JP2012257016A - Radio system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マルチホップ無線通信を行う無線システムに関する。 The present invention relates to a wireless system that performs multi-hop wireless communication.
現在、複数の無線端末によってネットワークを構成し、隣接した無線端末間でパケットを中継することによって、直接電波の届かない無線端末同士間での通信を実現するマルチホップ無線ネットワーク方式が提案されている。このようなマルチホップ無線ネットワーク方式を採用したセンサネットワークシステム(無線システム)が例えば特許文献1に開示されている。
Currently, a multi-hop wireless network method has been proposed in which a network is formed by a plurality of wireless terminals, and packets are relayed between adjacent wireless terminals, thereby enabling communication between wireless terminals that do not receive direct radio waves. . A sensor network system (wireless system) employing such a multi-hop wireless network system is disclosed in, for example,
この特許文献1に記載の従来例は、基幹装置と、複数の無線装置とを備える。基幹装置は、例えば無線通信機能を有するコンピュータであって、センサネットワークシステムの経路の確立、制御や、各々の無線装置から報告されるセンサ情報を管理する。基幹装置は、複数の無線装置との間における通信に先立って、無線装置の無線ネットワークへの参加処理を実行し、経路を形成する。この経路は、基幹装置を根元として、ツリー状に階層関係が構成される。
The conventional example described in
各無線装置は、それぞれが有するセンサ機能によって様々なセンサ情報を取得し、基幹装置に報告する。このような報告処理に先立って、無線装置は、まずセンサネットワークに参加するために参加処理を実行する。参加処理において、無線装置は、親子関係を形成すべき他の無線装置を選択する。このとき、他の無線装置ではなく、基幹装置を選択してもよい。この選択は、基幹装置との間に存在する他の無線装置の数が最小になるように実施される。 Each wireless device acquires various sensor information according to the sensor function of each wireless device, and reports to the backbone device. Prior to such a reporting process, the wireless device first executes a joining process to join the sensor network. In the participation process, the wireless device selects another wireless device that should form a parent-child relationship. At this time, the backbone device may be selected instead of another wireless device. This selection is performed so that the number of other wireless devices existing with the backbone device is minimized.
そして、この従来例においては、ネットワークを構成する無線装置ごとに固有の送信タイミングを規定することによって、中継処理時における無線パケットの衝突を回避している。 And in this prior art example, the collision of radio packets at the time of relay processing is avoided by defining a specific transmission timing for each radio device constituting the network.
ところで、上記従来例のような無線システムでは、最も下位(基幹装置から最も離れた位置)の無線装置は、他の無線装置からの無線パケットの中継を行わずに、センサ情報(計測データ)の取得のみを行わせる、すなわち計測端末として用いる場合がある。そして、このような計測端末では、所望の計測箇所に端末を持ち運ぶことを容易にするために、外部電源から動作電力の供給を受けずに、自身が備える電池を動作電源とするのが一般的である。このため、このような計測端末では、電池の消耗を抑えて長時間使用できるように、計測データを所定の間隔で送信し、送信後には次回の送信時まで通信機能を停止させる、すなわちスリープ状態に移行するものが一般的である。 By the way, in the wireless system as in the above-described conventional example, the wireless device at the lowest level (position farthest from the backbone device) does not relay the wireless packet from the other wireless device, and does not relay the sensor information (measurement data). There is a case where only acquisition is performed, that is, a measurement terminal is used. And in such a measurement terminal, in order to make it easy to carry the terminal to a desired measurement location, it is common to use a battery provided for itself as an operating power supply without receiving an operating power supply from an external power supply. It is. For this reason, in such a measurement terminal, measurement data is transmitted at a predetermined interval so that it can be used for a long time with reduced battery consumption, and after transmission, the communication function is stopped until the next transmission, that is, in the sleep state Those that move to are common.
