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特許7574910通信方法、送受信機、中継機、通信システム及びプログラム
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  • 特許-通信方法、送受信機、中継機、通信システム及びプログラム 図1
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(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】
(24)【登録日】2024-10-21
(45)【発行日】2024-10-29
(54)【発明の名称】通信方法、送受信機、中継機、通信システム及びプログラム
(51)【国際特許分類】
   H04B 13/02 20060101AFI20241022BHJP
   H04B 10/80 20130101ALI20241022BHJP
   H04B 11/00 20060101ALI20241022BHJP
【FI】
H04B13/02
H04B10/80
H04B11/00 D
【請求項の数】 8
(21)【出願番号】P 2023501991
(86)(22)【出願日】2021-02-26
(86)【国際出願番号】 JP2021007515
(87)【国際公開番号】W WO2022180831
(87)【国際公開日】2022-09-01
【審査請求日】2023-06-28
(73)【特許権者】
【識別番号】000004226
【氏名又は名称】日本電信電話株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100119677
【弁理士】
【氏名又は名称】岡田 賢治
(74)【代理人】
【識別番号】100160495
【弁理士】
【氏名又は名称】畑 雅明
(74)【代理人】
【識別番号】100115794
【弁理士】
【氏名又は名称】今下 勝博
(72)【発明者】
【氏名】成川 聖
(72)【発明者】
【氏名】藤原 稔久
(72)【発明者】
【氏名】小野 央也
【審査官】後澤 瑞征
(56)【参考文献】
【文献】中国特許出願公開第111245523(CN,A)
【文献】米国特許第07688680(US,B1)
【文献】国際公開第2020/144858(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H04B 13/02
H04B 10/80
H04B 11/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
音波通信で2つの送受信機の位置を認知すること、
少なくとも1つの中継機を経由して前記2つの送受信機の間で光無線通信を行える前記中継機の中継位置を計算すること
いずれか一方の前記送受信機から前記中継機へ移動指示を出力し、計算された前記中継位置に前記中継機を移動すること、及び
前記中継位置にて前記中継機が前記光無線通信を中継すること
を特徴とする通信方法。
【請求項2】
前記中継機を移動する前に、前記中継機の現在位置を把握することを特徴とする請求項1に記載の通信方法。
【請求項3】
前記光無線通信の障害となる障害領域の障害位置を把握すること、及び
前記中継位置が前記障害領域を回避して前記光無線通信を行える位置であること
を特徴とする請求項1又は2に記載の通信方法。
【請求項4】
他の送受信機と光無線通信を行う光無線通信部と、
音波通信で前記他の送受信機の位置を認知する音波通信部と、
少なくとも1つの中継機を経由して前記光無線通信を行える前記中継機の中継位置を計算する演算部と、
計算された前記中継位置に前記中継機を移動させ、前記中継機に前記中継位置にて前記光無線通信を中継させる移動指示を出力する移動指示部と、
を備える送受信機。
【請求項5】
自身を経由して2つの送受信機の間で光無線通信を行える自身の位置を、いずれか一方の前記送受信機から移動指示として受信する受信部と、
前記移動指示に含まれる前記自身の位置に自身を移動する移動部と、
前記2つの送受信機との間で光無線通信を中継する中継部と、
を備え、前記自身の位置にて前記光無線通信を中継することを特徴とする中継機。
【請求項6】
互いに前記光無線通信及び前記音波通信を行う請求項4に記載の送受信機を2台と、
前記光無線通信を中継する請求項5に記載の中継機を少なくとも1台と、
を備える通信システム。
【請求項7】
請求項4に記載の送受信機としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【請求項8】
請求項5に記載の中継機としてコンピュータを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】
本開示は、水中における通信方式に関する。
【背景技術】
【0002】
空間的に離れた位置にある2点間で無線で通信する方式として、電波を用いた無線通信方式がある。一方、水中で離れた位置にある2点間を電波を用いて無線通信を行うことは、水中における電波の吸収減衰が大きく難しいことが知られている(例えば、非特許文献1を参照。)。
【0003】
