(57)【要約】      （修正有）【課題】計測端末で計測された計測データを通信途中で喪失することなく収集することのできる無線システムを提供する。【解決手段】所定の物理量を計測して計測データを無線送信する計測端末１と、計測端末１から送信される計測データを収集する主装置２と、計測端末１と主装置２との間に介在して計測データを中継する中継装置３とで無線ネットワークを構成し、中継装置３は、自身との間で接続を確立している計測端末１から送信される計測データを記憶する記憶部を備え、中継装置は、自身との間で接続を確立し且つ自身よりも前記主装置に近い他の中継装置に対して前記記憶部に記憶された複数回分の前記計測データを含むデータ群を一括して送信する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の物理量を計測して計測値を含む計測データを無線送信し、前記計測データを送信すると次に前記計測データを送信するまでの間少なくとも通信機能を停止する１乃至複数の計測端末と、前記計測端末の前記計測データを収集する主装置と、前記計測端末と前記主装置との間に介在して前記計測データを中継する１乃至複数の中継装置とで無線ネットワークを構成し、前記中継装置は、自身との間で接続を確立している前記計測端末から送信される前記計測データを記憶する記憶部を備え、前記計測データには、前記計測端末が当該計測データを計測した時刻に基づく時間情報が含まれ、前記記憶部は、揮発性メモリと不揮発性メモリとから成り、同じデータを双方のメモリに記憶することを特徴とする無線システム。
【請求項２】
前記中継装置は、前記計測端末と互いに無線信号を送受信し、前記計測端末及び前記中継装置は、それぞれ受信する無線信号の電界強度を測定する電界強度測定部を備え、送信元の前記計測端末又は前記中継装置に対して測定した電界強度の情報を含む無線信号を返信することを特徴とする請求項１記載の無線システム。
【請求項３】
前記中継装置は、自身との間で接続を確立し且つ自身よりも前記主装置に近い他の中継装置に対して前記記憶部に記憶された複数回分の前記計測データを含むデータ群を一括して送信することを特徴とする請求項１又は２記載の無線システム。
【請求項４】
前記計測データは、通信プロトコルで許容し得る最大パケットサイズのパケットで送信することを特徴とする請求項３記載の無線システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチホップ無線通信を行う無線システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、複数の無線端末によってネットワークを構成し、隣接した無線端末間でパケットを中継することによって、直接電波の届かない無線端末同士間での通信を実現するマルチホップ無線ネットワーク方式が提案されている。このようなマルチホップ無線ネットワーク方式を採用したセンサネットワークシステム（無線システム）が例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
この特許文献１に記載の従来例は、基幹装置と、複数の無線装置とを備える。基幹装置は、例えば無線通信機能を有するコンピュータであって、センサネットワークシステムの経路の確立、制御や、各々の無線装置から報告されるセンサ情報を管理する。基幹装置は、複数の無線装置との間における通信に先立って、無線装置の無線ネットワークへの参加処理を実行し、経路を形成する。この経路は、基幹装置を根元として、ツリー状に階層関係が構成される。
【０００４】
各無線装置は、それぞれが有するセンサ機能によって様々なセンサ情報を取得し、基幹装置に報告する。このような報告処理に先立って、無線装置は、まずセンサネットワークに参加するために参加処理を実行する。参加処理において、無線装置は、親子関係を形成すべき他の無線装置を選択する。このとき、他の無線装置ではなく、基幹装置を選択してもよい。この選択は、基幹装置との間に存在する他の無線装置の数が最小になるように実施される。
【０００５】
