CN105229935B - 现场无线中继装置 - Google Patents

Abstract

实现一种与当前相比能够延长电池寿命的现场无线中继装置。现场无线中继装置构成为具有通信中继部并由电池驱动，该通信中继部具有将在发送站点和接收站点之间经由天线而进行的无线通信的接收信号再次放大并发送的接收发送功能、以及对无线通信的通信路径进行指定的路由功能，其中，设置有：天线控制部，其对所连接的天线系统进行控制；以及天线控制判定部，其基于中继对象接收信号的信号强度，对所述天线控制部应当进行的控制的种类进行判定。

Description

现场无线中继装置

技术领域

本发明涉及一种现场无线中继装置，详细而言，涉及由电池驱动的现场无线中继装置中的消耗电力的改善。

背景技术

图7是表示当前使用的现场无线系统的一个例子的结构说明图。在图7中，天线1设置于作为发送站点而起作用的未图示的现场无线装置上，天线2设置于作为接收站点而起作用的未图示的现场无线装置上，这些天线1、2以隔着罐(tank)3的方式相对设置。未图示的现场无线装置由电池驱动，构成为经由天线1、2而在彼此间通过小电力的视距无线通信而进行各种数据的交换。

但是，在该状态下罐3成为视距无线通信的障碍物，因此难以在发送站点以及接收站点的彼此间进行小电力的视距无线通信。

因此，以下述方式构成，即，在能够看到天线1、2的罐3的上部附近设置具有指向性的天线4和5，并设置与这些天线4和5连接且由电池驱动的、作为中继站而起作用的现场无线装置6，在其和发送站点之间经由天线1和4而进行视距无线通信，在其和接收站点之间经由天线2和5而进行视距无线通信。

在这种作为中继站而起作用的现场无线装置6中设置有：通信中继部61，其具有再次将接收信号放大并根据需要而追加其本身的通信数据并进行发送的接收发送功能、以及对通信路径进行指定的路由功能；以及驱动用的电池62。下面，将其称为路由器6。

但是，在本身的通信数据的基础上，还需要路由器6对与作为发送站点及接收站点起作用的其他现场无线装置之间的通信数据进行接收及再发送，因此为了无线发送接收以及数据处理而消耗相当多的电力。

因此，路由器6的电池寿命与其他现场无线装置相比通常较短，有时根据条件的不同而变为其他现场无线装置的几分之一的程度。如果路由器6的电池寿命用尽而路由器6的动作停止，则无法进行前述那样的与其他现场无线装置之间的通信数据的接收和再发送，无法构成现场无线系统的通信路径。

结果，现场无线系统能够进行动作的期间由路由器6的电池寿命决定，如前所述，该期间比其他无线装置的电池寿命短，有时被限制为几分之一。

尽管其他现场无线装置的电池寿命存有剩余，但也需要进行路由器6的电池更换作业。在该情况下，路由器6的功能伴随着电池更换而暂时停止，因此对系统的通信功能产生影响。

作为避免该情况的对策，还想到了仅对路由器6搭载大容量的电池的方法，但除了电池的尺寸、重量变大以外，还存在成本提高的弊端。

另外，作为路由器6的现场无线装置和不具有路由功能的现场无线装置形成为不同的结构，因此无法实现如下灵活的运用，即，对于配置于现场的现场无线装置，无法根据状况将其作为路由器或者不具有路由功能的现场无线装置而对功能设定进行切换。

图8是表示被用作不需要电源的中继装置的无源中继器的一个例子的框图，对与图7通用的部分标注相同的标号。

如图8所示，无源中继器利用高频电缆7将天线4和5连接。例如，经由高频电缆7而将一者的天线4所吸收的电波向另一者的天线5引导并进行再发射。该作用在双向上有效。

如果将这种无源中继器设置于例如罐3的顶部上方附近，则在隔着罐3相对配置的、连接有天线1的发送站点和连接有天线2的接收站点之间，从某一者的站点(例如发送站点)的天线1发送的电波被某一者的天线(例如4)吸收而从另一者的天线(例如5)进行再发射，由此被另一者的站点(例如接收站点)的天线2接收而进行实质上的中继，降低了罐3对于无线通信的影响。

