JP6088403B2 - 無線送信システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の無線送信端末からデータを無線により単方向に送信する無線送信システムに関し、特に、無線送信端末間でのデータの衝突の影響を簡易な方法で抑制することができる無線送信システムに関する。

従来、無線センサネットワークと呼ばれる、センサを有する無線端末を周囲に配置しデータをデータ収集機に収集するアプリケーションが提案されている。このようなネットワークの中には、定期的にセンサデータを収集するシステムが含まれている。

例えば、非特許文献１では、図８に示すように、無線送信端末１００がある一定周期でセンサ１０２からセンサデータを取得した後、無線送信端末１００と、無線受信端末３間の双方向通信により同期を確立し、送信タイミングの指定を行った後に無線送信端末１００からセンサデータを、データ収集機からなる無線受信端末３に送信している。
ところで、無線送信端末の低コスト化には、受信機能を簡易化又は削減し、受信機能を定期的な端末の在圏確認のみにするか、センサデータを送信する機能のみを実装するようなシステムとしてもよい。このような無線送信端末では、ある一定周期で無線送信端末がデータを送信するだけの動作となり、無線送信端末の低コスト化や低消費電力化といったメリットが発生する。

鈴木誠他，"無線センサネットワークによる地震モニタリングシステムの実装と評価，"信学技報 USN2007-66,pp,65-70,2007

上述した従来の技術では、無線送信端末は、データ収集機との同期を取り、干渉を回避しつつ通信を行なう機構を有していない。このため、ある一定周期でデータを送信する場合、端末間でのデータの衝突が連続的かつ継続的に発生する可能性がある。この課題を解決するために、例えば、リアルタイムクロックを使用して予めデータ送信タイミングを端末間でのデータ衝突が抑制されるような周期に設定されることが考えられる。しかし、無線送信端末の台数が増加するに従って、その設定、管理コストが増加するという課題を有していた。

本発明の課題は、簡単な構成で無線送信端末間でのデータの衝突を抑制することができ、送信装置の消費電力化・低コスト化が可能となる無線送信システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る無線送信システムは、複数の無線送信端末からデータを無線で単方向に送信する無線送信システムにおいて、前記複数の無線送信端末の各々は、互いに異なる偏差を有するタイマと、前記タイマの出力に基づいて前記データを送信する無線送信部とを備え、前記タイマは、電源電圧が印加されたトランジスタを有するインバータがリング状に奇数個接続されたリング発振器から構成され、前記電源電圧が前記トランジスタの閾値電圧以下に設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、製造誤差や周囲の温度変動、電圧変動等の無線送信端末固有のパラメータにより、互いに異なる偏差を有するタイマを設け、タイマは、電源電圧が印加されたトランジスタを有するインバータがリング状に奇数個接続されたリング発振器から構成され、電源電圧がトランジスタの閾値電圧以下に設定されているので、簡単な構成で無線送信端末間でのデータの衝突を抑制することができ送信装置の消費電力化・低コスト化が可能となる。

本発明の実施例１に係る無線送信システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１に係る無線送信システムのタイマの構成例1を示す回路図である。 本発明の実施例１に係る無線送信システムのタイマの構成例２を示す回路図である。 本発明の実施例１に係る無線送信システムのタイマの構成例３を示す回路図である。 本発明の実施例２に係る無線送信システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施例３に係る無線送信システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施例４に係る無線送信システムの主要部の構成を示すブロック図である。 従来の無線送信システムの一例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態に係る無線送信システムを、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る無線送信システムの構成を示すブロック図である。実施例１に係る無線送信システムは、複数の無線送信端末１−１〜１−ｎと、無線受信端末３とを有する。複数の無線送信端末１−１〜１−ｎは、データを無線で単方向に無線受信端末３に送信する。無線受信端末３は、複数の無線送信端末１−１〜１−ｎからのデータを受信する無線受信部３２を有する。

