JP2022113422A - 中継器の受信周期の設定方法、通信システム、および中継器 - Google Patents

Abstract

【課題】中継器の受信周期または発信機の発信周期を設定するための技術を提供する。【解決手段】電池１２０を有し、１以上の発信機２００から発信された電波を受信する中継器１００の受信周期の設定方法が提供される。１以上の発信機２００の消費電力Ｐｋ[Ｗｈ]と中継器１００の消費電力Ｐｃ[Ｗｈ]とに基づいて中継器１００の受信周期を設定する。【選択図】図６

Description

本開示は、発信機からの電波を受信するための中継器の受信周期を設定するための技術に関する。

従来から、発信機と、発信機からの電波を受信するための中継器とからなる、通信システムが知られている。たとえば、特開２０１８－１５２０４７号公報（特許文献１）には、センサ装置が開示されている。特許文献１によると、センサ装置は、環境情報を検出するセンサ部と、検出された環境情報を他のセンサ装置へ送信可能なセンサ装置通信部と、センサ部とセンサ装置通信部に電力を供給する一次電池と、自装置に電力を供給する補助電池を着脱可能なセンサ装置側結合部と、を備え、補助電池が装着されていない場合は、一次電池からの電力供給で動作し、補助電池が装着された場合は、一次電池または補助電池からの電力供給で動作し、センサ装置通信部が、他のセンサ装置へさらに、電池の電圧に関する情報、または補助電池の電圧に関する情報を送信可能である。

特開２０１１－１３７６５号公報（特許文献２）には、センサーネットワークシステムが開示されている。特許文献２によると、無線通信機能を有し、環境発電装置により個々に駆動される複数のセンサーネットワーク端末と、当該センサーネットワーク端末のいずれかと有線接続されたシステムマネージャーとを備えたセンサーネットワークシステムであって、前記センサーネットワーク端末は、接続されている前記環境発電装置の発電量および蓄電量を検出する手段と、検出した発電量および蓄電量を前記システムマネージャーに伝送する手段と、前記システムマネージャーから伝送された計測周期に基づいて計測周期の設定を変更する手段とを備え、前記システムマネージャーは、前記センサーネットワーク端末から得た発電量および蓄電量をもとに、当該センサーネットワーク端末の計測周期を演算する手段と、演算結果を設定値として当該センサーネットワーク端末に伝送する手段とを備える。

特開２０１８－１５２０４７号公報 特開２０１１－１３７６５号公報

本開示の目的は、より効率的に、中継器の受信周期または発信機の発信周期を設定するための技術を提供することにある。

本開示の一態様に従うと、電池を有し、１以上の発信機から発信された電波を受信する中継器の受信周期の設定方法が提供される。１以上の発信機の消費電力Ｐｋ[Ｗｈ]と中継器の消費電力Ｐｃ[Ｗｈ]とに基づいて中継器の受信周期を設定する。

以上のように、本開示によれば、中継器の受信周期または発信機の発信周期を設定することができる。

第１の実施の形態にかかる中継器１００と発信機２００が１対１の通信システム１の全体を示す正面図である。 第１の実施の形態にかかる中継器１００と発信機２００が１対複数の通信システム１の全体を示す正面図である。 第１の実施の形態にかかる中継器１００の構成を示すブロック図である。 第１の実施の形態にかかる発信周期と受信周期とを示すイメージ図である。 第１の実施の形態にかかる各機器の消費電力と合計消費電力を示すグラフである。 第１の実施の形態にかかる中継器１００の処理を示すフローチャートである。 第２の実施の形態にかかる中継器１００の構成を示すブロック図である。 第２の実施の形態にかかる中継器１００の処理を示すフローチャートである。 第３の実施の形態にかかる目的関数f(x)およびg(x)の関係を示すグラフである。 第３の実施の形態にかかる中継器１００の処理を示すフローチャートである。 第４の実施の形態にかかる中継器１００の処理を示すフローチャートである。 第５の実施の形態における中継器１００と発信機２００の各種パラメータを示す表である。 第５の実施の形態にかかる中継器１００と発信機２００が１対１の通信システム１における中継器１００の受信周期毎の発信機２００の発信周期と消費電力の関係を示す表である。 第５の実施の形態にかかる中継器１００と発信機２００が１対１の通信システム１における中継器１００の受信周期と発信機２００の発信周期の好ましい関係を示す表である。 第５の実施の形態にかかる中継器１００と発信機２００が１対複数の通信システム１における中継器１００の受信周期毎の発信機２００の発信周期と消費電力の関係を示す表である。 第５の実施の形態にかかる中継器１００と発信機２００が１対複数の通信システム１における中継器１００の受信周期と発信機２００の発信周期の好ましい関係を示す表である。

