JP6848617B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、無線親機からの呼出に応答して、無線子機がガス、水道等の検針データを無線親機へ送信し、無線親機は受信した検針データをセンタ装置へネットワーク経由で伝送するようにした検針データ収集システムに用いて好適な無線通信システムに関する。

近年、公衆回線を利用して、ガスメータ等の検針データを遠隔地のセンタ装置で自動収集する検針データ収集システムが実用化されている。このシステムとして、各家庭のガスメータ等に近接して設置され、メータの計測値（検針データ）を特定小電力無線により送信する無線子機と、その無線子機から送信された計測値を受信し、その計測値を公衆回線経由でセンタ装置へ伝送する無線親機とを備えたものがある（特許文献１参照）。

このような検針データ収集システムでは、センタ装置からの定期的な検針要求を受信した無線親機が無線子機に対し検針データの送信を要求するが、無線子機が電池駆動の場合は、無線子機の消費電力を節約するために無線子機を間欠駆動させる。即ち、所定時間（例えば１〜６０ｓｅｃ）毎に一定時間（例えば１〜５００ｍｓｅｃ）だけ無線子機の無線通信手段に電力供給を行い、無線親機からの呼出信号（検針データの送信要求）の有無をチェックし、呼出信号を確認したときのみ間欠駆動を解除して、メータ値の計測及び送信を行う。ここで、呼出信号の有無のチェックは、まず使用しているチャネル内の無線キャリアの存在の有無を判定し、存在した場合にその無線キャリアを復調して自分宛のＩＤが含まれているか否かを判定する処理を行う。一定時間内に、無線親機からの呼出信号が確認されなかった場合には、次の所定時間が来る迄、無線通信手段への給電を停止する。これにより、無線子機における電池の長寿命化が可能になる。

また、このような検針データ収集システムにおいて、無線通信システムを構成する無線親機−無線子機間の特定小電力無線の無線通信は、所定の周波数帯域内に設けられた複数のチャネルの中から１つのチャネルを選択して運用している。また、複数の無線通信システムが隣接している場合、無線通信システム毎に使用するチャネルを異ならせ、混信しないようにしている。

また、このような無線通信システムにおいて、ノイズや隣接する無線通信システム等からの妨害電波の影響により、通信障害が発生したときは、影響を受けない他のチャネルに切り替えることが行われている。また、切り替え作業の手間を省くため、運用開始時より複数の設定チャネルを順次自動的に切り替えて使用するマルチチャネルでの動作も行われている。

特許第４０２６０６９号公報

上述したチャネル（以下、ｃｈと表記することがある）の切り替えは、低出力の無線通信システムであれば、端末の設置範囲が狭い（例えば無線親機から半径１００〜２００ｍ）ため、チャネル切り替え作業時の作業者の移動距離は短い。また、設置範囲が狭いことから、全端末が同じ妨害電波を受けている場合が多く、全端末に対する単純なチャネル切り替え（例えば５ｃｈを８ｃｈに変更する）で妨害を回避することができる。

しかし、高出力の無線通信システムでは、端末間の設置距離が数ｋｍ程度と離れているため、作業者の移動距離が長いという問題だけでなく、各端末に影響を与えているノイズや妨害電波の周波数が共通でない場合があり、全端末に対する単純なチャネルの切り替えでは影響を回避できないという問題もある。

また、上述したマルチチャネルでの動作の場合、常にマルチチャネルで動作するため、ノイズや他の無線通信システムからの妨害電波の影響がないときでも、複数のチャネルでの通信動作（チャネル切り替え毎に必要な無線子機−無線親機間のやりとり）を行うため、単独チャネルでの動作に比べ、動作時間及び消費電力が増加してしまうという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、無線親機及び無線子機を有する無線通信システムにおいて、無線子機が妨害電波の影響を受けても、無線親機及び無線子機のそれぞれの設置場所でのチャネル変更作業を不要にし、かつ動作時間及び消費電力の増加を防止できるようにすることである。

本発明に係る無線通信システムは、無線親機及び無線子機を有する無線通信システムであって、前記無線親機は、連続する複数のチャネルの電波を同時に受信する受信手段と、前記複数のチャネルの電波を択一的に前記無線子機に送信する送信手段と、前記送信手段の電波のチャネルを前記無線子機から送信された電波の周波数に基づいて選択する選択手段と、を有し、前記無線子機は、前記複数のチャネルの電波を択一的に前記無線親機に送信する送信手段と、当該送信するチャネルに妨害電波が検出されたとき、当該送信手段の電波のチャネルを他のチャネルに切り替える切り替え手段と、を有する、無線通信システムである。

