(57)【要約】【課題】短い周期で間欠的にセンシングを行うセンサノードにおいて、電池の消耗を抑制して連続的に使用可能な期間を増大する。【解決手段】センサ６を駆動して情報を取得する制御部と、制御部が取得した情報を送信する無線通信部２と、制御部と無線通信部２及びセンサ６に電力を供給する電池７と、を備え、制御部は、所定のクロック周波数で制御部へクロックを供給するクロック供給部（ＲＴＣ）と、測定期間中にクロック供給部から所定の周波数のクロックを供給させる動作状態と、クロックを停止させる待機状態とを所定の周期で繰り返すスタンバイ制御部と、測定期間が開始されたときにセンサ６への電力供給を開始して、測定期間中は制御部が待機状態になってもセンサ６への電力供給を維持し、測定期間が終了したときにセンサ６への電力を遮断するするセンサ制御部と、動作状態となる度に、センサ６から情報を取得する測定部と、を備える。【選択図】図３
2008059058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサを駆動して情報を取得する制御部と、
前記制御部が取得した情報を送信する無線通信部と、
前記制御部と無線通信部及びセンサに電力を供給する電池と、を備えたセンサノードにおいて、
前記制御部は、
所定のクロック周波数で当該制御部へクロックを供給するクロック供給部と、
予め設定した測定期間中は、前記クロック供給部から所定の周波数のクロックを供給させる動作状態と、クロックを停止またはクロック周波数を低下させる待機状態とを所定の周期で繰り返すスタンバイ制御部と、
前記所定の測定期間が開始されたときに前記センサへの電力供給を開始して、前記測定期間中は制御部が待機状態であってもセンサへの電力供給を維持し、前記測定期間が終了したときにセンサへの電力を遮断するするセンサ制御部と、
前記制御部が動作状態となる度に、前記センサから情報を取得する測定部と、
を備えたことを特徴とするセンサノード。
【請求項２】
前記測定部は、前記制御部が動作状態となる度に、前記センサから取得した情報を記憶部へ格納し、
前記制御部は、
前記記憶部へ格納した情報が所定の数になったときに、前記無線通信部を待機状態から動作状態へ切り換えて、前記情報を一括して送信し、送信が終了した後には前記無線通信部を待機状態へ切り換える無線通信制御部と、をさらに備え、
前記スタンバイ制御部は、
前記無線通信制御部が無線通信部を待機状態へ切り換えると、前記制御部を待機状態へ切り換えることを特徴とする請求項１に記載のセンサノード。
【請求項３】
前記測定部は、前記センサ制御部が前記センサへの電力供給を開始した直後の場合には、前記センサが安定するまで待機することを特徴とする請求項１に記載のセンサノード。
【請求項４】
前記測定期間は、前記測定部でセンサの情報を予め設定した回数まで取得する期間であって、前記制御部は当該測定期間を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載のセンサノード。
【請求項５】
前記測定期間と次回の測定期間の間には前記制御部を待機状態とし、前記センサへの電力供給を遮断する測定休止期間を設けたことを特徴とする請求項４に記載のセンサノード。
【請求項６】
前記無線通信制御部は、前記無線通信部を動作状態へ移行させると、前記クロック供給部に供給するクロック周波数を低減させることを特徴とする請求項２に記載のセンサノード。
【請求項７】
前記センサノードは、
前記電池から常時電力の供給を受けて前記制御部へ所定の周期で割り込み信号を送出するタイマを備え、
前記スタンバイ制御部は、
前記測定期間中は第１の周期を所定の周期として前記タイマに設定し、前記タイマからの割り込み信号を受信したときに制御部を動作状態へ移行させることを特徴とする請求項４に記載のセンサノード。
【請求項８】
前記センサノードは、
前記電池から常時電力の供給を受けて前記制御部へ所定の周期で割り込み信号を送出するタイマを備え、
前記スタンバイ制御部は、
前記測定期間が終了したときには第２の周期を所定の周期として前記タイマに設定し、前記タイマからの割り込み信号を受信したときに制御部を動作状態へ移行させることを特徴とする請求項５に記載のセンサノード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサネットで利用可能な無線通信機能付きのセンサノードの改良に関し、特にバッテリで駆動されるセンサノードに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、センサに無線通信機能を有する小型の電子回路を付加して、現実世界の様々な情報をリアルタイムに情報処理装置に取り込むネットワークシステム（以下、センサネットという）が検討されている。センサネットには幅広い応用が考えられており、例えば、無線回路、プロセッサ、センサ、電池を集積した小型電子回路により、脈拍等の生体情報を常時モニタし、モニタ結果は無線通信により診断装置等に送信され、モニタ結果に基づいて健康状態を判定するといったような医療応用も提案されている。
【０００３】
