JP5320325B2

JP5320325B2 - 無線システム

Info

Publication number: JP5320325B2
Application number: JP2010037911A
Authority: JP
Inventors: 恭兵福永
Original assignee: パナソニックデバイスＳｕｎｘ竜野株式会社
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2010-02-23
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2030-02-23
Also published as: JP2011176492A

Description

本発明は、親機と子機との間で無線通信を行う無線システムに関する。

従来から、親機と子機との間で無線通信を行う無線システムが普及している。この種の無線システムは、例えばビルや工場等において、電気設備などの電力監視を目的として多数分散配置された計測端末の一括監視や、遠隔地の保安員の呼び出しのために利用される。ところで、無線システムを工場等の敷地内で採用する場合には、親機と子機との間の距離が遠くなって、親機から送信される無線信号が子機に届かなくなることがある。このような場合、他の子機を用いて親機から送信される無線信号を中継することが一般的に行われている。このように子機を中継機としても使用する場合には、従来、親機と子機との間の通信経路の設定を行う必要がある。近年では、設定作業を必要とせずに自動的に親機と子機との間で通信経路を設定して無線ネットワークを構成する技術（例えば、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標））が知られており、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００７−１７４３０３号公報

ところで、上述のような無線ネットワークを自動的に構成する無線システムでは、従来、各子機では、自身と親機との間の通信経路において受信した無線信号の電界強度を定期的に監視している。この電界強度の指標としては、例えばＬＱＩ（Link Quality Indication：通信リンク品質指数）値が用いられる。そして、何れかの子機において電界強度が無くなった場合（即ち、ＬＱＩ値が零となった場合）に、当該子機は親機の探索を開始し、自身と親機との間の通信経路を再度設定して無線ネットワークを自動的に再構成するようになっている（図４参照）。

しかしながら、上記従来例では、親機と子機との間の通信品質の良否を考慮せずに無線ネットワークの再構成を行うので、電界強度が低い状態で新たな通信経路が設定される虞があった。このため、例えば各子機に接続された計測端末から計測データを収集する際に、電界強度が低い通信経路を介して子機から親機に計測データを送信すると、計測データを正しく送信することができない、即ち、計測データの取りこぼしをしてしまう虞があった。

本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、無線ネットワークの再構成時に電界強度が低い状態で新たな通信経路が設定されるのを防止することのできる無線システムを提供することを目的とする。

第１の発明は、上記目的を達成するために、互いに無線通信を行う無線機のうち１つを親機、残りの無線機を子機とし、親機と各子機との間の通信経路から成る無線ネットワークを自動的に構成する無線システムであって、前記各無線機は、一定の条件を満たすと前記無線ネットワークを自動的に構成する制御部を備え、前記子機は、自身と前記親機との間の通信経路において受信した無線信号の電界強度を測定するとともに、前記測定された電界強度と少なくとも零より大きい所定の閾値とを比較する電界強度判定部を有し、前記子機の制御部は、前記無線ネットワークを自動的に構成した際に、前記電界強度判定部において前記測定された電界強度が前記所定の閾値を下回ると、自身と前記親機との間の通信経路を再設定することを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記子機の制御部は、前記通信経路の再設定を行った回数を計数するカウンタを有し、前記カウンタにおいて前記通信経路の再設定を行った回数が所定の回数を上回ると、前記子機の制御部は、前記電界強度判定部において前記測定された電界強度が前記所定の閾値を下回っても前記通信経路の再設定を行わないことを特徴とする。

本発明は、無線ネットワークを自動的に再構成した際に、子機において受信した無線信号の電界強度が零よりも大きい所定の閾値を下回ったときに通信経路の再設定を行う。このため、従来のように新たに設定された通信経路における無線信号の電界強度が所定の閾値以上に保たれるため、電界強度が低い状態になるのを防止することができる。

本発明に係る無線システムの実施形態を示す図で、（ａ）はシステム構成図で、（ｂ）は動作を説明するためのフローチャート図である。同上のレイアウト図である。同上の他の動作を説明するためのフローチャート図である。従来の無線システムの動作を説明するためのフローチャート図である。

