(57)【要約】【課題】  無線通信部を駆動するための一次電池又は二次電池が不要である無線センサノードを提供するものである。【解決手段】  無線センサノード１００は、電源供給部３０が、電源用コイル３１と、電源用コイル３１の巻線３１ｂの一端に、一端が接続される共振用コンデンサ３２と、共振用コンデンサ３２の他端及び電源用コイル３１の巻線３１ｂの他端に、一次側が接続される整流回路３３と、整流回路３３の二次側及び無線通信部２０の電源入力端子２７間に接続される電源回路３４と、を備え、計測部１０が、計測用コイル１１と、計測用コイル１１の巻線１１ｂの両端に、一次側が接続される整流回路１２と、整流回路１２の二次側及び無線通信部２０のＡ／Ｄ変換入力端子２６間に接続される分圧器１３と、を備え、電源用コイル３１及び計測用コイル１１を一体として架空電線５００をクランプし、電源用コイル３１及び計測用コイル１１が架空電線５００に軸通される。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
装着される架空電線の交流電流を計測する計測部、隣接する他の無線センサノードとの間で前記交流電流に基づく計測データを電波により送受信する無線通信部、及び当該無線通信部に電源を供給する電源供給部を備え、複数の他の無線センサノードとから無線センサネットワークを構成する無線センサノードであって、
前記電源供給部が、
カットコアに巻線を巻回した第１のコイルと、
前記第１のコイルの巻線の一端に、一端が接続される共振用コンデンサと、
前記共振用コンデンサの他端及び前記第１のコイルの巻線の他端に、一次側が接続される第１の整流回路と、
前記第１の整流回路の二次側及び前記無線通信部の第１の入力端子間に接続される電源回路と、
を備え、
前記計測部が、
カットコアに巻線を巻回した第２のコイルと、
前記第２のコイルの巻線の両端に、一次側が接続される第２の整流回路と、
前記第２の整流回路の二次側及び前記無線通信部の第２の入力端子間に接続される分圧器と、
を備え、
前記第１のコイル及び第２のコイルを一体として前記架空電線をクランプし、当該第１のコイル及び第２のコイルが当該架空電線に軸通されることを特徴とする無線センサノード。
【請求項２】
前記請求項１に記載の無線センサノードにおいて、
前記第１のコイル及び第２のコイルの反対向面側に支持され、当該第１のコイル及び第２のコイルのカットコアの中心に前記架空電線を導くと共に、当該架空電線の脱離を防止する略和鋏形状のガイド部を備えていることを特徴とする無線センサノード。
【請求項３】
装着される架空電線の交流電流を計測する計測部、隣接する他の無線センサノードとの間で前記交流電流に基づく計測データを電波により送受信する無線通信部、及び当該無線通信部に電源を供給する電源供給部を備え、複数の他の無線センサノードとから無線センサネットワークを構成する無線センサノードと、当該無線センサノードから送信される計測データを収集するデータ収集ノードと、当該データ収集ノードに接続して当該データ収集ノードにより収集される計測データを処理するデータ処理装置とを備える架空電線監視システムであって、
前記無線センサノードの無線通信部は、
前記無線センサネットワークを構成する範囲に自ノードが配設された場合に、前記データ収集ノードに対して、当該無線センサネットワークのグループに参加を要求する参加要求パケットを送信すると共に、当該参加要求パケットに対する前記データ収集ノードからの応答パケットを受信する制御部と、
前記応答パケットに付与された隣接する親ノードの情報を記憶するメモリ部と、
を備え、
前記隣接する親ノードに対して、自ノードにおける前記計測データを送信し、所定の時間内に当該計測データに対する当該親ノードからの応答パケットを受信できない場合に、前記制御部は、前記データ収集ノードに対して、前記参加要求パケットを送信することを特徴とする架空電線監視システム。
【請求項４】
前記請求項３に記載の架空電線監視システムにおいて、
前記メモリ部は、隣接する子ノードにおける前記計測データを当該子ノードの識別情報と対応付けて記憶しており、
所定の受信間隔を超えて、前記隣接する子ノードからの計測データを受信できない場合に、前記制御部は、前記データ収集ノードに対して、前記メモリ部に記憶される当該隣接する子ノードの計測データ及び識別情報を付加したパケットを送信することを特徴とする架空電線監視システム。
【請求項５】
前記請求項３又は４に記載の架空電線監視システムにおいて、
前記メモリ部は、自ノードにおける前記計測データを当該自ノードの識別情報と対応付けて記憶しており、
前記自ノードにおける計測データの値が所定の範囲外にある場合に、前記制御部は、前記データ収集ノードに対して、前記メモリ部に記憶される当該自ノードの計測データ及び識別情報を付加したパケットを送信することを特徴とする架空電線監視システム。
【請求項６】
装着される架空電線の交流電流を計測する計測部、隣接する他の無線センサノードとの間で前記交流電流に基づく計測データを電波により送受信する無線通信部、及び当該無線通信部に電源を供給する電源供給部を備え、複数の他の無線センサノードとから無線センサネットワークを構成する無線センサノードと、当該無線センサノードから送信される計測データを収集するデータ収集ノードと、当該データ収集ノードに接続して当該データ収集ノードにより収集される計測データを処理するデータ処理装置とを備える架空電線監視システムであって、
前記無線センサネットワークが、複数の無線センサノードから構成されるグループが複数集合してなり、
前記各グループにおけるデータ収集ノードに近接する一の無線センサノードが、同一のグループに属する他の無線センサノードの計測データを収集し、収集した計測データを前記データ収集ノードに送信することを特徴とする架空電線監視システム。
【請求項７】
前記請求項３乃至６のいずれかに記載の架空電線監視システムにおいて、
前記電源供給部が、
カットコアに巻線を巻回した第１のコイルと、
前記第１のコイルの巻線の一端に、一端が接続される共振用コンデンサと、
前記共振用コンデンサの他端及び前記第１のコイルの巻線の他端に、一次側が接続される第１の整流回路と、
前記第１の整流回路の二次側及び前記無線通信部の第１の入力端子間に接続される電源回路と、
を備え、
前記計測部が、
カットコアに巻線を巻回した第２のコイルと、
前記第２のコイルの巻線の両端に、一次側が接続される第２の整流回路と、
前記第２の整流回路の二次側及び前記無線通信部の第２の入力端子間に接続される分圧器と、
を備え、
前記第１のコイル及び第２のコイルを一体として前記架空電線をクランプし、当該第１のコイル及び第２のコイルが当該架空電線に軸通されることを特徴とする架空電線監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、架空電線の交流電流を計測し、当該交流電流に基づく計測データを、隣接する他の無線センサノードに送信する無線センサノードに関し、複数の無線センサノードを架空電線にそれぞれ配設して、多数の地点における架空電線の交流電流を実時間で計測し、無線センサネットワークを用いて少数の拠点に計測データを収集することにより、広い範囲における架空電線の状態を実時間で監視することができる架空電線監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線ネットワーク技術は、著しく進歩し、企業や個人を問わず、様々な方面で活用されている。また、無線ネットワーク技術が進歩するにつれ、「ユビキタス・ネットワーク」という言葉が盛んに叫ばれるようになり、「いつでも・どこでも・つながる」を実現するための技術開発が日々行われている。
【０００３】
ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）は、そのような中で注目を浴びている無線センサネットワーク技術の１つである。なお、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）とは、短距離無線規格のＩＥＥＥ（The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.）８０２．１５．４に基づいて策定された無線センサネットワークプロトコルであり、ＺｉｇＢｅｅ  Ａｌｌｉａｎｃｅにより、２００５年に策定されている。
【０００４】
ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）に対応する端末（以下、ＺｉｇＢｅｅ端末と称す）は、小電力無線送受信機とマイクロプロセッサを組み合わせたデバイスである。それぞれのＺｉｇＢｅｅ端末が中継ポイントとして利用できるマルチホップ・ネットワークや、複数のＺｉｇＢｅｅ端末により網の目のようなネットワークを構築できるメッシュ・ネットワークに対応することができる。
【０００５】
メッシュ・ネットワークにおいて、１つのＺｉｇＢｅｅ端末は、そのＺｉｇＢｅｅ端末から電波が届く範囲にある全てのＺｉｇＢｅｅ端末と通信する可能性を有し、電波が届く範囲になるＺｉｇＢｅｅ端末を「隣接端末」という。
【０００６】
メッシュ・ネットワークにおいて、任意のＺｉｇＢｅｅ端末間で通信の要求がある場合には、ＡＯＤＶ（Ad hoc On-Demand Distance Vector：アドホックオンデマンド距離ベクトル）ルーティングアルゴリズムを使用して、ＺｉｇＢｅｅ端末間で自動的に情報交換が行われる。そして、ルーティングテーブル（経路制御表）が自動的に作成され、そのＺｉｇＢｅｅ端末間で通信が行えるようになる。
【０００７】
このことにより、通信経路の途中のＺｉｇＢｅｅ端末で障害が発生した場合であっても、迂回経路が自動的に作成され、ＺｉｇＢｅｅ端末間で通信が行えるために、障害に強く、管理が容易なネットワークを構成できる。
【０００８】
また、ＺｉｇＢｅｅ端末は、１つのネットワークに接続できる端末数が、約６５０００個であり、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＵＷＢ（Ultra Wide Band：超広帯域無線）等の他の無線ネットワーク技術に比べて遥かに多い。
【０００９】
また、ＺｉｇＢｅｅ端末は、間欠的に送受信を行い、送受信以外の時間をスリーブする機能を有している。これにより、乾電池程度の電力で１００日〜数年間稼動し、電源も含めて、完全に無線でセンサネットワークを構築できる可能性がある。
これらの特徴から、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）は、広域な無線センサネットワークを構築するのに有効な規格といえる。
【００１０】
ここで、ＡＯＤＶルーティングアルゴリズムの概要を、図２５を用いて説明する。
まず、送信元のＺｉｇＢｅｅ端末（以下、送信元端末と称す）から受信先のＺｉｇＢｅｅ端末（以下、受信先端末と称す）にデータを送信するにあたり、送信元端末の経路制御表に受信先端末の情報が無い場合には、隣接端末を通じて、ネットワーク上の全てのＺｉｇＢｅｅ端末に対して経路要求パケット（ＲＲＥＱ：Route REQuest）を放送する（図２５（ａ））。
そして、ＲＲＥＱを受け取ったＺｉｇＢｅｅ端末は、送信元端末への通信経路を記憶した後に、ＲＲＥＱを隣接端末に送信する（図２５（ｂ））。
【００１１】
受信先端末にＲＲＥＱが到達すると、その受信先端末は、経路応答パケット（ＲＲＥＰ：Route Reply）を送信元端末に返信する。このとき、ＲＲＥＰは、受信先端末に到達したＲＲＥＱが辿った通信経路を逆向きに辿っていく（図２５（ｃ））。
【００１２】
なお、ＲＲＥＰが逆向きに辿るときや受信先端末にデータを送るときに使われる、隣接端末やホップ数等の情報は、経路制御表に記憶され、次回以降のデータ転送時に利用される。また、使われなくなった情報は、逐次、経路制御表から削除される。
【００１３】