センサネットを広く実用化するためには、無線通信機能、センサ、および、電池等の電源を搭載する電子回路（以下、センサノードという）を、長時間に渡ってメンテナンスフリー、かつセンサデータを送信し続けられるものとし、かつ外形も小型化することが重要になる。このため、超小型でどこにでも設置できるセンサノードの開発が進められている。
【０００４】
このようなセンサノードでは、消費電力を低減するためセンサやＣＰＵなどを間欠的に駆動させることで、電池の消耗を抑制することが検討されている。センサとＣＰＵを備えて間欠的にセンシングを行うものとしては、例えば、特許文献１が知られている。この例では、間欠的に動作するタイヤ状態検知センサ等の情報を収集して無線送信するセンサが開示されており、常時動作する低電流発信器からの信号により、間欠的にＣＰＵを起動させてセンサ及び無線通信部に電力を供給し、センサによる観測と観測値の送信を行う。そして、センシングデータの送信が完了するとＣＰＵとセンサ及び無線通信部への電力をＯＦＦにされる。
【０００５】
また、センサを制御するＣＰＵの消費電力を低減するものとしては、常時センサを駆動しておき、センシングデータが発生したときにＣＰＵを待機状態から駆動状態に切り換えるものが知られている（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】特開２００５−３２９８５６号
【特許文献２】特開２００１−５９７５２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記脈拍などの生体情報などを観測するセンサノードでは、連続的に観測を行って異常の発生を迅速に検知することが望ましい。一方、このようなセンサノードでは生体にセンサノードを装着するため、センサノード自体を小型軽量に構成する必要があり、電池の容量も制限される。そして、電池の充電や交換の周期をできるだけ長期間にしなければ実用的ではない。
【０００７】
そこで、間欠的にセンシングを行う周期を短く設定して、生体情報をほぼ連続的に観測することが考えられる。ここで、生体情報を観測するセンサノードでは、センサと、センサが観測した情報を送信する無線通信部と、センサ及び無線通信部を制御するＣＰＵを備えることで、移動する生体の情報をほぼリアルタイムで観測することができる。
【０００８】
しかしながら、上記従来例では、センサノードの間欠動作を行う際に、センサ、ＣＰＵ及び無線通信部の全てを同時に起動するため、センサの測定から無線通信が完了するまでの期間は、全ての回路に電力が供給されるため小型軽量の電池では、電力消費が過大になって長期間の使用に耐えることができないという問題がある。
【０００９】
また、間欠的にセンシングを行う周期を短くしていくと、例えば、１秒間に数十回の観測を間欠的に繰り返す場合、センサノードの電源のＯＮ／ＯＦＦの周期が短くなる。センサの種類によっては、電源がＯＦＦからＯＮになってから正常な測定が可能な状態になるまで時間を要するため、ＣＰＵなどの起動が完了してもセンサが安定するまで待機する必要があり、この期間の電力が無駄に消費される。特に、無線通信部の電力消費量は大きいため、上記特許文献１等では、無線通信部で消費される電力のうち、無駄に消費される電力が大きい。
【００１０】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、短い周期で間欠的にセンシングを行うセンサノードにおいて、電池の消耗を抑制して連続的に使用可能な期間を増大することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、センサを駆動して情報を取得する制御部と、前記制御部が取得した情報を送信する無線通信部と、前記制御部と無線通信部及びセンサに電力を供給する電池と、を備えたセンサノードにおいて、
前記制御部は、所定のクロック周波数で当該制御部へクロックを供給するクロック供給部と、予め設定した測定期間中は、前記クロック供給部から所定の周波数のクロックを供給させる動作状態と、クロックを停止またはクロック周波数を低下させる待機状態とを所定の周期で繰り返すスタンバイ制御部と、前記所定の測定期間が開始されたときに前記センサへの電力供給を開始して、前記測定期間中は制御部が待機状態であってもセンサへの電力供給を維持し、前記測定期間が終了したときにセンサへの電力を遮断するするセンサ制御部と、前記動作状態となる度に、前記センサから情報を取得する測定部と、を備える。
【００１２】
また、前記測定部は、前記動作状態となる度に、前記センサから取得した情報を記憶部へ格納し、前記制御部は、前記記憶部へ格納した情報が所定の数になったときに、前記無線通信部を待機状態から動作状態へ切り換えて、前記情報を一括して送信し、送信が終了した後には前記無線通信部を待機状態へ切り換える無線通信制御部と、をさらに備え、前記スタンバイ制御部は、前記無線通信制御部が無線通信部を待機状態へ切り換えると、前記制御部を待機状態へ切り換える。
【発明の効果】
【００１３】
