JP4367090B2

JP4367090B2 - 観測結果通信端末および情報収集システム

Info

Publication number: JP4367090B2
Application number: JP2003372680A
Authority: JP
Inventors: 和彦磯山; 孝裕大熊; 大輔川崎
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2023-10-31
Also published as: US7301477B2; US20050122233A1; JP2005135289A

Description

本発明は、観測結果を通信する観測結果通信端末およびこの観測結果通信端末を使用して情報の収集を行う情報収集システムに係わり、特に各地に点在する日照計、ガスメータ、水道計、監視用テレビカメラ等の観測結果を無線で収集するのに好適な観測結果通信端末および情報収集システムに関する。

各家庭の水道メータのように点在する形で設置された計測機器について、それぞれが計測した計測データを収集しようとする場合、従来では収集作業を担当する作業者が各設置場所を巡り各計測データの記録を行っていた。記録された各計測データは収集センタに集められ、これを基に様々な処理が行われる。たとえば水道の使用量の場合、作業員が各家庭を巡回して水道メータの検針を行い、各作業員の検針記録は水道局に集められ、これらを基に各家庭に対して水道使用料金の請求が行われている。

このような手法による計測データの収集では、収集センタから比較的遠隔地に計測機器が設置されていたり、広い地域に複数の計測機器が分散して設置されているような場合には、計測データの収集に時間と手間がかかるという問題がある。また、手書きで記録作業を行う場合には、転記ミスが発生しやすいという問題もある。

そこで、収集センタ側に設けた無線基地局と無線で通信を行うことができる通信端末を各作業者に携帯させるということが行われるようになっている。作業者は各計測機器から読み取った計測データを通信端末に入力し、通信端末はその入力された計測データを無線通信によって収集センタ側の無線基地局へ送信する。これにより、作業者自身が記録を収集センタへ持ち帰ったりファクシミリ等の通信手段によって収集センタへ送ったりするというような手間をなくすことができる。また、通信端末の入力システムの工夫によって転記ミスを低減させることも可能となる。

しかしながら、各家庭を巡回して水道メータの検針を行うというような移動しながらの作業は各計測機器間の移動に費やす時間がほとんどであり、このような通信端末を用いた手法でも収集時間の短縮にはあまり大きな効果はみられない。たとえば、収集を行う計測機器の設置範囲を広げようとする場合には、それだけ収集時間が増大する。また、その収集時間を短縮しようとする場合には、作業者の数を増やさなくてはならない。すなわち、より円滑なデータ収集を実現するためには人件費が増大してしまうという問題があった。

以上、計測機器による計測データの収集について説明したが、テレビカメラを使用して各地点の観測データを収集するような場合にも、同様の問題があった。

そこで本発明の目的は、分散配置された観測装置の観測結果を経済的にかつ円滑に収集することのできる情報収集システムおよびこのようなシステムに使用する観測結果通信端末を提供することにある。

本発明では、（イ）現時点の時刻情報を逐次出力する時計と、（ロ）この時計の示す基準となる時刻から最初の起動時刻までの所定の時間間隔と、前記した最初の起動時刻以降に給電開始を一定時間間隔で繰り返す際の各起動間隔とからなる起動時刻情報を受信する起動時刻情報受信手段と、（ハ）所定の観測結果を送信する観測結果送信手段と、（ニ）前記した時計の前記した時刻情報と起動時刻情報を比較して起動時刻になるたびに前記した起動時刻情報受信手段および観測結果送信手段に電力を所定時間だけ供給してこれらを作動状態におく電源供給制御手段とを観測結果通信端末に具備させる。

また本発明では、（イ）電源供給のための太陽電池と、（ロ）この太陽電池の発生した電力を蓄積する電力蓄積手段と、（ハ）この時計の示す基準となる時刻から最初の起動時刻までの所定の時間間隔と、前記した最初の起動時刻以降に給電開始を一定時間間隔で繰り返す際の各起動間隔とからなる起動時刻情報を受信する起動時刻情報受信手段と、（ニ）所定の観測結果を送信する観測結果送信手段と、（ホ）前記した時計の前記した時刻情報と起動時刻情報を比較して起動時刻になるたびに前記した起動時刻情報受信手段および観測結果送信手段に前記した電力蓄積手段の蓄積した電力を所定時間だけ供給してこれらを作動状態におく電源供給制御手段とを観測結果通信端末に具備させる。

更に本発明では、（イ）現時点の時刻情報を逐次出力する時計と、この時計の示す基準となる時刻から最初の起動時刻までの所定の時間間隔と、前記した最初の起動時刻以降に給電開始を一定時間間隔で繰り返す際の各起動間隔とからなる起動時刻情報を受信する起動時刻情報受信手段と、所定の観測結果を送信する観測結果送信手段と、前記した時計の前記した時刻情報と起動時刻情報を比較して起動時刻になるたびに前記した起動時刻情報受信手段および観測結果送信手段に電力を所定時間だけ供給してこれらを作動状態におく電源供給制御手段と、次の起動時刻よりも前における必要な通信が終了した時点で電源の供給を遮断する電源供給制御手段とをそれぞれ備えた複数の観測結果通信端末と、（ロ）これら複数の観測結果通信端末に対してそれぞれ起動時刻情報を送信する無線基地局からなる起動時刻送信手段と、（ハ）前記した複数の観測結果通信端末から観測結果を受信する観測結果受信手段とを情報収集システムに具備させる。

このようにこの発明では、それぞれの観測結果通信端末が観測結果を比較的短い時間で観測結果受信手段に送信し、しかも送信のタイミングを起動時刻送信手段によって自在に変更可能なので、各種の観測結果の送信に対応し、しかも通信手段を常に起動しておく必要がないので省電力に大きく寄与することができる。なお、観測結果受信手段はたとえば特定の基地局あるいは情報処理装置のような同一の装置内に存在するものであってもよいし、別々の装置として構成されていてもよい。

以上説明したように本発明によれば、観測結果通信端末が指示された時刻あるいは時間帯に観測結果を送信できるので、観測結果を得る側では観測の結果を得る時機をフレキシブルに設定することができ、結果的に観測結果の通信が行われる周期を常に不必要に短く設定する必要がない。このため、通信ネットワークに過度の負担を掛けることを防止することができるだけでなく、観測結果通信端末側も大幅な省電力を実行することができ、たとえば太陽電池を使用することで電力線の敷設を不要とすることができる。これにより、海上や火山、砂漠等の人里離れた土地のような場所でも、農業、自然災害の防止等のための各種観測システムを安価に構築することができる。

