JP6525323B2 - 通信装置及び通信方法 - Google Patents
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しかしながら、従来技術では、前述の920MHz無線における1時間あたりの送信時間総和の制限が考慮されておらず、この送信時間制限によってゲートウェイ間でデータを集約できない場合があるという課題があった。
前記センサからデータを受信するセンサ通信部。
前記センサから受信したデータを近隣通信装置へと送信するとともに、近隣通信装置から送信されるデータを受信するゲートウェイ通信部。
前記センサから受信したデータと前記近隣通信装置から受信したデータを前記サーバへ送信するサーバ通信部。
前記センサから受信したデータを前記ゲートウェイ通信部又は前記サーバ通信部のどちらに出力するかを判定する制御部。
そして、前記制御部は、集約要求パケットを近隣通信装置へ送信し、該近隣通信装置が前記集約要求パケットを解析して得た集約承認パケットを基に前記判定を行うとともに、前記ゲートウェイ通信部は、920MHz帯無線を利用し、前記制御部は920MHz帯無線の送信時間制限を考慮して前記判定を行う。
前記ゲートウェイ通信部は、920MHz帯無線での送信時間の総和が、920MHz帯の送信時間制限を超えない場合に、集約要求パケットを前記近隣通信装置に送信することを特徴としている。
前記ゲートウェイ通信部は、920MHz帯無線での送信時間の総和が、920MHz帯の送信時間制限を超えない場合で、且つ、所定の時間が経過した場合に、集約要求パケットを近隣通信装置に送信することを特徴としている。
前記集約要求パケットには、集約要求パケット送信元アドレスと前記センサから受信するデータレートを含むことを特徴としている。
前記集約要求パケットを受信した際に、前記センサから受信するデータレートと、前記近隣通信装置から受信するデータレートの合計が、前記サーバ通信部で送信可能なデータレート以下になる場合に集約承認パケットを返信することを特徴としている。
前記集約要求パケットには、通信経路上でのホップ数を含み、前記判定は前記ホップ数を考慮することを特徴としている。
前記集約承認パケットには、集約承認パケット送信元アドレスと既にデータを集約しているゲートウェイ数を含むことを特徴としている。
前記近隣通信装置からデータを受信した際に、所定時間受信待機し、所定時間内に受信した複数のデータを集約することを特徴としている。
前記各通信装置は前記センサと前記サーバとの間でゲートウェイの役割を果たすとともに、
前記センサからのデータを受信した一つの通信装置は、920MHz帯無線での送信時間の総和が920MHz帯の送信時間制限を超えない場合に、前記データを集約する集約要求パケットを他の通信装置へ送信し、
前記他の通信装置は、前記センサから受信するデータレートと、近隣通信装置から受信するデータレートの合計が、前記通信装置間で送信可能なデータレート以下になる場合に、前記一つの通信装置へ集約承認パケットを返信し、
前記一つの通信装置は、集約承認パケットに含まれる既に集約しているゲートウェイ数を考慮してデータを集約する通信装置を決定し、該通信装置へ前記920MHz帯無線で前記データを出力し、前記データを集約する通信装置がアップロードする
ことを特徴としている。
前記各通信装置には、固定回線に接続されたアクセスポイントを含むことを特徴としている。
通信装置がアクセスポイントである場合、実際の集約数に所定値を加算した値を集約数として集約承認パケットを返信することを特徴としている。
通信装置1は、図1のブロック図に示すように、センサ2からデータを取得するセンサ通信部11と、センサ2から受け取ったデータの送付先を決める制御部12と、制御部12から受け取ったデータを近隣ゲートウェイ(通信装置1)へ送信するゲートウェイ通信部13と、制御部12から受け取ったデータをサーバ3へ送信するサーバ通信部14とを備えて構成されている。
判定は、集約要求パケットを近隣通信装置1へ送信し、近隣通信装置1が集約要求パケットを解析して送信した集約承認パケットを基に行われる。その際に、920MHz帯無線の送信時間制限(1時間に360秒を超えて送信できないこと)や、近隣通信装置1側における総データレートが閾値を超えないこと、等を考慮して判定が行なわれる。判定処理の詳細手順については、図2のフローチャートを用いて後述する。
