JP6531410B2 - 通信システム - Google Patents

Description

本発明は、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する発電装置を有しその電気的エネルギーを電源として利用して無線信号を送信する送信機と、この送信機により送信された無線信号を受信する受信機と、を有する通信システムに関する。

送信機に発電装置を設けた通信システムが、例えば特許文献１などで開示されている。

この種の通信システムにおいては、発電装置によって回生した電気的エネルギーは供給量が低いので、［１］蓄電装置などにためられた量しかない、または、［２］時間当たりにおいて有限であり、ＡＣ電源や電池に比べ、使用できる量が限られるといった制約がある。

特開２０１３−１２６１６１号公報

ところで、上述したように送信機に発電装置を設けた通信システムにおいては、使用可能な電力が非常に限られているので、従来の無線通信において通信の信頼性、伝達性を向上させるために用いられている、双方向通信によるキャリアセンスによる相互通信チャンネルの切り替えやＡＣＫ未達に伴う再送信など、通信の調停を行うことができず、片方向のブロードキャスト方式を用いて、あらかじめ決められたチャンネルで固定的に通信が行われる。

このため、無線機器の設置時などには他無線機器等で使用されておらず、良好な通信が行えたチャネルであっても、設置後に発生する事象（携帯電話の持ち込み、他通信機器の設置）により当該チャンネルが占有される時間が増加するに従い、通信が阻害され、未達となる危険性が十分高い。このため、一部の機器では設定チャンネルの多重送信などで到達確率を上げる工夫がみられるが、当該チャンネルを高い占有率で通信を行う機器などが近傍にいれば、到達確率の改善効果が確実にあるとは言えない。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、常に良好なチャンネルで通信が可能となるべく、且つ、限られたエネルギーで通信が可能な方式であり、従来のような複雑なキャリアセンス等の手続きをしなくても通信の信頼性を挙げることができる、通信システムを提供する。

本発明の通信システムの一つの態様は、
機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する発電部を有し、前記発電部によって得た電気的エネルギーを電源として利用して無線送信を行う送信機と、前記送信機によって送信された無線信号を受信する受信機と、を有する通信システムであって、
前記送信機は、
１回の送信動作において、同一の送信データを、少なくとも２つ以上のチャンネルで定めた順番に定められた間隔を以て、順次送信し、
前記受信機から送信チャンネル順位を示す情報を受け取って記憶し、
現在の送信チャネル順位を前記受信機に通知し、
初期設定順位または前記受信機から受け取った前記送信チャネル順位に基づいて、送信するチャネルの順位を切り替えながら、定められた間隔を以て、前記同一データの送信と、前記受信機からの前記送信チャンネル順位を示す情報の受信とを時分割多重で行い、
前記受信機は、
受信チャンネル番号および順位を記憶し、
前記送信機から通知された送信チャンネル番号および前記送信チャネル順位を受信および記憶し、
前記送信機に前記送信チャネル順位を示す情報を送信し、
受信チャンネルが正規受信であったかエラー受信であったかを評価し、
各チャンネルの受信品質を評価し、
設定チャンネルでエラー受信した場合、予め設定した順位に従い受信チャンネルを切り替え、且つ、各チャンネルを評価した結果から次回送信の送信チャネル順位を前記送信機に通知する。

本発明の通信システムの一つの態様は、
機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する発電部を有し、前記発電部によって得た電気的エネルギーを電源として利用して無線送信を行う送信機と、前記送信機によって送信された無線信号を受信する受信機と、を有する片方向の通信システムであって、
前記送信機は、
１回の送信動作において、同一の送信データを、少なくとも２つ以上のチャンネルで定めた順番に定められた間隔を以て、順次送信し、
前記受信機は、
前記送信機の送信チャンネル番号および送信チャネル順位を記憶し、
受信チャンネルが正規受信であったかエラー受信であったかを評価し、
受信チャンネルをビジーと判断した場合、予め設定された順位に従い受信チャンネルを切り替える。

本発明の通信システムの一つの態様は、
機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する発電部を有し、前記発電部によって得た電気的エネルギーを電源として利用して無線送信を行う送信機と、前記送信機によって送信された無線信号を受信する受信機と、を有する片方向の通信システムであって、
前記送信機は、
１回の送信動作において、同一の送信データを、少なくとも２つ以上のチャンネルで定めた順番に定められた間隔を以て、順次送信し、
前記受信機は、
前記送信機と同一のチャンネル番号を記憶し、
受信チャネルの品質を評価し、
受信チャネルの品質が所定値以下になった場合に受信チャンネルを切り替える。

本発明の通信システムの一つの態様は、
機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する発電部を有し、前記発電部によって得た電気的エネルギーを電源として利用して無線送信を行う送信機と、前記送信機によって送信された無線信号を受信する受信機と、を有する片方向の通信システムであって、
前記送信機は、
１回の送信動作において、同一の送信データを、少なくとも２つ以上のチャンネルで定めた順番に定められた間隔を以て、順次送信し、
前記受信機は、
前記送信機の送信チャンネル番号および送信チャネル順位を記憶し、
タイマーにより、送信間隔に同期して受信チャンネルを切り替え、
定められたシーケンスに従い受信チャンネルを切り替えて、前記送信機から送信された多重送信のデータを異なるチャンネルで複数回受信する。

本発明によれば、常に良好なチャンネルで通信が可能となり、且つ、限られたエネルギーで通信が可能となり、従来のような複雑なキャリアセンス等の手続きをしなくても通信の信頼性を挙げることができる、通信システムを実現できる。