专利文献1中公开有如下无源天线式通信系统的技术，即，即使在无法通过无线通信进行数据传送的场所，不进行无线仪器的改造也能够进行通信，能够利用中央装置或者便携终端等对现场的数据进行监视控制。

并且，专利文献2中公开有能够容易地进行已经设置的现场仪器的无线化。

专利文献1：日本特开2002-368665号公报

专利文献2：日本特开2006-39892号公报

发明内容

但是，无源中继器中存在如下问题。

如果与路由器6进行比较，则在从对中继的无线数据进行接收的仪器来看的情况下，接收信号的信号强度弱。路由器6对暂时接收的信号进行电气地放大，并进行再发送，这是因为无源中继器不具有放大作用。

另外，无源中继器还对目标以外的电波进行接收及中继。为了在系统中收容多个终端，要求互不干扰的多个发送站点和接收站点的组同时使用同一无线频率，但无源中继器始终进行动作。另外，天线对能够发送接收的范围内的所有频率的电波起作用。因此，对于未设为目标的电波也进行中继，因此从接收侧来看有可能导致干扰障碍增加。

本发明就是为了解决这些问题而提出的，其目的在于，实现与以往相比能够延长电池寿命的现场无线中继装置。

本发明的目的通过以下结构而实现。

(1)一种现场无线中继装置，其构成为具有通信中继部并由电池驱动，该通信中继部具有将在发送站点和接收站点之间经由天线而进行的无线通信的接收信号再次放大并发送的接收发送功能、以及对无线通信的通信路径进行指定的路由功能，所述现场无线中继装置的特征在于，设置有：

天线控制部，其对连接的天线系统进行控制；以及

天线控制判定部，其基于中继对象接收信号的信号强度对所述天线控制部应当进行的控制的种类进行判定。

(2)在上述(1)所述的现场无线中继装置中，其特征在于，

所述连接的天线系统是接收用和发送用的2个系统，

所述天线控制部基于所述天线控制判定部的判定结果，设定为路由器模式或者无源中继器模式，该路由器模式是将接收用天线系统与所述通信中继部的接收单元连接而将发送用天线系统与所述通信中继部的发送单元连接的模式，该无源中继器模式是将接收用天线系统和发送用天线系统直接连接的模式。

(3)在上述(2)所记载的现场无线中继装置中，其特征在于，

所述各天线具有指向性。

(4)在上述(1)所记载的现场无线中继装置中，其特征在于，

所述连接的天线系统是由接收用和发送用共用的1个系统，

所述天线控制部基于所述天线控制判定部的判定结果而使所述共用的1个系统的天线主体以安装轴为中心旋转，以使得中继对象接收信号的信号强度最大。

(5)在上述(4)所记载的现场无线中继装置中，

所述天线为无指向性的。

发明的效果

根据本发明的现场无线中继装置，能够根据接收站点的接收信号强度而切换为路由器模式或者无源中继器模式，与始终以路由器模式进行动作的情况相比，能够延长电池的寿命。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施例的框图。

图2是表示切换控制部82的具体的结构例的框图。

图3是对本发明的动作例进行说明的时序图。

图4是表示本发明的其他实施例的框图。

图5是对本发明的其他动作例进行说明的时序图。

图6是对本发明的其他动作例进行说明的时序图。

图7是表示以往使用的现场无线系统的一个例子的结构说明图。

图8是表示被用作不需要电源的中继装置的无源中继器的一个例子的框图。

具体实施方式

图1是表示本发明的一个实施例的框图，对与图7通用的部分标注相同的标号。

在图1中，在作为路由器而起作用的现场无线装置(下面，称为路由器)8中设置有天线切换部81、切换控制部82、通信中继部83以及电池84。

系统管理部9与在作为接收站点而起作用的未图示的现场无线装置中设置的天线2连接。在系统管理部9中设置有含有无线通信的通信路径信息的路由信息存储部91。

天线切换部81由联动地切换驱动的2个切换开关SW1和SW2构成，基于来自切换控制部82的切换指示，对设为将接收用天线系统的例如天线4和发送用天线系统的例如天线5彼此直接连接的“无源中继器模式”、还是设为经由通信中继部83而将天线4和5连接的“路由器模式”进行切换。

