JP6692257B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、親機と、マルチホップ通信を行う複数の子機とを備える無線通信システムに関する。

特定小電力無線通信として、マルチホップ方式の通信が知られている。マルチホップ方式は、バケツリレーのように情報を伝達していく方式であり、端末同士が直接通信するだけでなく、他の端末を経由して間接通信することによって、広範囲の通信を可能にする無線ネットワーク方式である。

この方式を利用する無線通信システムとして、子機が停電を検出した場合に、マルチホップ通信によって親機に停電情報を送信するシステムが提案されている。なお、子機は、通常運用時にはＡＣ電源を用いて通信を行うが、ＡＣ電源を用いることができない停電時には、内蔵された予備電源を用いてマルチホップ通信を行う。このようなシステムに対し、停電が復旧するまで通信がなるべく維持されるように、予備電源の消費電力を低減する技術が提案されている（例えば特許文献１）。

特開２０１３−８９９７８号公報

上述のシステムにおいて、子機は、情報の送信に用いようとしているチャネルが他の子機で使用されていないことを確認した後に、そのチャネルを使用して情報を送信するキャリアセンスを行う。

ここで、停電が比較的広い範囲で発生すると、一の子機が、当該一の子機より上位の子機、つまり中継器として機能する子機に停電情報を送信するだけでなく、当該一の子機より下位の子機も、当該一の子機に停電情報を送信する。停電検出時における停電情報の伝達方式は一意に決まっていないことから、上記の場合には、複数の子機が一斉に停電情報を送信することが考えられる。

しかしながら、一斉に停電情報の送信を行うと、キャリアセンスの空きがなくなったり、電波の衝突が発生したりするので、キャリアセンスが何回も繰り返されることになる。この結果、子機の予備電源の消費電力が大きくなり、最悪の場合、停電情報の通信ができなくなってしまうという問題が生じる。

そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、子機の予備電源の消費電力を低減可能な技術を提供することを目的とする。

本発明に係る無線通信システムは、親機と、それぞれが、停電を検出した場合に、それぞれに予め定められた順番で無線通信を行うマルチホップ通信によって、前記親機への停電情報の送信を行う複数の子機とを備え、前記複数の子機のそれぞれは、自機が停電を検出してから、自機の前記順番に基づき規定された規定時間だけ時間が経過していない場合、及び、前記マルチホップ通信において自機より下位の子機から自機が前記停電情報を受信していない場合には、前記送信を待機する。

本発明によれば、複数の子機のそれぞれは、自機が停電を検出してから規定時間だけ時間が経過していない場合、及び、マルチホップ通信において自機より下位の子機から自機が停電情報を受信していない場合には、マルチホップ通信による停電情報の送信を待機する。これにより、子機の予備電源の消費電力を低減することができる。

実施の形態１に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る子機の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る無線通信システムの動作を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る無線通信システムの動作を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る無線通信システムの動作を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る停電情報の構成を示す図である。 実施の形態２に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係る無線通信システムの動作を示すフローチャートである。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。図１の無線通信システムは、親機１０１と、子機２０１，２０２，２０３−１，２０３−２，２０４，２０５，２０６−１，２０６−２と、上位装置３００とを備えている。以下、子機２０１，２０２，２０３−１，２０３−２，２０４，２０５，２０６−１，２０６−２を区別しない場合には、それぞれを子機２００と記して説明することもある。

複数の子機２００のそれぞれ、つまり各子機２００は、停電を検出することが可能となっている。各子機２００は、停電を検出していない通常運用時には、ＡＣ電源を用いて通信を行う。一方、各子機２００は、停電を検出した場合には、各子機２００に予め定められた順番で無線通信を行うマルチホップ通信によって、親機１０１への停電情報の送信を行う。なお、停電検出後の停電情報の送信には、各子機２００が有する予備電源が用いられる。

ここで、特定小電力無線であるマルチホップ通信では、一の子機２００は、当該一の子機２００より下位の子機２００から受信した停電情報を、当該一の子機２００より上位の子機２００または親機１０１に送信する。以下、マルチホップ通信による子機２００から親機１０１への停電情報の送信を、「停電情報送信」と記して説明することもある。

図１の例では、マルチホップ通信によって、子機２０４の停電情報は、子機２０３−１、子機２０２及び子機２０１を順に介して親機１０１に送信される。同様に、マルチホップ通信によって、子機２０３−２の停電情報は、子機２０２及び子機２０１を順に介して親機１０１に送信され、子機２０６−１，２０６−２の停電情報は、子機２０５を介して親機１０１に送信される。

