JP6487583B1 - 広域端末の設置場所のシミュレーション方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】通信機能付き計測器に設置される多段中継無線機の技術制約を満たしながら、最適な広域端末の設置場所を演算できる広域端末の設置場所のシミュレーション方法およびプログラムを提供する。【解決手段】本開示の一態様として、広域端末３１の設置場所のシミュレーション方法において、所定の地域内における最適な広域端末３１の設置場所を計算するときに、所定の地域内を、多段中継無線機２１が１ホップで通信可能な距離でつながる範囲であるエリアネットワーク４１で分割し、エリアネットワーク４１毎に最適な広域端末３１の配置場所を計算する。【選択図】図１

Description

本開示は、通信機能付き計測器に設置される多段中継無線機により構成される多段中継無線ネットワークと、多段中継無線ネットワークの１つの多段中継無線機につながる広域端末が設置される広域通信部と、を有する通信システムにおける広域端末の設置場所のシミュレーション方法、および、広域端末の設置場所のシミュレーションをシミュレーション装置に実行させるためのプログラムに関するものである。

従来技術において、広域通信と多段中継無線の２段階で構成されるネットワークシステムにて、確実かつ安価にシステムを構築することを目的に、広域通信に使用される広域端末の位置をシミュレータ上で指定するネットワーク構成やそのコストを提示するものは存在する。また、ホップ数が小さくなるような親機設置場所の探索方法も存在する。

例えば、特許文献１には、広域通信と自営マルチホップ無線を組み合わせたシステムにおいて、ネットワーク構築を支援するシミュレータに関する内容が開示されている。

特許第６１８６１４１号公報

広域通信と多段中継無線の２段階で構成されるネットワークシステムにおいて、多段中継無線の台数やホップ数の制約から、所定の地域内における全てのノード（通信機能付き計測器）をカバーするために広域端末を複数設置しなければならない場合において、最適な広域端末の設置場所を計算するための工夫については、従来技術が存在せず、また、特許文献１を含めた従来の特許文献においても開示されていない。

そこで、本開示は上記した問題点を解決するためになされたものであり、通信機能付き計測器に設置される多段中継無線機の技術制約を満たしながら、最適な広域端末の設置場所を演算できる広域端末の設置場所のシミュレーション方法およびプログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本開示の一形態は、通信機能付き計測器に設置される多段中継無線機により構成される多段中継無線ネットワークと、前記多段中継無線ネットワークの１つの前記多段中継無線機につながる広域端末が設置される広域通信部と、を有する通信システムにおける広域端末の設置場所のシミュレーション方法において、所定の地域内における最適な前記広域端末の設置場所を計算するときに、前記所定の地域内を、前記多段中継無線機が１ホップで通信可能な距離でつながる範囲であるエリアネットワークで分割し、前記エリアネットワーク毎に前記広域端末の配置場所を計算すること、を特徴とする。

この態様によれば、所定の地域における最適な広域端末の設置場所を計算するときの計算対象を、所定の地域における全ての通信機能付き計測器とするのではなく、所定の地域を分割したエリアネットワークにおける通信機能付き計測器とする。そして、エリアネットワークの範囲を、多段中継無線機の中継段数の制限を考慮して１ホップで通信すること想定したうえで、１ホップで通信可能な距離の制限を考慮した範囲としている。これにより、計算対象のノード数（通信機能付き計測器の台数）を少なくして、広域端末の設置場所についての最適化問題を容易に解けるレベルに問題規模を縮小することができる。そのため、多段中継無線機の技術制約を満たしながら、少ない台数の広域端末で所定の地域内における全ての通信機能付き計測器をカバーできる（網羅できる）ように、最適な広域端末の設置場所を演算できる。

上記のシミュレーション方法においては、前記多段中継無線機が前記多段中継無線ネットワーク内に配置できる台数が最大Ｘ台に制限される条件下で、前記エリアネットワークにおける所定の位置座標にＸ台以上の前記通信機能付き計測器が存在する場合には、前記位置座標にてＸ台の前記通信機能付き計測器につき１台の前記広域端末を設置するように処理し、前記位置座標に存在する前記通信機能付き計測器の台数をＸで除算したときの余りの数の前記通信機能付き計測器を、前記広域端末の配置場所を計算するための計算対象とすること、が好ましい。

この態様によれば、各通信機能付き計測器に設置される多段中継無線機のネットワーク内台数の制限を考慮しながら、計算対象のノード数をさらに少なくして、広域端末の設置場所についての最適化問題をさらに容易に解けるレベルに問題規模を縮小することができる。そのため、さらに容易に、多段中継無線機の技術制約を満たしながら、最適な広域端末の設置場所を演算できる。

