JP7245413B2 - 低消費電力無線送受信システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の無線機からなる無線送受信システムにおける各無線機の低消費電力化方法に関する。

従来、複数の無線機からなる無線送受信システムにおいて、各無線機の低消費電力を実現するためには、無線送信時だけでなく、無線受信時においても、無線通信動作に必要な時以外は低消費電力モードで動作させる必要があり、そのため、送信側と受信側で無線送受信の同期合わせが必要になってくる。

例えば、特許文献１では、無線親機が同期して通信するための同期データを複数の無線子機に送信して同期を確立した上で、親機と各子機間で必要とするデータの送受信を行う方法が提案されている。

特開２０１１－６１６９０号公報 特開２０１８－３８０２３号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、親機と各子機との間での同期の確立後においても、必要とするデータ送受信の際には、親機と各子機の両者共に送信動作と受信動作の両方の動作を行う必要があるので、両者共に低消費電力化を図るには一定の限界があった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、複数の無線機からなる送受信システムにおいて、特に親機と子機の区別なく、各無線機の送受信の際の低消費電力化を実現するものである。

本発明では、複数の無線機からなるシステムの中で、一定の方法で定まる特定の無線機が第１の一定時間毎に、他の無線機あてに同期要求信号と制御データまたは収集データを送信し、他の無線機は前記特定の無線機からの前記第１の一定時間の整数倍のインターバルである第２の一定時間毎に、その同期要求信号を受信することにより、定期的に前記特定の無線機との間の同期を確立すると共に、前記制御データまたは収集データを受信する。

上記の一定の方法で定まる特定の無線機とは、例えば、複数の無線機の中で、最初に電源が投入され、動作を開始した無線機である。電源が投入され、動作を開始した無線機はまず、他の無線機からの同期要求信号の受信動作を行うため、一定時間は受信待ちのため、無線機のＣＰＵはスリープモード（低消費電力モードと呼び、スリープモード＝低消費電力モード）でなく、オペレーティングモード（通常モードと呼び、オペレーティングモード＝通常モード）で動作する。

一定時間受信待ちを行ったが、他の無線機からの同期要求信号が受信できないときは、自らの無線機がシステム内で最初に電源が投入され、動作を開始した無線機と判断して、他の無線機あてに同期要求信号と制御データまたは収集データの送信動作を開始する。

当該特定の無線機から同期要求信号を受信した無線機は、当該特定の無線機との間で同期を確立する。当該特定の無線機と同期を確立した無線機は自分自身以外の無線機と同期を確立するために、更に当該特定の無線機と自分自身以外の無線機に向けて同期要求信号と前記制御データまたは収集データを送信する。

詳細には、同期を確立した各無線機は同期確立後に前記第１の一定時間毎に、他の無線機あてに同期要求信号と同時に前記制御データまたは収集データを送信する。これによって、各無線機の間で前記制御データまたは収集データが共有可能となると共に、各無線機全てで同期がとれることになる。

各無線機は、他の無線機との同期がいったん外れても、他の無線機からの前記第１の一定時間毎の同期要求信号を受信することにより、再度、他の無線機との同期が再確立される。

同期がとれた各無線機において、前記同期要求信号の送信終了後から前記第１の一定時間経過による次の同期要求信号の送信開始までの間は低消費電力モードで動作し、前記同期要求信号の受信時を除いては受信動作を行わない間欠送受信の動作を行って、低消費電力を実現する。

更には、無線送受信の際における各無線機の識別を必要とせずに、各無線機間で制御データまたは収集データの送受信を行う。

本発明では前述した同期確立後に前記第１の一定時間毎、例えば２．１秒毎に、他の無線機あてに同期要求信号と前記制御データまたは収集データを送信するが、この送信時には無線機のＣＰＵは通常モード（＝オペレーティングモード）で動作する。この時の通常モードでの動作モードを送信モードと呼ぶ。

前記第１の一定時間の整数倍のインターバルである第２の一定時間毎に例えば２．１秒×５＝１０．５秒毎に、前述の同期要求信号を受信するが、この受信時にも無線機のＣＰＵは通常モード（＝オペレーティングモード）で動作する。この時の通常モードでの動作モードを送受信モードと呼ぶ。

この送受信モード時は、他の無線機からの同期要求信号と制御データまたは収集データ受信すると、自分自身以外の他の無線機に向かって、受信した同期要求信号と同一の同期要求信号及び自分自身のセンサ入力やＳＷ入力等に対応して（自分自身の無線機が取得したセンサ入力を外部へ収集データとして送信することや自分自身の無線機のＳＷ入力により外部を制御するための制御データとして送信することに対応して）、更新した制御データまたは収集データ、或いは更新しない受信した制御データまたは収集データと同一のデータを送信する。

更新した制御データまたは収集データを送信する場合は、自分自身以外の他の無線機に対して、他の無線機からも同様に送信されてくる更新されない制御データまたは収集データよりも優先して受信してもらえるように、更新しない場合に比べ、データ送信のタイミングを早める。

