JP5229021B2

JP5229021B2 - 無線中継システム

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Publication number: JP5229021B2
Application number: JP2009059291A
Authority: JP
Inventors: 栄治松本
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2009-03-12
Filing date: 2009-03-12
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2029-03-12
Also published as: JP2010213164A

Description

本発明は、例えば電力、ガス、水道等の検針を無線で行う、無線検針システム、或いは状態監視や異常監視等の監視を行うとともに制御を行う無線監視制御システムで、無線親機と直接通信できない子機は他の子機を中継して通信する無線中継システムに関するものである。

従来、無線中継システムにおいて、下記に示す特許文献１は、Helloパケットのやり取りによって、中継する通信経路を構築するための情報を得るようにしている。
また、従来、下記に示す特許文献２や特許文献３では、新たに設置した子機がブロードキャストし、それを受信できた周囲の子機がランダムなタイミングで応答し、その応答結果により、前記新たに設置した子機が経路を決めるようにしている。

また、経路を決めるための情報として、従来、上記に示した特許文献１ないし３、さらに下記に示す特許文献４などでは電界強度を使っている。
また、下記に示す特許文献５では、２つのPHS端末装置間で接続確認のための通信動作を行って得た電界強度値を１５のレベルのいずれかの数値に対応付けて伝送の確実さを表す数値とし、その数値が高い経路を選びながら経路設定を行う技術が開示されている。

特開２００８−８５５８３号公報特開２００７−２７４０６８号公報特開２００６−２８７４６８号公報特開平１１−１６８５２６号公報特許第３３０８８３７号公報(００４７段落、表３)

上記した特許文献１のように、Helloパケットで経路を決めるための情報となる電界強度を確認する方法では、定期的なHelloパケット送信と状況変化時にその情報を網全体に渡す通信が、通常通信の妨げになることが予想される。特に、通信速度が遅く、送信休止時間が義務付けられている、400MHz帯特定小電力無線システムなどでは影響が大きい。

また上記した特許文献２および特許文献３では、新たに設置した子機がブロードキャストし、それを受信できた周囲の子機がランダムなタイミングで応答し、その応答結果により、前記新たに設置した子機がルートを決めるようになっているが、周囲の子機の応答タイミングが複数台で重なってしまうと、本来受信できるものが受信できなくなり、本当に信頼の高いルートが選ばれたかどうか分からないという問題が生じる。

さらに通信経路を選ぶための情報として、上記した特許文献１ないし特許文献４などでは電界強度を使っているが、電界強度と通信成功率は必ずしも線形的な対応になっていないので、電界強度をそのまま判断値として使うのは最適な経路選択とは言えない。

また上記した特許文献５では、２つのPHS端末装置間で接続確認のための通信動作を行って得た電界強度値を１５のレベルのいずれかの数値に対応付けて伝送の確実さを表す数値とし、その数値の高い経路を選びながら経路設定を行うようにしているが、伝送の確実さを数値表現に代えているとは云え、その数値が意味するのは電界強度又は電界強度の幅を表すだけで、その数値が通信成功率を意味するものでないため、上記特許文献１ないし４に開示される技術と本質的に異なるものではない。

そこで本発明は、子機は他の子機の電波を受信することにより回線情報を更新すると共に更新された回線情報を親機は親機からの要求により子機から収集し親機はいつでも最新の回線情報の収集が可能な無線中継システムを提供することを目的とする。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、通信回線を介してセンター装置と接続される無線親機と、検針や監視制御を行う複数種の機器がそれぞれ接続された複数の無線子機とからなり、前記無線親機は少なくとも一つの無線子機と通信することで、前記機器の情報読み取り及び又は前記機器の制御を行う無線通信システムであって、前記無線子機は少なくとも一つの他の無線子機と通信可能にされ、前記無線親機と直接通信できない前記無線子機は、無線子機を中継することで前記無線子機に接続されている機器の情報読み取り及び又は前記機器の制御を行う無線通信システムにおいて、
前記無線子機は、
子機としての通常動作として前記機器の情報読み取り及び又は前記機器の制御を行う情報の送受信を行うための通信手段と、
無線で接続される端末からの指令により前記無線子機自身が保有する回線情報を送信する指令回線情報送信手段と、
前記無線子機自身が保有するタイマ周期に合わせて前記回線情報を自動送信するタイマ周期回線情報送信手段と、
前記他の無線子機が前記指令回線情報送信手段または前記タイマ周期回線情報送信手段により前記回線情報を送信するための電波、又は、前記通常動作時の前記機器の情報読み取り及び又は制御のために送信した電波、を受信した際に、当該無線子機の識別符号と前記回線情報として隣接子機の電界強度値と受信経過タイマ値を更新する子機別回線情報テーブルと、を備え、
前記無線親機は、
親機としての通常動作として前記機器の情報読み取り及び又は前記機器の制御のための前記無線子機と通信を行う通信手段と、
前記センター装置又は前記無線で接続される端末からの指令により所定の無線子機を指定して前記無線子機が保有する回線情報を送信するよう要求する回線情報要求手段と、
前記所定の無線子機から送信された前記無線子機が保有する回線情報を受信する回線情報受信手段と、
該回線情報受信手段により受信した回線情報を当該無線子機の識別符号と該無線子機に隣接する隣接子機の電界強度値と受信経過タイマ値を子機別回線情報テーブル及び回線情報テーブルに保存し管理する回線情報管理手段と、
を備えることを特徴とする。

