JP2012015879A - 無線自動検針システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】先に子機が設置された後に親機が設置されると、同期信号を検出するまで子機は連続受信状態を保持し、検出した同期信号を送信した親機の通信システムに参入するという方法では子機は連続受信状態にあるため、子機の消費電力が大きくなる。
【解決手段】起動信号送信手段が起動信号を送信する際は、子機の間欠受信動作周期時間を送信制限時間以下の時間スロットに分割し、起動信号も前記時間スロットに基づいて分割し、一つの時間スロットで前記分割した起動信号を送信した後は少なくとも一つ以上の時間スロットを空けた後に起動信号を送信する。
【選択図】図７

Description

本発明は、同期信号を送信する親機と前記同期信号を受信し親機と時間同期を取る１つないし複数の子機から構成される無線自動検針システムであって、子機が先に設置され、後から親機が設置された場合であっても、子機が親機の同期信号を検出して通信システムに参入できる無線自動検針システムに関するものである。

同期信号を送信する親機からなる通信システムは、無線ＬＡＮや固定無線アクセス（ＦＷＡ：Ｆｉｘｅｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ａｃｃｅｓｓ）事業者が提供する無線ネットワークシステム等で用いられている。一般に通信システムはインフラに相当する親機が設置された後に、子機が設置される場合がほとんどである。そして子機が前記通信システムに参入し、親機とＩＤの付与や交換する方法として例えば特許文献１や特許文献２がある。

特許文献１によれば、子機は複数の親機から送信される前記同期信号を受信し最適な通信品質状態にある親機に対して無線通信システムへの参入要求を送信し親機との間でネゴシエーションを行い親機からＩＰアドレスの付与を受けて通信システムに参入する、というものである。

また特許文献２によれば、子機は親機からの同期信号を一定時間内に受信しなかったと判断したときに、無線通信部に供給されている電力を遮断することにより親機の存在を確認できなくなったときには無線通信を中止して省電力化を図る、というものである。

また公衆の移動通信システムなどにおいては親機からの同期信号を受信できなくなった場合にはどれかの親機からの同期信号を検出するまで子機は連続受信状態を保持し、前記検出した同期信号を送信した親機の通信システムに参入するという方法が取られている場合がある。

特開２００７−１８１２３１号公報 特開２００９−１３５７０８号公報

しかしながら、特許文献１には、親機が先に設置されていることを前提にしており、先に子機を設置し、その後親機を設置した場合についての記述はなく、先に設置された子機が後から設置された親機の通信システムへ参入するのに課題があった。

また同期信号を検出するまで子機は連続受信状態を保持し、前記検出した同期信号を送信した親機の通信システムに参入するという方法では子機は連続受信状態にあるため、子機の消費電力が大きくなるという課題があった。

また特許文献２には、親機の同期信号を受信できなくなったときには無線通信を中止することが記載されているが、前記親無線機の同期信号が復活した場合や別の親無線機が設置された場合にどのように親無線機の通信システムに参入するのかという記述はなく前記親機の無線システムへの参入に課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、簡単な構成、方法により先に子機が設置された後に親機が設置された場合であっても前記親機の無線自動検針システムに即座に参入することができ、かつ子機が前記無線自動検針システムに参入するまでの間の消費電力を低減できる無線自動検針システムおよび方法を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の無線自動検針システムは、無線信号の送信時間に時間制限が決められた親機と子機とからなるもので、親機は、親機の存在を知らせる同期信号を生成する同期生成手段と、前記同期生成手段を起動して同期信号を定期的に送信するタイミングを制御するスロット制御手段と、前記同期信号の長さに比べ１桁以上時間的に長くかつ親機の存在を知らせる信号である起動信号を送信する起動信号送信手段とで構成され、起動信号送信手段が起動信号を送信する際は、子機の間欠受信動作周期時間を送信制限時間以下の時間スロットに分割し、起動信号も前記時間スロットに基づいて分割し、一つの時間スロットで前記分割した起動信号を送信した後は少なくとも一つ以上の時間スロットを空けて前記起動信号を送信するものである。

そして、無線信号の送信時間に時間制限が決められた無線自動検針システムの場合でも、省電力化のために間欠受信状態にある子機に親機の存在を知らせることができ、子機は前記親機の通信システムに参入することができる。また親機は、起動信号の送信間に子機または他の無線システムからの無線信号を受信することができるため、応答性のよい無線自動検針システムを構築することができる。

本発明の無線自動検針システムおよび方法を用いることにより、子機が先に設置され、後から親機が設置された場合であっても子機の消費電力を増大させることなく前記子機は前記親機が設置されるとすぐに前記親機の無線自動検針システムに参入することができる。

本発明の実施の形態における無線自動検針システムの構成図 本発明の実施の形態における同期信号送受信のシーケンス図 本発明の実施の形態におけるスロット構成を示す図 本発明の実施の形態における端末発呼信及びポーリング信号フォーマットを示す図 本発明の実施の形態における無線機の構成図 本発明の実施の形態における無線機の構成図 本発明の実施の形態における起動信号送受信のシーケンス図 本発明の実施の形態における起動信号フォーマットを示す図 本発明の実施の形態における起動信号送信のシーケンス図 本発明の実施の形態における無線自動検針システムの動作フロー図 本発明の実施の形態における無線自動検針システムの動作フロー図

