JPWO2018015990A1 - センサシステム及びデータ収集方法 - Google Patents

Abstract

センサを有する端末装置と、前記端末装置と通信する基地局と、を有するセンサシステムであって、前記端末装置は、前記センサの計測データのうち、前記基地局に送信する計測データの取得頻度を記憶し、前記センサの計測データの取得期間の基準時刻と、前記取得頻度と、を含む第１のデータと、前記第１のデータに対応し、前記取得期間に前記取得頻度で取得された前記センサの複数の計測データを含む第２のデータと、を送信し、前記基地局は、前記第１のデータに含まれる前記基準時刻及び前記取得頻度に基づいて、前記第１のデータに対応する前記第２のデータに含まれる各計測データの取得時刻を特定する。

Description

本発明は、センサ端末で計測されるデータを収集、分析し、その結果をフィードバックするシステムに関する。

従来の属人的な定性的評価による組織評価に代わり、センサ技術を用いて組織内の人間行動やコミュニケーションを可視化し、業務プロセスの質を客観的に評価する技術が開発されている。これらセンサには、対面コミュニケーションを検出するための赤外線通信手段、体の動きを計測するための３軸加速度センサ、装着者の発話音声の特徴を計測するためのマイクロホン、身の回りの状況を計測するための温度センサや照度センサ等の、複数の種類のセンサ回路を備える。また、個人単位のみならず、組織単位での計測を対象とし、多数の人間を同時に計測するため、多数のセンサ端末からのデータを収集する必要がある。

このようなシステムでは、センサ端末に通信手段を備え、センサ端末と通信するための手段を備えた基地局装置との間の通信によりデータを収集することが一般的である。

特許文献１では、家庭や工場などの電力消費量をセンサによって計測する検針器に通信手段を備え、サーバ装置によってその計測データを大規模に収集するセンサシステムについて、「前回通知した検針値の変化量と、前回の検針値と今回の検針値より計算した検針値の変化量との差分を計算し、計算した差分が所定の閾値を超えた場合に検針値に対応する検針データを送信バッファに格納して送信処理させる。」と述べられている。

特許文献１：特開２０１２−１９９７２６号公報

特許文献１では、検針器で計測される電力消費量データが月々の電力使用料金請求額の算定に用いられるのみならず、発・変電所の稼働状態を需要変動に適応させるため現在の需要を把握するのに使用されることも想定されており、検針器はデータを定期的にサーバ装置に送信するシステムとなっている。しかし、ネットワーク上に膨大な数の検針器が存在し、全ての検針器の通信手段が一斉に通信を行うと、ネットワークの通信帯域がひっ迫して輻輳状態となり通信が不可能になったり、サーバ負荷が増大して通信効率が著しく悪化したりすることが想定される。特許文献１に開示された発明では、検針器上で計測された単位時間あたりの電力消費量の差分を計算し、その差分が予め設定された閾値を超えたときのみ送信処理させることで、輻輳の発生やサーバ負荷の増大を防いでいる。

このように、特許文献１に開示された技術は、単位時間あたりのセンサ値(電力消費量)を検針器自身が判断し、閾値以上のもののみを優先して送信することで全体の通信データ量を抑制する。一方で、人間行動センサは組織内でのコミュニケーションを分析するため、必ずしも単一のセンサ端末から得られたセンサデータだけではなく、複数のセンサ端末から得られたデータを一旦サーバ上に蓄積し、複数のセンサの関係性の情報を使用して分析結果を導出する。どのデータを優先するかは分析目的及び分析結果に依存するため、端末側で一方的にデータの送受信の可否の決定を行うことはできない。また、検針器で取得される情報は、基本的には電力消費量など単一の種類のデータであり、一つの端末上で複数のセンサデータを扱うものではない。さらに、検針器による計測データは、現在の消費量を取得することが目的であり、時系列での連続性及び前後関係に関する情報はそのデータに付加されていない。

本発明は、各々が複数の種類のセンサを搭載した複数のセンサ端末が基地局にデータを送信するシステムにおいて、その送信データ量を制御するための手段を提供することを目的とする。

本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、センサを有する端末装置と、前記端末装置と通信する基地局と、を有するセンサシステムであって、前記端末装置は、前記センサの計測データのうち、前記基地局に送信する計測データの取得頻度を記憶し、前記センサの計測データの取得期間の基準時刻と、前記取得頻度と、を含む第１のデータと、前記第１のデータに対応し、前記取得期間に前記取得頻度で取得された前記センサの複数の計測データを含む第２のデータと、を送信し、前記基地局は、前記第１のデータに含まれる前記基準時刻及び前記取得頻度に基づいて、前記第１のデータに対応する前記第２のデータに含まれる各計測データの取得時刻を特定する。

本発明の一態様によれば、時刻情報とセンサデータ取得頻度等とを含む第一のデータ群を格納した通信パケットと、センサによる計測データ実体を含む第二のデータ群を格納した通信パケットを分けて送信することで、１通信パケットあたりのデータ量を削減し、通信を効率化して通信路の輻輳を防止することができる。上記した以外の課題、構成、および効果は、以下の実施形態の説明によって明らかにされる。

本発明の実施の形態におけるセンサシステムの代表的なシステム構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態のセンサ端末で収集されたデータの解析の流れの一例を示す説明図である。 本発明の実施の形態のセンサシステムにおけるセンサデータ収集の流れを示す説明図である。 本発明の実施の形態のセンサシステムにおけるフィードバックデータ配信の流れを示す説明図である。 本発明の実施の形態の名札型センサ端末のハードウェア構成の説明図である。 本発明の実施の形態のセンサシステムにおいて、第一のデータ群および第二のデータ群が、パケット送信によって送信される例を示す説明図である。 本発明の実施の形態のセンサシステムにおいて送受信されるデータの説明図である。 本発明の実施の形態のセンサ端末が送信するパケットの構成およびサイズの具体例の説明図である。 本発明の実施の形態のセンサ端末が送信する第一のデータ群および第二のデータ群のパケットのセンサ種別キーの実例を示す説明図である。 本発明の実施の形態の第一のデータ群に含まれるデータ取得頻度パラメータの実例を示す説明図である。 本発明の実施の形態におけるセンサ端末と基地局との通信動作を示す説明図である。 本発明の実施の形態におけるセンサ種別キーと時系列キーを使ったパケット同士の照合方法の説明図である。 本発明の実施の形態における複数のセンサ端末からのデータを受信する基地局の動作の説明図である。 本発明の実施の形態の基地局が、パケットの欠落を検知し、データ取得頻度を制御する動作を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態のセンサ端末、基地局及びデータセンタにおけるデータ取得頻度の設定処理を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

本発明の位置づけと機能を明らかにするため、まず本発明におけるセンサシステムについて説明する。本発明のセンサシステムは、人間が装着する名札型センサ端末で取得される装着者の行動及び周囲の状況と、装着者同志の対面情報とを総合して組織アクティビティとして装着者の行動及び装着者間の関係性と現在の組織の評価（パフォーマンス）とを分析、図示して組織の改善に役立てるためのシステムである。

更には、本センサシステムは、例えば現業分野の店舗又は医療現場等、組織内の人と人とのコミュニケーションがパフォーマンスに強く関係する業務分野において、スタッフ同士の間、及び、顧客・患者とスタッフとの間のコミュニケーション、及び、動線を可視化及び分析することで業務の効率化を目指すものである。

図１は、本発明の実施の形態におけるセンサシステムの代表的なシステム構成を示す説明図である。

本センサシステムでは、人（Ｐ１、Ｐ２、Ｐｎ）が名札型センサ端末ＮＮ（ＮＮ１、ＮＮ２、ＮＮｎ）を装着することが特徴である。一般的には、２以上の複数の人が名札型センサ端末ＮＮ身につける。名札型センサ端末ＮＮでは、人と人との対面、行動、おかれた環境などを示すデータがセンサによって取得・蓄積され、それらのデータが基地局を介して収集される。

基地局には、センサ端末と無線通信を行う基地局ＷＢＳ（ＷＢＳ１、ＷＢＳｎ）、及び、有線通信を行う基地局ＢＳ（ＢＳ）などのバリエーションがある。本センサシステムは、無線基地局ＷＢＳのみで構成されても良いし、有線基地局ＢＳのみで構成されてもよいし、図１に示すように両者が混在してもよい。以下の説明において、有線基地局ＢＳおよび無線基地局ＷＢＳのいずれにも共通する説明をする場合には、これらを総称して「基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）」のように記載する場合がある。

