JP6379790B2 - 無線ネットワークシステム - Google Patents

Description

この発明は、電力、ガス、水道等の検針データの収集に好適な無線ネットワークシステムに関する。

電力、ガスの検針データを収集するシステムとして、例えば特許文献１に開示された共同検針システムがある。この共同検針システムは、検針データ収集センタと、この検針データ収集センタに対してＰＨＳ公衆回線を介して接続された親機と、親機に接続可能な複数の子機を有する。

親機は、電力メータユニットと特定小電力無線親機を含む。そして、電力メータユニットは、ＰＨＳ端末と、親機全体を制御する制御部と、電力メータを含む。一方、子機には、ガスメータ用子機と、電力メータ用子機とがある。ガスメータ用子機は、ガスメータと特定小電力無線子機とを有する。また、電力メータ用子機は、ＰＨＳ端末と、制御部と、電力メータを含む。

このような構成において、親機における電力メータユニットのＰＨＳ端末は、トランシーバ機能により電力メータ用子機のＰＨＳ端末と交信し、電力メータ用子機の電力メータの検針データを収集する。また、親機における特定小電力無線親機は、特定小電力無線通信により、ガスメータ用子機の特定小電力無線子機と交信し、ガスメータの検針データを収集する。

この共同検針システムでは、電源設備の近くにある電力メータについては、ＰＨＳを用いた親機または電力メータ用子機により検針データを収集し、電源設備の近くにある保証がないガスメータについては、消費電力の少ない特定小電力無線通信を利用したガスメータ用子機により検針データを収集する。従って、１つのシステムを共用して電力メータの検針データおよびガスメータの検針データの両方を収集することができ、両検針データを収集するシステム全体としての設備コストを低減することができる。

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、収集システムを運用するためにＰＨＳの基地局やそれらを繋ぐ固定網等の基盤設備が必須である。このため、特許文献１に記載の収集システムを広く普及させるためには、多大なる設備コストが必要になる。そこで、特許文献１のようにＰＨＳ公衆回線網を利用するのではなく、基盤設備の不要なアドホック無線ネットワークを用いて検針データの収集システムを構築することが考えられる。

このアドホック無線ネットワークにおいて、各無線機は、例えば周期的に、データ送信が可能な他の無線機毎に通信回数を定義した構成情報を送信する。この通信回数とは、当該無線機から送信されたデータが宛先である無線機に到達するまでに経由する無線機間通信の回数である。例えばデータを到着させるべき宛先無線機までのルートに他に３つの無線機が存在していれば（すなわち、３つの無線機によって中継されて宛先無線機にデータが送信されるのであれば）、通信回数は４（＝中継回数＋１）となる。

各無線機は、互いに構成情報を授受することにより、直接、通信を行うことができる他の無線機を認識し、その無線機を介してデータ送信が可能な宛先無線機、およびその通信ルート（相対的な位置関係）を特定する。このような構成情報に基づくルーチングを可能にするために、各無線機は、通信可能な他の無線機と構成情報を授受し、他の無線機から受信した構成情報に基づいて自機の構成情報を更新する。

具体的には、例えば無線機Ａが記憶する構成情報において無線機Ｂの通信回数がｎになっていたとする。そして、この無線機Ａが他の無線機Ｃから構成情報を受信し、この受信した構成情報において無線機Ｂの通信回数がｎ−２になっていたとする。この場合、無線機Ａは、自身が記憶する構成情報における無線機Ｂの通信回数をｎ−２＋１＝ｎ−１に更新する。無線機Ａは、無線機Ｃを経由して無線機Ｂにデータ送信を行うように通信ルートを変更することにより通信回数を減らすことができるからである。各無線機におけるデータ送信は、このような構成情報の内容に従って行われる。

