JP7052218B2 - エッジコンピューティングシステム、通信制御方法及び通信制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、エッジコンピューティングシステム、通信制御方法及び通信制御プログラムに関し、特に、センサが取得したデータを適切にサーバに保存するエッジコンピューティングシステム、エッジコンピューティングシステムにおける通信制御方法及びセンサから取得したデータをサーバに送信するエッジデバイスで動作する通信制御プログラムに関する。

物理層でセンサを用いてデータを取得し、取得したデータを収集してクラウドに保存し、保存したデータをクラウドで解析し、解析結果を物理層に通知するシステム（いわゆるＩｏＴ（Internet of Things）システム）では、センサからクラウドに効率的にデータを転送することが求められる。

このＩｏＴシステムは、データを取得するセンサと、センサからデータを取得するエッジデバイスと、エッジデバイスからデータを収集するエッジサーバと、エッジサーバからデータを取得して保存するクラウドサーバなどで構成されるが、リアルタイム性が要求されるＩｏＴシステムでは、最もデータ通信量が多いエッジデバイスとエッジサーバとの間で、効率的にデータを転送することが重要であり、例えば、エッジサーバ側がビジーであった場合に、データ量を少なくするなどして通信データを確保することが行われている。

このようなデータ転送に関連する技術として、例えば、下記特許文献１には、複数のビデオを評価する評価サーバであって、複数のビデオの中で、同じイベントを取り込んだビデオを、該ビデオが或る地理的エリアに又は或る地理的エリア内にあるロケーションから撮影されたか否かを判断し、かつ該ビデオが或る時刻に又は或る時間内に撮影されたか否かを判断することによって識別するモジュールと、同じイベントから撮影されたものとして識別されたビデオについて、１つ又は複数のシーンに基づく関連度パラメータを自動的に取得するモジュールであって、該評価サーバは、複数のビデオをリアルタイムで受信するモジュールと、関連度パラメータを取得してビデオの更新された優先度値を取得するモジュールと、優先度値に基づいて処理の優先度を再構成するモジュールとを備える構成が開示されている。

また、下記特許文献２には、通信モードとして、映像および音声の品質を優先して遅延を許容した高品質モード、低遅延であることを優先し、高品質モードより品質が低い低遅延モードを有する配信システムが開示されており、高品質モードにおいては、一方向通信の際に、各通信端末において高品質な映像、音声の配信を受けることができ、また低遅延モードにおいては、双方向通信によるコミュニケーションの際に、リアルタイム性の高い円滑なコミュニケーションを可能とすることが記載されている。

また、下記特許文献３には、複数の電力負荷それぞれの消費電力を取得する取得部と、消費電力に基づくデータを、ネットワークを介してサーバに送信する通信部と、ネットワークの混雑度を取得する制御部とを備え、制御部は、混雑度に基づきデータの重要度を決定し、当該重要度の高いデータから優先的に送信するように通信部を制御する送信装置が開示されている。

特開２０１２－１６５３７１号公報 特開２０１２－２５３８２３号公報 特開２０１４－１６６０７３号公報

上述したように、エッジサーバ側がビジーであった場合に、データ量を少なくするなどして通信データを確保することにより、リアルタイム処理に要求される最低限のデータを送信することができる。しかしながら、コストの問題により、エッジデバイスにはエッジサーバに送信できなかったデータを記憶可能な十分な容量のメモリを持つことができず、また、エッジデバイスとエッジサーバとの間の通信帯域の性能に関する問題により、最終的にビッグデータ解析などで使用するデータとして全データをシステム上にストレージすることができない場合が生じる。

すなわち、センサ、エッジデバイス、エッジサーバ及びクラウドサーバなどで構成されるＩｏＴシステムにおいて、従来は、リアルタイム性の確保と、ビッグデータへの対応のための全データのストレージと、を両立させることができないという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、エッジデバイスとエッジサーバとの間のデータ通信を適切に制御して、リアルタイム性の確保と全データのストレージとを両立させることができるエッジコンピューティングシステム、通信制御方法及び通信制御プログラムを提供することにある。

本発明の一側面は、１又は複数のセンサと、前記１又は複数のセンサに接続されるエッ
ジデバイスと、前記エッジデバイスに接続されるサーバと、を含むエッジコンピューティ
ングシステムであって、前記エッジデバイスは、前記１又は複数のセンサから複数のデー
タを受信するデータ受信制御部と、前記複数のデータを前記サーバに送信するデータ送信
制御部と、を備え、前記データ受信制御部は、前記１又は複数のセンサから受信した各々
のデータに、受信したタイミング及びセンサを特定する第１の識別情報を付加し、前記デ
ータ送信制御部は、前記サーバの状態及び／又は前記エッジデバイスと前記サーバとの間
の通信負荷に応じて、前記複数のデータを連続して送信する第１のデータ送信モード、又
は、前記第１の識別情報及び予め各々の前記センサに割り当てられた優先度に基づいて選
択されるデータを先に送信して残りのデータを一時保存し、前記残りのデータを後で送信
する第２のデータ送信モード、のいずれかで、前記複数のデータを前記サーバに送信し、
前記サーバは、前記エッジデバイスから受信した前記複数のデータを解析するデータ解析
部を備え、前記データ解析部は、前記第１の識別情報に基づいて、前記複数のデータを並
び替える、ことを特徴とする。
本発明の一側面は、１又は複数のセンサと、前記１又は複数のセンサに接続されるエッ
ジデバイスと、前記エッジデバイスに接続されるサーバと、を含むエッジコンピューティ
ングシステムであって、前記エッジデバイスは、前記１又は複数のセンサから複数のデー
タを受信するデータ受信制御部と、前記複数のデータを前記サーバに送信するデータ送信
制御部と、前記１又は複数のセンサから受信した各々のデータを解析して、当該データの
特徴を表す特徴量を抽出する特徴量抽出部と、を備え、前記データ送信制御部は、前記サ
ーバの状態及び／又は前記エッジデバイスと前記サーバとの間の通信負荷に応じて、前記
複数のデータを連続して送信する第１のデータ送信モード、又は、前記特徴量及び予め各
々の前記センサに割り当てられた優先度に基づいて選択されるデータを先に送信して残り
のデータを一時保存し、前記残りのデータを後で送信する第２のデータ送信モード、のい
ずれかで、前記複数のデータを前記サーバに送信し、前記特徴量抽出部は、前記特徴量に
基づいて、当該特徴量を抽出したデータを分割し、分割した各々のデータに、当該各々の
データを関連付ける第２の識別情報を付加し、前記サーバは、前記エッジデバイスから受
信した前記複数のデータを解析するデータ解析部を備え、前記データ解析部は、前記第２
の識別情報に基づいて、前記分割したデータを結合する、ことを特徴とする。

