JP2009171205A - 仮設無線ネットワークシステムおよび仮設無線中継装置 - Google Patents

Abstract

【課題】恒久設備にすることなく、設置作業者の専門知識が不用であり、短時間にかつ簡単に通信障害の発生し難い無線ネットワークを構築できるようにする。
【解決手段】この仮設無線ネットワークシステムの仮設無線ＬＡＮ中継局は、無線アクセスポイント８と、指向性アンテナ３と、アンテナの取付け位置を可変させるアンテナ駆動装置９と、無線機器と電源管理およびアンテナの取付け位置を算出する演算制御装置１０と、太陽光から発電する太陽電池パネル１３と、太陽電池パネル１３から得られる電力を蓄積し、上記各装置へ電力を供給する蓄電池１１と、上記装置が取り付けられたポール１５を支持する仮設用三脚７とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、設置現場が随時変化する場所、例えば工事現場やイベント会場などに設置される仮設無線ネットワークシステムおよび仮設無線中継装置に関する。

一般に、無線ＬＡＮに使用されるマイクロ波帯の電波は、直進性が強く障害物の陰には回り込めない。このため、無線端末間で無線ＬＡＮによる通信を行う場合は通信相手の無線端末を直接見通せない場合は中継局を設置するのが一般的である。また屋外などのように通信エリアが長距離の場合は、高利得で指向性を有する八木アンテナなどを中継局のアンテナに用いる。さらに通信エリアが広大な場合は、電波が受信できない不感地帯が発生しないように多くの中継局を設置する必要がある（例えば特許文献１参照）。

高利得の指向性アンテナは、対向する一対のアンテナに、互いの中心軸を合致させて正対するようにアンテナの方向を調整しつつ設置する必要がある。

指向性アンテナの方向の調整作業は、一般に、アンテナの向きを手作業で適宜調整しながら、対向側のアンテナからの電波による電波強度の受信レベルを電波強度計などにより確認し、最大受信レベルになるまで試行錯誤を繰返し、最適な位置でアンテナを固定および保持することになる。
特開２００３−３０９５０８号公報（図８）

しかしながら、このような中継局は、恒久設備を前提としたものであるため、屋内の場合は無線機器を壁や支柱に固定して設置し、屋外においても鉄塔や電柱などの強固な土台の工事を必要とする。

また、中継局のアンテナの設置・方向調整には、作業者の専門知識と経験が必要である。例えばアンテナを不適切に設置してしまった場合、通信障害が発生したり、または不感地帯が生じる可能性がある。

このため、安全をみて中継局を多数設置すると、電源の確保や配線工事も多数必要となり、時間とコストを余計に消費する結果となり、作業場所が随時変化する工事現場やイベント会場などのように、工事の進行に伴って設備の設置、撤収などが生じる場所では、高利得指向性アンテナによる無線ネットワークの構築が実質的に困難であった。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、恒久設備にすることなく、設置作業者の専門知識が不用であり、短時間にかつ簡単に通信障害の発生し難い無線ネットワークを構築することができる仮設無線ネットワークシステムおよび仮設無線中継装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明の仮設無線ネットワークシステムは、無線ネットワークの中心となる無線基地局と、所定の無線方式で前記無線基地局を経由して無線通信する少なくとも一台の無線端末と、前記無線基地局と前記無線端末との無線通信を中継する仮設無線中継装置とを備える仮設無線ネットワークシステムにおいて、前記仮設無線中継装置が、太陽光を電力に変換する太陽光発電装置と、指向性を有するアンテナと、前記アンテナを支持し前記アンテナの方向を可変するアンテナ駆動装置と、前記無線ネットワークを設定する対象の機器との距離および使用する前記アンテナの利得を含む環境情報の入力を受け付ける入力装置と、前記無線ネットワークの構築に際して、前記アンテナで受信された設定対象の機器からの情報により前記無線ネットワークを構築する無線アクセスポイントと、前記アンテナで受信された電波の受信強度を測定し、測定した前記受信強度が前記入力装置により受け付けられた環境情報から算出した受信強度になるように前記アンテナ駆動装置による前記アンテナの駆動を制御する演算制御装置と、前記太陽光発電装置から得られる電力を蓄積し、上記各装置へ電力を供給する蓄電池と、前記太陽光発電装置、前記無線アクセスポイント、前記アンテナ駆動装置、前記入力装置、前記演算制御装置が取り付けられた支柱と、前記支柱を支持する三脚とを具備することを特徴とする。

