JP2013243551A - センサ端末装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】遠隔監視システムにおいて、電池寿命の長期化を図りながらデータ送信頻度と1回に送信するデータ量の最適化を図る。
【解決手段】各センサから取得したセンサデータをセンタサーバ装置へ送信するセンサ端末装置において、データ取得周期で複数のセンサからセンサデータを取得する第1の手段と、データ取得周期の2以上の整数倍のデータ保存周期ごとに、当該データ保存周期内で取得したセンサデータの最大値、最小値、平均値の少なくとも1つを保存データとして保存する第2の手段と、データ保存周期の2以上の整数倍のデータ重畳周期ごとに、当該データ重畳周期内で保存した保存データを重畳した重畳データを生成する第3の手段と、所定のセンサの所定のデータ重畳周期に対応する重畳データをその識別子とともに一括して送信する第4の手段とを備える。
【選択図】 図2

Description

本発明は、センサから取得したセンサデータを通信回線を介して遠隔のセンタサーバ装置へ転送するセンサ端末装置に関する。
遠隔監視システムは、例えばガス・水道・電気等の検針値や、例えば温度・湿度・風量・気圧等のセンサデータをセンサ端末装置で収集し、さらにセンタサーバ装置へ送信して処理するシステムであり、M2M通信のアプリケーションの一つとして世の中に広く導入されている。
図8は、従来の遠隔監視システムの構成例を示す。
図8において、センサ11が接続されるセンサ端末装置12やガスメーター13は、通信インタフェースを介して網制御装置(以下「NCU」と記述する)14に接続される。このNCU14は通信回線15を介してセンタサーバ装置16と接続され、双方向通信する構成になっている。通信回線15は、例えばPSTN、ISDN、ADSL、光回線、携帯電話回線、PHS回線等の公衆回線が用いられる。
なお、NCU14とセンサ端末装置12やガスメータ13との間の通信に特定小電力無線を利用する構成、すなわちNCU14として無線接続されるNCU親機とNCU子機で構成し、NCU子機にセンサ端末装置12やガスメータ13を接続する構成であってもよい。
従来の遠隔監視システムにおけるセンサ端末装置は、所定の周期でセンサデータを取得し、NCU経由でセンタサーバ装置に送信する構成であり、設置場所を選ばないためにNCUを含めて電池駆動が望まれている。また、従来のセンサ端末装置は、取得したセンサデータを1つずつタイムスタンプを付与してセンタサーバ装置へ送信し、センタサーバ装置は受信したセンサデータを蓄積して管理する構成になっている。したがって、センサデータの取得周期が短くなるほど通信回数が増大し、センサ端末装置とNCUの電池寿命が短くなっていた。
これに対して、所定の周期で取得したセンサデータをメモリに蓄積し、ある程度まとまったセンサデータを一括してセンタサーバ装置へ転送するバッチ処理も一般的に行われている。しかし、例えば1分ごとに取得したセンサデータを1日分一括して送信する場合、1440個のセンサデータにそれぞれタイムスタンプを付与して送信することになり、しかもセンサ端末装置に接続されるセンサの数に応じてデータ量が増大することになるので、バッチ処理の周期を長くすることにも限界があった。
一方、逐次取得するセンサデータの時間的な変化率が設定値を超えたとき(異常を検出したとき)に、それまで蓄積したセンサデータの一部を一括送信する方法もある(特許文献1)。この方法は、リアルタイムデータを扱う火災報知機などに適用されるもので、センサデータを送信する基準となる設定値は異常と判断するための値である。そのため、蓄積したセンサデータの一部を一括送信するタイミングは異常検出時に限られるが、データ送信頻度は異常とみなす設定値次第であり適宜調整されることになる。
特許第3029716号
本発明で想定する遠隔監視システムのセンサ端末装置は、例えば温度や使用電気量などの日常的なセンサデータを定期的に収集するものであり、電池寿命の長期化を図りながらデータ送信頻度(バッチ処理の周期)と1回に送信するデータ量の最適化が課題となる。すなわち、電池寿命の長期化のためにデータ送信頻度を小さくすると1回に送信するデータ量が大きくなり、センタサーバ装置側のメモリ量および受信処理負担が大きくなる。データ送信頻度を大きくすると1回に送信するデータ量は小さくなるものの、送信回数の増大によってセンサ端末装置とNCUの電池寿命が短くなる。
