JP2011188338A - 無線送信機、データ収集システム及びデータ通信方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】重要管理データの適切な伝達と低消費化とを実現することができる無線送信機、データ収集システム及びデータ通信方法を提供する。
【解決手段】無線送信機100は、データ検出部105で検出したデータの時間的変化量に基づいて、今回初めて送信する現在情報の重要度を判定する。例えば、検出データの変動が大きいほどセンサー状態が不安定であり、重要度が高いと判定する。そして、センサー状態が不安定状態である場合には、通常状態と比較してデータ送信間隔を短くすることでデータの送信頻度を高くし、データ補償レベルを高める。一方、センサー状態が安定状態である場合には、通常状態と比較してデータ送信間隔を長くすることでデータの送信頻度を低くし、低消費化を実現する。
【選択図】図3
【解決手段】無線送信機100は、データ検出部105で検出したデータの時間的変化量に基づいて、今回初めて送信する現在情報の重要度を判定する。例えば、検出データの変動が大きいほどセンサー状態が不安定であり、重要度が高いと判定する。そして、センサー状態が不安定状態である場合には、通常状態と比較してデータ送信間隔を短くすることでデータの送信頻度を高くし、データ補償レベルを高める。一方、センサー状態が安定状態である場合には、通常状態と比較してデータ送信間隔を長くすることでデータの送信頻度を低くし、低消費化を実現する。
【選択図】図3
Description
本発明は、無線送信機、データ収集システム及びデータ通信方法に関する。
複数の無線送信機と1台の受信機との間でデータ通信を行う場合、複数の無線送信機から送信されたデータを1台の受信機で受信する際のデータの衝突防止する必要がある。
このような送信データの衝突を防止する手法として、例えば特許文献1に記載の技術がある。この技術は、ある決められた一定の主間隔に対してランダムな遅延時間だけ遅延させたタイミングでデータ送信を行うことで、送信データの衝突を回避するものである。また、ここでは、現在データの送信時に、過去に送信済みの過去データを付加することで、上記衝突により欠落したデータを復元可能としている。なお、過去データを過去何回分に亘って送信するかは、システムに応じて回数を決定する。
このような送信データの衝突を防止する手法として、例えば特許文献1に記載の技術がある。この技術は、ある決められた一定の主間隔に対してランダムな遅延時間だけ遅延させたタイミングでデータ送信を行うことで、送信データの衝突を回避するものである。また、ここでは、現在データの送信時に、過去に送信済みの過去データを付加することで、上記衝突により欠落したデータを復元可能としている。なお、過去データを過去何回分に亘って送信するかは、システムに応じて回数を決定する。
しかしながら、上記特許文献1に記載の技術にあっては、ある決められた一定の主間隔に対してランダムに遅延させたタイミングでデータを送信し続けるため、1台の受信機に対し多数の送信機が存在する場合、送信データの衝突が一様に生じ、管理すべき重要データも一様に損失してしまうおそれがある。
また、データの内容にかかわらず送信動作を行うため、管理重要度の低いデータであっても、管理重要度の高いデータと同様に送信することになり、電池の利用効率が悪い。
そこで、本発明は、重要管理データの適切な伝達と低消費化とを実現することができる無線送信機、データ収集システム及びデータ通信方法を提供することを課題としている。
また、データの内容にかかわらず送信動作を行うため、管理重要度の低いデータであっても、管理重要度の高いデータと同様に送信することになり、電池の利用効率が悪い。
そこで、本発明は、重要管理データの適切な伝達と低消費化とを実現することができる無線送信機、データ収集システム及びデータ通信方法を提供することを課題としている。
(形態1)上記課題を解決するために、形態1の無線送信機は、所与の時刻における外部情報に関するデータを検出するデータ検出部と、前記データ検出部で検出した検出データに基づいて、データの送信頻度を設定する送信頻度制御部と、前記送信頻度制御部で設定された送信頻度に基づいて、送信用データを間欠的に無線送信するデータ送信部と、を備えることを特徴としている。
これにより、データ検出部の状態(センサー状態)に応じて、データ送信頻度を変更することができる。したがって、信頼性が求められる検出データ(センサーデータ)をリアルタイムで多く送信したり、不要な検出データの送信頻度を抑えて不要な電池の消耗が抑えたりすることができる。その結果、システムの信頼性の向上と長電池寿命化とを実現することができる。
これにより、データ検出部の状態(センサー状態)に応じて、データ送信頻度を変更することができる。したがって、信頼性が求められる検出データ(センサーデータ)をリアルタイムで多く送信したり、不要な検出データの送信頻度を抑えて不要な電池の消耗が抑えたりすることができる。その結果、システムの信頼性の向上と長電池寿命化とを実現することができる。
(形態2)また、形態2の無線送信機は、形態1の無線送信機において、前記データ検出部で検出した検出データの時間的変化量に基づいて、今回送信する前記送信用データの重要度を判定する重要度判定部を備え、前記送信頻度制御部は、前記重要度判定部で判定した重要度が高レベルであるほど、前記送信頻度を高くすることを特徴としている。
このように、センサーデータの変動を監視することで、通常状態とは異なる稀な状態を検知し、そのときのセンサーデータを重要管理データとして認識することができる。これにより、当該重要管理データの送信頻度を高め、システムの信頼性を確実に向上させることができる。
このように、センサーデータの変動を監視することで、通常状態とは異なる稀な状態を検知し、そのときのセンサーデータを重要管理データとして認識することができる。これにより、当該重要管理データの送信頻度を高め、システムの信頼性を確実に向上させることができる。
(形態3)さらに、形態3の無線送信機は、形態2の無線送信機において、前記重要度判定部は、前記データ検出部で検出した検出データの時間的変化量が大きいほど、前記重要度を高レベルとすることを特徴としている。
これにより、通常状態ではセンサーデータの変動が少なく、センサーデータの変動が大きい状態が稀な状態であるシステムにおいて、信頼性が求められるセンサーデータの通信成功確率を上げることができる。
これにより、通常状態ではセンサーデータの変動が少なく、センサーデータの変動が大きい状態が稀な状態であるシステムにおいて、信頼性が求められるセンサーデータの通信成功確率を上げることができる。
(形態4)また、形態4の無線送信機は、形態2の無線送信機において、前記重要度判定部は、前記データ検出部で検出した検出データの時間的変化量が小さいほど、前記重要度を高レベルとすることを特徴としている。
これにより、通常状態ではセンサーデータの変動が大きく、センサーデータの変動が少ない状態が稀な状態であるシステムにおいて、信頼性が求められるセンサーデータの通信成功確率を上げることができる。
これにより、通常状態ではセンサーデータの変動が大きく、センサーデータの変動が少ない状態が稀な状態であるシステムにおいて、信頼性が求められるセンサーデータの通信成功確率を上げることができる。
(形態5)さらにまた、形態5の無線送信機は、形態2〜4の何れかの無線送信機において、今回初めて送信する現在情報に、過去に送信した1以上の前記現在情報を過去情報として付加して、前記送信用データを生成するデータ生成部を備え、前記重要度判定部は、前記データ検出部で検出した検出データの時間的変化量に基づいて、今回初めて送信する現在情報の重要度を判定することを特徴としている。
これにより、複数の無線送信機から送信されたデータを1台の受信機で受信する際のデータの衝突により現在情報が欠損した場合であっても、その後の送信用データに含まれる過去情報から欠損した現在情報を補償することができる。
これにより、複数の無線送信機から送信されたデータを1台の受信機で受信する際のデータの衝突により現在情報が欠損した場合であっても、その後の送信用データに含まれる過去情報から欠損した現在情報を補償することができる。
(形態6)さらに、形態6の無線送信機は、形態5の無線送信機において、前記重要度判定部で判定した重要度が高レベルである期間に送信した前記現在情報を、高補償データとして設定する高補償データ設定部を備え、前記データ生成部は、前記重要度判定部で判定した重要度が中レベル以下である期間に、前記高補償データ設定部で設定した高補償データを前記過去情報として前記送信用データに付加することを特徴としている。
これにより、重要度が高レベルである期間にデータ送信頻度を高めたことに起因してデータの衝突が生じ、その期間の現在情報が欠損した場合であっても、重要度が中レベル以下に移行したときに、当該現在情報を過去情報として再送信することができる。その結果、欠損した上記現在情報を確実に補償することができる。
これにより、重要度が高レベルである期間にデータ送信頻度を高めたことに起因してデータの衝突が生じ、その期間の現在情報が欠損した場合であっても、重要度が中レベル以下に移行したときに、当該現在情報を過去情報として再送信することができる。その結果、欠損した上記現在情報を確実に補償することができる。
(形態7)さらに、形態7の無線送信機は、形態5又は6の無線送信機において、前記データ生成部は、前記重要度判定部で判定した重要度が低レベルであるほど、前記送信用データのデータ量を少なくすることを特徴としている。
これにより、重要度が低レベルであるほど不要なデータ送信を抑制することができる。したがって、その分通信空間をより多く開放でき、システム全体におけるデータの衝突を緩和することができると共に、不要な電池の消耗が抑えられ、長電池寿命化を実現することができる。
これにより、重要度が低レベルであるほど不要なデータ送信を抑制することができる。したがって、その分通信空間をより多く開放でき、システム全体におけるデータの衝突を緩和することができると共に、不要な電池の消耗が抑えられ、長電池寿命化を実現することができる。
