JP2008294604A - 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配置され、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そ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、各センサが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、システムの設置後に、各センサで収容する無線タグ数に大きな変化が生じても、サブフレームやその中のスロット数の増加を招くことなく、前記変化に対応可能とする。
【解決手段】設置環境等に応じて予め優先順位が設定されて、運用中のセンサＳ１〜Ｓ４は無線タグＴＧに対する同期信号中に自機のＩＤと共に含めて送信している。収容タグ数が多く、スロット不足となったセンサＳ１は、フレームＦ１で同期信号を受信し、フレームＦ２で前記優先順位が最も低いセンサＳ２に対してサブフレーム共有要求を送信し、フレームＦ３で応答が得られると、フレームＦ４から一部のスロットを割譲してもらう。
【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。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、一定のフレーム期間（周期）を複数のスロットやサブフレームに分割し、各センサが相互に異なるスロットやサブフレームを使用するＴＤＭＡ−ＴＤＤ方式によって通信を行うことが考えられる。

前記サブフレームに分割された場合は、図９で示すように、該サブフレーム内がさらに複数のスロットに分割され、そのサブフレームの最初にフレーム同期信号が送信され、それに続いて複数のスロットＴＧ１，ＴＧ２，・・・から空きスロットに分割されている。そして、新規に検知対象エリア内に入った無線タグはセンサからの識別情報（ＩＤ）を含む同期信号を受信し、前記空きスロットで自機の識別情報（ＩＤ）に受信したセンサの識別情報（ＩＤ）を含む発信要求を送信し、各センサ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が行われる。

ここで、本発明の前提としては、１フレーム期間内で、各センサが複数のスロットを使用しており、かつその複数のスロットが相互に隣接するセンサ間で重なっていなければよく、必ずしも１フレームが前記サブフレームに分割され、さらに複数のスロットに分割されていなくてもよい。しかしながら、説明を分り易くするために、以降、１フレーム期間は複数のサブフレームに分割され、さらにそのサブフレームが複数のスロットに分割されているものとする。

しかしながら、上述のように予めサブフレームがそれぞれのセンサに割当てられていても、運用してゆくうちに、たとえば分岐点に設置されて検知対象エリア内を多くのユーザが通過するセンサや、エレベータ前に設置されて検知対象エリア内に多くのユーザが滞留するセンサなどでは、応答信号を受付けるスロット数が不足してしまい、検知漏れが生じる可能性がある。このため、そのセンサに新たなサブフレームを割当てると、１フレーム期間を延長しなければならない場合があり、その場合には、応答性の低下を招くという問題がある。また、サブフレーム数を増加すると、各センサのサブフレームの再設定を行わなければならない可能性もある。

本発明の目的は、システムの設置後に、各センサで収容する無線タグ数に大きな変化が生じても、サブフレームやその中のスロット数の増加を招くことなく、前記変化に対応する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においてセンサ毎に予め定められるサブフレームをそれぞれ使用して前記無線タグと通信を行う無線通信部と、前記無線通信部の無線タグとの通信で、前記サブフレーム内のスロットが不足すると、隣接するセンサに、割当てられているサブフレームにおける一部のスロットの割譲を要求するサブフレーム共有要求を送信し、サブフレーム共有応答を受信すると、許可されたサブフレームにおけるスロットを前記無線通信部に使用させ、前記サブフレーム共有要求を受信し、前記無線通信部が使用しているスロットに所定の空きがある場合には、使用を許可するスロットの識別情報を含む前記サブフレーム共有応答を返信するタグアクセス管理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、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、１フレームは複数のスロットを有する複数のサブフレームから成り、各センサの無線通信部が自機に予め定められるサブフレームをそれぞれ使用して前記無線タグと通信を行う場合に、タグアクセス管理部を設け、このタグアクセス管理部は、前記無線通信部の運用中における無線タグとの通信でスロットが不足すると、隣接するセンサにサブフレーム共有要求を送信する。このサブフレーム共有要求を受信したセンサのタグアクセス管理部は、前記無線通信部が使用しているスロットを検知し、現在使用中のスロット数に所定の余裕分を加算したスロット数や、過去の最大アクセス数などから判定して、所定の空きがある場合には、一部のスロットの割譲を決定し、使用を許可するスロットの識別情報（ＩＤ）を含むサブフレーム共有応答を返信する。そのサブフレーム共有応答を受信したセンサのタグアクセス管理部は、自機に予め割当てられているサブフレームに、割譲してもらったサブフレーム内のスロットを前記無線通信部に使用させる。