以下、図面を参照しつつ、本開示の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
＜第１の実施の形態＞
＜通信システム１の全体構成＞

まずは、本実施の形態にかかる通信システム１の全体構成について説明する。たとえば、図１に示すように、通信システム１は、１つの中継器１００に対して、１つの発信機２００を含んでもよいし、図２に示すように、通信システム１は、１つの中継器１００に対して、複数の発信機２００を含んでもよい。そして、１つまたは複数の発信機２００が、各種の情報を含むデータを無線アンテナから発信し、中継器１００が当該データを受信して蓄積したり、さらに他の装置やサーバなどに送信したりするものである。
＜中継器１００の構成＞

次に、中継器１００の構成について説明する。図３に示すように、中継器１００は、制御部１１０と、電池１２０と、電力調整部１２１と、検出部１５０と、無線通信アンテナなどによって実現される受信部１６０とを備える。

制御部１１０は、電池１２０からの電力を利用することによって、受信部１６０を駆動させる。制御部１１０は、受信部１６０を介して、発信機２００からのデータを受信して、自身のメモリに蓄積したり、サーバなどの他の装置に転送したりする。

本実施の形態においては、制御部１１０は、検出部１５０を利用して、図４に示すように、受信周期Ｔｃ毎に受信部１６０を起動してデータを受信したり、受信期間ｔｃが経過すると受信部１６０を休止したりする。

特に本実施の形態においては、下記の制御方法によって、中継器１００の消費電力または発信機２００の消費電力または両者の合計を低減するように構成されている。
＜発信機２００の構成＞

なお、発信機２００の構成は、中継器１００と同様であるため、ここでは説明を繰り返さない。たとえば、発信機２００の制御部１１０は、検出部１５０を利用して、図４に示すように、発信周期Ｔｋ毎に受信部１６０を起動してデータを送信したり、発信期間ｔｋが経過すると受信部１６０を休止したりする。
＜中継器１００の受信周期の決定方法＞

ここで、本実施の形態にかかる中継器１００の受信周期の決定方法について説明する。まず、発信機２００と中継器１００の消費電力を導出する式を以下に示す。
Pk = { Qk Tk + ( Rk - Qk ) * tk } * 3600 / Tk]・・・（１）
Pk：発信機の消費電力[Wh]
Qk：待機電力（定数）
Rk：発信時電力（定数）
tk：発信期間[sec]
Tk：発信周期[sec]
Pc = { ( Rc - Qc ) * Tk + Qc Tc} * 3600 / Tc ・・・（２）
Pc：中継器の消費電力[Wh]
Qc：待機電力（定数）
Rc：受信時電力（定数）
tc (Tk)：受信期間（発信機の周期）[sec]
Tc：受信周期[sec]

図５は、実際の中継器１００と発信機２００の送受信電力と待機電力を代入し導出したグラフである。より詳細には、図５は、以下の条件に基づいて、実際の中継器１００と発信機２００の送受信電力と待機電力とを式（１）と（２）に代入することによって作成したグラフである。
発信機の発信期間を１秒に固定
発信機の発信周期を1秒～200秒まで変更
中継器の受信周期を600秒（10分）に固定
Qk = 0.1 [W], Rk = 0.4 [W], Qc = 0.000021[W], Rc = 0.557 [W]
なお、図５においては、実線が発信機２００の消費電力を示し、点線が中継器１００の消費電力を示し、一点鎖線が中継器１００と発信機２００の合計消費電力を示す。

