特開 2023-156584 通信装置、通信方法、および、プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023156584

(43)【公開日】2023-10-25

(54)【発明の名称】通信装置、通信方法、および、プログラム

(51)【国際特許分類】

   H04W 76/00 20180101AFI20231018BHJP

   H04W 4/38 20180101ALI20231018BHJP

   H04W 16/00 20090101ALI20231018BHJP

   H04W 48/18 20090101ALI20231018BHJP

   H04W 84/18 20090101ALI20231018BHJP

   H04W 88/06 20090101ALI20231018BHJP

   H04Q 9/00 20060101ALI20231018BHJP

【ＦＩ】

H04W76/00

H04W4/38

H04W16/00

H04W48/18

H04W84/18

H04W88/06

H04Q9/00 341B

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022066018

(22)【出願日】2022-04-13

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】米山 清二郎

(72)【発明者】

【氏名】小林 崇裕

(72)【発明者】

【氏名】小堺 康之

【テーマコード（参考）】

5K048

5K067

【Ｆターム（参考）】

5K048BA35

5K048DC01

5K048EB02

5K048GC03

5K067AA44

5K067BB27

5K067DD27

5K067EE04

5K067EE10

5K067EE25

(57)【要約】

【課題】スマートメータとしての機能を実行するとともに、状況に応じて集約装置の機能も実行可能な通信装置を提供する。
【解決手段】実施形態の通信装置は、外部サーバと広域通信ネットワークを介して通信する広域通信インタフェースと、マルチホップスマートメータおよび集約装置とマルチホップ通信ネットワークを介して通信するマルチホップ通信インタフェースと、広域通信インタフェースを用いて、外部サーバと通信するためのルーティング制御を実行するルーティング制御部と、マルチホップ通信インタフェースを用いて、マルチホップスマートメータおよび集約装置と通信するためのマルチホップ通信経路制御を実行するマルチホップ通信経路制御部と、所定のトリガーによって、ルーティング制御部の有効／無効の切替、および、マルチホップ通信経路制御部の有効／無効の切替の少なくともいずれかを行う切替制御部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部サーバと広域通信ネットワークを介して通信する広域通信インタフェースと、
マルチホップスマートメータおよび集約装置とマルチホップ通信ネットワークを介して通信するマルチホップ通信インタフェースと、
前記広域通信インタフェースを用いて、前記外部サーバと通信するためのルーティング制御を実行するルーティング制御部と、
前記マルチホップ通信インタフェースを用いて、前記マルチホップスマートメータおよび前記集約装置と通信するためのマルチホップ通信経路制御を実行するマルチホップ通信経路制御部と、
所定のトリガーによって、前記ルーティング制御部の有効／無効の切替、および、前記マルチホップ通信経路制御部の有効／無効の切替の少なくともいずれかを行う切替制御部と、を備える通信装置。

【請求項2】

前記切替制御部は、前記所定のトリガーとして、前記外部サーバから所定のコマンドを受信した場合に、前記マルチホップ通信経路制御部を無効から有効に切り替える、請求項１に記載の通信装置。

【請求項3】

前記切替制御部は、
前記所定のトリガーとして、前記広域通信インタフェースを用いた前記外部サーバとの接続確認動作の結果に基づいて、前記ルーティング制御部の有効／無効の切替を行い、
前記所定のトリガーとして、前記マルチホップ通信インタフェースを用いた前記外部サーバとの接続確認動作の結果に基づいて、前記マルチホップ通信経路制御部の有効／無効の切替を行う、請求項１に記載の通信装置。

【請求項4】

前記切替制御部は、前記所定のトリガーとして、前記外部サーバから配信された所定のファームウェアによるプログラム変更を行った場合に、前記マルチホップ通信経路制御部を無効から有効に切り替える、請求項１に記載の通信装置。

【請求項5】

外部サーバと広域通信ネットワークを介して通信する広域通信インタフェースと、マルチホップスマートメータおよび集約装置とマルチホップ通信ネットワークを介して通信するマルチホップ通信インタフェースと、を備える通信装置における通信方法であって、
ルーティング制御部が、前記広域通信インタフェースを用いて、前記外部サーバと通信するためのルーティング制御を実行するルーティング制御ステップと、
マルチホップ通信経路制御部が、前記マルチホップ通信インタフェースを用いて、前記マルチホップスマートメータおよび前記集約装置と通信するためのマルチホップ通信経路制御を実行する第２制御ステップと、
切替制御部が、所定のトリガーによって、前記ルーティング制御部の有効／無効の切替、および、前記マルチホップ通信経路制御部の有効／無効の切替の少なくともいずれかを行う切替制御ステップと、を含む通信方法。

