JP2018056972A

JP2018056972A - 通信システム

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Publication number: JP2018056972A
Application number: JP2016194780A
Authority: JP
Inventors: 洞谷　矩仁; Norihito Horatani; 矩仁洞谷
Original assignee: Saxa Inc
Current assignee: Saxa Inc
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2018-04-05
Anticipated expiration: 2036-09-30
Also published as: JP6737113B2

Abstract

【課題】それぞれが複数の子機を収容する複数の親機と、公衆回線を使用して親機と通信を行うセンタ装置とを備えた通信システムにおいて、少ない子機に対して親機を設置することに起因する費用対効果の悪化を抑える。【解決手段】通信システムは、センタ装置１０、公衆回線２０を介してセンタ装置１０に接続される親機３０−１、親機３０−１と無線通信を行う親機３０−２、親機３０−１に収容された子機４０ａ〜４０ｆを備えている。親機３０−２も子機を収容している。親機と子機、及び子機同士は特定小電力無線で通信する。親機３０−１と親機３０−２とは高電力の無線で通信する。親機３０−２は、親機３０−１を介してセンタ装置１０と通信する。【選択図】図１

Description

本発明は、遠隔監視システムなどの通信システムに関する。

ガスメータや水道メータの自動検針、或いは火災や異常事態の監視等に用いられる遠隔監視システムが知られている（特許文献１参照）。これらの遠隔監視システムでは、例えば、センタ装置から親機に対して各種要求信号の送信を行い、親機は当該親機が収容する各子機に対してセンタ装置からの要求信号を送信し、子機は前記ガスメータや水道メータ或いはセンサに接続されて、要求信号に応じてその検知信号を親機に無線送信し、親機は検知信号をセンタ装置に送信する。センタ装置では、送信された検針データに基づき使用量に対する請求書を発行するなどの業務を行う。

これらの遠隔監視システムにおいて、センタ装置−親機間は携帯電話回線などの公衆回線を介して通信を行い、親機−子機間は通常、特定小電力無線により通信を行う。特定小電力無線は送信電力が１０ｍＷ程度と小さく、通信可能距離は１００ｍ程度であるため、子機―親機間の通信は、直接接続するだけではなく、他の子機により中継して親機に接続することが一般的である。

特開２００７−２７４０６８号公報

前記従来の遠隔監視システムでは、センタ装置−親機間は公衆回線を使用しているため、親機の台数が増えるほど通信費等のランニングコストが高くなる。このため、例えば小さな集落が遠く離れている場合、少ない子機に対して親機を設置する必要があるため、費用対効果が悪くなるという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、それぞれが複数の子機を収容する複数の親機と、公衆回線を使用して親機と通信を行うセンタ装置とを備えた通信システムにおいて、少ない子機に対して親機を設置することに起因する費用対効果の悪化を抑えることである。

本発明に係る通信システムは、それぞれが複数の子機を収容する複数の親機と、公衆回線を使用して親機と通信を行うセンタ装置とを備えた通信システムであって、前記複数の親機は、子機と無線通信を行う第１の無線通信手段と、親機と無線通信を行う、第１の無線通信手段よりも高出力の第２の無線通信手段と、を有し、前記複数の親機の一部は、前記第２の無線通信手段を用いて、親機を介して前記センタ装置と通信を行うことを特徴とする通信システムである。

本発明によれば、それぞれが複数の子機を収容する複数の親機と、公衆回線を使用して親機と通信を行うセンタ装置とを備えた通信システムにおいて、少ない子機に対して親機を設置することに起因する費用対効果の悪化を抑えることができる。

本発明の実施形態に係る通信システムの構成を示す図である。本発明の実施形態に係る通信システムにおける子機のブロック図である。本発明の実施形態に係る通信システムにおける親機のブロック図である。本発明の実施形態に係る通信システムにおけるセンタ装置のブロック図である。本発明の実施形態に係る通信システムにおける１段目の子機の設置時のフローを示す図である。図２における高出力無線部及び低出力無線部の内部構成及び動作について説明するためのブロック図である。本発明の実施形態に係る通信システムにおける親機間通信時のフローを示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
〈通信システムの構成〉
図１は、本発明の実施形態に係る通信システムの構成を示す図である。
この通信システムは、例えば、ガスメータや水道メータの自動検針システムに用いたものであって、センタ装置１０、携帯電話回線などの公衆回線２０を介してセンタ装置１０に接続される第１の親機３０−１、第１の親機３０−１と無線通信を行う第２の親機３０−２、第１の親機３０−１に収容された配下の子機４０ａ〜４０ｆを備えている。また、図示を省略したが、第２の親機３０−２にも複数の子機が収容されている。なお、以下の説明では第１の親機３０−１、第２の親機３０−２を区別しないときは、親機３０とする。

