JP5683714B2 - Wireless terminal device and wireless communication system - Google Patents
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Description
本発明は、無線通信ネットワークシステムを構成する無線端末装置に関する。 The present invention relates to a wireless terminal device constituting a wireless communication network system.
従来の移動型通信装置のネットワークの一つとして、直接通信できない無線端末装置同士は中継装置(通信を中継する無線端末装置)を介して通信することによって、多数の無線端末装置同士の相互通信を可能にする無線メッシュネットワークの技術が開発されている。このような無線ネットワークは一般にメッシュネットワークと呼ばれ、基地局や固定局、移動局関係なく、無線端末装置間のデータ通信は途中で複数の無線端末装置を中継することにより行うネットワークとなっている。 As one of the networks of conventional mobile communication devices, wireless terminal devices that cannot communicate directly communicate with each other via a relay device (wireless terminal device that relays communication), thereby enabling mutual communication between a large number of wireless terminal devices. Wireless mesh network technology has been developed to enable it. Such a wireless network is generally referred to as a mesh network, and data communication between wireless terminal devices is performed by relaying a plurality of wireless terminal devices on the way, regardless of base stations, fixed stations, or mobile stations. .
以上のように構成したネットワークシステムでは、送信元の無線端末装置から送信されたデータは、無線端末装置間の通信品質を基に構築された中継経路上の無線端末装置により中継(ホップ)され、最終宛先の無線端末装置まで届けられる。このようなネットワークシステムにおいて、通信信頼性をさらに向上させるための技術が特許文献1や特許文献2に記載されている。
In the network system configured as described above, the data transmitted from the wireless terminal device of the transmission source is relayed (hopped) by the wireless terminal device on the relay path constructed based on the communication quality between the wireless terminal devices, It is delivered to the final destination wireless terminal device. In such a network system,
具体的には、特許文献1には、無線端末装置が複数のアンテナを保有し、周囲の複数の無線端末装置それぞれとの通信で使用するアンテナとして、受信時に無線品質が最も良いアンテナを選択することにより通信信頼性を向上させる技術が記載されている。
Specifically, in
また、特許文献2には、アンテナの指向性毎の通信品質を中継経路毎に計算した親和度と、ホップ数に基づいて中継経路を選択してデータ送信を行うことにより、通信信頼性を向上させる技術が記載されている。
上述したように、特許文献1に記載の技術では、複数のアンテナの中から受信品質が最良のアンテナを選択して使用することとしている。しかしながら、送信元から最終宛先の無線端末装置までの途中において信号を中継する回数(ホップ数)が多くなると、システム全体としての通信の信頼性が低下してしまうため、隣接している無線端末装置との間の通信品質を考慮してアンテナを選択した場合、中継経路全体としてみた場合に最適なアンテナを選択できないという問題があった。
As described above, in the technique described in
また、特許文献2に記載の技術では、ゲートウェイや各無線端末装置において無線端末装置間の通信品質に基づいて中継経路が構築され、各無線端末装置が経路情報を持つ。このため、送信元から最終宛先までの中継経路の途中で周囲環境の変化などにより電波が届かなくなると自動的に迂回経路へ中継経路が変更される自立ネットワークにおいては、各無線端末装置において、保持している中継経路の情報とは異なる周囲の無線端末装置からデータを受信する可能性がある。そうすると、中継経路毎に計算した親和度とホップ数に基づいて中継経路を選択し、この中継経路に基づいて複数のアンテナの中から特定の隣接する無線端末装置に対して無線品質が最も良いアンテナを選択しデータの受信待機をしていると、選択中のアンテナが必ずしも最適な受信用のアンテナになるとは限らず、すなわち、最適なアンテナで受信することができず、受信待機時の通信の信頼性が低下するという問題があった。
In the technique described in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、無線メッシュネットワークにおいて、保有している複数アンテナのうち、中継経路となり得る可能性のある隣接した複数の無線端末装置との電波状態が総合的に良い条件となるアンテナを選択することにより、信頼性の高い通信を提供する無線端末装置、および無線通信システムを得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and in a wireless mesh network, the radio wave state of a plurality of adjacent wireless terminal devices that may be a relay path among a plurality of owned antennas is comprehensive. An object of the present invention is to obtain a wireless terminal device and a wireless communication system that provide highly reliable communication by selecting an antenna that is in good condition.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数のアンテナを備え、前記複数のアンテナを順番に使用して周囲の他の無線端末装置である隣接端末と通信を行うとともに、前記各隣接端末からゲートウェイまでの中継経路が無線通信環境の変化に応じ自動的に変更されるメッシュネットワークを形成する無線端末装置であって、各アンテナを使用した場合のそれぞれにおける、各隣接端末から前記ゲートウェイまでのホップ数の情報を各隣接端末から取得するとともに各隣接端末との間の通信品質を測定する情報取得部と、使用するアンテナを切り替えるアンテナスイッチと、前記ホップ数情報及び前記通信品質に基づいて受信時に使用するアンテナを決定し、決定したアンテナを前記アンテナスイッチに選択させる使用アンテナ決定部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention includes a plurality of antennas, and uses the plurality of antennas in order to communicate with neighboring terminals that are other wireless terminal devices in the vicinity. A wireless terminal device forming a mesh network in which a relay route from each adjacent terminal to the gateway is automatically changed according to a change in a wireless communication environment, and each adjacent terminal in each case where each antenna is used The information acquisition unit that acquires the information on the number of hops from the gateway to the gateway from each adjacent terminal and measures the communication quality with each adjacent terminal, the antenna switch that switches the antenna to be used, the hop number information, and the communication The antenna to be used at the time of reception is determined based on the quality, and the antenna switch is used to select the determined antenna. Characterized in that it comprises a Na determining unit.
