JP6356958B2 - 無線情報収集システム - Google Patents

Description

本発明は、例えばガス、水道、電気などの使用量等の検知情報を収集する無線情報収集システムに関するものである。

無線テレメータシステム（無線情報収集システム）は、一例として、センタ側網制御装置に有線の電話網や、ＦＯＭＡなどといった無線網で接続された無線親機と、無線親機とメッシュ型ネットワークで無線接続される複数の無線子機と、複数の無線子機にそれぞれ有線接続された電気や水道やガスなどのメータである検知装置で構成される。この無線テレメータシステムにおいて、メッシュ型のネットワークでは、多数の接続経路が存在する。多数の接続経路の中から一つが選択され、無線通信を行なうことになる。このようなシステムにおいて、特許文献１には選択した経路で無線環境が悪いと迂回して、別の無線環境が良好な経路を選択して無線通信を行なうことが開示されている。

特許文献１では、複数の経路候補があった場合に、各経路候補について、無線資源消費量を計算したり、中継無線子機のトラフィック余裕度に基づいた経路候補のトラフィック余裕度を計算したりする。そして、計算された無線資源消費量や経路候補のトラフィック余裕度を評価パラメータとして、経路を選択する技術が掲載されている。

このようなメッシュ型ネットワークでは、データの中継を行うための専用のルータが存在せず、各通信端末（無線子機）がメッセージを無線通信によりルーティングすることによって、移動性、柔軟性及び経済性の高いネットワークを構築し得るようになされている。

現在提案されているメッシュ型ネットワークのルーティングプロトコルとしては、通信を開始する直前に通信先までの通信経路を発見するオンデマンド方式と、通信の有無にかかわらず各ノードがそれぞれ他の各ノードまでの通信経路を予め発見しておきこれをテーブルとして保持しておくテーブル駆動方式の大きく２つのカテゴリに分けることができる。また近年では、これらを統合したハイブリッド方式も提案されている。

特開２００７−７４５６４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のネットワーク経路設定方法では、メッシュ型ネットワークにおいて計算された無線資源消費量や経路候補のトラフィック余裕度を評価パラメータとして、経路を選択している。そのため、電池駆動の端末装置による無線通信システムにおいては、経路の偏りが発生してしまう。そのため、一部の無線機器の電池消費が急激に起こりうる可能性がある。

本願発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、メッシュ型の無線通信に対応し、消費電力を効果的に低減することのできる、新規かつ改良された無線情報収集システム及び無線子機を提供することにある。

本発明に係る無線情報収集システムは、センタ側装置と接続された無線親機と、検知装置と接続され、該検知装置が検知した検知情報を、複数の無線子機を経由する通信ルートを介して前記無線親機に送信する無線子機とを備える無線情報収集システムにおいて、前記通信ルートは、緊急情報を伝達するための緊急通信ルートと定期的な検針情報を収集するための定期通信ルートとからなり、前記緊急通信ルート及び前記定期通信ルートを経由して通信したとき、前記無線親機は、通信環境に関連するルート評価情報に基づき、各ルートの優先順位を算出し、優先順位が最も高いルートを前記緊急通信ルートに設定し、その他のルートを前記定期通信ルートに設定する。

メッシュ型ネットワークでの無線情報収集システムにおいて、良好な経路を緊急性の高い通信時の経路とし、定期的な通信はそれ以外の迂回経路を利用し、経路の偏りをなくすことにより緊急性の高い通信の信頼性向上と、通信経路の偏りに起因して一部急激に電池消費が大きくなる無線機器が発生することを防ぐことができる。

本発明の実施形態に係る無線情報収集システムのシステム図である。 本発明の実施形態に係る無線親機のブロック図である。 本発明の実施形態に係る無線子機のブロック図である。 本発明の無線情報収集システム図である。 本発明の実施形態に係る無線情報収集システムにおける通信状況。 本発明の実施形態に係る無線情報収集システムにおける通信状況。

[実施形態１]
（無線情報収集システムの構成）
図１は、無線情報収集システム等の概要を示す模式図である。無線情報収集システムは、無線親機２０１及び無線子機２０２〜２０９を備えている。本実施形態の無線情報収集システムは、所謂メッシュ型のネットワークトポロジを採用している。

