JP6770499B2

JP6770499B2 - モバイル型センサ中継端末およびモバイル型センサ中継制御方法

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Publication number: JP6770499B2
Application number: JP2017207814A
Authority: JP
Inventors: 尚一大嶋; 賢一松永; 新豊田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2037-10-27
Also published as: JP2019080272A

Description

本発明は、各種センサ端末から無線送信されたデータをモバイル型センサ中継端末で受信して基地局装置へ無線中継するためのモバイル型センサ中継制御技術に関する。

各種機器がインターネットに接続されるＩｏＴ（Internet of Things）社会では、各種のセンサがネットワークに接続され、多種多量のデータを収集し、そのデータを解析することで人間の役に立つ情報を引き出すことが期待されている。例えば、医療機器や健康機器から生体情報などのセンサデータを収集するセンサネットワークの場合、センサ中継端末により、各種センサ端末で検出したセンサデータを、ゲートウェイ装置や通信ネットワークを介してサーバなどの上位装置へ中継転送することになる。

このようなセンサネットワークの１つとして、各種センサ端末から無線送信されたデータをモバイル型センサ中継端末で受信して基地局装置へ無線中継する無線センサネットワークがある。例えば、人体に装着した各種のセンサ端末で検出した生体情報を上位装置へ中継転送する場合、スマートホンなどの携帯情報端末からなるモバイル型センサ中継端末を用いることにより、センサ端末とモバイル型センサ中継端末との距離を最小限に短縮でき、電池駆動される各センサ端末での電力消費を大幅に削減できる。したがって、モバイル型センサ中継端末を長期間稼働させるためには、モバイル型センサ中継端末自体の電力消費も削減する必要がある。

従来、各センサ端末から無線送信されたデータを基地局装置で受信して上位装置へ転送する無線センサネットワークにおいて、各センサ端末での電力消費を削減する技術として、センサ端末がスリープ状態からデータ通信可能なアクティブ状態に復帰するデータ送信間隔を、それぞれの送信トラヒックに合わせて基地局装置が適応的に変更する技術が提案されている（例えば、非特許文献１など参照）。これにより、固定的なデータ送信間隔を用いる場合と比較して、各センサ端末での電力消費を削減することができる。

高博昭ほか、「アクティブ状態への遷移タイミングを制御する非同期型MACプロトコルのための適応スリープ制御」、電子情報通信学会論文誌、Vol. J95-B No. 2、2012/2

しかしながら、このような従来技術は、各センサ端末におけるデータ送信間隔が基地局装置で把握可能であるとともに、これらデータ送信間隔を変更可能であることを前提としている。
このため、上記従来技術を、モバイル型センサ中継端末を用いた無線センサネットワークに適用して、モバイル型センサ中継端末のスリープ制御を行う場合、モバイル型センサ中継端末で中継処理する各センサ端末の端末種別や端末数を基地局装置が既知である場合であって、これらセンサ端末のデータ送信間隔が変更可能である場合に限定される。

一方、人体に装着した各種のセンサ端末で検出した生体情報をモバイル型センサ中継端末で中継転送する場合、使用環境によってモバイル型センサ中継端末で中継転送すべきセンサ端末が動的に変化するケースも考えられる。このようなケースでは、センサ端末によってデータ送信間隔が異なるため、基地局装置からモバイル型センサ中継端末に対して、適切なデータ送信間隔を通知することができず、結果として、モバイル型センサ中継端末の電力消費を効果的に削減することができないという問題点があった。

また、生体情報を検出するようなセンサ端末は、小型化さらには薄型化されており、稼働時間を考慮して通信機能が大幅に削減されているため、データ送信間隔を変更できないケースも多い。このようなケースでは、各センサ端末に個別の固定的なデータ送信間隔でセンサデータを受信する必要があるため、モバイル型センサ中継端末に最適なデータ送信間隔を選択することができず、結果として、モバイル型センサ中継端末の電力消費を効果的に削減することができないという問題点があった。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、各センサ端末からセンサデータを無線中継するモバイル型センサ中継端末での電力消費を効果的に削減できるモバイル型センサ中継制御技術を提供することを目的としている。

このような目的を達成するために、本発明にかかるモバイル型センサ中継端末は、複数のセンサ端末からそれぞれ個別のデータ送信間隔で無線送信されるセンサデータを受信して基地局装置へ無線中継するモバイル型センサ中継端末であって、前記センサデータを受信可能なアクティブ状態を継続する連続受信モードと、特定された通信パタンに基づいて前記アクティブ状態と前記センサデータの受信を休止して消費電力を低減するスリープ状態とを相互に切り替える間欠受信モードの、２つの動作モードを有する端末無線通信モジュールと、前記端末無線通信モジュールで受信したセンサデータを前記基地局装置へ無線中継する上位無線通信モジュールと、前記端末無線通信モジュールを前記連続受信モードに切り替えて前記複数のセンサ端末からのセンサデータを受信し、これらセンサデータの受信時刻から得られた前記複数のセンサ端末ごとに個別のデータ送信間隔を含む通信パタンを、前記複数のセンサ端末ごとに特定し、前記端末無線通信モジュールを前記間欠受信モードに切り替える通信パタン特定回路とを備え、前記端末無線通信モジュールは、前記間欠受信モードで動作する際、前記通信パタンに含まれる前記データ送信間隔から算出した前記センサデータの到来タイミングに合わせて、前記アクティブ状態と前記スリープ状態とを相互に切り替えるようにしたものである。

また、本発明にかかる上記モバイル型センサ中継端末の一構成例は、前記通信パタンが、開始オフセット時間および終了オフセット時間の少なくともいずれか一方を含み、前記端末無線通信モジュールは、前記通信パタンに含まれる前記データ送信間隔と、開始オフセット時間および終了オフセット時間の少なくともいずれか一方とに基づいて、前記到来タイミングを算出するようにしたものである。