本発明の一側面は、１又は複数のセンサと、前記１又は複数のセンサに接続されるエッ
ジデバイスと、前記エッジデバイスに接続されるサーバと、を含むエッジコンピューティ
ングシステムにおける通信制御方法であって、前記エッジデバイスは、前記１又は複数の
センサから複数のデータを受信するデータ受信処理と、前記複数のデータを前記サーバに
送信するデータ送信処理と、を実行し、前記データ受信処理では、前記１又は複数のセン
サから受信した各々のデータに、受信したタイミング及びセンサを特定する第１の識別情
報を付加し、前記データ送信処理では、前記サーバの状態及び／又は前記エッジデバイス
と前記サーバとの間の通信負荷に応じて、前記複数のデータを連続して送信する第１のデ
ータ送信モード、又は、前記第１の識別情報及び予め各々の前記センサに割り当てられた
優先度に基づいて選択されるデータを先に送信して残りのデータを一時保存し、前記残り
のデータを後で送信する第２のデータ送信モード、のいずれかで、前記複数のデータを前
記サーバに送信し、前記サーバは、前記エッジデバイスから受信した前記複数のデータを
解析するデータ解析処理を実行し、前記データ解析処理では、前記第１の識別情報に基づ
いて、前記複数のデータを並び替える、ことを特徴とする。
本発明の一側面は、１又は複数のセンサと、前記１又は複数のセンサに接続されるエッ
ジデバイスと、前記エッジデバイスに接続されるサーバと、を含むエッジコンピューティ
ングシステムにおける通信制御方法であって、前記エッジデバイスは、前記１又は複数の
センサから複数のデータを受信するデータ受信処理と、前記複数のデータを前記サーバに
送信するデータ送信処理と、前記１又は複数のセンサから受信した各々のデータを解析し
て、当該データの特徴を表す特徴量を抽出する特徴量抽出処理と、を実行し、前記特徴量
抽出処理では、前記特徴量に基づいて、当該特徴量を抽出したデータを分割し、分割した
各々のデータに、当該各々のデータを関連付ける第２の識別情報を付加し、前記データ送
信処理では、前記サーバの状態及び／又は前記エッジデバイスと前記サーバとの間の通信
負荷に応じて、前記複数のデータを連続して送信する第１のデータ送信モード、又は、前
記特徴量及び予め各々の前記センサに割り当てられた優先度に基づいて選択されるデータ
を先に送信して残りのデータを一時保存し、前記残りのデータを後で送信する第２のデー
タ送信モード、のいずれかで、前記複数のデータを前記サーバに送信し、前記サーバは、
前記エッジデバイスから受信した前記複数のデータを解析するデータ解析処理を実行し、
前記データ解析処理では、前記第２の識別情報に基づいて、前記分割したデータを結合す
る、ことを特徴とする。

本発明の一側面は、１又は複数のセンサと、前記１又は複数のセンサに接続されるエッジデバイスと、前記エッジデバイスに接続されるサーバと、を含むエッジコンピューティングシステムにおける前記エッジデバイスで動作する通信制御プログラムであって、前記エッジデバイスに、前記１又は複数のセンサから複数のデータを受信するデータ受信処理、前記複数のデータを前記サーバに送信するデータ送信処理、を実行させ、前記データ送信処理では、前記サーバの状態及び／又は前記エッジデバイスと前記サーバとの間の通信負荷に応じて、前記複数のデータを連続して送信する第１のデータ送信モード、又は、予め各々の前記センサに割り当てられた優先度に基づいて選択されるデータを先に送信して残りのデータを一時保存し、前記残りのデータを後で送信する第２のデータ送信モード、のいずれかで、前記複数のデータを前記サーバに送信することを特徴とする。

本発明のエッジコンピューティングシステム、通信制御方法及び通信制御プログラムによれば、エッジデバイスとエッジサーバとの間のデータ通信を適切に制御して、リアルタイム性の確保と全データのストレージとを両立させることができる。

その理由は、エッジデバイスに、１又は複数のセンサから複数のデータを受信するデータ受信制御部と、複数のデータをエッジサーバに送信するデータ送信制御部と、を設け、データ送信制御部は、サーバの状態及び／又はエッジデバイスとサーバとの間の通信負荷に応じて、複数のデータを連続して送信する第１のデータ送信モード、又は、予め各々のセンサに割り当てられた優先度に従って選択されるデータを先に送信して残りのデータを一時保存し、残りのデータを後で送信する第２のデータ送信モード、のいずれかで、複数のデータをサーバに送信するからである。

本発明の一実施例に係るＩｏＴシステムの構成を示す模式図である。 本発明の一実施例に係るエッジデバイスの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施例に係るエッジサーバの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施例に係るクラウドサーバの構成を示すブロック図である。 ＩｏＴシステムのデータ通信動作（送信待ちなしの場合）を示すシーケンス図である。 ＩｏＴシステムのデータ通信動作（エッジサーバに即時送信できない場合）を示すシーケンス図である。 本発明の一実施例に係るエッジデバイスの動作（全体処理）を示すフローチャート図である。 本発明の一実施例に係るエッジデバイスの動作（センサデータ取得処理）を示すフローチャート図である。 本発明の一実施例に係るエッジデバイスの動作（送信モード設定処理）を示すフローチャート図である。 本発明の一実施例に係るエッジデバイスの動作（高優先度データ送信処理）を示すフローチャート図である。 本発明の一実施例に係るナンバリングを説明する図である。 本発明の一実施例に係るナンバリングを説明する図である。 本発明の一実施例に係るセンサの優先度を説明する図である。 本発明の一実施例に係るセンサデータの並べ替えを説明する図である。 本発明の一実施例に係るセンサデータの特徴量を説明する図である。 本発明の一実施例に係るセンサデータの特徴量を説明する図である。 本発明の一実施例に係るエッジデバイスからエッジサーバへのデータの転送の仕方とストレージの方法（送信待ちなし）を説明する図である。 本発明の一実施例に係るエッジデバイスからエッジサーバへのデータの転送の仕方とストレージの方法（即時送信できない場合）を説明する図である。

