JP2022007170A - 通信装置、通信プログラム及び通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】通信部への電力供給を制御して、省電力化を図るようにする。
【解決手段】電池ユニットから電力供給を受けて、データ信号を送受信する通信装置２００において、データ信号を間欠的に受信する第１の無線通信手段と、データ信号を送信する第２の無線通信手段と、第１の無線通信手段により受信されたデータ信号を一時的に保持して、所定条件を満たすまで第２の無線通信手段を電源オフにし、所定条件を満たした後、第２の無線通信手段を電源オンにして、保持していたデータ信号を送信させる通信制御手段とを備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、通信装置、通信プログラム及び通信方法に関する。

例えば、センサデータなどの小容量のデータを収集するシステムとして、図１に例示するデータ収集システムがある（特許文献１参照）。このようなデータ収集システムは、データ収集対象に接した状態またはその近傍でデータ収集を行う１又は複数のデータ収集ノード１００と、サーバ３００と、各データ収集ノード１００から受信したデータをサーバ３００に通知するゲートウェイ２００とで構成されることがある。

また、このようなデータ収集システムには、データ収集ノード１００とゲートウェイ２００との間、および、ゲートウェイ２００とサーバ３００との間で、それぞれ無線通信によって接続およびデータの送受信が行なわれることある。この場合、データ収集ノード１００は、一般的に電池で駆動されることが多いため、データ収集ノード１００とゲートウェイ２００との間の通信に省電力な無線通信技術を用い、ゲートウェイ２００は、遠隔のサーバ３００にデータを届けるために、ゲートウェイ２００とサーバ３００との間の通信に、例えば第３世代移動通信システム（３Ｇ）や第４世代移動通信システム（４Ｇ：ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）等）のような移動体通信網を用いることがある。

従来、ゲートウェイ２００は一般的に商標電源など常時供給される電源に接続されることを前提としている。

特開２０１６－１２２３１０号公報

しかしながら、例えば、データ収集ノードと同様に、ゲートウェイが屋外に設置されるような場合、ゲートウェイに商用電源の供給が困難なこともある。その場合、太陽電池や充電池等を組み合わせた電池ユニットをゲートウェイに搭載して供給電力を確保することがある。ゲートウェイの消費電力は比較的大きいので、それを満たす電池ユニットを搭載しようとすると、電池ユニットのサイズや質量が大きくなってしまう。他方、小型の電池ユニットを搭載すると、出力電力量に限りがあり、ゲートウェイの動作時間が短くなってしまうこともある。

そのため、通信部への電力供給を制御して、省電力化を図ることができる通信装置、通信プログラム及び通信方法が求められている。

かかる課題を解決するために、第１の本発明は、電池ユニットから電力供給を受けて、データ信号を送受信する通信装置において、（１）データ信号を間欠的に受信する第１の無線通信手段と、（２）データ信号を送信する第２の無線通信手段と、（３）第１の無線通信手段により受信されたデータ信号を一時的に保持して、所定条件を満たすまで第２の無線通信手段を電源オフにし、所定条件を満たした後、第２の無線通信手段を電源オンにして、保持していたデータ信号を送信させる通信制御手段とを備えることを特徴とする。

第２の本発明は、電池ユニットから電力供給を受けて、データ信号を送受信する通信装置の通信プログラムにおいて、コンピュータを、（１）データ信号を間欠的に受信する第１の無線通信手段と、（２）データ信号を送信する第２の無線通信手段と、（３）第１の無線通信手段により受信されたデータ信号を一時的に保持して、所定条件を満たすまで第２の無線通信手段を電源オフにし、所定条件を満たした後、第２の無線通信手段を電源オンにして、保持していたデータ信号を送信させる通信制御手段として機能させることを特徴とする。

第３の本発明は、電池ユニットから電力供給を受けて、データ信号を送受信する通信方法において、（１）第１の無線通信手段が、データ信号を間欠的に受信し、（２）第２の無線通信手段が、電源制御を受けて、データ信号を送信し、（３）通信制御手段が、第１の無線通信手段により受信されたデータ信号を一時的に保持して、所定条件を満たすまで第２の無線通信手段を電源オフにし、所定条件を満たした後、第２の無線通信手段を電源オンにして、保持していたデータ信号を送信させることを特徴とする。

本発明によれば、通信部への電力供給を制御して、省電力化を図ることができる。

第１の実施形態に係るデータ収集システム（通信システム）の全体構成を示す全体構成図である。 第１の実施形態に係るゲートウェイの内部構成を示す内部構成図である。 第１の実施形態に係る通信制御部における処理を示すフローチャートである。 第１の実施形態において、データ送信処理の際の通信制御部の処理を示すフローチャートである。 従来のデータ収集システムでのデータ通信の動作を説明する説明図である。 第１の実施形態に係るデータ収集システムを適用したデータ通信の動作を説明する説明図である。 第２の実施形態に係るゲートウェイの内部構成を示す内部構成図である。 第２の実施形態において、データ送信処理の際の通信制御部の処理を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係るデータ収集システムを適用したデータ通信の動作を説明する説明図である。

（Ａ）第１の実施形態
以下では、本発明に係る通信装置、通信プログラム及び通信方法の第１の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