本発明の仮設無線中継装置は、少なくとも一台の無線端末がある無線方式で無線基地局を経由して無線通信するときに前記無線基地局と前記無線端末との無線通信を中継する仮設無線中継装置において、太陽光を電力に変換する太陽光発電装置と、指向性を有するアンテナと、前記アンテナを支持し前記アンテナの方向を可変するアンテナ駆動装置と、前記無線ネットワークを設定する対象の機器との距離および使用する前記アンテナの利得を含む環境情報の入力を受け付ける入力装置と、前記無線ネットワークの構築に際して、前記アンテナで受信された設定対象の機器からの情報により無線ネットワークを構築する無線アクセスポイントと、前記アンテナで受信された電波の受信強度を測定し、測定した前記受信強度が前記入力装置により受け付けられた環境情報から算出した受信強度になるように前記アンテナ駆動装置による前記アンテナの駆動を制御する演算制御装置と、前記太陽光発電装置から得られる電力を蓄積し、上記各装置へ電力を供給する蓄電池と、前記太陽光発電装置、前記無線アクセスポイント、前記アンテナ、前記アンテナ駆動装置、前記入力装置、前記演算制御装置、前記蓄電池が取り付けられた支柱と、前記支柱を支持する三脚とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、恒久設備にすることなく、設置作業者の専門知識が不用であり、短時間にかつ簡単に通信障害の発生し難い無線ネットワークを構築することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態に係る仮設無線ネットワークシステムの構成を示すブロック図である。

図１に示すように、この仮設無線ネットワークシステムは、工事現場事務所に設置される無線基地局としての親局１と、仮設無線中継装置としての仮設無線ＬＡＮ中継局５ａ、５ｂと、作業現場で利用される無線端末としての端末局６ａ、６ｂ、６ｃとから構成されている。無線ＬＡＮは、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ｘ方式のものである。ｘとは、例えばａ，ｂ，ｇ，ｎなどがあり、それぞれ規格化されたものであり、一つ以上を同時に利用したり、またはいずれかの規格を選択して利用できる。

親局１は、一般公衆回線（図示せず）へ接続されるルータ２と、無線ＬＡＮのアンテナ３とを有している。ルータ２は、送信元と受信先との通信経路の形成および通信データのルーティング等を行う。アンテナ３は、例えば八木アンテナなどの高利得でかつ指向性を有するアンテナである。親局１と仮設無線ＬＡＮ中継局５ａ、５ｂとの間、または親局１と端末局６ａ、６ｂ、６ｃ間で無線通信路４が形成され、通信データが送受信される。

図２に示すように、仮設無線ＬＡＮ中継局５ａ、５ｂは、仮設用三脚７、無線ＬＡＮアクセスポイント８（以下「無線ＬＡＮＡＰ８」と称す）、アンテナ３、アンテナ駆動装置９、演算制御装置１０、蓄電池１１、条件入力部１２、太陽電池パネル１３、状態表示灯１４、ポール１５等を備えている。

仮設用三脚７は、３本の脚部を有し、例えばアルミパイプなどの軽量の部材が用いられている。素材としてはアルミニウムの他、アルミ合金やカーボンファイバー、それらの組み合わせなどでもよい。

各脚部は、開閉自在、折りたたみ自在および伸縮自在とされている。仮設用三脚７は、３本の脚部をそれぞれ別個の角度または同じ角度で開脚させてその中心にポール１５を垂直方向に支持するよう構成されている。

ポール１５は、上記各装置が取り付けられる支柱であり、例えばアルミパイプなどの軽量かつ硬質の部材が用いられている。具体的に、ポール１５には、上から順に太陽電池パネル１３、アンテナ駆動装置９、状態表示灯１４、演算制御装置１０、無線ＬＡＮＡＰ８、条件入力部１２、蓄電池１１等が取り付けられている。蓄電池１１は安定性をよくするために比較的低い位置に取り付けられている。

