JP4734226B2 - 無線装置の電源制御装置、およびこれを利用した無線型コントローラ、無線型センサ、センサネットワークシステム、並びに無線端末の電源制御方法 - Google Patents
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EDN Japan 2006 7月号 pp.42〜51
〈第1実施形態によるセンサネットワークシステム1の構成〉
本発明の第1実施形態によるセンサネットワークシステム1の構成について、図1を参照して説明する。
次に、本実施形態によるセンサネットワークシステム1の動作について図3のシーケンス図を参照して説明する。
|y(t0+kτ)−y(t0)|≧ε (1)
通信周期指令値であるスリープ時間tsとしては、上記式(1)が成り立つ直前のサンプリング周期が無線端末の電源スリープ時間、すなわち、次の無線通信のタイミングを意味する無線通信周期指令値の候補として採用され、下記式(2)で表される。
ts=(k−1)τ (2)
以上で、通信周期指令値算出部123dにおいて通信周期指令値が生成されるときの動作の説明を終了する。
〈第2実施形態によるセンサネットワークシステム2の構成〉
本発明の第2実施形態によるセンサネットワークシステム2の構成について、図5を参照して説明する。
次に、本実施形態によるセンサネットワークシステム2の動作について図6のシーケンス図を参照して説明する。
〈第3実施形態によるセンサネットワークシステム3の構成〉
本発明の第3実施形態によるセンサネットワークシステム3の構成について、図7を参照して説明する。
次に、本実施形態によるセンサネットワークシステム3の動作について図8のシーケンス図を参照して説明する。
〈第4実施形態によるセンサネットワークシステム4の構成〉
本発明の第4実施形態によるセンサネットワークシステム4の構成について、図9を参照して説明する。
次に、本実施形態によるセンサネットワークシステム4の動作について図10のシーケンス図を参照して説明する。
〈第5実施形態によるセンサネットワークシステム5の構成〉
本発明の第5実施形態によるセンサネットワークシステム5の構成について、図11を参照して説明する。
次に、本実施形態によるセンサネットワークシステム5の動作について図12のシーケンス図を参照して説明する。
〈第6実施形態によるセンサネットワークシステム6の構成〉
本発明の第6実施形態によるセンサネットワークシステム6の構成について、図13を参照して説明する。
本実施形態によるセンサネットワークシステム6の動作は、子機の無線端末いずれかが親機として機能することにより、第1実施形態〜第4実施形態のいずれかのセンサネットワークシステムと同様の動作が行われるため、詳細な説明は省略する。
2…センサネットワークシステム
3…センサネットワークシステム
4…センサネットワークシステム
5…センサネットワークシステム
6…センサネットワークシステム
11…制御対象プロセス
12A…コントローラ機能付き無線基地局
12B…コントローラ機能付き無線基地局
12C…コントローラ機能付き無線端末
12D…コントローラ機能付き無線端末
13A…センサ機能付き無線端末
13B…センサ機能付き無線端末
13C…センサ機能付き無線基地局
13D…センサ機能付き無線基地局
14A…基地局
100…センサネットワークシステム
101…無線基地局
102…センサ無線端末
103…コントローラ無線端末
121…測定データ受信部
122…制御履歴データベース
123…制御対象プロセス状態推定部
123a…制御演算部
123b…推定状態量算出部
123c…予測制御量算出部
123d…通信周期指令値算出部
124…通信周期発信部
125…制御信号出力部
126…通信周期受信部
127…タイマーセット部
128…スリープタイマー部
129…電源部
131…センサ部
132…演算部
133…測定データ発信部
134…通信周期受信部
135…タイマーセット部
136…スリープタイマー部
137…電源部
138…制御履歴データベース
139…制御対象プロセス状態推定部
140…通信周期発信部
141…測定データ受信部
142…制御履歴データベース
143…制御対象プロセス状態推定部
144…通信周期発信部
Claims (14)
- 制御対象プロセスの状態を測定するセンサ装置と、前記制御対象プロセスの設備機器を制御するコントローラ装置とのうち、無線端末で構成された少なくとも一方の装置の電源状態を制御する電源制御装置において、
前記センサ装置で測定された測定データに基づいて、前記コントローラ装置で制御を行うための制御信号を算出する制御演算部と、
前記測定データと前記制御信号とを用いて前記制御対象プロセスの状態を示す推定状態量を算出する推定状態量算出部と、
前記推定状態量算出部で算出された推定状態量を基に前記制御対象プロセスの未来の応答に相当する予測制御量を算出する予測制御量算出部と、