（Ａ－１）第１の実施形態の構成
図１は、第１の実施形態に係るデータ収集システム（通信システム）の全体構成を示す全体構成図である。

図１において、第１の実施形態に係るデータ収集システム１は、複数のデータ収集ノード１００、ゲートウェイ２００、サーバ３００を有する。

［データ収集ノード］
データ収集ノード１００は、ゲートウェイ２００と無線接続しており、収集データの最終的な宛先をサーバ３００とした通信信号を、間欠的又は周期的に、ゲートウェイ２００に送信する。データの送信タイミングの割当は、特に限定されず、例えば、データ収集システム１で規定されたタイミングで、各データ収集ノード１００が、間欠的又は周期的に、データ送信するようにしてもよい。

なお、データ収集ノード１００は、例えば、センサを有して、当該センサが計測したセンサデータを送信するセンサ装置や、又は例えば、１又は複数の他のセンサ装置からセンサデータを受信してサーバ３００宛に送信するものであってもよい。いずれにしても、データ収集ノード１００は、小容量のデータを、ゲートウェイ２００を介してサーバ３００宛に送信する。

［ゲートウェイ］
ゲートウェイ２００は、データ収集ノード１００とサーバ３００との間でデータを含む通信信号を送受信する。例えば、ゲートウェイ２００がデータ収集ノード１００からデータを含む通信信号を受信した場合、ゲートウェイ２００は、データ収集ノード１００からのデータを含む通信信号を、上位装置としてのサーバ３００に送信する。

ゲートウェイ２００のハードウェア構成は、既存のゲートウェイと同様に、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＲＲＰＲＯＭ、通信装置等を有する装置を適用でき、ＣＰＵが処理プログラム（例えば、通信プログラムなど）を実行することで実現できる。

図２は、第１の実施形態に係るゲートウェイ２００の内部構成を示す内部構成図である。

図２において、ゲートウェイ２００は、省電力無線通信部２１０、通信制御部２２０、広域無線通信部２３０、太陽電池２４０、電力制御部２５０、充電池２６０を有する。図２において、破線は電力供給を示している。

ゲートウェイ２００は、太陽電池２４０や充電池２６０から電源供給を受けて動作するものであり、商用電源から電力供給が難しい場所にも設置することができる。

また、ゲートウェイ２００は、複数の無線通信手段を備えるものとし、この実施形態では、データ収集ノード１００との間で無線通信する第１の無線通信手段と、サーバ３００との間で無線通信する第２の無線通信手段とを備える場合を例示する。省電力無線通信部２１０は第１の無線通信手段の一例を示しており、広域無線通信部２３０は第２の無線通信手段の一例を示している。なお、３種類以上の無線通信手段を備えるようにしてもよく、それぞれ同じ無線通信方式であってもよいし、又はそれぞれ異なる無線通信方式であってもよい。

［太陽電池、充電池、電力制御部］
電力制御部２５０は、太陽電池２４０からの出力電力を充電池２６０に充電する制御や、充電池に蓄電されている電力を各通信部（省電力無線通信部２１０、広域無線通信部２３０）及び通信制御部２２０へ供給する電力制御を行なう。

なお、ここでは、ゲートウェイ２００に搭載されて、ゲートウェイ２００の各構成要素に駆動電力に寄与する太陽電池２４０や充電池２６０等の電池を「電池部」と呼ぶ。さらに、太陽電池２４０、充電池２６０、電力制御部２５０を「電池ユニット」とも呼ぶ。

［省電力無線通信部］
省電力無線通信部２１０は、アンテナ部２７０を通じて、データ収集ノード１００に対して無線送信したり、データ収集ノード１００から無線受信したりするものである。省電力無線通信部２１０は、電力制御部２５０の制御により、電力が供給されて無線通信を行なう。

省電力無線通信部２１０は、特定小電力無線方式などに代表される無線通信方式を適用することができ、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎなどに代表される無線ネットワーク規格、若しくは、ＩＥＥＥ８０２．１５．４、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線通信方式を適用してもよい。省電力無線通信部２１０及びデータ収集ノード１００には、それぞれネットワーク上で固有のアドレス（例えば、ＭＡＣアドレス、ショートアドレス、ＩＰアドレス等）が割り当てられており、データの送受信を実現することができる。

［広域無線通信部］
広域無線通信部２３０は、アンテナ部２８０を通じて、サーバ３００に対して無線送信したり、サーバ３００から無線受信したりするものである。広域無線通信部２３０は、電力制御部２５０の制御により電力が供給されて無線通信を行なう。

広域無線通信部２３０は、サーバ３００との間で広域無線通信を行なう。無線通信技術は、特に限定されず広く適用することができ、例えば、３Ｇ標準化技術、４Ｇ（ＬＴＥ）標準化技術などを適用できる。広域無線通信部２３０やサーバ３００には、それぞれネットワーク上で固有のアドレス（例えば、ＭＡＣアドレス、ショートアドレス、ＩＰアドレス等）が割り当てられており、データの送受信を実現することができる。

［通信制御部］
通信制御部２２０は、省電力無線通信部２１０、広域無線通信部２３０の通信制御を行なうものであり、データ収集ノード１００から受信したデータを省電力無線通信部２１０から受け取り、そのデータを広域無線通信部２３０に与え、広域無線通信部２３０に対してデータを含む通信信号を送信させる。

図２において、通信制御部２２０は、受信バッファ２２１、データ保持タイマ管理部２２２、電源オフタイマ管理部２２３、電力状態制御部２２４を有する。

受信バッファ２２１は、省電力無線通信部２１０から受け取った、データ収集ノード１００からの１又は複数のデータを一時的に保持するデータ保持部である。各データ収集ノード１００から間欠的又は周期的に受信した各データは、一時的に受信バッファ２２１に保持される。

