JP2016012867A - 通信システムおよび無線機 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の無線機から情報を収集する処理を単純化することを目的とする。
【解決手段】情報収集システムは、情報収集装置１０、情報収集装置１０に有線接続された親機Ｐ、および、親機Ｐと共にマルチホップ通信を行う子機Ｃ１〜Ｃ７を備える。各子機は計測器１２に接続されており、計測器１２から計測データを取得する。親機Ｐは、ブロードキャスト送信により、データ送信指令パケットを指令対象の子機を宛先として送信する。ブロードキャスト送信は、指令対象の子機までの通信経路が特定されず、原則として各子機がパケットの中継送信を行う処理である。データ送信指令パケットの宛先となった子機は、データ送信指令パケットを受信した後、計測データを含む応答パケットを生成し、ユニキャスト送信によって親機に送信する。ユニキャスト送信は、親機までの通信経路が特定されている送信処理である。
【選択図】図８

Description

本発明は、通信システムに関し、特に、複数の子機を備え、各子機から情報を取得する親機と共に用いられるシステムに関する。

複数の無線機によって構成されるマルチホップ通信システムが広く用いられている。マルチホップ通信システムでは、１つの無線機から送信されたパケットが他の無線機によって中継送信され、宛先の無線機で受信される。マルチホップ通信システムの通信経路には、複数の無線機のうちいずれかを基幹ノードとし、その他の無線機を分岐ノードまたは末端ノードとするツリー形状のものがある。基幹ノードはツリー形状の根幹をなす。分岐ノードはツリー形状における分岐点または分岐のない中継点をなし、末端ノードはツリー形状における末端をなす。ツリー形状の通信経路を形成するマルチホップ通信システムには、通信経路を規定する情報が、基幹ノードの無線機に一括して記憶されるものがある。この場合、基幹ノードの無線機がパケットのルーティングに関する制御を行う。その他、通信経路上で隣接する無線機の識別符号を各無線機が記憶する等、通信経路を規定する情報が各無線機に記憶されるものがある。

また、マルチホップ通信システムの通信経路には、複数の無線機が網目状に結ばれたメッシュ形状のものがある。メッシュ形状の通信経路は、ツリー形状の通信経路に対し、分岐ノードまたは末端ノードを他のノードに接続する経路が追加されたものである。この場合においても、メッシュ形状の通信経路を規定する情報は、基幹ノードの無線機に一括して記憶されるか、各無線機に記憶される。

マルチホップ通信システムによれば、基幹ノードの無線機が、分岐ノードおよび末端ノードの各無線機から情報を収集するシステムを構成することができる。このような情報収集システムでは、例えば、オフィスや集合住宅等の建造物に散在して配置された各種センサ、電力量計、ガスメータ等の計測器に分岐ノードまたは末端ノードが設けられる。分岐ノードおよび末端ノードの各無線機は、自らに接続された計測器から計測データを取得し、基幹ノードの無線機に送信する。これによって、基幹ノードの無線機は、各計測器から計測データを収集することができる。

以下の特許文献１には、マルチホップ通信システムが記載されている。このシステムでは、通信経路を規定する経路情報が親ノードによって生成される。子ノード間の通信経路はメッシュ形状を有する。子ノードから親ノードに至る通信経路は複数通りあり、その中から通信状況が良好であるものが選択される。特許文献２には、親ノードおよび複数の子ノードを備える無線通信システムが記載されている。各ノードは、他のノードとの間で無線通信を行い、ノード間で情報を送受信するためのルーティングテーブルを生成する。非特許文献１には、各住戸の電力メータからデータを収集するマルチホップ通信システムが記載されている。

特開２０１１−２２３４４２号公報 特開２００９−４９７５号公報

岡田幸夫，土橋和生，梅田直樹，佐々木貴之，「スマートメータ用マルチホップ通信システム」，パナソニック技報 Ｖｏｌ．５７２０１２年 １月号 Ｎｏ．４（http://panasonic.co.jp/ptj/v5704/pdf/p0105.pdf）

マルチホップ通信システム等、複数の無線機がパケットの中継送信を行うシステムにおいては、通信経路を構成するための通信が複数の無線機の相互間で予め行われ、通信経路を表すルーティング情報が各無線機に記憶される。各無線機は、ルーティング情報によって定められる通信経路に従ってパケット通信を行う。しかし、無線機の数が増加する程、通信経路を構成するための処理が複雑となり、パケット通信を行うための処理が複雑となる。

本発明は、複数の無線機から情報を収集する処理を単純化することを目的とする。

本発明は、複数の子機を備え、当該複数の子機のそれぞれから情報を取得する親機と共に用いられる通信システムにおいて、宛先ＩＤを含み、通信経路を特定しない同報パケットを前記親機が送信し、各子機は、同報パケットを受信したときに、受信した同報パケットに含まれる宛先ＩＤとして自らの子機ＩＤが含まれていないときは、その同報パケットを中継送信し、受信した同報パケットに含まれる宛先ＩＤとして自らの子機ＩＤが含まれているときは応答処理を実行し、前記応答処理は、前記親機に送信する情報を含む応答パケットを特定の通信経路を介して前記親機に送信する処理を含み、前記特定の通信経路は、前記親機に直接応答パケットを送信するか、あるいは、１つ若しくは複数の他の子機による中継送信を介して応答パケットを前記親機に送信する通信経路である、ことを特徴とする。