したがって、本発明は、測定期間中の制御部には間欠的にクロックの停止またはクロック周波数の低減を行って、間欠的にセンサが測定した情報（センシングデータ）を取得する。これにより、消費電力が大きいマイクロコンピュータ等で構成される制御部は、必要最低限の動作時間とし、センサは電力の供給開始直後では安定化に時間を要するために、測定期間中では電力の供給を継続する。センサの消費電力は、制御部の消費電力に比して極めて小さいため、センサをＯＮ／ＯＦＦさせた場合に安定するまで制御部を待機させる期間で電力が無駄に消費されるのを防ぐことができる。特に、短い周期で間欠的にセンシングを行う場合でも電池の消耗を抑制して連続的に使用可能な期間を増大することができる。
【００１４】
さらに、複数のセンシングデータをまとめて送信し、この送信時だけ無線通信部を動作状態とすることで、動作状態の消費電流が大きい無線通信部の動作時間を短縮し、電池の消耗を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、第１の実施形態を示し、本発明を腕輪型（または腕時計型）のセンサノード１に適用した例を示す。図１（ａ）はセンサノード１の正面から見た概略図で、（ｂ）は側面から見た断面図である。このセンサノード１は主に装着者の動きを測定する。
【００１７】
センサノード１は、センサや制御装置を格納するケース１１と、ケース１１を人体の腕に装着するバンド１２を備える。
【００１８】
ケース１１の内部には、図１（ｂ）のようにマイクロコンピュータ３やセンサ６等を備えた基板１０が格納される。そして、人体（生体）の動きを測定するセンサ６としては、図中Ｘ−Ｙ−Ｚの３軸の加速度をそれぞれ測定する加速度センサを採用した例を示す。
【００１９】
制御装置１３は、後述するようにセンサ６を制御するマイクロコンピュータと、測定したデータ（センシングデータ）を送信する無線通信部を備えている。
【００２０】
図２は、本発明の腕輪型センサノード１を使用して、センサネットシステムを構築した例を示すシステム構成図である。
【００２１】
図２において、ゲートウェイ１０２は無線通信部１０１を介して複数のセンサノード１と通信を行い、各センサノード１から装着者の動きに応じたセンシングデータを受信し、ネットワーク１０５を介してサーバ１０４へ転送する。サーバ１０４は受信したセンシングデータを格納し、クライアントが利用する計算機（ＰＣ）１０３からの要求に応じてセンシングデータを提供する。計算機１０３では、特定のセンサノード１からのセンシングデータを監視するアプリケーションや、複数のセンサノード１からのセンシングデータを監視して、異常の検知を行って、異常があったセンシングデータを表示装置（図示省略）へ表示するアプリケーションなどが実行される。
【００２２】
図３は、センサノード１の基板１０に取り付けられた電子回路のブロック図を示す。図３において、基板１０には、ゲートウェイ１０２と通信を行うアンテナ５を備えた無線通信部（ＲＦ）２と、センサ６と、センサ６及び無線通信部２を制御するマイクロコンピュータ３と、マイクロコンピュータ３を間欠的に起動するためのタイマとして機能するリアルタイムクロック（ＲＴＣ）４と、各部に電力を供給する電池７と、センサ６への電力の供給を制御するスイッチ８が配置される。また、スイッチ８とセンサ６の間には、バイパスコンデンサＣ１が接続されてノイズの除去や、充放電の速度を低減して無駄な電力消費を防ぐ。バイパスコンデンサＣ１への充放電回数を減らすようにスイッチ８を制御することによって、無駄な電力消費を抑えることが可能になる。
【００２３】
マイクロコンピュータ３は、演算処理を実行するＣＰＵ３４と、ＣＰＵ３４で実行するプログラムなどを格納するＲＯＭ３３と、データなどを格納するＲＡＭ３２と、ＲＴＣ４からの信号（タイマ割り込み）に基づいてＣＰＵ３４に割り込みをかける割り込み制御部３５と、センサ６から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ３１と、無線通信部２との間でシリアル信号にて信号の送受を行うシリアルコミュニケーションインターフェース（ＳＣＩ）３６と、無線通信部２とスイッチ８を制御するパラレルインターフェース（ＰＩＯ）３７と、マイクロコンピュータ３内の上記各部へクロックを供給する発振部（ＯＳＣ）３０とを含んで構成される。そして、マイクロコンピュータ３内の上記各部はシステムバス３８を介して接続される。
【００２４】
ＲＴＣ４は、マイクロコンピュータ３の割り込み制御部３５に予め設定されている所定の周期で割り込み信号（タイマ割り込み）を出力し、また、ＳＣＩ３６へ基準クロックを出力する。ＰＩＯ３７はＣＰＵ３４からの指令に応じてスイッチ８のＯＮ／ＯＦＦを制御し、センサ６への電力供給を制御する。
【００２５】
ここで、マイクロコンピュータ３は、ＯＳＣ３０からのクロックにより演算処理を行う動作状態と、ＯＳＣ３０からのクロックを停止して演算処理を停止し、ＲＡＭ３２の記憶内容を保持するスタンバイ状態（ソフトウェアスタンバイ）を切り換えることができる。２つの状態遷移のタイミングは予めマイクロコンピュータ３に設定しておけば良い。尚、複数のメニューを用意しておいて、センサノード１に設けられた入力部を介して上記タイミングを選択できるようにしても良いし、センサノード１に接続される上位機器からの入力に基いてセンサノード１に選択指示を与える構成とすることも可能である。又、昼間は第１のメニュー、夜は第２のメニューといったように特定の時間帯に応じてセンサノード１が自動的にメニュー切り替えて設定するように構成しておけば、よりユーザのニーズに沿ったセンシングが可能となる。なお、ＲＡＭ３２は、例えば、ＳＲＡＭ等で構成することができる。ＣＰＵ３４からの指令によってＯＳＣ３０からのクロックを停止してマイクロコンピュータ３は待機状態（スタンバイ状態）へ移行する。このとき、電池７からマイクロコンピュータ３への電力の供給は継続している。なお、マイクロコンピュータ３の待機状態は、ＯＳＣ３０からのクロックを低下させるようにしても良い。
