JP6282840B2 - 無線通信装置及び無線情報収集システム - Google Patents

Description

本発明は、例えばガス、水道、電気などの使用量等の検知情報を収集する無線情報収集システム及び前記システムに用いられる無線通信端末に関する。

ガス、水道などのメータ情報取得用や、センサ情報取得用に開発された多段中継可能な無線情報収集システムにおいて、ある無線子機が通信可能な他の無線子機があるかを確認するために、ビーコンを送出して確認するという手法がある。これは端末（無線子機又は無線親機）が定期的にビーコンを送出し、それを受け取った端末（無線子機又は無線親機）がもし無線送信したいデータを保持していれば、ビーコンを送った端末にデータを送信するというものである。この方式を利用することで端末同士の多段中継を可能にしている。このような方式をマルチホップ方式（バケツリレー方式）と呼ぶ。

ここで、ビーコンの送出タイミングを変更することによりマルチホップ方式の無線通信における消費電力を効果的に低減することを目的とする無線情報収集システムが開発されている。例えば、特許文献１にその内容が開示されている。

特許文献１に記載された多段中継式無線テレメータシステム及び当該無線テレメータシステムに用いられる無線子機によれば、運用開始後、前記無線子機が、ガス、水道などの検知を行うマイコンメータと通信して、前記マイコンメータからの応答電文を正常に受信した後に、ビーコンの送出を開始することにより、無駄な電力の消費をなくしている。

特開２０１２−１７５２２６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の無線テレメータシステムにおいては、無線親機や無線子機が他の無線子機の送信データ確認のため、決められた一定周期ごとに定期的にビーコンを発信している。そのため、どの端末も固定の時間周期でビーコンを送出している。タイミングによっては、中継を行う端末に偏りが生じてしまい、端末の電池の消耗度に個体差がでてしまう可能性が高かった。

本願発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、マルチホップ方式の無線通信に対応し、消費電力を効果的に低減することのできる、新規かつ改良された無線情報収集システム及び無線子機を提供することにある。

本発明に係る無線情報収集システムは、センタ側網制御装置（センタＮＣＵ）に有線の電話網や、ＦＯＭＡなどといった無線網で接続された無線親機と、ガス、水道などのマイコンメータと有線接続された複数の無線子機とで構成され、前記無線子機は特定小電力などの無線を用い他の無線子機を中継しながら無線親機と、または無線親機と直接無線通信を行うという多段中継可能な無線テレメータシステムにおいて、ある無線子機や無線親機が、他の無線子機や無線親機が通信する情報があるかどうかを確認するために一定間隔ごとに無線子機や無線親機が送信するビーコンの周期を、一定時間ごとの電池の消費量等に応じて変化させる。

本発明であるところの、ビーコンを発信して通信を行う、多段中継式無線情報収集システム及び当該無線情報収集システムに用いられる無線子機によれば、電池の消費量に応じてビーコンの発生周期を変化させるので、無線子機における電池消耗に偏りがなくなり、無線子機やシステム全体の長寿命化につながる。

本発明の実施形態に係る無線情報収集システムのシステム図である。 本発明の実施形態に係る無線親機のブロック図である。 本発明の実施形態に係る無線子機のブロック図である。 ビーコンの送出タイミングに係る、無線子機の処理シーケンス図である。 本発明の実施形態に係る、無線子機の処理シーケンス図である。 無線親機及び無線子機のビーコンとデータ通信に関する動作フローチャートである。 ビーコンの送出周期を算出するテーブルである。 ビーコンの送出周期を算出するテーブルである。 ビーコンの送出周期を算出するテーブルである。 ビーコンの送出周期を算出するテーブルである。

