JP6703405B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

ここに開示された技術は、無線通信システム及びセンサに関する。

従来より、複数の通信端末によりネットワークを形成する無線通信システムが知られている。

例えば、特許文献１に記載の無線通信システムは、親機となる一の通信端末と、親機と通信を行う中継機としての複数の通信端末とを含んでいる。各中継機には、特定のタイムスロットが割り当てられており、親機は、各中継機と対応するタイムスロットにおいて通信を行う。

特開平６−２３２８３５号公報

ところで、前述のような無線通信システムには、各中継機からセンサの検出値を収集するものがある。各中継機は対応するタイムスロットでのみ親機と通信を行うため、親機は、対応するタイムスロットが到来する周期で各中継機から検出値を取得することになる。別の見方をすれば、親機が各中継機から検出値を取得するためには、対応するタイムスロットの周期を待たなければならない。しかしながら、状況によっては、より多くの検出値を取得したい場合がある。例えば、センサが設置された対象物が正常に作動しているか否かを検出値に基づいて分析する場合、分析精度を向上させるためにはより多くの検出値が必要になる。

ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、センサの検出値を周期的に収集する構成において、収集する検出値の個数を柔軟に変更することにある。

ここに開示された技術は、複数の通信端末によってネットワークを形成する無線通信システムが対象である。前記複数の通信端末は、対象物の所定の物理量を検出する複数のセンサと、前記センサの検出値を中継する複数の中継機と、前記センサの検出値を周期的に収集する親機とを含んでおり、前記親機は、前記センサの検出頻度を変更する。

また、ここに開示されたセンサは、他の通信端末と通信を行う。このセンサは、対象物の所定の物理量を検出するセンサ部と、前記センサ部の検出値を他の通信端末へ送信する処理部とを備え、前記処理部は、前記検出値から求められる、前記対象物の故障の可能性が大きい場合には、前記故障の可能性が小さい場合よりも前記物理量の検出頻度を増加させる。

前記無線通信システムによれば、センサの検出値を周期的に収集する構成において、収集する検出値の個数を柔軟に変更することができる。

また、前記センサによれば、センサの検出値を周期的に収集する構成において、収集する検出値の個数を柔軟に変更することができる。

図１は、無線通信システムの概略図である。 図２は、データステーションのブロック図である。 図３は、中継機のブロック図である。 図４は、センサのブロック図である。 図５は、通信スケジュールを示す図である。 図６は、データステーションの処理を示すフローチャートである。 図７は、中継機の処理を示すフローチャートである。 図８は、第１モードのセンサの処理を示すフローチャートである。 図９は、第２モードのセンサの処理を示すフローチャートである。 図１０は、実施形態２に係るデータステーションの処理を示すフローチャートである。 図１１は、変更後の通信スケジュールを示す図である。

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

《実施形態１》
図１は、無線通信システム１００の概略図である。無線通信システム１００は、データステーション１０と、複数の中継機２０と、複数のセンサ３０とを有している。データステーション１０、中継機２０、センサ３０は、通信端末であり、互いに無線通信を行い、自律的にネットワークを構築する。無線通信システム１００においては、マルチホップ無線ネットワークが形成される。データステーション１０は、親機として機能し、中継機２０は、子機として機能する。基本的には、データステーション１０は、中継機２０と通信を行い、センサ３０は、中継機２０と通信を行う。データステーション１０及び中継機２０は、データステーション１０を頂点とするツリー型のネットワークトポロジを有している。本明細書では、ネットワークにおいてデータステーション１０側を上流側又は上位とし、ツリーの末端側を下流側又は下位とする。また、データステーション１０、中継機２０、センサ３０を区別しない場合には、単に通信端末と称する場合がある。また、各中継機２０を区別する場合には、符号「２０」の後にアルファベットを付して区別する。同様に、各センサ３０を区別する場合には、符号「３０」の後にアルファベットを付して区別する。尚、図１では、中継機２０ｅに繋がる２つのセンサ３０のみアルファベットにより区別している。

無線通信システム１００においては、センサ３０が対象物の所定の物理量を検出し、その検出値、即ち、検出データが中継機２０を介してデータステーション１０に収集される。本開示における例では、無線通信システム１００は、蒸気システムを有する工場内に設置されている。蒸気システムは、複数のスチームトラップＴ（図１では１つだけ図示）を有している。対象物は、スチームトラップＴである。センサ３０は、スチームトラップＴの振動数及び温度を検出する。

〈データステーションの構成〉
図２は、データステーション１０のブロック図である。データステーション１０は、無線通信システム１００の通信経路の確立やセンサ３０の検出値の収集及び管理を行う。また、データステーション１０は、図示を省略するが、外部ネットワーク等を介して上位のサーバ９０に接続される。データステーション１０は、必要に応じて、センサ３０の検出値をサーバ９０に転送する。

データステーション１０は、ＣＰＵ１１と、メモリ１２と、記憶部１３と、無線通信回路１４と、計時回路１５と、上位インターフェース部１６と、電源回路１７とを有している。

記憶部１３には、各種プログラム及び各種情報が記憶されている。ＣＰＵ１１は、記憶部１３から各種プログラムを読み込み、実行することにより、様々な処理を行う。例えば、記憶部１３には、ネットワークの通信経路を形成するためのプログラム、センサ３０の検出値を収集するためのプログラム、ネットワークの通信経路のツリー情報、中継機２０と通信を行うスケジュールを規定したスケジュール情報、及び、収集した検出値等が記憶されている。

無線通信回路１４は、中継機２０等の他の通信端末と無線通信を行う。無線通信回路１４は、ＣＰＵ１１の制御によって動作し、各種信号を符号化・変調等の処理により無線信号に変換し、アンテナを介して送信する。また、無線通信回路１４は、アンテナを介して受信した信号を復調・複合化等の処理により適切な信号に変換する。

計時回路１５は、所定のクロックを発生し、データステーション１０の基準となる時刻を計時する。上位インターフェース部１６は、サーバ９０との間のインターフェース処理を行う。電源回路１７は、外部電源（図示省略）が接続されており、データステーション１０の各要素に電力を供給する。

