JP5879520B2 - 通信システムおよびそれに用いる伝送ユニット - Google Patents

Description

本発明は、伝送信号を用いて通信する第１端末と、伝送信号に重畳される重畳信号を用いて通信する第２端末とが同一の通信線に接続された通信システムおよびそれに用いる伝送ユニットに関する。

従来から、伝送路に対して伝送ユニット（親機）および複数台の端末装置（子機）が接続され、各端末装置と伝送ユニットとの間で通信を行う通信システムが広く普及している。この種の通信システムの一例として、伝送ユニットが定期的に端末装置の状態を監視し、端末装置の状態に変化があった場合、その状態変化に対応する処理を行うように伝送ユニットから他の端末装置に信号を送るシステムがある（たとえば特許文献１〜３参照）。

ただし、上記構成の通信システムは、そもそも照明器具等のオンオフ制御などに使用されるシステムであって通信速度が遅く、たとえばアナログ量のように比較的データ量の多い情報の伝送には不向きである。

そこで、伝送ユニットを介して端末装置同士が通信を行う既設の通信システムと、端末装置同士がピア・ツー・ピア（Ｐ２Ｐ）で直接通信を行う通信システムとを混在させた通信システムが提案されている（たとえば特許文献４参照）。この通信システムにおいては、伝送ユニット（親機）を介して通信する第１端末（第１通信端末）と、互いに直接通信する第２端末（第２通信端末）とが通信線（伝送路）を共用するので、既設の通信システムに第２端末を容易に増設することができる。第１端末は伝送ユニットから通信線に繰り返し送出される伝送信号（第１プロトコルの信号）を用いて通信を行い、第２端末は伝送信号に重畳される重畳信号（第２プロトコルの信号）を用いてより高速に通信を行う。

ここで、伝送信号は、１フレームごとに時間軸方向において複数の領域（期間）に分割され、一部の領域が重畳信号を重畳可能な重畳可能帯（通信適合期間）として割り当てられる時分割方式の信号である。すなわち、第２端末は、伝送信号の一部に割り当てられた重畳可能帯に、伝送信号と共通の通信線を伝送される重畳信号を用いて通信する。

特許第１１８０６９０号公報 特許第１１９５３６２号公報 特許第１１４４４７７号公報 特開２００９−２２５３２８号公報

ところで、特許文献４記載の通信システムでは、第１端末と第２端末とは通信線を共有しているものの、互いに干渉することなく、第１端末同士または第２端末同士が独立して通信を行っており、第１端末と第２端末との間でのデータの授受は想定されていない。しかし、近年、伝送ユニットが、たとえば画像センサや電力計測ユニットなどのセンサ機器からのデータのように比較的データ量の多い情報に基づいて機器を制御できるような、フレキシブルなシステムへの応用が求められている。この場合に、伝送ユニットにて比較的データ量の多い情報を取得する必要があるが、伝送ユニットの伝送信号を使ってデータ量の多い情報を取得するには、通信速度が不足している。

本発明は上記事由に鑑みて為されており、伝送ユニットの伝送信号の通信速度を確保しながら、伝送ユニットにて比較的データ量の多い情報を取得可能な通信システムおよびそれに用いる伝送ユニットを提供することを目的とする。

本発明の通信システムは、通信線に伝送信号を繰り返し送出する伝送ユニットと、前記伝送信号を用いて通信する第１端末と、前記伝送信号に重畳される重畳信号を用いて通信する第２端末とが前記通信線に接続された通信システムであって、前記伝送信号は、１フレームごとに時間軸方向において、前記第１端末にデータを伝送するための送信帯と、前記第１端末からの返送データを受信するためのタイムスロットである返信帯とを含む複数の領域に分割された時分割方式の信号からなり、前記伝送ユニットは、前記第２端末に対して重畳要求データを送信する重畳要求部と、前記第２端末が前記重畳要求データに応答して前記返信帯で前記重畳信号により送信する重畳返送データを受信する重畳通信部とを備えることを特徴とする。

この通信システムにおいて、前記重畳要求部は、前記送信帯で前記第２端末に対して前記伝送信号により前記重畳要求データを送信し、前記第２端末は、前記伝送信号により送信される前記重畳要求データを受信する端末側伝送通信部を有することが望ましい。

この通信システムにおいて、前記重畳要求部は、前記返信帯で前記第２端末に対して前記重畳信号により前記重畳要求データを送信することがより望ましい。

この通信システムにおいて、前記重畳通信部は、前記重畳要求部が前記重畳要求データを送信した前記返信帯の次の前記返信帯で、前記第２端末からの前記重畳返送データを受信することがより望ましい。

この通信システムにおいて、前記伝送ユニットは、前記重畳要求データをトリガにして、前記送信帯において次の前記返信帯での前記返送データの送信を禁止することにより当該返信帯を前記重畳信号の重畳用に確保する確保データを前記伝送信号により送信する帯域確保部をさらに備えることがより望ましい。

本発明の伝送ユニットは、伝送信号を用いて通信する第１端末と、前記伝送信号に重畳される重畳信号を用いて通信する第２端末とが通信線に接続された通信システムに用いられ、１フレームごとに時間軸方向において、前記第１端末にデータを伝送するための送信帯と、前記第１端末からの返送データを受信するためのタイムスロットである返信帯とを含む複数の領域に分割された時分割方式の信号からなる前記伝送信号を前記通信線に繰り返し送出する伝送通信部と、前記第２端末に対して重畳要求データを送信する重畳要求部と、前記第２端末が前記重畳要求データに応答して前記返信帯で前記重畳信号により送信する重畳返送データを受信する重畳通信部とを備えることを特徴とする。

本発明は、伝送ユニットの伝送信号の通信速度を確保しながら、伝送ユニットにて比較的データ量の多い情報を取得可能になるという利点がある。

実施形態１に係る通信システムの概略構成を示すブロック図である。 実施形態１に係る通信システムを用いた照明システムの構成図である。 実施形態１に係る通信システムの基本システムの動作の説明図である。 実施形態１に係る通信システムの基本システムの動作の説明図である。 実施形態１に係る通信システムの動作の説明図である。 実施形態１に係る通信システムの動作の説明図である。 実施形態１に係る通信システムの他の動作の説明図である。 実施形態１に係る通信システムの他の動作の説明図である。 実施形態１に係る通信システムのさらに他の動作の説明図である。 実施形態２に係る通信システムの動作の説明図である。 実施形態２に係る通信システムの動作の説明図である。 実施形態２に係る通信システムの他の動作の説明図である。 実施形態２に係る通信システムの他の動作の説明図である。

