JP6799929B2 - 通信モジュール - Google Patents

Description

本発明は、通信モジュールに関し、より詳細には、さまざまな機器に取り付けられて携帯端末との通信を可能にする通信モジュールに関する。

近年、インターネットなどのネットワークに接続される機器が増加している。ＩｏＴとは、モノのインターネット（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）の略であるが、さまざまなモノ、機器がインターネットにつながりＩｏＴ化することによって、これまでにない利便性が得られることへの注目が集まっている。

ＩｏＴへの注目の背景には、データ処理、センシング等を担うハードウェアの低価格化があり、これらをさまざまな機器に搭載することが可能となっているが、一部の用途では、スマートフォン、タブレットなどの高機能・多機能の携帯端末の普及も大きく影響している。機器側には最低限のハードウェアを設けるだけで、携帯端末に各用途に沿ったアプリをインストールして多くの人が既に持ち歩いている携帯端末側のハードウェアを利用することによって、これらの機器をＩｏＴ化することが可能となっている。

一例としては、アケルン（登録商標）などのスマートロックと呼ばれる電子錠が挙げられる。図１に示すように、扉１０１に取り付けられた既存の錠前のサムターンに通信機能を有する開錠補助装置１０２が取り付けられる。当該開錠補助装置１０２と通信可能なスマートフォンなどの携帯端末１０３は、各開錠補助装置１０２の開錠権限を管理する管理サーバと通信して、当該携帯端末１０３のユーザーに開錠権限が与えられていれば、開錠のための信号を取得し、当該開錠補助装置１０２を駆動させて開錠を行うことができる。開錠補助装置１０２と携帯端末１０３との間では、たとえば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標） Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ（ＢＬＥ）規格に基づく通信が行われる。

以下では、このようにスマートフォンなどの高機能・多機能の携帯端末と通信可能な機器を「スマートデバイス」と呼ぶ。

スマートデバイスが携帯端末と通信を開始するためには、携帯端末のユーザーが当該スマートデバイスと通信を行うためのアプリを起動し、特定の操作を行うことが必要となる。上述のアケルンの例では、アケルン１０２と通信を行うためのアプリがインストールされた携帯端末１０３をユーザーが操作して、画面上で開錠ボタンをクリック又はタップするか、つまみをフリック又はスライドすることによって（図２）、開錠信号を送信することになる。

しかしながら、ユーザー体験の改善という意味では、このようにユーザーの操作を必要とすることなく、あるいは操作を軽減して、スマートデバイスがユーザーごとに適した振る舞いをすることがさらに望まれると考えられる。

特に、今後スマートデバイスの数が爆発的に増加することが見込まれており、発明者らは、さまざまな機器をスマートデバイス化するとともに、ユーザーの操作負担を軽減することへの需要が急速に拡大することを見込んでいる。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、さまざまな機器と携帯端末との通信を簡便に可能とすることのできる通信モジュール又は通信機器を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、携帯端末との通信を可能とする通信モジュールであって、基板と、前記基板上に設けられた所定の電波強度で送信を行う発信機と、前記基板上に設けられた前記携帯端末と双方向通信が可能な通信装置とを備えることを特徴とする。

また、本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記発信機は、第１のデバイスアドレスを有し、前記通信装置は、前記第１のデバイスアドレスとは異なる第２のデバイスアドレスを有することを特徴とする。

また、本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様において、前記発信機は、前記携帯端末からの受信を行わないことを特徴とする。

また、本発明の第４の態様は、第１から第３のいずれかの態様において、前記発信機は、ｉＢｅａｃｏｎ規格に基づく通信を行うことを特徴とする。

また、本発明の第５の態様は、第１から第４のいずれかの態様において、前記発信機は、データ送信間隔が１００ミリ秒に設定されていることを特徴とする。

また、本発明の第６の態様は、第１又は第２の態様において、前記発信機は、前記携帯端末と双方向通信が可能であることを特徴とする。

また、本発明の第７の態様は、第１から第６のいずれかの態様において、前記発信機及び前記通信装置は、単一の通信チップ上で時分割処理により構成されていることを特徴とする。

また、本発明の第８の態様は、第７の態様において、前記通信チップは、前記携帯端末とＢＬＥ規格に基づく通信が可能なＢＬＥチップであることを特徴とする。

また、本発明の第９の態様は、第７又は第８の態様において、前記通信チップは、５０ミリ秒毎の時分割により処理を切り替えることを特徴とする。

また、本発明の第１０の態様は、第７から第９のいずれかの態様において、前記通信チップは、時分割の周期が前記発信機又は通信装置の少なくとも一方の通信規格により定められたデータ送信間隔に設定されていることを特徴とする。

