JP6315815B2 - センサデータ収集における通信負荷及び通信料金低減システム - Google Patents

Description

本発明は、センサデータを通信回線を介して収集するシステムにおける通信回線の逼迫を緩和しかつ通信料金を低減するための、通信負荷及び通信料金低減システムに関する。

近年、センサデバイスの低価格化による普及の拡大に伴い、センサデータをセンタサーバに収集する際に用いる通信回線の逼迫と通信料金の増大が懸念されるようになった。例えば、植物工場において生産物の生育状態の確認や供給の調整をする場合、植物工場内の温度、水温、湿度、気圧、日照度及び水耕栽培溶液の濃度のように多種多様なセンサデータを監視し、必要に応じてセンタサーバ側から制御する。また、収集したセンサデータはセンタサーバに送信され、後にセンタサーバ側で分析するが、分析の精度を上げるには短い間隔でのデータ収集が必要でありデータ量が増える傾向にある。

一方、通信キャリアの回線やインターネット回線においては、同時に送られてくるデータの最大量を送信できる通信設備が必要となる。また、センサデータには即時に送信して監視する必要のあるデータの他に、後の分析の際に必要となるデータや、緊急状態が発生した場合に通知をするためのデータがあり、データの特性によって送信タイミングやスケジュールが異なる。従って、それらを組み合わせることで、通信の負荷を平準化することが可能である。

特開２０１２−１６４３６９号公報

Ｍ２ＭやＩｏＴシステムの普及に伴い、センサデータの通信量が飛躍的に増加することが想定されている。センサデータをゲートウェイ装置を介してセンタサーバに送信する際に通信回線の帯域の容量に対してそれを超える量のデータ送信があった場合、帯域全体の通信性能劣化や通信障害を招くことが想定される。また、Ｍ２ＭやＩｏＴシステムの普及に伴い、センサデータの通信量が飛躍的に増加すると通信回線の設備投資や従量課金によるデータ通信料金の増大が懸念される。

本発明では、センサデータ収集システムにおいて送信するデータの性質に合わせてデータの送信タイミングやスケジュールを動的に制御することによりデータ通信量の負荷の平準化を実現し通信回線の帯域の逼迫を緩和するための通信負荷低減システムを提供すること目的とする。同時にセンサデータ収集システムにおいて負荷の平準化に寄与できるセンサデータについては低料金の従量課金料金を適用することで、通信回線の負荷平準化を促進するとともにデータ通信料金を低減するための通信料金低減システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を提供する。
本発明の態様は、センサデータを収集しセンタサーバに送信するゲートウェイ装置と、前記ゲートウェイ装置と接続するタリフサーバとを備え、前記ゲートウェイ装置と前記センタサーバ間の通信における通信負荷及び通信料金を低減するためのシステムであって、
前記タリフサーバが、
前記ゲートウェイ装置と前記センタサーバ間の通信回線をモニタリングして一定期間毎に通信負荷の情報を取得する手段と、
前記通信負荷の情報の各々について、取得時間と、帯域使用可能量に対する当該通信負荷の割合である負荷実績とを通信負荷蓄積テーブルに蓄積する手段と、
前記通信負荷蓄積テーブルに蓄積された前記負荷実績の１日分を時間帯別に集計し、各時間帯について、当該時間帯の負荷実績の１日分負荷実績に対する割合と、所定の複数日分の当該時間帯の負荷実績の平均である累積実績の１日分負荷実績に対する割合と、当該時間帯の負荷実績の順位とを通信負荷分析テーブルに格納する手段と、
前記通信負荷分析テーブルに格納された時間帯別の負荷実績の割合を複数の段階に分類しその段階順に従って各時間帯に設定した価格帯と、前記通信負荷分析テーブルに格納された時間帯別の累積実績の割合を複数の段階に分類しその段階順に従って各時間帯に設定した負荷予測レベルと、前記通信負荷分析テーブルに格納された時間帯別の負荷実績の順位を基に下位の所定順位までに設定したインセンティブとを料金表テーブルに格納する手段と、
前記ゲートウェイ装置からの問合わせに応じて、前記料金表テーブルの情報を送信する手段と、を備え、
前記ゲートウェイ装置が、
少なくとも価格帯と、負荷予測レベルと、インセンティブとを設定した送信ルールテーブルと、
センサデータを前記センタサーバへ送信する際に前記タリフサーバに対して料金表テーブルについて問合わせする手段と、
前記タリフサーバから受信した前記料金表テーブルの情報と、前記送信ルールテーブルの設定とを照合することによりセンサデータを送信する手段と、を備えたことを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、センサデータ収集システムにおいて、送信するセンサデータの性質に合わせてデータの送信タイミングやスケジュールを動的に制御することにより、通信回線の負荷平準化を実現し、通信回線の帯域の逼迫を緩和することができる。また、負荷の平準化に寄与できるセンサデータについては低料金の従量課金料金を適用するルールを設定することにより、通信回線の負荷平準化を促進するとともに、通信料金の低減を実現できる。これらにより、通信設備投資を回避できることから通信コストを低減できる。

