CN106470490B - 无线中继仪器、处理装置、无线通信系统以及无线通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够构建大规模的无线网络的无线中继仪器、处理装置、无线通信系统以及无线通信方法，该无线中继仪器具备：汇集部，其对从加入至无线网络的、下辖的多个无线仪器发送给本机地址的多个第1数据包中包含的数据进行汇集而生成第2数据包；以及转送控制部，其将第2数据包转送至预先设定的转送目标。

Description

无线中继仪器、处理装置、无线通信系统以及无线通信方法
技术领域
本发明涉及无线中继仪器、处理装置、无线通信系统以及无线通信方法。
本申请针对2015年8月20日申请的日本专利申请第2015-162455号而主张优先权，并在此引用其内容。
背景技术
当前，在车间、工厂等中构建有分散控制系统(DCS：Distributed ControlSystem)，实现了高级的自动操作。该分散控制系统是经由通信单元而将被称为现场仪器的当场设备(测定器、操作器)、与对这些仪器进行控制的控制装置连接的系统。构成这种分散控制系统的基础的通信系统的大部分通过有线的方式进行通信。近年来，还实现了进行以ISA100.11a、WirelessHART(注册商标)等工业用无线通信标准为基准的无线通信的无线通信系统。
在这种无线通信系统中，经由无线网络而对过程控制所涉及的各种数据进行发送接收。例如，在以上述ISA100.11a为基准的无线通信系统中，由能够进行无线通信的现场仪器(无线现场仪器)、无线路由器以及基干路由器形成无线网络，从无线现场仪器对包含传感器数据在内的数据包(发布(Publish)数据包)进行发送，并按顺序经由无线路由器以及基干路由器而将其发送至上级系统。
日本特开2014-86852号公报(下面称为“专利文献1”)中公开有以上述ISA100.11a、WirelessHART(注册商标)等为基准的无线通信系统的一个例子。具体而言，专利文献1中公开了下述发明，即，使发送向无线网络的加入要求的无线设备加入无线网络，并在经由无线网络的无线通信完毕的情况下使其从无线网络脱离，由此能够使比当前更多的无线设备加入无线网络。
设置于车间等的现场仪器的数量大致根据车间等的规模而增减，在大规模的车间等有时超过1万台。因此，在大规模的车间等中考虑将来构建大规模的无线网络(例如，连接有超过1万台的无线现场仪器等的无线网络)的可能性。然而，当前主要因下面的2个理由而不容易构建大规模的无线网络。
(1)通信负荷的增大
在大规模的无线网络中，无线现场仪器的数量较多，因此设置于通信路径的无线中继仪器的通信负荷增大。例如，在以上述ISA100.11a为基准的无线通信系统中，如果无线路由器下辖的无线现场仪器的数量增加，则无线路由器的通信负荷增大，如果基干路由器下辖的无线路由器的数量增加，则基干路由器的通信负荷增大。为了防止这种通信负荷的增大，如果限制下辖的仪器(无线路由器下辖的无线现场仪器、或者基干路由器下辖的无线路由器)的数量，则结果难以构建大规模的无线网络。
(2)无线频带资源的不足
如果与无线网络连接的仪器的数量增加，则经由无线网络发送接收的数据包的数量与此成正比地增加，因此数据包的发送接收所需的无线频带增大。在无线通信系统中能够发布的无线频带有限，因此无线频带资源随着与无线网络连接的仪器的数量增加而变得不足。因这种无线频带资源的不足而限制了能够与无线网络连接的仪器的数量，结果难以构建大规模的无线网络。
发明内容
本发明的一个方式提供能够构建大规模的无线网络的无线中继仪器、处理装置、无线通信系统以及无线通信方法。
本发明的第1方式的进行经由无线网络的数据包的中继的无线中继仪器可以具备：汇集部，其对从加入至所述无线网络的、下辖的多个无线仪器发送给本机地址的多个第1数据包中包含的数据进行汇集而生成第2数据包；以及转送控制部，其将所述第2数据包转送至转送目标。
在本发明的第1方式的无线中继仪器中，所述汇集部可以对所述第1数据包的头部中包含的时刻数据、所述第1数据包的头部中包含的对所述无线仪器进行识别的识别数据、以及所述第1数据包的有效载荷部的数据进行汇集而生成所述第2数据包。
在本发明的第1方式的无线中继仪器中，所述汇集部可以使表示基准时刻的基准时刻数据包含于所述第2数据包中，并将所述第1数据包的头部中包含的所述时刻数据作为表示相对于所述基准时刻错开的时间的偏差数据而进行汇集。
本发明的第1方式的无线中继仪器可以还具备：储存部，其对所述第1数据包中包含的数据进行储存；以及定时控制部，其对所述汇集部利用所述储存部中储存的数据而生成所述第2数据包的定时、以及所述转送控制部转送由所述汇集部生成的所述第2数据包的定时进行控制。
本发明的第1方式的无线中继仪器可以还具备控制部，该控制部在应当储存于所述储存部的新数据的发送源、与已储存于所述储存部的数据的发送源相同的情况下，将已储存于所述储存部的该数据覆写为所述新数据。
在本发明的第1方式的无线中继仪器中，可以对所述无线仪器设定优先级。所述汇集部可以优先将从所述无线仪器发送来的所述第1数据包中的、从设定了更高优先级的所述无线仪器发送来的所述第1数据包中包含的数据汇集于所述第2数据包。
在本发明的第1方式的无线中继仪器中，所述汇集部可以以不超过最大汇集数的方式对所述第1数据包中包含的数据进行汇集。
在本发明的第1方式的无线中继仪器中，经由所述无线网络的数据包可以是加密后的数据包。可以还具备加密处理部，该加密处理部对发送给本机地址的所述第1数据包进行解密，并对转送至所述转送目标的所述第2数据包进行加密。
本发明的第2方式的以能够通信的方式与进行经由无线网络的数据包的中继的无线中继仪器连接的处理装置可以具备：分离部，其对由第1方式的无线中继仪器转送的所述第2数据包中包含的数据进行分离而生成第3数据包；以及转送部，其将所述第3数据包转送至转送目标。
