JP4699814B2 - In-building wireless communication system - Google Patents
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Description
この発明は、建物の同一室内(天井および天井内部空間を含む)に設置された送信器から受信器へ室内環境などの情報を電波にて伝搬する無線通信システムにおいて、受信器が送信器となって順次別の受信器に送信することで大規模な室内の情報を統合することができるメッシュネットに関するものである。 The present invention provides a wireless communication system in which information such as the indoor environment is propagated by radio waves from a transmitter installed in the same room of a building (including the ceiling and the interior space of the ceiling) to a receiver. The present invention relates to a mesh net that can integrate large-scale indoor information by sequentially transmitting to another receiver.
オフィス、工場などの建物の部屋は、室内内部空間(居室)と天井内部空間とから構成され、それらは天井材により仕切られる。室内温度などの環境情報は室内内部空間でセンサにより測定される一方、空調機、コントローラなどは天井内部空間に設置されるのが通常である。このような温度制御ループを構成するには、温度センサを送信器とし、コントローラを受信器とする1対1の無線通信システムが用いられている。室内の配線工事等のコスト、室内レイアウト変更への対応容易性その他の保守面からの要請、および人の近くで環境計測することでの快適性向上の理由からである。 A room of a building such as an office or factory is composed of an interior space (living room) and a ceiling interior space, which are partitioned by a ceiling material. While environmental information such as room temperature is measured by a sensor in an indoor space, an air conditioner, a controller, and the like are usually installed in the ceiling space. In order to construct such a temperature control loop, a one-to-one wireless communication system in which a temperature sensor is a transmitter and a controller is a receiver is used. This is because of the cost of indoor wiring work, the ease of responding to changes in the room layout and other maintenance requirements, and the reason for improving comfort by measuring the environment near people.
さてこの場合、送信器と受信器が互いに見通せる位置関係、すなわち電波の障害物のない位置に配置する必要がある。しかし、室内には、柱、梁、空調ダクトなど存在し無線通信の障害物も多い。そのため、特許文献1にあるように、建物において送信器及び受信器を天井内部空間へ設置して、電波を床で反射させるところの通信システムが提供されている。
特許文献1から引用した図1に示すように、室内の美観のために、センサを含む送信器を天井内部空間に設置した構成が知られている。そこでは、室内内部空間1−1と天井内部空間1−2が天井材1−3で仕切られており、天井梁内にH鋼10、床11内に鉄筋棒12、上階床内にも同様に鉄筋棒12などの電波の障害物が存在しているため、床反射型の通信アンテナが採用されている。
As shown in FIG. 1 quoted from Patent Document 1, there is known a configuration in which a transmitter including a sensor is installed in a ceiling internal space for indoor aesthetics. There, the indoor interior space 1-1 and the ceiling interior space 1-2 are partitioned by a ceiling material 1-3,
また、建物内で1対1の通信だけでなくさらに大規模な室内通信システムを構築するために、無線メッシュネットワーク(以降「メッシュネット」と呼ぶ)の技術が実用化されている。メッシュネットは一般的にはマルチホップ・ネットワークとも呼ばれ、ノード(受信器および送信器を総称して以降「ノード」と呼ぶ)間でデータを効率よく移動できる柔軟なアーキテクチャである。
従来の典型的な無線LANでは、複数のノードが1つのアクセス先ノード に直接接続してネットワークを構成していた。これを「シングルホップ」ネットワークと呼ぶが、マルチホップ・ネットワークでは、無線通信機能を搭載したノードならどれでも受信器および送信器の両方の役割を果すことができるので、最も近くにあるアクセス先が混雑している場合は、データは次に近くにあるトラフィック量の少ないノードへと回される。データはあるノードからノードへとホップを続け、最終目的地に到達する技術である。最も近いノードでなくとも伝搬経路に混雑や障害のある場合には、迂回中継が行われるのである。
特許文献2などにメッシュネットにおける指向性アンテナの使用方法などの技術が紹介されており、そこでは強い指向性を持ったアンテナにより構成される。しかし、本発明のような床反射型のアンテナを用いた技術とは、課題および構成を異にするものである。
In a conventional typical wireless LAN, a plurality of nodes are directly connected to one access destination node to form a network. This is referred to as a “single-hop” network, but in a multi-hop network, any node with a wireless communication function can serve as both a receiver and a transmitter, so the nearest access destination is If it is busy, the data is then routed to the next nearby low traffic node. Data is a technology that continues hopping from one node to another and arrives at the final destination. Even if it is not the closest node, when there is congestion or a failure in the propagation path, detour relaying is performed.
