JP5033852B2 - 検針データ収集システム - Google Patents

Description

本発明は、積算電力量計などの各需要家に設置された多数の計量器端末がネットワークを構成して、その検針データを予め定める時間毎（定時検針）や予め定める事象（停電等）の発生時点などにマルチホップ無線通信によってホスト装置へ送信し、収集することで、自動検針を実現するようにしたシステムに関する。

電気、ガス、水道の検針データ等を前記計量器端末からマルチホップ無線通信によってホスト装置に定期的に吸い上げるようにした典型的な従来技術が、特許文献１に示されている。

特開２０００−１８７７９３号公報

上述の従来技術では、無線システムに、ＰＨＳ（Personal Handyphone System）のトランシーバモードが用いられている。したがって、データ伝送容量が小さく、検針の密度を上げたり、送信すべき情報を増加させたり（ダイアグ情報や負荷情報）、収容端末数を増加させたりするのに制限が生じる。また、ホスト装置から各端末までホップの経路が定まっており、経路途中の端末の故障などに弱いという問題もある。

一方、近年の無線通信技術の進歩に伴い、前記無線システムに無線ＬＡＮを用いることが非常に有望である。それによれば、汎用のチップを使用して、極めて安価にシステムを構成することができるとともに、データ伝送容量が大きく、また障害時は迂回ルートを自動的に探索する等の多くの特徴を持たせることができる。

しかしながら、前記ＰＨＳの場合、予め設定された発呼経路で順次発呼して呼を確立し、データを転送してゆくので、その通信が他の通信へ及ぼす影響は小さく、またＰＨＳも限られた用途で使用されている。

これに対して、無線ＬＡＮは、既に汎用されており、この検針データ収集システムの通信が他の無線ＬＡＮの通信へ及ぼす影響は小さくない。すなわち、検針データ収集システムで集められたデータは、需要予測や営業などへの利用も行われるが、最も大きな目的は、課金への利用である。したがって、データ収集の信頼性を高めるために、無線の送信パワーは、法規制上、許される上限値近くに設定される。そうなると、或る計量器端末に対して通信可能な範囲内に、多数の計量器端末が存在することになる（送信電波が関係の無い方向、しかも遠くまで届いてしまう）。しかも、従来の無線ＬＡＮ端末に比べて、圧倒的に端末数が多く、マルチホップ無線通信のために、１つの送信データに対して、ホップ数倍のトラヒックが発生する。

また、前記マルチホップを可能にするためには、同じゲートウェイの配下では、同じ無線ＬＡＮの方式で、同じチャネルの使用される可能性が高くなる。これは、無線ＬＡＮのチャネル切換えは、送受両方が同期して行う必要があるためで、任意のホップ箇所だけ別のチャネルを使用するというわけにはいかず、干渉が多いなどのためにチャネル切換えを行おうとすると、基端のゲートウェイから、末端の端末まで、一斉に切換える必要があるためである。このため、チャネル変更は不可能ではないが、実質、チャネルは半固定になる。

こうして、無線ＬＡＮを使用した検針データ収集システムを構築しようとすると、当該システム側が無線ＬＡＮ回線を占有する時間が長くなり、既に汎用されている一般の（通常の）無線ＬＡＮサービスに、伝送遅延や、データの消失などを生じるおそれがある。たとえば、検針の周期としては、３０分毎であり、そのデータを１０秒程度で転送を完了する。その検針周期を、１分毎にして検針の密度を上げたり、検針のパラメータを増やしたり、或いは無線ＬＡＮの大容量の伝送容量を使用して、この検針データ収集システムで各需要家に設置される計量器端末を無線ＬＡＮのアクセスポイントとして、余剰分の伝送容量を一般の無線ＬＡＮサービスに開放したりして、データ量が増加した場合に上記問題は顕著である。

図２２および図２３に、その様子を説明する。前記無線ＬＡＮの規格であるＩＥＥＥ８０２．１１では、ＣＳＭＡ／ＣＡ(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)方式を用いて、空きチャネルの有無を確認している。それには、自身の使用チャネル、すなわちプリアンブルの検出可能なチャネルでは、通信可能なレベルのキャリアがあるか否かを、−８２ｄＢｍを閾値として判定し、前記−８２ｄＢｍ以上のキャリアがあると送受信待ち（ビジー）状態となり、無いと送信可能（アイドル）状態となる。一方、自身の使用していないチャネル、すなわち前記プリアンブルの検出不能なチャネルでは、−６２ｄＢｍ以上のキャリアがあるか否かを判定し、前記−６２ｄＢｍ以上のキャリアがあると送信待ち（ビジー）状態となり、無いと送信可能（アイドル）状態となる。

このキャリアセンスによって、図２２（ａ）で示すように、自動検針システム側で複数のフレームデータが連続して送信されていると、そのチャネルはずっと塞がったままとなり、図２２（ｂ）で示す一般の無線ＬＡＮサービス側では、時刻ｔ１，ｔ２でキャリアセンスする毎にキャリアが検出され、送信機会が与えられないことになる。

一方、前記−６２ｄＢｍ以上のキャリアが無く、空きチャネルと判定し、図２３（ｂ）で示すように一般の無線ＬＡＮサービス側で時刻ｔ１１にデータを送信しても、その空いていたチャネルが、図２３（ａ）で示す自動検針システム側のチャネルと周波数遷移分だけ開いていなかった場合には、実際にデータを送信してみると、衝突を生じる。すなわち、チャネル中心周波数をセンスする前記キャリアセンスで空きチャネルと判定されても、チャネル間隔が充分に開いているチャネルでないと、互いに重なり合っている周波数遷移の帯域で干渉が生じることがある。また、キャリアセンスの結果、空きチャネルと判定しても、運悪く同時に発呼すると、干渉が生じることになる。これによって、ビットエラーが生じ、以後、時刻ｔ１２，ｔ１３，ｔ１４，ｔ１５で再送信を試行しても、全て失敗に終わり、所定時間後の時刻ｔ１６で新たなフレームデータの送信を試行することになる。

このような図２２および図２３の場合、自動検針システムと一般の無線ＬＡＮサービスとで、無線ＬＡＮ回線（チャネル）を占有する時間の割合は、たとえば図２４で示すようになる。

ここで、一般の無線ＬＡＮサービス側の端末に基地局が、複数の無線ＬＡＮの規格（ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ，ｇ，ｎ等）に対応した通信手段を搭載していても、自動検針システム側と同一周波数を使用している場合、その通信手段を切換えても、前記干渉の回避にあまり効果はない（通信の機会が増えるわけではない）。また、既存の（一般の）無線ＬＡＮサービス側の端末および基地局にも、空きチャネルを自動的に探索して、チャネル切換えを動的に行う機能は、あまり実装されていない。

本発明の目的は、無線通信手段として無線ＬＡＮを使用しても、その無線ＬＡＮの回線を占有する期間の割合を抑えることができる検針データ収集システムを提供することである。

本発明の検針データ収集システムは、各需要家に設置された計量器端末と、前記計量器端末と無線通信ネットワークで接続され、前記各計量器端末から検針データがマルチホップ方式で送信されるゲートウェイと、前記ゲートウェイと有線ネットワークを介して接続されるホスト装置とを備え、前記各計量器端末は、無線ＬＡＮ規格で前記マルチホップ無線通信を行う無線通信部と、前記無線通信部に、複数のフレームから成るデータを送信させる場合、フレーム数が予め定める値を超える場合に、送信フレーム数をその予め定める値に制限したブロックで送信を行い、かつそのブロック間には予め定めるブロック間隔を確保する通信制御部とを含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、各需要家に設置された計量器端末が、ネットワークを構成して、その検針データを予め定める時間毎や予め定める事象の発生時点などにマルチホップ無線通信によってホスト装置へ送信し、収集することで、自動検針などを実現するようにしたシステムにおいて、前記各計量器端末の無線通信部が、無線ＬＡＮ規格での通信を行うようにする。そして、複数のフレームから成る比較的大きなデータを送信する際、通常、予め定めるフレーム間隔を開けるものの、送信データが無くなるまで続けて送信を行うところ、本発明の通信制御部は、送信データが残っていても、フレーム数が予め定める値を超える場合は、ひとまずその時点までのデータを１ブロックとして送信を行った後、一旦送信を打ち切る。その後、予め定めるブロック間隔を開けた（送信を休止した）後、再度、ＣＳＭＡ／ＣＡ等の前記無線ＬＡＮ規格での通信手順を踏んで送信を再開し、残ったデータを、同様にブロック送信する。

したがって、各需要家に設置され、通信可能な範囲内に多数の計量器端末が存在し、しかもマルチホップ無線通信のために１つの送信データに対して、ホップ数倍のトラヒックが発生するマルチホップの検針データ収集システムにおいて、データ転送に無線ＬＡＮを用いるにあたって、前記マルチホップを可能にするために、同じゲートウェイの配下では同じ無線ＬＡＮの方式で、同じチャネルの使用される可能性が高くても、前記通信制御部は、送信データが無くなるまで、所定のフレーム間隔を開けて連続送信するのではなく、強制的に定期的に（規定フレーム数で）ブロック間隔を開けて、その間送信を休止する。

