JP5435111B2 - 通信装置、通信システム及び通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信装置、通信システム及び通信方法に関する。

産業用の無線通信システムとして、国際計測制御学会（ISA: International Society of Automation）が策定したＩＳＡ１００．１１ａ（インダストリアルオートメーション用無線通信規格）に準拠した無線通信システムやＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）に準拠した無線通信システムが知られている。これら無線通信システムは、何れもスロットホッピング方式により信頼性の高い無線通信を実現している。

上記スロットホッピング方式は、個々の通信ノード間の無線通信における周波数チャンネルとタイムスロットとを個別に規定することにより、混信を回避した信頼性の高い無線通信を実現するものである。このようなスロットホッピング方式を用いた無線通信システムでは、上記周波数チャンネルとタイムスロットとを個々の通信ノード間について規定したホッピングテーブルを各通信ノードで共有することにより各通信ノード間の無線通信におけるタイムスロット及び周波数ホッピングを統一的に管理している。なお、このような無線通信システムについては、下記米国特許公報や国内特許公報あるいはＩＳＡ１００．１１ａ規格書等に詳細が開示されている。

米国特許第７７０１８５８号明細書 米国特許第７４２０９８０号明細書 特開２０１１−１０３５２０号公報

ところで、上記無線通信システムは、プラントや工場内に構築されるものが殆どであるが、近年においては、プラント等の外部にも構築されつつある。例えば、石油や天然ガス等のパイプラインに沿って構築され、或いは油田の周辺に構築されるといった具合である。プラント等内に構築される無線通信システムの殆どは、最大でも数ｋｍ程度の長距離通信を実現すれば十分であるが、プラント等の外部に構築される無線通信システムは、数十ｋｍ程度以上の長距離通信が必要になる場合がある。

ここで、上記無線通信システムで長距離通信を実現する方法としては、複数の通信ノード間で情報をホッピング（リレー）するマルチホップ通信を利用する第１方法と、指向性アンテナを使用する第２方法とが挙げられる。上記の第１方法では、例えば通信ノードＡから通信ノードＢに送信した情報を通信ノードＢから通信ノードＣに送信（ホッピング）することにより、通信ノードＡから通信ノードＣまでの長距離通信を実現する。これに対し、上記の第２方法では、通信ノードＡ及び通信ノードＣに八木アンテナ等の指向性アンテナを設けて電波伝送距離を長距離化することにより、通信ノードＢを介することなく通信ノードＡから通信ノードＣへの長距離通信を実現する。

しかしながら、上記の第１方法によって長距離通信を実現しようとすると、通信距離に比例してホップ数（情報がホッピングされる数）が多くなるため、通信距離が長くなるにつれて通信ノードの数が多くなり、コスト（設置コスト及びメンテナンスコストを含む）が上昇するとともに、通信に要する時間が長くなるという問題がある。また、上記の第２方法では、２つの通信ノード（上記の例では、通信ノードＡと通信ノードＣ）間の通信距離に応じて出力（無線出力）を上げる必要があるが、法令によって出力が規制される場合には、２つの通信ノード間の通信距離が制限されてしまい、２つの通信ノードのみを用いた長距離通信には限界があるという問題がある。

また、上記無線通信システムは、規模が大きくなるにつれて、単純に離間した２つの通信ノード間の長距離通信を実現するだけではなく、多様な形態の通信が必要になる場合がある。例えば、上述したパイプラインに沿って構築され、３つの通信ノードＡ，Ｂ，Ｃを有する無線通信システムを例に挙げると、通信ノードＢが、通信ノードＡからの情報を通信ノードＣに転送しつつ、通信ノードＢで得られた情報も通信ノードＣに送信するといった具合である。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、コストの上昇を極力抑えつつ長距離通信及び多様な形態の通信を実現することが可能な通信装置、通信システム及び通信方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、通信装置に係る第１の解決手段として、タイムスロット毎に無線通信を行う通信相手を切り替え可能な通信装置であって、指向性アンテナを少なくとも含む複数のアンテナと、前記アンテナを用いて通信相手と信号の送受信を行う少なくとも１つの通信回路と、前記タイムスロットを基準にして無線通信に用いるアンテナ及び通信回路の割り当てを行う制御部とを具備する、という手段を採用する。

また、本発明では、通信装置に係る第２の解決手段として、上記第１の手段において、前記複数のアンテナに対して設けられた１つの前記通信回路に接続させる１つのアンテナを選択する選択回路を備えており、前記制御部は、前記タイムスロットを基準にして前記選択回路を制御することによって無線通信に用いるアンテナの割り当てを行う、という手段を採用する。

また、本発明では、通信装置に係る第３の解決手段として、上記第１の手段において、前記複数のアンテナのうちの１つと１対１で対応付けられた前記通信回路を少なくとも１つ備えており、前記制御部は、前記タイムスロットを基準にして前記通信回路を動作させるか否かを制御することによって無線通信に用いるアンテナ及び通信回路の割り当てを行う、という手段を採用する。

また、本発明では、通信装置に係る第４の解決手段として、上記第１から第３の何れかの手段において、前記制御部は、前記タイムスロットを基準にして無線通信に用いる通信回路を制御してチャンネルの切り替えを行う、という手段を採用する。

また、本発明では、通信装置に係る第５の解決手段として、上記第１から第４の何れかの手段において、前記制御部は、通信リンク毎あるいは通信相手毎に前記アンテナを指定するアンテナ指定情報に基づいて無線通信に用いるアンテナ及び通信回路の割り当てを行う、という手段を採用する。

また、本発明では、通信装置に係る第６の解決手段として、上記第１から第４の何れかの手段において、前記制御部は、少なくとも各通信相手との通信時間を規定するスーパーフレームに基づいて無線通信に用いるアンテナ及び通信回路の割り当てを行う、という手段を採用する。

また、本発明では、通信装置に係る第７の解決手段として、上記第１から第６の何れかの手段において、前記タイムスロットの割り当て情報あるいは前記タイムスロット及びチャンネルの割り当て情報を無線通信によって外部から取得する、という手段を採用する。

また、本発明では、通信装置に係る第８の解決手段として、上記第１から第７の何れかの手段において、特定の物理量を計測する計測手段あるいは前記特定の物理量に対して操作する操作手段をさらに備え、該計測手段の計測データを通信相手に無線送信し、あるいは前記操作手段への操作データを通信相手から無線受信する無線フィールド機器であることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の通信装置。

また、本発明では、通信装置に係る第９の解決手段として、上記第１から第８の何れかの手段において、一次電池、二次電池あるいは環境電池を電源として作動する、という手段を採用する。

また、本発明では、通信装置に係る第１０の解決手段として、上記第１から第９の何れかの手段において、ＩＳＡ１００．１１ａ（インダストリアルオートメーション用無線通信規格）に準拠した無線通信を行う、という手段を採用する。

また、本発明では、通信装置に係る第１１の解決手段として、上記第２の手段において、前記通信回路は、自装置が参入している無線ネットワークに新たな通信装置を参入させるための情報を広告として送信可能であり、前記制御部は、前記選択回路を制御して選択されたアンテナ毎に種類が異なる前記広告を前記通信回路に送信させる、という手段を採用する。

さらに、本発明では、通信システムに係る第１の解決手段として、無線通信可能範囲内に設けられた複数の上記第１から第１１の何れかの解決手段に記載の通信装置を備える、という手段を採用する。

また、本発明では、通信システムに係る第２の解決手段として、上記第１の手段において、各通信装置に前記タイムスロットの割り当て情報あるいは前記タイムスロット及びチャンネルの割り当て情報を各通信装置に提供するシステム管理装置をさらに備える、という手段を採用する。

また、本発明では、通信システムに係る第３の解決手段として、上記第２の手段において、各通信装置が備える前記アンテナ毎の通信相手を示す情報を設定可能な端末装置を備えており、前記システム管理装置は、前記端末装置で設定された情報に基づいて、各通信装置が無線通信に用いるアンテナ及び通信回路の割り当てを行うための情報を作成する、という手段を採用する。

また、本発明では、通信システムに係る第４の解決手段として、無線ネットワークを介した無線通信が可能な通信システムであって、前記無線ネットワークに参入している上記第１１の解決手段に記載の通信装置を少なくとも１つ備える、という手段を採用する。

