(57)【要約】【課題】端末の台数が多い場合にも、通信速度が低下したり通信傷害が発生しないようにした、通信衝突のない高信頼性のワイヤレス通信システムを提供する。【解決手段】一つのマスターモジュール１１と、このマスターモジュール１１と相互通信を行なう複数のスレーブモジュール１２と、を有するワイヤレス通信システム１０であって、マスターモジュール１１は、各スレーブモジュール１２に対して光通信でデータ信号ＳＡを送信し、各スレーブモジュール１２は、マスターモジュール１１に対して電波通信でデータ信号ＳＢを送信するように、ワイヤレス通信システム１０を構成する。【選択図】図１
2009200974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つのマスターモジュールと、このマスターモジュールと相互通信を行なう複数のスレーブモジュールと、を有するワイヤレス通信システムであって、
上記マスターモジュールは、各スレーブモジュールに対して光通信でデータ信号を送信し、
各スレーブモジュールは、上記マスターモジュールに対して電波通信でデータ信号を送信することを特徴とする、ワイヤレス通信システム。
【請求項２】
各スレーブモジュールは、前記マスターモジュールから送信されてきたデータ信号を同期信号として、前記マスターモジュールへのデータ送信のタイミング制御を行なうことを特徴とする、請求項１に記載のワイヤレス通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の端末間で通信を行なうためのワイヤレス通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、種々の産業分野において、設備間の通信や設備の管理制御，トレーサビリティ等へのネットワーク技術の利用が、ますます重要な役割を果たすようになっている。従来、このようなネットワークの構築は通信ケーブルを利用することが多く、ケーブル敷設のコストが増大すると共に、施工期間や利用場所（配線）における制約がある。
【０００３】
さらに、無線通信技術の進歩に伴って、電波通信のワイヤレス通信ネットワークへの応用が増えており、例えば各種製造工程におけるネットワークをワイヤレス化することにより、設備コストだけでなく運用コストも低減することが可能であり、さらには製造製品のコストも低減することができる。
また、このようなワイヤレス通信ネットワークによれば、通信の信頼性及びリアルタイム性を確保しながら、多数の端末間で通信を行なうことができるので、柔軟で且つ運用コストの低い製造工程を実現することができる。
【０００４】
現在、例えば製造現場において、無線通信環境を構築するためには、無線ＬＡＮ，Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ等をベースとしたワイヤレス通信システムが利用されることが多い。また、プロセス生産現場の計測制御ネットワークを構築する場合には、センサーネットワーク技術が利用されている。
【０００５】
無線ＬＡＮを利用する場合には、各端末は、無線ＬＡＮの最寄りのアクセスポイントが提供する複数チャンネルのうち空きチャンネルを利用して、アクセスポイントとの間で相互通信を行なうように構成されている。
ここで、端末が一台の場合には、図４（Ａ）に示すように、一つの端末から送信されるデータ信号は、使用する周波数帯において他の端末からのデータ信号と干渉することがなく、混信や通信エラー等の通信衝突の発生のおそれはない。しかしながら、端末が複数台になると、図４（Ｂ）に示すように、各端末Ａ，Ｂ，Ｃからのデータ信号が互いに重なってしまい、混信や通信エラー等の通信衝突が発生してしまう。
【０００６】
また、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈを利用する場合には、各端末は、例えば２．４ＧＨｚ帯域において、最寄りのアクセスポイントに対して、通信帯域を変更しながら通信を行なうことによりデータの送受信を行なうように構成されている。さらに、センサーネットワーク技術を利用する場合には、各端末は、それぞれアクセスポイントまたは他の端末と相互に通信を行なうことにより、アクセスポイントから離れた場所でも他の一つまたは複数の端末を介してアクセスポイントに接続することができるように構成されている。
【０００７】
