(57)【要約】【課題】緊急情報収集指示に対するリアルタイム性を維持した状態で、端末側の電池寿命を延ばす。【解決手段】間欠的に情報を収集する機能と共に、緊急に情報を収集するための指示を出す機能を有する基地局と、当該基地局からの指示に基づいてセンサ情報を収集して基地局に送信する端末とを備えたセンサネットワーク通信モジュールである。前記基地局は、緊急情報収集指示のために割込み信号として制御信号と電力を端末側に送信する割込み通信モジュールを備えた。前記端末は、受信した前記電力で起動され、受信した前記制御信号に基づいて、センサ情報を収集して前記基地局に送信する通信モジュールをアクティブ化させるための制御信号を生成する割込み通信モジュールを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
間欠的に情報を収集する機能と共に、緊急に情報を収集するための指示を出す機能を有する基地局と、
当該基地局からの指示に基づいてセンサ情報を収集して基地局に送信する端末とを備えたセンサネットワーク通信モジュールであって、
前記基地局が、緊急情報収集指示のために割込み信号として制御信号と電力を端末側に送信する割込み通信モジュールを備え、
前記端末が、受信した前記電力で起動され、受信した前記制御信号に基づいて、センサ情報を収集して前記基地局に送信する通信モジュールをアクティブ化させるための制御信号を生成する割込み通信モジュールを備えたことを特徴とするセンサネットワーク通信モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサネットワーク通信モジュールにおいて、
前記基地局及び端末に、これらの間で信号等の送受信を行うアンテナがそれぞれ設けられ、
前記基地局が、通常の間欠受信状態においては前記アンテナは前記通信モジュール側に接続され、緊急情報収集指示のため前記割込み信号の送信において前記割込み通信モジュール側に接続するアンテナ切替器を備え、
前記端末側が、通常の間欠受信の非アクティブ状態においては前記アンテナを前記割込み通信モジュール側に接続し、アクティブ状態においては前記アンテナを前記通信モジュール側に切り替えるアンテナ切替器を備えたことを特徴とするセンサネットワーク通信モジュール。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のセンサネットワーク通信モジュールにおいて、
前記基地局の割込み通信モジュールが、ＲＦＩＤのリーダーライターとしての機能を備え、
前記端末の割込み通信モジュールが、ＲＦＩＤのＩＣタグとしての機能を備えたことを特徴とするセンサネットワーク通信モジュール。
【請求項４】
請求項３に記載のセンサネットワーク通信モジュールにおいて、
前記端末の割込み通信モジュールが、前記基地局の割込み通信モジュールから供給された電力で起動され、出力された制御信号に基づいてその信号レベルを変換して前記通信モジュール側に割込み信号を出力するコンパレータを備えたことを特徴とするセンサネットワーク通信モジュール。
【請求項５】
間欠的に情報を収集する機能と共に、緊急に情報を収集するための指示を出す機能を有する基地局と、
当該基地局からの指示に基づいてセンサ情報を収集して基地局に送信する端末とを備えたセンサネットワーク通信モジュールであって、
前記基地局が、緊急情報収集指示のために割込み信号を端末側に送信するＲＦＩＤのリーダーライターを備え、
前記端末が、受信した前記割込み信号に基づいて、センサ情報を収集して前記基地局に送信する通信モジュールをアクティブ化させるための制御信号を生成するＲＦＩＤのＩＣタグを備えたことを特徴とするセンサネットワーク通信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、センサネットワークにおける端末ノードのバッテリィセービングと共に、リアルタイム情報収集機能を実現したセンサネットワーク通信モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
