JP7293770B2 - 無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置に関する。

近年、ＩｏＴ（Internet Of Things：モノのインターネット）やＡＩ（Artificial Intelligence：人工知能）といった技術が注目されている。ＩｏＴは、ありとあらゆるモノ（センサ、機器・装置等のハードウェア端末全般）をインターネットに接続し、モノから得られるデータを用いてモノの状態を把握したり、モノを操作したりする技術である。ＡＩは、一般的には、人間の知的行動をソフトウェアによって人工的に再現した技術であり、例えば人間が用いる自然言語の理解、論理的な推論等を行う技術である。

近年、このようなＩｏＴやＡＩを用いて、工場やプラント等に設置された設備の異常の兆候を捉えて設備の故障を未然に防止するシステムを構築する取り組みが行われている。具体的に、このシステムは、対象となる設備に多数の無線センサを設置するとともに、無線センサから無線信号で送信される各種のデータを収集するサーバ装置を設け、サーバ装置に蓄積されたデータを解析して上述した異常の兆候を捉えるシステムである。

このようなシステムにおいて、上述した無線センサによる無線通信は、無線局免許を必要としない周波数帯（アンライセンスバンド）を用いて行われる場合が多い。また、上述の無線センサは、電源を確保することが困難な場所に設置されることもあるため、電池駆動が要求される。このような電池駆動型の無線センサは、電池寿命を延ばすために低消費電力であることが要求される。尚、以下の特許文献１には、キャリアセンス方式を用いて複数の通信システムの競合状態を制御する無線通信デバイスにおける電力消費量の増加を抑制する従来技術の一例が開示されている。

特許第６２８８２６８号公報

ところで、上述した異常の兆候を捉えるシステムで使用される無線通信装置は、低頻度（例えば、数時間～１日に１回程度の頻度）で無線通信が行われるのが殆どである。この無線通信装置は、例えば上述した異常の兆候が捉えられた場合に、より詳細なデータを測定するために、一時的に高頻度（例えば、数分～数時間に１回程度の頻度）でデータ送信を行うように設定が変更される場合がある。このような通信頻度が変更される無線通信装置において、電池寿命を延ばすためには、無線通信が低頻度で行われる場合の不要な電力の消費を抑えるとともに、無線通信が高頻度で行われる場合の不要な電力の消費を抑える必要がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、通信頻度に拘わらず従来よりも電力消費を抑えることができる無線通信装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様による無線通信装置（１０）は、無線局免許を必要としない周波数帯を用いて無線通信を行う第１無線通信部（１３）と、データの送信に使用するチャネルの空き状況の事前確認を行ってから前記第１無線通信部にデータを送信させる第１動作モードと、前記事前確認を行うことなく前記第１無線通信部にデータを送信させる第２動作モードとの切り替え制御を行う制御部（１５）と、を備える。

また、本発明の一態様による無線通信装置は、前記制御部が、データ送信周期、通信データレート、及びエラーレートの少なくとも１つに応じて、前記第１動作モードと前記第２動作モードとの切り替え制御を行う。

また、本発明の一態様による無線通信装置は、前記制御部が、前記データ送信周期が予め規定された第１閾値以下である場合、前記通信データレートが予め規定された第２閾値以下である場合、又は前記エラーレートが予め規定された第３閾値よりも大である場合には、前記第１動作モードにする制御を行う。

また、本発明の一態様による無線通信装置は、前記第１動作モードと前記第２動作モードとの切り替え制御に用いられる設定情報（ＣＤ）を記憶する記憶部（１２）を備えており、前記制御部が、前記記憶部に記憶された前記設定情報に基づいて、前記第１動作モードと前記第２動作モードとの切り替え制御を行う。

また、本発明の一態様による無線通信装置は、外部機器（ＴＭ）と近距離無線通信を行って前記設定情報を取得する第２無線通信部（１４）を更に備える。

また、本発明の一態様による無線通信装置は、前記設定情報には、前記第１動作モードを実行することが可能な第１データ送信周期と、前記第２動作モードを実行することが可能な第２データ送信周期と、が規定された第１テーブル（ＴＢ１）が含まれており、前記第１データ送信周期には、前記第１閾値以下の前記データ送信周期と、前記第１閾値よりも大である前記データ送信周期とが設定可能であり、前記第２データ送信周期には、前記第１閾値よりも大である前記データ送信周期のみが設定可能である。

或いは、本発明の一態様による無線通信装置は、前記設定情報には、前記第１動作モードを実行することが可能な第１通信データレートと、前記第２動作モードを実行することが可能な第２通信データレートと、が規定された第２テーブル（ＴＢ２）が含まれており、前記第１通信データレートには、前記第２閾値以下の前記通信データレートと、前記第２閾値よりも大である前記通信データレートとが設定可能であり、前記第２通信データレートには、前記第２閾値よりも大である前記通信データレートのみが設定可能である。

或いは、本発明の一態様による無線通信装置は、前記設定情報には、前記第１閾値、前記第２閾値、及び前記第３閾値の少なくとも１つが含まれており、前記制御部が、前記データ送信周期が前記第１閾値以下である場合、前記通信データレートが前記第２閾値以下である場合、又は前記エラーレートが前記第３閾値よりも大である場合には、前記第１動作モードにする制御を行い、前記データ送信周期が前記第１閾値よりも大である場合、前記通信データレートが前記第２閾値よりも大である場合、又は前記エラーレートが前記第３閾値以下である場合には、前記第２動作モードにする制御を行う。