また本発明にかかる前記無線親機は、前記センター装置又は前記無線接続される端末からの指令により、若しくは、自己が保有するタイマ周期に合わせて、各無線子機が保有する前記回線情報を中継なし通信および中継通信にて収集する回線情報収集手段、を有することを特徴とする。

また本発明にかかる前記無線親機は、前記回線情報中の電界強度値をもとに換算した通信成功率で定義された信頼値を信頼値テーブルから抽出し、該信頼値の大きい順に、且つ前記信頼値が同じ場合は前記回線情報中の受信経過タイマ値の小さい順に優先順を決めて経路テーブルに保存して経路情報となし該経路情報に基づいて通信したい子機と接続することを特徴とする。

本発明によれば、無線子機の持つ回線情報は、専用の回線情報用電波だけではなく、通常の通信（親機・子機間通信，子機・子機間通信など）をしている時にも更新されるので、例えば通信頻度の高いシステムにおいては、あえて回線情報発信させる必要が無くなり、ネットワーク維持のための負荷が軽くなる。

また、回線情報の収集は無線親機からの要求により行うことで、衝突による情報漏れを防ぐことができる。また、収集動作によっても、無線子機は他の無線子機の電波を受信することにより無線子機内の回線情報を更新することになるので、無線親機は無線子機が持つ最新の回線情報を収集することができる。

また、通信経路を選ぶための情報として、電界強度値から換算した通信成功率を信頼値として使うことで、最適な、つまり実情にあった、経路を選択できると共に、最新の受信経過タイマ値を使うようにすることにより、新しい情報を優先して経路を選ぶことになるので、通信における環境変化があるような場合でも最適な経路を選ぶことができる。

本発明の実施形態に係る無線中継システムの全体構成を示す図である。本発明の実施形態に係る無線親機の内部構成を示す図である。本発明の実施形態に係る無線子機の内部構成を示す図である。本発明の実施形態に係る無線子機における回線情報発信の処理を説明するフロー図である。本発明の実施形態に係る無線子機及び無線親機における回線情報保存の処理を説明するフロー図である。本発明の実施形態に係る回線情報テーブルの構成例を示す図である。本発明の実施形態に係る子機別回線情報テーブルの構成例を示す図である。本発明の実施形態に係る無線親機における回線情報収集のシーケンスを説明する図である。図８に示した各種収集シーケンスのうち、中継なし収集１における詳細シーケンスを示す図である。図８に示した各種収集シーケンスのうち、中継なし収集２における詳細シーケンスを示す図である。図８に示した各種収集シーケンスのうち、１段中継収集における詳細シーケンスを示す図である。図８に示した各種収集シーケンスのうち、２段中継収集における詳細シーケンスを示す図である。図９に示す中継なし収集１シーケンスで使用するマルチキャスト方式のデータフォーマット例を示す図である。本発明の実施形態に係る中継なし収集２シーケンスで使用する回線情報要求データフォーマットの例を示す図である。本発明の実施形態に係る１段中継収集シーケンスで使用する回線情報要求データフォーマットの例を示す図である。本発明の実施形態に係る２段中継収集シーケンスで使用する回線情報要求データフォーマットの例を示す図である。本発明の実施形態に係る中継なし収集１，中継なし収集２シーケンスで使用する回線情報応答データフォーマットの例を示す図である。本発明の実施形態に係る１段中継収集シーケンスで使用する回線情報応答データフォーマットの例を示す図である。本発明の実施形態に係る２段中継収集シーケンスで使用する回線情報応答データフォーマットの例を示す図である。本発明の実施形態に係る１段中継の子機検索動作を説明する図である。本発明の実施形態に係る２段中継の子機検索動作を説明する図である。本発明の実施形態に係るレイリーフェージング環境下における累積確率グラフを示す図である。本発明の実施形態に係る信頼値テーブル例を示す図である。本発明の実施形態に係る中継なし経路検索動作を説明する図である。本発明の実施形態に係る１段中継経路検索動作を説明する図である。本発明の実施形態に係る２段中継経路検索動作を説明する図である。本発明の実施形態に係る経路テーブル例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る無線中継システムの全体構成を示す図である。図１において、１は無線親機、２−Ａ〜２−Ｄは無線親機及び他の無線子機と無線通信を行う無線子機、３−Ａ〜３−Ｄは無線子機２−Ａ〜２−Ｄにそれぞれ接続した、ガスメータ，水道メータ，電気メータまたは、各種センサー機器などの機器である。無線親機１は、電話回線や専用回線などの通信回線４を介してセンター装置５に繋がっている。無線親機１は、少なくとも無線子機２−Ａ〜２−Ｃと通信可能にされ、無線子機２−Ａ〜２−Ｃは、少なくとも無線親機１と通信可能にされると共に自分以外の少なくとも一つの他の無線子機と通信可能にされる。また無線子機２−Ｄは、配置の関係で現在の位置が固定されたものとして、無線子機２−Ａ及び２−Ｂと通信可能にされる。そして、無線子機２−Ａ又は２−Ｂを中継して無線親機１と通信可能にされる。なおこの配置は単なる例であり、無線子機２−Ｄを無線子機２−Ｂ及び２−Ｃと通信可能になる位置に配置することもできる。しかし配置が決定されるとその位置が固定されたとしてシステムが構築される。また、ハンディ端末６は、所持者の移動でその位置を自由に変えることができ、移動先で所定の端末操作をすることで、例えば図示例では無線子機２−Ａ及び２−Ｄに通信可能にされるが、ハンディ端末６の所持者が移動することで無線親機１や無線子機２−Ａ〜２−Ｄのいずれに対して通信可能にされ、通信可能となった無線親機１や無線子機２−Ａ〜２−Ｄに所定の指示を与えることができるものである。

