JP2008271373A - 無線認証システムおよびそのセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】検知対象の移動空間に沿って複数のセンサが隣接するセンサ間でそれぞれの検知対象エリアの一部が重なるように配置され、前記検知対象に携行される無線タグがいずれかのセンサと通信を行ってゆくことで前記検知対象の移動を検出するようにした無線認証システムにおいて、各センサ間で共通の無線通信帯域を使用して時分割多元接続で前記無線タグと通信を行うにあたって、センサ追加の際のスロット設定作業を簡略化する。
【解決手段】センサＳ４を既設のセンサＳ１〜Ｓ３のシステムに追加するにあたって、追加モードとなったセンサＳ４は隣接するセンサＳ３の同期信号を少なくとも１フレーム周期Ｆだけ受信してスロット数を判定するとともに、使用スロット情報の要求を送信し、これを受信したセンサＳ３は自機を含めて隣接センサで使用しているスロットの情報を返信する。センサＳ４は、それらの情報から空きスロットを判定して運用モードに切換わる。
【選択図】図４

Description

本発明は、無線タグ（子局）を携帯したユーザや前記無線タグが貼付けられた商品などの検知対象を、前記無線タグがセンサ（親局、リーダー）と通信を行うことで検出するようにした無線認証システムおよびそのセンサに関し、特に前記無線タグの所在や通過した軌跡を検知できるように、前記検知対象の移動空間に沿って複数のセンサが隣接するセンサ間でそれぞれの検知対象エリアの一部が相互に重なるように配置されて、漏れなく検知するようにしたものに関する。

従来から、入退室管理用途などに、ユーザが携帯したり、商品に貼付けられた前記無線タグ（子局）をセンサ（親局、リーダー）で検知して、適切なサービスを行う無線認証システムが使用されている。たとえば、前記ユーザが携帯する無線タグとの間で認証処理を実行して、近傍の自動ドアに開閉制御をかける入退室制御のシステムであったり、携帯型コンピュータ等の資産に取付けた無線タグを出入り口に設置したセンサで検知することで資産の持ち出し管理を行う資産管理システムであったり、荷物パレットなどに取り付けた無線タグを物流の拠点毎に検出して荷物の所在を管理する物流管理システムなどである。

ところが、これらのシステムは、移動する無線タグを点で管理するものであり、通常、前記センサは空間的に離れて設置されることになる。しかしながら、この無線タグを利用して、人や物を面で管理する用途、たとえばオフィス内での在室管理や位置検出などを行うことを考える場合、抜け目なく無線タグを検知しようとすると、検知対象の移動空間に沿って複数のセンサを、隣接するセンサ間でそれぞれの検知対象エリアの一部が相互に重なるように配置する必要がある。この場合、センサ間で無線タグとの通信の干渉を防止するために、たとえば特許文献１のようにセンサ毎に使用する周波数ＣＨを変えることが考えられる。前記特許文献１では、子局（無線タグ）が干渉を検知すると、親局（センサ）にチャネルホップさせることで干渉を回避させている。
特許第３４０５３２２号公報

上記従来技術は、無線タグとの通信方式として、ＵＷＢのように周波数ＣＨを持たない方式を利用する場合には対応できない。また、広い検知対象エリアに対応するために多くのセンサを設置したり、検知対象エリアを拡げたりするためにセンサを増設する場合には、周波数ＣＨの総数に制限されてしまうという問題がある。

そこで、前記周波数ＣＨを分けずにセンサ間の干渉を防ぐ方法として、一定の期間（周期）を複数のスロットに分割し、各センサが相互に異なるスロットを使用するＴＤＭＡ−ＴＤＤ方式によって通信を行うことが考えられる。このＴＤＭＡ−ＴＤＤ方式ならば、センサが増えても、その都度スロット数を増やせば対処可能となる。

しかしながら、前記ＴＤＭＡ−ＴＤＤ方式では、隣接するセンサ間で同じスロットを使用しないように事前にスロット割当てを行う必要があり、新設時には机上で予めどのセンサにどのスロットを割当てるということを判断可能であるが、特に一旦運用を開始すると、センサの増設や移設にあたって、追加するセンサにどのスロットを割当てればよいのかの判断が難しいという問題がある。また、前記増設や移設を行う際には、運用中のシステムを停止する必要がある。

本発明の目的は、運用中のシステムを停止することなく、センサの追加を容易に行うことができる無線認証システムおよびそのセンサを提供することである。

本発明の無線認証システムおよびそのセンサは、検知対象の移動空間に沿って複数のセンサが隣接するセンサ間でそれぞれの検知対象エリアの一部が相互に重なるように配置され、前記検知対象に携行される無線タグがいずれかのセンサと通信を行ってゆくことで前記検知対象の移動を検出するようにした無線認証システムにおいて、前記各センサは、共通の無線通信帯域を時分割多重で使用して、前記無線タグと通信を行うとともに、隣接するセンサ間で通信を行うことができる無線通信部と、前記無線通信部に、少なくとも１フレーム周期に亘って前記無線通信帯域の通信をモニタさせて隣接するセンサが使用しているスロットを判定し、使用中のスロットを自機のスロット選択に使用しないスロット選択部とを含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、無線タグを携帯したユーザや無線タグが貼付けられた商品などの検知対象を、漏れなく、その所在や通過した軌跡を検知できるように、前記検知対象の移動空間に沿って複数のセンサが隣接するセンサ間でそれぞれの検知対象エリアの一部が相互に重なるように配置され、前記検知対象に携行される無線タグがいずれかのセンサと通信を行ってゆくことで前記検知対象の移動を検出するようにした無線認証システムにおいて、前記各センサ間で共通の無線通信帯域を使用して時分割多元接続（ＴＤＭＡ）で前記無線タグと通信を行うにあたって、無線タグと通信を行う無線通信部を使用して隣接するセンサ間でも通信を行えるようにし、システムへの追加や移設等で、自機を運用中のシステムに追加するにあたって、どのスロットを選択すべきかを決定するスロット選択部を設け、追加モードとなると、そのスロット選択部は、前記無線通信部に、少なくとも１フレーム周期に亘って、運用中の他のセンサが送信する同期信号を受信させて空きスロットを検出し、自機の使用スロットに設定して自動的に運用に入る。