図７はこのようなアドホック無線ネットワークを適用した検針データの収集システムの構成例を示すものである。この収集システムは、収集装置１００と、外部電源無線機１０１と、電池駆動無線機１０２とを有する。ここで、外部電源無線機１０１は、電力メータに設置されており、電力メータからの電源供給を受けて動作する。電池駆動無線機１０２は、電源の近傍に設置される保証のないガスメータや水道メータに設置され、電池からの電源供給を受けて動作する。収集装置１００は、広域ネットワークに接続されており、遠隔からの指令により外部電源無線機１０１および電池駆動無線機１０２からなるアドホック無線ネットワークを介して電力メータ、ガスメータ、水道メータの検針データを収集する。

さらに詳述すると、アドホック無線ネットワークを構成する外部電源無線機１０１や電池駆動無線機１０２等の各無線機は、上述したように当該無線機から通信可能な各無線機までの通信回数を定義した構成情報を記憶している。収集装置１００が、ある宛先無線機に対する検針データ要求パケットを送信すると、その宛先無線機への通信回数が定義された構成情報を記憶している無線機が検針データ要求パケットを受信し、構成情報において通信回数が１である無線機（すなわち、直接通信が可能な無線機）にその検針データ要求パケットを送信する。宛先無線機でない無線機がこの検針データ要求パケットを受信した場合、この無線機は、同様に、構成情報において通信回数が１である無線機にその検針データ要求パケットを送信する。このような動作がアドホック無線ネットワーク内において行われる結果、検針データ要求パケットが宛先無線機に届く。検針データ要求パケットを受信した宛先無線機は、当該無線機が設置された電力メータ、ガスメータまたは水道メータから検針データを取得し、この検針データを示す検針データパケットを収集装置１００宛てに送信する。この検針データパケットは、検針データ要求パケットが伝送されたルートを逆に辿り、収集装置１００に送信される。

特許第３９６４２３６号

ところで、上述の図７に示す収集システムにおいて、電池駆動無線機１０２は、自機宛てのパケットのみならず、他の無線機宛てのパケットをも含めて受信する可能性がある。このため、電池駆動無線機１０２は、外部電源無線機１０１と同等な無線受信電力が必要となる。また、電池駆動無線機１０２は、受信したパケットへのレスポンスとしてのパケットの送信に関しても、自機において生成したパケットのみならず、他の無線機が生成したパケットをも含めて送信する可能性がある。このため、電池駆動無線機１０２は、外部電源無線機１０１と同等な無線送信電力が必要となる。従って、図７に示す収集システムは、電池駆動無線機１０２が外部電源無線機１０１と同等の電力を消費する可能性があり、電池駆動無線機１０２が長時間の使用に耐えないという問題がある。

この発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、外部電源無線機と電池駆動無線機とが混在するアドホック無線ネットワークシステムにおいて、電池駆動無線機が必要とする電力を減らすことを可能にする技術的手段を提供することを目的としている。

この発明は、複数の無線機の各々が通信可能な無線機毎に当該無線機と通信するために必要な無線機間通信の通信回数を定義した構成情報を記憶し、他の無線機との間で構成情報を授受することにより構成情報を更新し、無線情報を受信した場合に、当該無線情報の宛先と自機が記憶する構成情報に従って無線情報の直接の送信先を決定する無線ネットワークシステムにおいて、前記複数の無線機が、外部電源からの電源供給を受けて動作する外部電源無線機と、電池からの電源供給を受けて動作する電池駆動無線機とからなり、前記複数の電池駆動無線機同士による無線機間通信を制限したことを特徴とする無線ネットワークシステムを提供する。

この発明によれば、複数の電池駆動無線機同士による無線機間通信が制限されるため、電池駆動無線機が他の無線機へのデータの中継器として選択されるような構成情報が生成されるのを回避することができる。よって、電池駆動無線機の消費電力を低減することができる。

