JP4455537B2 - 無線通信を介して測定データを収集するためのネットワークシステム - Google Patents
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Description
m2m通信の具体例としては、(1)無線内蔵センサが、自身の管理する消耗品の残量(使用量)をメーカの残量管理装置にレポートする、(2)ヘルスケア機器が、測定した数値を健康管理センター等の健康管理装置にレポートする、などがある。
ここで、ヘルスケア機器とは、歩数計,血圧計,体温計, 体重計,体脂肪計,血糖測定器,心電計,ダイエット機器,エクササイズ用品(エアロバイク等)等の健康を計るバイタルデータを数値的に取得する機器全般を指す。
m2m通信で主に使用される既存のネットワークとして、PDC(第2世代携帯電話)のネットワーク(回線交換モード)の基本構成を図7に示す(非特許文献1参照)。
(1)位置登録
セル方式による移動体通信システムでは、移動端末そのものが空間的に移動するため、その存在場所をネットワーク側で常に把握しておく必要がある。このために必須なものが位置登録である。
(ii)移動して移動端末が受信するPA番号の変化を検出すると、位置登録を行う。移動端末は位置登録要求をHLRに送信し、HLRは位置情報を書き換える。
(iii)位置登録が完了すると、HLRから移動端末に位置登録完了信号を送信する。
移動端末から発信する場合の基本的な接続手順の概要を以下に示す。
(i)発信端末からBSに対して呼設定の信号を転送するための信号チャネルの設定を要求し、BSでは信号チャネルを設定する。
(ii)発信端末から着信先の電話番号をダイヤルし、電話番号を含む呼設定要求をBS経由でMCCに送信する。MCC はHLRに格納されている加入者情報をもとに端末の認証を行う。
(iv)MCCはMGCに呼設定の要求を出す。MGCは着信先が固定ネットワークあるいは他の事業者の移動端末であれば、呼をそちらヘルーティングする。一方、着信先が自分のネットワークの加入者の移動端末であれば、HLRにその位置情報を問い合わせる。
(V)接続先が移動端末の場合は、その位置情報を基に呼設定信号がルーティングされ、着信端末の所属するページングエリアのBSから一斉呼び出しが行われる。接続対象である着信先が応答すると、コネクションが設定され通話が可能となる。
移動端末が着信するときの接続手順の概要を示す。
(i)固定ネットワークあるいは他のセルラーネットワークからの着信要求(呼設定要求)は、着信先の電話番号を含めて、まずMGCに届けられる。
(ii)MGCは呼を着信端末の所属するMCCヘルーティングする。このため、HLRは保持されている端末位置情報から、どのMCCのカバー範囲に着信先の移動端末が位置するかを調べる。 MCCはHLRからの情報を基に該当するページングエリアのBSを介して一斉呼出しを行う。
(iv)MCCはHLRに格納されている加入者情報をもとに着信端末の認証を行い、呼設定要求信号を着信端末に送付するとともにBSに通話用の音声チャネルを端末に付与するよう指示を出す。
(V)着信端末が呼出し音を鳴らし、着信先が応答すると、コネクションが設定され通話が可能となる。
一方、パケット交換方式では、パケット単位に待ち合わせが可能となるため、複数の通信でワイヤレス回線を共用することができ、データ通信においてもその使用効率を高くすることができる。
また、iモード通信を可能とするために、移動端末およびサーバとの通信プロトコルをそれぞれ終端し、それらを相互に接続するための機能を持つ移動メッセージ用パケット関門装置(M-PGW : Mobile Message- PGW)が配置されている。
一方、iモードサーバはPDC-Pネットワークとインターネットを結ぶ関門機能を担っている。具体的には、情報配信やメールの送受信機能および蓄積機能および情報提供者管理機能、さらに情報料課金機能を具備している。
移動体電話によるm2m通信が広域、屋外を主対象とするのに対して、近距離無線で低機能な端末によるm2m通信の例として、Auto-IDにより提唱されている無線タグ(RFID)ネットワークの構成例を図8に示す。
