JP6963143B1 - センサネットワークシステム - Google Patents

Abstract

【課題】中継機を適切に設置する。【解決手段】本発明のセンサネットワークシステムは、複数のメータそれぞれに対応付けられたセンサノードと、センサノードに接続され、センサノードを通じてメータの情報を収集する中継機と、中継機を通じて収集したメータの情報を受信するセンター装置と、複数のメータのうち、中継機を対応付けるメータを設定する中継機設定部と、を備え、メータと、メータが設置されている建築物の建物完成年月とが対応付けられており、中継機設定部は、建物完成年月に基づいて、メータに対応付けられたセンサノードに中継機を接続するか否か決定する。【選択図】図３

Description

本発明は、複数のメータの情報を収集するセンサネットワークシステムに関するものである。

ガス事業者や電力事業者は、需要者が消費したガスや電力の使用量を積算するため、需要箇所にガスメータや電力メータを配置している。また、近年では、通信機能を備え、ガス事業者や電力事業者との間で双方向にデータ通信を行い、ガスや電力の使用量を自動的に遠隔検針可能なスマートメータの設置が促進されている。かかるスマートメータは、ガスや電力といったインフラ網の安全性や利用効率を高めるための情報源としても利用できる。

また、上述したスマートメータとガス事業者や電力事業者とのデータ通信を実現すべく様々な手段が提案されている。例えば、スマートメータに近距離の無線機を設け、メッシュ型のネットワークを形成したり、ＬＴＥ（Long Term Evolution）といった携帯電話網によってスター型のネットワークを形成したり、電力線通信によるスター型のネットワークを形成することが考えられる。

また、メッシュ型のネットワークの応用として、基幹ネットワークと無線ＬＡＮによるアドホック通信とを併設し、基幹ネットワークの障害時においてアドホック通信に切り替えることでスマートメータを安定して運用する技術が知られている（例えば、特許文献１）。また、ネットワークのルーティングに関する技術も公開されている（例えば、特許文献２）。

特開２０１２−０６５４２２号公報 特開２０１２−１０５２５８号公報

センサネットワークシステムでは、複数のメータそれぞれにセンサノードが対応付けられ、センサノードは中継機を通じてセンター装置と通信を確立する。中継機は、所定範囲内に設置される所定数のメータ単位で割り当てられ、所定数のメータのうちのいずれかのメータに対応付けて設置される。そして、中継機は、無線通信を介して、所定範囲内に設置されたメータそれぞれに対応付けられたセンサノードからメータの情報を取得し、センター装置に送信する。したがって、中継機は、所定範囲を想定した所定数のセンサノードと無線通信を確立し易い適切な位置に設置しなければならない。

しかし、通信環境のみに基づいて中継機を対応付けるメータを決定すると、中継機を設置した直後に、中継機を設置した建築物が取り壊された等の事象が起こり、中継機としての役割を十分果たせない場合が生じ得る。また、意図せず中継機が利用不能となることで、各センサノードとの通信が途絶え、メータの情報を取得できなくなるおそれもある。

本発明は、このような課題に鑑み、中継機を適切に設置することが可能なセンサネットワークシステムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のセンサネットワークシステムは、複数のメータそれぞれに対応付けられたセンサノードと、センサノードに接続され、センサノードを通じてメータの情報を収集する中継機と、中継機を通じて収集したメータの情報を受信するセンター装置と、複数のメータのうち、中継機を対応付けるメータを設定する中継機設定部と、を備え、メータと、メータが設置されている建築物の建物完成年月とが対応付けられており、中継機設定部は、建物完成年月に基づいて、メータに対応付けられたセンサノードに中継機を接続するか否か決定する。

中継機設定部は、建物完成年月に基づいて建築経過期間を算出し、建築経過期間が所定期間以上であれば、メータに対応付けられたセンサノードに中継機を接続することを禁止するとしてもよい。