[実施形態１]
（無線情報収集システムの構成）
図１に示すように、本発明による無線情報収集システムは、ホストコンピュータ（以下、「ホスト」という。）１０１に接続されたセンタ側網制御装置（以下、「センタＮＣＵ」という。）１０２と、電話回線やＦＯＭＡ網といったネットワーク１０６を介してセンタＮＣＵ１０２に接続された無線親機（以下、「メイン」という。）１０３と、メイン１０３や他の無線子機（以下、「サブ」という。）と無線でデータ通信を行う複数のサブ１０４と、サブ１０４と有線接続されるガスなどのメータ１０５と、で構成される。メイン１０３は、端末側網制御装置を内蔵していても良く、或いは外付けで端末側網制御装置を接続していてもよい。

また、メイン１０３やサブ１０４は、通信する情報があるかどうかを確認するため、一定間隔でビーコンを無線送出している。ビーコンを受け取った端末（メイン１０３やサブ１０４）が送るべき検知情報（例えばガスや水道、電気等の使用量）を持っていれば、ビーコンを発信した端末に対して情報を送信する。このようにすることで端末同士の多段の無線中継が可能となる。これを利用してノードに相当するすべてのメイン１０３及びサブ１０４間を接続したマルチホップ型のトポロジも構成可能である。

（メイン１０３及びサブ１０４の構成）
図２及び図３は、図１に示す無線情報収集システムに用いられているメイン１０３及びサブ１０４の回路構成を示すブロック図である。メイン１０３及びサブ１０４には、共に各端末を識別する識別符号や経路情報などの保存用に不揮発性メモリ２０２が内蔵されている。また、なんらかの処理結果表示用としてＬＥＤなどの表示部２０９、入力装置としてＤＩＰＳＷ２１１やボタン２１２などがある。ＣＰＵ２０３は時計やタイマー機能、バッファを有したものであり、無線部２０４を通じてアンテナ２０５と接続されている。また、無線部２０４にはＣＰＵ２０３の指示に基づきビーコンの発生を制御するビーコン送出制御部２１５が接続されている。ビーコン送出制御部２１５には、ビーコンの送出タイミングの基となるビーコン周期計算テーブル２１７とビーコン周期計算テーブル２１７に基づいてビーコンの送出周期を発生するビーコン送出周期発生部２１６がある。また、ＣＰＵ２０３には制御用にＲＯＭ２０６及びＲＡＭ２０７が接続されており、更に電源として電池２０８を備えている。

メイン１０３、サブ１０４は、以上説明した同一構成部からなり、以下の異なる部分について説明する。まず図２に示すメイン１０３は、ＣＰＵ２０３が網制御部２０１を通じて公衆網に接続されている。

一方、サブ１０４は、図３に示すように、サブ１０４のＣＰＵ２０３には、メータ１０５への接続用のメータＩ／Ｆ２１０と外部設定機への接続用の外部設定機Ｉ／Ｆ２１３が接続されている。更に、サブ１０４には、電池２０８の外に電源ＳＷ２１４が備わっている。

（無線情報収集システムの処理の流れ）
図２及び図３に示すメインと複数のサブから構成される無線情報収集システムが行う一つの処理シーケンス（ビーコン信号や、データ送信等の流れ）を、図４を参照して説明する。これは発明を理解するうえでの一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。

なお、無線情報収集システム内を流れる情報としては、メータ１０５からホスト１０１に向けてメータ遮断を知らせるための緊急通信とホスト１０１から定期的にメータの検診結果を収集する定期通信がある。

緊急通信としては、例えばガス検針の場合であれば、ガス機器の長時間使用・消し忘れ（ガス器具を連続して長時間使用した場合や消し忘れをした場合）、流量オーバー（メータの最大使用量を超えてガスが流れた場合）、地震・振動検出（ガスを使用中に震度5弱相当の地震があった場合、また、ガスメータに強い振動を与えた場合）、ガス圧力低下（ガスを使用中にガスの圧力が異常に低下した場合）等のメータ遮断情報の送信がある。定期通信としては、ガスメータの検針のために毎月１回決められた日の定期的な検針結果の収集がある。

図では、端末１、２、３、４・・として示した部分は、複数のサブ１０４であり、そのサブ１０４を区別するために例示的に示している。図４において、今、一つのサブ１０４（端末１）の周囲にある複数のサブ１０４（端末２、３、４）が所定の周期（３秒）でビーコンを送出している。