したがって、前記検知対象エリアの一部が相互に重なるように配置される無線認証システムにおいて、共通の無線通信帯域を使用してＴＤＭＡ方式で無線タグと通信を行うにあたって、運用中のシステムにセンサを追加する際に、適宜近接するセンサ間で同一のスロットを使用しないように使用スロットが自動的に設定される。これによって、運用中のシステムを停止することなく、センサの増設や移設に伴う追加を容易に行うことができる。また、前記検知対象エリアが重なっていないセンサ間では同じスロットの使用も可能になるので、干渉が発生することなく、広いエリアに多数のセンサを設置するような場合でも、使用スロット数を最小限に抑え（スロット割当てを効率的に行い）、検知周期（スロットが一巡する周期）を短くして応答性を向上することができる。

また、本発明の無線認証システムでは、前記スロット選択部は、センサとの通信に運用中は、前記無線通信部から送信される同期信号中に、自機に隣接するセンサが使用しているスロットの情報を含めて送信させており、自機を運用中のシステムに追加する際には、隣接するセンサの前記同期信号から得られたスロットの情報を含めて自機のスロット選択を行うことを特徴とする。

上記の構成によれば、運用中のシステムに自機が加わるにあたって、隣接するセンサが送信している同期信号を受信し、その同期信号中に表されている隣接するセンサが使用しているスロットの情報を、空きスロットの選択に参照する。

したがって、単に隣のセンサで使用されているスロットだけでなく、直接同期信号を受信できない隣の隣のセンサが使っているスロットまでも認識でき、直接同期信号を受信できないけれど、検知対象エリアの一部が重なっている可能性のある前記隣の隣のセンサとの干渉も考慮して、一層干渉の防止を図ることができる。

さらにまた、本発明の無線認証システムでは、運用中のシステムに追加されるセンサのスロット選択部は、前記同期信号が送信された後の応答期間に、前記無線通信部から前記使用スロットの情報の要求を送信させ、前記運用中のセンサのスロット選択部は、前記使用スロットの情報の要求を受信した場合にのみ、前記無線通信部からの前記同期信号に、前記使用スロットの情報を含めて送信させることを特徴とする。

上記の構成によれば、隣接するセンサの使用スロットの情報は、常時送信されているのではなく、追加されるセンサから要求があった場合にのみ送信される。

これによって、必要な場合にのみ使用スロットの情報を送信することで、通信のオーバーヘッドを減らすことが可能になる。

また、本発明の無線認証システムでは、前記スロット選択部は、初期設定時には、前記無線通信帯域において自機で使用すべきスロットを選択し、その使用スロット通知を前記無線通信部から送信させるとともに、前記無線通信部で使用スロット通知が受信されると、自機のスロット選択に使用しないことを特徴とする。

上記の構成によれば、設置後に行われる初期設定では、自機が使用するスロットを選択して、無線通信部から使用スロット通知として残余のセンサに送信することで宣言し、少なくとも自機と前記検知対象エリアの重なる他のセンサで使用させないようにする。他のセンサでは、無線通信部でその使用スロット通知を受信すると、スロット選択部は、自機のスロット選択に使用せず、他の空きスロットを探索する。

したがって、前述の追加モードだけでなく、初期設定モードでも、隣接するセンサ間で同一のスロットを使用しないように使用スロットを自動的に設定することができる。これによって、センサの新設作業を容易に行うことができる。

さらにまた、本発明の無線認証システムでは、前記スロット選択部は、スロット選択中は、前記無線通信部に、無線タグとの通信時よりも受信感度を大きくさせることを特徴とする。

上記の構成によれば、運用中のシステムに自機が加わり、空きスロットを探索する際には、無線タグとの通信時のたとえば４倍の受信感度にすることで、センサ間はおよそ２倍の距離まで通信が可能になる。

したがって、無線タグの前記検知対象エリアがぎりぎり重なるようにセンサの間隔を広げて設置しても、単に隣のセンサで使用されているスロットだけでなく、直接信号を受信できない隣の隣のセンサが使っているスロットまでも認識でき、距離によっては直接信号を受信できないけれど、検知対象エリアの一部が重なっている可能性のある前記隣の隣のセンサとの干渉も考慮して、一層干渉の防止を図ることができる。

また、本発明の無線認証システムでは、前記スロット選択部は、空きスロットの内で、優先順位の高いスロットから使用することを特徴とする。

上記の構成によれば、優先順位の高い順に、たとえば第１のスロット、第２のスロット・・・とすると、前記検知対象エリアが、たとえば一直線状に並んでいると、第１のスロットと第２のスロットとが繰返して使用されてゆき、優先順位の低い第３のスロットは使用されない。