これに対し、従来の可搬型配電線事故検出装置は、計測部の検出値に基づいて配電線に事故が発生したか否かの判定を行う判定部と、この判定部により判定された判定結果に基づいて制御信号を送出する制御部と、この制御部から入力された制御信号に基づいて事故が発生したか否かの情報を配電線の状態を遠隔で監視する監視装置に送信する移動電話とを備えるようにしている。移動電話が制御部から入力された制御信号に基づいて事故が発生したか否かの情報を配電線の状態を遠隔で監視する監視装置に送信するようにすると、作業員は現地に出向くことなく、監視装置を確認するだけで事故の状況を把握できるため、事故区間の特定を簡単かつ短時間で行える（例えば、特許文献１参照）。
【００１４】
また、従来の過電流監視方法は、通報装置の変流器は配電線の電流に応じた電圧を誘起する。この電圧は整流部で整流されてコンデンサを充電する。コンデンサの電圧で制御部と送出部を作動させる。制御部はコンデンサの電圧を昇圧して１２分間隔で色センサの青色発光素子を短時間ずつ間欠的に発光させ、表示装置の表示の色が白色か橙色かを反射光で監視する。過電流が流れて表示の色が橙色に変わると、色センサが制御部に信号を出し、送出部が電波信号を出して通報する（例えば、特許文献２参照）。
【００１５】
また、従来の情報収集システムは、地面との距離に応じた信号を出力する超音波センサと、当該超音波センサの出力情報及び自己の識別情報を送信する無線通信部とを有し、コン柱に付設されたセンサノードと、上記センサノードから送信される伝送情報を収集し、収集した情報を、当該センサノードとは通信プロトコルの異なる他の通信ネットワークに伝送するゲートウェイサーバとを備え、各センサノードが、自己の通信可能距離内に存在する他のコン柱に搭載されたセンサノードとの間で、無線アドホックネットワークを構成するようにした（例えば、特許文献３参照）。
【００１６】
さらに、従来のhEPAS（Hierarchical Energy-E±cient Protocol for Aggregator Selection：多重階層型データ集約手法）は、ノードが一定の割合で各階層の集約ノードになり、その情報を周りに周知する手順をとる（例えば、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平１１−２８１７００号公報
【特許文献２】特開２００２−３６５３２８号公報
【特許文献３】特開２００６−３２３４４０号公報
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】Y. P. Chen, A. L. Liestman, and J. Liu, "Energy-E±cient Data Aggregation Hierarchy for Wireless Sensor Networks," Proc. Qshine 2005, August 2005.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、従来の可搬型配電線事故検出装置は、無線通信手段が既存の携帯電話、ＰＨＳ等から構成される移動電話であり、監視装置の電話に通話するものであるために、電波状態が悪く、基地局との間で無線通信を行うことが困難な場所への設置が制限されるという課題がある。また、移動電話の電源は、変流器に接続される電源部により充電される二次電池（バッテリ）から供給され、バッテリの重量が重くなるために、配電線に吊り下げて使用することができず、バッテリの寿命が短いという課題がある。
【００２０】
また、従来の過電流監視方法は、過電流通報装置の送出部は免許の不要な微弱電力無線の無線機を用いており、送出部の信号電波は、近くの電柱に配設された中継局を通じて遠隔地の基地局へ通報されるために、中継局に障害が発生した場合には、迂回経路がなく、基地局に通報することができないという課題がある。
【００２１】
また、従来の情報収集システムは、電池と外部電源の接続切換えを行い、電池の電力もしくは外部電源の電力を制御部に供給する。この電池は、ボタン電池、蓄電池又は太陽電池を利用し、太陽電池を利用する場合は、外部電池を用いなくてもよく、夜間使用に備えて蓄電池が併用される。このため、蓄電池を使用した場合には、蓄電池の重量が重くなるために、配電線に吊り下げて使用することができない。また、ボタン電池又は蓄電池を使用した場合には、電池の寿命が短いという課題がある。
さらに、従来のhEPASは、各ノードが確率を計算する処理を必要とし、階層を構成する度にノード間の通信が多発するという課題がある。
【００２２】
この発明は、前述のような課題を解決するためになされたもので、無線通信部を駆動するための一次電池又は二次電池が不要であり、中継装置に障害が発生した場合であっても、迂回経路により、計測データを確実に収集することができる無線センサノード及び架空電線監視システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
この発明に係る無線センサノードにおいては、装着される架空電線の交流電流を計測する計測部、隣接する他の無線センサノードとの間で前記交流電流に基づく計測データを電波により送受信する無線通信部、及び当該無線通信部に電源を供給する電源供給部を備え、複数の他の無線センサノードとから無線センサネットワークを構成する無線センサノードであって、前記電源供給部が、カットコアに巻線を巻回した第１のコイルと、前記第１のコイルの巻線の一端に、一端が接続される共振用コンデンサと、前記共振用コンデンサの他端及び前記第１のコイルの巻線の他端に、一次側が接続される第１の整流回路と、前記第１の整流回路の二次側及び前記無線通信部の第１の入力端子間に接続される電源回路と、を備え、前記計測部が、カットコアに巻線を巻回した第２のコイルと、前記第２のコイルの巻線の両端に、一次側が接続される第２の整流回路と、前記第２の整流回路の二次側及び前記無線通信部の第２の入力端子間に接続される分圧器と、を備え、前記第１のコイル及び第２のコイルを一体として前記架空電線をクランプし、当該第１のコイル及び第２のコイルが当該架空電線に軸通されるものである。
【発明の効果】
【００２４】
開示の無線センサノードにおいては、無線通信部を駆動するための一次電池又は二次電池が不要であり、電池交換の手間がなく、メンテナンスに労力を要しないと共に、計測部及び電源供給部のコイルを架空電線に容易に着脱できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１の実施形態に係る架空電線監視システムの概略構成を説明するための説明図である。
【図２】図１に示す無線センサノードの概略構成を説明するための説明図である。
【図３】図２に示す計測部及び電源供給部の概略構成を示す回路図である。
【図４】（ａ）は図２に示す無線通信部の概略構成を示すブロック図あり、（ｂ）は図１に示すデータ収集ノードの無線通信部の概略構成を示すブロック図である。
【図５】（ａ）は図２に示す無線センサノードの概略構成を示す正面図であり、（ｂ）は図５（ａ）に示す無線センサノードの背面図であり、（ｃ）は図５（ａ）に示す無線センサノードの右側面図であり、（ｄ）は図５（ｃ）に示す電源用コイル及び計測用コイルの開放状態を示す右側面図である。
【図６】（ａ）は図５（ａ）に示す無線センサノードにガイド部を配設した無線センサノードの概略構成を示す正面図であり、（ｂ）は図６（ａ）に示す無線センサノードの背面図であり、（ｃ）は図６（ａ）に示す無線センサノードの右側面図であり、（ｄ）は図６（ｃ）に示す電源用コイル及び計測用コイルの開放状態を示す右側面図である。
【図７】（ａ）は架空電線に無線センサノードを装着及び脱着するための固定治具の概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）は架空電線に無線センサノードを装着及び脱着するための開閉治具の概略構成を示す正面図である。
【図８】（ａ）は図２に示す無線センサノードの他の概略構成を示す正面図であり、（ｂ）は図８（ａ）に示す無線センサノードの背面図であり、（ｃ）は図８（ａ）に示す無線センサノードの右側面図であり、（ｄ）は図８（ｃ）に示す電源用コイル及び計測用コイルの開放状態を示す右側面図である。
【図９】架空電線に無線センサノードを装着及び脱着するための絶縁ヤットコの概略構成を示す正面図である。
【図１０】（ａ）は図２に示す無線センサノードのさらに他の概略構成を示す正面図であり、（ｂ）は図１０（ａ）に示す無線センサノードの背面図であり、（ｃ）は図１０（ａ）に示す無線センサノードの右側面図であり、（ｄ）は図１０（ｃ）に示す電源用コイル及び計測用コイルの開放状態を示す右側面図である。
【図１１】実験端末に接続する電源供給部の電源用コイルを説明するための説明図である。
【図１２】（ａ）は珪素鋼板コアのサイズを説明するための説明図であり、（ｂ）は電源用コイルのコアに珪素鋼板コアを用いた場合の誘導起電力の波形を示す波形図である。
【図１３】（ａ）はフェライトコアのサイズを説明するための説明図であり、（ｂ）は電源用コイルのコアにフェライトコアを用いた場合の誘導起電力の波形を示す波形図である。
【図１４】（ａ）は誘導電流による実験端末の駆動回路を示す回路図であり、（ｂ）はコイルのインダクタンスＬの測定回路を示す回路図であり、（ｃ）は共振用コンデンサの静電容量を変化させたときの誘導起電力を示すグラフである。
【図１５】（ａ）は誘導電流による電流計測に使用した回路を示す回路図であり、（ｂ）は図１５（ａ）に示す回路により得られる電流ＩｒとＤ値との関係を示すグラフである。
【図１６】（ａ）は実験端末を誘導電流で駆動しながら電流を計測する場合の回路を示す回路図であり、（ｂ）は図１６（ａ）に示す回路により得られる電流ＩｒとＤ値との関係を示すグラフである。
【図１７】（ａ）はＡ／Ｄ変換特性を計測する実験に使用した装置構成を説明するための説明図であり、（ｂ）は図１７（ａ）に示す実験端末におけるＡ／Ｄ変換特性を示すグラフである。
【図１８】（ａ）は計測部と実験端末の回路構成を示す回路図であり、（ｂ）は図１８（ａ）に示す回路におけるＩ−Ｄ特性を示すグラフである。
【図１９】（ａ）は図１８（ｂ）に示すＩ−Ｄ特性に対して多項式近似を行った結果を示すグラフであり、（ｂ）は図１８（ａ）に示す回路における電流測定の結果を示すグラフである。
【図２０】（ａ）は図１８（ａ）に示す回路における電流測定の誤差を示すグラフであり、（ｂ）は４４Ａまでの電流測定の結果を示すグラフである。
【図２１】（ａ）は各ノードの配置場所を説明するための説明図であり、（ｂ）は第１ノードで受信した測定データを表示画面に表示した状態を説明するための説明図である。
【図２２】（ａ）は測定データを１時間に亘って計測した場合の受信エラーの割合を示すグラフであり、（ｂ）は１時間の連続運転を実験中の受信状況を表示画面に表示した状態を説明するための説明図である。
【図２３】（ａ）は第２の実施形態に係る架空電線監視システムにおけるグループ構成手順及びデータ収集手順を説明するための説明図であり、（ｂ）は図２３（ａ）に示す説明図の続きを示す説明図である。
【図２４】第２の実施形態に係る他の架空電線監視システムを説明するための説明図である。
【図２５】メッシュ・ネットワークを説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（本発明の第１の実施形態）
架空電線監視システムは、図１に示すように、複数の無線センサノード１００の集合と、所定の無線センサノード１００に対して計測データを要求して当該所定の無線センサノード１００から送信される計測データを収集するデータ収集ノード２００と、データ収集ノード２００に接続してデータ収集ノード２００により収集される計測データを処理するデータ処理装置３００とを備える。また、データ収集ノード２００及びデータ処理装置３００は、データ収集システム４００を構成する。
【００２７】
