JP5206474B2

JP5206474B2 - 無線通信システム

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Publication number: JP5206474B2
Application number: JP2009036906A
Authority: JP
Inventors: 政和大久保; 達之四蔵; 隆好林; 美里石井; 和行安川
Original assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date: 2009-02-19
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2029-02-19
Also published as: JP2010193303A

Description

本発明は、店舗などの屋内で用いられる無線通信システムに係り、特に消費電力を低く抑えながら安定して伝送をすることのできる無線通信システムに関する。

近年の省エネルギー化の動向に伴い、店舗や事業所などには、エネルギーの最適運用を目指したエネルギー管理システムの導入が進んでいる。

図１に店舗や事業所など限られたエリアのエネルギー管理に用いられる無線通信システムの一例を示す。図１において、エリア内に設置された複数の電力モニタ１３ａ、水量計１３ｂ、温度センサ１３ｃなどの各種センサから逐次得られた各計測データは、無線機１２ｂから無線機１２ａに送られ、管理サーバ１０が管理するデータベース１１に時系列データとして格納される。管理サーバ１０は、これらの時系列データのトレンドなどを解析、表示できるようになっており、エリア内のエネルギーの最適運用に利用される。

この各種センサのデータ収集には、図１に示すように配線が不要でネットワークの構築が容易な無線通信が利用されることがあるが、無線通信は電波の通りやすさ即ち電波伝搬環境により、その通信品質に影響を受け易いという特徴がある。例えば、電波の伝搬経路に人が存在するような場合は、その人が移動することにより、電波伝搬環境が変動する。このため、店舗フロア内が人で混雑しているような場合には無線伝送における誤り率が高くなり、逆に店舗フロア内に人が少ない場合は誤り率が低くなるなど通信品質が異なることがある。

電波伝搬環境の要因による通信品質の低下を改善するために、パケット長を短くするという手法を採ることがある。例えば図２に、一般的な無線通信におけるパケット構成を示す。このパケット構成におけるプリアンブルは、受信側において同期を確立するのに用いられる固定パターンであり、ヘッダには自局および相手局ＩＤ、ペイロード長などの情報が付与されるが、もっぱらこれらのデータ長は固定値である。一方、ペイロードは、伝送する情報そのものであるが、これはヘッダのペイロード長で規定されるデータ長であり、可変長とする場合がある。つまりパケット長を短くした場合、このペイロード長を短くすることになる。しかしこの場合、同じ情報量を伝送しようとするとペイロード長を短くした分、送信するパケットの数が増えることになる。したがって伝送の都度、付与されるプリアンブルとヘッダの分だけ、伝送効率は悪くなる。つまり、通信品質と伝送効率はトレードオフの関係にある。

通信品質を改善する他の手法として、送信電力を大きくすることがある。送信電力を大きくすることにより、受信側の電界強度が増加し、通信品質は向上する。しかしながら、無線機器の送信電力の上限値は法律で制限されていることから、一般的には、通信品質が良い場合には送信電力を下げ、通信品質が悪い場合には法律で認められている上限値まで送信電力を増加させている。送信電力を大きくすると、伝送におけるエネルギー効率は悪くなるので、通信品質とエネルギー効率はトレードオフの関係になる。

このように、通信品質と伝送（エネルギー）効率は、トレードオフの関係になる。したがって、店舗内の無線通信システムにおいて通信品質を維持するためには、伝搬環境の変化を予測もしくは推定して、パケット長や送信電力の制御を行うことが重要になる。

従来、店舗内の混雑状況に依らず、常に安定した無線通信を実現しようとする手法が提案されている。例えば、特許文献１には、ＰＯＳ端末装置が予め定めた単位時間内に精算を行った顧客人数をカウントし、単位時間内における精算終了信号が多いときには送信電力を増大させる方向に可変制御する無線ＰＯＳシステムが記載されている。

特開平０８−０２２４９６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の無線ＰＯＳシステムは、店舗内の混雑状況をＰＯＳ端末装置の精算回数のみで推定しようとしているため、ＰＯＳ端末に精算待ちの行列が発生している場合や、店舗内の局所的な混雑などに起因する無線通信の不安定性に対して、適切な制御を行うことができないという問題があった。

