JP7245717B2 - 通信方法、通信機器、サーバ、及び通信システム - Google Patents

通信方法、通信機器、サーバ、及び通信システム Download PDF

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Description

本発明は、通信方法、通信機器、サーバ、及び通信システムに関する。
非特許文献1には、IoT(Internet of Things)機器向けの機器管理用の通信プロトコルの1つであるLwM2M(Lightweight Machine to Machine)の技術仕様が記載されている。LwM2Mは、IoT機器用に少ないデータ量でのデータのやり取りをすることが可能になっている。また、LwM2Mは、クライアント・サーバモデルを採用しており、Pull型でサーバがクライアントのデータを取得するようになっている。
「Lightweight Machine to Machine Technical Specification」、Open Mobile Alliance、インターネット<URL:http://www.openmobilealliance.org/release/LightweightM2M/V1_0-20170208-A/OMA-TS-LightweightM2M-V1_0-20170208-A.pdf>
クライアントである通信機器からサーバに対して効率的なデータ送信を行うために、データを任意のタイミングで通信機器からサーバに送信したいというニーズがある。
しかしながら、LwM2Mは、Pull型でサーバが通信機器からデータを取得することが基本であり、通信機器が自発的にデータをサーバに送ることを想定していないため、通信機器からサーバに対して効率的なデータ送信を行うことが難しい。
そこで、本発明は、Pull型でサーバがデータを取得する前提下においてサーバに対して効率的なデータ送信を行うことを可能とする通信方法、通信機器、サーバ、及び通信システムを提供することを目的とする。
第1の態様に係る通信方法は、サーバと、前記サーバとの通信を行う通信機器と、前記通信機器と電気的に接続される後位機器とを用いる方法である。前記通信方法は、前記通信機器が、前記サーバへの通知対象である第1データと、前記第1データの読み出しを前記サーバに要求するために用いる第2データとを保持することと、前記後位機器が、前記第1データを前記通信機器から前記サーバに通知させる場合、前記第2データを変化させるよう前記通信機器を制御することと、前記通信機器が、前記第2データの変化時に前記第2データを前記サーバに通知することと、前記サーバが、前記通信機器から前記第2データを受信すると、該受信した第2データを前記第1データの読み出し要求とみなすとともに、前記第1データを読み出す読み出しコマンドを前記通信機器に送信することとを含む。
第2の態様に係る通信機器は、サーバと、前記サーバとの通信を行う通信機器と、前記通信機器と電気的に接続される後位機器と、を含む通信システムに用いる。前記通信機器は、前記サーバへの通知対象である第1データと、前記第1データの読み出しを前記サーバに要求するために用いる第2データとを保持する記憶部と、前記第2データを変化させる制御を前記後位機器から受け付けると、前記第2データの変化時に前記第2データを前記サーバに通知する制御部と、前記第2データを前記第1データの読み出し要求とみなした前記サーバから、前記第1データを読み出す読み出しコマンドを受信する通信部とを備える。
第3の態様に係るサーバは、サーバと、前記サーバとの通信を行う通信機器と、前記通信機器と電気的に接続される後位機器と、を含む通信システムに用いる。前記サーバは、前記サーバへの通知対象である第1データと前記第1データの読み出しを前記サーバに要求するために用いる第2データとを保持する前記通信機器に対して、前記第2データの変化時に前記第2データを前記サーバに通知するよう指示する通知指示コマンドを送信する通信部を備える。前記通信部は、前記通信機器から前記第2データを受信すると、該受信した第2データを前記第1データの読み出し要求とみなすことにより、前記第1データを読み出す読み出しコマンドを前記通信機器に送信する。