第１の発明は、無線信号の送信時間に時間制限が決められた親機と子機とからなる自動検針システムにおいて、親機は、親機の存在を知らせる同期信号を生成する同期生成手段と、前記同期生成手段を起動して同期信号を定期的に送信するタイミングを制御するスロット制御手段と、前記同期信号の長さに比べ１桁以上時間的に長くかつ親機の存在を知らせる信号である起動信号を送信する起動信号送信手段とで構成され、起動信号送信手段が起動信号を送信する際は、子機の間欠受信動作周期時間を送信制限時間以下の時間スロットに分割し、起動信号も前記時間スロットに基づいて分割し、一時間スロットで前記分割
した起動信号の送信した後は少なくとも１つ以上の時間スロットを空けて前記起動信号を送信する無線自動検針システムである。

そして、無線信号の送信時間に時間制限が決められた無線自動検針システムの場合でも、省電力化のために間欠受信状態にある子機に親機の存在を知らせることができ、子機は前記親機の通信システムに参入することができる。また親機は、起動信号の送信間に子機または他の無線システムからの無線信号を受信することができるため、応答性のよい無線自動検針システムを構築することができる。

第２の発明は、１つ以上の時間スロットは休止時間以上である無線自動検針システムである。

そして、無線信号の送信後に次の無線信号を送信する際は、休止時間経過後に次の無線信号を送信することと決められた場合であっても、子機は前記親機が設置されると前記無線自動検針システムに参入することができる。

第３の発明は、親機は子機の間欠受信動作周期時間を記憶したセンターサーバに接続された無線自動検針システムである。

そして、起動信号送信手段は前記センターサーバから前記子機の間欠受信動作周期時間を取得することができるため、設置現場で親機に子機の間欠受信動作周期時間を設定する必要がないため、作業者の設置手間がかからず効率的に設置作業を行うことができる。また親機につながるセンターサーバからの指示で起動信号を送信させることができ、容易に子機をシステムに参入させることもできる。

第４の発明は、起動信号は、プリアンブル信号と起動信号であることを示す識別信号を含むブロックを単位ブロックとし前記単位ブロックを複数回繰り返す構成とした無線自動検針システムである。

そして、起動信号の補足において、雑音や起動信号以外の信号であるか起動信号であるかの識別を短時間で行うことができ、子機の省電力化に寄与することができる。

第５の発明は、識別信号は、分割された起動信号の全送信終了を報知するための分割時間情報が含まれる構成とした無線自動検針システムである。

そして、子機は連続受信モードに移行して分割した全ての起動信号を受信する必要がないため省電力化を図ることができる。

第６の発明は、同期信号の長さに比べ１桁以上時間的に長くかつ親機の存在を知らせる信号である起動信号を送信する起動信号送信ステップと、前記起動信号送信ステップを実行後親機の存在を知らせる同期信号を生成する同期信号生成手段を起動して同期信号を定期的に送信する同期信号送信ステップとからなり、起動信号送信ステップにおいて起動信号を送信する際は、子機の間欠受信動作周期時間を送信制限時間以下の時間スロットに分割し、起動信号も前記時間スロットに基づいて分割し、一時間スロットで前記分割した起動信号の送信した後は少なくとも１つ以上の時間スロットを空けて前記起動信号を送信する無線自動検針方法である。

そして、子機が先に設置され省電力化のために間欠受信状態にあり、後から親機が設置された場合であっても子機に親機の存在を知らせることができ、子機は前記親機の無線自動検針システムに参入することができる。

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。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
最初に親機がすでに設置され子機が親機の無線自動検針システムに参入あるいは参入済みの動作について説明する。

図１は本発明の無線自動検針システムの一例である。同図において、１０１は親機、１０２〜１０４は親機１０１に属する子機、２０１は親機１０１に属する中継機、２０２〜２０４は中継機２０１に属する子機、３０１は中継機２０１に属する中継機、３０２〜３０４は中継機３０１に属する子機、４０１は中継機３０１に属する中継機である。

親機１０１、中継機２０１、３０１、４０１は同期信号を定期的に送信し、親機１０１、中継機２０１、３０１、４０１のそれぞれに属する各子機は前記同期信号を受信することにより各無線機は親機１０１、中継機２０１、３０１、４０１の時計に同期を取ることができる。そして各子機は属する親機１０１、中継機２０１、３０１、４０１が送信するタイミングで間欠受信を行い、属する親機１０１、中継機２０１、３０１、４０１が受信するタイミングで端末発呼通信を行うことができる。

以下、図１及び図２を参照しながら本発明の無線自動検針システムの動作について説明する。図２（Ａ）は親機１０１が定期的に送信する同期信号の様子を示す図である。親機１０１は図２（Ａ）に示すように時間Ｔ１秒ごとに同期信号Ｐと同期信号Ｑを交互に送信する。

同期信号Ｐは２×Ｔ１秒毎のタイミングで即座に送信される。一方、同期信号Ｑは同期信号Ｐの送信タイミングからＴ１秒後のタイミングを基点にランダムな時間Ｔ３秒（ただし、Ｔ３秒＜Ｔ２秒＜Ｔ１秒とする）待って送信される。例えばＴ１は４秒、Ｔ２は１００ｍ秒、Ｔ３は１０ｍ秒×ｎ、ｎは０〜９の間の整数でランダムに選ばれる。また同期信号Ｐ及び２の送信時間は１０ｍｓ以下に設定されている。

子機１０２〜１０４及び中継機２０１は図２（Ａ）に示す同期信号を受信する。最初子機１０２〜１０４及び中継機２０１はどのタイミングで同期信号が送信されるか分からないためＴ１秒以上の時間にわたり受信動作を継続する。Ｔ１秒以上の時間、受信動作を継続すれば必ず同期信号Ｐあるいは同期信号Ｑを受信することができる。また、Ｔ１秒以上の時間、受信動作を継続すれば親機１０１からの同期信号を受信する以外に、中継機２０１、３０１、４０１からの同期信号を受信する場合も考えられる。複数の同期信号を受信した場合は、同期信号レベルが所定レベル以上であって、中継段数の最も少ない無線機の同期信号に時計を合わせる。例えば、中継機４０１⇒中継機３０１⇒中継機２０１⇒親機１０１の順番で中継段数が少なくなっていく。親機１０１は中継段数０でありもっとも中継段数が少ない。