したがって、使用スロット数を最小限に抑え（前記の場合２スロット）、検知周期を短くして応答性を向上することができる。

本発明の無線認証システムおよびそのセンサは、以上のように、無線タグを携帯したユーザや無線タグが貼付けられた商品などの検知対象を、漏れなく、その所在や通過した軌跡を検知できるように、前記検知対象の移動空間に沿って複数のセンサが隣接するセンサ間でそれぞれの検知対象エリアの一部が相互に重なるように配置され、前記検知対象に携行される無線タグがいずれかのセンサと通信を行ってゆくことで前記検知対象の移動を検出するようにした無線認証システムにおいて、前記各センサ間で共通の無線通信帯域を使用して時分割多元接続（ＴＤＭＡ）で前記無線タグと通信を行うにあたって、無線タグと通信を行う無線通信部を使用して隣接するセンサ間でも通信を行えるようにし、システムへの追加や移設等で、自機を運用中のシステムに追加するにあたって、どのスロットを選択すべきかを決定するスロット選択部を設け、追加モードとなると、そのスロット選択部は、前記無線通信部に、少なくとも１フレーム周期に亘って、運用中の他のセンサが送信する同期信号を受信させて空きスロットを検出し、自機の使用スロットに設定して自動的に運用に入る。

それゆえ、前記検知対象エリアの一部が相互に重なるように配置される無線認証システムにおいて、共通の無線通信帯域を使用してＴＤＭＡ方式で無線タグと通信を行うにあたって、運用中のシステムにセンサを追加する際に、適宜近接するセンサ間で同一のスロットを使用しないように使用スロットが自動的に設定される。これによって、運用中のシステムを停止することなく、センサの増設や移設に伴う追加を容易に行うことができる。また、前記検知対象エリアが重なっていないセンサ間では同じスロットの使用も可能になるので、干渉が発生することなく、広いエリアに多数のセンサを設置するような場合でも、使用スロット数を最小限に抑え（スロット割当てを効率的に行い）、検知周期（スロットが一巡する周期）を短くして応答性を向上することができる。

また、本発明の無線認証システムは、以上のように、運用中のシステムに自機が加わるにあたって、隣接するセンサが送信している同期信号を受信し、その同期信号中に表されている隣接するセンサが使用しているスロットの情報を、空きスロットの選択に参照する。

それゆえ、単に隣のセンサで使用されているスロットだけでなく、直接同期信号を受信できない隣の隣のセンサが使っているスロットまでも認識でき、直接同期信号を受信できないけれど、検知対象エリアの一部が重なっている可能性のある前記隣の隣のセンサとの干渉も考慮して、一層干渉の防止を図ることができる。

さらにまた、本発明の無線認証システムは、以上のように、隣接するセンサの使用スロットの情報は、常時送信されているのではなく、追加されるセンサから要求があった場合にのみ送信される。

それゆえ、通信のオーバーヘッドを減らすことが可能になる。

また、本発明の無線認証システムは、以上のように、設置後に行われる初期設定では、自機が使用するスロットを残余のセンサに送信することで宣言し、少なくとも自機と検知対象エリアの重なる他のセンサで使用させないようにする。

それゆえ、前述の追加モードだけでなく、初期設定モードでも、隣接するセンサ間で同一のスロットを使用しないように使用スロットを自動的に設定することができる。これによって、センサの新設作業を容易に行うことができる。

さらにまた、本発明の無線認証システムは、以上のように、スロット選択中は、無線タグとの通信時よりも受信感度を大きくする。

それゆえ、無線タグの前記検知対象エリアがぎりぎり重なるようにセンサの間隔を広げて設置しても、単に隣のセンサで使用されているスロットだけでなく、距離によっては直接信号を受信できない隣の隣のセンサが使っているスロットまでも認識でき、直接信号を受信できないけれど、検知対象エリアの一部が重なっている可能性のある前記隣の隣のセンサとの干渉も考慮して、一層干渉の防止を図ることができる。

また、本発明の無線認証システムは、以上のように、空きスロットの内で、優先順位の高いスロットから使用する。

それゆえ、使用スロット数を最小限に抑え、検知周期を短くして応答性を向上することができる。

図１は、本発明の実施の一形態に係る無線認証システムの構成を示すブロック図である。この無線認証システムは、検知対象であるユーザの移動空間１に沿って複数のセンサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，・・・（総称するときは、以下参照符号Ｓで示す）が配置され、前記ユーザに携行される無線タグＴＧがいずれかのセンサＳと通信を行ってゆき、その検知結果が上位装置２でモニタされることで、該上位装置２によってユーザの所在や通過した軌跡を検知するものである。前記各センサＳは、天井などに取付けられ、その検知対象エリアＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，・・・（総称するときは、以下参照符号Ａで示す）は、そのようなユーザを漏れなく検知できるように、隣接するセンサＳ間でその一部が相互に重なるように配置されている。無線タグＴＧは、前記検知対象エリアＡ内であれば、どこに移動してもその検知対象エリアＡを有するセンサＳで検知可能となっている。

