CN104396274B - 读表装置 - Google Patents

Abstract

利用包括母机、至少一个中继机和多个子机的同步方式的通信系统，其中所述多个子机与各个多个仪表中的任一者对应且从属于各个母机和中继机中的任一者。多个子机各自包括：信标接收部(23)，其接收从母机和中继机中的该子机所从属的母机或中继机定期发送的信标信号；和呼叫等待控制部(25)，其根据信标信号的间隔和本机与母机之间的中继机的层数计算从发生读表事件至进行读表值通知的等待时间，且根据该计算出的等待时间控制呼叫的时刻。

Description

读表装置

技术领域

本发明涉及从各个测量电力、燃气、自来水等的使用量的多个仪表(meter)收集读表值信息的读表装置。

背景技术

根据专利文献1的技术，在因与同一通信线上连接的多个带通信功能的仪表同时发出呼叫而产生通信冲突的情况下，集中读表装置对各仪表设定重新呼叫时间以使得各仪表的重新呼叫时刻彼此错开，由此防止重新呼叫时的通信冲突。

专利文献2的技术的目的在于，即使在从读表中央装置一齐进行无线呼叫的情况下，也不产生来自多个读表终端装置的同时呼叫导致的电话线路上的拥挤，有效地收集读表值信息。因此，在来自读表中央装置的一齐呼叫时的消息中包含发送时间间隔的值和呼叫对象的读表终端装置的用户ID的范围，各读表终端装置根据本机的用户ID识别被呼叫的多个读表终端装置中的本机应第几个开始发送，根据送时间间隔的值计算自一齐呼叫的时刻起的等待时间，在该等待时间经过了的时刻开始发送。由此，响应来自读表中央装置的一齐呼叫，被呼叫的多个读表终端装置依次错开时间发送读表值信息。

另一方面，已知有以母机定期地发送信标(beacon)信号、子机定期地接收该信标信号的方式构成的、同步方式的无线通信系统。子机使本机的时钟与母机的时钟一致，在规定的时刻等待接收来自母机的轮询数据(polling data)，所以特别对于电池驱动的子机中的省电化是有效的。在这种同步方式的无线通信系统中，在母机与子机之间不能够直接通信的情况下，使用对无线信号进行中继传送的中继机。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2008-258715号公报

专利文献2：日本特开2001-86574号公报

发明内容

发明要解决的课题

上述专利文献1的技术用于防止重新呼叫时的冲突，不能防止初始发送时的冲突。另外，需要集中读表装置在各仪表设定重新呼叫时间，所以难以灵活应对网络结构的变化。

另外，上述专利文献2的技术中，读表中央装置在各读表终端装置中设定发送时间间隔，读表中央装置的负担较大。另外，并不是适用于利用包含中继机的同步方式的通信系统的读表装置的技术。

本发明的目的在于提供一种读表装置，其利用包含中继机的同步方式的通信系统，从多个仪表有效且自动收集读表值信息。

用于解决课题的方法

为了实现上述目的，本发明提供一种读表装置，其从多个仪表收集读表值信息，上述读表装置在包括母机、至少一个中继机、和多个子机的同步方式的通信系统中，上述母机从上述多个子机分别依次接收读表值信息的通知，其中上述多个子机与各个上述多个仪表中的任一者对应且从属于各个上述母机和上述中继机中的任一者，上述多个子机各自包括：信标接收部，其接收从上述母机和上述中继机中的该子机所从属的上述母机或上述中继机定期发送的信标信号；和呼叫等待控制部，其根据上述信标信号的间隔和本机与上述母机之间的上述中继机的层数计算从发生读表事件至进行读表值通知的等待时间，且根据该计算出的等待时间控制呼叫的时刻。

