专利名称：无线通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包含无线通信终端与无线基站的通信系统。尤其涉及一种所述无线通信终端是装载传感器的小型半导体芯片的传感器网络系统。
背景技术：
旨在实现可进行所有网络连接的普遍社会的研究开发正在盛行。非接触IC卡或具有所谓的RFID无线通信功能的小型IC芯片急速普及，同时，广泛应用于商品的流通管理、生产管理、电子货币等中。另外，通过将各种传感器功能装载于这种IC芯片上来实现生产线监视、家庭安全、环境测量等的尝试也在进行。将这种传感器芯片构成的网络和服务称为传感器网络，其作为可将现实世界的实时信息取入到网络、构成普遍社会的信息基础的技术而被期待。
确定非专利文献1中记载的国际标准规格作为已广泛使用的非接触IC卡的近距离无线通信的规格。
非专利文献1ISO/IEC IS 18092当在的传感器网络处于各个研究机构或制造商开发独自标准的样机或制品、产适用于单独应用的阶段。在这些传感器芯片中，通信的标准也各异，无论在物理层还是MAC层以上彼此都无互换性。在多数制品中，为了识别各个传感器芯片，使用8比特或16比特等比特长度小的局部ID。这些局部ID仅对该制造商或仅对该系统保证是唯一的。因此，制造商不同的传感器芯片彼此相互不能通信。即便是相同的制造商，有时纳入对象不同的传感器芯片彼此相互也不能通信。此前的各种传感器网未得到大规模的普及，即便在这种现状下也暂且不成问题。但是，今后，在普及拓宽或各种标准的标准化的同时，会要求从多个制造商处购入的传感器芯片共存于同一系统内，并且分别构筑的系统彼此会相互联系的技术。为了实现这些技术，需要用于收集传感的数据的、不依赖于特定制造商的标准的通用的构造。
在非接触IC卡或RFID领域中，为了唯一识别各个芯片，世界中正在开展策划唯一局部ID的运动。例如，在作为以日本为据点的业界团体的无所不在ID传感器中提议128比特的‘无所不在ID’，在作为以美国为据点的业界团体的EPCglocal中提议64比特或96比特的‘EPC(Electronic Product Code)’。这种运动也适用于任一传感器网，需要向各个传感器芯片提供全世界唯一的ID。
在非接触IC卡或RFID中，通常是将从引线照射的电磁波作为能量源来动作的无源方式。另一方面，构成传感器网的传感器芯片由于配置在宽带中，自律地进行传感或数据发送，所以通常是在芯片中内置电池或发电装置的有源供电方式。具体而言，有使用一次电池(干电池等)、二次电池(充电池)、燃料电池、太阳光发电装置、微小振动发电装置等的方式。
若考虑在人或物上附带传感器芯片或在环境中配置多个传感器芯片，则传感器芯片需要尽可能小型化。虽然在传感器芯片的小型化中也需要小型化有源供电装置，但这意味着缩小电源容量。另一方面，为了提高实用性，必需长时间驱动各个传感器芯片。因此，必然产生传感器芯片的低功耗化。
传感器芯片的低功耗基本上消耗在无线通信上，因情况不同占9成以上。因此，为了传感器芯片的低功耗化，需要无线通信的低功耗化。作为其中的一环，削减发送接收的数据总量是重要的。如上所述，估计也必需向传感器芯片提供世界上唯一的全局ID。此时，在多数情况下，想发送的测定数据本身典型地为数10比特左右。在这种状况下，若原样使用比特长度大的全局ID，则与数据本身相比，实际的通信量会增大到必要以上。
例如，在将128比特的全局ID原样用于通信时的数据分组标题中的情况下，若是指定发送源与目的地双方的协议，则仅在此中就产生256比特的额外消耗。另一方面，虽然测定数据的尺寸基于传感器的种类或测定对象，但若考虑温度数据的情况，则典型的比特长度为16比特或充其量32比特。在要求一定程度实时性的用途中，传感器芯片需要在每次测定时发送数据。此时，为了全局ID而要求256比特的额外消耗是不效率的。在以前的有线系统通信、或无线LAN或Bluetooth(注册商标)等以功率较充裕为前提的无线系统通信中，不能忽视这种额外消耗。但是，在以低速、低功耗通信为前提的传感器芯片中，每一个数据分组200比特以上的额外消耗对通信性能造成重大的坏影响。
如上所述，在以前的传感器芯片中使用的局部ID中，采用仅对该制造商或仅对该系统才具有唯一性、在系统之外的通信中唯一特定各个传感器芯片的通用方法。另一方面，在原样使用估计将来必需的全局ID来进行无线通信的情况下，额外消耗占传感器芯片的通信数据的比例增大，会浪费通信频带和功耗。本发明的课题在于使用于传感器芯片功耗降低的通信量降低、与有利于与外部系统的联系的全局ID的活用同时成立。
发明内容
本发明的特征在于，具有世界中唯一全局ID的传感器芯片在初始通信中向服务器发送所述全局ID，所述服务器对所述全局ID分配一个仅在系统内唯一的局部ID，发送给所述传感器芯片，所述传感器芯片存储从所述服务器接收到的所述局部ID，在以后的通信中，所述传感器芯片、所述服务器、中继所述传感器芯片与所述服务器的通信的无线基站之一为了识别所述传感器芯片而使用所述局部ID。作为具体的通信方法，在分配局部ID后的通信中，发送接收不包含全局ID而包含局部ID的信息。
另外，为了分配局部ID，未必一个一个地生成局部ID后分配。例如，也可在服务器起动时生成多个局部ID并进行组合(pool)，每当接收来自传感器芯片的请求时，从该组合分配一个ID。作为简单实例，有以堆栈型的数据构造来管理局部ID的组合、每当接收请求时、从开头顺序推出的方法。
另外，本发明的特征在于，所述服务器代表地执行经宽带网络与外部通信装置的通信，在与所述外部通信装置的通信中，当识别所述传感器芯片时，使用所述全局ID，当所述服务器向所述传感器芯片或所述无线基站中继与所述外部通信装置的通信时，相互变换所述全局ID与所述局部ID。
另外，另一方面，在认为与本发明类似的现有技术中，在进行IP(因特网Protocol)地址变换的NAT(Network Address Translator或Network Address Translation)技术。但是，NAT技术的特征在于，对于仅有局部地址而无全球地址的终端，NAT装置仅在本装置内关联所述局部地址与特定的全球地址，在传输IP数据分组时，相互变换两个地址。因此，连接于NAT装置下端的所述终端不知道分配给自己的全球地址，从最初开始一贯执行仅使用局部地址的通信。这样，可知本发明具有与现有的NAT技术完全不同的多个技术特征。
若表征本发明，则本发明的通信系统是具有多个终端与至少一个基站的通信系统。这里，终端具有用于与基站通信的通信部件；存储用于唯一识别终端的第一ID的第一存储器；和存储对应于第一ID的第二ID的第二存储器。另外，基站的特征在于，具有用于与无线终端通信的通信部件，终端向基站发送第一ID，并从基站接收对应于第一ID的第二ID，将接收到的第二ID存储在第二存储器中。终端例如是具备各种传感器的芯片构成。终端与基站间的通信最好以无线进行。第二ID由与基站连接的服务器等生成，根据经由基站接收到的第一ID，服务器生成第二ID，并经由基站将第二ID发送给终端。
服务器可构成为生成与第一ID一对一对应、并且比特长度比第一ID小的第二ID，存储第一ID与第二ID的对应关系。
本发明的通信方法是具有多个终端、和以无线与终端进行通信的至少一个基站的通信系统的通信方法。
终端向上述基站发送特定自己的第一ID，并从上述基站接收与第一ID对应的第二ID，存储第二ID，在存储第二ID之后的通信中，终端和所述基站为了识别终端而使用第二ID。
这种第二ID的分配可在终端设置之后、例如通信系统初始化时进行。
本发明的无线终端是以无线与基站通信的无线终端，具有用于与基站通信的无线模块、存储第一ID的第一存储器、可写入的第二存储器、控制无线模块、第一和第二存储器的控制器、和向无线模块、第一和第二存储器和控制器供电的电源。这里，控制器进行控制，经无线模块向基站发送包含第一ID的数据，并在由无线模块接收对应于从基站(或经由基站)发送的第一ID的第二ID时，将第二ID存储在第二存储器中。这种控制器的功能除可由在微处理器上执行的软件实现外，还可由专用的硬件来实现。
控制器进行控制，在将第二ID存储在第二存储器中以后的通信中，使用第二ID，与基站进行交换。若第二ID具有比第一ID短的比特长度，则通信的数据总量(包含ID)变少，当使用电池作为电源的情况下，可使其寿命变长。
本发明的服务器是连接于具有多个终端、和与终端进行无线通信的至少一个基站的通信系统上的服务器。该服务器具有用于与基站通信的通信单元、存储器、和控制通信单元和存储器的控制器。控制器进行控制，当由通信单元接收从终端经由基站发送的第一ID时，生成与第一ID一对一对应并且比特长度比第一ID小的第二ID，将生成的第二ID存储在存储器中，使用通信单元向终端发送第二ID。存储器可构成为存储第一ID与第二ID的对应表。
发明效果根据本发明，可在系统内通信、尤其是无线通信中使用适于低功率、低速通信的、比特长度小的局部ID。另外，通过服务器居中与系统外的通信，也可活用适于与外部系统联系的、全世界唯一的全局ID。
另外，因为全局ID不对系统内的通信标准造成直接影响，所以可容易对应于全局ID的标准变更。
图1是构成设备间的连接关系(实施例1)。
图2是传感器芯片的内部构成(实施例1)。
图3是无线基站的内部构成(实施例1)。
图4是服务器的内部构成(实施例1)。
图5是构成设备间的协议堆栈(实施例1)。
图6是传感器芯片初始登录时的通信过程(实施例1)。
