JP6750795B2 - 時刻同期システム、時刻同期方法および時刻同期プログラム - Google Patents

Description

本発明は、被測定対象の複数箇所に設置されたセンサデバイスそれぞれで保持している時刻を高い精度で同期させる時刻同期システム、時刻同期方法および時刻同期プログラムに関する。

被測定対象に対して複数のセンサデバイスを設置して、その被測定対象を測定することが行われている。このように、被測定対象に対して複数のセンサデバイスを設置することにより、被測定対象の運用状況を確認したり、故障保全に展開したりする試みがある。そのためには、各センサデバイスを時刻同期させて、被測定対象を測定することができる機能を実装することが必要になる。このように、各センサデバイスを時刻同期させて、被測定対象を測定する技術については、ネットワークプロトコルを用いて、各センサデバイス間の時刻同期を一致させる方法が一般的である。また、特許文献１の特開２０１７−９６６５１号公報「時刻同期方法、振動センサ、振動探知装置、プログラムおよび記録媒体」等にも記載されている。しかしながら、受信機側との通信手段に無線通信を用いるときには、運用環境のノイズや電波干渉の影響を受けてしまい、ネットワークプロトコルを用いて、各センサデバイス間の時刻同期を一致させることは困難であった。そして、特許文献１に記載の技術では、異なる振動センサ間に生じる折り返し振動波から同期時刻を算出するため、被測定対象が異なる環境において活用することができない。

特開２０１７−９６６５１号公報

前述したように、本発明に関連する前記特許文献１等に記載の現状の技術においては、次のような解決するべき課題がある。

無線通信を活用した時刻同期を行う場合には、ノイズや電波干渉の影響を受けるために、ミリ秒単位の精度の高い時刻同期を実現することが困難である。また、電源再投入を検知することによる時刻同期方法を用いる場合は、時刻同期を行おうとする都度、電源再投入を行う必要があるので、安定的なシステム運用を実現することができない。

さらに、センサデバイス内には、通常、ＲＴＣ（Real Time Clock）の機能が備えられているが、センサデバイス間で、それぞれに異なる時刻情報を保持している場合が多い。また、各センサデバイス間で時刻同期を行うために時刻情報を交換し合うようにすると、通信による遅延時間が発生してしまうため、高い精度で、時刻同期を実現することができない。また、上述のとおり、特許文献１に記載の技術では、異なる振動センサ間に生じる折り返し振動波から同期時刻を算出するため、被測定対象が異なる環境において活用することができない。

以上のような問題から、センサデバイスを複数箇所に設置し、それぞれでセンサデータを取得したとしても、各センサデバイスで保持している時刻の同期が困難であり、時刻同期したセンサデータを取得することができない。かくのごときセンサデバイスでは、単一のセンサデータを解析する用途としては使用することができるが、複数のセンサデータを蓄積して複合的に解析する用途には適していない。したがって、状態監視や故障保全などの目的で使用する際には限界があった。

（本発明の目的）
本開示は、かかる課題に鑑み、高い精度で時刻同期を行うことが可能な時刻同期システム、時刻同期方法および時刻同期プログラムを提供することを、その目的としている。

前述の課題を解決するため、本発明による時刻同期システム、時刻同期方法および時刻同期プログラムは、主に、次のような特徴的な構成を採用している。

（１）本発明による時刻同期システムは、
センサデータの蓄積および解析を行うサーバと、
前記サーバからの指示に基づいて、前記センサデータをそれぞれ計測して、前記サーバに送信する複数のセンサデバイスと、
前記サーバからの指示に基づいて、前記センサデバイスそれぞれに対して電源電圧を供給し、かつ、供給する電源電圧の電圧レベルを変化させることが可能な外部電源と
を有し、
前記センサデバイスそれぞれは、
所定電圧レベルの電源電圧が供給されている電源投入状態において、前記外部電源が、前記サーバからの指示に基づいて自センサデバイスに対する電源電圧を該所定電圧レベルから遷移先の電圧レベルに遷移させたことを検出したことを契機にして、時刻を初期状態の０秒に設定し、他の前記センサデバイスとの間の時刻同期を取る
ことを特徴とする。

（２）本発明による時刻同期方法は、
センサデータの蓄積および解析を行うサーバと、
前記サーバからの指示に基づいて、前記センサデータをそれぞれ計測して、前記サーバに送信する複数のセンサデバイスと、
前記サーバからの指示に基づいて、前記センサデバイスそれぞれに対して電源電圧を供給し、かつ、供給する電源電圧の電圧レベルを変化させることが可能な外部電源と
を有する時刻同期システムにおいて、複数の前記センサデバイスそれぞれのセンサデータの計測タイミングを時刻同期させ、
前記センサデバイスそれぞれは、
前記外部電源が、所定電圧レベルの電源電圧が供給されている電源投入状態において、前記サーバからの指示に基づいて自センサデバイスに対する電源電圧を該所定電圧レベルから遷移先の電圧レベルに遷移させたことを検出したことを契機にして、時刻を初期状態の０秒に設定して、他の前記センサデバイスとの間の時刻同期を取る
ことを特徴とする。

