JP2020167485A - 通信管理装置、通信管理システム、通信管理方法、および通信管理プログラム - Google Patents

通信管理装置、通信管理システム、通信管理方法、および通信管理プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】不正アクセスによる基地局機能を有する機体の乗っ取りや、機体の不具合により基地局管理装置から機体制御が不能となった場合に、基地局管理装置において異常の発生を把握する通信管理装置、通信管理システム、および通信管理方法を提供する。【解決手段】複数の基地局を管理する基地局管理装置と通信する飛行体１００に備えられる通信管理装置１１０は、飛行体の機体の制御信号または飛行体の飛行情報を、基地局管理装置との間で送受信する第１通信部１２１と、基地局として複数の無線端末同士の通信を提供する第２通信部１２２と、第１通信部の異常または飛行体の飛行状態の異常が発生したことを示す異常情報を取得する取得部１２６と、取得部により異常情報が取得された場合に、第２通信部を介して異常情報を基地局管理装置に送信する異常報告部１８０を備える。【選択図】図２

Description

この発明は、通信管理装置、通信管理システム、通信管理方法、および通信管理プログラムに関する。
近年、無線通信の基地局を高高度に配することにより、基地局の通信エリアは広くなることから、高高度に滞空する航空機に無線局を搭載する高高度プラットフォームとして知られるＨＡＰＳ（Ｈｉｇｈ Ａｌｔｉｔｕｄｅ Ｐｌａｔｆｏｒｍ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いた通信システムが開発されている。
例えば、ＨＡＰＳの一例となる無人飛行機は、衛星や地上基地局から送信されるＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）などの制御信号より制御されることが多いが、ＧＰＳ信号の詐称や、無人飛行機を管理するコンピュータへのハッキング（Ｈａｃｋｉｎｇ）などにより、無人飛行機が乗っ取られて不正に操作される事態も想定される。
そこで、無人飛行機の乗っ取りによる不正な操作を防止するために、無人飛行機のコントロール元と無人飛行機との間で、極力解読することが不可能な暗号技術に基づいて無線通信を行う方法が開発されている。例えば、少なくとも計算量的安全性を満たす暗号技術を適用することにより情報セキュリティ性の向上を図ることを目的として、複数の無人航空機の間で、情報理論的安全性を保証することが可能な共通の暗号鍵を共有させる方法などが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１８−７４２５３号公報
しかしながら、乗っ取りなどにより不正に操作されるケース以外にも、無人飛行機と衛星や地上基地局との間の通信に何らかの障害が発生し、無人飛行機を制御できなくなるケースも想定される。
そこで、本発明は、不正アクセスによる基地局機能を有するＨＡＰＳの機体の乗っ取りや、当該機体の不具合により基地局管理装置から機体制御が不能となった場合に、基地局管理装置において異常の発生を確実に把握することが可能な通信管理装置、通信管理システム、通信管理方法、および通信管理プログラムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明に係る通信管理装置は、複数の基地局を管理する基地局管理装置と通信する飛行体に備えられる通信管理装置であって、基地局管理装置との間で、飛行体の機体の制御信号または飛行体の飛行情報を送受信する第１通信部と、基地局として複数の無線端末同士の通信を提供する第２通信部と、第１通信部の異常、または、飛行体の飛行状態の異常が発生したことを示す異常情報を取得する取得部と、取得部により異常情報が取得された場合に、第２通信部を介して異常情報を基地局管理装置に送信する異常報告部と、を備える。
本発明によれば、異常が発生した場合に、通信管理装置は、機体の制御信号を送信する第１通信部とは異なる通信部を用いて、基地局管理装置に異常情報を送信するので、基地局管理装置において異常の発生を確実に把握することができる。
