JP6449538B2 - 無線通信システムおよびその構築方法 - Google Patents

無線通信システムおよびその構築方法 Download PDF

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Description

本発明は、携帯電話無線通信とその他の無線通信とを組み合わせた無線通信システムおよびその構築方法に関する。
広範囲に点在する自動販売機、電力メータ、ガスメータ、監視カメラなどの機器類を無線通信でネットワーク化する方法として、一般的には通信品質に優れる携帯電話無線通信が使用されている。しかしながら、携帯電話無線通信の機器は高価であり、また、継続的に回線使用料が発生するという問題がある。これらの問題に対して、特定小電力無線通信や無線LAN、ZigBee(登録商標)、BlueTooth(登録商標)などのその他の無線通信は、高価な機器も回線使用料も必要としない。
一方、複数の無線通信を組み合わせたハイブリッド無線通信が提案されている。特許文献1には、ZiGBeeと無線LANの双方の無線通信を行うことができるハイブリッド無線通信が開示されている。ハイブリッド無線通信の場合、例えば、ZigBeeのビーコン信号が送信される予定の時間帯に無線LANの信号が送信されていると、ZigBeeのノードはビーコン信号を送信することができない。あるいは、ZigBeeのノードがビーコン信号を送信しているときに、無線LANのノードが信号を送信すると、信号の衝突が生じてZigBeeのノードがビーコン信号を正常に受信できない。いずれの状況においても、ビーコン信号が受信できないとその後の通信を行うことができず、ZigBeeのノード間で通信ができない、というような通信障害の問題が生じる。
特許文献1では、上記のような通信障害の問題を解決し、異なる複数の無線通信が共存している環境であっても、双方の無線通信で確実に通信することができる無線通信技術を提供している。
特開2012−169740号公報
しかしながら、特許文献1の技術は以下の課題を有している。
特定小電力無線通信や無線LAN、ZigBee、BlueToothなどの無線通信は、送受信間の環境因子である地形、構造物、干渉電波などによる通信品質のばらつきが大きい。そのため、特許文献1の無線通信では、一定の通信品質を満足する用途としては極めて短距離での使用に留まっていた。よって、例えば、これらの無線通信を携帯電話無線通信と組み合わせたハイブリッド無線通信により、携帯電話無線通信の回線数を削減しようとした場合、これらの無線通信の通信性能を十分に活用することはできなかった。
また、これらの無線通信では、無線機同志が近接し相手から発信される電波の電界強度が一定値以上大きくなる場合、近接する無線機が他の無線機と通信すると、異なるチャネルに設定していたとしても周波数フィルター機能が十分に機能せず、電波干渉による通信エラーやSN比の劣化をもたらすなどの不具合が発生していた。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、携帯電話無線通信とその他の無線通信とによる無線通信において、その他の無線通信を有効に活用することで携帯電話無線通信の回線数を減らし、回線使用料を削減することにある。
本発明による無線通信システムは、第1の無線通信の通信性能を収集し、前記通信性能に基づいて前記第1の無線通信の可否を判定する、通信機と、前記第1の無線通信の可否に基づいて、前記第1の無線通信を行う前記通信機のグループと、前記グループの前記通信機の中から前記第1の無線通信に加えて第2の無線通信を行う前記通信機と、を指定する、割振り手段と、を有する。
本発明による無線通信システム構築方法は、第1の無線通信の通信性能を収集し、前記通信性能に基づいて前記第1の無線通信の可否を判定し、前記第1の無線通信の可否に基づいて、前記第1の無線通信を行う前記通信機のグループと、前記グループの前記通信機の中から前記第1の無線通信に加えて第2の無線通信を行う前記通信機と、を指定する。
本発明によれば、携帯電話無線通信とその他の無線通信とによる無線通信システムにおいて、その他の無線通信を有効に活用することで携帯電話無線通信の回線数を減らし、回線使用料を削減することができる。