(形態8)さらに、形態8の無線送信機は、形態7の無線送信機において、前記重要度判定部で判定した重要度が低レベルである期間において、前記現在情報として予め設定したNビット(Nは1以上)の固定情報を付加することを特徴としている。
このように、重要度が低レベルである期間においては、現在情報をNビットの固定情報とするので、送信用データのデータ量を確実に少なくすることができる。
このように、重要度が低レベルである期間においては、現在情報をNビットの固定情報とするので、送信用データのデータ量を確実に少なくすることができる。
(形態9)さらに、形態9の無線送信機は、形態7又は8の無線送信機において、前記データ生成部は、前記重要度判定部で判定した重要度が低レベルであるほど、前記過去情報の数を少なくすることを特徴としている。
このように、重要度が低レベルである期間においては、過去情報の数を少なくするので、送信用データのデータ量を確実に少なくすることができる。
このように、重要度が低レベルである期間においては、過去情報の数を少なくするので、送信用データのデータ量を確実に少なくすることができる。
(形態10)さらに、形態10のデータ収集システムは、前記形態1〜9の何れかに記載の複数の無線送信機と、前記複数の無線送信機から送信された前記送信用データを受信する受信機と、を含むデータ収集システムであって、前記複数の無線送信機は、それぞれ所定の周波数で前記受信機に向け、自己の無線送信機のIDデータを含む前記送信用データを送信し、前記受信機は、所定の周波数で前記無線送信機から送信された前記送信用データを受信するデータ受信部と、前記データ受信部で受信した前記送信用データに含まれる前記無線送信機のIDデータに関連づけて、前記送信用データを記憶するデータ記憶部と、を備えることを特徴としている。
これにより、管理すべき重要データの通信成功確率を向上させることができ、システムの信頼性を向上させることができる。さらに、管理重要度の低いデータについては送信頻度を低くすることができるので、電池の利用効率が良いシステムとすることができる。
これにより、管理すべき重要データの通信成功確率を向上させることができ、システムの信頼性を向上させることができる。さらに、管理重要度の低いデータについては送信頻度を低くすることができるので、電池の利用効率が良いシステムとすることができる。
(形態11)さらに、形態11のデータ通信方法は、複数の無線送信機から送信された送信用データを、少なくとも1台の受信機で受信することでデータを収集するシステムにおけるデータ通信方法であって、前記複数の無線送信機は、それぞれ、所与の時刻における外部情報に関するデータを検出し、検出したデータに基づいて、データの送信頻度を設定し、設定した送信頻度に基づいて、前記送信用データを前記受信機に対し間欠的に無線送信することを特徴としている。
これにより、管理すべき重要データの通信成功確率を向上させることができると共に、管理重要度の低いデータについては送信頻度を低くして不要な電池の消耗を抑制することができる。このように、システムの信頼性の向上と低消費化とを実現することができるデータ通信方法とすることができる。
これにより、管理すべき重要データの通信成功確率を向上させることができると共に、管理重要度の低いデータについては送信頻度を低くして不要な電池の消耗を抑制することができる。このように、システムの信頼性の向上と低消費化とを実現することができるデータ通信方法とすることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
(第1の実施形態)
(構成)
図1は、第1の実施形態における無線送信機(無線タグ)100の機能ブロック図である。
本実施形態の無線送信機(無線タグ)100は、送信機能を有する無線送信機(無線タグ)であって、受信機能は備えていないものとする。
この無線送信機(無線タグ)100は、無線送信部101と、処理部102と、記憶部103と、ID記憶部104と、データ検出部105と、電源部106と、アンテナ107とを含む。
(第1の実施形態)
(構成)
図1は、第1の実施形態における無線送信機(無線タグ)100の機能ブロック図である。
本実施形態の無線送信機(無線タグ)100は、送信機能を有する無線送信機(無線タグ)であって、受信機能は備えていないものとする。
この無線送信機(無線タグ)100は、無線送信部101と、処理部102と、記憶部103と、ID記憶部104と、データ検出部105と、電源部106と、アンテナ107とを含む。
無線送信部101は、処理部(CPU)102で生成された送信用データを送信する処理を行うもので、処理部102で決定された送信タイミングに、無線で前記送信用のデータを送信するデータ送信部として機能する。この無線送信部101は、例えばRFIC等により実現できる。
無線送信部101は、例えば処理部102からのコマンドにしたがって外部に無線送信をおこなう機能モジュールであり、信号の送信を司るベースバンドブロックや所定のRF周波数信号を、アンテナ107を介して送信するRFブロック等を備えるようにしてもよい。また例えばFPGA(Field Programmable Gate Array)のようなIC完成後にユーザーが内部論理をプログラムにより変更できる汎用のロジック・デバイスで構成することもできる。
無線送信部101は、例えば処理部102からのコマンドにしたがって外部に無線送信をおこなう機能モジュールであり、信号の送信を司るベースバンドブロックや所定のRF周波数信号を、アンテナ107を介して送信するRFブロック等を備えるようにしてもよい。また例えばFPGA(Field Programmable Gate Array)のようなIC完成後にユーザーが内部論理をプログラムにより変更できる汎用のロジック・デバイスで構成することもできる。
ここで無線送信部101は、所定の周波数(システムを構成する複数のタグで同一の周波数を有するように設定された周波数)でデータの送信を行う。システムを構成するRFタグはすべて同じ周波数、チャンネルを有している。
処理部102は、送信用データの生成処理や送信タイミングの決定処理、無線送信機全体の動作を統括的にコントロールする処理等を行う。これらの機能は、各種プロセッサ(CPU等)、或いはASIC(ゲートアレイ等)などのハードウェアや、所与のプログラム(マイクロプログラム等)により実現できる。
処理部102は、送信用データの生成処理や送信タイミングの決定処理、無線送信機全体の動作を統括的にコントロールする処理等を行う。これらの機能は、各種プロセッサ(CPU等)、或いはASIC(ゲートアレイ等)などのハードウェアや、所与のプログラム(マイクロプログラム等)により実現できる。
処理部102は、後述するデータ送信処理を実行することで、送信用データの生成処理や送信タイミングの決定処理を行うと共に、データ送信を行うためのコマンドを無線送信部101に対して出力する処理を行う。本実施形態では、この処理部102で、データ検出部105の検出結果(センサー状態)に応じてデータの送信間隔を予め設定された主間隔より長くしたり短くしたりすることで、データの送信頻度を制御可能となっている。ここで、上記主間隔は、単位時間あたりの送信回数の逆数又はデータの平均送信間隔として設定された時間であり、送信するデータの性質等に応じて定める。
送信タイミングの決定は、例えば内蔵するタイマ等を利用してソフト的に実現してもよいしハード的(専用の回路)に実現してもよい。例えば、主間隔のタイミングはクロック発生手段等により発生させたクロックをカウントすることで実現することができる。
送信タイミングの決定は、例えば内蔵するタイマ等を利用してソフト的に実現してもよいしハード的(専用の回路)に実現してもよい。例えば、主間隔のタイミングはクロック発生手段等により発生させたクロックをカウントすることで実現することができる。
また、送信用データの生成は、例えば、記憶部103に記憶されたデータに基づいて行ってもよいし、データ検出部105に検出されたデータに基づいて行ってもよい。更には、処理部102で演算されたデータに基づいて送信用データを作成してもよい。
記憶部103は、処理部102(又は無線送信部101やデータ検出部105)などのワーク領域となるもので、RAMなどのハードウェアにより実現できる。
ID記憶部104は、各無線送信機を識別するためのIDを記憶した記憶媒体で、不揮発性記憶領域であり、ROMや例えばEEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM)のような書き込み可能な不揮発性メモリ装置等のハードウェアにより実現できる。
記憶部103は、処理部102(又は無線送信部101やデータ検出部105)などのワーク領域となるもので、RAMなどのハードウェアにより実現できる。
ID記憶部104は、各無線送信機を識別するためのIDを記憶した記憶媒体で、不揮発性記憶領域であり、ROMや例えばEEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM)のような書き込み可能な不揮発性メモリ装置等のハードウェアにより実現できる。
データ検出部105は、送信するためのデータを検出するためのもので、たとえば温度データを送信する場合にはサーミスタ等で実現することができる。すなわち、データ検出部105は、所与の時刻tにおける無線送信機(無線タグ)100の外部の情報に関するデータを検出するデータ検出部として機能する。ここで、外部の情報に関するデータとは、外部の温度、湿度、気圧、位置等に関するデータである。
電源部106は、無線送信機の電源を供給するためのもので、内部バッテリ等で実現できる。
アンテナ107としては、モノポールアンテナやヘリカルアンテナ、ループアンテナ等を使用する。
電源部106は、無線送信機の電源を供給するためのもので、内部バッテリ等で実現できる。
アンテナ107としては、モノポールアンテナやヘリカルアンテナ、ループアンテナ等を使用する。
図2は、本実施形態のデータ収集システムの構成を示す図である。
本実施形態におけるデータ収集システム10は、複数(n台)の無線送信機(無線タグ)100−1,100−2,100−3,・・・、100−nと、当該複数の無線送信機(無線タグ)100−1,100−2,100−3,・・・、100−nから無線で送信されたデータを受信するデータ受信装置(受信機)20と、を含む。