これによって、当該検針データ収集システムが無線ＬＡＮの回線を占有する期間の割合を、最大で、大まかに、前記ブロック送信期間と休止期間との合計期間に対するブロック送信期間の割合に抑えることができる。したがって、検針頻度が高くなって検針データが増加したり、前記無線ＬＡＮのマルチホップの回線を使用して、新たな汎用無線ＬＡＮの中継サービスを開始するなどしても、当該検針データ収集システムが無線ＬＡＮの回線を占有する期間の割合を所定値以下に維持することができる。こうして、一般の（通常の）無線ＬＡＮのサービスに対する影響を小さくすることができる（不所望な干渉を抑えることができる）。また、無線ＬＡＮは、通常、順次パケット数を増やしながら通信を行うので、前記一般の（通常の）無線ＬＡＮ側にもブロック伝送できる機会を設けておくことで、効率的に伝送を行うことができる。

また、本発明の検針データ収集システムでは、前記検針データを収集するサーバ装置を第１のサーバ装置とし、前記検針以外の他用途の汎用無線ＬＡＮサービスを実現する第２のサーバ装置をさらに備え、前記通信制御部は、フレーム単位でアドホックモードとインフラストラクチャモードとに対応可能であり、自機で発生した検針データには前記アドホックモードに対応した識別符号を、前記無線通信部においてインフラストラクチャモードで受信した前記他用途の端末からのデータには前記インフラストラクチャモードに対応した識別符号を、それぞれ付して前記無線通信部からアドホックモードで送信させるとともに、前記無線通信部において受信された識別符号付きのデータはそのまま前記アドホックモードで転送させ、前記ゲートウェイは、前記識別符号を判読して、前記検針データを第１のサーバ装置へ、前記他用途の端末からのデータを第２のサーバ装置へ転送することを特徴とする。

上記の構成によれば、上述のように検針データの収集に無線ＬＡＮを使用するにあたって、その無線ＬＡＮの大容量の伝送容量を使用して、余剰分の伝送容量を汎用無線ＬＡＮサービスに開放する。具体的には、前記無線ＬＡＮで無線通信を行う無線通信部は、主に端末間通信用のアドホックモードと、基地局−端末間通信用のインフラストラクチャモードとに切換え使用可能となっており、これらのいずれかに通信モードを固定するのではなく、通信制御部が、フレーム単位でいずれのモードのデータにも対応可能とする。そして、前記通信制御部は、自機で発生した検針データには前記アドホックモードに対応した識別符号を、前記無線通信部においてインフラストラクチャモードで受信した当該システム以外の他用途の（前記汎用無線ＬＡＮサービスの）端末からのデータにはそのインフラストラクチャモードの識別符号をそれぞれ付して前記無線通信部からアドホックモードで送信させるとともに、前記無線通信部において受信された識別符号付きのデータはそのまま前記アドホックモードで転送させる。

一方、無線通信ネットワークの終端に設けられる前記ゲートウェイには、前記検針データを収集する第１のサーバ装置と、汎用無線ＬＡＮサービスの第２のサーバ装置とへ、それぞれ専用の有線ネットワークが設けられており、当該ゲートウェイは、前記識別符号を判読して（ＶＬＡＮ等で論理分割し）、前記検針データと他用途の（汎用無線ＬＡＮサービスの）データとを前記フレーム単位で振り分けて、それぞれのサーバ装置へ転送する。

したがって、各計量器端末の検針データをマルチホップ無線通信によって収集するシステムに、無線ＬＡＮを使用して、前記のように余剰分の伝送容量を汎用無線ＬＡＮサービスに開放しても、検針システムと汎用無線ＬＡＮサービスシステムとは、それぞれ別個のネットワークとして機能させることができ、セキュリティや運用性を向上することができる。また、各需要家に設置される計量器端末を汎用無線ＬＡＮの基地局（アクセスポイント）として併用するので、汎用無線ＬＡＮサービスを開始するにあたって専用の基地局を設ける必要がなく、コストを大幅に削減することができるとともに、特に都市部では、各無線ＬＡＮ端末から見える（通信可能な）基地局（アクセスポイント）が多数存在し（たとえば、自宅の計量器端末だけでなく、隣家の計量器端末が窓越しに見える）、高い通信品質を得ることができる。こうして、構築した検針システムに、高い品質の汎用無線ＬＡＮサービスを併せて提供可能にし、結果的に検針システムのコストを大幅に抑制することができる。

さらにまた、本発明の検針データ収集システムでは、前記通信制御部は、前記無線通信部に、ブロック送信を行わせる、すなわち複数のフレームから成るデータを送信させる場合は、そのフレーム間に、前記無線ＬＡＮ規格で予め定められた送信失敗時の再送信周期に前記再送信の試行回数を乗算した期間に、前記無線ＬＡＮ規格で予め定められた最長フレームサイズを合わせた時間より長いフレーム間隔で通信を行わせることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記通信制御部は、前述のように該検針データ収集システム側のデータの送信にあたって、複数フレームのデータを送信する場合には、その複数のフレームデータを所定数ブロック送信して、そのブロック間に、他の（一般の）無線ＬＡＮサービスへのブロック送信の機会を与えることで干渉を軽減するとともに、さらにそのフレーム間も、所定のフレーム間隔で通信を行わせ、他の無線ＬＡＮサービス側に通信（割り込む）機会を与える。具体的には、前記所定のフレーム間隔を、前記無線ＬＡＮ規格で予め定められた送信失敗時の再送信のためのキャリアセンス周期に前記再送信の試行回数を乗算した期間に、前記無線ＬＡＮ規格で予め定められた最長フレームサイズを合わせた時間より長い期間とする。

したがって、該検針データ収集システム側のスルーレートは低下するものの、前記他の無線ＬＡＮサービス側では、送信に失敗しても、最後の再送信のタイミングは前記所定のフレーム間隔内に入り、かつそのタイミングから再送信を行っても、データフレームの全部を送信し終えるまでの期間が前記所定のフレーム間隔に設定されているので、前記他の無線ＬＡＮサービス側は次のブロック間まで待つことなく再送信を完了することができ、応答性を向上することができる。特に、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ等の伝送レートが高い無線ＬＡＮ方式では、前記検針データ収集システム側のフレーム長を短くでき、したがって前記所定のフレーム間隔を広くできるので、好適である。

また、本発明の検針データ収集システムでは、前記再送信周期は、バックオフ期間を０として設定されることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記再送信周期は、前記無線ＬＡＮ規格で予め定められた（固定の）ＩＦＳ（フレーム間隔）に、乱数で発生するバックオフ期間が加算されて決定されるので、そのバックオフ期間を０として、前記再送信周期を設定する。

したがって、バックオフ期間が最短である０の端末が、再送信を試行し、その最後のタイミングには確実に前記フレーム間隔とすることができる。すなわち、検針データ収集システム側の端末の送信は停止していることになる。一方、前記バックオフ期間が長い端末に関しては、再試行の回数が最後となる前に前記フレーム間隔に突入することになる。

したがって、バックオフ期間の長短に拘わらず、前記汎用無線ＬＡＮサービス側の端末に、規定の再試行回数内で再送信を成功させる可能性を高めることができる。

さらにまた、本発明の検針データ収集システムでは、前記通信制御部は、前記無線通信部に、前記無線ＬＡＮ規格で予め定められた送信失敗時の再送信周期に前記再送信の試行回数を乗算した期間より短いフレーム長で通信を行わせることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記通信制御部は、該検針データ収集システム側のデータの送信によって、通常の無線ＬＡＮサービス側のデータの送信ができなくなっても、該検針データ収集システム側のデータ（フレーム）長を規定しておくことで、前記通常の無線ＬＡＮサービス側の再送信の試行回数内で、該通常の無線ＬＡＮサービス側のデータの送信を行えるようにする。具体的には、前記検針データ収集システム側のデータ（フレーム）長を、無線ＬＡＮ規格で予め定められた送信失敗時の再送信周期に前記再送信の試行回数を乗算した期間より短い期間とする。

したがって、前記通常の無線ＬＡＮサービス側の端末は、送信を失敗しても、規定の再送回数だけ再送を繰返す間、無線ＬＡＮ回線を占有していた検針データ収集システム側の端末は１フレームのデータの送信を完了するので、検針データ収集システム側のパケット（データ）長が短くなって同じデータを送信するにも送信回数が増加するものの、前記通常の無線ＬＡＮサービス側では、送信に失敗しても、最後の再送信のタイミングでは無線ＬＡＮ回線が空いている可能性が高くなり、応答性を向上することができる。特に、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ等の伝送レートが高い無線ＬＡＮ方式では、前記検針データ収集システム側のフレーム期間を短くでき、したがって前記所定のフレーム間隔を広くできるので、好適である。

また、本発明の検針データ収集システムでは、前記再送信周期は、バックオフ期間を０として設定されることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記再送信周期は、前記無線ＬＡＮ規格で予め定められた（固定の）ＩＦＳ（フレーム間隔）に、乱数で発生するバックオフ期間が加算されて決定されるので、そのバックオフ期間を０として、前記再送信周期を設定する。