子機４０ａ〜４０ｆには検針装置（メータ等）が接続されている。第１の親機３０−１は子機４０ａ〜４０ｆを管理するとともに子機４０ａ〜４０ｆからの検針データを受信し、公衆回線２０を介してセンタ装置１０へ送信する。なお、以下の説明では、子機４０ａ〜４０ｆを区別しないときは、子機４０とする。

第１の親機３０−１は、特定小電力無線により、子機４０ａ及び子機４０ｄと通信可能である。また、子機４０ａは、特定小電力無線により、子機４０ｂ及び子機４０ｃと通信可能であり、子機４０ｄは、特定小電力無線により、子機４０ｅ及び子機４０ｆと通信可能である。また、子機４０は、検針データを第１の親機３０−１経由でセンタ装置１０へ送信しており、多段（ここでは２段）に構成することによって、より多くの検針データの収集を可能としている。

子機４０ａ〜４０ｃは近距離グループを構成しており、子機４０ｄ〜４０ｆは遠距離グループを構成している。近距離グループとは、親機からの電波の電界強度が所定の閾値を超える１段目の子機（親機の直下の子機）、及びその子機を中継子機とする子機群であり、遠距離グループとは、親機からの電波の電界強度が所定の閾値以下となる１段目の子機、及びその子機を中継子機とする子機群である。

〈子機の構成〉
図２は、本発明の実施形態に係る通信システムにおける子機のブロック図である。
図示のように、子機４０は、制御部４１と、それぞれが制御部４１に接続された送受信部４２、記憶部４３、Ｉ／Ｆ（インタフェース）部４４、表示部４５、および操作入力部４６からなり、送受信部４２にはアンテナ４７が接続されている。

制御部４１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備え、子機４０全体の制御や演算処理等を行う。即ち、例えばテスト信号を発生させて通信可能な親機３０又は子機４０を判別し、判別された親機３０又は子機４０に対する経路情報（端末ＩＤ、電界強度等）を記憶部４３に記憶させたり、他の子機４０からの送信電文を解析したりする。

送受信部４２は、近距離無線通信により、他の子機４０や親機３０との間で無線通信を行う。記憶部４３は、不揮発性メモリからなり、各種設定データなどを記憶する。Ｉ／Ｆ部４４にはガスメータや水道メータ等の外部機器が接続される。

表示部４５は、ＬＥＤ等で構成されており、子機４０の動作状態等を表示するユーザＩ／Ｆである。操作入力部４６は、ボタンやスイッチ等からなり、子機４０に対する所定の設定を入力するためのユーザＩ／Ｆである。アンテナ４７は電波の送受信を行う。

〈親機の構成〉
図３は、本発明の実施形態に係る通信システムにおける親機のブロック図である。
図示のように、親機３０は、制御部３１と、それぞれが制御部３１に接続された記憶部３２、高出力無線部３３、低出力無線部３４、網制御部３５、表示部３６、及び操作入力部３７を備えている。また、高出力無線部３３、低出力無線部３４には、それぞれアンテナ３８、アンテナ３９が接続されている。

制御部３１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備え、親機３０全体の制御や演算処理を行う。即ち、例えば子機４０から送信された経路情報に基づいて当該経路情報を記憶部３２に新規登録又は更新登録する。記憶部３２は、不揮発性メモリからなり、制御部３１による制御や演算処理に必要なデータなどを記憶する。

高出力無線部３３は、４６７ＭＨｚ、５Ｗの電波を用いて他の親機３０に対して無線通信で送信を行う。通信可能距離は１０ｋｍである。低出力無線部３４は、４２９ＭＨｚ、１０ｍＷの近距離無線通信により、子機４０との間で無線通信を行う。通信可能距離は１００ｍである。また、低出力無線部３４は、他の親機３０からの送信信号を受信する。網制御部３５は、公衆回線２０を介してセンタ装置１０と通信を行う。

表示部３６は、ＬＥＤ等で構成されており、親機３０の動作状態等を表示する。操作入力部３７は、ボタンやスイッチ等からなり、親機３０に対する所定の設定を入力するためのユーザＩ／Ｆである。アンテナ３８、アンテナ３９は電波の送受信を行う。

〈センタ装置の構成〉
図４は、本発明の実施形態に係る通信システムにおけるセンタ装置のブロック図である。図示のように、センタ装置１０は、制御部１１と、それぞれが制御部１１に接続された、網制御部１２、記憶部１３、表示部１４、および操作入力部１５を備えている。

