JP4784869B2 - 通信システム、同通信システムを構成する各端末装置間の接続経路設定方法、及び同通信システムに用いる端末装置 - Google Patents

Description

本発明は、各々自然エネルギーに基づく発電装置を備えた子機となる端末装置を親機となる端末装置を頂点とする階層構造状に多段に接続して構成した通信システム、同システムにおける各子機となる端末装置間の接続経路設定方法、及び同通信システムに用いる端末装置に関する。

例えば、親機となる端末装置と子機となる端末装置とを互いに無線通信可能に接続して、子機で収集したガスの使用量などのデータを親機経由でセンタ装置に送信して、センタ装置で各ガスメータの使用状態を一括管理する遠隔管理するシステムが知られている。
この遠隔管理システムでは、子機は例えばガスメータと一体に各家庭などに配置され、複数の子機を管理する親機が各子機と無線通信可能に接続されて、子機は自律的に或いはセンタ装置からの指令を親機経由で受信して測定データの送信等の動作を行う。

親機と特定子機間の通信は、多段に接続した他の子機を介して行うため当該子機と接続された子機の数が異なり、多数の子機に接続した子機は通信のための消費電力量が多いため、乾電池等を電源として用いる場合は、早く電池寿命に達し取り換えを要することになる。そのため、子機の電池を一斉に取り換えると、最初に寿命に達した電池に合わせなければならず、また、個々の子機毎に電池交換を行うとなると手間がかかるという問題がある。乾電池は１０年程度の長期間に亘って使用可能ではあるが、いずれにしても電池の交換は煩雑である。そこで、個々の子機に小型の発電装置を備えることが好ましい。

そのため、近年は、自然環境保全などの事情もあり、自然エネルギーを利用した発電システム、とくに太陽電池を用いた発明システムの利用が推奨されており、遠隔管理システムにおいても、従来の電池の代わりに太陽電池を用いることが行われている。

図６は、特許文献に記載されたものではないが、従来のそれぞれ端末装置である親機と子機とからなる、例えば、遠隔管理装置に用いる通信システムを概略的に示したブロック図である。ここでは、子機の駆動電源として太陽電池４０が用いられている。
図示のように、親機（となる端末装置）１０には複数の子機（となる端末装置）２０が親機１０を頂点として一種の階層構造を形成して多段に接続されている。図示の例では親機１０には子機２０（１）と２０（２）が直接接続され、かつ子機２０（１）及び子機２０（２）の下段側には、それぞれ子機２０（３）、２０（４）、２０（５）が、さらに子機２０（３）の下段には子機２０（６）、２０（７）、２０（８）が、また、子機２０（５）の下段には子機２０（９）がそれぞれ接続されている。

この構成において、例えば、センタ装置３０（単にセンタともいう）から有線又は無線により親機１０経由で特定の子機、例えば子機２０（７）に送信される指示又は命令は、親機１０から子機２０（１）、子機２０（３）を経由して子機２０（７）に伝えられ、子機２０（７）からの測定データや通信文は、これと逆の経路を通ってセンタ装置３０に伝送される。
したがって、ここでは子機２０（７）と親機１０との接続経路内にある子機２０（１）と２０（３）は、子機２０（７）と親機１０又はセンタ装置３０間で通信が発生する毎に、データや通信文の送受信のための動作を行う。
即ち、子機２０（３）は、３台の子機２０（６）〜２０（８）の接続経路中にあり、他方、子機２０（４）はその階層下位には子機は存在しない。したがって、図示の例では、子機２０（３）の消費電力は、子機２０（４）よりも多い。そのため、子機２０（３）にはこれに見合った発電量を確保するため、子機２０（４）のものよりも発電量が大きな太陽電池４０が取り付けられている。

また、太陽電池に限らず、風力、波力、地熱等の自然エネルギーを用いて発電を行う場合は、発電量が安定しないという問題がある。とくに、例えば、太陽電池を用いる場合は、天候や周りの環境の影響や、昼夜の差により発電量に大きな変動があるため、端末装置（子機）を安定に作動するためには、備える蓄電池も最大電力使用時を想定した容量が必要であると共に、十分な電気量発生のため発電能力に十分な余裕を持った太陽電池が必要である。
したがって、従来の太陽電池使用の通信システムではコストが掛かるという問題がある。

また、それだけではなく、とくに、子機２０（３）のようにアクセスが集中する子機では、子機毎の最大消費電力を予想すること自体容易ではないという問題もある。

本発明の目的は、例えば遠隔管理システムのような、親機と自然エネルギー利用の発電装置を駆動電源として備えた複数の子機となる端末装置で構成された通信システムにおいて、各子機の消費電力量をできる限り均等化して、システム全体での電力消費を最適化することで、各子機の自然エネルギー利用の発電装置や蓄電部の容量を均一化すると共に節減でき、したがってコストを低減させることである。

