JP2013101644A

JP2013101644A - Sensing system

Info

Publication number: JP2013101644A
Application number: JP2012280338A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kurokawa; 隆志黒川; Yosuke Tanaka; 洋介田中
Original assignee: Tokyo University of Agriculture and Technology NUC; Tokyo University of Agriculture
Current assignee: Tokyo University of Agriculture and Technology NUC; Tokyo University of Agriculture
Priority date: 2012-12-22
Filing date: 2012-12-22
Publication date: 2013-05-23

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensing system capable of installing a sensor at an arbitrary place away from an optical fiber.SOLUTION: A monitoring device 12 comprises a laser light source 121 which emits stationary light in radio/optical conversion nodes 13(n) and an optical signal receiver 122 which receives signal light to be sent back. A plurality of sensor nodes 14(m) include a plurality of sensor interfaces 142, a ratio transmission circuit 141 for wirelessly transmitting detection data from a sensor Sk connected to the sensor interfaces 142 to a corresponding radio/optical conversion nodes, and a microprocessor 143. The plurality of radio/optical conversion nodes 13(n) include a photoelectric converter 131 which converts a part of the stationary light into power, a radio receiving circuit 132 for wirelessly receiving detection data from the sensor nodes, a microprocessor 133 and an optical modulator 135 for modulating another part of the stationary light to generate signal light in which the detection data is embedded.

Description

本発明は、光ファイバーと無線を用いて、広範な領域に多数のセンサを設置できるセンシングシステムに関する。 The present invention relates to a sensing system in which a large number of sensors can be installed in a wide area using optical fibers and radio.

従来、たとえば、所定の山岳・丘陵地帯の崩落・崩壊をいち早く検出し、所定の領域で大気中のＣＯ₂等の濃度の検出、気温や湿度の検出等を逐一行うために、無線を利用したセンサネットワークが広く研究されている。
たとえば、特許文献１に示す無線通信端末，光ファイバー等を利用した崩壊監視システムが知られている。図５に示すように、センシングシステム（崩壊監視システム）８では、歪センサが接続されてなる無線通信端末８６１〜８６４，８７１〜８７４，８８１〜８８４を各山岳・丘陵地帯に配置する。無線通信端末８６１〜８６３はアドホック方式により無線通信端末８６４に検出データを転送しており、受信器８６は無線通信端末８６１〜８６４から検出データを受信することができる。同様に、受信器８７は無線通信端末８７１〜８７４から検出データを受信することができる。受信器８８は無線通信端末８８１〜８８４から検出データを受信することができる。 Conventionally, for example, wirelessly was used to quickly detect the collapse or collapse of a predetermined mountain or hill, and to detect the concentration of CO ₂ or the like in the atmosphere, the temperature or humidity, etc. in a predetermined area. Sensor networks are widely studied.
For example, a collapse monitoring system using a wireless communication terminal, an optical fiber, or the like shown in Patent Document 1 is known. As shown in FIG. 5, in the sensing system (collapse monitoring system) 8, wireless communication terminals 861 to 864, 871 to 874, 881 to 884 to which strain sensors are connected are arranged in each mountain / hill region. The wireless communication terminals 861 to 863 transfer detection data to the wireless communication terminal 864 by an ad hoc method, and the receiver 86 can receive the detection data from the wireless communication terminals 861 to 864. Similarly, the receiver 87 can receive detection data from the wireless communication terminals 871 to 874. The receiver 88 can receive detection data from the wireless communication terminals 881 to 884.

受信器８６，８７，８８は、各無線通信端末からの検出データを光ファイバー８２を介して基地局８３に送る。基地局８３は光スイッチ８３１を備えており、光スイッチ８３１を切り換えることにより受信器８６，８７，８８からの検出データを順次受信する。
基地局８３は受信した検出データを公衆網８４を介して観測センター８５に送る。 The receivers 86, 87, and 88 send detection data from each wireless communication terminal to the base station 83 via the optical fiber 82. The base station 83 includes an optical switch 831. By switching the optical switch 831, the detection data from the receivers 86, 87, 88 are sequentially received.
The base station 83 sends the received detection data to the observation center 85 via the public network 84.

一方、特許文献２に示すセンシング技術が本発明者により提案されている。この技術では、図６に示すように、センシングシステム９は、光ファイバー９２を介して接続されたホスト装置（監視装置）９３と、複数のセンサノード９１１，９１２，・・と、これらセンサノード（光端末装置）９１１，９１２，・・にそれぞれ接続された複数のセンサとからなる。図６ではセンサノード９１１にセンサＳ１，Ｓ２が接続され、センサノード９１２にセンサＳ３，Ｓ４，Ｓ５が接続されている。 On the other hand, the inventor has proposed a sensing technique shown in Patent Document 2. In this technique, as shown in FIG. 6, a sensing system 9 includes a host device (monitoring device) 93 connected via an optical fiber 92, a plurality of sensor nodes 911, 912,. Terminal devices) 911, 912,... In FIG. 6, sensors S1 and S2 are connected to the sensor node 911, and sensors S3, S4 and S5 are connected to the sensor node 912.

