(57)【要約】  センサ収容端末（１０）において、ＮＴＰバックエンド処理部（１２）が、ＮＴＰに基づいて時刻同期用のＮＴＰパケットを端末親機（２０）とやり取りすることにより、端末時刻を親機時刻に同期させ、プロトコル変換部（１３）が、ＮＴＰバックエンド処理部（１２）から出力された端末親機（２０）に送信するＮＴＰパケットをＴＰＳＮに基づくＴＰＳＮパケットに変換して無線処理部（１４）へ出力するとともに、無線処理部（１４）から出力された端末親機（２０）からのＴＰＳＮパケットをＮＴＰパケットに変換してＮＴＰバックエンド処理部（１２）へ出力する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
端末親機に無線接続された複数の端末で用いられて、前記端末の端末時刻を前記端末親機の親機時刻と同期させるための時刻同期方法であって、
前記端末親機との間で無線通信を行うことにより各種パケットをやり取りする無線処理ステップと、
ＮＴＰ（Network Time Protocol）に基づいて時刻同期用のＮＴＰパケットを前記端末親機とやり取りすることにより、前記端末時刻を前記親機時刻に同期させるバックエンド処理ステップと、
前記バックエンド処理ステップから出力された前記端末親機に送信するＮＴＰパケットをＴＰＳＮ（Timing-sync Protocol for Senser Network）に基づくＴＰＳＮパケットに変換して前記無線処理ステップへ出力するとともに、前記無線処理ステップから出力された前記端末親機からのＴＰＳＮパケットをＮＴＰパケットに変換して前記バックエンド処理ステップへ出力するプロトコル変換ステップと
を備えることを特徴とする時刻同期方法。
【請求項２】
請求項１に記載の時刻同期方法において、
前記無線処理ステップは、複数の異なる無線規格に応じたファームウェアのモジュールを有し、予め選択された無線規格に応じたファームウェアに基づいて、前記端末親機との間で無線通信を行うステップを含むことを特徴とする時刻同期方法。
【請求項３】
請求項２に記載の時刻同期方法において、
前記無線処理ステップは、前記端末親機から受信した通信性能要求に対応する無線規格に応じたファームウェアを選択するステップを含むことを特徴とする時刻同期方法。
【請求項４】
請求項３に記載の時刻同期方法において、
前記無線処理ステップは、前記通信性能要求に対応する無線規格のうち、消費電力が最も小さい無線規格に応じたファームウェアを選択するステップを含むことを特徴とする時刻同期方法。
【請求項５】
複数の無線センサ端末で検出されたセンサデータを収集して、端末親機へ無線送信するセンサ収容端末であって、
前記端末親機との間で無線通信を行うことにより各種パケットをやり取りする無線処理部と、
ＮＴＰ（Network Time Protocol）に基づいて時刻同期用のＮＴＰパケットを前記端末親機とやり取りすることにより、前記無線センサ端末の端末時刻を前記端末親機の親機時刻に同期させるバックエンド処理部と、
前記バックエンド処理部から出力された前記端末親機に送信するＮＴＰパケットをＴＰＳＮ（Timing-sync Protocol for Senser Network）に基づくＴＰＳＮパケットに変換して前記無線処理部へ出力するとともに、前記無線処理部から出力された前記端末親機からのＴＰＳＮパケットをＮＴＰパケットに変換して前記バックエンド処理部へ出力するプロトコル変換部と
を備えることを特徴とするセンサ収容端末。
【請求項６】
請求項５に記載のセンサ収容端末において、
前記無線処理部は、複数の異なる無線規格に応じたファームウェアのモジュールを有し、前記無線規格のうちから、前記無線センサ端末から取得した通信性能情報に基づき選択した無線規格に応じたファームウェアに基づいて、前記無線センサ端末との間で無線通信を行うことを特徴とするセンサ収容端末。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載のセンサ収容端末において、
前記無線処理部は、前記端末親機から指定された前記センサ収容端末ごとに固有の送信タイミングと時刻同期後の端末時刻とに基づいて、前記センサデータを前記端末親機へ無線送信することを特徴とするセンサ収容端末。
【請求項８】
