CN104247448B - 通信装置和通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信装置和通信方法。在构成无线多跳网络的通信装置(节点)中，具备：接收部，其接收序列号、对时间宽度进行分割而得的分割时间以及该分割的分割数，该时间宽度是为发送检测到的使用量数据所分配的时间宽度；发送偏移计算部，其计算由接收部接收到的序列号除以分割数而得到的余数，并基于余数和发送间隔来计算发送偏移时间；以及发送部，其基于由发送偏移计算部计算出的发送偏移时间来发送使用量数据。

Description

通信装置和通信方法

技术领域

本发明涉及无线多跳网络中的收发数据的通信装置和通信方法。

背景技术

已知有能够无线通信的多个节点测定使用电力量，并且通过经由了各节点间的多跳通信而将与使用电力量相关的数据发送至网关的技术(例如专利文献1)。在专利文献1中，公开了一种如下的通信系统，即，系统的全部节点在特定的时刻测定使用电力量，经由中继节点将该使用电力量发送至网关(Gateway)，网关汇集该使用电力量并发送至收集服务器，由收集服务器利用该汇集的使用电力量的数据。在专利文献1所公开的通信系统中，各节点、各网关以及收集服务器分别保持同步的时刻，各节点在某个决定的时刻测定使用电力量，并将所测定的使用电力量发送至收集服务器。

在无线通信中，若通过同一通道同时地进行多个通信，则根据通信方法而产生冲突(碰撞)，从而产生不能够进行通信的状况。作为现有技术，为了使各节点的通信定时分散，已知有通过用各节点的设备中固有的值除以预先决定的固定值而得到的余数，来决定各节点的通信定时的技术(例如，专利文献2)。

专利文献1:日本特开2009-188929号公报

专利文献2:专利第3288162号公报

发明内容

在专利文献1所记载的通信系统中，各节点在向网关发送使用电力量的情况下，由于在某个决定的时刻同时发送，所以在使用传输速度较小的无线的情况下，存在无线中的冲突的可能性增加且数据收集率降低的危险。尤其是在自组织网络中，由于不是各节点直接与网关通信，而使经由多个节点而进行通信，所以在多个节点与网关进行通信的情况下，无线中的冲突的可能性不仅根据节点数而增加，还根据从节点向网关的跳数增加。

专利文献2所记载的方法中，针对通信定时的分散，通过用设备中固有的值除以某个预先决定的固定值而得到的余数来求出。由于该固有值是在铺设节点时被决定的，所以若一旦铺设则难以改变固定值。因此，无法控制各节点的使用电力量的发送定时。

本发明正是鉴于上述而完成的，其目的在于，提供在节点、网关以及收集服务器同步了时刻的情况下，能够控制节点中的使用电力量的数据发送定时的通信装置和通信方法。

此外，其目的在于，提供在发送使用电力量的数据的时间带，能够通过中止优先度较低的网络控制信号的发送，而确保发送使用电力量的数据所需的无线资源的通信装置和通信方法。

为了解决上述的技术问题，并实现目的，本发明所涉及的通信装置的特征在于，构成无线多跳网络，并具备：接收部，其接收序列号、对时间宽度进行分割而得的分割时间以及该分割的分割数，该时间宽度是为发送检测到的使用量数据所分配的时间宽度；发送偏移计算部，其计算由接收部接收到的序列号除以分割数而得到的余数，并基于余数和分割时间来计算发送偏移时间；以及发送部，其基于由发送偏移计算部计算出的发送偏移时间来发送使用量数据。

此外，本发明所涉及的通信装置的特征在于，构成无线多跳网络，并具备：接收部，其接收序列号、对时间宽度进行分割而得的分割时间、该分割的分割数、以及比上述分割时间短的预先决定的时间，该时间宽度是为发送自己检测到的使用量数据所分配的时间宽度；发送偏移计算部，其计算由接收部接收到的序列号除以分割数而得到的商和余数，并基于余数与分割时间的积以及商与预先决定的时间的积，来计算发送偏移时间；以及发送部，其基于由发送偏移计算部计算出的发送偏移时间来发送使用量数据。

