JP2014241024A - センサネットワークシステム、サーバ装置およびセンサネットワーク制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】システム設置後もユーザの要望に合わせて柔軟かつ低コストで提供サービスの追加・変更・削除が可能なセンサネットワークシステム、サーバ装置およびセンサネットワーク制御プログラムを提供する。
【解決手段】サーバ装置が通信ネットワークを介してセンサ端末からセンサデータを収集するセンサネットワークシステムにおいて、センサ端末は、互いに異なる物理量を計測する複数のセンサと、各センサが取得したセンサデータを送信する送信部と、センサ制御信号に応じて各センサの動作またはセンサデータの送信を制御する制御部とを備え、サーバ装置は、センサ端末にセンサ制御信号を送信し、複数のセンサのうちの所定のセンサからセンサデータを送信させ、収集したセンサデータをデータ処理してサービス情報を生成し、配信する制御手段を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、通信ネットワークを活用して、遠隔地からセンサデータを収集するとともに、当該センサデータをデータ処理してデータ解析結果や商品情報等のサービス情報を生成し、配信するセンサネットワークシステム、サーバ装置およびセンサネットワーク制御プログラムに関する。

センサネットワークシステムは、遠隔地に設置したセンサや計測機器が取得したデータを通信ネットワークを利用して収集するシステムである。センサネットワークシステムの例として、業務の効率化、サービス性の向上、安心・安全の確保を目的として、ガス・水道メーターの遠隔検針、自動販売機の在庫管理、トラックの配送管理、ビニールハウスの温度監視、受変電設備の監視等、様々なサービスが展開されている。

特許文献１に示すセンサネットワークシステムは、温度、湿度、照度、気圧、振動等の各種センサを用いて構成され、データ処理装置で周囲の環境やモノの状態を示す環境データ、人の状態や動作を示す対象者データ、及び消費エネルギーデータから人の行動パターンを解析して、サービス情報として省エネを実現するための具体的な指標を提供する構成である。環境データを活用する場合、複数のセンサデータを収集することが要求されるので、多種類のセンサを同じ場所に設置する方法や、一つのセンサボードに複数のセンサを搭載したセンサ端末を設置する方法が考えられている。しかし、一般に測定対象毎に通信機能、センシング機能を特化したセンサ端末を使用するため、端末ラインナップが多品種少量になる傾向があった。よって、センサ端末の生産、在庫・物流管理の効率が低下し、量産効果や経験曲線効果が十分に得られる大きな市場へ導入される場合を除き、コスト的に不利であった。これを解決するために、各センサを物理的に脱着可能とすることで、共通設計部分を増やし、小型、低コストを維持しながら高い汎用性、拡張性を実現するマルチセンサ端末が考案されている（特許文献２）。

産業用、業務用システムにおけるセンサ端末は、一旦設置するとシステムの頻繁な変更なしに比較的長期間運用されることが多く、追加投資が発生しない。そのため、比較的に費用対効果が高く、システムの低コスト化により、システム導入障壁をある程度低くできると考えられる。これに対して、一般家庭ユーザを狙ったマス向けサービスについては、ユーザからの要望に沿った、迅速かつきめ細かな対応が随時要求される。

特開２０１０−２６２５１０号公報 特開２０１０−１５５２３号公報

従来のセンサネットワークシステムは、要求されるサービス毎にシステム設計を行い、要求条件に適合したセンサと設置環境や通信特性に適合した通信方式を具備したセンサ端末を、サービス品質が最も高くなるような適切な場所に配置して構築されることが多い。運用開始後、ユーザの要望等により、サービスを追加・変更・削除する場合には、既設センサ端末を変更先サービスに適合した新たなセンサ端末に置き換えたり、既設センサ端末に追加で新たなセンサを装着したりする作業が発生する。ただし、セキュリティ等の問題でセンサ端末の設置場所へ自由に立ち入りできない場合には、ユーザからのクレーム対応やサービス提供機会の逸失につながる恐れがある。また、度重なる追加投資がサービス拡張の障壁となり、センサネットワークシステムのサービス適用領域も制限されている。

