JP7107335B2 - 通信装置、通信プログラム及び通信方法 - Google Patents

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Description

本発明は、通信装置、通信プログラム及び通信方法に関する。
例えば、センサデータなどの小容量のデータを収集するシステムとして、図1に例示するデータ収集システムがある(特許文献1参照)。このようなデータ収集システムは、データ収集対象に接した状態またはその近傍でデータ収集を行う1又は複数のデータ収集ノード100と、サーバ300と、各データ収集ノード100から受信したデータをサーバ300に通知するゲートウェイ200とで構成されることがある。
また、このようなデータ収集システムには、データ収集ノード100とゲートウェイ200との間、および、ゲートウェイ200とサーバ300との間で、それぞれ無線通信によって接続およびデータの送受信が行なわれることある。この場合、データ収集ノード100は、一般的に電池で駆動されることが多いため、データ収集ノード100とゲートウェイ200との間の通信に省電力な無線通信技術を用い、ゲートウェイ200は、遠隔のサーバ300にデータを届けるために、ゲートウェイ200とサーバ300との間の通信に、例えば第3世代移動通信システム(3G)や第4世代移動通信システム(4G:LTE(Long Term Evolution)等)のような移動体通信網を用いることがある。
従来、ゲートウェイ200は一般的に商用電源など常時供給される電源に接続されることを前提としている。
特開2016-122310号公報
しかしながら、例えば、データ収集ノードと同様に、ゲートウェイが屋外に設置されるような場合、ゲートウェイに商用電源の供給が困難なこともある。その場合、太陽電池や充電池等を組み合わせた電池ユニットをゲートウェイに搭載して供給電力を確保することがある。ゲートウェイの消費電力は比較的大きいので、それを満たす電池ユニットを搭載しようとすると、電池ユニットのサイズや質量が大きくなってしまう。他方、小型の電池ユニットを搭載すると、出力電力量に限りがあり、ゲートウェイの動作時間が短くなってしまうこともある。
そのため、通信部への電力供給を制御して、省電力化を図ることができる通信装置、通信プログラム及び通信方法が求められている。
かかる課題を解決するために、第1の本発明は、電池ユニットから電力供給を受けて、データ収集装置から受信したデータ信号をデータ処理装置に送信する通信装置において、(1)データ収集装置からデータ信号を間欠的又は周期的に受信する第1の無線通信手段と、(2)データ処理装置にデータ信号を送信する第2の無線通信手段と、(3)第1の無線通信手段により受信されたデータ信号を一時的に保持して、所定条件を満たすまで第2の無線通信手段を電源オフにし、所定条件を満たした後、第2の無線通信手段を電源オンにして、保持していたデータ信号を送信させる通信制御手段とを備え、通信制御手段が、第1の無線通信手段により受信されたデータ信号を保持する受信データ保持部と、受信データ保持部のデータ信号の保持データ数が第1の閾値以上、若しくは、データ信号の受信データ保持部へのデータ保持時間が所定の第1の時間に達したとき、電源オフにしていた第2の無線通信手段を電源オンにする電力状態制御部とを有し、通信制御手段が、受信したデータ信号と、当該データ信号の値を判定した状態判定情報に基づいて、受信データ保持部の保持データ数に関する第1の閾値、及び又は、受信データ保持部のデータ保持時間に関する第1の時間の値を可変することを特徴とする。
第2の本発明は、電池ユニットから電力供給を受けて、データ収集装置から受信したデータ信号をデータ処理装置に送信する通信装置の通信プログラムにおいて、コンピュータを、(1)データ収集装置からデータ信号を間欠的又は周期的に受信する第1の無線通信手段と、(2)データ処理装置にデータ信号を送信する第2の無線通信手段と、(3)第1の無線通信手段により受信されたデータ信号を一時的に保持して、所定条件を満たすまで第2の無線通信手段を電源オフにし、所定条件を満たした後、第2の無線通信手段を電源オンにして、保持していたデータ信号を送信させる通信制御手段として機能させ、通信制御手段は、第1の無線通信手段により受信されたデータ信号を保持する受信データ保持部と、受信データ保持部のデータ信号の保持データ数が第1の閾値以上、若しくは、データ信号の受信データ保持部へのデータ保持時間が所定の第1の時間に達したとき、電源オフにしていた第2の無線通信手段を電源オンにする電力状態制御部とを有し、通信制御手段が、受信したデータ信号と、当該データ信号の値を判定した状態判定情報に基づいて、受信データ保持部の保持データ数に関する第1の閾値、及び又は、受信データ保持部のデータ保持時間に関する第1の時間の値を可変することを特徴とする。
第3の本発明は、電池ユニットから電力供給を受けて、データ収集装置から受信したデータ信号をデータ処理装置に送信する通信方法において、(1)第1の無線通信手段が、データ収集装置からデータ信号を間欠的又は周期的に受信し、(2)第2の無線通信手段が、データ処理装置にデータ信号を送信し、(3)通信制御手段が、第1の無線通信手段により受信されたデータ信号を一時的に保持して、所定条件を満たすまで第2の無線通信手段を電源オフにし、所定条件を満たした後、第2の無線通信手段を電源オンにして、保持していたデータ信号を送信させ、通信制御手段が、受信データ保持部及び電力状態制御部を有し、受信データ保持部が、第1の無線通信手段により受信されたデータ信号を保持し、電力状態制御部が、受信データ保持部のデータ信号の保持データ数が第1の閾値以上、若しくは、データ信号の受信データ保持部へのデータ保持時間が所定の第1の時間に達したとき、電源オフにしていた第2の無線通信手段を電源オンにし、通信制御手段が、受信したデータ信号と、当該データ信号の値を判定した状態判定情報に基づいて、受信データ保持部の保持データ数に関する第1の閾値、及び又は、受信データ保持部のデータ保持時間に関する第1の時間の値を可変することを特徴とする。