上記のシミュレーション方法においては、前記通信機能付き計測器は、スマートメータであること、が好ましい。

この態様によれば、多段中継無線機の技術制約を満たしながら、少ない台数の広域端末で所定の地域内における全てのスマートメータをカバーできる。

上記課題を解決するためになされた本開示の他の形態は、通信機能付き計測器に設置される多段中継無線機により構成される多段中継無線ネットワークと、前記多段中継無線ネットワークの１つの前記多段中継無線機につながる広域端末が設置される広域通信部と、を有する通信システムにおける広域端末の設置場所のシミュレーションをシミュレーション装置に実行させるためのプログラムにおいて、所定の地域内における最適な前記広域端末の設置場所を計算するときに、前記所定の地域内を、前記多段中継無線機が１ホップで通信可能な距離でつながる範囲であるエリアネットワークで分割し、前記エリアネットワーク毎に前記広域端末の配置場所を計算すること、を特徴とする。

本開示の広域端末の設置場所のシミュレーション方法およびプログラムによれば、通信機能付き計測器に設置される多段中継無線機の技術制約を満たしながら、最適な広域端末の設置場所を演算できる。

本実施形態のスマートメータ用通信システムの概要図である。 多段中継無線ネットワークとエリアネットワークの関係を示す図である。

以下、本開示の広域端末の設置場所のシミュレーション方法およびプログラムの実施形態について説明する。本実施形態では、通信機能付き計測器として、ガスメータ内に通信機能を持たせたガス量計であるスマートメータを例に挙げる。そして、本実施形態では、スマートメータの計測値を通信するスマートメータ用通信システムにおいて、広域通信を行うために広域端末が使用される。

＜スマートメータ用通信システムの概要について＞
そこで、まず、スマートメータ用通信システム１の概要について説明する。図１に示すように、スマートメータ用通信システム１は、多段中継無線ネットワーク１１と、広域通信部１２で構成される。

多段中継無線ネットワーク１１においては、多段中継無線機２１が各需要家２２のスマートメータ２３に設置されている。このようにして、多段中継無線ネットワーク１１は、スマートメータ２３に設置される複数の多段中継無線機２１により構成されている。

多段中継無線機２１は、スマートメータ２３の計測値のデータを、複数の多段中継無線機２１を経由しながらリレー伝送（多段中継）する近距離通信型の無線機である。この多段中継無線機２１は、通信費用が発生しないが、コストダウンのためメモリ容量などが限られており、ネットワーク内台数（多段中継無線ネットワーク１１内に配置できる台数）や中継段数（中継できる段数）に制限がある。例えば、ネットワーク内台数は最大５０台であり、中継段数は最大１５段である。

需要家２２は、例えばガスの需要を受ける家庭である。また、スマートメータ２３は、ガスメータ内に通信機能を持たせたガス量計である。

広域通信部１２は、広域端末３１と中継所３２とセンター３３により構成されている。広域端末３１は、広域通信ができる端末であって、多段中継無線ネットワーク１１内の１つの多段中継無線機２１につながっている。この広域端末３１を用いた広域通信は、携帯電話のように通信費用が発生する。また、広域端末３１は、複数の需要家２２の中から１つを選んで設置するため設置方法に自由度がある。中継所３２は、広域端末３１とセンター３３との間の通信を中継するものである。センター３３は、広域端末３１から中継所３２を介して通信により送られるスマートメータ２３の計測値のデータを受け取る場所である。

＜最適な広域端末の設置場所の計算について＞
このようなスマートメータ用通信システム１においては、その背景として、導入コストを抑えるために、広域端末３１の台数を減らす必要がある。そこで、多段中継無線機２１の技術制約（ネットワーク内台数や中継段数の制限）を満たしながら、少ない台数の広域端末３１で所定の地域内における全てのスマートメータ２３をカバーするような最適な広域端末３１の設置場所の検討が必要になる。

そこで、このような最適な広域端末３１の設置場所は、多段中継無線機２１の技術制約などを数式でモデル化し、多段中継無線機２１の位置座標データをもとに最適化問題で解くことで求まるが、問題規模が大きいと解くことが困難になる。