（３）本発明による時刻同期プログラムは、
センサデータの蓄積および解析を行うサーバと、
前記サーバからの指示に基づいて、前記センサデータをそれぞれ計測して、前記サーバに送信する複数のセンサデバイスと、
前記サーバからの指示に基づいて、前記センサデバイスそれぞれに対して電源電圧を供給し、かつ、供給する電源電圧の電圧レベルを任意に変化させることが可能な外部電源と
を有し、
複数の前記センサデバイスそれぞれのセンサデータの計測タイミングを時刻同期させる処理を前記センサデバイスに搭載のコンピュータによって実行し、
前記センサデバイスそれぞれは、
所定電圧レベルの電源電圧が供給されている電源投入状態において、前記サーバからの指示に基づいて自センサデバイスに対する電源電圧を該所定電圧レベルから遷移先の電圧レベルに遷移させたことを検出したことを契機にして、時刻を初期状態の０秒に設定して、他の前記センサデバイスとの間の時刻同期を取る
ことを特徴とする。

本発明の時刻同期システム、時刻同期方法および時刻同期プログラムによれば、複数のセンサデバイスそれぞれに共通に電源電圧を供給する外部電源を備え、各センサデバイスそれぞれにおいて、該外部電源から供給される電源電圧値を任意に定めた電圧値に遷移させたことを検知した時刻を契機にして、複数のセンサデバイス間で時刻を同期させるので、主に、以下のような効果を奏することができる。つまり、複数のセンサデバイス間の時刻を確実に同期することが可能であり、各センサデバイスにおいて同時にセンシングデータの計測を開始して、各センサデバイスが同期して計測したセンサデータを、該センサデータの蓄積および解析を行うサーバに対して送信するといったセンサデータ取得制御を実現することが可能である。

本発明に係る時刻同期システムのセンサデバイスにおいて外部からの時刻同期命令に基づいてあらかじめ任意に定めた遷移先の電源電圧レベルに遷移したことを検出した際に電源電圧遷移信号を出力する様子を説明するための説明図である。 本発明に係る時刻同期システムの具体的なシステム構成の一例を示すシステム構成図である。 図２に示したセンサデバイスの内部のブロック構成の一例を示す装置構成図である。 図３に示したセンサデバイスの電源監視部において電源電圧の電圧レベルの遷移を監視する際のサンプリング数を制御する動作の一例を説明するための説明図である。 図３に示したセンサデバイスの電源電圧が瞬間的に変動した場合の様子を説明するための説明図である。 図２に示した時刻同期システムの具体的な動作の一例を示すタイムチャートである。

以下、本発明による時刻同期システム、時刻同期方法および時刻同期プログラムの好適な実施形態について添付図を参照して説明する。なお、以下の説明においては、本発明による時刻同期システムおよび時刻同期方法について説明するが、かかる時刻同期方法をコンピュータにより実行可能な時刻同期プログラムとして実施するようにしても良いし、あるいは、時刻同期プログラムをコンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録するようにしても良いことは言うまでもない。また、以下の各図面に付した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、本発明を図示の態様に限定することを意図するものではないことも言うまでもない。

＜本発明の特徴＞
本発明の実施形態の説明に先立って、本発明の特徴についてその概要をまず説明する。本発明は、ＧＰＳ（Global Positioning System）や電波時計からの時刻情報を受信ができないときや、ネットワークのＮＴＰ（Network Time Protocol）やＲＴＰ（Real-time Transport Protocol）などのプロトコルの活用が困難な状況において、電源再投入することなく、複数のセンサデバイスそれぞれの時刻を電源電圧レベルの遷移を契機にして互いに同期させることを主要な特徴としている。つまり、本発明は、複数のセンサデバイスそれぞれに共通に電源電圧を供給する外部電源を備え、各センサデバイスそれぞれにおいて、該外部電源から供給される電源電圧値のレベル遷移を検知した時刻を契機にして、複数のセンサデバイス間で同時に時刻を初期値に設定して同期させることを主要な特徴としている。

さらに詳細に説明すると、次の通りである。図１は、本発明に係る時刻同期システムのセンサデバイスにおいて外部からの時刻同期命令に基づいてあらかじめ任意に定めた遷移先の電源電圧レベルに遷移したことを検出した際に電源電圧遷移信号を出力する様子を説明するための説明図である。各センサデバイスに対して共通に電源電圧を供給する外部電源は、タイミングを合わせて、各センサデバイスに対して供給している電源電圧のレベルを変化させる。各センサデバイスにおいては、電源監視機能を用いて、外部電源からの電源電圧のレベル遷移をモニタリングしている。

そして、各センサデバイスは、図１のような任意の電源電圧に遷移したことを検出したとき（図１（Ａ）の場合は、３．３Ｖから５Ｖの電源電圧に遷移したことを検出したとき、図１（Ｂ）の場合は、５Ｖから３．３Ｖの電源電圧に遷移したことを検出したとき）、電源電圧遷移信号を出力してその旨を通知する。而して、本電源電圧遷移信号をトリガとして、基準時刻を設定することによって、複数のセンサデバイス間において、例えばミリ秒単位の精度の高い時刻同期を実現することができる。

＜本発明の実施形態の構成例＞
（本発明に係る時刻同期システムのシステム構成例）
次に、本発明に係る時刻同期システムの具体的なシステム構成の一例を、図２のシステム構成図を用いて、詳細に説明する。図２は、本発明に係る時刻同期システムの具体的なシステム構成の一例を示すシステム構成図である。

図２に示す時刻同期システムにおいては、複数の外部電源２００，２１０、時刻同期対象装置となる多数のセンサデバイス１００，１０１，…，１０７,１１０，１１１，…，１１７、受信機４００，４１０、エッジゲートウェイ５００、サーバ６００を少なくとも含んで構成される。各構成要素の機能について以下に説明する。