このグラフにより以下のことが解る。
（１）発信機２００の送信周期に応じて発信機２００の消費電力と中継器１００の消費電力と合計消費電力が変化しているのがわかる。
（２）発信周期を大きくすれば、消費電力は削減される。
（３）中継器は、発信周期が大きくなれば消費電力は増えて行く。なお、最小点付近の中継器の消費電力は、常時受信待機の場合と比較し、約５５倍の差がある。
（４）以上のように、中継器の受信期間の短縮と、発信機の発信周期を大きくするにより合計消費電力が大きく軽減される。
（５）本実施の形態においては、発信機２００と中継器１００の消費電力の合計が最も小さくなる点は、発信機の送信周期が１１秒付近の点であることがわかる。

発信機２００が複数ある場合は、中継器１００の必要最低受信期間は、発信機２００の発信周期の総和となる。また、中継器１００の最適受信期間は、各発信機２００の最適受信期間の総和となる。

以上のことから、現在の条件における受信周期に対する中継器１００の消費電力や発信周期に対する発信機２００の消費電力を計算することによって、現在の条件における合計消費電力の最小値を求めることができる。
＜中継器１００の受信周期の設定処理＞

次に、図６を参照して、本実施の形態にかかる中継器１００の制御部１１０が実行する情報処理について説明する。まず、制御部１１０は、現在の受信周期Ｔｃや受信期間ｔｃをメモリから読み出したり、検出部１５０から取得したりする（ステップＳ１１２）。また、制御部１１０は、電池１２０の待機電力Ｒｃや受信待機電力Ｑｃをメモリから読み出したり、電力調整部１２１から取得したりする（ステップＳ１１２）。

そして、制御部１１０は、上述したように、式（２）に従って、Pc：中継器の消費電力[Wh]を計算する（ステップＳ１１４）。

制御部１１０は、発信機２００の送信周期Ｔｋや受信期間ｔｋをメモリから読み出したり、受信部１６０を介して発信機２００から取得したりする（ステップＳ１２２）。また、制御部１１０は、電池１２０の待機電力Ｒｃや受信待機電力Ｑｃをメモリから読み出したり、電力調整部１２１から取得したりする（ステップＳ１２２）。

そして、制御部１１０は、上述したように、式（１）に従って、Pk：発信機の消費電力[Wh]を計算する（ステップＳ１２４）。

制御部１１０は、合計消費電力ΣP＝Pk＋Pcを計算する（ステップＳ１３０）。

制御部１１０は、現在の条件における図５のグラフに基づいて、現在の条件において合計消費電力が低いか否かを判断する（ステップＳ１３２）。

現在の条件において合計消費電力が比較的低い場合（ステップＳ１３２にてＹＥＳである場合）、制御部１１０は、パラメータを変更しない、すなわち現在の運転を継続する（ステップＳ１３４）。

現在の条件において合計消費電力が比較的高い場合（ステップＳ１３２にてＮＯである場合）、制御部１１０は、合計消費電力が低くなる方向に受信周期や受信期間を変更する（ステップＳ１３６）。制御部１１０は、この処理を繰り返すことによって、中継器１００の受信周期を最適なものに調整していく。
＜第２の実施の形態＞

上記の実施の形態においては、中継器１００が、電池１２０を有するものであった。本実施の形態においては、中継器１００が、環境発電部２２５を搭載するものである。

より詳細には、図７に示すように、中継器１００は、制御部１１０と、蓄電池２２０と、電力調整部１２１と、第２の検出部２２２と、検出部１５０と、受信部１６０とを備える。

環境発電部２２５は、太陽電池、振動発電装置、熱電発電装置などの環境発電装置によって実現され、発電した電力を蓄電池２２０に蓄える。第２の検出部２２２は、環境発電部２２５による発電量を計測する。制御部１１０は、蓄電池２２０からの電力を利用することによって、受信部１６０を駆動させたり、受信周期の設定処理を実行したりする。

