JP2018501683A - 無線センサー網で誤りの有る形で受信されたデータパケットを再構成する方法 - Google Patents

Abstract

無線センサー網で誤りの有る形で受信されたデータパケットの再構成を試みる場合に、より少ない回数のデータパケットの再伝送で実現するために、受信ユニット２には、この誤りの有る形で受信されたデータパケットＤＰを再構成する第一及び第二の方法Ｓ２，Ｓ３が実装されており、第一の工程で、この誤りの有る形で受信されたデータパケットＤＰを再構成する第一の方法Ｓ２が適用され、その際、それにより、このデータパケットＤＰが再構成されたか否かが検査され、次の第二の工程で、この誤りの有る形で受信されたデータパケットＤＰが第一の方法Ｓ２により再構成されなかった場合に、この誤りの有る形で受信されたデータパケットＤＰを再構成する第二の方法Ｓ３が適用され、その際、それにより、このデータパケットＤＰが再構成されたか否かが検査されることを提案する。

Description

本発明は、無線センサー網内を無線ノードから受信ユニットに送信されて、誤りの有る形で受信されたデータパケットを再構成する方法に関する。

例えば、製造機械、自動車、操作機械（ロボット）などの機械、或いは、例えば、製造設備、生産設備、車両又は車両部品の検査台などの設備を制御、調節、監視するために、多数のセンサーが用いられており、それらのセンサーは、様々な測定変数を検出して、それらの測定変数の検出した測定値をそれに対応する制御ユニットに送信している。同様に、そのような機械及び設備は、多数のアクチュエータも備えており、それにより制御ユニットの制御の下で機械又は設備を制御している。例えば、最新の車両は、例えば、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）、変速機制御ユニット（ＴＣＵ）、ハイブリッド制御ユニット（ＨＣＵ）、制動制御ユニット（ＢＣＵ）などの様々な制御ユニットを備えており、それらのユニットは、車両に搭載された様々なセンサーにより様々な全ての測定値を取得して処理している。それらの測定値に基づき、同じく搭載されたアクチュエータを用いて、車両又は車両コンポーネントへの様々な介入を実施しており、例えば、排ガス内の実際のＣＯ、ＣＯ_２又はＮＯｘの含有量に基づき、空燃比の調整を行なっている。それらの搭載されたセンサー及びアクチュエータのユニット全体又はその一部は、センサー網と呼ばれている。

しかし、多数のセンサー及びアクチュエータを一つ又は複数の制御ユニットに接続しなければならず、そのことは配線を必要とする。その場合、しばしば、例えば、ＣＡＮ、ＬＩＮ、ＦｌｅｘＲａｙ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔなどのデータバスを介してＩ／Ｏユニット及び制御ユニットを互いに接続するためのフィールドバスが用いられている。それらのセンサー及びアクチュエータは、バス加入機器としてデータバスと繋がったＩ／Ｏユニットに有線方式で接続されている。それ以外に、専用のケーブルを介して、センサーがそれに対応する制御ユニットと固定的に有線方式により接続された固定配線システムも存在する。それは、コストが高く、誤りが発生する可能性が高く、設置負担が大きく、保守負担が大きく、並びに重量が大きくなる膨大な接続ケーブル負担を必要とする。

そのような有線接続方式のセンサー網に対して、無線センサー網が益々用いられて来ており、その網では、以下において「無線ノード」と称する無線方式によるセンサー／アクチュエータが、無線データ接続を介して、それに対応する制御ユニットとデータを交換する。それによって、そのためにこれまで必要であった有線による接続負担が少なくとも部分的に不要となる。そのような無線センサー網は多数の無線ノードを備え、それらのノードは、それに対応する基地局と通信する。その場合、当然のことながら、それぞれ複数の無線ノードが接続される複数の基地局を配備することもできる。

しかし、無線センサー網においても、一連の問題が生じる。無線センサー網の工業的環境は、多くの場合、無線データ通信に関する多数の外乱の可能性（例えば、電磁雑音源、信号遮蔽、信号反射など）のために厳しい。それ以外に、無線センサー網は、多くの場合、例えば、ＷＬＡＮやブルートゥースなどの別の無線通信システムとも伝送チャネルを共同で使用しなければならず、そのことは、同じく雑音を与える可能性が有る。工業的用途のためには、無線ノードの十分な持続時間が必要なので、特に、無線方式のセンサー／アクチュエータのエネルギー供給も大きな問題である。しかし、特に、無線データ伝送は、大量の電気エネルギーを必要とし、その結果、無線ノードのバッテリー寿命が問題となる場合が有る。更に、工業的環境内で無線センサー網を総じて使用可能とすためには、データ伝送において、十分に低いデータ伝送誤り率と高いデータ伝送速度も実現可能でなければならない。

基本的に、デジタルデータ伝送技術には、無線センサー網にも使用可能な周知の誤り検知及び誤り訂正メカニズムが存在する。それらのメカニズムは、伝送前に存在する情報を符号化して、それに基づきデータの形で伝送するものであり、その場合、情報は、伝送時及び受信時に最早直ちに得られるのではなく、先ずは受信機で復号化しなければならない。しかしながら、そのような誤り検知及び誤り訂正メカニズムは、全く複雑な計算から構成され、それらの計算は、無線センサー網の場合、送信側無線ノードで実行しなければならないが、それはエネルギー負担がかかる。当然のことながら、受信側においても、先ずは誤り検知及び誤り訂正メカニズムに基づき符号化されたデータを復号化しなければならないので、計算負担が増大する。従って、工業的環境における無線センサー網では、そのような方法は殆ど用いることができない。

