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技術 無線センサ装置および無線センサシステム

出願人 東芝デベロップメントエンジニアリング株式会社
発明者 小森達也松隈剛佐保里美吉崎真典
出願日 2018年9月21日 (2年1ヶ月経過) 出願番号 2018-177019
公開日 2020年3月26日 (7ヶ月経過) 公開番号 2020-048152
状態 特許登録済
技術分野 デジタル伝送方式における同期 測定値信号、等のための伝送方式
主要キーワード ウェアラブルデバイス 無線センサシステム 無線センサ装置 ヘルスケア機器 固体振動子 割り込み間隔 補正実施 ベースクロック
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図面 (10)

課題

センサ制御部が無線通信部とオシレータ共有しない構成である無線センサ装置において、他の無線センサ装置との間でセンサ制御用のクロックを同期させる。

解決手段

本発明の一態様によれば、無線センサ装置は、第1、第2のオシレータと、第1、第2のクロック制御部と、割り込み発生部と、センサ制御部とを含む。第1のクロック制御部は、ハブ装置から第1の間隔で受信された無線信号に含まれる基準クロック値に基づいて、第1のオシレータのクロック信号に基づく第1のカウンタ値補正する。割り込み発生部は、割り込み信号を第2の間隔で発生させる。第2のクロック制御部は、割り込み信号を受信する毎に第2の間隔に基づいて、第2のオシレータのクロック信号に基づく第2のカウンタ値を補正する。センサ制御部は、センサ値に関連付けられる時間データを第2のカウンタ値に基づいて生成する。

概要

背景

物理的に離れた位置に設置された複数のセンサの時間を同期させることで、例えば同一時点に関連付けられる複数のセンサ値識別することが可能となる。これにより、例えば、同一人物の同一時点における心電位データおよび脈波データなどの異なる生体データ対照することが可能となる。

従来、かかる時間同期は、例えば以下の2種類の技法により実現されてきた。第1の技法は、複数のセンサを単一のSoC(System on Chip)により実現されるセンサ制御部にケーブルを用いて接続し、当該センサ制御部によって集中的に処理を行うことである。この技法によれば、このSoCに接続された単一のオシレータベースクロックとして処理が行われるので、当該センサ制御部によって扱われるセンサデータ間に時間のずれは殆ど生じない。

特許文献1には、吸気圧センサ3などの各種センサ類に相当する物理量測定手段M1によって出力されるアナログデータを、回転各信号に相当するトリガ信号検出タイミング毎に、AD変換器17に相当するAD変換手段M3へ転送することが開示されている。

第2の技法は、複数のセンサをそれぞれ無線通信インタフェース(I/F)に接続し、例えば、無線LAN(Local Area Network)、Bluetooth(登録商標)、などの汎用的な無線プロトコルを用いて同期用の無線信号をやり取りすることである。この技法によれば、物理的なケーブルを必要とせずに時間同期が可能となる。

概要

センサ制御部が無線通信部とオシレータを共有しない構成である無線センサ装置において、他の無線センサ装置との間でセンサ制御用のクロックを同期させる。本発明の一態様によれば、無線センサ装置は、第1、第2のオシレータと、第1、第2のクロック制御部と、割り込み発生部と、センサ制御部とを含む。第1のクロック制御部は、ハブ装置から第1の間隔で受信された無線信号に含まれる基準クロック値に基づいて、第1のオシレータのクロック信号に基づく第1のカウンタ値補正する。割り込み発生部は、割り込み信号を第2の間隔で発生させる。第2のクロック制御部は、割り込み信号を受信する毎に第2の間隔に基づいて、第2のオシレータのクロック信号に基づく第2のカウンタ値を補正する。センサ制御部は、センサ値に関連付けられる時間データを第2のカウンタ値に基づいて生成する。

目的

第2の技法は、複数のセンサをそれぞれ無線通信インタフェース(I/F)に接続し、例えば、無線LAN(Local Area Network)、Bluetooth(登録商標)、などの汎用的な無線プロトコルを用いて同期用の無線信号をやり取りすることである

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

ハブ装置無線接続する無線センサ装置であって、第1のクロック信号を発生する第1のオシレータと、前記第1のクロック信号に基づいて第1のカウンタ値カウントする第1のカウンタと、前記第1のカウンタ値に同期して無線通信を行い、前記ハブ装置から基準クロック値を含む無線信号を第1の間隔で受信する無線通信部と、前記基準クロック値に基づいて前記第1のカウンタ値を補正する第1のクロック制御部と、第1の割り込み信号を第2の間隔で発生させる割り込み発生部と、第2のクロック信号を発生する第2のオシレータと、前記第2のクロック信号に基づいて第2のカウンタ値をカウントする第2のカウンタと、前記第1の割り込み信号を受信する毎に前記第2の間隔に基づいて前記第2のカウンタ値を補正する第2のクロック制御部と、センサによる物理量の測定結果を表すセンサ値に関連付けられる時間データを前記第2のカウンタ値に基づいて生成し、前記センサ値および前記時間データを含むセンサデータを得るセンサ制御部とを具備する、無線センサ装置。

請求項2

アナログデジタル変換器をさらに具備し、前記センサは、前記物理量の測定結果を表すセンシング信号を生成し、前記アナログ/デジタル変換器は、前記センシング信号をアナログ/デジタル変換して前記センサ値を生成し、前記センサ制御部は、前記アナログ/デジタル変換器のサンプリング周期を前記第2のカウンタ値に基づいて制御する、請求項1に記載の無線センサ装置。