所定の地域におけるスマートメータ２３の全設置数が多数（例えば３万件以上）である場合には、ノード数が多いため、多段中継無線機２１の位置座標データをもとに最適化問題で解くことが困難である。これに対し、本実施形態では、広域端末３１の配置場所を最適化問題が解くことが容易となるレベルに「問題規模を縮小すること」を提案する。

そこで、本実施形態では、以下に説明するような広域端末３１の設置場所のシミュレーション方法により、所定の地域内における最適な広域端末３１の設置場所を計算する。具体的には、このシミュレーション方法が規定されたプログラムにより、シミュレーション装置に広域端末の設置場所のシミュレーションを実行させる。

そこで、まず、多段中継無線機２１の通信可能な距離での分割を行う。具体的には、多段中継無線機２１が１ホップで通信可能な距離は分かっているので、１ホップでつながる範囲（以下、「エリアネットワーク４１」という。）を広域端末３１の配置場所を計算するための問題として扱うことで問題規模を分割する。

すなわち、所定の地域内における最適な広域端末３１の設置場所を計算するときに、所定の地域内を、図２に示すような多段中継無線機２１が１ホップで通信可能な距離（例えば、約２５ｍ）でつながる範囲であるエリアネットワーク４１に分割する。なお、図２では、一例として、所定の地域内において分割された複数のエリアネットワーク４１のうちの２つのエリアネットワーク４１を示している。

これにより、例えば、所定の地域の最大のエリアネットワーク４１においては、２０２０ノード（スマートメータ２３の設置数が「２０２０」）となる。すなわち、最適な広域端末３１の配置場所を計算するための計算対象を、約３万ノード（約３万台のスマートメータ２３（多段中継無線機２１））から、２０２０ノード（２０２０台のスマートメータ２３（多段中継無線機２１））に減少できる。

そして、このエリアネットワーク４１毎に最適な広域端末３１の配置場所を計算するが、本実施形態では、さらに、エリアネットワーク４１の問題規模の縮小を行う。例えば、エリアネットワーク４１内に集合住宅が存在する場合、この集合住宅により同じ位置座標におけるノード数（スマートメータ２３の設置数）が多くなるという特性がある。そこで、１棟が５０戸以上の集合住宅の場合、多段中継無線機２１のネットワーク内台数が最大５０台に制限されているため広域端末３１はその集合住宅に少なくとも１台は設置されることが分かっているとすると、集合住宅のノード数については５０で割った余りの数を、最適な広域端末３１の配置場所を計算するための計算対象とする。一例として、１２０戸の集合住宅は、広域端末３１が２台で１００戸カバーできるため、合計１２０台のスマートメータ２３のうちの１００台を計算対象から除外して、残りの２０台を最適な広域端末３１の配置場所を計算するための計算対象にする。

このようにして、本実施形態では、エリアネットワーク４１における所定の位置座標（同一または略同一の位置座標）にＸ台以上のスマートメータ２３（多段中継無線機２１）が存在する場合には、まず、所定の位置座標にてＸ台のスマートメータ２３につき１台の広域端末３１を設置するように処理する。そして、所定の位置座標に存在するスマートメータ２３の台数をＸで除算したときの余りの数の多段中継無線機２１を、広域端末３１の配置場所を計算するための計算対象とする。なお、Ｘは１以上の整数である。

これにより、例えば、所定の地域の最大のエリアネットワーク４１においては、最適な広域端末３１の配置場所を計算するための計算対象を、２０２０ノード（２０２０台のスマートメータ２３（多段中継無線機２１））から、さらに９３４ノード（９３４台のスマートメータ２３（多段中継無線機２１））に減少できる。

なお、エリアネットワーク４１の問題規模の縮小の方法としては、例えば１ホップが約２５ｍでエリアネットワーク４１を定義しているが、例えば２５ｍ以下で再計算することでエリアネットワーク４１を分割してもよい。

また、前記のように通信機能付き計測器として、ガスメータ内に通信機能を持たせたガス量計であるスマートメータ２３を例に挙げたが、これに限定されず、本実施形態は、広域通信と多段中継無線の２段階で構成されるネットワークシステムにおいて、環境モニタや温度などの計測器や、橋のゆがみなどを計測する建築物用の計測器など、様々な通信機能付き計測器に適用できる。

＜本実施形態の作用効果＞
以上のように本実施形態の広域端末３１の設置場所のシミュレーション方法およびプログラムは、所定の地域内における最適な広域端末３１の設置場所を計算するときに、所定の地域内を、多段中継無線機２１が１ホップで通信可能な距離でつながる範囲であるエリアネットワーク４１で分割し、エリアネットワーク４１毎に最適な広域端末３１の配置場所を計算する。