（実施形態１）
本実施形態の通信システムは、たとえば図１に示すように、２線式の通信線１０に接続される親機としての伝送ユニット１と、子機としての第１端末２１および第２端末２２とを備えている。図１（図２，４，６も同様）では、第１端末２１は第１監視端末あるいは第１制御端末と表記し、第２端末２２は第２監視端末あるいは第２制御端末と表記しているが、この点については後述する。この通信システムでは、基本的に、第１端末２１は通信線１０を伝送される伝送信号（第１プロトコルの信号）を用いて通信を行い、第２端末２２は伝送信号に重畳される重畳信号（第２プロトコルの信号）を用いて通信を行う。

図２は、通信システムがオフィスビル等において照明器具３を制御するための照明システムに適用された例を示している。図２の例では、伝送ユニット１はエリア（たとえばフロア）ごとに１台ずつ設けられ、各伝送ユニット１に接続された通信線１０に第１端末２１および第２端末２２が１ないし複数台ずつ接続されている。さらに、通信線１０には、照明制御システムを集中監視制御するためのオフィスコントローラ４が接続されている。

また、伝送ユニット１は、その上位装置となる省エネコントローラ５に接続されている。省エネコントローラ５は、エリア（たとえばフロア）ごとに設けられており、上記通信システムを適用した照明システムの他、空調装置６についても統括的に監視制御を行う。複数のエリアの省エネコントローラ５は、ブラウザ機能を有したパソコン（パーソナルコンピュータ）７にインターネットなどのネットワーク８あるいはＬＡＮを介して接続され、パソコン７から監視可能に構成されている。なお、図２の例では、１台の第２監視端末２２１に電力計測ユニット９１が接続されており、この電力計測ユニット９１は、ＰＬＣタップ９３に接続された機器での消費電力をモニタ９２経由で計測する。

複数台の第１端末２１は、伝送ユニット１に対して通信線１０を介して並列接続されている。伝送ユニット１および第１端末２１は、伝送ユニット１から第１端末２１へのデータ伝送と第１端末２１から伝送ユニット１へのデータ伝送とが時分割で行われる時分割多重伝送システム（以下、「基本システム」という）を構築する。以下ではまず、基本システムの概略構成について説明する。

基本システムにおいて、第１端末２１は、壁スイッチ等のスイッチ（図示せず）の監視入力を監視する第１監視端末２１１と、リレー（図示せず）を有し負荷（ここでは照明器具３）のオンオフ制御等を行う第１制御端末２１２との２種類に分類される。ここで、第１端末２１は予め個別に割り当てられた自己のアドレスを、各々のメモリ（図示せず）に記憶している。なお、第１監視端末２１１は、スイッチに限らず、人感センサ等のセンサで自動的に発生する監視入力を監視する構成であってもよい。

伝送ユニット１は、図１に示すように、伝送信号を通信線１０に送出する伝送通信部１１と、第１端末２１へ返送要求データを送信する返送要求部１２と、第１端末２１から返送データを受信する返送受信部１３と、記憶部１４と、制御部１５とを備えている。さらに、伝送ユニット１は、重畳通信部１６と重畳要求部１７と帯域確保部１８とを備えているが、重畳通信部１６と重畳要求部１７と帯域確保部１８とは基本システムでは使用しない機能であるから、詳しくは後述する。制御部１５は、返送要求部１２、返送受信部１３、重畳通信部１６、重畳要求部１７、帯域確保部１８の動作を制御する。本実施形態では、伝送ユニット１は、マイコン（マイクロコンピュータ）を主構成とし、記憶部１４に記憶されたプログラムを実行することにより、各部の機能を実現する。

伝送ユニット１は、第１監視端末２１１と第１制御端末２１２とをアドレスによって対応付けた制御テーブルを記憶部１４に記憶している。ここで、たとえば第１監視端末２１１が複数回路のスイッチを有する場合、第１監視端末２１１に固有の端末アドレスだけでは、この第１監視端末２１１のスイッチが全て該当することになり、実際に操作された唯一のスイッチを特定することはできない。

そこで、第１監視端末２１１においては、実際に操作された唯一のスイッチを特定できるように、スイッチごとに負荷番号が割り振られ、第１監視端末２１１の端末アドレスの後に負荷番号が付加されたアドレスをスイッチ固有のアドレス（識別子）として用いる。同様に、第１制御端末２１２においてはリレーごとに負荷番号が割り振られ、第１制御端末２１２の端末アドレスの後に負荷番号が付加されたアドレスをリレー固有のアドレス（識別子）とする。制御テーブルでは、スイッチ固有のアドレスとリレー固有のアドレスとが一対一あるいは一対多に対応付けられる。

続いて、基本システムの動作について説明する。

伝送ユニット１は、通信線１０に対して図３に示すように時間軸方向において複数の領域に分割された形式の電圧波形からなる時分割方式の伝送信号を繰り返し送信する。すなわち、伝送信号は、予備割込帯１０１と、予備帯１０２と、送信帯１０３と、返信帯１０４と、割込帯１０５と、短絡検出帯１０６と、休止帯１０７との７つの領域からなる複極（±２４Ｖ）の時分割多重信号である。なお、図示例では伝送信号における割込帯１０５から始まって返信帯１０４で終わる各区間を１フレーム（Ｆ１，Ｆ２，・・・）としている。

予備割込帯１０１は２次割込の有無を検出するための期間、予備帯１０２は割込帯１０５および短絡検出帯１０６に合わせて設定された期間であり、送信帯１０３は第１端末２１にデータを伝送するための期間である。返信帯１０４は第１端末２１からの返送データを受信するタイムスロットであり、割込帯１０５は後述の割込信号の有無を検出するための期間であり、短絡検出帯１０６は短絡を検出するための期間である。休止帯１０７は処理が間に合わないときのための期間である。