【００２６】
次に、ＲＴＣ４から所定の信号（タイマ割り込み）が入力されると、割り込み制御部３５がＣＰＵ３４にタイマ割り込みをかけて、ＯＳＣ３０からのクロックを出力させて動作状態へ移行することができる。また、ＯＳＣ３０は、マイクロコンピュータ３内の各部へ供給するクロックの周波数をＣＰＵ３４からの指令に応じて変更することができる。ＯＳＣ３０は、ＣＰＵ３４から所定の指令を受けると、例えば、通常のクロック周波数から１／２の周波数に変更することができる。
【００２７】
ここで、センサノード１のマイクロコンピュータ３、無線通信部２、センサ６、ＲＴＣ４は、充電可能な電池７から電力の供給を受け、ＲＴＣ４のみが常時動作してマイクロコンピュータ３に所定の周期でタイマ割り込みを出力する。マイクロコンピュータ３は、ＲＴＣ４からのタイマ割り込みを受けると、スタンバイ状態から起動して動作状態へ移行し、センサ６と無線通信部２への電力供給を独立して制御し、後述するように各部を個々に動作させてセンシングデータの取得及び蓄積と、蓄積したセンシングデータのゲートウェイ１０２へ送信を行う。本実施形態では、マイクロコンピュータ３が、所定の周期で起動してセンサ６が測定したセンシングデータを取得し、ＲＡＭ３２へ格納した後にスタンバイ状態へ移行するサイクルと、センシングデータの取得とＲＡＭ３２に格納された複数のセンシングデータをまとめてゲートウェイ１０２へ送信し、その後、スタンバイ状態へ移行するサイクルを備えている。
【００２８】
ここで、ＣＰＵ３４の動作状態のときに行われる各部の電力制御の概要について図６を参照しながら説明する。
【００２９】
マイクロコンピュータ３が起動すると、まず、スイッチ８をＯＮにしてセンサ６へ電力の供給を開始して起動する。このとき無線通信部２は通電せずに待機状態としておく。そして、センサ６からのセンシングデータを取得してＲＡＭ３２へ格納すると、スタンバイ状態へ移行する。このとき、ＲＴＣ４に所定の周期（例えば、５０msec）を設定しておき、以後、所定の周期（５０msec）毎にＲＴＣ４からのタイマ割り込みを受けて起動してセンシングデータの取得を繰り返す。
【００３０】
センシングデータを所定の回数（例えば、２０回）取得すると、無線通信部２を起動して、ＲＡＭ３２へ蓄積した２０個のセンシングデータをゲートウェイ１０２へ送信する。送信完了後には、再び無線通信部２を待機状態にする。そして、上記センシングデータの送信を５回実行した後に、センサ６への電力を遮断してからマイクロコンピュータ３をスタンバイ状態へ移行する。このとき、ＲＴＣ４のタイマに所定の時間（例えば、５秒）をセットしておき、５秒後にはＲＴＣ４からのタイマ割り込みでマイクロコンピュータ３を起動する。
【００３１】
したがって、センサノード１は、５秒間は５０msec毎にセンシングデータを測定する度にスタンバイ状態へ移行して、１秒（５０msec×２０回）毎にまとめてセンシングデータをゲートウェイ１０２へ送信し、１００個のセンシングデータを５回に分けて送信すると、所定時間（５秒間）スタンバイ状態を維持する。そして、５秒後にＲＴＣ４からのタイマ割り込みでマイクロコンピュータ３を起動することで、１０秒毎に起動して５秒間の測定を繰り返して行う。
【００３２】
センサ６は、電力の供給開始から測定が可能となるまでに時間を要するため、測定を行う期間は電力を供給し続ける。一方、消費電力の大きいマイクロコンピュータ３と無線通信部２は、使用する期間だけ動作状態にして、その他の期間は待機状態とすることで、センサノード１の消費電力を低減して、電池７の駆動期間を増大させるのである。
【００３３】
ここで、センサノード１の各要素の消費電流の一例としては、図４のような値となる。無線通信部２（ＲＦ）は、動作状態で３０mAで待機状態のときに１μＡと最も大きな値となる。無線通信部２への通電を遮断せずに待機状態とするのは、電力の供給開始直後に通信可能にはならず、回路が安定するまでに時間を要するためである。待機状態で微弱な電流を供給しておくことで、動作状態へ切り換えてから即座に通信を開始することができる。
【００３４】
次に、マイクロコンピュータ３は、動作状態で５ｍＡ、待機状態で０．５μＡであり、無線通信部２に次いで消費電流が大きい。このため、センサ６からセンシングデータを取得すると即座に待機状態へ移行させて、電力消費を抑制する。
【００３５】
