特許 6434095 無線端末、制御方法、及び制御プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6434095

(24)【登録日】2018年11月16日

(45)【発行日】2018年12月5日

(54)【発明の名称】無線端末、制御方法、及び制御プログラム

(51)【国際特許分類】

   H04W 4/38 20180101AFI20181126BHJP

   H04W 72/04 20090101ALI20181126BHJP

   H04W 52/02 20090101ALI20181126BHJP

   H04M 1/00 20060101ALI20181126BHJP

【ＦＩ】

   H04W4/38

   H04W72/04 134

   H04W52/02 130

   H04M1/00 R

【請求項の数】8

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-145700(P2017-145700)

(22)【出願日】2017年7月27日

【審査請求日】2018年1月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】501440684

【氏名又は名称】ソフトバンク株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100180806

【弁理士】

【氏名又は名称】三浦 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100159259

【弁理士】

【氏名又は名称】竹本 実

(72)【発明者】

【氏名】樋口 和久

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 祥二

(72)【発明者】

【氏名】吉田 淳也

(72)【発明者】

【氏名】海老沢 憲一

【審査官】 望月 章俊

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０１５３５３２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平１１−２２０４３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 Chang-Joo Kim(ETRI)，Adaptive Spreading Scheme， IEEE 802.22-06/0145r1，IEEE, インターネット＜URL:https://mentor.ieee.org/802.22/dcn/06/22-06-0145-01-0000-etri-adaptive-spreading-scheme.ppt＞，２００７年 ７月

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｗ４／００−Ｈ０４Ｗ９９／００

Ｈ０４Ｂ７／２４−Ｈ０４Ｂ７／２６

Ｈ０４Ｍ１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発電素子と、
前記発電素子により充電される蓄電素子と、
前記蓄電素子の出力電圧を検出する電圧検出回路と、
前記出力電圧に基づいてＳＦ（拡散率）値を選択するＳＦ値選択部と、
物理現象を検出するセンサと、
前記出力電圧により動作し、且つ、前記ＳＦ値を適用して、前記センサの検出結果に基づくデータをスペクトラム拡散方式で送信する送信モジュールと、
を有することを特徴とする無線端末。

【請求項2】

前記出力電圧が所定電圧未満の場合、前記ＳＦ値選択部は、前記出力電圧が前記所定電圧以上の場合より小さなＳＦ値を選択する、請求項１に記載の無線端末。

【請求項3】

前記ＳＦ値選択部は、さらに前記データのサイズに基づいて前記ＳＦ値を選択する、請求項１または２に記載の無線端末。

【請求項4】

前記ＳＦ値と前記出力電圧とに基づいて送信するデータを決定するデータ決定部を更に有し、
前記送信モジュールは、前記データ決定部が決定したデータを送信する、請求項１または２に記載の無線端末。

【請求項5】

前記センサの検出結果に基づくデータを記憶する記憶部をさらに有し、
前記ＳＦ値選択部が前記データの送信に適用可能なＳＦ値を選択できない場合、
前記記憶部は、前記データを次の送信まで記憶し、
前記ＳＦ値選択部は、ＳＦ値を新たに選択し、
前記送信モジュールは、新たに選択したＳＦ値を適用して、記憶した前記データを送信する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の無線端末。

【請求項6】

前記ＳＦ値選択部が所定のＳＦ値以外のＳＦ値を選択した場合、その旨を表示する表示部を更に有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の無線端末。

【請求項7】

発電素子と蓄電素子と物理現象を検出するセンサとを有する無線端末の制御方法であって、
前記発電素子により前記蓄電素子を充電し、
前記蓄電素子の出力電圧を検出し、
前記出力電圧に基づいてＳＦ（拡散率）値を選択し、
前記出力電圧により動作し、且つ、前記ＳＦ値を適用して、前記センサの検出結果に基づくデータをスペクトラム拡散方式で送信する、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項8】

発電素子と蓄電素子と物理現象を検出するセンサとを有する無線端末の制御プログラムであって、
前記発電素子により前記蓄電素子を充電し、
前記蓄電素子の出力電圧を検出し、
前記出力電圧に基づいてＳＦ（拡散率）値を選択し、
前記出力電圧により動作し、且つ、前記ＳＦ値を適用して、前記センサの検出結果に基づくデータをスペクトラム拡散方式で送信する、
ことを前記無線端末に実行させることを特徴とする制御プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無線端末、制御方法、及び制御プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

ＩｏＴ（Internet of Things）を実現するための通信方式として、低消費電力で遠距離通信を実現するＬＰＷＡ（Low Power Wide Area）と総称される通信方式が近年注目されている。

【0003】

例えば、非特許文献１には、ＬＰＷＡの一種としてＬｏＲａ（登録商標）と呼ばれる通信方式が紹介されている。この通信方式においては、端末側が拡散率（Spread Factor、以下「ＳＦ」と記載する）の値を設定することが可能であり、拡散率を大きくすることにより長距離通信が可能となる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】総務省 情報通信審議会 情報通信技術分科会 陸上無線通信委員会、“情報通信審議会 情報通信技術分科会報告 諮問第2009号 「小電力の無線システムの高度化に必要な技術的条件」のうち「920MHz帯小電力無線システムの高度化に係る技術的条件」” [online]、[平成２９年７月７日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.soumu.go.jp/main_content/000477030.pdf＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