実施形態１の通信管理システムの構成を示すシステム図である。 実施形態１における大型航空機に搭載される通信管理装置を含む搭載物の機能構成を示すブロック図である。 実施形態１における制御条件の一例を示す図である。 実施形態１における異常検知処理の流れを示すフローチャートである。 機体制御部による自律飛行モードへの切替において実行する制御を選択する処理の流れを示すフローチャートである。 実施形態２に係る通信システム２の全体構成を示すシステム図である。 実施形態２における大型航空機に搭載される通信制御装置を含む搭載物の機能構成を示すブロック図である。 実施形態２における小型航空機に搭載される通信制御装置を含む搭載物の機能構成を示すブロック図である。 実施形態２における異常検知処理の流れを示すフローチャートである。 実施形態２における大型航空機による小型航空機の管理処理の流れを示すフローチャートである。 実施形態２における大型航空機による小型航空機からの管理依頼受信処理の流れを示すフローチャートである。 実施形態１および実施形態２における通信管理装置を実現可能なコンピュータの一例を示すハードウェア構成図である。
（実施形態１）
図１は、実施形態１の通信管理システムの構成を示すシステム図である。図１に示す通信管理システム１において、航空の基地局となる大型航空機１００は、高高度プラットフォームであるＨＡＰＳ（Ｈｉｇｈ Ａｌｔｉｔｕｄｅ Ｐｌａｔｆｏｒｍ Ｓｙｓｔｅｍ）を構成する航空機である。また、大型航空機１００は、基地局を管理する基地局管理装置２００と無線通信により接続されており、無線端末３００ａおよび無線端末３００ｂ（以下、特に明示する場合を除き無線端末３００と総称する。）に対して、基地局として複数の無線端末３００同士における無線通信を提供する。基地局管理装置２００は、航空の基地局となる大型航空機１００および地上の基地局（不図示）を管理する管理装置である。基地局管理装置２００は、大型航空機１００により無線端末３００に提供する通信エリアを割り当て、それに応じて大型航空機１００に対して機体を制御したり、大型航空機１００から飛行状態や通信の提供状況に関する報告を受信したりする。また、無線端末３００は、例えば、携帯電話機、スマートフォン、タブレット端末、携帯通信モジュール、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）機器等である。なお、実施形態１において、大型航空機１００、基地局管理装置２００を１機ずつ、無線端末３００を２台図示するが、これに限定されず、さらに複数あってもよい。また、地上の基地局同士は、地上の通信ネットワークを介して互いに接続可能に構成されており、その無線端末３００は、その通信網を利用した通信も可能である。
大型航空機１００は、一定期間、上空を飛行する。例えば、上空は、高度約２０ｋｍの高高度であり、一定期間とは、数週間、数か月又は１年等の期間である。大型航空機１００は、一例として、ソーラープレーン又はソーラー飛行船等であり、通常の飛行機又は飛行船と比べて長期にわたる飛行が可能になる。大型航空機１００が例えば成層圏を飛行する場合、成層圏は気流が安定しているため、大型航空機１００は、長期の滞空が可能になる。なお、大型航空機１００が飛行する高度は、約２０ｋｍに限定されることはなく、２０ｋｍよりも高くてもよく低くてもよい。ここで、無線端末３００が、従来の地上セルラ方式の携帯端末の場合、基地局と通信可能な技術使用（後述する３ＧＰＰ）上の距離、例えば、ＬＴＥであれば約１００ｋｍとなる。この場合には、大型航空機１００の高度は、約５０ｋｍ以下になる。
また、大型航空機１００は、上記の例示（ソーラープレー又はソーラー飛行船）の他に、空中を飛行する機能を有するものであればよく、例えば、飛行機、飛行船、気球、ヘリコプタ及びドローン等である。また、大型航空機１００には、各種のセンサ又は各種のカメラを搭載することが可能である。センサの一例としては、これらに限られないが、レーザー測距やドップラーレーダなどによるリモートセンシングを行うことが可能なセンサがある。カメラの一例としては、これらに限られないが、可視光カメラ、赤外線カメラ、地形カメラ（立体視カメラ）がある。大型航空機１００は、これらのセンサやカメラの測定結果と、後述する無線端末３００の分布を示す情報の取得結果とを基地局管理装置２００に送信することにより、基地局管理装置２００において大型航空機１００に対して適切な通信エリアを割り当てることが可能となる。
本実施形態の使用例を以下に示すが、以下の使用例は実施形態２以下で説明する全ての実施形態に共通である。