〈中継機の構成〉
図３は、中継機２０のブロック図である。中継機２０は、データステーション１０の指令に応じて、センサ３０の検出値をデータステーション１０へ送信する。

中継機２０は、ＣＰＵ２１と、メモリ２２と、記憶部２３と、無線通信回路２４と、計時回路２５と、電源回路２６と、電池２７とを有している。

記憶部２３には、各種プログラム及び各種情報が記憶されている。ＣＰＵ２１は、記憶部２３から各種プログラムを読み込み、実行することにより、様々な処理を行う。例えば、記憶部２３には、ネットワークの通信経路を形成するためのプログラム、センサ３０の検出値を中継するためのプログラム、上位及び下位の通信端末に関する情報、及び、センサ３０から取得した検出値等が記憶されている。

無線通信回路２４は、他の通信端末と無線通信を行う。無線通信回路２４は、ＣＰＵ２１の制御によって動作し、各種信号を符号化・変調等の処理により無線信号に変換し、アンテナを介して送信する。また、無線通信回路２４は、アンテナを介して受信した信号を復調・複合化等の処理により適切な信号に変換する。

計時回路２５は、所定のクロックを発生し、中継機２０の基準となる時刻を計時する。電源回路２６には、電池２７が接続されている。電源回路２６は、中継機２０の各要素に電力を供給する。

〈センサの構成〉
図４は、センサ３０のブロック図である。センサ３０は、スチームトラップＴの振動数及び温度を検出し、その検出値を対応する中継機２０に送信する。センサ３０は、対象物の所定の物理量を検出するセンサ部４０と、センサ部４０の検出値を他の通信端末に送信する処理部５０とを有している。

センサ部４０は、振動センサ及び温度センサを含んでおり、スチームトラップＴの振動数及び温度を検出する。センサ部４０は、スチームトラップＴのケーシング（例えば、蒸気及びドレンが流入する流入部）に接触するように設置され、接触した部分の振動数及び温度を検出する。センサ部４０は、検出した振動数及び温度に対応する電気信号を処理部５０に出力する。

処理部５０は、ＣＰＵ５１と、メモリ５２と、記憶部５３と、無線通信回路５４と、計時回路５５と、センサインターフェース部５６と、電源回路５７と、電池５８とを有している。

記憶部５３には、各種プログラム及び各種情報が記憶されている。ＣＰＵ５１は、記憶部５３から各種プログラムを読み込み、実行することにより、様々な処理を行う。例えば、記憶部５３には、ネットワークの通信経路を形成するためのプログラム、センサ部４０から振動数及び温度を取得し、検出値として中継機２０に送信するためのプログラム、振動数及び温度を検出する頻度を変更するためのプログラム、上位の通信端末に関する情報、及び、検出値等が記憶されている。

無線通信回路５４は、他の通信端末と無線通信を行う。無線通信回路５４は、ＣＰＵ５１の制御によって動作し、各種信号を符号化・変調等の処理により無線信号に変換し、アンテナを介して送信する。また、無線通信回路５４は、アンテナを介して受信した信号を復調・複合化等の処理により適切な信号に変換する。

計時回路５５は、所定のクロックを発生し、センサ３０の基準となる時刻を計時する。センサインターフェース部５６は、センサ部４０との間のインターフェース処理を行う。電源回路５７には、電池５８が接続されている。電源回路５７は、センサ３０の各要素に電力を供給する。

〈通信スケジュール〉
このように構成された無線通信システム１００は、通常の運転動作として、センサ３０の検出値をデータステーション１０に収集する。データステーション１０は、図５に示す通信スケジュールに従って各中継機２０と通信を行い、各中継機２０に対応する、即ち、繋がっているセンサ３０の検出値を収集する。

図５の通信スケジュールは、データ収集の１サイクルを示しており、図５の通信スケジュールが繰り返し実行される。通信スケジュールは、複数のタイムスロットに分割されている。各中継機２０には、特定のタイムスロットが割り当てられている。各中継機２０は、対応するタイムスロットにおいてデータステーション１０と通信を行い、該中継機２０に繋がったセンサ３０からの検出値をデータステーション１０に送信する（以下、この処理を「返信処理」ともいう）。基本的には、各中継機２０は、割り当てられた特定のタイムスロット（以下、「特定スロット」とも称する）においてアクティブ状態となり、特定スロット以外のときはスリープ状態となる。ただし、他の中継機２０とデータステーション１０との通信経路上に存在する中継機２０は、下位の中継機２０がデータステーション１０と通信する場合に中継処理を行う必要があるため、下位の中継機２０に割り当てられたタイムスロット（以下、「中継スロット」とも称する）においてもアクティブ状態となって中継処理を実行する。また、センサ３０は、繋がっている中継機２０の特定スロットにおいて該中継機２０へ検出値を送信するので、該中継機２０の特定スロットにおいてアクティブ状態となっている。センサ３０は、中継機２０へ検出値を送信する必要がないときには、基本的にはスリープ状態となっている。

図５の通信スケジュールでは、タイムスロットがマトリックス状に規定されている。ツリー構造の通信経路の階層に従ってタイムスロットが割り当てられている。詳しくは、列ごとにツリー構造の階層が割り当てられる。例えば、列Ｌ０には、データステーション１０が割り当てられ、列Ｌ１には、第１階層（即ち、ホップ数が１）が割り当てられ、列Ｌ２には、第２階層（即ち、ホップ数が２）が割り当てられる。第３階層以降についても同様である。

通常、各中継機２０には、何れか１つのタイムスロットが割り当てられる。第１階層の中継機２０ａ，２０ｊには、列Ｌ１のタイムスロットが割り当てられる。第２階層の中継機２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｋには、列Ｌ２のタイムスロットが割り当てられる。第３階層の中継機２０ｅ，２０ｆ，２０ｇには、列Ｌ３のタイムスロットが割り当てられる。第４階層の中継機２０ｈ，２０ｉには、列Ｌ４のタイムスロットが割り当てられる。一方、データステーション１０は、中継機２０に比べて処理内容が多いので、１つのタイムスロットではなく、複数のタイムスロット（図５では、列Ｌ０の全てのタイムスロット）がデータステーション１０に割り当てられる。尚、列に含まれるタイムスロットの数と各階層に含まれる中継機２０の数は異なる（通常、列に含まれるタイムスロットの数の方が多い）ので、列に含まれるタイムスロットには、中継機が割り当てられていないものも存在する。

