JP2023058833A - 通信装置、通信方法、プログラムおよび通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】時刻を示すデータを送信するためのデータ量を低減する。【解決手段】通信装置は、取得制御部と、通信制御部と、を備える。取得制御部は、１以上の電子機器から出力された出力データを電子機器から取得する。通信制御部は、通信タイミングを示す番号を同期する通信方式によりサーバ装置と通信し、番号のうち出力データを取得したタイミングを示す第１番号を対応づけた出力データを、サーバ装置を宛先として送信する。【選択図】図５

Description

本発明の実施形態は、通信装置、通信方法、プログラムおよび通信システムに関する。

ネットワーク上の複数の通信装置（ノード）から、各通信装置に接続されるセンサで取得されたセンサデータを収集する通信システムが提案されている。センサデータは、接続されるセンサから取得したセンサデータを記録するデータロガーを介して収集される場合がある。

センサデータは、取得された時刻と対応づけて管理される。例えば、通信装置は、データロガーからセンシング時刻を取得し、または、自装置内の時計を用いてデータロガーからデータを取得した時刻を決定し、取得または決定した時刻をセンサデータに対応づけて無線ネットワークに送信するように構成することができる。

特許第５９９８９０９号公報 特許第６３９８３５９号公報

しかしながら、上記のような技術では、時刻を示すデータ自体を送信するため、送信に必要なデータ量が多くなる問題があった。

実施形態の通信装置は、取得制御部と、通信制御部と、を備える。取得制御部は、１以上の電子機器から出力された出力データを電子機器から取得する。通信制御部は、通信タイミングを示す番号を同期する通信方式によりサーバ装置と通信し、番号のうち出力データを取得したタイミングを示す第１番号を対応づけた出力データを、サーバ装置を宛先として送信する。

本実施形態の通信システムの構成図。 コンセントレータの機能ブロック図。 センサデータのデータ構造の一例を示す図。 実時間と時分割多重方式のタイムスロットとの関係を示す図。 ノードの機能ブロック図。 センサデータの記録方法の例を示す図。 ポーリングの例を説明するための図。 センサデータをまとめて送信する処理の例を説明するための図。 本実施形態におけるデータ取得処理のフローチャート。 変形例２のポーリングの例を説明するための図。 変形例３のポーリングの例を説明するための図。 実時間と時分割多重方式のスロットフレームとの関係を示す図。 実時間と時分割多重方式のスロットフレームとの関係を示す図。 実時間と時分割多重方式のスーパーフレームとの関係を示す図。 実施形態にかかる装置のハードウェア構成図。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる通信装置、通信方法、プログラムおよび通信システムの好適な実施形態を詳細に説明する。

上記のように、時刻をセンサデータに対応づけて送信する技術では、データ量が多くなる問題があった。また、例えばデータロガーが管理する時刻がずれる可能性があるため、データロガーが通知するセンシング時刻が不正確となる可能性がある。ＧＰＳ（全地球測位システム）の受信機能に基づき時刻を補正するようにデータロガーを構成することは可能である。しかし、このような構成では、機能が複雑になるとともに、消費電力が増加する可能性がある。

本実施形態にかかる通信システムは、通信タイミングを示す番号を同期する通信方式によりサーバ装置（収集装置）と通信し、通信タイミングを示す番号のうちセンサデータを取得したときの番号を、センサデータが生成された時刻の代わりに使用する。

以下では、データロガー（電子機器の一例）から出力されたセンサデータ（出力データの一例）を収集する通信システムの例を主に説明する。適用可能な通信システムはこれに限られるものではなく、電子機器および出力データは、どのような機器およびデータであってもよい。例えば通信システムは、データロガーを介さずにセンサ（電子機器の一例）から出力されたセンサデータを収集するように構成されてもよい。また例えば、以下のような出力データが用いられてもよい。
・電子機器に内蔵または接続される電池の電圧を示す電圧データ
・電子機器が有するＧＰＳ受信機能により得られる緯度データおよび経度データ
・あるデータ（センサデータ）の変動が大きくなったことを示す警告データ

図１は、本実施形態の通信システムの構成例を示す図である。図１に示すように、本実施形態の通信システムは、コンセントレータ２００（サーバ装置の一例）と、複数のノード１００_１～１００_１３（通信装置の一例）と、を備えている。

複数のノード１００_１～１００_１３は、それぞれ、データロガーを介して接続されるセンサ（または内蔵されるセンサ）により取得されたセンサデータをコンセントレータ２００に送信する。複数のノード１００_１～１００_１３は同様の構成とすることができるため、区別する必要がない場合は単にノード１００という場合がある。ノード１００の個数は１３に限られず、いくつであってもよい。

コンセントレータ２００は、複数のノード１００のそれぞれから送信されたセンサデータを集約する装置（集約装置）である。

コンセントレータ２００とノード１００_１～１００_１３とは、無線マルチホップネットワークを構成する。無線マルチホップネットワーク内の通信は、例えば時分割多重方式で制御される。無線通信方式は、どのような方式でもよいが、例えばＩＥＥＥ ８０２．１１、および、ＩＥＥＥ ８０２．１５．４などの無線通信方式を適用できる。

コンセントレータ２００は、無線マルチホップネットワークに加えて、ネットワーク３００に接続されてもよい。ネットワーク３００は、どのようなネットワーク形態であってもよいが、例えば、インターネットのような広域ネットワーク、広域の閉域ネットワーク、または、企業内ネットワークなどのローカルネットワークである。

コンセントレータ２００とネットワーク３００との間の接続は、イーサネット（登録商標）ケーブルまたは光ファイバ等を用いた有線接続でもよいし、携帯電話網または衛星回線を用いた無線接続でもよい。ネットワーク３００への接続は必須ではなく、コンセントレータ２００とノード１００_１～１００_１３とにより構成される無線マルチホップネットワークのみで通信システムが構成されてもよい。

なお、ネットワーク３００は、例えば複数のコンセントレータ２００からセンサデータを収集し、収集したセンサデータを用いた処理を実行するサーバ装置などに接続されてもよい。