図８を参照して、本実施の形態にかかる中継器１００の制御部１１０が実行する情報処理について説明する。なお、ステップＳ１１２，Ｓ１１４，Ｓ１２２，Ｓ１２４，Ｓ１３０に関しては、上記の実施の形態と同様であるため、ここでは説明を繰り返さない。

制御部１１０は、第２の検出部２２２から、環境発電部２２５による発電量Ｅを取得する（ステップＳ２４０）。

制御部１１０は、合計消費電力ΣP＝Pk＋Pcよりも発電量Ｅの方が大きいか否かを判断する（ステップＳ２３２）。

現在の条件において合計消費電力よりも発電量が大きい場合（ステップＳ２３２にてＹＥＳである場合）、制御部１１０は、パラメータを変更しない、すなわち現在の運転を継続する（ステップＳ１３４）。

現在の条件において合計消費電力が発電量以上である場合（ステップＳ２３２にてＮＯである場合）、制御部１１０は、合計消費電力が低くなる方向に受信周期や受信期間を変更する（ステップＳ１３６）。制御部１１０は、この処理を繰り返すことによって、合計消費電力が発電量を超えないように調整することができる。
＜第３の実施の形態＞

受信周期を最適にするために、制御部１１０は、多目的最適化を行ってもよい。本実施の形態においても、上記の式（１）と（２）を使用する。条件も、以下の通り、上記の実施の形態と同様である。
Qk = 0.1 [W], Rk = 0.4 [W], Qc = 0.000021[W], Rc = 0.557 [W]

当該条件を、式（１）と（２）に代入する。
Pk = 1080 * tk/Tk + 360
Pc = 2005.2 * Tk/Tc + 0.0756
この２つの式に関して、以下の通り、３変数２目的の多目的最適化を行う。なお、当然ながら、中継器１００や発信機２００の利用環境により制約関数が変化する。
X = Tk, Y = tk, Z = Tc
Pk + Pc → 最小化
Pk = 1080 * Y/X + 360
Pc = 2005.2 * X/Z + 0.0756
Tc > Tk > tk > 0
目的関数：f(x) = Pk = 1080 * Y/X + 360
g(x) = Pc = 2005.2 * X/Z + 0.0756
本実施の形態においては、NSGA-2を利用して最適化する。
図９に、本実施の形態にかかる多目的最適化の結果を示す。

以上のようにして、現在の条件における、目的関数f(x)およびg(x)の合計、すなわち合計消費電力が小さくなるX = Tk, Y = tk, Z = Tcを決定することができる。

図１０を参照して、本実施の形態にかかる中継器１００の制御部１１０が実行する情報処理について説明する。なお、ステップＳ１１２，Ｓ１１４，Ｓ１２２，Ｓ１２４に関しては、上記の実施の形態と同様であるため、ここでは説明を繰り返さない。

制御部１１０は、現在の条件における、目的関数：f(x) = Pkおよび目的関数：g(x) = Pcを作成することによって、多目的最適化を実行する（ステップＳ３３０）。

制御部１１０は、最適化の結果に基づいて、中継器１００の受信周期Tcを決定して、設定し直す（ステップＳ３３２）。
＜第４の実施の形態＞

上記の実施の形態においては、中継器１００のパラメータだけはなく、発信機２００の送信周期Ｔｋや受信期間ｔｋなども利用して、中継器１００の受信周期を決定するものであった。しかしながら、本実施の形態においては、主に中継器１００のパラメータを利用して、中継器１００の受信周期を決定するものである。

図１１を参照して、本実施の形態にかかる中継器１００の制御部１１０が実行する情報処理について説明する。まず、制御部１１０は、現在の受信周期Ｔｃや受信期間ｔｃをメモリから読み出したり、検出部１５０から取得したりする（ステップＳ１１２）。また、制御部１１０は、電池１２０の待機電力Ｒｃや受信待機電力Ｑｃをメモリから読み出したり、電力調整部１２１から取得したりする（ステップＳ１１２）。