また、センサデータの取得周期を長くしてバッチ処理で一括送信するデータ量を小さくする方法もあるが、センサデータの変化に対する時間分解能が低下する。
本発明は、遠隔監視システムにおいて、電池寿命の長期化を図りながらデータ送信頻度と1回に送信するデータ量の最適化を図ることができるセンサ端末装置を提供することを目的とする。
第1の発明は、通信回線を介してセンタサーバ装置に接続される網制御装置と、センサデータを出力する複数のセンサとの間に接続され、網制御装置を介してセンタサーバ装置との間でリンクを確立し、各センサから取得したセンサデータを送信するセンサ端末装置において、データ取得周期で複数のセンサからセンサデータを取得する第1の手段と、データ取得周期の2以上の整数倍のデータ保存周期ごとに、当該データ保存周期内で取得したセンサデータの最大値、最小値、平均値の少なくとも1つを保存データとして保存する第2の手段と、データ保存周期の2以上の整数倍のデータ重畳周期ごとに、当該データ重畳周期内で保存した保存データを重畳した重畳データを生成する第3の手段と、所定のセンサの所定のデータ重畳周期に対応する重畳データをその識別子とともに一括して送信する第4の手段とを備える。
第1の発明のセンサ端末装置において、第4の手段は、所定のタイミングで、またはセンタサーバ装置からの要求に応じて、対応する重畳データを一括して送信する構成である。
第1の発明のセンサ端末装置において、第4の手段は、センタサーバ装置に対する重畳データの伝送状態に応じてデータ重畳周期を変更する構成である。
第1の発明のセンサ端末装置において、第4の手段は、重畳データを構成する保存データの変化量を監視し、当該変化量が有意な値を示す場合にのみ重畳データを送信する構成である。
第1の発明のセンサ端末装置において、第2の手段は、所定時刻を起点に、センサデータの平均値を積算した積算値を保存し、第4の手段は、重畳データとともにその時点の積算値を送信する構成である。
第2の発明は、通信回線を介してセンタサーバ装置に接続される網制御装置と、センサデータを出力する複数のセンサとの間に接続され、網制御装置を介してセンタサーバ装置との間でリンクを確立し、各センサから取得したセンサデータを送信するセンサ端末装置において、データ取得周期で複数のセンサからセンサデータを取得する第1の手段と、データ取得周期の2以上の整数倍のデータ保存周期ごとに、当該データ保存周期内で取得したセンサデータの最大値、最小値、平均値、所定時刻を起点に当該平均値を積算した積算値の少なくとも1つを保存データとして保存する第2の手段と、複数のセンサの所定のデータ保存周期に対応する保存データをその識別子とともに一括して送信する第3の手段とを備える。
第2の発明のセンサ端末装置において、第3の手段は、データ取得周期で取得するセンサデータの変化量を監視し、当該変化量が有意な値を示す場合にのみ、データ保存周期で保存された保存データを送信する構成である。
第1の発明によれば、時刻情報に基づくタイミングで、所定のデータ取得周期で検出した複数のセンサデータから、最大値、最小値、平均値、積算値等の有用データを算出し、所定のデータ保存周期で保存データとして保存するため、保存データ量が減り、メモリ容量を節約できる。
さらに、複数のセンサに対して共通の時刻情報に基づいて処理できるので、当該センサデータをセンタサーバ装置でグラフ化し、変化の推移を比較する際にも容易にセンサデータの時間軸を揃えることができるため、正確なデータ比較が可能となる。
また、保存データを複数個重畳した重畳データとして、所定の時刻に一括で送信するため、センサ端末装置からの送信データ量、通信回数を削減することができる。
また、センサ端末装置が通信回線状況に応じて、保存データを重畳するデータ重畳周期を変更するため、送信1回あたりのデータ長を調整でき、効率的なデータ通信を実現できる。
また、重畳データ内における保存データの変化量に応じて、データ送信が有意である場合にのみデータが送信されるため、通信回数を削減することができる。
第2の発明によれば、複数のセンサからのセンサデータを処理した保存データを複数個重畳して所定の時刻に送信するため、センサ端末装置からの送信データ量、通信回数を削減することができる。
また、データ取得周期で取得したセンサデータの変化量に応じて、データ送信が有意である場合にのみデータが送信されるため、イベント発生時には、リアルタイム性を確保しながら通信回数を削減することができる。
