JP2019029967A

JP2019029967A - 無線デバイス

Info

Publication number: JP2019029967A
Application number: JP2017151010A
Authority: JP
Inventors: 創椎野; So Shiino; 炯培金; Hyun Bae Kim
Original assignee: KCCS Mobile Engineering Co Ltd
Current assignee: KCCS Mobile Engineering Co Ltd
Priority date: 2017-08-03
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2019-02-21
Anticipated expiration: 2037-08-03
Also published as: JP6420428B1

Abstract

【課題】無線デバイスおいて消費される電力を低減する。【解決手段】ＬＰＷＡ通信方式で通信を行う無線デバイスは、複数の検出装置と、複数の検出装置のそれぞれのための識別子及びペイロード形式を記憶する記憶部と、複数の検出装置の何れかを選択するための選択部と、選択部によって選択された検出装置のための識別子及びペイロード形式を記憶部から読み出し、読み出したペイロード形式に従って読み出した識別子と選択された検出装置の検出結果とを含むペイロードを生成する制御部と、ペイロードを含むフレームを送信する通信モジュールと、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は無線デバイスに関する。

ＩｏＴ（Internet of Things）では電池の交換が困難な物にもセンサが取り付けられるため、デバイスの省電力化が重要である。特許文献１では、複数のセンサ間の相関を検出し、無駄な測定を減らすことで、センサの消費電力の省電力化を実現する。小容量の通信を効率良く実現させる目的でＬＰＷＡ（Low Power Wide Area）通信方式が開発された。この方式では数百Ｈｚの帯域のみ送信に割り当てることで、受信時の熱雑音の値を小さくし、受信雑音レベルを低く抑えることができる。

特開２０１７−１３００４１号公報

検出装置の個数が増えてくると、複数の検出装置で１つの通信モジュールを共有することが考えられる。複数の検出装置からのデータの送信方法に依存して、消費される電力は異なる。本発明の一部の側面は、無線デバイスおいて消費される電力を低減することを目的とする。

上記課題を解決するために、ＬＰＷＡ通信方式で通信を行う無線デバイスであって、複数の検出装置と、前記複数の検出装置のそれぞれのための識別子及びペイロード形式を記憶する記憶部と、前記複数の検出装置の何れかを選択するための選択部と、前記選択部によって選択された検出装置のための前記識別子及び前記ペイロード形式を前記記憶部から読み出し、前記読み出したペイロード形式に従って前記読み出した識別子と前記選択された検出装置の検出結果とを含むペイロードを生成する制御部と、前記ペイロードを含むフレームを送信する通信モジュールと、を備えることを特徴とする無線デバイスが提供される。

無線デバイスおいて消費される電力が低減する。

一部の実施形態の通信ネットワークシステムの構成を説明する模式図。一部の実施形態の無線デバイスの構成を説明するブロック図。一部の実施形態のペイロードを説明する図。一部の実施形態の無線デバイスの動作を説明するフロー図。一部の実施形態の無線デバイスの動作を説明するタイミング図。

添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について以下に説明する。様々な実施形態を通じて同様の要素には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。また、各実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。

本発明の一部の実施形態はＬＰＷＡ通信方式で通信を行う無線デバイスに関する。以下ではＬＰＷＡ通信方式としてＳｉｇｆｏｘを例として説明するが、他のＬＰＷＡ通信方式、例えばＬｏＲａＷＡＮやＮＢ−ＩｏＴなどにも本発明を適用可能である。

図１を参照して、ＬＰＷＡ通信方式に従う通信ネットワークシステムについて説明する。通信ネットワークシステムは、例えば無線デバイス１００と、基地局１１０と、サーバ１２０とを有する。無線デバイス１００は、ＩｏＴのエッジデバイスとして機能する。無線デバイス１００は、センサなどによって収集されたデータをフレーム１０１の形式で基地局１１０へ送信する。基地局１１０は、受信したフレーム１０１をサーバ１２０へ転送する。サーバ１２０は、無線デバイス１００からのデータを処理する。

