WO2011099162A1 - Network system and base station - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a technology that can be worn on a person's body and that presents characteristics of life by presenting human behavior from information on a sensor terminal that measures biological information and behavioral states, and presents improvement means.
- This sensor node is activated only when sensing or wireless communication is necessary, and otherwise it is operated for a long time with a small internal battery, with a small diameter of 3cm, by turning off the power and reducing power consumption. Yes, it is easy for people to wear.
- Patent Document 1 even when a sensor node and a base station that receives data are separated from the communication range, they are recorded in a storage built in the sensor node, and transmitted together when the data returns to the communication range. Thus, a method for preventing data loss is disclosed.
- the wireless standard IEEE 802.15.4 is known as a wireless communication means used for the sensor node. This standard is a wireless standard with low power consumption instead of suppressing transmission speed and communication distance.
- the base station to be communicated with can be switched by a communication process called a signal request to the neighboring base station and association.
- Patent Document 2 discloses means for switching a communication partner by transmitting a signal for starting a sensor node as a communication partner from the base station side when a plurality of sensor nodes communicate with the base station.
- the base station is searched for at the moving destination and the association process is performed. Therefore, reception of a reference signal (beacon) from the base station is awaited. The time is much longer than the reply (Ack) during normal data transmission. Therefore, more than 10 times more power is consumed for base station switching when moving compared to normal data transmission.
- a sensing cycle of less than a second is required, so the amount of data to be transmitted becomes as large as 10 megabytes or more per day. Furthermore, if data while being temporarily away from the base station are transmitted together, a large amount of data is transmitted in a short time. For this reason, when the base station receives transmission data from a plurality of sensor nodes in a concentrated manner, in a communication band for low-speed wireless communication such as IEEE 802.15.4, a drastic reduction in communication speed due to congestion control, Data processing delays and data loss due to memory overflow may occur.
- Patent Document 2 it is possible to avoid the concentration of data reception processing by switching the communication partner, but since the sensor node side needs to wait in a state where it can always receive a control signal from the base station, intermittent operation is not possible. It is difficult and the power consumption of the sensor node cannot be reduced.
- a network system including a plurality of terminals and a base station that communicates with each of the plurality of terminals.
- Each of the plurality of terminals transmits biometric information to the base station at predetermined intervals based on the communication setting, a sensor that acquires biometric information, a recording device that records communication settings for transmitting the biometric information to the base station, and the communication settings.
- a communication device includes a recording device that records communication settings of each of the plurality of terminals, a control device that sequentially selects communication settings of each of the plurality of terminals according to a time allocated to each of the plurality of terminals, and the selected communication setting. And a communication device for communicating with the terminal based on the above.
- the base station connected to a terminal that acquires biometric information and transmits biometric information at a predetermined interval based on a predetermined communication setting.
- the base station includes a recording device that records communication settings of each of the plurality of terminals, a control device that sequentially selects communication settings of each of the plurality of terminals according to a time allocated to each of the plurality of terminals, and the selected communication setting. And a communication device for communicating with the terminal based on the above.
- the sensor node even when the sensor node moves and frequent communication with the base station is required at a plurality of locations, the sensor node power is not consumed excessively. Even when a plurality of sensor nodes are concentrated around one base station, processing delay and data loss can be prevented.
- composition of a system which collects action information in a plurality of living areas It is a structural example of the database with which a base station and a base station are provided. It is an example of a structure of the database with which a server and a server are provided. It is an example of a structure of the program with which a base station is provided. It is a structural example of the database which stores the setting for communicating with the sensor node with which a base station is provided. It is a structural example of the database which stores the waveform which the sensor node with which a base station is provided stores. It is a structural example of the database which stores the action parameter
- each of the plurality of sensor nodes transmits data acquired at a predetermined interval based on a preset communication setting (for example, in IEEE 802.15.4, a wireless channel, a PANID, a short address, etc.).
- a sensor node to communicate with and its communication settings are recorded in advance in the base station, and communication is performed with a plurality of sensor nodes while sequentially switching the communication settings according to the allocation time determined for each sensor node.
- Communication settings for each sensor node are synchronized between base stations, and the sensor node communicates with a plurality of base stations with one communication setting.
- FIG. 1 is a first embodiment and shows a main configuration of the present embodiment.
- the sensor node 1 when the user 8 wearing the sensor node 1 moves to a plurality of main locations where the base station 2 is installed in the daily life, the sensor node 1 is only a specific base station. It is characterized in that it can be connected to a plurality of preset destination base stations without consuming extra power as compared with the case of communicating with. Further, the base station 2 connected to the network 4 can sequentially connect to a plurality of sensor nodes 1 in the vicinity, and as a result, the server 3 collects data measured by the sensor node 1 via the network 4. It is characterized by being able to.
- the sensor node 1 is a sensor terminal having a shape suitable for being worn by a person, for example, a wristwatch-type wireless function.
- the sensor node 1 measures a person's biological information and activity information (movement, temperature, pulse, etc.) and uses the measured data.
- the data is transmitted by typical digital wired communication (USB or the like).
- the sensor node 1 is intermittently driven to reduce power consumption by shutting off the power of many internal circuits, except for measuring at a fixed interval of several tens of milliseconds and performing wireless communication at intervals of several seconds.
- the rechargeable battery has a charge cycle (for example, about 1 or 2 weeks) similar to that of a general mobile phone, which is not burdened in daily life.
- each sensor node 1 is assigned with a unique identification ID (MAC address) for communication. Furthermore, an identification ID (short address) unique only within the network constituted by one base station 2 is also stored. In wireless communication, it is possible to identify which data is transmitted from which sensor node 1 by mainly adding a short address to the data.
- the connection-destination base station 2 is distinguished by a radio channel that defines a radio frequency band and a PANID that is an identification ID unique to each base station 2 and the network that the base station 2 configures. Set information and send data.
- the base station 2 has a wireless communication function for transmitting and receiving radio waves via the antenna 201, a data processing function equivalent to a PC (personal computer) and a server, a communication function, and the like.
- the base station 2 holds a correspondence table of MAC addresses and short addresses in an internal memory, and can convert all short addresses added to data received from the sensor node 1 into MAC addresses to identify devices. This conversion table can be generated by directly setting a wireless communication program (or protocol).
- the base station 2 calculates a plurality of indexes necessary for estimating the behavior and state of the user 1 from the data received from the sensor node 1 and records them in an internal database. Further, the base station 2 can transmit the data transmitted from the sensor node 1 and the index data calculated inside the base station to the server 3 connected to the network 4 via the network 4 such as the Internet.
- the user 8 is assumed to move to various places assuming the daily life of ordinary people. If there is a base station 2 connected to the network 4 at the destination, and a network by wireless or wired connection can be configured, the data measured by the sensor node 1 is collected on the server 3 at any location. Can do. For example, people who commute to the office spend most of their time in the home or office. By installing base stations in these two locations, most activity information in daily life can be collected in real time. It becomes possible to do. Therefore, for example, in the wireless standard such as IEEE802.15.4, when changing the base station to which the sensor node 1 is connected, a new base station is searched by searching for a neighboring base station and exchanging a wireless channel, PANID, address information, and the like.
- IEEE802.15.4 when changing the base station to which the sensor node 1 is connected, a new base station is searched by searching for a neighboring base station and exchanging a wireless channel, PANID, address information, and the like.
- the sensor node 1 when the user 8 and the sensor node 1 move in the home network 5, the office network 6, and other networks 7, the sensor node 1 has the same communication settings (wireless channel, PANID, short circuit). Address). That is, even when the base station to be connected is changed, the association is not performed, so that unnecessary power consumption due to the association is unnecessary. In this case, all the communication settings can be made single.
- wireless communication the amount of data that can be communicated in one frequency band is limited, and when many devices try to communicate with the same base station at the same frequency at the same time, due to congestion control to prevent interference, Communication efficiency is significantly reduced.
- the processing capability of the base station 2 is limited, and for example, assuming that an inexpensive PC or the like is used, there is a possibility that a significant processing delay or data loss may occur. Accordingly, it is desirable that the sensor nodes 1 use independent wireless settings.
- the base station 2 communicates with a plurality of sensor nodes 1 in the vicinity, each of which attempts communication with different wireless settings, the plurality of communication settings are switched in a short time.
- the information of the communication setting to be switched is prepared in advance in an internal database, and can be added, rewritten and deleted by the user 8 from the outside or by an operation from the server 3.
- the allocation time of each setting is also switched according to the state of the sensor node 1. For example, if the sensor node 1 with an ID of A exists in the home network 5 or is in the process of moving to somewhere else, the base station 2 of the office network 6 communicates with the sensor node 1 of A. No allocation time is required. In addition, when the user 8 wearing the sensor node 1 is sleeping or when the state hardly changes, the necessity of collecting information in real time is reduced, and therefore the allocation time can be shortened. That is, the allocation time of communication with the sensor node 1 that is highly necessary to collect the activity state in real time becomes relatively long, and the limited processing capability and communication band of the base station can be used efficiently.
- the server 3 always stores the latest communication settings of the base stations 2 in all locations, and the communication settings of the base stations 2 are synchronized with this.
- the location where the base station 2 is installed may be various places other than homes and offices. For example, there are public places such as stations, airports, and trains.
- a mobile device with a communication function such as a mobile phone or a notebook PC having a wide-area wireless communication function, it is possible to make any place in the network.
- FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the base station 2 in detail, and includes a wireless communication unit 200 provided with an antenna 201 and a control device 202 having a data processing function such as a PC or a mobile phone. It has a function of wirelessly and wiredly communicating with the sensor node 1, switching a communication partner, estimating a behavior and a state of the user 8 and controlling a communication allocation time, and a function of communicating with the server 3 via the network 4. It is characterized by.
- the control device 202 includes a non-volatile storage unit 203, a calculation unit (CPU) 207, a volatile storage unit (RAM) 208 used for temporary data storage at a higher speed than the non-volatile storage unit 203, a wired, wireless LAN, a mobile phone, and a PHS.
- a non-volatile storage unit 203 a calculation unit (CPU) 207, a volatile storage unit (RAM) 208 used for temporary data storage at a higher speed than the non-volatile storage unit 203, a wired, wireless LAN, a mobile phone, and a PHS.
- CPU calculation unit
- RAM volatile storage unit
- Network communication unit 209 having a function of communicating with the network 4 such as the Internet via packet communication, WIMAX, etc., and a general-purpose device that can be connected to various external devices by USB or the like, and can also be connected to the wireless communication unit 200 and the sensor node 1
- the I / F 210 is connected to an external AC or DC power source, and a power source device 211 that supplies power to the entire control device 202 is connected to a device such as a mouse or a keyboard for inputting input to the control device 202.
- the U / I control unit 212 is connected to a display device or the like for a person to view information recorded in the control device 202. Is composed of the display control unit 213 of the eye, it is connected by an internal bus 214.
- the control device 202 executes various functions by the CPU 207 reading various programs recorded in the nonvolatile storage unit 203 to the RAM 208 and executing them.
- the nonvolatile storage unit 203 includes a database 204, a control program 205, and a management program 206.
- the database 204 includes a sensor waveform 221 that records data measured by the sensor node 1, and a gait and momentum necessary for estimating the behavior and state of the user 8 for each time calculated based on the sensor waveform 221. It includes an action index 220 such as an inclination, and communication settings 222 of a plurality of sensor nodes 1.
- the control program 205 is a program that controls the entire function of the base station 2 and controls communication with a plurality of sensor nodes 1, recording of received data, calculation of indices, transmission to the server 3, and the like.
- the management program 206 displays the management screen of the base station 2 for a person such as the user 8 by the display control unit 213 or the U / I control unit 212, and adds a user or a device to the communication setting by a human operation. It is possible to change the setting.
- FIG. 3 is a diagram showing in detail the configuration of the server 3.
- the server 3 is connected to a network 4 such as the Internet, records measurement data and index data collected from the base station 2, and updates the latest communication of all base stations 2. It is characterized by having a database recording settings.
- the server 3 includes a nonvolatile storage unit 301, a calculation unit (CPU) 302, a volatile storage unit (RAM) 303, a power supply device 304, and a network communication unit 305.
- the performance of the nonvolatile storage unit 301, the CPU 302, and the RAM 303 is desirably higher speed and larger capacity than a general PC.
- the nonvolatile storage unit 301 includes an analysis program 306, a base station communication program 307, a database 308, and a visualization program 313.
- the database 308 includes an action index 310, a sensor waveform 311 and a communication setting 312.
- the behavior index 310 is obtained by collecting and recording the behavior indices 220 of all base stations 2.
- the sensor waveform 311 is collected and recorded from the sensor waveforms 221 of all the base stations 2. That is, the server 3 collects all data measured by the sensor node 1 without depending on the location of the sensor node 1 or the base station 2.
- the communication setting 312 is a combination of all the base station 2 communication settings 222 and is updated when the base station 2 communication settings 222 are changed.
- the analysis program 306 monitors the behavior and life rhythm, safety and health status of the user 8, and analyzes the relationship between the work at the office and the lifestyle. Is. These analyzes are performed for each user 8, but require long-term continuous data. For example, if the relationship between sleep at home and work efficiency at the office is derived by analysis, the analysis is impossible if each data is recorded separately at home and office. It is also possible to collect all measurement data at one base station after recording all the measurement data at the sensor node 1 with either one of the base stations. However, if the base station is installed only in the home, it is impossible to know the activity state of the place in the office where a lot of time is spent in the day.
- the analysis program 306 is executed in the server that collects the data measured by all the sensor nodes and the behavior indicators possessed by all the base stations.
- the base station communication program 307 is a program that collects data of the action index 220, the sensor waveform 221 and the communication setting 222 from all the base stations 2 by communication means via the network 4 such as HTTP or HTTPS.
- FIG. 4 shows in detail the configuration of the control program 205 and the management program 206 in the base station.
- the control program 205 calculates a necessary index for estimating the behavior and state of the user 8 from the data measured by the sensor node 1 and the cyclic communication program 231 that communicates while switching to a plurality of sensor nodes 1 and stores it in the database.
- a behavior determination calculation program 235 to be recorded a state determination program 233 for determining the behavior and state of the user 8 using the index calculated by the behavior index calculation program 235, and adjusting the communication allocation time of each sensor node 1, and the network 4
- a data transmission program 234 for transmitting database information to the server 3 via the network, and a communication setting synchronization program 232 for synchronizing communication settings with the server 3.
- the cyclic communication program 231 controls the wireless communication protocol 230 having the control function of the wireless communication unit 200 and the general-purpose I / F 210 such as USB to control the wired communication protocol 238 to perform wired communication with the sensor node 1 to perform communication.
- the communication with the sensor node 1 is performed so that the list of communication settings of the sensor node 1 corresponding to the plurality of users 8 set in the setting 222 is circulated at each assigned time.
- the allocated time is measured by the timer 236.
- the received data is recorded in the sensor waveform 221.
- the behavior index calculation program 235 calculates an index necessary for estimating a human behavior and state from the sensor waveform 221 and records it in the behavior index 220.
- the sensor waveform 221 is motion data such as three-dimensional acceleration measured at intervals of several tens of milliseconds
- the behavior and state of the user 8 wearing the sensor node 1 are estimated from the behavior index 220, and the allocated time recorded in the communication setting 222 is adjusted based on the determined behavior. .
- the behavior index 220 For example, when there is a difference of one hour or more between the latest date and time in the behavior indicator 220 and the current date and time for a certain user 8, it can be understood that the user 8 is not in the vicinity of the base station.
- you are nearby you can see whether you are sleeping or exercising, just after coming to the spot, desk work, watching TV, based on the amount of movement, that is, the amount of exercise and the number of steps. You can know if you are resting.
- the allocation time is reduced.
- the allocated time is reduced because there is little change in behavior during sleep as well.
- the allocation time is lengthened.
- the data transmission program 234 reads out only data that has never been transmitted to the server 3 from the sensor waveform 221 and the behavior indicator 220, and performs general-purpose network communication such as HTTP and HTTPS via the network communication unit 209. Send by means.
- the communication setting synchronization program 232 is a program for synchronizing the communication setting 312 of the server 3 and the communication setting 222 of the base station 2. For example, when the communication setting 222 is changed / added on a certain base station 2 side, it is reflected in the communication setting 312 of the server 3, and the communication setting 312 and the communication setting 222 of the server 3 are synchronized in the other base stations 2.
- the management program 206 includes a user screen program 225 and a user management program 226.
- the user screen program 225 receives an operation from the administrator of the user 8 or other base station 2 via the U / I control unit 212, and displays a management screen for changing the communication setting 222 via the display control unit 213. This is a program to be provided.
- the user management program 226 is a program that provides a function for rewriting the contents of the communication setting 222 based on the operation received by the user screen program 225.
- the management program 206 may be accessed and changed from an external network device.
- the management program 206 includes a Web server program, and accepts a request based on a protocol such as HTTP or HTTPS via the network. For example, when a screen display for changing the communication setting 222 is requested, a means for changing the communication setting 222 is presented to the authorized user 8 or administrator via the user management program 226. Further, when a change request is made, the communication setting 222 is changed via the user management program 226.
- a protocol such as HTTP or HTTPS
- FIG. 5 shows the configuration of the communication setting 222 of the base station 2 in detail, and is characterized in that each user 8 has a unique setting value and allocation time.
- the communication setting 222 includes a user setting 240, a wireless communication setting 241, and a wired communication setting 242.
- the user setting 240 includes a user ID 251 that is an identification ID of the user 8, a type 252 for distinguishing whether to use wireless, wired, or both, and wireless communication that records detailed communication settings.
- the setting ID 253 that is a link to the setting 241 and the wired communication setting 242, the allocation time 254 that is the communication allocation time for each user, and the changed line when the communication setting 222 is changed are notified to the communication setting synchronization program 232.
- a change flag 255 that is a flag to be reflected in the communication setting 312 of the server 3.
- the wireless communication setting 241 indicates detailed setting contents when the type 252 is wireless in the user setting 240.
- the setting ID 256 corresponds to the setting ID 253, and one line includes a wireless channel 257, a PAN ID 258, a MAC address 259, and a short address 260. If the combination of the wireless channel 257 and the PANID 258 is independent in all the sensor nodes 1, all the short addresses 260 have the same value. When the combination of the wireless channel and the PANID is exhausted and becomes independent, there is a sensor node 1 that shares the same wireless setting (wireless channel and PANID), and therefore a different short address 260 is assigned to distinguish them. .
- the wired communication setting 242 indicates detailed setting contents when the type 252 is wired in the user setting 240.