また、本発明の一態様による無線通信装置は、少なくとも前記第１無線通信部及び前記制御部に電力を供給する電池（ＢＴ）を備える。

また、本発明の一態様による無線通信装置は、前記電池が、交換可能である。

本発明によれば、通信頻度に拘わらず従来よりも電力消費を抑えることができるという効果がある。

本発明の第１実施形態による無線通信装置が用いられるデータ収集システムの全体構成を示す図である。 本発明の第１実施形態による無線通信装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態において、動作モードの切り替え制御に用いられるテーブルを示す図である。 本発明の第１実施形態による無線通信装置の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態の変形例における動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態の変形例において設定される動作モードを示す図である。 本発明の第２実施形態において、動作モードの切り替え制御に用いられるテーブルを示す図である。 本発明の第２実施形態の変形例において設定される動作モードを示す図である。 本発明の第３実施形態において設定される動作モードを示す図である。 本発明の第４実施形態における動作の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態による無線通信装置について詳細に説明する。以下では、まず本発明の実施形態の概要について説明し、続いて本発明の各実施形態の詳細について説明する。

〔概要〕
本発明の実施形態は、通信頻度に拘わらず従来よりも電力消費を抑えることができるようにするものである。ここで、無線局免許を必要としない周波数帯（アンライセンスバンド）を用いて無線通信を行う無線通信装置がチャネル（無線チャネル）をアクセスする方法としては、以下の２つが挙げられる。

・ＬＢＴ（Listen Before Talk）
データの送信に使用するチャネルの空き状況の事前確認を行ってからデータ送信を行う方法である。具体的には、データの送信前に、使用するチャネル（例えば、送信に使用する周波数のチャネル）における受信レベルを検出する。検出された受信レベルが予め規定された閾値よりも高い場合には、そのチャネルは使用中であると判断してデータの送信を行わない。これに対し、検出された受信レベルが上記閾値以下の場合には、そのチャネルは空いていると判断してデータ送信を行う。尚、この方法は、ＣＣＡ（Clear Channel Assessment）と呼ばれることもある。

・ＤＣ（Duty Cycle）
ある期間に占める無線通信装置の送信時間の割合に制限（法的な制限）を持たせて運用する方法である。尚、本方法では、ＬＢＴのような事前確認が行われることなくデータ送信が行われる。

アンライセンスバンドを用いて無線通信を行う無線通信装置は、使用される国又は地域の法律によって、データの送信前に上記のＬＢＴを実施すること、又は、上記のＤＣの制限に従った運用をすることが求められる場合がある。

ところで、データの送信前に上記のＬＢＴを実施する無線通信装置は、データの送信前にデータの送信に使用するチャネルが空きチャネルか否かを確認している。このため、例えば、他の無線局が高頻度（例えば、数分～数時間に１回程度の頻度）でデータ送信を行っていて、他の無線局と干渉する可能性が高い状況においても、空きチャネルを用いて確実な無線通信が可能である。

しかしながら、データの送信前に上記のＬＢＴを実施する無線通信装置では、例えば、他の無線局が低頻度（例えば、数時間～１日に１回程度の頻度）でデータ送信を行っていて、他の無線局と干渉する可能性が低い状況においても、データの送信前に上記のＬＢＴが実施される。このため、不要な電力消費が発生して、電池寿命が短くなる要因になってしまう。

一方、上述のＤＣの制限に従って運用されている無線通信装置では、通信頻度に拘わらず上記のＬＢＴは行われない。このため、低頻度で無線通信を行う状況においては、不要な電力消費が発生しないことから、データの送信前に上記のＬＢＴを実施する無線通信装置に比べて、電池寿命を延ばすことができる。

しかしながら、上述のＤＣの制限に従って運用されている無線通信装置では、上記のＬＢＴが行われないことから、高頻度で無線通信を行う状況においては、他の無線局との電波干渉によるデータ通信ロスが発生しやすくなる。すると、再送処理が頻繁に行われることになり、電力が無駄に消費されて電池寿命が短くなってしまう。また、低データレートでのデータ送信を行う場合や、データサイズが大きなデータの送信を行う場合には送信時間が長くなるが、ＤＣの規制によって、本来行いたい頻度でのデータ送信を行えないことが考えられる。また、データ送信を行うことができた場合であっても、送信時間が長いため、電力消費が増加して電池寿命が短くなる要因になってしまう。

本発明の実施形態では、アンライセンスバンドを用いて無線通信を行う場合において、データの送信に使用するチャネルの空き状況の事前確認を行ってからデータを送信させる第１動作モードと、事前確認を行うことなくデータを送信させる第２動作モードとの切り替え制御を行う。具体的には、データ送信周期、通信データレート、及びエラーレートの少なくとも１つに応じて、第１動作モードと第２動作モードとの切り替え制御を行う。これにより、高頻度で無線通信が行われる場合の通信ロスが抑制されるととともに、再送処理が減って（或いは、再送処理が無くなって）不要な電力消費を抑えることができる。そして、低頻度で無線通信が行われる場合の不要な電力消費を抑えることができることから、通信頻度に拘わらず従来よりも電力消費を抑えることができる。

〔第１実施形態〕
〈データ収集システム〉
図１は、本発明の第１実施形態による無線通信装置が用いられるデータ収集システムの全体構成を示す図である。図１に示す通り、データ収集システム１は、無線センサ１０（無線通信装置）、ゲートウェイ２０、及びサーバ３０を備えており、無線センサ１０から無線信号で送信される各種のデータを、ゲートウェイ２０を介してサーバ３０に収集するものである。

無線センサ１０は、測定対象設備ＦＣに設置され、各種物理量（例えば、温度、湿度、圧力、振動、磁気、腐食等）を測定する。無線センサ１０は、無線ネットワークＮ１を介してゲートウェイ２０に接続されている。無線センサ１０は、各種物理量の測定結果を、無線ネットワークＮ１を介してゲートウェイ２０に送信する。無線ネットワークＮ１は、例えば低消費電力長距離無線通信が可能な通信路（ＬＰＷＡＮ：Low Power Wide Area Network）である。無線センサ１０は、端末装置ＴＭ（外部機器）との間で近距離無線通信を行うことも可能である。無線センサ１０の詳細については後述する。