そして、本実施の形態では、各センサＳが共通の無線通信帯域を使用してＴＤＭＡ−ＴＤＤ方式で前記無線タグＴＧと通信を行うにあたって、後述する設定釦の操作や無線（リモコン）での設定指示などに応答して、注目すべきは、各センサＳが相互に通信を行い、新設時の初期設定モードにおいて、各センサＳが通信に使用するタイムスロットが干渉を回避できるように自動的に割当てられ、またセンサＳの増設や移設時の追加モードにおいて、運用中のまま、運用の支障にならない空きスロットが自動的に割当てられることである。

前記各センサＳは、通信にＵＨＦ帯などを使用して、その検知対象エリアＡは、隣接するセンサ間の干渉を防止するために、通常、直径で７ｍ程度であるが、前記初期設定モードや追加モードでは、受信感度を大きく、たとえば４倍として、図１において、参照符号Ａ１’，Ａ２’，Ａ３’，Ａ４’，・・・（総称するときは、以下参照符号Ａ’で示す）で示すように受信範囲を２倍とし、前記検知対象エリアＡがぎりぎり重なるようにセンサＳの間隔を広げて設置しても、スロット設定は充分な通信品質で確実に行えるようになっている。

具体的には、前記受信感度のアップは、ノイズを増やさず、信号レベルのみ増加させるために、たとえばアンテナの指向性を絞ったり、通信速度は遅いが感度は高い方式に切換える等で実現することができる。受信感度のアップは、回路上の制約や通信規格・法規上の制約によって送信パワーが上げられない場合に、センサＳの間隔を広げることが可能になり、好適である。

図２は、各センサＳの前記初期設定モードでのスロット設定動作を説明するためのタイミングチャートである。設定にあたって、前述のように設定釦の操作や無線での設定指示などによって、各センサＳは初期設定モードとなっており、作業者が任意のセンサ、好ましくはセンサ配列の端部に位置するセンサ（図１および図２の例ではＳ１）が選択され、そのセンサＳ１から、スタート釦の操作または前記無線（リモコン）でのスタート指示に応答して、設定動作が開始される。設定動作では、先ず前記無線通信帯域における空きスロットを探索し、検知されたら、その中で最も優先順位の高いスロット（図２の例ではＮｏ．１）を選択して、自機で使用すべきスロットに割当て、そのスロットＮｏ．１を使用スロット通知として他のセンサへ向けて送信する。

これによって、図１および図２の例では、後続のセンサＳ２，Ｓ３が前記使用スロット通知を受信すると、それをトリガとして、それらのセンサＳ２，Ｓ３も設定動作を開始し、前記スロットＮｏ．１を自機のスロット割当てに使用せず、他のスロットで同様に空きスロットを探索し、検知されたら、その中で最も優先順位の高いスロット（図２の例ではＮｏ．２）を選択して自機で使用すべきスロットに割当て、そのスロットＮｏ．２を使用スロット通知として他のセンサへ向けて送信する。このとき、他のセンサ（図１および図２の例ではＳ１）から受信した使用スロット通知も合わせて送信することで、センサ配列の末端側のセンサに、過去に使用されたスロット通知の履歴を蓄積してゆくようになっている。したがって、センサＳ２，Ｓ３は、自機で使用しようとするスロットＮｏ．２に、上位のセンサＳ１で使用されているスロットＮｏ．１を合わせて送信する。

ここで、図１および図２の例では、センサＳ１が前記移動空間１の分岐部分に位置し、該センサＳ１に縦続するセンサは上述のようにＳ２，Ｓ３の２つとなり、待受け中のセンサＳ１には、２つのセンサから同時に使用スロット通知が送信され、衝突によってデータを再現できなくなる。その衝突を検知したセンサＳ１は、他のセンサＳ２，Ｓ３へ衝突検知通知を送信する。前記衝突検知通知は、他のセンサからの通知と衝突しても検知できるように、受信タイミングのみで判断して行う。具体的には、１送信周期Ｗ１内で、前記使用スロット通知の送信が終了してからの所定期間Ｗ２のＷｉｎｄｏｗを設定し、そのＷｉｎｄｏｗ中で、一定長以上の信号を受信したら、衝突検知通知であると判定する。このＷｉｎｄｏｗ中は、使用スロット通知を送信しないようにする。

こうして衝突を検知すると、前記センサＳ２，Ｓ３は、前記Ｗｉｎｄｏｗが終了し、次の送信周期Ｗ１となると、通常のＣＳＭＡ−ＣＡなどの方法でキャリアセンスしながら他のセンサとの衝突を避けつつ、前記使用スロット通知を再度送信する。図２の例では、前記次の送信周期Ｗ１となってから、前記ＣＳＭＡ−ＣＡ方式でセンサＳ２，Ｓ３は任意の時間待機した後送信を開始しており、待機時間の短いセンサＳ２からの使用スロット通知（前記Ｎｏ．２＋Ｎｏ．１）が優先となって、該センサＳ２は、ひとまずそのスロットＮｏ．２を自機のスロットに割当てる。このとき、前記待機時間が長かったセンサＳ３は、前記ＣＳＭＡ−ＣＡ方式のキャリアセンスによってセンサＳ２からの使用スロット通知の送信を検知すると、使用スロット通知処理を再度実行することになり、このとき受信したスロットＮｏ．２と、先に受信しているスロットＮｏ．１とを共に自機のスロット割当てに使用せず、他のスロットで同様に空きスロットを探索し、検知されたら、その中で最も優先順位の高いスロット（図２の例ではＮｏ．３）を選択して自機で使用すべきスロットに割当て、その使用スロット通知（Ｎｏ．３＋Ｎｏ．１）を、次の送信周期Ｗ１に他のセンサへ向けて送信する。