此外，本发明所涉及的通信装置的特征在于，还具备控制信号发送中止部，控制信号发送中止部从抄表时刻开始到经过为发送上述自己检测到的使用量数据所分配的时间宽度为止，中止控制信号的发送。

此外，本发明所涉及的通信装置还具备控制信号发送中止部，控制信号发送中止部从预先决定的发送开始时刻开始到预先决定的发送结束时刻为止，中止控制信号的发送。

根据该发明，通信装置计算序列号除以分割数而得到的余数，并根据基于余和分割时间而计算出的发送偏移时间，能够实现数据发送的分散。通过该分散，能够获得降低数据冲突的可能性的效果，此外在变更了序列号的情况下，起到能够变更发送偏移时间，能够实现进一步的数据发送的分散这样的效果。

此外，通信装置具备控制信号发送中止部，控制信号发送中止部由于在使用量数据送出时间中止优先度较低的网络控制信号的发送，所以起到能够确保发送使用电力量的数据所需的无线资源这样的效果。

附图说明

图1是表示无线多跳网络的的整体构成的框图。

图2是表示用于无线多跳网络的节点的构成例的框图。

图3是表示各节点具有的信息表所包含的信息要素的图。

图4是表示节点在分散发送时的消息发送定时的图。

图5是表示节点、网关、收集服务器间的消息收发的关系的序列图。

具体实施方式

以下，基于附图，对本发明所涉及的通信装置和通信方法的实施方式详细地进行说明。另外，并不通过该实施方式限定该发明。

实施方式1

以下使用图1至图5，对本发明所涉及的通信装置的实施方式1详细地进行说明。

图1是表示本发明的实施方式1中的无线多跳网络的整体构成的框图。该无线多跳网络构成为具备：例如设置于电气运营商的收集服务器8、经由便携电话网、光线路等的网络而与该收集服务器8连接的网关9、10、11、以及与各网关连接的通信装置(以下为节点)12至17。各节点和网关通过无线进行通信。

节点12至17被设置于例如各家庭、工厂等，其定期地测定使用电力量。节点12至17被收容在特定的网关9至11之下，节点12至17在对收容它们的网关9至11发送数据的情况下，保持有表示应在哪个节点12至17中继来发送数据的上行路径。此外，节点12至17通过进行将从其他的节点12至17接收到的数据向成为到网关9至11为止的中继路径的节点12至17发送的动作，能够将数据发送到网关9至11为止。另外，这里，设为节点测定使用电力量而进行说明，但是并不局限于此，也存在具有与节点不同的测量部且节点从该测量部取得使用电力量的数据的情况。

另外，这里，设为使用电力量数据而进行说明，但是并不局限于此。该发明除了用于使用电力量数据以外，也用于煤气使用量数据、自来水使用量数据等各种测量数据。

网关9至11将从节点12至17接收到的使用电力量的数据发送至收集服务器8。此外，网关9至11向从属的节点12至17进行网络的控制信号的发送。此外，网关9至11将收集服务器8发送的控制信号转送至从属的节点12至17。

收集服务器8汇集网关9至11发送的数据。例如，电气运营商能够使用来自各节点12至17的电使用量的与时间推移相关的数据而在各种服务中展开。另外，这里设为在电气运营商的服务中展开而进行说明，但并不局限于此。除了电气运营商的服务以外，也能够用于煤气运营商、自来水运营商的服务等各种数据收集应用服务。

此外，收集服务器8例如被设置在电气运营商的数据中心。收集服务器8按照节点12至17，经由网关9至11而收集使用电力量的数据。此外，收集服务器8为了向节点送出下行信号而保持有表示节点12至17被收容于哪个网关9至11的节点收容信息。此外，收集服务器8具有：网关9至11的登记功能、许可，登记节点12至17参加网络的功能、以及向网关9至11以及节点12至17提供时刻的功能等。此外，时刻提供功能也可以考虑设置其他的时刻服务器来向收集服务器8、网关9至11提供时刻。

