JP2012175225A

JP2012175225A - 多段中継ネットワーク、多段中継から成る無線テレメータシステム及び無線テレメータシステムに用いられる無線端末

Info

Publication number: JP2012175225A
Application number: JP2011033016A
Authority: JP
Inventors: Nagayoshi Mayahara; 永義馬屋原; Masamori Nakahara; 正守中原
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2012-09-10

Abstract

【課題】接続機器や無線端末への無線通信が集中することを防ぐことができる多段中継ネットワーク、多段中継から成る無線テレメータシステム及び無線テレメータシステムに用いられる無線端末を提供する。
【解決手段】子機を中継として通信する回数が１０回までの上限を規定している条件において、子機１６Ｃが子機１６Ａ又は子機１６Ｂを中継として通信する際に、子機１６Ａ、１６Ｂからそれぞれ中継して通信した回数が情報として含まれているビーコン信号を受信し（Ｓ１、Ｓ３）、無線の電界強度を測定する（Ｓ２、Ｓ４）。子機１６Ｃは、子機１６Ａからのビーコン信号から１１回目の通信であるとすると子機１６Ａを中継することはできないが、子機１６Ｂからのビーコン信号から１０回未満であるとすると子機１６Ｂを中継することができると判断する（Ｓ６、Ｓ７）。よって、子機１６Ｃは、子機１６Ｂを中継して通信開始の送信を行う（Ｓ８）。
【選択図】図７

Description

本発明は、接続機器が多段に接続されて構成されている多段中継ネットワーク、又はガス、水道などのメータ情報取得用等に用いられるような、特に通信回線を介してセンタ側網制御装置に接続されている端末側網制御装置と、端末側網制御装置に接続されている無線親機と、無線親機にメッシュネットワークで無線接続され、かつ、各々にマイコンメータが接続されている複数の無線子機とから多段中継可能に構成されている特定小電力方式の通信を行う無線テレメータシステム、及びそのような無線テレメータシステムに用いられる無線端末に関する。

従来、ガス、水道等のメータ用に開発されたテレメータシステムとして、無線通信機能を備えた親機と子機を接続し、或いは中継機を介して親機と子機を接続して、網制御装置メータ間の通信を無線化した無線テレメータシステムが開発されている。

無線テレメータシステムは、図９に示すように、センタ側網制御装置１１と、センタ側網制御装置１１に有線接続された移動体無線網１２と、移動体無線網１２に無線接続された端末側網制御装置１３と、端末側網制御装置１３に有線接続された無線親機１４と、無線親機１４に無線接続された複数の無線子機１６と、各無線子機１６に有線接続されたメータ又はセンサとされるメータ機器１７とで構成されている。端末側網制御装置１３に代えて、無線親機１４を内蔵する広義の端末側網制御装置１５とすることもできる。また、無線親機１４と無線子機１６との間には、図示していないが、一台又は複数台の無線中継機を介在させることができる。

センタ側網制御装置１１と端末網制御装置１３（又は１５）は、電話網を介して接続され、互いにデータ通信を行う機能を備えている。また、無線親機１４、無線中継機及び無線子機１６は、それぞれ無線通信機能を備えており、互いに無線通信にて接続されデータ通信を行うことができる。また、無線中継機は、無線通信の上流側に１台の無線親機１４又は他の無線中継機と無線通信にて接続され、下流側に更に他の複数台の無線中継機又は無線子機１６と無線通信にて接続される。無線子機１６には、その下流側に複数台のメータ機器１７が有線接続されており、当該無線テレメータシステムは、メータ機器１７によって計測されたデータが無線子機１６を通じて、更に場合によっては中継機を通じて、無線親機１４から端末網制御装置１３（又は１５）、センタ側網制御装置１１へとデータ通信として送信される機能を備えている。

