JP2006339762A - 無線端末装置 - Google Patents

Abstract

【課題】遠隔監視システムにおいて、子機間における電界強度テストを混信を防止して実行し、電界強度に応じて通信相手先（中継子機）を決定する。
【解決手段】送信側子機Ａ２１は、他の子機Ａ１１〜Ａ１３に対してテスト信号を送信し、テスト信号を受信した他の子機Ａ１１〜Ａ１３は、前記テスト信号の電界強度を検出するとともに、返信信号を前記送信側子機Ａ２１に送信する。その際、返信信号の送信タイミングを前記検出した電界強度に応じて遅延させる。送信側子機Ａ２１は、返信信号の遅延情報から返信信号送信元子機Ａ１１〜Ａ１３における前記テスト信号の電界強度を判断し、例えば、その電界強度が大きいものから順に２つの受信側子機Ａ１１、Ａ１２を、受信相手先子機として登録する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、例えば、ガスや水道メータの自動検針、或いは火災や異常の監視等の遠隔監視システムで使用する無線端末装置に関する。

従来から、ガスや水道メータの自動検針、或いは火災や異常の遠隔監視等のシステムが知られているが、このシステムでは、例えば、センタ装置から親機に対して各種要求信号の送信を行い、親機は、各無線端末装置（子機ともいう）に対してセンタ装置からの要求信号を送信し、子機は前記水道やガスメータ或いはセンサに接続されて、要求信号に応じてその検知信号を親機に送信し、親機は各子機の検知信号をセンタ装置に送信し、センタ装置で監視データやシステムの集中管理を行っている。

具体的には、例えば、家庭用のガスや水道メータの検針では、設置されたメータの近傍に子機を配置し、子機側で取得した検針データを親機に送信し、親機は例えば電話回線網を経由してセンタ装置に送信する。センタ装置では、送信された検針データに基づき使用量に対する請求書を発行するなどの業務を行う。

このような遠隔監視システムでは、親機と子機の設置時に、子機と親機間で通信が適正になされるかどうかのテストを行っている。そのテストは、例えば、子機と親機を実装位置に設置した状態で、子機に付設した電波試験ボタンを押して試験電波（テスト信号）を送信し、これを親機側で受けると、親機から子機に電波を送信し、子機側ではその電波の電界強度の強弱を、例えば３個のＬＥＤのうちの点滅するＬＥＤの数により、強、中、弱で表示し、オペレータがこれを確認して親機と当該子機間の無線通信が正常に行われるか否かのチェックを行うというものである（特許文献１参照）。

このシステムは、親機と子機の設定をその両者の間の通信が適正に行われるか否かの観点から、両者間における通信時の電界強度の強弱を検出するものであるが、テストの結果、親機と子機間で適正な電界強度が確保できない場合は、中継機を設置するなどの措置を適宜施すことが考えられる。

例えば、特許文献２に示す無線端末装置では、メータからの検針値データを、無線端末装置（子機に相当）、中継局（親機に相当）、及び交換機経由でセンタ装置に伝送する際に、無線端末装置が中継局と無線通信を行うことができない場合、他の無線端末装置に対して発呼を行い、他の無線端末装置を経由して中継局にデータを伝送するようにして、メータからのデータを、無線端末装置の設置場所に影響されることなく、無線回路を介してセンタ装置に確実に伝送できるようにしている（特許文献２参照）。

このように、特許文献１に記載されたシステムにおいて、親機と子機間で適正な通信が行える電界強度が得られない場合には、例えば特許文献２に記載されているように子機間での通信を行い、子機を中継して親機に信号を送信することが考えられるが、その場合には、親機と子機について行ったように、特定の子機間においても、通信時に必要な電界強度が得られるか否かのテストをその設置時に行う必要がある。