請求項3

前記第2のカウンタは、前記無線センサ装置が前記第1のカウンタ値の同期処理および第2のカウンタ値の同期処理を行うクロック同期モードに遷移してから前記第2のクロック制御部によって起動されるまでの間は停止状態にあり、前記第1のクロック制御部は、前記無線センサ装置が前記クロック同期モードに遷移した後の最初の前記無線信号の受信に応じて、開始クロック値および前記第2の間隔を設定し、設定した開始クロック値および第2の間隔を前記第2のクロック制御部に通知し、前記第2のクロック制御部は、前記開始クロック値および第2の間隔の通知に応じて前記第2のカウンタ値を前記開始クロック値に書き換え、前記割り込み発生部は、前記第1のカウンタ値が前記開始クロック値に到達したことを検知すると、第2の割り込み信号を発生し、前記第2のクロック制御部は、前記第2の割り込み信号の受信に応じて、前記第2のカウンタを起動する、請求項1または請求項2に記載の無線センサ装置。

請求項4

前記第2のクロック制御部は、前記第1の割り込み信号を受信する毎に、前記第2のカウンタ値を、前記開始クロック値と前記第2の間隔の自然数倍との和に書き換える、請求項3に記載の無線センサ装置。

請求項5

ハブ装置と、前記ハブ装置に無線接続された複数の無線センサ装置とを具備し、前記複数の無線センサ装置の各々は、第1のクロック信号を発生する第1のオシレータと、前記第1のクロック信号に基づいて第1のカウンタ値をカウントする第1のカウンタと、前記第1のカウンタ値に同期して無線通信を行い、前記ハブ装置から基準クロック値を含む無線信号を第1の間隔で受信する無線通信部と、前記基準クロック値に基づいて前記第1のカウンタ値を補正する第1のクロック制御部と、第1の割り込み信号を第2の間隔で発生させる割り込み発生部と、第2のクロック信号を発生する第2のオシレータと、前記第2のクロック信号に基づいて第2のカウンタ値をカウントする第2のカウンタと、前記第1の割り込み信号を受信する毎に前記第2の間隔に基づいて前記第2のカウンタ値を補正する第2のクロック制御部と、センサによる物理量の測定結果を表すセンサ値に関連付けられる時間データを前記第2のカウンタ値に基づいて生成し、前記センサ値および前記時間データを含むセンサデータを生成するセンサ制御部とを含む、無線センサシステム

請求項6

前記複数の無線センサ装置は、TDMA(TimeDivisionMultipleAccess)方式で前記ハブ装置と無線通信を行う、請求項5に記載の無線センサシステム。

技術分野

0001

本発明は、無線センサ装置間の時間同期に関する。

背景技術

0002

物理的に離れた位置に設置された複数のセンサの時間を同期させることで、例えば同一時点に関連付けられる複数のセンサ値識別することが可能となる。これにより、例えば、同一人物の同一時点における心電位データおよび脈波データなどの異なる生体データ対照することが可能となる。

0003

従来、かかる時間同期は、例えば以下の2種類の技法により実現されてきた。第1の技法は、複数のセンサを単一のSoC(System on Chip)により実現されるセンサ制御部にケーブルを用いて接続し、当該センサ制御部によって集中的に処理を行うことである。この技法によれば、このSoCに接続された単一のオシレータベースクロックとして処理が行われるので、当該センサ制御部によって扱われるセンサデータ間に時間のずれは殆ど生じない。

0004

特許文献1には、吸気圧センサ3などの各種センサ類に相当する物理量測定手段M1によって出力されるアナログデータを、回転各信号に相当するトリガ信号検出タイミング毎に、AD変換器17に相当するAD変換手段M3へ転送することが開示されている。

0005

第2の技法は、複数のセンサをそれぞれ無線通信インタフェース(I/F)に接続し、例えば、無線LAN(Local Area Network)、Bluetooth(登録商標)、などの汎用的な無線プロトコルを用いて同期用の無線信号をやり取りすることである。この技法によれば、物理的なケーブルを必要とせずに時間同期が可能となる。

先行技術

0006

特開昭63−19008号公報
特表2014−504485号公報

発明が解決しようとする課題

0007

前述の第1の技法によれば、複数のセンサをセンサ制御部に接続するためのケーブルが問題となり得る。例えば、複数の生体センサをユーザの身体の様々な部位に設置する場合に、ユーザはこれらのケーブルを煩わしく感じたり身体の動きを物理的に制限されたりすることがある。すなわち、複数の生体センサをユーザの身体の様々な部位に特に定常的に設置する場合に、ケーブルがユーザのQoL(Quality of Life)を損なう一要因となり得る。また、ケーブルには、人体への影響が小さい素材であること、断線への耐性が高いこと、抵抗値が低いこと、などが要求され、これらに応えるためのコスト増も問題となる。

0008

さらに、SoCに接続されるセンサの総数が、当該SoCに搭載されているインタフェースの数、例えば、ADC(Analog Digital Converter)のチャネル数などを超える場合には、複数のSoCを併用する必要がある。この場合には、オシレータを共有化するなど、回路構成の複雑化を招く。

0009

他方、第2の技法によれば、汎用的な無線プロトコルを用いて同期用の無線信号をやり取りすることになるが、かかる無線プロトコルの典型例である無線LANおよびBluetooth(登録商標)では、いずれもコンテンション方式無線通信が行われるので、通信レイテンシが不安定であるという問題がある。例えば、通信チャネル混雑する環境下では、衝突が生じやすくなるのでレイテンシが大きくなりやすい。レイテンシが大きくなるほど、同期用の無線信号の到達タイミング遅れるので、時間同期の精度は劣化することになる。

