JP2013026909A

JP2013026909A - 無線通信システム

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Publication number: JP2013026909A
Application number: JP2011161109A
Authority: JP
Inventors: 安司 ▲高▼野; Yasushi Takano; Kenichi Shiba; 健一柴; Akihiko Noguchi; 明彦野口; Kiyoaki Okubo; 清明大久保
Original assignee: Hitachi Building Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Building Systems Co Ltd
Priority date: 2011-07-22
Filing date: 2011-07-22
Publication date: 2013-02-04
Anticipated expiration: 2031-07-22
Also published as: JP5346999B2

Abstract

【課題】建物内に設置した親局と複数台の子局との間の無線通信経路の選定を容易に行えると共に、無線通信環境が変化しても良好な通信品質を維持しやすい高信頼性の無線通信システムを安価に提供すること。
【解決手段】建物５内に設置された複数台の子局１から互いに異なる時刻に送信を行わせて、各子局１からの送信に対する残余の子局１および親局２の受信データを取得すると共に、これら受信データの集計結果を、親局２がマトリックス表示可能な受信状況集計テーブル７として受信記憶部２ｅ１に記憶する。親局２はこの受信状況集計テーブル７に基づいて各子局１の予備通信経路を選定し、無線通信環境が変化して既存の通信経路が不適と判定されたときには、予備通信経路が新たな通信経路に設定されるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、ビル等の建物内に親局と子局を無線通信が行えるように配置し、建物内の状態量を計測するセンサの計測データが子局から親局へ送信されるようにした無線通信システムに関する。

この種の無線通信システムにおいては、送受信が安定して行える通信経路を選定することが重要である。そこで、変電所などの広い場所に無線ネットワークを構築する際に、複数のセンサ端末を効率良く配置するために、仮構築した無線ネットワークにおける各センサ端末間の接続状態を調べ、各センサ端末の位置調整や中継センサ端末の追加の要否判断を的確に行えるようにした先行技術が特許文献１に開示されている。

かかる従来技術では、監視対象領域内に複数設置したセンサ端末が無線通信機能と受信データ計測機能を有しており、各センサ端末を相互に通信させて無線ネットワークを仮構築した後、各センサ端末の計測した受信データを収集して画像表示装置に表示させる処理を行う。そして、表示された画像を参照して通信経路の不適箇所を判定すると共に、安定した通信が行えるようにセンサ端末の位置を調整したり中継センサ端末を追加するなどして、仮構築した無線ネットワークの修正を行うようになっている。

特開２０１０−４５７０１号公報

前述した従来技術は、多ルートの無線通信経路を必要とする複雑な無線ネットワークを構築する際には有効であるが、ビル等の建物内に親局と子局および必要最小限の中継局を配置して構成される比較的単純な無線通信システムに適用すると、コスト面で甚だ不利になるという問題があった。すなわち、このように比較的単純な無線通信システムに前述した従来技術を適用した場合、無線通信経路として採用可能なルートが増え過ぎてしまうため、最適なルートを選択するまでに煩雑な作業を余儀なくされてしまう。また、無線ネットワークを仮構築するために、子局と親局間の無線通信を中継する中継局を必要以上に設置しなければならないため、部品コストや設置コストが嵩んでしまう。

さらに、ビル等の建物内はレイアウト変更などによって無線通信環境が変化しやすく、例えば、金属製のロッカーや机等の設置場所が変更されただけで電波の遮蔽や多重反射が発生し、無線通信に支障をきたしてしまうことも珍しくない。それゆえ、建物内の無線通信環境が変化して通信品質が劣化したときに、即座に無線通信経路を変更して良好な通信品質を維持できるような無線通信システムが望まれるが、前述した従来技術は無線ネットワークの修正に多大な時間と手間を要するため、この点でもビル等の建物内の無線通信システムには不向きな技術であると言わざるを得ない。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、建物内に設置した親局と複数台の子局との間の無線通信経路の選定を容易に行えると共に、無線通信環境が変化しても良好な通信品質を維持しやすい高信頼性の無線通信システムを安価に提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、それぞれが無線通信手段を有する少なくとも１台の親局および複数台の子局を建物内に設置し、前記子局に前記建物内の状態量を計測するセンサを接続して、該センサの計測データが前記子局の無線通信手段から直接または別の子局等を介して前記親局の無線通信手段へ送信されるようにしてある無線通信システムにおいて、前記複数台の子局から互いに異なる時刻に送信を行わせて、各子局からの送信に対する残余の子局および前記親局の受信データを取得すると共に、各子局の取得した前記受信データが前記親局へ送信されるようにし、且つ、前記親局が備える予備経路選定手段が、前記受信データの集計結果に基づいて予備通信経路を選定し、既存の通信経路が不適と判定されたときに前記予備通信経路が新たな通信経路に設定されるようにした。

