特許 5896584 無線通信システム及び通信端末

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5896584

(24)【登録日】2016年3月11日

(45)【発行日】2016年3月30日

(54)【発明の名称】無線通信システム及び通信端末

(51)【国際特許分類】

   H04W 52/02 20090101AFI20160317BHJP

   H04W 56/00 20090101ALI20160317BHJP

【ＦＩ】

   H04W52/02 110

   H04W56/00 130

【請求項の数】5

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2016-502830(P2016-502830)

(86)(22)【出願日】2015年12月10日

(86)【国際出願番号】JP2015084710

【審査請求日】2016年1月21日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000133733

【氏名又は名称】株式会社テイエルブイ

(74)【代理人】

【識別番号】100170896

【弁理士】

【氏名又は名称】寺薗 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100131200

【弁理士】

【氏名又は名称】河部 大輔

(72)【発明者】

【氏名】萩原 一成

【審査官】 石川 雄太郎

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１５／００５１８３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−２６０７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／０２３６３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０２３０１９２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｗ ５２／０２

Ｈ０４Ｗ ５６／００

Ｈ０４Ｌ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の通信端末によりネットワークを形成する無線通信システムであって、
前記複数の通信端末は、同期信号を送受信することによって同期するように構成され、
前記複数の通信端末のうち非同期状態の通信端末は、一日のうちの所定の開始時刻からの所定の期間を待機期間とし、前記同期信号を受信するための待機動作を前記待機期間の一部の期間行い、前記待機動作を行う一部の期間を日ごとに変え、複数の日をかけて前記待機期間の全期間で前記待機動作を行うことを特徴とする無線通信システム。

【請求項2】

請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記非同期状態の通信端末は、前記待機動作を行う一部の期間を日ごとに連続させることによって、複数の日をかけて前記待機期間の全期間で前記待機動作を行うことを特徴とする無線通信システム。

【請求項3】

請求項２に記載の無線通信システムにおいて、
前記待機動作を行う一部の期間は、次の日の前記待機動作を行う一部の期間と部分的に重複していることを特徴とする無線通信システム。

【請求項4】

請求項１乃至３の何れか１つに記載の無線通信システムにおいて、
前記複数の通信端末のうち同期信号を送信する通信端末は、所定の時間間隔ごとに前記時間間隔内に少なくとも１回、前記同期信号を送信し、
前記待機期間の長さは、前記時間間隔以上であることを特徴とする無線通信システム。

【請求項5】

他の通信端末からの同期信号を受信して、該他の通信端末と同期する通信端末であって、
前記他の通信端末と非同期状態の場合には、一日のうちの所定の開始時刻からの所定の期間を待機期間とし、前記同期信号を受信するための待機動作を前記待機期間の一部の期間行い、前記待機動作を行う一部の期間を日ごとに変え、複数の日をかけて前記待機期間の全期間で前記待機動作を行うことを特徴とする通信端末。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

ここに開示された技術は、無線通信システム及び通信端末に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、複数の通信端末を備えた無線通信システムが知られている。複数の通信端末は、互いに無線通信を行い、ネットワークを構築する。このような無線通信システムにおいては、通信端末間で各種情報を送受信するために、通信端末間で同期を取る必要がある（特許文献１参照）。通信端末間での同期は、一方の通信端末から同期信号が送信され、他方の通信端末が該同期信号を受信することにより行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−１７６８８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、通信端末間では様々な理由で通信が適切に行えない状況が生じ得る。このような場合、通信端末間で同期信号の送受信も適切に行えないため、通信端末が非同期状態となる。

【0005】

非同期状態の通信端末は、待機状態となって、他の通信端末からの同期信号の受信を待機することになる。しかしながら、非同期状態の通信端末は、正確な時間を保持していないので、待機状態となるタイミングを他の通信端末の同期信号の送信タイミングに合わせることができない。そのため、通信端末は、待機状態を長い間継続する必要があり、通信端末の電力消費が大きくなってしまう。

【0006】

ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、非同期状態の通信端末が同期信号を待機する際の消費電力を低減することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

ここに開示された技術は、複数の通信端末によりネットワークを形成する無線通信システムを対象とする。前記複数の通信端末は、同期信号を送受信することによって同期するように構成され、前記複数の通信端末のうち非同期状態の通信端末は、一日のうちの所定の開始時刻から所定の時間が経過するまでの期間を待機期間とし、前記同期信号を受信するための待機動作を前記待機期間の一部の期間行い、前記待機動作を行う一部の期間を日ごとに変え、複数の日をかけて前記待機期間の全期間で前記待機動作を行うものとする。

【0008】

また、ここに開示された技術は、他の通信端末からの同期信号を受信して、該他の通信端末と同期する通信端末を対象とする。前記通信端末は、前記他の通信端末と非同期状態の場合には、一日のうちの所定の開始時刻からの所定の期間を待機期間とし、前記同期信号を受信するための待機動作を前記待機期間の一部の期間行い、前記待機動作を行う一部の期間を日ごとに変え、複数の日をかけて前記待機期間の全期間で前記待機動作を行うものとする。

【発明の効果】

【0009】

ここに開示された無線通信システムによれば、非同期状態の通信端末が同期信号を待機する際の消費電力を低減することができる。

【0010】

ここに開示された通信端末によれば、非同期状態のときに同期信号を待機する際の消費電力を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、無線通信システムの概略図である。