そして、制御部１１０は、上述したように、式（１）に従って、Pk：発信機の消費電力[Wh]を計算する（ステップＳ１１４）。

制御部１１０は、第２の検出部２２２から、環境発電部２２５による発電量Ｅを取得する（ステップＳ２４０）。

制御部１１０は、中継器１００の消費電力Pcよりも発電量Eの方が大きいか否かを判断する（ステップＳ２３２）。

現在の条件において中継器１００の消費電力Pcよりも発電量Eが大きい場合（ステップＳ２３２にてＹＥＳである場合）、制御部１１０は、パラメータを変更しない、すなわち現在の運転を継続する（ステップＳ１３４）。

現在の条件において中継器１００の消費電力Pcが発電量E以上である場合（ステップＳ２３２にてＮＯである場合）、制御部１１０は、中継器１００の消費電力が低くなる方向に受信周期や受信期間を変更する（ステップＳ１３６）。制御部１１０は、この処理を繰り返すことによって、合計消費電力が発電量を超えないように調整することができる。
＜第５の実施の形態＞

次に、発信機２００の発信周期を設定するための構成について説明する。まず、中継器１００と発信機２００とが１対１で配置される場合について説明する。

図１２に示すように、発信機２００における消費電力の最小値と、中継器１００における消費電力の最小値と、発信機２００における消費電力の最大値と、中継器１００における消費電力の最大値とを計算した。

そして、これらの数値を利用して、中継器１００の受信周期毎の、発信機２００と中継器１００における消費電力が最小の場合の、最適な受信期間と、合計消費電力と、発信機２００と中継器１００における消費電力が最大の場合の、最適な受信期間と、合計消費電力とを算出した。図１３に算出結果を示す。

図１３に基づいて、中継器１００と発信機２００とが１対１で配置される場合における中継器１００の受信周期と発信機２００の受信周期との関係が取得できる。図１４に示すように、（ａ）中継器の受信周期が８ｈ以上２４ｈ以内の場合、発信機の発信周期を３．３秒以上７００秒以下に設定することが好ましい。（ｂ）中継器の受信周期が３ｈ以上８ｈ未満の場合、発信機の発信周期を２．０秒以上４００秒以下に設定することが好ましい。（ｃ）中継器の受信周期が１ｈ以上３ｈ以内の場合、発信機の発信周期を１．０秒以上２５０秒以下に設定することが好ましい。（ｄ）中継器の受信周期が１秒以上１ｈ未満の場合、発信機の発信周期を０．０２秒以上１５０秒以下に設定することが好ましい。

次に、中継器１００と発信機２００とが１対１０で配置される場合について説明する。

図１４に示すように、発信機２００における消費電力の最小値と、中継器１００における消費電力の最小値と、発信機２００における消費電力の最大値と、中継器１００における消費電力の最大値とを計算した。

そして、これらの数値を利用して、中継器１００の受信周期毎の、発信機２００と中継器１００における消費電力が最小の場合の、最適な受信期間と、合計消費電力と、発信機２００と中継器１００における消費電力が最大の場合の、最適な受信期間と、合計消費電力とを算出した。図１５に算出結果を示す。

図１５に基づいて、中継器１００と発信機２００とが１対１０で配置される場合における中継器１００の受信周期と発信機２００の受信周期との関係が取得できる。図１７に示すように、（ａ）中継器の受信周期が８ｈ以上２４ｈ以内の場合、発信機の発信周期を３３秒以上７０００秒以下に設定することが好ましい。（ｂ）中継器の受信周期が３ｈ以上８ｈ未満の場合、発信機の発信周期を２０秒以上４０００秒以下に設定することが好ましい。（ｃ）中継器の受信周期が１ｈ以上３ｈ以内の場合、発信機の発信周期を１０秒以上２５００秒以下に設定することが好ましい。（ｄ）中継器の受信周期が１秒以上１ｈ未満の場合、発信機の発信周期を０．２秒以上１５００秒以下に設定することが好ましい。