非特許文献１には、センサーデータ等を送信する小型端末向けにバッテリ駆動を想定した通信クラスが記載されている。しかし、このような端末、特に蓄電素子を有する端末がＳＦ値をどのように定めるべきかの指針は開示されていなかった。

【0006】

本発明は、このような従来の課題を解決すべくなされたものであり、ＳＦ値の変更を有効に活用できる無線端末、制御方法、及び制御プログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る無線端末は、発電素子と、発電素子により充電される蓄電素子と、蓄電素子の出力電圧を検出する電圧検出回路と、出力電圧に基づいてＳＦ値を選択するＳＦ値選択部と、物理現象を検出するセンサと、出力電圧により動作し、且つ、ＳＦ値を適用して、センサの検出結果に基づくデータをスペクトラム拡散方式で送信する送信モジュールと、を有する。

【0008】

また、本発明に係る無線端末において、出力電圧が所定電圧未満の場合、ＳＦ値選択部は、出力電圧が所定電圧以上の場合より小さなＳＦ値を選択することが好ましい。

【0009】

また、本発明に係る無線端末において、ＳＦ値選択部は、さらにデータのサイズに基づいてＳＦ値を選択することが好ましい。

【0010】

また、本発明に係る無線端末において、ＳＦ値と出力電圧とに基づいて送信するデータを決定するデータ決定部を更に有し、送信モジュールは、データ決定部が決定したデータを送信することが好ましい。

【0011】

また、本発明に係る無線端末において、センサの検出結果に基づくデータを記憶する記憶部をさらに有し、ＳＦ値選択部がデータの送信に適用可能なＳＦ値を選択できない場合、記憶部は、データを次の送信まで記憶し、ＳＦ値選択部は、ＳＦ値を新たに選択し、送信モジュールは、新たに選択したＳＦ値を適用して、記憶したデータを送信することが好ましい。

【0012】

また、本発明に係る無線端末において、ＳＦ値選択部が所定のＳＦ値以外のＳＦ値を選択した場合、その旨を表示する表示部を更に有することが好ましい。

【0013】

本発明に係る発電素子と蓄電素子と物理現象を検出するセンサとを有する無線端末の制御方法は、発電素子により蓄電素子を充電し、蓄電素子の出力電圧を検出し、出力電圧に基づいてＳＦ値を選択し、出力電圧により動作し、且つ、ＳＦ値を適用して、センサの検出結果に基づくデータをスペクトラム拡散方式で送信する。

【0014】

本発明に係る発電素子と蓄電素子と物理現象を検出するセンサとを有する無線端末の制御プログラムは、発電素子により蓄電素子を充電し、蓄電素子の出力電圧を検出し、出力電圧に基づいてＳＦ値を選択し、出力電圧により動作し、且つ、ＳＦ値を適用して、センサの検出結果に基づくデータをスペクトラム拡散方式で送信する、ことを無線端末に実行させる。

【発明の効果】

【0015】

本発明に係る無線端末は、蓄電素子の出力電圧に応じてＳＦ値を選択できるので、使用可能な電力量に応じて最適なＳＦ値を利用することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】無線端末２における処理概要の一例を示す図である。

【図2】無線通信システム１の概略構成の一例を示す図である。

【図3a】無線端末２の外観図の一例を示す図である。

【図3b】無線端末２を設置する自動ドア６の外観図の一例を示す図である。

【図4】無線端末２の概略構成図の一例である。

【図5】記憶部２７２が記憶する、蓄電素子２３の出力電圧と、送信データサイズと、ＳＦ値との関係の一例を示す表である。

【図6】バッファ２７２ａに記憶されるデータの一例を示す図である。

【図7】無線端末２の電気供給状態の遷移を示す状態遷移図である。

【図8】制御部２７３によるデータ記憶処理の一例を示すフローチャートである。

【図9】制御部２７３によるデータ送信処理の一例を示すフローチャートである。

【図10】無線端末２の動作状況の一例を示すグラフである。

【図11】第１変形例においてＳＦ値と出力電圧とに基づいて送信するデータを決定する方法の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照しつつ、本発明の様々な実施形態について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

【0018】

＜第１実施形態＞
図１は、無線端末２における処理概要の一例を示す図である。

【0019】

無線端末２は、例えば、ドアの開閉を検出し開閉情報を遠隔地で利用するＩｏＴシステムにおける、通信機能を有する開閉センサ等として利用可能である。以下、無線端末２が発電し蓄電した電気の電圧に基づいてＳＦ値を選択し、選択したＳＦ値を適用してデータをスペクトラム拡散方式で送信するまでの処理の概要について説明する。

【0020】

ＳＦ（拡散率）とは、スペクトラム拡散方式で無線通信を行う際の送信データ速度（ビットレート）に対する拡散符号速度（チップレート）の比である。ＬｏＲａ規格においてＳＦ値は７〜１２の６段階の値をとることができ、値が大きいほど通信の耐ノイズ性が高くなり、通信可能な距離が長くなる。ただし、ＳＦ値が大きいほど、同じサイズのデータの送信に長時間を要するため、無線端末２の消費電力が大きくなる。