複数の無線送信端末１−１〜１−ｎは、タイマ１１−１〜１１−ｎと、センサ１２−１〜１２−ｎと、無線送信部１３−１〜１３−ｎを有する。

タイマ１１−１〜１１−ｎは、互いに異なる偏差を有する。即ち、タイマ１１−１〜１１−ｎは、製造誤差や周囲の温度変動、電圧変動等の無線送信端末固有のパラメータにより周期が時間的に変動して、互いに異なる偏差を有し、、一定期間のクロック信号をカウントすることによりセンサ１２−１〜１２−ｎと無線送信部１３−１〜１３−ｎにトリガ信号を出力する。

センサ１２−１〜１２−ｎは、タイマ１１−１〜１１−ｎからトリガ信号が入力される毎に、計測値などのデータを検知し、検知されたデータを無線送信部１３−１〜１３−ｎに出力する。無線送信部１３−１〜１３−ｎは、タイマ１１−１〜１１−ｎの周期であるトリガ信号が入力される毎に、センサ１２−１〜１２−ｎからのデータを無線で無線受信端末３に送信する。

このような実施例１に係る無線送信システムによれば、無線送信端末１−１〜１−ｎ間において、タイマ１１−１〜１１−ｎの各々は、その無線送信端末の製造誤差や周囲の温度変動、電圧変動等の無線送信端末固有のパラメータにより周期が時間的に変動する。このため、タイマ１１−１〜１１−ｎの周期は、互いに異なる。即ち、タイマ１１−１〜１１−ｎは、互いに異なる偏差を有する。

このため、仮に複数の無線送信端末１−１〜１−ｎを設置した瞬間に端末間でデータ送信のタイミングが一致していたとしても、時間の経過に伴い、無線送信端末毎に、タイマの周期が変動する。従って、簡単な構成で無線送信端末間でのデータの衝突を抑制することができ、送信装置の消費電力化・低コスト化が可能となる。

図２は、本発明の実施例１に係る無線送信システムのタイマの構成例1を示す回路図である。図２に示すタイマ１１ａは、第１乃至第３のインバータがリング状に接続されたリング発振器から構成されている。直列に接続されたＰ型のＭＯＳＦＥＴＱ１とＮ型のＭＯＳＦＥＴＱ２とは、第１のインバータを構成し、直列に接続されたＰ型のＭＯＳＦＥＴＱ３とＮ型のＭＯＳＦＥＴＱ４とは、第２のインバータを構成し、直列に接続されたＰ型のＭＯＳＦＥＴＱ５とＮ型のＭＯＳＦＥＴＱ６とは、第３のインバータを構成する。

Ｐ型のＭＯＳＦＥＴＱ１とＮ型のＭＯＳＦＥＴＱ２との直列回路の両端、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴＱ３とＮ型のＭＯＳＦＥＴＱ４との直列回路の両端、及びＰ型のＭＯＳＦＥＴＱ５とＮ型のＭＯＳＦＥＴＱ６との直列回路の両端には、電源Ｖｃｃから電源電圧が供給されている。

Ｐ型のＭＯＳＦＥＴＱ１のゲートとＮ型のＭＯＳＦＥＴＱ２のゲートとは、共通接続され、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴＱ１とＮ型のＭＯＳＦＥＴＱ２との接続点は、コンデンサＣ１を介して抵抗Ｒ１の一端とＰ型のＭＯＳＦＥＴＱ３のゲートとＮ型のＭＯＳＦＥＴＱ４のゲートとに接続されている。

Ｐ型のＭＯＳＦＥＴＱ３とＮ型のＭＯＳＦＥＴＱ４との接続点は、コンデンサＣ２を介して抵抗Ｒ２の一端とＰ型のＭＯＳＦＥＴＱ５のゲートとＮ型のＭＯＳＦＥＴＱ６のゲートとに接続されている。Ｐ型のＭＯＳＦＥＴＱ５とＮ型のＭＯＳＦＥＴＱ６との接続点は、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴＱ１のゲートとＮ型のＭＯＳＦＥＴＱ２のゲートとに接続されている。

