JP2008034957A - センサデータ収集方法、センサデータ収集システムおよび端末局、並びに、無線通信方法、無線通信システムおよび子局 - Google Patents

Abstract

【課題】端末局の電力消費を低減させるとともに、センサデータの収集不能時間を短縮させる。
【解決手段】端末局１０は、通常パワー送信モードで中継局２０ａに対して所定回数データ送信を行い、中継局２０ａからＡＣＫが返信されなかったときには、パワーアップ送信モードにして、再度、中継局２０ａに対して所定回数データ送信を行う。それでも、中継局２０ａからＡＣＫが返信されなかったときには、データの送信先を中継局２０ｂに変更し、通常パワー送信モードおよびパワーアップ送信モードそれぞれのモードで、同様に所定回数データ送信を行う。それでも、中継局２０ｂからＡＣＫが返信されなかったときには、中継局２０ａ，２０ｂに対しブロードキャストを実行し、それでも、なお、ＡＣＫが返信されなかったときには、端末局１０は、スリープ動作状態に遷移する。
【選択図】図５

Description

本発明は、端末局で取得したセンサデータをセンタ局が収集するセンサデータ収集方法、センサデータ収集システムおよび端末局、並びに、無線通信方法、無線通信システムおよび子局に関する。

工場などには、様々な目的のために様々な場所に様々なセンサが設置されている。例えば、生産機械のそばには異常発熱、異常発信音、漏電などを検知するセンサが設置され、また、排ガス口や排水溝には汚染物質の濃度などを計測するセンサが設置され、さらには、事務所や作業現場には、気温、湿度、明るさなどを検知するセンサなどが設置されている。そして、それらのセンサから得られたデータは、無線ＬＡＮ（Local Area Network）などを介してセンタコンピュータなどに収集され、作業の安全性や快適性を向上させるとともに、環境の安全を考慮した工場運営を行うために使用される。

以上のように構築されたセンサデータ収集システムにおいては、センサが様々な場所に散在して配置されることが多いので、そのセンサや無線ＬＡＮ端末は、しばしばバッテリ駆動されることになる。その場合、バッテリの交換といったようなメンテナンスを省力化する観点から、センサおよび無線ＬＡＮの消費電力の低減を図り、バッテリを長寿命化することが重要な課題となる。

特許文献１には、同様のセンサデータ収集システムに適用される親機と子機からなる無線通信システムにおいて、子機のバッテリ寿命を長くしようとするための無線通信方法の例が開示されている。その無線通信方法によれば、子機が親機へ所定のデータを所定回数送信しても、親機から所定の応答メッセージが返送されなかったときには、子機は、親機に対し、前記データ送信の時間間隔よりも長い時間間隔で、親機の状態を問い合わせるメッセージを繰り返して送信するとしている。すなわち、子機からのデータ送信回数および送信データ量を減らすことによって、子機における電力消費を低減するようにしている。
特開２００６−１４０８１７号公報

特許文献１に開示されている通信方法を適用してセンサデータ収集システムを構築した場合には、子機と親機との間で通信不能が続く限りは、子機によって取得されたセンサデータは、センタコンピュータへ送信することができない。そのとき、その通信不能の時間が、例えば数分程度であれば、あまり問題がない。つまり、特許文献１に開示されている通信方法は、親機の電源瞬断など、間欠的でしかも短時間（例えば、数分程度）の通信不能に対しては有効であると考えられる。

しかしながら、この通信方法の場合、その通信不能の時間が長くなったとき、例えば、通信不能が１時間以上にも及んだとき、センタコンピュータは、その間ずっとセンサデータを収集することができない。センタコンピュータが長時間にわたってセンサデータを収集できない可能性のあるデータ収集システムは、データ収集の目的によっては大きな欠陥となってしまう。

そこで、本発明の目的は、センサデータ収集端末の電力消費を低減させるとともに、センサデータの収集不能時間を短縮させる、つまり、センサデータ収集システムとしてのアベイラビリティを向上させることが可能なセンサデータ収集方法、センサデータ収集システムおよび端末局、並びに、無線通信方法、無線通信システムおよび子局を提供することにある。

本発明においては、センサデータ収集システムを、
（ａ）センサに接続され、そのセンサが供給するセンサデータを取得する端末局と、
（ｂ）前記端末局が取得したセンサデータを収集するセンタ局と、
（ｃ）前記端末局に対し無線信号により相互に通信可能に接続されるとともに、前記センタ局に対し相互に通信可能に接続され、前記端末局が送信するセンサデータを受信して、その受信したセンサデータを前記センタ局へ送信する中継局と、
を含むように構成し、その端末局が次のように動作することを特徴とする。

前記端末局は、少なくとも２つの前記中継局に対し無線通信可能に配置されるとともに、送信無線信号の電力強度を制御する制御手段を備え、
（１）前記無線通信可能に配置された中継局の１つを送信先中継局として選択し、その送信先中継局へデータを送信し、さらに、その送信先中継局への前記データの送信を所定の回数繰り返しても、前記送信先中継局から送信されるべき所定の応答メッセージを受信しなかったときには、引き続いて、
（２）前記制御手段により前記送信無線信号の電力強度を大きくするように制御した後、前記データを前記送信先中継局へ送信し、さらに、その送信先中継局への前記データの送信を所定の回数繰り返しても、前記送信先中継局から送信されるべき所定の応答メッセージを受信しなかったときには、引き続いて、
（３）前記送信先中継局を、前記選択した中継局から、前記無線通信可能に配置された他の中継局へ変更し、その変更した送信先中継局へ前記所定のデータを送信し、さらに、その送信先中継局への前記データの送信を所定の回数繰り返しても、前記送信先中継局から送信されるべき所定の応答メッセージを受信しなかったときには、
（４）自らの一部を除外した部分の動作を停止したスリープ動作状態に遷移する。