A technique such as a method of using a directional antenna in a mesh net is introduced in
さらに、特許文献3および特許文献4では、屋内に限らず、長遅延の干渉波によるマルチパスフェージングを低減させるために、ダイバーシティアンテナの技術について開示されている。
「ダイバーシティ」とは英語で「多様性」という意味であり、ダイバーシティアンテナとは、電波を送受信するためのアンテナ素子を一本ではなく複数用意するというものである。無線通信は電波の伝搬の状態が大きく変化するという欠点をもっているため通信が不安定になることを解決するものである。ダイバーシティアンテナは複数のアンテナのうち受信感度が良いものを選択して用いるものに受信ダイバーシティアンテナ(特許文献3の例)が、特に移動体通信または車載用で有名であるが、一方送信信号の品質を確保するために送信アンテナを適宜切替えて用いるものに送信ダイバーシティアンテナ(特許文献4の例)もある。
また、同じ性能のアンテナ素子を複数、物理的な位置を変えて配置する方式を「空間ダイバーシティ」、電波を受信する方向を変えたものを「角度ダイバーシティ」、その他「周波数ダイバーシティ」「時間ダイバーシティ」などと呼ばれているものがある。
しかしながら、このようなダイバーシティアンテナを用いること自体は自明な事項であったとしても、建物内におけるメッシュネット通信を効率よく実現するためにダイバーシティアンテナの技術をどのように適応させるかについて、具体的な手段は未だ確立していないのが現状である。
“Diversity” means “diversity” in English, and a diversity antenna means that a plurality of antenna elements for transmitting and receiving radio waves are prepared instead of one. Since wireless communication has the disadvantage that the state of radio wave propagation changes greatly, it solves the instability of communication. Diversity antennas are well-known for receiving diversity antennas (examples of Patent Document 3) for selecting and using a plurality of antennas having good reception sensitivity. There is also a transmission diversity antenna (example of Patent Document 4) that uses a transmission antenna by switching the transmission antenna as appropriate.
In addition, “spatial diversity” is a method of arranging multiple antenna elements with the same performance and changing physical positions, “angular diversity” is a method of changing the direction of receiving radio waves, and “frequency diversity” and “time diversity” are other. There is something called.
However, even if using such a diversity antenna itself is a trivial matter, it is necessary to specifically explain how to apply diversity antenna technology to efficiently realize mesh net communication in a building. Currently, no means have been established yet.
建物の天井部に空調機器、防災機器、照明機器等を一定の間隔で面上に配置する場合、機器間の信号伝送を有線で配線を行なうことが一般的であるが、配線工事の削減、レイアウト変更により機器の移動に対応するには無線による信号伝送が望まれる。しかし無線化にはいくつかの問題がある。それは、天井部の機器は外観上天井裏に設置することが望まれるが、天井裏には建物の梁、柱、空調ダクトなどの各種障害物があり、機器間が見通しできない場合が多い。このため、直進性を持つ電波を用いると直接電波が到達せず、無線による信号伝送を安定して行なうことができないことである。さらに、通信に必要な送信電力は距離の数乗かに比例するものだが、広い建物内においては相当の送信パワーが必要となり省エネルギーの問題、法令基準の許容送信電力の制限などがある、また、相当の送信電力を持ってした場合には、送信範囲が広がることにより他ネットワーク又は他ノードへの干渉のおそれもある。 When air conditioning equipment, disaster prevention equipment, lighting equipment, etc. are arranged on the surface at regular intervals on the ceiling of the building, it is common to wire the signal transmission between the equipment, but the wiring work is reduced. In order to cope with the movement of the device by changing the layout, wireless signal transmission is desired. However, there are several problems with wireless. It is desirable that the equipment at the ceiling is installed on the back of the ceiling in terms of appearance, but there are various obstacles such as beams, pillars, air conditioning ducts, etc. on the back of the ceiling, and it is often impossible to see between the equipment. For this reason, when a radio wave having a straight traveling property is used, the radio wave does not reach directly, and wireless signal transmission cannot be performed stably. Furthermore, the transmission power required for communication is proportional to the power of the distance, but considerable transmission power is required in a large building, and there are problems of energy saving, allowable transmission power restrictions of legal standards, etc. If the transmission power is considerable, there is a risk of interference with other networks or nodes due to the expansion of the transmission range.
このような問題を克服するために、本発明は床反射型の通信アンテナとメッシュネットの技術を組み合わせて採用するものだが、この床反射型のアンテナを用いる場合に、床上にある什器等の電波反射物の存在により、電波が複数通信路で送信器から受信器に届く場合があり(これをマルチパスと呼び)、その複数電波による衝突で本来の通信電波品質が妨げられる(マルチパスフェージングと呼ぶ)問題が発生することが見逃せない。
そこで、本発明は床反射型のアンテナを用いたメッシュネットにおけるノード間の無線通信におけるマルチパスフェージングを抑制することを発明の課題とするものである。
In order to overcome such problems, the present invention employs a combination of a floor reflection type communication antenna and a mesh net technology. When this floor reflection type antenna is used, the radio wave of a fixture or the like on the floor is used. Due to the presence of reflectors, radio waves may reach the receiver from the transmitter in multiple communication paths (this is called multipath), and the quality of the original communication radio wave is hindered by the collision of the multiple radio waves (multipath fading and Call it) You can't overlook the problem.