また、本発明は、複数の子機を備え、当該複数の子機のそれぞれから情報を取得する親機と共に用いられる通信システムにおいて、宛先ＩＤと、中継送信を制限するための制限情報と、を含み、通信経路を特定しない同報パケットを前記親機が送信し、 各子機は、同報パケットを受信したときに、受信した同報パケットに含まれる宛先ＩＤとして自らの子機ＩＤが含まれていないときは、その同報パケットに対する中継処理を実行し、受信した同報パケットに含まれる宛先ＩＤとして自らの子機ＩＤが含まれているときは応答処理を実行し、前記中継処理は、受信した同報パケットに含まれる制限情報に基づいて、受信した同報パケットを中継送信するか否かを決定し、決定に応じてその同報パケットを中継送信する処理であり、前記応答処理は、前記親機に送信する情報を含む応答パケットを特定の通信経路を介して前記親機に送信する処理を含み、前記特定の通信経路は、前記親機に直接応答パケットを送信するか、あるいは、１つ若しくは複数の他の子機による中継送信を介して応答パケットを前記親機に送信する通信経路である、ことを特徴とする。

また、本発明に係る通信システムは、望ましくは、前記制限情報は、同報パケットが中継送信された回数に関する情報を含み、前記中継処理は、中継送信された回数が所定範囲内であるときに同報パケットを中継送信する処理である。

また、本発明に係る通信システムは、望ましくは、前記制限情報は、同報パケットを特定するシーケンス番号を含み、前記中継処理は、同報パケットのシーケンス番号が、過去に中継送信を行った別の同報パケットのシーケンス番号のうち記憶されているものと一致しないときに同報パケットを中継送信する処理である。

また、本発明に係る通信システムは、望ましくは、応答パケットは、前記親機のＩＤ、または、通信経路上で前記親機側に隣接する他の子機の子機ＩＤをネクストホップＩＤとして含み、各子機は、応答パケットを受信したときに、受信した応答パケットに含まれるネクストホップＩＤとして自らの子機ＩＤが含まれているときは、その応答パケットに含まれるネクストホップＩＤを、前記親機のＩＤ、または、自らに対して前記親機側に隣接する子機の子機ＩＤに変更し、ネクストホップＩＤを変更した応答パケットを中継送信する。

また、本発明に係る通信システムは、望ましくは、各子機は、同報パケットの中継送信をする際に、複数のタイムスロットのうちいずれかを選択し、選択したタイムスロット内で同報パケットを中継送信する。

また、本発明に係る通信システムは、望ましくは、時系列で連なる複数のフレームのそれぞれに、複数のタイムスロットが含まれており、各タイムスロットには、フレーム内における位置を示すスロット番号が割り当てられており、同報パケットには、その同報パケットが送信されたタイムスロットに割り当てられたスロット番号が含まれており、各子機は、受信した同報パケットを中継送信するときは、その同報パケットに含まれていたスロット番号に基づいて、その同報パケットが受信されたフレームとは異なるフレーム内で、その同報パケットを中継送信し、同報パケットを中継送信する際には、中継送信をするタイムスロットに割り当てられたスロット番号を中継送信対象の同報パケットに含ませる。

また、本発明に係る通信システムは、望ましくは、各子機は、応答パケットを送受信する応答パケット送受部と、応答パケットを送受信する周波数とは異なる周波数で同報パケットを送受信する同報パケット送受信部と、を備える。

本発明によれば、複数の無線機から情報を収集する処理を単純化することができる。

情報収集システムの構成を示す図である。 親機または子機のハードウエアを示す図である。 パケットの構成を示す図である。 子機が実行する処理のフローチャートである。 タイムスロットを示す図である。 パケットの別の構成を示す図である。 中継カウント値が中継回数を表す場合に、子機が実行する処理のフローチャートである。 通信経路を示す図である。 パケットをユニキャスト送信する処理を示すフローチャートである。 親機または子機の別のハードウエアを示す図である。 本発明が用いられた空調電力供給システムの構成を示す図である。

（１）情報収集システムの構成および基本的な処理
図１には、本発明の実施形態に係る情報収集システムが示されている。情報収集システムは、情報収集装置１０、情報収集装置１０に有線接続された親機Ｐ、および、親機Ｐと共にマルチホップ通信を行う複数の子機を備える。図１には、例として７個の子機Ｃ１〜Ｃ７が示されている。親機Ｐには、親機Ｐを特定するための識別情報として親機ＩＤ（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）が割り当てられ、各子機には、各子機を特定するための識別情報として子機ＩＤが割り当てられている。

各子機は、オフィスや集合住宅の建造物に配置された各種センサ、電力量計、ガスメータ等の計測器１２に接続されており、計測器１２から計測データを取得する。親機Ｐは、ブロードキャスト送信により、計測データの送信を指令するパケット（データ送信指令パケット）を指令対象の子機に送信する。ブロードキャスト送信は、指令対象の子機までの通信経路が特定されず、原則として各子機がパケットの中継送信を行う処理である。ブロードキャスト送信においては、データ送信指令パケットが、親機から指令対象の子機に直接送信されるか、あるいは、１つ若しくは複数の子機による中継送信を介して送信される。

