JP7642579B2 - 通信装置、通信方法、プログラムおよび通信システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、通信装置、通信方法、プログラムおよび通信システムに関する。

ネットワーク上の複数の通信装置（ノード）から、各通信装置に接続されるセンサで取得されたセンサデータを収集する通信システムが提案されている。このような通信システムでは、センサデータの取得タイミング（センシングタイミング）の同期などのために、各装置の時刻を同期させる制御が必要になる場合がある。

例えば、ＧＰＳ（全地球測位システム）の受信機能を各通信装置に持たせる技術、および、ＩＥＴＦ ＲＦＣ５９０５（ＮＴＰ：Network Time Protocol）などに基づき絶対時刻を配布する技術が提案されている。

特許第５８４９８２９号公報

D. Mills et al.、"RFC 5905、Network Time Protocol Version 4: Protocol and Algorithms Specification" ［online］、June 2010、retrieved from the Internet: <URL:http://www.ietf.org/rfc/rfc5905.txt> T. Mizrahi et al.、"RFC 7822、Network Time Protocol Version 4 (ＮＴＰv4) Extension Fields" ［online］、March 2016、retrieved from the Internet: <URL:http://www.ietf.org/rfc/rfc7822.txt>

しかしながら、従来技術では、時刻を同期するための機能が複雑になる問題があった。例えば、ＧＰＳを用いる技術では、必ずしもセンサの設置場所でＧＰＳが利用可能とは限らず、消費電力も増加する。絶対時刻を配布する技術では、制御トラフィックが増加することにより消費電力が増加するとともに、絶対時刻を管理するための追加のメモリおよび制御が通信装置内に必要になる。

実施形態の通信装置は、取得部と、通信制御部と、算出部と、設定部と、を備える。取得部は、１つ以上の電子機器から出力された出力データと、電子機器が管理する現在時刻情報と、を電子機器から取得する。通信制御部は、通信タイミングを示す番号を同期する通信方式によりサーバ装置と通信し、出力データを、サーバ装置に送信する。算出部は、基準となる番号を示す基準番号に基づいて、現在時刻情報を補正した補正時刻情報を算出する。設定部は、算出された補正時刻情報を電子機器に設定する。

本実施形態の通信システムの構成図。 コンセントレータの機能ブロック図。 センサデータのデータ構造の一例を示す図。 実時間と時分割多重方式のタイムスロットとの関係を示す図。 ノードの機能ブロック図。 データロガー制御部の機能ブロック図。 時刻補正処理のフローチャート。 実時間と時分割多重方式のスロットフレームとの関係を示す図。 実時間と時分割多重方式のスロットフレームとの関係を示す図。 実時間と時分割多重方式のスーパーフレームとの関係を示す図。 実施形態にかかる装置のハードウェア構成図。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる通信装置、通信方法、プログラムおよび通信システムの好適な実施形態を詳細に説明する。

本実施形態にかかる通信システムは、タイミングを制御するための基準となる基準番号をコンセントレータ（通信装置のセンサデータを収集する装置の一例）から配布する。通信装置は、基準番号に基づいて処理のタイミング（センサデータの取得タイミングなど）を決定する。また、通信装置は、基準番号を用いて、センサデータの取得に用いられる電子機器の時刻を補正（調整）する。

基準番号は、例えば、毎正時を表す番号に相当する。通信装置は、現在が何時であるかは把握できなくても、毎正時からの経過時間は把握することができる。通信装置は、電子機器に対して定期的に現在時刻を問い合わせ、経過時間を参照して現在時刻を補正する。これにより、ＮＴＰなどにより絶対時刻を管理する必要がなく、より簡易な構成により電子機器の時刻を調整可能となる。

以下では、データロガー（電子機器の一例）から出力されたセンサデータ（出力データの一例）を収集する通信システムの例を主に説明する。適用可能な通信システムはこれに限られるものではなく、電子機器および出力データは、どのような機器およびデータであってもよい。例えば通信システムは、データロガーを介さずにセンサ（電子機器の一例）から出力されたセンサデータを収集するように構成されてもよい。また例えば、以下のような出力データが用いられてもよい。
・電子機器に内蔵または接続される電池の電圧を示す電圧データ
・電子機器が有するＧＰＳ受信機能により得られる緯度データおよび経度データ
・あるデータ（センサデータ）の変動が大きくなったことを示す警告データ

図１は、本実施形態の通信システムの構成例を示す図である。図１に示すように、本実施形態の通信システムは、コンセントレータ２００（サーバ装置の一例）と、複数のノード１００_１～１００_１３（通信装置の一例）と、を備えている。

複数のノード１００_１～１００_１３は、それぞれ、データロガーを介して接続されるセンサ（または内蔵されるセンサ）により取得されたセンサデータをコンセントレータ２００に送信する。複数のノード１００_１～１００_１３は同様の構成とすることができるため、区別する必要がない場合は単にノード１００という場合がある。ノード１００の個数は１３に限られず、いくつであってもよい。

コンセントレータ２００は、複数のノード１００のそれぞれから送信されたセンサデータを集約する装置（集約装置）である。

コンセントレータ２００とノード１００_１～１００_１３とは、無線マルチホップネットワークを構成する。無線マルチホップネットワーク内の通信は、例えば時分割多重方式で制御される。無線通信方式は、どのような方式でもよいが、例えばＩＥＥＥ ８０２．１１、および、ＩＥＥＥ ８０２．１５．４などの無線通信方式を適用できる。

コンセントレータ２００は、無線マルチホップネットワークに加えて、ネットワーク３００に接続されてもよい。ネットワーク３００は、どのようなネットワーク形態であってもよいが、例えば、インターネットのような広域ネットワーク、広域の閉域ネットワーク、または、企業内ネットワークなどのローカルネットワークである。

コンセントレータ２００とネットワーク３００との間の接続は、イーサネット（登録商標）ケーブルまたは光ファイバ等を用いた有線接続でもよいし、携帯電話網または衛星回線を用いた無線接続でもよい。ネットワーク３００への接続は必須ではなく、コンセントレータ２００とノード１００_１～１００_１３とにより構成される無線マルチホップネットワークのみで通信システムが構成されてもよい。