本発明の実施形態の無線通信システムの構成を示す図である。 本発明の実施形態の無線通信システムの子機の構成を示す図である。 本発明の実施形態の無線通信システムの親機の構成を示す図である。 本発明の実施形態の無線通信構築における事前モニタリングの動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態の無線通信構築におけるチャネルごとの無線通信可否判定の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態の無線通信構築に用いる割振り手段の構成を示す図である。 本発明の実施形態の無線通信の構築方法を説明するための図である。 本発明の実施形態の無線通信の構築方法を説明するための図である。 本発明の実施形態の無線通信の構築方法を説明するための図である。
以下、図を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。
(構成の説明)
図1は、本発明の実施形態の無線通信システム10の構成を示す。本実施形態の無線通信システム10は、第1の無線通信(無線通信30)の通信性能を収集し、前記通信性能に基づいて前記第1の無線通信の可否を判定する、通信機(子機2)と、前記第1の無線通信の可否に基づいて、前記第1の無線通信を行う前記通信機のグループと、前記グループの前記通信機の中から前記第1の無線通信に加えて第2の無線通信(携帯電話通信20)を行う前記通信機(親機3)と、を指定する、割振り手段40と、を有する。
本実施形態の無線通信システム10は、携帯電話通信20と無線通信30とを行う親機3と、無線通信30を行う子機2とを有する。無線通信30は、携帯電話通信以外の、特定小電力無線通信や無線LAN、ZigBee、BlueToothなどの無線通信とすることができる。子機2および親機3は、各種の機器1に内蔵することができる。各種の機器とは、自動販売機、電力メータ、ガスメータ、水道メータ、監視カメラ、ソーラーパネルなどである。また、パソコンなどの情報機器とすることもできる。
図2は、子機2の構成を示す。子機2は、無線通信30を行う無線通信部6と、無線通信部6の制御を行う制御部7とを備える。図3は、親機3の構成を示す。親機3は、携帯電話通信20を行う携帯電話通信部8と、無線通信網30と接続する無線通信部6と、携帯電話通信部8と無線通信部6との制御を行う制御部9とを備える。なお、子機2と親機3とを総称して通信機と称する。
図4は、無線通信網システム10において、子機2と親機3との割振りを行う割振り手段40の構成を示す。割振り手段40は、子機2や親機3との無線通信を行う無線通信部6、タッチパネル機能を有する液晶ディスプレイによる表示部42、無線通信部6と表示部42の制御を行う制御部41を備える。割振り手段40は、例えば、タブレット端末に無線通信部6を付加し、アプリケーションソフトウエアを動作させることで実現される。割振り手段40の動作の詳細は後述する。
子機2および親機3は、広範囲に点在し、子機2は、無線通信30を介して親機3に接続する。親機3は、携帯電話通信20を介して携帯電話基地局4に接続する。携帯電話基地局4は、携帯電話通信20を介して上位システム5に接続する。すなわち、子機2は、前記の経路で上位システム5と通信を行うことができる。
子機2は、子機2を内蔵する機器1の情報を、親機3を介して上位システム5に通信することができる。機器1の情報とは、例えば、機器1が自動販売機であれば在庫数、電力メータであれば電力使用量、監視カメラであれば撮影画像、などである。
本実施形態では、複数台の子機2が1台の親機3にスター型トポロジーで接続する構成を用いて説明する。また、無線通信システム10の内では、親機3は1台には限定されず複数台とすることもできる。また、親機3を中心とする親機3と子機2のグループは複数とすることもできる。
(方法の説明)
図1の無線通信システム10の構築方法について説明する。無線通信システムの構築においては、まず、無線通信システムを構築しようとする通信機群の各通信機の無線通信部6の無線通信性能を、事前にモニタリングする。このモニタリングの結果に基づいて、各通信機の無線通信部6同志の無線通信の可否を判定する。この無線通信の可否の判定に基づいて、割振り手段40により、無線通信30を行う子機2のグループの指定と、このグループの中から無線通信30に加えて携帯電話通信20を行う親機3とすべき子機2の指定とを行う。