在本发明的第2方式的处理装置中，所述分离部可以基于所述第2数据包的有效载荷部的数据中包含的、对所述无线仪器进行识别的识别数据，而对所述第2数据包的有效载荷部的数据进行分离。
在本发明的第2方式的处理装置中，可以对所述识别数据设定优先级。所述分离部可以优先对所述第2数据包的有效载荷部的数据中包含的所述识别数据中的、设定了更高优先级的所述识别数据进行所述分离。
在本发明的第2方式的处理装置中，可以对所述无线中继仪器设定所述第1数据包的最大汇集数。
本发明的第3方式的能够进行经由无线网络的无线通信的无线通信系统可以具备第1方式的无线中继仪器、以及第2方式的处理装置。
本发明的第4方式的无线通信系统可以具备：第1方式的无线中继仪器；网关，其对由所述无线中继仪器转送的所述第2数据包进行解密；以及第2方式的处理装置。
本发明的第5方式的进行经由无线网络的无线通信的无线通信方法可以具有：对经由所述无线网络发送来的第1数据包中包含的数据进行汇集而生成第2数据包的第1步骤；经由所述无线网络而将所述第2数据包转送至预先设定的转送目标的第2步骤；对所述第2数据包中包含的数据进行分离而生成第3数据包的第3步骤；以及将所述第3数据包转送至预先规定的转送目标的第4步骤。
发明的效果
根据本发明的一个方式，对经由无线网络发送来的本机地址的第1数据包中包含的数据进行汇集而生成第2数据包，经由无线网络而将所生成的第2数据包转送至预先设定的转送目标。由此，能够使经由无线网络的数据包的数量(数据包的总数据量)减少，因此能够构建大规模的无线网络。
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整体结构的框图。
图2是表示作为本发明的第1实施方式所涉及的无线中继仪器的无线适配器的要部结构的框图。
图3是表示在本发明的第1实施方式中从无线设备发送至无线适配器的数据包的格式的概要的图。
图4是表示作为本发明的第1实施方式所涉及的处理装置的数据包处理装置的要部结构的框图。
图5是表示在本发明的第1实施方式所涉及的处理装置中使用的无线设备信息的一个例子的图。
图6是表示本发明的第1实施方式所涉及的无线通信方法的概要的流程图。
图7是表示在本发明的第1实施方式中所发送接收的数据包的具体例的图。
图8是表示在本发明的第2实施方式中所发送接收的数据包的具体例的图。
图9是表示在本发明的第3实施方式中由无线适配器进行的处理的流程图。
图10是表示在本发明的第5实施方式中使用的无线设备信息的一个例子的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的几个实施方式所涉及的无线中继仪器、处理装置、无线通信系统、以及无线通信方法进行详细说明。
[第1实施方式]
<无线通信系统>
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整体结构的框图。如图1所示，本实施方式的无线通信系统1具有无线设备11a～11c(无线仪器)、无线适配器12(无线中继仪器)、无线路由器13、基干路由器14a、14b、系统管理器15、网关16、数据包处理装置17(处理装置)、以及监视控制装置18。上述结构的无线通信系统1能够通过经由无线网络N1的TDMA(Time Division Multiple Access：时分多址连接)方式而进行无线通信。
例如在车间、工厂等(下面，在对它们进行统称的情况下，简称为“车间”)处构建该无线通信系统1。这里，作为上述车间，除化学等工业车间以外，还存在对气田、油田等的井场及其周围进行管理控制的车间；对水力、火力、核能等的发电进行管理控制的车间；对阳光、风力等的环境能源发电进行管理控制的车间；对给排水、堤坝等进行管理控制的车间等。
上述无线网络N1是由在车间现场设置的仪器(无线设备11a～11c、无线适配器12、无线路由器13、以及基干路由器14a、14b)形成，且由系统管理器15进行管理的无线网络。图1中，将图示简化，但形成无线网络N1的无线设备11a～11c、无线适配器12、无线路由器13、以及基干路由器14a、14b的数量是任意的。也可以设为下述方式，即，形成多个由在无线适配器12下辖而连接为可进行通信的无线设备11a～11c构成的子网络。
在构建有无线通信系统1的车间，除上述无线网络N1以外，还设置有基干网络N2以及控制网络N3。基干网络N2是成为无线通信系统1的基干的有线网络，与基干路由器14a、14b、系统管理器15、以及网关16连接。控制网络N3是处于基干网络N2的上级位置的有线网络，与网关16、数据包处理装置17、以及监视控制装置18连接。这些基干网络N2以及控制网络N3也可以通过无线通信网络而实现。
无线设备11a～11c是设置在车间现场且在监视控制装置18的控制下进行过程控制所需的测定、操作等的现场仪器(无线现场仪器)。无线设备11a～11c例如是流量计、温度传感器等传感器仪器、流量控制阀、开闭阀等阀仪器、风扇、电动机等致动器仪器、对车间内的状况、对象物进行拍摄的照相机、摄像机等拍摄仪器、收集车间内的异常声音等并发出警报声等的麦克风、扬声器等音响仪器、将各仪器的位置信息输出的位置检测仪器、及其他仪器。该无线设备11a～11c以电池为电源进行省电动作(例如，间歇动作)，能够通过以无线通信标准ISA100.11a为基准的TDMA方式进行无线通信。
在本实施方式中，为了简化说明，将图1所示的无线设备11a～11c设为分别对流量、温度、以及压力进行测定的传感器设备。为了确保安全性，对无线设备11a～11c分别发布互不相同的密钥。具体而言，对无线设备11a发布密钥K1，对无线设备11b发布密钥K2，对无线设备11c发布密钥K3。
密钥K1是用于在无线设备11a与无线适配器12之间进行加密通信的密钥。密钥K2是用于在无线设备11b与无线适配器12之间进行加密通信的密钥。密钥K3是用于在无线设备11c与无线适配器12之间进行加密通信的密钥。上述这些密钥K1～K3在无线设备11a～11c加入至无线网络N1时由系统管理器15分别发布。