本発明は上述のかかる事情に鑑みてなされたものであり、店舗内の電波伝搬環境の変化を検出して、通信品質と伝送効率とを適切な状態に調整して通信を行うことのできる無線通信システムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明における無線通信システムは、温度、水量、および電力のうち少なくとも一つを計測データとして収集するセンサと、前記センサによって収集した計測データを無線通信によって伝送する無線機と、前記無線機によって伝送された計測データを収集してデータベースに記録する管理サーバとを有する無線通信システムであって、前記管理サーバは、前記計測データをもとに生成された所定時間単位の時系列データをテンプレートとして保存するテンプレートファイルと、前記テンプレートの識別情報と無線通信におけるパケット長および／または送信電力の通信パラメータとを関連付けて保存する通信パラメータテーブルと、前記計測データの受信により、過去所定時間内の計測データと前記テンプレートとの相関を演算し、最も相関の大きいテンプレートの識別情報を抽出する相関演算手段と、前記通信パラメータテーブルを参照して、前記相関演算手段によって抽出されたテンプレートの識別情報に関連付けられた通信パラメータを前記無線機に対して設定する通信パラメータ設定手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明では、店舗内の電力、水道、または温度などの所定時間の時系列トレンドとパケット長、送信電力などの通信パラメータとの関係を事前に登録しておき、計測データから最も近似しているテンプレートを抽出して、そのテンプレートに関係付けられている通信パラメータを無線機に対して設定する。計測データのトレンドによって店舗内の電波伝搬環境の変化を検出して、適切な通信パラメータを設定することができる。

好ましくは、前記テンプレートおよび前記通信パラメータを、伝送を行う対向する無線機の組み合わせであるリンクごとに設け、リンクごとに、相関を演算して最も相関の大きいテンプレートを抽出して、その通信パラメータを設定するようにするとよい。

また、本発明に係わる無線通信システムの管理サーバは、前記相関演算手段によって抽出した最も相関の大きいテンプレートの相関値が予め定めた所定値よりも小さい場合は、前記過去所定時間内の計測データを新たなテンプレートとして前記テンプレートファイルに追加する一方、前記テンプレートファイルに保存されているテンプレートの数が予め定めた所定数を超えた場合は、所定の削除条件に基づいて、一または二以上のテンプレートを削除するテンプレート管理手段を備えたことを特徴とする。

本発明では、上記テンプレートを計測データから逐次、作成、追加していき、管理サーバ内に格納されるテンプレートの数が予め定められた数を超えた場合は、所定の削除条件に基づいて削減することによって、テンプレートを実態に即して更新し、またテンプレート数が一定になるよう調整する。

なお、削除条件として、任意の２つのテンプレート間における相関のうち、最も大きい相関値となる２つのテンプレートのいずれか一方を削除するという方法や、相関演算手段によって抽出されたテンプレートに抽出時のタイムスタンプを付しておき、タイムスタンプの最も古いテンプレートから削除していくという方法などがある。

また、本発明に係わる無線通信システムの管理サーバは、伝送誤り率、受信電界強度、または再送回数などの通信品質指標を記録する通信品質指標記録手段と、前記通信品質指標の基準値を保存する通信品質基準テーブルと、前記通信品質指標と前記通信品質基準に基づいて、前記無線機のパケット長または送信電力のうち少なくとも一つを変更する通信パラメータ変更手段と、を備えたことを特徴とする。

好ましくは、前記通信パラメータ変更手段は、前記通信品質指標が前記通信品質基準を満たす場合は、前記無線機のパケット長を現在値よりも長くし、または送信電力を現在値よりも小さくし、前記通信品質指標が前記通信品質基準を満たさない場合は、前記無線機のパケット長を現在値よりも短くし、または送信電力を現在値よりも大きくするよう変更するようにするとよい。

本発明では、通信品質基準を満足するように通信パラメータを変更する。このとき、相関の最も大きいテンプレートに変更後の通信パラメータを関連付けて、新たなテンプレートとして追加することによって、電波伝搬環境の変化に対応した最適な通信パラメータの設定が可能となる。

また、本発明に係わる無線通信システムは、温度、水量、および電力の計測データの種類ごとの重み係数と、重み係数の抽出条件を保存する重み係数テーブルを備え、前記相関演算手段は、計測データの種類ごとの相関を演算すると共に、重み係数テーブルの抽出条件に基づいて重み係数を抽出し、該抽出した重み係数と前記種類ごとの相関を用いて計測データとテンプレートとの相関を演算することを特徴とする。

本発明では、計測データの種類ごとの重み係数と、重み係数を抽出するための条件を予め保存しておき、この抽出条件を用いて該当する重み係数を抽出し、この重み係数を用いて計測データとテンプレートとの相関を演算することによって、精度の高い相関演算を効率的に行うことができ、これにより精度の高い電波伝搬環境の推定が可能となる。

本発明によれば、電力等の時系列データのテンプレートと直近の時系列データとの相関を演算して、最も相関の大きいテンプレートに関連付けられているパケット長または送信電力を無線機の通信パラメータとして設定するので、店舗内の電波伝搬環境の変化を検出して、通信品質と伝送効率とを適切な状態に調整して通信を行うことが可能となる。