無線送信機(無線タグ)100−1、100−2,100−3,・・・、100−nは、所定の周波数でデータ受信装置20にむけ、自己の無線タグIDを含む送信用データを送信する。
本実施形態におけるデータ収集システム10は、複数(n台)の無線送信機(無線タグ)100−1,100−2,100−3,・・・、100−nと、当該複数の無線送信機(無線タグ)100−1,100−2,100−3,・・・、100−nから無線で送信されたデータを受信するデータ受信装置(受信機)20と、を含む。
無線送信機(無線タグ)100−1、100−2,100−3,・・・、100−nは、所定の周波数でデータ受信装置20にむけ、自己の無線タグIDを含む送信用データを送信する。
データ受信装置20は、無線受信部21と処理部22とデータ記憶部23、アンテナ24等を含む。
無線受信部21は、所定の周波数で複数の無線送信機(無線タグ)100−1,100−2,100−3,・・・、100−nから送信されたデータを受信するデータ受信部として機能する。
無線受信部21は、所定の周波数で複数の無線送信機(無線タグ)100−1,100−2,100−3,・・・、100−nから送信されたデータを受信するデータ受信部として機能する。
処理部22は、受信したデータを当該受信データに含まれた無線タグIDに関連づけてデータ記憶部23に記憶させる処理を行う。
データ記憶部23には、無線タグIDに関連づけられた受信データが記憶される。
図3は、第1の実施形態におけるデータ送信タイミングを説明するための図である。
この図3において、黒丸はデータの送信タイミングを示している。本実施形態では、予め定められた一定の間隔である主間隔Tに対して、センサー状態に応じて送信間隔を変更したタイミングでデータ送信する。
データ記憶部23には、無線タグIDに関連づけられた受信データが記憶される。
図3は、第1の実施形態におけるデータ送信タイミングを説明するための図である。
この図3において、黒丸はデータの送信タイミングを示している。本実施形態では、予め定められた一定の間隔である主間隔Tに対して、センサー状態に応じて送信間隔を変更したタイミングでデータ送信する。
ここでは、センサー状態を、通常状態、不安定状態、安定・超安定状態の3つの状態に分ける。そして、通常状態である場合には送信間隔を主間隔Tに設定し、不安定状態である場合には送信間隔を主間隔より短い時間(例えば、0.5T)に設定し、安定・超安定状態である場合には、送信間隔を主間隔より長い時間(例えば、2T)に設定する。
センサー状態は、データ検出部105の検出結果(以下、センサーデータともいう)の時間的変化量に基づいて判定する。センサー状態が不安定状態であるとは、センサーデータが通常状態とは異なる稀な数値を示している状態のことを言い、本実施形態では、データ検出部105が検出した温度の変動が大きいとき(例えば、2℃以上変動しているとき)、不安定状態であるとする。一方、データ検出部105が検出した温度が一定であるとき、安定(超安定)状態であるとする。
センサー状態は、データ検出部105の検出結果(以下、センサーデータともいう)の時間的変化量に基づいて判定する。センサー状態が不安定状態であるとは、センサーデータが通常状態とは異なる稀な数値を示している状態のことを言い、本実施形態では、データ検出部105が検出した温度の変動が大きいとき(例えば、2℃以上変動しているとき)、不安定状態であるとする。一方、データ検出部105が検出した温度が一定であるとき、安定(超安定)状態であるとする。
そして、センサー状態が不安定状態であるとき、この期間のセンサーデータはシステム管理が必要な重要管理データである(重要度が高レベルである)とし、センサー状態が安定状態であるとき、この期間のセンサーデータはシステム管理が不要な重要管理データである(重要度が低レベルである)とする。
すなわち、上記重要度が高レベルであるほど、データの送信間隔を短くする(データ創始頻度を高くする)ようになっている。
すなわち、上記重要度が高レベルであるほど、データの送信間隔を短くする(データ創始頻度を高くする)ようになっている。
図4は、無線送信機(無線タグ)100が送信するデータの構成の一例を示す図である。
この図4に示すように、送信用データは、自己の無線送信機100のIDデータ(タグID)やセンサーデータに基づいて生成されたデータ(DATA)等を含む。本実施形態では、DATAを、現在データフレーム(第1フレーム)、過去データフレーム1(第2フレーム)、過去データフレーム2(第3フレーム)の3フレームで構成するものとする。各フレームは、それぞれデータ検出部105で検出した検出データ(センサーデータ)と、フレーム番号(時刻情報でもよい)とを含む。
現在データフレームには、今回初めて送信する現在情報(現在データ)を付加し、過去データフレームには、過去に送信した上記現在情報を過去情報(過去データ)として付加する。すなわち、ここでは、現在情報に2つの過去情報を付加してDATAフレームを構成している。
この図4に示すように、送信用データは、自己の無線送信機100のIDデータ(タグID)やセンサーデータに基づいて生成されたデータ(DATA)等を含む。本実施形態では、DATAを、現在データフレーム(第1フレーム)、過去データフレーム1(第2フレーム)、過去データフレーム2(第3フレーム)の3フレームで構成するものとする。各フレームは、それぞれデータ検出部105で検出した検出データ(センサーデータ)と、フレーム番号(時刻情報でもよい)とを含む。
現在データフレームには、今回初めて送信する現在情報(現在データ)を付加し、過去データフレームには、過去に送信した上記現在情報を過去情報(過去データ)として付加する。すなわち、ここでは、現在情報に2つの過去情報を付加してDATAフレームを構成している。
また、この送信用データは、フレーム長を示すDATAフレーム長情報と、DATA中に現在データが含まれているか否かを示す現在データ有無情報とを含む。
ここで、DATAフレーム長情報は、例えば、0=0Byte、1=nByte、2=2・nByte、3=3・nByteとし、現在データ有無情報は、例えば、0=現在データ有り、1=現在データ無しとする。
ここで、DATAフレーム長情報は、例えば、0=0Byte、1=nByte、2=2・nByte、3=3・nByteとし、現在データ有無情報は、例えば、0=現在データ有り、1=現在データ無しとする。
(データ送信処理)
次に、図1の処理部102で実行するデータ送信処理について具体的に説明する。
図5は、処理部102で実行するデータ送信処理手順を示すフローチャートである。
このデータ送信処理は、所定時間毎に、例えば内蔵の電池やバッテリが切れるまで繰り返し実行される。先ず、ステップS1で、処理部102は、データ検出部105で検出したセンサーデータを読み込む。ここでは、無線送信機100が内蔵するシステムクロック又はシステム時計からシステム時刻を取得し、取得したシステム時刻が設定された送信間隔のタイミングにマッチするか否かを判定する。そして、マッチしない場合にはセンサーデータの読み込みを待機し、マッチする場合にセンサーデータの読み込みを行う。
次に、図1の処理部102で実行するデータ送信処理について具体的に説明する。
図5は、処理部102で実行するデータ送信処理手順を示すフローチャートである。
このデータ送信処理は、所定時間毎に、例えば内蔵の電池やバッテリが切れるまで繰り返し実行される。先ず、ステップS1で、処理部102は、データ検出部105で検出したセンサーデータを読み込む。ここでは、無線送信機100が内蔵するシステムクロック又はシステム時計からシステム時刻を取得し、取得したシステム時刻が設定された送信間隔のタイミングにマッチするか否かを判定する。そして、マッチしない場合にはセンサーデータの読み込みを待機し、マッチする場合にセンサーデータの読み込みを行う。
ステップS2では、処理部102は、送信用データのDATAフレームを作成する。ここでは、前記ステップS1で取得したセンサーデータを現在データとして現在データフレーム(第1フレーム)に付加する。また、前回のデータ送信タイミングで検出したデータ(前回データ)を過去データフレーム1(第2フレーム)に付加すると共に、前々回のデータ送信タイミングで検出したデータ(前々回データ)を過去データフレーム2(第3フレーム)に付加する。
次に、ステップS3では、処理部102は、現在データ有無情報を、DATAに現在データが付加されていることを示す“0”に設定する。また、DATAフレーム長情報を、第1〜第3フレームにそれぞれデータが付加されていることを示す“3(11)”に設定する。
ステップS4では、処理部102は、データ検出部105で検出した現在データと過去データとを比較することでセンサーデータの時間的変化量を求め、当該時間的変化量に基づいて、センサー状態が不安定であるか否かを判定する。具体的には、現在データが前回データから予め設定した判定閾値(ここでは、2℃)以上変動しているか否かを判定し、変動がある場合にはセンサー状態が不安定状態であると判定してステップS5に移行し、変動がない場合にはセンサー状態は不安定状態でない(通常状態又は安定・超安定状態である)と判定して後述するステップS8に移行する。
ステップS4では、処理部102は、データ検出部105で検出した現在データと過去データとを比較することでセンサーデータの時間的変化量を求め、当該時間的変化量に基づいて、センサー状態が不安定であるか否かを判定する。具体的には、現在データが前回データから予め設定した判定閾値(ここでは、2℃)以上変動しているか否かを判定し、変動がある場合にはセンサー状態が不安定状態であると判定してステップS5に移行し、変動がない場合にはセンサー状態は不安定状態でない(通常状態又は安定・超安定状態である)と判定して後述するステップS8に移行する。
ステップS5では、処理部102は、データの送信間隔を、図3(b)に示す不安定状態の送信間隔に設定し、ステップS6に移行する。
ステップS6では、処理部102は、前記ステップS1で取得した現在データのレベルを高補償レベルに設定する。このように、現在データが通常状態とは異なる稀なデータであり、システム管理レベルが高いデータ(管理重要度が高いデータ)である場合は、高補償が求められるデータであると判断し、データレベルを高補償レベルに設定する。