尚、無線センサ１０が設置される測定対象設備ＦＣは、例えばプラントに設置された任意の設備（機器、装置を含む）であって良い。上記のプラントとしては、化学等の工業プラントの他、ガス田や油田等の井戸元やその周辺を管理制御するプラント、水力・火力・原子力等の発電を管理制御するプラント、太陽光や風力等の環境発電を管理制御するプラント、上下水やダム等を管理制御するプラント等であって良い。

ゲートウェイ２０は、無線ネットワークＮ１とネットワークＮ２とを接続し、無線ネットワークＮ１を介して送受信される各種データと、ネットワークＮ２を介して送受信される各種データの中継を行う。このゲートウェイ２０を設けることで、セキュリティを維持しつつ、無線ネットワークＮ１とネットワークＮ２とを相互に接続することができる。ゲートウェイ２０は、無線センサ１０から送信される無線信号を受信することが可能な任意の場所に設置される。ゲートウェイ２０の設置場所は、プラントの内部であっても良く、プラントの外部であっても良い。

サーバ３０は、ゲートウェイ２０を介して送信されてくる無線センサ１０からのデータを収集して蓄積する。サーバ３０は、蓄積したデータを解析して測定対象設備ＦＣの異常の兆候を捉えるようにしても良い。サーバ３０は、ネットワークＮ２を介してゲートウェイ２０に接続されている。ネットワークＮ２は、インターネット等のＷＡＮ（Wide Area Network）であっても良く、プラント等に敷設されたＬＡＮ（Local Area Network）であっても良い。

〈無線通信装置〉
図２は、本発明の第１実施形態による無線通信装置の要部構成を示すブロック図である。図２に示す通り、本実施形態による無線通信装置としての無線センサ１０は、センサ部１１、記憶部１２、無線通信部１３（第１無線通信部）、無線通信部１４（第２無線通信部）、制御部１５、電源部１６、及びアンテナＡＴ１，ＡＴ２を備える。無線センサ１０は、上述した各種物理量の測定及び測定結果の送信を、予め設定された一定の周期で行う。

センサ部１１は、上述した各種物理量を検出するセンサ（例えば、温度センサ、湿度センサ、圧力センサ、振動センサ、磁気センサ、腐食センサ等）と、センサの検出結果をサンプリングするサンプリング回路とを備える。センサ部１１は、制御部１５の制御の下で、各種物理量の検出及びサンプリングを行う。サンプリング回路によってサンプリングされたサンプリングデータは、センサデータとしてセンサ部１１から制御部１５に出力される。

記憶部１２は、無線センサ１０で使用される各種データを記憶する。例えば、記憶部１２は、無線センサ１０の動作を規定する設定データＣＤを記憶する。尚、記憶部１２は、センサ部１１から制御部１５に出力されたセンサデータを記憶しても良い。記憶部１２は、例えば、揮発性又は不揮発性のメモリによって実現される。尚、設定データＣＤの詳細については後述する。

無線通信部１３は、制御部１５の制御の下で、無線ネットワークＮ１を介した無線通信を行う。無線通信部１３が無線ネットワークＮ１を介して行う無線通信は、無線局免許を必要としない周波数帯（アンライセンスバンド）を用いた無線通信である。無線通信部１３は、例えば、前述した低消費電力長距離無線通信の一種であるＬｏＲａ（登録商標）等の通信規格に準拠した無線通信を行う。アンテナＡＴ１は、無線通信部１３に接続される。このアンテナＡＴ１としては、例えばチップアンテナ素子を用いることができる。尚、無線通信部１３が、送信データの経路と受信データの経路とが異なるように設計されている場合には、無線通信部１３とアンテナＡＴ１との間に経路を切り替えるためのスイッチを備えても良い。

無線通信部１４は、外部機器である端末装置ＴＭと近距離無線通信を行う。無線通信部１４が行う近距離無線通信は、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ（Near Field Communication）等であって良い。また、無線通信部１４が行う近距離無線通信は、赤外線通信であっても良い。無線通信部１４は、端末装置ＴＭと近距離無線通信を行って、無線センサ１０の動作を規定する設定データＣＤを取得する。アンテナＡＴ２は、無線通信部１４に接続される。このアンテナＡＴ２としては、例えばループアンテナを用いることができる。尚、無線通信部１４が、送信データの経路と受信データの経路とが異なるように設計されている場合には、無線通信部１４とアンテナＡＴ２との間に経路を切り替えるためのスイッチを備えても良い。

制御部１５は、無線センサ１０の各部（センサ部１１、記憶部１２、無線通信部１３、無線通信部１４、及び電源部１６）を制御することによって、無線センサ１０を統括して制御する。例えば、制御部１５は、予め設定された一定の周期で、センサ部１１を制御して各種物理量を検出させ、得られるセンサデータに対して所定の処理を行って各種物理量を求め、無線通信部１３を制御して各種物理量を示すデータを送信させる。

ここで、制御部１５は、無線通信部１３を制御してデータを送信させる際に、データの送信に使用するチャネルの空き状況の事前確認（ＬＢＴ）を行ってから無線通信部１３にデータを送信させる動作モード（ＬＢＴ有モード：第１動作モード）と、上記の事前確認（ＬＢＴ）を行うことなく無線通信部１３にデータを送信させる動作モード（ＬＢＴ無モード）との切り替え制御を行う。制御部１５が、このような動作モードの切り替え制御を行うのは、通信頻度に拘わらず従来よりも電力消費を抑えるためである。例えば、ＬＢＴ無モードの場合には、ＤＣによる方法で送信させる場合がある。

制御部１５は、データ送信周期に応じて、上記の動作モードの切り替え制御を行う。具体的に、制御部１５は、データ送信周期が、予め設定された第１閾値（例えば、１８０［分］）以下である場合には、ＬＢＴ有モードにする制御を行う。このような制御を行うのは、高頻度で無線通信が行われる場合の通信ロスを抑制することで、再送処理が頻繁に行われることによる無駄な電力消費を抑えるためである。尚、第１閾値は、前述したＤＣの規制を考慮して設定される。