図２は、本発明の実施形態に係る無線親機の内部構成を示す図である。図２において、１１は無線子機２−Ａ〜２−Ｃと交信するためのアンテナ、１２は無線RF部、１３は無線機動作を制御する制御部、１４は無線子機２−Ａ〜２−Ｄより収集した回線情報、回線情報を元に構築した経路情報を保持するための第１の情報記憶部、１５は自分のIDを保持する第２の情報記憶部、１６は時間を計測するタイマ、１７はセンター装置５やハンディ端末６と接続するためのインタフェース部（I／F部）である。

図３は、本発明の実施形態に係る無線子機の内部構成を示す図である。図３において、２１は無線親機１や他の無線子機と交信するためのアンテナ、２２は無線RF部、２３は無線機動作を制御する制御部、２４は通信相手情報である親機IDや、自分に繋がっている機器、例えば検針機器ID、検針機器からの検針結果、中継転送の有無情報などを保持するための第１の情報記憶部、２５は自分のIDを保持する第２の情報記憶部、２６は時間を計測するタイマ、２７は上記検針機器等の機器と接続するためのインタフェース部（I／F部）、２８は各種操作をするためのスイッチである。

図４は、本発明の実施形態に係る無線子機における回線情報発信の処理を説明するフロー図である。図４では、処理ステップの頭にFを付けている。
無線子機２−Ａ〜２−Ｄは、回線情報発信の指示（後述する）を受けると（F-1）、第１の情報記憶部２４内に保存されている回線情報を無線送信し（F-2）、回線情報発信動作を終了する。上述した回線情報発信の指示は、例えば、ハンディ端末６からの指示による無線受信や、スイッチ２８を操作することによる指示や、内部に保有しているタイマ２６のタイムアップによる指示、によるそれぞれのケースがある。これは、本発明に係る無線中継システムに無線子機２−Ａ〜２−Ｄを設置した場合に、ハンディ端末６からの指示による無線受信のケースや、スイッチ２８の操作により回線情報を強制発信するケースや、またその後は、無線子機内部のタイマ２６のタイムアップによる周期的に回線情報を発信するケースを想定した使い方ができるようにするためである。

図５は、本発明の実施形態に係る無線子機及び無線親機の回線情報保存の処理を説明するフロー図である。図５では、処理ステップの頭にFを付けている。
無線子機２−Ａ〜２−Ｄ及び無線親機１は通常、無線待ち受け状態となっており（F-3）、無線電波を検知すると（F-4）、当該無線電波の電界強度測定をしながら無線受信する(F-5)。電界強度測定は１回のみでも良いし、複数回測定してもよい。受信したデータの宛先が自分のIDかどうかをチェックし（F-6）、自分のIDだった場合は処理すべきデータなので、通常処理のルーチンに移行する（F-7）。受信したデータの宛先が自分のIDでなかった場合は、送信した子機のIDが既に第１の情報記憶部２４内の回線情報テーブル(後述する)中に存在するかどうかをチェックし（F-8）、存在すればその位置に、電界強度値と受信経過タイマ値＝０を上書きし（F-9）、存在しなければ回線情報テーブル(後述する)に、送信元のIDと、上記F-5の処理ステップで測定した電界強度値、及びタイマ値＝０を追加する（F-10）。

ここで無線子機２−Ａ〜２−Ｄが保存及び発信する回線情報に関するテーブル、無線親機１が保存する回線情報に関するテーブルについて説明する。図６は、本発明の実施形態に係る回線情報テーブルの構成例を示す図である。無線親機１は、システムの立ち上げ時には、自分が直接通信可能となる無線子機の情報を持つための回線情報収集処理を行ってそれを回線情報テーブルに受信順に格納する。したがって回線情報テーブルは、回線情報の受信順に、且つ対象子機の識別符号（ID）毎に電界強度値と受信経過タイマ値をテーブル内に持つことになる。なお、電界強度値については、上記F-5の処理ステップで説明したように、１回のみの測定の場合は測定値を保存し、複数回測定した場合は電界強度中央値を保存する。電界強度中央値の代わりに電界強度平均値を保存するようにしてもよい。

以上における説明より、本発明の実施形態に係る、無線子機及び無線親機における回線情報の保持、および、無線子機における回線情報発信の動作が明らかになったであろう。なお無線親機は、回線情報が上記した第１の情報記憶部１４に保存された後に、通常動作として無線子機と通信を行って無線子機に接続されている機器の情報読み取り及び又は該機器の制御を行うものである。センター装置は無線親機に指示（指令）を与えて、無線子機に接続されている機器の情報読み取り及び又は該機器の制御を行わせる。

次に、本発明の実施形態に係る無線親機における回線情報収集の動作について図８ないし図１２を用いて説明する。本発明の無線中継システムにおいて、無線親機１は回線情報収集の指示(後述する)を受けると、回線情報収集を開始する。ここで、回線情報収集の指示は、センター装置５から指示を受ける場合、ハンディ端末６から指示を受ける場合、及び、無線親機１内部のタイマ１６のタイムアップによって指示を受ける場合、がそれぞれある。