請求項１の発明は、各々自然エネルギー利用の発電装置を駆動電源とする複数の端末装置を多段に接続して構成した通信システムにおける端末装置間の接続経路設定方法であって、前記端末装置のうち前記発電装置の発電量が予測消費電力以下となったとき、当該端末装置に経路設定された直近下位段の端末装置に対して経路変更要求信号を送信する工程と、経路変更要求信号を受信した前記直近下位段の端末装置がその直近上位段の端末装置への接続経路を変更する工程と、を有することを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載された端末装置間の接続経路設定方法において、自端末装置の自然エネルギー利用の発電装置の発電量を検出する工程と、自端末装置の予測消費電力を算出する工程と、を有することを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載された端末装置間の接続経路設定方法において、前記経路変更要求信号を受信した前記直近下位段の端末装置が、直近上位段の端末装置への接続経路を変更する工程は、経路変更要求を受信した端末装置が予め定めた端末装置に対して経路変更の可否の問い合わせ信号を送信する工程と、経路変更の可否の問い合わせ信号を受信した端末装置が当該端末装置の自然エネルギー利用の発電装置の発電量が当該端末装置の予測消費電力を上回るとき、接続経路変更可信号を送信する工程と、を有することを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載された端末装置間の接続経路設定方法において、接続経路変更可信号を受信した端末装置が、接続経路変更を承諾する信号を送信する工程と、変更した経路を登録する工程と、を有することを特徴とする。
請求項５の発明は、自然エネルギー利用の発電装置を備えた端末装置であって、前記発電装置の発電量を検出する手段と、自端末装置の予測消費電力を算出する手段と、自然エネルギー利用の発電装置の発電量が自端末装置の予測消費電力を下回るとき、当該端末装置に経路設定がなされた他の端末装置に対して経路変更要求を行う手段と、を有することを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項５に記載された端末装置において、経路変更要求を受信したとき、予め定めた他の端末装置に対して経路設定の可・否を問い合わせる手段、前記他の端末装置からの経路設定可信号の受信を条件に経路変更する手段を有することを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項６に記載された端末装置において、前記他の端末装置は、経路設定の可・否の問い合わせを受信したとき、自然エネルギー利用の発電装置の発電量が自端末装置の予測消費電力を上回ることを条件に、経路設定可信号を前記経路設定の可否を問い合わせた端末装置に送信する手段を有することを特徴とする。
請求項８の発明は通信システムであって、請求項５ないし７のいずれかに記載された端末装置を子機とし、複数の当該子機を親機となる端末装置を頂点とする階層構造となるよう多段に接続したことを特徴とする。

（作用）
本通信システムでは、個々の子機となる端末装置に自然エネルギー利用の発電装置を備えかつ個々に蓄電しておく。特定の端末装置（子機）の充電量が不足するおそれがある場合には、他の子機からの中継を抑制するか或いは中止して、他の充電量に余裕のある端末装置（子機）に接続経路を変更する。経路変更は子機となる各端末装置或いは親機となる端末装置、或いは親機と接続されたセンタ装置に登録する。
登録後は、上記通信システムの通信は全て変更後の接続経路を通して行われる。

本発明によれば、特定の子機となる端末装置の充電量が不足するおそれがあるときは、他の充電量が足りる端末装置に接続経路を変更するため、個々の子機となる端末装置毎に発電された電力を、通信システム全体で過不足無く効率的に利用することができる。
したがって、端末装置（子機）が階層的に多段に配置された場合であっても、各端末装置（子機）の発電容量や充電容量を均一化することができる。そのため、発電装置等を小容量化することができ、従来の同種の通信システムに比してコストを低減させることができる。

本発明の一実施形態を添付図面に基づき説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る通信システムで用いる端末装置のブロック図である。
端末装置２０は、端末装置２０全体を制御する例えばマイクロコンピュータからなるメイン制御部２１と、他の端末装置２０又は親機となる端末装置１０と無線通信を行うための無線部２２と、他の機器等との接続のためのＩ／Ｏインターフェース２３と、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池４０と、発電した電力を蓄電する蓄電池の充電制御を行うと共に充電量を計測する充電量計測部２５と、太陽電池４０で発電した電力を蓄電する蓄電部である充電電池又はコンデンサ２６とからなっている。