前記予測制御量算出部で算出された予測制御量と、前記制御対象プロセスが安定状態であるか制御動作をきめ細かく必要とする過渡状態であるかを判断するためにあらかじめ設定された予測制御量の閾値と、に基づいて前記センサ装置の測定データのサンプリング周期を求め、この求められたサンプリング周期の、前記センサ装置の最小サンプリング周期分直前のタイミングまでの時間を電源スリープ時間とし、前記センサ装置と前記コントローラ装置との少なくともいずれか一方の制御対象の無線端末の電源のスリープ時間を通信周期指令値として算出する通信周期指令値算出部と、
前記通信周期指令値算出部で算出された通信周期指令値を、前記制御対象の前記センサ装置と前記コントローラ装置との少なくともいずれか一方の無線端末に送信する通信周期発信部と、
を備えることを特徴とする無線端末の電源制御装置。 - 前記測定データおよび前記制御信号を格納する制御履歴データベースを有し、
前記推定状態量算出部は、前記測定データと、前記制御信号と、前記制御履歴データベースに格納された過去の前記測定データおよび前記制御信号の一方または両方とを用いて前記制御対象プロセスの推定状態量を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の無線端末の電源制御装置。 - 制御対象プロセスの状態を測定するセンサ機能を有する無線端末に接続され、前記制御対象プロセスの設備機器に対する制御を行う無線型コントローラにおいて、
前記センサ機能を有する無線端末で測定された測定データに基づいて前記制御対象プロセスの設備機器を制御するための制御信号を算出する制御演算部と、
前記測定データと前記制御信号とを用いて前記制御対象プロセスの状態を示す推定状態量を算出する推定状態量算出部と、
前記推定状態量算出部で算出された推定状態量を基に前記対象プロセスの未来の応答に相当する予測制御量を算出する予測制御量算出部と、
前記予測制御量算出部で算出された予測制御量と、前記制御対象プロセスが安定状態であるか制御動作をきめ細かく必要とする過渡状態であるかを判断するためにあらかじめ設定された予測制御量の閾値と、に基づいて前記センサ装置の測定データのサンプリング周期を求め、この求められたサンプリング周期の、前記センサ装置の最小サンプリング周期分直前のタイミングまでの時間を電源スリープ時間とし、前記センサ機能を有する無線端末のスリープ時間を通信周期指令値として算出する通信周期指令値算出部と、
前記通信周期指令値算出部で算出された通信周期指令値を、前記センサ機能を有する無線端末に発信する通信周期発信部と
を備えることを特徴とする無線型コントローラ。 - 前記測定データおよび前記制御信号を格納する制御履歴データベースを有し、
前記推定状態量算出部は、前記測定データと、前記制御信号と、前記制御履歴データベースに格納された過去の前記測定データおよび前記制御信号の一方または両方とを用いて前記制御対象プロセスの推定状態量を算出する
ことを特徴とする請求項3に記載の無線型コントローラ。 - 前記無線型コントローラは親機として機能し、子機として機能する複数の前記センサ機能を有する無線端末に接続され、
前記通信周期発信部は、前記複数のセンサ機能を有する無線端末にそれぞれ通信周期指令値を発信する
ことを特徴とする請求項3または4に記載の無線型コントローラ。 - 前記無線型コントローラは、親機である前記センサ機能を有する無線端末の子機として機能する
ことを特徴とする請求項3または4に記載の無線型コントローラ。 - 制御対象プロセスの設備機器の制御を行うコントローラ機能を有する無線端末に接続された無線型センサにおいて、
前記制御対象プロセスの状態を測定するセンサ部と、
前記センサ部で測定された前記制御対象プロセスの状態の測定データに基づいて前記コントローラ機能を有する無線端末で制御を行うための制御信号を算出する制御演算部と、
前記測定データと前記制御信号とを用いて前記制御対象プロセスの状態を示す推定状態量を算出する推定状態量算出部と、
前記推定状態量算出部で算出された推定状態量を基に前記対象プロセスの未来の応答に相当する予測制御量を算出する予測制御量算出部と、
前記予測制御量算出部で算出された予測制御量と、前記制御対象プロセスが安定状態であるか制御動作をきめ細かく必要とする過渡状態であるかを判断するためにあらかじめ設定された予測制御量の閾値と、に基づいて前記センサ装置の測定データのサンプリング周期を求め、この求められたサンプリング周期の、前記センサ装置の最小サンプリング周期分直前のタイミングまでの時間を電源スリープ時間とし、前記コントローラ機能を有する無線端末のスリープ時間を通信周期指令値として算出する通信周期指令値算出部と、
前記通信周期指令値算出部で算出された通信周期指令値を、前記コントローラ機能を有する無線端末に発信する通信周期発信部と
を備えることを特徴とする無線型センサ。 - 前記測定データおよび前記制御信号を格納する制御履歴データベースを有し、
前記推定状態量算出部は、前記測定データと、前記制御信号と、前記制御履歴データベースに格納された過去の前記測定データおよび前記制御信号の一方または両方とを用いて前記制御対象プロセスの推定状態量を算出する
ことを特徴とする請求項7に記載の無線型センサ。 - 前記無線型センサは親機として機能し、子機として機能する複数の前記コントローラ機能を有する無線端末に接続され、