名札型センサ端末ＮＮは、他のセンサ端末と接近したことを記録する機能を持つ。これを、近接検知機能と呼ぶ。本実施の形態では、赤外線信号を用いた近接検知機能と、無線信号を用いた近接検知機能の２通りを想定する。近接検知機能には二つの役割がある。ひとつは、装着者同士の対面コミュニケーションを検出する機能であり、もうひとつは、それぞれの場所に設置された据え置き型の発信器ＢＣＮ（ＢＣＮ１、ＢＣＮｎ）からの信号を受信し、装着者がいつどこにいたか検出する機能である。

発信器ＢＣＮが発信する場所情報は、赤外線通信を使って送信されてもよいし、無線通信を使ってもよい。赤外線通信は、無線通信と比較して直行性が高く、通信が分散、反射しにくい特性があり、端末同士が向き合っていることを検出するのに適している。一方で、無線通信は、赤外線と比較してより広い空間に発散して放射される特性があり、より広い空間にその端末が存在することを検出することに適している。

有線基地局（ＢＳ）または無線基地局（ＷＢＳ）で収集されたデータは、センサデータ（ＳＤＴ）としてインターネット（ＩＮ）などの回線を通じてセンサデータベース（ＤＳＢ）に格納される。センサデータは、解析エンジン（ＡＥ）によって解析され、アプリケーション（ＡＰ）によってフィードバックデータ（ＦＢＤＴ）としてディスプレイ（ＤＰ）上に表示されてもよいし、下り通信データベース（ＤＤＢ）に格納されたのち、再びインターネットを介して基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）へ転送され、センサ端末ＮＮの画面上に表示されるか、又は、音声として直接装着者に通知されてもよい。

図２は、本発明の実施の形態のセンサ端末で収集されたデータの解析の流れの一例を示す説明図である。

センサ端末ＮＮに搭載されたセンサによって取得されるセンサ入力（ＳＩＮ）には、赤外線ＩＤ（ＩＲＩＤ）、無線ＩＤ・強度（ＲＳＴ）、温度、湿度、照度等の環境情報（ＥＤＴ）、加速度・角速度（ＡＣＤＴ）、及び、マイクから得られる音声（ＳＤＴ）が含まれる。

動的な加速度・角速度（ＡＣＤＴ）は、センサ端末ＮＮ内部の一次特徴量分析部（ＦＡＮ）によって周波数分析（ＦＦＴ）及び積分（ＡＣＵＭ）され、一次特徴量（ＦＦ）である加速度リズム（ＭＲ）、運動エネルギー（ＭＥ）が生成され、記録される。静的な加速度情報は、一次特徴量（ＦＦ）である姿勢情報（ＰＯＳ）として記録される。

同様に、マイクから得られる音声（ＳＤＴ）は、周波数分析（ＦＦＴ）及び積分（ＡＣＵＭ）されることによって、それぞれ、一次特徴量（ＦＦ）である一次特徴量音声周波数（ＳＦ）及び一次特徴量音声エネルギー（ＳＥ）が生成され、記録される。

赤外線ＩＤ（ＩＲＩＤ）は、他のセンサ端末及び据え置き型の赤外線ビーコンが発信するＩＤをセンサ端末ＮＮが受信することによって得られたものであり、これは対面ＩＤ（人・場所）の一次特徴量として記録される。無線ＩＤ・強度（ＲＳＴ）は、他の端末及び据え置き型の無線ビーコンが発信するＩＤをセンサ端末ＮＮが受信し、その強度情報を計測することによって得られた情報であり、赤外線ＩＤ（ＩＲＩＤ）と同様に対面ＩＤ（人・場所）の一次特徴量Ｆ２ＦＤＴとして記録される。環境情報（ＥＤＴ）も、一次特徴量（ＦＦ）として記録される。

センサ端末内部に記録された上記の各種の一次特徴量を含む一次特徴量（ＦＦ）は、基地局（後述、図示省略）を介してデータセンタ（ＤＣ）に転送され、二次特徴量分析（ＳＡＮ）が行われて二次特徴量（ＳＦ）が生成される。

対面ＩＤ（Ｆ２ＦＤＴ）に対しては、二次特徴量分析（ＳＡＮ）として補完処理（ＳＵＰ）及び組み合わせ抽出（ＣＭＢ）が行われ、二次特徴量（ＳＦ）である対面マトリクス（Ｆ２ＦＤ）が生成される。補完された対面ＩＤは、場所識別（ＰＬＤＴ）によって環境情報（ＥＤＴ）と照らし合わされ、二次特徴量（ＳＦ）である場所情報（ＬＤ）が生成される。加速度リズム（ＭＲ）、運動エネルギー（ＭＥ）及び姿勢（ＰＯＳ）は、周波数パタン解析（ＳＦＡＮ）され、補完された対面ＩＤ情報と組み合わせて、コミュニケーション特徴抽出（ＣＭＤＴ）によって、センサ端末装着者のコミュニケーションに関する二次特徴量（ＳＦ）としてアクティブ度（ＡＲＴ）及び集中度（ＣＲＴ）等が生成される。音声周波数（ＳＦ）と音声エネルギーは（ＳＥ）は、発話推定（ＳＰＤＴ）によって、装着者の発話が判定され、加速度周波数パタン解析情報と併せ、行動判定部（ＢＨＤＴ）によって、二次特徴量（ＳＦ）であるセンサ端末装着者の推定行動（ＢＨＤ）が生成される。

＜基地局の動作の説明＞
次に、基地局の動作について、センサデータ（ＳＤＴ）、フィードバックデータ（ＦＢＤＴ）及び送信頻度情報（ＦＢＳＩＤ）の流れを示す図３、図４を用いて説明する。センサデータ（ＳＤＴ）は、センサ端末（ＮＮ）から基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）によって収集され、データセンタ（ＤＣ）のセンサデータベース（ＤＳＢ）に格納される。一方で、フィードバックデータ（ＦＢＤＴ）及び送信頻度設定情報（ＦＢＳＩＤ）は、上位アプリケーション（図示省略）によってデータセンタ（ＤＣ）の下り通信データベース（ＤＤＢ）に格納されたものが、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）を介してセンサ端末（ＮＮ）に送信される。センサデータ（ＳＤＴ）と、フィードバックデータ（ＦＢＤＴ）および送信頻度設定情報（ＦＢＳＩＤ）はデータが流れる方向が逆であるため、図３、図４に分けて説明する。もちろん、一つの基地局が、センサデータの収集と、フィードバックデータの配信の両方の機能を持つ実装が可能である。

図３は、本発明の実施の形態のセンサシステムにおけるセンサデータ収集の流れを示す説明図である。

センサ端末（ＮＮ）の不揮発記憶手段（ＯＦＭＥＭ）に格納されたセンサデータは、無線回路（ＲＡＤＩＯ−Ｓ）または、ＵＳＢターゲットＩ／Ｆ（インターフェース）（ＵＳＢ−Ｔ）を介して基地局に転送される。データは、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）等に代表される有線通信手段（ＵＳＢ−Ｔ）またはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ等に代表される無線通信手段（ＲＡＤＩＯ−Ｓ）を介して送信される。このとき、計測されたセンサデータをどの粒度および頻度で送信するかは、不揮発記憶手段（ＯＦＭＥＭ）に格納された送信頻度情報（ＳＩＤ）を元に制御される。送信されるデータには、時刻情報（図示省略）および送信頻度情報（ＳＩＤ）等のパラメータが格納される第一のデータ群と、センサで計測されたセンサデータ（ＳＩＤ）を含む第二のデータ群のふたつの種類がある。第一のデータ群は、必ずしも第二のデータ群と同じ頻度で送信される必要はない。

基地局の上り通信基地局ホストプログラム（ＢＵＨＳ）は、センサ端末から送信されたセンサデータ（ＳＤＴ）、及び送信頻度情報（ＳＩＤ）を、無線回路（ＲＡＤＩＯ−Ｈ）またはＵＳＢマスターＩ／Ｆ（ＵＳＢ−Ｍ）を介して受け取り、基地局一次記憶（ＢＵＴＳ）へ一旦格納する。センサデータ（ＳＤＴ）及び送信頻度情報（ＳＩＤ）を一旦一次記憶（ＢＵＴＳ）へ格納するのは、基地局は多くのセンサ端末から大量のセンサデータ（ＳＤＴ）を受け取るため、転送が集中することによってデータセンタ（ＤＣ）のセンサデータベース（ＤＳＢ）への格納が間に合わず、センサデータの欠落が起こることを防止するためである。