Accordingly, an object of the present invention is to suppress multipath fading in wireless communication between nodes in a mesh net using a floor reflection type antenna.
本発明の要旨は、床反射型のアンテナを装備した通信のノードとメッシュネット構成の組み合わせにかかり、当該アンテナをダイバーシティアンテナとして、所定の指向性を持たせて、かつ使用する複数の送信アンテナを適宜選択する送信ダイバーシティアンテナにある。受信ダイバーシティの技術は複数のアンテナ受信信号から最も受信感度の良いものを選択するに過ぎないが、むしろ送信ダイバーシティの技術について着目したところに要旨がある。すなわち、部屋の天井に設置した複数の床反射型アンテナによりメッシュネットとした無線通信システムにおいて、
該アンテナは複数のアンテナ素子からなる空間ダイバーシティアンテナであることと、
該アンテナは送信用および受信用を兼用するものであることと、
該アンテナは水平無指向性であってかつ床方向に斜め下に所定角度の垂直指向性を有することと、
該アンテナにおける該アンテナ素子は、等しい前記垂直指向性を備えて、かつ、該アンテナ素子の間が水平方向に所定の離隔距離をもって設置されており、該アンテナ素子の一つが送信用に切替えて用いられた場合に、他の相隣り合うアンテナに床反射して電波が到達することと、
を特徴とするシステムにある。
The gist of the present invention relates to a combination of a communication node equipped with a floor reflection type antenna and a mesh net configuration. The antenna is used as a diversity antenna, and a plurality of transmission antennas having predetermined directivity and used are provided. The transmit diversity antenna is selected as appropriate. The reception diversity technique merely selects the signal having the highest reception sensitivity from a plurality of antenna reception signals, but the gist is that the transmission diversity technique is focused. That is, in a wireless communication system in which a mesh net is formed by a plurality of floor reflection antennas installed on the ceiling of a room,
The antenna is a spatial diversity antenna comprising a plurality of antenna elements;
The antenna is for both transmission and reception;
The antenna is horizontal omnidirectional and has a vertical directivity of a predetermined angle obliquely downward in the floor direction;
The antenna elements in the antenna have the same vertical directivity and are installed with a predetermined separation distance in the horizontal direction between the antenna elements, and one of the antenna elements is used by switching for transmission. The radio waves reach the other adjacent antennas by floor reflection,
It is in the system characterized by.
上記第一の発明について、特定の通信ノードに対して送信―Ack(アクノレッジ)受信による送信ダイバーシティにかかる第二の発明と、一方、受信ノードを特定しないでブロードキャスト的送信―任意の受信ノードからのAck受信による送信ダイバーシティにかかる第三の発明がある。
第二、第三の発明は、このようなAck信号による受信確認を行なうことで最適な送信アンテナを選んで送信ダイバーシティを実現し、第一の発明にかかる建物内メッシュネットの無線通信システムを実現するアンテナに特徴がある。
With respect to the first invention described above, transmission to a specific communication node-second invention related to transmission diversity by Ack (acknowledge) reception, on the other hand, broadcast transmission without specifying a reception node-from any reception node There is a third invention related to transmission diversity by Ack reception.
The second and third inventions realize the transmission diversity by selecting the optimum transmitting antenna by performing the reception confirmation by such an Ack signal, and realize the wireless communication system of the in-building mesh net according to the first invention. There is a feature in the antenna to do.
室内のように、人の移動、什器等の移設がある理由により無線通信の状態が変化したとしても、複数のアンテナ素子からもっとも送信状態が良好な送信アンテナが選択される。すなわち、送信アンテナ素子の切替えにより、マルチパスフェージングの抑制が、自動的にかつ容易に実現される。 Even if the state of wireless communication changes due to the movement of people, the movement of furniture, etc., as in the room, the transmission antenna with the best transmission state is selected from the plurality of antenna elements. That is, suppression of multipath fading can be realized automatically and easily by switching the transmitting antenna element.
図2に、建物の室内の側断面図を示すが(図中の記号は従来例の図1のものと整合する)、そこで天井内部空間1−2に通信ノード110、111が配備されている。それらノードは温度センサとコントローラであるかもしれないし、コントローラ同士でも良い(以降はそれらを「ノード」として総称する)。
本例では、ノード111が送信器の役割を果し、ノード110が受信器の役割を果している状況を示している。
これからの説明ではその簡略化のために、通信ノードがそれぞれダイバーシティアンテナとして二本のアンテナ(A,B)を持って例えるが、必ずしも二本である必要は無く、それ以上でも良いことは言うまでもない。
FIG. 2 shows a side sectional view of the interior of the building (the symbols in the figure match those of FIG. 1 of the conventional example), where communication nodes 110 and 111 are arranged in the ceiling internal space 1-2. . These nodes may be temperature sensors and controllers, or may be controllers (hereinafter collectively referred to as “nodes”).
In this example, a situation is shown in which the node 111 plays the role of a transmitter and the node 110 plays the role of a receiver.