実施の形態の通信システムの概略構成を示す図 通信制御方法１の原理を示す図であり、図２Ａは送信機の動作原理を示す図、図２Ｂは受信機の動作原理を示す図 通信制御方法１における、送信機の送信処理フローを示すフローチャート 通信制御方法１における、受信機の受信処理フローを示すフローチャート 受信開始割込サブルーチンの処理フローを示すフローチャート 通信制御方法２の原理を示す図であり、図６Ａは送信機の初回送信動作の原理を示す図、図６Ｂは受信機の動作原理を示す図、図６Ｃは送信機の初回送信動作の原理を示す図 通信制御方法２における、送信機の送信処理フローを示すフローチャート 通信制御方法２における、受信機の受信処理フローを示すフローチャート 受信開始割込サブルーチンの処理フローを示すフローチャート タイマー割込サブルーチンの処理フローを示すフローチャート 通信制御方法３の原理を示す図であり、図１１Ａは送信機の送信動作の原理を示す図、図１１Ｂは受信機の受信動作の原理を示す図 通信制御方法３における、受信機の受信処理フローを示すフローチャート 受信開始割込サブルーチンの処理フローを示すフローチャート タイマー割込サブルーチンの処理フローを示すフローチャート 通信制御方法４における、受信機の受信処理フローを示すフローチャート 受信開始割込サブルーチンの処理フローを示すフローチャート タイマー割込サブルーチンの処理フローを示すフローチャート

限られたエネルギー量では、送信側が複数のチャンネルの中から良好なチャンネルをセンスし、送受信機で相互に通信チャンネルを調停することができない。そこで、本実施の形態では、送信機は受信機との調停なしに、予め設定した複数のチャンネルで同一データを非同期、且つ、逐次多重で送信する。受信機は十分な電力を生かし、受信状態を検知し、チャンネルがビジーであれば、別チャンネルで受信できるようチャンネルを切り替える方法を提案する。

また、本実施の形態では、受信機は十分な電力を生かし、受信状態の検知と評価を行い、最も良い状態の受信チャンネルで受信すると共に、最小の電力（ＡＣＫ返信）で送信機に第１チャンネル（マスターチャネル）の切り替えを指示し、伝達確率を常に最上とする方法を提案する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

＜構成＞
図１は、実施の形態の通信システムの概略構成を示す図である。本実施の形態の通信システムは、発電部１４を有する１つの送信機１０から、１つ以上の受信機２０に送信データを片方向通信する通信システムである。通信システムの通信方式は、ＩＥＥＥ８０２．１４．５に基づくＺｉｇＢｅｅ無線方式、または、ＩＥＥＥ８０２．１４．５に基づくＺｉｇＢｅｅ Ｇｒｅｅｎ Ｐｏｗｅｒ無線方式などである。

送信機１０は、ベースバンド処理部１１によって符号化や送信フレーム構成等のベースバンド処理を行い、無線送信部１２で増幅やアップコンバート等の無線処理を行い、これにより得た無線信号をアンテナから送信する。ベースバンド処理部１１及び無線送信部１２の動作は、送信制御部１３によって制御される。また、送信機１０は、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する発電部１４及び蓄電部１５を有し、発電部１４によって得た電気エネルギーを蓄電部１５に蓄える。蓄電部１５の電気エネルギーは、送信機１０全体を動作させるためのエネルギーとして供給される。

受信機２０は、アンテナで受信した信号に対して、無線受信部２１によって増幅やダウンコンバート等の無線処理を行い、ベースバンド復調部２２によって復号等の復調処理を行う。無線受信部２１及びベースバンド復調部２２の動作は、受信制御部２３によって制御される。

本実施の形態では、送信機１０と受信機２０との間の通信を、以下に説明する通信制御方法１〜４のいずれかのように制御することにより、低消費電力で正規通信確率を向上させることができるようになっている。

因みに、発電部１４は、コイルと永久磁石と、人の操作など外部からの機械的エネルギー入力をばねなど弾性体の変形による弾性エネルギーとして蓄積する蓄積器と、所定の変位入力により蓄積器の弾性エネルギーを開放する機構とを有し、解放されたエネルギーにより前記コイルと永久磁石の相対変位が変化し、コイルを通過する磁束密度の変化により電磁誘導で発電するような構成を採用することができる。

また、発電部１４は、磁歪材料で構成され、軸方向に磁力線を通過させる少なくとも１つの磁歪棒と、この磁歪棒に応力を付与する機能を有する梁部材と、磁力線が軸方向に通過するように配置され、その密度の変化に基づいて電圧が発生するコイルとを有し、人の操作など外部からの機械的エネルギー入力を、前記磁歪棒の一端に対して他端を、その軸方向とほぼ垂直な方向に変位させて弾性エネルギーとして前記梁部材と磁歪材に蓄積し、所定の変位入力により、前記他端の強制変位を開放し、蓄積された弾性エネルギーにより前記磁歪棒を伸縮させることにより、前記磁力線の密度を変化させて前記コイルに電圧を発生するような構成を採用することができる。