在天线切换部81中，开关SW1的可动触点a与天线4连接，开关SW2的可动触点a与天线5连接。开关SW1一侧的固定触点b和开关SW2一侧的固定触点b彼此直接连接，开关SW1另一侧的固定触点c和开关SW2另一侧的固定触点c分别与切换控制部82连接。切换控制部82在本发明中包含：天线控制部，其对所连接的天线系统进行控制；以及天线控制判定部，其基于中继对象接收信号的信号强度对天线控制部应当进行的控制的种类进行判定。

切换控制部82从系统管理部9导入路由信息，判定当前的中继对象信息即使在无源中继器模式下被从发送站点侧的天线1直接中继到接收站点侧的天线2也能够在接收站点侧以足够的信号强度进行接收、还是应当在接收之后再次放大并发送的路由器模式下进行中继，将该判定结果输出至天线切换部81。

此外，如果不存在中继对象信息，则与接下来叙述的通信中继部83的动作相应地在无源模式、路由器模式下均不进行中继动作。

如果存在中继对象信息，则通信中继部83对利用某一者的天线例如4接收的信息进行放大、且从另一者的天线例如5进行发送。如果不存在中继对象信息则不进行发送。

电池84对天线切换部81、切换控制部82以及通信中继部83供给驱动用的电源。

关于如图1所示构成的路由器8的动作，以切换控制部82的动作为中心进行说明。

1)在存在中继对象信息的情况下，切换控制部82将切换开关SW1和SW2的可动触点a如实线所示那样分别向固定触点b侧进行切换，在前述的无源模式下进行中继。由此，由天线4接收的来自发送站点侧的天线1的发送信号直接被传送至天线5，来自天线5的发送信号由接收站点侧的天线2接收。

2)与天线2连接的接收站点侧的系统管理部9，对无源模式下中继的中继对象信息的接收信号强度进行测定，将其测定结果输出至路由器8的切换控制部82。

3)然后，切换控制部82将切换开关SW1和SW2的可动触点a如虚线所示那样分别向固定触点c侧进行切换，在前述的路由器模式下进行中继。由此，利用通信中继部83再次对由天线4接收的来自发送站点侧的天线1的发送信号进行放大，根据需要而追加路由器8本身的通信数据并传送至天线5。来自天线5的发送信号由接收站点侧的天线2接收。

4)与天线2连接的接收站点侧的系统管理部9，对路由器模式下中继的中继对象信息的接收信号强度进行测定，将其测定结果输出至路由器8的切换控制部82。

5)路由器8的切换控制部82，对无源模式下测定的接收信号强度和路由器模式下测定的接收信号强度进行比较评价。

具体而言，为了实现电池84的寿命的最大化，如果无源模式下的接收信号强度是能够判定为无线现场仪器间的通信成立的等级，则切换控制部82选择无源模式作为中继模式。

图2是表示切换控制部82的具体的结构例的框图。天线4经由切换开关SW1而与天线输入部82a连接。切换开关控制部82b生成并输出用于对构成天线切换部81的2个切换开关SW1和SW2进行联动地切换驱动的控制信号。

在路由器属性信息存储部82c中存储有分配给路由器8的固有识别码、对中继对象信息的通过无线通信的通信路径进行指定的路由信息等。路由器属性信息附加部82d根据需要而对在路由器模式下中继输出的中继对象信息附加规定的路由器属性信息。

系统管理用通信部82e和设置有天线2的接收站点侧的系统管理部9之间进行包含中继对象信息的接收信号强度在内的各种信息的交换。信号强度比较部82f对中继对象信息的无源模式下的接收信号强度和路由器模式下的接收信号强度进行比较，判定应当选择无源模式和路由器模式中的哪一种方式作为中继模式，将其判定结果输出至切换开关控制部82b。