本発明は、システム設置後もユーザの要望に合わせて柔軟かつ低コストで提供サービスの追加・変更・削除が可能なセンサネットワークシステム、サーバ装置およびセンサネットワーク制御プログラムを提供することを目的とする。

第１の発明は、サーバ装置が通信ネットワークを介してセンサ端末からセンサデータを収集するセンサネットワークシステムにおいて、センサ端末は、互いに異なる物理量を計測する複数のセンサと、各センサが取得したセンサデータを送信する送信部と、センサ制御信号に応じて各センサの動作またはセンサデータの送信を制御する制御部とを備え、サーバ装置は、センサ端末にセンサ制御信号を送信し、複数のセンサのうちの所定のセンサからセンサデータを送信させ、収集したセンサデータをデータ処理してサービス情報を生成し、配信する制御手段を備える。

第１の発明のセンサネットワークシステムにおいて、センサ端末は、複数のセンサのインタフェースの差異を吸収して制御部に収容するインタフェース変換部を備える。

第１の発明のセンサネットワークシステムにおいて、センサ端末とサーバ装置との間にゲートウェイを備え、センサ端末の制御部の機能に代えて、センサ端末の送信部は該ゲートウェイに各センサデータを送信し、該ゲートウェイはセンサ制御信号に応じてサーバ装置に対して各センサデータの送信を制御する構成である。

第１の発明のセンサネットワークシステムにおいて、サーバ装置は、センサ端末を制御してセンサデータを収集する第１のサーバ装置と、収集したセンサデータをデータ処理してサービス情報を生成し、配信する第２のサーバ装置とを備えた構成である。

第２の発明は、通信ネットワークを介してセンサ端末からセンサデータを収集するセンサネットワークシステムのサーバ装置において、センサ端末にセンサ制御信号を送信し、センサ端末が備える複数のセンサのうちの所定のセンサからセンサデータを送信させ、収集したセンサデータをデータ処理してサービス情報を生成し、配信する制御手段を備える。

第３の発明は、通信ネットワークおよびゲートウェイを介してセンサ端末からセンサデータを収集するセンサネットワークシステムのサーバ装置において、ゲートウェイにセンサ制御信号を送信し、センサ端末からゲートウェイに送信された各センサデータのうち所定のセンサデータをサーバ装置に送信させ、収集したセンサデータをデータ処理してサービス情報を生成し、配信する制御手段を備える。

第４の発明のセンサネットワーク制御プログラムは、第２または第３の発明のサーバ装置の制御手段が行う処理を実行する。

本発明は、サーバ装置において、センサ端末の複数のセンサが取得するセンサデータを選択して収集し、収集したセンサデータをデータ処理して対応するサービス情報を生成し、配信することができる。また、サーバ装置が収集するセンサデータの追加・変更・削除が容易であり、システム設置後でもユーザの要望に合わせて柔軟かつ低コストで提供サービスの追加・変更・削除を行うことができる。

本発明のセンサネットワークシステムの実施例１の構成を示す図である。 センサ端末１１の構成例を示す図である。 各照明および太陽光のスペクトルと各光センサの分光感度の関係を示す図である。 光センサとサービスの関係を示す図である。 サービス変更の処理フローを示す図である。 サービス追加／削除の処理フローを示す図である。 本発明のセンサネットワークシステムの実施例２の構成を示す図である。 本発明のセンサネットワークシステムの実施例３の構成を示す図である。

図１は、本発明のセンサネットワークシステムの実施例１の構成を示す。ここでは、ユーザ宅内の各部屋にセンサ端末を設置してセンサデータを収集し、対応するサービス情報を提供することを想定しているが、ユーザ宅内用途に限定するものではない。

図１において、各部屋の所定位置に設置されたセンサ端末１１は、宅内ネットワークと広域ネットワーク（ＷＡＮ）１３を接続するホームゲートウェイ（ＨＧＷ）１２に集約され、ＷＡＮ１３を介してサーバ装置１４へ接続される。ＨＧＷ１２とセンサ端末１１との間の通信方式、ＨＧＷ１２とサーバ装置１４との間の通信方式は、無線でも有線でもよく、設置環境やユーザの要求条件で最適なものが選択される。

