (b)). Reduction of the number of transmitted packets in the sub-tree and concentration of received packets on a small number of tree sensor nodes can be avoided, and the life of the data collection tree can be extended.

バランス機能を使った場合と使わなかった場合のデータ収集ツリー寿命の比較結果を図8に示す。図8に示す例における評価条件として、コンピュータシミュレーション環境で50×50の各座標(x、y)にセンサーを70%の確率で存在させ、結果として1758のセンサーを配置した。そのセンサー間に方向性リンクをランダムに45698本作成し、センサー間の隣接関係を作成した。その後に、対象平面の中央に近い座標(26, 26)にルートセンサーノードを設定し、前述した基本的処理に従ってデータ収集ツリーを作成した。図8において "balanced"はバランス機能を用いてツリーを作成したものであり、"random"は、バランス機能を用いずに、既存親ツリーセンサーノードと新親ツリーセンサーノードが同一の子ツリーセンサーを持った場合はランダムにどちらかを選択することとしてツリーを作成したものである。   FIG. 8 shows a comparison result of the data collection tree life when the balance function is used and when the balance function is not used. As an evaluation condition in the example shown in FIG. 8, a sensor is present at a probability of 70% at each coordinate (x, y) of 50 × 50 in a computer simulation environment, and as a result, 1758 sensors are arranged. 45698 directional links were randomly created between the sensors, and adjacent relations between the sensors were created. After that, a root sensor node was set at coordinates (26, 26) close to the center of the target plane, and a data collection tree was created according to the basic processing described above. In FIG. 8, "balanced" is a tree created using the balance function, and "random" is a child tree sensor where the existing parent tree sensor node and the new parent tree sensor node do not use the balance function. If you have one, you can select one at random and create a tree.

なお、この評価結果は各ツリーセンサーノードが1Jのエネルギーまで使えるとして、データ収集サイクルを繰り返す中でいずれか一つのツリーセンサーノードが1Jを使いきった時点がツリーの寿命であるとして、データ収集サイクルを止めて、そのサイクル数を評価している。なお、データ集約率(q)は1〜17の間で変化させ、1のときには複数のセンサーデータを1パケットに格納することはできず、各ツリーノードセンサーが作成するセンサーデータ毎にパケットを作成してRまで転送していく。図8(a)は、データ集約率をx軸に、収集サイクル数をy軸にとって"balanced"と"random"を比較した図である。図8(b)は"random"=1としたときの"balanced"の収集サイクル数を正規化した値を示す。   This evaluation result is based on the assumption that each tree sensor node can use up to 1J of energy, and it is assumed that the life of the tree is when any one of the tree sensor nodes has used up 1J during the data collection cycle. The number of cycles is evaluated. Note that the data aggregation rate (q) varies between 1 and 17, and when it is 1, multiple sensor data cannot be stored in one packet, and a packet is created for each sensor data created by each tree node sensor. And transfer to R. FIG. 8A is a diagram comparing “balanced” and “random” with the data aggregation rate on the x-axis and the number of collection cycles on the y-axis. FIG. 8B shows a normalized value of the “balanced” collection cycle number when “random” = 1.

図8(a)に示すように、データ集約率が上がると収集サイクル数は増えるが、全ての集約率でbalancedがrandomに比較して収集サイクル数が多いことがわかる。また図8(b)に示すように、balancedはデータ集約率が低いほどデータ収集ツリー寿命増加効果が高いことがわかる。その理由はデータ集約率が低いと、あるサブツリー内のツリーセンサーノード数が多い場合は、そのサブツリー内でのパケット送受信数がより大きくなってしまい、収集サイクル数に与える影響が大きいためであると考えられる。   As shown in FIG. 8 (a), the number of collection cycles increases as the data aggregation rate increases, but it can be understood that the number of collection cycles is larger than that of random for all the aggregation rates. Further, as shown in FIG. 8B, it can be seen that the effect of increasing the life of the data collection tree is higher as the data aggregation rate is lower in balanced. The reason is that if the data aggregation rate is low, if the number of tree sensor nodes in a certain subtree is large, the number of packets sent and received in that subtree will be larger, which will have a large effect on the number of collection cycles. Conceivable.