同期信号Ｑを受信した場合にはランダムな時間Ｔ３秒の遅延がある。同期信号Ｑを受信して親機１０１の同期信号Ｐの送信タイミングに同期を取る子機１０２〜１０４にとってランダムな時間Ｔ３がいくつなのか分からないとＴ１ごとの同期信号Ｐあるいは同期信号Ｑの送信タイミングの基点が分からない。そこで同期信号Ｑを送信する親機１０１は同期信号Ｑの信号フォーマットの中にランダムな遅延時間Ｔ３がいくつであるかという情報を挿入して同期信号Ｑを送信する。そして同期信号Ｑを受信する子機１０２〜１０４は同期信号Ｑの信号フォーマット中に含まれるランダムな遅延時間Ｔ３の情報を用いてＴ３秒を補正してＴ１秒のタイミングの基点を算出することができる。上記動作により子機１０２
〜１０４は親機１０１の同期送信タイミングＴ１秒に同期することができる。そして同期信号Ｐが送信されるタイミングで間欠受信動作を行い、同期信号Ｐを受信する。

図２（Ｂ）に親機１０１が送信する同期信号と子機１０２〜１０４が前記同期信号を受信するタイミングの動作を示す。図２（Ｂ−１）示すように親機１０１は同期信号Ｐと同期信号Ｑを交互に送信する。子機１０２〜１０４及び中継機２０１は図２（Ｂ−２）に示すように同期信号Ｐのタイミングの整数倍の周期で間欠受信している。そして同期信号Ｐを検出した場合は次の間欠受信タイミングで同期信号Ｐの検出動作を行う。もし同期信号Ｐが検出できなかった時は、次の同期信号Ｑのタイミングで起き上がり同期信号Ｑを受信し、同期を取り直す。

ここで、図１に示すシステムが親機１０１の近傍に複数あった場合を考える。各システムは同期しておらず、各システムから送信される同期信号は非同期状態にある。同期信号送信間隔Ｔ１は４秒、同期送信時間は１０ｍ秒とすると同期送信のデューティ比は１／４００であり、各システムから送信される同期信号同士が非同期であってもぶつかる確率は低い。しかしながら各システムの同期送信間隔Ｔ１には若干の時計誤差があるため時間経過とともに徐々に各システムから送信される同期信号のタイミングがずれていき、いつか同期信号送信のタイミングが一致してしまうことが考えられる。

一度タイミングが一致すると時計誤差でタイミングがずれていくまで長時間にわたり同期信号Ｐが衝突状態になる。しかしながら同期信号Ｑはランダムな遅延時間Ｔ３で送信されるため例え各システムの同期送信タイミングが一致してしまった場合でも同期信号Ｑが衝突する確率は低くなる。そして同期信号Ｑが連続して衝突する確率はさらに低くなる。すなわち、たとえ各システムの同期送信タイミングが一致してしまい、同期信号Ｐが衝突して検出できない状態が続いた場合でも、同期信号Ｑは衝突しないため各親機１０１に属する子機１０２〜１０４及び中継機２０１は親機１０１の同期信号Ｑを検出して親機１０１の時計に同期させることができる。

図２（Ｃ）は同期信号の信号フォーマットと同期信号受信方法を説明する図である。図２（Ｃ）の（１）は同期信号の信号フォーマット、図２（Ｃ）の（２）は同期信号受信方法である。図２（Ｃ−１の同期信号フォーマットは図２（Ａ）に示すＴ１秒毎に送信される同期信号Ｐ及び２の信号フォーマットである。図２（Ｃ−２）に示す受信方法は図２（Ｂ−１）のタイミングで同期信号Ｐあるいは同期信号Ｑを受信する時の受信方法である。

同期信号の信号フォーマットは ゛１０１０・・・・・゛の繰り返しからなる冗長ビットと、同期信号Ｐあるいは同期信号Ｑから構成されている。なお同期信号Ｐあるいは同期信号Ｑの信号フォーマットは図に記載していないが、゛１０１０・・・・・゛の繰り返しからなるビット同期信号と、データの先頭を見つけるためのフレーム同期信号と、時計同期を取るための制御信号とから成り立っている。冗長ビット長はＴ４秒である。

子機１０２〜１０４及び中継機２０１が親機１０１の同期信号Ｐを検出して時計同期を取ったとしても次の同期信号Ｐを受信するまでの間に親機１０１に内蔵されている時計と子機１０２〜１０４及び中継機２０１がそれぞれ内蔵している時計との間で若干時計誤差が生じる。

一般に無線機に内蔵される時計の基準発振源として水晶振動子を用いて発生させた水晶発振信号が用いられる。前記水晶振動子で発振させた発振周波数誤差は温度変化等を考慮すると最大±１００ｐｐｍである。さらに同期信号を送信する無線機の発振周波数誤差が最大±１００ｐｐｍであり、前記同期信号を受信する無線機の発振周波数誤差も最大±１００ｐｐｍであるとすると、同期信号送信側と同期信号受信側の相対発振周波数誤差は最
大±２００ｐｐｍである。