この早める時間を考慮して、送受信モードでの動作時間を決める。例えば、制御データまたは収集データを更新する場合の早めるタイミングを２０ｍｓとすると、送受信モードでの動作時間は確実に受信できるように例えば、１００ｍｓにする。

通常モードでの送信モードと送受信モード以外は無線機のＣＰＵは低消費電力モード（＝スリープモード）で動作する。各無線機の消費電力低減効果は、
通常モードの動作時間／（通常モードの動作時間＋低消費電力モードの動作時間）
を小さくするほど、大きくなる。

送信モードの動作時間に比べ、送受信モードの動作時間が相対的に大きいため、消費電力を低減するためには、送受信モードの動作時間を短くすればよい。

そのためには、前記第１の一定時間の整数倍のインターバルである第２の一定時間を長くする、言い換えれば前記「整数倍のインターバル」の中の整数倍の倍率を上げればよいが、自分自身のセンサ入力やＳＷ入力等への入力に対して応答として出力するまでの時間が長くなり、応答性が低下する。

低消費電力性と応答性はトレードオフの関係にあるが、無線送受信システムとして最適な値を選択すれば良い。本発明の無線送受信システムはシステムを構成する全ての無線機の間で同期が確立しているので、整然とした間欠送受信システムが構成され、送信時のみならず、受信時においても、可能な限りの低消費電力化が図れるシステムとなっている。

ここで、前述の低消費電力モード（＝スリープモード）とはＣＰＵと無線回路の動作において、いわゆるスリープ動作等、ＣＰＵがプログラムの動作を停止し、低速クロックで必要最小限の動作のみを行い、無線送受信動作も不可能となる代わりに最大限に消費電力を低減するモードであり、通常モード（＝オペレーティングモード）とはＣＰＵと無線回路の動作において、高速クロックで動作して、無線送受信動作が可能となる代わりに消費電力も大きくなるモードのことを言う。

また、各無線機間で同期要求信号を送受信し合うことにより、距離的に直接の制御データまたは収集データを含む無線信号が到達しない無線機間でも他の無線機が中継することが可能となり、中継することによって、全ての無線機間で制御データまたは収集データが共有される。

前述したように、各無線機間で送受信動作が同等であり、各無線機間で上位、下位等の識別を必要としない。但し、意識して識別を行い、各無線機の中で他の機器との接続を行い、制御データまたは収集データに関する指示及び管理を行う特別な無線機とその他の無線機とを区別するための機能設定をすることも可能である。

前述したように、各無線機は、送信と受信の両方の動作を行うが、このうち受信は前述の動作であり、前記第１の一定時間の整数倍のインターバルである第２の一定時間毎に行う。送信は他の無線機との同期を確立するための同期要求信号を自分自身以外の各無線機に送信するものであり、各無線機が受信しようとしまいと常に送信することにより、自分自身の無線機と他の無線機との同期がいったん外れてしまっても、他の無線機は常に送信されている前記の同期要求信号を受信することにより、再度、同期を復活して確立することができる。

前記同期要求信号に対する各無線機の受信動作は以下の通りである。各無線機はあらかじめ設定された前記同期要求信号を受信するタイミングにある時のみ、通常のデータの送信動作のみを行うタイミングの時と異なり、早めに、低消費電力モードから通常モードに起き上がるので、前記同期要求信号を受信できるが、通常のデータの送信動作のみを行うタイミングでは、他の無線機が前記同期要求信号を送信後に自分自身の無線機が低消費電力モードから通常モードに起き上がるので、前記同期要求信号を受信できない。

各無線機はあらかじめ設定された前記同期要求信号の受信タイミングで、他の無線機からの前記同期要求信号を一定時間待ち、その間に、前記同期要求信号を受信できない時は、設定した前記第１の一定時間の整数倍のインターバルの経過後の次の受信タイミングで再度、前記同期要求信号の受信を試みることになる。

本発明によれば、複数の無線機からなる無線送受信システムにおいて、各無線機は定期的に同期要求信号を送信することにより、また、各無線機はその同期要求信号を受信することによって、受信動作開始タイミングが送信タイミングと合うように調整されることになる。このことによって、各無線機間での送受信のタイミングが合致し、各無線機間で間欠送受信動作が可能となり、システムとしての低消費電力が実現される。

また、この際、各無線機は全て同格であり、上位、下位の識別を必要としていないし、無線機の台数についても制限はない。また、各無線機間で送受信する周波数とアドレスは同一で構わない。

距離的な問題で直接送受信のかなわない無線機間でも、間に中継する無線機を置き、隣り合う無線機間で送受信が行われることを繰り返して、最終的には、システムに属する全ての無線機間で制御データまたは収集データが共有される。複数の無線機を使い、中継を繰り返すことによって、無線到達距離の大幅な延伸化が容易に実現される。