なお、ネットワーク３００は、例えば複数のコンセントレータ２００からセンサデータを収集し、収集したセンサデータを用いた処理を実行するサーバ装置などに接続されてもよい。

ここで、本実施形態の通信システムによるタイミング制御の概要を説明する。

コンセントレータ２００は、センサデータを取得するタイミング（取得タイミング）を算出するための基準時刻に対応する基準番号（基準時刻情報）を、無線マルチホップネットワーク上に送信する。基準番号は、時分割多重方式により同期される、通信タイミングを示す番号のうち基準とする番号である。時分割多重方式としては、例えば、ＴＳＣＨ（Time-Slotted Channel Hopping）などが適用できる。通信タイミングを示す番号は、例えば、タイムスロット番号（ＡＳＮ：Absolute Slot Number）、スロットフレーム番号、および、スーパーフレーム番号などである。基準番号は、例えば、毎正時（午前０時００分を含む、以降１時間ごと）に対応する番号として決定される。以下では、基準番号が毎正時に対応する番号である場合を例に説明する。

各ノード１００には、少なくともセンサデータの取得間隔が事前に設定されている。ノード１００は、コンセントレータ２００から送信された基準番号、ノード１００自身が管理する現在の番号、および、センサデータの取得間隔、の３つの値から、センサデータの次の取得タイミングを決定する。

このような動作を複数のノード１００それぞれに実行させることで、各ノード１００によりセンサデータの取得タイミングを制御できるようになる。すなわち、センサデータの取得タイミングを、複数のセンサ間で同期させることも可能となる。また、ノード１００は、絶対時刻を管理する必要がなく、より簡易な構成でタイミングの制御が実現できる。

なお、基準番号を受信するまでは、ノード１００は他の方法で決定される時刻（例えばネットワークに参入した時刻など）を起点とし、センサデータの取得間隔に従ってセンサデータの取得を繰り返す。言い換えると、コンセントレータ２００が基準番号を送信しないことにより、ネットワーク内のノード１００に対して、本実施形態を適用しない動作を実行させることができる。

次に、本実施形態の通信システムによるセンサデータの収集処理の概要を説明する。

ノード１００にはデータロガーが接続される。データロガーにはさらにセンサが接続される。ノード１００は、例えばポーリングなどの方法でデータロガーから新しいセンサデータを得る。このとき、ノード１００は、センサデータ自体と、そのセンサデータのセンシング時刻のデータとを得る。センシング時刻は、例えばセンサデータがデータロガーに記録された時刻であるが、これに限られない。例えばセンサのプリヒートが行われる場合は、センシング時刻は、プリヒートを開始した時刻であってもよい。プリヒートは、例えば、センサからデータを得る前に、センサに電源を供給した状態で一定時間センサを暖める処理である。例えば、プリヒートの開始が10:00:00であり、プリヒートの完了が10:00:20であり、データロガーにセンサデータが記録された時刻が10:00:20であったとする。この場合、データロガーには、10:00:00がセンシング時刻として記録される。

ノード１００は、これらの２つのデータ（センサデータ、センシング時刻）に相当するデータを無線により送信する必要があるが、可能な限りデータ量を減らすことが望ましい。例えば、センシング時刻を示すデータのデータ量を減らすことが望ましい。なお、以下では例えば“2021/08/23 11:30:00.000”などのように、日常生活で用いる時刻（後述の実時刻）を表す形式のデータを時刻データという場合がある。

データ量を減らすため、ノード１００は、時刻データの代わりに、時分割多重方式の通信を実現するために既に無線マルチホップネットワーク内で使用している通信タイミングを示す番号（タイムスロット番号、スロットフレーム番号、および、スーパーフレーム番号）を、センシング時刻を示すデータとして送信してもよい。

例えばノード１００は、毎タイムスロットの始端でデータロガーに対してポーリングを行い、新しいセンサデータが得られているかを確認する。新しいデータが存在する場合は、ノード１００は、得られたセンサデータを現在のタイムスロット番号とともに無線で送信する。

また、他のノード１００（外部通信装置の一例）から送信されたセンサデータをコンセントレータ２００に中継する場合は、ノード１００は、同じタイムスロット番号のセンサデータをまとめて送信してもよい。具体的には、無線で送信するメッセージの中にタイムスロット番号は１回のみ入れ、そのタイムスロット番号に対して複数のセンサデータを対応づけたメッセージを生成する。これにより、送信するデータ量をさらに減らすことができる。

次に、コンセントレータ２００の機能構成例について説明する。図２は、コンセントレータ２００の機能構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、コンセントレータ２００は、時刻管理部２０１と、通信制御部２０２と、通信部２１１、２１２と、記憶部２２１と、を備えている。

記憶部２２１は、コンセントレータ２００で用いられる各種データを記憶する。例えば記憶部２２１は、各ノード１００から送信されたセンサデータや各ノードに送るべきデータ、例えば制御情報などを記憶する。センサデータをコンセントレータ２００の外部の記憶装置などで保存および管理する場合は、記憶部２２１は備えられなくてもよい。

記憶部２２１は、フラッシュメモリ、メモリカード、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、および、光ディスクなどの一般的に利用されているあらゆる記憶媒体により構成することができる。

通信部２１１は、各ノード１００と通信を行い、無線マルチホップネットワークを構成する。上記のように無線マルチホップネットワークは時分割多重方式で通信制御されるため、通信部２１１はタイムスロットごとに処理を切り替えて動作する。すなわち、自身がデータを送信できるタイムスロットでは通信部２１１は送信処理を行い、自身がデータ受信待ちをすべきタイムスロットでは通信部２１１は受信処理を行う。自身がデータを送信できるタイムスロットにも関わらず送信すべきデータがない場合、および、送信も受信もできないタイムスロットである場合は、通信部２１１は何の動作も行わない。送信処理も受信処理も行わないタイムスロットでは、通信部２１１は、超低消費電力モードおよび電源オフモードなどに遷移し、動作を停止することができる。通信部２１１が何の動作も行わない期間は、コンセントレータ２００全体も超低消費電力モードで動作してもよい。