センサネットワークは、種々のセンサを備えた複数の端末により実現される。センサ端末を分散配置して無線を使ってネットワークにつなぐことで、システムを構築することができる。
【０００３】
このようなセンサネットワークのシステムでは、端末が電池を搭載し、この電池をエネルギー源として処理を行うため、バッテリィセービングが重要である。
【０００４】
このため、従来のセンサネットワークシステムでは、基地局と、電池搭載の端末との間で、種々の方法によってバッテリィセービングが行われている。このバッテリィセービングの方法は、基地局からの下り信号を端末が最初に連続で受信し、自システムの信号を認識すると同時に端末の登録処理を行なった後で、下り信号の同期フレームを、ある間隔を持って受信（間欠受信）することで、システムの同期を実現し、必要により、同期状態から発呼や着呼処理を行い、基地局と端末との間で情報のやり取りを行なっている。
【０００５】
また端末の消費電力を抑えるため下り同期フレームを受信する間隔を長くし、電池による長時間の稼動を可能としている。具体的には身近な無線システムとして構内デジタルコードレスシステムがあるが、下り同期フレームを、約１．２秒間隔で受信し、端末の利用可能時間として、待ち受け約５００時間を実現している。
【０００６】
このようなセンサネットワークシステムとしては特許文献１に記載のものがある。
【非特許文献１】鄭  立  著：ＺｉｇＢｅｅ開発ハンドブック，リックテレコム，第３〜２５頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のような無線システムをセンサネットワークの中で使う場合、即ち、端末の末端に各種センサが取り付けられ、常に情報の収集を行い、収集した情報を端末に蓄積し、一定間隔毎に基地局と情報のやり取りするようなセンサネットワークの中で使う場合、端末は小さく、軽く、長く使うなどの要求に応える必要がある。このために、端末の消費電力を極力抑える必要があるが、消費電力を抑えるためには、システムの間欠受信の間隔を長くする必要があり、それにより情報のやり取りを行なう間隔も長くなってしまう。この結果、消費電力を抑えることを優先させると、端末側が休止している時間帯に緊急事態が発生した場合でも、次の情報のやり取りの時点まで待たなければならず、緊急で情報のやり取りを行ないたい場合に、そのリアルタイム性に欠けるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、間欠的に情報を収集する機能と共に、緊急に情報を収集するための指示を出す機能を有する基地局と、当該基地局からの指示に基づいてセンサ情報を収集して基地局に送信する端末とを備えたセンサネットワーク通信モジュールであって、前記基地局が、緊急情報収集指示のために割込み信号として制御信号と電力を端末側に送信する割込み通信モジュールを備え、前記端末が、受信した前記電力で起動され、受信した前記制御信号に基づいて、センサ情報を収集して前記基地局に送信する通信モジュールをアクティブ化させるための制御信号を生成する割込み通信モジュールを備えたことを特徴とする。
【０００９】
前記構成により、前記端末の割込み通信モジュールは、自己の電力を使用せず、前記基地局の割込み通信モジュールから受信した電力で起動され、受信した前記制御信号に基づいて、前記通信モジュールをアクティブ化させるための制御信号を生成する。
【発明の効果】
【００１０】
前記端末の割込み通信モジュールが、自己の電力を使用せず、前記基地局の割込み通信モジュールから受信した電力で起動され、受信した前記制御信号に基づいて、前記通信モジュールをアクティブ化させるための制御信号を生成するため、緊急情報収集指示に対するリアルタイム性を維持した状態で、端末側の電池寿命を大幅に延ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施形態にかかるセンサネットワーク通信モジュールについて添付図面を基に説明する。センサネットワークは、１つの基地局に対して複数の端末が接続され、各端末で収集したセンサ情報を、定期的に又は必要に応じて不定期に基地局で収集して処理する構成になっている。