そして、この従来例においては、ネットワークを構成する無線装置ごとに固有の送信タイミングを規定することによって、中継処理時における無線パケットの衝突を回避している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２２８１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記従来例のような無線システムでは、最も下位（基幹装置から最も離れた位置）の無線装置は、他の無線装置からの無線パケットの中継を行わずに、センサ情報（計測データ）の取得のみを行わせる、すなわち計測端末として用いる場合がある。そして、このような計測端末では、所望の計測箇所に端末を持ち運ぶことを容易にするために、外部電源から動作電力の供給を受けずに、自身が備える電池を動作電源とするのが一般的である。このため、このような計測端末では、電池の消耗を抑えて長時間使用できるように、計測データを所定の間隔で送信し、送信後には次回の送信時まで通信機能を停止させる、すなわちスリープ状態に移行するものが一般的である。
【０００８】
しかしながら、上記の場合では、計測端末から送信された計測データを送信する際に、外部からのノイズや無線信号同士の衝突等によって通信途中で計測データが喪失する虞がある。このように計測データが喪失した場合、当該計測データを送信した計測端末はスリープ状態に移行しているために当該計測データの再送処理を行うことができない。したがって、喪失した計測データを基幹装置で収集することができなくなるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、計測端末で計測された計測データを通信途中で喪失することなく収集することのできる無線システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の無線システムは、所定の物理量を計測して計測値を含む計測データを無線送信し、前記計測データを送信すると次に前記計測データを送信するまでの間少なくとも通信機能を停止する１乃至複数の計測端末と、前記計測端末の前記計測データを収集する主装置と、前記計測端末と前記主装置との間に介在して前記計測データを中継する１乃至複数の中継装置とで無線ネットワークを構成し、前記中継装置は、自身との間で接続を確立している前記計測端末から送信される前記計測データを記憶する記憶部を備え、前記計測データには、前記計測端末が当該計測データを計測した時刻に基づく時間情報が含まれ、前記記憶部は、揮発性メモリと不揮発性メモリとから成り、同じデータを双方のメモリに記憶することを特徴とする。
【００１１】
この無線システムにおいて、前記中継装置は、前記計測端末と互いに無線信号を送受信し、前記計測端末及び前記中継装置は、それぞれ受信する無線信号の電界強度を測定する電界強度測定部を備え、送信元の前記計測端末又は前記中継装置に対して測定した電界強度の情報を含む無線信号を返信することが好ましい。
【００１２】
この無線システムにおいて、前記中継装置は、自身との間で接続を確立し且つ自身よりも前記主装置に近い他の中継装置に対して前記記憶部に記憶された複数回分の前記計測データを含むデータ群を一括して送信することが好ましい。
【００１３】
この無線システムにおいて、前記計測データは、通信プロトコルで許容し得る最大パケットサイズのパケットで送信することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、計測端末で計測された計測データを通信途中で喪失することなく収集することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る無線システムの実施形態を示す図で、（ａ）は通常時における概略図で、（ｂ）は中継装置が故障した場合における概略図である。