しかしながら、上記の場合では、計測端末から送信された計測データを送信する際に、外部からのノイズや無線信号同士の衝突等によって通信途中で計測データが喪失する虞がある。このように計測データが喪失した場合、当該計測データを送信した計測端末はスリープ状態に移行しているために当該計測データの再送処理を行うことができない。したがって、喪失した計測データを基幹装置で収集することができなくなるという問題があった。 However, in the above case, when measuring data transmitted from the measuring terminal is transmitted, there is a risk that the measured data may be lost during communication due to external noise or collision between radio signals. When the measurement data is lost in this way, the measurement terminal that has transmitted the measurement data is in the sleep state and cannot perform the retransmission process of the measurement data. Therefore, there is a problem that the lost measurement data cannot be collected by the backbone device.
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、計測端末で計測された計測データを通信途中で喪失することなく収集することのできる無線システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a wireless system capable of collecting measurement data measured by a measurement terminal without being lost during communication.
本発明の無線システムは、所定の物理量を計測して計測値を含む計測データを無線送信し、前記計測データを送信すると次に前記計測データを送信するまでの間少なくとも通信機能を停止する1乃至複数の計測端末と、前記計測端末の前記計測データを収集する主装置と、前記計測端末と前記主装置との間に介在して前記計測データを中継する1乃至複数の中継装置とで無線ネットワークを構成し、前記中継装置は、自身との間で接続を確立している前記計測端末から送信される前記計測データを記憶する記憶部を備え、前記計測データには、前記計測端末が当該計測データを計測した時刻に基づく時間情報が含まれ、前記記憶部は、揮発性メモリと不揮発性メモリとから成り、同じデータを双方のメモリに記憶することを特徴とする。 The wireless system of the present invention measures a predetermined physical quantity and wirelessly transmits measurement data including a measured value. When the measurement data is transmitted, at least the communication function is stopped until the next measurement data is transmitted. A wireless network including a plurality of measurement terminals, a main device that collects the measurement data of the measurement terminal, and one or more relay devices that are interposed between the measurement terminal and the main device and relay the measurement data The relay device includes a storage unit that stores the measurement data transmitted from the measurement terminal that has established a connection with itself, and the measurement terminal includes the measurement data in the measurement data. Time information based on the time at which data is measured is included, and the storage unit includes a volatile memory and a nonvolatile memory, and stores the same data in both memories.
この無線システムにおいて、前記中継装置は、前記計測端末と互いに無線信号を送受信し、前記計測端末及び前記中継装置は、それぞれ受信する無線信号の電界強度を測定する電界強度測定部を備え、送信元の前記計測端末又は前記中継装置に対して測定した電界強度の情報を含む無線信号を返信することが好ましい。 In this radio system, the relay device transmits and receives radio signals to and from the measurement terminal, and the measurement terminal and the relay device each include an electric field strength measurement unit that measures the electric field strength of the received radio signal. It is preferable that a wireless signal including information on the measured electric field strength is returned to the measurement terminal or the relay device.
この無線システムにおいて、前記中継装置は、自身との間で接続を確立し且つ自身よりも前記主装置に近い他の中継装置に対して前記記憶部に記憶された複数回分の前記計測データを含むデータ群を一括して送信することが好ましい。 In this wireless system, the relay device includes a plurality of measurement data stored in the storage unit with respect to another relay device that establishes a connection with itself and is closer to the main device than itself. It is preferable to transmit the data group in a batch.
この無線システムにおいて、前記計測データは、通信プロトコルで許容し得る最大パケットサイズのパケットで送信することが好ましい。 In this wireless system, it is preferable that the measurement data is transmitted in a packet having a maximum packet size that can be allowed by a communication protocol.
本発明は、計測端末で計測された計測データを通信途中で喪失することなく収集することができるという効果を奏する。 The present invention has an effect that measurement data measured by a measurement terminal can be collected without being lost during communication.