【0021】

無線端末２は、太陽光を受けて発電し、発電した電気を蓄電する（Ｓ１）。次に、無線端末２は、自らが設置されたドアの開閉状態を検出し、検出結果に基づいてデータを生成する（Ｓ２）。次に、無線端末２は、蓄電した電気の電圧を測定し（Ｓ３）、測定した電圧に対応するＳＦ値を選択する（Ｓ４）。次に、無線端末２は、選択したＳＦ値を適用して、データをスペクトラム拡散方式で送信する（Ｓ５）。

【0022】

このように、本発明に係る無線端末２は、蓄電した電気の電圧を測定し、その電圧に対応するＳＦ値を適用してデータをスペクトラム拡散方式で送信できる。このため、無線端末２は、蓄電した電気の電圧、すなわち無線端末２が使用可能な電気の量に応じてＳＦ値を選択することが可能である。

【0023】

図２は、無線通信システム１の概略構成の一例を示す図である。

【0024】

無線通信システム１は、無線端末２、２’、２”と、ゲートウェイ３と、ネットワークサーバ４と、アプリケーションサーバ５、５’とを有する。無線端末２、２’及びゲートウェイ３は、スペクトラム拡散方式の無線通信により接続され、ゲートウェイ３、ネットワークサーバ４及びアプリケーションサーバ５は、インターネット等の通信ネットワークを介して接続される。一例として、無線通信システム１はＬｏＲａＷＡＮ規格に準拠し、無線端末２、２’、２”とゲートウェイ３との間の通信の変調方式はＬｏＲａ規格に準拠しているものとする。

【0025】

無線端末２、２’、２”は、データをゲートウェイ３へ送信する。ゲートウェイ３は、無線端末２とゲートウェイ３との間の通信に用いるＬｏＲａ形式のデータを、ゲートウェイ３とネットワークサーバ４との間の通信に用いるＩＰデータ形式に変換して、ネットワークサーバ４へ送信する。１つのゲートウェイ３は複数の無線端末２、２’、２”からデータを受信することができる。

【0026】

ネットワークサーバ４は、無線端末２からゲートウェイ３へ送信されたデータを各アプリケーションサーバ５、５’等へ転送する。アプリケーションサーバ５、５’は、ネットワークサーバ４から送信されたデータ、すなわち無線端末２等のデータを用いた処理を実行する。

【0027】

図３ａは無線端末２の外観図の一例を示す図であり、図３ｂは無線端末２を設置する自動ドア６の外観図の一例を示す図である。

【0028】

無線端末２の一例は、ドアの開閉を検出する磁気センサを有する無線端末である。無線端末２の表面には、発電素子２１と表示装置２８とが配置されている。発電素子２１は、環境発電により発電を行う素子であり、例えば、光発電用の太陽電池、振動発電用の圧電素子、温度差発電用の熱電変換素子などである。表示装置２８は、無線端末２の動作状況を表示するためのデバイスであり、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、小型電球等である。本実施形態においては、発電素子２１が太陽電池、表示装置２８がＬＥＤの例を示す。

【0029】

図３ｂに示すとおり、無線端末２は自動ドア６の固定部に配置され、磁石７は、自動ドア６の可動部の、自動ドア６が開状態のときに無線端末２に近接する位置に配置される。自動ドア６が開くと、磁石７が無線端末２に近接することにより、無線端末２は磁束が所定量以上になったことを検出し、自動ドア６が開状態になったと判定する。自動ドア６が閉じると、磁石７が無線端末２から離れることにより、無線端末２は磁束が所定量未満になったことを検出し、自動ドア６が閉状態になったと判定する。

【0030】

図４は、無線端末２の概略構成図の一例である。

【0031】

無線端末２は、周囲の物理現象を検出し、検出した物理現象をデータとしてゲートウェイ３へ送信する。そのために、無線端末２は、発電素子２１と、電源ＩＣ（Integrated Circuit）２２と、蓄電素子２３と、第１電圧検出回路２４と、センサ２５と、第２電圧検出回路２６と、マイコン２７と、表示装置２８と、送信モジュール２９とを備える。

【0032】

電源ＩＣ２２は、発電素子２１により生じた電気を昇圧し、蓄電素子２３に供給するコンバータであり、本実施の形態においてはＤＣ−ＤＣコンバータである。蓄電素子２３は、電源ＩＣ２３により昇圧された電気を蓄え、蓄えた電気をマイコン２７、送信モジュール２９等の負荷回路へ供給するキャパシタである。なお、キャパシタの代わりに二次電池を用いることができる。

【0033】

第１電圧検出回路２４及び第２電圧検出回路２６は、蓄電素子２３の出力電圧を検出する回路である。第１電圧検出回路２４は、蓄電素子２３と、蓄電素子２３の出力電圧により動作する負荷回路（センサ２５、第２電圧検出回路２６、マイコン２７、表示装置２８、及び送信モジュール２９）との接続を切り替えるスイッチ２４ａを有する。本実施形態の一例において、無線端末２の負荷回路が動作可能な最小電圧Ｖｍｉｎは３．０Ｖ、最大電圧Ｖｍａｘは３．６Ｖである。なお、最小電圧Ｖｍｉｎ及び最大電圧Ｖｍａｘを他の値とすることも可能である。

【0034】

センサ２５は、周囲の物理現象を検出し、検出した物理現象を電気信号に変換するデバイスである。本実施形態の一例においては、センサ２５は自動ドア６の開閉を検出するための磁気センサである。センサ２５は、目的とする物理現象を検出できればどのようなデバイスでも良く、例えば、磁気センサ、光センサ、温度センサ、電流センサ、超音波センサ、加速度／振動センサ、接触センサ等である。