そこで、特定の子機から他の子機へ信号を送信したときの受信子機側での電界強度を知るために、特定子機から他の子機に向かってテスト信号を一斉に送信（ブロードキャスト）すると、テスト信号を受信した他の子機は、それぞれ返信信号を前記特定子機（送信側子機）に返信する。ここで、受信側の子機は親機とは異なり多数あるから返信も多数の子機から一斉に行われることになる。

このような場合、最初に到来した返信信号の送信元子機を前記特定子機の通信相手先として選択することはできる。しかし、子機から親機への通信ルートは、より強い電界強度が得られるルートに沿って行うことが望ましく、また、仮に、最も強い電界強度が得られる通信ルートに沿った送信相手先子機が設定できたとしても、その後の通信環境の変化等により正常な通信が不可能になることがあり、そのような場合を想定して、特定子機の予備用の通信相手先子機を予め設定しておくことが望ましい。

しかしながら、返信信号を一斉に送信側子機に送信すると、返信信号の受信側つまりテスト信号の送信側子機で混信が起こる虞があり、また、混信しないまでも、送信側子機は、機能上最初の返信信号を受けると、その受信処理中に他の子機からの返信信号が着信しても受信できず、従って、最初に受信した信号の受信処理が終了した段階で偶々受信した返信信号は、２番目に着信した信号とは限らず、受信した信号が実際には何番目に着信したものか判断できない。つまり、２番目に受信した返信信号が２番目に着信したのかどうかは判断できない。また、そもそも、最初の返信信号の送信元子機における前記テスト信号の電界強度は、必ずしも最強とは限らない。従って、テスト信号を送信した子機（送信側子機）側では、例えば、電界強度が強い順に通信相手先子機を登録しようとしても、どの子機を登録したらよいのか分からないという問題がある。

このように、子機間通信における電界強度の強弱が分からないと、子機を中継機に利用して親機・子機間で通信を行う場合、その最適な通信ルート設定は不可能である。即ち、親機・子機間の最適通信ルートの設定は、子機側で取得した前記電界強度情報を親機経由でセンタ装置に送信し、センタ装置（例えば、センタ装置の管理サーバ）で収集し、そこで後述する他の通信ルート情報を考慮して行われるが、送信側子機が通信相手先子機の受信電界強度情報を収集できないと、センタ装置で最適通信ルート設定することができないという問題が生じる。
特開２００４−３４１６４８号公報 特開２００１−２１７９４７号公報

本発明は、このような問題に鑑みなされたもので、その目的は、親機と子機間における通信において、子機が他の子機を中継して親機と通信する場合の子機間ルート設定のため、送信側子機からテスト信号を送信したときに、当該送信側子機が複数の受信側子機から送信される返信信号を混信することなく受信できるようにして、しかも、複数の子機を対象に子機間通信におけるそれぞれの通信ルートの電界強度を正確に把握できるようにすることであり、その結果として、親機・子機間の通信ルート設定を正確に行い得るようにすることである。