以下、本発明に係る無線システムの実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態は、図１（ａ）に示すように、互いに無線通信を行う無線機のうちの１つである親機１と、当該親機１と無線通信を行う複数（本実施形態では２つ）の子機２とを備える。尚、以下の説明では、複数の子機２を区別するために、必要に応じて子機２を符号２Ａ，２Ｂで表すものとする。

親機１及び子機２は、無線信号の送受信を行う無線送受信部１０と、記憶部１１と、外部機器（例えば、後述する監視装置３や端末装置４）との通信に使用される外部インタフェースである通信部１２と、各部を制御する制御部１３とを備えた無線機から成る。尚、外部インタフェースとしては、例えばＲＳ２３２ＣポートやＵＳＢポート等がある。また、子機２には、例えば温度計や、電力計、ガスメータ等の所定の物理量（温度や消費電力、流量）を計測する計測部１４が設けられている。更に、子機２には、自身と親機１との間の通信経路において受信した無線信号の電界強度を測定するとともに、測定された電界強度と所定の閾値とを比較する電界強度判定部１５が設けられている。

無線送受信部１０は、アンテナ（図示せず）より無線信号を送信する送信回路部（図示せず）及びアンテナより無線信号を受信する受信回路部（図示せず）を具備する。尚、この種の無線送受信部１０は従来周知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

記憶部１１は、例えば書換え可能な不揮発性メモリ（一例としてはフラッシュメモリ）より成る。この記憶部１１には、例えば制御部１３で実行されるプログラム等が記憶される。また、本実施形態では、無線機（親機１及び各子機２）にそれぞれ固有のアドレス（ＭＡＣアドレス及びネットワークアドレス）が設定され、当該ＭＡＣアドレス及びネットワークアドレスによって無線信号の送信先及び送信元の無線機を特定可能としている。このため、記憶部１１には各無線機のＭＡＣアドレス及びネットワークアドレスも記憶される。

ここで、親機１の記憶部１１には、親機１と子機２との間で無線通信を行うために必要な親機１と子機２との間の通信経路から構成される無線ネットワークのデータが記憶される。無線ネットワークのデータには、親機１と親機１の配下の全ての子機２との間それぞれの通信経路の情報が含まれる。即ち、親機１と直接無線通信を行う子機２と親機１との間の通信経路の情報と、他の子機２を中継機とした子機２と親機１との間の通信経路の情報である。ここで、他の子機２を中継機とした子機２と親機１との間の通信経路の情報には、無線信号を中継する子機２（中継する子機２が複数ある場合には、中継する順番も含む）に関する情報が含まれている。

具体的には、親機１と直接無線通信を行う子機２と親機１との間の通信経路の情報には、送信先の子機２のＭＡＣアドレス及び送信元の親機１のＭＡＣアドレスが格納されるヘッダ部が含まれている。また、当該通信経路の情報には、送信先の子機２が端末装置４として用いられているか否かの情報と、端末装置４が接続されている場合には当該端末装置４の局番とが含まれている。一方、他の子機２を中継機とした子機２と親機１との間の通信経路の情報には、送信先の他の子機２のＭＡＣアドレス及び送信元の親機１のＭＡＣアドレスから成るヘッダ部と、送信先の子機２のＭＡＣアドレス及び送信元の他の子機２のＭＡＣアドレスから成るサブヘッダ部とが含まれている。また、当該通信経路情報には、各子機２が端末装置４として用いられているか否かの情報と、端末装置４が接続されている場合には当該端末装置４の局番とが含まれている。尚、親機１の記憶部１１に記憶されるデータには、親機１のシリアルナンバーや通信プロトコル、子機２のシリアルナンバー等が含まれている。そして、本実施形態では、各無線機のシリアルナンバーをネットワークアドレスとして使用している。これらのデータは、親機１の記憶部１１における書換え可能な記憶領域に記憶され、一旦登録した後でも更新可能となっている。

