JP2016005172A - メッシュ無線通信システム、無線通信方法、および、無線機 - Google Patents

Abstract

【課題】バケツリレーを行う各無線機が転送所要時間を更新し、更新計測データを受信した集計装置が演算により計測時刻を求め、又、送信失敗したら送信待ち時間を変更しそれが転送所要時間に反映されるようにした無線通信システムを提供する。【解決手段】計測を実行した無線機１が計測結果を送信する場合、送信するデータに無線機ＩＤと転送所要時間と計測データとを付加する。無線機２は、無線機１からのデータ受信を基点に計時を開始し、計測に要した時間と自身のＩＤと転送所要時間を算出し、自身の送信タイミングで無線機１の転送所要時間を更新すると共に自身の計測データをフォーマット内に含めて送信する。無線機５は、更新した無線機１及び無線機２の計測データと自身の計測にかかる無線機ＩＤと転送所要時間と計測データとをすべて纏めて送信フォーマットに付加して集計装置１０に送信する。送信失敗したら次送信待ち時間を変更しその分を転送所要時間に含める。【選択図】図１

Description

本発明は、計測機能を有する複数の無線機から１つの集計装置（ホスト）に計測結果（計測データ）を通知するメッシュ構成の無線通信システム、無線通信方法、および、無線機に関する。

無線タグなど一定の時間間隔で何らかの計測結果を上位の集計装置に無線送信する無線機は、小型化、低価格化、設置の容易性などの要求により、電池で動作するようにされる場合が多い。この場合、電池による動作可能時間を極力長くするため、無線機の消費電力を低く抑える必要があり、無線出力も低い方が有利となる。低い無線出力で比較的広い範囲をカバーするため、バケツリレー式にデータを転送するメッシュ無線通信方式が利用されている。

そのような状況下で低消費電力タイプのメッシュ無線通信方式として、全ての無線機が一定周期で短いビーコンを送信し、データを送信したい無線機は、送信元のビーコンに同期して送信先に接続リクエストを送信して特定の無線機とハンドシェイクを行うことでデータの送信を実行し、これを繰り返すことで、バケツリレー式にデータを転送しながら目的の無線機（例．集計装置）にデータを届けるメッシュ無線通信システムが知られている。

このメッシュ無線通信システムの場合、全ての無線機は、ネットワークの構成情報を自機内に所持しており、自機より目的の無線機（例．集計装置）に距離が近い（ホップ数が少ない）無線機からのビーコンを選択することにより、効率的な転送ルートを選択するようにしている（この方式は、一般に、Ｎ×Ｎメッシュ無線通信方式などと呼ばれる）。

上記Ｎ×Ｎメッシュ無線通信方式の亜流として、１つの集計装置で全ての無線機の計測結果を収集するタイプ（１×Ｎメッシュ無線通信方式）では、それぞれの無線機は自機内に集計装置までの距離情報（構成情報）を保持し、自機より集計装置に近い（ホップ数が少ない）無線機に対してデータを転送し、これを繰り返すことにより、最終的に集計装置までデータを届けるようにしている。

下記に示す特許文献１には、センサ情報と、該センサ情報を検出した時刻（絶対時刻）を基幹装置（ホスト）に向けて送信する無線通信ネットワークシステムが開示されている。

また下記に示す特許文献２には、記憶部に記憶している計測データを無線通信手段によって他の無線通信手段に送信し、次の起動タイミングまで無線通信手段を停止させるとともに、無線通信手段の起動時に、ネットワークに含まれる所定装置との間における時刻情報の同期処理を実行する制御手段を備える無線計測制御方式が開示されている。

特開２０１０−２３３０７１号公報（００１４，００１８段落） 特開２０１２−２０５１０８号公報（００２３段落）

上記した省電力タイプのメッシュ無線通信方式では、バケツリレー式にデータを転送するために１回のデータ転送の完了に数秒を要する場合があり、規模の大きなメッシュ無線通信方式ではバケツリレー数の増大により計測結果が集計装置に届くまでに１分程度の遅延を考慮する必要がある。また、省電力や無線の輻輳緩和のため、複数の計測結果を纏めて送信することが有効だが、この方式を採ると遅延時間が更に大きくなる。

省電力タイプのメッシュ無線通信方式で複数の無線機が計測結果を送信する際、各無線機は自機内に備わる時計（クロック）をベースに個別のタイミングで送信を開始するため、複数の送信に基づく無線パケットの衝突が発生し、通信に失敗することがある。例えば、１分に１回計測を実行して計測結果の送信を行う場合、各無線機は計測周期１分を各自のタイマにより計測するが、タイマの誤差により送信タイミングが徐々にずれていき、やがて他の無線機と送信タイミングが一致してしまう。このため、混信による送信の失敗、若しくは、無線パケットの衝突が検知された場合、送信タイミングを数秒ずらして、次の送信時には送信の失敗がないように、若しくは、無線パケットの衝突を回避する対策が必要となる。

このような対策を採った場合に各無線機の計測のタイミングもずらしてしまうと、計測間隔（サンプリング周期）が変動することになり、計測結果の解析が困難となる場合がある。

