(57)【要約】【課題】  端末装置の無駄な電力消費を回避し蓄電量を補うことができるセンサネットワークシステムを提供する。【解決手段】  端末装置と制御装置とを具備し、前記端末装置は、センサと、前記端末装置を駆動する電力を発電して蓄電する発電手段と、前記制御装置と無線通信を行う端末側通信手段と、を具備し、前記制御装置は、前記端末装置と無線通信を行う制御装置側通信手段と、前記制御装置側通信手段が前記端末側通信手段から受信する電波の強度の低下に応じて前記端末装置の動作を制限する制御手段と、を具備することを特徴とするセンサネットワークシステムを提供する。【選択図】図１
2014179780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端末装置と制御装置とを具備し、
前記端末装置は、
センサと、
前記端末装置を駆動する電力を発電して蓄電する発電手段と、
前記制御装置と無線通信を行う端末側通信手段と、を具備し、
前記制御装置は、
前記端末装置と無線通信を行う制御装置側通信手段と、
前記制御装置側通信手段が前記端末側通信手段から受信する電波の強度の低下に応じて前記端末装置の動作を制限する制御手段と、
を具備することを特徴とするセンサネットワークシステム。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記電波強度の低下に応じて前記端末装置と前記制御装置との間の無線通信を一時的に中断させることを特徴とする請求項１に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記電波強度の低下に応じて前記端末装置における前記センサのセンシング結果情報の送信を一時的に中断させることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記電波強度の低下に応じて前記端末装置における前記センサによるセンシングを一時的に中断させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１の請求項に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項５】
前記端末装置が所定の条件を満たしたときに前記端末装置の動作制限を解除することを特徴とする請求項１から４のいずれか１の請求項に記載のセンサネットワークシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、センサが取得した情報を無線通信により収集するセンサネットワークシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
センサを有する端末装置を所望の位置に配置して、そのセンサが取得した温度や湿度などの情報（以下、センシング結果情報という）を無線通信により制御装置に送るセンサネットワークシステムがある。このようなセンサネットワークシステムは、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
この種の技術では、電力の供給が困難な場所に端末装置を配置する場合がある。この場合、端末装置の電源として乾電池などの一次電池が用いられる。しかし、端末装置の電源として一次電池を用いた場合、一次電池の寿命とともにその端末装置を使用できなくなるため、センサネットワークシステムのユーザは頻繁に端末装置の電池交換を行う必要がある。一方、端末装置の電源として熱電発電モジュールや太陽電池などの発電機能を有する装置を用いると、端末装置の電池交換は不要である。端末装置の電源として熱電発電モジュール等を用いた場合、端末装置は、熱電発電モジュール等が発電した電力をコンデンサなどに蓄電し、蓄電した電力を用いてセンシング結果情報を含む電波の送信などを行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２４３７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、熱電発電モジュール等が発電する電力は小さいため、無駄な電波の送信など（すなわち無駄な電力消費）が行われると蓄電された電力の残量（すなわち蓄電量）が低下する、という問題がある。
【０００６】
この発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、端末装置の無駄な電力消費を回避し蓄電量を補うことができる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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、端末装置と制御装置とを具備し、前記端末装置は、センサと、前記端末装置を駆動する電力を発電して蓄電する発電手段と、前記制御装置と無線通信を行う端末側通信手段と、を具備し、前記制御装置は、前記端末装置と無線通信を行う制御装置側通信手段と、前記制御装置側通信手段が前記端末側通信手段から受信する電波の強度の低下に応じて前記端末装置の動作を制限する制御手段と、を具備することを特徴とするセンサネットワークシステムを提供する。
【０００８】