本発明によれば、通信部への電力供給を制御して、省電力化を図ることができる。
第1の実施形態に係るデータ収集システム(通信システム)の全体構成を示す全体構成図である。 第1の実施形態に係るゲートウェイの内部構成を示す内部構成図である。 第1の実施形態に係る通信制御部における処理を示すフローチャートである。 第1の実施形態において、データ送信処理の際の通信制御部の処理を示すフローチャートである。 従来のデータ収集システムでのデータ通信の動作を説明する説明図である。 第1の実施形態に係るデータ収集システムを適用したデータ通信の動作を説明する説明図である。 第2の実施形態に係るゲートウェイの内部構成を示す内部構成図である。 第2の実施形態において、データ送信処理の際の通信制御部の処理を示すフローチャートである。 第2の実施形態に係るデータ収集システムを適用したデータ通信の動作を説明する説明図である。
(A)第1の実施形態
以下では、本発明に係る通信装置、通信プログラム及び通信方法の第1の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
(A-1)第1の実施形態の構成
図1は、第1の実施形態に係るデータ収集システム(通信システム)の全体構成を示す全体構成図である。
図1において、第1の実施形態に係るデータ収集システム1は、複数のデータ収集ノード100、ゲートウェイ200、サーバ300を有する。
[データ収集ノード]
データ収集ノード100は、ゲートウェイ200と無線接続しており、収集データの最終的な宛先をサーバ300とした通信信号を、間欠的又は周期的に、ゲートウェイ200に送信する。データの送信タイミングの割当は、特に限定されず、例えば、データ収集システム1で規定されたタイミングで、各データ収集ノード100が、間欠的又は周期的に、データ送信するようにしてもよい。
なお、データ収集ノード100は、例えば、センサを有して、当該センサが計測したセンサデータを送信するセンサ装置や、又は例えば、1又は複数の他のセンサ装置からセンサデータを受信してサーバ300宛に送信するものであってもよい。いずれにしても、データ収集ノード100は、小容量のデータを、ゲートウェイ200を介してサーバ300宛に送信する。
[ゲートウェイ]
ゲートウェイ200は、データ収集ノード100とサーバ300との間でデータを含む通信信号を送受信する。例えば、ゲートウェイ200がデータ収集ノード100からデータを含む通信信号を受信した場合、ゲートウェイ200は、データ収集ノード100からのデータを含む通信信号を、上位装置としてのサーバ300に送信する。
ゲートウェイ200のハードウェア構成は、既存のゲートウェイと同様に、CPU、ROM、RAM、RRPROM、通信装置等を有する装置を適用でき、CPUが処理プログラム(例えば、通信プログラムなど)を実行することで実現できる。
図2は、第1の実施形態に係るゲートウェイ200の内部構成を示す内部構成図である。
図2において、ゲートウェイ200は、省電力無線通信部210、通信制御部220、広域無線通信部230、太陽電池240、電力制御部250、充電池260を有する。図2において、破線は電力供給を示している。
ゲートウェイ200は、太陽電池240や充電池260から電源供給を受けて動作するものであり、商用電源から電力供給が難しい場所にも設置することができる。
また、ゲートウェイ200は、複数の無線通信手段を備えるものとし、この実施形態では、データ収集ノード100との間で無線通信する第1の無線通信手段と、サーバ300との間で無線通信する第2の無線通信手段とを備える場合を例示する。省電力無線通信部210は第1の無線通信手段の一例を示しており、広域無線通信部230は第2の無線通信手段の一例を示している。なお、3種類以上の無線通信手段を備えるようにしてもよく、それぞれ同じ無線通信方式であってもよいし、又はそれぞれ異なる無線通信方式であってもよい。
[太陽電池、充電池、電力制御部]
電力制御部250は、太陽電池240からの出力電力を充電池260に充電する制御や、充電池に蓄電されている電力を各通信部(省電力無線通信部210、広域無線通信部230)及び通信制御部220へ供給する電力制御を行なう。
なお、ここでは、ゲートウェイ200に搭載されて、ゲートウェイ200の各構成要素に駆動電力に寄与する太陽電池240や充電池260等の電池を「電池部」と呼ぶ。さらに、太陽電池240、充電池260、電力制御部250を「電池ユニット」とも呼ぶ。
[省電力無線通信部]
省電力無線通信部210は、アンテナ部270を通じて、データ収集ノード100に対して無線送信したり、データ収集ノード100から無線受信したりするものである。省電力無線通信部210は、電力制御部250の制御により、電力が供給されて無線通信を行なう。
