JP4990067B2 - 無線データ通信システム - Google Patents

Description

本発明は、センター側装置に公衆回線等の通信回線を介して接続された端末網制御装置とガスメータ、水道メータ、センサ等の端末機器との間でのデータ伝送を無線によって行う無線テレメータシステム、あるいは端末機器からの異常事態を通報するセキュリティシステム等の無線データ通信システムに関する。

無線テレメータシステムでは、センター側網制御装置と通信回線を介して接続された端末網制御装置（以下、「Ｔ−ＮＣＵ」と略す）と、Ｔ−ＮＣＵに接続された無線親機（以下、「親機」と略す）と、親機と無線回線を介して通信を行う複数の無線子機（以下、「子機」と略す）と、親機又は子機に接続されたガス、水道、電気等のメータ、センサ等の端末機器とによって構成される。

上記の無線テレメータシステムでは、親機及び子機は内蔵された電池を電源として動作する。親機及び子機は、待機時には他機からの呼び出しに応答できるように連続受信状態にあり、常に動作している。そのため、内蔵された電池が早期に消耗する。そこで、電池の無駄な消耗を防止するために、待機時に間欠的に受信動作する間欠受信が行われる。

待機時に間欠的に受信動作する無線局において、待機時における間欠受信間隔を任意に設定可能とすることにより、更なる電池の消費電力の低減を図るものが提案されている（特許文献１参照）。
また、親機側に複数子機が接続できる機器システムでは、電源を電池仕様だけでなく商用電源仕様でも動作するように設計されているもある。
また、短い電話回線占有時間で複数の端末装置からの検針データを効率的に収集することを図った無線自動検針システムが提案されている（特許文献２参照）。
更に、間欠受信動作をする端末装置が特定の指示を受信した後のみに、端末装置が受信状態を連続受信に変更することで、消費電流の増加を必要最小限に抑えつつ通信の即時性を向上することが提案されている（特許文献３参照）。

従来では、親機及び子機は、他機からの呼び出しに対する待機時に固定された間欠受信を行っている。このとき、商品の電池寿命に見合った間欠受信動作をしている。
よって、親機が複数の子機を運用している場合に、一斉にメータ検針を行うときは、子機を一台ずつ、固定の間欠受信に見合った送信電文にて起動させて検針データを取得するので、すべての子機を検針完了するのに時間を要している。
特開平１１−２７１９７号公報 特開平８−２６５２４２号公報 特開２００５−１０８０７１号公報

商用電源で動作する親機は電池と違い半永久的に動作できるため電池の容量消費を考えなくてもよい。また、子機に一斉検針が指令されるときには、効率良く検針値を親機側に送信することが望まれる。そこで、こうした親機の電源事情や子機の動作事情に合わせて間欠受信動作を可変にする点で解決すべき課題がある。

本発明の目的は、上記に鑑み、親機が商用電源で動作する場合、子機からの呼び出しに応答するための間欠受信周期を短くできるようにし、また子機についても一斉検針時には間欠受信周期を短くし一斉検針時間を短縮できるようにした無線データ通信システムの提供をすることである。

本発明は、センター側装置と、当該センター側装置に通信回線を介して接続された無線親機と、当該無線親機との問で無線通信を行う複数の無線子機とから構成されており、前記無線子機は前記無線親機を通じてセンター側装置とデータ通信を行い、前記無線親機及び前記無線子機は無線通信を開始するまでは初期設定の周期で間欠受信動作を行う無線データ通信システムにおいて、前記無線親機及び前記無線子機は、前記無線通信を開始したあとは、無線通信相手の電源種別によって、間欠受信動作の周期を異ならせ、前記無線通信相手の電源種別が商用電源の場合には、前記初期設定の前記周期より短い周期に変更した周期で間欠受信動作を行うことを特徴としている。また、親機は電源として商用電源と電池の二通りの電源にて動作するように構成されていている。

無線親機又は無線子機の電源種別は、通信相手である無線子機又は無線親機に、電文にて知らせることができ、また、受信した無線子機又は無線親機はその電源種別を記憶することができる。

無線子機は、受信した通信信号に含まれる親機の電源種別に関する情報に基づいて、通信信号を送信することができる。

間欠受信している通信相手が通信信号を受信できるように、通信信号の送信時間が間欠受信間隔に基づいて決められる。具体的には、通信信号に接続要求信号が含まれ、接続要求信号の送信時間は間欠受信間隔よりも長い時間とされる。接続要求信号は、同期信号及び相手機を示す識別符号からなるパケットを有する。このパケットが繰り返し送信されることにより、接続要求信号は間欠受信間隔よりも長い時間に渡って送信される。