【請求項6】

外部サーバと広域通信ネットワークを介して通信する広域通信インタフェースと、マルチホップスマートメータおよび集約装置とマルチホップ通信ネットワークを介して通信するマルチホップ通信インタフェースと、を備える通信装置であるコンピュータを、
前記広域通信インタフェースを用いて、前記外部サーバと通信するためのルーティング制御を実行するルーティング制御部と、
前記マルチホップ通信インタフェースを用いて、前記マルチホップスマートメータおよび前記集約装置と通信するためのマルチホップ通信経路制御を実行するマルチホップ通信経路制御部と、
所定のトリガーによって、前記ルーティング制御部の有効／無効の切替、および、前記マルチホップ通信経路制御部の有効／無効の切替の少なくともいずれかを行う切替制御部と、して機能させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、通信装置、通信方法、および、プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、スマートメータを通信ネットワークに接続し、遠隔検針（自動検針）等のサービスを提供するＡＭＩ（Advanced Metering Infrastructure）システムがある。通信ネットワークとしては、例えば、（無線）マルチホップ通信ネットワークを用いることができる。その場合、例えば、複数のスマートメータの情報（計測情報など）をマルチホップ通信で集約装置に集め、集約装置から広域通信網（携帯電話網（ＬＴＥ（Long Term Evolution）網）や光回線網など）を介して外部サーバにそれらの情報を送信する。

【0003】

従来技術のスマートメータとして、例えば、９２０ＭＨｚ帯の特定小電力無線を使用するマルチホップ通信インタフェースと、携帯電話通信網を使用する携帯電話通信インタフェースと、の両方を具備するものがある。このスマートメータによれば、例えば、マルチホップ通信インタフェースで他のスマートメータや集約装置と通信できない場合には、携帯電話通信インタフェースを用いて外部サーバと通信することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２－１０５０１０号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】” RPL: IPv6 Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks”, [online], Internet Engineering Task Force (IETF), [令和４年３月２２日検索], インターネット＜ＵＲＬ：https://tools.ietf.org/html/rfc6550＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ＡＭＩシステムにおけるマルチホップ通信ネットワークでは、スマートメータの分布によっては不感地帯が生じ、いくつかのスマートメータがマルチホップ通信ネットワークから孤立する問題がある。また、すべてのスマートメータにマルチホップ通信インタフェースと携帯電話通信インタフェースの両方を備える手法では、費用対効果の観点で問題がある。

【0007】

また、不感地帯対策として集約装置を新設する方法も考えられるが、散在する不感地帯に対して集約装置を新設していく運用は設置作業の負担が大きい。また、従来の集約装置は設置場所がＷＡＮ（Wide Area Network）回線に接続しやすい電柱等に限られるため、必ずしも全ての不感地帯をカバーできる方法とはなりえない。

【0008】

そこで、本発明の課題は、スマートメータとしての機能を実行するとともに、状況に応じて集約装置の機能も実行可能な通信装置、通信方法、および、プログラムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

実施形態の通信装置は、外部サーバと広域通信ネットワークを介して通信する広域通信インタフェースと、マルチホップスマートメータおよび集約装置とマルチホップ通信ネットワークを介して通信するマルチホップ通信インタフェースと、広域通信インタフェースを用いて、外部サーバと通信するためのルーティング制御を実行するルーティング制御部と、マルチホップ通信インタフェースを用いて、マルチホップスマートメータおよび集約装置と通信するためのマルチホップ通信経路制御を実行するマルチホップ通信経路制御部と、所定のトリガーによって、ルーティング制御部の有効／無効の切替、および、マルチホップ通信経路制御部の有効／無効の切替の少なくともいずれかを行う切替制御部と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、実施形態の通信システムの全体構成を模式的に示す図である。