したがって、バックオフ期間が最短である０の端末が、再送信を試行し、その最後のタイミングには確実に検針データ収集システム側のデータ送信が終了し、前記フレーム間隔とすることができる。一方、前記バックオフ期間が長い端末に関しては、再試行の回数が最後となる前に前記データ送信が終了、すなわちフレーム間隔に突入することになる。

したがって、バックオフ期間の長短に拘わらず、前記汎用無線ＬＡＮサービス側の端末に、規定の再試行回数内で再送信を成功させる可能性を高めることができる。

本発明の検針データ収集システムは、以上のように、各需要家に設置された計量器端末がネットワークを構成して、その検針データをマルチホップ無線通信によってホスト装置へ送信し、収集することで、自動検針などを実現するようにしたシステムにおいて、前記各計量器端末の無線通信部が、無線ＬＡＮ規格での通信を行うようにし、そして複数のフレームから成る比較的大きなデータを送信する際、通信制御部は、フレーム数が予め定める値を超える場合は、ひとまずその時点までのデータを１ブロックとして送信を行った後、一旦送信を打ち切り、予め定めるブロック間隔を開けた（送信を休止した）後、再度、ＣＳＭＡ／ＣＡ等の前記無線ＬＡＮ規格での通信手順を踏んで送信を再開し、残ったデータを、同様にブロック送信する。

それゆえ、当該検針データ収集システムが無線ＬＡＮの回線を占有する期間の割合を抑えることができる。

本発明の実施の一形態に係る検針データ収集システムの概略的構成を示すブロック図である。 前記検針データ収集システムの論理構成を説明するための図である。 前記検針データ収集システムにおける各計量器端末の構成を示すブロック図である。 無線ＬＡＮとＥｔｈｅｒｎｅｔとのＭＡＣフレーム構成を説明するための図である。 本発明の実施の一形態の検針データ収集システムにおける通信の態様を詳しく説明するための図である。 前記図５に対応して、前記図４で示すＭＡＣフレームにおけるアドレスデータおよび識別符号の変化を具体的に示す表である。 前記検針データ収集システムの実使用状態での状況を模式的に示す図である。 本発明の実施の一形態の全体動作を説明するための図である。 本願発明者の実験結果を示す図であり、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇにて通信中に干渉波が発生したときの伝送パターンを示すものである。 本願発明者の実験結果を示す図であり、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂにて通信中に干渉波が発生したときの伝送パターンを解析したものである。 前記図８から、一部の動作を詳細に説明するための図である。 前記図１１の効果を確認するための本願発明者の実験方法を説明する図である。 本願発明者の実験結果を示す図であり、２つの無線ＬＡＮが同じチャネルを使用した場合のスループットを測定した結果であり、フレーム間隔を設けていない場合を示す。 本願発明者の実験結果を示す図であり、２つの無線ＬＡＮが同じチャネルを使用した場合のスループットを測定した結果であり、フレーム間隔を設けている場合を示す。 本願発明者の実験結果を示す図であり、２つの無線ＬＡＮが異なるチャネルを使用した場合のスループットを測定した結果であり、フレーム間隔を設けていない場合を示す。 本願発明者の実験結果を示す図であり、２つの無線ＬＡＮが異なるチャネルを使用した場合のスループットを測定した結果であり、第１のフレーム間隔を設けている場合を示す。 本願発明者の実験結果を示す図であり、２つの無線ＬＡＮが異なるチャネルを使用した場合のスループットを測定した結果であり、第２のフレーム間隔を設けている場合を示す。 フレーム長およびブロック間隔の設定による効果を確認するための本願発明者の実験方法を説明する図である。 図１８の実験結果を示す図である。 図１９の結果から設定したパラメータによるデータ伝送の様子を模式的に示す図である。 図２０の設定での効果を説明するための図である。 ２つの無線ＬＡＮシステムを併用した場合の干渉を示す図であり、キャリアセンス可能な同じチャネルを使用して、一方が連続送信を行っている場合の動作を説明するための図である。 ２つの無線ＬＡＮシステムを併用した場合の干渉を示す図であり、キャリアセンス不能な異なるチャネルを使用して、一方が連続送信を行っている場合の動作を説明するための図である。 前記図２２および図２３の状況での無線ＬＡＮ回線の占有状況を示す図である。

図１は、本発明の実施の一形態に係る検針データ収集システムの概略的構成を示すブロック図である。この検針データ収集システムは、各需要家Ｈ１，Ｈ２，・・・（総称するときは、以下参照符号Ｈで示す）にそれぞれ設置された計量器端末Ｕ１，Ｕ２，・・・（総称するときは、以下参照符号Ｕで示す）が、動的に、すなわち常時周囲を見渡し、自律的に一番好ましいルートに切替えてマルチホップ無線通信ネットワークを構成して、その検針データを予め定める時間毎や予め定める事象の発生時点などにサーバ装置１へ送信し、収集することで、自動検針を実現するようにしたシステムである。

前記計量器端末Ｕは、本実施の形態では積算電力量計として実現され、注目すべきは、本実施の形態では、各計量器端末Ｕは、無線ＬＡＮ規格での通信を行うとともに、その無線ＬＡＮの大容量の伝送容量を使用して、余剰分の伝送容量を無線ＬＡＮサービスに開放することである。前記無線ＬＡＮサービスで使用される端末２としては、パーソナルコンピュータや携帯端末などで、ホームページ閲覧や楽曲のダウンロードなどが前記無線ＬＡＮサービスを介して行われる。

そのため、各計量器端末Ｕは、無線ＬＡＮの基地局（アクセスポイント）として機能して、無線ＬＡＮの基地局−端末間通信用のインフラストラクチャモードによって参照符号Ｉ１で示すように無線通信を行うとともに、各計量器端末Ｕ間は、前記無線ＬＡＮの端末間通信用のアドホックモードによって参照符号Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５（総称するときは、以下参照符号Ａで示す）で示すように無線通信を行う。前記無線ＬＡＮ端末２は、起動（電源投入）すると、周囲の電波状況を監視し、最も通信品質の良好な基地局（ぶら下がり先：図１の例では計量器端末Ｕ１）を判定して接続を行い、前記インフラストラクチャモードによって通信を開始する。また、各計量器端末Ｕも、起動（電源投入）すると、周囲の電波状況を監視し、最も通信品質の良好な計量器端末（ぶら下がり先：図１の例では計量器端末Ｕ３に対してＵ４）を判定して接続、すなわちネットワークに参加するとともに、無線通信ネットワークの終端であるゲートウェイ３に至る経路を自律的に選択して、前記アドホックモードによって通信を開始する。

前記ゲートウェイ３は、無線通信ネットワークと、電力会社などのネットワーク運営会社専用の有線ネットワーク４とを接続するもので、前記有線ネットワーク４には前記サーバ装置１が接続されている。このゲートウェイ３は、たとえば主要な電柱に設けられ、収容端末数は数百である。また、各計量器端末Ｕのホップ数は、最大で数十、好ましくは十ホップ以下である。

一方、メンテナンス用に、ハンディターミナルＨＴも使用可能となっており、該ハンディターミナルＨＴは起動（電源投入）すると、接続すべき計量器端末（ぶら下がり先：図１の例では計量器端末Ｕ３）にインフラストラクチャモードによって参照符号Ｉ２で示すように無線通信を行い、検針データの直接の吸い上げや、通電の開始／停止、各種の設定などが可能となる。

図２は、前記のような検針データ収集システムの論理構成を説明するための図である。各計量器端末Ｕに接続される端末としては、他の計量器端末Ｕに、無線ＬＡＮ端末２としての、たとえばパーソナルコンピュータ２ａや携帯音楽プレーヤ２ｂが考えられるとともに、現地で検針や設定を行うことができる前記ハンディターミナルＨＴが考えられる。各計量器端末Ｕは、前記のようにパーソナルコンピュータ２ａや携帯音楽プレーヤ２ｂなどとはインフラストラクチャモードによって通信を行い、他の計量器端末Ｕとはアドホックモードによって通信を行う。さらに、ハンディターミナルＨＴは、この計量器端末Ｕとだけ通信を行うので、インフラストラクチャモードによって通信を行う。

各計量器端末Ｕ間およびゲートウェイ３へは、各計量器端末Ｕ内の無線ＬＡＮ通信ユニットＵａは、アドホック論理ネットワークを構成する。一方、ゲートウェイ３は、前記のアドホック無線通信ネットワークの終端に設けられ、ＰＰＰｏＥ（Point-to-point protocol over Ethernet）などを用いて、前記アドホック無線通信ネットワークを電力会社の光ファイバネットワークなどの常時接続の有線ネットワーク４と接続するためのものである。

このため、ゲートウェイ３は、ＶＬＡＮ(Virtual Local Area Network（ＩＥＥＥ８０２．５）)を用いて、前記検針データの収集や、給電／停電の制御などの本来の配電監視業務を行うセンターに設置され、第１のサーバ装置であるサーバ装置１Ａと、追加の無線ＬＡＮサービスを提供するセンターに設置され、第２のサーバ装置であるサーバ装置１Ｂとに、後述するようにしてフレーム単位でデータを振り分ける（接続するプロバイダを切り替える）ものである。このようにＶＬＡＮを用いてネットワークを分割し、アクセスを制限することで、サーバ装置１Ａ側と、サーバ装置１Ｂ側とを別個のネットワークとして機能させることができ、セキュリティや運用性を向上することができるようになっている。なお、後述の説明では、前記ＶＬＡＮによるネットワーク分離には、ＭＡＣアドレスから所属するＶＬＡＮグループを識別しているが（ＭＡＣベースＶＬＡＮ）、端末のＩＰアドレスから所属するＶＬＡＮグループを識別してもよい（サブネットベースＶＬＡＮ）。