（１）基地局が設置されていない地域に新たに基地局を設置する場合、後述する通信管理装置１１０を搭載した大型航空機１００を上空に長期滞留させて、無線端末３００から無線端末３００の位置高度情報を含む通信に関する情報を３次元的に取得する。ここで３次元的に取得するとは、一般的に地上５０ｍ以上には地上セルラ方式による通信セルは構築しないところ、地上高５０ｍを超える高度を飛行する無線端末３００の通信機能を搭載するドローン、ヘリコプタ、飛行機も検知して、この検知した情報も参考に、基地局設計において、地上基地局だけではなく、ＨＡＰＳによる地上セルラ方式による３次元セル（地上から一例として高度約１０００ｍまで地上セルラ方式で通信可能な平面だけでなく鉛直方向にも通信カバレッジのあるセル）の構築も検討するためである。これにより、従来、地上基地局ではカバーできていなかった地上高約５０ｍ以上の上空であっても、大型航空機１００を携帯通信サービス提供のための携帯基地局として常時滞空させることにより、航空用無線を使わずとも地上セルラ方式による無線通信が可能となる。ドローン、ヘリコプタ、飛行機とのＩｏＴを含むデータ通信のみならず、有人飛行であれば、乗員との通話が地上と同等に可能となりえる。また、ドローンであれば、複数のドローンの航空管制や飛行制御にも利用可能となる。
（２）大規模地震、津波、大規模土砂崩れ、大規模火山噴火などの広域にわたる大災害が発生して複数の基地局が運用不能な状態になった場合で早期復旧の目途が立たない場合には、早急に臨時基地局の設置が必要となる。この場合、被災者の多い地域など通信環境の回復がいち早く必要なエリアから優先して臨時基地局を設置することが好ましい。臨時基地局としては、衛星回線を基幹ネットワークとのアクセス回線に利用した携帯基地局を可搬できる車両や無線通信装置を備えた係留気球システムなどがある。また、運用可能な携帯基地局からの電波を中継してセルカバレッジを拡大するドローンやエントランス無線装置など各種の方法が考えられる。この場合に、大型航空機１００を被災地上空に長期滞留させて、無線端末３００から通信に関する情報を取得すると共に、実際のユーザ間の通信にも利用する。また、上記のように大型航空機１００にはカメラ等を搭載することが可能であるため、そのカメラで撮影されたリアルタイムを含む画像に基づき、臨時基地局を設置することが可能であるか否か、又はどのようなエリア復旧ソリューションを選択するかなどの判断材料とすることが可能にとなる。例えばカメラ等での画像結果から道路が寸断されているなどの状況がいち早く把握できれば車両は通行できないため、通行可能で基地局が設置可能な別のエリアを探索したり、ドローンやエントランス無線による復旧ソリューションや大型航空機１００を主体とした復旧とするかなどいち早く判断したりすることが可能となる。また、図外のデータ処理装置にてカメラで撮影された画像を含む地理情報に無線端末３００の位置情報等（無線端末３００が通信可能な状態にある。位置情報等には取得した時間も含む）をマッピングすることにより、無線端末３００の通信可否の分布状態、その時間的変化から被災状況を、リアルタイムを含む形式で把握することが可能であり、災害対策としても有効な情報になる。
（３）山岳事故又は海難事故等が発生した場合、大型航空機１００を上空に長期滞留又は周回等させて、遭難者が所有する通信可能な状態にある無線端末３００から通信に関する情報及び位置情報等（時間情報含む）を取得する。滑落や雪崩などに遭遇した遭難者は、身動きがとれない可能性が高い（海難事故の場合も同様である）。この場合でも、無線端末３００の電源が入っており通信可能な状態になってさえいれば、既存の地上の携帯基地局のエリアカバレッジの圏外であっても、大型航空機１００を上空に滞留させることにより、通信管理装置１１０は、遭難者が所有する無線端末３００からの通信に関する情報や位置情報等（時間情報含む）を受信することにより、遭難者を発見することが可能になる。また、大型航空機１００に搭載されたカメラで撮影された画像、既存の航空写真、デジタルマップを含む地理情報に、無線端末３００の位置情報等をマッピングすることが可能であり、遭難箇所の周囲の状況の把握が容易である。通信管理装置１１０が有する後述の通信部は通信範囲（一例として、半径約１００ｋｍ）が広いため、捜索ヘリコプタ等で遭難者を捜索する前に上記のマッピング等を行うことにより、捜索範囲を絞り込むことが可能であり、より早期に遭難者を救出することが可能になる。
次に、大型航空機１００に搭載される通信管理装置１１０の機能構成について説明する。図２は、実施形態１における大型航空機１００に搭載される通信管理装置１１０を含む搭載物の機能構成を示すブロック図である。大型航空機１００は、通信管理装置１１０と、コントロールリンクアンテナ１４０と、フィーダリンクアンテナ１５０と、サービスリンクアンテナ１６０と、異常報告部（緊急用ＵＥ（Ｕｓｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ））１７０とを備える。図２に示すように、通信管理装置１１０は、大型航空機１００に備えられる装置であって、制御部１２０と、記憶部１３０とを備える。