図２を参照して、無線デバイス１００の構成例について説明する。無線デバイス１００は、図２に示すような構成要素を有する。

制御部２００は、無線デバイス１００の全体的な動作を司り、具体的には後述する処理、例えばフレームのペイロードの生成を行う。制御部２００は、例えばＣＰＵ（中央処理ユニット）やマイクロプロセッサのような汎用プロセッサで構成されてもよいし、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）のような専用のプロセッサで構成されてもよい。記憶部２０１は、無線デバイス１００の動作に用いられるデータを記憶する。記憶部２０１は、例えばＲＡＭ（リードオンリメモリ）のようなメモリで構成される。制御部２００が汎用プロセッサで構成される場合に、制御部２００は記憶部２０１に記憶されているプログラムを読み出すことによって処理を実行する。

無線デバイス１００は、複数の検出装置を有する。図２の例では、無線デバイス１００は、複数の検出装置として、接点開閉検出装置２０２と、環境情報検出装置２０４と、加速度検出装置２０５とを含む。図２の例で無線デバイス１００は３種類の検出装置を含むが、２種類であっても４種類以上であってもよい。

接点開閉検出装置２０２は、接点２０３（スイッチ）の開閉の切り替えを検出する検出装置である。接点２０３は２つの端子を有しており、これらの端子が短絡されることによってオンとなり、これらの端子が解放されることによってオフとなる。接点開閉検出装置２０２は、オンからオフへ変更されたこと及びオフからオンに変更されたことを制御部２００に通知する。制御部２００は、例えば、接点２０３がオフからオンに変更されたことに応じて「１」を有するペイロードを生成し、接点２０３がオンからオフに変更されたことに応じて「０」を有するペイロードを生成する。

環境情報検出装置２０４は、無線デバイス１００の周囲環境を検出する検出装置である。周囲環境とは、例えば、温度・湿度・日照などを含む。環境情報検出装置２０４は、事前に設定された間隔（例えば１５分ごと）や事前に設定された時刻（例えば、１０時、１１時、…、１８時）に周囲環境を検出し、周囲環境を表すデータを制御部２００に送信する。制御部２００は、このデータを含むペイロードを生成する。また、制御部２００は、環境情報検出装置２０４が周囲環境を検出する間隔・時刻を変更可能である。

加速度検出装置２０５は、無線デバイス１００に与えられた加速度を検出する検出装置である。加速度検出装置２０５は、無線デバイス１００に与えられた加速度が閾値を超えた場合にそのことを制御部２００に通知する。加速度検出装置２０５は、検出対象の加速度の範囲を設定されてもよい。加速度検出装置２０５は、検出範囲内（例えば、０以上１００以下［単位は任意］）の範囲で閾値（例えば、８０）を上回った場合にこのことを制御部２００へ通知する。制御部２００は、加速度の範囲の上限・下限と、閾値とを含むペイロードを生成する。また、制御部２００は、加速度検出装置２０５の検出範囲及び閾値を変更可能である。

入出力端子２０７は、無線デバイス１００に外部デバイス２１１を接続するための端子である。外部デバイス２１１と無線デバイス１００とが互いに異なる通信プロトコルを有する場合に、外部デバイス２１１と入出力端子２０７とはプロトコル変換装置２１０を介して互いに接続される。プロトコル変換装置２１０は例えばケーブルとして構成されてもよい。外部デバイス２１１は、基地局１１０へ送信されるデータを生成するデバイスであってもよいし、ＰＣなどのエミュレータであってもよい。外部デバイス２１１がデータを生成するデバイスである場合に、制御部２００は、入出力端子２０７を通じて取得された外部デバイス２１１からのデータを基地局１１０へ送信可能である。外部デバイス２１１がエミュレータである場合に、制御部２００は外部デバイス２１１からの指示に従って検出装置の設定を変更可能である。

通信モジュール２０８は、制御部２００から受け取ったペイロードにヘッダを付すことによってＬＰＷＡ通信方式に準拠したフレームを生成し、アンテナ２０９を介して基地局１１０へ送信する。ヘッダは例えばプリアンブル、フレーム同期、エッジデバイス識別子、ペイロード、認証コード、ＦＣＳ（Frame check sum）によって構成される。