本発明によれば、センサデータ収集端末の電力消費を低減させ、さらに、センサデータ収集システムとしてのアベイラビリティを向上させることができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るセンサデータ収集システムの構成を示した図である。図１に示すように、センサデータ収集システム１は、端末局１０と、中継局２０と、センタ局３０と、センタコンピュータ４０と、を含んで構成される。

ここで、センタ局３０に対して複数の中継局２０が無線通信可能に接続され、また、１つの中継局２０に対して複数の端末局１０が無線通信可能に接続されているものとする。そして、端末局１０のそれぞれは、少なくとも２つの中継局２０と通信可能なように配置されるものとする。すなわち、本実施形態においては、１つの端末局１０は、２つ以上の中継局２０からの無線信号が届く位置に配置される。逆に言えば、複数の中継局２０は、すべての端末局１０に対して少なくとも２つの中継局２０からの無線信号が届く位置に配置される。

端末局１０は、センサ１６が供給するセンサデータを取得し、その取得したセンサデータを中継局２０に向けて無線信号によって送信する。また、中継局２０は、端末局１０が送信したセンサデータを受信して、その受信したセンサデータをセンタ局３０へ無線信号によって送信する。センタ局３０は、中継局２０が送信するセンサデータを受信して、その受信したセンサデータをセンタコンピュータ４０に向けて出力する。センタコンピュータ４０は、そのセンサデータを入力して、適宜、処理して、センサデータに係るデータベースなどに蓄積する。

さらに、図１に示すように、端末局１０は、制御部１１、メモリ１２、通信部１３、センサインタフェース１４、バッテリ１５などを含んで構成される。ここで、制御部１１は、例えば、マイクロプロセッサによって構成され、そのマイクロプロセッサは、メモリ１２に格納されているプログラムを実行することによって、後記する端末局１０の様々な機能を実現する。また、メモリ１２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの揮発性メモリとフラッシュメモリなどの不揮発性メモリとを含んで構成される。本実施形態の場合、端末局１０が後記するスリープ動作モードを有するので、前記マイクロプロセッサが実行するプログラムは、不揮発性メモリに格納される。

センサインタフェース１４は、１つ以上のセンサ１６と接続され、制御部１１の指示に従って、適宜、センサ１６を制御するとともに、センサ１６から供給されるセンサデータを取得する。センサインタフェース１４が取得したセンサデータは、制御部１１によって読み取られ、メモリ１２に一時的に格納される。

通信部１３は、制御部１１の指示に従って、メモリ１２に一時的に格納されているセンサデータを中継局２０へ送信するとともに、その送信に係る通信制御を実行する。また、通信部１３は、ディジタルの送信データを所定の無線信号に変調するとともに、受信した無線信号をディジタル信号に復調する変復調回路（図示省略）を備える。なお、通信部１３と中継局２０との間の無線通信方式の仕様は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．４の規格に従うものとする。

また、図示を省略しているが、前記変復調回路の送信無線信号の出力部位に、制御部１１からの制御信号によって送信無線信号の出力パワー（電力強度）を制御可能な増幅回路が設けられている。そして、ここでは、その制御部１１からの制御信号を用いて、送信無線信号の出力パワーを、通常時の出力パワーと、その通常時の出力パワーより大きな出力パワーとの２レベルの出力パワーに切り替えることができるようにしておく。なお、以下の説明では、通常時の出力パワーで送信無線信号を出力するときを通常パワー送信モードといい、通常時の出力パワーより大きな出力パワーで送信無線信号を出力するときをパワーアップ送信モードという。

バッテリ１５は、端末局１０を構成する各ブロックに対して電源電流を供給する。本実施形態の場合、端末局１０は、スリープ動作モードを備え、スリープ動作モードでは各ブロック（次に説明する一部を除く）への電源電流の供給を停止し、各ブロックの動作を停止する。バッテリ１５は、スリープ動作モードを実現するために、その電源電流出力部位に、制御部１１から出力される制御信号によってオン・オフ制御可能なスイッチ（図示省略）を備える。すなわち、制御部１１は、そのスイッチをオン・オフすることができ、そのスイッチがオフされると、端末局１０は、スリープ動作モードになる。

ただし、スリープ動作モードであっても、制御部１１の少なくとも一部の制御回路（例えば、前記スイッチを制御する制御信号の供給回路、ウエイクアップタイマなど）への電源供給は継続して行う必要がある。なお、スリープ機能付きのマイクロプロセッサを用いると、このような制御回路は、容易に実現することができる。

なお、センサ１６が、端末局１０に一体に含まれて構成されるような場合には、センサ１６の種類に応じて支障がない限り、スリープ動作モードではセンサ１６への電源電流の供給を停止する。

以上、ここでは、中継局２０およびセンタ局３０の構成について、特に示すことをしなかったが、その大略の構成は、端末局１０とおおむね同じである（ただし、センサインタフェースは備えていない）。すなわち、中継局２０もセンタ局３０もそれぞれに応じた通信部、制御部、メモリを備えて構成され、それぞれに割り振られた機能と細部の構成が異なるだけである。なお、その機能および細部の構成に影響を及ぼすのは、その通信部に係る通信方式であるが、本実施形態の場合、中継局２０とセンタ局３０との間の無線通信方式は、端末局１０と中継局２０との間の無線通信方式と同じ（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．４の規格）であるとする。