よって、無線通信システム10の構築における最初の段階では、全ての通信機は子機2としておくことが望ましい。親機3とすべき子機2が確定した段階で、子機2を親機3へと転換する。一方、無線通信システム10の構築における最初の段階で、子機2と親機3とが混在した状態であっても、親機3とすべき通信機が確定した段階で、必要に応じて、子機2を親機3に、または、親機3を子機2に、転換することもできる。
図5は、無線通信システム10を構築するにあたっての、事前モニタリングの動作のフローチャートを示す。事前モニタリングでは、各通信機が、各通信機の無線通信部6が相対する通信機の無線通信部6との、すなわち、チャネルごとの、無線通信性能であるフロアノイズレベル情報や信号受信強度情報を収集する。図5のフローチャートは、無線通信部6を有する各通信機が、各々の場所に配置された段階で開始となる。以下では、この時点では通信機は全て子機2とし、後に親機3とすべき子機2が確定した段階で、当該子機2を親機3に転換するものとする。
ステップS101では、通信機(子機2)の制御部7は、無線通信部6のチャネルごとのフロアノイズレベルを測定し保存する。ステップS101でのフロアノイズレベルの測定は、一定期間を設け、前記一定期間内で複数回の測定を行い、その平均値、最大値、最小値を求めて制御部7の記憶機能に保存する。測定結果の保存は、制御部7がメモリなどの記憶機能を有することで、この記憶機能により行われる。
ステップS102では、制御部7は、無線通信部6から、各通信機を特定する情報(identification。以降、送信元ID情報と称す)と、ステップS101で測定したチャネルごとのフロアノイズレベル(以降、送信元フロアノイズレベルと称す)とを有する信号を、チャネルごとに順次、ブロードキャスト送信する。このとき、送信している通信機以外の通信機は、受信待ちの状態で待機している。
ステップS103では、制御部7は、ブロードキャスト送信された信号を無線通信部6が受信すると、受信信号から、送信元ID情報、送信元フロアノイズレベル情報、受信信号強度(Received Signal Strength Indicator。以降、RSSI値と略す)、受信元フロアノイズレベル情報を得て、これらをセットにして保存する。
ステップS104では、制御部7は、一定期間が経過したか否かを確認する。経過したことが確認されると(YES)、S105に進む。経過していないと(NO)、ステップS102およびステップS103を繰り返す。
ステップS102およびステップS103は、前記一定期間内で複数回実施し、チャネルごとの通信の成功率や、RSSI値および受信元フロアノイズレベルの平均値、最大値、最小値を求めて前記記憶機能に保存する。通信の成功の判定は、受信したブロードキャスト送信された信号から、送信元ID情報と送信元フロアノイズレベル情報とを識別できたことをもって成功とする、などの方法が可能である。
ステップS105では、制御部7は、送信元IDごとに、通信の成功率、RSSI値、送信元および受信元のフロアノイズレベルの情報群を決定し保存することで、終了とする。
次に、各通信機の無線通信部6の間の、すなわち、各チャネルの、無線通信可否の判定方法について説明する。図6は、ハイブリッド無線通信網10を構築するにあたっての、チャネルごとの無線通信可否判定の動作を示すフローチャートである。図6のフローチャートは、図5の事前モニタリングによって、各通信機の制御部7が、送信元IDごとの通信の成功率、RSSI値、送信元および受信元のフロアノイズレベルの情報群を決定し保存することで開始とする。
ステップS201では、通信機(子機2)の制御部7は、送信元IDごとの、すなわち、チャネルごとの、RSSI値が閾値以上であるか否かを判定する。閾値とは、相手方の通信機の無線通信部6が他の通信機の無線通信部6と通信すると、当方の通信機の無線通信部6に、電波干渉による通信エラーやSN比の劣化をもたらすなどの障害を発生させる限界値である。すなわち、閾値を超えると前記の障害が発生する。閾値以上である場合(YES)、S202に進む。閾値以下である場合(NO)、S203に進む。
ステップS202では、制御部7は、当該のチャネルの送信元および受信元の通信機同志を近接グループと判定する。その後、S206に進む。