【図２】同上の無線システムにおける各部の構成を示す概略ブロック図で、（ａ）は計測端末の概略ブロック図で、（ｂ）は主装置の概略ブロック図で、（ｃ）は中継装置の概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る無線システムの実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態は、図１（ａ）に示すように、複数（図示では３つ）の計測端末１と、主装置２と、複数（図示では４つ）の中継装置３とを備え、これら計測端末１、主装置２、中継装置３（以下、まとめて「無線機」と呼ぶ）で無線ネットワークを構成している。なお、以下の説明では、複数の計測端末１を区別するために、必要に応じて計測端末１を符号１Ａ〜１Ｃで表し、複数の中継装置３を区別するために、必要に応じて中継装置３を符号３Ａ〜３Ｄで表すものとする。
【００１７】
計測端末１は、図２（ａ）に示すように、温度計や電力計、ガスメータ等の所定の物理量（温度や消費電力、流量）を計測する計測部１０と、無線信号の送受信を行う無線送受信部１１と、各部を制御する制御部１２と、駆動用電源である電池１３とを備える。また、計測端末１は、無線送受信部１１で受信する無線信号の電界強度を測定する電界強度測定部１４を備える。
【００１８】
無線送受信部１１は、アンテナ（図示せず）を介して無線信号を送信する送信回路部（図示せず）と、アンテナを介して無線信号を受信する受信回路部（図示せず）とを具備する。なお、このような無線送受信部１１の構成は従来周知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００１９】
制御部１２は、例えばマイコン（マイクロコンピュータ）から成り、メモリに格納されたプログラムを実行することにより各種の機能を実現する。制御部１２は、一定の間隔で計測部１０に計測処理を実行させ、計測された計測値を含む計測データを取得する。そして、制御部１２は、当該計測データを含む無線信号を無線送受信部１１から自身との間で接続を確立している（通信経路に設定されている）中継装置３に向けて送信させる。
【００２０】
ここで、計測端末１は、所望の計測箇所に端末を持ち運ぶことを容易にするために、外部電源から動作電力の供給を受けずに、自身に備え付けの電池１３から動作電力を得るようになっている。また、制御部１２は、計測データを送信すると、次回の計測データを送信するまでの間は動作を停止するスリープ状態に無線送受信部１１を移行させるようになっている。これにより、無線送受信部１１での消費電力を低減し、電池１３の消耗を抑えて長時間使用できるようにしている。
【００２１】
なお、本実施形態では、各無線機にそれぞれ固有のアドレス（ＭＡＣアドレス及びネットワークアドレス）が設定され、当該ＭＡＣアドレス及びネットワークアドレスによって無線信号の送信先及び送信元を特定可能としている。このため、制御部１２のメモリには各無線機のＭＡＣアドレス及びネットワークアドレスが記憶される。
【００２２】
電界強度測定部１４は、自身との間で接続を確立している中継装置３と、自身との間の通信経路において受信した無線信号の電界強度を測定する測定回路（図示せず）を有する。なお、本実施形態では、電界強度の指標として、ＬＱＩ（Link Quality Indication：通信リンク品質指数）値を用いる。制御部１２は、この電界強度測定部１４で測定されたＬＱＩ値に基づいて中継装置３との間の接続状況を判定する。例えば、ＬＱＩ値が零若しくは零に近い値となれば、制御部１２は、自身との間で接続を確立していた中継装置３との接続から離脱したと判定する。
【００２３】
主装置２は、図２（ｂ）に示すように、無線信号の送受信を行う無線送受信部２０と、各計測端末１からの計測データを収集して記憶する収集部２１とを備える。また、主装置２は、上位ネットワークを介して管理サーバ（図示せず）との間で通信を行う通信部２２と、各部を制御する制御部２３とを備える。
【００２４】
無線送受信部２０は、計測端末１の無線送受信部１０と同様の構成である。収集部２１は、例えば書き換え可能な不揮発性メモリ（例えばフラッシュメモリ）から成り、各計測端末１からの複数回分の計測データを計測端末１毎に記憶することで収集する。
【００２５】
通信部２２は、例えば有線ＬＡＮアダプタや無線ＬＡＮアダプタ等から成り、上位ネットワークとの間で有線又は無線で通信を行う。したがって、例えば収集部２１で収集された各計測端末１の計測データを上位ネットワークを介して管理サーバに送信することができる。管理サーバでは、他の主装置２も含めて全ての計測端末１を一括管理することができる。
