JP2009169631A

JP2009169631A - 無線通信端末

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Publication number: JP2009169631A
Application number: JP2008006410A
Authority: JP
Inventors: Kenji Suzuki; 賢司鈴木; Fumiharu Morisawa; 文晴森澤; Akihiro Yamagishi; 明洋山岸; Mitsuru Harada; 充原田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2008-01-16
Filing date: 2008-01-16
Publication date: 2009-07-30

Abstract

【課題】外部のセンサとの通信プロトコルを変更することなく、外部のセンサの着脱や故障などを検知し、自律的にセンサネットワーク側に通知する。
【解決手段】汎用インタフェース部を介して外部のセンサを接続してデータ通信を行う端末制御部と、センサから出力されたデータを端末制御部を介して入力し、無線信号に変換してセンサネットワークに送信する無線処理部と、汎用インタフェース部と端末制御部との間に配置され、通常は汎用インタフェース部を介してセンサと端末制御部とを接続するセレクタと、汎用インタフェース部を介してセンサが接続されたか否かを検出する接点検出部と、セレクタおよび接点検出部に接続され、接点検出部でセンサが接続された後に取り外されたことを検出したときに、セレクタを切り替えて端末制御部に接続し、センサの取り外しを示す所定のメッセージを端末制御部に送信する疑似センサとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種センサをセンサネットワークなどに無線接続する無線通信端末に関する。

図８は、従来の無線通信端末の構成例を示す。図において、無線通信端末１０は、図外のセンサネットワークの基地局と無線でデータ通信を行う無線処理部１１と、端末動作を管理し、汎用インタフェース部１３を介して外部のセンサ２０とデータ通信を行う端末制御部１２から構成される。センサ２０として、例えば住宅等における電気メータやガスメータの検針器を想定した場合には、この検針器を接続した無線通信端末１０が検針データをセンサネットワークの基地局に無線で送信する遠隔検針システムを構成することになる。

この遠隔検針システムには、次の２つのアクセス手順がある。一方のアクセス手順は、センサ（検針器）が自律的にデータ送信要求を行い、これを受けた無線通信端末１０がセンサネットワークに対して帯域割り当て要求等を行って検針データを送信する手順（以下「センサ契機」という）である。他方のアクセス手順は、センサネットワーク側から無線通信端末１０を介してセンサ（検針器）に検針要求を行い、これに応答したセンサ（検針器）が出力する検針データを無線通信端末１０から送信する手順（以下「ネットワーク契機」という）である。
豊田新、「センサネットワークを活用した環境モニタリングシステム」、電子情報通信学会誌 Vol.89, No.5, 2006, pp.419-422

図８に示す従来の無線通信端末１０は、センサ契機またはネットワーク契機のいずれかのタイミングでセンサ２０と所定の通信プロトコルに従ってデータ通信を行い、センサ２０のデータをセンサネットワークに送信する構成であり、無線通信端末１０が自律的にセンサネットワーク側と通信する機能は備えていない。そのため、センサ２０が故障すると、無線通信端末１０はセンサ２０の故障を検知したとしても、センサネットワーク側と通信できないためにセンサ２０の故障を通知することができなかった。また、センサ２０が取り外された場合や、不正なセンサが取り付けられた場合でも、無線通信端末１０はその状況を検知してセンサネットワーク側に通知することができなかった。

本発明は、外部のセンサとの通信プロトコルを変更することなく、外部のセンサの着脱や故障などを検知し、自律的にセンサネットワーク側に通知することができる無線通信端末を提供することを目的とする。

本発明は、汎用インタフェース部を介して外部のセンサを接続してデータ通信を行う端末制御部と、センサから出力されたデータを端末制御部を介して入力し、無線信号に変換してセンサネットワークに送信する無線処理部とを備えた無線通信端末において、汎用インタフェース部と端末制御部との間に配置され、通常は汎用インタフェース部を介してセンサと端末制御部とを接続するセレクタと、汎用インタフェース部を介してセンサが接続されたか否かを検出する接点検出部と、セレクタおよび接点検出部に接続され、接点検出部でセンサが接続された後に取り外されたことを検出したときに、セレクタを切り替えて端末制御部に接続し、センサの取り外しを示す所定のメッセージを端末制御部に送信する疑似センサとを備え、端末制御部は、センサから入力するデータと同様に疑似センサから入力する所定のメッセージを無線処理部に送出し、無線信号に変換して送信させる構成である。