【図2】図２は、実施形態の通信装置の機能構成を示すブロック図である。

【図3】図３は、実施形態の通信装置による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】

【0011】

以下、添付図面を参照して、本発明の通信装置、通信方法、および、プログラムの実施形態について詳細に説明する。

【0012】

図１（ａ）は、実施形態の通信システムＳの全体構成を模式的に示す図である。通信システムＳは、外部サーバ１と、集約装置２と、マルチホップスマートメータ３と、通信装置４と、を備える。

【0013】

マルチホップスマートメータ３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）は、事業者による所定のサービス（例えば電力、ガス、水の提供など）のユーザごとに設置される情報処理装置である。以下、マルチホップスマートメータ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを区別しないときは、「マルチホップスマートメータ３」と表記する。

【0014】

マルチホップスマートメータ３は、事業者からユーザに提供されるサービスの対象の物理量（例えば電力使用量、ガス使用量、水使用量など）を表す計測情報を取得する。マルチホップスマートメータ３は、ユーザが事業者からのサービスの提供を受ける場所（家、会社、建物（ビル等）、店舗、工場等）に設置され、ユーザと一対一で対応付けられている。

【0015】

マルチホップスマートメータ３は、（無線）マルチホップ通信を行う。マルチホップ通信では、例えば、通信規格ＲＰＬ(IPv6 Routing protocol for Low Power and Lossy Networks)にしたがって通信経路が自律的に構築される。具体的には、それぞれのマルチホップスマートメータ３は、近隣のマルチホップスマートメータ３との間の無線通信品質にしたがって、近隣のマルチホップスマートメータ３の中から親ノードを選択する。また、集約装置２の近傍のマルチホップスマートメータ３は、集約装置２を親ノードとして選択できる。

【0016】

ここで、マルチホップスマートメータ３ｂは親ノードとしてマルチホップスマートメータ３ａを選択し、また、マルチホップスマートメータ３ａは親ノードとして集約装置２を選択したものとする。

【0017】

その場合、マルチホップスマートメータ３ｂは、計測情報をマルチホップ通信によりマルチホップスマートメータ３ａに送信する。マルチホップスマートメータ３ａは、自身の計測情報とマルチホップスマートメータ３ｂの計測情報を集約装置２に送信する。

【0018】

また、マルチホップスマートメータ３ｃ、３ｄは、マルチホップスマートメータ３ａ、３ｂや集約装置２とマルチホップ通信できない通信不良状態で、孤立している。

【0019】

集約装置２（コンセントレータ）は、複数のマルチホップスマートメータ３から送信された計測情報（センサデータ）を集約する装置である。集約装置２は、マルチホップスマートメータ３ａからマルチホップ通信によって計測情報を受信する。また、集約装置２は、外部サーバ１と、広域通信ネットワークＮ（例えば携帯電話網や光回線網などのＷＡＮ（Wide Area Network））を介して通信する。

【0020】

外部サーバ１は、コンピュータ装置であり、マルチホップスマートメータ３（集約装置２経由）や通信装置４との間で、データを送受信する。外部サーバ１は、例えば、マルチホップスマートメータ３から、集約装置２を介して計測情報を受信する。また、外部サーバ１は、例えば、集約装置２を介して、マルチホップスマートメータ３にファームウェアのプログラム配信を行う。

【0021】

また、通信装置４は、携帯電話通信型スマートメータ（以下、「ＬＴＥスマートメータ」ともいう。）として、自身の計測情報を定期的に外部サーバ１に送信する。外部サーバ１は、通信装置４と、広域通信ネットワークＮを介して通信する。外部サーバ１は、例えば、通信装置４から計測情報を受信したり、通信装置４にファームウェアのプログラム配信を行ったりする。

【0022】

以下、図２も併せて参照して、通信装置４について説明する。図２は、実施形態の通信装置４の機能構成を示すブロック図である。通信装置４は、処理部４１と、記憶部４２と、広域通信インタフェース４３と、マルチホップ通信インタフェース４４と、を備える。

【0023】

広域通信インタフェース４３は、外部サーバ１などと広域通信ネットワークＮを介して通信する通信インタフェース（例えば、携帯電話通信インタフェース）であり、例えば、無線チップによって実現される。

【0024】

マルチホップ通信インタフェース４４は、マルチホップスマートメータ３や集約装置２とマルチホップ通信ネットワークを介して通信する通信インタフェースであり、例えば、無線チップによって実現される。