各無線機間で送受信する周波数とアドレスは同一を想定しているが、混信が想定される場合は隣り合う無線機間同志の送受信時のみ周波数とアドレスを合わせ、その他は周波数とアドレスの一方、あるいは両方を変えてもよい。

定期的に同期要求信号の送受信動作が行われないと、無線機の制御データまたは収集データの受信動作開始タイミングは、各無線機間の動作基準クロックの差に起因して徐々に各無線機間で初期値よりずれてくることになる。従って、このずれの値は各無線機間での送受信を繰り返す毎に大きくなってくるが、各無線機間で定期的に同期要求信号を送受信することにより、初期値に戻すことができる。

また、各無線機は他の無線機が受信しようとしまいと常に、他の無線機に対し、前記同期要求信号を送信しているので、ある無線機の同期が他の無線機との同期からいったん外れても、その無線機は他の無線機から前記同期要求信号を受信することにより、自動的に同期を復活させることができる。

図１は本発明における複数の無線機（実施例として無線機４台）からなる無線送受信システムにおける各無線機間の各信号の送受信タイミング図である。 図２は本発明における各無線機を子機の一部分とし、別途子機と親機、データ記録用の外部記録装置を配置した低消費電力無線通信システムのブロック図である。

図１に基づいて、本発明における無線機４台からなる無線送受信システムにおける各信号の送受信タイミングを示し、各無線機が低消費電力で動作する手順を以下に説明する。

（１）各無線機は第１の一定時間ＴＭ、例えば２１００ｍｓ毎に、他の無線機あてに同期要求信号ＷＰを送信する。また、各無線機は第１の一定時間（＝２１００ｍｓ）の整数倍（＝５倍）のインターバルである第２の一定時間＝２１００ｍｓ×５＝１０５００ｍｓ毎に、他の無線機からの同期要求信号を受信する。この同期要求信号受信の際に、他の無線機からの制御データまたは収集データも合わせて受信する。

（２）ここで、無線機１～無線機４は一直線上に並んでいると仮定し、無線到達距離の関係から、隣り合う無線機同志のみで送受信可能と仮定しているが、無線機１～無線機４の全４台間で送受信可能であってもよい。これは、各無線機は他の無線機から送信されてきた同期要求信号を受信する際は、より早く受信した同期要求信号が有効となり、後から送信されてきた同期要求信号は受信されず無視されるためである。

無線機１は“１”～“４”及び“６”～“８”の期間では、他の無線機からの同期要求信号ＷＰ送信のタイミングにおいて、低消費電力モード（＝スリープモード）に当たるため、当該同期要求信号ＷＰは受信できない。“１”～“４”及び“６”～“８”の期間では、低消費電力モードから通常モード（＝オペレーティングモード）に起き上って、送信動作（処理）を行った後、再び、低消費電力モードに入って第１の一定時間ＴＭが経過するのを待っている。

前述したように、この時の通常モードでの動作を送信モードと呼ぶ。図１における、Ａは一定時間のインターバルＴＭのうち、低消費電力モードに入っている時間であり、α＝ＴＭ－Ａは一定時間のインターバルＴＭのうち、通常モードに入っている時間である。この通常モードに入っている時間α＝ＴＭ－Ａは無線機の送信モード時の送信動作（処理）時間であり、例えばα＝１ｍｓである。送信動作（処理）は一瞬であり、典型的には１ｍｓ程度の時間で処理が完了する。

（３）“５”の期間では、低消費電力モードから通常モード（＝オペレーティングモード）に起き上って送信モード時の送信動作（処理）を行った後、Ｂの時間だけ、低消費電力モードに入った後、再度通常モードに戻って、他の無線機からの同期要求信号ＷＰを受信するための動作を行う。この時の通常モードでの動作を前述したように送受信モードと呼ぶが、この送受信モードでは、他の無線機からの同期要求信号ＷＰの待ち受けの時間が必要のため、低消費電力モードの動作時間Ｂは送信モードでのＡに比べ短く設定される。

例えば、ＴＭ＝２１００ｍｓの場合、Ａ＝２０９９ｍｓ、Ｂ＝１９９９ｍｓに設定される。Ｂの値は各無線機間の各無線機間の動作基準クロックの差とセンサ入力やＳＷ入力等に対応して制御データまたは収集データを更新する場合の制御データまたは収集データの送信タイミングと制御データまたは収集データを更新しない場合の送信タイミングの設定時間差を考慮して決められる。

（４）無線機２は“２”の期間で、制御データまたは収集データを自らのセンサ入力やＳＷ入力等に対応してＳＩＧ１からＳＩＧ２に更新し、更新したデータを同期要求信号ＷＰと共に、他の無線機あてに送信しているが、他の無線機もまた、同期要求信号ＷＰと共に更新しないデータＳＩＧ１を送信している。

無線機２は他の無線機にＳＩＧ１でなく、ＳＩＧ２を受信してもらうために、同期要求信号ＷＰとＳＩＧ２の送信タイミングを他の無線機より早めている。図１では例として、β＝２０ｍｓ早めている。