【図2】図２は、データステーションのブロック図である。

【図3】図３は、中継機のブロック図である。

【図4】図４は、センサのブロック図である。

【図5】図５は、通信スケジュールを示す図である。

【図6】図６は、中継機の機能ブロック図である。

【図7】図７は、センサの機能ブロック図である。

【図8】図８は、中継機の処理を示すフローチャートである。

【図9】図９は、同期信号の送信タイミングを示す図である。

【図10】図１０は、中継機の同期処理における待機動作を示す説明図である。

【図11】図１１は、同期スケジュールを示す図である。

【図12】図１２は、同期処理を示すフローチャートである。

【図13】図１３は、センサの処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【0013】

図１は、無線通信システム１００の概略図である。無線通信システム１００は、データステーション１０と、複数の中継機２０と、複数のセンサ３０とを有している。データステーション１０、中継機２０、センサ３０は、通信端末であり、互いに無線通信を行い、自律的にネットワークを構築する。無線通信システム１００においては、マルチホップ無線ネットワークが形成される。データステーション１０は、中継機２０とのみ通信を行い、センサ３０は、中継機２０とのみ通信を行う。データステーション１０及び中継機２０は、データステーション１０を頂点とするツリー型のネットワークトポロジを有している。本明細書では、ネットワークにおいてデータステーション１０側を上流側又は上位とし、ツリーの末端側を下流側又は下位とする。また、データステーション１０、中継機２０、センサ３０を区別しない場合には、単に通信端末と称する場合がある。また、各中継機２０を区別する場合には、符号「２０」の後にアルファベットを付して区別する。

【0014】

無線通信システム１００においては、センサ３０が所定の物理量を検出し、その検出値、即ち、検出データが中継機２０を介してデータステーション１０に収集される。本開示における例では、無線通信システム１００は、蒸気システムを有する工場内に設置されている。蒸気システムは、複数のスチームトラップＴ（図１では１つだけ図示）を有している。センサ３０は、スチームトラップＴの振動及び温度を検出する。

【0015】

〈データステーションの構成〉
図２は、データステーション１０のブロック図である。データステーション１０は、無線通信システム１００の通信経路の確立やセンサ３０の検出データの収集及び管理を行う。また、データステーション１０は、図示を省略するが、外部ネットワーク等を介して上位のサーバ等に接続される。データステーション１０は、必要に応じて、センサ３０の検出データをサーバ等に転送する。

【0016】

データステーション１０は、ＣＰＵ１１と、メモリ１２と、記憶部１３と、無線通信回路１４と、計時回路１５と、上位インターフェース部１６と、電源回路１７とを有している。

【0017】

記憶部１３には、各種プログラム及び各種情報が記憶されている。ＣＰＵ１１は、記憶部１３から各種プログラムを読み込み、実行することにより、様々な処理を行う。例えば、記憶部１３には、ネットワークの通信経路を形成するためのプログラム、センサ３０の検出データを収集するためのプログラム、ネットワークの通信経路のツリー情報、中継機２０と通信を行うスケジュールを規定したスケジュール情報、及び、収集した検出データ等が記憶されている。

【0018】

無線通信回路１４は、中継機２０等の他の通信端末と無線通信を行う。無線通信回路１４は、ＣＰＵ１１の制御によって動作し、各種信号を符号化・変調等の処理により無線信号に変換し、アンテナを介して送信する。また、無線通信回路１４は、アンテナを介して受信した信号を復調・複合化等の処理により適切な信号に変換する。

【0019】

計時回路１５は、所定のクロックを発生し、データステーション１０の基準となる時刻を計時する。

【0020】

上位インターフェース部１６は、サーバ等との間のインターフェース処理を行う。

【0021】

電源回路１７は、外部電源（図示省略）が接続されており、データステーション１０の各要素に電力を供給する。

【0022】

〈中継機の構成〉
図３は、中継機２０のブロック図である。中継機２０は、データステーション１０の指令に応じて、センサ３０の検出データを中継し、データステーション１０へ送信する。

【0023】

中継機２０は、ＣＰＵ２１と、メモリ２２と、記憶部２３と、無線通信回路２４と、計時回路２５と、電源回路２６と、電池２７とを有している。

【0024】

記憶部２３には、各種プログラム及び各種情報が記憶されている。ＣＰＵ２１は、記憶部２３から各種プログラムを読み込み、実行することにより、様々な処理を行う。例えば、記憶部２３には、ネットワークの通信経路を形成するためのプログラム、センサ３０の検出データを中継するためのプログラム、上位及び下位の通信端末に関する情報、及び、センサ３０から取得した検出データ等が記憶されている。

【0025】

無線通信回路２４は、他の通信端末と無線通信を行う。無線通信回路２４は、ＣＰＵ２１の制御によって動作し、各種信号を符号化・変調等の処理により無線信号に変換し、アンテナを介して送信する。また、無線通信回路２４は、アンテナを介して受信した信号を復調・複合化等の処理により適切な信号に変換する。

【0026】

計時回路２５は、所定のクロックを発生し、中継機２０の基準となる時刻を計時する。また、計時回路２５は、上位の通信端末からの同期信号に基づいて、中継機２０の基準となる時刻を訂正する。

【0027】

電源回路２６には、電池２７が接続されている。電源回路２６は、中継機２０の各要素に電力を供給する。

【0028】

〈センサの構成〉
図４は、センサ３０のブロック図である。センサ３０は、スチームトラップＴの振動及び温度を検出し、その検出データを対応する中継機２０に送信する。センサ３０は、センサ部４０と、処理部５０とを有している。

【0029】

センサ部４０は、振動センサ及び温度センサを含んでおり、スチームトラップＴの振動及び温度を検出する。センサ部４０は、スチームトラップＴのケーシング（例えば、蒸気及びドレンが流入する流入部）に接触するように設置され、接触した部分の振動及び温度を検出する。センサ部４０は、検出した振動及び温度に対応する電気信号を処理部５０に出力する。

【0030】

処理部５０は、ＣＰＵ５１と、メモリ５２と、記憶部５３と、無線通信回路５４と、計時回路５５と、センサインターフェース部５６と、電源回路５７と、電池５８とを有している。

【0031】

記憶部５３には、各種プログラム及び各種情報が記憶されている。ＣＰＵ５１は、記憶部５３から各種プログラムを読み込み、実行することにより、様々な処理を行う。例えば、記憶部５３には、ネットワークの通信経路を形成するためのプログラム、センサ部４０から振動及び温度を取得し、検出データとして中継機２０に送信するためのプログラム、上位の通信端末に関する情報、及び、検出データ等が記憶されている。