図８ないし図１２は、本発明の実施形態に係る無線親機における回線情報収集のシーケンスを説明する図である。なお図８ないし図１２では、シーケンスの頭にSを付けている。図８では、センター装置５から指示を受ける場合、または、ハンディ端末６から指示を受ける場合、についてのシーケンス例を示すものである。

無線親機１はセンター装置５またはハンディ端末６から回線情報の収集要求を受けたら（S-1）、収集要求応答を、収集要求を出した相手に返す（S-2）。次に無線親機１は次に示す各種収集シーケンス、すなわち中継なし収集１（S-3）、中継なし収集２（S-4）、１段中継収集（S-5）、２段中継収集（S-6）を行い、収集完了した子機識別符号(ID)を、シーケンスS-1で要求を受けた相手に返す（S-7）。本実施形態では２段中継までの収集シーケンスとして説明しているが、この段数は２段に限らないものである。

次に図９は、図８に示した各種収集シーケンスのうち、シーケンスS-3における中継なし収集１の詳細シーケンスを示す図である。無線親機１は第１の情報記憶部１４内に保存されている回線情報のある子機ID、および、センター装置５またはハンディ端末６からの収集要求電文内で収集指示のあった子機IDを無線電文中に並べて、マルチキャスト方式で回線情報要求を送信する（S-3-1）。図１３は、図９に示す中継なし収集１シーケンスで使用するマルチキャスト方式のデータフォーマット例を示す図である。

図１３に示すマルチキャスト方式のデータフォーマット中に自分の識別符号(ID)があった子機は何番目に指定されているかを確認し、その順番に応じた応答タイミングで回線情報を応答として返す（S-3-2、S-3-3、S-3-4）。図１５Ａは、本発明の実施形態に係る中継なし収集１シーケンスで使用する回線情報応答データフォーマット例を示す図である。図９において応答タイミングは、例えば、マルチキャスト方式による収集要求電文の送信終了を起点とし、ガードタイムｔ sec、スロット間隔T secとすると、次のようになる。

１番目に指定された子機：ｔ sec
２番目に指定された子機：（ｔ＋T）sec
N番目に指定された子機：ｔ＋T×（N−１）sec
応答順番がマルチキャストフォーマットで指定された無線子機からの回線情報を受信した無線親機１は、制御部１３の制御のもとで第１の情報記憶部１４内の子機別回線情報テーブルに収集した内容を書き込む。図７は、本発明の実施形態に係る子機別回線情報テーブルの構成例を示す図である。該テーブルへの書込みに際して、当該無線子機の情報が既に存在すればそこに上書きするし、当該無線子機の情報が存在しなければ新たに追加する（図５のフロー参照）。これにより無線親機１は、回線情報を保存・管理できる。図７に示す子機別回線情報テーブルは、無線子機IDに対応した、その無線子機が保存していた回線情報、つまり当該無線子機が受信できた隣接子機ID番号、電界強度値、受信経過タイマ値をテーブルに保存する構成である。

次に図１０は、図８に示した各種収集シーケンスのうち、シーケンスS-4の中継なし収集２の詳細シーケンスを示す図である。無線親機１は第１の情報記憶部１４内に保存されている回線情報のある子機ID、およびセンター装置５またはハンディ端末６からの収集要求電文内で収集指示のあった子機IDについて、図９に示したシーケンスS-3の中継なし収集１で収集できなかった子機に対し、回線情報要求を送信する（S-4-1）。図１４Ａは、本発明の実施形態に係る中継なし収集２シーケンスで使用する回線情報要求データフォーマットの例を示す図である。回線情報要求データフォーマットの相手識別符号(ID)で指定された無線子機は、回線情報応答を送信する（S-4-2）。図１５Ａは、本発明の実施形態に係る中継なし収集２シーケンスで使用する回線情報応答データフォーマットの例を示す図である。回線情報応答データを受信した無線親機１は、第１の情報記憶部１４内の子機別回線情報テーブル（図７参照）に収集した内容を書き込む。該テーブルへの書込みに際して、当該無線子機の情報が既に存在すればそこに上書きするし、当該無線子機の情報が存在しなければ新たに追加する（図５のフロー参照）。無線親機１は、上記動作を、第１の情報記憶部１４内に保存されている回線情報のある子機識別符号（ID）、およびセンター装置５またはハンディ端末６からの収集要求電文内で収集指示のあった子機IDについて、シーケンスS-3の中継なし収集１で収集できなかった子機全てに対し繰り返し行う。

次に図１１は、図８に示した各種収集シーケンスのうち、シーケンスS-5の１段中継収集の詳細シーケンスを示す図である。無線親機１は第１の情報記憶部１４内に保存されている回線情報のある子機ID、およびセンター装置５またはハンディ端末６からの収集要求電文内で収集指示のあった子機IDについて、図９に示したシーケンスS-3の中継なし収集１、及び、図１０に示したシーケンスS-4の中継なし収集２で収集できなかった子機に対し、１段中継で回線情報収集を行う。無線親機１は、収集したい子機ID２、すなわち１段中継先の対象子機ID２を、図７に示す子機別回線情報テーブルの隣接子機IDの中から探し出し、その時、１段中継先の対象子機ID２の回線情報をもたらした中継なし子機ID１を取り出す。取り出した中継なし子機ID１が無線親機１の保有する回線情報テーブル（図６参照）内にあれば、取り出した中継なし子機ID１の子機を中継(中継用に使用)して、１段中継先の対象子機ID２の回線情報を収集する。