なお、本実施の形態の説明で用いる以下の用語は以下の意味をもつ。
Master チャネル（Ｍ−ｃｈ） ： 送信機１０が最初に送信するチャネル。また、受信機２０が待機するチャンネル。
Sub チャネル（Ｓ−ｃｈ） ： 送信機１０がＭ−ｃｈ送信後にチャネルを切り替えて順次送信するチャンネル。また、受信機２０が一時的に受信チャンネルを切り替えて退避するチャンネル。複数設定可能（Ｓ１−ｃｈ、Ｓ２−ｃｈ）。
ＳＦＤ（Start Frame Ditect） ： データ受信の開始を検知したことを知らせる受信フレーム。
ＳＦＤ＿ＩＮＴ ： ＳＦＤ受信時に発生するハードウェア割り込み。
ＬＥＮ ： ＳＦＤの次に受信するフレーム、受信データ長。
ＳＲＣ ： ＦＣＦ＋ＳＥＱ＋ＤＥＳ＋Ｓｏｕｒｃｅ ＰＡＮ ＩＤ（宛先アドレス、送信元アドレス）。

＜通信制御方法１＞
図２は、通信制御方法１の原理を示す図である。図２Ａは送信機１０の動作原理を示し、図２Ｂは受信機２０の動作原理を示す。

通信制御方法１では、送信機１０は、図２Ａに示すように、１回の送信動作（１回のブロードキャスト送信を意味する）において、同一の送信データを、少なくとも２つ以上のチャンネルで定めた順番に定められた間隔を以て、順次送信する、多重送信を行う。図２Ａの例では、３つのチャネルを多重してブロードキャスト送信するようになっている。

受信機２０は、図２Ｂに示すように、受信チャネルを順次所定の順番で復調していく。ここで、受信機２０は、送信機１０の送信チャンネル番号、及び、受信復調する順位を予め記憶するようになっており、記憶した順番でチャネルを順次受信復調していく。また、受信機２０は、受信復調したチャネルが正規受信であったかエラー受信であったかを評価し、エラー受信であると評価した場合には、予め記憶している順位で受信チャネルを即座に切り替える。図２Ｂの例は、１番目の受信チャネルにおいては他の受信機２０がこの受信チャネルを占有しているため（つまりビジー状態であるため）エラー受信となり、２番目の受信チャネルにおいては周辺電波環境が悪いためエラー受信となり、３番目の受信チャネルにおいて正規受信を行うことができた例である。このようにすることで、何れかのチャンネルで正規受信を行うまでの時間を短縮できると共に、正規通信確率を向上させることができる。

なお、正規受信であるかエラー受信であるかの評価は、下記の１）〜４）のうちいずれかに該当する場合にはエラー受信と判断し、いずれにも該当しない場合には正規受信であると判断する。

１）ＬＥＮが規定の長さではない。
２）宛先アドレス、送信元アドレスが所定の設定値またはリストに該当しない。
３）受信データのＣＲＣ（チェックサム）がＴｒｕｅ（ＯＫ）ではない。
４）受信データのプロトコル、データ範囲、フォーマットが所定の範囲にない。

図３は、通信制御方法１における、送信機１０の送信処理フローを示す。

送信機１０は、ステップＳ１０で送信処理を開始する。この送信処理は、タイマーや、蓄電部１５の電圧上昇、蓄電部１５の電圧検知、センサー信号、外部信号、スイッチ等をトリガーとして開始される。

送信機１０は、ステップＳ１１で初期設定を行う。具体的には、送信データの準備と、送信チャネルの順位設定と、送信回数設定とを行う。ステップＳ１２では今回送信するチャネルを設定し、ステップＳ１３ではそのチャネルを送信する。ステップＳ１４では送信カウンタの送信カウント値をインクリメントし、ステップＳ１５では送信回数（送信カウント値）が設定回数よりも大きくなったか否か判断する。ステップＳ１５で肯定結果を得た場合にはステップＳ１７に移って送信処理を終了し、ステップＳ１５で否定結果を得た場合にはステップＳ１６で所定時間待機した後にステップＳ１２に移る。このように、送信機１０は、ステップＳ１２−Ｓ１３−Ｓ１４−Ｓ１５−Ｓ１６−Ｓ１２を繰り返すことで、図２Ａに示したように、１回の送信動作（１回のブロードキャスト送信を意味する）において、同一の送信データを、少なくとも２つ以上のチャンネルで定めた順番に定められた間隔を以て順次送信する、多重送信を行う。

換言すれば、送信機１０は、予め決められた初期設定に従い、Ｍ−ｃｈ、Ｓ−ｃｈを定め、順次送信を最低２回行う。ここで、各送信パケットの送信間隔は、少なくとも（受信機が受信チャンネルの切り替えに要する時間＋正規フレーム長）以上とする。

図４は、通信制御方法１における、受信機２０の受信処理フローを示す。

受信機２０は、ステップＳ２０で受信処理を開始すると、ステップＳ２１で初期設定を行う。具体的には、受信チャネルの順位を取得し設定する。受信機２０は、ステップＳ２２で受信チャネルを設定し、ステップＳ２３で受信部（つまり無線受信部２１及びベースバンド復調部２２）をＯＮにし、ステップＳ２４で受信開始割込をＯＮし、ステップＳ２５で受信処理を終了する。

図５は、受信開始割込サブルーチンの処理フローを示す。受信機２０は、図４のステップＳ２４で受信開始割込をＯＮにすると、図４の受信開始割込サブルーチンＳ３０を開始し、ステップＳ３１でタイマー割込をＯＦＦにし、続くステップＳ３２で受信制御部２３が正規受信か否かを評価する。具体的には、上述した１）〜４）の項目を評価する。