图7是初始登录时的传感器芯片的动作流程(实施例1)。
图8是初始登录时的无线基站的动作流程(实施例1)。
图9是初始登录时的服务器的动作流程(实施例1)。
图10是服务器管理的ID表的构成(实施例1)。
图11是在传感器芯片与无线基站的通信中使用的无线帧的构成(实施例1)。
图12是从传感器芯片至服务器的数据收集时的通信过程(实施例1)。
图13是数据收集时的传感器芯片的动作流程(实施例1)。
图14是数据收集时的服务器的动作流程(实施例1)。
图15是该传感器网络系统与外部服务器进行通信时的通信过程的一例(实施例1)。
图16是从服务器接收询问(1511)开始到返回回答(1512)为止的动作流程(实施例1)。
图17是从服务器接收询问(1513)开始到返回回答(1518)为止的动作流程(实施例1)。
图18是询问(1511)中的XML-APL层的格式(实施例1)。
图19是回答(1512)中的XML-APL层的格式(实施例1)。
图20是服务器管理的ID表的构成(实施例2)。
图21是通信成本的计算式(实施例2)。
图22是传感器芯片初始登录时的通信过程(实施例3)。
图23是数据收集时的通信过程(实施例3)。
图24是服务器与外部服务器之间的通信过程的一例(实施例4)。
具体实施例方式
在需要自动化、无人化的工厂的大规模生产线上，配置监视制造工序的多个传感器芯片。工厂散布在全国，在各工厂构筑传感器网络系统。通过由中央管理中心经由网络全面监视这些系统，可一维监视制造工序，可构成用于促进提高生产性用的各种措施的信息基础。
图1中示出包含外部系统的传感器网络系统的整体构成。
传感器芯片(101-108)是具备传感器功能或无线通信功能的小型IC芯片。将多个传感器芯片或附带于人或物上，或配置在环境中。各传感器芯片边定期进行检测，边进行数据发送。
无线基站(111-113)用于接收从传感器芯片(101-108)发送的数据，并传输给服务器。一般情况下，无线基站的数量比传感器芯片的数量少。各无线基站具有可通信的区域，并被配置成覆盖配置有传感器芯片的全部区域。由于无线通信易受到噪声的影响，所以为了一个传感器芯片能始终与多个无线基站通信，有时也致密配置无线基站，但有时传感器芯片执行多转发式(multi-hop)通信，不必致密配置无线基站。
服务器(131)经LAN(120)接收由基站接收到的来自传感器芯片的测定数据。将从各传感器芯片收集到的测定数据存储在数据库中。另外，接受来自客户机(141)或外部服务器(171)的访问，向它们提供数据库的信息，或相反接受信息的提供。
客户机(141)提供与本系统中与用户的接口。例如构成用于实现温度监视等应用程序的前端(front end)，访问服务器(131)，取得数据库的信息，并显示温度监视画面。另外，受理来自用户的管理指令，执行对服务器、基站、传感器芯片的控制。由于与客户机(141)直接进行通信的是服务器(131)，所以针对基站或传感器芯片的管理指令首先被服务器(131)受理，从服务器(131)向基站、进而向传感器芯片传输。另外，由于客户机(141)与发明内容不具有直接关系，所以在本说明书中不进行详细的说明。
LAN(120)是在用户侧构筑的局域网络。作为构成LAN的技术，在因特网(注册商标)技术广泛普及的前提下，由交换式集线器或无线LAN接入点等构成。另外，也可同时使用Bluetooth(注册商标)、ECHONET(注册商标)、HAVi(注册商标)等面向其它LAN的通信技术。LAN(120)上连接有无线基站、服务器、客户机等，并中介于这些装置间的通信。
路由器(151)是用于将LAN(120)连接到作为公众网的因特网(160)上的网关。路由器的基本功能是中继IP分组，但市面上出售具备各种各样网关功能的路由器，必要时可活用这些功能。例如，可利用自动向LAN(120)内的各装置分配IP地址的DHCP功能、或在LAN(120)内使用专用IP地址时的NAT(Network Address Translation)功能。尤其是为了防止从外部经因特网(160)对LAN(120)内的不正当访问，路由器(151)适用具有防火墙功能的路由器。此时，服务器(131)也可如图所示与其它设备一样设置在LAN内，为了进一步强化安全性，也可连接于路由器的特定端口上，构成DMZ(De-Militarized Zone)。
以上是在用户侧构筑的传感器网络系统的构成。这里，所谓用户也可以是个人、企业、自治体等中的任一种。
将上述传感器网络系统经路由器(151)连接于因特网(160)上。连接路由器(151)与因特网(160)的访问线路可使用通信业界提供的各种各样线路。代表性的如模拟电话线路、数字专用线、ADSL、CATV、FTTH等。在传感器网络系统的用户是个人或小规模企业的情况下，首先典型地将访问线路容纳在ISP(因特网Service Provider)的网络中，从那里再连接到因特网(160)上。
外部服务器(171)若从传感器网络系统看，则是因特网(160)上的外部通信设备。典型地，是有价提供特定应用程序的ASP(ApplicationService Provider)，或无偿公开的网站。对应于拥有外部服务器(171)的事业主体不同，与因特网(160)的实际连接也不同，但通常是经ISP网络进行连接。
传感器网络系统与外部服务器的关系未必是一对一。也可以是单个外部服务器与多个传感器网络系统联系，或是单个传感器网络系统与多个外部服务器联系。或者，外部服务器(171)也可以是与图1不同的传感器网络系统中的服务器，此时构成各个传感器网络系统彼此相互联系的形式。
图2中示出传感器芯片(101)的内部构成。
电池(210)提供传感器芯片(101)的各功能部动作用的电力。可使用一次电池(干电池或钮扣电池等)、二次电池(充电电池)、燃料电池、太阳光发电装置、微波振动发电装置等。
传感器(220)根据来自微控制器(250)的测定命令，执行检测，向微控制器传递测定值。作为测定对象得到的物理量是温度、压力、加速度、红外线量、电位等，具备对应于测定对象的收容设备。具备AD变换器，用于在将一次测定值作为模拟信号而得到的情况下，将其变换成微控制器(250)处理的数字值。为使传感器芯片(101)适用于各种应用，传感器(220)可单独具备多个收容设备，也可对应于目的不同而改换为具有不同收容设备的多个传感器。
RF(230)由天线与高频电路构成，在与无线基站或其它传感器芯片之间发送接收数据。由于通信中使用的无线频带或无线调制方式等不同，天线或高频电路中应采用的安装技术也不同。
向ROM(240)中写入程序代码、和包含全局ID的各种参数。在传感器芯片(101)起动时，微控制器(250)从ROM(240)中读出程序代码并执行。程序代码也可包含OS(Operating System)。在有可能进行程序代码的版本升级或参数变更等在传感器芯片(101)出厂后改写ROM(240)内容的情况下，可利用闪存等的安装技术。其中，全局ID的值是制造商在出厂前将固定值写入每个传感器芯片中，在通常的运用中假设在出厂后不能改写。
微控制器(250)通过执行程序代码来控制传感器芯片(101)的动作整体。不仅ROM(240)和RAM(260)，传感器(220)和RF(230)也执行数据的发送接收，所以具备与这些各功能部之间的输入输出接口。另外，具备用于通过事件驱动而从传感器(220)或RF(230)取入数据的中断功能、和用于定期检测、记录测定时刻、数据发送时的再发送控制等的计时器功能等。在微控制器(250)的安装技术中，可使用面向组装设备的通用8位微控制器，也可使用面向传感器网络而提高低功耗特性或信号处理功能的商品。
RAM(260)构成传感器芯片(101)动作时的作业存储器。在写入ROM(240)内的程序代码包含OS的情况下，将OS或在OS上进行动作的执行程序加载到RAM(260)上。在程序代码不包含OS的情况下，不将程序代码加载到RAM(260)上，而将命令一个个地直接读入微控制器(250)中执行。动作时，RAM(260)保持从传感器(220)取得的测定值，或构成数据发送接收时生成或分析数据分组的区域。尤其就本发明而言，在初始登录时将从服务器分配的局部ID存储在RAM(260)上，并在每次发送测定数据时使用。
图3中示出无线基站(111)的内部构成。
电源(310)提供无线基站(111)的各功能部动作用的电力。最标准的供电方法是连接于通常的家庭用电源后进行向外部供电的方法，但也可将PoE(Power over Ethernet(注册商标)。)或USB等有线通信电缆用作电力线的技术。此时，NIF(320)兼用作电源部。另外，与传感器芯片的情况一样，具备电池或发电设备来进行内部供电也无妨。
NIF(320)是对LAN(120)的通信接口，与服务器(131)之间进行通信。作为典型的接口，有10/100BASE-T、无线LAN、Bluetooth(注册商标)等。如后所述，由于在与服务器(131)的通信中，在网络层使用IP(因特网Protocol)，所以在NIF(320)中设定IP地址，具备IP数据分组的发送接收功能。
RF(330)由天线与高频电路构成，接收传感器芯片发送的测定数据，或向传感器芯片发送来自服务器的响应等。无线基站与传感器芯片相比，其大小或功率制约小，所以可适用使用两条以上天线的分集技术、或基于复杂信号处理的干扰降低技术等。另外，由于1个无线基站与多个传感器芯片进行通信，所以在无线复用或数据分组处理等中需要比传感器芯片还高的性能。