従って、無線センサー網は、近年それと関連した問題を解決するための多くの研究及び開発作業の対象となっている。

データ伝送誤り率を低減するために、無線センサー網内の要件に合わせた受信データの検査及び訂正方式が既に開発されている。例えば、非特許文献１には、受信機で受信したデータをＣＲＣ（巡回冗長符号）に基づき如何にして訂正するのかが記載されている。そのために、誤りの有る形で受信された（これはＣＲＣにより確認される）データパケットは、廃棄されるのではなく、バッファに保存される。誤りの有る形で受信されたデータパケットは、送信機から再度送られる。ＣＲＣの検査が、改めて誤りの有る形のデータ伝送を示す場合、事前に一時保存しておいた情報と改めて受信した情報をビット単位に分析、試行し、それにより、二つのデータパケットが相違する位置においてビットを逐次反復変更させて、その際、それぞれＣＲＣを検査することによって、正しいデータを再構成している。その方法は、組合せテストとして知られている。データパケットを再構成できなかった場合、データパケットの更なる再伝送を要求することができる。それにより、データ伝送誤り率と必要なデータ伝送回数の低減に成功している。特許文献１からも同様の措置を読み取ることができる。

その方法の欠点は、そのために、誤りの有る形で受信されたデータパケットの再伝送が常に必要なことであり、そのことは、それによりバッテリー寿命が低下するので、送信側無線ノードに有る電気エネルギーが限定的であるとの観点から望ましいことではない。

米国特許第８，３２７，２３２号明細書

Ｅ． Ｕｈｌｅｍａｎｎ， ｅｔ ａｌ．，"Ｈａｒｄ ｄｅｃｉｓｉｏｎ ｐａｃｋｅｔ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｒｅｌａｙ ｎｅｔｗｏｒｋｓ"， Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ， ２００８． ＩＣ−ＣＥ ２００８． Ｓｅｃｏｎｄ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ， ４．〜６． Ｊｕｎｉ ２００８， Ｓ．１０４−１０８

そこで、本発明の課題は、より少ない回数のデータパケットの再伝送により実現する、無線センサー網の受信ユニットで誤りの有る形で受信されたデータパケットを再構成する方法を提示することである。

本課題は、誤りの有る形で受信されたデータパケットを再構成する第一及び第二の方法が受信ユニットに実装されており、第一の工程で、この誤りの有る形で受信されたデータパケットを再構成する第一の方法が適用されて、その際、それにより、このデータパケットが再構成されたか否かが検査され、次の第二の工程で、第一の方法により、この誤りの有る形で受信されたデータパケットが再構成されなかった場合に、この誤りの有る形で受信されたデータパケットを再構成する第二の方法が適用されて、その際、それにより、このデータパケットが再構成されたか否かが検査される方法によって解決される。

本発明の変化形態では、即ち、受信ユニットには、異なるデータフィールドの予め既知の内容及び／又はデータパケットの所定のビットから導出可能な情報を用いて、誤りの有る形で受信されたデータパケットを再構成する第一及び第二の方法が実装されている。この場合、送信されたデータパケットのデータフィールドが予め既知の内容（情報）を有することを利用している。これらの予め既知の情報から導出可能な情報も既知の情報と見做される。

異なる再構成方法を実装することによって、異なる計算負担を必要とし、異なる実施確率を期待させる異なる複雑な方法を適用することができる。それは、第一の工程で、誤りの有る形で受信されたデータパケットに対して、有利には、小さい計算負担で満足の行く簡単な第一の方法を適用することを可能とする。この第一の方法が成功した場合、即ち、データパケットを再構成することに成功できた場合、第二の方法の適用が不要となるか、或いはデータパケットの再伝送の要求が全く不要となる。この第二の方法を用いて、誤りの有る形で受信されたデータパケットに対して、再構成の新たな試行を実施することができ、そのために、同じくデータパケットの再伝送は不要である。この場合、小さい計算負担で実現可能な方法が有利である。その背景に有る考えは、実装されたデータ伝送プロトコルのために、誤りの有る形の伝送時にデータパケットの再伝送を要求しなければならなくなるまでに、限定された時間期間しか使用可能でないことである。そのため、再構成の試行を実施するのに、この限定された時間期間しか使用できない。従って、有意義なこととして、第二の方法を実施するために未だ十分な時間が残っている可能性が大きくなるので、小さい計算負担を必要とする方法から開始される。誤りの有る形で受信されたデータパケットを再構成するための異なる方法を順番に適用することは、そのために再伝送を必要とすること無く、誤りの有る形で受信されたデータパケットが再構成される可能性を全体として向上させる。

無線ノードから送信されたデータパケットは、情報を直接的に（即ち、誤り検知及び誤り訂正メカニズムによる符号化が行なわれていない、符号化されていない形で）収容するデータを有するデータフィールドから構成される。即ち、情報が、一般的な誤り検知及び誤り訂正メカニズムを適用されずに直ちにデータとしてデータフィールドに収容されている。それは、前方誤り訂正の枠組みにおいて周知の誤り検知及び誤り訂正メカニズムを用いて符号化された情報と対照的である。後者の場合、伝送及び受信時に、情報を取得するために受信機で復号化しなければならないデータだけがデータフィールドに収容されている。本発明の場合には、受信ユニットにおいて、非常に高性能なハードウェア、例えば、大きなＲＡＭ、速いプロセッサ、高度な並列計算機（マルチコア）等を使用しなければならないことが回避される。さもなければ、それらは情報の復号化のために必要であった。当然のことながら、それらは非常に複雑な再構成方法の適用を可能とするが、そのために、入手可能な標準的なハードウェアを受信機として使用できなくなる。それと異なり、本発明は、出来る限り小さいハードウェア負担で出来る限り大きな修正成果を可能にする。