従来技術および本発明による店舗内のエネルギー管理システムのシステム構成図である。一般的な無線パケットの構成例である。本発明の実施の形態による無線機１２ａ，１２ｂの機能ブロック図である。本発明の第１の実施の形態による管理サーバ１０の機能ブロック図である。図４のテンプレートファイル４１のテンプレート例である。図４の通信パラメータテーブル４２のデータ構成例である。図４の相関演算手段３４の類似度計算処理手順を示すフローチャートである。図４の重み係数テーブル４５のデータ構成例である。図４の相関演算手段３４の他の実施例による類似度計算処理手順を示すフローチャートである。図８の重み係数テーブルの他の実施例によるデータ構成例である。本発明の実施の形態によるペイロード長、送信電力設定コマンドの説明図である。本発明の第２の実施の形態による管理サーバ１０の機能ブロック図である。図１２のテンプレート管理手段３６のテンプレート追加処理手順を示すフローチャートである。図１２の通信パラメータテーブル４２のデータ構成例である。図１２のテンプレート管理手段３６のテンプレートマージ処理手順を示すフローチャートである。図１２の通信パラメータ変更手段３８の処理手順を示すフローチャートである。本発明の第３の実施の形態による通信パラメータテーブル４２のデータ構成例である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図３は本実施の形態による無線機１２ａ，１２ｂの機能ブロック図である。この無線機は、図１で示した無線通信システム１に用いられるものである。

図３において、無線機１２ａ，１２ｂは、管理サーバ１０またはセンサ１３ａ〜１３ｃとの間でデータを受け渡し、このデータをもとに予め決められた伝送手順で他の無線機との間の送受信処理を実行するディジタル信号処理装置１２００、無線信号を発生するための局部発振器１２１３、局部発振器１２１３からの信号をもとにディジタル信号処理装置１２００から出力された送信データを周波数変換するミキサ１２０３、ミキサ１２０３から出力された送信信号の帯域外電力を抑圧するためのバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２０４、バンドパスフィルタ１２０４の出力を増減させるためのパワーアンプ（ＰＡ）１２０５、電気信号を空間に放射するためのアンテナ１２０６、送信または受信を切り替えるためのＲＦスイッチ１２０７、受信した信号を増幅するためのローノイズアンプ（ＬＮＡ）１２０８、帯域外の雑音を抑圧するためのバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２０９、局部発振器１２１３からの信号をもとに無線周波数からベースバンド信号に変換するためのミキサ１２１０、ミキサ１２１０の出力からベースバンド信号のみを取り出してディジタル信号処理装置へ入力するローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２１５から構成されている。

また、ディジタル信号処理装置１２００は、パケット長や送信電力の通信パラメータを格納しておくためのパラメータ格納部１２１４、パラメータ格納部１２１４に格納されている通信パラメータに基づいて送信パケットを生成して伝送処理を実行する伝送制御部１２１６、接続機器から渡された情報のヘッダ情報によって伝送制御部１２１６へ渡す情報と無線によって他の無線機に送信する情報とを分別する電文解析部１２０１、電文解析部１２０１から渡された情報に無線機を識別するための識別符号、ヘッダ、および同期パターンを付加して無線パケットを生成するパケット生成部１２０２、ベースバンド信号の周波数オフセットを取り除くための周波数オフセット補償部１２１１、および、受信したパケットの情報からパケット長または送信電力を指定する情報が存在するか否かを解析して存在する場合はその情報を伝送制御部１２１６へ渡し、それ以外の情報を接続機器へ渡すパケット解析部１２１２とを有している。

また、伝送制御部１２１６は、伝送誤り率（ビットエラーレート）、および再送回数などの通信品質の評価指標データを測定して内蔵する記憶部に保存する。この評価指標データは、後述するように管理サーバ１０から読み出し可能になっている。

一方、管理サーバ１０は、図４に示すように、無線機との間で送受信データの受け渡しを行うインタフェース部２５、種々の演算処理を実行する演算処理部２３、データを記憶する記憶部２４、および記憶部２４に対して直接データを設定するための入力部２１とデータ内容を表示させる表示部２２とを有している。管理サーバ１０は、パーソナルコンピュータ等の汎用のコンピュータ装置で実現することができる。

管理サーバ１０の演算処理部２３は、入力部２１から入力されるテンプレート等の基本データを事前に設定する基本データ設定手段３１、インタフェース部２５との間でデータの受け渡し処理を実行する入出力処理手段３２、無線機１２ｂ，１２ａを介してセンサ１３ａ〜１３ｃから送られてくる計測データを入力する計測データ入力手段３３、計測データの時系列データ（トレンドデータ）とテンプレートデータとの相関を演算する相関演算手段３４、および、相関演算の結果によって該当するテンプレートを抽出してパケット長や送信電力の通信パラメータを演算し、演算した通信パラメータを無線機１２ａへ出力する通信パラメータ設定手段３５を有している。
各手段３１〜３５は、ＣＰＵの機能としてプログラムによって実現可能である。

また、管理サーバ１０の記憶部２４は、電力、水量、温度に関する時系列データのテンプレートを保存するテンプレートファイル４１、およびテンプレートと対応するパケット長および送信電力の通信パラメータとを関連付けた通信パラメータテーブル４２を備えている。通信パラメータを決定する際には、管理サーバ１０は、データベース１１から、各センサ１３ａ〜１３ｃのトレンドデータを読み出して、後述する方法によってこれらテンプレートとの相関を演算する。

