特許 6846164 無線通信装置及び無線通信システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6846164

(24)【登録日】2021年3月3日

(45)【発行日】2021年3月24日

(54)【発明の名称】無線通信装置及び無線通信システム

(51)【国際特許分類】

   H04W 52/02 20090101AFI20210315BHJP

   H04W 4/38 20180101ALI20210315BHJP

【ＦＩ】

   H04W52/02

   H04W4/38

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-214129(P2016-214129)

(22)【出願日】2016年11月1日

(65)【公開番号】特開2018-74459(P2018-74459A)

(43)【公開日】2018年5月10日

【審査請求日】2019年10月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】501418498

【氏名又は名称】矢崎エナジーシステム株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100134832

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧野 文雄

(74)【代理人】

【識別番号】100165308

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 俊明

(74)【代理人】

【識別番号】100115048

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 康弘

(72)【発明者】

【氏名】大江 英城

(72)【発明者】

【氏名】小畑 滋男

(72)【発明者】

【氏名】犬塚 和宏

(72)【発明者】

【氏名】畠内 孝明

(72)【発明者】

【氏名】星野 充紀

(72)【発明者】

【氏名】松井 伸二

【審査官】 野村 潔

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０６１６８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１３０４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１８６２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１４７７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３５０１６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１４７６７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ ７／２４− ７／２６

Ｈ０４Ｗ ４／００−９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ビーコン信号を周期的に送信し、前記ビーコン信号を送信後所定期間内に応答情報を受信することにより間欠的に通信を行う無線通信装置において、
前記応答情報として前記周期を短縮する指令を受信した場合は前記周期を短縮し、前記周期を短縮する指令を送信した相手側から前記応答情報として前記周期を短縮前の周期に戻す指令を受信した場合は前記周期を短縮前の前記周期に戻す通信制御手段を有し、
前記通信制御手段は、前記周期を短縮した後、所定時間通信が行われなかった場合又は一連の通信が完了したことを認識した場合は、前記周期を短縮前の周期に戻す指令を受信しない場合であっても、前記周期を短縮前の周期に戻す、
ことを特徴とする無線通信装置。

【請求項2】

初回起動を検出する初回起動検出手段を更に有し、
前記通信制御手段は、前記初回起動検出手段が、初回起動を検出した場合は、前記周期を短縮する指令を受信しない場合であっても前記周期を短縮する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の無線通信装置と、
前記無線通信装置に対して通信を行う際に、まず前記周期を短縮する指令を送信し、通信の終了時に前記周期を短縮前の周期に戻す指令を送信することを特徴とする通信端末と、
を有することを特徴とする無線通信システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、間欠通信を行う無線通信装置及び無線通信システムに関する。

【背景技術】

【0002】

無線式センサネットワーク等で利用される無線通信機器は、小型化、低価格化、設置の容易性などの要求により電池で動作する場合が多い。この場合、動作可能時間を極力長くするため消費電力を低く抑える必要がある。そして、この種の無線通信機器は、無線通信での消費電力が大半を占めることとなる。

【0003】

低消費電力タイプの無線方式としては、データ受信待ちの無線通信機器が一定周期で短いビーコン信号を送信し、データを送信したい無線通信機器はビーコン信号に同期してリクエストを送信することで特定の無線通信機器とハンドシェイクを行いデータの送信を実行する間欠通信がある。この間欠通信においては、データ受信待ちの無線通信機器は、ビーコン信号を送信した直後に短時間受信可能状態となり、その間にリクエストが来なければ無線機能を無効として、次のビーコン信号の送信タイミングまで低消費電力状態で待機する（例えば、特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１−６１６８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

間欠通信を行っている無線通信端末は、間欠周期を短くすれば短時間に通信を完了することができる一方で消費電流の増加を招く。通常の運用状態で通信頻度が低い場合は、消費電力を抑えるため間欠周期を長くした方が有利だが、運用開始時のパラメータ設定等で通信頻度が高い場合はパラメータ設定等の作業効率が低下してしまう。