ここで、本実施形態の通信システムによるセンサデータの収集処理の概要を説明する。

ノード１００にはデータロガーが接続される。データロガーにはさらにセンサが接続される。ノード１００は、例えばポーリングなどの方法でデータロガーから新しいセンサデータを得る。このとき、ノード１００は、センサデータ自体と、そのセンサデータのセンシング時刻のデータとを得る。センシング時刻は、例えばセンサデータがデータロガーに記録された時刻であるが、これに限られない。例えばセンサのプリヒートが行われる場合は、センシング時刻は、プリヒートを開始した時刻であってもよい。プリヒートは、例えば、センサからデータを得る前に、センサに電源を供給した状態で一定時間センサを暖める処理である。例えば、プリヒートの開始が10:00:00であり、プリヒートの完了が10:00:20であり、データロガーにセンサデータが記録された時刻が10:00:20であったとする。この場合、データロガーには、10:00:00がセンシング時刻として記録される。

ノード１００は、これらの２つのデータ（センサデータ、センシング時刻）に相当するデータを無線により送信する必要があるが、可能な限りデータ量を減らすことが望ましい。例えば、センシング時刻を示すデータのデータ量を減らすことが望ましい。なお、以下では例えば“2021/08/23 11:30:00.000”などのように、日常生活で用いる時刻（後述の実時刻）を表す形式のデータを時刻データという場合がある。

本実施形態のノード１００は、時刻データの代わりに、時分割多重方式の通信を実現するために既に無線マルチホップネットワーク内で使用している番号（通信タイミングを示す番号）を、センシング時刻を示すデータとして送信する。

時分割多重方式としては、例えば、ＴＳＣＨ（Time-Slotted Channel Hopping）などが適用できる。通信タイミングを示す番号は、例えば、タイムスロット番号（ＡＳＮ：Absolute Slot Number）、スロットフレーム番号、および、スーパーフレーム番号などである。

例えばノード１００は、毎タイムスロットの始端でデータロガーに対してポーリングを行い、新しいセンサデータが得られているかを確認する。新しいデータが存在する場合は、ノード１００は、得られたセンサデータを現在のタイムスロット番号とともに無線で送信する。

また、他のノード１００（外部通信装置の一例）から送信されたセンサデータをコンセントレータ２００に中継する場合は、ノード１００は、同じタイムスロット番号のセンサデータをまとめて送信してもよい。具体的には、無線で送信するメッセージの中にタイムスロット番号は１回のみ入れ、そのタイムスロット番号に対して複数のセンサデータを対応づけたメッセージを生成する。これにより、送信するデータ量をさらに減らすことができる。

何らかの理由でデータロガーの時刻が大きくずれた場合、時刻データをそのまま送信する構成では、センサデータが記録された正しい時刻が不明確になる可能性がある。本実施形態のように、センシング時刻を表すデータとしてタイムスロット番号を送信する構成であれば、受信したタイムスロット番号を時刻に変換することにより、センサデータが記録された正しい時刻を知ることができる。

例えば、データロガーは、毎正時０分および３０分にセンシングを行い、センシングデータを内部に備えられる記憶媒体（以下、内部メモリ）に記録するように設定されているものとする。データロガーが管理する時刻が２分ずれたことにより、実際には毎正時２分と３２分にセンシングをしていたとしても、データロガーは時刻がずれたことを知ることはできない。このため、データロガーは、毎正時０分または３０分を示す時刻データをセンサデータに対応づけて送信する。毎正時０分または３０分を示す時刻データが対応づけられたセンサデータを受信した装置は、実際のセンシング時刻が毎正時２分または３２分であることを知ることはできない。

一方、本実施形態によれば、無線マルチホップネットワークで使用する通信方式による通信タイミングを示す番号が、時刻データの代わりに送信される。従って、ポーリング間隔（指定された時間間隔の一例）、または、通信タイミングを示す番号が表す時間間隔（例えばタイムスロット長）が適切に設定されれば、番号に対応する時刻と、実際のセンシングの時刻との誤差を最小限にすることができる。例えばポーリング間隔または通信タイミングを示す番号が表す時間間隔が３０秒である場合、実際のセンシング時刻に対する送信したセンシング時刻の誤差は、３０秒以内とすることができる。

次に、コンセントレータ２００の機能構成例について説明する。図２は、コンセントレータ２００の機能構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、コンセントレータ２００は、時刻管理部２０１と、通信制御部２０２と、通信部２１１、２１２と、記憶部２２１と、を備えている。

記憶部２２１は、コンセントレータ２００で用いられる各種データを記憶する。例えば記憶部２２１は、各ノード１００から送信されたセンサデータや各ノードに送るべきデータ、例えば制御情報などを記憶する。センサデータをコンセントレータ２００の外部の記憶装置などで保存および管理する場合は、記憶部２２１は備えられなくてもよい。

記憶部２２１は、フラッシュメモリ、メモリカード、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、および、光ディスクなどの一般的に利用されているあらゆる記憶媒体により構成することができる。

通信部２１１は、各ノード１００と通信を行い、無線マルチホップネットワークを構成する。上記のように無線マルチホップネットワークは時分割多重方式で通信制御されるため、通信部２１１はタイムスロットごとに処理を切り替えて動作する。すなわち、自身がデータを送信できるタイムスロットでは通信部２１１は送信処理を行い、自身がデータ受信待ちをすべきタイムスロットでは通信部２１１は受信処理を行う。自身がデータを送信できるタイムスロットにも関わらず送信すべきデータがない場合、および、送信も受信もできないタイムスロットである場合は、通信部２１１は何の動作も行わない。送信処理も受信処理も行わないタイムスロットでは、通信部２１１は、超低消費電力モードおよび電源オフモードなどに遷移し、動作を停止することができる。通信部２１１が何の動作も行わない期間は、コンセントレータ２００全体も超低消費電力モードで動作してもよい。

通信部２１２は、ネットワーク３００との間の通信に用いられる。ネットワーク３００に接続しない場合は、通信部２１２が備えられなくてもよい。

時刻管理部２０１は、現在時刻を実時刻で管理する。実時刻は、１日を２４時間とする、日常生活で用いる時刻を意味する。時刻管理部２０１は、どのような手段で現在時刻を取得してもよいが、例えば以下のような手段を適用できる。
・ネットワーク３００上の時刻サーバから現在時刻情報を得る。
・ＧＰＳを用いて現在時刻情報を得る。
・携帯電話の基地局から現在時刻情報を得る。
・現在の時刻を人が手動で入力する。