【0032】

無線通信回路５４は、他の通信端末と無線通信を行う。無線通信回路５４は、ＣＰＵ５１の制御によって動作し、各種信号を符号化・変調等の処理により無線信号に変換し、アンテナを介して送信する。また、無線通信回路５４は、アンテナを介して受信した信号を復調・複合化等の処理により適切な信号に変換する。

【0033】

計時回路５５は、所定のクロックを発生し、センサ３０の基準となる時刻を計時する。また、計時回路５５は、上位の通信端末からの同期信号に基づいて、センサ３０の基準となる時刻を訂正する。

【0034】

センサインターフェース部５６は、センサ部４０との間のインターフェース処理を行う。

【0035】

電源回路５７には、電池５８が接続されている。電源回路５７は、センサ３０の各要素に電力を供給する。

【0036】

〈システムの動作〉
このように構成された無線通信システム１００の動作について、以下に詳述する。

【0037】

〈データ収集〉
無線通信システム１００は、通常の運転動作として、センサ３０の検出データをデータステーション１０に収集する。データステーション１０は、図５に示す通信スケジュールに従って各中継機２０と通信を行い、センサ３０の検出データを収集する。このデータ収集に関する動作を行うデータステーション１０、中継機２０及びセンサ３０の運転モードを通常モードとする。

【0038】

図５の通信スケジュールは、データ収集の１サイクルを示しており、図５の通信スケジュールが繰り返し実行される。通信スケジュールは、複数のタイムスロットに分割されている。各中継機２０には、特定のタイムスロットが割り当てられている。各中継機２０は、対応するタイムスロットにおいてデータステーション１０と通信を行い、該中継機２０に繋がったセンサ３０からの検出データをデータステーション１０に送信する（以下、この処理を「返信処理」ともいう）。基本的には、各中継機２０は、対応するタイムスロットにおいてアクティブ状態となり、対応するタイムスロット以外のときはスリープ状態となる。ただし、他の中継機２０とデータステーション１０との通信経路上に存在する中継機２０は、下位の中継機２０がデータステーション１０と通信する場合に中継処理を行う必要があるため、下位の中継機２０のタイムスロットにおいてもアクティブ状態となって中継処理を実行する。また、センサ３０は、繋がっている中継機２０のタイムスロットにおいて該中継機２０へ検出データを送信するので、該中継機２０のタイムスロットにおいてアクティブ状態となっている。センサ３０は、中継機２０へ検出データを送信する必要がないときには、基本的にはスリープ状態となっている。

【0039】

図５の通信スケジュールでは、タイムスロットがマトリックス状に規定されている。ツリー構造の通信経路の階層に従ってタイムスロットが割り当てられている。詳しくは、列ごとにツリー構造の階層が割り当てられる。例えば、列Ｌ０には、データステーション１０が割り当てられ、列Ｌ１には、第１階層（即ち、ホップ数が１）が割り当てられ、列Ｌ２には、第２階層（即ち、ホップ数が２）が割り当てられる。第３階層以降についても同様である。

【0040】

通常、各中継機２０には、何れか１つのタイムスロットが割り当てられる。第１階層の中継機２０ａ，２０ｊには、列Ｌ１のタイムスロットが割り当てられる。第２階層の中継機２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｋには、列Ｌ２のタイムスロットが割り当てられる。第３階層の中継機２０ｅ，２０ｆ，２０ｇには、列Ｌ３のタイムスロットが割り当てられる。第４階層の中継機２０ｈ，２０ｉには、列Ｌ４のタイムスロットが割り当てられる。一方、データステーション１０は、中継機２０に比べて処理内容が多いので、１つのタイムスロットではなく、複数のタイムスロット（図５では、列Ｌ０の全てのタイムスロット）がデータステーション１０に割り当てられる。尚、列に含まれるタイムスロットの数と各階層に含まれる中継機２０の数は異なる（通常、列に含まれるタイムスロットの数の方が多い）ので、列に含まれるタイムスロットには、中継機が割り当てられていないものも存在する。

【0041】

通信スケジュールでは、タイムスロットの処理は、列方向に進んでいく。例えば、或る列において、行番号に関して昇順（即ち、行Ｎ１からＮｍの順）にタイムスロットの処理が進んでいき、当該行の最後の行番号（行Ｎｍ）のタイムスロットの処理が終了すると、次の列の最初の行番号（行Ｎ１）のタイムスロットから同様の順序で処理が進められていく。

【0042】

タイムスロットの割り当ては、通信経路が確立されたときにデータステーションが行う。例えば、無線通信システム１００の全体の通信経路の確立に先立ち、通信端末間で経路が形成される。その後、データステーション１０は、どの通信端末同士が繋がっているかという経路情報を取得し、無線通信システム１００の全体の通信経路を確立する。通信経路が確立されると、データステーション１０は、各中継機２０にタイムスロットを割り当て、各中継機２０に対応するタイムスロットの番号を通知する。このとき、下位の中継機２０の中継処理を行う必要がある中継機２０には、それ自身のタイムスロットに加えて、下位の中継機２０のタイムスロットも通知される。また、中継機２０は、繋がっているセンサ３０に該中継機２０のタイムスロットを通知する。データステーション１０は、通信スケジュール（即ち、中継機２０へのタイムスロットの割り当て）を記憶部１３に保存する。中継機２０は、それ自身のタイムスロットと中継処理を行う必要がある下位の中継機２０のタイムスロットを記憶部２３に保存する。センサ３０は、繋がっている中継機２０のタイムスロットを記憶部５３に保存する。