ステップS6では、処理部102は、前記ステップS1で取得した現在データのレベルを高補償レベルに設定する。このように、現在データが通常状態とは異なる稀なデータであり、システム管理レベルが高いデータ(管理重要度が高いデータ)である場合は、高補償が求められるデータであると判断し、データレベルを高補償レベルに設定する。
次に、ステップS7では、処理部102は、無線送信部101に対して無線送信を行うための送信コマンドを出力し、データ送信処理を終了する。
また、ステップS8では、処理部102は、高補償レベルに設定された過去データが存在するか否かを判定する。そして、高補償の過去データが存在すると判定した場合にはステップS9に移行し、高補償の過去データが存在しないと判定した場合には、後述するステップS11に移行する。
また、ステップS8では、処理部102は、高補償レベルに設定された過去データが存在するか否かを判定する。そして、高補償の過去データが存在すると判定した場合にはステップS9に移行し、高補償の過去データが存在しないと判定した場合には、後述するステップS11に移行する。
ステップS9では、処理部102は、高補償レベルに設定されている過去データのうち、最も優先度の高いデータ(ここでは、最も古い高補償の過去データ)をDATAの過去データフレーム2(第3フレーム)に付加する。すなわち、前々回データに代えて、最も古い高補償の過去データをDATAに付加する。なお、現在データフレーム(第1フレーム)には、前記ステップS1で取得したデータを現在データとして付加し、過去データフレーム1(第2フレーム)には、前回のデータ送信タイミングで検出したデータを付加したままとする。
次に、ステップS10では、処理部102は、前記ステップS9で過去データフレーム2に付加した過去データの高補償レベルを解除し、ステップS11に移行する。
ステップS11では、処理部102は、データ検出部105で検出した現在データと過去データとを比較することで、センサー状態が安定であるか否かを判定する。具体的には、センサーデータが第1継続期間(例えば、4s)以上同じ値となっているか否かを判定し、上記判定閾値(ここでは、2℃)未満の僅かな変動がある場合には、センサー状態が通常状態であると判定してステップS12に移行し、同一検出結果が第1継続期間以上続いている場合にはセンサー状態が安定又は超安定状態であると判定して後述するステップS13に移行する。
ステップS12では、処理部102は、データの送信間隔を、図3(a)に示す通常状態の送信間隔に設定し、前記ステップS7に移行する。
ステップS11では、処理部102は、データ検出部105で検出した現在データと過去データとを比較することで、センサー状態が安定であるか否かを判定する。具体的には、センサーデータが第1継続期間(例えば、4s)以上同じ値となっているか否かを判定し、上記判定閾値(ここでは、2℃)未満の僅かな変動がある場合には、センサー状態が通常状態であると判定してステップS12に移行し、同一検出結果が第1継続期間以上続いている場合にはセンサー状態が安定又は超安定状態であると判定して後述するステップS13に移行する。
ステップS12では、処理部102は、データの送信間隔を、図3(a)に示す通常状態の送信間隔に設定し、前記ステップS7に移行する。
また、ステップS13では、処理部102は、センサー状態が超安定状態であるか否かを判定する。具体的には、DATAが高補償の過去データを含む場合や、高補償の過去データを含まない場合であっても、その状態が第2継続期間(例えば、8s)継続していない場合は安定状態であると判定し、ステップS14に移行する。一方、高補償の過去データを含まない状態が第2継続期間以上継続した場合は、センサー状態が超安定状態であると判定し、後述するステップS20に移行する。
ステップS14では、処理部102は、DATAが高補償の過去データを含んでいるか否かを判定し、高補償の過去データを含んでいる場合にはステップS15に移行して、送信用データのDATAフレームを修正する。ここでは、前記ステップS2で過去データフレーム1(第2フレーム)に付加した前回データを、現在データフレーム(第1フレーム)に付加する。また、前記ステップS9で過去データフレーム2(第3フレーム)に付加した高補償の過去データを過去データフレーム1(第2フレーム)に付加する。そして、過去データフレーム2(第3フレーム)を削除し、DATAフレーム長を短くする。すなわち、現在データフレームを、過去データを付加するフレームに置き換え、DATAを前回データと高補償の過去データのみから構成するようにする。
次に、ステップS16では、処理部102は、現在データ有無情報を、DATAに現在データが付加されていないことを示す“1”に設定する。また、DATAフレーム長情報を、第1及び第2フレームにそれぞれデータが付加されていることを示す“2(10)”に設定する。
ステップS17では、処理部102は、データの送信間隔を、図3(c)に示す安定・超安定状態の送信間隔に設定し、前記ステップS7に移行する。
ステップS17では、処理部102は、データの送信間隔を、図3(c)に示す安定・超安定状態の送信間隔に設定し、前記ステップS7に移行する。
また、前記ステップS14で、DATAが高補償の過去データを含んでいないと判定した場合には、ステップS18に移行して送信用データのDATAフレームを作成する。ここでは、前記ステップS2で過去データフレーム1(第2フレーム)に付加した前回データを現在データフレーム(第1フレーム)に付加し、過去データフレーム1(第2フレーム)と過去データフレーム2(第3フレーム)とを削除する。すなわち、現在データフレームを、過去データを付加するフレームに置き換え、DATAを前回データのみから構成するようにする。
次に、ステップS19では、処理部102は、現在データ有無情報を、DATAに現在データが付加されていないことを示す“1”に設定する。また、DATAフレーム長情報を、第1フレームのみにデータが付加されていることを示す“1(01)”に設定する。そして、前記ステップS17に移行する。
ステップS20では、処理部102は、送信用データのDATAフレームを、センサー状態が超安定状態であるときのDATAフレームに修正する。ここでは、第1〜第3フレームを削除し、データを付加しない状態とする。
ステップS20では、処理部102は、送信用データのDATAフレームを、センサー状態が超安定状態であるときのDATAフレームに修正する。ここでは、第1〜第3フレームを削除し、データを付加しない状態とする。
次に、ステップS21では、処理部102は、現在データ有無情報を、DATAに現在データが付加されていないことを示す“1”に設定する。また、DATAフレーム長情報を、データが付加されていないことを示す“0(00)”に設定する。そして、前記ステップS7に移行する。
なお、図5において、ステップS5、S12及びS17が送信頻度制御部に対応し、ステップS4、S11及びS13が重要度判定部に対応し、ステップS2、S3、S9、S15、S16、S18〜S21がデータ生成部に対応し、ステップS6が高補償データ設定部に対応している。
なお、図5において、ステップS5、S12及びS17が送信頻度制御部に対応し、ステップS4、S11及びS13が重要度判定部に対応し、ステップS2、S3、S9、S15、S16、S18〜S21がデータ生成部に対応し、ステップS6が高補償データ設定部に対応している。
(動作)
次に、第1の実施形態の動作について説明する。
図6は、センサー状態とデータ送信頻度との関係を示す図であり、縦軸はデータ検出部105の検出結果(温度)、横軸は時間を示している。
ここでは、時刻t=10s,17s,19〜21sにて、他の無線送信機から送信されたデータとの衝突が発生し、受信機でデータ受信ができない状態(データ欠損)が発生した場合について説明する。
次に、第1の実施形態の動作について説明する。
図6は、センサー状態とデータ送信頻度との関係を示す図であり、縦軸はデータ検出部105の検出結果(温度)、横軸は時間を示している。
ここでは、時刻t=10s,17s,19〜21sにて、他の無線送信機から送信されたデータとの衝突が発生し、受信機でデータ受信ができない状態(データ欠損)が発生した場合について説明する。
なお、図6に示す例では、時刻t=14sまでは温度変動が2℃未満であり、時刻t=16sで2℃以上の温度変動が起こっている。したがって、センサー状態は、時刻t=14sまでが通常状態となり、時刻t=16sから温度変動がなくなる時刻t=22sまでが不安定状態となる。そして、時刻t=23s以降は通常状態に復帰する。その後、同一センサーデータが第1継続期間(4s)以上続くと、通常状態から安定状態に移行する。すなわち、時刻t=31s以降は安定状態となる。
先ず、時刻t=0sから時刻t=30sまで(通常状態→不安定状態→通常状態)の動作について、図7を参照しながら詳しく説明する。
無線送信機100の処理部102は、時刻t=2sで、データ検出部105で検出した温度を取得する(図5のステップS1)。すると、処理部102は、取得したデータを現在データとして、これをDATAの第1フレームに付加する(ステップS2)。なお、このとき過去データは存在しないため、DATAの第2フレーム及び第3フレームのデータは空となる。また、処理部102は、現在データ有無情報を“0”に設定すると共に、DATAフレーム長情報を“3”に設定する(ステップS3)。そして、処理部102は、データの送信間隔を通常状態における送信間隔T(ここでは、T=2s)に設定し(ステップS12)、無線送信部101に対して無線送信コマンドを出力する(ステップS7)。これにより、無線送信部101から処理部102で作成した送信用データ(現在データ,過去データ1(無),過去データ2(無))が無線送信される。
無線送信機100の処理部102は、時刻t=2sで、データ検出部105で検出した温度を取得する(図5のステップS1)。すると、処理部102は、取得したデータを現在データとして、これをDATAの第1フレームに付加する(ステップS2)。なお、このとき過去データは存在しないため、DATAの第2フレーム及び第3フレームのデータは空となる。また、処理部102は、現在データ有無情報を“0”に設定すると共に、DATAフレーム長情報を“3”に設定する(ステップS3)。そして、処理部102は、データの送信間隔を通常状態における送信間隔T(ここでは、T=2s)に設定し(ステップS12)、無線送信部101に対して無線送信コマンドを出力する(ステップS7)。これにより、無線送信部101から処理部102で作成した送信用データ(現在データ,過去データ1(無),過去データ2(無))が無線送信される。