時刻管理部２０１は、コンセントレータ２００が有する水晶発振子（クロック）の精度に合わせて適切な頻度で現在時刻情報を取得し、以降で説明する動作中は実用上問題のない誤差範囲内で常に現在時刻を保持できているものとする。

例えば工場出荷直後、かつ、電源投入直後のコンセントレータ２００は正確な現在時刻を持たないかもしれないが、そのように現在時刻を持たない状態であることを時刻管理部２０１は認識できるものとする。現在時刻情報を持たない間は、コンセントレータ２００は以降に説明する動作を行わない。例えば、現在時刻情報を取得すると、コンセントレータ２００は以降に説明する動作を開始するとする。一度、現在時刻情報を取得した後、コンセントレータ２００は所定のタイミング（一定時間経過後など）で現在時刻情報を取得し続けてもよいし、取得しなくてもよい。所定のタイミングで現在時刻情報を取得し続ける場合で、その取得に失敗したときには「現在時刻情報を持たない」状態としてコンセントレータ２００が動作してもよいし、「時刻情報を持つ」状態としてコンセントレータ２００が動作し続けてもよい。

通信制御部２０２は、ノード１００とネットワーク３００との間の通信を制御する。例えば通信制御部２０２は、時分割多重方式のスケジュールに従い、上記のような通信部２１１の動作の切り替えを行う。また、通信制御部２０２は、無線マルチホップネットワークの構築および維持、並びに、無線マルチホップネットワーク経由で送信されるセンサデータの受信および転送処理を行う。コンセントレータ２００がネットワーク３００に接続している場合、通信制御部２０２は、通信部２１２を介して受信したセンサデータをネットワーク３００へ転送してもよいし、転送しなくてもよい。また、通信制御部２０２は、記憶部２２１にセンサデータを記憶させてもよいし、記憶させなくてもよい。また、通信制御部２０２は、記憶部２２１に保存されているセンサデータをネットワーク３００へ転送してもよいし、転送しなくてもよい。また、通信制御部２０２は、ノード１００への制御情報などの送信処理を行う。

図３は、記憶部２２１に記憶されるセンサデータのデータ構造の一例を示す図である。センサデータは、ノード識別子と生成時刻とに対応づけて記憶される。ノード識別子は、センサデータの送信元であるノード１００を識別する識別情報の例である。生成時刻は、センサデータが取得（生成）された時刻である。

センサデータは、センサから取得した値（読み取った値）に加え、その値を取得したときの通信タイミングを示す番号（例えばタイムスロット番号）と共にコンセントレータ２００に送信される。コンセントレータ２００は、時刻管理部２０１と通信制御部２０２を用いて、センサデータに含まれるタイムスロット番号からそれに対応する実時刻を算出する。このような処理により、センサデータを生成時刻と共に管理できる。コンセントレータ２００は、生成時刻を実時刻に変換せず、タイムスロット番号をそのまま生成時刻として扱ってもよい。また、コンセントレータ２００が各センサデータを受信した時刻も同じ方法で管理することができるが、対応付けされた受信時刻を記憶部２２１に記録してもよいし、しなくてもよい。

上記各部（時刻管理部２０１、通信制御部２０２）は、例えば、１または複数のプロセッサにより実現される。例えば上記各部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサにプログラムを実行させること、すなわちソフトウェアにより実現してもよい。上記各部は、専用のＩＣ（Integrated Circuit）などのプロセッサ、すなわちハードウェアにより実現してもよい。上記各部は、ソフトウェアおよびハードウェアを併用して実現してもよい。複数のプロセッサを用いる場合、各プロセッサは、各部のうち１つを実現してもよいし、各部のうち２以上を実現してもよい。

ここで、通信制御部２０２による時分割多重方式の通信制御の例について説明する。図４は、実時間と時分割多重方式のタイムスロットとの関係を示す図である。図４に示すように、コンセントレータ２００が、１９時３８分１５秒に無線マルチホップネットワークを開始したとする。１つのタイムスロットは２５０ミリ秒の長さであり、４つのタイムスロットを時分割多重のスケジュール単位４０１とする。すなわち、１９時３８分１５秒以降、スケジュールが変わらなければ、毎秒同じ通信スケジュールが繰り返される。Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは毎秒実行される４つのスケジュールを表している。

各タイムスロットにはタイムスロット番号が付与される。図４の例では、コンセントレータ２００が無線マルチホップネットワークを開始した直後のタイムスロットのタイムスロット番号が整数ｎであるとすると、先頭から６番目のタイムスロット４０２にはタイムスロット番号ｎ＋５が付与される。例えば、最初のタイムスロット（図４では左端のＡに対応するタイムスロット）のタイムスロット番号ｎが０とすると、タイムスロット４０２のタイムスロット番号は５になる。基本的にタイムスロット番号は単調増加していく。タイムスロット番号の上限値がある場合はその上限値に達した後、タイムスロット番号が０に戻り、再び単調増加していく。

このような時分割多重の通信スケジュールおよびタイムスロット番号は、コンセントレータ２００の通信制御部２０２が管理する。通信制御部２０２は、時刻管理部２０１から現在時刻を得ることにより、実時刻とタイムスロット番号の対応を取ることができる。図４の例では、通信制御部２０２は、１９時３８分１７秒にタイムスロット番号ｎ＋８のタイムスロット４０３が始まることを判定できる。

次に、ノード１００の構成について説明する。図５は、ノード１００の機能構成の一例を示すブロック図である。図５に示すように、ノード１００は、データロガー制御部１０１（取得制御部の一例）と、通信制御部１１０と、通信部１２１と、１以上のデータロガーインタフェース１２２_１～１２２_ｍ（ｍは１以上の整数）と、を備えている。

各データロガーインタフェース１２２_１～１２２_ｍは、それぞれデータロガー１３１_１～１３１_ｍと接続される。データロガー１３１_１～１３１_ｍには、複数のセンサ１４１_１～１４１_ｍ２のいずれかが接続される。