ブロードキャスト送信において各子機が無制限に中継送信を行うと、パケットは限りなく中継送信されてしまい、各子機で輻輳が生じてしまう。そこで、データ送信指令パケットには中継カウント値が含まれる。親機Ｐは、データ送信指令パケットを送信する際に、中継カウント値として中継送信回数の上限値を設定する。各子機は、パケットを中継送信する際には、中継カウント値から１を減じた値を新たな中継カウント値としてそのデータ送信指令パケットを中継送信する。各子機は、受信したデータ送信指令パケットが含む中継カウント値が０であるときは、そのデータ送信指令パケットの中継送信を行わない。また、データ送信指令パケットは、シーケンス番号を含んでいる。各子機は、過去に中継送信したデータ送信指令パケットのシーケンス番号のうち記憶しているものと同一のシーケンス番号を含むデータ送信指令パケットを中継送信しないようにする。

中継カウント値およびシーケンス番号を用いることで、各子機が同一のデータ送信指令パケットを無制限に中継送信することが回避される。

データ送信指令パケットの宛先となった子機は、データ送信指令パケットを受信した後、計測データを含む応答パケットを生成し、ユニキャスト送信によって親機に送信する。ユニキャスト送信は、親機までの通信経路が特定されている送信処理である。ユニキャスト送信においては、親機を基幹ノードとし、子機を分岐ノードまたは末端ノードとするツリー状またはメッシュ状の通信経路が形成される。応答パケットは、ユニキャスト送信により、指令対象の子機から親機に直接送信されるか、あるいは、１つ若しくは複数の子機による中継送信を介して親機に送信される。

（２）親機および子機のハードウエア
図２には、親機または子機のハードウエアが示されている。情報処理部１４は、プロセッサ等によって構成される。情報処理部１４は、パケットの送受信に関する通信プログラムを記憶部１８から読み出して実行する。情報処理部１４は、例えば、パケットを生成して送受信部１６に出力し、送受信部１６から出力されたパケットから情報を取得する。送受信部１６は、情報処理部１４から出力されたパケットを無線送信する。また、送受信部１６は、他の無線機から送信されたパケットを受信し、情報処理部１４に出力する。記憶部１８は、通信プログラムの他、パケット通信に必要な情報、例えば、通信経路を規定する情報や、自らのＩＤを記憶する。通信ポート２０は、情報処理部１４を他の装置に接続する。情報処理部１４は、通信ポート２０を介して他の装置との間で情報を受け渡しする。図２に示される装置が親機である場合には、通信ポート２０には情報収集装置が接続される。図２に示される装置が子機である場合には、通信ポート２０には計測器が接続される。また、図２に示される装置が親機である場合には、情報収集装置に加えて、計測器が通信ポート２０に接続されてもよい。

（３）パケットの構成
図３には、親機および子機が送受信するパケットの構成が例示されている。パケットは、ヘッド部２２およびペイロード部３４を含む。ヘッド部２２には、親機および子機がパケットを送受信するための宛先や処理履歴に相当する制御情報が記述される。ヘッド部２２は、宛先ＩＤ記述部２４、ネクストホップＩＤ記述部２６、送信源ＩＤ記述部２８、中継カウント値記述部３０、およびシーケンス番号記述部３２を含む。各記述部には、それぞれ、宛先ＩＤ、ネクストホップＩＤ、送信源ＩＤ、中継カウント値およびシーケンス番号が記述される。宛先ＩＤは、マルチホップ通信における宛先を示すＩＤである。ネクストホップＩＤは、マルチホップ通信において直接の送信先となる子機または親機を指定するＩＤである。送信源ＩＤは、マルチホップ通信において最初にパケットを送信する親機または子機を示すＩＤである。中継カウント値は、上述のように、中継送信回数を制限するための値である。シーケンス番号は、パケットを特定するための番号であり、本実施形態においてはパケットの輻輳を抑制するために用いられる。中継カウント値およびシーケンス番号は、パケットの中継送信を制限する制限情報としての意義を有する。なお、マルチホップ通信の方式としては、当業者の間に様々なものが知られており、ヘッド部２２は、マルチホップ通信の方式に応じたその他の情報を記述する領域が設けられていてもよい。

ペイロード部３４には、送信対象となる実体的な情報が記述される。親機から子機に送信されるデータ送信指令パケットは、計測データの送信をすべきことを指令する情報（データ送信指令情報）をペイロード部３４に含むパケットである。データ送信指令情報に応じて子機が送信する応答パケットは、ペイロード部３４に計測データを含むパケットである。

（４）親機による送信処理
親機が、データ送信指令パケットを送信する処理について説明する。情報収集装置は、親機に対し、計測データ収集の対象となる子機を指定する。この指定に従い、親機は、次のようにデータ送信指令パケットを生成し送信する。

親機は、ペイロード部３４にデータ送信指令情報を記述したデータ送信指令パケットを生成する。そして、このパケットを特定するシーケンス番号を発行し、シーケンス番号記述部３２に記述する。また、親機は、宛先ＩＤ記述部２４に指令対象の子機の子機ＩＤを記述し、ネクストホップＩＤ記述部２６に同報ＩＤを記述する。ここで、同報ＩＤとは、総ての子機に共通に割り当てられたＩＤをいう。親機は、さらに、送信源ＩＤ記述部２８に親機ＩＤを記述する。また、親機は、データ送信指令パケットが中継送信される回数の上限値を中継カウント値として設定し、中継カウント値記述部３０に記述する。親機は、このようにヘッド部２２およびペイロード部３４の内容が設定されたデータ送信指令パケットを送信する。