三宅功、斎藤洋著「ユビキタスサービスネットワーク技術」社団法人 電気通信協会 平成15年9月1日初版、p76〜80
このため、従来技術のように即時性があり、エリア間ハンドオーバーを実装した高度な無線端末を利用することはオーバースペックであり、ヘルスケア機器やセンサの価格が増大して、利用者に余計なコスト負担を強いる問題がある。
このため、従来のタグリーダモデルにおいては、利用者がリーダを設置するか、または、利用者自体がリーダの近傍に意識的に移動するか、利用者が必ず通過する場所に管理者がタグリーダを設置する必要があった。
したがって、利用者に何らかの位置的な負担を強いたり、タグリーダを設置する管理者が利用者の行動を熟知して、タグのリーダを設置する必要がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低消費電力化が図れ、周波数の有効利用が可能であるとともに、タグのようにリーダ近傍に近づかなくともデータ送信が可能であり、移動する物品にもハンドオーバの必要がなく適用でき、無線端末側で時刻調整を含めた制御指示などのメッセージ受信が可能であり、データ負荷の重いプロトコルやネットワークアドレスが不要な、ネットワークシステム及びその通信方法を提供することを目的とする。
本発明のネットワークシステムは、前記無線基地局が無線端末からのアクセスを受けた場合、受信タイムスロットにより該無線端末のスケジューリングを行うことを特徴とする。
本発明のネットワークシステムは、前記無線端末が無線基地局からの電波強度を検出し、最も高い強度の周波数を用いて通信を行うことを特徴とする。
本発明のネットワークシステムは、前記データが利用者を識別する個人データが含まれていることを特徴とする。
本発明のネットワークシステムは、一つの無線端末IDに対して、複数の前記個人データが対応していることを特徴とする。
本発明のネットワークシステムは、前記データが測定機器の検出した測定データを含み、該測定データを入力した時刻を付加し、端末ID毎に管理データベースに時系列に記録し、使用量の時系列的な変化を算出する管理サーバをさらに有することを特徴とする。
本発明のネットワークシステムは、前記無線端末が、前記測定機器から、該測定機器固有のデータフォーマットにて測定データを受信すると、前記データとして(無線端末はデータ送信を行うのみで、測定データに対する処理はなにも行わない)前記管理サーバへ送信し(例えば、実施形態においては、無線,有線及び赤外線等を用いて、無線端末と測定機器との間におけるデータの送受信を行う)、前記管理サーバが、前記データフォーマット各々に対応したアプリケーションプログラムを有しており、受信した前記データにおける測定データの前記データフォーマットに対応したアプリケーションプログラムにより、該測定データの判定処理を行うことを特徴とする。
本発明のネットワークシステムは、前記測定データが測定機器固有のデータフォーマットであり、前記無線端末が測定機器から該測定データを無線,有線及び赤外線のいずれかにより受信し、無線基地局を介して、前記管理サーバに対して測定データを送信し、管理サーバが、前記測定データを、前記データフォーマットに対応した解析プログラムにより解析し、端末ID毎に管理データベースに時系列に記録することを特徴とする。
また、本発明のネットワークシステムによれば、無線強度がRFIDタグより高い強度を利用し、かつ無線基地局に対応した無線端末の位置登録が行えるため、タグのようにリーダ近傍に近づかなくともデータ送信が可能であり、移動する物品にもハンドオーバの必要がなく適用できる。
また、本発明のネットワークシステムによれば、無線端末が端末IDしか持たないため、従来の携帯電話機能を利用したネットワークに対して、データ負荷の重いプロトコルやネットワークアドレスが不要な、ネットワークシステムを構成することができる。
この図において、無線基地局1は、無線端末2との無線通信(データの送受信)を行う無線送受信部と、通信サーバ3とのデータ通信(送受信)を行うデータ送受信部とから構成されている。