記憶部１３０は、制御条件データベース１３１を記憶する。制御条件データベース１３１には、制御条件が格納されている。ここで、制御条件とは、大型航空機１００に異常が発生した場合に、自律飛行モードとして機体を制御する順位を定めた条件である。また、自律飛行モードとは、大型航空機１００に異常が発生していない通常の場合に、基地局管理装置２００からの指示により制御されていた大型航空機１００の機体を、緊急時用に自律飛行する制御としてあらかじめ設定されたプログラムにより制御するモードのことである。
図３は、実施形態１における制御条件の一例を示す図である。図３では、機体を制御する順序としてランク１〜ランク５までを定められている。ここで、ランク１〜ランク５は、機体の不具合の内容によって機体制御に影響を与える大きさにより高い数値が付与されている。例えば、機体の不具合は、異常情報が示す機体の各種のセンサのセンシングデータ、機器の動作状況、制御の可否を示す情報などに基づいてランクが定められてもよい。また、それぞれ、ランク１には、飛行高度を所定値の飛行高度まで上昇する制御を示す「飛行高度を上昇する」制御が、ランク２には、予め定められた安全空域に移動する制御を示す「安全空域に移動する」制御が、ランク３には、緊急時に着陸地域として予め定められた地上に着地させる制御を示す「地上に着地させる」制御が、ランク５には、緊急時に着水地域として予め定められた海上に着水させる制御を示す「海上に着水させる」制御がそれぞれ対応付けられている。なお、ランク１〜ランク５は、大型航空機１００の機体制御が容易な順序であってもよいし、緊急事態のランクであってもよい。また、着陸地域や着水地域は複数定められていて、異常が発生した大型航空機１００の飛行位置から最も近い着陸地域や着水地域が選択されることとしてもよい。
制御部１２０は、大型航空機１００に搭載されたコントロールリンクアンテナ１４０と、フィーダリンクアンテナ１５０と、サービスリンクアンテナ１６０と、異常情報報告部（緊急用ＵＥ）１７０に接続されている。また、制御部１２０は、第１通信部１２１と、第３通信部４２３と、機体制御部１２４と、管理部１２５とを備える。
第１通信部１２１は、コントロールリンクアンテナ１４０を介して、基地局管理装置６００とコントロールリンク通信し、大型航空機１００の機体に関する情報を送受信する。ここで、コントロールリンクアンテナ１４０とは、大型航空機１００の機体に備えられるアンテナであって、基地局管理装置２００との機体に関する情報の通信に使用されるアンテナである。また、コントロールリンク通信とは、基地局管理装置６００と大型航空機１００との間においてなされる、大型航空機１００の制御に係る通信のことであり、大型航空機１００にとって、コントロールリンクアンテナ１４０を用いた通信になる。また、機体に関する情報とは、例えば、基地局管理装置２００から大型航空機１００に対して送信される機体の制御信号や、大型航空機１００から基地局管理装置６００に送信される大型航空機１００の状態信号などである。また、機体の制御信号とは、機体の操縦制御を示す信号であり、状態信号とは、機体の飛行状態を示す信号であり、それぞれ空中の機体の現在座標、速度、進行方位、機体の傾斜レベルの他、機体の各部の状態や周囲の状況を検知するための各種のセンサによりセンシングされたセンシングデータなどが含まれる。
第２通信部１２２は、フィーダリンクアンテナ１５０を介して、地上の基地局（不図示）とフィーダリンク通信をしたり、サービスリンクアンテナ１６０を介して、無線端末３００に対してサービスリンク通信を提供したりする。ここで、フィーダリンク通信とは、大型航空機１００の機体に備えられるフィーダリンクアンテナ１５０を用いて、地上の基地局装置（不図示）との間で行われる通信のことである。また、サービスリンク通信とは、大型航空機１００に備えられたサービスリンクアンテナ１６０を用いて、無線端末３００に対して複数の無線端末３００同士の通信を提供する通信のことである。
また、第２通信部１２２は、外部からの不正アクセスなどによる第１通信部１２１の通信エラーや故障など異常事態が発生した場合に、異常が発生したことを示す異常情報を基地局管理装置２００に送信する。なお、異常情報には、機体の状態を示す状態情報が含まれてもよい。すなわち、第２通信部１２２は、取得部１２６により異常情報が取得された場合に、フィーダリンク通信、または、サービスリンク通信を用いて、基地局管理装置２００に異常情報を送信する。なお、異常情報は、大型航空機１００の状態を示す情報であり、異常が発生していない通常時には、大型航空機１００の状態信号は第１通信部１２１により基地局管理装置２００に送信されるものであるが、第１通信部１２１に異常が発生している場合には、第２通信部１２２が用いられることで、基地局管理装置２００に異常事態を報知することが可能となる。