通信システムは、複数の通信装置1を使用し、センサ2からのデータを各通信装置1が受信してサーバ3へアップロードするよう構成されている。通信システムにおいては、通信装置1同士の通信は920MHz帯無線(例えばWi-SUN)が用いられ、通信装置1とセンサ2間の通信はローカル無線通信(例えばWi-Fi)が用いられ、通信装置1とサーバ32間の通信はモバイル通信(例えばLTE)がそれぞれ用いられている。
アクセスポイントを利用することで、固定回線に接続されたアクセスポイントにデータを送信し、固定回線を介してサーバ3へデータを送信することが可能となり、LTE等のモバイル通信の同時接続数を削減できる。
通信装置(ゲートウェイ)1Aを電源に接続し起動する。
次に、通信装置(ゲートウェイ)1Aが他の通信装置(ゲートウェイ)1へ集約要求を送信する(図3)。
すなわち、通信装置(ゲートウェイ)1Aのゲートウェイ通信部(920MHz帯無線)13を用いてセンサ2のデータを近隣ゲートウェイ1へと集約するため、近隣ゲートウェイ1に対して集約要求パケットを起動から一定時間経過後にブロードキャストする。図3では、通信装置1A(アドレス192.168.10.12)が、近隣の3つのゲートウェイ1(アドレス192.168.10.10),(アドレス192.168.10.11),(アドレス192.168.10.13)に対して集約要求パケットを送付する。
なお、この状態では、通信装置(ゲートウェイ)1Aのセンサ2が取得したデータは、モバイル通信(LTE)を用いてサーバ3へ送信されている。
集約要求送信元アドレスは、集約要求パケットを送信したゲートウェイを一意に特定できるアドレスである。集約要求送信元アドレスとして、サービス固有のアドレスの他、MACアドレス、IPアドレスが利用できる。
データレートa(g)は、ゲートウェイgがセンサから受信する総データレート(bps)である。
近隣ゲートウェイ1が集約要求を受信し、所定の条件を満たした場合、集約承認パケットを通信装置(ゲートウェイ)1Aへ送信して返答する(図4)。集約承認パケットの送信は[S13]で後述する。集約承認パケットは、現時点で集約している集約ゲートウェイ数と、集約承認送信元アドレスの情報を含む。集約要求パケットにホップ数の情報が含まれる場合は、集約承認パケットにもホップ数の情報が含まれる。
集約ゲートウェイ数は、集約承認パケットを送信したゲートウェイが、送信承認パケットを送信した時点で集約している(データを受信している)ゲートウェイの数である。
通信装置(ゲートウェイ)1Aが1つの集約承認パケットのみ受信した場合は、集約承認パケットに含まれる集約承認送信元アドレスを宛先として設定する。
通信装置(ゲートウェイ)1Aが複数の集約承認パケットを受信した場合は、集約承認パケットに含まれる集約ゲートウェイ数を比較し、集約ゲートウェイ数(集約数)が一番大きいゲートウェイを宛先として設定する。前述したように、ゲートウェイ以外に、光通信などの固定回線に接続されたアクセスポイント(ルータ)についても集約先として利用してもよい。
これにより、既により多くのゲートウェイのデータを集約しているゲートウェイに追加してデータを集約することができ、モバイル通信の同時接続数削減効果を高める。
集約ゲートウェイ数が一番大きいゲートウェイが複数ある場合はいずれかのゲートウェイを選択する。この場合、送信時間の増加を防ぐ(詳細は後述する)ために、ホップ数が少ないゲートウェイを選択する。ホップ数も同じ場合、選択するゲートウェイは、ランダム、IDが一番小さい、一番最初に集約承認パケットを受信、などの手段で決めればよい。
また、アクセスポイントであることを明示する方法としては、集約承認パケットにアクセスポイントであるかないかのフラグを設定し、このフラグにより優先的に選択し易くするようにしてもよい。
通信装置(ゲートウェイ)1Aが集約承認パケットをひとつも受信しなかった場合、データを収集するサーバ3を宛先として設定する。サーバ3のアドレス等は、事前にわかっている、あるいはDNS等により取得できるものとする。
なお、データの収集先は、便宜上サーバとしているが、PCやスマホ、M2Mプラットフォームなどでも良い。
通信装置(ゲートウェイ)1Aのセンサ通信部11を通じ、センサ2からデータを受信する。受信した場合は [S4]または[S5]で設定した宛先にデータを送信する([S15])。
