JP2018169956A - 通信端末、通信方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】既存のセンサデバイスからのデータをＬＰＷＡネットワークにより効率的に伝送可能とする通信システム、子機、親機、通信方法、及びプログラムを提供する。【解決手段】通信システムは、センサデバイス１０からのデータを受信する子機２０と、子機２０を制御する親機３０とを備え、センサデバイス１０は、近距離無線通信方式を採用し、子機２０は、センサデバイス１０からのデータを近距離無線通信方式から９２０ＭＨｚ帯通信方式に変換して親機３０に送信する。【選択図】図１

Description

本発明は、通信システム、子機、親機、通信方法、及びプログラムに関し、特に、ＬＰＷＡ（Low Power、Wide Area）による長距離伝送に向けたデータ処理技術に関する。

現在、市中の環境情報等を収集する汎用的なセンサの通信方式には、Bluetooth（登録商標）等の近距離無線通信が広く採用されている。例えば、特許文献１の段落０１３８には、Bluetooth等の接続制御手段を有する固定型通信端末が開示されている。

特開２００６−８５３９０号公報

これらの汎用的なセンサからのデータは、スマートフォンやＧＷ等によって収集されているが、センサからのデータを送信している無線が数ｍ〜数十ｍ程度しか届かないため、データ収集端末をセンサ付近に設置する必要がある。このセンサデータをＬＰＷＡネットワークによって長距離伝送が可能になると、遠隔地からの環境情報を簡単に収集可能となり、リアルタイムモニタリングや自然災害予測など様々なシーンへの応用が可能となる。現状、ＬＰＷＡ対応センサは普及しておらず、今後全てのセンサがＬＰＷＡに置き換わるとは想定できない。上記の世界観を実現するためには、汎用的な市中のセンサを活用してＬＰＷＡネットワークに対応するデータ処理機能が必要となる。

本発明は、上述した従来の技術に鑑み、既存のセンサデバイスからのデータをＬＰＷＡネットワークにより効率的に伝送可能とする通信システム、子機、親機、通信方法、及びプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、第１の態様に係る発明は、通信システムであって、センサデバイスからのデータを受信する子機と、前記子機を制御する親機とを備え、前記センサデバイスは、近距離無線通信方式を採用し、前記子機は、前記センサデバイスからのデータを前記近距離無線通信方式から長距離無線伝送方式に変換して前記親機に送信することを要旨とする。

第２の態様に係る発明は、第１の態様に係る発明において、前記子機が、前記センサデバイスからのデータに対して、９２０ＭＨｚ帯通信方式を用いて通信を行う場合に送信制限をクリアするためのデータ処理を行うことを要旨とする。

第３の態様に係る発明は、第２の態様に係る発明において、前記子機が、前記センサデバイスからのデータ量および送信間隔を基に、上位側への送信時間および送信間隔を自動算出することを要旨とする。

第４の態様に係る発明は、第１〜第３のいずれか１つの態様に係る通信システムが備える子機であることを要旨とする。

第５の態様に係る発明は、第１〜第３のいずれか１つの態様に係る通信システムが備える親機であることを要旨とする。

第６の態様に係る発明は、通信方法であって、子機が、近距離無線通信方式を採用するセンサデバイスからのデータを受信し、前記センサデバイスからのデータを前記近距離無線通信方式から長距離無線伝送方式に変換して親機に送信するステップと、前記親機が、前記子機を制御するステップとを含むことを要旨とする。

第７の態様に係る発明は、第１〜第３のいずれか１つの態様に係る通信システムが備える子機としてコンピュータを機能させるプログラムであることを要旨とする。

第８の態様に係る発明は、第１〜第３のいずれか１つの態様に係る通信システムが備える親機としてコンピュータを機能させるプログラムであることを要旨とする。

本発明によれば、既存のセンサデバイスからのデータをＬＰＷＡネットワークにより効率的に伝送可能とする通信システム、子機、親機、通信方法、及びプログラムを提供することが可能である。

本発明の実施の形態に係る通信システムのネットワーク構成図である。 本発明の実施の形態に係る通信システムのデータ処理技術の説明図である。 本発明の実施の形態に係る通信システムのデータ処理の例を示すフローチャートである。 ９２０ＭＨｚ帯特定小電力無線局の電波法規定（送信制限）の説明図である。 本発明の実施の形態に係る通信システムによるＩｏＴサービス展開の説明図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施の形態では、ＬＰＷＡ活用によるＩｏＴサービスの実現に向けたＩｏＴブリッジ開発を具体化するための装置やデータを例示するが、以下の実施の形態に限定されるものではない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において種々の変更を加えることが可能である。