本発明によれば、中継機を適切に設置することが可能となる。

センサネットワークシステムの概略的な構成を示した説明図である。 センター装置の概略的な構成を示した機能ブロック図である。 中継機設定方法の流れを示すフローチャートである。 メータデータベースの構成を説明するための説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（センサネットワークシステム１００）
図１は、センサネットワークシステム１００の概略的な構成を示した説明図である。図１に示すように、センサネットワークシステム１００は、複数のメータ１１０と、複数のセンサノード１１２と、複数の中継機１１４と、センター装置１１６と、基地局１１８とを含んで構成される。

メータ１１０は、例えば、スマートメータであり、需要者、すなわち、個別住宅や集合住宅の各住戸単位で設置される。メータ１１０は、ガス事業者から需要者にガスを供給したり、電力事業者から需要者に電力を供給したりする場合に、少なくともガスや電力の使用量を自動的に検針する装置である。本実施形態では、説明の便宜上、ガス事業者によるガスのメータ１１０について例示するが、電力（電気）にも適用できることは言うまでもない。

センサノード１１２は、メータ１１０それぞれに対し１対１に対応付けられて設置され、少なくともメータ１１０で利用される情報（データ）の送受信を行う。

中継機１１４は、異なるネットワーク同士を接続するゲートウェイ機器として機能し、複数のセンサノード１１２のいずれかに対応付けて設置される。中継機１１４は、その中継機１１４に対応付けられたセンサノード１１２と有線で通信を確立するとともに、センター装置１１６との通信を確立する。そして、中継機１１４は、対応付けられたセンサノード１１２を通じて、周囲の１または複数のセンサノード１１２と無線通信を確立する。

ただし、センサノード１１２同士の通信は、近距離無線で実現されているため、全てのセンサノード１１２が、中継機１１４に対応付けられたセンサノード１１２と、無線通信を直接確立できるとは限らない。この場合、センサノード１１２は、無線通信可能な他のセンサノード１１２を１または複数回ホップ（経由）して中継機１１４に接続される。こうして、中継機１１４は、対応付けられたセンサノード１１２および周囲の他のセンサノード１１２を通じて、各センサノード１１２の情報をセンター装置１１６に送信するとともに、センター装置１１６の情報を周囲のセンサノード１１２に送信することができる。なお、このとき、伝達される情報には、情報が伝達される際に経由した中継機１１４および基地局１１８を特定する識別子も含まれるので、センター装置１１６は、その情報の発信元と経路を特定することができる。

センター装置１１６は、コンピュータ等で構成され、ガス事業者や電力事業者といったセンサネットワークシステム１００の管理者側に属する機器である。センター装置１１６は、１または複数の中継機１１４と通信を確立して、情報を収集または送信する。なお、メータ１１０が設置されている位置（座標情報）は、センター装置１１６において導管マッピング（ＧＩＳシステム）を通じて管理されている。したがって、メータ１１０に設置されるセンサノード１１２の位置や、センサノード１１２と併設される中継機１１４の位置も導管マッピングによって特定できる。

基地局１１８は、中継機１１４およびセンター装置１１６のいずれとも通信を確立でき、中継機１１４とセンター装置１１６との通信を中継する。

ここで、各装置間の通信について説明する。例えば、中継機１１４と基地局１１８との無線通信、および、基地局１１８とセンター装置１１６との通信は、携帯電話網やＰＨＳ（Personal Handyphone System）網等の、例えば、ＬＴＥといった、通信量に応じて通信料が生じる既存の有料通信網が用いられる。かかる有料通信網は、ガス事業者や電力事業者と異なる、例えば、通信事業者が管理している。

センサノード１１２同士は、例えば、９２０ＭＨｚ帯を利用するスマートメータ用無線システム（Ｕ−Ｂｕｓ Ａｉｒ）を通じた無線通信を確立する。かかるセンサノード１１２同士の無線通信は無料であることを想定しているが、有料か無料かは問わず、少なくとも中継機１１４とセンター装置１１６との間の通信より通信コストが低ければよい。このような無線通信により、中継機１１４は、有料通信網を通じて、センター装置１１６と接続されると共に、スマートメータ用無線システムを通じて各センサノード１１２と接続される。

