JP5979543B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の無線局が電波を媒体とする無線信号を送受信する無線通信システムに関する。

従来から、無線信号を利用して複数の火災警報器を連動させる火災警報システムが提供されている。このような火災警報システムは、多箇所に設置した複数台の火災警報器が、各々火災を感知する機能と警報音を鳴動する機能とを有している。そして、何れかの火災警報器が火災を感知すると、当該火災警報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を無線信号で他の火災警報器に伝送する。これにより、火元の火災警報器だけでなく複数台の火災警報器が連動して一斉に警報音を鳴動し、火災の発生を迅速且つ確実に知らせることができる。

ここで、上述のような火災警報システムでは、火災が感知されると複数の火災警報器の間で相互に無線信号が伝送されるが、その際、各火災警報器が勝手に無線信号を送信すると無線信号が衝突してしまうことになる。このような衝突を回避するものとして、例えば特許文献１には、複数の火災警報器がＴＤＭＡ（時分割多重アクセス）方式で無線信号を伝送するようにした火災警報システムが開示されている。

特開２００９−２６５９４０号公報

ところで、例えば複数のテナントを有するビルでは、複数の火災警報器から成るグループをテナント毎に構成する。そして、グループ毎に独立して火災警報器間で無線信号を送受信することにより、テナント毎に火災の発生を感知し、また、火災警報器が連動する。

ここで、上記従来例では、同じグループに属する火災警報器の間での無線信号の衝突は回避できるものの、例えば隣接する他のグループから飛来する無線信号の干渉については考慮していない。一般に、互いに隣接するグループでは、互いに異なる周波数チャネルを使用することで、システム間の無線信号の干渉を低減する。

しかしながら、たとえ異なる周波数チャネルであったとしても、一の火災警報器において、他のグループから飛来する無線信号（妨害波）の受信信号強度が、自身の所属するグループからの無線信号（希望波）の受信信号強度よりも大きい場合がある。この場合、一の火災警報器では、妨害波の干渉により希望波を判別できず、希望波を受信できない虞がある。すなわち、妨害波の干渉を受ける火災警報器が実質的に機能しなくなる虞がある。

これを回避するために、妨害波の受信タイミングと希望波の受信タイミングとをずらす方法が考えられる。しかしながら、この方法では、隣接するグループ間での連携が必要となるため、処理が複雑になるという問題がある。

本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、隣接する他のグループの無線局から飛来する妨害波の干渉を受ける無線局が実質的に機能しなくなるのを防止する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。

本発明の無線通信システムは、１台の親局と、１乃至複数の子局とを含む複数の無線局から成るグループを複数有し、前記グループ毎に前記各無線局の間で電波を媒体とする無線信号を送受信する無線通信システムであって、任意の一のグループを第１グループ、前記第１グループと隣接する他の前記グループを第２グループとし、前記子局は、無線信号を送受信する無線送受信部と、受信可能な無線信号を探索する探索処理を実行する制御部とを備え、前記第１グループに所属する前記子局の前記制御部は、前記親局が定期的に前記子局が正常に動作しているか否かを確認する定期監視時、前記親局が前記子局との間で正常に通信できるか否かを確認する電波チェック時、又は火災の感知時において前記第１グループの他の前記無線局から飛来する希望波の受信に失敗すると、前記探索処理を開始し、前記探索処理において、前記第１グループに所属する前記子局の前記制御部は、前記第２グループに所属する前記無線局から飛来する妨害波の受信に成功すると、自身の所属する前記グループを前記第１グループから前記第２グループへと変更することを特徴とする。

この無線通信システムにおいて、前記各グループは互いに異なる周波数チャネルを使用し、前記探索処理において、前記第１グループに所属する前記無線局の前記制御部は、前記無線送受信部の前記周波数チャネルを切り替えて前記妨害波の周波数チャネルを探索することで受信可能な無線信号を探索することが好ましい。