例えばＴ１＝４秒、同期信号Ｐは２×Ｔ１＝８秒ごとに送信され、子機１０２〜１０４及び中継機２０１は８×Ｔ１＝３２秒ごとに前記同期信号Ｐを受信したとすると３２秒間における親機１０１と子機１０２〜１０４及び中継機２０１との間の最大時計誤差は３２秒×±２００ｐｐｍ＝±６．４ｍ秒である。そこで±６．４ｍ秒の最大時計誤差が発生したとしても同期信号Ｐを確実に受信できるように子機１０２〜１０４及び中継機２０１は同期信号Ｐの送信タイミングより６．４ｍ秒早めに送受信手段１２の電源をＯＮしタイムアウト時間Ｔ６を設定する。そしてＴ５秒間隔でＴ６秒間、間欠受信動作を繰り返す。

最大時計誤差をＸとした場合、Ｘは子機１０２〜１０４及び中継機２０１が同期信号Ｐを受信する受信周期によって変わってくる。前記受信周期は２×Ｔ１×Ｎ（Ｎは任意の整数）であり、最大時計誤差±ＸはＸ＝２×Ｔ１×Ｎ×２００ｐｐｍで計算される。従って同期信号Ｐを受信する前記受信周期を考慮し、子機１０２〜１０４及び中継機２０１は同期信号Ｐの送信タイミングより前記計算式で計算される最大時計誤差Ｘだけ早めに送受信手段１２の電源をＯＮするように設定し、タイムアウト時間をＴ６に設定する。そしてＴ５秒間隔でＴ６秒間、間欠受信動作を繰り返す。Ｔ５＜Ｔ４に設定されている。

Ｔ６は最大時計誤差±Ｘを考慮して２×Ｘ＜Ｔ６に設定される。子機１０２〜１０４及び中継機２０１はＴ６秒の間に必ず長さＴ４の冗長ビットを検出し同期信号Ｐを受信できる。そして子機１０２〜１０４及び中継機２０１はＴ４の冗長ビットを検出するとタイムアウト時間Ｔ６をキャンセルし受信を継続する。同期信号Ｐは１０ｍ秒程度であり、消費電流を考慮し最大時計誤差±Ｘは一般に同期信号Ｐの長さ１０ｍ秒より小さく設定される。よってＴ６のタイムアウト時間も同期信号Ｐの長さ１０ｍ秒のせいぜい２倍までである。

次に、同期信号Ｐが受信できなくて同期信号Ｑを受信する場合について考える。同期信号Ｑの冗長ビットもＴ４の長さである。そして子機１０２〜１０４及び中継機２０１は、同期信号Ｐ受信の場合と同様に、最大時計誤差±Ｘを吸収するため子機１０２〜１０４及び中継機２０１は同期信号Ｐの送信タイミングより最大時計誤差Ｘだけ早めに送受信手段１２の電源をＯＮしタイムアウト時間Ｔ７を設定する。そしてＴ５秒間隔でＴ７秒間、間欠受信動作を繰り返す。Ｔ５＜Ｔ４に設定されている。Ｔ７は最大時計誤差±Ｘ＋ランダム遅延時間の最大値Ｔ２を考慮して（２×Ｘ＋Ｔ２）＜Ｔ７に設定される。子機１０２〜１０４及び中継機２０１はＴ７秒の間に必ず長さＴ４の冗長ビットを検出し同期信号Ｑを受信できる。本例ではＴ２は最大９０ｍ秒であり、Ｘは１０ｍ秒程度であるのでＴ７は１１０ｍ秒より少し大きな値に設定される。

なお図２（Ｃ）に示す同期信号送信タイミングと同期信号受信タイミングは、同期信号送信側である親機１０１と同期信号受信側である子機１０２〜１０４及び中継機２０１との間の相対時計誤差が零の場合であり、前記相対誤差が零でない場合は同期信号送信タイミングが同期信号受信タイミングに対して最大時計誤差±Ｘの間で前後にずれる。

以上述べたようにＴ６は同期信号Ｐを受信する場合のタイムアウト時間、Ｔ７は同期信号Ｑを受信する場合のタイムアウト時間である。

以上説明したように子機１０２〜１０４及び中継機２０１は時計誤差±Ｘより少し長めのＴ６秒の間、Ｔ５秒毎に間欠受信をすれば同期信号Ｐ同士の衝突がない限り同期信号Ｐを確実に検出できるため、同期信号Ｐ受信のために起きている時間を短くでき電力の消費を抑えることができる。

そして、ある期間同期信号Ｐが衝突して検出できなかったときのみ最大時計誤差±Ｘ＋ランダム遅延時間の最大値Ｔ２より少し長めのＴ７秒の間、Ｔ５秒毎に間欠受信することになるが、同期信号Ｑを受信に行く回数は同期信号Ｐを受信に行く回数に比べ非常に小さい。さらに同期信号Ｑを受信する場合もＴ５秒毎の間欠受信を行うため全体の電力消費に与える同期信号Ｑの受信の影響は微々たるものである。

以上説明したように、親機１０１の近傍に複数の非同期なシステムが存在し、たまたま同期信号送信タイミングが一致してしまった場合であっても、同期信号Ｑの存在により親機１０１に属する子機１０２〜１０４及び中継機２０１は親機１０１と時計同期を取ることができる。そして通常は一定の周期Ｔ２で送信される同期信号Ｐにより時計同期を取るように構成されているため電力消費を抑えることができる。すなわち妨害に強いことと電力消費を抑えることの両立を図ることができる。

次に中継機２０１は親機１０１に時計同期を取るとともに、親機１０１と同様の方法で同期信号を送信する。図３は親機１０１と中継機２０１、３０１、４０１の同期信号送信の関係を示す図である。

