JP5142972B2

JP5142972B2 - 無線通信システム

Info

Publication number: JP5142972B2
Application number: JP2008321072A
Authority: JP
Inventors: 宏之中村; 明則蛭川; 弘貴吉岡; 宏志風間
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2028-12-17
Also published as: JP2010147670A

Description

本発明は、マンホール・ハンドホール等にＲＦＩＤタグを設置した場合に、地上においてマンホール・ハンドホール蓋を開けることなくＲＦＩＤリーダによりＲＦＩＤタグ情報を読み取る無線通信システムに関する。

一般に、有線の電話やインターネット通信では、一般家庭等における電話やＰＣといった端末から送られた信号は屋外に設置されている通信線等の設備を経由して電話局やデータセンターまで伝送される。通信相手ヘの伝送も同様であり、途中の信号伝送に用いられる通信線設備を線路設備と呼ぶ。通信線路設備長は様々であり、設備長を延ばすためには複数の線路設備を直列に接続することが必要である。地下埋設の線路設備接続点はマンホール内用クロージャと呼ばれる専用のボックス内にあり、電柱に支持される空中配線の線路設備接続点も架空用クロージャと呼ばれる専用のボックス内にある。

このボックスは通常密閉されており、外部から浸水しにくい構造になっているが、雨水等による浸水を１００％防ぐことはできない。クロージャ内が浸水すると通信線を繋ぐ接続点にも水が入り込み、通信品質を劣化させ、放っておくと通信断を引き起こす可能性がある。

そこで保守作業として、クロージャ内に浸水しているか否かを把握し、浸水が確認された場合にはクロージャ内の水抜きをする必要がある。クロージャ内の水抜きをするためにはマンホール等を開ける必要があるが、クロージャ内が浸水していることを検出するためには様々な技術がある。

従来から設備保守センター等から遠隔操作によって検知する方法が提案されている（例えば、非特許文献１、７．４．３「光ファイバの保守」）。これは、線路設備の保守上の観点から地下埋設の線路設備接続点には浸水した場合に物理的に光ファイバを曲げる浸水検知モジュールが設置されており、光ファイバが曲げられることで曲げられた箇所で光が反射する特性を利用し、設備保守センター等からの遠隔試験により該当設備接続点が浸水しているか否かが分かるものである。

図４に、従来の装置の構成を示す。図４において、符号１５０は設備収容局、符号１０２は地下埋設マンホール、符号１０３は監視対象設備、符号１０４は設備状態監視箇所である。設備収容局１５０は、光カプラ１５１、試験光送信機１５２、試験光受信機１５３、時間測定器１５４及び時間−距離変換器１５５を備えている。従来の装置は、試験光送信機１５２から出された光パルス信号は、光カプラ１５１により監視対象設備１０３に入り、設備状態監視箇所１０４が浸水している場合には膨張材１６０が膨張して監視対象設備１０３が物理的に曲げられ、反射が生じる。この反射光は光カプラ１５１により試験光受信機１５３に入り、時間測定器１５４により送信時間と受信時間の差分を計算する。時間−距離変換器１５５により測定時間を物理的距離へ変換することで浸水している地点の地理的位置を推定することにより、浸水位置を特定する。
新版やさしい光ファイバ通信篠原弘道著電気通信協会発行

従来の浸水検知の測定原理は、反射光の往復所要時間を利用するものである。設備保守センターから試験光を出力し、浸水位置で試験光が反射して戻ってくる所要時間を距離に換算し、浸水位置を推定するものである。従って、この測定方法には高い時間検出精度が要求されるという問題がある。また、光ファイバは余長を持っていることがあり、時間検出精度が高い場合であっても光ファイバが余長を持っていた場合は、光ファイバ長と地理的距離が対応せず、浸水した場所を正確に推定して特定するのは困難であるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、マンホール蓋を開けることなく地上からマンホール内部の設備が浸水していることを確実に把握することができる無線通信システムを提供することを目的とする。

本発明は、地下埋設設備に設置されるＲＦＩＤを利用した無線通信システムであって、設備状態監視箇所が収められるクロージャ内に設置され、該クロージャ内の浸水を検出する状態検出センサと、前記クロージャ内に設置され、前記状態検出センサと接続されたパッシブ型のＲＦＩＤタグと、前記地下埋設設備を通過する電源線から分岐して電力を分ける分岐器と、前記分岐器により供給される電力からＲＦ信号を発生させ、前記クロージャ外部から該ＲＦ信号を利用して前記ＲＦＩＤを動作させるＲＦ信号発生器とを備え、前記クロージャ内の浸水の状態を前記状態検出センサによって検出し、状態検出結果の情報を前記ＲＦＩＤタグを介してＲＦＩＤリーダに無線伝送することを特徴とする。