図１は、本発明のデータ収集システムの全体構成を示した概略構成図である。 図２は、図１のゲートウェイ装置の構成を示した図である。 図３は、図２のゲートウェイ装置における送信ルールテーブルの構成例を示した図である。 図４は、図１のタリフサーバの構成を示した図である。 図５は、図４のタリフサーバにおける通信負荷蓄積テーブルの構成例を示した図である。 図６は、図４のタリフサーバにおける通信負荷分析テーブルの構成例を示した図である。 図７は、図４のタリフサーバにおける料金表テーブルの構成例を示した図である。 図８は、図４のタリフサーバにおける料金表設定部の処理を示した図である。 図９は、図１のシステムにおける通信方式の説明を示した図である。

以下、本発明の実施形態を、一構成例を示した図面を参照しながら説明する。本構成例では、産業系機械に設置されたセンサデータを収集するゲートウェイ装置とセンタサーバ間でデータ送信を行うセンサデータ収集システムに適用した例について説明する。

図１は、本発明のデータ収集システムの全体構成を示した概略構成図である。
産業系機械の例として車両１１０及び工場１２０を示している。車両１１０には装置の状態監視を行うセンサ群１１１が取り付けられており、ＣＡＮ等１１２のネットワークを介して車両のエンジン回転数などの様々なデータを取得できるようになっている。また、工場１２０には機器の状態監視を行うセンサ群１２１が取り付けられており、ＺｉｇＢｅｅ等１２２のネットワークを介して工場の工作機械などの稼働データを取得できるようになっている。ゲートウェイ装置１１３、１２３には、センサ群１１１、１２１からのセンサデータが一時的に集約され、ゲートウェイ装置１１３及びゲートウェイ装置１２３に予め設定された変換・加工ルールに従い加工される。

本発明におけるセンサデータは、ゲートウェイ装置１１３、１２３に予め設定された送信ルールと、タリフサーバ１４０に設定された料金表及び負荷予測から導出された送信タイミング・スケジュールとに従って３Ｇ通信回線１３０を介してセンタサーバ１５０に送信される。タリフサーバ１４０は、インターネット１６０を介して３Ｇ通信回線１３０と接続される。センタサーバ１５０はこのようにして装置及び機器のセンサデータを収集・蓄積する。

ゲートウェイ装置１１３、１２３及びタリフサーバ１４０は、それぞれ所定の機能を実現するためのプログラムを導入されたコンピュータであり、ＣＰＵが当該プログラムをメモリに読み込み実行することにより、本発明の特徴的なゲートウェイ装置１１３、１２３及びタリフサーバ１４０として機能するものである。

図２は、図１に示したゲートウェイ装置１１３及び１２３の構成を示した図である。
ゲートウェイ装置のハードウェアとしては、ＣＰＵ、ＲＡＭ、フラッシュＲＯＭ等の永続化ストレージと、ＣＡＮ等１１２やＺｉｇＢｅｅ等１２２の閉域無線ネットワーク及び３Ｇ広域通信回線１３０と通信するためのインタフェース装置とから構成される。さらにＬｉｎｕｘ（登録商標）などのオペレーティングシステムが搭載されており、その上に、図２の各処理部を構成するプログラムが導入され、関連情報のデータベースが外部記憶装置に記憶されている。

ゲートウェイ装置１１３、１２３は、機能を実現する処理部として、データ取得部２１０、変換加工部２２０、データアップ部２３０及びルール取得生成部２４０を備えている。

データ取得部２１０は、センサ群１１１、１２１からＣＡＮ等１１２及びＺｉｇＢｅｅ等１２２を通じてセンサデータを取得する。ここで、センサデータは、センサ群１１１、１２１から任意のタイミングでＣＡＮやＺｉｇＢｅｅの閉域ネットワークにブロードキャストされる。データフォーマットとしては、CAN IDとセンサデータのバイナリデータ及びPAN IDとセンサデータのバイナリデータが連結されたものとなっている。データ取得部２１０は、ブロードキャストされたデータを全て受信する。