無線テレメータシステムとして、例えば、親機と子機間に中継機を複数段に渡って追加することで、従来電波状況が悪く設置できなかったような場所でも子機を設置可能にし、広範囲なエリアを親機１台で管理することができる無線テレメータシステムが提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、設置場所や電波状況の影響により、ある中継機に複数の子機の通信が集中することがある。このような場合、当該中継機では通信経路の確立やデータ通信のために電池の消耗が激しくなり、当該中継機の機能が低下する虞がある。
無線端末同士が直接通信をしながらネットワークを形成するマルチホップ無線通信システムにおいて、一部の通信経路が常時使用されて、その経路上の中継端末の電池の消耗量が多くなり、中継経路全体が使用できなくなることを回避するため、電池残量に応じて経路情報の送信間隔を変化させることによって電池の消耗量の偏りを防止して、安定したマルチホップ無線通信を実現することが提案されている（特許文献２参照）。

特開２０１０−１１１５６号公報特開２００５−２９５３１０号公報

そこで、上記に鑑み、システムを構成する接続機器や無線端末については、無線通信の所定以上の経路集中が生じないようにする点で解決すべき課題がある。
本発明の目的は、システムを構成する接続機器や無線端末については、無線通信の所定以上の経路集中が生じないようにすることで、電池の消耗を回避することができる多段中継ネットワーク、多段中継から成る無線テレメータシステム及び無線テレメータシステムに用いられる無線端末を提供することである。

本発明による多段中継ネットワークは、複数の接続機器が多段中継を成して接続されている多段中継ネットワークにおいて、規定時間内に規定回数以上の中継をし、通信回数を経験する前記接続機器については、中継する経路を選択する前記接続機器の候補の対象から除く機能を有することを特徴とする。

本発明による多段中継ネットワークは、複数の接続機器が多段中継を成して接続されている多段中継ネットワークにおいて、中継接続できる前記接続機器の台数をある規定台数以下になるように制限する機能を有すること特徴とする。

本発明による無線テレメータシステムは、センタ側網制御装置に公衆網の回線を介して接続された端末側網制御装置と、前記端末側網制御装置に接続された無線親機と、前記無線親機にメッシュネットワークで無線接続される複数の無線子機と、前記複数の無線子機にそれぞれ接続された複数のマイコンメータによって構成される無線テレメータシステムであって、規定時間内に規定回数以上の中継をして通信回数を経験する前記無線子機としての無線端末については、中継する経路を選択する前記無線端末の候補の対象から除く機能を有することを特徴とする。

本発明による無線テレメータシステムは、センタ側網制御装置に公衆網の回線を介して接続された端末側網制御装置と、前記端末側網制御装置に接続された無線親機と、前記無線親機にメッシュネットワークで無線接続される複数の無線子機と、前記複数の無線子機にそれぞれ接続された複数のマイコンメータによって構成される無線テレメータシステムであって、前記無線子機としての無線端末については、中継接続できる前記無線端末の台数をある規定台数以下になるように制限する機能を有すること特徴とする。

本発明による無線端末は、無線テレメータシステムにおいてガス、水道などの検針を行うマイコンメータと有線接続された無線子機であり、センタＮＣＵに有線網又は無線網で接続された無線親機と直接に又は他の無線子機を中継して前記無線親機と特定小電力無線方式の通信を行う無線端末であって、規定時間内に規定回数以上の中継をする通信回数を経験することに応じて中継する経路を選択する無線端末の候補の対象から除く機能を有することを特徴とする。

本発明による無線端末は、無線テレメータシステムにおいてガス、水道などの検針を行うマイコンメータと有線接続された無線子機であり、センタＮＣＵに有線網又は無線網で接続された無線親機と直接に又は他の無線子機を中継して前記無線親機と特定小電力無線方式の通信を行う無線端末であって、中継接続できる前記無線端末の台数をある規定台数以下になるように制限する機能を有すること特徴とする。

上記の規定時間内に規定回数以上の中継をする通信回数を経験する場合には中継する経路を選択する候補の対象から除く機能を有する多段中継ネットワーク、無線テレメータシステム、又は無線端末によれば、規定時間内に規定回数以上の中継をする通信回数を経験する接続機器や無線端末については、それ以後、中継する経路を選択する候補の対象から除かれるので、それ以上の中継をすることがなくなり、その他の通信回数に余裕のある接続機器や無線端末が中継を担当する。したがって、当該接続機器や無線端末において無線通信が集中することを防ぐことができる。