【0035】

マイコン２７は、無線端末２の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えば、マイクロコントローラである。このために、マイコン２７は、入出力部２７１と、記憶部２７２と、制御部２７３とを有する。

【0036】

入出力部２７１は、ＧＰＩＯ（General Purpose Input/Output）、ＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）等を有する。入出力部２７１は、センサ２５、第２電圧検出回路２６からの電気信号を制御部２７３に入力し、制御部２７３から供給されるデータを送信モジュール２９等に出力する。

【0037】

記憶部２７２は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の半導体メモリを有する。記憶部２７２は、制御部２７３による処理に用いられるドライバプログラム、オペレーティングシステムプログラム、アプリケーションプログラム、データ等を記憶する。

【0038】

例えば、記憶部２７２は、ドライバプログラムとして、送信モジュール２９を制御する通信デバイスドライバプログラム等を記憶する。また、記憶部２７２は、オペレーティングシステムプログラムとして、ＬｏＲａ等の通信方式による接続制御プログラム等を記憶する。また、記憶部２７２は、センサ２５の検出結果に基づくデータを記憶するため、バッファ２７２ａ（図示せず）を有する。

【0039】

制御部２７３は、一又は複数個のプロセッサ及びその周辺回路を有する。制御部２７３は、無線端末２の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。制御部２７３は、無線端末２の各種処理が記憶部２７２に記憶されているプログラム等に応じて適切な手順で実行されるように、送信モジュール２９等の動作を制御する。制御部２７３は、記憶部２７２に記憶されているプログラム（ドライバプログラム、オペレーティングシステムプログラム、アプリケーションプログラム等）に基づいて処理を実行する。また、制御部２７３は、複数のプログラム（アプリケーションプログラム等）を並列に実行できてもよい。

【0040】

制御部２７３は、データ生成部２７４、電圧値算出部２７５、ＳＦ値選択部２７６、表示部２７７、及びデータ決定部２７８等を有する。制御部２７３が有するこれらの各部は、制御部２７３が有するプロセッサ上で実行されるプログラムによって実装される機能モジュールである。あるいは、制御部２７３が有するこれらの各部は、独立した集積回路、マイクロプロセッサ、又はファームウェアとして無線端末２に実装されても良い。

【0041】

送信モジュール２９は、ＬｏＲａ等の無線の通信インターフェース回路を有する。送信モジュール２９は、制御部２７３により設定されるＳＦ値等を適用し、スペクトラム通信方式の無線通信によって、ゲートウェイ３等へデータを送信する。送信モジュール２９は、送信に加えて、ゲートウェイ３等から送信されるデータを受信し、制御部２７３に供給できる送受信モジュールであってもよい。

【0042】

図５は、記憶部２７２が記憶する、蓄電素子２３の出力電圧と、送信データサイズと、ＳＦ値との関係の一例を示す表である。

【0043】

記憶部２７２には、蓄電素子２３の出力電圧であるＶｄｄと、送信モジュール２９が送信するセンサ２５の検出結果に基づくデータのサイズと、送信モジュール２９がデータの送信時に適用するＳＦ値とが相互に関連付けて記憶される。データのサイズは、ＬｏＲａＷＡＮ規格のＭＡＣ層のフレームにおけるペイロードのサイズを示す。なお、無線端末２が送信するデータが固定長の場合、図５の表からデータサイズの列を削除した、ＶｄｄとＳＦ値との対応表を用いることができる。

【0044】

図５の（１）の一番上の行は、出力電圧Ｖｄｄが３．５Ｖより大きく３．６Ｖ以下の場合において、データサイズが１０バイト未満であれば、ＳＦ値＝１２を選択することを示す。図５の（１）の上から２番目の行は、Ｖｄｄが３．４Ｖより大きく３．５Ｖ以下の場合において、データサイズが１０バイト以上、２５バイト未満であれば、ＳＦ値＝１１を選択することを示す。

【0045】

図５の（６）の最終行に、ＳＦ値「無し」と記載された行がある。これは、出力電圧Ｖｄｄが３．１Ｖ以下のように低い場合、ＳＦ値を最小の７にしてもデータ送信の途中に出力電圧Ｖｄｄが最小電圧Ｖｍｉｎ（３．０Ｖ）を下回ることを示す。出力電圧Ｖｄｄが最小電圧Ｖｍｉｎを下回るとスイッチ２４ａがＯＦＦ状態に切り替わり、送信モジュール２９等への電気の供給が停止するため、データの送信が停止する。この場合、データの送信に適用できるＳＦ値は無いため、ＳＦ値の欄は「無し」と記載されている。

【0046】

図６は、バッファ２７２ａに記憶されるデータの一例を示す図である。

【0047】

バッファ２７２ａは、センサ２５の検出結果に基づくデータを一時的に記憶する。バッファ２７２ａは、自動ドア６の開閉状態である「開」または「閉」の情報と、直近の開閉状態検出時からの経過時間（秒）とを組にして記憶する。図６の例は、最も古いデータは順序が「１」のものであり、状態が「開」、直近の閉状態検出からの時間間隔は１０秒であることを示す。２番目に古いデータは順序が「２」のものであり、状態が「閉」、順序が「１」のデータの検出からの時間間隔は３０秒であることを示す。