第4の態様に係る通信システムは、サーバと、前記サーバとの通信を行う通信機器と、を含む通信システムである。前記通信機器は、前記サーバへの通知対象である第1データと、前記第1データの読み出しを前記サーバに要求するために用いる第2データとを保持する記憶部と、前記第2データを変化させる制御を、前記通信機器と電気的に接続される後位機器から受け付けると、前記第2データの変化時に前記第2データを前記サーバに通知する制御部と、前記サーバから、前記第1データを読み出す読み出しコマンドを受信する第1通信部とを備える。前記サーバは、前記通信機器に対して、前記第2データの変化時に前記第2データを前記サーバに通知するよう指示する通知指示コマンドを送信する第2通信部を備える。前記第2通信部は、前記通信機器から前記第2データを受信すると、該受信した第2データを前記第1データの読み出し要求とみなすことにより、前記第1データを読み出す読み出しコマンドを前記通信機器に送信する。
本発明によれば、Pull型でサーバがデータを取得する前提下においてサーバに対して効率的なデータ送信を行うことを可能とする通信方法、通信機器、サーバ、及び通信システムを提供できる。
一実施形態に係る通信システムの構成を示す図である。 一実施形態に係る通信機器の構成を示す図である。 一実施形態に係るLwM2Mサーバの構成を示す図である。 一実施形態に係る通信方法を示すシーケンス図である。
図面を参照して実施形態について説明する。図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
(通信システムの構成)
まず、一実施形態に係る通信システムの構成について説明する。図1は、一実施形態に係る通信システム1の構成を示す図である。
図1に示すように、通信システム1は、通信機器100と、後位機器200と、通信ネットワーク300と、LwM2Mサーバ400とを有する。LwM2Mサーバ400は、データを通信機器100から取得するサーバの一例である。
通信機器100は、LwM2Mクライアントに相当する。通信機器100は、無線通信機能を有するIoT機器である。例えば、通信機器100は、各種のセンサを有し、センサにより得られたデータをLwM2Mサーバ400にアップロードする。
通信機器100は、LPWA(Low Power Wide Area)方式の無線通信を通信ネットワーク300と行ってもよい。LPWA方式は、消費電力を抑えつつ遠距離の無線通信を実現する方式である。LPWA方式は、例えば、セルラLPWA、SIGFOX、又はLoRaWANである。セルラLPWAは、3GPP(3rd Generation Partnership Project)規格において規定されたeMTC(enhanced Machine Type Communications)又はNB-IoT(Narrow Band-Internet of Things)であってもよい。
後位機器200は、通信機器100と電気的に接続される機器である。後位機器200は、通信機器100と直接接続されるか、又はケーブルを介して間接的に通信機器100と接続される。後位機器200は、例えば、UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)方式又はUSB(Universal Serial Bus)方式の有線通信を通信機器100と行う。
後位機器200は、PC(Personal Computer)、センサ機器、メータ機器、又は自動販売機等の機器である。後位機器200は、IoT向けのアプリケーションを実行する。通信機器100と接続された後位機器200は、自身が無線通信の機能を有していなくても、通信機器100を介して通信ネットワーク300及びLwM2Mサーバ400との通信を行うことができる。
通信ネットワーク300は、通信事業者により提供されるネットワークを含む。通信ネットワーク300は、インターネットを含んでもよい。通信ネットワーク300は、通信機器100との無線通信を行う基地局310を有する。図1において、通信ネットワーク300に含まれる基地局310を1つのみ例示しているが、通信ネットワーク300には複数の基地局310が含まれている。
LwM2Mサーバ400は、通信ネットワーク300を介して、LwM2M規格に基づいてLwM2Mクライアントである通信機器100を管理する。LwM2Mはクライアント・サーバモデルを採用しており、LwM2Mサーバ400は、LwM2Mクライアントである通信機器100からPull型でデータを取得する。
LwM2Mサーバ400から通信機器100へ送信されるコマンドは主に以下の4つである。
1)Read:
通信機器100からデータを取得するための読み出しコマンド。
2)Write:
通信機器100にデータやパラメータを書き込むための書き込みコマンド。
3)Execute:
通信機器100に再起動などの処理を実行させる実行コマンド。
4)Observe:
Readコマンドの拡張版であり、LwM2Mサーバ400から指定されたデータが変化したタイミング及び指定された時間間隔でこのデータをLwM2Mサーバ400へ通知させるよう指示する通知指示コマンド。
