JP2007235344A

JP2007235344A - 無線通信システム

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Publication number: JP2007235344A
Application number: JP2006052251A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Onose; 克也小野瀬
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2007-09-13

Abstract

【課題】低消費電力で、時刻情報の精度が高く、環境条件に影響を受けにくい無線通信システムを提供すること。
【解決手段】ホスト装置に有線回線を用いて接続可能な基地局１と中継機能を有する中継器と検出器を有する無線センサ端末との間で無線通信を行う無線通信システムにおいて、標準電波を受信するアンテナ７と、標準電波を受信するアンテナ７により時刻修正を行う時計６と、送受信のための送受信回路４と、送受信を行う時刻と検出器のデータとを記憶する記憶部１１とメモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ１０と記憶部１１のデータと時計６のデータにより送受信を制御する送受信制御部１２と記憶部１１のデータと時計６のデータにより送受信回路４への電力供給を制御する電源制御部１３からなる制御部５とを基地局１又は中継器又は無線センサ端末に備えたこと。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信システムに関する。

最近、山岳部の地殻監視用センサ、住宅内の防犯・防火装置用センサおよびビルの空調設備用センサ等のセンサ端末に関する需要が急速に高まっている。とりわけ、設置場所を選ばない、電池電源によって長時間駆動する無線センサ端末が必要になっている。

間欠受信を採用する通信システムが、無線センサ端末の低消費電力化に用いられている。従来の間欠受信を採用する通信システムを説明する図が図１１に示されている。図１１に示されるように、従来の間欠受信を採用する通信システムでは、受信回路の電源は、周期的（図中のＴ時間が１周期）にスイッチＯＮ状態になり、スイッチＯＮ状態の時で、相手から電波が送信される時にスイッチＯＮ状態を続けて復調動作を行う（図中のＡ区間）。また、受信回路の電源は、相手から電波が送信されない時にＯＦＦ状態になり、次の周期まで待機して節電する（図中のＢ区間）。

また、中継器は、無線センサ端末の検出器がデータを検出すると無線センサ端末が送信した信号により間欠受信状態から復帰する。なお、基地局と中継器と無線センサ端末は、同期を取ることで、無線センサ端末の時刻情報が無線センサ端末の検出器が検出したデータに付加される。更に、この無線センサ端末の時刻情報は、基地局から送信される信号や他の無線端末により修正される。

なお、無線センサ端末にＧＰＳモジュールを内蔵し、時刻の修正に用いる方法が特許文献１に開示されている。

特開２００１−１１６８２１号公報

上述した間欠受信を採用する通信システムの場合は、中継器の受信回路の電源を周期的にスイッチＯＮ状態にしているので、スイッチＯＮ状態の間は電力が消費されるという問題点があった。また、無線センサ端末の時刻情報を修正する場合も中継器の送受信回路が起動し、電力が消費される。中継器は、通信システム上では無線センサ端末より長時間駆動させる必要があり、この電力消費が無視できないレベルであるという問題点があった。

更に、上述の時刻情報の付加方法は、基地局と無線センサ端末の通信に中継器を介しているので、通信距離や信号処理に依存した時間遅延要因により時刻情報に誤差が生じるという問題点があった。

また、特許文献１のように時刻情報の取得にＧＰＳ（ＧＰＳ：Global Positioning System）を用いる場合は、ＧＰＳモジュールを装着すると消費電力が高くなるという問題点があった。更に、コストが高いので、無線センサ端末を大量に必要とする通信システムにＧＰＳを採用するのは困難であるという問題点があった。また、ＧＰＳは見通しの悪い環境条件下や室内では使えないという問題点があった。

本発明は、上述した問題点を解決すべくなされたもので、その技術課題は、低消費電力で、時刻情報の精度が高く、環境条件に影響を受けにくい無線通信システムを提供することである。

上記目的を達成するための第１の発明は、ホスト装置に有線回線を用いて接続可能な基地局と中継機能を有する中継器と検出器を有する無線センサ端末との間で無線通信を行う無線通信システムにおいて、標準電波を受信する受信手段と、時刻情報や検出データの送受信のための送受信回路手段と、送受信を行う時刻と検出器のデータとを記憶する記憶部とメモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ部と前記記憶部のデータと前記時計手段のデータにより送受信を制御する送受信制御部と前記記憶部のデータと前記時計手段のデータにより前記送受信回路への電力供給を制御する電源制御部からなる制御手段とを前記基地局又は前記中継器又は前記無線センサ端末に備えた無線通信システムである。