データ保持タイマ管理部２２２は、受信バッファ２２１にデータが保持されると、所定のタイマ期間のデータ保持タイマの作動を開始し、データ保持タイマがタイムアウトになること（すなわち、データ保持タイマが所定のタイマ期間に達したか否か）を監視するものである。データ保持タイマは、データが保持されていない状態の受信バッファ２２１に、データが保持されるタイミングで計時を開始する。

電源オフタイマ管理部２２３は、広域無線通信部２３０がデータ送信処理を開始し、保持している１又は複数のデータの送信終了後、広域無線通信部２３０の電源をオフにする（電力供給を断つ）ため、所定のタイマ期間の電源オフタイマを計時し、電源オフタイマがタイムアウトになること（すなわち、電源オフタイマが所定のタイマ期間に達したか否か）を監視するものである。

電力状態制御部２２４は、電力制御部２５０が広域無線通信部２３０に対して供給する電力状態を制御して、広域無線通信部２３０のデータ送信処理を制御する。

電力状態制御部２２４の制御方法の詳細な説明は動作の項で行なうが、電力状態制御部２２４は、広域無線通信部２３０の電源状態を監視し、広域無線通信部２３０を常時電源オンとするのではなく、所定のデータ保持タイマがタイムアウトになるか、若しくは、データ保持数の値が閾値以上のときに、広域無線通信部２３０を電源オンとしてデータ送信処理を開始させる。

さらに、電力状態制御部２２４は、保持しているデータの送信終了後、広域無線通信部２３０を電源オフにするための電源オフタイマがタイムアウトすると、広域無線通信部２３０を電源オフにする。すなわち、保持していたデータ送信後、広域無線通信部２３０を電源オフにしてデータ送信処理を停止させる。このように、通信制御部２２０が広域無線通信部２３０の電源状態を制御することで、省電力化を図ることができる。

［サーバ］
サーバ３００は、ゲートウェイ２００との間で通信可能であり、ゲートウェイ２００からデータを含む通信信号を受信するサーバである。サーバ３００は、既存技術のサーバを広く用いることができ、収集したデータを用いて所定の各種処理を実施するものであるが、この実施形態では、サーバ３００の各種機能説明は省略する。

（Ａ－２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態に係るゲートウェイ２００における処理動作を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図３は、第１の実施形態に係る通信制御部２２０における処理を示すフローチャートである。

ゲートウェイ２００において、通信制御部２２０は、省電力無線通信部２１０経由のデータ収集ノード１００からのデータ受信待ち状態にある（Ｓ１０１）。各データ収集ノード１００からのデータが省電力無線通信部２１０により受信されると（Ｓ１０２）、受信された各データは一時的に受信バッファ２２１に保持される（Ｓ１０３）。

次に、通信制御部２２０では、電力状態制御部２２４が、広域無線通信部２３０への電源状態を確認する（Ｓ１０４）。ここで、広域無線通信部２３０は、消費電力が大きいため、通信が発生していない状態では電源が切られているものとするが、広域無線通信部２３０がデータ送信中に、省電力無線通信部２１０からデータを受信した場合には、広域無線通信部２３０が電源オン状態となっていることもある。そこで、電力状態制御部２２４は、各データの受信時に、広域無線通信部２３０の電源状態を確認することとしている。

広域無線通信部２３０が電源オン状態の場合（Ｓ１０４／電源オン状態）、Ｓ１１０に移行して、データ送信処理を行なう（Ｓ１１０）。すなわち、電源オン状態の広域無線通信部２３０は通信中であるため、今回受信したデータを広域無線通信部２３０でデータ送信させ、通信制御部２２０は、広域無線通信部２３０の電源状態を制御する。なお、データ送信処理時の通信制御部２２０による広域無線通信部２３０の電源状態制御方法については後述する。

他方、広域無線通信部２３０が電源オフ状態の場合（Ｓ１０４／電源オフ状態）、Ｓ１０５に移行し、データ保持タイマ管理部２２２でデータ保持タイマの作動状況を確認する（Ｓ１０５）。

データ保持タイマが作動中の場合（Ｓ１０５／作動中）、Ｓ１０７に移行する。ここで、データ保持タイマが作動中の状態は、データ保持タイマの作動開始後であって、タイムアウトするまでのタイマ期間（Ｔ１）内に、データ収集ノード１００から別のデータが受信バッファ２２１に保持されたときをいう。つまり、データ保持タイマの作動開始後に、間欠受信された別のデータが受信バッファ２２１に保持されたとき、データ保持タイマは作動している。

他方、データ保持タイマが停止中の場合（Ｓ１０５／停止中）、データ保持タイマ管理部２２２は所定のタイマ期間（ここでは、「タイマ期間Ｔ１」とする。）のデータ保持タイマを計時開始する（Ｓ１０６）。

電力状態制御部２２４は、受信バッファ２２１に保持されているデータのデータ保持数を確認し、データの保持データ数と閾値（ここでは、閾値の値をＮとする。）とを比較する（Ｓ１０７）。受信バッファ２２１の保持データ数を評価する閾値の値Ｎは、事前に設定されているものとする。