また、本発明では、通信システムに係る第５の解決手段として、上記第４の手段において、前記通信装置から前記アンテナ毎に種類が異なる前記広告を送信させるタイムスロットの管理を行うシステム管理装置を備える、という手段を採用する。

さらに、本発明では、通信方法に係る第１の解決手段として、タイムスロットを基準にして無線通信を行う通信方法であって、指向性アンテナを少なくとも含む複数のアンテナの何れかを選択するアンテナ選択工程と、該アンテナ選択工程によって選択されたアンテナを用いて信号の送受信を行う通信工程とを有する、という手段を採用する。

また、本発明では、通信方法に係る第２の解決手段として、タイムスロットを基準にして無線ネットワークを介した無線通信を行う通信方法であって、前記タイムスロットを基準にして、指向性アンテナを少なくとも含む複数のアンテナを切り替えつつ前記アンテナ毎に種類が異なる広告を送信する広告送信工程と、前記広告を用いて前記無線ネットワークへ参入した通信装置と無線通信を行う無線通信工程とを有する、という手段を採用する。

本発明によれば、指向性アンテナを少なくとも含む複数のアンテナ及び少なくとも１つの通信回路のうち、制御部によりタイムスロットを基準にして割り当てられたアンテナ及び通信回路によって無線通信を行っており、指向性アンテナを用いたマルチホップ通信が実現されるため、コストの上昇を極力抑えつつ長距離通信及び多様な形態の通信を実現することができるという効果がある。

本発明の第１実施形態に係る無線計測システムＫ１（通信システム）のシステム構成図である。 本発明の第１実施形態に係る無線フィールド機器Ｒ（通信装置）の機能構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態におけるホッピングテーブルの構成を示す概念図である。 本発明の第１実施形態におけるリンクテーブルの構成を示す概念図である。 本発明の第１実施形態における近隣テーブル（Neighborテーブル）の構成を示す概念図である。 本発明の第１実施形態におけるスーパーフレーム（Superframe）を示す概念図である。 本発明の第１実施形態における広告パケットの送信に用いられるスーパーフレームを示す概念図である。 本発明の第１実施形態において端末装置Ｅに設定される情報の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る無線フィールド機器Ｒ（通信装置）の第１変形例を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る無線フィールド機器Ｒ（通信装置）の第２変形例を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る無線計測システムＫ２（通信システム）のシステム構成図である。 本発明の第３実施形態に係る無線計測システムＫ３（通信システム）のシステム構成図である。 本発明の第３実施形態に係る無線フィールド機器Ｒａ（通信装置）の機能構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態に係る無線計測システムＫ３の一部の詳細を示すシステム構成図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態による通信装置、通信システム及び通信方法について詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
〈無線計測システムの構成〉
第１実施形態に係る無線計測システムＫ１（通信システム）は、図１に示すように４つの無線フィールド機器Ａ〜Ｃ，Ｒ、システム管理装置Ｄ、及び端末装置Ｅを備えており、インダストリアルオートメーション用無線通信規格の１つである例えばＩＳＡ１００．１１ａに準拠した無線通信システムを構築している。すなわち、この計測システムＫ１は、無線通信機器として機能する無線フィールド機器Ａ〜Ｃ，Ｒ及びシステム管理装置Ｄが後述するホッピングテーブル及びスーパーフレーム（Superframe）等を用いることにより所定のタイムインターバルで無線ネットワークＮ１を介した同期通信を行う無線通信システムである。

このような無線計測システムＫ１は、石油プラント、各種の化学プラントあるいは発電プラント等、各種のプラントに備えられ、各無線フィールド機器Ａ〜Ｃ，Ｒが計測した圧力、流量あるいは／及び温度等、プラントに関連する各種プロセス量の計測データを無線通信によってシステム管理装置Ｄに集約させ、該システム管理装置Ｄから有線ネットワークＮ２を介して上位のプラント制御系（図示省略）に提供する。

なお、上記４つの無線フィールド機器Ａ〜Ｃ，Ｒは、無線計測システムＫ１を構成する複数の無線フィールド機器の一部である。すなわち、図１は、実際の無線計測システムＫ１を構成する無線フィールド機器の一部を便宜上示すものであり、実際の無線計測システムＫ１は、４つの無線フィールド機器Ａ〜Ｃ，Ｒを含む多数の無線フィールド機器を備えている。

上記各無線フィールド機器Ａ〜Ｃ，Ｒは、低消費電力化を実現するために通常では動作モードが低消費電力モードにあり、この低消費電力モードから所定のタイムインターバルで計測モードに移行することにより、プロセス量を計測してシステム管理装置Ｄに宛てて送信する。また、このような４つの無線フィールド機器Ａ〜Ｃ，Ｒのうち、無線フィールド機器Ｒ（中継機能付フィールド機器）は、本実施形態における特徴的な通信装置であり、他の無線フィールド機器Ａ〜Ｃとシステム管理装置Ｄとの間のマルチホップ通信における中継機能を備えている。

また、無線フィールド機器Ｒは、システム管理装置Ｄの制御の下で、自身が参入している無線ネットワークＮ１に新たな無線フィールド機器を参入させるための情報が含まれる広告パケット（広告）を送信する広告送信機能も備えている。この無線フィールド機器Ｒは、広告パケットを用いて無線ネットワークＮ１に参入しようとする新たな無線フィールド機器がある場合に、その新たな無線フィールド機器とシステム管理装置Ｄとの間で送受信される各種信号の中継も行う。

なお、図１では、他の無線フィールド機器Ａ〜Ｃとシステム管理装置Ｄとの間に１台の無線フィールド機器Ｒ（中継機能付フィールド機器）が存在する状態を便宜上示している。しかしながら、実際の無線計測システムＫ１では、他の無線フィールド機器Ａ〜Ｃとシステム管理装置Ｄとの間に複数の無線フィールド機器Ｒ（中継機能付フィールド機器）が直列状態に設けられる場合がある。図１に示す無線計測システムＫ１では、無線フィールド機器Ｒのみがシステム管理装置Ｄと直接通信が可能であり、他の各無線フィールド機器Ａ〜Ｃは、無線フィールド機器Ｒを中継局としてシステム管理装置Ｄと間接的に無線通信を行う。

ここで、図示するように、３つの無線フィールド機器Ａ〜Ｃのうち、２つの無線フィールド機器Ａ，Ｂは、上記中継機能を備えた無線フィールド機器Ｒの左側において当該無線フィールド機器Ｒと無線通信可能な範囲（位置）に設けられている。また、残りの無線フィールド機器Ｃ及びシステム管理装置Ｄは、無線フィールド機器Ｒの右側において当該無線フィールド機器Ｒと無線通信可能な範囲（位置）に設けられている。

システム管理装置Ｄは、上記各無線フィールド機器Ａ〜Ｃ，Ｒを統括的に管理するとともに、各無線フィールド機器Ａ〜Ｃ，Ｒから受信した計測データを集約して上位のプラント制御系に提供する。具体的に、システム管理装置Ｄは、端末装置Ｅによって設定された情報に基づいて、後述するホッピングテーブル等の各種テーブルやスーパーフレーム（無線フィールド機器Ａ〜Ｃ，Ｒが無線通信に用いるアンテナ等の割り当てを行うための情報）を作成し、これら各種テーブルやスーパーフレームを用いて上記各無線フィールド機器Ａ〜Ｃ，Ｒを統括的に管理する。なお、上記各種テーブルやスーパーフレームの作成方法の詳細については後述する。

端末装置Ｅは、有線ネットワークＮ２を介してシステム管理装置Ｄに接続されており、例えば無線計測システムＫ１の管理者（システム管理者）によって操作され、システム管理者の操作に応じた設定（例えば、システム管理装置Ｄが上記の各種テーブルやスーパーフレームを作成する上で必要となる情報の設定）等を行う。この端末装置Ｅは、例えばキーボードやポインティングデバイス等の入力装置、液晶表示装置等の表示装置を備えるパーソナルコンピュータやワークステーションにより実現される。なお、端末装置Ｅ及びシステム管理装置Ｄは、１つの筐体内に収納されていても良い。