また、前述の如く、或る中継機２０の特定スロットにおいては、該中継機２０に繋がるセンサ３０もアクティブ状態となるので、実質的に、各センサ３０にも特定のタイムスロットが割り当てられていることになる。ただし、中継機２０には複数のセンサ３０が繋がり得るので、そのような場合には、該中継機２０の特定スロットには、複数のセンサ３０が割り当てられていることになる。例えば、図５の例では、列Ｌ３、行Ｎ１のタイムスロットには中継機２０ｅが割り当てられている。中継機２０ｅには２つのセンサ３０が繋がっているので（図１参照）、列Ｌ３、行Ｎ１のタイムスロットには実質的に該２つのセンサ３０が割り当てられていることになる。

通信スケジュールでは、タイムスロットの処理は、列方向に進んでいく。例えば、或る列（例えば、列Ｌ１）において、行番号に関して昇順（即ち、行Ｎ１からＮｍの順）にタイムスロットの処理が進んでいき、当該行の最後の行番号（行Ｎｍ）のタイムスロットの処理が終了すると、次の列（例えば、列Ｌ２）の最初の行番号（行Ｎ１）のタイムスロットから同様の順序で処理が進められていく。

タイムスロットの割り当ては、通信経路が確立されたときにデータステーション１０が行う。例えば、無線通信システム１００の全体の通信経路の確立に先立ち、通信端末間で経路が形成される。その後、データステーション１０は、どの通信端末同士が繋がっているかという経路情報を取得し、無線通信システム１００の全体の通信経路を確立する。通信経路が確立されると、データステーション１０は、各中継機２０にタイムスロットを割り当て、各中継機２０に特定スロットの番号を通知する。このとき、下位の中継機２０の中継処理を行う必要がある中継機２０には、それ自身の特定スロットに加えて、下位の中継機２０の特定スロット、即ち、中継スロットも通知される。また、中継機２０は、繋がっているセンサ３０に該中継機２０の特定スロットを通知する。データステーション１０は、通信スケジュール（即ち、中継機２０へのタイムスロットの割り当て）を記憶部１３に保存する。中継機２０は、特定スロットと中継スロットを記憶部２３に保存する。センサ３０は、繋がっている中継機２０の特定スロットを記憶部５３に保存する。

〈システムの動作〉
データ収集においては、データステーション１０は、通信スケジュールに従って処理を進める。具体的には、データステーション１０は、それ自身に割り当てられたタイムスロットにおいて、データステーション１０に必要な処理を行う。続いて、データステーション１０は、タイムスロットの順番で、タイムスロットに割り当てられた中継機２０と順次、通信を行う。このとき、データステーション１０から各中継機２０に送られる信号には、少なくとも、センサ３０の検出値の返信を要求するリクエスト信号が含まれている。

一方、中継機２０は、通信スケジュールに従って、特定スロットのタイミングでアクティブ状態となって、データステーション１０からのリクエスト信号を待機する。また、中継機２０は、特定スロットに応じて、該中継機２０に繋がっているセンサ３０から検出値を取得する。そのため、センサ３０は、繋がっている中継機２０の特定スロットに応じてアクティブ状態となって検出値を該中継機２０に送信する。中継機２０は、リクエスト信号を受信すると、センサ３０からの検出値をリクエスト信号に対する応答としてデータステーション１０へ返信する。また、中継機２０は、中継スロットでもアクティブ状態となって、データステーション１０と下位の中継機２０との間の中継処理を行う。

このように、データ収集の基本的な処理においては、データステーション１０は、通信スケジュールに従って各特定スロットにおいて該特定スロットに対応するセンサ３０の検出値を収集することによって、全てのセンサ３０の検出値を収集する。通信スケジュールにおいては各中継機２０に特定スロットが１つだけ割り当てられているので、実質的に各センサ３０にも特定スロットが１つだけ割り当てられている。つまり、データステーション１０は、１回の通信スケジュールにおいて１回の頻度（以下、「収集頻度」ともいう）で各センサ３０の検出値を収集する。このように、データステーション１０は、センサ３０の検出値を通信スケジュールの１サイクルに相当する周期（以下、「基本周期」ともいう）で周期的に収集する。

このような基本的な処理に加え、データステーション１０は、センサ３０がスチームトラップＴの振動数及び温度を検出する頻度である検出頻度を状況に応じて変更する。

詳しくは、データステーション１０は、スチームトラップＴの故障率パラメータをセンサ３０の検出値に基づいて求め、故障率パラメータに基づいてセンサ３０の検出頻度を変更する。故障率パラメータは、スチームトラップＴの故障の可能性を表し、値が大きいほど故障の可能性が高くなる。例えば、故障率パラメータは、温度又は振動数の検出値が正常な範囲内である場合には、検出値が正常な範囲の境界値に近づくほど大きくなり、検出値が正常な範囲外である場合には、検出値が正常な範囲の境界値から離れるほど大きくなるように算出される。また、故障率パラメータには、検出値が継続する期間及びスチームトラップＴの種類も考慮される。つまり、検出値が正常な範囲外であっても、それが突発的であって継続しない場合には故障率パラメータは小さくなる。また、検出値が同じであっても、スチームトラップＴの型式やスチームトラップＴの上流又は下流に接続されている機器の種類が異なれば、故障率パラメータは変わり得る。これは、温度又は振動数の変動幅は、スチームトラップＴの型式やスチームトラップＴの上流又は下流に接続されている機器に応じて変わり得るためである。

データステーション１０は、故障率パラメータが大きい場合には、故障率パラメータが小さい場合に比べてセンサ３０の検出頻度を増加させる。詳しくは、センサ３０は、検出頻度が相対的に少ない第１モードと、検出頻度が相対的に多い第２モードとを有している。第１モードにおいては、センサ３０は、１回の通信スケジュールにおいて、繋がっている中継機２０の特定スロットに対応するタイミングで検出値を１回取得する。つまり、第１モードの検出頻度は、通信スケジュール中に１回であり、データステーション１０による収集頻度と同じである。一方、第２モードにおいては、センサ３０は、１回の通信スケジュール中に検出値を複数回取得する。第２モードの検出頻度は、通信スケジュール中に複数回の頻度であり、収集頻度よりも多い。第２モードのセンサ３０は、繋がっている中継機２０の特定スロットが到来するまで、取得した複数の検出値を記憶部５３に保存しておき、該特定スロットが到来したときに保存しておいた複数の検出値を該中継機２０へ、ひいては、データステーション１０へ送信する。