制御部１５は、記憶部１２に記憶された設定データＣＤに基づいて上述した動作モードの切り替え制御を行う。具体的に、制御部１５は、設定データＣＤとして記憶部１２に記憶された図３に示すテーブルＴＢ１（第１テーブル）を用いて上述した動作モードの切り替え制御を行う。図３は、本発明の第１実施形態において、動作モードの切り替え制御に用いられるテーブルを示す図である。尚、図３に示すテーブルＴＢ１は、端末装置ＴＭで作成され、無線通信部１４と端末装置ＴＭとの間で近距離無線通信が行われることによって無線通信部１４で取得されて記憶部１２に設定データＣＤとして記憶される。

テーブルＴＢ１は、ＬＢＴ有モードを実行することが可能なデータ送信周期（第１データ送信周期）と、ＬＢＴ無モードを実行することが可能なデータ送信周期（第２データ送信周期）と、が規定されたテーブルである。図３に示す例では、ＬＢＴ有モードを実行することが可能（設定可能）なデータ送信周期として、１［分］～４３２０［分］が規定されており、ＬＢＴ無モードを実行することが可能（設定可能）なデータ送信周期として、２４０［分］～４３２０［分］が規定されている。

具体的に、ＬＢＴ有モードを実行することが可能（設定可能）なデータ送信周期として、１［分］，１０［分］，３０［分］，６０［分］，１２０［分］，１８０［分］，２４０［分］，３００［分］，３６０［分］，７２０［分］，１０８０［分］，１４４０［分］（１日），２８８０［分］（２日），４３２０［分］（３日）が規定されている。ＬＢＴ無モードを実行することが可能（設定可能）なデータ送信周期として、２４０［分］，３００［分］，３６０［分］，７２０［分］，１０８０［分］，１４４０［分］（１日），２８８０［分］（２日），４３２０［分］（３日）が規定されている。

図３に示す例では、データ送信周期が１［分］～１８０［分］である場合には、ＬＢＴ無モードを実行することが不可（設定不可）とされている。つまり、図３に示す例では、上述した第１閾値が１８０［分］に設定されている。ＬＢＴ有モードを実行することが可能なデータ送信周期には、第１閾値以下のデータ送信周期（１［分］～１８０［分］）と、第１閾値よりも大であるデータ送信周期（２４０［分］～４３２０［分］）とが設定可能である。

これに対し、ＬＢＴ無モードを実行することが可能なデータ送信周期には、第１閾値よりも大であるデータ送信周期（２４０［分］～４３２０［分］）のみが設定可能である。このようにすることで、データ送信周期が１８０［分］以下である場合（１［分］～１８０［分］である場合）には、ＬＢＴ有モードが実行されるようにしている。

ここで、データ送信周期が１８０［分］よりも大である場合（２４０［分］～４３２０［分］である場合）には、ＬＢＴ有モード及びＬＢＴ無モードの双方を実行することが可能である。このため、データ送信周期が１８０［分］よりも大である場合には、制御部１５は、テーブルＴＢ１の設定内容に応じて動作モードの切り替え制御を行うこととなる。例えば、データ送信周期が１８０［分］よりも大である場合にはＬＢＴ無モードのみが実行されるようにテーブルＴＢ１を設定することが望ましい。このように設定することで、低頻度で無線通信が行われる場合には、ＬＢＴが実施されなくなり、ＬＢＴが実施されることによる不要な電力消費を抑えることができる。

電源部１６は、電池ＢＴを備えており、制御部１５の制御の下で、無線センサ１０の各部（センサ部１１、記憶部１２、無線通信部１３、無線通信部１４、及び制御部１５）に対する電力供給を行う。電源部１６は、電池ＢＴを交換可能に構成されている。電池ＢＴとしては、例えば、塩化チオニルリチウム電池等の自己放電が極めて少ない一次電池や二次電池、燃料電池等を用いることができる。

電源部１６は、制御部１５から省電力動作を指示する制御信号が出力された場合には、電池ＢＴの消費を抑えるために、例えば制御部１５以外（センサ部１１、記憶部１２、無線通信部１３、及び無線通信部１４）に対する電力供給を停止する。電源部１６は、制御部１５から省電力動作の解除を指示する制御信号が出力された場合には、例えば制御部１５以外（センサ部１１、記憶部１２、無線通信部１３、及び無線通信部１４）に対する電力供給を再開する。

〈無線通信装置の動作〉
図４は、本発明の第１実施形態による無線通信装置の動作の一例を示すフローチャートである。尚、図４に示すフローチャートは、データ送信時の動作のみを抜き出して示したものである。図４に示すフローチャートは、予め設定された一定の周期で繰り返し行われる。

図４に示すフローチャートの処理が開始されると、まず記憶部１２に設定データＣＤとして記憶されたテーブルＴＢ１を読み出す処理が制御部１５によって行われる（ステップＳ１１）。次に、テーブルＴＢ１の設定内容に従って動作モードを設定する処理が制御部１５によって行われる（ステップＳ１２）。例えば、データ送信周期が第１閾値以下である場合（１［分］～１８０［分］である場合）には、図３に示すテーブルＴＢ１の設定内容に従ってＬＢＴ有モードに設定する処理が制御部１５によって行われる。

尚、データ送信周期が第１閾値よりも大である場合（２４０［分］～４３２０［分］である場合）には、テーブルＴＢ１の設定内容に従ってＬＢＴ有モード及びＬＢＴ無モードの何れか一方に設定する処理が制御部１５によって行われる。例えば、図３に示すテーブルＴＢ１において、第１閾値よりも大であるデータ送信周期（２４０［分］～４３２０［分］）が、ＬＢＴ有モードを実行することが可能なデータ送信周期として設定されておらず、ＬＢＴ無モードを実行することが可能なデータ送信周期として設定されている場合には、ＬＢＴ無モードに設定する処理が制御部１５によって行われる。