〈無線フィールド機器Ｒの構成〉
上記無線フィールド機器Ｒの構成について、図２を参照してさらに詳しく説明する。この無線フィールド機器Ｒは、３つの無線フィールド機器Ａ〜Ｃ及びシステム管理装置Ｄを通信相手とし、ＩＳＡ１００．１１ａの規定範囲内で指向性アンテナを用いたマルチホップ通信を実現する通信装置である。この無線フィールド機器Ｒは、図示するように、第１指向性アンテナ１、第２指向性アンテナ２、アナログスイッチ３（選択回路）、通信回路４、制御部５、計測部６及び電源７を機能構成要素として備えている。

第１指向性アンテナ１は、特定方向から入射する電波に対して高い受信感度を有すると共に同じく上記特定方向に高い放射強度の電波を放射する性質のアンテナであり、例えば八木アンテナ（八木・宇田アンテナ）である。このような第１指向性アンテナ１は、２つの無線フィールド機器Ａ，Ｂとの無線通信が可能なように、上記特定方向が図１に示すように無線フィールド機器Ａ，Ｂの方向（左方向）に設定されている。

第２指向性アンテナ２は、上記第１指向性アンテナ１と同様に特定方向から入射する電波に対して高い受信感度を有すると共に同じく上記特定方向に高い放射強度の電波を放射する性質のアンテナであり、例えば八木アンテナ（八木・宇田アンテナ）である。この第２指向性アンテナ２は、無線フィールド機器Ｃ及びシステム管理装置Ｄとの無線通信が可能なように、上記特定方向が図１に示すように無線フィールド機器Ｃ及びシステム管理装置Ｄの方向（右方向）に設定されている。

アナログスイッチ３は、制御部５から入力される選択信号に基づいて上記第１，第２指向性アンテナ１，２の何れか一方を択一的に選択して通信回路４の入出力端に接続する選択回路である。すなわち、アナログスイッチ３は、通信回路４から入力される送信信号を第１，第２指向性アンテナ１，２の何れか一方に供給する。また、このアナログスイッチ３は、第１指向性アンテナ１が捉えた受信波の信号（受信信号）あるいは第２指向性アンテナ２が捉えた受信波の信号（受信信号）のいずれか一方を通信回路４に供給する。

通信回路４は、送信回路及び受信回路から構成されている。この通信回路４は、制御部５から入力された情報（送信情報）に基づいて送信回路が生成した送信信号をアナログスイッチ３に出力する。また、通信回路４は、アナログスイッチ３から入力された受信信号を受信回路で受信処理することにより受信信号に含まれる情報（受信情報）を取り出して制御部５に出力する。加えて、通信回路４は、制御部５の制御の下で、自機が参入している無線ネットワークＮ１に新たな無線フィールド機器を参入させるための情報が含まれる広告パケット（広告）を送信可能である。

制御部５は、所定の制御プログラムに基づいて、ソフトウェア制御により無線フィールド機器Ｒの各部を制御する。この制御部５は、上記制御プログラムが格納された不揮発性メモリ、上記制御プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）、このＣＰＵが通信回路４や計測部６と信号の授受を行うためのインターフェース回路、また上記不揮発性メモリ、ＣＰＵ及びインターフェース回路を通信可能に相互接続する内部バス等から構成されている。

このような制御部５は、他の無線フィールド機器Ａ〜Ｃ及びシステム管理装置Ｄとの間でＩＳＡ１００．１１ａに準拠した無線通信を行うために、図３に示すホッピングテーブルを制御情報の１つとして記憶している。このホッピングテーブルは、無線計測システムＫ１を構成する各通信機器間の通信リンク（Link）の各々について、タイムスロット及びチャンネル（周波数チャンネル）のホッピングを規定するもの、つまり４つの無線フィールド機器Ａ〜Ｃ，Ｒ及びシステム管理装置Ｄ間の通信リンクの各々について、タイムスロットとチャンネルを個別に割り当てるものである。

例えば、無線フィールド機器Ａから無線フィールド機器Ｒへの通信リンク（Ａ→Ｒ）には、通信開始後の最初のタイムスロット（第１タイムスロット）かつ第７チャンネルが割り当てられ、この通信リンク（Ａ→Ｒ）の逆方向の通信リンク、つまり無線フィールド機器Ｒから無線フィールド機器Ａへの通信リンク（Ｒ→Ａ）には、第４タイムスロットかつ第２チャンネルが割り当てられる。また、無線フィールド機器Ｃから無線フィールド機器Ｒへの通信リンク（Ｃ→Ｒ）には、第５タイムスロットかつ第６チャンネルが割り当てられ、この通信リンク（Ｃ→Ｒ）の逆方向である無線フィールド機器Ｒから無線フィールド機器Ｃへの通信リンク（Ｒ→Ｃ）には、第８タイムスロットかつ第５チャンネルが割り当てられる。

ＩＳＡ１００．１１ａでは、このように通信リンク毎にタイムスロット及びチャンネルを異なるものを割り当てることにより、産業用の無線通信に要求される高い信頼性を実現している。なお、図３に示すホッピングテーブルには、割り当て可能なタイムスロットとチャンネルの一部が示されている。このようなホッピングテーブルは、端末装置Ｅによって設定された情報に基づいてシステム管理装置Ｄによって作成され、システム管理装置Ｄで作成されたホッピングテーブルが無線フィールド機器Ｒに取得（ダウンロード）されることによって制御部５に記憶される。

制御部５は、このようなＩＳＡ１００．１１ａに準拠したホッピングテーブルに加えて、図４に示すリンクテーブルを制御情報として記憶している。このリンクテーブルは、図示するように無線フィールド機器Ｒ（中継機能付フィールド機器）が関与する通信リンク毎にアンテナ番号（アンテナ指定情報）を規定したものである。このアンテナ番号は、上述した第１，第２指向性アンテナ１，２の識別番号である。図４では、上述した第１指向性アンテナ１がアンテナ番号「１」として示され、また第２指向性アンテナ２がアンテナ番号「２」として示されている。図４に示すリンクテーブルも、図３に示すホッピングテーブルと同様に、端末装置Ｅによって設定された情報に基づいてシステム管理装置Ｄによって作成され、システム管理装置Ｄで作成されたリンクテーブルが無線フィールド機器Ｒに取得（ダウンロード）されることによって制御部５に記憶される。

また、制御部５は、上記リンクテーブルに代えて、図５に示す近隣テーブル（Neighborテーブル）を制御情報として記憶している。近隣テーブルは、無線フィールド機器Ｒ（中継機能付フィールド機器）の通信相手（近隣に配置された無線通信可能な近隣機器）毎、つまり３つの無線フィールド機器Ａ〜Ｃ及びシステム管理装置Ｄ毎に上述したリンクテーブルと同様なアンテナ番号を規定したものである。図５では、近隣機器である２つの無線フィールド機器Ａ，Ｂにアンテナ番号「１」が割り当てられ、また同じく無線フィールド機器Ｃ及びシステム管理装置Ｄにアンテナ番号「２」が割り当てられている。図５に示す近隣テーブルも、図３に示すホッピングテーブル及び図４に示すリンクテーブルと同様に、端末装置Ｅによって設定された情報に基づいてシステム管理装置Ｄによって作成され、システム管理装置Ｄで作成された近隣テーブルが無線フィールド機器Ｒに取得（ダウンロード）されることによって制御部５に記憶される。

さらに、制御部５は、上記リンクテーブル及び上記近隣テーブルに代えて、図６（ａ）に示すような複数のスーパーフレーム（Superframe）を制御情報として記憶している。このスーパーフレームは、例えばＩＳＡ１００．１１ａに規定された一定時間毎の繰り返しを表現するために使用される通信テンプレートであり、図３のテーブルを、例えば６４００タイムスロットまでホッピングを規定したものから構成される。すなわち、スーパーフレームは、通信相手と実際に通信を実施するタイムスロット（通信時間）及びチャンネル（通信周波数）を、所定の時間（例えば６４００タイムスロット分の時間）内で規定するものである。計測システムＫ１を構成する各無線通信機器は、端末装置Ｅによって設定された情報に基づいてシステム管理装置Ｄによって作成されたスーパーフレームを初期的に受信して記憶する。