マイクロコンピュータ３はセンサ６へ、センシングデータの測定期間（１００回≒５秒間）で継続的に電力を供給するように制御する。上述のように、センサ６は電力の供給開始直後に安定して測定を行うことができず、所定の時間を要する。このため、マイクロコンピュータ３の起動／待機の度にＯＮ／ＯＦＦすると、センサ６が安定するまでの期間にマイクロコンピュータ３が無駄に電力を消費することになる。特に、図６のようにマイクロコンピュータ３の起動／待機を５秒間おきに１００回繰り返す場合に、センサ６のＯＮ／ＯＦＦを５０msecでマイクロコンピュータ３に同期させると、センサ６が安定する期間にマイクロコンピュータ３が無駄に消費する電力が無視できない大きさになる。このため、測定を行う期間では、センサ６へ継続的に電力を供給した方が電力消費を抑制できる。
【００３６】
最後に、ＲＴＣ４は、マイクロコンピュータ３を待機状態から動作状態へ移行させる割り込み信号を発生するために常時通電しておくことが必須である。ＲＴＣ４の消費電流は、動作状態でも１μＡと最も小さいため、常時通電状態とすることができる。
【００３７】
次に、センサノード１のマイクロコンピュータ３で実行される処理の一例について、図５のフローチャートを参照しながら以下に詳述する。図５のフローチャートは、センサノード１の電源を投入すると実行されるもので、ＲＯＭ３３に予め格納したプログラムである。
【００３８】
ステップＳ１では、レジスタやＲＡＭ３２等の初期化を行い、センシングデータの数をカウントするカウンタを０にリセットする。なお、カウンタは変数でありＲＡＭ３２に保持される。
【００３９】
ステップＳ２では、スイッチ８をＯＮにしてセンサ６への電力の供給を開始する。そして、ステップＳ３ではセンサ６が安定して加速度の測定が可能となったか否かを判定する。この判定は、例えば、所定時間（数msecなど）を経過していればセンサ６が安定したと判定してステップＳ４へ進む。そうでない場合には、所定時間が経過するまでステップＳ３でループする。
【００４０】
ステップＳ４では、Ａ／Ｄコンバータ３１を起動してセンサ６からの測定値を読み込む。ステップＳ５では、Ａ／Ｄコンバータ３１がセンサ６からのアナログ値をデジタル値へ変換が完了したか否かを判定する。なお、この判定は、Ａ／Ｄコンバータ３１の所定のレジスタに値がセットされたときに、変換が完了したと判定することができる。
【００４１】
次に、ステップＳ６では、Ａ／Ｄコンバータ３１で変換された測定値（センシングデータ）をＲＡＭ３２に格納する。ＲＡＭ３２には、例えば、リングバッファが設定されており複数の測定回毎にセンシングデータを格納することができる。
【００４２】
そして、ステップＳ７では、センシングデータを１つ取得したので、カウンタに１を加算する。
【００４３】
ステップＳ８では、カウンタの値が所定値（本実施形態においては２０）になったか否かを判定する。この所定値は、センサノード１がゲートウェイ１０２へ送信する際に、１回の送信でまとめて送るセンシングデータの数に予め設定されたものである。
【００４４】
カウンタの値が２０に達していればステップＳ９へ進んで送信を行い、カウンタの値が２０に達していなければステップＳ１６に進む。
【００４５】
カウンタの値が２０未満のステップＳ１６では、ＲＴＣ４にセンサ６の測定期間でマイクロコンピュータ３を起動する周期（例えば、５０msec）を設定し、ステップＳ１７では、測定期間のタイマモードを１に設定する。このタイマモードは、ＲＴＣ４が発生する割り込み信号の種別を示すもので、「１」が測定期間内を示し、「０」が次の測定期間が開始されるまでの休止期間（図６の５秒）であることを示す。そして、マイクロコンピュータ３を待機（スタンバイ）状態に移行して処理を終了する。
【００４６】
一方、カウンタの値が所定値（２０）に達したステップＳ９では、無線通信部２を待機状態から動作状態へ移行させる。そして、ステップＳ１０では無線通信部２が安定して通信が可能となったか否かを判定する。この判定は、例えば、所定時間（例えば、０．５msecなど）を経過していれば無線通信部２が安定したと判定してステップＳ１１へ進む。そうでない場合には、所定時間が経過するまでステップＳ１０でループする。
【００４７】
次に、ステップＳ１１では、複数（２０個）のセンシングデータをまとめてゲートウェイ１０２へ送信するため、送信フレームを生成する。送信フレームの一例としては、図７で示すようなフォーマットで生成する。図７において送信フレーム６０は、プリアンブルシーケンス〜アドレス情報からなるヘッダ情報の後に、ペイロード６１を備えており、このペイロード６１にＲＡＭ３２に蓄積された２０個のセンシングデータを格納する。図示の例では、センサ６が測定した３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）のセンシングデータを各１バイトとし、１回のセンシングデータを３バイトにまとめる。そして、１回目の測定から２０回目の測定分を時系列的にペイロード６１へ格納する。最後に送信する時刻（現在時刻）をタイムスタンプに設定して送信フレーム６０を生成する。なお、送信フレーム６０の長さは、図８で示すように、ヘッダ情報は２０バイト、ペイロード長は８０バイトの１００バイトとなり、通信速度が２５０ｋｂｐｓの場合には、送信時間が３msecとなる。この例では、無線通信部２の通信規格として国際標準規格ＩＥＥＥ８０２．１５．４を採用した場合を示す。
【００４８】
