JP3748990B2 - 無線局 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気、ガス、水道等の各種メータの自動検針、遠隔制御を行うための低消費電力形の無線局に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線局が他局からの任意の呼び出しに応答できるためには、無線局内の受信機を常時動作させておき、受信機への信号入力を検出してからその呼び出しが自局宛であることを確認して回線を接続する必要がある。
しかしながら、一般に無線局受信機の消費電流は数十ｍＡ以上と大きいため、受信機の電源を常時オンさせておくと消費電力が多くなる。
【０００３】
このため、従来から、受信機を間欠動作させて消費電力を節減する方法が実用化されている。
この方法では、まず、無線局の受信機を周期（以下、必要に応じてキャリアセンス間隔という）Ｔごとにある期間ΔＴだけ動作させ、その動作期間中に受信信号があるか否かを判断する。もし受信信号が検出される場合には期間ΔＴを超えて受信を継続するが、検出されない場合には間欠受信モードに復帰する。
この方式によれば、受信待ち受けに要する消費電力は連続受信待ち受け時のΔＴ／Ｔに減らすことが可能になる。
【０００４】
上記間欠受信待ち受け方式の欠点は、回線接続に時間がかかることである。
連続受信待ち受け方式では、ある無線局の送信機が他局の受信機に信号を送りさえすれば、基本的に他局での受信が開始されることを期待できるが、間欠受信待ち受け方式では、少なくともキャリアセンス間隔Ｔ以上の時間にわたって接続要求信号を送信しなければ受信されない可能性がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
間欠受信待ち受け方式では、キャリアセンス間隔Ｔを長くとれば単位時間当たりの消費電力を減少させることができるが、送信側では回線接続に長時間を要する可能性が高くなる。
一方、キャリアセンス間隔Ｔを短くすれば単位時間当たりの消費電力は増加するが、送信側からの回線接続時間は短縮される。
すなわち、これらはトレードオフの関係にあるため、システムを設計する段階ではある妥協点を見つけて設計を行っている。
【０００６】
しかしながら、例えば受信機のハードウェア面の技術は将来にわたって改良されることが期待されるため、現時点での受信機性能を基準として妥協点を見つけたとしても、そのシステムが将来的には陳腐化するおそれもある。
【０００７】
また、無線局を各種メータの自動検針や遠隔制御等に使用することを想定すると、無線局を自動検針サービスのみに使用している場合には、キャリアセンス間隔Ｔを長くして回線接続時間が多少長くかかったとしても、無線局受信機の消費電力を節減できるメリットの方が大きい。
一方、メータにおいて電気、ガス、水等の供給を遮断するような遠隔制御動作を行わせる場合には、送信側から遮断指令が発せられて実際に遮断動作が行われるまでの時間はできるだけ短いことが望ましく、言い換えれば、回線接続時間はできるだけ短いことが望ましい。
【０００８】
本発明は、上述した相反する要求を同時に満たすことはキャリアセンス間隔Ｔを不変としている限り不可能であるとの知見に基づいてなされたもので、用途に応じて消費電力と回線接続時間との最適設計を可能にした無線局を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、受信機及び送信機と、信号の待ち受け時に前記受信機をキャリアセンス間隔ごとに間欠的に動作させて受信信号を検出する制御手段と、を備えた無線局において、前記制御手段によりキャリアセンス間隔を変更可能にすると共に、他の無線局との通信に先立つ無線局登録通信に当たり、相手局から送信された相手局のＩＤ及びキャリアセンス間隔を記憶する記憶手段を備え、回線接続時に前記送信機から他の無線局に送信する回線接続要求信号の送出時間を、相手局の前記ＩＤ及びキャリアセンス間隔に基づいて、相手局のキャリアセンス間隔よりも僅かに長い時間とするものである。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の無線局において、電気、ガス、水道等の計量対象の供給量を計測する計量装置と、前記計量対象の供給を遮断する遮断弁とを備えたメータに接続され、かつ、このメータが前記制御手段に接続されているとともに、前記計量装置または遮断弁の状態に応じて前記制御手段がキャリアセンス間隔を変更するものである。