通信部２１２は、ネットワーク３００との間の通信に用いられる。ネットワーク３００に接続しない場合は、通信部２１２が備えられなくてもよい。

時刻管理部２０１は、現在時刻を実時刻で管理する。実時刻は、１日を２４時間とする、日常生活で用いる時刻を意味する。時刻管理部２０１は、どのような手段で現在時刻を取得してもよいが、例えば以下のような手段を適用できる。
・ネットワーク３００上の時刻サーバから現在時刻情報を得る。
・ＧＰＳを用いて現在時刻情報を得る。
・携帯電話の基地局から現在時刻情報を得る。
・現在の時刻を人が手動で入力する。

時刻管理部２０１は、コンセントレータ２００が有する水晶発振子（クロック）の精度に合わせて適切な頻度で現在時刻情報を取得し、以降で説明する動作中は実用上問題のない誤差範囲内で常に現在時刻を保持できているものとする。

例えば工場出荷直後、かつ、電源投入直後のコンセントレータ２００は正確な現在時刻を持たないかもしれないが、そのように現在時刻を持たない状態であることを時刻管理部２０１は認識できるものとする。現在時刻情報を持たない間は、コンセントレータ２００は以降に説明する動作を行わない。例えば、現在時刻情報を取得すると、コンセントレータ２００は以降に説明する動作を開始するとする。一度、現在時刻情報を取得した後、コンセントレータ２００は所定のタイミング（一定時間経過後など）で現在時刻情報を取得し続けてもよいし、取得しなくてもよい。所定のタイミングで現在時刻情報を取得し続ける場合で、その取得に失敗したときには「現在時刻情報を持たない」状態としてコンセントレータ２００が動作してもよいし、「時刻情報を持つ」状態としてコンセントレータ２００が動作し続けてもよい。

通信制御部２０２は、ノード１００とネットワーク３００との間の通信を制御する。例えば通信制御部２０２は、時分割多重方式のスケジュールに従い、上記のような通信部２１１の動作の切り替えを行う。また、通信制御部２０２は、無線マルチホップネットワークの構築および維持、並びに、無線マルチホップネットワーク経由で送信されるセンサデータの受信および転送処理を行う。コンセントレータ２００がネットワーク３００に接続している場合、通信制御部２０２は、通信部２１２を介して受信したセンサデータをネットワーク３００へ転送してもよいし、転送しなくてもよい。また、通信制御部２０２は、記憶部２２１にセンサデータを記憶させてもよいし、記憶させなくてもよい。また、通信制御部２０２は、記憶部２２１に保存されているセンサデータをネットワーク３００へ転送してもよいし、転送しなくてもよい。また、通信制御部２０２は、ノード１００への制御情報などの送信処理を行う。

また通信制御部２０２は、ノード１００に対して基準番号を送信する。通信制御部２０２は、時刻管理部２０１により管理される現在時刻が正しくないと判断される場合は、基準番号を送信しないように構成されてもよい。例えば、通信制御部２０２は、時刻サーバ、ＧＰＳまたは基地局などとの間の現在時刻情報の同期が、通信異常などの理由により実行できなくなった場合、または、同期が実行できなくなってから一定時間が経過した場合、現在時刻が正しくないと判断し、基準番号を送信しない。その後、同期が再度実行可能となった場合、通信制御部２０２は、基準番号を送信する。

図３は、記憶部２２１に記憶されるセンサデータのデータ構造の一例を示す図である。センサデータは、ノード識別子と生成時刻とに対応づけて記憶される。ノード識別子は、センサデータの送信元であるノード１００を識別する識別情報の例である。生成時刻は、センサデータが取得（生成）された時刻である。

センサデータは、センサから取得した値（読み取った値）に加え、その値を取得したときの時刻を表す時刻データと共にコンセントレータ２００に送信される。時刻データの代わりに通信タイミングを示す番号（例えばタイムスロット番号）が送信される場合は、コンセントレータ２００は、時刻管理部２０１と通信制御部２０２を用いて、センサデータに含まれるタイムスロット番号からそれに対応する実時刻を算出する。このような処理により、センサデータを生成時刻と共に管理できる。コンセントレータ２００は、生成時刻を実時刻に変換せず、タイムスロット番号をそのまま生成時刻として扱ってもよい。また、コンセントレータ２００が各センサデータを受信した時刻も同じ方法で管理することができるが、対応付けされた受信時刻を記憶部２２１に記録してもよいし、しなくてもよい。

上記各部（時刻管理部２０１、通信制御部２０２）は、例えば、１または複数のプロセッサにより実現される。例えば上記各部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサにプログラムを実行させること、すなわちソフトウェアにより実現してもよい。上記各部は、専用のＩＣ（Integrated Circuit）などのプロセッサ、すなわちハードウェアにより実現してもよい。上記各部は、ソフトウェアおよびハードウェアを併用して実現してもよい。複数のプロセッサを用いる場合、各プロセッサは、各部のうち１つを実現してもよいし、各部のうち２つ以上を実現してもよい。

ここで、通信制御部２０２による時分割多重方式の通信制御の例について説明する。図４は、実時間と時分割多重方式のタイムスロットとの関係を示す図である。図４に示すように、コンセントレータ２００が、１９時３８分１５秒に無線マルチホップネットワークを開始したとする。１つのタイムスロットは例えば２５０ミリ秒の長さであり、４つのタイムスロットを時分割多重のスケジュール単位４０１とする。すなわち、１９時３８分１５秒以降、スケジュールが変わらなければ、毎秒同じ通信スケジュールが繰り返される。Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは毎秒実行される４つのスケジュールを表している。

各タイムスロットにはタイムスロット番号が付与される。図４の例では、コンセントレータ２００が無線マルチホップネットワークを開始した直後のタイムスロットのタイムスロット番号が整数ｎであるとすると、先頭から６番目のタイムスロット４０２にはタイムスロット番号ｎ＋５が付与される。例えば、最初のタイムスロット（図４では左端のＡに対応するタイムスロット）のタイムスロット番号ｎが０とすると、タイムスロット４０２のタイムスロット番号は５になる。基本的にタイムスロット番号は単調増加していく。タイムスロット番号の上限値がある場合はその上限値に達した後、タイムスロット番号が０に戻り、再び単調増加していく。

