(57)【要約】【課題】少ない消費電力で高い拡張性を得る。【解決手段】それぞれに固有の通信方式でデータ通信を行うための通信回路および通信方式で用いるプロトコルスタックを有する複数の通信モジュール１１と、内蔵する制御プログラム１４を実行することにより、通信モジュール１１のうち通信端末２０の通信方式と対応する通信モジュール１１を制御して通信端末２０とデータ通信を行うことにより、通信端末２０から送信されたデータを集約して上位装置２１へ中継転送するコントローラ１３とを備え、通信モジュール１１が、コントローラ１３からの指示に基づいて、プロトコルスタックを用いてそれぞれに固有の通信方式で通信端末２０とのデータ通信を行う。【選択図】  図１
2018014586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各種通信方式の通信端末とデータ通信を行うマルチ通信ゲートウェイ装置であって、
それぞれに固有の通信方式でデータ通信を行うための通信回路および前記通信方式で用いるプロトコルスタックを有する複数の通信モジュールと、
内蔵する制御プログラムを実行することにより、前記通信モジュールのうち前記通信端末の通信方式と対応する前記通信モジュールを制御して前記通信端末とデータ通信を行うことにより、前記通信端末から送信されたデータを集約して上位装置へ中継転送するコントローラとを備え、
前記通信モジュールは、前記コントローラからの指示に基づいて、前記プロトコルスタックを用いてそれぞれに固有の通信方式で前記通信端末とのデータ通信を行う
ことを特徴とするマルチ通信ゲートウェイ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のマルチ通信ゲートウェイ装置において、
前記制御プログラムは、
前記通信モジュールの電源供給および動作状態と前記データ通信の開始・停止とを制御するモジュール制御プログラムと、
前記通信モジュールを介して前記通信端末から受信したデータを集約し、異なる通信モジュールを介して前記上位装置へ中継転送するデータ通信制御プログラムと、
前記通信モジュールを介して接続した時刻同期装置とデータ通信を行うことにより、前記通信端末から受信したデータに付与する時刻情報を前記時刻同期装置の時刻と同期させる時刻同期制御プログラムとから構成されている
ことを特徴とするマルチ通信ゲートウェイ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のマルチ通信ゲートウェイ装置において、
前記通信モジュールごとに設けられて、前記通信モジュールのインターフェースと前記コントローラの共通インターフェースとを相互に変換するインターフェース変換回路をさらに備えることを特徴とするマルチ通信ゲートウェイ装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のマルチ通信ゲートウェイ装置において、
前記制御プログラムは、前記通信モジュールのインターフェースに基づいて前記通信モジュールを制御するドライバプログラムをさらに備えることを特徴とするマルチ通信ゲートウェイ装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載のマルチ通信ゲートウェイ装置において、
前記データ通信に用いる可変パラメータを記憶するメモリ回路と、
入力された可変パラメータを前記メモリ回路に設定する設定処理回路とをさらに備え、
前記コントローラは、前記メモリ回路に設定されている前記可変パラメータに基づいて、前記データ通信を制御する
ことを特徴とするマルチ通信ゲートウェイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それぞれ固有の通信方式の通信端末から送信されたデータを集約して上位装置へ中継転送するマルチ通信ゲートウェイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種機器がインターネットに接続されるＩｏＴ（Internet of Things）社会では、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。例えば、医療機器や健康機器から生体情報などのセンサデータを収集する場合、データ収集システムにより、各種センサ端末で検出したセンサデータを、ゲートウェイ装置や通信ネットワークを介してサーバなどの上位装置へ中継接続することになる。
【０００３】