〈処理フロー〉
以下、データ収集におけるデータステーション１０、中継機２０及びセンサ３０の処理について詳細に説明する。

まず、データステーション１０の処理について、図６のフローチャートを参照しながら説明する。

データステーション１０は、ステップＳａ１において、通信スケジュールに従って処理を実行する。具体的には、前述の如く、データステーション１０は、データステーション１０に必要な処理を行い、タイムスロットの順番でタイムスロットに割り当てられた中継機２０に順次、リクエスト信号を送信する。このとき、モードを変更する必要があるセンサ３０が存在する場合には、データステーション１０は、該当するセンサ３０が繋がっている中継機２０の特定スロットにおいて、リクエスト信号と共にモード信号を送信する。モード信号は、センサ３０を第１モードから第２モードへ、又は、第２モードから第１モードへ変更するための信号である。モード信号を送信する必要性は、後述するステップＳａ３以下で判断される。

データステーション１０は、センサ３０からの検出値を受信すると、ステップＳａ２において故障率パラメータを算出する。データステーション１０は、センサ３０ごとに、それまでの過去の検出値も考慮して故障率パラメータを算出する。尚、過去の検出値は、サーバ９０から取得することもできる。ステップＳａ２以下の処理は、それぞれのセンサ３０に対して行われる。

そして、ステップＳａ３において、データステーション１０は、故障率パラメータが所定の判定値αよりも大きいか否かを判定する。故障率パラメータが判定値αよりも大きい場合には、スチームトラップＴの故障の可能性があるため、より多くの検出値を取得して、スチームトラップＴの故障の有無をより精度良く分析する必要がある。

そこで、故障率パラメータが判定値α以下であれば、データステーション１０は、ステップＳａ４において、センサ３０の運転モードが第１モードか否かを判定する。データステーション１０は、各センサ３０の運転モードを記憶部１３に記憶している。故障率パラメータが相対的に小さい場合にはセンサ３０の検出頻度を増加させる必要がないので、センサ３０が第１モードであれば、データステーション１０は、リターンして、前述の処理を繰り返す。一方、センサ３０が第１モードでない、即ち、第２モードであれば、データステーション１０は、ステップＳａ５において、記憶部１３に記憶しているセンサ３０の運転モードを第２モードから第１モードへ変更すると共に、運転モードを第２モードから第１モードへ変更させるモード信号をセンサ３０へ送信する旨を記憶部１３に記憶する（例えば、運転モードを第２モードから第１モードへ変更させるモード信号をセンサ３０へ送信することを示すフラグをオンにする）。その後、データステーション１０は、リターンして前述の処理を繰り返す。そして、次の通信スケジュールでは、故障率パラメータが小さいセンサ３０が繋がっている中継機２０の特定スロットにおいて、データステーション１０は、リクエスト信号と共に、該センサ３０の運転モードを第２モードから第１モードへ変更するモード信号を送信する。

一方、故障率パラメータが判定値αよりも大きい場合には、データステーション１０は、ステップＳａ６において、センサ３０の運転モードが第２モードか否かを判定する。故障率パラメータが相対的に大きい場合にはセンサ３０の検出頻度を増加させる必要がある。センサ３０が第２モードであれば、データステーション１０は、リターンして、前述の処理を繰り返す。一方、センサ３０が第２モードでない、即ち、第１モードであれば、データステーション１０は、ステップＳａ７において、記憶部１３に記憶しているセンサ３０の運転モードを第１モードから第２モードへ変更すると共に、運転モードを第１モードから第２モードへ変更させるモード信号をセンサ３０へ送信する旨を記憶部１３に記憶する（例えば、運転モードを第１モードから第２モードへ変更させるモード信号をセンサ３０へ送信することを示すフラグをオンにする）。その後、データステーション１０は、リターンして前述の処理を繰り返す。そして、次の通信スケジュールでは、故障率パラメータが大きいセンサ３０が繋がっている中継機２０の特定スロットにおいて、データステーション１０は、リクエスト信号と共に、センサ３０の運転モードを第１モードから第２モードへ変更するモード信号を送信する。

次に、中継機２０の処理について、図７のフローチャートを参照しながら説明する。中継機２０は、前述の如く、特定スロット及び中継スロットにおいてアクティブ状態となり、それ以外のタイムスロットにおいてはスリープ状態となる。

アクティブ状態の中継機２０は、アクティブ状態になるべき次のタイムスロットの開始時刻を計時回路２５に設定する（ステップＳｂ１）。具体的には、中継機２０は、特定スロット及び中継スロットのうち次に到来するタイムスロットの開始時刻を計時回路２５に設定する。その後、中継機２０は、アクティブ状態からスリープ状態となる（ステップＳｂ２）。

計時回路２５は、計時を継続し、設定された時刻になるとＣＰＵ２１に時刻の到来を通知する。ＣＰＵ２１は、計時回路２５からの通知を受けてスリープ状態からアクティブ状態となる（ステップＳｂ３）。

ステップＳｂ４においては、中継機２０は、行う処理が返信処理か否か判定する。すなわち、現在のタイムスロットが特定スロットであれば、行う処理は返信処理であり、現在のタイムスロットが中継スロットであれば、行う処理は中継処理である。

行う処理が返信処理の場合には、中継機２０は、データステーション１０からのリクエスト信号を待機する（ステップＳｂ５）。そして、中継機２０は、リクエスト信号を受信すると、センサ３０からの検出値をデータステーション１０へ向けて送信する（ステップＳｂ６）。このとき、中継機２０は、検出値の返信を要求する検出信号をセンサ３０に送信し、センサ３０からの検出値を取得する。この検出値の取得は、データステーション１０からのリクエスト信号を受信してから行ってもよいし、リクエスト信号の受信に先立って行ってもよい。中継機２０は、検出値の送信が完了すると、リターンする。また、中継機２０は、データステーション１０からリクエスト信号と共にモード信号を受信した場合には、該モード信号を対応するセンサ３０に送信する。すなわち、モード信号には、センサ３０を特定する情報、例えば、センサ３０の通信アドレス又はＩＤが付加されている。中継機２０に複数のセンサ３０が繋がっている場合には、中継機２０は、モード信号に付加された、センサ３０を特定する情報に基づいて、対応するセンサ３０にのみモード信号を送信する。