本発明によれば、マンホール蓋を開けることなく地上からマンホール内部の設備が浸水していることを確実に把握することができるという効果が得られる。

以下、本発明の第１の実施形態による無線通信システムを図面を参照して説明する。図１は同実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、１０１は線路設備を収容する設備収容局である。１０２は地下埋設の線路設備接続点がある地下埋設マンホールである。１０３は設備状態を監視する対象となる線路設備であり、監視対象設備と称する。１０４は設備接続点等の浸水時に故障が発生する可能性が高い設備状態監視箇所である。１０５はＲＦＩＤタグからの情報を読み取るＲＦＩＤリーダである。１１１は設備伏態監視箇所１０４の状態を検出する状態検出センサである。１１２は状態検出センサ１１１からのセンサ情報をＲＦＩＤリーダ１０５に伝送するための無線機能を有するパッシブ型のＲＦＩＤタグである。パッシブ型ＲＦＩＤタグとは、電池を内蔵せず、外部から駆動電力が供給されて駆動するＲＦＩＤタグである。１２１は設備収容局１０１からＲＦＩＤタグ１１２に電力を供給する電源線である。１２２は電源線１２１からマンホール内で使用する電力を分岐する分岐器である。１２３は電源線１２１からの電力をＲＦＩＤタグ１１２が利用可能なように電圧変換及び電流値調整を行う電流電圧調整器である。

次に、図１に示すＲＦＩＤを用いた無線通信システムの動作を説明する。設備収容局１０１は、監視対象設備１０３と電源線１２１の上流に位置し、それぞれの設備を収容しており、それぞれ終端して上位のネットワークとの接続を可能にする。マンホール１０２は、光ファイバやメタルケーブルといった通信インフラのほか、電気、ガス等の地下埋設インフラ設備を保守するために作られた地下設備である。監視対象設備１０３は、通信等に利用する光ファイバやメタルケーブル等の長距離設備であり、地上に引き出すことも含めて保守上の観点からマンホールに接続点がある。また、長距離のため直列に複数接続されている場合が多く、その場合はそれぞれの接続点にマンホールやハンドホール等がある。

設備状態監視箇所１０４は、監視対象設備１０３の監視対象箇所であり、通常は故障が発生する恐れが高い箇所であり、設備接続点である場合が多い。状態検出センサ１１１は、設備状態監視箇所１０４の状態を検出する機能を有するセンサである。状態検出センサ１１１は、例えば浸水検知センサであり、設備状態監視箇所１０４が浸水しているか否かを検出することができる。ＲＦＩＤタグ１１２は、状態検出センサ１１１が検出した設備伏態を地上へ伝えるための無線通信機能を持っており、ＲＦＩＤリーダ１０５と無線通信を行う。ＲＦＩＤリーダ１０５は、ＲＦＩＤタグ１１２と無線通信を行う装置であり、ＲＦＩＤタグ１１２を介して状態検出センサ１１１が検出した設備情報を収集する。電源線１２１は、通信インフラとしては設備収容局１０１から給電されているケーブルであり、通常は電話線として利用され、直流４８Ｖの電圧を供給できるものであり、空き電話線を利用するため新たに敷設する必要はない。

分岐器１２２は、電源線１２１をマンホール１０２内で分岐するときに必要となる分岐器である。設備収容局１０１から出ている監視対象設備１０３は複数の分岐点を持ち、それぞれマンホールやハンドホール等で分岐されている。電流電圧調整器１２３は、電源線１２１の電気的仕様をＲＦＩＤタグ１１２に必要な状態へと変換するものであり、電源線１２１は直流４８ＶでありこれをＲＦＩＤタグ１１２が利用する電圧へ変換し、ＲＦＩＤタグ１１２が駆動できるだけの電力を供給する。

マンホール１０２には、電源線１２１があり、この電源線１２１から得られる電力をＲＦＩＤタグ１１２が駆動する電力として利用する。電源線１２１は直流４８Ｖの給電能力を持っており、ＲＦＩＤタグ１１２はボタン電池１つで駆動可能であり、ボタン電池電圧は１．５Ｖ程度であることから十分な能力を持っている。分岐器１２２により電源線１２１を分岐し、電流電圧調整器１２３で電圧をボタン電池の電圧程度に変圧し、ＲＦＩＤタグ１１２を駆動する。分岐しても対地電圧は変わらず、また、電流は分岐により減少するが、十分な余裕があるため、ＲＦＩＤタグ１１２を駆動させることができる。これにより、設備収容局１０１からの給電によりＲＦＩＤタグ１１２を長期間にわたり常時安定した動作をさせるための電源供給が可能である。