以下実施例につき本発明を詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例における情報収集システムとしてのセンサネットワークシステムの構成の概要を表わしたものである。このセンサネットワークシステム１０１では、無線基地局１０２と、太陽の直達光が照射される時間の長さとしての日照時間を計測する日照計を備えた通信端末である第１〜第ｎのセンサモジュール１０３₁〜１０３_nとが無線信号の送受信を行うようになっている。第１〜第ｎのセンサモジュール１０３₁〜１０３_nは無線基地局１０２との無線通信が可能なエリアとしての基地局通信エリア１０４内に設置されている。

このセンサネットワークシステム１０１は、たとえば特定地域の農業組合が基地局通信エリア１０４として示された地域内の第１〜第ｎのセンサモジュール１０３₁〜１０３_nの配置された各所における日照の状況を把握するために構築しているシステムである。無線基地局１０２は図示しない農業組合の事務所の屋上に設けられ、事務所のパーソナル・コンピュータ１０５と接続されている。このパーソナル・コンピュータ１０５からの指示を基に観測データ収集のための様々な処理を行う。パーソナル・コンピュータ１０５にはこのセンサネットワークシステム１０１を管理する図示しないアプリケーション・ソフトウェアがインストールされている。農業組合の作業員はこれを使用して無線基地局１０２や第１〜第ｎのセンサモジュール１０３₁〜１０３_nに対する制御を行う。

日照は、農作物の成長に大きな影響を及ぼすものである。このセンサネットワークシステム１０１では、加入している各農家の農地に日照計を搭載したセンサモジュール１０３を分散配置し、観測データとしての日照時間を農業組合の事務所側に一括収集するとともに、これらのデータを各農家に電子メールや通信ケーブルで定期的に配信している。これにより、各農家は自宅から遠くはなれた自分の畑やビニールハウス等の日照の状況を逐次把握し、必要な対策を採ることができる。たとえば日照不足の対策を早めに検討したり、ビニールハウスの日除けを適切なタイミングで開閉するということが可能となる。

第１〜第ｎのセンサモジュール１０３₁〜１０３_nは、それぞれ計測した日照についての観測データを無線基地局１０２へ送信し、無線基地局１０２は各センサモジュール１０３からの観測データを収集する形で受信する。そして、その受信した観測データはパーソナル・コンピュータ１０５へ送られ、農家はこれを利用して日照の状況を把握したり、様々な解析を行う。また、無線基地局１０２は第１〜第ｎのセンサモジュール１０３₁〜１０３_nに観測データの送信を要求する信号の他に、各センサモジュール１０３の通信処理を行う装置部を起動させる時刻に関する情報としての起動時刻情報を送信する。

図２は本実施例におけるセンサモジュールの構成の概要を表わしたものである。ここでは第１のセンサモジュール１０３₁について説明する。第２〜第ｎのセンサモジュール１０３₂〜１０３_nの構成も同様となっているので、これらの説明は省略する。第１のセンサモジュール１０３₁には、電源である給電部１１１₁と、日照計として動作するアプリケーション部１１２₁と、無線基地局１０２や他のセンサモジュール１０３と無線通信を行う通信処理部１１３₁が設けられている。更に、給電部１１１₁のアプリケーション部１１２₁と通信処理部１１３₁への電力供給を制御する電力供給制御部１１４₁と、時刻情報を出力する時計１１５₁が設けられている。

給電部１１１₁は第１の電力供給線１１６₁₁によって電力供給制御部１１４₁と接続されており、更に第２の電力供給線１１６₁₂によって時計１１５₁と接続されている。これらの電力供給制御部１１４₁および時計１１５₁には、給電部より常に電力が供給されている。アプリケーション部１１２₁は第３の電力供給線１１６₁₃によって電力供給制御部１１４₁に接続されており、電力が常時供給されるようになっている。通信処理部１１３₁は第４の電力供給線１１６₁₄によって電力供給制御部１１４₁に接続されており、電力供給制御部１１４₁に設けられた図示しない半導体スイッチによってがオン・オフ制御されるようになっている。更に電力供給制御部１１４₁は時計１１５₁と第１の信号線１１７₁₁によって接続されており、時刻情報が伝達されるようになっている。通信処理部１１３₁は電力供給制御部１１４₁と第２の信号線１１７₁₂によって接続されており、無線基地局１０２から通信処理部１１３₁が受信した起動時刻情報が電力供給制御部１１４₁に伝達されるようになっている。アプリケーション部１１２₁は第３の信号線１１７₁₃によって通信処理部１１３₁と接続されており、通信処理部１１３₁からの制御信号が伝達されるとともに、観測データを通信処理部１１３₁へ伝達する。電力供給制御部１１４₁内には、通信処理部１１３₁から伝達された起動時刻情報を格納する起動時刻情報格納部１１８₁が設けられている。

給電部１１１₁は、図示しない太陽電池とこれによって発電された電力を蓄える同じく図示しない蓄電装置から構成されている。太陽電池は、太陽の光を受光するとＮ型半導体とＰ型半導体との間に発生する電位差により電荷を発生する装置であり、受光した光の強さに応じた電力を発電する。また、蓄電装置は曇りの日や夜間などのこの太陽電池単体では必要な電力を賄えないときのために、昼間に太陽電池が発電した電力のうち余剰の電力を蓄電する。これにより、外部から電力供給することなしに第１のセンサモジュール１０３₁の各装置部を起動させることができる。また、アプリケーション部１１２₁と、通信処理部１１３₁および電力供給制御部１１４₁は、図示しないＣＰＵと制御プログラムを格納した記憶媒体等から構成されている。時計１１５₁は、日本標準時を表わした標準電波を受信し、これに同期して時刻情報を出力する電波時計であり、給電部１１１₁から第１の電力供給線１１６₁₁を通して常に電力が供給されている。ＧＰＳ（Global Positing System）衛星から発信されている正確な時間情報を含んだ信号を受信してこれを解析し、日本標準時に同期した時刻情報を出力するＧＰＳ時計としてもよい。