- the setting ID 261 corresponds to the setting ID 253, and a device ID 262 is assigned to each.
- the device ID 262 is an independent value for all the sensor nodes 1, and may be the same as the MAC address 259 when the sensor node 1 has a wireless communication function.
- the communication speed is sufficiently higher than that of wireless communication, and since power is supplied if USB is used, the device ID is transmitted each time when communication is started or periodically. 1 communication is established.
- FIG. 6 shows an example of the data structure of the sensor waveform 221, characterized in that the measurement data received from the sensor node 1 is recorded with user information and a flag indicating whether it has been transmitted to the server 3. To do.
- the sensor node 1 measures acceleration, temperature, pulse wave, and battery voltage.
- the structure of one line of the sensor waveform 221 includes a user ID 280 which is an identification ID of the user 8, a date 281 indicating the date and time measured by the sensor node 1, an acceleration x282 indicating an acceleration based on the gravitational acceleration, an acceleration y283, and an acceleration z284.
- the transmitted flag 288 is referred to from the data transmission program 234. If it is 0, it is transmitted to the server 3 to indicate that it has not been transmitted. If it is 1, it is not transmitted because it has been transmitted.
- the transmission completion flag 288 is rewritten to 1 after the data transmission processing of the row.
- FIG. 7 shows an example of the data structure of the behavior indicator 220.
- a value that summarizes behavior characteristics in a long time unit such as seconds or minutes is calculated and recorded. It is characterized by that.
- One line of the data table of the behavior index 220 includes the user ID 270, the date and time 271, the momentum 272 indicating the number of times the scalar value (absolute value) of the three-axis acceleration that is a vector vibrates, and similarly the amplitude of the scalar value of the acceleration.
- the exercise intensity 273 shown the number of steps 274 calculated by a known method such as autocorrelation from the periodicity of the acceleration waveform, the slope x275 that is the average value of the acceleration x282, the slope y276 that is the average value of the acceleration y283, and the acceleration A slope z277, which is an average value of z, and a transmitted flag 278 indicating whether the data in the row has already been transmitted to the server 3 or not.
- the transmitted flag 278 is the same as the transmitted flag 288 and is referred to by the data transmission program 234. If it is 0, it is transmitted to the server 3 and rewritten to 1.
- FIG. 8 is a diagram showing in detail a method for calculating the amount of exercise 272 and the exercise intensity 273 of the behavior index 220.
- the graph shown in FIG. 8 is a value obtained by converting vector triaxial acceleration into a scalar value.
- the momentum 272 is the number of times the scalar value oscillates per unit time, that is, the number of times 291 that intersects the center value.
- 0.03G is set as a reference central value as a threshold value for easily detecting only human behavior.
- the exercise intensity 273 is an integral value of the scalar value, that is, the sum 290 of the amplitude of the scalar value per unit time.
- FIG. 28 shows an example of a sequence in which the sensor node 1 associates with the destination base station 2 and starts a connection in accordance with IEEE 802.15.4 as in the prior art.
- base station search and association processing are required.
- the sensor node 1 transmits a beacon request for requesting a PANID to the base station 2, and waits for reception of a beacon including the PANID from the base station.
- the same processing is performed for all radio channels (16 channels in IEEE 802.15.4).
- the total reception standby time is 10 to 100 times that of the normal data transmission time, and power consumption is also required. This process is the process that consumes the most power in the sensor node 1.
- the sensor node 1 when a beacon can be received from the base station 2, an association is performed using the specified radio channel and PANID.
- the sensor node 1 includes a MAC address, transmits a connection request for requesting a short address to the base station, and receives assignment of the short address.
- transmission of sensor data immediately after measurement is started.
- the wireless communication unit 200 of the base station 2 correctly receives the sensor data
- the wireless communication unit 200 transmits Ack to the sensor node 1.
- the sensor node 1 receives Ack, it is assumed that data transmission is successful. Thereafter, the sensor node repeats the transmission of sensor data and the reception of Ack, and when Ack cannot be received, performs the base station search and association again.
- FIG. 9 shows an example of a sequence of communication processing with the base station at the movement destination of the sensor node 1 according to the present embodiment.
- the sensor node 1 repeatedly executes sensor data transmission 326 at a constant interval (for example, every second) even when the connection with the base station is not established. To do.
- the base station performs processing for sequentially switching communication settings of a plurality of sensor nodes registered in advance. That is, the control device selects the communication setting 328 based on the time allocated for each sensor node and transmits it to the wireless communication unit.
- Ack 330 is returned to the sensor data transmission 329, and communication is established. Therefore, the sensor node simply repeats the same process as the normal data transmission process, and the result is the same as the search and association process.
- the sensor data received by the wireless communication unit is transmitted to the control device (331) and recorded in the sensor waveform 221. If the sensor node succeeds in data transmission, it is assumed that it is still connected to the base station, and data recorded in the storage inside the sensor node in a state where communication with the base station has not been established (in this case, untransmitted) Data transmission).
- the measurement time of these untransmitted data is delayed compared to the time of transmission and is not real time. Therefore, in this embodiment, untransmitted data recorded in the storage is transmitted to the base station as fast as possible in order to eliminate the data delay and approximate real time.
- the sensor data transmission 332 is prioritized and the transmission of untransmitted data is interrupted.
- the sensor data transmission 332 is the timing at which the data measured by the sensor node at regular intervals is stored in the sensor node memory up to the transmission capacity (packet size) that can be transmitted by one data transmission. Is desirable.
- transmission of untransmitted data is interrupted on the assumption that a connection has not been established when the Ack response from the base station is interrupted.
- the base station controller newly calculates a behavior index 220 from the sensor waveform 221 and executes transmission 333 of behavior index data to the server.
- the control device transmits a communication setting 334 to the wireless communication unit in order to switch to the next setting.
- the communication setting is switched in the wireless communication unit, the response of Ack to the data transmission 335 of the sensor node is interrupted.
- the sensor node sets this state as a state where communication is not established, and repeats the process of the data transmission period 324.
- the data transmission period 324 in which the data transmission 326 is repeated in a state where the connection with the base station 2 is not established. If the response of Ack is interrupted (for example, Ack is not returned 10 times in succession) and it can be determined that communication has not been established, in order to save transmission power, the data content can be emptied or the transmission interval can be reduced. It is effective to divide it from the purpose of transmitting measurement data by extending the interval from 1 second to 1 minute.
- FIG. 10 is a diagram showing an example in which the conventional process shown in FIG. 28 is compared with the power consumption of this embodiment.
- typical current consumption of the sensor node 1 is a current 501 during sensing and a current during wireless transmission.
- the processing at the time of wireless transmission includes activation of the wireless communication unit, scanning of surrounding radio wave conditions for congestion control (channel scanning), data transmission, Ack reception, data compression, and writing to storage.
- the current 506 indicates the current when measured at 50 millisecond intervals and the measured data is transmitted collectively at 1 second intervals.
- the base station search 505 takes 15 milliseconds or more even when waiting for a beacon of one channel. Therefore, if this is performed for all channels, a search time of at least 250 milliseconds is required, and during this period, the peak current continues to flow. As described above, in the conventional base station search and association process shown in FIG. 28, since the reception standby time of the sensor node 1 becomes longer, the power consumption becomes 10 times or more that during normal data transmission.
- FIG. 11 is a diagram showing the overall flow of processing performed in the base station, and particularly shows the processing of the cyclic communication program 231 in detail.
- FIG. 11 is characterized in that the base station switches sensor nodes that communicate with each other at a predetermined allocation time.
- the cyclic communication process is started in process P1. This program can be interrupted and stopped in any state by an external operation.
- process P2 the communication setting synchronization program 232 is read into the RAM 208 of the control device 202, and the communication setting synchronization process is started.
- communication settings 222 for use in communication are sequentially read into the RAM 208 of the control device 202. If it is immediately after starting this program, the top setting of the communication setting 222 table is read, and if there is a setting that has already been read, the next setting is read.
- the allocation time 254 of the communication setting 222 read out in the process P3 is set in the timer 236, and the timer count is started.
- process P5 if the type 252 of the communication setting 222 read in process P3 is wireless, the wireless communication protocol 230 is activated, the corresponding wireless communication setting 241 is sent to the wireless communication unit 200, and the wireless communication unit is activated. . If the type 252 is wired, the wired communication protocol 238 is activated.
- process P6 if radio is selected in process P5, any data received by the radio communication unit 200 via the radio communication protocol 230 is recorded in the sensor waveform 221. If wired is selected, if the sensor node 1 that matches the device ID 261 in the wired communication setting 242 is connected to the general-purpose I / F 210, communication is started and data is received.
- the action index calculation program 235 is read out to the RAM 208 of the control device 202, and the action index calculation process is started.
- the data transmission program 234 is read to the RAM 208 of the control device 202, and the data transmission process is started.
- the state determination program 235 is read into the RAM 208 of the control device 202, and the state determination process is started.
- process P10 the state of the timer 236 is read. If the preset time has elapsed, the process proceeds to process P11. If not, the process proceeds to process P6. In the process P11, if the radio is selected in the process P5, the radio communication protocol 230 and the radio communication unit 200 are stopped. If wired is selected, the wired communication protocol 238 is stopped. When communication is stopped in process P11, user switching is performed (P12), and the process proceeds to process P2.
- FIG. 12 shows the processing procedure of the behavior index calculation program 235 in detail.
- the action index calculation process is started from process P100.
- the behavior index is calculated when sensor waveform data for a predetermined time (1 minute in this example) or more is accumulated.
- the process P101 the behavior index 220 and the sensor waveform 221 are read, and if the time (uncalculated time) of data existing in the sensor waveform is 1 minute or more, the process shifts to the process P102. If it is shorter than 1 minute, the process proceeds to process P108, and the behavior index calculation process is terminated.
- process P102 the sensor waveform 221 data corresponding to the uncalculated time in process P101 is read.
- the momentum is calculated from the acceleration x282, acceleration y283, and acceleration z284 of the read sensor waveform 221 based on the calculation method shown in FIG.
- the exercise intensity is calculated based on the calculation method shown in FIG. 8, and in the process P105, a known method such as autocorrelation of the waveform of the scalar value of the acceleration vector from the acceleration x282, the acceleration y283, and the acceleration z284. To calculate the number of steps.
- an average value (for example, for one minute) is calculated from the acceleration x282, the acceleration y283, and the acceleration z284 to obtain the inclination.
- the results calculated in the processes P103 to 106 are recorded in the action index 220, the process proceeds to the process P108, and the action index calculation process is completed.
- FIG. 13 shows an example of the processing procedure of the data transmission program 234.
- the behavior index 220 is transmitted at the earliest possible timing, and the time when the processing load of the base station is low, for example, the large-capacity sensor waveform 221 is the time when the user 8 wearing the assigned sensor node 1 is absent. It transmits to a server collectively, It is characterized by the above-mentioned.
- a data transmission process is started from process P200.
- process P201 the presence / absence of untransmitted data to the server 3 is detected based on the transmitted flag 278 of the behavior indicator 220. If there is untransmitted data, the process proceeds to process P202, and if not, the process proceeds to process P208 to complete the data transmission process.
- process P202 data corresponding to the untransmitted time in the process P201 is read from the behavior indicator 220.
- process P203 the data read in process P202 is transmitted to the server 3 via the network communication unit 209.
- process P204 the transmission completion flag 288 of the sensor waveform 221 is referred to and the presence / absence of sensor waveform data not transmitted to the server is detected. If there is data that has not been transmitted to the server 3, the process proceeds to process P205, and if not, the process proceeds to process P208 to complete the data transmission process.
- the sensor waveform 221 is referred to, and if the difference between the time of the latest measurement data of the currently assigned user and the current time is, for example, 10 minutes or more, it is considered absent, and the process proceeds to process P206. If it is less than 10 minutes, the process proceeds to process P208 to complete the data transmission process. This is because the probability of receiving data from the sensor node is low and the processing load of the base station is low when it is absent, and therefore, using this time, the sensor waveform 221 having a larger capacity than the behavior indicator 220 is used. Is sent to the server.
- process P206 the data not transmitted in process P204 is read into the RAM 208 of the control device 202.
- process P207 the data read in process P206 is transmitted to the server 3 via the network communication unit 209. After the transmission is completed, the data transmission process is completed in process P208.
- FIG. 14 shows an example of the processing procedure of the state determination program 233.
- FIG. 14 is characterized in that the communication allocation time is controlled in accordance with the state of the user 8. Specifically, the allocated time is increased or decreased depending on whether the user 8 is absent, whether the user 8 is sleeping, or whether the behavior is changed.
- the state determination process is started from process P300.
- the process P302 is the same as the process P205 of FIG. 13, and if it is determined that the assigned user 8 is not present in the vicinity thereof, the process shifts to the process P310. If not, the process proceeds to process P303.
- the communication setting 222 is accessed, and the current allocation time 254 of the user 8 is reduced by a predetermined amount (for example, about 50%). However, since a minimum startup time is required within the allocated time, it is desirable to secure about 10 seconds at the shortest.
- the action content is determined based on the action index 220.
- a known method is used as the discrimination method. For example, a method based on the amount of exercise or exercise intensity can be used (METS method or the like). Further, it can be easily estimated that there is a behavior transition when walking or when there is a sudden change in momentum. In other words, after separating behavior transitions, you can classify behaviors such as sleep, rest, desk work, exercise, walking, and work from the momentum between the transitions, and determine postures such as sitting and standing from tilt information be able to.
- process P304 if the action content determined in process P303 is sleep, the process proceeds to process P311. If not, the process proceeds to process P305.
- the process P311 is a process for reducing the allocation time, like the process P310.
- process P305 when the transition of the action content determined in process P303 is looked back for about the past 5 to 10 minutes, if there is a change, the process proceeds to process P306, and if there is no change, the process proceeds to process P312.
- the process P312 is a process for reducing the allocation time, like the process P310.
- Process P306 is a process for increasing the allocation time. The maximum value at this time can be set to a value of about 1 to 10 minutes, or for example, the maximum cycle for circulating the whole can be set to 30 minutes and the cycle divided by the number of registered users.
- the state determination process is completed.
- FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a processing procedure of the communication setting synchronization program 232.
- the setting contents changed in the base station 2 are synchronized with the server 3, and the contents changed in the other base stations 2 are synchronized through the server 3.
- each base station can reflect the latest communication settings of a plurality of sensor nodes.
- the communication setting synchronization process is started from process P400.
- process P401 the communication settings of all users registered from the communication settings 222 are read out to the RAM 208 of the control device 202.
- the change flag 255 of the communication setting 222 read to the RAM 208 in process P401 is referred to.
- the change flag 255 is set to 1 when the radio channel, the PANID, and the short address in the communication setting 222 are changed in the base station 2. If there is a line in which the change flag 255 is 1, the process proceeds to process P403.
- process P403 the data in the row in which the change flag 255 of the communication setting 222 is 1 is transmitted to the server 3 via the network communication unit 209 and reflected in the communication setting 312.
- process P410 all lines corresponding to the user registered in the communication setting 222 are read out from the communication setting 312 of the server 3 via the network communication unit 209.
- the communication setting data read in the process P410 and the data of the communication setting 222 read in the RAM 208 are compared, and if there is a difference, the process proceeds to the process P412 and the difference contents are reflected in the communication setting 222. Synchronize with the communication setting 312 of the server 3. If there is no difference, the process proceeds to process P404. In process P404, the communication setting synchronization process is completed.
- the behavior index 310 can also be calculated from the sensor waveform 311 by executing the analysis program 306 by the server.
- the base station can receive the behavior index calculated by the server, estimate the user's behavior and state, and control the user's communication allocation time based on the estimated behavior. Furthermore, by executing the analysis program 306 by the server, it is possible to estimate the user's behavior and state from the behavior index and calculate the communication allocation time. In this case, the base station can receive the communication allocation time calculated by the server and can communicate with each sensor node based on the communication allocation time.
- the base station can use the result of the server executing the analysis program 306 for the behavior state determination described above.
- the server specifies that the sensor node A is within the range of the base station A based on the user ID and the ID of the base station included in the data received from the base station A, and sets the location information to another base station B. Send to.
- the base station B can determine that the user of the sensor node A is absent based on the location information of the sensor node A, and can reduce the communication allocation time of the sensor node A.
- 16 to 18 are block diagrams of the sensor node 1 of the present embodiment.
- the sensor node 1 is controlled by executing a sensing program 422, a wired communication program 423, and a wireless communication program 424 recorded in the ROM 420.
- the periodic signal from the real-time clock 438 is used as a trigger for sensing at an arbitrary period, and the data is taken into the RAM 410 and recorded in the storage 460.
- the wireless communication program the data measured by the sensing program 422 is wirelessly transmitted to the base station 2, and the data transmission is performed without searching or association processing even if the connection with the base station 2 is not established. Continue.
- the external power supply detection unit 432 reads out data from the storage 460 using a connection with an external device such as a personal computer via USB as a trigger, and starts wired transmission to the external device.
- an external device such as a personal computer via USB as a trigger
- the sensor node 1 includes a wireless communication unit (RF) 431 including an antenna 450 that communicates with a base station, an acceleration sensor 435, a temperature sensor 436, a pulse sensor 437, a microcomputer 400, and the microcomputer 400 at regular intervals.
- the microcomputer 400 can trigger a real-time clock (RTC) 438 that functions as a timer for triggering, a storage 460 that is a nonvolatile storage medium, an LCD 434 that displays characters, waveforms, graphs, and the like.
- RTC real-time clock
- the voltage detection unit 440 for outputting the voltage of the secondary battery 447 to the microcomputer 400, the regulator 446, and the regulator 446
- the power supply switching unit 445 that switches the power supply to be supplied between the secondary battery 447 and the external power supply via USB, the terminal 470 that connects the USB cable, and the reset terminal 475 are cut off from the power supply from the secondary battery. It includes a reset switch 443 for resetting.
- the microcomputer 2 converts a CPU 401 that executes arithmetic processing, a ROM 420 that records a program 421 to be executed by the CPU 401, a RAM 410 that temporarily records data and the like, and an analog signal input from the outside into a digital signal.
- the programs 421 recorded in advance in the ROM 420 include a sensing program 422 and a wired communication program 423.
- the processing described in the sensing program 422 is executed by the CPU 401, and the data sensed by the acceleration sensor 435, the temperature sensor 436, and the pulse sensor 437 is taken into the RAM 410 via the serial communication unit 403 using the signal of the real time clock 438 as a trigger.