ホスト装置９３は、レーザ光源９３１と光信号受信器９３２と光サーキュレータ９３３を備えており、レーザ光源９３１からは電力用および信号用として機能する定常光が出射される。センサノード９１１，９１２，・・には光電変換器９４がそれぞれ設けられており、この光電変換器９４によりホスト装置９３から送出される定常光の一部が駆動用電力に変換される。 The host device 93 includes a laser light source 931, an optical signal receiver 932, and an optical circulator 933, and steady light that functions as power and signals is emitted from the laser light source 931. Each of the sensor nodes 911, 912,... Is provided with a photoelectric converter 94, and the photoelectric converter 94 converts part of the steady light transmitted from the host device 93 into driving power.

センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，・・・からの検出データは、センサノード９１１，９１２，・・・に入力される。センサノード９１１，９１２，・・・に搭載した光変調器９５は、検出データに基づいて、光ファイバー９２を介して受け取った定常光を変調し、信号光は、光ファイバー９２および光サーキュレータ９３３を介して光信号受信器９３２に送信される。
２００７−０１８１２６２００７−３３５９８７ Detection data from the sensors S1, S2, S3, S4, S5,... Are input to the sensor nodes 911, 912,. The optical modulator 95 mounted on the sensor nodes 911, 912,... Modulates the steady light received via the optical fiber 92 based on the detection data, and the signal light passes through the optical fiber 92 and the optical circulator 933. It is transmitted to the optical signal receiver 932.
2007-018126 2007-335987

特許文献１のセンシングシステム８では、無線通信端末がアドホック方式によりデータの送受信を行なうので、システム制御が面倒となる問題がある。また、通信範囲が極めて狭いため（たとえば、受信器８１を中心として５００ｍ程度）、センシングする領域を拡大することが容易ではない。特許文献１では、センサに識別符号（ＩＤ）を付与せずに、光スイッチ８３１によりセンサからの信号を選択している。このため、受信器（図５では８６，８７，８８）の数は限定され、増設も容易ではない。 In the sensing system 8 of Patent Document 1, since the wireless communication terminal transmits and receives data by the ad hoc method, there is a problem that system control becomes troublesome. Further, since the communication range is extremely narrow (for example, about 500 m with the receiver 81 as the center), it is not easy to expand the sensing area. In Patent Document 1, a signal from a sensor is selected by an optical switch 831 without giving an identification code (ID) to the sensor. For this reason, the number of receivers (86, 87, 88 in FIG. 5) is limited, and expansion is not easy.

一方、特許文献２のセンシングシステム９では、センサをセンサノード９１１，９１２，・・・のせいぜい数メートルの距離にしか配置できず、センサが設置できる領域はせいぜいセンサノード９１１，９１２，・・・の周辺にとどまる。このため、検出領域を拡張したい場合であっても、拡張できる領域はせいぜい光ファイバーの周辺に限られ、広範な領域に展開できないという問題がある。しかも、センサを増設するには、光ファイバーを増設する必要があり、工事が煩雑になるという問題がある。 On the other hand, in the sensing system 9 of Patent Document 2, the sensors can be arranged only at a distance of several meters at most of the sensor nodes 911, 912, ..., and the area where the sensors can be installed is at most the sensor nodes 911, 912, ... Stay around. For this reason, even when it is desired to expand the detection area, the area that can be expanded is limited to the periphery of the optical fiber at most, and there is a problem that it cannot be expanded to a wide area. Moreover, in order to increase the number of sensors, it is necessary to increase the number of optical fibers, resulting in a problem that the construction becomes complicated.

本発明の目的は、光ファイバーから離れた任意の場所にセンサを設置し、また広範な領域に多数のセンサを増設できるセンシングシステムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a sensing system in which sensors can be installed at an arbitrary location away from an optical fiber and a large number of sensors can be added in a wide area.