本発明の無線通信端末における接点検出部は、汎用インタフェース部の無線通信端末側のコネクタとセンサ側のコネクタを接続したときに閉回路を形成する電極を有し、疑似センサは、接点検出部の閉回路の形成を電気的に検出してセンサの接続を認識し、接点検出部の閉回路形成後に開回路になったことを電気的に検出したときにセンサの取り外しを認識する構成である。

本発明の無線通信端末における疑似センサは、無線通信端末に電源を供給する電池の残量をモニタし、電池残量が所定値以下になったことを検出したときに、セレクタを切り替えて端末制御部に接続し、電池残量を示す所定のメッセージを端末制御部に送信する手段を含むようにしてもよい。

本発明の無線通信端末における疑似センサは、無線通信端末の温度をモニタし、無線通信端末の温度が所定値以上になったことを検出したときに、セレクタを切り替えて端末制御部に接続し、無線通信端末の異常を示す所定のメッセージを端末制御部に送信する手段を含むようにしてもよい。

本発明の無線通信端末における疑似センサは、センサから端末制御部へ出力されるデータ量をモニタし、所定時間内のデータ量が所定値以下のなったことを検出したときに、セレクタを切り替えて端末制御部に接続し、センサの故障を示す所定のメッセージを端末制御部に送信する手段を含むようにしてもよい。

また、本発明の無線通信端末は、端末制御部と疑似センサをセレクタを介する経路とは別の制御線を介して接続し、疑似センサが接点検出部の閉回路の形成を電気的に検出したとき、さらに接点検出部の閉回路形成後に開回路になったことを電気的に検出したときに、端末制御部が疑似センサからの通知によりセンサの取り外しを認識し、疑似センサに対応する処理を指示する構成としてもよい。さらに、疑似センサが所定のメッセージをセレクタを介して端末制御部に送信する処理に代えて、疑似センサが端末制御部の制御により所定のメッセージを端末制御部の記憶手段に直接書き込む構成としてもよい。

本発明の無線通信端末は、外部のセンサを模擬する疑似センサを内部に備え、疑似センサが外部のセンサの取り外しや故障を検出したときに、疑似センサが契機となってその旨を通知する所定のメッセージを送信することができる。また、本発明の無線通信端末は、疑似センサが電池残量や無線通信端末の温度の異常などを検出したときも同様に、疑似センサが契機となって対応する所定のメッセージを送信することができる。このとき、疑似センサは、無線通信端末と外部のセンサとの間の通信プロトコルに応じたメッセージを送信することにより、無線通信端末は外部のセンサとの通信プロトコルを変更することなく疑似センサからのメッセージを処理することができる。

また、本発明の無線通信端末は、疑似センサから外部のセンサの着脱やその他の情報を取得し、疑似センサから対応するメッセージを送信させるように制御したり、疑似センサから対応するメッセージを直接取得することにより、外部のセンサその他の情報を速やかにセンサネットワークに送信することができる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の無線通信端末の第１の実施形態を示す。
図１において、無線通信端末１０は、図８に示す従来構成と同様に無線処理部１１および端末制御部１２を備え、汎用インタフェース部１３を介して外部のセンサ２０を接続する構成である。端末制御部１２は、ＣＰＵ１２１にＲＡＭ１２２、ＲＯＭ１２３およびＩ／Ｏ１２４がバス接続され、Ｉ／Ｏ１２４と汎用インタフェース部１３が接続される。なお、汎用インタフェース部１３としては、例えばＲＳ２３２ＣやＵＳＢ（Universal Serial Bus) などのシリアルインタフェースを用いることができるが、これに限定されるものではない。

本実施形態の特徴は、端末制御部１２のＩ／Ｏ１２４と汎用インタフェース部１３との間にセレクタ１４を挿入し、このセレクタ１４に外部のセンサ２０を模擬した疑似センサ１５を接続する。すなわち、端末制御部１２に、外部のセンサ２０または内部の疑似センサ１５をセレクタ１４を介して択一的に接続する構成であるが、セレクタ１４は通常、外部のセンサ２０を端末制御部１２に接続するように設定される。

この汎用インタフェース部１３のコネクタには、外部のセンサ２０が接続されたときにそれを検出する接点検出部１６が備えられる。接点検出部１６は、疑似センサ１５に接続される２つの電極１，２と、汎用インタフェース部１３のコネクタを接続したときに電極１，２を短絡する電極３を有する構成である。