図１では無線機が送信モードのみを行う場合のインターバルをＴＭ、無線機が送受信モード動作を行う場合のインターバルをＲＣＶと表記している。上記β＝２０ｍｓ早めて送信された同期要求信号ＷＰと更新された制御データまたは収集データを受信するために、各無線機は第１の一定時間ＴＭ（＝２１００ｍｓ）の整数倍（＝５）のインターバルである第２の一定時間１０５００ｍｓ毎の期間に、例えば、ＲＣＶ－α－Ｂ＝１００ｍｓだけ早く低消費電力モードから通常モードに起き上っている。

このＲＣＶ－α－Ｂは各無線機の送受信モード時の受信待ち及び受信動作（処理）時間に相当するが、図１では、例として、無線機１では“５”の期間、無線機２では“４”の期間、無線機３では“３”の期間と“８”の期間、無線機４では“１”の期間と“６”の期間にＲＣＶ－α－Ｂ＝１００ｍｓだけ早く低消費電力モードから通常モードに起き上って受信待ちをしていることを示している。

この受信待ちをしている期間で、他の無線機から同期要求信号ＷＰと制御データまたは収集データを受信するともう、その後に続く他の無線機からの同期要求信号ＷＰと制御データまたは収集データは受信しないように制御されている。

図１では無線機２からの更新されたＳＩＧ２は“３”の期間で、無線機３に通知され、無線機３が受信処理を行って無線機３から送信される制御データまたは収集データもＳＩＧ２に更新されている。無線機２からの更新されたＳＩＧ２は“５”の期間で、無線機１に通知され、無線機１が受信処理を行って無線機１から送信される制御データまたは収集データもＳＩＧ２に更新されている。

無線機３からの更新されたＳＩＧ２は“６”の期間で、無線機４に通知され、無線機４が受信処理を行って無線機４から送信される制御データまたは収集データもＳＩＧ２に更新されている。

このようにして、無線機２で更新された制御データまたは収集データは他の無線機１、無線機３、無線機４に送信、各無線機で受信処理され、全ての無線機で共有される。

また、図１には、このＳＩＧ１とＳＩＧ２の送受信動作に関する動作例を示しており、以下に説明する。＜１＞は各無線機がＳＩＧ１のデータを送信していたが、無線機２が当該無線機に接続されるセンサ入力等により、保持するデータをＳＩＧ１からＳＩＧ２に更新したため、当該データをＷＰと共に送信したことを示している。

＜２＞は無線機２が無線機１から、ＳＩＧ１のデータを受信したが、データ内に含まれるタイムスタンプ等により、ＳＩＧ１よりＳＩＧ２が最新のデータと認識しているので、ＳＩＧ１でなく、ＳＩＧ２のデータをＷＰと共に無線機１に送信したことを示している。

＜３＞は無線機１が無線機２から、ＳＩＧ２のデータを受信したが、データ内に含まれるタイムスタンプ等により、ＳＩＧ１よりＳＩＧ２が最新のデータと認識しているので、ＳＩＧ２のデータをＷＰと共に無線機２に送信したことを示している。

＜４＞は無線機３が無線機２から、ＳＩＧ２のデータを受信したが、データ内に含まれるタイムスタンプ等により、ＳＩＧ１よりＳＩＧ２が最新のデータと認識しているので、ＳＩＧ２のデータをＷＰと共に無線機２に送信したことを示している。

＜５＞は無線機４が無線機３から、ＳＩＧ２のデータを受信したが、データ内に含まれるタイムスタンプ等により、ＳＩＧ１よりＳＩＧ２が最新のデータと認識しているので、ＳＩＧ２のデータをＷＰと共に無線機３に送信したとことを示している。

前述の動作例はＳＩＧ２のデータを保有している時に更新前のＳＩＧ１が送信されてくる場合も例示しており、ＳＩＧ１が更新前のデータであり、ＳＩＧ２が更新後のデータであることを示すために、ＳＩＧ１、ＳＩＧ２の各データ内のタイムスタンプを比較することを示している。

図２は無線親機と複数の無線子機から成る無線通信システムブロック図である。この中で、無線子機２ ２０、無線子機４ ５０、無線子機５ ６０から成る部分のシステムが本発明に基づく複数の無線機から成る低消費電力無線送受信システムである。

また、無線親機 ４０と無線子機１ １０、無線子機２ ２０、無線子機３ ３０は特許文献２における無線送受信システムを構成しており、図２のシステムはシステム全体として間欠送受信による低消費電力化を実現している。但し、無線子機３ ３０は図２におけるシステムではシステム全体として取得した制御データまたは収集データを記録、保存するために、ＵＡＲＴ（ＵＡＲＴ ＴＸＤ ７１とＵＡＲＴ ＲＸＤ ７２）にて外部のデータ記録装置７０に接続している。