背景技術で示したように、センサ、エッジデバイス、エッジサーバ及びクラウドサーバなどで構成されるＩｏＴシステムにおいて、最もデータ通信量が多いエッジデバイスとエッジサーバとの間でデータを効率的に転送することが重要である。

その方法として、エッジサーバ側がビジーの場合に、データ量を少なくするなどして通信データを確保することにより、リアルタイム処理に要求される最低限のデータを送信する方法があるが、コストの問題により、エッジデバイスにはエッジサーバに送信できなかったデータを記憶可能な十分な容量のメモリを持つことができず、また、エッジデバイスとエッジサーバ間での通信帯域の性能に関する問題により、全データをシステム上にストレージすることができない場合が生じる。すなわち、従来ＩｏＴシステムでは、リアルタイム性の確保と、ビッグデータへの対応のための全データのストレージと、を両立させることができないという問題があった。

この問題に対して、特許文献１では、複数のデバイスからサーバにデータをアップロードする仕組みを開示しているが、特許文献１は、デバイスからの全データをサーバに対してアップロードするシステムではないため、リアルタイム性の確保と全データのストレージとを両立させることはできない。

また、特許文献２では、高品質モードと低遅延モードとを切り替えてデータを送信するシステムを開示しているが、特許文献２は、データを間引く際にデータの特徴量を抽出していないことに加えて、間引いたデータ全てを後で送信する構成ではないため、やはり、リアルタイム性の確保と全データのストレージとを両立させることはできない。

また、特許文献３では、消費電力を用いて混雑度に基づきデータの重要度を決定し、当該重要度の高いデータから優先的に送信するシステムを開示しているが、特許文献３は、常に全データを転送し続けるものであるため、やはり、リアルタイム性の確保と全データのストレージとを両立させることはできない。

そこで、本発明の一実施の形態では、エッジコンピューティングを用いたＩｏＴシステムにおいて、エッジデバイスは、エッジサーバの状態やエッジデバイスとエッジサーバとの間の通信負荷に基づいて、データ送信モードを設定し、優先度の高いデータのみを送信するデータ送信モードに設定された場合に、センサの優先度（又はセンサの優先度及びデータの特徴量）に基づいて選択されるデータのみを優先して送信し、それ以外のデータはエッジデバイス側に一時的に保存する。そして、エッジサーバの状態や通信負荷に基づいて通常のデータ送信モードに設定されたら、エッジデバイスに一時的に保存したデータをエッジサーバ側へ送信するように制御する。

このような制御を行うことにより、リアルタイム性の確保と全データのストレージとを両立させることが可能となる。また、複数のセンサがある場合でも、重要となるセンサのデータのリアルタイム性を確保することができる。更に、通信負荷が大きい時に、通信を圧迫せずにリアルタイム性を確保することができる。

上記した本発明の一実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の一実施例に係るエッジコンピューティングシステム、通信制御方法及び通信制御プログラムについて、図１乃至図１８を参照して説明する。図１は、本実施例のＩｏｔシステムの構成を示す模式図であり、図２乃至図４は、各々、エッジデバイス、エッジサーバ、クラウドサーバの構成を示すブロック図である。また、図５及び図６は、ＩｏＴシステムのデータ通信動作を示すシーケンス図であり、図７乃至図１０は、本実施例のエッジデバイスの動作を示すフローチャート図である。また、図１１及び図１２は、ナンバリングを説明する図であり、図１３は、センサの優先度を説明する図、図１４は、センサデータの並べ替えを説明する図である。また、図１５及び図１６は、センサデータの特徴量を説明する図であり、図１７及び図１８は、エッジデバイスからエッジサーバへのデータの転送の仕方とストレージの方法を説明する図である。

図１に示すように、本実施例のＩｏＴシステム１０は、各種の状態を検知する１又は複数のセンサ２０と、１又は複数のセンサ２０からデータを取得する１又は複数のエッジデバイス３０と、１又は複数のエッジデバイス３０からデータを収集するエッジサーバ４０と、エッジサーバ４０からデータを取得して保存するクラウドサーバ５０などで構成される。センサ２０とエッジデバイス３０とは直接接続され、エッジデバイス３０とエッジサーバ４０、エッジサーバ４０とクラウドサーバ５０とはイーサネット（登録商標）、トークンリング、ＦＤＤＩ（Fiber-Distributed Data Interface）等の規格により定められる通信ネットワークを介して接続されている。

なお、図１では、ＩｏＴシステム１０をセンサ２０とエッジデバイス３０とエッジサーバ４０とクラウドサーバ５０とで構成したが、例えば、工事現場でのトラックの自動運転などに使用するレーザレーダ３０ａやヘルスケアに使用する監視カメラのように、センサ２０がエッジデバイス３０に包含されるようにしてもよいし、クラウドサーバ５０がエッジデバイス３０からデータを直接取得する構成（エッジサーバ４０を省略した構成）としてもよい。以下、図１の構成を前提にして、各装置について詳細に説明する。

［センサ］
センサ２０は、画像や動画などの周辺情報を取得するカメラなどであり、アナログ値を取得する検出部と、取得したアナログ値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部と、変換したデジタル値をエッジデバイス３０に送信する通信Ｉ／Ｆ部などを有する（図示せず）。

［エッジデバイス］
エッジデバイス３０は、１又は複数のセンサ２０からデータを取得してエッジサーバ４０に送信するマイコンなどであり、図２（ａ）に示すように、制御部３１、センサＩ／Ｆ部３２、通信Ｉ／Ｆ部３３などで構成される。

制御部３１は、マイクロプロセッサ等により構成されるＣＰＵ（Central Processing Unit）３１ａとＲＯＭ（Read Only Memory）３１ｂやＲＡＭ（Random Access Memory）３１ｃなどのメモリとで構成され、ＣＰＵ３１ａは、ＲＯＭ３１ｂに記憶した制御プログラムをＲＡＭ３１ｃに展開して実行することにより、エッジデバイス３０全体の動作を制御する。なお、どのセンサ２０から取得したデータを優先的にエッジサーバ４０に送信するかを規定するセンサ２０の優先度が予め設定され、ＲＯＭ３１ｂに記憶されている。また、ＲＡＭ３１ｃには、センサ２０から取得したデータが一時的に記憶される。