そして、ステップＳ３３でエラー受信であるか否かを判断する。具体的には、受信制御部２３が１）〜４）の項目のうちいずれかに該当する場合にはエラー受信であると判断し（ステップＳ３３；ＹＥＳ）、いずれにも該当しない場合には正常受信であると判断する（ステップＳ３３；ＮＯ）。

ステップＳ３３で正常受信と判断した場合には、ステップＳ３４に移って、受信を完了して復調データを格納する。続くステップＳ３５では現在のチャネルを順位１のチャネルとして設定し、ステップＳ３６でメインルーチン（図４）に戻る。

これに対して、ステップＳ３３でエラー受信と判断した場合には、ステップＳ３７に移って、設定チャネルが最終順位か判断する。設定チャネルが最終順位でない場合には、ステップＳ３８に移って、設定順位に従って受信チャネルを変更し、ステップＳ３９に移ってタイマー割込をＯＮにし、ステップＳ３６でメインルーチン（図４）に戻る。設定チャネルが最終順位の場合には、ステップＳ３７からステップＳ４０に移り、受信チャネルを順位１のチャネルに設定し、ステップＳ４１でタイマー割込をＯＦＦにし、ステップＳ３６でメインルーチン（図４）に戻る。

以上説明したように、通信制御方法１によれば、送信機１０は、１回の送信動作において、同一の送信データを、少なくとも２つ以上のチャンネルで定めた順番に定められた間隔を以て、順次送信し、受信機２０は、送信機１０の送信チャンネル番号および送信チャネル順位を記憶し、受信チャンネルが正規受信であったかエラー受信であったかを評価し、受信チャンネルをビジーと判断した場合、予め設定された順位に従い受信チャンネルを切り替える。

これにより、何れかのチャンネルで正規受信を行うまでの時間を短縮できると共に、正規通信確率を向上させることができる。

また、送信機１０は、２つ以上のチャンネルで定めた順番を少なくとも２回繰り返し送信するとよい。

また、送信機１０の多重送信におけるフレームとフレームの間隔（周期）を、受信機２０がチャンネルを切り替えるのに要する時間＋正規フレーム受信に必要な時間＋受信フレーム評価時間以上とするとよい。

また、受信機２０は、何らかのパケットを受信し、受信割込（スタートオブフレーム）を認知したことをトリガーとし、受信フレームに含まれる情報を逐次評価し、複数段階でエラー受信を評価してもよい。

また、受信機２０がエラー受信により受信チャンネルを設定次チャンネルへ切り替えた後、そのチャンネルを少なくとも（設定チャンネル数＋１）×正規フレーム時間＋設定チャンネル数×送信間隔＋マージンとし、この時間を過ぎても受信割り込みが発生しない場合、受信チャンネルを初期チャンネルへ復帰させるとよい。または、次々チャンネル以降が設定されている場合はそのチャンネルへの切り替えを行い、以降最終設定チャンネルで受信割り込みが無ければ、同様に初期チャンネルに復帰するとよい。

＜通信制御方法２＞
図６は、通信制御方法２の原理を示す図である。図６Ａは送信機１０の初回送信動作の原理を示し、図６Ｂは受信機２０の動作原理を示し、図６Ｃは送信機１０の初回送信動作の原理を示す。

通信制御方法２では、送信機１０は、図６Ａに示すように、上述した通信制御方法１と同様に、１回の送信動作（１回のブロードキャスト送信を意味する）において、同一の送信データを、少なくとも２つ以上のチャンネルで定めた順番に定められた間隔を以て、順次送信する、多重送信を行う。図６Ａの例では、３つのチャネルを多重してブロードキャスト送信するようになっている。各送信フレームにはデータと送信側ＰＨＹ情報（Ｍ−ｃｈ、Ｓ−ｃｈの設定と順位）が含まれる。

これに加えて、通信制御方法２では、送信機１０は、各送信フレームを送信後、受信機２０からのＡＣＫを受信するようになっている。各送信フレームの送信間隔は少なくともＲＸからＡＣＫが受信できる時間以上とし、本実施の形態ではＩＥＥＥ８０２．１５．４に定める時間とする。各送信フレームを送信後、送信機１０は受信機２０からのＡＣＫを受け取るため、次の送信時間までは受信状態となる。

受信機２０は、図６Ｂに示すように、上述した通信制御方法１と同様に、受信チャネルを順次所定の順番で復調していく。ここで、受信機２０は、送信機１０の送信チャンネル番号、及び、受信復調する順位を記憶するようになっており、記憶した順番でチャネルを順次受信復調していく。また、受信機２０は、受信復調したチャネルが正規受信であったかエラー受信であったかを評価し、エラー受信であると評価した場合には、予め記憶している順位で受信チャネルを即座に切り替える。図６Ｂの例は、１番目の受信チャネルにおいては他の受信機２０がこの受信チャネルを占有しているため（つまりビジー状態であるため）エラー受信となり、２番目の受信チャネルにおいては周辺電波環境が悪いためエラー受信となり、３番目の受信チャネルにおいて正規受信を行うことができた例である。ここまでは、上述した通信制御方法１と同様である。

これに加えて、通信制御方法２では、受信機２０は、各チャンネルの受信品質を評価し、正規受信が完了したときに、その該当チャネル（つまり正規受信したチャネル）で送信機１０にＡＣＫを返信することで、送信機１０のＭ−ｃｈを切り替えるようになっている。