データロガーインタフェース１２２_１～１２２_ｍは、区別する必要がない場合は単にデータロガーインタフェース１２２という。また、データロガー１３１_１～１３１_ｍは、区別する必要がない場合は単にデータロガー１３１という。同様に、センサ１４１_１～１４１_ｍ２は、区別する必要がない場合は単にセンサ１４１という。

センサ１４１は、予め定められた物理量の検知結果をセンサデータとして出力する電子機器である。検知する物理量はどのような物理量であってもよい。データロガー１３１は、センサ１４１により検知されたセンサデータを記憶媒体（内部メモリ）に記録するデータ記録装置として動作する電子機器である。

データロガー１３１のそれぞれには、１台以上のセンサ１４１が接続される。図５では、データロガー１３１_１および１３１_２に、それぞれ１台のセンサ１４１（センサ１４１_１、センサ１４１_２）が接続され、データロガー１３１_ｍに、２台のセンサ１４１_ｍ１、１４１_ｍ２が接続される例が示されているが、これに限られるものではない。

通信部１２１は、コンセントレータ２００の通信部２１１と同様の動作を行う。

通信制御部１１０は、コンセントレータ２００の通信制御部２０２と同様に時分割多重の通信スケジュールに従って通信部１２１の動作を切り替える。また、通信制御部１１０は、コンセントレータ２００が開始した無線マルチホップネットワークの発見および接続、並びに、通信経路および通信スケジュールの設定および変更等を行う。通信制御部１１０は、これらの動作のために通信部１２１を介して、他のノード１００との間で、ビーコンを含む制御フレームなどを送受信する。

また、通信制御部１１０は、無線マルチホップネットワークを構成する他のノード１００との間の通信を制御する。例えば通信制御部１１０は、他のノード１００により取得されたセンサデータを他のノード１００から受信する。また、通信制御部１１０は、他のノード１００またはコンセントレータ２００に送信するデータを管理し、送信メッセージを生成する。例えば通信制御部１１０は、センサデータを取得したときのタイムスロット番号（データを取得したタイミングを示す第１番号の一例）を対応づけたセンサデータを、コンセントレータ２００を宛先として送信する。

コンセントレータ２００に直接接続されるノード１００（図１ではノード１００_１～１００_４）以外のノード１００は、コンセントレータ２００との間の通信を中継する中継装置となる他のノード１００を介して、センサデータをコンセントレータ２００に送信することになる。

データロガー制御部１０１は、データロガー１３１から出力されたセンサデータをデータロガー１３１から取得する取得制御部として機能する。例えばデータロガー制御部１０１はデータロガーインタフェース１２２を介してデータロガー１３１の内部メモリに記録されている最新のセンサデータの番号、または、最新のセンサデータ自体を読み取る。この処理をポーリングと呼ぶ。

例えば、データロガー１３１は、内部メモリにセンサデータを記録するときに、センサデータを識別する情報として番号を付与して記録する場合がある。図６は、このように番号を付与して記録されるセンサデータの記録方法の例を示す図である。図６は、あるデータロガー１３１に、Ｎ個（Ｎは１以上の整数）のセンサ１４１が接続され、各センサ１４１からセンサデータＳＮが取得される場合の例である。データロガー１３１は、センサデータが得られるごとに、１を加算した番号を求め、求めた番号をセンサデータに付与して内部メモリに記録する。

番号に上限値を設定し、１を加算した値が上限値に達した場合は、以降は既存の番号を上書きするように構成されてもよい。例えば、上限値に達した後は、初期値である１に戻って番号が上書きされてもよい。上限値から初期値である１に向けて１を減算した値となるように番号が上書きされてもよい。

データロガー１３１は、このようにして最新のセンサデータの番号を管理しており、外部からの要求に対してその番号を通知するように構成されてもよい。

図６のデータ構造は一例であり、他の情報がさらに記録されてもよい。例えば、生成時刻は年月日などの情報がさらに記録されてもよい。ＧＰＳが接続されている場合は、例えば、ＧＰＳにより得られる位置情報などがさらに記録されてもよい。

データロガー制御部１０１は、データロガーインタフェース１２２ごとにポーリング間隔を設定し、設定したポーリング間隔で対応するデータロガーインタフェース１２２を介してポーリングを行ってもよい。データロガー制御部１０１は、コンセントレータ２００からの指示に応じてポーリングを行ってもよい。ポーリング間隔は、動作中に変更されてもよい。センサデータを取得するために、いわゆる予備通電やプリヒートが必要な場合は、データロガー制御部１０１は、センサデータを取得するタイムスロットから逆算して事前に予備通電を開始する。予備通電およびプリヒートは、データロガー１３１自身によって制御されてもよい。また、予備通電およびプリヒートは、センサデータを取得するタイムスロットから逆算した時刻に開始する必要はなく、例えば、センサデータを取得するタイムスロットから予備通電およびプリヒートが開始されてもよい。

図５に戻り、データロガーインタフェース１２２は、データロガー制御部１０１からの要求に従い、データロガー１３１と通信してセンサデータなどのデータを取得するか、または、データロガー１３１に対する設定を行うことができる。例えば、ポーリング時には、データロガーインタフェース１２２は、データロガー１３１の内部メモリに記録されている最新のセンサデータの番号、または、最新のセンサデータ自体を取得する。

上記各部（データロガー制御部１０１、通信制御部１１０）は、例えば、１または複数のプロセッサにより実現される。例えば上記各部は、ＣＰＵなどのプロセッサにプログラムを実行させること、すなわちソフトウェアにより実現してもよい。上記各部は、専用のＩＣなどのプロセッサ、すなわちハードウェアにより実現してもよい。上記各部は、ソフトウェアおよびハードウェアを併用して実現してもよい。複数のプロセッサを用いる場合、各プロセッサは、各部のうち１つを実現してもよいし、各部のうち２以上を実現してもよい。