In the following explanation, for simplification, each communication node has two antennas (A, B) as diversity antennas. However, it is not always necessary that there are two antennas (A, B). .
ノード111のダイバーシティアンテナを構成するアンテナ素子の指向性が指向方位111D―Aおよび111D−Bのように床面に向かって斜め方向にあるとすると、送信アンテナの111D−Aまたは111D−Bから最短で電波の伝搬ルート30(図中矢印)で発射されたものがノード110の受信アンテナの指向方位110D―Aまたは110D−B内へ到達する。(図中太線は111D−Aが選択された状態を示している。)
それ以外の伝搬ルートはノード111の指向方位の特性により放射状に発生するが、それらは床天井等で反射、拡散などを経て減衰し、ノード110に到達しないで終わるものがほとんどである。しかし、室内に什器20が存在したようなときは、伝搬ルート32のように二度反射してノード110の指向方位110D―Aもしくは110D−B、又はその両方の有効領域に到達してしまう。この場合、電波の強さもさほど減衰していないため、本来の電波(ルート30)と重複してマルチパスを発生してしまう。電波が衝突するため、本来電波のノイズとなり、マルチパスフェージングの原因となるものである。
Assuming that the directivity of the antenna elements constituting the diversity antenna of the node 111 is oblique to the floor surface like the directivity directions 111D-A and 111D-B, the shortest distance from the transmission antenna 111D-A or 111D-B The one launched by the radio wave propagation route 30 (arrow in the figure) arrives in the directivity direction 110D-A or 110D-B of the receiving antenna of the node 110. (The bold line in the figure indicates a state in which 111D-A is selected.)
Other propagation routes are generated radially due to the characteristics of the directivity of the node 111, but most of them are attenuated through reflection, diffusion, etc. on the floor and the ceiling, and most of them end without reaching the node 110. However, when the
図3で、アンテナ4−1に注目して、その水平指向性は360°全方位均質な指向性をもち(無指向性)、一方、その垂直指向性は床面に対し斜めに指向性を持ち、その所定の指向角aは次のように定めるものとする。なお、ノード間平面距離をL、室内天井高さをHとする(H,Lについて図2参照)。
a= ArcTan(2H/L) ・・・・・(1)
式(1)の設定をほぼ保ながら、上記例ではルート32の電波を、受信アンテナの指向方位110D―Aおよび110D−Bの領域外にするか、それら指向方位中央のヌル点にいれるようにすれば、マルチパスの発生を防げる。
より具体的には、マルチパスフェージングは遅延時間の差により位相が180度異なった2波(3波以上でもよい)が合成され、互いに打ち消し合って生じるものである。アンテナの位置によって伝搬経路長が異なり、送信−受信の遅延時間が異なる性質を利用して、ダイバーシティアンテナによって等価的にアンテナ位置を変えることで伝搬経路長を変え、すなわち各経路の遅延時間を変えるという仕組みを採用する。
そのため、図2にあるように、ノード111で送信ダイバーシティを実現する手段を設ける。例えば、送信ノードにおける送信アンテナを切替えて指向方位111D−Bでなくむしろ111D−Aを用いることで、伝搬ルート32によるマルチパスフェージングを防止する。すなわち、送信元であるノード111におけるアンテナAまたはBを適宜切替えて、受信先であるノード110からの受信完了通知(以降「Ack」として示す)を受ければ送信完了とするのである。そして以降の通信では、この例ではノード111はノード110に対してはアンテナAを優先的に用いるが、Aで駄目ならBに適宜切替えるなどして所定の回数繰り返す(以降「リトライ」と称す)構成をとる。
In FIG. 3, paying attention to the antenna 4-1, its horizontal directivity is 360 ° omnidirectional homogeneous directivity (non-directional), while its vertical directivity is oblique to the floor surface. The predetermined directivity angle “a” is determined as follows. Note that the inter-node plane distance is L, and the indoor ceiling height is H (see FIG. 2 for H and L).
a = ArcTan (2H / L) (1)
In the above example, while maintaining the setting of the expression (1), the radio wave of the
More specifically, multipath fading is caused by combining two waves (or three or more waves) whose phases are different by 180 degrees due to a difference in delay time and canceling each other. Utilizing the property that the propagation path length differs depending on the antenna position and the transmission-reception delay time is different, the propagation path length is changed by changing the antenna position equivalently by the diversity antenna, that is, the delay time of each path is changed. Adopt a mechanism.
Therefore, as shown in FIG. 2, a means for realizing transmission diversity at the node 111 is provided. For example, multipath fading due to the
次に、図4で建物の室内の平面図として、メッシュネットシステムのアンテナの配置を示す。無線通信のノード100から134までが無線通信領域180内にメッシュ構成で配置される。ペリメータなどの周辺部である有線通信領域181内に親ノード190があり、親ノード190は上下階の親ノードに有線通信ライン190Bで接続され、ほかにも有線190Cで他部屋の親ノードに接続される。 Next, FIG. 4 shows a layout of the antenna of the mesh net system as a plan view of the interior of the building. Wireless communication nodes 100 to 134 are arranged in the wireless communication area 180 in a mesh configuration. There is a parent node 190 in a wired communication area 181 which is a peripheral part such as a perimeter, and the parent node 190 is connected to a parent node on the upper and lower floors by a wired communication line 190B, and also connected to a parent node in another room by a wired 190C. Is done.