従来、このようなデータ収集システムで用いられるゲートウェイ装置では、通信方式が異なる端末からデータを収集可能とするため、図５に示すような構成が提案されている。図５は、従来のゲートウェイ装置の構成例である。このゲートウェイ装置は、マイクロプロセッサで動作するＬｉｎｕｘ（登録商標）などの汎用ＯＳを備え、汎用ＯＳ上に搭載された通信モジュールのドライバや通信パケットを規定するプロトコルスタックを用いて実現されている。このような汎用ＯＳを備えることで、ユーザがゲートウェイ装置の設定や開発などを行いやすくしている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】C. P. Kruger，"Rapid prototyping of a wireless sensor network gateway for the internet of things using off-the-shelf components"，IEEE ICIT 2015
【非特許文献２】Minkenun Ha, et. al.，"SNAIL gateway: Dual-mode wireless access points for WiFi and IP-based wireless sensor networks in the internet of things"，IEEE CCNC, 2012
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来技術では、パソコンやサーバレベルの規模の大きい汎用ＯＳを用いて制御を行っているため、汎用ＯＳ上の余分な処理が実行される、汎用ＯＳを動作させるため比較的大きな回路規模のマイクロプロセッサや外部メモリが必要となる、などの理由により、ゲートウェイ装置での消費電力を削減できないという問題点があった。また、ゲートウェイ装置に新たな通信モジュールを組み込むには、再度、汎用ＯＳを設計し直す必要があり、容易に対応できないという問題点があった。
【０００６】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、少ない消費電力で高い拡張性が得られるマルチ通信ゲートウェイ装置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】
このような目的を達成するために、本発明にかかるマルチ通信ゲートウェイ装置は、各種通信方式の通信端末とデータ通信を行うマルチ通信ゲートウェイ装置であって、それぞれに固有の通信方式でデータ通信を行うための通信回路および前記通信方式で用いるプロトコルスタックを有する複数の通信モジュールと、内蔵する制御プログラムを実行することにより、前記通信モジュールのうち前記通信端末の通信方式と対応する前記通信モジュールを制御して前記通信端末とデータ通信を行うことにより、前記通信端末から送信されたデータを集約して上位装置へ中継転送するコントローラとを備え、前記通信モジュールは、前記コントローラからの指示に基づいて、前記プロトコルスタックを用いてそれぞれに固有の通信方式で前記通信端末とのデータ通信を行うようにしたものである。
【０００８】
また、本発明にかかる上記マルチ通信ゲートウェイ装置の一構成例は、前記制御プログラムが、前記通信モジュールの電源供給および動作状態と前記データ通信の開始・停止とを制御するモジュール制御プログラムと、前記通信モジュールを介して前記通信端末から受信したデータを集約し、異なる通信モジュールを介して前記上位装置へ中継転送するデータ通信制御プログラムと、前記通信モジュールを介して接続した時刻同期装置とデータ通信を行うことにより、前記通信端末から受信したデータに付与する時刻情報を前記時刻同期装置の時刻と同期させる時刻同期制御プログラムとから構成されているものである。
【０００９】
また、本発明にかかる上記マルチ通信ゲートウェイ装置の一構成例は、前記通信モジュールごとに設けられて、前記通信モジュールのインターフェースと前記コントローラの共通インターフェースとを相互に変換するインターフェース変換回路をさらに備えている。
【００１０】
また、本発明にかかる上記マルチ通信ゲートウェイ装置の一構成例は、前記制御プログラムが、前記通信モジュールのインターフェースに基づいて前記通信モジュールを制御するドライバプログラムをさらに備えている。
【００１１】
また、本発明にかかる上記マルチ通信ゲートウェイ装置の一構成例は、前記データ通信に用いる可変パラメータを記憶するメモリ回路と、入力された可変パラメータを前記メモリ回路に設定する設定処理回路とをさらに備え、前記コントローラは、前記メモリ回路に設定されている前記可変パラメータに基づいて、前記データ通信を制御するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、Ｌｉｎｕｘなどのパソコンやサーバレベルの大規模な汎用ＯＳをマイクロプロセッサで実行する構成と比較して、通信制御に特化した極めて処理負荷の小さい簡素な制御プログラムで、各種通信方式の通信端末から収集したデータを上位装置へ中継転送することができる。したがって、制御プログラムの実行に必要となるコントローラの回路規模を大幅に削減できるとともに、処理に要するメモリもコントローラ内の規模の小さい内部メモリで実現できる。このため、マルチ通信ゲートウェイ装置全体での消費電力を大幅に削減することが可能となる。
