JP2007243490A

JP2007243490A - ハイブリッド型移動体センシング通信システム

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Publication number: JP2007243490A
Application number: JP2006061842A
Authority: JP
Inventors: Akinari Sugiyama; 晃也杉山; Akira Shinoi; 侃篠井; Hiroichi Sugiyama; 博一杉山; Toshiyuki Saito; 利行斉藤; Satoru Hashimoto; 悟橋本; Kazumi Yabusaki; 和美藪崎; Terutaka Suzuki; 輝孝鈴木; Takashi Yamaguchi; 貴志山口; Tomomi Akitani; 智巳秋谷
Original assignee: TERUYA KK; Pegasusnet Co Ltd; Teruya Corp
Current assignee: TERUYA KK; Pegasusnet Co Ltd; Teruya Corp
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2007-09-20

Abstract

【課題】ＰＬＣにより構内ネットワークを構築する移動体センシング通信システムにおいて、ＲＦ通信モジュールの省電力化によりバッテリーの延命化を図ると共に安価且つ遠隔の移動体センシング通信が行える、ハイブリッド型移動体センシング通信システムを得る。
【解決手段】電力線にＰＬＣモデムを接続して構築したＰＬＣネットワークにおいて、前記ＰＬＣモデムに移動体の検出データを伝送するためのリーダーを接続し、若しくはリーダー及びZigBeeマスターの両方を接続し、前記移動体に装備したＲＦＩＤタグとZigBeeスレーブにて構成されるハイブリッドタグにおいて、前記リーダーとバッテリーレス型のＲＦＩＤタグ間との通信と、前記ZigBeeマスターとZigBeeスレーブ間との通信のどちらか一方との通信がシームレスに行えるように構成すると共に、ZigBeeスレーブにあっては起動制御により省電力化を図る。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＰＬＣ（Power Line Communications：電力線搬送通信）による構内ネットワークにより移動体のセンシング情報を収集する移動体センシング通信システムにおいて、バッテリーレス型のＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグと、バッテリーを有して通信を行うZigBee(ジグビー：Koninklijke Philips Electronics N.V.の登録商標)とを適宜切替えることにより安価且つ遠隔の移動体センシング通信が行える、ハイブリッド型移動体センシング通信システムに関するものである。なお、移動体とは人等の生体や車両・ロボット等を指すものである。

近年、ＲＦＩＤタグシステムの普及には著しいものがあり、物流関連におけるバーコードシステムの代替用途以外に、あらゆる分野において応用され始めている。該ＲＦＩＤタグシステムは、リーダー（書込み機能が有る場合は、リーダーライターと言う）より電磁波によるコマンド信号を送信し、ＲＦＩＤタグは前記電磁波を受信して同調回路に発生した誘導起電力を電源として変復調動作を行うと共にセンサ機能付の場合にはＡ／Ｄ変換処理等を行い、当該ＲＦＩＤタグに記憶された固有ＩＤ情報や検出データ等を応答信号として返送することにより、バッテリーレスにて通信が行えるものである。

上記バッテリーレス型のＲＦＩＤタグシステムの最大通信距離はキャリア周波数が１３．５６ＭＨｚの電磁誘導型では数十ｃｍ〜１ｍ程度であり、２．４５ＧＨｚのマイクロ波型では２〜３ｍ，９５２ＭＨｚ帯のマイクロ波型では３〜５ｍ程度である。

上記各キャリア周波数におけるＲＦＩＤタグシステムは、電波の特性を活かした応用システムにて最適に選択され運用されているが、用途によっては通信距離がさらに必要となることがある。例えばＬＡＮを構築した移動体センシング通信システムにおいては、センシング通信即ちセンサによる検出データの伝送を行うネットワークにおける通信距離は、短距離で数ｍ，長距離では数十ｍが必要となる。

上記実施例として、本願出願人による特願２００５−２８６２０９号公報の『遠隔通信機能付きＲＦＩＤタグ』では、バッテリーレス型のＲＦＩＤタグとバッテリーを有したＲＦ通信モジュールとを組み合わせ、リーダーとＲＦＩＤタグとの通信範囲が外れた場合や当該ＲＦＩＤタグに接続したセンサ信号に変化が生じた場合に、前記ＲＦ通信モジュールを起動して無線基地局とのバックアップ通信を行うことができる遠隔通信機能付きＲＦＩＤタグを提案し、特願２００５−２８６２０６号公報の『病院における移動体監視システム』では、バッテリーレス型のＲＦＩＤタグとバッテリーを有したＲＦ通信モジュールとを組み合わせ、これら２つの通信手段を適宜切替えることにより通信範囲を広範囲にカバーして患者や薬剤トレーを載せたワゴン等の移動体の移動軌跡を監視することができる移動体監視システムを提案した。