サーバ装置１４は、センサ端末１１から送信され、ＨＧＷ１２を介して転送されたセンサデータを受信し、そのセンサデータをデータ処理してサービス情報（データ解析結果や商品情報等）を生成し、ユーザ宅へ配信する。ユーザ宅では、配信されたサービス情報をＨＧＷ１２を介して端末装置（図示せず）に表示する。また、サーバ装置１４は、センサ端末１１の機能をオン／オフ制御するためのセンサ制御信号を送信し、ＨＧＷ１２またはセンサ端末１１がこのセンサ制御信号を受け取ることで、各センサの機能またはセンサデータの送信機能をオン／オフ制御する。

図２は、センサ端末１１の構成例を示す。
図２(1) において、センサ端末１１はセンサ内蔵型であり、通信モジュール１１１、マイクロコントローラ１１２、メモリ１１３、信号調整回路１１４、紫外線センサ１１５、照度センサ１１６、赤外線センサ１１７、人感センサ１１８、電源部１１９から構成される。なお、各センサは一例である。

図２(2) に示すセンサ端末１１は、市販のセンサ機器１２０を外付けすることを想定しており、これらのセンサ機器１２０がＩ／Ｆ変換部１２１を介して信号調整回路１１４に接続される。この構成では、各センサ機器１２０をオン／オフするコマンドが不明の場合には、信号調整回路１１４の制御により容易に各センサ機器１２０の機能をオン／オフすることができる。

各センサが出力する電流信号または電圧信号は、信号調整回路１１４でノイズ除去、電流電圧変換、信号増幅、インピーダンス整合等の処理が施された後、マイクロコントローラ１１２に搭載されているＡＤ変換器によりデジタル値へ変換される。このデジタル値は、マイクロコントローラ１１２またはサーバ装置１４で所定の演算処理を行うことにより、所望の物理量に変換され、センサ毎のセンサデータが得られる。マイクロコントローラ１１２は、得られたセンサデータを所定のメッセージフォーマットに形成した後、通信モジュール１１１から送信する。

サーバ装置１４からのセンサ制御信号により、各センサの機能を物理的にオン／オフする場合には、マイクロコントローラ１１２が信号調整回路１１４をシャットダウン制御することにより実現する。あるいは、論理的にセンサデータをＨＧＷ１２に送信しないように制御する場合には、当該センサデータをメッセージフォーマットに含めないように制御してもよい。

次に、紫外線センサ、照度センサ、赤外線センサ、人感センサの４種類の光センサを用いて、７種類のサービスを実現する例について説明する。

図３は、各照明および太陽光のスペクトルと各光センサの分光感度の関係を示す。横軸は波長（ｎｍ）であり、縦軸は分光感度（任意単位）である。光センサ毎に波長特性が異なっており、これらを組み合わせることで様々なサービスに対応することができる。

図４は、光センサとサービスの関係を示す。
図４において、「電力使用量可視化」のサービスでは、照度センサのみをオンとする。例えば、天井や壁、テレビ画面やパソコン画面の近傍、冷蔵庫の開閉扉の近傍に配置したセンサ端末の照度センサをオンとすれば、照度センサで検知する照度変化のデータから、照明機器の点灯時間、テレビやパソコンの使用時間、冷蔵庫の開閉回数が検知でき、機器毎の電力使用量の目安を把握し、サービス情報として配信することができる。このサービスでは、それぞれの電力使用量を直接モニタせずに、汎用の照度センサによる各機器近傍の照度変化に基づき使用状況を把握することにより、間接的に電力使用量として可視化する仕組みである。