本発明のセンシングシステムは、（１）から（５）を要旨とする。
（１）
監視装置と、前記監視装置に光ファイバーを介して接続された複数の無線・光変換ノードと、前記複数の無線・光変換ノードに対応して設けられる複数のセンサノードとからなり、
前記監視装置は、
前記複数の無線・光変換ノードを駆動し、かつ当該無線・光変換ノードにおいて信号光を生成するための定常光を前記光ファイバーに出射するレーザ光源と、
前記複数の無線・光変換ノードから送り返される信号光を受信する光信号受信器と、
を備え、
前記複数の無線・光変換ノードは、それぞれ、
前記光ファイバーを介して供給された前記定常光の一部を電力に変換する、電源として機能する光電変換器と、
前記センサノードからの検出データを無線受信する無線受信回路と、
前記定常光の他の一部に変調を加え、前記検出データが埋め込まれた前記信号光を生成する光変調器と、
前記光電変換器、前記無線受信回路および前記光変調器を制御するマイクロプロセッサと、
を備え、
前記複数のセンサノードは、それぞれ、
電源として機能する光電変換器と、
複数のセンサを有線接続するための少なくとも１つのインタフェースと、
前記少なくとも１つのインタフェースに接続された少なくとも１つのセンサからの検出データを対応する前記無線・光変換ノードに無線送信する無線送信回路と、
前記光電変換器、前記インタフェースおよび前記無線送信回路を制御するマイクロプロセッサと、
を備えたセンシングシステムであって、
前記複数のセンサノードの前記マイクロプロセッサは、
自己のセンサノードの識別符号を、前記センサから受け取った検出データに付与し、または、
前記センサの識別符号および自己のセンサノードの識別符号を、前記センサからの検出データに付与し、
前記複数の無線・光変換ノードの前記マイクロプロセッサは、それぞれ、自己の無線・光変換ノードの識別符号を、前記センサノードから受け取った検出データに付与する、
ことを特徴とするセンシングシステム。 The gist of the sensing system of the present invention is (1) to (5).
(1)
A monitoring device, a plurality of wireless / optical conversion nodes connected to the monitoring device via optical fibers, and a plurality of sensor nodes provided corresponding to the plurality of wireless / optical conversion nodes,
The monitoring device
A laser light source that drives the plurality of wireless / optical conversion nodes and emits steady light to the optical fiber for generating signal light in the wireless / optical conversion nodes;
An optical signal receiver for receiving signal light sent back from the plurality of wireless / optical conversion nodes;
With
The plurality of wireless / optical conversion nodes are respectively
A photoelectric converter that functions as a power source for converting a part of the stationary light supplied via the optical fiber into electric power;
A wireless reception circuit for wirelessly receiving detection data from the sensor node;
An optical modulator that modulates the other part of the stationary light and generates the signal light in which the detection data is embedded;
A microprocessor that controls the photoelectric converter, the wireless reception circuit, and the optical modulator;
With
The plurality of sensor nodes are respectively
A photoelectric converter that functions as a power source;
At least one interface for wired connection of a plurality of sensors;
A wireless transmission circuit that wirelessly transmits detection data from at least one sensor connected to the at least one interface to the corresponding wireless / optical conversion node;
A microprocessor for controlling the photoelectric converter, the interface and the wireless transmission circuit;
A sensing system comprising:
The microprocessors of the plurality of sensor nodes are
Giving the identification code of its sensor node to the detection data received from the sensor, or
The sensor identification code and the identification code of its own sensor node are given to the detection data from the sensor,
The microprocessors of the plurality of wireless / optical conversion nodes respectively add their own wireless / optical conversion node identification codes to the detection data received from the sensor node;
Sensing system characterized by that.

（２）
前記複数のセンサノードのマイクロプロセッサは、それぞれ、当該センサノード全体を制御し、自己のセンサノードに接続されたあるセンサからの検出データを、他のセンサとは重ならない時刻であって、所定時間幅内のランダムに決定された時刻に取得することを特徴とする（１）に記載のセンシングシステム。 (2)
The microprocessors of the plurality of sensor nodes each control the entire sensor node, and the detection data from one sensor connected to its own sensor node is a time that does not overlap with another sensor for a predetermined time. The sensing system according to (1), which is acquired at a randomly determined time within a range.

（３）
前記センサノードの無線送信回路が所定周波数で送信を行い、前記無線・光変換ノードの無線受信回路が前記所定周波数で受信を行なうセンシングシステムであって、
前記無線・光変換ノードのマイクロプロセッサは、前記所定周波数で受信したデータが前記検出データであることを、前記センサ識別符号または前記センサノード識別符号に基づき検証し、受信したデータが前記検出データであるときは当該データを前記検出データとして前記光変調器に渡し、受信したデータが前記検出データでないときは当該データを破棄することを特徴とする（１）または（２）に記載のセンシングシステム。 (3)
The wireless transmission circuit of the sensor node performs transmission at a predetermined frequency, and the wireless reception circuit of the wireless / optical conversion node performs reception at the predetermined frequency,
The microprocessor of the wireless / optical conversion node verifies that the data received at the predetermined frequency is the detection data based on the sensor identification code or the sensor node identification code, and the received data is the detection data. The sensing system according to (1) or (2), wherein the data is passed to the optical modulator as the detection data in some cases, and the data is discarded when the received data is not the detection data.

（４）
前記センサノードの無線送信回路が所定周波数で送信を行い、前記無線・光変換ノードの無線受信回路が前記所定周波数で受信を行なうセンシングシステムであって、
前記無線・光変換ノードのマイクロプロセッサは、受信したデータが前記検出データであるか否かを検証することなく当該データを前記光変調器に渡す、
ことを特徴とする（１）または（２）に記載のセンシングシステム。 (4)
The wireless transmission circuit of the sensor node performs transmission at a predetermined frequency, and the wireless reception circuit of the wireless / optical conversion node performs reception at the predetermined frequency,
The microprocessor of the wireless / optical conversion node passes the data to the optical modulator without verifying whether the received data is the detection data.
The sensing system according to (1) or (2), wherein

前記センサノードは、前記無線・光変換ノードに対して電波指向性を有することができる。 The sensor node may have radio wave directivity with respect to the wireless / optical conversion node.

本発明によれば、光ファイバーから離れた任意の場所にセンサを設置し、また広範な領域に多数のセンサを増設できるセンシングシステムを提供することができる。また、必要に応じ、容易に、センサノードを増設したり、既存センサノードにセンサを追加したりできる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sensing system which can install a sensor in the arbitrary places away from the optical fiber and can add many sensors in a wide area | region can be provided. Moreover, if necessary, a sensor node can be easily added or a sensor can be added to an existing sensor node.