そして、保持データ数が閾値Ｎ以上のとき（Ｓ１０７／ＹＥＳ）、電力状態制御部２２４は電力制御部２５０に対して広域無線通信部２３０への電力供給を指示し、電力制御部２５０の制御により広域無線通信部２３０に電力が供給され、広域無線通信部２３０が電源オンとなる（Ｓ１０９）。

他方、保持データ数が閾値Ｎ未満のとき（Ｓ１０７／ＮＯ）、データ保持タイマがタイマ期間Ｔ１に達してタイムアウトした否かを確認し（Ｓ１０８）、データ保持タイマがタイムアウトしたとき（Ｓ１０８／ＹＥＳ）、電力状態制御部２２４は電力制御部２５０に対して広域無線通信部２３０への電力供給を指示し、電力制御部２５０の制御により、広域無線通信部２３０に電力が供給され、広域無線通信部２３０が電源オンとなる（Ｓ１０９）。

つまり、Ｓ１０７～Ｓ１０９の処理は、受信バッファ２２１の保持データ数が閾値Ｎ以上のとき、若しくは、データ保持タイマがタイムアウトしたとき、電力制御部２５０が広域無線通信部２３０に電力を供給して電源オンとする。

なお、受信バッファ２２１の保持データ数が閾値Ｎ未満であり、かつ、データ保持タイマがタイムアウトしていないとき（Ｓ１０８／ＮＯ）、Ｓ１０１に戻り、繰り返し処理を行なう。

上述したように、受信バッファ２２１の保持データ数が閾値Ｎ以上のとき、若しくは、データ保持タイマがタイムアウトしたとき、広域無線通信部２３０に電力が供給されて電源オンとなると、広域無線通信部２３０は、受信バッファ２２１に保持されているデータのサーバ３００へのデータ送信処理を開始する。

このとき、広域無線通信部２３０によるデータ送信処理が開始すると、通信制御部２２０は、広域無線通信部２３０を電源オフとするため、図４に例示するデータ送信処理時の処理を行なう（Ｓ１１０）。データの送信処理と受信処理は並行して実施され、データ送信処理を開始後はデータ受信待ち状態となる（Ｓ１０１）。

図４は、第１の実施形態において、データ送信処理の際の通信制御部２２０の処理を示すフローチャートである。

広域無線通信部２３０によるデータ送信処理が開始されると、電源オフタイマ管理部２２３で、電源オフタイマの作動状況を確認する（Ｓ２０１）。

そして、電源オフタイマが停止中の場合（Ｓ２０１／停止中）、受信バッファ２２１に保持されているデータが、順次、広域無線通信部２３０に与えられ、広域無線通信部２３０によりデータがサーバ３００に送信される（Ｓ２０３）。他方、電源オフタイマが作動中の場合（Ｓ２０１／停止中）、電源オフタイマを停止（リセット）して（Ｓ２０２）、Ｓ２０３に移行する。

通信制御部２２０では、電力状態制御部２２４が受信バッファ２２１に保持されているデータの保持データ残を確認し（Ｓ２０４）、保持しているデータがなくなるまで、データ送信が繰り返し行なわれる（Ｓ２０４／残あり）。

そして、受信バッファ２２１の保持データがなくなると（Ｓ２０４／残なし）、電源オフタイマ管理部２２３で、所定のタイマ期間（ここでは、「タイマ期間Ｔ２」とする。）の電源オフタイマが計時開始する（Ｓ２０５）。換言すると、受信バッファ２２１に保持されていた全てのデータがデータ送信されたタイミングで、電源オフタイマの作動を開始する。

そして、電源オフタイマがタイマ期間Ｔ２に達するまで、データ送信処理の終了を待機する（Ｓ２０６／ＮＯ）。この状態では、再びデータ送信処理が開始されると、保持データがなくなるまで送信処理が実施され、データがなくなるとデータ送信処理終了待ち状態となる。

他方、電源オフタイマがタイムアウトになると（Ｓ２０６／ＹＥＳ）、電力状態制御部２２４は電力制御部２５０に対して広域無線通信部２３０への電力供給断を指示し、電力制御部２５０の制御により、広域無線通信部２３０に電力供給が断たれ、広域無線通信部２３０が電源オフとなり（Ｓ２０７）、データ送信処理が終了する。

なお、図３のデータ受信処理と図４のデータ送信処理のフローは一例であり、図３及び図４の処理に限定されず、例えば、図３のＳ１０８及び図４のＳ２０５－Ｓ２０６は、データ保持タイマ及び電源オフタイマのそれぞれがタイムアウトになることを示しているが、各タイマの作動管理は並列処理としてもよい。つまり、データ保持タイマは広域無線通信部２３０の電源オンの時間、電源オフタイマは、広域無線通信部２３０の電源オフの時間を計測できれば、各タイマは、並列処理としてもよい。

図５は、従来のデータ収集システムでのデータ通信の動作を説明する説明図であり、図６は、第１の実施形態に係るデータ収集システムを適用したデータ通信の動作を説明する説明図である。

図５及び図６に例示するように、データ収集ノード１００は、受信側の省電力無線通信部２１０の受信タイミングに合わせてデータを送信し、ゲートウェイ２００では、省電力無線通信部２１０が、データ収集ノード１００からのデータを間欠的に受信する。データ収集ノード１００において連続的なデータが発生しても、ゲートウェイ２００では、ある程度の間隔をもってデータを受信する。