図３は、センサモジュールが無線基地局から受信する信号の構成を表わしたものである。信号１３１は、宛先識別番号１３２と、送信元識別番号１３３と、この信号１３１に含まれる情報のタイプを表わす信号タイプ１３４と、各センサモジュール１０３の通信処理部１１３を起動させる時刻に関する情報である起動時刻情報１３５により構成されている。起動時刻情報１３５は更に、起動時刻オフセット１３５_Aと、起動間隔１３５_Bから成っている。起動時刻オフセットとは、たとえば０時０分等の基準として定められた時刻から制御の対象となる通信処理部１１３₁の最初の起動時刻までの時間の長さであり、起動間隔とは、この最初の起動時刻以降に給電開始を一定時間間隔で繰り返す際の各起動時刻の時間間隔である。宛先識別番号１３２および送信元識別番号１３３には、それぞれ信号１３１の宛先と送信元として各センサモジュール１０３や無線基地局１０２に固有な識別番号が格納されている。信号タイプ１３４にはこれに続く信号のタイプを表わすパラメータが格納され、ここでは起動時刻情報１３５とその構成を表わすパラメータが格納されている。なお、起動時刻オフセットがそれぞれのセンサモジュールに予め割り当てられている既知の値であるときには、信号１３１として起動時刻オフセット１３５_Aをそのたびに伝送する必要はない。

図４は電力供給制御部の電力供給の処理の流れを表わしたものである。ここでは、第１のセンサモジュール１０３₁に関して説明を行う。第１のセンサモジュール１０３₁の電力供給制御部１１４₁には通信処理部１１３₁の次の起動時刻が設定されている。電力供給制御部１１４₁は、時計１１５₁が出力する時刻を第１の信号線１１７₁₁を通して逐次受け取り、自己に設定された起動時刻を基に通信処理部１１３₁の起動時刻が到来したかどうかを逐次監視する（ステップＳ１５１）。起動時刻が到来すると（ステップＳ１５２：Ｙ）、電力供給制御部１１４₁は給電部１１１₁から通信処理部１１３₁への給電を開始し、通信処理部１１３₁を通信可能な状態に起動させる（ステップＳ１５３）。

通信処理部１１３₁は、電力供給制御部１１４₁によって給電が開始されると無線基地局１０２との無線通信が可能な状態になり、通信等の所定の処理を行う。その所定の処理の中の１つの処理として、通信処理部１１３₁から起動時刻情報１３５が第２の信号線１１７₁₂を通して電力供給制御部１１４₁に伝達される。電力供給制御部１１４₁は起動時刻情報格納部１１８₁に格納された起動時刻情報１３５を解析して、次の通信処理部１１３₁の起動時刻を算出してこれを自己に設定する（ステップＳ１５４）。起動時刻から以上の処理の完了までに必要な時間ｔ₁が経過すると（ステップＳ１５５：Ｙ）、通信処理部１１３₁への給電が停止される（ステップＳ１５６）。そして、再びステップＳ１５１に戻り、次の起動時刻の到来を監視する（リターン）。このようにして、電力供給制御部１１４₁は通信処理部１１３₁への給電の制御を行う。

図５は通信処理部の通信および他の装置部に対する制御の処理の流れを表わしたものである。図４のステップＳ１５３で電力供給制御部１１４₁によって給電を開始された通信処理部１１３₁は、無線基地局１０２から信号１３１を受信すると（ステップＳ１６１：Ｙ）、信号１３１の信号タイプ１３４を解析する。図３で示した信号１３１を受信した場合は起動時刻情報１３５が存在するため（ステップＳ１６２：Ｙ）、次にその宛先識別番号１３２を自モジュールに予め割り当てられた識別番号と比較して自モジュール宛の情報かどうかを判別する。自モジュール宛である場合には（ステップＳ１６３：Ｙ）、その起動時刻情報１３５を取得して電力供給制御部１１４₁へ伝達する。（ステップＳ１６４）。

そして、無線基地局１０２からの信号によって指示された、あるいは予め通信処理部１１３₁に設定された観測データ送信等の所定の処理を実行する（ステップＳ１６５）。観測データを基地局１０２へ送信する場合には、通信処理部１１３₁は第３の信号線１１７₁₃を通してアプリケーション部１１２₁に観測データの出力を指示する。そして、第３の信号線１１７₁₃を通してアプリケーション部１１２₁が出力する観測データを受け取り、この観測データを基地局１０２へ送信する。受信した信号１３１に起動時刻情報１３５が存在していない場合（ステップＳ１６２：Ｎ）、あるいは受信した信号１３１が自モジュール宛ではない場合には（ステップＳ１６３：Ｎ）、ステップＳ１６５へ進んで同様に所定の処理を実行する。この場合には、このステップＳ１６５の処理の１つとしてステップＳ１６１からステップＳ１６４までの処理が繰り返され、自モジュール宛ての起動時刻情報１３５を含む信号１３１等の新たな信号を受信するということも考えられる。そして、処理を終了する（エンド）。この処理の終了は、電力供給制御部１１４₁が図４のステップＳ１５５で時間ｔ₁が経過したと判別し、ステップＳ１５６で通信処理部１１３₁への給電を停止することに対応している。

電力供給制御部１１４₁ではこのようにして順次起動時刻を算出し、これに従って通信処理部１１３₁への給電の開始を繰り返すことになる。たとえば、基準時刻が０時０分であり、起動時刻情報格納部１１８₁に格納された起動時刻情報１３５が“起動時刻オフセットが５分、起動間隔が１時間”であったとする。この場合、電力供給制御部１１４₁は、０時５分、１時５分、２時５分、……２３時５分と給電部１１１₁から通信処理部１１３₁への給電を開始させることになる。なお、ここではアプリケーション部１１２₁は日照計であり、所定のサンプリング周期で計測した値をＡ／Ｄ変換して、更にそれらの値を積分したものをサンプリングの数で割り算して、前回送信した時刻以降の計測の平均値を求めるようにしている。この処理のためにわずかな消費電力が必要となる。そこで、電力供給制御部１１４₁はアプリケーション部１１２₁へ常時電力を供給するように設定されている。

