(57)【要約】【課題】センサーから取得した計測データなどの少量のデータを、近接場所にある受信装置に低消費電力で送信するデータ無線通信装置を提供する。【解決手段】Bluetooth Low Energy規格による通信の機能を有する装置１に次の各手段を具備させる。すなわち、センサー２からデータを取得するデータ取得手段１１１と、装置識別情報フィールドとそれに続く部分に取得したデータを埋め込んだアドバタイズパケットを生成し、取得したデータに変化があった場合に更新するアドバタイズパケット生成更新手段１１２と、無線通信可能範囲に存在する無線端末装置３に向けて所定の周期でアドバタイズパケットを送信するアドバタイズパケット送信手段１１３と、センサー２から取得したデータの変化の有無を判定する判定手段１１５と、アドバタイズパケットの送信の停止・更新・再開を制御するアドバタイズパケット送信制御手段１１４である。【選択図】図１
2017041770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Bluetooth Low Energy規格（以下、「BLE規格」）による通信の機能を有するデータ無線通信装置であって、
センサーからデータを取得するデータ取得手段と、
前記取得したデータを埋め込んだアドバタイズパケットを生成し、取得したデータに変化があった場合にアドバタイズパケットを更新するアドバタイズパケット生成更新手段と、
無線通信可能範囲に存在する無線端末装置に向けて所定の周期でアドバタイズパケットを送信するアドバタイズパケット送信手段と、
センサーから取得したデータの変化の有無を判定する判定手段と、
アドバタイズパケットの送信の停止・更新・再開を制御するアドバタイズパケット送信制御手段とを備え、
アドバタイズパケットの装置識別情報フィールドに続く部分に前記取得したデータを埋め込むことを特徴とするデータ無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
センサーから取得した計測データなどの少量のデータを、近接場所にある受信装置に低消費電力で送信するデータ無線通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、Bluetooth（登録商標） Low Energy通信（以下、「BLE通信」）の技術を使ったペリフェラル装置（以下、「ペリフェラル」）が、携帯端末等のセントラル装置（以下、「セントラル」）との間でセンサー情報等のデータ通信を行う際の手順は次のようなものである。すなわち、セントラルは、アドバタイズパケットを構成している信号（以下、「アドバタイズパケット」という）を発信しているペリフェラルをサーチし、アドバタイズパケットに含まれる会社名情報、機器識別名称等が自分の管理している装置と一致する場合は、コネクション要求をペリフェラルに対して行う。ペリフェラルはアドバタイズパケットを停止し、コネクション信号に切り替え、セントラルからの接続を待つ。セントラルは、接続後（すなわちコネクションの確立後）、ペリフェラルが持っているプロファイル情報を取得し、このプロファイル情報に従って、ペリフェラルからセンサー情報等を取得する。
【０００３】
ここで、用語「アドバタイズパケット」について注釈する。ペリフェラルが自分の存在を知らせるためにパケットを送信する。このパケットには、アドバタイズメント、アドバタイズメントパケット、アドバタイズパケット、アドバタイジングパケットなど種々の呼び方があるが、いずれも意味は同じであり、本明細書では、アドバタイズパケットと統一する。
BLEにおけるアドバタイズパケットの通信とは、コネクション確立以前の段階で近接機器の存在を検出するために行われる通信である。特許文献１に記載の「低消費電力近距離無線通信システム」に関する発明は、コネクション確立前においても、無線端末同士はアドバタイズパケットを授受していることに着目し、これを利用してコネクション確立前であっても無線端末同士が一定の通信を行うことを狙いとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−７０２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の発明によれば、コネクション未確立状態で自己の識別情報と任意の通信データを送受信できるため、その場限りで少量データの通信を高速に行うことができる。ペリフェラル無線端末は常時アドバタイズパケットをブロードキャスト送信している（｛００２０｝、図２）。