【0006】

そこで、本発明は、上記のような問題点に鑑み、消費電力を抑えつつ通信頻度が高い場合の作業効率等を向上させることができる無線通信装置及び無線通信システムを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、ビーコン信号を周期的に送信し、前記ビーコン信号を送信後所定期間内に応答情報を受信することにより間欠的に通信を行う無線通信装置において、前記応答情報として前記周期を短縮する指令を受信した場合は前記周期を短縮し、前記周期を短縮する指令を送信した相手側から前記応答情報として前記周期を短縮前の周期に戻す指令を受信した場合は前記周期を短縮前の前記周期に戻す通信制御手段を有し、前記通信制御手段は、前記周期を短縮した後、所定時間通信が行われなかった場合又は一連の通信が完了したことを認識した場合は、前記周期を短縮前の周期に戻す指令を受信しない場合であっても、前記周期を短縮前の周期に戻す、ことを特徴とする無線通信装置である。

【0008】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、初回起動を検出する初回起動検出手段を更に有し、前記通信制御手段は、前記初回起動検出手段が、初回起動を検出した場合は、前記周期を短縮する指令を受信しない場合であっても前記周期を短縮する、ことを特徴とするものである。

【0010】

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の無線通信装置と、前記無線通信装置に対して通信を行う際に、まず前記周期を短縮する指令を送信し、通信の終了時に前記周期を短縮前の周期に戻す指令を送信することを特徴とする通信端末と、を有することを特徴とする無線通信システムである。

【発明の効果】

【0011】

以上説明したように請求項１記載の発明によれば、例えば通信相手側が通信頻度が高くなると判断した場合は、通信相手側からの指令により間欠周期を短くするので、通信頻度が高い際の作業効率を向上させることができる。また、例えば通信を終了する際には、通信相手側からの指令により間欠周期を元に戻すので、消費電力の増加を最小限に抑えることができる。また、通信障害等により指令が受信できない場合や一連の通信にかかるシーケンスが完了した場合でも、間欠周期を元に戻すことができ、無駄な電力消費を防止できる。

【0012】

請求項２記載の発明によれば、初回起動時には間欠周期を予め短くすることができるので、周期を短縮する指令を送信する際の待ち時間も少なくすることができ、作業効率を向上させることができる。

【0014】

請求項３記載の発明によれば、無線ネットワークを介さずに直接無線通信装置に設定等
を行う際に作業効率を向上させるとともに、消費電力の増加を最小限に抑えることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態にかかる無線通信装置を有する無線通信ネットワークの一例を示す構成図である。

【図2】図１に示された無線通信装置の機能構成図である。

【図3】図１に示された無線通信装置における通信動作を示すシーケンス図である。

【図4】図１に示された無線通信装置とタブレット端末で構成する無線通信システムの概略構成図である。

【図5】図４に示された無線通信システムでビーコン信号の周期を変更しない場合の動作を示すシーケンス図である。

【図6】図４に示された無線通信システムでビーコン信号の周期を変更する場合の動作を示すシーケンス図である。

【図7】図２に示された制御装置の動作のフローチャートである。

【図8】図４に示されたタブレット端末の動作のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる無線通信装置が使用される無線ネットワークの一例を示す図である。

【0017】

図１は、周知のメッシュ型の無線通信ネットワークである。図１において、Ａ〜Ｊは分散設置された無線通信装置を示す。自らが直接通信可能な距離は一般に有限であるので、各無線通信装置Ａ〜Ｊはシステムを構成する全ての無線通信装置とは直接通信することはできない。しかし各無線通信装置Ａ〜Ｊは全て１台以上の無線通信装置と直接通信することは可能であり、他の無線通信装置を経由することでシステムを構成する全ての無線通信装置との通信を可能としている。

【0018】

図１に示した無線通信装置Ａ〜Ｊは、それぞれ所定周期で、自装置の識別情報を含むビーコン信号を短い期間で同報送信し、その後短い受信状態となり、そして長い休止状態になるという間欠動作を繰り返す。一方、送信要求が発生した無線通信装置（例えばＡ）は、連続受信状態となり、その期間で周辺の無線通信装置（例えばＢ）から間欠的に送信されてくるビーコン信号をキャッチし、その後の受信側の無線通信装置（例えばＢ）での短い受信状態をめがけて送信要求信号を送信する。これ以降、送信側（例えばＡ）と受信側（例えばＢ）の無線通信装置同士で、通信リンクの確立動作が実行され、データの交信状態に移行する。即ち、無線通信装置Ａ〜Ｊは、ビーコン信号を周期的に送信し、ビーコン信号を送信後所定期間内に応答情報を受信することにより間欠的に通信を行う。