このような図１の例では、子機２０４，２０３−２，２０６−１，２０６−２以外の子機２００は、停電を検出した場合に停電情報を送信するだけでなく、中継器としても機能している。図１の例では、子機２０２の下位の子機、つまり子機２０２の配下子機は、子機２０３−１，２０４，２０３−２であり、子機２０５の配下子機は、子機２０６−１，２０６−２である。図１の例では、最上位の子機２００は、子機２０１，２０５である。

親機１０１は、例えばメタル線、光ケーブル、及び、携帯電話回線等で、サーバ等の上位装置３００と通信可能に接続されている。親機１０１は、最上位の子機２００から受信した停電情報などの情報を上位装置３００に送信し、上位装置３００は、親機１０１から受信した情報を集約及び管理する。

図２は、本実施の形態１に係る子機２００の構成を示すブロック図である。図２の子機２００は、無線通信部４０１と、制御部４０２と、記憶部４０３と、電源監視及び切替部４０４と、主電源部４０５と、予備電源である予備電源部４０６とを備えており、主電源部４０５はＡＣ電源と接続されている。

無線通信部４０１は、制御部４０２の制御によって、無線による送信及び受信を含む通信を行う。記憶部４０３は、制御部４０２の制御によって各種情報を記憶する。電源監視及び切替部４０４は、電源状態を監視し、停電を検出した場合には使用する電源を主電源部４０５から予備電源部４０６に切り替える。主電源部４０５は、ＡＣ電源を必要な電源電圧に変換して、変換した電源電圧を、子機２００のうちの必要な構成要素に供給する。予備電源部４０６は、停電情報送信に用いられる。制御部４０２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）から構成され、子機２００の構成要素を統括的に制御する。

図３は、子機２００の起動時における本実施の形態１に係る無線通信システムの動作を示すフローチャートである。本実施の形態１では、上述したように、各子機２００は、予め定められた順番で停電情報送信を行う。この順番は、図３の動作によって、決定及び通知される。

まずステップＳ１にて、図１の最上位の子機２０１，２０５が、電源オン等によって起動されると、親機１０１に対して起動したことを通知する。なお、通知は、無線による送信とほぼ同じ意味であるものとする。

ステップＳ２にて、図１の最上位以外の子機２００が、電源オン等によって起動されると、最上位の子機２０１，２０５を経由して親機１０１に対して起動したことを通知する。以上のような通知が繰り返されることにより、各子機２００の起動が、親機１０１に対して通知される。

ステップＳ３にて、親機１０１は、各子機２００から受信した通知に基づいて、当該通知がどの子機２００を経由してきたか、つまり、当該通知の通信経路を把握することができる。そこで、親機１０１は、各子機２００から受信した通知に基づいて、マルチホップ通信における各子機２００の順番、当該順番を規定する予め定められた通信経路、及び、各子機２００の配下子機の情報などを含む経路情報を生成する。

なお本実施の形態１では、各子機２００の順番は、親機１０１とのマルチホップ通信において、他の子機２００を経由する数（以下「経由数」と記す）が多い順に付与されるものとする。この場合、図１の子機２０４には「１」という順番が付与され、図１の子機２０３−１，２０３−２には「２」という順番が付与され、図１の子機２０２，２０６−１，２０−２には「３」という順番が付与されることになる。ただし、各子機２００の順番は、これに限ったものではない。

また本実施の形態１では、各子機２００の配下子機の情報には、例えば、各子機２００の配下子機の個数、及び、配下子機を識別するための配下子機の固有情報などが含まれる。

ステップＳ４にて、親機１０１は、生成した経路情報を各子機２００に送信し、各子機２００は、親機１０１から送信された経路情報を図２の記憶部４０３に記憶する。これにより、各子機２００は、マルチホップ通信の通信経路、及び、マルチホップ通信における自機の順番を把握することができる。なお、以上のような通信方式には、例えば、無線メッシュネットワークの経路制御プロトコルＲＰＬ（IPv6 Routing Protocol for Low-Power and Lossy networks）を用いることができる。

図４及び図５は、本実施の形態１に係る各子機２００の動作を示すフローチャートである。なお、以下の動作は、制御部４０２並びに電源監視及び切替部４０４の制御によって行われる。

まず図４のステップＳ１１にて、子機２００の電源監視及び切替部４０４は、ＡＣ電源がＯＮ状態か否かを判定する。ＡＣ電源がＯＮ状態であると判定された場合にはステップＳ１２に進む。ＡＣ電源がＯＮ状態でないと判定された場合、つまり停電が検出された場合にはステップＳ１３に進む。

