JP5915867B2 - センサシステムにおけるセンサおよび受信装置 - Google Patents

Description

本発明はセンサシステムに係り、特にパケットを送信するセンサおよびパケットを受信する受信装置に関する。

近年、センサの小型化や省電力化の研究が進められている。一般にセンサは、動作電源を必要とするが、外部のＡＣ電源を用いる場合は、トランスや整流用キャパシタが大きく、小型化に難点がある。一方、ボタン電池を利用するセンサもあるが、電池は交換などメンテナンスが必要となり、電気機器内部に搭載することを想定すると、やはり困難が生じる。

このような難点を解消するセンサが非特許文献１に提案されている。このセンサは、ＡＣ電力線の周りからエネルギを取り込むエネルギ・ハーベスト（Energy Harvesting）を利用し、ＴＤＣ（Time-to-Digital Converter）を用いることで、限られたエネルギでリアルタイムの計測およびデータ送信が可能となる。

S. Takahashi, et al., "Real-Time Current-Waveform Sensor with Plugless Energy Harvesting from AC Power Lines for Home/Building Energy-Management Systems," 2011 IEEE International Solid-State Circuits Symposium, Technical Digest, pp. 220-221, Feb, 2011.

しかしながら、非特許文献１に開示されたセンサは、低消費電力を図るために計測動作や送信動作を行う期間が制限され、そのためにセンサから一度に送信できるデータ長が限られるという制約がある。パケットのデータ長が短い場合、計測データ分を除くと、センサ識別情報の長さも制限され、識別できるセンサ数が減少する。たとえば、宅内にあるテレビ、エアコン、パソコン等の電気機器群のそれぞれの電流波形情報をセンサが計測して送信する場合、各センサを宅内で識別するセンサ識別情報だけでなく、当該センサが取り付けられている電気機器を識別する情報も送信する必要がある。したがって、パケットのデータ長が制限されている状況では、十分な数の電気機器を識別することができなくなり、有効なエネルギ管理を実行できなくなる。

そこで、本発明の目的は、パケットのデータ長が制限されている状況であっても十分な数のセンサを識別可能なセンサシステム、そのセンサおよび受信装置を提供することにある。

本発明のセンサは、計測を行う計測期間と送信を行う送信期間とを所定周期で繰り返すセンサであって、前記計測期間に、所定の計測により計測情報を出力する計測手段と、前記送信期間に、パケットの送信元を識別するための送信元識別情報および前記計測情報を含む第１パケットと、前記送信元識別情報および当該センサおよび／または当該センサの計測対象機器を識別するためのセンサ関連情報を含む少なくとも１つの第２パケットと、を送信する送信手段と、を備えることを特徴とする。
本発明の受信装置は、計測を行う計測期間と送信を行う送信期間とを所定周期で繰り返すセンサからパケットを受信する受信装置であって、前記センサから、当該パケットの送信元を識別する送信元識別情報および前記センサにより計測された計測情報を含む第１パケットと、前記送信元識別情報および前記センサおよび／または当該センサの計測対象機器を識別するセンサ関連情報を含む少なくとも１つの第２パケットと、を受信する受信手段と、前記センサから受信した前記送信元識別情報と前記センサ関連情報とに基づいて前記センサおよび／または当該センサの計測対象機器を識別する識別手段と、を備えることを特徴とする。
本発明のセンサシステムは、複数の電気機器の各々に設けられ所定の計測を行う複数のセンサと、各センサからパケットを受信する受信装置と、を有するセンサシステムであって、各センサが、計測を行う計測期間と送信を行う送信期間とを所定周期で繰り返し、前記送信期間に、パケットの送信元を識別するための送信元識別情報および前記計測情報を含む第１パケットと、前記送信元識別情報および当該センサおよび／または当該センサの計測対象機器を識別するためのセンサ関連情報を含む少なくとも１つの第２パケットと、を送信し、前記受信装置が、前記センサから、送信元識別情報および前記計測結果を含む第１パケットと、前記送信元識別情報および前記センサおよび／または当該センサの電気機器を識別するセンサ関連情報を含む少なくとも１つの第２パケットと、を受信し、受信した前記送信元識別情報と前記センサ関連情報とに基づいて前記センサおよび／または当該センサの電気機器を識別する、ことを特徴とする。

本発明によれば、パケットのデータ長が制限されている状況であっても十分な数のセンサを識別可能となる。

図１は本発明の一実施形態によるセンサおよび受信装置の構成および動作を説明するための概略的ブロック図である。 図２は本実施形態を適用したセンサシステムの一例を示す構成図である。 図３は図２に示すセンサシステムのより詳細な構成を示すブロック図である。 図４は本実施形態によるセンサのサンプリング動作を説明するための電流波形図である。 図５は本実施形態によるセンサのサンプリング動作と送信動作とを示すタイムチャートである。 図６は本実施形態によるセンサの消費電力の内訳の変化を示す模式図である。 図７は本実施形態によるセンサのサンプリングタイミングおよび送信タイミングを示すタイムチャートである。 図８は本発明の第１実施例によるセンサから送信されるパケットのフォーマット図である。 図９は本発明の第２実施例によるセンサから送信されるパケットのフォーマット図である。 図１０は本発明の第３実施例によるセンサから送信されるパケットのフォーマット図である。 図１１は本発明の第４実施例によるセンサから送信されるパケットのフォーマット図である。 図１２は第４実施例によるセンサから送信されるパケットを用いて受信装置が再構成するユニークＩＤの一例を示す模式図である。 図１３は本発明の第５実施例によるセンサから送信されるパケットのフォーマット図である。 図１４は第５実施例によるセンサから送信されるパケットを用いて受信装置が再構成するユニークＩＤの一例を示す模式図である。 図１５は本発明の第６実施例によるセンサから送信されるパケットのフォーマット図である。 図１６は本発明の第６実施例によるセンサから送信されるパケットのフォーマット図である。

本発明の一実施形態によれば、計測を行う計測期間と送信を行う送信期間とを所定周期で繰り返すセンサが、送信期間に、送信元識別情報、計測情報およびセンサ関連情報を１つあるいは複数のパケットで送信することにより、パケットのデータ長が制限されている状況であっても十分な数のセンサあるいはセンサ対象機器を識別可能となる。以下、本発明の実施形態及び実施例について詳細に説明する。