なお、複数の無線センサノード１００における一の無線センサノード１００は、他の無線センサノード１００のうち少なくも１つの無線センサノード１００との間で電波の届く範囲に配設され、短距離無線通信規格ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）の通信方式を用いて、隣接する無線センサノード１００との間で無線通信を行う。また、データ収集ノード２００は、複数の無線センサノード１００のうち少なくも１つの無線センサノード１００との間で電波の届く範囲に配設され、短距離無線通信規格ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）の通信方式を用いて、隣接する無線センサノード１００との間で無線通信を行う。
【００２８】
なお、以下の説明においては、必要に応じて、自身の無線センサノード１００を自ノードと称し、自ノード以外の他の無線センサノード１００を他ノードと称し、自ノードに隣接する他ノードを隣接ノードと称する。また、他ノードのうち、自ノードに対してデータ収集ノード２００（根ノード）側のノードを親ノードと称し、自ノードに対して末端（葉ノード）側のノードを子ノードと称する。
【００２９】
無線センサノード１００は、配電線や送電線等の架空電線５００の交流電流に基づく誘導電流を駆動電力として用いるＺｉｇＢｅｅ端末にセンサ機能を具備する端末である。特に、無線センサノード１００は、図２に示すように、装着される架空電線５００の交流電流及び／又は交流電圧を計測する計測部１０、隣接する他の無線センサノード１００との間で交流電流及び／又は交流電圧に基づく計測データを電波により送受信する無線通信部２０、並びに無線通信部２０に電源を供給する電源供給部３０を備え、複数の他の無線センサノード１００とから無線センサネットワーク（メッシュ・ネットワーク）を構成する。
【００３０】
計測部１０は、架空電線５００の交流電流を計測する電流センサや架空電線５００の交流電圧を計測する電圧センサが挙げられるが、本実施形態においては、電流センサを例に挙げて説明する。
【００３１】
計測部１０は、図２及び図３に示すように、架空電線５００に軸通される計測用コイル１１と、計測用コイル１１の巻線１１ｂの両端に、一次側が接続される整流回路１２と、整流回路１２の二次側及び無線通信部２０のＡ／Ｄ（アナログ−デジタル）変換入力端子２６間に接続される分圧器１３と、を備えている。
【００３２】
計測用コイル１１は、カットコア１１ａに巻線１１ｂを巻回した構成であり、カットコア１１ａを２つに分割し、カットコア１１ａの中心に位置するように架空電線５００を挿入した後に、カットコア１１ａの各突合せ端面を突合せることで、架空電線５００に装着する。
【００３３】
整流回路１２は、計測用コイル１１で得られた交流電流を全波整流して直流電流に変換するものであり、本実施形態においては、計測用コイル１１の巻線１１ｂの両端に一次側が並列に接続されるダイオードブリッジである。
【００３４】
なお、本実施形態に係る計測部１０は、整流回路１２の二次側に両端が並列に接続され、整流回路１２から出力される直流電流を平滑化する平滑化コンデンサ１４を備えている。
【００３５】
分圧器１３は、無線通信部２０のＡ／Ｄ変換入力端子２６に対する入力電圧の許容範囲に計測データ（電流計測値）を合わせる（収める）ために使用するものであり、平滑化コンデンサ１４の両端に一次側が並列に接続され、無線通信部２０のＡ／Ｄ変換入力端子２６に二次側が並列に接続される。また、分圧器１３は、平滑化コンデンサ１４に貯まった電荷を放電するためにも用いられる。
【００３６】
無線通信部２０は、図４（ａ）に示すように、送受信部２１、無線変調部２２、制御部２３、インタフェース部２４及びメモリ部２５を備え、短距離無線通信規格ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）の通信方式を用いて、隣接ノードとの間で無線通信を行う既存のＺｉｇＢｅｅモジュールである。
【００３７】
無線変調部２２は、送受信部２１で受信した電波の変調信号を復調し、デジタル信号に変換して、伝送情報を再生すると共に、再生した伝送情報を制御部２３に出力する。また、無線変調部２２は、制御部２３で生成される送信信号を変調して、送受信部２１から空間に放射する。
【００３８】
制御部２３は、マイクロコンピュータから構成され、無線変調部２２の通信制御を行う通信制御部２３ａと、計測部１０からの計測データをデータ処理するためのデータ処理部２３ｂと、電源供給部３０からの電力供給を制御する電力制御部２３ｃとを備えている。
【００３９】
通信制御部２３ａは、アクセス制御、チャネル割当、通信経路制御及び誤り制御等の各種データアクセス処理、アドホック通信処理並びにマルチホップ処理を行うネットワークプロトコルを備える。
【００４０】
データ処理部２３ｂは、インタフェース部２４を介して計測部１０の動作を制御し、計測部１０の計測データを収集する。また、データ処理部２３ｂは、収集した計測データを、適宜、データ処理した後に、パケットデータに変換する。パケットデータは、通信制御部２３ａにより通信制御されて無線変調部２２に出力される。
【００４１】
電力制御部２３ｃは、計測部１０からのデータ採取と無線通信の動作に着目した動的な電力制御を行う。電力制御部２３ｃは、例えば、無線センサノード１００の動作状態を定期的に把握し、各機能部位の電源のオン／オフ制御やプロセッサのクロック周波数の切換えを動的に行い、きめ細かく電力を制御することにより、消費電力を低減させる。
【００４２】
インタフェース部２４は、計測部１０及びメモリ部２５が接続され、計測部１０から出力される計測データをデジタル信号に変換して、一時的にメモリ部２５に格納する。このメモリ部２５がバッファとして機能し、インタフェース部２４は、メモリ部２５に格納された計測データを所定のタイミングで制御部２３に転送する。
【００４３】
メモリ部２５は、例えば、フラッシュメモリ等により構成され、計測部１０からの計測データを、特定のメモリ領域に随時蓄積すると共に、制御部２３の管理する外部メモリとして機能する。また、メモリ部２５には、各種の初期データが格納され、例えば、自ノードの識別情報（ＩＤ）や、確立された通信経路に従って順次データリンクを行うための他ノードの識別情報（ＩＤ）や、通信経路に沿った各無線センサノード１００の並び順（経路制御表）等が格納されている。なお、これらの情報は、架空電線監視システムを構成するための初期の接続段階において、他ノードとの交信により取得される。
【００４４】
電源供給部３０は、図２及び図３に示すように、架空電線５００に軸通される電源用コイル３１と、電源用コイル３１の巻線３１ｂの一端に、一端が直列に接続される共振用コンデンサ３２と、共振用コンデンサ３２の他端及び電源用コイル３１の巻線３１ｂの他端に、一次側が接続される整流回路３３と、整流回路３３の二次側及び無線通信部２０の電源入力端子２７間に接続される電源回路３４と、を備えている。
【００４５】
電源用コイル３１は、カットコア３１ａに巻線３１ｂを巻回した構成であり、カットコア３１ａを２つに分割し、カットコア３１ａの中心に位置するように架空電線５００を挿入した後に、カットコア３１ａの各突合せ端面を突合せることで、架空電線５００に装着する。
【００４６】
共振用コンデンサ３２は、電源用コイル３１と組み合わされ、共振回路を構成することにより、架空電線５００を流れる交流電流が少なくても、無線通信部２０に電源を供給できるようにする。
【００４７】
整流回路３３は、電源用コイル３１で得られた交流電流を全波整流して直流電流に変換するものであり、本実施形態においては、共振用コンデンサ３２の他端及び電源用コイル３１の巻線３１ｂの他端に、一次側が並列に接続されるダイオードブリッジである。
【００４８】
なお、本実施形態に係る電源供給部３０は、整流回路３３の二次側に、両端が並列に接続され、整流回路１２から出力される直流電流を平滑化する平滑化コンデンサ３５を備えている。
【００４９】
電源回路３４は、架空電線５００を流れる交流電流の変化が大きい場合であっても、安定した直流電圧を無線通信部２０に供給することができるものであり、本実施形態においては、平滑化コンデンサ３５の両端に、一次側が並列に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータである。
【００５０】
なお、本実施形態に係る電源供給部３０は、電源回路３４の二次側及び無線通信部２０の電源入力端子２７に、両端が並列に接続され、電源回路３４から出力される直流電流を平滑化する平滑化コンデンサ３６を備えている。
【００５１】
また、本実施形態に係る無線センサノード１００は、図５に示すように、計測用コイル１１及び電源用コイル３１を一体として架空電線５００をクランプするクランプ式の構造にすることにより、架空電線５００を加工することなく、架空電線５００を簡単に装着することができる。
【００５２】
具体的には、無線センサノード１００は、図２に示すように、計測用コイル１１を除く計測部１０（各回路素子を実装した基板）と、無線通信部２０（Ｚｉｇｂｅｅモジュール）と、電源用コイル３１を除く電源供給部３０（各回路素子を実装した基板）と、を基板ボックス４１内部に収納する。
【００５３】
また、無線センサノード１００は、図５に示すように、計測用コイル１１のカットコア１１ａ並びに電源用コイル３１のカットコア３１ａの一方及び他方のそれぞれの表面に固着する２つの部材からなる挟持部４２を、ヒンジ部４３を支点として、基板ボックス４１及び対向部４４の接離により開閉する構造である。
【００５４】
なお、基板ボックス４１及び対向部４４間には、基板ボックス４１及び対向部４４間を離間する方向に弾性力が作用するバネ等の弾性部材４５が配設され、挟持部４２の突合せ端面側には、架空電線５００を装着又は脱着する以外は、挟持部４２が開かないように咬持するラッチ部４６が配設される。
【００５５】
また、本実施形態に係る無線センサノード１００は、図６に示すように、カットコア１１ａ及びカットコア３１ａの中心に架空電線５００を導くと共に、架空電線５００の脱離を防止する略馬蹄（和鋏）形状のガイド部４７と、カットコア１１ａ及びカットコア３１ａの反対向面側のそれぞれに各ガイド部４７を２点以上で支持する支持部材４８と、を備えることで、架空電線５００の装着をさらに容易にすることができる。
なお、無線センサノード１００は、地上から高所にある架空電線５００に吊り下げる作業や、吊り下げられた架空電線５００から取り外す作業を伴うものである。
【００５６】
このため、架空電線５００に無線センサノード１００を吊り下げる作業には、図７（ａ）に示す固定治具５０における絶縁操作棒５１の先端に配設したケース５２内に、図８に示す無線センサノード１００の基板ボックス４１を嵌合して保持し、架空電線５００近傍まで無線センサノード１００を上昇させる。
【００５７】
そして、無線センサノード１００の対向部４４の端部を略コの字形状に屈曲した係止部４４ａに、図７（ｂ）に示す開閉治具６０における絶縁操作棒６１の先端に配設したフック部６２を引っ掛けて、対向部４４を下方に引き下げ、一対の挟持部４２間を離間させる。
【００５８】
そして、無線センサノード１００を上昇させ、カットコア１１ａ及びカットコア３１ａの中心に架空電線５００を挿入して、無線センサノード１００の係止部４４ａから開閉治具６０のフック部６２を外し、一対の挟持部４２間を閉じる。そして、固定治具５０を下降させることで、無線センサノード１００を架空電線５００に吊り下げることができる。
【００５９】
また、吊り下げられた無線センサノード１００を架空電線５００から取り外す作業には、図７（ａ）に示す固定治具５０を図８に示す無線センサノード１００に近づけ、固定治具５０のケース５２内に、無線センサノード１００の基板ボックス４１を嵌合して支持する。
【００６０】
そして、無線センサノード１００の係止部４４ａに、図７（ｂ）に示す開閉治具６０のフック部６２を引っ掛けて、対向部４４を下方に引き下げ、一対の挟持部４２間を離間させたまま、開閉治具６０と共に固定治具５０を下降させることで、無線センサノード１００を架空電線５００から取り外すことができる。