条件入力部１２は、無線ＬＡＮを設定する対象の機器との機器間距離、使用アンテナの利得等の環境条件を入力するためのキー、ボタン、ダイヤルなどを備えている。この他、条件入力部１２は、タッチパネル機能を有するディスプレイ等を使用してもよい。条件入力部１２は、設定対象の機器（例えば親局１など）との距離および使用するアンテナ３の利得を含む環境情報の入力を受け付ける入力装置である。

アンテナ３は、親局１に使用されているものと同じものである。無線ＬＡＮＡＰ８は、無線ＬＡＮネットワークの構築に際して、アンテナ３で受信された設定対象の機器（仮設無線ＬＡＮ中継局５ａ、５ｂ、端末局６ａ、６ｂ、６ｃ、親局１）からの情報によりその機器と無線ＬＡＮ環境を構築（接続）する。無線ＬＡＮＡＰ８は、無線ＬＡＮが接続された端末局６ａ、６ｂ、６ｃ間で通信される通信データを中継する。

アンテナ駆動装置９は、アンテナ３を支持しており、演算制御装置１０から制御を受けて、パン方向Ｐ（水平方向）及びチルト方向Ｔ（鉛直方向）にそれぞれ駆動する。

演算制御装置１０は、内部にメモリを備えている。メモリには、使用する機器により決定される使用周波数、送信電力、送信アンテナの利得などの使用機器情報が予め記憶されている。

演算制御装置１０は、条件入力部１２により入力された中継局間距離、使用アンテナの利得などの環境情報からアンテナの向きを自動的に調整する自動調整機能、休日や夜間に各部に供給する電源を自動的に遮断する電源管理機能などを有している。

電源管理機能は、例えばタイマーなどにより、休日や夜間に電源供給を停止する機能である。
また、自動調整機能は、条件入力部１２により入力された環境情報から理想空間における受信電波強度を演算し理想的な受信強度を求め、実際に測定された受信強度を理想的な受信強度に収束させるようにアンテナ３の向きを調整する機能である。

例えば演算制御装置１０は、条件入力部１２により受け付けられた環境情報と、メモリの該当設定対象機器（仮設無線ＬＡＮ中継局５ａ、５ｂ、端末局６ａ、６ｂ、６ｃ、親局１のうちの例えば親局１など）の使用周波数、送信電力、送信アンテナの利得とを所定の演算式に代入することで、理想空間における電波の受信強度を算出し、アンテナ３により受信された電波から測定した受信強度とを比較して、互いの受信強度が最も近似するようにアンテナ駆動装置９を駆動し、アンテナ３を動かしてアンテナ３の受信感度を調整する。

蓄電池１１は、太陽電池パネル１３から得られる電力を蓄積し、この中継局５ａ内の各部へ電力を供給する。

太陽電池パネル１３は、太陽光を得て発電する。つまり、太陽電池パネル１３は、太陽光を電力に変換する太陽光発電装置である。状態表示灯１４は、例えばランプ等であり、この中継器の現在の無線ＬＡＮの状態（アンテナ３の感度調整が終了したときに点灯、不適なときに消灯等）が表示される。

以下、図３を参照してこの仮設無線ネットワークシステムの動作を説明する。この仮設無線ネットワークシステムの場合、仮設ネットワークシステムを構築する例えば工事現場などの場内へ親局１および仮設無線ＬＡＮ中継局５ａ，５ｂを持ち込み、親局１を工事現場事務所に設置するとともに、仮設無線ＬＡＮ中継局５ａ，５ｂの無線エリアとして場内をほぼカバーするように仮設無線ＬＡＮ中継局５ａ，５ｂを大まかな間隔に配置して、個々の位置に仮設無線ＬＡＮ中継局５ａ，５ｂの三脚をたてて仮設置する（ステップＳ１０１）。

この際、親局１のアンテナ３を、場内に設置した仮設無線ＬＡＮ中継局５ａ，５ｂのおおよその方向へ向ける（ステップＳ１０２）。

続いて、親局１の電源を入れ、アンテナ３から無線電波を送信し、その後、仮設無線ＬＡＮ中継局５ａ，５ｂのうちの一台、例えば仮設無線ＬＡＮ中継局５ａなどの電源スイッチ（図示せず）を投入する（ステップＳ１０３）。