ただし、中継局２０とセンタ局３０との間の通信方式は、必ずしも、端末局１０と中継局２０との間の通信方式と同じである必要はない。例えば、中継局２０とセンタ局３０とは、携帯電話の通信方式で接続されていても構わない。また、さらには、無線通信で接続されている必要もない。例えば、中継局２０とセンタ局３０とは、有線のイーサネット（登録商標）などで接続されていても構わない。

図２は、本実施形態に係るセンタ局、中継局および端末局それぞれにおける局間接続関係テーブルの例を示した図である。局間接続関係テーブルは、センタ局３０、中継局２０または端末局１０が、自局の上位または下位に接続されている他局のアドレスを格納するテーブルである。すなわち、下位局は、上位局へデータを送信するとき、この局間接続関係テーブルから得られるアドレスを有する上位局へデータを送信する。なお、ここでいうアドレスは、各局の通信装置（通信部）を識別するための識別情報であり、例えば、ＭＡＣ（Media Access Control）アドレスなどを利用することができる。

図２（ａ），（ｂ）に示すように、センタ局３０および中継局２０の局間接続関係テーブルは、親子関係フラグおよび接続局アドレスを含んで構成される。ここで、親子関係フラグは、その値が“０”のとき、自局に下位局（子局）が接続されていることを示し、その値が“１”のとき、自局に上位局（親局）が接続されていることを示す。また、接続局アドレスは、上位局または下位局として接続されているセンタ局３０、中継局２０または端末局１０のアドレスである。

また、図２（ｃ）に示すように、端末局１０の局間接続関係テーブルは、親子関係フラグ、接続優先度および接続局アドレスを含んで構成される。この場合、前記説明した親子関係フラグおよび接続局アドレスに加え、接続優先度が追加されている。本実施形態においては、１つの端末局１０は、複数の中継局２０と無線通信可能なように配置されるとしているので、端末局１０が中継局２０へセンサデータを送信しようとするとき、どの中継局２０へ送信すればよいか混乱する。そこで、その中継局２０の選択の混乱を避けるために設けた情報が接続優先度である。

例えば、図２（ｃ）では、端末局（＃１）の局間接続関係テーブルには、その上位局として中継局（＃１）と中継局（＃２）とが設定されており、その優先度は、中継局（＃１）が高いことが示されている。このような場合、端末局１０は、センサ１６から取得したセンサデータをセンタ局３０に送信するときには、優先度が高い中継局２０を選択し、その選択した中継局２０へセンサデータを送信する。

なお、この例では、端末局１０の上位局として、２つの中継局２０しか示されていないが、上位局となる中継局２０は、端末局１０と無線通信可能である限り、３つ以上あっても構わない。その場合、優先度の数値は大きいほうが、優先度が高いものとする。

以上、説明した局間接続関係テーブルは、センサデータ収集システム１（図１参照）を構築し、その稼働を開始するときに設定する。そして、その設定した局間接続関係テーブルは、センタ局３０、中継局２０および端末局１０それぞれが有するフラッシュメモリなどの不揮発性メモリに格納される。

図３は、本実施形態において端末局と中継局との通信がうまくいっている場合のデータ送信の手順の例を示した図、図４は、そのデータ送信に係るデータ送信フレームのフォーマットの例を示した図である。

端末局１０は、所定の時間ごとに（例えば、５分ごとに）センサ１６からセンサデータを取得し、その取得したセンサデータを図４に示したデータ送信フレームにパックして、センタ局３０へ送信する。

ここで、データ送信フレームは、ヘッダ、送信先アドレス、送信元アドレス、データペイロード、ＥＯＦ（End of frame）からなるが、送信されるセンサデータは、データペイロードの部分に入れられる。また、送信元アドレスの部分には、端末局１０自身のアドレスが入れられ、送信先アドレスの部分には、端末局１０がメモリ１２に格納している局間接続関係テーブルを参照して求められる、自身の上位局となる接続局（通常は、その優先度が最も高いもの）のアドレスが入れられる。

端末局１０は、センサ１６からセンサデータを取得し、その取得したセンサデータを図４のデータ送信フレームのデータにフォーマットすると、そのフォーマットしたデータを中継局２０へ送信する（ステップＳ１）。中継局２０は、そのデータを受信すると、データ受信確認を示すＡＣＫ（Acknowledgment）メッセージを端末局１０へ送信する（ステップＳ２）。端末局１０は、そのＡＣＫメッセージを受信すると、データ送信は成功したものと判断して、次にデータを中継局２０へ送信するまでスリープする（ステップＳ３）。つまり、端末局１０は、データ送信を終えると、次にデータ送信を開始するまで、スリープ動作モードに遷移する。

なお、送信するセンサデータの種類などにもよるが、端末局１０がセンサ１６からデータを取得して、データを送信し、ＡＣＫメッセージを受信するまでに、例えば、５秒を要し、また、そのデータ送信間隔が、例えば、５分であったとすれば、端末局１０は、全体の９８％を超える時間はスリープしていることになる。従って、端末局１０は、スリープしているときの電力消費を節約することができる。

図５は、本実施形態において端末局と中継局との間の通信がうまくいかない場合のデータ送信の手順の例を示した図、図６は、端末局から送信されるブロードキャストフレームのフォーマットの例を示した図である。

端末局１０は、まず、センサ１６からセンサデータを取得する。そして、そのセンサデータを所定のデータ送信フレーム（図４参照）にフォーマットするとともに、制御部１１から所定の制御信号を出力することにより、送信無線信号の出力パワーを通常パワー送信モードに設定する（以上、図示せず）。