なお、テンプレートは、図５に示すように、夫々のセンサごとに所定の収集周期（例えば１０分）で収集した現在および過去の所定時間分（例えば６０分間）のデータ値をパターンとして有しており、各センサ１３ａ〜１３ｃの同一時間帯の時系列データの集合として識別情報（テンプレートＩＤ）が付されて管理サーバ１０の記憶部２４に保存される。図６は、通信パラメータテーブル４２のデータ構成例であり、テンプレートＩＤごとにパケット長および送信電力の通信パラメータが関連付けられている。

以下、上記の構成を有する無線通信システム１の動作を説明する。
（基本データ設定処理）
まず、テンプレートファイル４１と通信パラメータテーブル４２を予め管理サーバ１０に登録するため、入力部２１からこれらのデータを入力する。入力されたデータは、基本データ設定手段３１によって管理サーバ１０の記憶部２４に保存される。

なお、テンプレートファイル４１および通信パラメータテーブル４２の内容は、システム導入時に通信試験を行い、店舗内の混雑状態を変えて、各センサの時系列データと夫々の最適パケットサイズと送信電力を測定することにより、予め用意しておくものとする。例えば、設置される店舗内で、客が少ない時間帯と混んでいる時間帯の夫々について、伝送データ量から伝送回数が最少になるようにパケットサイズを設定し、このときの伝送誤り率が予め定めた基準値以下になるときの送信電力を通信パラメータとして設定する。

（時系列データ保存処理）
店舗内に配置されている夫々のセンサ１３ａ〜１３ｃは、収集周期ごとに、無線機１２ｂを介して計測データを送信する。この計測データは、管理サーバ側の無線機１２ａによって受信され、管理サーバ１０のインタフェース部２５に渡される。そして計測データは、演算処理部２３の入出力処理手段３２によって入力処理され、計測データ入力手段３３によってタイムスタンプが付されデータベース１１に時系列的に保存される。なお、各計測データには、収集元のセンサのＩＤが付されており、そのセンサＩＤから電力、水量、温度など計測データの種類や測定場所などが特定可能になっている。

（相関演算処理）
また、相関演算手段３４は、計測データの入力タイミングごとに直近データを含みテンプレートと同じ時間分の時系列データとテンプレートファイル４１の各テンプレートとの相関を演算する。

時系列データとテンプレートとの相関演算処理の一例として、サンプリングした時間波形とテンプレートとの誤差を求めることで類似度を定義する方法を説明する。
この場合、（１）式に示す関数を用いると良い。但し、a(t)は当該日の計測データ、b(t)はテンプレートとする。

ここで、Eab(0)は、計測データa (t)とテンプレートb (t)において遅延時間τが0であるものとし、離散区間[0,x]にて求めた誤差である。

誤差による類似度の計算は、相関演算手段３４によって図７に示す手順で行われる。以下、図７に基づいて相関演算手段３４の処理手順を説明する。この図において、誤差Ekが小さいほど類似度が高くなるため、相関演算手段３４は、初期化時に誤差変数Eminをとり得る値の最大に設定する。とり得る最大値は、例えば符号なし2バイト整数で計算させるとき、FFFFｈ（10進数で65535）を最大値とする（S21）。次に相関演算手段３４は、誤差Ekを算出する（S23）。ここで、誤差Ekは、テンプレートファイル４１から抽出したテンプレートＩＤ＝kのテンプレートと計測データとの誤差Eab(0)を意味する。相関演算手段３４は、この誤差Ekと誤差変数Eminとを比較して（S24）、誤差Ekの方が小さい場合は、誤差変数Eminをこの誤差Ekに置き換えると共に、テンプレートＩＤの変数をｋにセットする（S25）。上記の変数ｋを順にインクリメントして最終のテンプレートＩＤ＝ＫとなるまでステップS23〜ステップS25の処理を繰り返すことによって（S22a,S22b）、最終的に誤差が最小になるときのテンプレートＩＤが求められる。相関演算手段３４は、誤差が最小となるテンプレートＩＤを通信パラメータ設定手段３５に渡す（S26）。

以上の処理手順により管理サーバ１０の相関演算手段３４は、（１）式の誤差Eab(0)を計算し、誤差が最小のものを一番類似度の高い（すなわち最も相関の大きい）テンプレートであると判定する。

（相関演算処理の他の実施例）
上記の手順では、誤差Eab(0)の算出において、同じ時間帯の電力、水量、温度の各時系列データを一連として一つのテンプレートとして求めたが、計測データの種類に応じて一定の重みを付けて、相互相関値を計算するようにしてもよい。図８は、重み係数テーブル４５のデータ例である。この例は、水量がある値よりも小さい場合と大きい場合とで重みを変えたものである。店舗内の顧客数の増加に伴い、水量全体に対する化粧室等での水使用量の割合が増えるため、このデータを用いることによって店舗内の混雑度を精度良く推定することができる。