次に、ポーリングの詳細について説明する。図７は、ポーリングの例を説明するための図である。

ノード１００（データロガー制御部１０１）は、ポーリング間隔ごとにポーリングを行い、データロガー１３１に新しいセンサデータが記録されたか否かを確認する。図７の例では、データロガー制御部１０１は、２４０タイムスロット（タイムスロットの長さは２５０ミリ秒とする）ごとにデータロガー１３１にポーリングを行い、データロガー１３１に最新のセンサデータの番号を要求する。例えば、時刻１３：００の前までは最新の番号として１０が得られるが、時刻１３：００から１３：１０までの間は、最新の番号として１１が得られる。

ノード１００は、データロガー１３１から得られたセンサデータの番号が以前取得した番号と異なる場合、データロガー１３１に新しいセンサデータが記録（生成）されたと判定することができる。新しいセンサデータが生成されたと判定した場合、ノード１００（データロガー制御部１０１）は、さらに、得られた番号に対応するセンサデータをデータロガー１３１に要求する。ノード１００は、得られたセンサデータを現在のタイムスロット番号とともにコンセントレータ２００を宛先として送信する。

新しいセンサデータが生成されたか否かの判定方法はこれに限られない。例えば、データロガー制御部１０１は、センサデータに対応づけられた生成時刻を用いる判定方法を適用してもよい。例えば、データロガー制御部１０１は、データロガー１３１に対して最新のセンサデータを要求する。ノード１００は、データロガー１３１から得られた最新のセンサデータに対応づけられた生成時刻と、以前取得したセンサデータの生成時刻とが異なる場合、新しいセンサデータが生成されたと判定する。測定対象の物理量変化が少ない場合は、測定物理量の変化を用いる判定方法を適用してもよい。例えば、データロガー制御部１０１は、データロガー１３１に対して最新のセンサデータを要求する。ノード１００は、データロガー１３１から得られた最新の測定物理量と、以前取得した測定物理量とが異なる場合、新しいセンサデータが生成されたと判定する。これにより、送信回数を必要最低限に抑えることができる。

なお、例えばノード１００が起動した後の最初のポーリング時には、ノード１００は、コンセントレータ２００に対してセンサデータを送信してもよいし、送信しなくてもよい。

上記のように、ノード１００は、複数のセンサデータをまとめてコンセントレータ２００に送信してもよい。すなわち、通信制御部１１０は、他のノード１００から受信したセンサデータ、および、自身が生成したセンサデータをまとめてコンセントレータ２００に送信する。具体的には、通信制御部１１０は、他のノード１００から受信したセンサデータと、データロガー１３１から取得したセンサデータと、のうち、タイムスロット番号が同じである複数のセンサデータを、当該タイムスロット番号（同じタイムスロット番号）に対応づけてコンセントレータ２００を宛先として送信する。

図８は、センサデータをまとめて送信する処理の例を説明するための図である。図８は、ノード１００_３が、１００_７および１００_１２から受信したセンサデータをまとめてコンセントレータ２００に送信する場合の例である。

ノード１００_３は、ノード１００_７とノード１００_１２から受信したセンサデータを中継し、コンセントレータ２００に送信する。仮に、時刻データ自体をセンサデータの生成時刻として通知する構成とした場合、ノード１００_７とノード１００_１２で生成されたセンサデータの時刻が微妙に異なることが考えられる。このような場合、ノード１００_３は、受信したセンサデータをまとめることができないため、センサデータそれぞれに生成時刻を対応づけてコンセントレータ２００に送信する。

一方、本実施形態のように、例えば生成時刻を示すデータとしてタイムスロット番号を用いる構成では、ノード１００_７とノード１００_１２のセンサデータの生成時刻が微妙に異なっていたとしても、同じタイムスロット番号が対応づけられる場合がある。このような場合、ノード１００_３は、ノード１００_７およびノード１００_１２のセンサデータの生成時刻に相当するタイムスロット番号を送信メッセージに一度入れるのみでコンセントレータ２００に生成時刻を通知することが可能である。これにより、送信メッセージのデータ量を削減することが可能となる。

なお、通信制御部１１０は、同じタイムスロット番号のセンサデータのすべてを１つにまとめてもよいし、さらに複数のグループに分けてまとめてもよい。例えば、通信制御部１１０は、同じタイムスロット番号のセンサデータの中で、同じデータロガーインタフェース１２２から得られたセンサデータ同士をまとめてもよい。通信制御部１１０は、同じタイムスロット番号のセンサデータの中で、同じ種類のセンサ１４１から得られたセンサデータ同士をまとめてもよい。通信制御部１１０は、同じタイムスロット番号のセンサデータの中で、事前に設定されたセンサデータ同士をまとめてもよい。

各データロガー１３１に対して、接続されるセンサ１４１が共通の規則に従い識別されるように管理される場合がある。例えば、複数のデータロガー１３１に対して、１以上のセンサ１４１を接続する１以上のインタフェース（仮想的なインタフェースを含む）に、ＩＦ１、ＩＦ２・・・のように同じ識別情報が付される場合がある。このような場合、通信制御部１１０は、同じ識別情報が付されたインタフェースに対応するセンサ１４１から得らえたセンサデータ同士をまとめてもよい。

複数の他のノード１００から送信されるセンサデータは、同じタイムスロット番号が対応づけられていたとしても、異なるタイミングで受信される場合がある。このような場合を考慮し、通信制御部１１０は、受信したセンサデータをコンセントレータ２００宛てにすぐに送信せず、一定期間待機し、可能なかぎりセンサデータをまとめて送信してもよい。

上記のようにして可能なかぎり多くのセンサデータをまとめて送信することにより、送信メッセージのデータ量の削減、および、送信回数の削減によるノード１００のスリープ時間（省電力モードとなる時間）を増やすことによる電池寿命の向上などが可能となる。

なお、図８では記載が省略されているが、各センサデータには、センサデータを識別する識別情報が付される。この識別情報は、例えば、各ノード１００によって個別に設定される。識別情報は、いずれのノード１００のいずれのセンサ１４１から取得されたかを識別できる情報であってもよい。

次に、このように構成された本実施形態にかかるノード１００によるデータ取得処理について説明する。図９は、本実施形態におけるデータ取得処理の一例を示すフローチャートである。

データロガー制御部１０１は、例えばポーリングのタイミングとなったときに、各データロガー１３１から、最新のセンサデータの番号を取得する（ステップＳ１０１）。データロガー制御部１０１は、例えば、取得した番号が前回取得した番号と異なるか否かにより、新しいセンサデータが生成されたか否かを判定する（ステップＳ１０２）。