端末親機と、複数の無線センサ端末で検出されたセンサデータを収集して前記端末親機へ無線送信する複数のセンサ収容端末とからなるセンサネットワークシステムであって、前記センサ収容端末が、請求項５〜請求項７のいずれかに記載のセンサ収容端末からなることを特徴とする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】
本発明は、複数の無線センサ端末を収容するセンサ収容端末の時刻を同期するための時刻同期技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
すべてのモノがインターネットに接続されるＩｏＴ（Internet of Things）社会では、図６に示すようなセンサネットワークにより、各種のセンサがネットワークに接続され、多種多量のデータを収集し、そのデータを解析することで人間の役に立つ情報を引き出すことが期待されている。そのような中では様々なユースケース・ニーズに無線センサ端末を収容する端末が対応することが求められており、現在主流のスマートフォンのみでは運用に問題が生じる場合もある。【０００３】
特にスマートフォンでは多台数の同時接続に難があり、その対応策として、図７に示すセンサネットワークのように、センサ収容端末のネットワークの構成をツリー型にすることにより、接続台数の増大が見込まれる。しかし、この手法ではそれぞれのセンサ収容端末に時刻同期手法を実装していない場合、次のような２つの問題が生じる。【０００４】
１つ目の問題は、各センサ収容端末が取得したセンサデータに統一した時間基準がないためにセンサデータを時系列に並べることができなくなることである。２つ目の問題は各々のセンサ収容端末が端末親機に向かって自己のタイミングでセンサデータを送信するためにパケットが衝突するまたは回線に無駄な時間が生じることである。このようなセンサネットワーク応用に向けた時刻同期手法は、図８に示すように、様々なものが提案されている。【０００５】
しかしながら、このような従来の時刻同期技術では、それぞれに適用範囲に対して一長一短があり、単一のプロトコルですべての場合をカバーすることができない。加えて、ＧＰＳ（Global Positioning System）やＮＩＴＺ（Network Identity and Time Zone）、ＦＴＳＰ（Flooding Time Synchronization Protocol）等のプロトコルに関しては対応可能な無線規格やハードウェアが限定されるため、特に最近のセンシングデータの取扱に秀でたＺｉｇｂｅｅ（登録商標）やＷｉ−ＳＵＮ（登録商標）などの低電力無線規格上で扱うことができない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】鈴木誠ほか、「無線センサネットワークにおける時刻同期技術の研究動向」、東京大学・先端科学技術研究センサー、森川研究室・技術研究報告書、No.2008001、2008年4月24日
【非特許文献２】"Timing-sync Protocol for Sensor Networks"、"Proceedings of the 1st international conference on Embedded networked sensor systems"、pp. 138-149、Sensys '03 The First ACM Conference on Embedded Networked  Los Angeles, CA, USA - November 05-07, 2003
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、センサデータの送信に用いられる各種の無線規格において、センサ収容端末間の時刻を精度よく同期できる時刻同期技術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】
【０００８】
このような目的を達成するために、本発明にかかる時刻同期方法は、端末親機に無線接続された複数の端末で用いられて、前記端末の端末時刻を前記端末親機の親機時刻と同期させるための時刻同期方法であって、前記端末親機との間で無線通信を行うことにより各種パケットをやり取りする無線処理ステップと、ＮＴＰ（Network Time Protocol）に基づいて時刻同期用のＮＴＰパケットを前記端末親機とやり取りすることにより、前記端末時刻を前記親機時刻に同期させるバックエンド処理ステップと、前記バックエンド処理ステップから出力された前記端末親機に送信するＮＴＰパケットをＴＰＳＮ（Timing-sync Protocol for Senser Network）に基づくＴＰＳＮパケットに変換して前記無線処理ステップへ出力するとともに、前記無線処理ステップから出力された前記端末親機からのＴＰＳＮパケットをＮＴＰパケットに変換して前記バックエンド処理ステップへ出力するプロトコル変換ステップとを備えている。【０００９】