特許文献１には、非再生中継局内で、送受信ローカル信号に対してすべて上側または下側ヘテロダインの出力信号を選択して周波数変換を行ない、基準周波数発振器の出力信号に基づいて、周波数変換に用いる複数の送受信ローカル信号を生成して、当該非再生中継局内のすべての送受信ローカル信号を位相同期発振器により同期化して、隣接チャネル通過干渉をマルチパルス干渉とみなせるようにして、再生無線局内で雑音保証手段により非再生中継局で発生した干渉雑音の相加を波形等化器により一括して保証するようにした無線通信方式が開示されている。
この構成の無線通信方式によれば、所謂ハイブリッド中継方式において、相加した隣接チャネル通過干渉を復調装置と波形等価器を有する再生無線局で一括保証することにより、再生中継方式の伝送品質と同等の通信を提供することができる。
【０００８】
また、特許文献２には、所謂ハイブリッド通信端末が運用周波数帯と異なる周波数帯でセルラ基地局にレーダからの信号のキャリアを検出するためのキャリア検出依頼信号を送信し、セルラ基地局がキャリア検出依頼信号を屋外基地局に転送し、キャリア検出依頼信号に応答して、屋外基地局がキャリア検出結果通知信号を運用周波数帯でハイブリッド通信端末に送信し、この通知信号がキャリアを検出しなかったことを示す場合に運用周波数帯を用いて屋外基地局に送信を行なう、無線通信システムにおける通信方法及び無線通信装置が開示されている。
この構成によれば、移動端末にキャリアセンス機能を持たせることなく、無線通信システムと運用周波数帯を共有するレーダ等の電波装置への与干渉を確実に防止することができる。
【特許文献１】特開平０６−１２５２８３号公報
【特許文献２】特開２００２−３００１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、前述の無線ＬＡＮを利用したワイヤレス通信方式では、通信速度は非常に速いが、端末の台数が増えると、無線ＬＡＮと通信を行なうための空きチャンネルがないことがあり、所謂衝突が発生しやすくなると共に急速に通信速度が低下してしまう。また、各端末は、常に無線ＬＡＮのアクセスポイントをサーチしたり、空きチャンネルを見つける必要があることから、消費電力が大きくなってしまう。
【００１０】
一方、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈを利用したワイヤレス通信方式においては、狭い範囲における無線通信を提供することから、端末の消費電力が少なくて済むと共に、比較的速い通信速度を確保することができる。
しかしながら、一つのアクセスポイントにおけるチャンネル数が少なく、同時に通信可能な端末の台数が制限されてしまい、例えば数十台以上の端末が利用することは困難である。
【００１１】
さらに、センサーネットワークを利用したワイヤレス通信方式では、多数の計測機器や制御機器の間で無線通信によるネットワークを形成することによって、理論上は、例えば数万台以上の端末が同時に通信することができる。
しかしながら、例えばある端末間で通信を行なう場合に、他の複数個の機器を経由して通信を行なうことがあり、通信速度が制限され、通信のリアルタイム性が損なわれてしまうことがある。
【００１２】
また、特許文献１に開示されている無線通信方式においては、ハイブリッド中継方式で再生中継方式の伝送品質と同等の通信が可能であるが、通信衝突回避対策は特に行なわれていない。従って、端末の台数が多い場合には、同様に通信速度が低下し、通信のリアルタイム性が損なわれてしまう。
【００１３】
さらに、特許文献２に開示されている無線通信方式においては、運用周波数帯を共有するレーダ等の電波装置への与干渉を確実に防止することが可能であるが、通信衝突回避対策は特に行なわれていない。従って、端末の台数が多い場合には、同様に通信速度が低下し、通信のリアルタイム性が損なわれてしまう。
【００１４】
本発明は以上の点に鑑み、端末の台数が多い場合にも、通信速度が低下したり通信傷害が発生しないようにした、通信衝突のない高信頼性のワイヤレス通信システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、一つのマスターモジュールと、このマスターモジュールと相互通信を行なう複数のスレーブモジュールと、を有するワイヤレス通信システムであって、マスターモジュールは、各スレーブモジュールに対して光通信でデータ信号を送信し、各スレーブモジュールは、マスターモジュールに対して電波通信でデータ信号を送信することを特徴とする。
【００１６】