この発明による無線ネットワークシステムの第１実施形態である検針データの収集システムの構成を示すブロック図である。 同実施形態における電池駆動無線機の構成を示すブロック図である。 同実施形態の動作を説明する図である。 同実施形態において各無線機が記憶している構成情報の内容を例示する図である。 この発明の第２実施形態における無線機の構成情報を例示する図である。 この発明の第３実施形態の動作を説明する図である。 アドホック無線ネットワークを利用した検針データの収集システムの構成例を示すブロック図である。

以下、図面を参照しつつこの発明の実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、この発明による無線ネットワークシステムの第１実施形態である検針データの収集システムの構成を示す図である。図１に示す例では、収集システムの構成要素として、電池駆動無線機Ａ、ＢおよびＣと、外部電源無線機Ｄ、ＥおよびＦと、マルチコンセントレータＧが例示されている。ここで、外部電源無線機Ｄ、ＥおよびＦは、電力メータに設置されている。また、電池駆動無線機ＡおよびＣはガスメータに、電池駆動無線機Ｂは水道メータに設置されている。好ましい態様において、電池駆動無線機Ａ、ＢおよびＣは、消費電力を低減するため、間欠的に電池に接続され、電池に接続されている期間のみ電池からの電源供給を受けて動作する。

図２は本実施形態における電池駆動無線機の構成例を示すブロック図である。図２に示すように、電池駆動無線機は、無線信号の送受信に用いられるアンテナ１１と、アンテナ１１により得られる受信信号を復調するとともに、送信すべきデータによりキャリアを変調し、送信信号としてアンテナ１１から他の無線機に送信する送受信部１２と、送受信部１２によって受信された受信信号（パケット）のヘッダの解析を行うヘッダ解析部１３と、構成情報を格納する構成情報格納部１４と、構成情報格納部１４に格納される構成情報を編集（生成）する構成情報編集部１５と、送受信部１２による送信信号の送受信を制御する通信制御部１６とを有する。さらに本実施形態における電池駆動無線機は、受信感度制御部１７と送信出力制御部１８とを有する。ここで、受信感度制御部１７は、近接している外部電源無線機の無線信号を受信可能な限り送受信部１２の受信感度を下げる制御を行う手段である。また、送信出力制御部１８は、近接している外部電源無線機に無線信号が伝達可能な限り送受信部１２の送信出力を下げる制御を行う手段である。受信感度制御部１７による受信感度の制御および送信出力制御部１８の制御は例えば周期的に実行される。外部電源無線機の構成も電池駆動無線機と基本的に同様であるが、外部電源無線機には受信感度制御部１７および送信出力制御部１８に相当するものはない。
以上が本実施形態による収集システムの構成である。

本実施形態において、各無線機の通信制御部１６は、例えば周期的に、構成情報格納部１４に記憶された構成情報を含むパケットを送受信部１２に送信させる。また、各無線機の通信制御部１６は、送受信部１２によって他の無線機から構成情報を含むパケットが受信されると、この構成情報に基づいて構成情報格納部１４に記憶された構成情報を更新する。この更新の方法は既に述べた通りである。

既に述べたように、本実施形態において、電池駆動無線機の受信感度制御部１７は、近接している外部電源無線機の無線信号を受信可能な限り送受信部１２の受信感度を下げ、送信出力制御部１８は、近接している外部電源無線機に無線信号が伝達可能な限り送受信部１２の送信出力を下げる。このため、本実施形態では、図３に示すように、電池駆動無線機は、近接する外部電源無線機からの構成情報を受信することができるが、他の電池駆動無線機からの構成情報を受信することができない。また、電池駆動無線機が送信した構成情報は、近接する外部電源無線機には受信されるが、他の電池駆動無線機には受信されない。この結果、本実施形態における各無線機の構成情報は次のように更新される。まず、電池駆動無線機の構成情報格納部１４に格納された構成情報では、通信回数が１である無線機は、必ず外部電源無線機となる。また、外部電源無線機の構成情報格納部１４に格納された構成情報では、通信回数が１である無線機は、外部電源無線機である場合もあるし、電池駆動無線機である場合もあるし、それら両方である場合もあり得る。図４には本実施形態における電池駆動無線機ＡおよびＢ、外部電源無線機Ｅの構成情報の内容が例示されている。また、図１には、本実施形態によるアドホック無線ネットワークにおいて直接通信をすることが可能な無線機間（各無線機とその無線機の構成情報において通信回数が１である無線機との間）が実線により結ばれている。