0010

他方、かかるコンテンション方式の無線通信に代えて、通信の帯域保証されるTDMA(Time Division Multiple Access)方式の無線通信により同期用の無線信号をやり取りすれば、レイテンシを安定化させることは可能である。

0011

特許文献2は、TDMAベースの通信システムにおいて、基地局に同期信号クライアントに送信させること、およびこの同期信号がクライアントに基地局クロックに従ってクロックを調節(例えば、リセット)させること、が開示されている。しかしながら、特許文献2は、あくまで無線通信用のクロックの同期手法を開示しているに過ぎない。故に、かかる同期手法を適用したとしても、センサ制御部と無線通信部とがオシレータを共有しない構成においてセンサ制御用のクロックを同期させることはできない。

0012

本発明は、センサ制御部が無線通信部とオシレータを共有しない構成である無線センサ装置において、センサ制御用のクロックを他の無線センサ装置におけるセンサ制御用のクロックと同期させることを目的とする。

課題を解決するための手段

0013

本発明の一態様によれば、無線センサ装置は、ハブ装置無線接続する。無線センサ装置は、第1のオシレータと、第1のカウンタと、無線通信部と、第1のクロック制御部と、割り込み発生部と、第2のオシレータと、第2のカウンタと、第2のクロック制御部と、センサ制御部とを含む。第1のオシレータは、第1のクロック信号を発生する。第1のカウンタは、第1のクロック信号に基づいて第1のカウンタ値カウントする。無線通信部は、第1のカウンタ値に同期して無線通信を行い、ハブ装置から基準クロック値を含む無線信号を第1の間隔で受信する。第1のクロック制御部は、基準クロック値に基づいて第1のカウンタ値を補正する。割り込み発生部は、第1の割り込み信号を第2の間隔で発生させる。第2のオシレータは、第2のクロック信号を発生する。第2のカウンタは、第2のクロック信号に基づいて第2のカウンタ値をカウントする。第2のクロック制御部は、第1の割り込み信号を受信する毎に第2の間隔に基づいて第2のカウンタ値を補正する。センサ制御部は、センサによる物理量の測定結果を表すセンサ値に関連付けられる時間データを第2のカウンタ値に基づいて生成し、センサ値および時間データを含むセンサデータを得る。

0014

本発明の別の態様によれば、無線センサシステムは、ハブ装置と、ハブ装置に無線接続された複数の無線センサ装置とを含む。複数の無線センサ装置の各々は、第1のオシレータと、第1のカウンタと、無線通信部と、第1のクロック制御部と、割り込み発生部と、第2のオシレータと、第2のカウンタと、第2のクロック制御部と、センサ制御部とを含む。第1のオシレータは、第1のクロック信号を発生する。第1のカウンタは、第1のクロック信号に基づいて第1のカウンタ値をカウントする。無線通信部は、第1のカウンタ値に同期して無線通信を行い、ハブ装置から基準クロック値を含む無線信号を第1の間隔で受信する。第1のクロック制御部は、基準クロック値に基づいて第1のカウンタ値を補正する。割り込み発生部は、第1の割り込み信号を第2の間隔で発生させる。第2のオシレータは、第2のクロック信号を発生する。第2のカウンタは、第2のクロック信号に基づいて第2のカウンタ値をカウントする。第2のクロック制御部は、第1の割り込み信号を受信する毎に第2の間隔に基づいて第2のカウンタ値を補正する。センサ制御部は、センサによる物理量の測定結果を表すセンサ値に関連付けられる時間データを第2のカウンタ値に基づいて生成し、センサ値および時間データを含むセンサデータを生成する。

発明の効果

0015

本発明によれば、センサ制御部が無線通信部とオシレータを共有しない構成である無線センサ装置において、センサ制御用のクロックを他の無線センサ装置におけるセンサ制御用のクロックと同期させることができる。

図面の簡単な説明

0016

実施形態に係る無線センサ装置を例示するブロック図。
図1の無線センサ装置を含む無線センサシステムを例示する図。
図1の無線センサ装置におけるクロック補正の説明図。
図1の無線センサ装置におけるクロック補正の説明図。
図2中のハブ装置の動作を例示するフローチャート
図1の無線センサ装置における第1のオシレータに関するクロック補正動作の一部を例示するフローチャート。
図1の無線センサ装置における第1のオシレータに関するクロック補正動作の残部を例示するフローチャート。
図1の無線センサ装置における第2のオシレータに関するクロック補正動作を例示するフローチャート。
複数の無線センサ装置に亘るA/D変換のタイミング同期の説明図。

実施例

0017

以下、図面を参照しながら実施形態の説明を述べる。なお、以降、説明済みの要素と同一または類似の要素には同一または類似の符号を付し、重複する説明については基本的に省略する。例えば、複数の同一または類似の要素が存在する場合に、各要素を区別せずに説明するために共通の符号を用いることがあるし、各要素を区別して説明するために当該共通の符号に加えて枝番号を用いることもある。

0018

(実施形態)
実施形態に係る無線センサ装置は、例えば図2に示す無線センサシステムに組み込むことができる。この無線センサシステムでは、スター型ネットワークトポロジーが採用されている。すなわち、この無線センサシステムにおいて、ハブ装置200を中心に複数の無線センサ装置100(ノード)が無線接続されている。無線センサ装置100の詳細は後述する。