このような時分割多重の通信スケジュールおよびタイムスロット番号は、コンセントレータ２００の通信制御部２０２が管理する。通信制御部２０２は、時刻管理部２０１から現在時刻を得ることにより、実時刻とタイムスロット番号の対応を取ることができる。図４の例では、通信制御部２０２は、１９時３８分１７秒にタイムスロット番号ｎ＋８のタイムスロット４０３が始まることを判定できる。

次に、ノード１００の構成について説明する。図５は、ノード１００の機能構成の一例を示すブロック図である。図５に示すように、ノード１００は、データロガー制御部１０１（取得制御部の一例）と、通信制御部１１０と、通信部１２１と、１つ以上のデータロガーインタフェース１２２_１～１２２_ｍ（ｍは１以上の整数）と、を備えている。

各データロガーインタフェース１２２_１～１２２_ｍは、それぞれデータロガー１３１_１～１３１_ｍと接続される。データロガー１３１_１～１３１_ｍには、複数のセンサ１４１_１～１４１_ｍ２のいずれかが接続される。

データロガーインタフェース１２２_１～１２２_ｍは、区別する必要がない場合は単にデータロガーインタフェース１２２という。また、データロガー１３１_１～１３１_ｍは、区別する必要がない場合は単にデータロガー１３１という。同様に、センサ１４１_１～１４１_ｍ２は、区別する必要がない場合は単にセンサ１４１という。

センサ１４１は、予め定められた物理量の検知結果をセンサデータとして出力する電子機器である。検知する物理量はどのような物理量であってもよい。データロガー１３１は、センサ１４１により検知されたセンサデータを記憶媒体（内部メモリ）に記録するデータ記録装置として動作する電子機器である。

データロガー１３１のそれぞれには、１台以上のセンサ１４１が接続される。図５では、データロガー１３１_１および１３１_２に、それぞれ１台のセンサ１４１（センサ１４１_１、センサ１４１_２）が接続され、データロガー１３１_ｍに、２台のセンサ１４１_ｍ１、１４１_ｍ２が接続される例が示されているが、これに限られるものではない。

通信部１２１は、コンセントレータ２００の通信部２１１と同様の動作を行う。

通信制御部１１０は、コンセントレータ２００の通信制御部２０２と同様に時分割多重の通信スケジュールに従って通信部１２１の動作を切り替える。また、通信制御部１１０は、コンセントレータ２００が開始した無線マルチホップネットワークの発見および接続、並びに、通信経路および通信スケジュールの設定および変更等を行う。通信制御部１１０は、これらの動作のために通信部１２１を介して、他のノード１００との間で、ビーコンを含む制御フレームなどを送受信する。

また、通信制御部１１０は、コンセントレータ２００から基準番号を受信する。ノード１００がコンセントレータ２００に直接接続されていない場合（例えば図１ではノード１００_５～１００_１３の場合）、他のノード１００を介してコンセントレータ２００から基準番号を受信する。

また、通信制御部１１０は、無線マルチホップネットワークを構成する他のノード１００との間の通信を制御する。例えば通信制御部１１０は、他のノード１００により取得されたセンサデータを他のノード１００から受信する。また、通信制御部１１０は、他のノード１００またはコンセントレータ２００に送信するデータを管理し、送信メッセージを生成する。例えば通信制御部１１０は、センサデータを取得した時刻を対応づけたセンサデータを、コンセントレータ２００を宛先として送信する。

コンセントレータ２００に直接接続されるノード１００（図１ではノード１００_１～１００_４）以外のノード１００は、コンセントレータ２００との間の通信を中継する中継装置となる他のノード１００を介して、センサデータをコンセントレータ２００に送信することになる。

データロガー制御部１０１は、データロガーインタフェース１２２を介して、データロガー１３１からセンサデータおよび現在時刻情報を取得する機能、並びに、データロガー１３１に時刻を設定する機能を有する。

図６は、データロガー制御部１０１の詳細な機能構成例を示すブロック図である。図６に示すように、データロガー制御部１０１は、取得部１５１と、算出部１５２と、設定部１５３と、記憶部１６１と、を備えている。

取得部１５１は、データロガー１３１から出力されたセンサデータをデータロガー１３１から取得する。例えばデータロガー制御部１０１はデータロガーインタフェース１２２を介してデータロガー１３１の内部メモリに記録されている最新のセンサデータの番号、または、最新のセンサデータ自体を読み取る。この処理をポーリングと呼ぶ。

取得部１５１は、データロガーインタフェース１２２ごとにポーリング間隔を設定し、設定したポーリング間隔で対応するデータロガーインタフェース１２２を介してポーリングを行ってもよい。取得部１５１は、コンセントレータ２００からの指示に応じてポーリングを行ってもよい。ポーリング間隔は、動作中に変更されてもよい。センサデータを取得するために、いわゆる予備通電やプリヒートが必要な場合は、取得部１５１は、センサデータを取得するタイムスロットから逆算して事前に予備通電を開始する。予備通電およびプリヒートは、データロガー１３１自身によって制御されてもよい。また、予備通電およびプリヒートは、センサデータを取得するタイムスロットから逆算した時刻に開始する必要はなく、例えば、センサデータを取得するタイムスロットから予備通電およびプリヒートが開始されてもよい。

また、取得部１５１は、データロガー１３１が管理する現在時刻情報をデータロガー１３１から取得する。例えば取得部１５１は、データロガー１３１に対して現在時刻の取得コマンドを送信し、データロガー１３１が内部で管理している時刻を得る。

データロガー１３１は、例えばリアルタイムクロック（ＲＴＣ：Real Time Clock）などにより時刻を管理する。時刻の管理方法はこれに限られず、その他のどのような方法であってもよい。時刻は、実時刻で表されてもよいし、ＵＮＩＸ（登録商標）時間などのように特定のタイミングからの経過時間（経過秒）で表されてもよい。