機体制御部１２４は、第１通信部１２１により基地局管理装置２００から受信した機体の制御信号に従って、大型航空機１００の機体を制御する。例えば、機体制御部１２４は、機体の制御信号が示す座標や速度に従って、進行方向や飛行速度を制御する。また、機体制御部１２４は、取得部１２６により大型航空機１００に異常が発生したことを示す異常情報が取得された場合、自律飛行モードに切り替えて大型航空機１００を制御する。なお、機体制御部１２４は、自律飛行モードへの切替による制御が実行不能な場合には、異常報告部１８０にエラーを送信することとしてもよい。
管理部１２５は、大型航空機１００により無線端末３００に提供されるサービスリンク通信を管理する。例えば、管理部１２５は、無線端末３００との間における通信に関する情報に基づいて、地上の無線端末３００の数および位置を取得し、取得した無線端末３００の数や位置情報や、通信品質を示す情報などを、第１通信部１２１を介して基地局管理装置２００に送信する。
検知部１２７は、第１通信部１２１の異常を検知する。例えば、検知部１２７は、第１通信部１２１が基地局管理装置２００との間で所定の間隔で情報が送受信されているか否かを監視し、所定の間隔で情報が送受信されていないと判定した場合に、異常を検知する。検知部１２７は、異常を検知した場合、異常情報を取得部１２６に通知する。
診断部１２８は、大型航空機１００の飛行状態を診断する。例えば、診断部１２８は、所定の間隔で、機体制御部１２４から飛行情報を取得し、取得した飛行情報を、大型航空機１００が、第１通信部１２１により基地局管理装置２００から受信した制御信号と比較する。診断部１２８は、比較結果が一致する場合は、大型航空機１００の飛行状態が正常であると診断し、比較結果が一致しない場合は、大型航空機１００の飛行状態に異常があると診断する。診断部１２８は、大型航空機１００の飛行状態に異常があると診断した場合、異常情報を取得部１２６に通知する。
取得部１２６は、検知部１２７から第１通信部１２１の異常情報、または、診断部１２８から大型航空機１００の飛行状態の異常情報の通知を受信することにより、異常情報を取得する。取得部１２６は、異常情報を取得した場合、取得した異常情報を異常報告部１８０に送信する。
異常報告部１８０は、大型航空機１００に備えられる緊急用ＵＥであって、例えば、スマートフォンなどの端末である。異常報告部１８０は、制御部１２０の内部ネットワークから独立しており、通常時は制御部１２０から情報を受信しないが、制御部１２０に異常が発生した場合などの緊急時に一部のリカバリーコマンドなどを受け付け可能とすることができる。リカバリーコマンドとは、大型航空機１００に発生した異常を復旧するためコマンドであり、上記異常情報が含まれる。具体的には、異常報告部１８０は、取得部１２６から、異常情報を受信した場合、受信した異常情報を第３通信部４２３（図７を参照。）または第２通信部１２２を介して、基地局管理装置２００に送信する。また、異常報告部１８０は、機体制御部１２４による自律飛行モードの実行にエラーが発生した場合にも、基地局管理装置２００に異常を送信する。
図４は、実施形態１における異常検知処理の流れを示すフローチャートである。検知部１２７または診断部１２８は、大型航空機１００の異常を検知または診断する（ステップＳ１）。具体的には、検知部１２７は、第１通信部１２１の異常を検知し、検知した異常を示す異常情報を取得部１２６に送信する。または、診断部１２８は、大型航空機１００の飛行状態の異常を診断し、診断した異常を示す異常情報を取得部１２６に送信する。
取得部１２６は、異常情報を取得する（ステップＳ２）。具体的には、取得部１２６は、検知部１２７または診断部１２８から異常情報を受信することにより、異常情報を取得する。取得部１２６は、ステップＳ２において取得した異常情報を異常報告部１８０に送信する（ステップＳ３）。異常報告部１８０は、ステップＳ３において受信した異常情報を第３通信部４２３または第２通信部１２２を介して基地局管理装置２００に送信する（ステップＳ４）。機体制御部１２４は、基地局管理装置２００による指令により制御していた機体制御を、自律飛行モードに切り替える（ステップＳ５）。