向ROM(340)中写入包含OS的程序代码与各种参数。一般将这些称为固件。在固件出厂后进行在线实时更新的技术普及的情况下，作为ROM(340)的安装技术，一般采用内容可改写的闪存。
CPU(350)通过执行程序代码来控制无线基站(111)的动作整体。不仅ROM(340)和RAM(360)，NIF(320)和RF(330)也执行数据的发送接收，所以具备与这些各功能部之间的输入输出接口。在CPU(350)的安装技术中，也使用面向组装设备的16位或32位处理器，也可使用提高信号处理等性能的商品。
RAM(360)构成无线基站(111)动作时的作业存储器。从ROM(340)向RAM(360)上加载OS或在OS上进行动作的执行程序。另外，作为用于在数据发送接收时生成或分析数据分组的区域。
图4中示出服务器(131)的内部构成。是与一般的PC或业务用服务器一样的构造。
电源(410)提供使服务器(131)的各功能部动作用的电力。通常采用连接于通常的家庭用电源或业务用电源后进行外部供电的方法。尤其是在适用于业务用途时，可与用于应对瞬间断电或停电等电源异常的无停电电源装置(UPS)合用。
NIF(420)是连接到LAN(120)或路由器(151)上的通信接口，与无线基站(111-113)、客户机(141)、外部服务器(171)之间进行通信。作为典型的接口，有100BASE-TX、1000BASE-T、1000BASE-TX等。若是一般家庭用的小规模、或不要求高可靠性的用途，则可使用无线LAN等接口。由于服务器(131)执行的通信在网络层中使用IP，所以在NIF(420)中设定IP地址，具备IP数据分组的发送接收功能。
向辅助存储器(430)中写入包含OS的程序代码与各种参数。另外，在辅助存储器(430)中保持用于管理从传感器芯片收集到的测定数据的数据表(431)、或利用OS的虚拟存储器功能来分配作业存储区域。作为辅助存储器(430)的安装技术，适用在传感器芯片数量或传感的数据量多的大规模传感器网络系统中使用HDD的技术。若是较小规模的传感器网络系统，则也可以是具有数10-数100兆字节左右的存储容量的闪存等。
CPU(440)通过执行程序代码来控制服务器(131)的动作整体。另外，具备用于在辅助存储器(430)、RAM(450)、NIF(320)之间进行数据发送接收的输入输出接口。在CPU(440)的安装技术中，可使用面向业务用途的高端(high-end)的高速处理器，在面向一般家庭用等的小规模用途中，使用面向组装设备的16或32位处理器即可。
RAM(450)构成服务器(131)动作时的作业存储器。从辅助存储器(430)向RAM(450)上加载OS或在OS上进行动作的执行程序。另外，RAM(450)与辅助存储(430)相比，访问速度快，所以访问频率高的数据、或需要高速访问的数据可在存储容量允许的范围内保持在RAM(450)上。作为本发明主要构成要素之一的ID表(451)是这种数据之一。
虽然图中未示，但除此以外服务器(131)也可具备维护管理用的显示装置、键盘、鼠标等输入输出用的设备或接口。就外部服务器(171)而言，虽然在本发明的细节中未规定，但作为一例，可假设具有与图4所示的服务器(131)一样的构成。
图5中示出本实施例中各装置的协议堆栈。协议堆栈图示出各装置的协议功能的关联性。示出逻辑连接关系与各协议层的关联方式。
就传感器芯片(101)的协议堆栈而言，RF-APL层将测定数据一体(capsule)化为用于发送给无线基站的格式。RF-NW层提供管理全局ID和局部ID，或检测发送接收数据分组的丢失或重复接收等的功能。RF-MAC层提供定义消息的种类、或执行帧的错误检测等的功能。这些各层功能作为微控制器(250)执行的程序代码而被安装。RF-PHY层的功能被安装于RF(230)中，提供无线编码或复用、无线信号的发送接收等功能。
在本实施例中，全局ID和局部ID由RF-NW层管理，但也可通过安装而由RF-MAC层管理。关于协议堆栈中的层间功能分担的这种理论是关于安装方法的问题，即便执行基于某种功能分担的安装，也不会对本发明的基本原理产生影响。
传感器芯片(101)与至少一个无线基站直接或间接地进行无线通信。例如，在传感器芯片(101)与无线基站(111)位于彼此可通信的区域中的情况下，两者进行直接通信。在传感器芯片(101)不能与无线基站(111)直接通信的情况下，也可以在邻近的传感器芯片之间进行数据的多次转发，最终将数据传输给无线基站(111)。此时，至少一个的传感器芯片位于虚线(501)所示的部位。
就无线基站(111)而言，将RF-PHY层的功能安装在RF(330)中。RF-MAC层以上的无线侧协议与TCP/IP层以上的LAN侧协议作为CPU(350)执行的程序代码而被安装。在无线侧协议中，RF-NW层和RF-APL层的各功能被映射到作为LAN侧协议的SN-APL层。作为映射的结果，即便伴随有数据格式的变换也无妨，但不包含使测定数据、全局ID、局部ID等信息丢失。SN-APL层在传输层中使用TCP/IP。也可通过安装来使用UDP/IP，但此时在无线基站(111)与服务器之间需要进行对数据分组丢失或重复接收进行检测和再发送控制。该处理由映射到SN-APL层的RF-NW层的功能来实现。将Ether-MAC层和100BASE-T层的功能安装于NIF(320)中。在无线基站(111)与服务器(131)之间，无线LAN访问点、交换式集线器、路由器等构成LAN的中继装置也可为至少一个。图中，位于虚线(502)所示的部位。
服务器(131)以可基于TCP/IP传输的SN-APL层为终端。由SN-APL层收集的来自各传感器芯片的测定数据被存储于数据表(431)中。SN-APL层为了收集来自传感器芯片的数据或控制各传感器芯片，在与外部服务器(171)的通信中，使用系统内协议中、更通用的协议。XML-APL层通过在数据格式中采用XML(Extensible MarkupLanguage)，具备可对应于多种系统关联的通用性。为了在因特网(160)上传输XML-APL层的数据格式，利用SOAP(Simple Object AccessProtocol)和HTTP(HyperText Transfer Protocol)。将这种使用了XML和HTTP的应用程序协议的设计方法或在此基础上实现的服务称为‘Web服务’，适用于经由因特网的电子商务或各种各样的企业间联系中。通过在与外部服务器(171)的通信中采用XML/HTTP的组合，可与多种服务提供商联系。
服务器(131)中的TCP/IP层以上的各协议作为CPU(440)执行的程序代码而被安装。另一方面，将Ether-MAC层以下安装在NIF(420)中。本图中，看到作为服务器(131)的网络接口，在无线基站(111)侧与路由器(151)侧有两个，但这是协议堆栈图在表现上的问题，并不意味着NIF(420)具备两个物理接口。因为IP通信在单一的物理接口上可复用，所以即使NIF(420)仅具有单一的物理接口，也不会产生功能上的问题。另外，在具备两个物理接口的情况下，会得到通信频带增强、通信路径双工化、安全设计容易化等效果。
在服务器(131)与路由器(151)之间，无线LAN访问点、交换式集线器、路由器等构成LAN的中继装置也可为至少一个。图中位于虚线(503)所示的部位。
路由器(151)以IP层来中继服务器(131)与外部服务器(171)之间的通信。即，根据目的地IP地址来确定传输对象的接口。也可对应于设定来对数据分组实施NAT或数据分组滤波等处理。
在路由器(151)与外部服务器(171)之间，一般经过多个构成因特网(160)的路由器、长距离传输装置等。另外，在路由器(151)或外部服务器(171)被设置在企业网络内的情况或经由ISP访问因特网(160)的情况下，也经由构成这些网络的网关、路由器、开关等。这些各种装置位于图中由波浪线(540)所示的部位。
外部服务器(171)以来自服务器(131)的XML-APL层为终点。另外，即便后端(back end)的各种数据库、应用程序服务器、进而其它服务提供者与因特网上公开的其它外部服务器联系也无妨。这种各种各样的联系可通过Web服务具有的通用性来容易地实现。
本图中，将LAN(120)内或系统外的通信中的MAC层和PHY层一律设为Ether-MAC和100BASE-T，但在用于传输IP层的MAC层或PHY层中有多个种类，使用其中任何一个都可以。例如，即便在用于将路由器(151)连接于因特网(160)上的访问线路中使用ADSL或光纤也无妨，在构成因特网(160)的通信事业者的网络内，在MAC层中使用MPLS、在PHY层中使用OC-192也无妨。
另外，因为与本发明无太大关系，所以对客户机(141)的说明未包含于本图中，但作为一例，也可与外部服务器(171)一样，使用XML-APL来与服务器(131)进行通信地进行安装。
图6中示出传感器芯片初始登录时的通信过程。
传感器芯片(101)从初始起动状态(621)起发送登录请求消息(611)，并转移到等待登录状态(622)。接收到登录请求消息(611)的无线基站(111)在执行协议变换(631)后将该消息传输给服务器(131)。接收到传输来的登录请求消息(612)的服务器(131)分配局部ID(641)，将登录完成消息(613)返回到无线基站(111)。无线基站(111)在执行协议变换(632)后，将该消息传输给传感器芯片(101)。接收到传输来的登录完成消息(614)的传感器芯片(101)存储局部ID(623)，并转移到运用状态(624)。