制御部１３は、例えばマイコン（マイクロコンピュータ）から成り、メモリに格納されたプログラムを実行することによって各種の機能を実現する。また、制御部１３は、一定の条件を満たすと無線ネットワークを自動的に構成するようになっている。一定の条件としては、例えば各子機２において親機１から送信される無線信号を定期監視し、何れかの子機２において受信する無線信号の電界強度が零となる条件が考えられる。当該条件を満たした子機２では、親機１の探索を開始して、当該子機２と親機１との間で新たな通信経路を設定する。本実施形態であれば、受信した無線信号のＬＱＩ値が実質的に零となった場合に、無線ネットワークを自動的に構成する。このように無線ネットワークが自動的に構成された場合には、新たに設定された通信経路の情報を含む最新の無線ネットワークのデータが親機１の記憶部１１に記憶される。尚、本実施形態では、無線ネットワークを自動的に構成する技術としては、家電向けの短距離無線通信規格であるＺｉｇＢｅｅによる技術を採用しているが、当該技術は従来周知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

電界強度判定部１５は、自身と親機１との間の通信経路において受信した無線信号の電界強度（本実施形態では、ＬＱＩ値に基づく）を測定する測定回路を有する。即ち、測定回路は、中継機を介さずに親機１との間で直接無線通信を行う場合には、親機１から送信される無線信号の電界強度を測定する。また、測定回路は、他の子機２を中継機として親器１との間で無線通信を行う場合には、自身との間で直接無線通信を行う他の子機２から送信される無線信号の電界強度を測定する。そして、電界強度判定部１５は、当該測定回路で測定された電界強度と所定の閾値とを比較する比較回路を有する。ここで、所定の閾値は、少なくともその値以上であれば無線通信を良好に行う事が可能である値に設定するのが望ましい。例えば、本実施形態であれば、ＬＱＩ値の下限を０、上限を７０とした場合に、１５以上であれば無線通信を良好に行えるため、所定の閾値を１５に設定するのが望ましい。

本実施形態は、上述した親機１及び複数の子機２に加えて、無線ネットワークを確認するための監視装置３と、種々のデータを収集する複数（本実施形態では２つ）の端末装置４とを備える。尚、以下の説明では、複数の端末装置４を区別するために、必要に応じて端末装置４を符号４Ａ，４Ｂで表すものとする。

監視装置３は、演算処理手段３０と、画像表示手段３１と、操作入力受付手段３２とを備える。演算処理手段３０は、例えばＣＰＵや、ＣＰＵで実行するプログラムが記憶された記憶領域及びＣＰＵの作業領域となる記憶領域を有したメモリ、親機１の通信部１２に接続される外部インタフェース等を備え、所定のプログラムを実行するパーソナルコンピュータ（パソコン）である。この演算処理手段３０に、任意の画像を表示する液晶ディスプレイ等の画像表示装置である画像表示手段３１と、キーボードやマウス等のユーザインタフェースから成り種々のデータの入力に使用される操作入力受付手段３２とが接続される。また、演算処理手段３０は、書換え可能な不揮発性メモリから成り、無線ネットワークのデータ等が記憶される記憶手段３３を備える。

端末装置４は、例えば温度計や、電力計、ガスメータ等の所定の物理量（温度や消費電力、流量）を計測する計測機器である。本実施形態では、端末装置４は子機２の通信部１２に接続される。この端末装置４は、子機２からの要求に応じて計測データを子機２に送信する。この種の端末装置４としては従来周知のものを採用することができるため、詳細な説明を省略する。尚、本実施形態では、端末装置４として計測機器を例に挙げているが、端末装置４としては、通信端末器（一例としてはＰＬＣ用の通信端末器）等を採用することができる。また、本実施形態では、子機２が計測部１４を備えているため、子機２を端末装置４と兼用することもできるようになっている。

上述のように、本実施形態は、親機１と、親機１と無線通信を行う複数の子機２と、親機１に接続された監視装置３と、子機２に接続された端末装置４とで構成される。本実施形態は、主として、端末装置４及び端末装置４として機能する子機２が保有する計測データを監視装置３で収集するために使用される。

監視装置３の演算処理手段３０は、操作入力受付手段３２の入力内容に応じて、親機１に所定の処理を行わせるための制御信号を送信する。例えば、演算処理手段３０は、端末装置４及び端末装置４として機能する子機２より計測データを取得するための制御信号（データ取得信号）を親機１に送信する。親機１は、データ取得信号を受信すると、計測データを親機１に送るように要求するデータ要求信号を子機２に送信する。そして、当該データ要求信号を受信した子機２は、端末装置４と通信することで端末装置４から計測データを取得し、当該計測データを含む無線信号を親機１に向けて送信する。また、端末装置４として機能する子機２では、データ要求信号を受信すると自身の記憶部１１から計測データを読み出し、当該計測データを含む無線信号を親機１に向けて送信する。このようにして、監視装置３では、全ての端末装置４及び端末装置４として機能する子機２からの計測データを収集して監視することができる。