図１に示されるように、本実施形態によるセンサ１０は、計測部１１と送信部１２とを備えており、受信装置３０との間でパケット通信を行う。センサ１０は計測を行う計測期間と送信を行う送信期間とを所定周期で繰り返す。すなわち、計測期間内に計測部１１が所定の計測により計測情報を生成し、送信部１２へ出力する。送信部１２は、送信期間内に、パケット送信元を識別する送信元識別情報２３と、計測情報２４と、センサおよび／または計測対象を識別するためのセンサ関連情報２５と、を１つあるいは複数のパケットで送信する。望ましくは、図１に示すように、送信元識別情報２３および計測情報２４を含むパケット２１と送信元識別情報２３およびセンサ関連情報２５を含むパケット２２とに分けて送信することで、より多くのセンサおよび／または計測対象を識別可能となる。

また、本実施形態による受信装置３０は、受信部３１と識別部３２とを備え、受信部３１がセンサ１０からパケット２１、２２を受信し、識別部３２が受信した送信元識別情報２３およびセンサ関連情報２５に基づいてセンサ１０および／またはその計測対象を識別する。

センサ１０および受信装置３０によれば、送信期間内に送信されるパケットに、送信元識別情報２３および計測情報２４の他にセンサ関連情報２５を含めているため、センサの省電力化を図りつつ、多くのセンサをより詳細に識別することが可能となる。

なお、送るべき情報をパケットに分割して送付する方法としては、インターネットで用いられるＴＣＰ／ＩＰに代表される技術が知られている。しかしながら、センサによっては、超低電力動作を実現するため、制御信号などを受信することができない場合がある。したがって、センサがデータ受信の了解符号を受信することも管理システムがセンサに対して再送を要求することもできない制約があり、ＴＣＰ／ＩＰなどの技術を用いることは困難である。本実施形態では、センサが受信機能を持たないことで省電力化を図り、センサから受信装置に対してパケットが一方的に送信されるものとする。

１．センサシステム
図２に示すように、本実施形態によるセンサシステム１００は、例えば宅内エネルギ管理システムを構成しており、家庭内にある各電気機器１０１−１０５の内部またはコンセント部にセンサ１１１を取り付け、各センサ１１１からセンサ情報が配電盤１０６に設置された受信装置（サーバ）へ送信され、サーバを介して外部のネットワークに送信可能である。なお、受信装置（サーバ）は配電盤１０６の外に設置してもよく、置かれる場所を限定するものではない。なお、センサ１１１と受信装置との間の通信は、電力線１１０を通した通信手段に限定されるものではない。

ここでは、家庭内に、電気機器群１２０として、プロジェクタ１０１、テレビ１０２、複合機１０３、エアコン１０４およびパソコン１０５が備えられており、各機器の内部またはコンセント部にセンサ１１１が設けられるものとする。各センサ１１１は、電力線１１０を介して受信装置のある配電盤１０６と通信可能に接続され、配電盤１０６は、さらに電力網１０８に接続され、その受信装置（サーバ）はゲートウェイ１０７を介してインターネット網１０９にも接続されている。

家庭内のネットワーク、すなわち電気機器群から構成されるネットワークが内部ネットワークであり、家庭外のネットワーク、すなわち電力網１０８やインターネット網１０９が外部ネットワークである。ネットワークでは、識別情報により機器が識別され、後述するローカルＩＤは、主に内部ネットワークにおいて機器を識別するための識別情報である。

このセンサシステム１００は、様々な場所にセンサノードを敷設し、そこから得られる情報を収集するシステムである。例えば、電気機器、コンセント、分電盤に電流センサを取り付け、この情報を管理システムに集め、どのような電力消費がなされているか可視化し、ユーザに効率的な電力利用をアドバイスすることや、個々の電気機器の運用を制御することによって省エネルギを実現することが可能となる。

次に、図３を用いて、本実施形態によるセンサおよび受信装置の構成および動作をより詳細に説明する。ここでは、センサ２００が図２における１つの電気機器に設けられており、受信装置３００が配電盤１０６に設けられているものとする。

図３に示すように、センサ２００は、カレントトランスフォーマ１１２と接続されており、このカレントトランスフォーマ１１２は電力線１１０に取り付けられている。一方、受信装置３００は別のカレントランスフォーマ１１３に接続されており、カレントランスフォーマ１１３が同じく電力線１１０に取り付けられている。センサ２００と受信装置３００と、はカレントトランスフォーマ１１２および１１３を用いることで電力線１１０を介してセンサ情報を送受信する。

一般に、カレントランスフォーマはコア材に巻かれたコイルからなり、１本のＡＣ電力線を囲むように取り付けられる。したがって、ＡＣ電力線に流れるＡＣ電流から生じる磁界の変化に応じてコイルに電流が流れ、それをＡＣ電力線の電流波形としてモニタすることができる。

センサ２００は、後述するように、カレントトランスフォーマ１１２により検出された電流波形をサンプリングすると共に、それをセンサ電源として利用する。したがって、センサ２００は電源としての電池が不要であり、一旦装着するとメンテナンスなしで運用可能となる。また、検出された電流波形のサンプリングデータはＯＯＫ（Ｏｎ‐ＯＦＦ Ｋｅｙｉｎｇ）変調によりカレントトランスフォーマ１１２を通して電力線１１０のＡＣ電流に乗せられる。このように、センサ２００は、ＡＣ電源線を流れる電流をサンプリング検出することで電源を確保しつつ、その検出波形のデータを計測データとして電力線１１０を通して送信することができ、バッテリなしの簡素な部品構成で小型化に適している。

具体的には、センサ２００はセンサ回路２１０とインターフェース２２０とを有している。インターフェース２２０は、カレントトランスフォーマ１１２との間で信号の入出力を行い、生成される電力と検出された電流波形とをセンサ回路２１０へ供給し、また、センサ回路２１０が生成した送信データパケットをカレントトランスフォーマ１１２へ出力する。

センサ回路２１０は、クロック発生回路２１１、サンプリングコントローラ２１２、Ａ／Ｄ変換器２１３および送信回路２１４を有し、カレントトランスフォーマ１１２から供給される電力により動作する。ここでは、サンプリングコントローラ２１２およびＡ／Ｄ変換器２１３が図１の計測部１１に対応しており、送信回路２１４が図１の送信部１２に対応している。