以上の設定が終了すると、制御部１５によって無線通信部１３が制御されて、データの送信処理が実施される（ステップＳ１３）。具体的に、ステップＳ１２の処理でＬＢＴ有モードが設定された場合には、ＬＢＴを行ってからデータを送信する処理が行われる。これに対し、ステップＳ１２の処理でＬＢＴ無モードが設定された場合には、ＬＢＴを行うことなくデータを送信する処理が行われる。

〈変形例〉
次に、本発明の第１実施形態の変形例について説明する。本変形例は、図３に示すテーブルＴＢ１を設定データＣＤとして記憶部１２に記憶する代わりに、上述した第１閾値（１８０［分］）を設定データＣＤとして記憶部１２に記憶したものである。そして、データ送信周期と第１閾値との比較結果に基づいて、動作モードの切り替え制御を行うようにしたものである。

図５は、本発明の第１実施形態の変形例における動作の一例を示すフローチャートである。図６は、本発明の第１実施形態の変形例において設定される動作モードを示す図である。尚、図５に示すフローチャートは、図４に示すフローチャートと同様に、データ送信時の動作のみを抜き出して示したものであり、予め設定された一定の周期で繰り返し行われる。

図５に示すフローチャートの処理が開始されると、まずデータ送信周期が第１閾値以下であるか否かを判断する処理が制御部１５によって行われる（ステップＳ２１）。データ送信周期が第１閾値以下であると判断した場合（判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、ＬＢＴ有モードに設定する処理が制御部１５によって行われる（ステップＳ２２）。つまり、データ送信周期が１［分］～１８０［分］である場合には、図６に示す通り、ＬＢＴ有モードに設定される。

これに対し、データ送信周期が第１閾値よりも大であると判断した場合（判断結果が「ＮＯ」の場合）には、ＬＢＴ無モードに設定する処理が制御部１５によって行われる（ステップＳ２３）。つまり、データ送信周期が２４０［分］～４３２０［分］である場合には、図６に示す通り、ＬＢＴ無モードに設定される。

以上の設定が終了すると、制御部１５によって無線通信部１３が制御されて、データの送信処理が実施される（ステップＳ２４）。具体的に、ステップＳ２２の処理でＬＢＴ有モードが設定された場合には、ＬＢＴを行ってからデータを送信する処理が行われる。これに対し、ステップＳ２３の処理でＬＢＴ無モードが設定された場合には、ＬＢＴを行うことなくデータを送信する処理が行われる。

以上の通り、本実施形態では、アンライセンスバンドを用いて無線通信を行う場合において、データ送信周期とテーブルＴＢ１の設定内容とに基づいて（或いは、データ送信周期と第１閾値との比較結果に基づいて）、ＬＢＴ有モードとＬＢＴ無モードとの切り替え制御を行うようにしている。これにより、例えば、高頻度で無線通信が行われる場合にはＬＢＴが実施されるようにして、再送処理が頻繁に行われることによる無駄な電力消費を抑えることができる。また、低頻度で無線通信が行われる場合にはＬＢＴが実施されないようにして、ＬＢＴが実施されることによる不要な電力消費を抑えることができる。その結果として、従来よりも消費電力を抑えることができ、電池ＢＴの寿命（電池寿命）を延ばすことができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。上述した第１実施形態の無線通信装置としての無線センサ１０は、データ送信周期に応じて動作モードの切り替え制御を行うものであった。これに対し、本実施形態の無線通信装置としての無線センサは、通信データレートに応じて動作モードの切り替え制御を行うものである。

尚、本実施形態の無線センサは、第１実施形態の無線センサ１０とは、通信データレートに応じて動作モードの切り替え制御を行う点において相違するのみであり、図２に示す第１実施形態の無線センサ１０と同様の構成である。また、本実施形態における無線センサは、図１に示す無線センサ１０と同様に、データ収集システム１で用いることが可能である。

本実施形態の無線センサが備える制御部１５は、通信データレートが、予め設定された第２閾値（例えば、１７６０［ｂｐｓ］）以下である場合には、ＬＢＴ有モードにする制御を行う。このような制御を行うのは、高頻度で無線通信が行われる場合の通信ロスを抑制することで、再送処理が頻繁に行われることによる無駄な電力消費を抑えるためである。ここで、本実施形態では、通信データレートが小さくなる（例えば、第２閾値以下になる）と、データの送信時間が長くなり、所定時間に占める送信時間の割合が増加するため、高頻度で無線通信が行われることになる。尚、第２閾値は、第１閾値と同様に、前述したＤＣの規制を考慮して設定される。

図７は、本発明の第２実施形態において、動作モードの切り替え制御に用いられるテーブルを示す図である。尚、図７に示すテーブルＴＢ２は、図３に示すテーブルＴＢ１と同様に、端末装置ＴＭで作成され、無線通信部１４と端末装置ＴＭとの間で近距離無線通信が行われることによって無線通信部１４で取得されて記憶部１２に設定データＣＤとして記憶される。

テーブルＴＢ２は、ＬＢＴ有モードを実行することが可能な通信データレート（第１通信データレート）と、ＬＢＴ無モードを実行することが可能な通信データレート（第２通信データレート）と、が規定されたテーブルである。図７に示す例では、ＬＢＴ有モードを実行することが可能（設定可能）な通信データレートとして、２５０［ｂｐｓ］～５００００［ｂｐｓ］が規定されており、ＬＢＴ無モードを実行することが可能（設定可能）な通信データレートとして、３１２５［ｂｐｓ］～５００００［ｂｐｓ］が規定されている。

具体的に、ＬＢＴ有モードを実行することが可能（設定可能）な通信データレートとして、２５０［ｂｐｓ］，４４０［ｂｐｓ］，９８０［ｂｐｓ］，１７６０［ｂｐｓ］，３１２５［ｂｐｓ］，５４７０［ｂｐｓ］，１１０００［ｂｐｓ］，５００００［ｂｐｓ］が規定されている。ＬＢＴ無モードを実行することが可能（設定可能）な通信データレートとして、３１２５［ｂｐｓ］，５４７０［ｂｐｓ］，１１０００［ｂｐｓ］，５００００［ｂｐｓ］が規定されている。

