JP2012065073A - 超音波通信装置及び超音波通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】通信相手との間で生じる送受信タイミングのズレを補正することで、送受信タイミングのズレによる通信の途絶を回避する。
【解決手段】親機１００は、超音波を検出又は生成する圧電素子部１０９と、超音波を用いて通信する通信部１０１と、一定の時間長さを有するスロットが時系列に割り当てられたテーブルであって、子機２００と共通のテーブルを記憶する記憶部１０５と、子機２００との距離に関する距離情報を取得する距離取得部１１２と、子機２００から送信された信号を通信部１０１が受信するまでに所要する時間から距離を算出する距離算出部１１３と、取得した距離情報及び算出した距離情報に基づいて、親機１００と子機２００との同期のズレ時間を算出するスロットタイミング監視部１０８と、ズレ時間の補正を指示するスロットタイミング修正指示部１１０と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、超音波通信装置及び超音波通信方法に関するものである。

潜水中のダイバーは、自身の安全を確保すべく、他のダイバーや母船との通信を行う必要があり、水中では電波の減衰が大きいため、超音波を用いた通信が広く行われている。
このように水中で使用する通信装置は小型化や低消費電力化が望まれており、例えば、下記特許文献１に示すように、１つの周波数を用いて同期スロットで同期を取り、送受信のタイミングを合わせることで半２重による双方向の通信を行う技術が提案されている。

特開平７−２１２２６８号公報

このような通信装置は、通信相手との同期を取るために正確に計時する必要があり、水晶振動子を用いて時間を計測している。しかしながら、通信装置が水中で使用される場合、使用環境の温度が低下することで水晶振動子の特性が変化し、計時誤差が生じて通信相手との送受信タイミングに時間的なズレが生じ、正常に通信が出来なくなる虞があった。本発明は、通信相手との間で生じる送受信タイミングの時間的なズレを補正することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］水中において、超音波を伝送媒体として他の通信装置との間で通信する超音波通信装置であって、前記超音波を検出又は生成する超音波トランスデューサーと、前記超音波を用いて通信する通信部と、制御部と、を備え、前記制御部は、一定の時間長さを有するスロットが時系列に割り当てられたテーブルであり、かつ、前記他の通信装置との間で共有する前記テーブルを記憶する記憶部と、前記他の通信装置との間の距離情報を前記他の通信装置から取得する距離取得部と、前記テーブルに従って送信する信号を前記他の通信装置が受信した後、前記他の通信装置から送信された信号を受信するまでに要する所要時間に基づいて前記他の通信装置との間の距離を算出する距離算出部と、前記距離取得部が取得した距離情報Ａ及び前記距離算出部が算出した距離情報Ｂに基づいて、前記他の通信装置との前記スロットの所定のタイミングの差異時間を算出し、算出した前記差異時間に応じて、前記他の通信装置の前記スロットの所定のタイミングの修正を前記他の通信装置に通知するか否かを判断するスロットタイミング監視部と、前記スロットタイミング監視部の判断に基づいて、前記他の通信装置に前記スロットの所定のタイミングの修正を指示するスロットタイミング修正指示部と、を有することを特徴とする超音波通信装置。

これによれば、通信指示が時系列に割り当てられ、他の通信装置と共通のテーブルに基づき、他の通信装置と同期を取って送信状態と受信状態と待機状態とを切り替えるため、通信装置は１つの周波数の超音波を用いて他の通信装置と双方向に通信できる。また、スロットタイミング監視部は、通信装置から送信された信号を他の通信装置が受信し、他の通信装置から送信された信号を、通信装置が受信するまでに所要する所要時間及び距離情報に基づいて、他の通信装置との同期の差異時間を算出し、算出した差異時間に応じてスロットタイミング修正指示部は他の通信装置へ同期の修正を指示する。この結果、他の通信装置は差異時間に応じて同期を修正する。したがって、他の通信装置との送受信タイミングにズレが生じても、そのズレは補正されるため、送受信タイミングのズレにより他の通信装置と通信できなくなることを回避できる。

［適用例２］水中において、超音波を伝送媒体として他の通信装置との間で通信する超音波通信装置であって、前記超音波を検出又は生成する超音波トランスデューサーと、前記超音波を用いて通信する通信部と、制御部と、を備え、前記制御部は、一定の時間長さを有するスロットが時系列に割り当てられたテーブルであり、かつ、前記他の通信装置との間で共有する前記テーブルを記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された前記スロットを前記他方の通信装置との間で送信あるいは受信した結果に基づいて決定し、かつ、前記他の通信装置が備える、スロットの送信あるいは受信に関する所定のタイミングの修正情報を、前記他の通信装置から受信することによって、前記スロットの所定のタイミングの修正を指示するスロットタイミング修正指示部と、を備えることを特徴とする超音波通信装置。

