JP5369144B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムに関するものである。

従来の無線通信システムとして、センサなどの入力装置からの信号に基づいてメッセージを作成し無線で送信する電池駆動の発信器と、発信器からのメッセージを受信するとメッセージを正常に受信した旨の受信確認メッセージを返信する監視装置（例えばセンター等）とを備え、発信器と監視装置との間を特定小電力無線で送受信を行う。

上記特定小電力無線を用いた従来の無線通信システムの一例として、特許文献１に開示されているような火災報知システムがある。かかる火災報知システムは、多箇所に設置された複数台の火災感知器（発信器）がそれぞれ火災を報知する機能と警報音を鳴動する機能とを有しており、何れかの火災感知器が火災を感知すると、当該火災感知器が警報音を鳴動するとともに火災感知を知らせる情報（火災感知情報）を無線信号で他の火災感知器に伝送することにより、火元の火災感知器だけでなく複数台の火災感知器が連動して一斉に警報音を鳴動することにより、火災の発生を迅速且つ確実に知らせることができる。

特開２００６−３４３９８３号公報

しかしながら、従来の無線通信システムの発信器は、入力装置からの入力信号を検知し、この入力信号に基づくメッセージを監視装置に送信すると、監視装置からの受信確認メッセージを受信するまで、無線受信機能を継続して稼動し続けている必要があった。つまり、監視装置での処理時間を含む受信確認メッセージを受信するまでの間や、他の機器とのメッセージの衝突などによって、発信器からのメッセージが監視装置に届いていないことを検知するまでのタイムアウト期間も、無線受信機能を継続して稼動し続ける必要があった。

上記より、従来の無線通信システムには、電池駆動の発信器において受信確認メッセージの受信にかかる消費電力（消費電流）が大きくなり、次の電池交換までの時間が短縮してしまうという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目的は、発信器において受信確認メッセージの受信に必要な電力を低減することができ電池駆動であっても長時間使用を可能とする無線通信システムを提供することにある。

本発明は、メッセージを無線で送信する電池駆動の発信器と、前記メッセージを受信すると一定の送受信タイミングの整数倍のタイミングで受信確認メッセージを前記発信器に返信する監視装置とを備える無線通信システムであって、前記発信器は、前記メッセージを送信する無線送信手段と、前記受信確認メッセージを受信する無線受信手段と、前記無線受信手段に対して前記メッセージの送信後に受信待ち状態を間欠的に繰り返し何れかの受信待ち状態時に前記送信したメッセージに対する受信確認メッセージを検知すると当該受信確認メッセージを受信するように制御する発信器側制御手段とを有し、前記発信器側制御手段は、前記メッセージ送信後に前記受信確認メッセージを受信開始するまでの応答時間を計時し、次のメッセージ送信時において、当該次のメッセージ送信後から前記応答時間が経過するまで前記無線受信手段を駆動停止し、当該応答時間の経過後に、前記無線受信手段に対して前記受信待ち状態を前記送受信タイミングに合わせて間欠的に繰り返すように制御することを特徴とする。

本発明によれば、発信器において、無線受信手段が受信確認メッセージを受信するために受信待ち状態を間欠的に繰り返すことによって、無線受信手段が常に受信待ち状態である場合に比べて、受信確認メッセージの受信に必要な電力を低減することができ、電池駆動であっても長時間使用を可能とする。

また、本発明によれば、発信器において、無線受信手段の受信待ち状態が送受信タイミングと同期するので、受信確認メッセージの受信の成功確率を高くすることができる。

さらに、本発明によれば、発信器において、メッセージ送信から受信確認メッセージ受信までの応答時間を求めることによって、次回のメッセージ送信時に、メッセージ送信後から上記応答時間が経過するまで無線送受信手段を駆動停止することができるので、受信確認メッセージの受信に必要な電力をさらに削減することができ、長時間使用を可能とする。

実施形態１〜３の無線通信システムの構成を示すブロック図である。 同上の発信器の構成を示すブロック図である。 同上の中継器及び監視装置の構成を示すブロック図である。 同上のメッセージのフォーマット図である。 実施形態１の通信シーケンス図である。 実施形態２の通信シーケンス図である。 実施形態３の通信シーケンス図である。

（実施形態１）
まず、実施形態１の無線通信システムの構成について図１〜４を用いて説明する。この無線通信システムは、図１に示すように、それぞれがメッセージを例えば特定小電力無線で送信する電池駆動の発信器１，１と、メッセージを受信するとこのメッセージに対する受信確認メッセージを上記メッセージを送信した発信器１に返信する監視装置２と、それぞれが発信器１，１と監視装置２の間の通信経路に含まれてメッセージ及び受信確認メッセージを中継する第１の中継器３及び第２の中継器４とを備えている。