クロック発生回路２１１は、一定周波数のクロックを生成して各回路へ供給し、各回路はこのクロックに基づいたタイミングにより動作する。

サンプリングコントローラ２１２はサンプリングのタイミング等を制御し、Ａ／Ｄ変換器２１３は、サンプリングコントローラ２１２の制御に従い、検出された電流波形のアナログ値をデジタル値に変換し、サンプリングデータ（計測データ）を送信回路２１４へ出力する。送信回路２１４は、サンプリングデータを含むパケットあるいはセンサ関連情報を含むパケットを生成し、送信データとしてインターフェース２２０へ出力する。インターフェース２２０は、入力した送信データに従ってカレントトランスフォーマ１１２を駆動し、送信データを電力線１１０に乗せる。

なお、送信回路２１４には不図示の記憶回路が設けられ、記憶回路にはパケットに含めるセンサ関連情報、たとえばセンサを識別するローカルＩＤ、センサ対象機器の製品種別データ、あるいは対象機器を特定するユニークＩＤや拡張ＩＤなど、が記憶されている。送信回路２１４は、これらの必要な情報およびサンプリングデータからパケットを生成し送信する。

一方、受信装置３００は、インターフェース３２０と制御部３１０を有している。ここでは、インターフェース３２０が図１の受信部３１に対応し、制御部３１０が識別部３２に対応している。

インターフェース３２０は、カレントトランスフォーマ１１３と信号の入出力を行い、センサ２００により電力線１１０に乗せられたデータをカレントトランスフォーマ１１３で取り出して復調し、パケットとして制御部３１０へ出力する。

制御部３１０は、入力したパケットを解析し、パケットに含まれているセンサ関連情報（ローカルＩＤ、製品種別データなど）やサンプリングデータを取得し、データベース３０１を参照しながら製品識別や電力管理等のデータ処理を行う。データベース３０１は受信装置３００に接続されており、たとえば製品種別データと製品種別等の詳細情報とが関連付けて格納されている。制御部３１０は、受信した製品種別データを基に、データベース３０１を参照し、製品種別データに対応するセンサ対象機器の詳細情報を取得する。すなわち、製品種別データに基づいて、当該センサがエアコンやテレビのセンサであることを識別する。したがって、センサ２００が電気機器の電流波形を計測し送信し、受信装置３００が各センサから受信した電流波形の計測データを解析することで宅内の電気機器の消費電力を推定することができる。

なお、データベース３０１は、外部のネットワークを介して接続されていてもよいし、受信装置３００の内部に設けられてもよい。

２．センサの動作
次に、図４〜図７を用いて、センサ２００におけるサンプリング動作及び送信動作について説明する。図４、図５はサンプリング動作および送信動作のタイミングを、図６はサンプリング動作および送信動作による消費電力を、図７はサンプリング間隔（周期）および送信間隔を、それぞれ示している。

図４に示すように、検出された電流波形は、サンプリングコントローラ２１２およびＡ／Ｄ変換器２１３により所定のサンプリング間隔でサンプリングされ、サンプリングデータが生成される。ここでは、順にデータＡ〜Ｆの６つのサンプリングデータが生成されたものとする。

センサ２００では、図５に示すように、サンプリングを行うサンプリング期間とデータ送信を行う送信期間とが一定周期で交互に繰り返される。サンプリング期間はセンサが計測を行う計測期間である。たとえば最初のサンプリング期間でＡ／Ｄ変換器２１３がサンプリングデータＡを生成し送信回路２１４へ出力すると、送信回路２１４は、続く送信期間でデータＡを送信する。以下同様に、データＢからＦのサンプリングと送信が順次行われる。図５では、サンプリングデータＡ〜Ｆとしてそれぞれ“0010”、“1000”、“0100”、“1001”、“1110”、“0001”を含むパケットが順次送信されるものとする。

上述したように、センサ２００では、電力線を流れる電流の波形をサンプリングし、得られたサンプリングデータを、メモリへ書込むことなく、そのままパケット化してＡＣ電力線を通して送信するので、メモリへの書き込みに要する電力消費を削減することができる。センサ２００は、ＡＣ電力線からエネルギ・ハーベストを利用して動作に必要な電源を賄っているが、得られる電力は数ｍＷか、あるいはそれ以下である。本実施形態では、サンプリングとデータ送信を交互に実行することで消費電力の低減を図り、次に述べるように、限られた電力内で必要な電源を確保している。

図６に示すように、センサ２００はサンプリング期間と送信期間を繰り返すことで消費電力を一定に抑える。センサ２００の消費電力の内訳は、クロック発生回路２１１による消費電力４０１、サンプリングコントローラ２１２による消費電力４０２、Ａ／Ｄ変換器２１３による消費電力４０３、および、送信回路２１４による消費電力４０４である。すなわち、クロックによる電力４０１は常に消費されているものの、サンプリング時にはサンプリングコントローラとＡ／Ｄ変換器の消費電力４０２および４０３だけが加算され、データ送信時には送信回路の消費電力４０４だけが加算されるため、常に１ｍＷ程度の消費電力でサンプリングと送信を行うことが可能となる。

また、図７に示されるように、センサ２００は、サンプリングされる毎に、ローカルＩＤとサンプリングデータを含むパケットを間欠送信する。ここでは、サンプリング完了からＴｓ経過後のＴｐの期間内でパケットが送信され、パケット送信は周期（間隔）Ｔａで繰り返される。間欠送信を行うことで、複数のセンサを同一の電力線に取り付けた場合にセンサから送信される複数のデータどうしが衝突する確率を減らすことができる。

３．パケット長とＩＤ数
次に、センサ２００が送信するパケット長について検討する。パケット長は、送信するデータ量と伝送速度に依存する。センサ２００では、図４〜図７のような動作タイミングを考慮する必要がある。

例えば、精細な電流の波形をサンプリングする場合、サンプリング速度は２ｋＨｚ程度が必要であり、さらにサンプリングとデータ送信を交互に実施しようとすると、送信可能な間隔Ｔａは５００マイクロ秒以下となる。そして、ＡＣ電力線１１０に複数の機器が接続された場合には、各機器に搭載されたセンサによるデータ送信が重なる可能性を抑える必要があるので、数％以下の時間内で送信を行うべきである。仮に、１つのセンサが出力する時間Ｔｐを１０マイクロ秒とした場合、３Ｍｂｐｓのデータ速度で送信すると、一度に送信可能な情報量は３０ビットであり、これが１パケットの長さとなる。