なお、無線基地局１０２からの信号に不具合が発生したためにセンサモジュール１０３側で正しい起動時刻情報が受信できない場合や、その時点では使用の予定の無かったセンサモジュール１０３に対してデータ収集を再開させるような場合が考えられる。したがって、起動時刻情報の設定がなくても定期的に電力供給制御部１１４₁は通信処理部１１３₁に電力を供給して、通信処理部１１３₁が通信を再開するかどうかの問い合わせを無線基地局１０２に対して行うように予め設定しておくことも有効である。この問い合わせは自モジュールに格納されている起動時刻情報１３５が、基地局１０２側が最後に自モジュールに送信した起動時刻情報１３５と同じかどうかの問い合わせであってもよい。また、この定期的な問い合わせを行う時刻を予め定めておいたり、自モジュールの時計の時刻を基地局側１０２に送信することによって、各センサモジュール１０３の時計１１５が正常に動作しているかどうかを確認するようにしてもよい。

図６は、電力供給制御部が起動時刻情報に従って電力供給を制御する状態を表わしたものである。同図（ａ）は、第１のセンサモジュール１０３₁の通信処理部１１３₁が信号１３１を受信して起動時刻情報１３５を取得するタイミングを示す。同図（ｂ）は、第１のセンサモジュール１０３₁の通信処理部１１３₁が連続して給電されている時間帯としての起動時間帯を示す。同図（ｃ）は、夜間と昼間の時間帯を示す。第１のセンサモジュール１０３₁は農作物の成長に影響を及ぼす日照時間を計測するために設定しているため、夜間は計測が不要である。したがって、夜間は観測データを送信させず、昼間は一定間隔で観測データを送信させるような制御を無線基地局１０２側から行うとする。ある日の夜間１８１₁の夜明け前の時間帯に、同図（ｂ）に示すように通信処理部１１３₁が起動している第１の起動時間帯１８２₁があったとする。この第１の起動時間帯１８２₁は、時間的にもっと前に取得した図示しない起動時刻情報１３５に従って通信処理部１１３₁が起動されたものであり、その開始時刻は５時であるとする。

ここで、第１の起動時間帯１８２₁に同図（ａ）に示すように無線基地局１０２から信号１３１を受信して新たな起動時刻情報１３５₁を取得し、その内容は、“起動時刻オフセットが５時、起動間隔が１時間”であったとする。すると、それまでの起動時刻情報格納部１１８₁に格納された起動時刻情報１３５は変更されて１時間間隔で起動時刻が到来し、１時間ごとに通信処理部１１３₁に電力が供給されることになる。すなわち、第１の起動時間帯１８２₁に続く昼間１８１₂の間、６時、７時、……と同図（ｂ）に示すように第２の起動時間帯１８２₂、第３の起動時間帯１８２₃……で通信処理部１１３₁が起動されることになる。それぞれの起動時間帯１８２の長さは、通信処理部１１３₁への給電が開始されてから、無線基地局１０２から指示されたそのとき行うべき処理が完了して通信処理部１１３₁が電力供給制御部１１３₁に給電を終了させるまでの時間の長さとなる。各起動時間帯１８２に、第１のセンサモジュール１０３₁は無線基地局１０２から観測データの送信を要求する信号を受信し、これに応答して無線基地局へと観測データの送信を行う。

図７は、センサモジュールが無線基地局から受信する信号の構成を表わしたものであり、図３と対応するものである。図３と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。信号１３１の信号タイプ１３４にはこれに続く信号のタイプを表わすパラメータが格納され、ここでは各センサモジュール１０３のアプリケーション部１１２が計測したデータの無線基地局１０２への送信を要求する観測データ送信要求１９１とその構成を表わすパラメータが格納されている。この観測データ送信要求１９１は、制御の対象となるセンサモジュール１０３に対して予め設定された計測手順および観測データ出力手順での処理の実行を指示する情報である。あるいは、センサモジュール１０３に対して実行させる計測手順や観測データ出力手順そのものに関する情報であってもよく、この場合、各センサモジュール１０３の通信処理部１１３はその手順を実行してアプリケーション部１１２に計測と観測データの出力を行わせる。各センサモジュール１０３の通信処理部１１３は、起動時間帯の間にこの観測データ送信要求１９１が含まれる信号１３１を受信し、図５で説明したようにアプリケーション部１１２に観測データの出力を行わせる。そして、出力された観測データを前記した時間ｔ₁の起動時間帯の間に無線基地局１０２へ送信する。

図８は、センサモジュールが無線基地局側へ送信する信号の構成を表わしたものであり、図３および図７と対応するものである。図３および図７と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。観測データ情報１９５は、計測を行ったセンサモジュール１０３の計測元識別番号１９５_Aと、その観測データ１９５_Bから成っている。信号タイプ１３４にはこれに続く信号のタイプを表わすパラメータが格納され、ここでは観測データ情報１９５とその構成を表わすパラメータが格納されている。各センサモジュール１０３はこの観測データ情報１９５が含まれる信号１３１を基地局１０２側へ送信を行い、基地局１０２側では送られてきたこの信号から観測データ情報１９５を取得する。

無線基地局１０２は図７に示した信号１３１で観測データ送信要求１９１を第１〜第ｎのセンサモジュール１０３₁〜１０３_nのそれぞれに送ることによって、観測データを収集することができる。また、起動時刻情報１３５で短い起動間隔を設定することによって、図６に示した昼間１８１₂のように定期的で短い間隔で起動時間帯１８２を発生させて、観測データを定期的にかつ頻繁に基地局１０２側へ報告させることができる。更に、たとえば、曇りの日に３０分だけ太陽が雲間から覗いたというようなところまで細かく日照時間を計測して観測データを収集したいような場合には、起動間隔をより短く設定することによって、より精度の高い観測データを収集することが可能となる。