本実施形態で用いられるメッセージ及び受信確認メッセージは、図４に示すように、ヘッダ部と、データ部と、ＣＲＣ（誤り検出符号）部とから構成されている。ヘッダ部には、プリアンブル（同期信号）ＰＲと、ユニークワード（フレームの同期信号）ＵＷと、発信器１から直接送信されたメッセージか何れかの中継器３，４を中継したメッセージであるかを識別するためのフレーム識別子ＦＩと、メッセージサイズＳＺと、着識別符号（送信先アドレス）ＤＡと、発識別符号（送信元アドレス）ＳＡとが含まれている。また、後述のデータ部には、入力装置５からの入力信号に基づくデータが含まれている。

続いて、発信器１の構成について説明する。発信器１は、図２に示すように、メッセージを送信する無線送信機能及び受信確認メッセージを受信する無線受信機能を有する無線送受信部（無線送信手段及び無線受信手段）１０と、この無線送受信部１０を制御する無線送受信制御部１１と、電池（図示せず）が取り付けられると発信器１の各部に電源供給する電源制御部１２と、システム構成の情報を記憶するシステム構成記憶部１３と、例えばセンサなどの入力装置５からの入力信号（検知結果）を検出する信号検出部１４と、無線送受信制御部１１を制御して無線送受信部１０によるメッセージの送信及び受信確認メッセージの受信を行うようにさせる通信プロトコル制御部１５とを備えている。

無線送受信部１０は、無線送受信制御部１１からの指示に従って、送信・受信アンテナの切替、メッセージ又は受信確認メッセージの送受信に用いる無線信号の周波数制御並びに無線送信機能及び無線受信機能の停止及び起動を行う。

無線送受信制御部１１は、通信プロトコル制御部１５からの指示に従って、無線送受信部１０の状態や通信チャネル、周波数、ビット同期処理を制御する。

通信プロトコル制御部１５は、信号検出部１４が入力装置５からの入力信号を検出すると、この入力信号に基づくメッセージを作成し、無線送受信制御部１１を介して無線送受信部１０に出力する。そして、通信プロトコル制御部１５は電源制御部１２を制御して無線送受信部１０に電源供給するようにし、無線送受信制御部１１を制御して無線送受信部１０から監視装置２にメッセージを無線通信プロトコル処理に従って送信させる。メッセージを送信させた後、通信プロトコル制御部１５は電源制御部１２を制御して無線送受信部１０への電源供給を停止させる。

続いて、監視装置２の構成について説明する。監視装置２は発信器１，１、第１の中継器３及び第２の中継器４を一元管理するものであり、図３に示すように、無線受信機能及び無線送信機能を有する無線送受信部２０と、この無線送受信部２０を制御する無線送受信制御部２１と、無線送受信部２０で受信されたメッセージの送信元ごとに受信確認メッセージの送信タイミングを記憶するシステム構成記憶部２２と、無線送受信部２０でメッセージが受信されたときに上記受信したメッセージの送信元に対応する上記タイミングをシステム構成記憶部２２から抽出しこの抽出した送信タイミングで受信確認メッセージを送信する通信プロトコル制御部２３とを備えている。

システム構成記憶部２２には、システム内の発信器１，１及び第１，２の中継器３，４の各識別番号並びに中継器３，４の台数など、発信器１と第１，２の中継器３，４のシステム構成について設置時に予め登録され、さらに無線送受信部２０で受信されるメッセージの送信元ごとに受信確認メッセージを送信するタイミングが記憶されている。具体的には、上記メッセージが発信器１から監視装置２に直接送信される場合、受信後に第１，２の中継器３，４からの受信があるため、受信確認メッセージを送信するタイミングとして、送受信タイミングの３倍となるような値が登録されている。メッセージが第１の中継器３から監視装置２に送信される場合、受信後に後述のように第１の中継器３より優先順位の低い第２の中継器４からの受信があるため、受信確認メッセージを送信するタイミングとして、後述の送受信タイミングの２倍となるような値が登録されている。メッセージが第２の中継器４から監視装置２に送信される場合、受信後に発信器１及び第１の中継器３からの受信はないため、受信確認メッセージを送信するタイミングとして、送受信タイミングが登録されている。つまり、何れの機器（発信器１及び第１，２の中継器３，４）からメッセージを受信しても、同じ時刻に受信確認メッセージを送信できるように、受信確認メッセージを送信するタイミングが設定されている。なお、上記送受信タイミングは、メッセージ長及び受信確認メッセージ長（図４参照）に基づきメッセージ及び受信確認メッセージの送受信に支障のない時間間隔に設定されている。