計測システムＫ１を構成する各無線通信機器に記憶される複数のスーパーフレームの各々には、予め優先度（プライオリティ）が割り当てられている。例えば、図６（ａ）中の「スーパーフレーム１」（ スーパーフレーム番号が「１」であるスーパーフレーム）には最も高い優先度が割り当てられており、「スーパーフレーム２」（ スーパーフレーム番号が「２」であるスーパーフレーム）には次に高い優先度が割り当てられており、「スーパーフレーム３」（ スーパーフレーム番号が「３」であるスーパーフレーム）には最も低い優先度が割り当てられている。仮に、複数のスーパーフレームに割り当てられている通信リンク（タイムスロット及びチャンネル）が互いに干渉する場合には、制御部５は、スーパーフレームに割り当てられている優先度を参照し、より高い優先度が割り当てられているスーパーフレームの通信リンクを採用する。

ここで、「スーパーフレーム１」は、無線フィールド機器Ｒと無線フィールド機器Ａ又は無線フィールド機器Ｂとの間の通信を規定し、「スーパーフレーム２」は、無線フィールド機器Ｒと無線フィールド機器Ｃ又はシステム管理装置Ｄとの間の通信を規定している。無線フィールド機器Ｒは、無線フィールド機器Ａ又は無線フィールド機器Ｂと通信する場合には「スーパーフレーム１」を選択して用い、無線フィールド機器Ｃ又はシステム管理装置Ｄと通信する場合には「スーパーフレーム２」を選択して用いる。

また、制御部５は、図６（ａ）に示すスーパーフレームとともに、図６（ｂ）に示すテーブルを記憶している。このテーブルは、スーパーフレーム毎に使用されるアンテナを規定するテーブルであって、各スーパーフレームのスーパーフレーム番号とアンテナ番号とを対応付けたものである。図６（ｂ）に示す例では、スーパーフレーム番号「１」，「３」に対してアンテナ番号「１」が割り当てられており、スーパーフレーム番号「２」に対してアンテナ番号「２」が割り当てられている。

このため、制御部５は、「スーパーフレーム１」に割り当てられている通信リンク（Ａ→Ｒ，Ｂ→Ｒ，Ｒ→Ａ，Ｒ→Ｂ）による無線通信を行う場合には、アンテナ番号が「１」である第１指向性アンテナ１を用いて無線通信が行われるように制御する。これに対し、「スーパーフレーム２」に割り当てられている通信リンク（Ｒ→Ｄ，Ｃ→Ｒ，Ｄ→Ｒ，Ｒ→Ｃ）による無線通信を行う場合には、アンテナ番号が「２」である第２指向性アンテナ２を用いて無線通信が行われるように制御する。

このような制御部５は、上述したホッピングテーブルに、リンクテーブル、近隣テーブルあるいはスーパーフレームの何れかを組み合わせることにより、第１指向性アンテナ１あるいは第２指向性アンテナ２の何れかを通信相手（３つの無線フィールド機器Ａ〜Ｃ及びシステム管理装置Ｄ）に応じて指定する選択信号を生成し、この選択信号をアナログスイッチ３に出力する。なお、スーパーフレームを用いる場合には、制御部５は、複数のスーパーフレームのいずれか１つを選択し、図６（ｂ）に示すテーブルを参照して、選択したスーパーフレームに割り当てられているスーパーフレーム番号に対応付けられているアンテナ番号を取得し、そのアンテナ番号で特定されるアンテナをアナログスイッチ３に選択させる。このように、制御部５は、ホッピングテーブル等の各種テーブルやスーパーフレームを用いてタイムスロットを基準にしてアナログスイッチ３を制御することによって、無線通信に用いるアンテナの割り当てを行う。

なお、制御部５は、無線計測システムＫ１を構成する各無線フィールド機器及びシステム管理装置Ｄに関するルートテーブル（図示略）も記憶しており、このルートテーブルに基づいて通信経路を特定する機能をも備えている。

加えて、制御部５は、第１，第２指向性アンテナ１，２毎（アナログスイッチ３を制御して選択されたアンテナ毎）に種類が異なる広告パケットを通信回路４に送信させる制御を行う。このような制御を行うのは、無線ネットワークＮ１に参入しようとしている新たな無線フィールド機器が、図１に示す無線フィールド機器Ｒの左側及び右側の何れに配置されている場合（第１，第２指向性アンテナ１，２の何れを介して無線フィールド機器Ｒと無線通信を行う場合）であっても、無線ネットワークＮ１への参入を可能にするためである。制御部５は、上記制御を行うため、図７に示すような広告パケットの送信に用いるスーパーフレーム（スーパーフレーム番号が「Ｘ」であるスーパーフレーム）を、上述したスーパーフレームの一種として記憶している。

ここで、無線フィールド機器Ｒから送信される広告パケットには、無線フィールド機器Ｒで管理される時刻を示す時刻情報と、無線ネットワークＮ１への参入要求（ジョイン（Join）要求）を送信するための通信リンク（ジョインリンク：Join Link）を示す情報とが含まれる。制御部５は、図７に示す通り、「ジョインリンク１」なる情報が含まれる広告パケットを第１指向性アンテナ１から送信させ、「ジョインリンク２」なる情報が含まれる広告パケットを第２指向性アンテナ２から送信させる制御を行う。上記の「ジョインリンク１」は、ジョイン要求（無線ネットワークＮ１に参入しようとしている新たな無線フィールド機器から送信されるジョイン要求）を第１指向性アンテナ１によって受信するように設定された通信リンクであり、上記の「ジョインリンク２」は、ジョイン要求を第２指向性アンテナ２によって受信するように設定された通信リンクである。

具体的に、図７に示す例では、「ジョインリンク１」なる情報が含まれる広告パケット（第１指向性アンテナ１から送信させるべき広告パケット）は、第３タイムスロットかつ第４チャンネル、及び第５タイムスロットかつ第６チャンネルに割り当てられている。これに対し、「ジョインリンク２」なる情報が含まれる広告パケット（第２指向性アンテナ２から送信させるべき広告パケット）は、第１タイムスロットかつ第８チャンネル、及び第６タイムスロットかつ第２チャンネルに割り当てられている。なお、図７では、広告パケットの割り当てをリンク毎に行う例を図示しているが、図６に示す例と同様に、広告パケットの割り当てをスーパーフレーム単位で行うことも可能である。

計測部６は、上述したプラントに関連する各種プロセス量を計測する機能構成要素であり、計測データを制御部５に出力する。この計測部６は、各種の測定原理に基づいて各種プロセス量を計測するものであるが、例えば配管内に設けられたオリフィスの前後の差圧に基づいて流体の圧力を計測する圧力計、コリオリの原理に基づいて流体の質量流量を計測する流量計あるいは熱電対や測温抵抗体を用いて温度を計測する温度計として機能する。

電源７は、上記アナログスイッチ３、通信回路４、制御部５及び計測部６に作動用電力を供給するものであり、例えば一次電池、二次電池あるいは太陽電池である。この電源７として用いる一次電池あるいは二次電池としては、交換頻度（メンテナンス頻度）を低減させる必要から極力長寿命なものが好ましい。また、太陽電池を電源７として用いる場合には、日中に発電した電力の一部を太陽電池が発電できない夜間用に蓄電する必要があるので、発電効率が極力高いものが好ましい。なお、電源７は、無線フィールド機器Ｒ（中継機能付フィールド機器）の外部にあって、無線フィールド機器Ｒと一体又は別体として構成（配置）され、電源供給用ケーブルを介して無線フィールド機器Ｒに電源を供給してもよい。ここで、太陽電池は、環境発電（環境電池）の一つであり、環境発電は、この他に振動、熱、風力、圧力等のエネルギーを電力に変換して発電を行うものであってもよい。

なお、このような無線フィールド機器Ｒ（中継機能付フィールド機器）以外の各無線フィールド機器Ａ〜Ｃ（中継機能を備えないフィールド機器）及びシステム管理装置Ｄは、無線フィールド機器Ｒと同様にホッピングテーブルを備えるが、単一の指向性アンテナａ１〜ｄ１を通信回路４に直接接続した構成を備える。

