JP5991280B2 - センサーデータ収集システム - Google Patents
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Description
システム全体の基準時間を管理する基準時計と、
前記基準時間に基づいて、前記子局のそれぞれが前記親局と通信可能な送受信可能時間を算出する子局送受信可能時間算出手段と、を備え、
前記子局はそれぞれ、
自局に割り当てられた送受信可能時間以外は送受信機に電力を供給せず、自局に割り当てられた送受信可能時間にのみ送受信機に電力を供給する電力供給制御装置と、
自局に割り当てられた送受信可能時間中にポーリング要求パケットに自局のセンシング手段が検出したセンシング情報を載せて前記親局に送信する逆ポーリング要求手段と、を備え、
前記親局は、前記ポーリング要求パケットに応答して、前記要求情報を載せたポーリング応答パケットを返信する逆ポーリング応答手段、を備えること、を特徴とする。
前記子局送受信可能時間算出手段は、予め定められた通信周期とシステム構成情報とに基づいて、前記子局のそれぞれが前記親局と通信可能な送受信可能時間を算出すること、を特徴とする。
前記子局は、前記ポーリング応答パケットに載せられた基準時間に基づいて、自局の時計値を補正する補正機能を更に備えること、を特徴とする。
[実施の形態1のシステム構成]
図1は、本発明の実施の形態1におけるセンサーデータ収集システムのシステム構成を示した概念図である。
図1に示すように、センサーデータ収集システムは、親局100と、複数の子局200、201、202、203、204を備える。子局数はこれに限定されるものではない。以下、本明細書において、子局を区別しない場合には、子局20n(n=0,1,2,3,・・・)と記載する。子局20nはセンサーであり、例えば、産業プラントを制御する制御装置の状態を監視する。子局20nは外部物理量あるいは環境量を検出するセンシング手段を有する。子局20nが検出するセンシング情報としては、A(電流)、V(電圧)、P(電力)、Ta(温度)、H(湿度)がある。子局20nはセンシング情報を親局100に送信し、親局100は、それぞれの子局20nから送信されたセンシング情報を収集する。
親局100は、親局内部のアドレスバスやデータバスの役割を果たすバス160を備える。バス160は、システム全体の基準時間を管理する基準時計110と、送受信データを格納する記憶部120と、MM I/F(マンマシンインターフェース)130と、CPU140と、子局20nとデータを送受信するための送受信機150と接続する。送受信機150は伝送路170に接続する。伝送路170は無線であっても有線であってもよい。
子局200は、子局内部のアドレスバスやデータバスの役割を果たすバス270を備える。バス270は、外部物理量あるいは環境量を検出するセンシング手段210と、センサー入力のアナログ/ディジタル変換を実施するA/D変換器220と、時計230と、演算結果やA/D変換結果や送受信データを格納する記憶部240と、電力供給制御機能250と、CPU260と、親局100とデータを送受信するための送受信機280と接続する。送受信機280は伝送路290に接続する。伝送路290は無線であっても有線であってもよい。
(制御概要)
まず、実施の形態1における省電力通信方式の制御概要について説明する。
親局100は、予め定められた通信周期やシステム構成情報(図1)に基づいて、それぞれの子局20nが親局100と通信可能な送受信可能時期を算出する。親局100は、システム全体の通信開始時に行われる通信初期化処理において、各子局20nにこの送受信可能時間情報を送信する。各子局20nは、送受信可能時間情報を受信後、直ちに送受信機280に供給される電力を切ってスリープ状態に移行する。各子局20nは、自局に割り当てられた送受信可能時間にのみ送受信機280に電力を供給してアウェイク状態に移行する。それ以外の時間は送受信機280に供給される電力を切りスリープ状態となる。通信方式は子局20nから親局100に問い合わせる逆ポーリングを採用する。
