JP6322315B1 - 通信システム、通信方法、及びプログラム - Google Patents

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【課題】センサデバイスからのデータをLPWAネットワークにより効率的に長距離伝送可能とする通信システム、子機、親機、通信方法、及びプログラムを提供する。【解決手段】通信システムは、センサデバイスからのデータを受信する子機20_1A〜20_2Bと、子機を制御する親機30と、子機〜親機間のデータの伝送を中継する中継器60_1、60_2とを備える。センサデバイスからのデータを、長距離無線通信方式でのホップ処理を行うことによって遠隔拠点まで長距離伝送する。【選択図】図2

Description

本発明は、通信システム、子機、親機、通信方法、及びプログラムに関し、特に、LPWA(Low Power、Wide Area)による長距離伝送技術に関する。
現在、温度や湿度等の環境情報を収集する市中の様々なセンサが知られている。例えば、特許文献1の段落0024には、人が無意識に発する情報や周辺環境の情報をセンシングすることが開示されている。
特開2006−85390号公報
これらの市中の様々なセンサからのデータをLPWAネットワークを活用することで長距離伝送が可能になると、遠隔地からの環境情報を簡単に収集できるようになり、リアルタイムモニタリングや自然災害予測など幅広いシーンへの応用が可能となる。現状、LPWAで送信できる距離は理論上数km〜数十km程度と言われているが、実際は設置環境に依存し、建物等があると障害物となって電波が減衰し、通信距離が伸びないといった課題がある。より多くの利用シーンへの適用を可能とし、ビジネス展開の拡大を行うためには、LPWAネットワークを活用した新たな長距離伝送方式が必要となる。
本発明は、上述した従来の技術に鑑み、センサデバイスからのデータをLPWAネットワークにより効率的に長距離伝送可能とする通信システム、子機、親機、通信方法、及びプログラムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、第1の態様に係る発明は、センサデバイスからのデータを受信する子機と、前記子機を制御する親機と、前記子機〜前記親機間のデータの伝送を中継する中継器とを備え、前記子機から前記親機まで前記中継器を介して通信機器間の伝送をホップするホップ処理を行うことによって遠隔拠点まで長距離伝送する通信システムであって、前記子機と前記親機との間に前記中継器が介在する高速側と、前記子機と前記親機との間に前記中継器が介在しない低速側とで、同一チャネルを分けて使用し、複数の前記子機から同一チャネルで送信する際、各子機間で送信タイミングが重ならないようACKをトリガーとした時分割処理によって送信制御を行い、前記子機は、前記親機と前記中継器双方からのACKの受信強度を比較し、前記受信強度が強い方を宛先として次のデータを送信し、前記親機は、前記子機と前記中継器双方からの信号の受信強度を比較し、前記受信強度の強い方へACKを送信することを要旨とする。
第6の態様に係る発明は、子機が、センサデバイスからのデータを受信するステップと、親機が、前記子機を制御するステップと、中継器が、前記子機〜前記親機間のデータの伝送を中継するステップと含み、前記子機から前記親機まで前記中継器を介して通信機器間の伝送をホップするホップ処理を行うことによって遠隔拠点まで長距離伝送する通信方法であって、前記子機と前記親機との間に前記中継器が介在する高速側と、前記子機と前記親機との間に前記中継器が介在しない低速側とで、同一チャネルを分けて使用し、複数の前記子機から同一チャネルで送信する際、各子機間で送信タイミングが重ならないようACKをトリガーとした時分割処理によって送信制御を行い、前記子機は、前記親機と前記中継器双方からのACKの受信強度を比較し、前記受信強度が強い方を宛先として次のデータを送信し、前記親機は、前記子機と前記中継器双方からの信号の受信強度を比較し、前記受信強度の強い方へACKを送信することを要旨とする。
第7の態様に係る発明は、第1の態様に係る各機能部としてコンピュータを機能させるためのプログラムであることを要旨とする。
本発明によれば、センサデバイスからのデータをLPWAネットワークにより効率的に長距離伝送可能とする通信システム、子機、親機、通信方法、及びプログラムを提供することが可能である。
本発明の実施の形態に係る通信システムのネットワーク構成図である。 本発明の実施の形態に係る通信システムの長距離伝送処理技術の説明図である。 920MHz帯特定小電力無線局の電波法規定(送信制限)の説明図である。 本発明の実施の形態に係る通信システムによるIoTサービス展開の説明図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施の形態では、LPWA活用によるIoTサービスの実現に向けたIoTブリッジ開発を具体化するための装置やデータを例示するが、以下の実施の形態に限定されるものではない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において種々の変更を加えることが可能である。
(概要)
本発明の実施の形態に係る通信システムは、LPWAネットワークを用いて構成される通信システムに関する。より詳細には、既存のセンサデバイスからのデータをLPWAネットワークにより効率的に長距離伝送可能とする通信技術に関する。
すなわち、障害物等により直接見通しがきかない環境下でも長距離伝送を実現するため、LPWA方式でのホップによる伝送技術が必要である。また、送信時間やチャネルなどに制限のある920MHz帯における効率的なホップによる伝送技術が必要である。
そこで、本発明は、送信制限のある920MHz帯における効率的な長距離伝送処理技術を新規確立する。本発明により、センサデバイス等のデータを簡単に長距離伝送可能となり、新たなビジネスシーンの拡大に大きく寄与できる。
(ネットワーク構成)
図1は、本発明の実施の形態に係る通信システムのネットワーク構成図である。この通信システムは、LPWAネットワークを活用して遠隔拠点まで効率的に長距離伝送するシステムであって、センサデバイス10からのデータを受信する通信端末(以下、「子機20」という。)と、子機20を制御する通信端末(以下、「親機30」という。)とを備える。また、ここでは図示していないが、子機20〜親機30間のデータの伝送を中継する中継器を備える。親機30は、ゲートウェイ40,インターネット回線を介してクラウドサーバー50に接続されている。
ここで、子機20は、所定のデータ処理を実施するデータ処理部21を備え、子機20〜親機30間において、LPWAによる長距離伝送処理技術を確立している。すなわち、障害物等により直接見通しがきかない環境下でも長距離伝送を実現するための、LPWA方式でのホップ処理を実施するようになっている。