本発明にかかる無線端末装置は、送信元から最終宛先までのデータ中継の途中で無線通信環境の変化などにより電波が届かなくなると中継経路が自動的に迂回経路へ変更される自立ネットワークにおいても、より信頼性の高い通信を実現できるという効果を奏する。 The wireless terminal device according to the present invention is a self-supporting network in which a relay route is automatically changed to a bypass route when radio waves do not reach due to changes in the wireless communication environment during data relay from the transmission source to the final destination. There is an effect that communication with higher reliability can be realized.
以下に、本発明にかかる無線端末装置および無線通信システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of a wireless terminal device and a wireless communication system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態.
図1は、本発明にかかる無線端末装置(以下、無線端末と記載する)を含む無線通信システムの構成例を示す図である。図示したように、この無線通信システムは、管理サーバ1と、ゲートウェイ2と、無線端末5A〜5Hと、を含んで構成されている。なお、これ以降においては、無線端末5A〜5Hに共通の事項(装置構成、機能、動作など)を説明する場合、無線端末5A〜5Hをまとめて無線端末5と記載する。Embodiment.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a wireless communication system including a wireless terminal device (hereinafter referred to as a wireless terminal) according to the present invention. As illustrated, the wireless communication system includes a
管理サーバ1とゲートウェイ2は広域ネットワーク網3経由で通信するように配置されており、管理サーバ1およびゲートウェイ2は、例えば光ケーブルである通信ケーブル4により広域ネットワーク網3に接続されている。ゲートウェイ2および無線端末5は複数のアンテナを備えており、信号の送受信時には1つのアンテナを使用する。また、無線端末5には電力量などを計測する電力メータ6が有線または無線で接続されており、無線端末5は、電力メータ6での測定データをゲートウェイ2経由で管理サーバ1へ送信する。このとき、ゲートウェイ2と直接通信することができない無線端末5は、他の無線端末5経由でゲートウェイ2まで測定データを送信する。図1の例では、無線端末5C〜5Hはゲートウェイ2と直接通信することができない場所に位置しており、他の無線端末5経由で測定データを送信する。
The
図1に示した無線通信システムを構成している各装置の詳細について説明する。 Details of each device constituting the wireless communication system shown in FIG. 1 will be described.
図示は省略しているが、管理サーバ1は、システムの機能を制御する中央制御部と、広域ネットワーク網3を介してゲートウェイ2および無線端末5と通信を行うための通信制御部と、ゲートウェイ2および無線端末5を介して取得した電力量などの測定データを保持する記憶装置とを備えている。この管理サーバ1は、無線端末5と通信を行い、需要家などに設置されている電力メータ6で測定された測定データ(使用電力量など)を収集する。
Although not shown, the
図2は、ゲートウェイ2の構成例を示す図である。図示したように、ゲートウェイ2は、中央制御部21、無線処理部22、通信制御部23および光入出力部24を備えている。中央制御部21は、管理サーバ1または無線端末5とのデータ処理を行う。無線処理部22は、無線端末5と無線ネットワーク通信を行うための無線通信制御を行う。通信制御部23は、管理サーバ1と有線ネットワーク通信を行うための有線通信制御を行う。光入出力部24は、光ケーブル4経由で広域ネットワーク網3へ接続するための処理(電気信号から光信号への変換処理,光信号から電気信号への変換処理)を行う。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the
また、無線処理部22は、図3に示したように、複数のアンテナ220を切り替えるアンテナスイッチ221と、無線変復調処理を行うとともに、図示した通信品質測定部227で無線端末5との間の通信品質(例えば受信電界強度)を測定する無線部222と、無線I/F(インタフェース(Interface))部223と、無線端末5の無線ネットワークの生成および構成管理を行う無線ネットワーク制御部244と、管理サーバ1から無線端末5宛に送信された信号を受信した場合の転送先が記載されたルーティングテーブル225と、無線処理部22の全ての機能を制御し、中央制御部21との間のデータ処理を行うとともにアンテナスイッチ221の制御を行う無線通信制御部226とを備えている。なお、図3ではアンテナ220を2本としているが3本以上としてもよい。
Further, as shown in FIG. 3, the
このような構成のゲートウェイ2は、メッシュネットワークの一部を形成し、無線処理部22は、無線端末5と通信を行う。
The
無線処理部22において、無線ネットワーク制御部224は、アンテナ220および無線部222を介して無線端末5と通信を行う。また、すべての無線端末5に対するアドレス割当、無線端末5のメッシュネットワークへの登録処理およびメッシュネットワークの管理を行う。
In the
また、ゲートウェイ2において、中央制御部21は、管理サーバ1から光入出力部24および通信制御部23を経由して要求データ(電力メータ6における測定データの送信要求)を受信すると、無線処理部22内の無線ネットワーク制御部224へ転送する。無線ネットワーク制御部224は、中央制御部21によって転送された要求データを受け取ると、要求データを解析して管理サーバ1から指定された宛先の無線端末5を把握する。そして、ルーティングテーブル225に従って、無線I/F部223、無線部222、アンテナスイッチ221およびアンテナ220を介して要求データを送信(転送)する。