（５）ブロードキャスト送信
次に、子機がパケットを送受信する処理について説明する。図４には、１つの子機が実行する処理のフローチャートが示されている。このフローチャートのステップＳ１０３〜Ｓ１０７は、親機から送信されたデータ送信指令パケットを子機がブロードキャスト送信する処理を示す。また、ステップＳ１０８は、データ送信指令パケットの宛先の子機が応答パケットを送信する処理を示し、ステップＳ１０９は、各子機が応答パケットをユニキャスト送信する処理を示す。

ブロードキャスト送信を行うか、ユニキャスト送信を行うかは、ネクストホップＩＤとして同報ＩＤが記述されているか否かによって判定される（Ｓ１０１）。ネクストホップＩＤとして同報ＩＤが記述されているパケットは、マルチホップ通信において直接の送信先となる子機または親機が特定されず、通信経路が特定されない同報パケットとなる。このような同報パケットに対してはブロードキャスト送信が行われる。

ブロードキャスト送信について説明する。子機は、パケットを受信すると、そのパケットに含まれるネクストホップＩＤが、同報ＩＤであるか否かを判定する（Ｓ１０１）。そして、ネクストホップＩＤが同報ＩＤでない場合には、後述のユニキャスト送信を実行する（Ｓ１０９）。一方、ネクストホップＩＤが同報ＩＤである場合には、子機は、宛先ＩＤが自らに割り当てられた子機ＩＤと一致するか否かを判定する（Ｓ１０２）。そして、宛先ＩＤが自らに割り当てられた子機ＩＤと一致する場合には後述の応答送信（Ｓ１０８）を実行し、宛先ＩＤが自らに割り当てられた子機ＩＤと一致しない場合には、ステップＳ１０３〜Ｓ１０７に示されるブロードキャスト送信を実行する。

ブロードキャスト送信を実行するに際して子機は、過去に中継送信したパケットに含まれていたシーケンス番号を再送防止番号として記憶している。子機は、例えば、過去に中継送信した総てのパケットのうち、過去に遡って所定数分のパケットについて、シーケンス番号を再送防止番号として記憶してもよい。

ステップＳ１０３において、子機は、自らが記憶している総ての再送防止番号のうちいずれかとシーケンス番号が一致するか否かを判定する。そして、シーケンス番号がいずれかの再送防止番号と一致した場合には処理を終了する。一方、自らが記憶している総ての再送防止番号のいずれともシーケンス番号が一致しない場合には、子機は、中継カウント値が１以上であるか否かを判定する（Ｓ１０４）。そして、中継カウント値が０である場合には処理を終了する。一方、中継カウント値が１以上である場合には、子機は、その中継カウント値から１を減じた値を新たな中継カウント値として中継カウント値記述部に記述する（Ｓ１０５）。さらに、シーケンス番号を再送防止番号として記憶し（Ｓ１０６）、パケットを送信して処理を終了する（Ｓ１０７）。

このようなブロードキャスト送信によれば、宛先ＩＤが自らの子機ＩＤと一致しないパケットについては、中継制限がない限りパケットの中継送信が行われる。中継制限は、シーケンス番号および中継カウント値に基づいて課される。すなわち、シーケンス番号が自らが記憶している総ての再送防止番号のいずれかと一致する場合には、中継送信が制限される。これによって、過去に中継送信されたパケットが受信された場合に、このパケットが再度中継送信されることが回避される。また、中継カウント値が０である場合には中継送信が制限される。これによって、親機によって定められた上限値を超えた回数に亘ってパケットが中継送信されることが回避される。このような中継制限によって、パケットが無制限に中継送信されることが回避される。

ステップＳ１０７におけるパケットの送信に際しては、予め定められた複数のタイムスロットのうちいずれか１つを選択し、選択したタイムスロット内でパケットを送信する時分割送信を実行してもよい。

この場合、親機からは、予め定められた時間Ｔ以上の時間間隔を隔ててパケットが送信される。各タイムスロットは、Ｎを２以上の整数としてＴ／Ｎの時間長を有し、Ｎ個のタイムスロットが定められる。ステップＳ１０７に従いパケットを送信する子機は、Ｎ個のタイムスロットのうち１つをランダムに選択し、その選択したタイムスロット内においてパケットを送信する。

図５には、タイムスロット３５の例が示されている。この例では、時系列で連なる複数のフレームＦ１、Ｆ２、Ｆ３、・・・・のそれぞれに、１０個のタイムスロット３５が含まれている。各タイムスロット３５には、フレーム内における位置を示すスロット番号０〜９が割り当てられている。各フレームの時間長はＴであり、各スロットの時間長はＴ／１０である。

図６には、いずれかのタイムスロット３５において送受信されるパケットの構成が例示されている。ヘッド部２２にスロット番号記述部３３が設けられている点が、図３に示されたパケットと異なる。スロット番号記述部３３には、パケットが送受信されるスロットに割り当てられたスロット番号が記述される。

親機および各子機は、パケットを送信する際に、そのパケットを送信するタイムスロット３５に割り当てられたスロット番号を送信対象のパケットに含める。これによって、各子機が受信するパケットには、そのパケットが送信されたタイムスロット３５に割り当てられたスロット番号が含められる。