优选表示上述中继机的层数的信息，包含在该子机接收的上述信标信号中。

另外，优选上述多个子机各自还使用本机的识别编号来计算上述等待时间。

发明的效果

根据本发明，能够有效地且自动地处理定期读表等的呼叫。

附图说明

图1是本发明的实施方式的气量计的读表装置中使用的无线通信系统的层级结构图。

图2是表示图1的无线通信系统中的设备间的时间槽位置关系的图。

图3(a)是表示基本时间槽(slot)的结构的图，图3(b)是表示基本时间槽中的链路(link)连接时间槽的结构的图。

图4(a)是表示链路连接信号的结构的图，图4(b)是表示链路连接信号中的重复帧的结构或者信标信号的帧结构的图。

图5是表示图1的无线通信系统中的各设备的内部结构的图，(a)是表示母机的框图，(b)是表示中继机的框图，(c)是表示子机的框图。

图6是表示图5(c)所示的子机的初始设定动作的流程图。

图7是表示图5(c)所示的子机的读表动作的流程图。

图8是表示图1的无线通信系统中的各子机的读表值通知动作的顺序的图。

图9是图1的无线通信系统中的单信道(channel)传送的情况的时间图。

图10是图1的无线通信系统中的双信道传送的情况的时间图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，本发明并不限于该实施方式。

图1是本发明的实施方式的气量计的读表装置中利用的无线通信系统的层级结构图。图1的无线通信系统中，1台母机、10台中继机和330台子机构成树状的网络。子机分别安装或者内置于气量计中。即，图1的无线通信系统，构成例如从配置在1栋集体住宅中的330户各自的气量计的子机将读表值信息收集到母机的读表装置。母机经由电话线路等向未图示的数据中心传送所收集的读表值信息。

进一步详细说明图1的结构。首先，具有识别编号000～029的30台子机配置成从属于母机。这些识别编号000～029的子机不经由中继机而与母机直接进行通信。具有识别编号100～129的30台子机配置成从属于具有识别编号10的中继机。这些识别编号100～129的子机经由具有识别编号10的1台中继机与母机进行通信。具有识别编号200～229的30台子机配置成从属于具有识别编号20的中继机。这些识别编号200～229的子机经由各自具有识别编号20和10的2台中继机与母机进行通信。具有识别编号300～329的30台子机配置成从属于具有识别编号30的中继机。这些识别编号300～329的子机经由各自具有识别编号30、20和10的3台中继机与母机进行通信。途中的说明省略，但是具有识别编号A00～A29的30台子机配置成从属于具有识别编号A0的中继机。这些识别编号A00～A29的子机经由各自具有识别编号A0、90、80、70、60、50、40、30、20和10的10台中继机与母机进行通信。

以下的说明中，m＝0、1、2、3、…、10的情况下子机经由m台中继机与母机连接时，表现为中继层数为m层。另外，将中继机的识别编号称为中继机ID，将子机的识别编号称为子机ID。

从母机定期地发送称为信标信号的用于时钟校准的信号。与母机直接相连的ID000～029的子机和ID10的中继机定期地捕捉来自母机的信标信号，与母机的时钟取得同步。在此，将母机定义为上级设备，将与作为上级设备的母机直接相连的ID000～029的子机和ID10的中继机定义为下级设备。

以下同样，相对于ID100～129的子机，ID10的中继机作为母机工作。即，ID10的中继机定期地发送用于时钟校准的信标信号。与ID10的中继机直接相连的ID100～129的子机和ID20的中继机定期地捕捉来自ID10的中继机的信标信号，与ID10的中继机的时钟取得同步。上级设备为ID10的中继机，下级设备为与ID10的中继机直接相连的ID100～129的子机和ID20的中继机。

图2是表示图1的无线通信系统中的设备间的时间槽位置关系的图。另外，图3(a)是表示基本时间槽的结构的图，图3(b)是表示基本时间槽中的链路连接时间槽的结构的图。在详细说明图2之前，使用图3(a)和图3(b)说明各机所管理的时间槽的结构。

如图3(a)所示，基本时间槽以T1[秒]构成，该基本时间槽在时间轴上重复。基本时间槽还由下级时间槽和上级时间槽结构。下级时间槽长度和上级时间槽长度各自为T1一半的时间。下级时间槽是用于与下级设备进行通信的时间槽，上级时间槽是用于与上级设备进行通信的时间槽。下级时间槽分割为信标发送用时间槽(BT)31、链路连接用时间槽(L)32和数据通信用时间槽(D)33。上级时间槽分割为信标接收用时间槽(BR)34、链路连接用时间槽(L)35和数据通信用时间槽(D)36。上级设备使用信标发送用时间槽(BT)31定期地发送信标信号。下级设备在信标接收用时间槽(BR)34中定期地接收来自上级设备的信标信号。链路连接用时间槽(L)32、35是上级设备和下级设备进行用于链路连接的通信的时间槽。数据通信用时间槽(D)33、36是上级设备和下级设备进行在链路连接后进行用于数据交互的通信的时间槽。