それにより、従来通りの一般的な負担のかかる誤り検知及び誤り訂正メカニズムを適用すること無く、再伝送の無い形で、少なくとも少ない再伝送で、誤りの有る形で受信されたデータパケットの再構成に成功することができる。

本方法は、少なくとも次の更なる工程で、誤りの有る形で受信されたデータパケットが第二の方法により再構成されなかった場合に、受信ユニットに実装された、誤りの有る形で受信されたデータパケットの更に別の再構成方法が適用されて、その際、それにより、データパケットが再構成されたか否かを検査することによって、有利な手法で拡張することができる。この更に別の再構成方法の適用は、そのために再伝送を必要とすること無く、誤りの有る形で受信されたデータパケットが再構成される可能性を一層向上させる。

より小さい計算負担で実行可能な特に簡単な第一の方法は、データパケットのデータフィールドの少なくとも一つのビットの値が既知であり、誤りの有る形で受信されたデータパケットにおいて、この少なくとも一つのビットが変更され、その際、この変更により、データパケットが再構成されたか否かを検査することによって得られる。この場合、場合によっては生じる誤りに関して、データパケットの所定のビットを速く検査するために、データパケットの構造に関する先験的に既知の知見を利用することができる。

有利な第二の方法では、データパケットに関する後験的に導出可能な知見を利用しており、誤りの有る形で受信されたデータパケットから、データフィールドの少なくとも一つのビットの期待値が導出されて、誤りの有る形で受信されたデータパケットにおいて、この少なくとも一つのビットが変更され、その際、この変更により、データパケットが再構成されたか否かが検査される。即ち、この方法では、データに収容された既知の情報から、別の情報が導出され、そのため、この別の情報も既知の情報である。

この場合、計算負担は、先ずはデータパケットを検査しなければならないので、第一の方法の場合よりも幾らか大きくなるが、標準的なハードウェアでも依然として十分に速く実行することができる。

修復確率を一層向上させるために、前記の二つの方法が不成功となった場合に、場合によっては、第二の方法後に実行される、誤りの有る形で受信されたデータパケットの更に別の再構成方法を実装することができる。この場合、一定の長さのビットから成る誤りブロックが、誤りの有る形で受信されたデータパケットの少なくとも一部に渡って段階的にスライドされて、各段階において、誤りブロック内に有る全てのビットが反転され、各段階において、この変更により、データパケットが再構成されたか否かが検査されるのが有利な更に別の方法である。この更に別の方法の実現可能な適合形態において、各段階において、誤りブロック内に有るビットが逐次反復変更されて、その際、この変更により、データパケットが再構成されたか否かをそれぞれ検査することができ、これは、再構成の確率を一層向上させる。

再伝送すること無くデータパケットを再構成することに成功しなかった場合、データパケットの再伝送に基づく更に別の方法を適用すると規定することができる。一つの実現可能な方法は、誤りの有る形で受信された少なくとも二つのデータパケットを互いに比較して、これらの二つのデータパケットが相違するビット位置を検出し、これらのビット位置の中の少なくとも一つにおいて、ビットを段階的に逐次反復変更させて、その際、各段階において、この変更により、データパケットが再構成されたか否かを検査することである。この場合、このビット位置に対して、このビット位置の前の一定数のビット及び／又はこのビット位置の後の一定数のビットから成るビット範囲を定義して、このビット範囲内のビットを段階的に逐次反復変更させると規定することもできる。

以下において、本発明の有利な実施形態を模式的に例示して図示した、本発明を制限するものではない図１〜１１と関連して、本発明を詳しく説明する。

無線センサー網の典型的な構成の模式図 同期時分割多重化方式によるデータ伝送の模式図 データパケットの再伝送方式のタイムチャート図 異なるデータフィールドから成るデータパケットの構成図 所定のデータフィールドの内容に関する知見が先験的に存在する例の構成図 所定のデータフィールドの内容に関する知見が先験的に存在する例の構成図 誤りの有る形で受信されたデータパケットの再構成方法の例の説明図 誤りの有る形で受信されたデータパケットの再構成方法の例の説明図 データパケットの再伝送を必要とする誤りの有る形で受信されたデータパケットの再構成方法の例の説明図 データパケットの再伝送を必要とする誤りの有る形で受信されたデータパケットの再構成方法の例の説明図 本発明による誤りの有る形で受信されたデータパケットの再構成方法において実現可能な方法のフロー図

