JP2005348186A

JP2005348186A - 無線センサの起動方法

Info

Publication number: JP2005348186A
Application number: JP2004166525A
Authority: JP
Inventors: Toru Misuno; 徹御簾納
Original assignee: NEC Engineering Ltd
Current assignee: NEC Engineering Ltd
Priority date: 2004-06-04
Filing date: 2004-06-04
Publication date: 2005-12-15

Abstract

【課題】単純な構成により装置間の起動時間のバラツキを抑える。
【解決手段】収集しデータをアドホック通信によって無線で基地局へ送信する無線センサの起動方法であって、先ず、基地局または上位の無線基地局（上位局という）における電源投入後最初の時計時刻および充分長い時間経過後の現在の時計時刻と、自無線センサにおける電源投入後最初の時計時刻および充分長い時間経過後の現在の時計時刻をそれぞれ比較することにより、上位局と自無線センサとの時計時刻の誤差を計算する。そして、誤差の計算結果を自無線センサにおける以降の起動時刻の設定に反映して電源を遮断する。無線センサの電源は、設定された起動時刻になると投入される。
【選択図】図２

Description

本発明は、収集したデータをアドホック通信によって無線で基地局へ送信する無線センサの起動方法に関する。

特定省電力等が容易に採用可能な免許不要の無線では、送信距離を伸ばすためアドホックによるデータ中継が有効である。アドホックでデータを中継する場合、通信経路にある端末全てが通信可能な状態である必要があり、無線センサが全て起動していないと通信ができない。しかし、無線でデータを伝送する用途では、無線センサの電源として電池等が要求されることがほとんどであるところ、電池動作の場合、消費電力の削減のため無線センサにスリープ機能を持たせて定期的に起動し、データを送る手法が多々用いられる。

このような手法では、無線センサの台数が増えると無線センサ間の起動時間のばらつきが増えてしまい、最初に起動した無線センサの待ち時間が長くなり、結果として消費電力が増加してしまう。したがって、各無線センサの同期時刻をそろえることが、低消費電力化で有効な手段となる。また、このような無線センサでは複数のセンサで正確な同期を必要とする計測は通常困難である。

従来、この種の問題を解決するために、無線センサのキャリアセンスを行う無線部分の電源を常にＯＮにし基地局からのキャリア信号で全体の電源を入れ通信可能な状態にしたり（従来技術ａ）、電波時計を搭載しセンサ間の時刻同期を行ってデータ収集時に全てのセンサの電源が同じ時刻に入るようにしたり（従来技術ｂ）、時計回路を内蔵し予め定められた起動時刻に全てのセンサが起動するように設定したり（従来技術ｃ）している（いずれも文献公知発明に係るものではない）。

また、特にアドホック通信に係る技術ではないが、無線端末機ないしは移動局の間で時刻を補正する技術として、以下の技術が知られている。第１の技術は、基準発信設備から無線端末に時刻情報を送り、無線端末機は受信した時刻情報と内蔵の計時機能により得られた時刻情報とを比較し、この結果に基づいて内蔵の時計機能の時刻を補正する（例えば、特許文献１参照）。

第２の技術は、基地局から受信したフレーム同期信号の検出タイミング（クロック）と移動局の内蔵時計のクロックを比較し、クロックの差を移動局時計のクロックにフィードバックして、基地局と移動局の時刻同期を行う（例えば、特許文献２参照）。

第３の技術は、最新の基地局時刻と無線端末局の時刻差と、前回通信から最新の通信までの時間を元に、基地局と無線局端末のカウントの差を求め、カウントの差を無線端末局の時計にフィードバックすることにより時刻の補正を行っている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００３−４８７８（第１頁、図１）特開平１１−１１３０５３（第１頁、図１）特開２００２−７１８５３（第１頁、図１）

しかしながら、上述した従来技術ａおよび従来技術ｂでは、キャリアセンスおよび電波時計の回路規模が大きくなりる。そのため寸法が大きくなり、価格も高くなってしまう。

また、従来技術ｃのＲＴＣ起動による方法では、ＲＴＣ用クロックの誤差のため、各無線センサの起動時刻に差が生じてしまい、全ての無線センサが起動するまで待機するため起動状態が長くなり消費電力が増加するし、無線でデータを収集する装置ではセンサ間のデータ収集で正確な同期をとることが困難である。

また、特許文献１記載の技術では、基準発信設備から時刻情報を最後に送ってから時、次回に送るまでの間に発生する時刻のずれは補正することができない。

また、特許文献２記載の技術では、クロックの差を得るため専用のハードウェア（回路）を必要とするし、基地局と移動局間の初期の時刻差（オフセット誤差）が比較するクロックの幅以上である場合には有効でない。

また、特許文献３記載の技術では、前回通信と最新の通信を比較しているため、無線通信の間隔が短い場合、精度の良いカウント差は得られないし、カウント差のみでは基地局時刻と無線端末局の時刻にオフセット誤差がある場合は有効ではない。