したがって、システムを設置後に、各センサで収容する無線タグ数に大きな変化が生じても、サブフレームやその中のスロット数の増加、すなわち１フレーム期間の延長による応答性の低下を招くことなく、前記変化に対応することができる。

また、本発明の無線認証システムでは、前記各センサには、予めサブフレーム共有の優先順位が設定されて、前記無線通信部から無線タグへ送信される同期信号中に含まれており、前記タグアクセス管理部は、前記無線通信部で受信された前記同期信号を解析し、前記優先順位が最も低いセンサに対して、前記サブフレーム共有要求を送信することを特徴とする。

上記の構成によれば、各センサに対して予想される無線タグのアクセス数などから予め優先順位を設定しておき、その優先順位の情報は無線タグへ送信される同期信号中に、送信したセンサのＩＤなどと共に含まれており、上述のようにスロット不足を生じたセンサのタグアクセス管理部は、サブフレーム共有要求を送信する際に、前記優先順位を考慮して、それが最も低いセンサに対して、前記サブフレーム共有要求を送信する。

したがって、たとえば検知対象エリア内に存在する無線タグ数が少ないことが予想されるセンサ等、サブフレーム共有による無線タグへの割当てスロット不足などの影響が最も小さいと考えられるセンサを指定してサブフレーム共有を行わせることができる。

さらにまた、本発明の無線認証システムでは、前記タグアクセス管理部は、スロット不足時に、前記無線通信部に前記無線タグの各センサに対する応答を受信させ、応答数が最も少ないセンサに対して、前記サブフレーム共有要求を送信することを特徴とする。

上記の構成によれば、上述のようにスロット不足を生じ、サブフレーム共有要求を送信するにあたって、各センサからの同期信号（質問信号）に対する無線タグの応答をモニタし、無線タグの最大アクセス数や平均アクセス数などの応答数が最も少ないセンサに対して、前記サブフレーム共有要求を送信する。

したがって、サブフレーム共有による影響が最も小さいと考えられるセンサにサブフレーム共有を行わせることができる。

また、本発明の無線認証システムでは、前記無線通信部から無線タグへ送信される同期信号中に、各センサが隣接しているセンサ数を表す情報が含まれており、前記タグアクセス管理部は、前記無線通信部で受信された前記同期信号を解析し、前記隣接センサ数が最も多いセンサに対して、前記サブフレーム共有要求を送信することを特徴とする。

上記の構成によれば、予め隣接センサの情報が設定され、或いは隣接センサから無線タグへ送信される同期信号をモニタするなどして、各センサは自機にどのようなセンサが隣接しているかを予め把握し、その隣接センサ数を表す情報を無線タグへ送信される同期信号中に含めて送信しており、上述のようにスロット不足を生じ、サブフレーム共有要求を送信するにあたって、タグアクセス管理部は、無線通信部で受信された同期信号から、各センサに隣接しているセンサ数を考慮して、それが最も多いセンサに対して、前記サブフレーム共有要求を送信する。

したがって、サブフレーム共有によって無線タグの検知頻度が低下しても、隣接する他のセンサでカバーすることができる可能性が高く、サブフレーム共有による影響が最も小さいと考えられるセンサを指定してサブフレーム共有を行わせることができる。

さらにまた、本発明の無線認証システムでは、前記タグアクセス管理部は、各センサの無線通信部から無線タグへ送信される同期信号を前記無線通信部で受信させ、前記同期信号が受信されたセンサに対して、順次、前記サブフレーム共有要求を送信することを特徴とする。

上記の構成によれば、上述のようにスロット不足を生じ、サブフレーム共有要求を送信するにあたって、自機と前記検知対象エリアが一部重なるセンサの総てに対して、順次切換えて前記サブフレーム共有要求を送信する。