通信装置(ゲートウェイ)1Aのゲートウェイ通信部13を通じ、近隣ゲートウェイからデータを受信する。受信したデータをメモリ等の記憶領域に保持し、所定時間w受信待機する。受信待機中に更に近隣ゲートウェイからデータを受信した場合は、記憶領域に追加する。
受信待機時間wは、任意に設定するパラメータである。受信待機時間wを0に設定することで、近隣ゲートウェイからデータを受信後、直ちにサーバへとデータを送信することができる。受信待機時間wを大きくすることで、データ集約の機会を増加させる。
[S7][S8]にて複数のデータを受信した場合、受信したデータを集約する。
ひとつのデータのみ受信した場合は、受信したデータを送信する([S15])。
受信した複数のデータを集約する。複数のデータを集約する方法としては、複数の送信元アドレスと複数のデータをまとめて、一つのパケットとする方法が挙げられる。複数のパケットをひとつのパケットにまとめることで、ヘッダサイズの削減によるトラフィック削減効果が期待できる。
いずれも、サーバ側には、受信した一つのパケットを複数のゲートウェイからの複数のデータとして解釈する仕組みが必要になる。
サーバ側にこのような仕組みを組み込めない場合は、受信したデータを集約せず、そのままサーバ3へ送信すれば良い。その場合、上記のようなトラフィック削減効果は得られないが、当初の目的である同時接続数削減の効果は得ることができる。
近隣ゲートウェイが送信した集約要求パケットを受信する。受信した場合は[S13]で後述の通り、集約条件を満たすか判定する。
より多くのゲートウェイでデータを集約するほど、同時接続数削減の効果は大きくなる。しかしながら、LTE等のモバイル通信の帯域には制約があり、一定時間に送信できるデータ量には限界がある。この限界を超えて近隣ゲートウェイからデータを受信、集約した場合、すべてのデータをサーバ3へ送信しきれなくなる。
そこで、モバイル通信で送信可能なデータレートCと、センサ2や近隣ゲートウェイから受信するデータレートを比較し、集約要求パケットを送信したゲートウェイのデータを受信・集約可能かを判断する。
また、ホップ数を考慮する場合は、集約要求パケットは複数のゲートウェイを経由(ホップ)して転送される。中継するゲートウェイは920MHz帯無線を用いてデータを中継するため、ホップ数が増加するにつれ、多くのゲートウェイで920MHz帯無線での送信時間が増加する。これにより、920MHz帯無線の送信時間制限に達し、集約ができなくなることを避けるため、集約要求パケットを中継するホップ数に上限を設ける。
すなわち、送信要求パケットに含まれるホップ数が所定値未満の場合のみ集約要求パケットを近隣ゲートウェイへ転送する。
上記所定値は任意に設定するパラメータである。所定値を「1」とした場合、隣接ゲートウェイ(920MHz帯無線を用いて直接通信できるゲートウェイ)のみとデータを集約することとなる。
集約要求パケットを受信したゲートウェイ1B〜1Gは、それぞれ自身のアドレス、集約数、ホップ数を含めた集約承認パケットをゲートウェイ1Aに対し送信する。
ゲートウェイ1B〜1Gから集約承認パケットを受信したゲートウェイ1Aは、集約承認パケットに含まれる情報から、ゲートウェイ1B〜1Gの中から宛先ゲートウェイを決定することができる。
上述したように、920MHz帯無線は1時間に360秒を超えての送信ができないという制約がある。そこで、[S15]でデータを送信後、これまでの920MHz帯での総送信時間を計算し、所定値以上であれば、宛先をサーバに設定([S5])し、920MHz帯無線(Wi-SUN)による送信を停止してモバイル通信(LTE)での送信に切り替える(図6)。前記所定値は設定可能なパラメータとし、360-α(秒)(αはマージン)のように設定すればよい。
920MHz帯無線は1時間に360秒を超えての送信ができないという制約がある。そこで、「920MHz帯での送信時間の総和が所定値以下」かつ「前回集約要求送信から所定時間tが経過」を集約要求送信条件とし、これを満たす場合のみ集約要求を送信する([S2])。
所定時間tは設定可能なパラメータである。tを無限大に設定することで、集約するゲートウェイを変更しないよう設定できる。前記所定値は設定可能なパラメータとし、360-α(秒)(αはマージン)のように設定すればよい。