ステップS203では、制御部7は、チャネルごとの、RSSI値、送信元および受信元のフロアノイズレベルの何れもが規格内であるか、あるいは、少なくとも一つが規格外であるかを判定する。規格内である場合(YES)、S205に進む。規格外である場合(NO)、S204に進む。
ステップS204では、制御部7は、当該のチャネルは無線通信不可とする。その後、S206に進む。
ステップS205では、制御部7は、当該のチャネルは無線通信可とする。その後、S206に進む。
ステップS206では、制御部7は、各通信機の有する全てのチャネルにおいて、上記の無線通信可否の判定を終えたか否かを確認する。終えた場合(YES)、終了とする。終えていない場合(NO)、無線通信可否の判定を終えていないチャネルに対して、S201以降を繰り返す。
なお、S202、S204、S205での判定結果は、各通信機の制御部7の前記記憶機能によって保存される。
次に、無線通信システム10における子機2と親機3の割振り方について説明する。ここでは説明を簡単にするために、初めの段階では通信機は全て子機2であるとする。まず、図6で説明した無線通信可否の判定結果を、図4に示した割振り手段40に集める。
図7、図8、図9は、割振り手段40の表示部42を示し、無線通信システム10の構築方法を順序立てて説明するための図である。表示部42の表示動作は制御部41で制御されている。
各子機2の制御部7は、各子機2の各チャネルの無線通信可否の判定結果を保存している。割振り手段40は、無線通信部6により、各子機2の各チャネルの無線通信可否の判定結果を、各子機2の位置情報とともに取り込む。表示部42は、地図画面上で各子機2の位置を表示する機能を有し、図7に示すように、無線通信システム10を構築しようとする子機2の群を表示する。
表示部42のタッチパネル機能により、図8に示すように、例えば、地図画面上で任意の子機2をタッチすると、タッチした子機2に対して無線通信が可能な子機2を矢印による無線通信可能表示50で識別する。
上記のタッチを繰り返し試すことで、より多くの子機2をグループ化できる子機2を探し出すことができる。そして、より多くの子機2をグループ化できる子機2を、図9に示すように親機3に転換する。これにより、少ない数の親機3での、すなわち、少ない携帯電話通信の回線数での無線通信システム10を構築することができる。以上の動作は、マニュアル操作でも、自動演算処理でも行うことができる。
図8で、無線通信可能表示50のグループに漏れた子機2については、図9に示すように、それ自身を親機3に転換する、または、画面上の別の子機2をタッチすることで別の無線通信可能表示50のグループを形成し、中心となる子機2を親機3に転換する、などの対処を行う。このとき、すでに無線通信可能表示50で結ばれてグループを形成した子機2は除外するように設定することで、重複などの混乱を避けることができる。
さらに、図8の表示においては、図6で近接グループと判定された子機2同志は、近接グループ表示60で識別される。近接グループ表示60された子機2同志は、同じグループに属するよう管理される。例えば、近接グループ表示60された子機2の内の1台が、親機3になるべき子機2に対して無線通信不可である場合、近接グループ表示60された全ての子機2との無線通信が可能な別の子機2を探し出してグループを形成し、当該の別の子機2を親機3に転換する。または、近接グループ表示60された子機2同志でグループを形成し、その内の1台を親機3に転換することもできる。
さらに、近接グループ表示60された子機2同志は、お互いが同時に通信しない様に管理される。これは、共通の親機3を持つことで、近接グループ表示60された子機2の内の一台が親機3と通信中には、他の子機2は親機3との通信ができないとすることなどで可能となる。これにより、子機2の相互の干渉による通信エラーやSN比の劣化をもたらすなどの障害の発生を防止することができる。
以上の本実施形態の説明では、図6の無線通信可否判定の動作を各通信機の制御部7が行うとしたが、これを割振り手段40の制御部41で行うとしてもよい。すなわち、各通信機が図5の動作で収集した無線通信性能を割振り手段40に集めることで、割振り手段40の制御部41で、図6の無線通信可否判定の動作を行うことができる。