算出部１５２は、コンセントレータ２００から送信される基準番号を用いて、データロガー１３１から取得される現在時刻情報を補正した時刻を表す補正時刻情報を算出する。

ノード１００は、時分割多重のスケジュール管理のため、タイムスロット番号をカウントする機能を備えている。算出部１５２は、例えば、基準番号と現在のタイムスロット番号との差分、および、１つのタイムスロット番号の長さ（例えば２５０ミリ秒）を用いて、基準番号が表す正時からの経過時間を算出することができる。

算出部１５２は、現在時刻情報に含まれる現在時、現在分および現在秒のうち、現在分および現在秒を、経過時間に相当する分および秒で置き換えることにより、補正時刻情報を算出する。なお現在時、現在分および現在秒は、それぞれ、現在時刻情報が表す現在の時、分および秒を示す。

このように、算出部１５２は、データロガー１３１から取得された現在時刻情報のうち現在時は正しいと解釈して、現在分および現在秒を、基準番号を用いて算出した経過時間に相当する分および秒に補正する。データロガー１３１が管理する時刻情報に生じる誤差が許容範囲内であれば、このように解釈しても正しく時刻を補正できる。すなわち、ノード１００は、例えば絶対時刻を管理する機能を備えず、現在が何時であるか把握できないとしても、データロガー１３１が管理する時刻を補正することが可能となる。

例えば、基準番号から算出された経過時間が２０００秒（＝３３分２０秒）であり、データロガー１３１から取得された現在時刻情報が「2021/01/12 13:30:00」であった場合、算出部１５２は、「2021/01/12 13:00:00」から３３分２０秒経過した時刻に相当する「2021/01/12 13:33:20」を、補正時刻情報として算出する。

算出部１５２は、正時からの経過時間の差分を求め、差分に相当する時間により現在時刻情報を補正して補正時刻情報を算出してもよい。上記例では、算出部１５２は、現在時刻情報「2021/01/12 13:30:00」に基づいて、データロガー１３１が管理する時刻の正時からの経過時間を１８００秒（＝３０分００秒）と算出する。算出部１５２は、基準番号から算出された経過時間に対する差分が２００秒（＝２０００秒－１８００秒）であること、すなわち、データロガー１３１が管理する時刻が２００秒遅れていることを求めることができる。算出部１５２は、現在時刻情報「2021/01/12 13:30:00」に２００秒（＝３分２０秒）を加算した「2021/01/12 13:33:20」を、補正時刻情報として算出する。

設定部１５３は、算出された補正時刻情報をデータロガー１３１に設定する。例えば設定部１５３は、補正時刻情報を設定するための設定コマンドをデータロガー１３１に送信する。設定コマンドを受信したデータロガー１３１は、例えばリアルタイムクロックにより管理する時刻情報を補正時刻情報に補正する。

なおノード１００は、算出された補正時刻情報を現在時刻として、記憶部１６１などに記憶して時刻情報を管理するように構成されてもよい。これにより、ノード１００は、ＮＴＰなどによりネットワークを介して、年月日および時を含む時刻情報を取得しなくても、年月日および時分秒を含む完全な時刻情報を得ることができる。

記憶部１６１は、データロガー制御部１０１で用いられる各種データを記憶する。例えば記憶部１６１は、コンセントレータ２００から受信された基準番号を記憶する。ノード１００内で時刻情報を管理するように構成される場合、記憶部１６１は、現在時刻を記憶してもよい。記憶部１６１は、フラッシュメモリ、メモリカード、ＲＡＭ、ＨＤＤ、および、光ディスクなどの一般的に利用されているあらゆる記憶媒体により構成することができる。

上記各部（データロガー制御部１０１、通信制御部１１０）は、例えば、１または複数のプロセッサにより実現される。例えば上記各部は、ＣＰＵなどのプロセッサにプログラムを実行させること、すなわちソフトウェアにより実現してもよい。上記各部は、専用のＩＣなどのプロセッサ、すなわちハードウェアにより実現してもよい。上記各部は、ソフトウェアおよびハードウェアを併用して実現してもよい。複数のプロセッサを用いる場合、各プロセッサは、各部のうち１つを実現してもよいし、各部のうち２つ以上を実現してもよい。

次に、このように構成された本実施形態にかかるノード１００による時刻補正処理について説明する。図７は、本実施形態における時刻補正処理の一例を示すフローチャートである。

通信制御部１１０は、コンセントレータ２００から基準番号を受信する（ステップＳ１０１）。受信された基準番号は、例えばノード１００が備える記憶媒体（記憶部１６１など）に記憶される。

データロガー制御部１０１は、予め定められたタイミングで、データロガー１３１の時刻を補正する補正処理（ステップＳ１０２～ステップＳ１０４）を実行する。補正処理を実行するタイミングの詳細は後述する。

データロガー制御部１０１の取得部１５１は、データロガー１３１から現在時刻情報を取得する（ステップＳ１０２）。算出部１５２は、基準番号と現在時刻情報とから、補正時刻情報を算出する（ステップＳ１０３）。設定部１５３は、算出された補正時刻情報をデータロガー１３１に設定し（ステップＳ１０４）、補正処理を終了する。

次に、補正処理を実行するタイミングの例について説明する。

例えば基準番号を受信する直前または直後、すなわち、毎正時の直前または直後に補正処理を実行したとすると、データロガー１３１が管理する時刻情報の誤差が大きい場合、データロガー１３１から取得された現在時刻情報に含まれる現在時が正しいと解釈できなくなる可能性がある。

そこで、補正処理は、データロガー１３１から取得された現在時刻情報に含まれる現在時が正しいと解釈できる期間として定められた補正期間に実行されてもよい。例えば、データロガー制御部１０１（取得部１５１）は、基準番号から算出された経過時間が補正期間に含まれる場合に補正時刻情報を取得する。補正期間は、例えば、毎正時の２５分から３５分までの１０分間とすることができる。