切替えスイッチ２０６は、無線デバイス１００内の複数の検出装置の何れかを選択するための選択部として機能する。切替えスイッチ２０６は、外部デバイス２１１を選択可能であってもよい。以下では、切替えスイッチ２０６によって選択された検出装置又は外部デバイスを対象装置と呼ぶ。図２の例で、対象装置は、接点開閉検出装置２０２と、環境情報検出装置２０４と、加速度検出装置２０５と、外部デバイス２１１との何れかである。切替えスイッチ２０６は、ソフトウェアスイッチであってもよいし、ハードウェアスイッチであってもよいし、両者の組み合わせであってもよい。切替えスイッチ２０６がソフトウェアスイッチである場合に、外部デバイス２１１として接続されたエミュレータによって切替えスイッチ２０６の設定が切り替えられてもよい。

以上のように、無線デバイス１００では、複数の検出装置及び外部デバイス２１１からのデータの送信のために１つの通信モジュール２０８が共通して使用される。ＬＰＷＡではペイロードのサイズが小さい（例えば、１２バイト）なので、１つのペイロードに複数の装置からのデータを格納しようとすると、無線デバイス１００に格納できる装置の台数が制限される。また、１つのペイロードに複数の装置からのデータを格納しようとすると、不要な検出結果が送信される場合がある。例えば、上述のように接点２０３がオンになった場合に送信されるフレームのペイロードに環境情報検出装置２０４の検出結果を含めたとしても、この送信タイミングが環境情報検出装置２０４の検出タイミングに一致していなければ、この検出結果が無駄になる。このような無駄なデータを変調すると、電力が余計に消費される。

そこで、一部の実施形態に係る制御部２００は、対象装置以外の装置の検出結果（又はデータ）を含まないペイロードを生成する。具体的に、制御部２００は、記憶部２０１に記憶されているペイロード形式に従ってペイロードを生成する。

図３を参照して、制御部２００が生成するペイロードについて説明する。図３（ａ）に示すように、ペイロード３００は、識別子３０１と、それに続くデータ領域３０２と、それに続き空き領域３０３によって構成される。データ領域３０２のサイズによっては空き領域３０３が存在しない場合がある。以下では説明のためにペイロードサイズが１２バイト（９６ビット）の固定長であるとする。識別子３０１には対象装置の識別子が含まれる。対象装置の識別子とは、無線デバイス１００内の複数の検出装置のそれぞれと、外部デバイス２１１とに一意に割り当てられた値である。データ領域３０２には検出装置からの検出結果又は外部デバイス２１１からのデータが含まれる。空き領域３０３にはＮｕｌｌ値が設定される。Ｎｕｌｌ値とは、有意なデータを送信する場合に比べて送信時の電力消費が少ない値のことである。

図３（ｂ）は、識別子及びペイロード形式を規定するテーブル３１０を示す。テーブル３１０は記憶部２０１に記憶されている。「対象装置」は、対象装置として選択可能な装置、すなわち複数の検出デバイス及び外部デバイス２１１を示す。「識別子」は各対象装置に割り当てられた識別子を示す。この例で、識別子は３ビットのサイズを有する。「データサイズ」は、各対象装置のペイロード形式を示し、具体的には対象装置の検出結果のサイズを規定する。

無線デバイス１００に格納されている検出装置とは異なり、外部デバイス２１１から受け取るデータのサイズは不明である。そのため、外部デバイス２１１のデータサイズは、ペイロード３００で許容される最大サイズ（この例では９６ビット−３ビット＝９３ビット）に規定される。そのため、外部デバイス２１１のためのペイロードは空き領域を含まない。

図４を参照して、無線デバイス１００の動作について説明する。ステップＳ４０１で、制御部２００は、対象装置を決定する。具体的に、制御部２００は、切替えスイッチ２０６を参照して現在の対象装置を決定する。対象装置は複数の検出装置の何れか又は外部デバイス２１１である。