无线设备11a～11c进行数据包的发送设定。具体而言，针对无线设备11a～11c设定有无线适配器12作为数据包的发送目标，并且设定有数据包向无线适配器12的发送定时(timing)(发送间隔)。在无线设备11a～11c加入至无线网络N1以后由网关16进行上述这些设定。
无线适配器12能够进行以上述无线通信标准ISA100.11a为基准的无线通信，以能够进行通信的方式与无线网络N1连接，进行经由无线网络N1的数据包的中继。具体而言，无线适配器12将在从加入至无线网络N1的、下辖的无线设备11a～11c发送给本机地址的数据包(第1数据包)中包含的数据汇集而新生成汇集数据包(第2数据包)，将所生成的汇集数据包转送至预先设定的转送目标。在本实施方式中，假设由无线适配器12生成的汇集数据包的转送目标设定于网关16。
无线适配器12将从无线设备11a～11c发送给本机地址的数据包解密，并且在对所生成的汇集数据包进行加密之后转送至预先设定的转送目标(网关16)。为了对数据包所包含的数据进行汇集而需要将从无线设备11a～11c发送给本机地址的数据包解密，将汇集数据包加密是为了确保安全性。
如图1所示，为了确保安全性，对无线适配器12分别发布互不相同的密钥。具体而言，在前述密钥K1～K3的基础上，还发布密钥K10。密钥K10是用于在无线适配器12与网关16之间进行加密通信的密钥。上述这些密钥K1～K3、K10在无线适配器12加入至无线网络N1时由系统管理器15发布。无线适配器12的详细内容后述。
基干路由器14a、14b将无线网络N1和基干网络N2连接，对在无线网络N1与基干网络N2之间发送接收的数据进行中继。基干路由器14a、14b也进行以上述无线通信标准ISA100.11a为基准的无线通信。
系统管理器15对经由无线网络N1而进行的无线通信进行控制。具体而言，针对无线设备11a～11c、无线适配器12、无线路由器13、基干路由器14a、14b、以及网关16而进行通信资源(时隙以及通信信道)的分配控制，通过经由无线网络N1的TDMA而实现无线通信。系统管理器15进行是否使无线设备11a～11c、无线适配器12、无线路由器13、以及基干路由器14a，14b加入至无线网络N1的处理(加入处理)。系统管理器15在使无线设备11a～11c、无线适配器12、无线路由器13、以及基干路由器14a、14b加入至无线网络N1时，进行密钥(例如，前述的密钥K1～K3、K10)的发布。
网关16将基干网络N2和控制网络N3连接，对在无线设备11a～11c以及系统管理器15等与监视控制装置18之间发送接收的各种数据进行中继。通过设置该网关16而能够维持安全性，并且能够将基干网络N2和控制网络N3相互连接。网关16针对已加入至无线网络N1的无线设备11a～11c，进行前述的数据包的发送设定。为了确保安全性，对该网关16发布前述的密钥K10。网关16使用密钥K10而对从无线适配器12转送来的汇集数据包进行解密并输出至数据包处理装置17。
数据包处理装置17对从网关16输出的汇集数据包进行处理。具体而言，数据包处理装置17将在从网关16输出的汇集数据包中包含的解密后的数据分离而新生成分离数据包(第3数据包)，将生成后的分离数据包转送至预先规定的转送目标。在本实施方式中，设为在监视控制装置18中对由数据包处理装置17所生成的分离数据包的转送目标进行规定。即，数据包处理装置17以能够进行通信的方式与无线适配器12连接，为了使在无线适配器12被汇集的数据分离而设置。
数据包处理装置17针对无线设备11a～11c的每一个而分别进行识别数据(用于识别无线设备11a～11c的每一个的标识符)的设定。数据包处理装置17针对无线适配器12，设定对由无线适配器12所生成的汇集数据包进行转送的定时。考虑监视控制装置18对无线设备11a～11c等进行监视的时间间隔等而设定上述定时。数据包处理装置17的详细内容后述。
监视控制装置18进行无线设备11a～11c等的监视以及管理。具体而言，监视控制装置18通过对在从数据包处理装置17转送来的分离数据包中包含的数据进行收集而进行无线设备11a～11c等的监视。监视控制装置18基于收集到的各种数据而求出在图1中省略了图示的、进行各种控制处理的无线设备(例如，阀仪器)的控制量，将表示该控制量的控制数据经由网关16而以恒定的时间间隔进行发送，由此控制该无线设备。
<无线中继仪器>
图2是表示作为本发明的第1实施方式所涉及的无线中继仪器的无线适配器的要部结构的框图。如图2所示，无线适配器12具备无线通信部21、数据包中继部22、加密处理部23、转送控制部24、汇集部25、控制部26、以及存储器27(储存部)。无线适配器12对在发送给本机地址的数据包中包含的数据进行汇集而生成汇集数据包，将生成的汇集数据包转送至预先设定的转送目标(网关16)。
无线通信部21在控制部26的控制下对无线信号进行发送接收。具体而言，无线通信部21经由无线网络N1而接收以无线信号的方式发送来的数据包，并且经由无线网络N1而将应当发送的汇集数据包变换为无线信号而进行发送。数据包中继部22在控制部26的控制下，对由无线通信部21发送接收的数据包(包含汇集数据包在内)进行中继处理。具体而言，数据包中继部22在由无线通信部21接收到的数据包为本机地址的情况下将该数据包输出至加密处理部23，在不是本机地址的情况下将该数据包输出至无线通信部21。数据包中继部22将从加密处理部23输出的汇集数据包输出至无线通信部21。
加密处理部23在控制部26的控制下，使用图1所示的密钥K1～K3、K10进行加密处理。具体而言，加密处理部23对从数据包中继部22输出的数据包进行解密并输出至控制部26，对从转送控制部24输出的汇集数据包进行加密并输出至数据包中继部22。例如，加密处理部23分别使用密钥K1～K3而将经由无线网络N1从无线设备11a～11c发送来的本机地址的数据包解密并输出至控制部26。加密处理部23使用密钥K10而将从转送控制部24输出的汇集数据包加密并输出至数据包中继部22。
