(57)【要約】 【課題】 多地点の情報を、同一の時間軸上で収集・管理できるセンサネットワークを構築し、設置・運用を容易にすることで、現場における負担を軽減し、多地点で得られたデータの管理・保存や、そこから得られる状況判断情報を、リアルタイムに利活用する。【解決手段】 本発明は、多地点の情報を収集するためのセンサネットワーク構築の、設置・運用で問題となるインフラ(通信・電源)の確保と、それらに付随する設定の煩雑さを排除するため、センサユニットを情報収集・発信に特化し、設定はベースユニットのWebインタフェースで行い、子機へ無線転送することにより解決し、データ収集のみならず収集したデータから、センサユニット内での判断、ベースユニットでの判断・指示等によりセンサユニット、ベースユニットいずれからも各種出力方法を有することで、得られた情報のリアルタイムな利活用を可能とした。【選択図】  図３
2009294814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセンサを接続し、無線でセンサ情報を発信できるセンサユニットと、ひとつまたは複数のセンサユニットが発信するセンサ情報を、無線で受信できるベースユニットからなり、センサユニット設置点及びベースユニット設置点で収集した複数のセンサ情報を、ベースユニットに登録されたセンサユニット固有の識別番号とNTP(Network Time Protocol)やGPS(Global Positioning System)情報を用いて精度を保たれた時刻情報で、分類・管理・保存することで多地点の情報を同一の時間軸上で一元的に取り扱うことができ、かつリアルタイムに判断・判定、外部に通知・指示が可能な仕組みを有するセンサ情報収集システム。
【請求項２】
センサユニット及びベースユニット間の無線通信において、混信回避のためのチャンネル変更や通信の秘匿性を維持するための暗号化の設定などの初期設定及び設定変更をベースユニット上で行い、センサユニットに無線で前記設定情報を転送・登録できる請求項１記載のセンサ情報収集システム。
【請求項３】
ベースユニットに接続したGPSにより、設置・運用に必要な、時間や場所情報の設定を高精度に自動化できる、請求項１記載のセンサ情報収集システム。
【請求項４】
ベースユニットを、インターネット等の広域ネットワークへつながるネットワークへ接続し、広域ネットワーク上に配置したサーバへ取得したセンサ情報を集めることや、ネットワークを介したセンサ情報のダウンロードや設定変更、更には、リムーバブルメディアを利用したデータ回収・設定変更ができる、請求項１記載のセンサ情報収集システム。
【請求項５】
センサユニットに備えた外部出力を、ベースユニットからの指令またはセンサユニット自身の判断で変更できる、請求項１記載のセンサ情報収集システム。
【請求項６】
ベースユニットに条件判断機能を持たせることにより、特定条件下において任意に組み合わせておいたメール送信・データ転送・外部出力切換えなどの処理と、連動することができる請求項１記載のセンサ情報収集システム。
【請求項７】
センサユニットとベースユニット間の無線通信において、通信距離を延長するための中継ユニット(リピータ)を設置することができる、請求項１記載のセンサ情報収集システム。
【請求項８】
センサユニットを、センサ情報の取得・発信に特化して制御することで、センサユニットの省電力化を図り、設置・運用の柔軟性を高めた、請求項１記載のセンサ情報収集システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広域に点在する任意の観測ポイントの情報を簡便に収集し、分析・判断を行い、その結果を広範囲に利活用することを目的としており、そのために必要な運用開始時の設置・設定作業を軽減したセンサネットワークである。
【背景技術】
【０００２】
特定小電力無線を利用した地域センサネットワークや、インターネットを利用した広域センサネットワークなどは従来からあるが、それらを組み合わせ、設置・運用を行うためには、電源の確保や、専門的な無線の知識、ネットワークに関する知識などを広く有す必要があり、専門知識を有さない一般利用者が容易に利用を開始できるものではない。また無線を利用したセンサ部において、外部機器制御を可能とする出力を持つものはない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のセンサ情報収集システムでは、個々のセンサ情報が個別に蓄えられ、利用者自らが回収、整理する手間が発生することから、複数のセンサを多地点に配置し定量的な観測を行うことが困難であった。また、情報回収作業の自動化には何らかの通信インフラが必要となるが、屋外の広範囲をカバーする場合や、既設設備への設置などを考慮すると、配線の必要がない無線方式が有力である。しかし、無線を利用したシステムの構築(安定運用、秘匿性の確保)には専門的な知識を要し、一般的な利用者が安易に利用を開始できるものではない。さらに、電源の確保が難しい屋外環境でも利用しやすいようにセンサユニットの消費電力を軽減する必要性と、収集したデータが比較しやすいように共通の時間軸を導入する必要性がある。これらの問題を解決するため、センサ情報を収集するセンサユニットとセンサユニットが発信するセンサ情報を受け取り、分類・管理するベースユニットに役割を分担し、それぞれの関係を利用することで、総合的に問題を解決する。問題を解決し、多地点を観測するセンサネットワークを構築することで、データ収集のみならず観測対象の異常を知らせる警報発令やその判定をセンサ設置場所に電送して制御を行う自動制御システムなどの実時間対応型システムへも応用できる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