補正期間内に補正処理を実行する手法はどのような手法でもよいが、例えば、補正期間内のタイムスロットのうち、一定数ごとのタイムスロットの始端で実行する手法を用いることができる。一定数ごとのタイムスロットは、例えば１つ以上のスーパーフレーム（詳細は後述）に含まれる複数のタイムスロットであってもよい。例えば一定数のタイムスロットが３０秒に相当する場合、毎正時の２５分から３５分までの１０分間では２０回のタイミングで補正処理が実行される。

補正処理の後の経過時間が短く、データロガー１３１が管理する時刻が大きくずれる可能性が低いような場合は、補正処理が実行されないように構成されてもよい。例えば、データロガー制御部１０１（取得部１５１）は、設定部１５３により補正時刻情報を設定してからの経過時間が閾値（第１閾値）より小さい場合、現在時刻情報を取得しないように構成される。データロガー制御部１０１は、例えば、Ｘ時に補正処理を実行した場合に、（Ｘ＋Ｌ）時以降（Ｌは１以上の整数）となるまで次の補正処理を実行しないように構成されてもよい。

上記のように、現在時刻情報の同期が実行できなくなった場合等には、コンセントレータ２００は、基準番号を送信しない場合がある。ノード１００は、長期間、基準番号を受信できないと、直前に受信した基準番号に相当する正時からの経過時間を正しく算出できなくなるかもしれない。そこで、基準番号を受信してからの経過時間が大きい場合は、補正処理が実行されないように構成されてもよい。例えば、データロガー制御部１０１（取得部１５１）は、基準番号を受信してからの経過時間が閾値（第２閾値）より大きい場合、現在時刻情報を取得しないように構成される。データロガー制御部１０１は、例えば、Ｘ時に基準番号が受信された場合、（Ｘ＋Ｍ）時以降（Ｍは１以上の整数）は補正処理を実行しないように構成されてもよい。

データロガー１３１によるセンサデータの取得処理を考慮して補正処理のタイミングが決定されてもよい。取得部１５１は、例えば、現在時刻情報の他に、センサデータのセンシング間隔をデータロガー１３１から取得する。設定部１５３は、データロガー１３１から取得された現在時刻情報と、算出部１５２により算出された補正時刻情報（またはノード１００内で管理されている現在時刻）との間の期間に、センサデータの取得時刻がＮ個以上（Ｎは１以上の整数）含まれる場合、補正時刻情報の設定を行わない。なおセンサデータの取得時刻は、センシング間隔から算出することができる。

これにより、例えば、時刻の補正の影響で、センサデータの取得時刻がずれて取得すべきセンサデータが取得できなくなること、および、同じ時刻のセンサデータが重複して取得されること、などを回避することができる。

以上のように、本実施形態によれば、各ノード１００は、時分割多重方式により同期される基準番号と、電子機器によって管理される現在時刻情報とを用いて、電子機器によって管理される現在時刻情報を補正することができる。これにより、ノード１００は自装置内で完全な時刻を管理する機能を備えない場合であっても、電子機器の時刻を補正することが可能となる。完全な時刻を管理するためにネットワーク内で絶対時刻を送受信する処理は不要とすることができる。このため、ノード１００は、無線の送信に必要な時間をより減らし、スリープ時間を増やすことができるので、消費電力を抑えることが可能になる。

（変形例１）
通信システムは、中継ノード（中継装置）を含んでもよい。中継ノードは、他のノード１００から送信されたセンサデータを中継（転送）する機能を有するノードである。中継ノードは、例えば、図５のノード１００の各構成部のうち、センサデータを取得するための機能（データロガーインタフェース１２２、データロガー制御部１０１）の一部または全部を備えなくてもよい。

図５のような構成のノード１００が中継ノードとして動作してもよい。例えば、ノード１００が、起動時にデータロガー１３１が接続されていないことを検出した場合に中継ノードとして動作してもよい。また、中継ノードとして動作するよう事前に動作モードが設定されている場合に、ノード１００が中継ノードとして動作してもよい。

（変形例２）
データロガー１３１から取得された現在時刻情報と算出された補正時刻情報との差分が基準値Ｒ１（第１基準値、例えば５秒）より小さい場合、設定部１５３は、補正時刻情報の設定を行わないように構成されてもよい。

また、設定部１５３は、差分が基準値Ｒ１以上であり、かつ、基準値Ｒ２（第２基準値）より小さい場合、さらに、センサデータの取得処理を考慮して補正時刻情報を設定するか否かを判定してもよい。基準値Ｒ２は、基準値Ｒ１より大きい値である。例えば、設定部１５３は、差分が基準値Ｒ１以上であり、かつ、基準値Ｒ２より小さく、かつ、現在時刻情報と補正時刻情報との間の期間にセンサデータの取得時刻がＮ個以上含まれる場合、補正時刻情報の設定を行わない。

以降、補正時刻情報を算出するタイミングで上記の判定を繰り返す。繰り返しの回数が閾値より大きくなった場合、設定部１５３は、補正時刻情報を設定してもよい。

設定部１５３は、差分が基準値Ｒ１以上であり、かつ、基準値Ｒ２より小さく、かつ、現在時刻情報と補正時刻情報との間の期間に含まれるセンサデータの取得時刻の個数がＮ個より小さい場合、補正時刻情報を設定する。

差分が基準値Ｒ２以上である場合、設定部１５３は、現在時刻情報と補正時刻情報との間の期間にセンサデータの取得時刻が含まれるか否かに関わらず、補正時刻情報を設定してもよい。

（変形例３）
データロガー１３１が、例えばＧＰＳなどに接続され、時刻を補正する機能を備える場合、ノード１００が当該データロガー１３１の時刻情報を補正する必要はない。そこで、データロガー１３１の時刻情報の補正処理を実行するか否かの設定情報を参照して、補正処理の実行要否が判断されてもよい。複数のデータロガー１３１がノード１００に接続される場合、設定情報は、データロガー１３１ごとに設定されてもよい。

データロガー制御部１０１は、補正処理を実行することを示す設定情報が設定されている場合、上記実施形態に従い補正処理を実行する。データロガー制御部１０１は、補正処理を実行しないことを示す設定情報が設定されている場合、補正処理を実行しない。データロガー制御部１０１は、データロガー１３１に時刻を補正する機能を備えるか否かを問い合わせ、時刻を補正する機能を備えることを検出した場合、補正処理を実行しないように構成されてもよい。