また、本発明の第１１の態様は、第７から第１０のいずれかの態様において、前記発信機及び前記通信装置のデバイスアドレスとは異なるデバイスアドレスをそれぞれ割り振られた第２及び第３の発信機の少なくとも一方をさらに備えることを特徴とする。

また、本発明の第１２の態様は、第１１の態様において、前記第２及び第３の発信機の少なくとも一方は、前記通信チップ上で時分割処理により構成されていることを特徴とする。

また、本発明の第１３の態様は、第１から第１２のいずれかの態様において、前記通信装置は、前記発信機が送信する前記発信機の識別子と関連づけられた前記携帯端末上のアプリからの信号を受信することを特徴とする。

また、本発明の第１４の態様は、第１から第１３のいずれかの態様の通信モジュールが取り付けられた機器である。

また、本発明の第１５の態様は、第１４の態様において、前記機器は、錠前のサムターンに取り付けられる開錠補助装置であることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、基板上に設けられた所定の電波強度で送信を行う発信機と、当該基板上に設けられた携帯端末と通信が可能な通信装置とを備える通信モジュールを機器に取り付けることによってスマートデバイスと携帯端末との通信を簡便に可能にすることができる。

従来の錠前を電子錠として用いる例を示す図である。 スマートロック用のアプリで開錠信号を送信するための画面を示す図である。 本発明の一態様にかかる通信モジュールを示す図である。 本発明の一態様にかかる通信モジュールを用いたスマートデバイスとの通信の一例を説明するための流れ図である。 本発明の一態様にかかる通信モジュールを示す図である。 本発明の一態様にかかる通信モジュールを示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

（本発明の概要）
図３に、本発明にかかる通信モジュールの概要を示す。通信モジュール３００は、携帯端末との通信を可能とする通信モジュールであって、基板３０１と、所定の電波強度で送信を行う発信機３０２と、携帯端末と双方向通信が可能な通信装置３０３とを備える。必要に応じて、１又は複数のセンサ３０４も備えることができる。センサとしては、受光素子、マイクなどが挙げられる。また、センサなどの入力素子以外に、発光素子、スピーカーなどの出力素子も備えることができる。入力素子及び出力素子はそれぞれ、スマートデバイスと携帯端末との間の通信に関連づけられた入力及び出力を行うことが可能である。基板３０１は、単一の基板として示しているが、複数の別個の基板により構成されるものとしてもよい。外装はここでは点線で示している。

発信機３０２は、ＢＬＥ規格に基づく通信が可能なＢＬＥチップをアドバタイズモードで動作させることで構成することができる。アドバタイズモードでは、ＢＬＥチップは発信機３０２を識別する１６バイトなどの識別子を不特定の端末に対してブロードキャストする。ＢＬＥチップは、１バイトなどの電波強度も送信情報に含むことができる。ここで本明細書においては、「ＢＬＥ規格」とは、ＢＬＥ規格を使用、拡張又は修正したものであるｉＢｅａｃｏｎ（登録商標）規格、ｅｄｄｙｓｔｏｎｅ（商標）規格等も含む。たとえば、ｉＢｅａｃｏｎ規格により送信されるパケットには、特定のカンパニーＩＤ、ＵＵＩＤ、Ｍａｊｏｒ／Ｍｉｎｏｒ番号、電波強度が含まれていることが求められる。ｉＢｅａｃｏｎ規格の場合には、発信機３０２は携帯端末からの受信を行わないが、発信機３０２は必ずしも携帯端末からの受信を行わないものに制限されるものではなく、双方向通信を可能とする用途もある。

通信装置３０３は、ＢＬＥ規格に基づく通信が可能なＢＬＥチップをペリフェラルモード又はセントラルモードで動作させることで構成することができる。ペリフェラルモードではコネクタブルにアドバタイズメント・パケットをブロードキャストしている通信装置３０３に対して携帯端末側から接続要求が出され、セントラルモードでは通信装置３０３側から接続要求が出され、その後、接続が確立された端末との間で双方向の信号の送受信を行うことができる。たとえば２０バイト単位で複数回の通信を重ねることでリッチな通信が可能である。