以下、本発明に係る無線システムの実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態は、図1(a)に示すように、複数(図示では3つ)の計測端末1と、主装置2と、複数(図示では4つ)の中継装置3とを備え、これら計測端末1、主装置2、中継装置3(以下、まとめて「無線機」と呼ぶ)で無線ネットワークを構成している。なお、以下の説明では、複数の計測端末1を区別するために、必要に応じて計測端末1を符号1A〜1Cで表し、複数の中継装置3を区別するために、必要に応じて中継装置3を符号3A〜3Dで表すものとする。
Embodiments of a wireless system according to the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. 1A, the present embodiment includes a plurality (three in the figure) of
計測端末1は、図2(a)に示すように、温度計や電力計、ガスメータ等の所定の物理量(温度や消費電力、流量)を計測する計測部10と、無線信号の送受信を行う無線送受信部11と、各部を制御する制御部12と、駆動用電源である電池13とを備える。また、計測端末1は、無線送受信部11で受信する無線信号の電界強度を測定する電界強度測定部14を備える。
As shown in FIG. 2A, the
無線送受信部11は、アンテナ(図示せず)を介して無線信号を送信する送信回路部(図示せず)と、アンテナを介して無線信号を受信する受信回路部(図示せず)とを具備する。なお、このような無線送受信部11の構成は従来周知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
The radio transmission /
制御部12は、例えばマイコン(マイクロコンピュータ)から成り、メモリに格納されたプログラムを実行することにより各種の機能を実現する。制御部12は、一定の間隔で計測部10に計測処理を実行させ、計測された計測値を含む計測データを取得する。そして、制御部12は、当該計測データを含む無線信号を無線送受信部11から自身との間で接続を確立している(通信経路に設定されている)中継装置3に向けて送信させる。
The
ここで、計測端末1は、所望の計測箇所に端末を持ち運ぶことを容易にするために、外部電源から動作電力の供給を受けずに、自身に備え付けの電池13から動作電力を得るようになっている。また、制御部12は、計測データを送信すると、次回の計測データを送信するまでの間は動作を停止するスリープ状態に無線送受信部11を移行させるようになっている。これにより、無線送受信部11での消費電力を低減し、電池13の消耗を抑えて長時間使用できるようにしている。
Here, in order to make it easy to carry the terminal to a desired measurement location, the
なお、本実施形態では、各無線機にそれぞれ固有のアドレス(MACアドレス及びネットワークアドレス)が設定され、当該MACアドレス及びネットワークアドレスによって無線信号の送信先及び送信元を特定可能としている。このため、制御部12のメモリには各無線機のMACアドレス及びネットワークアドレスが記憶される。
In this embodiment, each wireless device has a unique address (MAC address and network address), and the transmission destination and transmission source of the wireless signal can be specified by the MAC address and network address. For this reason, the MAC address and network address of each wireless device are stored in the memory of the
電界強度測定部14は、自身との間で接続を確立している中継装置3と、自身との間の通信経路において受信した無線信号の電界強度を測定する測定回路(図示せず)を有する。なお、本実施形態では、電界強度の指標として、LQI(Link Quality Indication:通信リンク品質指数)値を用いる。制御部12は、この電界強度測定部14で測定されたLQI値に基づいて中継装置3との間の接続状況を判定する。例えば、LQI値が零若しくは零に近い値となれば、制御部12は、自身との間で接続を確立していた中継装置3との接続から離脱したと判定する。
The electric field
主装置2は、図2(b)に示すように、無線信号の送受信を行う無線送受信部20と、各計測端末1からの計測データを収集して記憶する収集部21とを備える。また、主装置2は、上位ネットワークを介して管理サーバ(図示せず)との間で通信を行う通信部22と、各部を制御する制御部23とを備える。