また、本発明にかかるセンサ収容端末は、複数の無線センサ端末で検出されたセンサデータを収集して、端末親機へ無線送信するセンサ収容端末であって、前記端末親機との間で無線通信を行うことにより各種パケットをやり取りする無線処理部と、ＮＴＰ（Network Time Protocol）に基づいて時刻同期用のＮＴＰパケットを前記端末親機とやり取りすることにより、前記センサ収容端末の端末時刻を前記端末親機の親機時刻に同期させるバックエンド処理部と、前記バックエンド処理部から出力された前記端末親機に送信するＮＴＰパケットをＴＰＳＮ（Timing-sync Protocol for Senser Network）に基づくＴＰＳＮパケットに変換して前記無線処理部へ出力するとともに、前記無線処理部から出力された前記端末親機からのＴＰＳＮパケットをＮＴＰパケットに変換して前記バックエンド処理部へ出力するプロトコル変換部とを備えている。【００１０】
また、本発明にかかるセンサネットワークシステムは、端末親機と、複数の無線センサ端末で検出されたセンサデータを収集して前記端末親機へ無線送信する複数のセンサ収容端末とからなるセンサネットワークシステムであって、前述したいずれかのセンサ収容端末からなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、もともと有線で非常に遠隔での通信を前提としているために高精度の時刻同期は難しいＮＴＰの欠点を、センサネットワーク向けとして当初から設計されたプロトコルであり、比較的同期精度が高いＴＰＳＮで補うことができる。特にＴＰＳＮは、ＮＴＰと類似したプロトコルであるため、比較的簡素なプロトコル変換処理で、センサ収容端末間の時刻を精度よく同期させることが可能となる。さらにＮＴＰやＴＰＳＮは、センサネットワークに使用する無線規格に依存せず実装が可能なため、将来的に新規の無線規格に対応する場合や、別の無線規格を使用する場合にもスムーズな移行が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本実施の形態にかかるセンサネットワークシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本実施の形態にかかる同期時刻の実験結果を示すグラフである。
【図３】図３は、本実施の形態にかかるセンサネットワークシステムの適用例である。
【図４】図４は、時刻同期用パケットの説明図である。
【図５】図５は、送信タイミング制御の説明図である。
【図６】図６は、ＩｏＴで用いられるセンサネットワークの構成例である。
【図７】図７は、一般的なセンサネットワークの構成例である。
【図８】図８は、従来の時刻同期技術の研究動向である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
［センサネットワークシステム］
まず、図１を参照して、本実施の形態にかかるセンサネットワークシステム１について説明する。
図１に示すように、このセンサネットワークシステム１は、各種の無線センサ端末３０を無線接続する複数のセンサ収容端末１０と、これらセンサ収容端末１０と無線接続された端末親機２０とから構成されている。
【００１４】
無線センサ端末３０は、ウェアラブルセンサやセンサウェアなどの無線センサ端末からなり、人の周囲環境や生体データなどのセンサデータを検出して無線送信する機能を有している。
センサ収容端末（端末）１０は、全体として、Ｗｉ−Ｆｉルータなどの固定無線中継端末や、スマートホンなどの移動無線中継端末などの無線中継端末からなり、無線センサ端末３０から無線送信されたセンサデータを受信して、他の無線センサ端末３０からのセンサデータと統合して端末親機２０へ無線送信する。
【００１５】
端末親機２０は、全体として無線アクセスポイント（ＡＰ）からなり、各センサ収容端末１０からのセンサデータを受信し、通信回線Ｌを介して上位装置５０へ転送する。
上位装置５０は、全体としてサーバ装置からなり、端末親機２０から転送されたセンサデータを蓄積して一連の時系列データを生成し、ユーザに提供する。