上記の中継接続できる台数をある規定台数以下になるように制限する機能を有する多段中継ネットワーク、無線テレメータシステム、又は無線端末によれば、中継接続できる接続機器や無線端末の台数がある規定台数以下になるように制限されているので、ある接続機器や無線端末については、その規定台数以上の接続機器や無線端末に対して中継する経路を選択することがなく、したがって、当該接続機器や無線端末において当該規定台数を超えて無線通信が集中することを防ぐことができる。

本発明であるところの多段中継ネットワーク、無線テレメータシステム、又は無線端末によれば、システムを構成する接続機器や無線端末については、規定時間内に規定回数以上の中継をする通信回数を経験する場合には、それ以後、当該接続機器や無線端末を通って中継する経路を選択することになるような候補の対象から除かれるか、或いは当該接続機器や無線端末については、中継接続できる接続機器や無線端末の台数がある規定台数以下になるように予め制限されている。したがって、当該接続機器や無線端末について、所定以上の中継経路が集中することがなくなり、通信の経路（ルート）の偏りが減少する。その結果、当該接続機器や無線端末の電池寿命が長くなり、通信の信頼性を確保することができる。

本発明による無線テレメータシステムの一実施形態を示すシステム構成図である。本発明による無線テレメータシステムのセンタ側網端末装置からのセンタポーリング通信の動作を示した図である。本発明による無線テレメータシステムの端末側からの発呼があった際の動作を示した図である。本発明による特定小電力方式による無線テレメータシステムの無線親機の内部構成を示すブロック図である。本発明による特定小電力方式による無線テレメータシステムの無線子機の内部構成を示すブロック図である。無線テレメータシステムにおいて、新たに子機を新設し、ネットワークへの参加を説明する説明図である。本発明による無線テレメータシステムにおいて、規定時間内に規定回数以上の中継する通信回数を経験することに応じて、中継する経路を選択する端末の候補の対象から除く機能の一例を説明するフローチャートである。本発明による無線テレメータシステムにおいて、中継接続できる端末の台数をある規定台数以下になるように制限する機能の一例を説明するフローチャートである。従来の無線テレメータシステムの一例を示すシステム構成図である。

以下、本発明による無線テレメータシステムの実施例について、図面に基づき詳細に説明する。

本発明の無線テレメータシステムは、図１に示すように、センタ側網制御装置１１に移動体無線網１２を介して接続された端末側網制御装置１３と、端末側網制御装置１３に有線接続された無線親機１４とを有している。端末側網制御装置１３は、無線親機１４を内蔵した広義の端末側網制御装置１５とすることができる。無線テレメータシステムは、更に、無線親機１４とメッシュネットワークで無線接続される複数の無線子機１６と、無線子機１６にそれぞれに有線接続されたガス、水道等のマイコンメータ（以下、「メータ」と称す）１７とを備えている。メッシュネットワークにおいて、上流側の無線親機１４又は無線子機と下流側の無線子機１６とを中継する無線子機１６は無線中継機としての役割を担っている。

図２は、本発明の実施例に係る無線テレメータシステムのセンタ側網端末装置からのセンタポーリング通信の動作を示した図である。センタ側網制御装置１１から移動体無線網１２を介して、端末側網制御装置１３へ接続要求が到来して、端末側網制御装置１３が起動する。端末側網制御装置１３から起動の信号を送出して、無線親機１４がその起動の信号を受信し、受信した無線親機１４が起動する。無線親機１４は、無線子機１６に対して特定小電力無線の起動の信号を送信して、無線子機１６がその起動の信号を受信し、受信した無線子機１６が起動する。無線子機１６は、メータ１７に対して起動の信号を送出して、メータ１７がその起動信号を受信し、受信したメータ１７が起動する。接続後、センタ網制御装置１１は、メータ１７から検針値データを取得する。

図３は、本発明の実施例に係る無線テレメータシステムの端末側からの発呼があった際の動作を示した図である。端末側から発呼要因があるケースとして、メータ１７が検針値データをセンタに通報することがある。その際、メータ１７から起動の信号を送出して、無線子機１６がその起動の信号を受信し、受信した無線子機１６が起動する。無線子機１６は、無線親機１４に対して特定小電力無線の起動の信号を送信して、無線親機１６がその起動の信号を受信し、受信した無線親機１４が起動する。無線親機１４は、端末側網制御装置１３に対して起動の信号を送出して、端末側網制御装置１３がその起動信号を受信し、受信した端末網制御装置１３が起動する。端末側網制御装置１３は、移動体無線網１２を介して、センタ網制御装置１１へ接続要求を送信して接続を確立する。接続後、センタ側網制御装置１１は、メータ１７から検針値データを取得する。