在本实施例中，示出仅执行局部ID分配的初始登录序列，但也可利用初始登录序列，执行加密通信设定、通信间隔设定等各种通信参数的设定等、传感器芯片(101)与服务器(131)之间的各种协商。
图7中示出初始登录时的传感器芯片(101)的动作流程。
传感器芯片(101)从初始起动状态(621)起发送登录请求消息(611)。在该消息中存储自身的全局ID值。在发送消息之后，起动计时器(701)，转移到等待登录状态(622)。等待登录状态(622)是接收来自服务器的登录完成消息(614)用的待机时间，计时器设定待机时间的长度。超时时间T1以在没有因无线通信或有线通信中的通信噪声造成的数据分组丢失、LAN(120)的拥挤、服务器(131)的过负载等的状况下、确实返回登录完成消息(614)的响应时间为基准来设定，典型地为数秒左右。在未接收到登录完成消息(614)而产生超时的情况下的代表处理是视为产生了上述通信故障，然后再次发送登录请求消息。本图中，示出在超时前接收到登录完成消息(614)的情况。若接收登录完成消息(614)，则停止计时器(702)，将存储在该消息中的局部ID值存储在RAM(260)中(623)，并转移到运用状态(624)。在运用状态(624)下的通信中，使用该局部ID。
图8中示出初始登录时的无线基站(111)的动作流程。
无线基站(111)若在等待接收状态(801)下接收到来自传感器芯片(101)的登录请求消息(611)，则根据图5所示的协议堆栈，将该消息从无线侧协议的数据格式变换为LAN侧协议的数据格式，将变换后的登录请求消息(612)传输给服务器(131)，并返回等待接收状态(802)。在接收到来自服务器(131)的登录完成消息(613)的情况下也执行同样的流程，在从LAN侧协议的数据格式变换为无线侧协议的数据格式后，将变换后的登录完成消息(614)传输给传感器芯片。
图9中示出初始登录时的服务器(131)的动作流程。
若服务器(131)在等待接收状态(901)下接收到来自传感器芯片(101)的登录请求消息(612)，则对存储在该消息中的全局ID值重新分配系统内唯一的局部ID值，在ID表(451)中以两个ID值为一组进行登录(641)。并且，生成用于存储传感器芯片(101)的构成信息或测定数据的数据表(431)的数据项(902)。之后，向传感器芯片(101)发送登录完成消息(613)，返回等待接收状态(903)。
图10中示出服务器(131)管理的ID表(451)的构成。
ID表(451)由对应于各个传感器芯片的项构成。各个项由全局ID、局部ID、对数据表(431)的索引构成。本图中，示出全局ID为128位、局部ID为8位的情况。为了便于看，两个ID值用16进制数表示，另外，全局ID值以每16位用冒号()来区分表示。
该ID表(451)用于从全局ID至局部ID的变换、从局部ID至全局ID的变换。另外，也用于将全局ID或局部ID作为密钥来取得对数据表(431)的索引值。在索引值所示的对象中存储对应的传感器芯片的信息。
在数据表(431)中存储各个传感器芯片的构成信息或测定数据。作为测定数据的实例，例如作为新数据的测定值本身、将所述测定值以SI为单位变换后的值、测定时刻等。作为传感器芯片的构成信息的实例，例如以制造商、传感器的种类、电源容量、无线频率为主的通信参数等。作为取得这些构成信息的方法的实例，例如如下方法，用户手动设定、从添附于传感器芯片的产品包中的媒体进行安装，从制造商的支持网站在线取得，在传感器芯片的初始登录时或初始登录后的设定过程中，从传感器芯片自动取得等。
服务器(131)进行管理，以使局部ID变为系统内唯一的值。在使用8比特的局部ID的本实施例中，最大可容纳256个传感器芯片。由于该表格被频繁参照，或要求检索高速化，所以在服务器(131)的RAM(450)中进行管理。作为用于使检索高速化的通用技术，可使用作为检索专用存储器的CAM(Contents Addressable Memory)、或作为有效管理多个数据的算法的散列法等。
图11中示出在传感器芯片(101)与无线基站(111)的通信中使用的无线帧的构成。
各字段按1111-1116的顺序无线传输。Frame Length(1111)与Message Type(1112)是RF-MAC层的标题。Local ID(1113)与SequenceNumber(1114)是RF-NW层的标题。Data(1115)是RF-APL层的数据。FCS(116)是RF-MAC层的末尾。
表示登录请求的Message Type(1112)的值为0x1。就登录请求消息(611)而言，Local ID(1113)的值是表示“分配前”的0x00。SequenceNumber(1114)的值是表示“从传感器芯片(101)起动开始的最初消息序列”的0x01。在Data(1115)中存储传感器芯片(101)的全局ID值。FrameLength(1111)的值为0x12。这表示去除RF-MAC层的标题和末尾后的有效负载部、即Local ID(1113)、Sequence Number(1114)、Data(1115)共计为18个八位字节。在FCS(116)中，存储对除自身外的RF-MAC帧整体、即(1111-1115)的CRC(Cyclic Redundancy Check)的运算结果。
表示登录完成的Message Type(1112)的值为0x2。在登录完成消息(614)中，Local ID(1113)的值是由服务器(131)分配给传感器芯片(101)的唯一值0x5a。Sequence Number(1114)的值由于是该消息对登录请求消息(611)的响应，所以接于登录请求消息(611)的值0x01之后。为了示出该消息以传感器芯片(101)为目的地，向Data(1115)原样返回存储在登录请求消息(611)中的传感器芯片(101)的全局ID值。除全局ID外，在Data(1115)中也可包含从服务器(131)通知给传感器芯片(101)用的各种信息。作为这种信息的代表例，例如关于无线通信或加密通信的动作参数。
在无线基站(111)与服务器(131)的通信中使用的数据分组如图5所示，利用TCP/IP进行一体化。在最单纯的安装中，SN-APL层的数据格式即便是图11所示的无线帧原样存储的格式也无妨。或者，也可以在实施简单的格式变换后直接变为文本格式。在更高级的安装中，也可能变换为如XML那样结构的文本格式的格式。后面所示的图18或图19是XML格式的一例，设计具有与其一样的结构的SN-APL层的数据格式是容易的。在SN-APL层的数据格式设计时考虑几个不同的观点，包括使基站中的安装简单的观点，和即便基站中的安装稍复杂、为了在服务器中登录到数据表(431)而变为更好的格式的观点。安装者也可根据最适于自身系统的观点来设计SN-APL层的数据格式。
图12中示出从传感器芯片(101)至服务器(131)的数据收集时的通信过程。
传感器芯片(101)在运用状态(1221)下，利用传感器(220)对设置的环境定期执行测定，在无线发送测定数据之后，转移到响应等待状态(1222)。接收到测定数据消息(1211)的无线基站(111)在执行协议变换(1231)后，将该消息传输给服务器(131)。接收到所传输的测定数据消息(1212)的服务器(131)将测定数据登录到数据表(431)中(1241)，将确认响应消息(1213)返回到无线基站(111)。无线基站(111)在执行协议变换(1232)后，将该消息传输给传感器芯片(101)。接收到所传输的确认响应消息(1214)的传感器芯片(101)返回到运用状态(1223)。
图13中示出数据收集时的传感器芯片(101)的动作流程。
传感器芯片(101)在运用状态(1221)的某个时刻发送测定数据消息(1211)。作为起动发送处理的定时，有每次数据测定时都发送的方法、将存储在RAM(260)中的多次测定数据一起发送的方法、作为从服务器(131)对数据收集请求的返回来发送的方法等。在测定数据消息(1211)中，使用初始登录时从服务器(131)分配的局部ID。在消息发送后，起动计时器(1301)，转移到响应等待状态(1222)。响应等待状态(1222)是用于接收来自服务器(131)的确认响应消息(1214)的待机时间，计时器设定待机时间的长度。超时时间T2典型地与初始登录时的超时时间T1等长度。在产生超时时的代表处理与初始登录时一样是再发送测定数据消息，但也可保持该测定数据直至下一次数据收集，改到下次来发送。在本图中，示出在超时前接收到确认响应消息(1214)的情况。若接收到确认响应消息(1214)，则停止计时器(1302)，返回运用状态(1223)。由于确定该测定数据被登录到服务器(131)的数据表(431)中，所以也可在传感器芯片(101)接收到确认响应消息(1214)的时刻、从RAM(260)中删除该测定数据。
数据收集时的无线基站(111)的动作流程与图8所示的一样。在本实施例中，无线基站(111)仅对传感器芯片(101)与服务器(131)的通信实施单纯的数据格式变换后传输，不必由于接收到的消息是哪个而改变动作，也可是如下机械动作，即从RF(330)接收的消息传输到NIF(320)，从NIF(320)接收到的消息传输到RF(330)。