上記目的を達成するための第２の発明は、前記受信手段により時刻修正を行う手段を前記基地局及び前記中継器及び前記無線センサ端末に備えた無線通信システムである。

上記目的を達成するための第３の発明は、前記時計手段の標準時刻情報を基にした検出時の時刻情報を前記無線センサ端末の検出したデータに付加した情報を送信する手段を前記無線センサ端末に備えた無線通信システムである。

上記目的を達成するための第４の発明は、前記中継器は、前記基地局が送信する前記基地局の前記記憶部のデータを前記中継器の前記記憶部に記憶し、前記無線センサ端末は、前記中継器が送信する前記中継器の前記記憶部のデータを前記無線センサ端末の前記記憶部に記憶し、前記基地局又は前記中継器又は前記無線センサ端末の前記送受信制御部は、前記記憶部のデータを参照して、前記時計手段の標準時刻情報により送受信を開始する機能を備えた無線通信システムである。

上記目的を達成するための第５の発明は、前記標準時刻情報に基づき前記基地局と前記中継器と前記無線センサ端末との間の時刻同期を行う手段を前記基地局又は前記中継器又は前記無線センサ端末に備え、前記電源制御部は前記標準時刻情報と前記記憶部のデータを参照し、送受信時刻まで前記送受信回路を停止させ、前記送受信時刻に前記送受信回路を起動させ、前記送受信が終了後に前記送受信回路を再び停止させる機能を備えた無線通信システムである。

本発明によれば、ホスト装置に有線回線を用いて接続可能な基地局と中継機能を有する中継器と検出器を有する無線センサ端末との間で無線通信を行う無線通信システムにおいて、基地局、中継器、無線センサ端末が独立した時刻同期機能を備えることで、無線センサ端末は、標準電波により無線センサ端末の時刻を修正できるので、無線センサ端末の時刻情報修正時に中継器の送受信に要する電力を省力化できる。

また、無線センサ端末が直接標準電波を受信して無線センサ端末の時刻修正を行うので、無線センサ端末を経由して時刻を修正する場合の距離による遅延や情報処理による遅延を防止できる。更に、この標準電波を受信するモジュールは、ＧＰＳのモジュールと比較してコストや消費電力の面で優れ、ＧＰＳよりも地形による影響を受けにくいという利点がある。

更に、基地局及び中継器及び無線センサ端末が、標準電波を用いた高い精度で時刻同期をさせた上で、あらかじめ送受信の開始時刻を決め、送受信の開始時刻に従って送受信回路を起動させ、送受信を終えると送受信回路を停止させる機能を備えているので、送受信の開始時刻が決まり、無線通信センサ端末を間欠受信状態で待機させる必要がなく、間欠受信状態で待機させるのに要する電力をなくすことができる。また、高い精度で時刻同期しているので、各端末の送受信回路の起動時間を最低限に抑制できる。

その結果、低消費電力で、時刻情報の精度が高く、環境条件に影響を受けにくい無線通信システムの提供が可能になる。

本発明を実施するための最良の形態に係る無線通信システムを以下に図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の無線通信システムにおける基地局の構成を示すブロック図である。図２は、本発明の無線通信システムにおける中継器の構成を示すブロック図である。図３は、本発明の無線通信システムにおける無線センサ端末の構成を示すブロック図である。図４は、図１の基地局における送受信時刻データ送信処理時の動作を示すフローチャートである。図５は、図２の中継器における送受信時刻データ送受信処理時の動作を示すフローチャートである。図６は、図３の無線センサ端末における送受信時刻データ受信処理時の動作を示すフローチャートである。図７は、図３の無線センサ端末における検出データ送信処理時の動作を示すフローチャートである。図８は、図２の中継器における検出データ送受信処理時の動作を示すフローチャートである。図９は、図１の基地局における検出データ受信処理時の動作を示すフローチャートである。図１０は、本発明による省電力性能を従来の間欠受信との比較で示す図である。

図１に示されるように、基地局１は、送受信回路４と制御部５と時計６とアンテナ７とアンテナ８とから構成される。制御部５は、ＣＰＵ１０と記憶部１１と送受信制御部１２と電源制御部１３とからなる。記憶部１１には、送受信の時刻情報や検出データが記憶される。