各子機は、受信したパケットを中継送信するときは、そのパケットに含まれていたスロット番号に基づいて、そのパケットが受信されたフレームの次のフレーム内で、そのパケットを中継送信する。

具体的には、受信されたパケットのスロット番号記述部に記述されていたスロット番号がｋである場合に、子機は、受信されたパケットの受信が完了した時間から、Ｎ−（ｋ＋１）個のスロットに相当する時間長だけ経過した後に開始する次のフレームにおいてパケットを中継送信する。子機は、次のフレームにおけるＮ個のタイムスロットのうち１つをランダムに選択し、その選択したタイムスロット内においてパケットを送信する。子機がパケットを中継送信する際には、中継送信をするタイムスロットに割り当てられたスロット番号をスロット番号記述部に記述する。

例えば、図５に示されているように、フレームＦ１の５番スロットにおいて受信されたパケットのスロット番号記述部には、スロット番号として「５」が記述されている。子機は、このパケットの受信が完了した５番スロットの後端から、Ｎ−（ｋ＋１）＝１０−６＝４スロット分の時間が経過した後に開始するフレームＦ２においてパケットを中継送信する。

このような時分割送信によれば、パケットは、１回の中継送信ごとに異なるフレームで中継送信が行われる。そして、１つのフレーム内に含まれる複数のタイムスロットからランダムに選択されたタイムスロットが選択され、その選択されたタイムスロット内でパケットの中継送信が行われる。これによって、各子機において複数のパケットが時間を重ねて受信される頻度が低くなる。また、同一のシーケンス番号を有するパケットに対する中継送信が行われる頻度は低いため、異なる複数のタイムスロットにおいて異なる複数の子機から同一のシーケンス番号を有するパケットが中継送信された場合、最も早い時間帯に位置するタイムスロットで受信されたパケットが中継送信される傾向が強くなる。これによって、各子機におけるパケットの輻輳が抑制される。

なお、中継送信がされた回数に関する情報としての中継カウント値は、中継回数を表す値としてもよい。この場合のフローチャートが図７に示されている。親機では、パケット送信時に中継カウント値として０が設定される。ステップＳ３０５においては、中継カウント値に１を加算して新たな中継カウント値とする処理が実行される。ステップＳ３０４においては、中継カウント値が上限値を超えたか否かの判定が行われ、中継カウント値が上限値を超えた場合には処理が終了し、中継カウント値が上限値以下である場合には、パケットを送信する処理が実行される（Ｓ１０７）。図４および図７のいずれのフローチャートによっても、中継送信された回数が所定範囲内、すなわち、上限値以下であるときにパケットが中継送信される。

（６）通信経路の形成
応答送信（Ｓ１０８）およびユニキャスト送信（Ｓ１０９）による応答処理は、予め定められた特定の通信経路によって行われる。マルチホップ通信における通信経路を形成する処理については、特許文献１、特許文献２等に見られるように、当業者において様々なものが考え出されている。ここでは、情報収集システムが通信経路を形成する処理の１つの例について説明する。通信経路形成処理は、親機および各子機がパケットの送受信を行う前に実行される。また、親機および各子機がパケットの送受信を行う合間に実行され、親機および各子機の位置関係の変化や通信状況の変化に応じて通信経路が更新されてもよい。

親機は、通信経路を形成するための経路形成用信号を、送信先を特定せずに送信する。経路形成用信号には親機ＩＤ等が含まれる。経路形成用信号を受信した子機は、経路形成用信号を受信した際の通信の良好度等に応じて、通信経路で隣接する隣接無線機として親機を選択するか否かを決定する。そして、親機を隣接無線機として選択した場合には、親機ＩＤを隣接ＩＤとして記憶する。

親機を隣接無線機として選択した子機は、送信先を特定せずに経路形成用信号を送信する。この経路形成用信号には、自らの子機ＩＤや親機までの中継回数等、自らが既に形成した通信経路に関する情報を含ませる。経路形成用信号を受信した他の子機は、経路形成用信号を受信した際の通信の良好度、親機までの中継回数等に応じて、経路形成用信号の送信元の子機を隣接無線機として選択するか否かを決定する。そして、経路形成用信号の送信元の子機を隣接無線機として選択した場合には、その子機の子機ＩＤを隣接ＩＤとして記憶する。

このようにして、親機および各子機は、親機を基幹ノードとし、各子機を分岐ノードまたは末端ノードとする通信経路を形成する。すなわち、各子機は、通信経路において親機側に隣接する子機または親機のＩＤを隣接ＩＤとして記憶する。

図８には、情報収集システムにおいて形成される通信経路の例が示されている。図８の破線は、末端ノード側の子機が、基幹ノード側の親機Ｐまたは子機のＩＤを隣接ＩＤとして記憶し、パケットの送受信が行われることを示している。子機Ｃ１およびＣ５は、親機ＩＤを隣接ＩＤとして記憶している。子機Ｃ２〜Ｃ４は、子機Ｃ１の子機ＩＤを隣接ＩＤとして記憶している。子機Ｃ６およびＣ７は、子機Ｃ５の子機ＩＤを隣接ＩＤとして記憶している。

このようにして形成された通信経路は、子機から親機に直接パケットを送信するか、あるいは、１つ若しくは複数の他の子機による中継送信を介してパケットを親機に送信する通信経路となる。この通信経路は、以下で説明する応答送信およびユニキャスト送信（応答処理）に用いられる。

