この問題は、IoTセンサーノードの間欠動作における平均消費電流を抑えるための待機時間を求めるものです。平均電流は、動作時と待機時の電流値およびそれぞれの時間の重み付き平均で計算されます。
令和7年度 春期 高度試験共通 午前I 問7
IoT システムにおいて、センサーの値をゲートウェイに送信するセンサーノードの消費電流を抑えるため、図のような間欠動作を考える。センサーノードの動作時間は10ミリ秒で、その間は平均して10mA の電流が流れる。待機中は常に0.1µAの電流が流れる。間欠動作の平均電流を 1µA 以下にするための待機時間として、最も短いものはどれか。ここで,平均電流の値を求める時間は十分に長いものとする。

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まず、平均電流の計算式を考えます。
平均電流 = (動作時電流 × 動作時間 + 待機時電流 × 待機時間) / (動作時間 + 待機時間)
ここで、問題文より動作時電流は10mA (10 × 10^-3 A)、動作時間は10ms (10 × 10^-3 s)、待機時電流は0.1µA (0.1 × 10^-6 A) です。平均電流を1µA (1 × 10^-6 A) 以下にしたいので、待機時間をT (秒) とおくと、以下の不等式が成り立ちます。
補足Layer 3展開閉じる
(10 × 10^-3 A × 10 × 10^-3 s + 0.1 × 10^-6 A × T) / (10 × 10^-3 s + T) <= 1 × 10^-6 A
この不等式を解くことで、待機時間Tの最小値が求められます。
(100 × 10^-6 + 0.1 × 10^-6 × T) / (0.01 + T) <= 1 × 10^-6
100 × 10^-6 + 0.1 × 10^-6 × T <= 1 × 10^-6 × (0.01 + T)
100 × 10^-6 + 0.1 × 10^-6 × T <= 0.01 × 10^-6 + 1 × 10^-6 × T
99 × 10^-6 <= (1 - 0.1) × 10^-6 × T
99 × 10^-6 <= 0.9 × 10^-6 × T
T >= 99 / 0.9 = 110秒
したがって、待機時間Tは110秒以上である必要があります。選択肢の中でこれ以上となる最も短い時間は111.1秒です。
アの1.1秒は110秒に満たないため、平均電流は1µAを超えてしまいます。イの11.1秒も同様に短すぎます。エの1111.1秒は条件を満たしますが、最も短いものではありません。
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