中継機２０が特定スロット中にリクエスト信号を受信できない場合には、中継機２０は、今回の特定スロットでのデータステーション１０との通信を諦め、特段の処理を行わずにリターンする。

一方、ステップＳｂ４の判定において、行う処理が中継処理の場合には、中継機２０は、ステップＳｂ７において中継処理を行う。中継処理では、中継機２０、受信した信号の内容にかかわらず、該信号の最終的な送信先への通信経路上の次の通信端末に該信号を送信する。例えば、中継機２０は、データステーション１０から下位の中継機２０へのリクエスト信号を受信すると、下位の中継機２０までの通信経路上の次の中継機２０へ該リクエスト信号を送信する。中継機２０は、下位の中継機２０からデータステーション１０への検出値を受信すると、データステーション１０までの通信経路上の次の中継機２０へ該検出値を送信する。中継機２０は、中継処理が完了するか、又は、タイムスロットが終了すると、リターンする。

中継機２０は、以上のフローを繰り返すことによって、特定スロット及び中継スロットでアクティブ状態となってそのときのタイムスロットに応じた処理を行う。中継機２０は、特定スロット及び中継スロット以外ではスリープ状態となる。

−センサ−
次に、センサ３０の処理について説明する。図８は、第１モードのセンサ３０の処理を示すフローチャートであり、図９は、第２モードのセンサ３０の処理を示すフローチャートである。

まず、第１モードのセンサ３０の処理について、図８を参照しながら説明する。第１モードのセンサ３０は、前述の如く、繋がっている中継機２０の特定スロットに応じてアクティブ状態となり、それ以外のときにはスリープ状態となる。

第１モードにおけるアクティブ状態のセンサ３０（処理部５０）は、アクティブ状態になるべき次のタイムスロットの開始時刻を計時回路５５に設定する（ステップＳｃ１）。具体的には、センサ３０は、次に到来する、繋がっている中継機２０の特定スロットの開始時刻を計時回路５５に設定する。その後、センサ３０は、アクティブ状態からスリープ状態となる（ステップＳｃ２）。

計時回路５５は、計時を継続し、設定された時刻になるとＣＰＵ５１に時刻の到来を通知する。ＣＰＵ５１は、計時回路５５からの通知を受けてスリープ状態からアクティブ状態となる（ステップＳｃ３）。

ステップＳｃ４において、センサ３０は、中継機２０からの検出信号を待機する。そして、センサ３０が検出信号を受信すると、センサ部４０がスチームトラップＴの振動数及び温度を検出し（ステップＳｃ５）、処理部５０が検出値を中継機２０へ送信する（ステップＳｃ６）。

ステップＳｃ７において、センサ３０は、モード信号を受信したか否かに基づいてモード変更の要否を判定する。センサ３０は、モード信号を受信していなければ、運転モードを変更することなく、リターンして前述の処理を繰り返す。一方、センサ３０は、モード信号を受信している場合には、運転モードを変更、即ち、運転モードを第１モードから第２モードへ変更する（ステップＳｃ８）。

このように、第１モードのセンサ３０は、繋がっている中継機２０の特定スロットに応じてアクティブ状態となって検出値を取得及び送信し、それ以外ではスリープ状態となる。つまり、各センサ３０は、通信スケジュールの１サイクルの間に１度だけ検出値を取得及び送信する。

次に、第２モードのセンサ３０の処理について、図９を参照しながら説明する。第２モードのセンサ３０は、繋がっている中継機２０の特定スロットに応じてアクティブ状態となると共に、所定の検出周期ごとにアクティブ状態となる。検出周期は、通信スケジュールの基本周期よりも短い周期である。それ以外のときには、センサ３０は、スリープ状態となる。

第２モードにおけるアクティブ状態のセンサ３０は、次にアクティブ状態になる時刻を計時回路５５に設定する（ステップＳｄ１）。具体的には、第２モードのセンサ３０は、繋がっている中継機２０の特定スロット及び検出周期のうち先に到来する方の開始時刻を計時回路５５に設定する。その後、センサ３０は、アクティブ状態からスリープ状態となる（ステップＳｄ２）。

計時回路５５は、計時を継続し、設定された時刻になるとＣＰＵ５１に時刻の到来を通知する。ＣＰＵ５１は、計時回路５５からの通知を受けてスリープ状態からアクティブ状態となる（ステップＳｄ３）。

続いて、センサ３０は、現在が特定スロットか否かを判定する（ステップＳｄ４）。現在が特定スロットの場合には、センサ３０は、ステップＳｄ５へ進む。一方、現在が特定スロットでない、即ち、検出周期の到来によりセンサ３０がアクティブ状態となっている場合には、センサ３０は、ステップＳｄ１０へ進む。

センサ３０が検出周期でアクティブ状態となっている場合には、センサ３０は、ステップＳｄ１０において検出値を取得する。そして、センサ３０は、検出値を記憶部５３に保存し、リターンしてステップＳｄ１からの処理を繰り返す。その後、特定スロットが到来するまでは、センサ３０は、ステップＳｄ１〜Ｓｄ４，Ｓｄ１０，Ｓｄ１１の処理を繰り返す。つまり、センサ３０は、特定スロットが到来するまで検出値を繰り返し取得し、該検出値を記憶部５３に保存していく。

一方、現在が特定スロットの場合には、センサ３０は、第１モードと同様の処理を行う。すなわち、ステップＳｄ５〜ステップＳｄ８の処理は、第１モードのステップＳｃ４〜ステップＳｃ７の処理と同様である。センサ３０は、繋がっている中継機２０からの検出信号を待機し、検出信号を受信すると検出値を取得し、該検出値を中継機２０へ送信する。このとき、センサ３０は、前回の特定スロットから現在の特定スロットまでの間に取得して記憶部５３に保存している検出値も、ステップＳｄ６で取得した検出値と併せて中継機２０へ送信する。