仮設無線ＬＡＮ中継局５ａの電源は、太陽電池パネル１３および蓄電池１１を使用する。周囲に電源コンセントが存在する場合は、電源ケーブル（図示せず）を使用してもよい。

他の機器（親局１、端末局６ａ、６ｂ、６ｃまたは仮設無線ＬＡＮ中継局５ｂ）とこの仮設無線ＬＡＮ中継局５ａとの無線ＬＡＮを構築するにあたり、作業者が、条件入力部１２より理想空間における電波の受信強度演算に必要な、中継局間距離および使用アンテナの利得等の他の機器との環境条件を入力すると（ステップＳ１０４）、仮設無線ＬＡＮ中継局５ａ，５ｂに内蔵された演算制御装置１０が、条件入力部１２より入力された環境条件を受け付けてメモリに一時記憶する。

演算制御装置１０は、メモリを作業領域として利用し、一時記憶した環境条件を理想状態演算式に代入して理想空間における電波の受信強度を自動的に計算（理想状態演算処理）する（ステップＳ１０５）。

ここで、ステップＳ１０５の理想状態演算処理を詳細に説明する。電波で理論値を考慮する場合、一般的に自由空間伝搬特性を用いる。その空間を進む電波の減衰量、すなわち自由空間伝搬損は、次式（式１）により算出される。

Ｌ＝32.44＋20Log₁₀ｄ×20 Log₁₀ｆ…（式１）
但し、Ｌ：自由空間伝搬損(dB)、ｄ：伝搬距離(km）、ｆ：使用周波数(MHz)
また、このときの電波の受信強度は、次の（式２）により算出される。
Ｐr＝Ｐt＋Ｇt＋Ｇr−Ｌ …（式２）
但し、Ｐr：受信電力(dBm)、Ｐt：送信電力(dBm) Ｇt：送信アンテナ利得(dBi)
Ｇr：受信アンテナ利得(dBi)

ここで、使用周波数、送信電力、送信アンテナ利得は、使用する機器により決定されるので、予め演算制御装置１０内のメモリに記憶させておくものとする。このため、条件入力部１２から入力する環境条件は、伝搬距離及び受信アンテナ利得のみで良い。

演算制御装置１０は、上記理想状態演算処理により算出した理想空間における電波の受信強度と、アンテナ３により受信された電波から測定した受信強度とを比較して、互いが最も近似するようにアンテナ駆動装置９を駆動し、アンテナ３をパン方向およびチルト方向に動かしてアンテナ３の受信感度を適切なレベルに自動調整する（ステップＳ１０６）。

条件入力部１２から入力された環境条件にてアンテナ３の方向調整が完了すると、演算制御装置１０は、状態表示灯１４を点灯させる（ステップＳ１０７）。これにより、その仮設無線ＬＡＮ中継局５ａは使用可能となる。

親局１と仮設無線ＬＡＮ中継局５ａの他に仮設無線ＬＡＮ中継局５ｂが存在する場合は、上記各ステップの作業および処理を適宜繰返すことで、例えば端末局６ａ−６ｃ間が、見通しが悪い場合や遠距離などの場合であっても仮設無線ＬＡＮ中継局５ａ，５ｂを中継した端末局６ａ−６ｃ間の無線通信が可能になる。

このようにこの実施形態の仮設無線ネットワークシステムによれば、恒久設備を設けることなく、短時間に簡単にネットワークを構築することができる。

また、仮設無線ＬＡＮ中継局５ａ，５ｂの演算制御装置１０が、入力された環境条件に従ってアンテナ駆動装置９の駆動を制御し、専門知識が必要なアンテナ３の方向調整を指向性角度内に自動的に行うので、常に最適な通信環境が保たれ、短時間に簡単に通信障害の発生し難い無線ネットワークを構築できる。

さらに、演算制御装置１０に電源管理機能を有することにより、休日・夜間の不必要な電力消費を防止することができ、電波傍受防止によるネットワークの安全性を高め得ることにもつながる。

また、無線ＬＡＮの自動調整機能を導入したことにより、人手によるアンテナ３の方向調整作業が不用となり、例えば危険な高所作業等についても人がわざわざ高所で作業する必要がなくなり、安全性を高めることができる。