また、無線フィールド機器Ａの指向性アンテナａ１及び無線フィールド機器Ｂの指向性アンテナｂ１は、図１に示すように無線フィールド機器Ｒとの無線通信が可能なように右方向を特定方向とし、また無線フィールド機器Ｃの指向性アンテナｃ１及びシステム管理装置Ｄの指向性アンテナｄ１は、同じく無線フィールド機器Ｒとの無線通信が可能なように左方向を特定方向としている。

〈無線計測システムの構築方法〉
次に、図１に示す無線計測システムＫ１の構築方法について説明する。なお、初期状態においては、図１に示す無線ネットワークＮ１は形成されていないものとする。まず、システム管理者等が端末装置Ｅを操作し、システム管理装置Ｄが前述した各種テーブルやスーパーフレームを作成する上で必要となる情報の設定を行う。ここで、端末装置Ｅの操作によって設定される情報（システム管理装置Ｄが上記の各種テーブルやスーパーフレームを作成する上で必要となる情報）としては、以下の（１）〜（４）の情報が挙げられる。

（１）デバイス番号
無線フィールド機器Ａ〜Ｃ，Ｒ等を特定する番号
（２）タグ名
無線フィールド機器Ａ〜Ｃ，Ｒ等を特定する名称
（３）ＥＵＩ６４
無線フィールド機器Ａ〜Ｃ，Ｒ等を特定するコード
（４）アンテナ毎のデバイス番号
無線フィールド機器Ａ〜Ｃ，Ｒ等に設けられるアンテナの各々と通信相手になる無線フィールド機器等を特定する番号

図１に示す無線計測システムＫ１を構築する場合には、図８に示す情報が上記（４）の情報として設定される。但し、図８においては、無線フィールド機器Ａ〜Ｃのデバイス番号を「１」〜「３」とし、無線フィールド機器Ｒのデバイス番号を「４」としている。また、システム管理装置Ｄのデバイス番号を「５」としている。

無線フィールド機器Ａ〜Ｃ及びシステム管理装置Ｄは、単一の指向性アンテナａ１〜ｄ１をそれぞれ備えており、これらは無線フィールド機器Ｒと無線通信が可能なように特定方向が設定されている。このため、無線フィールド機器Ａ〜Ｃ及びシステム管理装置Ｄが備える単一の指向性アンテナａ１〜ｄ１（図８の第１アンテナに該当）については、上記（４）の情報として無線フィールド機器Ｒを特定するデバイス番号「４」がそれぞれ設定される。

これに対し、無線フィールド機器Ｒは、第１，第２指向性アンテナ１，２を備えており、第１指向性アンテナ１は無線フィールド機器Ａ，Ｂと無線通信が可能なように特定方向が設定され、第２指向性アンテナ２は無線フィールド機器Ｃ及びシステム管理装置Ｄと無線通信が可能なように特定方向が設定されている。このため、無線フィールド機器Ｒの第１指向性アンテナ１については、上記（４）の情報として無線フィールド機器Ａ，Ｂを特定するデバイス番号「１」，「２」が設定され、第２指向性アンテナ２については、上記（４）の情報として無線フィールド機器Ｃ及びシステム管理装置Ｄを特定するデバイス番号「３」，「５」が設定される。

次に、端末装置Ｅに設定された情報が、システム管理装置Ｄに取得（ダウンロード）され、システム管理装置Ｄにおいて端末装置Ｅからダウンロードした情報に基づいて上記の各種テーブルやスーパーフレーム等を作成する処理が行われる。例えば、無線フィールド機器Ｒについては、図４に示すリンクテーブルが作成される。なお、説明を簡単にするために、図７に示す広告パケットの送信に用いられるスーパーフレームも作成されるものとする。

以上の処理が終了し、システム管理装置Ｄから定期的に広告パケットが送信されている状態で、無線フィールド機器Ｒの電源が投入されると、無線フィールド機器Ｒを無線ネットワークＮ１に参入させる処理が従来と同様の方法で行われる。つまり、無線ネットワークＮ１へのジョイン要求が、無線フィールド機器Ｒから広告パケットを送信しているシステム管理装置Ｄに送信され、システム管理装置Ｄが無線ネットワークＮ１に参入させても良いと判断した場合に、ジョイン要求を行った無線フィールド機器Ｒを無線ネットワークＮ１に参入させる。

無線フィールド機器Ｒは、無線ネットワークＮ１への参入処理が完了すると、上述した制御情報（ホッピングテーブル、リンクテーブル、近隣テーブル及びスーパーフレーム）をシステム管理装置Ｄから取得（ダウンロード）する。なお、無線フィールド機器Ｒは、図７に示す広告パケットの送信に用いられるスーパーフレームもシステム管理装置Ｄから取得（ダウンロード）する。

続いて、無線ネットワークＮ１に参入した無線フィールド機器Ｒは、システム管理装置Ｄから取得したスーパーフレーム（図７に示すスーパーフレーム）を用いて、広告パケットを送信する処理を行う。具体的に、無線フィールド機器Ｒの制御部５は、図７中の「ジョインリンク１」なる情報が含まれる広告パケットを送信させる場合には、アナログスイッチ３を制御して第１指向性アンテナ１を選択させた上で通信回路４を制御して送信させる。これに対し、図７中の「ジョインリンク２」なる情報が含まれる広告パケットを送信させる場合には、アナログスイッチ３を制御して第２指向性アンテナ２を選択させた上で通信回路４を制御して送信させる。これにより、タイムスロットを基準にして、第１，第２指向性アンテナ１，２を切り替えつつ、第１，第２指向性アンテナ１，２毎に種類が異なる広告が送信される（広告送信工程）。

無線フィールド機器Ｒから上記の広告（第１，第２指向性アンテナ１，２毎に種類が異なる広告）が送信されている状態で、無線フィールド機器Ａの電源が投入されたとすると、無線フィールド機器Ａを無線ネットワークＮ１に参入させる処理が行われる。具体的には、無線フィールド機器Ａからのジョイン要求が、無線フィールド機器Ｒから送信される広告パケットに含まれるジョインリンク（図７中の「ジョインリンク１」）を用いてシステム管理装置Ｄに向けて送信される。

無線フィールド機器Ａからのジョイン要求は、無線フィールド機器Ｒを介してシステム管理装置Ｄに送信され、ジョイン要求を行った無線フィールド機器Ａを無線ネットワークＮ１に参入させても良いか否かが判断される。無線ネットワークＮ１に参入させても良いと判断した場合には、システム管理装置Ｄから無線フィールド機器Ａに対し、無線フィールド機器Ｒを介して許可通知が送信され、これにより無線ネットワークＮ１への参入処理が完了する。無線フィールド機器Ａは、無線ネットワークＮ１への参入処理が完了すると、無線フィールド機器Ｒから上記ホッピングテーブルのみを取得（ダウンロード）する。無線フィールド機器Ａによる無線ネットワークＮ１への参入処理が完了した以降は、無線フィールド機器Ｒは、第１，第２指向性アンテナ１，２の切り替えを行いつつ、無線ネットワークＮ１に参入した無線フィールド機器Ａと無線通信を行う（無線通信工程）。

無線フィールド機器Ｒから上記の広告（第１，第２指向性アンテナ１，２毎に種類が異なる広告）が送信されている状態で、無線フィールド機器Ｂ，Ｃの電源を投入すれば、無線フィールド機器Ｂ，Ｃを無線ネットワークＮ１に参入させる処理が、無線フィールド機器Ａと同様に行われる。但し、無線フィールド機器Ｂ，Ｃからのジョイン要求は、広告パケットに含まれるジョインリンク（図７中の「ジョインリンク２」）を用いてシステム管理装置Ｄに向けて送信される。このようにして、図１に示す無線ネットワークＮ１が形成されて無線計測システムＫ１が構築される。

なお、無線計測システムＫ１が構築された後に、例えば新たな無線フィールド機器が追加された場合や稼働中の無線フィールド機器が稼働停止した場合にはシステム管理装置Ｄに登録された制御情報がシステム管理者によって更新される場合がある。このような場合を考慮して、システム管理装置Ｄは、制御情報が更新されると、この更新発生を直接通信が可能な無線フィールド機器Ｒに通知して、更新後の制御情報をダウンロードさせる。一方、無線フィールド機器Ｒは、このようにして更新後の制御情報をシステム管理装置Ｄからダウンロードすると、各無線フィールド機器Ａ〜Ｃに制御情報が更新されたことを通知し、更新後の制御情報をダウンロードさせる。これによって、無線計測システムＫ１を構成する全ての無線フィールド機器で最新の制御情報を共有することができる。