ここで、無線通信領域に注目すれば、通信ノード110と111が前に示した図2の関係にある場合、ノード111の水平面図上の無線到達領域を111A―Aと111A−Bで示すと、これは床反射で他ノードに電波が到達する範囲を示すものである。すると、図4から判るように、ノード111からの通信はノード110の他に隣り合うノード101、112、121にも到達する。ノード112と121は自己が下流ノードであることを判断し、基本的にはノード111からの通信を受けても再送信は行なわず、上位ノード101と110が、親ノード方向(上位方向)に向けて通信メッセージを中継して伝搬させるのが、メッシュネットの基本プロトコルの一例である。その場合には、上位ノード101又は110からノード100へ中継通信の結果として、ノード111で送信した情報が親ノード190へ伝わり更に中央監視装置(図外)などで用いることもできる。 Here, if attention is paid to the wireless communication area, when the communication nodes 110 and 111 are in the relationship shown in FIG. 2, the wireless arrival areas on the horizontal plane of the node 111 are indicated by 111A-A and 111A-B. This indicates the range where radio waves reach other nodes by floor reflection. Then, as can be seen from FIG. 4, the communication from the node 111 reaches the adjacent nodes 101, 112, 121 in addition to the node 110. Nodes 112 and 121 determine that they are downstream nodes. Basically, even if communication is received from node 111, retransmission is not performed, and upper nodes 101 and 110 move in the parent node direction (upward direction). An example of a basic protocol of a mesh net is to relay and propagate a communication message. In that case, as a result of the relay communication from the upper node 101 or 110 to the node 100, the information transmitted by the node 111 is transmitted to the parent node 190 and can be further used by a central monitoring device (not shown).
送信ダイバーシティとする複数のアンテナの設置において、図3、および式(1)で示した送信ダイバーシティアンテナの各送信アンテナが所定の指向性性能さえ同等であれば、当該複数のアンテナはいずれも相隣り合うノードへ送信電波を到達できるので(図4における送信アンテナとしての水平面の無線到達領域(ノード111について領域111A―A、111A−B)は相隣り合うノード(101,110,112,121)へ到達するので)、メッシュネットの性能が維持されるのである。 In the installation of a plurality of antennas for transmission diversity, as long as each transmission antenna of the transmission diversity antenna shown in FIG. 3 and Expression (1) is equivalent to a predetermined directivity performance, the plurality of antennas are adjacent to each other. Since the transmission radio wave can reach the matching node (the wireless reachable area on the horizontal plane as the transmitting antenna in FIG. The performance of the mesh net is maintained.
(1)アンテナ構造
本発明におけるアンテナの取付け手段の実施例を図5に示す。
天井内部空間1−2において、上階の床(本階の天井)11と天井材1−3との間に設けられた天井吊りボルト8を抱え込むように保持器4−8を設け、これによりアンテナ本体を天井内部空間に保持する構造をとる。このアンテナは送受信兼用のものであり、アンテナは図中記号4でも3でも良いのだが、今、送信アンテナ素子として着目すれば、送信アンテナ本体4から室内内部空間1−1へ向けて、例えば二本のアンテナ素子(4−1A,4−1B)が立てられる。
なお空間ダイバーシティの実現にはアンテナ素子間の離隔距離を、一波長分程度ずらせば十分であることが知られており、電波の一波長Tを次式で求める。電波の伝搬速度を30万Km/Sec、周波数を2.4GHzとすると、
T = 30万Km/2.4GHz ・・・・・(2)
によりもとめられ、約12cmの離隔で十分であることがわかる。
(1) Antenna structure FIG. 5 shows an embodiment of an antenna mounting means in the present invention.
In the ceiling internal space 1-2, a cage 4-8 is provided so as to hold the
It is known that it is sufficient to shift the separation distance between antenna elements by about one wavelength in order to realize space diversity, and one wavelength T of radio waves is obtained by the following equation. If the propagation speed of radio waves is 300,000 km / Sec and the frequency is 2.4 GHz,
T = 300,000km / 2.4GHz (2)
It can be seen that a separation of about 12 cm is sufficient.
ここで、アンテナ素子自体について、水平に無指向性、垂直に斜め角度指向性を有するものを例示する。
・コリニア型のアンテナ
ダイポールアンテナを二本直列に配置したもので、上下アンテナに給電する位相を相対的に変えることで、垂直方向の指向性をコントロールすることができるものである。
・MSA型のアンテナ
MSAとはマイクロストリップアンテナの略であり、アンテナ裏面がグラウンドになっているため、アンテナ特性が裏側にある部材の影響を受けないという利点がある。コリニアアンテナと同様の指向性を実現できる。特に、高次モードのMSAでは垂直方向の指向性を制御できるものである。
Here, examples of the antenna element itself having horizontal omnidirectionality and vertical oblique angle directivity are illustrated.