各無線機は上位用スロットと下位用スロットの２種類のスロットを有している。親機１０１は上位がないので下位用スロットのみである。上位用スロットは上位の無線機との通信のためのスロット、下位用スロットは下位の無線機との通信のためのスロットである。親機１０１の下位用スロットで通信を行う無線機は子機１０２〜１０４及び中継機２０１である。親機１０１の下位用スロットの位置に子機１０２〜１０４及び中継機２０１の上位用スロットが同期している。以下同様に図３（Ａ）に示す関係になっている。

上位用（あるいは下位用）スロットの構成を図３（Ｂ）に示す。スロット長は例えば２秒である。そしてスロットはさらに同期スロット、子機発呼スロット、ポーリングスロットの３つのスロットから構成されている。例えば同期スロットは１００ｍ秒、子機発呼スロットは９００ｍ秒、ポーリングスロットは１０００ｍ秒である。同期信号Ｐ及び同期信号Ｑは下位用スロットの中の同期スロットから送信され、上位用スロットの中の同期スロットで受信される。同期信号Ｐは前記同期スロットの先頭で送信され、同期信号Ｑは同期スロット１００ｍ秒の中でランダムなタイミングで送信される。

同期信号Ｐ及び同期信号Ｑが送信されるタイミングを図３（Ａ）に示す。例えば、親機１０１が同期信号Ｐを送信し、中継機２０１が送信された同期信号Ｐを受信すると時計同期を親機１０１に合わせスロットのタイミングを補正する。そして中継機２０１は次の下位用スロットで同期信号Ｐを送信する。同期信号Ｐと同期信号Ｑは下位用スロットを用いて交互に送信される。以下同様の動作で下位の中継機は上位の中継機からの同期信号を受信し時計同期を取ってスロットのタイミングを補正し、下位に対して同期信号を送信する。

子機に発呼が生じデータを上位の無線機に送りたい場合は、子機発呼スロットの先頭で子機発呼信号の送信を開始する。上位の親機１０１あるいは中継機２０１、３０１、４０１は下位の無線機からの子機発呼信号を受信できるように下位用スロットの中の子機発呼スロットの先頭の子機発呼信号が送信されるタイミングで間欠受信を行い、子機発呼信号がないと判断した場合には即座に受信を中止する。中継機２０１、３０１、４０１で下位の無線機より子機発呼信号を受信した場合には上位の親機１０１あるいは上位の中継機に対して次の上位用スロットの中の子機発呼スロットの先頭で前記受信した子機発呼信号を上位に送信する。このようにして例えば子機４０１で発生した子機発呼信号は中継機３０１に送られ、さらに中継機３０１は前記子機発呼信号を中継機２０１を介して親機１０１に送ることができることとなる。

親機１０１からのポーリング信号を子機３０１に送りたい場合について説明する。親機１０１は下位用スロットの中のポーリングスロットの先頭でポーリング信号の送信を開始する。子機１０２〜１０４及び中継機２０１は親機１０１からのポーリング信号を受信できるように上位用スロットの中のポーリングスロットの先頭のポーリング信号が送信されるタイミングで間欠受信を行い、ポーリング信号がないと判断した場合には即座に受信を中止する。ポーリング信号を受信した中継機２０１は下位用スロットの中のポーリングスロットの先頭でポーリング信号の送信を開始する。以下同様の動作で中継機３０１を介して子機３０１にポーリング信号が送られる。

図４（Ａ）は子機発呼信号あるいはポーリング信号フォーマット図である。図４（Ｂ）は図４（Ａ）の信号フォーマットの中の繰り返しヘッダーの構成要素を示す図である。

子機発呼信号あるいはポーリング信号は繰り返しヘッダーに続いてビット同期信号、フレーム同期信号、データという構成である。前記データの中には制御信号や送信元や送信先を示す識別符号（以下ＩＤと呼ぶ）なども含まれる。

図４（Ｂ）に示すように繰り返しヘッダーはビット同期信号、フレーム同期信号、簡易ＩＤを構成要素とし、前記構成要素を複数回繰り返し伝送する構成である。簡易ＩＤはＩＤを簡略化し短縮したものである。例えばＩＤは４８ビット、簡易ＩＤはＩＤの下位１バイトを取った８ビットである。

子機１０２〜１０４、２０２〜２０４、３０２〜３０４にとって同期信号Ｐの受信は同期信号Ｐが送信される複数回に１回ごとの受信である。同期信号Ｐの受信は時計同期のためであるのでそれほど頻繁に受信を行う必要はない。例えば同期信号Ｐ送信周期８秒として１００回同期信号Ｐが送信されるごとに同期信号Ｐの受信を行った場合、８００秒毎の受信となる。それに対してポーリング信号の受信はリアルタイム性を考慮した場合間欠受信動作周期をできるだけ短くしたい。すなわち上位用スロット毎のタイミングである４秒周期で間欠受信動作を行う。子機１０２〜１０４、２０２〜２０４、３０２〜３０４は電池で駆動される場合が考えられ電力消費を抑えることが重要である。そこで、４秒周期の間欠受信においてキャリア検出動作を行いキャリアがないときには即座に受信を中断したい。しかしながら親機１０１や上位の中継機との間で時計誤差があるとキャリア検出動作を行ったタイミングがポーリング信号の送信タイミングとずれている場合があり、その場合キャリア検出できないこととなり、通信が失敗する。それを回避するのが繰り返しヘッダーの役目である。