【００６１】
なお、架空電線５００に無線センサノード１００を装着及び脱着するための開閉治具６０及び固定治具５０の替わりに、図９に示す既存の活線作業用の絶縁ヤットコ７０を用いるのであれば、図１０に示す無線センサノード１００を用いることが考えられる。
【００６２】
図１０に示す無線センサノード１００は、絶縁ヤットコ７０の先端にある把持部７１の一端７１ａを挟持する略コの字形状の挟持部４９ａ、及び挟持部４９ａの両端から延在して絶縁ヤットコ７０の把持部７１を挟持部４９ａに導く略ハの字形状の導入部４９ｂからなる板ばね４９と、板ばね４９の挟持部４９ａの一端及び他端側にある導入部４９ｂを基板ボックス４１の表面に２点以上でそれぞれ支持する支持部材４９ｃと、を備える。
【００６３】
なお、絶縁ヤットコ７０の把持部７１の一端７１ａは、無線センサノード１００の基板ボックス４１の表面に当接されて板ばね４９の挟持部４９ａに挟持され、絶縁ヤットコ７０の把持部７１の他端７１ｂは、無線センサノード１００の対向部４４に当接される。そして、絶縁ヤットコ７０の絶縁操作棒７２に対して操作レバー７３を操作することで、一対の把持部７１の開閉に追従して、無線センサノード１００の一対の挟持部４２間を開閉する。これにより、開閉治具６０及び固定治具５０を用いることなく、既存の絶縁ヤットコ７０を用いて、作業者が架空電線５００に近づくことなく、無線センサノード１００を安全に装着及び脱着することができる。
なお、図８及び図１０に示す無線センサノード１００には、図６に示すガイド部４７（支持部材４８）を図示していないが、ガイド部４７（支持部材４８）を備えていてもよい。
【００６４】
データ収集ノード２００は、隣接する無線センサノード１００との間で交流電流及び／又は交流電圧に基づく計測データを電波により送受信する無線通信部２２０を備えている。なお、本実施形態に係るデータ収集ノード２００は、架空電線５００に装着するものではなく、架空電線５００の交流電流及び／又は交流電圧を計測する計測部を備えていないのであるが、必要に応じて、架空電線５００に装着し、計測部を備えていてもよい。
【００６５】
また、本実施形態に係るデータ収集ノード２００は、無線通信部２２０の駆動電源として、一次電池、二次電池又は商用電源を用いており、架空電線５００に装着して無線通信部２０に電源を供給する電源供給部を備えていないのであるが、必要に応じて、架空電線５００に装着し、電源供給部を備えていてもよい。
【００６６】
無線通信部２２０は、図４（ｂ）に示すように、送受信部２２１、無線変調部２２２、制御部２２３、インタフェース部２２４及びメモリ部２２５を備え、短距離無線通信規格ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）の通信方式を用いて、隣接ノードとの間で無線通信を行う既存のＺｉｇＢｅｅモジュールである。
【００６７】
無線変調部２２２は、送受信部２２１で受信した電波の変調信号を復調し、デジタル信号に変換して、伝送情報を再生すると共に、再生した伝送情報を制御部２２３に出力する。また、無線変調部２２２は、制御部２２３で生成される送信信号を変調して、送受信部２２１から空間に放射する。
【００６８】
制御部２２３は、マイクロコンピュータから構成され、無線変調部２２２の通信制御を行う通信制御部２２３ａと、計測データをデータ処理するためのデータ処理部２２３ｂと、電源入力端子２２７を介して図示しない電源からの電力供給を制御する電力制御部２２３ｃとを備えている。
【００６９】
通信制御部２２３ａは、アクセス制御、チャネル割当、通信経路制御及び誤り制御等の各種データアクセス処理、アドホック通信処理並びにマルチホップ処理を行うネットワークプロトコルを備える。
【００７０】
データ処理部２２３ｂは、収集した計測データを、適宜、データ処理した後に、パケットデータに変換する。パケットデータは、通信制御部２２３ａにより通信制御されて、出力端子２２８を介して、データ処理装置３００に出力される。
【００７１】
電力制御部２２３ｃは、無線通信の動作に着目した動的な電力制御を行う。電力制御部２２３ｃは、例えば、データ収集ノード２００の動作状態を定期的に把握し、各機能部位の電源のオン／オフ制御やプロセッサのクロック周波数の切換えを動的に行い、きめ細かく電力を制御することにより、消費電力を低減させる。
【００７２】
インタフェース部２２４は、メモリ部２２５が接続される。このメモリ部２２５がバッファとして機能し、インタフェース部２２４は、メモリ部２２５に格納されたデータを所定のタイミングで制御部２２３に転送する。
【００７３】
なお、インタフェース部２２４は、必要に応じて、Ａ／Ｄ変換入力端子２２６を介して計測部が接続され、計測部から出力される計測データをデジタル信号に変換して、一時的にメモリ部２２５に格納する構成であってもよい。この場合に、データ処理部２２３ｂは、インタフェース部２２４を介して計測部の動作を制御し、計測部の計測データを収集する。
【００７４】
メモリ部２２５は、例えば、フラッシュメモリ等により構成され、制御部２２３の管理する外部メモリとして機能する。また、メモリ部２２５には、各種の初期データが格納され、例えば、自ノードの識別情報（ＩＤ）や、確立された通信経路に従って順次データリンクを行うための他ノードの識別情報（ＩＤ）や、通信経路に沿った各無線センサノード１００の並び順（経路制御表）等が格納されている。なお、これらの情報は、架空電線監視システムを構成するための初期の接続段階において、他ノードとの交信により取得される。
【００７５】
データ処理装置３００は、データ収集ノード２００の出力端子２２８に接続され、データ収集ノード２００から入力される計測データに対して、統計処理や、ディスプレイへの表示処理や、紙媒体等への印刷処理等の加工処理を行うコンピュータである。また、データ処理装置３００は、計測データを要求する所定の無線センサノード１００を指定するためのキーボードやマウス等の入力装置を備えている。
【００７６】
なお、データ処理装置３００は、予め設定した閾値を保持しておき、閾値と各無線センサノード１００における計測データとを比較して、閾値を越える計測データを計測した無線センサノード１００を特定する。そして、データ処理装置３００は、特定した無線センサノード１００の情報を外部に報知（ディスプレイへの表示やスピーカーからの警報など）することで、特定した無線センサノード１００を装着した架空電線５００の異常を検知する構成にすることも考えられる。
【００７７】
つぎに、本実施形態に係る架空電線監視システムの動作の一例（所定の無線センサノード１００から測定データを取得する場合）について説明する。
まず、架空電線監視システムの利用者は、データ処理装置３００の入力装置を用いて、所定の無線センサノード１００を指定する。
【００７８】
データ処理装置３００は、データ収集ノード２００に対して、指定された所定の無線センサノード１００から計測データを収集するように指令を出力する。
データ収集ノード２００は、データ処理装置３００による指定に従い、所定の無線センサノード１００に対して、当該無線センサノード１００が装着された架空電線５００における計測データを要求するコマンドを、無線変調部２２２により変調し、送受信部２２１から電波で送信する。
【００７９】
各無線センサノード１００は、隣接ノードとの間で無線通信を行い、データ収集ノード２００からのコマンドは、無線センサネットワークを構成する複数の無線センサノード１００間でバケツリレー式に伝送され、所定の無線センサノード１００に到達する。
【００８０】
所定の無線センサノード１００は、データ収集ノード２００からのコマンドを送受信部２１により受信すると、無線変調部２２で復調し、復調したコマンドをデータ処理部２３ｂで解析する。
【００８１】
制御部２３は、自ノードの測定データが要求されていることを認識すると、現時点における架空電線５００の交流電流を計測部１０により計測し、インタフェース部２４により計測データをデジタル信号に変換して、一時的にメモリ部２５に格納する。
【００８２】
そして、インタフェース部２４は、メモリ部２５に格納された計測データを所定のタイミングで制御部２３に転送する。また、所定の無線センサノード１００は、データ処理部２３ｂにより測定データをパケット化し、無線変調部２２により変調して、送受信部２１からデータ収集ノード２００に向けて返信する。なお、所定の無線センサノード１００からデータ収集ノード２００への測定データの送信は、無線センサネットワークを構成する複数の無線センサノード１００間でバケツリレー式に伝送される。
【００８３】
このバケツリレー式の伝送方式における、各無線センサノード１００が任意のデータを任意の無線センサノード１００に送るべきかの決定は、ＡＯＤＶルーティングアルゴリズムにより自動的に決定される。
【００８４】
ここで、本実施形態に係る無線センサノード１００における、誘導電流による無線通信部２０の駆動実験、及び架空電線５００を模擬した電線（以下、模擬電線５０１と称す）に流れる交流電流に対する計測部１０による計測実験、並びに、本実施形態に係る架空電線監視システムにおける、無線センサネットワークによるデータ転送実験を説明する。
【００８５】
なお、以下の実験においては、無線センサノード１００の無線通信部２０として、Helicomm社製のＺｉｇＢｅｅ端末「IP-Link 1220-2133」（以下、実験端末２０ａと称す）を用いた。また、実験端末２０ａは、Helicomm社のＺｉｇＢｅｅ開発キット「EZ-NET DevKit for 2.4GHz」に開発ツールと共に市販されている。
【００８６】
実験端末２０ａ「IP-Link 1220-2133」及びその姉妹品である「IP-Link 1220-2033」のハードウェア仕様（モジュール仕様）を次表１に示し、実験端末２０ａ「IP-Link 1220-2133」及び姉妹品「IP-Link 1220-2033」のソフトウェア仕様（ファームウェア仕様）を次表２に示す。
【００８７】
【表１】
2011122939.tif 000003
【００８８】
【表２】
2011122939.tif 000004
【００８９】
表１に示すように、実験端末２０ａのマイクロプロセッサ（ＭＣＵ：microprocessor unit）は、クロックが２４．５ＭＨｚであり、フラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）が１２８ＫＢであり、ＲＡＭ（Random Access Memory）が８ＫＢである。このため、ＲＯＭ中にネットワークの制御プログラムが組み込まれていることを考慮すると、ＭＣＵのＲＯＭ及びＲＡＭにおいて、利用者が利用できる領域はあまり大きくないと考えられる。しかしながら、実験端末２０ａは、多数の入出力ポートを有しているために、テキサス・インスツルメンツ社製の超省消費電力ＭＣＵ「MSP430」等を接続して、複雑なシステムを構成することにより、利用者が利用できる領域を大きくことも可能である。
【００９０】
なお、実験端末２０ａは、入出力ポートとして、３個のアナログ入力と２個のアナログ出力と１２個の汎用入出力ポートとを有し、１個のシリアルポート（RS-232C：Recommended Standard 232）を有しているため、これらを適宜組み合わせることにより、複雑なシステムに応用できる可能性がある。また、実験端末２０ａのシリアルポートは、このシリアルポートに直接接続された隣接ノードやネットワークを介して他ノードにコマンドを送信する場合に利用される。
【００９１】
また、実験端末２０ａにおける電波（高周波（ＲＦ：Radio Frequency））の送受信部２１は、現在の無線ＬＡＮ（Local Area Network）や電子レンジ等でよく用いられている２．４ＧＨｚ帯を使用する。なお、通信速度は２５０Ｋｂｐｓであり、無線ＬＡＮのＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格の１１Ｍｂｐｓと比較すると低速であるが、送受信されるデータや用途を限定すれば、実験端末２０ａは様々な応用が考えられる。
