專利名稱：傳感器節(jié)點(diǎn)、基站和傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及進(jìn)行間歇動作的傳感器節(jié)點(diǎn)、從該傳感器節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)的基站和傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，研究了在傳感器上添加具有無線通信功能的小型電子電路，將現(xiàn)實(shí)世界的各種信息實(shí)時(shí)取入信息處理裝置中的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(下面，稱為傳感器網(wǎng)絡(luò))。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中考慮了大范圍的應(yīng)用，例如，考慮了通過集成了無線電路、處理器、傳感器、電池的指環(huán)型的小型電子電路，來總是監(jiān)視脈搏等，并將監(jiān)視結(jié)果通過無線通信發(fā)送到診斷裝置，根據(jù)監(jiān)視結(jié)果來判斷健康狀態(tài)等的醫(yī)療應(yīng)用(非專利文獻(xiàn)1)。
為了廣泛實(shí)用化傳感器網(wǎng)絡(luò)，將裝載無線通信功能、傳感器和電池等的電源的電子電路(下面稱為傳感器節(jié)點(diǎn))作成經(jīng)過長時(shí)間不需要維修且持續(xù)發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)的電路，并且外形還較小型很重要。因此，超小型且無論哪里都可以設(shè)置的傳感器節(jié)點(diǎn)的開發(fā)正在進(jìn)行中?，F(xiàn)階段，雖然在實(shí)用上可使用一年左右的期間且不用更換電池，但是認(rèn)為需要兼顧維修成本和使用的便利性兩個(gè)方面。
例如，在非專利文獻(xiàn)2中，介紹了稱作“Mica2Dot”的直徑為3cm左右的小型傳感器節(jié)點(diǎn)的原型。該Mica2Dot由集成了無線通信所需的功能的RF芯片和低消耗功率的處理器芯片構(gòu)成。在該原型中，通過99％的時(shí)間為待機(jī)狀態(tài)，僅間歇啟動剩余的1％的時(shí)間而使傳感器動作、并將結(jié)果進(jìn)行無線通信的間歇動作，可用小型電池維持1年左右的操作。
傳感器網(wǎng)絡(luò)中需要上述這種小型且進(jìn)行無線通信的傳感器節(jié)點(diǎn)，以及和用無線來收集所檢測到的數(shù)據(jù)、并連接到互聯(lián)網(wǎng)等有線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備(下面稱作基站)的兩種設(shè)備。相對于傳感器節(jié)點(diǎn)中加入小型和移動性并由電池來驅(qū)動的情況較多，基站為固定且由AC電源驅(qū)動的情況較多。
從這些理由可知，傳感器節(jié)點(diǎn)和基站中存在幾個(gè)功能上的不同。例如，在基站中，為了提高通信性能、即，通信的可靠性和通信距離，構(gòu)筑了硬件為高性能，接收性能提高的結(jié)構(gòu)。例如，通常設(shè)置多個(gè)天線來比較分析從兩個(gè)天線得到的數(shù)據(jù)，并生成原始的正確數(shù)據(jù)的空間分集式(diversity)等。除此之外，提高了角度分集式和極化波分集式等的空間分集式的應(yīng)用和使用兩種不同頻率的頻率分集式等的應(yīng)用。
因此，在傳感器節(jié)點(diǎn)和基站中，通常使用不同的硬件結(jié)構(gòu)。
另外，在網(wǎng)絡(luò)中，作為防止通信量增加的方法，已知有設(shè)置暫時(shí)存儲存取頻率高的數(shù)據(jù)的高速緩存器區(qū)域的方法(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。
專利文獻(xiàn)1特開平11-65915號公報(bào)非專利文獻(xiàn)1Sokwoo Rhoo等“Artifact-Resistant Power-EfficientDesign of Finger-Ring Plethysmographic Sensors”，IEEE Transactions OnBiomedical Engineering，Vol.48，No.7，July，2001，pp.795-80非專利文獻(xiàn)2Crossbow“Smarter Sensors In Silicon”“online”“2004年2月16日檢索”、互聯(lián)網(wǎng)＜URLhttp//www.xhow.com/Support/Support pdf files/Motetraining/Hardware.pdf>
但是，在制作傳感器節(jié)點(diǎn)和基站兩種硬件的情況下，兩方都需要開發(fā)的工數(shù)、無線功能調(diào)諧工數(shù)、檢驗(yàn)工數(shù)、接受認(rèn)證的工數(shù)等。
與此相對，若傳感器節(jié)點(diǎn)和基站可以部分共用硬件結(jié)構(gòu)，則可以縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。
但是，當(dāng)共用這種硬件結(jié)構(gòu)時(shí)，發(fā)明者們關(guān)心應(yīng)該注意下面這些方面。假設(shè)如與基站同樣地制作傳感器節(jié)點(diǎn)的情況下，傳感器節(jié)點(diǎn)大型且性能為必要以上，消耗功率高。結(jié)果，不能在要求小型、低成本、長操作壽命的應(yīng)用下使用。另一方面，若假定將傳感器節(jié)點(diǎn)用作基站，則此時(shí)性能過低成為問題。例如，由于傳感器節(jié)點(diǎn)可以具有檢測溫度等的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行發(fā)送的功能，所以可以裝載幾十MHz左右的CPU和100k字節(jié)左右的RAM、ROM。與此相對，基站需要進(jìn)行與基站管理的所有節(jié)點(diǎn)的通信和數(shù)據(jù)/調(diào)度管理，還需要進(jìn)行與互聯(lián)網(wǎng)等的有線網(wǎng)絡(luò)的連接。因此，傳感器節(jié)點(diǎn)不充分。
因此，作為第一問題，提出為縮短傳感器節(jié)點(diǎn)和基站的開發(fā)工藝，實(shí)現(xiàn)具有兩者性能的硬件。具體來說，使得傳感器節(jié)點(diǎn)可以處理無線通信，在用了該傳感器節(jié)點(diǎn)的基站中，在新追加的CPU和存儲器上可以進(jìn)行其他處理(下面，將使用傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的基站的局部稱作基站無線部，將除此之外的部分稱作基站控制部)。在基站無線部和基站控制部之間通過串行接口等來有線連接。
在采取這種結(jié)構(gòu)的情況下，基站無線部和基站控制部之間的通信時(shí)間成為問題。該串行接口的延遲時(shí)間越多，因下面的理由，節(jié)點(diǎn)的消耗功率變高。
通常傳感器節(jié)點(diǎn)以預(yù)定的間隔(例如5分鐘一次)進(jìn)行檢測和與基站的通信，為了減小消耗功率而延長壽命，除進(jìn)行檢測和通信時(shí)之外，處于待機(jī)狀態(tài)(之后，將其稱作間歇動作)。在待機(jī)狀態(tài)中，不能進(jìn)行通信。因此，為了從基站向節(jié)點(diǎn)發(fā)送指令等，需要在節(jié)點(diǎn)可接收的狀態(tài)時(shí)從基站進(jìn)行發(fā)送。為了高效進(jìn)行，基站需要把握節(jié)點(diǎn)何時(shí)處于接收狀態(tài)。例如，考慮在節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)之后成為接收狀態(tài)，從基站發(fā)送數(shù)據(jù)的接收確認(rèn)(下面，稱作ACK)和指令的協(xié)議。這時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)需要維持接收狀態(tài)直到可以接收ACK和指令。
在這種情況下，若上述基站無線部和基站控制部之間的接口的延遲時(shí)間增大，由于ACK和指令的發(fā)送相應(yīng)地延遲，所以節(jié)點(diǎn)為接收狀態(tài)的時(shí)間也相應(yīng)地變長，相應(yīng)地消耗多余的功率。
因此，在如上利用傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件來構(gòu)成基站的情況下，為了使傳感器節(jié)點(diǎn)在有限長的時(shí)間上動作，需要使等待時(shí)間即從基站接收數(shù)據(jù)后到回應(yīng)ACK和指令的時(shí)間為最小限度。尤其，利用傳感器節(jié)點(diǎn)對基站的存取時(shí)間可預(yù)測的情況，使基站和傳感器節(jié)點(diǎn)的交換所使用的時(shí)間為最小限度。因此，需要研究利用傳感器節(jié)點(diǎn)的間歇動作來實(shí)現(xiàn)高速化的方法，而不是如現(xiàn)有的高速緩存方式那樣利用數(shù)據(jù)的存取頻率的多少來實(shí)現(xiàn)高速化的方法。