以下、図９を用いて、この重み係数を用いた類似度計算方法について説明する。
相関演算手段３４は、まず図７と同様、初期化時に誤差変数Eminをとり得る値の最大に設定する（S31）。次に相関演算手段３４は、（２）式により種類別誤差Ｄykを算出する（S33）。なお、種類別誤差Ｄykは、テンプレートファイル４１から抽出したテンプレートＩＤ＝kのテンプレートと計測データとの種類別誤差Ｄyab(0)を意味する。

ここで、Ｄyab(0)は、計測データの種類ｙごとの誤差を意味し、ｙ＝αのときは電力、ｙ＝βのときは温度、ｙ＝γのときは水量を表す。
また、ａy (t)は、種類ｙ（ｙ＝α、β、γ）の計測データ、ｂy (t)は、種類ｙ（ｙ＝α、β、γ）のテンプレートを意味する。

相関演算手段３４は、種類別誤差Ｄykを算出した後、重み係数テーブル４５から重み係数抽出条件を取り出し、この条件に基づいて、該当する重み係数を選択する（S34）。

図８の例では、例えば水量の最新値が基準値（○○）よりも多い場合は、「電力」の重み係数α＝０．１、「温度」の重み係数β＝０．１、「水量」の重み係数γ＝０．８を選択する。

次に相関演算手段３４は、式（３）により、選択した重み係数をそれぞれ対応する種類別誤差Ｄyk（ｙ＝α、β、γ）に掛け合わせ、各乗算値を合計してEkを求める（S35）。

相関演算手段３４は、この誤差Ekと誤差変数Eminとを比較して（S36）、誤差Ekの方が小さい場合は、誤差変数Eminをこの誤差Ekに置き換えると共に、テンプレートＩＤの変数をｋにセットする（S37）。上記の変数ｋを順にインクリメントして最終のテンプレートＩＤ＝ＫとなるまでステップS33〜ステップS37の処理を繰り返すことによって（S32a,S32b）、最終的に誤差が最小になるときのテンプレートＩＤが求められる。相関演算手段３４は、誤差が最小となるテンプレートＩＤを通信パラメータ設定手段３５に渡す（S38）。

なお、上記の説明では、重み係数抽出条件として、水量を用いたが、図１０に示すように、外気温を抽出条件にしてもよい。図１０において、各重み係数α（Ｔ），β（Ｔ），γ（Ｔ）は、外気温（Ｔ）の関数であることを示している。

また、このとき、時刻ごとの外気温に対する重み係数を、その時刻の誤差に掛け合わせることによって、種類別誤差を演算するようにしてもよい。式（４）に、Ｙ＝α（電力）についての例を示す。

ここで、α（Ｔ，ｔ）は、時刻ｔにおけるα（Ｔ）を意味する。
温度（β）、水量（γ）についても同様に演算し、演算結果を合計することによって、トータルの誤差を算出する。

このように、時間帯別に重み係数を変えることによって、さらに精度のよい電波伝搬環境の推定が可能となる。

なお、上記の例では、計測データの種類別に重み係数を変えるようにしたが、測定箇所ごと、あるいは時間帯によって重み係数によって重みを変えて類似度を計算するようにしてもよい。

（通信パラメータ設定処理）
通信パラメータ設定手段３５は、相関演算手段３４からテンプレートＩＤを渡されると、このテンプレートＩＤに対応付けられている通信パラメータ（パケット長および送信電力の値）を通信パラメータテーブル４２から読み出す。

ここで、管理サーバ１０と無線機１２ａの間で受け渡されるデータのフォーマットを図１１に示す。図１１に示すデータフォーマットは、送信データかコマンドかを示すヘッダ情報部とデータ部分であるペイロード部から構成されている。またペイロード部は、データの長さを表すペイロード長と、データ値から構成されている。

通信パラメータ設定手段３５は、このデータフォーマットのペイロード部には、読み出した通信パラメータをセットし、ヘッダ情報部には、送信データと区別するためのコマンドデータを示すコードをセットして、無線機１２ａに対して出力する。

通信パラメータ設定手段３５から出力されたデータは、入出力処理手段３２を介してインタフェース部２５に渡され、図１１に示すフォーマットの送信データ（ＴＸ）として無線機１２ａに出力される。

（無線機での通信パラメータ設定処理）
無線機１２ａは、電文解析部１２０１によって、管理サーバ１０から渡されたデータが通信パラメータであることを認識すると伝送制御部１２１６へ送る。伝送制御部１２１６は、この通信パラメータをパラメータ格納部１２１４に保存すると共に、対向する無線機１２ｂに対して送信するデータをこの通信パラメータで指示されたパケット長に分割（あるいは集約）して送信処理を行うと共に、ＰＡ１２０５の送信出力を通信パラメータで指示された送信電力になるように調整する。