図１には、一つの基地局ＢＳを有する無線センサー網１の典型的な構成が図示されている。一定数の無線ノードＦＫ１．．．ＦＫｎが、それに対応する基地局ＢＳと（破線により表示されている通り）無線方式により接続されており、無線データ接続を介して、その基地局とデータを交換する。この基地局ＢＳは、更に、制御ユニットＳＥと接続されており、その制御ユニットには、それぞれ一定数の対応する無線ノードＦＫを有する複数の基地局ＢＳも繋がっている。これらの基地局ＢＳと制御ユニットＳＥは、当然のことながら、一つの機器に統合することもできる。センサーを無線ノードとする場合、無線ノードＦＫは、データパケットＤＰの形でデータ（通常は測定変数の測定値）を基地局ＢＳに送信し、アクチュエータを無線ノードとする場合、それに対応して、その逆となり、その場合、データは、典型的には、制御指令から構成される。基地局ＢＳは、データ伝送プロトコルを実現するためにも、例えば、所定のデータパケットＤＰが誤りの有る形で受信された場合、例えば、そのデータパケットＤＰの再伝送を要求するために、データパケットＤＰを一つ又は全ての無線ノードＦＫに伝送することができる。しかしながら、本発明に関しては、具体的なデータ伝送プロトコルが問題ではなく、従って、本発明の理解に必要である範囲においてのみ記述されていることに留意されたい。

データパケットＤＰが異なるデータフィールドＤＦ内に情報を収容していることに留意されたい。データフィールドＤＦは、直接的に（即ち、符号化されていない形で）情報を収容している。これらの情報は、データフィールドＤＦ内のデータの形で無線ノードＦＫから受信ユニット２に伝送される。事前に符号化された情報は、例えば、本発明では適用されない一般的な誤り検知及び誤り訂正メカニズムの場合に伝送される。

無線センサー網１のトポロジーに応じて、基地局ＢＳの代わりに、別の網加入機器、例えば、一定数の無線ノードＦＫと無線方式により接続される中継器（そのような中継器としても動作する無線ノード）を配備することもできる。従って、以下では、一般的に受信ユニット２に関して述べる。

無線センサー網１では、データ伝送を同期時分割多重化方式（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ： ＴＤＭＡ）により実施するのが有利であるが、本発明は、それに限定されない。ＴＤＭＡ方式では、巡回して繰り返される一つの伝送サイクルＴＺ内にｍ個の時間スロットＺＳｍが定義されており、それらのスロット内では、それぞれ一つの割り当てられた無線ノードＦＫｎが送信することを許される。従って、各無線ノードＦＫｎは、一つの伝送サイクルＴＺにおいて、常に同じ時間スロットＺＳ内において送信する。データ伝送に必要なエネルギーを低減するために、伝送サイクルＴＺ毎にデータを伝送するのではなく、無線ノードＦＫｎでデータを纏めて、ｘ番目毎の伝送サイクルＴＺでのみ、纏めたデータを一つのデータパケットＤＰで伝送すると規定することができる。そのことが、図２に模式的に図示されている。この伝送サイクルＴＺ１では、無線ノードＦＫｎが、それに割り当てられた時間スロットＺＳ２内においてデータパケットＤＰ１を受信ユニット２に送信している。ｘ個の伝送サイクルＴＺｘ後に、この無線ノードＦＫｎが、新たにデータパケットＤＰ２を送信する。受信ユニット２は、各伝送サイクルＴＺにおいて、無線ノードＦＫにレスポンスを送信しており、この場合、それぞれ最後の時間スロットＺＳｍにおいて、例えば、データパケットＤＰ１の内容の確認及び／又は所定のデータパケットＤＰの再伝送の要求を行なっている。再伝送の場合、無線ノードＦＫｎは、次回の伝送サイクルＴＺｘまで待つのではなく、早くも直ぐ次の伝送サイクルＴＺ２でデータパケットＤＰ１’を新たに送信する。

一つの実施例では、伝送サイクルＴＺの長さを１００ｍｓとして、そのサイクルを１０ｍｓの長さのｍ＝１０個の時間スロットＺＳｍに分割することができる。それにより、一つの受信ユニットに９個の無線ノードＦＫｎ（バックワードチャネル用に一つの時間スロットＺＳｍ）を繋ぐことができる。無線ノードＦＫｎは、ｘ＝１０番目の伝送サイクルＴＺ毎に送信する。無線ノードＦＫｎが、センサーとして１００ｍｓの全てのセンサーデータ（例えば、一つの測定値）を取得した場合、その無線ノードは、毎秒１０個のセンサーデータＳＤを一つのデータパケットＤＰにより受信ユニット２に送信することができる。

図３には、例えば、データパケットＤＰの再伝送方式が図示されている。第一の伝送ＴＡ１では、例えば、それぞれ２バイトの長さの１０個のセンサーデータＳＤ１．．．ＳＤ１０から成る一つのデータパケットＤＰ１が伝送される。再伝送ＴＡ２時に、これらのセンサーデータＳＤ１．．．ＳＤ１０が、次回の伝送サイクルＴＺにおいて、データパケットＤＰ１’により新たに送信され、その間に新たに得られた測定値が追加のセンサーデータＳＤ１１として付加される。所定の最大長のデータパケットＤＰ１となるまで、それを繰り返すことができる。図示された例では、それぞれ９個のセンサーデータＳＤ１１．．．ＳＤ１５を有する５回の再伝送が許されている（データパケットＤＰ１''）。その後、それぞれ最も古いセンサーデータ、例えば、センサーデータＳＤ１が、新たなデータパケットＤＰ１'''から廃棄され、それによって、一つのデータ損失が発生する。これらの再伝送ＴＡ２．．．ＴＡ８を区別できるように、データパケットＤＰ内に異なる情報タイプＭｓｇＴを定義することもできる。