【００１６】
図８に示した時刻同期技術のうち、ＮＴＰ（Network Time Protocol：IETF RFC5905,RFC2030）は、インターネット上でコンピュータ同士が同期を取るためのプロトコルである。インターネットではルータでの転送待ち時間により，パケットの転送に係る時間が数ｍｓから数１００ｍｓ程度と、遅延もトラフィックに依存する。この転送時間の揺らぎによる影響を削減するために、ＮＴＰでは2-way handshakeにより時刻同期を行っている。ＮＴＰは階層構造を持ち、最上位のサーバが正確な標準時を具備する。下位のホストは上位のサーバの時刻を参照することで時刻を合わせる。ＮＴＰは複数のサーバへ時刻を問い合わせることが可能であり、これにより柔軟性と精度の向上が期待できる。
【００１７】
一方、ＴＰＳＮ（Timing-sync Protocol for Senser Network：非特許文献２）は、まず、同期する際に基準となるノードをｒｏｏｔとして全域木を構築する。次に、その構築した全域木の親ノードと子ノードで、ＮＴＰと同様の2-way handshakeによるタイムスタンプを利用して同期を行う。この時、MAC層でデータを送受信するとき、すなわちtransmission,reception時にタイムスタンプを記録することでsend,access,receiveによる時刻同期のエラーを削減することが可能となる。
【００１８】
このように、ＮＴＰとＴＰＳＮは、両者ともにタイムスタンプを交換することによって時刻同期を実現するプロトコルであり、その手法は類似している。加えて、ＮＴＰはＷｉｎｄｏｗｓやＬｉｎｕｘ（登録商標）を始めとするＰＣにて長年の実績とオープンソースソフトウェアを始めとするソフトウェア資産がある。しかし、もともと有線で非常に遠隔での通信を前提としているために高精度の時刻同期は難しい。一方、ＴＰＳＮはセンサネットワーク向けとして当初から設計されたプロトコルであるため、精度が比較的高いが、新規のプロトコルである為に実装時にはソフトウェアをフルカスタムする必要があるため、開発や保守性に課題がある。
【００１９】
本発明は、このようなＮＴＰとＴＰＳＮの特徴に着目し、センサ収容端末１０に、ＮＴＰとＴＰＳＮとを相互に変換するプロトコル変換部を設け、センサ収容端末１０の内部ではＮＴＰに基づいて時刻同期処理を実行し、センサ収容端末１０の外部には、ＴＰＳＮに基づいて無線送信するようにしたものである。
【００２０】
［センサ収容端末］
次に、図１を参照して、本実施の形態にかかるセンサ収容端末１０の構成について説明する。
センサ収容端末１０には、主な機能部として、時計部１１、ＮＴＰバックエンド処理部１２、プロトコル変換部１３、無線処理部１４、無線Ｉ／Ｆ部１５、およびセンサ処理部１６が設けられている。これら機能部のうち、ＮＴＰバックエンド処理部１２およびプロトコル変換部１３は、ＣＰＵとプログラムとが協働してなる演算処理部により実現されている。
【００２１】
時計部１１は、リアルタイムクロック（ＲＴＣ）ＩＣや水晶発振子を含む時計回路からなり、無線センサ端末３０からのセンサデータに付与するタイムスタンプなど、センサ収容端末１０での処理動作に用いる時刻を計時する機能を有している。
【００２２】
ＮＴＰバックエンド処理部１２は、ＮＴＰに基づいて時刻同期用のＮＴＰパケットを端末親機２０との間でやり取りすることにより時刻同期処理を実行し、処理結果に基づき時計部１１の時刻を設定する機能を有している。
【００２３】
プロトコル変換部１３は、ＮＴＰバックエンド処理部１２からのＮＴＰパケットをＴＰＳＮのＴＰＳＮパケットにフォーマット変換して無線処理部１４へ出力する機能と、無線処理部１４からのＴＰＳＮパケットをＮＴＰパケットにフォーマット変換してＮＴＰバックエンド処理部１２へ出力する機能とを有している。
【００２４】
無線処理部１４は、各種の無線規格に対応したファームウェアからなり、センサデータ用のパケットや時刻同期用のＴＰＳＮパケットを、無線Ｉ／Ｆ部１５を介して端末親機２０とやり取りする機能と、無線センサ端末３０から送信されたセンサデータ用のパケットを無線Ｉ／Ｆ部１５を介して受信する機能とを有している。
【００２５】