【0048】

なお、図６の表の最も左の列（「順序」「１」…「４」の列）と、最も上の行（「順序」「状態」「時間間隔」の行）は、説明の都合上記載したものであり、バッファ２７２ａに記憶されるものではない。また、バッファ２７２ａに記憶できるデータの最大数は４つに限らず、１つ以上であればよい。

【0049】

図７は、無線端末２の電気供給状態の遷移を示す状態遷移図である。

【0050】

最初に、蓄電素子２３は蓄電されていないため、出力電圧Ｖｄｄは負荷回路の動作可能な最大電圧Ｖｍａｘより低い。このとき、無線端末２は電気供給停止状態（Ｓ１０１）にある。蓄電素子２３が発電素子２１により充電され、出力電圧Ｖｄｄが最大電圧Ｖｍａｘと等しくなるまで増加すると、第１電圧検出回路２４はスイッチ２４ａをＯＮ状態に切り替える。スイッチ２４ａがＯＮ状態に切り替わることにより、蓄電素子２３に蓄えられた電気が負荷回路に供給され、無線端末２は電気供給状態（Ｓ１０２）となる。

【0051】

電気供給状態（Ｓ１０２）において、負荷回路が電気を使用することにより、蓄電素子２３の出力電圧Ｖｄｄが負荷回路の動作可能な最小電圧Ｖｍｉｎまで減少すると、第１電圧検出回路２４はスイッチ２４ａをＯＦＦ状態に切り替える。スイッチ２４ａがＯＦＦ状態に切り替わることにより、蓄電素子２３に蓄えられた電気は負荷回路に供給されず、無線端末２は電気供給停止状態（Ｓ１０１）となる。このように、蓄電素子２３の出力電圧Ｖｄｄの値の変化によって、無線端末２は、電気供給停止状態（Ｓ１０１）と電気供給状態（Ｓ１０２）のいずれかの状態をとる。

【0052】

図８は、制御部２７３によるデータ記憶処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、無線端末２が電気供給状態（Ｓ１０２）のときに実行され、電気供給停止状態（Ｓ１０１）のときには実行されない。なお、以下に説明する動作は、予め記憶部２７２に記憶されているプログラムに基づき、主にＣＰＵ等を備える制御部２７３により無線端末２の各要素と協働して実行される。

【0053】

最初に、センサ２５は、自動ドア６の閉状態から開状態への、または開状態から閉状態への変化を検出し、変化に対応する電気信号（検出信号）をマイコン２７へ出力する。制御部２７３は、センサ２５が出力する電気信号の検出を待機する状態にあり、電気信号を検出すると（Ｓ２０１）、データ生成部２７４は検出された電気信号に対応するデータを生成する（Ｓ２０２）。次に、データ生成部２７４は、生成したデータを記憶部２７２のバッファ２７２ａに記憶する（Ｓ２０３）。次に、制御部２７３はセンサ２５の出力する電気信号の検出を待機する状態に戻る。制御部２７３は、センサ２５が出力した電気信号を検出する度、この処理を実行する。

【0054】

なお、Ｓ２０３においてバッファ２７２ａがデータで一杯の場合、データ生成部２７４は、最も古いデータを削除して新しいデータをバッファ２７２ａに記憶してもよいし、新しいデータをバッファ２７２ａに記憶せず、削除してもよい。

【0055】

図９は、制御部２７３によるデータ送信処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、無線端末２が電気供給状態（Ｓ１０２）のときに実行され、電気供給停止状態（Ｓ１０１）のときには実行されない。また、この処理は、図８に示すデータ記憶処理と並行して実行されることが好ましい。なお、以下に説明する動作は、予め記憶部２７２に記憶されているプログラムに基づき、主にＣＰＵ等を備える制御部２７３により無線端末２の各要素と協働して実行される。

【0056】

最初に、制御部２７３は、バッファ２７２ａから最も古いデータを１つ読み出す（Ｓ３０１）。バッファ２７２ａにデータが存在しない場合、制御部２７３はバッファ２７２ａに新たなデータが記憶されるまで待機し、データが記憶された後に読み出す。

【0057】

次に、電圧値算出部２７５は、第２電圧検出回路２６の出力する電気信号（電圧信号）から蓄電素子２３の出力電圧Ｖｄｄを算出する（Ｓ３０２）。次に、ＳＦ値選択部２７６は、図５に示す対応表を使用して、バッファ２７２ａから読み出したデータのサイズと、電圧値算出部２７５が算出した出力電圧Ｖｄｄとに基づいてＳＦ値を選択する（Ｓ３０３）。以後、Ｓ３０３で選択されたＳＦ値をＳＦ１と呼ぶことがある。データのサイズが固定長であり、対応表として出力電圧ＶｄｄとＳＦ値との対応表が用いられる場合、ＳＦ値選択部２７６は、データのサイズを参照することなく、電圧値算出部２７５が算出した出力電圧Ｖｄｄに基づいてＳＦ値を選択することができる。