伝送ユニット１は、常時は、モードデータが通常モードである伝送信号を送信し、この伝送信号の送信帯１０３に含まれるアドレスデータをサイクリックに変化させて第１端末２１に順次アクセスする常時ポーリングを行う。常時ポーリングの際には、送信帯１０３に含まれるアドレスデータが自己のアドレスに一致した第１端末２１は、この送信帯１０３に含まれるデータを受信し、次の返信帯１０４にて返送データを伝送ユニット１に送信する。ここで、第１端末２１は、伝送信号の返信帯１０４に同期した電流モードの信号（適当な低インピーダンスを介して通信線１０を短絡することにより送出される信号）により返送データを送信する。なお、第１端末２１の内部回路の電源は、通信線１０を介して伝送される伝送信号を整流し安定化することによって供給される。

一方、第１監視端末２１１としての第１端末２１は、監視入力を検出すると、伝送信号の割込帯１０５に同期して割込信号を発生する。以下、図１の通信システムにおいて、第１監視端末２１１で割込信号が発生した場合の基本システムの動作について、図３および図４を参照して説明する。

伝送ユニット１は、伝送信号の第１フレームＦ１の割込帯１０５にて第１監視端末２１１で発生した割込信号を検出すると（図３および図４のＳ１１）、伝送信号の送信帯１０３に含まれるモードデータを通常モードから割込ポーリングモードに切り替える。割込ポーリングモードにおいては、伝送ユニット１は、返送要求部１２にて、アドレスの上位ビットからなる返送要求データを伝送信号の送信帯１０３で送信し（Ｓ１２）、アドレス（上位ビット）をサイクリックに変化させながらアドレスサーチを行う。割込信号を発生した第１監視端末２１１は、返送要求データ中のアドレス（上位ビット）が自己のアドレスの上位ビットに一致していれば、第１フレームＦ１の返信帯１０４にて自己のアドレスの下位ビットを返送データとして伝送ユニット１に送信する（Ｓ１３）。これにより伝送ユニット１は、第１フレームＦ１において割込信号を発生した第１監視端末２１１のアドレスを、返送データとして返送受信部１３にて受信することになる。

伝送ユニット１は、割込信号を発生した第１監視端末２１１のアドレスを取得すると、次の第２フレームＦ２の送信帯１０３にて、そのアドレスを指定して第１監視端末２１１に対して返送要求部１２から返送要求データを送信する（Ｓ１４）。第１監視端末２１１は、自己のアドレスを含む返送要求データを受信すると、これに応答して、第２フレームＦ２の返信帯１０４にて監視入力に対応したスイッチの負荷番号およびオンオフの別を含む監視データを返送データとして伝送ユニット１に送信する（Ｓ１５）。

伝送ユニット１は、返送受信部１３にて監視データからなる返送データを受信すると、この監視データに制御テーブル上で対応する第１制御端末２１２に対して、次の第３フレームＦ３の送信帯１０３にて制御データを送信する（Ｓ１６）。これにより、制御データを受信した第１制御端末２１２は、制御データに従って照明器具３をオンオフ制御する。

上述したように、基本システムでは、ポーリング・セレクティング方式のプロトコル（第１プロトコル）に従い、伝送ユニット１を介して第１端末（第１監視端末２１１、第１制御端末２１２）２１同士が通信を行うこととなる。

ところで、本実施形態に係る通信システムでは、第２端末２２は、上記基本システムと通信線１０を共用しつつ、伝送信号に重畳される重畳信号を用いて通信を行う。本実施形態においては、伝送ユニット１は重畳信号を用いた第２プロトコルの通信を行う重畳通信部１６（図１参照）を備えているので、第２端末２２同士だけでなく、伝送ユニット１と第２端末２２との間でも第２プロトコルの通信が可能である。

第２端末２２は、第１端末２１と同様、センサ等からの監視入力を監視する第２監視端末２２１と、負荷（ここでは照明器具３）の制御を行う第２制御端末２２２との２種類に分類される。ここで、第２端末２２は予め個別に割り当てられた自己のアドレスを、各々のメモリ（図示せず）に記憶している。ただし、第１端末２１と第２端末２２とでは設定可能なアドレス領域が区別されている。以下では、通信システム全体として「１」〜「１２８」のアドレスが使用可能であって、そのうち「１」〜「６４」までが第１端末２１のアドレス領域、「６５」〜「１２８」が第２端末２２のアドレス領域として割り当てられている場合を想定して説明する。

なお、第２端末２２に関しては、１台の第２端末２２に複数台のセンサや負荷が接続されている場合、第２端末２２に固有のアドレスが割り当てられるのではなく、センサあるいは負荷ごとに固有のアドレスが割り当てられている。つまり、たとえば４台の負荷が接続された第２制御端末２２２には、「６５」、「６６」、「６７」、「６８」というように合計４つのアドレスが割り当てられることになる。

第２端末２２は、図１に示すように、重畳信号を用いた通信を行う（端末側）重畳通信部２３と、少なくとも伝送信号を受信可能な（端末側）伝送通信部２４と、インタフェース部２５と、（端末側）制御部２６とを備えている。インタフェース部２５には、後述するセンサ機器や照明器具３が接続される。制御部２６は、重畳通信部２３、伝送通信部２４、インタフェース部２５の動作を制御する。本実施形態では、第２端末２２は、マイコン（マイクロコンピュータ）を主構成とし、メモリ（図示せず）に記憶されたプログラムを実行することにより、各部の機能を実現する。

ここにおいて、重畳信号は、伝送信号に比べて、周波数が十分に高い信号であって（伝送信号の）１フレーム当たりに伝送可能なデータ量が十分に多い。そのため、第２プロトコルによる通信は、第１プロトコルによる通信に比べて通信速度を高速化でき、たとえばアナログ量のように比較的データ量の多い情報の伝送に適している。

そこで、第２監視端末２２１は、図１に示すように、画像センサ（図示せず）や電力計測ユニット９１（図２参照）などのセンサ機器９が接続され、比較的データ量の多い監視データの通信に用いられる。第２制御端末２２２は、照明器具３の単純なオンオフ制御ではなく、たとえば調光制御や調色制御のように、比較的データ量の多い制御データの通信に用いられる。つまり、第２制御端末２２２は、調光制御や調色制御が可能な照明器具３に接続され、重畳信号を用いて送信される制御データに従って照明器具３の制御を行う。