これによれば、スロットタイミング修正指示部からのスロットタイミング修正情報に基づいて他の通信装置との差異時間に応じて同期を修正する。したがって、送受信タイミングにズレが生じても、そのズレは補正されるため、送受信タイミングのズレにより他の通信装置と通信できなくなることを回避できる。

［適用例３］上記超音波通信装置であって、前記他の通信装置が前記テーブルに従って送信した信号を前記通信部が受信するまでに要する時間に基づいて、前記他の通信装置との間の距離情報を算出する距離算出部をさらに備えることを特徴とする超音波通信装置。

［適用例４］水中において、超音波を伝送媒体として他の通信装置との間で共有するテーブルに割り当てられた一定の時間長さを有するスロットに基づき他の通信装置との間で通信する超音波通信方法であって、前記他の通信装置との間の距離に関する距離情報Ａを取得する距離取得工程と、前記テーブルに従って前記他の通信装置に向けて送信した後、前記他方の通信装置から返信を受信するまでに要する所要時間に基づいて、前記他の通信装置との間の距離情報Ｂを算出する距離算出工程と、前記距離情報Ａ及び前記距離情報Ｂに基づいて、前記他の通信装置との間で前記スロットの所定のタイミングの差異時間を算出する算出工程と、算出した前記差異時間に応じて前記スロットの所定のタイミングの修正を行う修正工程と、を有することを特徴とする超音波通信装置。

これによれば、距離情報Ａ及び距離情報Ｂに基づいて、他の通信装置のスロットタイミングの差異時間を算出し、算出した差異時間に応じてスロットタイミングの修正を行うことにより、他の通信装置は差異時間に応じて同期を修正することができる。したがって、他の通信装置との送受信タイミングにズレが生じても、そのズレは補正されるため、送受信タイミングのズレにより他の通信装置と通信できなくなることを回避できる。

［適用例５］水中において、超音波を伝送媒体として他の通信装置との間で共有するテーブルに割り当てられた一定の時間長さを有するスロットに基づき他の通信装置との間で通信する超音波通信方法であって、前記他の通信装置によって割り当てられた前記スロットに基づき、該スロットの所定のタイミングで送信を開始することを特徴とする超音波通信方法。

これによれば、他の通信装置へ直接送信することができるため、通信のスループットを向上し利便性を向上するという効果を得ることができる。

［適用例６］水中において、超音波を伝送媒体として他の通信装置との間で通信する超音波通信方法であって、前記他の通信装置との間で、スロットの所定のタイミングの差異時間に応じて、前記スロットの所定のタイミングの修正を行う第１通信方法と、前記他の通信装置が、該他の通信装置によって割り当てられた前記スロットに基づいて、前記他の通信装置との間でスロットの所定のタイミングによって送信を開始する第２通信方法と、を備え、前記第１通信方法及び前記第２通信方法は、所定時間毎に切り換えることを特徴とする超音波通信方法。

これによれば、同期の取れた安定した通信の確保と、通信のスループットを向上し利便性を向上するという効果を得ることができる。

本実施形態に係る超音波通信装置を適用した水中通信システムを説明する図。 親機と子機との機能構成を説明する図。 スロットの構成を説明する図。 スロットに基づくパケットの送受信を説明する図。 スロットタイミングのズレの算出方法を説明する図。 親機と子機とのハードウェア構成を説明する図。 親機がスロットタイミングを修正する処理の流れを示すフローチャート。 交信テーブルの構成を説明する図。 交信テーブル２におけるスロットに基づくパケットの送受信を説明する図。

以下、水中で送受信可能な超音波通信装置について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る超音波通信装置を適用した水中通信システムの適用例を説明する図である。この水中通信システム５０は、水中を潜水するダイバー１０に備えられた親機１００と、水中を潜水するダイバー５の腕に装着された子機２００との間で、所定の周波数の超音波により通信を行う。

親機１００は、防水処理や耐水圧処理が施されたダイバーウォッチの様態であり、親機１００で生成された通信信号は、圧電素子から超音波として水中に放射される。また、水中の子機２００から送信された超音波は、圧電素子で通信信号に変換されて親機１００で受信処理される。

子機２００は、防水処理や耐水圧処理が施されたダイバーウォッチの様態であり、親機１００の圧電素子から放射された超音波を受信すると共に、親機１００に対して超音波を送信する。

尚、超音波の周波数は、１０ＫＨｚから２ＭＨｚの間の周波数を想定し、親機１００と子機２００の大きさ、通信信号のパワーおよび回路構成における利点等を考慮して決定される。例えば、周波数として４５５ＫＨｚを採用し、ビットレートとして２ｋｂｐｓ〜８ｋｂｐｓを採用しても良い。また、親機１００と子機２００との間の通信距離は、４０ｍ〜５０ｍ程度を想定する。

