JP2013137671A - 無線センサシステム、センサノード、及び中継装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力を抑えつつ任意のタイミングで各センサノードにおける測定結果を収集する。
【解決手段】無線センサシステムはセンサノードと測定結果を収集するセンタ装置とを具備する。センサノードは、センサを用いて測定した結果を含む送信信号をセンタ装置に送信するノード無線部と、環境発電により得られた電力をセンサ及びノード無線部に供給するノード電源部と、測定要求信号を受信して電力に変換する第１のレクテナとを備える。センサ及びノード無線部は、第１のレクテナが変換した起動信号が入力されると待機状態から動作状態に遷移し、ノード無線部が送信信号をセンタ装置に送信すると、動作状態から待機状態に遷移する。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線センサシステム、センサノード、及び中継装置に関する。

無線通信を用いて、センサノードで測定した情報をセンタ装置に収集する無線センサシステムでは、センサノードを配置する際の利便性やメンテナンス性を向上させるために、配線レスあるいは電池レスでの動作を可能にするセンサノードの検討が行われている。例えば、エナジーハーベスト電源を用いてセンサノードにおける電力を供給することにより、利便性やメンテナンス性の改善が試みられている。
このようなセンサノードは、消費電力を削減するために、情報収集間隔等に応じて自律的に間欠動作し、測定した情報をセンタ装置に送信する。例えば、タイマ等によって所定の時間間隔で、待機状態（スリープ状態）から動作状態に遷移し、測定をして測定結果をセンタ装置に送信した後に待機状態に遷移して消費電力を削減している（例えば、特許文献１）。

一方、中継装置は、例えば、特許文献２等に記載されている技術を適用して、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access：時分割多元接続）による通信を行い、かつセンサノードとの間で事前に送信する情報の有無を確認してから無線通信を行うなどして電力消費を抑えることが行われている。これにより、電池交換の周期を延ばして利便性を向上させている。

特開２００６−３０４０５５号公報 特開２０１０−１１４８９８号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているシステムでは、センサノードが各自のタイミングで情報を送信するため、センタ装置の要求に応じた情報の収集を行えず、任意のタイミングで全てのセンサノードにおいて測定された情報を網羅的に収集して測定結果の統計的な傾向を調べることなどができなかった。
これに対して、センタ装置からセンサノードに向けて測定結果を送信するように要求する制御を行うことが考えられるが、この場合、センサノードを常に受信状態にしておく必要があり、センサノードの消費電力が増加してしまうという問題がある。
また、このようなシステムでは、センサノードとセンタ装置との他に、センサノードからの情報をセンタ装置に中継するリピータやゲートウエイなどと呼ばれる中継装置が用いられることが一般的である。中継装置は、センサノードを広範囲に設置してセンサノードとセンタ装置とが直接無線通信できない場合に、センサノードが送信する情報をセンタ装置に中継するが、各センサノードが送信する情報を漏らさずセンタ装置に中継するために、常に受信状態（動作状態）で待機している必要がある。受信状態で待機している間も電力を消費してしまうため、中継装置にはエナジーハーベスト電源を用いて電力供給することが難しい。そこで、中継装置では、ＡＣ電源などの商用電源や大容量の電池などが用いられていた。このため、中継装置を配置する範囲に電源配線の敷設が必要であったり、定期的に電池の交換が必要になったりするため、システムを構成する上での大きな制約となっている。
一方、特許文献２に記載されているＴＤＭＡのような複雑なプロトコルを使用すると、センサノードの構成が複雑になり、結果として装置自体の低消費電力化を妨げる結果となっている。

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、消費電力を抑えつつ、任意のタイミングで各センサノードにおける測定結果を収集することができる無線センサシステム、センサノード、及び中継装置を提供することにある。

上記問題を解決するために、本発明は、複数のセンサノードと、前記センサノードにおける測定を要求する測定要求信号を送信するセンタ装置とを具備する無線センサシステムであって、前記センサノードは、センサを用いて測定した結果を含む送信信号を前記センタ装置に送信するノード無線部と、環境発電により得られた電力を前記センサ及び前記ノード無線部に供給するノード電源部と、前記測定要求信号を受信して起動信号に変換する第１のレクテナとを備え、前記センサ及び前記ノード無線部は、前記第１のレクテナが変換した起動信号が入力されると待機状態から動作状態に遷移し、前記ノード無線部が前記送信信号を前記センタ装置に送信すると、動作状態から待機状態に遷移することを特徴とする無線センサシステムである。

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記センサノードと前記センタ装置との通信を中継する中継装置を更に具備し、前記中継装置は、前記測定要求信号を送信する測定要求送信部と、前記センサノードから受信した送信信号を前記センタ装置に中継する無線中継部と、前記測定要求信号を受信して起動信号に変換する第２のレクテナと、環境発電により得られた電力を前記測定要求送信部及び前記無線中継部に供給する中継電源部とを備え、前記測定要求送信部及び前記無線中継部は、前記第２のレクテナが変換した起動信号が入力されると待機状態から動作状態に遷移し、前記無線中継部が前記送信信号を中継すると、動作状態から待機状態に遷移することを特徴とする。

