JP7088562B2 - 無線通信システム、及び無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システム、及び無線通信方法に関する。

近年、ＩｏＴ（Internet of Things）の普及に伴い、人感、温度、振動などの様々な状態を検知し、検知したデータをデータ収集装置に自動で送信するセンサが開発されている。
特許文献１には、サーバが、ゲートウェイを介してセンサが出力したセンサデータを受信して、当該センサデータに基づいて監視対象物に異常または異常の予兆が発生したことを検出する技術が開示されている。
特許文献２には、無線センサ端末が、測定データに基づく解析データを記憶し、管理装置が、無線センサ端末から送信されるデータによって被測定対象機器を管理する技術が開示されている。

特開２０１６－１６３２４２号公報 特開２０１６－０５８０４９号公報

発明者らは、無線通信システムに関し、以下の課題を見出した。
特許文献１及び２に開示されている技術では、センサが測定したデータに基づいて、データ収集装置がセンサの故障などの異常を検出している。したがって、センサ自身が状態監視を行って異常を感知する必要がある。しかしながら、センサ自身が異常を検知するためには、センサが、自身の状態監視のための機能を有し、異常検知のための処理を行う必要がある。

本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、センサが行う処理を増やすことなく、センサの状態監視を行うことができる、無線通信システム、及び無線通信方法を提供することを目的とする。

本発明に係る無線通信システムは、
データを測定するセンサと、
前記センサと通信する中継器と、
前記中継器と通信するデータ収集装置と、を備え、
前記センサが、前記データを前記中継器に送信し、
前記中継器が、前記データを前記センサから受信すると共に前記センサと前記中継器との間における通信の接続情報を記録し、前記データに前記接続情報を付加して前記データ収集装置に送信し、
前記データ収集装置が、前記中継器から受信した前記接続情報に基づいて異常を検出する。

本発明に係る無線通信方法は、
中継器と通信可能なセンサが、データを測定して当該データを前記中継器に送信する工程と、
前記中継器が、前記データを前記センサから受信すると共に前記センサと前記中継器との間における通信の接続情報を記録する工程と、
前記中継器が、前記データに前記接続情報を付加してデータ収集装置に送信する工程と、
前記データ収集装置が、前記中継器から受信した前記接続情報に基づいて異常を検出する工程と、を備える。

本発明によれば、センサが行う処理を増やすことなく、センサの状態監視を行うことができる、無線通信システム、及び無線通信方法を提供することができる。

第１の実施形態に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。 第２の実施形態に係る無線通信システムの設置例を示す概念図である。 第２の実施形態に係る無線通信システムにおけるデータの送信を示す概念図である。 第２の実施形態に係る無線通信システムの動作を示すシーケンスチャートである。 第３の実施形態に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

（第１の実施形態）
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムの構成について説明する。図１は、第１の実施形態に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、無線通信システム１０は、センサ１１～１３、中継器１４、及びデータ収集装置１５を備える。センサ１１～１３は、それぞれデータを測定する機器である。センサ１１～１３が測定するデータは、特に限定されず、例えば、人感、温度、及び振動が挙げられる。センサ１１～１３は、中継器１４とそれぞれ通信する。中継器１４は、センサ１１～１３及びデータ収集装置１５とそれぞれ通信する機器である。センサ１１～１３と中継器１４との間における通信は、設置のしやすさの観点から、ＷｉＦｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、及びＬｏＲａ（Long-Range）等の無線通信が好ましい。

センサ１１～１３は、測定したデータを所定時間ごとに中継器１４に送信する。中継器１４は、センサ１１～１３から受信したデータをデータ収集装置１５に送信する。一般的に、無線通信は、伝送距離が短い。そこで、図１に示すように、中継器１４を介してセンサ１１～１３とデータ収集装置１５とが通信することによって、センサ１１～１３とデータ収集装置１５との距離が離れている場合であっても、センサ１１～１３からデータ収集装置１５にデータを送信することができる。

中継器１４は、センサ１１～１３と中継器１４との間における通信の接続情報を記録する。接続情報は、センサ１１～１３と中継器１４との間における通信状態を示す情報である。接続情報は、例えば、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）等、センサ１１～１３からデータを受信する時に中継器１４が受信した信号の強度を含む。接続情報は、センサ１１～１３と中継器１４との間における通信が所定時間あたりに切断された回数及び時刻の少なくとも一方を含んでいてもよい。中継器１４は、センサ１１～１３から受信したデータに接続情報を付加して、データ収集装置１５に送信する。