(長距離伝送処理技術)
図2は、本発明の実施の形態に係る通信システムの長距離伝送処理技術の説明図である。ここでは、子機20は、ウェアラブルセンサなど移動する可能性があることを想定している。図2に示すように、本発明の実施の形態に係る通信システムは、920MHz帯の限られた帯域、チャネルの中で効率的な伝送方式を実現するため、以下の処理を行う。
すなわち、子機20〜中継器60および中継器60〜親機30間と、子機20〜親機30間とで、同一チャネルを高速側、低速側で仮想的に分けて使用する。ここでは、子機20_1A,20_1B,20_1C,20_1D〜中継器60_1間は、無線CH1を使用している。また、中継器60_1〜親機30間も、無線CH1を使用している。一方、子機20_2A,20_2B〜親機30間は、無線CH2を使用している。
また、下りは全て同一チャネルを使用する。ここでは、下りは全て無線CH9を使用している(親機30〜中継器60間、中継器60〜子機20間)。
また、子機20は、親機30と中継器60双方からのACKのRSSI(受信強度)を比較し、この受信強度の強い方を宛先として選択し、次のデータを送信する。または、親機30は、子機20と中継器60双方からの信号のRSSI(受信強度)を比較し、この受信強度の強い方へACKを送信する。
また、複数の子機20から同一チャネルで送信する際、各子機20間で送信タイミングが重ならないようACKをトリガーとした時分割処理によって送信制御を行う。
以上のように、本発明の実施の形態に係る通信システムによれば、センサデバイス10からのデータをLPWAネットワークにより効率的に長距離伝送可能である。例えば、Bluetooth(登録商標)では、チャネルを分けてホップさせるという考え方がなかった。それに対して、本発明の実施の形態に係る通信システムでは、LPWA方式でのホップ処理を実施するようにしているため、障害物等により直接見通しがきかない環境下でも長距離伝送を実現することが可能である。
(送信制限)
図3は、920MHz帯特定小電力無線局の電波法規定(送信制限)の説明図である。この図に示すように、「空中線電力」「適用CH番号」「単位CH帯域幅」「同時使用CH」「キャリアセンス時間」「送信時間制限」「休止時間」「1時間あたりの送信時間総和」「キャリアセンスを除外する応答条件」などについて規定されている。このように、920MHz帯では送信時間やチャネルなどに制限があるため、LPWA方式でのホップ処理を実施することは困難であった。既に説明したように、本発明の実施の形態に係る通信システムでは、LPWA方式でのホップ処理を実施するようにしているため、障害物等により直接見通しがきかない環境下でも長距離伝送を実現することが可能である。
(IoTサービス展開)
図4は、本発明の実施の形態に係る通信システムによるIoTサービス展開の説明図である。この図に示すように、広範囲にわたる各フィールドからのセンシングデータを収集し、クラウドサーバー50で活用する。これにより、以下のような様々な分野におけるIoTサービス展開が可能となる。
まず、市中の環境センサのデータから、山間部や海上など気象予測や、地滑りや津波など自然災害の早期把握・予測することが可能となる。また、動き回るウェアラブルセンサの生体情報の活用によるトレーニング支援やヘルスケア、エンタメ分野への応用が可能となる。このような場合、センサデバイス10からのデータをLPWAネットワークによって長距離伝送するために伝送処理技術が必要となる。本発明は、このような伝送処理技術が必要な様々な分野におけるIoTサービスに適用することが可能である。
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る通信システムは、センサデバイス10からのデータを受信する子機20と、子機20を制御する親機30と、子機20〜親機30間のデータの伝送を中継する中継器60とを備え、センサデバイス10からのデータを長距離伝送方式(例えば、920MHz帯通信方式)でのホップ処理を行うことによって遠隔拠点まで長距離伝送する。これにより、センサデバイス10からのデータをLPWAネットワークにより効率的に長距離伝送可能である。
具体的には、子機20〜中継器60および中継器60〜親機30間と子機20〜親機30間とで、同一チャネルを高速側と低速側とで仮想的に分けて使用する。これにより、使用するチャネル数が少なくて済む効果がある。
また、下りは全て同一チャネルを使用する。この場合も、使用するチャネル数が少なくて済む効果がある。
また、子機20は、親機30と中継器60双方からのACKの受信強度を比較し、この受信強度が強い方を宛先として次のデータを送信する。このような構成は、子機20がウェアラブルセンサなど移動する可能性がある場合、特に効果的である。
また、親機30は、子機20と中継器60双方からの信号の受信強度を比較し、この受信強度の強い方へACKを送信する。このような構成も、子機20がウェアラブルセンサなど移動する可能性がある場合、特に効果的である。
また、複数の子機20から同一チャネルで送信する際、各子機20間で送信タイミングが重ならないようACKをトリガーとした時分割処理によって送信制御を行う。これにより、複数の子機20が存在する場合でも、送信タイミングが重ならないようにすることが可能である。
また、920MHz帯通信方式は、LPWA方式である。これにより、IoTにマッチした通信規格を利用して、様々な分野におけるIoTサービス展開が可能となる。
また、本発明の実施の形態に係る通信方法は、子機20が、センサデバイス10からのデータを受信するステップと、親機30が、子機20を制御するステップと、中継器60が、子機20〜親機30間のデータの伝送を中継するステップと含み、センサデバイス10からのデータを長距離無線通信方式でのホップ処理を行うことによって遠隔拠点まで長距離伝送する。これにより、センサデバイス10からのデータをLPWAネットワークにより効率的に長距離伝送可能である。
なお、上記の説明では特に言及しなかったが、センサデバイス10は、Bluetoothに対応していてもよいし、LPWAに対応していてもよい。センサデバイス10がLPWAに対応している場合、図2に示される子機20の処理をセンサデバイス10が実施してもよい。
また、本発明は、このような通信システムとして実現することができるだけでなく、このような通信システムが備える特徴的な各処理部をステップとする通信方法として実現したり、それらのステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、CD−ROM等の記録媒体やインターネット等の伝送媒体を介して配信することができるのはいうまでもない。
10…センサデバイス
20…子機
21…データ処理部
30…親機
40…ゲートウェイ
50…クラウドサーバー