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記無線中継部は、動作状態に遷移してから所定の期間内に受信した送信信号を集約して送信することを特徴とする。

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記センサノードは、前記第１のレクテナが変換した起動信号が入力されると、待機状態から動作状態に遷移し、前記センサ及び前記ノード無線部を待機状態から動作状態に遷移させ、前記ノード無線部が前記送信信号を前記センタ装置に送信すると、前記センサ及び前記ノード無線部を動作状態から待機状態に遷移させ、動作状態から待機状態に遷移するノード制御部を更に備え、前記ノード電源部は、環境発電により得られた電力を蓄え、蓄えた電力を前記センサ、前記ノード無線部、及び前記ノード制御部に供給し、前記ノード制御部は、前記ノード電源部に蓄えられている電力量に応じて、前記センサ及び前記ノード無線部が動作状態に遷移することを禁止して、待機状態に遷移することを特徴とする。

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記ノード無線部は、前記ノード電源部が蓄えている電力量を示す情報を前記送信信号に更に含め、前記センタ装置は、前記センサノードそれぞれの前記ノード電源部が蓄えている電力量に応じて、前記測定要求信号を送信する間隔を変更することを特徴とする。

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記ノード電源部は、環境発電により得られた電力を蓄え、蓄えた電力を前記センサ及び前記ノード無線部に供給し、前記ノード無線部は、前記ノード電源部が蓄えている電力量を示す情報を前記送信信号に更に含め、前記センタ装置は、前記センサノードそれぞれの前記ノード電源部が蓄えている電力量に応じて、前記測定要求信号を送信する間隔を変更することを特徴とする。

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記センタ装置は、前記センサノードが前記測定要求信号に応じて前記送信信号を送信しない場合、当該センサノードが過去に送信した前記送信信号に含まれる電力量を示す情報に基づいて、当該センサノードにおいて異常が発生しているか否かを判定し、異常が発生していると判定すると警報を出力することを特徴とする。

また、上記問題を解決するために、本発明は、複数のセンサノードと、前記センサノードにおける測定を要求する測定要求信号を送信するセンタ装置とを具備する無線センサシステムにおけるセンサノードであって、センサを用いて測定した結果を含む送信信号を前記センタ装置に送信するノード無線部と、環境発電により得られた電力を前記センサ及び前記ノード無線部に供給するノード電源部と、前記測定要求信号を受信して起動信号に変換する第１のレクテナとを備え、前記センサ及び前記ノード無線部は、前記第１のレクテナが変換した起動信号が入力されると待機状態から動作状態に遷移し、前記ノード無線部が前記送信信号を前記センタ装置に送信すると、動作状態から待機状態に遷移することを特徴とするセンサノードである。

また、上記問題を解決するために、本発明は、複数のセンサノードと、前記センサノードにおける測定を要求する測定要求信号を送信するセンタ装置と、前記センサノードと前記センタ装置との通信を中継する中継装置とを具備する無線センサシステムにおける中継装置であって、前記測定要求信号を送信する測定要求送信部と、前記センサノードから測定した結果を含む送信信号を受信して前記センタ装置に中継する無線中継部と、前記測定要求信号を受信して起動信号に変換する第２のレクテナと、環境発電により得られた電力を前記測定要求送信部及び前記無線中継部に供給する中継電源部とを備え、前記測定要求送信部及び前記無線中継部は、前記第２のレクテナが変換した起動信号が入力されると待機状態から動作状態に遷移し、前記無線中継部が前記送信信号を中継すると、動作状態から待機状態に遷移することを特徴とする中継装置である。

この発明によれば、センサノードに備えられているレクテナが測定要求信号を受信すると、起動信号をセンサ及びノード無線部に出力し、待機状態から動作状態に遷移させて動作させるようにした。これにより、センタ装置は任意のタイミングで測定要求信号を送信することにより、測定結果を収集することができる。また、センサノードは測定要求信号を受信するために常に受信状態である必要はなく、動作が不要な期間では電力消費を抑える待機状態にしておくことができる。
すなわち、本発明によれば、消費電力の増加を抑えつつ、測定結果が必要となった任意のタイミングで測定結果をセンタ装置に収集することができる。