图14中示出数据收集时的服务器(131)的动作流程。
服务器(131)当在等待接收状态(1401)下接收来自传感器芯片(101)的测定数据消息(1212)时，将存储在该消息中的测定数据登录到数据表(431)中(1241)。作为登录处理的步骤，首先取得存储在该消息中的局部ID，将该局部ID值作为密钥，检索ID表(451)。结果，得到至对应于传感器芯片(101)的数据表(431)的索引值。使用该索引值，访问数据表(431)，以规定格式登录存储在该消息中的测定数据。在登录处理(1241)完成后，向传感器芯片(101)发送确认响应消息(1213)，返回等待接收状态(1402)。
数据收集时的无线帧的构成如图11所示。
表示测定数据的Message Type(1112)的值为0x3。测定数据消息(1211)中，Local ID(1113)的值是作为由服务器(131)分配完的唯一值0x5a。Sequence Number(1114)的值是在上次消息序列时使用的值上加1的值，假设是作为初始登录序列后的最初序列的情况，在图11中为0x02。可在Data(1115)中存储测定值本身或关联测定值的附加信息，图11中，示出存储传感器种类与测定时刻来作为附加信息的实例。传感器种类表示该测定值例如是温度传感器的测定值。测定时刻在从实际测定到测定数据发送之前有时间差的情况下是必需的，具有秒单位、毫秒单位等必要的精度。
表示确认响应的Message Type(1112)的值是0x4。就确认响应消息(1214)而言，Sequence Number(1114)的值由于是该消息对测定数据消息(1211)的响应，所以接于测定数据消息(1211)中的值0x02之后。在Data(1115)中，必要时也可包含从服务器(131)通知给传感器芯片(101)用的各种信息。
如上所述，数据收集时，由于传感器芯片(101)与传感器(131)双方处于可由局部ID值0x5a识别传感器芯片(101)的状态，所以在测定数据消息(1211)和确认响应消息(1214)中，可仅使用局部ID值来识别传感器芯片(101)，不必使用全局ID值。
图15中示出该传感器网络系统与外部服务器(171)通信时的通信过程的一例。
服务器(131)执行与外部服务器(171)的直接通信。外部服务器(171)首先向服务器(131)发送询问(1511)。该询问是可通过参照服务器(131)保持的数据表(431)(1522)等来由服务器(131)单体响应的种类。作为这种询问的实例，例如该传感器网络系统中当前运转中的传感器芯片的清单的取得，特定传感器芯片的过去测定数据的取得等。服务器(131)通过天线(1512)来响应该询问。就询问(1511)和回答(1512)而言，表示传感器芯片的识别信息是全局ID。由于局部ID仅在系统内是有效的识别信息，所以不在系统外通信中使用。
接着，外部服务器(171)向服务器(131)发送询问(1513)。该询问是不能由服务器(131)单体响应，而必需向传感器芯片(101)询问等的那种类的。作为这种询问的实例，例如当前时刻的测定数据的取得、传感器芯片(101)的动作参数的变更请求等。当服务器(131)判断为为了响应询问(1513)而必需询问传感器芯片(101)时，向传感器芯片(101)发出询问(1514)。询问(1514)可以是仅协议变换询问(1513)后传输，也可以是在原来的含义再构成询问(1513)。无论哪种，询问(1513)中使用全局ID作为传感器芯片(101)的识别信息，询问(1514)使用局部ID。服务器(131)进行因此的ID变换(1524)。
询问(1514)由无线基站(111)进行协议变换(1531)，传输给传感器芯片(101)。传感器芯片(101)执行对应于询问(1515)的内容的处理、例如传感等(1541)，返回回答(1516)。该回答由无线基站(111)进行协议变换(1532)，传输给服务器(131)。服务器(131)将包含于回答(1517)中的局部ID变换成全局ID(1526)，将回答(1518)返回到外部服务器(171)。
询问(1511)与询问(1513)可以是内容上独立的两个询问，也可以是如接收对询问(1511)的回答(1512)后发出询问(1513)那样构成一系列的序列。作为一系列的序列时的典型实例，例如如下序列，即通过询问(1511)询问匹配特定条件的传感器芯片，通过询问(1513)对对应的传感器芯片执行详细的询问。
图16中示出服务器(131)从接收询问(1511)开始至返回回答(1512)为止的动作流程。
在等待接收状态(1512)下，接收询问(1511)，对应于询问内容，参照数据表(431)(1522)。为了参照数据表(431)，必要时参照ID表(451)，并取得对应于构成检索对象的传感器芯片的索引值。根据数据表(431)的参照结果，生成回答(1512)，发送给外部服务器(171)，之后，返回等待接收状态(1523)。
图17中示出服务器(131)从接收询问(1513)到返回回答(1518)为止的动作流程。
在等待接收状态(1523)下，若接收询问(1513)，则分析询问内容，并判断为需要对传感器芯片(101)进行询问。将包含于询问(1513)中的全局ID值作为密钥，检索ID表(451)，得到对应的局部ID值(1524)，另外，进行从XML-APL到SN-APL的协议变换。若必要，还执行询问内容的再构成。这样生成询问(1514)，并传输给传感器芯片(1701)。在询问传输后，起动计时器(1702)，转移到响应等待状态(1525)。响应等待状态(1525)是用于接收来自传感器芯片(101)的回答(1517)的待机时间，计时器设定待机时间的长度。超时时间T3以在没有由于无线通信或有线通信中的通信噪声而造成的数据分组丢失、LAN(120)拥挤、传感器芯片(101)动作异常等的状况下、确实返回回答(1517)的响应时间为基准来设定，典型地为数秒左右。不接收回答(1517)地产生超时情况下的代表处理是视为产生上述通信故障后再次发送询问(1514)。本图中，示出在超时前接收回答(1517)的情况。若接收回答(1517)，则停止计时器(1704)。将包含于回答(1517)中的局部ID值作为密钥，检索ID表(451)，得到对应的全局ID值(1526)，另外，执行从SN-APL到XML-APL的协议变换。若必要，还执行回答内容的再构成。这样生成回答(1518)，向外部服务器(171)传输(1518)之后，返回等待接收状态(1527)。
图18中示出询问(1511)中的XML-APL层的格式。
行(1801)表示该询问依照XML格式。
文本整体夹在行(1802)与(1830)中，表示依照对传感器网络规定的服务条约。
行(1803)、(1804)、(1805)分别表示该询问的发出日期、作为发出源的外部服务器(171)的识别符、作为目的地的服务器(131)的识别符。
询问(1511)的实体夹在行(1806)与(1829)中进行记载。
行(1807)表示该询问的识别符。
夹在行(1808)与(1812)中的部分是关于回答的输出形式的记述，回答(1512)要求以清单形式来输出传感器芯片的ID、即全局ID。
夹在行(1813)与(1828)中的部分是关于检索条件的记述。检索条件的整体夹在行(1814)与(1827)中，意味着是关于传感器芯片的记述。行(1815)表示设置在焊接室中的传感器芯片是对象。夹在行(1816)与(1826)中的部分是关于传感器的记述。行(1817)表示具有温度传感器的传感器芯片是对象。夹在行(1818)与(1825)中的部分是关于测定数据的记述。行(1819)表示该天、即作为该询问发出日的2004年7月12日的测定数据是对象。夹在行(1820)与(1824)中的部分是关于测定数据的条件式。由行(1821)、(1822)、(1823)来规定摄氏28.0度以上等条件式。
这样，由图18的XML格式构成的询问(1511)的含义为‘显示测定摄氏28.0度以上作为2004年7月12日的焊接室室温的传感器芯片的清单’。
图19中示出回答(1512)中的XML-APL层的格式。
行(1901)表示该回答依照XML格式。
文本整体夹在行(1902)与(1920)中，表示依照对传感器网络规定的服务条约。
行(1903)、(1904)、(1905)分别表示该回答的发出日期、作为发出源的服务器(131)的识别符、作为目的地的外部服务器(171)的识别符。
回答(1512)的实体夹在行(1906)与(1919)中来记述。
行(1907)表示该回答的识别符。
夹在行(1908)与(1910)中的部分是最初询问(1511)的识别符，表示该回答是对询问(1511)的响应。行(1911)表示该回答是对询问(1511)的正常响应。
夹在行(1912)与(1918)中的部分是根据由询问(1511)指定的输出形式的检索结果的显示，是匹配条件的传感器芯片的全局ID的清单。
这样，由图19的XML格式构成的回答(1512)在服务器接收询问(1511)后检索自己的数据(431)的结果，发现3个匹配检索条件的传感器芯片，回答它们的全局ID。
询问(1513)、回答(1518)由与图18、图19一样的格式来记述。
询问(1514)按照SN-APL层的格式规定来记述。可以是XML等基于文本的结构化格式，也可以是图11所示的基于二进制的格式。回答(1517)也一样。