これによって、衝突なく使用スロット通知の送信が完了すると、センサＳ２，Ｓ３の使用スロットは前記のＮｏ．２およびＮｏ．３でそれぞれ決定し、それらに続くセンサ（図２の例ではＳ４）が設定動作を開始する。このとき、センサＳ４では、前記センサＳ１，Ｓ２と設定に関する信号の受信範囲Ａ１’，Ａ２’；Ａ４’が重なっておらず、すなわちセンサＳ４ではセンサＳ１，Ｓ２が送信した前記使用スロット通知は受信していない。しかしながら、隣のセンサＳ３からの使用スロット通知に表されている履歴から、隣のセンサＳ３が使用したスロットＮｏ．３だけでなく、隣の隣のセンサＳ１が使用したスロットＮｏ．１も認識している。

このため、設定によって、近接するセンサＳ１，Ｓ２，Ｓ３と干渉せず、優先順位の高い任意のスロットを選択することができる。たとえば、図２において、参照符号ＳＬ１で示す使用スロット通知のように、単に隣のセンサＳ３で使用されたスロットＮｏ．３以外で、優先順位の高いスロットであるスロットＮｏ．１を選択したり、隣の隣のセンサＳ１が使っているスロットＮｏ．１までも考慮して、参照符号ＳＬ２で示す使用スロット通知のように、スロットＮｏ．４を選択したりする等である。

ここで、前記使用スロット通知ＳＬ２では、隣の隣のセンサＳ１までも考慮するにあたって、使用スロット通知ＳＬ３のように、スロットＮｏ．２は選択されず、より優先順位の低い前記スロットＮｏ．４が選択されている。これは、隣の隣のセンサＳ１がスロットＮｏ．１を選択しているのに対して、隣のセンサＳ３は、次の順位であるそのスロットＮｏ．２を使用していないことから、該センサＳ３が他のセンサ（この場合はＳ２）との関係で使用しなかったものと推定できるためである。このように構成することで、直接は通信できなくても、近接するセンサが使用しているスロットを回避してスロット選択を行うことができ、干渉を確実に防止することができる。

前記使用スロット通知に含める履歴の数は、前記移動空間に収容が予定されるセンサ数、拡張の予定、考慮すべきセンサの数、および要求される応答性（１周期に許容できる最大スロット数）などに応じて適宜定められればよい。

こうして、検知対象エリアＡ１〜Ａ４が重なっていないセンサ間Ｓ１，Ｓ４では同じスロットＮｏ．１の使用も可能になるので、干渉が発生することなく、広いエリアに多数のセンサを設置するような場合でも、使用スロット数を最小限に抑え（スロット割当てを効率的に行い）、検知周期（スロットが一巡する周期）を短くして応答性を向上することができる。また、その干渉を回避するスロット選択に、上位のセンサから送信されてきた使用スロット通知に含まれる選択の履歴を考慮することで、たとえば３台以上先のセンサで使用しているスロットは使用可能にするなど、干渉の防止と、応答性の向上との両方に配慮したスロット割当てを自動的に行うことができる。

一方、前記初期設定モードは、所定時間、前記使用スロット通知や衝突検知通知を受信しないときにタイムアウト処理によって終了するようにしてもよく、前記設定釦が再度操作されることで終了するようにしてもよく、スタート釦が操作されたセンサ（図１および図２の例ではＳ１）への終了操作によって、順次設定終了通知を転送してゆくことで終了するようにしてもよい。

前記初期設定モードが終了すると、各センサＳは運用モードに入り、無線タグＴＧと通信を行う。その運用モードでは、図３で示すように、予め定めるスロット数のフレーム周期Ｆ内で、前記各センサＳは上述のようにして選択されたスロットとなると、その前半の予め定める期間、自機の識別情報ＩＤを含む同期信号を送信し、これに応答して検知対象エリアＡ内の無線タグＴＧは、自機の識別情報ＩＤに、受信したセンサの識別情報ＩＤを合わせて返信することで、各センサＳは自機の検知対象エリアＡ内に存在する無線タグＴＧを認識することができる。図３の例では、センサＳ４は、前記スロットＮｏ．４を選択した例を示している。

前記各検知対象エリアＡにおける無線タグＴＧの収容数が多い場合などでは、前記各スロットをサブフレームとし、図４で示すように、そのサブフレームの前半にフレーム同期信号を送信し、後半を複数のスロットＴＧ１，ＴＧ２，・・・から空きスロットに分割すればよい。そして、先ず新規に検知対象エリアＡ内に入った無線タグは前記空きスロットで自機の識別情報ＩＤを含む発信要求を送信し、各センサＳが次のフレームのフレーム同期信号で応答すべき無線タグの識別情報ＩＤと、スロットＮｏ．とを指定して、指定されたセンサが指定されたスロットで応答を行うことで認証を行うようにすればよい。