本実施形態における無線センサシステム１の概要を示す図である。 本実施形態におけるセンタ装置１０、中継装置２０、及びセンサノード３０の構成を示す概略ブロック図である。 本実施形態における無線センサシステム１の動作例を示すシーケンス図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態における無線センサシステム、センサノード、及び中継装置を説明する。
図１は、本実施形態における無線センサシステム１の概要を示す図である。同図に示すように、無線センサシステム１は、センタ装置１０と、中継装置２０と、センサノード３０ａ、３０ｂとを具備している。センタ装置１０は、センサノード３０ａ、３０ｂにおける測定結果を収集し、収集した測定結果に対して演算処理などを行う。中継装置２０は、センタ装置１０が直接無線通信を行うことができないセンサノード３０ａに対して、センタ装置１０とセンサノード３０ａとの無線通信を中継する。センサノード３０ａ、３０ｂは、センタ装置１０の要求に応じて測定を行い、測定結果を送信する。ここで、測定結果には、センサノード３０が検出する情報であって、例えば、温度や、湿度、水位、照度、電圧、電流、音声、画像などを示す情報が含まれる。また、測定結果は、人の存在の有無を赤外線センサなどを用いて判定した結果を含むようにしてもよい。

センタ装置１０は、ＡＣ電源などの商用電源から電力が供給され動作する。中継装置２０及びセンサノード３０ａ、３０ｂは、エナジーハーベスト（Energy Harvest：環境発電）電源により電力が供給され動作し、電源配線等の敷設を必要としないため、配置する際の自由度を高めている。
センサノード３０ａとセンサノード３０ｂとは同じ構成を有しており、以下の説明において、いずれか一方あるいは両方を示す際にセンサノード３０と記載する。

図２は、本実施形態におけるセンタ装置１０、中継装置２０、及びセンサノード３０の構成を示す概略ブロック図である。
同図に示すように、センタ装置１０は、センタ制御部１０１と、測定要求送信部１０２と、アンテナ１０３、１０４と、無線部１０５と、記憶部１０６と、情報処理部１０７と、電源部１２１とを備えている。
中継装置２０は、レクテナ２０１と、中継局制御部２０３と、測定要求送信部２０４と、アンテナ２０５、２０６、２０７と、無線中継部２１０と、発電部２２０と、電源部２２１とを備えている。無線中継部２１０は、受信部２１１と、記憶部２１２と、送信部２１３とを有している。レクテナ２０１は、アンテナ２０１ａと起動信号生成部２０１ｂとを有している。
センサノード３０は、レクテナ３０１と、ノード制御部３０３と、センサ３０４と、無線部３０５と、アンテナ３０６と、発電部３２０と、電源部３２１とを備えている。レクテナ３０１は、アンテナ３０１ａと起動信号生成部３０１ｂとを有している。

センタ装置１０において、センタ制御部１０１は、測定結果収集間隔ごと、あるいは外部からの要求に応じて、各センサノード３０から測定結果を収集するための制御を行う。測定結果収集間隔は、例えば１秒、１分、１時間などが予め定められる。
測定要求送信部１０２は、センタ制御部１０１の制御に応じて、測定結果の要求を示す測定要求信号を中継装置２０及びセンサノード３０にアンテナ１０３を介して送信する。この測定要求信号は、中継装置２０に備えられているレクテナ２０１と、センサノード３０に備えられているレクテナ３０１とが当該信号を受信して起動信号に効率的に変換できる周波数を有する信号である。また、測定要求信号の周波数は、レクテナ２０１及びレクテナ３０１の特性等に基づいて予め定められている。

無線部１０５は、アンテナ１０４を介して、中継装置２０又はセンサノード３０から送信された信号を受信する。無線部１０５は、受信した信号に含まれる測定結果を復調復号し、測定結果を記憶部１０６に記憶させる。無線部１０５、無線中継部２１０、及び無線部３０５は、例えばＺｉｇＢｅｅ（登録商標）などの無線通信規格に準拠した通信を行うものであってもよい。
記憶部１０６は、各センサノード３０における測定結果を記憶する。
情報処理部１０７は、測定結果に対して統計処理等を行い、処理結果を外部の装置に出力したり、処理結果を記憶部１０６に記憶させたりする。
電源部１２１は、前述したように、外部の商用電源などから電力の供給を受け、センタ装置１０内の各機能部に対して電力を供給する。

中継装置２０において、アンテナ２０１ａがセンタ装置１０から送信された測定要求信号を受信し、起動信号生成部２０１ｂがアンテナ２０１ａにより受信された信号を起動信号に変換する。起動信号生成部２０１ｂは、例えば、ショットキーダイオードを用いた整流回路である。レクテナ２０１は、変換して得られた起動信号を中継局制御部２０３に出力する。

中継局制御部２０３は、レクテナ２０１から起動信号が入力されると、待機状態から動作状態に遷移し、センサノード３０における測定結果をセンタ装置１０に中継するための制御を行う。具体的には、中継局制御部２０３は、測定要求送信部２０４に対して、待機状態から動作状態に遷移させるとともに、測定要求信号を送信させる制御をする。
また、中継局制御部２０３は、受信部２１１、記憶部２１２、及び送信部２１３を待機状態から動作状態に遷移させ、受信部２１１、記憶部２１２、及び送信部２１３に所定の動作を行わせる制御をする。また、中継局制御部２０３は、レクテナ２０１から起動信号が入力されてから、予め定められた動作時間が経過すると、測定要求送信部２０４及び無線中継部２１０の各部を動作状態から待機状態に遷移させる制御を行った後に、待機状態に遷移する。