ところで、アドバタイズパケットの構成はＢｌｕｅｔｏｏｔｈの標準化団体Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ  ＳＩＧの仕様書で定義されている。この仕様書によればアドバタイズパケットにはベンダーが自由に使用できる領域がある（図２に従い後述する）。ここにペリフェラルを識別するUUID(Universally Unique ID)を含めることができ、さらにこのUUIDに続く領域にセンサーからの計測データ等を含めることが可能である。しかし、計測データに変化がありデータの更新が必要となっても、送信継続中のアドバタイズパケットの内容を途中で更新することはできない。そのため、データが変化した場合は、一旦アドバタイズパケットを止めて、データの更新を行い、アドバタイズパケットの送信を再開する機能が必要となる。しかし、特許文献１にはかかる機能について特に記載も示唆もない。
本発明は、送信に伴う消費電力を抑制しつつ、データに変化があった場合速やかにアドバタイズパケットを作り直して再発信することにより、スマートフォンのようなセントラルで温度等を計測できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、Bluetooth Low Energy規格（以下、「BLE規格」）による通信の機能を有するデータ無線通信装置であって、
センサーからデータを取得するデータ取得手段と、前記取得したデータを埋め込んだアドバタイズパケットを生成し、取得したデータに変化があった場合にアドバタイズパケットを更新するアドバタイズパケット生成更新手段と、無線通信可能範囲に存在する無線端末装置に向けて所定の周期でアドバタイズパケットを送信するアドバタイズパケット送信手段と、センサーから取得したデータの変化の有無を判定する判定手段と、アドバタイズパケットの送信の停止・更新・再開を制御するアドバタイズパケット送信制御手段とを備え、アドバタイズパケットのUUIDを装置識別情報として利用し、UUIDに続くデータの一部に前記取得したデータを埋め込むことを特徴とする。
【０００７】
本発明では、BLE規格によってユーザ固有のデータの割り当てが可能とされている領域の一部に、データ無線通信装置を一意に識別するための装置識別情報フィールドを設ける。この装置識別情報フィールドにUUID(Universally Unique ID)を配置し、それに続く部分にセンサー計測データ等の情報を配置することを特徴とする。
この機能により、スマートフォンのようなセントラル装置は、コネクションが未確立の状態で、アドバタイズパケットに計測データも含めて受信することが可能となり、送信回数が節減され、信号送信に伴う消費電力を抑えることができる。
【０００８】
BLE通信は一般にセントラルとそれと通信を行うペリフェラルとの間で行われる。本発明のデータ無線通信装置はペリフェラルに該当し、ペリフェラルからデータの提供を受ける無線端末装置（例えば、スマートフォン、携帯電話、タブレット端末など）はセントラルに該当する。携帯端末装置のほかに、BLE通信機能とネットワーク通信機能（LAN/WiFi/3G/LTE）を備えたゲートウェイもセントラルとなりうる。
センサーにはさまざまな種類が考えられ、例えば温湿度センサーや照度センサーがある。データ無線通信装置に温湿度センサーを搭載した場合は、温度、湿度のデータが「計測データ」となり、照度センサーを搭載した場合は、照度が「計測データ」となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、アドバタイズパケットを送信することによってセントラル側は、それがどのペリフェラルから送信されたのか識別できる。識別できれば、コネクションの手続きは必要なく、また複数のペリフェラルからデータの取得も可能である。したがって、コネクションの手続きに必要なデータの送受信が略されるので、信号送信に伴う消費電力が抑えられる。