そこで、水中で離れた位置にある2点間を無線通信させるため、音波を用いた無線通信方式や可視光を用いた無線通信方式が存在する(例えば、非特許文献2及び3を参照。)。音波や可視光は電波と比較して水中での減衰が小さいため、電波と比較してより遠く離れた2点間で無線通信を行うことができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【文献】Xianhui Che; Ian Wells; Gordon Dickers; Paul Kear; Xiaochun Gong, “Re-evaluation of RF electromagnetic communication in underwater sensor networks”, IEEE Communications Magazine ( Volume: 48, Issue: 12, P.143-151, December 2010)
【文献】Milica Stojanovic; James Preisig, “Underwater acoustic communication channels: Propagation models and statistical characterization”, IEEE Communications Magazine ( Volume: 47, Issue: 1, P.84-89, January 2009)
【文献】電子情報通信学会 知識ベース 知識の森、4群 モバイル・無線 4編 無線LAN,無線アクセス,近距離ワイヤレス Y章 光無線通信, P.1-12
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
音波は、電波と比較して水中における減衰が小さいためより遠くまで通信範囲を拡大することができるが、音波の搬送波周波数が小さいために通信速度を大きくすることが難しいという課題がある(例えば、非特許文献2を参照。)。一方、可視光は、電波と比較して水中における減衰が小さいためより遠くまで通信範囲を拡大することができるが、可視光の直進性が高いために、2点間に障害物が存在する場合は光が遮断され通信を行うことが困難という課題がある(例えば、非特許文献3を参照。)。
【0006】
そこで、本発明は、2つの通信方式の課題を解決するために、水中の離れた2点間において、当該間に障害物が存在する場合においても高速な通信を行うことができる通信方法、送受信機、中継機、通信システム及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために、本発明に係る通信方法は、音波通信を用いて2点がお互いの位置を確認し、高速通信が可能な光無線通信ができるように中継機経由で障害物を避けて通信できる経路を算出し、算出した経路に従って、中継機を適切な場所に誘導し移動させることとした。
【0008】
具体的には、本発明に係る通信方法は、
音波通信で2つの送受信機の位置を認知すること、
少なくとも1つの中継機を経由して前記2つの送受信機の間で光無線通信を行える前記中継機の中継位置を計算すること、及び
計算された前記中継位置に前記中継機を移動すること、
を特徴とする。
【0009】
また、本発明に係る送受信機は、
他の送受信機と光無線通信を行う光無線通信部と、
音波通信で前記他の送受信機の位置を認知する音波通信部と、
少なくとも1つの中継機を経由して前記光無線通信を行える前記中継機の中継位置を計算する演算部と、
計算された前記中継位置に前記中継機を移動させる移動指示部と、
を備える。
【0010】
さらに、本発明に係る中継機は、
自身を経由して2つの送受信機の間で光無線通信を行える自身の位置を指示として受信する受信部と、
前記指示に含まれる前記自身の位置に自身を移動する移動部と、
前記2つの送受信機との間で光無線通信を中継する中継部と、
を備える。
【0011】
そして、本発明に係る通信システムは、
互いに前記光無線通信及び前記音波通信を行う前記送受信機を2台と、
前記光無線通信を中継する前記中継機を少なくとも1台と、
を備える。
【0012】
通信速度が遅いが、水中での減衰が小さく遠方まで到達でき、且つ回折により障害物を回避することができる音波通信を用いて2つの送受信機間で互いの位置を確認ができる。そして、2つの送受信機を始点と終点とし、障害物を回避できる折れ線の経路を計算し、その折れ線の頂点に中継機を移動させる。その経路を用いれば直進性の強い光無線通信で高速通信が可能になる。
【0013】
従って、本発明は、水中の離れた2点間において、当該間に障害物が存在する場合においても高速な通信を行うことができる通信方法、送受信機、中継機、及び通信システムを提供することができる。
【0014】
本発明に係る通信方法は、前記中継機を移動する前に、前記中継機の現在位置を把握することを特徴とする。中継機の現在の位置を把握しておくことで、移動指示が容易となる。
【0015】
本発明に係る通信方法は、 前記光無線通信の障害となる障害領域の障害位置を把握すること、及び前記中継位置が前記障害領域を回避して前記光無線通信を行える位置であることを特徴とする。障害物の正確な位置や移動する障害物にも対応できる。
【0016】
