JP2017107416A - センサノード、コントローラノード、センサネットワークシステム、およびその動作方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】センサ対象から情報を検知するセンサ部11と、検知したセンサ情報を抽象化データに演算する演算部12と、抽象化データを、ネットワーク200を介してコントローラノードCNに送信する内部通信部13とを備える複数のセンサノードSNと、センサ対象の初期/正常状態時のベクトルデータを予め保存するためのメモリ部24と、複数のセンサノードSNから送信される抽象化した抽象化データを、ネットワーク200を介して受信する内部通信部21と、受信した抽象化データをベクトル変換したベクトルデータを、初期/正常状態時のベクトルデータと比較/演算することでセンサ対象の状態を判定する演算部22とを備えるコントローラノードCNとを備える。
【選択図】図7
Description
また、特許文献3は、時系列データを基に異常判定を行うものを開示しているが、判定条件データ(通常×レシピの数)とモデルデータ(異常減少数)を保存するために大量のメモリを要するとともに、モデルデータとの類似性判定処理のために大量の演算を要するので、相当のCPUパワーを消費する。
比較例におけるセンサネットワークシステムの模式的概念構成は、図1に例示するように表される。比較例におけるセンサネットワークシステムは、図1に例示するように、センサ対象2と、センサ対象2に設置され、例えば、音、照度、角度、加速度、磁気、ジャイロ、温度、湿度、圧力、振動、衝撃、赤外線、運動、ガス、臭いなどのセンサエレメントを備える複数のセンサノードSN(SN1・SN2・SN3・…・SNn−1・SNn)とを備え、インターネットなどの遠距離用のネットワーク300を介してクラウドコンピューティングシステム80に接続可能である。複数のセンサノードSN1・SN2・SN3・…・SNn−1・SNn)とネットワーク300を介するクラウドコンピューティングシステム80との接続には、有線通信と無線通信とのいずれか一方若しくは両方を適用可能である。
実施形態に係るセンサネットワークシステムの模式的概念構成は、図2に例示するように表される。実施形態に係るセンサネットワークシステムは、図5に例示するように、センサ対象2から情報を検知するセンサ部11と、検知したセンサ情報の一部若しくは全部について少なくとも1データを数値化し、数値化したデータを、状態量を表す抽象化データに演算する演算部12と、抽象化データを、ネットワーク200を介してコントローラノードCNに送信する内部通信部13とを備える複数のセンサノードSN1・SN2・SN3・…・SNn−1・SNnと、図6に例示するように、センサ対象2の初期状態時あるいは正常状態時のベクトルデータを予め保存するためのメモリ部24と、複数のセンサノードSN1・SN2・SN3・…・SNn−1・SNnから個別に送信される抽象化した抽象化データを、ネットワーク200を介して受信する内部通信部21と、受信した抽象化データをベクトルデータ化し、変換後のベクトルデータを、メモリ部24に保存された初期状態時あるいは正常状態時のベクトルデータと比較/演算することでセンサ対象2の状態を判定する演算部22とを備えるコントローラノードCNとを備える。
実施形態に係るセンサネットワークシステムの変形例1の模式的概念構成は、図3に例示するように表される。
実施形態に係るセンサネットワークシステムの変形例2の模式的概念構成は、図4に例示するように表される。
実施の形態に係るセンサネットワークシステムに適用可能なセンサノードSNの模式的ブロック構成は、図5に例示するように表される。実施の形態に係るセンサネットワークシステムに適用可能なセンサノードSNは、図5に例示するように、センサ対象2から情報を検知するセンサ部11と、検知したセンサ情報の一部若しくは全部について少なくとも1データを例えば時系列に数値化して、数値化したデータを例えば状態量を表す抽象化データに演算する演算部12と、抽象化データを、ネットワーク200を介してコントローラノードCNに送信する内部通信部13と、検知したセンサ情報等を記憶するメモリ部14と、センサノードSN内に電力を供給する電源部15とを備える。
実施の形態に係るセンサネットワークシステムに適用可能なコントローラノードCNの模式的ブロック構成は、図6に例示するように表される。実施の形態に係るセンサネットワークシステムに適用可能なコントローラノードCNは、図6に例示するように、センサ対象2の初期状態時あるいは正常状態時のベクトルデータを動作初期時、再起動時、定期更新などのタイミングで予め保存するためのメモリ部24と、複数のセンサノードSNから個別に送信される、センサ対象2の検知データを抽象化した抽象化データを、ネットワーク200を介して受信する内部通信部21と、受信した抽象化データ少なくとも1データを(例えば時系列の)ベクトルデータ化し、変換後のベクトルデータを、偏差ベクトルのノルムの累計、内積などを用いて、メモリ部24に保存された初期状態時あるいは正常状態時のベクトルデータと比較/演算することでセンサ対象2の状態を判定する演算部22と、演算部22によって判定されたセンサ対象2の状態を、所定の通報先90Aにネットワーク300を介して通知する、あるいは所定の通報先90Bに直接通知する外部通信部23と、コントローラノードCN内に電力を供給する電源部25とを備える。なお、内部通信部21は、センサ対象2の抽象化前の検知データを複数のセンサノードSNの少なくとも1つから受信し、演算部22は、受信した検知データを、状態量を表す抽象化データに演算するように構成されても良い。