（７）応答送信
図４に戻り、子機による応答送信（Ｓ１０８）について説明する。子機は、ネクストホップＩＤが同報ＩＤであり（Ｓ１０１）、かつ、宛先ＩＤが自らの子機ＩＤと一致した場合（Ｓ１０２）、受信したパケットのペイロード部に含まれる情報を取得する。そして、ペイロード部にデータ送信指令情報が含まれているときは、自らに接続された計測器から計測データを取得する。

子機は、ペイロード部に計測データを記述した応答パケットを生成する。子機は、応答パケットの宛先ＩＤを親機ＩＤとする。また、子機は、ネクストホップＩＤを隣接ＩＤとし、送信源ＩＤを自らの子機ＩＤとする。応答送信およびユニキャスト送信においては、中継カウント値およびシーケンス番号は用いなくてもよい。そのため、中継カウント値記述部およびシーケンス番号記述部には、技術的に意味のないヌル情報が記述されてもよい。子機は、このように生成された応答パケットを送信する。

（８）ユニキャスト送信
各子機が、パケットをユニキャスト送信する処理（Ｓ１０９）について図９のフローチャートを参照して説明する。子機は、受信したパケットに記述されているネクストホップＩＤが同報ＩＤでないときは、ネクストホップＩＤが自らの子機ＩＤに一致するか否かを判定する（Ｓ２０１）。子機は、ネクストホップＩＤが自らの子機ＩＤに一致しないときは、ユニキャスト送信、さらには、パケットを送受信する処理を終了する。一方、子機はネクストホップＩＤが自らの子機ＩＤに一致するときは、ネクストホップＩＤに隣接ＩＤを記述し（Ｓ２０２）、パケットを送信する（Ｓ２０３）。

このような処理によれば、ネクストホップＩＤとして同報ＩＤが記述されていない応答パケットのネクストホップＩＤが、その応答パケットを受信した子機の子機ＩＤと一致する場合には、その子機によって応答パケットの中継送信が行われる。これによって、応答パケットは、通信経路形成処理で形成された通信経路に従って中継送信され、ユニキャスト送信が行われる。また、応答パケットを送信した子機の隣接ＩＤが、親機ＩＤである場合には、その子機から親機に直接応答パケットが送信される。

（９）親機が計測データを取得する処理
親機が応答パケットを受信し、計測データを取得する処理について説明する。親機は、受信したパケットの宛先ＩＤが親機ＩＤに一致するときは、ペイロード部に記述されている計測データを取得し、情報収集装置に送信する。

なお、親機には、子機と同様に計測器が接続されていてもよい。この場合、親機は、情報収集装置の指令に応じて、自らに接続された計測器から計測データを取得し、情報収集装置に直接送信する。

（１０）データ送信指令パケットの宛先を複数の子機とした処理
上記では、データ送信指令パケットの宛先ＩＤ記述部に、１つの子機に対する子機ＩＤを記述し、情報収集装置が１つの子機から計測データを取得する処理について説明した。応用例として、データ送信指令パケットの宛先ＩＤ記述部に同報ＩＤを記述することで、親機が総ての子機から計測データを収集するようにしてもよい。この場合、子機は、図４および図７のフローチャートにおけるステップＳ１０２において、同報ＩＤと自らの子機ＩＤは一致するとの判定をする。

また、データ送信指令パケットの宛先ＩＤに、特定の複数の子機に共通に割り当てられたグループＩＤを記述することで、親機が特定の複数の子機から計測データを収集するようにしてもよい。この場合、グループに属する子機は、図４および図７のフローチャートにおけるステップＳ１０２においては、グループＩＤと自らの子機ＩＤは一致するとの判定をする。

このような処理によれば、親機からのデータ送信指令パケットが１回送信されることで、複数の子機から応答パケットが送信される。したがって、親機が複数の子機から計測データを収集する処理が単純化される。

（１１）同報パケットの周波数と応答パケットの周波数を異ならせた処理
図１０には、同報パケットと応答パケットとを異なる周波数で送受信する場合の親機または子機のハードウエアが示されている。図１０に示される装置は、図２における送受信部１６を、ブロードキャスト送受信部１６ａおよびユニキャスト送受信部１６ｂに置き換えたものである。図２に示される構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

ブロードキャスト送受信部１６ａおよびユニキャスト送受信部１６ｂは、異なる周波数の無線信号によってパケットの送受信を行う。

情報処理部１４は、ブロードキャスト送信を行うパケットとしてデータ送信指令パケットをブロードキャスト送受信機１６ａに出力する。ブロードキャスト送受信機１６ａは、情報処理部１４から出力されたデータ送信指令パケットをブロードキャスト送信し、ブロードキャスト送信されたデータ送信指令パケットを受信し、情報処理部１４に出力する。

情報処理部１４は、ユニキャスト送信を行うパケットとして応答パケットをユニキャスト送受信機１６ｂに出力する。ユニキャスト送受信機１６ｂは、情報処理部１４から出力された応答パケットをユニキャスト送信し、ユニキャスト送信された応答パケットを受信し、情報処理部１４に出力する。