センサネットワークシステム１００では、需要者単位で、メータ１１０およびセンサノード１１２が配置されている。また、上述したように、メータ１１０およびセンサノード１１２に対し、中継機１１４が併設される場合もある。センター装置１１６は、センサノード１１２や中継機１１４を通じてメータ１１０の情報を収集、または、メータ１１０を制御する。したがって、センサノード１１２や中継機１１４は、需要者が存在するあらゆる位置に配置されることとなる。

ここでは、センサノード１１２から中継機１１４までのスマートメータ用無線システムと、中継機１１４からセンター装置１１６までの既存の有料通信網とを併用することで、センサノード１１２とセンター装置１１６との通信を低コストで実現する。すなわち、中継機１１４は、別途の通信料が不要なアドホック通信を通じて複数のセンサノード１１２から情報を収集する。そして、中継機１１４は、通信料を費やすものの、１日に１回の短時間で、収集した情報を一度にセンター装置１１６に送信する。こうして、中継機１１４の有料通信網の利用を最小限に留めることができ、センサネットワークシステム１００全体の通信コストを削減することが可能となる。

また、上記スマートメータ用無線システムは、近距離無線を想定しているため、無線通信に費やす電力は比較的少ない。したがって、センサノード１１２の電源は、電池等で賄うことができ、センサネットワークシステム１００の消費電力を削減することが可能となる。有料通信網は、スマートメータ用無線システムと比べると相対的に電力を消費し易いので、大容量の電池もしくは別途の電源を要する。しかし、センサノード１１２に対して中継機１１４の絶対数が少なく、かつ、１台当たりの通信頻度および通信時間が少ないので、全てのセンサノード１１２から携帯電話網を常時利用する場合に比べ、消費電力を極めて低く抑えることができる。

（中継機１１４の設置）
上述したように、センサノード１１２とセンター装置１１６とで情報を伝達するセンサネットワークシステム１００を構築することで、ガス事業者の検針員がメータ１１０を直接検針しなくても、検針情報を収集（自動検針）することが可能となり、業務の効率化を図ることができる。

このようなセンサネットワークシステム１００では、所定範囲内に位置していることを想定した所定数のメータ１１０単位で中継機１１４を１台割り当てている。こうして、センサネットワークシステム１００では、必要最小限の中継機１１４で効率的にメータ１１０の情報を収集する。

なお、中継機１１４が割り当てられる所定数のメータ１１０には、既にセンサノード１１２が対応付けられたスマートメータのみならず、今後、スマートメータへの交換が行われるメータ１１０も含まれ、共通の中継機１１４が割り当てられる各メータ１１０に同一のネットワークＩＤが付される。

また、所定数は、所定年（例えば１０年）後においても、中継機１１４がセンサノード１１２と通信できるよう、中継機１１４の最大許容数以下に設定されている。例えば、最大許容数「５０」に対し所定数を「３０」とする。したがって、３０個のメータ１１０が含まれる所定範囲のいずれかのメータ１１０に中継機１１４が対応付けられることになる。

上述したように、センサノード１１２は、無線通信可能な他のセンサノード１１２を１または複数回ホップ（経由）して中継機１１４に接続される場合がある。ここで、センサノード１１２の処理負荷を軽減するためホップ数は少ない方がよい。したがって、中継機１１４は、所定範囲内に設置される全てのセンサノード１１２と無線通信を確立し易い、すなわち、ホップ数が比較的少なくなるような適切な位置に設置しなければならない。