これら構成のもと、マンホール蓋を開けることなく地上からマンホール１０２内部の設備が浸水していることを確実に把握する無線通信システムを構築する例について説明する。初めに、図３を参照して、ＲＦＩＤタグ１１２からＲＦＩＤリーダ１０５までの無線通信に関する回線設計例を説明する。図３は、アクティブ型ＲＦＩＤタグを利用した場合の設計例である。アクティブ型ＲＦＩＤタグとは、内部に電池を内蔵しており、パッシブ型のように外部から駆動電力を供給する必要がないＲＦＩＤタグである。マンホール１０２内と地上間の通信の無線回線設計を行うため、通信区間は空間と土壌等の地中となる。土壌等の地中の伝搬損失は公知資料（２００８年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会Ｂ−５−１１６「ＲＦ−ＩＤを用いたマンホール内通信に関する一検討」）に記載されているように、マンホール１０２内と地上間の土壌及びコンクリートによる地中伝搬損失は空中伝搬損失よりも約３２ｄＢ大きいことが分かっている。

図３はアクティブ型ＲＦＩＤタグを利用した場合の設計例であるため、パッシブ型ＲＦＩＤタグを用いた場合の通信の可能性を示していることにもなる。図３に示す設計例の計算に用いた無線システムのパラメータは９５０ＭＨｚ帯移動体識別用無線設備（ＡＲＩＢＳＴＤ−Ｔ８９準拠）を例にしている。周波数は９５０ＭＨｚで、リーダ空中線電力は３０ｄＢｍで、リーダアンテナ利得は６ｄＢである。また、最低受信品質をＡＳＫ変調の場合で平均誤り率が１０^−６になるポイントを受信レベルとし、受信感度の劣化として固定劣化を含めている。ＲＦＩＤタグ１１２はマンホール１０２内にあり、ＲＦＩＤリーダ１０５は地上にあるため、この間の通信距離は４ｍとした。受信機雑音はＡＲＩＢＳＴＤ−Ｔ８９準拠であることより帯域幅が２００ｋＨｚとなり、温度は常温、ＮＦは１０ｄＢとして熱雑音を求めた。また、電波の減衰量が伝搬距離の何乗に比例しているかを示す距離減衰係数は２とした。

この計算結果から、ＲＦＩＤタグが受信する電力は土壌の損失を含めないで約−８ｄＢｍであり、パッシブ型ＲＦＩＤタグの最低駆動電力である約−１３ｄＢｍと比較した余剰利得は約５ｄＢしかない。ここに土壌損失約３２ｄＢが加わった場合のＲＦＩＤタグ１１２の受信電力は−８ｄＢｍより３２ｄＢ低く、−４０ｄＢｍとなりＲＦＩＤタグ１１２が受信する電力が不足してＲＦＩＤタグ１１２を駆動できないことがわかる。図３では、ＲＦＩＤタグ１１２が電力を発してリーダに戻る区間の無線回線設計も記載しており、仮にＲＦＩＤタグ１１２を駆動できた場合は土壌損失３２ｄＢを考慮しても回線設計が成り立つことが分かるが、ＲＦＩＤリーダ１０５が送信する電力がＲＦＩＤタグ１１２を駆動できない場合はＲＦＩＤタグ１１２から応答させることができない。

しかし、図１に示す装置構成のように、地下埋設設備を通過する電源線１２１からパッシブ型ＲＦＩＤタグであるＲＦＩＤタグ１１２に対して電力供給することにより、マンホール蓋を開けることなく地上からマンホール内部の設備が浸水していることを確実に把握する無線通信システムを構築することができる。

次に、図２を参照して、本発明の第２の実施形態による無線通信システムを説明する。図２は同実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、図１に示す装置と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。この図に示す装置が図１に示す装置と異なる点は、電流電圧調整器１２３に代えてＲＦ信号発生器１２４が設けられている点である。ＲＦ信号発生器１２４はＲＦＩＤタグ１１２を駆動させるために必要な電力を無線で供給するものである。

図２に示す装置においては、電源線１２１からの電力を元にしてＲＦＩＤタグ１１２が必要とする駆動電力を同じマンホール内にあるＲＦ信号発生器１２４を利用してＲＦＩＤタグ１１２に送信する。これにより、ＲＦＩＤタグ１１２を駆動させるために必要な十分な電力を得ることができ、これを受けたＲＦＩＤタグ１１２は、状態検出センサ１１１が検出した設備状態情報を応答する。この応答信号は地上にあるＲＦＩＤリーダ１０５でも受信されて、ＲＦＩＤリーダ１０５において状態検出センサ１１１が検出した設備状態情報を取得することができる。これにより、マンホール蓋を開けることなく地上からマンホール１０２内部の設備が浸水しているか否かを確実に把握することができる。