天线5经由切换开关SW2而与天线输出部82g连接。通信中继部接口82h进行切换控制部82和通信中继部83之间的各种信息的交换。

图3是对本发明的动作例进行说明的时序图，且是针对无线通信的发送接收的每一对组合分配时隙而进行动作模式的切换的时分多路通信方式的例子，示出了中继装置和发送站点或者接收站点即现场仪器之间的距离的长度与中继装置的动作模式之间的关系。

在通信距离为几Km的长距离的情况下分配时隙#1，中继装置在路由器模式下进行动作。在构造物的背面等的通信距离为几十m的近距离的情况下分配时隙#2，中继装置在无源模式下进行动作。在通信距离为几百m的中距离的情况下分配时隙#3，中继装置在路由器模式下进行动作。在与中继装置无关的情况下分配时隙#4，不进行任何中继动作。

这样，在无需进行接收数据的放大、再发送的情况下，在无源中继器模式下进行中继，因此不会多余地消耗电池，能够延长电池寿命。

如果在接收站点中信号强度不足，则能够从无源中继器动作切换为路由器动作，因此与单纯地设置无源中继器的情况相比，能够提供中继服务的范围扩大。

另外，能够仅在所需的定时(timing)使无源中继器功能起作用，因此产生多余的干扰障碍的概率降低。

并且，即使在路由器的电池万一用尽而导致路由器功能停止的情况下，无源中继器功能也起作用，因此残留有最低限度的中继功能，作为中继装置的可靠性得以提高。

此外，在上述实施例中对天线为2根的例子进行了说明，但天线也可以大于或等于3根。

另外，天线可以为1根，即使天线为1根，也能够如图4所示构成无源中继器。在图4中，取代图1中的天线切换部81的开关SW2而在开关SW1的固定触点b处设置有反射电路R。

反射电路R对输入的高频信号进行全反射，作为实现全反射的方法而适当地使用开放电路等。

天线切换部81根据来自切换控制部82的指示，对将天线4和反射电路R连接、还是将天线4与路由系统连接进行切换。这里，将天线4和反射电路R连接的状态被记作无源中继器模式，将天线4与路由系统连接的状态被记作路由器模式。

切换控制部82从系统管理部9获得路由信息，由此判定当前应当中继的信息是即使在无源中继器模式下被中继也能在接收站点中以足够的强度进行接收，还是应当在路由器模式下进行中继，对天线切换部81进行切换指示。

如果存在当前应当中继的信息，则在对从天线4接收的信息进行积累放大之后，再次从天线4进行发送。如果不存在应当中继的信息，则无论在无源模式以及路由器模式中的哪一种功能下，都不进行中继动作。

此外，图4中的天线4可以是由接收用和发送用共用的1个系统，切换控制部82中所包含的天线控制部基于天线控制判定部的判定结果而使天线4的主体以安装轴为中心旋转，以使得中继对象接收信号的信号强度最大。

另外，为了延长路由器模式下的电池84的寿命，可以设置对进行中继时的发送电力进行控制的功能。在采用时分多路通信方式的情况下，例如图5所示，发送电力的控制也根据每个时隙而进行。

在图5中，在通信距离为几Km的长距离的情况下分配时隙#1，将发送电力例如设为10dBm，中继装置在路由器模式下进行动作。

在构造物的背面等的通信距离为几十m的近距离的情况下分配时隙#2，将发送电力例如设为0dBm，中继装置在无源模式下进行动作。

在通信距离为几百m的中距离的情况下分配时隙#3，将发送电力例如设为2dBm，中继装置在路由器模式下进行动作。

在与中继装置无关的情况下分配时隙#4，将发送电力例如设为0dBm，不进行任何中继动作。

另外，以如下方式构成，即，在至少包含指向性天线的多根天线、和至少1条通信回路中，利用由控制部以时隙为基准而分配的天线及通信回路进行无线通信，由此能够实现使用指向性天线的多跳通信，还能够获得如下效果，即，能够尽量抑制现场无线中继装置的成本的提升、且能够实现长距离通信以及多种方式的通信。