特願２００５−２８６２０９特願２００５−２８６２０６

しかしながら、上記公報におけるＲＦ通信モジュールは微弱無線又は特定小電力無線等を使用するため、前記ＲＦ通信モジュールとバッテリー及びアンテナを組み込んだ際の形状が比較的大きくなってしまうと共に、間欠的な動作と言えども通信頻度が多くなると電力消費が多くなってしまうという問題点があった。

本発明は、上記問題点を解決するために成されたものであり、ＰＬＣにより構内ネットワークを構築する移動体センシング通信システムにおいて、ＲＦ通信モジュールの省電力化によりバッテリーの延命化を図ると共に安価且つ遠隔の移動体センシング通信が行える、ハイブリッド型移動体センシング通信システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のハイブリッド型移動体センシング通信システムは、電力線にＰＬＣモデムを接続して構築したＰＬＣネットワークにおいて、前記ＰＬＣモデムに移動体の検出データを伝送するためのリーダーを接続し、若しくはリーダー及びZigBeeマスターの両方を接続し、前記移動体に装備したＲＦＩＤタグとZigBeeスレーブにて構成されるハイブリッドタグにおいて、前記リーダーとバッテリーレス型のＲＦＩＤタグ間との通信と、前記ZigBeeマスターとZigBeeスレーブ間との通信のどちらか一方との通信がシームレスに行えるように構成すると共に、ZigBeeスレーブにあっては起動制御により省電力化を図る。

また、移動体の検出データを取得するためのセンサをバッテリーレス型のＲＦＩＤタグに接続し、リーダーとＲＦＩＤタグ間との通信が遮断された時にのみZigBeeスレーブを起動し、前記ＲＦＩＤタグのデータ処理部に電源を供給してデータ処理を実行させ、該処理にて得られた検出データをZigBeeスレーブに転送すると共にZigBeeマスターに送信してＰＬＣネットワークに伝送する。

また、移動体の検出データを取得するためのセンサをバッテリーレス型のＲＦＩＤタグ及びZigBeeスレーブに並列接続し、リーダーとＲＦＩＤタグ間との通信が遮断された時にのみ前記ＲＦＩＤタグのデータ処理部の入力部をハイインピーダンスにすると共にZigBeeスレーブを起動してデータ処理部にてデータ処理を実行し、該処理にて得られた検出データをZigBeeマスターに送信してＰＬＣネットワークに伝送する。

なお、ZigBeeネットワークにおいては親機をコーディネータと称し、子機をエンドデバイスと称するが、本明細書中においては親機をZigBeeマスターと称し、子機をZigBeeスレーブと称す。

本発明のハイブリッド型移動体センシング通信システムによれば、ＰＬＣにより構内ネットワークを構築する移動体センシング通信システムにおいて、バッテリーレス型のＲＦＩＤタグがリーダーと通信可能な範囲内においては当該ＲＦＩＤタグシステムによる通信を行い、前記範囲外においては省電力で低コスト且つ１０〜１００ｍ程度の遠隔通信が行えるZigBeeシステムによる通信を行い、このように通信距離に応じて２つの通信手段を適宜切替えることにより、通信が途絶えることもなく、ＲＦ通信モジュールであるZigBeeスレーブの更なる省電力化によるバッテリーの延命化と共に安価且つ遠隔の移動体センシング通信が行える移動体センシング通信システムを得ることができるという絶大なる効果を奏する。