-Collinear antenna Two dipole antennas are arranged in series, and the directivity in the vertical direction can be controlled by relatively changing the phase fed to the upper and lower antennas.
MSA type antenna MSA is an abbreviation of microstrip antenna, and since the back surface of the antenna is grounded, there is an advantage that the antenna characteristics are not affected by the member on the back side. Directivity similar to that of a collinear antenna can be realized. In particular, the high-order mode MSA can control the directivity in the vertical direction.
(2)アンテナの機能ブロック構造
そもそも、アンテナは送信受信兼用のものであり、アンテナ素子自体も送受信兼用であり、またダイバーシティ機能も送信側のみならず受信側も備えるものである。
図6に、送受信兼用のアンテナ4のブロックダイアグラムを示す。
中心に位置するのはMPU40であり、これは種々の機能をつかさどるもので、マイクロプロセッサ、メモリ等によって構成される。
受信側をはじめに説明すると、これは受信ダイバーシティ機能が実現されている。アンテナ素子4−1Aおよび4−1Bから受信した電波信号は、それぞれ送受信スプリッタ46、47を通り、受信レシーバ42、43で波形整形など処理されて、受信レベル比較器44に入る。ここで受信感度の良い方が選択されてMPUに信号が渡される。MPUは信号データのみ利用するのみならず、受信レベル比較器から選択されたアンテナの情報(A/B)を得て以降の送信ダイバーシティ機能に用いることもある。後述のノード間アンテナマップ(表1)更新に用いることもできる。
次に、送信側を説明すると、MPUは事象発生(通信要求のイベント、定周期環境情報発信、他ノードからの情報伝搬など)により、送信すべきデータを送信ドライバ41へ渡す。同時に、送信ダイバーシティとして送信アンテナとして使用すべき方(AまたはBチャネル)を決定しスイッチ45を切替える。その結果、送受信スプリッタを経由して選択された方のアンテナ(4−1Aまたは4−1B)から送信データが電波発信される。
(2) Functional block structure of antenna In the first place, the antenna is used for both transmission and reception, the antenna element itself is also used for transmission and reception, and the diversity function is provided not only on the transmission side but also on the reception side.
FIG. 6 shows a block diagram of the antenna 4 for both transmission and reception.
Located at the center is the MPU 40, which controls various functions, and is constituted by a microprocessor, a memory, and the like.
First, the receiving side will be described. In this case, the receiving diversity function is realized. The radio wave signals received from the antenna elements 4-1A and 4-1B pass through the transmission / reception splitters 46 and 47, undergo waveform shaping and the like by the reception receivers 42 and 43, and enter the reception level comparator 44. Here, the one with better reception sensitivity is selected and a signal is passed to the MPU. The MPU not only uses signal data but also obtains information (A / B) of the selected antenna from the reception level comparator and may use it for the subsequent transmission diversity function. It can also be used to update an inter-node antenna map (Table 1) described later.
Next, the transmission side will be described. The MPU passes data to be transmitted to the transmission driver 41 when an event occurs (communication request event, transmission of periodic environment information, information propagation from other nodes, etc.). At the same time, the one to be used as the transmission antenna (A or B channel) is determined as transmission diversity, and the switch 45 is switched. As a result, transmission data is transmitted from the selected antenna (4-1A or 4-1B) via the transmission / reception splitter.
(3)送信ダイバーシティアンテナのソフトウエア構造
(i) 特定ノード宛て通信
上記(2)のブロック構造に基づき、ここからは詳細なソフトウエアフローを述べる。
図7において、特定の(宛先又は中継)ノードに宛てた送信を実行するフローを示す。なお本例として随所で、図2ないし図4で述べたノード111からノード110宛ての通信を例に取ることにする。
まず、送信先ノードは事象発生により、Start(ステップ200)する。最初に、受信先ノード(宛先)を決定する(201)。いろいろなアルゴリズムがあるかもしれないが、簡単な一例として表1のノード間アンテナマップから選択するものを述べるが、送信元ノードがノード111の場合は受信先ノード101と110に定義がある(表中太字で示す一行に注視)ので、そのうち番号の若い方から選択し受信先ノードを先ず101に決定する。
ここで次に、当該受信先に向けたアンテナを選択する(202)。本例で表1からアンテナB側を先ず選択する。
次に、データを送信(203)し、受信先ノード101からのAckを待つ(分岐ステップ204)。
一定時間待ってAckを受信した場合は、送受信完了としてステップ210で送信をEndする。
またはAckを受信しない場合(ノーレスポンスまたはNack(異常受信通知)があった場合も含む)には、所定回数リトライする(205)。リトライループではアンテナを切替える(207)。本例では受信先ノード101用の送信アンテナをBからAに切替える。そして、送信ステップ203から繰り返す。
再びAckを受信できなかった場合(204)に所定回数のリトライの処理として、リトライ回数の設定によるが、再度アンテナを元に初期化して繰り返すことも可能である。時間が経過したことで障害物などが取り除かれた場合を考慮してのことである。本例ではアンテナをAからBに再度戻す。
幾度か特定受信先に対するリトライループを繰り返した結果、相変わらずAckを受信できない場合には、受信先を切替えることのチェックを行なう(206)。ただし、表1マップにあるように候補となる受信先ノードが他にある場合に有効である。本例ではノード110が次の受信先ノードとなる。
すべての特定ノードが終了していれば、エラー終了するしかない(209)。
そうでなければ、受信先をノード110に切替える(208)。表1からノード110用にはアンテナはAを選択して(202)から実行する。このときの例が図2にある通信状態を示しているといえる。
(3) Software structure of transmit diversity antenna (i) Communication addressed to specific node Based on the block structure of (2) above, a detailed software flow will be described below.