図６に戻って説明を続ける。日が暮れて次の夜間１８１₃が到来したときに、図のように第１５の起動時間帯１８２₁₅にあったとし、その開始時刻は１９時であったとする。この日の計測はこれ以上必要なく次の夜明けまで９時間以上ある。このため、無線基地局は１０２は同図（ａ）に示すように第１５の起動時間帯１８２₁₅の間に“起動時刻オフセットが１９時、起動間隔が１０時間”とする新たな起動時刻情報１３５₂を含む信号１３１を送信する。すると、再び起動時刻情報格納部１１８₁に格納された起動時刻情報１３５は、上書きによって変更されて１０時間間隔で起動時刻が到来する。すなわち同図（ｂ）に示すように次の夜間１８１₃の夜明け直前の第１６の起動時間帯１８２₁₆で通信処理部１１３₁が起動されることになる。更に、次の昼間１８１₄が到来するため、第１６の起動時間帯１８２₁₆の間に無線基地局は１０２は“起動時刻オフセットが５時、起動間隔が１時間”とする前日と同じ起動時刻情報１３５₁を信号１３１によって送信する。これにより、第１６の起動時間帯１８２₁₆に続く昼間１８１₄の間、同図（ｂ）に示すように１時間おきに第１７の起動時間帯１８２₁₇、第１８の起動時間帯１８２₁₈……と通信処理部１１３₁が起動されることになる。

このように本実施例では、無線基地局が各センサモジュールに対して起動時刻情報を送信し、各センサモジュールは受信した起動時刻情報を基に通信処理部の次の起動時刻を算出する。そして、電力供給制御部は時計が出力する時刻でこの算出した起動時刻の到来を逐次監視し、起動時刻が到来すると、給電部から通信処理部へと電力を供給させる。そして、通信処理部は、比較的短い所定時間ｔ₁が経過すると電力供給を終了される。これにより、無線基地局側から各センサモジュールの通信処理部の次回以降の起動時刻を制御し、その起動時刻に観測データの送信を要求できるため、各センサモジュールから観測データを円滑に無線基地局へ収集することができる。また、起動時刻の設定に起動間隔を用いるため、定期的に観測データを報告させることができる。更に、必要なときにだけ通信処理部を起動させるため、各センサモジュールの電力の浪費を抑えることが可能となる。なお、電力供給の終了は、所定時間ｔ₁の経過後ではなく、通信処理部が所定の処理を終了した後に電源供給制御部に対して電源供給の終了の指示を出すことによって行うようにしてもよい。この場合には、たとえば無線基地局から観測データ送信要求を受信すると、観測データ情報を返送完了後に所定時間ｔ₁を待たずに通信処理部が電源供給の終了の指示を出し、電源供給制御部はこれに従って電源供給を終了させるようにすればよい。

また、以上説明した実施例ではセンサモジュールのアプリケーション部として連続動作を要する日照計を想定したが、たとえば温度計のような間欠的な短時間の処理で十分な計測機器を用いる場合もある。この場合、アプリケーション部への電力供給はデータ収集時のみでよく、電力供給制御部は通信処理部と同じタイミングでアプリケーション部への給電の開始と終了を行うようにしてもよい。また、電力供給制御部は予め用意された制御プログラムを実行して、時計が出力する時刻を基準にアプリケーション部への電力供給の制御も行うようにしてもよい。あるいは、このアプリケーション部への電力供給の制御に関する制御情報を含む信号を無線基地局から受信し、これを通信処理部が取得して電力供給制御部に送るようにしてもよい。

更に、以上説明した実施例では電力供給制御で次の起動時刻を算出するとしたが、電力供給制御に直接に起動時刻オフセットと起動間隔を設定することによって各起動時刻が到来したかどうかを判別できるような論理回路を設けるようにしてもよい。

＜発明の第１の変形例＞

以上説明した実施例では、すべてのセンサモジュールに無線基地局が送出する電波が直接届くような比較的狭い範囲のセンサネットワークを想定している。しかしながら、たとえば広大な農地や山岳地のみかん畑にセンサモジュールを設置しようという場合には、無線基地局が送出する電波が直接届かないエリアにもセンサモジュールを設置することが必要となる。そこで、第１の変形例として基地局通信エリア内に設置された各センサモジュールに、基地局通信エリア外に設置された他のセンサモジュールと無線基地局との無線通信の中継を行わせる場合を説明する。

図９は本発明の第１の変形例におけるセンサネットワークシステムの構成の概要を表わしたものである。このセンサネットワークシステム２０１では、無線基地局１０２と、基地局通信エリア１０４内に設置された第１〜第ｎの上流側センサモジュール２０３_u1〜２０３_unとが無線の送受信を行うようになっている。無線基地局１０２は先の実施例の図１と同一のものであり、第１〜第ｎの上流側センサモジュール２０３_u1〜２０３_unは実施例の図１の第１〜第ｎのセンサモジュール１０３₁〜１０３_nに対応するものであるため、これらについての説明を適宜省略する。

この変形例のセンサネットワークシステムには、更に第１〜第ｎの上流側センサモジュール２０３_u1〜２０３_unのそれぞれと無線の送受信を行う下流側センサモジュール２０３_dを設置している。第１の上流側センサモジュール２０３_u1が送出する電波を受信できるエリアとしての第１の通信エリア２０４₁には、第１〜第ｍの下流側センサモジュール２０３_d11〜２０３_d1mが設置されている。これらは基地局通信エリア１０４の外に位置しており、無線基地局１０２とは直接無線通信を行うことができないため、第１の上流側センサモジュール２０３_u1がその無線通信の中継を行う。すなわち、無線基地局１０２と第１〜第ｍの下流側センサモジュール２０３_d11〜２０３_d1mとは、第１の上流側センサモジュール２０３_u1とリンクされている。

更に、それぞれの下流側センサモジュール２０３_dによってリンクされた複数のセンサモジュールが第１の通信エリア２０４₁の外に設置されているが、説明の簡略化のためこれらについての図示および説明を省略する。また、第２〜第ｎの上流側センサモジュール２０３_u2〜１０３_unのそれぞれが送出する電波を受信できるエリアとしての第２〜第ｎの通信エリア２０４₂〜２０４_nにも同様に下流側センサモジュール２０３_dが設置されているが、これらの図示および説明を省略する。実施例と同様、これらの第１〜第ｍの下流側センサモジュール２０３_d11〜２０３_d1mにもそれぞれ固有の識別番号が設定されている。