また各無線機に集計装置等の時計と時刻を合わせる機能を持たせれば、各無線機からの計測データに正確な時刻情報を付加することができるが、無線機個々に対する小型・省電力・低価格の要求からそれらの機能を各無線機に持たせることは非常に困難であり、その結果として計測データを受け取った集計装置では各無線機における正確な計測時刻を知ることができない。

電力や都市ガスなどの遠隔検針で毎月１回程度の計測頻度であれば、数分の遅延はさほど問題にはならない。しかし計測頻度として数分に１回を要する計測システムであれば、正確な計測時刻を知るうえで転送にかかる遅延時間を考慮して各無線機における計測時刻を補正することが必要不可欠である。

そこで本発明は、バケツリレーを行う各無線機が転送所要時間を更新し、更新計測データを受信した集計装置が演算により計測時刻を求め、又、送信失敗したら送信待ち時間を変更しそれが転送所要時間に反映されるようにしたメッシュ無線通信システム、無線通信方法、および無線機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明のメッシュ無線通信システムは、メッシュ無線通信ネットワークを構成する無線機が、低出力の無線出力で広範囲をカバーし、一定の時間間隔で所定の計測を行い、計測データを上位の集計装置まで複数の無線機をバケツリレー式にデータ転送するメッシュ無線通信システムにおいて、
上記無線機のそれぞれは、少なくとも、無線送信回路と、無線受信回路と、送受切替え回路と、アンテナと、無線端末全体を制御する制御部とを備え、
無線機全体を制御する上記制御部は、
上記計測データを他無線機から受信したとき、送信バッファに格納されている他無線機の上記計測データの転送所要時間を更新して該送信バッファに格納する送信バッファ格納手段と、上記送信バッファの容量が満杯になったときには、上記送信バッファに格納された、無線機ＩＤ、更新された転送所要時間及び計測データを含む他無線機のデータを纏めて自無線機より上記集計装置に近い無線機に送信する第１の送信制御手段と、
上記送信バッファの容量が満杯でなくとも、自無線機の計測データを所定タイミングで取得したときには、自無線機ＩＤ及び転送所要時間を上記送信バッファに付加し、さらに上記更新された転送所要時間を含む上記他無線機から受信した計測データと他無線機ＩＤとを纏めて上記集計装置に近い無線機に送信する第２の送信制御手段と、上記第１の送信制御手段または上記第２の送信制御手段によりデータを送信した場合に、当該送信に失敗したら予め定められている計測後送信までの待ち時間を変更し、上記転送所要時間を上記変更された送信待ち時間により更新するとともに該変更された送信待ち時間の終了タイミングで上記第１の送信制御手段または上記第２の送信制御手段におけるデータ送信における上記転送所要時間に代えて上記変更された送信待ち時間により更新された転送所要時間を付加して上記集計装置に近い無線機に送信する第３の送信制御手段と、を備え、
上記集計装置は、
直近の無線機から上記計測データを受信したら、上記無線機それぞれにおける上記転送所要時間を基準時刻を基に減算して個々の無線機における正確な計測時点を算出する計測時点算出手段、を備えていることを特徴とする。

上記において、上記制御部は、定周期で送信されるビーコン送信時間に所要時間を加算して計測周期を超えなければビーコン送信を実行するビーコン送信／計測処理切り分け手段を備えることを特徴とする。

また上記において、上記制御部は、個別に設定された送信タイミング待ち時間及び送信に失敗した場合に上記第１の送信タイミング待ち時間と異なる個別に設定した第２の送信タイミング待ち時間を経て計測を実行する送信タイミング待ち時間設定手段を備えることを特徴とする。

また本発明の無線通信機は、メッシュ無線通信ネットワークを構成する無線機が、低出力の無線出力で広範囲をカバーし、一定の時間間隔で所定の計測を行い、計測データを上位の集計装置まで複数の無線機をバケツリレー式にデータ転送するメッシュ無線通信システムにおける無線機であって、
上記無線機のそれぞれは、
少なくとも、無線送信回路と、無線受信回路と、送受切替え回路と、アンテナと、無線端末全体を制御する制御部とを備え、無線機全体を制御する上記制御部は、上記計測データを他無線機から受信したとき、送信バッファに格納されている他無線機の上記計測データの転送所要時間を更新して該送信バッファに格納する送信バッファ格納手段と、上記送信バッファの容量が満杯になったときには、上記送信バッファに格納された、無線機ＩＤ、更新された転送所要時間及び計測データを含む他無線機のデータを纏めて自無線機より上記集計装置に近い無線機に送信する第１の送信制御手段と、上記送信バッファの容量が満杯でなくとも、自無線機の計測データを所定タイミングで取得したときには、自無線機のＩＤ及び転送所要時間を上記送信バッファに付加し、さらに上記更新された転送所要時間を含む上記他無線機から受信した計測データと他無線機ＩＤとを纏めて上記集計装置に近い無線機に送信する第２の送信制御手段と、上記第１の送信制御手段または上記第２の送信制御手段によりデータを送信した場合に、当該送信に失敗したら予め定められている計測後送信までの待ち時間を変更し、上記第１の送信制御手段または上記第２の送信制御手段における送信時に求められた上記転送所要時間を上記変更された送信待ち時間により更新するとともに該変更された送信待ち時間の終了タイミングで上記第１の送信制御手段または上記第２の送信制御手段におけるデータ送信における上記転送所要時間に代えて上記変更された送信待ち時間により更新された転送所要時間を付加して上記集計装置に近い無線機に送信する第３の送信制御手段と、を備えることを特徴とする。