第１乃至第３のインバータをリング状に接続し、且つコンデンサＣ１と抵抗Ｒ１との時定数による遅延と、コンデンサＣ２と抵抗Ｒ２との時定数による遅延とによりタイマ信号を発振するようになっている。

以上のリング発振器において、電源Ｖｃｃの電源電圧は、ＭＯＳＦＥＴＱ１〜Ｑ６の各々の閾値電圧以下に設定されている。ここで、ＭＯＳＦＥＴＱ１〜Ｑ６の閾値電圧とは、ドレインとソース間に電流が流れ始まるときのゲート電圧である。

このような構成によれば、電源Ｖｃｃの電源電圧を、ＭＯＳＦＥＴＱ１〜Ｑ６の各々の閾値電圧以下に設定すると、ＭＯＳＦＥＴＱ１〜Ｑ６は容量成分となり、この容量成分とコンデンサＣ１，Ｃ２と抵抗Ｒ１，Ｒ２とにより、リング発振器の発振周期を長くすることができる。

従って、リング発振器の発振周期が長くなることに加え、製造誤差や電圧変動に対する発振周期の変動が大きくなる。例えば、１分に１周期でデータを送信するような場合には、通常のリング発振器では、発振周期を長くするために、抵抗Ｒ１，Ｒ２やコンデンサＣ１，Ｃ２の値を相当量増加させる必要があり、高コスト化に繋がるという問題が発生する。

これに対して、実施例１のリング発振器によれば、電源電圧をＭＯＳＦＥＴＱ１〜Ｑ６の閾値電圧以下に設定することで、抵抗Ｒ１，Ｒ２、コンデンサＣ１．Ｃ２を増加させずに、発振周期を長く設定することができる。従って、無線送信端末１−１〜１−ｎ間でタイマ１１−１〜１１−ｎの周期のばらつきが大きくなるため、無線送信端末１−１〜１−ｎ間でのデータの衝突を抑制する効果を高めることができる。

図３は、本発明の実施例１に係る無線送信システムのタイマの構成例２を示す回路図である。図３に示すタイマ１１ｂは、図２に示す構成例１に対して、さらに、電源Ｖｃｃの電源電圧を抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とで分圧し、分圧された電圧をＭＯＳＦＥＴＱ１〜ＭＯＳＦＥＴＱ６に供給したものである。

この構成例２によれば、構成例１に対して、さらに、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とを設けたので、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とによる製造誤差の影響を受けるため、無線送信端末１−１〜１−ｎ間でタイマ１１−１〜１１−ｎの周期のばらつきがさらに大きくなる。このため、無線送信端末１−１〜１−ｎ間でのデータの衝突を抑制する効果をさらに高めることができる。

図４は、本発明の実施例１に係る無線送信システムのタイマの構成例３を示す回路図である。図４に示すタイマ１１ｃは、図２に示す構成例１に対して、さらに、電源Ｖｃｃとグランドとの間にＭＯＳＦＥＴＱ７と抵抗Ｒ５との直列回路を接続し、ＭＯＳＦＥＴＱ７と抵抗Ｒ５との接続点の電圧をＭＯＳＦＥＴＱ１〜ＭＯＳＦＥＴＱ６に供給したものである。

この構成例３によれば、構成例１に対して、さらに、ＭＯＳＦＥＴＱ７と抵抗Ｒ５とを設けたので、ＭＯＳＦＥＴＱ７と抵抗Ｒ５とによる製造誤差の影響を受けるため、無線送信端末１−１〜１−ｎ間でタイマ１１−１〜１１−ｎの周期のばらつきがさらに大きくなる。このため、無線送信端末１−１〜１−ｎ間でのデータの衝突を抑制する効果をさらに高めることができる。