なお、データ収集ノード１００で少量の（例えばデータ数が比較的少ない）データを、ある程度の時間間隔をもって定期的に収集して送信する場合も、省電力無線通信部２１０によるデータ受信は、図５及び図６に例示する間欠受信を行なっているか否かに拘わらず、ある程度の間隔をもって受信される。

例えば、図５に例示するように、従来の広域無線通信部は、データ収集ノード１００からデータを受信すると、即時にデータをサーバ３００に送信している。広域無線通信部の消費電力は大きく、データ収集ノード１００からのデータ受信時に、サーバ３００へのデータ送信のために、広域無線通信部へ電力供給して電源オンとすると、サーバ３００へのデータ送信が完了するまでの間、広域無線通信部が電源オン状態のままとなってしまい、消費電力が大きくなってしまう。

このとき、広域無線通信部のデータ送信後に、広域無線通信部の電源をオフにすることも考えられるが、データ収集ノード１００からのデータ受信タイミングによっては、かえって消費電力が大きくなってしまうことが生じ得る。

そこで、第１の実施形態では、図６に例示するように、データ収集ノード１００から受信したデータを即時送信するのではなく、通信制御部２２０が、受信データを一時的に保持して、その間、広域無線通信部２３０への電力供給をせず電源オフとする。そして、保持データ数が閾値以上、若しくは、データ保持タイマがタイムアウトすると、広域無線通信部２３０へ電力供給して電源オンにして、広域無線通信部２３０がサーバ３００へのデータ送信を開始するようにする。このとき、保持しているデータがある場合は、次の受信を待つことなく順次連続してデータ送信を開始することができる。

さらに、保持データの送信後、所定時間経過すると、広域無線通信部２３０への電力供給を断ち電源オフとすることで、電源オン期間を短くすることができる。

（Ａ－３）第１の実施形態の効果
以上のように、第１の実施形態によれば、ゲートウェイ（通信装置）は、受信したデータを即時送信するのではなく一時的にデータを保持し、保持データ数がある程度たまるか、若しくは、所定時間経過するまで、広域無線通信部２３０を電源オフとし、その後、広域無線通信部２３０へ電力供給して電源オンとして、データを順次送信することができる。その結果、同じデータ数であれば、広域無線通信部２３０の電源オン時間を短くすることができ、ゲートウェイ２００とサーバ３００との間で、より省電力に通信することができる。

（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明に係る通信装置、通信プログラム及び通信方法の第２の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

（Ｂ－１）第２の実施形態の構成
第２の実施形態に係るデータ収集システム（通信システム）は、第１の実施形態の図１に示すデータ収集システム１と同じ構成であり、第２の実施形態でも図１を用いて説明する。

図７は、第２の実施形態に係るゲートウェイ２００Ａの内部構成を示す内部構成図である。

図７において、第２の実施形態に係るゲートウェイ２００Ａは、基本的には、第１の実施形態のゲートウェイ２００と同じ構成であるが、通信制御部２２０Ａによるデータ送信処理が、第１の実施形態のデータ送信処理と異なるので、第２のデータ送信処理を中心に説明する。

通信制御部２２０Ａは、受信バッファ２２１、データ保持タイマ管理部２２２、電源オフタイマ管理部２２３、電力状態制御部２２４、送信バッファ２２５を有する。

電力状態制御部２２４は、第１の実施形態で説明した処理に加えて、データ送信処理の際に、受信バッファ２２１に保持されている保持データ列の１つのデータを取り出して、コピーしたデータを送信バッファ２２５に保持する。電力状態制御部２２４は、送信バッファ２２５にデータを追加したときに、送信バッファ２２５に保持されている送信バッファ保存データ数を記憶する。そして、送信バッファ２２５に保存されている送信バッファ保存データ数と予め設定した閾値とを比較して、送信バッファ保持データ数が閾値以上のときに、送信バッファ２２５に保持されているデータを広域無線通信部２３０に与えて送信させる。

送信バッファ２２５は、受信バッファ２２１に保持されている保持データ列から取り出されて、コピーされたデータを保持する送信データ保持部である。

広域無線通信部２３０は、送信バッファ２２５に保持されている複数のデータをまとめてサーバ３００に送信する。

（Ｂ－２）第２の実施形態の動作
次に、第２の実施形態に係るゲートウェイ２００Ａにおける処理動作を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図８は、第２の実施形態におけるデータ送信処理の際の通信制御部２２０Ａの処理を示すフローチャートである。

第２の実施形態のゲートウェイ２００Ａは、第１の実施形態の図３に例示する処理を行ない、図３のＳ１１０のデータ送信処理で、図８に例示する処理を行なう。

広域無線通信部２３０によるデータ送信処理が開始されると、電源オフタイマ管理部２２３で、電源オフタイマの作動状況を確認する（Ｓ２０１）。電源オフタイマが停止中の場合（Ｓ２０１／停止中）、Ｓ３０１に移行し、電源オフタイマが作動中の場合（Ｓ２０１／停止中）、電源オフタイマを停止（リセット）して（Ｓ２０２）、Ｓ３０１に移行する。

第２の実施形態においても、データ収集ノード１００からデータを受信すると、即時送信せず、受信バッファ２２１に保持されている保持データ列から１つのデータを取り出し、当該データをコピーして、送信バッファ２２５に追加保存（Ｓ３０１）する。このとき、電力状態制御部２２４は、送信バッファ保存データ数を記憶する（Ｓ３０２）。