询问(1515)、回答(1516)由与图11所示的一样的格式来记述。
就这些格式的细节而言，可进行各种安装，但本发明的适用范围不被各格式的差异所左右。本发明的意图在于无论这些格式如何，作为传感器芯片的识别符，在询问(1511)、回答(1512)、询问(1513)、回答(1518)等系统外通信中，使用全局ID，在询问(1514)、询问(1515)、回答(1516)、回答(1517)等系统内通信中使用局部ID。
在本实施例中，示出外部服务器(171)对服务器(131)发出通信的实例，但即便服务器(131)对外部服务器(171)发出通信也无妨。另外，发送接收的消息的种类不必限于询问&回答的方式，或限于使用XML的安装。例如，即便执行TELNET或SNMP等使用协议的安装也无妨。
在实施例1中，局部ID为8比特的固定长度。相反，在本实施例中，局部ID在系统内长度可变。
图20中示出本实施例中服务器(131)管理的ID表(451)的构成。
全局ID与图10一样，为128比特。另一方面，局部ID向每个传感器芯片分配不同比特长度的值。图20中，全局ID用16进制来表述，但为了容易看到局部ID的比特长度可变，用二进制表述。
与图10的一个不同之处在于，对各个传感器芯片管理通信成本。所谓通信成本是指从功耗的观点来评价各传感器芯片中无线通信处理的成本的量。
图21中示出本实施例中的通信成本的计算式。
根据该图的定义，电源容量(Cap)越大，则通信成本(Cost)越小。
另外，1比特的发送接收所需的功率(W)越大，则通信成本(Cost)越大。另外，1帧的比特长度(L)越大，则通信成本(Cost)越大。另外，发送接收频率(F)越大，则通信成本(Cost)越大。
即，越是通信成本(Cost)大的传感器芯片，可动作的时间就越短。确定通信成本(Cost)的各个参数对每个传感器芯片取得不同的值，但通信成本(Cost)综合各参数的效力，提供关于动作寿命的一维评价指标。
在通信成本的计算式中，将W、L、F各参数分成发送时与接收时来评价，但即便加入传感器或微控制器的功耗等本图所示之外的要素也无妨。另外，也可就无线通信的频带、编码方式、复用方式等作进一步详细的规定。通信成本的定义可以根据实际的运用来仅进行必需的细节，也可相反进行简化。
由于图20中的传感器芯片(102)与(103)的通信成本(Cost)分别为6.2和8.1，所以在使用图10所示的8比特固定长度的局部ID的情况下，传感器芯片(103)仅具有传感器芯片(102)的77％左右的动作寿命。根据本实施例，即便在这种状况下，也可尽量平滑化各传感器芯片的寿命差异，延长作为系统整体的寿命。图20中，对通信成本(Cost)大的传感器芯片分配比特长度小的局部ID，对通信成本(Cost)小的传感器芯片分配比特长度大的局部ID。由此，1帧的比特长度(L)变化，产生抵消通信成本(Cost)的差的效果。在无线帧构成的局部ID以外的部分与图11所示的构成一样的条件下，如图20所示，若向传感器芯片(102)分配1比特的局部ID、向传感器芯片(103)分配8比特的局部ID，则当假设1比特的发送接收所需的功率(W)在发送时与接收时相同时，动作寿命的比被缓和到87％左右。
在向作为固定长度的全局ID分配可变长度的局部ID的方法中，适用在数据压缩领域中广泛使用的各种FV代码(Fixed-VariableLength Code)。
FV代码的代表是霍夫曼代码。在本实施例中，适用霍夫曼代码，则可将作为系统整体的通信成本在理论上变为最小。另外，霍夫曼代码具有称为前缀代码(Prefix Code)的性质，通过从上位比特顺序取得匹配，可唯一确定是哪个代码。因此，不必在帧格式中另外设置指定局部ID的比特长度的字段。即，在本实施例中可原样适用图11所示的无线帧构成。
在作为霍夫曼代码的通常适用对象的数据压缩中，对出现率高的数据分配比特长度小的代码。在本实施例中，适用霍夫曼编码的算法，将‘编码对象的数据’置换成‘全局ID’，将‘数据的出现率’置换成‘通信成本’。即，适用霍夫曼编码的算法，以向通信成本大的传感器芯片的全局ID分配比特长度上的局部ID。
在本实施例中，存在传感器芯片各自的通信成本在运用前事先固定的情况，和在运用中动态变化的情况。作为在运用前事先固定的情况的实例，有可根据传感器芯片的出厂时的制品标准固定算出的情况，用户明示地设定传感器芯片的测定间隔、测定数据发送间隔、发送功率强度等动作参数的情况等。作为在运用中动态变化的情况的实例，有由于组合多个部件来运用等理由、不能根据传感器芯片的出厂时的产品标准而固定计算的情况，上述传感器芯片的动作参数在运用中动态变化的情况，传感器芯片的电源是太阳光发电装置或微波振动发电装置等发电装置，功率余量增减的情况等。
在传感器芯片各自的通信成本在运用前事先固定，并且在运用中追加新的传感器芯片或去除使用中的传感器芯片少的情况下，在系统整体导入时统一进行全部传感器芯片的初始登录，在向各传感器芯片固定分配可变长度的局部ID的状态下动作，从而可实现以后运用中的各个传感器芯片寿命差异的平滑化与作为系统整体的寿命延长。
在传感器芯片各自的通信成本在运用中动态变化的情况下，或即便在传感器芯片各自的通信成本在运用前事先固定的情况下、但在运用中追加新的传感器芯片或去除使用中的传感器芯片多的情况下，由于传感器芯片间的通信成本的大小关系在运用中动态变化，所以即使接着固定使用利用初始登录最初分配的局部ID，也无法实现各传感器芯片的寿命差异的平滑化或作为系统整体的寿命延长。在这种情况下，可通过定期或在必需的时刻对各传感器芯片分配局部ID来对应。
在用于实现局部ID的动态分配的通信过程中考虑多种方法。作为一个实现方法，为图6所示的执行与初始登录时一样的通信过程。这是传感器芯片向服务器请求局部ID的再分配的方法。在传感器芯片具有算出自身运用中的通信成本值的部件的情况下最有效。在传感器芯片不具有算出自身运用中的通信成本值的部件时的最单纯的方法是传感器芯片定期起动请求再分配的序列。例如只要在每次平均动作寿命的一成的期间起动即可。作为基于与图6所示的稍不同的通信过程的其它实现方法，有服务器判断局部ID的再分配的必要性，将想再分配的新的局部ID值通知给传感器芯片。
因为本序列是服务器起动的序列，所以适用于服务器具有算出各传感器芯片的动作中的通信成本值的部件的情况。进而，在基于其它通信过程的实现方法中，各传感器芯片定期或通过来自服务器的指示向所述服务器通知自身运用中的通信成本值，收集来自全部传感器芯片的通信成本值的所述服务器判断对所述全部传感器芯片再分配局部ID的必要性，并在判断为需要再分配的时刻，对全部传感器芯片执行再分配。
如上所述，用于实现局部ID的动态再分配的通信过程可使用各种方法，但无论按照哪种实现方法，都不会对本发明的基本原理造成影响。
如上所述，在本实施例中，特征在于局部ID在系统内长度可变。另外，在实施例1中，局部ID在系统内为固定长度，但可对应于该系统的规模来选择局部ID的比特长度。例如，在有依照实施例1的多个传感器网络系统A与B的情况下，即便传感器网络系统A中的局部ID为8比特的固定长度，传感器网络系统B中的局部ID为16比特的固定长度也无妨。此时，传感器网络系统A最多可容纳256个传感器芯片，传感器网络系统B最多可容纳65536个传感器芯片。
在实施例1和实施例2中，示出服务器(131)分配局部ID，服务器(131)还执行全局ID与局部ID的关联和变换的方法。
在本发明中，可进行此外的几个变形。
在本实施例中，服务器(131)分配局部ID，无线基站(111)存储全局ID与局部ID的联系，无线基站(111)在居中传感器芯片(101)与服务器(131)之间的通信时，相互变换全局ID与局部ID。
图22中示出本实施例中的传感器芯片初始登录时的通信过程。
在各装置间发送接收的消息序列与图6所示的实施例1的情况一样。与图6的不同之处在于，无线基站(111)将来自服务器(131)的登录完成消息(613)传输给传感器芯片(101)时，将全局ID与局部ID的联系登录到自身具有的ID表中(2201)。
图23示出本实施例中的数据收集时的通信过程。
在各装置间发送接收的消息序列与图12所示的实施例1的情况一样。与图12的不同之处在于，当无线基站(111)将来自传感器芯片(101)的测定数据消息(1211)传输给服务器(131)时，将局部ID变换成全局ID(2301)，或者将来自服务器(131)的确认响应消息(1213)传输给传感器芯片(101)时，将全局ID变换成局部ID(2302)。
就各装置的功能构成或动作流程而言，可知通过向实施例1施加若干变更，可容易实现本实施例的构成。下面进行若干补充。
传感器芯片(101)的功能构成或动作流程与实施例1的情况完全相同。无线基站(111)管理与实施例1中服务器(131)保持的ID表(451)一样的、用于关联全局ID与局部ID的ID表。如图22所示，在传输登录完成消息(613)时登录该表格的计算器。服务器(131)基本上复用全局ID来识别传感器芯片，所以在居中系统内通信与系统外通信时也不必执行全局ID与局部ID的相互变化。但是，由于需要保证分配给各传感器芯片的局部ID的唯一性，所以还需要复用ID表(451)或类似的替换部件来管理全局ID与局部ID的关联。