また、浮遊センサーを優先的に親に接続させる処理を用いて、まず新親ツリーセンサーノードの子としてこの時点で確定している浮遊センサーを新親ツリーセンサーノードの直下に最初に接続することにより、新親ツリーセンサーノード直下に位置するツリーセンサーノード数を最新状態にした上で、既存親ツリーセンサーノードを親に持つセンサーを新親ツリーセンサーノード配下に移動するかどうかを判断することができる。   In addition, by using the process of preferentially connecting the floating sensor to the parent, first the floating sensor that has been established at this point as a child of the new parent tree sensor node is first connected directly below the new parent tree sensor node. After the number of tree sensor nodes located immediately below the new parent tree sensor node is updated, it is possible to determine whether or not to move a sensor having an existing parent tree sensor node as a parent to the new parent tree sensor node. .

本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において、種々変更・応用が可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and applications are possible within the scope of the claims.

1 隣接センサー情報取得部
2 ルーティング要求部
3 レベル毎ルート決定部
4 ツリー経路最終決定部
5 隣接センサーリスト格納部
6 ツリーノード格納部
3 レベル毎ルート決定部
31 共通祖先センサーノード探索部
32 親間移動判断部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Neighboring sensor information acquisition part 2 Routing request | requirement part 3 Route | route determination part 4 for every level Tree path final decision part 5 Adjacent sensor list storage part 6 Tree node storage part 3 Route determination part 31 for every level Common ancestor sensor node search part 32 Parent movement Judgment part

Claims (8)