制御部１１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備え、センタ装置１０全体の制御や演算処理を行う。即ち、例えば親機３０と子機４０のそれぞれの端末ＩＤの登録処理等を行う他、子機４０から送信された経路情報に基づいて当該経路情報を記憶部１３に新規登録又は更新登録する。

〈子機設置時のフロー〉
図５は、本発明の実施形態に係る通信システムにおける１段目の子機の設置時のフローを示す図である。

設置された子機４０は通常のルート探索、設置処理を行う（ステップＳ１）。即ち、記憶部４３から読み出したブロードキャスト電文に自身の端末ＩＤ（識別情報）を付加したテスト信号を送信し、所定時間内に応答があった場合に応答電文を受信処理し、応答電文中の電界強度や中継段数情報を取得する。

次に子機４０は、取得した中継段数情報に基づいて、自端末の直上位端末が親機か否かを判定する（ステップＳ２）。判定の結果、親機でなかった場合は（ステップＳ２：NO）、この図に示す処理を終える。

判定の結果、親機であった場合は（ステップＳ２：YES）、ステップＳ１で取得した電界強度が所定の閾値以下か否かを判定する（ステップＳ３）。判定の結果、閾値以下であった場合は（ステップＳ３：YES）、自端末を遠距離グループとして設定し（ステップＳ４）、閾値を超えていた場合は（ステップＳ３：NO）、自端末を近距離グループとして設定する（ステップＳ５）。そして、設定情報を親機に通知し（ステップＳ６）、この図に示す処理を終える。

〈高出力無線部及び低出力無線部〉
図６は、図２における高出力無線部及び低出力無線部の内部構成及び動作について説明するためのブロック図である。

高出力無線部３３は、他の親機に４６７ＭＨｚの無線信号を送信するための手段であり、変調回路３３ａ及び電力増幅回路３３ｂを備えている。変調回路３３ａは、制御部３１で生成された電文により変調された４６７ＭＨｚの変調信号を出力する。電力増幅回路３３ｂは、変調回路３３ａから出力された変調信号を５Ｗに増幅し、アンテナ３８は電力増幅回路３３ｂから出力された変調信号の電波を送信する。

低出力無線部３４は、他の子機との間で４２９ＭＨｚの特定小電力無線による無線信号の送受信、及び他の親機から送信された４６７ＭＨｚの無線信号の受信を行うための手段であり、切替回路３４ａ、切替回路３４ｂ、切替回路３４ｃ、変調回路３４ｄ、電力増幅回路３４ｅ、フィルタ３４ｆ、フィルタ３４ｇ、フィルタ３４ｈ、フィルタ３４ｉ、ＬＮＡ（低雑音増幅回路）３４ｊ、及び復調回路３４ｋを備えている。

切替回路３４ａは、アンテナ３９に対する信号の送信と受信を切り替える。切替回路３４ｂ及び切替回路３４ｃは、切替回路３４ａが受信側に設定されているとき、受信回路を、１つのフィルタ３４ｉを通る第１の処理経路と、縦続接続された３つのフィルタ３４ｆ，フィルタ３４ｇ，フィルタ３４ｈを通る第２の処理経路との間で切り替える。

ここで、４個のフィルタは同じパラメータを持つバンドパスフィルタであり、フィルタ毎に４２９ＭＨｚの入力信号は減衰量がほぼ０ｄＢ、４６７ＭＨｚの入力信号は減衰量が２０ｄＢになるように、パラメータが設定されている。

切替回路３４ａが送信側に設定されているとき、変調回路３４ｄは、制御部３１で生成された親機−子機間通信のための電文により変調された４２９ＭＨｚの変調信号を出力する。電力増幅回路３４ｅは、変調回路３４ｄから出力された変調信号を１０ｍＷに増幅する。電力増幅回路３４ｅから出力された変調信号は、切替回路３４ａを通り、アンテナ３９から電波として送信される。

切替回路３４ａが受信側に設定されており、かつ切替回路３４ｂ及び切替回路３４ｃが第１の処理経路に設定されているとき、アンテナ３９での受信信号は、切替回路３４ｂ、フィルタ３４ｉ、切替回路３４ｃを通ってＬＮＡ３４ｊに入力される。

切替回路３４ａが受信側に設定されており、かつ切替回路３４ｂ及び切替回路３４ｃが第２の処理経路に設定されているとき、アンテナ３９での受信信号は、切替回路３４ｂ、フィルタ３４ｆ、フィルタ３４ｇ、フィルタ３４ｈ、切替回路３４ｃを通ってＬＮＡ３４ｊに入力される。