実施の形態に係るセンサネットワークシステムに適用可能なセンサノードSNとコントローラノードCNとの接続例1の模式的ブロック構成は、図7に例示するように表される。図7に示す接続例1では、複数個(あるいは複数種類)のセンサノードSN1・…・SNnをコントローラノードCNに接続させた例を示している。この場合、各センサノードSN1・…・SNnの内部通信部13が、コントローラノードCNの内部通信部21にそれぞれ接続される。
実施の形態に係るセンサネットワークシステムに適用可能なセンサノードSNとコントローラノードCNとの接続例2の模式的ブロック構成は、図8に例示するように表される。図8に示す接続例2では、複数個(あるいは複数種類)のセンサノードSN1およびSN4を集積化した集積化センサノードISN1を、コントローラノードCNに接続させた例を示している。この場合、集積化センサノードISN1内の各センサノードSN1・…・SNnの内部通信部13が、コントローラノードCNの内部通信部21にそれぞれ接続される。
実施の形態に係るセンサネットワークシステムに適用可能なセンサノードSNとコントローラノードCNとの接続例3の模式的ブロック構成は、図9に例示するように表される。図9に示す接続例3では、複数個(あるいは複数種類)のセンサノードSNのセンサ部11A、11B,11Cを集積化センサノードISN2に集積化しているが、センサ部11以外の演算部12、内部通信部13、メモリ部14、および電源部15については、集積化センサノードISN2内部で共用化しており、集積化センサノードISN2内の内部通信部13が、コントローラノードCNの内部通信部21に接続される。
実施の形態に係るセンサネットワークシステムに適用可能なセンサノードSNとコントローラノードCNの処理手順例1は、図10に例示するように表される。
実施の形態に係るセンサネットワークシステムに適用可能なセンサノードSNとコントローラノードCNの処理手順例2は、図11に例示するように表される。図11に例示する処理手順例2においては、必要に応じてフィルタリングしA/D変換(S102)において数値化されたデータを、状態量を表すデータに抽象化する信号処理1(S103)を、各センサノードSN1・…・SNnの演算部12が実行する代わりに、コントローラノードCNの演算部22が実行するようにした点で、図10に例示した処理手順例1と相違する。
実施の形態に係るセンサネットワークシステムを適用可能な踏切監視システムの模式的概念構成は、図12に例示するように表される。
b1.(0,0,0), b2.(8,8,0), b3.(8,8,5), b4.(8,8,8), b5.(8,7,8), b6.(0,0,6)
で与えられる。例えば、図18(d)に例示したように、警報音発生器31(鳴動)の時刻T21、T22、T23のデータに異常(例えば故障)がある場合、その信号のベクトルは、時系列順に
s1.(0,0,0), s2.(8,0,0), s3.(8,0,5), s4.(8,0,8), s5.(8,0,8), s6.(0,0,6), s7.(0,0,0)
と、推移していく。このことから、例えば重み付けなしのマンハッタン距離で判定する場合、s2からの基準ベクトルへの距離は、b1からb6に順番に8,8,13,16,15,14であり、この場合近傍のベクトルは、b1若しくはb2(本来の比較対象)であり、残渣は8となる。同様にs3からの距離は、13,13,8,11,10,9であり、b3が近傍であることが分かり、かつ残渣が8と大きいため正常からの乖離すなわち異常の判定ができる。
上記のように、実施の形態について記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
11、11A、11B、11C…センサ部
12、22…演算部
13、21…内部通信部
14、24…メモリ部
15、25…電源部
23…外部通信部
30…踏切警報機
31…警報音発生器(スピーカ)
32…警報灯
33…方向表示器
40…遮断機
41…遮断桿
42…線路(レール)
80…クラウドコンピューティングシステム
90A、90B…通報先
200、300…ネットワーク
CN…コントローラノード
DW1、DW2…判定波形
ISN1、ISN2、ISN3…集積化センサノード
SN、SN1、SN2、SN3、SN4、SN5、SN6、SN7、SN11、SN12、SN13、SN14、SN15、SN16、SN17、SN18、SNn−1、SNn…センサノード
SV1、SV2、SV3、SV11、SV12、SV13−1、SV13−2、SV13−3、SV13−4、SV14、SV15…抽象化波形
T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10、T11、T12、T21、T22、T23…時刻
Claims (25)
- センサ対象から情報を検知するセンサ部と、
前記検知したセンサ情報の一部若しくは全部について少なくとも1データを数値化し、前記数値化したデータを、状態量を表す抽象化データに演算する演算部と、
前記抽象化データを、ネットワークを介してコントローラノードに送信する内部通信部と
を備えることを特徴とするセンサノード。 - 前記センサ部は、複数個若しくは複数種類のセンサエレメント、又は複数個で且つ複数種類のセンサエレメントを備えることを特徴とする請求項1に記載のセンサノード。
- 前記センサエレメントは、音、照度、角度、加速度、磁気のうちのいずれか1つ以上のセンサエレメントであることを特徴とする請求項2に記載のセンサノード。