データ収集装置１５は、中継器１４から受信した接続情報に基づいて、センサ１１～１３に故障の兆候及び無線環境の劣化等、センサ１１～１３の状態の異常を検知する。このようにして、無線通信システム１０は、センサ１１～１３が行う処理を増やすことなく、センサ１１～１３の状態監視を行うことができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、より具体的な実施形態である。第２の実施形態では、本発明に係る無線通信システムを橋に設置する場合について説明する。図２は、第２の実施形態に係る無線通信システムの設置例を示す概念図である。図２に示すように、無線通信システム２０は、センサ２１～２３、中継器２４、及びデータ収集装置２５を備える。なお、図２には、無線通信システム２０に加えて橋４を図示している。

センサ２１～２３は、歪みを検知するセンサである。図２に示すように、センサ２１～２３は、それぞれ橋４の橋脚に取り付けられている。センサ２１～２３は、中継器１４との距離がこの順に遠くなるように設置されている。センサ２１～２３は、１時間に１回歪みデータを測定し、中継器２４を介して当該歪みデータをデータ収集装置１５に送信する。センサ２１～２３と中継器２４との間における通信方式は、ＬｏＲａである。ＬｏＲａは、９００ＭＨｚ帯域の無線規格であり、送信可能なデータ量は少ないが、通信距離が長い。中継器２４は、データ収集装置２５と有線通信でデータの送受信を行う。中継器２４は、センサ２１～２３からＬｏＲａで受信したデータを、有線通信でデータ収集装置２５に送信する。

中継器２４は、センサ２１～２３と中継器２４との間におけるＬｏＲａ接続情報を記録して、当該ＬｏＲａ接続情報を中継器２４内のメモリに格納する。ＬｏＲａ接続情報は、ＲＳＳＩ及びＬｏＲａ接続の切断履歴を含む。中継器２４は、センサ２１～２３からデータを受信する際におけるＲＳＳＩを測定する。また、中継器２４は、センサ２１～２３との無線接続が１時間あたりに切断された回数及び切断された時刻を記録する。ＲＳＳＩの測定及び無線接続の切断履歴を記録する機能は、無線通信を行う機器が一般的に備える機能である。

図３は、第２の実施形態に係る無線通信システムにおけるデータの送信を示す概念図である。図３に示すように、センサ２１は、測定した歪みデータを中継器２４に送信する。次いで、中継器２４は、ＬｏＲａ接続情報を、センサ２１から受信した歪みデータに付加してデータ収集装置２５に送信する。データ収集装置２５は、中継器２４から受信した歪みデータに基づいて、橋４の老朽化及び異常を検知する。なお、図３ではセンサ２１が歪みデータを送信する場合についてのみ図示しているが、センサ２２、２３もセンサ２１と同様に歪みデータを送信する。

データ収集装置２５は、センサ２１～２３の設置位置を予め把握している。データ収集装置２５は、歪みデータに付加されているＬｏＲａ接続情報とセンサ２１～２３の設置位置とから、センサ２１～２３の故障の兆候及び無線通信の異常を検知することができる。以下、図４を参照して、無線通信システム２０が無線通信の異常を検知する際における動作例を説明する。図４は、第２の実施形態に係る無線通信システムの動作を示すシーケンスチャートである。無線通信システム２０では、センサ２１、２２、２３は、この順にデータの測定及び送信を行う。

図４に示すように、まず、センサ２１が歪みデータを中継器２４に送信し（ステップＳ４０１）、中継器２４が当該歪みデータを受信する。中継器２４は、センサ２１から歪みデータを受信すると、受信時におけるセンサ２１とのＬｏＲａ接続情報を記録する（ステップＳ４０２）。具体的には、ＲＳＳＩが正常であるか否か、及び前回データ受信時から今回データ受信時までの期間にＬｏＲａが切断された回数及び切断された時刻を中継器２４内のメモリに格納する。ＲＳＳＩの基準値は、センサ２１を設置した際に中継器２４において測定された値である。ＲＳＳＩは、当該基準値と同程度であれば正常である。図４に示す例では、ステップＳ４０１におけるＲＳＳＩが正常であり、ＬｏＲａの切断回数が０回であったものとする。

中継器２４は、ステップＳ４０１において受信した歪みデータにステップＳ４０２において記録したＬｏＲａ接続情報を付加して、データ収集装置２５に送信する（ステップＳ４０３）。次いで、センサ２２及びセンサ２３は、ステップＳ４０１～Ｓ４０３と同様に、中継器２４を介してデータ収集装置２５に歪みデータを送信する（ステップＳ４０４～Ｓ４０９）。図４に示す例では、ステップＳ４０４及びステップＳ４０７におけるＲＳＳＩが正常であり、ＬｏＲａの切断回数が０回であったものとする。