このように各子局からの送信に対する残余の子局および親局の受信データを親局が集計できるようにしてあると、この集計結果に基づいて、親局と各子局間、および子局どうしの間で、無線通信が良好に行えるか否かを容易に判定できる。また、親局との無線通信に支障をきたした子局に対しては、この子局と親局との無線通信を確立させうる中継局を別の子局の中から選定することも容易になる。また、建物内のレイアウト変更などによる無線通信環境の変化で既存の通信経路の通信品質が劣化したときには、前記受信データの集計結果に基づいて選定済みの予備通信経路を新たな通信経路として即座に採用することができるため、良好な通信品質を維持しやすくなる。

上記の無線通信システムにおいて、各子局からの送信に対する残余の子局および親局の受信データの集計結果を、マトリックス表示可能な受信状況集計テーブルとして親局が記憶手段に記憶しており、受信データが送信される度に該受信状況集計テーブルの更新が行われるようにしてあると、この受信状況集計テーブルを参照することで、各子局と親局との間の通信経路として好適なルートが予備通信経路を含めて極めて容易に選定できるようになる。しかも、子局から受信データが送信される度に受信状況集計テーブルを更新するので、無線通信環境に応じて変化する受信データを的確に集計でき、受信状況集計テーブルの内容が常に信頼性の高いものとなる。

また、上記の無線通信システムにおいて、親局は、子局からの送信を所定回数連続して受信できなかったときに既存の通信経路が不適と判定して、この子局の新たな通信経路を予備通信経路に変更するようにしてあると、無線通信環境が変化して既存の通信経路の通信品質が劣化したときに、通信経路の変更が迅速かつ自動的に行えるようになり、良好な通信品質をより一層維持しやすくなる。

本発明の無線通信システムによれば、建物内に設置した各子局からの送信に対する残余の子局および親局の受信データの集計結果に基づいて、親局と各子局間、および子局どうしの間で、無線通信が良好に行えるか否かを容易に判定でき、例えば、親局との無線通信に支障をきたした子局に対しては、この子局と親局との無線通信を確立させうる中継局を別の子局の中から容易に選定できるようになる。また、前記集計結果に基づいて各子局の予備通信経路を選定しておくので、建物内のレイアウト変更などによる無線通信環境の変化で既存の通信経路の通信品質が劣化したときには、選定済みの予備通信経路を新たな通信経路として即座に採用することができる。それゆえ、この無線通信システムは、親局と各子局との間の無線通信経路の選定が容易に行えるのみならず、専用の中継局を省略または最小限な数に抑制できるためコスト面で有利であり、さらに、無線通信環境が変化しても良好な通信品質を維持しやすいため信頼性が高く、よって建物内の状態量の計測データを安定して収集できるという優れた効果を奏する。

本発明の実施形態例に係る無線通信システムの概略構成を示すブロック図である。該無線通信システムで選定された建物内の通信経路の一例を示す説明図である。該無線通信システムにおいて子局や親局で行われる処理手順を示すフローチャートである。該無線通信システムにおいて親局に記憶される受信状況集計テーブルの一例を示す説明図である。該無線通信システムで建物内の通信経路を変更した場合の一例を示す説明図である。該無線通信システムで建物内の通信経路を変更した場合の他の例を示す説明図である。

以下、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に示すように、本発明の実施形態例に係る無線通信システムでは、ビル等の建物内に設置された１台の親局２と複数台の子局１との間に無線通信経路が確立されている。そして、各子局１からセンサの計測した消費電力量や使用水量等のエネルギー状態量に関するデータが親局２へ送信されるようになっている。