また本発明のメッシュ無線通信方法は、メッシュ無線通信ネットワークを構成する無線機が、低出力の無線出力で広範囲をカバーし、一定の時間間隔で所定の計測を行い、計測データを上位の集計装置まで複数の無線機をバケツリレー式にデータ転送するメッシュ無線通信システムにおける無線通信方法であって、
上記無線機のそれぞれは、
上記計測データを他無線機から受信したとき、送信バッファに格納されている他無線機の上記計測データの転送所要時間を更新して該送信バッファに格納する過程、
上記送信バッファの容量が満杯になったときには、上記送信バッファに格納された、無線機ＩＤ、更新された転送所要時間及び計測データを含む他無線機のデータを纏めて自無線機より上記集計装置に近い無線機に送信する過程、若しくは、上記送信バッファの容量が満杯でなくとも、自無線機の計測データを所定タイミングで取得したときには、自無線機ＩＤ及び転送所要時間を上記送信バッファに付加し、さらに上記更新された転送所要時間を含む上記他無線機から受信した計測データと他無線機ＩＤとを纏めて上記集計装置に近い無線機に送信する過程、
上記送信バッファの容量が満杯になったときの、又は、上記自無線機の計測データを所定タイミングで取得したときの、データを送信した場合に、当該送信に失敗したら予め定められている計測後送信までの待ち時間を変更し、上記転送所要時間を上記変更された送信待ち時間により更新するとともに該変更された送信待ち時間の終了タイミングで上記送信バッファの容量が満杯になったときの、又は、上記自無線機の計測データを所定タイミングで取得したときの、データ送信における上記転送所要時間に代えて上記変更された送信待ち時間により更新された転送所要時間を付加して上記集計装置に近い無線機に送信する過程、を含み、
上記集計装置は、
直近の無線機から上記計測データを受信したら、上記無線機それぞれにおける上記転送所要時間を基準時刻を基に減算して個々の無線機における正確な計測時点を算出する過程、含むことを特徴とする。

また本発明にかかる無線機のコンピュータに機能させるためのプログラムは、メッシュ無線通信ネットワークを構成する無線機が、低出力の無線出力で広範囲をカバーし、一定の時間間隔で所定の計測を行い、計測データを上位の集計装置まで複数の無線機をバケツリレー式にデータ転送するメッシュ無線通信システムにおける無線機であって、該無線機が、上記計測データを他無線機から受信したとき、送信バッファに格納されている他無線機の上記計測データの転送所要時間を更新して該送信バッファに格納する送信バッファ格納手段を備え、
上記無線機のコンピュータを、
上記送信バッファの容量が満杯になったときには、上記送信バッファに格納された、端末ＩＤ、更新された転送所要時間及び計測データを含む他無線機のデータを纏めて自無線機より上記集計装置に近い無線機に送信する第１の送信制御手段、
上記送信バッファの容量が満杯でなくとも、自端末の計測データを所定タイミングで取得したときには、自無線機ＩＤ及び転送所要時間を上記送信バッファに付加し、さらに上記更新された転送所要時間を含む上記他無線機から受信した計測データと他無線機ＩＤとを纏めて上記集計装置に近い無線機に送信する第２の送信制御手段、および、
上記第１の送信制御手段または上記第２の送信制御手段によりデータを送信した場合に、当該送信に失敗したら予め定められている計測後送信までの待ち時間を変更し、上記転送所要時間を上記変更された送信待ち時間により更新するとともに該変更された送信待ち時間の終了タイミングで上記第１の送信制御手段または上記第２の送信制御手段におけるデータ送信における上記転送所要時間に代えて上記変更された送信待ち時間により更新された転送所要時間を付加して送信する第３の送信制御手段、
として機能させる。

本発明によれば、基準時刻を備える上位の集計装置が、計測間隔を一定に保って無線機から送信された計測データフォーマット内に付加された、更新された転送所要時間を現在時刻から減算することにより、計測データを送信した無線機の正確な計測時刻を知ることができる。その際、計測間隔が一定に保たれているため、計測結果の解析が容易となる。

また本発明によれば、計測周期を一定に保ちながら、計測データパケットが衝突した場合には次の送信タイミングをずらすことで、計測データパケットの衝突による通信品質の低下を回避し且つ受信した計測データフォーマット内に付加された、更新された転送所要時間を集計装置が現在時刻から減算することで計測データを送信した無線機の正確な計測時刻を集計装置が知ることができる。