FIG. 7 shows a flow for executing transmission addressed to a specific (destination or relay) node. As an example, communication from the node 111 to the node 110 described with reference to FIGS. 2 to 4 will be taken as an example.
First, the transmission destination node starts (step 200) when an event occurs. First, a receiving node (destination) is determined (201). There may be various algorithms, but as a simple example, what is selected from the inter-node antenna map of Table 1 will be described. When the source node is the node 111, there are definitions in the destination nodes 101 and 110 (see Table 1). Therefore, the receiving node is first determined as 101 by selecting from the smaller number.
Here, next, an antenna directed to the reception destination is selected (202). In this example, the antenna B side is first selected from Table 1.
Next, data is transmitted (203), and Ack from the receiving node 101 is waited (branch step 204).
If Ack is received after waiting for a predetermined time, transmission is ended in step 210 as transmission / reception completion.
Alternatively, when Ack is not received (including the case where there is no response or Nack (abnormal reception notification)), retry is performed a predetermined number of times (205). In the retry loop, the antenna is switched (207). In this example, the transmission antenna for the destination node 101 is switched from B to A. And it repeats from the
If the Ack cannot be received again (204), the predetermined number of retries may be initialized and repeated based on the antenna, depending on the number of retries. Considering the case where obstacles are removed as time passes. In this example, the antenna is returned from A to B again.
As a result of repeating the retry loop for the specific receiver several times, if the Ack cannot be received as usual, a check is made to switch the receiver (206). However, this is effective when there are other candidate receiving nodes as shown in the Table 1 map. In this example, the node 110 is the next receiving node.
If all the specific nodes have been completed, there is only an error termination (209).
Otherwise, the receiving destination is switched to the node 110 (208). From Table 1, antenna A is selected for node 110, and the process starts from (202). It can be said that the example at this time shows the communication state shown in FIG.
(ii)不特定ノード宛て通信
前記図7のエラー終了(209)の場合の救済手段としてか、或いはそもそも受信先ノードを特定しないで通信する方式の送信ダイバーシティのフローを図8により説明する。
ここでは、ステップ300からスタートすると、送信アンテナはデフォルトとしてAを選択する。そして、データを送信する(303)。その際の宛先アドレスは、どのアドレスでも受け取れるようなブロードキャストアドレスを用いるものである。ただし、そもそも電波の無線到達領域は限られているので限られた数のノードのみが受信することになる(本例では、図4での111A−Aまたは111A−Bの無線到達領域内で、受信可能なノードは隣り合うノードに限定される)。
さて、データ送信後Ackを待ち(304)、一定時間待ってどこか任意のノードからAckを受信した場合は、送受信完了としてステップ310で終了する。
または何処からもAckを受信しない場合(ノーレスポンスまたはNack(異常受信通知)があった場合も含む)には、所定回数リトライする(305)。リトライループではアンテナを切替える(307)。本例ではアンテナをAからBに切替える。そして、送信ステップ303から繰り返す。
さらにAckを受信できなかった場合(304)は所定回数のリトライの処理として、再度アンテナをデフォルトに初期化して繰り返すことが可能である。時間が経過したことで障害物などが取り除かれた場合を考慮してのことである。本例ではアンテナをBからAに戻し、再実行する意味である。
所定回数のリトライを実行してもなお、エラーの場合は終了するしかない(309)。
このような場合は、エラー通知として、室内の人間にわかるようにブザーを鳴らす、ランプ点灯などの警報処理を取ることになろう。
(Ii) Communication addressed to unspecified node FIG. 8 illustrates a flow of transmission diversity in which communication is performed as a rescue means in the case of the error termination (209) of FIG. 7 or without specifying a destination node in the first place.