変換加工部２２０は、データ取得部２１０によって取得されたセンサデータを変換加工ルールテーブル２５０に記載された変換加工ルールに従ってデータを変換及び加工する。

データアップ部２３０では、変換加工部２２０によって変換加工されたデータを送信ルールテーブル２６０に記載された送信ルールに従って３Ｇ通信回線１３０を介してセンタサーバ１５０に送信する。

ルール取得生成部２４０は、変換加工ルールテーブル２５０に格納される変換加工ルールをセンタサーバ１５０から取得し更新するとともに、送信ルールテーブル２６０に格納される送信ルールをインターネット１６０を介してタリフサーバ１４０の料金表から取得し送信ルールを生成し更新する。

変換加工ルールテーブル２５０は、変換加工部２２０で用いる変換加工ルールを格納する。

送信ルールテーブル２６０は、ルール取得生成部２４０により更新され、データアップ部２３０で用いる送信ルールを格納する。詳細は図４で説明する。

演算プラグインテーブル２７０は、変換加工部２２０で用いる演算プラグインを格納する。デバイス情報テーブル２８０は、センサデバイスを識別するデバイスＩＤ及び、センサデバイスのハードウェアをあらわす種別が予め格納されている。

図３は、データアップ部２３０で用いられる送信ルールテーブル２６０の例を示したものである。

３１１〜３２３で示される表は送信ルールを表している。「送信種別ＩＤ」３１１は、ＣＡＮ等１１２及びＺｉｇＢｅｅ等１２２を流れるCAN ID及びPAN IDを表している。「価格帯」３１２は、データ送信時の価格帯番号を示しており、数が小さいほど低価格帯であることを示し、最大値"９９"の場合は価格帯による送信抑制は行わないことを示す。「負荷予測レベル」３１３は、データ送信時の負荷予測レベルを示しており、数が小さいほどネットワーク負荷が低いことを示し、最大値"９９"の場合はネットワーク負荷による送信制御は行わないものとする。「インセンティブ」３１４は、データ送信時のインセンティブの有無を示し、"１"はインセンティブが設定されていることを示し、"０"はインセンティブが設定されていないことを示しかつインセンティブの設定の有無による送信抑制は行わないものとする。「送信期限」３１５は、データ送信期限で送信指示からの相対時間を示す。

送信ルールテーブル２６０の１レコード３２１の場合、価格帯３１２は最大値、負荷予測レベル３１３は最大値、インセンティブ３１４はインセンティブ無し、送信期限３１５は"０"が設定されていることから、""即時送信""を示す。

送信ルールテーブル２６０の別の１レコード３２２の場合、価格帯３１２は最小値、負荷予測レベル３１３は最小値、インセンティブ３１４はインセンティブ有り、送信期限３１５は相対時間が設定されていないことから、価格及び負荷ともに低くかつインセンティブが有る場合にのみ送信する""低価格送信""を示す。

送信ルールテーブル２６０のさらに別の１レコード３２３の場合、価格帯３１２は最小値に近い値、負荷予測レベル３１３は最小値に近い値、インセンティブ３１４はインセンティブ無し、送信期限３１５は相対時間が"５"と設定されていることから、５時間以内に価格帯と負荷予測レベルの条件が成立した時点で送信し、送信指示から５時間を経過した時点で価格帯と負荷予測レベルの条件が成立していなくても送信する""期限付き低価格送信""を示す。

図３に示すように、ゲートウェイ装置１１３、１２３の送信ルールテーブル２６０により、センサデータに対して優先的に送信が必要なものと、通信負荷平準化に寄与できるものとを識別するための識別子を付与して区別する。送信ルールテーブル２６０における価格帯３１２、負荷予測レベル３１３及びインセンティブ３１４は、後述するタリフサーバ１４０から受信する料金表テーブル４６０の同じ項目と照合され、基本的には、条件が一致する場合にセンサデータの送信を行う。価格帯３１２及び負荷予測レベル３１３に最大値が設定されている場合、並びに、送信期限３１５が設定されている場合は、それらが優先される。