図４は、本発明の実施例に係る特定小電力方式による無線テレメータシステムの無線親機の内部構成を示すブロック図である。親機１５は、端末網制御装置への入出力を司るＩ／Ｆ（インターフェース）２１、不揮発性メモリ２２、ＣＰＵ（Central Processing Unit ；中央処理装置）２３、アンテナ２４、無線通信ユニット２５、ＲＯＭ（Read Only Memory；リードオンリメモリ）２６、ＲＡＭ（Random Access Memory；ランダムアクセスメモリ）２７、及び電池２８を有している。親機１５において、不揮発性メモリ２２は、メータ１７を識別する情報や検針値に関する情報を記憶する装置であるとともに、各種設定データなどを登録する装置でもある。ＣＰＵ２３は、情報を処理する回路である。

図５は、本発明の実施例に係る特定小電力方式による無線テレメータシステムの無線子機の内部構成を示すブロック図である。図５に示すように、子機１６は、メータＩ／Ｆ（インターフェース）３１、不揮発性メモリ３２、ＣＰＵ（中央処理装置）３３、アンテナ３４、無線通信ユニット３５、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３６、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３７、及び電池３８を有している。メータＩ／Ｆ３１は、メータ１７との間で通信、即ち、入出力を司る装置である。不揮発性メモリ３２は、メータ情報などを記憶する装置である。ＣＰＵ３３は、親機１５のＣＰＵ２３とは異なる動作により情報を処理する回路である。ＣＰＵ３３は、無線通信ユニット３５から伝えられた信号が自分宛ＩＤか否かを判別する。アンテナ３４は、親機１５のアンテナ２４とは異なる動作により、親機１５に電波を出力する、或いは親機１５からの電波を受付ける装置である。無線通信ユニット３５は、親機１５の無線通信ユニット２５とは異なる動作により、通信するための信号を変換する。また、無線通信ユニット３５は、間欠的に受信動作を行い、相手端末からの無線電波の有無を判別するキャリアセンス動作を間欠的に行う。アンテナ３４及び無線通信ユニット３５は、親機１５との間で無線により通信する。ＲＯＭ３６は、子機１６を実現するためのプログラムを記憶する。ＲＡＭ３７は、ＣＰＵ３３が情報を処理するためのデータを一時的に記憶する。電池３８は、ＣＰＵ３３などに対して電力を供給する。子機１６には、各種設定データなどを登録するための不揮発性メモリ３２が内蔵されている。

図６を参照して、新たに子機を新設し、ネットワークに参加することについて説明する。例えば、子機１６Ｃを新たに設置した場合、子機１６Ｃは、子機１６Ａ、１６Ｂからそれぞれ定期的な基準信号の同報通信（以下、「ビーコン信号」という）を受信する。ビーコン信号を受信した子機１６Ｃは、無線の電界強度を測定する。子機１６Ａからの電界強度、及び子機１６Ｂからの電界強度が十分に強い場合は、子機１６Ａ、子機１６Ｂにネットワーク参加の要求信号を送信する。そして、子機１６Ａと子機１６Ｂは、子機１６Ｃの情報を登録し、ネットワーク参加を許可する信号を返信する。これらの動作により、子機１６Ｃは、子機１６Ａと子機１６Ｂを中継して設置され、ネットワークに参加することができる。