【0019】

上述した受信側の無線通信装置は、所定周期で間欠的にビーコン信号を送信しその後短い受信状態となるだけなので、消費電力を低く抑えることができる。また、送信要求が発生した無線通信装置では、連続受信状態となるが、連続送信状態とは違って消費電力はそれほど多くはならない。このため、この方式は、無線通信ネットワーク内の無線通信装置全体の消費電力を低く抑えることができる。

【0020】

図２に図１で示した無線通信装置Ａ〜Ｊの概略構成を示す（以下、無線通信装置１とする）。無線通信装置１は、無線送受信機２と、制御装置３と、定周期タイマ４と、センサ５と、電池６と、を有している。

【0021】

無線送受信機２は、アンテナ及び変復調回路等の無線通信用の回路を有している。無線送受信機２は、他の無線通信装置１や後述する設定用タブレット端末等と無線通信をする。無線送受信機２が受信した信号は、無線信号からデジタルデータ等に復調され、制御装置３に出力される。また、制御装置３から無線送受信機２へ出力された送信データは、無線送受信機２でデジタルデータ等から無線信号に変調され、他の無線通信装置１等に送信される。

【0022】

通信制御手段としての制御装置３は、例えばマイクロコンピュータ等で構成され、無線通信装置１の全体制御を司る。制御装置３は、定周期タイマ４からの間欠周期イベントを受け取ると無線送受信機２を介してビーコンを送信し、一定期間受信データを待って、受信データが無ければ無線送受信機２を送受信不可状態の低消費電力モードに設定し、次の間欠周期イベントを待つ。一定期間の間に受信データがあった場合、当該受信データを解析してその指示に従い、例えばセンサ５からの計測値を読み取って無線送受信機２を介して送信するといった動作を行う。

【0023】

定周期タイマ４は、制御装置３から設定された周期を計時するタイマである。定周期タイマ４は、設定された値になるとタイムアウトして制御装置３に対して間欠周期イベントを出力する。定周期タイマ４は、制御装置３により計時する周期を変更することができる。

【0024】

センサ５は、所定の物理量を計測するセンサであり、動作モード等の計測パラメータが設定可能である。センサ５は、例えば、所謂センサ単体でなく、ガスメータや水道メータ或いは電気メータ等のセンサを制御する手段も有する計測器等であってもよい。また、センサ５は、無線通信装置１とは別体に構成され、ケーブルやコネクタ等で接続されている形態でもよい。即ち、本実施形態は、所定の情報を取得するセンサ装置を有し、制御装置３は、応答情報として受信するセンサ装置への設定情報を受信して当該センサ装置へ出力する。

【0025】

電池６は、無線通信装置１内に電力を供給する電源として機能する。電池６は、交換が可能である。また、電池６は一次電池であってもよいし二次電池であってもよい。

【0026】

次に、上述した構成の無線通信装置１における通信動作を図３を参照して説明する。図３は、図１に説明したメッシュネットワークにおける他の無線通信装置との通信の際の動作である。以下、受信側の無線通信装置１を単に受信側、送信側の無線通信装置１を単に送信側と記載する。

【0027】

受信側では、定周期タイマ４に設定された周期（間欠周期Ｔ）ごとにビーコン信号が送信される。そして、送信側では、ビーコン信号を受信した応答として要求通信としてデータや指令等を送信する。受信側で当該要求通信を受信すると応答通信を送信側に送信して１つのビーコン信号に対応する通信を終了する。

【0028】

このようにすることにより、電池６を使用するような無線通信装置１であっても電池の消耗を抑えることが可能となる。

【0029】

ここで、図２に示した無線通信装置１において、センサ５や無線通信装置１自身の設定のためにタブレット端末等の作業員等により操作される通信端末がメッシュネットワークを介さずに直接接続されることがある（図４を参照）。この場合、制御装置３は、タブレット端末１０から設定情報を無線送受信機２を介して受信し、センサ５や他の機能ブロックへ出力或いは制御装置３自身の設定を行う。即ち、無線通信装置１とタブレット端末１０とで無線通信システム１００を構成する。このような無線通信システム１００において、図３のように間欠的に送信されるビーコン信号による通信を行った場合における問題点について図５を参照して説明する。