外部電源２００，２１０は、それぞれ、プログラミング動作が可能な直流安定化電源であり、エッジゲートウェイ５００からの外部電源制御信号に基づいて、各センサデバイス１００，１０１，…，１０７,１１０，１１１，…，１１７に対してあらかじめ定めた所定電圧レベルの電源電圧を供給したり、任意のタイミングで電源電圧を前記所定電圧レベルから任意に指定された遷移先の電圧レベルに遷移させたり、遷移させる場合の立ち上がり時間および立ち下がり時間を任意に設定したり、さらには、シーケンス動作を設定したりすることも可能な電源である。なお、外部電源２００，２１０は、前述と同様の機能を有していれば、如何なる電源を用いても構わない。

センサデバイス１００，１０１，…，１０７,１１０，１１１，…，１１７は、それぞれ、内部に、ＭＣＵ（マイクロプロセッサ）やセンサや無線モジュールの機能ブロックを備えていて、外部電源２００，２１０からの電源供給や電源電圧遷移を受けて動作する。センサデバイス１００，１０１，…，１０７,１１０，１１１，…，１１７それぞれの主な機能は、互いの時刻同期を行い、内部に備えたセンサによりセンシングしたデータを、受信機４００，４１０からのデータ要求に応じて、無線モジュールから要求元の受信機４００，４１０に対して送信することである。なお、ＭＣＵ（マイクロプロセッサ）は、センサデバイス１００，１０１，…，１０７,１１０,１１１，…，１１７それぞれの内部にある各機能ブロックの制御を行う。センサデバイス１００，１０１，…，１０７,１１０，１１１，…，１１７のさらなる詳細については、後述する。

受信機４００，４１０は、エッジゲートウェイ５００からのデータ要求指示に基づいて、センサデバイス１００，１０１，…，１０７,１１０,１１１，…，１１７それぞれに対してセンシングデータに関するデータ要求を行うとともに、センサデバイス１００，１０１，…，１０７,１１０，１１１，…，１１７それぞれから送信されてきたセンシングデータの受信を行って、前記データ要求指示を送ってきたエッジゲートウェイ５００に対して送信する。

エッジゲートウェイ５００は、サーバ６００からのデータ要求指示に基づいて、受信機４００，４１０に対してセンシングデータに関するデータ要求指示を送信し、また、受信機４００，４１０から受け取ったセンシングデータを、データ要求指示を送ってきたサーバ６００に対して送信する。また、サーバ６００からの時刻同期命令を受信した際には、外部電源２００，２１０に対して外部電源制御信号を送信して、外部電源２００，２１０からセンサデバイス１００，１０１，…，１０７,１１０，１１１，…，１１７それぞれに供給する電源電圧値の設定や電源電圧を遷移させる電圧レベルや遷移させるタイミング等の制御を行う。

サーバ６００は、エッジゲートウェイ５００に対して、センシングデータに関するデータ要求指示を送信し、エッジゲートウェイ５００から送信されてきたセンサデバイス１００，１０１，…，１０７,１１０，１１１，…，１１７それぞれのセンシングデータの蓄積を行う。そして、サーバ６００は、蓄積した各センサデバイス１００，１０１，…，１０７,１１０，１１１，…，１１７それぞれのセンシングデータを解析する機能を有している。また、サーバ６００は、エッジゲートウェイ５００に対して時刻同期命令を送出する機能も有している。

（センサデバイスの装置構成例）
次に、図２に示したセンサデバイス１００，１０１，…，１０７,１１０，１１１，…，１１７それぞれの内部構成について、その一例を、図３の装置構成図を用いて説明する。なお、各センサデバイス１００，１０１，…，１０７,１１０，１１１，…，１１７は、いずれも全く同様の内部構成からなっているので、ここでは、センサデバイス１００の場合を例にとって説明する。図３は、図２に示したセンサデバイス１００の内部のブロック構成の一例を示す装置構成図である。

図３に示すように、センサデバイス１００は、内部に、ＭＣＵ２０、センサ２１、無線モジュール２２を少なくとも含んで構成されている。ＭＣＵ２０は、内部に、時刻同期部１０、制御部１１を少なくとも備え、さらに、時刻同期部１０は、内部に、電源監視部１、時刻管理部２を少なくとも備えて構成される。

ＭＣＵ２０には、ＡＤＣ（Analog-to-Digital Converter）、カウンタ、ＲＴＣ（Real Time Clock）などの機能が搭載されている。ＭＣＵ２０の時刻同期部１０は、時刻同期を実現するブロックである。時刻同期部１０の内部に備えている電源監視部１において、外部電源２００から供給される電源電圧の値を、あらかじめ定めた時間間隔で（最少１３５μｓの時間間隔で）、定期的に監視している。そして、時刻同期部１０の電源監視部１は、外部電源２００から供給される電源電圧のアナログデータを、ＡＤＣ機能を用いてデジタルデータに変換して電源電圧の電圧レベルを監視する電源監視機能を実現しており、該電源監視機能を用いて電源電圧値をあらかじめ定めた時間間隔で監視している。

また、時刻同期部１０の電源監視部１は、ＭＣＵ２０のカウンタを用いて同一の電源電圧値が継続している継続時間を計測する。そして、電源監視部１は、外部電源２００からの電源電圧の遷移（電源投入状態としてあらかじめ定めた所定電圧レベルの電源電圧から任意に定めた遷移先の電圧レベルへの変化）を検出したとき、電源電圧遷移信号を時刻管理部２に対して出力する。