基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は、一旦一次記憶（ＢＵＴＳ）へ蓄積されたセンサデータ（ＳＤＴ）及び送信頻度情報（ＳＩＤ）を、上り通信サーバクライアントミドルウェア（ＳＵＣＭ）によって取り出し、インターネット（ＩＮ）を介してデータセンタ（ＤＣ）へ送信する。

図４は、本発明の実施の形態のセンサシステムにおけるフィードバックデータ配信の流れを示す説明図である。

センサ端末（ＮＮ）は、自身に向けたフィードバックデータまたは送信頻度設定情報があるかどうかの問い合わせを、無線通信手段（ＲＡＤＩＯ−Ｓ）または有線通信手段（ＵＳＢ−Ｔ）を介して基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）に向けて送信する。基地局の下り通信ホストプログラム（ＢＤＨＳ）は、センサ端末から送信された問い合わせを、無線回路（ＲＡＤＩＯ−Ｈ）またはＵＳＢマスターＩ／Ｆ（ＵＳＢ−Ｍ）を介して受け取り、下り通信サーバクライアントミドルウェア（ＳＤＣＭ）を介してデータセンタ（ＤＣ）の下り通信サーバホストミドルウェア（ＳＤＨＭ）へ転送する。

下り通信サーバホストミドルウェアは、問い合わせを発信したセンサ端末のＩＤから、下り通信データベース（ＤＤＢ）から、そのセンサ端末向けのフィードバックデータ（ＦＢＤＴ）または送信頻度設定情報（ＦＢＳＩＤ）が登録されているかどうか検索し、登録されていればそのフィードバックデータ（ＦＢＤＴ）または送信頻度設定情報（ＦＢＳＩＤ）を下り通信サーバクライアントミドルウェア（ＳＤＣＭ）へ転送する。下り通信基地局ホストプログラム（ＢＤＨＳ）は、下り通信サーバクライアントミドルウェア（ＳＤＣＭ）を介して受け取ったフィードバックデータ（ＦＢＤＴ）または送信頻度設定情報（ＦＢＳＩＤ）を、無線回路（ＲＡＤＩＯ−Ｈ）またはＵＳＢマスターＩ／Ｆ（ＵＳＢ−Ｍ）を介してセンサ端末（ＮＮ）へ送信する。

センサ端末（ＮＮ）は、下り通信基地局ホストプログラム（ＢＤＨＳ）が送信したフィードバックデータ（ＦＢＤＴ）または送信頻度設定情報（ＦＢＳＩＤ）を、無線通信手段（ＲＡＤＩＯ−Ｓ）または、有線通信手段（ＵＳＢ−Ｔ）を介して受け取り、不揮発記憶手段（ＯＦＭＥＭ）に格納する。

＜名札型センサ端末の説明＞
図５は、本発明の実施の形態の名札型センサ端末ＮＮのハードウェア構成の説明図である。

センサ端末（ＮＮ）は、全体制御を行うマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）を中心として、各種通信回路から構成される。マイクロプロセッサは、中央演算装置（ＣＰＵ）、ＣＰＵが動作するプログラムおよび固定データが格納されるフラッシュメモリ等に代表される不揮発記憶手段（ＩＦＭＥＭ）、一次データが記憶される揮発メモリ（ＲＡＭ）、時刻を計測するリアルタイムクロック（ＲＴＣ）、汎用Ｉ／Ｏ（Input/Output）（ＧＰＩＯ）、シリアル通信回路（ＳＣＩ）、Ａ／Ｄ（Analog-to-Digital）コンバータ（ＡＤＣ）、Ｄ／Ａ（Digital-to-Analog）コンバータ（ＤＡＣ）が内蔵されている。これらは、マイクロプロセッサ内部のバス（ＩＢＵＳ）を介して相互に接続されており、ＣＰＵによって制御される。

本実施形態の名札型センサ端末ＮＮには、加速度・角速度センサ（ＡＣＣ）、温度・湿度センサ（ＴＥＭＰ）、照度センサ（ＬＵＭ）が搭載されている。加速度・角速度センサ（ＡＣＣ）および温度・湿度センサ（ＴＥＭＰ）の出力は、デジタルのシリアル信号で出力されるため、マイクロプロセッサのシリアル通信回路（ＳＣＩ）に接続される。照度センサ（ＬＵＭ）の出力はアナログ出力のため、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）のＡ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）に接続され、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）によって、デジタル変換される。マイク（ＭＩＣ）によって取得される音声も、Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）によってデジタル変換される。

本実施形態の名札型センサ端末ＮＮは、４組の赤外線送受信回路（ＴＲＩＲ１〜ＴＲＩＲ４）を備え、赤外線通信による対面検出、場所検出を行う。使用されるプロトコルは例えばＩｒＤＡ規格であり、それぞれの送受信回路は、ＩｒＤＡ変復調回路（ＩＲＣＤ）を介してマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）のシリアル通信回路（ＳＣＩ）に接続される。

センサから取得されたセンサデータ（ＳＤＴ）は、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）のシリアル通信回路（ＳＣＩ）に接続された外部不揮発記憶手段（ＯＦＭＥＭ）に格納される。本実施形態における、リアルタイムクロック（ＲＴＣ）によって計測された時刻及びセンサ毎に設定されるデータ取得頻度情報は、外部不揮発記憶手段（ＯＦＭＥＭ）に格納される。実装の形態によっては、外部不揮発記憶手段ではなく、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）に内蔵された内蔵不揮発記憶手段（ＩＦＭＥＭ）に格納されても良い。

センサ端末ＮＮは、センサデータ（ＳＤＴ）の基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）への送信、およびフィードバックデータ（ＦＢＤＴ）の受信のため、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈによる無線通信回路（ＲＡＤＩＯ−Ｓ）、およびＵＳＢターゲットインタフェース（ＵＳＢ−Ｔ）を備える。これらもマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）のシリアル通信回路（ＳＣＩ）に接続される。

センサ端末ＮＮは、二次電池（ＢＡＴ）から供給される電力で動作する。二次電池（ＢＡＴ）は、ＵＳＢターゲットのインタフェース（ＵＳＢ−Ｔ）から、パスパワーの電源（ＥＰＯＷ＋、ＥＰＯＷ−）によって供給される電力を用いて充電回路（ＣＨＧ）によって充電される。

センサ端末ＮＮは、ユーザインタフェースとして、ボタンスイッチ（Ｂｕｔｔｏｎｓ）、ＬＥＤおよび液晶画面（ＬＣＤ）を備え、ボタン、ＬＥＤについては汎用Ｉ／Ｏ（ＧＰＩＯ）、液晶画面（ＬＣＤ）はシリアル通信回路（ＳＣＩ）に接続される。

＜データ形式の説明＞
一般的に、センサシステムでは、一つの基地局で複数のセンサ端末のデータを収集するため、一つの通信路で複数の端末が通信を行う多重通信が行われる。多くの場合、一つの端末が連続して通信路を占有しないよう、送信データを区切って時分割で送信を行う。この区切りによるデータの集合をパケットと呼ぶ。

本実施形態では、時刻情報、データ取得頻度等のパラメータを送信する第一のデータ群、および、センサによって計測されたデータの実体を送信する第二のデータ群は、それぞれパケットの形態で送信される。第一のデータ群、第二のデータ群ともに、一つまたは複数のパケットによって構成される。

図６は、本発明の実施の形態のセンサシステムにおいて、第一のデータ群および第二のデータ群が、パケット送信によって送信される例を示す説明図である。

図６の例において、ＰＫ１１１〜ＰＫ１３１およびＰＫ２１１〜ＰＫ２２３はパケットを示す。本図では、第一のデータ群は二つのパケット、第二のデータ群は三つのパケットによって構成される例を示している。ＰＫ１１１およびＰＫ１１２は、最初に送信される第一のデータ群、ＰＫ２１１、ＰＫ２１２およびＰＫ２１３は最初に送信される第二のデータ群を示している。第一のデータ群は時刻情報を含み、例えば０１：０２：１０から１０秒分のデータである。一つの時刻情報に対して送信される第一のデータ群と第二のデータ群を合わせたデータをスロットと定義する。ＰＫ１２１およびＰＫ１２２は、二番目に送信される第一のデータ群である。二番目に送信される第一のデータ群に続いて二番目に送信される第二のデータ群（ＰＫ２２１、ＰＫ２２２、ＰＫ２２３）が送信される。第一のデータ群に格納されている時刻情報は０１：０２：２０から１０秒分のデータである。つまり、本図ではひとつのスロットは、１０秒分のデータを含み、それぞれのスロットの第一のデータ群に時刻情報が含まれる。