本発明によれば、無線親機及び無線子機を有する無線通信システムにおいて、無線子機が妨害電波の影響を受けても、無線親機及び無線子機のそれぞれの設置場所でのチャネル変更作業を不要にし、かつ動作時間及び消費電力の増加を防止することができる。

本発明の実施形態に係る無線通信システムの構成を示す図である。 無線親機の構成を示すブロック図である。 無線子機の構成を示すブロック図である。 無線親機の動作を示すフローチャートである。 無線子機の動作を示すフローチャートである。 無線通信システムの動作を示すシーケンス図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
〈無線通信システムの構成〉
図１は、本発明の実施形態に係る無線通信システムの構成を示す図である。
図示のように、この無線通信システムは無線親機１と、複数（ここでは４台）の無線子機２ａ〜２ｄとを備えている。無線親機１と無線子機２ａ〜２ｄとは特定小電力無線３を用いて通信を行う。なお、無線親機１は、図示しない携帯電話回線などの公衆回線を介してセンタ装置に接続され、無線子機２ａ〜２ｄにはガスメータ等が接続される。ただし、これらは本発明とは直接関係ないため、説明を省略する。また、以下の説明で、無線子機２ａ〜２ｄを区別しない場合は無線子機２とする。

〈無線親機の構成〉
図２は、無線親機１の構成を示すブロック図である。
無線親機１は、この無線親機全体の制御等を行う制御部１１と、それぞれが制御部１１に接続された送受信部１２、記憶部１３、表示部１４、及び操作入力部１５を備えており、送受信部１２にはアンテナ１６が接続されている。

制御部１１は、例えばマイクロプロセッサ及びその周辺回路等で構成され、無線親機全体の制御や演算処理等を行う。ここでは、制御部１１が記憶部１３に格納されているプログラムやデータを処理することにより実現される手段として、子機チャネル判定手段１１ａ及び送信チャネル選択手段１１ｂを図示した。これらの手段の詳細については後述する。

送受信部１２は、無線子機２に対し、アンテナ１６により特定小電力無線を用いたデータ送受信を行う。ここでは、９２０ＭＨｚ帯の高出力（例えば２５０ｍＷ）で送信する。また、９２０ＭＨｚの標準規格（ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ１０８）では、周波数の連続する単位チャネルを最大５つ同時に使用することが許容されているので、本実施形態でも５つの単位チャネル（ここでは、(Ｘ−２)〜(Ｘ＋２)ｃｈとする）を同時に受信するように構成した。

また、送受信部１２は、アンテナ１６で受信された無線子機２からの電波の周波数を検出し、周波数データとして制御部１１内の子機チャネル判定手段１１ａに供給するように構成されている。子機チャネル判定手段１１ａは、入力された周波数データに基づいて、無線子機２の使用チャネルが上記５つの単位チャネルのどれであるのかを判定する。後に詳述するように、無線子機２の使用チャネルの初期設定値は(Ｘ−２)〜(Ｘ＋２)ｃｈの中央のＸｃｈであるが、Ｘｃｈに妨害電波が検出されたときに切り替えられる。この子機チャネルの判定結果は、後述する記憶部１３内の子機チャネル管理テーブル１３ｂに格納され、送受信部１２が無線子機２に送信する電波のチャネルを選択する送信チャネル選択手段１１ｂで使用される。

記憶部１３は、ＲＯＭなど不揮発性メモリ、フラッシュメモリ等の書換え可能な不揮発性メモリ、ＲＡＭ等の揮発性メモリからなる。そして、ＲＯＭには無線親機１を動作させるために必要な制御プログラムが格納されている。また、ＲＡＭには制御部１１が実行中の各プログラムや、それらの実行に必要な情報が格納される。また、書換え可能な不揮発性メモリには、各種設定データなどが格納される。

ここでは、親機チャネル管理テーブル１３ａ及び子機チャネル管理テーブル１３ｂを図示した。親機チャネル管理テーブル１３ａには、予め上述した５つの単位チャネルが登録されている。また、子機チャネル管理テーブル１３ｂには、初期設定値としてＸｃｈが格納され、その後、子機チャネル判定手段１１ａの判定結果により更新される。ここでは、子機２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの単位チャネルが、それぞれＸｃｈ，Ｘｃｈ，(Ｘ＋１)ｃｈ，(Ｘ−１)ｃｈの状態を表している。

表示部１４は、ＬＥＤ等で構成されており、無線親機１の動作状態等を表示するユーザＩ／Ｆである。操作入力部１５は、ボタンやスイッチ等からなり、無線親機１に対する所定の設定を入力するためのユーザＩ／Ｆである。

〈無線子機の構成〉
図３は、無線子機２の構成を示すブロック図である。
無線子機２は、この無線子機全体の制御等を行う制御部２１と、それぞれが制御部２１に接続された送受信部２２、記憶部２３、表示部２４、及び操作入力部２５を備えており、送受信部２２にはアンテナ２６が接続されている。