【0058】

ＳＦ値選択部２７６は、例えば、蓄電素子２３の出力電圧Ｖｄｄが所定電圧未満の場合、出力電圧Ｖｄｄが所定電圧以上の場合より小さなＳＦ値を選択することができる。これにより、無線端末２は、出力電圧Ｖｄｄが低いときは小さなＳＦ値を適用して通信し、電気の使用量を減らすことが可能である。また、ＳＦ値選択部２７６は、送信の耐ノイズ性を高めるため、出力電圧がＶｄｄの際にそのサイズのデータの送信に適用可能なＳＦ値の中で最も大きなＳＦ値を選択することができる。また、ＳＦ値選択部２７６は、低消費電力を重視し、出力電圧がＶｄｄの際にそのサイズのデータの送信に適用可能なＳＦ値の中で最も小さなＳＦ値を選択することができる。

【0059】

次に、ＳＦ値選択部２７６が送信に適用可能なＳＦ値を選択できる場合（Ｓ３０４のＹ）、制御部２７３は、選択されたＳＦ値とバッファ２７２ａに記憶されたデータとを送信モジュール２９に入力し、送信モジュール２９がデータを送信するよう制御する。ＳＦ値選択部２７６が送信に適用可能なＳＦを選択できる場合とは、図５の表でＳＦ値の欄が「無し」以外のケースに該当する場合である。

【0060】

次に、送信モジュール２９は、入力されたＳＦ値を適用して、入力されたデータをゲートウェイ３へ送信する（Ｓ３０５）。次に、制御部２７３は、データの送信が成功した後、送信したデータをバッファ２７２ａから削除する（Ｓ３０６）。

【0061】

次に、表示部２７７は、ＳＦ値選択部２７６が選択したＳＦ１が所定のＳＦ値であるか否かを判定する（Ｓ３０７）。所定のＳＦ値とは、例えば、耐ノイズ性や通信距離の長さを重視する場合は１２である。また、所定のＳＦ値は、１０〜１２のように幅を持った値でもよい。またネットワークサーバ４から指示された値でも良い。

【0062】

ＳＦ１が所定のＳＦ値の場合、表示部２７７は、データの送信状態が正常な旨を表示するよう表示装置２８を制御し、表示装置２８はその表示を行う（Ｓ３０８）。ＳＦ１が所定のＳＦ値ではない場合、表示部２７７は、データの送信状態が異常な旨を表示するよう表示装置２８を制御し、表示装置２８はその表示を行う（Ｓ３０９）。例えば、所定のＳＦ値を１２に設定し、ＳＦ１が１１以下のときに表示装置２８がデータの送信状態が異常な旨を表示することにより、無線端末２の使用者は、蓄電素子２３の蓄電量が足りない、または、データの送信量が想定より多いことを知ることができる。

【0063】

ＳＦ値選択部２７６が送信に適用可能なＳＦ値を選択できない場合（Ｓ３０４のＮ）、制御部２７３は、送信モジュール２９がデータを送信するよう制御しない。次に、表示部２７７は、送信不可である旨を表示するよう表示装置２８を制御し、表示装置２８はその表示を行う（Ｓ３１０）。次に、制御部２７３は所定時間待機した後に（Ｓ３１１）、Ｓ３０１以下の処理を行う。これにより、送信されなかったデータ（１回前にＳ３０１で読み出したデータ）はバッファ２７２ａに記憶されているため、ＳＦ値選択部２７６は、蓄電素子２３の出力電圧Ｖｄｄが増加した後にその状態に応じたＳＦ値を新たに選択できる。送信モジュール２９は、新たに選択されたＳＦ値、すなわち最新の出力電圧Ｖｄｄに応じたＳＦ値を適用して、送信されなかったデータ（バッファ２７２ａが記憶するデータ）を送信できる。

【0064】

なお、Ｓ３０５で送信モジュール２９がデータを送信している間にスイッチ２４ａがＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わった場合、蓄電素子２３からマイコン２７、送信モジュール２９等への電気の供給が停止し、送信モジュール２９は送信を中断する。これに伴い、ゲートウェイ３はデータの受信に失敗する。これに対応するため、バッファ２７２ａとして不揮発性のメモリを使用し、制御部２７３は、スイッチ２４ａが再びＯＮ状態に切り替わった後、ＯＦＦ状態に切り替わった時点で送信していたデータを再送する制御を行ってもよい。

【0065】

具体的には、スイッチ２４ａが再びＯＮ状態に切り替わった後、制御部２７３は、図９に示すデータ送信処理をＳ３０１から実行する。これにより、データの送信漏れを防ぐことができる。また、Ｓ３０２で新たに算出した出力電圧Ｖｄｄに基づいてＳ３０３でＳＦ値が選択されるため、最新の状況に適したＳＦ値を適用してデータを送信できる。

【0066】

図１０は、無線端末２の動作状況の一例を示すグラフである。

【0067】

図１０は、太陽電池である発電素子２１の発電量に影響する周囲の明るさ、データ送信時のＳＦ値、スイッチ２４ａの状態、及び、蓄電素子２３の出力電圧Ｖｄｄの関係を示す。図１０の一番上のグラフの横軸は時間、縦軸は蓄電素子２３の出力電圧Ｖｄｄを示す。なお、蓄電素子２３の充電に要する時間は数時間〜数日、送信モジュール２９によるデータの送信に要する時間は数１０ｍｓ〜数秒程度であるが、出力電圧Ｖｄｄの変化の傾向を把握しやすくするため、横軸の縮尺は適宜変更して表記する。以下、このグラフを参照しながら、無線端末２の主な動作について説明する。