次に、電力状態制御部２２４は、受信バッファ２２１に保持データが残っているか否かを確認し（Ｓ３０３）、受信バッファ２２１に保持データがない場合、Ｓ３０５に移行する。また、受信バッファ２２１に保持データが残っているときには（Ｓ３０３／残あり）、Ｓ３０４に移行する。

Ｓ３０４では、送信バッファ２２５に保持されている送信バッファ保存データ数と閾値とを比較し（Ｓ３０４）、送信バッファ保存データ数が閾値未満の場合（Ｓ３０４／閾値未満）、データ送信処理を終了する。他方、送信バッファ保存データ数が閾値以上の場合（Ｓ３０４／閾値以上）、Ｓ３０５に移行する。

ここで、送信バッファ保存データ数を判断する閾値は、広域無線通信部２３０に対して、まとめて送信させるデータ数の最小値に関する値である。この閾値の値は、送信バッファ２２５のバッファサイズに応じて設定することができ、閾値の値が大きくなるほど、送信バッファ２２５でのデータ保持期間が長くなり、広域無線通信部２３０の電源オン期間を短くすることができる。例えば、閾値の値を「２」とすると、送信バッファ２２５に２個以上のデータが保持されている場合に、Ｓ３０５に移行して、送信バッファ２２５に保持されているデータが広域無線通信部２３０により送信される。他方、送信バッファ２２５に１個のデータが保持されて場合には、データ送信処理が終了する。

また、Ｓ３０４で送信バッファ保存データ数が閾値（例えば、閾値の値＝「２」とする。）未満の場合、データ送信処理は終了するが、その後、処理は戻り、図８のＳ３０１で、受信バッファ２２１に保持されているデータが、さらに送信バッファ２２５に追加保存されることになる。このとき、送信バッファ２２５に先に保持されているデータの最後（最終ビット）に続いて新たな保持データが保持されて追加される。また、電力状態制御部２２４は、送信バッファ保存データ数を「２」と記憶する。

Ｓ３０３で受信バッファ２２１に保持データ列が残っていない場合、若しくは、Ｓ３０４で送信バッファ２２５に保持データ数が閾値以上の場合、広域無線通信部２３０により、送信バッファ２２５に保持されているデータがサーバ３００に送信される（Ｓ３０５）。このとき、送信バッファ２２５に複数の保持データが保存されている場合、広域無線通信部２３０が、複数のデータをまとめてサーバ３００に送信する。

広域無線通信部２３０によるデータ送信後、送信バッファ２２５が空になるため、電力状態制御部２２４は送信バッファ保存データ数を「ゼロ」にリセットし（Ｓ３０６）する。

その後、第１の実施形態と同様に、電源オフタイマの作動を開始させて（２０５）、電源オフタイマがタイムアウトすると（Ｓ２０６）、データ送信処理は終了する。

ゲートウェイ２００Ａから複数のデータをまとめられて送信されたデータは、サーバ３００に受信される。ここで、サーバ３００側では、受信したデータについて、データのデータサイズや、データとデータとの境界等の情報を解析して、個々のデータに分解することが可能である。例えば、受信データ全体のデータサイズが示されていて、かつ、個々のデータの先頭にそのデータのデータサイズが示されている場合、データサイズに基づいて1つ分のデータを切り出し、残りのデータの先頭からデータサイズを求め、データサイズに基づいて1つ分のデータを切り出すということを全体のデータサイズに達するまで繰り返す方法がある。

図９は、第２の実施形態に係るデータ収集システムを適用したデータ通信の動作を説明する説明図である。

図９に例示するように、第２の実施形態においても、ゲートウェイ２００Ａは、データ収集ノード１００からデータを受信しても、即時送信せず、データを保持する。そして、保持しているデータがある程度たまるか、若しくは、所定期間経過後、広域無線通信部２３０へ電力供給されて電源オンにし、サーバ３００へのデータ送信を開始する。

ここで、第２の実施形態の場合、受信バッファ２２１に保持されているデータを送信バッファ２２５にコピーして保存していき、送信バッファ保存データ数が閾値以上となった場合に、広域無線通信部２３０が、送信バッファ２２５に保持されている複数のデータをまとめて送信する。図９の例示では、送信バッファ保存データ数の閾値の値を「２」としており、広域無線通信部２３０が１回の送信処理で、２個のデータを一度に送信することができる。

したがって、第１の実施形態の図６に比べて、複数のデータをまとめて送ることにより、同じデータ量をより短時間で送信完了することができ、広域無線通信部２３０の電源オン時間をより短くすることができるため、ゲートウェイ２００Ａとサーバ３００との間でさらに省電力に通信することができる。

なお、図９では、送信バッファ保存データ数の閾値の値を「２」とした場合を例示しているが、ゲートウェイ２００Ａにおいて確保できる送信バッファサイズに応じて閾値の値を「３」以上とすることも可能であり、よりデータ数が多い場合には、閾値の値「２」の場合と比較して、さらに広域無線通信部２３０の電源オン時間を短縮することができる。

（Ｂ－３）第２の実施形態の効果
以上のように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態で説明した効果に加えて、送信バッファ保存データ数の閾値に応じて複数のデータをまとめて送ることにより、同じデータ量をより短時間で送信完了することができ、広域無線通信部２３０の電源オン時間をより短くすることができるため、ゲートウェイ２００Ａとサーバ３００との間でさらに省電力に通信することができる。