【００１２】
［第１実施形態］
以下に、この発明の第１の実施形態について説明する。図１は第１の実施形態に係るセンサネットワーク通信モジュールを示す系統図である。ここでは、センサネットワーク通信モジュールが独立した形で形成された場合を示す。
【００１３】
基地局側コーディネータ（ZC）１は、通信モジュール（ZigBee1）２と、割込み通信モジュール（RFID TX）６と、アンテナ（ANT1）８と、アンテナ切替器（SW1）７とから構成されている。通信モジュール２は、２．４ＧＨｚ帯の送受信機（TRX）３と、制御部（CONT1）４と、外部インタフェース部（IF）５とから構成されている。さらに、外部に電源（Power supply unit）９と情報格納部（Server）１０が接続されている。
【００１４】
これらの構成において、割込み通信モジュール６とアンテナ切替器７以外は、既存の通信モジュールの構成要素と同様である。この既存の通信モジュールに割込み通信モジュール６とアンテナ切替器７が組み込まれている。割込み通信モジュール６は、RFIDのリーダーライターとしての機能を備えており、そのアンテナとして既存の前記アンテナ８を利用している。これにより、RFIDのリーダーライターとしての割込み通信モジュール６が制御信号と電力を、アンテナ８を介して後述する端末側エンドデバイス２１のアンテナ２８に送信して割込み通信モジュール２６を駆動する機能を備えている。この割込み通信モジュール６のアンテナとして既存のアンテナ８を利用するため、アンテナ切替器７を備えている。以上により、通常の基地局側コーディネータ１に、既存のアンテナを利用したRFIDのリーダーライターの機能を組み込んだ構成になっている。後述する基地局側コーディネータ１の全体的な動作は、ここでは制御部４によって制御されている。なお、全体を制御する制御部を別の設ける場合もある。
【００１５】
端末側エンドデバイス（ZED）２１は、通信モジュール（ZigBee2）２２と、割込み通信モジュール（RFID TX）２６と、コンパレータ（Comparator）３０と、アンテナ（ANT2）２８と、アンテナ切替器（SW2）２７と、電池（Battery）３１とから構成されている。通信モジュール２２は、２．４ＧＨｚ帯の送受信機（TRX）２３と、制御部（CONT2）２４と、外部インタフェース部（IF）２５とから構成されている。さらに、外部に人感センサ（Sensor）２９が接続されている。
【００１６】
これらの構成において、割込み通信モジュール２６とアンテナ切替器２７とコンパレータ３０以外は、既存の通信モジュールの構成要素である。この既存の通信モジュールに割込み通信モジュール２６とアンテナ切替器２７とコンパレータ３０が組み込まれている。割込み通信モジュール２６は、RFIDのアンテナ付きＩＣタグとしての機能を備えており、そのアンテナとして既存の前記アンテナ２８を利用している。これにより、RFIDのリーダーライターとしての、基地局側コーディネータ１側の割込み通信モジュール６が、アンテナ８を介して送信した制御信号と電力を、アンテナ２８で受信して割込み通信モジュール２６に送り、受信した電力で割込み通信モジュール２６を駆動し、受信した制御信号に基づいて、通信モジュール２２をアクティブ状態にするための制御信号をコンパレータ３０に出力するようになっている。コンパレータ３０は、割込み通信モジュール２６からの微弱な制御信号に基づいて、制御部２４に通信モジュール２２をアクティブ状態にする割込み信号（INT）を出力するようになっている。この割込み通信モジュール２６のアンテナとして既存のアンテナ２８を利用するため、アンテナ切替器２７を備えている。通信モジュール２２やアンテナ切替器２７等は電池３１で駆動される。制御部２４には内部タイマ(図示せず)が格納され、間欠処理のための時間を制御している。以上により、通常の端末側エンドデバイス２１に、既存のアンテナを利用したRFIDのアンテナ付きＩＣタグの機能を組み込んだ構成になっている。後述する端末側エンドデバイス２１の全体的な動作は、ここでは制御部２４によって制御されている。なお、全体を制御する制御部を別の設ける場合もある。
【００１７】