したがって、サブフレーム共有による影響を分散してサブフレーム共有を行わせることができる。

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、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で前記無線タグと通信を行うにあたって、各センサの無線通信部が自機に予め定められるサブフレームをそれぞれ使用して前記無線タグと通信を行う場合に、タグアクセス管理部を設け、このタグアクセス管理部は、前記無線通信部の運用中における無線タグとの通信でスロットが不足すると、隣接するセンサにサブフレーム共有要求を送信して、一部のスロットを割譲してもらう。

それゆえ、システムを設置後に、各センサで収容する無線タグ数に大きな変化が生じても、サブフレームやその中のスロット数の増加、すなわち１フレーム期間の延長による応答性の低下を招くことなく、前記変化に対応することができる。

また、本発明の無線認証システムは、以上のように、各センサに対して予想される無線タグのアクセス数などから予め優先順位を設定しておき、前記タグアクセス管理部は、サブフレーム共有要求を送信する際に、前記優先順位を考慮して、それが最も低いセンサに対して、前記サブフレーム共有要求を送信する。

それゆえ、たとえば検知対象エリア内に存在する無線タグ数が少ないことが予想されるセンサ等、サブフレーム共有による無線タグへの割当てスロット不足などの影響が最も小さいと考えられるセンサを指定してサブフレーム共有を行わせることができる。

さらにまた、本発明の無線認証システムは、以上のように、各センサからの同期信号（質問信号）に対する無線タグの応答をモニタし、無線タグの最大アクセス数や平均アクセス数などの応答数が最も少ないセンサに対して、前記サブフレーム共有要求を送信する。

それゆえ、サブフレーム共有による影響が最も小さいと考えられるセンサにサブフレーム共有を行わせることができる。

また、本発明の無線認証システムは、以上のように、各センサに隣接しているセンサ数を考慮して、それが最も多いセンサに対して、前記サブフレーム共有要求を送信する。

それゆえ、サブフレーム共有によって無線タグの検知頻度が低下しても、隣接する他のセンサでカバーすることができる可能性が高く、サブフレーム共有による影響が最も小さいと考えられるセンサを指定してサブフレーム共有を行わせることができる。

さらにまた、本発明の無線認証システムは、以上のように、自機と前記検知対象エリアが一部重なるセンサの総てに対して、順次切換えて前記サブフレーム共有要求を送信する。

それゆえ、サブフレーム共有による影響を分散してサブフレーム共有を行わせることができる。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の第１の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、新設時の初期設定モードにおいて、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、各センサＳが相互に通信を行い、各センサＳが通信に使用するサブフレームが干渉を回避できるように自動的に割当てられる。前記サブフレームは、前述の図９で示すように構成される。

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）で示すように到達範囲を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。

図２は、各センサＳの新設時の初期設定モードにおけるサブフレーム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サブフレームを探索し、検知されたら、その中で最も優先順位の高いサブフレーム（図２の例ではＳＦ１）を選択して、自機で使用すべきサブフレームに割当て、そのサブフレームＳＦ１を使用サブフレーム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が前記使用サブフレーム通知を受信すると、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、前記サブフレームＳＦ１を自機のサブフレーム割当てに使用せず、他のサブフレームで同様に空きサブフレームを探索し、検知されたら、その中で最も優先順位の高いサブフレーム（図２の例ではＳＦ２）を選択して自機で使用すべきサブフレームに割当て、そのサブフレームＳＦ２を使用サブフレーム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）から受信した使用サブフレーム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、過去に使用されたサブフレーム通知の履歴を蓄積してゆくことができ、センサＳ２，Ｓ３は、自機で使用しようとするサブフレームＳＦ２に、上位のセンサＳ１で使用されているサブフレームＳＦ１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サブフレーム通知が送信され、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、前記使用サブフレーム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、使用サブフレーム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、前記使用サブフレーム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からの使用サブフレーム通知（前記ＳＦ２＋ＳＦ１）が優先となって、該センサＳ２は、ひとまずそのサブフレームＳＦ２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からの使用サブフレーム通知の送信を検知すると、使用サブフレーム通知処理を再度実行することになり、このとき受信したサブフレームＳＦ２と、先に受信しているサブフレームＳＦ１とを共に自機のサブフレーム割当てに使用せず、他のサブフレームで同様に空きサブフレームを探索し、検知されたら、その中で最も優先順位の高いサブフレーム（図２の例ではＳＦ３）を選択して自機で使用すべきサブフレームに割当て、その使用サブフレーム通知（ＳＦ３＋ＳＦ１）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、衝突なく使用サブフレーム通知の送信が完了すると、センサＳ２，Ｓ３の使用サブフレームは前記のＳＦ２およびＳＦ３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到達範囲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サブフレーム通知は受信していない。しかしながら、隣のセンサＳ３からの使用サブフレーム通知に表されている履歴から、隣のセンサＳ３が使用したサブフレームＳＦ３だけでなく、隣の隣のセンサＳ１が使用したサブフレームＳＦ１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サブフレーム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で示す使用サブフレーム通知のように、単に隣のセンサＳ３で使用されたサブフレームＳＦ３以外で、優先順位の高いサブフレームＳＦ１を選択したり、隣の隣のセンサＳ１が使っているサブフレームＳＦ１までも考慮して、参照符号ＳＬ２で示す使用サブフレーム通知のように、サブフレームＳＦ４を選択したりする等である。

