技術情報

構造物モニタリングでは、計測した振動データは構造物の健全性を推定する解析に使用されます。このため、計測システムに対して以下のような要求があります。

・センサ端末同士で高精度に時刻同期された計測
　構造物全体での動きを捉えるために、複数箇所につけたセンサ端末が持つ時計を合わせた上で、１点１点の振動データを同じタイミングで計測すること

・大規模で複雑な設置現場における高信頼なデータ回収
　広範囲で入り組んだ建物や構造物などの中に多数設置されたセンサ端末から、振動データを漏れなく回収すること

・振動データを波形ごと収集できる通信速度
　各センサ端末で1秒間に数百個以上作られる数十分間分の計測データを収集可能な無線の通信速度がでること

これらの要求は、従来のIoT向けの無線（省電力動作で広範囲の通信を行なうLPWA）を用いたシステムでは実現することが困難であったため、無線は使わず有線のシステムとして、ケーブルで全端末を配線する必要がありました。ソナスでは、独自開発の無線規格であるUNISONet（ユニゾネット）を基礎とした無線式振動計測システムを会社の創業当時から手掛け、こうした技術課題を解決してきました。

センサ端末同士で高精度に時刻同期された計測

ネットワークの子機となるセンサ端末（センサユニット）の各々で保持する時刻を、親機であるゲートウェイユニットの時刻と合わせ込む仕組みを紹介します。

ゲートウェイユニットからは、時刻同期パケット^※1 が定期的に送信されます。このパケットには送信時の時刻が含まれています。センサユニットでは、このパケットが送信されてから受信するまでにかかった時間をパケット内の時刻に足し合わせると、パケットを受信した時刻を推定することができます。
一般的なメッシュネットワーク^※2 では、複数回中継された時刻同期パケットを受信すると、中継のたびに不確定な遅延が発生するため、時刻の推定が困難でした。一方、UNISONetでは中継の際に「受信したパケットを即座に転送する」というメッシュネットワークの中では特徴的な方式を使用しています。そのため、パケットの到達遅延時間を「固定の時間ｘ中継回数」として捉えることができ、複数回中継されたパケットからでも正確に受信時の時刻を推定することが可能となります。
こうして当システムでは、大規模なネットワークを構築しても時刻同期誤差80μ秒以内というLPWAでは類まれなる時刻同期精度を実現します。

• ※1 パケット：通信において扱う１まとまりのデータのこと。
• ※2 メッシュネットワーク：ネットワーク上の端末が網目状に相互に接続する型のこと。別の型として、１個の親機が複数個の子機と1対1でつながるスター型などがある。

大規模で複雑な設置現場における高信頼なデータ回収

設置現場でデータを漏れなく収集するポイントは2点です。

1点目は伝達経路の超多重化です。一般的なメッシュネットワークでは、予め定めた伝達経路でパケットを送受信します。UNISONetでは、パケット送信の際に経路や宛先を考慮しないブロードキャスト方式を取っています。これにより各端末を設置した結果生まれる全ての経路を使用することが可能となり、高信頼にデータを収集することにつながります。これは、ユーザーが直感的に無線ネットワークを構築できることにも繋がります。例えば、設置現場において通信範囲外の場所に新たにセンサユニットを設置したい場合、電波が届いている最寄りの端末との間に中継端末を置くことのみで、通信エリアを拡張することができます。

2点目は再送制御です。構造物モニタリングの設置現場では、無線通信の妨げとなる壁や扉などの障害物が多数あり、センサユニットからの１回のパケット送信で確実にデータを収集することは困難です。そこで、ゲートウェイユニットからセンサユニットに対してきめ細やかな再送制御を行なうことで、最終的なデータロスを防止します。