また、アドバタイズパケットの送信は、データの変化があったとき或は所定間隔で送信を停止し、必要ならば更新して送信を再開するので、最新のデータをセントラルに送信できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係るシステム構成および機能的構成を示す図である。
【図２】アドバタイズパケットの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るアドバタイズパケット送信処理のフロー図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るアドバタイズパケットの他の送信処理のフロー図である。
【図５】本発明の実施の形態の変形例に係るシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を参照しながら、本発明の一実施の形態のデータ無線通信装置を利用したデータ通信システム（以下、「本システム」）について説明する。
【００１２】
本システムは、図１に示すようにデータ無線通信装置１（ペリフェラル）と無線端末装置３（セントラル）から構成される。図１では無線端末装置３が１台のみ記載されているが、台数に制限はない。データ無線通信装置１と無線端末装置３は、それぞれBLEに基づく無線通信機能を有することが必須である。
【００１３】
データ無線通信装置１の構成について、図１を参照しながら説明する。
データ無線通信装置１は、内蔵あるいは図示しない配線で外付けされているセンサー２を備えるとともに、制御部１１、記憶部１２、通信インターフェース部１３を備える。
【００１４】
制御部１１は、CPUによって構成され、記憶部１２に記憶されたプログラムに従った処理を実行することにより、データ無線通信装置１の各種機能を制御する。
記憶部１２は、自己の識別情報（すなわち、UUIDに書き込まれる情報）、変化前後の計測データなどを記憶するとともに、データ無線通信装置１が各種処理を実現するために必要となるコンピュータプログラムやデータを記憶する。また、各種処理の実行中にデータを一時的に記憶するための作業領域としても用いられる。記憶部１２は、ROMやRAMから構成され、ROMに記憶されたコンピュータプログラムはいわゆるファームウェアである。
通信インターフェース部１３は、図示しないアンテナを介して、BLE規格に基づく無線信号の送信及び受信を行う。データ無線通信装置１は、図示しない電源部のほかに、適宜操作部やドライバなども備える。なお、データ無線通信装置１は、通常小型であり消費電力も小さいので、取り外し可能なボタン電池などが用いられることが多い。つまり、容量の小さいボタン電池を使用するのであるから、本発明のように消費電力を抑える工夫は必須なのである。
【００１５】
次に、制御部１１の機能的構成について説明する。制御部１１は、データ取得部１１１、アドバタイズパケット生成更新部１１２、アドバタイズパケット送信部１１３、アドバタイズパケット送信制御部１１４、判定部１１５、として機能する。
【００１６】
データ取得部１１１は、センサー２から検知結果を示すデータを取得する。例えば、センサー２が温度センサーであれば、計測された温度を示すデータを取得する。
データ取得部１１１は、センサー２からの計測データを取得すると、記憶部１２に格納するとともに、アドバタイズパケット生成更新部１１２に渡す。
【００１７】
アドバタイズパケット生成更新部１１２は、アドバタイズパケットの識別情報フィールドとそれに続く部分にセンサー２から取得した計測データを埋め込み、無線端末装置３へ送信するためのアドバタイズパケットを生成する。
ところで、アドバタイズパケットの構成はBluetooth SIGの仕様書によって図２に示すように定義されている。アドバタイズパケットのペイロード部には、アドバタイザーのアドレスを記述する部分と複数のデータを記述できるアドバタイジングデータの部分とが含まれる。後者には、後続データのデータ長とデータとが記述され、ADTypeが0xFFに対応するAD Data(図２で斜線を付した部分)がユーザの自由にできる部分であり、他の部分は制約がある。そこで、AD Dataの一部をUUIDとセンサー計測データの埋め込み領域として用いることとした。
またアドバタイズパケット生成更新部１１２は、判定部１１５によって、更新が必要であると判定された場合、最新の計測データを埋め込んでアドバタイズパケットを更新する。