Here, starting from
Now, after waiting for Ack after data transmission (304), if Ack is received from some arbitrary node after waiting for a certain time, the transmission / reception is completed and the process ends in
Alternatively, when no Ack is received from anywhere (including the case where there is no response or Nack (abnormal reception notification)), retry is performed a predetermined number of times (305). In the retry loop, the antenna is switched (307). In this example, the antenna is switched from A to B. Then, the
Further, when Ack cannot be received (304), the antenna can be initialized to default again and repeated as a predetermined number of retries. Considering the case where obstacles are removed as time passes. In this example, it means that the antenna is returned from B to A and re-executed.
Even if a predetermined number of retries have been executed, if there is an error, the process can only be terminated (309).
In such a case, as an error notification, an alarm process such as a buzzer sounding so as to be understood by a person in the room or lighting of a lamp will be taken.
本発明の実施は、上記実施例に限定されるものではない。殊に、受信ダイバーシティについては、上記例では複数のアンテナで同時に受信し受信レベルにより比較選択する方式を例示したが、受信アンテナをも逐次切替える方式、またその切替えタイミングにもパケット受信中又はパケット終了後などのメカニズムもあるが、これについても同様である。
さらに、上記説明中に示した、受信先ノード決定アルゴリズム、アンテナ選択優先度などは、メッシュネットシステムの設計事項にかかるもので、本発明の本質を左右するものでは無いことを付け加えて置く。
The implementation of the present invention is not limited to the above embodiments. In particular, with respect to receive diversity, the above example illustrates a method in which a plurality of antennas simultaneously receive and compare and select according to the reception level. However, a method in which the receive antennas are sequentially switched, and a packet is being received or ended at the switching timing. There are other mechanisms, but this is the same.
Further, it is added that the destination node determination algorithm, the antenna selection priority, and the like shown in the above description depend on the design items of the mesh net system and do not affect the essence of the present invention.
(表1)ノード間アンテナマップを示す
1−1・・室内内部空間
1−2・・天井内部空間
1−3・・天井材
2・・VAVユニット
3・・受信器(ノード)
3−1・・受信器アンテナ
4・・送信器(ノード)
4−1・・送信器アンテナ
4−2・・温度センサ
5・・給気孔
6・・換気孔
8・・天井吊りボルト
9・・梁
10・・H鋼
11・・床
12・・鉄筋棒
13・・デッキプレート
14・・取付金具
18・・空調ダクト
20・・什器(棚)
1-1. Indoor interior space 1-2 Ceiling interior space 1-3
3-1 ... Receiver antenna 4 ... Transmitter (node)
4-1 · · Transmitter antenna 4-2 · · Temperature sensor 5 · · Air supply hole 6 · ·
Claims (3)
該アンテナは複数のアンテナ素子からなる空間ダイバーシティアンテナであることと、
該アンテナ素子は送信用および受信用を兼用するものであることと、
該アンテナ素子は水平無指向性であってかつ床方向に斜め下に所定角度の垂直指向性を有することと、
該アンテナにおける該アンテナ素子は、等しい前記垂直指向性を備えて、かつ、該アンテナ素子の間が水平方向に所定の離隔距離をもって設置されており、該アンテナ素子の一つが送信用に切替えて用いられた場合に、他の相隣り合うアンテナに床反射して電波が到達することと、
を特徴とするシステム。
In a wireless communication system using a mesh net by a plurality of floor reflection antennas installed on the ceiling of a room,
The antenna is a spatial diversity antenna comprising a plurality of antenna elements;
The antenna element is for both transmission and reception;
The antenna element is horizontal omnidirectional and has a vertical directivity of a predetermined angle obliquely downward in the floor direction;
The antenna elements in the antenna have the same vertical directivity and are installed with a predetermined separation distance in the horizontal direction between the antenna elements, and one of the antenna elements is used by switching for transmission. The radio waves reach the other adjacent antennas by floor reflection,
A system characterized by
該アンテナは送信ダイバーシティアンテナであって、
特定の受信先ノードに対して複数のアンテナ素子を切替えて該特定の受信ノードからのAck応答を得るまで所定回数繰返し送信する手段と、
受信先ノードを切替えて別の特定の受信先ノードに対して複数のアンテナ素子を切替えて該特定の受信ノードからAck応答を得るまで所定回数繰返し送信する手段と、
を有するダイバーシティアンテナ。
The system of claim 1,
The antenna is a transmit diversity antenna;
Means for repeatedly transmitting a predetermined number of times until a plurality of antenna elements are switched to a specific destination node and an Ack response from the specific reception node is obtained;
Means for repeatedly transmitting a predetermined number of times until the receiving node is switched to switch a plurality of antenna elements to another specific receiving node and an Ack response is obtained from the specific receiving node;
Diversity antenna with
該アンテナは送信ダイバーシティアンテナであって、
不特定の受信先ノードに対して複数のアンテナ素子を切替えて任意の受信先ノードからのAck応答を得るまで所定回数繰返し送信する手段を有するダイバーシティアンテナ。
The system of claim 1, wherein
The antenna is a transmit diversity antenna;
A diversity antenna having means for repeatedly transmitting a predetermined number of times until an Ack response from an arbitrary destination node is obtained by switching a plurality of antenna elements to an unspecified destination node.
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