なお、通信システム1では、通信機器100が通信できない状態を考慮して、生存期間(Lifetime)をLwM2Mサーバ400及び通信機器100の両方で保持する。通信機器100が通信できない状態とは、例えば、通信機器100が圏外にある状態、通信機器100が消費電力を低減させるためにスリープモードに入っている状態等をいう。通信機器100は、この生存期間が終了する前に、LwM2Mサーバ400に対して登録の更新(Update)を行うことにより生存期間を延長する。
通信機器100からLwM2Mサーバ400へ送信されるメッセージは以下の3つである。
1)Register:
LwM2Mサーバ400への初回時の登録要求メッセージ。
2)Update:
生存期間延長のための更新要求メッセージ。
3)Notify:
Observeコマンドに対応したデータを通知する通知メッセージ。
通信機器100は、Registerメッセージ及びUpdateメッセージにいくつかのパラメータを付与してLwM2Mサーバ400に送信する。パラメータは、例えば、上述の生存期間(Lifetime)やサポートしているオブジェクトの番号等である。
なお、通信機器100は、リソースモデルという形式でデータを管理する。リソースモデルは、オブジェクト、オブジェクトインスタンス、リソースのツリー構造になっている。各要素には番号が割り当てられる。例えば、デバイスの製造元(Manufacturer)を表すリソースは/3/0/0のように表現され、これは3番のオブジェクト、0番のオブジェクトインスタンス、0番のリソースであることを意味する。通信機器100は、/3/0/0を指定するReadコマンドをLwM2Mサーバ400から受信すると、通信機器100の製造元データをLwM2Mサーバ400に返す。
(通信機器の構成)
次に、一実施形態に係る通信機器100の構成について説明する。図2は、一実施形態に係る通信機器100の構成を示す図である。
図2に示すように、通信機器100は、アンテナ110と、通信部120と、制御部130と、記憶部140と、電源管理部150と、接続部160とを有する。通信機器100には、図示を省略するインターフェイスを介してUIM/SIM170及びセンサ180を接続可能である。
アンテナ110は、無線信号の送受信に用いられる。通信部120は、制御部130の制御下で基地局310との無線通信を行うとともに、基地局310を介してLwM2Mサーバ400との通信を行う。通信部120は、アンテナ110が基地局310から受信した無線信号に対して増幅処理及びフィルタ処理等を行い、無線信号をベースバンド信号に変換して制御部130に出力する。また、通信部120は、制御部130から入力されたベースバンド信号を無線信号に変換し、増幅処理等を行ってアンテナ110から送信する。
通信部120は、LwM2M規格に基づく通信をLwM2Mサーバ400と行う。例えば、通信部120は、Readコマンド、Writeコマンド、Executeコマンド、及びObserveコマンドのいずれかをLwM2Mサーバ400から受信する。また、通信部120は、Registerメッセージ、Updateメッセージ、及びNotifyメッセージのいずれかをLwM2Mサーバ400に送信する。
制御部130は、通信機器100における各種の処理及び制御を行う。例えば、制御部130は、LPWA方式によって基地局310との無線通信を行うように通信部120を制御する。制御部130は、少なくとも1つのプロセッサを含む。プロセッサは、ベースバンドプロセッサと、CPU(Central Processing Unit)とを含んでもよい。ベースバンドプロセッサは、ベースバンド信号の変調・復調及び符号化・復号等を行う。CPUは、記憶部140に記憶されたプログラムを実行して各種の処理を行う。
制御部130は、LwM2M規格に基づく処理を行う。例えば、制御部130は、Readコマンド、Writeコマンド、Executeコマンド、及びObserveコマンドのいずれかを通信部120が受信すると、受信したコマンドに応じた処理を行う。また、制御部130は、Registerメッセージ、Updateメッセージ、及びNotifyメッセージのいずれかを生成し、生成したメッセージを通信部120に出力する。また、制御部130は、生存期間(Lifetime)を管理し、この生存期間が終了する前にLwM2Mサーバ400に対して登録の更新(Update)を行うことにより生存期間を延長する。
記憶部140は、揮発性メモリ及び不揮発性メモリを含み、制御部130により実行されるプログラム、及び制御部130による処理に用いられる情報及びデータを記憶する。