本実施形態では、以上のようにアドホック無線ネットワークが構成されるため、電力メータに設置された外部電源無線機Ｄ、ＥおよびＦしか、パケットを中継する中継器として選択されない。

具体的には、次の通りである。まず、マルチコンセントレータＧが、例えば水道メータに設置された電池駆動無線機Ｂ宛ての検針データ要求パケットを送信したとする。また、電力メータに設置された外部電源無線機Ｅがこの検針データ要求パケットを受信したとする。この場合、外部電源無線機Ｅでは、ヘッダ解析部１３がこの検針データ要求パケットのヘッダを解析し、ヘッダから同パケットの宛先である電池駆動無線機ＢのＩＤを抽出する。そして、外部電源無線機Ｅの通信制御部１６は、構成情報格納部１４に格納された外部電源無線機Ｅの構成情報において、電池駆動無線機ＢのＩＤに対応付けられた通信回数が１となっている（すなわち、直接通信可能）となっていることから、受信した検針データ要求パケットを電池駆動無線機Ｂに送信する。

図４にも示されているように、電池駆動無線機Ｂの構成情報において外部電源無線機Ｅの通信回数は１となっており、電池駆動無線機Ｂは外部電源無線機Ｅからの無線信号を受信可能である。電池駆動無線機Ｂは、外部電源無線機Ｅから検針データ要求パケットを受信すると、水道メータの検針データを含む検針データパケットを生成し、マルチコンセントレータＧ宛てに送信する。

この検針データパケットは、検針データ要求パケットの場合と同様、外部電源無線機Ｅによって中継され、マルチコンセントレータＧに受信される。このように本実施形態では、電池駆動無線機が他の無線機宛てのパケットの中継を行うことがなく、電力メータに設置された外部電源無線機のみが中継を行う。

従って、本実施形態によれば、電池駆動無線機の消費電力を減らし、電池駆動無線機を長期に亙って動作させることが可能になる。また、本実施形態では、アドホック無線ネットワークにより収集システムを構成するため、システムを運用するための基盤設備が不要であり、設備コストを低減することができる。さらにガスメータの検針データをＡ→Ｄ→Ｇのルートで送る場合、Ｄ→Ｇ間のルート異常で送信不可となっても、Ａ→Ｄ→Ｅ→Ｇのルートで確実に送信することができる。

＜第２実施形態＞
上記第１実施形態（図１）において、電力メータに設置された外部電源無線機Ｄ、Ｅ、Ｆは、中継を行う検針データの種類に制限が設けられていない。例えば外部電源無線機Ｅは、図４の構成情報にも示されているように、電力メータに設置された外部電源無線機ＤおよびＦ、水道メータに設置された電池駆動無線機Ｂ、ガスメータに設置された電池駆動無線機ＡおよびＣの検針データを中継することが可能である。

これに対し、この発明の第２実施形態では、電力メータに設置された外部電源無線機Ｄ、Ｅ、Ｆの各々が中継する検針データの種類に制限を設ける。具体的には、そのような制限された中継しか行わないように、各外部電源無線機に記憶される構成情報を操作する。

図５（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態において、外部電源無線機Ｅに記憶させる構成情報を例示するものである。図５（ａ）に示す例において、外部電源無線機Ｅの構成情報は、電力メータに設置された外部電源無線機Ｄ、Ｆに関する情報を含んであるが、ガスメータや水道メータに設置された無線機に関する情報を含んでない。従って、この例において、外部電源無線機Ｅは、電力メータの検針データの中継のみを行う。

