JP5616682B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の無線チャンネルを用いて無線通信を行う無線通信システムに関するものである。

近年、例えば特定小電力無線局などの通信機を用いて、遠隔地点に設置された測定機の測定結果の授受や、遠隔地点に設置された装置の機能を始動、変更、または終了させるための制御信号の授受を行う無線通信システムが普及している。この種の無線通信システムは、自動検針システム、照明制御システム、防犯システム、ドアホンシステム、火災報知システムなど、多種多様のシステムに適応されている。このようなシステムとして、例えば特許文献１に記載された自動検針システムや、特許文献２に記載された火災報知システムがある。

例えば、自動検針システムでは、戸建住宅及び集合住宅の各住戸や、オフィスビル・商業ビルにおける各テナントが需要家である場合において、電気、ガス、水道などの検針メータに無線通信を行う通信機を接続する。そして、通信機が無線で送信する検針情報（つまり、消費電力量、ガス使用量、水道使用量など）を、広域通信網などの通信網を介して検針用の管理サーバに送信することで、遠隔での検針を可能にしている。

通信機（送信器・受信器）が送信・受信する無線信号は、図３（ａ）に示す構造を備える。無線信号は、同期ビット（プリアンブルＰＡ）、フレーム同期パターン（ユニークワードＵＷ）、アドレス情報ＤＡ（宛先アドレスおよび送信元アドレス）、メッセージ（データＤＡＴＡ）、誤り検出符号ＣＲとで構成されている。プリアンブルＰＡは、例えば０と１を交互に続けて並べたビット同期用のビットパターンである。ユニークワードＵＷは、プリアンブルＰＡとは異なるビットパターンのビット列であって、データＤＡＴＡなどには含まれにくいビットパターンが使用される。また、受信器は、このプリアンブルＰＡおよびユニークワードＵＷを検出することでビット同期およびフレーム同期をとり、さらには無線信号が自システム内で利用される無線信号であることを検出する。そして、ユニークワードＵＷに続くアドレス情報ＤＡおよびデータＤＡＴＡを受信して、制御コマンドなどの必要な情報を取得する。誤り検出符号ＣＲは、例えば、ＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）などからなる誤り検出符号である。そして、誤り検出符号ＣＲによって、受信した無線信号の整合性を確認し、無線信号の送受信時において何らかの原因により、ビット反転などの異常が発生したことを検出できるようにしている。

無線通信システムでは、複数台の通信機（送信器・受信器）間で無線信号の授受を行う必要があり、特定の周波数帯域内に複数の無線チャンネルを設け、各送信器が割り当てられた無線チャンネルを用いて無線信号を送信する。そして、受信器が例えば時分割によって全ての無線チャンネルをスキャンすることで各送信器からの無線信号を受信する。

受信器側における具体的な各無線チャンネルのスキャン方法としては、図３（ｂ）に示すように、スキャン周期Ｔｂを複数のスキャン期間Ｔａ（例えば２ｍｓ）に時分割して、スキャン期間Ｔａ毎に複数の無線チャンネルの各々を順次切り替える。そしてスキャン期間Ｔａ内では、各無線チャンネルにおける信号強度を順次検出し、この検出した信号強度が予め設定されている閾値を超えた無線チャンネルがあれば、この無線チャンネルの無線信号から上述したプリアンブルＰＡの検出を行う。各無線チャンネルにおいて、スキャン期間Ｔａの間にプリアンブルＰＡが検出されない場合には、次の無線チャンネルにスキャン対象の無線チャンネルを切り替え、再度プリアンブルＰＡの検出を行う。また、スキャン期間Ｔａの間にプリアンブルＰＡが検出された場合には、スキャン対象の無線チャンネルをその無線チャンネルに固定し、ユニークワードＵＷの検出を行う。ユニークワードＵＷが検出されなかった場合には、その無線チャンネルにおける無線信号の受信を中止し、再度、各無線チャンネルのスキャンを開始する。一方、ユニークワードＵＷが検出された場合には、続くアドレス情報を参照して自己宛の信号であれば、続くデータＤＡＴＡ（ここではリンク確立要求）の受信を行う。そして、誤り訂正符号ＣＲで信号情報の異常の有無を確認し、異常が無ければ無線信号に格納された各情報を取得することで、リンク確立要求の受信を完了する。

このようにして、受信器では、所定のスキャン周期Ｔｂ内で時分割されたスキャン期間Ｔａ毎に各無線チャンネルに含まれるプリアンブルＰＡを検出して無線信号の受信を開始している。