次に、図５に示すように、端末局１０は、そのデータ送信フレームにフォーマットしたデータを中継局（＃１）２０ａに送信し（ステップＳ１１）、その中継局（＃１）２０ａから送信されるＡＣＫメッセージを受信するのを待つ。そして、所定の時間待っても、ＡＣＫメッセージを受信しなかったときには、ＡＣＫメッセージを受信するまで、または、所定の回数を超えるまで、同様のデータ送信を繰り返す（ステップＳ１２，Ｓ１３）。なお、図５の例では、端末局１０は、データの送信を併せて３回繰り返している。

一般に、送信無線信号に対し瞬時的な外乱が生じたためにデータ送信が失敗した場合には、以上のようにデータ送信を繰り返すことによって、データ送信が成功する可能性がある。一方、端末局１０と中継局（＃１）２０ａとの間に何らかの物理的または電磁的な遮蔽物が出現したためにデータ送信が失敗した場合には、その遮蔽物が存在する限り、データ送信を繰り返してもデータ送信が成功する可能性は小さい。

本実施形態においては、端末局１０は、通常送信モードで所定回数データの送信を繰り返しても、中継局（＃１）２０ａからＡＣＫメッセージを受信しなかったときには、通信部１３から出力される送信無線信号の電力強度を大きくする。送信無線信号の電力強度が大きくなれば、送信無線信号が端末局１０と中継局（＃１）２０ａとの間に存在する遮蔽物を越えることができ、データ送信が成功する可能性がある。

そこで、端末局１０は、制御部１１から所定の制御信号を出力することにより、送信無線信号の出力パワーをパワーアップ送信モードに設定し、データを中継局（＃１）２０ａに送信し（ステップＳ２１）、その中継局（＃１）２０ａから送信されるＡＣＫメッセージを受信するのを待つ。そして、所定の時間待っても、ＡＣＫメッセージを受信しなかったときには、ＡＣＫメッセージを受信するまで、または、所定の回数を超えるまで、同様のデータ送信を繰り返す（ステップＳ２２，Ｓ２３）。なお、図５の例では、端末局１０は、データの送信を併せて３回繰り返している。

以上のように、送信無線信号の電力強度を大きくしてもデータ送信に対するＡＣＫメッセージを受信できない場合には、送信無線信号が端末局１０と中継局（＃１）２０ａとの間に存在する遮蔽物がさらに大きいか、あるいは、中継局（＃１）２０ａが故障している可能性がある。そこで、端末局１０は、局間接続関係テーブル（図２（ｃ）参照）を参照して、データの送信先を中継局（＃１）２０ａから中継局（＃２）２０ｂへ変更する。

そして、端末局１０は、送信無線信号の出力パワーを通常パワー送信モードに設定し、所定回数、中継局（＃２）２０ｂへデータを送信し、ＡＣＫメッセージの受信を待つ（ステップＳ３１〜Ｓ３３）。そして、なお、ＡＣＫメッセージを受信しなかったときには、端末局１０は、送信無線信号の出力パワーをパワーアップ送信モードに設定するとともに、データを送信し、ＡＣＫメッセージの受信を待つ動作を、所定回数繰り返す（ステップＳ４１〜Ｓ４３）。

それでも、なお、ＡＣＫメッセージを受信しなかったときには、端末局１０は、何らかの原因により、中継局（＃１）２０ａ、中継局（＃２）２０ｂのいずれとも通信不能な状態、しかも、それはすぐには解消されそうにない通信不能な状態と予想されるので、その通信不能の状態が解消されるのを待たざるを得ない。

そこで、端末局１０は、次には、送信先を指定せずに中継局２０に対して、図６に示すようなフレーム構成を有するブロードキャストメッセージを送信し、中継局２０から送信されるＡＣＫメッセージを受信するのを待つ（ステップＳ５１）。

ここで、ブロードキャストメッセージの送信フレームは、図６に示すように、図４のデータ送信フレームからデータペイロードを除外したものとなっている。データペイロードを除外するのは、データ送信時間を短くし、送信エネルギーを節約する効果がある。また、送信先アドレスを構成する各ビットには、すべて“１”の値が埋め込まれている。これは、送信先を指定しないことを意味する。

端末局１０がブロードキャストメッセージを送信して、所定の時間内にＡＣＫメッセージを受信した場合には、そのＡＣＫメッセージを送信した中継局２０との通信が可能なことを意味する。一方、所定の時間内にＡＣＫメッセージを受信しなかった場合には、ＡＣＫメッセージを受信するまで、または、所定の回数を超えるまで、ブロードキャストメッセージの送信を繰り返す（ステップＳ５２，Ｓ５３）。

ここで、ブロードキャストメッセージ送信時（ステップＳ５１〜Ｓ５３）におけるＡＣＫメッセージの受信待ち時間は、データ転送時（ステップＳ１１〜Ｓ４３）におけるＡＣＫメッセージの受信待ち時間よりも大きく設定する。その理由は、前記したように、端末局１０がブロードキャストメッセージを送信する時点では、中継局２０との通信不能の状態がすぐには解消されそうにないと予想されるからである。従って、図５において、端末局１０がブロードキャストメッセージを繰り返し送信するとき（ステップＳ５１〜Ｓ５３）の繰り返しの周期は、中継局（＃１）２０ａまたは中継局（＃２）２０ｂへデータを繰り返し送信するとき（ステップＳ１１〜Ｓ４３）の繰り返しの周期よりも大きくなる。

以上、ブロードキャストメッセージの送信を所定回数繰り返しても、いずれかの中継局２０が送信するＡＣＫをも受信しなかったときには、端末局１０は、スリープ動作状態に遷移する。すなわち、この場合には、端末局１０は、いずれの中継局２０とも通信不能な状態が固定されていると判断して、自らのほとんどの部分の動作を停止することにより、バッテリ１５の電力の消費を節約する。