【００１３】
また、通信端末とのデータ通信に用いる、それぞれの通信方式に応じたプロトコルスタックをそれぞれの通信モジュールに搭載したので、新たな通信方式に対応する通信モジュールを追加する際、制御プログラムを変更することなく対応することができる。これにより、新たな通信方式に対して柔軟に対応でき、高い拡張性を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施の形態にかかるマルチ通信ゲートウェイ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第２の実施の形態にかかるマルチ通信ゲートウェイ装置の構成を示すブロック図である。
【図３】第３の実施の形態にかかるマルチ通信ゲートウェイ装置（Ｉ／Ｆ変換回路）の構成を示すブロック図である。
【図４】第３の実施の形態にかかるマルチ通信ゲートウェイ装置（ドライバプログラム）の構成を示すブロック図である。
【図５】従来のゲートウェイ装置の構成例である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかるマルチ通信ゲートウェイ装置１０について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかるマルチ通信ゲートウェイ装置の構成を示すブロック図である。
【００１６】
このマルチ通信ゲートウェイ装置１０は、データ収集システムで用いられて、それぞれ固有の通信方式の通信端末２０とデータ通信を行うことにより、これら通信端末２０から送信されたデータを集約して上位装置２１へ中継転送する機能を有している。
通信端末２０は、それぞれ固有の通信方式に基づいてマルチ通信ゲートウェイ装置１０とデータ通信を行う端末装置である。
【００１７】
例えば、データ収集システムが人の活動情報を収集するシステムである場合、通信端末２０として、加速度センサ、心拍センサ、呼吸センサ、体温センサなどのセンサ端末、生体情報を検出する医療機器や健康機器などの端末装置が用いられる。また、マルチ通信ゲートウェイ装置１０については、これら通信端末２０からのデータを収集するウェアラブルな装置として構成してもよい。
【００１８】
次に、図１を参照して、本実施の形態にかかるマルチ通信ゲートウェイ装置１０の構成について詳細に説明する。
図１に示すように、マルチ通信ゲートウェイ装置１０には、主な回路部として、通信モジュール１１、Ｉ／Ｆ変換回路１２、およびコントローラ１３が設けられている。
【００１９】
通信モジュール１１は、それぞれ固有の通信方式により通信端末２０とデータ通信を行うための通信回路や、自己の通信方式で用いるプロトコルスタックを有し、コントローラ１３からの指示に基づいて、プロトコルスタックを用いてそれぞれに固有の通信方式で通信端末２０とのデータ通信を行うモジュールである。通信方式としては、無線の場合、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）やＷｉ−ＳＵＮ（登録商標）などの低電力無線方式を用いればよく、有線の場合には、ＵＳＢ、ＬＡＮ、ＲＳ２３２などを汎用通信方式を用いればよい。
【００２０】
Ｉ／Ｆ変換回路１２は、通信モジュール１１ごとに設けられて、それぞれの通信モジュール１１のインターフェースとコントローラ１３に設けられている共通Ｉ／Ｆ部１５の共通インターフェースとを相互に変換することにより、通信モジュール１１をコントローラ１３に接続する回路部である。
【００２１】
コントローラ１３は、予め規定されている共通インターフェースに基づいて外部回路を接続するための共通Ｉ／Ｆ部１５を備え、リアルタイムＯＳを内蔵するマイコンや、リコンフィギュラブルデバイスであるＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）などの演算処理チップから構成されている。
【００２２】
コントローラ１３は、内蔵する制御プログラム１４を実行することにより、通信モジュール１１のうち通信端末２０の通信方式と対応する通信モジュール１１を制御して、通信端末２０とデータ通信を行うことにより、通信端末２０から送信されたデータを集約して上位装置２１へ中継転送する機能を有している。
【００２３】
制御プログラム１４は、任意の通信モジュール１１の電源供給および動作状態とデータ通信の開始・停止とを制御するモジュール制御プログラム１４Ａと、任意の通信モジュール１１を介して通信端末２０から受信したデータを集約し、異なる通信モジュール１１を介して上位装置２１へ中継転送するデータ通信制御プログラム１４Ｂと、任意の通信モジュール１１を介して接続した時刻同期装置２２とデータ通信を行うことにより、通信端末２０から受信したデータに付与する内部時刻情報を時刻同期装置２２の時刻と同期させる時刻同期制御プログラム１４Ｃとから構成されている。
【００２４】