請求項１の発明は、複数の無線端末装置と、該無線端末装置と通信可能に接続された親機と、該親機と通信可能に接続されたセンタ装置とからなる遠隔管理システムにおいて使用可能な無線端末装置であって、他の無線端末装置で送信したテスト信号を受信する手段と、前記テスト信号を受信したとき返信信号を当該無線端末装置に送信する手段と、受信信号の電界強度を検出する手段と、検出した電界強度に応じて前記返信信号の送信を遅延させる手段とを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載された無線端末装置において、前記電界強度が所定レベルに達したときのみ、前記返信信号を送信することを特徴とする。
請求項３の発明は、複数の無線端末装置と、該無線端末装置と通信可能に接続された親機と、該親機と通信可能に接続されたセンタ装置とからなる遠隔管理システムにおいて使用可能な無線端末装置であって、テスト信号を送信する手段と、該テスト信号を受信した他の無線端末装置から送信される返信信号を受信する手段と、該返信信号の送信元無線端末装置を登録する手段と、を有することを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３に記載された無線端末装置において、前記返信信号受信手段は、テスト信号送信から所定時間内に到来した返信信号のみを受信することを特徴とする。
請求項５の発明は、複数の無線端末装置と、該無線端末装置と通信可能に接続された親機と、該親機と通信可能に接続されたセンタ装置とからなる遠隔管理システムにおいて使用可能な無線端末装置であって、テスト信号を送信する手段と、他の無線端末装置で送信したテスト信号を受信する手段と、他の無線端末装置で送信したテスト信号を受信したとき、前記テスト信号送信元無線端末装置に返信信号を送信する手段と、前記受信したテスト信号の電界強度を検出する手段と、検出した電界強度に応じて前記返信信号の送信を遅延させる手段と、他の無線端末装置から送信される返信信号を受信する手段と、該返信信号の送信元無線端末装置を登録する手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、送信側無線端末装置からテスト信号をブロードキャストしたときの受信側無線端末装置における受信電界強度を送信側無線端末装置に送信する際に、電界強度の強い受信側無線端末装置からの返信信号から先に受信できるように、電界強度に応じて返信信号の送信タイミングを遅延させるため、多数の受信側無線端末装置から返信があっても混信が回避できると共に、各受信側無線端末装置における電界強度の強弱を正確に判断できる。
また、受信信号の電界強度が所定値に満たないときには、返信を行わず、また、所定時間が経過したのちには返信信号の受信を行わないため、無駄な通信を行うことがなく通信コストが低減できる。

本発明に係る無線端末装置である子機の１実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の子機が適用可能なシステムを概略的に示すブロック図である。
このシステムは、例えば、ガスや水道メータの自動検針、或いは火災や異常の監視等の遠隔監視システム、即ち、各監視装置（メータ等）それぞれに設けた無線端末装置である子機と、複数の子機を管理するとともに子機からの監視データを受信し、センタ装置３０に送信する親機と、複数の親機からの監視データを集中的に管理するセンタ装置３０とからなる遠隔監視システムであり、図示のように、親機２０、２０’に無線接続されかつ管理される複数の無線端末装置である子機Ａ１１〜Ａ２２、Ａ１１’〜Ａ２２’と、親機２０、２０’と例えば携帯電話回線などの無線通信網Ｎを介して接続されるセンタ装置３０とからなっている。

この遠隔監視システムにおいては、各子機１０と、親機２０と、センタ装置３０は、双方向にデータ通信が可能に接続されており、各子機１０と親機２０とは、既に述べたように直接又は他の子機１０を中継して接続されている。

図２は、本発明の１実施形態に係る子機の構成を概略的に示すブロック図である。
図示のように、子機１０は、他の子機１０又は親機２０と無線通信を行うための無線送受信部１２及びアンテナ１４と、図示しないメータやセンサなどに接続されるＩ／Ｆ部１５と、子機１０の動作プログラム等を格納したＲＯＭや処理データ等を一時記録するＲＡＭ等から成る記憶部１６と、子機１０全体の制御や演算処理等を行う制御部１８等からなっている。

子機１０は、設定時に例えば、テスト信号送信ボタンを操作することで、その記憶部１６に記憶されたテスト信号の電文を読み出して、前記無線送受信部１２からアンテナ１４を介して他の受信待機中の子機に送信するとともに、前記テスト信号の受信側子機１０から送信される返信信号を受信し、かつ、その返信信号を送信した子機情報を登録する機能を有している。また、それと共に、他の子機１０からのテスト信号を受信したときは、予め定めた返信信号の電文を記録部１６から読み出して送信側子機１０に返信する機能、及び前記受信したテスト信号の電界強度を検出して、前記返信信号を送信側子機１０に返信する際に、検出した電界強度に応じて返信タイミングを遅延させる機能を有している。