【００２６】
制御部２３は、例えばマイコン（マイクロコンピュータ）から成り、メモリに格納されたプログラムを実行することで各種機能を実現する。制御部２３は、各中継装置３から送信される無線信号を無線送受信部２０で受信すると、当該無線信号に含まれる計測データを収集部２１に計測端末１毎に記憶させる。なお、制御部２３のメモリには、計測端末１と同様に各無線機のＭＡＣアドレス及びネットワークアドレスが記憶される。
【００２７】
中継装置３は、計測端末１と主装置２との間に介在して計測データを中継するものであって、図２（ｃ）に示すように、無線信号の送受信を行う無線送受信部３０と、計測データを記憶する記憶部３１と、各部を制御する制御部３２とを備える。また、中継装置３は、無線送受信部３０で受信する無線信号の電界強度を測定する電界強度測定部３３を備える。
【００２８】
無線送受信部３０は、計測端末１及び主装置２の無線送受信部１１，２０と同様の構成である。記憶部３１は、例えば書き換え可能な揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ）と、書き換え可能な不揮発性メモリ（例えばフラッシュメモリ）とから成り、自身との間で接続を確立している計測端末１から送信される計測データを記憶する。記憶部３１には、各計測端末１の最新の計測データのみならず、過去に受信した複数回分の計測データも記憶される。また、これら計測データは、記憶部３１を構成する揮発性メモリと不揮発性メモリとの双方に記憶される。
【００２９】
制御部３２は、例えばマイコン（マイクロコンピュータ）から成り、メモリに格納されたプログラムを実行することで各種機能を実現する。制御部３２は、自身との間で接続を確立している計測端末１から送信される無線信号を無線送受信部３０で受信すると、当該無線信号に含まれる計測データを記憶部３１に計測端末１毎に記憶させる。なお、制御部３２のメモリには、計測端末１及び主装置２と同様に各無線機のＭＡＣアドレス及びネットワークアドレスが記憶される。また、制御部３２は、記憶部３１に蓄積された各計測端末１の複数回分の計測データを含むデータ群を、送信先を上位（すなわち、自身との間で接続を確立し且つ自身よりも主装置２に近い側）の中継装置３として、無線送受信部３０から一括して送信させる。なお、計測データを一括して送信するタイミングとしては、例えば各中継装置３において各計測端末１の計測データを所定回数受信した時点であってもよいし、単に所定時間毎であってもよい。
【００３０】
電界強度測定部３３は、計測端末１の電界強度測定部１４と同様の測定回路（図示せず）を有し、自身との間で接続を確立している計測端末１から送信される無線信号の電界強度を測定する。制御部３２は、この電界強度測定部３３で測定されたＬＱＩ値に基づいて計測端末１との間の接続状況を判定する。例えば、ＬＱＩ値が零若しくは零に近い値となれば、制御部３２は、自身との間で接続を確立していた計測端末１が接続から離脱したと判定する。
【００３１】
本実施形態では、図１（ａ）の破線で示す通信経路にしたがって、既に各無線機の間で無線ネットワークが自動的に構成されているものとする。なお、無線ネットワークを自動的に構成する技術は従来周知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００３２】
本実施形態では、中継装置３Ｃは、計測端末１Ａとの間で接続を確立しており、計測端末１Ａの計測データを記憶する。中継装置３Ｄは、計測端末１Ｂ，１Ｃとの間でそれぞれ接続を確立しており、計測端末１Ｂ，１Ｃの計測データを記憶する。中継装置３Ｂは、中継装置３Ｃ，３Ｄとの間でそれぞれ接続を確立しており、中継装置３Ｃ，３Ｄ各々に蓄積された各計測端末１の計測データを記憶する。中継装置３Ａは、中継装置３Ｂ及び主装置２との間で接続を確立しており、中継装置３Ｂに蓄積された各計測端末１の計測データを記憶し、また、当該計測データを主装置２に中継する。なお、本実施形態では、通信経路には設定されていないが、中継装置３Ｂも主装置２との間で無線通信が可能である。