繰り返しヘッダーの長さは同期信号受信により時計同期を行う周期８００秒の間の最大時計誤差Ｘより長く設定される。そして時計誤差がない状態においては繰り返しヘッダーの真ん中でキャリア検出するように受信タイミングが設定されている。このように設定することにより最大時計誤差±Ｘが発生しても繰り返しヘッダーのどこかでキャリア検出を行い、簡易ＩＤにより概略的に受信すべき信号かどうかを判断できる。

中継機２０１、３０１、４０１及び親機１０１は一般にＡＣ電源であり、消費電力を気にする必要はないが、子機１０２〜１０４、２０２〜２０４、３０２〜３０４と同様に繰り返しヘッダーのところでキャリア検出するように構成している。

次に、先に子機が設置されていて、後から親機あるいは中継機が設置された場合について図７を参照しながら説明する。具体例として図１において子機３０２が設置されているが中継機３０１が未設置の場合について考える。図７（Ａ）は子機３０２の動作を説明するシーケンス図、図７（Ｂ）は中継機３０１の動作を説明するシーケンス図である。

子機３０２は親機１０１及び中継機２０１が送信する同期信号を受信することができない場所に設置されている。子機３０２は同期信号を受信できないため親機１０１や中継機２０１の時計とは独立に子機３０２に内蔵された時計を用いて、間欠受信動作周期Ｔ１０で間欠受信動作を行っている。図７（Ａ）においてＸ１が間欠受信動作周期Ｔ１０で行う間欠受信を示している。間欠受信動作周期Ｔ１０は消費電力を低減するために少なくとも同期信号の信号長に比べ１桁以上長い時間に設定されている。例えば同期信号長が１０ｍ秒程度であるのに対し、間欠受信動作周期Ｔ１０は４秒に設定されている。またＴ１０は同期信号送信間隔Ｔ１と同じにしても良いし、Ｔ１の整数倍であっても良い。

上記状態において中継機３０１が設置された場合について説明する。中継機３０１が設置され中継機３０１の電源がＯＮし動作を開始すると中継機３０１は最初に起動信号を送信する。図７（Ｂ）において、中継機３０１は、子機３０２の間欠受信動作時間Ｔ１０を送信制限時間以下の時間スロットに分割した時間管理を行っている。ここでは、送信制限時間を１秒、休止時間１秒とし、時間スロットＳ１〜時間スロットＳ４の繰り返しの４つに分割し、一つの時間スロットはＴ１０／４（＝１秒）としている。また起動信号Ｘ６も分割した時間スロットに合わせＸ６−１からＸ６―４の４つに分割している。Ｘ５は中継機３０１の電源がＯＮしたタイミングを示し、ここを基点に時間スロットＳ１〜Ｓ４が繰り返しカウントされ、各時間スロットで分割された起動信号Ｘ６−１〜Ｘ６−４が送信される。この際起動信号の送信後は一つ以上の時間スロットを空けるため、起動信号Ｘ６−１は時間スロットＳ１、起動信号Ｘ６−２は時間スロットＳ３、起動信号Ｘ６−３は次の時間スロットである時間スロットＳ２、起起動信号Ｘ６−４も次の時間スロットである時間スロットＳ４で送信するようにする。

起動信号長Ｘ６−１〜Ｘ６−４の合計信号長Ｔ１１（＝Ｔ１０×４）は、Ｔ１１＞Ｔ１０に設定される。そのため、子機３０２は間欠受信動作のタイミングで必ず前記起動信号Ｘ６−１〜Ｘ６−４のいずれかを受信することができる。Ｘ２は子機３０２が起動信号Ｘ６−４を受信したことを示している。子機３０２は起動信号Ｘ６−４の受信を終了しても受信を継続して起動信号Ｘ６−４に続いて中継機３０１より送信される同期信号Ｘ７の補足を行う。そして同期信号Ｘ７を補足すると子機３０２は参入要求信号Ｘ３を中継機３０１に送信する。中継機３０１は子機３０２からの参入要求信号Ｘ３を受信Ｘ８すると子機３０２に対して参入許可やＩＤの割り当て等の応答信号Ｘ９を送信する。子機３０２は応答信号Ｘ９を受信Ｘ４することにより中継機３０１につながる形で図１のシステムに参入することができる。

よって、無線信号の送信時間に時間制限が決められた場合や、無線信号の送信後に次の無線信号を送信するまでの休止時間が決められた無線自動検針システムの場合でも、省電力化のために間欠受信状態にある子機３０２に中継機３０１の存在を知らせることができ、子機３０２は中継機３０１の無線自動検針システムに参入することができる。さらに中継機３０１は、起動信号Ｘ６−１〜Ｘ６−４の送信間に他の子機または他の無線システムからの無線信号を受信することができるため、応答性のよい通信システムを構築することができる。

なお、ここでは一つの時間スロットを空けた後に次の起動信号を送信するとして説明したが、必要に応じて二つ以上の時間スロットを空けた場合でも同様に実施することができる。１秒の休止時間が必要な場合は、本説明での一つの時間スロットは１秒のため一つの時間スロットを空ければ休止時間を満足できる。また２秒の休止時間が必要な場合は、二つ以上の時間スロットを空けて同様に休止時間を満足することができる。

なお、参入要求信号Ｘ３の送信は図３における子機発呼スロットで行う。そして応答信
号Ｘ９の送信は子機発呼スロットの中で行っても良いし、ポーリングスロットで行っても良い。

図８（Ａ）は起動信号Ｘ６の信号フォーマットを示している。起動信号Ｘ６は単位ブロックの繰り返しから構成されている。単位ブロックは図８（Ｂ）に示すように「１０１０１０・・・」のように「０」と「１」の繰り返しからなるビット同期信号と呼ばれるプリアンブル信号とデータの頭を示すフレーム同期信号と識別信号から構成されている。識別信号は起動信号であることを示す信号である。