ここで、子機は、送信側子機からブロードキャストされた電文を受信し、その信号の電界強度を検知すると、例えば、自身の記憶装置に格納されているデータテーブル（電界強度と遅延時間との対照テーブル；図４参照）を参照し、或いは予め記憶した関数ｔ＝ｆ（ｘ）（ここでｔは遅延時間、ｘは受信信号の電界強度を表す）に従い電界強度に応じた遅延時間を算出し、その遅延時間分だけ遅延させ、その際、自身の識別コードを付与して返信信号を送信する。

図３は、以上で説明した送信側子機の動作フローを示す。
送信側子機１０は、まず記憶部１６から読み出したブロードキャスト用電文に自身のＩＤ（識別情報）を付加して送信（ブロードキャスト）し（Ｓ１０１）、所定時間他の子機からの応答を待ち、所定時間内に受信応答がなくタイムアウトすると（Ｓ１０２，ＹＥＳ）、通信相手先子機がないものとして処理を終了する（Ｓ１０２）。所定時間内に（Ｓ１０２、ＮＯ）受信応答があり（Ｓ１０３、ＹＥＳ）、応答電文を受信すれば（Ｓ１０４）、自身の記憶手段に当該返信信号送信元子機の情報（ＩＤ）を登録する処理を行う（Ｓ１０５）。ステップＳ１０３で受信応答がなければ（Ｓ１０３，ＮＯ）、タイムアウトするまで応答を待つ。
なお、ここで所定時間は、正常な通信が可能な電界強度の最低レベル（例えばレベル３）に対応する時間をいう。即ち、所定時間内に着信があればその送信元子機におけるテスト信号の電界強度は、通信可能な最低レベル以上であることを意味する。

図４は、受信側子機の動作フローを示す。
受信側子機１０は、まず、受信待ちの状態に設定され（Ｓ２０１、ＹＥＳ）、その状態でテスト信号を受信すると、受信信号の電界強度を取得即ち検出し（Ｓ２０２）、検出した電界強度に基づき、既に説明したようにテーブルを参照し或いは関数に基づき演算して遅延時間を生成し（Ｓ２０３）、その遅延時間の経過を待ち、即ち前記遅延時間経過時に（Ｓ２０４）、予め登録した返信用電文に自身のＩＤを付与して送信する（Ｓ２０５）。

図５は、前記子機を遠隔監視システムに適用して子機と親機の通信ルートを設定する手順を説明する図である。ここでは、子機は符号Ａ１１〜Ａ３３で表している。
まず、図５Ａにおいて、子機Ａ１１〜Ａ３３は親機２０と直接又は間接的に通信可能な子機である。親機２０との通信ルート設定に当たり、まず、親機２０に対し各子機Ａ１１〜Ａ３３から、例えば、特許文献１に記載されたと同様の方法で、テスト信号を送信し、親機は、各子機Ａ１１〜Ａ３３からのテスト信号に対して、返信信号を送信しその返信信号の強度を子機側で検知する。

図示の例では、子機Ａ１１〜Ａ１３と親機２０との通信の通信電界強度は、子機Ａ１１ではレベル７、子機Ａ１２ではレベル５、子機Ａ１３ではレベル４、子機Ａ２３ではレベル２であり、子機Ａ２１〜Ａ３３では電界強度が検出されない。ここで、電界強度レベル３を基準値とし、これ以上の電界強度であれば正常な通信が可能であり、そのレベル未満では正常な通信が不可であるとする。
子機Ａ２３はレベル２であり、子機Ａ２１〜Ａ３３では電界強度が検出されないからいずれも直接の通信は不可である。
そこで、子機子機Ａ１１〜Ａ１３には、夫々の記憶部１６に通信相手先が親機であることを登録すると共に、親機２０にその旨を通報する。