図５は、機体制御部１２４による自律飛行モードへの切替において実行する制御を選択する処理の流れを示すフローチャートである。機体制御部１２４は、取得部１２６から異常情報を取得する（ステップＳ１１）。機体制御部１２４は、制御条件データベース１３１に格納されている制御条件に従って、ステップＳ１２〜ステップＳ１５を判定する。例えば、制御条件として、図３に示すランク１〜ランク５が実行順序として定められている場合、機体制御部１２４は、ランク１が示す最初の制御「飛行高度を上昇する」を実行可能であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。具体的には、機体制御部１２４は、異常情報が示す機体の各種のセンサのセンシングデータ、機器の動作状況、制御の可否を示す情報などから、どのランク１〜ランク４のいずれに該当するかを判定し、該当するランクに対応付けられている制御を行う。機体制御部１２４は、ランク１を実行可能であると判定した場合は(ステップＳ１２：Ｙｅｓ)、大型航空機１００の飛行高度を上昇する制御を実行する（ステップＳ１６）。機体制御部１２４は、ランク１を実行不可であると判定した場合は(ステップＳ１２：Ｎｏ)、ランク２が示す２番目の制御「安全空域に移動する」を実行可能であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。機体制御部１２４は、ランク２を実行可能であると判定した場合は(ステップＳ１３：Ｙｅｓ)、大型航空機１００を安全空域に移動する制御を実行する（ステップＳ１７）。機体制御部１２４は、ランク２を実行不可であると判定した場合は(ステップＳ１３：Ｎｏ)、ランク３が示す３番目の制御「空港に帰還させる」を実行可能であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。機体制御部１２４は、ランク３を実行可能であると判定した場合は(ステップＳ１４：Ｙｅｓ)、大型航空機１００を空港に帰還させる制御を実行する（ステップＳ１７）。機体制御部１２４は、ランク２を実行不可であると判定した場合は(ステップＳ１４：Ｎｏ)、ランク４が示す４番目の制御「地上に着地させる」を実行可能であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。機体制御部１２４は、ランク４を実行可能であると判定した場合は(ステップＳ１５：Ｙｅｓ)、大型航空機１００を地上に着地させる制御を実行する（ステップＳ１９）。一方、機体制御部１２４は、ランク４を実行不可であると判定した場合は(ステップＳ１５：Ｎｏ)、異常報告部１８０にエラーを通知する（ステップＳ２０）。なお、異常報告部１８０は、ステップＳ２０において、機体制御部１２４からエラーを受信した場合、基地局管理装置２００に大型航空機１００における自律飛行モードによる制御が不能であることを示す情報を送信する。
このように、実施形態１の通信管理システム１によれば、異常報告部１８０は、取得部１２６から異常情報を受信した場合、第３通信部４２３または第２通信部１２２を介して基地局管理装置２００に異常情報を送信するので、第１通信部１２１に異常が発生した場合であっても、基地局管理装置２００は大型航空機１００の異常を把握することができる。
（実施形態２）
図６は、本発明の実施形態２に係る通信システム２の全体構成を示すシステム図である。図６に示す通信システム２は、大型航空機４００ａおよび大型航空機４００ｂと、小型航空機５００ａ〜小型航空機５００ｃと、無線端末３００ａ〜無線端末３００ｄと、基地局管理装置６００とを含む（以下、特に明示する場合を除き、大型航空機４００ａおよび４００ｂを大型航空機４００と総称し、小型航空機５００ａ〜小型航空機５００ｃを小型航空機５００と総称し、無線端末３００ａ〜無線端末３００ｃを無線端末３００と総称する。）。また、大型航空機４００は、基地局管理装置６００との間で双方向通信し、小型航空機５００は、無線端末３００に、複数の無線端末３００同士での通信を可能とする通信を提供する。大型航空機４００は、小型航空機５００を無線端末３００に提供する通信の中継機として、機体の制御や通信の制御を管理する。
図７は、実施形態２における大型航空機４００に搭載される通信管理装置４１０を含む搭載物の機能構成を示すブロック図である。図７に示すように、大型航空機４００は、通信管理装置４１０と、コントロールリンクアンテナ１４０と、フィーダリンクアンテナ１５０と、サービスリンクアンテナ１６０と、レーザー通信機能部１７０と、異常報告部（緊急用ＵＥ）１８０とを備える。また、通信管理装置４１０は、制御部４２０と、記憶部１３０とを備える。制御部４２０は、第１通信部４２１と、第２通信部１２２と、第３通信部４２３と、機体制御部１２４と、管理部４２５と、取得部４２６とを備える。なお、実施形態１と同様の機能および構成については同一の符号を付して説明を省略する。