本実施形態の第２端末２２は、伝送通信部２４により、第１端末２１と同様に伝送ユニット１との間で伝送信号を用いて双方向に通信可能に構成されている。つまり、第２端末２２は、重畳信号を用いた通信だけでなく、第１端末２１と同様に返送要求部１２からの返送要求データに応答して、返送データを伝送信号により伝送ユニット１に送信することも可能である。第２監視端末２２１は、たとえば照度センサからなるセンサ機器９に接続されている場合、センサ機器９の計測値（照度）の送信には重畳信号を用い、計測値が所定の閾値以上か否かなど、比較的データ量の少ない監視データの送信には伝送信号を用いる。

ただし、監視データを生成するのはセンサ機器９であって、第２監視端末２２１は、センサ機器９から入力された監視データを変換し通信線１０上に送信するアダプタとして機能する。同様に、制御データを生成するのは伝送ユニット１であって、第２制御端末２２２は、通信線１０から受信した制御データを照明器具３の規格に合わせて変換し、照明器具３に出力するアダプタとして機能する。なお、第２制御端末２２２に接続される照明器具３の規格の一例としては、ＤＡＬＩ（DigitalAddressable Lighting Interface）などがある。

また、第２端末２２および伝送ユニット１は、基本システムで用いられる伝送信号を監視し、伝送信号のデータ伝送状況（以下、「ステート」という）を解析する機能を有している。ここでは、第２端末２２は伝送通信部２４にて伝送信号を監視し、伝送ユニット１は伝送通信部１１にて伝送信号を監視する。第２端末２２および重畳通信部１６は、ステートが重畳信号の重畳に適した状況にあるか否かを判断し、伝送に適していると判断されたタイミングで、伝送信号に重畳信号を重畳する。

本実施形態においては、第２端末２２および重畳通信部１６は、伝送信号のうち返信帯１０４（図３参照）を重畳可能帯として、重畳信号の重畳に用いている。つまり、返信帯１０４は、重畳信号が重畳されても第１プロトコルの通信に影響がなく、重畳信号も伝送信号の影響を受けにくい。さらに、返信帯１０４は、予備割込帯１０１や予備帯１０２や休止帯１０７に比べて、伝送信号がハイレベルあるいはローレベルに安定している時間が長く、伝送信号の１フレームに占める割合が大きいので、重畳信号の重畳に適している。

その他の領域（送信帯１０３と割込帯１０５と短絡検出帯１０６）は、伝送信号がハイレベルあるいはローレベルに安定している時間が相対的に短く、重畳信号が重畳されると第１プロトコルの通信に影響を与えやすい。また上記他の領域に重畳信号が重畳されると、重畳信号も伝送ユニット１と第１端末２１との間で授受される信号（割込信号や送信データ）の影響を受けやすい。そのため、本実施形態では、返信帯１０４以外の領域は、重畳信号の重畳には使用されない領域（以下、「重畳不可帯」という）とする。

なお、伝送信号の立ち上がりおよび立ち下がりの期間も、高調波ノイズの影響や信号の電圧反転に伴う過渡応答の影響などにより、重畳信号を重畳するのに適していない。したがって、伝送信号は、返信帯１０４の中でも、領域の切り替わり（立ち上がり）後の所定時間（たとえば３００μｓ）については、重畳不可帯となる。

第２端末２２および重畳通信部１６は、伝送信号のステートの解析結果に基づいて重畳可能帯か重畳不可帯かの判断を行い、重畳可能帯と判断されたときに限って重畳信号を送出するように構成されている。第２端末２２および重畳通信部１６は、このように伝送信号に同期して伝送信号の重畳可能帯にのみ重畳信号を重畳させることにより、共通の通信線１０を使用する第１プロトコルの通信と第２プロトコルの通信との干渉を回避する。

ここで、第２端末２２および重畳通信部１６は、伝送するデータのデータ量が多く一度の重畳可能帯（返信帯１０４）内で送信しきれなかった場合には、当該重畳可能帯の終了に合わせて通信を中断し、次回の重畳可能帯に残りのデータを送信する。つまり、第２端末２２および重畳通信部１６は、受信した重畳信号が分割送信されていた場合には結合して１つのデータにし、重畳信号の送信時には重畳可能帯に重畳できる長さにデータを分割する。

なお、第２端末２２への電源供給は、第１端末２１と同様に伝送ユニット１から通信線１０を介して伝送される伝送信号を整流し安定化することによって供給される方式（集中給電方式）によって為される。ただし、この構成に限らず、第２端末２２への電源供給は、商用電源を整流し安定化することによって供給される方式（ローカル給電方式）で為されてもよい。

ところで、本実施形態の通信システムでは、第１端末２１と第２端末２２とは、通信線１０を共有しているだけでなく、伝送ユニット１を介してデータの授受が可能に構成されている。具体的には、伝送ユニット１の記憶部１２内の制御テーブルにおいて、第２監視端末２２１のアドレス（センサ固有のアドレス）と第１制御端末２１２のアドレス（リレー固有のアドレス）とが対応付けられている。これにより、伝送ユニット１は、第２監視端末２２１で生じた監視入力に従って、第１制御端末２１２に接続された負荷（照明器具３）を制御することが可能になる。なお、制御テーブルでは、第１監視端末２１１のアドレスと第２制御端末２２２のアドレスとも対応付けられている。

ただし、以下では、制御テーブルにて第２監視端末２２１のアドレスと第２制御端末２２２のアドレスとが対応付けられ、第２監視端末２２１で生じた監視入力に従って、第２制御端末２２２に接続された負荷（照明器具３）を制御する場合を例に説明する。

ここにおいて、伝送ユニット１は、第２監視端末２２１から重畳信号によりデータ（重畳返送データ）を取得するために、重畳要求部１７にて第２監視端末２２１に対して重畳要求データを送信し、重畳通信部１６にて重畳返送データを受信する。本実施形態では、伝送ユニット１は、第２監視端末２２１に接続されたセンサ機器（画像センサや電力計測ユニット９１など）９の出力データを、定期的（たとえば５分ごと）に重畳返送データとして第２監視端末２２１から取得する。ここでいう重畳返送データは、監視入力となるセンサ機器９の出力データ（画像、電力情報、温度、湿度、ＣＯ_２量、人の存否など）の他、送信元である第２監視端末２２１のアドレス情報、データ長を示すレングス情報、時間情報、位置情報などを含む。