ステップＳ１２にて、子機２００は、通常運用モードを行う。以下、図５を用いて通常運用モードにおける子機２００の動作を説明する。なお、通常運用モードでは、ＡＣ電源が用いられ、図２の主電源部４０５により各部に電力が供給される。

まずステップ３１にて、子機２００は、親機１０１及び上位装置３００、つまり上位側へ通知すべき情報があるか否かを判定する。例えば、子機２００が、図示しない電力メーターや温湿度センサーなどの機器と接続されている構成において、それら機器から電力量や温湿度などを取得した場合には、当該子機２００は、通知すべき情報があると判定する。また例えば、子機２００が、自機の配下子機から情報を受信した場合には、当該子機２００は、通知すべき情報があると判定する。通知すべき情報があると判定された場合にはステップＳ３２に処理が進み、通知すべき情報がないと判定された場合には、図４のステップＳ１１に戻る。

ステップＳ３２にて、子機２００は、通知すべき情報が、自機からの情報か否かを判定する。例えば、通知すべき情報が、図示しない電力メーターなどの機器から電力量などである場合には、通知すべき情報は、自機からの情報であると判定される。また例えば、通知すべき情報が、配下子機からの情報である場合には、通知すべき情報は、自機からの情報ではないと判定される。

ステップＳ３２にて通知すべき情報が自機からの情報であると判定された場合には、ステップＳ３３にて、子機２００は、自機からの情報を上位側に送信する。その後、図４のステップＳ１１に処理が戻る。

ステップＳ３２にて通知すべき情報が自機からの情報でないと判定された場合、つまり通知すべき情報が自機の配下子機から情報であると判定された場合には、ステップＳ３４にて、子機２００は、配下子機からの情報を上位側に送信または中継する。その後、図４ステップＳ１１に処理が戻る。

以上のように、通常運用モードでは、図４のステップＳ１１を繰り返し行うことにより、図２の電源監視及び切替部４０４が、ＡＣ電源のＯＮ状態を常に監視する。

説明を図４の動作に戻す。上述したように、ステップＳ１１にてＡＣ電源がＯＮ状態でないと判定された場合、つまり停電が検出された場合にはステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３にて、電源監視及び切替部４０４は、主電源部４０５から予備電源部４０６に使用する電源を切り替える。

ステップＳ１４にて、子機２００は、マルチホップ通信における自機の順番に基づき規定された規定時間をタイマーにセットして、タイマーを起動する。規定時間は、マルチホップ通信における自機の順番が大きくなるにつれて大きくなるように規定されている。本実施の形態１では、規定時間は、自機と自機の配下子機とがほぼ同時に停電を検出したと仮定した場合に、自機が自機の配下子機から自機にマルチホップ通信によって送信された停電情報を受信するのにかかる時間程度に規定されている。なお、マルチホップ通信における自機の順番及び自機の配下子機の情報などの、停電前までの通常運用時に通信していた状態の情報は、上述したように、図３のステップＳ４にて記憶部４０３に記憶されている。

ステップＳ１５にて、子機２００は、配下子機から停電情報を受信したか否かを判定する。子機２００が停電情報を受信したと判定された場合には処理がステップＳ１６に進み、子機２００が停電情報を受信していないと判定された場合には処理がステップＳ１７に進む。

ステップＳ１５からステップＳ１６に処理が進んだ場合、子機２００は、停電情報に自機に固有のＩＤ情報を付加し、当該停電情報を上位の子機２００に送信する。その後、処理がステップＳ１９に進む。

ステップＳ１５からステップＳ１７に処理が進んだ場合、子機２００は、ステップＳ１１で停電を検出してから、規定時間だけ時間が経過したか否かを判定する。規定時間だけ時間が経過したと判定された場合には処理がステップＳ１８に進み、規定時間だけ時間が経過したと判定されなかった場合には処理がステップＳ１５に戻る。

ステップＳ１８にて、子機２００は、自機のＩＤ情報を付加した停電情報を上位の子機２００に送信する。その後、処理がステップＳ１９に進む。

以上のようなステップＳ１５〜Ｓ１８の動作により、本実施の形態１に係る子機２００は、自機の電源監視及び切替部４０４が停電を検出してから、マルチホップ通信における自機の順番に基づき規定された規定時間だけ時間が経過していない場合、及び、マルチホップ通信において自機の配下子機から自機が停電情報を受信していない場合には、停電情報送信を待機する。一方、本実施の形態１に係る子機２００は、自機が停電を検出してから、規定時間だけ時間が経過した場合、または、自機の配下子機から自機が停電情報を受信した場合には、停電情報送信を行う。