- the wireless communication unit 431 is controlled to wirelessly transmit the data fetched into the RAM 410 to a predetermined base station, and further written into the storage 460 and recorded.
- the processing described in the wired communication program 423 is also executed by the CPU 401, starts wired communication using a signal from the external power supply detection unit 432 as a trigger, is recorded in the storage 460 via the serial communication unit 403, and is wireless or Data that has not been transmitted to the outside by wire communication (untransmitted data) is read, transmitted to the USB communication unit 433, and transmitted from the USB communication unit 433 to the external device by wire.
- data (transmitted data) that has been transmitted once wirelessly and by wire can be sent again.
- the wired communication program 423 can read the data in the storage 460 and record it in the RAM 410 without controlling the DAMC 402 and executing the processing by the CPU 401. Accordingly, since the CPU 401 can execute another process while the storage 460 is being read, data can be transmitted from the RAM 400 to the USB communication unit 433. Also in the transmission to the USB communication unit 433, the DMAC 402 can be controlled to transfer data from the RAM 410 without using the CPU 401.
- the RAM 410 is a rewritable value such as a parameter 411, a wireless communication state 412, a wired connection state 413, a wired communication state 414, and a transmission for temporarily recording data for wireless transmission.
- the parameter 411 is a value that defines the operation of the sensor node 1 and can be changed by the user.
- a wireless channel indicating a wireless frequency used when wireless communication is performed by controlling the wireless communication unit 431, a unique ID (PANID, short address) for identifying a sensor node, and the like are recorded.
- the wireless communication state 412 records the result of transmitting sensed data, that is, the result of successful transmission or failure.
- the wired connection state 413 records whether or not the external device is connected via USB.
- the wired communication state 414 records whether or not the external device of the other party can receive data while being connected to the external device via USB.
- the transmission buffer 415 is an area in which data sensed by the acceleration sensor 435, the temperature sensor 436, and the pulse sensor 437 is temporarily recorded and accumulated until the transmission capacity is reached.
- the data capacity packet capacity
- the storage buffer 416 is an area for data that is compressed and transmitted to the storage 460 for recording after the data in the transmission buffer 415 is transmitted.
- data is read from the storage 460 and transmitted wirelessly or by wire, it is also an area for recording the read data.
- waveform data with a maximum acceleration of 3G and a minimum of -3G sampled at 20 hertz can be compressed to about 1/3 on average. Therefore, data corresponding to one packet capacity is stored in the storage buffer 416 and then recorded in the storage 460. As a result, the writing frequency can be reduced.
- the read address 417 indicates the position in the storage 460 of untransmitted data to be transmitted when wireless or wired communication is possible.
- the write address 418 indicates a position in the storage 460 where data for writing to the storage 460 recorded in the storage buffer is to be recorded. That is, when the read address 417 and the write address 418 have the same value, it can be determined that there is no untransmitted data to be transmitted in the storage 460.
- the storage 460 includes a data table 461 for recording sensed data.
- the data table will be described with reference to FIG.
- the data recorded in the data table is delimited by a variable length for each packet when transmitted from the wireless communication unit 431.
- the processing can be reduced by enabling wireless or wired transmission without processing the data as it is.
- One packet is recorded at the position of the corresponding address, and the flag and length are also recorded in the data table 461 at the same time.
- the address is uniquely assigned in the data table 461, and one address indicates the position of one corresponding data.
- the storage 460 can read or write data at any position recorded in the storage 460 by referring to an address included in the write command read from the microcomputer 400 by serial communication.
- the length indicates the data length of the corresponding packet. That is, the address of the next recorded packet can be determined by adding the length to the address of the corresponding packet.
- 1 is written if transmission is successful when the data is transmitted after being recorded in the transmission buffer 415, and 0 is written if transmission failure data is included. That is, when a packet in the storage 460 is read later, it can be determined whether or not untransmitted data is included, and only untransmitted data can be efficiently read without being left.
- the packet 462 indicated by the write address 418 of the RAM 410 indicates the oldest packet recorded last in the data table 461. This is because by rewriting from the oldest data, the number of rewrites is equalized in all recording units (one cell of the memory) in the storage, and the rewrite frequency is reduced.
- a packet 463 indicates a packet including transmitted data in the data table 461. Since the packet 463 includes transmitted data, the flag is 1.
- a packet 464 indicated by a read address 417 of the RAM 410 indicates a packet including untransmitted data recorded last in the data table 461. Since the packet 464 includes untransmitted data, the flag is always 0. In other words. By simply reading a packet with a flag of 0 from the packet indicated by the read address 417, it is possible to read without leaving untransmitted data.
- the real time clock 438 can generate an interrupt signal to the interrupt control unit 406 of the microcomputer 400 at a constant cycle. This period can be changed by a serial communication command. With this interrupt signal, the microcomputer 400 can start the sensing process described in the sensing program 422 at a constant cycle without being affected by the execution state of other processes.
- Real time clock 438 has an external input terminal. That is, by connecting the switches 441 and 442 that are buttons to the external input terminal, the microcomputer 400 can be similarly interrupted when the button is pressed. These input states can be read out to the microcomputer 400 by serial communication, and the type of button and the pressed length can be detected. By using the operations of the switches 441 and 442, the setting change of the parameter 411 can be executed.
- the external power supply detection unit 432 detects that the power supply terminal 471 of the terminal 470 is connected. That is, it is possible to detect connection with an external device via a USB having a power source. When connection is detected, the external power supply detection unit 432 generates an interrupt signal to the interrupt control unit 407 of the microcomputer 400 and outputs a digital signal 1 to the I / O port 405. When disconnection is detected, an interrupt signal is generated and a digital signal of 1 is output to the I / O port 405. That is, the microcomputer 400 can immediately detect a change in the connection state to the terminal 470 and start or stop USB communication via the USB communication unit 433.
- the communication line for the serial signal can be cut off immediately when communication is stopped. This is a function of suppressing current leakage flowing from the microcomputer 400 to the USB communication unit 433 through the signal line because power is not supplied to the USB communication unit 433 when the terminal 470 is not connected.
- the USB communication unit 433 converts a serial communication signal with the microcomputer 400 into a USB standard signal via USB data terminals (transmission and reception) 472 and 473. Therefore, in the control of the microcomputer 400, only the data to be transmitted to the external device can be automatically converted to the USB standard data and transmitted to the external device only by transmitting to the USB communication unit 433 by serial communication. In addition, since the power of the USB communication unit 433 is supplied only from an external device via the power terminal 471, no extra power is consumed when the USB is not connected.
- the power supply switching unit 445 switches the power supplied to the regulator 446 between the power supplied from the built-in secondary battery 447 when the USB is not connected and the power supplied from an external device via the power terminal 471 when the USB is connected. . Therefore, the secondary battery 447 is not consumed even when wired communication is continuously used during USB connection.
- FIG. 19 shows the external appearance of the sensor node 1 to which this embodiment is applied.
- the USB connection terminal 470 of the sensor node 1 is on the side as viewed from the mounting surface with the pulse sensor 437, the user can always wear it during wired communication and charging, and sensing is performed. It is characterized by not obstructing. Each will be described below.
- the sensor node 1 has bands 9 attached to both ends, and can be worn on the arm in the same manner as a typical wristwatch. As can be seen from the structure of the band 9 in FIG. 19, the surface having the pulse sensor 437 contacts the user's skin when worn.
- the pulse sensor 437 is a known optical measurement method, which irradiates infrared rays on the surface of a living body, and makes it possible to estimate a pulse from a change in reflected light due to pulsation of blood vessels. That is, it is essential that the pulse sensor 437 is in contact with the user's skin.
- Terminal 470 is on a different side from the mounting surface where pulse sensor 437 is located.
- a terminal 470 corresponds to a USB cable, and can be connected to an external device compatible with USB through a power terminal 471, data terminals (transmission and reception) 472 and 473, and a ground terminal 474, and can communicate and supply power. Further, by short-circuiting the reset terminal 475 and the ground terminal 474, it is possible to shut off the internal power supply from the outside and apply a reset. Only the electrodes of the terminal 470 are exposed and can be waterproofed.
- the LCD 434 can display the time that the user can always see, the remaining battery level, the wireless communication status, and the like. By displaying a menu on the LCD 434 and operating the switches 441 and 442, the user can change the sensing interval, the wireless channel, and the like. It is also possible to execute sensing or wireless communication processing different from normal, triggered by pressing of the switches 441 and 442.
- FIG. 20 shows a flowchart of the process of the sensor node 1 described in the program 421 recorded in the ROM 420 of FIG. 17, and in particular, the processes P501, 502, 504 and 505 are described in the sensing program 422.
- Process P508 is described in the wireless communication program 424
- process P510 is described in the wired communication program 423.
- FIG. 20 even if other processes P502 to P510 are being executed by an interrupt from the interrupt control unit 406 that has received a signal from the real-time clock 438, the process P510 is immediately executed and sensing is always performed at a constant cycle. It is possible to do.
- the process P501 is started by an interrupt from the interrupt control unit 406, sensed by one or more of the acceleration sensor 435, the temperature sensor 436, and the pulse sensor 437, and records the sensed data in the transmission buffer 415 of the RAM 410. . After the process is completed, the process proceeds to process P502.
- Processing P502 determines whether or not the transmission buffer 415 has a capacity for recording the sensed data. When the recording becomes impossible, the process proceeds to process P503, where the data recorded in the transmission buffer 415 is converted into a packet conforming to the wireless protocol and wirelessly transmitted to a predetermined base station. After the process is completed, the process proceeds to process P504. The wireless transmission result (success, failure, etc.) is recorded in the wireless communication state 412. If there is a recordable capacity, the process proceeds to process P506.
- Processing P504 compresses the data of the wirelessly transmitted packet by a known compression method and records it in the storage buffer 416.
- the compression method to be applied is desirably a processing time sufficiently shorter than the interval at which the real-time clock 438 generates a signal when the CPU 401 of the microcomputer 400 executes the processing.
- the process P505 if data for one packet capacity is accumulated in the storage buffer 416, it is recorded in the storage 460. If untransmitted data is included, the flag is set to 0;
- the write destination position in the storage 460 refers to the write address 418 of the RAM 410, and after the writing is completed, the write address 418 is updated to the next address.
- the read address 417 and the write address 418 before update are the same and the written flag is 1, there is no untransmitted data to be read, so the read address 417 is also updated at the same time.
- the process proceeds to process P506.
- Processing P506 compares the read address 417 and the write address 418 recorded in the RAM 410. If the addresses are different, the process proceeds to process P507, and if the addresses are the same, the process proceeds to process P509. That is, it is determined whether there is a packet including untransmitted data. If the read address 417 and the write address 418 are the same, it can be determined that all the packets recorded in the storage 460 have been transmitted.
- Processing P507 refers to the wired connection state 413 of the RAM 410. If the wired connection is ON, the process proceeds to process P510, and if it is OFF, the process proceeds to process P508. In process P508, a packet including untransmitted data is read, and if the flag corresponding to the packet is 0, the packet is transmitted wirelessly. When transmission is successful and a packet including untransmitted data exists in the storage 460, reading and wireless transmission are repeated and executed. The position of the packet to be read refers to the read address 417 of the RAM 410. If the wireless transmission fails or there is no packet including untransmitted data in the storage 460, the process P508 proceeds to the process P509.
- the process P510 reads a packet including untransmitted data, and transmits the packet by wire if the flag corresponding to the packet is 0. When wired communication is possible and a packet including untransmitted data exists in the storage 460, reading and wired transmission are repeated and executed. The position of the packet to be read refers to the read address 417 of the RAM 410. The process P510 proceeds to the process P509 when wired transmission cannot be performed or when there is no packet including untransmitted data in the storage 460. If an interrupt from the interrupt control unit 406 occurs during the execution of the process P510, the process is stopped and the process P501 is started.
- Process P509 stops the clock of the microcomputer 410 and puts it into a low power standby state (sleep state). In the standby state, it is possible to shift to the activated state by an interrupt from the interrupt control units 406 and 407. Therefore, the power consumption can be greatly reduced by performing the intermittent operation in which only the timing necessary for the processing is activated while the time without the necessary processing is set to the standby.
- the wired connection state 413 of the RAM 410 if it is ON, power is supplied from the outside, so there is no need to enter standby.
- FIG. 21 shows the process P503 of FIG. 20, and shows in detail the process of wirelessly transmitting the real-time data immediately after measurement by the sensor node 1 to the base station 2.
- FIG. 21 it is assumed that communication with the base station 2 cannot be established if wireless transmission fails continuously, empty data is sent with the transmission interval thinned, and an Ack reply is confirmed.
- the base station 2 is in the vicinity with as low power as possible.
- the wireless communication process starts from process P520.
- process P521 if the current transmission mode recorded in the wireless communication state 412 of the RAM 410 is the data transmission mode, the process proceeds to process P522, and if it is the scan transmission mode, the process proceeds to process P531.
- process P522 the real-time data recorded in the transmission buffer 415 of the RAM 410 is transmitted to the wireless communication unit 431 and wirelessly transmitted to the base station 2.
- empty data is transmitted to the base station 2.
- the payload area is set to 0 or 1 byte dummy data only. Transmission of empty data is only for checking the presence or absence of a neighboring base station with Ack, and the amount of data is reduced in order to suppress power consumption as much as possible. In order to further reduce power consumption, the number of transmissions is thinned out here. For example, transmission is performed only once in 10 times.
- process P523 it is determined whether there is an Ack for wireless transmission in processes P522 and P531. If an Ack is received, the transmission is considered successful and the process proceeds to processing 524. If there is no Ack, it is regarded as a transmission failure, and the process proceeds to process P532.
- process P524 the previous transmission result of the wireless communication state 412 of the RAM 410 is regarded as successful wireless transmission. Similarly, in process P532, the previous transmission result of the wireless communication state 412 is determined as wireless transmission failure. In process P525, the continuous transmission failure count recorded in the wireless communication state 412 of the RAM 410 is rewritten to zero. In process P533, the number of consecutive transmission failures recorded in the wireless communication state 412 of the RAM 410 is rewritten to a value that is one greater than the original value.
- process P534 if the number of continuous transmission failures in the wireless communication state 412 exceeds the predetermined number (10 in this example), the process proceeds to process P535, and if not, the process proceeds to process P526.
- process P526 the transmission mode of the wireless transmission state 412 of the RAM 410 is set to the data transmission mode.
- process P535 the transmission mode in the wireless transmission state 412 is set to the scan transmission mode. The wireless communication process is completed in process P527.
- FIG. 22 shows in detail the processing for changing the communication setting of the sensor node 1 by operating the switches 441 and 442.
- the communication setting process is activated by interruption only when the switch is pressed and held, and the user 8 can manually set the communication setting of the sensor node 1. If there is no operation for a certain period of time, the setting is not changed. It is characterized by returning to the original.
- the waveform of sensing data, item information, wireless radio wave state, remaining battery level, remaining memory level, etc. are displayed on the LCD of the sensor node. Then, when the user presses the switch 442 for a long time, the mode shifts to the sensor node parameter setting mode.
- the switch 441 the parameter being displayed on the LCD can be changed to the forward feed within the specified effective range.
- the communication setting change process is an interrupt by the switches 441 and 442 of the interrupt control unit 406, and starts from process P551.
- the state of the switch 441 or the switch 442 is continuously detected until the switch is released.
- the process P553 if the pressing time of the switches 441 and 442 detected in the process P552 is equal to or longer than a predetermined time (for example, 2 seconds), the process shifts to the process P554, and if it is less than 2 seconds, the process shifts to the process P559.
- a predetermined time for example, 2 seconds
- process P554 all parameters 411 in the RAM 410 are read. At the same time, the effective range and display format specified for each parameter are read from the program 421 in the ROM 420.
- a timer is set. Also, the elapsed time is cleared to zero.
- the timer is processed without being pressed. This is for interrupting and returning to the normal display. The timer measures the elapsed time by using the function of the real-time clock 438 or by using the interrupt at the time of measurement and counting the number of interrupts.
- process P556 it is detected whether any of the switches 441 and 442 is pressed. In process P557, if the switch 441 is pressed in process P556, the process proceeds to process P560. If not, the process proceeds to process P558. In process P560, the value being displayed in the currently set parameter is updated to forward within the specified effective range. In process P558, if the switch 442 is pressed, the process proceeds to process P561. If not, the process proceeds to process P559.
- process P561 when the currently selected parameter is not a normal parameter but a setting end selection state, the process shifts to process P563 as the setting end. If parameters such as a wireless channel and PANID are selected, the process proceeds to process P562.
- the value of the selected parameter is determined and recorded in the parameter 411 of the RAM 410, and the process proceeds to the next parameter setting. For example, it is a process of determining the setting of the wireless channel and proceeding to the setting of the PANID.
- the parameter 411 in the RAM 410 is copied to the parameter 461 in the storage 460. That is, when this process is not performed and the setting change process ends due to elapse of a timer or the like, the parameter change is discarded and not reflected.
- process P559 it is detected whether or not the timer has passed a predetermined time (for example, 10 seconds) or more. If it has elapsed, the process proceeds to process P564, and if not, the process proceeds to process P556. This is because it is determined that there is a possibility that the user will perform an operation for the predetermined time.
- a predetermined time for example, 10 seconds
- process P564 the parameter 461 of the storage 460 is copied to the parameter 411 of the RAM 410. That is, the changed content added to the parameter 411 is discarded.
- the communication setting change process is completed in process P565.
- FIG. 23 shows the process P508 of FIG. 20 in detail, and is a process of reading data recorded in the storage 460 and wirelessly transmitting it.
- the process of reading and wirelessly transmitting data is continued until an interrupt is received in response to a signal from the real-time clock 438 or wireless transmission fails. It is characterized by repeating. That is, data can be wirelessly transmitted as fast as possible without affecting the sensing timing.
- the storage data wireless transmission process is started from the process P601, the process proceeds to the process P602, and the wireless communication state 412 of the RAM 410 is referred to. If the wireless communication state 412 is successful, the process proceeds to process P603, and a packet including untransmitted data is read from the storage. For the read position, the read address 417 of the RAM 410 is referred to, and only the packet whose corresponding flag is 0 is read. After the process is completed, the process proceeds to process P604.
- Process P604 wirelessly transmits the packet read in process P603. After completion of transmission, the process proceeds to process P505 to wait for reception of ACK as a response to transmission. When ACK is received, the process proceeds to process P606, and the next packet whose flag corresponding to the read address 417 of the RAM 410 is 0 The process proceeds to the process P607. If the ACK has not been received, the process proceeds to process P608 to complete the storage data wireless transmission process.