すなわち、重畳要求部１７は、重畳返送データを要求するための重畳要求データを第２監視端末２２１に対して定期的に送信する。重畳要求部１７は、重畳要求データを伝送通信部１１経由で伝送信号を用いて送信する。具体的には、返送要求部１２から送信される返送要求データは重畳返信フラグを含んでおり、重畳要求部１７は、重畳返送データを要求する際に重畳返信フラグをオンする。つまり、返送要求データと重畳要求データとは基本的なデータ形式は共通であって、重畳返信フラグがオフであれば返送要求データ、重畳返信フラグがオンであれば重畳要求データとなるように、重畳返信フラグによって区別される。

このように重畳返信フラグにて返送要求データと重畳要求データとが区別されていることにより、第２監視端末２２１は、重畳返信フラグのオンオフに応じて、重畳返送データ（重畳信号）と返送データ（伝送信号）とのどちらを送信するかを判断する。なお、伝送信号を用いて返送データを送信する機能が第２端末２２になく、第２監視端末２２１が重畳返送データの送信にのみ対応している場合には、重畳要求部１７は、第２監視端末２２１のアドレスからなるアドレスデータを重畳要求データとして用いればよい。

第２監視端末２２１は、伝送ユニット１からの伝送信号による重畳要求データを、伝送通信部２４にて受信する。第２監視端末２２１は、重畳要求データを受信すると、これに応答して、重畳返送データを重畳通信部２３経由で重畳信号を用いて伝送ユニット１に送信する。

重畳通信部１６は、第２監視端末２２１から送信された重畳信号による重畳返送データを重畳可能帯（返信帯１０４）にて受信する。要するに、伝送ユニット１は、第２監視端末２２１が重畳要求データに応答して伝送信号の返信帯１０４で重畳信号を用いて送信する重畳返送データを、重畳通信部１６にて受信する。その結果、伝送ユニット１は、第２監視端末２２１に接続されたセンサ機器９の出力データ（監視入力）を、重畳返送データとして定期的に取得できる。

また、伝送ユニット１は、第２監視端末２２１から取得した重畳返送データに基づいて、第２制御端末２２２に対して制御データを送信し、第２制御端末２２２に接続された負荷（照明器具３）を制御する。第２監視端末２２１と第２制御端末２２２との対応関係は、基本的には制御テーブル上で設定されるが、これに限らず、重畳返送データ内に制御対象となる負荷（照明器具３）のアドレスが含まれていてもよい。さらに、重畳返送データ内に、たとえば調光制御や調色制御などに関する具体的な制御内容が含まれていてもよい。

ここにおいて、伝送ユニット１は、第２制御端末２２２へ制御データを送信する際には、伝送信号の返信帯１０４に重畳される重畳信号を用いるので、返信帯１０４にて第１端末２１からの返送データと制御データ（重畳信号）との干渉を回避する必要がある。そこで、本実施形態の通信システムは、伝送ユニット１が、伝送信号の送信帯１０３において、次の返信帯１０４を重畳信号の重畳用に確保するための確保データを送信する帯域確保部１８を有している。

帯域確保部１８は、特定の重畳返送データまたは返送データをトリガにし、伝送信号の送信帯１０３に同期して確保データを伝送通信部１１から送信する。ここでいう確保データは、次の返信帯１０４での返送データの送信を禁止することにより次の返信帯１０４を重畳信号の重畳用に確保するデータであって、たとえば特定の意味を持たない空パケットからなるダミーデータである。つまり、第１端末２１は、送信帯１０３に自己のアドレス（あるいは上位ビット）が含まれている場合にのみ返送データを送信するので、確保データが送信された送信帯１０３の次の返信帯１０４には、いずれの第１端末２１も返送データを送信しない。したがって、帯域確保部１８から確保データが送信された送信帯１０３の次の返信帯１０４は、第１端末２１から返送データが送信されることなく、重畳信号の重畳用に確保されることになる。

また、帯域確保部１８が確保データを送信するためのトリガとしては、第２端末２２からの重畳返送データまたは第１端末２１からの返送データのうち、第２端末２２宛ての制御データに対応付けられたデータが用いられる。本実施形態では、帯域確保部１８は制御テーブル上で第２制御端末２２２と対応付けられた重畳返送データまたは返送データをトリガにして、確保データを送信する。

言い換えれば、伝送ユニット１は、重畳返送データまたは返送データに基づいて、制御データの送信先となる端末が第１端末２１か第２端末２２かを判断し、第２端末２２であれば次の送信帯１０３にて帯域確保部１８から確保データを送信する。要するに、伝送ユニット１は、重畳返送データまたは返送データが、制御テーブル上で第２端末２２のアドレス領域（「６５」〜「１２８」）に対応している場合に、この重畳返送データまたは返送データをトリガとして次の送信帯１０３にて確保データを送信する。これにより、伝送ユニット１は、第２制御端末２２２に制御データを送信するための返信帯１０４を確保することができる。

重畳通信部１６は、確保データによって確保された返信帯１０４、つまり確保データが送信された送信帯１０３の次の返信帯１０４に、第２制御端末２２２に対して重畳信号にて制御データを送信する。したがって、この返信帯１０４においては、第１端末２１からの返送データと重畳信号とが干渉することなく、伝送ユニット１から第２制御端末２２２へ制御データを送信することが可能になる。

以下に、図１の通信システムにおいて、第２監視端末２２１で生じた監視入力に従って、第２制御端末２２２に接続された照明器具３を制御する場合の動作について、図５および図６を参照して説明する。

伝送ユニット１は、伝送信号の第１フレームＦ１の送信帯１０３にて第２監視端末２２１に対して重畳要求部１７から重畳要求データを送信する（図５および図６のＳ２１）。第２監視端末２２１は、自己のアドレスを含む重畳要求データを受信すると、これに応答して、第１フレームＦ１の返信帯１０４にて、センサ機器９からの監視入力に対応した監視データを重畳返送データとして重畳信号で伝送ユニット１に送信する（Ｓ２２）。

伝送ユニット１は、重畳通信部１６にて監視データからなる重畳返送データを受信すると、この監視データに制御テーブル上で対応付けられているのが第１制御端末２１２か第２制御端末２２２かを判断する。このとき第２制御端末２２２に対応付けられていると判断すると、伝送ユニット１は、次の第２フレームＦ２の送信帯１０３において、帯域確保部１８から確保データを送信する（Ｓ２３）。