本発明では無線・光変換ノードが、発光素子を有しないように構成することで、低電力で無線・光変換ノードを駆動することができる。また、無線・光変換ノードに対する電波指向性を各センサノードに持たせることや、各センサノードの無線送信回路から、無線・光変換ノードの無線受信回路へのデータ送信を無手順としてソフトウェアの実行量を少なくすることで、さらに、消費電力を低減できる。 In the present invention, the wireless / optical conversion node can be driven with low power by configuring the wireless / optical conversion node to have no light emitting element. In addition, each sensor node has radio wave directivity for the wireless / optical conversion node, and data transmission from the wireless transmission circuit of each sensor node to the wireless reception circuit of the wireless / optical conversion node is executed without any procedure. The power consumption can be further reduced by reducing the amount.

本発明では無線・光変換ノードは、監視装置からの光給電により駆動されるので、バッテリーを不要にできる。すなわち、この場合にはバッテリー交換などが不要となり、メンテナンスフリーとできる。 In the present invention, since the wireless / optical conversion node is driven by optical power feeding from the monitoring device, a battery can be eliminated. That is, in this case, it is not necessary to replace the battery, and maintenance can be made free.

本発明のセンシングシステムの全体説明図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is whole explanatory drawing of the sensing system of this invention. 本発明における無線・光変換ノードの回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the radio | wireless and optical conversion node in this invention. センサノードの回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of a sensor node. 検出データにセンサＩＤが書き込まれていない場合のセンサ，センサノード，無線・光変換ノードが出力する検出データおよびこれに付加された識別符号を示す図である。It is a figure which shows the detection data which the sensor ID in case sensor ID is not written in detection data, the sensor node, the radio | wireless / light conversion node, and the identification code added to this. 従来のセンシングシステムの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the conventional sensing system. 従来のセンシングシステムの他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the conventional sensing system.

本発明の一実施形態を図１から図４により説明する。
図１は、本発明のセンシングシステムの全体説明図である。図１において、センシングシステム１は、監視装置１２と、複数の無線・光変換ノード１３（１），１３（２），・・・，１３（Ｎ）とが光ファイバー１１を介して接続され、無線・光変換ノードにそれぞれ増設可能に複数のセンサノード１４（１），１４（２），・・・，１４（Ｍ）が設けられて構成されている。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is an overall explanatory view of a sensing system of the present invention. 1, a sensing system 1 includes a monitoring device 12 and a plurality of wireless / optical conversion nodes 13 (1), 13 (2),..., 13 (N) connected via an optical fiber 11. A plurality of sensor nodes 14 (1), 14 (2),..., 14 (M) can be added to the optical conversion nodes.

図２に無線・光変換ノード１３（ｎ）（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）の回路構成を、図３にセンサノード１４（ｍ）（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）の回路構成を示す。
図１において、監視装置１２は、レーザ光源１２１と、光信号受信器１２２と、光サーキュレータ１２３とを備えている。レーザ光源１２１は、複数の無線・光変換ノード１３（ｎ）を駆動しかつ当該無線・光変換ノードにおいて信号光を生成するための定常光ＢＳを生成する。光信号受信器１２２は、無線・光変換ノード１３（ｎ）から変調が加えられて返えされる信号光ＢＤＤを光サーキュレータ１２３を介して受信する。 2 shows the circuit configuration of the wireless / optical conversion node 13 (n) (n = 1, 2,..., N), and FIG. 3 shows the sensor node 14 (m) (m = 1, 2,. M) shows a circuit configuration.
In FIG. 1, the monitoring device 12 includes a laser light source 121, an optical signal receiver 122, and an optical circulator 123. The laser light source 121 drives a plurality of wireless / optical conversion nodes 13 (n) and generates a steady light BS for generating signal light in the wireless / optical conversion nodes. The optical signal receiver 122 receives, via the optical circulator 123, the signal light BDD that is returned from the wireless / optical conversion node 13 (n) after being modulated.

図２に示すように、無線・光変換ノード１３（ｎ）は、それぞれ、光電変換器１３１と、無線受信回路１３２と、マイクロプロセッサ１３３と、増幅器１３４と、光変調器１３５と、ミラー１３６とを備えている。光電変換器１３１は、レーザ光源１２１から光ファイバー１１を介して伝播される定常光ＢＳの一部を電力に変換する。 As shown in FIG. 2, the wireless / optical conversion node 13 (n) includes a photoelectric converter 131, a wireless reception circuit 132, a microprocessor 133, an amplifier 134, an optical modulator 135, and a mirror 136, respectively. It has. The photoelectric converter 131 converts part of the steady light BS propagated from the laser light source 121 through the optical fiber 11 into electric power.

無線・光変換ノード１３（ｎ）の無線受信回路１３２は、センサノード１４（ｍ）の無線送信回路１４１からの送出される電波（検出データＤＤを含む）を受信することができる。具体的には、無線受信回路１３２に備えた選局フィルタにより、センサノード１４（ｍ）が発する特定周波数の電波のみを受信する。さらに、電波の持つ特定コード（センサノード１４（ｍ）の識別符号ＩＤ）を識別し、センサノードからの電波信号だけを取得する。 The wireless reception circuit 132 of the wireless / optical conversion node 13 (n) can receive radio waves (including detection data DD) transmitted from the wireless transmission circuit 141 of the sensor node 14 (m). Specifically, only a radio wave of a specific frequency emitted from the sensor node 14 (m) is received by the channel selection filter provided in the wireless reception circuit 132. Furthermore, the specific code (identification code ID of the sensor node 14 (m)) possessed by the radio wave is identified, and only the radio signal from the sensor node is acquired.