【００３３】
以下、本実施形態の動作について図面を用いて説明する。図１（ａ）に示すように、中継装置３Ｃとの間で接続を確立している計測端末１Ａは、自身で計測した計測データを含む無線信号を定期的に中継装置３Ｃに対して送信する。中継装置３Ｃでは、当該無線信号を受信すると、当該無線信号に含まれる計測データを記憶部３１に記憶させるとともに、計測データを受信した旨を知らせる確認信号（ＡＣＫ）を計測端末１Ａに返信する。このとき、当該確認信号には、電界強度測定部３３で測定されたＬＱＩ値が含まれる。計測端末１Ａでは、当該確認信号を受信することで、中継装置３Ｃが計測データを受信したことを確認することができ、また、中継装置３Ｃとの間の接続状況を判定することができる。
【００３４】
また、中継装置３Ｄとの間で接続を確立している計測端末１Ｂ，１Ｃは、計測端末１Ａと同様に、中継装置３Ｄに対して定期的に計測データを含む無線信号を送信する。そして、中継装置３Ｄは、各計測端末１Ｂ，１Ｃからの無線信号に含まれる計測データを記憶部３１に記憶させるとともに、確認信号を計測端末１Ｂ，１Ｃに返信する。計測端末１Ｂ，１Ｃでは、当該確認信号を受信することで、中継装置３Ｄが計測データを受信したことを確認することができ、また、中継装置３Ｄとの間の接続状況を判定することができる。上記の動作を繰り返すことで、各中継装置３Ｃ，３Ｄには、各計測端末１Ａ〜１Ｃの計測データが蓄積される。
【００３５】
ここで、各中継装置３の記憶部３１に記憶される計測データには、当該計測データの取得時刻を示すタイムスタンプ（時間情報）が含まれる。タイムスタンプは、例えば各中継装置３自身が計時する基準時刻と、各計測端末１から送信される無線信号を受信した時刻との差分、すなわち受信時刻からの経過時間として記憶される。この場合、各計測端末１は、計測データに時間情報を含めて各中継装置３に送信する必要がないので、各計測端末１の送信負荷が増大することがない。
【００３６】
中継装置３Ｃ，３Ｄは、それぞれ自身に蓄積された複数回分の計測データを含むデータ群を定期的に上位の中継装置３Ｂに対して一括して送信する。中継装置３Ｂでは、各中継装置３Ｃ，３Ｄからの無線信号に含まれる複数回分の計測データを記憶部３１に記憶させる。したがって、中継装置３Ｂの記憶部３１には、全ての計測端末１の複数回分の計測データが一括して記憶されることになる。このとき、中継装置３Ｂは、確認信号を各中継装置３Ｃ，３Ｄに対して返信してもよい。
【００３７】
また、中継装置３Ｂは、自身に蓄積された全ての計測端末１の複数回分の計測データを含むデータ群を定期的に上位の中継装置３Ａに対して一括して送信する。これにより、中継装置３Ａの記憶部３１にも、全ての計測端末１の複数回分の計測データが一括して記憶される。したがって、中継装置３Ａが、自身に蓄積された全ての計測端末１の複数回分の計測データを含むデータ群を定期的に主装置２に対して一括して送信すれば、主装置２では、全ての計測端末１の複数回分の計測データを収集することができる。もちろん、中継装置３Ａから定期的に計測データを送信するのではなく、主装置２が計測データの送信を要求する要求信号を中継装置３Ａに対して送信し、その返信として中継装置３Ａが全ての計測端末１の複数回分の計測データを主装置２に送信する方法であってもよい。
【００３８】
ここで、図１（ｂ）に示すように、中継装置３Ａが故障したと仮定すると、主装置２は、無線通信が可能である中継装置３Ｂとの間で接続を確立することが考えられる。この場合に、従来であれば主装置２と中継装置３Ｂとの間で接続を確立した後に、改めて各計測端末１の計測データを収集すべく中継装置３Ｃ，３Ｄに対して計測データの送信を要求しなければならず、計測データの収集効率が悪い。これに対して、本実施形態では、中継装置３Ｂの記憶部３１に全ての計測端末１の複数回分の計測データが既に一括して記憶されているので、主装置２は、当該計測データの送信を要求するだけで全ての計測端末１の複数回分の計測データを収集することができる。したがって、本実施形態では、従来と比べて計測データの収集効率を向上させることができる。
【００３９】