そして、生成した送信フレーム６０をゲートウェイ１０２へ送信する。送信フレーム６０を受信したサーバ１０４では、センサノード１の測定周期が既知であるので、最新のタイムスタンプから測定周期を減じていった値をペイロード６１内のセンシングデータのタイムスタンプとして設定すればよい。なお、ペイロード６１に格納するタイムスタンプは、絶対時刻ではなくセンサネットシステム内の相対時刻を用いても良く、この場合、タイムスタンプのデータ長を低減できる。
【００４９】
次に、図５のステップＳ１２では、送信が完了すると無線通信部２を待機状態へ移行させる。ステップＳ１３では、センシングデータを計数するカウンタの値を０にリセットして次の測定に備える。また、ＲＡＭ３２のリングバッファをクリアして新たなデータの格納に備える。
【００５０】
そして、ステップＳ１４では、一つの測定期間（センサ６をＯＮにして１００回のセンシングデータを取得する期間）が終了したか否かを判定し、終了した場合にはステップＳ１５へ進み、終了していない場合にはステップＳ１８へ進む。この判定は、センシングデータを１００回測定したか否かを判定する変数またはフラグを用いて行うことができる。あるいは、センシングデータの送信を５回行ったか否かを判定する変数またはフラグを用いて行ってもよい。つまり、一回の測定期間では図６で示したように、２０回のセンシングデータの測定を５回繰り返し、センシングデータが２０個蓄積される度に複数のセンシングデータをまとめて送信するので、センシングデータの測定回数または送信回数を計数することにより一回の測定期間が終了したか否かを判定することができる。
【００５１】
測定期間が終了していない場合には、ステップＳ１８に進んでＲＴＣ４のタイマにセンサ６の測定周期である５０msecを設定し、ステップＳ１９でタイマモードを１に設定してからマイクロコンピュータ３を待機状態へ移行させる。この後、ＲＴＣ４は設定された５０msec後に、割り込み信号を発生してマイクロコンピュータ３を起動させることになる。
【００５２】
一方、測定期間が終了した場合には、ステップＳ１５でセンサ６の電源をＯＦＦにしてから、ＲＴＣ４に測定の休止期間である所定の時間（例えば、５秒）を設定し、ステップＳ１７では、タイマモードを０に設定してからマイクロコンピュータ３を待機状態へ移行させ、休止期間に入る。この後、ＲＴＣ４は設定された５秒後に、割り込み信号を発生してマイクロコンピュータ３を起動させて次の測定期間を開始することになる。
【００５３】
マイクロコンピュータ３は、割り込み信号を受けて起動すると、図５のステップＳ２０で、現在のタイマモードが「１」＝測定期間内であればステップＳ４に進んで、センシングデータを取得し、タイマモードが「０」＝休止期間であれば、ステップＳ２へ進んでセンサ６をＯＮにしてから測定期間を開始するのである。
【００５４】
上記の処理を繰り返して実行することにより、図６で示すように、ほぼ１０秒おきに測定期間が開始されてセンサ６がＯＮになる。そして、所定の測定周期（５０msec）毎にマイクロコンピュータ３が待機状態から動作状態となってセンサ６からセンシングデータを取得する。そして、センシングデータを２０回取得すると、２０個のセンシングデータをまとめて送信する。この送信を５回（測定を１００回）繰り返すと測定期間は終了してセンサ６をＯＦＦにし、マイクロコンピュータ３と無線通信部２は待機状態へ移行する。測定期間の終了時にはマイクロコンピュータ３がＲＴＣ４に、所定の休止期間（休止時間＝５秒）を設定する。ＲＴＣ４は休止期間が経過すると再び割り込み信号によりマイクロコンピュータ３を起動させて、５０msec間隔で１００個のセンシングデータを取得する。
【００５５】
図６において、測定期間の開始時（図中、＃１）では、マイクロコンピュータ３を起動し、センサ６をＯＮにしてから安定するまでの時間（例えば、数msec）だけ待機するが、２回目移行の処理ではセンサ６がＯＮのままである。このため、２回目移行の測定はセンサ６からＡ／Ｄコンバータ３１を介してセンシングデータを取得し、ＲＡＭ３２へ書き込むだけであるので、マイクロコンピュータ３が動作状態となるのは短時間（例えば、１msec）で済む。また、センシングデータの第１回目〜１９回目の測定では、マイクロコンピュータ３とセンサ６だけが動作状態となり、最も消費電流の大きい無線通信部２は待機状態を維持しているので、消費電力を大幅に低減できる。
【００５６】
なお、測定期間では、１００回目のセンシングデータを取得した後に、無線通信部２を起動して送信が完了するまでの時間が加わるので、全体の時間は約５秒となる。
【００５７】
また、センシングデータの取得は、約１０秒ごとに所定の周期（５０msec）で５秒間の測定を行うことにより、生体の状態を観察するためにはほぼ連続的なセンシングデータとして扱うことができる。
【００５８】
以上のように、本発明のセンサノード１では、マイクロコンピュータ３は常時通電されるＲＴＣ４のタイマに従って測定期間中に短い周期（例えば、５０msec）で間欠的にクロック周波数のＯＮ／ＯＦＦ（または周波数の低減）を行って、間欠的にセンシングデータを取得する。これにより、消費電力が大きいマイクロコンピュータ３は、必要最低限の動作時間とし、センサ６は電力のＯＮ／ＯＦＦ後の安定化に時間を要するために、動作状態を維持する。上述のように、センサ６の消費電力は、マイクロコンピュータ３の消費電力に比して極めて小さいため、センサ６をＯＮ／ＯＦＦさせた場合にマイクロコンピュータ３を待機させる期間で電力が無駄に消費されるのを防ぐことができる。