また、ＭＣＵ２０の時刻同期部１０内の時刻管理部２においては、電源電圧遷移信号を電源監視部１から受信した時刻を契機とした時刻管理を行う。つまり、該電源電圧遷移信号の受信を契機として、時刻情報の計測を開始する。ここで、時刻情報の計測動作に関しては、ＭＣＵ２０内にチップとして備えて時刻保持機能を実現するＲＴＣを用いた内部クロックを利用して、例えば１００ｍｓ毎に時刻情報の計測を行っている。そして、制御部１１から時刻要求を受け取ると、時刻管理部２は、該時刻要求に応じて、計測している時刻情報を要求元の制御部１１に対して出力する。

さらに、ＭＣＵ２０には、各種センサ２１や無線モジュール２２などを制御するためのシリアル通信インタフェースが集積されている。無線モジュール２２は、受信機４００からセンサデータに関するデータ要求を受け取ると、制御部１１に対してセンサデータ取得要求を送信する。制御部１１は、無線モジュール２２からセンサデータ取得要求受け取ると、センサ２１に対してセンサデータ取得開始命令を送出する。センサ２１は、ＭＣＵ２０の制御部１１からセンサデータ取得開始命令を受け取ると、センサデータを取得して、取得したセンサデータをデジタルデータに変換して制御部１１に対して送信する。

制御部１１は、センサ２１から受信したセンサデータに時刻管理部２から取得した時刻情報を付与して、無線モジュール２２に対して送信する。無線モジュール２２は、制御部１１から時刻情報が付与されたセンサデータを受信すると、時刻情報付きの該センサデータを、センサデータに関するデータ要求の送信元の受信機４００に対して送信する。

＜本発明の実施形態の動作の説明＞
次に、本発明の一実施形態として図２、図３に示した時刻同期システムの動作についてその一例を説明する。

まず、図１の説明図に用いて、図２に示した時刻同期システムの動作についてその一例を説明する。図１（Ａ）の説明図においては、時刻ｔ０に外部電源２００からセンサデバイス１００に対して電源投入がなされると、センサデバイス１００の電源電圧が徐々に上昇し、時刻ｔ１において電源電圧は指定された所定電圧レベル例えば３．３Ｖまで上昇する。しかる後、センサデバイス１００の電源電圧は、該所定電圧レベル例えば３．３Ｖを維持する電源投入状態になる。かかる電源投入状態において、サーバ６００からの時刻同期命令を受け取ると、エッジゲートウェイ５００は、該時刻同期命令を契機として、外部電源２００に対して外部電源制御命令を出力する。その結果、外部電源２００は、時刻ｔ２において、センサデバイス１００に供給する電源電圧レベルを任意に定めた遷移先の電圧レベル例えば５Ｖまで遷移させる動作を開始する。

しかる後、時刻ｔ３において、外部電源２００から供給されるセンサデバイス１００の電源電圧が任意に定めた遷移先の電圧レベル例えば５Ｖまで遷移すると、センサデバイス１００の時刻同期部１０内の電源監視部１において、電源電圧が電源投入状態としてあらかじめ定めた所定電圧レベル例えば３．３Ｖから上昇して任意に定めた遷移先の電圧レベル例えば５Ｖに遷移したことを検出する。その結果、電源監視部１は、電源電圧遷移信号を時刻管理部２に対して出力する。時刻管理部２は、電源監視部１から電源電圧遷移信号を受信した時刻ｔ３以降のあらかじめ定めたタイミングにおいて、他のセンサデバイスとの間の時刻同期が得られる状態になるように、時刻管理を行う。

なお、外部電源２００からセンサデバイス１００までの電源ケーブル長が、他のセンサデバイスの電源ケーブル長と差異がある場合には、各センサデバイス間で電源電圧に差異が生じたり、あるいは、電源電圧レベルの遷移タイミングにずれが生じたりすることが想定されるので、各センサデバイスの外部電源２００との間の電源ケーブル長は事前に互いに揃えているように配慮している。

また、電源ノイズの影響や瞬間的な電圧変動の影響も想定されるので、次のような対策も行うようにしている。図４は、図３に示したセンサデバイス１００の電源監視部１において電源電圧の電圧レベルの遷移を監視する際のサンプリング数を制御する動作の一例を説明するための説明図である。つまり、図４においては、電源監視部１において、電源投入状態としてあらかじめ設定した電源電圧の所定電圧レベル例えば５Ｖへの変化を検出した後であって、かつ、電源電圧が、あらかじめ定めた限界時間Ｔ以上例えば５００ｍｓ以上に亘る継続時間Ｔｃの間、継続して、遷移先の電圧レベルとして任意に定めた異なる電圧レベルへ遷移（変化）していることを検出した場合には、電源電圧を監視するサンプリングの時間間隔を、通常の場合の時間間隔からあらかじめ定めた時間間隔に短縮して、サンプリング数を増加させるように制御している様子の一例を示している。