省電力無線通信部210は、特定小電力無線方式などに代表される無線通信方式を適用することができ、例えば、IEEE802.11a/b/g/nなどに代表される無線ネットワーク規格、若しくは、IEEE802.15.4、Bluetooth(登録商標)などの無線通信方式を適用してもよい。省電力無線通信部210及びデータ収集ノード100には、それぞれネットワーク上で固有のアドレス(例えば、MACアドレス、ショートアドレス、IPアドレス等)が割り当てられており、データの送受信を実現することができる。
[広域無線通信部]
広域無線通信部230は、アンテナ部280を通じて、サーバ300に対して無線送信したり、サーバ300から無線受信したりするものである。広域無線通信部230は、電力制御部250の制御により電力が供給されて無線通信を行なう。
広域無線通信部230は、サーバ300との間で広域無線通信を行なう。無線通信技術は、特に限定されず広く適用することができ、例えば、3G標準化技術、4G(LTE)標準化技術などを適用できる。広域無線通信部230やサーバ300には、それぞれネットワーク上で固有のアドレス(例えば、MACアドレス、ショートアドレス、IPアドレス等)が割り当てられており、データの送受信を実現することができる。
[通信制御部]
通信制御部220は、省電力無線通信部210、広域無線通信部230の通信制御を行なうものであり、データ収集ノード100から受信したデータを省電力無線通信部210から受け取り、そのデータを広域無線通信部230に与え、広域無線通信部230に対してデータを含む通信信号を送信させる。
図2において、通信制御部220は、受信バッファ221、データ保持タイマ管理部222、電源オフタイマ管理部223、電力状態制御部224を有する。
受信バッファ221は、省電力無線通信部210から受け取った、データ収集ノード100からの1又は複数のデータを一時的に保持するデータ保持部である。各データ収集ノード100から間欠的又は周期的に受信した各データは、一時的に受信バッファ221に保持される。
データ保持タイマ管理部222は、受信バッファ221にデータが保持されると、所定のタイマ期間のデータ保持タイマの作動を開始し、データ保持タイマがタイムアウトになること(すなわち、データ保持タイマが所定のタイマ期間に達したか否か)を監視するものである。データ保持タイマは、データが保持されていない状態の受信バッファ221に、データが保持されるタイミングで計時を開始する。
電源オフタイマ管理部223は、広域無線通信部230がデータ送信処理を開始し、保持している1又は複数のデータの送信終了後、広域無線通信部230の電源をオフにする(電力供給を断つ)ため、所定のタイマ期間の電源オフタイマを計時し、電源オフタイマがタイムアウトになること(すなわち、電源オフタイマが所定のタイマ期間に達したか否か)を監視するものである。
電力状態制御部224は、電力制御部250が広域無線通信部230に対して供給する電力状態を制御して、広域無線通信部230のデータ送信処理を制御する。
電力状態制御部224の制御方法の詳細な説明は動作の項で行なうが、電力状態制御部224は、広域無線通信部230の電源状態を監視し、広域無線通信部230を常時電源オンとするのではなく、所定のデータ保持タイマがタイムアウトになるか、若しくは、データ保持数の値が閾値以上のときに、広域無線通信部230を電源オンとしてデータ送信処理を開始させる。
さらに、電力状態制御部224は、保持しているデータの送信終了後、広域無線通信部230を電源オフにするための電源オフタイマがタイムアウトすると、広域無線通信部230を電源オフにする。すなわち、保持していたデータ送信後、広域無線通信部230を電源オフにしてデータ送信処理を停止させる。このように、通信制御部220が広域無線通信部230の電源状態を制御することで、省電力化を図ることができる。
[サーバ]
サーバ300は、ゲートウェイ200との間で通信可能であり、ゲートウェイ200からデータを含む通信信号を受信するサーバである。サーバ300は、既存技術のサーバを広く用いることができ、収集したデータを用いて所定の各種処理を実施するものであるが、この実施形態では、サーバ300の各種機能説明は省略する。
(A-2)第1の実施形態の動作
次に、第1の実施形態に係るゲートウェイ200における処理動作を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図3は、第1の実施形態に係る通信制御部220における処理を示すフローチャートである。
ゲートウェイ200において、通信制御部220は、省電力無線通信部210経由のデータ収集ノード100からのデータ受信待ち状態にある(S101)。各データ収集ノード100からのデータが省電力無線通信部210により受信されると(S102)、受信された各データは一時的に受信バッファ221に保持される(S103)。
次に、通信制御部220では、電力状態制御部224が、広域無線通信部230への電源状態を確認する(S104)。ここで、広域無線通信部230は、消費電力が大きいため、通信が発生していない状態では電源が切られているものとするが、広域無線通信部230がデータ送信中に、省電力無線通信部210からデータを受信した場合には、広域無線通信部230が電源オン状態となっていることもある。そこで、電力状態制御部224は、各データの受信時に、広域無線通信部230の電源状態を確認することとしている。
広域無線通信部230が電源オン状態の場合(S104/電源オン状態)、S110に移行して、データ送信処理を行なう(S110)。すなわち、電源オン状態の広域無線通信部230は通信中であるため、今回受信したデータを広域無線通信部230でデータ送信させ、通信制御部220は、広域無線通信部230の電源状態を制御する。なお、データ送信処理時の通信制御部220による広域無線通信部230の電源状態制御方法については後述する。