- Processing P607 compares the read address 417 and the write address 418 of the RAM 410 for comparison. If the addresses are different, the process proceeds to process P503 to read the next data from the storage. If the addresses are the same, the process proceeds to process P508 to complete the storage data wireless transmission process.
- FIG. 24 shows the process P510 of FIG. 20 in detail, and is the process of reading the data recorded in the storage 460 and transmitting it by wire.
- the process of reading the data and transmitting it by wire is continued until an interrupt is received in response to a signal from the real-time clock 438 or the USB is disconnected. It is characterized by repeating. That is, it is possible to wire-transmit data as fast as possible without affecting the sensing timing.
- the storage data wired transmission process is started from process P701, and the process proceeds to process P702.
- the process P702 refers to the wired communication state 414 of the RAM 410. If the process P702 is OFF, the process P702 proceeds to the process P706 and starts reading data. If it is ON, the process proceeds to process P703.
- Process P703 transmits a communication start request by wire and waits for a response until process P704. This is because even if the USB is connected, there is a possibility that the external device that is the counterpart may not be able to receive correctly by a PC or the like that performs a predetermined receiving operation. Since the process P704 starts wired communication only when there is a response to the communication start request, the process P704 proceeds to process P705. Therefore, since data can be transmitted only to a predetermined PC or the like, unnecessary data transmission can be avoided. If there is no response, the process proceeds to process P713, the wired communication state 414 of the RAM 410 is rewritten to OFF, and the storage data wired transmission process is completed. In process P705, ON is written in the wired communication state 414 of the RAM 410, and the process proceeds to process P706 to start reading data.
- Processing P706 reads a packet including untransmitted data from the storage 460. With reference to the read address 417 of the RAM 410, only the packet whose correspondence flag is 1 is read, and the process proceeds to process P707.
- Process P707 controls DMAC 402 and starts reading the next packet. By starting reading the next packet before proceeding to process P708 and starting wired transmission, wired transmission and packet reading can be executed simultaneously to maximize the data transmission speed.
- the process P709 refers to the wired connection state 413 of the RAM 410 after the process P708 is completed. If the connection is cut off halfway, it can be detected because OFF is rewritten to the wired connection state 413 by the interrupt process. If the wired connection state 413 is ON, the read address 417 is updated in process P710, and the process proceeds to process P711. If it is OFF, the process proceeds to process P712 to complete the storage data wired transmission process. In the process P711, the read address 417 and the write address 418 of the RAM 410 are referred to. If they are the same, it is considered that there is no untransmitted data in the storage 460, and the process proceeds to the process P712 to complete the storage data wired transmission process. If they are different, the process proceeds to process P607 to start reading the next data.
- FIG. 25 shows the appearance of the cradle 10 of the present embodiment.
- the cradle is used for connection when performing wired communication between the sensor node and the base station.
- 25 has terminals 600 to 604 that contact the terminal 470 of the sensor node 1 shown in FIG. 19 and has a shape that covers the upper part of the sensor node 1. Even when connected to the sensor node 1, the side portion And a USB connection terminal 607 that can be connected to a USB port of an external device without interfering with user operations. Since the cradle 2 and the sensor node 1 are fixed by a fixing portion 606 having a claw-like shape, even when a user wearing the sensor node 1 moves or pulls the cable 605, it does not easily come off. .
- the upper part in contact with the LCD is opened in a window shape so that the contents of the LCD are not obstructed.
- the side portion opposite to the cable 605 has a shape with an open center so as not to hinder the operation of the switches 441 and 442. Therefore, even when the cradle 2 is connected, the user wearing the sensor node 1 can continue daily operations without being disturbed by sensing and various operations.
- FIG. 26 shows an external appearance when the sensor node 1 with the cradle 10 connected is worn.
- the cradle 10 is set in the sensor node 1 and the USB connection terminal 607 is connected to the USB port 12 of the personal computer 11, and the current time displayed on the LCD 434 is also displayed during wired communication or charging. It is characterized in that a waveform sensed by a pulse sensor or the like, a symbol indicating that sensing is being performed, and the like can be visually recognized. That is, use of the sensor node 1 by the user 8 is not hindered even if the cradle 10 is connected.
- FIG. 27 shows a communication flow when the sensor node 1 and the personal computer 5 perform wired communication in the present embodiment.
- the base station 2 similarly to the wireless communication, the base station 2 performs communication only in the time allocated to the sensor node 1. Therefore, even if the sensor node 1 transmits a communication start request at regular intervals of about 10 seconds, the base station 2 returns a response only within the allocated time. Thereby, it can be judged whether the sensor node 1 is within the allotted time and the connection is established.
- the sensor node 1 When the sensor node 1 is connected to the general-purpose I / F 210 of the base station 2 by a wired connection means such as USB, the sensor node 1 transmits a communication start request 701 to the base station 2.
- the communication start request 702 cannot start communication because there is no response from the base station 2.
- the base station 2 starts an allocation time for wired communication with the sensor node 1 in the process 711, the base station 2 returns a response 704 to the subsequent communication start request 703.
- the sensor node 1 rewrites the wired communication state 414 of the RAM 410 from OFF to ON.
- the in-storage unsent data transmission 705 is started.
- the sensor node 1 transmits a communication start request at intervals of about 10 seconds.
- the base station transmits behavior index data 710 transmitted from the sensor node to the server.
- the unsent data transmission in storage 708 is repeated.
- the communication setting allocation time ends in the process 712 of the base station 2
- a response to the next communication start request 709 is not returned.
- the sensor node 1 regards the unsent data transmission 708 in the storage as a transmission failure, and thereafter returns to the same state as the communication start request 701 again.
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Abstract
Description
本発明は、人の身体に装着可能で、生体情報や行動状態を計測するセンサ端末の情報から、人の行動を推定して生活の特徴を示し、その改善手段を提示する技術に関する。 The present invention relates to a technology that can be worn on a person's body and that presents characteristics of life by presenting human behavior from information on a sensor terminal that measures biological information and behavioral states, and presents improvement means.
センサ、無線、マイコン等を搭載した小型のセンサノードは実用化段階にある。このセンサノードでは、センシングや無線通信が必要なタイミングでのみ起動し、それ以外では電源を切って消費電力を削減する間欠動作により、小型の内蔵電池で長時間動作しながら、直径3cmと小型であり、人が身に付けることも容易である。 Small sensor nodes equipped with sensors, wireless devices, microcomputers, etc. are in the practical stage. This sensor node is activated only when sensing or wireless communication is necessary, and otherwise it is operated for a long time with a small internal battery, with a small diameter of 3cm, by turning off the power and reducing power consumption. Yes, it is easy for people to wear.
特許文献1には、センサノードと、データを受信する基地局が通信範囲外に離れた場合においても、センサノードに内蔵したストレージに記録して、通信範囲内に戻ったときにまとめて送信することにより、データの欠損を防止する方法を開示している。また、センサノードに用いる無線通信手段として無線規格IEEE802.15.4が知られている。この規格は、伝送速度や通信距離を抑える代わりに、消費電力の低い無線規格となっている。また、センサノードが基地局を特定することなく通信するため、周辺基地局への信号要求と、アソシエーションという通信処理により、通信する基地局を切り替えることができる。
In
特許文献2では、複数のセンサノードと基地局が通信する際に、基地局側から通信相手となるセンサノードを起動する信号を送信し、通信相手を切り替える手段を開示している。
超小型のセンサノードを人が身に着けて、人の生活における活動や睡眠等の周期など人の行動情報を常時測定することが可能になった。特許文献1に示されるように、基地局と一時的に通信できなくても、内蔵ストレージに測定データを記録し、後からまとめて送信することができる。しかしながら、日常生活において測定したデータを、1日のうちで頻繁にネットワークを通じて収集して、解析した結果を本人や家族、医師などに通知することにより、健康や安全管理、生活の質向上に応用するには、センサノードの消費電力を抑えながらも、人が生活する複数の主要な場所に基地局を設置してデータを収集する必要がある。
It is now possible for humans to wear ultra-compact sensor nodes to constantly measure human behavior information such as activities in human life and cycles of sleep. As shown in
しかしながら、センサノードが移動する場合、無線規格IEEE802.15.4による無線通信では、移動先で基地局を探索し、アソシエーションの処理を行うため、基地局からの基準信号(ビーコン)の受信を待つ時間が、通常のデータ送信時の返信(Ack)よりも非常に長くなる。従って、移動時の基地局切り替えには通常のデータ送信と比較して10倍以上の電力を余計に消費することになる。 However, when the sensor node moves, in wireless communication according to the wireless standard IEEE802.15.4, the base station is searched for at the moving destination and the association process is performed. Therefore, reception of a reference signal (beacon) from the base station is awaited. The time is much longer than the reply (Ack) during normal data transmission. Therefore, more than 10 times more power is consumed for base station switching when moving compared to normal data transmission.
また、人の細かな動きを測定して記録するためには、秒単位以下のセンシング周期が必要になるため、送信するデータ量が1日あたり10メガバイト以上と膨大になる。さらに、基地局から一時的に離れた間のデータをまとめて送信すると、短時間に大容量のデータを送信することになる。このため、基地局が複数のセンサノードからの送信データを集中的に受信すると、IEEE802.15.4のような低速な無線通信の通信帯域では、輻輳制御による大幅な通信速度低下や、基地局のデータ処理の遅延や、メモリのオーバーフローによるデータの欠損などが発生する可能性がある。 Also, in order to measure and record minute movements of a person, a sensing cycle of less than a second is required, so the amount of data to be transmitted becomes as large as 10 megabytes or more per day. Furthermore, if data while being temporarily away from the base station are transmitted together, a large amount of data is transmitted in a short time. For this reason, when the base station receives transmission data from a plurality of sensor nodes in a concentrated manner, in a communication band for low-speed wireless communication such as IEEE 802.15.4, a drastic reduction in communication speed due to congestion control, Data processing delays and data loss due to memory overflow may occur.
特許文献2では、通信相手を切り替えて、データ受信処理の集中を回避することができるが、センサノード側は基地局からの制御信号を常時受信できる状態で待機する必要があるため、間欠動作が困難であり、センサノードの消費電力を低減することができない。
In
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。 Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
複数の端末と、複数の端末それぞれと通信を行う基地局と、を備えるネットワークシステムである。複数の端末それぞれは、生体情報を取得するセンサと、生体情報を基地局へ送信するための通信設定を記録する記録装置と、通信設定に基づいて生体情報を所定の間隔で基地局へ送信する通信装置と、を有する。基地局は、複数の端末それぞれの通信設定を記録する記録装置と、複数の端末それぞれに割り当てられた時間に応じて複数の端末それぞれの通信設定を順次選択する制御装置と、選択された通信設定に基づいて端末と通信を行う通信装置とを有する。 A network system including a plurality of terminals and a base station that communicates with each of the plurality of terminals. Each of the plurality of terminals transmits biometric information to the base station at predetermined intervals based on the communication setting, a sensor that acquires biometric information, a recording device that records communication settings for transmitting the biometric information to the base station, and the communication settings. And a communication device. The base station includes a recording device that records communication settings of each of the plurality of terminals, a control device that sequentially selects communication settings of each of the plurality of terminals according to a time allocated to each of the plurality of terminals, and the selected communication setting. And a communication device for communicating with the terminal based on the above.
また、生体情報を取得し所定の通信設定に基づいて生体情報を所定の間隔で送信する端末と接続される基地局である。基地局は、複数の端末それぞれの通信設定を記録する記録装置と、複数の端末それぞれに割り当てられた時間に応じて複数の端末それぞれの通信設定を順次選択する制御装置と、選択された通信設定に基づいて端末と通信を行う通信装置とを有する。 Also, it is a base station connected to a terminal that acquires biometric information and transmits biometric information at a predetermined interval based on a predetermined communication setting. The base station includes a recording device that records communication settings of each of the plurality of terminals, a control device that sequentially selects communication settings of each of the plurality of terminals according to a time allocated to each of the plurality of terminals, and the selected communication setting. And a communication device for communicating with the terminal based on the above.
本発明によれば、センサノードが移動し、複数の場所で頻繁に基地局との通信が必要な場合においても、センサノードの電力を余計に消費することがない。複数のセンサノードが、1つの基地局の周りに集中した場合においても、処理遅延やデータ欠損を防ぐことができる。 According to the present invention, even when the sensor node moves and frequent communication with the base station is required at a plurality of locations, the sensor node power is not consumed excessively. Even when a plurality of sensor nodes are concentrated around one base station, processing delay and data loss can be prevented.