如图3(b)所示，链路连接用时间槽(L)32、35包括下级呼叫用时间槽37和上级响应/上级呼叫用时间槽38。下级呼叫用时间槽37是用于要从下级设备进行链路连接时下级设备发送链路连接请求信号的时间槽。上级响应/上级呼叫用时间槽38是用于上级设备对来自下级设备的链路连接请求信号返回响应的时间槽、或者是要从上级设备进行链路连接时用于上级设备发送链路连接请求信号的时间槽。T2是下级呼叫用时间槽37的时间槽长度，T3是上级响应/上级呼叫用时间槽38的时间槽长度。

接着，说明图2。图2表示母机、ID10、20和30的中继机和ID200、201和300的子机的时间槽位置关系。图2的时间槽结构中，“下”的标记表示图3(a)的下级时间槽。同样，“上”的标记表示图3(a)的上级时间槽。而且，基本时间槽依次被赋予1至256的时间槽编号，时间槽编号256的下一个回到时间槽编号1。图2所示的时间槽结构的上层为时间槽编号。图2中，由B1～B4那样的箭头表示的信号为信标信号，由C1～C6的箭头表示的信号表示用于进入的信号。

在图2的例子中，从每隔一个的基本时间槽的下级时间槽中的信标发送用时间槽31发送信标信号。从母机发送的信标信号被ID10的中继机定期地接收。ID10的中继机构成为接收从母机的时间槽编号1发送的信标信号B1。从时间槽编号1发送的信标信号B1包含信标编号1的信息。而且，当用ID10的中继机接收信标编号1的信标信号B1时，以母机的基本时间槽编号1的下级时间槽的开始位置成为ID10的中继机的基本时间槽编号255的上级时间槽的开始位置的方式重新构成时间槽。于是，ID10的中继机与母机同样在第奇数个基本时间槽编号的位置发送信标信号。以下以同样的动作，下级设备接收从上级设备的基本时间槽编号1发送的信标信号，与上级设备的时刻同步地重新构成本机的时间槽。

接着，对ID200的子机进入无线通信系统的情况的动作进行说明。ID200的子机在比信标发送间隔T5长的期间以连续接收状态进行信标信号的接收动作。如图2所示，将该动作称为搜索模式。在搜索模式的期间，母机和ID10、20、30的中继机必须发送一次以上信标信号。例如ID200的子机，当识别出来自ID20的中继机的信标信号B3为规定电平以上时，为了从属到ID20的中继机之下，在时间槽编号253的上级时间槽将进入请求信号C1发送ID20的中继机。ID20的中继机，当接收到进入请求信号C1时，将中继来自ID200的子机的进入请求信号的信号C2发送到ID10的中继机。然后，进而ID10的中继机将中继进入请求信号的信号C3发送到母机。母机当接收到信号C3时，经由中继信号C4、C5、C6对ID200的子机发送进入许可信号。通过以上述所述的动作，ID200的子机从属到ID20的中继机之下。

表示进入请求信号、进入许可信号和中继信号的C1～C6，使用表示图3(b)的链路连接用时间槽32、35进行了链路连接后，用数据通信用时间槽33、36进行发送接收。

图4(a)表示由链路连接用时间槽32、35发送接收的链路连接信号的信号格式。链路连接信号由n个(n为整数)的重复帧51～56和主体帧57构成。图4(b)表示重复帧的结构。重复帧包括：用于决定比特(bit)的采样位置的比特同步信号58；用于检测帧中包含的数据的开始的帧同步信号59；载有各种控制信息的控制信号60；和将用于识别设备的ID缩短而得到的简易ID61。ID例如为64比特，简易ID为将ID四分割而得到的16比特。而且，将ID四分割得到的哪个16位为简易ID61的信息载于控制信号60。重复帧长度为T6。因此，n个重复帧长度T7满足T7＝n×T6。而且，对重复帧51～56标注从1至n的重复帧编号，重复帧编号载于控制信号60。重复帧如图4(a)所示，从大的重复编号的重复帧起发送，逐一重复帧编号减小(decrement)，主体帧57的上一个重复帧编号为1。