無線端末2は通信要求(自身の端末ID含む)を無線基地局1へ送信する。上記無線送受信部が、無線端末2からの無線通信によるアクセスとして通信要求データを受信すると、上記データ送受信部が無線送受信部が受信した通信要求データを通信サーバ3へ送信する。
通信サーバ3は、入力した通信要求データに含まれる端末IDにより端末を識別し、通信要求を受け付けるか否かの判定(サービス状態か、料金が払われているかなどにより判定)する。そして、通信サーバ3は、受け付けないと判定した場合、通信を切断し、一方受け付けると判定した場合、通信許可を無線端末2へ無線基地局1を介して送信する。また、無線基地局1は、通信のスケジューリングを行い、上記無線端末2に対するタイムスロットを決定し、端末IDとスロット番号号を無線端末2に対して報知する。
無線端末2は、無線基地局1において割り振られたスロット番号のスロットにより、データを無線基地局1に対して送信する。
また、通信サーバ3は、無線基地局1を介して、無線端末2が発信する送信データ(図2(a)に示すパケット)を受信すると、データベース4に端末IDが登録(記憶)されているか否かの検出を行う。
上記データ送信において、無線端末2は送信データのパケットに、予めネットワークの管理者から提供された認証鍵を送信データとともに、無線端末毎に設定された暗号鍵により暗号化データ(メッセージ認証コード)とする。また、認証鍵,送信データ及び無線端末に設定された暗号鍵をハッシュした結果を暗号化データ(メッセージ認証コード)とする。そして、無線端末2は上記暗号化データを、送信データに含めて無線基地局1を介して通信サーバ3へ送信する。
あるいは、通信サーバ3は、認証鍵と送信データ,無線端末に設定された暗号鍵をハッシュし、無線端末2から送信された暗号化データ(メッセージ認証コード)と一致するか否かの検証を行う。
そして、通信サーバ3は、上記検証により一致して送信データが正当に送信されたものであると確認されると、この無線端末2が認証されたとし、送信データをゲートウェイ(GW)5へ送信する。
ゲートウェイ(GW)5は、送信データに含まれる端末IDを抽出し、データベース4の端末テーブルを参照して、この端末IDに対応する送信先アドレスを抽出して、この送信データをこの送信先アドレスに、情報通信網Iを介して送信する。
上記送信先アドレスの指す管理会社6の管理サーバA,及び管理会社7の管理サーバ7A各々は、無線端末2が送信する送信データに含まれる測定データを、無線端末2毎に管理データベース6Bまたは管理データベース7Bに登録して管理し、この測定データにより種々のデータ処理を行う。
上記管理データベース6B及び7Bは、図4に示すように、個人ID毎に対応させて、端末IDと、GWアドレスと、測定データと、時刻データと、判定データと、判定結果とを記憶している。
以下の説明において、例えば、管理会社6は利用者の健康管理を行う健康管理センターであり、無線端末2はヘルスケア機器に搭載されている。ここで、ヘルスケア機器とは、歩いた歩数を検出する歩数計,血圧を測定する血圧計,体温を測定する体温計,体重を測定する体重計,体脂肪率を測定する体脂肪計,身長を測定する身長計,血液中の血糖値を測定する血糖測定器,心電図用データを測定する心電計,ダイエット機器やエクササイズ用品(エアロバイク等)で消費されたカロリー量等の健康を計るバイタルデータを数値的に取得する機器全般を指す。このとき、無線端末2は、付加された機器の使用用途に対応して、内部に設定された周期または測定時に、測定された測定データを、すでに述べた各種データを付加した送信データとして発信する。
ここで、消耗品の残量を測定する検出センサとしては、石油タンクにおけるタンクの頂部から石油の液面までの距離を測定する検出センサ,醤油ビンの所定の位置に装着され、醤油の液面がセンサの検出位置より下部になるか否かを検出する検出センサ,砂糖・塩・胡椒等の粉面がセンサの検出位置より下部になるか否かを検出する検出センサなどがある。このとき、無線端末2は、付加された機器の使用用途に対応して、内部に設定された周期に、測定された残量の測定データを、すでに述べた各種データを付加した送信データとして発信する。