なお、データ速度を高めると、多くの情報を送信することが可能である。ただしデータを送るキャリア周波数は、例えば伝送レートの１０倍程度必要であるが、電磁防護指針や伝送損失の観点からキャリア周波数は３０ＭＨｚ程度以下の抑えなければならないことから、伝送速度を高めることにも限界がある。

次に、センサあるいはセンサ対象機器を識別するためのＩＤについて検討する。ここでは、上記の通り、１パケットにつき３０ビットと設定する。電流の波形情報を例えば１２ビットで表現すると、残りの１８ビットをＩＤに割り当て可能となり、約２６万のセンサあるいは電気機器を識別することができる。なお、このＩＤの数は、例えば１つの家庭で用いるには十分であるが、全世界で使われる機器は億単位となるため、固有のＩＤを割り振る場合には不足する場合がありうる。

そこで、センサ２００は、送信期間に、送信元識別情報、計測情報およびセンサ関連情報を１つあるいは複数のパケットで送信することにより、必要な長さのセンサ関連情報を受信装置３００へ送信することができ、パケットのデータ長が制限されている状況であっても十分な数のセンサあるいはセンサ対象機器を識別可能となる。以下、本発明の実施例として、パケットのビット数に制限がある場合に、十分な数のセンサあるいは電気機器を識別するためのパケット構成例について説明する。

４．実施例
４．１）第１実施例
本発明の第１実施例によれば、所定フォーマットの１つのパケットで、送信元識別情報としてのローカルＩＤと、計測情報としてのサインプリングデータと、センサ関連情報としての製品種別データとを送信する。

図８に示すように、パケット５１０は、ローカルＩＤ５１１とデータ領域５１２とから構成され、データ領域５１２には、サンプリングデータ５１３および製品種別データ５１４が含まれる。本実施例では、パケット全体のパケット長が３０ビットであり、ローカルＩＤ５１１が７ビット、サンプリングデータ５１３が１２ビット、製品種別データ５１４が１１ビットであるものとする。ローカルＩＤ５１１は、パケットの送信元を識別する識別情報であり、特にローカルネットワークで識別可能な識別情報である。サンプリングデータ５１３は、サンプリング間隔によりサンプリングされた計測結果である。

製品種別データ５１４はセンサに関連する情報であり、センサあるいはセンサ対象機器の種別を識別する情報である。１１ビットの製品種別データ５１４により２０４８通りの種別を表現できるので、センサあるいは電気機器の製品種別を十分にカバーすることができる。また、ローカルＩＤと製品種別データの合計１８ビットを用いて、さらに細かく識別することもできる。

図３に示すセンサ回路２１０を参照すれば、送信回路２１４は、Ａ／Ｄ変換器２１３からサンプリングデータを入力すると、図８のようにデータ領域５１２にローカルＩＤ、サンプリングデータおよび製品種別データを格納したパケット５１０を生成し、インターフェース２２０を通して電力線１１０へ送信する。

受信装置３００の制御部３１０は、電力線１１０からインターフェース３２０を通してパケット５１０を受信すると、図８に示す所定のフォーマットに従って、受信したパケット５１０からローカルＩＤ、サンプリングデータおよび製品種別データを取得する。制御部３１０は、ローカルＩＤにより、サンプリングデータがどのセンサ（どこに設置されたセンサ）であるかを識別し、製品種別データを用いてデータベース３０１を参照することによりセンサあるいはセンサ対象機器の種別を識別する。このようにして、どの製品に設置されたどのセンサがどのようなサンプリングデータを送出しているかを特定することができ、エネルギ管理に利用することができる。

上述したように、本発明の第１実施例によれば、比較的小さなビット数で構成されるローカルＩＤを用いて受信装置３００が扱うセンサの区別を行うことができ、さらにセンサ関連情報である製品種別データを用いてデータベース３０１を検索することで、より詳細な情報と対応づけることができる。これによりサンプリングデータを単なる計測データとしてだけでなく、どこに設置されたどの製品のデータであるかを認識でき、よりきめ細かいエネルギ管理が可能となる。例えば、サンプリングデータがエアコンの消費電流と分かり、別の温度センサでエアコンが不要な環境温度であると分かると、エアコンを切るようユーザに知らせることができる。さらにセンサを搭載した機器を買えば、受信装置３００は、ユーザが設定しなくとも製品種別を判別できるので、システム導入の手間を省くことができる。

４．２）第２実施例
本発明の第２実施例によれば、パケットのデータ種別を切り替えた２つのパケットを用いて、送信元識別情報としてのローカルＩＤと、計測情報としてのサインプリングデータと、センサ関連情報としての拡張ＩＤとを送信する。

図９において、パケット５２０は、ローカルＩＤ５２１、種別フラグ５２２、データ領域５２３から構成されている。データ領域５２３は、拡張ＩＤ５２４またはサンプリングデータ５２５のいずれかを含むことができる。本実施例によるパケット５２０は、ローカルＩＤ５２１が７ビット、種別フラグ５２２が１ビット、データ領域５２３が１２ビットの合計２０ビットである。種別フラグ５２２は“０”または“１”をとることにより、次に続くデータ領域５２３が拡張ＩＤ５２４かサンプリングデータ５２５のどちらであるかを示す。

拡張ＩＤ５２４は、センサを識別するためのＩＤであり、ローカルＩＤを拡張して、より多くのセンサを識別可能とする。

図３に示すセンサ回路２１０を参照すれば、送信回路２１４は、図９に示すようにローカルＩＤ５２１と、サンプリングデータ５２５あるいは拡張ＩＤ５２４のいずれか一方を含むデータ領域５２３とからなるパケット５２０を生成し、インターフェース２２０を通して電力線１１０へ送信する。例えば、センサが動作を開始したとき、サンプリングデータが生成されないとき、あるいは、定期的なタイミングで、拡張ＩＤ５２４を含むパケットを送信し、他のタイミングでは、サンプリングデータ５２５を含むパケットを送信する。