转送控制部24在控制部26的控制下，进行将由汇集部25生成的汇集数据包转送至预先设定的转送目标(网关16)的转送处理。该转送控制部24在由设置于控制部26的定时控制部26a规定的定时进行上述转送处理。汇集部25在控制部26的控制下，将存储在存储器27的数据(从无线设备11a～11c发送给本机地址的数据包的数据)汇集，生成应当转送至网关16的汇集数据包。该汇集部25在由设置于控制部26的定时控制部26a规定的定时，生成应当转送至网关16的汇集数据包。
图3是表示在本发明的第1实施方式中从无线设备发送至无线适配器的数据包的格式的概要的图。如图3所示，数据包P1由头部H和有效载荷部PL构成。在头部H设置有对发送目标地址进行储存的字段F1、对发送源地址进行储存的字段F2、对表示生成了数据包的时刻的时刻数据进行储存的字段F3、以及对识别数据(对无线设备11a～11c的每一个进行识别的标识符)进行储存的字段F4等。在有效载荷部PL对传感器数据(表示由无线设备11a～11c分别测定出的流量、温度、以及压力等的数据)进行储存。
数据包P1的头部H的大小为几十字节左右，数据包P1的有效载荷部PL的大小为几字节～十字节左右。即，通常与有效载荷部PL相比，数据包P1能够称为头部H较大的数据包。在头部H的字段F3储存的时刻数据的大小为4字节左右，在头部H的字段F4储存的识别数据的大小为2字节左右。
汇集部25对在从无线设备11a～11c分别发送来的数据包P1中包含的时刻数据(在头部H的字段F3储存的时刻数据)、识别数据(在头部H的字段F4储存的识别数据)、以及传感器数据(在有效载荷部PL储存的传感器数据)进行汇集。进行这种汇集的原因在于，在使进行无线设备11a～11c等的监视及管理所需的数据保留的同时，使经由无线网络N1而发送接收的数据包的数量(数据包的总数据量)减少，由此构建大规模的无线网络N1。
控制部26对无线适配器12的动作进行集中控制。例如，控制部26对无线通信部21、数据包中继部22、加密处理部23、转送控制部24、以及汇集部25进行控制，而进行针对发送给本机地址的数据包的汇集、以及针对汇集数据包的转送处理。在该控制部26设置有对转送控制部24以及汇集部25的动作定时进行控制的定时控制部26a。定时控制部26a对转送控制部24以及汇集部25进行控制，以使得应当转送至网关16的汇集数据包在由数据包处理装置17设定的定时被转送。存储器27例如是非易失性的半导体存储器，在控制部26的控制下，对从无线设备11a～11c发送给本机地址的数据包的数据等进行存储。
<处理装置>
图4是表示作为本发明的第1实施方式所涉及的处理装置的数据包处理装置的要部结构的框图。如图4所示，数据包处理装置17具备通信部31、储存装置32、分离部33、转送部34、以及控制部35。数据包处理装置17将在从网关16输出的汇集数据包中包含的数据分离而生成分离数据包，将生成的分离数据包转送至预先规定的转送目标(监视控制装置18)。
通信部31在控制部35的控制下对数据包进行发送接收。具体而言，通信部31接收从网关16输出的汇集数据包，并且将由数据包处理装置17生成的分离数据包向监视控制装置18发送。储存装置32例如具备非易失性的半导体存储器。储存装置32对无线设备信息Q1进行储存，并且对在控制部35的控制下从网关16输出的汇集数据包进行储存。
图5是表示在本发明的第1实施方式所涉及的处理装置中使用的无线设备信息的一个例子的图。如图5所示，无线设备信息Q1是使无线设备11a～11c的标签名与识别数据相关联而得到的信息，在分离部33对在从网关16输出的汇集数据包中包含的数据进行分离时使用。在图5所示的例子中，“TagA”是对无线设备11a设定的标签名，“TagB”是对无线设备11b设定的标签名，“TagC”是对无线设备11c设定的标签名。在图5所示的例子中，“AA”是对无线设备11a设定的识别数据，“BB”是对无线设备11b设定的识别数据，“CC”是对无线设备11c设定的识别数据。
分离部33使用在储存装置32储存的无线设备信息Q1，将在从网关16输出并储存于储存装置32的汇集数据包中包含的数据分离而生成分离数据包。详细内容后述，对于在储存装置32储存的汇集数据包的有效载荷部的数据，分离部33基于在该数据中包含的识别数据而对其进行分离。
转送部34进行将由分离部33生成的分离数据包转送至预先规定的转送目标(监视控制装置18)的转送处理。控制部35对数据包处理装置17的动作进行集中控制。例如，控制部35将由通信部31接收到的来自网关16的汇集数据包储存于储存装置32。控制部35对分离部33以及转送部34进行控制而使它们进行针对在储存装置32储存的汇集数据包的分离、以及针对分离数据包的转送处理。
<无线通信方法>
图6是表示本发明的第1实施方式所涉及的无线通信方法的概要的流程图。图7是表示在本发明的第1实施方式中发送接收的数据包的具体例的图。为了容易理解，假设从无线设备11a、11b、11c分别发送的数据包是图7中示出的数据包P11、P12、P13。
具体而言，从无线设备11a发送的数据包P11是时刻数据“T1”以及识别数据“AA”包含于头部、且传感器数据“aa”储存于有效载荷部的数据包。从无线设备11b发送的数据包P12是时刻数据“T2”以及识别数据“BB”包含于头部、且传感器数据“bbbbb”储存于有效载荷部的数据包。从无线设备11c发送的数据包P13是时刻数据“T3”以及识别数据“CC”包含于头部、且传感器数据“cccc”储存于有效载荷部的数据包。