「電力浪費検知」のサービスでは、照度センサと人感センサをオンとする。例えば「電力使用量可視化」のサービスにより照明機器、テレビ、パソコン、冷蔵庫のそれぞれの電気使用量を可視化する場合、さらに人感センサにより検知した人の動きを示すデータと組合せることにより、各機器の電力浪費の有無を検知して通知することができる。例えば、照明機器が点灯状態でありながら人の動きが全くない場合は、無人の部屋で照明電力が無駄に消費されているものと判断し、きめ細かな省エネ対策を提案するサービス情報の提供が可能である。

「ホームセキュリティ／見守り」のサービスでは、人感センサのみをオンとする。人感センサにより不在時の侵入者を検知したり、高齢者や乳幼児の動きについてプライバシーを侵害しない程度におおまかに把握し、必要なサービス情報をタイムリーに提供することができる。

「火災検知」のサービスでは、人感センサと赤外線センサをオンとする。赤外線センサと人感センサが、赤外線および遠赤外線により温度上昇を捉え、異常な温度上昇を検知した場合に火災発生警報として通知する。なお、例えば赤外線センサのみでは、温度上昇以外の要因による赤外線を検知することもあるので、２種類のセンサで検知することにより検出精度を向上させ、誤報を防ぐことが可能である。

「紫外線情報」のサービスでは、窓際に設置したセンサ端末の紫外線センサのみをオンとする。紫外線センサが、宅内へ入射する紫外線量を検出して屋外の紫外線量を推定することにより、外出前に日焼け対策等のサービス情報の提供が可能となる。

「建材コンシェルジュ」のサービスでは、紫外線センサと赤外線センサをオンとする。紫外線センサと赤外線センサにより、宅内へ入射する紫外線量および赤外線量を検出することにより、室内温度の上昇を抑えるためにＵＶ−ＩＲカットフィルム等の取り付けを薦める省エネ対策の提案や、住宅外壁の劣化診断等のサービス情報を提供することができる。

「照明コンシェルジュ」のサービスでは、紫外線センサと照度センサと赤外線センサをオンとする。分光感度の異なる３つの光センサにより、波長スペクトルの異なる光源を識別し、照明種別毎の電力使用量の目安を把握し、省エネのための最適照明構成を提案することができる。

以上のように、オンとする光センサの組合せに応じて多種多様なサービスに対応することができ、また各サービスの変更にも自由自在に対応することができる。

図５は、サービス変更の処理フローを示す。
７種類のサービスは、対応する光センサのオン／オフにより全ての組合せにおいて相互に変更が可能であるが、ここでは、実線矢印で示すように、電力使用量可視化のサービスから他のサービスに変更する例について説明する。

電力使用量可視化のサービスを提供している状態では、既に照度センサがオン状態になっている。ここで、電力浪費検知のサービスに変更する場合には、サーバ装置１４から送信されるセンサ制御信号により人感センサをオンとする。また、電力使用量可視化のサービスから建材コンシェルジュのサービスに変更する場合には、赤外線センサと紫外線センサをオンとし、照度センサをオフとすればよい。これにより、サーバ装置１４にはオンとしたセンサからのセンサデータが収集され、対応するサービス情報の提供が可能になるので、センサ端末１１の設置現場に赴くことなくサービス変更が完了する。以下に示すサービスの追加／削除についても同様である。

図６は、サービス追加／削除の処理フローを示す。ここでは、複数のサービスがセットになっている場合、対応する光センサのオン／オフによりセット単位でサービスの追加／削除を行う例を示す。

初期サービスとして電力使用量可視化のサービスセット１を提供している状態では、既に照度センサがオン状態になっている。ここで、サーバ装置１４から送信されるセンサ制御信号により人感センサをオンとすれば、サービスセット２として電力浪費検知、ホームセキュリティ／見守りのサービスを追加することができる。さらに、赤外線センサをオンとすることにより、サービスセット３として火災検知のサービスを追加することができる。さらに、紫外線センサをオンとすることにより、サービスセット４として紫外線情報、建材コンシェルジュ、照明コンシェルジュの各サービスを追加することができる。