無線処理部１４には、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｚｉｇｂｅｅ、Ｗｉ−ＳＵＮなど、各種の無線規格に対応した信号処理を行うハードウェアと変調処理を行うソフトウェアとを含むファームウェアがモジュール化されて設けられており、これらのうちから予め設定により選択された無線規格のファームウェアに基づいて、無線Ｉ／Ｆ部１５を制御することにより、端末親機２０や無線センサ端末３０との間で無線通信が行われる。
【００２６】
無線Ｉ／Ｆ部１５は、各種の無線規格に対応したハードウェアからなり、無線処理部１４から出力されたパケットを無線規格に基づいて端末親機２０へ送信する機能と、無線規格に基づいて端末親機２０から受信したパケットを無線処理部１４へ出力する機能と、無線センサ端末３０から送信されたセンサデータ用のパケットを受信する機能とを有している。
【００２７】
無線Ｉ／Ｆ部１５には、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｚｉｇｂｅｅ、Ｗｉ−ＳＵＮなど、各種の無線規格に対応したハードウェアが設けられており、これらのうちから無線処理部１４のファームウェアにより選択された無線規格のハードウェアに基づいて、端末親機２０や無線センサ端末３０との間で無線通信が行われる。
【００２８】
センサ処理部１６は、無線処理部１４および無線Ｉ／Ｆ部１５を介して、複数の無線センサ端末３０と無線接続して、これら無線センサ端末３０で検出されたセンサデータを収集し、時計部１１で計時されている時刻のタイムスタンプを付与して一時保存する機能と、これらセンサデータを統合したパケットを生成して無線処理部１４へ出力する機能とを有している。
【００２９】
［本実施の形態の動作］
次に、本実施の形態にかかるセンサネットワークシステム１およびセンサ収容端末１０の時刻同期動作について説明する。
ここでは、端末親機２０が、ＮＴＰなどの公知の時刻同期技術に基づき、上位装置５０などの標準時刻と同期しているものとする。
【００３０】
まず、センサ収容端末１０のＮＴＰバックエンド処理部１２は、時刻同期要求を示す端末親機２０宛てのＮＴＰパケットを周期的に生成して、プロトコル変換部１３に出力する。
プロトコル変換部１３は、ＮＴＰバックエンド処理部１２からのＮＴＰパケットをＴＰＳＮパケットに変換し無線処理部１４へ出力する。
【００３１】
無線処理部１４は、プロトコル変換部１３からのＴＰＳＮパケットを、予め選択されている無線規格に対応したファームウェアに基づき、無線Ｉ／Ｆ部１５のハードウェアを制御することにより、端末親機２０へ無線送信する。
【００３２】
端末親機２０は、センサ収容端末１０からの時刻同期要求を示すＴＰＳＮパケットに応じて、自己の時刻に基づき時刻同期応答を示すＴＰＳＮパケットを生成して、センサ収容端末１０へ返送する。
無線処理部１４は、端末親機２０から返送されたＴＰＳＮパケットを無線Ｉ／Ｆ部１５を介して受信し、プロトコル変換部１３へ出力する。
【００３３】
プロトコル変換部１３は、無線処理部１４からのＴＰＳＮパケットをＮＴＰパケットに変換しＮＴＰバックエンド処理部１２へ出力する。
ＮＴＰバックエンド処理部１２は、プロトコル変換部１３からの時刻同期応答を示すＮＴＰパケットに応じて、端末親機２０の時刻との時刻差を計算し、時計部１１の時刻を補正することにより、端末親機２０の時刻と時刻同期させる。
【００３４】
この際、ＮＴＰバックエンド処理部１２において、時刻同期応答を示すＮＴＰパケットに含まれている時刻情報と、時刻同期要求を示すＮＴＰパケットの送信時刻と時刻同期応答を示すＮＴＰパケットの受信時刻とに基づいて、端末親機２０との往復経路における転送所要時間が計算される。そして、これら転送所要時間から端末親機２０の時刻と時計部１１の時刻との時刻差、さらには時計部１１における計時速度のずれを示すドリフトが計算され、これら時刻差さらにはドリフトに基づいて時計部１１の時刻が補正される。
【００３５】
［本実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、センサ収容端末１０（端末）において、ＮＴＰバックエンド処理部１２が、ＮＴＰに基づいて時刻同期用のＮＴＰパケットを端末親機２０とやり取りすることにより、端末時刻を親機時刻に同期させ、プロトコル変換部１３が、ＮＴＰバックエンド処理部１２から出力された端末親機２０に送信するＮＴＰパケットをＴＰＳＮに基づくＴＰＳＮパケットに変換して無線処理部１４へ出力するとともに、無線処理部１４から出力された端末親機２０からのＴＰＳＮパケットをＮＴＰパケットに変換してＮＴＰバックエンド処理部１２へ出力するようにしたものである。