［動作］
センサネットワークは、例えば１回／Ｈの間隔で各センサから得た情報を基地局側に上げる設定にする。センサネットワークの基地局側から送出される同期フレーム（ビーコン信号）を端末側で受信し、端末の登録処理を行なった後、その端末は間欠受信状態に移行する。基地局側コーディネータ１及び端末側エンドデバイス２１では、制御部４、２４で全体が制御される。
【００１８】
各端末側エンドデバイス２１の制御部２４の内部タイマは、設定時間ごとに１回起動する。具体的には図２に示すように、基地局からセンサ情報収集要求がある時間の少し前（図２においては３０ｍｓ前）に内部タイマにより作動させ、通信モジュール２２をスリープ時電流（非アクティブ時電流）から、アクティブ時電流に変えて通信可能状態にする。この状態で、設定時間待機して、基地局からの要求に応じてセンサ情報を基地局側に送信する。センサ情報の送信が終了すると、通信モジュール２２を非アクティブ時電流に戻して、無駄な電力消費を抑える。
【００１９】
この通常の間欠情報収集モードにおいて、基地局側において緊急に最新情報を入手する必要が生じた場合、その旨の指示が基地局になされる。この場合、図３（ａ）のように、緊急情報収集指示があると、基地局側コーディネータ１の制御部４は、この指示を認識して、アンテナ切替器７を割込み通信モジュール６側（ａ側）に接続し、割込み通信モジュール６を起動させる。割込み通信モジュール６は、図３（ｂ）のように、割込み信号（制御信号と電力）をアンテナ８を介して端末側エンドデバイス２１のアンテナ２８に送信する。次に、図３（ｃ）のように、アンテナ切替器７を通信モジュール２側（ｂ側）に切り替え、端末側からの情報を受信できる状態とする。
【００２０】
一方、端末側では、通常の間欠受信の非アクティブ状態においてはアンテナ切替器２７が割込み通信モジュール２６側（ａ側）にある。これにより、基地局からの緊急情報収集指示である割込み信号（制御信号と電力）を受信した場合、その割込み信号は、アンテナ２８で受信されて割込み通信モジュール２６に送られる。そして、受信した電力で割込み通信モジュール２６が起動され、受信した制御信号に基づいて、図３（ｅ）のように、通信モジュール２２をアクティブ化させるための制御信号が生成されてコンパレータ３０に出力される。コンパレータ３０は、図３（ｆ）のように、微弱な制御信号に基づいて信号レベルを変換して、制御部２４に割込み信号（INT）として出力する。制御部２４は、この割込み信号（INT）を受けて、図３（ｇ）のように、通信モジュール２２をアクティブ状態にして、人感センサ２９により最新のセンサ情報を収集する。次いで、図３（ｈ）のように、アンテナ切替器２７を通信モジュール２２側（ｂ側）に切り替えて、アンテナ２８からセンサ情報を送信する。
【００２１】
基地局側コーディネータ１では、図３（ｄ）のように、アンテナ８を介してセンサ情報を受信して、通信モジュール２の制御部４で処理する。
【００２２】
その後は、通常の間欠状態に戻り、定期的な情報のやり取りを行うために、基地局側コーディネータ１が決められたタイミングで定期的にビーコン信号を送信する。
【００２３】
［効果］
以上のように、第１の実施形態によれば、間欠受信動作が端末側の電池消費を抑えるべく長い間隔で実施されるセンサネットワークシステムにおいて、基地局側コーディネータ１に割込み通信モジュール６とアンテナ切替器７を、端末側エンドデバイス２１に割込み通信モジュール２６とアンテナ切替器２７とコンパレータ３０とを設けることにより、電池消費を抑えつつ、緊急情報収集を自由に行うことが可能となる。即ち、従来は、間欠受信動作のタイミングと緊急情報収集機能をトレードオフの関係で決めなければならなかったものが、独立に設定および選択することが可能となり、センサネットワークシステムの要求に対して、自由に対応することが可能となる。
【００２４】
さらに、端末側エンドデバイス２１の割込み通信モジュール２６は、機能的にはRFIDのアンテナ付きＩＣタグであり、RFIDのリーダーライターである基地局側コーディネータ１の割込み通信モジュール６によって電力が供給されるため、割込み通信モジュール２６に関しては待ち受け時間中は電力を消費せず、緊急情報収集指示に対するリアルタイム性を維持した状態で、端末側エンドデバイス２１の電池寿命を大幅に延ばすことができる。