0019

ハブ装置200は、例えば、モバイル端末(例えば、スマートフォンタブレットラップトップスマートウォッチまたはその他のウェアラブルデバイス、など)、据え置き型のPC(Personal Computer)、などであり得るが、これらに限られない。また、ハブ装置200は、その役割を除いて、無線センサ装置100と同一または類似であってもよい。例えば、複数の無線センサ装置100のいずれか1つがハブ装置200として機能し得る。

0020

ハブ装置200は、少なくとも無線通信部およびオシレータを含む。オシレータは、クロック信号を発生する。無線通信部は、TDMA方式の無線通信を行い、このクロック信号に基づくクロック値を含む無線信号を所定の間隔で複数の無線センサ装置100へブロードキャストする。さらに、無線通信部は、複数の無線センサ装置100からセンサデータを受信してもよい。

0021

ハブ装置200に含まれるオシレータ、このオシレータによって生成されるクロック信号、およびこのクロック信号に基づくクロック値は、それぞれ基準オシレータ基準クロック信号、および基準クロック値と呼ぶことができる。また、基準クロック値を含む無線信号、および当該無線信号の送信間隔は、それぞれビーコン信号、およびビーコン間隔と呼ぶことができる。

0022

以下、図5を用いて、ハブ装置200の動作を説明する。図5の動作は、例えば複数の無線センサ装置100のクロック同期を伴う所定のアプリケーション起動時、などに開始し得る。まず、ハブ装置200の無線通信部は、ビーコン(送信)間隔を設定し(ステップS301)、処理はステップS302へ進む。

0023

ステップS302において、ハブ装置200の無線通信部は、基準クロック値を読み出す。続いて、この無線通信部は、ビーコン送信タイミング到来したか否かをステップS302において読み出した基準クロック値に基づいて判定する(ステップS303)。ビーコン送信タイミングは、例えば前回のビーコン送信タイミングに、ステップS301において設定したビーコン間隔を加えることで導出可能である。ビーコン送信タイミングが到来したと判定されれば処理はステップS304へ進み、そうでなければ処理はステップS305へと進む。

0024

ステップS304において、ハブ装置200の無線通信部は、基準クロック値を含むビーコン信号を生成し、これを無線センサ装置100に向けてブロードキャストする。ステップS304の後に、処理はステップS305へ進む。

0025

ステップS305において、図5の動作を終了するか否かが判定される。図5の動作は、例えば上記アプリケーションの終了に連動して終了し得る。図5の動作を終了しない場合には、処理はステップS302へ戻る。

0026

無線センサ装置100は、図1に例示されるように、第1のオシレータ101と、第1のカウンタ102と、アンテナ103と、無線通信部104と、第1のクロック制御部105と、割り込み発生部106と、センサ107と、A/D変換器108と、第2のオシレータ109と、第2のカウンタ110と、第2のクロック制御部111と、センサ制御部112とを含む。

0027

無線センサ装置100は、ハードウェア要素として、第1のSoC、第2のSoC、第1のオシレータ101、第1のカウンタ102、アンテナ103、センサ107、A/D変換器108、第2のオシレータ109、および第2のカウンタ110を含む。

0028

無線センサ装置100は、例えば、血圧計心電計歩数計体重計などのヘルスケア機器、生体センサを備えたモバイル機器などであってもよいし、生体センサ以外のセンサを備えた電子機器であってもよい。

0029

第1のオシレータ101は、任意の発振回路、例えば水晶振動子などの固体振動子を接続した発振回路であり得る。第1のオシレータ101は、第1のクロック信号を発生し、これを第1のカウンタ102へ供給する。第1のクロック信号は、例えば定周期方形波であり得る。第1のオシレータ101は、第1のSoCに内蔵(搭載)されてもよいし、第1のSoCに外付けされてもよい。

0030

第1のカウンタ102は、第1のオシレータ101からの第1のクロック信号に基づいて第1のカウンタ値をカウントする。第1のカウンタ102は、第1のカウンタ値を無線通信部104および割り込み発生部106へ通知する。具体的には、第1のカウンタ102は、第1のクロック信号の立ち上りエッジまたは立下りエッジに応じて(同期して)、第1のカウンタ値をカウントアップするように構成された論理回路により実現され得る。第1のカウンタ102は、第1のSoCに内蔵されてもよいし、第1のSoCに外付けされてもよい。なお、第1のカウンタ102は、カウントアップの代わりにカウントダウンを行ってもよいが、以降の説明ではカウントアップを行うこととする。

0031

また、第1のカウンタ102の起動/停止制御は、第1のクロック制御部105によって行われる。さらに、第1のカウンタ102によって保持される第1のカウンタ値は、第1のクロック制御部105によって書き換える(補正する)ことができる。

0032

アンテナ103は、無線通信部104に接続される。アンテナ103は、ハブ装置200などの外部装置によって送信された無線信号を受信して無線通信部104へ送ったり、逆に無線通信部104から供給された無線信号を外部装置へ送信したりする。アンテナ103は、第1のSoCに内蔵されてもよいし、第1のSoCに外付けされてもよい。

0033

無線通信部104は、第1のカウンタ102によって通知される第1のカウンタ値に同期して無線通信を行う。無線通信部104は、アンテナ103を介して、例えば、ハブ装置200から前述のビーコン信号を受信し、当該ビーコン信号に含まれる基準クロック値を再生し得る。この基準クロック値は、後述されるように、複数の無線センサ装置100のそれぞれにおいて第1のカウンタ値の同期目標として使用される。無線通信部104は、基準クロック値を第1のクロック制御部105に通知する。なお、ビーコン信号はビーコン間隔毎に送信されるので、無線通信部104は周期的にビーコン信号を受信することができる。