【００９２】
また、実験端末２０ａにおける送受信時の消費電流は８５ｍＡであるが、スリープ時の消費電流は９０〜１００μＡであるため、待機電源モードを有効に活用することにより、実験端末２０ａの消費電力を抑えることが可能である。
【００９３】
さらに、実験端末２０ａの大きさは、平面積が４６ｍｍ×１９ｍｍであり、厚さが４ｍｍである。また、実験端末２０ａの動作可能な温度は、−２０℃から７０℃までであり、注意すれば、屋外でも利用できる可能性がある。また、実験端末２０ａの利用可能な湿度は、１０％から９０％までであり、利用可能な範囲が広い。
【００９４】
表２に示すように、シリアルポートの通信速度は３８４００ｂｐｓという高速であり、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブルを利用してソフトウェアの書き込みや読み出しが短時間で行える。
【００９５】
また、「Maximum Payload over Serial Port」とは、シリアルポートに直接接続された隣接ノードやネットワークを介して他ノードに情報を送信する場合に、１つのコマンドで送ることができる最大の情報量である。
【００９６】
また、ネットワークに関する部分における最大のＩＤ数（≒１つの無線センサネットワークに接続できる最大のノード数）は、６５５３５個であり、複数のチャンネルを用いてネットワークを結合することにより、より大きなネットワークを構成できる可能性がある。
【００９７】
さらに、「Mac Layer Blacklist（接続拒否リスト）」とは、ネットワークトポロジ（ネットワーク接続形態）を定める際に、実験端末２０ａに接続しないノードを登録するものである。これにより、ネットワーク構成時の負担を小さくし、実験端末２０ａの消費電力を抑えることができる。
【００９８】
「Neighbor Table（隣接端末表）」とは、実験端末２０ａに直接接続された隣接ノードの情報を記述した表である。また、「Routing Table（経路制御表）」とは、ネットワークに属する任意のノードにデータを送信する場合に、どの隣接ノードを経由させればよいかの情報を記述した表である。
【００９９】
また、「RREQ Table（経路要求表）」とは、Routing Table（経路制御表）を作成するときに使用する表であり、無線センサネットワークを構成する場合に、ノードＩＤ及びネットワーク層ＩＤ以外は、全てのノードに全て同じ設定を行う。
【０１００】
実験端末２０ａで実行するコマンドには、入出力ポートからの入出力に関するものや、識別情報（ＩＤ）などに関するものや、ネットワークトポロジの設定に関するものや、電力制御に関するものなどがある。また、コマンドには、ノード間のＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator：受信信号強度）を取得するものがあり、このコマンドを使うことにより、電波の状態を確認することやノード間の距離を推定することができる。
【０１０１】
さらに、実験端末２０ａは、モデムのコマンド体系であるＡＴ（ATtention）コマンドも利用できる。ＡＴコマンドのＳレジスタの値を読み書きすることにより、実験端末２０ａの現在の状態を把握することや実験端末２０ａの状態を変更することができる。また、実験端末２０ａは、透過モードを設定することにより、ネットワークを介して、２つの端末のシリアルポート間でデータの交換を直接行うことができる。
【０１０２】
また、ＺｉｇＢｅｅ開発キット「EZ-NET DevKit for 2.4GHz」には、ボリューム、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）又はスイッチなどの入出力装置、ＵＳＢ接続インタフェース、並びに電源回路を実装したインタフェースボードが付属しており、実験端末２０ａを簡単に利用できる。
【０１０３】
また、ＺｉｇＢｅｅ開発キット「EZ-NET DevKit for 2.4GHz」に付属する開発ツール「Helicomm EZ-NET 1220 Development Tool」により、コマンドの代わりにＧＵＩ（Graphical User Interface）を用いて、実験端末２０ａの設定を容易に行うことができる。
【０１０４】
つぎに、実験端末２０ａの駆動実験及び実験結果を説明する。
まず、誘導起電力を得るための電源供給部３０の電源用コイル３１を選定した。
電源用コイル３１としては、図１１に示すように、トロイダルコア３１ａに巻線３１ｂを巻回したコイルを用い、トロイダルコア３１ａの中心を通るように模擬電線５０１を配置する。なお、トロイダルコア３１ａとしてカットコアを用いることで、模擬電線５０１に対して比較的容易に装着することができる。
この場合に得られる電圧Ｖ［Ｖ］は、次式（１）で得られる。
【０１０５】
なお、次式（１）において、φは電源用コイル３１の断面に発生する磁束であり、ｔは時間［ｓｅｃ］であり、Ｉcは模擬電線５０１に流れる電流［Ａ］であり、Ｎは電源用コイル３１の巻線３１ｂの巻数［回］である。また、μはコア３１ａの透磁率［Ｈ／ｍ］であり、ｒは模擬電線５０１から電源用コイル３１の中心までの半径［ｍ］であり、Sは電源用コイル３１の断面積［ｍ2］である。なお、同じ電流Ｉcで、より高い電圧Ｖを得るためには、巻数Ｎ、断面積Ｓ若しくは透磁率μを大きくし、又は半径rを小さくすればよい。
【０１０６】
【数１】
2011122939.tif 000005
【０１０７】
トロイダルコア３１ａの材料は、珪素鋼板又はフェライトをそれぞれ用いて、直径０．２３ｍｍのエナメル線を各コアに１００回巻いて電源用コイル３１とし、トロイダルコア３１ａに軸通する模擬電線５０１に商用電源周波数６０Ｈｚで２Ａの交流電流を流した。
【０１０８】
珪素鋼板製のトロイダルコア３１ａは、図１２（ａ）に示すように、日本カットコアトランス株式会社製の標準カットコア「CS-6.3」（極薄珪素鋼板帯 GT-100 0.1t）を用いた。また、珪素鋼板製のトロイダルコア３１ａは、図１２（ｂ）に示すように、得られた誘導起電力の波形のピークは、＋／−３００ｍＶくらいである。
【０１０９】
これに対し、フィライト製のトロイダルコア３１ａは、図１３（ａ）に示すように、電源ノイズフィルタ用フェライトコアであり、ＴＤＫ株式会社製のクランプフィルタ「ZCAT3035-1330」を用いた。また、フィライト製のトロイダルコア３１ａは、図１３（ｂ）に示すように、得られた誘導起電力の波形は乱れているが、約＋／−１．５Ｖのピークが得られ、珪素鋼板製のトロイダルコア３１ａよりも高い電圧が得られることがわかる。
【０１１０】
したがって、実験端末２０ａの電源用コイル３１は、トロイダルコア３１ａとして、比透磁率が比較的高く入手が容易である、電源ノイズフィルタ用フェライトコア（ＴＤＫ株式会社製のクランプフィルタ「ZCAT3035-1330」）を使用し、フェライトコア３１ａに巻線３１ｂを１００回巻いたコイル（以下、ＦＴと称す）を用いた。
【０１１１】
つぎに、電源供給部３０の電源用コイル３１以外の回路素子を選定した。
実験端末２０ａは、周辺回路を含めると約５Ｖ（ＺｉｇＢｅｅモジュール自体は３．３Ｖ）の駆動電圧が必要となり、約８０ｍＡの電流を消費する。
【０１１２】
すなわち、所望の電圧及び電流を得るために、模擬電線５０１に流す交流電流を大きくすると共に、複数個のＦＴを直列に接続し、この複数個のＦＴに共振用コンデンサ３２を接続した。また、実験端末２０ａを駆動するには直流電源が必要であり、過大な電圧を印加すると実験端末２０ａが破壊する恐れがあるため、図１４（ａ）に示すように、ダイオードブリッジ３３ａにより誘導電流を全波整流し、平滑化コンデンサ３５による平滑化し、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４ａにより一定電圧として、実験端末２０ａに供給する。
【０１１３】
図１４（ａ）において、Ｌは複数個のＦＴを直列に接続した電源用コイル３１のインダクタンスであり、ＲLは電源用コイル３１の内部抵抗である。また、ＤＣ／ＤＣはＤＣ−ＤＣコンバータ３４ａを示し、出力が５Ｖであるローム株式会社製のＤＣ／ＤＣコンバータ「BP5029」を用いた。
【０１１４】
また、図１４（ａ）において、Ｃ2は共振用コンデンサ３２の静電容量であり、電源用コイル３１と共振する値に設定した。なお、共振用コンデンサ３２の静電容量Ｃ2を計算するために、電源用コイル３１（複数個のＦＴを直列接続したコイル）のインダクタンスＬを測定した。これは、図１４（ｂ）に示す回路において、電流測定用抵抗Rの抵抗値及びコイルの内部抵抗RLの抵抗値と、電流測定用抵抗R間の実効電圧VRの電圧値及びコイルの端子間の実効電圧VFの電圧値とをそれぞれ測定し、次式（２）から次式（６）までを計算することにより、コイルのインダクタンス成分Lを求めることができる。また、コイルのインダクタンス成分Lが求まれば、次式（６）により、共振用コンデンサ３２の静電容量Ｃ2が求まる。
【０１１５】
なお、次式（２）〜（６）において、Ｉは実効電流であり、Ｒは電流測定用抵抗である。また、ＶRは電流測定用抵抗間の実効電圧であり、ＲLはコイルの内部抵抗である。また、ＶRLはコイルの内部抵抗間の実効電圧であり、Ｌはコイルのインダクタンスである。また、ＶLはコイルのインダクタンス間の実効電圧であり、ＶFはコイルの端子間の実効電圧である。
【０１１６】
【数２】
2011122939.tif 000006
【０１１７】
【数３】
2011122939.tif 000007
式（２）及び式（３）より、次式（４）が得られる。
【０１１８】
【数４】
2011122939.tif 000008
【０１１９】
【数５】
2011122939.tif 000009
【０１２０】
【数６】
2011122939.tif 000010
【０１２１】
【数７】
2011122939.tif 000011
具体的には、ＦＴの個数を１０個、１５個又は２０個として直列に接続した場合について、前述した方法により、インダクタンスＬを計測し、共振用コンデンサ３２の静電容量Ｃ2を求めたところ、次表３のようになった。
【０１２２】
【表３】
2011122939.tif 000012
【０１２３】
また、共振用コンデンサ３２の有効性を確かめるために、６個のＦＴを直列に接続して共振用コンデンサ３２の静電容量Ｃ2を変化させ、得られた電圧のグラフを図１４（ｃ）に示す。図１４（ｃ）に示すように、２０μＦより小さい静電容量Ｃ2の場合には、共振の効果が現われており、共振用コンデンサ３２のリアクタンスの割合が大きく、共振用コンデンサ３２の影響が大きいことがわかる。また、２０μＦ付近の静電容量Ｃ2の場合には、共振の効果が現われ、架空電線５００からエネルギーを多く吸収するために、電圧が高くなることがわかる。また、２０μＦを超えた静電容量Ｃ2の場合には、共振の効果が小さくなり、共振用コンデンサ３２を使用しない場合の電圧に近くなっていくことがわかる。
【０１２４】
つぎに、実験端末２０ａの駆動に必要な模擬電線５０１に流れる電流を考察した。
実験端末２０ａを動作させるために必要となった模擬電線５０１に流れる電流とＦＴの個数との関係を次表４に示す。なお、共振用コンデンサ３２の静電容量Ｃ2は、ＦＴの個数の増減に対応して商用電源周波数６０Ｈｚで共振させるように変更している。また、スライダックの出力電圧を変化させることで、模擬電線５０１に流す電流を変化させた。
【０１２５】
【表４】
2011122939.tif 000013
【０１２６】