また、本発明にかかる上記モバイル型センサ中継端末の一構成例は、前記通信パタン特定回路が、前記センサデータの受信時刻に基づいて前記データ送信間隔を定期的に監視し、得られたデータ送信間隔と前記通信パタンに含まれるデータ送信間隔の差分が予め設定されている許容範囲を超えた場合、前記通信パタンに含まれるデータ送信間隔を補正するようにしたものである。

また、本発明にかかる上記モバイル型センサ中継端末の一構成例は、前記通信パタン特定回路が、前記端末無線通信モジュールが前記間欠受信モードで動作中に、前記基地局装置側からトリガ信号を受信した場合、前記端末無線通信モジュールを前記連続受信モードに切り替えて、前記通信パタンを再度特定し直すようにしたものである。

また、本発明にかかる上記モバイル型センサ中継端末の一構成例は、前記端末無線通信モジュールが、前記間欠受信モードで動作中に、前記センサ端末から優先転送要求を受信した場合、前記連続受信モードに切り替えて、当該センサ端末からの優先センサデータを受信し、前記上位無線通信モジュールは、前記端末無線通信モジュールで受信した前記優先センサデータを前記基地局装置へ無線中継するようにしたものである。

また、本発明にかかるモバイル型センサ中継制御方法は、複数のセンサ端末からそれぞれ個別のデータ送信間隔で無線送信されるセンサデータを受信して基地局装置へ無線中継するモバイル型センサ中継端末で用いられるモバイル型センサ中継制御方法であって、端末無線通信モジュールが、前記センサデータを受信可能なアクティブ状態を継続する連続受信モードと、特定された通信パタンに基づいて前記アクティブ状態と前記センサデータの受信を休止して消費電力を低減するスリープ状態とを相互に切り替える間欠受信モードの、２つの動作モードのいずれかで動作する端末無線通信ステップと、上位無線通信モジュールが、前記端末無線通信モジュールで受信したセンサデータを前記基地局装置へ無線中継する上位無線通信ステップと、通信パタン特定回路が、前記端末無線通信モジュールを前記連続受信モードに切り替えて前記複数のセンサ端末からのセンサデータを受信し、これらセンサデータの受信時刻から得られた前記複数のセンサ端末ごとに個別のデータ送信間隔を含む通信パタンを、前記複数のセンサ端末ごとに特定し、前記端末無線通信モジュールを前記間欠受信モードに切り替える通信パタン特定ステップとを備え、前記端末無線通信ステップは、前記間欠受信モードで動作する際、前記通信パタンに含まれる前記データ送信間隔から算出した前記センサデータの到来タイミングに合わせて、前記アクティブ状態と前記スリープ状態とを相互に切り替えるステップを含むようにしたものである。

本発明によれば、センサデータが送信される期間だけ、端末無線通信モジュールがアクティブ状態に制御され、その他の期間はスリープ状態に制御される。したがって、端末無線通信モジュールを連続してアクティブ状態とする場合と比較して、電力消費を大幅に削減することができる。
また、実際に受信したセンサデータに基づいて、各センサ端末の通信パタンが、モバイル型センサ中継端末で特定されるため、基地局装置が各センサ端末のデータ送信間隔を把握する必要はない。したがって、使用環境によってモバイル型センサ中継端末で中継転送すべきセンサ端末が動的に変化するケースであっても、これらセンサ端末から送信されたセンサデータを適切に受信して、基地局装置に無線転送することが可能となる。

無線センサネットワークの構成を示すブロック図である。通信パタンの構成例である。第１の実施の形態にかかるセンサ中継制御処理を示すフローチャートである。通信パタン特定処理を示すフローチャートである。センサ中継制御動作例を示すシーケンス図である。センサデータ受信動作例を示すシーケンス図である。データ送信間隔補正処理を示すフローチャートである。第３の実施の形態にかかるセンサ中継制御処理を示すフローチャートである。第４の実施の形態にかかるセンサ中継制御処理を示すフローチャートである。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる無線センサネットワーク１について説明する。図１は、無線センサネットワークの構成を示すブロック図である。
この無線センサネットワーク１は、任意の物理量をセンサで検出し得られたセンサデータをそれぞれ個別のデータ送信間隔で無線送信する複数のセンサ端末２０と、これらセンサ端末２０から無線送信されたセンサデータを受信して基地局装置３０へ無線中継するモバイル型センサ中継端末１０とを備えている。

基地局装置３０は、無線ＬＡＮなどの無線方式で動作する一般的な無線基地局であり、モバイル型センサ中継端末１０で無線中継されたセンサデータを受信し、通信ネットワークＮＷを介して上位装置へ中継転送する装置である。
上位装置４０は、全体としてサーバ装置などの情報処理装置からなり、基地局装置３０からのセンサデータを受信して蓄積し、予め設定されている情報処理を実行することにより、統計データなどの所望のデータを生成する装置である。

無線センサネットワーク１の具体例の１つとして、人の活動情報を収集する無線データ収集システムがある。このような無線データ収集システムでは、センサ端末２０として、加速度センサ、心拍センサ、呼吸センサ、体温センサなど、生体情報を検出するウェアラブルな端末装置が用いられる。また、モバイル型センサ中継端末１０については、スマートホンなどの一般的な携帯情報端末で構成してもよく、センサ端末２０からのセンサデータを無線中継するウェアラブルな端末装置で構成してもよい。

［モバイル型センサ中継端末］
次に、図１を参照して、本実施の形態にかかるモバイル型センサ中継端末１０の構成について詳細に説明する。
モバイル型センサ中継端末１０は、主な回路部として、上位無線通信モジュール１１、端末無線通信モジュール１２、通信パタン特定回路１３、記憶回路１４、および電池ＢＴ１を備えている。