In the
図4は、無線端末5の構成例を示す図である。図示したように、無線端末5は、ゲートウェイ2や他の無線端末5との無線通信で使用する複数のアンテナ50と、複数のアンテナ50を切り替えるアンテナスイッチ51と、無線変復調処理を行うとともに、通信品質測定部61でゲートウェイ2や他の無線端末5との間の受信電界強度を測定する無線部52と、無線I/F部53と、ゲートウェイ2や他の無線端末5から受信したデータのうち、自身宛ではないデータを他の無線機器(ゲートウェイ2または他の無線端末5)へ転送するデータ中継処理部54と、自身宛ではないデータ(ゲートウェイ2または他の無線端末5が宛先のデータ)の転送先が記載されているルーティングテーブル55と、周辺にある無線機器(ゲートウェイ2または他の無線端末5)との間の電界強度、および周辺の各無線端末5からゲートウェイ2までのホップ数の情報を保持する隣接端末情報テーブル56と、アンテナスイッチ51を制御して複数のアンテナ50の中から受信待機時に使用するアンテナを選択決定する使用アンテナ決定部としての機能を有するとともに自身宛のデータを処理する機能を有する通信制御部57と、定期的に前記情報(電界強度、ホップ数情報)を取得するために使用するタイマ部58と、電力メータ6から取得した測定データを記憶する記憶部59と、電力メータ6と通信を行うためのメータ通信処理部60とを備えている。なお、図4ではアンテナ50を2本としているが3本以上としてもよい。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the
このような構成の無線端末5は、ゲートウェイ2または他の無線端末5との間でデータを送受信する。無線端末5がデータを受信すると、データ中継処理部54は、自身宛のデータか否かを確認し、自身宛の場合、通信制御部57へ転送し、通信制御部57において処理する。一方、自身宛ではない場合、データ中継処理部54は、ルーティングテーブル55に基づいて中継先を決定し、無線I/F部53、無線部52、アンテナスイッチ51およびアンテナ50を介してデータを中継する。なお、受信したデータ内にルーティング情報がある場合は、データ中継処理部54は、ルーティングテーブル55ではなくルーティング情報に基づいてデータ中継処理を行う。また、管理サーバ1からの測定データ送信要求に対する応答データを送信する場合、応答データ(測定データ)をデータ中継処置部54へ転送し、データ中継処理部54において、ルーティングテーブル55に基づいて中継先を決定し、無線I/F部53、無線部52、アンテナスイッチ51およびアンテナ50を介して応答データを送信する。
The
通信制御部57は、メータ通信処理部60を介して電力メータ6から測定データを取得する。取得した測定データは記憶部59に格納して保持しておく。
The communication control unit 57 acquires measurement data from the
タイマ部58は、所定の条件を満たすと計時を開始し、その後、所定時間が経過すると、通信制御部57へ通知する。この通知を受けた通信制御部57は、周辺の他の無線端末5に対して情報データ(詳細は後述する)の要求を送信し、これに対する応答信号である情報データ応答を受信すると、受信した情報データ応答に含まれている情報データを抽出する。また、このとき、無線部52では、通信品質測定部61が、情報データ応答受信の際の電界強度測定を行う。通信制御部57によって抽出された上記情報データ、および通信品質測定部61によって測定された電界強度は、隣接端末情報テーブル56へ格納される。なお、通信制御部57および通信品質測定部61は、情報データおよび通信品質情報を取得する情報取得部を形成する。
The
次に、本実施の形態の無線通信システムの動作について図5〜図9を用いて説明する。まず、図5に示した動作、すなわち、ゲートウェイ2および無線端末5A〜5Fにより形成されているメッシュネットワークに無線端末5Gが新たに参入する場合の動作の一例について説明する。なお、無線端末5Gは、無線端末5A〜5Fのいずれとも直接通信が可能であるが、ゲートウェイ2とは直接通信が不可能な位置に新たに設置されるものとする。無線端末5Gは複数のアンテナ(ここではアンテナ#1,#2の2本として説明する)を備えており、メッシュネットワークに参入する際、複数のアンテナの中から受信待機時に使用する1つのアンテナを選択するものとする。
Next, the operation of the wireless communication system according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. First, an example of the operation illustrated in FIG. 5, that is, an operation when the
無線端末5Gが新規設置されると(ステップS11)、無線端末5Gは、まず、メッシュネットワーク参入後に使用するアンテナを選択するために、直接通信が可能な他の無線端末5(以下、隣接端末と称する)より情報データを取得する条件(アンテナ選択条件)として、ゲートウェイ2までのホップ数(上限値)および隣接端末との間の電界強度の閾値(下限値)を設定する(ステップS12)。新規設置の場合、多くの情報データを取得して使用するアンテナを選択するのが望ましい。そのため、例えば、ゲートウェイまでのホップ数=無線通信システムで許容される最大ホップ数、電界強度閾値=最低受信電界強度とする。図5に示した例では無線端末5A〜5Fが隣接端末となる。
When the
無線端末5Gは、次に、複数のアンテナのうちの1つであるアンテナ#1を選択し(ステップS13)、このアンテナ#1を使用して、上記ステップS12で設定したアンテナ選択条件(ゲートウェイ2までのホップ数および隣接端末と間の電界強度閾値)を挿入した情報データ要求をブロードキャストにて送信する(ステップS14)。
Next, the
情報データ要求を受信した隣接端末(無線端末5A,5B,5C,5D,5E,5F)は、情報データ要求内のアンテナ選択条件(ゲートウェイ2までのホップ数および隣接端末との間の電界強度閾値)を取得する。なお、情報データ要求を受信する際には電界強度を測定し、測定結果を保持しておく。受信した情報データ要求を他の無線端末5へ転送することはしない。
The adjacent terminals (