好ましくは、各スレーブモジュールは、マスターモジュールから送信されてきたデータ信号を同期信号として、マスターモジュールへのデータ送信のタイミング制御を行なう。
【発明の効果】
【００１７】
上記構成によれば、マスターモジュールが光通信による各スレーブモジュールへの下り通信を提供し、各スレーブモジュールが電波通信によるマスターモジュールへの上り通信を提供するため、光通信による下り通信と電波通信による上り通信は互いに干渉することがない。従って、端末、即ちスレーブモジュールの数が多くなっても、通信衝突が発生することがないので、通信速度も高速に保持することができる。これにより、高い信頼性とリアルタイム性を備えた通信が可能となる。
【００１８】
各スレーブモジュールは、マスターモジュールから送信されてきたデータ信号を同期信号としてマスターモジュールへのデータ送信のタイミング制御を行なう場合には、各スレーブモジュールからの上り通信の送信データ量を制御することができるので、通信衝突の発生がより一層抑制され、信頼性及びリアルタイム性が向上する。
また、利用する電波通信の周波数帯の帯域幅を狭くすることができると共に、電波通信の動作時間を短くすることができるので、消費電力を低減することができる。従って、極低消費電力の通信システムが実現でき、例えば太陽電池や低容量電池によって各スレーブモジュールの長時間動作や常時稼動が可能となる。
【００１９】
さらに、設備整備を短時間で完成させることができるだけでなく、稼動中のマスターモジュール及び各スレーブモジュールのメンテナンスが大幅に軽減され、運用コストを削減することができる。
【００２０】
このように、本発明によれば、光通信による下り通信と電波通信による上り通信を使用して、通信衝突の発生を抑制して高い信頼性とリアルタイム性を備えたワイヤレス通信システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明によるワイヤレス通信システムの一実施形態を示す。ワイヤレス通信システム１０は、一つのマスターモジュール１１と、複数個、図示の場合、六個のスレーブモジュール１２と、を有する。
【００２２】
マスターモジュール１１は、各スレーブモジュール１２に対して光通信でデータ信号ＳＡを送信するように構成されている。また、マスターモジュール１１は、各スレーブモジュール１２からの電波通信によるデータ信号ＳＢを受信する。
【００２３】
ここで、マスターモジュール１１が送信するデータ信号ＳＡは、送信先のスレーブモジュール１２が電波通信でデータ信号を送信するタイミングを制御する同期信号として利用される。このために、マスターモジュール１１が送信するデータ信号ＳＡは、送信すべきデータ信号中に同期信号としての制御信号を含んでいてもよい。
【００２４】
各スレーブモジュール１２は、マスターモジュール１１に対して電波通信でデータ信号ＳＢを送信するように構成されている。また、各スレーブモジュール１２は、マスターモジュール１１からの光通信によるデータ信号ＳＡを受信する。
【００２５】
この場合、各スレーブモジュール１２は、マスターモジュール１１からの光通信によるデータ信号ＳＡを送信タイミングを制御する同期信号として利用し、この同期信号をトリガーとして、マスターモジュール１１に対して電波通信によりデータ信号ＳＢを送信するように構成されている。
【００２６】
続いて、図２に基づき、本実施形態のワイヤレス通信システム１０を用いたデータ信号の送受信方法を簡略化して説明する。
図２は、マスターモジュール１１と四つのスレーブモジュール１２との送受信が行なわれる様子を示す。
まず、マスターモジュール１１が、第一のスレーブモジュール１２Ａに対して光通信でデータ信号ＳＡ１を送信する。
第一のスレーブモジュール１２Ａは、このデータ信号ＳＡ１を受信すると共に、このデータ信号ＳＡ１を同期信号として、マスターモジュール１１に対して電波通信でデータ信号ＳＢ１を送信する。そして、第一のスレーブモジュール１２Ａは、マスターモジュール１１からのデータ信号ＳＡ１の受信が終了すると同時に、マスターモジュール１１に対するデータ信号ＳＢ１の送信を終了する。
【００２７】
また、マスターモジュール１１は、第一のスレーブモジュール１２Ａへのデータ送信開始から所定時間ｔの経過後、第二のスレーブモジュール１２Ｂに対し光通信でデータ信号ＳＡ２を送信する。
第二のスレーブモジュール１２Ｂは、このデータ信号ＳＡ２を受信すると共に、このデータ信号ＳＡ２を同期信号として、マスターモジュール１１に対して電波通信でデータ信号ＳＢ２を送信する。そして、第二のスレーブモジュール１２Ｂは、マスターモジュール１１からのデータ信号ＳＡ２の受信が終了すると同時に、マスターモジュール１１に対するデータ信号ＳＢ２の送信を終了する。