図４の説明図において、○印は、電源電圧を監視するサンプリング点を示している。図４の説明図に示すように、電源電圧が、あらかじめ設定した電源電圧の所定電圧レベル例えば５Ｖに設定されたことを検出した以降において、電源電圧が同じ電圧レベルから変化しないか、あるいは、時刻ｔ４において電源電圧が変化した（例えば５Ｖから３．３Ｖへ変化した）としても、電源電圧が遷移（変化）している継続時間Ｔｃがあらかじめ定めた限界時間Ｔ未満例えば５００ｍｓ未満に収まっている状態にある場合には、電源電圧を監視するサンプリング点間の互いの時間間隔は、通常の場合の時間間隔Ｔ０をそのまま継続している。

しかし、電源電圧が変化した（つまり、電源投入状態としてあらかじめ設定した所定電圧レベル例えば５Ｖから任意に定めた遷移先の電圧レベル例えば３．３Ｖへ変化した）時刻ｔ４からの継続時間Ｔｃが前記限界時間Ｔ以上例えば５００ｍｓ以上になった時刻ｔ５に達するまで、電源電圧が遷移（変化）している状態が継続していることを検出した場合には、以降、次の通り制御する。すなわち、以降、電源電圧を監視するサンプリング点間の互いのサンプリング時間間隔を、通常の場合における時間間隔Ｔ０よりも短い時間間隔としてあらかじめ定めた時間間隔Ｔ１に短縮して、単位時間当たりのサンプリング数を増加させる。而して、瞬間的な電源電圧の変化にも対応することを可能にしている。

時間間隔Ｔ１に短縮して電源電圧を監視する状態は、図４の説明図に示すように、時刻ｔ５に達した時点から、電源投入状態としてあらかじめ設定した所定電圧レベル例えば５Ｖに向かって指定した立ち上がり時間Δｔにしたがって徐々に立ち上がったとしても、該電圧レベル例えば５Ｖに達するまでの立ち上がり時間Δｔの間は勿論、電圧レベル例えば５Ｖに達した以降においても、保護時間ｔｇとしてあらかじめ任意に設定した時間が経過するまでの間、継続する。

そして、あらかじめ設定した所定電圧レベル例えば５Ｖに達してから前記保護時間ｔｇが経過して時刻ｔ６に達するまでの間、電源電圧があらかじめ設定した所定電圧レベル例えば５Ｖからの変化がないことを検出し続けた場合には、電源電圧を監視するサンプリング点間の互いのサンプリング時間間隔を短い時間間隔Ｔ１から元の通常状態時における時間間隔Ｔ０に戻す。

而して、電源ノイズの影響や瞬間的な電圧変動の影響を排除し、電源電圧の電圧レベルが変化しない安定した状態に達した時点例えば図４に示す時刻ｔ６のタイミングにおいて、電源電圧の電圧レベルがあらかじめ設定した所定電圧レベル例えば５Ｖに復帰したことを確実に検出することができる。

また、図５は、図３に示したセンサデバイス１００の電源電圧が瞬間的に変動した場合の様子を説明するための説明図であり、例えば、時刻ｔ７と時刻ｔ８の時点で、電源電圧の電圧レベルの瞬間的な変動が発生している場合を示している。図５に示すように、時刻ｔ７や時刻ｔ８において例えば１００ｍｓ未満の瞬間的な電源電圧の変動が発生している場合には、センサデバイス１００の電源監視部１は、電源電圧が３．３Ｖの電圧レベルにある状態を、短い時間間隔Ｔ１例えば５０ｍｓの時間間隔のサンプリング点において監視しているので、時刻ｔ７や時刻ｔ８において発生した瞬間的な電源電圧の変動を確実に認識することができる。

したがって、かくのごとき瞬間的な電圧変動をあらかじめ設定した所定電圧レベルへの電源電圧の遷移が発生していると誤って判定して、誤動作することを確実に回避することができる。さらには、電源電圧の遷移をより細かな時間精度で確認することができるので、センサデバイス間の時刻同期の精度をより高くすることも可能になる。なお、電源ノイズの影響や瞬間的な電圧変動の影響を低減させるために、サーバ６００からの指示に基づいて、外部電源２００は、電源電圧の立ち上がり時間や立ち下がり時間をなだらかに設定することも有効である。

次に、図２に示した時刻同期システムの具体的な動作の一例について、図６のタイムチャートを用いて詳細に説明する。図６は、図２に示した時刻同期システムの具体的な動作の一例を示すタイムチャートであり、横軸に時間（Ｔｉｍｅ）を示し、縦軸に、サーバ６００、エッジゲートウェイ５００、外部電源２００．受信機４００、時刻同期対象のセンサデバイス１００とセンサデバイス１０１、を示している。なお、図６のタイムチャートは、サーバ６００からエッジゲートウェイ５００に対して時刻同期命令を送出してから、時刻同期対象のセンサデバイス１００とセンサデバイス１０１との時刻同期を行うまでの状態推移、および、サーバ６００からデータ要求指示をエッジゲートウェイ５００に対して送出してからセンサデバイス１００とセンサデバイス１０１とのそれぞれにおける計測結果のセンサデータの送信終了までの状態推移について示している。

また、図６のタイムチャートの説明においては、図１（Ｂ）や図４に示したように、あらかじめ設定した電源電圧の所定電圧レベルとして例えば５Ｖに設定した電源投入状態において、センサデバイス１００、センサデバイス１０１の時刻同期を行うために、外部電源２００からセンサデバイス１００、センサデバイス１０１に対し、あらかじめ定めた所定電圧レベル５Ｖから任意に設定した遷移先の電圧レベル３．３Ｖへ電源電圧を遷移させて供給する場合について説明する。