しかし、中継機１１４の新設時において、通信距離等、通信環境のみに基づいて中継機１１４を対応付けるメータを決定すると、中継機としての役割を十分果たせない場合が生じ得る。例えば、建築年月が古い建築物内のメータに中継機１１４を新たに設置したとする。このような建築物が老朽化によって取り壊されると、併せて、中継機１１４も撤去されて利用不能となる。また、このように意図せず中継機１１４が利用不能となることで、本来、その中継機１１４と通信を確立することが想定された各センサノード１１２との通信が途絶え、メータ１１０の情報を取得できなくなるおそれもある。結果として、構築していたセンサネットワークシステム１００が解体されることとなる。

また、メータ１１０は、検定有効期間が、例えば、１０年といったように決まっており、その検定有効期間の満了に伴って交換しなければならない。そして、メータ１１０の交換に伴い、経年劣化による不具合を解消するため、メータ１１０に対応するセンサノード１１２や、センサノード１１２に接続される中継機１１４も交換される。メータ１１０の交換時において、センサネットワークシステム１００を再構築し、中継機１１４を対応付けるメータ１１０を変更する場合もある。

このような中継機１１４の交換時において、例えば、中継機１１４を交換した直後に、中継機１１４を設置した建築物が取り壊され、中継機１１４が利用不能となる場合があり、それに伴い、メータ１１０の情報を取得できなくなるおそれもある。

そこで、本実施形態では、中継機１１４を対応付ける候補となり得るメータ１１０が設置された建築物の建物完成年月（建築年月）を参照して、中継機１１４を適切に設置する。なお、建物完成年月は建物が完成した年月を示し、代わりに、竣工検査が完了した年月を示す竣工日を用いてもよい。

図２は、センター装置１１６の概略的な構成を示した機能ブロック図である。センター装置１１６は、センター通信部１３０と、センター保持部１３２と、センター制御部１３４とを含んで構成される。

センター通信部１３０は、基地局１１８を通じて中継機１１４と通信を確立する。センター保持部１３２は、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、センター装置１１６に用いられる導管マッピングや、後述するメータデータベース等、各種情報を保持する。センター制御部１３４は、プロセッサ、プログラムを格納するメモリで構成される。センター制御部１３４は、プロセッサがプログラムを実行することで、中継機設定部１４０といった機能モジュールとして機能する。

以下、本実施形態の中継機設定方法について、センター制御部１３４の機能モジュールの動作も踏まえて詳述する。なお、以下では、センター装置１１６がセンサネットワークシステム１００の中継機設定方法を実現する例を挙げて説明するが、かかる場合に限らず、プロセッサを有する任意のコンピュータを用いてセンサネットワークシステム１００の中継機設定方法を実現することができる。

（中継機設定方法）
図３は、中継機設定方法の流れを示すフローチャートである。中継機設定方法では、中継機設定部１４０が、中継機１１４の新設時、または、中継機１１４の交換時において、中継機１１４を対応付けるメータ１１０の候補を導出し（Ｓ１００）、メータ１１０が設置された建築物の建築経過期間を判定し（Ｓ１０２）、中継機１１４を対応付けるメータ１１０を決定する（Ｓ１０４）。以下、中継機設定方法の各処理について詳細に説明し、本実施形態の特徴と無関係な処理については説明を省略する。

（メータ候補導出処理Ｓ１００）
中継機設定部１４０は、複数のメータ１１０のうち、中継機１１４を対応付けるメータ１１０の候補を導出する。例えば、中継機設定部１４０は、ネットワークＩＤが等しい所定数（例えば、３０台）のメータ１１０に対応付けられたセンサノード１１２全てについて、任意のセンサノード１１２と、他の全てのセンサノード１１２とのホップ数を積算し、その平均値が最も小さいセンサノード１１２に対応付けられたメータ１１０を中継機１１４に対応付ける候補とする。かかる中継機１１４を対応付けるメータ１１０の導出手法については、既に公開されている様々な技術を適用できるので、ここでは、その具体的な説明を省略する。