他方、広域無線通信部230が電源オフ状態の場合(S104/電源オフ状態)、S105に移行し、データ保持タイマ管理部222でデータ保持タイマの作動状況を確認する(S105)。
データ保持タイマが作動中の場合(S105/作動中)、S107に移行する。ここで、データ保持タイマが作動中の状態は、データ保持タイマの作動開始後であって、タイムアウトするまでのタイマ期間(T1)内に、データ収集ノード100から別のデータが受信バッファ221に保持されたときをいう。つまり、データ保持タイマの作動開始後に、間欠受信された別のデータが受信バッファ221に保持されたとき、データ保持タイマは作動している。
他方、データ保持タイマが停止中の場合(S105/停止中)、データ保持タイマ管理部222は所定のタイマ期間(ここでは、「タイマ期間T1」とする。)のデータ保持タイマを計時開始する(S106)。
電力状態制御部224は、受信バッファ221に保持されているデータのデータ保持数を確認し、データの保持データ数と閾値(ここでは、閾値の値をNとする。)とを比較する(S107)。受信バッファ221の保持データ数を評価する閾値の値Nは、事前に設定されているものとする。
そして、保持データ数が閾値N以上のとき(S107/YES)、電力状態制御部224は電力制御部250に対して広域無線通信部230への電力供給を指示し、電力制御部250の制御により広域無線通信部230に電力が供給され、広域無線通信部230が電源オンとなる(S109)。
他方、保持データ数が閾値N未満のとき(S107/NO)、データ保持タイマがタイマ期間T1に達してタイムアウトした否かを確認し(S108)、データ保持タイマがタイムアウトしたとき(S108/YES)、電力状態制御部224は電力制御部250に対して広域無線通信部230への電力供給を指示し、電力制御部250の制御により、広域無線通信部230に電力が供給され、広域無線通信部230が電源オンとなる(S109)。
つまり、S107~S109の処理は、受信バッファ221の保持データ数が閾値N以上のとき、若しくは、データ保持タイマがタイムアウトしたとき、電力制御部250が広域無線通信部230に電力を供給して電源オンとする。
なお、受信バッファ221の保持データ数が閾値N未満であり、かつ、データ保持タイマがタイムアウトしていないとき(S108/NO)、S101に戻り、繰り返し処理を行なう。
上述したように、受信バッファ221の保持データ数が閾値N以上のとき、若しくは、データ保持タイマがタイムアウトしたとき、広域無線通信部230に電力が供給されて電源オンとなると、広域無線通信部230は、受信バッファ221に保持されているデータのサーバ300へのデータ送信処理を開始する。
このとき、広域無線通信部230によるデータ送信処理が開始すると、通信制御部220は、広域無線通信部230を電源オフとするため、図4に例示するデータ送信処理時の処理を行なう(S110)。データの送信処理と受信処理は並行して実施され、データ送信処理を開始後はデータ受信待ち状態となる(S101)。
図4は、第1の実施形態において、データ送信処理の際の通信制御部220の処理を示すフローチャートである。
広域無線通信部230によるデータ送信処理が開始されると、電源オフタイマ管理部223で、電源オフタイマの作動状況を確認する(S201)。
そして、電源オフタイマが停止中の場合(S201/停止中)、受信バッファ221に保持されているデータが、順次、広域無線通信部230に与えられ、広域無線通信部230によりデータがサーバ300に送信される(S203)。他方、電源オフタイマが作動中の場合(S201/停止中)、電源オフタイマを停止(リセット)して(S202)、S203に移行する。
通信制御部220では、電力状態制御部224が受信バッファ221に保持されているデータの保持データ残を確認し(S204)、保持しているデータがなくなるまで、データ送信が繰り返し行なわれる(S204/残あり)。
そして、受信バッファ221の保持データがなくなると(S204/残なし)、電源オフタイマ管理部223で、所定のタイマ期間(ここでは、「タイマ期間T2」とする。)の電源オフタイマが計時開始する(S205)。換言すると、受信バッファ221に保持されていた全てのデータがデータ送信されたタイミングで、電源オフタイマの作動を開始する。
そして、電源オフタイマがタイマ期間T2に達するまで、データ送信処理の終了を待機する(S206/NO)。この状態では、再びデータ送信処理が開始されると、保持データがなくなるまで送信処理が実施され、データがなくなるとデータ送信処理終了待ち状態となる。
他方、電源オフタイマがタイムアウトになると(S206/YES)、電力状態制御部224は電力制御部250に対して広域無線通信部230への電力供給断を指示し、電力制御部250の制御により、広域無線通信部230に電力供給が断たれ、広域無線通信部230が電源オフとなり(S207)、データ送信処理が終了する。
なお、図3のデータ受信処理と図4のデータ送信処理のフローは一例であり、図3及び図4の処理に限定されず、例えば、図3のS108及び図4のS205-S206は、データ保持タイマ及び電源オフタイマのそれぞれがタイムアウトになることを示しているが、各タイマの作動管理は並列処理としてもよい。つまり、データ保持タイマは広域無線通信部230の電源オンの時間、電源オフタイマは、広域無線通信部230の電源オフの時間を計測できれば、各タイマは、並列処理としてもよい。