本発明は、前記送受信機及び前記中継機としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。本発明のデータ収集装置はコンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
【0017】
なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。
【発明の効果】
【0018】
本発明は、水中の離れた2点間において、当該間に障害物が存在する場合においても高速な通信を行うことができる通信方法、送受信機、中継機、通信システム及びプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
図1】本発明に係る通信システムを説明する図である。
図2】本発明に係る送受信機を説明する図である。
図3】本発明に係る中継機を説明する図である。
図4】本発明に係る通信システムの動作を説明する図である。
図5】本発明に係る通信システムを説明する図である。
図6】本発明に係る通信システムを説明する図である。
図7】本発明に係る送受信機又は中継機を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【0021】
(前提構成)
(1)送受信機は固定された位置に設置されていること
例えば、送受信機は、水中センサなどであり、特定の場所に設置して、移動せず(移動できず)データを収集する機器である。
(2)中継機が送受信機間の通信を補助すること
送受信機間で直接通信ができないため、中継機が通信をサポートする。
(3)中継機は移動する機能を有すること
送受信機間に(単数または複数の)移動可能な中継機が設置されており、中継機を移動させて、中継機経由で高速通信を行う。
【0022】
(実施形態1)
図1は、本実施形態の通信システム301を説明する図である。通信システム301は、互いに光無線通信及び音波通信を行う送受信機を2台(10-1、10-2)と、光無線通信を中継する中継機20を少なくとも1台と、を備える。通信システム301は、図4に記載された手順を行い、水中で障害領域51によって遮られた位置にある2つの送受信機(10-1、10-2)の間で光無線通信を開始する。
【0023】
送受信機(10-1、10-2)は、相対的に周波数が小さく且つ波長が長く、波として回折しやすい音波通信で互いの位置を確認する(ステップS01)。
送受信機(10-1、10-2)は、次のような手段で自身の位置を把握する。
(1)初期に設置する際に位置情報を各送受信機に登録しておく。
(2)全地球衛星航法システム(GPS等)により自身の位置情報を把握する。
(3)音波等の波を利用して三点測位により把握する。
(4)送受信機と中継機のそれぞれが相対的な位置情報を把握する。
(5)いずれかの機器が絶対的な位置情報を把握し、それ以外の機器と相対的な位置関係から全体の位置を把握する。
送受信機は、このような方法によって把握した自身の位置を音波通信によって相手の送受信機に通知する。
【0024】
このときに、送受信機(10-1、10-2)の位置情報の把握に加え、中継機20の位置情報、地形の形状、障害領域51の形状や位置情報を把握してもよい。
中継機20の位置を把握する手段としては送受信機の位置情報の把握方法と同じ技術が活用できる。
また、障害領域51は、例えば、岩などの地形的障害物、水中の建造物などの人工障害物である。障害領域51の形状や位置情報は、地形的障害物や人工障害物の場合、地図情報から得られる。
ただし、障害領域51は、地形的障害物や人工障害物に限定されない。つぎのような領域も障害領域51である。
(1)水が濁っている、海流が激しい、あるいは海温が高すぎる又は低すぎる領域。この領域は気象情報から得ることができる。
(2)他者のシステムが共用されている区域で直接の光無線通信では混信する領域。この領域は、予めシステムに設定することができる。
(3)海面が近すぎて反射による影響で直接の光無線通信が困難な領域。この領域は、送受信機や中継機の位置情報(高さ情報)から推定することができる。
【0025】
直進性が高いが高速通信ができる光無線通信のため、中継機20経由で障害領域51を避けて通信できる経路を算出する(ステップS02)。
当該経路の算出方法としては、2つの送受信機(10-1、10-2)間を直線で結び、当該直線上に少なくとも1つの点を想定し、障害領域51を迂回するように当該点を移動させる(折れ線とする)方法が例示できる。
なお、全ての中継機20を経由する必要はないし、障害領域51に当たらずに始点と終点を直線で結ぶことができれば、中継機20を経由する必要はない。また、当該経路は、光無線通信ができれば最適(最短)ではなくてもよい。また、双方向の光無線通信を行う場合、往路と復路で経路が異なってもよい。
【0026】
算出した経路に応じた位置(前記直線の頂点の位置)へ中継機20が移動するように指示を出す(ステップS03)。当該指示は音波通信で行うことができる。
当該指示を受信した中継機20は、指示された位置(前記直線の頂点の位置)へ移動する(ステップS04)。
送受信機(10-1、10-2)は、適切な場所に移動してきた中継機20を中継点として光無線通信を行う(ステップS05)。
【0027】
図2は、送受信機(10-1、10-2)を説明する機能ブロック図である。送受信機(10-1、10-2)は、