図６のタイムチャートにおいては、まず、時刻ｔａにおいて、外部電源２００からセンサデバイス１００、センサデバイス１０１に対してあらかじめ定めた所定電圧レベル５Ｖの電源電圧を供給した電源投入状態に設定した以降、時刻ｔｂにおいて、センサデバイス１００、センサデバイス１０１の時刻同期を行うために、サーバ６００からエッジゲートウェイ５００に対して時刻同期命令が送信される。

エッジゲートウェイ５００は、サーバ６００からの時刻同期命令を受信したことを契機として、時刻ｔｃにおいて、エッジゲートウェイ５００から外部電源２００に対してあらかじめ定めた所定電圧レベルの５Ｖから任意に定めた遷移先の電圧レベルの３．３Ｖへの電源電圧の遷移を指示する外部電源制御信号を送信して、外部電源２００の電源制御を開始する。

外部電源２００は、時刻ｔｃにおいて、エッジゲートウェイ５００からの該外部電源制御信号を受信すると、まず、各センサデバイス例えばセンサデバイス１００、センサデバイス１０１に対して供給している電源電圧を、該電源電圧を監視するサンプリング点の時間間隔の制御用としてあらかじめ定めた前記継続時間Ｔｃ例えば５００ｍｓの間、あらかじめ設定した所定電圧レベル例えば５Ｖから任意に定めた遷移先の電圧レベル例えば３．３Ｖに変化（遷移）させる。ここで、外部電源２００は、前記所定電圧レベル例えば５Ｖや前記遷移先の電圧レベル例えば３．３Ｖの値や、前記所定電圧レベルから前記遷移先の電圧レベルへの立ち下がり時間や前記継続時間Ｔｃの値は、エッジゲートウェイ５００からの前記外部電源制御信号にしたがって、すなわち、サーバ６００からの指示（時刻同期命令）にしたがって、任意の値に設定することができる。

しかる後、外部電源２００は、前記継続時間Ｔｃ例えば５００ｍｓが経過すると、各センサデバイス例えばセンサデバイス１００、センサデバイス１０１に対して供給している電源電圧を、あらかじめ指定された立ち上がり時間Δｔで、再度、遷移先の電圧レベル例えば３．３Ｖからあらかじめ設定した元の所定電圧レベル例えば５Ｖに変化（遷移）させる。つまり、時刻ｔｄ（＝ｔｃ＋Ｔｃ＋Δｔ）において、各センサデバイス例えばセンサデバイス１００、センサデバイス１０１に対して供給している電源電圧を遷移先の電圧レベル例えば３．３Ｖから元の所定電圧レベル例えば５Ｖに変化（遷移）させる。ここで、外部電源２００は、前記遷移先の電圧レベル例えば３．３Ｖから前記所定電圧レベル例えば５Ｖに遷移させる立ち上がり時間Δｔの値についても、エッジゲートウェイ５００からの前記外部電源制御信号にしたがって、すなわち、サーバ６００からの指示（時刻同期命令）にしたがって、任意の値に設定することができる。

その後、各センサデバイス例えばセンサデバイス１００、センサデバイス１０１においては、時刻ｔｄにおいて、電源電圧が、再度、電源投入状態としてあらかじめ設定した所定電圧レベル例えば５Ｖに達したことを、電源監視部１によって検出する。その結果、各センサデバイス例えばセンサデバイス１００、センサデバイス１０１において、電源監視部１から時刻管理部２に対して、電源電圧遷移信号が出力される。したがって、各センサデバイス例えばセンサデバイス１００、センサデバイス１０１の各時刻管理部２は、該時刻ｔｄのタイミングすなわち電源電圧があらかじめ設定した所定電圧レベル例えば５Ｖに再度達したタイミングで、揃って、各センサデバイス例えばセンサデバイス１００、センサデバイス１０１の時刻情報を初期状態の０秒に設定して、時刻管理を行う。

つまり、各センサデバイス例えばセンサデバイス１００、センサデバイス１０１は、いずれも、時刻ｔｄ（＝電源電圧制御開始時刻ｔｃ＋継続時間Ｔｃ（例えば５００ｍｓ）＋立ち上がり時間Δｔ）のタイミング、すなわち、電源電圧制御開始時刻ｔｃから、継続時間Ｔｃおよび立ち上がり時間Δｔとしてサーバ６００から指定された時間がさらに経過したタイミングの時刻ｔｄにおいて、電源電圧があらかじめ設定した所定電圧レベル例えば５Ｖに再度に達したことが検出されて、その結果、初期状態の０秒に設定した時刻同期状態になる。

なお、以上の説明においては、時刻同期の契機として、前記遷移先の電圧レベル３．３Ｖから前記所定電圧レベル５Ｖへ立ち上がる場合について説明した。しかし、前記遷移先の電圧レベルの方が前記所定電圧レベルよりも高い場合であっても、同様であり、かかる場合には、立ち上がり時間Δｔの代わりに、立ち下がり時間を用いることになる。

一方、サーバ６００においても、各センサデバイス例えばセンサデバイス１００、センサデバイス１０１の時刻情報を保持するために、時刻同期命令を送信した時刻ｔｂから、エッジゲートウェイ５００が外部電源制御信号を出力した後さらに（前記継続時間Ｔｃ＋前記立ち上がり時間Δｔ）の時間を経過したタイミングから時刻管理を行う。なお、時刻管理を開始するタイミングに関しては、各センサデバイス例えばセンサデバイス１００、センサデバイス１０１とサーバ６００との間の通信伝達時間によるタイムラグが生じるが、該タイムラグは無視することが可能な程度に微小な時間であるものとして、ここでは特に考慮はしないこととする。