図5は、従来のデータ収集システムでのデータ通信の動作を説明する説明図であり、図6は、第1の実施形態に係るデータ収集システムを適用したデータ通信の動作を説明する説明図である。
図5及び図6に例示するように、データ収集ノード100は、受信側の省電力無線通信部210の受信タイミングに合わせてデータを送信し、ゲートウェイ200では、省電力無線通信部210が、データ収集ノード100からのデータを間欠的に受信する。データ収集ノード100において連続的なデータが発生しても、ゲートウェイ200では、ある程度の間隔をもってデータを受信する。
なお、データ収集ノード100で少量の(例えばデータ数が比較的少ない)データを、ある程度の時間間隔をもって定期的に収集して送信する場合も、省電力無線通信部210によるデータ受信は、図5及び図6に例示する間欠受信を行なっているか否かに拘わらず、ある程度の間隔をもって受信される。
例えば、図5に例示するように、従来の広域無線通信部は、データ収集ノード100からデータを受信すると、即時にデータをサーバ300に送信している。広域無線通信部の消費電力は大きく、データ収集ノード100からのデータ受信時に、サーバ300へのデータ送信のために、広域無線通信部へ電力供給して電源オンとすると、サーバ300へのデータ送信が完了するまでの間、広域無線通信部が電源オン状態のままとなってしまい、消費電力が大きくなってしまう。
このとき、広域無線通信部のデータ送信後に、広域無線通信部の電源をオフにすることも考えられるが、データ収集ノード100からのデータ受信タイミングによっては、かえって消費電力が大きくなってしまうことが生じ得る。
そこで、第1の実施形態では、図6に例示するように、データ収集ノード100から受信したデータを即時送信するのではなく、通信制御部220が、受信データを一時的に保持して、その間、広域無線通信部230への電力供給をせず電源オフとする。そして、保持データ数が閾値以上、若しくは、データ保持タイマがタイムアウトすると、広域無線通信部230へ電力供給して電源オンにして、広域無線通信部230がサーバ300へのデータ送信を開始するようにする。このとき、保持しているデータがある場合は、次の受信を待つことなく順次連続してデータ送信を開始することができる。
さらに、保持データの送信後、所定時間経過すると、広域無線通信部230への電力供給を断ち電源オフとすることで、電源オン期間を短くすることができる。
(A-3)第1の実施形態の効果
以上のように、第1の実施形態によれば、ゲートウェイ(通信装置)は、受信したデータを即時送信するのではなく一時的にデータを保持し、保持データ数がある程度たまるか、若しくは、所定時間経過するまで、広域無線通信部230を電源オフとし、その後、広域無線通信部230へ電力供給して電源オンとして、データを順次送信することができる。その結果、同じデータ数であれば、広域無線通信部230の電源オン時間を短くすることができ、ゲートウェイ200とサーバ300との間で、より省電力に通信することができる。
(B)第2の実施形態
次に、本発明に係る通信装置、通信プログラム及び通信方法の第2の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
(B-1)第2の実施形態の構成
第2の実施形態に係るデータ収集システム(通信システム)は、第1の実施形態の図1に示すデータ収集システム1と同じ構成であり、第2の実施形態でも図1を用いて説明する。
図7は、第2の実施形態に係るゲートウェイ200Aの内部構成を示す内部構成図である。
図7において、第2の実施形態に係るゲートウェイ200Aは、基本的には、第1の実施形態のゲートウェイ200と同じ構成であるが、通信制御部220Aによるデータ送信処理が、第1の実施形態のデータ送信処理と異なるので、第2のデータ送信処理を中心に説明する。
通信制御部220Aは、受信バッファ221、データ保持タイマ管理部222、電源オフタイマ管理部223、電力状態制御部224、送信バッファ225を有する。
電力状態制御部224は、第1の実施形態で説明した処理に加えて、データ送信処理の際に、受信バッファ221に保持されている保持データ列の1つのデータを取り出して、コピーしたデータを送信バッファ225に保持する。電力状態制御部224は、送信バッファ225にデータを追加したときに、送信バッファ225に保持されている送信バッファ保存データ数を記憶する。そして、送信バッファ225に保存されている送信バッファ保存データ数と予め設定した閾値とを比較して、送信バッファ保持データ数が閾値以上のときに、送信バッファ225に保持されているデータを広域無線通信部230に与えて送信させる。
送信バッファ225は、受信バッファ221に保持されている保持データ列から取り出されて、コピーされたデータを保持する送信データ保持部である。
広域無線通信部230は、送信バッファ225に保持されている複数のデータをまとめてサーバ300に送信する。
(B-2)第2の実施形態の動作
次に、第2の実施形態に係るゲートウェイ200Aにおける処理動作を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図8は、第2の実施形態におけるデータ送信処理の際の通信制御部220Aの処理を示すフローチャートである。
第2の実施形態のゲートウェイ200Aは、第1の実施形態の図3に例示する処理を行ない、図3のS110のデータ送信処理で、図8に例示する処理を行なう。