制御部２１は、例えばマイクロプロセッサ及びその周辺回路等で構成され、無線親機全体の制御や演算処理等を行う。ここでは、制御部２１が記憶部２３に格納されているプログラムやデータを処理することにより実現される手段として、妨害検出手段２１ａ及びチャネル選択手段２１ｂを図示した。これらの手段の詳細については後述する。

送受信部２２は、無線親機１に対し、アンテナ２６から特定小電力無線を用いたデータ送受信を行う。ここでは、９２０ＭＨｚ帯の高出力（例えば２５０ｍＷ）で送信する。また、周波数の連続する５つの単位チャネル（ここでは、(Ｘ−２)〜(Ｘ＋２)ｃｈとする）のうち、１つを選択して使用する。

また、送受信部２２は、アンテナ２６で受信された妨害電波を制御部２１内の妨害検出手段２１ａに供給するように構成されている。妨害検出手段２１ａの検出結果は送受信部２２が送受信に使用する電波のチャネルを選択するチャネル選択手段２１ｂで使用される。

記憶部２３は、ＲＯＭなど不揮発性メモリ、フラッシュメモリ等の書換え可能な不揮発性メモリ、ＲＡＭ等の揮発性メモリからなる。そして、ＲＯＭには無線子機２を動作させるために必要な制御プログラムが格納されている。また、ＲＡＭには制御部２１が実行中の各プログラムや、それらの実行に必要な情報が格納される。また、書換え可能な不揮発性メモリには、各種設定データなどが格納される。

ここでは、使用可能チャネル設定テーブル２３ａ及び使用チャネル設定テーブル２３ｂを図示した。使用可能チャネル設定テーブル２３ａには、送受信部２２での送受信に使用可能な(Ｘ−２)〜(Ｘ＋２)ｃｈが予め設定されており、使用チャネル設定テーブル２３ｂには使用中のチャネルが格納される。この使用チャネル設定テーブルの初期設定値はＸｃｈであり、その後、チャネル選択手段２１ｂで選択されたチャネルに更新される。ここでは、Ｘｃｈを使用中であることを表している。

表示部２４は、ＬＥＤ等で構成されており、無線親機１の動作状態等を表示するユーザＩ／Ｆである。操作入力部２５は、ボタンやスイッチ等からなり、無線親機１に対する所定の設定を入力するためのユーザＩ／Ｆである。

〈無線親機及び無線子機の動作〉
以上の構成を有する無線通信システムの動作について、無線親機１の動作フロー、無線子機２の順に説明する。

《無線親機の動作》
図４は、無線親機１の動作を示すフローチャートである。
まず初期設定をＸチャネル（例えば５チャネル）として、子機チャネル管理テーブル１３ｂを作成し（ステップＳＴ１）、待機状態となる（ステップＳＴ２）。

無線子機２からの受信時は、送受信部１２は（Ｘ−２）〜（Ｘ＋２）ｃｈからなる５単位チャネルを同時に受信し（ステップＳＴ３）、子機チャネル判定手段１１ａが受信電波の中心周波数より、無線子機２の単位チャネルを特定する（ステップＳＴ４）。

そして、特定した単位チャネルで無線子機２と通信し（ステップＳＴ５）、通信が終了したら（ステップＳＴ６）、通信チャネルが初期設定されたＸチャネルであるか否かを判断する（ステップＳＴ７）。

通信チャネルがＸチャネルであったときは（ステップＳＴ７：Yes）、そのまま待機状態に移行し、Ｘチャネルでなかったときは（ステップＳＴ７：No）、子機チャネル管理テーブル１３ｂを更新し（ステップＳＴ８）、待機状態に移行する。

無線子機２へ送信時は、相手子機の単位チャネルを子機チャネル管理テーブル１３ｂから読み出し（ステップＳＴ９）、送信チャネル選択手段１１ｂでその単位チャネルを選択し、無線子機２と通信を行い（ステップＳＴ１０）、通信終了となる（ステップＳＴ１１）。

《無線子機の動作》
図５は、無線子機２の動作を示すフローチャートである。
まず使用チャネル設定テーブル２３ｂの初期設定をＸチャネル（例えば５チャネル）とし（ステップＳＴ２１）、待機状態となる（ステップＳＴ２２）。

無線親機１からの受信時は、現在の設定チャネルで受信する（ステップＳＴ２３）。そして、現在の設定チャネルで通信し（ステップＳＴ２４）、通信終了となる（ステップＳＴ２５）。