本発明では、複数のセンサノードそれぞれは、予め設定した通信設定(例えばIEEE802.15.4では、無線チャネル、PANID、ショートアドレス等)に基づいて、所定の間隔で取得したデータを送信する。一方、基地局には通信するセンサノードとその通信設定を予め記録し、センサノード毎に定めた割り当て時間に応じて通信設定を順次切り替えながら、複数のセンサノードと通信を行う。基地局間で各センサノードに対する通信設定を同期させ、センサノードは1つの通信設定で複数の基地局と通信する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。 In the present invention, each of the plurality of sensor nodes transmits data acquired at a predetermined interval based on a preset communication setting (for example, in IEEE 802.15.4, a wireless channel, a PANID, a short address, etc.). On the other hand, a sensor node to communicate with and its communication settings are recorded in advance in the base station, and communication is performed with a plurality of sensor nodes while sequentially switching the communication settings according to the allocation time determined for each sensor node. Communication settings for each sensor node are synchronized between base stations, and the sensor node communicates with a plurality of base stations with one communication setting. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は第1の実施例であり、本実施例の主要な構成を示す。本構成においては、センサノード1を身に着けたユーザ8が、1日の生活の中で基地局2が設置された複数の主要な居場所を移動するにあたり、センサノード1が特定の基地局のみと通信する場合と比較して電力を余計に消費することなく、予め設定された複数の移動先の基地局と接続することができることを特徴とする。また、ネットワーク4に接続された基地局2は周辺にいる複数のセンサノード1と順次接続することができ、その結果としてサーバ3がネットワーク4を介してセンサノード1で測定したデータを収集することができることを特徴とする。
FIG. 1 is a first embodiment and shows a main configuration of the present embodiment. In this configuration, when the
センサノード1は人が身に付けるのに適した形状、例えば腕時計型の無線機能付きセンサ端末であり、人の生体情報、活動情報(動きや温度、脈拍など)を測定し、測定したデータを内部に備える不揮発メモリに一時的に記録し、測定したデータ、あるいは内部に記録されたデータを基地局2に無線通信(例えばIEEE802.15.4などの低電力な近距離無線通信)、または汎用的なデジタルの有線通信(USBなど)により送信する。センサノード1は数十ミリ秒の一定間隔で測定し、数秒程度の間隔で無線通信を行う以外は、内部の多くの回路の電源を遮断して消費電力を低減する間欠駆動であり、コインサイズの充電バッテリにおいても日常生活で負担のない一般的な携帯電話程度の充電サイクル(たとえば、1、2週間程度)を有する。
The
また、センサノード1は、通信のためにそれぞれ固有な識別ID(MACアドレス)が割り当てられて記憶している。さらに、ひとつの基地局2で構成するネットワーク内でのみ固有な識別ID(ショートアドレス)も記憶する。無線通信においては、主にショートアドレスをデータに付加することで、どのセンサノード1から送信されたデータなのか識別することができる。接続先の基地局2は、無線の周波数帯域を規定した無線チャネルと、各基地局2とその基地局2が構成するネットワークに固有な識別IDであるPANIDによって区別され、センサノード1ではこれらの情報を設定し、データを送信する。
In addition, each
基地局2はアンテナ201を介して電波を送受信する無線通信機能と、PC(パーソナルコンピュータ)やサーバと同等のデータ処理機能、通信機能等を有する。基地局2は、MACアドレスとショートアドレスの対応表を内部のメモリに保持し、センサノード1から受信したデータに付加されているショートアドレスをすべてMACアドレスに変換して、機器を識別できる。この変換テーブルは、無線通信のプログラム(またはプロトコル)に対し直接設定することで生成できる。基地局2は、センサノード1から受信したデータから、ユーザ1の行動や状態を推測するために必要な複数の指標を計算し、内部のデータベースに記録する。また、基地局2はインターネットなどのネットワーク4を介して、ネットワーク4に接続されたサーバ3にセンサノード1から送信されたデータ、及び基地局内部で計算された指標データを送信することができる。
The
ユーザ8は、一般人の日常生活を想定すると、様々な場所に移動することが想定される。移動する先々にネットワーク4に接続された基地局2が存在し、無線や有線接続によるネットワークを構成することができれば、いずれの場所にいてもサーバ3にセンサノード1で測定したデータを収集することができる。例えば、オフィスに通勤する人であれば、1日の多くの時間を、家庭やオフィスで費やすため、この2つの場所に基地局を設置することで、日常生活のほとんどの活動情報をリアルタイムで収集することが可能になる。そこで、例えばIEEE802.15.4などの無線規格では、センサノード1が接続する基地局を変更する場合、周辺の基地局を探索し、無線チャネルやPANID、アドレス情報等を交換することで、新たな基地局と接続可能になる。しかしながら、これらの一連のアソシエーションと呼ばれるプロセスにおいては、単にデータを送信する場合と比較して、一桁以上大きい電力を消費する。そのため、人が身に着けるような、測定間隔が秒単位以下と比較的短く、コインサイズのバッテリしか持たないセンサノードにおいては過負荷であり、使用条件によっては、例えば1,2週間要求される充電サイクルを満たさない可能性が高い。
The
そこで、本実施例では、例えばユーザ8とセンサノード1が家庭内ネットワーク5、オフィス内ネットワーク6、その他のネットワーク7を移動する場合においても、センサノード1は同じ通信設定(無線チャネル、PANID、ショートアドレス等)を用いて通信する。つまり、接続する基地局を変更する場合であってもアソシエーションを行わないため、アソシエーションによる余計な電力消費が不要である。この場合、すべての通信設定を単一のものとすることもできる。しかしながら、無線通信では、一つの周波数帯域で通信できるデータ量は限られている上、同時に多数の機器が同じ周波数で同じ基地局に対して通信を試みると、混信防止のための輻輳制御によって、通信効率が著しく低下する。また、基地局2の処理能力にも限界があり、例えば安価なPCなどを利用することを想定すると、大幅処理遅延やデータ欠損に繋がる可能性がある。従って、センサノード1はそれぞれに独立な無線設定を用いることが望ましい。
Therefore, in this embodiment, for example, when the
基地局2は、それぞれが異なる無線設定によって通信を試みる周辺にある複数のセンサノード1と通信するため、複数の通信設定を短い時間で切り替えることを特徴とする。切り替える通信設定の情報は予め内部のデータベースに備え、外部からユーザ8が、またはサーバ3からの操作によって追加、及び書き換えや削除が可能である。
Since the
また、それぞれの設定の割り当て時間については、センサノード1の状態によって切り替えることも特徴とする。例えば、AというIDのセンサノード1が家庭内ネットワーク5に存在するか、どこか別の場所に移動する課程にあったとすると、オフィス内ネットワーク6の基地局2においてAのセンサノード1に対する通信の割り当て時間は不要である。また、センサノード1を身に着けたユーザ8が睡眠中であったり、状態がほとんど変わらない場合においては、リアルタイムで情報を収集する必要性が低くなるため、割り当て時間を短くすることができる。つまり、リアルタイムで活動状態を収集する必要性の高いセンサノード1との通信の割り当て時間が相対的に長くなり、基地局の限られた処理能力や通信帯域を効率的に使用することができる。
Further, the allocation time of each setting is also switched according to the state of the
複数の基地局2の間では、特定のセンサノード1との通信設定を同じくする必要がある。そのため、サーバ3には常に最新のすべての場所の基地局2の通信設定を記憶し、基地局2の通信設定はこれと同期する。
It is necessary to make the same communication setting with a
基地局2を設置する場所は、家庭やオフィス以外にも様々な場所が想定される。例えば、駅や空港、列車内などの公共の場所がある。また、基地局2の機能を、広域無線通信機能を有する携帯電話やノート型PCなどの通信機能付き携帯機器に内蔵することで、あらゆる場所をネットワーク内とすることも可能である。
The location where the
図2は、基地局2の構成について詳細に示した図であり、アンテナ201を備えた無線通信部200と、PCや携帯電話等のデータ処理機能を有する制御装置202で構成されている。センサノード1との無線、有線通信機能、通信相手を切り替え、ユーザ8の行動や状態を推測して通信の割り当て時間を制御する機能と、ネットワーク4を介したサーバ3との通信機能を有することを特徴とする。
FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the
制御装置202は、不揮発記憶部203と、演算部(CPU)207と、不揮発記憶部203より高速で一時的なデータ記憶に用いる揮発記憶部(RAM)208、有線、無線LANや携帯電話やPHSのパケット通信、WIMAX等を介してインターネットなどのネットワーク4と通信する機能を備えるネットワーク通信部209と、USB等で様々な外部機器と接続し、無線通信部200やセンサノード1とも接続可能な汎用I/F210と、外部のAC、DC電源と接続し、制御装置202全体に電力を供給する電源装置211と、マウスやキーボードなどの人が制御装置202に対し入力をするための機器を接続するU/I制御部212と、人が制御装置202に記録された情報を閲覧するためのディスプレイ装置などを接続するための表示制御部213で構成され、内部バス214で接続されている。制御装置202は、CPU207が不揮発記憶部203に記録されている各種プログラムをRAM208に読み出して実行することにより各種機能を実行する。
The
不揮発記憶部203には、データベース204と制御プログラム205と管理プログラム206を備える。データベース204には、センサノード1が測定したデータを記録するセンサ波形221と、センサ波形221をもとに算出される時間ごとのユーザ8の行動や状態を推測するのに必要な歩行や運動量、傾きなど行動指標220と、複数のセンサノード1の通信設定222を含む。制御プログラム205は、基地局2の機能全体を制御するプログラムであり、複数のセンサノード1との通信、受信したデータの記録、指標の計算、サーバ3への送信などを制御する。管理プログラム206は、表示制御部213やU/I制御部212により、ユーザ8などの人に対して基地局2の管理画面を表示し、人の操作によって、通信設定へのユーザや機器の追加、設定変更などを可能にするものである。
The nonvolatile storage unit 203 includes a
図3は、サーバ3の構成について詳細に示した図であり、インターネットなどのネットワーク4に接続し、基地局2から収集した測定データや指標データを記録し、すべての基地局2の最新の通信設定を記録しているデータベースを備えることを特徴とする。
FIG. 3 is a diagram showing in detail the configuration of the
サーバ3は、不揮発記憶部301と、演算部(CPU)302と、揮発記憶部(RAM)303と、電源装置304と、ネットワーク通信部305から構成される。特に不揮発記憶部301やCPU302、RAM303の性能については、一般的なPCより高速で大容量なものであることが望ましい。
The
不揮発記憶部301は、解析プログラム306と、基地局通信プログラム307と、データベース308と、可視化プログラム313から構成される。データベース308には、行動指標310とセンサ波形311と通信設定312が含まれる。行動指標310はすべての基地局2の行動指標220を収集して記録したものである。センサ波形311も同様にすべての基地局2のセンサ波形221から収集して記録したものである。つまり、サーバ3にはセンサノード1や基地局2の場所に依存せず、センサノード1で測定したデータがすべて収集される。通信設定312は、すべての基地局2の通信設定222を合わせたものであると同時に、基地局2の通信設定222が変更された場合に更新される。
The
解析プログラム306は、行動指標310とセンサ波形311をもとに、ユーザ8の行動や生活リズム、安全や健康状態の見守り、さらにはオフィスでの仕事への取り組みと生活スタイルの関係などを解析するものである。これらの解析は、それぞれのユーザ8ごとに行われるが、長期間連続したデータを必要とする。例えば、家庭での睡眠と、オフィスでの仕事効率の関係を解析によって導くのであれば、それぞれのデータが、家庭やオフィスに分かれて記録されていては解析が不可能である。また、基地局をどちらか一方にして、すべての測定データをセンサノード1で記録した後に、一つの基地局ですべて収集することも可能である。しかしながら、家庭のみに基地局を設置すると、1日の多くの時間を過ごすオフィスにおいて、その場の活動状態を知ることができない。またオフィスのみに設置しても同様であり、休日は全くデータを収集して解析に用いることができない。また、見守り用途で解析する場合においても、基地局を一つの場所においていては、多くの時間で安全や健康であるかを知ることができず、見守りの目的を達することができない。例えば、学校へ通う子供の安否を見守りたい場合についても、親が勤務先などで家を離れている場合には、学校と家庭の両方においてリアルタイムの活動状態を知る必要がある。そこで、本実施例では、すべてのセンサノードが測定したデータ及びすべての基地局が有する行動指標を収集するサーバにおいて、解析プログラム306が実行される。
Based on the
基地局通信プログラム307は、すべての基地局2からHTTPやHTTPS等のネットワーク4を介した通信手段によって、行動指標220、センサ波形221、通信設定222のデータを収集するプログラムである。
The base
図4は、基地局における制御プログラム205と管理プログラム206の構成について詳細に示している。制御プログラム205が、複数のセンサノード1に対して切り替えながら通信する巡回通信プログラム231、センサノード1で測定したデータからユーザ8の行動や状態を推測するのに必要な指標を計算してデータベースに記録する行動指標計算プログラム235、行動指標計算プログラム235で計算された指標を用いてユーザ8の行動や状態を判定して各センサノード1の通信割り当て時間を調整する状態判定プログラム233と、ネットワーク4を介してデータベースの情報をサーバ3に送信するデータ送信プログラム234、通信設定をサーバ3と同期する通信設定同期プログラム232を備えることを特徴とする。
FIG. 4 shows in detail the configuration of the
巡回通信プログラム231は、無線通信部200の制御機能を備える無線通信プロトコル230や、USB等の汎用I/F210を制御してセンサノード1と有線通信するため有線通信プロトコル238を制御して、通信設定222に設定された複数のユーザ8と対応するセンサノード1の通信設定のリストをそれぞれの割り当て時間で巡回するようにセンサノード1と通信する。割り当て時間はタイマ236によって測定する。受信したデータはセンサ波形221に記録する。
The
行動指標計算プログラム235は、センサ波形221から、人の行動や状態を推定するのに必要な指標を計算し、行動指標220に記録する。例えば、センサ波形221が数十ミリ秒間隔で測定された3次元加速度などの動きのデータである場合、加速度の波形データから直接的に人の行動を推定するのは困難である。そこで、動きの波形データから、より理解しやすい、秒や分単位の運動量や運動の強度、歩数、平均的な傾きなどを計算し、行動指標220に記録する。
The behavior
行動状態判定プログラム233では、行動指標220からセンサノード1を身に着けているユーザ8の行動や状態を推定し、判定した行動をもとに通信設定222に記録されている割り当て時間を調整する。例えば、あるユーザ8について、行動指標220内の最新の日時と、現在日時とで1時間以上もの差がある場合には、その基地局の周辺には居ないということがわかる。また、近くにいた場合には、動きの量、つまり運動量や、歩数の推移から、睡眠中であるか運動中であるか、その場に来た直後なのか、デスクワーク中であるか、テレビ鑑賞など安静中であるかを知ることができる。これらの情報をもとに、例えば不在であればデータを受信する確率が少ないので割り当て時間を減らす。また、睡眠中も同様に行動の変化が少ないことから割り当て時間を減らす。行動の変化や移動が多い場合には、通信が部分的に途絶えている可能性が高く、センサノード1内部に記録されたデータをまとめて受信する必要があるため割り当て時間を長くする。このように、センサノードを装着するユーザの状態に応じて各センサノードの割り当て時間を制御することにより、基地局の限られた処理能力、通信帯域を有効に利用して、基地局周辺のセンサノードからデータを受信することが可能となる。これにより、割り当て時間を固定した場合と比較して、基地局の処理遅延やデータ欠損をさらに防ぐことができる。
In the behavior
データ送信プログラム234は、センサ波形221と行動指標220から、サーバ3に対して一度も送信していないデータのみを読み出して、ネットワーク通信部209を介してHTTPやHTTPS等の汎用的なネットワークの通信手段を用いて送信する。
The
通信設定同期プログラム232は、サーバ3の通信設定312と、基地局2の通信設定222を同期するプログラムである。例えば、ある基地局2側で通信設定222が変更・追加をされた場合はサーバ3の通信設定312に反映させ、その他の基地局2ではサーバ3の通信設定312と通信設定222を同期させる。
The communication
管理プログラム206は、ユーザ画面プログラム225とユーザ管理プログラム226で構成される。ユーザ画面プログラム225はユーザ8やその他の基地局2の管理者からの操作をU/I制御部212を介して受け付けて、通信設定222を変更するための管理画面を表示制御部213を介して提供するプログラムである。ユーザ管理プログラム226は、ユーザ画面プログラム225で受け付けた操作を元に、通信設定222の内容を書き換える機能を提供するプログラムである。
The management program 206 includes a
また、管理プログラム206に対し、ユーザが直接的に設定等を入力するのではなく、外部のネットワーク機器からアクセスして変更するようにしてもよい。 Further, instead of the user directly inputting settings or the like to the management program 206, it may be accessed and changed from an external network device.
この場合、管理プログラム206は、Webサーバプログラムを備えており、ネットワークを介して、HTTPやHTTPS等のプロトコルによる要求を受け付ける。例えば、通信設定222を変更するための画面表示を要求された場合には、ユーザ管理プログラム226を介して、許可されたユーザ8や管理者に対し、通信設定222を変更する手段を提示する。さらに、変更要求がなされた場合には、ユーザ管理プログラム226を介して、通信設定222を変更する。
In this case, the management program 206 includes a Web server program, and accepts a request based on a protocol such as HTTP or HTTPS via the network. For example, when a screen display for changing the communication setting 222 is requested, a means for changing the communication setting 222 is presented to the authorized
図5は、基地局2の通信設定222の構成を詳細に示しており、ユーザ8ごとに固有の設定値と、割り当て時間を有することを特徴とする。通信設定222は、ユーザ設定240、無線通信設定241、有線通信設定242で構成される。
FIG. 5 shows the configuration of the communication setting 222 of the
ユーザ設定240は、一行の構成が、ユーザ8の識別IDであるユーザID251と、無線、有線、またはその両方を用いるかを区別するための種別252と、通信の詳細な設定を記録する無線通信設定241と有線通信設定242へのリンクとなる設定ID253と、ユーザごとの通信割り当て時間である割り当て時間254と、通信設定222を変更した場合に変更された行を通信設定同期プログラム232に通知し、サーバ3の通信設定312に反映させるためのフラグである変更フラグ255とで構成される。
The user setting 240 includes a
無線通信設定241は、ユーザ設定240で種別252が無線である場合の詳細な設定内容を示している。設定ID256が設定ID253と対応しており、一行が無線チャネル257と、PANID258と、MACアドレス259と、ショートアドレス260とで構成される。無線チャネル257とPANID258の組み合わせがすべてのセンサノード1において独立であるならば、ショートアドレス260はすべて同じ値となる。無線チャネルとPANIDの組み合わせが枯渇して独立でなくなる場合には、同じ無線設定(無線チャネルとPANID)を共有するセンサノード1が存在することになるため、区別するために異なるショートアドレス260を割り当てる。
The wireless communication setting 241 indicates detailed setting contents when the
有線通信設定242は、ユーザ設定240で種別252が有線である場合の詳細な設定内容を示している。設定ID261が設定ID253と対応しており、それぞれに機器ID262が割り振られる。機器ID262はすべてのセンサノード1で独立な値であり、センサノード1が無線通信機能を備える場合にはMACアドレス259と同一とすることも可能である。有線通信の場合には通信速度が無線通信と比較して十分に高速である上、USBであれば電力も供給されるため、通信開始時、あるいは定期的に機器IDを毎回送信し、1対1の通信を確立する。
The wired communication setting 242 indicates detailed setting contents when the
図6は、センサ波形221のデータ構造例を示しており、センサノード1から受信した測定データがユーザ情報と、サーバ3へ送信済みかを示すフラグを付加して記録されていることを特徴とする。図6の例では、センサノード1が加速度と温度と脈波と電池電圧を測定するものとする。センサ波形221の一行の構造は、ユーザ8の識別IDであるユーザID280と、センサノード1が測定した日時を示す日時281と、加速度を重力加速度の基準で示した加速度x282、加速度y283、加速度z284と、血管の血流量を相対的に示す脈波285と、温度286と、電池の電圧を示す電圧287と、サーバ3へデータが送信済みかを示す送信済フラグ288とで構成される。送信済フラグ288は、データ送信プログラム234から参照され、0であれば未送信であることを示すためサーバ3へ送信され、1であれば送信済みであることから送信されない。送信済フラグ288は、その行のデータの送信処理後に1に書き換えられる。
FIG. 6 shows an example of the data structure of the
図7は、行動指標220のデータ構造例を示しており、ミリ秒単位の詳細なセンサ波形221に対し、秒や分といった長い時間単位で行動の特徴をまとめた値が計算されて記録されることを特徴とする。行動指標220のデータテーブルの一行は、ユーザID270と、日時271と、ベクトルである3軸加速度のスカラー値(絶対値)が振動した回数を示す運動量272と、同様に加速度のスカラー値の振幅を示す運動強度273と、加速度の波形の周期性から自己相関等の公知の手法によって算出した歩数274と、加速度x282の平均値である傾きx275と、加速度y283の平均値である傾きy276と、加速度zの平均値である傾きz277と、その行のデータが既にサーバ3へ送信済みであるかを示す送信済フラグ278とで構成される。送信済フラグ278は、送信済フラグ288と同様であり、データ送信プログラム234から参照され、0であればサーバ3へ送信されて1に書き換えられる。
FIG. 7 shows an example of the data structure of the
図8は、行動指標220の運動量272と運動強度273の算出方法を詳細に示す図である。図8に示すグラフはベクトルである3軸加速度をスカラー値に変換した値である。運動量272は、単位時間間当たりにスカラー値が振動した回数、つまり中心値と交差した回数291とする。但し、中心値を0とした場合には、人の行動に伴う動きではないノイズ成分を多く検出することになりやすい。そのため、本実施例では、人の行動のみを検出しやすい閾値として0.03Gを基準となる中心値とした。また、運動強度273は、スカラー値の積分値であり、つまり単位時間当たりのスカラー値の振幅の総和290である。
FIG. 8 is a diagram showing in detail a method for calculating the amount of
図28は、従来のように、IEEE802.15.4に従った場合に、センサノード1が移動先の基地局2とアソシエーションして接続を開始するシーケンスの例を示している。センサノード1が移動先の基地局2に合わせて無線設定を変えるには、基地局探索とアソシエーションの処理が必要である。
FIG. 28 shows an example of a sequence in which the
基地局探索では、センサノード1が基地局2に対し、PANIDを要求するビーコン要求を送信し、基地局からPANIDを含むビーコンの受信を待機する。ただし、周辺にある基地局2がどの無線チャネルを使用しているかはわからないためすべての無線チャネル(IEEE802.15.4では16チャネル)に対し、同様の処理を行う。そのため、特に受信待機時間の総和が、通常のデータ送信時間と比較して10~100倍となり、消費電力も同様に必要となる。この処理は、センサノード1において最も電力を消費する処理となる。また、基地局が周辺になく、ビーコンが受信できない場合には、探索処理を一定間隔で行う必要がある。
In the base station search, the
次に、基地局2からビーコンを受信できた場合には、特定された無線チャネルとPANIDを用いて、アソシエーションをする。アソシエーションでは、センサノード1がMACアドレスを含み、ショートアドレスを要求する接続要求を基地局に対して送信し、ショートアドレスの割り当てを受ける。アソシエーションの完了後に、測定した直後のセンサデータの送信を開始する。基地局2の無線通信部200が正しくセンサデータを受信すると、無線通信部200がAckをセンサノード1に対して送信する。センサノード1はAckを受信すると、データ送信が成功したものとする。以後、センサノードは、センサデータの送信とAckの受信を繰り返し、Ackが受信できない場合には、再度基地局探索とアソシエーションを行う。
Next, when a beacon can be received from the
図28に対して、図9は、本実施例による、センサノード1の移動先における基地局との通信処理のシーケンスの例を示している。本実施例においては、センサノード1は、基地局との接続が確立されていない状態であっても、一定の間隔(例えば毎秒程度)で、センサデータの送信326を繰り返し実行することを特徴とする。そして、基地局は、予め登録した複数のセンサノードの通信設定を順に切り替える処理をする。つまり、制御装置はセンサノードごとに割り当てられた時間に基づいて通信設定328を選択して無線通信部に送信する。無線通信部の通信設定がセンサノードの設定と合致すると、センサデータ送信329に対してAck330が返信され、通信が確立された状態になる。そのため、センサノードとしては、通常のデータ送信処理と同じ処理を繰り返すだけで、探索とアソシエーションの処理と同様の結果となる。
In contrast to FIG. 28, FIG. 9 shows an example of a sequence of communication processing with the base station at the movement destination of the
ここで、複数のセンサノードが存在する場合には、無線帯域や処理の集中を避けるため、すべて異なる通信設定を用いる。この場合、基地局が通信で用いる設定(無線チャネル、PANID)が、センサノードの通信設定と異なっていれば、Ackが返信されることはない。 Here, when there are a plurality of sensor nodes, different communication settings are used to avoid concentration of radio band and processing. In this case, if the setting used by the base station for communication (wireless channel, PANID) is different from the communication setting of the sensor node, Ack is not returned.