これら回路部のうち、上位無線通信モジュール１１、端末無線通信モジュール１２、通信パタン特定回路１３、および記憶回路１４は、例えば内部バスＢを介して相互に接続されている。電池ＢＴ１は、一次電池や二次電池などの一般的な電池からなり、モバイル型センサ中継端末１０に設けられている各回路部に対して動作電源を供給する機能を有している。

上位無線通信モジュール１１は、無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの一般的な無線方式に基づいて、端末無線通信モジュール１２で受信したセンサ端末２０からのセンサデータを、基地局装置３０へ無線中継するモジュールである。

端末無線通信モジュール１２は、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）やＷｉ−ＳＵＮ（登録商標）、さらには専用の低電力無線方式に基づいて、各センサ端末２０と近距離無線通信を行うことにより、これらセンサ端末２０からのセンサデータを受信するモジュールである。
端末無線通信モジュール１２で用いる近距離無線通信については、電磁波を用いた一般的な無線方式のほか、音波を用いた無線方式、さらには、電界や磁界を用いた人体通信などの無線方式であってもよい。なお、端末無線通信モジュール１２については、図１に示すように、センサ端末２０の無線通信方式や端末数に合わせて、複数搭載してもよい。

端末無線通信モジュール１２は、センサデータを受信可能なアクティブ状態を継続する連続受信モードと、特定された通信パタンに基づいてアクティブ状態とセンサデータの受信を休止して消費電力を低減するスリープ状態とを相互に切り替える間欠受信モードの、２つの動作モードを有している。

また、端末無線通信モジュール１２は、間欠受信モードで動作する際、通信パタンに含まれるデータ送信間隔から算出したセンサデータの到来タイミングに合わせて、アクティブ状態とスリープ状態とを相互に切り替える機能と、通信パタンに含まれるデータ送信間隔と、開始オフセット時間および終了オフセット時間の少なくともいずれか一方とに基づいて、到来タイミングを算出する機能とを有している。

通信パタン特定回路１３は、端末無線通信モジュール１２を連続受信モードに切り替えて複数のセンサ端末２０からのセンサデータを受信し、これらセンサデータの受信時刻から得られたセンサ端末２０ごとに個別のデータ送信間隔を含む通信パタンを、センサ端末２０ごとに特定し、端末無線通信モジュール１２を間欠受信モードに切り替える機能を有している。

記憶回路１４は、半導体メモリなどの記憶装置からなり、通信パタン特定回路１３で特定された通信パタンなど、センサデータの無線転送処理に用いる各種処理データを記憶する機能を有している。
図２は、通信パタンの構成例である。ここでは、センサ端末２０を識別するためのセンサ端末ＩＤごとに、データ送信間隔Ｐ、開始オフセット時間Ｓ、および終了オフセット時間Ｅが組として登録されている。

データ送信間隔Ｐは、対応するセンサ端末２０がセンサデータを送信するデータ送信間隔であり、端末無線通信モジュール１２から送信されたセンサデータの受信時刻から計算されたものである。

開始オフセット時間Ｓは、センサデータの到来タイミングに合わせて、端末無線通信モジュール１２をアクティブ状態に復帰させて受信を開始する受信開始時刻を特定するための時間であり、データ送信間隔Ｐで推定されるセンサデータの到来タイミングから、端末無線通信モジュール１２をアクティブ状態に復帰させる受信開始時刻までの遡及時間を示している。

終了オフセット時間Ｅは、センサデータの受信完了後、端末無線通信モジュール１２でのデータ受信を終了してスリープ状態に移行させる受信終了時刻を特定するための時間であり、データ送信間隔Ｐで推定されるセンサデータの到来タイミングから、端末無線通信モジュール１２をスリープ状態に移行させる受信終了時刻までの経過時間を示している。

これら開始オフセット時間Ｓおよび終了オフセット時間Ｅは、センサ端末２０のデータ送信間隔Ｐのばらつきやセンサデータの送信所要時間のほか、端末無線通信モジュール１２をアクティブ状態に復帰させるための起動所要時間に基づいて設定すればよい。なお、開始オフセット時間Ｓおよび終了オフセット時間Ｅは、必要に応じて設定すればよく、不要な場合は省いてもよい。

［センサ端末］
次に、図１を参照して、本実施の形態にかかるセンサ端末２０について説明する。
センサ端末２０は、主な回路部として、センサ回路２１、無線回路２２、および電池ＢＴ２を備えている。なお、電池ＢＴ２は、一次電池や二次電池などの一般的な電池からなり、センサ端末２０に設けられている各回路部に対して動作電源を供給する機能を有している。

センサ回路２１は、任意の物理量を検出するセンサであり、具体的には、加速度センサ、心拍センサ、呼吸センサ、体温センサなどのセンサや、生体情報を検出する医療機器や健康機器から構成されている。
無線回路２２は、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）やＷｉ−ＳＵＮ（登録商標）、さらには専用の低電力無線方式に基づいて、センサ回路２１で検出されたセンサデータを、予め設定されているデータ送信間隔Ｐで無線送信する回路である。

［第１の実施の形態の動作］
次に、図３および図４を参照して、本実施の形態にかかるモバイル型センサ中継端末１０のセンサ中継制御動作について説明する。図３は、第１の実施の形態にかかるセンサ中継制御処理を示すフローチャートである。図４は、通信パタン特定処理を示すフローチャートである。
モバイル型センサ中継端末１０は、利用者によるセンサデータ無線中継動作の開始指示や電源起動に応じて、図３のセンサ中継制御処理を開始する。

まず、通信パタン特定回路１３は、端末無線通信モジュール１２を連続受信モードに設定し（ステップ１００）、後述する図４の通信パタン特定処理を実行する（ステップ１０１）。この後、通信パタン特定回路１３は、端末無線通信モジュール１２を間欠受信モードに設定する（ステップ１０２）。