図７に示す例では、通信データレートが２５０［ｂｐｓ］～１７６０［ｂｐｓ］である場合には、ＬＢＴ無モードを実行することが不可（設定不可）とされている。つまり、図７に示す例では、上述した第２閾値が１７６０［ｂｐｓ］に設定されている。ＬＢＴ有モードを実行することが可能な通信データレートには、第２閾値以下の通信データレート（２５０［ｂｐｓ］～１７６０［ｂｐｓ］）と、第２閾値よりも大である通信データレート（３１２５［ｂｐｓ］～５００００［ｂｐｓ］）とが設定可能である。

これに対し、ＬＢＴ無モードを実行することが可能な通信データレートには、第２閾値よりも大である通信データレート（３１２５［ｂｐｓ］～５００００［ｂｐｓ］）のみが設定可能である。このようにすることで、通信データレートが１７６０［ｂｐｓ］以下である場合（２５０［ｂｐｓ］～１７６０［ｂｐｓ］である場合）には、ＬＢＴ有モードが実行されるようにしている。

ここで、通信データレートが１７６０［ｂｐｓ］よりも大である場合（３１２５［ｂｐｓ］～５００００［ｂｐｓ］である場合）には、ＬＢＴ有モード及びＬＢＴ無モードの双方を実行することが可能である。このため、通信データレートが１７６０［ｂｐｓ］よりも大である場合には、制御部１５は、テーブルＴＢ２の設定内容に応じて動作モードの切り替え制御を行うこととなる。例えば、通信データレートが１７６０［ｂｐｓ］よりも大である場合にはＬＢＴ無モードのみが実行されるようにテーブルＴＢ２を設定することが望ましい。

このように設定することで、低頻度で無線通信が行われる場合には、ＬＢＴが実施されなくなり、ＬＢＴが実施されることによる不要な電力消費を抑えることができる。ここで、本実施形態では、通信データレートが大きくなる（例えば、第２閾値よりも大になる）と、データの送信時間が短くなり、所定時間に占める送信時間の割合が減少するため、低頻度で無線通信が行われることになる。

本実施形態の無線センサにおいて、データ送信時には、図４に示すフローチャートの処理と同様の処理が行われる。本実施形態における無線センサのデータ送信時の動作を示すフローチャートは、図４中の「テーブルＴＢ１」を「テーブルＴＢ２」と読み替えたものである。つまり、本実施形態では、まず、記憶部１２に設定データＣＤとして記憶されたテーブルＴＢ２を読み出す処理が制御部１５によって行われる（ステップＳ１１）。次に、テーブルＴＢ２の設定内容に従って動作モードを設定する処理が制御部１５によって行われる（ステップＳ１２）。そして、制御部１５によって無線通信部１３が制御されて、データの送信処理が実施される（ステップＳ１３）。

〈変形例〉
本実施形態においても、第１実施形態と同様の変形例が可能である。つまり、図７に示すテーブルＴＢ２を設定データＣＤとして記憶部１２に記憶する代わりに、上述した第２閾値（１７６０［ｂｐｓ］）を設定データＣＤとして記憶部１２に記憶することが可能である。本変形例では、図５に示すフローチャートの処理と同様の処理が行われる。本変形例における無線センサのデータ送信時の動作を示すフローチャートは、図５中のステップＳ２１における「データ送信周期が第１閾値以下？」を、「通信データレートが第２閾値以下？」と読み替えたものである。

つまり、本変形例では、まず、通信データレートが第２閾値以下であるか否かを判断する処理が制御部１５によって行われる（ステップＳ２１）。通信データレートが第２閾値以下であると判断した場合（判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、ＬＢＴ有モードに設定する処理が制御部１５によって行われる（ステップＳ２２）。つまり、通信データレートが２５０［ｂｐｓ］～１７６０［ｂｐｓ］である場合には、図８に示す通り、ＬＢＴ有モードに設定される。図８は、本発明の第２実施形態の変形例において設定される動作モードを示す図である。

これに対し、通信データレートが第２閾値よりも大であると判断した場合（判断結果が「ＮＯ」の場合）には、ＬＢＴ無モードに設定する処理が制御部１５によって行われる（ステップＳ２３）。つまり、通信データレートが３１２５［ｂｐｓ］～５００００［ｂｐｓ］である場合には、図８に示す通り、ＬＢＴ無モードに設定される。

以上の設定が終了すると、制御部１５によって無線通信部１３が制御されて、データの送信処理が実施される（ステップＳ２４）。具体的に、ステップＳ２２の処理でＬＢＴ有モードが設定された場合には、ＬＢＴを行ってからデータを送信する処理が行われる。これに対し、ステップＳ２３の処理でＬＢＴ無モードが設定された場合には、ＬＢＴを行うことなくデータを送信する処理が行われる。

以上の通り、本実施形態では、アンライセンスバンドを用いて無線通信を行う場合において、通信データレートとテーブルＴＢ２の設定内容とに基づいて（或いは、通信データレートと第２閾値との比較結果に基づいて）、ＬＢＴ有モードとＬＢＴ無モードとの切り替え制御を行うようにしている。これにより、第１実施形態と同様に、従来よりも消費電力を抑えることができ、電池ＢＴの寿命（電池寿命）を延ばすことができる。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について説明する。上述した第１実施形態の無線通信装置としての無線センサ１０は、データ送信周期に応じて動作モードの切り替え制御を行うものであった。これに対し、本実施形態の無線通信装置としての無線センサは、パケットエラーレート（ＰＥＲ：Packet Error Rate）に応じて動作モードの切り替え制御を行うものである。

尚、本実施形態の無線センサは、第１実施形態の無線センサ１０とは、パケットエラーレートに応じて動作モードの切り替え制御を行う点において相違するのみであり、図２に示す第１実施形態の無線センサ１０と同様の構成である。また、本実施形態における無線センサは、図１に示す無線センサ１０と同様に、データ収集システム１で用いることが可能である。