次に、親機２０を通信先に登録した子機Ａ１１〜Ａ１３をテスト信号の受信待機状態にして、図５Ｂに示すように、親機２０との直接の通信が不可と判定された例えば子機Ａ２１からテスト信号を送信すると、前記子機Ａ１１〜Ａ１３は、予め定めた信号（返信信号）をテスト信号の受信強度に応じて遅延させて返信する。
従って、子機Ａ２１は受信信号のタイムラグから受信子機におけるテスト信号の電界強度を判断することができる。即ち、この例では、子機Ａ２１は、子機Ａ１１からディレイタイムなしで返信されたことにより、前記テスト信号の受信電界強度レベルが７であると判断する。子機Ａ１２からの返信は子機Ａ２１より０．０２００Ｓ（秒）遅れて着信したので、その遅延時間から子機Ａ１２への通信電界強度はレベル５であると判断する。ここで、判断された電界強度は何れも基準値レベル３を上回っているから、その二つの子機を通信相手先として子機Ａ２１の記録部１６に登録し、かつここでは子機Ａ１１をメインの通信相手先、子機Ａ１２をサブの通信相手先としてそれぞれの受信電界強度と共に子機Ａ１１もしくはＡ１２を介して親機２０に通知する。この場合、電界強度の上位２つのみを登録した後は、他の子機からの返信は無視するように設定されている。従って子機Ａ１３からの返信は無視される。また、前記登録を終了した子機Ａ２１は、次に他の子機からのテスト信号の受信待機状態になる。

このようにして、残り子機についても前記子機Ａ１３と同様に他の子機との通信電界強度がチェックされ、それぞれ電界強度について上位２つの子機を通信先として登録する。このように登録を完了した子機は、他の子機からのテスト信号の受信待機状態となる。
この作業を最後の子機まで繰り返すことで、親と直接通信できない全ての子機に通信先として、例えば他の２つの子機を登録し、図５Ｄに示すような親機２０と子機１０間の電界強度に基づく通信ルート（実線で示すメインルート及び破線で示すサブルート）が形成される。例えば、子機Ａ３１は、子機Ａ３１→子機Ａ２１をメインルートとし、かつ子機Ａ３１→子機Ａ２２をサブルートとする。
なお、受信側子機は、その受信信号が所定レベル（例えばレベル３）以上であるときのみ返信信号を送信するようにすることもでき、また、送信側子機１０は、所定時間内に着信した返信信号送信元子機１０を全て登録し、これを親機２０経由でセンタ装置３０に送信し、センタ装置側で最適ルートを設定するときの判断材料とすることもできる。

図６は、送信側子機から送信された前記応答子機情報に基づき作成されかつ登録されたルート管理情報の１例を示す。
ルート管理情報が作成されかつ登録されて以後は、このルート管理情報に基づきメインルート（第１ルート）を優先して通信を行い、既に述べたように、メインルートに支障が生じたときにサブルート（第２ルート）で通信を行う。

センタ装置３０は、各子機の通信ルートにおける通信状態を示すルート情報を親機２０から取得し、これを記憶部３１で管理するとともにルート情報に基づいて通信ルートを決定し、その通信ルートを各子機に設定する。

ルートの選択を行うために、子機及び親機は、経路における通信状態を検出する手段を備え、この検出結果より各ルートの通信状態を示すルート情報として、この情報を管理するセンタ装置３０へ通知することができる。
センタ装置３０は、各子機Ａ１１〜Ａ３３についての交信可能な全てのルートのルート情報を親機２０から受取り、受取ったルート情報を記憶部３１に記憶して管理する。ルート情報は、特定の送信子機から親機２０までに経由する子機と経路の通信状態（電界強度、ノイズレベル、通信エラー回数等）を基本的な情報とする。また、センタ装置３０は、さらに、各ルートにおいて中継する子機の段数、各子機の中継機としての利用頻度等を含めたルート情報を把握し、これらのルート情報を各ルート毎に管理可能な形で記憶部３１に格納する。