図１０はこの変形例におけるセンサモジュールの構成の概要を表わしたものであり、実施例の図２と対応するものである。図２と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。第１の上流側センサモジュール２０３_u1には、無線通信を行う通信処理部１１３₁に付属して、無線基地局１０２側からの無線信号を自モジュールに直接送信するセンサモジュールあるいは無線基地局１０２の識別番号を記した上流モジュール識別番号テーブル２１６₁が設けられている。更に、自己がその無線基地局１０２との無線通信の中継を行うすべてのセンサモジュールの識別番号を記した下流モジュール識別番号テーブル２１７₁が設けられている。ここでは、上流モジュール識別番号テーブル２１６₁には無線基地局１０２の識別番号が記されており、下流モジュール識別番号テーブル２１７₁には第１〜第ｍの下流側センサモジュール２０３_d11〜２０３_d1mの各識別番号が記されている。なお、第２〜第ｎの上流側センサモジュール２０３_u2〜２０３_unおよび第１〜第ｍの下流側センサモジュール２０３_d11〜２０３_d1mの構成も同様となっているのでこれらの説明は省略する。

図１１は、通信処理部の通信および他の装置部に対する制御の処理の流れを表わしたものであり、実施例の図５と対応するものである。図５と同一部分には同一のステップ番号を付しており、これらの説明を適宜省略する。第１の上流側センサモジュール２０３_u1の通信処理部１１３₁は、無線基地局１０２から受信した信号１３１に起動時刻情報１３５が存在すると（ステップＳ１６２：Ｙ）、その宛先識別番号１３２を自モジュールに割り当てられた識別番号と比較して自モジュール宛の情報かどうかを判別する。自モジュール宛であると判別すると（ステップＳ１６３：Ｙ）、起動時刻情報１３５を取得して電力供給制御部１１４₁へ伝達する（ステップＳ１６４）。そして、無線基地局１０２からの信号によって指示されたあるいは予め通信処理部１１３₁に設定された、観測データ送信等の所定の処理を実行する（ステップＳ１６５）。

受信した信号１３１に起動時刻情報１３５が存在し（ステップＳ１６２：Ｙ）、自モジュール宛ではない場合には（ステップＳ１６３：Ｎ）、その信号１３１に対して自モジュールが転送処理を行う必要があるかどうかを判別する。すなわち、送信元識別番号１３３を上流モジュール識別番号テーブル２１６₁で、宛先識別番号１３２を下流モジュール識別番号テーブル２１７₁でそれぞれ検索する。送信元識別番号１３３か宛先識別番号１３２かのどちらかあるいは両方が存在しなかった場合は（ステップＳ２５１：Ｎ）、自モジュールが転送処理を行う必要はないため、そのままステップＳ１６５へ進む。

両方とも存在した場合には（ステップＳ２５１：Ｙ）、この起動時刻情報１３５を取得して電力供給制御部１１４₁へ送る。そして、その信号１３１の送信元識別番号１３３を自モジュールの識別番号に書き替えて、対応する下流側センサモジュール２０３_d1へと転送し（ステップＳ２５２）、ステップＳ１６５へ進む。ステップＳ２５２で起動時刻情報１３５を取得するのは、無線基地局１０２と下流側センサモジュール２０３_dとが通信を行うときには、その中継を行う上流側センサモジュール２０３_uの通信処理部１１３も起動している必要があるためである。このようにして、各下流側センサモジュール２０３_dは、各上流側センサモジュール２０３_uで行われるこのような処理によって、自モジュールの識別番号と一致する宛先識別番号１３２を有する信号１３１を受信することになる。

無線基地局１０２では、各上流側センサモジュール２０３_uだけでなく各下流側センサモジュール２０３_dに対してもそれぞれの通信処理部１１３の次回以降の起動時刻を把握している。したがって、宛先である上流側センサモジュール２０３_uまたは下流側センサモジュール２０３_dの起動時刻に合わせて信号１３１を送出し、各上流側センサモジュール２０３_uおよび各下流側センサモジュール２０３_dと通信を行うことができる。

このようにして、他のセンサモジュールを介して無線基地局とセンサモジュールとが間接的に通信を行うようなマルチ・ホップ構成のセンサネットワークにおいても、それぞれの通信処理部の起動時刻を無線基地局側で制御することが可能となる。また、センサネットワークの末端に位置するセンサモジュールと無線基地局との無線通信が複数のセンサモジュールを介して行われるような、より複雑な構成のセンサネットワークにも適用可能であることは勿論である。

＜発明の第２の変形例＞

以上説明した第１の変形例のように基地局を中心に複数の上流側センサモジュールが設置されており、これらが１つの無線チャネルを共有しているような場合、これら複数の上流側センサモジュールが送信した無線信号が基地局側で衝突する恐れがある。通常は、他の上流側センサモジュールが無線通信を行っている間は無線信号の送信を行わないようにすることによって、このような衝突を回避している。しかしながら、互いに離れて設置された上流側センサモジュール間で互いの送信する電波を検知できない場合がある。このような電波が送信されてもこれを検知することができない通信端末はいわゆる“隠れ端末”と呼ばれている。無線基地局を中心にしてその周辺にセンサモジュールを配置するようなセンサネットワークでは、この“隠れ端末”の存在による無線信号の衝突が容易に起こり得る。

そこで第２の変形例では、ルーティングプロトコルによってネットワークが構築された後に、無線基地局１０２を基点として下流側センサモジュールを無線基地局と直接無線通信を行うセンサモジュールごとにグループ化する。そして、グループごとに各通信処理部の起動時刻をずらして設定することにより、無線基地局の周辺に配置された無線基地局と直接無線通信を行う各センサモジュールについて、これらが無線基地局宛に送信する信号の衝突を回避する。

第２の変形例では、第１の変形例の図９における第１の上流側センサモジュール２０３_u1とその下流の第１〜第ｍの下流側センサモジュール２０３_d11〜２０３_d1mを第１のグループとし、同様に第２の上流側センサモジュール２０３_u2と図示しない下流の下流側センサモジュール２０３_d2を第２のグループとする。更に、第３の上流側センサモジュール２０３_u3と図示しない下流の下流側センサモジュール２０３_d3を第３のグループ、第ｎの上流側センサモジュール２０３_unと図示しない下流の下流側センサモジュール２０３_dnを第ｎのグループとする。