図３は、前記各計量器端末Ｕの構成を示すブロック図である。この計量器端末Ｕは、先ず無線ＬＡＮ規格（たとえばＩＥＥＥ８０２．１１）に対応した無線デバイス１１およびそのドライバ１２から成る無線通信部１０と、後述するように検針のネットワークと無線ＬＡＮサービスのネットワークとにデータを振り分ける振り分けインタフェイス１３、前記アドホックモードでの無線通信のためのインタフェイス１４、前記インフラストラクチャモードでの無線通信のためのインタフェイス１５、それぞれのモードでのＩＰスタック１６，１７およびアプリケーション１８，１９から成る通信制御部２０とを備えて構成される。２つのモード間は、ＩＰスタック１６，１７のところでデータのやり取り（無線ＬＡＮサービスのデータをアドホックネットワーク側へ転送する）が可能となっている。

そして、前記インフラストラクチャモードとアドホックモードとで共用の無線デバイス１１で受信された信号は、ドライバ１２を介して振り分けインタフェイス１３に入力され、フレーム毎に、アドホックインタフェイス１４と、前記インフラストラクチャインタフェイス１５とに振り分けられ、アドホックプロトコルまたはＩＥＥＥ８０２．１１プロトコルで処理され、ＩＰスタック１６，１７からアプリケーション１８，１９に与えられ、所定の処理が行われる。

これに対して、アプリケーション１８，１９で発生した送信のデータは、フレーム毎に、ＩＰスタック１６，１７を介して対応するモードのインタフェイス１４またはインタフェイス１５に与えられ、それぞれのプロトコルで処理され、そのデータは前記振り分けインタフェイス１３ではフレーム処理が行われず、そのままドライバ１２から共用の無線デバイス１１に与えられて送信される。

図４は、前記インタフェイス１３，１４，１５の機能を説明するための図である。本実施の形態では、前記のアドホックモードとインフラストラクチャモードとを、無線ＬＡＮ規格（ＩＥＥＥ８０２．１１）およびＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）規格（ＩＥＥＥ８０２．３）におけるＭＡＣフレームにおいて、通常では使用されないＭＡＣフレームのタイプフィールドに前記識別符号を埋込むことで実現する。このようにタイプフィールドに識別符号を埋込むことで、特に前記識別符号を付加するために新たなフィールドを定義する必要はない。

具体的には、先ず無線ＬＡＮ規格（ＩＥＥＥ８０２．１１）のＭＡＣフレームにおいて、フレーム制御フィールドのＦｒｏｍ ＤＳ，Ｔｏ ＤＳのフラグで、送信側と受信側とのどちらが基地局となるのかを指定する。次に、無線ＬＡＮ規格（ＩＥＥＥ８０２．１１）のＭＡＣフレームおよびＥｔｈｅｒｎｅｔ規格（ＩＥＥＥ８０２．３）におけるＭＡＣフレームの前記タイプフィールドに前記識別符号を埋込むことで実現する。

図５は、本実施の形態の検針データ収集システムにおける通信の態様を詳しく説明するための図である。この図５に対応して、図６は、前記図４で示すＭＡＣフレームにおけるアドレスデータおよび前記識別符号の変化を具体的に示す表である。先ず図５（ａ）で示す検針データの送信時には、参照符号Ｆ１で示すように、アプリケーション１８で発生した検針データＤ１に、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ規格（ＩＥＥＥ８０２．３）におけるＭＡＣフレームのタイプフィールドに、その検針データであることを著す識別符号Ｌ１が付加されて、無線ＬＡＮ規格（ＩＥＥＥ８０２．１１）のＭＡＣフレームのアドレス２の送信元アドレスフィールドには、この図５（ａ）の場合には、自機計量器端末Ｕ３のアドレスが、またアドレス１の基地局アドレスフィールドには上位の計量器端末Ｕ４のアドレスが、アドレス３の最終の宛先アドレスのフィールドにはサーバ装置１Ａのアドレスが、それぞれＩＰスタック１６で付加され、アドホックインタフェイス１４から、振り分けインタフェイス１３を通過して、ドライバ１２から無線ＬＡＮデバイス１１によってアドホックモードで送信される。なお、この検針データの送信時には、フレーム制御フィールドにおけるＦｒｏｍ ＤＳ，Ｔｏ ＤＳのフラグは、受信側が基地局側に設定される。

同様に、参照符号Ｆ１’で示すように、サーバ装置１Ａからのその検針データのＡＣＫなどのデータＤ１にも、識別符号Ｌ１が付加されており、アドレス２の送信元アドレスフィールドにはサーバ装置１Ａのアドレスが、またアドレス１の基地局アドレスフィールドには上位の計量器端末Ｕ４のアドレスが、アドレス３の最終の宛先アドレスのフィールドには自機計量器端末Ｕ３のアドレスが、それぞれ記述されており、それを振り分けインタフェイス１３からアドホックインタフェイス１４を介してＩＰスタック１６が読取り、アプリケーション１８に提供する。

一方、図５（ｂ）で示す前記検針データの再送要求や給電のＯＮ／ＯＦＦなどの制御データの送信時には、参照符号Ｆ２で示すように、サーバ装置１Ａからのその制御データＤ２には予め制御データであることを表す識別符号Ｌ２が付加されて、アドレス２の送信元アドレスフィールドにはサーバ装置１Ａのアドレスが、またアドレス１の基地局アドレスフィールドには上位の計量器端末Ｕ４のアドレスが、アドレス３の最終の宛先アドレスのフィールドには自機計量器端末Ｕ３のアドレスが、それぞれ記述されており、無線ＬＡＮデバイス１１で受信されると、ドライバ１２から振り分けインタフェイス１３に与えられ、アドホックインタフェイス１４から、ＩＰスタック１６を介して、アプリケーション１８に与えられる。

これに応答して、アプリケーション１８は、参照符号Ｆ２’で示すように、返信の信号Ｄ２に識別符号Ｌ２を付加し、アドレス２の送信元アドレスフィールドには自機計量器端末Ｕ３のアドレスが、アドレス１の基地局アドレスフィールドには上位の計量器端末Ｕ４のアドレスが、アドレス３の最終の宛先アドレスのフィールドにはサーバ装置１Ａのアドレスが、それぞれＩＰスタック１６で付加され、アドホックインタフェイス１４から、振り分けインタフェイス１３を通過して、ドライバ１２から無線ＬＡＮデバイス１１によってアドホックモードで送信される。この制御データの送信時にも、フレーム制御フィールドにおけるＦｒｏｍ ＤＳ，Ｔｏ ＤＳのフラグは、受信側が基地局側に設定される。

これらの検針データおよび制御データの送信時に、中継局となる計量器端末（図１の例ではＵ２，Ｕ４）では、無線ＬＡＮデバイス１１、ドライバ１２、振り分けインタフェイス１３、アドホックインタフェイス１４およびＩＰスタック１６を使用するアドホックモード側の構成のみを使用し、自機のホッピング先のＢＳＳＩＤを順次書替え、残余のデータはそのままとすることで、アドホックモードで順次転送が行われる。

これに対して、図５（ｃ）で示す前記無線ＬＡＮサービスのデータの送信時において、参照符号Ｆ５で示すように、端末２からの送信データＤ３は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ規格におけるＭＡＣフレームのタイプフィールドは通常通りであり、アドレス２の送信元アドレスフィールドには自機端末２のアドレスが、またアドレス１の基地局アドレスフィールドには上位の計量器端末Ｕ１のアドレスが、アドレス３の最終の宛先アドレスのフィールドにはサーバ装置１Ｂのアドレスが、それぞれ記述されて送信されている。しかしながら、各計量器端末Ｕが無線ＬＡＮのインフラモードで持つ複数のＳＳＩＤの内、予め無線ＬＡＮサービスに定められる識別符号Ｓ１が、ＳＳＩＤのフィールドに設定されている。前記インフラモードでは、このアクセスポイントに割当てられたＳＳＩＤと、ネットワーク鍵とを相互に認証し、一致すると通信可能となる。

このデータを前記無線ＬＡＮデバイス１１、ドライバ１２、振り分けインタフェイス１３およびインフラストラクチャインタフェイス１５を介して受信した計量器端末Ｕ１は、ＩＰスタック１７からＩＰスタック１６側へデータを引き渡し、これによってアドホックインタフェイス１４、振り分けインタフェイス１３、ドライバ１２および無線ＬＡＮデバイス１１を介して、参照符号Ｆ３で示すように、アドホックモードでの転送が行われるようになる。この際、アドレス１の基地局アドレスフィールドには、前記図１の場合、上位の計量器端末Ｕ２のアドレスが設定される。また、前記無線ＬＡＮ規格のＳＳＩＤのフィールドにおける識別符号Ｓ１が解除され、代わって、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ規格のタイプフィールドに、無線ＬＡＮデータであることを表す識別符号Ｌ３が付加される。