As shown in FIG. 2B, the
無線送受信部20は、計測端末1の無線送受信部10と同様の構成である。収集部21は、例えば書き換え可能な不揮発性メモリ(例えばフラッシュメモリ)から成り、各計測端末1からの複数回分の計測データを計測端末1毎に記憶することで収集する。
The wireless transmission /
通信部22は、例えば有線LANアダプタや無線LANアダプタ等から成り、上位ネットワークとの間で有線又は無線で通信を行う。したがって、例えば収集部21で収集された各計測端末1の計測データを上位ネットワークを介して管理サーバに送信することができる。管理サーバでは、他の主装置2も含めて全ての計測端末1を一括管理することができる。
The
制御部23は、例えばマイコン(マイクロコンピュータ)から成り、メモリに格納されたプログラムを実行することで各種機能を実現する。制御部23は、各中継装置3から送信される無線信号を無線送受信部20で受信すると、当該無線信号に含まれる計測データを収集部21に計測端末1毎に記憶させる。なお、制御部23のメモリには、計測端末1と同様に各無線機のMACアドレス及びネットワークアドレスが記憶される。
The
中継装置3は、計測端末1と主装置2との間に介在して計測データを中継するものであって、図2(c)に示すように、無線信号の送受信を行う無線送受信部30と、計測データを記憶する記憶部31と、各部を制御する制御部32とを備える。また、中継装置3は、無線送受信部30で受信する無線信号の電界強度を測定する電界強度測定部33を備える。
The
無線送受信部30は、計測端末1及び主装置2の無線送受信部11,20と同様の構成である。記憶部31は、例えば書き換え可能な揮発性メモリ(例えばDRAM)と、書き換え可能な不揮発性メモリ(例えばフラッシュメモリ)とから成り、自身との間で接続を確立している計測端末1から送信される計測データを記憶する。記憶部31には、各計測端末1の最新の計測データのみならず、過去に受信した複数回分の計測データも記憶される。また、これら計測データは、記憶部31を構成する揮発性メモリと不揮発性メモリとの双方に記憶される。
The wireless transmission / reception unit 30 has the same configuration as the wireless transmission /
制御部32は、例えばマイコン(マイクロコンピュータ)から成り、メモリに格納されたプログラムを実行することで各種機能を実現する。制御部32は、自身との間で接続を確立している計測端末1から送信される無線信号を無線送受信部30で受信すると、当該無線信号に含まれる計測データを記憶部31に計測端末1毎に記憶させる。なお、制御部32のメモリには、計測端末1及び主装置2と同様に各無線機のMACアドレス及びネットワークアドレスが記憶される。また、制御部32は、記憶部31に蓄積された各計測端末1の複数回分の計測データを含むデータ群を、送信先を上位(すなわち、自身との間で接続を確立し且つ自身よりも主装置2に近い側)の中継装置3として、無線送受信部30から一括して送信させる。なお、計測データを一括して送信するタイミングとしては、例えば各中継装置3において各計測端末1の計測データを所定回数受信した時点であってもよいし、単に所定時間毎であってもよい。
The
電界強度測定部33は、計測端末1の電界強度測定部14と同様の測定回路(図示せず)を有し、自身との間で接続を確立している計測端末1から送信される無線信号の電界強度を測定する。制御部32は、この電界強度測定部33で測定されたLQI値に基づいて計測端末1との間の接続状況を判定する。例えば、LQI値が零若しくは零に近い値となれば、制御部32は、自身との間で接続を確立していた計測端末1が接続から離脱したと判定する。
The electric field
本実施形態では、図1(a)の破線で示す通信経路にしたがって、既に各無線機の間で無線ネットワークが自動的に構成されているものとする。なお、無線ネットワークを自動的に構成する技術は従来周知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。 In the present embodiment, it is assumed that a wireless network has already been automatically configured between the wireless devices according to the communication path indicated by the broken line in FIG. Since the technology for automatically configuring a wireless network is well known in the art, detailed description thereof is omitted here.