本発明のセンサ端末装置の実施例構成を示す図である。 センサデータの取得および処理手順を示すタイムチャートである。 記憶部134に保存されるデータ構成を示す図である。 送信電文のフォーマット例を示す図である。 データ重畳周期の変更処理手順を示すフローチャートである。 保存データの変化量監視による送信制御手順を示すフローチャートである。 各センサの保存データの一括送信処理手順を示すフローチャートである。 遠隔監視システムの構成例を示す図である。
図1は、本発明のセンサ装置の実施例構成を示す。
図1において、センサ端末装置100は、NCU14との通信を行う通信インタフェース部110、センサ11からセンサデータを入力するセンサデータ入力部120、センサ端末装置全体を制御する制御部130により構成される。
本実施例のセンサ端末装置100は、センサデータ入力部120を介して、複数(図1では一例として、4つ)のセンサ11からセンサデータ(アナログ値またはデジタル値)を取得し、通信インタフェース部110を介して所定の標準インタフェースにより、NCU14とデータの送受を行う。
制御部130は、センサ端末装置100の動作を管理するために使用する時刻情報の管理を行う時計部131と、センサ11から所定のデータ取得周期でセンサデータを取得するデータ取得制御部132と、取得したセンサデータを所定のデータ保存周期で演算処理(最大値、最小値、平均値、所定時刻から平均値を積算した積算値の少なくとも1つを算出)する演算部133と、演算処理した保存データを記憶部134へ保存するデータ書き込み制御部135と、保存データを所定のデータ重畳周期で重畳した重畳データまたは保存データから送信電文を構築するデータ構築部136と、送信電文の送信タイミングを制御する送信制御部137とから構成される。
時計部131は、年(ここでは一例として、西暦)、月、日、時、分、秒の中のデータ取得周期以上の時刻情報を保持している。例えば、データ取得周期が1分であれば、分以上の時刻情報を保持する。随時、センタサーバ装置から送信される時刻情報を含むデータを受信して時刻調整が行われる。データ取得制御部132、演算部133、データ書き込み制御部135、データ構築部136、送信制御部137は、時計部131からの時刻情報に基づいて各動作が制御される。
以下、センサ端末装置100の運用開始時刻が2012年1月1日00時00分(24時間表記)、各センサからセンサデータを取得するデータ取得周期が1分、取得したセンサデータを演算処理して保存するデータ保存周期が1時間(60分)、データ保存周期で保存された保存データを重畳するデータ重畳周期が1日(24時間)、重畳データを一括送信する時刻が毎日01時30分の場合について説明する。
なお、データ保存周期はデータ取得周期の整数倍であり、データ重畳周期はデータ保存周期の整数倍の関係であればよく、上記の数値はその一例である。また、各センサから同じデータ取得周期でセンサデータを取得し、同じデータ保存周期で保存データを生成/保存し、同じデータ重畳周期で保存データを重畳してもよく、各センサごとにそれぞれ異なるタイミングあってもよい。
図2は、センサデータの取得および処理手順を示す。図3は、記憶部134に保存されるデータ構成を示す。
図2および図3において、センサ端末装置100のデータ取得制御部132は、データ取得間隔(1分)でセンサからセンサデータを取得して蓄積する。演算部133は、データ保存周期(1時間)ごとに蓄積した60個のセンサデータの最大値、最小値、平均値の少なくとも1つからなる保存データを生成し、データ書き込み制御部135がデータ保存周期(1時間)ごとに第1保存データ、第2保存データ、…として記憶部134に保存する。なお、第1保存データには、タイムスタンプとして最初のセンサデータを取得した時刻「2012年1月1日0時00分」が保存される。すなわち、第1保存データとして0時00分から0時59分までの60個のセンサデータの最大値、最小値、平均値の少なくとも1つとタイムスタンプが保存され、第2保存データとして1時00分から1時59分までの60個のセンサデータの最大値、最小値、平均値の少なくとも1つが保存される。第3保存データ以降も同様である。