図１に示すように、本発明による無線情報収集システムは、ホストコンピュータ（以下、「ホスト」という。）１００に接続されたセンタ側網制御装置（以下、「センタＮＣＵ」という。）１０１と、電話回線やＦＯＭＡ網といったネットワーク１０２を介してセンタＮＣＵ１０１に接続された無線親機（以下、「メイン」という。）２０１と、他の複数の無線子機（以下、「サブ」という。）２０２〜２０９と、サブ２０２〜２０９と有線接続され、水道やガスなどのメータ（検知装置）１０３と、で構成される。メイン２０１や複数のサブ２０２〜２０９との間で、無線でデータ通信を行なうことができる。メイン２０１は、端末側網制御装置を内蔵していても良く、或いは外付けで端末側網制御装置を接続していてもよい。なお、図１においては、８つのサブ２０２〜２０９で示しているが、説明の都合によるもので、各家庭で使用される電気、あるいはガス、または水道等の使用量を計数するメータ１０３の個数に合わせて設けられる。

（メイン及びサブの構成）
図２及び図３は、図１に示す無線情報収集システムに用いられているメイン２０１及びサブ２０２〜２０９のブロック図である。

メイン２０１及びサブ２０２〜２０９には、共に各端末を識別する識別符号や、どのサブを経由するかを示す経路情報の保存用に不揮発性メモリ１０が内蔵されている。無線部１２及びアンテナ１３は、他端末とデータ通信を行うものである。ＲＯＭ１４は、ＣＰＵ１１が実行する各種プログラム記憶している。ＲＡＭ１５は各種プログラムを実行する際に使用及び作成される各種データ等を記憶するものである。また、なんらかの処理結果表示用としてＬＥＤなどの表示部１７、入力装置としてＤＩＰＳＷ１８やボタン１９などがある。なお、ＣＰＵ１１は時計やタイマー機能、バッファを有したものである。図２のメイン２０１を駆動、動作させるために電源となる電池１６が設けられている。このメイン２０１の電池１６は、メイン２０１だけはどの経路でも必ず通ることや、全てのサブを管理していることなどから、動作時間が多く、電池消費は多くなってしまう。そのため、メイン２０１に備わる電池１６は、特別に大容量のものとなっている。あるいは、メイン２０１だけはＡＣコードで電源供給される構成の場合もある。

一方、サブは、メータ付近に設置されるため、ほぼＡＣコードを使用できないことや、ＡＣコードにするとコストアップになる。そこで、サブは、常時動作しないことから、小容量の電池１６を備えており、電池消費を少なくすることが重要となっている。

また、図２に示すように、メイン２０１のＣＰＵ１１は網接続回路２０を通じて図１で説明した公衆網１０２に接続されている。

また、図３に示すように、サブ２０３〜２０９のＣＰＵ１１には、メータ１０３への接続用のメータＩ／Ｆ２１が接続されている。

（経路設定動作の説明）
無線情報収集システム内を流れる情報としては、メータ１０３からホスト１００に向けてメータ遮断を知らせるための緊急通信と、ホスト１００から定期的にメータの検診結果を収集する定期通信がある。緊急通信が通る経路を緊急通信ルート、定期通信が通る経路を定期通信ルートと呼ぶ。

緊急通信としては、例えばガス検針の場合であれば、ガス機器の長時間使用・消し忘れ（ガス器具を連続して長時間使用した場合や消し忘れをした場合）、流量オーバー（メータの最大使用量を超えてガスが流れた場合）、地震・振動検出（ガスを使用中に震度5弱相当の地震があった場合、また、ガスメータに強い振動を与えた場合）、ガス圧力低下（ガスを使用中にガスの圧力が異常に低下した場合）等のメータ遮断情報の送信がある。

定期通信としては、ガスメータの検針のために毎月１回決められた日の定期的な検針結果の収集がある。

図４は、無線情報収集システムにおける経路設定に関するシステム図である。以下では、本発明の無線情報収集システムにおいて、メイン２０１とサブ２０９の間の経路設定動作について説明する。

また図５は、図４におけるメイン２０１とサブ２０９との間で生じた、７月〜１０月までの４ヶ月分の通信結果の一例である。これらの通信結果の情報は、メイン２０１の不揮発性メモリ１０に記憶されている。ここで、通信発生回数とは、ホスト１００とサブ間で設定された通信経路ごとの通信発生回数を表し、リトライ回数とは、一つの通信に対してノイズ等によりエラーとなり、リトライ通信した回数を表す。経由子機数は、設定された通信経路ごとの、メイン２０１から検針対象のメータが接続されているサブ２０９までに経由するサブである無線子機の数である。優先順位とは、集計期間（例えば図５の場合、７月、８月）の通信結果に基づいて決定された信頼性の高い通信経路の順位である。この優先順位に基づいて、次の集計期間に、どの経路にどの通信種別を割り当てるかを決定する。７月、８月の通信結果に基づく順位の決め方については後述する。