特開２００８−１４７８４４号公報 特開２００９−１７７３４０号公報

受信器が、時分割によって全ての無線チャンネルをスキャンすることで各送信器からの無線信号を受信する場合、送信器が送信する無線信号のプリアンブルＰＡの信号長は、受信器におけるスキャン周期Ｔｂより長くする必要がある。すなわち、プリアンブルＰＡの信号長をスキャン周期Ｔｂより長くすることによって、送信器がいずれの無線チャンネルを用いようとも、受信器はスキャン周期Ｔｂ内でプリアンブルＰＡを検出できる可能性が高くなり、無線信号の受信漏れを低減することができる。

しかし、送信器は、無線信号の各々に長いプリアンブルを設ける必要があり、送信効率が悪化する要因となっていた。

さらに、システムで用いるチャンネル仕様の変更によって、使用可能な無線チャンネルの変更、増減が発生した場合、受信器側のスキャン周期、スキャン対象の無線チャンネルを変更する必要があった。したがって、受信器の数が多い場合、この変更作業に手間がかかっていた。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の無線チャンネルを用いて無線通信を行う場合に、送信効率を向上させることができ、さらにはチャンネル仕様の変更にも容易に対応することができる無線通信システムを提供することにある。

本発明の無線通信システムは、１つ以上の第１の通信機と複数の第２の通信機とが、互いに周波数が異なる複数の無線チャンネルを用いて無線通信を行い、前記第１の通信機は、複数の無線チャンネルを順次切り替え、各無線チャンネルを用いてリンク確立要求を送信し、前記第２の通信機は、複数の無線チャンネルから、いずれか１つの無線チャンネルを割り当てられ、前記割り当てられた無線チャンネルを用いてリンク確立要求を受信し、当該リンク確立要求を受信した無線チャンネルで前記第１の通信機との間の通信リンクを確立し、前記第１の通信機は、前記通信リンクが確立した無線チャンネルの各々に対応する通信期間を、無線チャンネルを順次切り替えながら時系列で連続させて、前記第２の通信機との間で無線通信を行うことを特徴とする。

以上説明したように、本発明では、複数の無線チャンネルを用いて無線通信を行う場合に、送信効率を向上させることができ、さらにはチャンネル仕様の変更にも容易に対応することができるという効果がある。

実施形態のシステム構成を示すブロック図である。 （ａ）〜（ｃ）同上の通信処理を示す図である。 （ａ）（ｂ）同上の無線信号の構造、従来のスキャン動作を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態）
本実施形態では、電力の自動検針システムに用いる無線通信システムについて説明する。

まず図１に示すように、自動検針システムでは、戸建住宅および集合住宅の各住戸や、オフィスビル・商業ビルにおける各テナントが需要家である場合において、需要家の各々に使用電力量の検針情報を作成する検針メータＭを設置している。そして検針メータＭには、検針情報を送信するための無線通信を行う検針用通信機２（第２の通信機）を接続する。検針用通信機２は、無線通信部２ａと、信号強度測定部２ｂとを備える。無線通信部２ａは、データ収集通信機１（第１の通信機：中継用通信機１Ａおよび携行用通信機１Ｂ）との間で、例えば特定小電力方式を用いた無線通信を行うことで、検針メータＭが作成した検針情報をデータ収集通信機１へ提供する。

また、検針範囲Ｘ毎に１台配置する中継用通信機１Ａを、例えば検針範囲Ｘ内の電柱に設置している。中継用通信機１Ａは、無線通信部１１ａと、ネットワーク通信部１１ｂと、検針情報記憶部１１ｃとを備える。無線通信部１１ａは、検針範囲Ｘ内の１乃至複数の検針用通信機２との間で、例えば特定小電力方式を用いた無線通信を行うことで、検針用通信機２から検針情報を取得し、取得した検針情報を検針情報記憶部１１ｃに格納する。ネットワーク通信部１１ｂは、遠隔地に設けた検針用の管理サーバＣＳとの間で、例えば光ファイバ回線を含む広域通信網などの通信網ＮＴを介したネットワーク通信を行う。したがって、検針情報記憶部１１ｃに格納された各検針情報は、検針用通信機２から中継用通信機１Ａを介して管理サーバＣＳに送信され、管理サーバＣＳが各需要家によって使用された電力情報を管理することで、電力の自動検針を行うことができる。