作為第二問題，提出了噪聲的對策。通常，傳感器節(jié)點(diǎn)中，從大小的限制來看需要將處理器芯片和無線芯片(RF芯片)集成到非常小的區(qū)域(～幾cm角)內(nèi)。另一方面，如熟知的，如傳感器節(jié)點(diǎn)那樣，通過微弱的高頻無線信號來進(jìn)行無線通信的情況下，來自處理器芯片的輻射噪聲成為障礙，不能簡單提高接收靈敏度。通常，數(shù)字電路用矩形波來交換信號。矩形波由各種各樣的頻率成份的交流信號構(gòu)成，其中包含與在無線通信中使用的信號成份極其接近頻帶的信號。另一方面，RF芯片中，放大非常微弱的高頻無線信號(典型為uV以下的規(guī)則(order))，來解調(diào)希望的數(shù)據(jù)。因此，即使數(shù)字電路的信號小，若蔓延到RF信號的輸入部分，則RF芯片中不能正常解調(diào)來自天線的高頻無線信號。進(jìn)一步，即使是看上去完全不同的頻率成份，因放大電路LNA和RF芯片內(nèi)部使用的半導(dǎo)體設(shè)備的輸入輸出非線性特性，合成新的頻率成份的信號，在接收對象的頻帶上出現(xiàn)噪聲信號。
對于這種問題，在特愿2004-064973號中記載的電子裝置具有基板；連接傳感器用的連接器；經(jīng)連接器從傳感器接收傳感器數(shù)據(jù)的輸入，并形成發(fā)送數(shù)據(jù)的第一信號處理電路；以及，將來自第一信號處理電路的發(fā)送信號轉(zhuǎn)換為高頻信號的第二信號處理電路；將連接器和第一信號處理電路安裝在基板的第一面上，將第二信號處理電路安裝在基板的第二面上。由此，分離了作為噪聲的產(chǎn)生源的數(shù)字電路和高頻電路。另外，為了進(jìn)一步提高分離的效果，在基板上設(shè)置噪聲屏蔽層。進(jìn)一步，各個(gè)面的配置也花時(shí)間作為用遠(yuǎn)離作為噪聲產(chǎn)生源的電路和對噪聲敏感的電路。
但是，基站中，在裝載LCD和開關(guān)、硬盤等新的噪聲源的情況下，進(jìn)一步需要對噪聲的對策。因此，需要容易接受噪聲的模塊的屏蔽物等進(jìn)一步降低噪聲的物體。
作為第三問題，提出了傳感器節(jié)點(diǎn)的進(jìn)一步低消耗功率化。現(xiàn)在，由于通過微機(jī)來進(jìn)行間歇動作的控制，所以在待機(jī)中也因微機(jī)消耗了2～30mA左右的功率。通過不用微機(jī)來進(jìn)行間歇動作的控制，可以節(jié)約消耗功率。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明中，通過共用傳感器節(jié)點(diǎn)和基站的硬件結(jié)構(gòu)，而使設(shè)計(jì)變得容易，使響應(yīng)性能的延遲為最小限度。另外，排除了噪聲，提高了實(shí)際的接收靈敏度。進(jìn)一步，通過不用指令進(jìn)行間歇動作的控制可以實(shí)現(xiàn)低功率化。由此，可以短期間且低成本地提供通信可靠性高且傳感器節(jié)點(diǎn)的壽命長的實(shí)用的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
本發(fā)明的代表例子如下。對于第一問題，作為基站的RF模塊，原樣在無線部中是用傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)(基站無線部)。在基站無線部和基站控制部之間例如通過串行接口等連接。在進(jìn)行空間分集式的情況下，制作兩個(gè)相同的結(jié)構(gòu)來連接實(shí)現(xiàn)。
另外，為了實(shí)現(xiàn)基站接收來自節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)后到回應(yīng)(ACK)和指令的時(shí)間的最小化，通過在基站無線部的存儲器中對存儲了向節(jié)點(diǎn)的指令的表進(jìn)行存儲，可以在基站無線部和基站控制部之間避免不需要的通信。
接著，對于第二問題，在基站無線部上使用傳感器節(jié)點(diǎn)，與微機(jī)或LCD等的噪聲源物理隔離，并進(jìn)一步屏蔽該傳感器節(jié)點(diǎn)。
對于第三問題，本發(fā)明的電子裝置除了微機(jī)和除此之外必須的RF模塊和電源、傳感器等，具有外部RTC。在間歇動作下進(jìn)入到停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，截?cái)郣F芯片或傳感器的電源，并且，在外部RTC上設(shè)置啟動時(shí)間，使微機(jī)處于備用狀態(tài)。由此，電流的消耗僅有外置RTC的動作和備用狀態(tài)的微機(jī)。在啟動時(shí)，通過將外部RTC的信號作為中斷來接收，進(jìn)行啟動。
發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，可以提供降低了消耗功率、具有實(shí)用性的操作壽命的傳感器節(jié)點(diǎn)。


圖1是表示將傳感器節(jié)點(diǎn)用于基站無線部的傳感器網(wǎng)絡(luò)的一實(shí)施方式的圖；圖2是表示將傳感器節(jié)點(diǎn)用于基站無線部的基站的一實(shí)施方式的圖；
圖3是表示將傳感器節(jié)點(diǎn)用于基站無線部的基站的一實(shí)施方式的圖；圖4是表示在基站無線部的存儲器中存儲的高速緩存表的一實(shí)施方式的圖；圖5是表示在基站控制部的存儲器中存儲的調(diào)度表的一實(shí)施方式的圖；圖6是表示圖1的傳感器節(jié)點(diǎn)中的傳感器節(jié)點(diǎn)、基站和服務(wù)器的動作和數(shù)據(jù)的流向的一例的圖；圖7是表示圖6的基站的節(jié)點(diǎn)通信控制部的動作和數(shù)據(jù)的流向的圖；圖8是表示圖7的基站的指令確認(rèn)和發(fā)送部的動作的圖；圖9是表示圖6的基站的節(jié)點(diǎn)管理部的動作和數(shù)據(jù)的流向的圖；圖10是表示圖6的基站的主機(jī)通信管理部的動作和數(shù)據(jù)的流向的圖；圖11是表示圖1的傳感器網(wǎng)絡(luò)的動作時(shí)序的一例(有高速緩存)的圖；圖12是表示圖1的傳感器網(wǎng)絡(luò)的動作時(shí)序的一例(沒有高速緩存)的圖；圖13是表示屏蔽基站無線部的硬件的一例的圖；圖14是表示外置了實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)的硬件表面的一例的圖；圖15是表示外置了實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)的硬件背面的一例的圖；圖16是表示使用了外置了實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)的硬件時(shí)的控制流程的一例的圖；圖17是表示外置的實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)和指令的動作的流程的圖；圖18是表示傳感器節(jié)點(diǎn)的間歇動作的圖。
具體實(shí)施例方式
圖1表示通信系統(tǒng)的一例。通信系統(tǒng)由帶多個(gè)傳感器功能的無線終端SN0～SN2、基站BS1、BS2和互聯(lián)網(wǎng)WAN1、服務(wù)器SV10構(gòu)成。無線終端SN0～SN2和基站BS1之間通過無線通信WC0～WC2來進(jìn)行連接?；綛S1和互聯(lián)網(wǎng)WAN1之間通過有線通信LIFW1來連接?；ヂ?lián)網(wǎng)WAN1和服務(wù)器SV10之間通過有線通信N2來連接。
作為信息的流向大致有兩種。一種是傳感器節(jié)點(diǎn)通過傳感器取得溫度、加速度、亮度等的數(shù)據(jù)，并將其經(jīng)基站發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)上的服務(wù)器。另一種是從服務(wù)器對基站和傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送設(shè)置通信頻率等條件的指令。
一般傳感器節(jié)點(diǎn)以預(yù)定間隔(例如5分鐘一次)進(jìn)行檢測或與基站之間的通信。并且，為了減小消耗功率而延長壽命，除了進(jìn)行檢測和通信的動作狀態(tài)時(shí)之外，處于消耗功率小的待機(jī)狀態(tài)。圖18表示動作狀態(tài)和待機(jī)狀態(tài)中的傳感器節(jié)點(diǎn)的消耗功率的情況。在待機(jī)狀態(tài)中，切斷無線芯片或傳感器的電源。因此，不能進(jìn)行檢測和通信。因此，為了從基站向節(jié)點(diǎn)發(fā)送指令等，需要在節(jié)點(diǎn)處于可接收狀態(tài)時(shí)從基站進(jìn)行發(fā)送。為了更高效地進(jìn)行，基站需要把握節(jié)點(diǎn)何時(shí)處于接收狀態(tài)。
