JP2012253533A - 移動体通信設備とその通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アドホック通信によりネットワークを形成することができ、かつそのうちの１つがネットワークから切断された場合でも、ネットワークの通信機能を維持することができ、かつ切断された原因も認識することができる移動体通信設備とその通信方法を提供する。
【解決手段】アドホック通信機能を有する基地局２０と複数の移動体１０を備える。基地局２０は、少なくとも２つの移動体１０とアドホック通信可能に位置する。各移動体１０は、隣接する他の移動体１０と少なくともペアを形成し、互いの移動体１０の状態を確認するペア確認手段を有し、かつ少なくとも２つの他の移動体１０とアドホック通信可能に位置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信機能を有する移動体通信設備とその通信方法に関する。

「アドホック通信」とは、無線ＬＡＮの端末（子機）同士で直接行う通信をいう。
かかるアドホック通信機能を有する複数のステーションからなる無線データ通信網において、直接通信できない２つのステーション間で、他のステーションが中継を行うことで通信可能範囲を拡大することが、例えば特許文献１，２に開示されている。

特開平８−９７８２１号公報、「無線データ通信方法および装置ならびに無線データ通信システム」 特開２００４−１６５９６４号公報、「通信機能を有する移動体の移動方法および通信方法」

上述した特許文献１，２では、通信機能と演算部を有する複数の移動体（ステーション又はノード）により、互いにアドホック通信によりネットワーク（通信網）を形成している。
また、特許文献２では、移動体の１つが移動中にネットワークから切断された場合、通信を回復するために移動体の演算部が、移動していた方向と反対方向に移動するように移動機能を制御するようになっている。

しかし、上述した特許文献１，２では、ネットワーク（通信網）を形成している移動体の１つが、一瞬でもネットワークから切断された場合、その移動体以遠の他の移動体との通信も切断されてしまう場合があり、回復するまでネットワークが不通状態となる問題点があった。
また、ネットワークから切断された原因が、通信だけが切断されたのか、移動体自体が損なわれたのか不明である問題点があった。

本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、アドホック通信によりネットワークを形成することができ、かつそのうちの１つがネットワークから切断された場合でも、ネットワークの通信機能を維持することができ、かつ通信遮断の原因が、移動に伴って通信不能に陥ったのか、途中の移動体が故障したのかの判別ができる移動体通信設備とその通信方法を提供することにある。

本発明によれば、アドホック通信機能を有する基地局と複数の移動体を備え、
基地局は、少なくとも２つの移動体とアドホック通信可能に位置し、
各移動体は、隣接する他の移動体と少なくともペアを形成し、互いの移動体の状態を確認するペア確認手段を有し、かつ少なくとも２つの他の移動体とアドホック通信可能に位置する、ことを特徴とする移動体通信設備が提供される。

また、本発明によれば、この移動体通信設備において、１台の移動体からのアドホック通信が途絶した場合、
（Ａ）通信途絶した移動体とペアを形成する相手の移動体を介して、通信途絶した移動体の状態を確認し、
（Ｂ）かつ同じくペアを形成する相手の移動体を介してアドホック通信によるネットワークを継続し、
（Ｃ）さらに通信途絶した移動体を除くすべての移動体が、隣接する他の移動体と少なくともペアを形成し、かつ少なくとも２つの他の移動体とアドホック通信可能に位置するように、移動体を移動する、ことを特徴とする移動体通信方法が提供される。

上記本発明の装置と方法によれば、各移動体が、隣接する他の移動体と少なくともペアを形成しているので、ペアを形成する相手の移動体により切断された原因を判断することができる。

また、ペアを形成する１台の移動体からのアドホック通信が途絶した場合でも、通信途絶した移動体とペアを形成する相手の移動体が少なくとも１つの他の移動体とアドホック通信可能に位置するので、アドホック通信によるネットワークを継続することができる。