図１２は本発明の第２の変形例における無線基地局側が各センサモジュールに設定する起動時刻情報の状態を表わしたものである。同図（ａ）は、第１のグループに属する各センサモジュールの通信処理部に対して割り当てる起動時間帯を示す。同図（ｂ）は、第２のグループに属する各センサモジュールの通信処理部に対して割り当てる起動時間帯を示す。同図（ｃ）は、第３のグループに属する各センサモジュールの通信処理部に対して割り当てる起動時間帯を示す。同図（ｄ）は、第ｎのグループに属する各センサモジュールの通信処理部に対して割り当てる起動時間帯を示す。実施例の図３における起動時刻オフセット１３５_Aの基準である時刻３０１に対し、第１のグループには同図（ａ）に示すように起動時間帯３０２₁₁、３０２₁₂、３０２₁₃、……を設定する。第２のグループには同図（ｂ）に示すように起動時間帯３０２₂₁、３０２₂₂、３０２₂₃、……を設定する。第３のグループには同図（ｃ）に示すように起動時間帯３０２₃₁、３０２₃₂、３０２₃₃、……を設定する。第ｎのグループには同図（ｄ）に示すように起動時間帯３０２_n1、３０２_n2、３０２_n3、……を設定する。

ここで、それぞれの起動時間帯３０２が重複しないようにそれぞれの起動時刻オフセットおよび起動間隔を設定している。第１のグループには同図（ａ）に示すような起動時刻オフセット３０３₁と起動間隔３０４₁を、第２のグループには同図（ｂ）に示すような起動時刻オフセット３０３₂と起動間隔３０４₂を設定している。また、第３のグループには同図（ｃ）に示すような起動時刻オフセット３０３₃と起動間隔３０４₃を、第ｎのグループには同図（ｄ）に示すような起動時刻オフセット３０３_nと起動間隔３０４_nを設定している。ここで、第１のグループ〜第ｎのグループのそれぞれに設定した各起動時刻オフセット３０３₁〜３０３_nは、想定される起動時間帯３０２の長さよりも所定の余裕時間以上長い時間だけずれている。たとえば、第１のグループの起動時刻オフセット３０３₁に２分、第２のグループの起動時刻オフセット３０３₂に４分、第３のグループの起動時刻オフセット３０３₃に６分、第ｎのグループの起動時刻オフセット３０３₄に２×ｎ分、という具合である。また、第１のグループ〜第ｎのグループのそれぞれに設定した起動間隔３０４₁〜３０４₄は、いずれも同じ１時間とする。

すると、図１２に示すように、各起動時間帯３０２の起動時刻は互いに少しずつ、この場合は２分ずつずれることになる。このように、本変形例によればセンサネットワークの構成に応じて設定する起動時間帯を調節し、無線基地局１０２に送信する信号が無線基地局１０２にて衝突するのを回避することができる。

また、実施例および第１の変形例では各センサモジュールに個別に信号を送る場合を説明したが、この変形例では起動時刻情報を含む信号や観測データ要求を含む信号を、グループに属する複数のセンサモジュールに一斉に送信するようにしてもよい。その場合には、基地局から送信される宛先には予め定められたそれぞれのグループに固有な識別番号が格納され、各センサモジュールは自分が属するグループの識別番号であると判別すると、自モジュールに設定しつつ下流側モジュールへと転送を行うようにする。この場合には、各グループ内で複数の下流側センサモジュールが基地局側へ送出した信号が上流側センサモジュールで衝突する可能性がある。したがって、無線基地局と直接に無線通信を行う各グループの上流側センサモジュールが下流側センサモジュールのすべてにタイムスロットを設定し、各下流側センサモジュールは自己に設定されたタイムスロットを使用して観測データの送信を行うようにしてもよい。

＜発明の第３の変形例＞

以上説明した実施例と第１の変形例および第２の変形例では、起動時刻情報が起動時刻オフセットと起動間隔から構成されている場合について説明している。しかしながら、たとえば家庭のガスや電気の使用量検針器のように月に１回といった低頻度で通信処理部やアプリケーション部を起動すればよいセンサモジュールも存在する。そこで、第３の変形例として起動時刻情報が日付と時刻を表わす絶対時刻から構成されている場合を説明する。

図１３は、本発明の第３の変形例におけるセンサモジュールが無線基地局から受信する信号の構成を表わしたものであり、実施例の図３に対応している。図３と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。また、実施例の図１および図２を適宜援用して説明を行う。信号１３１には起動時刻情報１３５として次回起動の絶対時刻４０１が格納されている。信号タイプ１３４には、続く信号の長さを表わす情報と、その信号が起動時刻情報１３５でありなおかつ次回起動の絶対時刻であることを表わすパラメータが格納されている。各センサモジュール１０３の通信処理部１１３は、信号１３１を受信すると信号タイプ１３４を解析し、起動時刻情報１３５として次回起動の絶対時刻４０１を電力供給制御部１１４に設定する。また、時計１１５は絶対時刻を出力するようになっており、電力供給制御部１１４は設定された次回起動の絶対時刻４０１が到来するのを監視し、次回起動の絶対時刻４０１に時計１１５が出力する絶対時刻が一致すると、給電部１１１から通信処理部１１３へ電力を供給させる。このようにして、月に１回といった低頻度であっても無線基地局側からセンサモジュール１０３の通信処理部１１３を起動させることができる。

＜発明の第４の変形例＞

以上説明した実施例と第１〜第３の変形例では、基地局が１つの場合を説明している。しかしながら、ネットワークがより広範囲になる場合がある。また、互いに遠く離れた複数の農地を所有している農家がそれぞれの農場で計測された日照データを統合して管理したいというような場合もある。そこで、第４の変形例として基地局を複数設けたセンサネットワークシステムを説明する。

図１４は本発明の第４の変形例におけるセンサネットワークシステムの構成の概要を表わしたものである。このセンサネットワークシステム５０１には、第１〜第ｋの無線基地局５０２₁〜５０２_kが存在しており、それぞれを中心とした図示しない所定のエリア内に設置された図示しない複数のセンサモジュールと無線通信を行うようになっている。これら第１〜第ｋの無線基地局５０２₁〜５０２_kはそれぞれインターネット網５０３を介してＴＣＰ／ＩＰ（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）によってパーソナル・コンピュータ５０４とデータ通信を行うようになっている。