端末無線通信モジュール１２は、間欠受信モードに設定された場合、記憶回路１４から読み出した通信パタンに含まれるデータ送信間隔Ｐに基づいて、対応するセンサ端末２０に関する受信開始時刻が到来するまでスリープ状態で待機する（ステップ１１０：ＮＯ）。
受信開始時刻が到来した場合（ステップ１１０：ＹＥＳ）、端末無線通信モジュール１２は、アクティブ状態に復帰してセンサデータの受信を開始する（ステップ１１１）。

次に、端末無線通信モジュール１２は、センサデータの受信完了まで待機した後（ステップ１１２）、受信完了に応じてスリープ状態に移行する（ステップ１１３）。
上位無線通信モジュール１１は、端末無線通信モジュール１２から受信したセンサデータを受け取って、基地局装置３０へ無線中継する（ステップ１１４）。
この後、センサデータ無線中継処理は、ステップ１１０に戻る。

これにより、センサデータが送信される期間だけ、端末無線通信モジュール１２がアクティブ状態となり、その他の期間はスリープ状態となる。したがって、端末無線通信モジュール１２での電力消費を削減することができる。
また、実際に受信したセンサデータに基づいて、各センサ端末２０の通信パタンが、モバイル型センサ中継端末１０で特定されるため、基地局装置３０が各センサ端末２０のデータ送信間隔Ｐを把握しておく必要はなく、データ送信間隔Ｐが固定化されているセンサ端末２０からのセンサデータも正確に無線中継することができる。なお、データ送信間隔Ｐを変更可能なセンサ端末２０については、予めデータ送信間隔Ｐを一定値に設定しておけば、当該センサ端末２０からのセンサデータも正確に無線中継することができる。

また、図４の通信パタン特定処理において、通信パタン特定回路１３は、端末無線通信モジュール１２が連続受信モードで動作して受信した各センサデータのうち、センサ端末２０ｘから受信したセンサデータＤｘ（ｉ）の受信時刻Ｔｘ（ｉ）を取得するとともに（ステップ１２０）、Ｄｘ（ｉ）に続いてセンサ端末２０ｘから受信したセンサデータＤｘ（ｉ＋１）の受信時刻Ｔｘ（ｉ＋１）を取得する（ステップ１２１）。

続いて、通信パタン特定回路１３は、これらＴｘ（ｉ）とＴｘ（ｉ＋１）の差分から、センサ端末２０ｘのデータ送信間隔Ｐｘ＝Ｔｘ（ｉ＋１）−Ｔｘ（ｉ）を計算し（ステップ１２２）、記憶回路１４のセンサ端末２０ｘに関する通信パタンに格納する（ステップ１２３）。
このようにして、通信パタン特定回路１３は、各センサ端末２０ごとにデータ送信間隔Ｐを計算し、通信パタンに格納する。

［動作例］
次に、図５を参照して、モバイル型センサ中継端末１０のセンサ中継制御動作例について説明する。図５は、センサ中継制御動作例を示すシーケンス図である。
ここでは、３つのセンサ端末２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃがモバイル型センサ中継端末１０の配下に位置しており、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間に通信パタン特定処理を実行して、各センサ端末２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに関する通信パタンを特定し、時刻Ｔ１以降において、これら通信パタンに基づいて各センサ端末２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃからのセンサデータの無線中継処理を実行する場合を例として説明する。

まず、通信パタン特定回路１３は、時刻Ｔ０において、端末無線通信モジュール１２を連続受信モードに設定する。これにより、端末無線通信モジュール１２がアクティブ状態（ＡＣＴ）に復帰し、各センサ端末２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃから受信したセンサデータの受信時刻に基づいてデータ送信間隔Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃが計算される。
例えば、センサ端末２０Ａについては、時刻Ｔａ１に受信したセンサデータＤａ１と、その後の時刻Ｔａ２に受信したＤａ１に後続するセンサデータＤａ２とから、センサ端末２０Ａのデータ送信間隔Ｐａ＝Ｔａ２−Ｔａ１が計算される。

また、センサ端末２０Ｂについては、時刻Ｔｂ１に受信したセンサデータＤｂ１と、その後の時刻Ｔｂ２に受信したＤｂ１に後続するセンサデータＤｂ２とから、センサ端末２０Ａのデータ送信間隔Ｐｂ＝Ｔｂ２−Ｔｂ１が計算される。
また、センサ端末２０Ｃについては、時刻Ｔｃ１に受信したセンサデータＤｃ１と、その後の時刻Ｔｃ２に受信したＤｃ１に後続するセンサデータＤｃ２とから、センサ端末２０Ａのデータ送信間隔Ｐｃ＝Ｔｃ２−Ｔｃ１が計算される。

このようにして、各センサ端末２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃのデータ送信間隔Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃを計算して、それぞれの通信パタンが特定された後、時刻Ｔ１において、通信パタン特定回路１３は、端末無線通信モジュール１２を間欠受信モードに設定する。これにより、端末無線通信モジュール１２は、スリープ状態（ＳＬＰ）に移行した後、各センサ端末２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの通信パタンに含まれるデータ送信間隔Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃに基づいて、間欠受信動作を行うことにより、後続するセンサデータが基地局装置３０へ無線中継される。

例えば、センサ端末２０Ａについては、時刻Ｔａ２からＰａ後の時刻Ｔａ３に、端末無線通信モジュール１２がアクティブ状態（ＡＣＴ）に復帰してセンサデータＤａ３を受信し、受信完了後、端末無線通信モジュール１２はスリープ状態（ＳＬＰ）に移行する。この後、端末無線通信モジュール１２は、Ｐａ間隔でアクティブ状態（ＡＣＴ）に復帰してセンサ端末２０Ａからのセンサデータを受信した後、スリープ状態（ＳＬＰ）に移行する間欠受信動作を繰り返すことになる。また、これらセンサデータは、上位無線通信モジュール１１により基地局装置３０へ順次無線中継される。