【００３６】
したがって、もともと有線で非常に遠隔での通信を前提としているために高精度の時刻同期は難しいＮＴＰの欠点を、センサネットワーク向けとして当初から設計されたプロトコルであり、比較的同期精度が高いＴＰＳＮで補うことができる。特に、ＴＰＳＮは、ＮＴＰと類似したプロトコルであるため、比較的簡素なプロトコル変換処理で、センサ収容端末１０間の時刻を精度よく同期させることが可能となる。
【００３７】
図２に示した同期時刻の実験結果において、横軸が同期誤差［ｍｓ］を示し、縦軸がそれぞれの同期誤差が発生した頻度分布を示している。ここでは、同期誤差の頻度分布がほぼ正規分布に等しく、分布全体の９９．７％を含む３σの範囲が４ｍｓより小さい。一般的な動画のフレームレート３０ｆｐｓ（３３ｍｓ／ｆｒａｍｅ）に対する同期誤差は±２．５ｍｓとされており、本発明による同期時刻の誤差であれば、センサデータが動画データであっても良好な品質で送信できることが分かる。
【００３８】
図３には、ゴルフ練習時におけるスイングフォームを撮影した動画データ、ユーザの心電波形および筋電波形をセンサデータとして検出する場合が示されている。
ビデオカメラで撮影された動画データは、センサ収容端末＃１で収集されて端末親機へ高速無線規格により転送されており、ウェアラブルな心電センサや筋電センサで検出された心電波形および筋電波形は、センサ収容端末＃２で収集されて端末親機へ低電力無線規格により転送されている。
【００３９】
この際、センサ収容端末＃１，＃２の端末時刻が、端末親機の親機時刻に時刻同期しているため、センサ収容端末＃１，＃２から送信され動画データと心電波形および筋電波形とを容易に同期させて再生することができる。
したがって、ユーザはスイングフォームを撮影した動画とユーザの心電波形および筋電波形との時刻同期を気にせずに、スイングフォームを解析することができる。
【００４０】
また、ＮＴＰやＴＰＳＮで用いる時刻同期用のパケットは、パケットサイズが非常に小さくなる。図４に示すように、ＷｉＦｉ（ＩＥＥＥ  ８０２．１１ａ）で一般的なＮＴＰパケットを送信する場合、ＮＴＰパケットには、ＰＨＹ，ＭＣ，ＩＰの各ヘッダが付加されるため、総パケットサイズが２３８Ｏｃｔｅｔ長となる。一方、Ｚｉｇｂｅｅで本発明のＴＰＳＮパケットを送信する場合、ＴＰＳＮパケットには、ＰＨＹとＭＡＣのヘッダが付加されるだけであり、総パケットサイズが４７Ｏｃｔｅｔ長となり、約１／５まで削減することができる。したがって、低電力で時刻同期が可能となる。
【００４１】
さらにＮＴＰやＴＰＳＮは、センサネットワークに使用する無線規格に依存せず実装が可能なため、将来的に新規の無線規格に対応する場合や、別の無線規格を使用する場合にもスムーズな移行が可能となる。特に、ＮＴＰはＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）やＬｉｎｕｘ（登録商標）を始めとするＰＣにて長年の実績とオープンソースソフトウェアを始めとするソフトウェア資産があり、開発工数を大幅に削減することが可能となる。
【００４２】
また、本実施の形態において、無線処理部１４が、複数の異なる無線規格に応じたファームウェアのモジュールを有し、予め選択された無線規格に応じたファームウェアに基づいて、端末親機２０との間で無線通信を行うようにしてもよい。
これにより、無線用ファームウェアがモジュール化されているため、本来仕様変更に応じて毎回の作り直しが必要になる無線用ファームウェアに対して新規の無線規格に対応した部分のみ開発すればよいため、開発工数を大幅に削減することが可能となる。
【００４３】
また、本実施の形態において、無線処理部１４が、端末親機２０から受信した通信性能要求に対応する無線規格に応じたファームウェアを選択するようにしてもよい。この際、通信性能要求と無線規格とを予め対応付けておけばよい。
これにより、高速通信が要求される場合にはＷｉＦｉを使用し、低速度の通信でよい場合にはＢＬＥやＺｉｇｂｅｅを選択するなど、端末親機２０や上位装置５０からの指示される通信性能要求に応じて、柔軟に通信規格を選択して無線通信することができる。
【００４４】
また、本実施の形態において、無線処理部１４が、通信性能要求に対応する無線規格のうち、消費電力が最も小さい無線規格に応じたファームウェアを選択するようにしてもよい。この際、通信性能要求と無線規格と消費電力とを予め対応付けておけばよい。