従って、ある移動体からのアドホック通信が途絶した場合、その原因が移動に伴って通信不能に陥ったのか、途中の移動体が故障したのかを、検知することが可能であり、不明の移動体を捜索し通信を復旧するのか、故障した移動体に代わる新しい移動体を補充するかの判断ができる。またこのときペアを形成する相手の移動体が正常に機能しているため、相手の移動体を介するアドホック通信が断絶せず、一瞬たりともネットワーク全体が通信不通にはならない。

本発明による移動体通信設備を示す平面図である。 移動体の模式図である。 本発明による移動体通信方法の全体フロー図である。 異常発生の例を示す図である。 異常発生の別の例を示す図である。 図４、図５の異常発生時の通信状態を示す図である。 孤立した移動体のペアを回復するステップを示す図である。 ペアを再構築するステップを示す図である。 再構築されたネットワークを示す図である。

本発明を実施するための最良の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明による移動体通信設備を示す平面図である。
この図において、本発明の移動体通信設備は、複数（この例では８台）の移動体１０と基地局２０を備える。基地局２０は１台でも複数でもよい。

移動体１０は、無人で任意に移動できる移動装置である。例えば移動体１０は、ロボット、車両、船舶、航空機などであり、それぞれ独立に地上、水上、水中、空中を任意に移動できるようになっている。

図１において、細い両矢印２は、アドホック通信を示している。
すなわち各移動体１０は、例えば無線ＬＡＮによるアドホック通信機能を有しており、少なくとも２つの他の移動体１０とアドホック通信２により常に通信可能であるように、それぞれの移動位置が制限されている。
また、各移動体１０はそれぞれＧＰＳ等を内蔵しており、各移動体１０の自己位置を検出する。

また各移動体１０は、隣接する他の移動体１０とペア確認手段１２により少なくともペアを形成している。以下、ペア確認手段１２による確認を「ペア確認」と呼ぶ。

図１において、太い両矢印４はペア確認を示し、細い楕円形６はペア確認４による確認可能範囲を示している。なお本発明においてペア確認４は、ペアを形成する２台の移動体１０間の確認に限定されず、トリオを形成する３台の移動体１０間の確認を含むものとする。また、一方向の確認手段を含む。

基地局２０は、移動体１０と同じアドホック通信機能を有し、少なくとも２つの移動体１０とアドホック通信２により常に通信可能に位置する。基地局２０は、無人でも有人でもよく、かつ特定の場所に固定されていても、移動体１０と同様に移動可能であってもよい。

また、本発明において、基地局２０は必須ではなく、これを省略してもよい。基地局２０を省略する場合、移動体１０の一部又は全部が、基地局２０の機能を有する。

上述した基地局２０と複数の移動体１０は、それぞれが常に少なくとも２つの移動体１０とアドホック通信２により通信可能に位置するように移動する。
アドホック通信２による通信データは、アドホック通信２に必要なデータに加えて、各移動体１０の位置、各移動体１０の状態（正常、異常）、各移動体１０のハートビート信号、等である。

これら通信データは、アドホック通信２により各移動体１０及び基地局２０に通信される。
従って、上述したアドホック通信２によるネットワークにより、基地局２０とすべての移動体１０の間で、各移動体１０の位置及び状態を、移動体１０が中継を行うことで通信可能となる。

図１において、ペアを形成する移動体１０を、説明の都合上、１Ｌと１Ｒ、２Ｌと２Ｒ、３Ｌと３Ｒ、４Ｌと４Ｒと呼ぶ。この例では、移動体１０は８台であるが、それ以上でも、それ以下であってもよい。
また、移動体１０の台数は、偶数であるのが好ましいが、奇数であってもよい。奇数である場合、いずれか３台の移動体１０でトリオを形成し、３台の移動体間で上述したペア確認４を行うように構成する。
以下、ペアを形成する相手の移動体を「相手移動体」と略称する。

図２は、移動体１０の模式図である。この図では、ペアを形成する２台の移動体１０を示している。この図において、ペア確認手段１２は、各移動体１０に設けられた表示灯１３、カメラ１４、及び判別装置１５からなる。

