CN102362541B

CN102362541B - 无线通信系统以及母节点搜索方法

Info

Publication number: CN102362541B
Application number: CN201080012981.1A
Authority: CN
Inventors: 田中雅人; 田边树; 上田邦良; 郑立
Original assignee: Azbil Corp
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2010-03-15
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2030-03-15
Also published as: JP5379529B2; JP2010226584A; US20120020237A1; WO2010110114A1; US8638691B2; CN102362541A

Abstract

本发明能够降低子节点的电池寿命预想不到地变短的概率。母节点1具备：接收从子节点2发送来的母节点搜索信号的信号接收部10；对表示与发送了母节点搜索信号的子节点2之间的无线连接的强度的指标即RSSI进行测量的RSSI测量部11；在待机了与无线连接的强度相应的等待回复时间以后，向母节点搜索信号的发送源的子节点2回复响应信号的等待回复时间待机处理部13；和信号发送部14。子节点2具备：发送母节点搜索信号的信号发送部20；接收响应信号的信号接收部21；根据从发送了母节点搜索信号后至接收到响应信号为止的等待时间，选定与自身节点稳定通信的母节点1的母节点选定部22。

Description

无线通信系统以及母节点搜索方法

技术领域

本发明涉及由作为上位的通信设备的母节点和作为下位的通信设备的子节点构成的无线通信系统，特别涉及选定与子节点稳定地通信的母节点的技术。

背景技术

在流量计、温湿度计等传感器设备中，为了通过节省布线来降低成本或从远程进行监测和控制，有时利用使用了电波的无线通信功能来代替现有的有线连接(例如参照专利文献1)。图8是表示利用了这种无线通信功能的现有的无线测量系统的构成的框图。无线测量系统一般由作为中继节点、网关节点等母节点的信息处理设备101和作为末端的叶节点(子节点)的无线通信设备102构成。从无线通信设备102无线发送的数据通过信息处理设备101被保存在数据库103。

无线通信设备102是位于网络的末端的节点，其进行通信的次数也少于信息处理设备101。因此，耗电量也小于信息处理设备101是其优点。另外，对于无线测量设备，期望在去掉信号线的同时也去掉供电线。因此，无线通信设备102在很多情况下被构成为利用电池来作为电源。图9是表示无线通信设备102的具体例的图。在图9中，在(A)的例子中，传感器104和电池式无线通信设备102a相互独立。在(B)的例子中，无线通信设备成为在内部设置有传感器的传感器一体型电池式无线通信设备102b。这样，无线通信设备102在很多情况下利用电池来作为电源。因此，限制了能够动作的时间。

专利文献1：日本特开2008-148032号公报

在专利文献1所示的系统中，在母节点的候补存在多个的情况下，若从叶节点发送了寻找可通信的母节点的搜索信号，则根据该搜索信号，各母节点返回响应。叶节点选择响应快的母节点来建立稳定通信的关系。另外，叶节点在无法与母节点直接连接的情况下，不会解除与母节点的稳定通信关系，而是通过经由其他节点的迂回路径来继续进行与母节点之间的通信。

在专利文献1所示的系统中，由于选择响应快的母节点作为叶节点的连接目的地，所以叶节点的动作时间也会变短，结果也应该对叶节点的电池寿命有利。但是，在实际的领域中，存在着会发生叶节点的电池寿命预想不到地变短的情况之类的问题。也就是说，如专利文献1所示的系统那样考虑响应的速度来选定母节点的方法被认为是不充分的。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种无线通信系统以及母节点搜索方法，能够在子节点选定母节点的情况下，降低子节点的电池寿命预想不到地变短的概率。

本发明的无线通信系统的特征在于，具有作为上位的通信设备的母节点、和作为下位的通信设备的子节点，上述母节点具备：母节点搜索信号接收单元，其接收从上述子节点发送来的母节点搜索信号；测量单元，在接收到上述母节点搜索信号时，该测量单元测量与发送了该母节点搜索信号的子节点之间的无线连接的强度；和回复单元，在待机了与上述无线连接的强度相对应的等待回复时间之后，该回复单元向上述母节点搜索信号的发送源的子节点回复响应信号，上述子节点具备：发送单元，其发送上述母节点搜索信号；响应信号接收单元，其接收上述响应信号；和母节点选定单元，其根据从发送了上述母节点搜索信号后至接收到上述响应信号为止的等待时间，选定与自身节点稳定通信的母节点。