本明細書では、以下ＢＬＥ規格の文脈で説明を行うが、今後開発されるＢｌｕｅｔｏｏｔｈ関連規格においても本発明の精神は適用可能であり、また、ＡＮＴ＋などのその他の近距離通信規格においても同様である。また、発信機３０２と通信装置３０３において異なる通信規格を採用することも妨げられるものではない。たとえば、発信機３０２をｉＢｅａｃｏｎ規格、通信装置３０３を、用途に応じて、クラシックＢｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｗｉ−Ｆｉ、赤外線などの通信とすることが挙げられる。

本発明の精神は、複数の通信方法の使用が求められる用途に広く適用可能なものであるが、一例として、以下のものがある。ｉＯＳをＯＳとするスマートフォン、タブレットなどの携帯端末では、バックグラウンド処理（又はフォアグラウンド処理）を直後に開始可能な信号がＢＬＥ規格の中ではｉＢｅａｃｏｎ規格に制限されており、ｉＢｅａｃｏｎ規格以外のＢＬＥ規格のアドバタイズメント・パケットを契機として、アプリのバックグラウンド処理を開始することができない。ただし、ｉＢｅａｃｏｎ規格に基づくアドバタイズメント・パケットであれば、そのパケット情報に含まれる識別子（ＵＵＩＤ、Ｍａｊｏｒ／Ｍｉｎｏｒ番号）等を受信して任意のアプリをバックグラウンド状態で実行させることができる。通信モジュール３００が取り付けられたスマートデバイスに操作信号を自動で送信することでユーザーの操作負担を軽減することを考えた場合、操作信号の送信には携帯端末とスマートデバイスとの間で接続の確立が必要であるが、携帯端末を所持するユーザーがスマートロックに近づいたら発信機３０２からの第１のアドバタイズメント・パケットを受信して（Ｓ４０１）、当該パケットに含まれる識別子に関連づけられたアプリをバックグラウンド状態で動作させ（Ｓ４０２）、通信装置３０３からの第２のアドバタイズメント・パケットの検知（Ｓ４０３）、及び、通信装置３０３との接続の確立処理を開始させることができる（Ｓ４０４）。そして、接続確立後、自動で操作信号を携帯端末から通信装置３０３に送信（Ｓ４０５）するように構成することができる。または、接続確立後、必要なデータを通信装置３０３から受信することができる。

現時点では、ＯＳによりスキャンされていて、発する電波を受信するとＯＳ上でアプリがフォアグラウンド又はバックグランドで動作可能な通信規格はｉＢｅａｃｏｎ規格に限られているが、同様の規格を「ビーコン規格」と呼び、将来的にＯＳにより許容されるｉＢｅａｃｏｎ規格以外のビーコン規格によっても、同様の動作が実現されることに留意されたい。

また、別の例として、発信機３０２の電波送信を開始させるためのボタンを設け、ユーザーが当該ボタンを押下すると、携帯端末においてｉＢｅａｃｏｎ規格に基づく第１のアドバタイズメント・パケットを受信して通信装置３０３からの第２のアドバタイズメント・パケットの検知、及び、通信装置３０３との接続の確立を行うアプリケーションもある。

この例の他にも、第１の通信方法によって、携帯端末が特定の位置に接近したことを当該携帯端末に通知し、第２の通信方法によって、当該携帯端末と当該特定の位置に関連づけられたスマートデバイスとの間の暗号化・個人認証等を含むリッチな通信が求められる用途は種々存在し、スマートロックを始め、ウェアラブルデバイス、センサーネットワーク、ユビキタスコンピューティング等応用は多岐にわたる。本発明にかかる通信モジュール３００は、その機器への取り付け又は組み込みなどによって簡便に必要な通信を提供することができる。

上述及び以下の説明では、通信装置３０３はｉＢｅａｃｏｎ規格（又はビーコン規格）以外のＢＬＥ規格によって携帯端末との間でリッチな通信を実現する例を挙げているものの、ｉＢｅａｃｏｎ規格のようにペリフェラルモードにおいて非コネクタブルな通信規格を採用しても、通信装置３０３と携帯端末との間での通信をリッチにすることも可能であり、本発明から除外する意図ではない。たとえば、通信装置３０３と携帯端末で交互にアドバタイズメント・パケットを受信して、受信したパケットに応じて送信するパケットの内容をインクリメント又は変化させることで通信をリッチにすることが可能である。