【0025】

処理部４１は、各種演算処理を実行し、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）によって実現される。処理部４１は、機能構成として、例えば、ルーティング制御部４１１と、マルチホップ通信経路制御部４１２と、切替制御部４１３と、を備える。

【0026】

ルーティング制御部４１１は、広域通信インタフェース４３を用いて、外部サーバ１などと通信するためのルーティング制御（例えばＩＰ（Internet Protocol）ルーティング制御）を実行する。

【0027】

マルチホップ通信経路制御部４１２は、マルチホップ通信インタフェース４４を用いて、マルチホップスマートメータ３や集約装置２と通信するためのマルチホップ通信経路制御を実行する。

【0028】

切替制御部４１３は、所定のトリガーによって、ルーティング制御部４１１の有効／無効の切替、および、マルチホップ通信経路制御部４１２の有効／無効の切替の少なくともいずれかを行う。

【0029】

切替制御部４１３は、例えば、所定のトリガーとして、外部サーバ１から所定のコマンドを受信した場合に、マルチホップ通信経路制御部４１２を無効から有効に切り替える。

【0030】

また、切替制御部４１３は、例えば、所定のトリガーとして、広域通信インタフェース４３を用いた外部サーバ１との接続確認動作の結果（例えばＰＩＮＧコマンド実行時の外部サーバ１からの応答結果）に基づいて、ルーティング制御部４１１の有効／無効の切替を行う。例えば、接続確認できれば有効に設定し、接続確認できなければ無効に設定する。

【0031】

また、切替制御部４１３は、例えば、所定のトリガーとして、マルチホップ通信インタフェース４４を用いた外部サーバ１との接続確認動作の結果に基づいて、マルチホップ通信経路制御部４１２の有効／無効の切替を行う。例えば、接続確認できれば有効に設定し、接続確認できなければ無効に設定する。

【0032】

また、切替制御部４１３は、例えば、所定のトリガーとして、外部サーバ１から配信された所定のファームウェアによるプログラム変更を行った場合に、マルチホップ通信経路制御部４１２を無効から有効に切り替える。

【0033】

以下では、主に、切替制御部４１３が外部サーバ１から所定のコマンドを受信する場合を例にとる。そして、そのときに、マルチホップ通信経路制御部４１２を無効から有効に切り替えるのにともなって、通信装置４を、集約装置（ＲＰＬ ｒｏｏｔ ｎｏｄｅ機能を有する装置）としての役割も兼ね備えるようにする。

【0034】

記憶部４２は、各種情報（各種プログラム、各種データ）を記憶し、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等によって実現される。記憶部４２は、例えば、近隣のマルチホップスマートメータ３の通信アドレスなどを記憶する。

【0035】

なお、近年の技術革新により、従来と同等の物理サイズの記憶部４２であっても大容量化を実現可能であり、それによって、通信装置４を集約装置として機能させるためのデータを記憶部４２に記憶させることができる。

【0036】

次に、図３を参照して、実施形態の通信装置４による処理について説明する。図３は、実施形態の通信装置４による処理を示すフローチャートである。なお、以下の事項を前提とする。

【0037】

まず、図１（ａ）に示すように、マルチホップスマートメータ３ａ、３ｂはマルチホップ通信により集約装置２を介して外部サーバ１と通信できているが、マルチホップスマートメータ３ｃ、３ｄは孤立していて外部サーバ１と通信できていない。また、通信装置４は、ＬＴＥスマートメータとして自身の計測情報を定期的に外部サーバ１に送信しているが、集約装置としての機能は実行していない。

【0038】

ステップＳ１において、通信装置４の処理部４１は、単独のＬＴＥスマートメータとしての処理（計測情報の外部サーバ１への定期送信など）を実行する。

【0039】

次に、ステップＳ２において、切替制御部４１３は、所定のトリガーがあったか否かを判定し、Ｙｅｓの場合はステップＳ３に進み、Ｎｏの場合はステップＳ１に戻る。ここで、マルチホップスマートメータ３ｃ、３ｄの孤立状態を解消するために、外部サーバ１から通信装置４に所定のコマンドを送信する。そうすると、ステップＳ２でＹｅｓとなり、ステップＳ３に進む。