また、情報データ要求を受信した無線端末5A〜5Fは、ゲートウェイ2までのホップ数、および情報データ要求受信時に測定した電界強度(無線端末5Gとの間の通信品質を示す)を、情報データ要求より取得したアンテナ選択条件と比較し、アンテナ選択条件を満たしている場合には、ゲートウェイ2までのホップ数の情報を情報データとして含んだ情報データ応答を返送する(ステップS15)。すなわち、「ゲートウェイ2までのホップ数≦アンテナ選択条件が示すホップ数」および「情報データ要求受信時に測定した電界強度≧アンテナ選択条件が示す電界強度閾値」がともに成立している場合、情報データ応答を返送する。このようにした場合、無線トラフィックが不必要に増大するのを防止できるとともに、消費電力を抑えることができる。なお、無線端末5Gは、情報データ応答を受信する際に電界強度を測定し、測定結果を保持しておく。
In addition, the
無線端末5Gは、ステップS14で情報データ要求を送信してから一定時間が経過した後、各隣接端末(無線端末5A〜5F)より受信した情報データ応答に含まれている情報データ(ゲートウェイ2までのホップ数の情報)、および情報データ応答受信時に測定した電界強度をアンテナ#1の情報(アンテナ情報)として保持しておく。
The
無線端末5Gは、次に、アンテナ#2を選択し(ステップS16)、このアンテナ#2を使用して、上記のステップS14と同様に、上記ステップS12で設定したアンテナ選択条件を挿入した情報データ要求をブロードキャストにて送信する(ステップS17)。
Next, the
情報データ要求を受信した各隣接端末(無線端末5A〜5F)は、上記のステップS14で情報データ要求を受信した場合と同様に、ゲートウェイ2までのホップ数、およびステップS17での情報データ要求受信時に測定した電界強度を、情報データ要求より取得したアンテナ選択条件と比較し、アンテナ選択条件を満たしている場合には、ゲートウェイ2までのホップ数の情報を含んだ情報データ応答を返送する(ステップS18)。
Each adjacent terminal (
無線端末5Gは、ステップS17で情報データ要求を送信してから一定時間が経過した後、各隣接端末より受信した情報データ応答に含まれているゲートウェイ2までのホップ数の情報、および情報データ応答受信時に測定した電界強度をアンテナ#2の情報として保持しておく。なお、ある隣接端末からゲートウェイ2までのホップ数は、無線端末5Gが選択したアンテナによらず一定であるため、アンテナ#2を選択した状態での情報データ応答受信時にはホップ数情報を抽出しないようにして処理負荷を低減するようにしてもよい。
The
無線端末5Gがアンテナを3本以上備えている場合には、上記ステップS18を実行後、別のアンテナを選択して同様の処理(ステップS14およびS15と同様の処理)を繰り返す。
If the
無線端末5Gは、備えている各アンテナそれぞれを選択して(使用して)情報データ要求の送信および情報データ応答の受信を行い、アンテナ情報の収集が完了すると、収集したアンテナ情報に基づいて、使用するアンテナを決定する(ステップS19)。このステップS19の処理の詳細については別途説明する。
The
無線端末5Gは、使用するアンテナを決定すると、決定したアンテナを使用して、最終宛先をゲートウェイ2に設定したネットワーク参入要求をゲートウェイ2へ直接または隣接端末経由で送信する(ステップS20,S21)。図5の例では、無線端末5Gから送信されたネットワーク参入要求は無線端末5B経由でゲートウェイ2に到達する。
When the
ネットワーク参入要求を受信したゲートウェイ2は、要求元の無線端末5Gをメッシュネットワークに参入させるための処理を実行した後、ネットワーク参入応答を返送する(ステップS22,S23)。
The
無線端末5Gがゲートウェイ2から送信されたネットワーク参入応答を直接または隣接端末経由で受信すると、ネットワーク参入処理が完了となる。
When the
以上のような手順により、無線端末5Gは、メッシュネットワークに参入する際に、受信待機時に使用するアンテナを決定する。
By the procedure as described above, the
つづいて、メッシュネットワークに参入済みの無線端末(無線端末5Gとする)が使用アンテナの変更必要性を定期的に確認し、必要と判断した場合にはアンテナを変更する動作について、図6を用いて説明する。この動作は必須ではないが、無線通信は有線通信と比較して状態(通信品質)が不安定であること、他の無線端末5がメッシュネットワークに新たに参入する、メッシュネットワークから離脱する、などの無線端末5の周囲の無線通信環境が変化に応じ自動的に中継経路が変更される可能性があることから、実施するのが望ましい。
Next, a wireless terminal that has already entered the mesh network (referred to as
メッシュネットワークへの参入が完了すると、無線端末5Gは、受信待機時に使用するアンテナの変更必要性判断(アンテナ変更必要性判断)を定期的に起動するタイマ値の設定(初期化)を行う(ステップS31)。例えば、アンテナ変更必要性判断を1時間に1回行う場合は、タイマ値を1時間に設定する。タイマ値の設定は、例えば通信制御部57が行う。その後、ステップS31で設定した時間が経過したかどうかを監視し(ステップS32)、設定した時間が経過するまで監視を継続する(ステップS32:No)。
When the entry to the mesh network is completed, the
ステップS31で設定した時間が経過した場合(ステップS32:Yes)、無線端末5Gは、使用するアンテナの変更が必要かどうかの判断で使用する情報データを隣接端末から収集するために、隣接端末から情報データを取得する条件(アンテナ選択条件)として、ゲートウェイ2までのホップ数(上限値)および隣接端末との間の電界強度の閾値(下限値)を設定する(ステップS33)。このステップS33は、上述したステップS12と同様の処理である。ネットワークに参入した後の定期的な処理の場合、混信(他の通信への干渉)を避けるために、隣接端末が応答する条件を制約し、例えば、ゲートウェイ2までのホップ数=3、電界強度閾値=90dBμVとする。なお、ホップ数と電界強度閾値のいずれか一方のみを設定するようにしてもよい。
When the time set in step S31 has elapsed (step S32: Yes), the
無線端末5Gは、次に、複数のアンテナのうちの1つであるアンテナ#1を選択し(ステップS34)、このアンテナ#1を使用して、上記ステップS33で設定したアンテナ選択条件(ゲートウェイ2までのホップ数および電界強度閾値)を挿入した情報データ要求をブロードキャストにて送信する(ステップS35)。このステップS35は、上述したステップS14と同様の処理である。
Next, the