以下、本実施形態の特徴である子機２における通信経路の再設定の動作について図１（ｂ），図２を用いて説明する。図２に示すレイアウトでは、親機１が監視装置３に接続されている。そして、親機１と子機２Ａとの間では、中継機を介さずに直接無線通信を行っている。また、親機１と子機２Ｂとの間では、子機２Ａを中継機として無線通信を行っている。尚、子機２Ａ，２Ｂには、それぞれ端末装置４Ａ，４Ｂが接続されている。

ここで、子機２Ａから見た親機１との間のＬＱＩ値が所定の閾値未満であって、子機２Ｂから見た子機２Ａとの間のＬＱＩ値が所定の閾値以上であったとする。また、親機１と子機２Ａ，２Ｂとの間でそれぞれ直接無線通信を行った場合、子機２Ｂから見た親機１との間のＬＱＩ値の方が、子機２Ａから見た親機１との間のＬＱＩ値よりも大きいものとする。この場合、子機２Ａは、自身から見た親機１との間のＬＱＩ値を電界強度判定部１５にて測定し、測定されたＬＱＩ値と所定の閾値とを比較する。すると、測定されたＬＱＩ値が所定の閾値未満であるため、子機２Ａの制御部１３は、現在の無線ネットワークをリセットして無線ネットワークを自動的に再構成しようとする。このとき、子機２Ａと親機１との間の無線通信が途絶えるため、子機２Ａを中継機とする子機２Ｂにおいても親機１との間の無線通信が途絶える。このため、子機２Ｂの制御部１３も現在の無線ネットワークをリセットして無線ネットワークを自動的に再構成しようとする。

そして、各子機２Ａ，２Ｂはキャリアセンスを行って親機１に対して返信を要求する要求信号を送信する。要求信号を受け取った親機１は、要求信号を送信した子機２に対して返信信号を送信し、当該子機２で返信信号を受信すると、親機１と子機２との間で新たな通信経路が設定される。ここで、他の子機２が要求信号を受け取った場合は、要求信号が親機１に対する信号であるため、当該他の子機２は要求信号を中継して親機１に送信する。また、親機１からの返信信号を他の子機２が受け取った場合も、前記と同様に当該他の子機２が返信信号を中継して返信宛の子機２に対して送信する。このとき、要求信号及び返信信号を他の子機２を介さずに送受信した場合は、親機１と子機２との間で直接無線通信を行う通信経路が設定される。また、要求信号及び返信信号を他の子機２を介して送受信した場合は、当該他の子機２を中継機とした通信経路が設定される。

ここで、ＬＱＩ値の低い通信経路では、周囲の電波環境によって親機１との間で無線通信を行い難い。即ち、親機１が子機２からの要求信号の受信を失敗する、又は子機２が親機１からの返信信号の受信を失敗する可能性が高く、通信経路を確立するまでに何度か信号の送受信を繰り返す必要がある。一方、ＬＱＩ値の高い通信経路では、親機１が子機２からの要求信号の受信を失敗する、又は子機２が親機１からの返信信号の受信を失敗する可能性が低く、通信経路を確立するまでに要する信号の送受信回数が少ない。而して、上述の場合では、子機２Ｂから見た親機１との間のＬＱＩ値の方が子機２Ａから見た親機１との間のＬＱＩ値よりも大きいため、子機２Ｂと親機１との間で直接無線通信を行う通信経路が先に設定される可能性が高い。

そして、子機２Ｂを中継機として子機２Ａと親機１との間で無線通信を行う通信経路が設定される。仮に、再度子機２Ａと親機１との間で直接無線通信を行う通信経路が設定された場合には、子機２Ａから見た親機１との間のＬＱＩ値が所定の閾値未満であるため、子機２Ａの制御部１３は、再度現在の無線ネットワークをリセットして通信経路を自動的に再設定しようとする。