端末装置２０は、太陽電池４０で発電した電力を蓄電部（充電電池又はコンデンサ）２６に蓄電すると共に、充電量計測部２５で現在の蓄電量を蓄電部２６の出力電流又は電圧により計測する。メイン制御部２１は、後述する自端末装置の予測消費電力量と充電量とを比較し、充電量が上記予測消費電力量を上回っていればそのまま接続経路を維持し、上回っていないときは後述するような接続経路の変更のための処理を行う。

図２は、上記端末装置を子機に用いた、本発明の通信システムの１実施形態に係る遠隔監視システムを概略的に示した図であり、システムの構成自体は既に説明した従来のものと基本的には同じであるので、同一の部分には同一の符号を付している。
即ち、親機１０には複数の端末装置（子機）２０が親機１０を頂点とし、親機１０に直接接続された第１段の端末装置２０（１）と２０（２）と、端末装置２０（１）及び端末装置２０（２）に接続される第２段の端末装置２０（３）、２０（４）、２０（５）、端末装置２０（３）〜２０（５）に接続される第３段の端末装置２０（６）〜２０（９）が３段の階層構造状に接続配置されている。また、各端末装置２０には、自然エネルギー利用の発電装置、即ち、太陽電池４０がそれぞれ付設されている。

既に述べたように、この構成において、例えば、センタ装置３０から特定の端末装置、例えば端末装置２０（７）に対してなされる指示又は命令は、親機１０から端末装置２０（１）、端末装置２０（３）を経由して端末装置２０（７）に伝送され、端末装置２０（７）からの測定データや通信文は、これと逆の経路を辿ってセンタ装置３０に伝送される。

このように端末装置２０同士を図２に示す階層構造状に多段に配置して接続すると、消費電力量が個々の端末装置で大幅に異なることが生じる。
そのため、本実施の形態では、ある特定の端末装置での予測消費電力量が充電電力量を上回ると判断されたときは、その特定端末装置を経由する接続経路を他の充電量（蓄電量）に余裕のある端末装置経由に変更することができるようにしている。

即ち、図示の例では、階層下位に端末装置２０（６）〜２０（８）が接続された端末装置２０（３）のメイン制御部２１は、例えば過去のデータから、端末装置２０（６）〜２０（８）との通信に要する消費電力量を加えた全体の消費電力量を算出し、これに所定のマージンを加えた消費電力量を自己の予測消費電力量として、この予測消費電力量と現在の充電量とを比較する。予測の結果、現在の充電量が上記予測消費電力量を上回っているときはそのままの接続経路を維持し、逆に現在及び現在までの一定期間の充電量が予測消費電力量を下回ったときは接続経路を変更のための処理を行う。

図３は、この経路変更を行うための第１の実施の形態に係る経路変更フロー図である。
まず、前提として、本通信システムに属する全ての端末装置（子機）は、蓄電された太陽電池の発電量（図中では太陽発電量）の検出及び自端末装置の上記予測消費電力（図中では自端末消費電力）の算出を行っている。
ここで、端末装置２０（３）の太陽電池の発電量が自端末装置の予測消費電力を下回ったときは（Ｓ１０１）、自端末装置を経路先として設定されている端末装置、ここでは端末装置２０（８）に対して、接続経路変更要求（信号）を送信する（Ｓ１０２）。接続経路変更要求を受信した端末装置２０（８）は、階層構造直近上位の端末装置、ここでは端末装置２０（４）に対して接続経路変更の問い合わせ（信号）を送信する（Ｓ１０３）。

接続経路変更の問い合わせを受信した端末装置２０（４）は、自端末装置の太陽電池の発電量と自端末装置の予測消費電力との比較から、太陽電池の発電量が自端末装置の予測消費電力を上回っているときは（Ｓ１０４）、接続経路変更可（信号）を端末装置２０（８）に送信する（Ｓ１０５）。接続経路変更可を受信した端末装置２０（８）は、端末装置２０（３）に対して接続経路変更承諾（信号）を送信し（Ｓ１０６）、経路変更を実施して、その旨を端末装置２０（４）に通知する（Ｓ１０７）。

なお、以上の処理において、端末装置２０（３）は、直近階層下位には端末装置２０（６）、２０（７）も接続されているが、これらの端末装置に対しても同様の処理を行うことができる。その場合、例えば、端末装置２０（６）〜２０（８）間に優先順位をつけ、まず端末装置２０（８）を変更して、その場合の予測消費電力と太陽電池の発電量とを比較して、予測消費電力が太陽電池の発電量を上回っていれば次に、端末装置２０（７）の接続経路を変更し、同様の比較を行ってさらに端末装置２０（６）との接続経路変更を行うなど、接続経路変更処理を順次行ってもよい。