【００２８】
同様にして、マスターモジュール１１は、第二のスレーブモジュール１２Ｂへのデータ送信開始から所定時間ｔの経過後、第三のスレーブモジュール１２Ｃに対して光通信でデータ信号ＳＡ３を送信する。
第三のスレーブモジュール１２Ｃは、このデータ信号ＳＡ３を受信すると共に、このデータ信号ＳＡ３を同期信号として、マスターモジュール１１に対して電波通信でデータ信号ＳＢ３を送信する。そして、第三のスレーブモジュール１２Ｃは、マスターモジュール１１からのデータ信号ＳＡ３の受信が終了すると同時に、マスターモジュール１１に対するデータ信号ＳＢ３の送信を終了する。
【００２９】
最後に、マスターモジュール１１は、第三のスレーブモジュール１２Ｃへのデータ送信開始から所定時間ｔの経過後、第四のスレーブモジュール１２Ｄに対して光通信でデータ信号ＳＡ４を送信する。
第四のスレーブモジュール１２Ｄは、このデータ信号ＳＡ４を受信すると共に、このデータ信号ＳＡ４を同期信号として、マスターモジュール１１に対して電波通信でデータ信号ＳＢ４を送信する。そして、第四のスレーブモジュール１２Ｄは、マスターモジュール１１からのデータ信号ＳＡ４の受信が終了すると同時に、マスターモジュール１１に対するデータ信号ＳＢ４の送信を終了する。
以上のようにして、マスターモジュール１１と四つのスレーブモジュール１２Ａ〜１２Ｄとの間で各一回のデータ信号の送受信が行なわれる。
【００３０】
このようにして、マスターモジュール１１は、各スレーブモジュール１２Ａ〜１２Ｄとの間で、それぞれデータ信号ＳＡ１〜ＳＡ４を光通信で送信すると共に、データ信号ＳＢ１〜ＳＢ４を電波通信で受信する。従って、マスターモジュール１１から各スレーブモジュール１２Ａ〜１２Ｄへのデータ信号ＳＡ１〜ＳＡ４の送信、即ち下り通信は、それぞれ光通信により行なわれる。これに対して、各スレーブモジュール１２Ａ〜１２Ｄからマスターモジュール１１へのデータ信号ＳＢ１〜ＳＢ４の送信、即ち上り通信はそれぞれ電波通信により行なわれる。
【００３１】
その際、各スレーブモジュール１２Ａ〜１２Ｄは、マスターモジュール１１から光通信で送信されてくるデータ信号ＳＡ１〜ＳＡ４を同期信号として、マスターモジュール１１に対してデータ信号ＳＢ１〜ＳＢ４を送信する。これにより、上り通信の送信が制御されるので、スレーブモジュール１２Ａ〜１２Ｄの個数が多くなっても、混信や通信エラー等の通信衝突が発生するおそれがない。
【００３２】
また、各スレーブモジュール１２Ａ〜１２Ｄはそれぞれ同時にではなく、上述した送信制御によって順次にマスターモジュール１１に対して電波通信でデータ信号ＳＢ１〜ＳＢ４を送信するので、データ送信のために必要な周波数帯域を狭くすることが可能である。さらに、各スレーブモジュール１２Ａ〜１２Ｄは、それぞれ送信制御で許可された時間の間だけ電波通信でデータ送信を行なうので、電波通信の動作時間が短くて済み、消費電力が少なくなる。
【００３３】
図３は、マスターモジュール１１とＮ個のスレーブモジュール１２との間でデータ信号の送受信を行なう場合の実際の送受信動作を示す。
図３において、マスターモジュール１１は、各スレーブモジュール１２Ａ〜１２Ｎに対して順次に、パケットフレームの形態のデータ信号ＳＡ１〜ＳＡＮを光通信で送信する。これに対して、各スレーブモジュール１２Ａ〜１２Ｎは、マスターモジュール１１から受信したデータ信号ＳＡ１〜ＳＡＮに同期して、パケットフレームの形態のデータ信号ＳＢ１〜ＳＢＮを電波通信で送信する。
【００３４】
より詳細には、まず、マスターモジュール１１が、第一のスレーブモジュール１２Ａに対して光通信でデータ信号ＳＡ１を送信する。
第一のスレーブモジュール１２Ａは、このデータ信号ＳＡ１を受信すると共に、このデータ信号ＳＡ１を同期信号として、マスターモジュール１１に対して電波通信でデータ信号ＳＢ１を送信する。そして、第一のスレーブモジュール１２Ａは、マスターモジュール１１からのデータ信号ＳＡ１の受信が終了すると同時に、マスターモジュール１１に対するデータ信号ＳＢ１の送信を終了する。
【００３５】
続いて、マスターモジュール１１は、第一のスレーブモジュール１２Ａへのデータ送信開始から所定時間ｔの経過後、第二のスレーブモジュール１２Ｂに対して、光通信でデータ信号ＳＡ２を送信する。