（変形例４）
データロガー１３１が管理する時刻情報は、補正処理により前の時刻に戻る可能性がある。このような場合、データロガー１３１の内部メモリにほぼ同じタイミングでセンサデータが複数回記録されるケースが発生しうる。しかし、複数回分のセンサデータはほぼ同じタイミングで記録されているため、いずれも無線マルチホップネットワークで送信する必要はないかもしれない。そこで、ノード１００（通信制御部１１０）は、前回送信したときのセンサデータ（第１出力データ）、および、前回センサデータを送信した時刻（第１時刻）からの経過時間を考慮して、その後に取得されたセンサデータ（第２出力データ）を送信するか否かを判断してもよい。

例えば、前回送信したセンサデータと、今回取得されたセンサデータとが同一であり、かつ、経過時間が閾値（第３閾値）より小さい場合、ノード１００は、今回取得されたセンサデータを送信するためのメッセージを生成せず、センサデータを送信しない。これにより、送信するデータ量をさらに減らすことができる。

（変形例５）
これまでは、主に通信タイミングを示す番号としてタイムスロット番号を用いる例を説明した。通信タイミングを示す番号としてスロットフレーム番号を用いるように構成してもよい。

図８は、実時間と時分割多重方式のスロットフレームとの関係を示す図である。スロットフレームは、一定数のタイムスロットを含むスケジュールの単位である。図８では、４つのタイムスロットそれぞれを含むスロットフレーム７０１_ｎ、７０１_ｎ＋１の例が示されている。タイムスロットと同様にスロットフレームにもスロットフレーム番号が付与される。スロットフレーム番号を用いることにより、より多くのセンサデータをまとめて送信することが可能となる。

（変形例６）
時分割多重方式によっては、１つ以上のチャネル（周波数）が用いられる場合がある。例えばＴＳＣＨでは、使用するチャネルがデータ送受信のたびに変更される。このような時分割多重方式に上記実施形態の手法を適用することもできる。図９は、２つのチャネル８１１_１、８１１_２が用いられる場合の、実時間と時分割多重方式のスロットフレームとの関係を示す図である。

このような時分割多重の通信スケジュールでは、タイムスロット番号に加えて通信に用いるチャネルが指定される。チャネルは、チャネルオフセットで指定されてもよい。コンセントレータ２００およびノード１００は、指定されたチャネルを用いてセンサデータを送受信する。

（変形例７）
通信タイミングを示す番号としてスーパーフレーム番号を用いるように構成してもよい。

図１０は、実時間と時分割多重方式のスーパーフレームとの関係を示す図である。スーパーフレームは、一定数のスロットフレームを含むスケジュールの単位である。図１０では、２つのスロットフレームそれぞれを含むスーパーフレーム９０１_ｎ、９０１_ｎ＋１の例が示されている。スーパーフレームにはスーパーフレーム番号が付与される。スーパーフレーム番号を用いることにより、さらに多くのセンサデータをまとめて送信することが可能となる。

スーパーフレームはタイムスロットよりも期間が長い。このため、ノード１００は、時刻をより高精度に通知するために、スーパーフレーム番号に加えて、スーパーフレーム内のタイムスロットのオフセットを送信してもよい。タイムスロットのオフセットは、例えばスーパーフレームの先頭のタイムスロットに対するオフセットである。例えば通信制御部１１０は、スーパーフレーム番号とスーパーフレーム内のタイムスロットのオフセットとを時刻を示すデータとして対応づけたセンサデータをコンセントレータ２００に送信する。

（変形例８）
ノード１００（通信制御部１１０）は、センサデータが取得されたタイムスロット番号、スロットフレーム番号、または、スーパーフレーム番号自体ではなく、現在（メッセージを処理している時点）のタイムスロット番号、スロットフレーム番号、または、スーパーフレーム番号（第２番号の一例）に対する、センサデータが取得されたタイムスロット番号、スロットフレーム番号、または、スーパーフレーム番号の差分を送信してもよい。

例えば、無線マルチホップネットワークで送受信するメッセージの中には、既に現在のタイムスロット番号、スロットフレーム番号、または、スーパーフレーム番号が含まれていることがある。このような場合、通信制御部１１０は、既に含まれている番号に対する差分のみを、時刻を示すデータとして送信する。これにより、送信するデータ量をさらに削減することができる。

時分割多重方式などの通信方式で用いられる通信タイミングを示す番号を、センサデータなどの出力データが生成された時刻の代わりに使用する構成では、出力データを送信するときに必要なデータ量を削減することが可能となる。

次に、実施形態にかかる装置（コンセントレータ、ノード）のハードウェア構成について図１１を用いて説明する。図１１は、実施形態にかかる装置のハードウェア構成例を示す説明図である。

実施形態にかかる装置は、ＣＰＵ５１などの制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）５２やＲＡＭ５３などの記憶装置と、ネットワークに接続して通信を行う通信Ｉ／Ｆ５４と、各部を接続するバス６１を備えている。

実施形態にかかる装置で実行されるプログラムは、ＲＯＭ５２等に予め組み込まれて提供される。

実施形態にかかる装置で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ－Ｒ（Compact Disk Recordable）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録してコンピュータプログラムプロダクトとして提供されるように構成してもよい。

さらに、実施形態にかかる装置で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、実施形態にかかる装置で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。

実施形態にかかる装置で実行されるプログラムは、コンピュータを上述した装置の各部として機能させうる。このコンピュータは、ＣＰＵ５１がコンピュータ読取可能な記憶媒体からプログラムを主記憶装置上に読み出して実行することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００_１～１００_１３ ノード
１０１ データロガー制御部
１１０ 通信制御部
１２１ 通信部
１２２_１～１２２_ｍ データロガーインタフェース
１３１_１～１３１_ｍ データロガー
１４１_１～１４１_ｍ センサ
１５１ 取得部
１５２ 算出部
１５３ 設定部
２００ コンセントレータ
２０１ 時刻管理部
２０２ 通信制御部
２１１、２１２ 通信部
２２１ 記憶部
３００ ネットワーク