他の送受信機と光無線通信を行う光無線通信部11と、
音波通信で前記他の送受信機の位置を認知する音波通信部12と、
少なくとも1つの中継機20を経由して前記光無線通信を行える中継機20の中継位置を計算する演算部13と、
計算された前記中継位置に前記中継機を移動させる移動指示部14と、
光無線通信部11で送受するデータを処理するデータ送受信部15と、
を備える。
【0028】
図3は、中継機20を説明する機能ブロック図である。中継機20は、
自身を経由して2つの送受信機の間で光無線通信を行える自身の位置を指示として受信する受信部21と、
前記指示に含まれる前記自身の位置に自身を移動する移動部22と、
前記2つの送受信機との間で光無線通信を中継する中継部23と、
を備える。
【0029】
つまり、各機能部では次のような動作を行う。
ステップS01では、送受信機(10-1、10-2)の音波通信部12が、相対的に周波数が小さく且つ波長が長く、波として回折しやすい音波通信を送受し合い、互いの位置を確認する。
ステップS02では、送受信機(10-1、10-2)の演算部13が、直進性が高いが高速通信ができる光無線通信のため、中継機20経由で障害領域51を避けて通信できる経路を算出する。
ステップS03では、送受信機(10-1、10-2)の移動指示部14が、算出した経路に応じた位置(前記直線の頂点の位置)へ中継機20が移動するように指示を出す。そして、中継機20の受信部21が当該指示を受信する。
ステップS04では、移動部22により中継機20が指示された位置(前記直線の頂点の位置)へ移動する。
ステップS05では、移動してきた中継機20の中継部23が、送受信機(10-1、10-2)の光無線通信部11の光無線通信を中継する。これにより、送受信機(10-1、10-2)のデータ送受信部15は、障害領域51が存在していても、光無線通信により送受信機間でデータの送受を行うことができる。
【0030】
(実施形態2)
図5は、本実施形態の通信システム302を説明する図である。実施形態1の通信システム301は、送受信機10-1から中継機20へ移動指示を出力する構成を説明した。しかし、移動指示はいずれの送受信機から出力させてもよい。通信システム302は、送受信機10-2から中継機20へ移動指示を出力する構成である。通信システム302の送受信機(10-1、10-2)及び中継機20の構成は実施形態1での説明と同じである。
【0031】
(実施形態3)
図6は、本実施形態の通信システム303を説明する図である。実施形態1の通信システム301と実施形態2の通信システム302は、中継機20が1台だけである例を説明した。しかし、中継機20は複数存在していてもよい。通信システム303は、複数の中継機20を備え、それぞれの位置を移動させる構成である。図6では、送受信機10-1が中継機20-1への移動指示を行い、送受信機10-2が中継機20-2への移動指示を行うことを記載しているが、それぞれの中継機への移動指示はいずれの送受信機から出力させてもよい。通信システム303の送受信機(10-1、10-2)及び中継機20の構成は実施形態1での説明と同じである。
【0032】
(実施形態4)
上述した送受信機10及び中継機20はコンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
図7は、システム100のブロック図を示している。システム100は、ネットワーク135へと接続されたコンピュータ105を含む。
【0033】
ネットワーク135は、データ通信ネットワークである。ネットワーク135は、プライベートネットワーク又はパブリックネットワークであってよく、(a)例えば或る部屋をカバーするパーソナル・エリア・ネットワーク、(b)例えば或る建物をカバーするローカル・エリア・ネットワーク、(c)例えば或るキャンパスをカバーするキャンパス・エリア・ネットワーク、(d)例えば或る都市をカバーするメトロポリタン・エリア・ネットワーク、(e)例えば都市、地方、又は国家の境界をまたいでつながる領域をカバーするワイド・エリア・ネットワーク、又は(f)インターネット、のいずれか又はすべてを含むことができる。通信は、ネットワーク135を介して電子信号及び光信号によって行われる。
【0034】
コンピュータ105は、プロセッサ110、及びプロセッサ110に接続されたメモリ115を含む。コンピュータ105が、本明細書においてはスタンドアロンのデバイスとして表されているが、そのように限定されるわけではなく、むしろ分散処理システムにおいて図示されていない他のデバイスへと接続されてよい。
【0035】
プロセッサ110は、命令に応答し且つ命令を実行する論理回路で構成される電子デバイスである。
【0036】
メモリ115は、コンピュータプログラムがエンコードされた有形のコンピュータにとって読み取り可能な記憶媒体である。この点に関し、メモリ115は、プロセッサ110の動作を制御するためにプロセッサ110によって読み取り可能及び実行可能なデータ及び命令、すなわちプログラムコードを記憶する。メモリ115を、ランダムアクセスメモリ(RAM)、ハードドライブ、読み出し専用メモリ(ROM)、又はこれらの組み合わせにて実現することができる。メモリ115の構成要素の1つは、プログラムモジュール120である。
【0037】