センサ情報を取り込み、情報を発信するセンサユニットと、発信された情報を受信し、識別・分類・分析・記録を行うベースユニットで構成される。センサユニットから発信される情報には、センサユニット固有の識別番号が付加されている。収集したいセンサユニットの識別番号をベースユニットに登録し、センサユニットからのセンサ情報を受信する度に、受信した識別番号が登録されているか(登録されていなければデータを破棄し、未登録番号として登録用の選択肢に加える)を確認し、タイムスタンプの付加とセンサユニット別の処理(記録、監視など)を行うことで、複数台のセンサユニットを利用したセンサネットワークが構築できる。
【０００５】
センサユニットとベースユニット間の通信には、無線を利用するため、混信防止や秘匿性確保が必要であり、混信防止には使用チャンネルの変更、識別番号や各種IDによる排他処理、送信間隔の調整が、秘匿性の確保には通信の暗号化が有効である。これらの設定をベースユニット上で共通して行い、センサユニットへ無線転送できるようにすることで、設定の手間が大幅に軽減できる。また、秘匿性の確保に必要な、暗号化の鍵生成に、ベースユニットが持つ固有の識別番号を用いることで、ベースユニットにセンサユニットの識別番号を設定するだけでも、秘匿性を備えたセンサネットワークの構築が行える。更にユーザが任意に設定した暗号キーを併用することで、より高い秘匿性が得られる。これら施策と０００４の施策を合わせることで、利用する無線規格や仕様には特別な要求がなくなり、単純にデータの受発信ができるだけで良くなる。このため、用途に応じた自由な無線規格の選択が可能になる。
【０００６】
センサユニットは、初期設定情報をベースユニットから受け取る設定モードと通常のセンサ情報の収集、発信を行う運用モードへの切り替えを、電源を投入時の設定切換えスイッチの状態で切り替える方法を採用する。設定モードは、運用開始時や設定変更時にのみ必要なモードであり、ベースユニットで設定した設定情報を無線で受け取り、センサユニットの不揮発性メモリに書き込む動作を行う。運用モードは通常の利用モードであり、起動時に不揮発性メモリに保存された初期設定を読み込み、センサ情報の収集・発信、外部装置の操作・制御を行う。運用モードはセンサ情報の送信動作に加え、受信動作も行う双方向通信モードと、受信動作を行わない一方向通信モードがあり、先に述べた設定モードで受け取る設定情報で切換えを行う。双方向通信モードは、ベースユニットからの指示をいつでもセンサユニットへ伝えることが可能であるため、状況に応じた機器の制御やパラメータの変更が随時可能となる。他方、一方向通信モードは、センサユニットが行う通信動作を送信のみに限定することで受信動作を排除し、消費電力を大幅に減少させるモードである。送信から次の送信までの間歇区間は超低消費電力なタイマ機能を残し無線モジュールの電源断やＣＰＵメインクロックの停止を行うことで、間歇区間の消費電力を大幅に減らすことができる。このため、送信間隔を変えることで、センサユニット全体の消費電力を効果的に調整可能である。また、全ての運用モードにおいて、センサユニット、ベースユニット間で共通のデータフォーマットを持たせることにより、送信データを数字などに限定することで、送信データの圧縮効率を高め、送信時間を短縮することができ、送信に必要な消費電力を軽減する。共通のデータフォーマットは、接続するセンサに合わせてベースステーション上で作成し、設定モードを利用して無線転送することで、センサユニットで取得可能な任意のセンサ情報を扱うことができる。これらの施策により、センサユニットから画面表示機や入力インタフェースを省略しても、高い応用性を維持することができ、消費電力、耐久性の面でも屋外設置での問題を大幅に解決するシステムとなる。
【０００７】
センサユニットの電源は、ソーラーパネルを利用した独立電源と商用電源を排他利用でき、二次電池を内蔵することで、数日間から数ヶ月程度の不日照対応や停電対応を可能とし、０００６で述べた省電力効果と併せ、設置における電源確保の問題を解決する。
【０００８】
ベースユニットには、インターネット(広域ネットワーク)へ接続可能な手段(有線LAN、無線LAN、携帯電話のいずれか)を備え、各種設定の確認、変更や最新のセンサ情報、センサ情報の記録データの確認が、ブラウザを利用して行えるようにWebインタフェースを備える。また、収集データを設定した周期で、リモート環境(データサーバ)へ転送する仕組みや、電子メールに添付して転送する仕組みを備えることで、構築した多地点の地域センサネットワークを束ねた大規模な広域センサネットワークを構築できる。