なお、複数のサブを経由する経路１、経路２、経路３等の通信経路は、周知の無線メッシュネットワークの経路設定方法に基づいて決定され、経路情報としてメインの不揮発性メモリ１０に記憶されている。また、各サブが経路１、経路２、経路３等の経路動作時に中継動作を行うために必要な経路情報は、各サブの不揮発性メモリ１０に記憶されており、これらの経路情報は、メイン２０１が制御信号を用いて各サブに供給している。

ここでは、通信経路として、図４のように、経路１、経路２及び経路３が設定されているものとする。この図４は、説明の都合上、メイン２０１とサブ２０９の間での設定された経路の例であり、これはあくまで一例で、これに限定されるものではない。また、先に説明したとおり、メイン２０１とその他のサブ２０２〜２０８との通信のそれぞれの経路も設定されており、これが例えばメイン２０１のメモリ１０に記憶されている。

図４において、経路１は、サブ２０９からメイン２０１へメータ遮断を知らせるための緊急通信ルートに設定されており、経路２と経路３はメイン２０１からサブ２０９へ定期検針を行うための定期通信ルートとして設定されている。定期的（例えば１ヶ月毎）の検針動作として、７月検針は経路２を選択して、メイン２０１からサブ２０５、サブ２０８を経由し、サブ２０９に到達してメータ検針を行なう。

このとき、メイン２０１は、7月検針のため、サブ２０９へと使用量を送信するように要求する。その要求にしたがって、サブ２０９から、経路２を逆に（サブ２０８、２０５を経由し）、メイン２０１に要求された使用量を無線で送信する。この使用量（７月度の検針結果）が、センタ側装置１０１に送られ、センタ側装置１０１で各サブからのデータを集中して管理する。

一方、８月検針は経路３を選択し、メイン２０１からサブ２０２、サブ２０３、サブ２０７と経由して、サブ２０９に到達してメータ検針を行なう。この検針のためのメイン２０１から要求、サブ２０９からの使用量（検針）の送信は、経路３を利用して行なわれる。

また、この２ヶ月の間のサブ２０９からのメータ遮断は、経路１を選択して、サブ２０９からの発信が、サブ２０６、サブ２０４、メイン２０１に到達して、センタ側装置１０１に通報される。

７月、８月の２ヶ月単位で、ルート評価情報である、経路ごとの経由子機数とリトライ回数の比較を行い、次の２ヶ月の為の優先順位付けを行う。

ルート評価情報として、経由子機数を使用する場合、子機の経由回数が多いほうが一般的に無線機器間の距離が短くなる傾向にあるので信頼性が高いと考えられることより、経由子機数が多いルートの優先順位を高く設定する。また、ルート評価情報として、リトライ回数を使用する場合、リトライ回数が少ないほうが、ノイズが少ないと考えられることより、リトライ回数が少ないルートの優先順位を高く設定する。

具体的な優先順位の決め方を例示する。まず設定された経路をリトライ回数の少ない順に並べ、リトライ回数が少ない経路を優先順位の上位とする。次に、リトライ回数が同じ回数である同順位の経路については、それぞれの経由子機数を比較し、経由子機数の多い経路が優先順位の上位とする。最終的に、リトライ回数、経由子機数が全く同じ経路に関しては、前回の優先順位が上位の経路を、今回の優先順位が上位と設定する。ただし、これはあくまでも例であり、これに限定されるものではない。

７月、８月の２ヶ月では、経路３は、リトライ回数がゼロ、経由子機数が３であることより優先順位１、経路２はリトライ回数がゼロ、経由子機数が２であることより優先順位２、経路１はリトライ回数が２回、経由子機数が２であることより優先順位３となっている。

従って、次の９月、１０月の２ヶ月では、優先順位１である経路３がメータ遮断による発信のような緊急性の高い通信を行う緊急通信ルートに設定される。残りの経路１と経路２が定期検針のための定期通信ルートになる。この２カ月間の通信結果に基づき、決定された優先順位に従って、次の２ヶ月間の緊急通信ルートが決められる。以上の例では、メータ遮断の緊急通信ルートが経路３に、９月、１０月の検針のための定期通信ルートが経路２、経路１に設定される。また、図５に示す９、１０月の通信結果に基づき、緊急通信ルートとして経路３が、１１、１２月度の検針のための定期通信ルートとして経路１、経路２が利用される。