表４に示すように、ＦＴが５個の場合であっても、模擬電線５０１に１１Ａ以上の電流が流れれば、実験端末２０ａが利用できることがわかる。特に、電源用コイル３１は、透磁率μがより大きなトロイダルコア１１ａを使用し、巻線３１ｂの巻数を多くすることにより、電源用コイル３１を小型化して、少ない電流で実験端末２０ａを駆動できる可能性がある。また、実験端末２０ａ本体は、３．３Ｖで駆動可能であるため、出力が３．３ＶのＤＣ−ＤＣコンバータ３４ａを利用することより、電源用コイル３１の小型化と駆動可能な電流の低下とに有効な可能性がある。
つぎに、模擬電線５０１に流れる交流電流に対する計測部１０による計測実験及び実験結果を説明する。
【０１２７】
なお、計測部１０の計測用コイル１１は、電源用コイル３１と同様に、トロイダルコア１１ａに巻線１１ｂを巻回したコイルを用い、トロイダルコア１１ａの中心を通るように模擬電線５０１を配置する。なお、トロイダルコア１１ａとしてカットコアを用いることで、模擬電線５０１に対して比較的容易に装着することができる。
【０１２８】
また、計測用コイル１１は、トロイダルコア１１ａとして、比透磁率が比較的高く入手が容易である、電源ノイズフィルタ用フェライトコア（ＴＤＫ株式会社製のクランプフィルタ「ZCAT3035-1330」）を使用し、トロイダルコア１１ａに巻線１１ｂを１００回巻いたコイル（ＦＴ）を用いた。
【０１２９】
計測部１０は、図１５（ａ）に示すように、模擬電線５０１に交流電流Ｉｒが流れることにより計測用コイル１１に発生する誘導電流を、ダイオードブリッジ１２ａにより全波整流し、２つの抵抗で構成された分圧器１３を介して、実験端末２０ａ（無線通信部２０）のＡ／Ｄ変換入力端子２６に入力する。なお、図１５（ａ）において、計測用コイル１１は１個のＦＴを使用し、分圧器１３の抵抗Ｒ１は５００ｋΩであり、分圧器１３の抵抗Ｒ２は２５０ｋΩであり、平滑化コンデンサ１４は３３μＦである。
【０１３０】
また、図１５（ａ）において、Ｒｒは０．０３３３Ωのセメント抵抗であり、その両端にかかる電圧を計測し、計測した電圧とセメント抵抗Ｒｒの抵抗値とから、模擬電線５０１に流れる電流Ｉｒを算出した。
【０１３１】
さらに、Ａ／Ｄ変換の結果であるデジタルデータ（Ｄ値）は、電波によって他のＺｉｇＢｅｅ端末２０１に送信し、そのＺｉｇＢｅｅ端末２０１に接続されたパソコン３０１により、Ｄ値を読み取った。
【０１３２】
なお、計測部１０による計測実験では、実験端末２０ａの駆動電源として、ＡＣ（Alternating Current）アダプタを介してコンセントから供給される商用電源を用いる場合と、前述した電源供給部３０を用いる場合との二通りの実験を行った。
【０１３３】
まず、商用電源を用いる場合について説明する。
計測部１０による計測実験では、次表５に示す結果が得られた。
なお、次表５において、Ｖｒは抵抗Ｒｒにかかる電圧値（実効値（ＲＭＳ：Root Mean Square value）、Ｖ）であり、Ｉｒは電圧Ｖｒを抵抗Ｒｒで除算することにより得られた電流値（ＲＭＳ、Ａ）である。
【０１３４】
また、「実験端末のＤ値」とは、実験端末２０ａのＡ／Ｄ変換入力の変換結果を示し、実験端末２０ａのＡ／Ｄ変換入力端子２６に電圧がかかると、その電圧に比例した値がデジタル値で得られ、その値がＤ値である。また、「入力電圧」とは、実験端末２０ａのＡ／Ｄ変換入力端子２６にかかる電圧値を示し、この値は、Ａ／Ｄ変換入力端子２６に３Ｖを与えた場合に、Ｄ値が「３６７６」であったため、D値に「０．８１６」を乗算して求めている。
【０１３５】
また、「電流推定値」とは、模擬電線５０１に流れる電流Ｉｒを変化させた場合に、電流ＩｒとＤ値との関係を最小２乗法による直線で近似した結果（図１５（ｂ））から、傾きが５．０８となり、切片が２．５５となり、この値を用いてＤ値から電流Ｉｒの値を推定したものである。
【０１３６】
また、「誤差［Ａ］」とは、表５に示す電流Ｉｒから電流測定値を減算したものであり、「誤差［％］」は、表５に示す誤差［Ａ］から電流Ｉｒを除算し、１００を乗算したたものである。
【０１３７】
【表５】
2011122939.tif 000014
【０１３８】
図１５（ｂ）に示すように、電流ＩｒとＤ値とが線形の関係になっていないのは、フェライトコア１１ａにおける磁束の飽和などが影響しているものと考えられる。
つぎに、電源供給部３０を用いる場合について説明する。
計測部１０による計測実験では、図１６（ａ）に示す回路により、実験端末２０ａを誘導電流で駆動させながら、模擬電線５０１に流れる電流Ｉｒを測定した。
【０１３９】
電源供給部３０は、図１４（ａ）に示す回路において、電源用コイル３１として、１１個のＦＴと日立金属株式会社製のコモンモードチョーク用コア「FT-3KM K2818E」に巻線を巻回したコイル1個とを直列に接続したものを用い、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４ａの二次側に平滑化コンデンサ３６を備えている以外は、図１４（ａ）に示す回路と同様である。また、計測部１０は、図１５（ａ）に示す回路と同様である。
【０１４０】
計測部１０による計測実験では、次表６に示す結果が得られた。
【０１４１】
なお、次表６において、電圧値Ｖｒ［ｍＶ］、電流値Ｉｒ［Ａ］、実験端末のＤ値、入力電圧［Ｖ］、誤差［Ａ］及び誤差［％］は、表５と同様の項目である。
【０１４２】
また、「電流推定値」は、模擬電線５０１に流れる電流Ｉｒを変化させた場合に、電流ＩｒとＤ値との関係を最小２乗法による直線で近似した結果（図１６（ｂ））から、傾きが４．５３となり、切片が３．３６となり、この値を用いてＤ値から電流Ｉｒの値を推定したものである。
【０１４３】
【表６】
2011122939.tif 000015
【０１４４】
図１６（ｂ）に示すように、電流ＩｒとＤ値とが線形の関係になっていないのは、図１５（ａ）と同様に、フェライトコア１１ａにおける磁束の飽和などが影響しているものと考えられる。
【０１４５】
ここで、実験端末２０ａのＡ／Ｄ変換特性を測定した結果を説明する。
実験端末２０ａにおけるＡ／Ｄ変換の特性が悪い場合には、計測結果が信頼できないものになるため、実験端末２０ａのＡ／Ｄ変換特性を測定した。
【０１４６】
Ａ／Ｄ変換特性の測定回路は、図１７（ａ）に示すように、直流安定化電源６００を実験端末２０ａに接続し、Ａ／Ｄ変換の結果であるデジタルデータ（Ｄ値）を電波により受信する他のＺｉｇＢｅｅ端末２０１をパソコン３０１に接続することで構成した。なお、実験端末２０ａの駆動電源は、ＡＣアダプタを介してコンセントから供給される商用電源を用いた。
【０１４７】
Ａ／Ｄ変換特性の測定は、直流安定化電源６００からの入力電圧Ｖを変化させ、この入力電圧Ｖを実験端末２０ａに印加し、Ａ／Ｄ変換の結果であるデジタルデータ（Ｄ値）を電波により、他のＺｉｇＢｅｅ端末２０１に送信して、パソコン３０１でＤ値を読み取り計測した。なお、実験端末２０ａに印加する入力電圧Ｖは、図示しないテスタを用いて測定した。また、Ａ／Ｄ変換特性の測定は、２回行い、平均値を算出し、図１７（ｂ）に示す結果が得られた。
【０１４８】
図１７（ｂ）に示すように、入力電圧Ｖの限界点は、電圧Ｖが３．３７［Ｖ］であり、Ｄ値が４０８９であった。これより、分解能は、約０．８２ｍＶ（＝３．３７／４０８９）であることがわかる。また、入力電圧Ｖの限界点までは、入力に対して線形に出力されていることがわかる。
【０１４９】
ここで、模擬電線５０１に流れる電流Ｉｒと、計測部１０により計測されて実験端末２０ａによりＡ／Ｄ変換されたデジタルデータ（Ｄ値）との特性（以下、Ｉ−Ｄ特性と称す）を検証した結果を説明する。
【０１５０】
図１５（ｂ）及び図１６（ｂ）に示すように、電流ＩｒとＤ値とは比例していないが、そのＩ−Ｄ特性が安定したものであれば、Ｉ−Ｄ特性に合わせた変換を行うことにより、比較的精度の高い電流の計測を行うことができるため、Ｉ−Ｄ特性を検証した。
【０１５１】
Ａ／Ｄ特性の測定回路は、図１８（ａ）に示すように、計測部１０及び電源供給部３０（図示を省略）を実験端末２０ａに接続し、Ａ／Ｄ変換の結果であるデジタルデータ（Ｄ値）を電波により受信する他のＺｉｇＢｅｅ端末２０１をパソコン３０１に接続することで構成した。
【０１５２】
計測部１０は、図１５（ａ）に示す回路において、抵抗Ｒｒを削除し、分圧器１３の代わりに７０ｋΩの抵抗１３ａを実験端末２０ａのＡ／Ｄ変換入力端子２６に対して並列に接続し、平滑化コンデンサ１４が１０μＦである以外は、図１５（ａ）に示す回路と同様である。
【０１５３】
また、電源供給部３０は、図１４（ａ）に示す回路において、電源用コイル３１として、１０個のＦＴを直列に接続したコイルを用いている以外は、図１４（ａ）に示す回路と同様である。
【０１５４】
また、Ａ／Ｄ変換の結果であるデジタルデータ（Ｄ値）は、電波によって他のＺｉｇＢｅｅ端末２０１に送信し、そのＺｉｇＢｅｅ端末２０１に接続されたパソコン３０１により、Ｄ値を読み取った。
模擬電線５０１に流れる電流Ｉｒ［Ａ］と電流測定用電圧Ｖ［Ｖ］をＡＤ変換したデジタルデータ（D値）との特性を５回測定した結果を図１８（ｂ）に示す。
【０１５５】
図１８（ｂ）に示すように、同一の電流Ｉｒに対して、１回目〜６回目のＤ値の測定値に、ばらつきがあることがわかる。このばらつきは、電流測定用ＲＣ回路の電圧リプル（１５ｍＶ）及び模擬電線５０１に接続した負荷特性の変動が要因として考えられる。
【０１５６】
また、これらの測定データを用いて、Ｉ−Ｄ特性の３次の多項式近似を行った結果を図１９（ａ）に示す。ただし、図１８（ｂ）に示す１回目及び２回目のデータは、他の３回のデータとの偏りが大きいため、１回目及び２回目のデータを除外して、次式（８）により近似した結果を、図１９（ａ）に図示した。なお、次式（８）において、Ｉ’は電流Ｉｒの推定値である。
【０１５７】
【数８】
2011122939.tif 000016
【０１５８】
また、図１８（ａ）に示す測定回路を用いて、模擬電線５０１に流す電流Ｉｒを変化させてＤ値を繰り返し測定した結果を、式（８）により近似した結果と共に、図１９（ｂ）に示す。また、電流Ｉｒと３次の多項式近似により得られた推定電流Ｉ’との誤差（｜Ｉｒ−Ｉ’｜）［Ａ］を算出した結果を図２０（ａ）に示す。
【０１５９】
図２０（ａ）に示すように、誤差は約０．３Ａ以内に収まっており、誤差の率（｜Ｉ−Ｉ’｜／Ｉｒ×１００％）が最大となるのは電流Ｉｒが６．５Ａの場合に約３．３％であった。
【０１６０】
なお、前述したＩ−Ｄ特性の検証では、電流Ｉｒを１４Ａまでしか計測していなかったが、現在、一般家庭における一世帯の契約アンペアは６０Ａまで契約が可能であるため、より大きな電流Ｉｒを計測することが求められる。
【０１６１】
そこで、図１８に示す測定回路において、４４Ａまでの電流Ｉｒの計測を３回行い、３回の計測結果と、１回目の計測におけるＤ値とそのときに流した電流Ｉｒとの関係を推定する２次式を最小二乗法で求めた結果とを、図２０（ｂ）に示す。
【０１６２】
図２０（ｂ）に示すように、電流Ｉｒが１４Ａから４４Ａまでの範囲においても、Ｄ値と電流Ｉｒとの値は、ほぼ比例していることがわかる。
【０１６３】
つぎに、実験端末２０ａを用いた無線センサネットワークによるデータ転送実験を説明する。
本実験では、図２１（ａ）に示すように、模擬電線５０１を計測する端末である無線センサノード１００（以下、第１ノード１０１と称す）と、計測した結果を収集する端末であるデータ収集ノード２００と、第１ノード１０１からデータ収集ノード２００に計測データを転送する４つの無線センサノード１００（以下、第２ノード１０２、第３ノード１０３、第４ノード１０４、第５ノード１０５、とそれぞれ称す）を使用した。
【０１６４】
なお、第１ノード１０１、第２ノード１０２、第３ノード１０３、第４ノード１０４及び第５ノード１０５は、実験端末２０ａ（無線通信部２０）をそれぞれ備え、データ収集ノード２００は、実験端末２０ａ（無線通信部２２０）を備えている。
【０１６５】
なお、本来、ＺｉｇＢｅｅ端末は、メッシュ・ネットワークの設定を行うことにより、無線センサノード１００を適当に配置しても、通信経路を自動的に構成できる。しかしながら、本実験では、第１ノード１０１及び第２ノード１０２間、第２ノード１０２及び第３ノード１０３間、第３ノード１０３及び第４ノード１０４間、第４ノード１０４及び第５ノード１０５間、並びに、第５ノード１０５及びデータ収集ノード２００間でのみ無線通信するように設定した。