図２は、汎用インタフェース部１３および接点検出部１６の構成例を示す。
図２(1) において、汎用インタフェース部１３には、無線通信端末と外部のセンサを接続するシリアルインタフェースとは独立に、接点検出部１６として、無線通信端末側のコネクタ１７に電極１，２を設け、外部のセンサ側のコネクタ２１に電極３を設け、コネクタ１７，２１を接続したときに電極１，２，３が閉回路を構成する。ここでは、センサ側のコネクタ２１のピンは無線通信端末側のコネクタ１７と接続するときに押し込まれる構造である。

図２(2) において、汎用インタフェース部１３には、無線通信端末と外部のセンサを接続するシリアルインタフェースとは独立に、接点検出部１６として、無線通信端末側のコネクタ１７に電極１，２，３を設け、コネクタ１７，２１を接続したときに電極１，２，３が閉回路を構成する。ここでは、センサ側のコネクタ２１のピンは無線通信端末側のコネクタ１７と接続するときに差し込まれ、１つのピンが電極３を押し込んで電極１，２を短絡接続する構造である。

図１を参照し、疑似センサ１５の機能について説明する。疑似センサ１５は、接点検出部１６の電位を検出する電位検出部と、この電位変化に応じてセレクタ１４を切り替えるとともに、レジスタに格納された所定のメッセージを端末制御部１２へ出力する制御部を備える。この電位検出部は、例えば電極１に電圧を印加して電極２の電圧をモニタし、電極２の電圧が検出されない場合は外部のセンサ２０が未接続と認識し、外部のセンサ２０が接続されて電極１，２，３が閉回路を形成し、電極２から電極１と同じ電圧が検出された場合に外部のセンサ２０が接続されたことを認識する構成である。

ここで、疑似センサ１５の電位検出部が外部のセンサ２０が接続されたことを認識すると、疑似センサ１５の制御部はセンサ接続モードに遷移し、その後に電位検出部で電極２の電圧が低下したことを検出した場合には、外部のセンサ２０が取り外されたものと認識する。これにより、外部のセンサ２０が未接続の状態と、一旦接続された後に取り外された状態を区別して検知することができる。

疑似センサ１５の制御部は、外部のセンサ２０が一旦接続された後に取り外されたことを認識した場合には、セレクタ１４を汎用インタフェース部１３から疑似センサ１５に切り替え、予めユーザによって定義されたデータパターンなどを用いて、外部のセンサ２０が取り外されたことを示す所定のメッセージを出力する。端末制御部１２は、疑似センサ１５から出力された所定のメッセージを入力し、外部のセンサ２０からの入力データと同様に処理し、無線処理部１１から無線信号としてセンサネットワーク側に送信する。

このように、外部のセンサ２０が取り外された場合には、疑似センサ１５が契機となってセンサネットワーク側にその旨を通知することが可能になる。ただし、疑似センサ１５は外部のセンサ２０と異なり、無線通信端末１０との間の通信プロトコルを実装する必要がなく、レジスタに格納された所定のメッセージを端末制御部１２に出力する機能があればよいので、極めて小規模のハードウェアで実現することができる。

なお、所定のメッセージとは、センサネットワークの基地局とセンサ２０の通信プロトコルに規定された形式のメッセージあるいは信号であり、主にセンサ２０の状況をセンサネットワークの基地局に通知するためのものである。疑似センサ１５は、外部のセンサ２０と同様の形式のメッセージまたは信号を送信すればよく、本実施形態では外部のセンサ２０が取り外されたことを通知するメッセージとなる。また、メッセージ内部のデータ形式は、センサネットワークの基地局がセンサデータを収集・解析するためのアプリケーションの仕様に従えばよい。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の無線通信端末の第２の実施形態を示す。
図３(1) において、本実施形態の無線通信端末１０は、第１の実施形態の構成に加えて、疑似センサ１５に無線通信端末１０の電力供給源となる電池１８の電池残量モニタ部を備えることを特徴とする。疑似センサ１５の制御部は、電池残量モニタ部を介して電池残量が所定値以下になったことを検出したときに、セレクタ１４を汎用インタフェース部１３から疑似センサ１５に切り替え、その旨を示す所定のメッセージを出力する。端末制御部１２は、疑似センサ１５から出力された所定のメッセージを入力し、外部のセンサ２０からの入力データと同様に処理し、無線処理部１１から無線信号としてセンサネットワーク側に通知する。このように、無線通信端末１０の電池残量が低下した場合には、疑似センサ１５が契機となってセンサネットワーク側にその旨を通知することが可能になる。

なお、電池残量モニタ部は、図３(2) に示すように複数種類の基準電圧源ref1〜ref3を備え、複数の比較器で電池１８の出力電圧と比較することによりそれぞれの電池残量レベルを検知し、疑似センサ１５の制御部は各電池残量レベルに応じたメッセージを出力するようにしてもよい。