ここで、待機状態とは、消費電力を削減するために、電力の供給を受けることを停止させたり、必要最低限の機能を維持する電力以外の消費を行わないようにしたりする状態である。例えば、マイクロコントローラなどにおけるスリープモードなどに対応する。一方、動作状態とは、電力の供給を受け、所定の処理を行う状態である。

測定要求送信部２０４は、中継局制御部２０３の制御に応じて、アンテナ２０５を介して測定要求信号を送信する。
受信部２１１は、アンテナ２０６を介してセンサノード３０が送信した信号を受信する。受信部２１１は、受信した信号に含まれる測定結果を復調復号し、測定結果を記憶部２１２に記憶させる。記憶部２１２は、測定結果を記憶する。
送信部２１３は、待機状態から動作状態に遷移してから測定結果待ち時間が経過した後に、記憶部２１２に記憶されている測定結果を全て読み出す。送信部２１３は、読み出した測定結果を符号化及び変調して送信信号を生成し、アンテナ２０７を介してセンタ装置１０に送信信号を送信する。ここで、測定結果待ち時間は動作時間より短い。
すなわち無線中継部２１０は、センサノード３０から送信された測定結果を１つの送信信号にまとめる集約を行い、集約した測定結果をセンタ装置１０に送信する中継処理を行う。

発電部２２０は、例えば光や風力、振動、熱などの周囲の環境にあるエネルギーを電力に変換する技術が適用されたエナジーハーベスト電源であり、得られた電力を電源部２２１に出力する。具体的には、発電部２２０は、太陽電池や、ゼーベック素子、ピエゾ素子などの発電デバイスを用いて構成される。
この中でも光があたる環境では、太陽電池を用いることが好ましく、太陽電池を用いる場合には色素増感太陽電池を用いることが好ましい。色素増感太陽電池は、低照度において、高い変換効率で発電するため、少ない光を効率良く使用することができる。また、色素増感太陽電池は、光の入射角の違いによる変換効率の低下が少ないため、中継装置２０の設置可能な場所を広げることができる。
電源部２２１は、発電部２２０が変換した電力を、中継局制御部２０３、測定要求送信部２０４、及び無線中継部２１０に安定して供給するための機能を有しており、発電部２２０の特性（例えばＩ−Ｖ特性）に応じて電力ロスを低減する電圧変換回路や、電力を蓄えるキャパシタ又は２次電池を備える。電源部２２１は発電部２２０が変換した電力を蓄え、蓄えた電力を中継局制御部２０３、測定要求送信部２０４、及び無線中継部２１０に供給する。また、電源部２２１は、蓄えている電力量を示す電力情報を中継局制御部２０３に出力する。

センサノード３０において、アンテナ３０１ａが、中継装置２０に備えられているアンテナ２０１ａと同様に、センタ装置１０又は中継装置２０から送信された測定要求信号を受信し、起動信号生成部３０１ｂがアンテナ３０１ａにより受信された信号を起動信号に変換する。レクテナ３０１は、変換して得られた起動信号をノード制御部３０３に供給する。

ノード制御部３０３は、レクテナ３０１から起動信号が入力されると、待機状態から動作状態に遷移し、測定結果を送信するための制御を行う。具体的には、ノード制御部３０３は、センサ３０４及び無線部３０５を待機状態から動作状態に遷移させる。また、ノード制御部３０３は、センサ３０４に対して測定を行わせる制御をする。
また、ノード制御部３０３は、センサ３０４から入力される情報（測定値）に、自装置を識別する識別情報や、自装置が配置されている位置情報、測定が行われた時刻を示す時刻情報などを付加した測定結果を無線部３０５に出力する。
また、ノード制御部３０３は、無線部３０５が測定結果を送信すると、センサ３０４及び無線部３０５を動作状態から待機状態に遷移させた後に、待機状態に遷移する。

センサ３０４は、無線センサシステム１の使用用途に応じた測定器や検出器により構成される。センサ３０４は、ノード制御部３０３の制御に応じて、直ちに、あるいは予め定められた時間又はランダムに設定した時間が経過した後に、測定又は検出を行い、得られた結果を示す情報をノード制御部３０３に出力する。
無線部３０５は、ノード制御部３０３から入力される測定結果を符号化及び変調して送信信号を生成し、アンテナ３０６を介して送信信号を送信する。また、無線部３０５は、測定結果の送信が完了したことを示す情報をノード制御部３０３に出力する。

発電部３２０は、中継装置２０に備えられている発電部２２０と同様に、周囲の環境にあるエネルギーを電力に変換し、得られた電力を電源部３２１に出力する。
電源部３２１は、中継装置２０に備えられている電源部２２１と同様に、発電部３２０が変換した電力を蓄える。電源部３２１は、蓄えた電力をノード制御部３０３、センサ３０４、無線部３０５に供給する。また、電源部３２１は、蓄えている電力量を示す電力情報をノード制御部３０３に出力する。