この無線通信システムにおいて、前記探索処理において、前記第１グループに所属する前記無線局の前記制御部は、前記無線送受信部の前記周波数チャネル毎に飛来する無線信号の受信信号強度を測定し、前記受信信号強度を予め設定してある閾値と比較することで前記妨害波の周波数チャネルを探索することが好ましい。

この無線通信システムにおいて、前記第２グループへ所属を変更した前記無線局の前記制御部は、所属を変更した旨を知らせる通知メッセージを含む無線信号を前記無線送受信部から前記第２グループに所属する前記無線局に向けて送信させることが好ましい。

この無線通信システムにおいて、前記各無線局は、火災の発生を感知する火災警報器と、空気質を測る空気質センサを有する無線局と、人の存在を検知する人センサを有する無線局との少なくとも何れか１種であることが好ましい。

本発明では、第１グループに所属する無線局が希望波の受信に失敗すると、探索処理を実行し、自身の所属するグループを第１グループから妨害波を発信する第２グループへと変更する。このため、本発明では、妨害波の干渉を受けていた無線局が妨害波を希望波として受信し、他のグループの無線局として機能するようになる。したがって、本発明は、隣接する他のグループの無線局から飛来する妨害波の干渉を受ける無線局が実質的に機能しなくなるのを防止することができる。

本発明に係る無線通信システムの実施形態を示す図で、（ａ）は火災警報器の概略図で、（ｂ）は動作を説明するためのタイムチャート図である。 同上の無線通信システムにおけるシステムの概略図で、（ａ）は所属グループを変更する前の図で、（ｂ）は所属グループを変更した後の図である。 同上の無線通信システムにおける周波数チャネルの探索方法を示す図で、（ａ）は無線信号の受信の有無で探索する場合のタイムチャート図で、（ｂ）はＲＳＳＩ値の比較で探索する場合のタイムチャート図である。

以下、本発明に係る無線通信システム（本発明の技術的思想を適用した火災警報システム）の実施形態について図面を用いて説明する。なお、以下の説明では、各親局ＴＲ１０，２０及び各子局ＴＲ１１〜ＴＲ１７，ＴＲ２１〜ＴＲ２８を総括して示す場合には、「火災警報器ＴＲ」と表記する。本実施形態は、図２（ａ）に示すように、複数台（本実施形態では８台）の火災警報器（無線局）ＴＲを備える第１グループＧ１を有する。第１グループＧ１では、これら複数の火災警報器ＴＲの間で電波を媒体とする無線信号を伝送する。同様に、本実施形態は、複数台（本実施形態では８台）の火災警報器ＴＲを備える第２グループＧ２を有する。第２グループＧ２では、これら複数の火災警報器ＴＲの間で電波を媒体とする無線信号を伝送する。なお、原則として、第１グループＧ１に所属する火災警報器ＴＲと、第２グループＧ２に所属する火災警報器ＴＲとの間では無線通信を行わない。

ここで、本実施形態では、各グループＧ１，Ｇ２において、各火災警報器ＴＲを１台の親局と７台の子局とに分けて登録する作業を予め行なっている。すなわち、第１グループＧ１では、第１の親局ＴＲ１０と、第１の子局ＴＲ１１〜ＴＲ１７とに分けている。また、第２グループＧ２では、第２の親局ＴＲ２０と、第２の子局ＴＲ２１〜ＴＲ２７とに分けている。したがって、各火災警報器ＴＲには固有の識別符号が既に割り当てられており、当該識別符号によって無線信号の宛先又は送信元の火災警報器ＴＲを特定することができる。

また、少なくとも第１の親局ＴＲ１０は、第１グループＧ１に属する全ての火災警報器（ここでは、第１の親局ＴＲ１０及び各第１の子局ＴＲ１１〜ＴＲ１７）の識別符号をメモリ（図示せず）に記憶している。同様に、少なくとも第２の親局ＴＲ２０は、第２グループＧ２に属する全ての火災警報器（ここでは、第２の親局ＴＲ２０及び各第２の子局ＴＲ２１〜ＴＲ２７）の識別符号をメモリ（図示せず）に記憶している。更に、各子局ＴＲ１１〜ＴＲ１７，ＴＲ２１〜ＴＲ２７には、それぞれ子局番号が割り当てられている。子局番号については従来周知であるので、ここでは説明を省略する。