発信器１から送信されたメッセージは、システム構成によって、監視装置２に直接届く場合と、第１，２の中継器３，４を中継して監視装置２に届く場合とがある。通信プロトコル制御部２３は、無線送受信部２０で受信されたメッセージの送信元識別番号によって発信器１から直接届いたものか第１，２の中継器３，４を中継してきたものかを判断するとともに、受信確認メッセージを送信するタイミングをシステム構成記憶部２２の情報を用いて決定する。

続いて、第１の中継器３及び第２の中継器４の構成について説明する。第１の中継器３及び第２の中継器４のそれぞれは発信器１，１と監視装置２の間の通信エリアを拡張するために設置されたものであり、図３に示すように、無線送受信部３０（４０）と、無線送受信制御部３１（４１）と、他の中継器３，４との間で優先順位が予め登録されているシステム構成記憶部３２（４２）と、無線送受信部３０（４０）に対して後述の送信待ち時間（ウエイト時間）に応じてメッセージ及び受信確認メッセージを中継送信させる通信プロトコル制御部３３（４３）とを監視装置２と同様に備えている。第１の中継器３と第２の中継器４との間では、第１の中継器３のほうが第２の中継器４より優先順位が高く設定されている。

通信プロトコル制御部３３（４３）は、メッセージ又は受信確認メッセージ受信後、システム構成記憶部３２（４２）に登録されている優先順位に従って中継送信を開始するまでのタイミング（送信待ち時間）を計算する。このタイミングは、一定の送受信タイミングの整数倍となるように計算される。通信プロトコル制御部３３（４３）は、計算したタイミングになると、無線送受信部３０（４０）で受信されたメッセージ又は受信確認メッセージを中継送信するようになっているが、第１の中継器３は最も優先順位が高いので、受信後、次の送受信タイミングに合わせて中継送信する。これに対して、第２の中継器４は第１の中継器３より優先順位が低いので、第１の中継器３が中継送信した送受信タイミングの次の送受信タイミングに合わせて中継送信する。

このような構成の無線通信システムにおいて、図２に示す発信器１の通信プロトコル制御部１５は計時機能を有し、メッセージ送信後から上記送受信タイミングになるまでの時間を計時し、送受信タイミングになると電源制御部１２を制御して無線送受信部１０に電源供給させ、無線送受信部１０を一定時間受信待ち状態にさせる。一定時間が経過すると、電源制御部１２に対して無線送受信部１０への電源供給を停止するように制御し、無線送受信部１０に対して受信待ち状態を停止するように制御する。また、通信プロトコル制御部１５は、次の送受信タイミングになるまでの時間を計時し、次の送受信タイミングになると電源制御部１２及び無線送受信部１０に対して同様の制御を行う。つまり、通信プロトコル制御部１５は、無線送受信部１０が受信待ち状態を送受信タイミングに合わせて間欠的に繰り返すように制御する。なお、上記一定時間とは、例えば受信確認メッセージ中のプリアンブル及びユニークワードの受信に必要な時間などである。

そして、無線送受信部１０が何れかの受信待ち状態時にメッセージに対する受信確認メッセージを検知すると、通信プロトコル制御部１５は、電源制御部１２に対して上記一定時間が経過した後も継続して無線送受信部１０に電源供給させるように制御し、無線送受信部１０に対して上記受信確認メッセージを受信するように制御する。一方、通信プロトコル制御部１５は、無線送受信部１０が受信待ち状態を一定回数間欠的に繰り返しても受信確認メッセージを受信できなかった場合、通信プロトコル制御部１５はメッセージを再送するように無線送受信部１０を制御する。

次に、本実施形態の動作の一例について図５を用いて説明する。まず、発信器１では、信号検出部１４が入力装置５からの入力信号を検出した後（図５のｔ１）、通信プロトコル制御部１５が検出した入力信号に基づくデータを含むメッセージを作成する。その後、通信プロトコル制御部１５は無線送受信制御部１１を制御して無線送受信部１０から上記メッセージを送信させる（ｔ２）。発信器１から送信されたメッセージは、まず、第１の中継器３に受信される。

発信器１からのメッセージを受信した第１の中継器３は、中継器３，４の中で優先順位が最も高いので、次の送受信タイミング（ｔ３）に合わせて上記メッセージを監視装置２に中継送信する。

第１の中継器３から送信されたメッセージは、監視装置２に届くとともに第２の中継器４にも届く。ここで、第２の中継器４は、第１の中継器３より優先順位が低いが、第１の中継器３が既に中継送信を行っているので、第１の中継器３からのメッセージを次の送受信タイミングに合わせて中継送信する（ｔ４）。