第１通信部４２１は、コントロールリンクアンテナ１４０を介して、基地局管理装置６００とコントロールリンク通信し、大型航空機４００の機体に関する情報を送受信する。また、機体に関する情報には基地局管理装置６００から大型航空機１００に対して送信される機体の制御信号や、大型航空機４００から基地局管理装置６００に送信される大型航空機４００の状態信号に加えて、小型航空機５００の状態信号も含まれる。
第２通信部４２２は、フィーダリンクアンテナ１５０を介して、地上の基地局（不図示）とフィーダリンク通信をしたり、サービスリンクアンテナ１６０を介して、無線端末３００に対してサービスリンク通信を提供したりする。なお、実施形態２においては、図６に示すように、サービスリンク通信は大型航空機４００を中継する小型航空機５００により無線端末３００に提供される構成を示すが、この場合にあっても、大型航空機４００に通信の障害が発生した場合などは、第２通信部４２２が無線端末３００に直接サービスリンク通信することが可能である。
第３通信部４２３は、レーザー通信機能部１７０を用いて、他の大型航空機４００や、小型航空機５００と双方向に通信する。例えば、第３通信部４２３は、小型航空機５００との間で小型航空機５００の機体に関する情報および通信管理に関する情報を送受信する。ここで、レーザー通信機能部１７０は、高周波数により広帯域において電波通信よりも高速かつ大容量の通信が可能なレーザー通信を送受信する機能部である。第３通信部４２３は、例えば、小型航空機５００の機体に関する情報として、小型航空機５００に小型航空機５００に対する機体の制御信号を送信し、小型航空機５００から小型航空機５００の状態信号を受信する。
また、第３通信部４２３は、他の大型航空機４００と所定間隔でレーザー通信機能部１７０を介して通信する。具体的には、第３通信部４２３は、所定間隔で送信する信号に対する他の大型航空機４００からの応答を受信する。第３通信部４２３は、他の大型航空機４００から当該応答を所定時間以上受信しなかった場合、当該他の大型航空機４００に異常が発生したと判定し、大型航空機４００の異常を検知する。また、第３通信部４２３は、他の大型航空機４００に異常が発生した場合に、管理部４２５からの指示に応じて、異常が発生した大型航空機４００が管理していた小型航空機５００に対して、自機が管理元として小型航空機５００を管理する通知を送信してもよい。または、第３通信部４２３は、異常が発生した大型航空機４００が管理していた小型航空機５００から管理依頼を受信することとしてもよい。ここで、管理依頼とは、小型航空機５００の管理元として小型航空機５００を管理する依頼である。
管理部４２５は、小型航空機５００の機体の飛行位置や、小型航空機５００により無線端末３００に提供されるサービスリンク通信などを管理する。例えば、管理部４２５は、無線端末３００の地上における分布情報を取得し、取得結果に基づいて小型航空機５００がそれぞれ管轄するサービスリンク通信の提供エリアを割り当て、航空上の配置を決定したり、小型航空機５００の飛行位置や旋回エリアを決定したりし、第２通信部４２２を介して小型航空機５００に指示する。具体的には、管理部４２５は、小型航空機５００により無線端末３００との間で通信された通信に関する情報に基づいて、地上の無線端末３００の数および位置を取得する。また、管理部４２５は、取得した無線端末３００の数および位置に基づいて、無線端末３００の分布を取得する。通信に関する情報は、通信品質情報と位置情報とが各無線端末３００に対応付けられている。このため、管理部４２５は、小型航空機５００を介して、複数の無線端末３００から通信に関する情報を取得することにより、無線端末３００の分布を取得することが可能になる。
また、管理部４２５は、第２通信部４２２を介して、小型航空機５００から、小型航空機５００によるサービスリンク通信の障害、または、小型航空機５００の機体の障害が発生したことを示す情報を受信した場合には、障害が発生した小型航空機５００が管轄していたサービスリンクの通信エリアを、大型航空機４００が管理する他の小型航空機５００に分散して管轄させる。または、管理部４２５は、複数の小型航空機５００にサービスリンク通信エリアを再配分するまでの間、大型航空機４００自身が当該サービスリンク通信エリアの通信を管轄することとしてもよい。
また、管理部４２５は、第３通信部４２３により他の大型航空機４００の通信の異常が検知された場合に、異常が発生した大型航空機４００により管理されていた小型航空機５００を探索し、当該小型航空機５００に自機が小型航空機５００を管理する通知を、第３通信部４２３を介して送信する。