無線通信の所定以上の経路集中が生じないようにするため、規定時間内に規定回数以上の中継する通信回数を経験することに応じて、中継する経路を選択する端末の候補の対象から除く機能を有する場合の実施例として、図７を参照して説明する（通信はすべて無線（特定小電力無線方式）とする）。
規定期間として例えば１時間の間に子機を中継として通信する回数が１０回までとするとの上限（即ち、規定回数を１０回とする）を規定している条件において、今、１時間内で、子機１６Ａを中継して通信した回数が１０回であり、子機１６Ｂを中継して通信した回数が５回であるとする。この場合に、子機１６Ｃが、子機１６Ａ又は子機１６Ｂを中継として通信しようとするに際して、子機１６Ａ、１６Ｂからそれぞれビーコン信号を受信し（Ｓ１、Ｓ３）、無線の電界強度を測定する（Ｓ２、Ｓ４）。また、ビーコン信号には当該ビーコン発信元である子機１６Ａ、１６Ｂが中継して通信した回数が情報として含まれている（Ｓ２、Ｓ４）。子機１６Ｃは、今回、子機１６Ａとの間の経路を中継経路とすると、当該経路の通信回数は規定回数を超えることになるので、子機１６Ａを、当該子機１６Ａとの間の経路を中継経路とする選択をするような候補の対象から除く。したがって、子機１６Ｃは、子機１６Ａからのビーコン信号から１１回目の通信として子機１６Ａを中継することはできないが、子機１６Ｂからのビーコン信号が１０回未満であることから子機１６Ｂを中継することができると判断する（Ｓ６、Ｓ７）。よって、子機１６Ｃは、子機１６Ｂを中継して通信開始の送信を行う（Ｓ８）。なお。Ｓ６において、子機１６Ａとの間の通信回数が規定回数以下である場合には、子機１６Ｃは子機１６Ａとの通信を行うことは自明である（Ｓ８）。また、Ｓ７において、子機１６Ｂとの間の通信回数も規定回数に達している場合には、データを通信することを優先して、相手側（子機１６Ｂ）に強制送信を行う（Ｓ９）。

無線通信の所定以上の経路集中が生じないようにするため、中継接続できる端末の台数をある規定台数以下になるように制限する機能を有する場合の実施例として、図８を参照して説明する（通信はすべて無線（特定小電力無線方式）とする）。
子機の中継している台数を１０台までとするとの上限接続台数を規定している条件において、今、子機Ｃが新たにネットワークに参加する場合において（Ｓ１１）、子機１６Ａを中継としている他の子機端末が例えば１０台であり、子機１６Ｂを中継としている他の子機端末が５台であるとする。この場合に、子機１６Ｃが、子機１６Ａ又は子機１６Ｂを中継として通信しようとするに際して、子機１６Ａ、１６Ｂからそれぞれビーコン信号を受信し（Ｓ１２、Ｓ１４）無線の電界強度を測定する（Ｓ１３、Ｓ１５）。また、ビーコン信号には当該ビーコン発信元である子機１６Ａ、１６Ｂが中継している子機台数が情報として含まれている（Ｓ１３、Ｓ１５）。子機１６Ｃは、今回、子機１６Ａとの間の経路を中継経路とすると、子機１６Ａが中継している子機台数が規定台数を超えることになるので、子機１６Ａを、当該子機１６Ａとの間の経路を中継経路とする選択をすることがない。したがって、子機１６Ｃは、子機１６Ａからのビーコン信号から１１台目の中継台数として子機Ａを中継することはできないが、子機１６Ｂからのビーコン信号から中継台数が１０台未満であることから子機１６Ｂを中継することができると判断できる（Ｓ１６，Ｓ１７）。よって、子機１６Ｃは、子機１６Ｂだけにネットワーク参加の要求信号を送信する（Ｓ１８）。そして、子機１６Ｂは子機１６Ｃの情報を登録し、ネットワーク参加を許可する信号を返信する。これらの動作により、子機１６Ｃは子機１６Ｂを中継して設置され、ネットワークに参加することができる。なお。Ｓ１６において、子機１６Ａが中継している子機台数が規定台数以下である場合には、子機１６Ｃは子機１６Ａにネットワーク参加要求を行うことは自明である（Ｓ１８）。また、Ｓ１７において、子機１６Ｂが中継している子機台数も規定台数に達している場合には、相手側（子機１６Ｂ）にネットワーク参加の強制要求を行う（Ｓ１９）。