【0068】

最初に、時刻ｔ１〜ｔ３のグラフは、無線端末２が動作を開始し、データを送信する際の例を示す。時刻ｔ１までは無線端末２の配置された場所が暗いため、蓄電素子２３に電気が蓄えられていない。時刻ｔ１に無線端末２の配置された場所が明るくなったため、発電素子２１が発電を開始した。発電された電気が蓄電素子２３に蓄えられたことにより、蓄電素子２３の出力電圧Ｖｄｄが増加した。

【0069】

時刻ｔ２に出力電圧ＶｄｄがＶｍａｘまで増加すると、これを検出した第１電圧検出回路２４は、スイッチ２４ａをＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えた。スイッチ２４ａをＯＮ状態に切り替えたことにより、蓄電素子２３からセンサ２５、マイコン２７、送信モジュール２９等に電気が供給され、図８及び図９に示すフローチャートの動作が開始した。

【0070】

時刻ｔ２にマイコン２７等が動作を開始するとほぼ同時に、センサ２５が自動ドア６の開閉状態の変化を検出し、データ生成部２７４は状態の変化に対応するデータを生成し、バッファ２７２ａに記憶した（図８のＳ２０１〜Ｓ２０３）。次に、ＳＦ値選択部２７６は、出力電圧Ｖｄｄが最大電圧Ｖｍａｘであり、データを送信するために十分な電気が蓄電素子２３に蓄えられていたため、耐ノイズ性の高いＳＦ値＝１２を選択した（図９のＳ３０２〜Ｓ３０４のＹ）。次に、送信モジュール２９はＳＦ値＝１２を適用してデータを送信した（図９のＳ３０５）。送信モジュール２９がデータの送信に電気を使用したことにより、時刻ｔ２〜ｔ３にかけて出力電圧Ｖｄｄが減少した。

【0071】

次に、時刻ｔ３〜ｔ５のグラフは、無線端末２が、出力電圧Ｖｄｄが最大値Ｖｍａｘに達する前に自動ドア６の開閉状態の変化を検出し、データを送信する際の例を示す。時刻ｔ３に送信モジュール２９がデータの送信を終了すると、制御部２７３は、センサ２５の検出結果に基づくデータの受信待ち状態となった（図９のＳ３０１）。この状態において、センサ２５、マイコン２７、送信モジュール２９等の回路が使用する電気は、発電素子２１から蓄電素子２３に供給される電気より少ない。このため、時刻ｔ３〜ｔ４にかけて、蓄電素子２３には電気が蓄えられ、出力電圧Ｖｄｄは増加した。

【0072】

時刻ｔ４に、センサ２５が自動ドア６の開閉状態の変化を新たに検出すると、時刻ｔ２〜ｔ３のときと同様に、データ生成部２７４はセンサ２５の検出結果に基づくデータを生成した（図８のＳ２０１〜Ｓ２０３）。出力電圧Ｖｄｄが最大電圧Ｖｍａｘに達していなかったことから、ＳＦ値選択部２７６はＳＦ値として１２より小さな８を選択した（図９のＳ３０３）。その結果、送信時間（ｔ４からｔ５）が前回の送信時間（ｔ２からｔ３）より短かったことを除き、このデータの送信処理は時刻ｔ２〜ｔ３における処理と同様である。

【0073】

次に、時刻ｔ５〜ｔ７のグラフは、無線端末２が、出力電圧Ｖｄｄが最大値Ｖｍａｘに達した直後に自動ドア６の開閉状態の変化を検出し、データを送信する際の例を示す。時刻ｔ５〜ｔ７の間の処理は、時刻ｔ５における蓄電素子２３の出力電圧がＶｍａｘであり、その結果、ＳＦ値選択部２７６がＳＦ値＝１２を選択したことを除いて、時刻ｔ３〜ｔ４の間の処理と同様である。

【0074】

次に、時刻ｔ７〜ｔ１０のグラフは、周囲の明るさの変化によって発電素子２１の発生する電気の量が変化する際の例を示す。時刻ｔ７にデータ送信は終了し、無線端末２の配置された場所が明るい状態から薄暗い状態に変化した。この変化により、時刻ｔ８にかけて、センサ２５、マイコン２７、送信モジュール２９等の負荷回路が使用した電気は、発電素子２１から蓄電素子２３に供給される電気より多く、その結果、出力電圧Ｖｄｄは減少した。その後、時刻ｔ８に無線端末２の配置された場所が明るい状態に変化したことに伴い、発電素子２１の発電量及び蓄電素子２３の出力電圧Ｖｄｄは増加した。

【0075】

次に、時刻ｔ１０以降のグラフは、無線端末２によるデータの送信途中に出力電圧Ｖｄｄが最小値Ｖｍｉｎに達した際の例を示す。時刻ｔ１１から、送信モジュール２９はＳＦ値＝１０を適用してデータを送信したが、ＳＦ値選択部２７６がＳＦ値を選択した時の想定より多くの電気を使用した。この電気の使用により、時刻ｔ１２において、送信モジュール２９によるデータの送信途中に出力電圧ＶｄｄがＶｍｉｎまで低下した。出力電圧Ｖｄｄの低下を検出した第１電圧検出回路２４は、スイッチ２４ａをＯＮ状態からＯＦＦ状態に制御した。スイッチ２４ａをＯＦＦ状態に制御したことにより、時刻ｔ１２以降、出力電圧ＶｄｄがＶｍａｘに達するまで、送信モジュール２９はデータの送信を停止した。