ここで、前記使用サブフレーム通知ＳＬ２では、隣の隣のセンサＳ１までも考慮するにあたって、使用サブフレーム通知ＳＬ３のように、サブフレームＳＦ２は選択されず、より優先順位の低い前記サブフレームＳＦ４が選択されている。これは、隣の隣のセンサＳ１がサブフレームＳＦ１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サブフレームＳＦ２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サブフレームを回避してサブフレーム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。

前記使用サブフレーム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サブフレーム数）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では同じサブフレームＳＦ１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（サブフレーム割当てを効率的に行い）、検知周期（サブフレームが一巡する周期）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サブフレーム選択に、上位のセンサから送信されてきた使用サブフレーム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サブフレーム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サブフレーム割当てを自動的に行うことができる。

一方、前記サブフレーム設定動作は、所定時間、前記使用サブフレーム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。各センサＳが使用するサブフレームは、上述のように各センサＳが相互に通信を行って自動的に割当てを行うのではなく、設置作業者が予め定めて、個別に設定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および前述の図９で示すように、予め定めるサブフレーム数３の１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サブフレームＳＦ１〜ＳＦ３となると、その最初の予め定める期間、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ＴＡ応答信号を返信することで、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の例は、サブフレームＳＦ１〜ＳＦ３の割当てとして、図２の使用サブフレーム通知ＳＬ１に対応した例を示している。

その運用モードにおいて、注目すべきは、本実施の形態では、自機に割当てられたサブフレームＳＦ内のスロットが不足すると、隣接するセンサに、割当てられているサブフレームにおける一部のスロットの割譲を要求するサブフレーム共有要求を送信することである。

図４は、そのようなサブフレーム共有動作を説明するためのタイミングチャートである。各センサＳには、設置環境等に応じて、予めサブフレーム共有の優先順位が設定されて、運用中のセンサＳ１〜Ｓ４は、図４で示すように、無線タグＴＧに対する同期信号中に、自機の識別情報（ＩＤ）と共に含めて送信している。図４の例では、移動空間１の始端で分岐箇所に設置されたセンサＳ１の優先順位は最も高い１に設定されており、幹線路に設置されたセンサＳ３，Ｓ４は優先順位２に、分岐路に設置されたセンサＳ２は優先順位３に設定されている。

そして、前記図３で示すように収容する無線タグ数が多く、スロット不足となったセンサＳ１は、フレームＦ１において受信感度をアップし、隣接するセンサＳ２，Ｓ３からの同期信号を受信してその内容を解析し、次のフレームＦ２において、送信パワーをアップして、前記優先順位が最も低いセンサＳ２に対して、そのサブフレームＳＦ２の空きスロットで前記サブフレーム共有要求を送信する。