このように、データ送信指令パケットは応答パケットとは異なる周波数で送受信される。そのため、受信されたパケットがデータ送信指令パケットであるか応答パケットであるかを、ネクストホップＩＤに同報ＩＤが含まれているか否かに基づいて識別する処理は不要となる。すなわち、図４におけるステップＳ１０１の処理を実行する必要はないため、ステップ１０２〜Ｓ１０７と、ステップＳ１０８およびＳ１０９とが別個独立に実行される。具体的には、ブロードキャスト送受信部１６ａおよび情報処理部１４が、図４におけるステップ１０２〜Ｓ１０７の処理を実行し、ブロードキャスト送受信部１６ａおよび情報処理部１４が、ステップＳ１０８およびＳ１０９の処理を実行する。

同様に、ブロードキャスト送受信部１６ａおよび情報処理部１４は、図７におけるステップ１０２、Ｓ１０３、Ｓ３０４，Ｓ３０５、Ｓ１０６、およびＳ１０７の処理を実行し、ブロードキャスト送受信部１６ａおよび情報処理部１４は、ステップＳ１０８およびＳ１０９の処理を実行する。

このような構成によれば、ブロードキャスト送信と、ユニキャスト送信とが異なる周波数によって行われる。これによって、データ送信指令パケットと、応答パケットとが異なる周波数で送受信され、親機および各子機において送受信されるパケットの輻輳が抑制される。

（１２）情報収集システムによる効果
以上説明したように、情報収集システムにおいては、親機から指令対象の子機に対しては、ブロードキャスト送信によってデータ送信指令パケットが送信され、指令対象の子機から親機に対しては、ユニキャスト送信によって応答パケットが送信される。ブロードキャスト送信については、親機および各子機が通信経路に関する情報を記憶する必要がないため、処理が単純化される。さらに、本実施形態におけるブロードキャスト送信では、データ送信指令パケットに含まれる中継カウント値およびシーケンス番号を用いた中継制限が行われ、各子機におけるパケットの輻輳が抑制される。また、ユニキャスト送信を実行するための通信経路形成処理においては、各子機は親機側に隣接する隣接無線機を決定するのみでよいため処理が単純化される。

（１３）空調電力供給システムへの応用
図１１には、本発明が用いられた空調電力供給システムの構成が示されている。空調電力供給システムは、受変電設備３８および複数の空調設備４０を備える。受変電設備３８は、商用電源電力の電圧等を調整して、各空調設備４０に電力を供給する。受変電設備３８に接続された親計測器３６は、受変電設備３８から総ての空調設備４０に供給された電力量を計測する。各空調設備４０に接続された計測器は、接続先の空調設備４０で用いられた電力量を計測する。図１１には、５台の空調設備４０が設けられた空調電力供給システムが示されているが、空調設備４０の数は任意である。

受変電設備３８は、例えば、建造物の屋上に設置される。空調設備４０は、建造物の各部屋に設置されるが、その室外機は、例えば、親計測器３６または計測器と共に建造物の屋上に設置される。

親機Ｐには、親計測器３６の他、１つまたは複数の計測器が接続される。子機Ｃ１〜Ｃ３のそれぞれには、１つまたは複数の計測器が接続される。本応用例においては、親計測器３６および計測器１２−１が親機Ｐに接続され、計測器１２−２は子機Ｃ１に接続されている。また、計測器１２−３は子機Ｃ２に接続され、計測器１２−４および１２−５は子機Ｃ３に接続されている。

情報収集装置１０は、空調電力管理システムの管理者が作業を行う部屋に設置され、親機Ｐおよび各子機は、親計測器３６および各計測器が設置される場所に設置される。親計測器３６および各計測器が屋上に設置されている場合には、親機Ｐおよび各子機もまた屋上に設置される。

各子機は、自らに接続された総ての計測器の各ＩＤを自らの子機ＩＤとして有する。情報収集装置１０は、受変電設備３８から総ての空調設備４０に供給された電力量を示す計測データを親計測器３６から取得する。また、情報収集装置１０は、親計測器３６に対し、計測データを収集する計測器をＩＤによって指定する。これによって、親計測器３６は、次のように各計測器から計測データを取得し、情報収集装置１０に送信する。

親計測器３６は、指定されたＩＤが計測器１２−１のＩＤである場合には、計測器１２−１から計測データを取得し、情報収集装置１０に送信する。一方、指定されたＩＤがその他の計測器のＩＤである場合には、親機Ｐに対し、そのＩＤを有する計測器が接続された子機をデータ送信指令対象の子機とする旨の指令をする。親機Ｐは、計測データを取得する計測器のＩＤを宛先ＩＤとしたデータ送信指令パケットを、ブロードキャスト送信によって送信する。各子機は、自らに接続された総ての計測器の各ＩＤを自らの子機ＩＤとして有するため、このデータ送信指令パケットは、計測データ収集対象の計測器が接続された子機を宛先とするパケットとなる。データ送信指令パケットの宛先の子機は、データ送信指令パケットを受信すると、宛先ＩＤに基づいて計測データ収集対象の計測器を特定する。そして、その計測器が計測した電力量を計測データとして応答パケットに記述し、ユニキャスト送信によって、その応答パケットを親機Ｐに送信する。親機Ｐは、応答パケットを受信すると、応答パケットから計測データを取得して親計測器３６に送信する。親計測器３６は、親機Ｐから取得した計測データを情報収集装置１０に送信する。

このような構成によれば、受変電設備３８から総ての空調設備４０に供給される電力量、および、各空調設備４０で用いられた電力量を情報収集装置１０において一括して取得することができる。これによって、情報収集装置１０を操作するユーザは、各部屋に設けられた空調設備４０の電力消費状態を容易に把握することができる。