〈無線計測システムの動作〉
次に、このように構成された無線計測システムＫ１の動作について説明する。
なお、無線計測システムＫ１は、ホッピングテーブルに規定されたタイムスロット及びチャンネルを用いることによりＩＳＡ１００．１１ａに準拠した無線通信を行うが、以下では上記ホッピングテーブルにリンクテーブル、近隣テーブルあるいはスーパーフレームの何れかを組み合わせることにより実現されるマルチホップ通信について詳しく説明する。

例えば、無線フィールド機器Ａが計測データをシステム管理装置Ｄに送信する場合、無線フィールド機器Ａは、互いに対峙する指向性アンテナａ１から無線フィールド機器Ｒの第１指向性アンテナ１に向けて少なくとも計測データ、送信元及び送信先を送信情報として含む送信波を放射する。この送信波は、ホッピングテーブル（図３参照）に示すように、第１タイムスロットかつ第７チャンネルで無線フィールド機器Ｒに向けて送信される。

この送信波は、無線フィールド機器Ａの指向性アンテナａ１の方向を特定方向（受信方向）とする第１指向性アンテナ１によって十分な受信感度で捉えられる。また、上記無線フィールド機器Ａと同一のホッピングテーブルを共有する無線フィールド機器Ｒの制御部５は、ホッピングテーブルとリンクテーブルとを参照することにより、上記無線フィールド機器Ａから無線フィールド機器Ｒへの通信リンク（Ａ→Ｒ）の送信タイミングにおいて第１指向性アンテナ１の選択を指示する選択信号をアナログスイッチ３に出力する（アンテナ選択工程）。この結果、無線フィールド機器Ａからの受信信号は、第１指向性アンテナ１からアナログスイッチ３を経由して通信回路４に入力され受信処理が施され、受信情報が制御部５に入力される（通信工程）。

そして、制御部５は、受信情報に基づいて受信信号の送信先がシステム管理装置Ｄであることを判断すると、ホッピングテーブルを参照することにより、無線フィールド機器Ｒからシステム管理装置Ｄへの通信リンク（Ｒ→Ｄ）に割り当てられた第２タイムスロット及び第８チャンネルを用いて無線フィールド機器Ａの送信情報をシステム管理装置Ｄに向けて送信する。また、この場合、制御部５は、リンクテーブルを参照することにより、上記通信リンク（Ｒ→Ｄ）の送信タイミングにおいて第２指向性アンテナ２の選択を指示する選択信号をアナログスイッチ３に出力する（アンテナ選択工程）。この結果、上記通信リンク（Ｒ→Ｄ）の送信信号は、通信回路４からアナログスイッチ３を経由して第２指向性アンテナ２に供給され、送信波としてシステム管理装置Ｄに向けて送信される（通信工程）。

すなわち、無線計測システムＫ１によれば、制御部５がホッピングテーブル及びリンクテーブルを参照することにより、通信リンク（Ａ→Ｒ）では第１指向性アンテナ１を自動選択し、また通信リンク（Ｒ→Ｄ）では第２指向性アンテナ２を自動選択する。したがって、無線計測システムＫ１によれば、第１，第２指向性アンテナ１，２を用いると共に、通信リンク（Ａ→Ｒ）の無線通信を第１ホップとし、また通信リンク（Ｒ→Ｄ）の無線通信を第２ホップとするマルチホップ通信による長距離通信を実現することができる。

また、第１指向性アンテナ１と第２指向性アンテナ２とをアナログスイッチ３で切り替えるので、通信回路４を第１指向性アンテナ１及び第２指向性アンテナ２について個別に設けないので、無線フィールド機器Ｒのコスト高及び高消費電力化を抑制したマルチホップ通信を実現することができる。

また、このようなマルチホップ通信は、リンクテーブルに代えて近隣テーブルを用いることによっても実現可能である。すなわち、制御部５は、無線フィールド機器Ａを通信相手とする場合、近隣テーブルを参照することにより無線フィールド機器Ａに相当する近隣機器に割り付けられた第１指向性アンテナ１を自動選択し、またシステム管理装置Ｄを通信相手とする場合には、近隣テーブルを参照することによりシステム管理装置Ｄに相当する近隣機器に割り付けられた第２指向性アンテナ２を自動選択する。この結果、第１，第２指向性アンテナ１，２を用いると共に、無線フィールド機器Ｒのコスト高及び高消費電力化を抑制したマルチホップ通信による長距離通信を実現することができる。

さらに、このようなマルチホップ通信は、リンクテーブル及び近隣テーブルに代えてスーパーフレームを用いることによっても実現可能である。すなわち、制御部５は、複数のスーパーフレームのうち、選択されたスーパーフレームに応じて第１指向性アンテナ１あるいは第２指向性アンテナ２を自動選択する。この結果、第１，第２指向性アンテナ１，２を用いると共に、無線フィールド機器Ｒのコスト高及び高消費電力化を抑制したマルチホップ通信による長距離通信を実現することができる。

〈無線フィールド機器Ｒの第１変形例〉
次に、無線フィールド機器Ｒの第１変形例について図９を参照して説明する。図９に示す無線フィールド機器Ｒは、図２中のアナログスイッチ３を省略して、２つの通信回路（通信回路４ａ，４ｂ）を設けた構成である。通信回路４ａ，４ｂは、図２に示す通信回路４と同様の回路である。これら通信回路４ａ，４ｂは、動作させるか否かが制御部５によって個別に制御される。

つまり、図２に示す無線フィールド機器Ｒは、第１，第２指向性アンテナ１，２に対して１つの通信回路４を設け、制御部５がタイムスロットを基準にしてアナログスイッチ３を制御し、第１，第２指向性アンテナ１，２の何れか一方を通信回路４に接続することによって、無線通信に用いるアンテナの割り当てを行うものであった。これに対し、図９に示す無線フィールド機器Ｒは、第１，第２指向性アンテナ１，２に対して通信回路４ａ，４ｂをそれぞれ設け、制御部５がタイムスロットを基準にして通信回路４ａ，４ｂを動作させるか否かを個別に制御することによって無線通信に用いるアンテナ及び通信回路の割り当てを行うものである。

図９に示す無線フィールド機器Ｒの制御部５は、前述した制御情報（ホッピングテーブル、リンクテーブル、近隣テーブル及びスーパーフレーム）を用いて、通信回路４ａ，４ｂを動作させるか否かを個別に制御する。このため、図９に示す無線フィールド機器Ｒで行われるアンテナ及び通信回路の割り当ては、基本的には、図２に示す無線フィールド機器Ｒで行われるアンテナの割り当てとおおよそ同様の方法で行われる。

但し、図９に示す無線フィールド機器Ｒは、通信回路４ａ，４ｂを同時に動作させることによって、第１指向性アンテナ１を用いた無線通信と第２指向性アンテナ２を用いた無線通信とを同時に行うことができる。このため、異なる方向から到達した異なる無線信号（例えば、無線フィールド機器Ａ，Ｃからの無線信号）を同時に受信することができるとともに、異なる方向へ向けた異なる無線信号（例えば、無線フィールド機器Ａ，Ｃへの無線信号）を同時に送信することが可能である。また、第１，第２指向性アンテナ１，２の何れか一方を用いて無線信号を受信すると同時に、第１，第２指向性アンテナ１，２の何れか他方を用いて無線信号を送信することも可能である。

〈無線フィールド機器Ｒの第２変形例〉
次に、無線フィールド機器Ｒの第２変形例について図１０を参照して説明する。図１０に示す無線フィールド機器Ｒは、図２に示す無線フィールド機器Ｒと図９に示す無線フィールド機器Ｒとを組み合わせたものである。つまり、指向性アンテナを含む複数のアンテナ１１〜１３に対して１つの通信回路４を設け、制御部５がタイムスロットを基準にしてアナログスイッチ３を制御してアンテナ１１〜１３の何れか１つを通信回路４に接続する構成Ｓ１と、指向性アンテナを含む複数のアンテナ１１，１２に対して通信回路４ａ，４ｂをそれぞれ設け、制御部５がタイムスロットを基準にして通信回路４ａ，４ｂを動作させるか否かを個別に制御する構成Ｓ２とを組み合わせたものである。