端末１は送信すべきデータが無いときは、周囲の端末から送信されるビーコンを無視する。他の端末も同様である。また、端末１自身も周囲の端末へビーコンを送出している。そこで、端末１が、端末１自身に接続されているメータ１０５からメイン１０３に送信すべき検知情報（送信データＡ）を受け取り、送信データありの状態になる。送信データありの状態になるとことで、端末１は、周囲にある端末からのビーコンの検出を始める。そして端末１は、最初に検出できたビーコンを送出した端末３に、検知情報であるデータＡを送信する。

なお、検出したビーコンに対してデータＡを送信する条件としては、ビーコンの受信タイミングに加えて、宛先（図４の場合、メイン）までに経由する無線子機数を考慮する。宛先まで経由するサブの個数はホップ数と呼ぶ。

例えば、現在、情報を持っているサブから、宛先であるメインまでのホップ数が４（経由するサブの個数が４個）であり、次の情報送信先であるサブ（次にデータが渡される予定のサブ）から宛先（メイン）までのホップ数が４以上の場合、次のデータ送信先であるサブにデータを渡しても、ホップ数が、少なくならないことになる。この場合、目的とする宛先（メイン）にデータが近づいていないと考えられることから、データの送信を行わない。次の他のサブからのビーコンの受信を待つことにする。

なお、各々のサブは、同一の親機に属するシステム上にある他の全てのサブについての相互間のホップ数を不揮発性メモリ２０２に記憶しており、これらの情報は、新たにサブが追加される都度、更新される。

以上説明したように、例えば、端末１は、ガスや水道、電気等の使用量の検知情報である送信データＡが準備できたとき、周囲にある端末からのビーコンの検出を開始し、最初に受信したビーコンの送信元である端末３に送信データＡを送信する。別の送信データＢについては、同様に端末２に送信する。

図６はこれまで説明した図４のビーコンを介して情報を送受する端末１、２、３、４のようなサブの動作フローチャートを示している。情報の送受動作は、メインとサブの間、又はサブとサブの間で行われる。メインとサブの情報の送受信動作は共通である。

サブはＳ１にて、ガスの使用量等の送信すべき情報があるかどうかを判定する。送信すべき情報がある場合、周囲より送信されてきているビーコンの検出を行う。Ｓ２にてビーコンを検出すると、Ｓ８にて、データを送信しようとしている自機から宛先（メイン）までのホップ数と、データの送信先のサブ（ビーコンを送信した相手）から宛先（メイン）までのホップ数を比較する。比較の結果、自機から宛先までのホップ数に対し、ビーコンの送出先のサブから宛先までのホップ数が小さい場合、宛先（メイン）へ近づくことになるので、Ｓ３にてビーコンの送出元であるサブにデータを送出する。

Ｓ１にて送信すべき情報がないと判定した場合、Ｓ４にてビーコンを送出し、Ｓ５にて送出したビーコンに対して周りのサブから送出された信号を受信していないかを検出する。もし自分あての受信信号があれば、Ｓ６にて情報の受信を行う。Ｓ５にて自分宛の信号がない場合、Ｓ７にて３秒経過するまで、受信信号の検出を行う。Ｓ７にて３秒経過すると、Ｓ１の送信すべき情報があるかどうかを判定に戻る。

以上のようにして送信するデータが生じると、ビーコンを受信した相手先に送信データを送信している。このデータ送信を行うシステムを利用し、本発明においては図５に示すようにデータ送信とともに、ビーコンの出力周期を変えるように制御している。

図５は、本発明に関する処理手順を説明するための図である。この図５は、各サブ、またメインの端末に設けられている電池２０８の残量に応じて、ビーコンの出力周期を調整（制御）する。この電池の残量状態は、メイン、サブの端末が一定時間、例えば２４時間毎に、電池２０８の残量を検知している。この検知した電池残量は、各端末のメモリ２０２に記憶される。また、電池の残量検出は、ビーコンの送出タイミング時に検知し、この検知した電池残量に基づいてビーコンの出力周期を調整してもよい。