通常、複数の無線・光変換ノード１３（ｎ）が１つのセンサノード１４（ｍ）から検出データＤＤを受信するようにはセンサノード１４（ｍ）は配置されないので、すべての無線・光変換ノード１３（ｎ）の無線受信回路１３２は、共通の周波数の検出データＤＤを受信するように構成することができる。 Normally, the sensor nodes 14 (m) are not arranged so that the plurality of wireless / optical conversion nodes 13 (n) receive the detection data DD from one sensor node 14 (m). The 13 (n) wireless reception circuits 132 can be configured to receive detection data DD having a common frequency.

マイクロプロセッサ１３３は、後述するように、無線・光変換ノード１３（ｎ）において、当該無線・光変換ノード１３（ｎ）の識別符号を検出データＤＤに付加するなど、信号の処理や制御を行なうことができる。
マイクロプロセッサ１３３は、所定周波数で受信したデータが検出データであることを、センサ識別符号ａ、センサノード識別符号ｂに基づき検証し、受信したデータが検出データＤＤであるときは当該データを光変調器１３５に渡し、受信したデータが検出データＤＤでないときは当該データを破棄することができる。また、無線・光変換ノードのマイクロプロセッサ１３３は、受信したデータが検出データであるか否かを検証することなく当該データを光変調器に渡すこともできる。 As will be described later, the microprocessor 133 performs signal processing and control such as adding the identification code of the wireless / optical conversion node 13 (n) to the detection data DD in the wireless / optical conversion node 13 (n). be able to.
The microprocessor 133 verifies that the data received at the predetermined frequency is detection data based on the sensor identification code a and the sensor node identification code b, and when the received data is the detection data DD, the data is optically modulated. When the received data is not detected data DD, the data can be discarded. The microprocessor 133 of the wireless / optical conversion node can also pass the received data to the optical modulator without verifying whether the received data is detected data.

増幅器１３４は、受信した検出データＤＤを増幅して光変調器１３５に渡す。光変調器１３５は、レーザ光源１２１からの定常光ＢＳの一部を、検出データＤＤによって変調し信号光ＢＤＤを生成する。信号光ＢＤＤには検出データＤＤが埋め込まれている。前述したように、監視装置１２では、光信号受信器１２２が信号光ＢＤＤを受信する。 The amplifier 134 amplifies the received detection data DD and passes it to the optical modulator 135. The optical modulator 135 modulates a part of the steady light BS from the laser light source 121 with the detection data DD to generate the signal light BDD. Detection data DD is embedded in the signal light BDD. As described above, in the monitoring device 12, the optical signal receiver 122 receives the signal light BDD.

図３に示すように、センサノード１４（ｍ）は、それぞれ、無線送信回路１４１と、センサインタフェース１４２と、マイクロプロセッサ１４３と、太陽電池１４４と、二次電池１４５とを備えている。無線送信回路１４１は、無線・光変換ノード１３（ｎ）の何れかに複数のセンサＳｋからの検出データＤＤを無線送信する。本発明では、あるセンサノード１４（ｍ）は固定点なので、ある無線・光変換ノード１３（ｎ）に検出データを指向性アンテナにより送信するようにできる。これにより、センサノード１４（ｍ）や無線・光変換ノード１３（ｎ）の消費電力が大幅に削減できる。 As shown in FIG. 3, the sensor node 14 (m) includes a wireless transmission circuit 141, a sensor interface 142, a microprocessor 143, a solar battery 144, and a secondary battery 145, respectively. The wireless transmission circuit 141 wirelessly transmits detection data DD from the plurality of sensors Sk to any of the wireless / optical conversion nodes 13 (n). In the present invention, since a certain sensor node 14 (m) is a fixed point, detection data can be transmitted to a certain wireless / optical conversion node 13 (n) by a directional antenna. As a result, the power consumption of the sensor node 14 (m) and the wireless / optical conversion node 13 (n) can be greatly reduced.

センサインタフェース１４２は、少なくとも１つのセンサＳｋが接続できるように構成し、センサＳｋからの信号をＡ／Ｄ変換する。図３では、センサＳ１，Ｓ２が接続されているセンサインタフェース１４２を実線のブロックで示してあり、センサＳ１，Ｓ２が接続されていないセンサインタフェース１４２を破線のブロックで示してある。 The sensor interface 142 is configured so that at least one sensor Sk can be connected, and A / D converts a signal from the sensor Sk. In FIG. 3, the sensor interface 142 to which the sensors S1 and S2 are connected is indicated by a solid line block, and the sensor interface 142 to which the sensors S1 and S2 are not connected is indicated by a broken line block.