図５は、本発明の実施例２に係る無線送信システムの構成を示すブロック図である。図５に示す実施例２に係る無線送信システムは、図２に示すタイマ１１ａに対して、タイマ１１ｄは、コンデンサＣ２の一端と、ＭＯＳＦＥＴＱ３とＭＯＳＦＥＴＱ４との接続点との間にＭＯＳＦＥＴＱ８からなる電流制限機構１１０（電流制限素子に対応）を接続したことを特徴とする。

即ち、インバータ間に電流制限機構１１０を追加し、ＭＯＳＦＥＴＱ８のゲートに電圧を印加することにより、抵抗Ｒ１，Ｒ２、コンデンサＣ１，Ｃ２に流れる電流量を増減させ、コンデンサＣ１，Ｃ２に蓄えられる電荷量の増加速度を増減させている。このため、リング発振器の発振周期を設定することができる。

図６は、本発明の実施例３に係る無線送信システムの構成を示すブロック図である。図６に示す実施例３に係る無線送信システムは、図１に示す無線送信端末に対して、無線送信端末１ａがさらにカウンタ１５を備えたことを特徴とする。

カウンタ１５は、タイマ１１で発生されるクロックパルスの数を計数し、計数されたカウン値が所定値になったときにデータ送信タイミング信号をセンサ１２と無線送信部１３に出力する。従って、無線送信部１３は、カウンタ１５からのデータ送信タイミング信号に基づきデータを送信することができる。

図７（ａ）は、本発明の実施例４に係る無線送信システムの主要部の構成を示すブロック図である。図７（ａ）に示す実施例４に係る無線送信システムにおいて、無線受信端末３ａが、無線送信端末からデータをアンテナ３４を介して受信する無線受信部３２と、受信したデータの欠損が発生した場合に、欠損部分の前後のデータに基づき欠損部分のデータを推定する欠損データ推定部３３を備えることを特徴とする。

図７（ｂ）は、無線受信端末３ａが一定時間毎に受信したデータＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４（▲）と、データの欠損部分を示す。欠損データ推定部３３は、受信したデータの欠損が発生した場合に、欠損部分の前後のデータＤ３、Ｄ４に基づき欠損部分のデータを推定する。例えば、前後のデータＤ３，Ｄ４に基づき線形補間により、欠損データＤ３４を容易に推定することができる。

本発明は、センサを備えた複数の無線送信端末を備える無線送信システムに利用可能である。

１−１〜１−ｎ，１ａ 無線送信端末
３，３ａ 無線受信端末
１１−１〜１１−ｎ，１１ａ〜１１ｄ タイマ
１２−１〜１２−ｎ センサ
１３−１〜１３−ｎ 無線送信部
１４−１〜１４−ｎ アンテナ
１５ カウンタ
Ｑ１〜Ｑ８ ＭＯＳＦＥＴ
Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ
Ｒ１〜Ｒ５ 抵抗
Ｖｃｃ 電源
３２ 無線受信部
３３ 欠損データ推定部
３４ アンテナ
１１０ 電流制限機構

Claims (3)

1. 複数の無線送信端末からデータを無線で単方向に送信する無線送信システムにおいて、
   前記複数の無線送信端末の各々は、互いに異なる偏差を有するタイマと、
   前記タイマの出力に基づいて前記データを送信する無線送信部と、
   を備え、
   前記タイマは、電源電圧が印加されたトランジスタを有するインバータがリング状に奇数個接続されたリング発振器から構成され、前記電源電圧が前記トランジスタの閾値電圧以下に設定されていることを特徴とする無線送信システム。
2. 前記タイマで発生されるクロックパルスの数を計数し、計数されたカウン値が所定値になったときに前記データを送信させるカウンタを備えることを特徴とする請求項１記載の無線送信システム。
3. 前記無線送信端末からデータを受信する無線受信端末に設けられ、受信したデータの欠損が発生した場合には、欠損部分の前後のデータに基づき欠損部分のデータを推定する欠損データ推定部を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の無線送信システム。

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