ステップＳ４０１から１時間後に、センサ２１は、再び歪みデータを測定して当該歪みデータを中継器２４に送信する（ステップＳ４１０）。中継器２４は、センサ２１から歪みデータを受信すると、受信時におけるセンサ２１とのＬｏＲａ接続情報を記録する（ステップＳ４１１）。図４に示す例では、ステップＳ４１０におけるＲＳＳＩが低く、ＬｏＲａの切断回数が５回であり、ＬｏＲａが切断された時刻が１時１５分、１時１７分、１時２０分、１時２５分、１時３０分であったものとする。中継器２４は、ステップＳ４１０において受信した歪みデータにステップＳ４１１において記録したＬｏＲａ接続情報を付加して、データ収集装置２５に送信する（ステップＳ４１２）。

ステップＳ４０４から１時間後に、センサ２２は、再び歪みデータを測定して当該歪みデータを中継器２４に送信する（ステップＳ４１３）。中継器２４は、センサ２２から歪みデータを受信すると、受信時におけるセンサ２２とのＬｏＲａ接続情報を記録する（ステップＳ４１４）。図４に示す例では、ステップＳ４１３におけるＲＳＳＩが低く、ＬｏＲａの切断回数が３回であり、ＬｏＲａが切断された時刻が１時１５分、１時２０分、１時２５分であったものとする。中継器２４は、ステップＳ４１３において受信した歪みデータにステップＳ４１４において記録したＬｏＲａ接続情報を付加して、データ収集装置２５に送信する（ステップＳ４１５）。

ステップＳ４０７から１時間後に、センサ２３は、再び歪みデータを測定して当該歪みデータを中継器２４に送信する（ステップＳ４１６）。中継器２４は、センサ２３から歪みデータを受信すると、受信時におけるセンサ２３とのＬｏＲａ接続情報を記録する（ステップＳ４１７）。図４に示す例では、ステップＳ４１６におけるＲＳＳＩが正常であり、ＬｏＲａの切断回数が０回であったものとする。中継器２４は、ステップＳ４１６において受信した歪みデータにステップＳ４１７において記録したＬｏＲａ接続情報を付加して、データ収集装置２５に送信する（ステップＳ４１８）。

ステップＳ４０１～Ｓ４１８によって、データ収集装置２５は、センサ２１～２３のそれぞれから歪みデータ及びＬｏＲａ接続情報を２回ずつ受信する。下記の表１にデータ収集装置２５が受信したＬｏＲａ接続情報を示す。

表１に示すように、センサ２１及びセンサ２２は、近い時刻でＬｏＲａの切断が発生しており、ＲＳＳＩも低くなっている。このことから、データ収集装置２５は、センサ２１及びセンサ２２の近傍においてノイズが発生し、ＬｏＲａが不安定になっていると推測することができる。データ収集装置２５は、このようにセンサ２１～２３及びＬｏＲａの状態監視を行うことによって、センサ２１～２３の故障の兆候及びＬｏＲａ環境の劣化傾向を検知することができる。そのため、ユーザは、センサ２１～２３が故障する前に修理する等の対策を取ることができる。

（第２の実施形態の変形例）
第２の実施形態では、センサ２１～２３が１時間に１回データを測定して送信していたが、データ測定の頻度は用途等に応じて適宜変更可能である。しかしながら、データ測定の頻度が低い場合、データ収集装置２５は、センサ２１～２３が送信するデータ及び当該データに付加されたＬｏＲａ接続情報のみでは、センサ２１～２３及びＬｏＲａの状態監視を十分行うことができない。そこで、データ収集装置２５は、ＬｏＲａ接続情報の送信を中継器２４に要求する。中継器２４は、データ収集装置２５の要求に応じて、ＬｏＲａ接続情報のみをデータ収集装置２５に送信する。

第２の実施形態では、３つのセンサ２１～２３が１つの中継器２４を介してデータ収集装置２５にデータを送信する無線通信システムについて説明した。しかしながら、無線通信システム２０が備えるセンサ及び中継器の個数は特に限定されず、４つ以上のセンサを備えていてもよいし、２つ以上の中継器を備えていてもよい。