受信装置３００の制御部３１０は、電力線１１０からインターフェース３２０を通してパケット５２０を受信すると、パケット内のローカルＩＤ５２１および種別フラグ５２２を解析し、受信したパケットからローカルＩＤ５２１と、サンプリングデータ５２５あるいは拡張ＩＤ５２４のいずれかを取得する。制御部３１０は、拡張ＩＤ５２４が含まれている場合、ローカルＩＤ５２１と拡張ＩＤ５２４とを対応付けて記憶する。サンプリングデータが含まれている場合は、ローカルＩＤ５２１に対応して記憶しておいた拡張ＩＤを取得し、拡張ＩＤによりセンサの種別を識別する。

上述したように、本発明の第２実施例によれば、受信装置３００が複数のセンサからパケットを受信したとしても、ローカルＩＤによって、どのセンサのパケットであるかを識別することができる。さらに、いずれかのタイミングで、ローカルＩＤ５２１と拡張ＩＤ５２４を１つのパケットで受信した場合、当該送信元のセンサがもつローカルＩＤと拡張ＩＤの組み合わせが得られるので、以降は、ローカルＩＤのみで拡張ＩＤを特定することができ、より多数のセンサを表すことができるようになる。これらのＩＤをデータベース３０１と照合することで、データベース３０１に格納されたより詳細な情報を検索することが可能となる。

４．３）第３実施例
本発明の第３実施例によれば、パケットのデータ種別を切り替えた２つのパケットを用いて、送信元識別情報としてのローカルＩＤと、計測情報としてのサインプリングデータと、センサ関連情報としてのユニークＩＤとを送信する。

図１０に示すように、パケット５３０は、ローカルＩＤ５３１、種別フラグ５３２およびデータ領域５３３から構成され、データ領域５３３には、ユニークＩＤ５３４またはサンプリングデータ５３５のいずれかが含まれる。図９に示す第２実施例と比べると、拡張ＩＤの代わりにユニークＩＤとなっている点が異なり、その他の構成およびビット長は同様である。

ユニークＩＤはセンサあるいはセンタ対象機器を識別するためのＩＤであり、ローカルＩＤよりも大きい長さを有し、望ましくは、実用上、一つのＩＤが収まる程度のビット数を有する。すなわち、ここでは、ユニークＩＤを１２ビットとしているが、ローカルＩＤの７ビットよりも大きければよく、例えば、パケット長が３０ビットであるならば、ユニークＩＤを２２ビットとしてもよい。

本発明の第３実施例によれば、第２実施例と同様の効果を得られる。すなわち、ローカルＩＤによって、どのセンサからのパケットかを識別することができ、さらに、ローカルＩＤとユニークＩＤとを組み合わせることにより、ローカルＩＤのみでユニークＩＤが参照でき、より大きな場合の数を表すことができるようになる。また、これらのＩＤをデータベースと照合することで、さらに詳細な情報と対応づけることができる。

４．４）第４実施例
本発明の第４実施例によれば、パケットのデータ種別を切り替えた２以上のパケットを用いて、送信元識別情報としてのローカルＩＤと、計測情報としてのサインプリングデータと、センサ関連情報としてのユニークＩＤの部分情報とを送信する。本実施例では、ユニークＩＤを分割し、その位置情報と共に複数のパケットで送信し、受信側で位置情報に従ってユニークＩＤ全体を再構成することで、大きなビット数のユニークＩＤを送信することが可能となる。

図１１に示すように、パケット５４０は、ローカルＩＤ５４１、種別フラグ５４２、データ領域５４３から構成され、データ領域５４３には、ユニークＩＤの一部である部分ビット５４４ｂおよびその位置is邸番号５４４ａの組み合わせまたはサンプリングデータ５４５のいずれかを含むことができる。パケット５４０は、例えば、ローカルＩＤ５４１が８ビット、種別フラグ５４２が１ビット、データ領域５４３が１１ビットの合計２０ビットである。

種別フラグ５４２は“０”または“１”をとることにより、次に続くデータ領域がユニークＩＤの部分ビット５４４ｂかサンプリングデータ５４５かのどちらかを示す。

データ領域５４３がユニークＩＤの部分ビットを含む場合、この領域は７ビットの位置指定番号５４４ａと、４ビットのユニークＩＤ本体の部分ビット５４４ｂからなる。ユニークＩＤのビット長が長く一つのパケットに収まらない場合には、ユニークＩＤを分割して送信する。たとえば、ユニークＩＤの全体が１２８ビットとし、位置指定番号（ｉ）で示されるユニークＩＤのｉ番目のビット位置から４ビット分がユニークＩＤの部分ビットとしてパケット５４０に含まれる。

図３に示すセンサ回路２１０を参照すれば、送信回路２１４は、図１１のようにローカルＩＤと、サンプリングデータ、あるいは、ユニークＩＤの部分ビットのいずれかを含むようにパケット５４０を生成し、インターフェース２２０を通して電力線１１０へ送信する。例えば、センサが動作を開始したとき、サンプリングデータが生成されないとき、あるいは、定期的なタイミングで、ユニークＩＤの部分ビットを含むパケットを送信し、他のタイミングではサンプリングデータを含むパケットを送信する。例えば、送信回路２１４は、ユニークＩＤの全体から、乱数等により得たランダムな位置から４ビットの部分ビットを取得し、ユニークＩＤの部分ビットを含むパケットを生成する。

このようなパケット５４０を受信すると、受信装置３００の制御部３１０は、受信したパケットから、ローカルＩＤと、サンプリングデータあるいはユニークＩＤの部分ビットのいずれかを取得する。制御部３１０は、ユニークＩＤの部分ビットが含まれている場合、位置指定番号５４４ａで指定されるビット位置に部分ビットを記憶し、同様に他の受信パケットからのユニークＩＤの部分ビットを記憶してユニークＩＤ全体を組み立てる。ユニークＩＤの全部のビットが取得できると、ローカルＩＤとユニークＩＤとが関連付けられ、サンプリングデータを受信した場合、ローカルＩＤに対応して記憶しておいたユニークＩＤを取得し、ユニークＩＤによりセンサあるいはセンタ対象機器の種別を識別する。

図１２に示すように、受信装置３００の制御部３１０は、センサ２００からパケットを受信すると、位置指定番号５４４ａに従ってユニークＩＤを再構成する。図中、送信パケットとして参照されているのは、４ビットのユニークＩＤ本体の一部である。すなわち、ユニークＩＤ全体からランダムで選ばれたｉ番目ビット（１≦ｉ＜１２５）から４ビット分のユニークＩＤ部分ビットが受信され、ユニークＩＤ全体が再構成される場合が示されている。