【００２５】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００２６】
図４は、この発明の第２の実施形態に係るセンサネットワーク通信モジュールを示す系統図である。ここでは、通信モジュールを一つのチップの中で形成する場合を示す。本実施形態に係るセンサネットワーク通信モジュールの各部の機能は、前記第１実施形態に係るセンサネットワーク通信モジュールとほぼ同様である。
【００２７】
基地局側コーディネータ（ZC）４１は、通信モジュール（ZigBee1）３２と、割込み通信モジュール（RFID TX）３６と、アンテナ（ANT1）３８と、アンテナ切替器（SW1）３７とから構成され、外部に電源（Power supply unit）３９と、情報格納部（Server）４０が接続されている。通信モジュール３２は、２．４ＧＨｚ帯の送受信機（TRX）３３と、制御部（CONT1）３４と、外部インタフェース部（IF）３５とで構成されている。
【００２８】
端末側エンドデバイス５１は、通信モジュール（ZigBee2）５２と、割込み通信モジュール（RFID RX）５６と、コンパレータ（Comparator）６０と、およびアンテナ（ANT2）５８と、アンテナ切替器（SW2）５７と、電池（Battery）６１とから構成され、外部に人感センサ（Sensor）５９が接続されている。通信モジュール５２は、２．４ＧＨｚ帯の送受信機（TRX）５３と、制御部（CONT2）５４と、外部インタフェース部（IF）５５で構成されている。
【００２９】
［動作］
まず、センサネットワークとして基地局側からの送出される同期フレーム（ビーコン信号）を端末側で受信し、端末の登録処理を行なった後、端末は間欠受信状態に移行する。
【００３０】
例えば１回／Ｈの間隔でセンサから得た情報を基地局側に上げるシステムにおいて、緊急で基地局側から任意の時間の最新情報を入手したいことが発生した場合、基地局側の通信モジュール３２の中にあるアンテナ切替器３７を割込み通信モジュール３６側（ａ側）に切り替え、制御部３４から割込み通信モジュール３６を起動して割込み信号を送信する。次に、アンテナ切替器３７を２．４ＧＨｚ帯の送受信機（TRX）３側（ｂ側）に切り替え、端末側からの情報を受信できる状態とする。
【００３１】
一方、端末側において間欠受信時の非アクティブ状態では、通信モジュール５２の中にあるアンテナ切替器５７が割込み通信モジュール５６側（ａ側）にあり、基地局からの割込み信号を受信した場合、制御部４４に割込み信号（INT）として通知し、通信モジュール５２をアクティブ状態にして、最新のセンサ情報を収集した後、アンテナ切替器５７を２．４ＧＨｚ帯の送受信機５３側（ｂ側）に切替えて、当該端末に接続された人感センサ５９の最新情報を基地局側へ送出する。
【００３２】
基地局と端末の間で最新情報のやり取りが行なわれた後は、通常の間欠状態に戻り、定期的な情報のやり取りは、決められたタイミングで行われる。
【００３３】
［効果］
以上のように、第２の実施形態によれば、間欠受信動作が端末側の電池消費を抑えるべく、長い間隔で実施されるシステムにおいて、基地局側に割込み通信モジュール３６とアンテナ切替器３７を、端末側に割込み通信モジュール５６とアンテナ切替器５７とコンパレータ６０を、各々、通信モジュールとして一つのチップ内に形成することにより、第１の実施形態と同様の機能を有する基地局及び端末を小さくて軽くすることができ、製造コストを低減することができる。また、端末を長く使うことができるようになる。
【００３４】
従来、間欠受信動作のタイミングや緊急センサ情報収集機能をトレードオフの関係で決めていたものが、独立に設定および選択することが可能となり、センサネットワークシステムの要求に対して、自由に対応することが可能となる。
【００３５】
［変形例］