無線親機に対して複数の子機が接続されている場合に、センター装置よりすべての子機に接続されたメータに検針を行わせる一斉検針が定期的に行われる。一斉検針では、まず親機が複数台の子機の全部を起動できる一斉起動信号を送信し、その後に順次、子機を起動してメータ検針が実施される。このとき、親機は、間欠受信で待ち受け動作中の子機に対して間欠受信周期以上の通信長さの接続要求信号を送信する。また、起動した各子機は、当該子機に接続されているメータからその検針値を吸い上げ、親機に電文にて検針データを送信する。１台当りの子機の検針動作は、この検針値の吸い上げから始まり親機への検針データ送信で終了する。親機に複数台の子機が接続されている場合にすべての子機の検針動作が終了するには、上記一台あたりの通信時間に子機台数を乗じた時間を要する。このとき、子機台数は減ずることはできないので、親機からの接続要求信号の時間を短くすることにより、全数の子機のメータ検針動作時間を短縮することができる。
また検針終了後、子機は通常の間欠受信周期に戻る。これにより電池消耗を抑えることができる。

本発明による無線データ通信システムでは、無線通信相手の電源種別が、電池のように寿命があるのではなく、寿命に関係しない商用電源で動作する場合には無線通信の間欠受信動作周期を短くし、システムの通信時間を短く行うことにより、効率よくメータの検針作業を行うことができる。また無線親機に対して複数個の無線子機が接続されたシステムでは、電池で動作する無線子機にあっては寿命優先のため間欠受信周期が長く設定してあるが、子機接続のメータをある日に一斉検針する場合など、それに準じた起動要求電文は長くなる。送信時間が長い場合には一斉検針のときだけ間欠受信周期を短くすることで、検針作業を効率よく短くすることができ、また、送信電文も短くなるので電池寿命が延ばすことができる。

本発明による無線データ通信システムの一実施形態としての無線テレメータシステムを図１に示す。ホストコンピュータ１に接続されたセンター側網制御装置２からなるセンター側装置と、センター側網制御装置２と電話回線等の通信回線を介して接続されたＴ−ＮＣＵ３と、Ｔ−ＮＣＵ３に接続された親機４と、親機４と無線回線を介して無線通信を行う複数の子機５と、親機４及び子機５に接続されたメータ６とによって構成される。なお、親機４及び子機５を総称して無線機器とする。

図２は親機４と子機５のブロック図である。親機４或いは子機５は、アンテナ７と、アンテナ７に接続され相手局と無線通信を行うための無線通信ユニット８と、無線通信を制御する制御部９と、メータ６と接続するためのメータインターフェース部１０と、自己の無線局の識別符号（呼出名称）及びユーザＩＤを記憶する自局ＩＤ記憶部１１と、相手局（通信相手）の識別符号（呼出名称）及びユーザＩＤ等を記憶する相手局ＩＤ記憶部１２と、相手局登録時に使用するスイッチ部１３と、記憶している情報等を表示する表示部１４とを有する。親機４の場合には、図２に示したものに加えて、更に、Ｔ−ＮＣＵ３と接続するためのインターフェース部を有している。ただし商品形態によっては、図１のＴ−ＮＣＵ３と無線親機４とが一体化する場合もある。また、Ｔ−ＮＣＵ３の部分がＰＨＳ網やＦＯＭＡ網やＤＯＰＡ網等の移動体電話網に接続する機器の場合もある。

電源回路部については、商用電源を利用する場合にはＡＣアダプター３２が電源制御部３０に接続される。また、電池３１を利用する場合には、電池３１が電源制御部３０に接続される。電源制御部３０から各回路部に電源が供給される。また、電池３１とＡＣアダプター３２が同時に接続された場合は、商用電源にて動作するようになっている。電源が電池３１か商用電源（ＡＣアダプター３２）かの判定は、制御部９へ知らせるようになっている。

親機４及び子機５は、自局に対する呼出信号の常時監視を行うと、電池動作の場合には電池の消耗が速い。そのため、親機４及び子機５は、待機状態では電池の消耗を低減するために、間欠受信動作を行い、自局に対する呼出信号の監視を定期的に行うことにしている。待機時の間欠受信間隔Ｔ１は、呼出に対する相手局の応答までの時間や、電池寿命を考慮して、システム毎に最適な時間として１８秒などに設計されている。