ここで、記憶部134にデータ重畳周期(2012年1月1日0時00分〜23時59分)に対応する第1保存データ〜第24保存データが保存されると、このデータ群を第1重畳データとして管理する。以下同様に、次のデータ重畳周期(2012年1月2日0時00分〜23時59分)に対して、センサデータの取得を開始し、データ保存周期ごとに第1保存データ〜第24保存データを保存し、第2重畳データが生成される。図3には、センサ(1) 〜センサ(N) のデータとして、それぞれ最新のM日分の第1重畳データ〜第M重畳データが記憶部134に保存された状態を示し、M日分以降は順次上書きされる。なお、Mは、記憶部134の容量に依存し、2以上の値とすることが望ましい。
第1重畳データと第2重畳データの区切りは、第2重畳データの第1保存データに付与されたタイムスタンプの位置で識別することができる。また、各重畳データの第2保存データ〜第24保存データは、第1保存データのタイムスタンプに1時間ずつ加算すればデータ取得時間を識別できるので、タイムスタンプは不要である。これにより、各重畳データにおけるタイムスタンプを1/24に削減でき、重畳データの容量を低減することができる。
また、演算部133は、センサ端末装置100の運用開始時刻を起点に、データ保存周期ごとに算出されるセンサデータの平均値を積算した積算値を記憶部134に保存する。図3では、センサ(1) 〜センサ(N) の積算値が保存された状態を示す。例えば、第1保存データが保存されるときは1時間分のセンサデータの平均値が積算値として保存され、第2保存データが保存されるときは第1保存データにおける平均値と第2保存データにおける平均値の和が積算値として保存され、以下同様に、第1重畳データが形成されるときは第1保存データ〜第24保存データの24個の平均値の和が積算値として保存される。したがって、積算される平均値はデータ保存周期ごとの60個のセンサデータの平均値であるので、当該積算値を60倍することにより、運用開始時刻からの全センサデータの積算値を算出することができる。すなわち、当該積算値は全センサデータを積算する場合に比べて1/60の値となる。
データ構築部136は、第1重畳データが揃った時点で、第1保存データ〜第24保存データとして保存されている各データ保存周期(1時間)における最大値、最小値、平均値と、その時点の積算値の中から所望のデータを読み出し、電文化し、1時30分に送信制御部137からセンタサーバ装置へ一括送信する。ここで、読み出すデータは、最大値、最小値、平均値、積算値の全てであってもよいし、例えば平均値のみであってもよい。
図4は、送信電文のフォーマット例を示す。
図4(1) に示す電文は、センサ(n) の第m重畳データ(nは1〜N、mは1〜Mの整数)を一括送信する例である。センサ端末装置を一意に識別するための端末ID、処理内容を識別するためのコマンド種別、センサ(n) を一意に識別するセンサ識別子、第m重畳データを識別する重畳データ識別子、第m重畳データの第1保存データを保存したときのタイムスタンプ、第m重畳データの第1保存データから第24保存データから構成される。各保存データは、データ保存周期におけるセンサデータの最大値、最小値、平均値の少なくとも1つが含まれる。また、電文には、必要に応じて第m重畳データが形成される時点の積算値が含まれていてもよい。複数のセンサの重畳データを送信する場合には、センサごとにセンサ識別子で区別される当該電文を1つずつ送信する。
図4(2) に示す電文は、センサ(1) 〜(N) の第m重畳データを一括送信する例である。端末ID、コマンド種別、さらにセンサ(1) 〜(N) の重畳データ識別子と第m重畳データが順番に配置される。
図4(3) に示す電文は、センサ(1) 〜(N) の所定の第m重畳データを一括送信する例である。一括送信する所定の第m重畳データがセンサごとに同じであれば重畳データ識別子が省略され、センサ(1) 〜(N) の第m重畳データが順番に配置される。例えば、各センサの最新の重畳データを一括送信する場合には、センサ(1) 〜(N) の第M重畳データが順番に配置される。
図4(4) に示す電文は、センサ(1) 〜(N) の特定の保存データ(最大値、最小値、平均値、その時点の積算値の少なくとも1つ)を一括送信する例である。当該電文を送信するタイミングについては実施例2として別途説明する。