第一のデータ群に含まれる時刻情報は、そのスロットに含まれるセンサ計測データの最初のデータの時刻情報を示し、これをタイムスタンプと呼ぶ。タイムスタンプは、センサの計測したデータの時刻情報であり、データが送信された時刻を必ずしも意味しない。無線通信を使用してセンサで取得したデータを即時に送信するようなアプリケーションでは、タイムスタンプと送信時刻がほぼ等しくなる場合もある。

なお、図６には、簡単な例として、第一のデータ群が二つのパケットからなり、第二のデータ群が三つのパケットからなる例を示したが、実際にはこれらのパケット数をさらに増やすこともできる。一般には、第二のデータ群のパケット数を第一のデータ群のパケット数より多くすることが望ましい。特に、第二のデータ群が時刻情報を含まないこと、及び、センサの数が一定であれば第二のデータ群のパケット数を増やしてもそれに対応する第一のデータ群のパケット数を増やす必要がないことから、各スロットにおいて第二のデータ群のパケット数を増やすほど、送信される全データの量に対するセンサの計測データの量の割合、すなわち、計測データの送信の効率が高まる。

図７は、本発明の実施の形態のセンサシステムにおいて送受信されるデータの説明図である。

図７（Ａ）は、本実施形態で送受信される物理層のパケット構造を示す。これは、一般的な有線・無線通信における物理層のパケット構造と同じである。パケットは、大きく分けてヘッダ（Headder）、ペイロード（Payload）、およびチェックコード（Check Code）から構成される。ヘッダには、データの先頭を示すプリアンブル、パケットのデータ総量を示すレングス、および個体を識別するためのユニークなＩＤ等が含まれる。これらは、使用する通信方式の物理層プロトコルに依存するため、図示は省略する。ペイロードは、送信したいデータの実体である。パケットの最後には、そのパケットが正しく送受信されたかどうかチェックするためのチェックコードが付加される。本実施形態では、ペイロードに格納するデータとして、データ本体に併せてセンサ種別キー、時系列キーを付加することが特徴である。

図７（Ｂ）は、本発明の実施の形態におけるセンサ端末が送信するデータを示す。

パケットのペイロードに格納されるデータは、センサ種別キー（ＳＫ）、時系列キー（ＴＫ）及びデータ本体を含む。これらの詳細は後述する（図８参照）。通信物理層によってペイロードにヘッダとチェックコードが付加されて送信される。

図８は、本発明の実施の形態のセンサ端末が送信するパケットの構成およびサイズ（バイト数）の具体例の説明図である。

センサ種別キー（ＳＫ）は、そのパケットに格納されているパラメータ種別またはセンサ種別を示す。時刻およびデータ取得頻度のパラメータを送信するための第一のデータ群、センサで計測されたデータの実体を送信する第二のデータ群のいずれも、基本的には共通の構造のパケットを用いる。

センサ種別キー（ＳＫ）は、パラメータの種別、センサの種別を識別するための情報量を持ち、図８の例では１バイトで表現される。１バイトで、最大２５６のパラメータ種別またはセンサ種別を識別できる。センサ種別キー（ＳＫ）の具体例は後述する。

センサ端末（ＮＮ）は、センサ種別キー（ＳＫ）とともに、時系列キー（ＴＫ）を送信する。時系列キー（ＴＫ）は、パケットナンバー（ＴＫＰＮ）およびセンシングシーケンスナンバー（ＴＫＳＮ）から構成される。パケットナンバー（ＴＫＰＮ）は、当該パケットを含むスロットに送信される、センサ種別キー（ＳＫ）で示される当該センサ種別のデータパケットの順番を示すユニーク値である。より早く取得された計測データを格納するパケットに、より上位のパケットナンバー（ＴＫＰＮ）が与えられる。センシングシーケンスナンバー（ＴＫＳＮ）は、当該パケットに含まれるセンサデータが取得されたスロットの時刻に対応するユニーク値である。当該スロットの当該センサ種別のデータを格納したパケット数が２５６を超えない限り、パケットナンバー（ＴＫＰＮ）は１バイトで表現される。センシングシーケンスナンバー（ＴＫＳＮ）は、一つのスロットに複数のパケットが含まれる場合に、それらのパケットが同一スロットに含まれていることを識別するのに使われる。スロット長が１０秒の場合、一日連続して稼働したとき８６４０のスロットが存在する。本実施例では、センシングシーケンスナンバー（ＴＫＳＮ）が２バイト長で表現されており、１週間分以上のデータ量に相当する６５５３６スロットでユニークさが保証される。

センサデータ（ＳＤ）は、パラメータ実体またはセンサによって計測されたデータ実体である。本実施例では、センサ種別キー（ＳＫ）および時系列キー（ＴＫ）のサイズの合計が４バイトであり、データ実体の１６バイトを含めても２０バイト以下の小さなパケットに対応する。

図９は、本発明の実施の形態のセンサ端末が送信する第一のデータ群および第二のデータ群のパケットのセンサ種別キーの実例を示す説明図である。

本実施例では、図９（Ａ）に示すように、時刻情報、データ取得頻度等のパラメータを格納する第一のデータ群のパケットのセンサ種別キー（ＳＫ）は、１６進数で０ｘ８０番台で表現される。一方、図９（Ｂ）に示すように、センサにより計測されたデータ実体を格納する第二のデータ群のパケットのセンサ種別キー（ＳＫ）は、１６進数で０ｘ９０番台で表現される。接頭辞の０ｘは１６進数で表現されていることを示す。例えば、センサ種別キー（ＳＫ）が０ｘ８０のパケットには、端末ＩＤと時刻情報が、センサ種別キー（ＳＫ）が０ｘ９０のパケットには、加速度のＸ軸のデータが格納されていることを示す。

図１０は、本発明の実施の形態の第一のデータ群に含まれるデータ取得頻度パラメータの実例を示す説明図である。

具体的には、図１０は、センサ端末上で計測される、温度・湿度・照度、加速度３軸、ジャイロ３軸、音声エネルギー、音声周波数、音声周波数、赤外線近接検知、および無線近接検知のデータそれぞれについて、データの取得の有無と、送信頻度のパラメータ（例えば間引きのパラメータ）の設定形式を示している。それぞれ、０ｘ００を設定した場合は、そのデータの送信は行われない。０ｘ００以外については、そのデータがｎ回計測されるごとに一回送信することを示す上位桁設定値ｎと、ｎ回計測されたデータのうち何番目のデータを送信するかを示す下位桁設定値ｍとが設定される。例えば、０ｘ１０を設定した場合は、１回データが計測される度に１回、０番目のデータ（すなわちその計測されたデータ）が送信される。つまり、計測された全てのデータが、計測される度に毎回送信される。０ｘ２１を設定した場合は、計測回数２回に対して送信回数１回にデータを間引き、その１番目（すなわち２個目のデータ）が送信される。例えば毎秒５０回計測される加速度データの場合は、毎秒２５回計測されるデータに相当するサンプリングレートの奇数番目のデータが送信される。

＜通信動作の説明＞
図１１は、本発明の実施の形態におけるセンサ端末と基地局との通信動作を示す説明図である。

基地局（ＢＳ）およびセンサ端末（ＮＮ）は共通の通信手段を持ち、センサ端末（ＮＮ）が計測したセンサデータを基地局（ＢＳ）に送信する。センサ端末（ＮＮ）は、データ取得頻度などのパラメータを記憶するパラメータ記憶手段（ＰＭＭ）、および時刻の計測・記憶手段（ＴＭＭ）を持つ。具体的実装としては、パラメータ記憶手段（ＰＭＭ）および時刻記憶手段（ＴＭＭ）は図５における外部不揮発記憶手段（ＯＦＭＥＭ）上に構成されることを想定するが、前述の通りマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）内の内蔵不揮発記憶手段（ＩＦＭＥＭ）上に構成しても差し支えない。また、時刻の計測手段は、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）に内蔵されたリアルタイムクロック（ＲＴＣ）によって実現される。