【００５９】
さらに、複数のセンシングデータをまとめて送信し、この送信時だけ無線通信部２を動作状態とすることで、動作状態の消費電流が最も大きい無線通信部２の動作時間を短縮し、電池７の消耗を抑制することができる。
【００６０】
加えて、センサ６の測定を所定の回数または所定の期間だけ行った後には、休止期間を設けてマイクロコンピュータ３と無線通信部２を待機状態とし、センサ６はＯＦＦにすることで、さらに電力消費を低減できる。この休止期間は、センシングデータがほぼ連続的なデータとして扱うことができる時間を設定すればよく、測定対象によって変化させることできる。
【００６１】
他方、この例では、５０msec毎に取得した連続的なセンシングデータを２０個まとめて１秒毎に３msecという短い時間で無線送信を行っているので、１つのセンサノードが無線空間を占有する比率が極めて小さい。そのため、例えば、１つのゲートウェイ１０２に対して複数のセンサノード１が存在するセンサネットシステムにおいて、無線空間の衝突を回避することが容易となり信頼性の高い無線通信が可能である。
【００６２】
さらには、１秒毎にまとめて無線送信するために、これを受け取った計算機１０３がセンシングデータを表示するまでの遅延時間が利用者にストレスを感じない遅れ時間を確保できる。ストレスを感じない好適な遅れ時間は、３秒以内が望ましい。
【００６３】
＜第２実施形態＞
図９は第２の実施形態を示し、前記第１実施形態の加速度センサ６に加えて脈拍の波形を計測する脈波センサ９を付加したもので、その他の構成は前記第１実施形態と同様である。
【００６４】
センサノード１のケース１１の裏面には、発光素子ＬＤ１と受光素子ＰＤ１から構成された脈波センサ９が配置される。この脈波センサ９は発光素子ＬＤ１として赤外線発光ダイオードを用い、受光素子ＰＤ１としてフォトトランジスタを採用したものである。なお、受光素子としては、フォトトランジスタ以外にもフォトダイオードも使用可能である。ケース１１の裏面には、発光素子ＬＤ１と受光素子ＰＤ１が露出しており、腕の皮膚と対向可能となっている。
【００６５】
この脈波センサ９は、発光素子ＬＤ１で発生させた赤外光を皮下の血管に照射し、血流変動による血管からの散乱光の強度変化を受光素子ＰＤ１にて検知し、その強度変化の周期から脈拍及び脈波を推定する。
【００６６】
図１０は、センサノード１のシステム構成を示すブロック図で、前記第１実施形態に対して、図中左下に脈波センサ９を加えたものである。
【００６７】
脈波センサ９は、加速度センサ６と同様にＡ／Ｄコンバータ３１に接続されて、アナログ値の出力がデジタル値に変換される。また、脈波センサ９を駆動するための電源は、スイッチ８０を介して電池７に接続される。スイッチ８０は、第１実施形態のスイッチ８と同様に、ＰＩＯ３７によって制御され、脈波センサ９への電力をＯＮ／ＯＦＦする。なお、スイッチ８０と脈波センサ９の間にはバイパスコンデンサＣ２が接続される。バイパスコンデンサＣ２への充放電回数を減らすようにスイッチ８０を制御することによって、無駄な電力消費を抑えることが可能になる。
【００６８】
脈波センサ９の制御のタイミングは、前記第１実施形態に示した加速度センサ６と同様であり、測定期間が開始されると電源はＯＮになり、休止期間ではＯＦＦとなる。
【００６９】
ここで、脈波センサ９による脈拍の測定は、生体（利用者）が安静にしていることが望ましい。装着者が動いている場合には脈拍の波形は乱れた波形しか取得できず、正常な脈拍は検知できない。これは、脈波センサ９が腕に密着されずに、脈拍周期よりもずっと短い時間間隔で、外乱光にさらされ、その結果、脈拍の波形が乱れるのである。したがって、信頼できる脈波を検知するためには、ユーザが安静状態にある間に、センシングを行なう必要がある。本第２実施形態では、前記第１実施形態と同様のタイミングで、３軸の加速度と脈波を測定し、複数のセンシングデータをまとめてゲートウェイ１０２へ送信する。このセンシングデータを利用する場合には、加速度のセンシングデータが安静と認められる脈波を採用すればよい。
【００７０】
マイクロコンピュータ３は、前記第１実施形態と同様の制御を実行し、センサ６，９から取得したセンシングデータを複数（２０個）取得してから、図１１で示す送信フレーム６０を生成する。
【００７１】
送信フレーム６０のペイロード６１には、２０組の加速度と脈波のセンシングデータが時系列的に格納される。図１２は、サーバ１０４に蓄積された加速度と脈波を対にしたセンシングデータを、センサネットシステムの利用者が操作する計算機１０３で表示した例を示す。この例では測定期間が、例えば６０秒という連続した状態である。
【００７２】
図中横軸はセンシングデータのサンプル数を示し、図中上段が３軸の加速度を示し、図中下段が脈波形を示す。３軸の加速度と脈波がほぼ連続的に表示され、装着者の体動や脈波形をほぼリアルタイムで監視することができる。
【００７３】
なお、センサノード１には波形などを表示するための液晶表示器を付加してもよく、液晶表示器は、利用者の必要に応じて、上記センサ６、９で計測した加速度波形や脈波形をリアルタイムに表示させることが可能である。