無線子機３ ３０は外部のデータ記録装置７０から電源供給を受けるので、低消費電力であることを必要としない。ここでデータ記録装置７０とは、例えば、ＵＡＲＴ－ＵＳＢ変換回路とＰＣ（パーソナルコンピューター）を組み合わせたもので、ＵＡＲＴ－ＵＳＢ変換回路で無線子機３ ３０から出力されるＵＡＲＴ形式のデータをＵＳＢ形式のデータに変換した後、ＰＣに入力して、ＰＣの記録装置に記録、保存する機能をもつものである。

無線親機４０と無線子機１ １０、無線子機２ ２０、無線子機３ ３０との間の通信及び無線子機２ ２０、無線子機４ ５０、無線子機５ ６０間の通信を２．４ＧＨｚの周波数帯で行っている。無線親機と各無線子機は、ＵＡＲＴ入出力を行って外部記録装置にデータを出力する無線子機３を除いて、全てボタン電池で駆動する。無線子機３は外部記録装置より電源供給を受ける。

上記で各無線機間（無線親機と無線子機間及び無線子機同志間）の通信を２．４ＧＨｚの周波数帯で行っていると述べたが、２．４ＧＨｚ以外の他の周波数帯でもよい。また、図２のシステムにおいて、各無線機間で通信を行う周波数とアドレスは同一（例えば、周波数は２４５０ＭＨｚ）を想定しているが、混信の可能性を低減する観点から、また、各無線機内のＣＰＵ部の処理負担軽減の観点から、変えることも可能である。

この各無線機内のＣＰＵ部の処理負担軽減とは、周波数、アドレスを同一にすると、各無線機のＣＰＵ部はシステム内の無線機間で通信に関与している全ての電文の解析を行う必要があるが、例えば周波数を変えると、各無線機内の無線部で電文が選別されるので、ＣＰＵ部の負担は軽くなるという意味である。

例えば、周波数とアドレスを以下のように変えることも可能である。無線親機４０と無線子機１ １０の間の送受信は周波数２４４０ＭＨｚ、アドレス“１００”、無線親機４０と無線子機２ ２０の間の送受信は周波数２４５０ＭＨｚ、アドレス“２００”、無線親機４０と無線子機３ ３０の間の送受信は周波数２４６０ＭＨｚ、アドレス“３００”、無線子機２ ２０、無線子機４ ５０、無線子機５ ６０間の通信は２４５０ＭＨｚ、アドレス“２００”とする。

周波数、アドレスの両方を変えることも一方のみ変えることも可能である。近くに本発明と同一のシステムが存在して、混信の可能性が出る場合は前述したように周波数、またはアドレスを変えて対応可能である。

無線子機１ １０はボタン電池１１より約３Ｖの電源が供給され、この電源で、ＣＰＵ１４と無線送受信回路１６が動作する。ＣＰＵ１４は高速クロック発振器１２（１６ＭＨｚ）と低速クロック発振器１３（３２．７６８ｋＨｚ）の２つの発振器をもち、２つの基準クロックで動作する。

高速クロック発振器１２は、ＣＰＵ１４のプログラムの動作クロック及び無線信号２．４ＧＨｚの基準クロックとして高速クロック１６ＭＨｚを生成する。無線信号の２．４ＧＨｚは高速クロック１６ＭＨｚをＰＬＬにより逓倍して生成される。

低速クロック発振器１３は低速クロック３２．７６８ｋＨｚを生成し、ＣＰＵ１４の通常モード動作時における各種基準タイマーと低消費電力モードにおいてもカウントアップ動作を続け、低消費電力モードから通常モードへ起き上がるためのタイマーとして使用される。

子機１ １０の通常モードにおいては、ＣＰＵ１４の高速クロック１６ＭＨｚと低速クロック３２．７６８ｋＨｚは共に動作している。
低消費電力モードにおいては、ＣＰＵ１４の高速クロック１６ＭＨｚは停止し、したがってＣＰＵ１４のプログラムの動作も停止し、いわゆるスリープ状態に入る。

低消費電力モードにおいても低速クロック３２．７６８ｋＨｚによるタイマーカウント動作を継続しており、スリープ状態に入った後、この低速クロック３２．７６８ｋＨｚに基づいた一定時間経過後、ＣＰＵ１４はスリープ状態から起き上がって、通常モードに移行し、プログラムの動作を再開する。

本発明の実施例では無線親機４０と無線子機１ １０、無線子機２ ２０、無線子機３ ３０の間の動作については、特許文献２における無線送受信システムを参照して説明する。無線子機１ １０のＣＰＵ１４は無線データ信号を無線親機４０に送信後、直ちにスリープ状態に入るが、スリープ状態に入った後、スリープ状態から起き上がる周期は２．１秒である。

無線親機４０は無線子機１ １０、無線子機２ ２０、無線子機３ ３０に向けて、０．７秒毎に、同期要求信号ＷＰ１、ＷＰ２、ＷＰ３、ＷＰ１、－、－、－、の送信を繰り返し、無線子機１ １０、無線子機２ ２０、無線子機３ ３０は当該同期要求信号に対する返答として、親機に向けて、前述の無線データ信号に相当するＡＣＫ信号ＡＣＫ１、ＡＣＫ２、ＡＣＫ３、ＡＣＫ１、－、－、－、の送信を繰り返す。