【００１８】
アドバタイズパケット送信部１１３は、アドバタイズパケットを無線端末装置３に、所定の周期で通信インターフェース部１３を介して送信する。  データ無線通信装置１が部屋の内部にあり、無線通信可能範囲がその部屋全体であれば、その部屋に存在し且つBLE通信モジュールを備えた無線端末装置３にアドバタイズパケットが送信されることになる。なお、センサー２の種別などに応じて送信周期を調節してもよい。周期を長くすれば送信に伴う消費電力を節減できるからである。
【００１９】
アドバタイズパケット送信制御部１１４は、アドバタイズパケットの送信停止・更新・送信再開を制御する。送信停止のタイミングについては後述する。
【００２０】
判定部１１５は、センサー２から取得した最新の計測データと直前の計測データとを比較し、一致していなければアドバタイズパケットの更新が必要であると判定し、記憶部１２に変化した計測データを書き込む。
【００２１】
次に、無線端末装置３の構成について説明する。
図１に示すように、無線端末装置３は、制御部３１、記憶部３２、通信インターフェース部３３、表示部３４を備える。
【００２２】
制御部３１は、例えばCPUによって構成され、記憶部３２に格納されたプログラムを実行することにより、データ無線通信装置１からのデータを受信して表示する機能などを実現する。記憶部３２は、ROMやRAMから構成され、制御部３１が各種処理を実行するために必要なプログラムやデータを記憶したり、各種処理の実行中にデータを一時的に記憶するための作業領域として用いられたりする。通信インターフェース部３３は、図示しないアンテナを介して、信号の送信及び受信を行う。表示部３４は、例えばパネルディスプレイであり、データ無線通信装置１から受信した各種計測データを表示する。無線端末装置３は、他に操作部やドライバなども適宜備える。
【００２３】
次に、データ無線通信装置１がアドバタイズパケットに乗せて計測データを送信する際の動作を図３に従い説明する。
センサー２からのデータを読み取り、変数V0に読み取った値をセットする（ステップＳ１）。アドバタイズパケットのUUIDに続く領域にV0の値をセットし、アドバタイズパケットを生成する（ステップＳ２）。生成したアドバタイズパケットの送信を開始する（ステップＳ３）。
無線通信可能範囲内にある無線端末装置３が、データ無線通信装置１からのアドバタイズパケットを受信する。無線端末装置３に実装されたアプリが受信したアドバタイズパケットのUUIDを参照して、データ無線通信装置１を識別し、書き込まれた計測データを読取り、画面に表示する。
無線端末装置３は複数のデータ無線通信装置１からアドバタイズパケットを受信した場合、UUIDを参照することによってデータ無線通信装置１を識別できる。
【００２４】
データ無線通信装置１は、所定の周期でセンサー２からデータを取得し、変数V1に取得した値をセットする（ステップＳ４）。
直前に取得済みのデータV0と最新の取得データV1とを比較し、一致しているならば（ステップＳ５でYes）、ステップＳ４へ戻る。
データV0とV1とが一致していないならば（ステップＳ５でNo）、いったんアドバタイズパケットの送信を停止し（ステップＳ６）、アドバタイズパケットのUUIDに続く領域を最新のデータV1で更新する（ステップＳ７）。更新されたアドバタイズパケットの送信を開始し（ステップＳ８）、変数V0の値を変数V1の値で更新する（ステップＳ９）。
図３に示す一連のフローにおいてアドバタイズパケットの送信を停止させ、更新データを生成して再送信している。これは、送信中のアドバタイズパケットの識別情報フィールドを途中で更新することはできないためである。
【００２５】
上記の図３に従い説明した処理フローでは、送信停止は、センサーの変化があった場合にのみ行っている。しかし、所定の間隔（例えば、３０秒、１分など）ごとに送信停止してもよい。先ず停止・判定を行い、必要なら更新して再開するわけである。この処理態様について図４に従い説明する。
【００２６】
センサー２からのデータを読み取り、変数V0に読み取った値をセットし（ステップＳ１）、V0の値をセットしたアドバタイズパケットを生成する（ステップＳ２）。生成したアドバタイズパケットの送信を開始する（ステップＳ１１）。アドバタイズパケットを継続送信する所定間隔をＴとし、ステップＳ１１で変数ｔを０で初期化する。