図１６は、本発明の実施形態に係る１段中継の子機検索動作を説明する図である。図１６に示す１段中継の子機検索動作の説明および上述の１段中継で回線情報の収集動作を行うときの説明に従い、図６に示した回線情報テーブルの中から中継に用いる子機を探し出したら、図１１で無線親機１は、当該子機（中継子機）に向けて回線情報要求を送信する（S-5-1）。図１４Ｂは、本発明の実施形態に係る１段中継収集シーケンスで使用する回線情報要求データフォーマットの例を示す図である。図１１において中継に指定された無線子機１（中継子機）が送信された上記回線情報要求データを受信したら、無線子機１（中継子機）は中継なので、図１４Ｂに示す「中継情報」中の「中継段」を０から１に書き換えて回線情報要求データを転送する（S-5-2）。宛先に指定された子機、図１１では無線子機２、がシーケンスS-5-2において回線情報要求データを受信したら、当該子機は、回線情報応答を送信する（S-5-3）。図１５Ｂは、本発明の実施形態に係る１段中継収集シーケンスで使用する回線情報応答データフォーマットの例を示す図である。中継に指定された無線子機１（中継子機）が送信された上記回線情報応答データを受信したら、無線子機１（中継子機）は中継なので、図１５Ｂに示す「中継情報」中の「中継段」を０から１に書き換えて回線情報応答データを転送する（S-5-4）。このようにして回線情報応答データを受信した無線親機１は、第１の情報記憶部１４内の子機別回線情報テーブル（図７参照）に収集した内容を書き込む。該テーブルへの書込みに際して、当該無線子機の情報が既に存在すればそこに上書きするし、当該無線子機の情報が存在しなければ新たに追加する（図５のフロー参照）。無線親機１は、上記動作を、第１の情報記憶部１４内に保存されている回線情報のある子機ID、およびセンター装置５またはハンディ端末６からの収集要求電文内で収集指示のあった子機IDについて、シーケンスS-3の中継なし収集１、シーケンスS-4の中継なし収集２で収集できなかった子機全てに対し繰り返し行って１段中継収集を完了する。

次に図１２は、図８に示した各種収集シーケンスのうち、シーケンスS-6の２段中継収集の詳細シーケンスを示す図である。無線親機１は第１の情報記憶部１４内に保存されている回線情報のある子機ID、およびセンター装置５またはハンディ端末６からの収集要求電文内で収集指示のあった子機IDについて、図９に示したシーケンスS-3の中継なし収集１、図１０に示したシーケンスS-4の中継なし収集２、及び、図１１に示したシーケンスS-5の１段中継収集で収集できなかった子機に対し、２段中継で回線情報収集を行う。無線親機１は、収集したい子機、すなわち２段中継先の対象子機ID３を、図７に示す子機別回線情報テーブルの隣接子機IDの中から探し出し、その時、２段中継先の対象子機ID３の回線情報をもたらした１段中継先の無線子機ID２を取り出す。更に取り出した１段中継先の子機ID２を無線親機１の保有する子機別回線情報テーブルの隣接子機IDの中から探し出し、その時、１段中継先の子機ID２の回線情報をもたらした中継なし無線子機ID１を取り出す。取り出した中継なし無線子機ID１が無線親機１の保有する回線情報テーブル（図６参照）内にあれば、取り出した中継なし子機ID１の子機、及び１段中継先の子機ID２の子機をそれぞれ中継(中継用に使用)して、２段中継先の対象子機ID３の回線情報を収集する。

図１７は、本発明の実施形態に係る２段中継の子機検索動作を説明する図である。図１７に示す２段中継の子機検索動作の説明および上述の２段中継で回線情報の収集動作を行うときの説明に従い、図６に示した回線情報テーブルの中から１段目中継に用いる無線子機１（1中継子機）を探し出したら、図１２で無線親機１は、回線情報要求を送信する（S-6-1）。図１４Ｃは、本発明の実施形態に係る２段中継収集シーケンスで使用する回線情報要求データフォーマットの例を示す図である。図１２において、１段目中継に指定された無線子機１（1中継子機）が送信された上記回線情報要求データを受信したら、無線子機１（１中継子機）は中継なので、図１４Ｃに示す「中継情報」中の「中継段」を０から１に書き換えて回線情報要求データを転送する（S-6-2）。２段目中継に指定された無線子機２（2中継子機）が転送された上記回線情報要求データを受信したら、無線子機２（2中継子機）は中継なので、図１４Ｃに示す「中継情報」中の「中継段」を１から２に書き換えて転送された上記回線情報要求データをさらに転送する（S-6-3）。宛先に指定された子機、図１２では無線子機３、がシーケンスS-6-3において回線情報要求データを受信したら、当該子機（２段中継先の対象子機）は、回線情報応答を送信する（S-6-4）。この際、受信した１段目中継、２段目中継の識別符号(ID)を入れ換えて応答する。図１５Ｃは、本発明の実施形態に係る２段中継収集シーケンスで使用する回線情報応答データフォーマットの例を示す図である。１段目中継に指定された無線子機２（１中継子機）が送信された上記回線情報応答データを受信したら、無線子機２（1中継子機）は中継なので、図１５Ｃに示す「中継情報」中の「中継段」を０から１に書き換えて送信された上記回線情報応答データを転送する（S-6-5）。次に、２段目中継に指定された無線子機１（2中継子機）が転送された上記回線情報応答データを受信したら、無線子機１（2中継子機）は中継なので、図１５Ｃに示す「中継情報」中の「中継段」を１から２に書き換えて上記回線情報応答データをさらに転送する（S-6-5）。このようにして回線情報応答データを受信した無線親機１は、第１の情報記憶部１４内の子機別回線情報テーブル（図７参照）に収集した内容を書き込む。該テーブルへの書込みに際して、当該無線子機の情報が既に存在すればそこに上書きするし、当該無線子機の情報が存在しなければ新たに追加する（図５のフロー参照）。無線親機１は、上記動作を、第１の情報記憶部１４内に保存されている回線情報のある子機識別符号（ID）、およびセンター装置５またはハンディ端末６からの収集要求電文内で収集指示のあった子機識別符号（ID）について、シーケンスS-3の中継なし収集１、シーケンスS-4の中継なし収集２、シーケンスS-5の１段中継収集で収集できなかった子機全てに対し繰り返し行って２段中継収集を完了する。