この電池残量に応じたビーコンの出力周期については、図７のテーブルで示したように制御される。図７において、電池残量が７５％以上では、あらかじめ決められた一定の３秒周期、５０％以上７５％未満では、４秒周期、２５％以上５０％未満では、５秒周期、また５％以上２５％未満では、１０秒周期でビーコンの送信制御を行なう。これはあくまでも例であり、これに限定されるものではない。

この図７に示すテーブルは、メイン及び、各サブのメモリ２０２に記憶されている。したがって、メイン、またサブの端末側で、以下に説明する検出された電池残量に応じてビーコンの出力周期を決定し、送信するようにしている。なお、各端末、つまりメイン、サブのビーコンの送信のタイミングは、それぞれずれた状態で設定されており、そのずれに基づいて送信周期が決まる。

本発明の図５の処理手順では、図４で説明した端末３と端末４の電池残量が所定値以下（図７に示す例では５０％未満）となった場合の処理シーケンス図である。

図５において、端末３は電池残量が２５％以上５０％未満になっているため、ビーコンの送出周期は５秒に設定される。また、図５において端末４は、電池残量が５％以上２５％未満になっているため、ビーコンの送出周期は１０秒になる。このように、電池残量が少なくなった端末のビーコンの送出周期を長くしている。この状態で送信データが発生した端末より、ビーコンを送信した端末を経由し、メイン１０３を介して、センタＮＣＵ１０２へデータ送信が行われる。このため、経路としての、他の端末との通信を減らすことが可能となり、ある特定の端末だけが周囲の端末に比べて早期に電池切れになることを回避することができる。

以上説明した電池残量を検出する時点としては、所定周期、例えば２４時間毎に限定されるものではない。例えば、ビーコンの送出タイミングの都度、電池残量を検出し、記憶させることもできる。

[実施形態２]
以上説明した実施形態１によれば、ビーコンを送信する周期を変えるために、電池の残量を検知し、その検知結果に基づきビーコン送信周期を変えるように調整（制御）している。

これに対し、実施形態２では、電池残量の代わりに、他端末と通信を行った累積回数を基にしてビーコンの送出周期を変化させることができる。通信回数としては、例えば、ビーコンに応答してデータを送信した回数である。具体的には、サブ１０４は、他端末と通信を行った回数の累積を不揮発性メモリ２０２に記憶しておき、ビーコン送出時に、その累積通信回数から、図８に示すビーコン周期計算テーブル２を基にして周期を算出し、ビーコンを送出する。

この図８に示すテーブルは、メイン及び、各サブのメモリ２０２に記憶されている。したがって、メイン、またサブの端末側で、以下に説明する累積通信回数に応じてビーコンの出力周期を決定し、送信するようにしている。

図８において、累積通信回数が０〜１００回では、あらかじめ決められた一定の３秒周期、１０１回から２００回では、４秒周期、２０１回から３００回では、５秒周期、また３０１回以上では、１０秒周期でビーコンの送信制御を行なう。これはあくまでも例であり、これに限定されるものではない。

[実施形態３]
以上実施形態１、および２は、ビーコンを送出する周期を、電池残量、また累積した通信回数に基づき制御する実例を説明した。これとは異なり、実施形態３では、累積通信時間を基にしてビーコンの送出周期を変化させるものである。累積通信時間としては、例えば、ビーコンに応答してデータを送信するために起動されていた時間の累計である。具体的には、サブ１０４は、他端末にデータを送信するために起動していた時間を不揮発性メモリ２０２に累積し、その累積通信時間に対応するビーコン周期を、図９に示すビーコン周期計算テーブル３を基にして算出し、この周期でビーコンを送出する。

この図９に示すテーブルは、メイン及び、各サブのメモリ２０２に記憶されている。したがって、メイン、またサブの端末側で、以下に説明する累積通信時間に応じてビーコンの出力周期を決定し、送信するようにしている。