例如，考慮在節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)之后成為接收狀態(tài)，從基站發(fā)送數(shù)據(jù)的接收確認(rèn)(下面，稱作ACK)或指令的協(xié)議。另外，這時(shí)，通過基站指定該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行下次通信的時(shí)間，可在基站中控制各節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)間。由此，可以使各節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)間分散而避免通信的沖突，降低節(jié)點(diǎn)的消耗功率。將這些節(jié)點(diǎn)的出現(xiàn)時(shí)間的分配稱作調(diào)度。當(dāng)使用該方法時(shí)，在基站啟動后到與全部節(jié)點(diǎn)確立通信之前的過渡期間中，有可能存在通信沖突，但是一旦確立了通信，則可以沒有沖突，全部節(jié)點(diǎn)次序良好地有次序地發(fā)送數(shù)據(jù)。這時(shí)作為調(diào)度混亂的主因，認(rèn)為是節(jié)點(diǎn)不僅進(jìn)行定期性的數(shù)據(jù)發(fā)送，還通知災(zāi)害或狀態(tài)不好的檢測地震等緊急事件的情況。除此之外作為由節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)引起，有因節(jié)點(diǎn)的移動而與基站之間的通信狀態(tài)變差，或電池切斷而不能進(jìn)行動作的情況等。
傳感器節(jié)點(diǎn)和基站BS、服務(wù)器SV10之間的數(shù)據(jù)的收發(fā)通過各設(shè)備具有例如如下所述的模塊和功能來實(shí)現(xiàn)。
傳感器節(jié)點(diǎn)SN0中包含無線通信模塊RF0、控制裝置CPU0、存儲器MEM0、傳感器SNS0和接口控制部SIF0。
如圖2所詳細(xì)表示，基站BS1上存在由與傳感器節(jié)點(diǎn)相同的硬件構(gòu)成的硬件(下面稱作基站無線部)BSN1、進(jìn)行傳感器節(jié)點(diǎn)的管理或調(diào)度、與WAN1之間通信的基站控制控制部CNT1，雙方之間例如通過串行接口SIFW1連接，并在接口控制部SIF1、2中進(jìn)行來自雙方的數(shù)據(jù)的交換。在基站BS1上，除此之外連接各種外圍輸入輸出設(shè)備IO1。若為外圍輸入輸出設(shè)備，例如連接開關(guān)SW1、小型閃存(注冊商標(biāo))等存儲器接口CFSLOT1、硬盤HDD1和液晶LCD1等。
在基站無線部BSN1上主要通過無線通信模塊RF1將從傳感器節(jié)點(diǎn)SN1～SN3用無線接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并發(fā)送到基站控制部CNT1，或相反，將從基站控制部CNT1接收的指令用無線發(fā)送到傳感器節(jié)點(diǎn)SN1～SN3。另一方面，在基站控制部CNT1中，將從基站無線部BSN1接收的數(shù)據(jù)、即從傳感器節(jié)點(diǎn)SN0～SN3接收的數(shù)據(jù)經(jīng)有線連接LIFW1發(fā)送到服務(wù)器SV10，或相反將從服務(wù)器SV10接收的數(shù)據(jù)經(jīng)有線連接LIFW1發(fā)送到基站無線部BSN1。
在基站控制部CNT1的存儲器MEM2的數(shù)據(jù)DATA2上存儲了存儲節(jié)點(diǎn)的調(diào)度結(jié)果的表格(調(diào)度表)SCHETBL1。在MEM2內(nèi)除此之外，還包含進(jìn)行主控制部CNT1和基站無線部BSN1之間的通信的程序和進(jìn)行主控制部CNT1和互聯(lián)網(wǎng)WAN1的通信的程序和進(jìn)行調(diào)度的程序等。
接口控制部SIF1是在基站無線部BSN1中，與基站無線部的外部交換信息用的模塊。作為外部接口，例如一般知道有串行接口等。在接口控制部SIF1中，將內(nèi)部總線BUS1上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行接口而輸出到SIFW1，或相反，將從SIFW1得到的數(shù)據(jù)輸出到內(nèi)部總線BUS1。
接口控制部SIF2與上述SIF1相同，是用于交換基站控制部CNT1和外部之間的信息的模塊。進(jìn)行SIFW1和BUS2之間的數(shù)據(jù)的控制和轉(zhuǎn)換。
這樣，傳感器節(jié)點(diǎn)和基站同時(shí)由無線通信模塊RF0、控制裝置CPU0、存儲器MEM0、傳感器SNS0和接口控制部SIF0構(gòu)成，通過構(gòu)成為傳感器節(jié)點(diǎn)、基站都可用的硬件結(jié)構(gòu)，傳感器節(jié)點(diǎn)、基站的硬件的開發(fā)變得容易。例如，可以減小開發(fā)工數(shù)、無線功能的調(diào)諧工數(shù)、驗(yàn)證工數(shù)和接受認(rèn)證的工數(shù)等。不僅硬件，還共用用于控制基站無線部分的軟件來使開發(fā)變得容易。另外，在本實(shí)施例中，雖然傳感器節(jié)點(diǎn)和基站為相同的結(jié)構(gòu)，但是當(dāng)然，若開發(fā)時(shí)間和無線功能的調(diào)諧工數(shù)、驗(yàn)證、認(rèn)證的工數(shù)為可削減，則可以改變結(jié)構(gòu)。
接著，說明基站對傳感器節(jié)點(diǎn)的存取的響應(yīng)時(shí)間的最小化。如圖5所示，在調(diào)度表SCHETBL1上，按預(yù)定出現(xiàn)的順序來排列已經(jīng)與基站BS1確保連接的傳感器節(jié)點(diǎn)和要對該終端發(fā)送的指令和數(shù)據(jù)來進(jìn)行存儲。例如，ORDER為1的行是與預(yù)定最先出現(xiàn)的傳感器節(jié)點(diǎn)有關(guān)的行，存儲了該傳感器節(jié)點(diǎn)的識別號(NODEID)、送到該傳感器節(jié)點(diǎn)的指令(CMD)、傳感器節(jié)點(diǎn)的出現(xiàn)時(shí)間(TIME)和表示是否在后述的高速緩存表CASHTBL上存儲了數(shù)據(jù)的標(biāo)記(CASHED)。CMD上包含通信頻率等的設(shè)置請求和該傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)在下面出現(xiàn)的時(shí)刻的指定等。ORDER為2的行是預(yù)定在其后面出現(xiàn)的傳感器節(jié)點(diǎn)，之后，存儲到第3、第4、....、第1000為止。
另一方面，在基站無線部的存儲器MEM1的數(shù)據(jù)DATA1內(nèi)存儲了高速緩存表CASHTBL1。在圖4中進(jìn)行詳細(xì)表示。高速緩存表CASHTBL1中存儲了與預(yù)定在最近的將來出現(xiàn)的傳感器節(jié)點(diǎn)有關(guān)的信息。即，存儲了調(diào)度表SCHETBL1中存儲的數(shù)據(jù)的INDEX為第一到進(jìn)入高速緩存表的大小內(nèi)的數(shù)據(jù)，例如100個(gè)數(shù)據(jù)。高速緩存表CASHTBL1存儲了傳感器節(jié)點(diǎn)的識別號(NODEID)、送到該傳感器節(jié)點(diǎn)的指令(CMD)和傳感器節(jié)點(diǎn)的出現(xiàn)時(shí)間(TIME)。起動時(shí)高速緩存表中不存在數(shù)據(jù)。高速緩存表CASHTBL1的容量取決于節(jié)點(diǎn)的規(guī)格和精度。在指定各節(jié)點(diǎn)的時(shí)刻可靠發(fā)送數(shù)據(jù)的情況下，只要是與下次出現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)有關(guān)的指令都進(jìn)行高速緩存即可。與此相對，在節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)間的精度有誤差，或存在不定期地發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)的情況下，需要高速緩存對應(yīng)于某種個(gè)數(shù)節(jié)點(diǎn)量的指令。
這樣，對于基站的響應(yīng)時(shí)間最小化的問題，通過在基站無線部的存儲器中存儲對節(jié)點(diǎn)的指令的一覽表，而不在基站無線部和基站控制部之間進(jìn)行不需要的通信，可以最小限度地抑制節(jié)點(diǎn)的消耗功率的增大。尤其，不是如現(xiàn)有的高速緩存方式那樣利用存取頻率來在高速緩存器中存儲數(shù)據(jù)，而是通過利用要存取基站的傳感器節(jié)點(diǎn)的出現(xiàn)時(shí)刻，將數(shù)據(jù)存儲在高速緩存表上，即可以實(shí)現(xiàn)擊中(hit)率高的高速緩存器。