作为收集服务器8保持有时刻的情况下的例子，收集服务器8通过例如NTP(Network Time Protocol：网络时间协议)，与从属的网关9至11同步时刻。此外，网关9至11和节点12至17通过将包含时刻信息的时刻同步信号向邻接的网关、节点依次转送，使网关9至11以及节点12至17同步时刻。

全部的节点12至17基于以收集服务器8为时刻源的时刻，定期地将使用电力量发送至收集服务器8。在收集服务器8中汇集的数据被用于使用费计算等的服务。

另外，在该网络上，不仅收发使用电力量的数据，也收发以网络的管理等为目的的控制信号。作为控制信号的例子，列举出用于在节点12至17间的存亡确认的存亡监视信号、从网关9至11向节点12至17发送的网关报知信息信号、在节点12至17参加到构成完的网络的情况下发送的登记信号、以及固件更新时的软件信息信号等。

图2是表示用于无线多跳网络的节点1的构成的框图。另外，图1的节点12至17具有与图2的节点1相同的功能。节点1由具有接收被无线传输的、来自其他节点或者网关2的消息的接收部(未图示)和向其他节点或者网关2发送消息的发送部(未图示)的消息收发部3、具有当前时刻的保持和计时器功能的时刻管理部4、受理接收到的消息并进行控制的协议处理器5、进行使用电力量的测定的计测部6、以及保持各种信息的各信息表7构成。

接着，对图2的各功能块表示其构成。消息收发部3由天线、RFIC(Radio FrequencyIntegrated Circuit：射频集成电路)等构成。以无线为介质进行数据的接收，并将接收到的数据输出至协议处理器5。相反，将从协议处理器5输入的数据发送至其他节点或者网关2。

时刻管理部4保持由协议处理器5通知的时刻，并且定期地参照协议处理器5所保持的时刻。作为典型的构成，由CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)等所包含的计时器、时钟IC等构成。

协议处理器5由CPU、存储控制程序的ROM(Read Only Memory：只读存储器)、CPU执行作业程序时所需的RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等构成。协议处理器5通过在CPU和RAM上执行记述了协议处理器5的动作的控制程序，从而进行自己节点的控制。协议处理器5与消息收发部3之间进行收发数据的控制，与时刻管理部4之间进行时刻、计时器的设定处理，与计测部6之间进行使用电力量的测定处理、并进行各信息表7的值的设定处理以及值的参照处理。

在计测部6中，基于来自协议处理器5的指示，进行使用电力量的测定，并向协议处理器5返回测定值。通常由电力量计测仪(未图示)执行。另外，计测部6由电力量计测仪构成，但本发明的计测部并不局限于使用电力量的测定这样的目的，也能够应用于其他的用途，例如也可以使用温度计等其他种类的仪器。

各信息表7是由ROM和RAM等存储介质构成的存储区域。

图3是表示各节点具有的信息表所包含的信息要素的图。使用图3对各信息表保持的信息详细地进行说明。第1区分信息是利用后述的网关公告信号从网关9通知的信息。是发送间隔(分割时间)Ta21、发送间隔(粒度时间)Tb22、以及分割数23，该发送间隔(分割时间)Ta21是在节点分散发送使用电力量的数据时的预先决定的时间宽度除以分割数23而得到的值，发送间隔(粒度时间)Tb22是比发送间隔Ta21短的时间且被预先决定。发送间隔Ta21、发送间隔Tb22以及分割数23作为网关公告信号的信息要素而由网关9至11以固定周期进行广播发送。各节点向从属的节点中继网关公告信号来广播发送，由此向网络整体传递第一区分信息。