例えば、パケット＃１によりユニークＩＤの０ビット目から４ビットが送信され、続いて同様に、パケット＃２により３２ビット目から、パケット＃３により８０ビット目から、パケット＃４により９０ビット目から、パケット＃５により３０ビット目から、パケット＃６により５０ビット目から、それぞれ４ビットずつ送信された場合、受信装置では、ユニークＩＤの該当するビット位置に４ビットずつ部分ビットが記憶され再構成が行われる。

上述したように、本発明の第４実施例によれば、ユニークＩＤの部分ビットを含むパケットが複数回送信されることで、受信装置がユニークＩＤ全体を再構成し、十分な数のパケットが受信されると、いずれ完全なユニークＩＤが再構成される。この結果、そのセンサがもつローカルＩＤとユニークＩＤの組み合わせが得られるので、以降は、ローカルＩＤのみでユニークＩＤが参照でき、より大きな場合の数を表すことができるようになる。これらのＩＤをデータベースと照合することで、他の実施の形態と同様に、さらなる情報と対応づけることができる。

センサは十分に繰り返しユニークＩＤの一部を送信することができるため、受信側から再送信せずとも、時間をかけてユニークＩＤ全部を受信装置側へ伝えることができる。またユニークＩＤの一部が重なっても、あるいは複数のセンサからのパケットが衝突して消失しても、最終的にはユニークＩＤ全部が、受信装置側で再構成される。

４．５）第５実施例
本発明の第５実施例によれば、パケットのデータ種別を切り替えた２以上のパケットを用いて、送信元識別情報としてのローカルＩＤと、計測情報としてのサインプリングデータと、センサ関連情報としてのユニークＩＤの部分情報とを送信する。本実施例では、ユニークＩＤを分割して複数のパケットで順次送信し、受信側で受信した順にユニークＩＤの部分ビットを配列してユニークＩＤ全体を再構成することで、大きなビット数のユニークＩＤを送信することが可能となる。

図１３に示すように、パケット５５０は、ローカルＩＤ５５１、種別フラグ５５２、データ領域５５３から構成され、データ領域５５３には、ユニークＩＤの一部である部分ビット５５４ｂまたはサンプリングデータ５５５のいずれかが含まれる。図１１の第４実施例と比べると、位置指定番号の代わりに開始フラグとなっており、開始フラグが１ビット、ユニークＩＤの部分ビットが１０ビットである他は図１１の構成およびビット長と同様である。

開始フラグ５５４ａは、ユニークＩＤの部分ビットの送信が最初であるか否かを示すフラグであり、例えばユニークＩＤの最初の１０ビットを送信する場合は“０”をとり、順次残りの部分を送信する場合は“１”をとる。

図１４は、受信装置がセンサからパケットを受信することにより、ユニークＩＤを再構成する様子を示している。図中、送信パケットとして参照されているのは、１０ビットのユニークＩＤ本体の一部である。

例えば、パケット＃１によりユニークＩＤの０ビット目から１０ビットが送信され、続いて、パケット＃２により１０ビット目から１０ビットが送信され、以下、順次同様に続くパケットにより１０ビットずつ送信される。受信装置では、開始フラグが“０”として受信したパケット＃１からユニークＩＤを抽出し、ユニークＩＤを０ビット目に記憶し、以降、開始フラグが“１”として受信される他のパケットからユニークＩＤを抽出し順次再構成していく。

上述したように、本発明の第５実施例によれば、上述した第４実施例と同様な効果が得られる。すなわち、ユニークＩＤの部分ビットによりユニークＩＤが再構成されると、ローカルＩＤのみでユニークＩＤが参照でき、より大きな場合の数を表すことができるようになる。また、これらのＩＤをデータベースと照合することで、さらなる情報と対応づけることができる。さらに、１０ビットずつユニークＩＤを送信するため、効率よくユニークＩＤを送信することができる。

４．６）第６実施例
本発明の第６実施例によれば、パケットのデータ種別を切り替えた２以上のパケットを用いて、送信元識別情報としてのローカルＩＤと、計測情報としてのサインプリングデータと、センサ関連情報としてのユニークＩＤの部分情報とを送信する。本実施例では、ユニークＩＤを分割し、その順番に対応したパケット番号と共に複数のパケットで送信し、受信側でパケット番号に従ってユニークＩＤ全体を再構成することで、大きなビット数のユニークＩＤを送信することが可能となる。

図１５に示すように、パケット５６０は、ローカルＩＤ５６１、種別フラグ５６２、データ領域５６３から構成され、データ領域５６３には、ユニークＩＤの一部である部分ビット５６４ｂまたはサンプリングデータ５６５のいずれかが含まれる。図１３の第５実施例と比べると、開始フラグの代わりにパケット番号を用い、パケット番号が７ビット、ユニークＩＤの部分ビットが４ビットである他は、第５実施例の構成およびビット長と同様である。

第６実施例においても、図１４に示すように、パケット送信および受信装置でのユニークＩＤの再構成が行われる。すなわち、センサは、ユニークＩＤの部分ビットの送信にあたり、送信の順番にパケット番号をパケットに付加する。受信装置は、パケット番号の順番に従って、部分ビットを順次記憶しユニークＩＤを再構成する。

したがって、本発明の第６実施例においても、第４および第５実施例と同様な効果が得られ、さらに、ユニークＩＤを送信するパケットのパケット番号により送信順番を識別できるため、ユニークＩＤの再構成を誤りなく確実に行うことができる。

４．７）第７実施例
本発明の第７実施例によれば、誤り訂正符号が付加されている以外は上述した第６実施例と同様である。

図１６に示すように、パケット５７０は、ローカルＩＤ５７１、種別フラグ５７２、データ領域５７３、誤り訂正符号５７６から構成されており、データ領域５７３の構成は図１５示す第６実施例と同様である。なお、図１１および図１３に示す第４実施例および第５実施例においても、誤り訂正符号を付加することができる。誤り訂正符号による誤り訂正の方法は、リードソロモン符号を用いることができるが、特に限定しない。