火災警報器ＴＲは、図１（ａ）に示すように、アンテナ１を介して無線信号を送受信する無線送受信部２と、火災を感知する火災感知部３と、火災等の異常の発生時に警報音を鳴動する報知部４と、各種制御を実行する制御部５とを備える。また、火災警報器ＴＲは、各種操作入力を受け付ける操作入力受付部６と、乾電池等の電池を電源として各部に動作電力を供給する電源部７とを備える。

無線送受信部２は、電波法施行規則第６条第４項第３号に規定される「小電力セキュリティシステムの無線局」に準拠して電波を媒体とする無線信号を送受信するものである。また、無線送受信部２は、受信信号強度の大小に比例した直流電圧信号である受信信号強度表示信号（ＲＳＳＩ信号）を出力する。なお、本実施形態では、第１グループＧ１に所属する各火災警報器ＴＲの無線送受信部２は、周波数チャネルを「１ｃｈ」に設定している。また、第２グループＧ２に所属する各火災警報器ＴＲの無線送受信部２は、周波数チャネルを「３ｃｈ」に設定している。勿論、各グループＧ１，Ｇ２の周波数チャネルは上記のものに限定される必要はなく、互いに異なる周波数チャネルを設定していればよい。

火災感知部３は、例えば火災に伴って生じる煙や熱、炎等を検出することで火災を感知する。なお、無線送受信部２のアンテナ１は、火災警報器ＴＲの本体から突出したデザインのものであってもよいが、アンテナ１を目立たないように本体に内蔵したデザインのものも作製可能である。

制御部５は、マイコンや書換可能な不揮発性メモリ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ等）を主構成要素とする。制御部５は、メモリに格納されたプログラムをマイコンで実行することにより、各種機能を実行する。例えば、火災感知部３で火災の発生を感知すると、制御部５は、報知部４の備えるブザーを駆動して警報音を鳴動させる。或いは、制御部５は、予めメモリに格納されている警報用の音声メッセージ（例えば、「火事です」等）を報知部４の備えるスピーカに鳴動させる。

このとき、制御部５は、他の火災警報器ＴＲでも火災警報を報知するために、火災警報メッセージを含む無線信号（以下、単に「火災警報メッセージ」と呼ぶ）を無線送受信部２から親局である火災警報器ＴＲに対して送信させる。親局である火災警報器ＴＲの制御部５は、無線送受信部２から子局である各火災警報器ＴＲに対して火災警報メッセージを送信させる。子局である各火災警報器ＴＲの制御部５は、火災警報メッセージを受信すると、報知部４を制御して警報音又は音声メッセージを鳴動させる。

また、制御部５は、非同期で無線信号を送信する場合には、無線信号を１回の送信期間内で送信可能な数だけ連続して無線送受信部２から送信させる。なお、例えば全ての火災警報器ＴＲで火災警報を報知する火災連動時など、複数の火災警報器ＴＲ同士でＴＤＭＡ（時分割多重アクセス）方式で同期通信する場合には、制御部５は、連続して無線信号を無線送受信部２から送信させる必要はない。

また、制御部５は、何らかのトリガが無い限りは、電池の寿命を延ばすために間欠受信モードで無線送受信部２を制御する。間欠受信モードは、所定の周期毎に無線送受信部２を起動して所望の電波を受信できるか否かをチェックし、無線信号が受信されなければ直ちに無線送受信部２を停止させるモードである。

操作入力受付部６は、例えば押釦やディップスイッチ等の複数のスイッチを有しており、スイッチを操作することで各スイッチに対応した操作入力を受け付けるとともに、当該操作入力に対応した操作信号を制御部５に出力する。また、操作入力受付部６には、押操作やスライド操作などの所定の操作入力を受け付けると、電波チェックを制御部５に実行させる操作信号を出力する電波確認スイッチ（図示せず）を設けている。