なお、第２の実施形態において説明した変形例は、以降の実施形態においても同様に行うことができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態は、マルチホップでセンサからデータを送信する点で第１、２の実施形態と異なる。図５は、第３の実施形態に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。図５に示すように、無線通信システム３０は、センサ３１～３３、中継器３４、及びデータ収集装置２５を備える。センサ３１、３３は、中継器３４とそれぞれ通信する。センサ３２は、センサ３１と通信し、かつ、中継器３４とは直接通信しない。センサ３１、３３と中継器３４との間における通信、及び、センサ３１とセンサ３２との間における通信は、設置のしやすさの観点から、無線通信が好ましい。

センサ３１、３３は、測定したデータを所定時間ごとに中継器３４に送信する。中継器３４は、センサ３１、３３と中継器３４との間における通信の接続情報を記録する。中継器３４は、センサ３１、３３から受信したデータに接続情報を付加して、データ収集装置３５に送信する。

センサ３１、３３がデータを測定して送信する際における各機器の動作は、第１、２の実施形態において説明したものと同様であるため、説明を省略する。センサ３２は、測定したデータを所定時間ごとにセンサ３１に送信する。中継器３４は、センサ３２と直接通信を行わないため、センサ３２がデータを送信する際における通信の接続情報を記録することができない。

そこで、センサ３１が、センサ３１とセンサ３２との間における通信の接続情報を記録する。センサ３１は、センサ３２から受信したデータに接続情報を付加して中継器２４に送信する。中継器３４は、センサ３２から受信したデータをデータ収集装置２５に送信する。このようにして、データ収集装置２５は、センサ３２とセンサ３１との間における通信の接続情報を受信することができる。さらに、無線通信システム３０は、第１、２の実施形態において説明した効果と同様の効果を奏することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。また、本開示は、実施の形態やその一例を適宜組み合わせて実施してもよい。

１０、２０、３０ 無線通信システム
１１～１３、２１～２３、３１～３３ センサ
１４、２４、３４ 中継器
１５、２５、３５ データ収集装置
４ 橋

Claims (6)

1. データを測定するセンサと、
   前記センサと通信する中継器と、
   前記中継器と通信するデータ収集装置と、を備え、
   前記センサが、所定時間ごとに前記データを前記中継器に送信し、
   前記中継器が、前記データを前記センサから受信すると共に前記センサと前記中継器との間における通信の接続情報を記録し、前記データに前記接続情報を付加して前記データ収集装置に前記所定時間ごとに送信し、
   前記データ収集装置が、前記中継器から受信した前記接続情報に基づいて異常を検出する、
   無線通信システムであって、
   前記データ収集装置は、異常を検出するために前記接続情報がさらに必要と判断した場合、前記所定時間が経過したか否かに関わらず、前記接続情報の送信を前記中継器に要求し、
   前記中継器が、前記データ収集装置の要求に応じて、前記接続情報を前記データ収集装置に送信する、
   無線通信システム。
2. 前記接続情報が、前記センサから前記データを受信する時に前記中継器が受信した信号の強度を含む、
   請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記接続情報が、前記センサと前記中継器との間における通信が所定時間あたりに切断される回数及び時間のうち少なくとも１つを含む、
   請求項１又は２に記載の無線通信システム。
4. さらに、前記センサと通信し、かつ、前記中継器と直接通信しない、他のセンサを備え、
   前記他のセンサが、データを測定して当該データを前記センサに送信し、
   前記センサが、前記他のセンサから受信した前記データを前記中継器に送信する、
   請求項１～３のいずれか一項に記載の無線通信システム。
5. 前記センサが、前記他のセンサと前記センサとの間における接続情報を記録し、前記他のセンサから受信した前記データに当該接続情報を付加して前記中継器に送信する、
   請求項４に記載の無線通信システム。
6. 中継器と通信可能なセンサが、データを測定して、所定時間ごとに当該データを前記中継器に送信する工程と、
   前記中継器が、前記データを前記センサから受信すると共に前記センサと前記中継器との間における通信の接続情報を記録する工程と、
   前記中継器が、前記データに前記接続情報を付加してデータ収集装置に前記所定時間ごとに送信する工程と、
   前記データ収集装置が、前記中継器から受信した前記接続情報に基づいて異常を検出する工程と、を備える、
   無線通信方法であって、
   前記データ収集装置が、異常を検出するために前記接続情報がさらに必要と判断した場合、前記所定時間が経過したか否かに関わらず、前記接続情報の送信を前記中継器に要求する工程と、
   前記中継器が、前記データ収集装置の要求に応じて、前記接続情報を前記データ収集装置に送信する工程と、
   をさらに備える、
   無線通信方法。

Images