本発明の実施形態に係るメッシュ無線通信システムの構成概要を示す図である。 本発明の実施形態に係る転送所要時間の更新の様子を示す図である。 本発明の実施形態に係る計測と送信のタイミングチャートを示す図である。 本発明の実施形態に係る送信待ち時間の変更の様子を示す図である。 本発明の実施形態に係るメッシュ無線通信システムを構成する無線機間のハンドシェイク手順を示す図である。 本発明の実施形態に係る無線機の処理フローを示す図である。 本発明の実施形態に係る無線機の構成を示す機能ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るメッシュ無線通信システムの構成概要を示す図である。図１において本発明の実施形態に係るメッシュ無線通信システムは、１台の集計装置１０と、無線機１ないし６とから構成されている。そして本発明の実施形態に係るメッシュ無線通信システムは、メッシュ無線通信ネットワークを構成する無線機が、一定の時間間隔（例えば６０秒周期）で所定の計測を行い、計測結果（計測データ）を上位の集計装置１０まで複数の無線機をバケツリレー方式でデータ転送して届けるもので、低出力の無線出力で広範囲の通信エリアをカバーするようにしている。なお集計装置１０は、パソコンなどを備えて構成され、集計装置１０における低消費電力化の要求は比較的低いものとする。

図１においては、一例として無線機１を計測データの発信元として無線機２、無線機５を経由して、計測データを集計装置１０に転送する場合を示しているが、当該計測データの転送に関与していない無線機３、無線機４、無線機６もメッシュ無線通信ネットワークの構成要素として示され、同じように上位の集計装置１０までバケツリレー方式で計測データを転送することができる。

無線機の内部構造を図１の無線機２に簡略化して示している。すなわち、無線機２は、計測部、制御部、無線部を備えて構成される。他の無線機も同様であるがその図示を省略する。

計測部は、当該無線機に科せられた計測を所定の時間間隔（例えば、１分間隔）で実行し、計測結果（計測データ）を制御部に渡す。
無線部は、一定の周期（例えば５秒周期）でビーコンを送信するとともに、他の無線機から受信したデータ（計測データ）を制御部に渡す。また、無線部は、制御部から渡されたデータを集計装置１０に近い無線機を選択して送信する機能を有する。

制御部は、無線部から受取った計測データを蓄積し、また計測部から計測データを受取ってから所定の送信待ち時間が経過した後、それまでに蓄積された計測データと合わせて無線部に送信を依頼する。また、複数の無線機から計測データを受取り、バッファがフルになった時点で無線部に対し送信を依頼する。

無線機は、マイコン（マイクロコンピュータ）を内蔵しており、該マイコンは時計の機能（クロックによる処理時刻制御を含む）を持つものとし、任意の時点からの経過時間を知ることができるようにされている。ただし、集計装置１０または他の無線機との時刻合わせ機能を有していない。

なお無線機の詳細については図７で詳しく説明する。なお本発明の技術分野における当業者によく知られているように、各無線機の配置は固定でなく移動可能であり、図１の配置は単なる例にすぎない。集計装置１０を除く互いの配置関係は当業者に良く知られた構成情報の更新によって各無線機で把握されている。

図２は、本発明の実施形態に係る転送所要時間の更新の様子を示す図である。また、図３は、本発明の実施形態に係る計測と送信のタイミングチャートを示す図である。図２および図３では、無線機ＩＤとして０１，０２，０５を持つ無線機が計測データを転送する様子を示している。以後では、無線機ＩＤ番号により各無線機を区別するものとする。最初に無線機０１が計測を実行し、所定の送信待ち時間経過後、計測結果（計測データ）の送信を開始する。計測データには無線機ＩＤと転送所要時間が付加されており、計測終了からの送信待ち時間と送信先の無線機０２からのビーコンを受信して計測データの送信を開始するまでの時間を足し合わせ、パケットフォーマット内の転送所要時間領域に格納して送信する。図２に示す例で無線機０１は送信待ち時間が２秒、ビーコンを受信するまでに２秒かかったものとして計０４[秒]が設定されている。無線機０２は計測データの受信時刻を記録しておき、次の送信タイミングで無線機０１の転送所要時間も更新し送信する。図２に示す例で無線機０２は受信してから１０秒後に無線機０２で計測が実行され、その４秒後に新しい計測データを追加して無線機０５に送信しているため、無線機０１の転送所要時間は１８[秒]に更新されている。同様に無線機０５では受信してから２０秒後に計測が開始され、送信待ち時間を含めて８秒後に送信が実行されたものとして、無線機０１、０２の転送所要時間が図２の上から３番目に記載されたフォーマット例に示されるように更新されて集計装置１０にデータ転送される。

図４は、本発明の実施形態に係る送信待ち時間の変更の様子を示す図である。図４において無線機Ａと無線機Ｂは、説明を分かりやすくするためにそれぞれのビーコン待ち時間を除いて例えば送信待ち時間Ｚ１，Ｚ２で計測と送信を実行するとしている。図示例の無線機Ｂがいま送信待ち時間Ｚ２経過の送信タイミングで送信に失敗したとすると、次の計測から無線機Ｂの送信待ち時間はＺ３に変更される。送信待ち時間Ｚ２から送信待ち時間Ｚ３への変更は、後記する図７の制御部１２の処理動作（図６の処理フローに示すステップS１１参照）によって実現されている。なお図４の無線機Ａに図示されている６０秒周期は、計測周期を表しており、本発明においてこの６０秒周期の計測タイミングはすべての無線機で変更されない。