無線端末5Gは、一定時間内において、隣接端末より情報データ応答を受信したかどうかを確認し、情報データ応答受信時には電界強度測定を行って測定値を保持しておくとともに、情報データ応答が示すホップ数(ゲートウェイ2までのホップ数)を保持しておく(ステップS36,S37,S38)。ステップS35で情報データ要求を送信してから一定時間が経過していない状態であれば(ステップS39:No)、ステップS36〜S38を繰り返す。一方、一定時間が経過した場合には(ステップS39:Yes)、全アンテナの選択が完了したかどうか、すなわち、備えている全てのアンテナそれぞれを使用して上記ステップS35〜S39を実行したかどうかを確認する(ステップS40)。全アンテナの選択が完了していない場合(ステップS40:No)、未選択のアンテナに切り替えて(ステップS41)、上記ステップS35〜S39を再度実行する。全アンテナの選択が完了した場合には(ステップS40:Yes)、上述したステップS35〜S38の処理を繰り返し実行して得られた情報であるアンテナ情報に基づいて、使用アンテナを決定する(ステップS42)。使用アンテナの決定方法は、上述したネットワーク参入動作における使用アンテナ決定方法と同様である。
The
使用アンテナを決定した後、無線端末5Gは、自身からゲートウェイ2までのホップ数を更新する(ステップS43)。ステップS43が終了すると、上述したステップS31に戻ってタイマ値の設定を行う。以降、上述した動作を継続する。
After determining the antenna to be used, the
つづいて、無線端末5が、情報データ要求の送信および情報データ応答の受信を行うことにより収集したアンテナ情報(隣接端末からゲートウェイ2までのホップ数および情報データ応答受信時の電界強度)に基づいて使用アンテナを決定する動作(上述したステップS19,S42の動作)の一例について、図7〜図9を用いて説明する。
Subsequently, based on the antenna information collected by the
図7は、無線端末5と隣接端末との間の電界強度を示す通信品質情報の一例を示す図である。図示した例では、電界強度に応じた品質ランクを通信品質情報としている。「1」が最高品質となる。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of communication quality information indicating the electric field strength between the
図8は、無線端末5が使用アンテナを決定する際に参照する情報を示す図であり、一例として、上述した無線端末5Gが参照する(保持している)情報を示している。この情報は、無線端末5Gが他の無線端末(無線端末5A〜5H)から情報データ応答を受信することにより得られる。また、隣接端末情報テーブル56として保持される。
FIG. 8 is a diagram illustrating information referred to when the
図8において、「端末番号」は、周囲の無線端末5それぞれを一意に示す情報(識別子)である。図8では、説明の便宜上、端末番号に対応する無線端末を記載している。「他無線端末より取得したゲートウェイまでのホップ数」は、端末番号に対応する他の無線端末(情報データ応答の送信元)からゲートウェイ2までのホップ数を示す情報(ホップ数情報)であり、受信した情報データ応答から抽出される。「周辺にある無線端末との品質ランク」は、備えている各アンテナ(図示した例ではアンテナ#1,#2)での情報データ応答受信時の電界強度(通信品質)示す情報である。情報量を削減するために、電界強度を図7に示した表(電界強度と品質ランクの対応表)に基づいて品質ランクに変換した情報を「周辺にある無線端末との品質ランク」としている。図8の例では、無線端末5Gと無線端末5Aおよび5Hとの間の通信が不安定であり、無線端末5Gは無線端末5Aおよび5Hからの情報データ応答を受信できなかったものとしている。そのため、無線端末5Aおよび5Hに対応する情報(他無線端末より取得したゲートウェイまでのホップ数,周辺にある無線端末との品質ランク)は「応答なし」となっている。「ホップ数と品質ランクの乗算値」は、「他無線端末より取得したゲートウェイまでのホップ数」と「周辺にある無線端末との品質ランク」の乗算結果である。
In FIG. 8, “terminal number” is information (identifier) uniquely indicating each surrounding
図9は、図8に示した情報(隣接端末情報)を保持している無線端末5Gが受信待機時に使用するアンテナを決定する手順の一例を示す図であり、図9に記載しているアンテナ選択条件に基づいて受信待機時に使用するアンテナを決定する場合の動作を示している。アンテナ選択条件は条件1〜条件3からなり、条件1では、「ゲートウェイまでのホップ数」を「3以下」としている。条件2では、「品質ランク」を「5以上」としている。条件3では、「ホップ数と品質ランクの乗算値」を「8以下」としている。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a procedure for determining an antenna to be used during reception standby by the
無線端末5Gは、受信待機時に使用するアンテナを決定する動作において、まず、条件1を満たす無線端末5を特定する。図9に示した例では、条件1を満たす端末として無線端末5B,5C,5D,5Eが特定される。次に、条件2を満たす無線端末5をアンテナ毎に特定する。図9に示した例では、アンテナ#1を使用した場合に条件2を満たす端末として無線端末5B,5C,5D,5E,5Fが特定され、アンテナ#2を使用した場合に条件2を満たす端末として無線端末5B,5C,5D,5E,5Fが特定される。さらに、条件3を満たす無線端末5をアンテナ毎に特定する。図9に示した例では、アンテナ#1を使用した場合に条件3を満たす端末として無線端末5B,5C,5D,5Fが特定され、アンテナ#2を使用した場合に条件3を満たす端末として無線端末5B,5C,5D,5Fが特定される。
In the operation of determining the antenna to be used during reception standby, the