図２は、親機１００と子機２００との機能構成を説明する図である。尚、１台の親機１００に対する子機２００の台数は、１台に限定されるものではなく、略同一の機能部で構成される複数台であっても良い。

本実施形態では、親機１００と子機２００とは、図３に示すような交信手順で交信する。この場合、親機１００は、一方の交信テーブル（タイムスロット）３００に従い、２台の子機２００Ａ，２００Ｂは、一方のタイムスロット３００に対応する他方のタイムスロット３１０Ａ，３１０Ｂに従い通信する。これらのタイムスロット３００，３１０Ａ，３１０Ｂは、一定の時間長さＴ０を有し、他との通信を指示するスロット毎に交互に通信することで、１つの周波数による双方向通信を実現する。尚、他方のタイムスロット３１０Ａ，３１０Ｂは、親機１００が一方のタイムスロット３００を決定することで一意的に決定される。他方のタイムスロット３１０Ａ，３１０Ｂは、子機２００Ａ，２００Ｂが予め記憶していても良く、親機１００から送信されても良い。尚、以降では、各々の実施形態の子機は子機２００Ａ、子機２００Ｂと呼び、各実施形態に共通して子機を指す場合には子機２００と呼ぶことにする。

１つのスロットは、親機１００から子機２００に対する送信パケットＰＫＳと、子機２００から親機１００に対する応答パケットＰＫＲを含む。送信パケットＰＫＳと応答パケットＰＫＲとのデータ構成は、例えば、先頭を示し同期を取るためのプリアンブル領域、ＩＤ情報領域、伝達情報領域及びエラーチェックのための巡回冗長検査（ＣＲＣ）領域等を想定する。

タイムスロット３００，３１０Ａ，３１０Ｂに示すように、親機１００と２台の子機２００Ａ，２００Ｂとの通信は、最初に、第１スロットで子機２００Ａとの間で交信を行い、続いて、第２スロットで子機２００Ｂとの間で交信を行うことで１サイクルを完了する。タイムスロット３００，３１０Ａ，３１０Ｂでは、第１スロットから第６スロットにより６サイクルが実行され、親機１００と２台の子機２００Ａ，２００Ｂは、通信終了が指示されない限り、タイムスロット３００，３１０Ａ，３１０Ｂによる通信を繰り返す。尚、子機２００Ａ及び子機２００Ｂは、自身が親機１００と通信しない時は、スタンバイ状態に遷移する。尚、親機１００のタイムスロット３００（図３）に応じて子機２００のタイムスロット３１０Ａ，３１０Ｂ（図３）は一意に決まり、動作の基準となる子機２００のクロックは、親機１００のクロックと使用を開始する際に同期される。本実施形態では、制御部２０６は、親機１００と子機２００間で情報をやり取りする前に、タイムスロット３００（図３）に対応するタイムスロット３１０Ａ，３１０Ｂ（図３）の情報を、送信部１０３を介して子機２００に伝達するべく指示し、これを受けて、子機２００は親機１００のクロックと同期を取る。ここで、図３に示すようにタイムスロットの各スロットの区切りをスロットタイミングと呼び、親機１００と子機２００とでクロックの同期を取った時点で、親機１００のスロットタイミングと子機２００のスロットタイミングは一致している。

図２に戻り、親機１００の機能構成について説明する。

親機１００は、通信部１０１、受信部１０２、送信部１０３、操作部１０４、記憶部１０５、制御部１０６、切替え部１０７、スロットタイミング監視部１０８、圧電素子部１０９、スロットタイミング修正指示部１１０、表示部１１１、距離取得部１１２、及び距離算出部１１３を備える。

操作部１０４は、親機１００を保持するダイバー１０により操作され、操作に応じた操作指示が制御部１０６に送られる。本実施形態では、操作部１０４は、親機１００上に配置されたボタン（図示は略す。）を想定する。

制御部１０６は、スロットタイミング監視部１０８、スロットタイミング修正指示部１１０、距離取得部１１２、及び距離算出部１１３を備える。この制御部１０６は、操作部１０４から送られる操作指示に基づき、親機１００の各機能部の動作を制御する。