如果图7所示的数据包P11被从无线设备11a向无线适配器12发送，则被无线适配器12的无线通信部21接收并输出至数据包中继部22(参照图2)。从无线设备11a发送来的数据包是以无线适配器12为目标的数据包，因此输出至数据包中继部22的数据包被输出至加密处理部23。然后，在加密处理部23中，进行使用密钥K1(参照图1)将从无线设备11a发送来的数据包解密的处理。解密后的数据包被从加密处理部23输出至控制部26并存储于存储器27。
在图7中示出的数据包P12被从无线设备11b向无线适配器12发送的情况下、以及图7中示出的数据包P13被从无线设备11c向无线适配器12发送的情况下，在无线适配器12中均进行与上述处理相同的处理。但是，从无线设备11b发送的数据包P12是使用密钥K2进行解密的，从无线设备11c发送的数据包P13是使用密钥K3进行解密的。
在以上的处理结束之后，如果控制信号被从定时控制部26a输出至汇集部25，则进行将在存储器27中存储的数据包的数据(下面，有时简称为“存储于存储器27的数据包”)汇集而生成汇集数据包的处理(步骤S11：第1步骤)。具体而言，汇集部25进行将在图7中示出的数据包P11中包含的时刻数据“T1”、识别数据“AA”以及传感器数据“aa”、在数据包P12中包含的时刻数据“T2”、识别数据“BB”以及传感器数据“bbbbb”、以及在数据包P13中包含的时刻数据“T3”、识别数据“CC”以及传感器数据“cccc”汇集的处理。然后，汇集部25生成将所汇集的数据被储存在有效载荷部的汇集数据包P20(参照图7)。
如果以上的处理结束，则所生成的汇集数据包P20被从汇集部25输出至转送控制部24，进行将汇集数据包P20向网关16转送的转送处理(步骤S12：第2步骤)。具体而言，进行将网关16的地址作为目标地址而储存于图7所示的汇集数据包P20的头部等的处理。如果以上的转送处理结束，则汇集数据包P20被从转送控制部24输出至加密处理部23。然后，由加密处理部23进行使用密钥K10(参照图1)将汇集数据包P20加密的处理。加密后的汇集数据包P20从加密处理部23经由数据包中继部22而被输出至无线通信部21，并发送至无线网络N1。
从无线适配器12发送的汇集数据包P20经由无线网络N1而例如被基干路由器14b接收。由基干路由器14b接收到的汇集数据包P20经由基干网络N2而被网关16接收。使用对网关16发布的密钥K10而将由网关16接收到的汇集数据包P20解密并输出至数据包处理装置17。
从网关16输出的汇集数据包P20被数据包处理装置17的通信部31接收，并经由控制部35而储存于储存装置32。在汇集数据包P20中包含的数据中的被储存于储存装置32的数据是汇集数据包P20的有效载荷部的数据。如果以上的处理结束，则由分离部33进行使用在储存装置32储存的无线设备信息Q1对在储存装置32储存的数据进行分离而生成分离数据包的处理(步骤S13：第3步骤)。
具体而言，分离部33基于无线设备信息Q1中包含的识别数据“AA”(参照图5)，将由时刻数据“T1”、识别数据“AA”、以及传感器数据“aa”构成的数据分离而生成分离数据包。分离部33基于无线设备信息Q1中包含的识别数据“BB”(参照图5)，将由时刻数据“T2”、识别数据“BB”、以及传感器数据“bbbbb”构成的数据分离而生成分离数据包。分离部33基于无线设备信息Q1中包含的识别数据“CC”(参照图5)，将由时刻数据“T3”、识别数据“CC”、以及传感器数据“cccc”构成的数据分离而生成分离数据包。
由分离部33生成的分离数据包是与图7所示的数据包P11～P13相同的数据包。即，由基于识别数据“AA”分离出的数据而生成的分离数据包与图7所示的数据包P11相同，是时刻数据“T1”以及识别数据“AA”包含于头部、且传感器数据“aa”储存于有效载荷部的数据包。由基于识别数据“BB”分离出的数据而生成的分离数据包与图7所示的数据包P12相同，是时刻数据“T2”以及识别数据“BB”包含于头部、且传感器数据“bbbbb”储存于有效载荷部的数据包。由基于识别数据“CC”分离出的数据而生成的分离数据包与图7所示的数据包P13相同，是时刻数据“T3”以及识别数据“CC”包含于头部、且传感器数据“cccc”储存于有效载荷部的数据包。
但是，对于由分离部33所生成的分离数据包与图7所示的数据包P11～P13而言，除时刻数据以及识别数据之外，头部的内容基本不同。由分离部33所生成的分离数据包的头部中包含图5所示的标签名。例如，在由基于识别数据“AA”分离出的数据而生成的分离数据包的头部，包含图5所示的标签名“TagA”，在由基于识别数据“BB”分离出的数据而生成的分离数据包的头部，包含图5所示的标签名“TagB”，在由基于识别数据“CC”分离出的数据而生成的分离数据包的头部，包含图5所示的标签名“TagC”。
如果以上的处理结束，则所生成的分离数据包被从分离部33输出至转送部34，进行将分离数据包向监视控制装置18转送的转送处理(步骤S14：第4步骤)。具体而言，进行将监视控制装置18的地址作为目标地址而储存于分离数据包的头部等的处理。如果以上的转送处理结束，则分离数据包从转送部34经由控制部35而被输出至通信部31，并从通信部31发送至控制网络N3。从数据包处理装置17发送的分离数据包经由控制网络N3而被收集至监视控制装置18。
如上所述，在本实施方式中，将无线适配器12设置于无线网络N1内，将数据包处理装置17设置于无线网络N1外，该无线适配器12将在从下辖的无线设备11a～11c发送给本机地址的数据包P11～P13中包含的数据汇集而生成汇集数据包P20，该数据包处理装置17对汇集数据包P20进行分离。由此，能够减少经由无线网络N1而发送接收的数据包的数量，能够降低通信负荷，并且消除了无线频带资源的不足。其结果，能够构建大规模的无线网络。
[第2实施方式]
下面，对本发明的第2实施方式进行说明。在上述的第1实施方式中，将在从无线设备11a～11c发送的数据包P11～P13(参照图7)的头部包含的时刻数据直接汇集为汇集数据包P20。在本实施方式中，使汇集为汇集数据包P20的时刻数据的大小减小，由此使汇集数据包P20整体的大小减小。