これにより、確保データが送信された送信帯１０３の次の返信帯１０４は、重畳信号の重畳用に確保され、伝送ユニット１は、この（第２フレームＦ２の）返信帯１０４に重畳信号を用いて第２制御端末２２２に対して、制御データを送信する（Ｓ２４）。制御データを受信した第２制御端末２２２は、制御データに従って照明器具３を調光制御、調色制御する。

以上説明した通信システムによれば、伝送ユニット１が重畳要求データを送信する重畳要求部１７と、第２端末２２から重畳信号により重畳返送データを受信する重畳通信部１６とを備えているので、伝送ユニット１にて比較的データ量の多い情報を取得可能となる。すなわち、本実施形態の通信システムでは、第２監視端末２２１は重畳信号を用いて監視データを伝送ユニット１に送信できるので、伝送ユニット１の伝送信号の通信速度を確保しながら、センサ機器９の計測値などの比較的データ量の多い監視データを送信できる。したがって、この通信システムによれば、伝送ユニット１が比較的データ量の多い情報に基づいて機器を制御できるような、フレキシブルなシステムへの応用が可能である。

また、伝送ユニット１は、第２監視端末２２１に対して伝送信号の送信帯１０３で重畳要求データを送信し、返信帯１０４で重畳返送データを受信するので、重畳要求データの送信と重畳返送データの受信とを同一フレーム内で行うことができる。そのため、伝送ユニット１は、第２監視端末２２１からの重畳返送データの取得に要する時間を短縮することができる。

しかも、本実施形態では、伝送ユニット１は、特定の重畳返送データまたは返送データをトリガにして、次の返信帯１０４を重畳信号の重畳用に確保するための確保データを送信する帯域確保部１８を備えている。そのため、重畳通信部１６は、返信帯１０４にて第１端末２１から伝送ユニット１に送信される返送データと重畳信号との干渉を回避しつつ、第２制御端末２２２に対して制御データ（重畳信号）を送信することができる。

ところで、第２端末２２は、伝送通信部２４にて伝送信号を用いた通信も可能であるから、第１端末２１と同様に割込信号を発生することによって、自発的に伝送ユニット１との通信を開始することも可能である。たとえば、第２監視端末２２１に接続されたセンサ機器９が照度センサであって、ブラインドの開閉などにより計測値（照度）が急激に変化して所定の閾値以下あるいは閾値以上になった場合には、照明器具３を早急に制御することが望ましい。そこで、このような場合、第２監視端末２２１は、定期的に送信される重畳要求データを待つことなく、割込信号を発生することにより自発的に重畳返送データを伝送ユニット１に送信する。

以下、図１の通信システムにおいて、第２監視端末２２１で割込信号が発生した場合の動作について、図７および図８を参照して説明する。ただし、図７および図８の「Ｓ３４」〜「Ｓ３７」の動作は、図５および図６の「Ｓ２１」〜「Ｓ２４」と同じであるから、ここでは説明を省略する。

伝送ユニット１は、伝送信号の第１フレームＦ１の割込帯１０５にて第２監視端末２２１で発生した割込信号を検出すると（図７および図８のＳ３１）、伝送信号の送信帯１０３に含まれるモードデータを通常モードから割込ポーリングモードに切り替える。割込ポーリングモードにおいては、伝送ユニット１は、返送要求部１２にて、アドレスの上位ビットからなる返送要求データを伝送信号の送信帯１０３で送信し（Ｓ３２）、アドレス（上位ビット）をサイクリックに変化させながらアドレスサーチを行う。割込信号を発生した第２監視端末２２１は、返送要求データ中のアドレス（上位ビット）が自己のアドレスの上位ビットに一致していれば、第１フレームＦ１の返信帯１０４にて自己のアドレスの下位ビットを返送データとして伝送ユニット１に送信する（Ｓ３３）。これにより伝送ユニット１は、第１フレームＦ１において割込信号を発生した第２監視端末２２１のアドレスを、返送データとして返送受信部１３にて受信することになる。

伝送ユニット１は、割込信号を発生した第２監視端末２２１のアドレスを取得すると、次の第２フレームＦ２の送信帯１０３にて、そのアドレスを指定して第２監視端末２２１に対して重畳要求部１７から重畳要求データを送信する（Ｓ３４）。なお、割込信号の発生後、伝送ユニット１が第２監視端末２２１のアドレスを取得するまでの第２監視端末２２１と伝送ユニット１との通信は、全て伝送信号を用いて行われる。

この構成によれば、第２監視端末２２１は、伝送ユニット１からのポーリング（定期的に送信される重畳要求データ）を待つことなく、自発的に重畳返送データを伝送ユニット１に対して送信することができる。したがって、この通信システムによれば、第２監視端末２２１に接続されたセンサ機器９で何らかのイベントが発生してから、このイベントに関連して負荷（照明器具３）が制御されるまでの応答が速くなるという利点がある。

また、本実施形態では、第２監視端末２２１は、伝送信号の送信帯１０３で伝送ユニット１から重畳要求データを受信すると、その直後の（同一フレームの）返信帯１０４にて重畳返送データを伝送ユニット１に送信しているが、この構成に限らない。すなわち、第２監視端末２２１は、重畳要求データを受信した送信帯１０３の直後の返信帯１０４に重畳返送データを送信するのではなく、その次の（次フレームの）返信帯１０４にて重畳データを送信してもよい。

図９は、第１フレームＦ１の送信帯１０３で伝送ユニット１から重畳要求データが送信され（図９のＳ４１）、次の第２フレームＦ２の返信帯１０４で第２監視端末２２１から重畳返送データが送信される（Ｓ４３）例を示している。ただし、この場合、返信帯１０４にて第１端末２１から伝送ユニット１に送信される返送データと、第２監視端末２２１から伝送ユニット１に送信される重畳返送データとの干渉を回避する必要がある。

そこで、帯域確保部１８は、特定の重畳返送データまたは返送データだけでなく、重畳要求部１７からの重畳要求データをトリガにして確保データを伝送通信部１１から送信するように構成される。つまり、帯域確保部１８は、第１フレームＦ１の送信帯１０３で送信された重畳要求データをトリガにして、第２フレームＦ２の送信帯１０３で確保データを送信する（Ｓ４２）。