【0040】

ステップＳ３において、切替制御部４１３は、マルチホップ通信経路制御部４１２を無効から有効に切り替えることで、集約機能（集約装置としての機能）を有効化する。

【0041】

次に、ステップＳ４において、処理部４１は、集約装置としての処理を実行する。つまり、図１（ｂ）に示すように、通信装置４が集約装置として動作することで、通信装置４とマルチホップスマートメータ３ｃがマルチホップ通信可能となる。また、マルチホップスマートメータ３ｄは、マルチホップスマートメータ３ｃを親ノードとして選択する。これにより、通信装置４は、集約装置として、マルチホップスマートメータ３ｃ、３ｄの計測情報を受信して外部サーバ１に送信することができるようになる。なお、通信装置４は、ＬＴＥスマートメータとしての処理も並行して行う。

【0042】

このように、本実施形態の通信装置４によれば、スマートメータとしての機能を実行するとともに、状況に応じて、所定のトリガーによって集約装置としての機能を有効化することで、集約装置の機能も実行することができる。

【0043】

これにより、例えば、設置場所が電柱に限定されている現状の集約装置に加えて、ユーザごとに設置するＬＴＥスマートメータも集約装置として活用することができる。したがって、マルチホップ通信ネットワークの通信圏を柔軟かつ効率的に拡大できるようになる。また、この手法は、電柱地中化エリア向けのソリューションとしても期待できる。

【0044】

また、設置済みでかつ既に外部サーバ１との接続性が得られているＬＴＥスマートメータを集約装置として活用できるため、現地での事前のサイトサーベイ業務やエリアネットワーク設計業務の負担を節減できる利点も得られる。

【0045】

また、集約装置として活用できるＬＴＥスマートメータの候補が複数存在する場合には、例えば、複数のＬＴＥスマートメータのそれぞれを順番に集約装置化しながら、該当エリアのスマートメータの全体の接続状況を外部サーバ１で確認することができる。このような試行錯誤によって、最も接続率の高くなる適切な候補を導出することができる。

【0046】

また、それぞれのマルチホップスマートメータ３は、検定期間満了や故障などによって、一時的にでも使用できない状態となりえる。その場合に、マルチホップ通信ネットワークの不感地帯が発生、拡大することが考えられるが、必要に応じてその近傍のＬＴＥスマートメータを集約装置化することで、接続率の低下を回避できる。

【0047】

また、ＬＴＥスマートメータを集約装置化するための所定のトリガーとして、ＬＴＥスマートメータが外部サーバ１から所定のコマンドを受信したこととすることで、容易に集約装置化を実現できる。また、集約装置化したＬＴＥスマートメータは、例えば、外部サーバ１から別のコマンドを送ることで、集約装置化を無効として、再びＬＴＥスマートメータとしてだけの役割に戻すことも可能である。

【0048】

また、ＬＴＥスマートメータを集約装置化するための所定のトリガーは、そのほかに、外部サーバ１との接続確認動作の結果や、外部サーバ１から配信された所定のファームウェアによるプログラム変更を行ったこととしてもよい。

【0049】

なお、上述した実施形態における、上記処理を実行するためのプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。また、当該プログラムを、インターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。また、当該プログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。

【0050】

また、当該プログラムは、各機能部を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしては、例えば、ＣＰＵ（プロセッサ回路）がＲＯＭから上記プログラムを読み出して実行することにより、上述した各機能部がＲＡＭ（主記憶）上にロードされ、上述した各機能部がＲＡＭ（主記憶）上に生成されるようになっている。なお、上述した各機能部の一部または全部を、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などの専用のハードウェアを用いて実現することも可能である。

【0051】

なお、実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【0052】

例えば、通信装置４は、周囲に孤立化したマルチホップスマートメータ３が存在することを外部サーバ１からの通知などによって認識し、自発的に集約装置化してもよい。

【0053】

また、通信装置４を、単独のマルチホップスマートメータ（集約機能無効）として使用するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0054】

１…外部サーバ、２…集約装置、３…マルチホップスマートメータ、４…通信装置、４１…処理部、４２…記憶部、４３…広域通信インタフェース、４４…マルチホップ通信インタフェース、４１１…ルーティング制御部、４１２…マルチホップ通信経路制御部、４１３…切替制御部、Ｓ…通信システム

【図1】

【図2】

【図3】