図９において、累積通信時間が０〜１時間では、あらかじめ決められた一定の３秒周期、１時間より大きく２時間以下では、４秒周期、２時間より大きく３時間以下では、５秒周期、また３時間超では、１０秒周期でビーコンの送信制御を行なう。これはあくまでも例であり、これに限定されるものではない。

[実施形態４]
次に、実施形態４について説明する。上述した実施形態１〜３においては、ビーコンの送出周期を、ある条件に基づいて変更、つまり徐々に長くなるように制御している。

これに対し、実施形態４においては、ビーコンの送出周期を変更することなく、送出周期を常に決まった状態としている。

具体的には、ビーコン送出周期のタイミングは固定（例えば３秒）としておき、一定期間ごとにおける電池残量、他端末との累積通信回数や他端末との累積通信時間を基に、送信タイミングの複数回に１回の割合で、ビーコンを送出させないようにしている。

図１０は電池残量、他端末との累積通信回数や累積通信時間に基づいて、何回に１回の割合でビーコンを間引くかを算出するためのビーコン周期計算テーブルである。

この図１０に示すテーブルは、メイン及び、各サブのメモリ２０２に記憶されている。したがって、メイン、またサブの端末側で、以下に説明する電池残量や累積通信回数や累積通信時間に応じてビーコンの間引き率を決定し、送信するようにしている。

例えば、図１０のビーコン周期計算テーブル４を参照して、電池残量に基づいてビーコンの送出周期を調整する場合、電池残量が５０％以上７５％未満であれば、３秒周期で送出されているビーコンを４回に１回間引くようにする。

また、累積通信回数に基づく場合は、累積通信回数が２０１回以上３００回以下であれば、ビーコン信号を３回に１回間引くようにする。

同様に、累積通信時間に基づく場合は、累積通信時間が３時間超であれば、ビーコン信号を２回に１回間引くようにする。

以上のように、実施形態４によれば、本来のビーコンの送出周期が変更されることなく、電池残量の低下、また通信回数の増加、累積時間が長くなることに基づき、複数に１回の割合でビーコンを送出させないようにしている。したがって、ビーコンを送出せず、実施形態１〜３と同等の効果、つまり、ビーコンの送出周期が全体として長くなる様に調整でき、通信経路としての使用を減らし、電力消費を抑えることができるので、ネットワーク全体の接続機器の使用頻度の均一化を図ることができる。

また、実施形態４によれば、ビーコンの送出周期は、一定で変更されることがないため、実施形態１〜３のように周期を変更するといった手間が必要なくなる。

[実施形態５]
図７〜図１０に示されているビーコン周期計算テーブルの値は、すべてのメイン、サブにおいて同一条件のもので設定されている。これとは別に、メインあるいはサブ単独で、テーブルの値を変更、設定することができる。

その変更を行う場合、例えば一つのサブで通信等が集中する場合、また電池残量が他のサブ、メインの電池残量より大幅に少なくなっている場合、ビーコンの送出周期を大幅に長くなるように設定できる。そのため、入力装置としてのＤＩＰＳＷ２１１やボタン２１２などから処理結果表示用の表示部２０９に表示させ、設定値を変更し、メモリ２０２に記憶させることができる。

これにより、特定のサブの電池残量が他に比べて落ち込んでいる場合、ビーコンの送出周期をさらに長く設定することが可能となり、特定のサブが電力不足になることを防ぐことができる。

［まとめ］
以上説明したように、複数の無線子機が多段中継を成して接続されている無線情報収集システムに接続された一つの無線子機であって、前記無線子機は、親機又は他の無線子機に通信する情報があるか否かを確認するためのビーコンの送出を制御するビーコン送出制御部を備え、前記ビーコン送出制御部はビーコンの送出周期を調整するビーコン送出周期発生部を有する。