マイクロプロセッサ１４３は、センサノード１４（ｍ）全体を制御し、たとえば、各センサＳｋからの検出データを、他のセンサＳｋとは重ならない時刻であって、所定時間幅内のランダムに決定された時刻に取得するようにできる。
また、マイクロプロセッサ１４３は、センサＳｋからの信号に識別符号ＩＤを付与する。太陽電池１４４により発生したエネルギーは、二次電池１４５に蓄積される。本実施形態では、電力源として太陽電池１４４を用い光電力を二次電池１４５に蓄積したが、キャパシタに蓄積するようにしてもよい。また、電力源として太陽電池１４４および二次電池１４５の組に代えて一次電池を使用することもできる。 The microprocessor 143 controls the entire sensor node 14 (m). For example, the detection data from each sensor Sk is determined at random within a predetermined time width at a time that does not overlap with other sensors Sk. You can get it at the time.
In addition, the microprocessor 143 gives an identification code ID to the signal from the sensor Sk. The energy generated by the solar cell 144 is stored in the secondary battery 145. In the present embodiment, the solar battery 144 is used as the power source and the optical power is stored in the secondary battery 145, but may be stored in the capacitor. In addition, a primary battery can be used as a power source instead of the set of the solar battery 144 and the secondary battery 145.

本実施形態では、光ファイバー１１には多数の無線・光変換ノード１３（ｎ）を設けることができる。具体的には、光ファイバー１１を２０ｋｍに渉って敷設し、適宜箇所に１００以上の無線・光変換ノード１３（ｎ）を設けることができる。また、ひとつの無線・光変換ノード１３（ｎ）には複数（１０程度）のセンサノード１４（ｍ）を接続できる。 In the present embodiment, the optical fiber 11 can be provided with a large number of wireless / optical conversion nodes 13 (n). Specifically, the optical fiber 11 can be laid over 20 km, and 100 or more wireless / optical conversion nodes 13 (n) can be provided at appropriate positions. In addition, a plurality (about 10) of sensor nodes 14 (m) can be connected to one wireless / optical conversion node 13 (n).

また、１つのセンサノード１４（ｍ）にセンサＳｋを複数（１から１０）接続できる。したがって、１つの無線・光変換ノード１３（ｎ）で、平均５０個程度のセンサＳｋからの信号を受けられるから、センシングシステムでは、５，０００個以上のセンサＳｋを配置することができる。また、センサＳｋの設置範囲を、１０ｋｍ四方とすることも可能となる。 A plurality (1 to 10) of sensors Sk can be connected to one sensor node 14 (m). Therefore, since one wireless / optical conversion node 13 (n) can receive signals from about 50 sensors Sk on average, in the sensing system, 5,000 or more sensors Sk can be arranged. In addition, the installation range of the sensor Sk can be set to 10 km square.

本発明のセンシングシステムでは、センサＳｋが多数に及ぶことから、センサの識別技法が重要となる。
センサノード１４（ｍ）に備えられたインタフェース１４２には複数のセンサが搭載できる仕様で構成されるが、あるセンサノード１４（ｍ）のインタフェース１４２に接続されるセンサの種類は、同じであってもよいし異なっていてもよい。 In the sensing system of the present invention, since the number of sensors Sk is large, the sensor identification technique is important.
The interface 142 provided in the sensor node 14 (m) has a specification that allows a plurality of sensors to be mounted. However, the types of sensors connected to the interface 142 of a certain sensor node 14 (m) are the same. May be different.

本実施形態では、センサＳｋから出力される検出データＤＤにセンサ識別符号ａが含まれておらず、センサノード１４（ｍ）のマイクロプロセッサ１４３がセンサ識別符号ａを検出データＤＤに付与している。 In this embodiment, the sensor identification code a is not included in the detection data DD output from the sensor Sk, and the microprocessor 143 of the sensor node 14 (m) assigns the sensor identification code a to the detection data DD. .

なお、センサＳｋから出力される検出データＤＤにセンサ識別符号ａが含まれておらず、かつセンサノード１４（ｍ）がセンサ識別符号ａを検出データＤＤに付与しないようにもできる。たとえば、マンホール蓋について複数のセンサＳｋにより開蓋検出を行なっている場合において、開蓋状態となったときには、そのマンホールさえ特定できれば、センサまで特定する必要がない。このように、センサＳｋによりある検出を行なっている場合において、異常が生じたようなときには、異常を検出したセンサＳｋが接続されたセンサノード１４（ｍ）さえ特定できれば、センサＳｋまでも特定する必要がないので、センサＳｋから出力される検出データＤＤにセンサ識別符号ａを付与しなくてもよい。 In addition, the sensor identification code a is not included in the detection data DD output from the sensor Sk, and the sensor node 14 (m) may not add the sensor identification code a to the detection data DD. For example, when the manhole cover is detected to be opened by the plurality of sensors Sk, it is not necessary to specify the sensor as long as the manhole can be specified when the cover is opened. As described above, when a certain detection is performed by the sensor Sk, if an abnormality occurs, the sensor Sk is specified as long as the sensor node 14 (m) to which the sensor Sk detecting the abnormality is connected can be specified. Since there is no need, the sensor identification code a need not be given to the detection data DD output from the sensor Sk.

センサノード１４（ｍ）に備えられたマイクロプロセッサ１４３は、検出データＤＤを送信する際に、検出データＤＤにセンサノード１４（ｍ）を特定するための情報（センサノード識別符号ｂ）を付与することができる。本実施形態では、マイクロプロセッサ１４３は、センサ識別符号ａとセンサノード識別符号ｂとを検出データＤＤに付記することになる。このセンサノード識別符号ｂはセンサノード１４（ｍ）のＩＤである。 When transmitting the detection data DD, the microprocessor 143 provided in the sensor node 14 (m) gives information (sensor node identification code b) for specifying the sensor node 14 (m) to the detection data DD. be able to. In the present embodiment, the microprocessor 143 appends the sensor identification code a and the sensor node identification code b to the detection data DD. This sensor node identification code b is the ID of the sensor node 14 (m).