上述中，雖然在高速緩存表CASHTBL1中存儲了發(fā)送到傳感器節(jié)點(diǎn)SN1～SN3的指令CMD，但是作為其他的實(shí)施方法，考慮不存儲指令本身，而具有表示指令是否存在于SCHETBL1中的標(biāo)記CASHED的方法。在標(biāo)記為ON時(shí)，實(shí)際的指令或數(shù)據(jù)存在于調(diào)度表SCHETBL1內(nèi)。因此，在檢查了標(biāo)記CASHED后，在標(biāo)記為ON的情況下，需要從基站無線部BSN1向基站控制部CNT1請求其指令和數(shù)據(jù)，來取得。在標(biāo)記為OFF的情況下，可以立即向傳感器節(jié)點(diǎn)回應(yīng)，而不會產(chǎn)生多余的延遲。
在本實(shí)施例中，在標(biāo)記為ON的情況下，由于需要從基站無線部BSN1向基站控制部CNT1請求數(shù)據(jù)，并從基站控制部CNT1向基站無線部BSN1發(fā)送，所以有產(chǎn)生了該部分延遲的缺點(diǎn)。但是，使用本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是可以節(jié)約高速緩存表CASHTBL1的存儲器。例如，在發(fā)送128字節(jié)的指令的情況下，在將其本身存儲在高速緩存表的情況下，總共需要128字節(jié)，但是在僅將有無作為標(biāo)記來進(jìn)行存儲的情況下，可以為1比特。
圖3在基站BS1內(nèi)裝載了BSN11和BSN12兩個(gè)基站無線部。基站無線部BSN11和BSN12與主控制部CNT1之間通過例如串行接口SIFW1和SIFW2來連接。
在電波傳送激烈的環(huán)境中，為了提高通信的可靠性，將使用兩個(gè)天線來使用好的一方數(shù)據(jù)的方法稱作空間分集式。如上那樣，通過裝載兩個(gè)RF部，利用接收靈敏度好的一方的數(shù)據(jù)，來可實(shí)現(xiàn)空間分集式。
這時(shí)，使BSN11內(nèi)和BSN12內(nèi)具有相同的高速緩存表，以基站控制部CNT1為主導(dǎo)來得到雙方表格數(shù)據(jù)的匹配。
圖6是表示圖1的傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點(diǎn)、基站、服務(wù)器的動作和數(shù)據(jù)的流向的一例的圖。
在傳感器節(jié)點(diǎn)SN0中首先進(jìn)行初始化P000。在初始化中，進(jìn)行無線頻率的設(shè)置、發(fā)送功率的設(shè)置、檢測間隔或發(fā)送間隔的設(shè)置等。接著，由P001將電源供給檢測溫度等的數(shù)據(jù)的傳感器和進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)的無線芯片。之后，進(jìn)行檢測P002，并將數(shù)據(jù)存儲在存儲器MEM0中。之后，在P003中通過無線通信D1將數(shù)據(jù)發(fā)送到基站BS1。之后，在接收狀態(tài)下待機(jī)，并在P004中由無線通信C2來接收來自基站BS1的指令。之后，停止向傳感器和無線芯片的電源供給，進(jìn)入低功率模式。之后，在所設(shè)定的檢測間隔或發(fā)送間隔后啟動，并從P001重新開始動作。在該實(shí)施例中，僅在基站BS1處于節(jié)點(diǎn)通信控制狀態(tài)時(shí)，可在基站BS1和傳感器節(jié)點(diǎn)SN0之間進(jìn)行收發(fā)，但是還可使用中斷等來提高該通信的優(yōu)先級。
在基站BS1中首先進(jìn)行初始化P100。在初始化中，進(jìn)行無線頻率的設(shè)置、發(fā)送功率的設(shè)置和與服務(wù)器SV10之間的通信速率的設(shè)置等。之后，使用附圖按照后述在節(jié)點(diǎn)通信控制P200中進(jìn)行與節(jié)點(diǎn)的通信。這里，接收從節(jié)點(diǎn)送來的檢測數(shù)據(jù)，并將從服務(wù)器SV10送來的指令傳送到節(jié)點(diǎn)。
接著，使用圖9如后所述，進(jìn)行節(jié)點(diǎn)管理P201。這里，進(jìn)行調(diào)度和高速緩存數(shù)據(jù)的生成。
最后，使用圖10如后所述，進(jìn)行主機(jī)通信管理P202。這里，進(jìn)行基站BS1和由有線LIFW連接的網(wǎng)絡(luò)WAN1上的服務(wù)器SV10之間的數(shù)據(jù)收發(fā)。通過無線通信D2來發(fā)送從節(jié)點(diǎn)SN0接收的檢測數(shù)據(jù)，并通過無線通信C1來接收來自服務(wù)器的指令。
最后，在服務(wù)器SV10中，首先在初始化P500中進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)WAN1上的通信設(shè)置后，重復(fù)與基站的數(shù)據(jù)發(fā)送P501和接收P502。在該實(shí)施例中，僅在基站BS1處于主機(jī)通信管理狀態(tài)時(shí)，可以在服務(wù)器SV10和基站BS1之間進(jìn)行收發(fā)的，但是可以使用中斷等來提高該通信的優(yōu)先級。
圖7表示節(jié)點(diǎn)通信控制部P200的細(xì)節(jié)。在基站無線部BSN1中，若首先在P211中從傳感器節(jié)點(diǎn)接收了數(shù)據(jù)，則在P212中調(diào)查高速緩存表CASHTBL內(nèi)的NODEID，確認(rèn)是否存在該行。
在存在該行的情況下，在P216中將高速緩存表內(nèi)的指令和ACK發(fā)送到該傳感器節(jié)點(diǎn)SN0中。之后，在P217中將從節(jié)點(diǎn)接收的檢測數(shù)據(jù)發(fā)送到基站控制部CNT1。在基站控制部CNT1中，在P223中進(jìn)行接收。
另一方面，在高速緩存表內(nèi)不存在該行的情況下，在P213中向基站控制部CNT1發(fā)送檢測數(shù)據(jù)和指令請求T201。
在P221中接收了請求的基站控制部CNT1中，在P222中調(diào)查對于所請求的節(jié)點(diǎn)的指令是否存在于高速緩存表中，并在T202中進(jìn)行響應(yīng)。
圖8表示P222的細(xì)節(jié)。在接收了指令請求的基站控制部CNT1中，在P2031中參照調(diào)度表SCHETBL的NODE ID。
在P2032的判斷中，在存在具有該NODE ID的行的情況下，在P2035中將指令CMD為空(NULL)的數(shù)據(jù)T202發(fā)送到基站無線部BSN。其適合于該傳感器節(jié)點(diǎn)SN0初次存取基站BS1的情況和雖然存在前次存取但是因移動或超時(shí)等而從SCHETBL1中被刪除的情況。
在P2032的判斷中，存在具有該NODE ID的行的情況是雖然存在前次的存取并已經(jīng)進(jìn)行了調(diào)度，但是存在因緊急情況等，比預(yù)定的時(shí)刻先出現(xiàn)的情況等。這時(shí)，在P2033中判斷是否存在CMD。
在不存在的情況下，同樣在P2035發(fā)送CMD為空(NULL)的數(shù)據(jù)T202。
在存在的情況下，在P2034中發(fā)送添加了CMD的數(shù)據(jù)T202。
在P214接收了數(shù)據(jù)T202的基站無線部BSN1中，在P215將所接收的數(shù)據(jù)T202中含有的CMD和ACK發(fā)送到節(jié)點(diǎn)SN0中。由此節(jié)點(diǎn)SN0和基站BS1之間的通信完成。
接著，在圖9中示出圖6的節(jié)點(diǎn)管理部P300的細(xì)節(jié)。在基站控制部CNT1中，根據(jù)與節(jié)點(diǎn)SN0的通信結(jié)果，來進(jìn)行調(diào)度P321。
在P2032的判斷中該節(jié)點(diǎn)不存在于調(diào)度表SCHETBL的情況下，注冊到調(diào)度表SCHETBL上。注冊的位置是比較在送到該節(jié)點(diǎn)SN0的指令CMD中含有的下次的出現(xiàn)指定時(shí)刻和SCHETBL內(nèi)的各數(shù)據(jù)的TIME，下次的出現(xiàn)指定時(shí)刻不超過TIME且順序ORDER最大的行的下一行。
在P2032的判斷中，在該節(jié)點(diǎn)存在于調(diào)度表SCHETBL的情況下，刪除調(diào)度表SCHETBL的該行，并注冊對應(yīng)于下次預(yù)定出現(xiàn)的行。注冊的位置與上述相同。
另外，檢查出現(xiàn)預(yù)定時(shí)刻TIME，并刪除與出現(xiàn)預(yù)定時(shí)刻TIME超過當(dāng)前時(shí)刻一定時(shí)間的節(jié)點(diǎn)有關(guān)的數(shù)據(jù)。其考慮該傳感器節(jié)點(diǎn)因電池切斷和移動，而成為不能與基站BS1通信的狀態(tài)的情況等。