このようにビーコンの送出周期を調整し、通信経路としての使用を減らすことにより、ネットワーク全体の接続機器の使用頻度の均一化を図ることができる。

ビーコン送出周期制御部は、電池残量に基づいて前記ビーコン送出周期を調整する。また、ビーコン送出周期制御部は、ビーコンの受信に応じて情報送信した通信回数又は累計通信時間に基づいて前記ビーコン送出周期を調整する。

このように接続機器の電池残量や情報通信のために接続機器が起動された回数や通信時間の累計に基づいてビーコン送出周期を調整することにより、ネットワーク全体の接続機器の使用頻度や電池残量の均一化を図ることができる。

ビーコン送出周期制御部は、電池残量に基づいて前記ビーコン送出周期が来たときに、ビーコンの送出を行わないように制御する。

このようにビーコンの送出周期が長くなる様に調整することにより、ネットワーク全体の接続機器の使用頻度の均一化を図ることができる。

複数の無線子機が多段中継を成して接続されている無線情報収集システムにおいて、前記無線子機は、親機又は他の無線子機に通信する情報があるか否かを確認するためのビーコンを送出し、前記無線子機の電池残量に応じて、前記ビーコンの送出周期が長くなるように送出タイミングを調整する。

このように多段中継ネットワークは、ネットワーク全体の接続機器の電池残量の均一化を測り、特定の端末だけが早期に電池切れにならないようにすることにより、ネットワーク全体のパフォーマンスが落ちないようにすることができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示さるものである。

本発明に係る無線情報収集システムは、例えばガス、水道又は電気の使用量等の検知情報を収集する無線情報収集システムに広く利用可能である。

１０１ ホストコンピュータ
１０２ センタＮＣＵ
１０３ 無線親機（メイン）
１０４ 無線子機（サブ）
１０５ メータ
１０６ 電話回線、ＦＯＭＡ網
２０１ 公衆網と接続のためのＩ／Ｆ
２０２ データ登録用不揮発性メモリ
２０３ ＣＰＵ
２０４ 無線通信ユニット
２０５ アンテナ
２０６ ＲＯＭ
２０７ ＲＡＭ
２０８ 電池
２０９ 表示部
２１０ メータ接続のためのＩ／Ｆ
２１１ ＤＩＰＳＷなどの入力装置
２１２ ボタンなどの入力装置
２１３ 外部設定器Ｉ／Ｆ
２１４ 電源ＳＷ
２１５ ビーコン送出制御部
２１６ ビーコン送出周期発生部
２１７ ビーコン周期計算テーブル

Claims (5)

1. 複数の無線子機が多段中継を成して接続されている無線情報収集システムに接続された一つの無線子機であって、
   前記無線子機は、親機又は他の無線子機に通信する情報があるか否かを確認するためのビーコンの送出を制御するビーコン送出制御部を備え、
   前記ビーコン送出制御部は、前記他の無線子機よりも通信が集中する場合、または電池残量が前記他の無線子機の電池残量より少なくなっている場合、ビーコンの送出周期を調整するビーコン送出周期発生部を有することを特長とする無線子機。
2. ビーコン送出周期制御部は、電池残量に基づいて前記ビーコン送出周期を調整する請求項１に記載の無線子機。
3. ビーコン送出周期制御部は、ビーコンの受信に応じて情報送信した通信回数又は累計通信時間に基づいて前記ビーコン送出周期を調整する請求項１に記載の無線子機。
4. ビーコン送出周期制御部は、電池残量に基づいて前記ビーコン送出周期が来たときに、ビーコンの送出を行わないように制御する請求項１に記載の無線子機。
5. 複数の無線子機が多段中継を成して接続されている無線情報収集システムにおいて、
   前記無線子機は、
   親機又は他の無線子機に通信する情報があるか否かを確認するためのビーコンを送出し、
   前記他の無線子機よりも通信が集中する場合、または電池残量が前記他の無線子機の電池残量より少なくなっている場合、前記無線子機の電池残量に応じて、前記ビーコンの送出周期が長くなるように送出タイミングを調整することを特長とする無線情報収集システム。