Claims (19)

1. １つ以上の電子機器から出力された出力データと、前記電子機器が管理する現在時刻情報と、を前記電子機器から取得する取得部と、
   通信タイミングを示す番号を同期する通信方式によりサーバ装置と通信し、前記出力データを、前記サーバ装置に送信する通信制御部と、
   基準となる前記番号を示す基準番号に基づいて、前記現在時刻情報を補正した補正時刻情報を算出する算出部と、
   算出された前記補正時刻情報を前記電子機器に設定する設定部と、
   を備える通信装置。
2. 前記基準番号は、毎正時を表し、
   前記現在時刻情報は、現在の時、分および秒を示す現在時、現在分および現在秒を含み、
   前記算出部は、前記現在分および前記現在秒を、前記基準番号が表す正時からの経過時間に相当する分および秒で置き換えることにより、前記補正時刻情報を算出する、
   請求項１に記載の通信装置。
3. 前記現在時刻情報は、現在の時、分および秒を示す現在時、現在分および現在秒を含み、
   前記算出部は、前記現在時、前記現在分および前記現在秒の少なくとも一部を補正した時、分および秒を含む前記補正時刻情報を記憶部に記憶する、
   請求項１に記載の通信装置。
4. 前記取得部は、前記設定部が前記補正時刻情報を前記電子機器に設定してからの経過時間が第１閾値より小さい場合、前記現在時刻情報を取得しない、
   請求項１に記載の通信装置。
5. 前記取得部は、前記基準番号を受信してからの経過時間が第２閾値より大きい場合、前記現在時刻情報を取得しない、
   請求項１に記載の通信装置。
6. 前記取得部は、前記基準番号が表す正時からの経過時間が予め定められた補正期間に含まれる場合に、前記補正時刻情報を取得する、
   請求項１に記載の通信装置。
7. 前記設定部は、前記補正時刻情報と、前記現在時刻情報と、の差分が第１基準値より小さい場合、前記補正時刻情報の設定を行わない、
   請求項１に記載の通信装置。
8. 前記設定部は、前記差分が前記第１基準値以上であり、かつ、前記第１基準値より大きい値である第２基準値より前記差分が小さく、かつ、前記補正時刻情報と前記現在時刻情報との間の期間に、前記電子機器から前記出力データを取得する時刻がＮ個以上（Ｎは１以上の整数）含まれる場合、前記補正時刻情報の設定を行わない、
   請求項７に記載の通信装置。
9. 前記設定部は、前記補正時刻情報と前記現在時刻情報との間の期間に、前記電子機器から前記出力データを取得する時刻がＮ個以上（Ｎは１以上の整数）含まれる場合、前記補正時刻情報の設定を行わない、
   請求項１に記載の通信装置。
10. 前記取得部は、前記電子機器に対して時刻情報の補正処理を実行しない設定情報が設定されている場合、前記電子機器から前記現在時刻情報を取得しない、
    請求項１に記載の通信装置。
11. 前記取得部は、前記電子機器が時刻を補正する機能を備えることが検出された場合、前記電子機器から前記現在時刻情報を取得しない、
    請求項１に記載の通信装置。
12. 前記通信制御部は、第１時刻に送信した第１出力データと、前記第１時刻の後に取得された第２出力データとが同一であり、かつ、前記第１時刻からの経過時間が第３閾値より小さい場合、前記第２出力データを送信しない、
    請求項１に記載の通信装置。
13. 前記電子機器は、予め定められた物理量の検知結果を前記出力データとして出力するセンサ、および、前記センサにより検知された前記出力データを記憶媒体に記録するデータ記録装置の少なくとも一方である、
    請求項１に記載の通信装置。
14. 前記通信方式は、時分割多重方式である、
    請求項１に記載の通信装置。
15. 前記番号は、前記時分割多重方式により管理される、タイムスロット番号、スロットフレーム番号、または、スーパーフレーム番号である、
    請求項１４に記載の通信装置。
16. 通信装置により実行される通信方法であって、
    １つ以上の電子機器から出力された出力データと、前記電子機器が管理する現在時刻情報と、を前記電子機器から取得する取得ステップと、
    通信タイミングを示す番号を同期する通信方式によりサーバ装置と通信し、前記出力データを、前記サーバ装置に送信する通信制御ステップと、
    基準となる前記番号を示す基準番号に基づいて、前記現在時刻情報を補正した補正時刻情報を算出する算出ステップと、
    算出された前記補正時刻情報を前記電子機器に設定する設定ステップと、
    を含む通信方法。
17. コンピュータに、
    １つ以上の電子機器から出力された出力データと、前記電子機器が管理する現在時刻情報と、を前記電子機器から取得する取得ステップと、
    通信タイミングを示す番号を同期する通信方式によりサーバ装置と通信し、前記出力データを、前記サーバ装置に送信する通信制御ステップと、
    基準となる前記番号を示す基準番号に基づいて、前記現在時刻情報を補正した補正時刻情報を算出する算出ステップと、
    算出された前記補正時刻情報を前記電子機器に設定する設定ステップと、
    を実行させるためのプログラム。
18. サーバ装置と、１つ以上の通信装置と、を備える通信システムであって、
    前記サーバ装置は、通信タイミングを示す番号を同期する通信方式により１つ以上の前記通信装置と通信し、
    １つ以上の前記通信装置のそれぞれは、
    １つ以上の電子機器から出力された出力データと、前記電子機器が管理する現在時刻情報と、を前記電子機器から取得する取得部と、
    前記出力データを、前記サーバ装置に送信する通信制御部と、
    基準となる前記番号を示す基準番号に基づいて、前記現在時刻情報を補正した補正時刻情報を算出する算出部と、
    算出された前記補正時刻情報を前記電子機器に設定する設定部と、を備える、
    通信システム。
19. 前記サーバ装置は、管理する現在時刻が正しくない場合は、基準番号を前記通信装置に送信しない、
    請求項１８に記載の通信システム。

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