その運用モードにおいて、注目すべきは、各センサＳは、図４で示すように、前記同期信号中に、自機における使用スロットおよび初期設定モードにおいて隣接するセンサからの使用スロット通知を受信して判明したその隣接センサの使用スロットの情報を含めて送信していることである。したがって、センサを増設や移設のために任意のセンサの下位に追加するにあたって、作業者がその追加されるセンサの追加釦の操作や無線での追加指示などによって、追加モードとすると、そのセンサは、前記受信感度をアップして、少なくとも１フレーム周期Ｆに亘って、運用中の他のセンサが送信する同期信号を受信することで、空きスロットを検出することができるとともに、前記同期信号から、周囲で使用されているスロットの状況も把握することができる。追加されるべきセンサは、そのような使用スロットの状況を参照して、空きスロットの中で優先順位の最も高いスロットを自機が使用するスロットとして決定し、次のフレームから運用を開始して、自機からの同期信号に含めて、使用スロット通知を隣接するセンサへ送信する。

自機の下位にセンサが追加されるセンサは、前記追加釦の操作や無線での追加指示などによって追加モードとなって前記受信感度をアップしており、前記使用スロット通知を受信すると、前記自機における使用スロット情報を更新しておく。こうして、追加すべきセンサおよびそれに隣接したセンサは、追加モードを終了して、自動的に運用に入ることができる。

図５は、そのような追加モードでの動作を説明するためのタイミングチャートである。この例は、前記図１におけるセンサＳ４を追加する場合を示している。したがって、既設のセンサＳ１〜Ｓ３は、各フレームＦ１，Ｆ２，・・・における自機のスロットタイミングに、この図４で示すように同期信号を送信し、無線タグＴＧからの応答を待受けている。

そして、追加されるセンサＳ４は、隣接するセンサの同期信号を少なくとも１フレーム周期Ｆだけ受信して総スロット数を判定し、フレームＦ１において、自機に隣接することになるセンサＳ３からの同期信号を受信したセンサＳ４は、その同期信号に含まれる使用スロット情報を参照して、前述の図４で述べたように、隣のセンサＳ３ではスロットＮｏ．３が使用中であることを認識し、また隣の隣のセンサＳ１，Ｓ２ではスロットＮｏ．１，Ｎｏ．２が使用中であることを認識したことから、自機ではスロットＮｏ．４を選択し、次のフレームＦ２で同期信号の送信を開始する。前記１フレーム周期Ｆの判定は、受信された同期信号のスロットＮｏ．（この場合は３）を記憶し、再び同じスロットＮｏ．の同期信号が受信されるまでの期間をカウントすることで行うことができ、総スロット数は、そのカウント値を、一定である１スロット期間Ｗ０で除算することで求めることができる。

ここで、前述のように追加されるセンサＳ４は、追加モードとなると受信感度をアップしているが、スロット選択に参照すべきセンサが、隣の隣のセンサ程度までである場合、前記受信感度のアップで、直接その隣の隣のセンサからの同期信号を受信可能であると、前記使用スロット情報は必ずしも必要ではない。しかしながら、前記使用スロット情報を用いることで、センサＳ間の通信状況に拘わらず、所望範囲のセンサで使用されているスロットの状況を正確に把握することができ、好適である。

好ましくは、前記同期信号に含まれる使用スロット情報は、追加されるセンサから要求があった場合にのみ送信されることである。具体的には、図６で示すように、前記追加釦の操作などによって追加モードとなったセンサＳ４は、上述のように少なくとも１フレーム周期に亘って、運用中の他のセンサが送信する同期信号を受信して空きスロットを検出するとともに、自機が従属すべきセンサＳ３の前記同期信号に対する無線タグＴＧの応答期間に、使用スロット情報の要求を送信する。これを受信した既設（運用中）のセンサＳ３は、次のフレームにおける前記同期信号中に、自機における使用スロット情報を返信し、これを受信した追加されるべきセンサは、その使用スロット情報を参照して、空きスロットの中で優先順位の高いスロットを自機が使用するスロットとして決定し、次のフレームから運用を開始して、自機からの同期信号に含めて、使用スロット通知を隣接するセンサへ送信する。

図７は、図６のような機能を実現するセンサＳの一構成例を示すブロック図である。このセンサＳは、他のセンサおよび無線タグＴＧと通信を行い、無線通信部である無線信号送受信部１１と、前記無線信号送受信部１１を介して他のセンサとの間で上述のようなスロット設定動作を行うスロット選択部１２と、前記スロット設定動作などに使用されるユーザインタフェイス１３と、前記無線信号送受信部１１を介して無線タグＴＧと通信を行い、それを認証するタグ管理部１４と、前記タグ管理部１４で得られた認証データを前記上位装置２へ送信するとともに、前記上位装置２からこのセンサＳの制御データを受信するネットワークインタフェイス１５とを備えて構成される。

スロット選択部１２は、図２で示すように、自機で使用すべきスロットを選択し、使用スロット通知を送信するスロット割当て処理部２１と、自機から前記使用スロット通知を送信した後、衝突検知通知を受信すると前記スロット割当て処理部２１に使用スロット通知を再送信させ、前記使用スロット通知を受信して、再現できなかった場合は前記衝突検知通知を送信する衝突検出処理部２２と、無線通信の同期を取るスロット同期部２３と、スロット設定動作の終了を判定する設定終了検知部２４と、該スロット選択部１２全体を制御する送受信スロット管理部２５と、図４で示すようなセンサの追加処理を実現するセンサ追加処理部２６とを備えて構成される。