本実施形態では、中継装置3Cは、計測端末1Aとの間で接続を確立しており、計測端末1Aの計測データを記憶する。中継装置3Dは、計測端末1B,1Cとの間でそれぞれ接続を確立しており、計測端末1B,1Cの計測データを記憶する。中継装置3Bは、中継装置3C,3Dとの間でそれぞれ接続を確立しており、中継装置3C,3D各々に蓄積された各計測端末1の計測データを記憶する。中継装置3Aは、中継装置3B及び主装置2との間で接続を確立しており、中継装置3Bに蓄積された各計測端末1の計測データを記憶し、また、当該計測データを主装置2に中継する。なお、本実施形態では、通信経路には設定されていないが、中継装置3Bも主装置2との間で無線通信が可能である。
In the present embodiment, the
以下、本実施形態の動作について図面を用いて説明する。図1(a)に示すように、中継装置3Cとの間で接続を確立している計測端末1Aは、自身で計測した計測データを含む無線信号を定期的に中継装置3Cに対して送信する。中継装置3Cでは、当該無線信号を受信すると、当該無線信号に含まれる計測データを記憶部31に記憶させるとともに、計測データを受信した旨を知らせる確認信号(ACK)を計測端末1Aに返信する。このとき、当該確認信号には、電界強度測定部33で測定されたLQI値が含まれる。計測端末1Aでは、当該確認信号を受信することで、中継装置3Cが計測データを受信したことを確認することができ、また、中継装置3Cとの間の接続状況を判定することができる。
Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1A, the
また、中継装置3Dとの間で接続を確立している計測端末1B,1Cは、計測端末1Aと同様に、中継装置3Dに対して定期的に計測データを含む無線信号を送信する。そして、中継装置3Dは、各計測端末1B,1Cからの無線信号に含まれる計測データを記憶部31に記憶させるとともに、確認信号を計測端末1B,1Cに返信する。計測端末1B,1Cでは、当該確認信号を受信することで、中継装置3Dが計測データを受信したことを確認することができ、また、中継装置3Dとの間の接続状況を判定することができる。上記の動作を繰り返すことで、各中継装置3C,3Dには、各計測端末1A〜1Cの計測データが蓄積される。
In addition, the
ここで、各中継装置3の記憶部31に記憶される計測データには、当該計測データの取得時刻を示すタイムスタンプ(時間情報)が含まれる。タイムスタンプは、例えば各中継装置3自身が計時する基準時刻と、各計測端末1から送信される無線信号を受信した時刻との差分、すなわち受信時刻からの経過時間として記憶される。この場合、各計測端末1は、計測データに時間情報を含めて各中継装置3に送信する必要がないので、各計測端末1の送信負荷が増大することがない。
Here, the measurement data stored in the
中継装置3C,3Dは、それぞれ自身に蓄積された複数回分の計測データを含むデータ群を定期的に上位の中継装置3Bに対して一括して送信する。中継装置3Bでは、各中継装置3C,3Dからの無線信号に含まれる複数回分の計測データを記憶部31に記憶させる。したがって、中継装置3Bの記憶部31には、全ての計測端末1の複数回分の計測データが一括して記憶されることになる。このとき、中継装置3Bは、確認信号を各中継装置3C,3Dに対して返信してもよい。
The
また、中継装置3Bは、自身に蓄積された全ての計測端末1の複数回分の計測データを含むデータ群を定期的に上位の中継装置3Aに対して一括して送信する。これにより、中継装置3Aの記憶部31にも、全ての計測端末1の複数回分の計測データが一括して記憶される。したがって、中継装置3Aが、自身に蓄積された全ての計測端末1の複数回分の計測データを含むデータ群を定期的に主装置2に対して一括して送信すれば、主装置2では、全ての計測端末1の複数回分の計測データを収集することができる。もちろん、中継装置3Aから定期的に計測データを送信するのではなく、主装置2が計測データの送信を要求する要求信号を中継装置3Aに対して送信し、その返信として中継装置3Aが全ての計測端末1の複数回分の計測データを主装置2に送信する方法であってもよい。
Further, the
ここで、図1(b)に示すように、中継装置3Aが故障したと仮定すると、主装置2は、無線通信が可能である中継装置3Bとの間で接続を確立することが考えられる。この場合に、従来であれば主装置2と中継装置3Bとの間で接続を確立した後に、改めて各計測端末1の計測データを収集すべく中継装置3C,3Dに対して計測データの送信を要求しなければならず、計測データの収集効率が悪い。これに対して、本実施形態では、中継装置3Bの記憶部31に全ての計測端末1の複数回分の計測データが既に一括して記憶されているので、主装置2は、当該計測データの送信を要求するだけで全ての計測端末1の複数回分の計測データを収集することができる。したがって、本実施形態では、従来と比べて計測データの収集効率を向上させることができる。
Here, as shown in FIG. 1B, assuming that the
なお、本実施形態では、主装置2と中継装置3Bとの間で無線通信が可能である場合を想定している。しかしながら、無線通信が不可能な場合であっても、中継装置3Aを復旧させる又は新しい中継装置3と交換した際に、主装置2は中継装置3Bから全ての計測端末1の複数回分の計測データを一括して収集することができ、やはり計測データの収集効率は向上する。