条件1,条件2,条件3をそれぞれ満たす端末の特定が完了すると、無線端末5Gは、次に、条件1〜3を満たす無線端末5をアンテナ毎に抽出する(図9の例では、アンテナ#1使用時およびアンテナ#2使用時のいずれの場合にも無線端末5B,5C,5Dが抽出される)。そして、抽出した無線端末5の「ホップ数と品質ランクとの乗算値」の平均値をアンテナごとに算出する。すなわち、アンテナ#1使用時に条件1〜3を満たす無線端末5の「ホップ数と品質ランクとの乗算値」の平均値と、アンテナ#2使用時に条件1〜3を満たす無線端末5の「ホップ数と品質ランクとの乗算値」の平均値とを算出する。このようにして算出した結果に基づいて、使用するアンテナを決定する。具体的には、算出した平均値がより小さいアンテナを使用アンテナに決定する。図示した例ではアンテナ#1使用時の平均値=5、アンテナ#2使用時の平均値=6.6であるから、アンテナ#1を使用アンテナに決定する。
When the specification of the terminals satisfying the
なお、無線端末5は、使用するアンテナを決定する処理を実行した後には、自身からゲートウェイ2までのホップ数の情報を更新する。具体的には、決定したアンテナを使用した場合に「ホップ数と品質ランクとの乗算値」が最小となる無線端末5からゲートウェイ2までのホップ数に1加算したものを、自身からゲートウェイ2までのホップ数として設定する。図示した例では、決定したアンテナ#1使用時に「ホップ数と品質ランクとの乗算値」が最小となる無線端末5は無線端末5Bである。そして、この無線端末5Bからゲートウェイ2までのホップ数は1であるから、自身からゲートウェイ2までのホップ数を2に設定(更新)する。
The
以上のようにして、無線端末5は、メッシュネットワークへ参入する際(起動時)、および参入済みの状態において定期的に、隣接端末に対して情報データ要求を送信してゲートウェイ2までのホップ数、および他の無線端末との間の通信品質(電界強度)情報を収集し、受信待機時に使用するアンテナの決定(または再決定)を行う。
As described above, when the
受信待機時に使用するアンテナを決定する場合の動作について説明したが、無線端末5は、隣接端末(使用するアンテナを決定しようとしている無線端末)から情報データ要求を受信した場合には、ゲートウェイ2までのホップ数を挿入した情報データ応答を送信元の無線端末5へ返送する。
The operation in the case of determining the antenna to be used at the time of reception standby has been described. When the
このように、本実施の形態の無線通信システムは、電力メータ近辺に固定設置された少なくとも1つの無線端末と、電力メータで計測したデータなどを無線で中継する少なくとも1つの無線端末とを含んで構成され、無線端末は、複数のアンテナを保有し、起動時(メッシュネットワークへの参入時)およびメッシュネットワークへ参入済みの状態において定期的に、各アンテナを順次選択・使用して、周辺に設置された他の無線端末が保持しているゲートウェイまでのホップ数を取得するとともに、他の無線端末との間の通信品質(電界強度)を測定し、通信品質およびホップ数に基づいて、使用するアンテナを決定することとした。これにより、通信品質への影響が大きいゲートウェイまでのホップ数および隣接する無線端末との間の電界強度を考慮して、複数のアンテナのうち最も良好な通信品質が得られるアンテナを使用して通信することが可能となる。この結果、送信元から最終宛先までのデータ中継の途中で無線通信環境の変化などにより電波が届かなくなると中継経路が自動的に迂回経路へ変更される自立ネットワークにおいても、より信頼性の高い通信を実現できる。 As described above, the wireless communication system according to the present embodiment includes at least one wireless terminal fixedly installed in the vicinity of the power meter and at least one wireless terminal that relays data measured by the power meter wirelessly. The wireless terminal has multiple antennas, and each antenna is selected and used sequentially at startup (when entering the mesh network) and when it has already entered the mesh network. Get the number of hops to the gateway held by another wireless terminal, and measure the communication quality (electric field strength) with other wireless terminals, and use it based on the communication quality and the number of hops The antenna was decided. In this way, considering the number of hops to the gateway that has a large impact on communication quality and the electric field strength between adjacent wireless terminals, communication is performed using the antenna that provides the best communication quality among multiple antennas. It becomes possible to do. As a result, more reliable communication is possible even in a self-supporting network where the relay route is automatically changed to a bypass route when radio waves do not reach due to changes in the wireless communication environment during data relay from the sender to the final destination. Can be realized.