なお、収集完了後、もしくは収集途中で、無線親機１は、図７に示す子機別回線情報テーブル中の、往きと返りに対応するテーブルに格納する値、例えば、「子機１の隣接子機２の情報」と「子機２の隣接子機１の情報」につて、受信経過タイマ値の小さいほうのデータ、つまり新しいタイマ値のデータに書き換え、同じ信頼値、同じ受信経過タイマ値にする。

以上における説明より、本発明の実施形態に係る、無線親機における回線情報収集の動作が明らかになったであろう。
上述した説明では、無線親機１が経路テーブルに基づかずに回線情報を収集する例について説明したが、ここからは、無線親機１が第１の情報記憶部１４内に信頼値テーブルおよび経路テーブルを保有してそれらのテーブルに基づいて回線情報を収集する本発明に係る別の実施形態について説明する。すなわち、
まず、本実施形態に係る信頼値テーブルの生成について図１８Ａ及び図１８Ｂを用いて説明する。本実施形態で定義する信頼値は、後述するように、電界強度値をもとに当該電界強度値をもたらす電波変動の環境をレイリーフェージング環境として受信限界よりも小さくなる確率がビットエラーを起こす確率であるとしてビットエラー率を求め、これに誤り制御で訂正可能な符号による正常となる受信確率に換算しさらに該受信確率に対して通信の上下方向で使用する通信データ長で通信が成功する確率、すなわち通信成功率を求め、当該通信成功率を１００倍した数値に変換して表示するようにしたものである。このように電界強度値から通信成功率値への変換を示す信頼値テーブルは、図１８Ｂのように表され、前述した特許文献５のように、２つのPHS端末装置間で接続確認のための通信動作を行って得た電界強度値を１５のレベルのいずれかの数値に対応付けて伝送の確実さを表す数値としてはいるものの、その数値が通信成功率を意味しないことからその信頼性が大きく異なるものである。

ここで、電界強度値から通信成功率値への変換について説明すると、無線親機１および無線子機２−Ａ〜２−Ｄの受信限界を無線機の性能から -113dBmとするとともに、電波変動の環境をレイリーフェージング環境とし、電界強度値を、電波変動がある中における電界強度中央値とした時の累積確率グラフを求め、受信限界 -113dBmよりも小さくなる確率がビットエラーを起こす確率、つまりビットエラー率（BER）とする。図１８Ａは、電界強度 -90dBmとした場合のレイリーフェージング環境下における累積確率グラフを示す図である。本発明の無線中継システムが適用される電波変動環境を、レイリーフェージング環境とする理由は、本発明の無線中継システムが、見通し外通信におけるマルチフェージングを考慮して、レイリーフェージング環境を想定する必要があるためである。図１８Ａに示すグラフから電界強度 -90dBmの時のビットエラー率（BER）は0.348％となる。

次に、誤り制御としてBCH(31,16)の符号で２ビット訂正機能を使用するものとすると、符号化データ３１ビットに対し２ビットまでは訂正できるので、３１ビットのブロックが正常となる確率は、次の通りである。

₃₁C₀（BER）⁰（1−BER）³¹＋₃₁C₁（BER）¹（1−BER）³⁰＋₃₁C₂（BER）²（1−BER）²⁹
＝0.999823
いま、３１ビット単位のブロックが、下り電文（無線子機への要求電文）で３２個、上り電文（無線子機からの応答電文）が１６０個である電文の通信とすると、その通信が通信成功となる確率、つまり、通信成功確率は、
0.999823³²＊0.999823¹⁶⁰＝96.67％
となる。同様にして、電界強度 -90dBm以外の時の通信成功確率、つまり信頼値も求め、図１８Ｂに示すような信頼値テーブルとする。なお、図１８Ｂに示す信頼値テーブル中の信頼値は、通信成功率100％を「10000」とした値としている。上記の96.67％の場合の信頼値は、「9667」である。図１８Ｂの信頼値テーブルにはビットエラー率、及び通信成功率の欄も設けているが、これらは、信頼値を求めるための中間データであるので、最終的に信頼値テーブルに必要な項目は、電界強度の欄と信頼値の欄があれば良い。したがい、信頼値テーブルは、最終的には、電界強度値と通信成功率値の変換テーブルとなる。