本実施形態の無線センサが備える制御部１５は、パケットエラーレートが、予め設定された第３閾値（例えば、１０［％］）よりも大である場合には、ＬＢＴ有モードにする制御を行う。このような制御を行うのは、通信環境が良好とは言えず、他の無線局との電波干渉しやすい状況における通信ロスを抑制することで、再送処理が頻繁に行われることによる無駄な電力消費を抑えるためである。

本実施形態では、上述した第３閾値（１０［％］）が設定データＣＤとして記憶部１２に記憶される。本実施形態では、パケットエラーレートを算出する処理が行われた後に、図５に示すフローチャートの処理と同様の処理が行われる。本実施形態における無線センサのデータ送信時の動作を示すフローチャートは、図５中のステップＳ２１における「データ送信周期が第１閾値以下？」を、「パケットエラーレートが第３閾値よりも大？」と読み替えたものである。

本実施形態では、まず、制御部１５によって無線通信部１３が制御され、パケットエラーを算出するために必要な一定期間の間、無線通信部１３とゲートウェイ２０との間で通信が行われる。そして、その通信結果に基づいて、パケットエラーを算出する処理が制御部１５で行われる。

以上の処理が終了すると、パケットエラーレートが第３閾値よりも大であるか否かを判断する処理が制御部１５によって行われる（ステップＳ２１）。パケットエラーレートが第３閾値よりも大であると判断した場合（判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、図９に示す通り、ＬＢＴ有モードに設定する処理が制御部１５によって行われる（ステップＳ２２）。図９は、本発明の第３実施形態において設定される動作モードを示す図である。

これに対し、パケットエラーレートが第３閾値以下であると判断した場合（判断結果が「ＮＯ」の場合）には、図９に示す通り、ＬＢＴ無モードに設定する処理が制御部１５によって行われる（ステップＳ２３）。このような制御を行うのは、通信環境が良好であり、電波干渉が生じにくく通信ロスも少ない（或いは、殆ど無い）ため、再送処理が少ない（或いは、殆ど無い）と考えられるためである。ＬＢＴ無モードでは、ＬＢＴが実施されないため、不要な電力消費を抑えることができる。

以上の設定が終了すると、制御部１５によって無線通信部１３が制御されて、データの送信処理が実施される（ステップＳ２４）。具体的に、ステップＳ２２の処理でＬＢＴ有モードが設定された場合には、ＬＢＴを行ってからデータを送信する処理が行われる。これに対し、ステップＳ２３の処理でＬＢＴ無モードが設定された場合には、ＬＢＴを行うことなくデータを送信する処理が行われる。

以上の通り、本実施形態では、アンライセンスバンドを用いて無線通信を行う場合において、パケットエラーレートと第３閾値との比較結果に基づいて、ＬＢＴ有モードとＬＢＴ無モードとの切り替え制御を行うようにしている。これにより、第１実施形態と同様に、従来よりも消費電力を抑えることができ、電池ＢＴの寿命（電池寿命）を延ばすことができる。

〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、前述した第１実施形態の変形例と第３実施形態とを組み合わせたものである。図１０は、本発明の第４実施形態における動作の一例を示すフローチャートである。尚、図１０に示すフローチャートは、図５に示すフローチャートと同様に、データ送信時の動作のみを抜き出して示したものであり、予め設定された一定の周期で繰り返し行われる。

図１０に示すフローチャートの処理が開始されると、まずデータ送信周期が第１閾値以下であるか否かを判断する処理が制御部１５によって行われる（ステップＳ２１）。データ送信周期が第１閾値以下であると判断した場合（判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、ＬＢＴ有モードに設定する処理が制御部１５によって行われる（ステップＳ２２）。

これに対し、データ送信周期が第１閾値よりも大であると判断した場合（判断結果が「ＮＯ」の場合）には、パケットエラーレートが第３閾値よりも大であるか否かを判断する処理が制御部１５によって行われる（ステップＳ３１）。パケットエラーレートが第３閾値よりも大であると判断した場合（判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、ＬＢＴ有モードに設定する処理が制御部１５によって行われる（ステップＳ２２）。これに対し、パケットエラーレートが第３閾値以下であると判断した場合（判断結果が「ＮＯ」の場合）には、ＬＢＴ無モードに設定する処理が制御部１５によって行われる（ステップＳ２３）。

以上の設定が終了すると、制御部１５によって無線通信部１３が制御されて、データの送信処理が実施される（ステップＳ２４）。具体的に、ステップＳ２２の処理でＬＢＴ有モードが設定された場合には、ＬＢＴを行ってからデータを送信する処理が行われる。これに対し、ステップＳ２３の処理でＬＢＴ無モードが設定された場合には、ＬＢＴを行うことなくデータを送信する処理が行われる。

以上の通り、本実施形態では、アンライセンスバンドを用いて無線通信を行う場合において、データ送信周期と第１閾値との比較結果と、パケットエラーレートと第３閾値との比較結果とに基づいて、ＬＢＴ有モードとＬＢＴ無モードとの切り替え制御を行うようにしている。これにより、通信頻度及び通信環境を考慮しつつ、ＬＢＴ有モードとＬＢＴ無モードとの切り替え制御が行われることから、従来よりも消費電力を抑えることができ、電池ＢＴの寿命（電池寿命）を延ばすことができる。

本実施形態において、パケットエラーレートが、第３閾値に近い値である場合には、ＬＢＴ有モードとＬＢＴ無モードとの切り替えが頻繁に行われることが考えられる。このため、ＬＢＴ有モードとＬＢＴ無モードとの切り替えが頻繁に行われないような対策を施すことが望ましい。例えば、パケットエラーレートが第３閾値（１０［％］）よりも大になった場合（ステップＳ３１の判断結果が「ＹＥＳ」になった場合）には、パケットエラーレートが所定値（例えば、８［％］）よりも小になるまで、ＬＢＴ有モードとＬＢＴ無モードとの切り替えを行わないといった対策が考えられる。つまり、第３閾値にヒステリシス（例えば、［２％］）を持たせるといった対策が考えられる。