本発明を実現するためのデータパケットＤＰの構造は、例えば、図４に図示されている。このデータパケットＤＰは、異なるデータフィールドＤＦ、例えば、基本的に、それに対応する受信ユニットを定義する論理チャネルＫを識別するための３バイト、データパケットＤＰの長さＬの１バイト、ヘッダデータＨの５バイト、センサーデータＳＤの２バイトの１０〜１５セット、並びに検査値ＣＲＣの２バイトから構成される。

このヘッダデータＨは、更に、異なるデータフィールドＤＦ、ここでは、情報タイプＭｓｇＴ、無線センサー網の無線ノードアドレスＳＡ、受信ユニット２の一義的なアドレスとしてのベースアドレス、並びに無線ノードＦＫの電源供給バッテリーの実際の充電状態ＶＢａｔｔの２バイトから構成される。この２バイトのセンサーデータＳＤは、それぞれ上位バイトＳＤＨＢと下位バイトＳＤＬＢにより伝送される。同様に、検査値ＣＲＣは、充電状態ＶＢａｔｔと同様に上位バイトＣＲＣＨＢと下位バイトＣＲＣＬＢに分割される。このようなデータパケットＤＰのデータ構造は、当然のことながら、単なる例であり、任意に選択することができる。

ここで、本発明による方法は、例えば、実装されているデータプロトコルに基づき、或いは伝送されるデータの知見に基づき、所定のデータフィールドＤＦの内容が予め既知であるとの状況を利用している。そのため、このような所定のデータフィールドＤＦのデータの情報が既知であり、そのデータが無線ノードＦＫから符号化されずに伝送されるので、そのデータに含まれる情報を受信ユニット２で直ぐに評価することができる。それによって、以下で例に基づき詳しく説明する通り、データフィールドＤＦの所定のビット値を予想することができる。

［データフィールド長Ｌ］
データ伝送プロトコルに応じて、データパケットＤＰの所定のデータフィールドＤＦの長さ、さもなければデータパケットＤＰの全長を長さＬとして指定することができる。例えば、図４のデータパケットＤＰの全長が、（センサーデータＳＤの長さに応じて）３１バイト〜４１バイトであり、例えば、論理チャネルＫ、長さＬ及び検査値ＣＲＣなどのオーバーヘッドデータを差し引いた場合、データフィールドＤＦは、この長さＬに関して、ここでは、情報タイプＭｓｇＴ、無線ノードアドレスＳＡ、ベースアドレスＢＡ及び実際の充電状態ＶＢａｔｔから成るユーザーデータの長さを指定することができる。そのため、データフィールドＤＦは、この長さＬに関して、２５〜３５の範囲、即ち、Ｌ＝［２５，３５］又はバイナリ表現でＬ＝［０００１１００１，００１０００１１］内の値だけを取ることができ、センサーデータＳＤがそれぞれ２バイトから構成されるので、この値は、２ずつだけ増加することができる。そのため、この長さＬに関して、データフィールドＤＦの二つの最上位ビットは、常に０でなければならず、最下位ビットは常に１でなければならない。

［ベースアドレスＢＡ］
無線センサー網１における受信ユニット２のベースアドレスＢＡは、予め付与されており、そのため、既知である。例えば、ベースアドレスＢＡが（１６進法で）０ｘ０１，０ｘ０２，０ｘ０３である三つの受信ユニット２が存在する場合、これらのベースアドレスＢＡに関して、データフィールドＤＦの５つの最上位ビットは常に０でなければならない。

［情報タイプＭｓｇＴ］
考え得る情報タイプは、実装されているデータ伝送プロトコルによって決まる。例えば、図３では、例えば、（１６進法で）ＭｓｇＴ＝（０ｘ１２，０ｘ１３．．．０ｘ１８）の値しか取り得ない。そのため、情報タイプＭｓｇＴに関して、データフィールドＤＦの４つの最上位ビットは、常に０でなければならないことが分かる。

［充電状態ＶＢａｔｔ］
使用している無線ノードＦＫｎの知見から、如何なる分解能で充電状態ＶＢａｔｔが送られるのかが既知である。例えば、無線ノードにおいて、充電状態ＶＢａｔｔとして、バッテリー電圧が測定されて、１０ビットのアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）によりデジタル化された場合、充電状態ＶＢａｔｔに関して、データフィールドＤＦは、最下位の１０ビットだけを占めることができ、そのため、図５に図示されている通り、最上位の６ビットは、常に０でなければならない。

［センサーデータＳＤ］
使用している無線ノードＦＫｎの知見から、如何なる分解能で測定値が得られるのかが既知である。例えば、無線ノードにおいて、測定値が測定されて、１０ビットのＡＤＣによりデジタル化された場合、センサーデータＳＤに関して、データフィールドＤＦは、最上位の１０ビットだけを占めることができ、そのため、図６に図示されている通り、最上位の６ビットは、常に０でなければならない。