信标信号的信号格式为与图4(b)所示的重复帧构成相同的结构，在控制信号60中载有中继层数信息。简易ID61在信标信号的情况下被替换为信标ID。在能够利用信标ID识别发送信标信号的中继机和母机的同时，能够利用子机容易地识别出中继层数。具体地进行说明，母机将表示中继层数为0的信息载于发送的信标信号，ID10的中继机将表示中继层数为1的信息载于发送的信标信号，ID20的中继机将表示中继层数为2的信息载于发送的信标信号。

图5(a)～图5(c)表示图1的无线通信系统中的各层级的无线通信装置的内部结构。图5(a)是表示母机的框图，图5(b)是表示中继机的框图，图5(c)是表示子机的框图。

首先，参照图5(a)对母机的结构的概略进行说明。1为天线，2为发送接收部，3为信标发送部，4为链路连接部，5为控制部。控制部5进行无线通信装置整体的时间管理和各部分的控制。发送接收部2由经由天线1用于进行无线通信的无线发送接收电路构成。

接着，参照图5(b)对中继机的结构的概略进行说明。11为天线，12为发送接收部，13为信标发送部，14为信标接收部，15为链路连接部，16为控制部。控制部16进行无线通信装置整体的时间管理和各部分的控制。发送接收部12由经由天线11用于进行无线通信的无线发送接收电路构成。

接着，参照图5(c)对子机的结构的概略进行说明。21为天线，22为发送接收部，23为信标接收部，24为链路连接部，25为呼叫等待控制部，26为控制部，27为存储部。控制部26进行无线通信装置整体的时间管理和各部分的控制。发送接收部22由经由天线21用于进行无线通信的无线发送接收电路构成。

图3(a)中的在信标发送用时间槽31的信标发送，使用图5(a)和图5(b)中的信标发送部3、13进行。图3(a)中的在信标接收用时间槽34的信号接收，使用图5(b)和图5(c)中的信标接收部14、23进行。另外，图3(a)中的在链路连接用时间槽32、35的链路连接通信，使用图5(a)～图5(c)中的链路连接部4、15、24进行。

图5(c)中的子机的呼叫等待控制部25，根据信标信号的间隔、本机与母机之间的中继机层数和本机的ID计算出从发生读表事件至进行读表值通知的等待时间，并且根据该计算出的等待时间控制呼叫的时刻。当子机一齐呼叫(发送)读表值通知时会发生冲突，所以加入呼叫等待，使通知的时刻延迟。存储部27存储呼叫等待控制部25所计算出的等待时间等。

图6是表示图5(c)所示的子机的初始设定动作的流程图。步骤S01中，以使用图2说明了的步骤进入网络。步骤S02中，接收来自母机的定期读表设定。例如，能够设定每月何日的何时何分的读表时刻。也能够设定每日、每周、或者每月的时刻。步骤S03中，从信标信号取得中继层数信息。步骤S04中，算出本机的等待时间，并对其进行存储。当信标信号的间隔为BI[秒]时，等待时间[秒]由等待时间＝BI×(中继层数×30+子机ID的最后2位)算出。信标间隔BI例如为12.8秒。

图7是表示图5(c)所示的子机的读表动作的流程图。步骤S11中，调查是否发生了读表事件、即所设定的读表时刻是否到来。在读表时刻未到来的情况下，等待至该时刻。当读表时刻到来时，进入步骤S12。步骤S12中，根据计算出的等待时间进入呼叫等待的状态。经过该等待时间时，进入步骤S13。步骤S13中，在执行了读表值通知的初始发送后，进入步骤S14。步骤S14中，调查有无来自母机的承认(ACK)信号。在接收到ACK信号的情况下，判断为读表值通知已被母机接收，返回步骤S11。在未接收到ACK信号的情况下，判断为读表值通知未被母机接收，进入步骤S15。步骤S15中，进入第1次重发前的呼叫等待的状态。在经过规定的等待时间时，进入步骤S16。步骤S16中，在执行了读表值通知的第1次重发(重新发送)后，进入步骤S17。步骤S17中，调查有无来自母机的ACK信号。在接收到ACK信号的情况下，判断为读表值通知已被母机接收，返回步骤S11。在未接收到ACK信号的情况下，判断为读表值通知未被母机接收，进入下一步骤。然后，在步骤S18中执行了读表值通知的第20次重发后，进入步骤S19。步骤S19中，调查有无来自母机的ACK信号。在接收到ACK信号的情况下，判断为读表值通知已被母机接收，返回步骤S11。在未接收到ACK信号的情况下，判断为读表值通知未被母机接收，进入步骤S20。步骤S20中，存储重发错误。