ここで、制御部１０６の各機能について、図４を参照して説明する。スロットタイミング監視部１０８は、親機１００のクロックを参照して生成されたタイムスロット３００と子機２００Ｂのクロックを参照して生成されたタイムスロット３１０Ｂとのタイミングを監視する。より詳細には、スロットタイミング監視部１０８は、距離取得部１１２、距離算出部１１３からの情報を元に、子機２００Ａのタイムスロット３１０Ａ、子機２００Ｂのタイムスロット３１０Ｂが、自身のタイムスロット３００とどれくらいずれているかを監視する。したがって、スロットタイミング監視部１０８は、各子機２００Ａ，２００Ｂのスロットタイミングが親機１００のスロットタイミングとそれぞれどれくらい差を持っているかを一元管理することができる。

距離取得部１１２は、子機２００との距離に関する情報を子機２００から取得する。取得した距離情報は、スロットタイミング監視部１０８から必要に応じて参照される。

距離算出部１１３は、タイムスロット３００のタイミングに基づいて、親機１００が送信した信号を子機２００が受信し、その返答として子機２００が送信した信号を親機１００が受信するのに要する所要時間を計測し、計測した時間から親機１００と子機２００との間の距離を計算する。より詳細には、水中での音速は約１５００ｍ／秒であり、計測した時間は超音波が親機１００と子機２００との間を往復した時間を表し、音速を乗算することで親機１００と子機２００との往復距離が算出でき、１／２にする事で親機１００と子機２００との距離を算出できる。通信信号を親機１００から送信して子機２００が応答して返るまでの時間から親機１００と子機２００との間の通信距離を算出する技術は、例えば、特開２００８−２６５５２７号公報に開示されている。

スロットタイミング監視部１０８は、距離算出部１１３が計測した距離情報と、距離取得部１１２が取得した距離情報とに基づき、親機１００のスロットタイミングと子機２００のスロットタイミングの差異時間を算出し、算出したズレ時間が所定値を越えた場合、スロットタイミング修正指示部１１０に指示する。スロットタイミングの差異時間の算出方法については後述する。

通信部１０１は、送信部１０３と受信部１０２を備える。送信部１０３は、送信する定型文や要求信号によって変調された所定の周波数の通信信号を生成し、生成した通信信号を所定の出力まで増幅することにより高周波信号を生成する。送信時には、切替え部１０７は送信部１０３と圧電素子部１０９とを電気的に接続する。この結果、生成した高周波信号は圧電素子部１０９に送られる。

また、受信時には、切替え部１０７は、受信部１０２と圧電素子部１０９とを電気的に接続する。この結果、受信部１０２は、圧電素子部１０９から送られる高周波信号から通信信号を取得する。子機２００から送信される通信信号には定型文が含まれ、定型文は表示部１１１に表示される。

記憶部１０５は、タイムスロット３１０に関する情報、通信条件、通信手順、自身や通信相手の属性情報及び定型文等を記憶する。

圧電素子部１０９は、一定の共振周波数を有する超音波トランスデューサーである。本実施形態では、圧電素子部１０９として、弾性振動により超音波を送受信する超音波振動子（図示は略す。）を採用する。この超音波振動子は、特開平８−２７５２９４号公報に示すように、超音波振動を検出した場合には高周波信号に変換して出力し、高周波信号が入力された場合には高周波信号に応じた超音波振動を生成して放射する。

図２を用いて子機２００の機能構成について説明する。子機２００は、通信部２０１、受信部２０２、送信部２０３、操作部２０４、記憶部２０５、制御部２０６、切替え部２０７、距離計測部２０８、圧電素子部２０９及び表示部２１０を備える。

操作部２０４は、操作に応じた操作指示が制御部２０６に送られる。本実施形態では、操作部２０４は、子機２００上に配置されたボタン（図示は略す。）を想定する。

制御部２０６は、操作部２０４から送られる操作指示に基づき、子機２００の各機能部の動作を制御する。尚、子機２００Ｂが通信を行う場合、制御部２０６は、送受信や非通信の指示を、タイムスロット３１０Ｂ（図３）に割り当てられたスロットに基づいて行う。より詳細には、制御部２０６は、通信部２０１を送信又は受信の通信状態（通信モード）、又は送信及び受信を行わない非通信状態（スタンバイ状態）に遷移させるべく制御する。

距離計測部２０８は、タイムスロット３１０Ｂのタイミングに基づいて、親機１００が送信した信号を子機２００Ｂが受信するのに所要する時間を計測し、親機１００と子機２００Ｂとの距離を算出する。ここで、計測した時間は、親機１００と子機２００Ｂとの距離を反映した値になるが、タイムスロット３１０Ｂのタイミングに基づいて計測しているため、タイムスロット３００とタイムスロット３１０Ｂのずれを含んだ情報となる。計測した所要時間から算出した距離に関する情報は、通信部２０１へ送られ、他の情報と一緒に送信データとして親機１００へ送信される。