新しいセンサデータが生成されたと判定した場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、データロガー制御部１０１は、取得した番号に対応するセンサデータを、各データロガー１３１から取得する（ステップＳ１０３）。なお、新しいセンサデータが生成されたかの判定、および、新しいセンサデータの取得は、各データロガー１３１に対して実行される。

通信制御部１１０は、取得されたセンサデータに、センサデータを取得したときのタイムスロット番号を対応づけた送信メッセージを生成し、コンセントレータ２００を宛先として送信メッセージを送信する（ステップＳ１０４）。

通信制御部１１０は、取得されたセンサデータをそのまま含む送信メッセージを送信してもよいし、センサデータの形式を変更して送信してもよい。例えば、センサデータは、オフセットバイナリに変更されて送信されてもよい。データ量を削減するため、センサデータの一部のみが送信されてもよい。例えば、取得されたセンサデータが１ずつ増加するカウント値で表される場合、センサデータのうち下位の予め定められた桁数分のみが送信されてもよい。

上記のように、通信制御部１１０は、複数のセンサデータをまとめた送信メッセージを生成して送信してもよい。また、他のノード１００からコンセントレータ２００に中継する送信メッセージを受信している場合は、通信制御部１１０は、他のノード１００から受信した送信メッセージに含まれるセンサデータを、ステップＳ１０３で取得したセンサデータとまとめて送信してもよい。

センサデータを送信後、または、新しいセンサデータが生成されていない場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、データ取得処理が終了する。

以上のように、本実施形態によれば、各ノード１００は、時刻データ自体を送信せず、時刻に相当するタイムスロット番号を送信することにより、センサデータの生成時刻をコンセントレータ２００に知らせることができる。これにより、時刻データ自体を送信するよりも少ないデータ量で時刻を示すデータを送信することができる。ノード１００は、無線の送信に必要な時間をより減らし、スリープ時間を増やすことができるので、消費電力を抑えることが可能になる。

（変形例１）
通信システムは、中継ノード（中継装置）を含んでもよい。中継ノードは、他のノード１００から送信されたセンサデータを中継（転送）する機能を有するノードである。中継ノードは、例えば、図５のノード１００の各構成部のうち、センサデータを取得するための機能（データロガーインタフェース１２２、データロガー制御部１０１）の一部または全部を備えなくてもよい。

図５のような構成のノード１００が中継ノードとして動作してもよい。例えば、ノード１００が、起動時にデータロガー１３１が接続されていないことを検出した場合に中継ノードとして動作してもよい。また、中継ノードとして動作するよう事前に動作モードが設定されている場合に、ノード１００が中継ノードとして動作してもよい。

（変形例２）
ノード１００（データロガー制御部１０１）は、データロガー１３１がセンサデータを内部メモリに記録するタイミング付近でのみポーリングを行ってもよい。すなわち、データロガー制御部１０１は、データロガー１３１がセンサデータを内部メモリに記録する間隔に合わせてポーリング間隔を設定してもよい。図１０は、このように構成される変形例２のノード１００によるポーリングの例を説明するための図である。

例えば、データロガー１３１が１０分ごとにセンサデータを内部メモリに記録する場合、データロガー制御部１０１は、この記録のタイミング付近でのみポーリングを行う。これにより、ノード１００およびデータロガー１３１のスリープ時間を増やすことができ、消費電力をさらに減らすことが可能となる。データロガー１３１がセンサデータを内部メモリに記録する間隔は、例えば、事前にノード１００に設定される。

データロガー制御部１０１は、例えば、新しいセンサデータが得られたタイミングの情報を用いて、データロガー１３１がセンサデータを内部メモリに記録する間隔（タイミング）を学習するように構成されてもよい。この場合、例えば起動直後には、データロガー制御部１０１は、図７で説明したようにポーリングを行うタイミングの個数を増加させた状態で動作する。センサデータを内部メモリに記録する間隔が学習により得られた場合、データロガー制御部１０１は、学習した間隔に対応するようにポーリングのタイミングを減少させる。

データロガー１３１がセンサデータを内部メモリに記録する間隔（タイミング）を学習することは、センサデータ取得の要求の送信（ポーリング）を開始する開始時間を学習することであると解釈することもできる。

また、運用中にデータロガー１３１から新しいセンサデータが得られなくなった場合などには、データロガー制御部１０１は、起動直後と同じ状態に戻り、ポーリングを行うタイミングを増加させて、再度タイミングの学習を行ってもよい。

（変形例３）
ノード１００は、データロガー１３１がセンサデータを内部メモリに記録するタイミング付近で、ポーリング間隔を短くしてもよい。これにより、センサデータの生成時刻により近いタイムスロット番号を得ることができる。図１１は、このように構成される変形例３のノード１００によるポーリングの例を説明するための図である。

例えばデータロガー制御部１０１は、最初は比較的長いポーリング間隔を設定した状態で動作し、変形例２と同様にデータロガー１３１がセンサデータを内部メモリに記録するタイミングを学習する。このタイミングを学習した後は、データロガー制御部１０１は、ポーリング間隔を短くするとともに、学習したタイミング付近でのみポーリングを行う。

変形例２と同様に、運用中にデータロガー１３１から新しいセンサデータが得られなくなった場合などには、データロガー制御部１０１は、起動直後と同じ状態に戻り、再度タイミングの学習を行ってもよい。

（変形例４）
ノード１００（データロガー制御部１０１）は、データロガー１３１の内部メモリに記録されているセンサデータのみではなく、データロガー１３１に接続されているセンサ１４１の現在のセンサデータを取得できるように構成されてもよい。例えばデータロガー制御部１０１は、データロガー１３１に対して現在のセンサデータの取得を要求し、データロガー１３１がセンサ１４１から取得し内部メモリに記録せずに送信した現在のセンサデータを取得する。ノード１００（通信制御部１１０）は、得られた現在のセンサデータの生成時刻としてタイムスロット番号を送信する。