（概要）
本発明の実施の形態における通信システムは、市中の汎用的な近距離無線通信端末およびＬＰＷＡネットワークを用いて構成される通信システムに関する。より詳細には、既存の近距離無線通信端末のデータをＬＰＷＡネットワークにより効率的に伝送可能とする通信技術に関する。

すなわち、近距離無線通信方式を採用したセンサからのデータをＬＰＷＡ方式に変換して送信するデータ処理技術が必要である。また、様々な仕様の市中センサからの送信間隔、データ量に合わせたデータ処理による９２０ＭＨｚ帯での送信実現が必要である。

そこで、本発明は、これまでにない近距離無線通信方式からＬＰＷＡ方式へ変換する機能を新規確立する。また、送信制限のある９２０ＭＨｚ帯における効率的な送信技術を新規確立する。本発明により、専用の機器を新規に準備することなく既存の汎用的なセンサ等のデバイスを活用し簡単に長距離伝送が可能となり、新たなビジネスシーンの拡大に大きく寄与できる。

（ネットワーク構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る通信システムのネットワーク構成図である。この通信システムは、既存のセンサデバイス１０からのデータをＬＰＷＡネットワークにのせて遠隔拠点まで伝送するためのデータ処理を実施するシステムであって、センサデバイス１０からのデータを受信する通信端末（以下、「子機２０」という。）と、子機２０を制御する通信端末（以下、「親機３０」という。）とを備える。親機３０は、ゲートウェイ４０，インターネット回線を介してクラウドサーバー５０に接続されている。

ここで、センサデバイス１０は、市中の様々な送信仕様のセンサデバイスであり、一般的で最も普及している近距離無線通信（Bluetooth等）に対応している。省電力で電池駆動可能なため、屋外設置など様々な利用シーンでの活用が見込まれる。

また、子機２０は、近距離無線通信に対応する近距離無線通信モジュールＭ１と、ＬＰＷＡに対応するＬＰＷＡモジュールＭ２とを備える。これにより、市中の様々な送信仕様のセンサデバイス１０からのデータをＬＰＷＡ方式で効率的に伝送するためのデータ処理を実施するようになっている。

（データ処理技術）
図２は、本発明の実施の形態に係る通信システムのデータ処理技術の説明図である。この通信システムは、９２０ＭＨｚ帯での送信制限クリアを条件に、センサデバイス１０Ａ，１０Ｂから取得したデータに対して適切な処理を行う。具体的には、センサデバイス１０Ａ，１０Ｂからのデータ量、送信間隔を基に、上位側（例えば親機３０側）への送信時間、送信間隔を自動算出する。また、必要に応じてパケット分割や間引き処理を実施するようになっている。

図２に示すように、子機２０は、所定のデータ処理を実施するデータ処理部２１を備え、次の（１）（２）のデータ処理を実施する。（１）センサデバイス１０Ａ，１０Ｂそれぞれから送信されるデータ量と送信間隔を認識する。（２）９２０ＭＨｚ帯の送信制限を基に、送信時間・送信間隔を自動算出、制御する。

上記（２）をより詳細に説明する。まず、単位時間当たりの送信可能時間を基に、一定時間のデータ蓄積による一括送信、およびバケット分割を実施する。また、センサデバイス１０Ａ，１０Ｂからのデータ量・送信頻度が多く、パケット分割を行っても送信制限をクリアできない場合は、データの間引きを行う。例えば、サンプリングが１０の場合、２つに１つは削除し、データ量を半減させて５つにする。

一方、親機３０は、所定のデータ処理を実施するデータ処理部３１を備え、子機２０で実施したデータ処理を復元し、元のセンサデバイス１０Ａ，１０Ｂからの送信形式に戻す処理を行う。例えば、データの間引きを行った場合は、直前のデータと同じ値を入れて補間し、元のデータ量に戻す。

（データ処理の例）
図３は、本発明の実施の形態に係る通信システムのデータ処理の例を示すフローチャートである。ここでは、空中線電力が「２０ｍＷ以下」、適用ＣＨが「２４−３８」、単位ＣＨ帯域幅が「２００ｋＨｚ」、同時使用ＣＨが「１ｃｈ」の場合を例示している。

まず、子機２０は、市中の様々な送信仕様のセンサデバイス１０からデータを受信すると（ステップＳ１〜Ｓ４）、そのデータ量と送信間隔を認識する（ステップＳ５）。そして、その認識結果に基づいて、ＬＰＷＡで１パケットの送信時間が４Ｓ以下であるかどうかを判定する（ステップＳ６）。