また、参照符号Ｆ３’で示すように、サーバ装置１Ｂからの無線ＬＡＮのデータＤ３にも、識別符号Ｌ３が付加されており、アドレス２の送信元アドレスフィールドにはサーバ装置１Ｂのアドレスが、アドレス１の基地局アドレスフィールドには上位の計量器端末Ｕ２のアドレスが、アドレス３の最終の宛先アドレスのフィールドには端末２のアドレスが、それぞれ記述されている。このデータを前記無線ＬＡＮデバイス１１、ドライバ１２、振り分けインタフェイス１３およびアドホックインタフェイス１４を介して受信した計量器端末Ｕ１は、ＩＰスタック１６からＩＰスタック１７側へデータを引き渡し、これによってインフラストラクチャインタフェイス１５、振り分けインタフェイス１３、ドライバ１２および無線ＬＡＮデバイス１１を介して、参照符号Ｆ４で示すように、インフラストラクチャモードでの転送が行われるようになる。この際、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ規格のタイプフィールドから識別符号Ｌ３が解除されるとともに、無線ＬＡＮ規格のＳＳＩＤのフィールドには、前記無線ＬＡＮサービスのために設定される識別符号Ｓ１が設定される。この無線ＬＡＮデータの送信時には、フレーム制御フィールドにおけるＦｒｏｍ ＤＳ，Ｔｏ ＤＳのフラグは、サーバ装置１Ｂ側が基地局側に設定される。

さらにまた、図５（ｄ）で示すハンディターミナルＨＴの接続時には、接続される計量器端末Ｕ３は、無線ＬＡＮデバイス１１、ドライバ１２、振り分けインタフェイス１３、インフラストラクチャインタフェイス１５、ＩＰスタック１７およびアプリケーション１９のインフラストラクチャモード側の構成のみを使用し、参照符号Ｆ６，Ｆ７で示すように、インフラストラクチャモードで通信を行う。この場合、参照符号Ｆ６で示す計量器端末Ｕ３からのデータに関しては、アドレス１の宛先アドレスフィールドとアドレス２の上位局アドレスフィールドとが同じアドレスとなり、参照符号Ｆ７で示すハンディターミナルＨＴからのデータに関しては、アドレス１の上位局アドレスフィールドとアドレス３の宛先アドレスフィールドとが同じアドレスとなる。また、フレーム制御フィールドにおけるＦｒｏｍ ＤＳ，Ｔｏ ＤＳのフラグは、計量器端末Ｕ３側が基地局側に設定される。さらにまた、前記ＳＳＩＤのフィールドには、このハンディターミナルＨＴ用に予め設定される識別符号Ｓ２が設定される。

以上のように、本実施の形態の検針データ収集システムは、各需要家Ｈに設置された計量器端末Ｕがマルチホップ無線通信ネットワークを構成して、その検針データを予め定める時間毎や予め定める事象の発生時点などにサーバ装置１へ送信し、収集することで、自動検針などを実現するようにしたシステムにおいて、前記各計量器端末Ｕの無線通信部１０を無線ＬＡＮ規格での通信を行うようにするとともに、その無線通信部１０の通信モードを、主に端末間通信用のアドホックモードと、基地局−端末間通信用のインフラストラクチャモードとのいずれかに固定するのではなく、通信制御部２０が、それぞれのモードに対応した識別符号を付加して、フレーム単位でいずれのモードのデータにも対応可能とする一方、無線通信ネットワークの終端には、前記検針データを収集するサーバ装置１Ａと、無線ＬＡＮサービスのサーバ装置１Ｂとへ、それぞれ専用の有線ネットワーク４を有するゲートウェイ３を設け、当該ゲートウェイ３が、前記識別符号を判読してデータをフレーム単位で振り分けて、それぞれのサーバ装置１Ａ，１Ｂへ転送する。

したがって、無線ＬＡＮの大容量の伝送容量を使用して、検針モードで余剰分の伝送容量を無線ＬＡＮサービスに開放しても、検針システムと無線ＬＡＮサービスシステムとは、それぞれ別個のネットワークとして機能させることができ、セキュリティや運用性を向上することができる。また、各需要家に設置される計量器端末Ｕを無線ＬＡＮの基地局（アクセスポイント）として併用するので、無線ＬＡＮサービスを開始するにあたって専用の基地局を設ける必要がなく、コストを大幅に削減することができるとともに、特に都市部では、各無線ＬＡＮ端末２から見える（通信可能な）基地局（アクセスポイント）が多数存在し（たとえば、自宅の計量器端末だけでなく、隣家の計量器端末が窓越しに見える）、高い通信品質を得ることができる。こうして、構築した検針システムに、高い品質の無線ＬＡＮサービスを併せて提供可能にし、結果的に検針システムのコストを大幅に抑制することができる。

図７は、上述のように構成される検針データ収集システムの実使用状態での状況を模式的に示す図であり、信号の流れを分り易く示している図１を、もう少し前記実使用状態に近付けたものである。図７において、図１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。この図７で示すように、通信媒体として無線ＬＡＮを使用した検針データ収集システムは、実使用状態では、各需要家Ｈに設置される計量器端末Ｕに対して、従来技術で述べたように、通信可能な範囲内に多数の計量器端末Ｕが存在する。そして、その計量器端末Ｕは、前記参照符号Ａで示すアドホックモードによって検針データの収集を実現するとともに、その計量器端末Ｕの一部には、上述のように無線ＬＡＮの基地局（アクセスポイント）として使用し、参照符号Ｉで示すインフラストラクチャモードによって通信を行う無線ＬＡＮ端末２が接続されることになる。

一方、参照符号Ｈ’で示す需要家のように、検針データの収集可能な前記計量器端末Ｕが設けられているか否かに拘わらず、別途、ＦＴＴＨやＡＤＳＬなどによってインターネット接続可能な環境を有し、戸内でルータＲを設置して、無線ＬＡＮ端末２’に、参照符号Ｉ’で示すように無線ＬＡＮ通信の可能な環境が実現されていることもある。

ここで、従来技術で述べたように、各計量器端末Ｕは、検針データの確実な収集を実現するために、比較的大きなパワーでデータの送信を行い、その電波は同心円状に伝搬してゆく。また、マルチホップ無線通信のために、１つの送信データに対して、ホップ数倍のトラヒックが発生する。さらにまた、データ転送に無線ＬＡＮを用いるにあたって、前記マルチホップを可能にするために、同じゲートウェイ３の配下では、同じ無線ＬＡＮの方式で、同じチャネルの使用される可能性が高くなる。

したがって、たとえば数十〜数百ｋバイトに及ぶ無線ＬＡＮ端末２に対する汎用無線ＬＡＮサービスのデータだけでなく、単位データとしては、たとえば数十ｋバイトと比較的小さい検針データも、規定の検針タイミングで爆発的に発生し、共にそれらがホップを繰返してゆくために、この検針データ収集システムが無線ＬＡＮ回線を占有し、前述の図２２や図２３で示すように、他の無線ＬＡＮ端末２’とルータＲとの間の通信Ｉ’に影響を与える可能性がある。参照符号Ｕａで示すように、上位側および下位側に１つずつ連携端末を有する端末や終端で１つの連携端末しか無い場合には、周囲の無線ＬＡＮ環境に与える影響は比較的小さいと考えられるが、特に、参照符号Ｕｂで示すように、多くの連携端末を有する端末や、参照符号Ｕｃで示すゲートウェイ３から１ホップ目の端末、さらにそれらの付近の端末では、端末間の通信で無線ＬＡＮ回線が占有され、周囲の無線ＬＡＮ環境に与える影響は大きくなると考えられる。たとえば、１０ホップで３０ｋｂｐｓの転送速度を実現するためには、１ホップで３００ｋｂｐｓが必要になり、その速度で１００ｋバイトのデータを転送すると、約３０秒が必要となる（この間回線を占有する）。

そこで本実施の形態では、概略的に図８で示すようにして、検針データ収集システム側のデータ転送が、周囲の無線ＬＡＮ環境に与える影響を軽減する。先ず注目すべきは、前記各計量器端末Ｕにおいて、通信制御部２０のアドホックインタフェイス１４およびインフラストラクチャモードインタフェイス１５は、アプリケーション１８，１９に蓄えられた送信すべきデータが複数のフレームから成り、フレーム数が予め定める値を超える場合に、無線通信部１０のドライバ１２に、送信フレーム数をその予め定める値に制限したブロックで送信を行わせ、かつそのブロック間には予め定めるブロック間隔を確保させることである。図８では、フレーム数制限は５であり、ブロック送信を行う期間を参照符号Ｔ１で示し、ブロック間隔を参照符号Ｔ２で示す。