通信部２０１は、送信部２０３と受信部２０２を備える。送信部２０３は、送信する定型文や制御信号によって変調された一定の周波数の通信信号を生成し、生成した通信信号を所定の出力まで増幅することにより高周波信号を生成する。切替え部２０７は、送信時には送信部２０３と圧電素子部２０９とを電気的に接続し、受信時には受信部２０２と圧電素子部２０９とを電気的に接続する。この結果、生成した高周波信号は圧電素子部２０９に送られる。

また、受信部２０２は、圧電素子部２０９から送られる高周波信号から通信信号を取得する。親機１００から送信される通信信号には定型文が含まれ、定型文は表示部２１０に表示される。

圧電素子部２０９は、一定の共振周波数を有する超音波トランスデューサーである。本実施形態では、圧電素子部２０９として、弾性振動により超音波を送受信する超音波振動子（図示は略す。）を採用する。記憶部２０５には、タイムスロット３００Ｂ（図３）に関する情報、通信条件、通信手順、自身や通信相手の属性情報及び定型文等が記憶されている。親機１００から送信される通信信号には定型文が含まれ、定型文は表示部２１０に表示される。

ここで、図４に基づいて、スロットタイミングの修正について説明する。尚、図４では、２台の子機２００Ａ，２００Ｂのうち、子機２００Ａは親機１００との間でスロットタイミングとの誤差が生じないものとして無視し、子機２００Ｂと親機１００とのやり取りのみに着目する。また、図４の横軸は時間経過を示す。

最初に、親機１００は、第１スロットを実行し、子機２００Ａとの間でパケットを送受信した後、親機１００は、第２スロットを実行し、時刻ｔ５において「２」の送信パケットＰＫＳを子機２００Ｂに送信し、子機２００Ｂからの「２」の応答パケットＰＫＲを時刻ｔ８に受信する。この場合、２つのタイムスロット３００，３１０Ｂは同期された状態であるため、タイミングのズレ時間は生じない。したがって、スロットタイミング監視部１０８は、子機２００Ｂのスロットタイミングの修正をスロットタイミング修正指示部１１０に指示しない。

次に、子機２００Ｂに対し、第（Ｍ＋１）スロットにおいて、親機１００は、時刻ｔ１３において「２」の送信パケットＰＫＳを子機２００Ｂに送信し、子機２００Ｂは時刻ｔ１４に受信した後、時刻ｔ１５に「２」の応答パケットＰＫＲを送信する。この結果、親機１００は時刻ｔ１６に「２」の応答パケットＰＫＲを受信する。ここで、親機１００と子機２００Ｂとのクロックの僅かなずれにより、子機２００Ｂのタイムスロット３１０Ｂにズレが生じ、親機１００のタイムスロット３００との間でΔＴのズレ時間が生じる。

子機２００Ｂの距離計測部２０８では、自身のスロットタイミングにより（図５）時間計測を開始し、親機１００の送信パケットＰＫＳを受信する時刻ｔ１４で時間計測を終了する。この計測値から親機１００と子機２００Ｂとの距離を算出する。算出した距離情報は親機１００への応答パケットＰＫＲの伝達情報領域に含められて、親機１００へ伝送される。尚、距離計測部２０８では、第（Ｍ＋１）スロットのスロットタイミングでカウントを開始するが、受信したパケットが親機１００の第（Ｍ＋１）スロットのスロットタイミングで送信されたパケットか否かはパケットのＩＤ情報領域又は伝達情報領域の情報を参照することで確認ができる。

スロットタイミング監視部１０８は、距離算出部１１３が計測した距離情報と、距離取得部１１２が取得した距離情報とから、親機１００との距離により生じる遅延時間成分を計測した時間から除外して、親機１００のタイムスロット３００に対して子機２００Ｂのタイムスロット３１０Ｂとの遅れや進みを示すズレ時間（ΔＴ）を算出する。詳細には、距離取得部１１２が取得した距離に関する情報は、子機２００Ｂの距離計測部により計測されたものであり、図５のＡの時間に水中での音速は約１５００ｍ／秒を乗算した値である。一方、距離算出部１１３が計測した距離に関する情報は、図５のＢの時間に水中での音速は約１５００ｍ／秒を乗算した値である。よってΔＴは、ΔＴ＝（Ｂ−Ａ）により求められる。

さらに、スロットタイミング監視部１０８は算出したΔＴが所定の値よりも大きい場合には、子機２００Ｂのスロットタイミングの修正を行う為に、スロットタイミング修正指示部１１０に通知する。スロットタイミング修正指示部１１０では、第（Ｎ＋１）スロットにおいて、スロットタイミング修正の制御信号を含んだパケットを子機２００Ｂに送信する。その結果、２つのタイムスロット３００，３１０Ｂは同期された状態になり、時刻ｔ２１における第（Ｎ＋１）スロット以降においてタイミングのズレ時間は大幅に改善される。