本発明の第７実施例によれば、ユニークＩＤの部分ビットの誤りを訂正できるため、ユニークＩＤの再送を待つ必要がなくなり、完全なユニークＩＤを再構成する時間を短縮することが可能になる。また第４から第６実施例と同様な効果が得られ、さらにデータ領域のデータの誤りも訂正することができるので、サンプリングデータ自体の伝送誤りを訂正することも可能となる。

５．その他
以上の述べた本発明の実施例によるセンサは、小型で半永久的に動作させることが可能であり、様々な機器に搭載することができる。パケットにセンサ固有のＩＤを含ませることにより、多くの機器を識別でき、単なる電力情報以上のサービスが可能になる。管理システムを外部のネットワークに接続すれば、例えば個別の機器の情報をメーカから引き出すことができ、ユーザはメーカから利用のアドバイスや機器の異常診断の基礎データなどを知ることができる。一方、メーカは、機器の実際の利用状態を知ることができ、リコール時の所在確認などにも役立てることができる。また製品情報そのものや、電流波形以外の、例えば温度情報なども含ませることができれば、センサの利用価値は飛躍的に高められる。

なお、各実施例例では、パケットの大きさを概ね１００ビット以下と想定されている。これは、ビット数が多くなれば衝突の確率が高くなるため実用性がなくなることと、１００ビット程度以上あれば、ユニークＩＤにより十分な場合の数が表現できるため、本発明の優位な効果が失われるからである。ちなみにインターネットのＩＰアドレスは、ＩＰｖ６では１２８ビットで表しているが、例えばユニークＩＤは最大でこれに匹敵する長さがあれば十分と考えられる。なお製品情報、拡張ＩＤ、ユニークＩＤ、ユニークＩＤの一部などの情報は、例えば不揮発メモリに記憶することによって、センサ内部に登録されていることが想定されている。

ただし、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、本発明の第４および第５実施例では、パケットが衝突してＩＤが欠落しても、繰り返しＩＤが送信されるため、最終的に再構成されると記述したが、一定の条件の下でサンプリングデータの欠落についても、同様の取り扱いができる。たとえば、センサが電流の波形をサンプリングして、管理システムへサンプリングデータを送信する場合、電流を消費している機器の状態が一定時間同じと仮定できるとする。この場合、その状態が同じと推定できる間は、同じ電流波形が複数回サンプルできるとみなすことができるので、各回のサンプルを比較または積算することにより、欠落したサンプリングを補完またはその影響を小さくすることができる。

なお、同じ仮定の下で、パケットの衝突は、複数のセンサが同じタイミングでパケットを送出しつづける場合の発生する可能性もある。その場合にはサンプリング終了からパケットを送出するまでの時間Ｔｓ（図７を参照）をランダムに変化させることによって、パケット衝突の確率を低減させることができる。また別の手段として、ＡＣ電源の周期（日本においては５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの逆数で表される時間）毎に、センサ情報を送出するかどうか、ランダムに決めることによっても、パケット衝突の確率を減らすことが可能である。

また、本発明によるセンサは、サンプリング動作とパケットの送信動作を交互に行うために一度に多くの情報を送信できないこと、および、外部からの制御信号を受信しないことから再送制御等が行えないこと、を制約条件としたが、その他の要件は必須でない。例えば、上記実施例では、データ送信の方法として電力線を介した有線伝送を例示したが、無線伝送でも構わない。

さらに、本発明の第２〜第７実施例で示したパケットでは、１ビットからなる種別フラグが含まれているが、センサと受信装置の間でサンプリングデータと、サンプリングデータ以外のデータ（製品情報、拡張ＩＤ、ユニークＩＤ、ユニークＩＤの一部など）を分離可能な規則が決まっていれば、種別は必ずしも必要でない。さらにサンプリングデータ以外のデータには、種々のデータを取り込むことができ、その場合には種別フラグのビット数を増やすことも可能である。

６．付記
上述した実施形態の一部あるいは全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、これらに限定されるものではない。
（付記１）
計測を行う計測期間と送信を行う送信期間とを所定周期で繰り返すセンサであって、
前記計測期間に、所定の計測により計測情報を出力する計測手段と、
前記送信期間に、パケットの送信元を識別するための送信元識別情報と、前記計測情報と、当該センサおよび／または当該センサの計測対象機器を識別するためのセンサ関連情報とを、１つあるいは複数のパケットで送信する送信手段と、
を備えることを特徴とするセンサ。
（付記２）
前記送信手段は、前記送信元識別情報および前記計測情報を含む第１パケットと、前記送信元識別情報および前記センサ関連情報を含む少なくとも１つの第２パケットとを送信することを特徴とする付記１に記載のセンサ。
（付記３）
前記センサ関連情報は複数の第２パケットに分割されて送信されることを特徴とする付記１または２に記載のセンサ。
（付記４）
前記パケットは誤り訂正符号を含んでいることを特徴とする付記１−３のいずれか１項に記載のセンサ。
（付記５）
計測を行う計測期間と送信を行う送信期間とを所定周期で繰り返すセンサからパケットを受信する受信装置であって、
前記センサから、当該パケットの送信元を識別する送信元識別情報と、前記センサにより計測された計測情報と、前記センサおよび／または当該センサの計測対象機器を識別するセンサ関連情報とを含む１つあるいは複数のパケットを受信する受信手段と、
前記センサから受信した前記送信元識別情報と前記センサ関連情報とに基づいて前記センサおよび／または当該センサの計測対象機器を識別する識別手段と、
を備えることを特徴とする受信装置。
（付記６）
前記受信手段は、前記送信元識別情報および前記計測情報を含む第１パケットと、前記送信元識別情報および前記センサ関連情報を含む少なくとも１つの第２パケットとを受信することを特徴とする付記５に記載の受信装置。
（付記７）
前記センサ関連情報は複数の第２パケットに分割されており、受信した複数の第２パケットから再構成されることを特徴とする付記５または６に記載の受信装置。
（付記８）
前記パケットは誤り訂正符号を含んでいることを特徴とする付記５−７のいずれか１項に記載の受信装置。
（付記９）
前記識別手段は、前記センサ関連情報と当該センサ関連情報に対応する種別情報を格納するデータベースを参照することで、前記受信したセンサ関連情報に対応する種別情報を取得し、前記センサおよび／または当該センサの計測対象機器を識別することを特徴とする付記５−８のいずれか１項に記載の受信装置。
（付記１０）
複数の電気機器の各々に設けられ所定の計測を行う複数のセンサと、各センサからパケットを受信する受信装置と、を有するセンサシステムであって、
各センサが、計測を行う計測期間と送信を行う送信期間とを所定周期で繰り返し、前記送信期間に、パケットの送信元を識別するための送信元識別情報と、前記計測の計測結果と、当該センサおよび／または当該センサの計測対象機器を識別するためのセンサ関連情報とを、１つあるいは複数のパケットで送信し、
前記受信装置が、前記センサから、送信元識別情報と前記計測結果と前記センサおよび／または当該センサの電気機器を識別するセンサ関連情報とを含む１つあるいは複数のパケットを受信し、受信した前記送信元識別情報と前記センサ関連情報とに基づいて前記センサおよび／または当該センサの電気機器を識別する、
ことを特徴とするセンサシステム。
（付記１１）
前記センサは、前記送信元識別情報および前記計測情報を含む第１パケットと、前記送信元識別情報および前記センサ関連情報を含む少なくとも１つの第２パケットとを送信し、
前記受信装置は、前記第１パケットと前記少なくとも１つの第２パケットとを受信することを特徴とする付記１０に記載のセンサシステム。
（付記１２）
前記センサは、前記センサ関連情報を複数の第２パケットに分割して送信し、
前記受信装置は、受信した複数の第２パケットから前記センサ関連情報を再構成する、
ことを特徴とする付記１０または１１に記載のセンサシステム。
（付記１３）
前記パケットは誤り訂正符号を含んでいることを特徴とする付記１０−１２のいずれか１項に記載のセンサシステム。
（付記１４）
前記受信装置は、前記センサ関連情報と当該センサ関連情報に対応する種別情報を格納するデータベースを参照することで、前記受信したセンサ関連情報に対応する種別情報を取得し、前記センサおよび／または当該センサの計測対象機器を識別することを特徴とする付記１０−１３のいずれか１項に記載のセンサシステム。