これにより、伝送ユニット１は、第２フレームＦ２において、第２監視端末２２１から重畳返送データを受信するための返信帯１０４を確保することができる。そのため、重畳通信部１６は、返信帯１０４にて第１端末２１から伝送ユニット１に送信される返送データと、第２監視端末２２１から伝送ユニット１に送信される重畳返送データとの干渉を回避しつつ、重畳返送データを受信することができる。

さらにまた、上述したように第２端末２２は、伝送するデータのデータ量が多く１回の返信帯１０４で送信しきれなかった場合、次回の返信帯１０４に残りのデータを送信する。そこで、帯域確保部１８は、第２監視端末２２１から受信する重畳返送データのデータ量が多いほど返信帯１０４が長く確保されるように、重畳返送データのデータ量に応じて確保データの送信回数を可変とする。つまり、帯域確保部１８は、第２監視端末２２１からの重畳返送データの受信に要する回数分の返信帯１０４を全て重畳信号の重畳用に確保するように、１ないし複数回の範囲で確保データの送信回数を決定する。なお、帯域確保部１８は、たとえば重畳返送データに含まれているレングス情報によって、重畳返送データのデータ量を判断する。

たとえば１回の返信帯１０４で送信可能なデータ量であれば、帯域確保部１８は確保データの送信回数を１回とし、２回の返信帯１０４で送信可能なデータ量であれば、帯域確保部１８は確保データの送信回数を２回にする。これにより、１回の返信帯１０４で送信しきれない場合でも、重畳通信部１６は、返信帯１０４にて第１端末２１から伝送ユニット１に送信される返送データと、第２監視端末２２１から伝送ユニット１に送信される重畳返送データとの干渉を回避することができる。

（実施形態２）
本実施形態の通信システムは、重畳要求部１７が重畳要求データの送信に伝送信号ではなく重畳信号を用いる点で実施形態１の通信システムと相違する。以下、実施形態１と同様の構成については共通の符号を付して適宜説明を省略する。

本実施形態では、重畳要求部１７は、第２端末（第２監視端末２２１）２２に対し、伝送信号の返信帯１０４において重畳通信部１６経由で重畳信号によって重畳要求データを送信する。重畳信号は上述したように（伝送信号の）１フレーム当たりに伝送可能なデータ量が伝送信号に比べて多いため、本実施形態の構成によれば、重畳要求データとして送信可能なデータ量の上限が大きくなる。

そこで、重畳要求部１７は、第２監視端末２２１からの重畳返送データの内容を細かく指定するデータを、重畳要求データとして第２監視端末２２１に送信することができる。具体的には、重畳要求データは、第２監視端末２２１のアドレスからなるアドレスデータの他、時間情報（何時から何時までのデータか）、位置情報（何処で得られたデータか）などを細かく指定する情報を含んでいる。

また、本実施形態では、返信帯１０４にて第１端末２１から伝送ユニット１に送信される返送データと、伝送ユニット１から第２監視端末２２１に送信される重畳要求データとの干渉を回避する必要がある。そこで、帯域確保部１８は、重畳要求部１７が重畳要求データを送信する返信帯１０４の直前の（同一フレームの）送信帯１０３にも、確保データを伝送通信部１１から送信するように構成されている。

さらに、本実施形態では、重畳要求データは返信帯１０４に送信され、重畳返送データは次の返信帯１０４にて送信されるので、返信帯１０４にて第１端末２１から伝送ユニット１に送信される返送データと重畳返送データとの干渉を回避する必要がある。そこで、帯域確保部１８は、図９の例と同様に、重畳要求部１７からの重畳要求データをトリガにして確保データを伝送通信部１１から送信するように構成される。

以下に、本実施形態の通信システムにおいて、第２監視端末２２１で生じた監視入力に従って、第２制御端末２２２に接続された照明器具３を制御する場合の動作について、図１０および図１１を参照して説明する。

伝送ユニット１は、第１フレームＦ１の送信帯１０３において、帯域確保部１８から確保データを送信する（図１０および図１１のＳ５１）。これにより、確保データが送信された送信帯１０３の次の（第１フレームＦ１の）返信帯１０４は、重畳信号の重畳用に確保され、伝送ユニット１は、この返信帯１０４に重畳信号を用いて第２監視端末２２１に対して、重畳要求データを送信する（Ｓ５２）。

さらに、伝送ユニット１は、第１フレームＦ１の返信帯１０４で送信された重畳要求データをトリガにして、第２フレームＦ２の送信帯１０３において、帯域確保部１８から確保データを送信する（Ｓ５３）。第２フレームＦ２の返信帯１０４においては、自己のアドレスを含む重畳要求データを受信した第２監視端末２２１が、これに応答して、センサ機器９からの監視入力に対応した監視データを重畳返送データとして重畳信号で伝送ユニット１に送信する（Ｓ５４）。

伝送ユニット１は、重畳通信部１６にて監視データからなる重畳返送データを受信すると、この監視データに制御テーブル上で対応付けられているのが第１制御端末２１２か第２制御端末２２２かを判断する。このとき第２制御端末２２２に対応付けられていると判断すると、伝送ユニット１は、次の第３フレームＦ３の送信帯１０３において、帯域確保部１８から確保データを送信する（Ｓ５５）。

これにより、確保データが送信された送信帯１０３の次の返信帯１０４は、重畳信号の重畳用に確保され、伝送ユニット１は、この（第３フレームＦ３の）返信帯１０４に重畳信号を用いて第２制御端末２２２に対して、制御データを送信する（Ｓ５６）。制御データを受信した第２制御端末２２２は、制御データに従って照明器具３を調光制御、調色制御する。

次に、他の例として、第２監視端末２２１で割込信号が発生した場合の動作について、図１２および図１３を参照して説明する。ただし、図１２および図１３の「Ｓ６６」〜「Ｓ６９」の動作は、図１０および図１１の「Ｓ５３」〜「Ｓ５６」と同じであるから、ここでは説明を省略する。