図７は、本実施形態に係る端末局のメモリに設定されるリトライカウンタの例を示した図、図８は、本実施形態に係る端末局の制御部がデータを繰り返し送信する処理の流れを示した図、図９は、本実施形態に係る端末局の制御部が図５のデータ送信の手順を実現する処理の流れを示した図である。

リトライカウンタは、データ送信またはブロードキャストメッセージ送信の送信回数をカウントするカウンタであり、本実施形態では、図７に示すように、４本のカウンタを用意する。ここで、ＲＴＹＣＮＴは、送信無線信号の出力パワーが通常パワー送信モードのときに使用するリトライカウンタ、ＳＵＢＣＮＴは、送信先を第２の中継局へ変更後の送信無線信号の出力パワーが通常パワー送信モードのときに使用するリトライカウンタである。また、ＰＵＰＣＮＴは、送信無線信号の出力パワーがパワーアップ送信モードのときに使用するリトライカウンタである。また、ＢＲＤＣＮＴは、ブロードキャストメッセージ送信のときに使用するリトライカウンタである。

なお、これらのリトライカウンタは、端末局１０のメモリ１２上に構成される。また、これらのリトライカウンタは、それを使用する制御部１１の処理フローに応じて、適宜、共用しても構わない。

次に、図８を参照して、制御部１１がデータを繰り返し送信する処理の流れについて説明する。なお、この処理を開始するときには、送信するデータは、図４のデータ送信フレームの形にすでにフォーマットされているものとする。また、送信無線信号の出力パワーは、通常パワー送信モード、または、パワーアップ送信モードのいずれかに設定されているものとする。

制御部１１は、まず、データ送信の繰り返し回数の最大値をリトライカウンタに設定する（ステップＳ６１）。データ送信を、例えば、最大３回繰り返す場合には、リトライカウンタに“３”を設定する。次に、制御部１１は、通信部１３を介して、中継局２０へ所定のデータを送信し（ステップＳ６２）、ＡＣＫメッセージを受信する待ち時間の最大値をタイムアウト監視タイマに設定する（ステップＳ６３）。そして、制御部１１は、通信部１３がＡＣＫメッセージを受信したか否かを判定する（ステップＳ６４）。そして、ＡＣＫメッセージを受信したときには（ステップＳ６４でＹｅｓ）、先に送信したデータの送信は成功したと判断する（ステップＳ６５）。

一方、ＡＣＫメッセージを受信しないときには（ステップＳ６４でＮｏ）、制御部１１は、タイムアウト監視カウンタからタイムアウトを示す信号が出力されているか否か、つまり、タイムアウトになったか否かを判定する（ステップＳ６６）。その判定の結果、まだタイムアウトになっていないときには（ステップＳ６６でＮｏ）、ステップＳ６４へ戻って、通信部１３がＡＣＫメッセージを受信したか否かを判定する。

一方、ステップＳ６６の判定でタイムアウトしていたときには（ステップＳ６６でＹｅｓ）、制御部１１は、リトライカウンタが“０”になったか否かを判定する（ステップＳ６７）。その判定の結果、リトライカウンタが“０”になっていたときには（ステップＳ６７でＹｅｓ）、制御部１１は、そのデータの繰り返し送信は失敗したと判断する（ステップＳ６８）。

一方、ステップＳ６７の判定でリトライカウンタが、まだ、“０”になっていなかったときには（ステップＳ６７でＮｏ）、制御部１１は、リトライカウンタの値を１だけカウントダウンして（ステップＳ６９）、ステップＳ６２へ戻り、再度、中継局２０へデータを送信する。

なお、制御部１１がブロードキャストメッセージを繰り返し送信する処理の流れも、以上に示した処理の流れとほとんど同じである。相違は、送信するデータが、データ送信フレームでなくブロードキャスト送信フレームであること、使用するリトライカウンタがＢＤＮＣＮＴであること、タイムアウト監視タイマに設定するＡＣＫメッセージの受信待ち時間の最大値が大きいことなどである。

続いて、図９を参照して、制御部１１が図８に示したデータを繰り返し送信する処理の流れを用いて、図５のデータ送信の手順を実現する処理の流れについて説明する。なお、この処理を開始する時点では、送信するデータは、図４のデータ送信フレームの形にすでにフォーマットされているものとする。

制御部１１は、まず、送信無線信号の出力パワーを通常パワー送信モードに設定し、図８で示したデータ送信処理を実行する（ステップＳ７１）。その実行の結果、送信が成功したときには（ステップＳ７２でＹｅｓ）、制御部１１は、端末局１０をスリープ動作状態に遷移させる（ステップＳ８３）。

一方、送信が成功しなかったときには（ステップＳ７２でＮｏ）、制御部１１は、送信無線信号の出力パワーをパワーアップ送信モードに設定し、図８で示したデータ送信処理を実行する（ステップＳ７３）。その実行の結果、送信が成功したときには（ステップＳ７４でＹｅｓ）、制御部１１は、端末局１０をスリープ動作状態に遷移させる（ステップＳ８３）。

一方、送信が成功しなかったときには（ステップＳ７４でＮｏ）、制御部１１は、データの送信先を変更する（ステップＳ７５）。データ送信先の変更は、局間接続関係テーブル（図２（ｃ）参照）において上位局の優先度が次位となる優先度の接続局アドレスを、データ送信フレーム（図４参照）の送信先アドレスに設定するだけでよい。データの送信先を変更すると、制御部１１は、送信無線信号の出力パワーを通常パワー送信モードに設定し、図８で示したデータ送信処理を実行する（ステップＳ７６）。その実行の結果、送信が成功したときには（ステップＳ７７でＹｅｓ）、制御部１１は、端末局１０をスリープ動作状態に遷移させる（ステップＳ８３）。