図４は、親機４と子機５の間欠受信周期について示すタイミングチャートである。親機４と子機５とは、通常動作時には、図４において親機の３４や子機の３６のモードで示すように、共に間欠受信周期１８秒など（子機５は１８秒又はそれ以上の周期）で動作している。ここで親機４が商用電源で動作するときは寿命に関係する消費電流は関係ないので、子機５の電池寿命を延ばすために、３３のモードで示すように親機４の間欠受信周期を３秒などに短くする。このときの子機５は親機４の間欠受信周期３秒に合せた３秒強の接続要求信号にする。また、子機５の間欠受信周期は、電池で動作する場合には、１８秒などの長さの間欠受信周期で動作する。

親機４の配下にある複数の子機５がセンター装置からの一斉検針指令を受けて、すべての子機５を通じて一斉にメータを検針する場合がある。従来では、子機５が間欠受信周期１８秒で動作しているとすると、子機５当たりの検針時間は、親機４からの接続要求信号を受信し切るまでの１８秒強と、子機５が接続要求信号に反応して子機５に接続しているメータを起動し当該メータの検針値を要求する時間Ｔｍと、メータからの検針データ送信時間Ｔｎと、子機５が親機４に検針データ電文を送信する時間Ｔａとの和、即ち、１８秒強＋Ｔｍ＋Ｔｎ＋Ｔａなる合計時間を要する。子機５の台数がｎであるとすると、総時間としては、この合計時間のｎ倍の時間が掛かかる。

これに対して本発明では、一斉検針を行う旨の同報データがすべての子機５に投げられた場合は、子機５は間欠受信周期を３秒などに短縮変更し、次に来る子機５の１台ずつの親機４からの接続要求電文は３秒強に短縮変更する。これによって１台の子機５当たり、１８秒−３秒＝１５秒を短縮でき、子機台数がｎの場合には、ｎを積した時間（［１５×ｎ］秒）だけ一斉検針時間を短縮できる。これによって一斉検針の時間は子機の台数が増加すればするほど総時間では１５秒の倍数で時間短縮でき、親機４の動作時間を短くして消費電力を大きく抑えることができる。また子機の送信時間も短くでき、子機の電池寿命も延び、送信時間が短いことによって妨害電波からの影響も少なくすることができる。

親機４において制御部９（図２）は、親機４の電源種別、即ち、親機４が電池で動作の状態にあるか或いは商用電源動作の状態にあるかを判断して、間欠受信周期を決める。決められた間欠受信周期に関する情報は、無線通信の通信信号を利用して子機５側に通知される。子機５の制御部９は、通信信号を受信したとき、この信号に含まれる間欠受信周期に関する情報に基づいて、親機４へ送信する通信信号の長さを決める。

ここで、無線通信における呼出信号、応答信号等の通信信号の構成を図３に示す。通信信号は、１０５ビットのビット同期信号１５、３１ビットのフレーム同期信号１６、６３ビットの呼出符号１７と、接続要求信号１８と、情報部１９とによって構成されている。

接続要求信号１８は、１７ビットの同期信号２０と、呼び出す相手局のユーザＩＤの下４桁からなる１６ビットの端末識別符号２１とから構成されている。情報部１９は、４ビット×１２桁の自局呼出ＩＤ２２と、４ビット×１２桁の相手局呼出ＩＤ２３と、電源を指定する電源種別２４と、データ２５とから構成されている。

接続要求信号１８において、同期信号２０と端末識別符号２１とによりパケットが形成され、パケットは、間欠受信によって受信可能とするために、規定の回数を繰り返し送信される（繰り返しを、パケット（１）、パケット（２）…と示す。各パケットはまったく同じ内容）。この回数は、相手局の間欠受信間隔によって決められる。接続要求信号１８を通信するのに要する時間は、間欠受信周期よりも長い時間に設定される。このように、制御部９は、呼出信号に含まれる間欠受信周期に関する情報に基づいて、接続要求信号１８の長さを決めて、通信信号を送信する。

