令和5年度 春期 応用情報技術者試験 午後問題 問7 位置通知タグの消費電流計算とタイマー設計

問7 位置通知タグの設計に関する次の記述を読んで，設問に答えよ。

E社は，GPSを使用した位置情報システムを開発している。今回，超小型の位置通知タグ（以下，PRTという）を開発することになった。
PRTは，ペンダント，ブレスレット，バッジなどに加工して，子供，老人などに持たせたり，ペット，荷物などに取り付けたりすることができる。利用者はスマートフォン又はPC（以下，端末という）を用いて，PRTの現在及び過去の位置を地図上で確認することができる。
PRTの通信には，通信事業者が提供するIoT用の低消費電力な無線通信回線を使用する。また，PRTは本体内に小型の電池を内蔵しており，ワイヤレス充電が可能である。長時間の使用が要求されるので，必要な時間に必要な構成要素にだけ電力を供給する電源制御を行っている。

〔位置情報システムの構成〕

PRTを用いた位置情報システムの構成を図1に示す。

端末がPRTに位置情報を問い合わせたときの通信手順を次に示す。

1. 端末は，PRTの最新の位置を取得するための位置通知要求をサーバに送信する。サーバは端末からの位置通知要求を受信すると，通信事業者を介して，PRTと通信可能な基地局に位置通知要求を送信する。
2. PRTは電源投入後，基地局から現在時刻を取得するとともに，サーバからの要求を確認する時刻（以下，要求確認時刻という）を受信する。以降の要求確認時刻はサーバから受信した要求確認時刻から 40 秒間隔にスケジューリングされる。PRTは要求確認時刻になると，基地局からの情報を受信する。
3. 基地局は要求確認時刻になると，PRTへの位置通知要求があればそれを送信する。
4. PRTは基地局からの情報に位置通知要求が含まれているかを確認する処理（以下，確認処理という）を行い，位置通知要求が含まれていると，基地局，通信事業者を介して，PRTの最新の位置情報をサーバに送信する。
5. サーバはPRTから位置情報を受信し，管理する。サーバは端末と通信し，PRTの最新の位置情報，指定された時刻の位置情報を地図情報とともに端末に送信する。端末は，受信した位置情報及び地図情報を基に，PRTの位置を地図上に表示する。

〔PRTのハードウェア構成〕

PRTのハードウェア構成を図2に，PRTの構成要素を表1に示す。

〔PRTの動作仕様〕

• 40 秒ごとに確認処理を行い，基地局から受信した情報に位置通知要求が含まれている場合，測位中でなければ，測位を開始する。測位の完了後，PRTの位置を取得したら位置情報を作成する（以下，測位の開始から位置情報の作成までを測位処理という）。測位処理完了後，位置情報をサーバに送信する。また，測位の完了後，PRTの位置取得に失敗したときは，失敗したことをサーバに送信する。
• 120 秒ごとに測位処理を行う。失敗しても再試行しない。
• 600 秒ごとに未送信の位置情報をサーバに送信する（以下，データ送信処理という）。

〔使用可能時間〕

電池を満充電後，PRTが機能しなくなるまでの時間を使用可能時間という。その間に放電する電気量を電池の放電可能容量といい，単位はミリアンペア時（mAh）である。PRTは放電可能容量が 200 mAhの電池を内蔵している。

使用可能時間，放電可能容量，PRTの平均消費電流の関係は，次の式のとおりである。

$$使用可能時間 = 放電可能容量 \div PRTの平均消費電流$$

PRTが基地局と常に通信が可能で，測位が可能であり，基地局から受信した情報に位置通知要求が含まれていない状態における各処理の消費電流を表 2 に示す。表 2 の状態が継続した場合の使用可能時間は a 時間である。

なお，PRTはメモリのデータの保持などで，表 2 の処理以外に 0.01 mAの電流が常に消費される。

〔制御部のソフトウェア〕

最初の設計ではタイマーを二つ用いた。初期化処理で，120秒ごとに通知を出力する測位用タイマーを設定し，初期化処理完了後，サーバからの要求確認時刻を受信すると，40秒ごとに通知を出力する通信用タイマーを設定した。しかし，この設計では不具合が発生することがあった。

不具合を回避するために，タイマーを複数用いず，要求確認時刻を用いて40秒ごとに通知を出力するタイマーだけを設定した。このタイマーを用いて，図3に示すタイマー通知時のシーケンス図に従った処理を実行するようにした。