電源管理部150は、バッテリ及びその周辺回路を含む。電源管理部150は、通信機器100の駆動電力を供給する。なお、通信機器100が後位機器200とUSBにより接続される場合、駆動電力が後位機器200からUSB給電により供給されてもよい。
接続部160は、後位機器200と電気的に接続するためのインターフェイスである。接続部160に後位機器200が電気的に接続された状態において、制御部130は、後位機器200が通信ネットワーク300と送受信するデータの転送処理を行う。
UIM/SIM170は、通信ネットワーク300との通信を行うために必要な加入者情報等を記憶する。
センサ180は、複数種類のセンサを含み、温度、湿度、気圧、照度、加速度、地磁気等を測定して測定値からなるデータを出力する。センサ180が出力するデータは、制御部130を介して記憶部140に記憶される。制御部130は、記憶部140に記憶されたデータを管理する。
(LwM2Mサーバの構成)
次に、一実施形態に係るLwM2Mサーバ400の構成について説明する。図3は、LwM2Mサーバ400の構成を示す図である。
図3に示すように、LwM2Mサーバ400は、通信部410と、制御部420と、記憶部430とを有する。
通信部410は、通信ネットワーク300に有線又は無線で接続される。通信部410は、制御部420の制御下で、通信ネットワーク300を介してLwM2Mサーバ400との通信を行う。
通信部410は、LwM2M規格に基づく通信を通信機器100と行う。例えば、通信部410は、Readコマンド、Writeコマンド、Executeコマンド、及びObserveコマンドのいずれかを通信機器100に送信する。また、通信部410は、Registerメッセージ、Updateメッセージ、及びNotifyメッセージのいずれかを通信機器100から受信する。
制御部420は、LwM2Mサーバ400における各種の処理及び制御を行う。制御部420は、少なくとも1つのプロセッサを含む。プロセッサは、記憶部430に記憶されたプログラムを実行して各種の処理を行う。
制御部420は、LwM2M規格に基づく処理を行う。例えば、制御部420は、Registerメッセージ、Updateメッセージ、及びNotifyメッセージのいずれかを通信部410が受信すると、受信したメッセージに応じた処理を行う。また、制御部420は、Readコマンド、Writeコマンド、Executeコマンド、及びObserveコマンドのいずれかを生成し、生成したメッセージを通信部410に出力する。
記憶部430は、揮発性メモリ及び不揮発性メモリを含み、制御部420により実行されるプログラム、及び制御部420による処理に用いられる情報及びデータを記憶する。
(通信システムの動作)
次に、一実施形態に係る通信システム1の動作について説明する。
通信システム1は、Pull型でLwM2Mサーバ400が通信機器100からデータを取得することを基本としており、所望のデータを任意のタイミングで通信機器100からLwM2Mサーバ400に送信することが難しい。
特に、後位機器200は、所望のデータを通信機器100からLwM2Mサーバ400に通知させたい場合であっても、所望のデータに対するReadコマンドをLwM2Mサーバ400が発行しなければ、所望のデータを通信機器100からLwM2Mサーバ400に通知させることができない。
そこで、Notifyメッセージを利用し、NotifyメッセージによりLwM2Mサーバ400にReadコマンドの発行を促すことができるようにする。以下において、そのような通信方法について説明する。
図4は、一実施形態に係る通信方法を示すシーケンス図である。一実施形態に係る通信方法は、LwM2Mサーバ400と、LwM2Mサーバ400との通信を行う通信機器100と、通信機器100と電気的に接続される後位機器200とを用いる方法である。
図4に示すシーケンスに先立ち、通信機器100の記憶部140は、LwM2Mサーバ400への通知対象である第1データと、第1データの読み出しをLwM2Mサーバ400に要求するために用いる第2データとを保持する。
図4において、第1データがリソースAのデータであり、第2データがリソースZのデータである一例を示している。なお、後位機器200及びLwM2Mサーバ400は、第1データ(リソースA)と第2データ(リソースZ)との対応関係を予め把握及び保持しているものとする。
ステップS1:
LwM2Mサーバ400において、制御部420は、第2データ(リソースZ)の変化時に第2データ(リソースZ)をLwM2Mサーバ400に通知するよう指示するObserveコマンドを生成する。このObserveコマンドは、第2データ(リソースZ)の識別子を含む。通信部410は、制御部420が生成したObserveコマンドを通信機器100に送信する。