なお、本実施形態では、主装置２と中継装置３Ｂとの間で無線通信が可能である場合を想定している。しかしながら、無線通信が不可能な場合であっても、中継装置３Ａを復旧させる又は新しい中継装置３と交換した際に、主装置２は中継装置３Ｂから全ての計測端末１の複数回分の計測データを一括して収集することができ、やはり計測データの収集効率は向上する。
【００４０】
上述のように、本実施形態では、各計測端末１の計測データ、及び計測データを計測した時刻に基づくタイムスタンプ（時間情報）を各中継装置３の記憶部３１に記憶している。したがって、主装置２が各計測端末１の計測データを収集する際に、仮に外部のノイズ等によって通信途中で計測データが喪失した場合でも、再度中継装置３に計測データを送信させることで、主装置２において計測データを収集することができる。また、計測データには、計測端末１が計測した時刻に基づくタイムスタンプ（時間情報）が含まれている。このため、仮に計測データを通信途中で喪失した場合でも、主装置２は喪失した計測データを再取得した際に、計測データに含まれるタイムスタンプに基づいて計測データを時系列に沿って並び替えることができる。すなわち、主装置２では、計測データの取得順に依らず計測データを時系列に沿って収集することができる。
【００４１】
更に、本実施形態では、各中継装置３の記憶部３１が揮発性メモリと不揮発性メモリとから成り、双方のメモリに各計測端末１の同じ計測データを記憶させるようにしている。したがって、仮に停電や瞬時停電などが起こって各中継装置３に対する電力の供給が停止した場合でも、不揮発性メモリに記憶された計測データは消えないため、各計測端末１の計測データを損なうことがない。
【００４２】
また、本実施形態の各計測端末１及び各中継装置３は、それぞれ受信する無線信号の電界強度を測定する電界強度測定部１４，３３を備えている。そして、各計測端末１及び各中継装置３は、送信元の計測端末１又は中継装置３に対して測定した電界強度の情報（ＬＱＩ値）を含む無線信号を返信するようになっている。このため、各計測端末１及び各中継装置３では、自身との間で接続を確立している計測端末１又は中継装置３との接続状況を把握することができる。
【００４３】
また、本実施形態では、各中継装置３は、上位の中継装置３に対して記憶部３１に記憶された複数回分の計測データを含むデータ群を一括して送信するようになっている。このため、上位の中継装置３の記憶部３１には、自身よりも下位（主装置２から遠い側）に存在する全ての計測端末１の複数回分の計測データを一括して記憶させることができる。したがって、何れかの中継装置３が故障等して通信が途絶えたとしても、主装置２は上位の何れかの中継装置３に対して計測データの送信を要求することで各計測端末１の複数回分の計測データを一括して収集することができ、計測データの収集効率を向上させることができる。
【００４４】
ところで、上記のように中継装置３が上位の中継装置３に対して複数回分の計測データを一括して送信する場合に、その計測データを含むデータ群のサイズが大きければ、計測データを複数に分割して送信する必要がある。このため、計測データを全て送信するまでに時間を要し、当該期間では他の中継装置３や計測端末１との間で無線通信を行うことができないという問題が生じ得る。
【００４５】
そこで、計測データは、通信プロトコルで許容し得る最大パケットサイズのパケットで送信するのが望ましい。この場合、１回の通信で送信可能なデータ量を大きくすることができるので、計測データを全て送信するまでに要する時間を短くすることができる。したがって、他の中継装置３や計測端末１との間で無線通信を行うことができない期間を短くすることができる。また、計測データを送信する際の送信回数が少なくて済むことから、通信エラーが発生する確率も低減することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１（１Ａ〜１Ｃ）  計測端末
１４  電界強度測定部
２  主装置
３（３Ａ〜３Ｄ）  中継装置
３１  記憶部
３３  電界強度測定部
【図１】
2012257016.tif 000003
【図２】
2012257016.tif 000004