另外，在本发明的无线通信系统的1构成例中，其特征在于，上述母节点还具备等待回复时间决定单元，该等待回复时间决定单元根据上述无线连接的强度来决定上述等待回复时间。以使得上述无线连接越强则上述等待回复时间越短、上述无线连接越弱则上述等待回复时间越长，上述子节点的母节点选定单元选定最快回复上述响应信号的母节点。

另外，在本发明的无线通信系统的1构成例中，其特征在于，在上述无线连接的强度在阈值以上的情况下，上述母节点的回复单元使上述等待回复时间为最小，并向上述母节点搜索信号的发送源的子节点回复响应信号，在上述无线连接弱于上述阈值的情况下，上述母节点的回复单元不回复上述响应信号而结束处理，上述子节点的母节点选定单元选定最快回复上述响应信号的母节点。

另外，在本发明的无线通信系统的1构成例中，上述阈值是规定值。

另外，在本发明的无线通信系统的1构成例中，其特征在于，上述子节点的发送单元将上述阈值与上述母节点搜索信号一起发送到上述母节点，上述子节点还具备阈值变更单元，当发送了上述母节点搜索信号以后没有接收到来自上述母节点的响应信号时，该阈值变更单元将上述阈值变更成小于当前值的值，并使上述发送单元执行上述母节点搜索信号和变更后的阈值的再次发送。

另外，在本发明的无线通信系统的1构成例中，其特征在于，上述测量单元测量出RSSI作为表示上述无线连接的强度的指标。

本发明的母节点搜索方法的特征在于，包括：发送步骤，作为下位的通信设备的子节点发送母节点搜索信号；母节点搜索信号接收步骤，作为上位的通信设备的母节点接收从上述子节点发送来的母节点搜索信号；测量步骤，上述母节点在接收到上述母节点搜索信号时，测量与发送了该母节点搜索信号的子节点之间的无线连接的强度；回复步骤，上述母节点在待机了与上述无线连接的强度相对应的等待回复时间以后，向上述母节点搜索信号的发送源的子节点回复响应信号；响应信号接收步骤，上述子节点接收上述响应信号；和母节点选定步骤，上述子节点根据从发送了上述母节点搜索信号后至接收到上述响应信号为止的等待时间，选定与自身节点稳定通信的母节点。

根据本发明，母节点在从子节点接收到母节点搜索信号时，测量与发送了母节点搜索信号的子节点之间的无线连接的强度，在待机了与无线连接的强度相对应的等待回复时间以后，向母节点搜索信号的发送源的子节点回复响应信号，子节点根据从发送了母节点搜索信号后至接收到响应信号为止的等待时间，选定与自身节点稳定通信的母节点，由此子节点能够考虑通信的稳定性来选定母节点。其结果，在本发明中，能够降低通信的重新运行增加的概率，能够降低子节点的电池寿命预想以外地变短的概率。另外，在本发明中，能够减轻子节点侧的搜索处理负荷。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的无线通信系统的构成的框图。

图2是表示本发明的第1实施方式所涉及的无线通信系统的子节点的动作的流程图。

图3是表示本发明的第1实施方式所涉及的无线通信系统的母节点的动作的流程图。

图4是表示本发明的第2实施方式所涉及的无线通信系统的构成的框图。

图5是表示本发明的第2实施方式所涉及的无线通信系统的母节点的动作的流程图。

图6是表示本发明的第3实施方式所涉及的无线通信系统的构成的框图。

图7是表示本发明的第3实施方式所涉及的无线通信系统的子节点的动作的流程图。

图8是表示现有的无线测量系统的构成的框图。

图9是表示图8的无线测量系统的无线通信设备的具体例的图。

具体实施方式

[发明的原理1]

对于子节点的电池寿命预想不到地变短的主要原因，发明者确定是由于在通信不稳定的母节点(连接较弱的母节点)被选定的情况下，通信的重新运行增加。在从子节点发送了可通信的母节点的搜索信号的情况下，母节点不会特别遵循一定的规则而是以依赖于硬件等的任意的速度进行回复。注意到这样的回复方法的改善是有效的这一情况。

于是，发明者想到了如下的情况，即、根据和子节点之间的连接的强度(RSSI(Received Signal Strength Indicator)：表示接收信号的强度的值)母节点使等待回复的时间发生变化即可，更具体来讲，连接的强度越强则越早地回复，越弱则越晚地回复即可。子节点由于能够根据回复的顺序来掌握与母节点的连接的强度的等级，所以能够考虑通信的稳定性地选定母节点。也就是说，子节点选择回复最快的母节点即可。通过这种方法，也能够减轻子节点侧的搜索处理的负荷。