図4には、親局100と子局20n(子局200〜子局203)との通信の様子が示されている。上述した逆ポーリングによれば、子局20nは、1回の通信周期のうち自局に割り当てられた送受信可能時間にのみ送受信機280に電力を供給して、アウェイク状態になる。子局20nは、この送受信可能時間中にセンシング情報を載せたポーリング要求パケット502を親局100に送信する。親局100は、ポーリング要求パケット502に応答して、要求情報を載せたポーリング応答パケット503を子局20nに返信する。子局20nは、1回の通信周期のうち自局の送受信可能時間以外の時間は送受信機280の電力を切り、スリープ状態になる。
次に、実施の形態1における省電力通信方式の制御詳細について説明する。
図5は、上述の省電力通信方式を実現するために、本システムが実行する制御ルーチンのフローチャートである。図5の左側は親局100の動作を示したものである。一方、図5の右側は子局20nの動作を示したものである。
子局送受信可能時間 = 通信周期 ÷ 総子局台数 ・・・(1)
子局送受信可能時間 = 60秒 ÷ 15局 = 4秒
自局に割り当てられる送受信可能時間=n×(送受信可能時間×局番号)
(n=:1,2,3,4,……) ・・・(2)
以上説明したように、本実施の形態におけるセンサーデータ収集システムによれば、各子局20nは、自局に割り当てられた送受信可能時間にのみ送受信機280に電力を供給するため、センサーである子局20nの消費電力を削減できる。特に、電源確保が難しくバッテリによる駆動が必要な場所において、センサーの長期間稼動が可能になる。
また、ここではCPU140が、上記ステップ302の処理を実行することによりこの発明における「子局送受信可能時間算出手段」が、上記ステップ305の処理を実行することによりこの発明における「逆ポーリング応答手段」が、それぞれ実現されている。
また、ここではCPU260が、電力供給制御機能250と共に上記ステップ405、406、408の処理を実行することによりこの発明における「電力供給制御装置」が、上記ステップ409の処理を実行することによりこの発明における「逆ポーリング要求手段」が、それぞれ実現されている。
[実施の形態2のシステム構成]
次に、図6と図7を参照して本発明の実施の形態2について説明する。本実施形態のシステムは、図1に示す構成において、図6のルーチンを実施することで実現することができる。
上述した実施の形態1では、親局100が子局の送受信可能時間を算出する機能を有し、子局20nに通知している。これに比して、本実施の形態では、子局20nが送受信可能時間を算出する機能を有する点に主な特徴を有している。
図6は、上述の省電力通信方式を実現するために、本システムが実行する制御ルーチンのフローチャートである。図6の左側は親局100の動作を示したものである。一方、図6の右側は子局20nの動作を示したものである。
子局送受信可能時間 = 通信周期 ÷ 総子局台数 ・・・(3)
自局に割り当てられる送受信可能時間=n×(送受信可能時間×論理局番号)
(n=:1,2,3,4、……)・・・(4)
[実施の形態3のシステム構成]
次に、図8を参照して本発明の実施の形態3について説明する。本実施形態のシステムは、図1に示す構成において、図8のルーチンを実施することで実現することができる。
上述した実施の形態1では、子局20nから親局100へのポーリング(逆ポーリング)を行っている。これに比して、本実施の形態では、親局100から子局20nへの通常のポーリングを行う点が異なっている。
図8は、上述の省電力通信方式を実現するために、本システムが実行する制御ルーチンのフローチャートである。図8の左側は親局100の動作を示したものである。一方、図8の右側は子局20nの動作を示したものである。
[実施の形態4のシステム構成]
次に、図9を参照して本発明の実施の形態4について説明する。本実施形態のシステムは、図1に示す構成において、図9のルーチンを実施することで実現することができる。
上述した実施の形態2では、子局20nから親局100へのポーリング(逆ポーリング)を行っている。これに比して、本実施の形態では、親局100から子局20nへの通常のポーリングを行う点が異なっている。
図9は、上述の省電力通信方式を実現するために、本システムが実行する制御ルーチンのフローチャートである。図9の左側は親局100の動作を示したものである。一方、図9の右側は子局20nの動作を示したものである。
[実施の形態5のシステム構成]
次に、図10を参照して本発明の実施の形態5について説明する。実施の形態5では、親局100と子局20nの時刻同期について説明する。