（第３の実施形態）
図４は、本発明の無線通信端末の第３の実施形態を示す。
図４において、本実施形態の無線通信端末１０は、第１の実施形態の構成に加えて、疑似センサ１５に温度センサ１９を接続し、無線通信端末１０の温度をモニタする温度モニタ部を備えることを特徴とする。疑似センサ１５の制御部は、温度モニタ部を介して無線通信端末１０の温度が異常に上昇したことを検出したときに、セレクタ１４を汎用インタフェース部１３から疑似センサ１５に切り替え、その旨を示す所定のメッセージを出力する。端末制御部１２は、疑似センサ１５から出力された所定のメッセージを入力し、外部のセンサ２０からの入力データと同様に処理し、無線処理部１１から無線信号としてセンサネットワーク側に通知する。このように、火災発生などにより無線通信端末１０の温度が異常に上昇した場合には、疑似センサ１５が契機となってセンサネットワーク側にその旨を通知することが可能になる。

（第４の実施形態）
図５は、本発明の無線通信端末の第４の実施形態を示す。
図５において、本実施形態の無線通信端末１０は、第１の実施形態の構成に加えて、疑似センサ１５にセレクタ１４の出力を接続し、外部のセンサ２０から無線通信端末１０へ出力されるデータ量を一定の時間間隔で計数するデータモニタ部を備えることを特徴とする。疑似センサ１５の制御部は、データモニタ部の計数値が所定値以下の場合に外部のセンサ２０の故障と判断し、セレクタ１４を汎用インタフェース部１３から疑似センサ１５に切り替え、その旨を示す所定のメッセージを出力する。端末制御部１２は、疑似センサ１５から出力された所定のメッセージを入力し、外部のセンサ２０からの入力データと同様に処理し、無線処理部１１から無線信号としてセンサネットワーク側に通知する。このように、外部のセンサ２０が故障した場合には、疑似センサ１５が契機となってセンサネットワーク側にその旨を通知することが可能になる。

なお、以上の第２〜第４の実施形態に示した疑似センサ１５の各機能は、第１の実施形態の構成とそれぞれ個別に組み合わせてもよいし、疑似センサ１５が複数の機能を併せてもつようにしてもよい。

（第５の実施形態）
第１〜第４の実施形態における疑似センサ１５は、無線通信端末１０と外部のセンサ２０との接続状態を独自に監視し、端末制御部１２に対して自律的に動作可能な構成になっている。

ここで、図１，図３，図４，図５に破線で示すように、端末制御部１２のＣＰＵ１２１と疑似センサ１５をバス接続し、疑似センサ１５の制御動作の一部を端末制御部１２が行うようにようにしてもよい。

例えば、図６に示すように、端末制御部１２は、無線通信端末１０の電源が投入されると初期モードに遷移し、続いてセンサ接続待ちモードに遷移する。一方、疑似センサ１５の電位検出部が外部のセンサ２０が接続されたことを認識したときに端末制御部１２に通知する。端末制御部１２は、外部のセンサ２０が接続されたことを認識するとセンサ接続モードに遷移し、外部のセンサ２０との間で特定の通信プロトコルを用いた通信シーケンスに入る。そして、疑似センサ１５が電位検出部で電極２の電圧が低下したことを検出して端末制御部１２に通知すると、端末制御部１２は外部のセンサ２０が取り外されたものと認識してセンサ取り外しモードに遷移し、疑似センサ１５に対してセレクタ１４を切り替え、所定のメッセージを送信するように制御する。

（第６の実施形態）
第１〜第４の実施形態は、無線通信端末１０に接続される外部のセンサ２０と、内部の疑似センサ１５が並列な関係であり、無線通信端末１０の端末制御部１２は両者から出力されたデータを同様に処理すればよい。すなわち、疑似センサ１５から出力される所定のメッセージのフォーマットは、端末制御部１２と外部のセンサ２０との間で定義されている通信プロトコルに応じたものになっており、外部のセンサ２０から出力されるデータおよび疑似センサ１５から出力されるメッセージは、同じ通信プロトコルに従って処理される。

それに対して図７に示すように、疑似センサ１５と端末制御部１２のレジスタ（ＲＡＭ１２２）を直接接続し、端末制御部１２と外部のセンサ２０との間で定義されている通信プロトコル（インタフェース）を介さず、端末制御部１２の制御により疑似センサ１５から送信するデータ内容を直接レジスタにセットするようにしてもよい。これにより、疑似センサ１５および端末制御部１２でメッセージの解釈が不要となり、必要な情報を速やかにセンサネットワーク側に通知することが可能になる。なお、このとき疑似センサ１５はセレクタ１４を制御し、外部のセンサ２０からの信号を遮断するように設定する。