なお、識別信号として中継機あるいは親機であることを示す機器種別情報などのように受信した子機が起動信号であると認識できる情報を含んだ信号にすることができる。

よって、起動信号の補足において、雑音や起動信号以外の信号であるか起動信号であるかの識別を短時間で行うことができ、中継機３０１の省電力化に寄与することができる。

また、識別信号には分割された起動信号Ｘ６−１〜Ｘ６−４の全ての送信が終了する時間情報も含めるようにしてもよい。例えば、先の説明の起動信号Ｘ６−１および起動信号Ｘ６−２には、起動信号Ｘ６−１〜Ｘ６−４の全ての送信が終了するためには、さらに時間スロットＳ１〜Ｓ４が必要である旨の情報を含めておき、子機３０２は次のＴ１０後の受信タイミングでは受信せずにさらにその後の受信タイミングから受信を開始するようにすることもできる。

よって、子機３０２は起動信号Ｘ６−１〜Ｘ６−４の受信後に連続受信モードに移行して、すべての起動信号を受信する必要がないため省電力化を図ることができる。

また、フレーム同期信号の符号パターンを工夫し起動信号独自の符号パターンとして受信側で前記符号パターンを検出すれば起動信号であると認識できるようにすることもできる。フレーム同期信号の符号パターンで起動信号であると認識できるようにした場合にはフレーム同期信号に続く識別信号は省略可能である。

中継機３０１の電源がＯＮするタイミングで起動信号を送信する例で説明したが、他のタイミングで起動信号を送信することもできる。図９は中継機３０１が動作開始後、定期的に起動信号を送信する場合のシーケンス図である。同図においてＸ７がＴ１ごとに送信される同期信号、Ｘ６が起動信号である。起動信号Ｘ６はＴ１２ごとに送信される。Ｔ１２はＴ１の整数倍に設定されている。そして例えばＴ１２は１日という長い時間である。

また、起動信号Ｘ６が送信されるタイミングは、親機１０１あるいは親機１０１が接続されているセンターサーバ（図１には図示していない）からの指示を中継機３０１が受けたときに送信するようにしてもよい。さらに、中継機３０１は子機３０２の間欠受信動作周期時間をセンターサーバから取得し、先の説明と同様に実施するようにすることもできる。

よって、設置現場で親機に子機の間欠受信動作周期時間を設定する必要がないため、作業者の設置手間がかからず効率的に設置作業を行うことができる。

図５、図６は以上説明した本発明の無線自動検針システムの動作を実現するための無線機のブロック構成図の一例である。起動信号を送信する親機１０１あるいは中継機２０１、３０１、４０１は図５に示すブロック構成を搭載している。また起動信号を受信する子機１０２〜１０４、２０２〜２０４、３０２〜３０４、及び中継機２０１、３０１、４０１は図６に示すブロック構成を搭載している。

図５に示す無線機の各手段とその動作について説明する。１はアンテナ、２は送受信手段、３は同期生成手段、４はスロット制御手段、５は起動信号送信手段、６は制御手段である。

制御手段６は無線機全体の時間管理や各手段の制御を行う。スロット制御手段４は図２に示す同期信号Ｐや同期信号Ｑの送信タイミングなどの送信スロット制御を行う。同期生成手段３はスロット制御手段４の制御の元に同期信号Ｐや同期信号Ｑを生成し、送受信手段２を介して送信する。起動信号送信手段５は送受信手段２を介して制御手段６からの指示で図８に示す起動信号を送信する。また起動信号送信手段５が起動信号を送信する際は、子機の間欠受信動作周期時間を送信制限時間以下の時間スロットに分割し、起動信号も前記時間スロットに基づいて分割し、一つの時間スロットで前記分割した起動信号を送信した後は少なくとも一つ以上の時間スロットを空けて起動信号を送信する。制御手段６の指示で起動信号送信手段５から送信される起動信号は図７及び図９に示すＸ６である。

次に図６に示す無線機の各手段とその動作について説明する。１１はアンテナ、１２は送受信手段、１３は同期信号受信手段、１４は同期信号受信手段、１５は間欠受信制御手段、１６は起動信号受信手段、１７は制御手段である。制御手段１７は無線通信装置全体の時間管理や各手段の制御を行う。起動信号を受信できるまでは間欠受信手段１５の動作により図７あるいは図９に示すＴ１０秒ごとの間欠受信動作Ｘ１を行う。起動信号受信手段１６は、間欠受信手段１５の動作で間欠受信動作Ｘ１を行ったときに起動信号Ｘ６があるかどうかの検出を行い、起動信号Ｘ６を受信する動作を行う。そして起動信号Ｘ６を受信した場合は制御手段１７を介して間欠受信手段１５の動作を停止し同期信号受信制御手段１４及び同期信号受信手段１３を動作させて同期信号の補足動作を行う。

図１０は図５に示す本発明の無線自動検針システムの動作を示すフローチャートの一例である。以下図１０に従いその動作を再度説明する。

まず、無線通信装置の電源がＯＮされると（ステップ１１０）、起動信号送信手段５は図７に示す起動信号Ｘ６−１〜Ｘ６−４を送受信手段２に対して送信し（ステップ１１１）、その後に同期信号Ｘ７を送信する（ステップ１１２）。

同期信号Ｘ７の送信を終えると、送受信手段２は受信状態に移行し、参入要求信号Ｘ３があるかどうかの受信動作Ｘ８を行う（ステップ１１３）。ステップ１１３において、送受信手段２が参入要求信号Ｘ３を受信した場合は、送受信手段２は応答信号Ｘ９を送信する（ステップ１１４）。