（建築経過期間判定処理Ｓ１０２）
中継機設定部１４０は、メータデータベースから、中継機１１４を対応付ける候補となったメータ１１０が設置されている建築物の建物完成年月および建築物用途コードを取得する。ここで、建築物用途コードは、建築物の用途を特定可能なコードであり、例えば、木造集合住宅＝「１」、鉄筋集合住宅＝「２」等の数値で示される。なお、建築物の用途が、木造集合住宅、鉄筋集合住宅に限られないのは言うまでもない。

図４は、メータデータベースの構成を説明するための説明図である。メータデータベースでは、センサネットワークシステム１００に用いられる全てのメータ１１０に対し、そのメータ１１０に付与されたネットワークＩＤ、そのメータ１１０が設置されている建築物の建物完成年月（年．月）、建築物用途コードが対応付けられている。

そして、中継機設定部１４０は、取得した建物完成年月と、現時点の年月との差分（現時点の年月−建物完成年月）である建築経過期間を算出する。中継機設定部１４０は、算出した建築経過期間が、取得した建築物用途コードに基づく所定期間以上であるか否か判定する（Ｓ１０２）。その結果、建築経過期間が所定期間以上であれば（Ｓ１０２におけるＹＥＳ）、中継機設定部１４０は、その中継機１１４を対応付ける候補となったメータ１１０を候補から排除し、ステップＳ１００からの処理を繰り返す。この場合、中継機設定部１４０は、候補から排除されたメータ１１０を除いて、中継機１１４を対応付けるメータ１１０の候補を再度導出する。したがって、結果的に、建築経過期間が所定期間以上となる建築物に設置されたメータ１１０に対応付けられたセンサノード１１２には、中継機１１４を接続することが禁止される。

ここで、所定期間は、建築物用途コードに基づいて、例えば、耐用年数から検定有効期間を減算して導出される。例えば、木造集合住宅の耐用年数は２２年、鉄筋集合住宅の耐用年数は４７年である。また、検定有効期間は１０年なので、設置された中継機１１４は最長１０年利用され得る。したがって、建築物用途コードが木造集合住宅を示していれば、所定期間は、耐用年数（２２年）−検定有効期間（１０年）＝１２年となる。また、建築物用途コードが鉄筋集合住宅を示していれば、所定期間は、耐用年数（４７年）−検定有効期間（１０年）＝３７年となる。所定期間をこのように定義することで、中継機１１４の利用可能年数である１０年間の間に、中継機１１４が利用不能となることを回避できる。

なお、所定期間は、かかる場合に限らず、耐用年数が最小となる建築物の耐用年数から検定有効期間を減算した期間を固定的に用いてもよいし、さらに、その建築物の近傍における開発計画や災害情報にも基づいて導出してもよい。

（メータ決定処理Ｓ１０４）
ステップＳ１０２において、建築経過期間が所定期間未満であると判定されると（Ｓ１０２におけるＮＯ）、中継機設定部１４０は、中継機１１４を対応付ける候補となっているメータ１１０を、中継機１１４を対応付ける対象として決定する。

以上の構成により、中継機１１４を、適切なメータ１１０に対応付けて設置することが可能となり、中継機１１４が交換時期よりも早く撤去される事態を回避することが可能となる。

なお、ここで、中継機設定部１４０が、メータ１１０が設置された建築物の建築経過期間が所定期間以上であれば、メータ１１０に対応付けられたセンサノード１１２に中継機１１４を接続することを禁止する例を挙げて説明した。しかし、かかる場合に限らず、中継機設定部１４０が、メータ１１０が設置された建築物の建築経過期間が所定期間未満であれば、メータ１１０に対応付けられたセンサノード１１２に中継機１１４を接続することを許可する構成としてもよい。