また、センサノード１４（ｍ）においてセンサノード識別符号ｂが検出データＤＤに付記されない場合であっても、無線・光変換ノード１３（ｎ）においてセンサノード識別符号ｂを検出データＤＤに付与することができる。すなわち、図２における無線・光変換ノード１３（ｎ）では、マイクロプロセッサ１３２が、センサノード１４（ｍ）の無線送信回路１４１から検出データＤＤを受信したときに、センサノード１４（ｍ）を特定するためのセンサノード識別符号ｂを検出データＤＤに付記することができる。 Further, even if the sensor node identification code b is not appended to the detection data DD in the sensor node 14 (m), the sensor node identification code b is imparted to the detection data DD in the wireless / optical conversion node 13 (n). Can do. That is, in the wireless / optical conversion node 13 (n) in FIG. 2, when the microprocessor 132 receives the detection data DD from the wireless transmission circuit 141 of the sensor node 14 (m), the sensor node 14 (m) is specified. The sensor node identification code b for doing so can be added to the detection data DD.

また、図２における無線・光変換ノード１３（ｎ）では、マイクロプロセッサ１３２が、無線・光変換ノード１３（ｎ）を特定するための無線・光変換ノード識別符号ｃを検出データＤＤに付記することができる。 Further, in the wireless / optical conversion node 13 (n) in FIG. 2, the microprocessor 132 appends a wireless / optical conversion node identification code c for identifying the wireless / optical conversion node 13 (n) to the detection data DD. be able to.

監視装置１２は、検出データＤＤを、無線・光変換ノード１３（ｎ）から受信したときに、検出データＤＤに含まれている識別符号ａ，ｂ，ｃから、無線・光変換ノード１３（ｎ）、センサノード１４（ｍ）およびセンサＳｋを特定できる。また、あるセンサノード１４（ｍ）に属する複数のセンサＳｋの何れかがある事象を検出すれば、検出の目的が達成できるようなときには、検出データＤＤに識別符号ａを含める必要がない場合もある。このような場合には、識別符号ｂ，ｃにより無線・光変換ノード１３（ｎ）およびセンサノード１４（ｍ）が特定される。 When the monitoring device 12 receives the detection data DD from the wireless / optical conversion node 13 (n), the monitoring device 12 determines the wireless / optical conversion node 13 (n) from the identification codes a, b, c included in the detection data DD. ), The sensor node 14 (m) and the sensor Sk can be specified. In addition, there is a case in which it is not necessary to include the identification code a in the detection data DD when the detection purpose can be achieved by detecting an event in which any of the plurality of sensors Sk belonging to a certain sensor node 14 (m) is detected. is there. In such a case, the wireless / optical conversion node 13 (n) and the sensor node 14 (m) are specified by the identification codes b and c.

従来であれば、１つのセンサノードには、１つのセンサが配置される場合が一般的である。このときには、センサノードを識別しさえすればよく、またセンサ数も少ないので管理が容易である。これに対し、本発明では、センサノードに多数のセンサがあり、センサ識別を系統的に行なう必要がある。
センサには、センサ固有の所在がわかる識別情報Ｚ（上記の、ａ，ｂ，ｃに相当する識別符号）が付与されるので、途中のノードで識別情報が付与されることはない。 Conventionally, one sensor is generally arranged in one sensor node. At this time, it is only necessary to identify the sensor node, and since the number of sensors is small, management is easy. On the other hand, in the present invention, there are a large number of sensors in the sensor node, and it is necessary to perform sensor identification systematically.
Since identification information Z (identification codes corresponding to a, b, and c described above) for identifying the location unique to the sensor is given to the sensor, no identification information is given to nodes in the middle.

本発明では、検出データが伝送される際に、ノードごとに識別符号が付与される。したがって、センサノードやセンサを追加するごとに、その都度、そのセンサにシステム全体からみた識別情報Ｚを付与する必要はない。
センサの識別は、センサ数が少なければ管理容易であるが、センサ数が数千とした場合には、センサ固有の識別情報Ｚで管理することは容易ではない。本発明では、センサＳｋを、固有の識別情報Ｚで特定せずに、各ノードで付与される識別符号ａ，ｂ，ｃからセンサＳｋを特定したり、識別符号ｂ，ｃからセンサノード１４（ｍ）を特定したりできるので、センサＳｋの管理が容易である。検出データＤＤにセンサＳｋの識別符号が書き込まれている場合の、検出データＤＤの識別符号付与の変化の様子を図４に示す。なお、識別符号ｂが、無線・光変換ノード１３（ｎ）をも特定できる情報を含んでいる場合には、識別符号ｃは必要はない。 In the present invention, when detection data is transmitted, an identification code is assigned to each node. Therefore, each time a sensor node or sensor is added, it is not necessary to give the sensor identification information Z as viewed from the entire system.
Sensor identification is easy when the number of sensors is small, but when the number of sensors is several thousand, it is not easy to manage with sensor-specific identification information Z. In the present invention, without specifying the sensor Sk by the unique identification information Z, the sensor Sk is specified from the identification codes a, b, and c assigned to each node, or the sensor node 14 ( m) can be specified, and the management of the sensor Sk is easy. FIG. 4 shows how the identification code of the detection data DD is changed when the identification code of the sensor Sk is written in the detection data DD. If the identification code b includes information that can also identify the wireless / optical conversion node 13 (n), the identification code c is not necessary.