そこで、本発明の目的は、単純な構成により装置間の起動時間のバラツキを抑えることアドホック通信における無線センサの起動方法を提供することにある。

本発明の無線センサの起動方法は、基地局または上位の無線基地局（上位局という）における電源投入後最初の時計時刻および充分長い時間経過後の現在の時計時刻と、自無線センサにおける電源投入後最初の時計時刻および充分長い時間経過後の現在の時計時刻をそれぞれ比較することにより、上位局と自無線センサとの時計時刻の誤差を計算する段階と、誤差の計算結果を自無線センサにおける以降の起動時刻の設定に反映して電源を遮断する手順と、設定された起動時刻になると電源が投入される段階とを有することを特徴とする。

より詳しくは、前記設定される起動時刻は、次回の希望起動時刻に上位局と無線センサにおけるクロックのクロック誤差係数を乗算し、その結果に、上位局と無線センサにおける時計時刻のオフセット誤差を加算して求めることを特徴とする。

本発明は、アドホック通信における各装置の内蔵時計の充分に長い時間での時刻のずれを比較することにより、装置間の源振の誤差を計算し、時刻誤差を補正する構成としたため、単純な構成により装置間の起動時間のバラツキを抑えることが可能になる。この結果、最初の装置が起動してから全ての装置が起動するまでの時間を小さくすることができ、結果として装置の起動時間を短くすることが可能となるので消費電力を小さくできるという効果を得ることができる。

この波及効果として、無線センサの電池を小容量・小型で安価なものにすることが可能となる。また、正確な同期計測が必要な場合でも電波時計や無線の同期信号等を必要とせづ、安価な回路構成で正確な同期計測が実現可能となる。

本発明は、収集したデータをアドホック通信によって無線で上位局（基地局または無線センサ）へ送信する無線センサの起動方法に関する。上位局における電源投入後最初の時計時刻および充分長い時間経過後の現在の時計時刻と、自無線センサにおける電源投入後最初の時計時刻および充分長い時間経過後の現在の時刻をそれぞれ比較することにより、上位局と自無線センサとの時計時刻の誤差を計算する。そして、その誤差の計算結果をスリープからの起動時刻に反映することにより各無線センサがスリープから起動する時間の差を少なくするものである。

図１は一般的なアドホック通信の概念を示す。図１において、基地局101は３つの無線センサ102,103，104からの情報を収集する。無線センサ102〜104は電池，太陽電池等で動作し、温度，湿度等のセンサ情報を収集して無線で伝送する。

基地局101の通信範囲は、無線センサ102までしか及ばないが、無線センサ102は無線センサ103および基地局101との通信が可能な位置にある。同様に、無線センサ103は無線センサ102および無線センサ104との通信が可能な位置にあると考える。各無線センサ102〜104はデータの収集機能と同時にデータの中継機能を有している。

無線センサ103は基地局101からの通信範囲外にあるが、無線センサ102がデータの中継を行うことにより基地局101で無線センサ103のデータを入手可能となる。同様に、無線センサ104のデータは、無線センサ103および無線センサ102で中継することにより、基地局101でデータを入手可能となる。このように、無線センサ自身がデータの中継機能を持ち、データの中継を行うことにより通信エリアを広げるセンサをアドホック通信センサと呼ぶ。

図２は本発明の無線センサ102〜104の構成を示す。図２において、無線モジュール202は特定省電力（ARIB STD-T67)規格の無線機であり、400MHz帯のチップアンテナ201を経由して無線通信を行う。モデム203は無線モジュール202とＣＰＵ204に接続され、送受信データの変調および復調を行う。ＣＰＵ204はセンサデータの収集，データの送受信制御等を行う。

温度センサ205はＣＰＵ204へ温度情報を出力する。ＣＰＬＤ（Complex Progrumable Logic Device）206は低電力で動作し、本無線センサのスリープからの起動、および起動からスリープ等の制御を行う。時計回路207は、ＣＰＵ204からの設定により指定時刻（またはカウント）にＣＰＬＤ206へＲＴＣ割込みを発生する。半導体スイッチ208は、無線モジュール202，モデム203，ＣＰＵ204、温度センサ205等、スリープ中ＯＦＦとなる各回路の電源のＯＮ/ＯＦＦを行う。

以上のように構成された本無線センサの動作を図３のフローチャートにしたがって説明する。

時計回路207はＣＰＵ204から設定されたクロックカウントになるとＲＴＣ割込を発生する。この時刻を起動時刻といい、ＣＰＵ204が内蔵している時計の時刻（時計時刻）にスリープ時間を加えたものとなる。ＣＰＬＤ206はＲＴＣ割込が入力すると、半導体スイッチ208をＯＮに設定する。この結果、CPU204，温度センサ205，無線モジュール202およびモデム203の電源をONする。

ＣＰＵ204は起動後、下流の無線センサ（自局がデータを中継すべきセンサ）からの起動通知を待つ（図３のステップＳ１）。下流センサが無い場合は、下流センサから起動通知を受信した場合またはタイムアウトが発生した場合、上流センサ（自分のデータを中継してくれるセンサ。中継が不要な場合は基地局）へ起動通知を送信する（ステップＳ２）。起動後データの収集等が行われる（ステップＳ３）。