このようにすることにより、緊急性の高い通信の信頼性向上を図ると共に、各サブ間の電池消費の差が大きくならないようにすることができる。

［実施形態２］
次に、実施形態２について、図６を参照に説明する。この実施形態２は、実施形態１と経路設定については同じである。しかし、優先順位が高い経路を緊急通信ルーとして使用している時に、その使用回数が多い場合、次回の２ヶ月間の通信ルートとして、緊急通信ルートから外すようにする。これは、緊急通信ルートとして決定した経路の通信回数が多くなり、その経路内のサブの負担、つまり電池等の使用量が多くなるためである。これを均等化することを目的とする。

以下、実施形態２の具体例をメータ遮断による緊急通信ルートの使用が多い場合について説明する。例えば、メータ遮断によるサブ２０９からの発信（経路１）が多い場合とは、所定期間２カ月で所定回数２回であれば問題ないとし、倍の４回以上、あるいは３回以上を多いとしている。その場合、緊急通信ルートを変更する。

図６において、９月、１０月では、緊急通信ルートとして経路３が利用され、緊急通信のために該経路３が５回使用されている。そのため、緊急の通信発生回数が多いと判断される。このため、次回の１１月、１２月では、メータ遮断による緊急通信については、サブ２０９からの発信を経路３から経路２に変更する。また、１１月検針は経路３で行ない、１２月検針は経路１で行なう。

同様に、１１月、１２月では、経路２（緊急通信ルート）が４回使用されており、経路２の使用が多いと判断され、１月、２月では経路２以外が緊急通信ルートに設定される。このようにすることにより、サブの電池消費を均等化することができる。

［実施形態３］
以下に実施形態３の発明を説明する。実施形態３、リトライ回数に基づいて特定のルートを除外し、残りの通信経路を緊急通信ルート、定期通信ルートとして利用するものである。このリトライがない場合は、通信環境がよく、1度の通信で目的の検針、あるいはメータ遮断等の送信が完了する。

一方、通信障害等で通信環境が悪くなれば、目的の情報を送信できないため、再度通信を行う必要（リトライ）が生じる。このリトライが嵩むと（回数が多くなると）、通信経路中の各子機の電池消費も多くなる。

実施形態３は、このリトライを行う回数に基づき、優先順位を決定する判断材料として利用したものである。すなわち実施形態３は、このリトライ回数に基づいて、緊急通信ルートを決定する手段、方法を提供するもので、以下にその一具体例を説明する。

図４において、無線環境が悪い（リトライ回数が所定回数を超えた）経路がある場合、その経路を除いた残りの経路より、緊急通信ルートと定期通信ルートを設定する。例えば、図４の３つの経路中、経路３が連続して、１通信で４回以上のリトライが発生する場合、メイン２０１は、経路３は通信ルートとして使用しないように、残りの通信経路１および２のルートを使用して定期検針やメータ遮断情報の収集を行うようにする。ここで、経路１または２の中で緊急通信ルート、定期通信ルートを決める場合、第１または第２の実施形態記載の方法で決定できる。このようにすることにより、リトライを繰り返すために、特定のサブの電池消費が大きくなることを防ぐことができる。

また、図６の通信１の区画において、緊急通信ルートとして通信経路１を用いて通信した場合、リトライ回数が２回、さらに次回の通信２の区画における１０月度検針においても、通信経路１を用いることでリトライが生じている。このような場合、次回の通信時には、通信経路１を除外する。そして残りの通信経路２および３を用いて通信を行う。この場合、通信経路３を、緊急通信ルート（経由子機数が多い）、通信経路２を定期通信ルートとして利用することができる。また、他の新たな通信経路を、周知の技術を用いて設定し、その新通信経路を通信ルートとして利用しることができる。