図10は、親局100と子局20nの時刻同期方式について説明するための図である。図10に示すとおり、実施の形態5では、親局100は、通信初期化時、および、子局20nとのポーリング実施時に、パケットに基準時間(基準時計値)を載せて送信する。これを受信した子局20nは、親局100がシステム基準時計値を取得するのに要した時間701、親局100がパケット生成処理に要した時間702、通信に要する時間801、802、803、自局がデータ処理に要する時間901、および自局時計に値をセットする時間902を差し引いて親局100が基準時計値を取得した時間との差分Tを算出し、その時間Tを受信した基準時計値から差し引いて自局の時計に設定する。こうすることにより局間の時間の誤差を僅差に保つことができ、システム全体の時刻同期を容易にし、送受信可能時間の局間の間隔を精度よく設定することができる。時刻同期により各子局20nの送受信可能時間の重なりを防ぐためのマージンを低減することが可能であり、通信効率を高めることができる。
200−204 子局
20n 子局
110 基準時計
120 記憶部
130 MM I/F
140 CPU
150 送受信機
160 バス
170 伝送路
210 センシング手段
220 A/D変換器
230 時計
240 記憶部
250 電力供給制御機能
260 CPU
270 バス
280 送受信機
290 伝送路
501 通信初期化パケット
502 ポーリング要求パケット
503 ポーリング応答パケット
Claims (5)
- 送受信機を有する親局と、外部物理量や環境量を検出するセンシング手段と送受信機とを有する複数の子局とを備えるセンサーデータ収集システムであって、
システム全体の基準時間を管理する基準時計と、
前記基準時間に基づいて、前記子局のそれぞれが前記親局と通信可能な送受信可能時間を算出する子局送受信可能時間算出手段と、を備え、
前記子局はそれぞれ、
自局に割り当てられた送受信可能時間以外は送受信機に電力を供給せず、自局に割り当てられた送受信可能時間にのみ送受信機に電力を供給する電力供給制御装置と、
自局に割り当てられた送受信可能時間中にポーリング要求パケットに自局のセンシング手段が検出したセンシング情報を載せて前記親局に送信する逆ポーリング要求手段と、を備え、
前記親局は、前記ポーリング要求パケットに応答して、前記子局への要求情報を載せたポーリング応答パケットを返信する逆ポーリング応答手段、を備えること、
を特徴とするセンサーデータ収集システム。 - 前記親局は、前記子局送受信可能時間算出手段を備え、
前記子局送受信可能時間算出手段は、予め定められた通信周期とシステム構成情報とに基づいて、前記子局のそれぞれが前記親局と通信可能な送受信可能時間を算出すること、
を特徴とする請求項1に記載のセンサーデータ収集システム。 - 前記親局は、
予め定められたシステム構成情報に基づいて、前記子局の物理局番号を連番に振り直すことにより論理局番号を生成する論理子局番号生成手段と、
通信初期化時に、総子局台数とパケット送信先の前記子局の論理局番号と予め定められた通信周期とを含む通信初期化パケットを前記各子局に送信する通信初期化パケット送信手段と、を備え、
前記子局は、前記子局送受信可能時間算出手段を備え、
前記子局送受信可能時間算出手段は、前記通信初期化パケットに含まれる総子局台数と論理局番号と通信周期とに基づいて、自局に割り当てられる送受信可能時間を算出すること、
を特徴とする請求項1記載のセンサーデータ収集システム。 - 前記子局送受信可能時間算出手段は、前記子局間で重複しない送受信可能時間を算出すること、
を特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のセンサーデータ収集システム。 - 前記ポーリング応答パケットには、前記基準時計が管理する基準時間が載せられ、
前記子局は、前記ポーリング応答パケットに載せられた基準時間に基づいて、自局の時計値を補正する補正機能を更に備えること、
を特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のセンサーデータ収集システム。
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