無線子機１ １０のＳＷ１５は無線親機４０に対する制御を行うためのスイッチであり、そのＯＮ／ＯＦＦ状態がＣＰＵ１４に入力される。無線子機２ ２０の動作も無線子機１ １０と同じ動作である。無線子機３ ３０の動作も基本的には無線子機１ １０と同じ動作であるが、データ記録に向けての動作を行う点が異なる。詳細は後述する。

無線親機４０は無線子機１ １０、無線子機２ ２０、無線子機３ ３０に向けて、順に同期要求信号ＷＰ１ １０１、ＷＰ２ １０３、ＷＰ３を送信し、無線子機１は返答としてのＡＣＫ信号に、ＳＷ１５に基づく制御信号（ＳＷ１５に基づく制御信号に限らない、他の入力による制御データやセンサ等の入力に基づく収集データでもよい）を加えたＡＣＫ１＋Ｄａｔａ１信号１０２を送信する。

同様に無線子機２は返答として、ＳＷ２５に基づく制御信号ＡＣＫ２＋Ｄａｔａ２信号１０４を送信する。これによって、無線親機４０はこの無線子機１ １０と無線子機２ ２０からのそれぞれ送信された無線子機１のＳＷ１５に基づく制御信号と無線子機２のＳＷ２５に基づく制御信号のデータを保有する。

これらのデータを外部に記録させるために、無線親機４０は無線子機３ ３０に向けて同期要求信号ＷＰ３の代わりに同期要求信号ＷＰ３＋Ｄａｔａ１＋Ｄａｔａ２ １０５を送信する。無線子機３ ３０は同期要求信号ＷＰ３＋Ｄａｔａ１＋Ｄａｔａ２ １０５を受信後、返答としてＡＣＫ３信号１０６を送信する。

無線子機３ ３０は同期要求信号ＷＰ３＋Ｄａｔａ１＋Ｄａｔａ２ １０５の受信により、無線子機１ １０と無線子機２ ２０からの制御信号に基づくデータを保有したので、これらのデータを自らのＵＡＲＴ端子を介して（ＵＡＲＴ ＴＸＤ ７１とＵＡＲＴ ＲＸＤ ７２での有線送受信によって）外部の記録装置７０に記録、保存するように動作を行う。

無線子機４ ５０、無線子機５ ６０は無線子機２ ２０と組み合わさって、本発明の複数の無線機から成る低消費電力無線送受信システムを構成している。無線子機２ ２０は無線親機４０より同期要求信号ＷＰ２を受信すると、無線親機４０に向けて、ＡＣＫ２＋Ｄａｔａ２信号１０４を返信するが、同時に無線子機４ ５０に向けても同一のＡＣＫ２＋Ｄａｔａ２信号１０４を送信していることになり、無線子機４は当該ＡＣＫ２＋Ｄａｔａ２信号１０４を受信する。

無線の到達距離の関係で、同時に無線子機５ ６０も当該ＡＣＫ２＋Ｄａｔａ２信号１０４を受信する可能性もあるが、本発明の複数の無線機から成る低消費電力無線送受信システムにおいては、複数の無線機から、同一のデータを受信する場合でも受信状態に入って、最初に受信したデータのみが有効となり、当該受信後は受信状態から抜けるため、後に続くデータは無視されるので問題ない。

無線子機４ ５０は当該ＡＣＫ２＋Ｄａｔａ２信号１０４を受信後、自らのＳＷ５５に基づく制御状態を識別して、信号１０４のＤａｔａ２の部分を更新するか否かを加味して、無線子機５ ６０に向けて、ＡＣＫ２＋Ｄａｔａ２信号１０７を送信する。当該ＡＣＫ２＋Ｄａｔａ２信号１０７は無線子機２ ２０に向けても送信される。

無線子機５ ６０は当該ＡＣＫ２＋Ｄａｔａ２信号１０４を受信後、自らのＳＷ６５に基づく制御状態を識別して、信号１０７のＤａｔａ２の部分を更新するか否かを加味して、無線子機４ ５０に向けて、ＡＣＫ２＋Ｄａｔａ２信号１０８を送信する。

ここで、無線子機４ ５０と無線子機５ ６０はＡＣＫ２＋Ｄａｔａ２信号の送受信動作（ＡＣＫ２＋Ｄａｔａ２信号１０４、１０７、１０８）を行うが、無線子機２ ２０はＡＣＫ２＋Ｄａｔａ２信号の送受信動作（ＡＣＫ２＋Ｄａｔａ２信号１０４、１０７）と同期要求信号ＷＰ２の受信動作も行う。