（単一チップ構成）
本発明の一態様では、図５に示すように、図３で示した発信機３０２及び通信装置３０３を単一のチップ上の機能として構成する。

本発明にかかる通信モジュールは、複数のデバイスアドレスを持たせることで、利便性の高い通信機能をスマートデバイスに与えることを可能とするものであるところ、複数のチップを使用することはコスト・サイズ・消費電力の増加を招く。そこで、本態様では、ＢＬＥ規格に基づく通信が可能な単一のＢＬＥチップ５０２の処理を時分割により切り換えることで、発信機の機能と通信装置の機能を共に実現する。

たとえば、１００ミリ秒間隔で第１の情報の送信を行う発信機３０２と、１００ミリ秒間隔で第２の情報の送信を行う通信装置３０３の機能を単一のＢＬＥチップ５０２に集約するために、送信間隔を５０ミリ秒として、交互に、第１の情報及び発信機用の第１のデバイスアドレスの送信と、第２の情報及び通信装置用の第２のデバイスアドレスの送信とを行うことができる。このようにすると、送信情報を受信する携帯端末側からは、１００ミリ秒間隔で異なるデバイスアドレスの情報を受け取ることとなり、別個のＢＬＥチップを用いて発信機及び通信装置を実現した場合と等価にみえる。

第１及び第２のアドバタイズメント・パケットに同一のデバイスアドレスを使用すると、携帯端末上でデバイスを区別させることができず、第１の通信方法による通知機能と、第２の通信方法によるリッチな通信のいずれかの処理しかできないこととなる。例えば、第１及び第２のアドバタイズメント・パケットが同一デバイスアドレスの場合、第１の通信方法による通知機能でアプリをバックグラウンドで起動した後、第２の通信方法によるリッチな通信はできなくなる。このような制約は、携帯端末を動作させるためのＯＳなどのプログラムによって課されているため、携帯端末側での解決は難しい。そこでＢＬＥチップのファームウェアプログラム上で第１及び第２のアドバタイズメント・パケットに異なるデバイスアドレスを使用することで、携帯端末上のＯＳは２種類の異なるデバイスであると認識することになる。これにより、第１及び第２の処理を共に処理可能となる。

なお、ｉＢｅａｃｏｎ規格等の特定の規格では、データ送信間隔が１００ミリ秒等に定められているため、時分割の周期は、規格上定められたデータ送信間隔と等しくする必要がある場合がある。

また、ＢＬＥチップ５０２上で構成される発信機及び通信装置はデバイスアドレスによって区別されているが、デバイスアドレスに応じて電波強度を異なる強度に設定することもできる。

具体例
図３のようにＢＬＥチップを２つ、センサ１つを基板上に設けて外装を施し、電源としてボタン電池を１つ取り付ける構成の通信モジュールを考えると、ＢＬＥチップ３００円、センサ５０円、ボタン電池２０円、基板３０円、外装１０円と考えると、原価は７１０円となる。これを図５のように単一のＢＬＥチップで実現すると原価は４１０円であり、約４２％の原価削減となる。今後、スマートデバイスの数が爆発的に増えていくことを考えると、各スマートデバイスに必要な通信モジュールのコスト削減も極めて重要になり、本態様にかかる通信モジュール４００は高機能かつ低コストであり、有用性が高い。

実装面積についても、大幅な削減となるため、たとえばウェアラブル端末のように小型化の進む機器への通信機能の付加を行う上で大きな意味を有する。ＢＬＥチップの一例としておおよそ２０ｍｍ×１５ｍｍのものがあるが、これを２つ用いて通信モジュールを作製すれば小さくとも４０ｍｍ×３０ｍｍ以上となる。このようなサイズでも問題の生じない用途もあるが、本態様によれば必要に応じた小型化を提供することができる。

加えて、消費電力についても、数１０パーセントの削減が可能である。１時間当たり１チップ平均３００μＡｈの消費がなされるとすると、２チップでは６００μＡｈとなるが、１チップで同じ処理をするとおよそ５００μＡｈの消費とすることが可能であるから、
電池持ちが１．２倍に長くなる。

（トリプルＢＬＥ、テトラＢＬＥ）
図３では、１つの発信機３０２と１つの通信装置３０３とを備える例を図示したが、本発明の別態様では、所定の電波強度で送信を行う第２、第３の発信機、携帯端末と双方向通信が可能な第２、第３の通信装置等をさらに備えることもできる。