以上、説明したように、規定時間内に規定回数以上の中継する通信回数を経験することに応じて、中継する経路を選択する端末の候補の対象から除くこと、或いは中継接続できる端末の台数をある規定台数以下になるように制限することで、通信の経路（ルート）の偏りが減少し、その結果、電池寿命が長くなり、通信の信頼性を確保することができる。また、上記では、本発明の実施例について無線テレメータシステムを例に挙げて説明したが、センサネットワークのようなシステムを含む多段中継ネットワークにおいても成立することは明らかである。また、無線テレメータシステムの構成要素としての無線子機（無線中継機の機能を奏するものを含む）のような無線端末においても、経路の選択から外す機能を備える、或いは中継接続できる台数を制限する機能を備えることもできることは明らかである。

各接続機器の電池の消耗量の偏りを防止するという観点からは、例えば特許文献２に記載されているような対策以外に、接続機器の電池電圧に閾値を設け、測定した電池電圧がその閾値を下回るとその接続機器への経路集中を緩和させるという方法も考えられる。しかし、電池電圧は電池が完全に切れる間際になって急速に消耗したり、また電圧が閾値を下回っても一時的に回復することがあるので正確に測定することは困難である。よってその方法を使用するにあたり、均等に接続機器の電池の消耗を防ぐことができない。
それに対して、本発明ではある端末への経路集中を端末の電池が消耗する前に抑えることができるので、より均等に端末の電池の消耗を防ぐことができる。

１１センタ側網制御装置１２移動体無線網
１３，１５端末側網制御装置１４無線親機
１６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ無線子機１７メータ／センサ
２１端末側網制御装置Ｉ／Ｆ２２不揮発メモリ
２３ＣＰＵ２４アンテナ
２５無線通信ユニット２６ＲＯＭ
２７ＲＡＭ２８電池
３１メータＩ／Ｆ３２不揮発メモリ
３３ＣＰＵ３４アンテナ
３５無線通信ユニット３６ＲＯＭ
３７ＲＡＭ３８電池

Claims

複数の接続機器が多段中継を成して接続されている多段中継ネットワークにおいて、規定時間内に規定回数以上の中継の通信回数を経験する前記接続機器については、中継する経路を選択する前記接続機器の候補の対象から除く機能を有することを特徴とする多段中継ネットワーク。
複数の接続機器が多段中継を成して接続されている多段中継ネットワークにおいて、中継接続できる前記接続機器の台数をある規定台数以下になるように制限する機能を有すること特徴とする多段中継ネットワーク。
センタ側網制御装置に公衆網の回線を介して接続された端末側網制御装置と、前記端末側網制御装置に接続された無線親機と、前記無線親機にメッシュネットワークで無線接続される複数の無線子機と、前記複数の無線子機にそれぞれ接続された複数のマイコンメータによって構成される無線テレメータシステムであって、規定時間内に規定回数以上の中継をする通信回数を経験する前記無線子機としての無線端末については、中継する経路を選択する前記無線端末の候補の対象から除く機能を有することを特徴とする無線テレメータシステム。
センタ側網制御装置に公衆網の回線を介して接続された端末側網制御装置と、前記端末側網制御装置に接続された無線親機と、前記無線親機にメッシュネットワークで無線接続される複数の無線子機と、前記複数の無線子機にそれぞれ接続された複数のマイコンメータによって構成される無線テレメータシステムであって、前記無線子機としての無線端末については、中継接続できる前記無線端末の台数をある規定台数以下になるように制限する機能を有すること特徴とする無線テレメータシステム。
無線テレメータシステムにおいてガス、水道などの検針を行うマイコンメータと接続された無線子機であり、センタＮＣＵに有線網又は無線網で接続された無線親機と直接に又は他の無線子機を中継して前記無線親機と特定小電力無線方式の通信を行う無線端末であって、規定時間内に規定回数以上の中継をする通信回数を経験することに応じて中継する経路を選択する無線端末の候補の対象から除く機能を有することを特徴とする無線端末。
無線テレメータシステムにおいてガス、水道などの検針を行うマイコンメータと接続された無線子機であり、センタＮＣＵに有線網又は無線網で接続された無線親機と直接に又は他の無線子機を中継して前記無線親機と特定小電力無線方式の通信を行う無線端末であって、中継接続できる前記無線端末の台数をある規定台数以下になるように制限する機能を有すること特徴とする無線端末。