上述のように、本実施形態では、無線ネットワークを自動的に再構成した際に、子機２において受信した無線信号の電界強度（ＬＱＩ値）が零よりも大きい所定の閾値を下回ったときに通信経路の再設定を行う。このため、従来のように新たに設定された通信経路における無線信号の電界強度が所定の閾値以上に保たれるため、電界強度が低い状態になるのを防止することができる。したがって、例えば各子機２に接続された端末装置４から計測データを収集する際に、計測データを取りこぼすことなく収集することができる。

ところで、上述のように何れかの子機２において現在の無線ネットワークをリセットして通信経路を自動的に再設定する場合、新たに設定された通信経路におけるＬＱＩ値が所定の閾値を上回らない場合がある。この場合、通信経路の再設定が何度も繰り返され、親機１と各子機２との間で無線ネットワークが何時まで経っても構成されない虞がある。そこで、本実施形態では、子機２の制御部１３に、通信経路の再設定を行った回数を計数するカウンタ（図示せず）を設けている。そして、カウンタにおいて通信経路の再設定を行った回数が所定の回数（本実施形態では１回）を上回ると、子機２の制御部１３は、測定されたＬＱＩ値が所定の閾値を下回っても通信経路の再設定を行わないようにしている。但し、その後ＬＱＩ値が零となれば、再度無線ネットワークの再構成を行うようになっている（図１（ｂ）参照）。したがって、親機１と各子機２との間で無線ネットワークが何時まで経っても構成されないのを防止することができる。尚、通信経路を再設定した際に、測定されたＬＱＩ値が所定の閾値を上回った場合、カウンタはリセットされる。

また、例えば図２に示すレイアウトでは、上述のように、子機２Ｂから見た親機１との間のＬＱＩ値の方が子機２Ａから見た親機１との間のＬＱＩ値よりも大きい。このため、子機２Ｂと親機１との間で直接無線通信を行う通信経路と、子機２Ｂを中継機とした子機２Ａと親機１との間の通信経路が設定されるのが望ましい。しかしながら、無線ネットワークを自動的に再構成した際に、再度子機２Ａと親機１との間で直接無線通信を行う通信経路が設定される場合や、親機１と子機２Ａとの間、及び親機１と子機２Ｂとの間でそれぞれ直接無線通信を行う通信経路が設定される場合がある。そこで、無線ネットワークを自動的に再構成する際に、現在の無線ネットワークの情報を記憶部１１に記憶させ、新たに設定された通信経路が、記憶してある前回の通信経路と同じであれば、再度通信経路を再設定するのが望ましい（図３参照）。この場合、再度子機２Ａと親機１との間で直接無線通信を行う通信経路が設定されないため、新たな通信経路における無線信号の電界強度が低い状態になるのをより確実に防止することができる。

尚、本実施形態では、無線信号の電界強度の指標としてＬＱＩ値を採用しているが、他の指標を採用してもよく、例えばＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator：受信信号強度）値を採用しても構わない。

１親機
１３制御部
１５電界強度判定部
２子機

Claims

互いに無線通信を行う無線機のうち１つを親機、残りの無線機を子機とし、親機と各子機との間の通信経路から成る無線ネットワークを自動的に構成する無線システムであって、前記各無線機は、一定の条件を満たすと前記無線ネットワークを自動的に構成する制御部を備え、前記子機は、自身と前記親機との間の通信経路において受信した無線信号の電界強度を測定するとともに、前記測定された電界強度と少なくとも零より大きい所定の閾値とを比較する電界強度判定部を有し、前記子機の制御部は、前記無線ネットワークを自動的に構成した際に、前記電界強度判定部において前記測定された電界強度が前記所定の閾値を下回ると、自身と前記親機との間の通信経路を再設定することを特徴とする無線システム。
前記子機の制御部は、前記通信経路の再設定を行った回数を計数するカウンタを有し、前記カウンタにおいて前記通信経路の再設定を行った回数が所定の回数を上回ると、前記子機の制御部は、前記電界強度判定部において前記測定された電界強度が前記所定の閾値を下回っても前記通信経路の再設定を行わないことを特徴とする請求項１記載の無線システム。