図１６に基づいて、中継器１００と発信機２００とが１対ｎ（個）で配置される場合における中継器１００の受信周期と発信機２００の受信周期との関係が予測できる。つまり、（ａ）中継器の受信周期が８ｈ以上２４ｈ以内の場合、発信機の発信周期を３．３×ｎ秒以上７００×ｎ秒以下に設定することが好ましい。（ｂ）中継器の受信周期が３ｈ以上８ｈ未満の場合、発信機の発信周期を２．０×ｎ秒以上４００×ｎ秒以下に設定することが好ましい。（ｃ）中継器の受信周期が１ｈ以上３ｈ以内の場合、発信機の発信周期を１．０×ｎ秒以上２５０×ｎ秒以下に設定することが好ましい。（ｄ）中継器の受信周期が１秒以上１ｈ未満の場合、発信機の発信周期を０．０２×ｎ秒以上１５０×ｎ秒以下に設定することが好ましい。

なお、発信機２００の発信周期の設定に関しては、作業員が、中継器１００や発信機２００のパラメータを取得することによって、上記のルールに基づいて最適な発信周期を決定してもよいし、発信機２００の制御部が、無線通信アンテナを利用して中継器１００から受信周期を受信したり、中継器１００に対する発信機２００の個数の入力を操作部から受け付けたりすることによって、中継器１００の受信周期に適した発信周期を自動的に設定してもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ：通信システム
２ ：３変数
２０ ：色素増感太陽電池
３０ ：基板
５１ ：検査パッド
５２ ：蓄電素子
１００ ：中継器
１１０ ：制御部
１１２ ：ステップ
１１４ ：ステップ
１２０ ：電池
１２１ ：電力調整部
１５０ ：検出部
１６０ ：受信部
２００ ：発信機
２２０ ：蓄電池
２２２ ：第２の検出部
２２５ ：環境発電部

Claims (6)

1. 電池を有し、１以上の発信機から発信された電波を受信する中継器の受信周期の設定方法であって、
   前記１以上の発信機の消費電力Ｐｋ[Ｗｈ]と前記中継器の消費電力Ｐｃ[Ｗｈ]とに基づいて前記中継器の受信周期を設定する、中継器の受信周期の設定方法。
2. 前記１以上の発信機は複数の発信機を含み、
   前記複数の発信機の消費電力のＰｋｎの総和[Ｗｈ]と、前記中継器の消費電力Ｐｃ[Ｗｈ]とに基づいて、前記受信周期を設定する、請求項１に記載の中継器の受信周期の設定方法。
3. 第１の電池を有し、所定の発信周期で電波を発信するｎ個（ｎは１以上の整数）の発信機と、
   第２の電池を有し、前記ｎ庫の発信機から発信された電波を受信する中継器と、を備え、
   （ａ）前記中継器の受信周期が８ｈ以上２４ｈ以内の場合、前記発信機の発信周期を３．３×ｎ秒以上７００×ｎ秒以下に設定し、
   （ｂ）前記中継器の受信周期が３ｈ以上８ｈ未満の場合、前記発信機の発信周期を２．０×ｎ秒以上４００×ｎ秒以下に設定し、
   （ｃ）前記中継器の受信周期が１ｈ以上３ｈ以内の場合、前記発信機の発信周期を１．０×ｎ秒以上２５０×ｎ秒以下に設定し、
   （ｄ）前記中継器の受信周期が１秒以上１ｈ未満の場合、前記発信機の発信周期を０．０２×ｎ秒以上１５０×ｎ秒以下に設定する、通信システム。
4. 前記第１の電池および前記第２の電池のいずれか一方は、環境発電装置である、請求項３に記載の通信システム。
5. 第１電池を有し、所定の発信周期で電波を発信する１以上の発信機と、
   第２電池を有し、前記１以上の発信機から発信された電波を受信する中継器と、
   所定の期間内における、前記１以上の発信機のそれぞれの消費電力を測定する第１の測定回路と、
   前記中継器の消費電力を測定する第２の測定回路と、
   前記第１の測定回路および前記第２の測定回路の測定結果に基づいて、前記１以上の発信機から発信される電波を前記中継器が受信する受信周期を変更する制御回路と、を備える、通信システム。
6. 請求項１または２に記載の中継器の受信周期の設定方法によって、前記１以上の発信機から発信される電波の受信周期が設定された中継器。

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