前記ユーザインタフェイス１３は、たとえば通常の無線タグＴＧの検知動作を行う運用モードであることを表示し、また前記初期設定モードや追加モードであることや、それらの設定モードが正常に終了したか不調に終わったかなどをランプ表示などでユーザへ報知する状態表示手段３１と、異常の発生や不審な無線タグを検知すると警報を発したり、無線タグＴＧを正常に認識できてドアの解錠などを行うことを通知するブザーなどの警報／通知音発生装置３２と、前記設定釦、スタート釦、追加釦などの設定スイッチ３３とを備えて構成される。

前記設定スイッチ３３の設定釦やスタート釦の操作によって初期設定動作を開始すると、スロット割当て処理部２１の空きスロット検出処理部２１１が前述のように空きスロットを探索し、検知されたら、その中で最も優先順位の高いスロットを選択して、自機で使用すべきスロットに割当て、そのスロットＮｏ．に、使用スロット通知受信処理部２１３で受信されたスロットＮｏ．の内の必要分を合わせて、使用スロット通知送信処理部２１２から送受信スロット管理部２５および無線信号送受信部１１を介して他のセンサへ送信させる。一方、無線信号送受信部１１から送受信スロット管理部２５を介して受信された使用スロット通知は、前記使用スロット通知受信処理部２１３に記憶され、前記空きスロット検出処理部２１１によるスロット選択に使用される。前記使用スロット通知受信処理部２１３で使用スロット通知が受信されたとき、未だスロット設定動作を開始していないセンサであれば、それをトリガとして、設定動作を開始し、前記空きスロット検出処理部２１１にスロット選択を開始させる。

こうして送信された使用スロット通知は、衝突検出処理部２２の衝突検出部２２１において、前記のようにデータを再現できないものの、何らかのデータの受信か検知される場合、衝突と判定される。その判定結果に応答して、衝突通知送信処理部２２２は、送受信スロット管理部２５から無線信号送受信部１１を介して前記衝突検知通知を送信する。一方、無線信号送受信部１１から送受信スロット管理部２５を介して前記衝突検知通知が衝突通知受信処理部２２３で受信されると、再送制御部２２４が、前記スロット割当て処理部２１に空きスロットの探索から再送信を行わせる。

それらの使用スロット通知や衝突検知通知の送受信にあたって、スロット同期部２３のスロット同期信号検出処理部２３１が、前記送受信スロット管理部２５での受信データから前記送信周期Ｗ１などの同期を検出しており、同期タイミング調整処理部２３２が自機のタイミングがシステムのタイミングに一致するように、前記送受信スロット管理部２５を制御することで同期が得られている。また、スロット設定動作の終了は設定終了検知部２４において前述のようにして行われ、初期設定モードや追加モードが終了すると、通常の無線タグの検知を行う運用モードとなる。

一方、前記設定スイッチ３３の追加釦の操作によってセンサ追加動作を開始すると、センサ追加処理部２６の空きスロット検出部２６５が前記１フレーム周期Ｆを判定するとともに、センサ追加要求送信処理部２６１が送受信スロット管理部２５および無線信号送受信部１１を介して、前述のように使用スロット情報の要求を他のセンサへ送信する。無線信号送受信部１１および送受信スロット管理部２５を介してこれを受信した既設（運用中）のセンサのセンサ追加要求受信処理部２６２は、前記スロット割当て処理部２１の使用スロット通知受信処理部２１３を参照し、自機で使用中のスロットＮｏ．に、周囲のセンサで使用中のスロットＮｏ．の必要分を合わせて、使用スロット通知送信処理部２６３に同期信号として他のセンサへ送信させる。

前記同期信号から、使用スロット通知受信処理部２６４が前記使用スロット情報を受信すると、空きスロット検出部２６５が総てのスロットの中から使用スロットを除外して空きスロットを求め、その中で優先順位の最も高いスロットを自機の使用スロットに決定し、使用スロット通知送信処理部２６３に送信させる。これを使用スロット通知受信処理部２６４で受信すると、前記使用スロット通知受信処理部２１３における使用スロット情報が更新される。

通常の無線タグの検知を行う運用モードでは、タグ管理部１４が無線信号送受信部１１に、前記スロット割当て処理部２１で選択されたスロットの同期信号に、自機のＩＤを含む質問信号を含めて送信させ、無線タグＴＧから応答信号を受信すると、その無線タグＴＧのＩＤが予め登録されているものか否かを判断し、解錠動作などを行う。

このように構成することで、干渉が発生しないように所望とする任意の範囲で使用スロットの重複を許容し、広いエリアに多数のセンサを設置するような場合でも、使用スロット数を最小限に抑え（スロット割当てを効率的に行い）、検知周期（スロットが一巡する周期）を短くして応答性を向上することができる。また、そのようなスロットの初期設定や追加設定を、空きスロットを探索して自動的に行うことで、センサＳの新設作業や追加作業を容易に行うことができる。さらにまた、センサの追加を、既設のセンサを運用中のまま行うこともできる。なお、増設センサ数や移設センサ数が多い場合には、前記新設作業時と同様に、システム全体のスロットＮｏ．をリセットして再度スロット設定をやり直してもよい。

また、前記空きスロット検出処理部２１１，２６５によるスロット選択には、隣接するセンサと干渉することのない空きスロットの内で、優先順位の高いスロットから使用するので、使用スロット数を最小限に抑え、検知周期を短くして応答性を向上することができる。