なお、電波チェックとは、親局から各子局に向けて返信を要求する信号を送信し、その返信信号を受信できるか否かにより、各子局と親局との間で正常に通信できるか否かを確認するものである。電波チェックは従来周知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

ところで、例えば図２（ａ）に示すように、第１グループＧ１に属する第１の子局ＴＲ１４が、第１の親局ＴＲ１０の通信範囲と、第２の親局ＴＲ２０の通信範囲とが重なる箇所にあるものとする。すなわち、第１の子局ＴＲ１４は、自身の所属する第１グループＧ１の第１の親局ＴＲ１０からの無線信号（以下、「希望波」と呼ぶ）の他に、他のグループＧ２の第２の親局ＴＲ２０から飛来する無線信号（以下、「妨害波」と呼ぶ）も受信できる状態にある。

したがって、第２の親局ＴＲ２０から飛来する妨害波の電波強度が強い場合、第１の子局ＴＲ１４では妨害波の干渉により希望波を判別できず、希望波を受信できない虞がある。すなわち、第１の子局ＴＲ１４は、第２の親局ＴＲ２０から飛来する妨害波の干渉により、火災警報器ＴＲとして実質的に機能しなくなる虞がある。本実施形態では、この問題を解決するために、定期監視時や電波チェック時、又は火災の感知等の所定のイベントの発生時に以下に示す動作を行う。

例として、本実施形態の定期監視時の動作について図面を用いて説明する。先ず、定期監視について簡単に説明する。定期監視とは、親局が定期的(例えば、２４時間毎)に各子局が正常に動作しているか否かを確認するものである。以下、第１グループＧ１での定期監視を例に挙げる。

先ず、第１の親局ＴＲ１０の制御部５は、各第１の子局ＴＲ１１〜ＴＲ１７に向けて定期監視メッセージを含む無線信号（以下、単に「定期監視メッセージと呼ぶ」）を無線送受信部２から送信させる。各第１の子局ＴＲ１１〜ＴＲ１７の制御部５は、定期監視メッセージを受信すると、第１の親局ＴＲ１０に向けて監視結果を返信する。

ここで、定期監視メッセージは、第１の子局ＴＲ１４にとっての希望波となる。一方、第１グループＧ１での定期監視と時を同じくして、第２グループＧ２においても何らかの所定のイベントが発生し、第２の親局ＴＲ２０から各第２の子局ＴＲ２１〜ＴＲ２７に向けて無線信号が送信されているものとする。この第２の親局ＴＲ２０から飛来する無線信号は、第１の子局ＴＲ１４にとっての妨害波となる。

図１（ｂ）に示すように、第１の子局ＴＲ１４では、第２の親局ＴＲ２０から飛来する妨害波の干渉により、第１の親局ＴＲ１０からの定期監視メッセージを判別できず、定期監視メッセージの受信に失敗する。このとき、第１の子局ＴＲ１４の制御部５は、間欠受信モードから受信可能な無線信号を探索する探索処理を実行する探索モードに切り替わる。

探索モードでは、第１の子局ＴＲ１４の制御部５は、図３（ａ）に示すように無線送受信部２の周波数チャネルを一定期間毎に切り替えて受信可能な無線信号を待ち受ける。ここでは、無線送受信部２を「３ｃｈ」に切り替えた際に、第２の親局ＴＲ２０から飛来する妨害波を受信することができる。というのも、第２の親局ＴＲ２０から飛来する妨害波は、第１の親局ＴＲ１０からの希望波よりも電波強度が強いゆえに干渉を起こしているため、妨害波を受信する場合には、希望波による干渉は起こり難いからである。すると、第１の子局ＴＲ１４の制御部５は、送信元の第２の親局ＴＲ２０に向けて、自身を第２グループＧ２に登録するように要求する登録要求メッセージを含む無線信号（以下、単に「登録要求メッセージ」と呼ぶ）を無線送受信部２から送信させる。