【0076】

以上詳述したように、図７の状態遷移図と、図８及び図９に示すフローチャートとに従って動作することによって、無線端末２は、蓄電素子２３の出力電圧Ｖｄｄに応じてＳＦ値を選択し、使用可能な電力量に応じて通信の耐ノイズ性を変更することが可能である。

【0077】

＜第１変形例＞
以下、図１１を用いて、第１変形例について説明する。第１変形例では、ＳＦ値と出力電圧とに基づいて送信するデータを決定する。

【0078】

第１実施形態では、無線端末２は１回に１つのデータを送信するが、第１変形例では、無線端末２は、１回に２つ以上のデータを送信することが可能である。第１変形例における無線端末２の構成及び他の処理フローは、図９のＳ３０４のＹとＳ３０５との間にＳ４０１〜Ｓ４０３の処理が実行されることを除き、第１実施形態と同じである。図９のフローチャートの動作と同じ内容については説明を省略する。

【0079】

最初に、Ｓ３０４のＹに該当する場合、データ決定部２７８は、バッファ２７２ａに次のデータが格納されているか否かを確認する（Ｓ４０１）。バッファ２７２ａに次のデータが格納されていない場合（Ｓ４０１のＮ）、Ｓ３０５の処理へ進む。

【0080】

バッファ２７２ａに次のデータが格納されている場合（Ｓ４０１のＹ）、データ決定部２７８は、Ｓ３０３で選択したＳＦ値であるＳＦ１と、出力電圧Ｖｄｄとに基づいて送信可能な最大のデータサイズを決定する（Ｓ４０２）。次に、データ決定部２７８は、Ｓ４０２で決定したデータサイズ以下の範囲で、バッファ２７２ａに格納されているデータの中から、送信するデータをバッファ２７２ａへの格納順に選択し、送信対象として決定する（Ｓ４０３）。Ｓ４０３において、データ決定部２７８は、最大のデータサイズに収まる範囲で最大の個数のデータを選択してもよいし、最大の個数より少ない個数のデータを選択してもよい。データ決定部２７８がＳ４０３の処理を行った後、Ｓ３０５の処理へ進む。

【0081】

Ｓ４０１〜Ｓ４０３の処理を実行することにより、無線端末２は、１つのデータを送信する際のＳＦ値と同一のＳＦ値を適用して複数のデータを一度に送信できるため、複数のデータを複数回に分けて送信する場合と比べ、フレームヘッダ等のオーバーヘッドを削減できる。これにより、同一サイズのデータを送信する際の時間を短縮することが可能となり、無線端末２の消費電力を削減することが可能となる。

【0082】

なお、第１変形例では、データ決定部２７８がＳＦ値と出力電圧とに基づいて送信するデータを決定する際に、データがバッファ２７２ａに格納された順に（すなわち、ＦＩＦＯ（First In First Out）となるように）送信するデータを決定した。データの決定方法はこれに限らず、例えば、バッファ２７２ａに複数のデータが格納されている場合、データ決定部２７８は、１つ以上の所定数おきに格納されたデータを対象として送信するデータを決定してもよい。また、データ決定部２７８は、データがバッファ２７２ａに格納された順序と逆順に、送信するデータを決定してもよい。制御部２７３は、これらの規則により送信対象から除外されたデータを、バッファ２７２ａから削除してもよい。

【0083】

また、第１変形例では、データが１つの場合のＳＦ値と同一のＳＦ値を適用して送信できる個数のデータを送信データとした。データの決定方法はこれに限らず、例えば、ＳＦ値を小さくすることによりデータレートを増加させ、より多くのデータを送信データとしてもよい。

【0084】

本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、無線通信システム１はＬｏＲａＷＡＮ規格に準拠し、無線端末２とゲートウェイ３との間の通信の変調方式はＬｏＲａ規格に準拠するものとしたが、無線端末２がＳＦ値を変更できる通信方式であれば、他の通信方式を使用してもよい。

【0085】

当業者は、本発明の精神及び範囲から外れることなく、様々な変更、置換及び修正をこれに加えることが可能であることを理解されたい。

【符号の説明】

【0086】

２ 無線端末
２１ 発電素子
２３ 蓄電素子
２５ センサ
２６ 第２電圧検出回路（電圧検出回路）
２９ 送信モジュール
２７２ 記憶部
２７６ ＳＦ値選択部
２７７ 表示部
２７８ データ決定部

【要約】

【課題】本発明は、使用可能な電力量に応じて最適なＳＦ値を利用できる無線端末を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る無線端末（２）は、発電素子（２１）と、発電素子（２１）により充電される蓄電素子（２３）と、蓄電素子（２３）の出力電圧を検出する電圧検出回路（２６）と、出力電圧に基づいてＳＦ（拡散率）値を選択するＳＦ値選択部（２７６）と、物理現象を検出するセンサ（２５）と、出力電圧により動作し、且つ、ＳＦ値を適用して、センサ（２５）の検出結果に基づくデータをスペクトラム拡散方式で送信する送信モジュール（２９）と、を有する。
【選択図】図４

【図1】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】