その後、センサ３０は、ステップＳｄ８においてモード信号の受信の有無に基づいてモード変更の要否を判定する。センサ３０は、運転モードを第２モードから第１モードへ変更するモード信号を受信している場合には、ステップＳｄ９へ進んで、運転モードを第２モードから第１モードへ変更する。一方、センサ３０は、モード信号を受信していない場合には、リターンしてステップＳｄ１からの処理を繰り返す。すなわち、センサ３０は、次の特定スロットの到来まで、検出周期での検出値の取得及び保存を繰り返す。

このように、第２モードのセンサ３０は、検出周期ごとに検出値の取得及び保存を繰り返すと共に、繋がっている中継機２０の特定スロットに応じて第１モードと同様の処理を実行する。このとき、センサ３０は、保存していた検出値も中継機２０へ送信する。つまり、各センサ３０は、通信スケジュールの１サイクルの間に複数の検出値を取得し、複数の検出値をまとめて送信する。

以上のフローを繰り返すことによって、データステーション１０は、センサ３０の検出頻度をスチームトラップＴの故障の可能性に応じて変更しながら、センサ３０の検出値の収集を繰り返す。スチームトラップＴの故障の可能性が高い場合には、データステーション１０は、該スチームトラップＴに設置されたセンサ３０の検出頻度を高める。このとき、データステーション１０は、センサ３０の検出値の収集頻度（即ち、通信スケジュール）は変更せずに、複数の検出値を対応する中継機２０の特定スロットにおいてまとめて収集する。これにより、データステーション１０は、より多くの検出値を収集することができ、スチームトラップＴの故障の可能性をより精度良く分析することができる。

以上のように、無線通信システム１００は、複数の通信端末によってネットワークを形成する。複数の通信端末は、スチームトラップＴ（対象物）の振動数及び温度（所定の物理量）を検出する複数のセンサ３０と、センサ３０の検出値を中継する複数の中継機２０と、センサ３０の検出値を基本周期で（周期的に）収集するデータステーション１０（親機）とを含んでおり、データステーション１０は、センサ３０の検出頻度を変更する。

この構成によれば、データステーション１０は、基本的には、センサ３０の検出値を周期的に収集する。その上で、データステーション１０は、センサ３０の検出頻度を変更することができる。その結果、データステーション１０は、状況に応じてセンサ３０の検出頻度を変更して、例えば、より多くの検出値を収集することができる。

また、データステーション１０は、センサ３０の検出頻度をセンサ３０の検出値に基づいて変更する。

より具体的には、データステーション１０は、センサ３０の検出値から求められる、スチームトラップＴの故障の可能性が大きい場合には、故障の可能性が小さい場合よりもセンサ３０の検出頻度を増加させる。

この構成によれば、センサ３０の検出頻度をセンサ３０の検出値に基づいて変更する一例として、データステーション１０は、センサ３０の検出値から求められる、スチームトラップＴの故障の可能性に基づいてセンサ３０の検出頻度を変更する。そして、データステーション１０は、スチームトラップＴの故障の可能性が高い場合には、故障の可能性が低い場合よりもセンサ３０の検出頻度を増加させる。スチームトラップＴの故障の可能性が高い場合には、より多くの検出値が取得されるので、スチームトラップＴの故障をより精度良く分析することができる。

データステーション１０は、センサ３０の検出値を収集する頻度である収集頻度とセンサ３０の検出頻度が異なるように、センサ３０の検出頻度を変更する。

この構成によれば、データステーション１０が所定の収集頻度でセンサ３０の検出値を収集する構成であっても、センサ３０は、収集頻度とは異なる検出頻度でスチームトラップＴの振動数及び温度を検出することができる。

より詳しくは、センサ３０は、検出頻度を収集頻度よりも増加させる場合、データステーション１０による検出値の収集タイミングが到来するまでの検出値を保存し、収集タイミングが到来したときに保存しておいた複数の検出値をデータステーション１０へ送信する。

この構成によれば、センサ３０の検出頻度が収集頻度よりも増加された場合、センサ３０が検出値を取得するたびに検出値をデータステーション１０へ送信するのではなく、検出値を保存しておき、収集タイミングが到来したときに保存しておいた複数の検出値をデータステーション１０へ送信する。これにより、通信スケジュールに従ったデータステーション１０とセンサ３０との通信への影響を抑制しつつ、センサ３０の検出頻度を変更することができる。

《実施形態２》
次に、実施形態２に係る無線通信システム１００の処理について説明する。無線通信システム１００の構成は、実施形態１と同じである。実施形態１では、センサ３０の検出頻度を増加した場合、複数の検出値を対応する特定スロットでまとめてデータステーション１０へ送信しているのに対し、実施形態２では、データステーション１０による検出値の収集頻度を増加させることによって、センサ３０の検出頻度を増加させている。

図１０は、実施形態２に係るデータステーション１０の処理を示すフローチャートである。ステップＳｅ１〜Ｓｅ３の処理は、実施形態１のステップＳａ１〜Ｓａ３の処理と同様である。

詳しくは、データステーション１０は、ステップＳｅ１において、通信スケジュールに従って、データステーション１０に必要な処理を行うと共に、タイムスロットの順番でタイムスロットに割り当てられた中継機２０に順次、リクエスト信号を送信する。ただし、実施形態２では、データステーション１０は、実施形態１のようなモード信号を送信しない。

データステーション１０は、センサ３０からの検出値を受信すると、ステップＳｅ２において故障率パラメータを算出し、ステップＳａ３において、故障率パラメータが所定の判定値αよりも大きいか否かを判定する。