【０００９】
ベースユニットにリムーバブルメディアを接続する動作に、ベースユニットに保存された記録データをリムーバブルメディアへコピーする動作と、事前にリムーバブルメディア内に準備した設定ファイルをベースユニットへ読み込む動作を連動させることで、リムーバブルメディアを接続するだけの操作で記録データの回収と設定の変更が行えるため、インターネット(広域ネットワーク)への接続が困難な地域においても、容易に運用・データ回収が行える。
【００１０】
インターネット接続を利用したNTPや、GPSモジュールを利用し、ベースユニットの時間を正確に保ち、データ受信時にタイムスタンプを付加することで、多地点で集められたデータが共通の時間軸上に並び、分析・管理の精度を高めることが出来る。また、GPSモジュールから得られる位置情報（緯度、経度、高度）を利用することで、時間と位置の四次元で、目的のデータを一意に特定することができ、広域センサネットワーク構築時のGIS(Geographic Information System)との連携も容易である。センサユニット側の電源事情に問題がなければ、送信時間以外の時間を受信モードとして運用する双方向通信モードを利用することで、ベースユニット側の判断でセンサユニット側にある外部装置の制御が可能となり、例えば接点出力機能を生かしてリアルタイムに空調制御を行うことも可能である。
【発明の効果】
【００１１】
ベースユニットと複数のセンサユニットを用いたセンサネットワークを、簡便に構築できることで、設置・運用コストが大幅に軽減でき、一部の研究機関や工場などでしか導入できなかったような情報収集環境を、一般個人にも提供が可能とした。これにより、行った作業結果を、いつでも時系列データとして客観的に確認できるシステムが、様々な場所で構築できる。これまで、感に頼って行っていた作業のデータ化・可視化が可能となり、作業効率の向上や作業の自動化にもつながる。このことは、特に自然を相手に常に園地で観察を必要とする農業分野などで有効と考えられ、後継者不足に悩む一次産業の活性化、スムーズな世代交代にもつながるものと期待できる。また、ベースユニットをインターネットに代表される広域ネットワークに接続することで、広域で行うマクロな環境観測環境も構築できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、本格的なセンサネットワークが、手軽に利用を開始できることが重要であり、これまで、コスト面や運用上の手間の面から敬遠されてきた様々な分野に導入されることが期待される。特に農業分野においては、これまで代々積み重ねられてきた知恵の数々や経験に基づき、様々な判断を行ってきたが、地球温暖化に代表される急激な環境の変化に伴い、従来の経験からの知識では説明できない現象が数多く発生するようになっている。このため、環境の変化を客観的に捉え、データとして残すニーズが高まりつつある。また、行った作業に対する状況の変化をリアルタイムに数値でフィードバックさせ、行動と結果の比較を続けることも重要であり、蓄積したデータが、各種予防策や作付け作物の選択に影響する可能性も高い。増える兼業農家、国策としての農業の大規模化、大規模農家の育成などでは、常に園地の近くで作物の生育を見守る必要がある。導入初期は、通常の作業を行いながら、気になった時に、データを確認する振り返り動作に始まり、データに基づく状況判断、予防策の実施、作付け作物の選定などに寄与し、最終的には、データの特徴点と作業を結びつけた、的確な警報発令や単純作業の自動化に発展させることで、人が常に園地に張り付く経験に頼った農業から、より工業的な、すなわちデータに基づいた均一かつ安定な生産を目指す、次世代の農業への転換が期待できる。
【実施例】
【００１３】
本発明は、各種センサを接続し、センサ情報を読み取り発信するセンサユニットと、発信された情報を受け取り、登録されたセンサユニット番号に基づき、分類・保存・監視を行うベースユニットで構成されるセンサネットワークである。センサユニットは、センサ・マイコン・無線モジュール・二次電池で構成され、商用電源又はソーラーパネルによる独立電源が組み合わされ、一時的な停電や日射量不足時には、内蔵二次電池がバックアップ電源となり、一定期間の連続稼動を保証する。センサユニット中のマイコンは、初期設定で決められた周期で行うデータ取得、送信時以外は、無線モジュールの電源を切り、次の送信時までマイコン動作も一部機能を停止させるモードを用意し、消費電力を軽減する工夫を施している。また、送信データの圧縮により、送信時間を短くすることでも、消費電力の軽減を図っている。センサユニットの初期設定は、ベースユニットで設定し、センサユニットを設定モードで起動することで、ベースユニットから設定情報を受け取り記録する。