また、本実施形態では、携帯電話通信20に組み合わせる無線通信30を1種類としたが、1種類には限定されず、複数種類とすることもできる。すなわち、特定小電力無線通信や無線LAN、ZigBee、BlueToothなどの中から選択することができる。
また、上記の本実施形態の説明では、新たな無線通信システムを構築する場合を想定しているが、これには限定されない。すなわち、一度構築した無線通信システム10において、必要が生じた場合、前述の無線通信システム10を構築するプロセスを実行することによって、一度構築した無線通信システム10を更新することができる。ここで、必要が生じる場合とは、通信機の移動や削除、新たな通信機の追加、周辺の電波環境の変化などが挙げられる。
以上のように本実施形態によれば、携帯電話無線通信とその他の無線通信とによるハイブリッドな無線通信システムにおいて、その他の無線通信を有効に活用することで携帯電話無線通信の回線数を減らし、回線使用料を削減することができる。
本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。
また、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
付記
(付記1)
第1の無線通信の通信性能を収集し、前記通信性能に基づいて前記第1の無線通信の可否を判定する、通信機と、
前記第1の無線通信の可否に基づいて、
前記第1の無線通信を行う前記通信機のグループと、前記グループの前記通信機の中から前記第1の無線通信に加えて第2の無線通信を行う前記通信機と、を指定する、割振り手段と、
を有する無線通信システム。
(付記2)
第1の無線通信の通信性能を収集する、通信機と、
前記通信性能に基づいて前記第1の無線通信の可否を判定し、
前記第1の無線通信の可否に基づいて、
前記第1の無線通信を行う前記通信機のグループと、前記グループの前記通信機の中から前記第1の無線通信に加えて第2の無線通信を行う前記通信機と、を指定する、割振り手段と、
を有する無線通信システム。
(付記3)
前記第1の無線通信は、特定小電力無線通信、無線LAN、ZigBee、BlueToothから選択される少なくとも一つを有し、前記第2の無線通信は、携帯電話無線通信を有する、付記1または2記載の無線通信システム。
(付記4)
前記通信性能は、受信信号強度とノイズレベルを有する、付記1から3の内の1項記載の無線通信システム。
(付記5)
前記受信信号強度が閾値を超える前記通信機同志は、同一の前記グループに属する、付記4記載の無線通信システム。
(付記6)
前記受信信号強度が閾値を超える前記通信機同志は、前記通信機同志とは別の前記通信機との前記第1の無線通信を別の時間に行う、付記4または5記載の無線通信システム。
(付記7)
前記通信機は機器に付加された、付記1から6の内の1項記載の無線通信システム。
(付記8)
前記機器は、自動販売機、電力メータ、ガスメータ、水道メータ、監視カメラ、ソーラーパネルから選択される少なくとも一つを有する、付記7記載の無線通信システム。
(付記9)
第1の無線通信の通信性能を収集し、
前記通信性能に基づいて前記第1の無線通信の可否を判定し、
前記第1の無線通信の可否に基づいて、前記第1の無線通信を行う前記通信機のグループと、前記グループの前記通信機の中から前記第1の無線通信に加えて第2の無線通信を行う前記通信機と、を指定する、
無線通信システム構築方法。
(付記10)
前記第1の無線通信は、特定小電力無線通信、無線LAN、ZigBee、BlueToothから選択される少なくとも一つを有し、前記第2の無線通信は、携帯電話無線通信を有する、付記9記載の無線通信システム構築方法。
(付記11)
前記通信性能は、受信信号強度とノイズレベルを有する、付記9または10記載の無線通信システム構築方法。
(付記12)
前記受信信号強度が閾値を超える前記通信機同志は、同一の前記グループに属する、付記11記載の無線通信システム構築方法。
(付記13)
前記受信信号強度が閾値を超える前記通信機同志は、前記通信機同志とは別の前記通信機との前記第1の無線通信を別の時間に行う、付記11または12記載の無線通信システム構築方法。
(付記14)
前記通信機は機器に付加された、付記9から13の内の1項記載の無線通信システム構築方法。
(付記15)
前記機器は、自動販売機、電力メータ、ガスメータ、水道メータ、監視カメラ、ソーラーパネルから選択される少なくとも一つを有する、付記14記載の無線通信システム構築方法。