最適ルートの決定は、経路の電界強度（強度が大きい方を優先）以外に、例えば、下記(1)〜(４)に示す要件を考慮して行う。
(1) 経路のノイズレベル（ノイズレベルの低い方を優先）
(２) 子機の通信エラー又は誤り率のカウント値（エラー回数の低い方を優先）
(３) 経由する子機の段数（段数の少ない方を優先）
(４) 経由する子機における中継機としての利用度（利用度の低い方を優先）

図７は、最適ルートの見直し、最適ルートの変更動作を説明する図である。なお、経路周囲の環境の変化或いは子機Ａ１２の特性の変化等で、当初子機Ａ１２への経路の電界強度（レベル７）が、例えば、電界強度（レベル４）に悪化した場合、子機Ｘは、子機Ａ１２への経路の電界強度がレベル４に低下したことを示すルート情報を親機２０経由でセンタ装置３０に送る。このルート情報を受取ったセンタ装置３０は、子機Ａ１２への経路を見直し、子機Ａ２１への経路を最適ルートと決定し、この決定に従って、子機Ｘに設定する最適ルートを変更、修正する。

本実施形態の子機が適用可能なシステムを概略的に示すブロック図である。 本発明の１実施形態に係る子機の構成を概略的に示すブロック図である。 送信側子機の処理フローを示す 受信側子機の処理フローを示す。 前記子機を遠隔監視システムに適用して子機と親機の通信ルートを設定する手順を説明する図である。 送信側子機から送信された前記応答子機情報に基づき作成されかつ登録されたルート管理情報の１例を示す。 図７は、最適ルートの見直し、最適ルートの変更動作を説明する図である。

符号の説明

１０（Ａ１１〜Ａ３３）・・・子機（無線端末装置）、１２・・・無線送受信部、１４・・・アンテナ、１５・・・インターフェース部、１６・・・記憶部、１８・・・制御部、２０・・・親機装置、３０・・・センタ装置、３１・・・記憶部。

Claims (5)

1. 複数の無線端末装置と、該無線端末装置と通信可能に接続された親機と、該親機と通信可能に接続されたセンタ装置とからなる遠隔管理システムにおいて使用可能な無線端末装置であって、
   他の無線端末装置で送信したテスト信号を受信する手段と、前記テスト信号を受信したとき返信信号を当該無線端末装置に送信する手段と、受信信号の電界強度を検出する手段と、検出した電界強度に応じて前記返信信号の送信を遅延させる手段と、を備えたことを特徴とする無線端末装置。
2. 請求項１に記載された無線端末装置において、
   前記電界強度が所定レベルに達したときのみ、前記返信信号を送信することを特徴とする無線端末装置。
3. 複数の無線端末装置と、該無線端末装置と通信可能に接続された親機と、該親機と通信可能に接続されたセンタ装置とからなる遠隔管理システムにおいて使用可能な無線端末装置であって、
   テスト信号を送信する手段と、該テスト信号を受信した他の無線端末装置から送信される返信信号を受信する手段と、該返信信号の送信元無線端末装置を登録する手段と、を有することを特徴とする無線端末装置。
4. 請求項３に記載された無線端末装置において、
   前記返信信号受信手段は、テスト信号送信から所定時間内に到来した返信信号のみを受信することを特徴とする無線端末装置。
5. 複数の無線端末装置と、該無線端末装置と通信可能に接続された親機と、該親機と通信可能に接続されたセンタ装置とからなる遠隔管理システムにおいて使用可能な無線端末装置であって、
   テスト信号を送信する手段と、他の無線端末装置で送信したテスト信号を受信する手段と、他の無線端末装置で送信したテスト信号を受信したとき、前記テスト信号送信元無線端末装置に返信信号を送信する手段と、前記受信したテスト信号の電界強度を検出する手段と、検出した電界強度に応じて前記返信信号の送信を遅延させる手段と、
   他の無線端末装置から送信される返信信号を受信する手段と、該返信信号の送信元無線端末装置を登録する手段と、を備えたことを特徴とする無線端末装置。

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