したがって、複数のフレームから成る比較的大きなデータを送信する際、通常、この図８でも参照符号Ｔ３で示すような予め定める最小のフレーム間隔を開けて、送信データが無くなるまで続けて送信が行われるところ、前記通信制御部２０のアドホックインタフェイス１４およびインフラストラクチャモードインタフェイス１５は、送信データが残っていても、フレーム数が予め定める値を超える（ブロック送信期間がＴ１を超える）場合は、ひとまずその時点までのデータを１ブロックとして送信を行った後、一旦送信を打ち切る。その後、予め定めるブロック間隔Ｔ２を開けた（送信を休止した）後、再度、ＣＳＭＡ／ＣＡによる通信手順を踏んで送信を再開し、残ったデータを、同様にブロック送信する。

したがって、前記アドホックインタフェイス１４およびインフラストラクチャモードインタフェイス１５は、送信データが無くなるまで、所定のフレーム間隔を開けて連続送信するのではなく、強制的かつ定期的にブロック間隔Ｔ２を開けて、その間送信を休止することになるので、当該検針データ収集システムが無線ＬＡＮ回線を占有する期間の割合を、最大で、大まかに、前記ブロック送信期間Ｔ１と休止期間、すなわちブロック間隔Ｔ２との合計期間に対するブロック送信期間Ｔ１の割合に抑えることができる。したがって、検針頻度が高くなって検針データが増加したり、上述のような新たな汎用無線ＬＡＮの中継サービスを開始しても、当該検針データ収集システムが無線ＬＡＮ回線を占有する期間の割合を所定値以下に維持することで、一般の無線ＬＡＮのサービスに対する影響を小さくすることができる（不所望な干渉を抑えることができる）。また、無線ＬＡＮは、通常、後述するように、順次パケット数を増やしながら通信を行うので、前記一般の無線ＬＡＮ側にもブロック伝送できる機会を設けておくことで、効率的に伝送を行うことができる。

図９は、本願発明者の実験結果を示す図である。この図９は、一般的な無線ＬＡＮの規格ＩＥＥＥ８０２．１１ｇにて、端末がアクセスポイントと伝送速度が７Ｍｂｐｓの状態で通信を行っている状態で干渉波が発生したときの伝送パターンを示したものである。この実験結果によれば、集中的にパケットが発生する時間帯と待ち時間とがそれぞれブロックを構成し、それらを相互に繰り返すブロック転送を行っていることが判明した。なお、パケット送信中では、約２ｍｓ以下で連続伝送となっている。そして、この図９のケースでは４ブロックに分けて転送を行っているが、或る程度のパケットを送信してＡＣＫが得られれば、送信パケット数が増大し、特に最終のブロックで多くのパケットを送信していることが理解される。

一方、図１０は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂにて、端末がアクセスポイントと伝送速度が６００ｋｂｐｓの状態で通信を行っている状態で干渉波が発生したときの伝送パターンを解析したものである。この場合も同様にブロック転送を行っており、５１ブロックに分けてデータを転送している。図１０（ａ）は、その５１ブロックのブロック間の待ち時間（前記ブロック間隔Ｔ２）と、待ち時間の要因とを示したものである。それによれば、前記５１ブロックの内、ブロック間での待ち時間は４３ブロックで１秒以内に済んだものの、８ブロックで１秒を超えてしまっている。その要因は、１秒以内では、ＴＣＰのＡＣＫのバックオフ待ち（到達）であるのに対して、１秒を超えるものは、前記ＴＣＰのＡＣＫが消失し、再送待ちとなったためで、最大４秒待ちとなった。

そして、図１０（ｂ）は、ブロック間の待ち時間が１秒以内となったものに対して、パケット数分布を調べたもので、図９と同様に、少ないパケット数で或る程度のブロック数送信し、徐々にパケット数を増加させ、最後のブロックは、一気にパケット数を増大させていることが理解される。これには、ＴＣＰのウインドゥサイズによる伝送制御が影響しているものと考えられる。

以上、図９および図１０の解析結果から、無線ＬＡＮを経由してＴＣＰ／ＩＰに接続する場合、無線ＬＡＮ回線において、干渉波が発生した場合はブロック転送となる。そして、ＭＡＣレイヤのデータフレーム衝突は、再送によって１ｍｓ以内に解消されるので、ブロック間の休止時間となる場合が少なく、前記休止時間の要因は、バックオフやＴＣＰ ＡＣＫ消失による再送によるものである（無線ＬＡＮのＭＡＣ層とＴＣＰ層とで到達確認を行っているが、時間の掛かるのはＴＣＰ層）。さらに、転送データの大部分は、最終ブロックで一気に転送される。

したがって、このような一般無線ＬＡＮからＴＣＰ／ＩＰシステムの伝送パターンを考慮すると、検針データ収集システム側は、図８において前記参照符号Ｔ２で示すように、一般無線ＬＡＮシステム側がブロック伝送できるように、適切にブロック間隔を空けることが望ましい。そして、一般無線ＬＡＮ側がブロック転送を行い、上述のように最終ブロックで大量のパケットを送信しても、検針データ収集システム側は、ＣＳＭＡ／ＣＡで干渉を仕掛けることはなく、一般無線ＬＡＮ側は転送を終了することができる。

再び前記図８に戻って、また注目すべきは、前記アドホックインタフェイス１４およびインフラストラクチャモードインタフェイス１５は、ドライバ１２に、上述のようにブロック送信を行わせる、すなわち複数のフレームから成るデータを送信させる場合は、そのフレーム間に、前記無線ＬＡＮ規格で予め定められた送信失敗時の再送信周期に前記再送信の試行回数を乗算した期間に、前記無線ＬＡＮ規格で予め定められた最長フレームサイズを合わせた時間より長いフレーム間隔Ｔ４で通信を行わせることである。

図１１は、その様子を説明するための図である。通常、無線ＬＡＮでは、フレームの連続送信時にフレーム間に挿入される時間間隔は、ＤＩＦＳ（分散制御用のフレーム間隔）＋バックオフ期間となり、ランダムに選択されるバックオフ期間によって、次フレームの送信タイミングが変化する。ＩＥＥＥ８０２．１１のＭＡＣ層では、前記再送信の試行回数の最大値は４回であり、前記バックオフ期間の最小値は０、最大値は前記再送信の試行回数が増加する程、長くなる。

ここで、該検針データ収集システム側の無線ＬＡＮ方式を、たとえばＩＥＥＥ８０２．１１ｇ、リンク速度を６Ｍｂｐｓ、データフレーム長が１５００ｂｙｔｅｓで固定とした場合、図１１（ａ）で示すように、１５００×８ｂｉｔ／６Ｍｂｐｓ＝２０００μｓのフレーム長Ｔ５を有する送信データＤ１が発生する。そして、連続送信の場合、前記ＤＩＦＳ＋バックオフ期間後に、次の送信データＤ２’が発生する。

これに対して、一般無線ＬＡＮ側を、たとえば同じＩＥＥＥ８０２．１１ｇ、リンク速度を速めの２４Ｍｂｐｓ、伝送速度を４Ｍｂｐｓ、フレーム送出周期（基本サイクル）を３ｍｓとすると、１フレーム期間Ｔ６が５４６μｓのデータＤ１０，ｄ１０が送信されることになる。図１１（ｂ）および図１１（ｃ）は、干渉の影響が最大のケース（ＣＳＭＡが効かず、チャンネルがずれている場合）を想定し、一般の無線ＬＡＮ側が、初回のデータ送信を検針データ収集システム側と同じタイミングで行った例を示し、再送信にあたって、図１１（ｂ）は前記バックオフ期間が常に０、図１１（ｃ）は前記バックオフ期間が常に最大値の例を示している。

バックオフ期間が０の場合、フレーム間隔＝ＤＩＦＳは３４μｓであり、したがってフレーム周期Ｔ４１は５４６＋３４＝５８０μｓであり、図１１（ｂ）で示すように、送信に失敗する毎に、前記３４μｓの間隔を開けて、データＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３と再送信を繰返す。その内、再送信の最後のデータＤ１４が、前記検針データ収集システム側の送信データＤ１に掛からず、かつ次の送信データＤ２’を前記フレーム間隔Ｔ４だけずらせてＤ２としておけば、送信可能となる。その後、次のフレーム送出周期となって、次のフレームのデータＤ２０が送信される。

一方、バックオフ期間が最大値の場合、フレーム間隔は、ＤＩＦＳの３４μｓに、初回の再送信で１３５μｓ、２回目の再送信で２７９μｓ、３回目の再送信で５６７μｓ、４回目の再送信で１１４３μｓがそれぞれ加算され、図１１（ｃ）で示すように、送信に失敗する毎に、徐々に長い間隔で、データｄ１１，ｄ１２と再送信を繰返す。その内、３回目の再送信のデータｄ１３が、前記検針データ収集システム側の送信データＤ１に掛からず、かつ次の送信データＤ２’の発生タイミングがずれていれば、送信可能となる。

しかしながら、この場合、３ｍｓ毎の自身の次のフレーム送出周期（基本サイクル）に掛かるので、図１１（ｄ）で示すように、次のフレームのデータｄ２０を遅延して送信する必要がある。この場合、前記４Ｍｂｐｓの伝送速度を維持させるには、前述のように３ｍｓ毎に１パケット以上を送信する必要があるところ、４ｍｓ毎に２パケットを送信して、上記要求を満足することになる。