（変形例５）
ノード１００は、ポーリングを行わず、データロガー１３１がセンサデータを内部メモリに記録するときに、データロガーインタフェース１２２を介してノード１００に送信したセンサデータを取得するように構成されてもよい。ノード１００は、受信したセンサデータについて、現在のタイムスロット番号を生成時刻として送信する。このとき、何らかの理由で同一の生成時刻の複数のセンサデータがデータロガー１３１から送信される場合は、ノード１００（通信制御部１１０）は、１回のみセンサデータをコンセントレータ２００に送信してもよい。

例えば通信制御部１１０は、センサデータに付与された生成時刻を参照して、複数のセンサデータが同一の生成時刻に生成されたか否かを判定し、同一の生成時刻に生成された複数のセンサデータのうちいずれか１つをコンセントレータ２００に送信する。

データロガー１３１がセンサデータを内部メモリに記録したときに、新しいセンサデータを記録したことを示す情報のみをデータロガーインタフェース１２２を介してノード１００に送信してもよい。この場合、例えばノード１００は、新しいセンサデータを記録したことを示す情報を受信したときに、ポーリングにより、データロガー１３１から新しいセンサデータを取得してもよい。

（変形例６）
データロガー１３１は、時刻補正などの理由により内部で管理する時刻が前に戻る可能性がある。このような場合、データロガー１３１の内部メモリにほぼ同じタイミングでセンサデータが複数回記録されるケースが発生しうる。しかし、複数回分のセンサデータはほぼ同じタイミングで記録されているため、いずれも無線マルチホップネットワークで送信する必要はないかもしれない。そこで、ノード１００は、ポーリングで得られたセンサデータの生成時刻を確認し、直前に送信したセンサデータと同じ生成時刻だった場合、センサデータを送信しなくてもよい。

（変形例７）
これまでは、主に通信タイミングを示す番号としてタイムスロット番号を用いる例を説明した。通信タイミングを示す番号としてスロットフレーム番号を用いるように構成してもよい。

図１２は、実時間と時分割多重方式のスロットフレームとの関係を示す図である。スロットフレームは、一定数のタイムスロットを含むスケジュールの単位である。図１２では、４つのタイムスロットそれぞれを含むスロットフレーム７０１_ｎ、７０１_ｎ＋１の例が示されている。タイムスロットと同様にスロットフレームにもスロットフレーム番号が付与される。スロットフレーム番号を用いることにより、より多くのセンサデータをまとめて送信することが可能となる。

（変形例８）
時分割多重方式によっては、１以上のチャネル（周波数）が用いられる場合がある。例えばＴＳＣＨでは、使用するチャネルがデータ送受信のたびに変更される。このような時分割多重方式に上記実施形態の手法を適用することもできる。図１３は、２つのチャネル８１１_１、８１１_２が用いられる場合の、実時間と時分割多重方式のスロットフレームとの関係を示す図である。

このような時分割多重の通信スケジュールでは、タイムスロット番号に加えて通信に用いるチャネルが指定される。チャネルは、チャネルオフセットで指定されてもよい。コンセントレータ２００およびノード１００は、指定されたチャネルを用いてセンサデータを送受信する。

（変形例９）
通信タイミングを示す番号としてスーパーフレーム番号を用いるように構成してもよい。

図１４は、実時間と時分割多重方式のスーパーフレームとの関係を示す図である。スーパーフレームは、一定数のスロットフレームを含むスケジュールの単位である。図１４では、２つのスロットフレームそれぞれを含むスーパーフレーム９０１_ｎ、９０１_ｎ＋１の例が示されている。スーパーフレームにはスーパーフレーム番号が付与される。スーパーフレーム番号を用いることにより、さらに多くのセンサデータをまとめて送信することが可能となる。

スーパーフレームはタイムスロットよりも期間が長い。このため、ノード１００は、時刻をより高精度に通知するために、スーパーフレーム番号に加えて、スーパーフレーム内のタイムスロットのオフセットを送信してもよい。タイムスロットのオフセットは、例えばスーパーフレームの先頭のタイムスロットに対するオフセットである。例えば通信制御部１１０は、スーパーフレーム番号とスーパーフレーム内のタイムスロットのオフセットとを時刻を示すデータとして対応づけたセンサデータをコンセントレータ２００に送信する。

（変形例１０）
ノード１００（通信制御部１１０）は、センサデータが取得されたタイムスロット番号、スロットフレーム番号、または、スーパーフレーム番号自体ではなく、現在（メッセージを処理している時点）のタイムスロット番号、スロットフレーム番号、または、スーパーフレーム番号（第２番号の一例）に対する、センサデータが取得されたタイムスロット番号、スロットフレーム番号、または、スーパーフレーム番号の差分を送信してもよい。

例えば、無線マルチホップネットワークで送受信するメッセージの中には、既に現在のタイムスロット番号、スロットフレーム番号、または、スーパーフレーム番号が含まれていることがある。このような場合、通信制御部１１０は、既に含まれている番号に対する差分のみを、時刻を示すデータとして送信する。これにより、送信するデータ量をさらに削減することができる。

このように、本実施形態にかかる通信システムでは、時分割多重方式などの通信方式で用いられる通信タイミングを示す番号を、センサデータなどの出力データが生成された時刻の代わりに使用する。これにより、出力データを送信するときに必要なデータ量を削減することが可能となる。

次に、実施形態にかかる装置（コンセントレータ、ノード）のハードウェア構成について図１５を用いて説明する。図１５は、実施形態にかかる装置のハードウェア構成例を示す説明図である。

実施形態にかかる装置は、ＣＰＵ５１などの制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）５２やＲＡＭ（Random Access Memory）５３などの記憶装置と、ネットワークに接続して通信を行う通信Ｉ／Ｆ５４と、各部を接続するバス６１を備えている。

実施形態にかかる装置で実行されるプログラムは、ＲＯＭ５２等に予め組み込まれて提供される。

実施形態にかかる装置で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ－Ｒ（Compact Disk Recordable）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録してコンピュータプログラムプロダクトとして提供されるように構成してもよい。

さらに、実施形態にかかる装置で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、実施形態にかかる装置で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。