図５（ｂ）に示す例において、外部電源無線機Ｅの構成情報は、電力メータに設置された外部電源無線機Ｄ、Ｆに関する情報と、ガスメータに設置された電池駆動無線機Ａ、Ｃに関する情報を含んでいるが、水道メータに設置された電池駆動無線機Ｂに関する情報を含んでいない。従って、この例において、外部電源無線機Ｅは、電力メータおよびガスメータの検針データの中継のみを行う。

図５（ｃ）に示す例において、外部電源無線機Ｅの構成情報は、電力メータに設置された外部電源無線機Ｄ、Ｆに関する情報と、水道メータに設置された電池駆動無線機Ｂに関する情報を含んでいるが、ガスメータに設置された電池駆動無線機Ａ、Ｃに関する情報を含んでいない。従って、この例において、外部電源無線機Ｅは、電力メータおよび水道メータの検針データの中継のみを行う。

このように各無線機に記憶させる構成情報を操作するための手段としては各種のものが考えられるが、例えば次のようにしてもよい。まず、各外部電源無線機には、各々に中継させる検針データの種類を予め設定しておく。また、各電池駆動無線機は、構成情報を送信するときに、自機が送信する検針データの種類を示す情報を併せて送信する。例えば図１における電池駆動無線機Ａは、自機が送信する検針データがガスメータの検針データであることを示す情報を送信するのである。そして、外部電源無線機は、他の無線機から構成情報を受信し、その受信した構成情報に基づいて自機の構成情報を更新する際に、自機が中継する種類の検針データに該当しない検針データを送信する電池駆動無線機に関する情報を無視する。例えば外部電源無線機Ｅが電力メータおよびガスメータの検針データの中継を行うように設定されている場合、外部電源無線機Ｅは、他の無線機から受信した構成情報に水道メータに設置された電池駆動無線機Ｂに関する情報が含まれていたとしても、その情報を無視するのである（すなわち、その電池駆動無線機Ｂに関する情報を自機の構成情報に反映させる処理を行わない）。このような操作を行うことにより、図５（ｂ）に例示するように、電力メータおよびガスメータの検針データの中継のみを行わせる構成情報が外部電源無線機Ｅの構成情報格納部１４に格納される。

本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様な効果が得られる。また、本実施形態によれば、複数の外部電源無線機の各々が、各々に割り当てられた種類の検針データのみを中継するので、各外部電源無線機に適度に負荷が分散されるように、ネットワークトポロジを最適化することができる。さらに図５（ｃ）の例では、ガスメータに設置された無線機の構成が変更されたとしても、Ｅの構成情報（水道）に影響を与えることはない。

＜第３実施形態＞
上記第１実施形態では、電池駆動無線機が中継器として動作するのを避けるために、電池駆動無線機の受信感度および送信出力を制御することにより電池駆動無線機間の通信を制限した。

これに対し、この発明の第３実施形態では、電池駆動無線機の送信周波数および受信周波数、外部電源無線機の送信周波数および受信周波数を適切に決定することにより、電池駆動無線機間の通信を制限し、電池駆動無線機が中継器として動作するのを避ける。

具体的には、本実施形態では、図６に例示するように、電池駆動無線機および外部電源無線機の送信周波数および受信周波数が決定されている。まず、電池駆動無線機は、周波数ｆ１の無線信号の送信が可能であるとともに、周波数ｆ２の無線信号の受信が可能である。また、外部電源無線機は、周波数ｆ１の無線信号の送信および周波数ｆ２の無線信号の送信の両方が可能であるとともに、周波数ｆ１の無線信号の受信および周波数ｆ２の無線信号の受信の両方が可能である。具体的には外部電源無線機は、他の無線機にパケットを送信するとき、同一のパケットから周波数ｆ１の無線信号および周波数ｆ２の無線信号を発生し、この信号内容の重複した周波数ｆ１の無線信号および周波数ｆ２の無線信号を送信する。外部電源無線機は、他の外部電源無線機から周波数ｆ１の無線信号および周波数ｆ２の無線信号を受信した場合、それらの無線信号から復調された２個のパケットのうちの一方を受信パケットとして採用する。なお、図示は省略したが、マルチコンセントレータＧも、外部電源無線機と同様である。