ＬＮＡ３４ｊは、入力信号を増幅し、復調回路３４ｋに出力する。復調回路３４ｋは、受信信号中の電文を取り出し、制御部３１へ送る。

〈親機間通信時のフロー〉
図７は、本発明の実施形態に係る通信システムにおける親機間通信時のフローを示す図である。ここでは、第１の親機３０−１がセンタ装置１０の指示に応じて、第２の親機３０−２との間で親機間通信を行う場合について説明する。

第１の親機３０−１の制御部３１は、低出力無線部３４の受信回路を第１の処理経路、即ちフィルタ３４ｉを通る経路にデフォルトとして設定する（ステップＳ１１）。次いで、制御部３１は、センタ装置１０から高出力無線部３３に対する送信指示があるか否かを判定する（ステップＳ１２）。

判定の結果、なかった場合は（ステップＳ１２：NO）、この図に示す処理を終える。判定の結果、あった場合は（ステップＳ１２：YES）、低出力無線部３４から遠距離グループの子機のうち、直下の子機である子機４０ｄに対して、４２９ＭＨｚの特定小電力無線の電波で送信禁止信号を送信する（ステップＳ１３）。

送信禁止信号を受信した子機４０ｄは、第１の親機３０−１に対する送信を行わない。なお、近距離グループの子機４０ａは、第１の親機３０−１に対する送信を行うことができる。

次に第１の親機３０−１の制御部３１は、低出力無線部３４の受信回路を第２の処理経路、即ちフィルタ３４ｆ、フィルタ３４ｇ、フィルタ３４ｈを通る経路に切り替える（ステップＳ１４）。

次に第１の親機３０−１は、高出力無線部３３を用いて第２の親機３０−２との間で、４６７ＭＨｚの無線信号を用いて親機間通信を開始する（ステップＳ１５）。この親機間通信により、第２の親機３０−２は、配下の子機から送信された検針データを第１の親機３０−１に送信することができる。

第２の親機３０−２から送信された４６７ＭＨｚの電波は、アンテナ３９、切替回路３４ａ、切替回路３４ｂ、フィルタ３４ｆ、フィルタ３４ｇ、フィルタ３４ｈ、切替回路３４ｃを通り、ＬＮＡ３４ｊに入力される。そして、ＬＮＡ３４ｊで増幅され、復調回路３４ｋで電文が取り出され、制御部３１に送られる。

このとき、アンテナ３９で受信された４６７ＭＨｚの受信信号は、フィルタ３４ｆ、フィルタ３４ｇ、フィルタ３４ｈを通ることで６０ｄＢ減衰している。しかし、受信信号のレベルが高いため、ＬＮＡ３４ｊで増幅することで、受信信号中の電文を復調することができる。

親機間通信中に、近距離グループの子機４０ａから信号が送信された場合、第２の親機３０−２から送信された信号と同じ経路、即ち切替回路３４ａ、切替回路３４ｂ、フィルタ３４ｆ、フィルタ３４ｇ、フィルタ３４ｈ、切替回路３４ｃを通ってＬＮＡ３４ｊに入力される。子機４０ａからの信号は、電界強度が所定の閾値を超えているため、フィルタ３４ｆ、フィルタ３４ｇ、フィルタ３４ｈを通ることで多少の損失（減衰）があっても、受信信号中の電文の復調は可能である。

次に第１の親機３０−１は、親機間通信の終了を監視し（ステップＳ１６）、親機間通信が終了したと判定したら（ステップ１６：YES）、低出力無線部３４の受信回路を第１の処理経路、即ちフィルタ３４ｉを通る経路に切り替える（ステップＳ１７）。

次に第１の親機３０−１は、低出力無線部３４から遠距離グループの子機のうち、直下の子機である子機４０ｄに対して、送信許可信号を送信する（ステップＳ１８）。送信許可信号を受信した子機４０ｄは、第１の親機３０−１に対する送信を行うことができる。

子機４０ｄが信号を送信すると、その信号はアンテナ３９、切替回路３４ａ、切替回路３４ｂ、フィルタ３４ｉ、切替回路３４ｃを通ってＬＮＡ３４ｊに入力される。子機４０ｄからの信号は、電界強度が所定の閾値以下であるが、３個のフィルタを通る第１の処理経路ではなく、１個のフィルタを通る第２の処理経路を通るため、損失（減衰）は僅かとなり、信号中の電文の復調は可能である。