ここで、子機２０は、ＬＰＷＡで１パケットの送信時間が４Ｓ以下でない場合（ステップＳ６：ＮＯ）、パケット分割を実施する（ステップＳ７）。一方、ＬＰＷＡで１パケットの送信時間が４Ｓ以下である場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、送信間隔が５０ｍｓ以上であるかどうかを判定する（ステップＳ８）。

ここで、子機２０は、送信間隔が５０ｍｓ以上でない場合（ステップＳ８：ＮＯ）、データ間引き処理を実施する（ステップＳ９）。一方、送信間隔が５０ｍｓ以上である場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、データをＬＰＷＡ方式で送信する（ステップＳ１０）。

これにより、親機３０は、子機２０からＬＰＷＡ方式でデータを受信すると（ステップＳ１１）、そのデータを元に戻す処理を実施する。例えば、子機２０側でパケット分割を実施した場合、それを１つのパケットとして認識するための処理を実施する。また、子機２０側でデータ間引き処理を実施した場合、その間引き分を補完する処理を実施する（ステップＳ１２）。

（送信制限）
図４は、９２０ＭＨｚ帯特定小電力無線局の電波法規定（送信制限）の説明図である。この図に示すように、「空中線電力」「適用ＣＨ番号」「単位ＣＨ帯域幅」「同時使用ＣＨ」「キャリアセンス時間」「送信時間制限」「休止時間」「１時間あたりの送信時間総和」「キャリアセンスを除外する応答条件」などについて規定されている。このように、９２０ＭＨｚ帯では送信時間やチャネルなどに制限がある。既に説明したように、本発明の実施の形態に係る通信システムでは、９２０ＭＨｚ帯での送信制限クリアを条件に、センサデバイス１０Ａ，１０Ｂから取得したデータに対して適切な処理を行うことが可能である。

（ＩｏＴサービス展開）
図５は、本発明の実施の形態に係る通信システムによるＩｏＴサービス展開の説明図である。この図に示すように、広範囲にわたる各フィールドからのセンシングデータを収集し、クラウドサーバー５０で活用する。これにより、以下のような様々な分野におけるＩｏＴサービス展開が可能となる。

まず、市中の環境センサのデータから、山間部や海上など気象予測や、地滑りや津波など自然災害の早期把握・予測することが可能となる。また、動き回るウェアラブルセンサの生体情報の活用によるトレーニング支援やヘルスケア、エンタメ分野への応用が可能となる。このような場合、センサデバイス１０からのデータをＬＰＷＡネットワークによって長距離伝送するために伝送処理技術が必要となる。本発明は、このような伝送処理技術が必要な様々な分野におけるＩｏＴサービスに適用することが可能である。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る通信システムは、センサデバイス１０からのデータを受信する子機２０と、子機２０を制御する親機３０とを備え、センサデバイス１０は、近距離無線通信方式を採用し、子機２０は、センサデバイス１０からのデータを近距離無線通信方式から長距離無線伝送方式（例えば、９２０ＭＨｚ帯通信方式）に変換して親機３０に送信する。これにより、既存のセンサデバイス１０からのデータをＬＰＷＡネットワークにより効率的に伝送可能である。

具体的には、子機２０は、センサデバイス１０からのデータに対して、９２０ＭＨｚ帯通信方式を用いて通信を行う場合に送信制限をクリアするためのデータ処理を行う。これにより、９２０ＭＨｚ帯での送信制限クリアを条件に、センサデバイス１０Ａ，１０Ｂから取得したデータに対して適切な処理を行うことが可能である。

また、子機２０は、センサデバイス１０からのデータ量および送信間隔を基に、上位側への送信時間および送信間隔を自動算出する。これにより、上位側への送信時間および送信間隔を適切に制御することが可能となる。

また、子機２０は、単位時間当たりの送信可能時間を基に、一定時間のデータ蓄積による一括送信およびバケット分割を実施する。これにより、一括送信およびバケット分割という簡易な手法によって、上位側への送信時間および送信間隔を適切に制御することが可能である。

また、子機２０は、パケット分割を実施しても９２０ＭＨｚ帯での送信制限をクリアできない場合、データの間引きを実施する。これにより、９２０ＭＨｚ帯での送信制限をクリアする適切なデータ量に制御することが可能である。

また、親機３０は、データの間引きが実施された場合、直前のデータと同じ値を入れて補間することによって元のデータ量に戻す。これにより、データの間引きが実施された場合でも、通信の品質を保つことが可能である。