【0030】

なお、タブレット端末１０は、全体制御を行うマイクロコンピュータ、マイクロコンピュータで動作するプログラムや各種データ等が保存されるＳＳＤ（Solid State Drive）等の不揮発性の記憶媒体、タッチパネルを有した液晶等の表示部及び無線通信手段を有する周知の平板状のコンピュータである。以下の説明においては、通信端末としてタブレット端末１０で説明するが、ガスの検針等に用いられるハンディターミナルやノート型ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、スマートフォン等の無線通信可能な機器であってもよい。

【0031】

図５において、作業員によるタブレット端末１０の入力操作が行われ、無線通信装置１に送信すべきデータが発生する。無線通信装置１からのビーコン信号を受信するまでは当該データを送信することができない（待ち時間）。そのため、タブレット端末１０側においては、例えば、作業員が入力する設定項目等が複数あってその都度送信する場合や、現状の設定値を読み取ってから書き換える場合等、複数回の通信を要する作業については、その都度待ち時間が発生し、作業時間が長くなり、作業効率が低下してしまう。

【0032】

そのため、本実施形態では、図６に示すように、送信側がビーコン信号を受信した後の最初の応答時にビーコン信号の周期（間欠周期）を短縮する指令（周期短縮指令）を送信する。周期短縮指令を受信した無線通信装置１では、制御装置３が定周期タイマ４に対して周期の設定値を短縮するように変更する。定周期タイマ４の周期が短縮されるとビーコン信号の送信間隔が短くなるので、以降タブレット端末１０からデータを送信する際の待ち時間を短縮することができる。なお、短縮する周期の値は周期短縮指令に含めてもよいし、予め制御装置３や定周期タイマ４等に設定して周期短縮指令により切り替えるようにしてもよい。即ち、制御装置３は応答情報として受信する指令によりビーコン信号の周期を短縮する。

【0033】

タブレット端末１０は、通信を終了する際には、短縮した間欠周期を短縮前の周期に戻す指令（周期を元に戻す指令）を送信する。周期を元に戻す指令を受信した無線通信装置１では、制御装置３が定周期タイマ４に対して周期の設定値を短縮前の周期に戻すように変更する。定周期タイマ４の周期が元に戻るとビーコンの送信間隔が長くなるので、従来と同様に電池の消耗を抑えることが可能となる。即ち、制御装置３は、ビーコン信号の周期を短縮した後、タブレット端末１０（周期を短縮する指令を送信した相手側）からの応答情報として受信する指令により短縮した周期を短縮前の周期に戻す。

【0034】

なお、無線通信装置１は、タブレット端末１０を操作する作業員等のミスや通信障害等により、周期を元に戻す指令が受信できなかった場合、間欠周期が短縮されたままの状態が継続して電池６を消耗してしまう。そのため、タブレット端末１０からの通信が所定時間受信できなかった場合は、制御装置３が、間欠周期を短縮する前の周期に戻すようにする。例えば、図６の場合において、設定通信（３）から所定時間通信が無い場合は、制御装置３が定周期タイマ４を周期設定を元に戻すように設定信号等を出力する。即ち、制御装置３は、ビーコン信号の周期を短縮した後、所定時間通信が行われなかった場合は、周期を元に戻す指令を受信しない場合であっても、ビーコン信号の周期を短縮前の周期に戻す。更には、無線通信装置１は、周期を元に戻す指令を受信しない場合であっても、例えばセッション終了指令を受信した等、一連の通信が完了したことを認識した時点でビーコン信号の周期を短縮前の周期に戻してもよい。このような場合であっても、一連の通信にかかるシーケンスが完了したことで間欠周期を元に戻すことができ、無駄な電力消費を防止できる。

【0035】

上述した動作を図７及び図８のフローチャートにまとめる。図７は、無線通信装置１の制御装置３における動作を示したフローチャートである。まず、タブレット端末１０等の通信端末から周期短縮指令を受信したか否かを判断する（ステップＳ１１）。周期短縮指令を受信した場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）は定周期タイマ４に対して周期を短縮するように変更する（ステップＳ１２）。そして、タブレット端末１０等の通信端末から周期を元に戻す指令を受信したか否かを判断する（ステップＳ１３）。周期を元に戻す指令を受信した場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）は定周期タイマ４に対して周期を元に戻すように変更する（ステップＳ１４）。