在本实施例中，仅在从传感器芯片至无线基站的无线通信中使用局部ID，即便是系统内通信，也在从无线基站至服务器的通信中使用全局ID。因此，服务器发送接收的协议和数据形式无论是在系统内通信还是在系统外通信中都可被统一成XML-APL。包含XML的Web服务关联技术作为分散型、相互联系型的网络应用程序的标准技术而广泛普及，开放的开发环境的整备也在前进。在传感器网络系统中，通过推进Web服务关联技术的适用，得到系统开发的容易化、功能扩展性的提高、复杂的应用程序联系的容易化等效果。
在实施例1中，示出在与外部服务器(171)的通信中为了识别各传感器芯片而使用全局ID的方法。在本实施例中，示出为了识别传感器芯片，不使用全局ID本身，而在服务器(131)内使用与全局ID关联的其它识别信息的方法。
图24中示出本实施例中的服务器(131)与外部服务器(171)之间的通信过程的一例。
首先，外部服务器(171)取得服务器(131)的一般系统信息(2410)。即，复用HTTP序列(2411)与(2412)来访问URL(2441)。该URL是表示服务器(131)的顶部页的HTML文档。在顶部页中揭示的一般系统信息从数据的阶层化的观点看是合适的。
接着，外部服务器(171)取得传感器芯片的清单信息(2420)。即，利用HTTP序列(2421)与(2422)来访问URL(2442)。该URL是从顶部页(2441)链接的HTML文档，是外部服务器(171)根据顶部页(2441)的信息，利用确定接着访问哪个URL的部件选择的结果。作为外部服务器(171)中的该URL确定部件，可以是用户使用Web浏览器来对话地确定的方法，也可以是安装在外部服务器(171)中的程序自动确定的方法。URL(2442)中记载的传感器芯片的清单信息与实施例1的情况不同，在传感器芯片的识别信息中不使用全局ID，而使用代替全局ID的任意字符串。例如，若是具备温度传感器的传感器芯片，则可使用“thermo1”，“thermo2”等字符串。虽然该识别信息至少在系统内必需是唯一的，但也可以是任意形式。该识别信息也可由用户手动设定，或服务器(131)根据从传感器芯片取得的信息来自动生成。
接着，外部服务器(171)取得特定传感器芯片的测定历史信息(2430)。即，利用HTTP序列(2431)与(2432)，访问URL(2443)。在该URL中，“get-sensing-data.cgi”表示用于取得传感器芯片信息的CGI程序的文件名。“node＝thermo2”与“period＝today”表示传递给该CGI的参数，指定取得所谓“thermo2”的传感器芯片的当天的测定历史。将这些CGI名称、参数名称、其含义、用法等的信息记载于传感器芯片清单的页(2442)中，或记载于从页(2422)链接的其它页中。作为指定URL(2443)的部件，可以是用户使用Web浏览器来对话地确定，也可以是安装在外部服务器(171)上的程序自动确定。
在本实施例中，如图24所示，为了识别传感器芯片，不使用全局ID。代之以服务器(131)向外部服务器(171)提示URL(2442)中“thermo2”等之外的识别信息。外部服务器(171)将该“thermo2”作为传感器芯片的识别符，访问该传感器芯片的详细信息或测定历史，所以服务器(131)需要在内部管理该识别信息与全局ID的对应。这是与管理系统内通信中的全局ID与局部ID的对应一样的事情，另外，作为管理的实现方法，也可适用一样的技术。
在本实施例中，服务器(131)向外部服务器(171)公开的传感器芯片的识别信息至少是系统内唯一的任意形式的信息。在如本实施例那样使用反映传感器芯片的种类或用途的字符串的情况下，得到用户了解的容易程度提高的效果。另外，在与第三方提供的服务联系的情况下，若隐蔽全局ID，则第三方不能与制造商的支持网址等联系，所以还得到防止详细信息向系统外的不必要泄漏的效果。不用说，在想积极公开详细信息的情况下，与所述识别信息一起公开全局ID也无妨。在本实施例中，例如也可在URL(2442)中合记称为“thermo2”的识别符与全局ID值。或者，在从URL(2442)链接的“http//factory-1.corp-a.com/sensors/thermo2.html”等URL中，记述关于传感器芯片“thermo2”的详细信息，作为该详细信息之一，也可包含全局ID值。
如本实施例那样在系统外通信中使用HTTP的方法适用于用户对话地访问服务器的数据库的情况。因为数据可以HTML格式取得，所以可通过通用的Web浏览器而容易可视化。另外，基于口令的访问限制或使用SSL的加密通信也容易。这些各种技术作为Web页生成技术被广泛使用，开发环境也完整。另外，在不经基于用户的对话操作来实现对构造的数据自动访问的情况下，也可利用广泛用于网络监视的SNMP(Simple Network Management Protocol)或实现直接服务的LDAP(Lightweight Directory Access Protocol)等。
在另一实施例中，无线基站分配局部ID，另外，全局ID与局部ID的关联和变换也由无线基站执行。在本实施例中，服务器完全不识别局部ID，仅由全局ID来识别传感器芯片。在最单纯的安装中，各无线基站完全独立地分配局部ID。此时，因为局部ID的唯一性仅在各无线基站的通信区域内被保证，所以在传感器芯片从某个无线基站的通信区域移动到其它无线基站的通信区域的情况下，移动对象的无线基站执行局部ID的再分配。另外，在其它安装中，为了保证系统内的局部ID的唯一性，每次登录新的传感器芯片时，无线基站彼此相互交换ID表的更新信息，共享ID表的信息。
在再一实施例中，不存在图1中的独立的服务器装置，多个无线基站中的特定一个具备服务器功能。例如，设图1中的无线基站(111)为无线基站兼服务器装置。
若无线基站(112)或(113)接收来自传感器芯片的消息，则将该消息传输给无线基站兼服务器装置(111)，由该装置的服务器功能部进行处理。当所述无线基站兼服务器装置(111)的无线基站功能部接收来自传感器芯片的消息时，将该消息内部传输给本装置内的服务器功能部。此时，图6、图12、图15所示的各通信过程中的无线基站(111)与服务器(131)之间的通信过程被置换成单个装置的内部序列。本实施例在较小规模的传感器网络系统中的适用是有效的，通过将无线基站功能与服务器功能一体化于紧凑的壳体内，可实现设置空间的削减和运用成本的降低。在本实施例的特别情况下，由较少量的传感器芯片与一台紧凑的无线基站兼服务器装置来构筑传感器网络系统。该构成有利于促进一般家庭中的传感器网络系统的方便利用。
作为与本发明类似的方法，在实现本发明一部分目的的方法之一中，有不是服务器而是传感器芯片自身生成局部ID的方法。例如，考虑生成虚拟随机数并将其作为局部ID。另外，也可通过对全局ID实施固定运算来生成局部ID。具体而言，通过对全局ID实施特定的混列运算，生成局部ID，或从全局ID中抽取特定比特、例如下位16比特，并将其设为局部ID。尤其是通过对全局ID实施固定运算来生成局部ID的方法的情况下，传感器芯片不必在运用中存储局部ID。但是，作为这些方法共同的问题，不能保证保传感器芯片随意生成的局部ID在系统内是唯一的，与服务器生成唯一的局部ID的本发明相比，实用性差。在这些方法中，降低局部ID冲突的确立、或在局部ID已冲突的情况下可提供恢复是大课题，但该课题的解决不是容易的。
在本发明中，前提是全局ID由传感器芯片(101)的制造商在出厂前写入ROM(240)中。这假设与以太网(注册商标)中的MAC地址一样。但是，在MAC地址的情况下，用户可通过NIF卡的安装来改写存储在ROM中的MAC地址，或将与存储在ROM中的值不同的值存储在器件驱动器中，实际上使用这些值，或存储多个MAC地址，并对应于情况来分别使用。无论这种设备或使用方法是否存在，若看作整体，则MAC地址依然在出厂时被写入、在出厂后不可能改写的前提下被运用，上述设备或使用方法有时产生有效的效果。
本发明的全局ID也一样，即便少数的传感器芯片例外地执行全局ID的改写或分开使用，也不会对本发明的基本原理产生影响，另外，不拒绝这种例外使用。但是，由于前提是全局ID在全世界是唯一的，所以有必要采取如下对策，即通过规定改写等时取得正式全局ID用的步骤，或将全局ID的特定比特区域定义为用户可自由使用的局部区域，以最大限度地作为整体不损害原本对全局ID要求的唯一性。
另外，本发明的范畴中包含如下事项。
A、一种由多个无线终端、至少一个无线基站、与至少一个服务器构成的无线通信系统，其特征在于所述无线终端具有用于与所述无线基站通信的无线通信部件；用于唯一识别该无线终端的全局ID；使用所述无线通信部件向所述服务器发送所述全局ID的部件；和对应于所述全局ID来存储服务器分配给该无线终端的局部ID的部件，所述无线基站具有用于与所述无线终端通信的无线通信部件；用于与所述服务器通信的通信部件；中继所述无线终端与所述服务器的通信的部件；和存储并相互变换所述全局ID和所述局部ID的对应关系的部件，所述服务器具有用于与所述无线基站通信的通信部件；使用所述通信部件来接收来自所述无线终端的全局ID的部件；与所述无线终端的全局ID一对一对应、生成比特长度比所述全局ID小的局部ID的部件；存储所述全局ID和所述局部ID的对应关系并根据所述全局ID检索所述局部ID的部件；和使用所述通信部件向所述无线终端发送所述局部ID的部件，其中所述无线基站中继所述无线终端与所述服务器之间的通信，所述无线终端在初始的通信中向所述服务器发送所述全局ID，所述服务器向从所述无线终端接收到的所述全局ID分配一个所述局部ID后，发送给所述无线基站和所述无线终端，所述无线基站存储从所述服务器接收到的所述全局ID与所述局部ID的对应关系，所述无线终端存储从所述服务器接收到的所述局部ID，在以后的通信中，所述无线终端与所述无线基站的通信中，为了识别所述无线终端而使用所述局部ID，所述无线基站与所述服务器的通信中，为了识别所述无线终端而使用所述全局ID，所述无线基站在中继所述无线终端与所述服务器的通信时，相互变换所述局部ID与所述全局ID。