まず、子局１の構成について説明する。子局１は、消費電力量や使用水量や使用ガス量等のエネルギー状態量を計測するセンサに接続されており、子局１には該センサの計測データが入力される計測データ入力部が備えられている。図１においては、センサとして使用水量を計測するパルス発信付メータ４が例示されており、子局１の計測データ入力部としては、パルス発信付メータ４から出力されたパルスが入力されるパルス入力部１ｂが例示されている。子局１には、計測データ入力部（例えばパルス入力部１ｂ）のほかに、周囲の温湿度の計測データが温湿度データとして入力される温湿度入力部１ａと、各種データの入出力が可能なメンテナンス用のパソコン３を着脱可能に接続するための外部インターフェイス１ｃと、アンテナ１ｇを介しての無線通信が可能な無線処理部１ｅと、センサから入力された計測データ（例えばパルス）に基づいてエネルギー状態量（例えば使用水量）を積算値として演算する等の処理を行う制御部１ｄと、前記状態量積算値や前記温湿度データ等を記憶する記憶部１ｆとが備えられている。

なお、子局１の制御部１ｄは、アンテナ１ｇを介して無線処理部１ｅが受信する無線信号のデータに基づいて、他の各子局１からの送信に対する受信率および受信感度を号機毎に演算し、その演算結果（受信データ）を記憶部１ｆの受信記憶部１ｆ１に格納するという処理も行う。また、この制御部１ｄは、前記状態量積算値や前記温湿度データを記憶部１ｆに格納する処理や、記憶部１ｆに記憶されているデータを取り出して無線処理部１ｅから送信させたりパソコン３に出力させる等の処理も行う。

親局２には、図示せぬ監視センタと通信回線を介して遠隔的に接続された通信インターフェイス２ｄが備えられている。また、親局２はセンサに接続されないため、パルス入力部１ｂのような計測データ入力部は備えられていないが、この親局２の他の構成は子局１とほぼ同様である。すなわち、親局２には、通信インターフェイス２ｄのほかに、メンテナンス用のパソコン３を着脱可能に接続するための外部インターフェイス２ｂと、アンテナ２ｇを介しての無線通信が可能な無線処理部２ａと、各種のデータを記憶する記憶部２ｅと、記憶部２ｅに対してデータを格納する処理や、記憶部２ｅに記憶されているデータを取り出して無線処理部２ａから送信させたりパソコン３に出力させる等の処理を行う制御部２ｃとが備えられている。そして、各子局１から親局２へ送信される前記状態量積算値や前記受信データ等が、アンテナ２ｇを介して無線処理部２ａで受信されるようになっている。

なお、親局２の制御部２ｃは、各子局１から送信された前記受信データと、自身の受信データ（各子局１からの送信に対する受信率および受信感度を号機毎に演算した結果）とを集計したうえで、その集計結果をマトリックス表示可能な受信状況集計テーブル７（図４参照）として記憶部２ｅの受信記憶部２ｅ１に格納するという処理を行う。さらに、制御部２ｃに備えられた予備経路選定部２ｃ１が受信記憶部２ｅ１に記憶されている受信状況集計テーブル７に基づいて予備通信経路を選定し、既存の通信経路が不適と判定されたときに、予備通信経路が新たな通信経路に設定されるようになっている。

図２は、本実施形態例に係る無線通信システムで選定された通信経路の一例を示すものである。この例では、３階床の建物５内に１台の親局２および８台の子局１が設置されており、子局１のうち３台は中継局６としても機能させている。これら親局２や子局１には便宜上、連続する号機番号を付して区別できるようにしてある。すなわち、図２において、１階に設置されている親局２に０号機、３階に設置されている１台の専用子局１に１号機、３階に設置されて中継局６を兼ねた２台の子局１に２号機および３号機という号機番号をそれぞれ付しており、以下同様に、２階に設置されている２台の専用子局１に４号機および５号機、２階に設置されて中継局６を兼ねた１台の子局１に６号機、１階に設置されている２台の専用子局１に７号機および８号機という号機番号をそれぞれ付している。