その後、T秒後の時刻t=4sで、処理部102は、データ検出部105で検出した温度を取得し(ステップS1)、取得したデータを現在データとして、これをDATAの第1フレームに付加する(ステップS2)。このとき、時刻t=2sで検出したデータは第2フレームに付加される。また、この場合にも、処理部102は、現在データ有無情報を“0”に設定すると共に、DATAフレーム長情報を“3”に設定する(ステップS3)。そして、処理部102は、データの送信間隔を送信間隔Tのままとし(ステップS12)、無線送信部101に対して無線送信コマンドを出力する(ステップS7)。これにより、無線送信部101から処理部102で作成した送信用データ(現在データ,過去データ1(t=2s),過去データ2(無))が無線送信される。
さらにT秒後の時刻t=6sでも、同様の処理が行われる。このとき、DATAの第1フレームには時刻t=6sで検出したデータが付加され、第2フレームには前回の送信時刻t=4sで検出したデータが付加される。また、第3フレームには前々回の送信時刻t=2sで検出したデータが付加される(ステップS2)。そして、この送信用データ(現在データ,過去データ1(t=4s),過去データ2(t=2s))が無線送信部101から無線送信される。
このように、本実施形態の無線送信機100は、現在データに2回前までの過去データを付加して送信する。
したがって、時刻t=10sでデータが衝突し欠損が発生した場合であっても、次回の送信時刻t=12sで、時刻t=10sのセンサーデータを過去データ1として付加して送信するため、時刻t=12sの送信用データから時刻t=10sのセンサーデータを補償することができる。
したがって、時刻t=10sでデータが衝突し欠損が発生した場合であっても、次回の送信時刻t=12sで、時刻t=10sのセンサーデータを過去データ1として付加して送信するため、時刻t=12sの送信用データから時刻t=10sのセンサーデータを補償することができる。
その後、時刻t=16sで2℃以上の大きな温度変動が発生すると、処理部102は、センサー状態が不安定状態に移行したと判定する(ステップS4でYes)。そのため、処理部102は、データの送信間隔を不安定状態における送信間隔0.5T(=1s)に変更する(ステップS5)。また、時刻t=16sで検出したデータ(現在データ)を、重要管理データであるとして高補償レベルに設定する(ステップS6)。そして、処理部102が無線送信部101に対して無線送信コマンドを出力すると(ステップS7)、無線送信部101から処理部102で作成した送信用データが無線送信される。このとき、送信用データのDATAは、上述した通常状態時と同様に、現在データに2回前までの過去データを付加したものとなる。
その後は、0.5T秒間隔でセンサーデータを取得し、データの無線送信が行われる。
このように、本実施形態の無線送信機100は、センサー状態に応じてデータ送信頻度を変更する。すなわち、センサーデータの変動が通常状態と比較して大きく、センサー状態が不安定状態(稀な状態)であるとき、この期間のセンサーデータは重要管理データであると判断して、データ送信頻度を高める。これにより、リアルタイムな情報をより多く送信することができる。その結果、重要管理データの通信成功確率を上げて、システムの信頼性を向上させることができる。
このように、本実施形態の無線送信機100は、センサー状態に応じてデータ送信頻度を変更する。すなわち、センサーデータの変動が通常状態と比較して大きく、センサー状態が不安定状態(稀な状態)であるとき、この期間のセンサーデータは重要管理データであると判断して、データ送信頻度を高める。これにより、リアルタイムな情報をより多く送信することができる。その結果、重要管理データの通信成功確率を上げて、システムの信頼性を向上させることができる。
そして、時刻t=23sでセンサー状態が不安定状態から通常状態へ移行すると、高補償の過去データが存在することから(ステップS8でYes)、処理部102は高補償の過去データ(時刻t=16s〜22sのセンサーデータ)のうち最も古いデータをDATAの第3フレームに付加し(ステップS9)、付加した過去データの高補償レベルを解除する(ステップS10)。
すなわち、この時刻t=23sでは、第1フレームに現在データを付加し、第2フレームに前回時刻t=22sのセンサーデータを付加し、第3フレームに時刻t=16sのセンサーデータを付加することになる。そして、処理部102は、データの送信間隔を通常状態における送信間隔T(=2s)に変更し(ステップS12)、無線送信部101に対して無線送信コマンドを出力する(ステップS7)。
その後は、T秒間隔でセンサーデータを取得し、データの無線送信が行われる。
時刻t=23sのT秒後の時刻t=25sでは、処理部102は、DATAの第1フレームに現在データを付加し、第2フレームに前回時刻t=23sのセンサーデータを付加し、第3フレームに時刻t=17sのセンサーデータを付加することになる。
このように、本実施形態の無線送信機100は、センサー状態が不安定状態であるとき、その期間に検出し送信したセンサーデータ(現在データ)を高補償の過去データとして設定する。そして、不安定状態から通常状態(若しくは安定状態)に移行し高補償の過去データが存在する場合には、その高補償の過去データを順次DATAフレームに過去データとして付加し、再送信する。
時刻t=23sのT秒後の時刻t=25sでは、処理部102は、DATAの第1フレームに現在データを付加し、第2フレームに前回時刻t=23sのセンサーデータを付加し、第3フレームに時刻t=17sのセンサーデータを付加することになる。
このように、本実施形態の無線送信機100は、センサー状態が不安定状態であるとき、その期間に検出し送信したセンサーデータ(現在データ)を高補償の過去データとして設定する。そして、不安定状態から通常状態(若しくは安定状態)に移行し高補償の過去データが存在する場合には、その高補償の過去データを順次DATAフレームに過去データとして付加し、再送信する。
上述したように、センサー状態が不安定状態である場合には、送信頻度を通常状態と比較して高める処理を行うことで、リアルタイムな情報をより多く送信するようにする。しかしながら、他の端末状況によっては、送信頻度を高めることでデータの衝突が起きやすくなる場合がある。そのため、不安定状態から通常状態(若しくは安定状態)へ移行したときに、重点的に不安定状態の期間中のセンサーデータを再送信することで、データ補償を確実に行うことができる。その具体的な例について以下に説明する。
センサー状態が不安定状態である期間中の時刻t=19sから時刻t=21sにおいて、データ欠損が発生した場合、図7に示すように、時刻t=20s及び時刻t=21sのセンサーデータについては、時刻t=22sで送信される過去データ1,2から補償することができる。このように、通常は次回送信時もしくは次々回送信時にデータ補償が可能となる。
ところが、時刻t=19sについては、次回送信時および次々回送信時にデータ欠損が発生しているため、次回送信時もしくは次々回送信時にはデータ補償を行うことができない。したがって、本実施形態のように不安定状態から安定状態に移行し高補償の過去データが存在する場合に、その高補償の過去データを再送信する構成でない場合、時刻t=19sのセンサーデータについては、データ欠損が生じたままとなってしまう。
これに対して、本実施形態では、不安定状態から通常状態へ移行した後の時刻t=29sで送信される過去データ2から、時刻t=19sのセンサーデータを補償することができる。このように、不安定状態の期間中に欠損したデータを確実に補償することができる。
これに対して、本実施形態では、不安定状態から通常状態へ移行した後の時刻t=29sで送信される過去データ2から、時刻t=19sのセンサーデータを補償することができる。このように、不安定状態の期間中に欠損したデータを確実に補償することができる。
次に、時刻t=31sから時刻t=60sまで(安定状態→超安定状態)の動作について、図8を参照しながら詳しく説明する。なお、この図8では、安定状態へ移行する前の通常状態(時刻t=22sから時刻t=30s)についても記載している。
時刻t=31sで、同一のセンサーデータが第1継続期間(4s)継続して検出されていることを検知すると、処理部102は、センサー状態が通常状態から安定状態へ移行したと判定する(ステップS11でYes)。この時刻t=31sでは、時刻t=20s以降の高補償の過去データが存在している状態であるため(ステップS14でYes)、処理部102は、DATAの第1フレームに前回時刻t=29sのセンサーデータを付加し、第2フレームに時刻t=20sのセンサーデータを付加する(ステップS15)。そして、処理部102は、現在データ有無情報を“1”に設定すると共に、DATAフレーム長情報を“2”に設定する(ステップS16)。また、処理部102は、データの送信間隔を安定状態における送信間隔2T(=4s)に変更する(ステップS17)。
時刻t=31sで、同一のセンサーデータが第1継続期間(4s)継続して検出されていることを検知すると、処理部102は、センサー状態が通常状態から安定状態へ移行したと判定する(ステップS11でYes)。この時刻t=31sでは、時刻t=20s以降の高補償の過去データが存在している状態であるため(ステップS14でYes)、処理部102は、DATAの第1フレームに前回時刻t=29sのセンサーデータを付加し、第2フレームに時刻t=20sのセンサーデータを付加する(ステップS15)。そして、処理部102は、現在データ有無情報を“1”に設定すると共に、DATAフレーム長情報を“2”に設定する(ステップS16)。また、処理部102は、データの送信間隔を安定状態における送信間隔2T(=4s)に変更する(ステップS17)。