したがって、上述のように検針データ収集システム側のデータの送信にあたって、複数フレームのデータを送信する場合には、規定のフレーム数のデータで１つのブロックを構成し、そのブロック間に前記ブロック間隔Ｔ２を設けるとともに、さらにそのフレーム間にも、所定のフレーム間隔Ｔ４で通信を行わせることで、一般の無線ＬＡＮサービス側に通信（割り込む）機会を与えることができる。そして、前記所定のフレーム間隔Ｔ４は、前記無線ＬＡＮ規格で予め定められた送信失敗時の再送信のためのキャリアセンス周期Ｔ４１に前記再送信の試行回数（４）を乗算した期間に、前記無線ＬＡＮ規格で予め定められた最長フレームサイズＴＭＡＸを合わせた時間より長い期間とする。すなわち、Ｔ４＞Ｔ４１×４＋ＴＭＡＸである。たとえば、前記のようにＴＭＡＸ＝Ｔ５＝２ｍｓ、ＤＩＦＳ＝３４μｓ、すなわちバックオフ期間を０とすると、Ｔ４＞５８０×４＋２０００＝４３２０μｓである。

このように構成することで、該検針データ収集システム側のスルーレートは低下するものの、前記一般の無線ＬＡＮサービス側では、送信に失敗しても、最後の再送信のタイミングは前記フレーム間隔Ｔ４内に入り、かつそのタイミングから再送信を行っても、データフレームの全部を送信し終えるまでの期間が前記フレーム間隔Ｔ４に設定されているので、前記一般の無線ＬＡＮサービス側は次のブロック間まで待つことなく再送信を完了することができ、応答性を向上することができる。特に、上述のＩＥＥＥ８０２．１１ｇ等の伝送レートが高い無線ＬＡＮ方式では、前記検針データ収集システム側のフレーム長を短くでき、したがって前記フレーム間隔Ｔ４を広くできるので、好適である。

そして、好ましくは、前記フレーム間隔Ｔ４を求めるための前記再送信周期Ｔ４１には、上述のようにバックオフ期間が０として設定される。このように構成することで、図１１（ｂ）で示すバックオフ期間が最短である０の端末が、再送信を試行し、その最後のタイミングには確実に前記フレーム間隔Ｔ４とすることができる。すなわち、検針データ収集システム側の端末の送信は確実に停止していることになる（データＤ２’）。一方、図１１（ｃ）で示す前記バックオフ期間が長い端末に関しては、再試行の回数が最後となる前に前記フレーム間隔Ｔ４に突入し、問題はない。こうして、バックオフ期間の長短に拘わらず、前記一般の無線ＬＡＮサービス側の端末に、規定の再試行回数内で再送信を成功させる可能性を高めることができる。

図１２は、前記フレーム間隔Ｔ４の設定による効果を確認するための本願発明者の実験方法を説明する図である。先ず、検針データ収集システム側は、ゲートウェイ３から１ホップ目の端末Ｕｃが、他の端末Ｕに対して直接（１ホップで）中継を行い、前記他の端末Ｕは実際の想定レベルを遙かに超える２６４台、無線ＬＡＮ方式はＩＥＥＥ８０２．１１ｇ、リンク速度は６Ｍｂｐｓ（送信レベル２２．３ｄＢｍ）で、容量２１０Ｋバイトのデータファイルを、全ての端末Ｕに配信するものとする。一方、一般の無線ＬＡＮ側は、前記他の無線ＬＡＮ端末２’としてのパーソナルコンピュータに対して、ルータＲから、無線ＬＡＮ方式はＩＥＥＥ８０２．１１ｇ＋ｂ、リンク速度は５４Ｍｂｐｓ（受信レベル−５０ｄＢｍ）、および２４Ｍｂｐｓ（受信レベル−７０ｄＢｍ）で、４Ｍｂｐｓ（ＵＤＰ）の映像ストリーミングを配信する。そして、前記ゲートウェイ３および端末Ｕｃと、ルータＲおよび無線ＬＡＮ端末２’との間で、相互干渉が生じる状況とする。

図１３および図１４は、検針データ収集システム側と一般の無線ＬＡＮ側とが同じチャネル（１３ＣＨ）を使用した場合の一般の無線ＬＡＮ側のスループットを測定した結果であり、図１３は前記フレーム間隔Ｔ４を設けておらず（連続送信しており）、図１４は前記フレーム間隔Ｔ４として４ｍｓを設けている。上記のように送信パワーが圧倒的に大きい検針データ収集システム側では、前記フレーム間隔Ｔ４が０の場合は、連続送信で平均伝送速度として２４４３ｋｂｐｓが得られ、Ｔ４＝４ｍｓの場合は、間欠送信で平均伝送速度として９６３ｋｂｐｓが得られ、共に前記の目標の３００ｋｂｐｓは得られている。

これに対して、一般の無線ＬＡＮ側は、前記フレーム間隔Ｔ４が設けられていないと、ルータＲはキャリアセンスによって送信を行うことができず、図１３で示すように伝送速度は大きく落ち込み、時々回復する程度で、映像は大きく乱れている。一方、前記フレーム間隔Ｔ４が設けられていると、前述の図１１で説明したように、一般の無線ＬＡＮ側が、このフレーム間隔Ｔ４に割り込むことができ、当初から目標の４Ｍｂｐｓの伝送速度を維持し、映像に乱れは生じない。

また、図１５〜図１７は、検針データ収集システム側と一般の無線ＬＡＮ側とが異なるチャネル（１３ＣＨと１２ＣＨ）を使用した場合の一般の無線ＬＡＮ側のスループットを測定した結果であり、図１５は前記フレーム間隔Ｔ４を設けておらず（連続送信しており）、図１６は前記フレーム間隔Ｔ４として４ｍｓを設けており、図１７は前記フレーム間隔Ｔ４として６ｍｓを設けている。検針データ収集システム側では、前記フレーム間隔Ｔ４が０の場合は、平均伝送速度として２１６４ｋｂｐｓが得られ、Ｔ４＝４ｍｓの場合は７１８ｋｂｐｓが得られ、Ｔ４＝６ｍｓの場合は５６９ｋｂｐｓが得られ、共に前記の目標の３００ｋｂｐｓは得られている。

これに対して、一般の無線ＬＡＮ側は、前記フレーム間隔Ｔ４が設けられていないと、ルータＲは実際に送信してみて周波数遷移幅が重ならなければ伝送が成功するものの、図１５で示すように時々伝送が成功する程度で、映像は大きく乱れている。一方、前記フレーム間隔Ｔ４が設けられていると、その間は干渉が生じず、一般の無線ＬＡＮ側が優先的に通信を行えるので、全体を通して伝送が成功する確率が高くなる。これによって、映像の乱れは少なくなり、図１６で示すＴ４＝４ｍｓでは僅かに残っていた乱れも、図１７で示すＴ４＝６ｍｓのフレーム間隔が開く程に、目標の４Ｍｂｐｓの伝送速度を維持し、映像に乱れは生じない。これは、フレーム間隔Ｔ４が上述の計算のように最短で４３２０μｓ必要なところ、図１６の４ｍｓではそれより短く、すなわちＴ４＜Ｔ４１×４＋ＴＭＡＸであるのに対して、図１７の６ｍｓではそれより長く、Ｔ４＞Ｔ４１×４＋ＴＭＡＸが満足できているためと推定される。

こうして、前記ゲートウェイ３付近の最も干渉が生じる箇所においても、前記フレーム間隔Ｔ４を設けることで、一般の無線ＬＡＮ側では所定の伝送速度２４Ｍｂｐｓを得ることができるとともに、検針データ収集システム側でも所定の伝送速度３００ｋｂｐｓを得ることができる。

再び前記図８に戻って、さらにまた注目すべきは、前記アドホックインタフェイス１４およびインフラストラクチャモードインタフェイス１５は、ドライバ１２に、前記無線ＬＡＮ規格で予め定められた送信失敗時の再送信周期に前記再送信の試行回数を乗算した期間より短いフレーム長Ｔ５で通信を行わせることである。

具体的には、再び前述の図１１を参照して、前記無線ＬＡＮ規格で予め定められた送信失敗時の再送信のためのキャリアセンス周期をＴ４１とし、前記再送信の試行回数を４とすると、前記フレーム長Ｔ５は、Ｔ５＝Ｔ４１×４である。そして、前記キャリアセンス周期Ｔ４１には、図１１の例では、一般の無線ＬＡＮ側のフレーム長Ｔ６＝５４６μｓに、ＤＩＦＳ＋バックオフ期間が加算されている。したがって、最短で再送信の試行を終了するケースを想定して、前記バックオフ期間を最小値の０とすると、Ｔ４１＝Ｔ６＋ＤＩＦＳ＝５４６＋３４＝５８０μｓとなり、Ｔ５＝Ｔ４１×４＝２３２０μｓ以下となる。