また、通信サーバ3は、一定の周期毎に、ブロードキャストのデータとして、時刻データ(年/月/日/時/分/秒)を、無線端末2に対して、無線基地局1を介して送信する。これにより、各無線端末2は、内部のタイマの時刻合わせを行い、通信サーバ3に対して時刻同期を取る。
無線通信局1において、無線送受信部が上記送信要求データを受信し、データ送受信部がこの送信要求データを通信サーバ3へ送信する。
また、体重計を家族で共用し、それぞれが健康管理センターにて健康管理のサービスを受けている場合、使用している家族の各々が個人IDを有して、管理サーバ6Bに登録されているため、図2(b)に示すように、測定データを個人IDによって識別できるパケット構成とする。
例えば、上述したように、体重計を家族(複数の利用者)で共有している場合、体重を測定する際に、体重計に付加されている利用者を選択するボタンを押し、利用者自身を選択した後、体重計に乗り体重の測定を行う。このとき、体重計に個人ID(上記ボタンに対応して設定される)とともに利用者の体重が記憶される。あるいは、利用者自身を認識できるUSBキーやRFID等を、利用者が携帯し、体重計にUSBキーを挿入したり、体重計に内蔵されるRFIDのリーダによりRFIDを読み取ることにより、個人IDを認識させるようにしても良い。
次に、ステップS8において、通信サーバ3は、送信データを破棄し、無線端末2との通信を停止する。
これにより、ステップS6において、GW5は、端末テーブルから端末ID・A101に対応する送信先アドレスを読み出し、端末ID・A101の無線端末2から受信した送信データを、この読み出した送信先アドレスへ、すなわち管理サーバ6Aに対して情報通信網Iを介して送信する。
また、管理サーバ6Aは、時系列に測定データの変化を履歴として、管理データベース6Bに、端末ID(及び個人ID)に対応させ、時刻データ単位にて記録し、設定された期間内の変化が、予め設定された変化率を超えることを検出した場合も判定結果の欄にこの結果を書き込む。
そして、管理サーバ6Aは、所定の周期(例えば、一ヶ月に一度)にて、データ評価の専門家あるいは過去の統計的な健康データとの比較を行うデータ処理の結果を、標準値と比較したグラフにて、測定データの時系列の変化を、健康管理のアドバイスとともに、利用者に対して、携帯電話やPCに対する電子メールにて通知する。この利用者の電子メールのアドレスは、端末ID(及び個人ID)に対応して管理データベース6Bに予め登録されている。これにより、利用者は、病気になった際、現在までの生活習慣及び健康状態を振り返ることができ、医師による診察に利用することができる。
上述したように、管理サーバ7Aは、測定データと予め設定した規定値との比較を行い、比較結果を無線端末2に対して通知する。
さらに、各無線端末2は、送信データを発信するタイミングを、通信サーバ3から指定されるようにしても良い。
これにより、上述した実施形態によれば、携帯電話のように、ハンドオーバ処理を行わないため、データ通信中に無線基地局を変更する際、データ通信をやり直す必要があるが、m2m(machine to machine;マシン間)のシステムであり、かつ、一回のデータ通信のデータ量が最大数百バイトと非常に小さいため、通信のやり直しが容易に行うことができる。
また、上述した実施形態は、送受信のデータ量が少なく、かつ通信頻度も高くないことから、データ通信中に無線基地局を変更する可能性が低いため、データ量が大きく、利用者が直接操作する携帯電話のように、通信が途切れないために行うハンドオーバー処理を行う必要性がない。
そして、管理サーバは送信データに付加された端末IDまたは個人IDに対応する解析プログラムを選択してロードした後に実行し、このアプリケーションがデータフォーマットを解釈し、送信データのデータ部にある測定データを読み出すとともに、アプリケーションに対応した上記測定データの処理を行う。例えば、測定データが体重計のものであれば、測定データとして体重及び体脂肪率などであり、これから予め設定されている身長を用いて、肥満度を算出する解析プログラムなどが設定されている(一例としては、肥満度が正常か否かなどの判定処理を行う)。