ステップ１１３において、参入要求信号Ｘ３を受信できなかった場合は、同期信号定期送信モードに移行する（ステップ１１５）。同期信号定期送信モードとは、図２に示すビーコン信号を周期Ｔ１で定期的に送信するモードである。

図１１は図６に示す本発明の無線通信装置動作を示すフローチャートの一例である。以下図１１に従いその動作を再度説明する。

まず、無線通信装置の電源がＯＮされると（ステップ１２０）、送受信手段１２は図２に示す定期的に送信される同期信号を受信するためにＴ１秒以上の時間、受信動作を継続し同期信号の補足を行う（ステップ１２１）。ステップ１２１で同期信号捕捉動作を行っている期間に同期信号があるかどうかの検出を行う（ステップ１２２）。そして、ステップ１２２において、同期信号受信手段１３が同期信号を検出した場合は、送受信手段１２を介して参入要求信号Ｘ３を送信し（ステップ１２３）、受信状態に移行し、応答信号Ｘ
９のための受信動作Ｘ４を行い（ステップ１２４）、その後同期信号定期受信モードに移行する（ステップ１２５）。同期信号定期受信モードとは、図２に示す同期信号に同期して定期的に同期信号を受信するモードである。

また、ステップ１２２において、同期信号受信手段１３が同期信号を検出しない場合は、送受信手段１２は図７（Ａ）に示すように周期Ｔ１０で間欠受信動作を行う。そして間欠受信動作においてステップ１２２の判定を行う（ステップ１２６）。

本発明の無線自動検針システムおよび方法はガスおよび電力の自動検針システムなどに用いることができる。子機１０２〜１０４、２０２〜２０４、３０２〜３０４にはガスメータが接続され、親機１０１からのポーリング通信により子機１０２〜１０４、２０２〜２０４、３０２〜３０４に接続されたガスメータのガス検針データを親機１０１に収集することができる。そして収集されたガス検針データを親機１０１に接続された公衆回線を用いてセンターサーバに送ることができる。また中継機２０１、３０１、４０１も子機としての機能を有しガスメータが接続されてもよい。

ガスメータは１０年ごとに定期的に取替えを行う。ガスメータの取替えにあわせて子機を設置していき、ガスメータへの子機がある程度進んだ段階において親機などのインフラを整備していく手順が考えられている。このような設置手順において本発明の無線自動検針システムおよび方法は有用である

以上のように本発明にかかる無線自動検針システムおよび方法は、子機が先に設置され、後から親機が設置された場合であっても子機の消費電力を増大させることなく前記子機は前記親機が設置されるとすぐに前記親機の通信システムに参入することができる無線自動検針システムを構築できる。

１ アンテナ
２ 送受信手段
３ 同期生成手段
４ スロット制御手段
５ 起動信号送信手段
６ 制御手段
１１ アンテナ
１２ 送受信手段
１３ 同期信号受信手段
１４ 同期信号受信制御手段
１５ 間欠受信手段
１６ 起動信号受信手段
１７ 制御手段
１０１ 親機
１０２〜１０４、２０２〜２０４、３０２〜３０４ 子機

Claims (6)

1. 無線信号の送信時間に時間制限が決められた親機と子機とからなる自動検針システムにおいて、
   前記親機は、親機の存在を知らせる同期信号を生成する同期生成手段と、前記同期生成手段を起動して同期信号を定期的に送信するタイミングを制御するスロット制御手段と、前記同期信号の長さに比べ１桁以上時間的に長くかつ親機の存在を知らせる信号である起動信号を送信する起動信号送信手段とで構成され、
   起動信号送信手段が起動信号を送信する際は、子機の間欠受信動作周期時間を送信制限時間以下の時間スロットに分割し、起動信号も前記時間スロットに基づいて分割し、一つの時間スロットで前記分割した起動信号を送信した後は少なくとも一つ以上の時間スロットを空けた後に前記起動信号を送信することを特徴とした無線自動検針システム。
2. 無線信号の送信後に次の無線信号を送信する際は、休止時間経過後に次の無線信号を送信することが決められた親機と子機とからなる自動検針システムにおいて、１つ以上の時間スロットは休止時間以上であることを特徴とした請求項１記載の無線自動検針システム。
3. 親機は子機の間欠受信動作周期時間を記憶したセンターサーバに接続され、起動信号送信手段は前記センターサーバから前記子機の間欠受信動作周期時間を取得することを特徴とした請求項１または２記載の無線自動検針システム。
4. 分割した起動信号は、プリアンブル信号と起動信号であることを示す識別信号を含むブロックを単位ブロックとし前記単位ブロックを複数回繰り返す構成とした請求項１から３のいずれか１項記載の無線自動検針システム。
5. 識別信号は、分割された起動信号の全送信終了のタイミングを報知するための分割時間情報も含まれていることを特徴とした請求項４記載の無線自動検針システム。
6. 同期信号の長さに比べ１桁以上時間的に長くかつ親機の存在を知らせる信号である起動信号を送信する起動信号送信ステップと、前記起動信号送信ステップを実行後親機の存在を知らせる同期信号を生成する同期信号生成手段を起動して同期信号を定期的に送信する同期信号送信ステップとからなり、起動信号送信ステップにおいて起動信号を送信する際は、子機の間欠受信動作周期時間を送信制限時間以下の時間スロットに分割し、起動信号も前記時間スロットに基づいて分割し、一時間スロットで前記分割した起動信号の送信した後は少なくとも１つ以上の時間スロットを空けて前記起動信号を送信する無線自動検針方法。

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