センサＩ／Ｆ部３２は、エッジデバイス３０をセンサ２０に接続し、センサ２０が検出したデータを取得可能にすると共に、センサ２０の動作を制御可能にする。

通信Ｉ／Ｆ部３２は、ＮＩＣ（Network Interface Card）やモデムなどで構成され、エッジデバイス３０を通信ネットワークに接続し、センサ２０から取得したデータをエッジサーバ４０に送信可能にする。

上記制御部３１は、図２（ｂ）に示すように、データ受信制御部３４、特徴量抽出部３５、データ送信制御部３６などとして機能する。

データ受信制御部３４は、予め定められたスキャンタイミングで、センサ２０にデータ送信を指示し、センサ２０からデータを取得する。また、データ受信制御部３４は、何回目のスキャンの際のデータであるか、どのセンサ２０からのデータであるかなどを識別できるように、取得したデータにデータヘッドを付加し、そのデータヘッドに、スキャン回数やセンサナンバーなどの識別情報を付加する。そして、データヘッドに識別情報を付加したデータをＲＡＭ３１ｃなどに記憶する。なお、所定のセンサ２０からデータを受信できない場合は、空データに識別情報を付加する。

特徴量抽出部３５は、センサ２０から取得したデータを解析し、データから、当該データの特徴を表す特徴量を抽出する。例えば、データの値が予め定めた閾値を超える部分を抽出したり、データの値が増加傾向にある部分を抽出したりする。その際、抽出した特徴量に基づいてデータを分割した場合は、分割したデータの関係性をエッジサーバ４０が認識できるように、分割した各々のデータのデータヘッドに、各々のデータを関連付ける識別情報を付加する。

データ送信制御部３６は、エッジサーバ４０にデータの送信が可能かを問い合わせ、エッジサーバ４０からデータの受信が可能との結果応答を受信したら、センサ２０から取得したデータをエッジサーバ４０に送信する。その際、エッジサーバ４０の状態やエッジデバイス３０とエッジサーバ４０との間の通信負荷を取得する。エッジサーバ４０がフリー状態であり、かつ、通信負荷が予め定めた閾値以下の場合は、データ送信モードを通常モードに設定し、各々のセンサ２０から取得した全てのデータをエッジサーバ４０に連続して送信（必要に応じて、予め設定された優先度に従い、優先度の高いセンサ２０から取得したデータから順に送信）する。また、エッジサーバ４０がビジー状態であるか、又は、通信負荷が予め定めた閾値を超える場合は、データ送信モードを高優先データ送信モードに設定し、予め設定された優先度に従い、即時送信が必要な優先度が最も高いセンサ２０から取得したデータ（必要に応じて、即時送信が優先度の高いセンサ２０から取得したデータの内の特徴量抽出部３５が抽出した特徴量に基づいて分割した部分のみ）をエッジサーバ４０に送信する。そして、エッジサーバ４０がフリー状態、かつ、通信負荷が閾値以下になったら、未送信のデータ（優先度の低いセンサ２０から取得したデータや特徴量に基づいて分割した残りの部分）を後口送信する。

なお、データ受信制御部３４、特徴量抽出部３５、データ送信制御部３６はハードウェアとして構成してもよいし、制御部３１をデータ受信制御部３４、特徴量抽出部３５、データ送信制御部３６として機能させる通信制御プログラムとして構成し、当該通信制御プログラムをＣＰＵ３１ａに実行させるようにしてもよい。

［エッジサーバ］
エッジサーバ４０は、１又は複数のエッジデバイス３０からデータを収集してクラウドサーバ５０に送信するコンピュータ装置（例えば、給紙トレイや印刷エンジンに設けた各種センサからの情報を吸い上げるＭＦＰ（Multi-Functional Peripherals）など）であり、図３（ａ）に示すように、制御部４１、記憶部４２、通信Ｉ／Ｆ部４３などで構成される。

制御部４１は、マイクロプロセッサ等により構成されるＣＰＵ４１ａとＲＯＭ４１ｂやＲＡＭ４１ｃなどのメモリとで構成され、ＣＰＵ４１ａは、ＲＯＭ４１ｂや記憶部４２に記憶した制御プログラムをＲＡＭ４１ｃに展開して実行することにより、エッジサーバ４０全体の動作を制御する。

記憶部４２は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）などで構成され、ＣＰＵ４１ａが各部を制御するためのプログラム、エッジデバイス３０から受信したデータなどを記憶する。

通信Ｉ／Ｆ部４３は、ＮＩＣやモデムなどで構成され、エッジサーバ４０を通信ネットワークに接続し、エッジデバイス３０からデータを受信可能にすると共に、クラウドサーバ５０にデータを送信可能にする。

上記制御部４１は、図３（ｂ）に示すように、データ受信制御部４６、データ解析部４７、データ送信制御部４８などとして機能する。

データ受信制御部４６は、エッジデバイス３０から、データの送信が可能であるかの問い合わせを受信し、データを受信可能であるか否かの結果応答を返信する。そして、受信可能と応答した場合は、エッジデバイス３０からデータを受信し、受信したデータを記憶部４２に保存する。

データ解析部４７は、記憶部４２に保存された、エッジデバイス３０から受信したデータを解析し、データヘッドの識別情報等を参照して、受信したデータが通常モードで送信されたデータであるか、高優先度データ送信モードで送信されたデータであるかを判断する。高優先度データ送信モードで送信されたデータの場合は、先に送信されたデータと後口で送信されるデータ（優先度の低いデータや特徴量に基づいて分割された残りの部分）とを組み合わせて（データを補完して）、データの並べ替えやデータの結合などの処理を行い、処理後のデータを記憶部４２に保存する。

データ送信制御部４８は、クラウドサーバ５０にデータの送信が可能であるかの問い合わせを行い、クラウドサーバ５０から、データを受信可能であるか否かの結果応答を受信する。そして、受信可能の結果応答を受信した場合は、クラウドサーバ５０に、記憶部４２に保存したデータを送信する。