無線親機１への送信時は、現在の設定チャネルでキャリアチェックを実施し（ステップＳＴ２６）、ノイズが検出されたか否かを判断する（ステップＳＴ２７）。ノイズが検出されなければ（ステップＳＴ２７：No）、現在の設定チャネルで通信し（ステップＳＴ２８）、通信終了となる（ステップＳＴ２９）。ノイズが検出された場合は（ステップＳＴ２７：Yes）、設定チャネルを変更し（ステップＳＴ３０）、ステップＳＴ２６に移行する。

〈無線通信システムの動作〉
図６は、無線通信システムの動作を示すシーケンス図である。ここでは、５つの連続する単位チャネルを３〜７チャネルとし、初期設定チャネルを５チャネルとした場合について説明する。

無線親機１と無線子機２ａ〜２ｄとの間の５チャネルにノイズ等の妨害がなく、子機２ａ〜２ｄの単一チャネルの初期設定を５チャネルとして運用を開始する（シーケンスＳ１）。このときの子機チャネル管理テーブル１３ｂを下記の表１に示す。

無線親機１は、３〜７チャネルで同時に待ち受け（シーケンスＳ２）、無線子機２ａとの間で５チャネルを使用して通信を行う（シーケンスＳ３）。その後、無線子機２ａは、５チャネルで妨害が検出され、６チャネルに切り替えたため（シーケンスＳ４）、無線親機１と無線子機２ａとは６チャネルで通信を行っている（シーケンスＳ５）。このときの子機チャネル管理テーブル１３ｂを下記の表２に示す。

無線親機１は、無線子機２ｄとの間で初期設定されたチャネルである５チャネルを使用して通信を行っている（シーケンスＳ６）。その後、無線子機２ｄは、５チャネルで妨害が検出され、６チャネルに切り替えても妨害が検出されたため、４チャネルに切り替えている（シーケンスＳ７）。無線親機１と無線子機２ｄとは４チャネルで通信を行っている（シーケンスＳ８）。このときの子機チャネル管理テーブル１３ｂを下記の表３に示す。

無線子機２ｂ及び２ｃでは、初期設定以来妨害が検出されていないため、無線親機１は、無線親機２ｂ及び２ｃとは、初期設定された５チャネルで通信している（シーケンスＳ９、Ｓ１０）。

以上詳細に説明したように、本発明の実施形態に係る無線通信システムには下記（１）〜（３）の特徴がある。
（１）９２０ＭＨｚ帯について、ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ１０８では、最大５つまでの単位チャネルを同時に使用してよいという規定を無線親機１の受信動作時のみに適用し、最大５単位チャネルを同時動作させる。これにより、無線子機２は設定された最大５つの同時使用チャネルのうち、ノイズや他システムの影響を受けていない１つのチャネルを選択して送信を行い、無線親機１は同時使用チャネルのうち、受信したのがどのチャネルであるのかを周波数検出機能を使用して特定し、そのチャネルで返送することで、親子間の無線通信を成立させることができる。つまり、通信システム内の全端末が同一のチャネルを使用していなくても、予め設定された最大５チャネルの中であれば、どのチャネルを使用しても親子間で通信が可能となる。
（２）全ての端末がノイズや他システムの妨害を受けていない共通で使用可能な同一チャネルを探す必要がなくなり、かつ、距離が離れた各端末の設置場所を回ってチャネル切り替え作業を行わなくてよくなる。このため、通信復旧のために運用の一時停止が不要となる。
（３）同時チャネル使用による受信を行うことで、１チャネル分の受信動作時間で最大５チャネル分の受信動作が可能となり、従来のマルチチャネル方式に比べて消費電力を抑えることができる。

１…無線親機、２，２ａ〜２ｄ…無線子機、１２，２２…送受信部、１１ａ…子機チャネル判定手段、１１ｂ…送信チャネル選択手段、２１ａ…妨害検出手段、２１ｂ…チャネル選択手段。

Claims (3)

1. 無線親機及び無線子機を有する無線通信システムであって、
   前記無線親機は、連続する複数のチャネルの電波を同時に受信する受信手段と、前記複数のチャネルの電波を択一的に前記無線子機に送信する送信手段と、前記送信手段の電波のチャネルを前記無線子機から送信された電波の周波数に基づいて選択する選択手段と、を有し、
   前記無線子機は、前記複数のチャネル電波を択一的に前記無線親機に送信する送信手段と、当該送信するチャネルに妨害電波が検出されたとき、当該送信手段の電波のチャネルを他のチャネルに切り替える切り替え手段と、を有する、
   無線通信システム。
2. 請求項１に記載された通信システムにおいて、
   前記無線子機は、前記連続する複数のチャネルのうちの１つの中央のチャネルを自身の送信手段の電波の初期設定チャネルとする、通信システム。
3. 請求項２に記載された通信システムにおいて、
   前記切り替え手段は、初期設定されたチャネルで妨害が検出されたとき、その隣接チャネルに切り替える、通信システム。

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