前記第１の実施形態では、本発明のセンサネットワーク通信モジュールを人感センサネットワークに適用した例を説明したが、システム形態として、他のセンサ（加速度センサ、圧力センサ、温度センサ、光センサ、超音波センサ、赤外線センサ、電流センサ、湿度センサ、磁気センサなど）を使ったシステムにも適用することができる。この場合も、前記各実施形態同様の作用、効果を奏することができる。
【００３６】
前記第２の実施形態では、通信モジュールの中に実現する形態を示したが、基地局及び端末の機能をＬＳＩ化しても良い。ＬＳＩ化することで、各種システムに対応可能なデバイスとして適用することが可能となる。
【００３７】
前記各実施形態では、端末側エンドデバイス２１、５１の割込み通信モジュール２６、５６を、基地局側コーディネータ１、４１の割込み通信モジュール６、３６から電力の供給を受けるＩＣタグで構成したが、基地局側コーディネータ１、４１側からの電力供給を受けずに、ＩＣタグにバッテリーを内臓したタイプのRFIDを用いても良い。また、ＩＣタグは、端末側エンドデバイス２１、５１の電池３１、６１から電力の供給を受ける構成でも良い。この場合も、端末側エンドデバイス２１、５１の割込み通信モジュール２６、５６の消費電力は僅かであるため、この場合も、前記各実施形態同様の作用、効果を奏することができる。
【００３８】
前記各実施形態では、コンパレータ３０、６０を設けたが、割込み通信モジュール６，２６が通信モジュール２、２２をアクティブ化させることができる制御信号を生成できる場合は、コンパレータ３０、６０は設けなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るセンサネットワーク通信モジュールを示す系統図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る端末側エンドデバイスでの消費電流を示すタイムチャートである。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るセンサネットワーク通信モジュールの基地局と端末での動作を示すタイムチャートである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るセンサネットワーク通信モジュールを示す系統図である。
【符号の説明】
【００４０】
１：基地局側コーディネータ（ZC）、２：通信モジュール（ZigBee1）、３：送受信機（TRX）、４：制御部（CONT1）、５：外部インタフェース部（IF）、６：割込み通信モジュール（RFID TX）、７：アンテナ切替器（SW1）、８：アンテナ（ANT1）、９：電源（Power supply unit）、１０：情報格納部（Server）、２１：端末側エンドデバイス（ZED）、２２：通信モジュール（ZigBee2）、２３：送受信機（TRX）、２４：制御部（CONT2）、２５：外部インタフェース部（IF）、２６：割込み通信モジュール（RFID TX）、２７：アンテナ切替器（SW2）、２８：アンテナ（ANT2）、２９：人感センサ（Sensor）、３０：コンパレータ（Comparator）、３１：電池（Battery）、３２：通信モジュール（ZigBee1）、３３：送受信機（TRX）、３４：制御部（CONT1）、３５：外部インタフェース部（IF）、３６：割込み通信モジュール（RFID TX）、３７：アンテナ切替器（SW1）、３８：アンテナ（ANT1）、３９：電源（Power supply unit）、４０：情報格納部（Server）、４１：基地局側コーディネータ、５１：端末側エンドデバイス、５２：通信モジュール（ZigBee2）、５３：送受信機（TRX）、５４：制御部（CONT2）、５５：外部インタフェース部（IF）、５６：割込み通信モジュール（RFID RX）、５７：アンテナ切替器（SW2）、５８：およびアンテナ（ANT2）、５９：人感センサ（Sensor）、６０：コンパレータ（Comparator）、６１：電池（Battery）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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