そして、管理サーバは、解析プログラムが設定されていることを検出すると、送信データから測定データを抽出して、解析プログラムにより演算処理を行い、演算処理結果を端末IDや個人IDに対応して記憶する。一方、管理サーバは、解析プログラムが設定されていないことを検出すると、送信データから測定データを抽出して、その測定データを端末IDや個人IDに対応して記憶する。
この場合、管理サーバは、管理データベースに、解析プログラムの演算結果を管理データベースに蓄積するだけでなく、対応する端末IDまたは個人IDに対して送信アドレスが設定されている場合、その転送アドレスに対して、解析プログラムによる演算処理結果または測定データをそのままを送信するようにしてもよい。例えば、その転送アドレスは、演算処理結果を別の解析プログラムにて解析したり、自身が受信した測定データのフォーマットを認識できない等の場合に、その測定データを解析する解析プログラムを有する別のサーバのアドレスを指している。すなわち、管理サーバが家電フォーマットを解析できない場合、その測定データをそのまま(データフォーマットのままの形式にて)、家電フォーマットを解析できる他の管理サーバへ転送することとなる。
また、上述した他の実施形態の構成により、無線端末2に対して、測定データのデータフォーマットを解釈する機能を持たせる必要が無く、一実施形態に記載したネットワークにより、管理サーバに設定した解析プログラムで測定データを解析して、管理データベースによって、演算処理結果や測定データを管理することができる。
さらに、上述した他の実施形態の構成により、無線端末が小型化、低消費電力化、接続する家電製品の種類によらず、機能の共通化が可能となる。
2…無線端末
3…通信サーバ
4…データベース
5…GW(ゲートウェイ)
6,7…管理会社
6A,7A…管理サーバ
6B,7B…管理データベース
Claims (16)
- 無線端末と無線通信を行う無線基地局を管理する通信サーバと、無線端末から発信されたデータを、無線端末に予め設定された送信先サーバへ送信するネットワークシステムであり、
データを発信する無線端末と、
無線基地局を介して、該無線端末とデータの送受信を行う通信サーバと、
前記無線端末の端末IDと、該無線端末のデータの送信先のアドレスとを対応付けた経路テーブルが格納されたデータベースと、
該通信サーバから送信されるデータから端末IDを抽出し、この端末IDに対応するアドレスに対し、前記データを送信するゲートウェイと
を有することを特徴とするネットワークシステム。 - 通信エリアが各々連続する位置に、前記無線基地局が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のネットワークシステム。
- 前記無線基地局が無線端末からのアクセスを受けた場合、受信タイムスロットにより該無線端末のスケジューリングを行うことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のネットワークシステム。
- 前記無線端末が無線基地局からの電波強度を検出し、最も高い強度の周波数を用いて通信を行うことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のネットワークシステム。
- 前記通信サーバが、自身の管理する前記無線基地局に対し、無線端末がアクセスした際、前記データベースに、端末IDに対応させ、通信サーバのサーバID及び無線基地局の基地局IDまたはページングエリアIDを記録することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載のネットワークシステム。
- 前記データが利用者を識別する個人データが含まれていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載のネットワークシステム。
- 一つの無線端末IDに対して、複数の前記個人データが対応していることを特徴とする請求項6に記載のネットワークシステム。
- 前記データが測定機器の検出した測定データを含み、