上流から電源ＯＦＦ要求を受信すると（ステップＳ４）、下流センサへ電源ＯＦＦ要求を送信する（ステップＳ５）。電源ＯＦＦ要求には、スリープ時間および送信元センサの時計時刻が付帯されている。スリープ時間および送信元センサの時計時刻を以下「時刻データ」と記す。

下流センサから電源ＯＦＦ通知（電源ＯＦＦ要求に対する確認通知）を受信すると（ステップＳ６）、下流センサが無い場合またはタイムアウトが発生した場合は電源ＯＦＦ通知を上流センサへ送信する（ステップＳ７）。

電源ＯＦＦ通知送信後、ＣＰＵ204は時計回路207へ次回起動時刻を設定する（ステップＳ８）。この次回起動時刻は、自無線センサの時計時刻を上述の上流から送信されてきた時刻データで補正して設定される。そして、ＣＰＬＤ206は半導体スイッチ208をＯＦＦに設定し、CPU204，温度センサ205，無線モジュール202およびモデム203の電源をＯＦＦにする（ステップＳ９）。

次に、ステップＳ８における次回起動時刻を設定するときのＲＴＣ時刻誤差の補正処理について説明する。

本無線センサは、時計回路207に設定した起動時刻になると再度起動し通信が可能となる。このとき、起動時刻には本無線センサでの時計時刻のずれや、自無線センサでの消費時間の誤差による起動時刻差が生じる。この誤差を減らすため、本無線センサは上流の無線センサからの時刻データを使用する。

本無線センサは自無線センサの時計時刻を基準としてスリープ時間後の起動時刻に起動するようにする。これにより、１スリープでの起動時間差を、電源ＯＦＦ〜再起動までの時間での上流の無線センサと自無線センサとの時計時刻の時間差にすることができる。すなわち、基本的には、時計時刻に上流センサからのスリープ時間を加えた時刻を起動時刻とするが、この起動時刻を上流センサからの時刻データにより補正する。その手順は以下のとおりである。

ＣＰＵ204は、動作開始後、最初に受け取った上流センサから送信されてきた時刻データと、そのときの自無線センサの時刻データを保持している。再送が発生した場合には、保持していた上流センサからの時刻データは破棄する。

最新の上流センサからの時計時刻と自無線センサの時計時刻の差と、上述の保持している時刻データを比較することにより、自無線センサの時計時刻と上流センサの時計時刻のオッフセット誤差および時間経過と共にずれる誤差が計算できる。その精度は、最初の時刻と最新の時刻との時間差が大きいほど良くなる。無線センサは上述の誤差を次回以降の起動時刻に反映させる。

上述の手順をにおける計算例を説明する。

無線センサと基地局101が通信を行った場合、初回と24時間後の無線センサの実際の受信データでは下記のようであったとする。

初回基地局時刻＝"10"、無線センサ時刻＝"12"
24時間後基地局時刻＝"86400"、無線センサ時刻＝"85442"
ＣＰＵ204は次回以降の起動時間の補正用として、上記データから下記のようにオフセット誤差ｂとクロック誤差係数ａを計算する。

12＝10×ａ＋ｂ・・・(1)
85442＝86400×ａ＋ｂ・・・(2)
(1)と(2)式から、クロック誤差係数ａ＝0.9888876、オフセット誤差ｂ＝2.1111240が求められる。次回以降は、このオフセット誤差とクロック誤差係数に基づき無線センサの起動時刻を設定する。

例えば、次の24時間後(合計48時間後）に起動するとした場合、
基地局の時計時刻×クロック誤差係数＋オフセット誤差＝172800×0.9888876＋2.1111240＝170881.89(＝170882）
を起動時刻として時計回路207に設定する。

一般的なアドホック通信の概念図本発明の無線センサの構成を示すブロック図本発明の無線センサの動作を示すフローチャート

符号の説明

101 基地局
102〜104 無線センサ
201 チップアンテナ
202 無線モジュール
203 モデム
204 ＣＰＵ
205 温度センサ
206 ＣＰＬＤ
207 時計回路
208 半導体スイッチ

Claims

収集しデータをアドホック通信によって無線で基地局へ送信する無線センサの起動方法において、
基地局または上位の無線基地局（上位局という）における電源投入後最初の時計時刻および充分長い時間経過後の現在の時計時刻と、自無線センサにおける電源投入後最初の時計時刻および充分長い時間経過後の現在の時計時刻をそれぞれ比較することにより、上位局と自無線センサとの時計時刻の誤差を計算する段階と、
前記誤差の計算結果を自無線センサにおける以降の起動時刻の設定に反映して電源を遮断する手順と、
前記設定された起動時刻になると電源が投入される段階とを有することを特徴とする無線センサの起動方法。
前記設定される起動時刻は、次回の希望起動時刻に前記上位局と無線センサにおけるクロックのクロック誤差係数を乗算し、その結果に、前記上位局と無線センサにおける時計時刻のオフセット誤差を加算して求めることを特徴とする請求項１に記載の無線センサの起動方法。