[发明的原理2]

另外，发明者想到了如下的情况，即、与子节点的连接强度(RSSI)在阈值以上的母节点最快回复即可，即连接的强度在阈值以上的母节点尽快回复即可。子节点由于能够知晓进行了回复的母节点是与自身节点的连接的强度在特定的强度以上的节点，其中的哪个能够以最短时间进行通信，所以能够同时兼顾通信的稳定性和通信的角度来选定母节点。也就是说，子节点选择回复最快的母节点即可。

[第1实施方式]

下面参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的无线通信系统的构成的框图。本实施方式是基于上述发明的原理1的方式。

无线通信系统由作为上位的通信设备的母节点1和例如向母节点1发送测量数据的传感器设备等作为下位的通信设备的子节点(叶节点)2构成。

母节点1由以下部分构成：经由无线连接从子节点2接收信号的信号接收部10；在从子节点2接收到母节点搜索信号时，对表示与发送了该母节点搜索信号的子节点2之间的无线连接的强度的指标、即RSSI进行测量的RSSI测量部11；根据无线连接的强度来决定等待回复时间的等待回复时间决定部12；在待机了与无线连接的强度对应的等待回复时间后，向母节点搜索信号的发送源的子节点2回复响应信号的等待回复时间待机处理部13；和经由无线连接向子节点2发送信号的信号发送部14。等待回复时间待机处理部13和信号发送部14构成了回复响应信号的回复单元。

子节点2由以下部分构成：经由无线连接向母节点1发送信号的信号发送部20；经由无线连接从母节点1接收信号的信号接收部21；根据在发送母节点搜索信号后到接收到响应信号为止的等待时间，选定与自身节点稳定地通信的母节点的母节点选定部22；存储母节点选定部22所选定的母节点1的地址的母节点存储部23；和向子节点2的各构成供电的电池24。

在子节点2是测量温度、湿度或流量等状态量的传感器设备的情况下，子节点2的信号发送部20在每个动作周期从未图示的传感器部取得测量数据，并将取得的测量数据经由无线连接发送到母节点1。

母节点1的信号接收部10若从子节点2经由无线连接接收到数据，则将该数据保存在未图示的数据库中。保存在数据库的数据根据需要被处理。在母节点1例如是控制设备的情况下，母节点1根据从子节点2接收到的数据(状态量)来进行温度控制、湿度控制、流量控制等。

接着，对子节点2进行的母节点搜索处理进行说明。图2是表示子节点2的动作的流程图，图3是表示母节点1的动作的流程图。

最初，想要搜索稳定通信的母节点1的子节点2的母节点选定部22使信号发送部20无线发送母节点搜索信号(图2的步骤S100)。此时，子节点2由于希望从多个母节点1中搜索通信稳定的母节点1，所以向所有的母节点1组播发送母节点搜索信号。

另一方面，各母节点1的信号接收部10若接收到来自子节点2的母节点搜索信号(图3的步骤S200中的是)，则将该母节点搜索信号交付给RSSI测量部11。

RSSI测量部11通过对母节点搜索信号的强度进行测量来测量RSSI(步骤S201)。该RSSI表示与发送了母节点搜索信号的子节点2之间的无线连接的强度。

在母节点1的等待回复时间决定部12中，预先登记有RSSI和等待回复时间的关系。该关系是反比例的关系，即被设定为RSSI越强则等待回复时间越短、RSSI越弱则等待回复时间越长。根据该预先登记的关系，等待回复时间决定部12决定与RSSI对应的等待回复时间(步骤S202)。

等待回复时间待机处理部13在待机了被决定的等待回复时间之后(步骤S203)，向信号发送部14指示进行响应信号的发送。根据该指示，信号发送部14向母节点搜索信号的发送源的子节点2无线发送响应信号(步骤S204)。由于在从子节点2发送的母节点搜索信号中追加有子节点2的地址而作为发送源地址，所以信号发送部14能够向具有该发送源地址的子节点2目的地发送响应信号。