図３は、本実施形態における無線センサシステム１の動作例を示すシーケンス図である。同図を用いて、無線センサシステム１の動作を説明する。ここでは、センサノード３０ａ、３０ｂは同じ中継装置２０の配下に属し、センサノード３０ａはセンタ装置１０に配置され、センタ装置１０と直接無線通信でき、センサノード３０ｂはセンタ装置１０と直接無線通信できない場合について説明する。

センタ装置１０において、測定結果を収集するタイミングが到来すると、センタ制御部１０１が測定要求送信部１０２を制御して測定要求信号を送信させる（ステップＳ１１）。
中継装置２０において、レクテナ２０１がセンタ装置１０から送信された測定要求信号を受信すると、中継局制御部２０３が待機状態から動作状態に遷移することにより、中継装置２０が起動する（ステップＳ２１）。
センサノード３０ａにおいて、レクテナ３０１がセンタ装置１０から送信された測定要求信号を受信すると、ノード制御部３０３が待機状態から動作状態に遷移することにより、センサノード３０ａが起動する（ステップＳ３１）。

中継装置２０において、中継局制御部２０３が測定要求送信部２０４を制御して測定要求信号を送信させる（ステップＳ２２）。
センサノード３０ｂにおいて、レクテナ３０１が中継装置２０から送信された測定要求信号を受信すると、ノード制御部３０３が待機状態から動作状態に遷移することにより、センサノード３０ｂが起動する（ステップＳ３５）。

センサノード３０ａにおいて、ノード制御部３０３は、センサ３０４及び無線部３０５を動作状態に遷移させ、センサ３０４に測定を行わせる（ステップＳ３２）。ノード制御部３０３は、センサ３０４から入力される情報を含む測定結果を無線部３０５に出力して、無線部３０５から測定結果を送信させる（ステップＳ３３）。ノード制御部３０３は、測定結果の送信が完了すると、測定要求送信部２０４及び無線中継部２１０を待機状態に遷移させた後に、待機状態に遷移する。これにより、センサノード３０ａが待機状態となる（ステップＳ３４）。
中継装置２０において、受信部２１１がセンサノード３０ａから送信された測定結果を受信すると、受信した測定結果を記憶部２１２に記憶させる。

センサノード３０ｂにおいて、ノード制御部３０３は、センサ３０４及び無線部３０５を動作状態に遷移させ、センサ３０４に測定を行わせる（ステップＳ３６）。ノード制御部３０３は、センサ３０４から入力される情報を含む測定結果を無線部３０５に出力して、無線部３０５から測定結果を送信させる（ステップＳ３７）。ノード制御部３０３は、測定結果の送信が完了すると、測定要求送信部２０４及び無線中継部２１０を待機状態に遷移させた後に、待機状態に遷移する。これにより、センサノード３０ｂが待機状態となる（ステップＳ３５）。
中継装置２０において、受信部２１１がセンサノード３０ｂから送信された測定結果を受信すると、受信した測定結果を記憶部２１２に記憶させる。

中継装置２０において、測定結果待ち時間が経過すると、送信部２１３は、記憶部２１２に記憶されている測定結果をセンタ装置１０に送信する（ステップＳ２３）。更に、動作時間が経過すると、中継局制御部２０３は、測定要求送信部２０４及び無線中継部２１０を待機状態に遷移させた後に、待機状態に遷移する。これにより、中継装置２０が待機状態となる（ステップＳ２４）。
センタ装置１０において、無線部１０５は中継装置２０から送信された信号を受信し、受信した信号に含まれる測定結果を記憶部１０６に記憶させる。なお、センタ装置１０は、ステップＳ３３でセンサノード３０ａが送信した測定結果を直接受信するようにしてもよい。

上述のように、本実施形態における無線センサシステム１は、センタ装置１０が測定結果収集間隔ごとに送信する測定要求信号に応じて、中継装置２０、センサノード３０ａ、３０ｂが起動する。そして、各センサノード３０が起動した後に、測定結果がセンタ装置１０に収集され、測定結果の送信を終えた中継装置２０、センサノード３０ａ、３０ｂは再び待機状態に遷移する。このような動作により、中継装置２０及びセンサノード３０は、センタ装置１０からの測定要求信号を受信するために常に動作状態を維持せずとも、センタ装置１０の要求に応じて測定結果を送信することができる。これにより、中継装置２０及びセンサノード３０における電力の消費を増加させることなく、センタ装置１０が主導して測定結果を収集することができ、測定結果の統一的な管理を行うことができる。