图8是表示在本发明的第2实施方式中发送接收的数据包的具体例的图。如图8所示，在本实施方式中，使表示基准时刻的基准时刻数据“T0”包含于汇集数据包P20，将数据包P11～P13的头部中包含的时刻数据“T1”、“T2”、“T3”作为表示相对于基准时刻错开的时间(偏差)的偏差数据“t1”、“t2”、“t3”而进行汇集，由此使汇集数据包P20整体的大小进一步减小。
在本实施方式中，数据包P11～P13的头部中包含的时刻数据“T1”、“T2”、“T3”、汇集数据包P20中包含的基准时刻数据“T0”、以及汇集于汇集数据包P20的偏差数据“t1”、“t2”、“t3”的关系由下式表示。
T1＝T0+t1
T2＝T0+t2
T3＝T0+t3
这里，时刻数据“T1”、“T2”、“T3”以及基准时刻数据“T0”的大小为4字节左右，偏差数据“t1”、“t2”、“t3”的大小为1字节左右。因此，在第1实施方式中，汇集于汇集数据包P20的时刻数据“T1”、“T2”、“T3”的合计大小为12字节左右，与此相对，在本实施方式中，汇集于汇集数据包P20的时刻数据(基准时刻数据“T0”以及偏差数据“t1”、“t2”、“t3”)的合计大小为7字节左右，能够使所汇集的时刻数据的大小减小。
求出上述偏差数据“t1”、“t2”、“t3”、并与基准时刻数据“T0”一起汇集于汇集数据包P20的处理，是在对数据包P11～P13中所包含的数据进行汇集时由无线适配器12的汇集部25(参照图2)进行的。在数据包处理装置17的分离部33中，在对汇集数据包P20中所包含的数据进行分离时，进行根据汇集于汇集数据包P20的基准时刻数据“T0”以及偏差数据“t1”、“t2”、“t3”而求出时刻数据“T1”、“T2”、“T3”的处理。
如上所述，在本实施方式中，使表示基准时刻的基准时刻数据“T0”包含于汇集数据包P20，将数据包P11～P13的头部中包含的时刻数据“T1”、“T2”、“T3”作为表示相对于基准时刻错开的时间(偏差)的偏差数据“t1”、“t2”、“t3”而进行汇集。由此，与第1实施方式相比，能够使汇集数据包P20的整体的大小进一步减小。
[第3实施方式]
下面，对本发明的第3实施方式进行说明。在上述的第1实施方式中，将无线适配器12的存储器27(参照图2)中存储的数据包P11～P13全部汇集于汇集数据包P20。在本实施方式中，能够对在无线适配器12的存储器27中存储的数据包进行覆写，从而减少所汇集的数据包的数量而提高无线频带的利用效率。是否能够进行在无线适配器12的存储器27中存储的数据包的覆写的设定，例如通过图1所示的数据包处理装置17而进行。
图9是表示在本发明的第3实施方式中由无线适配器进行的处理的流程图。每当将解密后的数据包从无线适配器12的加密处理部23向控制部26输出时均进行图9所示的流程图的处理。如果开始处理，则首先由控制部26判断是否许可对存储器27中存储的数据包进行覆写(步骤S21)。在判断为不许可对数据包进行覆写的情况(步骤S21的判断结果为“NO”的情况)下，与第1实施方式相同，由控制部26进行将由加密处理部23解密后的数据包重新存储于存储器27的处理(步骤S22)。
与此相对，在判断为许可对数据包进行覆写的情况(步骤S21的判断结果为“YES”的情况)下，由控制部26判断与从加密处理部23输出的数据包为相同发送源的数据包是否存储于存储器27(步骤S23)。在判断为发送源相同的数据包未存储于存储器27的情况(步骤S23的判断结果为“NO”的情况)下，由控制部26进行将从加密处理部23输出的数据包重新存储至存储器27的处理(步骤S22)。
另一方面，在判断为发送源相同的数据包存储于存储器27的情况(步骤S23的判断结果为“YES”的情况)下，由控制部26进行利用从加密处理部23输出的数据包将存储器27中存储的数据包(与从加密处理部23输出的数据包为相同发送源的数据包)覆写的处理(步骤S24)。这样，对存储器27中存储的数据包进行覆写。在本实施方式中，存储器27中存储的数据包在汇集之后被删除。
如上所述，在本实施方式中，能够对在无线适配器12的存储器27中存储的数据包进行覆写。因此，例如在由于无线环境的恶化等而从相同的无线设备发送的多个数据包被无线适配器12接收到的情况下，无线适配器12中已存储的的数据包被最新的数据包覆写。由此，能够减少由无线适配器12汇集的数据包的数量，其结果，能够提高无线频带的利用效率。由于是否设为能够对无线适配器12的存储器27中存储的数据包进行覆写是能够切换的，因此能够与无线设备11a～11c的用途、特性匹配地进行运用。
[第4实施方式]
下面，对本发明的第4实施方式进行说明。在上述的第1实施方式中，将在无线适配器12的存储器27(参考图2)中存储的数据包P11～P13全部汇集于汇集数据包P20。在本实施方式中，通过设定对数据包的汇集数的上限进行规定的最大汇集数，能够调整是使无线频带的利用效率优先、还是使数据包的收集时间(直至从无线设备11a～11c发送的数据包被收集至监视控制装置18为止的时间)的缩短优先。最大汇集数的设定例如通过图1所示的数据包处理装置17而进行。
上述最大汇集数设定为使得对由无线适配器12生成的汇集数据包P20进行发送所需的时间不超过1个时隙的时间(1msec)。该最大汇集数还取决于从无线设备11a～11c发送的数据包P11～P13的有效载荷部中储存的数据的大小，例如设定为“5”～“10”左右的范围。
在对无线适配器12设定了最大汇集数的情况下，在对存储器27中所存储的数据包进行汇集时，无线适配器12的汇集部25首先判断存储器27中存储的数据包的数量是否超过最大汇集数。在判断为存储器27中存储的数据包的数量未超过最大汇集数的情况下，与第1实施方式相同地，汇集部25将存储器27中存储的数据包全部汇集于汇集数据包P20。