In the present embodiment, it is assumed that wireless communication is possible between the
上述のように、本実施形態では、各計測端末1の計測データ、及び計測データを計測した時刻に基づくタイムスタンプ(時間情報)を各中継装置3の記憶部31に記憶している。したがって、主装置2が各計測端末1の計測データを収集する際に、仮に外部のノイズ等によって通信途中で計測データが喪失した場合でも、再度中継装置3に計測データを送信させることで、主装置2において計測データを収集することができる。また、計測データには、計測端末1が計測した時刻に基づくタイムスタンプ(時間情報)が含まれている。このため、仮に計測データを通信途中で喪失した場合でも、主装置2は喪失した計測データを再取得した際に、計測データに含まれるタイムスタンプに基づいて計測データを時系列に沿って並び替えることができる。すなわち、主装置2では、計測データの取得順に依らず計測データを時系列に沿って収集することができる。
As described above, in the present embodiment, the measurement data of each
更に、本実施形態では、各中継装置3の記憶部31が揮発性メモリと不揮発性メモリとから成り、双方のメモリに各計測端末1の同じ計測データを記憶させるようにしている。したがって、仮に停電や瞬時停電などが起こって各中継装置3に対する電力の供給が停止した場合でも、不揮発性メモリに記憶された計測データは消えないため、各計測端末1の計測データを損なうことがない。
Furthermore, in this embodiment, the memory |
また、本実施形態の各計測端末1及び各中継装置3は、それぞれ受信する無線信号の電界強度を測定する電界強度測定部14,33を備えている。そして、各計測端末1及び各中継装置3は、送信元の計測端末1又は中継装置3に対して測定した電界強度の情報(LQI値)を含む無線信号を返信するようになっている。このため、各計測端末1及び各中継装置3では、自身との間で接続を確立している計測端末1又は中継装置3との接続状況を把握することができる。
In addition, each
また、本実施形態では、各中継装置3は、上位の中継装置3に対して記憶部31に記憶された複数回分の計測データを含むデータ群を一括して送信するようになっている。このため、上位の中継装置3の記憶部31には、自身よりも下位(主装置2から遠い側)に存在する全ての計測端末1の複数回分の計測データを一括して記憶させることができる。したがって、何れかの中継装置3が故障等して通信が途絶えたとしても、主装置2は上位の何れかの中継装置3に対して計測データの送信を要求することで各計測端末1の複数回分の計測データを一括して収集することができ、計測データの収集効率を向上させることができる。
Moreover, in this embodiment, each
ところで、上記のように中継装置3が上位の中継装置3に対して複数回分の計測データを一括して送信する場合に、その計測データを含むデータ群のサイズが大きければ、計測データを複数に分割して送信する必要がある。このため、計測データを全て送信するまでに時間を要し、当該期間では他の中継装置3や計測端末1との間で無線通信を行うことができないという問題が生じ得る。
By the way, when the
そこで、計測データは、通信プロトコルで許容し得る最大パケットサイズのパケットで送信するのが望ましい。この場合、1回の通信で送信可能なデータ量を大きくすることができるので、計測データを全て送信するまでに要する時間を短くすることができる。したがって、他の中継装置3や計測端末1との間で無線通信を行うことができない期間を短くすることができる。また、計測データを送信する際の送信回数が少なくて済むことから、通信エラーが発生する確率も低減することができる。
Therefore, it is desirable to transmit the measurement data in a packet having a maximum packet size that can be allowed by the communication protocol. In this case, since the amount of data that can be transmitted in one communication can be increased, the time required until all measurement data is transmitted can be shortened. Therefore, it is possible to shorten a period during which wireless communication cannot be performed with another
1(1A〜1C) 計測端末
14 電界強度測定部
2 主装置
3(3A〜3D) 中継装置
31 記憶部
33 電界強度測定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 (1A-1C) Measuring
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