さらに、検針員が定期的（例えば１ヶ月毎）に検針範囲Ｘまで赴き、携行自在に構成された携行用通信機１Ｂを用いて、各需要家に設置した検針用通信機２から検針情報を取得することもできる。携行用通信機１Ｂは、無線通信部１２ａと、ネットワーク通信部１２ｂと、検針情報記憶部１２ｃと、操作表示部１２ｄとを備える。無線通信部１２ａは、近傍の検針用通信機２との間で、例えば特定小電力方式を用いた無線通信を行うことで、検針用通信機２から検針情報を取得し、取得した検針情報を検針情報記憶部１２ｃに格納する。ネットワーク通信部１２ｂは、情報コンセント等を介して通信網ＮＴに接続されることで、遠隔地に設けた検針用の管理サーバＣＳとの間でネットワーク通信を行い、検針情報記憶部１２ｃに格納している検針情報を管理サーバＣＳへ送信する。操作表示部１２ｄは、タッチパネル機能付きの液晶画面等で構成され、検針情報記憶部１２ｃに格納している検針情報の表示や、無線通信操作およびネットワーク通信操作等を行う。

本無線通信システムでは、１台以上のデータ収集通信機１（中継用通信機１Ａ、携行用通信機１Ｂ）と複数の検針用通信機２との間で無線信号の授受を行う必要があり、特定の周波数帯域内に複数の無線チャンネルを設け、各無線チャンネルを用いて無線通信を行う。本無線通信システムでは、互いに周波数が異なる無線チャンネルＣＨ１〜ＣＨｎを使用する。

まず、中継用通信機１Ａの無線通信部１１ａ、携行用通信機１Ｂの無線通信部１２ａは、無線チャンネルＣＨ１〜ＣＨｎの全ての無線チャンネルを切り替え自在に用いて、無線通信を行うことができる。

一方、検針用通信機２の無線通信部２ａは、無線チャンネルＣＨ１〜ＣＨｎのうちいずれか１つの無線チャンネルを割り当てられ、当該割り当てられた１つの無線チャンネルのみを用いて、無線通信を行うことができる。

そして、中継用通信機１Ａの無線通信部１１ａ、携行用通信機１Ｂの無線通信部１２ａは、検針用通信機２との間で通信リンクを確立し、検診情報を取得するために、図２に示す通信処理を行う。まず図２（ａ）に示すように、全ての無線チャンネルＣＨ１〜ＣＨｎの各々に対応するリンク確立期間Ｔ１を時系列で連続させ、各リンク確立期間Ｔ１において、対応する１つの無線チャンネルを用いてリンク確立要求Ｓａを送信する。時系列的に並ぶ複数のリンク確立期間Ｔ１は、ＣＨ１→ＣＨ２→…→ＣＨｎの順に無線チャンネルが対応付けられる。すなわち、無線チャンネルＣＨ１〜ＣＨｎを順次切り替えて、無線チャンネル毎にリンク確立要求Ｓａを送信する。

そして無線通信部１１ａ，１２ａは、リンク確立期間Ｔ１毎に、リンク確立要求Ｓａに対する検針用通信機２からのＡＣＫ信号Ｓｂの返信の有無を判定し、ＡＣＫ信号Ｓｂの返信があったリンク確立期間Ｔ１に対応する無線チャンネルを記憶しておく。そして、全ての無線チャンネルＣＨ１〜ＣＨｎを用いてリンク確立要求Ｓａを送信した後、ＡＣＫ信号Ｓｂの返信があった無線チャンネルに順次切り替えて、検針用通信機２との間で検針情報の取得処理を行う。

リンク確立要求Ｓａは、図３（ａ）に示すように、プリアンブルＰＡ、ユニークワードＵＷ、アドレス情報ＤＡ、データＤＡＴＡ、誤り検出符号ＣＲとで構成され、データＤＡＴＡにリンク確立要求のコマンドが格納されている。このリンク確立要求Ｓａの構成については、背景技術の無線信号の構成と同様であるので、詳細な説明は省略する。

一方、検針用通信機２の無線通信部２ａは、待ち受け状態において、自己に割り当てられた無線チャンネルに固定する。そして、検針用通信機２の信号強度測定部２ｂは、自己に割り当てられた無線チャンネルの信号強度を測定する。検針用通信機２の無線通信部２ａは、この検出した信号強度が予め設定されている閾値を超えた場合、自己に割り当てられた無線チャンネルの無線信号からプリアンブルＰＡの検出を行う。