図２に矢印で示すように、１階の７号機と８号機は親局２と直接無線通信を行うように設定されており、２階と３階の６号機と３号機も親局２と直接無線通信を行うように設定されている。しかるに、２階の４号機と５号機は、６号機を中継局となす通信経路によって親局２との無線通信を行うように設定されている。また、３階の２号機は３号機を中継局となす通信経路によって親局２との無線通信を行うように設定され、１号機は２号機および３号機を中継局となす通信経路によって親局２との無線通信を行うように設定されている。このような通信経路の設定は、親局２の記憶部２ｅの受信記憶部２ｅ１に記憶されている受信状況集計テーブル７（図４参照）に基づいて行われる。なお、図４には、１号機と２号機間の無線通信環境が劣化した後のデータが示されているが、当初、１号機と２号機間の無線通信環境は良好であったものとする。

次に、本実施形態例に係る無線通信システムにおいて各子局１（１〜８号機）や親局２（０号機）で行われる処理手順を、図３のフローチャートを参照しながら説明する。前述したように、建物５内に設置されている各子局１は、消費電力量や使用水量や使用ガス量等のエネルギー状態量を計測するセンサに接続されており、これらの子局１と親局２とが図２に矢印で示すような通信経路で無線通信可能な状態に設定されているものとする。

まず、子局１で行われる処理手順について説明する。各子局１は、接続されているセンサの計測データ（エネルギー状態量）を取得して状態量積算値として記憶する処理を行った（ステップＳ１）後、他の子局１からの送信に対する受信処理を行って受信データを取得する（ステップＳ２）。ステップＳ３とステップＳ４は、ステップＳ２で行う受信処理の手順を示している。すなわち、ステップＳ３では、受信できた号機毎に受信率および平均受信感度を演算するという処理を行い、次なるステップＳ４では、演算結果ならびに受信状態の良否判定結果を前記受信記憶部１ｆ１に格納するという処理を行う。なお、ステップＳ４における受信状態の良否判定基準は適宜設定可能であり、例えば、受信率が９０％以上で平均受信感度が−９５ｄＢｍ以上の場合に、受信状態が良好な受信可能号機であるという判定を下すことができる。

この後、新しい通信経路に設定せよという親局２からの指令を受信したか否かが判定され（ステップＳ５）、判定が「Ｎｏ」の場合はステップＳ７へ進む。また、判定が「Ｙｅｓ」の場合は、既存の通信経路を予備通信経路に変更するという処理（ステップＳ６）を行った後にステップＳ７へ進む。このステップＳ７では、自身（子局１）が送信タイミングに切り替わったか否かが判定され、送信タイミングに切り替わっていなければ、ステップＳ１へ戻って上記した一連の処理を繰り返す。つまり、上記の一連の処理は送信タイミングに切り替わるまで繰り返して実施される。

また、子局１が送信タイミングに切り替わってステップＳ７での判定が「Ｙｅｓ」になると、この子局１はステップＳ８へ進んで、ステップＳ１の処理結果である状態量積算値を親局２へ送信すると共に、ステップＳ９へ進んで、前記受信記憶部１ｆ１に記憶されている自身の受信データ（他の子局１からの送信に対する受信率および平均受信感度）を親局２へ送信する。なお、子局１が送信タイミングに切り替わると所定の無線信号が発せられ、残余の子局１と親局２は、この無線信号の受信率および受信感度に基づいて受信データを取得する。また、各子局１の送信タイミングは互いに異なる時刻に設定されており、いずれか１台の子局１が送信を行っているときに別の子局１が送信を行うことはない。

次に、親局２で行われる処理手順について説明する。親局２は、各子局１（１〜８号機）から送信された状態量積算値を集計して（ステップＳ１０）、その集計結果を記憶部２ｅに格納する。また、親局２は、各子局１から送信された受信データを集計して（ステップＳ１１）、その集計結果を受信状況集計テーブル７として記憶部２ｅの受信記憶部２ｅ１に格納する。この受信状況集計テーブル７は、各子局１から受信データが送信される度に更新される。