すなわち、この時刻t=31sでは、現在データを付加せずに、現在データが過去データと同じであることを示す1bitの情報(現在データ有無情報)を付加する。そして、過去データとしては、前回データと高補償の過去データとを付加する。また、データの送信頻度を通常状態における送信頻度と比較して低くする。
その後、2T秒後の時刻t=35sでもセンサーデータは過去データと同じ値となっているが、時刻t=21s以降の高補償の過去データが存在するため、センサー状態は超安定状態には移行せず、安定状態を維持する(ステップS13でNo、ステップS14でYes)。そして、DATAの第1フレームに前回時刻t=31sのセンサーデータを付加し、第2フレームに時刻t=21sのセンサーデータを付加する(ステップS15)。
このように、高補償の過去データが存在する間は超安定状態に移行せず、高補償の過去データを全て再送信するようにする。
その後、2T秒後の時刻t=35sでもセンサーデータは過去データと同じ値となっているが、時刻t=21s以降の高補償の過去データが存在するため、センサー状態は超安定状態には移行せず、安定状態を維持する(ステップS13でNo、ステップS14でYes)。そして、DATAの第1フレームに前回時刻t=31sのセンサーデータを付加し、第2フレームに時刻t=21sのセンサーデータを付加する(ステップS15)。
このように、高補償の過去データが存在する間は超安定状態に移行せず、高補償の過去データを全て再送信するようにする。
そして、時刻t=39sで最後の高補償の過去データである時刻t=22sのセンサーデータを送信すると、次の送信時刻t=43sでは、DATAの第1フレームに前回時刻t=39sのセンサーデータを付加しただけの送信データを作成する(ステップS18)。そして、処理部102は、現在データ有無情報を“1”に設定すると共に、DATAフレーム長情報を“1”に設定する(ステップS19)。
その後、時刻t=51sで、センサーデータが過去データと同じ値を継続し、且つ高補償の過去データを含まない状態が第2継続期間(8s)継続したと判定すると、処理部102は、センサー状態が安定状態から超安定状態へ移行したと判定する(ステップS13でYes)。そのため、処理部102は、現在データ及び過去データを付加しないDATAを作成し(ステップS20)、現在データ有無情報を“1”、DATAフレーム長情報を“0”に設定する(ステップS21)。
このように、本実施形態の無線送信機100は、センサーデータの変動がなく、センサー状態が安定状態又は超安定状態であるとき、この期間のセンサーデータはシステム管理レベルが低いデータであると判断して、データ送信頻度を低くする。これにより、通信空間をより多く開放でき、システム全体におけるデータの衝突を緩和することができる。また、不要な電池の消耗が抑えられ、長電池寿命化を実現することができる。
また、センサーデータの変動がない安定状態及び超安定状態では、現在データが過去データと同じであることを1bitのみで伝達し、現在データを送信しないようにする。これにより、DATAフレーム長を短くすることができるので、その分送信端末の送信時間を短縮することができ、低消費化を実現することができる。
さらに、センサー状態が安定状態である場合には、送信する過去データは少なくても良いとして過去データ数を減らし、超安定状態である場合には、データを一切送らず、現在データが過去データと同一であることを示す情報のみを送信する。このように、センサー状態が安定であるほど(データの重要度が低レベルであるほど)過去データ数を減らすので、よりDATAフレーム長を短くすることができ、低消費化を実現することができる。
さらに、センサー状態が安定状態である場合には、送信する過去データは少なくても良いとして過去データ数を減らし、超安定状態である場合には、データを一切送らず、現在データが過去データと同一であることを示す情報のみを送信する。このように、センサー状態が安定であるほど(データの重要度が低レベルであるほど)過去データ数を減らすので、よりDATAフレーム長を短くすることができ、低消費化を実現することができる。
(効果)
このように、上記第1の実施形態では、データ検出部で検出した検出データに応じてデータの送信頻度を変更するので、信頼性が求められる検出データをリアルタイムで多く送信したり、不要な検出データの送信頻度を抑えて不要な電池の消耗が抑えたりすることができる。その結果、システムの信頼性の向上と長電池寿命化とを実現することができる。
このとき、データ検出部で検出した検出データの時間的変化量に基づいて、当該検出データの重要度に相当するセンサー状態を判定する。そして、検出データの変動が通常状態と比較して大きく、センサー状態が不安定である場合にデータ送信頻度を高める。
このように、上記第1の実施形態では、データ検出部で検出した検出データに応じてデータの送信頻度を変更するので、信頼性が求められる検出データをリアルタイムで多く送信したり、不要な検出データの送信頻度を抑えて不要な電池の消耗が抑えたりすることができる。その結果、システムの信頼性の向上と長電池寿命化とを実現することができる。
このとき、データ検出部で検出した検出データの時間的変化量に基づいて、当該検出データの重要度に相当するセンサー状態を判定する。そして、検出データの変動が通常状態と比較して大きく、センサー状態が不安定である場合にデータ送信頻度を高める。
このように、検出データの変動を監視することで、通常状態とは異なる稀な状態を確実に検知することができる。その結果、重要管理データの送信頻度を高め、信頼性が求められるデータの通信成功確率を上げることができる。
さらに、今回初めて送信する現在情報に、過去に送信した2つの前記現在情報を過去情報として付加して、DATAフレームを構成するので、複数の無線送信機から送信されたデータを1台の受信機で受信する際のデータの衝突により現在情報が欠損した場合であっても、その後の送信用データに含まれる過去情報から欠損した現在情報を補償することができる。
さらに、今回初めて送信する現在情報に、過去に送信した2つの前記現在情報を過去情報として付加して、DATAフレームを構成するので、複数の無線送信機から送信されたデータを1台の受信機で受信する際のデータの衝突により現在情報が欠損した場合であっても、その後の送信用データに含まれる過去情報から欠損した現在情報を補償することができる。
また、センサー状態が不安定状態である期間に送信した現在情報を、高補償データとして設定し、センサー状態が不安定状態から通常状態若しくは安定状態に移行したときに、当該高補償データを過去情報としてDATAフレームに付加する。これにより、センサー状態が不安定状態である期間にデータ送信頻度を高めたことに起因してデータの衝突が生じ、その期間の現在情報が欠損した場合であっても、通常状態若しくは安定状態の期間に欠損した現在情報を過去情報として再送信することができる。その結果、欠損した現在情報を確実に補償することができる。
さらに、センサー状態が安定状態及び超安定状態である期間では、現在情報として1ビットの固定情報をDATAフレームに付加する。また、センサー状態が安定状態である期間では過去情報の数を少なくし、センサー状態が超安定状態である期間では過去情報の数を0とする。このように、センサー状態が安定であるほど送信用データのデータ量を少なくするので、その分通信空間をより多く開放でき、システム全体におけるデータの衝突を緩和することができると共に、不要な電池の消耗が抑えられ、長電池寿命化を実現することができる。
このように、所与の時刻における外部情報に関するデータを検出し、検出したデータに基づいてデータの送信頻度を設定し、設定した送信頻度に基づいて送信用データを受信機に対し間欠的に無線送信するデータ通信方法とする。これにより、システムの信頼性の向上と低消費化とを実現することができるデータ通信方法とすることができる。
したがって、以上の構成を有する複数の無線送信機と、当該複数の無線送信機から送信された送信用データを受信する受信機とを含むデータ収集システムにおいて、重要管理データについては送信頻度を高めることで、通信成功確率を向上させることができ、システムの信頼性を向上させることができる。さらに、管理重要度の低いデータについては送信頻度を低くすることで、電池の利用効率を向上させることができると共に、複数の無線送信機から送信されるデータの衝突を抑制することができる。
したがって、以上の構成を有する複数の無線送信機と、当該複数の無線送信機から送信された送信用データを受信する受信機とを含むデータ収集システムにおいて、重要管理データについては送信頻度を高めることで、通信成功確率を向上させることができ、システムの信頼性を向上させることができる。さらに、管理重要度の低いデータについては送信頻度を低くすることで、電池の利用効率を向上させることができると共に、複数の無線送信機から送信されるデータの衝突を抑制することができる。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
この第2の実施形態は、前述した第1の実施形態において主間隔の区切りを基準としたタイミングでデータ送信を行っているのに対し、主間隔の区切りを基準としたタイミングに対してランダムな遅延時間を設けたタイミングでデータ送信を行うようにしたものである。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
この第2の実施形態は、前述した第1の実施形態において主間隔の区切りを基準としたタイミングでデータ送信を行っているのに対し、主間隔の区切りを基準としたタイミングに対してランダムな遅延時間を設けたタイミングでデータ送信を行うようにしたものである。
(構成)
第2の実施形態における無線送信機100は、図1に示す第1の実施形態の無線送信機100において処理部102における処理が異なる点を除いては、図1に示す無線送信機100と同様の構成を有する。
本実施形態の処理部102は、データの送信間隔よりも短い範囲内でランダムな遅延時間を設定するためのランダム遅延設定用乱数を発生し、送信間隔の区切りのタイミングからランダム遅延設定用乱数に基づき設定されたランダムな遅延時間だけ遅延させたタイミングをデータの送信タイミングとして決定する処理を行う。
第2の実施形態における無線送信機100は、図1に示す第1の実施形態の無線送信機100において処理部102における処理が異なる点を除いては、図1に示す無線送信機100と同様の構成を有する。