また、無線センサシステム１は、中継装置２０を具備することにより、センタ装置１０から離れた位置に配置されたセンサノード３０に対して測定要求信号を到達させることができ、測定結果を収集することができる。
また、中継装置２０は、起動してから測定結果待ち時間が経過するまでの間に受信した測定結果を集約して中継処理を行うようにしたので、測定結果を中継する際の送信に要する電力消費を低減させることができ、エナジーハーベスト電源を用いた運用に好適である。
また、中継装置２０及びセンサノード３０では、上述のように、電源部２２１及び電源部３２１を有することにより、エナジーハーベスト電源による電力が得られない場合（例えば夜間や無風状態などの場合）でも、電力を供給することができる。
また、中継装置２０及びセンサノード３０において、動作状態に遷移させるためのきっかけをレクテナ２０１、３０１が発生させるので、測定要求信号の受信待ちをしている期間における消費電力を低減させることができ、エナジーハーベスト電源を用いた運用に好適である。中継装置２０及びセンサノード３０は、設置するにあたり電源配線の敷設の必要はなく、また、電池の交換も必要としないため、無線センサシステム１の構築を容易にすることができる。

また、中継装置２０及びセンサノード３０では、上述のように、電力の消費を抑え、単位時間あたりに消費する電力を削減しているので、大型の太陽電池モジュールなどを備えずともよく、エナジーハーベスト電源を用いた運用に好適である。その結果、中継装置２０及びセンサノード３０を設置する場所の自由度が更に広がり、無線センサシステム１の利用シーンを広げることができる。

なお、上述の実施形態において、無線センサシステム１が１つの中継装置２０、２つのセンサノード３０ａ、３０ｂを具備する構成を用いて説明した。しかし、これに限らずに、無線センサシステム１は、各センサノード３０と直接無線通信ができる場合には中継装置２０を具備せずともよいし、広い空間に多数のセンサノード３０を配置する場合、複数の中継装置２０を具備するようにしてもよい。また、無線センサシステム１は、１つ又は３つ以上のセンサノード３０を具備するようにしてもよい。
また、中継装置２０は、センサノード３０が送信した信号だけでなく、他の中継装置２０が送信した信号を中継するようにしてもよい。
また、センサノード３０は、複数の異なるセンサ３０４を備えるようにしてもよい。また、センサ３０４は、センサノード３０の外部に設置され、センサノード３０と有線接続されて電力供給、起動信号を受けるようにしてもよい。

また、上述の実施形態において、マイクロコントローラを用いて、中継局制御部２０３やノード制御部３０３を構成するようにしてもよい。
また、上述の実施形態において、中継装置２０が測定結果の送受信のために２つのアンテナ２０６、２０７を備える構成を説明したが、いずれか一方のアンテナを用いて送信及び受信を行うようにしてもよい。
また、上述の実施形態において、測定要求信号を送受信する周波数帯域と、測定結果を送受信する周波数帯域とを異なる周波数帯域としてもよい。これにより、測定結果の送受信を行う際の更新等が生じることを低減することができる。
また、上述の実施形態において、測定結果を送信する際の混信を避けるために、各センサノード３０に備えられているノード制御部３０３は、それぞれが測定要求信号を受信してから異なるタイミングで測定結果を送信するように、無線部３０５を制御するようにしてもよい。

また、上述の実施形態において、中継装置２０において、電源部２２１がキャパシタや２次電池を備える構成を説明した。しかし、これに限らずに、発電部２２０が常時電力を供給できる場合、電源部２２１にキャパシタや２次電池を備えずに、発電部２２０で発電された電力を中継局制御部２０３、測定要求送信部２０４、及び無線中継部２１０に直接供給するようにしてもよい。同様に、センサノード３０において、発電部３２０が常時電力を供給できる場合、電源部３２１にキャパシタや２次電池を備えずに、発電部３２０で発電された電力をノード制御部３０３、センサ３０４、及び無線部３０５に直接供給するようにしてもよい。

また、センタ装置１０に、中継装置２０及びセンサノード３０が配置されている位置、当該位置における発電状態の傾向を記憶したデータベースを設け、中継装置２０及びセンサノード３０に備えられている電源部２２１、３２１に蓄えられている電力量を推定し、電力量に応じて測定要求信号を送信する間隔を変更するようにしてもよい。これにより、中継装置２０及びセンサノード３０において電力が不足して、測定結果の収集ができなくなることを避けることができる。更に、電源部２２１、３２１に蓄えられている電力量を測定する必要がなく、また、その情報をセンタ装置１０に送信する必要がないため、より、消費電力の増加を抑えることができる。
また、中継装置２０及びセンサノード３０が自装置に蓄えられている電力量を示す情報を測定結果に付加して送信し、センタ装置１０が各中継装置２０及びセンサノード３０に蓄えられている電力量が一定以下になると、各中継装置２０及びセンサノード３０の電力量が回復したと推定される期間が経過した後に測定要求信号を送信するようにしてもよい。これにより、中継装置２０及びセンサノード３０は自装置に蓄えられている電力量を管理する必要がなく、センタ装置１０が一括で管理するため、中継装置２０及びセンサノード３０において電力が不足して、測定結果の収集ができなくなることを確実に避けることができる。
また、センタ装置１０は、受信した測定結果に負荷される電力量を示す情報に基づいて、測定要求信号に応じてセンサノード３０が測定結果を送信しない場合に、当該センサノード３０に異常が生じているか否かを判定し、異常が発生していると判定したときに警報を発するようにしてもよい。具体的には、センタ装置１０は、センサノード３０の電源部３２１が蓄えている電力量が少ないときは、当該センサノード３０からの送信信号が受信されない場合でも異常とは判定しない。一方、逆に電力量が充分あると見込まれるにもかかわらず、当該センサノード３０からの送信信号が受信されないときは、当該センサノードに何らかの異常が発生したと判定し、警報を発する。このように、センタ装置１０は、電力量が少なくてセンサノード３０が送信していないのか、異常により送信していないのかを判別することができる。