パラメータ記憶手段（ＰＭＭ）に記憶されるデータ取得頻度情報、時刻計測・記憶手段（ＴＭＭ）に記憶される時刻情報は、センサ端末（ＮＮ）自身が設定しても良いし、基地局から通信手段を介して設定してもよい。図１１では、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）から設定する実施例を示している。基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は、通信管理（ＢＳＣＣ）によって、通信手段を介してデータ取得頻度情報をはじめとするパラメータ（ＰＭＤ）をセンサ端末（ＮＮ）へ送信する。センサ端末（ＮＮ）は、受信したパラメータ情報を一旦受信キュー（ＲＶＱ）へ受信し、その後、パラメータ記憶手段（ＰＭＭ）へ格納する。

時刻についても、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は時刻管理部（ＢＳＴＢ）によって自身の時刻を管理し、それをセンサ端末（ＮＮ）へ配信して時刻をセットすることができる。センサ端末（ＮＮ）は、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）から受信した時刻情報を、時刻計測・記憶手段（ＴＭＭ）へ格納する。センサ端末（ＮＮ）は、自身の時刻計測手段（ＲＴＣ）によって時刻を計測するため、高頻度に基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）から時刻情報を転送してセンサ端末の時刻情報を補正する必要はない。

センサ端末（ＮＮ）は、搭載された複数のセンサ（図１１の例ではセンサＡ、センサＢ、センサＣ）から計測データを取得し、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）へ送信する。図１１では、センサから直接送信キーへ送信する流れを記載しているが、一般的には、図３に示す通り、計測されたデータは一旦センサデータ（ＳＤＴ）として不揮発記憶手段（ＯＦＭＥＭ）へ格納され、その後送信される。図１１では簡略化のため、不揮発記憶手段（ＯＦＭＥＭ）への格納は省略する。

センサ端末（ＮＮ）からの送信データは、送信キュー（ＴＲＱ）へ格納され、その後通信手段を介してパケットへ構成されて送信される。送信キューとは、送信データがすぐに通信手段によって送信できない場合に、一次的に複数のデータを記憶する手段である。図１１に示した送信キュー（ＴＲＱ）は、１０段（１０パケット分）の循環配列型の記憶部（いわゆるリングバッファ）の例を示している。通信手段での調停または電波状態の悪化による送信遅延が起こった場合でも、最大１０パケット分のデータを送信キュー（ＴＲＱ）に記憶し、通信状態が改善したときに連続して送信することで、データの欠落を防止する。

図１１では、センサＡからの計測データはＳＤ１１、ＳＤ１２、ＳＤ１３、ＳＤ１４として、センサＢからの計測データはＳＤ２１、ＳＤ２２として、センサＣからの計測データはＳＤ３１として送信キュー（ＴＲＱ）へ格納される例を示している。センサごとにキューへ格納されるデータの数が異なるのは、センサの種別によって単位時間あたりのデータの量が異なったり、パラメータ記憶手段に記憶されたデータ取得頻度の設定がセンサ毎に異なったりするためである。

更に、図１１では、ＰＭＤ１およびＰＭＤ２の二つのパラメータ（第一のデータ群）を送信する例を示している。パラメータ情報ＰＭＤ１およびＰＭＤ２はそれぞれ時刻情報を含み、それぞれの時刻情報が示す時刻の間に送信されるセンサデータがその時刻情報に対応するスロットを構成する。つまり、パラメータ１（ＰＭＤ１）を第一のデータ群、センサ計測データＳＤ１１、ＳＤ２１、ＳＤ１２、ＳＤ３１、ＳＤ１３を第二のデータ群とするパケットが第一のスロット、パラメータ２（ＰＭＤ２）を第一のデータ群、センサ計測データＳＤ１４、ＳＤ２２以降を第二のデータ群とするパケットが第二のスロットである。図１１は、第一のスロットの時系列キー（ＴＫ）をＴＫ０からはじまる表記（例えばＴＫ０１〜ＴＫ０３）とし、第二のスロットの時系列キーをＴＫ１からはじまる表記（例えばＴＫ１１）とすることで、それぞれのパケットが属するスロットを識別できることを説明している。また、時系列キーの末尾の数字は、同一種別のセンサデータのパケットの順番を示す。詳しい時系列キー（ＴＫ）のフォーマットは後述する。

これらのパケットを、通信手段を介して受信した基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は、データ時系列復元部（ＢＳＲＣ）によってパケットに分割されたデータを結合し、時刻情報およびパラメータを用いてデータを復元し、センサデータベース（ＤＳＢ）へ格納する。

このように、センサ端末（ＮＮ）がセンサの数より少ない数の送信キュー（ＴＲＱ）しか持たなくても、複数のセンサが一つの送信キュー（ＴＲＱ）を共有することができ、送信キュー（ＴＲＱ）のための記憶領域を節約することができる。基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は、センサキーが示すセンサ種別と、センシングシーケンスナンバーと、パケットナンバーと、に基づいて、計測データをセンサごとに取得時刻の順に整列して復元することができる。

＜データの復元方法＞
図１２は、本発明の実施の形態におけるセンサ種別キー（ＳＫ）と時系列キー（ＴＫ）を使ったパケット同士の照合方法の説明図である。

図１２では、第一のデータ群としてパケット１（ＰＭＤ１Ａ）およびパケット２（ＰＭＤ１Ｂ）を示し、その第一のデータ群に対応する、センサで計測したデータ実体を格納する第二のデータ群として、パケット３（ＰＭＤ２Ａ）、パケット４（ＰＭＤ２Ｂ）およびパケット５（ＰＭＤ２Ｃ）を示している。それぞれのパケットの最初の１バイトがセンサ種別キー（ＳＫ）、続く３バイトが時系列キー（ＴＫ）、５バイト目以降が実データである。

パケット１（ＰＭＤ１Ａ）は、図９におけるセンサ種別キー値０ｘ８０に対応するパケット、つまり端末ＩＤと時刻情報（タイムスタンプ）を送信するパケットである。この種別のパケットは一つのパケットのみで完結するため、パケットナンバーは０ｘ００、センシングシーケンスナンバーは０ｘ５Ａ０１である。つまり、上記の値は、当該パケットが、時系列キーのセンシングシーケンスナンバー０ｘ５Ａ０１で示されたパケットに格納されたデータに対するパラメータを含むことを示す。この例では、端末ＩＤが４バイトデータである０ｘ１２３４５６７８、センシングシーケンスナンバー０ｘ５Ａ０１のスロットの計測開始時間が時刻０１：２３：４０．００である。

なお、この計測開始時間は、パケット１（ＰＭＤ１Ａ）に対応する第二のデータ群のパケットに含まれる計測データの取得期間を特定するための基準時刻の一例であり、当該取得期間を特定できる情報である限り、他の時刻情報が用いられてもよい。

パケット２（ＰＭＤ１Ｂ）は、図９におけるセンサ種別キー値０ｘ８２に対応するパケット、つまりデータ取得頻度を送信するパケットである。この種別のパケットは一つのパケットのみで完結するためにパケットナンバーは０ｘ００、センシングシーケンスナンバーはパケット１と同一の０ｘ５Ａ０１である。つまり、上記の値は、当該パケットが、パケット１と同一のスロットのパケットに対するパラメータを含むことを示す。図１２の例では、センサ種別キー０ｘ９０（加速度Ｘ軸）に対する取得頻度設定値として０ｘ００、センサ種別キー０ｘ９１（加速度Ｙ軸）に対する取得頻度設定値として０ｘ０１、センサ種別キー０ｘ９２（加速度Ｚ軸）に対する取得頻度設定値として０ｘ２０というパラメータが送信される。これらは、センサ端末（ＮＮ）が、加速度Ｘ軸の計測データを送信せず、加速度Ｙ軸のデータを１回計測するごとに１回送信（すなわち計測した全てのデータを送信）し、加速度Ｚ軸のデータを２回計測するごとに１回送信（すなわち１／２に間引き）し、０番目のデータ、すなわち偶数番目のデータを送信することを示す。