【０１６６】
図２１（ｂ）は、データ収集ノード２００で受信した測定データを実時間でパソコン３０１に表示した表示画面であり、この表示画面は、ＺｉｇＢｅｅ開発キット「EZ-NET DevKit for 2.4GHz」に付属するソフトウェア（表示ソフト）を使用して表示したものである。
【０１６７】
この表示ソフトは、データ収集ノード２００が、予め指定したノード（本実験では、第１ノード１０１）に対して、指定した入力端子の値のデータ転送要求を一定間隔の時間毎に行い、データ収集ノード２００に返送されてきた測定データ（Ｄ値）を、パソコン３０１に表示するソフトウェアである。
【０１６８】
図２１（ｂ）において、左上の領域３１０は、測定データを受信した時間と、そのときの測定データ（Ｄ値）とを示している。また、領域３１０の下側にある、欄「Success:」は測定データを受信できた回数を示し、欄「False:」は測定データを受信できなかった回数を示し、欄「SuccessRate:」は測定データを受信できた割合を示している。
【０１６９】
また、図２１（ｂ）において、領域３１０の左側にあるグラフ３２０は、Ｄ値の変化を示し、グラフ３２０の下側にある欄「Interval(sec):」は、ノード（本実験では、第１ノード１０１）に測定データの要求を行う間隔（秒）を示している。なお、本実験では、実験の途中において、模擬電線５０１に流す電流の値を変化させたのであるが、このことがグラフ３２０にも表れている。
【０１７０】
また、第１ノード１０１により１時間に亘って計測した測定データをデータ収集ノード２００で受信し、データ収集ノード２００における受信エラーの割合を算出した結果を図２２（ａ）に示す。また、ＺｉｇＢｅｅ開発キット「EZ-NET DevKit for 2.4GHz」に付属する表示ソフトのソフトウェアを使用して、１時間の連続運転による実験中の受信状況をパソコン３０１に表示した表示画面を、図２２（ｂ）に示す。なお、模擬電線５０１に流す電流は約１２Ａとした。
【０１７１】
図２２（ａ）に示すように、測定開始の数分間は、受信エラーの割合が非常に高い。これは、実験者が隣接する無線センサノード１００間に入り、電波を遮断したために、受信エラーの割合が増加した可能性がある。また、図２２（ａ）に示す１９分時点での受信エラーは、第１ノード１０１の電源入力端子２７から電源供給部３０が外れたことが原因である。
【０１７２】
なお、隣接する無線センサノード１００間に存在する障害物の問題に関しては、無線センサノード１００を架空電線５００で使用するために、隣接する無線センサノード１００間に、人間や自動車などの障害物が入る可能性は低いと考える。また、隣接する無線センサノード１００間に建物が存在しても、短い距離であれば通信可能であることを実験により明らかになっている。このため、本実施形態に係る架空電線監視システムにおいては、障害物による通信の影響は少ないものと考える。
【０１７３】
また、端子が外れるなどのハードウェア障害に関し、本実験ではテストリードを用いて一時的な回路を組んで実験しているのであるが、実運用で利用する場合には、より信頼性の高い装置を使用（接続）することになるため、ハードウェア障害が発生する確立は低くなると考える。
【０１７４】
特に、本実験では、隣接するノード間を１対１で通信するネットワークを構成したが、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）の特徴であるメッシュ・ネットワークを構成することにより、一対のノード間の通信に障害が発生した場合であっても、別の通信経路でデータ転送が自動的に行うことができ、受信エラーの割合が少なくなる可能性がある。
【０１７５】
以上のように、本実施形態に係る架空電線監視システムは、隣り合う無線センサノード１００間が適切な間隔で各無線センサノード１００を設置していれば、無線を用いた無線センサネットワーク（自動データ転送機能）により、各無線センサノード１００からの計測データをデータ収集システム４００に集約することができ、多数の地点における架空電線５００の電流を実時間で計測することができると共に、データ収集のための有線による配線設備（通信回線）が不要であるという作用効果を奏する。
【０１７６】
また、本実施形態に係る架空電線監視システムは、多数の地点における架空電線５００の電流を実時間で計測することができることにより、障害が発生した架空電線５００を速やかに特定することができるという作用効果を奏する。また、本実施形態に係る架空電線監視システムは、隣接ノードに障害が発生した場合であっても、迂回経路により、所定の無線センサノード１００から計測データを確実に収集することができるという作用効果がある。
【０１７７】
また、本実施形態に係る架空電線監視システムは、架空電線５００の交流電流に基づく誘導電流から電力を無線通信部２０に供給する電源供給部３０を備えているために、一次電池又は二次電池の電源が不要であり、電池交換の手間が不要であるという作用効果を奏する。特に、本実施形態に係る架空電線監視システムは、無線通信部２０の駆動電力を得るために太陽電池や風力発電機等を用いないため、天候に左右されず、架空電線５００に一定以上の交流電流が流れている限り、無線通信部２０に電力をいつでも供給することができるという作用効果を奏する。
【０１７８】
また、本実施形態に係る無線センサノード１００は、計測用コイル１１及び電源用コイル３１をクランプ式にしているために、架空電線５００を分岐させるなどの危険な工事を伴わずに、無線センサノード１００を簡単に設置することができるという作用効果を奏する。
【０１７９】
特に、本実施形態に係る無線センサノード１００は、ＺｉｇＢｅｅモジュールを用いているために、各々の無線センサノード１００に対する個別設定が容易であると共に、ＺｉｇＢｅｅモジュールが安価であるため、多数の無線センサノード１００を電力系統に幅広く設置することができるという作用効果を奏する。
【０１８０】
（本発明の第２の実施形態）
図２３（ａ）は第２の実施形態に係る架空電線監視システムにおけるグループ構成手順及びデータ収集手順を説明するための説明図であり、図２３（ｂ）は図２３（ａ）に示す説明図の続きを示す説明図、図２４は第２の実施形態に係る他の架空電線監視システムを説明するための説明図である。図２３及び図２４において、図１乃至図６と同じ符号は、同一又は相当部分を示し、その説明を省略する。
【０１８１】
第１の実施形態に係る架空電線監視システムにおいては、データ収集ノード２００に対して、無線センサネットワークを構成する全ての無線センサノード１００から測定データを定期的に送信する設定の場合に、測定データがデータ収集ノード２００に一時に集中して送信される。このため、第１の実施形態に係る架空電線監視システムにおいては、データ収集ノード２００の受信能力の制限により、データ収集ノード２００が全ての無線センサノード１００からの測定データを受信できない可能性がある。
【０１８２】
特に、全ノード数に比例した一定時間以下の周期で、全ての無線センサノード１００からの測定データのデータ収集を行うことができないため、無線センサノード１００を増設するほど、全ての無線センサノード１００から一斉にデータ収集を行う間隔を長く設定する必要がある。
このような状況を緩和するために、本実施形態に係る架空電線監視システムにおいては、後述するグループ構成手順及びデータ収集手順を行うものである。
【０１８３】
図４（ａ）において、データ処理部２３ｂは、新たな機能として、無線センサネットワークを構成する範囲（無線センサノード１００及びデータ収集ノード２００のうち少なくとも１つのノードに電波が届く範囲であり、以下、グループ範囲と称す）に自ノードが配設された場合に、当該無線センサネットワークのグループに参加を要求するパケット（以下、参加要求パケットと称す）を生成し、無線変調部２２及び送受信部２１を介して、データ収集ノード２００に向けて送信する。
【０１８４】
また、データ処理部２３ｂは、参加要求パケットに対するデータ収集ノード２００から受信した応答パケット（以下、参加応答パケットと称す）を解析し、参加応答パケットに付与された隣接する親ノードの情報を抽出する。
【０１８５】
また、データ処理部２３ｂは、隣接する親ノードに対して、自ノードにおける計測データを送信し、所定の時間内に当該計測データに対する当該親ノードからの応答パケット（以下、データ応答パケットと称す）を受信できない場合に、参加要求パケットを生成し、無線変調部２２及び送受信部２１を介して、データ収集ノード２００に向けて送信する。
【０１８６】
また、データ処理部２３ｂは、所定の受信間隔を超えて、隣接する子ノードからの計測データを受信できない場合に、障害発生通知信号として、メモリ部２５に記憶される当該隣接する子ノードの計測データ及び識別情報（ＩＤ）を付加したパケット（以下、子ノード障害発生通知パケットと称す）を生成し、無線変調部２２及び送受信部２１を介して、データ収集ノード２００に向けて送信する。
【０１８７】
さらに、データ処理部２３ｂは、自ノードにおける計測データの値が所定の範囲外にある場合に、障害発生通知信号として、メモリ部２５に記憶される当該自ノードの計測データ及び識別情報（ＩＤ）を付加したパケット（以下、自ノード障害発生通知パケットと称す）を生成し、無線変調部２２及び送受信部２１を介して、データ収集ノード２００に向けて送信する。
【０１８８】
図４（ａ）において、メモリ部２５は、新たな機能として、データ処理部２３ｂが参加応答パケットから抽出した隣接する親ノードの情報を記憶する。
また、メモリ部２５は、自ノードにおける計測データを当該自ノードの識別情報（ＩＤ）と対応付けて記憶すると共に、隣接する子ノードにおける計測データを当該子ノードの識別情報（ＩＤ）と対応付けて記憶する。
【０１８９】
なお、第２の実施形態においては、グループ構成手順及びデータ収集手順が異なるところのみが第１の実施形態と異なるところであり、グループ構成手順及びデータ収集手順による作用効果以外は、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。
【０１９０】
以下、本実施形態に係る架空電線監視システムにおけるグループ構成手順及びデータ収集手順を、図２３を用いて説明する。なお、以下の説明においては、無線センサネットワークに参加したノードの集合を「グループ」と称す。
【０１９１】
まず、架空電線監視システムにおけるグループ構成手順について説明する。
最初に、データ収集ノード２００（データ収集システム４００）を配設することにより、このデータ収集ノード２００は、グループに参加すること（グループを発起するノード）になる（図２３（ａ））。
【０１９２】
そして、新たな無線センサノード１００をグループ範囲に配設することにより、この無線センサノード１００は、グループに新たに参加するノード（以下、新規ノードと称す）であり、データ収集ノード２００に対してグループに参加を要求する信号（グループ参加要求信号）を送信する。すなわち、新規ノードのデータ処理部２３ｂは、参加要求パケットを生成し、無線変調部２２及び送受信部２１を介して、データ収集ノード２００に向けて送信する。
【０１９３】
グループ参加要求信号パケットは、ＡＯＤＶルーティングアルゴリズムを利用し、データ収集ノード２００に向かって伝送される。なお、新規ノードの近接ノードがデータ収集ノード２００である場合には、新規ノードからデータ収集ノード２００に、直接、参加要求パケットが送信されるが、新規ノードの近接ノードがデータ収集ノード２００でない場合には、近接ノードを経由して、新規ノードからデータ収集ノード２００に参加要求パケットが伝送される（図２３（ｂ））。
【０１９４】