一方、監視装置２では、無線送受信部２０が最初に第１の中継器３からメッセージを受信する（ｔ３）。メッセージ受信後、通信プロトコル制御部２３は、無線送受信部２０で受信されたメッセージ中のフレーム識別子からそのメッセージが発信器１から直接受信したものか何れの中継器３，４を中継してきたものかを識別する。その後、システム構成記憶部２２に登録されている発信器１及び第１，２の中継器３，４のシステム構成のデータを用いて、通信プロトコル制御部２３は受信確認メッセージの送信タイミングを決定する。その後、無線送受信部２０が第２の中継器４からメッセージを受信する（ｔ４）。

その後、送信タイミングに合わせて、通信プロトコル制御部２３は無線送受信部２０を制御して受信確認メッセージを送信させる（ｔ５）。

第１の中継器３は監視装置２からの受信確認メッセージを受信し（ｔ５）、次の送受信タイミング（ｔ６）に合わせて受信確認メッセージを発信器１に送信する。

一方、発信器１の通信プロトコル制御部１５は、メッセージ送信後、送受信タイミングの直前から無線送受信部１０を受信待ち状態を開始し、受信確認メッセージを監視する（ｔ３〜ｔ５）。そして、通信プロトコル制御部１５は、送受信タイミングから一定時間ｔａ、受信確認メッセージを監視しても受信確認メッセージを検知できなかった場合、無線送受信部１０の受信待ち状態を停止し、電源制御部１２を制御して次の送受信タイミングまで駆動停止する。

上記より、発信器１は、受信待ち状態を間欠的に実施しながら監視装置２からの受信確認メッセージを受信することができる（ｔ６）。

なお、第１の中継器３が監視装置２から受信確認メッセージを受信したときに第２の中継器４も上記受信確認メッセージを受信する（ｔ５）。第１の中継器３より優先順位の低い第２の中継器４は、第１の中継器３が受信確認メッセージを発信器１に送信した後（ｔ６）、第１の中継器３に受信確認メッセージを中継送信することになるが、第１の中継器３では既に受信確認メッセージを中継送信済みであるため、第２の中継器４からの受信確認メッセージは第１の中継器３で破棄され、発信器１に送信されることはない（ｔ７）。

以上、本実施形態によれば、発信器１において、無線送受信部１０が受信確認メッセージを受信するために受信待ち状態を間欠的に繰り返すことによって、無線送受信部が常に受信待ち状態である場合に比べて、受信確認メッセージの受信に必要な電力を低減することができ、電池駆動であっても長時間使用を可能とする。

また、発信器１において、無線送受信部１０の受信待ち状態が送受信タイミングと同期するので、受信確認メッセージの受信の成功確率を高くすることができる。

（実施形態２）
実施形態２の無線通信システムは、図２の発信器１において、通信プロトコル制御部１５が、メッセージの送信後、後述の所定時間が経過するまで無線送受信部１０を駆動停止する点で、実施形態１と相違している。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の発信器１のシステム構成記憶部１３には、システム内の中継器３，４の台数が予め記憶されている。つまり、中継器３，４の台数について発信器１と監視装置２の間で共有されることになる。

通信プロトコル制御部１５は、所定時間として、送受信タイミング間隔に対して（システム構成記憶部１３に記憶されている中継器３，４の台数＋１）倍の時間が経過するまで無線送受信部１０を駆動停止し、無線送受信部１０を駆動停止するための時間の経過後に、無線送受信部１０に対して、受信待ち状態を送受信タイミングに合わせて間欠的に繰り返すように制御する。

次に、本実施形態の動作の一例について図６を用いて説明する。なお、発信器１からメッセージが送信された後の中継器３，４及び監視装置２の動作は実施形態１と同様である。つまり、監視装置２は、途中にある優先順位の最も低い中継器（第２の中継器４）が中継送信を終了するまで、受信確認メッセージを送信しない。

一方、メッセージ送信後の発信器１において、システム構成記憶部１３に登録されている中継器３，４の台数が監視装置２との間で共有されることになるため、送受信タイミングの（システム構成記憶部１３に記憶されている中継器３，４の台数＋１）倍の時間が経過するまで（図６のｔ２〜ｔ６）、通信プロトコル制御部１５の制御によって無線送受信部１０を駆動停止する。