另外，基站控制部CNT1中，在高速緩存表CASHTBL中存儲了下次預(yù)定出現(xiàn)的行的情況下，通過設(shè)立標(biāo)記CASHED，可以知道高速緩存了哪個(gè)數(shù)據(jù)，當(dāng)前有幾個(gè)被高速緩存。通過事先記錄可在高速緩存表CASHTBL中存儲的總數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，可以求出之后可存儲幾個(gè)數(shù)據(jù)。由此，在P322，可從調(diào)度表SCHETBL的ORDER小的數(shù)據(jù)開始將可追加存儲的數(shù)據(jù)依次發(fā)送到基站無線部中。
另一方面，在基站無線部中，在P311接收高速緩存數(shù)據(jù)T301。之后，在P312進(jìn)行高速緩存表CASHTBL的更新。這里，與基站控制部CNT1相同，檢查出現(xiàn)預(yù)定時(shí)刻TIME，并從調(diào)度表CASHTBL中刪除與出現(xiàn)預(yù)定時(shí)刻TIME超過當(dāng)前時(shí)刻一定時(shí)間的節(jié)點(diǎn)有關(guān)的數(shù)據(jù)。除此之外，將在P311接收的高速緩存數(shù)據(jù)T301追加到高速緩存表CASHTBL中。
另外，作為更新高速緩存表的方法、定時(shí)，還有其他方法。圖9的方法中，基站控制部CNT1計(jì)算基站無線部BSN1的調(diào)度表CASHTBL的空余，并發(fā)送新的數(shù)據(jù)。除此之外，例如，還有基站無線部BSN1管理高速緩存器CASHTBL的空余，在為空余且不進(jìn)行其他通信和操作時(shí)，兼用向基站控制部CNT1請求新的數(shù)據(jù)的發(fā)送的單元的方法。每當(dāng)高速緩存表CASHTBL稍微有空時(shí)，若在基站無線部BSN1和基站控制部CNT1之間發(fā)生通信，則在確立通信需要時(shí)間的情況下，基站無線部BSN1和基站控制部CNT1的操作效率可能變差。與此相對，如上所述，由于以基站無線部BSN1為主導(dǎo)，且高速緩存表CASHTBL中可以有某種程度的空余，所以通過集中傳送，提高效率。
接著，圖10表示圖6的主機(jī)通信管理部P400的細(xì)節(jié)。在基站控制部CNT1中，進(jìn)行基站BS1和服務(wù)器SV10的通信。通信有將從節(jié)點(diǎn)SN0～SN3送來的數(shù)據(jù)送到服務(wù)器SV10的通信、和將來自服務(wù)器SV10的指令送到節(jié)點(diǎn)SN0～SN3的通信。
在基站控制部CNT1中，若在P411中確認(rèn)沒有無線通信，則與服務(wù)器SV10確立通信，進(jìn)行指令的接收412和數(shù)據(jù)的發(fā)送414。
當(dāng)接收指令時(shí)，將其追加到調(diào)度表SCHETBLE的該節(jié)點(diǎn)的CMD。在沒有該節(jié)點(diǎn)的情況下，還存在向服務(wù)器SV10通知沒有或什么都不做的方法。另外，在服務(wù)器SV10中進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的調(diào)度的情況下，有將其結(jié)果加到調(diào)度表中的等等方法。
在服務(wù)器SV10側(cè)，與此對應(yīng)，進(jìn)行指令的發(fā)送P421和數(shù)據(jù)的接收P422。
在圖11、圖12中，表示圖6～圖10中說明的節(jié)點(diǎn)SN0、基站無線部BSN1、基站控制部CNT1、服務(wù)器SV10的動作的一例。
圖11、12從圖左邊的直線開始表示節(jié)點(diǎn)、基站無線部BSN1、基站控制部CNT1、服務(wù)器SV10各自的動作。圖的從上到下的的直線表示時(shí)間的流向。各直線間的點(diǎn)劃線表示數(shù)據(jù)的流向。另外，圖中各動作序號與圖6～圖10的同一序號相對應(yīng)。
圖11表示在基站無線部BSN1的高速緩存表CASHTBL中高速緩存對發(fā)送來數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)SN0的指令的情況。節(jié)點(diǎn)SN0在P001接通電源，進(jìn)行了檢測P002后，在P003發(fā)送數(shù)據(jù)D11?；緹o線部BSN1在P211接收該數(shù)據(jù)，并在P212確認(rèn)對該節(jié)點(diǎn)的指令是否存在于高速緩存表CASHTBL中。在存在的情況下，在P216將該行的指令CMD附加到ACK，并回應(yīng)給節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)在P004接收該指令，并在P005截?cái)嚯娫础Ｔ诨緹o線部BSN1，向節(jié)點(diǎn)發(fā)送了ACK后，在P217將在D11接收的數(shù)據(jù)發(fā)送到基站控制部CNT1。在基站控制部CNT1，在P223進(jìn)行接收該數(shù)據(jù)。
接著，進(jìn)入到節(jié)點(diǎn)管理部P300，進(jìn)行調(diào)度P321。這里，從調(diào)度表SCHETBL一次刪除與當(dāng)前接收的節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的行，并加上該節(jié)點(diǎn)下次出現(xiàn)的時(shí)刻，追加到新順序的ORDER的位置上。另外，檢查調(diào)度表SCHETBL中的各節(jié)點(diǎn)的預(yù)定出現(xiàn)時(shí)刻TIME，在異常經(jīng)過當(dāng)前時(shí)刻一定時(shí)間的情況下，刪除該行。
接著，算出基站無線部BSN1的高速緩存表CASHTBLE的空余，在P322中進(jìn)行發(fā)送。至少可知這次送來數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)空余一個(gè)。另外，可知超過預(yù)定出現(xiàn)時(shí)刻TIME而刪除的行也同樣為空。在基站無線部BSN1中，在P311接收該數(shù)據(jù)，在P312進(jìn)行高速緩存表CASHTBL的更新。更新與上述同樣，刪除了與到達(dá)的節(jié)點(diǎn)有關(guān)的行，同時(shí)，刪除出現(xiàn)預(yù)定時(shí)刻TIME經(jīng)過當(dāng)前時(shí)刻一定時(shí)間以上的行。
在基站控制部中，在P414將在D121接收的數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器SV10中。服務(wù)器SV10在P422接收數(shù)據(jù)。另外，在P421發(fā)送對節(jié)點(diǎn)的指令。在P412接收了指令的基站控制部CNT1在P413向調(diào)度表SCHETBL反映該指令。
圖12表示在基站無線部BSN1的高速緩存表CASHTBLE中沒有高速緩存對發(fā)送來數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)SN0的指令的情況。
接收來自節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，在P212確認(rèn)高速緩存之前與圖11相同。
之后，在不存在對該節(jié)點(diǎn)的指令的情況下，將當(dāng)前接收的數(shù)據(jù)和用于確認(rèn)有無指令的指令請求在P213發(fā)送到基站控制部。在P221接收了該數(shù)據(jù)和指令的基站控制部CNT1確認(rèn)高速緩存表SCHETBL，并在P222發(fā)送該指令CMD。細(xì)節(jié)如圖8中說明的相同。
在P215接收了其的基站無線部BSN1中，在P217將添加到ACK的數(shù)據(jù)C11發(fā)送到節(jié)點(diǎn)。
節(jié)點(diǎn)在P004接收數(shù)據(jù)和指令，之后，在P005切斷電源。
若將圖12與圖11相比，可以看出在圖11中，在基站無線部BSN1確認(rèn)高速緩存后立即回應(yīng)ACK，節(jié)點(diǎn)可以使電源處于OFF，但是在圖12中，產(chǎn)生一次基站無線部BSN1和基站控制部CNT1的通信，節(jié)點(diǎn)需要使電源相應(yīng)地延長接通。
這里，估計(jì)在基站無線部具有高速緩存表、使用上述這種控制方式的情況的效果的一例。
如下假定節(jié)點(diǎn)SN0和基站BS之間的通信。假定檢測后發(fā)送的數(shù)據(jù)為9字節(jié)。例如，作為溫度傳感器的信息，典型地只要2、3字節(jié)即可。設(shè)取得兩三種傳感器的信息，一次發(fā)送幾次分量的檢測數(shù)據(jù)。除此之外，還附加所檢測的時(shí)刻等。另一方面，從基站向節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)也為相同大小。其中存儲了指令或應(yīng)下次發(fā)送的預(yù)定時(shí)刻等。
發(fā)送時(shí)，假設(shè)在其上附加了7比特的通信識別用的前序碼。其中包含分組長度和節(jié)點(diǎn)的識別符等。