従来は、センサの増設を行なう場合には、既存の光ファイバー１１の敷設経路の変更や延長が必要となり、工事が容易ではない。しかも、都市部では、光ファイバー１１の敷設経路の変更や延長に制約が生じる場合も多い。これに対して、本発明のセンシングシステム１では、光ファイバー１１の敷設経路の変更や延長なしに、センサノード１４（ｍ）やセンサＳｋを容易に任意の場所に増設し、各センサセンサＳｋからの検出データＤＤを監視装置１２において管理することができる。 Conventionally, when adding a sensor, it is necessary to change or extend the laying path of the existing optical fiber 11, and the construction is not easy. Moreover, in urban areas, there are many cases where restrictions are imposed on the change or extension of the laying route of the optical fiber 11. On the other hand, in the sensing system 1 of the present invention, the sensor node 14 (m) and the sensor Sk can be easily added to any place without changing or extending the laying path of the optical fiber 11, and the sensor sensor Sk can be The detection data DD can be managed in the monitoring device 12.

１センシングシテム
１１光ファイバー
１２監視装置
１３（ｎ）無線・光変換ノード
１４（ｍ）センサノード
１２１レーザ光源
１２２光信号受信器
１２３光サーキュレータ
１３１光電変換器
１３２無線受信回路
１３３識別器
１３４増幅器
１３５光変調器
１３６ミラー
１４１無線送信回路
１４２インタフェース
１４３マイクロプロセッサ
１４４太陽電池
１４５二次電池
Ｓｋセンサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensing system 11 Optical fiber 12 Monitoring apparatus 13 (n) Radio | wireless and optical conversion node 14 (m) Sensor node 121 Laser light source 122 Optical signal receiver 123 Optical circulator 131 Photoelectric converter 132 Radio reception circuit 133 Discriminator 134 Amplifier 135 Optical modulation Device 136 Mirror 141 Wireless transmission circuit 142 Interface 143 Microprocessor 144 Solar cell 145 Secondary battery Sk sensor

Claims

A monitoring device, a plurality of wireless / optical conversion nodes connected to the monitoring device via optical fibers, and a plurality of sensor nodes provided corresponding to the plurality of wireless / optical conversion nodes,
The monitoring device
A laser light source that drives the plurality of wireless / optical conversion nodes and emits steady light to the optical fiber for generating signal light in the wireless / optical conversion nodes;
An optical signal receiver for receiving signal light sent back from the plurality of wireless / optical conversion nodes;
With
The plurality of wireless / optical conversion nodes are respectively
A photoelectric converter that functions as a power source for converting a part of the stationary light supplied via the optical fiber into electric power;
A wireless reception circuit for wirelessly receiving detection data from the sensor node;
An optical modulator that modulates the other part of the stationary light and generates the signal light in which the detection data is embedded;
A microprocessor that controls the photoelectric converter, the wireless reception circuit, and the optical modulator;
With
The plurality of sensor nodes are respectively
A photoelectric converter that functions as a power source;
At least one interface for wired connection of a plurality of sensors;
A wireless transmission circuit that wirelessly transmits detection data from at least one sensor connected to the at least one interface to the corresponding wireless / optical conversion node;
A microprocessor for controlling the photoelectric converter, the interface and the wireless transmission circuit;
A sensing system comprising:
The microprocessors of the plurality of sensor nodes are
Giving the identification code of its sensor node to the detection data received from the sensor, or
The sensor identification code and the identification code of its own sensor node are given to the detection data from the sensor,
The microprocessors of the plurality of wireless / optical conversion nodes respectively add their own wireless / optical conversion node identification codes to the detection data received from the sensor node;
Sensing system characterized by that.

The microprocessors of the plurality of sensor nodes each control the entire sensor node, and the detection data from one sensor connected to its own sensor node is a time that does not overlap with another sensor for a predetermined time. The sensing system according to claim 1, wherein the sensing system is obtained at a randomly determined time within a range.

The wireless transmission circuit of the sensor node performs transmission at a predetermined frequency, and the wireless reception circuit of the wireless / optical conversion node performs reception at the predetermined frequency,
The microprocessor of the wireless / optical conversion node verifies that the data received at the predetermined frequency is the detection data based on the sensor identification code or the sensor node identification code, and the received data is the detection data. In some cases, the data is passed to the optical modulator as the detection data, and when the received data is not the detection data, the data is discarded.
The sensing system according to claim 1 or 2.

The wireless transmission circuit of the sensor node performs transmission at a predetermined frequency, and the wireless reception circuit of the wireless / optical conversion node performs reception at the predetermined frequency,
The microprocessor of the wireless / optical conversion node passes the data to the optical modulator without verifying whether the received data is the detection data.
The sensing system according to claim 1 or 2, wherein