従って、無線センサー網１では、データパケットＤＰが無線ノードＦＫから受信ユニット２に送信され、そのデータパケットＤＰは、複数のデータフィールドＤＦから成り、少なくとも一つのデータフィールドＤＦによって、そのデータフィールドＤＦの少なくとも一つのビットの値が予め既知である。受信ユニット２で、一つのデータパケットＤＰが受信されて、例えば、そこに含まれる検査値ＣＲＣに基づき、データフィールドＤＦが壊れていることが確認された場合、この情報が、データパケットＤＰの再構成の試行のために使用することができ、そのためにデータパケットＤＰの再伝送は必要ではない。そのために、受信ユニット２では、期待される既知のビット値を用いて、データパケットＤＰのデータフィールドＤＦを調べて、期待されるビット位置に期待される値（０又は１）が含まれているか否かを検査することができる。期待される値が含まれていない場合、そのビットの値を変更して、検査値ＣＲＣに基づき、それによって、受信されたデータパケットが再構成できたか否かを検査することができる。所定の既知の値を持たなければならない、データパケットＤＰの全てのビットに対して、これを繰り返すことができる。この措置によって、多くの場合、データパケットＤＰの再構成に成功し、そのためにデータパケットＤＰの再伝送を必要としない。この方法は、予め既知の知見を利用しているので、以下において、先験的方法とも称する。

これ以外に、データパケットＤＰ自体から、再構成のために使用可能な情報を導出することもできる。このデータパケットＤＰの所定のビットに関する導出可能な情報も既知の情報と見做される。即ち、この場合、データに含まれる既知の情報から、更に別の情報が導出され、そのため、その情報も既知の情報であり、このデータは、無線ノードＦＫから符号化されずに伝送されるので、データに含まれる情報を受信ユニット２で直ちに評価することができる。このことも、以下において、例に基づき詳しく説明する通り、所定のデータフィールドＤＦに関して、所定の内容が、即ち、所定のビット値が期待されることから得られる。

［情報タイプＭｓｇＴ］
データパケットＤＰに含まれるセンサーデータＳＤの数から、情報タイプＭｓｇＴを導出することができる。図３に図示されている通り、一つのデータパケットＤＰの再伝送は、それぞれ独自の情報タイプＭｓｇＴを有する。再伝送毎に、センサーデータＳＤの長さも同時に（２ビットのステップで）増加するので、センサーデータＳＤの数から、期待される情報タイプＭｓｇＴを導出することができる。例えば、２バイトのセンサーデータＳＤを１１回受信した場合、０ｘ１３の情報タイプＭｓｇＴが期待される（図３）。

［センサーアドレスＳＡ］
ＴＤＭＡ伝送方式を使用する場合（図２を参照）、（所与のセンサーアドレスＳＡを有する）各無線ノードＦＫが一つの時間スロットＺＳに割り当てられているので、データパケットＤＰが受信された時間スロットＺＳから、期待されるセンサーアドレスＳＡを導出することができる。０ｘ０１のセンサーアドレスＳＡを有する無線ノードＦＫ１が時間スロットＺＳ１に割り当てられている場合、その時間スロットＺＳ１で受信される各データパケットＤＰが、その無線ノードＦＫ１から出ていることと、従って、そのデータパケットＤＰに含まれるセンサーアドレスＳＡが０ｘ０１でなければならないこととが仮定される。

従って、又もや、受信されたデータパケットＤＰが壊れている場合、そのデータパケットＤＰの少なくとも一つのデータフィールドＤＦの値を予め得られた知見に基づき変更して、そのような変更がデータパケットＤＰを再構成するのか否かを検査することを出発点とすることができる。この方法は、受信されたデータパケットＤＰから知見が導出されるので、以下において、後験的方法とも称する。

データパケットＤＰに関する既知の知見又は導出可能な知見を利用することを除いて、誤りの有る形で受信されたデータパケットＤＰの再構成の試行のために更に別のメカニズムを使用することもできる。

図７と関連して述べる、そのような（連続ビット方法とも呼ばれる）第一の方法では、ｉビットの長さの誤りブロックＦＢが規定される。データパケットＤＰの全体又はデータパケットＤＰの一部（例えば、ヘッダＨ＋センサーデータＳＤ）に渡って、１ビットのステップ幅で誤りブロックＦＢをスライドさせて、その際、誤りブロックＦＢ内の各ビットを反転させて、各段階において検査値ＣＲＣを検査する。この場合、複数の処理過程で長さｉを増加させることもできる。この方法は、バースト雑音が発生することと、その場合に、常に複数の隣り合うビットが乱されることとを出発点としている。

例えば、図７では、先ずは、一つのデータパケットＤＰに渡って、長さｉ＝１の誤りブロックＦＢをスライドさせ、その際、誤りブロックＦＢ内の各ビットを受信データパケットＤＰ内のそれに対応するビット（下線を引いたビット）に関して反転させる（０−＞１，１−＞０）。各段階において、検査値ＣＲＣを検査して、正しい検査値ＣＲＣが得られた場合に中止する。正しい検査値ＣＲＣが得られない場合、誤りブロックＦＢの長さｉを１だけ増加させて、再びデータパケットＤＰに渡って誤りブロックＦＢをスライドさせ、再び誤りブロックＦＢ内の全てのビット（下線を引いたビット）を反転させる。所定の予め決められた長さｉとなるまで、これが繰り返される。

図８では、更に、図７の方法の拡張形態が図示されている。この場合、誤りブロックＦＢ内のビットが単純に反転されるのではなく、誤りブロックＦＢ内において、ビットが逐次反復変更されており、その結果、考え得る全てのビット配列が検査される。

これによっても、データパケットＤＰの再伝送を必要とすること無く、データ再構成の試行を実施することができる。この方法により、誤ったデータパケットＤＰを修復できなかった場合、以下において、図９と関連して述べる通り、例えば、組合せテストなどの別の周知の方法を適用することができる。