なお、データ受信制御部４６、データ解析部４７、データ送信制御部４８はハードウェアとして構成してもよいし、制御部４１をデータ受信制御部４６、データ解析部４７、データ送信制御部４８として機能させる通信制御プログラムとして構成し、当該通信制御プログラムをＣＰＵ４１ａに実行させるようにしてもよい。

［クラウドサーバ］
クラウドサーバ５０は、エッジサーバ４０からデータを収集して保存するコンピュータ装置であり、図４（ａ）に示すように、制御部５１、記憶部５２、通信Ｉ／Ｆ部５３などで構成される。

制御部５１は、マイクロプロセッサ等により構成されるＣＰＵ５１ａとＲＯＭ５１ｂやＲＡＭ５１ｃなどのメモリとで構成され、ＣＰＵ５１ａは、ＲＯＭ５１ｂや記憶部５２に記憶した制御プログラムをＲＡＭ５１ｃに展開して実行することにより、クラウドサーバ５０全体の動作を制御する。

記憶部５２は、ＨＤＤやＳＳＤなどで構成され、ＣＰＵ５１ａが各部を制御するためのプログラム、エッジサーバ４０から受信したデータなどを記憶する。

通信Ｉ／Ｆ部５３は、ＮＩＣやモデムなどで構成され、クラウドサーバ５０を通信ネットワークに接続し、エッジサーバ４０からデータを受信可能にする。

上記制御部５１は、図４（ｂ）に示すように、データ受信制御部５４、データ保存制御部５５、データ解析部５６などとして機能する。

データ受信制御部５４は、エッジサーバ４０から、データの送信が可能であるかの問い合わせを受信し、データを受信可能であるか否かの結果応答を返信する。そして、受信可能と応答した場合は、エッジサーバ４０からデータを受信する。

データ保存制御部５５は、様々なエッジサーバ４０から受信したデータを、データ解析部５６がデータ解析可能な形態に加工して、記憶部５２などに保存する。

データ解析部５６は、記憶部５２に保存されたデータを解析し（いわゆる、ビッグデータ解析を行い）、解析結果をユーザに提供する。

なお、図１乃至図４は、本実施例のＩｏＴシステム１０の一例であり、その構成や制御内容は適宜変更可能である。例えば、上記ではセンサ２０とエッジデバイス３０とを直接接続したが、これらは通信ネットワークを介して接続される構成としても良い。また、上記では、クラウドサーバ５０がビッグデータ解析を行う構成としたが、エッジサーバ４０のデータ解析部４７が複数のセンサ２０から取得したデータを解析して、解析結果をユーザに提供するようにしてもよい。

次に、通常のＩｏＴシステム１０によるデータ通信について、図５及び図６のシーケンス図を参照して説明する。なお、ここでは、エッジデバイス３０がセンサ１～３の３つのセンサ２０からデータを受信してエッジサーバ４０に送信するものとする。

図５は、エッジデバイス３０からエッジサーバ４０へのデータ送信に送信待ちがない場合の通常シーケンスである。エッジデバイス３０は、各々のセンサ２０にデータ送信を指示し、各々のセンサ２０からデータを受信し、受信したデータをナンバリングする。そして、エッジサーバ４０にデータ送信が可能であるかを問い合わせ、結果応答が「ＯＫ」であれば、受信したデータをエッジサーバ４０に送信する。

エッジサーバ４０は、エッジデバイス３０からデータを受信すると、受信したデータを記憶部４２などにストレージする。そして、クラウドサーバ５０にデータ送信が可能であるかを問い合わせ、結果応答が「ＯＫ」であれば、ストレージしたデータをエッジサーバ４０に送信する。

クラウドサーバ５０は、エッジサーバ４０からデータを受信すると、受信したデータを記憶部５２などにストレージする。

図６は、エッジデバイス３０からエッジサーバ４０に即時送信ができない場合のシーケンスである。エッジデバイス３０は、各々のセンサ２０にデータ送信を指示し、各々のセンサ２０からデータを受信し、受信したデータをナンバリングする。その際、センサ２０とエッジデバイス３０との間で何らかの障害が発生した場合は、センサのデータ値を”データ無し”にした欠落データ（空データ）としてナンバリングする。そして、エッジサーバ４０にデータ送信が可能であるかを問い合わせ、結果応答が「ＮＧ」の場合（例えば、エッジサーバ４０の状態がビジー、又は、エッジデバイス３０とエッジサーバ４０との間の通信負荷が大きい場合）は、受信したデータを一時的に保管する。その後、再度、エッジサーバ４０にデータ送信が可能であるかを問い合わせ、結果応答が「ＯＫ」であれば、一時保管したデータをエッジサーバ４０に送信する。

エッジサーバ４０は、エッジデバイス３０からデータを受信すると、受信したデータを記憶部４２などにストレージする。そして、クラウドサーバ５０にデータ送信が可能であるかを問い合わせ、結果応答が「ＯＫ」であれば、ストレージしたデータをエッジサーバ４０に送信する。

クラウドサーバ５０は、エッジサーバ４０からデータを受信すると、受信したデータを記憶部５２などにストレージする。

図６のシーケンス図では、エッジデバイス３０からの問い合わせに対するエッジサーバ４０の結果応答が「ＮＧ」の場合、エッジデバイス３０では、受信したデータを一時的に保管するが、この制御では、リアルタイム性を確保することができず、また、受信したデータ全てを保管可能なデータ容量のメモリを用意しなければならない。そこで、本実施例では、エッジサーバ４０の結果応答が「ＮＧ」の場合に、優先度の高いデータのみを先に送信し、その後、結果応答が「ＯＫ」になったら、残りのデータを送信して、リアルタイム性の確保と全データのストレージとを両立させる。

その場合のエッジデバイス３０の通信制御方法について説明する。エッジデバイス３０のＣＰＵ３１ａは、ＲＯＭ３１ｂに記憶した通信制御プログラムをＲＡＭ３１ｃに展開して実行することにより、図７乃至図１０のフローチャート図に示す各ステップの処理を実行する。