また、直近階層上位の端末装置の選択は、図示の例では、端末装置２０（４）以外に、端末装置２０（５）も直近階層上位にあるため接続経路を変更する場合の直近階層上位の接続先となる端末装置の選択順位は、例えば、親機と子機からなる監視システムにおける縁組み登録を行う際に行うブロードキャスティング動作の結果に基づき、送受信する場合の電界強度を測定して、電界強度の強いものから順位を付けて登録しておくことが好ましい。図２の場合は、子機２０（８）との通信では端末装置２０（４）の方が端末装置２０（５）と通信する場合よりも強い電界強度が得られるため、子機２０（４）は子機２０（８）の新たな接続先として子機２０（５）よりも高い優先度が設定されている。この場合、仮に子機２０（４）もその太陽電池の発電量が予測消費電力を上回っていない状態にあれば、子機２０（５）が選択される。

また、接続経路を変更したときは、それぞれの端末装置の図示しない記憶手段に接続相手先情報の書き換えを行うと共に、親機１０、或いはさらにセンタ装置３０に通知し、それぞれに保存されている経路情報の書き換えを行う。

以上の実施の形態では、接続経路変更の判断を各端末装置で行っているが、これを親機１０で行うようにしてもよい。
図４は、この経路変更を行うための実施の形態（第２の実施の形態）に係る経路変更フロー図である。
前提として、本通信システムに属する全ての端末装置（子機）は、第１の実施の形態と同様、蓄電された太陽電池の発電量の検出及び自端末装置の上記予測消費電力の算出を行っている。

端末装置２０（３）の太陽電池の発電量が自端末装置の予測消費電力を下回ったとき、及び端末装置２０（４）の太陽電池の発電量が自身（自端末装置）の予測消費電力を上回ったとき、端末装置２０（１）経由で親機１０に対して接続経路変更要求（信号）を送信する（Ｓ２０１）。接続経路変更要求を受信した親機１０は、予め定めた端末装置２０（８）に対して接続経路変更要求（信号）を送信する（Ｓ２０２）。

接続経路変更要求を受信した端末装置２０（８）は、自端末装置の太陽電池の発電量が予測消費電力を上回っているとき、端末装置２０（２）経由で了解（信号）を送信し（Ｓ２０３）、親機１０は、端末装置２０（１）経由で端末装置２０（３）と端末装置２０（４）に対して、接続経路変更の指示を与えて、接続経路変更を実施する（Ｓ２０４）。
なお、接続経路変更の実施は、端末装置２０（３）と端末装置２０（４）の通信相手先情報を書き換え、同時に親機１０、或いはさらにセンタ装置３０に通知し、それぞれの経路情報の書き換えを行うことで実施する。

接続経路変更の判断は、これをセンタ装置３０で行うようにしてもよい。
図５は、この経路変更を行うための実施の形態（第３の実施の形態）に係る経路変更フロー図である。
端末装置２０（３）の太陽電池の発電量が自端末装置の予測消費電力を下回ったとき、及び端末装置２０（４）が太陽電池の発電量が自端末装置の予測消費電力を上回っているとき、端末装置２０（１）経由で親機１０に対して接続経路変更要求（信号）を送信する（Ｓ３０１）。接続経路変更要求を受信した親機１０は、センタ装置３０に対して接続経路変更要求（信号）を送信する（Ｓ３０２）。

センタ装置３０は了解（信号）を親機（端末装置）１０に送信し（Ｓ３０３）、親機１０は端末装置２０（８）に接続経路変更要求（信号）を送信し（Ｓ３０４）、接続経路変更要求（信号）を受信した端末装置２０（８）は、親機１０及びセンタ装置３０に対して了解（信号）を送信し（Ｓ３０５）、親機１０及びセンタ装置３０は、端末装置２０（３）、端末装置２０（４）、端末装置２０（８）に対して経路変更を実施する（Ｓ３０６）。

なお、接続経路変更の実施は、端末装置２０（３）と端末装置２０（４）の通信相手先情報を書き換え、同時に親機１０及びセンタ装置３０に通知し、それぞれの経路情報の書き換えを行うことで実施する。
また、各端末装置の充電情報及びそれぞれの予測消費電力情報を、本通信システムにおけるセンタ装置３０や親機１０へ電文の送信する際に付与して親機１０やセンタ装置３０へ送信し、親機１０やセンタ装置３０では、子機２０から受信した上記情報に基づき、各子機２０の充電量や予測消費電力情報を更新するようにしてもよい。
この場合は、親機１０やセンタ装置３０側で得た各子機２０の充電量や予測消費電力情報に基づき、経路を決定する。