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の無線局において、前記メータが遠隔制御の対象であるときはキャリアセンス間隔を短縮し、遠隔制御の対象でないときはキャリアセンス間隔を延長するものである。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項２記載の無線局において、前記遮断弁が閉じているときはキャリアセンス間隔を延長し、前記遮断弁が開いているときはキャリアセンス間隔を短縮するものである。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項２記載の無線局において、前記計量装置により計量対象が計量されていないときはキャリアセンス間隔を延長し、前記計量装置により計量対象が計量されているときはキャリアセンス間隔を短縮するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１はこの実施形態の無線局の構成を示すものであり、通信システム全体としては同一構成の無線局が複数存在するものとする。
図１において、１０はアンテナ１１、受信機１２及び送信機１３を備えた無線機である。
この無線機１０には、スイッチング素子等からなる電源スイッチ２１を介して電源が供給されており、制御手段としてのＣＰＵ３０から抵抗２２を介して電源投入信号が送られると電源スイッチ２１がオンし、無線機１０に電源が供給される。
【００１６】
この無線局において、受信待ち受け時にはＣＰＵ３０がスリープモードになっており、無線機１０の電源はオフされている。
また、４０はＣＰＵ３０に接続されたタイマであり、ＣＰＵ３０はタイマ４０に対して任意のキャリアセンス間隔Ｔを設定可能であるとともに、このキャリアセンス間隔Ｔを変更可能である。
タイマ４０は、上記キャリアセンス間隔Ｔに従って定周期でＣＰＵ３０に起動信号を出力する。
【００１７】
図２は、この無線局における状態遷移の様子を示すもので、ＣＰＵ３０はタイマ４０からの起動信号によりスリープモードから動作モードに移行する。
動作モードになったＣＰＵ３０は、電源投入信号を出力して電源スイッチ２１をオンすることにより無線機１０の電源を投入し、受信機１２から出力されるキャリアセンス信号により受信信号を監視する。
【００１８】
キャリアセンス間隔Ｔの間に受信信号が検出されない場合、ＣＰＵ３０はタイマ４０の電源を切り、スリープモードに復帰する。
一方、受信信号が検出された場合には接続モードに移行する。すなわち、ＣＰＵ３０は受信機１２を介して受信を継続させ、その呼び出しが自局宛であれば回線を接続して通信モードに移行し、通信を継続する。また、その呼び出しが他局宛であれば再びスリープモードに復帰する。
ここで、各無線局には個々にＩＤ（認識符号）が割り付けられており、受信信号が自局宛であるか否かはこのＩＤから認識することができる。
【００１９】
次に、任意のキャリアセンス間隔Ｔを持つ無線局との間で通信を実現する方法につき述べる。
一般に無線システムでは、お互いに通信する相手局のＩＤを記憶しておき、回線接続時には通信したい相手局のＩＤを回線接続要求コマンドとともに繰り返し送信して相手局を呼び出している。この際に送信する信号を回線接続要求信号と呼ぶことにすると、回線接続要求信号の送出時間は接続したい相手局のキャリアセンス間隔Ｔよりも長い必要がある。
【００２０】
一方、回線接続時間を短縮するためには、前述のようにキャリアセンス間隔Ｔは極力短いことが望ましい。
従って、回線接続要求信号の送出時間は、キャリアセンス間隔Ｔよりも僅かに長い時間（Ｔ＋ｍＴ’）に選ばれる。ここで、Ｔ’は、回線接続に必要な相手局のＩＤ及び接続要求コマンド等の情報を１回送信するのに必要な時間であり、また、ｍは通常２〜数十程度に選ばれる。
図３に回線接続要求信号の一例をキャリアセンス間隔Ｔと比較して示す。なお、図３ではキャリアセンス信号の長さをΔＴとしてある。
【００２１】
いま、無線局Ａ，Ｂ間で通信を行う場合について考えてみる。
仮に無線局Ａのキャリアセンス間隔がＴ１、無線局Ｂのキャリアセンス間隔がＴ２であるとする。この二局が通信できるようにするため、まず始めに互いのＩＤ等を交換する必要がある。その際に、互いのキャリアセンス間隔Ｔ１，Ｔ２も情報として交換する。
【００２２】