図６に、本発明の一態様にかかる通信モジュールを示す。通信モジュール６００は、基板６０１と、第１の通信方法で送信を行う第１の発信機６０２と、携帯端末と双方向通信が可能な通信装置６０３と、第２の通信方法で送信を行う第２の発信機６０４と、第３の通信方法で送信を行う第３の発信機６０５とを備える。図３と同様に、受光素子、発光素子、マイク、スピーカーなどの素子６０６を備えていてもよい。

第１の通信方法をｉＢｅａｃｏｎ規格として第１の発信機６０２を携帯端末におけるアプリのバックグラウンド処理実行のトリガとして用い、第２の通信方法をｉＢｅａｃｏｎ規格以外のＢＬＥ規格として通信装置６０３を携帯端末との接続確立、その後のデータ送受信等の双方向通信に用い、第２の発信機６０４及び第３の発信機６０５をそれぞれ特定の用途の電波発信に用いることができる。

図５では、図３に示した発信機３０２及び通信装置３０３を時分割により単一のＢＬＥチップ５０２上で実現しているが、図６に示したような３以上の複数の機能を時分割により実現してもよい。

第１の発信機６０２がｉＢｅａｃｏｎ規格に従う場合には、データ送信間隔があらかじめ定められた間隔（現時点では１００ミリ秒）であることが求められるため、第１の発信機６０２による送信との関係で時分割の周期が当該間隔となるように処理の切り替えが行われる必要がある。

ただし、通信装置６０３、第２の発信機６０４、第３の発信機６０５については、たとえば第１の発信機６０２による送信との関係における時分割の周期の整数倍又は整数分の１としてもよい。具体例としては、第１の発信機６０２に５０ミリ秒、通信装置６０３に２５ミリ秒、第２の発信機６０４及び第３の発信機６０５に交互に２５ミリ秒を割り当てることが挙げられる。この場合、第２の発信機６０４及び第３の発信機６０５による送信との関係では時分割の周期が第１の発信機６０２の周期の２倍である２００ミリ秒となる。

１０１ 扉
１０２ 開錠補助装置
１０３ 携帯端末
３００ 通信モジュール
３０１ 基板
３０２ 発信機
３０３ 通信装置
３０４ センサ
５００ 通信モジュール
５０１ 基板
５０２ 通信チップ
５０３ センサ
６００ 通信モジュール
６０１ 基板
６０２ 第１の発信機
６０３ 通信装置
６０４ 第２の発信機
６０５ 第３の発信機
６０６ センサ

Claims (9)

1. 携帯端末との通信を可能とする通信モジュールであって、
   基板と、
   前記基板上に設けられた所定の電波強度でＢｌｕｅｔｏｏｔｈ関連規格により送信を行う発信機と、
   前記基板上に設けられた前記携帯端末と前記Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ関連規格により双方向通信が可能な通信装置と
   を備え、
   前記発信機及び前記通信装置は、単一の通信チップ上で、時分割処理により前記発信機に第１のデバイスアドレスを与え、前記通信装置に前記第１のデバイスアドレスとは異なる第２のデバイスアドレスを与えて構成されていることを特徴とする通信モジュール。
2. 前記発信機は、前記携帯端末からの受信を行わないことを特徴とする請求項１に記載の通信モジュール。
3. 前記発信機は、前記携帯端末と双方向通信が可能であることを特徴とする請求項１に記載の通信モジュール。
4. 前記通信チップは、前記携帯端末とＢＬＥ規格に基づく通信が可能なＢＬＥチップであることを特徴とする請求項１に記載の通信モジュール。
5. 前記発信機及び前記通信装置のデバイスアドレスとは異なるデバイスアドレスを割り振られた、前記通信チップ上で時分割処理によって構成される前記Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ関連規格に従う第２の発信機をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の通信モジュール。
6. 前記第２の発信機は、所定の電波強度で送信を行うことを特徴とする請求項５に記載の通信モジュール。
7. 前記通信装置は、前記発信機が送信する前記発信機の識別子と関連づけられた前記携帯端末上のアプリからの信号を受信することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の通信モジュール。
8. 前記通信チップは、時分割の周期が前記発信機又は通信装置の少なくとも一方の通信規格により定められたデータ送信間隔に設定されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の通信モジュール。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の通信モジュールが取り付けられた機器。
   

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