在一般的無線系統(tǒng)中，無線收發(fā)128字節(jié)的信息需要50ms左右的時(shí)間。因此，在為16字節(jié)的情況下，認(rèn)為需要約6.25ms。因此，若存在對應(yīng)于基站無線部BSN1的高速緩存表CASHTBL的數(shù)據(jù)，就立即回應(yīng)，節(jié)點(diǎn)啟動的時(shí)間為約6.25ms。嚴(yán)格上要在其上加上檢測高速緩存器用的時(shí)間，但是由于為CPU的幾個(gè)時(shí)鐘周期，最高為幾u(yù)s，所以可以忽略。
與此相對，在不存在與無線基站部BSN1的高速緩存表CASHTBL對應(yīng)的數(shù)據(jù)的情況下，加上基站無線部BSN1和基站控制部CNT1之間的接口SIFW1的通信的時(shí)間。假定該SIFW1上的傳送速率為在一般的系統(tǒng)中使用的19.2kbps。這時(shí)，若設(shè)為發(fā)送其中流過的數(shù)據(jù)的9字節(jié)，即72比特，則為72/19200＝0.00375，即3.75ms。由于在基站無線部BSN1和基站控制部CNT12之間需要進(jìn)行雙向通信，所以需要倍數(shù)的7.5ms。若加上上述求出的立即響應(yīng)時(shí)的時(shí)間6.25ms，則總共成為13.75ms。即，需要立即響應(yīng)時(shí)的2倍以上的時(shí)間。
因此，節(jié)點(diǎn)必須等待接收的時(shí)間也成為2倍以上。
在節(jié)點(diǎn)為等待接收，或發(fā)送狀態(tài)時(shí)，通常流過30mA左右的電流。與此相對，在為備用狀態(tài)時(shí)，微機(jī)、無線芯片都為幾u(yù)A左右，整體至多為30uA左右。
考慮5秒中進(jìn)行一次發(fā)送的情況。在沖擊高速緩存器的情況下，收發(fā)需要的功率為6.25ms×30mA＝0.19mAs、備用需要的功率為5s×30uA＝0.15mAs，總計(jì)消耗0.34mAs就可以了。在沒有沖擊高速緩存器的情況下，收發(fā)需要的功率為13.75ms×30mA＝0.41mAs，備用需要的功率為5s×30uA＝0.15mAs，總共消耗了0.56mAs左右。因此，消耗了接近于一倍的功率。這時(shí)，節(jié)點(diǎn)的壽命減少到接近于一半。
實(shí)施例2在實(shí)施例2中，示出了使基站的通信可靠性提高、使通信距離改善的方法。
圖13示出屏蔽了基站無線部BSN1的實(shí)施例。
在本實(shí)施例中，將圖2所示的基站BS1安裝在三個(gè)基板BB1～BB3上?；錌B1～BB3通過可進(jìn)行通信的連接器CN12、CN21、CN22、CN31來連接，并且，用框體CASE1進(jìn)行固定。圖16表示三個(gè)基板的連接圖。圖13是該基站的垂直方向的截面圖。用圖13進(jìn)行詳細(xì)說明。
在基板BB1的表面SIDE11上配置液晶LCD1、開關(guān)SW1等作為噪聲的產(chǎn)生源的構(gòu)件和不受噪聲影響的構(gòu)件。在這些構(gòu)件與基板BB2之間，布線通過通路(ビァ)等接口IF1，經(jīng)連接器CN12、CN21來進(jìn)行連接。
另外，在基板BB2的表面SIDE21上配置硬盤HDD1或小型閃存(注冊商標(biāo))CFSLOT等?；錌B1和BB2之間沒有特別的不同點(diǎn)，但是在BB1上尤其優(yōu)先配置了用戶看或接觸的部件。在基板BB2和BB3之間與上述相同，經(jīng)接口IF2和連接器CN22、CN31來進(jìn)行連接。
在第三基板BB3上，在表面SIDE31上配置基站控制部CNT1。在與其他模塊最遠(yuǎn)的基板BB3的背面SIDE32上配置噪聲最弱的基站無線部BSN1。BSN1和CNT1經(jīng)接口IF3和連接器CN2來連接。這里，BSN1通過屏蔽物SLD1來屏蔽。外部天線ANT1與框體CASE1上的連接器CN1、例如與同軸連接器相連，并進(jìn)一步經(jīng)同軸電纜等布線WIRE1，與基站無線部BSN1上的連接器ANTCN1相連。WIRE1通過屏蔽物SLD1的一部分上開口的孔HOLE1。也可在屏蔽物SLD1上與CN1同樣連接連接器，并經(jīng)其來通過。
這樣，利用傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件與基站進(jìn)行物理隔離，并進(jìn)行屏蔽，從而避免數(shù)字電路的信號擴(kuò)散到RF芯片的輸入部分，而可正常解調(diào)來自天線的高頻無線信號，可以改善通信的可靠性，通信距離。
實(shí)施例3在實(shí)施例3中，示出了進(jìn)一步降低傳感器節(jié)點(diǎn)的消耗功率的方法。
圖14、圖15是說明在CPU的外部設(shè)置了實(shí)時(shí)時(shí)鐘的一例的圖。
圖14表示向基板BO1的表面SIDE1安裝了構(gòu)成傳感器節(jié)點(diǎn)SN1的電路的情況，圖15表示向基板BO1的背面SIDE2安裝的情況。如圖14所示，在基板BO1的表面SIDE1上安裝了高頻信號處理芯片CHIP1(下面稱作“RF芯片”)、第一晶體振子X1、高頻開關(guān)RFSW、高頻率低噪音放大器LNA、匹配電路MA、與在背面SIDE2上安裝的電路的接口IF1、顯示裝置DISP和電容器C1、C2、C3、C4。
另外，如圖15所示，在背面SIDE2上由處理器芯片CHIP2、連接器CN1、第一和第二電源截?cái)嚅_關(guān)(PS1、PS2)、作為內(nèi)部傳感器的溫度傳感器TS1、第二晶體振子(X2)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)和通過接口IF1來控制在表面SIDE1上設(shè)置的開關(guān)RFSW和放大器LNA的RFSW/LNA控制電路LSC構(gòu)成。在連接器CN1上連接安裝在基板的外部，在傳感器節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部配置的外部傳感器、例如溫度傳感器、加速度傳感器、應(yīng)變傳感器等。另外，也可代替晶體振子而使用陶瓷振子。
RF芯片CHIP1和處理器芯片CHIP2通過接口IF1來相互連接。處理器芯片CHIP2從內(nèi)部傳感器或經(jīng)連接器CN1從外部傳感器收集傳感器數(shù)據(jù)，并將傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)接口IF1傳到RF芯片CHIP1。RF芯片CHIP1將傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為無線信號后，發(fā)送到在傳感器節(jié)點(diǎn)SN1的外部設(shè)置的基站BS1。另外，相反，接收來自基站BS1的無線信號。從外部無線終端典型地發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)的發(fā)送請求和無線通信的頻率和傳送速率等的動作參數(shù)，并將由傳感器節(jié)點(diǎn)SN1接收的數(shù)據(jù)經(jīng)接口IF1傳到處理器芯片CHIP2，而用于來自下次的無線通信時(shí)的設(shè)置等。
接著，參照圖15，來說明在基板BO1的背面SIDE2上安裝的處理器芯片CHIP2。處理器芯片CHIP2包括存儲電路MEM、微機(jī)CPU、數(shù)據(jù)輸入輸出電路SIO、A/D轉(zhuǎn)換電路ADC、可編程輸入輸出電路PIO。這些電路塊通過內(nèi)部總線BU1來彼此耦合，進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換和控制。
存儲電路MEM由低消耗功率的SRAM(Static Random Access Memory)或閃存等非揮發(fā)性存儲器構(gòu)成。在存儲電路MEM上裝載了后述的用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明特有的控制方式的軟件。微機(jī)CPU根據(jù)所裝載的軟件來控制處理器芯片CHIP2內(nèi)的其他電路塊，實(shí)現(xiàn)希望的動作。
數(shù)據(jù)輸入輸出電路SIO是串行數(shù)據(jù)的輸入輸出電路，用于將傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送到RF芯片CHIP1上。另外，可編程輸入輸出電路PIO是并行數(shù)據(jù)的輸入輸出電路，主要用于RF芯片CHIP1的發(fā)送/接收等的動作模式的控制所需的控制數(shù)據(jù)的輸入輸出。
雖然在連接器CN1上連接了外部傳感器，但是外部傳感器可以輸出模擬數(shù)據(jù)，也可輸出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。將模擬型傳感器的傳感器數(shù)據(jù)AP通過AD轉(zhuǎn)換電路ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。例如，在傳感器節(jié)點(diǎn)SN1上將模擬型溫度傳感器TS1內(nèi)置于基板BO1上，將來自傳感器TS1的溫度數(shù)據(jù)AT通過AD轉(zhuǎn)換電路ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并根據(jù)需要存儲到存儲器MEM。另一方面，將數(shù)字型傳感器數(shù)據(jù)DP經(jīng)可編程輸入輸出電路PIO輸入到處理器芯片CHIP2中，并根據(jù)需要存儲到存儲器MEM。