また、通信パラメータは、送信データとしてセンサ側の各無線機１２ｂに送られる。各無線機１２ｂは、パケット解析部１２１２によって受信データのヘッダ情報から通信パラメータの設定コマンドであることを検知するとパラメータ格納部１２１４に保存し、伝送制御部１２１６により無線機１２ａと同様にパケット長および送信電力の制御を行う。
これにより、通信品質を維持しつつ伝送効率を上げた通信が可能となる。

通信パラメータの設定処理後、センサ側無線機１２ｂは、管理サーバ１０からのデータ送信要求、あるいは予め伝送制御部１２１６に設定されている送信タイミングになると、入力したセンサの計測値をパラメータ格納部１２１４に格納されているパケット長で送信データを生成し、パケット生成部１２０２から出力する。パケット生成部１２０２から出力されたデータは、ＢＰＦ１２０４、ＰＡ１２０５を経由して、設定された送信電力で管理サーバ１０側へ送信する。

以上、本実施の形態によれば、時系列データと相関の大きいテンプレートのパケット長と送信電力を管理サーバ側とセンサ側の夫々の無線機に設定して送信するので、店舗内の混雑状態など電波伝搬環境が変動しても、高い伝送効率で安定した無線通信を行うことができる。また、無線機の電力消費効率が向上するのでバッテリー駆動の無線機を用いるような場合でもバッテリーの交換周期あるいは充電間隔を長くすることができる。

次に、本発明の第２の実施形態を説明する。本実施の形態は、テンプレートファイル４１と通信パラメータテーブル４２をシステム運用中に作成あるいは更新するというものである。

図１２は、第２の実施の形態による管理サーバ１０の機能ブロック図である。図４に対して、テンプレートの追加および削除を行うテンプレート管理手段３６、伝送誤り率やリトライ回数などの通信品質指標を記録する通信品質指標記録手段３７、および、通信品質指標に基づいて通信パラメータを変更する通信パラメータ変更手段３８を追加している。以下、第１の実施の形態との差異を中心に説明する。

まず、図１３を用いてテンプレート管理手段３６の追加処理の手順を説明する。
（テンプレート追加処理）
テンプレート管理手段３６のテンプレート追加処理は、相関演算手段３４による相関値の算出後に起動され、相関演算手段３４で抽出したテンプレートの相関値と閾値とを比較し（S11）、当該相関値が閾値よりも小さい場合は（すなわち、誤差変数Eminが閾値よりも大きい場合は）（S12）、時系列データを新たなテンプレートとしてテンプレートファイル４１に登録する（S13）。

このとき、同時に通信品質指標記録手段３７によって、予め設定された通信パラメータにおける伝送誤り率、もしくは再送回数などの通信品質の評価指標データを無線機１２ａから読み出して、図１４に示すように通信パラメータテーブル４２のテンプレートＩＤ、通信パラメータに関連付けて保存する。

（テンプレートマージ処理）
テンプレート管理手段３６は、テンプレートが予め定められた数より多くなった場合には、任意の２つのテンプレートについての相関を演算し、相関の最も大きいテンプレートの一方を削除して、対応する通信パラメータテーブル４２のエントリを統合する。

以下、図１５を用いてテンプレート管理手段３６によるテンプレートのマージ処理について説明する。

テンプレート管理手段３６は、図７と同様に、まず誤差変数Eminを初期化し（S41）、2重ループによりテンプレート同士の全ての誤差値Eab(0)を計算する（S44）。この処理では、相互相関値Eab(0)が予め定めた所定の値β以下であるものを1グループに纏める。ここで、相互相関値Eab(0)は、（１）式において、テンプレートam(t)とbn(t)の誤差（mとnは整数でm<n）を表す。

テンプレート管理手段３６は、次に演算処理部２３の一時記憶エリアにマージリストを作成して、誤差値が基準値βよりも小さいもの、すなわち類似性が高いもの（相関が大きいもの）を順次追加していく（S45,S46）。これにより、ループから抜けるとマージリストには統合可能なテンプレートが残る。テンプレート管理手段３６は、これらを統合して1つのテンプレートにする（S47）。統合の仕方としては、例えば、統合可能な複数のテンプレートから任意に1個取り出したり、あるいは、最小二乗法によって一つのテンプレートを算出したりする方法がある。

なお、テンプレートマージ処理は、テンプレート追加処理によってテンプレートが追加されたときに実行し、最も誤差の小さい２つのテンプレートのいずれか一方を削除するようにしてもよい。

（通信パラメータ変更処理）
本実施の形態では、通信パラメータ変更手段３８によって、テンプレートの通信パラメータを逐次変更していく。

以下、図１６に基づいて通信パラメータ変更手段３８の動作を説明する。
通信パラメータ変更手段３８は、起動されると、まず無線機１２ａから読み出した通信品質指標データから、伝送誤り率は予め定めた閾値Ａ以上か否かを判定し（S51）、閾値Ａ以上の場合は次に現在設定されているパケット長が最小か否かを判定し（S52）、最小でなければ、パケット長を１ランク短くする（S53）。なお、パケット長、および送信電力は予め定めた調整単位（ランク）で増減するものとする。

