特許 7586283 通信方法、送受信機、中継機、通信システム及びプログラム

(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】2024-11-11

(45)【発行日】2024-11-19

(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 20060101AFI20241112BHJP

   H04B 10/80 20130101ALI20241112BHJP

   H04B 11/00 20060101ALI20241112BHJP

【ＦＩ】

H04B13/02

H04B10/80

H04B11/00 D

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2023501993

(86)(22)【出願日】2021-02-26

(86)【国際出願番号】 JP2021007517

(87)【国際公開番号】W WO2022180833

(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、
固定されている少なくとも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経路を計算すること、及び
計算された前記経路にある前記中継機を介して前記光無線通信を行うこと、
を特徴とする通信方法。

【請求項2】

前記経路の計算前に前記音波通信で前記中継機の配置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】

前記経路の計算前に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
前記経路が前記障害領域を回避して前記光無線通信を行える経路であること
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】

音波通信で他の送受信機の位置を認知する音波通信部と、
固定されている少なくとも１つの中継機を経由して光無線通信を行える経路を計算する演算部と、
計算された前記経路にある前記中継機を介して、他の送受信機と前記光無線通信を行う光無線通信部と、
を備える送受信機。

【請求項5】

固定された位置に設置された中継機であって、
音波通信で自身の位置を２つの送受信機のいずれかに通知する通知部と、
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、障害物を避けて高速通信が可能な光無線通信ができる、中継機を介した経路を算出し、算出した経路で光無線通信を行うこととした。

【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経路を計算すること、及び
計算された前記経路にある前記中継機を介して前記光無線通信を行うこと、
を特徴とする。

【0009】

また、本発明に係る送受信機は、
音波通信で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光無線通信を行える経路を計算する演算部と、
計算された前記経路にある前記中継機を介して、他の送受信機と前記光無線通信を行う光無線通信部と、
を備える。

【0010】

さらに、本発明に係る中継機は、
音波通信で自身の位置を２つの送受信機のいずれかに通知する通知部と、
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つの送受信機の間にある複数の中継機の中から少なくとも１つの中継機を選択し、２つの送受信機を始点と終点とし、当該中継機を頂点とする折れ線で障害物を回避できる経路を計算する。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、前記経路の計算前に前記音波通信で前記中継機の配置位置を把握することを特徴とする。中継機の配置位置を把握しておくことで、経路の計算の精度を向上させることができる。

【0015】

本発明に係る通信方法は、前記経路の計算前に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、及び前記経路が前記障害領域を回避して前記光無線通信を行える経路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）中継機も固定された位置に設置されていること
送受信機間に（複数の）中継機が設置されており、その中から適切な中継機を選択し、その中継機経由で送受信機間の高速通信を行う。

【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（図１では３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。図４には、中継機２０の位置情報を取得するステップＳ０１ａも記載している。
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）を始点と終点とし、中継機２０の位置を通過点として障害領域５１を迂回するように当該点間を直線で結ぶ（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。さらに、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】

送受信機（１０－１、１０－２）は、算出した前記経路上の中継機２０（図１の場合は中継機２０－２）を中継点として光無線通信を行う（ステップＳ０３）。

【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、
音波通信で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を経由して光無線通信を行える経路を計算する演算部１３と、
計算された前記経路にある中継機２０を介して、他の送受信機と光無線通信を行う光無線通信部１１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、
音波通信で自身の位置を２つの送受信機のいずれかに通知する通知部２１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。なお、ステップＳ０１ａで、中継機２０の位置を送受信機（１０－１、１０－２）へ通知してもよい。
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、算出した経路上にある中継機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、経由する中継機２０が１台だけである例を説明した。しかし、経由する中継機２０は複数でもよい。通信システム３０２は、複数の中継機２０を経由する例（４台の中継機２０のうち、中継機２０－２と２０－３を経由する例）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）
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６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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

（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。

【0045】

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】

【0046】

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
１５：データ送受信部
２０、２０－１、２０－２、２０－３、２０－４：中継機
２１：通知部
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、３０２：通信システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】