表示灯１３は、移動体１０の状態を表示する。表示灯１３は例えば、青色、赤色、等の光を発する発光ダイオードであり、移動体１０の駆動系及び通信系の正常、異常、等を表示する。表示灯１３は、可視光に限定されず赤外光であってもよい。

カメラ１４は、例えばＣＣＤカメラ又はＣＭＯＳカメラであり、ペアを形成する相手の移動体（相手移動体）１０の表示灯１３を撮像する。この例で、カメラ１４は鉛直軸を中心に３６０°回転し、相手移動体１０の方向とその表示灯１３を撮像するようになっている。なお、カメラ１４を回転させずに、複数のカメラにより３６０°の全周を同時に撮像するようにしてもよい。

判別装置１５は、カメラ１４による画像から相手移動体１０の状態を判断する。表示灯１３が青色、赤色、等の光を発する発光ダイオードである場合、その色から相手移動体１０の状態を判断することができる。
また、同時にペアを形成する相手移動体１０の方向も検出することができる。

なお、ペア確認手段１２は上述した例に限定されず、ペアを形成する相手移動体１０と互いに移動体の状態を確認（ペア確認４）できる限りで、その他の確認手段であってもよい。他の確認手段は、例えば、通常の無線ＬＡＮ、視覚による形状認識、近赤外光、超音波等を用いた通信、レーザ又はレーダを用いた通信等である。

ペア確認手段１２は、アドホック通信２と比較して、近距離間通信に適し、かつより頑強であることが好ましい。すなわち、アドホック通信２が天候や外乱信号により通信不能であるような場合でも、ペア確認４が可能であるようなロバスト性が高いことが好ましい。

例えば、一定の間隔を隔てた複数の表示灯１３を用い、カメラ１４による画像から、判別装置１５により相手移動体１０までの距離を算出することができる。
また、判別装置１５として画像処理装置を用い、相手移動体１０の形状認識により、その状態（破損等）を検出してもよい。

図３は、本発明による移動体通信方法の全体フロー図である。
この図において、本発明の移動体通信方法は、Ｓ１〜Ｓ９の各ステップ（工程）からなる。

Ｓ１では、上述した移動体１０と基地局２０を準備する。
Ｓ２では、移動体１０と基地局２０をそれぞれ少なくとも２つの他の移動体１０とアドホック通信可能に配置してアドホック通信２によるネットワークを構築する。

Ｓ３では、上述した互いにペア確認４を行う移動体１０のペアを形成する。この際、台数が奇数である場合、いずれか３台の移動体１０でトリオを形成し、３台の移動体間で上述したペア確認４を行うように構成する。トリオを形成する位置は、基地局２０の近傍であることが好ましい。

Ｓ４では、上述した移動体１０と基地局２０により、アドホック通信を開始する。このアドホック通信により、基地局２０とすべての移動体１０の間で、各移動体１０の位置及び状態を、移動体１０が中継を行うことで通信可能となる。

Ｓ５〜Ｓ９は、上述した移動体１０のうち任意の１台からのアドホック通信２が途絶した場合の方法を示している。
Ｓ５において、ある移動体Ａからのアドホック通信２が途絶したことを検出する。この検出は、移動体Ａの位置情報等がアドホック通信により基地局２０に通知されないことにより容易に検出できる。
以下、通信途絶した移動体を「途絶移動体」と略称する。

移動体Ａ（途絶移動体）からのアドホック通信２の途絶を検出すると、Ｓ６において、途絶移動体Ａとペアを形成する相手移動体１０のペア確認４が正常か否かを判断する。
また、この状態において、通信途絶した途絶移動体Ａとペアを形成する相手移動体１０を介してアドホック通信によるネットワークを継続する。

Ｓ６において、ＹＥＳ（ペア確認４が正常）であれば、ペア確認４により途絶移動体Ａの状態を通信し、その故障内容を判断する。この故障内容は、例えば途絶移動体Ａの破損、損傷、アドホック通信機器のみの故障、等である。
途絶移動体Ａが故障した場合、その継続使用は困難なため、Ｓ９において、途絶移動体Ａを除いたネットワークを再構築する。