［実施形態４］
続いて実施形態４について説明する。この実施形態４では、端末間の電波強度の値を使用して各ルートの優先順位を決める。各通信ルートの優先順位付けの判断材料であるルート評価情報として、ルートごとの経由ルート上の端末間（サブ−サブ間やメイン−サブ間）の電波強度の値を使用することができる。例えば、図４の経路１の場合、メイン２０１とサブ２０４、サブ２０４とサブ２０６、サブ２０６とサブ２０９の間で通信時の電波強度をメイン２０１の不揮発性メモリ１０に記憶しておく。同様に経路２、経路３の各サブ感の電波強度をメイン２０１の不揮発性メモリ１０に記憶する。電波強度の情報は、定期検診情報やメータ遮断情報に付加させておくことにより、メイン２０１に集められる。

各端末間の電波強度の値の最低値が最も高いルートを、優先順位の高いルートとする。ただし、これはあくまでも例であり、これに限定されるものではない。

この電波強度は、遮蔽物とかノイズ源といった外的な要因によって動的に変動するため、この電波強度の情報を活用して通信ルートの使用の均一化を図ることができる。

［まとめ］
以上説明したように、センタ側装置と接続された無線親機と、検知装置と接続され、該検知装置が検知した検知情報を、複数の無線子機を経由する通信ルートを介して前記無線親機に送信する無線子機とを備える無線情報収集システムにおいて、前記通信ルートは、緊急情報を伝達するための緊急通信ルートと定期的な検針情報を収集するための定期通信ルートとからなり、前記緊急通信ルート及び前記定期通信ルートを経由して通信したとき、前記無線親機は、通信環境に関連するルート評価情報に基づき、各ルートの優先順位を算出し、優先順位が最も高いルートを前記緊急通信ルートに設定し、その他のルートを前記定期通信ルートに設定する。

また、前記ルート評価情報は、リトライ回数であり、前記リトライ回数が最も少ないルートを前記緊急通信ルートに設定する。

また、前記ルート評価情報は、経由子機数であり、前記経由子機数が最も多いルートを前記緊急通信ルートに設定する。

また、前記ルート評価情報は、経由ルート上の無線端末間の最低電波強度であり、前記最低電波強度が最も高いルートを前記緊急通信ルートに設定する。

このようにすることにより、緊急性の高い通信の信頼性向上と各無線子機間の電池消費の差が大きくならないようにすることができる。

前記緊急通信ルートの使用頻度が所定値を超えた場合、２番目に評価が高いルートを緊急通信ルートに設定する。

このようにすることにより、無線子機の電池消費を均等化することができる。

前記リトライ回数が設定値を超えた場合、前記定期ルートの設定から除外する。

このようにすることにより、リトライを繰り返すために、特定の無線子機の電池消費が大きくなることを防ぐことができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示さるものである。

本発明に係る無線情報収集システムは、例えばガス、水道又は電気の使用量等の検知情報を収集する無線情報収集システムに広く利用可能である。

１０ 不揮発性メモリ
１１ ＣＰＵ
１２ 無線通信ユニット
１３ アンテナ
１４ ＲＯＭ
１５ ＲＡＭ
１６ 電池
１７ 表示部
１８ ＤＩＰＳＷなどの入力装置
１９ ボタンなどの入力装置
２０ 電話回線、ＦＯＭＡ網
２１ メータ接続のためのI/F
１００ ホスト・コンピュータ
１０１ センタ側網制御装置
１０２ 電話回線、ＦＯＭＡ網
１０３ メータ
２０１ 無線親機
２０２ 無線子機
２０３ 無線子機
２０４ 無線子機
２０５ 無線子機
２０６ 無線子機
２０７ 無線子機
２０８ 無線子機
２０９ 無線子機

Claims (2)

1. センタ側装置と接続された無線親機と、検知装置と接続され、該検知装置が検知した検知情報を、複数の無線子機を経由する通信ルートを介して前記無線親機に送信する無線子機とを備える無線情報収集システムにおいて、
   前記通信ルートは、緊急情報を伝達するための緊急通信ルートと定期的な検針情報を収集するための定期通信ルートとからなり、
   前記緊急通信ルート及び前記定期通信ルートを経由して通信したとき、前記無線親機は、通信環境に関連するルート評価情報に基づき、各ルートの優先順位を算出し、
   優先順位が最も高いルートを前記緊急通信ルートに設定し、
   その他のルートを前記定期通信ルートに設定する構成とされ、
   前記ルート評価情報は、経由子機数であり、前記経由子機数が最も多いルートを前記緊急通信ルートに設定する
   ことを特徴とする無線情報収集システム。
2. 前記緊急通信ルートの使用頻度が所定値を超えた場合、２番目に評価が高いルートを緊急通信ルートに設定する請求項１に記載の無線情報収集システム。