本実施形態の処理部102は、データの送信間隔よりも短い範囲内でランダムな遅延時間を設定するためのランダム遅延設定用乱数を発生し、送信間隔の区切りのタイミングからランダム遅延設定用乱数に基づき設定されたランダムな遅延時間だけ遅延させたタイミングをデータの送信タイミングとして決定する処理を行う。
図9は、第2の実施形態におけるデータ送信タイミングを説明するための図である。ここでは、センサー状態が通常状態である場合の送信タイミングについて示している。
この図9において、黒丸は主間隔Tの区切りに対応するタイミングであり、白丸はデータの送信タイミングを示している。この通常状態では、主間隔Tに対して、ランダム遅延ΔT1,ΔT2,ΔT3,・・・だけ遅延した時刻をそれぞれ送信タイミングとして決定する。ここで、ランダム遅延ΔTは、主間隔Tよりも短い時間であり、0≦ΔT<Tである。
この図9において、黒丸は主間隔Tの区切りに対応するタイミングであり、白丸はデータの送信タイミングを示している。この通常状態では、主間隔Tに対して、ランダム遅延ΔT1,ΔT2,ΔT3,・・・だけ遅延した時刻をそれぞれ送信タイミングとして決定する。ここで、ランダム遅延ΔTは、主間隔Tよりも短い時間であり、0≦ΔT<Tである。
なお、不安定状態では、送信間隔0.5Tに対して、ランダム遅延ΔT(0≦ΔT<0.5T)だけ遅延した時刻をそれぞれ送信タイミングとして決定する。また、安定状態では、送信間隔2Tに対して、ランダム遅延ΔT(0≦ΔT<2T)だけ遅延した時刻をそれぞれ送信タイミングとして決定する。
すなわち、処理部102で実行されるデータ送信処理は、図5の前記ステップS7の処理が前述した第1の実施形態とは異なり、システム時刻が、前記ステップS5、S12又はS17で設定されたデータ送信間隔に対してランダム遅延ΔTだけ遅延した時刻とマッチしたタイミングで無線送信コマンドを出力することになる。
すなわち、処理部102で実行されるデータ送信処理は、図5の前記ステップS7の処理が前述した第1の実施形態とは異なり、システム時刻が、前記ステップS5、S12又はS17で設定されたデータ送信間隔に対してランダム遅延ΔTだけ遅延した時刻とマッチしたタイミングで無線送信コマンドを出力することになる。
(動作)
次に、第2の実施形態の動作について説明する。
センサー状態が通常状態である場合には、データ送信間隔の基準を主間隔Tに設定する。このとき、実際のデータ送信タイミングは、主間隔Tの区切りに対して0≦ΔT<Tとなるランダム遅延ΔTだけ遅延させたタイミングとなる。また、このときの送信用データのDATAは、現在データに2回前までの過去データを付加したものとなっている。
このようにランダム遅延を付加する構成とすることにより、無線送信機100のデータ送信間隔を毎回異ならせることができる。そのため、複数の無線送信機100と1台の受信機20との間でデータ通信を行う場合に、データの衝突を起こりにくくすることができ、データの欠損を抑制することができる。
次に、第2の実施形態の動作について説明する。
センサー状態が通常状態である場合には、データ送信間隔の基準を主間隔Tに設定する。このとき、実際のデータ送信タイミングは、主間隔Tの区切りに対して0≦ΔT<Tとなるランダム遅延ΔTだけ遅延させたタイミングとなる。また、このときの送信用データのDATAは、現在データに2回前までの過去データを付加したものとなっている。
このようにランダム遅延を付加する構成とすることにより、無線送信機100のデータ送信間隔を毎回異ならせることができる。そのため、複数の無線送信機100と1台の受信機20との間でデータ通信を行う場合に、データの衝突を起こりにくくすることができ、データの欠損を抑制することができる。
また、本実施形態においても、前述した第1の実施形態と同様に、センサー状態に応じてデータの送信頻度を変更する。
すなわち、センサー状態が不安定状態となると、データ送信間隔の基準を0.5Tに変更することで送信頻度を高める。このときの送信用データのDATAも、現在データに2回前までの過去データを付加したものとなっている。なお、実際のデータ送信タイミングは、送信間隔0.5Tの区切りに対して0≦ΔT<0.5Tとなるランダム遅延ΔTだけ遅延させたタイミングとなる。
すなわち、センサー状態が不安定状態となると、データ送信間隔の基準を0.5Tに変更することで送信頻度を高める。このときの送信用データのDATAも、現在データに2回前までの過去データを付加したものとなっている。なお、実際のデータ送信タイミングは、送信間隔0.5Tの区切りに対して0≦ΔT<0.5Tとなるランダム遅延ΔTだけ遅延させたタイミングとなる。
センサー状態が不安定状態から通常状態へ移行すると、データ送信間隔の基準を主間隔Tに戻すと共に、不安定状態の期間中のセンサーデータを過去データフレーム2に優先的に付加し、高補償の過去データを重点的に送信する。
通常状態から安定状態へ移行すると、データ送信間隔の基準を2Tに変更することで送信頻度を低くする。また、現在データを付加する代わりに、現在データが過去データと同じであることを示す1bitの情報を付加して送信する。さらに、安定状態では、未送信の高補償の過去データが存在する場合を除き、送信する過去データ数を減らす。なお、このときの実際のデータ送信タイミングは、送信間隔2Tの区切りに対して0≦ΔT<2Tとなるランダム遅延ΔTだけ遅延させたタイミングとなる。
通常状態から安定状態へ移行すると、データ送信間隔の基準を2Tに変更することで送信頻度を低くする。また、現在データを付加する代わりに、現在データが過去データと同じであることを示す1bitの情報を付加して送信する。さらに、安定状態では、未送信の高補償の過去データが存在する場合を除き、送信する過去データ数を減らす。なお、このときの実際のデータ送信タイミングは、送信間隔2Tの区切りに対して0≦ΔT<2Tとなるランダム遅延ΔTだけ遅延させたタイミングとなる。
また、安定状態から超安定状態へ移行すると、データ送信間隔を2Tに維持すると共に、現在データ及び過去データを何れも付加せず、現在データが過去データと同じであることを示す1bitの情報のみを付加して送信する。
このように、各センサー状態においてランダム遅延ΔTを設けてデータ送信を行うと共に、センサー状態に応じてデータ送信頻度を変更するので、データの衝突を抑制した構成としつつ、不安定状態におけるデータ補償レベルの向上と安定状態における低消費化とを実現することができる。したがって、システムの信頼性を確実に向上させることができる。
このように、各センサー状態においてランダム遅延ΔTを設けてデータ送信を行うと共に、センサー状態に応じてデータ送信頻度を変更するので、データの衝突を抑制した構成としつつ、不安定状態におけるデータ補償レベルの向上と安定状態における低消費化とを実現することができる。したがって、システムの信頼性を確実に向上させることができる。
(効果)
このように、上記第2の実施形態では、主間隔の区切りを基準としたタイミングに対してランダムな遅延時間を設けたタイミングでデータ送信を行うので、複数の無線送信機と1台の受信機との間でデータ通信を行う場合に、受信機でデータを受信する際のデータの衝突を抑制することができ、データの欠損を抑制したシステムとすることができる。
このように、上記第2の実施形態では、主間隔の区切りを基準としたタイミングに対してランダムな遅延時間を設けたタイミングでデータ送信を行うので、複数の無線送信機と1台の受信機との間でデータ通信を行う場合に、受信機でデータを受信する際のデータの衝突を抑制することができ、データの欠損を抑制したシステムとすることができる。
(応用例)
なお、上記各実施形態においては、DATAを、現在データフレーム(第1フレーム)、過去データフレーム1(第2フレーム)、過去データフレーム2(第3フレーム)の3フレームで構成する場合について説明したが、過去データフレームは3つ以上でもよく、DATAフレームの構成は送信データの性質に応じて適宜設定可能である。
また、上記各実施形態においては、現在データ有無情報を1bitの情報とする場合について説明したが、N個の情報bitとすることもできる。これにより、データの誤りを防止し、確実に情報の伝達を行うことができる。
なお、上記各実施形態においては、DATAを、現在データフレーム(第1フレーム)、過去データフレーム1(第2フレーム)、過去データフレーム2(第3フレーム)の3フレームで構成する場合について説明したが、過去データフレームは3つ以上でもよく、DATAフレームの構成は送信データの性質に応じて適宜設定可能である。
また、上記各実施形態においては、現在データ有無情報を1bitの情報とする場合について説明したが、N個の情報bitとすることもできる。これにより、データの誤りを防止し、確実に情報の伝達を行うことができる。
さらに、上記各実施形態においては、センサー状態が安定状態であるとき、現在データフレームを過去データフレームに置き換え、DATAフレーム長を短くする場合について説明したが、DATAフレーム長を変更せずに現在データフレームを過去データフレームに置き換えるようにしてもよい。
この場合、センサー状態が安定状態で且つ高補償の過去データが存在する場合には、DATAを(前回データ,前々回データ,高補償の過去データ)の3フレームで構成する。また、センサー状態が安定状態で且つ高補償の過去データが存在しない場合には、DATAを(前回データ,前々回データ)の2フレームで構成する。
これにより、DATAフレーム長を伸ばすことなく、データ補償効率を高めることができる。
この場合、センサー状態が安定状態で且つ高補償の過去データが存在する場合には、DATAを(前回データ,前々回データ,高補償の過去データ)の3フレームで構成する。また、センサー状態が安定状態で且つ高補償の過去データが存在しない場合には、DATAを(前回データ,前々回データ)の2フレームで構成する。
これにより、DATAフレーム長を伸ばすことなく、データ補償効率を高めることができる。
また、上記各実施形態においては、センサー状態が不安定状態から通常状態(若しくは安定状態)へ移行したとき、DATAフレームに単純に高補償の過去データを追加するようにしてもよい。すなわち、DATAフレーム長を伸ばし、DATAを(現在データ,前回データ,前々回データ,高補償の過去データ)の4フレームで構成するようにしてもよい。但し、DATAフレーム長を伸ばすことでデータ衝突の可能性が高まる場合があるため、送信データの性質等に応じて決定するものとする。