また、センサ端末２０Ｂについては、時刻Ｔｂ２からＰｂ後の時刻Ｔｂ３に、端末無線通信モジュール１２がアクティブ状態（ＡＣＴ）に復帰してセンサデータＤｂ３を受信し、受信完了後、端末無線通信モジュール１２はスリープ状態（ＳＬＰ）に移行する。この後、端末無線通信モジュール１２は、Ｐｂ間隔でアクティブ状態（ＡＣＴ）に復帰してセンサ端末２０Ｂからのセンサデータを受信した後、スリープ状態（ＳＬＰ）に移行する間欠受信動作を繰り返すことになる。また、これらセンサデータは、上位無線通信モジュール１１により基地局装置３０へ順次無線中継される。

また、センサ端末２０Ｃについては、時刻Ｔｃ２からＰｃ後の時刻Ｔｃ３に、端末無線通信モジュール１２がアクティブ状態（ＡＣＴ）に復帰してセンサデータＤｃ３を受信し、受信完了後、端末無線通信モジュール１２はスリープ状態（ＳＬＰ）に移行する。この後、端末無線通信モジュール１２は、Ｐｃ間隔でアクティブ状態（ＡＣＴ）に復帰してセンサ端末２０Ｃからのセンサデータを受信した後、スリープ状態（ＳＬＰ）に移行する間欠受信動作を繰り返すことになる。また、これらセンサデータは、上位無線通信モジュール１１により基地局装置３０へ順次無線中継される。

次に、図６を参照して、端末無線通信モジュール１２でのセンサデータ受信動作例について説明する。図６は、センサデータ受信動作例を示すシーケンス図である。
ここでは、任意のセンサ端末２０ｘからのセンサデータを受信する場合について説明する。なお、センサ端末２０ｘの通信パタンには、データ送信間隔Ｐｘに加えて、開始オフセット時間Ｓｘと終了オフセット時間Ｅｘが設定されているものとする。

まず、端末無線通信モジュール１２は、センサ端末２０ｘの通信パタンを参照して、直前に受信したセンサ端末２０ｘからのセンサデータＤｘ（ｉ＋１）の受信時刻Ｔｘ（ｉ＋１）に、Ｐｘを加算して後続するセンサデータＤｘ（ｉ＋２）の到来タイミングＴｘ（ｉ＋２）を計算する。
次に、端末無線通信モジュール１２は、Ｔｘ（ｉ＋２）から開始オフセット時間Ｓｘだけ遡及した時点を、受信開始時刻Ｔｘｓ（ｉ＋２）＝Ｔｘ（ｉ＋２）−Ｓｘとして計算するとともに、Ｔｘ（ｉ＋２）から終了オフセット時間Ｅｘだけ経過した時点を、受信終了時刻Ｔｘｅ（ｉ＋２）＝Ｔｘ（ｉ＋２）＋Ｅｘとして計算する。

この後、端末無線通信モジュール１２は、受信開始時刻Ｔｘｓの到来に応じて、自己の動作状態をアクティブ状態（ＡＣＴ）に復帰させて、続く到来タイミングＴｘ（ｉ＋２）にセンサ端末２０ｘからのセンサデータの受信を開始し、その後の受信終了時刻Ｔｘｅの到来に応じて、自己の動作状態をスリープ状態（ＳＬＰ）に移行させる。
これにより、センサ端末２０のデータ送信間隔Ｐにばらつきが生じる場合でも、端末無線通信モジュール１２を適切に間欠受信動作させることができる。

［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、通信パタン特定回路１３が、端末無線通信モジュール１２を連続受信モードに切り替えて各センサ端末２０からのセンサデータを受信し、これらセンサデータの受信時刻から得られたセンサ端末２０ごとに個別のデータ送信間隔Ｐを含む通信パタンを、センサ端末２０ごとに特定し、端末無線通信モジュール１２を間欠受信モードに切り替え、端末無線通信モジュール１２が、間欠受信モードで動作する際、通信パタンに含まれるデータ送信間隔Ｐから算出したセンサデータの到来タイミングに合わせて、アクティブ状態とスリープ状態とを相互に切り替えるようにしたものである。

これにより、センサデータが送信される期間だけ、端末無線通信モジュール１２がアクティブ状態に制御され、その他の期間はスリープ状態に制御される。したがって、端末無線通信モジュール１２を連続してアクティブ状態とする場合と比較して、電力消費を大幅に削減することができる。

また、実際に受信したセンサデータに基づいて、各センサ端末２０の通信パタンが、モバイル型センサ中継端末１０で特定されるため、基地局装置３０が各センサ端末２０のデータ送信間隔Ｐを把握しておく必要はない。したがって、使用環境によってモバイル型センサ中継端末１０で中継転送すべきセンサ端末２０が動的に変化するケースであっても、これらセンサ端末２０から送信されたセンサデータを適切に受信して、基地局装置３０に無線転送することが可能となる。

また、生体情報を検出するようなウェアラブルなセンサ端末２０については、小型化さらには薄型化されており、稼働時間を考慮して通信機能が大幅に削減されているため、データ送信間隔Ｐを変更できないケースも多い。本実施の形態によれば、センサデータのデータ送信間隔Ｐが固定化されているセンサ端末２０を前提としているため、ウェアラブルなセンサ端末２０であっても、センサデータも適切に受信して基地局装置３０に無線転送することが可能となる。

［第２の実施の形態］
次に、図７を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかるモバイル型センサ中継端末１０について説明する。図７は、データ送信間隔補正処理を示すフローチャートである。
本実施の形態では、センサ端末２０のデータ送信間隔Ｐを補正する場合について説明する。