针对第1区分信息，协议处理器5受理网关公告信号的接收，并更新各信息表7的相应值。另外，在未接收网关公告信号的状态下，成为预先保持的初始值。

第2区分信息是由收集服务器8生成并发送的信息，并且是经由网关9至11和其他的节点12至17而接收到的终端登记响应信号(对终端登记响应后述)所包含的序列号24。序列号24由收集服务器8决定，按照各节点12至17而成为不同的值。协议处理器5受理终端登记响应信号的接收，并更新各信息表7的相应值。另外，在未接收终端登记响应信号的状态下成为预先保持的初始值。此外，作为第2区分信息，也存在包含后述的时刻同步误差余量25、传输时间余量26的情况。

第3区分信息是节点预先具有的信息，是MAC地址27、抄表时刻28。MAC地址27是按照各节点12至17而不同的固有值。抄表时刻28是在节点12至17共同持有的值。例如若是每隔30分抄表，则成为“毎小时0分和30分”。此外，作为第3区分信息，也存在包含后述的发送开始时刻29、发送结束时刻30的情况。

协议处理器5通过参照由时刻管理部4提供的时刻，在决定的抄表时刻28对计测部6实施使用电力量的测定，并利用后述的方法，在对发送时刻进行了分散化之后，将测定出的使用电力量的值发送至构成向收集服务器8的路径的节点12至17或者网关9至11。

图4是表示节点分散发送时的消息发送定时的图。接着，使用图4，对协议处理器5中的分散发送的方法进行说明。协议处理器5将在抄表时刻28由计测部6测定的使用电力量在成为“抄表时刻28+发送偏移时间”的时刻进行发送。这里，所谓发送偏移时间，是为了使来自各节点12至17的使用电力量的发送定时分散而用于在各个节点错开的时间，使用通过序列号24除以分割数23而得到的商和余数，将发送偏移时间计算为发送偏移时间＝发送间隔Ta21×余数+发送间隔Tb22×商。

在使图4对应的情况下，发送间隔Ta21×余数对应于第1时间31，发送间隔Tb22×商对应于第2时间32。

另外，这里将发送偏移时间设为发送间隔Ta21×余数+发送间隔Tb22×商而进行说明，但是也存在通过将发送偏移时间设为发送间隔Ta21×余数而简单化，由此减少节点的计算量的情况。

通过该发送偏移时间，能够对使用电力量数据进行分散发送。此外，由于收集服务器8能够设定变更可按照各节点12至17而设定的序列号24，所以收集服务器8能够控制发送偏移时间。

此外，在协议处理器5中，考虑到时刻同步误差和数据的传输延迟，也可以构成为，除了时刻同步误差余量25之外，还计算发送偏移时间作为余量。

图5是表示节点、网关、收集服务器间的消息收发的关系的序列图。接着，使用图5，划分步骤对本发明的动作进行说明。另外，图1中记载有网关9、10、11，但是这里特殊化为网关9来进行说明。另外，对于网关10、11，也进行与网关9相同的动作。

在步骤1中，收集服务器8和网关9通过网络而连接，收集服务器8和网关9预先实施彼此的ID的交换、时刻的同步等初始化处理。

在步骤2中，在存在未接通电源的节点12、14以及15的情况下，该节点通过接通电源等，使消息收发部3、时刻管理部4、协议处理器5、计测部6、各信息表7开始起动，从而能够进行以下步骤3之后的动作。

在步骤3中，接通了电源的节点12、14以及15在邻接节点间实施时刻同步。在图5的例子中，由于网关为邻接节点，所以与网关之间实施时刻同步。通过时刻同步，节点12、14、以及15的时刻管理部4所保持的时刻与网络的时刻同步。

在步骤4中，节点12、14以及15接收自己周边的节点所发送的Hello信号，根据接收到的Hello信号所包含的信息，决定收容目的地的网关9。在接收到包含不同的网关的信息的Hello信号的情况下，根据到该网关为止的跳级数、Hello信号的接收电波强度等的信息来选择任意一个网关。