ここで、ΔＴのズレ時間を改善するか、否かは、次のように判定される。例えば、子機２００Ｂが自分のスロットタイミングを起点に測定した時間が７ミリ秒であったとし、親機１００との通信距離が１０ｍであった場合、音波が水中を伝わる速度（約１５００ｍ／秒）では、１０ｍは６．７ミリ秒であるので、子機２００Ｂのスロットタイミングは、親機１００のスロットタイミングとほぼ同期していると判定される。少なくとも、同期が外れるレベルのズレではないと判定される。

また、子機２００Ｂが自分のスロットタイミングから測定した時間が１４ミリ秒であったとし、親機１００との通信距離が１０ｍであった場合、子機２００ＢのスロットタイミングでＯＮしたタイミングが早くなっていると推定され、子機２００Ｂのスロットタイミングを遅くするように判定される。

また、子機２００Ｂが自分のスロットタイミングから測定した時間が４ミリ秒であったとし、親機１００との通信距離が１０ｍであった場合、子機２００ＢのスロットタイミングでＯＮしたタイミングが遅くなっていると推定され、子機２００Ｂのスロットタイミングを早めるように判定される。

実用上は親機１００と子機２００Ｂとの通信距離を１ｍ程度の分解能で把握した場合、６７０マイクロ秒程度の時間分解能で親機１００と子機２００Ｂのスロットタイミングを同期させることができる。

尚、親機１００及び子機２００は、図６に示すように、ハードウェアとして、ＣＰＵ２５４、メモリー２５２、水晶振動子２５６、及び種々の電子回路を含む制御装置２５０や、液晶パネル等の表示装置２６０、操作ボタン２６５、通信装置２７０及び電源装置２７５等を備える。上述した各機能部は、これらのハードウェアとメモリー２５２に記憶されたソフトウェアとが協働することにより実現される。

図７は、親機１００が子機２００にスロットタイミングの修正を指示する処理の流れを示すフローチャートである。

この処理が開始されると、最初に、親機１００のＣＰＵ２５４は送信を開始すると同時に時間計測を開始する（ステップＳ３５０）。次に、ＣＰＵ２５４は、子機２００からの信号を受信したか、否かを判定する（ステップＳ３５１）。ここで、子機２００からの信号を受信しないと判定した場合（ステップＳ３５１でＮｏ）、ステップＳ３５０に戻り、時間計測を繰り返す。他方で、子機２００からの信号を受信したと判定した場合（ステップＳ３５１でＹｅｓ）、ＣＰＵ２５４は、時間計測を終了する（ステップＳ３５２）＜距離計測工程１＞。

次に、ＣＰＵ２５４は、受信した情報から子機が計測した距離情報を取得する（ステップＳ３５３）＜距離計測工程２＞。次に、距離計測工程１で所得した情報と距離計測工程２で取得した情報とからスロットタイミングのズレに関する情報を取得する（ステップＳ３５４）＜算出工程＞。

続いて、ＣＰＵ２５４は、スロットタイミングのズレが許容範囲を超えているか、否かを判定する（ステップＳ３５５）。

ここで、スロットタイミングのズレが許容範囲を超えていると判定した場合（ステップＳ３５５でＹｅｓ）、ＣＰＵ２５４は、スロットタイミング修正指示を出し（ステップＳ３５６）、子機２００への次の送信情報に修正情報を含めて送信し（ステップＳ３５７）＜修正工程＞、一連の処理を終了する。他方で、スロットタイミングのズレが許容範囲を超えていないと判定した場合（ステップＳ３５５でＮｏ）、一連の処理を終了する。

以上述べた実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
親機１００と子機２００との同期が確保できるので、同期ズレによる通信不能状態を回避できる。

本実施形態について、図面を参照して説明したが、具体的な構成は、この実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、スロットタイミング監視部１０８が算出するズレ時間は、全てのスロットを対象としなくとも良く、所定の割合でズレ時間を算出しても良い。また、以上のような手法を実施する装置は、単独の装置によって実現される場合もあれば、複数の装置を組み合わせることによって実現される場合もあり、各種の態様を含むものである。

（第２実施形態）
第１実施形態では、一定の時間長さを有するスロットが時系列に割り当てられたテーブルに従って通信する場合に同期を取る方法について記載したが、本実施形態ではテーブルを変更することによって、同期を取りながら通信のスループットを向上する。