なお、前述した説明においては、マンホール１０２周辺の地下埋設設備の状態を検出する例を説明したが、マンホールに限らず、ハンドホール等地下埋設設備であれば同様に本システムを利用可能である。

以上説明したように、地下埋設設備に設置されるＲＦＩＤタグを利用して地下埋設マンホール内の設備情報を地上で読み取る無線通信システムにおいて、パッシブ型のＲＦＩＤタグで必要な電力を地下埋設設備を通過する電源線から供給するようにしたため、マンホールやハンドホール等の蓋を開けることなく、地上から地下埋設設備に設置されたＲＦＩＤタグと無線通信することが可能となる。

パッシブ型ＲＦＩＤタグとアクティブ型ＲＦＩＤタグを比較すると、パッシブ型ＲＦＩＤタグの方が、アクティブ型ＲＦＩＤタグに比べ価格がはるかに安く、バッテリ交換も不要でかつ長寿命であるという点から実用的である。しかしながら、パッシブ型ＲＦＩＤタグを利用した場合には、通信経路の伝搬損失に地上とマンホール内との間の大きな伝搬損失を往復分含むことになるため、無線回線設計が成り立たず、通信するために必要な利得を確保することが困難である。一方、アクティブ型ＲＦＩＤタグでは片方向のみの通信であるため、上記伝搬損失は片道分で済む。本発明では、パッシブ型ＲＦＩＤタグにマンホール内部の電源（例えばメタル電話回線）を利用して給電することで、このような課題を解決している。

給電の方法は、直接メタルケーブルから電流電圧調整器１２３を介して接続する方法と、メタルケーブルからの電力を利用してＲＦ信号発生器１２４を介して電波により給電する。このような構成によって、以下の効果を得ることができる。
（１）既にある設備からの給電が可能であるため、新たに電源線を敷設する必要がない。パッシブ型ＲＦＩＤタグの起動電圧は１．５Ｖであることから、直流４８Ｖのメタルケーブルであれば、十分な起動電力が得られ、電圧変換をするだけで利用可能である。また、実際には、ＲＦＩＤタグはメタルケーブルクロージャまたは光ケーブルクロージャ内に設置することになるが、光ケーブルクロージャ内にＲＦＩＤタグを設置する場合には、クロージャに電源供給用のケーブルを引き込むための穴を開けずに済む電波による給電が有用となる。
（２）市販のパッシブ型ＲＦＩＤタグをそのまま利用可能であるため、安価に装置を構成することができる。１つのマンホールに複数のＲＦＩＤタグを設置する可能性が高く、ＲＦＩＤタグの導入コストを安くすることが必要である。よって、市販のＲＦＩＤタグをそのまま利用できることは重要である。

本発明の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。パッシブタグを利用した無線回線設計例を示す説明図である。従来技術によるＲＦＩＤを利用した無線通信システムの構成を示す図である。

符号の説明

１０１・・・設備収容局、１０２・・・地下埋設マンホール、１０３・・・監視対象設備、１０４・・・設備状態監視箇所、１０５・・・ＲＦＩＤリーダ、１０６・・・クロージャ、１１１・・・状態検出センサ、１１２・・・ＲＦＩＤタグ、１１３・・・マンホール蓋、１２１・・・電源線、１２２・・・分岐器、１２３・・・電流電圧測定器、１５０・・・設備収容局、１５１・・・光カプラ、１５２・・・試験光送信器、１５３・・・試験光受信器、１５４・・・時間測定器、１５５・・・時間−距離変換器、１６０・・・膨張材

Claims

地下埋設設備に設置されるＲＦＩＤを利用した無線通信システムであって、
設備状態監視箇所が収められるクロージャ内に設置され、該クロージャ内の浸水を検出する状態検出センサと、
前記クロージャ内に設置され、前記状態検出センサと接続されたパッシブ型のＲＦＩＤタグと、
前記地下埋設設備を通過する電源線から分岐して電力を分ける分岐器と、
前記分岐器により供給される電力からＲＦ信号を発生させ、前記クロージャ外部から該ＲＦ信号を利用して前記ＲＦＩＤを動作させるＲＦ信号発生器とを備え、
前記クロージャ内の浸水の状態を前記状態検出センサによって検出し、状態検出結果の情報を前記ＲＦＩＤタグを介してＲＦＩＤリーダに無線伝送する
ことを特徴とする無線通信システム。