第２の親局ＴＲ２０の制御部５は、登録要求メッセージを受信すると、第１の子局ＴＲ１４の識別符号をメモリに記憶させ、且つ第１の子局ＴＲ１４に子器番号を割り当てることで、第１の子局ＴＲ１４を第２グループＧ２に登録する。これにより、第１の子局ＴＲ１４は、所属するグループが第１グループＧ１から第２グループＧ２へと変更され、第２の子局ＴＲ２８となる（図２（ｂ）参照）。

そして、図１（ｂ）に示すように、第２の親局ＴＲ２０の制御部５は、送信先を第１の親局ＴＲ１０、中継先を第２の子局ＴＲ２８として、通知メッセージを含む無線信号を無線送受信部２から送信させる。なお、通知メッセージは、第１の子局ＴＲ１４が第１グループＧ１から第２グループＧ２へと所属を変更した旨を第１の親局ＴＲ１０に通知するものである。第２の子局ＴＲ２８の制御部５は、通知メッセージを受信すると、当該通知メッセージを第１の親局ＴＲ１０に向けて無線送受信部２から送信させ、中継する。第１の親局ＴＲ１０の制御部５は、通知メッセージを受信すると、第１の子局ＴＲ１４の登録を抹消する。これにより、第１の親局ＴＲ１０は、第１グループＧ１に所属する第１の子局ＴＲ１１〜ＴＲ１７の端末数を更新することができる。

上述のように、本実施形態では、第１グループＧ１に所属する火災警報器ＴＲの制御部５は、第２グループＧ２の火災警報器ＴＲから飛来する妨害波の干渉により希望波の受信に失敗すると、受信可能な無線信号を探索する探索モードに切り替える。そして、当該火災警報器ＴＲの制御部５は、妨害波の受信に成功すると、自身の所属するグループを第１グループＧ１から第２グループＧ２に変更する。このため、本実施形態では、妨害波の干渉を受けていた第１の子局ＴＲ１４が妨害波を希望波として受信し、第２グループＧ２の第２の子局ＴＲ２８として機能するようになる。したがって、本実施形態は、隣接する他のグループの火災警報器ＴＲから飛来する妨害波の干渉を受ける火災警報器ＴＲが実質的に機能しなくなるのを防止することができる。

例えば、複数のテナントを有するビルにおいて、テナントの一つに第１グループＧ１を、当該テナントに隣接するテナントに第２グループＧ２を構成した場合を考える。この場合、第１グループＧ１に所属する火災警報器ＴＲが第２グループＧ２へと所属を変更すると、当該火災警報器ＴＲは設置されているテナントとは異なるテナントの火災警報器ＴＲになる。但し、通常、ビルのテナントは管理会社が一括管理するものであり、各グループＧ１，Ｇ２の火災警報器は各テナントが負担するものではないので、このように火災警報器ＴＲの所属するグループが変更されても差し支えない。

ところで、本実施形態では、図３（ａ）に示すように、探索モードにおいて一定期間毎に無線送受信部２の周波数チャネルを切り替え、無線信号を受信できるか否かをチェックすることで受信可能な無線信号を探索している。この方法では、周波数チャネル毎に無線信号を逐一チェックする必要があるため、探索に時間を要してしまう。例えば、無線信号の信号幅が約１００ｍｓであれば、探索に必要な時間は少なくとも１００ｍｓを上回る。

そこで、図３（ｂ）に示すように、探索モードにおいて、周波数チャネルを切り替える毎に飛来する無線信号のＲＳＳＩ値を測定し、予め設定してある閾値と比較することで受信可能な無線信号を探索するようにしてもよい。この方法では、ＲＳＳＩ値が閾値を上回ると、その時の周波数チャネルで無線信号を受信可能であると判断する。したがって、周波数チャネル毎にＲＳＳＩ値をチェックするだけでよいので、探索に要する時間を短縮することができる。例えば、ＲＳＳＩ値のチェックに要する時間が約２〜４ｍｓであれば、探索に必要な時間を大幅に短縮することが可能である。