1 機器
2 子機
3 親機
4 携帯電話基地局
5 上位システム
6 無線通信部
7 制御部
8 携帯電話通信部
9 制御部
10 無線通信システム
20 携帯電話通信
30 無線通信
40 割振り手段
41 制御部
42 表示部
50 無線通信可能表示
60 近接グループ表示

Claims (7)

  1. 第1の無線通信の通信性能を収集し、前記通信性能に基づいて他の通信機との間の前記第1の無線通信の可否を判定する、通信機と、
    前記第1の無線通信の可否に基づいて、
    前記第1の無線通信を行う前記通信機のグループと、前記グループの前記通信機の中から前記第1の無線通信に加えて第2の無線通信を行う親機と、を指定する、割振り手段と、
    を有し、
    前記親機を除く前記グループの前記通信機は、当該グループの前記親機と前記第1の無線通信が可能であり、
    前記割振り手段は、より多くの前記通信機との間の前記第1の無線通信が可能な前記通信機を前記親機に指定し
    前記通信性能は、受信信号強度とノイズレベルを有し、
    前記受信信号強度が閾値を超える前記通信機同士は、同一の前記グループに属し、
    前記閾値は、前記第1の無線通信を異なるチャネルで行っても、前記第1の無線通信の干渉による障害が発生する前記受信信号強度に関する値である、
    無線通信システム。
  2. 第1の無線通信の通信性能を収集する、通信機と、
    前記通信性能に基づいて前記通信機と他の通信機との間の前記第1の無線通信の可否を判定し、
    前記第1の無線通信の可否に基づいて、
    前記第1の無線通信を行う前記通信機のグループと、前記グループの前記通信機の中から前記第1の無線通信に加えて第2の無線通信を行う親機と、を指定する、割振り手段と、
    を有し、
    前記親機を除く前記グループの前記通信機は、当該グループの前記親機と前記第1の無線通信が可能であり、
    前記割振り手段は、より多くの前記通信機との間の前記第1の無線通信が可能な前記通信機を前記親機に指定し
    前記通信性能は、受信信号強度とノイズレベルを有し、
    前記受信信号強度が閾値を超える前記通信機同士は、同一の前記グループに属し、
    前記閾値は、前記第1の無線通信を異なるチャネルで行っても、前記第1の無線通信の干渉による障害が発生する前記受信信号強度に関する値である、
    無線通信システム。
  3. 前記第2の無線通信は、上位システムと通信可能であり、前記第1の無線通信は、前記上位システムと直接通信不能である、請求項1または2記載の無線通信システム。
  4. 前記第1の無線通信は、通信量に対する料金が、前記第2の無線通信より低額である、請求項1からの内の1項記載の無線通信システム。
  5. 同一の前記グループに属する前記通信機同士は、前記通信機同士とは別の前記通信機との前記第1の無線通信を別の時間に行う、請求項1からの内の1項記載の無線通信システム。
  6. 前記通信性能は、チャネルごとに収集され、
    前記第1の無線通信の可否は、前記チャネルごとに判定される、請求項1からの内の1項記載の無線通信システム。
  7. 第1の無線通信の通信性能を収集し、
    前記通信性能に基づいて通信機と他の通信機との間の前記第1の無線通信の可否を判定し、
    前記第1の無線通信の可否に基づいて、前記第1の無線通信を行う前記通信機のグループと、前記グループの前記通信機の中から前記第1の無線通信に加えて第2の無線通信を行う親機と、を指定し、
    前記親機を除く前記グループの前記通信機は、当該グループの前記親機と前記第1の無線通信が可能であり、
    より多くの前記通信機との間の前記第1の無線通信が可能な前記通信機を前記親機に指定し
    前記通信性能は、受信信号強度とノイズレベルを有し、
    前記受信信号強度が閾値を超える前記通信機同士は、同一の前記グループに属し、
    前記閾値は、前記第1の無線通信を異なるチャネルで行っても、前記第1の無線通信の干渉による障害が発生する前記受信信号強度に関する値である、
    無線通信システム構築方法。
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