その後、通信プロトコル制御部１５は、送受信タイミングの直前から無線送受信部１０を受信待ち状態とし、一定時間ｔａ、受信確認メッセージを監視する（ｔ６，ｔ７）。

以上、本実施形態によれば、発信器１において、監視装置２が受信確認メッセージを送信するタイミング（図６のｔ５）を予測し、このタイミングになるまで無線送受信部１０を駆動停止することができるので（ｔ２〜ｔ５）、受信確認メッセージの受信に必要な電力をさらに低減することができ、長時間使用を可能とする。

（実施形態３）
実施形態３の無線通信システムは、図２の発信器１において、通信プロトコル制御部１５が、メッセージ送信後に受信確認メッセージを受信開始するまでの応答時間を計時し、次のメッセージの送信において、上記次のメッセージ送信後から応答時間が経過するまで無線送受信部１０を駆動停止する点で、実施形態１と相違している。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

通信プロトコル制御部１５は、無線送受信部１０に対して上記応答時間が経過するまで駆動停止し、上記応答時間の経過後に受信待ち状態を間欠的に繰り返すように制御する。

また、通信プロトコル制御部１５は、前回のメッセージ送信に対する受信確認メッセージが監視装置２から直接届いたか途中の第１，２の中継器３，４を介して届いたかを受信メッセージから解析し、システム構成記憶部１３に記憶させる。

次に、本実施形態の動作の一例について図７を用いて説明する。なお、発信器１からメッセージが送信された後の第１，２の中継器３，４及び監視装置２の動作は実施形態１と同様である。

一方、発信器１では、前回のメッセージに対する受信確認メッセージを受信したときに、通信プロトコル制御部１５が、上記前回のメッセージに対する受信確認メッセージが監視装置２から直接届いたか第１，２の中継器３，４を介して届いたかを受信確認メッセージから解析し、メッセージ送信後から受信確認メッセージ受信までの応答時間をシステム構成記憶部１３に記憶させる。

今回のメッセージ送信後の発信器１では、通信プロトコル制御部１５が、システム構成記憶部１３に記憶されている応答時間経過するまで無線送受信部１０を駆動停止し（図７のｔ２〜ｔ６）、上記応答時間が経過した時点（ｔ６）で、電源制御部１２を制御して無線送受信部１０に電源供給させ、無線送受信部１０の受信待ち状態を間欠的に繰り返し、受信確認メッセージを監視するように制御する。

以上、本実施形態によれば、発信器１において、メッセージ送信から受信確認メッセージ受信までの応答時間を求めることによって、次回のメッセージ送信時に、メッセージ送信後から上記応答時間が経過するまで無線送受信部１０を駆動停止することができるので、受信確認メッセージの受信に必要な電力をさらに削減することができ、長時間使用を可能とする。

なお、実施形態１〜３の変形例として、発信器１は、実施形態１のように送受信タイミングに合わせて受信待ち状態を間欠的に繰り返す第１のモード（図５参照）と、実施形態２のように、送受信タイミング間隔に対して（中継器３，４の台数＋１）倍の時間が経過するまで無線送受信部１０を駆動停止した後、受信待ち状態を間欠的に繰り返す第２のモード（図６参照）と、実施形態３のようにメッセージ送信後に受信確認メッセージを受信開始するまでの応答時間を計時し、次のメッセージの送信において上記次のメッセージ送信後から応答時間が経過するまで無線送受信部１０を駆動停止した後、受信待ち状態を間欠的に繰り返す第３のモード（図７参照）とを有し、これら第１〜３のモードをモード切替スイッチ１６によって切替可能としてもよい。これにより、ユーザは用途や使用場面に応じて受信待ち状態を適宜変更することができる。

１ 発信器
２ 監視装置
３ 第１の中継器
４ 第２の中継器

Claims (1)

1. メッセージを無線で送信する電池駆動の発信器と、前記メッセージを受信すると一定の送受信タイミングの整数倍のタイミングで受信確認メッセージを前記発信器に返信する監視装置とを備える無線通信システムであって、
   前記発信器は、前記メッセージを送信する無線送信手段と、前記受信確認メッセージを受信する無線受信手段と、前記無線受信手段に対して前記メッセージの送信後に受信待ち状態を間欠的に繰り返し何れかの受信待ち状態時に前記送信したメッセージに対する受信確認メッセージを検知すると当該受信確認メッセージを受信するように制御する発信器側制御手段とを有し、
   前記発信器側制御手段は、前記メッセージ送信後に前記受信確認メッセージを受信開始するまでの応答時間を計時し、次のメッセージ送信時において、当該次のメッセージ送信後から前記応答時間が経過するまで前記無線受信手段を駆動停止し、当該応答時間の経過後に、前記無線受信手段に対して前記受信待ち状態を前記送受信タイミングに合わせて間欠的に繰り返すように制御する
   ことを特徴とする無線通信システム。

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