【0043】

データ収集においては、データステーション１０は、通信スケジュールに従って、対応する中継機２０にセンサ３０の検出データを要求するリクエスト信号を送信する。一方、中継機２０は、通信スケジュールに従って、割り当てられたタイムスロットのタイミングでアクティブ状態となって、データステーション１０からのリクエスト信号を待機する。また、中継機２０は、割り当てられたタイムスロットに応じて、該中継機２０に繋がっているセンサ３０から検出データを取得する。中継機２０は、リクエスト信号を受信すると、センサ３０からの検出データをデータステーション１０へ返信する。また、中継機２０は、通信経路上の下位の中継機２０に割り当てられたタイムスロットのタイミングでもアクティブ状態となって、データステーション１０と下位の中継機２０との間の中継処理を行う。センサ３０は、繋がっている中継機２０のタイムスロットに応じてアクティブ状態となって検出データを該中継機２０に送信する。

【0044】

〈同期処理〉
このように、データステーション１０、中継機２０及びセンサ３０が共通の通信スケジュールに基づいて処理を実行するためには、データステーション１０、中継機２０及びセンサ３０が同期している必要がある。そのため、データステーション１０は、中継機２０へ各種信号を送信する際に同期時刻（基準時刻）を含んだ同期信号を送信する。同期信号を受信した中継機２０は、計時回路２５の時刻を同期時刻に同期させる。また、中継機２０も、他の中継機２０又はセンサ３０へ各種信号を送信する際に同期時刻を含んだ同期信号を送信する。この同期信号を受信した中継機２０又はセンサ３０は、同様に、計時回路２５又は計時回路５５の時刻を同期時刻に同期させる。このように、データステーション１０の同期時刻（基準時刻）が、中継機２０及びセンサ３０に伝達されていく。最終的に、データステーション１０、中継機２０及びセンサ３０の全ての時刻が同期する。

【0045】

しかしながら、通信端末は広範囲に亘って配置され、且つ、各通信端末間に通信を阻害する障害物が存在する場合もあり、一部の通信端末間で通信不良が生じる場合がある。そのような場合、通信不良が生じた地点よりも下位の通信端末は、同期信号を受信することができず、上位の通信端末、ひいては、データステーション１０と同期することができない。無線通信システム１００では、データステーション１０、中継機２０及びセンサ３０が共通の通信スケジュールを保持し、中継機２０及びセンサ３０は、通信スケジュールに基づいて自律的にスリープ状態とアクティブ状態とを切り替えることによって対応するタイムスロットにおいて通信を可能とする。そのため、同期が取れていない中継機２０及びセンサ３０は、通信スケジュールに基づくスリープ状態とアクティブ状態との切り替えが不適切になり、他の通信端末と適切に通信を行うことが困難となる。特に、無線通信システム１００が蒸気システムに適用される場合のように、中継機２０及びセンサ３０が比較的高温の環境下に設置される場合には、計時回路２５及び計時回路５５の温度特性に起因するクロックのズレが生じやすい。

【0046】

そこで、非同期状態の中継機２０及びセンサ３０は、同期モードとなる。同期モードにおいては、中継機２０及びセンサ３０は、センサ３０の検出データの収集に関する処理を行わず、他の通信端末からの同期信号を待機する状態となる。同期モードの中継機２０及びセンサ３０は、同期信号を受信し、同期が完了すると通常モードに移行する。

【0047】

図６は、中継機２０の機能ブロック図である。中継機２０は、機能ブロックとして、通信部２０１と、判定部２０２と、同期部２０３とを有している。

【0048】

通信部２０１は、他の無線通信との通信を実行する。通信部２０１は、ＣＰＵ２１と無線通信回路２４とで構成される。通信部２０１は、中継機２０の処理に応じて、他の無線通信と通信を適宜行う。

【0049】

判定部２０２は、中継機２０が他の通信端末と同期が取れているか否かを判定する。判定部２０２は、ＣＰＵ２１及び記憶部２３とで構成される。記憶部２３には、他の通信端末からの同期信号を受信した時間が記憶されている。判定部２０２としてのＣＰＵ２１は、記憶部２３に記憶されている前回の同期信号の受信からの経過時間に基づいて、中継機２０が他の通信端末と非同期状態か否かを判定する。

【0050】

同期部２０３は、同期信号を受信したときに中継機２０の基準の時刻を訂正する（通常の同期処理）一方、中継機２０が非同期状態のときには同期動作（詳しくは後述する）を行うことによって他の通信端末との同期を図る（非同期状態での同期処理）。同期部２０３は、ＣＰＵ２１と計時回路２５とで構成される。同期部２０３としてのＣＰＵ２１は、通常の同期処理においては、受信した同期信号に基づいて計時回路２５の時刻を訂正する。一方、ＣＰＵ２１は、非同期状態での同期処理においては、計時回路２５と協働して、中継機２０のスリープ状態とアクティブ状態との切替を行うことによって後述する同期動作を実行する。

【0051】

図７は、センサ３０の機能ブロック図である。センサ３０は、機能ブロックとして、通信部３０１と、判定部３０２と、同期部３０３とを有している。

【0052】

通信部３０１は、他の無線通信との通信を実行する。通信部３０１は、ＣＰＵ５１と無線通信回路５４とで構成される。通信部３０１は、センサ３０の処理に応じて、他の無線通信と通信を適宜行う。

【0053】

判定部３０２は、センサ３０が他の通信端末と同期が取れているか否かを判定する。判定部３０２は、ＣＰＵ５１及び記憶部５３とで構成される。記憶部５３には、他の通信端末からの同期信号を受信した時間が記憶されている。判定部３０２としてのＣＰＵ５１は、記憶部５３に記憶されている前回の同期信号の受信からの経過時間に基づいて、センサ３０が他の通信端末と非同期状態か否かを判定する。

【0054】

同期部３０３は、同期信号を受信したときにセンサ３０の基準の時刻を訂正する（通常の同期処理）一方、センサ３０が非同期状態のときには同期動作（詳しくは後述する）を行うことによって他の通信端末との同期を図る（非同期状態での同期処理）。同期部３０３は、ＣＰＵ５１と計時回路５５とで構成される。同期部３０３としてのＣＰＵ５１は、通常の同期処理においては、受信した同期信号に基づいて計時回路５５の時刻を訂正する。一方、ＣＰＵ５１は、非同期状態での同期処理においては、計時回路５５と協働して、センサ３０のスリープ状態とアクティブ状態との切替を行うことによって後述する同期動作を実行する。