本実施の形態において、通信パタン特定回路１３は、各センサ端末２０から受信したセンサデータの受信時刻に基づいて、それぞれのセンサ端末２０に関する新たなデータ送信間隔Ｑを定期的に監視し、新たなデータ送信間隔Ｑと通信パタンに含まれるデータ送信間隔Ｐとの誤差εが予め設定されている許容範囲βを超えた場合、通信パタンに含まれるデータ送信間隔Ｐを補正する機能を有している。
本実施の形態にかかるモバイル型センサ中継端末１０のその他の構成については、第１の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。

［第２の実施の形態の動作］
次に、図７を参照して、本実施の形態にかかるモバイル型センサ中継端末１０のデータ送信間隔補正処理について説明する。
通信パタン特定回路１３は、端末無線通信モジュール１２を間欠受信モードに設定した際、図７のデータ送信間隔補正処理を実行する。

まず、通信パタン特定回路１３は、端末無線通信モジュール１２で受信した各センサデータのうち、センサ端末２０ｘから受信したセンサデータＤｘ（ｉ）の受信時刻Ｔｘ（ｉ）を取得するとともに（ステップ２００）、Ｄｘ（ｉ）からｎ個分だけ後にセンサ端末２０ｘから受信したセンサデータＤｘ（ｉ＋ｎ）の受信時刻Ｔｘ（ｉ＋ｎ）を取得する（ステップ２０１）。

続いて、通信パタン特定回路１３は、これらＴｘ（ｉ）とＴｘ（ｉ＋ｎ）の差分から、センサ端末２０ｘのｎ個分のセンサデータＤｘ（ｉ）〜Ｄｘ（ｉ＋ｎ）に関する平均値を示す、新たなデータ送信間隔Ｑｘ＝｛Ｔｘ（ｉ＋ｎ）−Ｔｘ（ｉ）｝／ｎを計算し（ステップ２０２）、通信パタンに設定されているデータ送信間隔Ｐｘとの誤差εｘ＝Ｑｘ−Ｐｘを計算する（ステップ２０３）。

次に、通信パタン特定回路１３は、誤差εｘの絶対値｜εｘ｜と予め設定されている許容範囲βとを比較し（ステップ２０４）、｜εｘ｜≦βであってεｘがβの範囲内である場合には（ステップ２０４：ＹＥＳ）、Ｐｘの補正が不要であることから、一連のデータ送信間隔補正処理を終了する。

一方、｜εｘ｜＞βであってεｘがβ範囲外である場合（ステップ２０４：ＹＥＳ）、Ｐｘの補正が必要であることから、通信パタン特定回路１３は、例えば符号関数ｓｉｇｎによりεｘの符号（正負）を求めることにより、εｘの方向ｄｉｒ＝ｓｉｇｎ（εｘ）を特定する（ステップ２０５）。
この後、通信パタン特定回路１３は、得られたｄｉｒに基づきβ分だけＰｘを増減することにより、補正後のＰｘ＝Ｐｘ＋ｄｉｒ×βを計算し（ステップ２０６）、記憶回路１４のセンサ端末２０ｘに関する通信パタンに格納した後（ステップ２０７）、一連のデータ送信間隔補正処理を終了する。

［第２の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、通信パタン特定回路１３が、各センサ端末２０から受信したセンサデータの受信時刻に基づいて、それぞれのセンサ端末２０に関する新たなデータ送信間隔Ｑを定期的に監視し、新たなデータ送信間隔Ｑと通信パタンに含まれるデータ送信間隔Ｐとの誤差εが予め設定されている許容範囲βを超えた場合、通信パタンに含まれるデータ送信間隔Ｐを補正するようにしたものである。
これにより、センサ端末２０の動作クロックのばらつきや誤差、さらにはセンサ端末２０の動作環境などに起因して、データ送信間隔Ｐが徐々に変化した場合でも、センサ端末２０から送信されたセンサデータを正確に受信することが可能となる。

［第３の実施の形態］
次に、図８を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかるモバイル型センサ中継端末１０について説明する。図８は、第３の実施の形態にかかるセンサ中継制御処理を示すフローチャートである。
第１の実施の形態では、モバイル型センサ中継端末１０がセンサデータ無線中継動作を開始する際、通信パタン特定処理を実行する場合を例として説明した。本実施の形態では、基地局装置３０や上位装置４０から受信したトリガ信号に応じて、通信パタン特定処理を再実行する場合について説明する。

本実施の形態において、通信パタン特定回路１３は、端末無線通信モジュール１２が間欠受信モードで動作中に、基地局装置３０側からトリガ信号を受信した場合、端末無線通信モジュール１２を連続受信モードに切り替えて、通信パタンを再度特定し直す機能を有している。
本実施の形態にかかるモバイル型センサ中継端末１０のその他の構成については、第１の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。

［第３の実施の形態の動作］
次に、図８を参照して、本実施の形態にかかるモバイル型センサ中継端末１０のセンサ中継制御動作について説明する。
モバイル型センサ中継端末１０は、利用者によるセンサデータ無線中継動作の開始指示や電源起動に応じて、図８のセンサ中継制御処理を開始する。なお、図８において、前述した図３と同様または同じステップには、同一符号を付してある。

まず、通信パタン特定回路１３は、端末無線通信モジュール１２を連続受信モードに設定し（ステップ１００）、図４の通信パタン特定処理を実行する（ステップ１０１）。この後、通信パタン特定回路１３は、端末無線通信モジュール１２を間欠受信モードに設定する（ステップ１０２）。

端末無線通信モジュール１２は、間欠受信モードに設定された場合、記憶回路１４から読み出した通信パタンに含まれるデータ送信間隔Ｐに基づいて、対応するセンサ端末２０に関する受信開始時刻が到来するまでスリープ状態で待機する（ステップ１１０：ＮＯ）。
ここで、受信開始時刻が到来した場合（ステップ１１０：ＹＥＳ）、端末無線通信モジュール１２は、アクティブ状態に復帰してセンサデータの受信を開始する（ステップ１１１）。