次に、本実施形態に係る経路テーブルの生成について図１９ないし図２１を用いて説明する。まず初めに、本実施形態に係る経路検索動作について説明する。図１９は、本発明の実施形態に係る中継なし経路検索動作を説明する図である。図１９において無線親機１が、通信相手として子機１と通信することを想定する。その場合に無線親機１は、まず、無線子機１が直接通信可能かどうかを調べる。回線情報テーブル３１（図６も参照）中に通信したい子機IDがあれば、当該子機IDを優先順１として、経路テーブル３５に書込む。また当該子機IDについて回線情報テーブル３１に登録されている電界強度値をもとに信頼値テーブル３３を参照してテーブル変換した信頼値と受信経過タイマ値を経路テーブル３５に書込む。この場合、信頼値は、以下のものとなる。

信頼値＝親機と子機１の間の信頼値
図２０は、本発明の実施形態に係る１段中継経路検索動作を説明する図である。図１９では、通信相手としての子機１とは中継なしで通信するケースを説明したが、ここでは、１段中継を行って通信する経路を調べてその経路を保存する。図２０を用いてその手順を説明すれば、以下のとおりである。
(1)無線親機１は子機別回線情報テーブル３２（図７も参照）を参照して通信したい子機１にある隣接子機ID２を探す。
(2)次いで無線親機１は、隣接子機ID２が回線情報テーブル３１（図６も参照）に登録されているか確認する(無ければ１段中継にならない)。
(3)回線情報テーブル３１（図６参照）にあれば、回線情報テーブル３１中の親機１と子機２の間の電界強度値および子機別回線情報テーブル３２中の子機２と子機１の間の電界強度値をもとに信頼値テーブル３３を参照して、以下に示す信頼値の計算式に基づいて信頼値を計算し、１段中継によって得られる経路の信頼値としてテンポラリ経路テーブル３４に保存する。この情報と一緒に、１段中継に関わった、宛先情報としての通信相手子機１、中継子機(1中継子機)となる子機２の情報も経路の情報としてテンポラリ経路テーブル３４に保存する。この場合、信頼値は、以下のものとなる。

信頼値＝（親機と子機２の間の信頼値×子機２と子機１の間の信頼値）／10000
(4)経路テーブル３５への保存に当たっては、経路テーブル３５中に登録されているデータとテンポラリ経路テーブル３４中の信頼値とを比較し、信頼値の大きい順に、信頼値が同じ場合は受信経過タイマ値の小さい順に並べる。比較すべき受信経過タイマ値は、
受信経過タイマ値＝（親機と子機２の間の受信経過タイマ）と（子機２と子機１の間の受信経過タイマ）の大きい値
である。
(5)上記(1)〜(4)を通信したい子機の、隣接子機IDとして登録されている隣接子機分繰り返す。この結果で得られる優先順は、上記図１９で説明した優先順とは異なる順位付けのもとで登録することになる。もちろん１段中継による経路検索における優先順を付ける。

図２１は、本発明の実施形態に係る２段中継経路検索動作を説明する図である。図２１では、通信相手と１段中継を行って通信するケースを説明したが、ここでは、２段中継を行って通信する経路を調べてその経路を保存する。図２１を用いてその手順を説明すれば、以下のとおりである。
(1)無線親機１は、子機別回線情報テーブル３２（図７も参照）を参照して通信したい子機１にある隣接子機ID３を探す。
(2)次いで無線親機１は、子機別回線情報テーブル３２から隣接子機ID３にある隣接子機ID２を探す。
(3)次に無線親機１は、隣接子機ID２が回線情報テーブル３１（図６も参照）にあるか確認する(無ければ２段中継にならない)。
(4)回線情報テーブル３１にあれば、回線情報テーブル３１中の親機１と子機２の間の電界強度値、子機別回線情報テーブル３２中の子機２と子機３の間の電界強度値および子機別回線情報テーブル３２中の子機３と子機１の間の電界強度値をもとに信頼値テーブル３３を参照して、以下に示す信頼値の計算式に基づいて信頼値を計算し、２段中継によって得られる経路の信頼値としてテンポラリ経路テーブル３４に保存する。この情報と一緒に、２段中継に関わった、宛先情報としての通信相手子機１、中継子機(1中継子機)となる子機２、中継子機(2中継子機)となる子機３の情報も経路の情報としてテンポラリ経路テーブル３４に保存する。この場合、信頼値は、以下のものとなる。

信頼値＝（親機と子機２の間の信頼値×子機２と子機３の間の信頼値×子機３と子機１の間の信頼値）／（10000²）
(5)経路テーブル３５への保存に当たっては、経路テーブル３５中に登録されているデータとテンポラリ経路テーブル３４中の信頼値とを比較し、信頼値の大きい順に、信頼値が同じ場合は受信経過タイマ値の小さい順に並べる。比較すべき受信経過タイマ値は、
受信経過タイマ値＝（親機と子機２の間の経過タイマ）と（子機２と子機３の間の受信経過タイマ）と（子機３と子機１の間の受信経過タイマ）の最も大きい値
である。
(6)上記(2)〜(5)を隣接子機ID３に登録されている隣接子機分繰り返す。
(7)上記(1)〜(6)を通信したい子機ID１に登録されている隣接子機分繰り返す。この結果で得られる優先順は、上記図２０で説明した優先順とは異なる順位付けのもとで登録することになる。もちろん２段中継による経路検索における優先順を付ける。