例えば、末端の子機２０４は、停電を検出した場合、停電情報を末端から２番目の子機２０３−１に送信する。ここで、子機２０３−１は、自機の配下子機である子機２０４から停電情報が送信されることを、経路情報によって把握している。そこで、子機２０３−１は、自機が停電を検出した場合であっても、すぐに停電情報送信を行うのではなく、子機２０４から送信された停電情報を受信する程度の規定時間だけ停電情報送信を待機する。つまり、子機２０３−１は、規定時間の間、子機２０４からの停電情報の受信状態となる。

図６は、本実施の形態１に係る停電情報の構成を示す図である。なお、図６のＦＣＳは、フレームチェックシーケンスである。本実施の形態１では、停電情報は、チャネルフレームフォーマットの形式で送信される。そして、各子機２００は、上述したステップＳ１６，Ｓ１８にて送信する停電情報の通知フレームフォーマット、つまり自機が停電を検出した場合に送信する停電情報の通知フレームフォーマットに、自機のＩＤ情報を付加する。

例えば、図１の子機２０４は、停電を検出した場合に、子機２０４のＩＤ情報しか含まれていないチャネルフレームを停電情報として上位の子機である子機２０３−１に送信する。

また例えば、図１の子機２０３−１は、停電を検出してから規定時間までに、配下子機である子機２０４から停電情報を受信した場合には、ステップＳ１６にて、当該停電情報のチャネルフレームに自機のＩＤ情報を付加して、子機２０４及び子機２０３−１のＩＤ情報を含むチャネルフレームを停電情報として上位の子機である子機２０２に送信する。一方、子機２０３−１は、停電を検出してから規定時間だけ時間が経過しても、子機２０４から停電情報を受信しなかった場合には、子機２０４は停電していないと判断してステップＳ１８にて、子機２０３−１のＩＤ情報を含むが子機２０４のＩＤ情報を含まないチャネルフレームを停電情報として上位の子機である子機２０２に送信する。以降、上位の各子機２００も同様の手順及び処理を行い親機１０１へ停電情報を送信する。

図４のステップＳ１９にて、子機２００は、上位の子機２００が送信した停電情報の通知フレームフォーマットに、自機のＩＤ情報が付加されているか否かに基づいて、自機が送信した停電情報が上位の子機２００に受信されたことを確認する。例えば、子機２０４が、停電情報を子機２０３−１に送信したにもかかわらず、子機２０３−１が送信した停電情報に子機２０４のＩＤ情報が付加されていない場合には、子機２０４は、自機が送信した停電情報が、子機２０３−１に受信されなかったことを確認することができる。この場合、例えば子機２０４は、停電情報を子機２０３−１に再度送信する。その後、図４の動作が終了する。

なお、以上の説明では、子機２０３−１，２０４の両方で停電を検出した場合を例にして説明した。

以下、子機２０４では停電を検出せずに子機２０３−１で停電を検出した場合の動作について説明する。停電を検出しなかった子機２０４は、図４ステップＳ１２の通常運用モードを行うので、停電情報を子機２０３−１には送信しない。このため、停電を検出した子機２０３−１は、規定時間だけ時間が経過しても子機２０４から停電情報を受信しない。この結果、子機２０３−１は、図４のステップＳ１８にて、子機２０４のＩＤ情報が付加されずに子機２０３−１のＩＤ情報が付加された停電情報を子機２０２に送信する。

次に、子機２０３−１では停電を検出せずに子機２０４で停電を検出した場合について説明する。停電を検出した子機２０４は、子機２０４のＩＤ情報が付加された停電情報を子機２０３−１に送信する。停電を検出しなかった子機２０３−１は、図４のステップＳ１２の通常運用モードを行い、図５のステップＳ３４にて、子機２０３−１のＩＤ情報が付加されずに子機２０４のＩＤ情報が付加された停電情報を子機２０２に送信する。

以上のように、親機１０１は、停電を検出した子機２００のＩＤ情報が付加された停電情報を受信することができるので、当該停電情報に基づいて、停電が検出された子機２００を把握することができる。

＜実施の形態１のまとめ＞
以上のように構成された本実施の形態１に係る無線通信システムによれば、複数の子機２００のそれぞれが、停電を検出してから規定時間だけ時間が経過していない場合、及び、マルチホップ通信において自機の配下子機から自機が停電情報を受信していない場合には、停電情報送信を待機する。これにより、キャリアセンスの空きがなくなったり、電波の衝突が発生したりすることを抑制することができるので、子機２００の予備電源の消費電力を低減することができる。この結果、予備電源の小型化なども期待できる。