無線子機２ ２０、無線子機４ ５０と無線子機５ ６０のそれぞれのＳＷ２５、ＳＷ５５とＳＷ６５の各制御状態を組み合わせたトータルとしての制御状態はＡＣＫ２＋Ｄａｔａ２信号の送受信動作によって共有される。

この共有されるまでの時間は、無線子機２ ２０が２．１秒毎にＡＣＫ信号を返信していることから、第１の一定時間＝２．１秒であり、これの整数倍を例えば５倍とすると、第２の一定時間＝２．１秒×５となり、１０．５秒である。

無線子機２ ２０は無線親機４０から同期要求信号ＷＰ２を受信すると、その時点で無線子機２ ２０、無線子機４ ５０と無線子機５ ６０間で共有されたＡＣＫ２＋Ｄａｔａ２信号を返信する。

無線親機４０は、ボタン電池４１より約３Ｖの電源が供給され、この電源で、ＣＰＵ４４と無線送受信回路４６が動作する。ＣＰＵ４４は高速クロック発振器４２（１６ＭＨｚ）と低速クロック発振器４３（３２．７６８ｋＨｚ）をもち、２つの基準クロックで動作する。

高速クロック発振器４２は、ＣＰＵ４４のプログラムの動作クロック及び無線信号２．４ＧＨｚの基準クロックとして１６ＭＨｚを生成する。無線信号の２．４ＧＨｚは高速クロック１６ＭＨｚをＰＬＬにより逓倍して生成される。低速クロック発振器４３は低速クロック３２．７６８ｋＨｚを生成し、ＣＰＵ４４の通常モード動作時における各種基準タイマーと低消費電力モードにおいてもカウントアップ動作を続け、低消費電力モードから通常モードへ起き上がるためのタイマーとして使用される。

無線親機４０の通常モードにおいては、ＣＰＵ４４の高速クロック１６ＭＨｚと低速クロック３２．７６８ｋＨｚは共に動作している。低消費電力モードにおいては、ＣＰＵ４４の高速クロック１６ＭＨｚは停止し、したがってＣＰＵ４４のプログラムの動作も停止し、いわゆるスリープ状態に入る。低消費電力モードにおいても低速クロック３２．７６８ｋＨｚによるタイマーカウント動作を継続しており、スリープ状態に入った後、この低速クロック３２．７６８ｋＨｚに基づいた一定時間経過後、ＣＰＵ４４はスリープ状態から起き上がって、通常モードに移行し、プログラムの動作を再開する。

無線親機４０は無線子機１ １０、無線子機２ ２０からのＳＷ ＯＮ／ＯＦＦによる制御に基づき、無線親機４０はＬＥＤ１ ４７、ＬＥＤ２ ４８をＯＮ／ＯＦＦ表示させて、その被制御状態を表示している。ＬＥＤ１ ４７、ＬＥＤ２ ４８のＯＮ／ＯＦＦ表示はそれぞれ無線子機１ １０、無線子機２ ２０のＳＷ１５、ＳＷ２５のＯＮ／ＯＦＦ入力に対応している。

ＬＥＤ３ ４９のＯＮ／ＯＦＦ表示は無線子機２ ２０、無線子機４ ５０と無線子機５ ６０のそれぞれのＳＷ２５、ＳＷ５５とＳＷ６５の各制御状態を組み合わせたトータルとしての制御状態（例えば各ＳＷの状態のＡＮＤまたはＯＲ）に対応している。