また、ノード制御部３０３は、電源部３２１に蓄えられている電力量が予め定められた閾値未満である場合、起動信号が入力されたとしても、待機状態から動作状態に遷移せずに待機状態に留まるようにしてもよい。この場合、ノード制御部３０３は、センサ３０４及び無線部３０５が待機状態から動作状態に遷移することを禁止するようにしてもよい。これにより、センタ装置１０が一定間隔ごとに測定要求信号をしても、電源部３２１に蓄えられている電力量がなくなり、センサノード３０が起動できなくなることを防ぐことができる。
また、中継局制御部２０３は、電源部２２１に蓄えられている電力量が予め定められた閾値未満である場合、起動信号が入力されたとしても、待機状態から動作状態に遷移せずに待機状態に留まるようにしてもよい。この場合、中継局制御部２０３は、測定要求送信部２０４、及び無線中継部２１０が待機状態から動作状態に遷移することを禁止するようにしてもよい。これにより、センタ装置１０が一定間隔ごとに測定要求信号をしても、電源部２２１に蓄えられている電力量がなくなり、中継装置２０が起動できなくなることを防ぐことができる。

また、中継装置２０において中継局制御部２０３が起動信号に応じて測定要求送信部２０４及び無線中継部２１０を待機状態から動作状態に遷移させる制御を行う構成を説明したが、これに限らずともよい。例えば、レクテナ２０１は、測定要求送信部２０４及び無線中継部２１０に起動信号を直接出力し、測定要求送信部２０４及び無線中継部２１０を待機状態から動作状態に遷移させるようにしてもよい。この場合、中継装置２０において、測定要求送信部２０４及び無線中継部２１０が中継局制御部２０３の処理を分担して行うようにして、中継局制御部２０３を設けない構成としてもよい。
同様に、センサノード３０において、レクテナ３０１は、センサ３０４及び無線部３０５に起動信号を直接出力し、センサ３０４及び無線部３０５を待機状態から動作状態に遷移させるようにしてもよい。この場合、センサノード３０において、センサ３０４及び無線部３０５がノード制御部３０３の処理を分担して行うようにして、ノード制御部３０３を設けない構成としてもよい。

なお、本発明における中継局制御部２０３、ノード制御部３０３の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより測定結果を中継するための制御や、測定結果を送信するための制御を行うようにしてもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。更に、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

なお、本発明に記載のノード無線部は実施形態における無線部３０５に対応する。また、本発明に記載のノード電源部は実施形態における電源部３２１に対応する。また、本発明に記載の第１のレクテナは実施形態におけるレクテナ３０１に対応する。また、本発明に記載の中継電源部は実施形態に記載の電源部２２１に対応する。また、本発明に記載の第２のレクテナは実施形態に記載のレクテナ２０１に対応する。

１…無線センサシステム、１０…センタ装置、２０…中継装置、３０，３０ａ，３０ｂ…センサノード、１０１…センタ制御部、１０２，２０４…測定要求送信部、１０３，１０４，２０１ａ，２０５，２０６，２０７，３０１ａ，３０６…アンテナ、１０５，３０５…無線部、１０６，２１２…記憶部、１０７…情報処理部、１２１，２２１，３２１…電源部、２０１，３０１…レクテナ、２０１ｂ，３０１ｂ…起動信号生成部、２０３…中継局制御部、２１１…受信部、２１３…送信部、２２０，３２０…発電部、３０３…ノード制御部、３０４…センサ

Claims (9)