さらに、上記各実施形態においては、センサー状態が不安定状態から通常状態(若しくは安定状態)へ移行したとき、高補償の過去データを1つずつ過去データフレームに付加する場合について説明したが、一度に複数の高補償の過去データを付加するようにしてもよい。これにより、不安定状態である期間にデータ欠損が生じた場合、その欠損データを早期に補償することができる。
さらに、上記各実施形態においては、センサー状態が不安定状態から通常状態(若しくは安定状態)へ移行したとき、高補償の過去データを1つずつ過去データフレームに付加する場合について説明したが、一度に複数の高補償の過去データを付加するようにしてもよい。これにより、不安定状態である期間にデータ欠損が生じた場合、その欠損データを早期に補償することができる。
さらにまた、上記各実施形態においては、センサー状態が超安定状態であるとき、現在データ有無情報のみを送信する場合について説明したが、データ送信を完全に停止し、安定状態の平均値を基準に決めた範囲を超えた場合に間欠送信を再開させるようにしてもよい。
さらに、上記各実施形態においては、センサー状態を不安定状態、通常状態、安定状態及び超安定状態に分ける場合について説明したが、データの重要度が高レベルであるほど、データ送信頻度が高くなるように設定できればよく、センサー状態は何段階にも設定可能である。
さらに、上記各実施形態においては、センサー状態を不安定状態、通常状態、安定状態及び超安定状態に分ける場合について説明したが、データの重要度が高レベルであるほど、データ送信頻度が高くなるように設定できればよく、センサー状態は何段階にも設定可能である。
また、上記各実施形態においては、センサーデータの変動が大きい場合を不安定状態とし、センサーデータの変動が無い場合を安定状態とする場合について説明したが、センサーデータの変動が小さい(無い)場合が稀な状態である場合には、この状態を不安定状態とし、データ送信頻度を高めるようにしてもよい。このように、センサーデータの変動が小さい(無い)場合を不安定状態とする例として、例えば以下に示すものがある。
図10は、本発明の適用例を示す図であり、人の動作を検知するセンサーを搭載した見守り用無線タグに適用した場合を示している。
上記センサーとしては、加速度センサー、角速度センサー、傾斜センサー等を用いる。この例では、人の歩行動作や生活動作を検知し、不規則なセンサー情報を検知している場合は通常状態であると判断する。一方、急病で倒れた場合や事故にあった場合や紛失した場合などは、人の動態が検知できずセンサー情報は一切変動しないため、この場合は異常状態であると判断してデータ送信頻度を高める。この適用例は、医療介護現場や小学校など多数の無線タグが集まる所で有効に機能する。
上記センサーとしては、加速度センサー、角速度センサー、傾斜センサー等を用いる。この例では、人の歩行動作や生活動作を検知し、不規則なセンサー情報を検知している場合は通常状態であると判断する。一方、急病で倒れた場合や事故にあった場合や紛失した場合などは、人の動態が検知できずセンサー情報は一切変動しないため、この場合は異常状態であると判断してデータ送信頻度を高める。この適用例は、医療介護現場や小学校など多数の無線タグが集まる所で有効に機能する。
図11は、本発明の別の適用例を示す図であり、心拍計と無線とを搭載した腕時計に適用した場合を示している。
この例では、人の生活動作に応じた心拍の変動を検知し、安定変動している場合は通常状態であると判断する。一方、心拍が急激に高まったり低まったり、又は停止したりする場合は、異常状態であると判断してデータ送信頻度を高める。この適用例は、医療介護現場やトレーニングジムなど多数の無線タグが集まる所で有効に機能する。
さらに、上記各実施形態においては、複数の無線送信機と1台の受信機との間でデータ通信を行う場合について説明したが、広範囲に多数の無線タグを設置する場合等には、通信エリアを考慮して受信機を複数台設置することもできる。
この例では、人の生活動作に応じた心拍の変動を検知し、安定変動している場合は通常状態であると判断する。一方、心拍が急激に高まったり低まったり、又は停止したりする場合は、異常状態であると判断してデータ送信頻度を高める。この適用例は、医療介護現場やトレーニングジムなど多数の無線タグが集まる所で有効に機能する。
さらに、上記各実施形態においては、複数の無線送信機と1台の受信機との間でデータ通信を行う場合について説明したが、広範囲に多数の無線タグを設置する場合等には、通信エリアを考慮して受信機を複数台設置することもできる。
10…データ収集システム、20…データ受信装置(ホスト)、21…無線受信部、22…処理部、23…データ記憶部、24…アンテナ、100…無線送信機(無線タグ)、101…無線送信部(RFIC)、102…処理部(CPU)、103…記憶部、104…ID記憶部、105…データ検出部、106…電源部、107…アンテナ
Claims (11)
- 所与の時刻における外部情報に関するデータを検出するデータ検出部と、
前記データ検出部で検出した検出データに基づいて、データの送信頻度を設定する送信頻度制御部と、
前記送信頻度制御部で設定された送信頻度に基づいて、送信用データを間欠的に無線送信するデータ送信部と、を備えることを特徴とする無線送信機。 - 前記データ検出部で検出した検出データの時間的変化量に基づいて、今回送信する前記送信用データの重要度を判定する重要度判定部を備え、
前記送信頻度制御部は、前記重要度判定部で判定した重要度が高レベルであるほど、前記送信頻度を高くすることを特徴とする請求項1に記載の無線送信機。 - 前記重要度判定部は、前記データ検出部で検出した検出データの時間的変化量が大きいほど、前記重要度を高レベルとすることを特徴とする請求項2に記載の無線送信機。
- 前記重要度判定部は、前記データ検出部で検出した検出データの時間的変化量が小さいほど、前記重要度を高レベルとすることを特徴とする請求項2に記載の無線送信機。
- 今回初めて送信する現在情報に、過去に送信した1以上の前記現在情報を過去情報として付加して、前記送信用データを生成するデータ生成部を備え、
前記重要度判定部は、前記データ検出部で検出した検出データの時間的変化量に基づいて、今回初めて送信する現在情報の重要度を判定することを特徴とする請求項2〜4の何れか1項に記載の無線送信機。 - 前記重要度判定部で判定した重要度が高レベルである期間に送信した前記現在情報を、高補償データとして設定する高補償データ設定部を備え、
前記データ生成部は、前記重要度判定部で判定した重要度が中レベル以下である期間に、前記高補償データ設定部で設定した高補償データを前記過去情報として前記送信用データに付加することを特徴とする請求項5に記載の無線送信機。 - 前記データ生成部は、前記重要度判定部で判定した重要度が低レベルであるほど、前記送信用データのデータ量を少なくすることを特徴とする請求項5又は6に記載の無線送信機。
- 前記データ生成部は、前記重要度判定部で判定した重要度が低レベルである期間において、前記現在情報として予め設定したNビット(Nは1以上)の固定情報を付加することを特徴とする請求項7に記載の無線送信機。
- 前記データ生成部は、前記重要度判定部で判定した重要度が低レベルであるほど、前記過去情報の数を少なくすることを特徴とする請求項7又は8に記載の無線送信機。
- 前記請求項1〜9の何れか1項に記載の複数の無線送信機と、前記複数の無線送信機から送信された前記送信用データを受信する受信機と、を含むデータ収集システムであって、
前記複数の無線送信機は、それぞれ所定の周波数で前記受信機に向け、自己の無線送信機のIDデータを含む前記送信用データを送信し、
前記受信機は、
所定の周波数で前記無線送信機から送信された前記送信用データを受信するデータ受信部と、
前記データ受信部で受信した前記送信用データに含まれる前記無線送信機のIDデータに関連づけて、前記送信用データを記憶するデータ記憶部と、を備えることを特徴とするデータ収集システム。 - 複数の無線送信機から送信された送信用データを、少なくとも1台の受信機で受信することでデータを収集するシステムにおけるデータ通信方法であって、
前記複数の無線送信機は、それぞれ
所与の時刻における外部情報に関するデータを検出し、
検出したデータに基づいて、データの送信頻度を設定し、
設定した送信頻度に基づいて、前記送信用データを前記受信機に対し間欠的に無線送信することを特徴とするデータ通信方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2010052813A JP2011188338A (ja) | 2010-03-10 | 2010-03-10 | 無線送信機、データ収集システム及びデータ通信方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2010052813A JP2011188338A (ja) | 2010-03-10 | 2010-03-10 | 無線送信機、データ収集システム及びデータ通信方法 |
Publications (1)
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2010052813A Withdrawn JP2011188338A (ja) | 2010-03-10 | 2010-03-10 | 無線送信機、データ収集システム及びデータ通信方法 |
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---|---|
JP (1) | JP2011188338A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2010
- 2010-03-10 JP JP2010052813A patent/JP2011188338A/ja not_active Withdrawn
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