0034

他方、無線通信部104は、例えば、センサ制御部112からセンサデータを受け取り、アンテナ103を介して、当該センサデータをハブ装置200へ送信し得る。これにより、ハブ装置200は、複数の無線センサ装置100からセンサデータを収集することができる。

0035

無線通信部104は、かかる処理を実現するために、アナログ回路、A/D変換器、D/A変換器、およびデジタル信号処理部などを含む。アナログ回路、A/D変換器、およびD/A変換器は、それぞれ第1のSoCに内蔵されてもよいし、第1のSoCに外付けされてもよい。他方、デジタル信号処理部は、第1のSoCに搭載されたプロセッサおよびメモリにより実現され得る。

0036

プロセッサは、プログラムを実行することで後述される種々の処理を実現する。プロセッサは、典型的にはCPU(Central Processing Unit)および/またはGPU(Graphics Processing Unit)であるが、マイコンFPGA(Field Programmable Gate Array)、またはDSP(Digital Signal Processor)、などであってもよい。

0037

メモリは、プロセッサによって実行されるプログラムおよびプロセッサによって使用されるデータを一時的に格納し得る。メモリは、かかるプログラム/データが展開されるワークエリアを有するRAM(Random Access Memory)を含み得る。

0038

アナログ回路は、アンテナ103から無線信号を受け取り、低雑音増幅フィルタリングダウンコンバージョンなどのアナログ信号処理を行って、処理済みのアナログ信号をA/D変換器へ送る。A/D変換器は、入力アナログ信号デジタル信号へ変換し、デジタル信号処理部へ送る。デジタル信号処理部は、入力デジタル信号復調復号などのデジタル信号処理を行って、受信データを再生する。前述のビーコン信号の例では、受信データは基準クロック値を含み得る。

0039

他方、デジタル信号処理部は、センサ制御部112または図示されないその他の要素から送信データ(例えば、センサデータを含む)を受け取り、符号化、変調などのデジタル信号処理を行って、処理済みのデジタル信号をD/A変換器へ送る。D/A変換器は、入力デジタル信号をアナログ信号へ変換し、アナログ回路へと送る。アナログ回路は、入力アナログ信号に、アップコンバージョン、フィルタリング、電力増幅などのアナログ処理を行って、処理済みのアナログ信号をアンテナ103へ送る。

0040

第1のクロック制御部105は、第1のカウンタ102によって保持される第1のカウンタ値を制御する。第1のクロック制御部105は、第1のSoCに搭載されたプロセッサ、メモリ、およびUART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)などの入出力インタフェースにより実現され得る。

0041

具体的には、第1のクロック制御部105は、無線通信部104から基準クロック値を受け取り、当該基準クロック値に基づいて第1のカウンタ102によって保持される第1のカウンタ値を補正する。例えば、第1のクロック制御部105は、基準クロック値によって第1のカウンタ値を書き換えてもよい。

0042

また、第1のクロック制御部105は、第1のカウンタ102の起動/停止制御、および初期設定を行い得る。第1のクロック制御部105は、例えば、無線センサ装置100がクロック同期モードに遷移した後の最初のビーコン信号の受信に応じて、第1のカウンタ102の初期設定を行い得る。ここでクロック同期モードとは、複数の無線センサ装置100の間でクロック同期を行うための動作モードであり、例えばハブ装置200において所定のアプリケーションが実行されたこと、無線センサ装置100とハブ装置200との無線接続が確立したこと、などをトリガに、無線センサ装置100はクロック同期モードに遷移し得る。

0043

具体的には、第1のクロック制御部105は、無線センサ装置100がクロック同期モードに遷移した後の最初のビーコン信号に含まれる基準クロック値に基づいて第1のカウンタ値を補正する。さらに、第1のクロック制御部105は、第1のカウンタ値および後述される第2のカウンタ値の同期を開始する開始クロック値と、かかる同期を維持するために後述される割り込みを行う間隔を示す割り込み間隔とを割り込み発生部106に対して設定する。なお、この開始クロック値は、当該開始クロック値の設定時点における第1のカウンタ値よりも未来の時間を表すように定められる。そして、第1のクロック制御部105は、設定した開始クロック値および割り込み間隔を第2のクロック制御部111へ通知する。開始クロック値および割り込み間隔の通知は、第1のSoCに搭載されたUARTなどの入出力インタフェースを用いて行われる。

0044

なお、図1の例では、第1のクロック制御部105は、第1のカウンタ102によって保持される第1のカウンタ値を直接的に補正しているが、第1のオシレータ101を制御することで第1のカウンタ値を間接的に補正してもよい。例えば、第1のオシレータ101が、その発振周波数を制御可能なオシレータである場合には、第1のクロック制御部105は当該発振周波数を制御してもよい。具体的には、第1のカウンタ値が基準クロック値に対して遅れている、すなわち図3に例示されるように第1のクロック信号の周期が基準クロック信号の周期に比べて大きい場合には、第1のクロック制御部105は、第1のオシレータ101の発振周波数を引き上げてもよい。逆に、第1のカウンタ値が基準クロック値に対して進んでいる場合には、第1のクロック制御部105は第1のオシレータ101の発振周波数を引き下げてもよい。