【００７４】
＜第３実施形態＞
図１３は、前記第１実施形態に示した制御の一部を変更したものである。前記第１実施形態の図５に示したステップＳ１１及び図６の＃２０では、送信フレームを生成してから無線通信部２が送信を完了するまで、マイクロコンピュータ３のクロックを一定に保っていた。これに対して、本第３実施形態では、無線通信部２が起動した後には、ＣＰＵ３４のクロック周波数を低減するようにしたもので、その他の構成は前記第１実施形態と同様である。
【００７５】
上記ステップＳ１１では、マイクロコンピュータ３のＣＰＵ３４がＲＡＭ３２に蓄積されたセンシングデータ（＃１〜＃２０）を読み出して、送信フレーム６０を生成する。そして、生成した送信フレーム６０を無線通信部２へ転送し、無線通信によりセンシングデータを送信する。
【００７６】
生成した送信フレーム６０を無線通信部２へ転送する際には、ＣＰＵ３４の演算負荷は低く、また、無線通信部２が送信する通信速度に対して、ＲＡＭ３２からセンシングデータを読み出すシステムバス３８の速度は十分速い。そこで、無線通信部２が起動して無線通信を行う期間は、ＣＰＵ３４の演算処理能力を低減しても支障はないので、ＯＳＣ３０が供給するＣＰＵ３４の動作クロックを低減する。
【００７７】
図１３において、時刻Ｔ０ではＲＴＣ４のタイマ割り込みによってマイクロコンピュータ３が待機状態から起動してセンサ６からセンシングデータを取得し、送信フレーム６０を生成する。
【００７８】
送信フレーム６０が完成する時刻Ｔ１では、ＣＰＵ３４が無線通信部２を起動する。このとき、ＣＰＵ３４はＯＳＣ３０へ所定のコマンドを送信し、クロックを低減する。そして、無線通信部２が送信を完了すると、マイクロコンピュータ３は自身と無線通信部２を待機状態へ移行して次回のタイマ割り込みを待つ。
【００７９】
一般に、ＣＰＵ３４の消費電力はクロック周波数×電圧2に比例するので、クロック周波数の低減分に応じて電力消費を低減でき、電池７の寿命をより延長することが可能となる。
【００８０】
なお、上記各実施形態では、センサ６の測定対象を生体としたが、これに限定されるものではなく、機械や構造物を測定対象としてもよく、ほぼ連続的なセンシングデータを取得することができる。
【００８１】
また、センサ６が起動直後に測定可能な種類の場合には、マイクロコンピュータ３と同期してＯＮ／ＯＦＦを行っても良い。
【００８２】
また、上記各実施形態では、センサノード１が送信したセンシングデータは、ゲートウェイ１０２からサーバ１０４へ転送したが、図１５で示すように、計算機１０３がサーバ１０４の機能を備えていても良い。この場合、ゲートウェイ１０２が受信したセンシングデータは、ユーザが利用する計算機１０３に蓄積される。そして、計算機１０３で所定のアプリケーションを実行することにより、図１２で示したようなセンシングデータの表示などを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
以上のように、本発明は、電池によって駆動されて間欠的にセンシングデータを取得するセンサノードに適用することができ、また、電池で駆動されて間欠的にセンシングデータを取得するセンサノードを含むセンサネットシステムに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】第１の実施形態を示し、腕輪型のセンサノードを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面の断面図。
【図２】同じく、センサネットシステムのブロック図。
【図３】同じく、センサノードの構成を示すブロック図。
【図４】同じく、センサノードの各構成要素の消費電流を示す説明図。
【図５】同じく、センサノードで実行される処理の一例を示すフローチャート。
【図６】同じく、センサノードの測定と通信の様子を示すタイムチャート。
【図７】同じく、送信フレームを示す説明図。
【図８】同じく、送信フレームの各部のデータ長を示す説明図。
【図９】第２の実施形態を示し、腕輪型のセンサノードを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は側面の断面図。
【図１０】同じく、センサノードの構成を示すブロック図。
【図１１】同じく、送信フレームを示す説明図。
【図１２】センシングデータをユーザの計算機で表示した場合の画面イメージ。
【図１３】第３の実施形態を示し、送信時のタイムチャートで、ＣＰＵの電圧、クロック周波数及び無線通信部の電圧と時間の関係を示す。
【図１４】センサネットシステムの他の例を示すブロック図。
【符号の説明】
【００８５】
１  センサノード
２  無線通信部
３  マイクロコンピュータ
４  リアルタイムクロック
６、９  センサ
７  電池
８  スイッチ
３１  Ａ／Ｄコンバータ
３２  ＲＡＭ
３４  ＣＰＵ
３５  割り込み制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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