広域無線通信部230によるデータ送信処理が開始されると、電源オフタイマ管理部223で、電源オフタイマの作動状況を確認する(S201)。電源オフタイマが停止中の場合(S201/停止中)、S301に移行し、電源オフタイマが作動中の場合(S201/停止中)、電源オフタイマを停止(リセット)して(S202)、S301に移行する。
第2の実施形態においても、データ収集ノード100からデータを受信すると、即時送信せず、受信バッファ221に保持されている保持データ列から1つのデータを取り出し、当該データをコピーして、送信バッファ225に追加保存(S301)する。このとき、電力状態制御部224は、送信バッファ保存データ数を記憶する(S302)。
次に、電力状態制御部224は、受信バッファ221に保持データが残っているか否かを確認し(S303)、受信バッファ221に保持データがない場合、S305に移行する。また、受信バッファ221に保持データが残っているときには(S303/残あり)、S304に移行する。
S304では、送信バッファ225に保持されている送信バッファ保存データ数と閾値とを比較し(S304)、送信バッファ保存データ数が閾値未満の場合(S304/閾値未満)、データ送信処理を終了する。他方、送信バッファ保存データ数が閾値以上の場合(S304/閾値以上)、S305に移行する。
ここで、送信バッファ保存データ数を判断する閾値は、広域無線通信部230に対して、まとめて送信させるデータ数の最小値に関する値である。この閾値の値は、送信バッファ225のバッファサイズに応じて設定することができ、閾値の値が大きくなるほど、送信バッファ225でのデータ保持期間が長くなり、広域無線通信部230の電源オン期間を短くすることができる。例えば、閾値の値を「2」とすると、送信バッファ225に2個以上のデータが保持されている場合に、S305に移行して、送信バッファ225に保持されているデータが広域無線通信部230により送信される。他方、送信バッファ225に1個のデータが保持されて場合には、データ送信処理が終了する。
また、S304で送信バッファ保存データ数が閾値(例えば、閾値の値=「2」とする。)未満の場合、データ送信処理は終了するが、その後、処理は戻り、図8のS301で、受信バッファ221に保持されているデータが、さらに送信バッファ225に追加保存されることになる。このとき、送信バッファ225に先に保持されているデータの最後(最終ビット)に続いて新たな保持データが保持されて追加される。また、電力状態制御部224は、送信バッファ保存データ数を「2」と記憶する。
S303で受信バッファ221に保持データ列が残っていない場合、若しくは、S304で送信バッファ225に保持データ数が閾値以上の場合、広域無線通信部230により、送信バッファ225に保持されているデータがサーバ300に送信される(S305)。このとき、送信バッファ225に複数の保持データが保存されている場合、広域無線通信部230が、複数のデータをまとめてサーバ300に送信する。
広域無線通信部230によるデータ送信後、送信バッファ225が空になるため、電力状態制御部224は送信バッファ保存データ数を「ゼロ」にリセットし(S306)する。
その後、第1の実施形態と同様に、電源オフタイマの作動を開始させて(205)、電源オフタイマがタイムアウトすると(S206)、データ送信処理は終了する。
ゲートウェイ200Aから複数のデータをまとめられて送信されたデータは、サーバ300に受信される。ここで、サーバ300側では、受信したデータについて、データのデータサイズや、データとデータとの境界等の情報を解析して、個々のデータに分解することが可能である。例えば、受信データ全体のデータサイズが示されていて、かつ、個々のデータの先頭にそのデータのデータサイズが示されている場合、データサイズに基づいて1つ分のデータを切り出し、残りのデータの先頭からデータサイズを求め、データサイズに基づいて1つ分のデータを切り出すということを全体のデータサイズに達するまで繰り返す方法がある。
図9は、第2の実施形態に係るデータ収集システムを適用したデータ通信の動作を説明する説明図である。
図9に例示するように、第2の実施形態においても、ゲートウェイ200Aは、データ収集ノード100からデータを受信しても、即時送信せず、データを保持する。そして、保持しているデータがある程度たまるか、若しくは、所定期間経過後、広域無線通信部230へ電力供給されて電源オンにし、サーバ300へのデータ送信を開始する。
ここで、第2の実施形態の場合、受信バッファ221に保持されているデータを送信バッファ225にコピーして保存していき、送信バッファ保存データ数が閾値以上となった場合に、広域無線通信部230が、送信バッファ225に保持されている複数のデータをまとめて送信する。図9の例示では、送信バッファ保存データ数の閾値の値を「2」としており、広域無線通信部230が1回の送信処理で、2個のデータを一度に送信することができる。
したがって、第1の実施形態の図6に比べて、複数のデータをまとめて送ることにより、同じデータ量をより短時間で送信完了することができ、広域無線通信部230の電源オン時間をより短くすることができるため、ゲートウェイ200Aとサーバ300との間でさらに省電力に通信することができる。
なお、図9では、送信バッファ保存データ数の閾値の値を「2」とした場合を例示しているが、ゲートウェイ200Aにおいて確保できる送信バッファサイズに応じて閾値の値を「3」以上とすることも可能であり、よりデータ数が多い場合には、閾値の値「2」の場合と比較して、さらに広域無線通信部230の電源オン時間を短縮することができる。