この場合、電池駆動無線機は、他の電池駆動無線機が送信した周波数ｆ１の無線信号を受信することができない。また、電池駆動無線機が送信した周波数ｆ１の無線信号が他の電池駆動無線機によって受信されることはない。しかし、電池駆動無線機は、外部電源無線機が送信した周波数ｆ２の無線信号を受信可能である。また、外部電源無線機は、電池駆動無線機が送信した周波数ｆ１の無線信号を受信可能である。さらに外部電源無線機は、他の外部電源無線機が送信した周波数ｆ１の無線信号および周波数ｆ２の無線信号の両方を受信可能である。また、外部電源無線機が送信した周波数ｆ１の無線信号および周波数ｆ２の無線信号の両方を他の外部電源無線機が受信可能である。従って、本実施形態によれば電池駆動無線機間の通信を制限し、電池駆動無線機および外部電源無線機間の通信、外部電源無線機間の通信のみを行わせることができる。

本実施形態においても上記第１実施形態と同様な効果が得られる。なお、本実施形態に上記第２実施形態を適用し、外部電源無線機が中継するデータの種類に制限を設けてもよい。

Ｇ……マルチコンセントレータ、Ｄ，Ｅ，Ｆ……外部電源無線機、Ａ，Ｂ，Ｃ……電池駆動無線機、１１……アンテナ、１２……送受信部、１３……ヘッダ解析部、１４……構成情報格納部、１５……構成情報編集部、１６……通信制御部、１７……受信感度制御部、１８……送信出力制御部。

Claims (4)

1. 複数の無線機の各々が通信可能な無線機毎に当該無線機と通信するために必要な無線機間通信の通信回数を定義した構成情報を記憶し、他の無線機との間で構成情報を授受することにより構成情報を更新し、無線情報を受信した場合に、当該無線情報の宛先と自機が記憶する構成情報に従って無線情報の直接の送信先を決定する無線ネットワークシステムにおいて、
   前記複数の無線機が、外部電源からの電源供給を受けて動作する外部電源無線機と、電池からの電源供給を受けて動作する電池駆動無線機とからなり、
   前記複数の電池駆動無線機同士による無線機間通信を制限し、
   前記外部電源無線機の各々が予め設定された種類のデータの中継のみを行うように、前記外部電源無線機の各々が記憶する構成情報を操作する手段を具備することを特徴とする無線ネットワークシステム。
2. 前記複数の無線機は、自機の構成情報とともに、自機が送信するデータの種類を示す情報を送信し、
   前記外部電源無線機は、他の無線機から受信した構成情報の中から予め設定された種類以外の種類のデータを送信する電池駆動無線機に関する情報を除外して、自機の構成情報の更新を行うことを特徴とする請求項１に記載の無線ネットワークシステム。
3. 前記複数の電池駆動無線機の各々に、近接している外部電源無線機の無線情報を受信可能な限り受信感度を下げる受信感度制御手段と、近接している外部電源無線機に無線情報が伝達可能な限り送信出力を下げる送信出力制御手段とを設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の無線ネットワークシステム。
4. 電池駆動無線機同士の通信が阻害され、電池駆動無線機および外部電源無線機間の通信と、外部電源無線機同士の通信のみが行われるように、電池駆動無線機および外部電源無線機の送信周波数および受信周波数を決定したことを特徴とする請求項１または２に記載の無線ネットワークシステム。

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