また、無線端末は、他の無線端末にゲートウェイまでのホップ数の情報を要求するための情報データ要求に対し、ゲートウェイまでのホップ数および情報データ要求の受信品質(電界強度)の閾値を示すアンテナ選択条件を設定して送信し、一方、情報データ要求を受信した場合には、設定されているアンテナ選択条件を満たす場合にのみ、要求に対する応答である情報データ応答を返送することとした。これにより、情報データ要求を受信した無線端末は、ゲートウェイまでのホップ数がアンテナ選択条件で指定されているホップ数以下であり、かつ情報データ要求受信時の電界強度がアンテナ選択条件で指定されている電界強度閾値以上の場合に情報データ応答を送信するので、アンテナ選択のための情報データ取得にかかる通信と他の通信との混信を抑制できる。 In addition, in response to an information data request for requesting information on the number of hops to the gateway from other wireless terminals, the wireless terminal is an antenna that indicates a threshold for the number of hops to the gateway and the reception quality (field strength) of the information data request. When a selection condition is set and transmitted and an information data request is received, an information data response that is a response to the request is returned only when the set antenna selection condition is satisfied. As a result, the wireless terminal that has received the information data request has the number of hops to the gateway equal to or less than the number of hops specified in the antenna selection condition, and the electric field strength at the time of receiving the information data request is specified in the antenna selection condition. Since the information data response is transmitted when the electric field strength threshold is greater than or equal to the threshold value, the interference between the communication related to the acquisition of the information data for selecting the antenna and other communication can be suppressed.
なお、本実施の形態では、通信品質として隣接する無線端末との間の電界強度を使用した例で説明したが、通信品質としては、隣接する無線端末との通信成功率、もしくは一定時間内に発生した再送回数の逆数を使用してもよい。 In this embodiment, the example in which the electric field strength between adjacent wireless terminals is used as the communication quality has been described. However, as the communication quality, the communication success rate with the adjacent wireless terminal, or within a certain period of time. The inverse of the number of retransmissions that occurred may be used.
また、本実施の形態における中継経路の選択方法としては、ゲートウェイまでのホップ数と各隣接端末との間の電界強度をもとに決定されるメッシュネットワークを前提としている。 The relay route selection method in the present embodiment is based on a mesh network that is determined based on the number of hops to the gateway and the electric field strength between each adjacent terminal.
また、送信時に使用するアンテナの選択は、無線端末が保持している中継経路の情報をもとに送信先に応じ、例えば、自分が直接送信する隣接する無線端末との電界強度が高いアンテナに決定するものとする。 Also, the antenna used for transmission is selected according to the destination based on the relay route information held by the wireless terminal, for example, for an antenna having a high electric field strength with an adjacent wireless terminal that is directly transmitted by itself. Shall be determined.
以上のように、本発明にかかる無線端末装置は、複数のアンテナの中から1つのアンテナを選択して通信を行う無線端末装置として有用であり、特に、メッシュネットワークを形成する無線通信端末に適している。 As described above, the wireless terminal device according to the present invention is useful as a wireless terminal device that performs communication by selecting one antenna from a plurality of antennas, and is particularly suitable for a wireless communication terminal that forms a mesh network. ing.