本発明を実施するための最良の形態を図を用いて説明する。

図１は本発明のハイブリッド型移動体センシング通信システムの第一実施例のシステム構成図であり、電力線１にＰＬＣモデム２を接続して構築したＰＬＣネットワークにおいて、前記ＰＬＣモデム２に移動体の検出データを伝送するためのリーダー３を接続し、若しくはリーダー３及びZigBeeマスター５の両方を接続し、前記移動体に装備したＲＦＩＤタグ８とZigBeeスレーブ１１にて構成されるハイブリッドタグ７において、前記リーダー３とバッテリーレス型のＲＦＩＤタグ８間との通信ａと、前記ZigBeeマスター５とZigBeeスレーブ１１間との通信ｂのどちらか一方との通信がシームレスに行えるように構成する。また、移動体の検出データを取得するためのセンサ１３，１４，１５をバッテリーレス型のＲＦＩＤタグ８に接続し、リーダー３とＲＦＩＤタグ８間との通信ａが遮断された時にのみ電源線１７を経由してZigBeeスレーブ１１より前記ＲＦＩＤタグ８のデータ処理部に電源を供給してデータ処理を実行させ、該処理にて得られた検出データをデータ信号線１６を経由してZigBeeスレーブ１１に転送すると共にZigBeeマスター５に送信してＰＬＣネットワークに伝送する。

図２は本発明のハイブリッド型移動体センシング通信システムの第二実施例のシステム構成図であり、電力線１にＰＬＣモデム２を接続して構築したＰＬＣネットワークにおいて、前記ＰＬＣモデム２に移動体の検出データを伝送するためのリーダー３を接続し、若しくはリーダー３及びZigBeeマスター５の両方を接続し、前記リーダー３とバッテリーレス型のＲＦＩＤタグ８間との通信ａと、前記ZigBeeマスター５とZigBeeスレーブ１１間との通信ｂのどちらか一方との通信がシームレスに行えるように構成する。また、移動体の検出データを取得するためのセンサ１３，１４，１５をバッテリーレス型のＲＦＩＤタグ８及びZigBeeスレーブ１１に並列接続し、リーダー３とＲＦＩＤタグ８間との通信ａが遮断された時にのみ前記ＲＦＩＤタグ８のデータ処理部の入力部をハイインピーダンスにすると共に制御信号線１８よりZigBeeスレーブ１１を起動してデータ処理部にてデータ処理を実行し、該処理にて得られた検出データをZigBeeマスター５に送信してＰＬＣネットワークに伝送する。

上記何れの実施例におけるセンサ１３，１４，１５は、温度センサや動電型加速度センサを始め移動体の検出内容により任意に選択でき、その出力形態もアナログ信号出力タイプや無電圧接点出力タイプ等の何れであっても構わない。

また、ＲＦＩＤタグ８とZigBeeスレーブ１１にて構成されるハイブリッドタグ７に各種センサを接続し、ＰＬＣネットワークに接続されたホストからの指令により、ＰＬＣモデム２を中継してリーダー３又はZigBeeマスター５より前記ハイブリッドタグ７に接続された複数のセンサ１３，１４，１５の中より任意に指定したポートの検出データを取得可能とする。

図４は本発明で使用するＲＦＩＤタグの回路ブロック図であり、ＲＦＩＤタグ８は、リーダー３からの指令（読出し信号）に応答して各種センサからの検出データ及び当該ＲＦＩＤタグ８固有のＩＤデータの伝送処理を行うためのＲＦＩＤチップ９及びアンテナ１０にて構成する。

上記アンテナ１０はリーダー３と電磁界又は電磁波による無線通信を行うため、ＲＦＩＤチップ９内又は一部ＲＦＩＤチップ９外の同調キャパシタ（図示せず）から成る同調回路１９に接続し、本発明のハイブリッド型移動体センシング通信システムで使用するキャリア周波数、例えば１３．５６ＭＨｚや２．４５ＧＨｚ又は９５２ＭＨｚ帯等に同調させて共振回路を構成する。

上記同調回路１９の後段には、リーダー３のアンテナ４から出力された電磁界又は電磁波が当該ＲＦＩＤタグ８のアンテナ１０を通過した時に発生する誘導起電力の電圧波形を検波したり、該誘導起電力を半波又は全波整流して直流電圧を取り出すための整流回路２０を接続する。

次に、上記整流回路２０の後段には、検波したキャリアを分周してシステム用のクロックを生成するためのクロック生成回路２１と、信号受信時においてキャリアから信号を取り出す復調動作を行ったり信号送信時においてスイッチング素子（図示せず）により変調動作を行うための変復調回路２２と、上記直流電圧を安定化して回路電源を供給したり、充電用コンデンサ２４に充電電圧を供給するための電源回路２３を接続する。該充電用コンデンサ２４は一般的にはセラミックコンデンサであり、電力を必要とする場合には電気二重層コンデンサが好適であるが、特に限定するものではない。