図７に示すように、データ受信制御部３４は、センサ２０からデータを取得する（Ｓ１０１）。図８は、上記Ｓ１０１のセンサデータ取得処理の詳細を示しており、まず、データ受信制御部３４は、予め定めた所定時間が経過したかを判断し（Ｓ２０１）、所定時間が経過したら、全てのセンサ２０をスキャンする（Ｓ２０２）。具体的には、各々のセンサ２０にデータ送信を指示し、各々のセンサ２０からデータを取得する。次に、データ受信制御部３４は、受信したデータにデータヘッドを付加し、データヘッドに識別情報を付加する（Ｓ２０３）。例えば、図１１に示すように、センサデータのみで構成される元データにデータヘッドを付加し、そのデータヘッドに識別情報を付加する。図１２は、識別情報の一例を示しており、例えば、何回目のスキャンであるかを示すスキャン回数と、どのセンサ２０からのデータであるかを示すセンサナンバーと、を用いて識別情報を設定し、その識別情報をデータヘッドに付加する。そして、データ受信制御部３４は、データヘッドに識別情報を付加したデータをＲＡＭ３１ｃなどに記録する（Ｓ２０４）。

図７に戻って、データ送信制御部３６は、データを送信するモードを設定する（Ｓ１０２）。図９は、上記Ｓ１０２の送信モード設定処理の詳細を示しており、まず、データ送信制御部３６は、エッジサーバ４０からサーバ状態を示す情報を取得すると共に、エッジデバイス３０とエッジサーバ４０との間の通信負荷を示す情報を取得する（Ｓ３０１）。そして、データ送信制御部３６は、エッジサーバ４０の状態がフリーかビジーかを判定し（Ｓ３０２）、サーバ状態がフリーの場合（通常通りにデータの受信が可能な場合）は、エッジデバイス３０とエッジサーバ４０との間の通信負荷と予め定めた閾値とを比較する（Ｓ３０３）。サーバ状態がフリーであり、かつ、通信負荷が閾値以下の場合は、データを通常通りエッジサーバ４０に送信することができるため、データ送信制御部３６は、データ送信モードを通常送信モードに設定する（Ｓ３０４）。一方、サーバ状態がビジーである（通常通りにはデータの受信ができない）か、又は、通信負荷が閾値を超える場合は、データを通常通りエッジサーバ４０に送信することができないため、データ送信制御部３６は、データ送信モードを高優先度のデータ（優先度の高いセンサ２０から受信したデータや、そのデータから抽出した特徴量に基づいて分割した部分）のみをエッジサーバ４０に送信する高優先度データ送信モードを設定する（Ｓ３０５）。

図７に戻って、データ送信制御部３６は、Ｓ１０２で設定された送信モードを判定し（Ｓ１０３）、高優先度データ送信モードに設定された場合は、高優先度データ送信処理を実行する（Ｓ１０４）。図１０は、Ｓ１０４の高優先度データ送信処理の詳細を示しており、まず、データ送信制御部３６は、予め設定されたセンサ２０の優先度をＲＯＭ３１ｂから読み出し（Ｓ４０１）、読み出した優先度に従ってセンサデータをＲＡＭ３１ｃから読み出す（Ｓ４０２）。例えば、図１３に示すように、センサナンバーが１のセンサ２０（センサ１）を低優先度、センサナンバーが２のセンサ２０（センサ２）を高優先度、センサナンバーが３のセンサ２０（センサ３）を中優先度とした場合、センサ１から順にデータを取得すると、低優先度データ、高優先度データ、中優先度データの順にＲＡＭ３１ｃに記憶されるが、データ送信制御部３６は、データヘッドの識別情報を参照して、センサ２０の優先度（センサ２→センサ３→センサ１）に従ってセンサデータをＲＡＭ３１ｃから読み出す。なお、ここでは、センサ２０の優先度に従ってデータを読み出したが、図１４に示すように、サンプリングしたデータをセンサ２０の優先度に従って並び替えて保存しても良く、その場合は、センサデータをＲＡＭ３１ｃから順に読み出せばよい。

次に、特徴量抽出部３５は、読み出したデータを解析して特徴量を抽出する（Ｓ４０３）。図１５及び図１６は、特徴量を説明する図であり、例えば、図１５に示すように、センサ２０のデータ値が予め定めた閾値を超えている場合、その部分は重要な情報を含むと考えられることから、その部分を特徴量に基づいて分割される部分（データ送信対象）として抽出する。また、図１６に示すように、データ値が増加傾向にある場合、その部分は重要な情報を含むと考えられることから、その部分を特徴量に基づいて分割される部分（データ送信対象）として抽出する。

そして、データ送信制御部３６は、センサの優先度や抽出した特徴量に基づいて、読み出したデータが、即時送信が必要なデータであるかを判定する（Ｓ４０４）。例えば、センサ２０の優先度が最も高いデータは即時送信が必要なデータと判断したり、データ値が閾値を超えている部分の割合が所定値以上の場合やデータ値が増加傾向にある部分の数が所定値以上の場合は、有効なデータと考えられることから、そのデータ（又はそのデータの特徴量に基づいて分割される部分）を即時送信が必要なデータと判断したりする。また、必要に応じて、データの個数やデータサイズ、センサ２０からデータを受信した時刻などに基づいて、即時送信が必要なデータであるかを判定する。例えば、データの個数が少ない場合やデータサイズが小さい場合は、エッジサーバ４０や通信環境に与える影響が少ないと考えられることから、そのデータ（又はそのデータの特徴量に基づいて分割される部分）を即時送信が必要なデータと判断する。また、データを受信した時刻が古いデータは、リアルタイム性を確保するためにできるだけ早く送信する必要があると考えられることから、そのデータ（又はそのデータの特徴量に基づいて分割される部分）を即時送信が必要なデータと判断する。

判定の結果、即時送信が必要なデータであると判定した場合は、データ送信制御部３６は、そのデータ（又はそのデータの特徴量に基づいて分割される部分）をエッジサーバ４０に送信する（Ｓ４０５）。一方、即時送信が必要なデータでないと判定した場合は、データ送信制御部３６は、そのデータをＲＡＭ３１ｃなどに一時保存する（Ｓ４０６）。そして、データ送信制御部３６は、ＲＡＭ３１ｃに保存されている全てのデータに対して上記処理を実施したかを判断し（Ｓ４０７）、未処理のデータが残っていれば、Ｓ４０２に戻って同様の処理を繰り返す。