図２に示されるように、中継器２は、送受信回路４と、制御部５と時計６とアンテナ７とアンテナ８とから構成される。制御部５は、ＣＰＵ１０と記憶部１１と送受信制御部１２と電源制御部１３とからなる。記憶部１１には、送受信の時刻情報や検出データが記憶される。

図３に示されるように、無線センサ端末３は、送受信回路４と制御部５と時計６とアンテナ７とアンテナ８と検出器９とから構成される。制御部５は、ＣＰＵ１０と記憶部１１と送受信制御部１２と電源制御部１３とからなる。記憶部１１には、送受信の時刻情報や検出データが記憶される。

本発明の無線通信システムの動作について図４〜図１０に従って以下に説明する。本発明の無線通信システムでは、送受信時刻の決定とそれに従った検出データの送受信とを行っている。これらの動作について、順を追って説明する。

最初に、送受信時刻の決定について説明する。図１、図４に示されるように、基地局１が送受信時刻のデータを送信する際は、記憶部１１の送受信時刻データに従い、新しい送受信時刻データの送信時刻まで時計６を標準電波で時刻修正しながら待機する（図４ステップＳ１１〜１３）。このステップでは、ネットワーク立ち上げ時の送受信時刻データが記憶部１１にない場合は、すぐに送受信時刻データの送受信準備に入る（図４ステップＳ１１）。送信時刻になると、記憶部１１に新しい送受信時刻データを記憶し（図４ステップＳ１３）、送受信回路４を起動させて送受信時刻データを中継器に送信し、再び送受信回路４を停止させる（図４ステップＳ１４〜１６）。

次に、図２、図５に示されるように、中継器２が送受信時刻のデータを送受信する際は、記憶部１１の送受信時刻データに従い、新しい送受信時刻データの送受信時刻まで時計６を標準電波で時刻修正しながら待機する（図５ステップＳ２１〜２３）。このステップでは、ネットワーク立ち上げ時の送受信時刻データが記憶部１１にない場合は、すぐに送受信時刻データの送信準備に入る（図５ステップＳ２１）。送受信時刻になると、送受信回路４を起動させて基地局１から送られてくる送受信時刻データを受信して記憶部１１に記憶し（図５ステップＳ２３〜２６）、そのデータを無線センサ端末に送信し、再び送受信回路４を停止させる（図５ステップＳ２７）。

また、図３、図６に示されるように、無線センサ端末３が送受信時刻のデータを受信する際は、記憶部１１の送受信時刻データに従い、新しい送受信時刻データの受信時刻まで時計６を標準電波で時刻修正しながら待機する（図６ステップＳ３１〜３３）。このステップでは、ネットワーク立ち上げ時の送受信時刻データが記憶部１１にない場合は、すぐに送受信時刻データの受信準備に入る（図６ステップＳ３１）。受信時刻になると、送受信回路４を起動させて中継器から送られてくる送受信時刻データを受信して記憶部１１に記憶し、再び送受信回路４を停止させる（図６ステップＳ３４〜３６）。

次に、検出データの送受信について説明する。図３、図７に示されるように、無線センサ端末３は、記憶部１１の送受信時刻データに従い、検出データの送信時刻まで時計６を標準電波で時刻修正しながら、検出器９から検出されたデータに時計６の標準時刻情報を付加して、記憶部１１に保存していく（図７ステップＳ４１〜４３）。送信時刻になると、送受信回路４を起動させて記憶部１１内に保存したデータを中継器２に送信し、再び送受信回路４を停止させる（図７ステップＳ４４、Ｓ４５）。

また、図２、図８に示されるように、中継器２は、記憶部１１の送受信時刻データに従い、検出データの送信時刻まで時計６を標準電波で時刻修正しながら待機する（図８ステップＳ５１、Ｓ５２）。送受信時刻になると、送受信回路４を起動させて無線センサ端末３から送られてくる検出データを記憶部１１に記憶し、そのデータを基地局１に送信し、再び送受信回路４を停止させる（図８ステップＳ５３〜５５）。

更に、図１、図９に示されるように、基地局１は、記憶部１１の送受信時刻データに従い、検出データの送信時刻まで時計６を標準電波で時刻修正しながら待機する（図９ステップＳ６１〜６２）。受信時刻になると、送受信回路４を起動させて中継器２から送られてくる検出データを記憶部１１に記憶し、再び送受信回路４を停止させる（図９ステップＳ６３、Ｓ６４）。