本発明の無線通信端末の第１の実施形態を示す図。汎用インタフェース部１３の構成例を示す図。本発明の無線通信端末の第２の実施形態を示す図。本発明の無線通信端末の第３の実施形態を示す図。本発明の無線通信端末の第４の実施形態を示す図。本発明の無線通信端末の第５の実施形態を示す図。本発明の無線通信端末の第６の実施形態を示す図。従来の無線通信端末の構成例を示す図。

符号の説明

１０無線通信端末
１１無線処理部
１２端末制御部
１３汎用インタフェース部
１４セレクタ
１５疑似センサ
１６接点検出部
１７無線通信端末側のコネクタ
１８電池
１９温度センサ
２０センサ
２１センサ側のコネクタ

Claims

汎用インタフェース部を介して外部のセンサを接続してデータ通信を行う端末制御部と、
前記センサから出力されたデータを前記端末制御部を介して入力し、無線信号に変換してセンサネットワークに送信する無線処理部と
を備えた無線通信端末において、
前記汎用インタフェース部と前記端末制御部との間に配置され、通常は前記汎用インタフェース部を介して前記センサと前記端末制御部とを接続するセレクタと、
前記汎用インタフェース部を介して前記センサが接続されたか否かを検出する接点検出部と、
前記セレクタおよび前記接点検出部に接続され、前記接点検出部で前記センサが接続された後に取り外されたことを検出したときに、前記セレクタを切り替えて前記端末制御部に接続し、前記センサの取り外しを示す所定のメッセージを前記端末制御部に送信する疑似センサとを備え、
前記端末制御部は、前記センサから入力するデータと同様に前記疑似センサから入力する所定のメッセージを前記無線処理部に送出し、無線信号に変換して送信させる構成である
ことを特徴とする無線通信端末。
請求項１に記載の無線通信端末において、
前記接点検出部は、前記汎用インタフェース部の前記無線通信端末側のコネクタと前記センサ側のコネクタを接続したときに閉回路を形成する電極を有し、
前記疑似センサは、前記接点検出部の閉回路の形成を電気的に検出して前記センサの接続を認識し、前記接点検出部の閉回路形成後に開回路になったことを電気的に検出したときに前記センサの取り外しを認識する構成である
ことを特徴とする無線通信端末。
請求項１または請求項２に記載の無線通信端末において、
前記疑似センサは、前記無線通信端末に電源を供給する電池の残量をモニタし、電池残量が所定値以下になったことを検出したときに、前記セレクタを切り替えて前記端末制御部に接続し、電池残量を示す所定のメッセージを前記端末制御部に送信する手段を含む
ことを特徴とする無線通信端末。
請求項１または請求項２に記載の無線通信端末において、
前記疑似センサは、前記無線通信端末の温度をモニタし、前記無線通信端末の温度が所定値以上になったことを検出したときに、前記セレクタを切り替えて前記端末制御部に接続し、前記無線通信端末の異常を示す所定のメッセージを前記端末制御部に送信する手段を含む
ことを特徴とする無線通信端末。
請求項１または請求項２に記載の無線通信端末において、
前記疑似センサは、前記センサから前記端末制御部へ出力されるデータ量をモニタし、所定時間内のデータ量が所定値以下のなったことを検出したときに、前記セレクタを切り替えて前記端末制御部に接続し、前記センサの故障を示す所定のメッセージを前記端末制御部に送信する手段を含む
ことを特徴とする無線通信端末。
請求項１〜５のいずれかに記載の無線通信端末において、
前記端末制御部と前記疑似センサを前記セレクタを介する経路とは別の制御線を介して接続し、前記疑似センサが前記接点検出部の閉回路の形成を電気的に検出したとき、さらに前記接点検出部の閉回路形成後に開回路になったことを電気的に検出したときに、前記端末制御部が前記疑似センサからの通知により前記センサの取り外しを認識し、前記疑似センサに対応する処理を指示する構成である
ことを特徴とする無線通信端末。
請求項６に記載の無線通信端末において、
前記疑似センサが前記所定のメッセージを前記セレクタを介して前記端末制御部に送信する処理に代えて、前記疑似センサが前記端末制御部の制御により前記所定のメッセージを前記端末制御部の記憶手段に直接書き込む構成である
ことを特徴とする無線通信端末。