本発明は複数の無線機間での送受信の低消費電力化と、無線到達距離の延伸化の必要性のある無線送受信システムに利用される。

１０ 無線子機１
１１ ボタン電池
１２ 高速クロック発振器（１６ＭＨｚ）
１３ 低速クロック発振器（３２．７６８ｋＨｚ）
１４ ＣＰＵ
１５ ＳＷ
１６ 無線送受信回路
２０ 無線子機２
２５ ＳＷ
３０ 無線子機３
４０ 無線親機
４１ ボタン電池
４２ 高速クロック発振器（１６ＭＨｚ）
４３ 低速クロック発振器（３２．７６８ｋＨｚ）
４４ ＣＰＵ
４６ 無線送受信回路
４７ ＬＥＤ１
４８ ＬＥＤ２
４９ ＬＥＤ３
５０ 無線子機４
５５ ＳＷ
６０ 無線子機５
６５ ＳＷ
７０ データ記録装置
７１ ＵＡＲＴ信号 ＴＸＤ
７２ ＵＡＲＴ信号 ＲＸＤ
１０１ 無線親機から無線子機１への同期要求信号ＷＰ１
１０２ 無線子機１から無線親機へのＡＣＫ信号ＡＣＫ１＋Ｄａｔａ１
１０３ 無線親機から無線子機２への同期要求信号ＷＰ２
１０４ 無線子機２から無線親機及び無線子機４へのＡＣＫ信号
ＡＣＫ２＋Ｄａｔａ２
１０５ 無線親機から無線子機３への同期要求信号
ＷＰ３＋Ｄａｔａ１＋Ｄａｔａ２（各無線子機１～５の制御データを付加）
１０６ 無線子機３から無線親機へのＡＣＫ信号ＡＣＫ３
１０７ 無線子機４から無線子機２及び無線子機５への
ＡＣＫ信号ＡＣＫ２＋Ｄａｔａ２
１０８ 無線子機５から無線子機４へのＡＣＫ信号ＡＣＫ２＋Ｄａｔａ２
ＴＭ 無線機が送信モードのみを行う場合のインターバル
ＲＣＶ 無線機が送受信モードを行う場合のインターバル
Ａ 無線機の低消費電力モードの時間
（各インターバルで送信モードの動作を行う場合）
Ｂ 無線機の低消費電力モードの時間
（各インターバルで送受信モードの動作を行う場合）
ＷＰ ある無線機から他の無線機への同期要求信号
ＳＩＧ１ ある無線機から他の無線機への送信される制御データまたは収集データ
ＳＩＧ２ ある無線機のセンサ入力やＳＷ入力等に対応して更新され、
送信される制御データまたは収集データ
α 無線機の送信モードでの送信動作（処理）時間
β 制御データまたは収集データの更新直後における無線機のインターバル
（低消費電力モードの時間）の短縮時間
＜１＞ 動作例
各無線機はＳＩＧ１のデータを送信していたが、無線機２が当該無線機に接続 されるセンサ入力等により、保持するデータをＳＩＧ１からＳＩＧ２に更新し たため、当該データをＷＰと共に送信
＜２＞ 動作例
無線機２は無線機１から、ＳＩＧ１のデータを受信したが、データ内に含まれ るタイムスタンプ等により、ＳＩＧ１よりＳＩＧ２が最新のデータと認識して いるので、ＳＩＧ１でなく、ＳＩＧ２のデータをＷＰと共に無線機１に送信
＜３＞ 動作例
無線機１は無線機２から、ＳＩＧ２のデータを受信したが、データ内に含まれ るタイムスタンプ等により、ＳＩＧ１よりＳＩＧ２が最新のデータと認識して いるので、ＳＩＧ２のデータをＷＰと共に無線機２に送信
＜４＞ 動作例
無線機３は無線機２から、ＳＩＧ２のデータを受信したが、データ内に含まれ るタイムスタンプ等により、ＳＩＧ１よりＳＩＧ２が最新のデータと認識して いるので、ＳＩＧ２のデータをＷＰと共に無線機２に送信
＜５＞ 動作例
無線機４は無線機３から、ＳＩＧ２のデータを受信したが、データ内に含まれ るタイムスタンプ等により、ＳＩＧ１よりＳＩＧ２が最新のデータと認識して いるので、ＳＩＧ２のデータをＷＰと共に無線機３に送信

Claims (5)

1. 制御データまたは収集データを無線送受信するための複数の無線機を備え、一つの無線機が第１の一定時間毎に、他の無線機あてに同期要求信号と制御データまたは収集データを送信し、他の無線機は前記一つの無線機からの前記第１の一定時間の整数倍のインターバルである第２の一定時間毎に、その同期要求信号を受信することにより、定期的に前記一つの無線機との間の同期を確立すると共に、前記制御データまたは収集データを受信し、同期を確立した前記各無線機は、同期確立後に前記第１の一定時間毎に、更に自分自身以外の他の無線機あてに前記制御データまたは収集データと同期要求信号を送信することによって、各無線機全てで前記制御データまたは収集データが共有可能となると共に、各無線機全てで同期がとれ、この同期により各無線機間で受信動作開始タイミングと送信タイミングが合い、各無線機間で送受信のタイミングが合致することにより各無線機間で、前記第１の一定時間毎に送信される前記同期要求信号と制御データまたは受信データの送信タイミングに合わせ、前記第２の一定時間毎に行う受信動作を開始し、前記第１の一定時間毎に送信される前記同期要求信号と制御データまたは受信データの受信完了後、この受信動作を終了する間欠送受信を行って、低消費電力を実現することを特徴とする低消費電力無線送受信システム。
2. 無線送受信の際における各無線機の識別を必要としないことを特徴とする請求項１記載の低消費電力無線送受信システム。
3. 各無線機間で同期要求信号を送受信し合うことにより、距離的に直接の制御データまたは収集データを含む無線信号が到達しない無線機間でも他の無線機が中継することが可能となり、中継することによって、全ての無線機間で制御データまたは収集データが共有されることを特徴とする請求項１記載の低消費電力無線送受信システム。
4. 各無線機の中で他の機器との接続を行い、制御データまたは収集データに関する指示及び管理を行う特別な無線機とその他の無線機とを区別するための機能設定をすることを可能とした前記請求項１記載の低消費電力無線送受信システム。
5. 各無線機は、他の無線機との同期がいったん外れても、他の無線機からの前記第１の一定時間毎の同期要求信号を受信することにより、再度他の無線機との同期を再確立することが可能となる請求項１記載の低消費電力無線送受信システム。

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