0045

割り込み発生部106は、第1のクロック制御部105によって設定された開始クロック値および割り込み間隔に従って動作する。割り込み発生部106は、第1のSoCに搭載されたプロセッサ、メモリ、およびGPIO(General Purpose Input/Output)などの入出力インタフェースにより実現され得る。

0046

具体的には、割り込み発生部106は、第1のカウンタ値が開始クロック値に到達したことを検知すると、(起動)割り込み信号を発生し、第2のクロック制御部111へ送信する。なお、割り込み信号の送信は、第1のSoCに搭載されたGPIOなどの入出力インタフェースを用いて行われる。

0047

その後、割り込み発生部106は、割り込み間隔毎に(同期)割り込み信号を発生し、第2のクロック制御部111へ送信する。すなわち、割り込み発生部106は、第1のカウンタ値が、開始クロック値と割り込み間隔の自然数倍との和に到達したタイミングで、割り込み信号を発生および送信することになる。

0048

センサ107は、所定の物理量を測定し、測定結果を表す(アナログ)センシング信号を生成する。センサ107は、センシング信号をA/D変換器108へ送る。センサ107は、センサ制御部112によって、例えば測定条件などを制御され得る。センサ107は、血圧計、心電計などの生体センサであってもよいし、加速度センサジャイロセンサ、歩数計などの動きセンサであってもよいし、温度センサ湿度センサ照度センサなどの環境センサであってもよい。センサ107は、第2のSoCに内蔵されてもよいし、第2のSoCに外付けされてもよい。

0049

A/D変換器108は、センサ107からセンシング信号を受け取り、これをアナログ/デジタル変換してセンサ値を生成する。A/D変換器108は、センサ値をセンサ制御部112へ送る。A/D変換器108は、第2のSoCに内蔵されてもよいし、第2のSoCに外付けされてもよい。

0050

A/D変換器108は、サンプリング周期に従って、センシング信号を周期的に取り込んでデジタル化する。このサンプリング周期は、センサ制御部112によって、第2のカウンタ値に基づいて制御される。すなわち、複数の無線センサ装置100の間で、第2のカウンタ値が同期していたならば、例えば図9に示されるように、無線センサ装置100−1に含まれるA/D変換器108−1と無線センサ装置100−2に含まれるA/D変換器108−2との間でサンプリング周期(Δf)、すなわちセンシングデータのA/D変換タイミングを同期させることが可能となる。

0051

なお、センサ107が、アナログのセンシング信号ではなくデジタルのセンシング信号(これは、上記センサ値に相当する)を出力する場合には、A/D変換器108は省略され得る。

0052

第2のオシレータ109は、第1のオシレータ101とは独立した、任意の発振回路、例えば水晶振動子などの固体振動子を接続した発振回路であり得る。第2のオシレータ109は、第2のクロック信号を発生し、これを第2のカウンタ110へ供給する。第2のクロック信号は、例えば定周期の方形波であり得る。第2のオシレータ109は、第2のSoCに内蔵されてもよいし、第2のSoCに外付けされてもよい。

0053

第2のカウンタ110は、第2のオシレータ109からの第2のクロック信号に基づいて第2のカウンタ値をカウントする。第2のカウンタ110は、第2のカウンタ値をセンサ制御部112へ通知する。具体的には、第2のカウンタ110は、第2のクロック信号の立ち上りエッジまたは立下りエッジに応じて、第2のカウンタ値をカウントアップするように構成された論理回路により実現され得る。第2のカウンタ110は、第2のSoCに内蔵されてもよいし、第2のSoCに外付けされてもよい。なお、第2のカウンタ110は、カウントアップの代わりにカウントダウンを行ってもよいが、以降の説明ではカウントアップを行うこととする。

0054

また、第2のカウンタ110の起動/停止制御は、第2のクロック制御部111によって行われる。なお、第2のカウンタ110は、無線センサ装置100がクロック同期モードに遷移してから第2のクロック制御部111によって起動されるまでの間は停止状態とされ得る。さらに、第2のカウンタ110によって保持される第2のカウンタ値は、第2のクロック制御部111によって書き換える(補正する)ことができる。

0055

第2のクロック制御部111は、第2のカウンタ110によって保持される第2のカウンタ値を制御する。第2のクロック制御部111は、第2のSoCに搭載されたプロセッサ、メモリ、および入出力インタフェース(例えば、UART、GPIO、など)により実現され得る。

0056

例えば、第2のクロック制御部111は、第1のクロック制御部105から例えばUART経由で通知される開始クロック値に基づいて、第2のカウンタ110の初期設定を行い得る。具体的には、第2のクロック制御部111は、かかる通知に応じて、停止状態にある第2のカウンタ110によって保持される第2のカウンタ値(の初期値)を開始クロック値に書き換える。そして、第2のクロック制御部111は、割り込み発生部106から例えばGPIO経由で(起動)割り込み信号を受信すると、第2のカウンタ110を起動する。これにより、第2のカウンタ値は、開始クロック値を起点としてカウントされることになる。

0057

また、第2のクロック制御部111は、割り込み発生部106から例えばGPIO経由で(同期)割り込み信号を受信する毎に、割り込み間隔に基づいて第2のカウンタ値を補正する。例えば、第2のクロック制御部111は、第2のカウンタ値の前回の補正値と割り込み間隔との和によって、第2のカウンタ値を書き換えてもよい。すなわち、第2のクロック制御部111は、第2のカウンタ値を、開始クロック値と割り込み間隔の自然数(これは、補正実施回数に等しい)倍との和に書き換え得る。