以上、本発明の実施形態による無線通信装置について説明したが、本発明は上記実施形態に制限される訳ではなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上述した第４実施形態は、第１実施形態の変形例と第３実施形態とを組み合わせたものであったが、第２実施形態の変形例と第３実施形態とを組み合わせることも可能である。この組み合わせにおける動作を示すフローチャートは、図１０中のステップＳ２１における「データ送信周期が第１閾値以下？」を、「通信データレートが第２閾値以下？」と読み替えたものになる。

また、第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせることも可能である。この組み合わせにおける動作を示すフローチャートは、図１０中のステップＳ３１における「ＰＥＲが第３閾値よりも大？」を、「通信データレートが第２閾値以下？」と読み替えたものになる。更に、第１～第３実施形態を組み合わせることも可能である。この組み合わせにおける動作を示すフローチャートは、図１０中のステップＳ２１とステップＳ３１との間に、「通信データレートが第２閾値以下？」という判断ステップを設け、この判断ステップの判断結果が「ＹＥＳ」の場合にはステップＳ２２に移行し、「ＮＯ」の場合にはステップＳ３１に移行するものとなる。

尚、上述した実施形態において、無線通信装置は、消費電力を抑えることができ、また、通信ロスの発生を抑えることができ、また、消費電力と通信ロスの発生とを抑えることができる。

また、上述した実施形態では、無線センサ１０の無線通信部１３が、低消費電力長距離無線通信の一種であるＬｏＲａ（登録商標）等の通信規格に準拠した無線通信を行う例について説明した。しかしながら、無線通信部１３は、例えばＩＳＡ１００．１１ａやＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）等のアンライセンスバンドを使用した他の無線通信規格を用いて無線通信を行うものであっても良い。

更に、第１実施形態で用いられるテーブルＴＢ１に設定可能なデータ送信周期は、図３に示されるものに制限される訳ではなく、任意のデータ送信周期を設定することが可能である。また、第２実施形態で用いられるテーブルＴＢ２に設定可能な通信データレートは、図７に示されるものに制限される訳ではなく、任意の通信データレートを設定することが可能である。

１０ 無線センサ
１２ 記憶部
１３ 無線通信部
１４ 無線通信部
１５ 制御部
ＢＴ 電池
ＣＤ 設定情報
ＴＢ１ テーブル
ＴＢ２ テーブル
ＴＭ 端末装置

Claims (5)

1. 無線局免許を必要としない周波数帯を用いて無線通信を行う第１無線通信部と、
   データの送信に使用するチャネルの空き状況の事前確認を行ってから前記第１無線通信部にデータを送信させる第１動作モードと、前記事前確認を行うことなく前記第１無線通信部にデータを送信させる第２動作モードとの切り替え制御を行う制御部と、
   前記第１動作モードと前記第２動作モードとの切り替え制御に用いられる設定情報を記憶する記憶部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記設定情報に基づいて、前記第１動作モードと前記第２動作モードとの切り替え制御を行い、
   前記制御部は、データ送信周期が予め規定された第１閾値以下である場合、通信データレートが予め規定された第２閾値以下である場合、又はエラーレートが予め規定された第３閾値よりも大である場合には、前記第１動作モードにする制御を行い、
   前記設定情報には、前記第１動作モードを実行することが可能な第１データ送信周期と、前記第２動作モードを実行することが可能な第２データ送信周期と、が規定された第１テーブルが含まれており、
   前記第１データ送信周期には、前記第１閾値以下の前記データ送信周期と、前記第１閾値よりも大である前記データ送信周期とが設定可能であり、
   前記第２データ送信周期には、前記第１閾値よりも大である前記データ送信周期のみが設定可能であり、
   前記制御部は、前記データ送信周期が、前記第１データ送信周期に設定されている前記第１閾値以下のものである場合には、前記第１動作モードにする制御を行う、
   無線通信装置。
2. 無線局免許を必要としない周波数帯を用いて無線通信を行う第１無線通信部と、
   データの送信に使用するチャネルの空き状況の事前確認を行ってから前記第１無線通信部にデータを送信させる第１動作モードと、前記事前確認を行うことなく前記第１無線通信部にデータを送信させる第２動作モードとの切り替え制御を行う制御部と、
   前記第１動作モードと前記第２動作モードとの切り替え制御に用いられる設定情報を記憶する記憶部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記設定情報に基づいて、前記第１動作モードと前記第２動作モードとの切り替え制御を行い、
   前記制御部は、データ送信周期が予め規定された第１閾値以下である場合、通信データレートが予め規定された第２閾値以下である場合、又はエラーレートが予め規定された第３閾値よりも大である場合には、前記第１動作モードにする制御を行い、
   前記設定情報には、前記第１動作モードを実行することが可能な第１通信データレートと、前記第２動作モードを実行することが可能な第２通信データレートと、が規定された第２テーブルが含まれており、
   前記第１通信データレートには、前記第２閾値以下の前記通信データレートと、前記第２閾値よりも大である前記通信データレートとが設定可能であり、
   前記第２通信データレートには、前記第２閾値よりも大である前記通信データレートのみが設定可能であり、
   前記制御部は、前記通信データレートが、前記第１通信データレートに設定されている前記第２閾値以下のものである場合には、前記第１動作モードにする制御を行う、
   無線通信装置。
3. 外部機器と近距離無線通信を行って前記設定情報を取得する第２無線通信部を更に備える、請求項１又は請求項２記載の無線通信装置。
4. 少なくとも前記第１無線通信部及び前記制御部に電力を供給する電池を備える、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の無線通信装置。
5. 前記電池は、交換可能である、請求項４記載の無線通信装置。

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