【0055】

〈処理フロー〉
以下、無線通信システム１００の処理の流れについて、さらに詳細に説明する。

【0056】

データ収集を行う場合、データステーション１０は、通信スケジュールに従って処理を進める。具体的には、データステーション１０は、それ自身に割り当てられたタイムスロットにおいて、データステーション１０に必要な処理を行う。続いて、データステーション１０は、タイムスロットの順番で、タイムスロットに割り当てられた中継機２０と順次、通信を行う。このとき、データステーション１０から各中継機２０に送られる信号には、少なくとも、センサ３０の検出データの返信を要求するリクエスト信号とデータステーション１０の基準信号に同期させるための同期信号とが含まれている。

【0057】

−中継機−
このときの中継機２０の処理について、図８のフローチャートを参照しながら説明する。

【0058】

中継機２０は、前述の如く、それ自身が割り当てられたタイムスロットと、該中継機２０が下位の中継機２０の通信経路上に存在する場合には該下位の中継機２０が割り当てられたタイムスロットとにおいてアクティブ状態となり、それ以外のタイムスロットにおいてはスリープ状態となっている。ＣＰＵ２１は、スリープ状態となる際にアクティブ状態になるべき次のタイムスロットの開始時刻を計時回路２５に設定している。計時回路２５は、計時を継続し、設定された時刻になるとＣＰＵ２１に時刻の到来を通知する。ＣＰＵ２１は、計時回路２５からの通知を受けてスリープ状態からアクティブ状態となる（ステップＳａ１）。こうして、中継機２０は、対応するタイムスロットにおいてアクティブ状態となる。

【0059】

次に、中継機２０は、ステップＳａ２において、行う処理が返信処理か中継処理かを判定する。すなわち、現在のタイムスロットが該中継機２０に割り当てられたタイムスロットであれば、行う処理は返信処理であり、現在のタイムスロットが下位の中継機２０に割り当てられたタイムスロットであれば、行う処理は中継処理である。

【0060】

行う処理が中継処理の場合には、中継機２０は、ステップＳａ３において中継処理を行う。詳細な説明は省略するが、中継機２０（通信部２０１）は、データステーション１０からのリクエスト信号を受信すると該リクエスト信号を下位の通信端末へ送信し、下位の中継機２０からの検出データを受信すると該検出データを上位の通信端末へ送信する。

【0061】

中継機２０は、中継処理が完了するか、又は、タイムスロットが終了すると、アクティブ状態からスリープ状態となる（ステップＳａ６）。具体的には、ＣＰＵ２１は、前述の如く、アクティブ状態になるべき次のタイムスロットの開始時刻を計時回路２５に設定し、スリープ状態となる。

【0062】

一方、行う処理が返信処理の場合には、中継機２０は、データステーション１０からのリクエスト信号を待機する（ステップＳａ４）。

【0063】

そして、中継機２０（通信部２０１）は、リクエスト信号を受信すると、センサ３０からの検出データをデータステーション１０へ向けて送信する（ステップＳａ５）。このとき、中継機２０（同期部２０３）は、データステーション１０からリクエスト信号と共に送られてきた同期信号に基づいて、計時回路２５の時刻を訂正する。これにより、中継機２０は、データステーション１０と同期する。中継機２０は、検出データの送信が完了すると、アクティブ状態からスリープ状態となる（ステップＳａ６）。

【0064】

一方、中継機２０がタイムスロットの間にリクエスト信号を受信できない場合には、データステーション１０と中継機２０との間で通信不良が生じている可能性がある。そこで、中継機２０（判定部２０２）は、リクエスト信号を前回受信したときから現在までの時間である不通時間が所定の判定時間α以上か否かを判定する（ステップＳａ７）。

【0065】

偶発的に通信が不成功となった場合に通信不良が生じることもあれば、工場内の定期修理等によって通信の障害物となる構造体が存在する場合に通信不良が生じることもある。

【0066】

そこで、不通時間が判定時間αよりも短い場合には、通信不良は一時的なものであるとして、中継機２０は、今回のタイムスロットでのデータステーション１０との通信を諦め、特段の処理を行わない。つまり、中継機２０は、タイムスロットの終了時に、アクティブ状態からスリープ状態となる（ステップＳａ６）。

【0067】

一方、不通時間が判定時間αよりも長い場合には、通信不良が長期間続いていることになる。通信不良が長期間続くと、中継機２０は、上位の通信端末からの同期信号を受信できないので、同期が取れていない状態となる。そこで、不通時間は判定時間α以上である場合には、中継機２０は、同期モードとなり、同期部２０３は、非同期状態での同期処理を実行する（ステップＳａ８）。

【0068】

以下、同期処理について詳しく説明する。図９は、同期信号の送信タイミングを示す図である。図１０は、中継機２０の同期処理における待機動作を示す説明図である。

【0069】

同期処理の説明に先立ち、同期信号の送信について説明する。同期信号は、データステーション１０及び中継機２０が各タイムスロットにおいて各種信号を送信する際に併せて送信される。つまり、データステーション１０及び中継機２０のそれぞれは、所定の時間間隔（即ち、通信スケジュールの１サイクル）ごとに該時間間隔内に少なくとも１回、同期信号を送信する。同期信号は、タイムスロットのうちの所定期間の間（例えば、タイムスロットの終盤）に断続的に送信される。例えば、図９に示す例では、同期信号は、１秒周期で繰り返し送信される。

【0070】

一方、同期モードの中継機２０は、図１０に示すような待機動作を行う。具体的には、中継機２０は、常にアクティブ状態となるわけではなく、アクティブ状態とスリープ状態とを交互に繰り返す。アクティブ状態は、同期信号を受信可能な状態である。アクティブ状態とスリープ状態とが繰り返されることによって、待機動作においても消費電力が節約される。図１０の例では、アクティブ期間とスリープ期間とは、共に２秒で同じ長さである。アクティブ期間は、同期信号の送信周期（図９の例では１秒）よりも長い期間である。そのため、同期信号が中継機２０に適切に届いている場合には、アクティブ期間において少なくとも１つの同期信号を受信することができる。