なお、本実施例において、データをｎ回計測するごとに１回送信する場合のデータ取得頻度を１／ｎと表現し、このときのｎを間引きパラメータとも記載する。ただし、このような取得頻度の表現方法は一例であり、各センサが計測するデータのうち、基地局に送信されるデータの取得間隔を特定できる方法である限り、任意の表現方法を採用できる。上記の例では、各センサの計測頻度が固定されており、センサ端末は、設定された取得頻度に応じて計測データを１／ｎに間引きして送信する。基地局は、各センサの本来のデータ計測頻度を予め与えられており、間引き係数に基づいて、受信した計測データの取得間隔を特定できる。別の例を示せば、センサ端末は、送信される計測データの取得間隔又は単位時間当たりの取得回数を送信してもよい。また、各センサは、固定された計測頻度でデータを計測するのではなく、設定された取得頻度と同じ頻度でデータを計測してもよい。

パケット３（ＰＭＤ２Ａ）、及びパケット４（ＰＭＤ２Ｂ）は、図９におけるセンサ種別キー値０ｘ９１に対応するパケット、つまり第二のデータ群（センサデータ実体）における、スロットの計測開始時間を始点とする期間の加速度Ｙ軸のセンサデータを含むパケットである。これらのパケットの時系列キー（ＴＫ）におけるセンシングシーケンスナンバーはパケット１及びパケット２と同一の０ｘ５Ａ０１であり、パケット３及びパケット４がパケット１及びパケット２と同一のスロットに対するセンサ計測データを含むことを示す。パケット３及びパケット４の時系列キー（ＴＫ）におけるパケットナンバーは、それぞれ、０ｘ００及び０ｘ０１と互いに異なっている。これは、パケット３及びパケット４が同一のスロットの同一のセンサから得られた、別のデータを含むことを示している。本実施例では、パケットナンバーは０ｘ００から１ずつ加算して付番される。従って、上記のパケットナンバーは、パケット３とパケット４が、センサＹから得られた計測値の時系列上で連続したデータを含むこと、及び、パケット３に格納された計測データがパケット４に格納された計測データより先に取得されたことを示している。

パケット５（ＰＭＤ２Ｃ）は、図９におけるセンサ種別キー値０ｘ９２に対応するパケット、つまり第二のデータ群（センサデータ実体）における、スロットの計測開始時間を始点とする期間の加速度Ｚ軸のセンサデータを含むパケットである。このパケットの時系列キー（ＴＫ）におけるセンシングシーケンスナンバーはパケット１〜４と同一の０ｘ５Ａ０１であり、パケット５がパケット１〜４と同一のスロットに対するセンサ計測データを含むことを示す。パケット５の時系列キーにおけるパケットナンバーは０ｘ００であり、０ｘ５Ａ０１で示されるスロットの最初の加速度Ｚ軸の計測データ列であることを示している。

以上の実施例のように、本発明では、複数種類のセンサ及び複数のパケットに対して、一つの時刻を時系列キーによって関連付けることができ、全体の通信データ量を削減することができる。一方で、全てのパケットに対してそのデータがセンシングされた時刻情報が付加されていないため、パケットの中に含まれているデータの正確な取得時間を得るためには、各パラメータを参照して、時刻を計算することが必要になる。

あるパケットに含まれるデータに対し、第一のデータ群によって送信されたスロット時刻をＴ、そのセンサのサンプリング間隔をＴＳ、データ取得頻度の設定値をＴＨ、１パケットあたりの格納データ数をＰＣ、当該パケットの時系列キーにおけるパケットナンバーをＴＫＰＮとしたとき、当該パケットＮ番目のデータの計測時刻ＴＤは、式（１）で示される。

図１２に示す実施例では、加速度データのサンプリング間隔ＴＳを０．０５秒（５０ｍｓ）とすると、例えばパケット４の６番目のデータ（１５）は、式（２）によって計算された時刻０１：２３：４１：０５に取得された加速度Ｙ軸データであり、パケット５の１６番目のデータ（３Ｅ）は、式（３）によって計算された時刻０１：２３：４１：５０に取得された加速度Ｚ軸データであることを復元できる。

＜順序保証と欠落検出＞
図１３は、本発明の実施の形態における複数のセンサ端末からのデータを受信する基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）の動作の説明図である。

図１３ではセンサ端末１（ＮＮ１）とセンサ端末２（ＮＮ２）の二つのセンサ端末が、それぞれセンサ種別キー（ＳＫ）：０ｘ９０の加速度Ｘ軸、センサ種別キー（ＳＫ）：０ｘ９２の加速度Ｚ軸のセンサ計測データを送信している。センサ端末１（ＮＮ１）のスロット１（ＳＬＴ１１）のデータに続いて、ほぼ同時にセンサ端末２（ＮＮ２）がスロット２（ＳＬＴ２１）のデータを送信している。基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は、センサ端末１（ＮＮ１）からのセンシングシーケンスナンバー０ｘ５Ａ０１の時刻情報パケット（Ｐ１１）に続いてセンサ端末２（ＮＮ２）からのセンシングシーケンスナンバー０ｘ３ＣＡＡの時刻情報パケット（Ｐ２１）を受信している。

さらに、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は、センサ端末１（ＮＮ１）からのセンシングシーケンスナンバー０ｘ５Ａ０１の加速度データＸのパケットＰ１２、Ｐ１３、Ｐ１４と、センサ端末２（ＮＮ２）からのセンシングシーケンスナンバー０ｘ３ＣＡＡの加速度データＺのパケットＰ２２、Ｐ２３、Ｐ２４を受信する。図１３の例では、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は、これらのパケットを、Ｐ１２、Ｐ２２、Ｐ１３、Ｐ２３、Ｐ１４、Ｐ２４の順に受信する。

基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は、上記のように複数のセンサ端末から送信されたパケットが混在するパケット群から、時系列キー（ＴＫ）のセンシングシーケンスナンバー（ＴＫＳＮ）を参照して同一のセンサ端末から送信されたパケットに含まれるセンサデータ同士を結合することで、センサデータＤ１及びＤ２を復元してデータセンタのＤＢへ格納する。

センサ端末１（ＮＮ１）からのスロット１（ＳＬＴ１１）に含まれる加速度データＸの三つのパケットＰ１２、Ｐ１３、Ｐ１４、及び、センサ端末２（ＮＮ２）からのスロット２（ＳＬＴ２１）に含まれる加速度データＺの三つのパケットＰ２２、Ｐ２３、Ｐ２４の時系列キーのパケットナンバー（ＴＫＰＮ）は、いずれも、それぞれ０ｘ００、０ｘ０１、０ｘ０２と順序どおりであることから、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）がこれらのパケットを欠落なく受信していることがわかる。

一方で、センサ端末１（ＮＮ１）からのセンシングシーケンスナンバー０ｘ５Ａ０２のスロット２（ＳＬＴ１２）では、通信路の障害等によって、パケットナンバー（ＴＫＰＮ）０ｘ０１を有するパケットが存在せず、更にパケットナンバー０ｘ０２及び０ｘ００をそれぞれ有する二つのパケット（それぞれＰ１６及びＰ１７）がその順序で受信され、続いて、次のスロットのパケットＰ１８が受信されている。基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は、時系列キー（ＴＫ）のセンシングシーケンスナンバー（ＴＫＳＮ）を参照してセンサデータを結合する際に、パケットナンバー（ＴＫＰＮ）を参照して、その連続性の解析からパケットの欠落と受信順序の入れ違いを検出し、データの入れ替えと欠落データの補完を行い、復元してセンサデータＤ３としてデータセンタのＤＢに格納することができる。

図１３の例では、パケットナンバー（ＴＫＰＮ）から、先に受信したパケットＰ１６より後に受信したパケットＰ１７が、パケットＰ１６より先に取得された計測データを含んでいること、及び、それらの間にあるべき一つのパケットが欠落していることが分かる。このため、センサデータベースには、パケットＰ１７から取り出されたＮＮ２加速度Ｘ１、パケットＰ１６から取り出されたＮＮ２加速度Ｘ３がその順に格納され、それらの間に１パケット分の空き領域が確保される。