［第１の実施の形態の動作］
次に、本実施の形態にかかるマルチ通信ゲートウェイ装置１０の動作について説明する。
各通信モジュール１１は、コントローラ１３のモジュール制御プログラム１４Ａからの電源供給開始指示に応じて、自己の通信回路へ電源供給することにより通信動作を開始し、同じくモジュール制御プログラム１４Ａからのデータ通信開始指示に応じて、自己のプロトコルスタックを用いてそれぞれに固有の通信方式で通信端末２０とのデータ通信を開始する。
【００２５】
通信端末２０から送信されたデータは、通信モジュール１１で受信され、Ｉ／Ｆ変換回路１２を介してコントローラ１３へ入力される。コントローラ１３のデータ通信制御プログラム１４Ｂは、共通Ｉ／Ｆ部１５を介して通信端末２０からのデータを取得して、取得した時刻を示す内部時刻情報をデータに付与し、同一または異なる通信端末２０からのデータを１つのパケットに集約し、異なる通信モジュール１１を介して上位装置２１へ中継転送する。
【００２６】
また、コントローラ１３の時刻同期制御プログラム１４Ｃは、定期的に任意の通信モジュール１１を介して接続した時刻同期装置２２とデータ通信を行うことにより、通信端末２０から受信したデータに付与する内部時刻情報を、時刻同期装置２２の時刻と同期させる。
【００２７】
また、各通信モジュール１１は、データ通信の待機時、モジュール制御プログラム１４Ａからのスリープ指示に応じて、自己の通信回路への電源供給を一部停止することによりスリープ状態へ移行して低消費電力モードで動作し、データ通信の終了時、モジュール制御プログラム１４Ａからの電源供給停止指示に応じて、自己の通信回路への電源供給を停止することにより通信動作を終了する。
【００２８】
［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、それぞれに固有の通信方式でデータ通信を行うための通信回路および通信方式で用いるプロトコルスタックを有する複数の通信モジュール１１と、内蔵する制御プログラム１４を実行することにより、通信モジュール１１のうち通信端末２０の通信方式と対応する通信モジュール１１を制御して通信端末２０とデータ通信を行うことにより、通信端末２０から送信されたデータを集約して上位装置２１へ中継転送するコントローラ１３とを備え、通信モジュール１１が、コントローラ１３からの指示に基づいて、プロトコルスタックを用いてそれぞれに固有の通信方式で通信端末２０とのデータ通信を行うようにしたものである。
【００２９】
より具体的には、制御プログラム１４を、通信モジュール１１の電源供給および動作状態とデータ通信の開始・停止とを制御するモジュール制御プログラム１４Ａと、通信モジュール１１を介して通信端末２０から受信したデータを集約し、異なる通信モジュール１１を介して上位装置２１へ中継転送するデータ通信制御プログラム１４Ｂと、通信モジュール１１を介して接続した時刻同期装置２２とデータ通信を行うことにより、通信端末２０から受信したデータに付与する時刻情報を時刻同期装置２２の時刻と同期させる時刻同期制御プログラム１４Ｃとから構成されている。
【００３０】
これにより、Ｌｉｎｕｘなどのパソコンやサーバレベルの大規模な汎用ＯＳをマイクロプロセッサで実行する構成と比較して、通信制御に特化した極めて処理負荷の小さい簡素な制御プログラム１４で、各種通信方式の通信端末２０から収集したデータを上位装置２１へ中継転送することができる。したがって、制御プログラム１４の実行に必要となるコントローラ１３の回路規模を大幅に削減できるとともに、処理に要するメモリもコントローラ１３内の規模の小さい内部メモリで実現できる。このため、マルチ通信ゲートウェイ装置１０全体での消費電力を大幅に削減することが可能となる。
【００３１】
また、通信端末２０とのデータ通信に用いる、それぞれの通信方式に応じたプロトコルスタックをそれぞれの通信モジュール１１に搭載したので、新たな通信方式に対応する通信モジュール１１を追加する際、制御プログラム１４を変更することなく対応することができる。これにより、新たな通信方式に対して柔軟に対応でき、高い拡張性を得ることが可能となる。
【００３２】
また、本実施の形態において、通信モジュール１１ごとにＩ／Ｆ変換回路１２を設け、通信モジュール１１のインターフェースとコントローラ１３の共通インターフェースとを相互に変換するようにしてもよい。
これにより、通信モジュール１１側でコントローラ１３の共通インターフェースに整合させる必要がなくなるとともに、コントローラ１３側で各通信モジュール１１のインターフェースに整合させる必要もなくなる。したがって、汎用の通信モジュール１１を積極的に利用することができるとともに、コントローラ１３および制御プログラム１４の設計負担を大幅に軽減することができ、マルチ通信ゲートウェイ装置１０全体のコストを削減することが可能となる。
【００３３】
［第２の実施の形態］