故障率パラメータが判定値α以下であれば、データステーション１０は、リターンして前述の処理を繰り返す。

一方、故障率パラメータが判定値αよりも大きい場合には、データステーション１０は、通信スケジュールを変更する。図１１に、変更後の通信スケジュールを示す。詳しくは、データステーション１０は、通信スケジュールのタイムスロットのうち、何も割り当てられていない（即ち、空いている）タイムスロットに、故障率パラメータの高いセンサ３０が繋がっている中継機２０を割り当てる。例えば、図１における中継機２０ｅに繋がるセンサ３０ｍの故障率パラメータが判定値αよりも大きい場合には、データステーション１０は、図５の通信スケジュールにおいて空いているタイムスロットの全てに中継機２０ｅを割り当てる。割り当てた結果、通信スケジュールは、図１１に示すようになる。つまり、中継機２０ｅには、複数のタイムスロットが割り当てられることになる。

尚、データステーション１０は、空いている全てのタイムスロットに中継機２０ｅを割り当てる必要はなく、空いているタイムスロットのうち１又は複数のタイムスロットに中継機２０ｅを割り当ててもよい。また、故障率パラメータの高いセンサ３０が繋がっている中継機２０が複数存在する場合には、空いているタイムスロットが該複数の中継機２０に分配して割り当てられる。

データステーション１０は、変更後の通信スケジュールを中継機２０に通知する。具体的には、データステーション１０は、各中継機２０に変更後の特定スロットの番号を通知する。各中継機２０は、自身の特定スロットを変更後のタイムスロットに更新し、変更後の特定スロットの番号をセンサ３０に通知する。ただし、各中継機２０は、変更により追加された特定スロットの番号を故障率パラメータの高いセンサ３０にのみ通知する。各センサ３０は、繋がっている中継機２０の特定スロットを変更後のタイムスロットに更新する。

その後、データステーション１０は、リターンして前述の処理を繰り返す。変更後の通信スケジュールでは１サイクル中に中継機２０ｅの特定スロットが何度も到来する。データステーション１０は、中継機２０ｅの特定スロットが到来する度に中継機２０ｅへリクエスト信号を送信する。ただし、データステーション１０は、当初の特定スロット（列Ｌ３、行Ｎ１）では、センサ３０ｍ，３０ｎの両方の検出値を要求するリクエスト信号を送信するのに対し、追加の特定スロットでは、センサ３０ｍの検出値だけを要求するリクエスト信号を送信する。

一方、中継機２０ｅは、変更後の通信スケジュールに従って、アクティブ状態とスリープ状態との切替を実行する。具体的には、中継機２０ｅは、割り当てられた全ての特定スロットにおいてアクティブ状態となり、データステーション１０からのリクエスト信号を待機する。そして、中継機２０ｅは、リクエスト信号に応じて、対応するセンサ３０から検出値を取得し、検出値をデータステーション１０へ送信する。

センサ３０ｍ，３０ｎは、変更後の通信スケジュールに従って、アクティブ状態とスリープ状態との切替を実行する。具体的には、当初の特定スロット（列Ｌ３、行Ｎ１）では、センサ３０ｍ，３０ｎの両方がアクティブ状態となり、中継機２０ｅからの検出信号に応じて検出値を取得、返信する。一方、追加の特定スロット（例えば、列Ｌ１〜Ｌｎ−１，行Ｎｍ、列Ｌｎ，行Ｎ１〜Ｎｍなど）では、センサ３０ｍだけがアクティブ状態となり、中継機２０ｅからの検出信号に応じて検出値を取得、返信する。このとき、センサ３０ｎは、スリープ状態となっている。

尚、実施形態２では、センサ３０は、第１モード及び第２モードを有さないので、図８に示す処理のみを実行し、図９に示す処理は実行しない。ただし、図８の処理においても、ステップＳｃ７，Ｓｃ８は省略され、ステップＳｃ６の後は、センサ３０は、リターンしてステップＳｃ１からの処理を繰り返す。

以上の処理を繰り返すことによって、データステーション１０は、センサ３０の検出頻度をスチームトラップＴの故障の可能性に応じて変更しながら、センサ３０の検出値の収集を繰り返す。詳しくは、故障率パラメータが判定値αより小さいセンサ３０は、１回の通信スケジュールの間に検出値の取得及び送信を１回だけ行う。一方、故障率パラメータが判定値αより大きいセンサ３０は、１回の通信スケジュールの間に検出値の取得及び送信を複数回行う。つまり、データステーション１０は、故障率パラメータが小さいセンサ３０の収集頻度は変更せずに、故障率パラメータが大きいセンサ３０の収集頻度を増加させる。収集頻度を増加させることによって、センサ３０の検出頻度も増加する。これにより、データステーション１０は、故障率パラメータが大きいスチームトラップＴに関してより多くの検出値を収集することができ、スチームトラップＴの故障の可能性をより精度良く分析することができる。

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

例えば、無線通信システム１００は、蒸気システム以外に適用してもよい。また、センサ３０は、スチームトラップＴの振動数及び温度を検出しているが、これ以外の物理量（例えば、電力等）を検出してもよい。

また、通信スケジュールは、タイムスロットがマトリックス状に規定されていなくてもよい。中継機２０へのタイムスロットの割り当ては、ネットワークの階層ごとでなくてもよい。また、１つの中継機２０に１つの特定スロットが割り当てられているが、１つの中継機２０に２以上の特定スロットが割り当てられていてもよい。

前記実施形態では、データステーション１０が故障率パラメータを算出しているが、それに限られるものではない。例えば、データステーション１０は、センサ３０の検出値をサーバ９０へ転送し、サーバ９０が検出値に基づいて故障率パラメータを算出してもよい。データステーション１０は、サーバ９０が算出した故障率パラメータを受け取り、故障率パラメータに基づいてセンサ３０の検出頻度を変更する。

データステーション１０は、複数のタイムスロットに分割された通信スケジュールに従って中継機２０と通信を行って、センサ３０の検出値を収集しているが、それに限られるものではない。データステーション１０は、センサ３０の検出値を周期的に収集すれば、任意の構成を採用することができる。また、検出値を収集する周期は、全てのセンサ３０で共通である必要はなく、センサ３０ごとに異なっていてもよい。

前記実施形態では、センサ３０の検出頻度をデータステーション１０による収集頻度よりも増加させる場合について説明しているが、これに限られない。例えば、故障率パラメータが低い値で安定しているセンサ３０については、その検出頻度を収集頻度よりも低下させてもよい。