Ｓ６において、ＮＯ（ペア確認４が異常）であれば、Ｓ７において、途絶移動体Ａを探索する。この探索では、例えば、ペアを形成する相手移動体１０を、ペア確認４が切断された直前の途絶移動体Ａの位置まで移動させる。この移動により、相手移動体１０が途絶移動体Ａに近づくことができ、ペア確認４が復旧できる可能性がある。

Ｓ８において、ペア確認４が復旧したか否かを判断する。

Ｓ８において、ＹＥＳ（ペア確認４が回復）であれば、ネットワークの継続使用が可能であり、Ｓ４に戻り継続してアドホック通信２を行う。

Ｓ８において、ＮＯ（ペア確認４が不可）であれば、途絶移動体Ａが損失したものと判断する。この損失には、途絶移動体Ａの全損の場合と、なんらかの故障により途絶移動体Ａがネットワークの外側に移動した場合が含まれる。
途絶移動体Ａが損失した場合、Ｓ９において、途絶移動体Ａを除いたネットワークを再構築する。

Ｓ９のネットワークの再構築では、通信途絶した途絶移動体Ａを除くすべての移動体１０が、隣接する他の移動体１０と少なくともペアを形成し、かつ少なくとも２つの他の移動体１０とアドホック通信可能に位置するように、移動体１０を移動する。

この移動体１０の移動の前に、例えば、途絶移動体Ａとペアを形成していた相手移動体１０を、隣接する他の移動体１０とペア又はトリオを形成するのがよい。

また後述する実施例のように、基地局２０の近傍に追加の移動体Ｘを補給して、移動体Ｘを、すぐに最も近くのペア内に接続して、３台の移動体１Ｌ，１Ｒ，Ｘのペア（トリオ）を構成し、次いで移動体１Ｌを移動体２Ｒに接近させて、追加の移動体Ｘを、移動体１Ｌの元の位置に移動して移動体１Ｒとペアを組むようにしてもよい。

上述したネットワークの再構築（Ｓ９）により、途絶移動体Ａを除くすべての移動体１０が、隣接する他の移動体１０と少なくともペアを形成し、かつ少なくとも２つの他の移動体１０とアドホック通信可能に位置するので、Ｓ４に戻り継続してアドホック通信をおこなうことができる。

図４は、異常発生の例を示す図であり、図１に示した移動体通信設備において、移動体２Ｌが外的要因により、破壊又は損傷し、移動体２Ｌ自体が損失し、もしくは通信機能のみを損失した場合を示している。
図５は、異常発生の別の例を示す図であり、図１に示した移動体通信設備において、移動体２Ｌがネットワークの通信範囲外に移動する、もしくは、ペアを形成する移動体２Ｒとの間に電波障害物が侵入した場合を示している。
図４、図５の異常発生時には、移動体２Ｌとのアドホック通信２とペア確認４の両方の通信が断絶し不通となる。

図６〜図９は、本発明の実施例を示している。

図６は、図４、図５の異常発生時の通信状態を示している。図４、図５の異常発生時には、移動体２Ｌとのアドホック通信２とペア確認４の両方が不通となるが、その他のアドホック通信２とペア確認４は健全である。従って、移動体２Ｌはアドホック通信２からなるネットワークから外れたが、移動体２Ｒ（相手移動体）を介してネットワーク全体の通信は断絶することなく、稼動し続けることができる。
ただし、この場合、移動体２Ｌとペアを形成していた移動体２Ｒは、どのペアにも入れず孤立している。

図７は、孤立した移動体２Ｒのペアを回復するステップを示している。
孤立した移動体２Ｒのペアを回復するため、基地局２０の近傍に追加の移動体Ｘが補給される。この移動体Ｘは、すぐに最も近くのペア内に接続し、３台の移動体１Ｌ，１Ｒ，Ｘのペア（トリオ）を構成する。