第二のスレーブモジュール１２Ｂはこのデータ信号ＳＡ２を受信すると共に、このデータ信号ＳＡ２を同期信号として、マスターモジュール１１に対して電波通信でデータ信号ＳＢ２を送信する。
そして、第二のスレーブモジュール１２Ｂは、マスターモジュール１１からのデータ信号ＳＡ２の受信が終了すると同時に、マスターモジュール１１に対するデータ信号ＳＢ２の送信を終了する。
【００３６】
以下、同様にして、マスターモジュール１１は、順次に各スレーブモジュール１２Ｃ，・・・に対して、データ信号ＳＡ３，・・・を光通信で送信する。
これに対して、各スレーブモジュール１２Ｃ，・・・は、マスターモジュール１１からのデータ信号ＳＡ３，・・・に同期して、マスターモジュール１１に対してデータ信号ＳＢ３，・・・を電波通信により送信する。
【００３７】
最後に、マスターモジュール１１は、（Ｎ−１）番目のスレーブモジュール１２（Ｎ−１）へのデータ送信開始から所定時間ｔの経過後、最後の、即ちＮ番目のスレーブモジュール１２Ｎに対して、光通信でデータ信号ＳＡＮを送信する。
最後のスレーブモジュール１２Ｎは、このデータ信号ＳＡＮを受信すると共に、このデータ信号ＳＡＮを同期信号として、マスターモジュール１１に対して電波通信でデータ信号ＳＢＮを送信する。そして、第二のスレーブモジュール１２Ｎは、マスターモジュール１１からのデータ信号ＳＡＮの受信が終了すると同時に、マスターモジュール１１に対するデータ信号ＳＢＮの送信を終了する。
【００３８】
以上の手順で、マスターモジュール１１とＮ個のスレーブモジュール１２Ａ〜１２Ｎとの間で、各一回のデータ信号の送受信が行なわれる。その際、スレーブモジュールの個数に関わらず、同時に複数のスレーブモジュールとの間でデータ信号の送受信が行なわれることがないので、混信や通信エラー等の通信衝突が発生するおそれがない。
【００３９】
なお、上述したデータ信号ＳＡ１〜ＳＡＮ及びデータ信号ＳＢ１〜ＳＢＮは、それぞれマスターモジュール１１から各スレーブモジュール１２Ａ〜１２Ｎに送信すべきデータ信号及び各スレーブモジュール１２Ａ〜１２Ｎからマスターモジュール１１に送信すべきデータ信号が、一回分の送信データ量毎に分割されたものであり、上述したデータ信号の送受信動作が繰返し行なわれることにより、全データ信号の送受信が完了する。
【００４０】
本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施することができる。
例えば、上述した実施形態においては、マスターモジュール１１と四個またはＮ個のスレーブモジュール１２との間のデータ送受信を行なう場合について説明したが、これに限らず、二個，三個または五個以上の任意の数のスレーブモジュール１２が存在する場合であっても、本発明を適用し得る。
また、上述した実施形態ではスレーブモジュール１２は一定数であるが、これに限らず不定数のスレーブモジュール１２であっても、また個々のスレーブモジュール１２がマスターモジュール１１に対して任意に接続または切断される場合であっても本発明を適用し得る。上記のようにマスターモジュール１１からの光信号で、即時に無線電波を動作させることを説明したが、場合によって上記の光信号のタイミングに一定の遅延を追加して、スレーブモジュール１２の無線電波送信のタイミングを同期させることがある。
【００４１】
以上述べたように、本発明によれば端末の台数が多い場合にも通信速度が低下したり通信傷害が発生しないようにした、通信衝突のない高信頼性の極めて優れたワイヤレス通信システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明によるワイヤレス通信システムの一実施形態の構成を示す概略図である。
【図２】図１のワイヤレス通信システムにおける動作を簡略化して示すタイムチャートである。
【図３】図１のワイヤレス通信システムにおける動作をより詳細に示すタイムチャートである。
【図４】従来の電波通信方式のワイヤレス通信システムにおいて、（Ａ）は一台の端末の場合の、（Ｂ）は複数台の端末の場合の動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１０    ワイヤレス通信システム
１１    マスターモジュール
１２    スレーブモジュール
【図１】
2009200974.tif 000003
【図２】
2009200974.tif 000004
【図３】
2009200974.tif 000005
【図４】
2009200974.tif 000006