送信待ち時間は、転送所要時間に加算されるため、１秒単位で調整される。また、送信待ち時間は、次の計測までに送信が実行されれば良いので、例えば０から５９秒の間でランダムに選択される。もしくは、送信した無線パケットが衝突したことによって送信失敗が起こったとしたら、相手無線機も通信に失敗していることを考え合わせると、各無線機固有に割振られている無線機番号を利用して所定の演算を実行して送信待ち時間を求めるようにしておけば、２つの無線機が同時に送信待ち時間を変更して、その後また無線パケットが衝突してしまうことを防げる。

図５は、本発明の実施形態に係るメッシュ無線通信システムを構成する無線機間のハンドシェイク手順を示す図である。図５において送信元無線機Ａはビーコン要求パケットを送信する。集計装置だけは常にビーコン要求待ち状態にあり、即座にビーコンを送信する。ただし、この例では、集計装置１０まで電波が直接届かないものとしているため、ビーコン要求パケットが送信されても集計装置１０はビーコンを出さない（返さない）。無線機Ａはそのまま他の無線機からのビーコン待ちを継続する。図示例では、ビーコン待ち期間を最大でも１０秒としている。

無線機Ｂは定周期（例えば、５秒周期）でビーコンを送信しており、ビーコンには無線機Ｂから集計装置１０までの距離情報が含まれている。無線機Ｂからのビーコンを受信した無線機Ａはビーコン内の距離情報と自分から集計装置１０までの距離（ホップ数）を比較して自分より無線機Ｂの方が集計装置１０に近ければ無線機Ｂ宛に接続リクエストパケットを送信する。接続リクエストを受信した無線機Ｂは計測データ受信可能であれば接続許可を返す。接続許可を受信した無線機Ａは計測データを無線機Ｂに送信し、無線機Ｂからの肯定応答があったことをもって、一連の転送処理を終了する。無線機Ａが集計装置１０からのビーコンを受信した場合も以降の処理は同じである。

ここで、各無線機が送信するビーコンの周期を５秒とすれば、ビーコン待ちのタイムアウト時間は１０秒程度に設定する必要がある。複数の無線機がビーコンを出すが、平均すればビーコン受信まで２．５秒程度ビーコン待ちを継続することになるため、転送所要時間を１秒精度で求めるためにはビーコン待ち時間を考慮する必要がある。また、転送所要時間は送信先からの接続許可パケットを受信した時点で確定する。ビーコンを受信しても、集計装置１０までの距離（ホップ数）が自分より遠い無線機からのビーコンであれば、ビーコン待ちが継続される。接続リクエストを送信しても接続許可が受信できなければ、他の無線機からのビーコンを待つ。

図６は、本発明の実施形態に係る無線機の処理フローを示す図であり、適宜図７に示される無線機の構成を参照するものとする。図７に示す制御部１２は、通常、スリープ状態（図６のステップS1）にあり、間欠動作制御部２０のタイムカウント機能からのタイムアップイベントで動作状態(アクティブ状態)に遷移する。なお制御部１２はＣＰＵ(図示せず)を含み、ＣＰＵは不図示のプログラムによって上記制御を実行する。間欠動作制御部２０は上記ＣＰＵの制御の下にタイムカウント機能を実現する。本実施形態におけるタイムアップイベントとしては、５秒及び１分の定周期イベントと、計測時に起動される送信待ちタイマイベントとがある。

制御部１２が動作状態(アクティブ状態)に遷移後、まずタイムアップイベントの種別（例．上記のタイムアップイベントのいずれか）を判定（図６のステップS2）し、さらに１分経過（ステップS2：YES）であれば計測を実行（ステップS3）し、計測時刻の保存（ステップS4）、送信待ちタイマの起動（ステップS5）を行い、計測結果(計測データ)をバッファ３３に保存（ステップS6）した後、スリープ状態（ステップS1）に戻る。

図６のステップS2でNOの場合にはステップS7に進み、ステップS7において送信待ち時間が経過（ステップS7：YES）すると、送信待ちのタイムアップイベントが発生し、送信のためのビーコン待ち（ステップS8）を開始する。ビーコンを受信できれば、計測時刻または他の無線機からのデータ受信時刻からの経過時間を算出し、送信データ内の所要時間を更新（ステップS9）し、データ送信を実行（ステップS10）する。送信に失敗した場合、送信待ち時間を変更（ステップS11）する。ステップS8でビーコンが受信できずタイムアウトが発生した場合にも、送信失敗と判断して送信待ち時間を変更（ステップS11）する。