ところで、図4(1),(2),(3) に示す電文は、センサ端末装置の時計部13の時刻情報に基づき、重畳データを一括送信する時刻(上記の例では毎日01時30分)にセンサ端末装置から自律的に送信されるが、センサ端末装置がセンタサーバ装置からの要求電文に応答して送信してもよい。図4(1) の電文を要求するセンタサーバ装置からの要求電文には、要求するセンサの識別子と、重畳データの識別子が含まれる。図4(2),(3) の電文を要求するセンタサーバ装置からの要求電文には、重畳データの識別子が含まれる。
(データ重畳周期の変更)
以上説明した実施例では、データ保存周期が1時間でデータ重畳周期が1日であれば、重畳データには第1保存データから第24保存データまでが含まれるが、データ重畳周期に応じて送信する重畳データのデータ長を変えてもよい。重畳データを送信して伝送エラーによりACK応答待ち時間がタイムアウトする場合、そのタイムアウト回数を計数する手段を設ける。そして、タイムアウト回数が規定値を超えた場合には、データ重畳周期を短縮して次の重畳データのデータ長を短くする制御を行うことにより、伝送エラーの頻度が低下し、タイムアウト回数を低減することができる。
図5は、データ重畳周期の変更処理手順を示す。
図5において、データ重畳周期分の保存データを重畳して重畳データを形成し(S1)、当該重畳データを電文化して送信する(S2)。ACK応答待ちのタイムアウト回数が規定値を超過すれば(S3:Yes )、データ重畳周期を短縮する(S4)。
(保存データの変化量監視)
以上説明した実施例では、センサ端末装置がセンタサーバ装置に対して、所定の時刻(毎日01時30分)に重畳データ(第1保存データ〜第24保存データ)を一括送信するが、重畳データ内における保存データの変化量を監視する手段を設け、当該変化量が規定値を超えた場合のみ、重畳データを送信するようにしてもよい。重畳データの第1保存データから第24保存データの変化量の評価は、標準偏差または変化量絶対値総和を算出し、規定値と比較する方法を用いることができる。変化量絶対値総和は、隣接する保存データの差分の絶対値を積算したものである。
図6は、保存データの変化量監視による送信制御手順を示す。
図6において、データ重畳周期分の保存データを重畳して重畳データを形成し(S11)、当該重畳データ内の保存データの変化量を算出する(S12)。当該変化量が規定値を超過すれば(S3:Yes )、重畳データ内の保存データのデータ変動が大きいと判断し、重畳データを電文化して送信する(S14)。一方、当該変化量が規定値以下であれば(S3:No)、重畳データ内の保存データのデータ変動が小さく、有意な保存データではないと判断して当該重畳データの送信は行わず、次の重畳データの処理に入る。したがって、送信されなかった重畳データは保存限界であるM日後に最新の重畳データに上書きされ、有意な重畳データのみの送信によってデータ送信を必要最小限に抑えることができる。
実施例2のセンサ端末装置は、図4(4) に示すように、センサ(1) 〜(N) の特定の保存データ(最大値、最小値、平均値、その時点の積算値の少なくとも1つ)を一括送信する。送信するタイミングは、例えば予め設定された所定の周期としてもよい。時計部131の時刻情報に基づき、所定の周期で記憶部134から保存データを読み出し、電文化して送信する。例えば、午前3時に送信する場合には、各センサごとに重畳データとして確定する前の第3保存データにタイムスタンプを添えて一括送信される。また、センサ端末装置がセンタサーバ装置からの要求電文に応答し、その時点の最新の保存データをタイムスタンプを添えて送信してもよい。
また、データ取得周期(1分)で取得したセンサデータと規定値を比較する手段を設け、所定のセンサのセンサデータが規定値を規定数連続して超えた場合、または下回った場合にのみ、当該センサデータを含むデータ保存周期で生成される各センサの保存データを一括送信してもよい。例えば、午前3時から始まるデータ保存周期(60分)の中で、センサデータが規定値を規定数連続して超えた場合に、午前4時に各センサの第4保存データを送信する。
図7は、各センサの保存データの一括送信処理手順を示す。
図7において、データ取得周期ごとに各センサのセンサデータを取得し(S21)、少なくとも1つのセンサのセンサデータが規定値を超えまたは下回り(S22:Yes )、その連続超過回数が規定数を超えたときに(S23:Yes )、センサデータに変化があったと判断し、各センサの保存データを一括送信する(S24)。一方、センサデータに規定値を超えるまたは下回る変化がないか、変化があっても規定数だけ連続していなければ、センサデータの変化が小さく、有意なセンサではないと判断して保存データの送信は行わない。このように、有意な保存データのみの送信によってデータ送信を必要最小限に抑えることができる。