图8表示图1的无线通信系统中的各子机的读表值通知动作的顺序。在该例中，由母机进行读表时刻0:00(0时0分)的设定。时刻为0:00时，330台子机一齐确定读表值信息。其中，呼叫等待时间按每个子机不同。

直接从属于母机的ID000的子机，因为中继层数＝0、ID最后2位＝0，所以本机的等待时间决定为0秒，所以直接向母机呼叫读表值通知。直接从属于母机的ID001的子机同样中继层数＝0，但是因为ID最后2位＝1，所以本机的等待时间决定为1×BI，因此等待至时刻成为0:00+1×BI，向母机呼叫读表值通知。省略途中的说明，直接从属于母机的ID029的子机，因为中继层数＝0、ID最后2位＝29，所以本机的等待时间决定为29×BI，因此等待至时刻成为0:00+29×BI，向母机呼叫读表值通知。

从属于ID10的中继机的ID100的子机，因为中继层数＝1、ID最后2位＝00，所以本机的等待时间决定为30×BI，因此等待至时刻成为0:00+30×BI，向母机呼叫读表值通知。从属于ID20的中继机的ID200的子机，因为中继层数＝2、ID最后2位＝00，所以本机的等待时间决定为60×BI，因此等待至时刻成为0:00+60×BI，向母机呼叫读表值通知。以下依次执行呼叫，从属于具有A0的ID的中继机的具有A29的ID的子机为最后呼叫读表值通知的子机。该子机，因为中继层数＝10、ID最后2位＝29，所以本机的等待时间决定为329×BI，因此等待至时刻成为0:00+329×BI，向母机呼叫读表值通知。

通过以上330台子机全部结束呼叫，而当BI＝12.8秒时，它们所需要的时间为330×BI＝4224秒＝1小时10分24秒。其中，在图8的例子中，ID100的子机和ID200的子机因某些通信障碍导致读表值通知失败。这2台子机在规定的呼叫等待之后执行第1次重发。

初始发送时的等待时间为30×BI的ID100的子机，将初始发送时的等待时间加上330×BI而得的值作为第1次重发的等待时间。即，本机的等待时间决定为(330+30)×BI，等待至时刻成为0:00+(330+30)×BI，向母机呼叫读表值通知。初始发送时的等待时间为60×BI的ID200的子机，将初始发送时的等待时间加上330×BI而得的值作为第1次重发的等待时间。即，本机的等待时间决定为(330+60)×BI，等待至时刻成为0:00+(330+60)×BI，向母机呼叫读表值通知。

在图8的例子中，在第1次重发中，ID100的子机成功进行了读表值通知，而ID200的子机的读表值通知失败。后者在规定的呼叫等待之后执行第2次重发。

第1次重发的等待时间为(330+60)×BI的ID200的子机，将第1次重发的等待时间加上330×BI而得的值作为第2次重发的等待时间。即，本机的等待时间决定为(330×2+60)×BI，等待至时刻成为0:00+(330×2+60)×BI，向母机呼叫读表值通知。在图8的例子中，通过第2次重发，ID200的子机成功进行了读表值通知。

根据以上的说明可知，即使图1中的母机和10台中继机不控制子机的读表值通知时刻，也不会产生通信的冲突。不论在图1中的330台子机中的例如ID200的子机的进入前还是进入后的状态下，这点都没有不同。即可知，本实施方式能够灵活应对网络结构的变化。

此外，上述等待时间的计算式能够根据网络结构而变更。例如，如图1所示，也可以各中继机下属的子机的最大数量即使实际上为30也具有余裕，且使用子机ID的二进制表示，等待时间＝BI×(中继层数×32+子机ID的最后5比特)。