また、９２０ＭＨｚ帯通信方式は、ＬＰＷＡ方式である。これにより、ＩｏＴにマッチした通信規格を利用して、様々な分野におけるＩｏＴサービス展開が可能となる。

また、本発明の実施の形態に係る通信方法は、子機２０が、近距離無線通信方式を採用するセンサデバイス１０からのデータを受信し、センサデバイス１０からのデータを近距離無線通信方式から長距離無線伝送方式に変換して親機３０に送信するステップと、親機３０が、子機２０を制御するステップとを含む。これにより、既存のセンサデバイス１０からのデータをＬＰＷＡネットワークにより効率的に伝送可能である。

なお、本発明は、このような通信システムとして実現することができるだけでなく、このような通信システムが備える特徴的な各処理部をステップとする通信方法として実現したり、それらのステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体やインターネット等の伝送媒体を介して配信することができるのはいうまでもない。

１０…センサデバイス
２０…子機
２１…データ処理部
３０…親機
３１…データ処理部
４０…ゲートウェイ
５０…クラウドサーバー
Ｍ１…近距離無線通信モジュール
Ｍ２…ＬＰＷＡモジュール

上記目的を達成するため、第１の態様に係る発明は、通信端末であって、センサデバイスからのデータを近距離無線通信方式で受信する受信部と、前記受信部によって受信されたセンサデバイスからのデータを前記近距離無線通信方式から長距離無線伝送方式に変換して他の通信端末に送信する送信部とを備え、前記センサデバイスそれぞれから送信されるデータ量と送信間隔を認識し、単位時間当たりの送信可能時間を基に、一定時間のデータ蓄積による一括送信およびバケット分割を実施し、パケット分割を実施しても前記長距離無線伝送方式での送信制限をクリアできない場合、データの間引きを実施することを要旨とする。
第２の態様に係る発明は、第１の態様に係る発明において、前記センサデバイスそれぞれから送信されるデータ量と送信間隔の認識結果に基づいて、前記長距離無線伝送方式で１パケットの送信時間が第１の時間以下であるかどうかを判定し、前記長距離無線伝送方式で１パケットの送信時間が前記第１の時間以下でない場合、パケット分割を実施し、前記長距離無線伝送方式で１パケットの送信時間が前記第１の時間以下である場合、パケット分割を実施することなく前記送信間隔が第２の時間以上であるかどうかを判定し、前記送信間隔が前記第２の時間以上でない場合、データ間引き処理を実施し、前記送信間隔が前記第２の時間以上である場合、データ間引き処理を実施することなくデータを前記長距離無線伝送方式で送信することを要旨とする。
第３の態様に係る発明は、通信方法であって、通信端末が、センサデバイスからのデータを近距離無線通信方式で受信する受信ステップと、前記受信ステップで受信されたセンサデバイスからのデータを前記近距離無線通信方式から長距離無線伝送方式に変換して他の通信端末に送信する送信ステップとを実行し、前記センサデバイスそれぞれから送信されるデータ量と送信間隔を認識し、単位時間当たりの送信可能時間を基に、一定時間のデータ蓄積による一括送信およびバケット分割を実施し、パケット分割を実施しても前記長距離無線伝送方式での送信制限をクリアできない場合、データの間引きを実施することを要旨とする。
第４の態様に係る発明は、第１または第２の態様に係る通信端末としてコンピュータを機能させるためのプログラムであることを要旨とする。

Claims (8)

1. センサデバイスからのデータを受信する子機と、
   前記子機を制御する親機とを備え、
   前記センサデバイスは、近距離無線通信方式を採用し、
   前記子機は、前記センサデバイスからのデータを前記近距離無線通信方式から長距離無線伝送方式に変換して前記親機に送信する
   ことを特徴とする通信システム。
2. 前記子機は、前記センサデバイスからのデータに対して、９２０ＭＨｚ帯通信方式を用いて通信を行う場合に送信制限をクリアするためのデータ処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記子機は、前記センサデバイスからのデータ量および送信間隔を基に、上位側への送信時間および送信間隔を自動算出することを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の通信システムが備える子機。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の通信システムが備える親機。
6. 子機が、近距離無線通信方式を採用するセンサデバイスからのデータを受信し、前記センサデバイスからのデータを前記近距離無線通信方式から長距離無線伝送方式に変換して親機に送信するステップと、
   前記親機が、前記子機を制御するステップと
   を含むことを特徴とする通信方法。
7. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の通信システムが備える子機としてコンピュータを機能させるプログラム。
8. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の通信システムが備える親機としてコンピュータを機能させるプログラム。

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