前記サブフレーム共有要求を受信したセンサＳ２は、自機が実際に使用しているスロットを検知し、現在使用中のスロット数に所定の余裕分を加算したスロット数や、過去の最大アクセス数などから判定して、所定の空きがある場合には、自機に割当てられたサブフレームＳＦ２における一部のスロットの割譲を許可し、次のフレームＦ３の同期信号中にサブフレーム共有応答が含めて送信する。このサブフレーム共有応答を受信したセンサは、その次のフレームＦ４から、自機に予め割当てられているサブフレームＳＦ１に加えて、センサＳ２に割当てられていたサブフレームＳＦ２の一部を割譲してもらい、共有を開始する。その共有割合は、１：１に限らず、割譲してもらった（センサＳ１）側の割合を少なくする等、任意に設定されればよく、或いは前記サブフレーム共有応答に続いて、以降のフレームで、使用スロット数を幾らずつにするかを通信で調整するようにしてもよい。

サブフレームの共有を認められない場合は、その旨を表すサブフレーム共有応答を返信するようにしてもよく、或いはサブフレーム共有応答を返信しないようにしてもよい。許可を表すサブフレーム共有応答を受信できなかった場合は、次の優先順位のセンサに対して前記サブフレーム共有要求を送信する。

図５は、上述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サブフレーム設定動作を行うサブフレーム選択部１２と、前記サブフレーム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。

サブフレーム選択部１２は、図２で示すように、自機で使用すべきサブフレームを選択し、使用サブフレーム通知を送信するサブフレーム割当て処理部２１と、自機から前記使用サブフレーム通知を送信した後、衝突検知通知を受信すると前記サブフレーム割当て処理部２１に使用サブフレーム通知を再送信させ、前記使用サブフレーム通知を受信して、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同期部２３と、サブフレーム設定動作の終了を判定する設定終了検知部２４と、該サブフレーム選択部１２全体を制御する送受信管理部２５と、図４で示すようなサブフレームの割譲処理を実現するタグアクセス管理部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であることや、そ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サブフレーム設定動作を開始すると、送受信管理部２５は、状態表示手段３１によってそのことを表示し、無線信号送受信部１１における受信感度をアップするとともに、サブフレーム割当て処理部２１の空きサブフレーム検出処理部２１１に前述のように空きサブフレームを探索させ、検知されたら、その中で最も優先順位の高いサブフレームを選択して、自機で使用すべきサブフレームに割当て、そのサブフレームＮｏ．に、使用サブフレーム通知受信処理部２１３で受信されたサブフレームＮｏ．の内の必要分を合わせて、使用サブフレーム通知送信処理部２１２から送受信管理部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から送受信管理部２５を介して受信された使用サブフレーム通知は、前記使用サブフレーム通知受信処理部２１３に記憶され、前記空きサブフレーム検出処理部２１１によるサブフレーム選択に使用される。前記使用サブフレーム通知受信処理部２１３で使用サブフレーム通知が受信されたとき、未だサブフレーム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、前記空きサブフレーム検出処理部２１１にサブフレーム選択を開始させる。

こうして送信された使用サブフレーム通知は、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、前記サブフレーム割当て処理部２１に空きスロットの探索から再送信を行わせる。

それらの使用サブフレーム通知や衝突検知通知の送受信にあたって、同期部２３のフレーム同期信号検出処理部２３１が、前記送受信管理部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、前記送受信管理部２５を制御することで同期が得られている。また、サブフレーム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、初期設定モードが終了すると、状態表示手段３１によってそのことを表示するとともに、無線信号送受信部１１における受信感度を通常に戻し、無線タグの検知を行う運用モードとなる。

これに対して、前記タグアクセス管理部２６のスロット使用状況監視処理部２６１がスロットの使用状況、すなわち図３で示すような無線タグＴＧからの応答信号の受信状況を判断し、空きスロットが無くなると、共有先判定処理部２６２に前記同期信号を解析させ、自動的に共有先を決定して、無線信号送受信部１１の送信パワーをアップさせて、サブフレーム共有要求送信処理部２６３に、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、そのセンサ（図４の例ではＳ２）の応答期間（空きスロットの期間）に、自機のＩＤを含む前記サブフレーム共有要求を送信させる。