本発明は、センサから受信装置へ一度の多くの情報を送信できないセンサシステムに適用可能である。

１０ センサ
１１ 計測部
１２ 送信部
２３ 送信元識別情報
２４ 計測情報
２５ センサ関連情報
３０ 受信装置
３１ 受信部
３２ 識別部
１００ センサシステム
１０１ プロジェクタ
１０２ テレビ
１０３ 複合機
１０４ エアコン
１０５ パソコン
１０６ 配電盤
１０７ ゲートウェイ
１０８ 電力網
１０９ インターネット網
１１０ 電力線
１１１ センサ
１１２，１１３ カレントトランスフォーマ
１２０ 電気機器群
２００ センサ
２１０ センサ回路
２１１ クロック発生回路
２１２ サンプリングコントローラ
２１３ Ａ／Ｄ変換器
２１４ 送信回路
２２０ インターフェース
３００ 受信装置
３０１ データベース
３１０ 制御部
３２０ インターフェース

Claims (11)

1. 計測を行う計測期間と送信を行う送信期間とを所定周期で繰り返すセンサであって、
   前記計測期間に、所定の計測により計測情報を出力する計測手段と、
   前記送信期間に、パケットの送信元を識別するための送信元識別情報および前記計測情報を含む第１パケットと、前記送信元識別情報および当該センサおよび／または当該センサの計測対象機器を識別するためのセンサ関連情報を含む少なくとも１つの第２パケットと、を送信する送信手段と、
   を備えることを特徴とするセンサ。
2. 前記センサ関連情報は複数の第２パケットに分割されて送信されることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
3. 前記パケットは誤り訂正符号を含んでいることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ。
4. 計測を行う計測期間と送信を行う送信期間とを所定周期で繰り返すセンサからパケットを受信する受信装置であって、
   前記センサから、当該パケットの送信元を識別する送信元識別情報および前記センサにより計測された計測情報を含む第１パケットと、前記送信元識別情報および前記センサおよび／または当該センサの計測対象機器を識別するセンサ関連情報を含む少なくとも１つの第２パケットと、を受信する受信手段と、
   前記センサから受信した前記送信元識別情報と前記センサ関連情報とに基づいて前記センサおよび／または当該センサの計測対象機器を識別する識別手段と、
   を備えることを特徴とする受信装置。
5. 前記センサ関連情報は複数の第２パケットに分割されており、受信した複数の第２パケットから再構成されることを特徴とする請求項４に記載の受信装置。
6. 前記パケットは誤り訂正符号を含んでいることを特徴とする請求項４または５に記載の受信装置。
7. 前記識別手段は、前記センサ関連情報と当該センサ関連情報に対応する種別情報を格納するデータベースを参照することで、前記受信したセンサ関連情報に対応する種別情報を取得し、前記センサおよび／または当該センサの計測対象機器を識別することを特徴とする請求項５−６のいずれか１項に記載の受信装置。
8. 複数の電気機器の各々に設けられ所定の計測を行う複数のセンサと、各センサからパケットを受信する受信装置と、を有するセンサシステムであって、
   各センサが、計測を行う計測期間と送信を行う送信期間とを所定周期で繰り返し、前記送信期間に、パケットの送信元を識別するための送信元識別情報および前記計測情報を含む第１パケットと、前記送信元識別情報および当該センサおよび／または当該センサの計測対象機器を識別するためのセンサ関連情報を含む少なくとも１つの第２パケットと、を送信し、
   前記受信装置が、前記センサから、送信元識別情報および前記計測結果を含む第１パケットと、前記送信元識別情報および前記センサおよび／または当該センサの電気機器を識別するセンサ関連情報を含む少なくとも１つの第２パケットと、を受信し、受信した前記送信元識別情報と前記センサ関連情報とに基づいて前記センサおよび／または当該センサの電気機器を識別する、
   ことを特徴とするセンサシステム。
9. 前記複数の第２パケットの各々は、分割された前記センサ関連情報の各部分の位置情報を含むことを特徴とする請求項２に記載のセンサ。
10. 前記複数の第２パケットの各々は、分割された前記センサ関連情報の各部分が最初の部分であるか否かを示す開始フラグを含むことを特徴とする請求項２に記載のセンサ。
11. 前記複数の第２パケットの各々は、分割された前記センサ関連情報の各部分の送信順を示すパケット番号を含むことを特徴とする請求項２に記載のセンサ。

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