この発明によれば、制御装置側通信手段が端末側通信手段から受信する電波の強度の低下に応じて制御装置の制御手段が端末装置の動作を制限するため、端末装置から送信される信号の電波強度が低下して制御装置が受信不能になるのを回避することができる。従って端末装置の無駄な電力消費を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の第１実施形態によるセンサネットワークシステム１の構成を示すブロック図である。
【図２】同センサネットワークシステム１の制御装置１０の動作を示すフローチャートである。
【図３】同センサネットワークシステム１の端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照し、この発明の実施形態について説明する。
＜実施形態＞
図１は、この発明の一実施形態によるセンサネットワークシステム１の構成を示すブロック図である。本実施形態によるセンサネットワークシステム１は、例えば、工場やプラントなどにおける各種の環境情報の収集に使用される。センサネットワークシステム１は、センサを有する複数の端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ、図１の例ではｎ＝５）とそれらを制御する制御装置１０とから構成されており、制御装置１０と各端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）との間は無線接続されている。端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）は、工場内の各位置（例えば高温の熱媒を内部に有する配管の側面など）に設置され、その位置における環境情報（例えば配管の温度など）を取得する。そして、端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）は、取得した環境情報、すなわちセンシング結果情報を制御装置１０に送る。制御装置１０は、工場内における制御室などに設置され、端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）から送られるセンシング結果情報を受け取る。また、制御装置１０は、各端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）が発する電波の強度を監視し、電波の強度が低下した端末装置２０−ｋに対して動作を制限する指示を行う。
【００１１】
端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）は、センサユニット２２０、発電ユニット２３０、通信インターフェース（以下、通信Ｉ／Ｆという）２４０および制御部２１０を有している。
【００１２】
センサユニット２２０は、端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）を設置する位置における環境情報を取得するための装置である。センサユニット２２０は、例えば温度センサであり、配管の温度を取得する場合には配管の側面に当接される。なお、センサユニット２２０は、例えば湿度センサなど各種のセンサとしても良い。
【００１３】
発電ユニット２３０は、例えばゼーベック効果を利用した熱電発電モジュールを含むものであり、高温の熱媒を有する配管の側面に熱電発電モジュールを当接させることで配管の側面の温度と当該端末装置２０−ｋの周囲の空気の温度との温度差に基づいた電力を発電する。また、発電ユニット２３０は、熱電発電モジュールが発電した電力を蓄電するコンデンサ（図示略）を有している。端末装置２０−ｋの各部はこのコンデンサに蓄電された電荷を消費して動作する。なお、発電手段は、熱電発電モジュールに限られず、例えば太陽電池などでも良い。また、発電した電力を蓄電する手段は、コンデンサに限られず、例えばリチウムイオン電池などの２次電池を用いても良い。
【００１４】
通信Ｉ／Ｆ２４０は、例えばＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ：電波による個体識別）タグなどに用いられる無線チップであり、制御装置１０と無線通信を行うための装置である。通信Ｉ／Ｆ２４０のＲＦＩＤはアクティブタグタイプであり、端末装置２０−ｋの電力を消費して電波を発信する。通信Ｉ／Ｆ２４０は、制御部２１０による制御の下、センサユニット２２０から得られるセンシング結果情報によってキャリアを変調し図示しないアンテナから送信する。また、通信Ｉ／Ｆ２４０は、制御装置１０が発信する電波を受信してその電波に含まれる情報を制御部２１０に引き渡す。
【００１５】
制御部２１０は、例えば半導体集積回路により構成され、センサユニット２２０や通信Ｉ／Ｆ２４０の制御を行う装置である。制御部２１０は、センシング結果情報を通信Ｉ／Ｆ２４０から発信させるとともに、通信Ｉ／Ｆ２４０から引き渡される制御装置１０からの情報に従ってセンサユニット２２０や通信Ｉ／Ｆ２４０に対する制御を行う。制御部２１０が行う処理については動作の説明において詳述する。
【００１６】