パーソナル・コンピュータ５０４は、図示しない各センサモジュールの起動時刻を把握している。そして、観測データの送信を要求しようとする図示しないセンサモジュールが属する無線基地局５０２に対し、インターネット網５０３を通して実施例の図７に示した観測データ要求を格納した信号を含むデータを送信する。また、起動時刻を設定しようとする場合は実施例の図３に示した起動時刻情報を格納した信号を含むデータを送信する。このパーソナル・コンピュータ５０４から無線基地局５０２へのデータ送信は、制御の対象となる図示しないセンサモジュールの起動時刻よりも十分に先んじて行われる。

これらのデータを受信した無線基地局５０２は、実施例の図７に示した観測データ要求を格納した信号あるいは実施例の図３に示した起動時刻情報を格納した信号をそのセンサモジュールあるいはその上流側センサモジュールへ送信する。第１〜第ｋの無線基地局５０２₁〜５０２_kでも自己の地区に設置された図示しない各センサモジュールの起動時刻を把握しているため、その制御の対象となるセンサモジュールの起動時刻にあわせて送信を行う。また、センサモジュールから実施例の図８に示した観測データ情報を格納した信号を受信した無線基地局５０２は、この信号を含むデータをインターネット網５０３を通してパーソナル・コンピュータ５０４へ送信する。このようにして、無線基地局を複数配置した場合でも、各センサモジュールから観測データを円滑に収集することが可能となる。

本発明の一実施例における情報収集システムとしてのセンサネットワークシステムの構成の概要を表わしたシステム構成図である。本実施例におけるセンサモジュールのブロック図である。本実施例におけるセンサモジュールが無線基地局から受信する信号の構成を表わした説明図である。本実施例における通信処理部への電力供給制御の処理の流れを表わした流れ図である。本実施例における通信処理部の通信および他の装置部に対する制御の処理の流れを表わした流れ図である。本実施例における電力供給制御部が起動時刻情報に従って電力供給を制御する状態を表わした説明図である。本実施例におけるセンサモジュールが無線基地局から受信する信号の構成を表わした説明図である。本実施例におけるセンサモジュールが無線基地局側へ送信する信号の構成を表わした説明図である。第１の変形例におけるセンサネットワークシステムの構成の概要を表わしたシステム構成図である。第１の変形例におけるセンサモジュールのブロック図である。第１の変形例における通信処理部の通信および他の装置部に対する制御の処理の流れを表わした流れ図である。第２の変形例における無線基地局側が各センサモジュールに設定する起動時刻情報の状態を表わした説明図である。第３の変形例におけるセンサモジュールが無線基地局から受信する信号の構成を表わした説明図である。第４の変形例におけるセンサネットワークシステムの構成の概要を表わしたシステム構成図である。

符号の説明

１０１、２０１、５０１センサネットワークシステム
１０２、５０２無線基地局
１０３センサモジュール
１０４基地局通信エリア
１０５、５０４パーソナル・コンピュータ
１１１給電部
１１２アプリケーション部
１１３通信処理部
１１４電力供給制御部
１１５時計
１１８起動時刻情報格納部
１３１信号
２０３_u 上流側センサモジュール
２０３_d 下流側センサモジュール
２０４通信エリア
２１６上流モジュール識別番号テーブル
２１７下流モジュール識別番号テーブル
５０３インターネット網

Claims

現時点の時刻情報を逐次出力する時計と、
この時計の示す基準となる時刻から最初の起動時刻までの所定の時間間隔と、前記最初の起動時刻以降に給電開始を一定時間間隔で繰り返す際の各起動間隔とからなる起動時刻情報を受信する起動時刻情報受信手段と、
所定の観測結果を送信する観測結果送信手段と、
前記時計の前記時刻情報と起動時刻情報を比較して起動時刻になるたびに前記起動時刻情報受信手段および観測結果送信手段に電力を所定時間だけ供給してこれらを作動状態におく電源供給制御手段
とを具備することを特徴とする観測結果通信端末。
電源供給のための太陽電池と、
この太陽電池の発生した電力を蓄積する電力蓄積手段と、
この時計の示す基準となる時刻から最初の起動時刻までの所定の時間間隔と、前記最初の起動時刻以降に給電開始を一定時間間隔で繰り返す際の各起動間隔とからなる起動時刻情報を受信する起動時刻情報受信手段と、
所定の観測結果を送信する観測結果送信手段と、
前記時計の前記時刻情報と起動時刻情報を比較して起動時刻になるたびに前記起動時刻情報受信手段および観測結果送信手段に前記電力蓄積手段の蓄積した電力を所定時間だけ供給してこれらを作動状態におく電源供給制御手段
とを具備することを特徴とする観測結果通信端末。
現時点の時刻情報を逐次出力する時計と、この時計の示す基準となる時刻から最初の起動時刻までの所定の時間間隔と、前記最初の起動時刻以降に給電開始を一定時間間隔で繰り返す際の各起動間隔とからなる起動時刻情報を受信する起動時刻情報受信手段と、所定の観測結果を送信する観測結果送信手段と、前記時計の前記時刻情報と起動時刻情報を比較して起動時刻になるたびに前記起動時刻情報受信手段および観測結果送信手段に電力を所定時間だけ供給してこれらを作動状態におく電源供給制御手段と、次の起動時刻よりも前における必要な通信が終了した時点で電源の供給を遮断する電源供給制御手段とをそれぞれ備えた複数の観測結果通信端末と、
これら複数の観測結果通信端末に対してそれぞれ前記起動時刻情報を送信する無線基地局からなる起動時刻送信手段と、
前記複数の観測結果通信端末から前記観測結果を受信する観測結果受信手段
とを具備することを特徴とする情報収集システム。
前記複数の観測結果通信端末は複数のグループに分けられており、前記起動時刻送信手段はグループごとに異なる時間帯で通信が行われるように前記起動時刻をグループごとに異なった時刻に設定された前記起動時刻情報を送信する手段であることを特徴とする請求項３記載の情報収集システム。
前記観測結果通信端末は無線で前記観測結果および前記起動時刻情報を通信する無線端末であり、前記グループ内に観測結果通信端末が複数存在するときは、その１つが前記起動時刻送信手段および観測結果受信手段と通信を行い、同一グループ内の他の観測結果通信端末はこの特定の観測結果通信端末を介して前記起動時刻情報を受信すると共に前記観測結果を送信することを特徴とする請求項４記載の情報収集システム。