接收到母节点搜索信号的各母节点1进行如上所述的处理。

接着，子节点2的信号接收部21若接收到来自各母节点1的响应信号(图2的步骤S101中的是)，则将该响应信号交付给母节点选定部22。母节点选定部22根据从发送母节点搜索信号后至接收到响应信号为止的等待时间，选定与自身节点稳定通信的母节点1(步骤S102)。母节点选定部22选择等待时间最短的母节点1、即最快回复响应信号的母节点1，并将该母节点1所回复的响应信号中包含的发送源地址保存在母节点存储部23中。由此，在被选定的母节点1和子节点2之间，建立了稳定通信的关系。

然后，子节点2的信号发送部20向建立了稳定通信的关系的母节点1目的地发送测量数据。

在本实施方式中，子节点2能够考虑通信的稳定性来选定母节点1。其结果，在本实施方式中，能够降低通信的重新运行增加的概率，能够降低子节点的电池寿命预想不到地变短的概率。

另外，图2、图3的处理并不限于只有1次，也可以定期地进行。由此，能够选定对应于最新的通信状况的合适的母节点。

[第2实施方式]

接着，对本发明的第2实施方式进行说明。图4是表示本发明的第2实施方式所涉及的无线通信系统的构成的框图，对与图1相同的构成标记相同的附图标记。本实施方式是基于上述发明的原理2的方式。

本实施方式的无线通信系统由母节点1a和子节点2构成。

母节点1a由信号接收部10、RSSI测量部11、信号发送部14和RSSI阈值判定部15构成，该RSSI阈值判定部15在无线连接的强度是阈值以上的情况下，将等待回复时间设为最小，向母节点搜索信号的发送源的子节点2回复响应信号，在无线连接弱于阈值的情况下，不回复响应信号而结束处理。在本实施方式中，信号发送部14和RSSI阈值判定部15构成了回复单元。子节点2的构成与第1实施方式相同。

接着，对子节点2进行的母节点搜索处理进行说明。图5是表示母节点1a的动作的流程图。

如第1实施方式所说明的那样，想要搜索稳定通信的母节点1a的子节点2发送母节点搜索信号(图2步骤S100)。

和第1实施方式一样，各母节点1a的信号接收部10若接收到来自子节点2的母节点搜索信号(图5的步骤S200中的是)，则将该母节点搜索信号交付给RSSI测量部11。

RSSI测量部11通过对母节点搜索信号的强度进行测量来测量RSSI(步骤S201)。

母节点1a的RSSI阈值判定部15对RSSI测量部11所测量到的RSSI和预先规定的阈值进行比较，仅在RSSI是阈值以上的情况下(步骤S205中的是)，指示信号发送部14进行响应信号的发送。根据该指示，信号发送部14向母节点搜索信号的发送源的子节点2无线发送响应信号(步骤S206)。该步骤S206的处理相当于在第1实施方式中将等待回复时间设为最小(0)地回复响应信号的处理。

接收到来自各母节点1a的响应信号的子节点2的动作和第1实施方式中说明过的动作一样。

由此，在本实施方式中，能够得到与第1实施方式同样的效果。另外，与第1实施方式一样，图2、图5的处理并不限于只有1次，也可以定期地进行。

[第3实施方式]

接着，对本发明的第3实施方式进行说明。在第2实施方式中，设为预先规定了用于与RSSI进行比较的阈值，但是也可以从子节点向母节点发送阈值。图6是表示本发明的第3实施方式所涉及的无线通信系统的构成的框图，对与图1、图4相同的构成标记相同的附图标记。

本实施方式的无线通信系统由母节点1a和子节点2a构成。

母节点1a的构成与第2实施方式相同。子节点2a由信号发送部20a、信号接收部21、母节点选定部22a、母节点存储部23、电池24和阈值存储部25构成，该阈值存储部25存储用于与RSSI进行比较的阈值的当前值。母节点选定部22a和阈值存储部25构成了阈值变更单元。

接着，对子节点2a进行的母节点搜索处理进行说明。图7是表示子节点2a的动作的流程图。

子节点2a的母节点选定部22a使信号发送部20a无线发送母节点搜索信号和阈值存储部25中存储的阈值(图7的步骤S103)。

接收到母节点搜索信号和阈值的母节点1a的动作和第2实施方式相同。母节点1a的RSSI阈值判定部15在步骤S205的判定中使用信号接收部10所接收到的阈值即可。

接着，子节点2a的母节点选定部22a在无法接收来自母节点1a的响应信号的情况下(步骤S104中的否)，判断为阈值过高，使阈值存储部25中存储的阈值减小规定的变更幅度(步骤S105)，并返回到步骤S103。