＜通信の欠落を検知して送信頻度を低下させる方式＞
前述の通り、本発明では時系列キー（ＴＫ）に含まれるセンシングシーケンスナンバー（ＴＫＳＮ）に基づいて混在・分散したパケットを結合し、パケットナンバー（ＴＫＰＮ）の連続性に基づいて欠落の検出と受信順序の入れ違いの補正を行う。一般に、特にリアルタイム性が要求される無線によるデータ収集では、基地局にデータを送信するセンサ端末の数が増加すると、通信路の通信帯域が逼迫し、輻輳によって欠落するパケットが増加する。

図１４は、本発明の実施の形態の基地局が、パケットの欠落を検知し、データ取得頻度を制御する動作を説明するフローチャートである。

図１４（Ａ）は、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）の起動処理を示す。基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は、起動すると（１４Ａ１）、周囲に通信可能なセンサ端末（ＮＮ）が存在するか検知する（１４Ａ２）。検知方法は通信方式によって異なるが、例えばBluetooth等であれば、センサ端末からの検知要求（アドバタイズ）パケットを受信することで行われる。通信可能なセンサ端末が存在する場合、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は、端末（ＮＮ）からのデータ受信処理を行う。一般に、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は複数のセンサ端末（ＮＮ）と通信を行うが、ここでは一つのセンサ端末（ＮＮ）との通信について記載する。複数のセンサ端末（ＮＮ）と通信を行う場合は、本実施例における端末受信処理を平行して行う。具体的には、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は、図１４（Ｂ）に記載の端末受信処理を、端末（ＮＮ）の数に相当する複数プロセスとして起動する（１４Ａ３）。

図１４（Ｂ）は、端末受信処理を示す。端末受信処理では（１４Ｂ１）、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は、まずセンサ端末（ＮＮ）のパラメータの初期値を設定する。本実施例では、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は、センサデータ取得頻度のパラメータを、全数取得する１／１設定にセットする（１４Ｂ２）。これは、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）が設定値をセンサ端末（ＮＮ）に送信することで行う。

次に、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は、センサ端末（ＮＮ）の時刻を設定するための時刻情報を送信する（１４Ｂ３）。センサ端末（ＮＮ）は、時刻を設定することで、センシング動作を開始する。センサ端末上でセンサによる計測が実施され、データを送信する場合、センサ端末（ＮＮ）は、まず第一のデータ群としてＩＤ／時刻パケット（センサ種別キーＳＫ値０ｘ８０）などのパラメータを送信する。基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は、これを受信することで、センサ端末（ＮＮ）からのデータ送信を認識する（１４Ｂ４）。

その後、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は、第一のデータ群のパケットに含まれる時系列キー（ＴＫ）のセンシングシーケンスナンバー（ＴＫＳＮ）と、センサ計測データ実体が格納された第二のデータ群のパケットに含まれる時系列キー（ＴＫ）のセンシングシーケンスナンバー（ＴＫＳＮ）との同一性に基づいて、第一のデータ群と同一スロットのデータを受信する（１４Ｂ５）。

基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は、これまでに受信したＩＤ／時刻パケットとは異なるセンシングシーケンスナンバー（ＴＫＳＮ）のＩＤ／時刻パケットを受信したとき（１４Ｂ６）、異なるスロットのデータであると認識し、これまでに受信したデータの結合処理を行いデータベースへ格納する。まず、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は、受信した第二のデータ群に付加された時系列キー（ＴＫ）のパケットナンバー（ＴＫＰＮ）の連続性をチェックし（１４Ｂ７）、整合性をチェックする（１４Ｂ８）。パケットナンバー（ＴＫＰＮ）が整合していた（すなわち、パケットナンバー（ＴＫＰＮ）に不連続がなく、その順とパケットの受信順が一致する）場合は、正常なデータであるとしてデータの結合及びデータベース（ＤＳＢ）への格納が行われる（１４Ｂ９）。このとき、例えば式（１）〜（３）に示す方法によって、各計測データの取得時刻が特定される。正常なデータを受信した場合は、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は続くパケットを受信する（１４Ｂ４）。

時系列キー（ＴＫ）のパケットナンバー（ＴＫＰＮ）の整合性に異常がある場合は、データの受信順が乱れたり、データが欠落したりしていることを意味している。この場合、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は、データ再構成処理を行う（１４Ｂ１０）。その後、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は、再構成したデータについてデータの結合及びデータベースへの格納（ＤＳＢ）を行う（１４Ｂ９）。

図１４（Ｃ）は、データ再構成処理を示す。データ再構成処理（１４Ｃ１）では、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は、まず受信したパケットに含まれる計測データの取得順を識別するため、パケットナンバー（ＴＫＰＮ）の順にパケットの整列（すなわち並べ替え）を行う（１４Ｃ２）。整列したパケットのパケットナンバー（ＴＫＰＮ）が連続していない場合は、抜けた番号のパケットが通信の過程で欠落したことを意味している。基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は、必要に応じて、欠落したと判定されたパケットの補完処理を行う（１４Ｃ３）。各パケットに含まれる計測データの量が予め決まっていれば、欠落したパケットの後続のパケット（図１３の例ではＰ１６）に含まれる各計測データの取得時刻は、欠落したパケットの数と、それらに含まれていたはずの計測データの量と、に基づいて、式（１）〜（３）を用いてを特定することができる。

アプリケーションによっては、欠落したパケットが一定以上生じると、動作に支障が出る場合がある。そのため、本実施の形態ではデータの取得頻度を調整し、優先度の高いデータを選択的に取得することで、通信路の輻輳を軽減させてデータの欠落を防止する。

例えば、単位時間あたりの欠落パケット数（すなわちパケットの欠落の頻度）が予め規定された閾値以上だった場合（１４Ｃ４）、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は、データの取得頻度設定を変更してセンサ端末（ＮＮ）に設定することで、間引きパラメータｎを変更する（１４Ｃ５）。具体的には、間引きパラメータｎを大きくすることによってデータの取得頻度が低下するため、センサ端末（ＮＮ）から基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）に送信されるデータの量が減少し、通信路の輻輳が軽減される。基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は、変更後のデータ取得頻度を特定できる情報を、データの取得頻度の設定を変更するための指示としてセンサ端末（ＮＮ）に送信する。例えば、間引きパラメータｎを送信してもよいし、取得頻度そのもの（例えば１／ｎの値又は単位時間当たりの取得回数等）を送信してもよい。

以上でデータ再構成処理が終了する（１４Ｃ６）。

図１５は、本発明の実施の形態のセンサ端末、基地局及びデータセンタ（アプリケーション）におけるデータ取得頻度の設定処理を説明するフローチャートである。

端末受信処理において、センサ端末（ＮＮ）のパラメータの初期値が設定される（１５−２）。本実施例では、センサデータ取得頻度のパラメータを、全数取得する１／１に設定する。これは、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）が設定値をセンサ端末（ＮＮ）に送信することで行われる（１５−３）。パラメータの初期値は、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）に予め設定された初期値でもよいし、データセンタにおけるアプリケーションによって決定されたセンサデータ優先度（１５−１）に基づくものであっても良い。

続いて、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）はセンサ端末（ＮＮ）の時刻を設定するための時刻情報を送信する（１５−４）。センサ端末（ＮＮ）は、時刻を設定することで、センシング動作を開始する（１５−５）。センサ端末（ＮＮ）は、センサによる計測を実行し、データを送信する場合、まず第一のデータ群としてＩＤ／時刻パケットなどのパラメータを送信する。基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は、これを受信することで、センサ端末（ＮＮ）からのデータ送信を認識する。基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は、受信した第一のデータ群と第二のデータ群に含まれる時系列キー（ＴＫ）に基づいてデータ結合及びデータベース格納を行う（１５−６）。

パケットナンバー（ＴＫＰＮ）の整合性チェックによって、一定以上のパケットの欠落が検知された場合（１５−７）、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）はセンサ端末（ＮＮ）にデータ取得頻度設定値を送信し、通信路のデータ量を調整する。センサ端末（ＮＮ）のデータ取得頻度の再設定は、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）が自律的に行ってもよいし、アプリケーションが必要なデータに基づいて優先度を再決定することによって行われてもよい。アプリケーションが判断する場合には、基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）からデータセンタのアプリケーションにデータ欠落通知を示し（１５−９）、アプリケーションがセンサデータの優先度を再決定する（１５−１０）。アプリケーションが決定した優先度に基づいて基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）はセンサデータの取得頻度を再設定し（１５−１１）、センサ端末（ＮＮ）へデータ取得頻度設定情報を送信する。センサ端末（ＮＮ）は、受信したデータ取得頻度設定情報に従ってデータ取得頻度を設定する（１５−１２）。