まず、無線局Ａ，Ｂの何れかから無線局登録通信を行う。ここでは、無線局Ａを無線局Ｂに対して無線局登録するものとして、その手順を図４に示す。
この際、無線局Ａは接続したい無線局ＢのＩＤを知り得るものとする。
【００２３】
図４において、無線局Ａは時間Ｔ_maxの間、回線接続要求信号を発生する。この信号には、図３に示したように相手局である無線局ＢのＩＤを含み、更に無線局登録を要求するコマンドが含まれている。
なお、時間Ｔ_maxはシステムが要求する最長のキャリアセンス間隔よりも十分に長いものとする。このため、無線局Ｂがいかなるキャリアセンス間隔を有していようとも、無線局Ａからの回線接続要求信号は無線局Ｂによって受信され、無線局Ｂは動作モードとなる。
【００２４】
図４に示すごとく、無線局Ａは、回線接続要求信号に続いて自局ＩＤとキャリアセンス間隔Ｔ１とを送信する。
一方、無線局Ｂは、無線局ＡのＩＤとキャリアセンス間隔Ｔ１とをセットにしてメモリに記憶する。更に、無線局Ｂは、自局ＩＤとキャリアセンス間隔Ｔ２とを無線局Ａに返送する。無線局Ａは、無線局ＢのＩＤとキャリアセンス間隔Ｔ２とをセットにしてメモリに記憶する。これにより、無線局登録通信が終了する。
【００２５】
こうして無線局登録通信が終了した後は、無線局Ａが無線局Ｂを呼び出す場合には回線接続要求信号をＴ２＋Ｔ’（＜Ｔ_max)の時間だけ送出する。なお、Ｔ’は前述のごとく相手局つまり無線局ＢのＩＤ及び接続要求コマンド等の情報を１回送信するのに必要な時間である。
また、無線局Ｂが無線局Ａを呼び出す場合には回線接続要求信号をＴ１＋Ｔ’（＜Ｔ_max)の時間だけ送出すればよい。
以上の手順をもって、任意のキャリアセンス間隔を有する無線局Ａ，Ｂ同士の通信が可能になる。
【００２６】
続いて、無線局が電気、ガス、水道等の各種メータに接続されて自動検針や遠隔制御に供される場合にキャリアセンス間隔を変更する際の動作を、図５を参照しつつ説明する。
各種メータの遠隔制御において、電気、ガス、水道を遠隔地から緊急遮断するような即応性を要求される通信は、遮断弁が開いていて電気、ガス、水が供給されている場合であり、遮断弁が閉まっている場合や供給量（流量）なしの場合には通信の応答が多少遅れても問題はない。
従って、遮断弁が閉の場合や供給量なしの場合には、キャリアセンス間隔を長くして単位時間当たりの消費電力を少なくすることが望ましい。
【００２７】
図５は、無線局がメータに接続されている状態を示している。
図において、メータ５０内の計量装置としての流量計５１は制御手段としてのＣＰＵ３０に接続されており、メータ５０による計量対象である電気、ガス、水等の供給量をＣＰＵ３０が検出可能である。また、ＣＰＵ３０には遮断弁５２が接続されており、ＣＰＵ３０は遮断弁５２の開閉状態の検出、及び遮断弁５２の開閉制御が可能となっている。
【００２８】
ここで、本実施形態では計量装置として流量計５１を挙げたが、計量対象が電気である場合には計量装置として電力量計を用いればよい。更に、遮断弁５２は、計量対象が電気の場合には電気的スイッチであり、ガス、水の場合には機械的なバルブである。
【００２９】
このような構成とすれば、ＣＰＵ３０はメータ５０による計量対象の供給量の有無及び遮断弁５２の開閉状態を検出することができる。従って、遮断弁５２が閉であり、かつ、供給量なしであって緊急性が低い場合には、タイマ４０に設定するキャリアセンス間隔を長くすることにより、消費電力を低減させることができる。
また、遮断弁５２が開であり、かつ、計量対象に一定の供給量があることが検出された場合には、通信の緊急性を要する場合として回線接続時間を短縮するためにキャリアセンス間隔を短く設定すればよい。
【００３０】
なお、この応用例において、メータ５０が遠隔制御の対象となっている場合にはＣＰＵ３０によってキャリアセンス間隔を短縮し、遠隔制御の対象となっていない場合にはキャリアセンス間隔を延長しても良い。
これにより、遠隔制御時には消費電力の多さについては許容する一方で、回線接続時間の短縮によって遮断動作等の即応性を確保することができ、万が一のガス漏れや漏電、水漏れ等に対し緊急の遮断制御を行うことが可能になる。
【００３１】
また、上記応用例ではＣＰＵ３０によるキャリアセンス間隔延長の条件として、遮断弁５２の閉及び供給量なしのアンド条件を挙げたが、これらは何れか一方、つまりオア条件でも良い。