一方、送信が成功しなかったときには（ステップＳ７７でＮｏ）、制御部１１は、送信無線信号の出力パワーをパワーアップ送信モードに設定し、図８で示したデータ送信処理を実行する（ステップＳ７８）。その実行の結果、送信が成功したときには（ステップＳ７９でＹｅｓ）、制御部１１は、端末局１０をスリープ動作状態に遷移させる（ステップＳ８３）。

一方、送信が成功しなかったときには（ステップＳ７９でＮｏ）、制御部１１は、図８と同様の処理を実行することによって、ブロードキャストメッセージを送信する（ステップＳ８０）。その結果、ブロードキャストメッセージの送信が成功した場合には（ステップＳ８１でＹｅｓ）、制御部１１は、続けてデータ送信処理を実行し（ステップＳ８２）、そのデータ送信が成功すると、端末局１０をスリープ動作状態に遷移させる（ステップＳ８３）。

一方、ブロードキャストメッセージの送信が成功しなかったときには（ステップＳ８１でＮｏ）、制御部１１は、中継局へのデータ送信をあきらめて、端末局１０をスリープ動作状態に遷移させる（ステップＳ８３）。

以上、制御部１１が図９の処理を実行することにより、端末局１０は、端末局１０と中継局２０との間に送信無線信号を遮蔽する障害物があったり、中継局２０が故障したりしても、自らがセンサ１６から取得したデータをより確実にセンタ局３０へ送信することができるようになる。従って、センタ局３０から見た場合、端末局１０がデータ収集不能となる時間を短縮することができ、よって、センサデータ収集システム１のアベイラビリティを向上させることができる。

また、端末局１０から見た場合には、センタ局３０へのデータ送信が早く成功する可能性が大きくなるので、その分無駄なデータ送信を繰り返す必要がなく、早くスリープモードに遷移することができる。従って、端末局１０の消費電力を節約することができ、バッテリ１５の寿命を長くすることができる。

なお、図５および図９の処理の流れにおいては、端末局１０は、優先度が最も高い中継局２０に対して通常パワー送信モードでデータ送信を行い、パワーアップ送信モードでデータ送信を行い、送信先を優先度が次位の中継局２０に変更して、同様に、通常パワー送信モードでデータ送信を行い、パワーアップ送信モードでデータ送信を行っている。データ送信の順序は、必ずしもこれに限定される必要はない。例えば、端末局１０は、優先度が最も高い中継局２０に対して通常パワー送信モードでデータ送信を行い、送信先を優先度が次位の中継局２０に変更して、同じ通常パワー送信モードでデータ送信を行い、その後、送信先を優先度が最も高い中継局２０に戻して、パワーアップ送信モードでデータ送信を行い、送信先を優先度が次位の中継局２０に変更して、同じパワーアップ送信モードでデータ送信を行うようにしても構わない。

以上に説明した実施形態は、センサデータ収集システムの実施形態であるが、これは、無線通信システムの実施形態でもあることを以下に補足しておく。

前記実施形態のセンサデータ収集システム１の特徴は、端末局１０の中継局２０に対する通信方式にある。また、端末局１０には、センサ１６からセンサデータを取得する機能が余分についているが、その実態は、通信端末である。従って、前記実施形態におけるセンタ局３０−中継局２０−端末局１０という階層構成のセンサデータ収集システム１は、親局−中継局−子局からなる階層構成の無線通信システムを含んでいるといってよい。

そこで、前記実施形態を親局−中継局−子局からなる階層構成の無線通信システムの実施形態と捉えると、それを中継局が複数階層ある場合の無線通信システムへ適用を拡張することが容易になる。例えば、親局−中継局１−中継局２−子局という階層構成の無線通信システムがあったとき、前記実施形態における親局−中継局−子局の関係は、中継局１−中継局２−子局の関係に適用可能（この場合、中継局１が親局に相当する）であると同時に、親局−中継局１−中継局２（この場合、中継局２が子局に相当する）の関係にも適用可能となる。

本発明の実施形態に係るセンサデータ収集システムの構成を示した図である。 本発明の実施形態に係るセンタ局、中継局および端末局それぞれにおける局間接続関係テーブルの例を示した図である。 本発明の実施形態において端末局と中継局との間の通信がうまくいっている場合のデータ送信の手順の例を示した図である。 本発明の実施形態に係る端末局と中継局との間におけるデータ送信フレームのフォーマットの例を示した図である。 本発明の実施形態において端末局と中継局との間の通信がうまくいかない場合のデータ送信の手順の例を示した図である。 本発明の実施形態に係る端末局から送信されるブロードキャストフレームのフォーマットの例を示した図である。 本発明の実施形態に係る端末局のメモリに設定されるリトライカウンタの例を示した図である。 本発明の実施形態に係る端末局の制御部がデータを繰り返し送信する処理の流れを示した図である。 本発明の実施形態に係る端末局の制御部が図５のデータ送信の手順を実現する処理の流れを示した図である。

符号の説明

１ センサデータ収集システム
１０ 端末局
１１ 制御部
１２ メモリ
１３ 通信部
１４ センサインタフェース
１５ バッテリ
１６ センサ
２０ 中継局
３０ センタ局
４０ センタコンピュータ

Claims (12)