ステップＳ４０２で、制御部２００は、対象装置の送信タイミングであるか否かを判定する。送信タイミングである場合（ステップＳ４０２で「ＹＥＳ」）に制御部２００は処理をステップＳ４０３に進め、送信タイミングでない場合（ステップＳ４０２で「ＮＯ」）に制御部２００は処理をステップＳ４０１に戻す。制御部２００は、上述のように、選択装置から検出結果を受け取った場合に送信タイミングであると判定する。

ステップＳ４０３で、制御部２００は、記憶部２０１から対象装置の識別子及びペイロード形式を読み出す。ステップＳ４０４で、制御部２００は、対象装置からデータを取得する。このデータは、対象装置が検出装置である場合に検出結果であり、対象装置が外部デバイス２１１である場合に外部デバイス２１１からのデータである。

ステップＳ４０５で、制御部２００は、ペイロード形式に従ってペイロードを生成する。ペイロードに空き領域が存在する場合に、制御部２００は空き領域にＮｕｌｌ値を設定する。ステップＳ４０６で、制御部２００は、通信モジュール２０８を制御することによって、ペイロードを含むフレームを生成させ、基地局１１０へ送信させる。通信モジュール２０８は、フレームを送信する時間以外はスタンバイ状態であってもよい。以上の動作によれば、無線デバイス１００において消費される電力を低減できる。

図５を参照して、対象装置が外部デバイス２１１である場合の動作について説明する。ステップＳ５０１で、外部デバイス２１１は制御部２００に向けて送信リクエストを送信する。制御部２００は、送信リクエストを受信したことに応じて、切替えスイッチ２０６を切り替えて対象装置を自動的に外部デバイス２１１に変更してもよい。ステップＳ５０２で、制御部２００は外部デバイス２１１にＡＣＫを返す。ステップＳ５０３で、外部デバイス２１１は制御部２００に向けて送信データを送信する。送信データとは、無線デバイス１００が基地局１１０に送信するデータである。ステップＳ５０４で、制御部２００は、送信データが基地局１１０へ送信されたことを確認した後に、外部デバイス２１１にＡＣＫを返す。

１００無線デバイス、１１０基地局、１２０サーバ、２１１外部デバイス

Claims

ＬＰＷＡ通信方式で通信を行う無線デバイスであって、
複数の検出装置と、
前記複数の検出装置のそれぞれのための識別子及びペイロード形式を記憶する記憶部と、
前記複数の検出装置の何れかを選択するための選択部と、
前記選択部によって選択された検出装置のための前記識別子及び前記ペイロード形式を前記記憶部から読み出し、前記読み出したペイロード形式に従って前記読み出した識別子と前記選択された検出装置の検出結果とを含むペイロードを生成する制御部と、
前記ペイロードを含むフレームを送信する通信モジュールと、
を備えることを特徴とする無線デバイス。
前記ペイロード形式は、対応する検出装置の検出結果のサイズを規定することを特徴とする請求項１に記載の無線デバイス。
前記制御部は、前記ペイロードの空き領域にＮｕｌｌ値を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の無線デバイス。
前記複数の検出装置は、接点の開閉の切り替えを検出する検出装置と、前記無線デバイスの周辺環境を検出する検出装置と、前記無線デバイスに与えられた加速度を検出する検出装置と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１又は２に記載の無線デバイス。
外部デバイスを接続するための入出力端子を更に備え、
前記選択部は、前記外部デバイスを選択可能であり、
前記記憶部は、前記外部デバイスのための識別子及びペイロード形式を更に記憶し、
前記制御部は、前記外部デバイスが選択された場合に、前記外部デバイスのためのペイロード形式に従って前記外部デバイスのための識別子と前記外部デバイスから受信したデータとを含むペイロードを生成する
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の無線デバイス。
前記外部デバイスのためのペイロード形式は、前記外部デバイスから受信したデータを格納する領域のサイズとして、ペイロードで許容される最大サイズを規定することを特徴とする請求項５に記載の無線デバイス。