一般来讲，设能够与各中继机的下属连接的子机的数为M，N＝0、1、2、…、M-1时，等待时间＝BI×(中继层数×M+N)。N的值可以通过随机函数产生。

此外，从属于相同的中继机的多个子机中偶然N的值一致时，在读表值通知中会发生通信冲突。但是，即使在这样的情况下，通过在图7中说明过的重发顺序，也能够高概率地引导通信成功。

图9是图1的无线通信系统的单信道传送的情况的时间图。其中，介于母机与子机之间的中继机省略图示。

根据图9，初始发送失败的子机在规定时间的呼叫等待之后，在最初接收到的信标信号的时刻重发读表值。但是，有可能因与初始发送的情况相同的原因重发失败。

图10是图1的无线通信系统的双信道传送的情况的时间图。母机交替使用A信道和B信道发送信标信号。在图10的例子中，子机使用A信道初始发送读表值时发生通信障碍。初始发送失败的子机在规定时间的呼叫等待之后，利用与初始发送中使用的A信道不同的B信道在最初接收到的信标信号的时刻，重发读表值。通过利用多个信道的重发动作，来降低重发失败的可能性。当然也能够利用3个以上的信道。

此外，读表值信息中包含的时间戳不是来自子机的发送时刻而是子机的读表时刻，对于母机而言是优选的。

产业上的可利用性

如以上说明的那样，本发明的读表装置具有能够有效地且自动地处理定期读表等的呼叫的效果，作为从测量电力、燃气、自来水等的使用量的多个仪表收集读表值信息的技术是有用的。

附图标记的说明

1 天线

2 发送接收部

3 信标发送部

4 链路连接部

5 控制部

11 天线

12 发送接收部

13 信标发送部

14 信标接收部

15 链路连接部

16 控制部

21 天线

22 发送接收部

23 信标接收部

24 链路连接部

25 呼叫等待控制部

26 控制部

27 存储部

Claims (8)

1.一种读表装置，其从多个仪表收集读表值信息，所述读表装置的特征在于：

所述读表装置由包括母机、至少一个中继机、和多个子机的同步方式的通信系统构成，所述母机从所述多个子机分别依次接收读表值信息的通知，其中所述多个子机与各个所述多个仪表中的任一者对应且从属于各个所述母机和所述中继机中的任一者，

所述多个子机各自包括：

信标接收部，其接收从所述母机和所述中继机中的该子机所从属的所述母机或所述中继机定期发送的信标信号；和

呼叫等待控制部，其根据所述信标信号的间隔、本机与所述母机之间的所述中继机的层数、和本机的识别编号计算从发生读表事件至进行读表值通知的等待时间，且根据该计算出的等待时间控制呼叫的时刻。

2.如权利要求1所述的读表装置，其特征在于：

表示所述中继机的层数的信息，包含在该子机接收的所述信标信号中。

3.如权利要求1所述的读表装置，其特征在于：

所述读表事件是基于该子机从所述母机接收到的定期读表设定的事件。

4.如权利要求1所述的读表装置，其特征在于：

所述读表值信息中包含的时间戳，表示该子机的读表时刻。

5.如权利要求1所述的读表装置，其特征在于：

所述多个子机各自在判断为所述读表值通知没有被所述母机接收的情况下，在进一步的等待时间之后以规定次数为限度执行重发动作。

6.如权利要求5所述的读表装置，其特征在于：

所述重发动作利用多个信道执行。

7.如权利要求6所述的读表装置，其特征在于：

所述多个子机各自使用与初始发送所用的信道不同的信道重发所述读表值信息。

8.一种气量计，其特征在于：

所述气量计在包括母机和至少一个中继机的同步方式的通信系统中，具有作为从属于所述母机和所述中继机中的任一者的子机工作，由此向所述母机通知读表值信息的功能，

所述气量计包括：

信标接收部，其接收从所述母机和所述中继机中的该子机所从属的所述母机或所述中继机定期发送的信标信号；和

呼叫等待控制部，其根据所述信标信号的间隔、本机与所述母机之间的所述中继机的层数和本机的识别编号计算从发生读表事件至进行读表值通知的等待时间，且根据该计算出的等待时间控制呼叫的时刻，

表示所述中继机的层数的信息，包含在该子机接收的所述信标信号中。