すなわち、以下のサービスセット１〜４に対して、照度センサ、人感センサ、赤外線センサ、紫外線センサの順にオンとすることにより、サービスの追加が可能である。
１：電力使用量可視化
２：１＋電力浪費検知＋ホームセキュリティ／見守り
３：２＋火災検知
４：３＋紫外線情報、建材コンシェルジュ、照明コンシェルジュ

一方、初期サービスとして、サービスセット４の全サービスを提供している状態からサービスを削除する場合、紫外線センサをオフとすることにより、サービスセット３の提供となる。さらに、赤外線センサをオフとすることによりサービスセット２の提供となる。最後に、人感センサをオフとすることにより照度センサのみがオンとなり、サービスセット１の提供となる。

同様に、例えば紫外線センサのみで対応する紫外線情報のサービスを起点に、赤外線センサをオンとして建材コンシェルジュのサービスを追加し、さらに照度センサをオンとして、照明コンシェルジュ、電力使用量可視化、電力浪費検知のサービスを追加し、さらに人感センサを追加して全サービスに対応するなど、他のサービスセットの組合せで追加が可能である。また、サービスを削除する場合も同様に、初期サービスとして２以上の光センサをオンとして得られるサービスセットに対して、不要となるサービスの光センサをオフとすることにより対応することができる。

さらに、提供するサービスに合わせて、図５に示すように光センサのオン／オフをきめ細かく制御することにより、不要なセンサデータの送信を削減できるため、ＷＡＮや宅内ネットワークにおけるトラヒックの圧迫やユーザのプライバシー問題等の懸念事項を緩和することができる。さらに、センサ端末１１が電池駆動の場合には、電池寿命の延伸が可能となる。

また、本発明のセンサネットワークシステムでは、本実施例のように分光感度の異なる複数の光センサを組み合わせに限らず、例えば計測レンジの異なる複数の温度センサの組み合わせ、周波数特性の異なる複数の加速度センサの組み合わせでも同様に多種多様なサービスの提供が可能である。

また、温度、湿度、照度、気圧、振動等の異なる物理量を計測するセンサを組み合わせてもよい。例えば、図２に示すセンサ端末１１に予め加速度センサ、振動センサ、音センサなどを搭載しておけば、これらのセンサをオン状態にすることにより、モーター駆動系家電の稼働状況を検知することで、電力使用量の目安を把握し、配信することができる。また、異常振動や異常音を検知することで、メンテナンスに活用するなど、さらに詳細なセンサデータを活用した一層の高付加価値サービスを提供することができる。また、ホームセキュリティ／見守りサービスにおいては、高齢者や乳幼児の動きや声を検知することで活動量を間接的に把握することができる。

以上のように、本発明によれば、システム設置後もユーザの要望に合わせて、サービスの追加・変更・削除に柔軟に対応することができる。

図７は、本発明のセンサネットワークシステムの実施例２の構成を示す。
図７において、実施例２では、センサのオン／オフを制御するサーバ装置１４と、センサ端末１１から取得したセンサデータに基づいてサービス情報を生成し、当該サービス情報を配信するサーバ装置１５を別々に設けており、その他の構成は実施例１と同じである。例えば、通信事業者が管理するサーバ装置１４でセンサのオン／オフ制御を行い、センサ端末１１から取得したセンサデータをサーバ装置１４から家電メーカーや住宅メーカーが管理するサーバ装置１５に転送し、サーバ装置１５でサービス情報を生成して各ユーザに配信する。

このように、センサ制御とデータ解析、サービス情報の生成および配信の役割を分担することで、より効率的なシステム構築と、よりきめ細かな付加価値の高いサービス情報の配信を実現することができる。

図８は、本発明のセンサネットワークシステムの実施例３の構成を示す。
図８において、実施例３は、サーバ装置１４が、ＨＧＷ１２に対してオン／オフ制御するためのセンサ制御信号を送信し、ＨＧＷ１２がこのセンサ制御信号に基づき、宅内ネットワークとＷＡＮ１３との間のデータ通信を制御することにより、センサデータをオン／オフ制御する構成である。その他の構成は、実施例１と同じである。センサ端末１１からは、ヘッダにセンサ種別情報を付与したメッセージを送信し、ＨＧＷ１２がこのヘッダ部分に基づき、不要なセンサデータをフィルタリングして、必要な情報のみをＷＡＮ１３側へ送信する。