伝送ユニット１は、伝送信号の第１フレームＦ１の割込帯１０５にて第２監視端末２２１で発生した割込信号を検出すると（図１２および図１３のＳ６１）、伝送信号の送信帯１０３に含まれるモードデータを通常モードから割込ポーリングモードに切り替える。割込ポーリングモードにおいては、伝送ユニット１は、返送要求部１２にて、アドレスの上位ビットからなる返送要求データを伝送信号の送信帯１０３で送信し（Ｓ６２）、アドレス（上位ビット）をサイクリックに変化させながらアドレスサーチを行う。割込信号を発生した第２監視端末２２１は、返送要求データ中のアドレス（上位ビット）が自己のアドレスの上位ビットに一致していれば、第１フレームＦ１の返信帯１０４にて自己のアドレスの下位ビットを返送データとして伝送ユニット１に送信する（Ｓ６３）。これにより伝送ユニット１は、第１フレームＦ１において割込信号を発生した第２監視端末２２１のアドレスを、返送データとして返送受信部１３にて受信することになる。

伝送ユニット１は、割込信号を発生した第２監視端末２２１のアドレスを取得すると、次の第２フレームＦ２の送信帯１０３にて、帯域確保部１８から確保データを送信する（Ｓ６４）。さらに伝送ユニット１は、重畳信号の重畳用に確保された第２フレームＦ２の返信帯１０４において、「Ｓ６３」で取得したアドレスを指定して重畳要求部１７から第２監視端末２２１へ重畳要求データを送信する（Ｓ６５）。なお、割込信号の発生後、伝送ユニット１が第２監視端末２２１のアドレスを取得するまでの第２監視端末２２１と伝送ユニット１との通信は、全て伝送信号を用いて行われる。

以上説明した構成の通信システムによれば、重畳要求部１７が重畳信号によって重畳要求データを送信するので、重畳要求データとして第２端末２２に送信可能なデータ量の上限が大きくなる。そのため、伝送ユニット１は、必要な重畳返送データの内容を、重畳要求データにて比較的細かく指定することができる。

また、本実施形態の第２監視端末２２１は重畳要求部１７が重畳要求データを送信した返信帯１０４の次フレームの返信帯１０４にて重畳返送データを送信しているが、これに限らず、重畳要求データと同フレームの返信帯１０４に重畳返送データを送信してもよい。すなわち、重畳要求データのデータ量が比較的少ない場合などで、返信帯１０４の一部のみで重畳要求データの送信が完了する場合には、第２監視端末２２１は、同返信帯１０４の残り時間を利用して重畳返送データを送信してもよい。

この場合、１回の返信帯１０４のみで、伝送ユニット１から第２監視端末２２１への重畳要求データの送信と、第２監視端末２２１から伝送ユニット１への重畳返送データの送信との両方を完了できる。そのため、伝送ユニット１が第２監視端末２２１から重畳返送データを取得するのに要する時間を短縮できるという利点がある。なお、この場合、帯域確保部１８は重畳要求データを送信した返信帯１０４の次の送信帯１０３に確保データを再度送信する必要がない。

その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

ところで、上記各実施形態では、第２監視端末２２１で生じた監視入力に従って、第２制御端末２２２に接続された負荷（照明器具３）を制御する際の通信システムの動作を例示したが、負荷の制御までは通信システムとして必須の構成ではない。すなわち、たとえばセンサ機器９の監視入力を収集するだけのシステムに適用する場合、伝送ユニット１は、第２監視端末２２１から重畳返送データを取得できる構成であればよく、制御データを送信することは必須でない。

また、上記各実施形態においては、重畳通信部１６が伝送ユニット１に内蔵される構成を例示したが、これに限らず、重畳通信部は、伝送ユニット１と別体に設けられ、伝送ユニット１と接続されていてもよい。

１ 伝送ユニット
９ センサ機器
１０ 通信線
１１ 伝送通信部
１６ 重畳通信部
１７ 重畳要求部
１８ 帯域確保部
２４ （端末側）伝送通信部
１０３ 送信帯
１０４ 返信帯
２１１（２１） 第１監視端末（第１端末）
２１２（２１） 第１制御端末（第１端末）
２２１（２２） 第２監視端末（第２端末）
２２２（２２） 第２制御端末（第２端末）

Claims (6)

1. 通信線に伝送信号を繰り返し送出する伝送ユニットと、前記伝送信号を用いて通信する第１端末と、前記伝送信号に重畳される重畳信号を用いて通信する第２端末とが前記通信線に接続された通信システムであって、
   前記伝送信号は、１フレームごとに時間軸方向において、前記第１端末にデータを伝送するための送信帯と、前記第１端末からの返送データを受信するためのタイムスロットである返信帯とを含む複数の領域に分割された時分割方式の信号からなり、
   前記伝送ユニットは、
   前記第２端末に対して重畳要求データを送信する重畳要求部と、
   前記第２端末が前記重畳要求データに応答して前記返信帯で前記重畳信号により送信する重畳返送データを受信する重畳通信部と
   を備えることを特徴とする通信システム。
2. 前記重畳要求部は、前記送信帯で前記第２端末に対して前記伝送信号により前記重畳要求データを送信し、
   前記第２端末は、前記伝送信号により送信される前記重畳要求データを受信する端末側伝送通信部を有することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記重畳要求部は、前記返信帯で前記第２端末に対して前記重畳信号により前記重畳要求データを送信することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
4. 前記重畳通信部は、前記重畳要求部が前記重畳要求データを送信した前記返信帯の次の前記返信帯で、前記第２端末からの前記重畳返送データを受信することを特徴とする請求項３に記載の通信システム。
5. 前記伝送ユニットは、前記重畳要求データをトリガにして、前記送信帯において次の前記返信帯での前記返送データの送信を禁止することにより当該返信帯を前記重畳信号の重畳用に確保する確保データを前記伝送信号により送信する帯域確保部をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の通信システム。
6. 伝送信号を用いて通信する第１端末と、前記伝送信号に重畳される重畳信号を用いて通信する第２端末とが通信線に接続された通信システムに用いられ、
   １フレームごとに時間軸方向において、前記第１端末にデータを伝送するための送信帯と、前記第１端末からの返送データを受信するためのタイムスロットである返信帯とを含む複数の領域に分割された時分割方式の信号からなる前記伝送信号を前記通信線に繰り返し送出する伝送通信部と、
   前記第２端末に対して重畳要求データを送信する重畳要求部と、
   前記第２端末が前記重畳要求データに応答して前記返信帯で前記重畳信号により送信する重畳返送データを受信する重畳通信部と
   を備えることを特徴とする伝送ユニット。
   

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