次に、サーバ６００が各センサデバイス例えばセンサデバイス１００、センサデバイス１０１に対してセンサデータに関するデータ要求指示を行う場合は、まず、時刻ｔｅにおいて、エッジゲートウェイ５００に対して、各センサデバイスのセンサデータ計測開始タイミング（例えば、初期状態の時刻０秒の同期設定を行った時刻ｔｄのｘ秒後（＝ｔｄ＋ｘ）にセンサデータの計測開始）の指定も含む形のデータ要求指示を送信する。エッジゲートウェイ５００は、サーバ６００から受信した該データ要求指示を、受信機４００に対して送出する。受信機４００は、各センサデバイス例えばセンサデバイス１００,１０１に対して、エッジゲートウェイ５００から受け取ったデータ要求指示（例えば、時刻ｔｄのｘ秒後（＝ｔｄ＋ｘ）にセンサデータの計測開始を指示）に基づくデータ要求を、無線通信を用いて、送出する。

各センサデバイス例えばセンサデバイス１００,１０１は、受信機４００からの該データ要求を受信すると、指示された時刻ｔｄのｘ秒後（＝ｔｄ＋ｘ）から、互いに時刻同期された状態で、揃って、センサデータの計測を開始する。そして、計測したセンサデータを、受信機４００、エッジゲートウェイ５００を介して、要求指示元のサーバ６００に対して送出する。しかる後、計測を終了する時刻ｔｆに達すると、各センサデバイス例えばセンサデバイス１００,１０１は計測を終了する。

以上のような動作により、各センサデバイス例えばセンサデバイス１００,１０１は、互いの間の時刻同期を確保した状態で、センサデータを計測して、該センサデータの蓄積および解析を行うサーバ６００に対して送信することができる。

（実施形態の効果の説明）
以上に詳細に説明したように、本実施形態においては、複数のセンサデバイス間の時刻を確実に同期することが可能であり、各センサデバイスにおいて同時にセンシングデータの計測を開始して、各センサデバイスが同期して計測したセンサデータを、該センサデータの蓄積および解析を行うサーバ６００に対して送信するといったセンサデータ取得制御を実現することが可能である。

なお、以上の実施形態とは異なる例として、センサデバイスそれぞれに供給する電源電圧の電圧レベルをあらかじめ定めた特定パターン(例えば３．３Ｖ⇒５Ｖ⇒３．３Ｖ)をあらかじめ定めた一定時間間隔で遷移させることによって、センサデバイスそれぞれをソフトウェアリセットするようにしても良い。

すなわち、センサデバイスそれぞれには、該一定時間間隔で電源電圧の電圧レベルが前記特定パターンにしたがって遷移されたことを検知する仕組みを備えることにより、センサデバイスそれぞれが、かかる遷移を検知した際に、時刻同期を設定し直すことも含めて、ソフトウェア的にリセットを実施するようにしても良い。かくのごとき仕組みを強靭な防水筐体などを採用して外部リセットスイッチを設けることのできないような端末に適用することによって、センサデバイス等のデバイスのリセットを容易に実現することができる。

以上、本発明の好適な実施形態の構成を説明した。しかし、かかる実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であることが、当業者には容易に理解できよう。

１ 電源監視部
２ 時刻管理部
１０ 時刻同期部
１１ 制御部
２０ ＭＣＵ
２１ センサ
２２ 無線モジュール
２００，２１０ 外部電源
１００，１０１，…，１０７ センサデバイス
１１０，１１１，…，１１７ センサデバイス
４００，４１０ 受信機
５００ エッジゲートウェイ
６００ サーバ
Ｔ 限界時間
Ｔ０ 時間間隔
Ｔ１ 時間間隔
Ｔｃ 継続時間

Claims (10)