収集するデータとしては、例えば図8に示すように、家庭に備えられた電力センサから10秒に1回波形データを取得し、ゲートウェイ(通信装置1)を介してサーバ3へアップロードする例を考える。
ゲートウェイ(通信装置1)は、Wi-Fiモジュールと、LTEモジュール、Wi-SUNモジュールを搭載している。電力センサ2とゲートウェイ1はWi-Fiで接続されている。電力センサ2から受信したデータはLTEを用いてサーバ3へ送信される。LTEは30秒通信が行われなかった場合にのみ無線リソースを開放するものとする。
Claims (12)
- 単一又は複数のセンサとサーバとの間でゲートウェイの役割を果たす通信装置であって、
前記センサからデータを受信するセンサ通信部と、
前記センサから受信したデータを近隣通信装置へと送信するとともに、近隣通信装置から送信されるデータを受信するゲートウェイ通信部と、
前記センサから受信したデータと前記近隣通信装置から受信したデータを前記サーバへ送信するサーバ通信部と、
前記センサから受信したデータを前記ゲートウェイ通信部又は前記サーバ通信部のどちらに出力するかを判定する制御部と、を備え、
前記制御部は、集約要求パケットを近隣通信装置へ送信し、該近隣通信装置が前記集約要求パケットを解析して得た集約承認パケットを基に前記判定を行うとともに、
前記ゲートウェイ通信部は、920MHz帯無線を利用し、前記制御部は920MHz帯無線の送信時間制限を考慮して前記判定を行う
ことを特徴とする通信装置。 - 前記ゲートウェイ通信部は、920MHz帯無線での送信時間の総和が、920MHz帯の送信時間制限を超えない場合に、集約要求パケットを前記近隣通信装置に送信する請求項1に記載の通信装置。
- 前記ゲートウェイ通信部は、920MHz帯無線での送信時間の総和が、920MHz帯の送信時間制限を超えない場合で、且つ、所定の時間が経過した場合に、集約要求パケットを近隣通信装置に送信する請求項2に記載の通信装置。
- 前記集約要求パケットには、集約要求パケット送信元アドレスと前記センサから受信するデータレートを含む請求項2又は請求項3に記載の通信装置。
- 前記集約要求パケットを受信した際に、前記センサから受信するデータレートと、前記近隣通信装置から受信するデータレートの合計が、前記サーバ通信部で送信可能なデータレート以下になる場合に集約承認パケットを返信する請求項2又は請求項3に記載の通信装置。
- 前記集約要求パケットには、通信経路上でのホップ数を含み、前記判定は前記ホップ数を考慮する請求項1に記載の通信装置。
- 前記集約承認パケットには、集約承認パケット送信元アドレスと既にデータを集約しているゲートウェイ数を含む請求項5に記載の通信装置。
- 前記近隣通信装置からデータを受信した際に、所定時間受信待機し、所定時間内に受信した複数のデータを集約する請求項1に記載の通信装置。
- 複数のデータを集約する際に、データを圧縮してデータサイズを削減する請求項8に記載の通信装置。
- 単一又は複数のセンサからデータを受信しサーバへアップロードする複数の通信装置間で行われる通信方法であって、 前記各通信装置は前記センサと前記サーバとの間でゲートウェイの役割を果たすとともに、
前記センサからのデータを受信した一つの通信装置は、920MHz帯無線での送信時間の総和が920MHz帯の送信時間制限を超えない場合に、前記データを集約する集約要求パケットを他の通信装置へ送信し、
前記他の通信装置は、前記センサから受信するデータレートと、近隣通信装置から受信するデータレートの合計が、前記通信装置間で送信可能なデータレート以下になる場合に、前記一つの通信装置へ集約承認パケットを返信し、
前記一つの通信装置は、集約承認パケットに含まれる既に集約しているゲートウェイ数を考慮してデータを集約する通信装置を決定し、該通信装置へ前記920MHz帯無線で前記データを出力し、前記データを集約する通信装置がアップロードする
ことを特徴とする通信方法。 - 前記各通信装置には、固定回線に接続されたアクセスポイントを含む請求項10に記載の通信方法。
- 通信装置がアクセスポイントである場合、実際の集約数に所定値を加算した値を集約数として集約承認パケットを返信する請求項11に記載の通信方法。
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