この結果、図６Ｃに示すように、送信機１０は、次回送信時には、ＡＣＫの返信されたチャネルの送信順位を上げて送信を行う。また、受信機２０は、ＡＣＫを返信したチャネルを最初に受信する受信チャネルに設定して次回受信を待機する。つまり、送信機１０は正規受信される可能性が高いチャネルの送信順位を上げ、受信機２０はそれと同じ順位でチャネル受信を待機する。これにより、通信制御方法１よりも、正規受信するために要する処理時間を短縮でき、より低消費電力の通信を実現することができる。

図７は、通信制御方法２における、送信機１０の送信処理フローを示す。

送信機１０は、ステップＳ５０で送信処理を開始する。この送信処理は、タイマーや、蓄電部１５の電圧上昇、蓄電部１５の電圧検知、センサー信号、外部信号、スイッチ等をトリガーとして開始される。

送信機１０は、ステップＳ５１で初期設定を行う。具体的には、送信データの準備と、送信チャネルの順位設定と、送信回数設定とを行う。ステップＳ５２では今回送信するチャネルを設定し、ステップＳ５３ではそのチャネルを送信する。このとき、データに加えて、送信側ＰＨＹ情報（Ｍ−ｃｈ、Ｓ−ｃｈの設定と順位の情報）も送信する。続くステップＳ５４では受信部をオンし（なお図１の構成では送信機１０は受信部を有しない構成となっているが、通信制御方法２を実現するためには送信機１０が受信部を有する構成とする必要がある）、ステップＳ５５で受信機２０からのＡＣＫを受信する。

ステップＳ５６では、ＡＣＫ受信がタイマーアウトか判断し、タイマーアウトでないと判断した場合には、ステップＳ５７に移ってＡＣＫを受信したチャネルを記憶し、ステップＳ５８でＡＣＫを受信したチャネルに従って送信順位を変更し、変更した送信順位を記憶する。そして、ステップＳ５９で送信処理を終了する。

これに対して、ステップＳ５６でＡＣＫ受信がタイマーアウトであると判断した場合には、ステップＳ６０に移って送信カウンタの送信カウント値をインクリメントし、ステップＳ６１で送信回数（送信カウント値）が設定回数よりも大きくなったか否か判断する。ステップＳ６１で肯定結果を得た場合にはステップＳ５９に移って送信処理を終了し、ステップＳ６１で否定結果を得た場合にはステップＳ６２で所定時間待機した後にステップＳ５２に移る。このように、送信機１０は、ステップＳ５２−Ｓ５３−Ｓ５４−Ｓ５５−Ｓ５６−Ｓ６０−Ｓ６１−Ｓ６２−Ｓ５２を繰り返すことで、図６Ａに示したように、１回の送信動作（１回のブロードキャスト送信を意味する）において、同一の送信データを、少なくとも２つ以上のチャンネルで定めた順番に定められた間隔を以て順次送信する、多重送信と、ＡＣＫの受信動作と、を行う。

また、送信機１０は、ＡＣＫが返信されたチャンネルを次回送信のＭ−ｃｈとし、その切り替え動作を通知するためにＰＨＹ情報を更新する。

図８は、通信制御方法２における、受信機２０の受信処理フローを示す。

受信機２０は、ステップＳ７０で受信処理を開始すると、ステップＳ７１で初期設定を行う。具体的には、受信チャネルの順位を取得し設定する。受信機２０は、ステップＳ７２で受信チャネルを設定し、ステップＳ７３で受信部をＯＮにすると共に受信開始割込をＯＮにし、ステップＳ７４でタイマー割込をＯＮにし、ステップＳ７５で受信処理を終了する。

図９は、受信開始割込サブルーチンの処理フローを示す。受信機２０は、図８のステップＳ７３で受信開始割込をＯＮにすると、図９の受信開始割込サブルーチンＳ８０を開始し、ステップＳ８１で受信制御部２３が正規受信か否かを評価する。具体的には、上述した１）〜４）の項目を評価する。

そして、ステップＳ８２でエラー受信であるか否かを判断する。ステップＳ８２で正常受信と判断した場合には、ステップＳ８３に移ってデータ受信を完了して復調データを格納する。

続くステップＳ８４では現ＰＨＹ情報と現受信チャネルを比較し、ステップＳ８４で現ＰＨＹ情報と現受信チャネルが同じでないと判断した場合には、ステップＳ８６に移って現受信チャネルでＡＣＫを返信する。これに対して、現ＰＨＹ情報と現受信チャネルが同じと判断した場合には、ステップＳ８７に移ってメインルーチン（図８）に戻る。

また、ステップＳ８２でエラー受信と判断した場合には、ステップＳ８８に移って、設定順位に従って受信チャネルを次の受信チャネルに変更する。そして、続くステップＳ８９でチャネル順位を再決定した後、ステップＳ８７でメインルーチン（図８）に戻る。

図１０は、タイマー割込サブルーチンの処理フローを示す。受信機２０は、図８のステップＳ７４でタイマー割込をＯＮにすると、図１０のタイマー割込サブルーチンＳ９０を開始し、ステップＳ９１でＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）を測定し、ステップＳ９２で測定したＲＳＳＩに基づいて受信チャネル品質を評価して評価結果を保存し、ステップＳ９３でチャネル切り替えを決定してチャネル順位を決定し、ステップＳ９４でメインルーチン（図８）に戻る。