図９の例では、一つのデータパケットＤＰ１が受信されて、検査値ＣＲＣによって、受信されたデータパケットＤＰ１が誤りを有することが確認される。そのため、このデータパケットＤＰ１は保存されて、データパケットＤＰ１の再伝送が要求される。新たに伝送されたデータパケットＤＰ１’は、改めて検査値ＣＲＣに基づき検査される。このデータパケットＤＰ１’が正常である場合、このデータパケットが採用されて、再構成の試行が不要となる。しかし、この新たに伝送されたデータパケットＤＰ１’も誤りを有する場合、組合せテストが適用される。しかし、この場合、新たに伝送されたデータパケットＤＰ１’が、場合によっては、組合せテストのために有意義なこととして除外されるべき（図９に表示されている）追加のセンサーデータＳＤ１１（図３を参照）を含む可能性が有ることを考慮すべきである。組合せテストでは、先ずは、これらのデータパケットＤＰ１，ＤＰ１’が相違する（図９で下線を引いた）ビット位置が検出される。ここで、考え得る全てのビット配列を試行して、その際、それぞれ検査値ＣＲＣを計算することによって、これらのビット位置に対して逐次反復変更が実施される。検査値ＣＲＣが一致した場合、変更されたデータパケットＤＰ１が正しいデータパケットとして与えられる。これにより、データパケットＤＰ１の再構成が成功しなかった場合、第二のデータパケットＤＰ１’を保存して、新たな再伝送を要求することもできる。そして、新たに伝送されたデータパケットＤＰ１''が得られた場合、保存された全てのデータパケットＤＰ１，ＤＰ１’，ＤＰ１''に対して、或いは保存されたデータパケットＤＰ１，ＤＰ１’，ＤＰ１''の任意の組合せ対に対して組合せテストを適用することができる。

図１０には、更に、図９の組合せテストの考え得る適合形態が図示されている。この場合、（下線を引いた）相違するビット位置の前後のｉ個のビット（図１０ではｉ＝１）を用いて、このビット範囲ＢＢ内において、考え得る全てのビット配列を逐次反復変更する。この場合、当然のことながら、例えば、相違するビット位置の前又は後だけの拡大、或いは相違するビット位置の前と後で異なる数のビットの拡大などの様々な変化形態が考えられる。

この組合せテストの更に別の適合形態では、相違する全てのビット位置を直ちに変更するのではなく、或る判断基準に基づき決定されたビット位置を選択して、先ずは、それらの位置を変更すると規定することもできる。例えば、低い充電状態ＶＢａｔｔの場合、エネルギー蓄積部がほぼ空であるために、無線ノードＦＫの送信電力が低下すると仮定することができるので、低い充電状態ＶＢａｔｔの場合に、先ずはデータパケットＤＰの最後を検査するために、充電状態ＶＢａｔｔに関するデータフィールドＤＦを用いることができる。前記の再構成の試行結果を判断基準として用いて、先ずは、その前の再構成で既に誤りが検知されたビットを検査することも考えられる。

検査値ＣＲＣを計算するために、当然のことながら、如何なる周知の方法（例えば、巡回冗長検査）も使用することができ、当然のことながら、無線センサー網での使用には、検査値ＣＲＣの計算負担が小さいことが有利である。しかし、この場合、本方式が常にそのようなものである。検査値ＣＲＣは、データパケットＤＰの所定のデータフィールドＤＦから計算されており、そのデータパケットＤＰに依存する。そして、受信機は、同じ方法に基づき、受信されたデータパケットＤＰの同じデータフィールドから同様に検査値ＣＲＣを計算して、計算した検査値ＣＲＣを伝送されて来た検査値ＣＲＣと比較する。それらが一致した場合、伝送されて来たデータが正しいとの結論が得られ、一致しない場合、データが誤った形で伝送されたとの結論が得られる。

従って、無線センサー網１において誤りの有る形で受信されたデータパケットデータパケットを再構成する方法は、例えば、図１１に基づき説明される通り、進行することができる。無線センサー網１における特別な要件を出来る限り満たすために、再構成方法の好適な連続するシーケンスが適用される。次の伝送サイクルＴＺでの再伝送を要求しなければならなくなった後では、データパケットＤＰの誤りの有る形の受信後に、所定の時間期間内でデータパケットＤＰの再構成に成功しなければならないか、或いは再伝送が要求される。有意義なこととして、出来る限り小さい計算負担で最高の実施確率を約束する方法により開始される。その後に、次善の実施確率及び／又は次善の計算負担を有する方法が来る。この「実施確率」とは、利用可能な時間内で再構成方法を実施できる確率であると理解する。