0058

なお、図1の例では、第2のクロック制御部111は、第2のカウンタ110によって保持される第2のカウンタ値を直接的に補正しているが、第2のオシレータ109を制御することで第2のカウンタ値を間接的に補正してもよい。例えば、第2のオシレータ109が、その発振周波数を制御可能なオシレータである場合には、第2のクロック制御部111は当該発振周波数を制御してもよい。具体的には、第2のカウンタ値が基準クロック値に対して遅れている場合には、第2のクロック制御部111は、第2のオシレータ109の発振周波数を引き上げてもよい。逆に、第2のカウンタ値が基準クロック値に対して進んでいる場合には、第2のクロック制御部111は第2のオシレータ109の発振周波数を引き下げてもよい。

0059

センサ制御部112は、A/D変換器108からセンサ値を受け取り、当該センサ値に関連付けられる時間データ(タイムスタンプ)を生成し、これらセンサ値および時間データを含むセンサデータを得る。複数の異なる無線センサ装置100の間で第2のカウンタ値が適切に同期されていれば、この時間データは、センサ値の測定日時をこれらの無線センサ装置100の間で略同一の時間軸を基準に表現できる。この時間データは、例えば、センサ値の取得時点における第2のカウンタ値であってよい。センサ制御部112は、このセンサデータを無線通信部104へ送る。また、前述のように、センサ制御部112は、第2のカウンタ値に基づいて、A/D変換器108のサンプリング周期を制御し得る。センサ制御部112は、第2のSoCに搭載されたプロセッサおよびメモリにより実現され得る。

0060

以下、図6乃至図8を用いて、無線センサ装置100の動作を説明する。図6および図7は、第1のオシレータ101に関するクロック補正動作例を示しており、図8は、第2のオシレータ109に関するクロック補正動作例を示している。まずは図6および図7の動作を説明する。図6および図7の動作は、無線センサ装置100がクロック同期モードに遷移したことをトリガに開始し得る。

0061

まず、無線通信部104は、ビーコン(受信)間隔を設定し(ステップS401)、ビーコン信号を待ち受ける(ステップS402)。ビーコン信号が受信されなかった場合には、処理は図7のステップS409へ進む。他方、ビーコン信号が受信された場合には、(図6動作開始後の)初めての受信であるか否かが判定される(ステップS403)。初めての受信である場合には処理はステップS404へ進み、2回目以降の受信である場合には処理はステップS408へ進む。

0062

ステップS404において、第1のクロック制御部105は、第1のカウンタ102の初期設定を行う。例えば、第1のクロック制御部105は、受信したビーコン信号に含まれる基準クロック値に基づいて第1のカウンタ値を補正し得る。

0063

次に、第1のクロック制御部105は、開始クロック値および割り込み間隔を割り込み発生部106に対して設定するとともに、設定した開始クロック値および割り込み間隔を第2のクロック制御部111へ通知する(ステップS405)。ステップS405の後に処理はステップS406へ進む。

0064

ここで、割り込み間隔は、ビーコン間隔とは独立に決定することができる。割り込み間隔が短いほど、第1のカウンタ値と第2のカウンタ値との同期のずれを抑制することができる。例えば、第2のオシレータ109の精度が第1のオシレータ101の精度(一般的には±10〜20ppm以内程度)に比べて低い場合には、割り込み間隔を十分に小さな値に設定することで、センサデータに含められる時間データの誤差許容範囲に収めることができる。また、割り込み間隔は、複数の無線センサ装置100の間で異なっていてもよい。故に、複数の無線センサ装置100間で、第2のオシレータ109の精度、時間データの許容誤差範囲、などにばらつきがある場合には、それぞれの無線センサ装置100において個別に適切な割り込み間隔を設定することで、要求される同期の精度と同期処理負荷とのバランスを取ることができる。

0065

図4は、割り込み間隔をビーコン間隔の半分に設定した場合に、第1のカウンタ値および第2のカウンタ値の補正がどのように行われるかを例示する。図4の例では、第1のカウンタ値はビーコン間隔(I1)毎に補正され、第2のカウンタ値は割り込み間隔(I2=I1/2)毎に補正される。このように、割り込み間隔を小さく設定することで、第2のカウンタ値は頻繁に第1のカウンタ値に一致するよう補正されるので、第2のオシレータ109の精度が低い場合であっても、第1のカウンタ値と第2のカウンタ値との乖離を抑制することができる。換言すれば、第2のオシレータ109に要求される精度を緩和することができるので、低コスト化が可能である。

0066

ステップS406において、割り込み発生部106は、第1のカウンタ値がステップS405において設定された開始クロック値に到達するのを待ち受ける。第1のカウンタ値が開始クロック値に到達すると処理はステップS407へ進む。

0067

ステップS407において、割り込み発生部106は、(起動)割り込み信号を発生し、第2のクロック制御部111へ送信する。ステップS407の後に、処理は図7のステップS409へ進む。

0068

ステップS408において、第1のクロック制御部105は、受信したビーコン信号に含まれる基準クロック値に基づいて第1のカウンタ値を補正する。例えば、第1のクロック制御部105は、基準クロック値によって第1のカウンタ値を書き換え得る。ステップS408の後に、処理は図7のステップS409へ進む。