次に制御装置１０の構成について説明する。制御装置１０は、各端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）を制御する親機として機能する。制御装置１０は、通信Ｉ／Ｆ１２０および制御部１１０を有している。なお、制御装置１０は、外部から供給される電力により動作する。
【００１７】
通信Ｉ／Ｆ１２０は、例えばＲＦＩＤリーダなどに用いられる無線チップであり、端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）と無線通信を行うための装置である。通信Ｉ／Ｆ１２０は、制御部１１０の制御の下、制御部１１０から引き渡される情報によってキャリアを変調し図示しないアンテナから送信する。また、通信Ｉ／Ｆ１２０は、端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）が発信する電波を受信してその電波に含まれる情報を制御部１１０に引き渡す。
【００１８】
制御部１１０は、例えば半導体集積回路により構成され、通信Ｉ／Ｆ１２０の制御や各端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）に対する制御を行う装置である。制御部１１０は、各端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）から送られるセンシング結果情報を管理すると共に、電波強度監視処理１１２を行う。電波強度監視処理１１２は、各端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）（より正確には、各端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）の通信Ｉ／Ｆ２４０）が発信する電波の強度を監視して電波強度が低下した端末装置２０−ｋの動作を制限する処理である。電波強度監視処理１１２では、端末装置２０−ｋの電波強度が低下した場合、当該端末装置２０−ｋの蓄電量が少なくなったと判断する。蓄電量が少ないと電波を発信する電力が小さくなり電波強度が低下するからである。そして、蓄電量が少なくなった端末装置２０−ｋが無駄な電力を消費しないようにするために、電波強度監視処理１１２では、電波強度が低下した端末装置２０−ｋの動作を制限するのである。電波強度監視処理１１２については動作の説明において詳述する。
以上が、本実施形態によるセンサネットワークシステム１の構成である。
【００１９】
次に、本実施形態によるセンサネットワークシステム１の動作について説明する。図２は、本実施形態によるセンサネットワークシステム１の制御装置１０の動作を説明するフローチャートであり、制御装置１０の制御部１１０が実行する電波強度監視処理１１２の内容を示したものである。制御装置１０の制御部１１０は、各端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）に対して図２に示す一連の処理を所定の時間間隔毎に繰り返し行う。
【００２０】
まず、制御部１１０は、端末装置２０−ｋに対して当該端末装置２０−ｋを識別する情報を含む電波を制御装置１０に返信するよう要求する内容の電波（以下、返信要求という）を通信Ｉ／Ｆ１２０から発信させる処理を行う（ＳＡ１１０）。この返信要求を受けた端末装置２０−ｋは、当該端末装置２０−ｋを識別する情報を含む電波を発信する。端末装置２０−ｋが発信する電波を通信Ｉ／Ｆ１２０によって受信した制御装置１０の制御部１１０は、その受信した電波の強度を算出する処理を行う（ＳＡ１２０）。算出した電波強度は、次の処理において利用されるとともにレジスタ（図示略）に格納される。次に、制御部１１０は、所定時間前（前回）に取得した当該端末装置２０−ｋの電波強度をレジスタから読み出し、現在と所定時間前との時間差に対する算出した電波強度と読み出した所定時間前における電波強度の差である電波強度の時間変化量を算出する処理を行う（ＳＡ１３０）。電波強度が時間とともに低下しているのであれば、電波強度の時間変化量は負符号方向の値を示す。
【００２１】
次に、制御部１１０は、算出した電波強度の時間変化量を所定の閾値と比較し（ＳＡ１４０）、電波強度の時間変化量が所定の閾値よりも負符号方向に大きい場合、当該端末装置２０−ｋの動作を制限する内容の電波（以下、動作制限指示という）を通信Ｉ／Ｆ１２０から発信させる処理を行う（ＳＡ１５０）。すなわち、制御装置１０は、端末装置２０−ｋの電波強度が急激に低下したため当該端末装置２０−ｋの蓄電量が急激に低下したものと判断して当該端末装置２０−ｋの動作を制限し、当該端末装置２０−ｋにおける無駄な電力消費を回避するのである。一方、電波強度の時間変化量が所定の閾値よりも負符号方向に小さい場合、制御装置１０は、端末装置２０−ｋの蓄電量は十分であると判断し、端末装置２０−ｋに対する処理を終了する（ＳＡ１６０）。そして、制御装置１０は、他の端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）に対しても同様にＳＡ１１０〜ＳＡ１６０までの処理を順次行う。
【００２２】