本実施形態では、親機１００と子機２００とは、図８に示すような交信手順で交信する。この場合、交信テーブル１に従って通信する場合には第１実施形態に記載した方法により、親機１００は子機２００のスロットタイミングの監視を行い、必要に応じてスロットタイミングの調整を指示することで親機１００と子機２００とは同期した状態となる。一方、交信テーブル２に従って通信する場合には、親機１００は子機２００のスロットタイミングの監視を行わず、子機２００はスロットタイミングの調整を行わない。

本実施形態では、図８に示す交信テーブル１において、親機１００と子機２００とは、図３に示すような交信手順で交信する。この場合、親機１００は、一方の交信テーブル（タイムスロット）３００に従い、２台の子機２００Ａ，２００Ｂは、一方のタイムスロット３００に対応する他方のタイムスロット３１０Ａ，３１０Ｂに従い通信する。これらのタイムスロット３００，３１０Ａ，３１０Ｂは、一定の時間長さＴ０を有し、他との通信を指示するスロット毎に交互に通信することで、１つの周波数による双方向通信を実現する。尚、他方のタイムスロット３１０Ａ，３１０Ｂは、親機１００が一方のタイムスロット３００を決定することで一意的に決定される。他方のタイムスロット３１０Ａ，３１０Ｂは、子機２００が予め記憶していても良く、親機１００から送信されても良い。

交信テーブル１に従って通信を行う場合、タイムスロットの構成として、親機１００が送信したパケットを子機２００が受信し、その返信として子機２００が送信したパケットを親機１００が受信するという一連のやり取りを１スロットとしている。一方交信テーブル２では、図９に一例を示すように、親機１００が送信したパケットを子機２００が受信する、又は子機２００が送信したパケットを別の子機２００が受信する、やり取りを１スロットとしている。こうすることで、子機２００が割り当てられたスロットタイミングで送信を開始することができ、図９の５スロット目、６スロット目に示すように、親機１００を介さずに子機２００Ａと子機２００Ｂとが通信を行うことができる。これにより交信テーブル１のように常に親機１００を介した通信を行う場合に比べ、子機２００同士が通信したい場合に直接送信できるため、利便性を向上することができる。また、親機１００を介するのに要するスロットを省くことができるため、通信のスループットを向上することができる。

本実施形態における親機１００と子機２００とは図２に示した第１実施形態と略同一の機能部で構成される。図８に示す交信テーブル１と交信テーブル２との切替えは、図２に示す親機１００の制御部１０６が制御を行う。詳細には通信の開始時又は交信テーブル１により同期を取った時点から、一定時間経過した場合、交信テーブル２から交信テーブル１に移行し、親機１００とすべての子機２００のスロットタイミングのずれを監視し、スロットタイミングのずれが大きいと判断された子機２００についてはスロットタイミングの修正を指示する。尚、図９に示した各スロット間に一定の空白期間を持たせても良い。これにより子機２００のスロットタイミングのずれの許容値を大きくすることができ、交信テーブル２で同期を取らずに通信する時間を長く設定できる。

交信テーブル２に従って通信を行う場合の子機２００の距離計測部２０８について説明する。距離計測部２０８では、交信テーブル１に従って通信を行う場合、自身のタイムスロットのタイミングに基づいて、親機１００が送信した信号を子機２００Ａが受信するのに所要する時間を計測し、親機１００と子機２００Ａとの距離を算出する。一方、交信テーブル２に従って通信を行う場合、距離情報を取得したい子機２００Ｂが送信するスロットの場合、自身のタイムスロットのタイミングに基づいて、子機２００Ｂが送信した信号を子機２００Ａが受信するのに所要する時間を計測し、子機２００Ａと子機２００Ｂとの距離を算出する。ここで、子機２００Ａと子機２００Ｂとのタイムスロットのタイミングは、交信テーブル１の通信により親機１００と同期が取られている為、略同一のタイミングを持っていると判断できる。その為、子機２００Ｂが送信した信号を子機２００Ａが受信するまでの時間を、子機２００Ａのタイムスロットに基づいて計測することで、子機２００Ａと子機２００Ｂとの距離を算出することができる。ここで、距離算出のためには受信したパケットの伝達情報領域は必要なく、例えば、先頭を示し同期を取るためのプリアンブル領域やＩＤ情報領域のみを見ればよい。

以上述べた実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
（１）親機１００と子機２００との同期が確保できるので、同期ズレによる通信不能状態を回避できる。
（２）子機２００が自らのスロットタイミングで送信することができるので、常に子機２００が親機１００の返信として送信する場合に比べ、スループットを向上し利便性を向上することができる。

本実施形態について、図面を参照して説明したが、具体的な構成は、この実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。また、以上のような手法を実施する装置は、単独の装置によって実現される場合もあれば、複数の装置を組み合わせることによって実現される場合もあり、各種の態様を含むものである。