アドバタイズパケットを送信し（ステップＳ１２）、変数ｔに１を加算する（ステップＳ１３）。ｔがＴ未満であれば（ステップＳ１４でＮｏ）、ステップＳ１２に戻って、アドバタイズパケットの送信を継続する。ｔがＴ以上であれば（ステップＳ１４でＹｅｓ）、いったんアドバタイズパケットの送信を停止する（ステップＳ１５）。センサー２からデータを取得し、変数V1に取得した値をセットする（ステップＳ１６）。
直前のデータV0と最新の取得データV1とを比較し、一致しているならば（ステップＳ１７でYes）、直前のアドバタイズパケットの送信を再開し、変数ｔを０で初期化し（ステップＳ２０）、ステップＳ１２に戻る。
データV0とV1とが一致していないならば（ステップＳ１７でNo）、アドバタイズパケットを最新のデータV1で更新し（ステップＳ１８）、変数V0の値を変数V1の値で更新する（ステップＳ１９）。更新したアドバタイズパケットの送信を開始するとともに、変数ｔを０で初期化し（ステップＳ２０）、ステップＳ１２に戻り送信を継続する。
なお、図４のフローでデータの変化を判定する処理（ステップＳ１７）は省略し、変化の有無にかかわらず、最新の取得データV１でアドバタイズパケットを更新（ステップＳ１８）してもよい。
【００２７】
ここで、本システムの主な特徴をまとめる。
第１の特徴は、コネクション未確立の状態で、アドバタイズパケットのみにセンサーのデータを乗せて定期的に送信することにある。
すなわち、従来のBLEの正当な方式でデータ通信を行う際は、アドバタイズモードからコネクションモードに移行してコネクションを確立しておく必要がある。
これに対し、本システムでは、コネクション未確立の状態でセンサーデータをアドバタイズパケットに埋め込んで送信することができる。
このようにコネクションの確立に伴う信号の送受信が省略されることは、消費電力の低減に資する。
【００２８】
第２の特徴は、アドバタイズパケット送信の停止と再開にある。アドバタイズパケットはペリフェラルを一意に識別する情報を一度送信したならば、通常識別情報を変更してアドバタイズパケット送信しなおすことはない。しかし本システムでは、送信中でも能動的にアドバタイズ信号を停止し、必要に応じてアドバタイズパケットの更新・再送信を行う。
【００２９】
〔変形例〕
図５に示すように、無線端末装置３からインターネットＮ上のサーバ４にデータを送信する変形例が考えられる。
本発明ではデータ無線通信装置１として、センサーにBLE通信機能を追加した小型の機器を想定しており、インターネット通信機能を備えているとは限らない。この場合、センサー２の計測データを無線端末装置３に送信し、無線端末装置３がインターネットＮを介してサーバ４にデータを送信するとよい。サーバ４は任意台数の無線端末装置３から受信した計測データをさまざまな用途に利用することができる。これは本発明のクラウド型活用である。
例えば、高齢者の見守り用途に活用できる。高齢者の居住する部屋にBLE機能を備えた温度センサーを設置し、インターネットに接続可能なタブレットやゲートウェイなどを介して、外出中の家族の携帯端末に対して一定の温度を超えると通知を行うようにする。この通知を見た家族は、高齢者の部屋にあるエアコンの電源を外出先からONにするといったことができる。この時のエアコンのコントロールは、例えばデータ無線通信装置１に備えた赤外線送信LED（図示せず）にリモコン信号を送信することにより行う。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
センサーのデータを迅速かつ低消費電力で携帯電話等に送信することが可能となり、各種センサーからのデータの活用の可能性が広がる。
【符号の説明】
【００３１】
１：データ無線通信装置
１１１：データ取得部
１１２：アドバタイズパケット生成更新部
１１３：アドバタイズパケット送信部
１１４：アドバタイズパケット送信制御部
１１５：判定部
２：センサー
３：無線端末装置
【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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