（Ｃ）他の実施形態
上述した第１及び第２の実施形態においても種々の変形実施形態を言及したが、本発明は、以下の変形実施形態にも適用できる。

（Ｃ－１）上述した第２の実施形態の動作では、第１の実施形態の図３の処理を行なう場合を例示したが、次のような変形例を適用できる。

第２の実施形態において、データ保持タイマのタイマ期間Ｔ１の値、受信バッファ２２１の保持データ数の閾値Ｎの値、電源オフタイマのタイマ期間Ｔ２の値を、それぞれ「ゼロ」としてもよい。

例えば、図３のＳ１０６のデータ保持タイマのタイマ期間Ｔ１の値を「ゼロ」とするか、及び又は、図３のＳ１０７の受信バッファ２２１の保持データ数の閾値Ｎの値を「ゼロ」とし、データ収集ノード１００からデータ受信直後にデータ送信を開始するようにしてもよい。さらに、図８のＳ２０５の電源オフタイマのタイマ期間Ｔ２の値を「ゼロ」とし、広域無線通信部２３０がデータ送信直後に、広域無線通信部２３０を電源オフとしてもよい。この場合、図８のＳ２０１及びＳ２０２の処理を省略するようにしてもよい。

データ収集ノード１００から短期間に多くのデータをゲートウェイ２００Ａが受信する場合、第２の実施形態で示した複数のデータを、１回の送信で送信する動作により短時間で全データの送信を完了することができ、省電力効果が期待できる。

さらに、単一のデータ収集ノード１００からデータ送信頻度が多くない場合でも、複数のデータ収集ノード１００がゲートウェイ２００Ａに接続されている場合には、短期間に多くのデータを受信する場合があり、同様の効果が得られる。

（Ｃ－２）第１及び第２の実施形態において、通信制御部２２０又は２２０Ａは、データ収集ノード１００から受信したデータ値と、データ値の異常値又は正常値の判定結果を示す情報（以下、「状態判定フラグ」とも呼ぶ。）に基づいて、データ保持タイマのタイマ期間Ｔ１の値、及び又は、受信バッファ２２１の保持データ数の閾値Ｎの値を変更するようにしてもよい。

例えば、データ収集ノード１００がセンサデータをサーバ３００宛に送信するものとする。センシング対象に異常が発生し、センサデータの値が、正常状態で取り得る範囲を超える値（異常値）となった場合、ゲートウェイ２００又は２００Ａは、即座に、サーバ３００にデータ送信することが要求され得る。

そのような場合、通常時においては、データ保持タイマのタイマ期間Ｔ１の値、及び又は、受信バッファ２２１の保持データ数の閾値Ｎの値を、非ゼロの値とする。この場合、第１又は第２の実施形態で例示したように、広域無線通信部２３０が遅延送信でデータ送信することができ、省電力を図ることができる。

他方、異常時に、通信制御部２２０又は２２０Ａが、データ保持タイマのタイマ期間Ｔ１の値、及び又は、受信バッファ２２１の保持データ数の閾値Ｎの値を、「ゼロ」に変更する。そうすると、広域無線通信部２３０が、データ収集ノード１００から受信したデータを即時送信できるようになる。

ここで、センサデータ値が異常値であるか又は正常値であるかの判定方法は、様々な方法をとることができる。

例えば、ゲートウェイ２００又は２００Ａが、データ収集ノード１００からのセンサデータ値を読み取って直接判定してもよい。この場合、例えば、正常状態に取り得る範囲に関する情報をゲートウェイ２００又は２００Ａに事前に記憶させておき、通信制御部２２０又は２２０Ａが、この情報と今回受信のデータ値とを比較して判断するようにしてもよい。又例えば、通信制御部２２０又は２２０Ａが、間欠的に受信されるデータ値を蓄積していき、過去のデータ値の履歴情報を用いて統計処理を行ない、その統計結果を利用して、今回受信したデータ値が正常状態の値の範囲を超えていることを判断するようにしてもよい。

そして、通信制御部２２０又は２２０Ａは、状態判定フラグに基づいて、センサデータ値が正常値又は異常値であることを知ることができ、異常値のときに、データ保持タイマのタイマ期間Ｔ１の値、及び又は、受信バッファ２２１の保持データ数の閾値Ｎの値を、「ゼロ」に変更するようにしてもよい。

また例えば、データ収集ノード１００がセンサデータ値を判定して異常値と判断するようにしてもよい。この場合も、データ収集ノード１００は、上述した例と同等の異常判定方法を適用できる。そして、データ収集ノード１００は、センサデータ値とともに、データ値が正常であるか又は異常であるかの判定結果を示す状態判定フラグを、ゲートウェイ２００又は２００Ａに送信する。

これを受信したゲートウェイ２００又は２００Ａは、状態判定フラグに基づいて、センサデータ値が正常値又は異常値であることを知ることができ、異常値のときに、通信制御部２２０又は２２０Ａが、データ保持タイマのタイマ期間Ｔ１の値、及び又は、受信バッファ２２１の保持データ数の閾値Ｎの値を、「ゼロ」に変更するようにしてもよい。

１…データ収集システム（通信システム）、２００及び２００Ａ…ゲートウェイ、２１０…省電力無線通信部、２２０及び２２０Ａ…通信制御部、２３０…広域無線通信部、２４０…太陽電池、２５０…電力制御部、２６０…充電池、
２２１…受信バッファ、２２２…データ保持タイマ管理部、２２３…電源オフタイマ管理部、２２４…電力状態制御部、２２５…送信バッファ、
１００…データ収集ノード、３００…サーバ、