B、一种由多个无线终端、至少一个无线基站、与至少一个服务器构成的无线通信系统，其特征在于所述无线终端具有用于与所述无线基站通信的无线通信部件；用于唯一识别该无线终端的全局ID；使用所述无线通信部件向所述服务器发送所述全局ID的部件；和对应于所述全局ID来存储服务器分配给该无线终端的局部ID的部件，所述无线基站具有用于与所述无线终端通信的无线通信部件；用于与所述服务器通信的通信部件；中继所述无线终端与所述服务器的通信的部件；使用所述无线通信部件来接收来自所述无线终端的全局ID的部件；生成与所述无线终端的全局ID一对一对应、比特长度比所述全局ID小的局部ID的部件；存储并相互变换所述全局ID和所述局部ID的对应关系的部件；和使用所述无线通信部件向所述无线终端发送所述局部ID的部件，所述服务器具有用于与所述无线基站通信的通信部件，其中所述无线终端在初始的通信中向所述无线基站发送所述全局ID，所述无线基站对从所述无线终端接收的所述全局ID分配一个所述局部ID后发送给所述无线终端，所述无线终端存储从所述无线基站接收到的所述局部ID，在以后的通信中，
所述无线基站中继所述无线终端与所述服务器之间的通信，所述无线终端与所述无线基站的通信中，为了识别所述无线终端而使用所述局部ID，所述无线基站与所述服务器的通信中，为了识别所述无线终端而使用所述全局ID，所述无线基站在中继所述无线终端与所述服务器的通信时，相互变换所述局部ID与所述全局ID。
C、作为B的无线通信系统，其特征在于所述无线通信系统与宽带网络连接，所述服务器具有存储与所述无线终端的全局ID一对一对应、并在所述通信系统内是唯一的识别信息的部件；存储并相互变换所述全局ID和所述识别信息的对应关系的部件；用于经所述宽带网络与外部通信装置通信的通信部件；和向所述外部通信装置提示涉及所述无线终端的信息的部件、或中继所述外部系统与所述无线终端或所述无线基站的通信的部件至少之一，所述服务器代表执行与所述外部通信装置的直接通信，所述无线终端或所述无线基站可经所述服务器与所述外部通信装置间接通信，所述服务器在与所述外部通信装置的通信中，在识别所述无线终端时使用所述识别信息，在中继所述无线终端或所述无线基站与所述外部通信装置的通信时，在与所述无线终端或所述无线基站的系统内通信中，当识别所述无线终端时，使用所述局部ID，在与所述外部通信装置的系统外通信中，当识别所述无线终端时，使用所述识别信息，当中继所述系统内通信与所述系统外通信时，相互变换所述局部ID与所述识别信息。
D、一种具有多个终端与至少一个基站的通信系统，其特征在于所述终端具有用于与所述基站进行通信的通信部件；存储用于唯一识别终端的第一ID的第一存储器；和存储对应于所述第一ID的第二ID的第二存储器，所述基站具有用于与所述无线终端通信的通信部件，所述终端向所述基站发送所述第一ID，从所述基站接收对应于所述第一ID的第二ID，将接收到的第二ID存储在上述第二存储器中，在以后的通信中，使用上述第二ID。
E、作为D的通信系统，其特征在于所述终端向所述基站发送所述第一ID，所述基站向服务器装置发送所述第一ID，所述服务器装置生成与所述第一ID一对一对应、并且比特长度比所述第一ID小的第二ID，存储所述第一ID与所述第二ID的对应关系。
产业上的可利用性通过记载为(发明要解决的课题)事项或各实施例的内容可知本发明可广泛适用。
权利要求
1.一种由多个无线终端、至少一个无线基站及至少一个服务器构成的无线通信系统，其特征在于所述无线终端具有用于与所述无线基站通信的无线通信单元；用于唯一识别该无线终端的全局ID；使用所述无线通信单元向所述服务器发送所述全局ID的单元；和对应于所述全局ID来存储服务器分配给该无线终端的局部ID的单元，所述无线基站具有用于与所述无线终端通信的无线通信单元；用于与所述服务器通信的通信单元；和中继所述无线终端与所述服务器的通信的单元，所述服务器具有用于与所述无线基站通信的通信单元；使用所述通信单元来接收来自所述无线终端的全局ID的单元；与所述无线终端的全局ID一对一对应、生成比特长度小于所述全局ID的比特长度的局部ID的单元；用于存储并相互变换所述全局ID与所述局部ID的对应关系的单元；和使用所述通信单元向所述无线终端发送所述局部ID的单元，其中所述无线基站中继所述无线终端与所述服务器之间的通信，所述无线终端在初始的通信中向所述服务器发送所述全局ID，所述服务器对从所述无线终端接收到的所述全局ID分配一个所述局部ID并发送给所述无线终端，所述无线终端存储从所述服务器接收到的所述局部ID，在以后的通信中，所述无线终端、所述无线基站和所述服务器中的任一个为了识别所述无线终端都使用所述局部ID。
2.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于所述无线通信系统与宽带网络连接，所述服务器具有用于经所述宽带网络与外部通信装置进行通信的通信单元；和对所述外部通信装置提示与所述无线终端相关的信息的单元、和中继所述外部系统与所述无线终端或所述无线基站的通信的单元中的至少一个，所述服务器代表执行与所述外部通信装置的直接通信，所述无线终端或所述无线基站可经由所述服务器与所述外部通信装置间接通信，所述服务器在与所述外部通信装置的通信中，在识别所述无线终端时使用所述全局ID，在中继所述无线终端或所述无线基站与所述外部通信装置的通信时，在与所述无线终端或所述无线基站的系统内通信中，当识别所述无线终端时，使用所述局部ID，在与所述外部通信装置的系统外通信中，当识别所述无线终端时，使用所述全局ID，当中继所述系统内通信与所述系统外通信时，相互变换所述局部ID与所述全局ID。
3.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于分配给各个无线终端的所述局部ID的比特长度是可变的。
4.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于所述无线终端或所述服务器具有在动作中的任意时刻、开始用于向所述无线终端再分配局部ID的通信过程的单元，所述无线终端通过初始通信从所述服务器分配第一局部ID，在使用所述第一局部ID在任意期间进行了动作之后，通过利用所述无线终端或所述服务器开始所述通信步骤，从所述服务器再分配第二局部ID，并在以后使用所述第二局部ID进行动作。
5.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于所述无线基站中的一个与所述服务器是单一装置。
6.一种具有多个终端、和通过无线与该终端进行通信的至少一个基站的通信系统中的通信方法，其特征在于所述终端向上述基站发送特定自身的第一ID，从上述基站接收与上述第一ID对应的第二ID，并存储上述第二ID，在存储上述第二ID之后的通信中，所述终端和所述基站为了识别所述终端而使用所述第二ID。
7.一种通过无线与基站进行通信的无线终端，其特征在于所述无线终端具有用于与所述基站进行通信的无线模块；存储第一ID的第一存储器；可写入的第二存储器；控制所述无线模块、第一和第二存储器的控制器；和向上述无线模块、第一和第二存储器和控制器供电的电源，其中所述控制器进行控制，以便经由上述无线模块向上述基站发送包含上述第一ID的数据，当通过上述无线模块接收从上述基站发送的、与上述第一ID对应的第二ID后将该第二ID存储在上述第二存储器中，并使用该第二ID进行通信。
8.根据权利要求7所述的无线终端，其特征在于上述控制器进行控制，以便在将上述第二ID存储在上述第二存储器中以后的通信中，使用上述第二ID与上述基站进行通讯。
9.一种与具有多个终端和至少一个与该终端进行无线通信的基站的通信系统相连接的服务器，其特征在于该服务器具有用于与所述基站进行通信的通信单元；存储器；和控制上述通信单元及存储器的控制器，其中上述控制器进行控制，以便当通过所述通信单元接收从所述终端经由所述基站发送的第一ID后，与该第一ID一对一对应、生成比特长度小于所述第一ID的比特长度的第二ID，将生成的该第二ID存储在上述存储器中，并利用所述通信单元将该第二ID发送给所述终端。
10.根据权利要求9所述的服务器，其特征在于所述存储器存储所述第一ID与第二ID的对应表。
全文摘要
本发明提供一种无线通信系统。在无线通信系统中，使有利于与外部系统的联系的比特长度大的全局ID的活用和无线终端的通信量降低同时成立。无线终端仅在初始登录时发送全局ID，在由服务器分配比特长度小的局部ID之后，仅使用局部ID。服务器管理全局ID与局部ID的关联，在与系统外通信时，为了识别无线终端而使用全局ID。
文档编号G06K7/10GK1738274SQ20051005307
公开日2006年2月22日 申请日期2005年3月7日 优先权日2004年8月20日
发明者大串穣 申请人:株式会社日立制作所