以上のように、本発明を実施するための最良の形態では、中継を行わずに独立して基地局、中継器、無線センサ端末が時刻同期を行うので、中継器のデータ中継に必要な消費電力を削減できる。

更に、無線センサ端末からの検出データは、送信時刻に基づいて送られるので、データの送受信時刻以外は中継器の送受信回路を停止させることで従来の間欠受信の状態で待機させるのに要する電力を削減できる（図１、図１０を参照）。

また、標準時刻を用いて端末間の送受信を制御することで、時間遅延などに消費する無駄な電力を最小限に抑制できる。更に、中継部分である中継器の省電力化により、ネットワーク全体の無線通信システムの寿命を延ばすことができる。

また、無線センサ端末の検出データに時刻情報を付加する際は、中継せずに直接受信した標準電波で時刻修正した時計の時刻を用いるので、時刻情報の精度の高い検出データを得ることができる。

以上に示したように、本発明により低消費電力で、時刻情報の精度が高く、環境条件に影響を受けにくい無線通信システムの提供が可能になる。

本発明の無線通信システムにおける基地局の構成を示すブロック図本発明の無線通信システムにおける中継器の構成を示すブロック図。本発明の無線通信システムにおける無線センサ端末の構成を示すブロック図。図１の基地局における送受信時刻データ送信処理時の動作を示すフローチャート。図２の中継器における送受信時刻データ送受信処理時の動作を示すフローチャート。図３の無線センサ端末における送受信時刻データ受信処理時の動作を示すフローチャート。図３の無線センサ端末における検出データ送信処理時の動作を示すフローチャート。図２の中継器における検出データ送受信処理時の動作を示すフローチャート。図１の基地局における検出データ受信処理時の動作を示すフローチャート。本発明による省電力性能を従来の間欠受信との比較で示す図。従来の間欠受信を採用する通信システムを説明する図。

符号の説明

１基地局
２中継器
３無線センサ端末
４送受信回路
５制御部
６時計
７アンテナ
８アンテナ
９検出器
１０ＣＰＵ
１１記憶部
１２送受信制御部
１３電源制御部
１４有線回線

Claims

ホスト装置に有線回線を用いて接続可能な基地局と中継機能を有する中継器と検出器を有する無線センサ端末との間で無線通信を行う無線通信システムにおいて、標準電波を受信する受信手段と、時刻情報や検出データの送受信のための送受信回路手段と、送受信を行う時刻と検出器のデータとを記憶する記憶部とメモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ部と前記記憶部のデータと前記時計手段のデータにより送受信を制御する送受信制御部と前記記憶部のデータと前記時計手段のデータにより前記送受信回路への電力供給を制御する電源制御部からなる制御手段とを前記基地局又は前記中継器又は前記無線センサ端末に備えたことを特徴とする無線通信システム。
前記受信手段により時刻修正を行う手段を前記基地局及び前記中継器及び前記無線センサ端末に備えたことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
前記時計手段の標準時刻情報を基にした検出時の時刻情報を前記無線センサ端末の検出したデータに付加した情報を送信する手段を前記無線センサ端末に備えたことを特徴とする請求項２記載の無線通信システム。
前記中継器は、前記基地局が送信する前記基地局の前記記憶部のデータを前記中継器の前記記憶部に記憶し、前記無線センサ端末は、前記中継器が送信する前記中継器の前記記憶部のデータを前記無線センサ端末の前記記憶部に記憶し、前記基地局又は前記中継器又は前記無線センサ端末の前記送受信制御部は、前記記憶部のデータを参照して、前記時計手段の標準時刻情報により送受信を開始する機能を備えたことを特徴とする請求項３記載の無線通信システム。
前記標準時刻情報に基づき前記基地局と前記中継器と前記無線センサ端末との間の時刻同期を行う手段を前記基地局又は前記中継器又は前記無線センサ端末に備え、前記電源制御部は前記標準時刻情報と前記記憶部のデータを参照し、送受信時刻まで前記送受信回路を停止させ、前記送受信時刻に前記送受信回路を起動させ、前記送受信が終了後に前記送受信回路を再び停止させる機能を備えたことを特徴とする請求項３記載の無線通信システム。