(B-3)第2の実施形態の効果
以上のように、第2の実施形態によれば、第1の実施形態で説明した効果に加えて、送信バッファ保存データ数の閾値に応じて複数のデータをまとめて送ることにより、同じデータ量をより短時間で送信完了することができ、広域無線通信部230の電源オン時間をより短くすることができるため、ゲートウェイ200Aとサーバ300との間でさらに省電力に通信することができる。
(C)他の実施形態
上述した第1及び第2の実施形態においても種々の変形実施形態を言及したが、本発明は、以下の変形実施形態にも適用できる。
(C-1)上述した第2の実施形態の動作では、第1の実施形態の図3の処理を行なう場合を例示したが、次のような変形例を適用できる。
第2の実施形態において、データ保持タイマのタイマ期間T1の値、受信バッファ221の保持データ数の閾値Nの値、電源オフタイマのタイマ期間T2の値を、それぞれ「ゼロ」としてもよい。
例えば、図3のS106のデータ保持タイマのタイマ期間T1の値を「ゼロ」とするか、及び又は、図3のS107の受信バッファ221の保持データ数の閾値Nの値を「ゼロ」とし、データ収集ノード100からデータ受信直後にデータ送信を開始するようにしてもよい。さらに、図8のS205の電源オフタイマのタイマ期間T2の値を「ゼロ」とし、広域無線通信部230がデータ送信直後に、広域無線通信部230を電源オフとしてもよい。この場合、図8のS201及びS202の処理を省略するようにしてもよい。
データ収集ノード100から短期間に多くのデータをゲートウェイ200Aが受信する場合、第2の実施形態で示した複数のデータを、1回の送信で送信する動作により短時間で全データの送信を完了することができ、省電力効果が期待できる。
さらに、単一のデータ収集ノード100からデータ送信頻度が多くない場合でも、複数のデータ収集ノード100がゲートウェイ200Aに接続されている場合には、短期間に多くのデータを受信する場合があり、同様の効果が得られる。
(C-2)第1及び第2の実施形態において、通信制御部220又は220Aは、データ収集ノード100から受信したデータ値と、データ値の異常値又は正常値の判定結果を示す情報(以下、「状態判定フラグ」とも呼ぶ。)に基づいて、データ保持タイマのタイマ期間T1の値、及び又は、受信バッファ221の保持データ数の閾値Nの値を変更するようにしてもよい。
例えば、データ収集ノード100がセンサデータをサーバ300宛に送信するものとする。センシング対象に異常が発生し、センサデータの値が、正常状態で取り得る範囲を超える値(異常値)となった場合、ゲートウェイ200又は200Aは、即座に、サーバ300にデータ送信することが要求され得る。
そのような場合、通常時においては、データ保持タイマのタイマ期間T1の値、及び又は、受信バッファ221の保持データ数の閾値Nの値を、非ゼロの値とする。この場合、第1又は第2の実施形態で例示したように、広域無線通信部230が遅延送信でデータ送信することができ、省電力を図ることができる。
他方、異常時に、通信制御部220又は220Aが、データ保持タイマのタイマ期間T1の値、及び又は、受信バッファ221の保持データ数の閾値Nの値を、「ゼロ」に変更する。そうすると、広域無線通信部230が、データ収集ノード100から受信したデータを即時送信できるようになる。
ここで、センサデータ値が異常値であるか又は正常値であるかの判定方法は、様々な方法をとることができる。
例えば、ゲートウェイ200又は200Aが、データ収集ノード100からのセンサデータ値を読み取って直接判定してもよい。この場合、例えば、正常状態に取り得る範囲に関する情報をゲートウェイ200又は200Aに事前に記憶させておき、通信制御部220又は220Aが、この情報と今回受信のデータ値とを比較して判断するようにしてもよい。又例えば、通信制御部220又は220Aが、間欠的に受信されるデータ値を蓄積していき、過去のデータ値の履歴情報を用いて統計処理を行ない、その統計結果を利用して、今回受信したデータ値が正常状態の値の範囲を超えていることを判断するようにしてもよい。
そして、通信制御部220又は220Aは、状態判定フラグに基づいて、センサデータ値が正常値又は異常値であることを知ることができ、異常値のときに、データ保持タイマのタイマ期間T1の値、及び又は、受信バッファ221の保持データ数の閾値Nの値を、「ゼロ」に変更するようにしてもよい。
また例えば、データ収集ノード100がセンサデータ値を判定して異常値と判断するようにしてもよい。この場合も、データ収集ノード100は、上述した例と同等の異常判定方法を適用できる。そして、データ収集ノード100は、センサデータ値とともに、データ値が正常であるか又は異常であるかの判定結果を示す状態判定フラグを、ゲートウェイ200又は200Aに送信する。
これを受信したゲートウェイ200又は200Aは、状態判定フラグに基づいて、センサデータ値が正常値又は異常値であることを知ることができ、異常値のときに、通信制御部220又は220Aが、データ保持タイマのタイマ期間T1の値、及び又は、受信バッファ221の保持データ数の閾値Nの値を、「ゼロ」に変更するようにしてもよい。
1…データ収集システム(通信システム)、200及び200A…ゲートウェイ、210…省電力無線通信部、220及び220A…通信制御部、230…広域無線通信部、240…太陽電池、250…電力制御部、260…充電池、