そして、プリアンブルＰＡが検出された場合には、ユニークワードＵＷの検出を続いて行う。ユニークワードＵＷが検出された場合には、続くアドレス情報ＤＡを参照して自己宛の信号であれば、続くデータＤＡＴＡ（ここではリンク確立要求）の受信を行う。そして、誤り訂正符号ＣＲで信号情報の異常の有無を確認し、異常が無ければ無線信号に格納された各情報を取得することで、リンク確立要求Ｓａの受信を完了する。

リンク確立要求Ｓａを受信した検針用通信機２は、リンク確立要求Ｓａの送信元の中継用通信機１Ａ、携行用通信機１Ｂに対し、自己に割り当てられた無線チャンネルを用いてＡＣＫ信号Ｓｂを返信し、当該無線チャンネルで通信リンクを確立する。

例えば、図２では、無線チャンネルＣＨ３，ＣＨ４を割り当てられた検針用通信機２が、リンク確立要求Ｓａを受信してＡＣＫ信号Ｓｂを返信し（図２（ｂ）（ｃ）参照）、無線チャンネルＣＨ３，ＣＨ４を用いて通信リンクを確立した場合を例示する。リンク確立要求Ｓａの送信元のデータ収集通信機１（中継用通信機１Ａ、携行用通信機１Ｂ）は、通信リンクが確立した無線チャンネルＣＨ３，ＣＨ４の各々に対応する検針情報取得期間Ｔ２を時系列で連続させる（図２（ａ）参照）。各検針情報取得期間Ｔ２では、無線チャンネルＣＨ３，ＣＨ４の各々を用いた無線通信Ｓｃを行うことで、検針用通信機２から検針情報を取得する。

このようにして、中継用通信機１Ａ、携行用通信機１Ｂは、通信可能な検針用通信機２が用いる無線チャンネルでのみ通信リンクを予め確立することができる。したがって、従来のように検針用通信機２側で全ての無線チャンネルをスキャンする必要がないので、リンク確立要求ＳａのプリアンブルＰＡの信号長を長くする必要はない（図３参照）。而して、リンク確立要求ＳａのプリアンブルＰＡの信号長を従来に比べて短くでき、送信効率を向上させることができる。

さらに、従来のように検針用通信機２側で全ての無線チャンネルをスキャンする必要がないので、無線チャンネルの仕様変更があって、新規な無線チャンネルを用いる検針用通信機２がシステム内に追加された場合にその対応が容易になる。

従来のように検針用通信機２側で全ての無線チャンネルをスキャンする場合、上記新規な無線チャンネルの追加に対して、全ての検針用通信機２においてスキャン対象の無線チャンネルを追加する必要があった。一般に、自動検針システムでは、検針用通信機２は需要家の各々に設置されており、中継用通信機１Ａ、携行用通信機１Ｂに比べて台数が非常に多くなる。したがって、全ての検針用通信機２においてスキャン対象の無線チャンネルを追加する作業は手間がかかるものであった。

しかし、本実施形態では、従来のように検針用通信機２側で全ての無線チャンネルをスキャンする必要がなく、上記新規な無線チャンネルの追加に対しては、中継用通信機１Ａ、携行用通信機１Ｂにおいて使用可能な無線チャンネルを追加するのみで対応できる。したがって、無線チャンネルの仕様変更への対応が従来に比べて容易になる。

なお、本実施形態は、無線通信システムを電力の自動検針システムに適用する例について説明したが、遠隔制御システム、遠隔監視システム等の他のシステムに適用してもよい。

１ データ収集通信機
１Ａ 中継用通信機
１１ａ 無線通信部
１Ｂ 携行用通信機
１２ａ 無線通信部
２ 検針用通信機
２ａ 無線通信部
２ｂ 信号強度測定部
Ｍ 検針メータ

Claims (1)

1. １つ以上の第１の通信機と複数の第２の通信機とが、互いに周波数が異なる複数の無線チャンネルを用いて無線通信を行い、
   前記第１の通信機は、複数の無線チャンネルを順次切り替え、各無線チャンネルを用いてリンク確立要求を送信し、
   前記第２の通信機は、複数の無線チャンネルから、いずれか１つの無線チャンネルを割り当てられ、前記割り当てられた無線チャンネルを用いてリンク確立要求を受信し、当該リンク確立要求を受信した無線チャンネルで前記第１の通信機との間の通信リンクを確立し、
   前記第１の通信機は、前記通信リンクが確立した無線チャンネルの各々に対応する通信期間を、無線チャンネルを順次切り替えながら時系列で連続させて、前記第２の通信機との間で無線通信を行う
   ことを特徴とする無線通信システム。

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