すなわち、遮断弁５２が閉の場合にキャリアセンス間隔を延長し、遮断弁５２が開の場合にキャリアセンス間隔を短縮しても良いし、あるいは、供給量なしの場合にキャリアセンス間隔を延長し、供給量ありの場合にキャリアセンス間隔を短縮するようにしても良い。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、間欠受信待ち受け時におけるキャリアセンス間隔を任意に設定可能としたので、トレードオフの関係にある無線局の消費電力と回線接続時間とを各々最適に設計することができる。
【００３３】
また、現時点の受信機性能に基づいてキャリアセンス間隔が固定的に設定されているシステムでは、将来的な受信機の性能向上によって消費電力の低減が可能になり、一層短いキャリアセンス間隔を設定可能になったとしても対応不可能であるため、システム自体が陳腐化するおそれがある。この点、本発明では受信機性能に合わせてキャリアセンス間隔を変更することができるので、消費電力及び回線接続時間の点で常に最適設計が可能であり、システムの陳腐化を防ぐことができる。
【００３４】
更に、本発明の無線局同士であれば、キャリアセンス間隔を相手局のＩＤに付随する情報として記憶できるため、受信機の更新などにより新たにキャリアセンス間隔の短縮が可能になった無線局とそれよりもキャリアセンス間隔が長い無線局との間でも、何ら支障なく通信を行うことができる。
【００３５】
加えて、無線局ないしメータが遠隔制御の対象であるか否かに応じてキャリアセンス間隔を短縮または延長するようにすれば、遠隔制御用無線局の回線接続時間及び消費電力のトレードオフと、自動検針用無線局の同トレードオフとを個別に最適化することが可能になる。
【００３６】
また、遠隔制御の対象となっている無線局では基本的にキャリアセンス間隔が短縮されているが、計量対象の供給量なしの場合や遮断弁が閉じている場合などには、緊急遮断等の即応性すなわち短時間で回線を接続しなくてはならない要求は少ない。
この点、本発明のように供給なしの場合や遮断弁が閉じている場合に自動的にキャリアセンス間隔を延長する機能を持たせれば、遠隔制御の対象となっている無線局の消費電力を節減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態の状態遷移図である。
【図３】本発明の実施形態における回線接続要求信号の説明図である。
【図４】本発明の実施形態における無線局登録通信の説明図である。
【図５】本発明の実施形態の応用例を示す図である。
【符号の説明】
１０ 無線機
１１ アンテナ
１２ 受信機
１３ 送信機
２１ 電源スイッチ
２２ 抵抗
３０ ＣＰＵ
４０ タイマ
５０ メータ
５１ 流量計
５２ 遮断弁

Claims (5)

1. 受信機及び送信機と、信号の待ち受け時に前記受信機をキャリアセンス間隔ごとに間欠的に動作させて受信信号を検出する制御手段と、を備えた無線局において、
   前記制御手段によりキャリアセンス間隔を変更可能にすると共に、
   他の無線局との通信に先立つ無線局登録通信に当たり、相手局から送信された相手局のＩＤ及びキャリアセンス間隔を記憶する記憶手段を備え、
   回線接続時に前記送信機から他の無線局に送信する回線接続要求信号の送出時間を、相手局の前記ＩＤ及びキャリアセンス間隔に基づいて、相手局のキャリアセンス間隔よりも僅かに長い時間とすることを特徴とする無線局。
2. 請求項１記載の無線局において、
   電気、ガス、水道等の計量対象の供給量を計測する計量装置と、前記計量対象の供給を遮断する遮断弁とを備えたメータに接続され、かつ、このメータが前記制御手段に接続されているとともに、
   前記計量装置または遮断弁の状態に応じて前記制御手段がキャリアセンス間隔を変更することを特徴とする無線局。
3. 請求項２記載の無線局において、
   前記メータが遠隔制御の対象であるときはキャリアセンス間隔を短縮し、遠隔制御の対象でないときはキャリアセンス間隔を延長することを特徴とする無線局。
4. 請求項２記載の無線局において、
   前記遮断弁が閉じているときはキャリアセンス間隔を延長し、前記遮断弁が開いているときはキャリアセンス間隔を短縮することを特徴とする無線局。
5. 請求項２記載の無線局において、
   前記計量装置により計量対象が計量されていないときはキャリアセンス間隔を延長し、前記計量装置により計量対象が計量されているときはキャリアセンス間隔を短縮することを特徴とする無線局。

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