図４は、タリフサーバ１４０の構成を示した図である。
サーバ装置のハードウェアとしては、ＣＰＵ、メモリ、永続化ストレージ及び、３Ｇ通信回線１３０に接続するインターネット１６０等の広域有線ネットワークと通信するためのインタフェース装置から構成され、さらにＬｉｎｕｘ（登録商標）などのオペレーティングシステムが搭載されており、その上に、図４の各処理部を構成するプログラムが導入され、関連情報のデータベースが外部記憶装置に記憶されている。

通信負荷モニタ部４１０は、インターネット１６０を介して３Ｇ通信回線１３０の負荷をモニタリングし、通信負荷蓄積テーブル４２０に回線負荷の情報を蓄積する。通信負荷解析部４３０は、通信負荷蓄積テーブル４２０に蓄積された回線負荷の情報を解析して、通信負荷分析テーブル４４０を更新する。料金表設定部４５０は、通信負荷分析テーブル４４０の情報から料金表テーブル４６０を更新する。

図５は、タリフサーバ１４０の通信負荷蓄積テーブル４２０の例である。
通信負荷蓄積テーブル４２０は、通信負荷モニタ部４１０により取得された通信負荷情報を１分単位に蓄積する。「日付」５１１は、通信負荷情報を取得した日付を格納する。「時間」５１２は、通信負荷情報を取得した時間を格納する。「帯域使用可能量」５１３には、帯域使用可能量を予め設定し格納する。「負荷実績」５１４には、取得した通信負荷情報の負荷実績の帯域使用可能量５１３に対する割合をパーセンテージで格納する。

通信負荷蓄積テーブル４２０の１レコード５２１は、帯域使用可能量５１３に対して負荷実績５１４の割合が低い状態であることが示されている。通信負荷蓄積テーブル４２０の別の１レコード５２２は、帯域使用可能量５１３に対して負荷実績５１４の割合が高い状態であることが示されている。通信負荷蓄積テーブル４２０のさらに別の１レコード５２３は帯域使用可能量５１３に対して負荷実績５１４の割合がやや低い状態であることが示されている。

図６は、タリフサーバ１４０の通信負荷分析テーブル４４０の例である。
通信負荷分析テーブル４４０は、通信負荷解析部４３０により、通信負荷蓄積テーブル４２０に蓄積されている通信負荷の情報の１日分を例えば１時間単位で集計し通信負荷分析テーブル４４０に時間帯別の分析結果を格納する。「時間帯」６１１は、負荷実績の時間帯を格納する。「負荷実績」６１２は、１日分の負荷実績に対する当該時間帯の割合をパーセンテージで格納する。「累計実績」６１３には、累計実績（所定の複数日分の当該時間帯の負荷実績を集計し、日数で割った平均）の１日分の負荷実績に対する当該時間帯の割合をパーセンテージで格納する。「順位」６１４には、負荷実績６１２の負荷の高い時間帯を０００１として順位を格納する。

通信負荷分析テーブル４４０の１レコード６２１は、負荷実績６１２及び累計実績６１３ともに低い割合であるため""定常的に負荷が低い時間帯""と想定される。通信負荷分析テーブル４４０の別の１レコード６２２は、負荷実績６１２及び累計実績６１３ともに高い割合であるため""定常的に負荷が高い時間帯""と想定される。通信負荷分析テーブル４４０のさらに別の１レコード６２３は、累計実績６１３に対して負荷実績６１２は低い状態であるため、""定常とは異なる負荷実績となった時間帯""であることが伺える。

図７は、タリフサーバ１４０の料金表テーブル４６０の例である。
「時間帯」７１１は、料金表の時間帯である。「価格帯」７１２は、通信負荷分析テーブル４４０に格納された負荷実績６１２、累計実績６１３及び順位６１４を基に、料金表設定部４５０が設定する価格帯であり、数字が小さいほど通信料金が安いことを示す。「負荷予測レベル」７１３は、通信負荷分析テーブル４４０に格納された負荷実績６１２、累計実績６１３及び順位６１４を基に、料金表設定部４５０が設定する負荷予測レベルであり、数字が小さいほど通信負荷が低いことを示す。「インセンティブ」７１４は、通信負荷分析テーブル４４０に格納された負荷実績６１２、累計実績６１３及び順位６１４を基に、料金表設定部４５０が付与するインセンティブであり、インセンティブが設定されている場合は"１"が格納されている。