次に、図２を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかるマルチ通信ゲートウェイ装置１０について説明する。図２は、第２の実施の形態にかかるマルチ通信ゲートウェイ装置の構成を示すブロック図である。
【００３４】
第１の実施の形態では、各通信モジュール１１のインターフェースの違いをＩ／Ｆ変換回路１２で吸収する場合を例として説明した。本実施の形態は、制御プログラム１４のドライバプログラム１４Ｄで各通信モジュール１１のインターフェースの違いを吸収するようにしたものである。
【００３５】
すなわち、ドライバプログラム１４Ｄは、各通信モジュール１１のインターフェースに基づいてそれぞれの通信モジュール１１を制御するインターフェース変換プログラムである。
通信モジュール１１が備えるインターフェースは複数種存在するが、実際には、ＵＳＢ、ＬＡＮ、ＲＳ２３２などのいくつかの代表的なインターフェースに統一されている。これらドライバプログラム１４Ｄは、これらインターフェースごとに予め作成され、それぞれのインターフェースに基づいて通信モジュール１１を制御することになる。
【００３６】
［第２の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、通信モジュール１１のインターフェースに基づいて通信モジュール１１を制御するドライバプログラム１４Ｄを制御プログラム１４に備えるようにしたものである。
これにより、ドライバプログラム１４Ｄで各通信モジュール１１のインターフェースの違いを吸収することができ、Ｉ／Ｆ変換回路１２を省くことができる。これにより、マルチ通信ゲートウェイ装置１０全体の回路規模および消費電力を削減することが可能となる。
【００３７】
［第３の実施の形態］
次に、図３および図４を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかるマルチ通信ゲートウェイ装置１０について説明する。図３は、第３の実施の形態にかかるマルチ通信ゲートウェイ装置（Ｉ／Ｆ変換回路）の構成を示すブロック図である。図４は、第３の実施の形態にかかるマルチ通信ゲートウェイ装置（ドライバプログラム）の構成を示すブロック図である。
【００３８】
通信端末２０から送信されたデータを上位装置２１へ中継転送する場合、マルチ通信ゲートウェイ装置１０を識別するための識別情報をデータに付与して中継転送する場合がある。例えば、生体情報を収集するデータ収集システムでマルチ通信ゲートウェイ装置１０を用いる場合、各種センサから送信された生体情報に、生体すなわち利用者を識別するための利用者ＩＤを付与する必要がある。
【００３９】
本実施の形態では、図３に示すように、マルチ通信ゲートウェイ装置１０に、データ通信に用いる可変パラメータを記憶すメモリ回路１６と、入力された可変パラメータをメモリ回路１６に設定する設定処理回路１７とを設け、コントローラ１３が、メモリ回路１６に設定されている可変パラメータに基づいて、通信端末２０とのデータ通信を制御するようにしたものである。なお、図３は、本実施の形態を図１のマルチ通信ゲートウェイ装置１０に適用した例であり、図４は、本実施の形態を図２のマルチ通信ゲートウェイ装置１０に適用した例である。
【００４０】
設定処理回路１７については、メモリ回路１６にデータを書き込む一般的な回路であればよく、外部装置（図示せず）からの可変パラメータを受信するインターフェース回路や、利用者の操作入力を検出する操作入力回路を備えていてもよい。なお、設定処理回路１７を、マイクロプロセッサと汎用ＯＳで実現してもよい。この場合、可変パラメータを設定する際にのみ動作させ、それ以外は供給電源を停止させることにより、消費電力を削減できる。
【００４１】
これにより、通信端末２０とのデータ通信に用いられる可変パラメータが、設定処理回路１７に対して、外部装置から入力された任意の可変パラメータや、操作入力された可変パラメータで変更することができる。したがって、利用者に応じた利用者ＩＤなどを任意に設定することができ、各種のデータ収集システムに対応することが可能となる。
【００４２】
［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】
【００４３】
１０…マルチ通信ゲートウェイ装置、１１…通信モジュール、１２…Ｉ／Ｆ変換回路、１３…コントローラ、１４…制御プログラム、１４Ａ…モジュール制御プログラム、１４Ｂ…データ通信制御プログラム、１４Ｃ…時刻同期制御プログラム、１４Ｄ…ドライバプログラム、１５…共通Ｉ／Ｆ部、１６…メモリ回路、１７…設定処理回路、２０…通信端末、２１…上位装置、２２…時刻同期装置。
【図１】
2018014586.tif 000003
【図２】
2018014586.tif 000004
【図３】
2018014586.tif 000005
【図４】
2018014586.tif 000006
【図５】
2018014586.tif 000007