1. センサに接続され、そのセンサが供給するセンサデータを取得する端末局と、
   前記端末局が取得したセンサデータを収集するセンタ局と、
   前記端末局に対し無線信号により相互に通信可能に接続され、前記センタ局に対し相互に通信可能に接続され、前記端末局が送信するセンサデータを受信して、その受信したセンサデータを前記センタ局へ送信する中継局と、
   を含んで構成されたセンサデータ収集システムにおけるセンサデータ収集方法であって、
   前記端末局が、
   少なくとも２つの前記中継局に対し無線通信可能に配置されるとともに、送信無線信号の電力強度を制御する制御手段を備え、
   前記無線通信可能に配置された中継局の１つを送信先中継局として選択し、その送信先中継局へデータを送信し、さらに、その送信先中継局への前記データの送信を所定の回数繰り返しても、前記送信先中継局から送信されるべき所定の応答メッセージを受信しなかったときには、引き続いて、
   前記制御手段により前記送信無線信号の電力強度を大きくするように制御した後、前記データを前記送信先中継局へ送信し、さらに、その送信先中継局への前記データの送信を所定の回数繰り返しても、前記送信先中継局から送信されるべき所定の応答メッセージを受信しなかったときには、引き続いて、
   前記送信先中継局を、前記選択した中継局から、前記無線通信可能に配置された他の中継局へ変更し、その変更した送信先中継局へ前記所定のデータを送信し、さらに、その送信先中継局への前記データの送信を所定の回数繰り返しても、前記送信先中継局から送信されるべき所定の応答メッセージを受信しなかったときには、
   自らの一部を除外した部分の動作を停止したスリープ動作状態に遷移すること
   を特徴とするセンサデータ収集方法。
2. 前記端末局は、
   前記スリープ動作状態に遷移する前に、さらに、
   前記無線通信可能に配置されたすべての中継局に対して所定の応答を求める所定のブロードキャストメッセージを送信し、そのいずれの中継局からも所定の応答メッセージを受信しなかったときに、スリープ動作状態に遷移するようにしたこと
   を特徴とする請求項１に記載のセンサデータ収集方法。
3. センサに接続され、そのセンサが供給するセンサデータを取得する端末局と、
   前記端末局が取得したセンサデータを収集するセンタ局と、
   前記端末局に対し無線信号により相互に通信可能に接続され、前記センタ局に対し相互に通信可能に接続され、前記端末局が送信するセンサデータを受信して、その受信したセンサデータを前記センタ局へ送信する中継局と、
   を含んで構成されたセンサデータ収集システムであって、
   前記端末局が、
   少なくとも２つの前記中継局に対し無線通信可能に配置されるとともに、送信無線信号の電力強度を制御する制御手段を備え、
   前記無線通信可能に配置された中継局の１つを送信先中継局として選択し、その送信先中継局へデータを送信し、さらに、その送信先中継局への前記データの送信を所定の回数繰り返しても、前記送信先中継局から送信されるべき所定の応答メッセージを受信しなかったときには、引き続いて、
   前記制御手段により前記送信無線信号の電力強度を大きくするように制御した後、前記データを前記送信先中継局へ送信し、さらに、その送信先中継局への前記データの送信を所定の回数繰り返しても、前記送信先中継局から送信されるべき所定の応答メッセージを受信しなかったときには、引き続いて、
   前記送信先中継局を、前記選択した中継局から、前記無線通信可能に配置された他の中継局へ変更し、その変更した送信先中継局へ前記所定のデータを送信し、さらに、その送信先中継局への前記データの送信を所定の回数繰り返しても、前記送信先中継局から送信されるべき所定の応答メッセージを受信しなかったときには、
   自らの一部を除外した部分の動作を停止したスリープ動作状態に遷移すること
   を特徴とするセンサデータ収集システム。
4. 前記端末局は、
   前記スリープ動作状態に遷移する前に、さらに、
   前記無線通信可能に配置されたすべての中継局に対して所定の応答を求める所定のブロードキャストメッセージを送信し、そのいずれの中継局からも所定の応答メッセージを受信しなかったときに、スリープ動作状態に遷移するようにしたこと
   を特徴とする請求項３に記載のセンサデータ収集システム。
5. センサに接続され、そのセンサが供給するセンサデータを取得する端末局と、
   前記端末局が取得したセンサデータを収集するセンタ局と、
   前記端末局に対し無線信号により相互に通信可能に接続され、前記センタ局に対し相互に通信可能に接続され、前記端末局が送信するセンサデータを受信して、その受信したセンサデータを前記センタ局へ送信する中継局と、
   を含んで構成されたセンサデータ収集システムに用いられる端末局であって、
   少なくとも２つの前記中継局に対し無線通信可能に配置されるとともに、送信無線信号の電力強度を制御する制御手段を備え、
   前記無線通信可能に配置された中継局の１つを送信先中継局として選択し、その送信先中継局へデータを送信し、さらに、その送信先中継局への前記データの送信を所定の回数繰り返しても、前記送信先中継局から送信されるべき所定の応答メッセージを受信しなかったときには、引き続いて、
   前記制御手段により前記送信無線信号の電力強度を大きくするように制御した後、前記データを前記送信先中継局へ送信し、さらに、その送信先中継局への前記データの送信を所定の回数繰り返しても、前記送信先中継局から送信されるべき所定の応答メッセージを受信しなかったときには、引き続いて、
   前記送信先中継局を、前記選択した中継局から、前記無線通信可能に配置された他の中継局へ変更し、その変更した送信先中継局へ前記所定のデータを送信し、さらに、その送信先中継局への前記データの送信を所定の回数繰り返しても、前記送信先中継局から送信されるべき所定の応答メッセージを受信しなかったときには、