図３は、本実施形態によるセンサネットワークシステム１の端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）の動作を説明するフローチャートである。通常時、各端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）は、センシング結果情報を所定時間毎に制御装置１０に向けて発信する。また、各端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）は、制御装置１０が発信する電波を受信できるように待機しており、制御装置１０からの返信要求を受信すると、端末装置２０−ｋを識別する情報を含む電波を制御装置１０に向けて発信する。一方、各端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）は、制御装置１０からの動作制限指示を受信すると、制御部２１０において図３に示す一連の処理を実行する。
【００２３】
制御部２１０は、動作制限指示を受け取ると（ＳＡ２１０）、センサユニット２２０によるセンシングを中断する（ＳＡ２２０）。すなわち、端末装置２０−ｋのセンシング動作に制限が課せられる。次いで、制御部２１０は、当該端末装置２０−ｋの状態をセンシング結果情報を含む電波を通信Ｉ／Ｆ２４０から発信しない状態にする処理（センシング結果情報送信中断処理）を行う（ＳＡ２３０）。それとともに、制御部２１０は、当該端末装置２０−ｋの状態を受信待機状態から電波を受信しない状態にする処理（受信待機中断処理）を行う（ＳＡ２４０）。ＳＡ２３０およびＳＡ２４０により、制御装置１０と当該端末装置２０−ｋとの間の無線通信が一時的に中断された状態となる。すなわち、端末装置２０−ｋの無線通信に関する動作に制限が課せられる。ＳＡ２２０〜ＳＡ２４０により、センシングによる無駄な電力消費が回避され、制御装置１０と当該端末装置２０−ｋとの間の無線通信による無駄な電力消費が回避される。この状態で発電ユニット２３０が発電および蓄電を行うため当該端末装置２０−ｋにおける蓄電量が増加する。発電ユニット２３０の蓄電量が所定の閾値を越えるまで増加した場合（ＳＡ２５０）、制御部２１０は、蓄電が完了した旨を示す電波を通信Ｉ／Ｆ２４０から制御装置１０に向けて発信させる（ＳＡ２６０）。この電波を受信した制御装置１０は、端末装置２０−ｋの蓄電量が十分に補われたことを認識する。端末装置２０−ｋの制御部２１０は、ＳＡ２６０の後、当該端末装置２０−ｋの状態を電波を受信しない状態から受信待機状態にする処理（受信待機復帰処理）を行う（ＳＡ２７０）。それとともに、制御部２１０は、センシング結果情報を含む電波を通信Ｉ／Ｆから発信できる状態にする処理（センシング結果情報送信復帰処理）を行い（ＳＡ２８０）、センサユニット２２０によるセンシングを再開させる処理を行う（ＳＡ２９０）。ＳＡ２７０〜ＳＡ２９０により、動作制限が解除され、センシングが再開されるとともに制御装置１０と当該端末装置２０−ｋとの間の無線通信ができる通常状態に戻る。
【００２４】
このように、本実施形態によるセンサネットワークシステム１では、制御装置１０は、各端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）の電波強度を監視し、電波強度の時間変化量が所定の閾値よりも負符号方向に大きい端末装置２０−ｋ（すなわち電波強度が急激に低下した端末装置２０−ｋ）に対して動作制限指示を行う。そして、動作制限指示を受け取った端末装置２０−ｋは、センシングの一時的な中断という動作制限と、制御装置１０との間の無線通信の一時的な中断という動作制限とが課せられた状態で発電および蓄電を行う。これにより、端末装置２０−ｋの蓄電量が少なくなったときに端末装置２０−ｋの無駄な電力消費を回避し、端末装置２０−ｋの蓄電量を補うことができる。そして、センサネットワークシステム１を長期間に亙って維持することができる。また、制御装置１０が各端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）の蓄電量を制御するため、センサネットワークシステム１の管理が容易である。また、電波強度の大きさ（絶対量）ではなく電波強度の時間変化量（相対量）を利用しているため各端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）が設置される位置（制御装置１０と各端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）との距離）によらず各端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）の動作を制限することができる。
【００２５】
＜他の実施形態＞
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば次の通りである。
【００２６】