再び図７に戻って、Ｓ１０３で通常送信モードに設定された場合は、データ送信制御部３６は、通常通り、センサ２０から受信したデータをエッジサーバ４０に送信する（Ｓ１０５）。そして、データ送信制御部３６は、ＲＡＭ３１ｃに蓄積データ（優先度データ送信モードにおいて、送信されずに一時保存されたデータ）があるか否かを判断し（Ｓ１０６）、蓄積データがなければＳ１０１に戻り、蓄積データがあれば、蓄積データをエッジサーバ４０に送信する（Ｓ１０７）。

その後、データ送信制御部３６は、エッジサーバ４０の状態が変化したかを判断し（Ｓ１０８）、エッジサーバ４０の状態が変化した場合は、データを継続して送信できないため、Ｓ１０１に戻る。一方、エッジサーバ４０の状態が変化していない場合は、データ送信制御部３６は、センサデータを取得するタイミングになったかを判断し（Ｓ１０９）、センサデータを取得するタイミングでなければ、Ｓ１０６に戻って蓄積データの送信を継続し、センサデータを取得するタイミングになったら、Ｓ１０１に戻ってセンサデータを取得する。

図１７及び図１８は、エッジデバイス３０からエッジサーバ４０へのデータの転送の仕方とストレージの方法を示している。図１７に示すように、送信待ちがない場合は、ｎ回目のスキャンでセンサ１～３から取得したデータがエッジサーバ４０に順に送信され、エッジサーバ４０に順にストレージされる。一方、図１８に示すように、１回目のスキャンでセンサ１、２から取得したデータ（ここではセンサ２のデータは欠落データ）がエッジサーバ４０に送信され、２回目のスキャンでセンサ１、２から取得したデータがエッジサーバ４０に送信され、３回目のスキャンでセンサ２、３から取得したデータ（ここではセンサ２のデータは欠落データ）がエッジサーバ４０に送信された場合、エッジサーバ４０では送信順にデータがストレージされ、その後の後口で送信されたデータ（蓄積データ）が、続けてストレージされる。その場合、エッジサーバ４０のデータ解析部４７は、各々のデータを解析してデータヘッドの識別情報を取得し、取得した識別情報に基づいてデータを並び替え（必要に応じて、特徴量に基づいて分割したデータを結合し）、データ送信制御部４８は、並び替えた順番でクラウドサーバ５０にデータを送信することになる。

上記フローでは、高優先度データ送信モードで、即時送信が必要なデータでない場合はデータを一時保存（ＲＡＭ３１ｃに退避）したが、退避が続いているデータは、リアルタイム性をある程度確保するため、他の優先度のデータと入れ替えて先にエッジサーバ４０に送信するようにしてもよい。

以上説明したように、エッジデバイス３０は、エッジサーバ４０の状態及び／又はエッジデバイス３０とエッジサーバ４０との間の通信負荷を判定し、エッジサーバ４０がフリー状態、かつ、通信負荷が閾値以下の場合は、センサ２０から受信した複数のデータを連続して送信する通常送信モード（第１のデータ送信モード）でデータを送信し、エッジサーバ４０がビジー状態、又は、通信負荷が閾値を超える場合は、予め各々のセンサ２０に割り当てられた優先度及び／又は特徴量に従って選択されるデータを先に送信して残りのデータを一時保存し、残りのデータを後で送信する高優先度データ送信モード（第２のデータ送信モード）でデータを送信することにより、リアルタイム性の確保と全データのストレージとを両立させることができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、その構成や制御は適宜変更可能である。

例えば、上記実施例では、エッジデバイス３０からエッジサーバ４０にデータを送信し、エッジサーバ４０からクラウドサーバ５０にデータを送信する構成としたが、エッジサーバ４０を省略して、エッジデバイス３０からクラウドサーバ５０にデータを直接送信する構成としてもよく、その場合は、エッジデバイス３０は、クラウドサーバ５０の状態及び／又はエッジデバイス３０とクラウドサーバ５０との間の通信負荷に基づいて、データ送信モードを設定すればよい。

本発明は、センサが取得したデータを適切にサーバに保存するエッジコンピューティングシステム、エッジコンピューティングシステムにおける通信制御方法及びセンサから取得したデータをサーバに送信するエッジデバイスで動作する通信制御プログラム及び当該制御プログラムを記録した記録媒体に利用可能である。

１０ ＩｏＴシステム
１１ エッジコンピューティングシステム
２０ センサ
３０ エッジデバイス
３０ａ レーザレーダ
３１ 制御部
３１ａ ＣＰＵ
３１ｂ ＲＯＭ
３１ｃ ＲＡＭ
３２ センサＩ／Ｆ部
３３ 通信Ｉ／Ｆ部
３４ データ受信制御部
３５ 特徴量抽出部
３６ データ送信制御部
４０ エッジサーバ
４１ 制御部
４１ａ ＣＰＵ
４１ｂ ＲＯＭ
４１ｃ ＲＡＭ
４２ 記憶部
４３ 通信Ｉ／Ｆ部
４６ データ受信制御部
４７ データ解析部
４８ データ送信制御部
５０ クラウドサーバ
５１ 制御部
５１ａ ＣＰＵ
５１ｂ ＲＯＭ
５１ｃ ＲＡＭ
５２ 記憶部
５３ 通信Ｉ／Ｆ部
５４ データ受信制御部
５５ データ保存制御部
５６ データ解析部

Claims (8)