   自らの一部を除外した部分の動作を停止したスリープ動作状態に遷移すること
   を特徴とする端末局。
6. 前記スリープ動作状態に遷移する前に、さらに、
   前記無線通信可能に配置されたすべての中継局に対して所定の応答を求める所定のブロードキャストメッセージを送信し、そのいずれの中継局からも所定の応答メッセージを受信しなかったときに、スリープ動作状態に遷移するようにしたこと
   を特徴とする請求項５に記載の端末局。
7. 中継局を介して子局と親局との間で無線信号によりデータを送受信する無線通信システムの無線通信方法であって、
   前記子局が、
   少なくとも２つの前記中継局に対し無線通信可能に配置されるとともに、送信無線信号の電力強度を制御する制御手段を備え、
   前記無線通信可能に配置された中継局の１つを送信先中継局として選択し、その送信先中継局へデータを送信し、さらに、その送信先中継局への前記データの送信を所定の回数繰り返しても、前記送信先中継局から送信されるべき所定の応答メッセージを受信しなかったときには、引き続いて、
   前記制御手段により前記送信無線信号の電力強度を大きくするように制御した後、前記データを前記送信先中継局へ送信し、さらに、その送信先中継局への前記データの送信を所定の回数繰り返しても、前記送信先中継局から送信されるべき所定の応答メッセージを受信しなかったときには、引き続いて、
   前記送信先中継局を、前記選択した中継局から、前記無線通信可能に配置された他の中継局へ変更し、その変更した送信先中継局へ前記所定のデータを送信し、さらに、その送信先中継局への前記データの送信を所定の回数繰り返しても、前記送信先中継局から送信されるべき所定の応答メッセージを受信しなかったときには、
   自らの一部を除外した部分の動作を停止したスリープ動作状態に遷移すること
   を特徴とする無線通信方法。
8. 前記子局は、
   前記スリープ動作状態に遷移する前に、さらに、
   前記無線通信可能に配置されたすべての中継局に対して所定の応答を求める所定のブロードキャストメッセージを送信し、そのいずれの中継局からも所定の応答メッセージを受信しなかったときに、スリープ動作状態に遷移するようにしたこと
   を特徴とする請求項７に記載の無線通信方法。
9. 中継局を介して子局と親局との間で無線信号によりデータを送受信する無線通信システムであって、
   前記子局が、
   少なくとも２つの前記中継局に対し無線通信可能に配置されるとともに、送信無線信号の電力強度を制御する制御手段を備え、
   前記無線通信可能に配置された中継局の１つを送信先中継局として選択し、その送信先中継局へデータを送信し、さらに、その送信先中継局への前記データの送信を所定の回数繰り返しても、前記送信先中継局から送信されるべき所定の応答メッセージを受信しなかったときには、引き続いて、
   前記制御手段により前記送信無線信号の電力強度を大きくするように制御した後、前記データを前記送信先中継局へ送信し、さらに、その送信先中継局への前記データの送信を所定の回数繰り返しても、前記送信先中継局から送信されるべき所定の応答メッセージを受信しなかったときには、引き続いて、
   前記送信先中継局を、前記選択した中継局から、前記無線通信可能に配置された他の中継局へ変更し、その変更した送信先中継局へ前記所定のデータを送信し、さらに、その送信先中継局への前記データの送信を所定の回数繰り返しても、前記送信先中継局から送信されるべき所定の応答メッセージを受信しなかったときには、
   自らの一部を除外した部分の動作を停止したスリープ動作状態に遷移すること
   を特徴とする無線通信システム。
10. 前記子局は、
    前記スリープ動作状態に遷移する前に、さらに、
    前記無線通信可能に配置されたすべての中継局に対して所定の応答を求める所定のブロードキャストメッセージを送信し、そのいずれの中継局からも所定の応答メッセージを受信しなかったときに、スリープ動作状態に遷移するようにしたこと
    を特徴とする請求項９に記載の無線通信システム。
11. 中継局を介して子局と親局との間で無線信号によりデータを送受信する無線通信システムに用いられる子局あって、
    少なくとも２つの前記中継局に対し無線通信可能に配置されるとともに、送信無線信号の電力強度を制御する制御手段を備え、
    前記無線通信可能に配置された中継局の１つを送信先中継局として選択し、その送信先中継局へデータを送信し、さらに、その送信先中継局への前記データの送信を所定の回数繰り返しても、前記送信先中継局から送信されるべき所定の応答メッセージを受信しなかったときには、引き続いて、
    前記制御手段により前記送信無線信号の電力強度を大きくするように制御した後、前記データを前記送信先中継局へ送信し、さらに、その送信先中継局への前記データの送信を所定の回数繰り返しても、前記送信先中継局から送信されるべき所定の応答メッセージを受信しなかったときには、引き続いて、
    前記送信先中継局を、前記選択した中継局から、前記無線通信可能に配置された他の中継局へ変更し、その変更した送信先中継局へ前記所定のデータを送信し、さらに、その送信先中継局への前記データの送信を所定の回数繰り返しても、前記送信先中継局から送信されるべき所定の応答メッセージを受信しなかったときには、
    自らの一部を除外した部分の動作を停止したスリープ動作状態に遷移すること
    を特徴とする無線通信システムの子局。
12. 前記スリープ動作状態に遷移する前に、さらに、
    前記無線通信可能に配置されたすべての中継局に対して所定の応答を求める所定のブロードキャストメッセージを送信し、そのいずれの中継局からも所定の応答メッセージを受信しなかったときに、スリープ動作状態に遷移するようにしたこと
    を特徴とする請求項１１に記載の子局。

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