なお、本願発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形してもよい。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより、種々の発明を構成できる。

例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の一実施形態の仮設無線ネットワークシステムの構成を示す図である。 仮設無線ネットワークシステムの仮設無線ＬＡＮ中継局の構成を示す図である。 仮設無線ＬＡＮ中継局による無線ネットワーク構築動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１… 親局
２… ルータ
３… アンテナ
４… 通信データ
５ａ、５ｂ… 仮設無線ＬＡＮ中継局
６ａ、６ｂ、６ｃ… 端末局
７… 設置用三脚
８… 無線ＬＡＮアクセスポイント（無線ＬＡＮＡＰ）
９… アンテナ駆動装置
１０… 演算制御装置
１１… 蓄電池
１２… 条件入力部
１３… 太陽電池パネル
１４… 状態表示灯
１５… ポール

Claims (3)

1. 無線ネットワークの中心となる無線基地局と、所定の無線方式で前記無線基地局を経由して無線通信する少なくとも一台の無線端末と、前記無線基地局と前記無線端末との無線通信を中継する仮設無線中継装置とを備える仮設無線ネットワークシステムにおいて、
   前記仮設無線中継装置が、
   太陽光を電力に変換する太陽光発電装置と、
   指向性を有するアンテナと、
   前記アンテナを支持し前記アンテナの方向を可変するアンテナ駆動装置と、
   前記無線ネットワークを設定する対象の機器との距離および使用する前記アンテナの利得を含む環境情報の入力を受け付ける入力装置と、
   前記無線ネットワークの構築に際して、前記アンテナで受信された設定対象の機器からの情報により前記無線ネットワークを構築する無線アクセスポイントと、
   前記アンテナで受信された電波の受信強度を測定し、測定した前記受信強度が前記入力装置により受け付けられた環境情報から算出した受信強度になるように前記アンテナ駆動装置による前記アンテナの駆動を制御する演算制御装置と、
   前記太陽光発電装置から得られる電力を蓄積し、上記各装置へ電力を供給する蓄電池と、
   前記太陽光発電装置、前記無線アクセスポイント、前記アンテナ駆動装置、前記入力装置、前記演算制御装置が取り付けられた支柱と、
   前記支柱を支持する三脚と
   を具備することを特徴とする仮設無線ネットワークシステム。
2. 少なくとも一台の無線端末がある無線方式で無線基地局を経由して無線通信するときに前記無線基地局と前記無線端末との無線通信を中継する仮設無線中継装置において、
   太陽光を電力に変換する太陽光発電装置と、
   指向性を有するアンテナと、
   前記アンテナを支持し前記アンテナの方向を可変するアンテナ駆動装置と、
   前記無線ネットワークを設定する対象の機器との距離および使用する前記アンテナの利得を含む環境情報の入力を受け付ける入力装置と、
   前記無線ネットワークの構築に際して、前記アンテナで受信された設定対象の機器からの情報により無線ネットワークを構築する無線アクセスポイントと、
   前記アンテナで受信された電波の受信強度を測定し、測定した前記受信強度が前記入力装置により受け付けられた環境情報から算出した受信強度になるように前記アンテナ駆動装置による前記アンテナの駆動を制御する演算制御装置と、
   前記太陽光発電装置から得られる電力を蓄積し、上記各装置へ電力を供給する蓄電池と、
   前記太陽光発電装置、前記無線アクセスポイント、前記アンテナ、前記アンテナ駆動装置、前記入力装置、前記演算制御装置、前記蓄電池が取り付けられた支柱と、
   前記支柱を支持する三脚と
   を具備することを特徴とする仮設無線中継装置。
3. 前記演算制御装置は、
   前記設定対象の機器毎に使用周波数、送信電力、送信アンテナの利得が記憶されるメモリと、
   前記入力装置により受け付けられた環境情報と前記メモリの該当無線端末の使用周波数、送信電力、送信アンテナの利得とを所定の演算式に代入することで、理想空間における電波の受信強度を算出し、前記アンテナにより受信された電波から測定した受信強度とを比較して、互いが最も近似するように前記アンテナ駆動装置を駆動して前記アンテナを動かして前記アンテナの受信感度を調整することを特徴とする請求項２記載の仮設無線中継装置。

Images