通信機器100において、通信部120は、LwM2Mサーバ400からObserveコマンドを受信する。制御部130は、通信部120が受信したObserveコマンドに基づいて、第2データ(リソースZ)の監視を開始する。
ステップS2:
後位機器200は、第1データ(リソースA)を通信機器100からLwM2Mサーバ400に通知させる場合、第2データ(リソースZ)を変化させるよう通信機器100を制御する。例えば、後位機器200は、第2データ(リソースZ)を変化させるAT Commandを生成し、生成したAT Commandを通信機器100に出力する。
ステップS3:
通信機器100において、制御部130は、接続部160を介して後位機器200からAT Commandを受け付けると、AT Commandに基づいて第1データ(リソースA)を変化させる。
ステップS4:
通信機器100において、制御部130は、第1データ(リソースA)についてObserveコマンドが発行されているため、第1データ(リソースA)の変化により、第1データ(リソースA)をLwM2Mサーバ400に通知する必要が生じたと判断し、変化後の第1データ(リソースA)を含むNotifyメッセージを生成する。このNotifyメッセージは、第2データ(リソースZ)及びその識別子を含む。通信部120は、制御部130が生成したNotifyメッセージをLwM2Mサーバ400に送信する。
ステップS5:
LwM2Mサーバ400において、通信部410は、通信機器100からNotifyメッセージを受信する。制御部420は、第2データ(リソースZ)及びその識別子を含むNotifyメッセージを通信部410が受信すると、このNotifyメッセージを、第1データ(リソースA)の読み出し要求とみなすとともに、第1データ(リソースA)を読み出すReadコマンドを生成する。このReadコマンドは、第1データ(リソースA)の識別子を含む。そして、通信部410は、制御部420が生成したReadコマンドを通信機器100に送信する。
通信機器100において、通信部120は、LwM2Mサーバ400からReadコマンドを受信する。
ステップS6:
制御部130は、第1データ(リソースA)に対するReadコマンドを通信部120が受信すると、第1データ(リソースA)を記憶部140から取得する。通信部120は、この第1データ(リソースA)をLwM2Mサーバ400に送信する。
このように、本通信方法によれば、Pull型でLwM2Mサーバ400が通信機器100からデータを読み出すことを基本とするLwM2M規格に従いつつ、後位機器200を起点として所望のデータを任意のタイミングで通信機器100からLwM2Mサーバ400に送信することができる。よって、LwM2Mサーバ400に対して効率的なデータ送信を行うことを可能とすることができる。
(その他の実施形態)
上述した実施形態において、通信機器100が無線通信によりLwM2Mサーバ400との通信を行う一例について説明したが、通信機器100は、有線通信によりLwM2Mサーバ400との通信を行ってもよい。
また、上述した実施形態において、LwM2M規格に基づく通信システム1について説明した。しかしながら、Pull型でサーバが通信機器からデータを取得することを基本とする規格又はプロトコルであればよく、LwM2M規格に限定されるものではない。
通信機器100又はLwM2Mサーバ400が行う各処理をコンピュータに実行させるプログラムが提供されてもよい。プログラムは、コンピュータ読取り可能媒体に記録されていてもよい。コンピュータ読取り可能媒体を用いれば、コンピュータにプログラムをインストールすることが可能である。ここで、プログラムが記録されたコンピュータ読取り可能媒体は、非一過性の記録媒体であってもよい。非一過性の記録媒体は、特に限定されるものではないが、例えば、CD-ROMやDVD-ROM等の記録媒体であってもよい。また、通信機器100が行う各処理を実行する機能部(回路)を集積化し、通信機器100を半導体集積回路(チップセット、SoC)として構成してもよい。
以上、図面を参照して実施形態について詳しく説明したが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
1 :通信システム
100 :通信機器
110 :アンテナ
120 :通信部
130 :制御部
140 :記憶部
150 :電源管理部
160 :接続部
180 :センサ
200 :後位機器