1. １又は複数のセンサと、前記１又は複数のセンサに接続されるエッジデバイスと、前記
   エッジデバイスに接続されるサーバと、を含むエッジコンピューティングシステムであっ
   て、
   前記エッジデバイスは、
   前記１又は複数のセンサから複数のデータを受信するデータ受信制御部と、
   前記複数のデータを前記サーバに送信するデータ送信制御部と、を備え、
   前記データ受信制御部は、前記１又は複数のセンサから受信した各々のデータに、受信
   したタイミング及びセンサを特定する第１の識別情報を付加し、
   前記データ送信制御部は、前記サーバの状態及び／又は前記エッジデバイスと前記サー
   バとの間の通信負荷に応じて、前記複数のデータを連続して送信する第１のデータ送信モ
   ード、又は、前記第１の識別情報及び予め各々の前記センサに割り当てられた優先度に基
   づいて選択されるデータを先に送信して残りのデータを一時保存し、前記残りのデータを
   後で送信する第２のデータ送信モード、のいずれかで、前記複数のデータを前記サーバに
   送信し、
   前記サーバは、
   前記エッジデバイスから受信した前記複数のデータを解析するデータ解析部を備え、
   前記データ解析部は、前記第１の識別情報に基づいて、前記複数のデータを並び替える
   、
   ことを特徴とするエッジコンピューティングシステム。
2. １又は複数のセンサと、前記１又は複数のセンサに接続されるエッジデバイスと、前記
   エッジデバイスに接続されるサーバと、を含むエッジコンピューティングシステムであっ
   て、
   前記エッジデバイスは、
   前記１又は複数のセンサから複数のデータを受信するデータ受信制御部と、
   前記複数のデータを前記サーバに送信するデータ送信制御部と、
   前記１又は複数のセンサから受信した各々のデータを解析して、当該データの特徴を表
   す特徴量を抽出する特徴量抽出部と、を備え、
   前記データ送信制御部は、前記サーバの状態及び／又は前記エッジデバイスと前記サー
   バとの間の通信負荷に応じて、前記複数のデータを連続して送信する第１のデータ送信モ
   ード、又は、前記特徴量及び予め各々の前記センサに割り当てられた優先度に基づいて選
   択されるデータを先に送信して残りのデータを一時保存し、前記残りのデータを後で送信
   する第２のデータ送信モード、のいずれかで、前記複数のデータを前記サーバに送信し、
   前記特徴量抽出部は、前記特徴量に基づいて、当該特徴量を抽出したデータを分割し、
   分割した各々のデータに、当該各々のデータを関連付ける第２の識別情報を付加し、
   前記サーバは、
   前記エッジデバイスから受信した前記複数のデータを解析するデータ解析部を備え、
   前記データ解析部は、前記第２の識別情報に基づいて、前記分割したデータを結合する
   、
   ことを特徴とするエッジコンピューティングシステム。
3. 前記データ送信制御部は、前記サーバがフリー状態、かつ、前記通信負荷が予め定めた
   閾値以下の場合は、前記複数のデータを前記第１のデータ送信モードで送信し、前記サー
   バがビジー状態、又は、前記通信負荷が前記閾値を超える場合は、前記複数のデータを前
   記第２のデータ送信モードで送信する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のエッジコンピューティングシステム。
4. 前記データ受信制御部は、所定のセンサからデータを受信できない場合は、空データに
   前記第１の識別情報を付加し、
   前記データ送信制御部は、前記第１の識別情報を付加した前記空データを前記サーバに
   送信する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のエッジコンピューティングシステム。
5. １又は複数のセンサと、前記１又は複数のセンサに接続されるエッジデバイスと、前記
   エッジデバイスに接続されるサーバと、を含むエッジコンピューティングシステムにおけ
   る通信制御方法であって、
   前記エッジデバイスは、
   前記１又は複数のセンサから複数のデータを受信するデータ受信処理と、
   前記複数のデータを前記サーバに送信するデータ送信処理と、を実行し、
   前記データ受信処理では、前記１又は複数のセンサから受信した各々のデータに、受信
   したタイミング及びセンサを特定する第１の識別情報を付加し、
   前記データ送信処理では、前記サーバの状態及び／又は前記エッジデバイスと前記サー
   バとの間の通信負荷に応じて、前記複数のデータを連続して送信する第１のデータ送信モ
   ード、又は、前記第１の識別情報及び予め各々の前記センサに割り当てられた優先度に基
   づいて選択されるデータを先に送信して残りのデータを一時保存し、前記残りのデータを
   後で送信する第２のデータ送信モード、のいずれかで、前記複数のデータを前記サーバに
   送信し、
   前記サーバは、
   前記エッジデバイスから受信した前記複数のデータを解析するデータ解析処理を実行し
   、
   前記データ解析処理では、前記第１の識別情報に基づいて、前記複数のデータを並び替
   える、
   ことを特徴とする通信制御方法。
6. １又は複数のセンサと、前記１又は複数のセンサに接続されるエッジデバイスと、前記
   エッジデバイスに接続されるサーバと、を含むエッジコンピューティングシステムにおけ
   る通信制御方法であって、
   前記エッジデバイスは、
   前記１又は複数のセンサから複数のデータを受信するデータ受信処理と、
   前記複数のデータを前記サーバに送信するデータ送信処理と、
   前記１又は複数のセンサから受信した各々のデータを解析して、当該データの特徴を表
   す特徴量を抽出する特徴量抽出処理と、を実行し、
   前記特徴量抽出処理では、前記特徴量に基づいて、当該特徴量を抽出したデータを分割
   し、分割した各々のデータに、当該各々のデータを関連付ける第２の識別情報を付加し、
   前記データ送信処理では、前記サーバの状態及び／又は前記エッジデバイスと前記サー
   バとの間の通信負荷に応じて、前記複数のデータを連続して送信する第１のデータ送信モ
   ード、又は、前記特徴量及び予め各々の前記センサに割り当てられた優先度に基づいて選
   択されるデータを先に送信して残りのデータを一時保存し、前記残りのデータを後で送信
   する第２のデータ送信モード、のいずれかで、前記複数のデータを前記サーバに送信し、
   前記サーバは、
   前記エッジデバイスから受信した前記複数のデータを解析するデータ解析処理を実行し
   、
   前記データ解析処理では、前記第２の識別情報に基づいて、前記分割したデータを結合
   する、
   ことを特徴とする通信制御方法。
7. 前記データ送信処理では、前記サーバがフリー状態、かつ、前記通信負荷が予め定めた
   閾値以下の場合は、前記複数のデータを前記第１のデータ送信モードで送信し、前記サー
   バがビジー状態、又は、前記通信負荷が前記閾値を超える場合は、前記複数のデータを前
   記第２のデータ送信モードで送信する、
   ことを特徴とする請求項５または６に記載の通信制御方法。
8. 前記データ受信処理では、所定のセンサからデータを受信できない場合は、空データに
   前記第１の識別情報を付加し、
   前記データ送信処理では、前記第１の識別情報を付加した前記空データを前記サーバに
   送信する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の通信制御方法。

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