次に、無線通信部で受信したセンサデータは制御装置に送信され(331)、センサ波形221に記録される。センサノードはデータ送信が成功した場合には、その後も基地局と接続状態であるとし、基地局と通信が確立できていなかった状態でセンサノード内部のストレージに記録したデータ(ここでは、未送信データと呼ぶ)の送信を開始する。
Next, the sensor data received by the wireless communication unit is transmitted to the control device (331) and recorded in the
なお、これら未送信データの測定時刻は、送信する時刻と比較して遅延しており、リアルタイムではない。そこで、本実施例では、データの遅延を解消しリアルタイムに近づけるために、できる限り高速にストレージに記録された未送信データを基地局に送信する。但し、リアルタイムに取得した次のセンサデータ送信332のタイミングでは、センサデータの送信332を優先し、未送信データの送信は中断するようにする。このセンサデータの送信332のタイミングは、センサノードが一定の間隔で測定したデータが、一回のデータ送信で可能な送信容量(パケットサイズ)分までセンサノードのメモリに蓄積されたタイミングであることが望ましい。また、未送信データの送信は、途中で基地局からのAckの返信が途絶えた場合に、接続が確立されていないものとして中断する。
Note that the measurement time of these untransmitted data is delayed compared to the time of transmission and is not real time. Therefore, in this embodiment, untransmitted data recorded in the storage is transmitted to the base station as fast as possible in order to eliminate the data delay and approximate real time. However, at the timing of the next
基地局の制御装置は、新たにセンサ波形221から行動指標220を計算し、サーバに対し行動指標データの送信333を実行する。基地局では、現在通信中のセンサノードの割り当て時間が経過すると、次の設定に切り替えるため、制御装置から無線通信部に対し、通信設定334を送信する。無線通信部で通信設定が切り替わると、センサノードのデータ送信335に対し、Ackの返信が途絶える。センサノードは、この状態を通信が確立されていない状態として、データ送信期間324の処理を繰り返す。
The base station controller newly calculates a
このように、図9の一連の処理では、図28で示した従来手法と比較し、センサノードが移動して通信する基地局が変わる場合においても、探索とアソシエーションの処理を行わないため、電力を余計に消費することはない。また、複数のセンサノード1が基地局の周辺に存在しても、それぞれのセンサノードに対応する通信設定を所定の割り当て時間で切り替えていくため、処理や通信の集中による著しい遅延やデータ欠損の問題も発生しない。
In this way, in the series of processes in FIG. 9, compared with the conventional method shown in FIG. 28, the search and association processes are not performed even when the sensor node moves and the communication base station changes. Will not be consumed. Even if a plurality of
なお、基地局2との接続が確立されていない状態でデータ送信326を繰り返すデータ送信期間324については、必ずしも実際の測定データを送信する必要がない。Ackの返信が途絶え(例えば、10回連続でAckが返らないなど)、通信が確立されていないと判断できれば、送信電力を節約するために、データ内容を空にすることや、送信の間隔を通常1秒間隔から1分にのばすなどして、測定データを送信するという目的と分けることが効果的である。
Note that it is not always necessary to transmit actual measurement data for the
図10では、図28に示す従来のプロセスと、本実施例の消費電力を比較した例を示した図である。例えばIEEE802.15.4に準拠した無線ICと汎用的な8ビットマイコンでセンサノード1を構成した場合、センサノード1の典型的な消費電流は、センシング時の電流501と、無線送信時の電流502に示す通りである。なお、無線送信時の処理には、無線通信部の起動、輻輳制御のための周辺電波状況のスキャン(チャネルスキャン)、データ送信、Ack受信、データの圧縮とストレージへの書き込みを含む。例えば、50ミリ秒間隔で測定し、測定したデータを1秒間隔でまとめて送信した場合の電流を電流506に示す。
FIG. 10 is a diagram showing an example in which the conventional process shown in FIG. 28 is compared with the power consumption of this embodiment. For example, when the
このような通常のデータ送信に対し、基地局探索505では、1チャネルのビーコン待ちでも15ミリ秒以上かかる。そのため、これを全てのチャネルに対して実行すると、少なくとも250ミリ秒の探索時間が必要となり、この間はすべてピーク値の電流が流れ続けることになる。このように図28に示した従来の基地局探索、アソシエーションのプロセスでは、センサノード1の受信待機時間が長くなるために、消費電力が通常のデータ送信時の10倍以上になる。
For such normal data transmission, the base station search 505 takes 15 milliseconds or more even when waiting for a beacon of one channel. Therefore, if this is performed for all channels, a search time of at least 250 milliseconds is required, and during this period, the peak current continues to flow. As described above, in the conventional base station search and association process shown in FIG. 28, since the reception standby time of the
図11は、基地局で行われる処理の全体の流れを示す図であり、特に巡回通信プログラム231の処理について詳細に示している。図11では、基地局が所定の割り当て時間で通信するセンサノードを切り替えることを特徴とする。処理P1で巡回通信処理を開始する。本プログラムは外部からの操作でいずれの状態においても中断し、停止することができる。
FIG. 11 is a diagram showing the overall flow of processing performed in the base station, and particularly shows the processing of the
処理P2では、通信設定同期プログラム232を制御装置202のRAM208に読み出して通信設定同期処理を開始する。処理P3では、通信に用いるための通信設定222を、制御装置202のRAM208に順に読み出す。本プログラムの起動直後であれば、通信設定222のテーブルの先頭の設定を読み出し、既に読み出した設定がある場合には、次の設定を読み出す。処理P4では、処理P3で読み出した通信設定222の割り当て時間254をタイマ236に設定し、タイマのカウントを開始する。処理P5では、処理P3で読み出した通信設定222の種別252が無線であれば、無線通信プロトコル230を起動して、対応する無線通信設定241を無線通信部200に送り、無線通信部を起動する。また、種別252が有線であれば、有線通信プロトコル238を起動する。
In process P2, the communication
処理P6では、処理P5で無線が選択されている場合には、無線通信プロトコル230を介して無線通信部200で受信したデータがあれば、センサ波形221に記録する。また、有線が選択されている場合は、有線通信設定242の機器ID261と合致するセンサノード1が汎用I/F210に接続されていれば、通信を開始してデータを受信する。処理P7では、行動指標計算プログラム235を制御装置202のRAM208に読み出して、行動指標計算処理を開始する。処理P8では、データ送信プログラム234を制御装置202のRAM208に読み出して、データ送信処理を開始する。処理P9では、状態判別プログラム235を制御装置202のRAM208に読み出して、状態判別処理を開始する。
In process P6, if radio is selected in process P5, any data received by the
処理P10では、タイマ236の状態を読み出し、予め設定した時間が経過していれば処理P11に移行し、経過していなければ処理P6に移行する。処理P11では、処理P5で無線が選択されていれば、無線通信プロトコル230と無線通信部200を停止する。また、有線が選択していれば、有線通信プロトコル238を停止する。処理P11で通信を停止すると、ユーザ切り替えを行い(P12)、処理P2に移行する。
In process P10, the state of the
図12は、行動指標計算プログラム235の処理の手順を詳細に示している。処理P100から行動指標計算処理を開始する。本実施例では、所定の時間(本例では1分)以上のセンサ波形データが蓄積している場合に、行動指標を計算するものとする。処理P101では、行動指標220とセンサ波形221を読み出して、センサ波形には存在するデータの時間(未計算時間)が1分以上である場合には、処理P102に移行する。1分よりも短い場合には、処理P108に移行して、行動指標計算処理を終了する。
FIG. 12 shows the processing procedure of the behavior
処理P102では、処理P101の未計算時間に該当するセンサ波形221のデータを読み出す。処理P103では、読み出したセンサ波形221の加速度x282、加速度y283、加速度z284から、図8に示した計算方法をもとに運動量を計算する。処理P104では、図8に示した計算方法をもとに運動強度を計算する、処理P105では、加速度x282、加速度y283、加速度z284から、加速度ベクトルのスカラー値の波形の自己相関などの公知の手法により、歩数を計算する。処理P106では、加速度x282、加速度y283、加速度z284から、それぞれの平均値(例えば1分間を対象として)を計算して傾きとする。処理P107では、処理P103~106で計算した結果を、行動指標220に記録し、処理P108に移行して、行動指標計算処理を完了する。
In process P102, the
図13では、データ送信プログラム234の処理手順の例を示している。図13では、行動指標220はなるべく早いタイミングで送信し、かつ、基地局の処理負荷の少ない時間、例えば大容量のセンサ波形221は割り当てのセンサノード1を装着したユーザ8が不在である時間にまとめてサーバに送信することを特徴とする。処理P200から、データ送信処理を開始する。
FIG. 13 shows an example of the processing procedure of the
処理P201では、行動指標220の送信済フラグ278をもとにサーバ3に未送信のデータの有無を検出する。未送信のデータがあれば、処理P202に移行し、なければ処理P208に移行してデータ送信処理を完了する。処理P202では、処理P201の未送信時間に該当するデータを行動指標220から読み出す。処理P203では、処理P202で読み出したデータを、ネットワーク通信部209を介してサーバ3へと送信する。
In process P201, the presence / absence of untransmitted data to the
処理P204では、センサ波形221の送信済フラグ288を参照し、サーバに未送信のセンサ波形のデータの有無を検出する。サーバ3へ未送信のデータがあれば処理P205へ移行し、なければ処理P208へ移行してデータ送信処理を完了する。
In process P204, the
処理P205では、センサ波形221を参照し、現在割り当てられているユーザの最新の測定データの時刻と現在時刻との差が、例えば10分以上でれば不在であると見なし、処理P206に進む。10分未満であれば処理P208に移行してデータ送信処理を完了する。これは、不在である場合はセンサノードからデータを受信する確率が低く基地局の処理負荷が少ないと考えられるため、この時間を利用して、行動指標220と比較して容量の多いセンサ波形221をサーバに送るのである。
In process P205, the
処理P206では、処理P204で未送信としたデータを制御装置202のRAM208に読み出す。
In process P206, the data not transmitted in process P204 is read into the
処理P207では、処理P206で読み出したデータを、ネットワーク通信部209を介してサーバ3へと送信する。送信完了後、処理P208でデータ送信処理を完了する。
In process P207, the data read in process P206 is transmitted to the
図14では、状態判別プログラム233の処理手順について例を示している。図14では、ユーザ8の状態に応じて、通信割り当て時間を制御することを特徴としている。具体的には、ユーザ8が不在であるか否か、睡眠中であるか否か、行動に変化があるか否かにより、割り当て時間を増減させる。処理P300から状態判別処理を開始する。
FIG. 14 shows an example of the processing procedure of the
処理P302では、図13の処理P205と同様であり、割り当てのユーザ8がその周辺に不在であると判断されれば処理P310に移行する。不在でなければ、処理P303に移行する。処理P310では、通信設定222にアクセスして、ユーザ8の現在の割り当て時間254を所定量(例えば、50%程度)減らす。ただし、割り当て時間内では、最低限の起動時間等が必要であるため、短くても10秒程度は確保することが望ましい。
The process P302 is the same as the process P205 of FIG. 13, and if it is determined that the assigned
処理P303では、行動指標220を元に行動内容を判別する。判別手法は公知の手法を利用する。例えば、運動量や運動強度に基づく手法などがあげられる(METS法など)。また、歩行時や急激な運動量の変化がある際には行動の遷移があると容易に推定できる。つまり、行動の遷移を区切った後に、その遷移間の運動量から、睡眠、安静、デスクワーク、運動、歩行、作業等の行動を分類でき、また傾き情報から座位や立位等の姿勢の判定を行うことができる。
In process P303, the action content is determined based on the
処理P304では、処理P303で判別した行動内容が睡眠であった場合には、処理P311に移行し、睡眠でない場合には処理P305に移行する。処理P311は処理P310と同様に、割り当て時間を削減する処理である。 In process P304, if the action content determined in process P303 is sleep, the process proceeds to process P311. If not, the process proceeds to process P305. The process P311 is a process for reducing the allocation time, like the process P310.
処理P305では、処理P303で判別した行動内容の遷移を過去5~10分程度振り返った場合に、変化がある場合には処理P306に移行し、変化がなければ処理P312に移行する。処理P312は処理P310と同様に、割り当て時間を削減する処理である。処理P306は、割り当て時間を増加する処理である。このときの最大値は1~10分程度の値で設定するか、例えば全体を巡回する最大周期を30分と設定し、その周期を登録ユーザ数で割った値とすることもできる。処理P307で状態判別処理を完了する。 In process P305, when the transition of the action content determined in process P303 is looked back for about the past 5 to 10 minutes, if there is a change, the process proceeds to process P306, and if there is no change, the process proceeds to process P312. The process P312 is a process for reducing the allocation time, like the process P310. Process P306 is a process for increasing the allocation time. The maximum value at this time can be set to a value of about 1 to 10 minutes, or for example, the maximum cycle for circulating the whole can be set to 30 minutes and the cycle divided by the number of registered users. In the process P307, the state determination process is completed.