また、ここでは、中継機設定部１４０が、メータデータベースにから取得した建物完成年月に基づいて、建築経過期間を算出し、建築経過期間を所定期間と比較して中継機１１４の接続可否を判定する例を挙げて説明している。しかし、かかる場合に限らず、中継機設定部１４０が、現時点から所定期間を減算した基準年月（年．月）を算出し、メータデータベースにから取得した建物完成年月と比較して中継機１１４の接続可否を判定するとしてもよい。また、センター装置１１６において、建物完成年月に基づいて、建築経過期間が常に算出され、メータデータベースにおいてメータ１１０に予め建築経過期間が対応付けられ、中継機設定部１４０は、メータデータベースから、直接、建築経過期間を取得し、所定期間と比較して中継機１１４の接続可否を判定するとしてもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態において、中継機設定部１４０は、メータ１１０が設置された建築物の建築経過期間が所定期間以上であれば、メータ１１０に対応付けられたセンサノード１１２に中継機１１４を接続することを禁止する例を挙げて説明した。しかし、かかる場合に限らず、中継機設定部１４０は、ネットワークＩＤが等しい所定数のメータ１１０において、メータ１１０が設置された建築物の建築経過期間が相対的に長い方から所定数（例えば、メータ１０個）以内であれば、メータ１１０に対応付けられたセンサノード１１２に中継機１１４を接続することを禁止するとしてもよい。また、中継機設定部１４０は、ネットワークＩＤが等しい所定数のメータ１１０において、メータ１１０が設置された建築物の建築経過期間が相対的に短い方から所定数（例えば、メータ２０個）以内であれば、メータ１１０に対応付けられたセンサノード１１２に中継機１１４を接続することを許可するとしてもよい。こうして、建築経過期間が比較的長い建築物に設置されたメータ１１０に中継機１１４を対応付けることが可能となる。

また、中継機設定部１４０は、ネットワークＩＤが等しい所定数のメータ１１０において、メータ１１０が設置された建築物の建築経過期間が相対的に長い方から所定割合（相対的に長いメータ１１０の数／所定数、例えば、３０％）以内であれば、メータ１１０に対応付けられたセンサノード１１２に中継機１１４を接続することを禁止するとしてもよい。もしくは、中継機設定部１４０は、ネットワークＩＤが等しい所定数のメータ１１０において、メータ１１０が設置された建築物の建築経過期間が相対的に短い方から所定割合（例えば、７０％）以内であれば、メータ１１０に対応付けられたセンサノード１１２に中継機１１４を接続することを許可するとしてもよい。こうして、建築経過期間が比較的長い建築物に設置されたメータ１１０に中継機１１４を対応付けることが可能となる。

また、コンピュータを、上記センサネットワークシステム１００を設計する装置、メータ１１０、センサノード１１２、または、センター装置１１６として機能させるプログラムや、当該プログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能なフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ等の記憶媒体も提供される。ここで、プログラムは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理手段をいう。

なお、本明細書に示した各処理は、必ずしもフローチャートに記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。

１００ センサネットワークシステム
１１０ メータ
１１２ センサノード
１１４ 中継機
１１６ センター装置
１４０ 中継機設定部

Claims (2)

1. 複数のメータそれぞれに対応付けられたセンサノードと、
   前記センサノードに接続され、前記センサノードを通じて前記メータの情報を収集する中継機と、
   前記中継機を通じて収集した前記メータの情報を受信するセンター装置と、
   複数の前記メータのうち、前記中継機を対応付ける前記メータを設定する中継機設定部と、
   を備え、
   前記メータと、前記メータが設置されている建築物の建物完成年月とが対応付けられており、
   前記中継機設定部は、前記建物完成年月に基づいて、前記メータに対応付けられた前記センサノードに前記中継機を接続するか否か決定するセンサネットワークシステム。
2. 前記中継機設定部は、前記建物完成年月に基づいて建築経過期間を算出し、前記建築経過期間が所定期間以上であれば、前記メータに対応付けられた前記センサノードに前記中継機を接続することを禁止する請求項１に記載のセンサネットワークシステム。

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