由此，步骤S103～S105的处理被反复进行，直到能够从至少1个母节点1a接收响应信号为止。

母节点选定部22a在能够从至少1个母节点1a接收到响应信号的情况下(步骤S104中的是)，选定与自身节点稳定通信的母节点1a(步骤S106)。该步骤S106的处理和图2的步骤S102相同。

与第1实施方式一样，图5、图7的处理并不限于只有1次，也可以定期地进行。在这种情况下，母节点选定部22a可以在母节点的选定结束的时刻将阈值返回到初始值。

除了第1～第3实施方式的母节点1、1a的信号接收部10和信号发送部14之外的构成可以通过具备CPU、存储装置以及接口的计算机和控制这些硬件资源的程序来实现。母节点1、1a的CPU按照存储装置中保存的程序来执行第1～第3实施方式中说明的处理。

同样，除了第1～第3实施方式的子节点2、2a的信号发送部20、20a、信号接收部21和电池24之外的构成可以通过具备CPU以及存储装置的计算机和控制这些硬件资源的程序来实现。子节点2、2a的CPU按照存储装置中保存的程序来执行第1～第3实施方式中说明的处理。

产业上的利用可能性

本发明能够应用于在无线通信系统中子节点选定母节点的技术。

图中附图标记说明

1、1a…母节点；2、2a…子节点；10…信号接收部；11…RSSI测量部；12…等待回复时间决定部；13…等待回复时间待机处理部；14…信号发送部；15…RSSI阈值判定部；20、20a…信号发送部；21…信号接收部；22、22a…母节点选定部；23…母节点存储部；24…电池；25…阈值存储部。

Claims

1.一种无线通信系统，其特征在于，

具有作为上位的通信设备的母节点、和作为下位的通信设备的子节点，

上述母节点具备：

母节点搜索信号接收单元，其接收从上述子节点发送来的母节点搜索信号；

测量单元，在接收到上述母节点搜索信号时，该测量单元测量与发送了该母节点搜索信号的子节点之间的无线连接的强度；和

回复单元，在上述无线连接的强度在阈值以上的情况下，使等待回复时间为最小，并向上述母节点搜索信号的发送源的子节点回复响应信号，而在上述无线连接弱于上述阈值的情况下，不回复上述响应信号而结束处理，

上述子节点具备：

发送单元，其将上述阈值与上述母节点搜索信号一起发送到上述母节点；

响应信号接收单元，其接收上述响应信号；

母节点选定单元，其根据从发送了上述母节点搜索信号后至接收到上述响应信号为止的等待时间，选定最快回复上述响应信号的母节点作为与自身节点稳定通信的母节点；和

阈值变更单元，当在发送了上述母节点搜索信号以后没有接收到来自上述母节点的响应信号时，将上述阈值变更成小于当前值的值，并使上述发送单元执行上述母节点搜索信号和变更后的阈值的再次发送。

2.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，

上述测量单元测量出RSSI作为表示上述无线连接的强度的指标。

3.一种母节点搜索方法，其特征在于，包括：

发送步骤，作为下位的通信设备的子节点将阈值与母节点搜索信号一起发送到作为上位的通信设备的母节点；

母节点搜索信号接收步骤，上述母节点接收从上述子节点发送来的母节点搜索信号；

测量步骤，上述母节点在接收到上述母节点搜索信号时，测量与发送了该母节点搜索信号的子节点之间的无线连接的强度；

回复步骤，在上述无线连接的强度在上述阈值以上的情况下，使等待回复时间为最小，并向上述母节点搜索信号的发送源的子节点回复响应信号，而在上述无线连接弱于上述阈值的情况下，不回复上述响应信号而结束处理；

响应信号接收步骤，上述子节点接收上述响应信号；

母节点选定步骤，上述子节点根据从发送了上述母节点搜索信号后至接收到上述响应信号为止的等待时间，选定最快回复上述响应信号的母节点作为与自身节点稳定通信的母节点；和

阈值变更步骤，上述子节点当在发送了上述母节点搜索信号以后没有接收到来自上述母节点的响应信号时，将上述阈值变更成小于当前值的值，执行上述母节点搜索信号和变更后的阈值的再次发送。

4.根据权利要求3所述的母节点搜索方法，其特征在于，

上述测量步骤中测量出RSSI作为表示上述无线连接的强度的指标。