図１０に示す無線フィールド機器Ｒで行われるアンテナ及び通信回路の割り当ては、図２に示す無線フィールド機器Ｒで行われるアンテナの割り当て、及び図９に示す無線フィールド機器Ｒで行われるアンテナの割り当てと同様の方法で行われる。図１０に示す構成にすることで、図２に示す無線フィールド機器Ｒと図９に示す無線フィールド機器Ｒとの利点を兼ね備えたものを実現することができる。

〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態に係る無線計測システムＫ２について、図１１を参照して説明する。この無線計測システムＫ２は、例えば各種のパイプラインに備えられるものであり、無線フィールド機器Ａ，Ｒ１，Ｒ２及びシステム管理装置Ｄをパイプラインに沿って略直線状に配列したものである。石油や天然ガス等の流体を供給地から需要地に供給するパイプラインでは一定距離（例えば２ｋｍ）毎に流体圧力を計測する必要がある。

無線計測システムＫ２は、このような流体圧力を計測する計測設備であり、無線フィールド機器Ａ、無線フィールド機器Ｒ１、無線フィールド機器Ｒ２、システム管理装置Ｄの順でパイプラインに敷設される。これら各機器のうち、無線フィールド機器Ａ及びシステム管理装置Ｄは前述した第１実施形態の無線フィールド機器Ａ及びシステム管理装置Ｄと全く同様なものなので同一符号を付している。また、２つの無線フィールド機器Ｒ１，Ｒ２は、前述した第１実施形態の無線フィールド機器Ｒ（中継機能付フィールド機器）とは符号が異なるものの機能的には全く同様である。

このような無線計測システムＫ２では、無線フィールド機器Ａの計測データは、無線フィールド機器Ａから無線フィールド機器Ｒ１への無線送信（第１ホップ）によって無線フィールド機器Ｒ１に送信される。そして、無線フィールド機器Ｒ１は、無線フィールド機器Ａの計測データ及び自身の計測データを、ルートテーブルを参照することにより無線フィールド機器Ｒ２に無線送信（第２ホップ）する。さらに、無線フィールド機器Ｒ２は、無線フィールド機器Ｒ１から受信した無線フィールド機器Ａ及び無線フィールド機器Ｒ１の計測データ並びに自身の計測データをシステム管理装置Ｄに無線送信（第３ホップ）する。

すなわち、無線フィールド機器Ａとシステム管理装置Ｄとの間に中継機能を有する２つの無線フィールド機器Ｒ１，Ｒ２が直列状態に設けられているので、上記実施形態よりも長い伝送距離に亘るマルチホップ通信を実現することができる。また、無線フィールド機器Ｒ１，Ｒ２は、無線フィールド機器Ａからの計測データを転送するだけではなく、自身の計測データを送信することが可能であるため、多様な形態の通信を実現できる。なお、中継機能を有する無線フィールド機器Ｒ１，Ｒ２の個数（段数）は、２個（２段）に限定されず、３個以上の中継機能付フィールド機器を設けることによって伝送距離をさらに長くすることができる。

本実施形態の無線計測システムＫ２は、基本的には第１実施形態の無線計測システムＫ１と同様の方法で構築することができる。但し、無線計測システムＫ２は、パイプラインに沿って無線フィールド機器Ａ，Ｒ１，Ｒ２及びシステム管理装置Ｄが略直線状に配列されたものであるため、まず無線フィールド機器Ｒ２を無線ネットワーク（図１１では図示省略）に参入させ、次に無線フィールド機器Ｒ１を無線ネットワークに参入させ、最後に無線フィールド機器Ａを無線ネットワークに参入させる必要がある。

また、図１１に示す無線計測システムＫ２を構築する場合には、新たに参入する無線フィールド機器は、既に無線ネットワークに参入している機器に対して図中左側に配置される。例えば、無線フィールド機器Ｒ２が既に無線ネットワークに参入している機器であり、無線フィールド機器Ｒ１が新たに参入する無線フィールド機器であるとすると、無線フィールド機器Ｒ１は無線フィールド機器Ｒ２の左側に配置される。このため、無線フィールド機器Ｒ１，Ｒ２は、自機の左側に広告パケットを送信すればよく、第１実施形態のように、アンテナ毎に種類が異なる広告パケットを送信する必要は必ずしも無い。

なお、本実施形態においては、前述した第１実施形態の第１，第２変形例に係る無線フィールド機器Ｒ（複数の通信回路４ａ，４ｂを備える無線フィールド機器）を、上記の無線フィールド機器Ｒ１，Ｒ２として用いることも可能である。これにより、複数の通信回路４ａ，４ｂを同時に動作させることによって、第１指向性アンテナ１を用いた無線通信と第２指向性アンテナ２を用いた無線通信とを同時に行うことが可能になる。

〔第３実施形態〕
次に、第３実施形態に係る無線計測システムＫ３及び無線フィールド機器Ｒａについて、図１２〜図１４を参照して説明する。この無線計測システムＫ３は、例えば油田に備えられるものであり、図１２に示すように１６個の無線フィールド機器Ａ１、中継機能を備える８個の無線フィールド機器Ｒａ及びシステム管理装置Ｄａを縦横に一定距離を隔てて直交配置したものである。

すなわち、この無線計測システムＫ３は、８個の無線フィールド機器Ｒａを、システム管理装置Ｄａを中心として左右上下及び斜め４５度の８方向に例えば１〜２ｋｍの間隔を空けて各々配置し、またこれら無線フィールド機器Ｒａの外側（左側、上側、右側、下側及び斜め４５度の方向）に無線フィールド機器Ａ１を例えば１〜２ｋｍの間隔を空けて各々配置したものである。このような各無線フィールド機器Ａ１，Ｒａは、同様に直交配置される油田の石油井口（WellHead）に各々設けられる。

この無線計測システムＫ３で用いる無線フィールド機器Ｒａ（中継機能付フィールド機器）は、図１３に示すように上記実施形態の無線フィールド機器Ｒ（中継機能付フィールド機器）に長距離通信用のハイゲイン無指向性アンテナ７とエリアカバー用の無指向性アンテナ８を追加すると共に、当該追加に対応して前述した第１実施形態のアナログスイッチ３（２つの選択端子を備えるもの）を４つの選択端子を備えるアナログスイッチ３ａに変更したものであり、これ以外の構成要素は、無線フィールド機器Ｒと同様である。

また、図１４に示すように、無線フィールド機器Ａ１は、上記実施形態の無線フィールド機器Ａにおける指向性アンテナａ１をエリアカバー用の無指向性アンテナａ２に置き換えたものである。また、システム管理装置Ｄａは、上記実施形態のシステム管理装置Ｄにおける指向性アンテナｄ１を長距離通信用のハイゲイン無指向性アンテナｄ２に置き換えたものである。

このような無線計測システムＫ３における無線フィールド機器Ｒａは、図１４に示すように、エリアカバー用の無指向性アンテナ８を用いて各無線フィールド機器Ａ１との無線通信を行う。また、無線フィールド機器Ｒａは、近隣の無線フィールド機器Ｒａとの無線通信では、第１指向性アンテナ１を送信用に用いると共に、長距離通信用のハイゲイン無指向性アンテナ７あるいは第２指向性アンテナ２を受信用に用いる。

このような第１，第２指向性アンテナ１，２、長距離通信用のハイゲイン無指向性アンテナ７あるいはエリアカバー用の無指向性アンテナ８の使い分けは、無線計測システムＫ３用に設けられたホッピングテーブルにリンクテーブルあるいは近隣テーブルを用いることによって制御部５が切替信号を生成し、この切替信号をアナログスイッチ３ａに供給することによって実現可能される。なお、本実施形態の無線計測システムＫ３は、基本的には第１実施形態の無線計測システムＫ１と同様の方法で構築することができる。

