「ウェイクアップ無線インタフェース」

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研究代表者:
山田 一郎 (東京大学大学院新領域創成科学研究科 教授)
研究課題:
生体・環境情報処理基盤の開発とメタボリック症候群対策への応用

技術解説

  無線通信は、センサノード全体の電力消費の30%から50%を占めるため、センサの高寿命化には無線通信プロトコルの良し悪しが大きな影響を与える。本テーマでは、受信した電磁波エネルギーからでもマイクロコントローラを駆動できることに着目し、待受け電力を必要とせずにデバイスをウェイクアップさせる機構を開発する。
  まず、受信待機電力の削減を実現するために、ゼロ受信待機電力無線システムについて、ウェイクアップモジュールとデータ通信モジュールの2つの無線モジュールを組み合わせた無線インタフェースを検討した。受信側のウェイクアップモジュールは送信側のウェイクアップモジュールから送られてきた電磁波エネルギーを利用して駆動するため、無電源で動作する。一方、データ通信モジュールは電源を持っているが、通常はスリープ状態にある。ウェイクアップモジュールがウェイクパケットを受け取るとデータ通信モジュールを起こし、送信側と受信側のデータ通信モジュール間で実際のサービスの通信が開始される。このような仕組みにより、無線通信システム全体の受信待機電力を限りなくゼロに近づけることができる。
  次に、ウェイクアップモジュールの回路構成について検討を行った。ウェイクアップモジュールは、(1) 整流・昇圧回路、(2) 復調回路、(3) ウェイクアップ判定回路、(4) 送信回路から構成される。整流・昇圧回路は、送信機より送られた電波を直流に変換し、昇圧するための回路であり、この出力を用いて復調回路とウェイクアップ判定回路を駆動する。送信機より送られたウェイクアップパケットは、復調回路により復調され、そのデータはウェイクアップ判定回路へと入力される。ウェイクアップ判定回路は、ウェイクアップパケットに埋め込まれた条件(センサの種類や値などを想定)に応じてデータ通信モジュールを起動するかどうかを判定する回路である。
  以上の検討をふまえ、ウェイクアップパケットに950MHz帯を用いた場合の実現可能性の検証を行った。ウェイクパケットの送信電力を10mWとし、ウェイクアップ判定回路に3V(電源電圧)、32kHz(クロック周波数)において24μWで駆動可能な超低消費電力マイクロコントローラを用いた場合に、BANにおける想定距離である約1m離れた距離からでもウェイクアップさせることができる見通しを得た。

概要図

ウェイクアップ無線インタフェース技術の概要

ウェイクアップ無線インタフェース技術の概要

論文等

  1. T. Takiguchi, S. Saruwatari, T. Morito, S. Ishida, M. Minami, and M. Morikawa, " A Novel Wireless Wake-up Mechanism for Energy-efficient Ubiquitous Networks," In Proceedings of the 1st International Workshop on Green Communications (GreenComm'09), Dresden, Germany, June 2009.

関連特許

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