なお、センサ端末装置は、本実施例の各センサの保存データを一括送信する形態と、図4(1) 〜(3) に示した重畳データを一括送信する形態とを組み合わせて、それぞれ適当なタイミングで各センサデータから処理された保存データあるいは重畳データをセンタサーバ装置へ送信するようにしてもよい。
11 センサ
12 センサ端末装置
13 ガスメーター
14 網制御装置(NCU)
15 通信回線
16 センタサーバ装置 100 センサ端末装置
110 通信インタフェース部
120 センサデータ入力部
130 制御部
131 時計部
132 データ取得制御部
133 演算部
134 記憶部
135 データ書き込み制御部
136 データ構築部
137 送信制御部

Claims (7)

  1. 通信回線を介してセンタサーバ装置に接続される網制御装置と、センサデータを出力する複数のセンサとの間に接続され、網制御装置を介してセンタサーバ装置との間でリンクを確立し、各センサから取得したセンサデータを送信するセンサ端末装置において、
    データ取得周期で前記複数のセンサから前記センサデータを取得する第1の手段と、
    前記データ取得周期の2以上の整数倍のデータ保存周期ごとに、当該データ保存周期内で取得した前記センサデータの最大値、最小値、平均値の少なくとも1つを保存データとして保存する第2の手段と、
    前記データ保存周期の2以上の整数倍のデータ重畳周期ごとに、当該データ重畳周期内で保存した前記保存データを重畳した重畳データを生成する第3の手段と、
    所定の前記センサの所定の前記データ重畳周期に対応する前記重畳データをその識別子とともに一括して送信する第4の手段と
    を備えたことを特徴とするセンサ端末装置。
  2. 請求項1に記載のセンサ端末装置において、
    前記第4の手段は、所定のタイミングで、または前記センタサーバ装置からの要求に応じて、対応する前記重畳データを一括して送信する構成である
    ことを特徴とするセンサ端末装置。
  3. 請求項1に記載のセンサ端末装置において、
    前記第4の手段は、前記センタサーバ装置に対する前記重畳データの伝送状態に応じて前記データ重畳周期を変更する構成である
    ことを特徴とするセンサ端末装置。
  4. 請求項1に記載のセンサ端末装置において、
    前記第4の手段は、前記重畳データを構成する前記保存データの変化量を監視し、当該変化量が有意な値を示す場合にのみ前記重畳データを送信する構成である
    ことを特徴とするセンサ端末装置。
  5. 請求項1に記載のセンサ端末装置において、
    前記第2の手段は、所定時刻を起点に、前記センサデータの平均値を積算した積算値を保存し、
    前記第4の手段は、前記重畳データとともにその時点の前記積算値を送信する構成である
    ことを特徴とするセンサ端末装置。
  6. 通信回線を介してセンタサーバ装置に接続される網制御装置と、センサデータを出力する複数のセンサとの間に接続され、網制御装置を介してセンタサーバ装置との間でリンクを確立し、各センサから取得したセンサデータを送信するセンサ端末装置において、
    データ取得周期で前記複数のセンサから前記センサデータを取得する第1の手段と、
    前記データ取得周期の2以上の整数倍のデータ保存周期ごとに、当該データ保存周期内で取得した前記センサデータの最大値、最小値、平均値、所定時刻を起点に当該平均値を積算した積算値の少なくとも1つを保存データとして保存する第2の手段と、
    前記複数のセンサの所定の前記データ保存周期に対応する前記保存データをその識別子とともに一括して送信する第3の手段と
    を備えたことを特徴とするセンサ端末装置。
  7. 請求項6に記載のセンサ端末装置において、
    前記第3の手段は、前記データ取得周期で取得する前記センサデータの変化量を監視し、当該変化量が有意な値を示す場合にのみ、前記データ保存周期で保存された前記保存データを送信する構成である
    ことを特徴とするセンサ端末装置。
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