こうすることで、センサユニットには、設定用のインタフェースが不要となり、低消費電力化を図ると共に、設定のための煩雑な操作を不要とする。このことによりセンサネットワークに子機を追加する際の手間が大きく省ける。コンパクトなセンサユニットは、防水性の高いケースに収め、温室等どのような環境でも設置・利用できるようにしている。ベースユニットは、RS232Cインタフェース、USBインタフェース、LANインタフェースを備えるマイコンボード、データ記録用不揮発メモリ・無線モジュール・GPSモジュールで構成され、Webインタフェースによる管理画面の提供や、受信情報の識別・分類・分析・記録・転送や警報の発令(メールや接点出力等)を正確な時間管理の下で行うことができる。実際の運用開始に最低限必要な操作は、ベースユニットへセンサユニットの番号を登録するだけである。ベースユニットは、独自に構成したセンサネットワークとIPネットワークの境界に位置し、双方のネットワークに参加できるゲートウェイ機能を有する。このことにより、構成したセンサネットワークを柔軟に、簡便に広域IPネットワーク(インターネット)へ接続することができ、大規模な広域センサネットワークの構築を容易に実現することができる。ベースユニットの不揮発メモリに蓄えられたデータは、Webインタフェースでの確認やダウンロード、リムーバブルメディアを用いたコピー、ネットワークプロトコルを利用した自動転送など、一般に普及している各種方法で取り出すことが可能で、ユーザの運用形態に合わせた利用法が選択できる。設置・運用にかかる制限を大幅に低減させることで  、より多くの場面でセンサネットワークが活用出来ることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】装置構成図(センサユニット)                  無線部「1a」、記憶部「1b」、電源部「1d」は、                  処理部「1c」を通じて連結され、外部のセンサや制御                  対象も処理部の汎用インタフェース「1e」を通じて                  接続される。全ての構成部品を、処理部を通じて連結する                  ことで、利用状況に合わせた細やかな設定変更を可能と                  する。
【図２】装置構成図(ベースユニット)                  無線部「2a」、記憶部「2b」、電源部「2d」は、                  処理部「2c」を通じて連結され、外部のセンサや制御                  対象も処理部の汎用インタフェース「2e」を通じて                  接続される。
【図３】装置構成図(センサネットワーク)                  観測ポイントの情報を収集するための各種センサを接続                  したセンサユニット「3a」、通信を中継する中継ユニット                  「3b」、センサユニットの発した情報を受信し保存、配信                  等を行うベースユニットで構成する。ベースユニットは                  ネットワーク(LAN,WAN)「3d」とつながり、ネットワークを                  介した操作やデータ閲覧を実現する。
【図４】装置構成図(広域センサネットワーク)                  センサネットワーク「4a」をインターネット「4b」へ                  接続することで、インターネット上に存在するデータ収集                  サーバ「4c」へ情報を集めることで、広域センサネット                  ワークを構成する。
【図５】センサネットワークプロトコル階層図                  センサネットワークを構成する無線通信プロトコルは、                  アプリケーション層「5a」、データ処理層「5b」、データ                  リンク層「5c」、物理層「5d」で構成し、本発明は                  アプリケーション層、データ処理層の上位２層における                  施策である。よって物理層で定義される無線規格に                  限定するものはなく、利用環境に応じた任意の選択が                  可能である。データリンク層は、下位の物理層で定義                  される無線ユニットに付随され提供される。                  データ処理層は、秘匿性の重要度に応じて自由に設計                  すれば良く、アプリケーション層で定義される利用可能                  センサも特に限定するものはない。
【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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