１０ 情報収集装置、１２，１２−１〜１２−５ 計測器、１４ 情報処理部、１６ 送受信部、１６ａ ブロードキャスト送受信部、１６ｂ ユニキャスト送受信部、１８ 記憶部、２０ 通信ポート、２２ ヘッド部、２４ 宛先ＩＤ記述部、２６ ネクストホップＩＤ記述部、２８ 送信源ＩＤ記述部、３０ 中継カウント値記述部、３２ シーケンス番号記述部、３３ スロット番号記述部、３４ ペイロード部、３５ タイムスロット、３６ 親計測器、３８ 受変電設備、４０ 空調設備。

Claims (9)

1. 複数の子機を備え、当該複数の子機のそれぞれから情報を取得する親機と共に用いられる通信システムにおいて、
   宛先ＩＤを含み、通信経路を特定しない同報パケットを前記親機が送信し、
   各子機は、同報パケットを受信したときに、受信した同報パケットに含まれる宛先ＩＤとして自らの子機ＩＤが含まれていないときは、その同報パケットを中継送信し、受信した同報パケットに含まれる宛先ＩＤとして自らの子機ＩＤが含まれているときは応答処理を実行し、
   前記応答処理は、前記親機に送信する情報を含む応答パケットを特定の通信経路を介して前記親機に送信する処理を含み、
   前記特定の通信経路は、前記親機に直接応答パケットを送信するか、あるいは、１つ若しくは複数の他の子機による中継送信を介して応答パケットを前記親機に送信する通信経路である、ことを特徴とする通信システム。
2. 複数の子機を備え、当該複数の子機のそれぞれから情報を取得する親機と共に用いられる通信システムにおいて、
   宛先ＩＤと、中継送信を制限するための制限情報と、を含み、通信経路を特定しない同報パケットを前記親機が送信し、
   各子機は、同報パケットを受信したときに、受信した同報パケットに含まれる宛先ＩＤとして自らの子機ＩＤが含まれていないときは、その同報パケットに対する中継処理を実行し、受信した同報パケットに含まれる宛先ＩＤとして自らの子機ＩＤが含まれているときは応答処理を実行し、
   前記中継処理は、受信した同報パケットに含まれる制限情報に基づいて、受信した同報パケットを中継送信するか否かを決定し、決定に応じてその同報パケットを中継送信する処理であり、
   前記応答処理は、前記親機に送信する情報を含む応答パケットを特定の通信経路を介して前記親機に送信する処理を含み、
   前記特定の通信経路は、前記親機に直接応答パケットを送信するか、あるいは、１つ若しくは複数の他の子機による中継送信を介して応答パケットを前記親機に送信する通信経路である、ことを特徴とする通信システム。
3. 請求項２に記載の通信システムにおいて、
   前記制限情報は、同報パケットが中継送信された回数に関する情報を含み、
   前記中継処理は、中継送信された回数が所定範囲内であるときに同報パケットを中継送信する処理である、ことを特徴とする通信システム。
4. 請求項２または請求項３に記載の通信システムにおいて、
   前記制限情報は、同報パケットを特定するシーケンス番号を含み、
   前記中継処理は、同報パケットのシーケンス番号が、過去に中継送信を行った別の同報パケットのシーケンス番号のうち記憶されているものと一致しないときに同報パケットを中継送信する処理である、ことを特徴とする通信システム。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の通信システムにおいて、
   応答パケットは、前記親機のＩＤ、または、通信経路上で前記親機側に隣接する他の子機の子機ＩＤをネクストホップＩＤとして含み、
   各子機は、応答パケットを受信したときに、受信した応答パケットに含まれるネクストホップＩＤとして自らの子機ＩＤが含まれているときは、その応答パケットに含まれるネクストホップＩＤを、前記親機のＩＤ、または、自らに対して前記親機側に隣接する子機の子機ＩＤに変更し、ネクストホップＩＤを変更した応答パケットを中継送信する、ことを特徴とする通信システム。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の通信システムにおいて、
   各子機は、同報パケットの中継送信をする際に、複数のタイムスロットのうちいずれかを選択し、選択したタイムスロット内で同報パケットを中継送信する、ことを特徴とする通信システム。
7. 請求項６に記載の通信システムにおいて、
   時系列で連なる複数のフレームのそれぞれに、複数のタイムスロットが含まれており、各タイムスロットには、フレーム内における位置を示すスロット番号が割り当てられており、
   同報パケットには、その同報パケットが送信されたタイムスロットに割り当てられたスロット番号が含まれており、
   各子機は、受信した同報パケットを中継送信するときは、その同報パケットに含まれていたスロット番号に基づいて、その同報パケットが受信されたフレームとは異なるフレーム内で、その同報パケットを中継送信し、
   同報パケットを中継送信する際には、中継送信をするタイムスロットに割り当てられたスロット番号を中継送信対象の同報パケットに含ませる、ことを特徴とする通信システム。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の通信システムにおいて、
   各子機は、応答パケットを送受信する応答パケット送受部と、
   応答パケットを送受信する周波数とは異なる周波数で同報パケットを送受信する同報パケット送受信部と、を備える、ことを特徴とする通信システム。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の通信システムが備える子機として用いられる無線機。

Images