工程Ｓ１では、無線ノードＦＫｎから送信されたデータパケットＤＰが、受信ユニット２で受信されて、検査値ＣＲＣが検査される。検査値ＣＲＣが一致した場合、データパケットＤＰ（又はその一部）は、上位のアプリケーションレベルに、ここでは、例えば、制御ユニットＳＥに転送される。検査値ＣＲＣがデータパケットＤＰの内容と一致しない場合、工程Ｓ２で、データパケットＤＰを再構成する第一の方法（先験的方法）が適用され、その方法では、データパケットＤＰの予め既知の内容が検査される。この方法により、小さい計算負担でデータパケットＤＰの所定のビットを目的通り検査して、それにより高い実施確率を提供することができる。それがデータパケットＤＰの再構成に至らなかった場合、未だ十分な時間が残っている限り、工程Ｓ３で、第二の方法（後験的方法）が適用され、その方法では、データフィールドＤＦに関する情報が、データパケットＤＰの内容から直接導出される。この方法は、そのために、先ずは所定のデータフィールドＤＦを評価しなければならないので、幾らか大きな計算負担を必要とする。これらの先験的方法と後験的方法が類似していることから、これらの方法を一つの工程で実施することもできる。それも成功しなかった場合、未だ十分な時間が残っている限り、工程Ｓ４で、第三の方法（連続ビット法）を適用することができる。ここで、ビットの多くの組合せを検査するとともに、それぞれ検査値ＣＲＣを計算しなければならないことから、この方法は、それに応じて多くの計算負担を必要とする。それも成功せず、未だ十分な時間が残っている場合、工程Ｓ５で、受信されたデータパケットＤＰがデータパケットバッファ３に保存される。その前に無線ノードＦＫｎから誤りの有る形で受信されたデータパケットＤＰ’がデータパケットバッファ３に保存されている場合（照会Ｓ６）、工程Ｓ７で、周知の組合せテスト方法を適用することができる。その前に受信されたデータパケットＤＰ’が最早データパケットバッファ３に保存されていないか、或いは組合せテスト方法も成功に至らなかった場合、工程Ｓ８で、データパケットＤＰの再伝送が開始される。工程Ｓ９で、新たに伝送されて来るデータパケットＤＰを待って、それにより、そのデータパケットＤＰの取得後に、この措置が繰り返される。

ここで、当然のことながら、様々な変化形態が考えられる。例えば、第二の方法として、後験的方法の代わりに、連続ビット方法を使用するか、或いは第二、第三及び更に別の方法の順番を変更することもでき、その際、適用する方法を計算負担に応じて並べるのが有利である。

Claims (8)

1. 無線センサー網（１）で無線ノード（ＦＫ）から受信ユニット（２）に送信されて、誤りの有る形で受信されたデータパケット（ＤＰ）を再構成する方法において、
   受信ユニット（２）には、この誤りの有る形で受信されたデータパケット（ＤＰ）を再構成する第一の方法と第二の方法が実装されており、
   第一の工程で、この誤りの有る形で受信されたデータパケット（ＤＰ）を再構成する第一の方法が適用されて、その際、それにより、このデータパケット（ＤＰ）が再構成されたか否かが検査され、
   次の第二の工程で、この誤りの有る形で受信されたデータパケット（ＤＰ）が第一の方法により再構成されなかった場合に、この誤りの有る形で受信されたデータパケット（ＤＰ）を再構成する第二の方法が適用されて、その際、それにより、このデータパケット（ＤＰ）が再構成されたか否かが検査される、
   ことを特徴とする方法。
2. 少なくとも一つの次の更に別の工程で、前記の誤りの有る形で受信されたデータパケット（ＤＰ）が第二の方法により再構成されなかった場合に、受信ユニット（２）に実装された、誤りの有る形で受信されたデータパケット（ＤＰ）を再構成する更に別の方法が適用されて、その際、それにより、前記のデータパケット（ＤＰ）が再構成されたか否かが検査されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 第一の方法において、前記のデータパケット（ＤＰ）のデータフィールド（ＤＦ）の少なくとも一つのビットの値が既知であり、前記の誤りの有る形で受信されたデータパケット（ＤＰ）において、この少なくとも一つのビットが変更されて、その際、この変更により、前記のデータパケット（ＤＰ）が再構成されたか否かが検査されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 第二の方法において、前記の誤りの有る形で受信されたデータパケット（ＤＰ）から、データフィールド（ＤＦ）の少なくとも一つのビットの期待値が導出され、前記の誤りの有る形で受信されたデータパケット（ＤＰ）において、この少なくとも一つのビットが変更されて、その際、この変更により、前記のデータパケット（ＤＰ）が再構成されたか否かが検査されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
5. 第二の方法又は更に別の方法において、一定のビットの長さ（ｉ）を有する誤りブロック（ＦＢ）が、前記の誤りの有る形で受信されたデータパケット（ＤＰ）の少なくとも一部に渡って、段階的にスライドされ、各段階において、この誤りブロック（ＦＢ）内に有る全てのビットが反転されて、各段階において、この変更により、前記のデータパケット（ＤＰ）が再構成されたか否かが検査されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
6. 各段階において、前記の誤りブロック（ＦＢ）内に有るビットが逐次反復変更されて、その際、それぞれ、この変更により、前記のデータパケット（ＤＰ）が再構成されたか否かが検査されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 第二の方法又は更に別の方法において、誤りの有る形で受信された少なくとも二つのデータパケット（ＤＰ１，ＤＰ１’）が互いに比較されて、これらの二つのデータパケット（ＤＰ１，ＤＰ１’）が相違するビット位置が検出され、これらのビット位置の中の少なくとも一つにおけるビットが、段階的に逐次反復変更されて、その際、各段階において、この変更により、前記のデータパケット（ＤＰ１）が再構成されたか否かが検査されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
8. 前記のビット位置に対して、前記のビット位置の前の一定数のビット及び／又は前記のビット位置の後の一定数のビットから成るビット範囲（ＢＢ）が定義されて、このビット範囲（ＢＢ）内のビットが段階的に逐次反復変更されて、その際、各段階において、この変更により、前記のデータパケット（ＤＰ１）が再構成されたか否かが検査されることを特徴とする請求項７に記載の方法。

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