タイムアップイベントが１分経過しない場合で且つ送信待ち時間経過していなければ（ステップS2：NO且つステップS7：NO）、５秒経過イベントと判断し、ビーコンを送信（ステップS12）する。このビーコンの送信に対して接続リクエストを受信（ステップS13：YES）した場合、データ受信処理を実行（ステップS14）し、受信時刻の保存（ステップS15）とバッファへの格納（ステップS16）を順次行う。バッファフルが発生（ステップS17：YES）した場合、すぐに送信を実行するため、ビーコン待ち状態（ステップS8）に入る。この後の処理は、上記で説明したステップS8〜S11の処理を実行することになるため、その説明を省略することにする。

図７は、本発明の実施形態に係る無線機の構成を示す詳細な機能ブロック図である。図７に示す無線機１１は、計測対象９に対する計測を定周期に実行して計測データ（計測結果）を取得する計測部１９と、無線送信回路１４および無線受信回路１５を備える無線部１３と、バッファ単位（例えば１６バイト）で計測データを制御するメモリ制御部３２及び該メモリ制御部３２の下に計測データを保持するメモリ３３並びに送受信のシーケンスを制御する送受信シーケンス制御部３５を少なくとも備える制御部１２と、から構成されている。

より具体的に説明すれば、計測部１９は、タイムカウント機能を有する間欠動作制御部２０から所定時間が経過したときに出される動作指示（指示等の制御線を破線で示す）に基づき計測対象９を所定の時間間隔、例えば１分間隔、で計測を実行し、計測結果を制御部１２に渡す。制御部１２はこの計測結果をメモリ３３の所定の領域（計測データバッファ領域）に格納する。

無線部１３は、タイムカウント機能を有する間欠動作制御部２０から制御部１２へ所定時間が経過したときに出される動作指示の下に制御部１２の送受信シーケンス制御部３５が無線送信回路１４を動作させることでビーコンを一定の周期、例えば５秒周期、で送信し、これに応じて他無線機からの計測データを無線受信回路１５で受信して制御部１２に渡す。制御部１２の送受信シーケンス制御部３５はデータ受信部３６に指示して他無線機から送られてきた計測データをメモリ３３の所定の領域（計測データバッファ領域）に格納する。

また送受信シーケンス制御部３５は、無線受信回路１５で受信したデータをデータ受信部３６を介して受け取って解析し、その後に行う通信シーケンスを制御する。例えば、受信したデータが接続リクエストパケットであれば接続許可パケットを送信元に送信する。

また無線部１３は、メモリ３３内に保持されている構成情報（図示せず）を制御部１２が参照して自無線機より集計装置１０に近い（ホップ数の少ない）無線機を選択して、メモリ３３の所定の領域に格納されている計測データを、データ送信部３４、無線送信回路１４を介して上記で選択した無線機にデータ転送する（バケツリレー式でデータ転送する構成に相当）。

制御部１２は、ＣＰＵ(図示せず)を含み、ＣＰＵの制御の下に、無線部１３の無線受信回路１５で受信された計測データをデータ受信部３６を介してメモリ３３の所定の領域に格納するとともに、計測部１９から所定の周期で得られる自無線機における計測データを受け取ったとき、受け取った計測データとそれまでにメモリ３３の所定の領域に蓄積された他無線機の計測データとを纏めてして送信できるようにメモリ制御部３２を通じてバッファを編集した後でデータ送信部３４に渡し、データ送信部３４では渡された計測データを送受信シーケンス制御部３５の指示の下に無線部１３の無線送信回路１４に送り、無線送信回路１４から他無線機の計測データと共に自無線機の計測データを送信する。

また制御部１２は、複数の無線機から計測データを受け取ってメモリ３３の所定の領域に蓄積していた計測データを纏めて送信可能にするためにメモリ制御部３２を通じてバッファを編集するが所定のバッファ容量（例えば８バッファ単位）を超えるか否かをメモリ制御部３２で検出し、バッファ容量満杯（以下、単に“バッファフル”という）になった時点でメモリ３３からデータ送信部３４にバッファフルになった計測データを渡し、データ送信部３４では渡された計測データを送受信シーケンス制御部３５の指示の下に無線部１３の無線送信回路１４から送り、無線送信回路１４から纏めて送信する。この際、制御部１２はあらかじめ選択しておいた自無線機より集計装置１０に近い無線機にデータ送信する。なお、自無線機より集計装置１０に近い無線機を選択する構成については上述した公知のＮ×Ｎメッシュ無線通信方式で採用されているためここでの説明は省略する。

受信した複数の他無線機からの計測データが所定のバッファ容量を超えた場合には、メモリ３３の上記バッファ領域と異なるメモリ領域にバッファ容量を超えたバッファ単位分の計測データを一旦格納しておき、次回の送信タイミングまでに上記バッファ容量を超えたバッファ単位分の計測データをバッファ編集して送信用バッファの上位に配置して次の送信タイミングで送信できるように制御する。

間欠動作制御部２０は、タイムカウント機能を備えており、制御部１２から計時すべき内容についての計時指示が随時与えられて計時が開始され、計時開始から例えばビーコンが受信された時点で制御部１２から間欠動作制御部２０に計数停止を指示してそれまでに計数した経過時間、または、計測データを受信してから自無線機の計測開始に至った時点で制御部１２から間欠動作制御部２０に計数停止を指示して、それまでに計数した経過時間を制御部１２や計測部１９に通知する。なお、他無線機から計測データを受信した時刻は制御部１２に内蔵されるマイコンによりタイムスタンプを行うことになる。