1 管理サーバ、2 ゲートウェイ、3 広域ネットワーク網、4 通信ケーブル、5A,5B,5C,5D,5E,5F,5G,5H 無線端末装置、6 電力メータ、21 中央制御部、22 無線処理部、23,57 通信制御部、24 光入出力部、50,220 アンテナ、51,221 アンテナスイッチ、52,222 無線部、53,223 無線I/F部、54 データ中継処理部、55,225 ルーティングテーブル、56 隣接端末情報テーブル、58 タイマ部、59 記憶部、60 メータ通信処理部、61,227 通信品質測定部、224 無線ネットワーク制御部、226 無線通信制御部。 1 management server, 2 gateway, 3 wide area network, 4 communication cable, 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F, 5G, 5H wireless terminal device, 6 power meter, 21 central control unit, 22 wireless processing unit, 23 57, communication control unit, 24 optical input / output unit, 50, 220 antenna, 51, 221 antenna switch, 52, 222 radio unit, 53, 223 radio I / F unit, 54 data relay processing unit, 55, 225 routing table, 56 adjacent terminal information table, 58 timer unit, 59 storage unit, 60 meter communication processing unit, 61, 227 communication quality measurement unit, 224 wireless network control unit, 226 wireless communication control unit.
Claims (3)
各アンテナを使用した場合のそれぞれにおける、各隣接端末から前記ゲートウェイまでのホップ数の情報を各隣接端末から取得するとともに各隣接端末との間の通信品質を測定するものであって、
前記各隣接端末のうち、前記ホップ数の情報を取得するために前記各アンテナが送信した情報データ要求を受信した隣接端末が、
前記情報データ要求を受信することで得た通信品質の値と、前記情報データ要求から取得した通信品質の下限値とを比較して、前記情報データ要求を受信することで得た通信品質の値が前記下限値以上である場合、かつ、
前記情報データ要求から取得したホップ数と、前記情報データ要求を受信した隣接端末自身の前記ホップ数とを比較して、前記情報データ要求を受信した隣接端末自身の前記ホップ数が、前記情報データ要求から取得したホップ数以下である場合に送信する、
前記情報データ要求を受信した隣接端末のホップ数の情報を有する情報データ応答から、
前記情報データ要求を受信した隣接端末自身のホップ数の取得、及び、前記情報データ要求を受信した隣接端末から送られた前記情報データ応答の通信品質の測定を行う情報取得部と、
使用するアンテナを切り替えるアンテナスイッチと、
前記情報取得部が前記情報データ応答から得た前記ホップ数の情報、及び、前記情報データ応答の前記通信品質に基づいて、前記メッシュネットワークに参入する際に、前記各アンテナの中から使用するアンテナを決定し、決定したアンテナを前記アンテナスイッチに選択させる使用アンテナ決定部と、
を備えることを特徴とする無線端末装置。 A plurality of antennas are used, and the plurality of antennas are used in order to communicate with neighboring terminals that are other neighboring wireless terminal devices, and a relay route from each neighboring terminal to the gateway is changed in a wireless communication environment. A wireless terminal device that forms a mesh network that is automatically changed in response,
In each case where each antenna is used, the information on the number of hops from each adjacent terminal to the gateway is obtained from each adjacent terminal and the communication quality between each adjacent terminal is measured ,
Among the neighboring terminals, the neighboring terminal that has received the information data request transmitted by each antenna to obtain the information on the number of hops,
The communication quality value obtained by receiving the information data request by comparing the communication quality value obtained by receiving the information data request with the lower limit value of the communication quality obtained from the information data request. Is not less than the lower limit, and
The number of hops acquired from the information data request is compared with the number of hops of the adjacent terminal that has received the information data request, and the number of hops of the adjacent terminal that has received the information data request is the information data. Sent when the number of hops obtained from the request is less than or equal to
From an information data response having information on the number of hops of neighboring terminals that have received the information data request,
An information acquisition unit that measures the communication quality of the information data response sent from the adjacent terminal that has received the information data request, and the acquisition of the number of hops of the adjacent terminal that has received the information data request ;
An antenna switch for switching the antenna to be used;
An antenna to be used from among the antennas when entering the mesh network based on the information on the number of hops obtained from the information data response by the information acquisition unit and the communication quality of the information data response And a use antenna determination unit that causes the antenna switch to select the determined antenna;
A wireless terminal device comprising:
前記無線端末装置を収容するゲートウェイと、
を備えることを特徴とする無線通信システム。 A wireless terminal device according to claim 1 ;
A gateway accommodating the wireless terminal device;
A wireless communication system comprising:
前記無線端末装置は、電力メータを接続して電力測定データを取得する機能を有し、取得した電力測定データを前記管理サーバに向けて、前記ゲートウェイ経由で送信する、
ことを特徴とする請求項2に記載の無線通信システム。 A management server that collects power measurement data from a power meter installed in a consumer;
The wireless terminal device has a function of acquiring power measurement data by connecting a power meter, and transmits the acquired power measurement data to the management server via the gateway.
The wireless communication system according to claim 2 .
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