【0036】

一方、周期を元に戻す指令を受信しない場合（ステップＳ１３：ＮＯ）は所定時間通信がないか否かを判断する（ステップＳ１５）。所定時間通信がない場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）はステップＳ１４に進み定周期タイマ４に対して周期を元に戻すように変更する。ステップＳ１５がＮＯの場合はステップＳ１３に戻り再度周期を元に戻す指令を受信したか判断する。

【0037】

図８は、タブレット端末における動作を示したフローチャートである。まず、無線通信装置１から送信されたビーコン信号を受信したか否かを判断する（ステップＳ２１）。ビーコン信号を受信した場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）は周期短縮指令を無線通信装置１に対して送信する（ステップＳ２２）。そして、例えばセンサ５に対する設定データ等を送信し、無線通信装置１との通信を終了する場合（ステップＳ２３：ＹＥＳ）は周期を元に戻す指令を送信する（ステップＳ２４）。

【0038】

図８によれば、タブレット端末１０は、無線通信装置１に対して通信を行う際に、まずビーコン信号の周期を短縮する指令を送信し、通信の終了時にビーコン信号の周期を短縮前の周期に戻す指令を送信する通信端末として機能する。

【0039】

以上の説明した無線通信装置１によれば、制御装置３が、自身が送信したビーコン信号の応答情報として周期短縮指令を受信した場合は間欠周期を短縮する。そして、タブレット端末１０から周期が短縮されたビーコン信号の応答情報として周期を元に戻す指令を受信した場合は間欠周期を短縮前の周期に戻す。このようにすることにより、定周期タイマ４の設定値を変更するといった簡単な方法で、タブレット端末１０を使用した設定等の通信頻度が高い際の作業効率を向上させることができる。また、例えば通信頻度が高い状態を終了する際には、タブレット端末１０からの指令により間欠周期を元に戻すので、消費電力の増加を最小限に抑えることができる。

【0040】

また、ビーコン信号の間欠周期を短縮した後、所定時間通信が行われなかった場合は、周期を短縮前の周期に戻す指令を受信しなくても周期を戻すので、通信障害等によりタブレット端末１０等からの周期を元に戻す指令が受信できない場合でも、間欠周期を元に戻すことができ、無駄な電力消費を防止できる。

【0041】

また、例えばガスメータ等の所定の情報を取得するセンサ５を備え、無線送受信機２は、タブレット端末１０からビーコン信号の応答情報として送信されるセンサ５への設定情報を受信するので、各センサ装置に直接設定等を行う際に消費電力の増加を最小限に抑えつつ作業効率を向上させることができる。

【0042】

また、無線通信システム１００は、無線通信装置１と、無線通信装置１に対して通信を行う際に、周期短縮指令を送信し、通信の終了時に周期に戻す指令を送信するタブレット端末１０と、を有する。このようにすることにより、無線ネットワークを介さずに直接無線通信装置に設定等を行う際に作業効率を向上させるとともに、消費電力の増加を最小限に抑えることができる。

【0043】

なお、上述の実施形態では、通信中に外部のタブレット端末１０からの指令により間欠周期を短縮していたが、例えば出荷時や消耗等により新たな電池６が挿入され起動した場合等の初回起動時には、その後設定作業等を行うことが予想される。このため、初回起動時には周期短縮指令を受信しなくても所定時間間欠周期を短くするようにしてもよい。

【0044】

上述した初回起動は、制御装置３が検出すればよい。即ち、制御装置３が、初回起動検出手段として機能する。なお、この初回起動は、上述した電池６の挿入直後の起動に限らず、例えば初期化をする指令の受信やリセットスイッチ等を操作された等のセンサ５等への設定情報が初期化されるような状態を含む。

【0045】

また、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の無線通信装置の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

【符号の説明】

【0046】

１ 無線通信装置
３ 制御装置（通信制御手段、初回起動検出手段）
５ センサ（センサ装置）
１０ タブレット端末（通信端末）
１００ 無線通信システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】