また、このとき、遠距離グループの子機４０ａも第１の親機３０−１に信号を送信することができる。子機４０ａが信号を送信すると、その信号はアンテナ３９、切替回路３４ａ、切替回路３４ｂ、フィルタ３４ｉ、切替回路３４ｃを通ってＬＮＡ３４ｊに入力される。子機４０ａからの信号は、受信電界強度が所定の閾値を超えているが、ＬＮＡ３４ｊは飽和することなく動作するので、信号中の電文の復調は可能である。

以上説明した親機間通信時のフローを整理すると、下記（１）〜（３）になる。
（１）４２９ＭＨｚの送信と受信は同時に行わず、切替回路３４ａで送信、受信を切り替える。
（２）４６７ＭＨｚの送信時（親機間通信時）は、切替回路３４ａを受信側、切替回路３４ｂ及び切替回路３４ｃを第１の処理経路に切り替える。このとき、第２の親機３０−２から送信された４６７ＭＨｚの信号の受信・復調と、近距離グループの子機４０ａから送信された４２９ＭＨｚの信号の受信・復調が可能である。
（３）４６７ＭＨｚを送信しない時は、切替回路３４ｂ及び切替回路３４ｃを第２の処理経路に切り替える。このとき、近距離グループの子機４０ａから送信された４２９ＭＨｚの信号、及び遠距離グループの子機４０ｄから送信された４２９ＭＨｚの信号の受信・復調が可能である。

〈親機間通信時のフローの変形例〉
図７に示すフローでは、ステップＳ１３〜Ｓ１７の間、即ち遠距離グループの子機４０ｄから第１の親機３０−１に対する送信が禁止されている間に、遠距離グループの子機４０ｄ又は４０ｅ又は４０ｆに接続されているセンサでガス漏れや電池残量低下等の緊急事態が検知されても、それをセンタ装置１０に通知することができない。

そこで、このような緊急事態が検知されたときは、遠距離グループの子機４０ｄは近距離グループの子機４０ａを経由して、第１の親機３０−１に通知することで、緊急事態の通知を可能にする。

なお、以上説明した実施形態における親機の数、子機の数、電波の周波数は一例であり、実施形態の数以外の数でもよいことは言うまでもない。
即ち、例えば図１において、第１の親機３０−１と親機間通信を行う１以上の親機を追加することもできる。また、第２の親機３０−２を経由して第１の親機３０−１と通信を行う１以上の親機を追加することもできる。

１０…センタ装置、２０…公衆回線、３０…親機、３０−１…第１の親機、３０−２…第２の親機、３３…高出力無線部、３４…低出力無線部、３４ｆ〜３４ｉ…フィルタ、４０，４０ａ〜４０ｆ…子機。

Claims

それぞれが複数の子機を収容する複数の親機と、公衆回線を使用して親機と通信を行うセンタ装置とを備えた通信システムであって、
前記複数の親機は、子機と無線通信を行う第１の無線通信手段と、親機と無線通信を行う、第１の無線通信手段よりも高出力の第２の無線通信手段と、を有し、
前記複数の親機の一部は、前記第２の無線通信手段を用いて、親機を介して前記センタ装置と通信を行うことを特徴とする通信システム。
請求項１に記載された通信システムにおいて、
親機に収容された複数の子機は、当該親機からの電波の電界強度に基づいて、近距離グループと遠距離グループに分かれており、前記遠距離グループの子機は、当該子機を収容している親機が親機と通信を行っていないときのみ、当該子機を収容している親機と通信可能であることを特徴とする通信システム。
請求項２に記載された通信システムにおいて、
前記近距離グループの子機は、当該子機を収容している親機が親機と通信を行っているか否かにかかわらず、当該子機を収容している親機と通信可能であることを特徴とする通信システム。
請求項３に記載された通信システムにおいて、
前記遠距離グループの子機は、当該子機を収容している親機と通信可能でないときに緊急事態が検知されたとき、当該緊急事態を前記近距離グループの子機を経由して、前記親機に通知することを特徴とする通信システム。
請求項２又は３に記載された通信システムにおいて、
前記第１の無線通信手段の受信部は、所定の複数のフィルタを通る第１の処理経路と、前記所定の複数より少ない数のフィルタを通る第２の処理経路とを備え、
前記親機は、前記第２の無線通信手段による送信を開始するとき、前記第１の無線通信手段の受信部を前記第１の処理経路に切り替え、かつ前記第１の無線通信手段により前記遠距離グループの子機に対して送信禁止信号を送信することを特徴とする通信システム。