1. 複数のセンサノードと、前記センサノードにおける測定を要求する測定要求信号を送信するセンタ装置とを具備する無線センサシステムであって、
   前記センサノードは、
   センサを用いて測定した結果を含む送信信号を前記センタ装置に送信するノード無線部と、
   環境発電により得られた電力を前記センサ及び前記ノード無線部に供給するノード電源部と、
   前記測定要求信号を受信して起動信号に変換する第１のレクテナと
   を備え、
   前記センサ及び前記ノード無線部は、
   前記第１のレクテナが変換した起動信号が入力されると待機状態から動作状態に遷移し、
   前記ノード無線部が前記送信信号を前記センタ装置に送信すると、動作状態から待機状態に遷移する
   ことを特徴とする無線センサシステム。
2. 請求項１に記載の無線センサシステムであって、
   前記センサノードと前記センタ装置との通信を中継する中継装置を更に具備し、
   前記中継装置は、
   前記測定要求信号を送信する測定要求送信部と、
   前記センサノードから受信した送信信号を前記センタ装置に中継する無線中継部と、
   前記測定要求信号を受信して起動信号に変換する第２のレクテナと、
   環境発電により得られた電力を前記測定要求送信部及び前記無線中継部に供給する中継電源部と
   を備え、
   前記測定要求送信部及び前記無線中継部は、
   前記第２のレクテナが変換した起動信号が入力されると待機状態から動作状態に遷移し、
   前記無線中継部が前記送信信号を中継すると、動作状態から待機状態に遷移する
   ことを特徴とする無線センサシステム。
3. 請求項２に記載の無線センサシステムであって、
   前記無線中継部は、
   動作状態に遷移してから所定の期間内に受信した送信信号を集約して送信する
   ことを特徴とする無線センサシステム。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の無線センサシステムであって、
   前記センサノードは、
   前記第１のレクテナが変換した起動信号が入力されると、待機状態から動作状態に遷移し、前記センサ及び前記ノード無線部を待機状態から動作状態に遷移させ、前記ノード無線部が前記送信信号を前記センタ装置に送信すると、前記センサ及び前記ノード無線部を動作状態から待機状態に遷移させ、動作状態から待機状態に遷移するノード制御部
   を更に備え、
   前記ノード電源部は、
   環境発電により得られた電力を蓄え、蓄えた電力を前記センサ、前記ノード無線部、及び前記ノード制御部に供給し、
   前記ノード制御部は、
   前記ノード電源部に蓄えられている電力量に応じて、前記センサ及び前記ノード無線部が動作状態に遷移することを禁止して、待機状態に遷移する
   ことを特徴とする無線センサシステム。
5. 請求項４に記載の無線センサシステムであって、
   前記ノード無線部は、
   前記ノード電源部が蓄えている電力量を示す情報を前記送信信号に更に含め、
   前記センタ装置は、
   前記センサノードそれぞれの前記ノード電源部が蓄えている電力量に応じて、前記測定要求信号を送信する間隔を変更する
   ことを特徴とする無線センサシステム。
6. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の無線センサシステムであって、
   前記ノード電源部は、
   環境発電により得られた電力を蓄え、蓄えた電力を前記センサ及び前記ノード無線部に供給し、
   前記ノード無線部は、
   前記ノード電源部が蓄えている電力量を示す情報を前記送信信号に更に含め、
   前記センタ装置は、
   前記センサノードそれぞれの前記ノード電源部が蓄えている電力量に応じて、前記測定要求信号を送信する間隔を変更する
   ことを特徴とする無線センサシステム。
7. 請求項５に記載の無線センサシステムであって、
   前記センタ装置は、
   前記センサノードが前記測定要求信号に応じて前記送信信号を送信しない場合、当該センサノードが過去に送信した前記送信信号に含まれる電力量を示す情報に基づいて、当該センサノードにおいて異常が発生しているか否かを判定し、異常が発生していると判定すると警報を出力する
   ことを特徴とする無線センサシステム。
8. 複数のセンサノードと、前記センサノードにおける測定を要求する測定要求信号を送信するセンタ装置とを具備する無線センサシステムにおけるセンサノードであって、
   センサを用いて測定した結果を含む送信信号を前記センタ装置に送信するノード無線部と、
   環境発電により得られた電力を前記センサ及び前記ノード無線部に供給するノード電源部と、
   前記測定要求信号を受信して起動信号に変換する第１のレクテナと
   を備え、
   前記センサ及び前記ノード無線部は、
   前記第１のレクテナが変換した起動信号が入力されると待機状態から動作状態に遷移し、
   前記ノード無線部が前記送信信号を前記センタ装置に送信すると、動作状態から待機状態に遷移する
   ことを特徴とするセンサノード。
9. 複数のセンサノードと、前記センサノードにおける測定を要求する測定要求信号を送信するセンタ装置と、前記センサノードと前記センタ装置との通信を中継する中継装置とを具備する無線センサシステムにおける中継装置であって、
   前記測定要求信号を送信する測定要求送信部と、
   前記センサノードから測定した結果を含む送信信号を受信して前記センタ装置に中継する無線中継部と、
   前記測定要求信号を受信して起動信号に変換する第２のレクテナと、
   環境発電により得られた電力を前記測定要求送信部及び前記無線中継部に供給する中継電源部と
   を備え、
   前記測定要求送信部及び前記無線中継部は、
   前記第２のレクテナが変換した起動信号が入力されると待機状態から動作状態に遷移し、
   前記無線中継部が前記送信信号を中継すると、動作状態から待機状態に遷移する
   ことを特徴とする中継装置。

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