実施形態にかかる装置で実行されるプログラムは、コンピュータを上述した装置の各部として機能させうる。このコンピュータは、ＣＰＵ５１がコンピュータ読取可能な記憶媒体からプログラムを主記憶装置上に読み出して実行することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００_１～１００_１３ ノード
１０１ データロガー制御部
１１０ 通信制御部
１２１ 通信部
１２２_１～１２２_ｍ データロガーインタフェース
１３１_１～１３１_ｍ データロガー
１４１_１～１４１_ｍ センサ
２００ コンセントレータ
２０１ 時刻管理部
２０２ 通信制御部
２１１、２１２通信部
２２１ 記憶部
３００ ネットワーク

Claims (20)

1. １以上の電子機器から出力された出力データを前記電子機器から取得する取得制御部と、
   通信タイミングを示す番号を同期する通信方式によりサーバ装置と通信し、前記番号のうち前記出力データを取得したタイミングを示す第１番号を対応づけた前記出力データを、前記サーバ装置を宛先として送信する通信制御部と、
   を備える通信装置。
2. 前記通信制御部は、前記第１番号が同じである複数の前記出力データを、同じ前記第１番号に対応づけて前記サーバ装置を宛先として送信する、
   請求項１に記載の通信装置。
3. 前記通信制御部は、前記第１番号が対応づけられた前記出力データを前記通信方式により通信する外部通信装置から受信し、
   前記通信制御部は、前記外部通信装置から受信した前記出力データと、前記電子機器から取得した前記出力データと、のうち、前記第１番号が同じである複数の前記出力データを、同じ前記第１番号に対応づけて前記サーバ装置を宛先として送信する、
   請求項２に記載の通信装置。
4. 前記通信制御部は、前記出力データを、前記通信装置と前記サーバ装置との間の通信を中継する中継装置を介して、前記サーバ装置を宛先として送信する、
   請求項１に記載の通信装置。
5. 前記通信制御部は、前記出力データを、前記通信装置および前記通信方式により通信する外部通信装置を含む複数の装置から受信した複数の前記出力データのうち、前記第１番号が同じである複数の前記出力データを、同じ前記第１番号に対応づけて前記サーバ装置を宛先として送信する前記中継装置を介して、前記サーバ装置を宛先として送信する、
   請求項４に記載の通信装置。
6. 前記取得制御部は、指定された時間間隔で前記出力データを前記電子機器に要求し、要求に応じて送信された前記出力データを取得する、
   請求項１に記載の通信装置。
7. 前記取得制御部は、取得した前記出力データに基づいて、前記要求の送信を開始する開始時間を学習し、学習した前記開始時間から前記時間間隔で前記要求を送信する、
   請求項６に記載の通信装置。
8. 前記取得制御部は、学習した前記開始時間から、短くした時間間隔で前記要求を送信する、
   請求項７に記載の通信装置。
9. 前記取得制御部は、前記出力データの要求によらずに前記電子機器が送信した前記出力データを取得する、
   請求項１に記載の通信装置。
10. 前記取得制御部は、新たな出力データを記録したことを示す情報を前記電子機器から受信したときに、前記出力データを前記電子機器に要求し、要求に応じて送信された前記出力データを取得する、
    請求項１に記載の通信装置。
11. 前記通信制御部は、前記出力データに付与された生成時刻に基づいて、複数の前記出力データが同一の生成時刻に生成されたか否かを判定し、同一の生成時刻に生成された複数の前記出力データのうちいずれか１つを、前記サーバ装置を宛先として送信する、
    請求項１に記載の通信装置。
12. 前記通信制御部は、前記出力データを送信するための送信データの通信タイミングを示す第２番号と、前記出力データを取得したときの前記番号と、の差分を表す前記第１番号を、前記出力データに対応づけて前記サーバ装置を宛先として送信する、
    請求項１に記載の通信装置。
13. 前記電子機器は、予め定められた物理量の検知結果を前記出力データとして出力するセンサ、および、前記センサにより検知された前記出力データを記憶媒体に記録するデータ記録装置の少なくとも一方である、
    請求項１に記載の通信装置。
14. 前記通信方式は、時分割多重方式である、
    請求項１に記載の通信装置。
15. 前記番号は、前記時分割多重方式により管理される、タイムスロット番号、スロットフレーム番号、または、スーパーフレーム番号である、
    請求項１４に記載の通信装置。
16. 前記番号は、前記時分割多重方式により管理されるスーパーフレーム番号であり、
    前記通信制御部は、前記スーパーフレーム番号とスーパーフレーム内のタイムスロットのオフセットとを前記第１番号として対応づけた前記出力データを、前記サーバ装置を宛先として送信する、
    請求項１４に記載の通信装置。
17. 通信装置により実行される通信方法であって、
    １以上の電子機器から出力された出力データを前記電子機器から取得する取得制御ステップと、
    通信タイミングを示す番号を同期する通信方式によりサーバ装置と通信し、前記番号のうち前記出力データを取得したタイミングを示す第１番号を対応づけた前記出力データを、前記サーバ装置を宛先として送信する通信制御ステップと、
    を含む通信方法。
18. コンピュータに、
    １以上の電子機器から出力された出力データを前記電子機器から取得する取得制御ステップと、
    通信タイミングを示す番号を同期する通信方式によりサーバ装置と通信し、前記番号のうち前記出力データを取得したタイミングを示す第１番号を対応づけた前記出力データを、前記サーバ装置を宛先として送信する通信制御ステップと、
    を実行させるためのプログラム。
19. サーバ装置と、１以上の通信装置と、を備える通信システムであって、
    前記サーバ装置は、通信タイミングを示す番号を同期する通信方式により１以上の前記通信装置と通信し、
    １以上の前記通信装置のそれぞれは、
    １以上の電子機器から出力された出力データを前記電子機器から取得する取得制御部と、
    前記通信方式によりサーバ装置と通信し、前記番号のうち前記出力データを取得したタイミングを示す第１番号を対応づけた前記出力データを、前記サーバ装置を宛先として送信する通信制御部と、を備える、
    通信システム。
20. 予め定められた物理量の検知結果を前記出力データとして出力するセンサにより検知された前記出力データを記憶媒体に記録するデータ記録装置である前記電子機器をさらに備える、
    請求項１９に記載の通信システム。

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