プログラムモジュール120は、本明細書に記載のプロセスを実行するようにプロセッサ110を制御するための命令を含む。本明細書において、動作がコンピュータ105或いは方法又はプロセス若しくはその下位プロセスによって実行されると説明されるが、それらの動作は、実際にはプロセッサ110によって実行される。
【0038】
用語「モジュール」は、本明細書において、スタンドアロンの構成要素又は複数の下位の構成要素からなる統合された構成のいずれかとして具現化され得る機能的動作を指して使用される。したがって、プログラムモジュール120は、単一のモジュールとして、或いは互いに協調して動作する複数のモジュールとして実現され得る。さらに、プログラムモジュール120は、本明細書において、メモリ115にインストールされ、したがってソフトウェアにて実現されるものとして説明されるが、ハードウェア(例えば、電子回路)、ファームウェア、ソフトウェア、又はこれらの組み合わせのいずれかにて実現することが可能である。
【0039】
プログラムモジュール120は、すでにメモリ115へとロードされているものとして示されているが、メモリ115へと後にロードされるように記憶装置140上に位置するように構成されてもよい。記憶装置140は、プログラムモジュール120を記憶する有形のコンピュータにとって読み取り可能な記憶媒体である。記憶装置140の例として、コンパクトディスク、磁気テープ、読み出し専用メモリ、光記憶媒体、ハードドライブ又は複数の並列なハードドライブで構成されるメモリユニット、並びにユニバーサル・シリアル・バス(USB)フラッシュドライブが挙げられる。あるいは、記憶装置140は、ランダムアクセスメモリ、或いは図示されていない遠隔のストレージシステムに位置し、且つネットワーク135を介してコンピュータ105へと接続される他の種類の電子記憶デバイスであってよい。
【0040】
システム100は、本明細書においてまとめてデータソース150と称され、且つネットワーク135へと通信可能に接続されるデータソース150A及びデータソース150Bを更に含む。実際には、データソース150は、任意の数のデータソース、すなわち1つ以上のデータソースを含むことができる。データソース150は、体系化されていないデータを含み、ソーシャルメディアを含むことができる。
【0041】
システム100は、ユーザ101によって操作され、且つネットワーク135を介してコンピュータ105へと接続されるユーザデバイス130を更に含む。ユーザデバイス130として、ユーザ101が情報及びコマンドの選択をプロセッサ110へと伝えることを可能にするためのキーボード又は音声認識サブシステムなどの入力デバイスが挙げられる。ユーザデバイス130は、表示装置又はプリンタ或いは音声合成装置などの出力デバイスを更に含む。マウス、トラックボール、又はタッチ感応式画面などのカーソル制御部が、さらなる情報及びコマンドの選択をプロセッサ110へと伝えるために表示装置上でカーソルを操作することをユーザ101にとって可能にする。
【0042】
プロセッサ110は、プログラムモジュール120の実行の結果122をユーザデバイス130へと出力する。あるいは、プロセッサ110は、出力を例えばデータベース又はメモリなどの記憶装置125へともたらすことができ、或いはネットワーク135を介して図示されていない遠隔のデバイスへともたらすことができる。
【0043】
例えば、図2で説明した各機能をコンピュータに実現させるプログラムをプログラムモジュール120としてもよい。システム100を送受信機10として動作させることができる。また、図3で説明した各機能をコンピュータに実現させるプログラムをプログラムモジュール120としてもよい。システム100を中継機20として動作させることができる。
【0044】
用語「・・・を備える」又は「・・・を備えている」は、そこで述べられている特徴、完全体、工程、又は構成要素が存在することを指定しているが、1つ以上の他の特徴、完全体、工程、又は構成要素、或いはそれらのグループの存在を排除してはいないと、解釈されるべきである。用語「a」及び「an」は、不定冠詞であり、したがって、それを複数有する実施形態を排除するものではない。
【0045】
(他の実施形態)
なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。要するにこの発明は、上位実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
【0046】
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【0047】
10、10-1、10-2:送受信機
11:光無線通信部
12:音波通信部
13:演算部
14:移動指示部
15:データ送受信部
20、20-1、20-2:中継機
21:受信部
22:移動部
23:中継部
100:システム
101:ユーザ
105:コンピュータ
110:プロセッサ
115:メモリ
120:プログラムモジュール
122:結果
125:記憶装置
130:ユーザデバイス
135:ネットワーク
140:記憶装置
150:データソース
301~303:通信システム
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7