在步骤5中，节点12、14以及15经由网关9而将请求向网络的参加的终端登记请求信号发送至收集服务器8。终端登记请求信号中至少包含节点12、14以及15的MAC地址27的信息和表示收容它们的网关的信息。

在步骤6中，收集服务器8发送作为针对终端登记请求信号的响应的终端登记响应信号。终端登记响应信号中包含序列号24。收集服务器8根据终端登记请求信号的内容，按照各节点来分配序列号。收集服务器8通过对各节点设定序列号24的值，从而收集服务器8能够控制各节点的发送偏移时间。

另外，还考虑例如在局部停电后的恢复电力时，集中产生来自多个节点12至17的终端登记请求，消耗无线资源，妨碍了其他的正常节点的使用量数据转送。为了对应于这种问题，还考虑构成为在停电后恢复电力时使终端登记请求信号的发送定时延迟根据节点12至17所保持的MAC地址27(设备固有信息)而求出的偏移时间的量，从而确保其他的正常节点的使用量数据转送的到达率。

在步骤7中，节点12、14以及15根据来自网关9的网关公告，来通知发送间隔Ta21、发送间隔Tb22、以及分割数23。在通知了与各信息表7所包含的值为不同的值的情况下，将原本具有的各信息表7改写为接收到的信息。

在步骤8中，节点12、14以及15在抄表时刻28测定使用电力量，在由“抄表时刻28+发送偏移时间”决定的时刻发送使用电力量的数据。使用通过序列号24除以分割数23而得到的商和余数，将发送偏移时间计算为发送偏移时间＝发送间隔Ta21×余数+发送间隔Tb22×商。由此能够实现使用电力量的数据的分散发送。

实施方式2

以下对本发明所涉及通信装置的实施方式2详细进行说明。另外，这里仅对与实施方式1不同的事项进行说明，针对与实施方式1共同的事项省略说明。

实施方式2的协议处理器5具有控制信号发送中止部(未图示)。协议处理器5取得作为使用电力量的数据的发送的开始时刻的预先决定的发送开始时刻29、和作为使用电力量的数据的发送的结束时刻的预先决定的发送结束时刻30，来作为网关公告信号的信息要素。控制信号送出中止部将从发送开始时刻29到发送结束时刻30为止的期间作为使用量数据送出时间，进行使用电力量的测定值的发送，但是中止优先度较低的控制信号的发送。另外，还考虑将发送开始时刻29设为抄表时刻28，将发送结束时刻30设为从抄表时刻到分割时间与分割数的积为止的时间，来计算使用量数据送出时间。

这里，发送开始时刻29、发送结束时刻30包含在各信息表7(参照图3)中，它们能够根据来自收集服务器8的消息等而变更，也可以为不能变更的固定的值。

通过成为该构成，使用电力量的测定值与除此以外的控制信号的发送定时被分离，在发送使用电力量的测定值的时间带，发送使用电力量的测定值所需的无线资源产生富余，起到与使用电力量的测定值相关的信号冲突减少的效果。

实施方式3

以下对本发明所涉及通信装置的实施方式3详细进行说明。另外，这里仅对与实施方式1不同的事项进行说明，对与实施方式1共同的事项省略说明。

代替实施方式1中图5的步骤4而采用后述的步骤4-1(未图示)。

在步骤4-1中，在一旦发送了终端登记请求信号后发生了节点的再起动的情况下，在终端登记请求信号的发送契机，不发送终端登记请求信号，而再利用以前使用的终端登记响应信号中所通知的信息。

通过成为上述的构成，中止了冗余的终端登记请求信号的发送，在其他的消息的发送时能够降低信号冲突的可能性。

实施方式4

以下对本发明所涉及的通信装置的实施方式4详细进行说明。另外，这里仅对与实施方式1不同的事项进行说明，对与实施方式1共同的事项省略说明。

在实施方式1中，收容节点12至17的网关单一，但是在本实施方式中，对应于设定采取冗余构成的网关的情况。该情况下，将图5的步骤3变更为后述的步骤3-1(未图示)，将该图的步骤4变更为后述的步骤4-2(未图示)。