以上のように、ＨＧＷ１２でデータをフィルタリングすることにより、不要なセンサデータの送信を削減できるため、ＷＡＮ１３におけるトラヒックの圧迫やユーザのプライバシー問題等の懸念事項を緩和することができる。また、センサ端末１１側にセンサをオン／オフする機能が不要となるため、センサ端末１１側の制御が簡単になる。

以上説明した各実施例のサーバ装置の機能はハードウェアで実現するだけでなく、プログラム言語で記述したソフトウェアとコンピュータで実現することもできる。また、当該プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。

１１ センサ端末
１２ ホームゲートウェイ（ＨＧＷ）
１３ 広域ネットワーク（ＷＡＮ）
１４，１５ サーバ装置
１１１ 通信モジュール
１１２ マイクロコントローラ
１１３ メモリ
１１４ 信号調整回路
１１５ 紫外線センサ
１１６ 照度センサ
１１７ 赤外線センサ
１１８ 人感センサ
１１９ 電源部
１２０ センサ機器
１２１ Ｉ／Ｆ変換部

Claims (7)

1. サーバ装置が通信ネットワークを介してセンサ端末からセンサデータを収集するセンサネットワークシステムにおいて、
   前記センサ端末は、互いに異なる物理量を計測する複数のセンサと、各センサが取得したセンサデータを送信する送信部と、センサ制御信号に応じて各センサの動作またはセンサデータの送信を制御する制御部とを備え、
   前記サーバ装置は、前記センサ端末に前記センサ制御信号を送信し、前記複数のセンサのうちの所定のセンサからセンサデータを送信させ、収集したセンサデータをデータ処理してサービス情報を生成し、配信する制御手段を備えた
   ことを特徴とするセンサネットワークシステム。
2. 請求項１に記載のセンサネットワークシステムにおいて、
   前記センサ端末は、前記複数のセンサのインタフェースの差異を吸収して前記制御部に収容するインタフェース変換部を備えた
   ことを特徴とするセンサネットワークシステム。
3. 請求項１に記載のセンサネットワークシステムにおいて、
   前記センサ端末と前記サーバ装置との間にゲートウェイを備え、前記センサ端末の制御部の機能に代えて、前記センサ端末の送信部は該ゲートウェイに各センサデータを送信し、該ゲートウェイは前記センサ制御信号に応じて前記サーバ装置に対して各センサデータの送信を制御する構成である
   ことを特徴とするセンサネットワークシステム。
4. 請求項１に記載のセンサネットワークシステムにおいて、
   前記サーバ装置は、前記センサ端末を制御して前記センサデータを収集する第１のサーバ装置と、収集したセンサデータをデータ処理してサービス情報を生成し、配信する第２のサーバ装置とを備えた構成である
   ことを特徴とするセンサネットワークシステム。
5. 通信ネットワークを介してセンサ端末からセンサデータを収集するセンサネットワークシステムのサーバ装置において、
   前記センサ端末にセンサ制御信号を送信し、前記センサ端末が備える複数のセンサのうちの所定のセンサからセンサデータを送信させ、収集したセンサデータをデータ処理してサービス情報を生成し、配信する制御手段を備えた
   ことを特徴とするサーバ装置。
6. 通信ネットワークおよびゲートウェイを介してセンサ端末からセンサデータを収集するセンサネットワークシステムのサーバ装置において、
   前記ゲートウェイにセンサ制御信号を送信し、前記センサ端末から前記ゲートウェイに送信された各センサデータのうち所定のセンサデータをサーバ装置に送信させ、収集したセンサデータをデータ処理してサービス情報を生成し、配信する制御手段を備えた
   ことを特徴とするサーバ装置。
7. 請求項５または請求項６に記載のサーバ装置の制御手段が行う処理を実行するセンサネットワーク制御プログラム。

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