ところで、本実施形態の無線局は、上述の火災警報器ＴＲに限定されるものではない。例えば、火災警報器ＴＲ以外の無線局を用いて本実施形態の無線通信システムを構築してもよい。

例えば、空気中の湿度などのいわゆる空気質を測る空気質センサを有する無線局を用いて本実施形態の無線通信システムを構築してもよい。空気質センサの一例としては、ガスセンサがある。ガスセンサは、都市ガスやＬＰガスなどの燃料ガスや、二酸化炭素や一酸化炭素など環境を測る指標となるＣＯｘ系の気体成分、若しくはその他の気体成分や空気中に浮遊する塵などの汚れを測定するものである。このガスセンサを有する無線局としては、ガス漏れや不完全燃焼の発生を警報音で知らせるガス警報器がある。

また、人の存在を検知する人センサを有する無線局を用いて本実施形態の無線通信システムを構築してもよい。人センサは、人体から発せられる赤外線を感知して人の存在を検知する方式と、対象の領域を撮像した画像を画像処理解析して人の存在を検知する方式との何れか一方の方式を採用することが考えられる。または、上記の両方の方式を組み合わせて人センサに採用してもよい。

また、これら空気質センサを有する無線局や人センサを有する無線局を、上述した無線式の火災警報器ＴＲと混合して無線通信システムを構築してもよい。この場合、火災感知のみならず、人体検知や換気警鐘の目的も兼ねる無線通信システムを構築することができる。

２ 無線送受信部
５ 制御部
ＴＲ１０ 第１の親局
ＴＲ１４ 第１の子局
ＴＲ２０ 第２の親局
ＴＲ 火災警報器（無線局）

Claims (5)

1. １台の親局と、１乃至複数の子局とを含む複数の無線局から成るグループを複数有し、前記グループ毎に前記各無線局の間で電波を媒体とする無線信号を送受信する無線通信システムであって、
   任意の一のグループを第１グループ、前記第１グループと隣接する他の前記グループを第２グループとし、
   前記子局は、無線信号を送受信する無線送受信部と、受信可能な無線信号を探索する探索処理を実行する制御部とを備え、
   前記第１グループに所属する前記子局の前記制御部は、前記親局が定期的に前記子局が正常に動作しているか否かを確認する定期監視時、前記親局が前記子局との間で正常に通信できるか否かを確認する電波チェック時、又は火災の感知時において前記第１グループの他の前記無線局から飛来する希望波の受信に失敗すると、前記探索処理を開始し、
   前記探索処理において、前記第１グループに所属する前記子局の前記制御部は、前記第２グループに所属する前記無線局から飛来する妨害波の受信に成功すると、自身の所属する前記グループを前記第１グループから前記第２グループへと変更することを特徴とする無線通信システム。
2. 前記各グループは互いに異なる周波数チャネルを使用し、
   前記探索処理において、前記第１グループに所属する前記無線局の前記制御部は、前記無線送受信部の前記周波数チャネルを切り替えて前記妨害波の周波数チャネルを探索することで受信可能な無線信号を探索することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
3. 前記探索処理において、前記第１グループに所属する前記無線局の前記制御部は、前記無線送受信部の前記周波数チャネル毎に飛来する無線信号の受信信号強度を測定し、前記受信信号強度を予め設定してある閾値と比較することで前記妨害波の周波数チャネルを探索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。
4. 前記第２グループへ所属を変更した前記無線局の前記制御部は、所属を変更した旨を知らせる通知メッセージを含む無線信号を前記無線送受信部から前記第２グループに所属する前記無線局に向けて送信させることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の無線通信システム。
5. 前記各無線局は、火災の発生を感知する火災警報器と、空気質を測る空気質センサを有する無線局と、人の存在を検知する人センサを有する無線局との少なくとも何れか１種であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の無線通信システム。
   

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