前記通信周期発信部は、前記複数のコントローラ機能を有する無線端末にそれぞれ通信周期指令値を発信する
ことを特徴とする請求項7または8に記載の無線型センサ。 - 前記無線型センサは、親機である前記コントローラ機能を有する無線端末の子機として機能する
ことを特徴とする請求項7または8に記載の無線型センサ。 - 親機としての基地局と、制御対象プロセスの状態を測定する前記基地局の子機としてのセンサ機能付き無線端末と、前記制御対象プロセスの設備機器を制御する前記基地局の子機としてのコントローラ機能付き無線端末とを備えるセンサネットワークシステムにおいて、
前記基地局は、
前記センサ機能付き無線端末で測定された測定データに基づいて前記コントローラ機能付き無線端末で制御を行うための制御信号を生成する制御演算部と、
前記測定データと前記制御信号とを用いて前記制御対象プロセスの状態を示す推定状態量を算出する推定状態量算出部と、
前記推定状態量算出部で算出された推定状態量を基に前記対象プロセスの未来の応答に相当する予測制御量を算出する予測制御量算出部と、
前記予測制御量算出部で算出された予測制御量と、前記制御対象プロセスが安定状態であるか制御動作をきめ細かく必要とする過渡状態であるかを判断するためにあらかじめ設定された予測制御量の閾値と、に基づいて前記センサ装置の測定データのサンプリング周期を求め、この求められたサンプリング周期の、前記センサ装置の最小サンプリング周期分直前のタイミングまでの時間を電源スリープ時間とし、前記センサ機能付き無線端末および前記コントローラ機能付き無線端末のスリープ時間を通信周期指令値として算出する通信周期指令値算出部と、
前記通信周期指令値算出部で算出された通信周期指令値を、該当する前記センサ機能付き無線端末および前記コントローラ機能付き無線端末に送信する通信周期発信部とを有し、
前記センサ機能付き無線端末は、
前記制御対象プロセスの状態を測定するセンサ部と、
前記センサ部で測定された前記制御対象プロセスの状態の測定データを前記基地局の制御演算部に送信する測定データ発信部と、
前記通信周期発信部から前記通信周期指令値を受信する通信周期受信部と、
前記測定データ発信部から前記測定データが発信されるとスリープ状態に遷移し、前記通信周期受信部で受信した通信周期指令値に従って前記スリープ状態が解除される電源部とを有し、
前記コントローラ機能付き無線端末は、
前記基地局の制御演算部から制御信号を受信し、この制御信号を前記制御対象プロセスに発信する制御信号出力部と、
前記通信周期発信部から前記通信周期指令値を受信する通信周期受信部と、
前記制御信号出力部から前記制御信号が発信されるとスリープ状態に遷移し、前記通信周期受信部で受信した通信周期指令値に従って前記スリープ状態が解除される電源部とを有する
ことを特徴とするセンサネットワークシステム。 - 前記基地局は、前記測定データおよび前記制御信号を格納する制御履歴データベースを有し、
前記推定状態量算出部は、前記測定データと、前記制御信号と、前記制御履歴データベースに格納された過去の前記測定データおよび前記制御信号の一方または両方とを用いて前記制御対象プロセスの推定状態量を算出する
ことを特徴とする請求項11に記載のセンサネットワークシステム。 - 電源制御装置が、
制御対象プロセスの状態を測定するセンサ装置から測定データを取得するステップと、
前記測定データに基づいて、前記制御対象プロセスの設備機器をコントローラ装置で制御するための制御信号を生成するステップと、
前記測定データと前記制御信号とを用いて前記制御対象プロセスの状態を示す推定状態量を算出するステップと、
算出された推定状態量を基に前記対象プロセスの未来の応答に相当する予測制御量を算出するステップと、
算出された予測制御量と、前記制御対象プロセスが安定状態であるか制御動作をきめ細かく必要とする過渡状態であるかを判断するためにあらかじめ設定された予測制御量の閾値と、に基づいて前記センサ装置の測定データのサンプリング周期を求め、この求められたサンプリング周期の、前記センサ装置の最小サンプリング周期分直前のタイミングまでの時間を電源スリープ時間とし、前記センサ装置と前記コントローラ装置とのうち無線端末で構成された少なくともいずれか一方の装置の電源のスリープ時間を通信周期指令値として算出するステップと、
算出された通信周期指令値を、該当する前記センサ装置および前記コントローラ装置の少なくともいずれか一方の装置に送信するステップと、
を備えることを特徴とする無線端末の電源制御方法。 - 電源制御装置が、前記測定データおよび前記制御信号を制御履歴データベースに格納するステップを有し、
前記推定状態量を算出するときは、前記測定データと、前記制御信号と、前記制御履歴データベースに格納された過去の前記測定データおよび前記制御信号の一方または両方とを用いて前記制御対象プロセスの推定状態量を算出する
ことを特徴とする請求項13に記載の無線端末の電源制御方法。
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