一方、端末無線通信モジュール１２がスリープ状態で待機している場合（ステップ１１０：ＮＯ）、通信パタン特定回路１３は、上位無線通信モジュール１１により基地局装置３０側からトリガ信号が受信されたかどうか確認する（ステップ３００）。
ここで、トリガ信号が受信されていない場合（ステップ３００：ＮＯ）、ステップ１１０に戻る。また、トリガ信号が受信された場合（ステップ３００：ＹＥＳ）、通信パタン特定回路１３は、ステップ１００へ戻る。これにより、図４の通信パタン特定処理が再実行されて通信パタンが特定し直される。

端末無線通信モジュール１２を間欠受信モードに設定されている場合、通信パタン特定回路１３は、上位無線通信モジュール１１により基地局装置３０側からトリガ信号が受信されているか確認し（ステップ３００）、トリガ信号が受信されている場合には（ステップ３００：ＹＥＳ）、ステップ１００へ戻る。これにより、図４の通信パタン特定処理が再実行されて通信パタンが特定し直される。

一方、トリガ信号が受信されていない場合には（ステップ３００：ＮＯ）、端末無線通信モジュール１２は、記憶回路１４から読み出した通信パタンに含まれるデータ送信間隔Ｐに基づいて、対応するセンサ端末２０に関する受信開始時刻が到来するまでスリープ状態で待機する（ステップ１１０：ＮＯ）。
受信開始時刻が到来した場合（ステップ１１０：ＹＥＳ）、端末無線通信モジュール１２は、アクティブ状態に復帰してセンサデータの受信を開始する（ステップ１１１）。

次に、端末無線通信モジュール１２は、センサデータの受信完了まで待機した後（ステップ１１２）、受信完了に応じてスリープ状態に移行する（ステップ１１３）。
上位無線通信モジュール１１は、端末無線通信モジュール１２から受信したセンサデータを受け取って、基地局装置３０へ無線中継する（ステップ１１４）。
この後、センサデータ無線中継処理は、ステップ３００に戻る。

［第３の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、端末無線通信モジュール１２が、間欠受信モードで動作中に、基地局装置３０側からトリガ信号を受信した場合、通信パタン特定回路１３が、端末無線通信モジュール１２を連続受信モードに切り替えて、通信パタンを再度特定し直すようにしたものである。
これにより、任意のタイミングで、基地局装置３０や上位装置４０からトリガ信号を送信するだけで、モバイル型センサ中継端末１０の通信パタンを再設定することができる。したがって、例えばモバイル型センサ中継端末１０とセンサ端末２０との対応関係など、無線センサネットワーク１の構成が変更された場合にも、容易かつ迅速に対応することが可能となる。

［第４の実施の形態］
次に、図９を参照して、本発明の第４の実施の形態にかかるモバイル型センサ中継端末１０について説明する。図９は、第４の実施の形態にかかるセンサ中継制御処理を示すフローチャートである。
本実施の形態では、センサ端末２０からのセンサデータを連続受信モードで優先して無線転送する場合について説明する。

本実施の形態において、端末無線通信モジュール１２は、間欠受信モードで動作中に、センサ端末２０から優先転送要求を受信した場合、連続受信モードに切り替えて、当該センサ端末２０からの優先センサデータを受信する機能を有している。
上位無線通信モジュール１１は、端末無線通信モジュール１２で受信した優先センサデータを基地局装置３０へ無線中継する機能を有している。

［第４の実施の形態の動作］
次に、図９を参照して、本実施の形態にかかるモバイル型センサ中継端末１０のセンサ中継制御動作について説明する。
モバイル型センサ中継端末１０は、利用者によるセンサデータ無線中継動作の開始指示や電源起動に応じて、図９のセンサ中継制御処理を開始する。なお、図９において、前述した図３と同様または同じステップには、同一符号を付してある。

一方、端末無線通信モジュール１２は、スリープ状態で待機している場合（ステップ１１０：ＮＯ）、任意のセンサ端末２０から優先転送要求、または優先転送要求を示す優先センサデータが通知されているか確認する（ステップ４００）。
ここで、優先転送要求、または優先転送要求を示す優先センサデータが通知されていない場合（ステップ４００：ＮＯ）、ステップ１１０に戻る。

また、優先転送要求、または優先転送要求を示す優先センサデータが通知されている場合（ステップ４００：ＹＥＳ）、端末無線通信モジュール１２は、自己の動作モードを連続受信モードに設定する（ステップ４０１）。
続いて、端末無線通信モジュール１２は、優先転送要求に対応する優先センサデータを順次受信し、上位無線通信モジュール１１は、端末無線通信モジュール１２から受信した優先センサデータを順次受け取って、基地局装置３０へ無線中継する（ステップ４０２）。

この後、端末無線通信モジュール１２は、優先転送要求が完了したか確認し（ステップ４０３）、優先転送要求が未完了の場合は（ステップ４０３：ＮＯ）、ステップ４０２へ戻って後続の優先センサデータの無線中継を繰り返し実行する。
また、優先転送要求が完了した場合（ステップ４０３：ＹＥＳ）、ステップ１０１へ戻る。これにより、図４の通信パタン特定処理が再実行されて通信パタンが特定し直される。

［第４の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、端末無線通信モジュール１２が、間欠受信モードで動作中に、センサ端末２０から優先転送要求を受信した場合、連続受信モードに切り替えて、当該センサ端末２０からの優先センサデータを受信し、上位無線通信モジュール１１は、端末無線通信モジュール１２で受信した優先センサデータを基地局装置３０へ無線中継するようにしたものである。
これにより、センサ端末２０からの優先センサデータが、連続受信モードにより、端末無線通信モジュール１２で基地局装置３０へ連続して無線中継されることになる。したがって、センサデータをバースト的に連続して送信するようなセンサ端末２０についても、モバイル型センサ中継端末１０で無線転送することが可能となる。