并且，例如图6所示，通过与每个时隙同步地对上层协议、解调电路方式、天线指向性、发送电力等的属性进行切换，能够设定与各时隙的通信距离、通信目的相应的最佳通信条件，能够延长电池的寿命，并能够实现更加稳定的通信。

在图6中，时隙#1的上层协议设定为ISA100，解调电路方式设定为同步型，天线设定为单一指向性，发送电力设定为10dBm。

时隙#2的上层协议设定为ISA100，解调电路方式设定为非同步型，天线设定为无指向性，发送电力设定为0dBm。

时隙#3的上层协议设定为ISA100，解调电路方式设定为同步型，天线设定为单一指向性，发送电力设定为2dBm。

时隙#4的上层协议设定为ISA100，解调电路方式设定为非同步型，天线设定为单一指向性，发送电力设定为0dBm。

并且，时隙#5的上层协议设定为“802.15.4”，但却是与ISA100不同的其他系统方式，解调电路方式设定为同步型，天线设定为无指向性，发送电力设定为0dBm。

此外，与每个时隙同步地切换的属性不局限于图6的这些例子，除此之外，还可以对天线增益、调制方式、中继种类等进行组合。

如以上说明，根据本发明，能够实现与以往比延长了电池寿命的现场无线中继装置。

此外，以上说明不过以本发明的说明及例示为目的而示出了特定的优选实施例而已。因此，本发明不限定于上述实施例，在不脱离其本质的范围内包含更多的变更、变形。

本申请基于2013年5月13日提出的日本专利申请(特愿2013-100836)，并作为参照而引入其内容。

标号的说明

1、2、4、5 天线

3 罐

8 现场无线装置(路由器)

81 天线切换部

82 切换控制部

82a 天线输入部

82b 切换开关控制部

82c 路由器属性信息存储部

82d 路由器属性信息附加部

82e 系统管理用通信部

82f 信号强度比较部

82g 天线输出部

82h 通信中继部接口

83 通信中继部

84 电池

9 系统管理部

91 路由信息存储部

Claims (4)

1.一种现场无线中继装置，其构成为具有通信中继部并由电池驱动，该通信中继部具有将在发送站点和接收站点之间经由天线而进行的无线通信的接收信号再次放大并进行发送的接收发送功能、和对无线通信的通信路径进行指定的路由功能，

该现场无线中继装置的特征在于，设置有：

天线控制部，其对所连接的天线系统进行控制；以及

天线控制判定部，其基于中继对象接收信号的信号强度，对所述天线控制部应当进行的控制的种类进行判定，

所述连接的天线系统是接收用和发送用的2个系统，

所述天线控制部基于所述天线控制判定部的判定结果，设定为路由器模式或者无源中继器模式，该路由器模式是将接收用天线系统与所述通信中继部的接收单元连接而将发送用天线系统与所述通信中继部的发送单元连接的模式，该无源中继器模式是将接收用天线系统和发送用天线系统直接连接的模式，

当中继后的数据的接收侧的接收信号强度不足时，从所述无源中继器模式切换为所述路由器模式。

2.根据权利要求1所述的现场无线中继装置，其特征在于，

所述各天线具有指向性。

3.一种现场无线中继装置，其构成为具有通信中继部并由电池驱动，该通信中继部具有将在发送站点和接收站点之间经由天线而进行的无线通信的接收信号再次放大并进行发送的接收发送功能、和对无线通信的通信路径进行指定的路由功能，

该现场无线中继装置的特征在于，设置有：

天线控制部，其对所连接的天线系统进行控制；以及

天线控制判定部，其基于中继对象接收信号的信号强度，对所述天线控制部应当进行的控制的种类进行判定，

所述连接的天线系统是由接收用和发送用共用的1个系统，

所述天线控制部基于所述天线控制判定部的判定结果，使所述共用的1个系统的天线主体以安装轴为中心旋转，以使得中继对象接收信号的信号强度最大。

4.根据权利要求3所述的现场无线中继装置，其特征在于，

所述天线是无指向性的。