１〜６ 無線機
９ 計測対象
１０ 集計装置
１１ 無線機
１２ 制御部
１３ 無線部
１４ 無線送信回路
１５ 無線受信回路
１６ 切り替え部
１７ アンテナ
１８ 直流電源
１９ 計測部
２０ 間欠動作制御部(タイムカウント機能)
３２ メモリ制御部
３３ メモリ
３４ データ送信部
３５ 送受信シーケンス制御部
３６ データ受信部

Claims (10)

1. メッシュ無線通信ネットワークを構成する無線機が、低出力の無線出力で広範囲をカバーし、一定の時間間隔で所定の計測を行い、計測データを上位の集計装置まで複数の無線機をバケツリレー式にデータ転送するメッシュ無線通信システムにおいて、
   前記無線機のそれぞれは、
   少なくとも、無線送信回路と、無線受信回路と、送受切替え回路と、アンテナと、無線端末全体を制御する制御部とを備え、
   無線機全体を制御する前記制御部は、
   前記計測データを他無線機から受信したとき、送信バッファに格納されている他無線機の前記計測データの転送所要時間を更新して該送信バッファに格納する送信バッファ格納手段と、
   前記送信バッファの容量が満杯になったときには、前記送信バッファに格納された、無線機ＩＤ、更新された転送所要時間及び計測データを含む他無線機のデータを纏めて自無線機より前記集計装置に近い無線機に送信する第１の送信制御手段と、
   前記送信バッファの容量が満杯でなくとも、自無線機の計測データを所定タイミングで取得したときには、自無線機ＩＤ及び転送所要時間を前記送信バッファに付加し、さらに前記更新された転送所要時間を含む前記他無線機から受信した計測データと他無線機ＩＤとを纏めて前記集計装置に近い無線機に送信する第２の送信制御手段と、
   前記第１の送信制御手段または前記第２の送信制御手段によりデータを送信した場合に、当該送信に失敗したら予め定められている計測後送信までの待ち時間を変更し、前記転送所要時間を前記変更された送信待ち時間により更新するとともに該変更された送信待ち時間の終了タイミングで前記第１の送信制御手段または前記第２の送信制御手段におけるデータ送信における前記転送所要時間に代えて前記変更された送信待ち時間により更新された転送所要時間を付加して前記集計装置に近い無線機に送信する第３の送信制御手段と、を備え、
   前記集計装置は、
   直近の無線機から前記計測データを受信したら、前記無線機それぞれにおける前記転送所要時間を基準時刻を基に減算して個々の無線機における正確な計測時点を算出する計測時点算出手段、
   を備えていることを特徴とするメッシュ無線通信システム。
2. 前記制御部は、定周期で送信されるビーコン送信時間に所要時間を加算して計測周期を超えなければビーコン送信を実行するビーコン送信／計測処理切り分け手段を備えることを特徴とするメッシュ無線通信システム。
3. 前記制御部は、個別に設定された第１の送信タイミング待ち時間及び送信に失敗した場合に前記第１の送信タイミング待ち時間と異なる個別に設定した第２の送信タイミング待ち時間を経て計測を実行する送信タイミング待ち時間設定手段を備えることを特徴とするメッシュ無線通信システム。
4. メッシュ無線通信ネットワークを構成する無線機が、低出力の無線出力で広範囲をカバーし、一定の時間間隔で所定の計測を行い、計測データを上位の集計装置まで複数の無線機をバケツリレー式にデータ転送するメッシュ無線通信システムにおける無線機であって、
   前記無線機のそれぞれは、
   少なくとも、無線送信回路と、無線受信回路と、送受切替え回路と、アンテナと、無線端末全体を制御する制御部とを備え、
   無線機全体を制御する前記制御部は、
   前記計測データを他無線機から受信したとき、送信バッファに格納されている他無線機の前記計測データの転送所要時間を更新して該送信バッファに格納する送信バッファ格納手段と、
   前記送信バッファの容量が満杯になったときには、前記送信バッファに格納された、無線機ＩＤ、更新された転送所要時間及び計測データを含む他無線機のデータを纏めて自無線機より前記集計装置に近い無線機に送信する第１の送信制御手段と、
   前記送信バッファの容量が満杯でなくとも、自無線機の計測データを所定タイミングで取得したときには、自無線機のＩＤ及び転送所要時間を前記送信バッファに付加し、さらに前記更新された転送所要時間を含む前記他無線機から受信した計測データと他無線機ＩＤとを纏めて前記集計装置に近い無線機に送信する第２の送信制御手段と、
   前記第１の送信制御手段または前記第２の送信制御手段によりデータを送信した場合に、当該送信に失敗したら予め定められている計測後送信までの待ち時間を変更し、前記第１の送信制御手段または前記第２の送信制御手段における送信時に求められた前記転送所要時間を前記変更された送信待ち時間により更新するとともに該変更された送信待ち時間の終了タイミングで前記第１の送信制御手段または前記第２の送信制御手段におけるデータ送信における前記転送所要時間に代えて前記変更された送信待ち時間により更新された転送所要時間を付加して前記集計装置に近い無線機に送信する第３の送信制御手段と、