1. センサデータの蓄積および解析を行うサーバと、
   前記サーバからの指示に基づいて、前記センサデータをそれぞれ計測して、前記サーバに送信する複数のセンサデバイスと、
   前記サーバからの指示に基づいて、前記センサデバイスそれぞれに対して電源電圧を供給し、かつ、供給する電源電圧の電圧レベルを変化させることが可能な外部電源と
   を有し、
   前記センサデバイスそれぞれは、
   所定電圧レベルの電源電圧が供給されている電源投入状態において、前記外部電源が、前記サーバからの指示に基づいて自センサデバイスに対する電源電圧を該所定電圧レベルから遷移先の電圧レベルに遷移させたことを検出したことを契機にして、時刻を初期状態の０秒に設定し、他の前記センサデバイスとの間の時刻同期を取る
   ことを特徴とする時刻同期システム。
2. 前記センサデバイスそれぞれは、
   時刻を初期状態の０秒に設定するタイミングを、前記外部電源が自センサデバイスに対する電源電圧を前記所定電圧レベルから前記遷移先の電圧レベルに遷移させた時点から、前記サーバからの指示に基づいて電源電圧の監視用のサンプリング時間間隔を制御するためにあらかじめ設定された継続時間と、前記遷移先の電圧レベルから前記所定電圧レベルへ復帰する際の経過時間としてあらかじめ設定された電圧レベルの立ち上がり時間または立ち下がり時間と、を合計した時間が、経過したタイミングとする
   ことを特徴とする請求項１に記載の時刻同期システム。
3. 前記センサデバイスそれぞれは、
   前記外部電源が自センサデバイスに対する電源電圧を前記所定電圧レベルから前記遷移先の電圧レベルに遷移させた時点から、前記継続時間があらかじめ定めた限界時間以上に亘って、自センサデバイスに対する電源電圧の電圧レベルの遷移が継続している場合、電源電圧の監視用の前記サンプリング時間間隔を、通常状態における時間間隔よりも短い時間間隔に設定して、電源電圧の監視用のサンプリング数を増加させる
   ことを特徴とする請求項２に記載の時刻同期システム。
4. 前記センサデバイスそれぞれは、
   前記外部電源が、前記サーバからの指示に基づいて、自センサデバイスに供給する電源電圧の電圧レベルをあらかじめ定めた特定パターンをあらかじめ定めた一定時間間隔で遷移させたことを検出した際に、時刻同期を設定し直すことも含めて、自センサデバイスをソフトウェア的にリセットして初期状態に戻す
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の時刻同期システム。
5. センサデータの蓄積および解析を行うサーバと、
   前記サーバからの指示に基づいて、前記センサデータをそれぞれ計測して、前記サーバに送信する複数のセンサデバイスと、
   前記サーバからの指示に基づいて、前記センサデバイスそれぞれに対して電源電圧を供給し、かつ、供給する電源電圧の電圧レベルを変化させることが可能な外部電源と
   を有する時刻同期システムにおいて、複数の前記センサデバイスそれぞれのセンサデータの計測タイミングを時刻同期させ、
   前記センサデバイスそれぞれは、
   前記外部電源が、所定電圧レベルの電源電圧が供給されている電源投入状態において、前記サーバからの指示に基づいて自センサデバイスに対する電源電圧を該所定電圧レベルから遷移先の電圧レベルに遷移させたことを検出したことを契機にして、時刻を初期状態の０秒に設定して、他の前記センサデバイスとの間の時刻同期を取る
   ことを特徴とする時刻同期方法。
6. 前記センサデバイスそれぞれは、
   時刻を初期状態の０秒に設定するタイミングを、前記外部電源が自センサデバイスに対する電源電圧を前記所定電圧レベルから前記遷移先の電圧レベルに遷移させた時点から、前記サーバからの指示に基づいて電源電圧の監視用のサンプリング時間間隔を制御するためにあらかじめ設定された継続時間と、前記遷移先の電圧レベルから前記所定電圧レベルへ復帰する際の経過時間としてあらかじめ設定された電圧レベルの立ち上がり時間または立ち下がり時間と、を合計した時間が、経過したタイミングとする
   ことを特徴とする請求項５に記載の時刻同期方法。
7. 前記センサデバイスそれぞれは、
   前記外部電源が自センサデバイスに対する電源電圧を前記所定電圧レベルから前記遷移先の電圧レベルに遷移させた時点から、前記継続時間があらかじめ定めた限界時間以上に亘って、自センサデバイスに対する電源電圧の電圧レベルの遷移が継続している場合、電源電圧の監視用の前記サンプリング時間間隔を、通常状態における時間間隔よりも短い時間間隔に設定して、電源電圧の監視用のサンプリング数を増加させる
   ことを特徴とする請求項６に記載の時刻同期方法。
8. 前記センサデバイスそれぞれは、
   前記外部電源が、前記サーバからの指示に基づいて、自センサデバイスに供給する電源電圧の電圧レベルをあらかじめ定めた特定パターンをあらかじめ定めた一定時間間隔で遷移させたことを検出した際に、時刻同期を設定し直すことも含めて、自センサデバイスをソフトウェア的にリセットして初期状態に戻す
   ことを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の時刻同期方法。
9. センサデータの蓄積および解析を行うサーバと、
   前記サーバからの指示に基づいて、前記センサデータをそれぞれ計測して、前記サーバに送信する複数のセンサデバイスと、
   前記サーバからの指示に基づいて、前記センサデバイスそれぞれに対して電源電圧を供給し、かつ、供給する電源電圧の電圧レベルを任意に変化させることが可能な外部電源と
   を有し、
   複数の前記センサデバイスそれぞれのセンサデータの計測タイミングを時刻同期させる処理を前記センサデバイスに搭載のコンピュータによって実行し、
   前記センサデバイスそれぞれは、
   所定電圧レベルの電源電圧が供給されている電源投入状態において、前記サーバからの指示に基づいて自センサデバイスに対する電源電圧を該所定電圧レベルから遷移先の電圧レベルに遷移させたことを検出したことを契機にして、時刻を初期状態の０秒に設定して、他の前記センサデバイスとの間の時刻同期を取る
   ことを特徴とする時刻同期プログラム。
10. 前記センサデバイスそれぞれは、
    時刻を初期状態の０秒に設定するタイミングを、前記外部電源が自センサデバイスに対する電源電圧を前記所定電圧レベルから前記遷移先の電圧レベルに遷移させた時点から、前記サーバからの指示に基づいて電源電圧の監視用のサンプリング時間間隔を制御するためにあらかじめ設定された継続時間と、前記遷移先の電圧レベルから前記所定電圧レベルへ復帰する際の経過時間としてあらかじめ設定された電圧レベルの立ち上がり時間または立ち下がり時間と、を合計した時間が、経過したタイミングとする
    ことを特徴とする請求項９に記載の時刻同期プログラム。

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