なお、受信チャネルの品質を評価する指標としては、正規受信時のＲＳＳＩ、エラー受信時のＳＦＤフレームのＲＳＳＩ、各チャンネルのエラー発生頻度や履歴、各チャンネルの待機状態でのＲＳＳＩなどを用いることができる。正規受信時のＲＳＳＩは、送信機１０と受信機２０の距離、障害物の有無などに応じた値となり、このＲＳＳＩが大きいほど受信品質は良い。エラー受信時のＳＦＤフレームのＲＳＳＩは、他の機器が受信機２０に与える影響に応じた値となり、このＲＳＳＩが大きいほど受信品質は悪い。各チャンネルの待機状態でのＲＳＳＩは、受信機周辺のノイズに応じた値となり、このＲＳＳＩが大きいほど受信品質は悪い。

以上説明したように、通信制御方法２によれば、送信機１０は、１回の送信動作において、同一の送信データを、少なくとも２つ以上のチャンネルで定めた順番に定められた間隔を以て、順次送信し、受信機２０から送信チャンネル順位を示す情報を受け取って記憶し、現在の送信チャネル順位を受信機に通知し、初期設定順位または受信機２０から受け取った送信チャネル順位に基づいて、送信するチャネルの順位を切り替えながら、定められた間隔を以て、同一データの送信と、受信機２０からの送信チャンネル順位を示す情報の受信とを時分割多重で行う。

一方、受信機２０は、受信チャンネル番号および順位を記憶し、送信機１０から通知された送信チャンネル番号および送信チャネル順位を受信および記憶し、送信機１０に送信チャネル順位を示す情報を送信し、受信チャンネルが正規受信であったかエラー受信であったかを評価し、各チャンネルの受信品質を評価し、設定チャンネルでエラー受信した場合、予め設定した順位に従い受信チャンネルを切り替え、且つ、各チャンネルを評価した結果から次回送信の送信チャネル順位を送信機に通知する。

これにより、何れかのチャンネルで正規受信を行うまでの時間を短縮できると共に、正規通信確率を向上させることができる。

また、送信機１０は、２つ以上のチャンネルで定めた順番を少なくとも２回繰り返し送受信するとよい。

また、送信機１０は、定められたチャンネル順位で送信後の受信状態を一定時間維持し、その間に受信機２０からの受信完了通知を受信することで、当該チャンネルを次回送信時の第一送信チャンネルとして記憶し、送信チャンネル順位の変更をするとよい。

また、受信機２０は、下記に列挙の評価項目の何れか、または組み合わせを評価することで、各チャンネルの受信品質を評価し、正規受信を完了後、そのチャンネルで受信完了を返信することで、送信機１０の次回第一送信チャンネルの指示をするとよい。
・当該チャンネルにおける正規受信完了
・正規受信時のＲＳＳＩ（受信感度）
・エラー受信時のＳＦＤフレームのＲＳＳＩ（受信感度）
・各チャンネルのエラー発生頻度、履歴

また、送信機１０の多重送受信におけるフレームとフレームの間隔（周期）を、受信機２０がチャンネルを切り替えるのに要する時間＋正規フレーム受信に必要な時間＋受信フレーム評価時間、若しくは受信機２０からの受信完了通知以上とするとよい。

また、受信機２０がエラー受信により受信チャンネルを設定次チャンネルへ切り替えた後、そのチャンネルを少なくとも（設定チャンネル数＋１）×正規フレーム時間＋設定チャンネル数×送信間隔＋マージンとし、この時間を過ぎても受信割り込みが発生しない場合、受信チャンネルを初期チャンネルへ復帰させるとよい。または、次々チャンネル以降が設定されている場合はそのチャンネルへの切り替えを行い、以降最終設定チャンネルで受信割り込みが無ければ、同様に初期チャンネルに復帰するとよい。

また、受信機２０は、何らかのパケットを受信し、受信割込（スタートオブフレーム）を認知したことをトリガーとし、受信フレームに含まれる情報を逐次評価し、数段階でエラー受信を評価してもよい。

＜通信制御方法３＞
図１１は、通信制御方法３の原理を示す図である。図１１Ａは送信機１０の送信動作の原理を示し、図１１Ｂは受信機２０の受信動作の原理を示す。

通信制御方法３では、送信機１０は、図１１Ａに示すように、上述した通信制御方法１と同様に、１回の送信動作（１回のブロードキャスト送信を意味する）において、同一の送信データを、少なくとも２つ以上のチャンネルで定めた順番に定められた間隔を以て、順次送信する、多重送信を行う。図１１Ａの例では、３つのチャネルを多重してブロードキャスト送信するようになっている。

受信機２０は、図１１Ｂに示すように、上述した通信制御方法１と同様に、受信チャネルを順次所定の順番で復調していく。ここで、受信チャネルの品質が所定値以下になるまではその受信チャネルで受信し続け、受信チャネルの品質が所定値以下になったときに次の受信チャネルに切り替えるようになっている。

この通信制御方法３における送信機１０の送信処理フローは、上述した通信制御方法１における送信機１０の送信処理フロー（図３）と同じである。

図１２は、通信制御方法３における、受信機２０の受信処理フローを示す。

受信機２０は、ステップＳ１００で受信処理を開始すると、ステップＳ１０１で初期設定を行う。具体的には、受信チャネルの順位を取得し設定する。受信機２０は、ステップＳ１０２で受信チャネルを設定し、ステップＳ１０３で受信部をＯＮにすると共に受信開始割込をＯＮにし、ステップＳ１０４でタイマー割込をＯＮにし、ステップＳ１０５で受信処理を終了する。