一方、既に設定されているパケット長が最小の場合、通信パラメータ変更手段３８は、送信電力が最大か否かを判定し（S54）、最大でなければ、送信電力を１ランク上げる（S55）。

なお、送信電力が最大の場合、通信パラメータ変更手段３８は（S54で「Yes」）、これ以上店舗内の電波伝搬環境に対応できない旨のエラーメッセージを出力する（S56）。

一方、伝送誤り率が閾値Ａ未満である場合、通信パラメータ変更手段３８は（S51で「No」）、次に伝送誤り率が予め定めた閾値Ｂ以下であるか否かを判定する（S57）。ステップS57で閾値Ｂ以下であると判定した場合、通信パラメータ変更手段３８は、送信電力が最小か否かを判定し（S58）、最小でなければ、送信電力を１ランク下げる（S59）。

送信電力が最小の場合、通信パラメータ変更手段３８は、パケット長が最大か否かを判定し（S60）、最大でなければ、パケット長を１ランク上げる（S61）。

ここで、閾値Ａは、通信品質基準テーブル４３に定めた伝送誤り率の悪化方向の基準値であり、伝送誤り率がこの値以上になるように維持する基準となるものである。一方、閾値Ｂは、同じく通信品質基準テーブル４３に定めた伝送誤り率の改善方向の基準値であり、伝送誤り率がこの値以下になった場合は、パケット長を長くしたり、送信電力下げたりする制御を行う基準となるものである。閾値Ａ＞閾値Ｂの関係になっている。

通信パラメータ変更手段３８の処理によって、通信パラメータが変更になった場合は、再び通信パラメータ設定手段３５によって、無線機１２ａ，１２ｂに対して、通信パラメータの設定処理を行い、通信品質指標記録手段３７によって無線機１２ａから読み出した通信品質指標データが通信品質基準テーブル４３に予め設定されている通信品質基準値Ｃ（閾値Ａ＞Ｃ＞閾値Ｂ）を満たす場合は、その時点の通信パラメータとテンプレートＩＤとを通信パラメータテーブル４２に追加する。（図１４参照）。

以上、本実施の形態によれば、テンプレート管理手段３６によってテンプレートを常に新しい状態にアップデートし、また通信パラメータ変更手段３８によって最適な通信パラメータに設定変更するので、店舗内のレイアウト変更等の環境の変化に対して柔軟に対応することができる。

次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。本実施の形態では、任意の２つの無線機間における通信リンク毎に、通信パラメータを設定することにより、例えば店舗内の顧客の移動によって局所的に発生する電波伝搬環境の変動に伴う、通信品質の低下を抑制するものである。

本実施の形態の管理サーバ１０は、第２の実施の形態と同様の構成を備えており、各センサから収集した時系列データの複製を、テンプレートとしてテンプレートファイル４１に追加していく。このとき、通信品質指標記録手段３７は、通信パラメータ設定手段３５によって設定された通信パラメータにおける任意の２つの無線機間における通信リンク（無線リンクＩＤ）毎の通信品質の評価指標データを無線機１２ａから読み出して、図１７のようにテンプレートＩＤ、無線リンクＩＤ、通信パラメータおよび通信品質の欄から構成される通信パラメータテーブル４２にエントリを追加していく。このとき、通信パラメータ変更手段３８は、無線リンクＩＤ毎に、予め定められた通信品質基準（例えば、誤り率：A%未満）を満たさない場合は、上述した図１６の手順によって、パケット長を短くする設定、もしくは送信電力を大きくする設定を行う。一方、予め定められた通信品質基準を満たす場合には、通信パラメータ変更手段３８はパケット長を長くする設定、もしくは送信電力を小さくする設定を行う。その後、通信品質指標記録手段３７は、再び通信結果から、通信品質の評価指標を読み出し、通信パラメータテーブル４２にエントリを追加していく。通信品質指標記録手段３７は、新たに追加したエントリが通信品質基準値Ｃを満たしている場合は、同一テンプレートＩＤの他のエントリを削除するようにしてもよいし、履歴として保存しておいてもよい。

また、各通信リンクに対応するセンサ側の無線機１２ｂに対しては、通信パラメータ設定手段３５から無線機１２ａ経由で送信される設定コマンドによって通信パラメータが設定され、この通信パラメータで設定されたパケット長と送信電力でセンサ側の無線機１２ｂから管理サーバ側の無線機１２ａへ計測データが送られる。なお、管理サーバ側の無線機１２ａでは、通信パラメータテーブル４２に登録されている通信パラメータの中で最小のパケット長および最大の送信電力で各センサ側無線機１２ｂと通信を行うようにしてもよいし、通信リンクごとにそのリンクの通信パラメータに設定しなおして各センサ側無線機１２ｂと通信を行うようにしてもよい。