該測定データを入力した時刻を付加し、端末ID毎に管理データベースに時系列に記録し、時系列的な変化を算出する管理サーバをさらに有することを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載のネットワークシステム。 - 前記管理サーバが前記測定データと予め設定した規定値との比較を行い、比較結果を無線端末に対して通知することを特徴とする請求項1から請求項8のいずれかに記載のネットワークシステム。
- 前記無線端末が、前記測定機器から、該測定機器固有のデータフォーマットにて測定データを受信すると、前記データとして前記管理サーバへ送信し、
前記管理サーバが、前記データフォーマット各々に対応したアプリケーションプログラムを有しており、受信した前記データにおける測定データの前記データフォーマットに対応したアプリケーションプログラムにより、該測定データの判定処理を行う、
ことを特徴とする請求項1から請求項9のいずれかに記載のネットワークシステム。 - 前記測定データが測定機器固有のデータフォーマットであり、
前記無線端末が測定機器から該測定データを無線,有線及び赤外線のいずれかにより受信し、無線基地局を介して、前記管理サーバに対して測定データを送信し、
管理サーバが、前記測定データを、前記データフォーマットに対応した解析プログラムにより解析し、端末ID毎に管理データベースに時系列に記録することを特徴とする請求項1から請求項9のいずれかに記載のネットワークシステム。 - 無線端末と無線通信を行う無線基地局を管理する通信サーバと、無線端末から発信されたデータを、無線端末に予め設定された送信先サーバへ送信するネットワークシステムにおける通信方法であり、
無線端末が自身の端末IDを含むデータを発信する発信過程と、
通信サーバが無線基地局を介し、前記無線端末とデータの送受信を行う通信課程と、
ゲートウェイが該通信サーバから送信されるデータから端末IDを抽出し、この端末IDに対応するアドレスに対し、前記データを送信する送信過程と
を有することを特徴とするネットワークシステムの通信方法。 - 無線端末から発信されたデータを、無線端末に予め設定された送信先サーバへ、通信サーバにより管理された無線基地局を介して送信するネットワークシステムにおいて用いられる無線端末であり、
測定機器から入力される、測定機器固有のデータフォーマットの測定データに対し、自身を識別する端末IDを付加し、前記データとして前記送信先サーバへ、前記無線基地局を介して送信することを特徴とする無線端末。 - 無線端末から発信されたデータを、データベースに登録されている無線端末毎に予め無線端末に予め設定された送信先サーバへ、通信サーバにより管理された無線基地局を介して送信するネットワークシステムにおいて用いられる通信サーバであり、
前記無線端末及び送信先サーバ間にて無線基地局を介してデータの送受信を行う際、自身の管理する前記無線基地局へ前記無線端末がアクセスする場合、前記データベースに対し、無線端末の端末IDに対応させ、通信サーバのサーバID,及び無線基地局の基地局IDまたはページングエリアIDを記録することを特徴とする通信サーバ。 - 無線端末から発信されたデータを、無線端末に予め設定された送信先サーバへ、通信サーバにより管理された無線基地局を介して送信するネットワークシステムにおいて用いられるデータベースであり、
前記無線端末の端末IDと、該無線端末のデータの送信先のアドレスとを対応付けた経路テーブルが格納されたことを特徴とするデータベース。 - 無線端末から発信されたデータを、無線端末に予め設定された送信先サーバへ、通信サーバにより管理された無線基地局を介して送信するネットワークシステムにおいて用いられるゲートウェイであり、
前記通信サーバを介して、前記無線端末より送信されるデータから、前記無線端末の端末IDを抽出し、前記無線端末の端末IDと、該無線端末のデータの送信先のアドレスとを対応付けた経路テーブルが格納されたデータベースから、抽出した端末IDに対応するアドレスに対し、前記データを送信することを特徴とするゲートウェイ。
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