次に、上記変復調回路２２の後段には、該変復調回路２２の制御や不揮発性メモリであるＦＲＡＭ（Ferroelectric RAM：米国Ramtron社の登録商標）２６に対する当該ＲＦＩＤチップ９のＩＤデータや各種センサからの検出データ等の書込み又は読出し制御及び後述のインターフェース回路２９の制御を行うためのロジック回路２５を接続する。

インターフェース回路２９は、アナログ信号を入力する場合はＡ／Ｄ変換回路を搭載し、無電圧接点を入力する場合は入力バッファ回路を搭載する。図５は図４におけるインターフェース回路がＡ／Ｄ変換回路の場合の回路ブロック図であり、移動体を人としてハイブリッドタグ７が前記人の体温や姿勢の検出用である場合のインターフェース回路２９は該図に示すような構成となる。この場合、人の体温を計測するセンサ１３として温度センサと、人の前後左右の動きを検出する２個のセンサ１４，１５として動電型加速度センサとをアナログマルチプレクサ３０に接続してサンプリングを行い、選択された入力信号をスケーラーアンプ３１にて適正レベルにスケーリングした後、Ａ／Ｄコンバータ３２に接続して検出データを得ることになる。

上記ＦＲＡＭ２６は強誘電体型の不揮発性メモリであり、回路電源がＯＦＦになっても当該ＲＦＩＤチップ９のＩＤデータや検出データ等は消失することはない。また、データの書込み電圧は、ＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリのように高圧に昇圧する必要がないため、昇圧回路が簡略化される。また、書込み又は読出し速度はＤＲＡＭと同等であり、ＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリよりはるかに高速であるという特徴を持つものである。このように、不揮発性メモリとしてはＦＲＡＭ２６が好適であるが、他のメモリを使用しても構わない。

また、ロジック回路２５に接続されたデータ信号線や制御信号線が信号端子２７に接続され、上記第一実施例におけるデータ信号線１６の接続や、第二実施例における制御信号線１８の接続に使用される。また、データ処理部として前記ロジック回路２５，ＦＲＡＭ２６及びインターフェース回路２９のバックアップ電源線が電源端子２８に接続され、上記第一実施例におけるZigBeeスレーブ１１からの電源線１７の接続に使用される。

本発明の実施例を図を用いて説明する。

図３は本発明のハイブリッドタグを装備した移動体が移動するときの通信手段の切替状況を示す図であり、ハイブリッドタグ７を装備した移動体が位置Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅと移動するときにおける、ＲＦＩＤタグシステムによる通信とZigBee通信システムの２つの通信手段の切替え状態を示している。

まず、ＰＬＣネットワークとして構内に敷設された電源線１に、ハイブリッドタグ７に内蔵のＲＦＩＤタグ８と通信を行うためのリーダー３を接続したＰＬＣモデム２を前記ＲＦＩＤタグシステムの通信範囲をシームレスにカバーするように複数接続する。図３では電源線１の左右２箇所にある。また、前記ハイブリッドタグ７に内蔵のZigBeeスレーブ１１と通信を行うためのZigBeeマスター５及び前記リーダー３を接続したＰＬＣモデム２を前記ZigBeeシステムの通信範囲をシームレスにカバーするように複数接続する。図３では電源線１の中央１箇所にある。更には前記電源線１に図示しないＰＬＣモデムとサーバーとを接続する。また、バッテリーレス型のＲＦＩＤタグ８がリーダー３と通信可能な範囲を点線円内と規定する。

ここで、移動体が位置Aの点線円内にあるとき、ハイブリッドタグ７に内蔵のＲＦＩＤタグ８とリーダー３との通信が行われ、各種センサから得られた検出データがＰＬＣモデム２に伝送され、更に電源線１を経由して図示しないＰＬＣモデムに接続されたサーバーに伝送される。

次に、移動体が位置Ｂに移動すると、上記ハイブリッドタグ７に内蔵のＲＦＩＤタグ８とリーダー３との通信が遮断される。該状態を検出後、ハイブリッドタグ７に内蔵のZigBeeスレーブ１１が起動して図中中央にあるZigBeeマスター５との通信が行われ、上記と同様にサーバーへの伝送処理が実行される。

次に、移動体が位置Cの点線円内に移動すると、上記ハイブリッドタグ７に内蔵のZigBeeスレーブ１１とZigBeeマスター５との通信が停止され、再びハイブリッドタグ７に内蔵のＲＦＩＤタグ８とリーダー３との通信が行われ、上記と同様にサーバーへの伝送処理が実行される。