以上、図１９ないし図２１に示した経路検索動作を行うことで得られた経路テーブル３５の例を図２２に示す。図２２に示す例は、通信相手子機「00001」に対して、中継なし、中継ありの外、受信経過タイマ、信頼値についてテーブルに納めたものであり、実際には、これ以外の通信相手子機についても同様にテーブル内にデータを持つことになる。また、本実施形態では、無線親機１が第１の情報記憶部１４内に信頼値テーブル３３および経路テーブル３５を保有し、無線親機１が通信経路を選ぶための情報として、電界強度値から換算した通信成功率を信頼値として持つ信頼値テーブル３３を使うことで、最適な、つまり実情にあった経路を選択できると共に、最新の受信経過タイマ値を持つ経路テーブル３５を使うことにより、新しい情報を優先して経路を選ぶことになるので、環境変化があるような場合でも最適な経路を選ぶことができる。

１無線親機
２−A、２−B、２−C、２−D 無線子機
３−A、３−B、３−C、３−D 各種メータ又はセンサー機器
４通信回線
５センター装置
６ハンディ端末
１１アンテナ
１２無線RF部
１３制御部
１４第１の情報記憶部
１５第２の情報記憶部
１６タイマ
１７インタフェース部
２１アンテナ
２２無線RF部
２３制御部
２４第１の情報記憶部
２５第２の情報記憶部
２６タイマ
２７インタフェース部
２８スイッチ
３１回線情報テーブル
３２子機別回線情報テーブル
３３信頼値テーブル
３４テンポラリ経路テーブル
３５経路テーブル

Claims

通信回線を介してセンター装置と接続される無線親機と、検針や監視制御を行う複数種の機器がそれぞれ接続された複数の無線子機とからなり、前記無線親機は少なくとも一つの無線子機と通信することで、前記機器の情報読み取り及び又は前記機器の制御を行う無線通信システムであって、前記無線子機は少なくとも一つの他の無線子機と通信可能にされ、前記無線親機と直接通信できない前記無線子機は、無線子機を中継することで前記無線子機に接続されている機器の情報読み取り及び又は前記機器の制御を行う無線通信システムにおいて、
前記無線子機は、
子機としての通常動作として前記機器の情報読み取り及び又は前記機器の制御を行う情報の送受信を行うための通信手段と、
無線で接続される端末からの指令により前記無線子機自身が保有する回線情報を送信する指令回線情報送信手段と、
前記無線子機自身が保有するタイマ周期に合わせて前記回線情報を自動送信するタイマ周期回線情報送信手段と、
前記他の無線子機が前記指令回線情報送信手段または前記タイマ周期回線情報送信手段により前記回線情報を送信するための電波、又は、前記通常動作時の前記機器の情報読み取り及び又は制御のために送信した電波、を受信した際に、当該無線子機の識別符号と前記回線情報として隣接子機の電界強度値と受信経過タイマ値を更新する子機別回線情報テーブルと、を備え、
前記無線親機は、
親機としての通常動作として前記機器の情報読み取り及び又は前記機器の制御のための前記無線子機と通信を行う通信手段と、
前記センター装置又は前記無線で接続される端末からの指令により所定の無線子機を指定して前記無線子機が保有する回線情報を送信するよう要求する回線情報要求手段と、
前記所定の無線子機から送信された前記無線子機が保有する回線情報を受信する回線情報受信手段と、
該回線情報受信手段により受信した回線情報を当該無線子機の識別符号と該無線子機に隣接する隣接子機の電界強度値と受信経過タイマ値を子機別回線情報テーブル及び回線情報テーブルに保存し管理する回線情報管理手段と、
を備えることを特徴とする無線中継システム。
前記無線親機は、前記センター装置又は前記無線接続される端末からの指令により、若しくは、自己が保有するタイマ周期に合わせて、各無線子機が保有する前記回線情報を中継なし通信および中継通信にて収集する回線情報収集手段、
を有することを特徴とする請求項１記載の無線中継システム。
前記回線情報収集手段は、前記中継なし通信を行う際に、マルチキャストにより前記無線子機を指定することを特徴とする請求項２記載の無線通信システム。
前記回線情報収集手段は、前記中継通信を行う際に、少なくとも１段階以上の無線子機による中継通信を含むことを特徴とする請求項２記載の無線通信システム。
前記無線親機は、前記回線情報中の電界強度値をもとに換算した通信成功率で定義された信頼値を信頼値テーブルから抽出し、該信頼値の大きい順に、且つ前記信頼値が同じ場合は前記回線情報中の受信経過タイマ値の小さい順に優先順を決めて経路テーブルに保存して経路情報となし該経路情報に基づいて通信したい子機と接続することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の無線中継システム。
前記通信成功率は、電界強度値をもとに当該電界強度値をもたらす電波変動の環境をレイリーフェージング環境として受信限界よりも小さくなる確率がビットエラーを起こす確率であるとしてビットエラー率を求め、これに誤り制御で訂正可能な符号による正常となる受信確率に換算しさらに該受信確率に対して通信の上下方向で使用する通信データ長で通信が成功する確率で定義されたものである、ことを特徴とする請求項５に記載の無線中継システム。