【0071】

同期モードの中継機２０は、このような待機動作を、同期信号を受信するまで常に行うわけではなく、待機動作とスリープ状態とを繰り返す。この待機動作とスリープ状態との繰り返しを同期動作と称する。

【0072】

待機動作を継続する時間は、通信スケジュールの１サイクルと同じ時間か、それ以上の時間である。例えば、通信スケジュールの１サイクルが１時間かかる場合には、待機動作を少なくとも１時間継続する。通信スケジュールの１サイクル中には中継機２０の上位の通信端末（即ち、同期信号を送信する通信端末）のタイムスロットが必ず含まれるので、待機動作中に該中継機２０への同期信号が必ず１回は発報される。尚、中継機２０は、上位の通信端末からの同期信号だけでなく、電波が届く範囲に存在する他の通信端末からの同期信号を受信した場合にも同期を行うことができる。この点においても、待機動作を通信スケジュールの１サイクルと少なくとも同じ時間継続することによって、他の通信端末からの同期信号を受信する可能性を高めることができる。

【0073】

中継機２０は、同期動作において、待機動作を行う回数及びタイミングを日ごとに変えている。中継機２０は、図１１に示すような同期スケジュールに基づいて同期動作を行う。具体的には、２４時間中に含まれる待機動作の回数は、日が経過するごとに減っていく。尚、２４時間の起算時刻は、任意に設定可能である。例えば、起算時刻は、非同期状態と判定された時点の時刻であってもよい。あるいは、起算時刻は、午前０時であってもであってもよいし、中継機２０の電源を入れた時刻であってもよい。その場合、非同期状態と判定された時刻が起算時刻を過ぎているときには、１日目の同期スケジュールの途中から待機動作を実行するようにすればよい。

【0074】

図１１の例では、１回の待機動作を継続する時間は、１時間である。この場合、通信スケジュールの１サイクルの時間は、１時間以下である。１日目は、待機動作が７回行われ（ただし、１回目と２回目の待機動作は連続している）、２日目は、待機動作が５回行われ、３日目は、待機動作が２回行われる。仮に、通信不良が早期に解消される場合は、待機動作を数回行えば、中継機２０は同期信号を受信することができる。つまり、同期信号を受信できない時間が長くなることは、通信不良を引き起こす原因が長期的に存在することを意味する。例えば、定期修理時の足場が１ヶ月設置され、この足場により通信不良が引き起こされている場合などがある。そのような場合には、１日に何回も待機動作を行うことは消費電力の無駄である。同期信号の受信の可否を１日に１、２回確認することで、長期的な通信不良が解消したか否かを確認することができる。そこで、中継機２０は、待機動作の回数を通信不良が発生してから日が経過するごとに減らしていく。これにより、中継機２０は、消費電力を節約することができる。

【0075】

やがて、中継機２０は、待機動作を１日に１回だけ行うようになり、且つ、その継続時間を通信スケジュールの１サイクルよりも短くする。詳しくは、１日のうち所定の開始時刻から通信スケジュールの１サイクルに相当する時間が経過するまでの期間（以下、「待機期間」と称する）における一部の期間（以下、「小期間」と称する）だけ待機動作を行う。そして、中継機２０は、小期間のタイミングを日ごとに変え、最終的に、数日をかけて待機期間の全期間で待機動作を行う。

【0076】

図１１の例では、経過時刻の０時間目に相当する時刻が開始時刻であり、０時間目に相当する時刻から１時間経過するまでの期間が待機期間である。４日目以降は、待機期間においてのみ待機動作が行われる。具体的には、４日目には、待機期間の開始時刻から１０分間だけ待機動作が行われる。この１０分間が小期間に相当する。５日目には、小期間が遅くなる方向にずれて、待機期間の開始時刻の８分後から１０分間だけ待機動作が行われる。６日目以降も小期間が遅くなる方向に少しずつずれていく。６日目には、待機期間の開始時刻の１７分後から１０分間だけ待機動作が行われる。７日目には、待機期間の開始時刻の２５分後から１０分間だけ待機動作が行われる。８日目には、待機期間の開始時刻の３４分後から１０分間だけ待機動作が行われる。９日目には、待機期間の開始時刻の４２分後から１０分間だけ待機動作が行われる。１０日目には、待機期間の開始時刻の５１分後から１０分間だけ待機動作が行われる。尚、１０日目は、待機期間の終了時刻よりも１分間だけ長く待機動作が行われる。１１日目以降は、４日目以降の動作が繰り返される。

【0077】

このように、本来、１回で行う待機動作を数日に分けて行うことによって、１日ごとの消費電力を低減することができる。つまり、待機動作を複数の日で分割しない場合、最低でも、通信スケジュールの１サイクルに相当する時間の待機動作に必要な電力を毎日消費することになる。それに対し、待機動作を複数の日で分割して行うと、概ね、通信スケジュールの１サイクルに相当する時間の待機動作に必要な電力で数日間の待機動作を行うことができる。尚、日ごとの待機動作の時間は通信スケジュールの１サイクルよりも短いため通信不良の解消が長期化する可能性があるものの、数日をかけて待機期間の全期間で待機動作が行われるので通信不良の解消はいずれ検出される。

【0078】

尚、同期モードの中継機２０は、同期が取れていないため、待機動作を行う際の計時が正確でない虞がある。そのため、中継機２０が同期スケジュールと計時回路２５による計時に基づいて待機動作を行っても、待機動作のタイミングは正確な時間からずれている可能性がある。それに対し、中継機２０は、待機動作を行う小期間が日ごとに連続するように小期間を変更している。これにより、計時の不正確さによる悪影響を低減することができる。例えば、同期スケジュール上で一の小期間の終了時刻と他の小期間の開始時刻とが一致する場合、計時が不正確であると、実際には２つの小期間の間に隙間が生じてしまう虞があり、待機期間中で待機動作を実行しない期間（以下、「空白期間」と称する）が生じ得る。計時のズレは日ごとに大きくなり得るので、前述の一の小期間の待機動作と他の小期間の待機動作とを数日空けて行うと、空白期間も長くなり得る。それに対し、待機動作を行う小期間が日ごとに連続する場合、前述の一の小期間の待機動作を行った次の日に他の小期間の待機動作が行われるので、空白期間を低減することができる。