- 前記抽象化データは、検知現象毎に複数種類生成されることを特徴とする請求項1に記載のセンサノード。
- 前記演算部は、前記検知したセンサ情報の前記少なくとも1データを時系列に生成することを特徴とする請求項1に記載のセンサノード。
- 前記センサノード内に電力を供給する電源部をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のセンサノード。
- 前記電源部は、電池と発電装置のうちのいずれか一方若しくは両方を有する電源手段であることを特徴とする請求項6に記載のセンサノード。
- 前記ネットワークは、無線通信のネットワークであることを特徴とする請求項1に記載のセンサノード。
- 前記抽象化データに演算する処理は、平滑化処理を含むことを特徴とする請求項1に記載のセンサノード。
- 前記センサ対象は、対人通知信号機と灯火のうちのいずれか一方若しくは両方を含むことを特徴とする請求項1に記載のセンサノード。
- センサ対象の初期状態時あるいは正常状態時のベクトルデータを予め保存するためのメモリ部と、
複数のセンサノードから個別に送信される、前記センサ対象の検知データを抽象化した抽象化データを、ネットワークを介して受信する内部通信部と、
受信した前記抽象化データをベクトルデータ化し、変換後のベクトルデータを、前記メモリ部に保存された前記初期状態時あるいは正常状態時のベクトルデータと比較/演算することで前記センサ対象の状態を判定する演算部と
を備えることを特徴とするコントローラノード。 - 前記内部通信部は、前記センサ対象の抽象化前の検知データを前記複数のセンサノードの少なくとも1つから受信し、
前記演算部は、前記受信した検知データを、状態量を表す抽象化データに演算することを特徴とする請求項11に記載のコントローラノード。 - 前記ベクトルデータは、前記センサノードによる検知現象毎に複数種類生成されることを特徴とする請求項11に記載のコントローラノード。
- 前記演算部は、前記ベクトルデータの前記少なくとも1データを時系列に生成することを特徴とする請求項11に記載のコントローラノード。
- 前記コントローラノード内に電力を供給する電源部をさらに備えることを特徴とする請求項11に記載のコントローラノード。
- 前記電源部は、電池と発電装置のうちのいずれか一方若しくは両方を有する電源手段であることを特徴とする請求項15に記載のコントローラノード。
- 前記ネットワークは、無線通信のネットワークであることを特徴とする請求項11に記載のコントローラノード。
- 前記比較/演算は、偏差ベクトルのノルムの累計、内積のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項11に記載のコントローラノード。
- 前記センサ対象は、対人通知信号機と灯火のうちのいずれか一方若しくは両方を含むことを特徴とする請求項11に記載のコントローラノード。
- 前記演算部によって判定された前記センサ対象の状態を、所定の通報先に通知する外部通信部をさらに備えることを特徴とする請求項11に記載のコントローラノード。
- センサ対象から情報を検知するセンサ部と、前記検知したセンサ情報の一部若しくは全部について少なくとも1データを数値化し、前記数値化したデータを、状態量を表す抽象化データに演算する演算部と、前記抽象化データを、ネットワークを介してコントローラノードに送信する内部通信部とを備える複数のセンサノードと、
前記センサ対象の初期状態時あるいは正常状態時のベクトルデータを予め保存するためのメモリ部と、前記複数のセンサノードから個別に送信される前記抽象化した抽象化データを、前記ネットワークを介して受信する内部通信部と、受信した前記抽象化データをベクトルデータ化し、変換後のベクトルデータを、前記メモリ部に保存された前記初期状態時あるいは正常状態時のベクトルデータと比較/演算することで前記センサ対象の状態を判定する演算部とを備えるコントローラノードと
を備えることを特徴とするセンサネットワークシステム。 - 前記ネットワークは、無線通信のネットワークであることを特徴とする請求項21に記載のセンサネットワークシステム。
- 前記ベクトルデータは、前記センサノードによる検知現象毎に複数種類生成されることを特徴とする請求項21に記載のセンサネットワークシステム。
- 前記センサエレメントは、音、照度、角度、加速度、磁気のうちのいずれか1つ以上のセンサエレメントであることを特徴とする請求項21に記載のセンサネットワークシステム。
- 複数のセンサノードにおいて、センサ対象から情報を検知するステップと、
前記複数のセンサノードにおいて、前記検知したセンサ情報の一部若しくは全部について少なくとも1データを数値化し、前記数値化したデータを、状態量を表す抽象化データに演算するステップと、
前記複数のセンサノードにおいて、前記抽象化データを、ネットワークを介してコントローラノードに送信するステップと、
前記コントローラノードにおいて、前記複数のセンサノードから個別に送信される前記抽象化した抽象化データを、前記ネットワークを介して受信するステップと、
受信した前記抽象化データをベクトルデータ化し、変換後のベクトルデータを、メモリ部に予め保存された前記センサ対象の初期状態時あるいは正常状態時のベクトルデータと比較/演算することで前記センサ対象の状態を判定するステップと
を有することを特徴とするセンサネットワークシステムの動作方法。
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