一方、無線信号送受信部１１から送受信管理部２５を介してそのサブフレーム共有要求を受信したセンサＳ２のサブフレーム共有要求受信処理部２６４は、サブフレーム共有応答送信処理部２６５に、無線信号送受信部１１の送信パワーをアップさせて、前記サブフレーム共有応答を送受信管理部２５から無線信号送受信部１１を介して送信させる。そのサブフレーム共有応答には、共有を許可するセンサＳ１のＩＤに、使用可能なスロットＮｏ．の情報が含まれている。そのサブフレーム共有応答を無線信号送受信部１１から送受信管理部２５を介してサブフレーム共有応答受信処理部２６６で受信したセンサＳ１は、無線信号送受信部１１の送信パワーを通常に戻し、前述のように、以降のフレームＦ４から、共有することになったサブフレームＳＦ２における使用可能スロットの先頭（図４の例ではＮｏ，７）で、フレーム同期信号を送信し、以降のスロットで無線タグＴＧと通信を行う。スロットの使用割合を調整する場合には、前述のように以降の同期信号を用いた通信によって適宜調整されればよい。

このように構成することで、システムを設置後に、各センサＳで収容する無線タグＴＧの数に大きな変化が生じても、サブフレームやその中のスロット数の増加、すなわち１フレーム期間Ｆの延長による応答性の低下を招くことなく、前記変化に対応することができる。また、前記優先順位を設定しておくことで、たとえば検知対象エリアＡ内に存在する無線タグ数が少ないことが予想されるセンサ等、サブフレーム共有による無線タグＴＧへの割当てスロット不足などの影響が最も小さいと考えられる共有先を自動的に判定させることができる。

［実施の形態２］
図６は、本発明の実施の第２の形態に係る無線認証システムにおけるサブフレーム共有動作を説明するためのタイミングチャートである。本実施の形態には、前述の図５で示すセンサＳの構成において、タグアクセス管理部２６の構成を一部変更して用いることができる。注目すべきは、本実施の形態では、スロット不足となったセンサ（図６の例ではＳ１）が、フレームＦ１１において受信感度をアップして、隣接するセンサ（図１の例ではＳ２，Ｓ３）からの前記同期信号（質問信号）に対する無線タグＴＧの応答を受信し、次のフレームＦ１２では、応答数が最も少ないセンサ（図６の例ではＳ２）に対して、前記サブフレーム共有要求を送信することである。

具体的には、図６の例では、センサＳ２では５つの無線タグが応答しており、センサＳ３では６つの無線タグが応答していることから、センサＳ１は、そのセンサＳ２の空きスロットにおいて、前記サブフレーム共有要求を送信している。なお、上述のようにサブフレームの共有を求めるセンサＳ１が自機で応答信号を受信して検知された無線タグ数の現在値を利用するのではなく、運用中の各センサＳ１〜Ｓ４が、所定期間毎にタグアクセス数の最大値を更新・保存しておき、同期信号中に含めて送信することで、サブフレームの共有を求めるセンサＳ１が、実際に応答信号を受信せずに、応答数が最も少ないセンサを判定するようにしてもよい。

さらにまた、図６のように実際に応答信号を受信する場合は、無線タグＴＧが隣接するセンサＳ２，Ｓ３に対して、サブフレームの共有を求めるセンサＳ１とは反対側に存在する（無線タグＴＧが隣接するセンサＳ２，Ｓ３の検知対象エリアＡ２，Ａ３に入っているものの、サブフレームの共有を求めるセンサＳ１の到達範囲Ａ１’に入っていない）場合は、その応答信号を受信できないけれども、前述のように、新規に検知対象エリアＡ内に入った無線タグが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、これに応答して各センサＳが次のフレームのフレーム同期信号で応答すべきスロットを指定する際に、スロットＮｏ．の小さいスロットから指定することで、サブフレームの共有を求めるセンサＳ１では、応答信号が受信された最大のスロットＮｏ．から、応答センサ数を或る程度正確に判定することができる。