与此相对，在判断为存储器27中存储的数据包的数量超过最大汇集数的情况下，汇集部25以使得不超过最大汇集数的方式对数据包进行汇集。例如，将存储器27中存储的数据包中的、由时刻数据表示的时刻最早的最大汇集数的量的数据包汇集于汇集数据包P20。通过上述方式对汇集于汇集数据包P20的数据包的数量进行限制。对存储器27中存储的数据包中的、此次未被汇集的数据包在下次及以后进行汇集。
如上所述，在本实施方式中，设定最大汇集数而限制数据包的汇集数。这里，如果将最大汇集数设定为较大的值，则能够将更多的数据包汇集于汇集数据包P20，因此能够进一步提高无线频带的利用效率。相反，如果将最大汇集数设定为较小的值，则汇集于汇集数据包P20的数据包的数量减少，能够缩短直至得到汇集为汇集数据包P20的数据包为止的等待时间(汇集数据包生成时间)，因此能够缩短数据包的收集时间。由此，在本实施方式中，能够调整是使无线频带的利用效率优先、还是使数据包的收集时间的缩短优先。
[第5实施方式]
下面，对本发明的第5实施方式进行说明。在上述的第1实施方式中，将在无线适配器12的存储器27中存储的数据包P11～P13(参照图7)按照为了对上述数据包的每一个进行指示而标注的符号(P11、P12、P13)的数值从小到大的顺序(数据包P11、数据包P12、数据包P13的顺序)汇集为汇集数据包P20。在上述的第1实施方式中，未提及利用数据包处理装置17的分离部33(图4参照)生成分离数据包的顺序。在本实施方式中，对无线设备11a～11c设定优先级，对从设定了高优先级的无线设备发送的数据包优先进行汇集及分离。优先级的设定例如由图1所示的数据包处理装置17进行。
图10是表示在本发明的第5实施方式中使用的无线设备信息的一个例子的图。如图10所示，在本实施方式中，数据包处理装置17中所使用的无线设备信息Q1(表格)是使优先级与图5所示的表格相关联而得到的。在图10所示的例子中，使优先级“1”与对无线设备11a设定的标签名“TagA”以及识别数据“AA”相关联，使优先级“3”与对无线设备11b设定的标签名“TagB”以及识别数据“BB”相关联，使优先级“2”与对无线设备11c设定的标签名“TagC”以及识别数据“CC”相关联。
对无线适配器12也设定与图10所示的优先级相同的优先级。但是，对数据包处理装置17设定的优先级和对无线适配器12设定的优先级无需一定相同，也可以不同。在本实施方式中，为了简化说明，假设对数据包处理装置17以及无线适配器12这双方设定图10所示的优先级。
无线适配器12的汇集部25(参照图2)在对存储器27中存储的数据包进行汇集时，将从设定了高优先级的无线设备发送的数据包优先汇集于汇集数据包P20。在设定了图10所示的优先级的情况下，按照从无线设备11a发送的数据包、从无线设备11c发送的数据包、以及从无线设备11b发送的数据包的顺序汇集于汇集数据包P20。
数据包处理装置17的分离部33(参照图4)在基于无线设备信息Q1中包含的识别数据而对汇集数据包P20进行分离时，优先对与更高优先级相关联的识别数据进行分离。在图10所示的无线设备信息Q1的情况下，分离部33首先基于与最高优先级相关联的识别数据“AA”，从汇集数据包P20将由时刻数据“T1”、识别数据“AA”、以及传感器数据“aa”构成的数据分离(参照图7)。然后，分离部33基于与第二高的优先级相关联的识别数据“CC”，从汇集数据包P20将由时刻数据“T3”、识别数据“CC”、以及传感器数据“cccc”构成的数据分离。最后，分离部33基于与最低优先级相关联的识别数据“BB”而使由时刻数据“T2”、识别数据“BB”、以及传感器数据“bbbbb”构成的数据从汇集数据包P20分离。然后，分离部33利用分离的数据并按照分离的顺序而生成分离数据包。
如上所述，在本实施方式中，对无线设备11a～11c设定优先级，并优先对从设定了高优先级的无线设备发送的数据包进行汇集及分离。由此，能够缩短从设定了高优先级的无线设备发送的数据包的收集时间。
以上对本发明的实施方式所涉及的无线中继仪器、处理装置、无线通信系统、以及无线通信方法进行了说明，但本发明不局限于上述实施方式，在本发明的范围内能够自由地变更。例如，在上述实施方式中，对经由无线网络N1的数据包进行加密，因此利用网关16对经由无线网络N1以及基干网络N2而转送至控制网络N3的数据包进行解密。然而，如果未对经由无线网络N1的数据包进行加密，则无需利用网关16进行解密。
在上述实施方式中，对系统管理器15集中管理无线网络N1的例子进行了说明。然而，可以形成为，对无线适配器12设置系统管理器15的功能，划分为由系统管理器15管理的无线网络、以及由无线适配器12管理的无线网络(由无线适配器12下辖的无线设备11a～11c形成的无线网络)。在进行这种管理的情况下，可以对数据包处理装置17设置系统管理器15的一部分功能，由数据包处理装置17进行密钥K1～K3的管理。
上述的第1～第5实施方式并非各自独立，还能够对它们进行组合。例如，还能够对第4实施方式和第5实施方式进行组合，不超过最大汇集数地基于优先级对数据包进行汇集。在上述实施方式中，对基干路由器14a、14b、系统管理器15、网关16、数据包处理装置17分别作为不同的装置而实现的例子进行了说明。然而，还能够使这些装置中任意的大于或等于2个的装置作为1个装置(例如，使网关16和数据包处理装置17实现一体化)而实现。
不局限于上述的几个实施方式的无线通信系统，可以具有1个或多个软件组件、以及在执行该软件组件的情况下构成为实现无线通信系统的各功能的1个或多个硬件处理器。或者，可以由电路实现无线通信系统的各功能。
“硬件处理器”可以由1个或多个硬件组件实现。硬件处理器构成为执行1个或多个软件组件，在执行1个或多个软件组件的情况下，根据1个或多个软件组件中包含的代码或指示而执行1个或多个动作。
“电路”是指构成为执行1个或多个动作的电路的系统。“电路”由硬件及软件组件实现。

Claims (12)