図15は、通信設定同期プログラム232の処理手順の例を示した図である。図15では、基地局2で変更した設定内容はサーバ3に同期し、他の基地局2で変更された内容はサーバ3を通じて同期することを特徴とする。これにより、各基地局は、複数のセンサノードの最新の通信設定を反映することができる。処理P400から通信設定同期処理を開始する。
FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a processing procedure of the communication
処理P401では、通信設定222から登録されている全ユーザの通信設定を制御装置202のRAM208に読み出す。処理P402では、処理P401でRAM208に読み出した通信設定222の変更フラグ255を参照する。変更フラグ255は、基地局2で通信設定222のうち無線チャネル、PANID、ショートアドレスが変更された場合に、当該行の変更フラグ255を1とするものである。変更フラグ255が1となっている行があれば処理P403に移行する。
In process P401, the communication settings of all users registered from the
処理P403では、ネットワーク通信部209を介して、通信設定222の変更フラグ255が1となっている行のデータをサーバ3に送信し、通信設定312に反映させる。処理P410では、ネットワーク通信部209を介して、サーバ3の通信設定312の中で、通信設定222に登録されているユーザに該当する行をすべて読み出す。
In process P403, the data in the row in which the
処理P411では、処理P410で読み出した通信設定データと、RAM208に読み出した通信設定222のデータとを比較して、相違があれば処理P412に移行し、相違のある内容を通信設定222に反映させ、サーバ3の通信設定312と同期させる。相違がなければ処理P404に移行する。処理P404では、通信設定同期処理を完了する。
In the process P411, the communication setting data read in the process P410 and the data of the communication setting 222 read in the
なお、サーバが解析プログラム306を実行することにより、センサ波形311から行動指標310を算出することもできる。その場合、基地局はサーバで算出された行動指標を受信して、ユーザの行動や状態を推定し、推定した行動に基づいてユーザの通信割り当て時間を制御することができる。さらに、サーバが解析プログラム306を実行することにより、行動指標からユーザの行動や状態を推定し、通信割り当て時間を算出することもできる。その場合、基地局はサーバで算出された通信割り当て時間を受信して、その通信割り当て時間に基づいて、各センサノードと通信を行うことができる。
The
また、基地局は、サーバが解析プログラム306を実行した結果を、上述した行動状態判定に用いることができる。例えば、サーバは、基地局Aから受信するデータに含まれるユーザIDや基地局のID等により、センサノードAが基地局Aの圏内にいることを特定し、その場所情報を別の基地局Bに送信する。基地局Bは、センサノードAの場所情報に基づいて、センサノードAのユーザは不在であると判定し、センサノードAの通信割り当て時間を削減することもできる。
Also, the base station can use the result of the server executing the
図16乃至図18は、本実施例のセンサノード1のブロック図を示す。ここでは、ROM420に記録されるセンシングプログラム422と有線通信プログラム423と無線通信プログラム424を実行することにより、センサノード1を制御することを特徴とする。具体的には、センシングプログラムを実行することにより、リアルタイムクロック438からの周期的な信号をトリガとして任意の周期でセンシングしてデータをRAM410に取り込み、ストレージ460に記録する。無線通信プログラムを実行することにより、センシングプログラム422で測定したデータを基地局2に無線送信し、基地局2との接続が確立されていなくても探索やアソシエーションの処理をせずに、データ送信を継続する。さらに、有線通信プログラムを実行することにより、外部電源検出部432でUSBを介したパーソナルコンピュータ等の外部機器との接続をトリガとして、ストレージ460からデータを読み出して外部機器に有線送信を開始する。以下、個々について説明する。
16 to 18 are block diagrams of the
センサノード1は、基地局と通信を行うアンテナ450を備えた無線通信部(RF)431と、加速度センサ435、温度センサ436、脈拍センサ437と、マイクロコンピュータ400と、マイクロコンピュータ400に一定間隔でトリガをかけるためのタイマとして機能するリアルタイムクロック(RTC)438と、不揮発な記憶媒体であるストレージ460と、文字や波形、グラフ等を表示するLCD434と、マイクロコンピュータ400に対してトリガをかけることができる複数のスイッチ441、442と、端子470への外部機器からのUSB接続を検出してマイクロコンピュータ400にトリガをかけ、その状態をマイクロコンピュータ400に出力する外部電源検出部432と、マイクロコンピュータからのシリアル通信によって送信されたデータをUSB接続の外部機器に転送するUSB通信部433と、マイクロコンピュータからの信号でUSB通信部433との信号線を遮断するスイッチ444と、2次電池447と、外部機器とのUSB接続を介して供給される電源で2次電池447を充電する充電部439と、2次電池447の電圧をマイクロコンピュータ400に出力する電圧検出部440と、レギュレータ446と、レギュレータ446に供給する電源を2次電池447とUSBを介した外部電源とで切替える電源切替部445と、USBケーブルを接続する端子470と、リセット端子475を短絡した場合に2次電池からの電源供給を遮断するリセット用のスイッチ443を含んで構成されている。
The
マイクロコンピュータ2は、演算処理を実行するCPU401と、CPU401で実行するプログラム421などを記録するROM420と、データなどを一時的に記録するRAM410と、外部から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するA/Dコンバータ404と、外部からデジタル信号を入力し、又は外部に出力するI/Oポート405と、リアルタイムクロック438とストレージ460とLCD434と加速度センサ435と温度センサ436と脈拍センサ437と、無線通信部でシリアル信号にて信号の送受信を行うシリアル通信部403、408と、CPU401を介さずにシリアル通信部403を制御し、シリアル通信にて受信したデータをRAM410に取り込むDMAC402と、外部からの信号をトリガとしてプログラム421を実行中のCPU401に割込みをかける割込制御部406,407とを含んで構成される。これらは、バス409を介して接続される。
The
ROM420に予め記録されているプログラム421には、センシングプログラム422と有線通信プログラム423を含む。センシングプログラム422に記述される処理はCPU401にて実行され、リアルタイムクロック438の信号をトリガとして、シリアル通信部403を介して加速度センサ435、温度センサ436及び脈拍センサ437でセンシングしたデータをRAM410に取り込み、無線通信部431を制御してRAM410に取り込んだデータを所定の基地局に無線送信し、さらにストレージ460に書き込んで記録する。
The
有線通信プログラム423に記述される処理もまたCPU401にて実行され、外部電源検出部432からの信号をトリガとして有線通信を開始し、シリアル通信部403を介してストレージ460に記録され、かつ無線または有線通信により外部に送信されていないデータ(未送信データ)を読み出し、USB通信部433に送信し、USB通信部433から外部機器に有線送信する。また、有線通信プログラム423の処理では、無線及び有線で一度送信されたデータ(送信済データ)を再度送ることもできる。
The processing described in the wired
また、有線通信プログラム423は、DAMC402を制御して、CPU401で処理を実行することなく、ストレージ460のデータを読出し、RAM410に記録できる。従って、ストレージ460を読出している間も、CPU401は別の処理を実行できるため、RAM400からUSB通信部433にデータを送信することができる。このUSB通信部433への送信においても、DMAC402を制御して、CPU401を介さず、データをRAM410から転送することができる。
Further, the wired
図17に示すように、RAM410は書き換え可能な値である、パラメータ411と、無線通信状態412と、有線接続状態413と、有線通信状態414と、無線送信用のデータを一時的に記録する送信用バッファ415と、ストレージ460から読み出したデータ、及び書き込むデータを一時的に記録するストレージ用バッファ416と、ストレージ460から未送信データを読み出す際にストレージ460におけるデータの位置を示す読出アドレス417と、センシングしたデータを書き込む際にストレージ460における書込み位置を示す書込アドレス418を有する。
As shown in FIG. 17, the
パラメータ411は、センサノード1の動作を規定する値であり、ユーザによって変更可能である。無線通信部431を制御して無線通信する際に用いる無線周波数を示す無線チャネルや、センサノードを識別する固有のID(PANID、ショートアドレス)等を記録する。無線通信状態412はセンシングしたデータを送信した結果、つまり送信成功、失敗等の結果を記録する。有線接続状態413は、外部機器とUSBを介して接続されているか否かを記録する。有線通信状態414は、外部機器とUSBを介して接続されている上、相手の外部機器がデータを受け取れる状態か否かを記録する。送信用バッファ415は加速度センサ435、温度センサ436、脈拍センサ437でセンシングしたデータを一時的に記録して、送信する容量に達するまで蓄積する領域である。例えば無線規格をIEEE802.15.4とした場合、一度に送信できるデータ容量(パケット容量)と同じく100バイト程度とする。ストレージ用バッファ416は、送信用バッファ415のデータを送信後に、圧縮してストレージ460に送信して記録するデータの領域である。また、ストレージ460からデータを読み出して無線、または有線で送信する際に、読み出したデータを記録する領域でもある。本実施例では、典型的な公知の圧縮方式を適用した場合、例えば20ヘルツでサンプリングした最大3G,最小で-3Gの加速度の波形データであれば、平均で1/3程度に圧縮できる。したがって、ストレージ用バッファ416に1パケット容量分のデータが蓄積された後に、ストレージ460に記録する。この結果、書込み頻度も削減できる。
The
送信用バッファ415とストレージ用バッファ416を両方持つ特徴により、センシングした直後のリアルタイムデータは無線で送信してストレージ460に記録し、外部機器と無線または有線で通信可能であればストレージ460から未送信データを読み出して送信するという両方の処理を滞りなく実行することができる。
Due to the characteristics of both the
読出アドレス417は、無線または有線通信可能時に送信すべき未送信データのストレージ460内部における位置を示す。書込アドレス418は、ストレージ用バッファに記録されたストレージ460に書き込むためのデータを記録すべきストレージ460内部における位置を示す。つまり、読出アドレス417と書込アドレス418が同じ値である場合、送信すべき未送信データがストレージ460に存在しないことが判定できる。
The
ストレージ460には、センシングしたデータを記録するためのデータテーブル461を含む。図18を用いてデータテーブルについて説明する。データテーブルに記録されるデータは、無線通信部431から送信する際の1パケットごとに可変長で区切る。これにより、ストレージ460から読み出した1パケット分のデータをストレージ用バッファ416に一時的に記録した後、そのままデータを加工することなく無線または有線送信可能とすることで、処理を減らすことができる。
The
1つのパケットは、対応するアドレスの位置に記録されており、フラグ、長さも同時にデータテーブル461に記録される。アドレスはデータテーブル461内で一意に割り振られており、1つのアドレスで、1つの対応するデータの位置を示している。ストレージ460はマイクロコンピュータ400からシリアル通信にて読出し、または書込みコマンド内に含まれるアドレスを参照して、ストレージ460に記録された任意の位置のデータを読出し、または書き込むことができる。長さは対応するパケットのデータ長を示している。つまり、対応するパケットのアドレスに長さ分を足すことで、次に記録されたパケットのアドレスを割り出すことができる。
One packet is recorded at the position of the corresponding address, and the flag and length are also recorded in the data table 461 at the same time. The address is uniquely assigned in the data table 461, and one address indicates the position of one corresponding data. The
フラグは、そのデータが送信用バッファ415に記録された後に送信された際に、すべて送信成功であった場合には1を、送信失敗のデータを含んでいれば0を書き込んでいる。つまり、後からストレージ460のパケットを読み出した際に、未送信データを含むか否かを判断することができ、未送信データのみを効率的に、残さず読み出すことを可能にする。
In the flag, 1 is written if transmission is successful when the data is transmitted after being recorded in the
RAM410の書込アドレス418の示すパケット462は、データテーブル461内で最後に記録された最も古いパケットを示している。これは、最も古いデータから書き換えていくことで、ストレージ内のすべての記録単位(メモリの1セル)において書き換え回数を均等化し、書き換え頻度を削減するためである。パケット463はデータテーブル461内で送信済データを含むパケットを示している。パケット463は送信済データを含むので、フラグは1である。
The
RAM410の読出アドレス417の示すパケット464はデータテーブル461内で最後に記録された未送信データを含むパケットを示している。パケット464は未送信データを含むので、フラグは必ず0である。つまり。読出アドレス417の示すパケットからフラグが0のパケットを読み出すだけで、未送信データを残さず読み出すことができる。
A
リアルタイムクロック438は一定の周期でマイクロコンピュータ400の割込制御部406に割込み信号を生成することができる。この周期は、シリアル通信のコマンドによって変更することができる。この割込み信号によって、マイクロコンピュータ400ではセンシングプログラム422に記述されたセンシングの処理を、他の処理の実行状態に影響を受けることなく、一定の周期で開始することができる。
The
リアルタイムクロック438には、外部入力端子を持つ。つまり、外部入力端子にボタンであるスイッチ441、442を接続することで、ボタンが押された場合にも同様にマイクロコンピュータ400に割込みをかけることができる。これらの入力状態は、シリアル通信によってマイクロコンピュータ400に読み出すことができ、ボタンの種類や、押されている長さを検知することができる。このスイッチ441、442の操作を利用して、パラメータ411の設定変更等を実行できる。
外部電源検出部432は、端子470の電源端子471が接続されたことを検出する。つまり、電源を有するUSBを介した外部機器との接続を検出できる。接続が検出されると、外部電源検出部432はマイクロコンピュータ400の割込制御部407に対し割込み信号を生成し、I/Oポート405に対しデジタル信号の1を出力する。また切断を検出した場合も割込み信号を生成し、I/Oポート405に対しデジタル信号の1を出力する。つまり、マイクロコンピュータ400では、端子470への接続状態の変化を直ちに検出し、USB通信部433を介したUSB通信を開始、または停止できる。さらにマイクロコンピュータ400からI/Oポート405の出力によりスイッチ444を制御することで、通信停止時には直ちにシリアル信号の通信線を遮断できる。これは、端子470が非接続時には、USB通信部433には電源が供給されないため、信号線を通じてマイクロコンピュータ400からUSB通信部433に流れる電流漏れを抑える役割である。
The external power
USB通信部433はマイクロコンピュータ400とのシリアル通信の信号を、USBのデータ端子(送信、受信)472、473を介したUSB規格の信号に変換する。従って、マイクロコンピュータ400の制御では、外部機器へ送信するデータのみをシリアル通信でUSB通信部433に送信するだけで、自動的にUSB規格のデータに変換し、外部機器に送信できる。また、USB通信部433の電源は電源端子471を介して外部機器からのみ供給されるため、USB非接続時には余計な電力を消費しない。
The
電源切替部445はレギュレータ446に供給する電源を、USBの非接続時には内蔵の2次電池447から供給される電源とし、USB接続時には電源端子471を介して外部機器から供給される電源とで切替える。従って、USB接続時に有線通信を連続的に利用した場合においても、2次電池447を消費しない。
The power
図19は本実施例を適用したセンサノード1の外観を示す。図19においては、センサノード1のUSB接続用の端子470が、脈拍センサ437のある装着面から見て側面にあることから、有線通信及び充電中もユーザが常時装着することができ、センシングを妨げないことを特徴とする。以下、個々について説明する。
FIG. 19 shows the external appearance of the
センサノード1には、バンド9が両端に付随しており、典型的な腕時計と同様に腕に装着することができる。図19のバンド9の構造からもわかるように、装着時に脈拍センサ437を有する面がユーザの皮膚に接触する。脈拍センサ437は公知の光学式測定方式であり、赤外線を生体表面に照射し、血管の脈動による反射光の変化から脈拍を推定可能とする。つまり、脈拍センサ437はユーザの皮膚に接触していることが不可欠である。
The
端子470は脈拍センサ437のある装着面とは異なる側部にある。端子470はUSBケーブルと対応しており、電源端子471、データ端子(送信、受信)472、473、グランド端子474によってUSBに対応する外部機器と接続し、通信及び電源供給が可能である。また、リセット端子475とグランド端子474を短絡することにより、外部から内部の電源を遮断し、リセットをかけることができる。端子470は各電極のみが露出しており、防水加工も可能である。
また、LCD434には、ユーザが常時見ることのできる時刻や電池残量、無線通信状態等を表示することができる。LCD434にメニューを表示し、スイッチ441,442を操作することにより、センシングの間隔や、無線チャネル等の設定をユーザが変更することが可能である。また、スイッチ441、442が押されたことをトリガとして、通常とは異なるセンシングや無線通信の処理を実行することも可能である。
Also, the
図20は、図17のROM420に記録されたプログラム421に記述されるセンサノード1の処理のフローチャートを示しており、特に処理P501、502、504、505はセンシングプログラム422に記述され、処理P503と処理P508は無線通信プログラム424に記述され、処理P510は有線通信プログラム423に記述されている。図20においては、リアルタイムクロック438から信号を受けた割込制御部406からの割込みにより、他の処理P502~P510を実行中であっても、直ちに処理P510を実行し、常に一定の周期でセンシングできることを特徴とする。
FIG. 20 shows a flowchart of the process of the
処理P501は、割込制御部406の割込みによって処理を開始し、加速度センサ435、温度センサ436、脈拍センサ437のいずれか、または複数でセンシングし、センシングしたデータをRAM410の送信バッファ415に記録する。処理完了後、処理P502に移行する。
The process P501 is started by an interrupt from the interrupt
処理P502は、送信用バッファ415にさらにセンシングしたデータを記録できる容量があるかを判定する。記録できない状態になった場合は処理P503に移行し、送信用バッファ415に記録されたデータを無線プロトコルに適合するパケットに変換して、所定の基地局に無線送信する。処理完了後、処理P504に移行する。無線送信の結果(成功、失敗等)を無線通信状態412に記録する。記録できる容量が残っている場合には、処理P506に移行する。
Processing P502 determines whether or not the
処理P504は、無線送信したパケットのデータを公知の圧縮方式にて圧縮し、ストレージ用バッファ416に記録する。適用する圧縮方式は、マイクロコンピュータ400のCPU401で処理を実行した場合に、リアルタイムクロック438が信号を生成する間隔よりも十分に短い処理時間であることが望ましい。次に処理P505は、ストレージ用バッファ416に1パケット容量分のデータが蓄積されていれば、ストレージ460に記録する。また、未送信データを含む場合にはフラグを0とし、それ以外は1として書き込む。ストレージ460における書き込み先の位置は、RAM410の書込アドレス418を参照し、書き込み完了後、書込アドレス418を次のアドレスに更新する。また、読出アドレス417と更新前の書込アドレス418が同じで、書込んだフラグが1の場合には、読出すべき未送信データがないことになるため、同時に読出アドレス417も更新する。処理完了後、処理P506に移行する。
Processing P504 compresses the data of the wirelessly transmitted packet by a known compression method and records it in the
処理P506は、RAM410に記録された読出アドレス417と書込アドレス418を比較する。アドレスが異なれば処理P507に移行し、同じであれば処理P509に移行する。つまり、未送信データを含むパケットがあるかを判定しており、読出アドレス417と書込アドレス418が同じであれば、ストレージ460に記録されたすべてのパケットが送信済みであると判断できる。
Processing P506 compares the read
処理P507は、RAM410の有線接続状態413を参照する。有線接続がONであれば処理P510に移行し、OFFであれば処理P508に移行する。処理P508は、未送信データを含むパケットを読み出して、パケットに対応するフラグが0であれば無線で送信する。送信が成功し、さらに未送信データを含むパケットがストレージ460に存在する場合は、読み出しと無線送信を繰りかえし実行する。読み出すパケットの位置はRAM410の読出アドレス417を参照する。処理P508は無線送信が失敗するか、ストレージ460に未送信データを含むパケットが存在しなくなった場合、処理P509に進む。また、処理P508の実行中に割込制御部406の割込みが入った場合、処理を中止して処理P501を開始する。処理P510は、未送信データを含むパケットを読み出して、パケットに対応するフラグが0であれば有線で送信する。有線通信が可能であり、さらに未送信データを含むパケットがストレージ460に存在する場合は、読み出しと有線送信を繰りかえし実行する。読み出すパケットの位置はRAM410の読出アドレス417を参照する。処理P510は有線送信ができないか、ストレージ460に未送信データを含むパケットが存在しなくなった場合、処理P509に進む。また、処理P510の実行中に割込制御部406の割込みが入った場合、処理を中止して処理P501を開始する。
Processing P507 refers to the
処理P509は、マイクロコンピュータ410のクロックを停止して、低電力なスタンバイ状態(休眠状態)にする。スタンバイ状態では割込制御部406、407からの割込みによって起動状態に移行することができる。従って、必要な処理のない時間をスタンバイにし、処理に必要なタイミングのみ起動する間欠動作を行うことで、消費電力を大幅に削減できる。ただし、RAM410の有線接続状態413を参照し、ONであれば外部から電源供給を受けているため、スタンバイにする必要はない。
Process P509 stops the clock of the
図21は、図20の処理P503を示しており、センサノード1が測定した直後のリアルタイムデータを基地局2に無線送信する処理について詳細に示している。図21では、連続的に無線送信が失敗すると、基地局2との通信が確立できないものとし、送信間隔を間引いて空データを送り、Ackの返信を確認する。これにより、通常の基地局探索処理と異なり、なるべく低電力に基地局2が周辺に有るか確認することを特徴とする。無線通信処理は処理P520より開始する。
FIG. 21 shows the process P503 of FIG. 20, and shows in detail the process of wirelessly transmitting the real-time data immediately after measurement by the
処理P521では、RAM410の無線通信状態412に記録された現在の送信モードがデータ送信モードであれば、処理P522に移行し、スキャン送信モードであれば、処理P531に移行する。処理P522では、RAM410の送信用バッファ415に記録されたリアルタイムデータを、無線通信部431に送信して、基地局2へ無線送信する。
In process P521, if the current transmission mode recorded in the
処理P531では、空データを基地局2へ送信する。これは、例えばIEEE802.15.4であれば、ペイロード領域を0か1バイトのダミーデータのみとすることである。空データの送信はAckで周辺の基地局の有無を確認するためだけのものであり、可能な限り消費電力を抑えるため、データ量を削減する。また、さらに消費電力を削減するには、ここで送信回数を間引きする。例えば、10回に1回のみの送信とする。
In process P531, empty data is transmitted to the
処理P523では、処理P522、P531の無線送信のAckの有無を判定する。Ackの受信があった場合は送信成功とみなし、処理524に移行する。Ackがない場合は送信失敗とみなし、処理P532に移行する。 In process P523, it is determined whether there is an Ack for wireless transmission in processes P522 and P531. If an Ack is received, the transmission is considered successful and the process proceeds to processing 524. If there is no Ack, it is regarded as a transmission failure, and the process proceeds to process P532.