另外，處理器芯片CHIP2控制RFSW/LNA控制電路LSC，執(zhí)行放大器LNA的電源接通/截?cái)嗪透哳l開關(guān)RFSE的收發(fā)切換。進(jìn)一步，處理器芯片CHIP2控制電源節(jié)點(diǎn)開關(guān)PS1、PS2，并控制溫度傳感器TS1或外部傳感器電源的接通/截?cái)唷?br> 接著，參照圖14，來說明在基板BO1的表面SIDE1上安裝的RF芯片CHIP1。RF芯片CHIP1由高頻調(diào)制解調(diào)電路RF、振蕩電路OSC和控制電路CON構(gòu)成。從處理器芯片CHIP2送來的傳感器數(shù)據(jù)DS在高頻調(diào)制解調(diào)電路RF中被轉(zhuǎn)換為預(yù)定頻帶(～315MHz)的高頻無線信號RFO后，發(fā)送到外部無線終端。另外，由天線ANT1接收來自外部無線終端的高頻無線信號，并由高頻調(diào)制解調(diào)電路RF進(jìn)行解調(diào)。將解調(diào)后的信號CS經(jīng)接口IF1傳到處理器芯片CHIP2。另外，在傳感器節(jié)點(diǎn)SN1中監(jiān)視接收強(qiáng)度，并將表示接收強(qiáng)度的信號AS也從高頻調(diào)制解調(diào)電路RF的RSSI端子經(jīng)接口IF1傳到處理器芯片CHIP2中。
另外，振蕩電路OSC以晶體振子X1的振蕩頻率為基礎(chǔ)，生成RF芯片CHIP1整體的動作需要的時(shí)鐘信號和目的的無線通信頻帶的高頻信號(載波頻率信號)。
進(jìn)一步，高頻調(diào)制解調(diào)電路RF和振蕩電路OSC通過控制電路CON，根據(jù)處理器芯片CHIP2的控制信號CS來進(jìn)行控制。具體來說，控制發(fā)送和接收等動作模式的切換和收發(fā)信號的頻帶的微調(diào)、或發(fā)送功率等。進(jìn)一步，可以通過來自處理器芯片CHIP2的控制信號使振蕩電路OSC停止，并使RF芯片CHIP1整體進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。這時(shí)，典型地可以將RF芯片CHIP1的消耗電流削減到1uA以下。若對其他結(jié)構(gòu)要素的動作和結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明，則如下所示。
通過在背面SIDE2上設(shè)置的RF SW/LNA控制電路LSC來控制高頻開關(guān)RFSW。切換天線ANT1和RF芯片CHIP1之間的連線來實(shí)現(xiàn)希望的收發(fā)動作。具體來說，發(fā)送時(shí)使高頻開關(guān)RFSW的RI端子和RO2端子之間導(dǎo)通。另外，在接收時(shí)，使RI端子和RO1端子導(dǎo)通。
放大器LNA作為RF芯片CHIP1的外置構(gòu)件，將由天線ANT1接收的非常微弱的高頻無線信號通過RF芯片CHIP1放大到可解調(diào)的電平。這里，外置放大器LNA是因?yàn)槭褂昧送ㄟ^與RF芯片CHIP1不同的工藝形成的元件。為了進(jìn)行低成本化和低消耗功率動作，RF芯片CHIP1最好由CMOS電路構(gòu)成。但是，另一方面，CMOS電路中有門噪聲變大的問題，不擅長放大微弱的高頻無線信號。因此，作為放大器LNA使用由不是CMOS相容的工藝形成的電路，來作為外置電路。放大器LNA考慮其放大能力，最好例如由GaAs的化合物半導(dǎo)體、SiGe或雙極性電路構(gòu)成。將由天線ANT1接收的高頻無線信號輸入到放大器LNA的輸入端子LI，并通過預(yù)定的放大率放大后經(jīng)輸出端子LO輸出。想要在315MHz頻帶下以10m左右的通信距離穩(wěn)定地進(jìn)行通信的情況下，放大器LNA的放大率最好是10～20dB左右。另外，由于放大器一般消耗電流大，所以通過控制使能端子LE來切換動作狀態(tài)和待機(jī)狀態(tài)，可以將待機(jī)時(shí)的消耗電流削減到10uA左右。但是，由于傳感器節(jié)點(diǎn)SN1中若總是消耗10uA的電流，則對電池壽命產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響，所以在本實(shí)施例中，構(gòu)成為通過來自處理器芯片CHIP2的控制截?cái)嘞蚍糯笃鱈NA的電源供給，實(shí)現(xiàn)了傳感器節(jié)點(diǎn)SN1的低消耗功率。
匹配電路MA是這樣的電路使RF芯片CHIP1的輸入輸出阻抗與高頻開關(guān)RFSW及放大器LNA的輸入輸出阻抗相匹配，用于使高頻無線信號在這些元件之間沒有損耗地傳送。匹配電路MA由電感、電容、電阻或?yàn)V波器等的無源部件構(gòu)成。
數(shù)據(jù)信號線DS是在處理器芯片CHIP2的數(shù)據(jù)輸入輸出電路SIO和RF芯片CHIP1的高頻調(diào)制解調(diào)電路RF之間連接的信號線。另外，控制線信號CS是連接處理器芯片CHIP2的可編程輸入輸出電路PIO和RF芯片CHIP1的控制電路CON的信號線。數(shù)據(jù)信號線DS用于兩個(gè)芯片間的數(shù)據(jù)的交換，控制信號線CS用作處理器芯片CHIP2切換RF芯片CHIP1的動作模式用的控制線。進(jìn)一步，顯示裝置控制線DC用于顯示裝置DISP的控制。
另外，LNA使能端子控制線LC、RFSW收發(fā)切換控制線RC和LNA電源線VDD1通過RFSW/LNA控制電路LSC來進(jìn)行控制。
晶體振子X2用于主時(shí)鐘，例如為幾MHz以上。主時(shí)鐘使用時(shí)的消耗電流典型為幾mA。處理器芯片CHIP2在低消耗功率模式時(shí)使主時(shí)鐘X2停止，進(jìn)入到軟件備用狀態(tài)，并利用實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC來進(jìn)行恢復(fù)。另外，這里所說的軟件備用狀態(tài)是指用于降低LSI的消耗功率的狀態(tài)。具體來說，例如停止時(shí)鐘的供給，使CPU、周圍功能的動作停止。只要提供規(guī)定的電壓，就保持CPU的寄存器和內(nèi)置RAM的數(shù)據(jù)，但是在不是這樣的情況下不進(jìn)行保持而進(jìn)行消除。備用狀態(tài)的解除通過外部中斷或復(fù)位和備用控制端子來進(jìn)行。
圖17示出用了實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC的控制方法。首先，在P711將CPU的RAM的數(shù)據(jù)保存到存儲器MEM中。這是因?yàn)楫?dāng)處于軟件備用狀態(tài)時(shí)，數(shù)據(jù)消失。接著，在P712，在RTC將啟動時(shí)刻設(shè)置為數(shù)據(jù)T701。之后，在P713設(shè)置為軟件備用狀態(tài)。
在P721按照數(shù)據(jù)T701設(shè)置啟動時(shí)刻的RTC，在P722檢查是否到啟動時(shí)刻。若到啟動時(shí)刻，則在P723產(chǎn)生使信號T702。
CPU在P714接收信號T702來進(jìn)行啟動。之后，在P715中，寫回在P711保存的數(shù)據(jù)，并恢復(fù)到軟件備用前的狀態(tài)。
由傳感器節(jié)點(diǎn)對基站進(jìn)行通信的時(shí)間來決定CPU的啟動時(shí)刻。
如前所述，不能在CPU的備用狀態(tài)下進(jìn)行檢測和通信。因此，在CPU對基站進(jìn)行通信的時(shí)間已處于啟動狀態(tài)。并且，由于在對基站不進(jìn)行通信的時(shí)間消耗電流降低，所以處于軟件備用狀態(tài)，可以在利用附帶于CPU外部的RTC來再次通信時(shí)啟動。