図１３は、受信開始割込サブルーチンの処理フローを示す。受信機２０は、図１２のステップＳ１０３で受信開始割込をＯＮにすると、図１３の受信開始割込サブルーチンＳ１１０を開始し、ステップＳ１１１でＲＳＳＩを取得（測定）しそれを記憶する。続くステップＳ１１２で受信制御部２３が正規受信か否かを評価する。具体的には、上述した１）〜４）の項目を評価する。

そして、ステップＳ１１３でエラー受信であるか否かを判断する。ステップＳ１１３で正常受信と判断した場合には、ステップＳ１１４に移ってデータ受信を完了して復調データを格納する。続くステップＳ１１５では正規受信チャネルの品質を評価し評価結果を保存し、ステップＳ１１６でメインルーチン（図１２）に戻る。

また、ステップＳ１１３でエラー受信と判断した場合には、ステップＳ１１７に移って、受信チャネルの品質を評価し評価結果を保存する。続くステップＳ１１８では、チャネル切り替えを決定し、チャネル順位を決定する。続くステップＳ１１９では、チャネル切り替えが正しいか判断し、正しくない場合にはステップＳ１１６に移り、正しい場合にはステップＳ１２０で受信チャネルを次チャネルに変更した後、ステップＳ１１６に移る。

図１４は、タイマー割込サブルーチンの処理フローを示す。受信機２０は、図１２のステップＳ１０４でタイマー割込をＯＮにすると、図１４のタイマー割込サブルーチンＳ１３０を開始し、ステップＳ１３１でＲＳＳＩを測定し記憶する。ステップＳ１３２では、ステップＳ１３１で測定したＲＳＳＩに基づいて受信チャネル品質を評価して評価結果を保存し、ステップＳ１３３では、チャネル切り替えを決定してチャネル順位を決定する。続くステップＳ１３４では、チャネル切り替えが正しいか判断し、正しくない場合にはステップＳ１３５に移ってメインルーチン（図１２）に戻る。正しい場合にはステップＳ１３６で受信チャネルを次チャネルに変更した後、ステップＳ１３５に移る。

このように、通信制御方法３を行う受信機２０は、ＳＦＤ割り込み、タイマー割込みにより環境ノイズ、受信強度を検知し、チャネル品質の評価により受信チャネルの切り替えが必要と判断した場合には、すみやかに受信チャンネルを評価に従いＳ−ｃｈ以降へ切り替えるようになっている。

以上説明したように、通信制御方法３によれば、送信機１０は、１回の送信動作において、同一の送信データを、少なくとも２つ以上のチャンネルで定めた順番に定められた間隔を以て、順次送信し、受信機２０は、送信機１０と同一のチャンネル番号を記憶し、受信チャネルの品質を評価し、受信チャネルの品質が所定値以下になった場合に受信チャンネルを切り替える。

これにより、何れかのチャンネルで正規受信を行うまでの時間を短縮できると共に、正規通信確率を向上させることができる。

また、受信機２０は、設定中のチャンネルにおいて受信した信号電力を測定し、これを受信強度（ＲＳＳＩ）として記憶し、送信機１０からのデータ受信時のＲＳＳＩと待機時の雑音信号のＲＳＳＩを比較し、差分があらかじめ定めた値以下になった場合にチャンネルを切り替える動作を行うとよい。

また、受信機２０は、ＲＳＳＩを永続的に記憶し、設定中のチャンネルにおける現在の伝達確率と過去に使用した他のチャンネルの伝達確率履歴を比較し、事前にチャンネル切り替え後の効果を予測し、切り替えるか否か、どのチャンネルへ切り替えるかを判断してもよい。

また、受信機２０は、ＲＳＳＩとその検知した時刻歴を対にして永続的に複数個記憶し、設定チャンネルおよび過去に使用した他のチャンネルのＲＳＳＩを移動平均法や最近隣法、指数平滑法などの予測手法を単独または組み合わせて用い、チャンネルへ切り替えの判断を行うようにしてもよい。

また、送信機１０がデータを逐次送信する多重送信において、多重送信回数を少なくとも３回とし、１チャンネル分のデータ送信に要する時間をｔＴ、多重化送信する送信間隔をｔＤ、受信機２０がチャンネルを切り替える最小間隔をｔＥとしたときに、ｔＥをｔＤ＋２＊ｔＴ以上とすることで、送受信チャンネルが相互に入れ違い、受信機会を失うことを防ぐことができる。

また、多重送信回数を少なくとも４回とし、偶数回と奇数回の送信チャンネルを同一とすることで、少なくとも１回の受信期間で該当チャンネルの受信機会を発生させることができる。

＜通信制御方法４＞
通信制御方法４は、上述した通信制御方法１のように現受信チャネルがビジーなので待っていても意味がないと言う判断はしない。通信制御方法４は、何がしかの受信を受けたらチャネルを切り替え、複数チャネルにおいて正規受信をできるようにすることで、正規受信する確率を向上させる。

送信機１０の送信手順は、通信制御方法１と同様である。

受信機２０は、以下の処理を行う。
・予め決められた初期設定に従い、Ｍ−ｃｈを受信チャンネルに設定する。
・ＳＦＤ割り込みにより何がしかの受信を検知し、エラー受信か否かに関わらず、受信チャネルは一定時間維持する。
・次送信タイミングまで待って、受信チャネルを切り替える。
・Ｓ−ｃｈ及びＳ−ｃｈ以降においても所定時間を待機し、自動的にチャネルを切り替える。
・Ｓ−ｃｈ及び、Ｓ−ｃｈ以降で待機する時間は、（設定ｃｈ数＋１）×フレーム時間＋設定ｃｈ数×送信間隔＋マージンとする。
・最終チャンネルまで切り替えた後は、Ｍ−ＣＨに戻り、待機する。