以上、本実施の形態によれば、無線機間における通信リンクごとに最適なパケット長、送信電力などの通信パラメータを無線機に対して設定して通信を行うことができる。

本発明は、上述の実施の形態に限定されること無く、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施をすることができる。また、各実施の形態で説明した手段は、それぞれ単独で、あるいは任意に組み合わせて実施することができる。例えば、第３の実施の形態においても、第２の実施の形態と同様に、テンプレートが予め定められた数より多くなった場合には、任意の２つのテンプレートについての相関を演算し、相関の最も大きいテンプレートの一方を削除する。このとき、対応するテーブルのエントリは統合してもよい。

１無線通信システム
１０管理サーバ
１１データベース
１２ａ，１２ｂ無線機
１３ａ，１３ｂ，１３ｃセンサ
２１入力部
２２表示部
２３演算処理部
２４記憶部
２５インタフェース部
３１基本データ設定手段
３２入出力処理手段
３３計測データ入力手段
３４相関演算手段
３５通信パラメータ設定手段
３６テンプレート管理手段
３７通信品質指標記録手段
３８通信パラメータ変更手段
４１テンプレートファイル
４２通信パラメータテーブル
４３通信品質基準テーブル
４５重み係数テーブル
１２００ディジタル信号処理装置
１２０１電文解析部
１２０２パケット生成部
１２０３，１２１０ミキサ
１２０４，１２０９バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
１２０５パワーアンプ（ＰＡ）
１２０６アンテナ
１２０７ＲＦスイッチ
１２０８ローノイズアンプ（ＬＮＡ）
１２１１周波数オフセット補償部
１２１２パケット解析部
１２１３局部発振器
１２１４パラメータ格納部
１２１５ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１２１６伝送制御部

Claims

温度、水量、および電力のうち少なくとも一つを計測データとして収集するセンサと、前記センサによって収集した計測データを無線通信によって伝送する無線機と、前記無線機によって伝送された計測データを収集してデータベースに記録する管理サーバとを有する無線通信システムであって、
前記管理サーバは、
前記計測データをもとに生成された所定時間単位の時系列データをテンプレートとして保存するテンプレートファイルと、
前記テンプレートの識別情報と無線通信におけるパケット長および／または送信電力の通信パラメータとを関連付けて保存する通信パラメータテーブルと、
前記計測データの受信により、過去所定時間内の計測データと前記テンプレートとの相関を演算し、最も相関の大きいテンプレートの識別情報を抽出する相関演算手段と、
前記通信パラメータテーブルを参照して、前記相関演算手段によって抽出されたテンプレートの識別情報に関連付けられた通信パラメータを前記無線機に対して設定する通信パラメータ設定手段と、
を備えたことを特徴とする無線通信システム。
前記管理サーバは、前記相関演算手段によって抽出した最も相関の大きいテンプレートの相関値が予め定めた所定値よりも小さい場合は、前記過去所定時間内の計測データを新たなテンプレートとして前記テンプレートファイルに追加する一方、前記テンプレートファイルに保存されているテンプレートの数が予め定めた所定数を超えた場合は、所定の削除条件に基づいて、一または二以上のテンプレートを削除するテンプレート管理手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
前記テンプレート管理手段は、前記削除条件として、任意の２つのテンプレート間における相関のうち、最も大きい相関値となる２つのテンプレートのいずれか一方を削除することを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
前記管理サーバは、
伝送誤り率、受信電界強度、または再送回数などの通信品質指標を記録する通信品質指標記録手段と、
前記通信品質指標の基準値を保存する通信品質基準テーブルと、
前記通信品質指標と前記通信品質基準に基づいて、前記無線機のパケット長または送信電力のうち少なくとも一つを変更する通信パラメータ変更手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の無線通信システム。
前記通信パラメータ変更手段は、前記通信品質指標が前記通信品質基準を満たす場合は、前記無線機のパケット長を現在値よりも長くし、または送信電力を現在値よりも小さくし、前記通信品質指標が前記通信品質基準を満たさない場合は、前記無線機のパケット長を現在値よりも短くし、または送信電力を現在値よりも大きくするよう変更することを特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。
前記テンプレートおよび前記通信パラメータは、伝送を行う対向する無線機の組み合わせであるリンクごとに設けられ、
前記相関演算手段は、前記リンクごとに相関を演算し、
前記通信パラメータ設定手段は、前記リンクごとに前記通信パラメータを設定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載の無線通信システム。
温度、水量、および電力の計測データの種類ごとの重み係数と、重み係数の抽出条件を保存する重み係数テーブルを備え、
前記相関演算手段は、前記計測データの種類ごとの相関を演算すると共に、前記重み係数テーブルの前記抽出条件に基づいて重み係数を抽出し、該抽出した重み係数と前記種類ごとの相関を用いて前記計測データと前記テンプレートとの相関を演算することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載の無線通信システム。