料金表テーブル４６０の１レコード７２１は、安い価格帯が設定されている時間帯であり、負荷予測レベルも低く、利用を促進するためにインセンティブが設定されている。料金表テーブル４６０の別の１レコード７２２は、負荷予測レベルが高い時間帯であり、ピークを平準化するために、高い価格帯が設定されており、インセンティブも設定されていない。料金表テーブル４６０のさらに別の１レコードを示す７２３は、負荷予測レベルは比較的低いが、インセンティブをつけて利用を促進するほどではなく、インセンティブは設定されていない。

図８は、動的に料金表テーブル４６０の設定を行う料金表設定部４５０の処理の説明である。
通信負荷分析テーブル４４０の負荷実績６１２を１０段階に分類し、負荷実績の低い順に料金表テーブル４６０の価格帯７１２に価格帯を設定する。また、通信負荷分析テーブル４４０の累計実績６１３を１０段階に分類し、累計実績の低い順に料金表テーブル４６０の負荷予測レベル７１３に負荷予測レベルを付与し、通信負荷情報分析テーブル４４０の順位６１４の負荷状況の低い下位５０の時間帯に、料金表テーブル４６０のインセンティブ７１４を付与する。なお、負荷実績６１２及び累積実績６１３を分類する段階の数、並びに、順位６１４の下位の数については、この例に限られず、任意に設定可能である。

図８に示すように、タリフサーバ１４０では、データ通信負荷の平準化を促進するためのデータ通信料金の設定を動的に変更できる。

図９は通信方式の説明である。
工場１２０に設置されているゲートウェイ装置１２３が、データをセンタサーバ１５０に３Ｇ通信回線１３０を介して送信する際に、タリフサーバ１４０に通信料金表問合せ９１４を送信する。タリフサーバ９２０は、料金表テーブル４６０の情報をゲートウェイ装置１２３に返し、ゲートウェイ装置１２３は送信ルールテーブル３００と料金表テーブル４６０から送信されてきた内容を照らし合わせ、図３で説明した通り、送信ルールテーブル３００に従い送信制御を実施する。

１１１、１２１ センサ群
１１３、１２３ ゲートウェイ装置
１３０ ３Ｇ通信回線
１４０ タリフサーバ
１５０ センタサーバ
１６０ インターネット
２６０ 送信ルールテーブル
４２０ 通信負荷蓄積テーブル
４４０ 通信負荷分析テーブル
４６０ 料金表テーブル

Claims (1)

1. センサデータを収集しセンタサーバに送信するゲートウェイ装置と、前記ゲートウェイ装置と接続するタリフサーバとを備え、前記ゲートウェイ装置と前記センタサーバ間の通信における通信負荷及び通信料金を低減するためのシステムであって、
   前記タリフサーバが、
   前記ゲートウェイ装置と前記センタサーバ間の通信回線をモニタリングして一定期間毎に通信負荷の情報を取得する手段と、
   前記通信負荷の情報の各々について、取得時間と、帯域使用可能量に対する当該通信負荷の割合である負荷実績とを通信負荷蓄積テーブルに蓄積する手段と、
   前記通信負荷蓄積テーブルに蓄積された前記負荷実績の１日分を時間帯別に集計し、各時間帯について、当該時間帯の負荷実績の１日分負荷実績に対する割合と、所定の複数日分の当該時間帯の負荷実績の平均である累積実績の１日分負荷実績に対する割合と、当該時間帯の負荷実績の順位とを通信負荷分析テーブルに格納する手段と、
   前記通信負荷分析テーブルに格納された時間帯別の負荷実績の割合を複数の段階に分類しその段階順に従って各時間帯に設定した価格帯と、前記通信負荷分析テーブルに格納された時間帯別の累積実績の割合を複数の段階に分類しその段階順に従って各時間帯に設定した負荷予測レベルと、前記通信負荷分析テーブルに格納された時間帯別の負荷実績の順位を基に下位の所定順位までに設定したインセンティブとを料金表テーブルに格納する手段と、
   前記ゲートウェイ装置からの問合わせに応じて、前記料金表テーブルの情報を送信する手段と、を備え、
   前記ゲートウェイ装置が、
   少なくとも価格帯と、負荷予測レベルと、インセンティブとを設定した送信ルールテーブルと、
   センサデータを前記センタサーバへ送信する際に前記タリフサーバに対して料金表テーブルについて問合わせする手段と、
   前記タリフサーバから受信した前記料金表テーブルの情報と、前記送信ルールテーブルの設定とを照合することによりセンサデータを送信する手段と、を備えたことを特徴とする、センサデータ収集における通信負荷及び通信料金低減システム。

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