Claims (3)

  1. センサデバイスからのデータを受信する子機と、
    前記子機を制御する親機と、
    前記子機〜前記親機間のデータの伝送を中継する中継器とを備え、
    前記子機から前記親機まで前記中継器を介して通信機器間の伝送をホップするホップ処理を行うことによって遠隔拠点まで長距離伝送する通信システムであって、
    前記子機と前記親機との間に前記中継器が介在する高速側と、前記子機と前記親機との間に前記中継器が介在しない低速側とで、同一チャネルを分けて使用し、
    複数の前記子機から同一チャネルで送信する際、各子機間で送信タイミングが重ならないようACKをトリガーとした時分割処理によって送信制御を行い、
    前記子機は、前記親機と前記中継器双方からのACKの受信強度を比較し、前記受信強度が強い方を宛先として次のデータを送信し、
    前記親機は、前記子機と前記中継器双方からの信号の受信強度を比較し、前記受信強度の強い方へACKを送信する
    ことを特徴とする通信システム。
  2. 子機が、センサデバイスからのデータを受信するステップと、
    親機が、前記子機を制御するステップと、
    中継器が、前記子機〜前記親機間のデータの伝送を中継するステップと含み、
    前記子機から前記親機まで前記中継器を介して通信機器間の伝送をホップするホップ処理を行うことによって遠隔拠点まで長距離伝送する通信方法であって、
    前記子機と前記親機との間に前記中継器が介在する高速側と、前記子機と前記親機との間に前記中継器が介在しない低速側とで、同一チャネルを分けて使用し、
    複数の前記子機から同一チャネルで送信する際、各子機間で送信タイミングが重ならないようACKをトリガーとした時分割処理によって送信制御を行い、
    前記子機は、前記親機と前記中継器双方からのACKの受信強度を比較し、前記受信強度が強い方を宛先として次のデータを送信し、
    前記親機は、前記子機と前記中継器双方からの信号の受信強度を比較し、前記受信強度の強い方へACKを送信する
    ことを特徴とする通信方法。
  3. 請求項1に記載した各機能部としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
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