また本実施の形態１によれば、各子機２００は、停電情報送信を行った後、自機より上位の子機２００が送信した停電情報の通知フレームフォーマットに、自機のＩＤ情報が付加されているか否かに基づいて、自機が送信した停電情報が上位の子機２００に受信されたことを確認する。このような構成によれば、上位の子機２００は、配下子機に対して、停電情報が到達したことを通知するＡＣＫ信号を送信する必要がなくなる。このため、信号の送信回数を低減することができ、子機２００の予備電源の消費電力を低減することができる。なお、この送信回数の最低回数は１回である。

＜実施の形態２＞
図７は、本発明の実施の形態２に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。以下、本実施の形態２に係る無線通信システムで説明する構成要素のうち、実施の形態１と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。

本実施の形態２に係る無線通信システムは、複数の子機２００のいずれかが使用不可になった場合に、上述したマルチホップ通信の通信経路を変更する。例えば、マルチホップ通信で使用可能なメッシュ形のトポロジーであれば、各子機２００が１対１で通信を行う際の通信経路を自由に選択可能となる。このため、中継器として機能する子機２００が故障しても、その配下子機は、中継器として機能する別の子機２００を含む通信経路に変更することが可能となる。

例えば図７のように、子機２０３−１が故障等で使用不可になった場合、本実施の形態２では、子機２０４は、通信経路を切り替えて子機２０３−２の配下子機になることが可能となる。

図８は、複数の子機２００のいずれかが使用不可になった場合における、本実施の形態２に係る無線通信システムの動作を示すフローチャートである。なお、子機２００の起動時には、実施の形態１と同様の動作（図３）が行われているものとする。

まずステップＳ４１にて、子機２００は、運用中に自機の上位の子機２００が使用不可になった場合に、その旨を、自機及び当該上位の子機２００以外の子機２００を経由して親機１０１に送信する。

ステップＳ４２にて図３のステップＳ３と同様に、親機１０１は、各子機２００から受信した通知に基づいて経路情報を変更及び更新する。

ステップＳ４３にて、親機１０１は、変更した経路情報を各子機２００に送信し、ステップＳ４４にて、各子機２００は、親機１０１から送信された経路情報で図２の記憶部４０３に記憶されている経路情報を変更及び更新する。その後、図８の動作が終了し、実施の形態１と同様に図４及び図５の動作が行われる。

＜実施の形態２のまとめ＞
以上のような本実施の形態２に係る無線通信システムは、例えばメッシュ形などにも適用することができるので、中継器として機能する子機２００が故障しても、その配下子機は、通信を可及的に継続することができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１０１ 親機、２００ 子機、４０６ 予備電源部。

Claims (6)

1. 親機と、
   それぞれが、停電を検出した場合に、それぞれに予め定められた順番で無線通信を行うマルチホップ通信によって、前記親機への停電情報の送信を行う複数の子機と
   を備え、
   前記複数の子機のそれぞれは、
   自機が停電を検出してから、自機の前記順番に基づき規定された規定時間だけ時間が経過していない場合、及び、前記マルチホップ通信において自機より下位の子機から自機が前記停電情報を受信していない場合には、前記送信を待機する、無線通信システム。
2. 請求項１に記載の無線通信システムであって、
   前記複数の子機のそれぞれは、
   自機が停電を検出してから、前記規定時間だけ時間が経過した場合、または、前記下位の子機から自機が前記停電情報を受信した場合には、前記送信を行う、無線通信システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の無線通信システムであって、
   前記複数の子機のそれぞれは、
   自機が停電を検出した場合に送信する前記停電情報の通知フレームフォーマットに、自機のＩＤ情報を付加する、無線通信システム。
4. 請求項３に記載の無線通信システムであって、
   前記複数の子機のそれぞれは、
   前記送信を行った後、前記マルチホップ通信において自機より上位の子機が送信した前記停電情報の通知フレームフォーマットに、自機のＩＤ情報が付加されているか否かに基づいて、自機が送信した前記停電情報が前記上位の子機に受信されたことを確認する、無線通信システム。
5. 請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の無線通信システムであって、
   前記複数の子機のそれぞれは、前記送信に用いられる予備電源を有する、無線通信システム。
6. 請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載の無線通信システムであって、
   前記複数の子機のいずれかが使用不可になった場合に、前記順番を規定する予め定められた通信経路を変更する、無線通信システム。

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