（１）上記実施形態では、端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）は、制御装置１０の制御によらずセンシング結果情報を制御装置１０に向けて定期的に発信するとともに、制御装置１０からの返信要求を受信したときに当該端末装置２０−ｋを識別する情報を含む電波を制御装置１０に向けて発信していた。これは、端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）のセンシング結果情報を送信する時間間隔と制御装置１０の電波強度監視処理１１２の時間間隔とが異なる場合を想定していた。この場合、端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）は、センシング結果情報を含む電波と返信要求に対する電波の両方を送信するため、電波強度監視処理１１２の時間間隔を短くした場合などに端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）の電力消費が大きくなることも考えられる。そこで、端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）は、制御装置１０の制御の下、制御装置１０からの返信要求を受けたときにセンシング結果情報を含む電波を送信し、制御装置１０は、センシング結果情報を含む電波の強度から電波強度の低下を判断して端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）に対する動作制限指示を行うという具合に、センシング結果情報の送信と電波強度監視処理１１２とを同時に行うようにしても良い。このようにすると、端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）の電波発信回数が少なくなるためさらに電力消費を抑えることができる。また、端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）は、返信要求を受信したときに当該端末装置２０−ｋを識別する情報を含む電波を発信し、それとは別に、制御装置１０の制御の下、センシング結果情報を発信するよう制御装置１０から要求があったときに、センシング結果情報を制御装置１０に向けて発信するようにしても良い。
【００２７】
（２）端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）の電波強度の低下を判断するための電波強度の時間変化量の閾値は、各端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）に共通の値としても良いし、各端末装置２０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）ごとに個別の値としても良い。
【００２８】
（３）上記実施形態では、端末装置２０−ｋの電波強度の時間変化量が閾値よりも負符号方向に大きい場合、端末装置２０−ｋの蓄電量が少なくなったと解して制御装置１０は端末装置２０−ｋに対して動作制限指示を送っていた。一方、端末装置２０−ｋの電波強度の時間変化量が閾値よりも負符号方向に大きい場合、端末装置２０−ｋと制御装置１０との間の無線通信環境が急激に悪くなり始めたと解することもできる。このように解した場合においても、上記実施形態と同様に端末装置２０−ｋの動作を制限することは有益である。なぜならば、無線通信環境が悪くなり始めてから無線通信が完全にできなくなるまでの間に制御装置１０から動作制限指示を端末装置２０−ｋに送り端末装置２０−ｋの無線通信に関する動作を制限することで、無線通信ができない期間において端末装置２０−ｋがセンシング結果情報を含む電波を発信して無駄な電力を消費する、ということを防止することができるからである。このとき、制御装置１０は、蓄電完了情報を受け取ったときにこれを受け取った旨を示す電波を端末装置２０−ｋに送信し、端末装置２０−ｋは、制御装置１０からの蓄電完了情報を受け取った旨を示す電波を受信した後に、センシング結果情報を含む電波を通信Ｉ／Ｆ２４０から発信できる状態に復帰する、という具合に無線通信環境が改善したことを確認する構成にするとさらに良い。
【００２９】
（４）上記実施形態では、動作制限指示を受け取った端末装置２０−ｋは、センサユニット２２０によるセンシングと、制御装置１０と端末装置２０−ｋとの間の無線通信の両方を中断していた。しかし、制御装置１０と端末装置２０−ｋとの間の無線通信は中断するが、センサユニット２２０によるセンシングは中断しないようにしても良い。センシングにおける電力消費に比べ制御装置１０と端末装置２０−ｋとの間の無線通信における電力消費の方が大きいからである。この場合、例えば、端末装置２０−ｋに記憶素子を設け、制御装置１０と端末装置２０−ｋとの間の無線通信を中断している間に取得されるセンシング結果情報をその記憶素子に記憶しておき、記憶したセンシング結果情報を、制御装置１０と端末装置２０−ｋとの間の無線通信ができる通常状態に戻った後に制御装置１０に送るようにしても良い。
【００３０】
（５）上記実施形態では、工場における配管の温度の収集を例にしてセンサネットワークシステム１について説明したがこの使用態様に限られない。
【符号の説明】
【００３１】
１…センサネットワークシステム、１０…制御装置、２０−ｋ…端末装置、１１０，２１０…制御部、２２０…センサユニット、２３０…発電ユニット、１２０，２４０…通信Ｉ／Ｆ、１１２…電波強度監視処理。
【図１】
2014179780.tif 000003
【図２】
2014179780.tif 000004
【図３】
2014179780.tif 000005