故障率パラメータは、検出値、検出値が継続する期間及びスチームトラップＴの種類を考慮して算出されているが、これに限られるものではない。これらのうち何れかの要素を省略したり、別の要素を追加したりして、故障率パラメータを算出してもよい。

さらには、検出頻度を変更する際の基準は、故障率パラメータに限られない。例えば、検出頻度は、検出値の大小関係だけに基づいて変更されてもよい。あるいは、検出頻度は、センサ３０が設置されるシステム（実施形態では、蒸気システム）の運転状態（例えば、運転開始直後であるか否かとか、運転期間が長いか否かとか）に基づいて変更されてもよい。

実施形態１の第２モードの検出頻度は、段階的又は線形的に変更されてもよい。例えば、第２モードの検出頻度は、故障率パラメータに応じて段階的又は線形的に変更されてよい。例えば、スチームトラップＴの種類や型式又はスチームトラップＴが設置されているスチームアプリケーション（例えば、熱交換器等）の特性や重要度を考慮して作成された、故障率パラメータと検出頻度との関係式を用いて第２モードの検出頻度を決定するようにしてもよい。

また、実施形態１と実施形態２とを組み合わせてもよい。すなわち、故障率パラメータが大きい場合には、データステーション１０は、実施形態２のように、該当するセンサ３０が繋がっている中継機２０を空いているタイムスロットに割り当てると共に、通信スケジュールのうち該中継機２０が割り当てられていないタイムスロットにおいては、実施形態１のように、センサ３０が検出値を取得及び保存し、特定スロットにおいて保存しておいた検出値をまとめて送信するようにしてもよい。

また、実施形態２では、空いているタイムスロットを利用することで、センサ３０の検出頻度を増加させているが、これに限られるものではない。例えば、データステーション１０は、複数のチャンネルで中継機２０と通信を行ってもよい。すなわち、データステーション１０は、通常は、一のチャンネルで前述の通常の通信スケジュールに従って各中継機２０と通信を行い、センサ３０の検出頻度を変更する際には、別のチャンネルでも中継機２０と通信を行う。別のチャンネルでは、データステーション１０は、通常の通信スケジュールとは別の通信スケジュールに従って通信を行う。別の通信スケジュールでは、検出頻度を変更させるセンサ３０が繋がっている中継機２０との通信頻度が、通常の通信スケジュールとは異なっている。（例えば、全てのタイムスロットに該中継機２０に割り当てられている）。

前述のフローチャートは、一例に過ぎず、前述のステップを、順番を入れ替えて実行したり、並行に実行したり、省略したりしてもよい。例えば、図８のフローチャートにおいて、センサ３０は、検出値を取得した後、検出値を中継機２０に送信してから（ステップＳｃ６）、モード変更の要否の判定を行っているが（ステップＳｃ７）、検出値の送信とモード変更の要否の判定とを逆の順番で行ってもよいし、並行に行ってもよい。

以上説明したように、ここに開示された技術は、無線通信システム及びセンサについて有用である。

１００ 無線通信システム
１０ データステーション（通信端末、親機）
２０ 中継機（通信端末）
３０ センサ（通信端末）
４０ センサ部
５０ 処理部
Ｔ スチームトラップ（対象物）

Claims (5)

1. 複数の通信端末によってネットワークを形成する無線通信システムであって、
   前記複数の通信端末は、対象物の所定の物理量を検出する複数のセンサと、前記センサの検出値を中継する複数の中継機と、前記センサの検出値を周期的に収集する親機とを含んでおり、
   前記中継機のそれぞれは、複数のタイムスロットに分割され、周期的に繰り返される通信スケジュールにおいて特定のタイムスロットが割り当てられており、
   前記親機は、
   前記通信スケジュールに従って前記中継機と通信を行い、前記特定のタイムスロットにおいて該特定のタイムスロットに割り当てられた中継機に繋がっている前記センサの検出値を収集し、
   前記センサの運転モードを、該センサの繋がっている前記中継機に割り当てられた前記特定のタイムスロットの１回の到来につき検出値を１回検出する第１モードと前記第１モードよりも検出値の検出頻度が多い第２モードとで切り替えることによって、前記通信スケジュールの周期及び前記複数のタイムスロットの周期を変更することなく前記センサの検出頻度を変更することを特徴と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において、
   前記親機は、前記センサの前記運転モードを前記センサの検出値に基づいて切り替えることを特徴とする無線通信システム。
3. 請求項２に記載の無線通信システムにおいて、
   前記親機は、前記センサの検出値から求められる、前記対象物の故障の可能性が所定の基準以下の場合には前記センサの運転モードを前記第１モードに設定し、前記対象物の故障の可能性が前記基準よりも高い場合には前記センサの運転モードを前記第２モードに設定することを特徴とする無線通信システム。
4. 請求項１乃至３の何れか１つに記載の無線通信システムにおいて、
   前記センサは、前記第２モードにおいては、該センサの繋がっている前記中継機に割り当てられた前記特定のタイムスロットが到来するまでの前記検出値を保存し、該特定のタイムスロットが到来したときに保存しておいた複数の前記検出値を該センサの繋がっている前記中継機を介して前記親機へ送信することを特徴とする無線通信システム。
5. 複数の通信端末によってネットワークを形成する無線通信システムであって、
   前記複数の通信端末は、対象物の所定の物理量を検出する複数のセンサと、前記センサの検出値を中継する複数の中継機と、前記センサの検出値を周期的に収集する親機とを含んでおり、
   前記中継機のそれぞれは、複数のタイムスロットに分割され、周期的に繰り返される通信スケジュールにおいて特定のタイムスロットが割り当てられており、
   前記複数のタイムスロットは、前記特定のタイムスロットの他に、前記中継機が割り当てられていない空のタイムスロットを含み、
   前記親機は、
   前記通信スケジュールに従って前記中継機と通信を行い、前記特定のタイムスロットにおいて該特定のタイムスロットに割り当てられた中継機に繋がっている前記センサの検出値を収集し、
   前記センサの検出頻度を増加させる場合には、該センサの繋がっている中継機を前記特定のタイムスロットに加えて前記空のタイムスロットに割り当てることによって、前記通信スケジュールの周期及び前記複数のタイムスロットの周期を変更することなく前記センサの検出頻度を変更させることを特徴とする無線通信システム。

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