さらにまた、運用中のシステムに自機が加わるにあたって、隣接するセンサの使用スロット通知送信処理部２６３が送信している同期信号を使用スロット通知受信処理部２６４で受信し、その同期信号中に表されている隣接するセンサが使用しているスロットの情報を空きスロット検出処理部２６５での空きスロットの選択に参照するので、単に隣のセンサで使用されているスロットだけでなく、直接同期信号を受信できない隣の隣のセンサが使っているスロットまでも認識でき、直接同期信号を受信できないけれど、検知対象エリアの一部が重なっている可能性のある前記隣の隣のセンサとの干渉も考慮して、一層干渉の防止を図ることができる。

また、前記運用中のセンサの使用スロット通知送信処理部２６３は、隣接するセンサの使用スロット情報を常時送信しているのではなく、追加されるセンサのセンサ追加要求送信処理部２６１から送信された前記使用スロット情報の要求をセンサ追加要求受信処理部２６２で受信した極希な場合にのみ、前記同期信号に使用スロット情報を含めて送信することで、通信のオーバーヘッドを減らすことが可能になる。

本発明の実施の一形態に係る無線認証システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の一形態に係る各センサの初期設定モードでの動作を説明するためのタイミングチャートである。 サブスロットの構成を説明するための図である。 本発明の実施の一形態に係る各センサの運用モードでの動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の一形態に係る各センサの追加モードでの動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の他の形態に係る各センサの追加モードでの動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の一形態に係るセンサの一構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１ 移動空間
２ 上位装置
１１ 無線信号送受信部
１２ スロット選択部
１３ ユーザインタフェイス
１４ タグ管理部
１５ ネットワークインタフェイス
２１ スロット割当て処理部
２１１ 空きスロット検出処理部
２１２ 使用スロット通知送信処理部
２１３ 使用スロット通知受信処理部
２２ 衝突検出処理部
２２１ 衝突検出部
２２２ 衝突通知送信処理部
２２３ 衝突通知受信処理部
２２４ 再送制御部
２３ スロット同期部
２３１ スロット同期信号検出処理部
２３２ 同期タイミング調整処理部
２４ 設定終了検知部
２５ 送受信スロット管理部
２６ センサ追加処理部
２６１ センサ追加要求送信処理部
２６２ センサ追加要求受信処理部
２６３ 使用スロット通知送信処理部
２６４ 使用スロット通知受信処理部
２６５ 空きスロット検出処理部
３１ 状態表示手段
３２ 警報／通知音発生装置
３３ 設定スイッチ
Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，・・・ 検知対象エリア
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，・・・ センサ
ＴＧ 無線タグ

Claims (7)

1. 検知対象の移動空間に沿って複数のセンサが隣接するセンサ間でそれぞれの検知対象エリアの一部が相互に重なるように配置され、前記検知対象に携行される無線タグがいずれかのセンサと通信を行ってゆくことで前記検知対象の移動を検出するようにした無線認証システムにおいて、
   前記各センサは、
   共通の無線通信帯域を時分割多重で使用して、前記無線タグと通信を行うとともに、隣接するセンサ間で通信を行うことができる無線通信部と、
   前記無線通信部に、少なくとも１フレーム周期に亘って前記無線通信帯域の通信をモニタさせて隣接するセンサが使用しているスロットを判定し、使用中のスロットを自機のスロット選択に使用しないスロット選択部とを含むことを特徴とする無線認証システム。
2. 前記スロット選択部は、センサとの通信に運用中は、前記無線通信部から送信される同期信号中に、自機に隣接するセンサが使用しているスロットの情報を含めて送信させており、自機を運用中のシステムに追加する際には、隣接するセンサの前記同期信号から得られたスロットの情報を含めて自機のスロット選択を行うことを特徴とする請求項１記載の無線認証システム。
3. 運用中のシステムに追加されるセンサのスロット選択部は、前記同期信号が送信された後の応答期間に、前記無線通信部から前記使用スロットの情報の要求を送信させ、
   前記運用中のセンサのスロット選択部は、前記使用スロットの情報の要求を受信した場合にのみ、前記無線通信部からの前記同期信号に、前記使用スロットの情報を含めて送信させることを特徴とする請求項２記載の無線認証システム。
4. 前記スロット選択部は、初期設定時には、前記無線通信帯域において自機で使用すべきスロットを選択し、その使用スロット通知を前記無線通信部から送信させるとともに、前記無線通信部で使用スロット通知が受信されると、自機のスロット選択に使用しないことを特徴とする無線認証システム。
5. 前記スロット選択部は、スロット選択中は、前記無線通信部に、無線タグとの通信時よりも受信感度を大きくさせることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の無線認証システム。
6. 前記スロット選択部は、空きスロットの内で、優先順位の高いスロットから使用することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の無線認証システム。
7. 検知対象の移動空間に沿って複数が、隣接するもの同士でそれぞれの検知対象エリアの一部が相互に重なるように配置され、前記検知対象に携行される無線タグがいずれかと通信を行ってゆくことで前記検知対象の移動を検出するようにした無線認証システムのセンサにおいて、
   共通の無線通信帯域を時分割多重で使用して前記無線タグと通信を行うとともに、隣接するセンサ間で通信を行うことができる無線通信部と、
   前記無線通信部に、少なくとも１フレーム周期に亘って前記無線通信帯域の通信をモニタさせて隣接するセンサが使用しているスロットを判定し、使用中のスロットを自機のスロット選択に使用しないスロット選択部とを含むことを特徴とするセンサ。

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