221…受信バッファ、222…データ保持タイマ管理部、223…電源オフタイマ管理部、224…電力状態制御部、225…送信バッファ、
100…データ収集ノード、300…サーバ、

Claims (5)

  1. 電池ユニットから電力供給を受けて、データ収集装置から受信したデータ信号をデータ処理装置に送信する通信装置において、
    前記データ収集装置からデータ信号を間欠的又は周期的に受信する第1の無線通信手段と、
    前記データ処理装置にデータ信号を送信する第2の無線通信手段と、
    前記第1の無線通信手段により受信された前記データ信号を一時的に保持して、所定条件を満たすまで前記第2の無線通信手段を電源オフにし、所定条件を満たした後、前記第2の無線通信手段を電源オンにして、保持していた前記データ信号を送信させる通信制御手段と
    を備え
    前記通信制御手段が、
    前記第1の無線通信手段により受信された前記データ信号を保持する受信データ保持部と、
    前記受信データ保持部の前記データ信号の保持データ数が第1の閾値以上、若しくは、前記データ信号の前記受信データ保持部へのデータ保持時間が所定の第1の時間に達したとき、電源オフにしていた前記第2の無線通信手段を電源オンにする電力状態制御部と
    を有し、
    前記通信制御手段が、受信した前記データ信号と、当該データ信号の値を判定した状態判定情報に基づいて、前記受信データ保持部の前記保持データ数に関する前記第1の閾値、及び又は、前記受信データ保持部の前記データ保持時間に関する前記第1の時間の値を可変する
    ことを特徴とする通信装置。
  2. 前記受信データ保持部に保持される前記データ信号が、前記第2の無線通信手段により送信され、前記受信データ保持部の前記保持データ数が無くなると、前記電力状態制御部が、所定の第2の時間経過後に、前記第2の無線通信手段を電源オフにすることを特徴とする請求項1に記載の通信装置。
  3. 前記通信制御手段が、送信データ保持部を有し、
    前記電力状態制御部が、前記第2の無線通信手段の電源オン後、前記受信データ保持部の前記データ信号の複製を、順次、前記送信データ保持部に保持させ、前記受信データ保持部の前記保持データ数が無くなる、若しくは、前記送信データ保持部の保持データ数が第2の閾値以上となると、前記送信データ保持部の複数のデータ信号を連結したデータ信号を前記第2の無線通信手段に送信させる
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の通信装置。
  4. 電池ユニットから電力供給を受けて、データ収集装置から受信したデータ信号をデータ処理装置に送信する通信装置の通信プログラムにおいて、
    コンピュータを、
    前記データ収集装置からデータ信号を間欠的又は周期的に受信する第1の無線通信手段と、
    前記データ処理装置にデータ信号を送信する第2の無線通信手段と、
    前記第1の無線通信手段により受信された前記データ信号を一時的に保持して、所定条件を満たすまで前記第2の無線通信手段を電源オフにし、所定条件を満たした後、前記第2の無線通信手段を電源オンにして、保持していた前記データ信号を送信させる通信制御手段と
    して機能させ
    前記通信制御手段は、
    前記第1の無線通信手段により受信された前記データ信号を保持する受信データ保持部と、
    前記受信データ保持部の前記データ信号の保持データ数が第1の閾値以上、若しくは、前記データ信号の前記受信データ保持部へのデータ保持時間が所定の第1の時間に達したとき、電源オフにしていた前記第2の無線通信手段を電源オンにする電力状態制御部と
    を有し、
    前記通信制御手段が、受信した前記データ信号と、当該データ信号の値を判定した状態判定情報に基づいて、前記受信データ保持部の前記保持データ数に関する前記第1の閾値、及び又は、前記受信データ保持部の前記データ保持時間に関する前記第1の時間の値を可変する
    ことを特徴とする通信プログラム。
  5. 電池ユニットから電力供給を受けて、データ収集装置から受信したデータ信号をデータ処理装置に送信する通信方法において、
    第1の無線通信手段が、前記データ収集装置からデータ信号を間欠的又は周期的に受信し、
    第2の無線通信手段が、前記データ処理装置にデータ信号を送信し、
    通信制御手段が、前記第1の無線通信手段により受信された前記データ信号を一時的に保持して、所定条件を満たすまで前記第2の無線通信手段を電源オフにし、所定条件を満たした後、前記第2の無線通信手段を電源オンにして、保持していた前記データ信号を送信させ
    前記通信制御手段が、受信データ保持部及び電力状態制御部を有し、
    前記受信データ保持部が、前記第1の無線通信手段により受信された前記データ信号を保持し、
    前記電力状態制御部が、前記受信データ保持部の前記データ信号の保持データ数が第1の閾値以上、若しくは、前記データ信号の前記受信データ保持部へのデータ保持時間が所定の第1の時間に達したとき、電源オフにしていた前記第2の無線通信手段を電源オンにし、
    前記通信制御手段が、受信した前記データ信号と、当該データ信号の値を判定した状態判定情報に基づいて、前記受信データ保持部の前記保持データ数に関する前記第1の閾値、及び又は、前記受信データ保持部の前記データ保持時間に関する前記第1の時間の値を可変する
    ことを特徴とする通信方法。
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