1.一种无线中继仪器，其进行经由无线网络的数据包的中继，
所述无线中继仪器具备：
存储器；以及
处理部，其与所述存储器连接，并构成为：
对从加入至所述无线网络的、下辖的多个无线仪器发送给本机地址的多个第1数据包中包含的数据进行汇集而生成第2数据包；
将所述第2数据包转送至预先设定的转送目标，
其中，所述多个第1数据包的头部的大小大于所述多个第1数据包的有效载荷部的大小，
所述处理部构成为，对所述第1数据包的头部中包含的时刻数据、所述第1数据包的头部中包含的对所述无线仪器进行识别的识别数据、以及所述第1数据包的有效载荷部的数据进行汇集而生成所述第2数据包，
所述处理部构成为，使表示基准时刻的基准时刻数据包含于所述第2数据包中，并将所述第1数据包的头部中包含的所述时刻数据作为表示相对于所述基准时刻错开的时间的偏差数据而进行汇集。
2.根据权利要求1所述的无线中继仪器，其中，
还具备：
储存部，其对所述第1数据包中包含的数据进行储存，
其中，所述处理部还构成为，对利用所述储存部中储存的数据而生成所述第2数据包的定时、以及转送所生成的所述第2数据包的定时进行控制。
3.根据权利要求2所述的无线中继仪器，其中，
所述处理部还构成为，在应当储存于所述储存部的新数据的发送源、与已储存于所述储存部的数据的发送源相同的情况下，将已储存于所述储存部的该数据覆写为所述新数据。
4.根据权利要求1所述的无线中继仪器，其中，
对所述无线仪器设定优先级，
所述处理部优先将从所述无线仪器发送来的所述第1数据包中的、从设定了更高优先级的所述无线仪器发送来的所述第1数据包中包含的数据汇集于所述第2数据包。
5.根据权利要求1所述的无线中继仪器，其中，
所述处理部以不超过最大汇集数的方式对所述第1数据包中包含的数据进行汇集。
6.根据权利要求1所述的无线中继仪器，其中，
经由所述无线网络的数据包是加密后的数据包，
所述处理部还构成为，对发送给本机地址的所述第1数据包进行解密，并对转送至所述转送目标的所述第2数据包进行加密。
7.一种处理装置，其以能够通信的方式与进行经由无线网络的数据包的中继的无线中继仪器连接，所述无线中继仪器对从所述无线网络的多个无线仪器发送的多个第1数据包中包含的数据进行汇集而生成第2数据包，其中，
所述处理装置具备：
存储器；以及
处理部，其与所述存储器连接，并构成为：
对由所述无线中继仪器转送的所述第2数据包中包含的数据进行分离而生成第3数据包；以及
将所述第3数据包转送至转送目标，
其中，所述多个第1数据包的头部的大小大于所述多个第1数据包的有效载荷部的大小，
所述无线中继仪器对所述第1数据包的头部中包含的时刻数据、所述第1数据包的头部中包含的对所述无线仪器进行识别的识别数据、以及所述第1数据包的有效载荷部的数据进行汇集而生成所述第2数据包，
所述处理部构成为，使表示基准时刻的基准时刻数据包含于所述第2数据包中，并将所述第1数据包的头部中包含的所述时刻数据作为表示相对于所述基准时刻错开的时间的偏差数据而进行汇集。
8.根据权利要求7所述的处理装置，其中，
所述处理部基于所述第2数据包的有效载荷部的数据中包含的、对所述无线仪器进行识别的识别数据，而对所述第2数据包的有效载荷部的数据进行分离。
9.根据权利要求8所述的处理装置，其中，
对所述识别数据设定优先级，
所述处理部优先对所述第2数据包的有效载荷部的数据中包含的所述识别数据中的、设定了更高优先级的所述识别数据进行所述分离。
10.根据权利要求7所述的处理装置，其中，
所述处理部还构成为，设定所述第1数据包的最大汇集数。
11.一种无线通信系统，其能够进行经由无线网络的无线通信，其中，
所述无线通信系统具备：无线中继仪器，其进行经由无线网络的数据包的中继；以及处理装置，其以能够通信的方式与所述无线中继仪器连接，
其中，所述无线中继仪器具备：
第1存储器；以及
第1处理部，其与所述第1存储器连接，并构成为：
对从加入至所述无线网络的、下辖的多个无线仪器发送给本机地址的多个第1数据包中包含的数据进行汇集而生成第2数据包；
将所述第2数据包转送至预先设定的第1转送目标，
所述处理装置具备：
第2存储器；以及
第2处理部，其与所述第2存储器连接，并构成为：
对由所述无线中继仪器转送的所述第2数据包中包含的数据进行分离而生成第3数据包；以及
将所述第3数据包转送至第2转送目标，
其中，所述多个第1数据包的头部的大小大于所述多个第1数据包的有效载荷部的大小，
所述第1处理部对所述第1数据包的头部中包含的时刻数据、所述第1数据包的头部中包含的对所述无线仪器进行识别的识别数据、以及所述第1数据包的有效载荷部的数据进行汇集而生成所述第2数据包，
所述第1处理部构成为，使表示基准时刻的基准时刻数据包含于所述第2数据包中，并将所述第1数据包的头部中包含的所述时刻数据作为表示相对于所述基准时刻错开的时间的偏差数据而进行汇集。
12.一种无线通信方法，其进行经由无线网络的无线通信，其中，
所述无线通信方法具有：
对经由所述无线网络发送来的多个第1数据包中包含的数据进行汇集而生成第2数据包的第1步骤；
经由所述无线网络而将所述第2数据包转送至预先设定的第1转送目标的第2步骤；
对所述第2数据包中包含的数据进行分离而生成第3数据包的第3步骤；以及
将所述第3数据包转送至预先规定的第2转送目标的第4步骤，
其中，所述多个第1数据包的头部的大小大于所述多个第1数据包的有效载荷部的大小，
在所述汇集中，对所述第1数据包的头部中包含的时刻数据、所述第1数据包的头部中包含的对所述无线仪器进行识别的识别数据、以及所述第1数据包的有效载荷部的数据进行汇集而生成所述第2数据包，
使表示基准时刻的基准时刻数据包含于所述第2数据包中，并将所述第1数据包的头部中包含的所述时刻数据作为表示相对于所述基准时刻错开的时间的偏差数据而进行汇集。
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