基地局（ＢＳ／ＷＢＳ）は、各センサ端末（ＮＮ）又は各センサに優先度が設定されている場合、その優先度に基づいてデータ取得頻度の再設定を行ってもよい。例えば、複数のセンサ端末（ＮＮ）からのパケットの欠落の頻度が同じである場合、それらのうち優先度が低いセンサ端末（ＮＮ）のデータ取得頻度を優先的に低下させてもよい。各センサに優先度が設定されている場合も同様に、優先度が低いセンサのデータ取得頻度を優先的に低下させてもよい。これによって、重要なセンサ端末（ＮＮ）又はセンサの計測データの欠落を防ぐことができる。

以上の本発明の実施の形態によれば、時刻情報とセンサデータ取得頻度等とを含む第一のデータ群を格納した通信パケットと、センサによる計測データ実体を含む第二のデータ群を格納した通信パケットを分けて送信することで、１通信パケットあたりのデータ量を削減し、通信を効率化して通信路の輻輳を防止することができる。また、第一のデータ群を送信する間隔を、第二のデータ群を送信する間隔より長くする（すなわち、第一のデータ群のパケット数より第二のデータ群のパケット数を多くする）ことで、全体の通信データ量を削減することができる。このとき、データの連続性及び前後関係を保証することができる。さらに、センサによる計測データの送信間隔を基地局から変更する手段を提供することで、全体の通信データ量を削減することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によってハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによってソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、不揮発性半導体メモリ、ハードディスクドライブ、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶デバイス、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の計算機読み取り可能な非一時的データ記憶媒体に格納することができる。

また、制御線及び情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線及び情報線を示しているとは限らない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

Claims (12)

1. センサを有する端末装置と、前記端末装置と通信する基地局と、を有するセンサシステムであって、
   前記端末装置は、
   前記センサの計測データのうち、前記基地局に送信する計測データの取得頻度を記憶し、
   前記センサの計測データの取得期間の基準時刻と、前記取得頻度と、を含む第１のデータと、前記第１のデータに対応し、前記取得期間に前記取得頻度で取得された前記センサの複数の計測データを含む第２のデータと、を送信し、
   前記基地局は、前記第１のデータに含まれる前記基準時刻及び前記取得頻度に基づいて、前記第１のデータに対応する前記第２のデータに含まれる各計測データの取得時刻を特定することを特徴とするセンサシステム。
2. 請求項１に記載のセンサシステムであって、
   前記端末装置は、前記第１のデータを少なくとも一つの第１のパケットに含めて送信し、前記第２のデータを前記第１のパケットの数より多い複数の第２のパケットに含めて送信することを特徴とするセンサシステム。
3. 請求項２に記載のセンサシステムであって、
   前記端末装置は、
   前記第１のデータを含む少なくとも一つの第１のパケットと、前記第１のデータに対応する前記第２のデータを含む複数の第２のパケットと、に同一の識別情報を付与し、
   前記各第２のパケットに、前記各第２のパケットに含まれる前記計測データの取得順序を示すパケット番号を付与し、
   前記基地局は、
   前記パケット番号に基づいて、同一の前記識別情報が付与された前記複数の第２のパケットに含まれる前記計測データの取得順序を特定し、
   前記パケット番号に基づいて、前記計測データの欠落の有無を判定し、
   前記複数の第２のパケットに付与された前記識別情報と同一の識別情報が付与された前記第１のパケットに含まれる前記基準時刻及び前記取得頻度と、前記特定された計測データの取得順序と、前記計測データの欠落の有無の判定結果と、に基づいて、前記各計測データの取得時刻を特定することを特徴とするセンサシステム。
4. 請求項３に記載のセンサシステムであって、
   前記端末装置は、
   複数のセンサと、前記センサの数より少数の循環配列型の記憶部を有し、
   前記複数のセンサのうち少なくとも二つの計測データを、それぞれ、一つのパケットに格納される量ごとに、一つの前記循環配列型の記憶部に格納し、
   前記循環配列型の記憶部から順次読み出した計測データと、前記計測データを取得した前記センサの識別情報と、前記パケット番号と、を含む前記第２のパケットを生成して送信し、
   前記基地局は、前記センサの識別情報に基づいて、前記計測データの取得順序を、それらを取得した前記センサごとに特定することを特徴とするセンサシステム。
5. 請求項３に記載のセンサシステムであって、
   前記基地局は、前記取得頻度を指示する情報を前記端末装置に送信し、
   前記端末装置は、前記基地局から受信した情報によって指示された前記取得頻度を記憶することを特徴とするセンサシステム。
6. 請求項５に記載のセンサシステムであって、
   前記基地局は、前記計測データの欠落の頻度が所定の値より大きい場合に、前記取得頻度を低下させることを指示する情報を前記端末装置に送信することを特徴とするセンサシステム。
7. センサを有する端末装置と、前記端末装置と通信する基地局と、を有するセンサシステムが実行するデータ収集方法であって、
   前記端末装置は、前記センサの計測データのうち、前記基地局に送信する計測データの取得頻度を記憶し、
   前記データ収集方法は、
   前記基地局が、前記端末装置から、前記センサの計測データの取得期間の基準時刻と、前記取得頻度と、を含む第１のデータと、前記第１のデータに対応し、前記取得期間に前記取得頻度で取得された前記センサの複数の計測データを含む第２のデータと、を受信する第１手順と、
   前記基地局が、前記第１のデータに含まれる前記基準時刻及び前記取得頻度に基づいて、前記第１のデータに対応する前記第２のデータに含まれる各計測データの取得時刻を特定する第２手順と、を含むことを特徴とするデータ収集方法。
8. 請求項７に記載のデータ収集方法であって、
   前記第１のデータが少なくとも一つの第１のパケットに含めて送信され、前記第２のデータが前記第１のパケットの数より多い複数の第２のパケットとして送信されることを特徴とするデータ収集方法。
9. 請求項８に記載のデータ収集方法であって、
   前記第１のデータを含む少なくとも一つの第１のパケットと、前記第１のデータに対応する前記第２のデータを含む複数の第２のパケットと、が同一の識別情報を含み、
   前記各第２のパケットは、前記各第２のパケットに含まれる前記計測データの取得順序を示すパケット番号を含み、
   前記第２手順は、
   前記基地局が、前記パケット番号に基づいて、同一の前記識別情報が付与された前記複数の第２のパケットに含まれる前記計測データの取得順序を特定する手順と、
   前記基地局が、前記パケット番号に基づいて、前記計測データの欠落の有無を判定する手順と、
   前記基地局が、前記複数の第２のパケットに付与された前記識別情報と同一の識別情報が付与された前記第１のパケットに含まれる前記基準時刻及び前記取得頻度と、前記特定された計測データの取得順序と、前記計測データの欠落の有無の判定結果と、に基づいて、前記各計測データの取得時刻を特定する手順と、を含むことを特徴とするデータ収集方法。
10. 請求項９に記載のデータ収集方法であって、
    前記端末装置は、複数のセンサと、前記センサの数より少数の循環配列型の記憶部を有し、
    前記データ収集方法は、さらに、
    前記端末装置が、前記複数のセンサのうち少なくとも二つの計測データを、それぞれ、一つのパケットに格納される量ごとに、一つの前記循環配列型の記憶部に格納する手順と、
    前記循環配列型の記憶部から順次読み出した計測データと、前記計測データを取得した前記センサの識別情報と、前記パケット番号と、を含む前記第２のパケットを生成して送信する手順と、を含み、
    前記第２手順は、前記基地局が、前記センサの識別情報に基づいて、前記計測データの取得順序を、それらを取得した前記センサごとに特定する手順を含むことを特徴とするデータ収集方法。
11. 請求項９に記載のデータ収集方法であって、
    前記基地局が、前記取得頻度を指示する情報を前記端末装置に送信し、前記端末装置が、前記基地局から受信した情報によって指示された前記取得頻度を記憶する第３手順をさらに含むことを特徴とするデータ収集方法。
12. 請求項１１に記載のデータ収集方法であって、
    前記第３手順において、前記基地局は、前記計測データの欠落の頻度が所定の値より大きい場合に、前記取得頻度を低下させることを指示する情報を前記端末装置に送信することを特徴とするデータ収集方法。

Images