図８は、ペアを再構築するステップを示している。
移動体１Ｌは、移動体２Ｒとペアを組むために、一旦移動体１Ｒとのペアを解消し、移動体２Ｒに接近する。また、追加の移動体Ｘは、移動体１Ｌの元の位置に移動し移動体１Ｒとペアを組む。

図９は、再構築されたネットワークを示している。
図７〜図９のステップにより、元のネットワークを再構築することが可能となる。
なお、上述の説明は、基地局２０からみて２番目のペア内での移動体異常に対応した説明となっているが、これは、基地局２０からみて、３，４、・・・Ｎ番目の移動体１０の場合も同様である。

上述した本発明の装置と方法によれば、各移動体１０が、隣接する他の移動体１０と少なくともペアを形成しているので、ペアを形成する相手の移動体１０により切断された原因を判断することができる。

また、ペアを形成する１台の移動体１０からのアドホック通信が途絶した場合でも、通信途絶した移動体Ａ（途絶移動体）とペアを形成する相手の移動体１０が少なくとも１つの他の移動体１０とアドホック通信可能に位置するので、アドホック通信２によるネットワークを継続することができる。

従って、ある移動体１０からのアドホック通信２が途絶した場合、その原因が移動に伴って通信不能に陥ったのか、途中の移動体１０が故障したのかを、検知することが可能であり、不明の移動体１０を捜索し通信を復旧するのか、故障した移動体１０に代わる新しい移動体１０を補充するかの判断ができる。またこのときペアを形成する相手の移動体１０が正常に機能しているため、相手の移動体１０を介するアドホック通信が断絶せず、一瞬たりともネットワーク全体が通信不通にはならない。

従って、通信遮断を起しにくくする効果があると共に、通信遮断の原因が、移動に伴って通信不能に陥ったのか、途中の移動体が故障したのかを、ネットワークを介して判断することが可能である。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

２ アドホック通信、４ ペア確認、６ ペア確認の確認可能範囲、
１０ 移動体、１２ ペア確認手段、
１３ 表示灯、１４ カメラ、
１５ 判別装置、２０ 基地局

Claims (6)

1. アドホック通信機能を有する基地局と複数の移動体を備え、
   基地局は、少なくとも２つの移動体とアドホック通信可能に位置し、
   各移動体は、隣接する他の移動体と少なくともペアを形成し、互いの移動体の状態を確認するペア確認手段を有し、かつ少なくとも２つの他の移動体とアドホック通信可能に位置する、ことを特徴とする移動体通信設備。
2. アドホック通信機能を有し、少なくとも２つの移動体とアドホック通信可能に位置する基地局を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の移動体通信設備。
3. ペア確認手段は、各移動体に設けられその状態を表示する表示灯と、ペアを形成する相手の移動体の表示灯を撮像するカメラと、カメラによる画像から前記相手の移動体の状態を判断する判別装置とからなる、ことを特徴とする請求項１に記載の移動体通信設備。
4. ペア確認手段は、無線ＬＡＮ、視覚による形状認識、近赤外光又は超音波を用いた通信、又はレーザ又はレーダを用いた通信である、ことを特徴とする請求項１に記載の移動体通信設備。
5. 請求項１に記載の移動体通信設備において、１台の移動体からのアドホック通信が途絶した場合、
   （Ａ）通信途絶した移動体とペアを形成する相手の移動体を介して、通信途絶した移動体の状態を確認し、
   （Ｂ）かつ同じくペアを形成する相手の移動体を介してアドホック通信によるネットワークを継続し、
   （Ｃ）さらに通信途絶した移動体を除くすべての移動体が、隣接する他の移動体と少なくともペアを形成し、かつ少なくとも２つの他の移動体とアドホック通信可能に位置するように、移動体を移動する、ことを特徴とする移動体通信方法。
6. 各移動体は、ペアを形成する相手の移動体と互いに移動体の状態を確認するペア確認手段を有しており、
   通信途絶した移動体とのペア確認手段によるペア確認により、前記移動体の状態を判断する、ことを特徴とする請求項５に記載の移動体通信方法。