センサーツリーにおけるルートセンサーノードと、当該センサーツリーに接続していない浮遊センサーとを有するシステムにおいて、当該浮遊センサーと当該浮遊センサーに隣接する親ツリーセンサーノードとの間の接続関係を決定するツリー経路決定装置であって、
前記ルートセンサーノードからのホップ数として定義されるレベル毎に浮遊センサーの情報を取得するセンサー情報取得手段と、
前記浮遊センサーの情報の取得を行うレベルにおける新たなツリーセンサーノードとして、当該浮遊センサーを1つレベルの小さい親ツリーセンサーノード直下に接続させる経路決定手段と
を備えることを特徴とするツリー経路決定装置。
Tree path determination that determines the connection relationship between the floating sensor and the parent tree sensor node adjacent to the floating sensor in a system having a root sensor node in the sensor tree and a floating sensor that is not connected to the sensor tree A device,
Sensor information acquisition means for acquiring information of the floating sensor for each level defined as the number of hops from the route sensor node;
A tree path determination device comprising: path determination means for connecting the floating sensor directly below a small parent tree sensor node of one level as a new tree sensor node at a level for acquiring information of the floating sensor .
前記センサー情報取得手段は、新たなレベルの浮遊センサーの情報を取得する際には、当該レベルより1つ小さいレベルで既にツリーセンサーノードとなっているセンサーに隣接する隣接センサーの情報を取得し、
前記経路決定手段は、当該隣接センサーがツリーセンサーノードでない場合は、当該隣接センサーと隣接関係にある1つ小さいレベルのセンサーを親ツリーセンサーノードとして当該隣接センサーをその直下に接続する
ことを特徴とする請求項1に記載のツリー経路決定装置。
The sensor information acquisition means acquires information on adjacent sensors adjacent to a sensor that is already a tree sensor node at a level one smaller than the level when acquiring information on a new level floating sensor,
If the adjacent sensor is not a tree sensor node, the route determining means connects the adjacent sensor directly below it as a parent tree sensor node with a sensor of the next lower level that is adjacent to the adjacent sensor as a parent tree sensor node. The tree path determination device according to claim 1.
1つ小さいレベルのツリーセンサーノードである新親ツリーセンサーノードの隣接センサーとして選択されたセンサーが既にツリーセンサーノードになっており、他の親ツリーセンサーノードである既存親ツリーセンサーノードの直下に配置されている場合において、
前記経路決定手段は、前記既存親ツリーセンサーノードと、前記新親ツリーセンサーノードの共通の祖先となる共通祖先センサーノードを探索し、当該共通祖先センサーノードの配下で前記既存親ツリーセンサーノードが所属するサブツリーのツリーセンサーノード数と、前記新親ツリーセンサーノードが所属するサブツリーのツリーセンサーノード数とを比較し、仮に当該センサーが前記既存親ツリーセンサーノード直下から前記新親ツリーセンサーノード直下に移動したとした場合に、当該2つのサブツリー間のツリーセンサーノード数差が小さくなる場合には、当該センサーを前記既存親ツリーセンサーノード直下から前記新親ツリーセンサーノード直下に移動させる
ことを特徴とする請求項2に記載のツリー経路決定装置。
The sensor selected as the adjacent sensor of the new parent tree sensor node that is one level lower tree sensor node is already a tree sensor node, and is placed directly under the existing parent tree sensor node that is another parent tree sensor node. In the case where
The path determination means searches for a common ancestor sensor node that is a common ancestor of the existing parent tree sensor node and the new parent tree sensor node, and the existing parent tree sensor node belongs under the common ancestor sensor node. Compare the number of tree sensor nodes in the sub-tree to the number of tree sensor nodes in the sub-tree to which the new parent tree sensor node belongs, and temporarily move the sensor from directly under the existing parent tree sensor node to directly under the new parent tree sensor node. If the difference in the number of tree sensor nodes between the two subtrees is small, the sensor is moved from directly below the existing parent tree sensor node to directly below the new parent tree sensor node. The tree path determination device according to claim 2.
前記新親ツリーセンサーノード配下に複数の隣接センサーが存在する場合において、
前記経路決定手段は、前記複数の隣接センサーの中で浮遊センサーが存在するか否かを判断し、浮遊センサーが存在する場合に、当該浮遊センサーを前記新親ツリーセンサーノード直下に最初に接続し、その後に既に前記既存親ツリーセンサーノードを親に持つ隣接センサーを前記新親ツリーセンサーノード直下に移動するか否かを判断する
ことを特徴とする請求項3に記載のツリー経路決定装置。
In the case where there are a plurality of adjacent sensors under the new parent tree sensor node,
The path determining means determines whether or not a floating sensor exists among the plurality of adjacent sensors, and when the floating sensor exists, first connects the floating sensor directly below the new parent tree sensor node. The tree path determination device according to claim 3, wherein thereafter, it is determined whether or not to move an adjacent sensor having the existing parent tree sensor node as a parent immediately below the new parent tree sensor node.
センサーツリーにおけるルートセンサーノードと、当該センサーツリーに接続していない浮遊センサーとを有するシステムにおいて、当該浮遊センサーと当該浮遊センサーに隣接する親ツリーセンサーノードとの間の接続関係を決定するツリー経路決定装置が実行するツリー経路決定方法であって、