図４は、受信記憶部２ｅ１に記憶されている受信状況集計テーブル７の一部の内容をマトリックス表示させた例であり、０号機の親局２と１〜５号機の子局１（１，４，５号機は専用子局で２，３号機は中継局６を兼ねた子局）について、各子局１を送信側としたときの残余の局の受信データを示している。図４において、送信側の局は横列に並ぶ１〜５号機のいずれかであり、それぞれの局からの送信に対する残余の局（０号機も含む）の直接の受信状態が縦列に並ぶ各マス目に受信データとして示されている。この受信データの内容は、各マス目内の上段に示された受信状態の良否判定結果と、中段に示された受信率と、下段に示された平均受信感度とで構成されている。また、受信状態の良否は４段階にランク分けされた記号で表記されており、受信状態が極めて良好な場合は『◎』、やや良好な場合は『○』、やや不良な場合は『△』、受信不能な場合は『×』となっている。つまり、受信状態が『◎』または『○』であれば送信側の局を受信可能号機と判定することができ、この局からの送信は支障なく受信できる。

図３のフローチャートへ戻り、親局２はステップＳ１０，Ｓ１１の処理を行った後、ステップＳ１２において、受信状況集計テーブル７に基づき予備通信経路を選定する。すなわち、既存の通信経路が不適と判定されたときに新たな通信経路として採用可能な予備の通信経路を、受信記憶部２ｅ１に記憶されている受信データに基づいて選定する。

例えば、建物５内の１号機の既存の通信経路は、図２に示すように２号機および３号機を中継局として親局（０号機）と無線通信を行うように設定されているが、建物５内のレイアウト変更などによって１号機と２号機との間の無線通信環境が受信状態『△』に悪化した場合、１号機は２号機を中継局とする通信経路で親局（０号機）との無線通信を安定的に行うことが困難になる。この場合、図４に示す受信状況集計テーブル７を参照すると、１号機は４号機や５号機を中継局とする新たな通信経路を採用することによって、親局（０号機）との無線通信が安定的に行えるようになることが判明する。

すなわち、１号機からの送信に対して４号機の受信状態は『○』（受信率が９２％で受信感度が−９４．０ｄＢｍ）なので、図５に示すように、１号機は４号機および６号機を中継局とする予備通信経路８を採用することによって親局（０号機）との無線通信を安定的に行うことができる。また、１号機からの送信に対して５号機の受信状態は『◎』（受信率が９８％で受信感度が−９０．５ｄＢｍ）なので、図６に示すように、１号機は５号機および６号機を中継局とする予備通信経路９を採用することによっても親局（０号機）との無線通信を安定的に行うことができる。ステップＳ１２では、このようにして各子局１の予備通信経路を選定する。ただし、予備通信経路８よりも予備通信経路９を採用したほうが受信状態の改善度が高いため、予備通信経路９が優先的な予備通信経路に選定されることになる。

次なるステップＳ１３において、親局２は、子局１から親局２への送信が所定回数（例えば６回）連続して失敗したか否かを判定する。これは、子局１と親局２との間で通信障害が発生したか否かを判定する処理であり、判定結果が「Ｙｅｓ」の場合は、ステップＳ１２で選定した予備通信経路を新しい通信経路に設定（ステップＳ１４）した後、この新通信経路への変更指令をすべての子局１に送信（ステップＳ１５）してから前記ステップＳ１０へと戻る。例えば、建物５内のレイアウト変更などにより１号機と親局（０号機）との間で通信障害が発生していると判定された場合、ステップＳ１４およびステップＳ１５で、１号機は新たに予備通信経路９によって０号機との無線通信を行うことにするという変更指令を各子局１に送信する。この変更指令を受信した各子局１は、前記ステップＳ５で、通信経路の変更に伴って生じる処理を行う。

なお、ステップＳ１３での判定結果が「Ｎｏ」の場合は、子局１と親局２との間で通信障害が発生していない場合であって通信経路を変更する必要はないので、ステップＳ１４へは進まずに前記ステップＳ１０へと戻る。

以上説明したように、本実施形態例に係る無線通信システムでは、建物５内に設置した各子局１からの送信に対する残余の子局１および親局２の受信データの集計結果に基づいて、親局２と各子局１間、および子局１どうしの間で、無線通信が良好に行えるか否かを容易に判定できるため、例えば、親局２との無線通信に支障をきたした子局１に対しては、この子局１と親局２との無線通信を確立させうる中継局を別の子局１の中から容易に選定できるようになる。また、前記集計結果に基づいて各子局１の予備通信経路を選定しておくので、建物５内のレイアウト変更などによる無線通信環境の変化で既存の通信経路の通信品質が劣化したときに、選定済みの予備通信経路を新たな通信経路として即座に採用することができる。それゆえ、この無線通信システムは、親局２と各子局１との間の無線通信経路の選定が容易に行えるのみならず、専用の中継局が省略できてコスト面で有利である。また、この無線通信システムは、無線通信環境が変化しても良好な通信品質を維持しやすいため信頼性が高く、よって建物５内のエネルギー状態量の計測データを安定して収集できる。