在步骤3-1中，节点12至17接收自己周边的节点所发送的Hello信号，在接收Hello信号后1分钟，等待其他的Hello信号的接收。在该期间接收到的Hello信号所包含的网关的信息中，选择两个成为节点12至17的收容目的地的网关9至11，将一个设为主系统，将另一个设为冗余系统。节点12至17经由所选择的成为主系统的网关，向收集服务器8发送数据。另外，这里，将等待Hello的接收的时间设成了1分钟，但是该发明并不局限于此。

在步骤4-2中，节点12至17将主系统和冗余系统的双方的网关的信息包含在内而将终端登记请求信号发送至收集服务器8。

通过成为上述的构成，在设定成为冗余系统的网关的情况下，也能够使终端登记请求信号的发送次数降低。此外还能够降低终端登记响应信号的发生次数。

图中符号说明：

1：节点；2：其他的节点或者网关；3：消息收发部；4：时刻管理部；5：协议处理器；6：计测部；7：各信息表；8：收集服务器；9～11：网关；12～17：节点(通信装置)；21：发送间隔Ta；22：发送间隔Tb；23：分割数；24：序列号；25：时刻同步误差余量；26：传输时间余量；27：MAC地址；28：抄表时刻；29：发送开始时刻；30：发送结束时刻；31：第1时间；32：第2时间。

Claims (7)

1.一种通信装置，其构成无线多跳网络，该通信装置的特征在于，具备：

接收部，其接收序列号、对时间宽度进行分割而得的分割时间以及该分割的分割数，该时间宽度是为发送检测到的使用量数据所分配的时间宽度；

发送偏移计算部，其计算由该接收部接收到的所述序列号除以所述分割数而得到的余数，并计算该余数和所述分割时间的积作为发送偏移时间；以及

发送部，其基于由该发送偏移计算部计算出的发送偏移时间来发送所述使用量数据。

2.根据权利要求1所述的通信装置，其特征在于，

还具备控制信号发送中止部，

该控制信号发送中止部从抄表时刻到经过为发送所述自己检测到的使用量数据所分配的时间宽度为止，中止控制信号的发送。

3.根据权利要求1或者2所述的通信装置，其特征在于，

所述使用量数据是消耗电力数据。

4.一种通信装置，其构成无线多跳网络，该通信装置的特征在于，具备：

接收部，其接收序列号、对时间宽度进行分割而得的分割时间、该分割的分割数、以及比所述分割时间短的预先决定的时间，该时间宽度是为发送自己检测到的使用量数据所分配的时间宽度；

发送偏移计算部，其计算由该接收部接收到的所述序列号除以所述分割数而得到的商和余数，并计算该余数与所述分割时间的积和所述商与所述预先决定的时间的积之和作为发送偏移时间；以及

发送部，其基于由该发送偏移计算部计算出的发送偏移时间来发送所述使用量数据。

5.根据权利要求4所述的通信装置，其特征在于，

还具备控制信号发送中止部，

该控制信号发送中止部从抄表时刻到经过为发送所述自己检测到的使用量数据所分配的时间宽度为止，中止控制信号的发送。

6.根据权利要求4或者5所述的通信装置，其特征在于，

所述使用量数据是消耗电力数据。

7.一种通信方法，是构成无线多跳网络的通信装置的通信方法，其特征在于，具备：

接收序列号、对时间进行分割而得的分割时间以及分割数的接收步骤，该时间是为发送使用量数据所分配的时间；

计算通过该接收步骤接收到的所述序列号除以所述分割数而得到的余数，并计算该余数和所述分割时间的积作为发送偏移时间的发送偏移计算步骤；以及

基于通过该发送偏移计算步骤计算出的发送偏移时间来发送所述使用量数据的发送步骤。