このようにサブフレーム共有要求を送信する場合に、無線タグの最大アクセス数や平均アクセス数などの応答数が最も少ないセンサに対してサブフレーム共有要求を送信することで、サブフレーム共有による影響が最も小さいと考えられるセンサにサブフレーム共有を行わせることができる。

［実施の形態３］
図７は、本発明の実施の第３の形態に係る無線認証システムにおけるサブフレーム共有動作を説明するためのタイミングチャートである。本実施の形態にも、前述の図５で示すセンサＳの構成において、タグアクセス管理部２６の構成を一部変更して用いることができる。本実施の形態は前述の図４で示す実施の形態に類似し、注目すべきは、本実施の形態では、運用中のセンサＳは、無線タグＴＧへ送信する同期信号中に、各センサＳが隣接しているセンサ数を表す情報を含めて送信しており、サブフレーム共有要求を送信するセンサ（図７の例ではＳ１）は、その同期信号をフレームＦ２１で受信して解析し、次のフレームＦ２２で、前記隣接センサ数が最も多いセンサに対して、前記サブフレーム共有要求を送信することである。

具体的には、図１の例では、センサＳ４に隣接しているセンサはＳ３のみであり、前記隣接センサ数を表す情報は「１」となる。しかしながら、このセンサＳ４からの同期信号は、サブフレーム共有要求を送信するセンサＳ１では受信できない。これに対して、そのセンサＳ１が同期信号を受信できるセンサＳ２，Ｓ３において、センサＳ２には該センサＳ１のみが隣接して前記情報は「１」となり、センサＳ３にはセンサＳ１，Ｓ４が隣接して前記情報は「２」となる。したがって、センサＳ１は、センサＳ３に前記サブフレーム共有要求を送信する。運用中の各センサＳは、前述のように初期設定の段階において隣接するセンサからの使用サブフレーム通知を受信しており、自機に隣接するセンサ数を予め把握しておくことは可能である。

このように構成することで、サブフレーム共有によって無線タグＴＧの検知頻度が低下しても、隣接する他のセンサでカバーすることができる可能性が高く、サブフレーム共有による影響が最も小さいと考えられるセンサを指定してサブフレーム共有を行わせることができる。

［実施の形態４］
図８は、本発明の実施の第４の形態に係る無線認証システムにおけるサブフレーム共有動作を説明するためのタイミングチャートである。本実施の形態にも、前述の図５で示すセンサＳの構成において、タグアクセス管理部２６の構成を一部変更して用いることができる。注目すべきは、本実施の形態では、サブフレームの共有を要求するセンサＳ１は、運用中の他のセンサＳ２〜Ｓ４からの同期信号を受信し、前記同期信号が受信されたセンサＳ２，Ｓ３に対して、順次、前記サブフレーム共有要求を送信することである。

具体的には、フレームＦ３１において最初に同期信号を受信できたサブフレームＳＦ２のセンサＳ２に対して前記サブフレーム共有要求を送信し、次のフレームＦ３２においてそのセンサＳ２からの同期信号に含まれるサブフレーム共有応答が受信されると、さらに次のフレームＦ３３においては、センサＳ２とこのセンサＳ１とが、サブフレームＳＦ２のスロットを分割使用して同期信号を送信、すなわち無線タグＴＧと通信を行う。

また、センサＳ１は、フレームＦ３１でセンサＳ２に対して前記サブフレーム共有要求を送信し、次のフレームＦ３２ではそのセンサＳ２からのサブフレーム共有応答を受信しつつ、次に前記同期信号が受信されたセンサＳ３に対して前記サブフレーム共有要求を送信しており、前記フレームＦ３３のサブフレームＳＦ２でスロットを分割使用して使用しつつ、サブフレームＳＦ３でセンサＳ３からのサブフレーム共有応答を受信するとともに、サブフレームＳＦ２ではセンサＳ２に対する次のサブフレーム共有要求を送信している。

そして同様に、次のフレームＦ３４のサブフレームＳＦ３でセンサＳ３とスロットを分割使用して使用しつつ、前のサブフレームＳＦ２ではセンサＳ２から次のサブフレーム共有応答を受信しており、同じサブフレームＳＦ３ではセンサＳ３に対する次のサブフレーム共有要求を送信している。