【0079】

さらには、中継機２０は、連続する２つの小期間を部分的に重複させている。図１１の例では、連続する各２つの小期間が１分又は２分だけ重複している。そのため、中継機２０の計時のズレが生じたとしても、２つの小期間の間に空白期間が生じることを抑制することができる。また、小期間の重複する部分は、計時回路２５の１日の最大ズレ量よりも長く設定されている。これにより、空白期間の発生をさらに抑制することができる。

【0080】

同期処理の流れを図１２のフローチャートを参照しながら説明する。

【0081】

中継機２０は、同期モードに移行すると、ステップＳｂ１において前述の同期動作を実行する。

【0082】

そして、中継機２０は、ステップＳｂ２において、同期信号を受信したか否かを判定する。同期信号を受信していない場合には、中継機２０は、ステップＳｂ１に戻り、同期動作を継続する。

【0083】

一方、同期信号を受信した場合には、中継機２０は、計時回路２５の時刻を同期信号に含まれる同期時刻に同期させる。同期処理が完了すると、中継機２０は、同期モードから通常モードへ移行し、図８の通常の処理のフローにリターンする。つまり、中継機２０は、アクティブ状態からスリープ状態となる（ステップＳａ６）。このとき、ＣＰＵ２１は、前述の如く、アクティブ状態になるべき次のタイムスロットの開始時刻を計時回路２５に設定し、スリープ状態となる。

【0084】

このように、同期モードの中継機２０は、日ごとに待機動作の回数を減らし、いずれは、一日のうちで決まった待機期間内の小期間だけ待機動作を行い且つ、小期間を日ごとに変えて、複数の日をかけて待機期間の全期間で待機動作を行うことによって、消費電力を低減して、待機動作を長期間継続することができる。特に、中継機２０は、電池駆動なので、消費電力を低減できることは非常に有効である。

【0085】

−センサ−
以上の説明では、中継機２０の処理について説明したが、センサ３０も、通常モード及び同期モードを有し、中継機２０と同様の処理を行う。図１３は、センサ３０の通常モードの処理のフローチャートである。

【0086】

センサ３０は、前述の如く、繋がっている中継機２０に割り当てられたタイムスロットにおいてアクティブ状態となり、それ以外のタイムスロットにおいてはスリープ状態となっている。ＣＰＵ５１は、スリープ状態となる際にアクティブ状態になるべき次のタイムスロットの開始時刻を計時回路５５に設定している。計時回路５５は、計時を継続し、設定された時刻になるとＣＰＵ５１に時刻の到来を通知する。ＣＰＵ５１は、計時回路５５からの通知を受けてスリープ状態からアクティブ状態となる（ステップＳｃ１）。こうして、センサ３０は、対応する中継機２０のタイムスロットにおいてアクティブ状態となる。

【0087】

次に、センサ３０は、中継機２０からの検出信号を待機する（ステップＳｃ２）。検出信号は、中継機２０がセンサ３０に検出データを要求するときに中継機２０からセンサ３０に送信される信号である。そして、センサ３０が検出信号を受信すると、センサ部４０がスチームトラップＴの振動及び温度を検出し、処理部５０（通信部３０１）が検出データを中継機２０へ送信する（ステップＳｃ３）。このとき、センサ３０（同期部３０３）は、中継機２０から検出信号と共に送られてきた同期信号に基づいて、計時回路５５の時刻を訂正する。これにより、センサ３０は、中継機２０と同期し、結果としてデータステーション１０と同期する。センサ３０は、検出データの送信が完了すると、アクティブ状態からスリープ状態となる（ステップＳｃ４）。

【0088】

一方、センサ３０が所定の期間内に検出信号を受信できない場合には、中継機２０とセンサ３０との間で通信不良が生じている可能性がある。そこで、センサ３０（判定部３０２）は、検出信号を前回受信したときから現在までの時間である不通時間が所定の判定時間α以上か否かを判定する（ステップＳｃ５）。この判定時間αは、中継機２０が通信不良を判定するときの判定時間αと同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【0089】

不通時間が判定時間αよりも短い場合には、通信不良は一時的なものであるとして、センサ３０は、今回のタイムスロットでの中継機２０との通信を諦め、特段の処理を行わない。センサ３０は、タイムスロット内の所定のタイミング又はタイムスロットの終了時に、アクティブ状態からスリープ状態となる（ステップＳｃ４）。

【0090】

一方、不通時間が判定時間α以上である場合には、センサ３０は、同期モードとなり、同期部３０３は、非同期状態での同期処理を実行する（ステップＳｃ６）。

【0091】

センサ３０は、同期処理が完了すると、アクティブ状態からスリープ状態となる（ステップＳｃ４）。

【0092】

センサ３０の同期処理の内容は、中継機２０の同期処理と同じである。つまり、センサ３０は、待機動作とスリープ状態とを繰り返す同期動作を、同期信号を受信するまで行う。このとき、センサ３０は、待機動作を行う回数を日ごとに減らしていく。いずれは、センサ３０は、一日のうちで決まった待機期間内の小期間だけ待機動作を行い且つ、小期間を日ごとに変えて、複数の日をかけて待機期間の全期間で待機動作を行う。これにより、センサ３０は、消費電力を低減して、待機動作を長期間継続することができる。特に、センサ３０は、電池駆動なので、消費電力を低減できることは非常に有効である。