なお、上記の実施形態例では専用の中継局を使用していないが、既存の子局１を中継局として機能させても通信品質の劣化が改善できないときには、センサに接続されない専用の中継局を使用しても良く、その場合も専用の中継局は最小限な数に抑制できるためコスト面で有利である。

また、本実施形態例に係る無線通信システムでは、各子局１からの送信に対する残余の子局１および親局２の受信データの集計結果を、マトリックス表示可能な受信状況集計テーブル７として親局２が受信記憶部２ｅ１に記憶しており、受信データが送信される度に受信状況集計テーブル７の更新が行われるようになっている。そのため、この受信状況集計テーブル７を参照することで、各子局１と親局２との間の通信経路として好適なルートが予備通信経路を含めて極めて容易に選定できる。しかも、子局１から受信データが送信される度に受信状況集計テーブル７を更新するので、無線通信環境に応じて変化する受信データを的確に集計でき、受信状況集計テーブル７の内容を常に信頼性の高いものとなすことができる。

また、本実施形態例に係る無線通信システムでは、親局２が、子局１からの送信を所定回数連続して受信できなかったときに既存の通信経路が不適と判定して、この子局１の新たな通信経路を予備通信経路に変更するようにしてある。そのため、無線通信環境が変化して既存の通信経路の通信品質が劣化したときに、通信経路の変更を迅速かつ自動的に行うことができ、良好な通信品質をより一層維持しやすくなっている。なお、前記所定回数は、既存の通信経路が不適と判定しうる適宜回数に設定することができるが、通信品質の劣化が許容されうる短時間内に通信経路の変更が行えるように前記所定回数を設定しておくことが好ましい。

また、上記の実施形態例では、３階床の建物５内に親局２と８台の子局１を設置した場合の無線通信システムについて具体的に説明しているが、建物５の階床数や子局１の台数等が上記の実施形態例と異なる場合にも、本発明を適用できることは言うまでもない。

１子局
１ｂパルス入力部（計測データ入力部）
１ｅ無線処理部（無線通信手段）
１ｆ記憶部
１ｆ１受信記憶部
２親局
２ａ無線処理部（無線通信手段）
２ｃ制御部
２ｃ１予備経路選定部（予備経路選定手段）
２ｅ記憶部
２ｅ１受信記憶部（記憶手段）
３パソコン
４パルス発信付メータ（センサ）
５建物
６中継局
７受信状況集計テーブル（集計結果）
８，９予備通信経路

Claims

それぞれが無線通信手段を有する少なくとも１台の親局および複数台の子局を建物内に設置し、前記子局に前記建物内の状態量を計測するセンサを接続して、該センサの計測データが前記子局の無線通信手段から直接または別の子局等を介して前記親局の無線通信手段へ送信されるようにしてある無線通信システムにおいて、
前記複数台の子局から互いに異なる時刻に送信を行わせて、各子局からの送信に対する残余の子局および前記親局の受信データを取得すると共に、各子局の取得した前記受信データが前記親局へ送信されるようにし、且つ、前記親局が備える予備経路選定手段が、前記受信データの集計結果に基づいて予備通信経路を選定し、既存の通信経路が不適と判定されたときに前記予備通信経路が新たな通信経路に設定されるようにしたことを特徴とする無線通信システム。
請求項１の記載において、前記親局が前記集計結果をマトリックス表示可能な受信状況集計テーブルとして記憶手段に記憶しており、前記受信データが送信される度に該受信状況集計テーブルの更新が行われるようにしたことを特徴とする無線通信システム。
請求項１または２の記載において、前記親局は、前記子局からの送信を所定回数連続して受信できなかったときに既存の通信経路が不適と判定して、この子局の新たな通信経路を前記予備通信経路に変更するようにしたことを特徴とする無線通信システム。