データ収集ノード２００は、参加要求パケットを受信した場合に、グループ参加要求信号（参加要求パケット）に対する応答信号を新規ノードに返信する。すなわち、データ収集ノード２００のデータ処理部２２３ｂは、参加応答パケットを生成し、無線変調部２２２及び送受信部２２１を介して、新規ノードに向けて送信する。なお、新規ノードは、参加応答パケットを受信するまで、データ収集ノード２００に対して、定期的に参加要求パケットを送信する。
【０１９５】
参加応答パケットは、ＡＯＤＶルーティングアルゴリズムを利用し、新規ノードに向かって伝送される。なお、データ収集ノード２００の近接ノードが新規ノードである場合には、データ収集ノード２００から新規ノードに、直接、参加応答パケットが送信されるが、データ収集ノード２００の近接ノードが新規ノードでない場合には、近接ノードを経由して、データ収集ノード２００から新規ノードに参加応答パケットが伝送される（図２３（ｂ））。
【０１９６】
そして、新規ノードが参加応答パケットを受信した場合には、ＡＯＤＶルーティングアルゴリズムにより、新規ノードからデータ収集ノード２００までの閉路（ループ）を持たない通信経路が確立されたことになり、新規ノードはグループに属することなる。
【０１９７】
このように、新たな無線センサノード１００がグループ範囲に配設される度に、前述した処理を繰り返し、データ収集ノード２００を根ノードとする木構造が構築され、自動的に階層が構成される。なお、グループに属する全ての無線センサノード１００は、ＡＯＤＶルーティングアルゴリズムを実行するための経路制御表を、メモリ部２５にそれぞれ記憶しているため、各無線センサノード１００は、隣接する子ノードである無線センサノード１００と、隣接する親ノードである無線センサノード１００とを把握している。
【０１９８】
つぎに、架空電線監視システムにおけるデータ収集手順について説明する。
データ収集ノード２００以外の各無線センサノード１００（葉及び節のノード）は、架空電線５００の交流電流を計測部１０により計測し、所定の期間、計測データをメモリ部２５に記憶する。そして、各無線センサノード１００（葉及び節のノード）のデータ処理部２３ｂは、測定データをパケット化し、無線変調部２２及び送受信部２１を介して、隣接する親ノードに対して定期的に計測データを送信する。
【０１９９】
また、隣接する子ノードから計測データを受信した親ノードは、所定の期間、当該子ノードの計測データをメモリ部２５に記憶する。そして、親ノードのデータ処理部２３ｂは、当該子ノードに対する応答信号として、データ応答パケットを生成し、無線変調部２２及び送受信部２１を介して、当該子ノードに向けて送信する。
【０２００】
すなわち、葉ノードである各無線センサノード１００は、所定の期間、自身の計測データをメモリ部２５に記憶し、根ノード（データ収集ノード２００）及び葉ノード以外の各無線センサノード１００は、所定の期間、自ノード及び隣接する子ノードにおける計測データをメモリ部２５に記憶する。
【０２０１】
なお、前述した所定の期間は、長期間であるほど、過去の履歴から精度の高いデータ検証を行うことができるのであるが、メモリ部２５のメモリ容量を必要とするために、架空電線監視システムの仕様に応じて適宜設定する時間である。
【０２０２】
子ノードの制御部２３は、所定の期間以上、隣接する親ノードから応答信号（データ応答パケット）を受信できない場合に、当該親ノードに障害が発生したと判断する。そして、子ノードのデータ処理部２３ｂは、グループ参加要求信号として、参加要求パケットを生成し、無線変調部２２及び送受信部２１を介して、再度、データ収集ノード２００に向けて送信する。これにより、データ収集ノード２００を根ノードとする木構造が更新される。なお、ここでの所定の時間は、パケットを隣接ノードに送信して確認応答パケットを受信するまでの通常の応答時間を考慮して、適宜設定する時間である。
【０２０３】
また、親ノードの制御部２３は、所定の期間以上、隣接する子ノードから計測データを受信できない場合に、当該子ノードに障害が発生したと判断する。そして、親ノードのデータ処理部２３ｂは、障害発生通知信号として、メモリ部２５に記憶される該当の隣接する子ノードの計測データ及び識別情報（ＩＤ）を付加した子ノード障害発生通知パケットを生成し、無線変調部２２及び送受信部２１を介して、データ収集ノード２００に向けて送信する。なお、ここでの所定の期間は、データ収集ノード２００以外の各無線センサノード１００（葉及び節のノード）が、隣接する親ノードに対して定期的に計測データを送信する送信間隔を考慮して、適宜設定する時間である。
【０２０４】
また、任意の無線センサノード１００のデータ処理部２３ｂは、自ノードにおける計測データの値が所定の範囲外にある場合（異常な測定データを計測した場合）に、障害発生通知信号として、メモリ部２５に記憶される当該自ノードの計測データ（異常な測定データ）及び識別情報（ＩＤ）を付加した自ノード障害発生通知パケットを生成し、無線変調部２２及び送受信部２１を介して、データ収集ノード２００に向けて送信する。
【０２０５】
以上のように、本実施形態に係る架空電線監視システムは、無線センサノード１００に障害が発生した場合にのみ、データ収集ノード２００にその情報が通知されるために、データ収集ノード２００に対する測定データの送信が集中し、輻輳状態が発生することを抑制できるという作用効果を奏する。
【０２０６】
なお、データ収集ノード２００は、必要に応じて、任意の無線センサノード１００に対して、当該無線センサノード１００のメモリ部２５に記憶された測定データを取得することにより、グループ全体の経時的な測定データの変化をデータ収集ノード２００に集約し、無線センサノード１００が設置された電力系統の経時的な状態変化を計測することができる。
【０２０７】
この場合に、データ収集ノード２００は、任意の無線センサノード１００に対して、当該無線センサノード１００のメモリ部２５に記憶された計測データを要求するコマンドを、無線変調部２２２により変調し、送受信部２２１から無線で送信する。
【０２０８】
各無線センサノード１００は、隣接ノードとの間で無線通信を行い、データ収集ノード２００からのコマンドは、無線センサネットワークを構成する複数の無線センサノード１００間でバケツリレー式に伝送され、任意の無線センサノード１００に到達する。
【０２０９】
計測データを要求された無線センサノード１００は、データ収集ノード２００からのコマンドを送受信部２１により受信すると、無線変調部２２で復調し、復調したコマンドをデータ処理部２３ｂで解析する。
【０２１０】
制御部２３は、自ノードの測定データが要求されていることを認識すると、インタフェース部２４は、メモリ部２５に格納された対象の計測データを制御部２３に転送する。また、計測データを要求された無線センサノード１００は、データ処理部２３ｂにより測定データをパケット化し、無線変調部２２により変調して、送受信部２１からデータ収集ノード２００に向けて返信する。なお、計測データを要求された無線センサノード１００からデータ収集ノード２００への測定データの送信は、無線センサネットワークを構成する複数の無線センサノード１００間でバケツリレー式に伝送される。
なお、第１の実施形態に係る架空電線監視システムにおける前述した課題を解決するため、以下の無線ネットワークを構成してもよい。
【０２１１】
図２４に示すように、無線センサネットワークは、複数の無線センサノード１００から構成されるグループ（６０１、６０２、６０３、・・・）が複数集合してなる。また、各グループにおけるデータ収集ノード２００に近接する一の無線センサノード（以下、上位ノード１００ａと称す）は、同一のグループに属する他の無線センサノード（以下、下位ノード１００ｂと称す）の計測データを収集し、データ収集ノード２００に対して、収集した計測データを他の上位ノードからの送信タイミングと異ならせて送信する。
【０２１２】
すなわち、一旦、各グループに属する下位ノード１００ｂの計測データを上位ノード１００ａで収集し、各上位ノード１００ａからデータ収集ノード２００に計測データを送信するタイミングを異ならせることで、データ収集ノード２００に対する測定データの送信が集中することを抑制できるという作用効果を奏する。
【符号の説明】
【０２１３】
１０    計測部
１１    計測用コイル
１１ａ  コア
１１ｂ  巻線
１２    整流回路
１２ａ  ダイオードブリッジ
１３    分圧器
１３ａ  抵抗
１４    平滑化コンデンサ
２０    無線通信部
２０ａ  実験端末
２１    送受信部
２２    無線変調部
２３    制御部
２３ａ  通信制御部
２３ｂ  データ処理部
２３ｃ  電力制御部
２４    インタフェース部
２５    メモリ部
２６    Ａ／Ｄ変換入力端子
２７    電源入力端子
３０    電源供給部
３１    電源用コイル
３１ａ  コア
３１ｂ  巻線
３２    共振用コンデンサ
３３    整流回路
３３ａ  ダイオードブリッジ
３４    電源回路
３４ａ  ＤＣ−ＤＣコンバータ
３５，３６    平滑化コンデンサ
４１    基板ボックス
４２    挟持部
４３    ヒンジ部
４４    対向部
４４ａ  係止部
４５    弾性部材
４６    ラッチ部
４７    ガイド部
４８    支持部材
４９    板ばね
４９ａ  挟持部
４９ｂ  導入部
４９ｃ  支持部材
５０  固定治具
５１  絶縁操作棒
５２  ケース
６０  開閉治具
６１  絶縁操作棒
６２  フック部
７０  絶縁ヤットコ
７１  把持部
７１ａ  一端
７１ｂ  他端
７２  絶縁操作棒
７３  操作レバー
１００  無線センサノード
１００ａ  上位ノード
１００ｂ  下位ノード
１０１  第１ノード
１０２  第２ノード
１０３  第３ノード
１０４  第４ノード
１０５  第５ノード
２００  データ収集ノード
２０１  ＺｉｇＢｅｅ端末
２２０  無線通信部
２２１  送受信部
２２２  無線変調部
２２３  制御部
２２３ａ  通信制御部
２２３ｂ  データ処理部
２２３ｃ  電力制御部
２２４  インタフェース部
２２５  メモリ部
２２６  Ａ／Ｄ変換入力端子
２２７  電源入力端子
２２８  出力端子
３００  データ処理装置
３０１  パソコン
３１０  領域
３２０  グラフ
４００  データ収集システム
５００  架空電線
５０１  模擬電線
６００  直流安定化電源
【図１】
2011122939.tif 000017
【図２】
2011122939.tif 000018
【図３】
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【図４】
2011122939.tif 000020
【図５】
2011122939.tif 000021
【図６】
2011122939.tif 000022
【図７】
2011122939.tif 000023
【図８】
2011122939.tif 000024
【図１０】
2011122939.tif 000025
【図１１】
2011122939.tif 000026
【図１８】
2011122939.tif 000027
【図１９】
2011122939.tif 000028
【図２０】
2011122939.tif 000029
【図９】
2011122939.tif 000030
【図１２】
2011122939.tif 000031
【図１３】
2011122939.tif 000032
【図１４】
2011122939.tif 000033
【図１５】
2011122939.tif 000034
【図１６】
2011122939.tif 000035
【図１７】
2011122939.tif 000036
【図２１】
2011122939.tif 000037
【図２２】
2011122939.tif 000038
【図２３】
2011122939.tif 000039
【図２４】
2011122939.tif 000040
【図２５】
2011122939.tif 000041