図１５は、通信制御方法４における、受信機２０の受信処理フローを示す。

受信機２０は、ステップＳ１４０で受信処理を開始すると、ステップＳ１４１で初期設定を行う。具体的には、受信チャネルの順位を取得し設定する。受信機２０は、ステップＳ１４２で受信チャネルを設定し、ステップＳ１４３で受信部をＯＮにすると共に受信開始割込をＯＮにし、ステップＳ１４４で受信処理を終了する。

図１６は、受信開始割込サブルーチンの処理フローを示す。受信機２０は、図１５のステップＳ１４３で受信開始割込をＯＮにすると、図１６の受信開始割込サブルーチンＳ１５０を開始し、ステップＳ１５１でタイマー割込をＯＮにし、続くステップＳ１５２で受信制御部２３が正規受信か否かを評価する。具体的には、上述した１）〜４）の項目を評価する。

そして、ステップＳ１５３でエラー受信であるか否かを判断する。具体的には、受信制御部２３が１）〜４）の項目のうちいずれかに該当する場合にはエラー受信であると判断し（ステップＳ１５３；ＹＥＳ）、いずれにも該当しない場合には正常受信であると判断する（ステップＳ１５３；ＮＯ）。

ステップＳ１５３で正常受信と判断した場合には、ステップＳ１５４に移って、受信を完了して復調データを格納する。ステップＳ１５５ではタイマー割込をＯＦＦにし、ステップＳ１５６では現在のチャネルを順位１のチャネルとして設定し、ステップＳ１５７でメインルーチン（図１５）に戻る。

これに対して、ステップＳ１５３でエラー受信と判断した場合には、ステップＳ１５７に移ってメインルーチン（図１５）に戻る。

図１７は、タイマー割込サブルーチンの処理フローを示す。受信機２０は、図１６のステップＳ１５１でタイマー割込をＯＮにすると、図１７のタイマー割込サブルーチンＳ１６０を開始し、ステップＳ１６１で設定チャネルが最終順位か判断し、最終順位でなければ、ステップＳ１６２に移って設定順位に従い受信チャネルを変更し、ステップＳ１６３でタイマー割込をＯＮにした後、ステップＳ１６４でリターンする。これに対して、ステップＳ１６１で設定チャネルが最終順位であると判断した場合には、ステップＳ１６５に移って設定チャネルを順位１のチャネルに設定し、ステップＳ１６６でタイマー割込をＯＦＦにした後、ステップＳ１６４でリターンする。

以上説明したように、通信制御方法４によれば、送信機１０は、１回の送信動作において、同一の送信データを、少なくとも２つ以上のチャンネルで定めた順番に定められた間隔を以て、順次送信し、受信機２０は、送信機１０の送信チャンネル番号および送信チャネル順位を記憶し、タイマーにより、送信間隔に同期して受信チャンネルを切り替え、定められたシーケンスに従い受信チャンネルを切り替えて、送信機１０から送信された多重送信のデータを異なるチャンネルで複数回受信する。

これにより、正規受信を行うまでの時間を短縮できると共に、正規通信確率を向上させることができる。

また、受信機２０は、設定中のチャンネルにおいて受信した信号電力を測定し、これを受信強度（ＲＳＳＩ）としてあらかじめ設定された数値と比較し、受信機２０は何らかの電波を受信し、その受信時のＲＳＳＩが設定値以上であることをチャンネル切り替えシーケンスのトリガーとしてもよい。

上述の実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することの無い範囲で、様々な形で実施することができる。

本発明は、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する発電部を有し、この発電部によって得た電気的エネルギーを電源として利用して無線送信を行う送信機と、送信機によって送信された無線信号を受信する受信機と、を有する通信システムに好適である。

１０ 送信機
１１ ベースバンド処理部
１２ 無線送信部
１３ 送信制御部
１４ 発電部
１５ 蓄電部
２０ 受信機
２１ 無線受信部
２２ ベースバンド復調部
２３ 受信制御部

Claims (1)

1. 機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する発電部を有し、前記発電部によって得た電気的エネルギーを電源として利用して無線送信を行う送信機と、前記送信機によって送信された無線信号を受信する受信機と、を有する通信システムであって、
   前記送信機は、
   １回の送信動作において、同一の送信データを、少なくとも２つ以上のチャンネルで定めた順番に定められた間隔を以て、順次送信し、
   前記受信機から送信チャンネル順位を示す情報を受け取って記憶し、
   現在の送信チャネル順位を前記受信機に通知し、
   初期設定順位または前記受信機から受け取った前記送信チャネル順位に基づいて、送信するチャネルの順位を切り替えながら、定められた間隔を以て、前記同一データの送信と、前記受信機からの前記送信チャンネル順位を示す情報の受信とを時分割多重で行い、
   前記受信機は、
   受信チャンネル番号および順位を記憶し、
   前記送信機から通知された送信チャンネル番号および前記送信チャネル順位を受信および記憶し、
   前記送信機に前記送信チャネル順位を示す情報を送信し、
   受信チャンネルが正規受信であったかエラー受信であったかを評価し、
   各チャンネルの受信品質を評価し、
   設定チャンネルでエラー受信した場合、予め設定した順位に従い受信チャンネルを切り替え、且つ、各チャンネルを評価した結果から次回送信の送信チャネル順位を前記送信機に通知する、
   通信システム。

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