［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。

１…無線センサネットワーク、１０…モバイル型センサ中継端末、１１…上位無線通信モジュール、１２…端末無線通信モジュール、１３…通信パタン特定回路、１４…記憶回路、ＢＴ１…電池、Ｂ…内部バス、２０，２０ｘ，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…センサ端末、２１…センサ回路、２２…無線回路、ＢＴ２…電池、３０…基地局装置、４０…上位装置、ＮＷ…通信ネットワーク、Ｐ，Ｐｘ，Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｑ，Ｑｘ…データ送信間隔、Ｓ，Ｓｘ…開始オフセット時間、Ｅ，Ｅｘ…終了オフセット時間、Ｄｘ，Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃ…センサデータ、Ｔｘ，Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ…受信時刻（到来タイミング）、Ｔｘｓ…受信開始時刻、Ｔｘｅ…受信終了時刻、ε，εｘ…誤差、β…許容範囲、ｄｉｒ…誤差方向。

Claims

複数のセンサ端末からそれぞれ個別のデータ送信間隔で無線送信されるセンサデータを受信して基地局装置へ無線中継するモバイル型センサ中継端末であって、
前記センサデータを受信可能なアクティブ状態を継続する連続受信モードと、特定された通信パタンに基づいて前記アクティブ状態と前記センサデータの受信を休止して消費電力を低減するスリープ状態とを相互に切り替える間欠受信モードの、２つの動作モードを有する端末無線通信モジュールと、
前記端末無線通信モジュールで受信したセンサデータを前記基地局装置へ無線中継する上位無線通信モジュールと、
前記端末無線通信モジュールを前記連続受信モードに切り替えて前記複数のセンサ端末からのセンサデータを受信し、これらセンサデータの受信時刻から得られた前記複数のセンサ端末ごとに個別のデータ送信間隔を含む通信パタンを、前記複数のセンサ端末ごとに特定し、前記端末無線通信モジュールを前記間欠受信モードに切り替える通信パタン特定回路とを備え、
前記端末無線通信モジュールは、前記間欠受信モードで動作する際、前記通信パタンに含まれる前記データ送信間隔から算出した前記センサデータの到来タイミングに合わせて、前記アクティブ状態と前記スリープ状態とを相互に切り替える
ことを特徴とするモバイル型センサ中継端末。
請求項１に記載のモバイル型センサ中継端末において、
前記通信パタンは、開始オフセット時間および終了オフセット時間の少なくともいずれか一方を含み、
前記端末無線通信モジュールは、前記通信パタンに含まれる前記データ送信間隔と、開始オフセット時間および終了オフセット時間の少なくともいずれか一方とに基づいて、前記到来タイミングを算出する
ことを特徴とするモバイル型センサ中継端末。
請求項１または請求項２に記載のモバイル型センサ中継端末において、
前記通信パタン特定回路は、前記センサデータの受信時刻に基づいて前記データ送信間隔を定期的に監視し、得られたデータ送信間隔と前記通信パタンに含まれるデータ送信間隔の差分が予め設定されている許容範囲を超えた場合、前記通信パタンに含まれるデータ送信間隔を補正することを特徴とするモバイル型センサ中継端末。
請求項１〜請求項３のいずれかに記載のモバイル型センサ中継端末において、
前記通信パタン特定回路は、前記端末無線通信モジュールが前記間欠受信モードで動作中に、前記基地局装置側からトリガ信号を受信した場合、前記端末無線通信モジュールを前記連続受信モードに切り替えて、前記通信パタンを再度特定し直すことを特徴とするモバイル型センサ中継端末。
請求項１〜請求項４のいずれかに記載のモバイル型センサ中継端末において、
前記端末無線通信モジュールは、前記間欠受信モードで動作中に、前記センサ端末から優先転送要求を受信した場合、前記連続受信モードに切り替えて、当該センサ端末からの優先センサデータを受信し、
前記上位無線通信モジュールは、前記端末無線通信モジュールで受信した前記優先センサデータを前記基地局装置へ無線中継する
ことを特徴とするモバイル型センサ中継端末。
複数のセンサ端末からそれぞれ個別のデータ送信間隔で無線送信されるセンサデータを受信して基地局装置へ無線中継するモバイル型センサ中継端末で用いられるモバイル型センサ中継制御方法であって、
端末無線通信モジュールが、前記センサデータを受信可能なアクティブ状態を継続する連続受信モードと、特定された通信パタンに基づいて前記アクティブ状態と前記センサデータの受信を休止して消費電力を低減するスリープ状態とを相互に切り替える間欠受信モードの、２つの動作モードのいずれかで動作する端末無線通信ステップと、
上位無線通信モジュールが、前記端末無線通信モジュールで受信したセンサデータを前記基地局装置へ無線中継する上位無線通信ステップと、
通信パタン特定回路が、前記端末無線通信モジュールを前記連続受信モードに切り替えて前記複数のセンサ端末からのセンサデータを受信し、これらセンサデータの受信時刻から得られた前記複数のセンサ端末ごとに個別のデータ送信間隔を含む通信パタンを、前記複数のセンサ端末ごとに特定し、前記端末無線通信モジュールを前記間欠受信モードに切り替える通信パタン特定ステップとを備え、
前記端末無線通信ステップは、前記間欠受信モードで動作する際、前記通信パタンに含まれる前記データ送信間隔から算出した前記センサデータの到来タイミングに合わせて、前記アクティブ状態と前記スリープ状態とを相互に切り替えるステップを含む
ことを特徴とするモバイル型センサ中継制御方法。