このような無線計測システムＫ３によれば、ホッピングテーブルにリンクテーブルあるいは近隣テーブルを用いることによりアナログスイッチ３ａで第１，第２指向性アンテナ１，２、ハイゲイン無指向性アンテナ７及び無指向性アンテナ８を切り替えるので、無線フィールド機器Ｒａのコスト高及び高消費電力化を抑制すると共に第１，第２指向性アンテナ１，２にハイゲイン無指向性アンテナ７及び無指向性アンテナ８を組み合わせた多様な形態のマルチホップ通信による長距離通信を実現することができる。

なお、本実施形態においては、前述した第１実施形態の第１，第２変形例に係る無線フィールド機器Ｒのように、アナログスイッチ３ａが省略されてアンテナ毎に通信回路が設けられた構成の無線フィールド機器Ｒａを用いることも可能である。これにより、複数の通信回路を同時に動作させることによって、第１，第２指向性アンテナ１，２、長距離通信用のハイゲイン無指向性アンテナ７、及びエリアカバー用の無指向性アンテナ８のうちの少なくとも２つのアンテナを用いた無線通信を同時に行うことが可能になる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態及び変形例は、本発明を無線計測に適用したものであるが、本発明はこれに限定されない。本発明は、無線計測以外の各種アプリケーションに適用可能である。
（２）上記実施形態及び変形例は、ホッピングテーブルにリンクテーブル、近隣テーブルあるいはスーパーフレームの何れかを組み合わせることによりアンテナの切り替えを実現したが、本発明はこれに限定されない。例えば、必要に応じてリンクテーブル、近隣テーブルあるいはスーパーフレームを動的に切り替えてホッピングテーブルと組み合わせてアンテナの切り替えを実現してもよい。
（３）上記実施形態及び変形例では、計測部６を備えた無線フィールド機器について説明したが、無線フィールド機器には、上述した各種プロセス量を計測する計測部６を備えるもの以外に、弁の開度を調節してプロセス流量等を操作するバルブポジショナやバルブ等の操作部（操作手段）を備えるものもある。本発明は、このような操作部（操作手段）を備える無線フィールド機器にも適用可能である。このような無線フィールド機器は、操作部で用いられる操作データを通信相手から無線受信する。
（４）上記実施形態及び変形例は、ＩＳＡ１００．１１ａに準拠した無線通信に本発明を適用したものであるが、本発明はこれに限定されない。例えば、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）に準拠した無線通信に本発明を適用することも可能である。

Ｋ１〜Ｋ３ 無線計測システム（通信システム）
Ａ〜Ｃ，Ａ１ 無線フィールド機器
Ｄ，Ｄａ システム管理装置
Ｅ 端末装置
Ｒ，Ｒ１，Ｒ２，Ｒａ 無線フィールド機器（通信装置）
１ 第１指向性アンテナ
２ 第２指向性アンテナ
３，３ａ アナログスイッチ
４ 通信回路
４ａ，４ｂ 通信回路
５ 制御部
６ 計測部
７ 電源

Claims (18)

1. 予め規定されたタイムスロットの割り当て情報に従って、無線通信可能な位置に設置された通信相手を前記タイムスロット毎に切り替え可能な通信装置であって、
   前記通信相手の設置位置に応じて予め指向性が規定された指向性アンテナを少なくとも含む複数のアンテナと、
   前記アンテナを用いて前記通信相手と信号の送受信を行う少なくとも１つの通信回路と、
   前記タイムスロットの割り当て情報を用いて前記タイムスロットを基準にして無線通信に用いるアンテナ及び通信回路の割り当てを行う制御部と
   を具備することを特徴とする通信装置。
2. 前記複数のアンテナに対して設けられた１つの前記通信回路に接続させる１つのアンテナを選択する選択回路を備えており、
   前記制御部は、前記タイムスロットを基準にして前記選択回路を制御することによって無線通信に用いるアンテナの割り当てを行う
   ことを特徴とする請求項１記載の通信装置。
3. 前記複数のアンテナのうちの１つと１対１で対応付けられた前記通信回路を少なくとも１つ備えており、
   前記制御部は、前記タイムスロットを基準にして前記通信回路を動作させるか否かを制御することによって無線通信に用いるアンテナ及び通信回路の割り当てを行う
   ことを特徴とする請求項１記載の通信装置。
4. 前記制御部は、前記タイムスロットを基準にして無線通信に用いる通信回路を制御してチャンネルの切り替えを行うことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の通信装置。
5. 前記制御部は、通信リンク毎あるいは通信相手毎に前記アンテナを指定するアンテナ指定情報に基づいて無線通信に用いるアンテナ及び通信回路の割り当てを行うことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の通信装置。
6. 前記制御部は、少なくとも各通信相手との通信時間を規定するスーパーフレームに基づいて無線通信に用いるアンテナ及び通信回路の割り当てを行うことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の通信装置。
7. 前記タイムスロットの割り当て情報あるいは前記タイムスロット及びチャンネルの割り当て情報を無線通信によって外部から取得することを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の通信装置。
8. 特定の物理量を計測する計測手段あるいは前記特定の物理量に対して操作する操作手段をさらに備え、該計測手段の計測データを通信相手に無線送信し、あるいは前記操作手段への操作データを通信相手から無線受信する無線フィールド機器であることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の通信装置。
9. 一次電池、二次電池あるいは環境電池を電源として作動することを特徴とする請求項１から請求項８の何れか一項に記載の通信装置。
10. ＩＳＡ１００．１１ａ（インダストリアルオートメーション用無線通信規格）に準拠した無線通信を行うことを特徴とする請求項１から請求項９の何れか一項に記載の通信装置。
11. 前記通信回路は、自装置が参入している無線ネットワークに新たな通信装置を参入させるための情報を広告として送信可能であり、
    前記制御部は、前記選択回路を制御して選択されたアンテナ毎に種類が異なる前記広告を前記通信回路に送信させる
    ことを特徴とする請求項２記載の通信装置。
12. 無線通信可能範囲内に設けられた複数の請求項１から請求項１１の何れか一項に記載の通信装置を備えることを特徴とする通信システム。
13. 各通信装置に前記タイムスロットの割り当て情報あるいは前記タイムスロット及びチャンネルの割り当て情報を各通信装置に提供するシステム管理装置をさらに備えることを特徴とする請求項１２記載の通信システム。
14. 各通信装置が備える前記アンテナ毎の通信相手を示す情報を設定可能な端末装置を備えており、
    前記システム管理装置は、前記端末装置で設定された情報に基づいて、各通信装置が無線通信に用いるアンテナ及び通信回路の割り当てを行うための情報を作成する
    ことを特徴とする請求項１３記載の通信システム。
15. 無線ネットワークを介した無線通信が可能な通信システムであって、
    前記無線ネットワークに参入している請求項１１記載の通信装置を少なくとも１つ備えることを特徴とする通信システム。
16. 前記通信装置から前記アンテナ毎に種類が異なる前記広告を送信させるタイムスロットの管理を行うシステム管理装置を備えることを特徴とする請求項１５記載の通信システム。
17. 予め規定されたタイムスロットの割り当て情報に従って、無線通信可能な位置に設置された通信相手を、前記タイムスロットを基準に切り替えつつ無線通信を行う通信方法であって、
    前記タイムスロットの割り当て情報を用い、前記タイムスロットを基準にして前記通信相手の設置位置に応じて予め指向性が規定された指向性アンテナを少なくとも含む複数のアンテナの何れかを選択するアンテナ選択工程と、
    該アンテナ選択工程によって選択されたアンテナを用いて前記通信相手と信号の送受信を行う通信工程と
    を有することを特徴とする通信方法。
18. 予め規定されたタイムスロットの割り当て情報に従って、無線通信可能な位置に設置された通信相手を、前記タイムスロットを基準に切り替えつつ無線ネットワークを介した無線通信を行う通信方法であって、
    前記タイムスロットの割り当て情報を用い、前記タイムスロットを基準にして前記通信相手の設置位置に応じて予め指向性が規定された指向性アンテナを少なくとも含む複数のアンテナを切り替えつつ前記アンテナ毎に種類が異なる広告を送信する広告送信工程と、
    前記広告を用いて前記無線ネットワークへ参入した通信装置と無線通信を行う無線通信工程と
    を有することを特徴とする通信方法。

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