   を備えることを特徴とすることを特徴とする無線機。
5. 前記制御部は、定周期で送信されるビーコン送信時間に所要時間を加算して計測周期を超えなければビーコン送信を実行するビーコン送信／計測処理切り分け手段を備えることを特徴とする請求項４に記載の無線機。
6. 前記制御部は、個別に設定された第１の送信タイミング待ち時間及び送信に失敗した場合に前記第１の送信タイミング待ち時間と異なる個別に設定した第２の送信タイミング待ち時間を経て計測を実行する送信タイミング待ち時間設定手段を備えることを特徴とする請求項４または５に記載の無線機。
7. メッシュ無線通信ネットワークを構成する無線機が、低出力の無線出力で広範囲をカバーし、一定の時間間隔で所定の計測を行い、計測データを上位の集計装置まで複数の無線機をバケツリレー式にデータ転送するメッシュ無線通信システムにおける無線通信方法であって、
   前記無線機のそれぞれは、
   前記計測データを他無線機から受信したとき、送信バッファに格納されている他無線機の前記計測データの転送所要時間を更新して該送信バッファに格納する過程、
   前記送信バッファの容量が満杯になったときには、前記送信バッファに格納された、無線機ＩＤ、更新された転送所要時間及び計測データを含む他無線機のデータを纏めて自無線機より前記集計装置に近い無線機に送信する過程、若しくは、前記送信バッファの容量が満杯でなくとも、自無線機の計測データを所定タイミングで取得したときには、自無線機ＩＤ及び転送所要時間を前記送信バッファに付加し、さらに前記更新された転送所要時間を含む前記他無線機から受信した計測データと他無線機ＩＤとを纏めて前記集計装置に近い無線機に送信する過程、
   前記送信バッファの容量が満杯になったときの、又は、前記自無線機の計測データを所定タイミングで取得したときの、データを送信した場合に、当該送信に失敗したら予め定められている計測後送信までの待ち時間を変更し、前記転送所要時間を前記変更された送信待ち時間により更新するとともに該変更された送信待ち時間の終了タイミングで前記送信バッファの容量が満杯になったときの、又は、前記自無線機の計測データを所定タイミングで取得したときの、データ送信における前記転送所要時間に代えて前記変更された送信待ち時間により更新された転送所要時間を付加して前記集計装置に近い無線機に送信する過程、を含み、
   前記集計装置は、
   直近の無線機から前記計測データを受信したら、前記無線機それぞれにおける前記転送所要時間を基準時刻を基に減算して個々の無線機における正確な計測時点を算出する過程、含むことを特徴とするメッシュ無線通信方法。
8. 前記無線機は、定周期で送信されるビーコン送信時間に所要時間を加算して計測周期を超えなければビーコン送信を実行し、計測周期になれば計測処理を実行することを特徴とする請求項７に記載のメッシュ無線通信方法。
9. 前記無線機は、個別に設定された第１の送信タイミング待ち時間及び送信に失敗した場合に前記第１の送信タイミング待ち時間と異なる個別に設定した第２の送信タイミング待ち時間を経て計測を実行することを特徴とする請求項７または８に記載のメッシュ無線通信方法。
10. メッシュ無線通信ネットワークを構成する無線機が、低出力の無線出力で広範囲をカバーし、一定の時間間隔で所定の計測を行い、計測データを上位の集計装置まで複数の無線機をバケツリレー式にデータ転送するメッシュ無線通信システムにおける無線機であって、該無線機が、前記計測データを他無線機から受信したとき、送信バッファに格納されている他無線機の前記計測データの転送所要時間を更新して該送信バッファに格納する送信バッファ格納手段を備え、
    前記無線機のコンピュータを、
    前記送信バッファの容量が満杯になったときには、前記送信バッファに格納された、端末ＩＤ、更新された転送所要時間及び計測データを含む他無線機のデータを纏めて自無線機より前記集計装置に近い無線機に送信する第１の送信制御手段、
    前記送信バッファの容量が満杯でなくとも、自端末の計測データを所定タイミングで取得したときには、自無線機ＩＤ及び転送所要時間を前記送信バッファに付加し、さらに前記更新された転送所要時間を含む前記他無線機から受信した計測データと他無線機ＩＤとを纏めて前記集計装置に近い無線機に送信する第２の送信制御手段、および、
    前記第１の送信制御手段または前記第２の送信制御手段によりデータを送信した場合に、当該送信に失敗したら予め定められている計測後送信までの待ち時間を変更し、前記転送所要時間を前記変更された送信待ち時間により更新するとともに該変更された送信待ち時間の終了タイミングで前記第１の送信制御手段または前記第２の送信制御手段におけるデータ送信における前記転送所要時間に代えて前記変更された送信待ち時間により更新された転送所要時間を付加して送信する第３の送信制御手段、
    として機能させるためのプログラム。