このようにして、所定の地域における最適な広域端末３１の設置場所を計算するときの計算対象を、所定の地域における全てのスマートメータ２３とするのではなく、所定の地域を分割したエリアネットワーク４１におけるスマートメータ２３とする。そして、エリアネットワーク４１の範囲を、多段中継無線機２１の中継段数の制限を考慮して１ホップで通信すること想定したうえで、１ホップで通信可能な距離の制限を考慮した範囲としている。これにより、計算対象のノード数（スマートメータ２３の台数）を少なくして、広域端末３１の設置場所についての最適化問題を容易に解けるレベルに「問題規模を縮小すること」ができる。そのため、多段中継無線機２１の技術制約を満たしながら、少ない台数の広域端末３１で所定の地域内における全てのスマートメータ２３をカバーできるように、最適な広域端末３１の設置場所を演算できる。

そして、さらに、本実施形態の広域端末３１の設置場所のシミュレーション方法およびプログラムは、多段中継無線機２１が多段中継無線ネットワーク１１内に配置できる台数が最大Ｘ台に制限される条件下で、エリアネットワーク４１における所定の位置座標にＸ台以上のスマートメータ２３が存在する場合には、所定の位置座標にてＸ台のスマートメータ２３につき１台の広域端末３１を設置するように処理し、所定の位置座標に存在するスマートメータ２３の台数をＸで除算したときの余りの数のスマートメータ２３を、広域端末３１の配置場所を計算するための計算対象とする。

これにより、各スマートメータ２３に設置される多段中継無線機２１のネットワーク内台数の制限を考慮しながら、計算対象のノード数（スマートメータ２３の台数）をさらに少なくして、広域端末３１の設置場所についての最適化問題をさらに容易に解けるレベルに「問題規模を縮小すること」ができる。そのため、さらに容易に、多段中継無線機２１の技術制約を満たしながら、最適な広域端末３１の設置場所を演算できる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本開示を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。

１ スマートメータ用通信システム
１１ 多段中継無線ネットワーク
１２ 広域通信部
２１ 多段中継無線機
２２ 需要家
２３ スマートメータ
３１ 広域端末
３２ 中継所
３３ センター
４１ エリアネットワーク

Claims (4)

1. 通信機能付き計測器に設置される多段中継無線機により構成される多段中継無線ネットワークと、前記多段中継無線ネットワークの１つの前記多段中継無線機につながる広域端末が設置される広域通信部と、を有する通信システムにおける広域端末の設置場所のシミュレーション方法において、
   所定の地域内における最適な前記広域端末の設置場所を計算するときに、
   前記所定の地域内を、前記多段中継無線機が１ホップで通信可能な距離でつながる範囲であるエリアネットワークで分割し、
   前記エリアネットワーク毎に前記広域端末の配置場所を計算すること、
   を特徴とする広域端末の設置場所のシミュレーション方法。
2. 請求項１の広域端末の設置場所のシミュレーション方法において、
   前記多段中継無線機が前記多段中継無線ネットワーク内に配置できる台数が最大Ｘ台に制限される条件下で、前記エリアネットワークにおける所定の位置座標にＸ台以上の前記通信機能付き計測器が存在する場合には、
   前記位置座標にてＸ台の前記通信機能付き計測器につき１台の前記広域端末を設置するように処理し、
   前記位置座標に存在する前記通信機能付き計測器の台数をＸで除算したときの余りの数の前記通信機能付き計測器を、前記広域端末の配置場所を計算するための計算対象とすること、
   を特徴とする広域端末の設置場所のシミュレーション方法。
3. 請求項１または２の広域端末の設置場所のシミュレーション方法において、
   前記通信機能付き計測器は、スマートメータであること、
   を特徴とする広域端末の設置場所のシミュレーション方法。
4. 通信機能付き計測器に設置される多段中継無線機により構成される多段中継無線ネットワークと、前記多段中継無線ネットワークの１つの前記多段中継無線機につながる広域端末が設置される広域通信部と、を有する通信システムにおける広域端末の設置場所のシミュレーションをシミュレーション装置に実行させるためのプログラムにおいて、
   所定の地域内における最適な前記広域端末の設置場所を計算するときに、
   前記所定の地域内を、前記多段中継無線機が１ホップで通信可能な距離でつながる範囲であるエリアネットワークで分割し、
   前記エリアネットワーク毎に前記広域端末の配置場所を計算すること、
   を特徴とするプログラム。

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