【0093】

以上のように、無線通信システム１００は、データステーション１０、中継機２０及びセンサ３０（複数の通信端末）によりネットワークを形成し、複数の通信端末は、同期信号を送受信することによって同期するように構成され、複数の通信端末のうち非同期状態の通信端末は、一日のうちの所定の開始時刻からの所定の期間を待機期間とし、同期信号を受信するための待機動作を待機期間うちの小期間（一部の期間）だけ行い、待機動作を行う小期間を日ごとに変え、複数の日をかけて待機期間の全期間で待機動作を行う。

【0094】

また、中継機２０及びセンサ３０は、他の通信端末と非同期状態の場合には、一日のうちの所定の開始時刻からの所定の期間を待機期間とし、同期信号を受信するための待機動作を待機期間うちの小期間（一部の期間）だけ行い、待機動作を行う小期間を日ごとに変え、複数の日をかけて待機期間の全期間で待機動作を行う。

【0095】

この構成によれば、非同期状態の通信端末は、待機期間の全期間における待機動作を一日で行うのではなく、複数の日に分けて行う。これにより、通信端末の一日の消費電力を低減できるので、通信端末は長期間に亘って待機動作を行うことができる。

【0096】

また、非同期状態の通信端末は、待機動作を行う小期間を日ごとに連続させることによって、複数の日をかけて待機期間の全期間で待機動作を行う。

【0097】

この構成によれば、待機期間の中で隣り合う２つの小期間での待機動作を連続する日に行うので、通信端末の計時が不正確であっても、２つの小期間の間で発生し得る、待機動作を行わない空白期間を低減することができる。

【0098】

さらに、待機動作を行う小期間は、次の日の待機動作を行う小期間と部分的に重複している。つまり、或る日の小期間の末尾部分は、その次の日の小期間の先頭部分と部分的に重複している。また、或る日の小期間の先頭部分は、その前の日の小期間の末尾部分と部分的に重複しているともいえる。

【0099】

この構成によれば、待機期間の中で隣り合う２つの小期間の間で発生し得る空白期間をより一層低減することができる。

【0100】

また、複数の通信端末のうち同期信号を送信する通信端末は、所定の時間間隔ごとに前記時間間隔内に少なくとも１回、同期信号を送信し、待機期間は、時間間隔以上である。

【0101】

つまり、データステーション１０及び中継機２０のそれぞれは、通信スケジュールの１サイクルごとに、該１サイクル内に少なくとも１回、同期信号を送信する。そして、待機期間は、通信スケジュールの１サイクル以上の長さに設定されている。これにより、通信不良が解消されているのであれば、通信端末は、複数の日をかけて待機期間の全期間で待機動作を行う間に同期信号を受信することができる。

【0102】

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

【0103】

前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

【0104】

例えば、無線通信システム１００は、蒸気システム以外に適用してもよい。また、センサ３０は、スチームトラップＴの振動及び温度を検出しているが、これ以外の物理量（例えば、電力等）を検出してもよい。

【0105】

また、無線通信システム１００は、通常動作としてセンサ３０の検出データを収集しているが、前述の同期処理は通常動作の内容に限定されるものではない。

【0106】

さらに、前述の説明では、通信端末が同期状態から非同期状態となったことを判定したときに、同期モードとなっているが、これに限られるものではない。例えば、通信端末が新たに設置されて、無線通信システム１００のネットワークに参加するときなど、無線経路がまだ確立されていない場合も、同期モードとなり、前述の同期処理を実行してもよい。

【0107】

同期動作においては、非同期状態となってから一日の待機動作の回数を減らしていき、非同期状態となってから４日目以降に待機期間内の小期間における待機動作を実行しているが、非同期状態となるとすぐに待機期間内の小期間における待機動作を実行してもよい。つまり、図１１の例の４日目以降の同期処理から開始してもよい。

【0108】

また、待機期間は、通信スケジュールの１サイクルと同じでなくてもよく、該１サイクルよりも長くてもよい。また、小期間の長さは、１０分に限定されるものではなく、任意に設定することができる。また、小期間の長さは、一律である必要はなく、それぞれ異なる長さであってもよい。また、前記実施形態では、７日間かけて待機期間の全期間で待機動作を行っているが、これに限られるものではない。

【0109】

さらに、待機期間内において小期間を日ごとに遅らせているが、小期間を日ごとに早めるようにスケジュールしてもよい。また、待機期間内において待機動作を行う小期間は、日ごとに連続しているが、日ごとに連続していなくてもよい。図１１の例でいえば、４日目に、待機期間の開始時刻の８分後から１０分間だけ待機動作が行われ、５日目に、待機期間の開始時刻の３４分後から１０分間だけ待機動作が行われ、６日目に、待機期間の開始時刻の５１分後から１０分間だけ待機動作が行われ、７日目に、待機期間の開始時刻の１７分後から１０分間だけ待機動作が行われ、８日目に、待機期間の開始時刻の４２分後から１０分間だけ待機動作が行われ、９日目に、待機期間の開始時刻の２５分後から１０分間だけ待機動作が行われ、１０日目に、待機期間の開始時刻から１０分間だけ待機動作が行われてもよい。

【0110】

また、連続する各２つの小期間が部分的に重複しているが、重複していなくてもよい。

【0111】

前記実施形態において、センサ３０は、中継機２０と同期するように構成されているが、データステーション１０と同期してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0112】

以上説明したように、ここに開示された技術は、無線通信システム及び通信端末について有用である。

【符号の説明】

【0113】

１００ 無線通信システム
１０ データステーション（通信端末）
２０ 中継機（通信端末）
３０ センサ（通信端末）

【要約】

無線通信システム１００は、データステーション１０、中継機２０及びセンサ３０によりネットワークを形成する。複数の通信端末は、同期信号を送受信することによって同期するように構成されている。複数の通信端末のうち非同期状態の通信端末は、一日のうちの所定の開始時刻から所定の時間が経過するまでの期間を待機期間とし、同期信号を受信するための待機動作を待機期間うちの一部の期間行い、待機動作を行う小期間を日ごとに変え、複数の日をかけて待機期間の全期間で待機動作を行う。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】