これにより、近年の無線規格では低電力化に特化したものもあるため、そのような無線規格を用いる際には特に有効である。
【００４５】
また、本実施の形態では、センサネットワークシステム１で用いられるセンサ収容端末１０に、本発明の時刻同期方法を適用した場合を例として説明したが、これに限定されるものではない。端末親機に無線接続された各端末の端末時刻を端末親機の親機時刻と同期させる場合であれば、いずれの無線ネットワークシステムにも前述と同様にして本発明の時刻同期方法を適用できる。
【００４６】
また、本実施の形態において、無線処理部１４が、複数の異なる無線規格に応じたファームウェアのモジュールを有し、無線規格のうちから、無線センサ端末３０から取得した通信性能情報に基づき選択した無線規格に応じたファームウェアに基づいて、無線センサ端末３０との間で無線通信を行うようにしてもよい。
これにより、センサが特に高速用と低速用など異なる特徴を持つ無線規格を具備している場合には、最適なものを選択可能となる。
【００４７】
また、本実施の形態において、無線処理部１４が、端末親機２０から指定されたセンサ収容端末１０ごとに固有の送信タイミングと時刻同期後の端末時刻とに基づいて、センサデータを端末親機２０へ無線送信するようにしてもよい。
これにより、センサ収容端末１０間で時刻同期した端末時刻を基準としてパケットの送信タイミングを制御可能である。したがって、端末親機２０へ向けて送信されるセンサデータ用のパケットの衝突を回避でき、端末親機２０の受信回路を非通信時にはオフにすることができ、結果として低電力化を実現することが可能である。
【００４８】
図５に示すように、センサ収容端末１０間で時刻同期が適用されていない場合、センサ収容端末＃１，＃２のように送信タイミングが重複してパケットが衝突する可能性がある。このようなパケット衝突が発生した場合、パケット再送処理が行われるため、余計な送信電力が消費されることになる。逆に、センサ収容端末＃２，＃３のように送信タイミングが離間する可能性がある。このような無駄時間が発生した場合、受信電力は常時消費されているため、無駄な受信電力が消費されることになる。
【００４９】
一方、本発明の送信タイミング制御によれば、予めパケット衝突が発生せず、さらに送信タイミングがほとんど離間しないようスケジュールすることができる。このため、パケット再送やパケット離間による無駄な電力消費を抑制できるとともに、センサ収容端末＃１，＃２，＃３，＃４の送信タイミングに合わせて、対応する受信回路にのみ電源を供給し、非通信となる受信回路への電源供給を停止でき、端末親機２０における消費電力を大幅に削減することが可能となる。実験では、１０台のセンサ収容端末１０のそれぞれに対して２５ｍｓ程度のタイムスロット割り当てる送信タイミング制御を行った場合、端末親機２０におけるアイドル時の消費電力が、送信タイミング制御を行わない場合の１５％程度まで削減された。
【００５０】
また、端末親機２０とやり取りされるＮＴＰパケットは、プロトコル変換部１３でＴＰＳＮパケットに変換されてやり取りされるため、これら計算に用いる時刻は、ＴＰＳＮに基づきＭＡＣ層での時刻が適用される。したがって、ＮＴＰのみを用いた場合より高い精度で転送所要時間が得られるため、高い精度で時刻差およびドリフトが計算される。
【００５１】
また、無線処理部１４において、各種の無線規格に対応したファームウェアがモジュール化されているため、本来仕様変更に応じて毎回の作り直しが必要になる無線用ファームウェアに対して新規の無線規格に対応した部分のみ開発すればよいため、非常に開発工数を下げることが可能となる。
【００５２】
［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１…センサネットワークシステム、１０…センサ収容端末、１１…時計部、１２…ＮＴＰバックエンド処理部、１３…プロトコル変換部、１４…無線処理部、１５…無線Ｉ／Ｆ部、１６…センサ処理部、２０…端末親機、３０…無線センサ端末、５０…上位装置、Ｌ…通信回線。
【図１】
2017179608.tif 000003
【図２】
2017179608.tif 000004
【図３】
2017179608.tif 000005
【図４】
2017179608.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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