処理P524では、RAM410の無線通信状態412の前回の送信結果を無線送信成功とする。また、同様に処理P532では、無線通信状態412の前回の送信結果を無線送信失敗とする。処理P525では、RAM410の無線通信状態412に記録されている連続送信失敗回数を0に書き換える。処理P533では、RAM410の無線通信状態412に記録されている連続送信失敗回数を元の値よりも1大きい値に書き換える。
In process P524, the previous transmission result of the
処理P534では、無線通信状態412の連続送信失敗回数が所定回数(本例では10)を超える場合には、処理P535に移行し、超えない場合には処理P526に移行する。処理P526では、RAM410の無線送信状態412の送信モードをデータ送信モードとする。また、同様に処理P535では無線送信状態412の送信モードをスキャン送信モードとする。処理P527で無線通信処理を完了する。
In process P534, if the number of continuous transmission failures in the
図22は、スイッチ441、442の操作によってセンサノード1の通信設定を変更する処理について詳細に示している。図22では、通信設定の処理がスイッチの長押し時のみ割り込みで起動してセンサノード1の通信設定をユーザ8が手動で設定することができ、一定時間操作がなければ、設定を変更せずに元に戻ることを特徴とする。本実施例では、通常表示状態では、センサノードのLCDに、センシングデータの波形、事項情報、無線電波状態、電池残量、メモリ残量等が表示されているとする。そして、スイッチ442をユーザが長押しすることにより、センサノードのパラメータ設定モードに移行する。また、スイッチ441を押すことでLCDに表示中のパラメータを、規定された有効範囲内で順送りに変更することができるものとする。
FIG. 22 shows in detail the processing for changing the communication setting of the
通信設定変更処理は割り込み制御部406のスイッチ441、442による割り込みで、処理P551から開始する。処理P552では、スイッチ441、またはスイッチ442の状態を、スイッチが離されるまで検出し続ける。処理P553では、処理P552で検出したスイッチ441、442の押し時間が所定時間(例えば2秒)以上である場合は、処理P554に移行し、2秒に満たない場合は、処理P559に移行して通信設定変更処理を完了する。
The communication setting change process is an interrupt by the
処理P554ではRAM410のパラメータ411をすべて読み出す。同時に、ROM420のプログラム421から、各パラメータに対して規定した有効範囲や表示形式等を読み出す。処理P555では、タイマをセットする。また、経過時間を0にクリアする。タイマは、スイッチがユーザ8の意図ではなく長押し状態になり、誤って通信設定変更処理を開始してしまった場合や、処理を中止したい場合に、スイッチを押さずに放置することで、処理を中断して、通常の表示に戻るためである。タイマはリアルタイムクロック438の機能を利用するか、測定時の割り込みを利用して、割り込み回数をカウントすることで経過時間を計測する。
In process P554, all
処理P556では、スイッチ441、442のいずれかが押されているかを検出する。処理P557では、処理P556でスイッチ441が押されていれば、処理P560に移行する。押されていなければ処理P558に移行する。処理P560では、現在設定中のパラメータにおいて表示中の値を、規定された有効範囲内で順送りに更新する。処理P558では、スイッチ442が押されていれば処理P561に移行する。押されていなければ処理P559に移行する。
In process P556, it is detected whether any of the
処理P561では、現在の選択パラメータが、通常パラメータではなく設定終了を選択する状態である場合には、設定終了するものとして処理P563に移行する。無線チャネルやPANIDなどのパラメータが選択されている場合には、処理P562に移行する。 In process P561, when the currently selected parameter is not a normal parameter but a setting end selection state, the process shifts to process P563 as the setting end. If parameters such as a wireless channel and PANID are selected, the process proceeds to process P562.
処理P562では、選択されているパラメータの値を決定してRAM410のパラメータ411に記録し、次のパラメータの設定に移行する。例えば、無線チャネルの設定を決定して、PANIDの設定に進むという処理となる。処理P563では、RAM410のパラメータ411をストレージ460のパラメータ461にコピーする。つまり、本処理がなされずにタイマ経過などで設定変更処理が終了した場合には、パラメータの変更は破棄されて反映されない。
In process P562, the value of the selected parameter is determined and recorded in the
処理P559では、タイマが所定時間(例えば10秒)以上経過しているか否かを検出し、経過している場合には処理P564に移行し、経過していない場合には処理P556に移行する。所定時間は、ユーザによる操作がなされる可能性があると判断するためである。 In process P559, it is detected whether or not the timer has passed a predetermined time (for example, 10 seconds) or more. If it has elapsed, the process proceeds to process P564, and if not, the process proceeds to process P556. This is because it is determined that there is a possibility that the user will perform an operation for the predetermined time.
処理P564では、ストレージ460のパラメータ461をRAM410のパラメータ411にコピーする。つまり、パラメータ411に加えられていた変更内容は破棄される。処理P565で通信設定変更処理を完了する。
In process P564, the
図23は、図20の処理P508を詳細に示しており、ストレージ460に記録されたデータを読出して無線送信する処理である。図23においては、未送信データを含むパケットがストレージ460に存在する場合、リアルタイムクロック438から信号を受けて割込みがかかるか、無線送信が失敗するまで、データを読み出して無線送信する処理を連続して繰り返すことを特徴とする。つまり、センシングのタイミングに影響を与えることなく、可能な限り高速にデータを無線送信することができる。
FIG. 23 shows the process P508 of FIG. 20 in detail, and is a process of reading data recorded in the
処理P601からストレージデータ無線送信処理を開始して処理P602に移行し、RAM410の無線通信状態412を参照する。無線通信状態412が成功であれば処理P603に移行し、ストレージから未送信データを含むパケットを読み出す。読出し位置は、RAM410の読出アドレス417を参照し、対応するフラグが0のパケットのみを読み出す。処理完了後、処理P604に移行する。
The storage data wireless transmission process is started from the process P601, the process proceeds to the process P602, and the
処理P604は、処理P603で読出したパケットを無線送信する。送信完了後、処理P505に移行して送信のレスポンスであるACKの受信を待ち、ACKを受信した場合は処理P606に移行して、RAM410の読出アドレス417を対応するフラグが0である次のパケットの位置まで進め、処理P607に移行する。ACKを受信できなかった場合には、処理P608に移行して、ストレージデータ無線送信処理を完了する。
Process P604 wirelessly transmits the packet read in process P603. After completion of transmission, the process proceeds to process P505 to wait for reception of ACK as a response to transmission. When ACK is received, the process proceeds to process P606, and the next packet whose flag corresponding to the
処理P607は、RAM410の読出アドレス417と書込アドレス418を参照して比較する。アドレスが異なれば、処理P503に移行してストレージから次のデータを読出し、同じであれば処理P508に移行して、ストレージデータ無線送信処理を完了する。
Processing P607 compares the read
図24は、図20の処理P510を詳細に示しており、ストレージ460に記録されたデータを読出して有線送信する処理である。図24においては、未送信データを含むパケットがストレージ460に存在する場合、リアルタイムクロック438から信号を受けて割込みがかかるか、USBが切断されるまで、データを読み出して有線送信する処理を連続して繰り返すことを特徴とする。つまり、センシングのタイミングに影響を与えることなく、可能な限り高速にデータを有線送信することができる。
FIG. 24 shows the process P510 of FIG. 20 in detail, and is the process of reading the data recorded in the
処理P701からストレージデータ有線送信処理を開始し、処理P702に移行する。処理P702は、RAM410の有線通信状態414を参照し、OFFであれば処理P706に移行し、データの読出しを開始する。ONであれば処理P703に移行する。
The storage data wired transmission process is started from process P701, and the process proceeds to process P702. The process P702 refers to the wired
処理P703は、通信開始要求を有線送信し、処理P704までレスポンスを待つ。これは、たとえUSBが接続されていても、相手となる外部機器が所定の受信動作をするPC等で正しく受信することができない可能性があるためである。処理P704は、通信開始要求のレスポンスがある場合にのみ有線通信を開始するため、処理P705に移行する。従って、所定のPC等にのみデータを送信できるため、無駄にデータ送信することを回避できる。レスポンスがない場合には、処理P713に移行し、RAM410の有線通信状態414をOFFに書き換え、ストレージデータ有線送信処理を完了する。処理P705は、RAM410の有線通信状態414にONを書き込み、処理P706に移行してデータの読出しを開始する。
Process P703 transmits a communication start request by wire and waits for a response until process P704. This is because even if the USB is connected, there is a possibility that the external device that is the counterpart may not be able to receive correctly by a PC or the like that performs a predetermined receiving operation. Since the process P704 starts wired communication only when there is a response to the communication start request, the process P704 proceeds to process P705. Therefore, since data can be transmitted only to a predetermined PC or the like, unnecessary data transmission can be avoided. If there is no response, the process proceeds to process P713, the wired
処理P706は、ストレージ460から未送信データを含むパケットを読み出す。RAM410の読出アドレス417を参照し、対応フラグが1のパケットのみを読み出し、処理P707に移行する。処理P707は、DMAC402を制御し、次のパケットの読出しを開始する。処理P708に移行して有線送信を開始する前に、次のパケットの読み出しを開始することにより、有線送信とパケットの読み出しを同時に実行し、データの送信速度を最大化することができる。
Processing P706 reads a packet including untransmitted data from the
処理P709は、処理P708完了後にRAM410の有線接続状態413を参照する。途中で接続が切断されていれば、割込み処理によって、有線接続状態413にOFFを書き換えられているため、検出することができる。有線接続状態413がONであれば、処理P710にて読出アドレス417を更新して、処理P711に移行する。OFFであれば、処理P712に移行してストレージデータ有線送信処理を完了する。処理P711では、RAM410の読出アドレス417と書込アドレス418を参照して、同じであればストレージ460に未送信データがないと見なして、処理P712に移行してストレージデータ有線送信処理を完了する。異なる場合には、処理P607に移行して次のデータの読出しを開始する。
The process P709 refers to the
図25は本実施例のクレードル10の外観を示す。クレードルは、センサノードと基地局の間で有線通信する際に接続に用いるものである。図25においては、図19に示したセンサノード1の端子470に接触する端子600~604を有し、センサノード1の上部を覆う形状であり、センサノード1と接続した場合においても、側部から延びるケーブル605と、USB接続端子607によって、ユーザの動作を妨げることなく、外部機器のUSBポートに接続できることを特徴とする。クレードル2とセンサノード1は、ツメのような形状である固定部606によって固定するため、センサノード1を身に付けたユーザが動いたり、ケーブル605を引っ張った場合においても容易に外れることがない。また、LCDに接する上部は、LCDの内容を視認するのを妨げることがないように、中心部を窓状に開ける。また、ケーブル605と反対側の側部においても、スイッチ441、442の操作を妨げることがないように、中心部を空けた形状とする。従って、クレードル2で接続中においても、センサノード1を身に付けたユーザは、センシングや様々な操作を妨げられることなく、日常動作を続けることができる。
FIG. 25 shows the appearance of the
図26は、クレードル10を接続した状態のセンサノード1を身に付けた場合の外観を示している。図26においては、センサノード1にクレードル10をセットし、パーソナルコンピュータ11のUSBポート12にUSB接続端子607を接続した状態で、有線通信または充電中においても、LCD434に表示される現在時刻や、脈拍センサ等でセンシングした波形、センシング中を示す記号等を視認できることを特徴とする。つまり、ユーザ8からのセンサノード1の利用は、クレードル10を接続していても阻害されない。
FIG. 26 shows an external appearance when the
図27は、本実施例における、センサノード1とパーソナルコンピュータ5が有線通信する際の通信フローを示している。図27においては、無線通信と同様に、基地局2がセンサノード1に割り当てた時間のみで通信をする。そのため、センサノード1が10秒程度の一定時間ごとに通信開始要求を送信したとしても、基地局2は割り当て時間内でしかレスポンスを返さない。これにより、センサノード1が割り当て時間内にあって接続が確立しているかを判断できることを特徴とする。
FIG. 27 shows a communication flow when the
センサノード1はUSBなどの有線接続手段で基地局2の汎用I/F210と接続すると、センサノード1は基地局2に対し、通信開始要求701を送信する。通信開始要求702では、基地局2からレスポンスがないため、通信が開始できない。基地局2が処理711にてセンサノード1との有線通信に対する割り当て時間を開始すると、その後の通信開始要求703に対し、基地局2からレスポンス704を返す。センサノード1はレスポンス704を受信すると、RAM410の有線通信状態414をOFFからONに書き換える。これにより、ストレージ内未送信データ送信705を開始する。通信が確立されてからも、センサノード1は10秒程度の間隔で通信開始要求を送信する。基地局は、センサノードから送信される行動指標データ710をサーバに送信する。
When the
図27に示すように通信開始要求706にレスポンス707が引き続き返されると、ストレージ内未送信データ送信708は繰り返される。その途中で、基地局2の処理712で通信設定割り当て時間が終了すると、次の通信開始要求709に対するレスポンスは返されない。この場合、センサノード1ではストレージ内未送信データ送信708を送信失敗とみなし、その後は再度、通信開始要求701と同様の状態に戻る。
As shown in FIG. 27, when the
1 センサノード
4 ネットワーク
8 ユーザ
200 無線通信部
203 不揮発記憶部
207 中央演算部(CPU)
208 揮発記憶部(RAM)
210 汎用インタフェース
212 ユーザインタフェース制御部
290 運動強度
291 運動量
302 中央演算部(CPU)
303 揮発記憶部(RAM)
401 中央演算部(CPU)
402 ダイレクトメモリアクセスコントローラ
406、407 割り込み制御部
410 揮発記憶部(RAM)
420 不揮発記憶部(ROM)
431 無線通信部
433 USB通信部
435 加速度センサ
436 温度センサ
437 脈拍センサ
438 リアルタイムクロック
441、442 スイッチ
445 電源切替部
446 レギュレータ
450 アンテナ
460 ストレージ
470 コネクタ
DESCRIPTION OF
208 Volatile memory (RAM)
210 General-
303 Volatile memory (RAM)
401 Central processing unit (CPU)
402 Direct
420 Nonvolatile storage (ROM)
431
Claims (11)
上記複数の端末それぞれは、
生体情報を取得するセンサと、
上記生体情報を上記基地局へ送信するための通信設定を記録する記録装置と、
上記通信設定に基づいて上記生体情報を所定の間隔で上記基地局へ送信する通信装置と、を有し、
上記基地局は、
上記複数の端末それぞれの通信設定を記録する記録装置と、
上記複数の端末それぞれに割り当てられた時間に応じて、上記複数の端末それぞれの通信設定を順次選択する制御装置と、
上記選択された通信設定に基づいて上記端末と通信を行う通信装置と、を有するネットワークシステム。 A network system comprising a plurality of terminals and a base station that communicates with each of the plurality of terminals,
Each of the plurality of terminals
A sensor for acquiring biological information;
A recording device for recording communication settings for transmitting the biological information to the base station;
A communication device that transmits the biological information to the base station at a predetermined interval based on the communication setting,
The base station
A recording device for recording communication settings of each of the plurality of terminals;
A control device that sequentially selects communication settings of each of the plurality of terminals according to time allocated to each of the plurality of terminals;
A network system comprising: a communication device that communicates with the terminal based on the selected communication setting.
上記複数の端末それぞれの通信装置は、特定の無線周波数帯域を用いて上記基地局が構成するネットワーク固有の識別IDを要求する信号を上記基地局へ送信せず、かつ、上記基地局が構成するネットワーク内で固有の識別IDを要求する信号を上記基地局へ送信しないネットワークシステム。 The network system according to claim 1,
Each of the communication devices of the plurality of terminals does not transmit a signal requesting a network-specific identification ID configured by the base station to the base station using a specific radio frequency band, and is configured by the base station A network system that does not transmit a signal requesting a unique identification ID in the network to the base station.
上記ネットワークシステムは第1の基地局と第2の基地局とを備え、
上記端末は、上記第1の基地局の通信圏内から上記第2の基地局の通信圏内に移動しても、上記通信設定を変更しないネットワークシステム。 The network system according to claim 1,
The network system includes a first base station and a second base station,
The network system in which the terminal does not change the communication setting even when the terminal moves from the communication area of the first base station to the communication area of the second base station.
上記制御装置は、上記生体情報に基づいて上記端末を装着する人物の行動状態を推定し、上記行動状態に基づいて上記複数の端末それぞれに割り当てられた時間を制御するネットワークシステム。 The network system according to claim 1,
The said control apparatus is a network system which estimates the action state of the person who wears the said terminal based on the said biometric information, and controls the time allocated to each of these terminals based on the said action state.
上記制御装置は、上記生体情報に基づいて上記端末を装着する人物が不在であると判定した場合に、上記端末に割り当てられた時間を削減するネットワークシステム。 The network system according to claim 4, wherein
A network system that reduces time allocated to the terminal when the control device determines that a person wearing the terminal is absent based on the biological information.
ネットワークを介して上記基地局と接続されるサーバを備え、
上記制御装置は、上記通信設定に変更があった場合に変更された通信設定を上記サーバに送信するとともに、上記サーバから上記複数の端末それぞれの通信設定を受信し、上記記録装置に記録された通信設定を更新するネットワークシステム。 The network system according to claim 1,
A server connected to the base station via a network;
The control device transmits the changed communication setting to the server when the communication setting is changed, receives the communication setting of each of the plurality of terminals from the server, and is recorded in the recording device A network system that updates communication settings.
上記通信設定は、無線の周波数帯域を規定する無線チャネルと、上記基地局が構成するネットワーク固有の識別IDと、上記基地局が構成するネットワーク内で固有の識別IDであるネットワークシステム。 The network system according to claim 1,
The communication system includes a network system that includes a radio channel that defines a radio frequency band, a network-specific identification ID configured by the base station, and a network-specific identification ID configured by the base station.
複数の上記端末それぞれの通信設定を記録する記録装置と、
上記複数の端末それぞれに割り当てられた時間に応じて、上記複数の端末それぞれの通信設定を順次選択する制御装置と、
上記選択された通信設定に基づいて上記端末と通信を行う通信装置と、を有する基地局。 A base station connected to a terminal that acquires biological information and transmits the biological information at predetermined intervals based on predetermined communication settings,
A recording device for recording communication settings of each of the plurality of terminals;
A control device that sequentially selects communication settings of each of the plurality of terminals according to time allocated to each of the plurality of terminals;
A base station comprising: a communication device that communicates with the terminal based on the selected communication setting.
上記制御装置は、上記生体情報に基づいて上記端末を装着する人物の行動状態を推定し、上記行動状態に基づいて上記複数の端末それぞれに割り当てられた時間を制御する基地局。 The base station according to claim 8,
The control device is a base station that estimates a behavior state of a person wearing the terminal based on the biological information and controls a time allocated to each of the plurality of terminals based on the behavior state.
上記制御装置は、上記生体情報に基づいて上記端末を装着する人物が不在であると判定した場合に、上記端末に割り当てられた時間を削減する基地局。 In the base station according to claim 9,
The base station that reduces time allocated to the terminal when the control device determines that the person wearing the terminal is absent based on the biological information.
上記通信設定は、無線の周波数帯域を規定する無線チャネルと、上記基地局が構成するネットワーク固有の識別IDと、上記基地局が構成するネットワーク内で固有の識別IDである基地局。 The base station according to claim 8,
The communication setting includes a radio channel that defines a radio frequency band, a network-specific identification ID configured by the base station, and a base station that is a unique identification ID within the network configured by the base station.
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