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性根據(jù)本發(fā)明，在短期內(nèi)以低成本提供具有能夠以低耗電來工作的傳感器節(jié)點(diǎn)且通信功能高的傳感器，由此能夠構(gòu)筑各種領(lǐng)域中的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種基站，分別對多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送第一信號，其特征在于，所述基站具有第一存儲器，存儲分別發(fā)送到所述多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的所述第一信號；第二存儲器，經(jīng)串行接口與所述第一存儲器連接，并對存儲在所述第一存儲器中的第一信號進(jìn)行存儲；無線通信模塊，與所述第二存儲器連接；在所述第二存儲器中存儲的第一信號的數(shù)目比在所述第一存儲器中存儲的數(shù)目少；將在所述第二存儲器中存儲的第一信號經(jīng)所述無線通信模塊發(fā)送到所述多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)；沒有存儲在所述第二存儲器中的第一信號經(jīng)所述串行接口和所述無線通信模塊，分別被發(fā)送到所述多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基站，其特征在于，所述基站分別從所述多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)接收第二信號；所述第一存儲器和第二存儲器進(jìn)一步存儲分別從所述多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)接收所述第二信號的時(shí)刻；在所述第一存儲器中存儲的所述時(shí)刻包括比在所述第二存儲器中存儲的所述時(shí)刻晚的時(shí)刻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基站，其特征在于，所述基站在從所述多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的任一個(gè)接收了所述第二信號時(shí)，在將發(fā)送到該傳感器節(jié)點(diǎn)的第一信號存儲在所述第二存儲器中的情況下，將在所述第二存儲器中存儲的所述第一信號發(fā)送到該傳感器節(jié)點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基站，其特征在于，所述基站在從所述多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的任一個(gè)接收了所述第二信號時(shí)，在發(fā)送到該傳感器節(jié)點(diǎn)的第一信號沒有存儲在所述第二存儲器中的情況下，判斷在所述第一存儲器中是否存儲有該第一信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基站，其特征在于，在所述第一存儲器中存儲有該第一信號的情況下，將在該第一存儲器中存儲的所述第一信號發(fā)送到該傳感器節(jié)點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基站，其特征在于，在該第一信號沒有存儲在所述第一存儲器中的情況下，將第三信號代替該第一信號而發(fā)送到該傳感器節(jié)點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基站，其特征在于，所述第一信號是分別控制所述多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)各個(gè)的指令信號，所述第二信號是從在所述多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的各個(gè)中包含的傳感器取得的數(shù)據(jù)；所述第三信號是表示不存在分別控制所述多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)各個(gè)的指令信號的空信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基站，其特征在于，所述第一存儲器和所述第二存儲器中存儲的各個(gè)所述第一信號，按照所述多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)使所述基站接收所述第二信號的時(shí)刻的順序來排列存儲；所述基站在從所述多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的各個(gè)接收了第二信號后，改寫在所述第一存儲器和所述第二存儲器中存儲的所述第一信號的順序。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基站，其特征在于，所述基站還具有與所述第一存儲器相連的第一CPU；與所述第一存儲器和所述第一CPU連接的第一接口控制部；與所述第二存儲器相連的第二CPU；與所述第二存儲器和所述第二CPU連接的第二接口控制部，所述第一存儲器和所述第二存儲器經(jīng)所述第一和第二接口控制部與所述串行接口相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基站，其特征在于，分別從所述多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)各個(gè)中周期性地接收所述第二信號。
11.一種傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，具有傳感器節(jié)點(diǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)包括第一處理器、接收從所述第一傳感器取得的數(shù)據(jù)的第一CPU、搭載了所述CPU執(zhí)行的軟件的第一存儲器、發(fā)送從所述第一傳感器取得的數(shù)據(jù)的第一無線通信模塊和第一接口控制部；基站，包括接收從所述傳感器節(jié)點(diǎn)的所述第一無線通信模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)的第二無線通信模塊、存儲向所述傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)的第二存儲器、對將在所述第二存儲器中存儲的數(shù)據(jù)發(fā)送到所述傳感器節(jié)點(diǎn)動作進(jìn)行控制的第二CPU、第二傳感器和第二接口控制部，所述第一傳感器、第一CPU、第一存儲器、所述第一無線通信模塊和所述第一接口控制部經(jīng)第一總線來連接；所述第二處理器、第二CPU、所述第二存儲器、所述第二無線通信模塊和所述第二接口控制部經(jīng)第二總線連接。
12.一種傳感器節(jié)點(diǎn)，向基站發(fā)送數(shù)據(jù)，其特征在于，所述傳感器節(jié)點(diǎn)具有傳感器；接收從所述傳感器取得的數(shù)據(jù)的CPU；配置在所述CPU的外部、與所述CPU相連的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，在不向所述基站發(fā)送所述數(shù)據(jù)時(shí)，所述CPU向所述實(shí)時(shí)時(shí)鐘發(fā)送啟動時(shí)間，所述CPU成為備用狀態(tài)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的傳感器節(jié)點(diǎn)，其特征在于，在所述啟動時(shí)間到來時(shí)，所述實(shí)時(shí)時(shí)鐘向CPU發(fā)送信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的傳感器節(jié)點(diǎn)，其特征在于，由所述傳感器節(jié)點(diǎn)向所述基站發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間來決定所述啟動時(shí)間。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的傳感器節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述傳感器節(jié)點(diǎn)還具有存儲器，該存儲器對保持在所述CPU中的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲；所述CPU在向所述實(shí)時(shí)塊發(fā)送啟動時(shí)間之前，在所述存儲器中存儲由所述CPU保持的數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明所要解決的問題是在傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)進(jìn)行間歇動作的傳感器節(jié)點(diǎn)的低消耗功率化。在基站的無線部設(shè)置預(yù)測傳感器節(jié)點(diǎn)向基站發(fā)送信號的時(shí)間，并根據(jù)預(yù)測來存儲從傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信號的表。由此，可以縮短傳感器節(jié)點(diǎn)和基站的通信時(shí)間。另外，使得在傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)的RTC設(shè)置微機(jī)的啟動時(shí)間，可使傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)的微機(jī)處于備用狀態(tài)。
文檔編號H04B7/26GK1815924SQ200510096539
公開日2006年8月9日 申請日期2005年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月31日
發(fā)明者荒宏觀, 緒方祐次, 山下春造, 志村隆則 申請人:株式會社日立制作所