300 :通信ネットワーク
310 :基地局
400 :LwM2Mサーバ
410 :通信部
420 :制御部
430 :記憶部

Claims (7)

  1. サーバと、前記サーバとの通信を行う通信機器と、前記通信機器と電気的に接続される後位機器と、を用いる通信方法であって、
    前記通信機器が、前記サーバへの通知対象である第1データと、前記第1データの読み出しを前記サーバに要求するために用いる第2データとを保持することと、
    前記後位機器が、前記第1データを前記通信機器から前記サーバに通知させる場合、前記第2データを変化させるよう前記通信機器を制御することと、
    前記通信機器が、前記第2データの変化時に前記第2データを前記サーバに通知することと、
    前記サーバが、前記通信機器から前記第2データを受信すると、該受信した第2データを前記第1データの読み出し要求とみなすとともに、前記第1データを読み出す読み出しコマンドを前記通信機器に送信することと、を含む
    通信方法。
  2. 前記サーバが、前記第2データの変化時に前記第2データを前記サーバに通知するよう指示する通知指示コマンドを前記通信機器に送信することをさらに含み、
    前記通信機器は、前記通知指示コマンドに基づいて、前記第2データの変化時に前記第2データを前記サーバに通知する
    請求項1に記載の通信方法。
  3. 前記読み出しコマンドは、LwM2M規格で規定されるReadコマンドである
    請求項1又は2に記載の通信方法。
  4. 前記通知指示コマンドは、LwM2M規格で規定されるObserveコマンドである
    請求項2に記載の通信方法。
  5. サーバと、前記サーバとの通信を行う通信機器と、前記通信機器と電気的に接続される後位機器と、を含む通信システムに用いる前記通信機器であって、
    前記サーバへの通知対象である第1データと、前記第1データの読み出しを前記サーバに要求するために用いる第2データとを保持する記憶部と、
    前記第2データを変化させる制御を前記後位機器から受け付けると、前記第2データの変化時に前記第2データを前記サーバに通知する制御部と、
    前記第2データを前記第1データの読み出し要求とみなした前記サーバから、前記第1データを読み出す読み出しコマンドを受信する通信部と、を備える
    通信機器。
  6. サーバと、前記サーバとの通信を行う通信機器と、前記通信機器と電気的に接続される後位機器と、を含む通信システムに用いる前記サーバであって、
    前記サーバへの通知対象である第1データと前記第1データの読み出しを前記サーバに要求するために用いる第2データとを保持する前記通信機器に対して、前記第2データの変化時に前記第2データを前記サーバに通知するよう指示する通知指示コマンドを送信する通信部を備え、
    前記通信部は、前記通信機器から前記第2データを受信すると、該受信した第2データを前記第1データの読み出し要求とみなすことにより、前記第1データを読み出す読み出しコマンドを前記通信機器に送信する
    サーバ。
  7. サーバと、前記サーバとの通信を行う通信機器と、を含む通信システムであって、
    前記通信機器は、
    前記サーバへの通知対象である第1データと、前記第1データの読み出しを前記サーバに要求するために用いる第2データとを保持する記憶部と、
    前記第2データを変化させる制御を、前記通信機器と電気的に接続される後位機器から受け付けると、前記第2データの変化時に前記第2データを前記サーバに通知する制御部と、
    前記サーバから、前記第1データを読み出す読み出しコマンドを受信する第1通信部と、を備え、
    前記サーバは、
    前記通信機器に対して、前記第2データの変化時に前記第2データを前記サーバに通知するよう指示する通知指示コマンドを送信する第2通信部を備え、
    前記第2通信部は、前記通信機器から前記第2データを受信すると、該受信した第2データを前記第1データの読み出し要求とみなすことにより、前記第1データを読み出す読み出しコマンドを前記通信機器に送信する
    通信システム。
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松浦 伸彦,大規模センサデータを処理可能な分散型データ管理システムの提案,情報処理学会論文誌 論文誌ジャーナル Vol.54 No.2 [CD-ROM],日本,一般社団法人情報処理学会,2013年02月15日,第721頁-第729頁

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