子機５からセンター側装置へのデータ通信として、メータ６の定期検針データが送信される。あるいは、当該データ通信として、メータ６やセンサから異常通報がされる場合もある。子機５からメータ６の定期検針データをセンター側装置に送信する場合、子機５の制御部９は、まずメータインターフェース部１０に接続されているメータ６と通信を行い、検針データ（検針値）を取得する。検針データの取得後、子機５の制御部９は、無線通信ユニット８を起動して親機４に対して呼出信号を送信する。このとき、呼出信号中の接続要求信号１８の通信時間は、親機４の間欠受信間隔Ｔ１よりも長い時間とされる。即ち、接続要求信号１８を構成するパケットの通信時間は、親機４の間欠受信間隔Ｔ１より長い時間となるように、送信するパケットの回数が設定され、この設定された回数だけパケットが繰り返し送信される。このとき、子機５は、待機時における親機４の間欠受信間隔Ｔ１を予め認識している。そのため、上記のように、接続要求信号１８の時間が設定される。親機４は、この接続要求信号１８内で繰り返されるパケットの最低１つを読み取ることができる。

そして、子機５の制御部９は、呼出信号中の情報部１９内に、親機４の電源に関する情報である電源種別２４を指定する。制御部９は、親機４の電源が商用電源であることを考慮して、親機４の間欠受信周期Ｔ１（３秒など）に合せた送信時間にすべく子機５の間欠受信間隔を短く設定する。

親機４側の一例として、親機４は、子機５からの呼出信号を受信すると、Ｔ−ＮＣＵ３に対して定期検針発呼要求を行う。これに応じてＴ−ＮＣＵ３は、センター側装置に対して発呼を行う。Ｔ−ＮＣＵ３は、センター側装置からの応答を受信すると、親機４に応答信号を送信する。親機４は、センター側装置からの応答信号を子機５に対して無線送信する。このとき、応答信号中の接続要求信号１８の通信時間が子機５の間欠受信間隔ｔ１より長い時間となるように、同期信号２０及び端末識別符号２１からなるパケットは繰り返し送信される。

これにより、子機５は、無線通信中に間欠受信を行っても、必ず親機４からの通信信号を受信することができる。なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。

本発明の無線テレメータシステムの全体構成図 無線子機、親機の概略構成を示すブロック図 通信信号の構成を示す図 無線機器の間欠受信動作周期タイミングチャート図 メータ一斉検針時の通信シーケンス 親機子機の送信受信タイミング

符号の説明

１ ホストコンピュータ
２ センター側網制御装置
３ Ｔ−ＮＣＵ
４ 無線親機
５ 無線子機
６ メータ
８ 無線通信ユニット
９ 制御部

Claims (5)

1. センター側装置と、当該センター側装置に通信回線を介して接続された無線親機と、当該無線親機との問で無線通信を行う複数の無線子機とから構成されており、
   前記無線子機は前記無線親機を通じてセンター側装置とデータ通信を行い、
   前記無線親機及び前記無線子機は無線通信を開始するまでは初期設定の周期で間欠受信動作を行う無線データ通信システムにおいて、
   前記無線親機及び前記無線子機は、前記無線通信を開始したあとは、無線通信相手の電源種別によって、間欠受信動作の周期を異ならせ、
   前記無線通信相手の電源種別が商用電源の場合には、前記初期設定の前記周期より短い周期に変更した周期で間欠受信動作を行う
   ことを特徴とする無線デ−タ通信システム。
2. 前記無線親機及び前記無線子機が使用する前記電源種別は、通信相手である前記無線子機及び前記親機に対して、当該通信相手への通信信号によって知らされることを特徴とする請求項１に記載の無線データ通信システム。
3. 前記無線子機及び前記無線親機は、通信相手から受信した通信信号に含まれる前記無線親機及び前記無線子機の前記電源種別に関する情報に基づいて、通信信号を送信することを特徴とする請求項２に記載の無線データ通信システム。
4. 前記無線親機及び前記無線子機は、通信相手となる前記無線子機及び前記無線親機の使用する前記電源種別を認識するまでは、初期設定の間欠受信動作にて動作することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の無線データ通信システム。
5. 前記無線親機は、複数の前記無線子機に対して一括起動電文を送信して前記複数の無線子機を一括で起動させる一括動作を行い、
   前記無線子機は、前記無線親機からの前記一括起動電文を受信確認後に、前記無線通信相手である前記無線親機の電源種別に関係なく、前記初期設定の周期より短い周期に変更した周期の間欠受信動作で動作し、
   前記無線親機は、前記一括動作の後は、前記初期設定の周期より短い周期に変更した周期の間欠受信動作に則した電文を送信することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の無線データ通信システム。