このように構成することで、該検針データ収集システム側のデータの送信によって、一般無線ＬＡＮ側のデータの送信ができなくなっても、該検針データ収集システム側のデータ（フレーム）長Ｔ５を規定しておくことで、前記一般の無線ＬＡＮ側の再送信の試行回数内で、データの送信を行えるようにすることができる。このように構成してもまた、検針データ収集システム側のフレーム（パケット）長Ｔ５が短くなって同じデータを送信するにも送信回数が増加するものの、前記一般の無線ＬＡＮ側では、送信に失敗しても、最後の再送信のタイミングでは無線ＬＡＮ回線が空いている可能性が高くなり、応答性を向上することができる。特に、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ等の伝送レートが高い無線ＬＡＮ方式では、前記検針データ収集システム側のフレーム長Ｔ５を短くでき、したがって前記フレーム間隔Ｔ４を広くできるので、好適である。

図１８は、前記フレーム長Ｔ５およびブロック間隔Ｔ２の設定による効果を確認するための本願発明者の実験方法を説明する図である。図１２に類似し、検針データ収集システム側は、ゲートウェイ３から１ホップ目の端末Ｕｃに、無線ＬＡＮ方式は前記ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ、リンク速度は１Ｍｂｐｓで、容量１００Ｋバイトのデータファイルを配信するものとする。一方、一般の無線ＬＡＮ側は、前記他の無線ＬＡＮ端末２’としてのパーソナルコンピュータに対して、ルータＲから、無線ＬＡＮ方式は前記ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ＋ｂ、リンク速度は５４Ｍｂｐｓで、映像ストリーミングを配信するものとする。そして、前記ゲートウェイ３および端末Ｕｃと、ルータＲおよび無線ＬＡＮ端末２’との間で、相互干渉が生じ、それを互いにキャリアセンスによって検知可能な状況とする。ただし、検針データ収集システム側は１４ＣＨ、一般の無線ＬＡＮ側は１１ＣＨで、互いに異なるチャネルを使用しているので、キャリアセンスレベルは−６２ｄＢｍである。

たとえば、前記１００ｋバイトのデータファイルの送信を完了するまでには、フレーム（パケット）長Ｔ５を１５００バイト、前記ブロック送信期間Ｔ１内のフレーム（パケット）数を４とすると、転送ブロック数は１７、ブロック間隔Ｔ２は１６回挿入され、その間継続して転送が行われることになる。

図１９は、図１８の実験結果を示すもので、検針データ収集システム側で選択したデータ長、したがってそれにヘッダ等を付加したフレーム（パケット）長Ｔ５と、ブロック送信期間Ｔ１内のフレーム（パケット）数と、ブロック間隔Ｔ２との組合わせに対する該検針データ収集システム側および一般の無線ＬＡＮ側のスループットの測定結果に、一般の無線ＬＡＮ側の２Ｍｂｐｓのストリーミング画像の評価、ならびに２Ｍｂｐｓおよび６Ｍｂｐｓのストリーミング画像のパケットロス率の測定結果を示す。

それによると、パケットロス率の低いサンプル３，５から、ブロック間隔Ｔ２は５０ｍｓ程度あればよく、フレーム数も、ブロック転送での最小限の２つあれば効果の得られることが理解される。

以上のことから、前記１ブロック当りのフレーム数に、基本サイクルＴ０＝Ｔ１＋Ｔ２を、以下のようにして求める。先ず、一般の無線ＬＡＮ側のサービスを阻害せず、検針データ収集システム側が、前述のホップ数１０で３０ｋｂｐｓの伝送速度、すなわち１ホップ当りの伝送速度として３００ｋｂｐｓを確保するものとする。そして、検針データ収集システム側が、前述のＩＥＥＥ８０２．１１ｇ、１４ＣＨでリンク速度は１Ｍｂｐｓとし、一般の無線ＬＡＮ側は、前述のＩＥＥＥ８０２．１１ｇ＋ｂ、１１ＣＨでリンク速度は５４Ｍｂｐｓとする。

先ず、前記基本サイクルＴ０を長く設定すると、検針データ収集システム側および一般の無線ＬＡＮ側のいずれも待ち時間が長くなる。したがって、ブロック転送期間Ｔ１（検針データ収集システム側が使用する）と、ブロック間隔Ｔ２（一般の無線ＬＡＮ側が使用する）とを共に短くする方が、時間共有効果が大きい。そして、前記ブロック転送期間Ｔ１を短くするには、ブロック内のフレーム数を少なくし、伝送時間の均等配分の観点から、それに対応してブロック間隔Ｔ２も短くする。ここで、前述の図１９から、与干渉軽減の観点からは、図２０（ａ）で示すように、ブロック内のフレーム数を２回（最低回数）とするのが望ましい（単に検針データ収集システム側のスループットを上げるためには、２フレーム以上で最適な数を選択すべきであるが、電波環境によって異なるので、ブロック転送を実現する最小限の２とする）。

そして、検針データ収集システム側が使用する前記ブロック転送期間Ｔ１は、前述の約３００ｋｂｐｓの伝送速度を維持できるように選択すればよい。したがって、１Ｍｂｐｓのリンク速度で前記３００ｋｂｐｓの伝送速度を確保するには、この１Ｍｂｐｓの伝送容量を連続的に使う必要はなく、前記基本サイクルＴ０の３０％を使用すればよい。したがって、図２０（ｂ）で示すように、残りを一般の無線ＬＡＮ側が使用するブロック間隔Ｔ２とすると、Ｔ１：Ｔ２＝３：７である。なお、図２０では、一般の無線ＬＡＮ側のリンク速度が速いので、フレーム長が短くなっている。

図２１は、上述のようなブロック転送期間Ｔ１、ブロック間隔Ｔ２、ブロック当りのフレーム数の選択で、効果が確認されたケースの値を示す。ブロック当りのフレーム数はいずれも２で、データ長、したがってフレーム長Ｔ５に従ってブロック転送期間Ｔ１が異なり、それに合わせてブロック間隔Ｔ２も、上記Ｔ１：Ｔ２＝３：７の関係となるように選ばれている。この図２１から明らかなように、検針データ収集システム側および一般の無線ＬＡＮ側で、共に所望とするスループットが得られており、一般の無線ＬＡＮ側での映像のパケットロスも生じていない。

１；１Ａ，１Ｂ サーバ装置
２ 端末
２ａ パーソナルコンピュータ
２ｂ 携帯音楽プレーヤ
３ ゲートウェイ
４ 有線ネットワーク
１０ 無線通信部
１１ 無線デバイス
１２ ドライバ
１３ 振り分けインタフェイス
１４ アドホックモードインタフェイス
１５ インフラストラクチャモードインタフェイス
１６，１７ ＩＰスタック
１８，１９ アプリケーション
２０ 通信制御部
Ｈ１，Ｈ２，・・・ 需要家
ＨＴ ハンディターミナル
Ｕ１，Ｕ２，・・・ 計量器端末

Claims (6)

1. 各需要家に設置された計量器端末と、前記計量器端末と無線通信ネットワークで接続され、前記各計量器端末から検針データがマルチホップ方式で送信されるゲートウェイと、前記ゲートウェイと有線ネットワークを介して接続されるホスト装置とを備え、
   前記各計量器端末は、
   無線ＬＡＮ規格で前記マルチホップ無線通信を行う無線通信部と、
   前記無線通信部に、複数のフレームから成るデータを送信させる場合、フレーム数が予め定める値を超える場合に、送信フレーム数をその予め定める値に制限したブロックで送信を行い、かつそのブロック間には予め定めるブロック間隔を確保する通信制御部とを含むことを特徴とする検針データ収集システム。
2. 前記検針データを収集するサーバ装置を第１のサーバ装置とし、
   前記検針以外の他用途の汎用無線ＬＡＮサービスを実現する第２のサーバ装置をさらに備え、
   前記通信制御部は、フレーム単位でアドホックモードとインフラストラクチャモードとに対応可能であり、自機で発生した検針データには前記アドホックモードに対応した識別符号を、前記無線通信部においてインフラストラクチャモードで受信した前記他用途の端末からのデータには前記インフラストラクチャモードに対応した識別符号を、それぞれ付して前記無線通信部からアドホックモードで送信させるとともに、前記無線通信部において受信された識別符号付きのデータはそのまま前記アドホックモードで転送させ、
   前記ゲートウェイは、前記識別符号を判読して、前記検針データを第１のサーバ装置へ、前記他用途の端末からのデータを第２のサーバ装置へ転送することを特徴とする請求項１記載の検針データ収集システム。
3. 前記通信制御部は、前記無線通信部に、ブロック送信を行わせる場合は、そのフレーム間に、前記無線ＬＡＮ規格で予め定められた送信失敗時の再送信周期に前記再送信の試行回数を乗算した期間に、前記無線ＬＡＮ規格で予め定められた最長フレームサイズを合わせた時間より長いフレーム間隔で通信を行わせることを特徴とする請求項１または２記載の検針データ収集システム。
4. 前記再送信周期は、バックオフ期間を０として設定されることを特徴とする請求項３記載の検針データ収集システム。
5. 前記通信制御部は、前記無線通信部に、前記無線ＬＡＮ規格で予め定められた送信失敗時の再送信周期に前記再送信の試行回数を乗算した期間より短いフレーム長で通信を行わせることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の検針データ収集システム。
6. 前記再送信周期は、バックオフ期間を０として設定されることを特徴とする請求項５記載の検針データ収集システム。
   

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