次に、移動体が位置Dに移動すると、上述の位置Ｂでの同様の動作を行う。更に移動体が位置Ｅに移動すると、上述の位置Ｃでの同様の動作を行う。

以上述べたように、ＰＬＣにより構内ネットワークを構築する移動体センシング通信システムにおいて、バッテリーレス型のＲＦＩＤタグ８がリーダー３と通信可能な範囲内においては当該ＲＦＩＤタグシステムによる通信を行い、前記範囲外においては省電力で低コスト且つ１０〜１００ｍ程度の遠隔通信が行えるZigBeeシステムによる通信を行い、このように通信距離に応じて２つの通信手段を適宜切替えることにより、通信が途絶えることもなく、ＲＦ通信モジュールであるZigBeeスレーブの更なる省電力化によるバッテリーの延命化と共に安価且つ遠隔の移動体センシング通信が行えることになる。

本発明のハイブリッド型移動体センシング通信システムの第一実施例のシステム構成図である。本発明のハイブリッド型移動体センシング通信システムの第二実施例のシステム構成図である。本発明のハイブリッドタグを装備した移動体が移動するときの通信手段の切替状況を示す図である。本発明で使用するＲＦＩＤタグの回路ブロック図である。図４におけるインターフェース回路がＡ／Ｄ変換回路の場合の回路ブロック図である。

符号の説明

１電力線
２ＰＬＣモデム
３リーダー
４アンテナ
５ ZigBeeマスター
６アンテナ
７ハイブリッドタグ
８ＲＦＩＤタグ
９ＲＦＩＤチップ
１０アンテナ
１１ ZigBeeスレーブ
１２アンテナ
１３センサ
１４センサ
１５センサ
１６データ信号線
１７電源線
１８制御信号線
１９同調回路
２０整流回路
２１クロック生成回路
２２変復調回路
２３電源回路
２４充電用コンデンサ
２５ロジック回路
２６ＦＲＡＭ
２７信号端子
２８電源端子
２９インターフェース回路
３０アナログマルチプレクサ
３１スケーラーアンプ
３２Ａ／Ｄコンバータ

Claims

電力線にＰＬＣモデムを接続して構築したＰＬＣネットワークにおいて、前記ＰＬＣモデムに移動体の検出データを伝送するためのリーダーを接続し、若しくはリーダー及びZigBeeマスターの両方を接続し、前記移動体に装備したＲＦＩＤタグとZigBeeスレーブにて構成されるハイブリッドタグにおいて、前記リーダーとバッテリーレス型のＲＦＩＤタグ間との通信と、前記ZigBeeマスターとZigBeeスレーブ間との通信のどちらか一方との通信がシームレスに行えるように構成すると共に、ZigBeeスレーブにあっては起動制御により省電力化が図られることを特徴とする、ハイブリッド型移動体センシング通信システム。
移動体の検出データを取得するためのセンサをバッテリーレス型のＲＦＩＤタグに接続し、リーダーとＲＦＩＤタグ間との通信が遮断された時にのみZigBeeスレーブを起動し、前記ＲＦＩＤタグのデータ処理部に電源を供給してデータ処理を実行させ、該処理にて得られた検出データをZigBeeスレーブに転送すると共にZigBeeマスターに送信してＰＬＣネットワークに伝送することを特徴とする、請求項１に記載のハイブリッド型移動体センシング通信システム。
移動体の検出データを取得するためのセンサをバッテリーレス型のＲＦＩＤタグ及びZigBeeスレーブに並列接続し、リーダーとＲＦＩＤタグ間との通信が遮断された時にのみ前記ＲＦＩＤタグのデータ処理部の入力部をハイインピーダンスにすると共にZigBeeスレーブを起動してデータ処理部にてデータ処理を実行し、該処理にて得られた検出データをZigBeeマスターに送信してＰＬＣネットワークに伝送することを特徴とする、請求項１に記載のハイブリッド型移動体センシング通信システム。
ＲＦＩＤタグとZigBeeスレーブにて構成されるハイブリッドタグに各種センサを接続し、ＰＬＣネットワークに接続されたホストからの指令により、ＰＬＣモデムを中継してリーダー又はZigBeeマスターより前記ハイブリッドタグに接続された複数のセンサの中より任意に指定したポートの検出データを取得可能としたことを特徴とする、請求項１から３の何れかに記載のハイブリッド型移動体センシング通信システム。