従来、ゲートウェイ２００は一般的に商用電源など常時供給される電源に接続されることを前提としている。

かかる課題を解決するために、第１の本発明は、電池ユニットから電力供給を受けて、データ収集装置から受信したデータ信号をデータ処理装置に送信する通信装置において、（１）データ収集装置からデータ信号を間欠的又は周期的に受信する第１の無線通信手段と、（２）データ処理装置にデータ信号を送信する第２の無線通信手段と、（３）第１の無線通信手段により受信されたデータ信号を一時的に保持して、所定条件を満たすまで第２の無線通信手段を電源オフにし、所定条件を満たした後、第２の無線通信手段を電源オンにして、保持していたデータ信号を送信させる通信制御手段とを備えることを特徴とする。

第２の本発明は、電池ユニットから電力供給を受けて、データ収集装置から受信したデータ信号をデータ処理装置に送信する通信装置の通信プログラムにおいて、コンピュータを、（１）データ収集装置からデータ信号を間欠的又は周期的に受信する第１の無線通信手段と、（２）データ処理装置にデータ信号を送信する第２の無線通信手段と、（３）第１の無線通信手段により受信されたデータ信号を一時的に保持して、所定条件を満たすまで第２の無線通信手段を電源オフにし、所定条件を満たした後、第２の無線通信手段を電源オンにして、保持していたデータ信号を送信させる通信制御手段として機能させることを特徴とする。

第３の本発明は、電池ユニットから電力供給を受けて、データ収集装置から受信したデータ信号をデータ処理装置に送信する通信方法において、（１）第１の無線通信手段が、データ収集装置からデータ信号を間欠的又は周期的に受信し、（２）第２の無線通信手段が、データ処理装置にデータ信号を送信し、（３）通信制御手段が、第１の無線通信手段により受信されたデータ信号を一時的に保持して、所定条件を満たすまで第２の無線通信手段を電源オフにし、所定条件を満たした後、第２の無線通信手段を電源オンにして、保持していたデータ信号を送信させることを特徴とする。

Claims (7)

1. 電池ユニットから電力供給を受けて、データ信号を送受信する通信装置において、
   データ信号を間欠的に受信する第１の無線通信手段と、
   データ信号を送信する第２の無線通信手段と、
   前記第１の無線通信手段により受信された前記データ信号を一時的に保持して、所定条件を満たすまで前記第２の無線通信手段を電源オフにし、所定条件を満たした後、前記第２の無線通信手段を電源オンにして、保持していた前記データ信号を送信させる通信制御手段と
   を備えることを特徴とする通信装置。
2. 前記通信制御手段が、
   前記第１の無線通信手段により受信された前記データ信号を保持する受信データ保持部と、
   前記受信データ保持部の前記データ信号の保持データ数が第１の閾値以上、若しくは、前記データ信号の前記受信データ保持部へのデータ保持時間が所定の第１の時間に達したとき、電源オフにしていた前記第２の無線通信手段を電源オンにする電力状態制御部と
   を有することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記受信データ保持部に保持される前記データ信号が、前記第２の無線通信手段により送信され、前記受信データ保持部の前記保持データ数が無くなると、前記電力状態制御部が、所定の第２の時間経過後に、前記第２の無線通信手段を電源オフにすることを特徴とする請求項１又は２に記載の通信装置。
4. 前記通信制御手段が、送信データ保持部を有し、
   前記電力状態制御部が、前記第２の無線通信手段の電源オン後、前記受信データ保持部の前記データ信号の複製を、順次、前記送信データ保持部に保持させ、前記受信データ保持部の前記保持データ数が無くなる、若しくは、前記送信データ保持部の保持データ数が第２の閾値以上となると、前記送信データ保持部の複数のデータ信号を連結したデータ信号を前記第２の無線通信手段に送信させる
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の通信装置。
5. 前記通信制御手段が、受信した前記データ信号と、当該データ信号の値を判定した状態判定情報に基づいて、前記受信データ保持部の前記保持データ数に関する前記第１の閾値、及び又は、前記受信データ保持部の前記データ保持時間に関する前記第１の時間の値を可変することを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
6. 電池ユニットから電力供給を受けて、データ信号を送受信する通信装置の通信プログラムにおいて、
   コンピュータを、
   データ信号を間欠的に受信する第１の無線通信手段と、
   データ信号を送信する第２の無線通信手段と、
   前記第１の無線通信手段により受信された前記データ信号を一時的に保持して、所定条件を満たすまで前記第２の無線通信手段を電源オフにし、所定条件を満たした後、前記第２の無線通信手段を電源オンにして、保持していた前記データ信号を送信させる通信制御手段と
   して機能させることを特徴とする通信プログラム。
7. 電池ユニットから電力供給を受けて、データ信号を送受信する通信方法において、
   第１の無線通信手段が、データ信号を間欠的に受信し、
   第２の無線通信手段が、電源制御を受けて、データ信号を送信し、
   通信制御手段が、前記第１の無線通信手段により受信された前記データ信号を一時的に保持して、所定条件を満たすまで前記第２の無線通信手段を電源オフにし、所定条件を満たした後、前記第２の無線通信手段を電源オンにして、保持していた前記データ信号を送信させる
   ことを特徴とする通信方法。
   

Images