５…ダイバー、１０…ダイバー、５０…水中通信システム、１００…親機、１０１…通信部、１０２…受信部、１０３…送信部、１０４…操作部、１０５…記憶部、１０６…制御部、１０７…切替え部、１０８…スロットタイミング監視部、１０９…圧電素子部、１１０…スロットタイミング修正指示部、１１１…表示部、２００…子機、２０１…通信部、２０２…受信部、２０３…送信部、２０４…操作部、２０５…記憶部、２０６…制御部、２０７…切替え部、２０８…距離計測部、２０９…圧電素子部、２１０…表示部。

Claims (6)

1. 水中において、超音波を伝送媒体として他の通信装置との間で通信する超音波通信装置であって、
   前記超音波を検出又は生成する超音波トランスデューサーと、
   前記超音波を用いて通信する通信部と、
   制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   一定の時間長さを有するスロットが時系列に割り当てられたテーブルであり、かつ、前記他の通信装置との間で共有する前記テーブルを記憶する記憶部と、
   前記他の通信装置との間の距離情報を前記他の通信装置から取得する距離取得部と、
   前記テーブルに従って送信する信号を前記他の通信装置が受信した後、前記他の通信装置から送信された信号を受信するまでに要する所要時間に基づいて前記他の通信装置との間の距離を算出する距離算出部と、
   前記距離取得部が取得した距離情報Ａ及び前記距離算出部が算出した距離情報Ｂに基づいて、前記他の通信装置との前記スロットの所定のタイミングの差異時間を算出し、算出した前記差異時間に応じて、前記他の通信装置の前記スロットの所定のタイミングの修正を前記他の通信装置に通知するか否かを判断するスロットタイミング監視部と、
   前記スロットタイミング監視部の判断に基づいて、前記他の通信装置に前記スロットの所定のタイミングの修正を指示するスロットタイミング修正指示部と、
   を有することを特徴とする超音波通信装置。
2. 水中において、超音波を伝送媒体として他の通信装置との間で通信する超音波通信装置であって、
   前記超音波を検出又は生成する超音波トランスデューサーと、
   前記超音波を用いて通信する通信部と、
   制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   一定の時間長さを有するスロットが時系列に割り当てられたテーブルであり、かつ、前記他の通信装置との間で共有する前記テーブルを記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶された前記スロットを前記他方の通信装置との間で送信あるいは受信した結果に基づいて決定し、かつ、前記他の通信装置が備える、スロットの送信あるいは受信に関する所定のタイミングの修正情報を、前記他の通信装置から受信することによって、前記スロットの所定のタイミングの修正を指示するスロットタイミング修正指示部と、
   を有することを特徴とする超音波通信装置。
3. 請求項２に記載の超音波通信装置において、
   前記他の通信装置が前記テーブルに従って送信した信号を前記通信部が受信するまでに要する時間に基づいて、前記他の通信装置との間の距離情報を算出する距離算出部をさらに備えることを特徴とする超音波通信装置。
4. 水中において、超音波を伝送媒体として他の通信装置との間で共有するテーブルに割り当てられた一定の時間長さを有するスロットに基づき他の通信装置との間で通信する超音波通信方法であって、
   前記他の通信装置との間の距離に関する距離情報Ａを取得する距離取得工程と、
   前記テーブルに従って前記他の通信装置に向けて送信した後、前記他方の通信装置から返信を受信するまでに要する所要時間に基づいて、前記他の通信装置との間の距離情報Ｂを算出する距離算出工程と、
   前記距離情報Ａ及び前記距離情報Ｂに基づいて、前記他の通信装置との間で前記スロットの所定のタイミングの差異時間を算出する算出工程と、
   算出した前記差異時間に応じて前記スロットの所定のタイミングの修正を行う修正工程と、
   を有することを特徴とする超音波通信方法。
5. 水中において、超音波を伝送媒体として他の通信装置との間で共有するテーブルに割り当てられた一定の時間長さを有するスロットに基づき他の通信装置との間で通信する超音波通信方法であって、
   前記他の通信装置によって割り当てられた前記スロットに基づき、該スロットの所定のタイミングで送信を開始することを特徴とする超音波通信方法。
6. 水中において、超音波を伝送媒体として他の通信装置との間で通信する超音波通信方法であって、
   前記他の通信装置との間で、スロットの所定のタイミングの差異時間に応じて、前記スロットの所定のタイミングの修正を行う第１通信方法と、
   前記他の通信装置が、該他の通信装置によって割り当てられた前記スロットに基づいて、前記他の通信装置との間でスロットの所定のタイミングによって送信を開始する第２通信方法と、
   を備え、
   前記第１通信方法及び前記第２通信方法は、所定時間毎に切り換えられることを特徴とする超音波通信方法。