以上の実施の形態によれば、各端末装置２０は自端末装置の太陽電池の発電量と予測される自己の消費電力とを比較して、自端末装置の発電量が不足すると予測されるときは、接続経路を変更することで事前に自端末装置を経由する通信量を削減でき、従来のように余分な蓄積電力や太陽電池の容量の大型化を要せずに必要な通信を行うことができる。

以上の説明では、電源として太陽電池を例に採って説明したが、必ずしもこれに限定するものではなく、本発明の通信システムでは、風力・波力などの他の自然エネルギーを利用した電源を用いる場合にも適用可能である。

本実施の形態に係る通信システムに用いる端末装置のブロック図である。 上記端末装置を子機に用いた、本発明の通信システムの１実施形態に係る遠隔監視システムを概略的に示したブロック図である。 端末装置間の接続経路変更を行うための第１の実施の形態に係る経路変更フロー図である。 端末装置間の接続経路変更を行うための第２の実施の形態に係る経路変更フロー図である。 端末装置間の接続経路変更を行うための第３の実施の形態に係る経路変更フロー図である。 従来の通信用など子機の駆動電源として太陽電池を利用した遠隔管理システムを概略的に示したブロック図である。

１０・・・親機（親端末装置）、２０・・・子機（小端末装置）、２１・・・メイン制御部、２２・・・無線部、２３・・・Ｉ／Ｏインターフェース、２５・・・充電制御及び充電量計測部、２６・・・充電電池又はコンデンサ、４０・・・太陽電池。

Claims (8)

1. 各々自然エネルギー利用の発電装置を駆動電源とする複数の端末装置を多段に接続して構成した通信システムにおける端末装置間の接続経路設定方法であって、
   前記端末装置のうち前記発電装置の発電量が予測消費電力以下となったとき、当該端末装置に経路設定された直近下位段の端末装置に対して経路変更要求信号を送信する工程と、経路変更要求信号を受信した前記直近下位段の端末装置がその直近上位段の端末装置への接続経路を変更する工程と、を有することを特徴とする端末装置間の接続経路設定方法。
2. 請求項１に記載された端末装置間の接続経路設定方法において、
   自端末装置の自然エネルギー利用の発電装置の発電量を検出する工程と、自端末装置の予測消費電力を算出する工程と、を有することを特徴とする端末装置間の接続経路設定方法。
3. 請求項１又は２に記載された端末装置間の接続経路設定方法において、
   前記経路変更要求信号を受信した前記直近下位段の端末装置が、直近上位段の端末装置への接続経路を変更する工程は、経路変更要求を受信した端末装置が予め定めた端末装置に対して経路変更の可否の問い合わせ信号を送信する工程と、経路変更の可否の問い合わせ信号を受信した端末装置が当該端末装置の自然エネルギー利用の発電装置の発電量が当該端末装置の予測消費電力を上回るとき、接続経路変更可信号を送信する工程と、を有することを特徴とする端末装置間の接続経路設定方法。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載された端末装置間の接続経路設定方法において、
   接続経路変更可信号を受信した端末装置が、接続経路変更を承諾する信号を送信する工程と、変更した経路を登録する工程と、を有することを特徴とする端末装置間の接続経路設定方法。
5. 自然エネルギー利用の発電装置を備えた端末装置であって、
   前記発電装置の発電量を検出する手段と、自端末装置の予測消費電力を算出する手段と、自然エネルギー利用の発電装置の発電量が自端末装置の予測消費電力を下回るとき、当該端末装置に経路設定がなされた他の端末装置に対して経路変更要求を行う手段と、を有することを特徴とする端末装置。
6. 請求項５に記載された端末装置において、
   経路変更要求を受信したとき、予め定めた他の端末装置に対して経路設定の可・否を問い合わせる手段、前記他の端末装置からの経路設定可信号の受信を条件に経路変更する手段を有することを特徴とする端末装置。
7. 請求項６に記載された端末装置において、
   前記他の端末装置は、経路設定の可・否の問い合わせを受信したとき、自然エネルギー利用の発電装置の発電量が自端末装置の予測消費電力を上回ることを条件に、経路設定可信号を前記経路設定の可否を問い合わせた端末装置に送信する手段を有することを特徴とする端末装置。
8. 請求項５ないし７のいずれかに記載された端末装置を子機とし、複数の当該子機を親機となる端末装置を頂点とする階層構造となるよう多段に接続したことを特徴とする通信システム。
   

Images