このようにサブフレームＳＦを共有するセンサを順次切換えてゆくことで、サブフレーム共有による影響を分散してサブフレーム共有を行うことができる。なお、共有するサブフレームの切換えは、上述のようにフレーム毎ではなく、数フレーム毎であってもよい。

本発明の実施の第１の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。 本発明の実施の第１の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。 本発明の実施の第１の形態に係る各センサの通常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。 本発明の実施の第１の形態に係る各センサのサブフレーム共有動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の第１の形態に係るセンサの一構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の第２の形態に係る各センサのサブフレーム共有動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の第３の形態に係る各センサのサブフレーム共有動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の第４の形態に係る各センサのサブフレーム共有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。

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 サブフレーム選択部
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 サブフレーム割当て処理部
２１１ 空きサブフレーム検出処理部
２１２ 使用サブフレーム通知送信処理部
２１３ 使用サブフレーム通知受信処理部
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 フレーム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 送受信管理部
２６ タグアクセス管理部
２６１ スロット使用状況監視処理部
２６２ 共有先判定処理部
２６３ サブフレーム共有要求送信処理部
２６４ サブフレーム共有要求受信処理部
２６５ サブフレーム共有応答送信処理部
２６６ サブフレーム共有応答受信処理部
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
Ｓ；Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４ センサ
ＴＧ 無線タグ

Claims (6)

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においてセンサ毎に予め定められるサブフレームをそれぞれ使用して前記無線タグと通信を行う無線通信部と、
   前記無線通信部の無線タグとの通信で、前記サブフレーム内のスロットが不足すると、隣接するセンサに、割当てられているサブフレームにおける一部のスロットの割譲を要求するサブフレーム共有要求を送信し、サブフレーム共有応答を受信すると、許可されたサブフレームにおけるスロットを前記無線通信部に使用させ、前記サブフレーム共有要求を受信し、前記無線通信部が使用しているスロットに所定の空きがある場合には、使用を許可するスロットの識別情報を含む前記サブフレーム共有応答を返信するタグアクセス管理部とを含むことを特徴とする無線認証システム。
2. 前記各センサには、予めサブフレーム共有の優先順位が設定されて、前記無線通信部から無線タグへ送信される同期信号中に含まれており、
   前記タグアクセス管理部は、前記無線通信部で受信された前記同期信号を解析し、前記優先順位が最も低いセンサに対して、前記サブフレーム共有要求を送信することを特徴とする請求項１記載の無線認証システム。
3. 前記タグアクセス管理部は、スロット不足時に、前記無線通信部に前記無線タグの各センサに対する応答を受信させ、応答数が最も少ないセンサに対して、前記サブフレーム共有要求を送信することを特徴とする請求項１記載の無線認証システム。
4. 前記無線通信部から無線タグへ送信される同期信号中に、各センサが隣接しているセンサ数を表す情報が含まれており、
   前記タグアクセス管理部は、前記無線通信部で受信された前記同期信号を解析し、前記隣接センサ数が最も多いセンサに対して、前記サブフレーム共有要求を送信することを特徴とする請求項１記載の無線認証システム。
5. 前記タグアクセス管理部は、各センサの無線通信部から無線タグへ送信される同期信号を前記無線通信部で受信させ、前記同期信号が受信されたセンサに対して、順次、前記サブフレーム共有要求を送信することを特徴とする請求項１記載の無線認証システム。
6. 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においてセンサ毎に予め定められるサブフレームをそれぞれ使用して前記無線タグと通信を行う無線通信部と、
   前記無線通信部の無線タグとの通信で、前記サブフレーム内のスロットが不足すると、隣接するセンサに、割当てられているサブフレームにおける一部のスロットの割譲を要求するサブフレーム共有要求を送信し、サブフレーム共有応答を受信すると、許可されたサブフレームにおけるスロットを前記無線通信部に使用させ、前記サブフレーム共有要求を受信し、前記無線通信部が使用しているスロットに所定の空きがある場合には、使用を許可するスロットの識別情報を含む前記サブフレーム共有応答を返信するタグアクセス管理部とを含むことを特徴とするセンサ。

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