0069

図7のステップS409において、割り込み発生部106は、割り込みタイミングが到来したか否かを判定する。割り込みタイミングは、例えば前回の割り込みタイミングに図6のステップS405において設定された割り込み間隔を加えることで導出可能である。割り込みタイミングが到来したならば処理はステップS410へ進み、そうでなければ処理はステップS411へ進む。

0070

ステップS410において、割り込み発生部106は、(同期)割り込み信号を発生し、第2のクロック制御部111へ送信する。ステップS410の後に、処理はステップS411へ進む。

0071

ステップS411において、図6および図7の動作を終了するか否かが判定される。この動作は、例えばハブ装置200からの終了指示、必要なセンサデータの送出完了、などをトリガとして終了し得る。図6および図7の動作を終了しない場合には、処理は図6のステップS402へ戻る。

0072

次に図8の動作を説明する。図8の動作は、無線センサ装置100がクロック同期モードに遷移したことをトリガに開始し得る。図8の動作が開始すると、処理はステップS501へ進む。

0073

ステップS501において、第2のクロック制御部111は、第1のクロック制御部105から開始クロック値・割り込み間隔が通知されるのを待ち受ける。なお、この通知は、図6のステップS405において行われる。開始クロック値・割り込み間隔が通知されると、処理はステップS502へ進む。

0074

ステップS502において、第2のクロック制御部111は、第2のカウンタ110(停止状態)によって保持される第2のカウンタ値を、通知された開始クロック値に書き換える。ステップS502の後に、処理はステップS503へ進む。

0075

ステップS503において、第2のクロック制御部111は、割り込み発生部106から(起動)割り込み信号を受信するのを待ち受ける。なお、この割り込み信号は、図6のステップS407において送信される。割り込み信号を受信すると、処理はステップS504へ進む。

0076

ステップS504において、第2のクロック制御部111は、第2のカウンタ110を起動する。これにより、第1のカウンタ102および第2のカウンタ110はそれぞれ、第1のカウンタ値および第2のカウンタ値を略同タイミングで同一の値(これは、開始クロック値に等しい)からカウントすることができる。ステップS504の後に、処理はステップS505へ進む。

0077

ステップS505において、第2のクロック制御部111が割り込み発生部106から(同期)割り込み信号を受信すれば処理はステップS506へ進み、受信しなければ処理はステップS507へ進む。なお、この割り込み信号は、図6のステップS410において送信される。

0078

ステップS506において、第2のクロック制御部111は、ステップS501において通知された割り込み間隔に基づいて、第2のカウンタ値を補正する。例えば、第2のクロック制御部111は、第2のカウンタ値の前回の補正値と割り込み間隔との和によって、第2のカウンタ値を書き換え得る。ステップS506の後に、処理はステップS507へと進む。

0079

ステップS507において、図8の動作を終了するか否かが判定される。この動作は、例えばハブ装置200からの終了指示、必要なセンサデータの送出完了、などをトリガとして終了し得る。図8の動作を終了しない場合には、処理はステップS505へ戻る。

0080

以上説明したように、実施形態に係る無線センサ装置は、センサ制御部が無線通信部とオシレータを共有しない構成を採用しており、ハブ装置から周期的に受信する無線信号に含まれる基準クロック値に基づいて、無線通信部用のオシレータに関するクロック補正を行う。また、この無線センサ装置は、この無線信号の送信間隔とは独立に設定可能な間隔で周期的に割り込み信号を発生し、当該割り込み信号をトリガとしてセンサ制御部用のオシレータに関するクロック補正を行う。従って、この無線センサ装置によれば、センサ制御用のクロックを他の無線センサ装置におけるセンサ制御用のクロックと同期させることが可能となる。

0081

上述の実施形態は、本発明の概念の理解を助けるための具体例を示しているに過ぎず、本発明の範囲を限定することを意図されていない。実施形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、様々な構成要素の付加、削除または転換をすることができる。

0082

上述の実施形態では、いくつかの機能部を説明したが、これらは各機能部の実装の一例に過ぎない。例えば、1つの装置に実装されると説明された複数の機能部が複数の別々の装置に亘って実装されることもあり得るし、逆に複数の別々の装置に亘って実装されると説明された機能部が1つの装置に実装されることもあり得る。

0083

上記各実施形態において説明された種々の機能部は、回路を用いることで実現されてもよい。回路は、特定の機能を実現する専用回路であってもよいし、プロセッサのような汎用回路であってもよい。

0084

上記各実施形態の処理の少なくとも一部は、例えば汎用のコンピュータに搭載されたプロセッサを基本ハードウェアとして用いることでも実現可能である。上記処理を実現するプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に格納して提供されてもよい。プログラムは、インストール可能な形式ファイルまたは実行可能な形式のファイルとして記録媒体に記憶される。記録媒体としては、磁気ディスク光ディスクCD−ROM、CD−R、DVD等)、光磁気ディスク(MO等)、半導体メモリなどである。記録媒体は、プログラムを記憶でき、かつ、コンピュータが読み取り可能であれば、何れであってもよい。また、上記処理を実現するプログラムを、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータ(サーバ)上に格納し、ネットワーク経由でコンピュータ(クライアント)にダウンロードさせてもよい。

0085

100・・・無線センサ装置
101・・・第1のオシレータ
102・・・第1のカウンタ
103・・・アンテナ
104・・・無線通信部
105・・・第1のクロック制御部
106・・・割り込み発生部
107・・・センサ
108・・・A/D変換器
109・・・第2のオシレータ
110・・・第2のカウンタ
111・・・第2のクロック制御部
112・・・センサ制御部
200・・・ハブ装置

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