前記ルートセンサーノードからのホップ数として定義されるレベル毎に浮遊センサーの情報を取得するセンサー情報取得ステップと、
前記浮遊センサーの情報の取得を行うレベルにおける新たなツリーセンサーノードとして、当該浮遊センサーを1つレベルの小さい親ツリーセンサーノード直下に接続させる経路決定ステップと
を備えることを特徴とするツリー経路決定方法。
Tree path determination that determines the connection relationship between the floating sensor and the parent tree sensor node adjacent to the floating sensor in a system having a root sensor node in the sensor tree and a floating sensor that is not connected to the sensor tree A tree path determination method executed by a device,
A sensor information acquisition step for acquiring floating sensor information for each level defined as the number of hops from the route sensor node;
A path determining step of connecting the floating sensor directly below a small parent tree sensor node of one level as a new tree sensor node at a level for acquiring information of the floating sensor; .
前記センサー情報取得ステップにおいて、前記ツリー経路決定装置は、新たなレベルの浮遊センサーの情報を取得する際には、当該レベルより1つ小さいレベルで既にツリーセンサーノードとなっているセンサーに隣接する隣接センサーの情報を取得し、
前記経路決定ステップにおいて、前記ツリー経路決定装置は、当該隣接センサーがツリーセンサーノードでない場合は、当該隣接センサーと隣接関係にある1つ小さいレベルのセンサーを親ツリーセンサーノードとして当該隣接センサーをその直下に接続する
ことを特徴とする請求項5に記載のツリー経路決定方法。
In the sensor information acquisition step, when acquiring information on a new level of floating sensor, the tree path determination device is adjacent to a sensor that is already a tree sensor node at a level one lower than the level. Get sensor information,
In the route determination step, when the adjacent sensor is not a tree sensor node, the tree route determination device sets the adjacent sensor as a parent tree sensor node as a parent tree sensor node immediately below the adjacent sensor. The tree path determination method according to claim 5, wherein:
1つ小さいレベルのツリーセンサーノードである新親ツリーセンサーノードの隣接センサーとして選択されたセンサーが既にツリーセンサーノードになっており、他の親ツリーセンサーノードである既存親ツリーセンサーノードの直下に配置されている場合において、
前記経路決定ステップにおいて、前記ツリー経路決定装置は、前記既存親ツリーセンサーノードと、前記新親ツリーセンサーノードの共通の祖先となる共通祖先センサーノードを探索し、当該共通祖先センサーノードの配下で前記既存親ツリーセンサーノードが所属するサブツリーのツリーセンサーノード数と、前記新親ツリーセンサーノードが所属するサブツリーのツリーセンサーノード数とを比較し、仮に当該センサーが前記既存親ツリーセンサーノード直下から前記新親ツリーセンサーノード直下に移動したとした場合に、当該2つのサブツリー間のツリーセンサーノード数差が小さくなる場合には、当該センサーを前記既存親ツリーセンサーノード直下から前記新親ツリーセンサーノード直下に移動させる
ことを特徴とする請求項6に記載のツリー経路決定方法。
The sensor selected as the adjacent sensor of the new parent tree sensor node that is one level lower tree sensor node is already a tree sensor node, and is placed directly under the existing parent tree sensor node that is another parent tree sensor node. In the case where
In the path determining step, the tree path determining apparatus searches for a common ancestor sensor node that is a common ancestor of the existing parent tree sensor node and the new parent tree sensor node, and the subordinate subordinate to the common ancestor sensor node The number of tree sensor nodes in the subtree to which the existing parent tree sensor node belongs is compared with the number of tree sensor nodes in the subtree to which the new parent tree sensor node belongs. If the difference between the number of tree sensor nodes between the two sub-trees becomes small when the node is moved directly under the parent tree sensor node, the sensor is moved from directly under the existing parent tree sensor node to directly under the new parent tree sensor node. It is made to move. Tree path determination method described in 1.
前記新親ツリーセンサーノード配下に複数の隣接センサーが存在する場合において、
前記経路決定ステップにおいて、前記ツリー経路決定装置は、前記複数の隣接センサーの中で浮遊センサーが存在するか否かを判断し、浮遊センサーが存在する場合に、当該浮遊センサーを前記新親ツリーセンサーノード直下に最初に接続し、その後に既に前記既存親ツリーセンサーノードを親に持つ隣接センサーを前記新親ツリーセンサーノード直下に移動するか否かを判断する
ことを特徴とする請求項7に記載のツリー経路決定方法。
In the case where there are a plurality of adjacent sensors under the new parent tree sensor node,
In the path determination step, the tree path determination device determines whether or not a floating sensor exists among the plurality of adjacent sensors, and when the floating sensor exists, the floating path sensor is used as the new parent tree sensor. 8. The method according to claim 7, wherein it is determined whether or not an adjacent sensor having the existing parent tree sensor node as a parent is moved immediately below the new parent tree sensor node after first connecting directly under the node. Tree path determination method.
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