取得部４２６は、基地局管理装置６００から第１通信部４２１の異常情報、または、大型航空機４００の飛行状態の異常情報の通知を受信することにより、異常情報を取得する。具体的には、基地局管理装置６００において、大型航空機４００の第１通信部４２１の異常を検知する機能、または、大型航空機４００の飛行状態を診断する機能が備えられており、基地局管理装置６００により、第１通信部４２１の異常が検知、または、大型航空機４００の飛行状態の異常が診断された場合には、取得部４２６は、基地局管理装置６００から異常情報を取得する。なお、ここで、基地局管理装置６００からの異常情報は第２通信部４２２、または、第３通信部４２３を介して受信することとなる。取得部４２６は、異常情報を取得した場合、取得した異常情報を異常報告部１８０に送信する。
図８は、実施形態２における小型航空機５００に搭載される通信制御装置５１０を含む搭載物の機能構成を示すブロック図である。図８に示すように、小型航空機５００は、通信制御装置５１０と、レーザー通信機能部５３０と、サービスリンクアンテナ５４０とを備える。また、通信制御装置５１０は、制御部５２０を備える。
第４通信部５２１は、レーザー通信機能部５３０を介して、大型航空機４００との間で小型航空機５００に対する機体の制御信号や、小型航空機５００の状態を示す状態信号や、第５通信部２２２により無線端末３００との間で通信された通信に関する情報などを大型航空機４００との間で送受信する。また、第４通信部５２１は、大型航空機４００の第２通信部４２２から、大型航空機４００の機体に異常が発生したことを示す異常情報を受信することも可能である。例えば、小型航空機５００ａを管理する大型航空機４００ａに異常が発生した場合、第４通信部５２１は、他の大型航空機４００である大型航空機４００ｂから大型航空機４００ａの異常情報や、大型航空機４００ｂが小型航空機５００ａを管理する通知などを受信してもよい。または、第４通信部５２１は、異常が発生した大型航空機４００ａの近傍を飛行する大型航空機４００ｂに、自機を中継機として管理する依頼を送信することとしてもよい。
第５通信部２２２は、サービスリンクアンテナ５４０を介して、基地局中継機として複数の無線端末３００同士の通信を提供する。例えば、第５通信部５２２は、無線端末３００ａから無線端末３００ｂを宛先とする情報を受信し、受信した情報を無線端末３００ｂに送信する。
機体制御部５２３は、第４通信部５２１により大型航空機４００から受信した機体の制御信号に従って、小型航空機５００の機体を制御する。例えば、機体制御部５２３は、機体の制御信号が示す座標や速度に従って、進行方向や飛行速度を制御する。
管理部５２４は、第５通信部５２２により無線端末３００に提供されるサービスリンク通信を管理する。例えば、管理部５２４は、無線端末３００との間で通信された通信に関する情報に基づいて、自機が管轄するサービスリンク通信エリアにおける地上の無線端末３００の数および位置を取得し、取得した無線端末３００の数および位置を示す情報や、通信品質を示す情報などを、第４通信部５２１を介して、大型航空機４００に送信する。
図９は、実施形態２における異常検知処理の流れを示すフローチャートである。取得部４２６は、大型航空機４００の異常情報を取得する（ステップＳ２１）。具体的には、取得部４２６は、第２通信部４２２または第３通信部４２３を介して基地局管理装置６００から異常情報を受信することにより、異常情報を取得する。なお、ステップＳ２２〜ステップＳ２４までの処理は、実施形態１において説明した異常検知処理のステップＳ３〜ステップＳ５までの処理と同様であるため、説明を省略する。
次に、実施形態２における、異常が発生している大型航空機４００を検知した大型航空機４００による小型航空機５００の救済処理の流れを説明する。図１０は、実施形態２における大型航空機４００による小型航空機５００の管理処理の流れを示すフローチャートである。なお、図１０に示すフローチャートにおいて、大型航空機４００ｂに異常が発生した場合を例に説明する。
大型航空機４００ａは、他の大型航空機４００ｂの異常を検知する（ステップＳ２１）。例えば、大型航空機４００ａは、他の大型航空機４００ｂと所定間隔でレーザー通信機能部１７０を介して通信するところ、所定時間以上通信不能となった場合、大型航空機４００ｂに異常が発生したと判定し、異常を検知する。大型航空機４００ａは、ステップＳ２１において異常を検知した大型航空機４００ｂにより管理されていた小型航空機５００ｃを探索する（ステップＳ２２）。大型航空機４００は、ステップＳ２２において探索した小型航空機５００ｃに対して、大型航空機４００ｂの異常発生により大型航空機４００ａが小型航空機５００ｃを管理する通知を送信する（ステップＳ２３）。ここで、大型航空機４００ｂは、基地局管理装置６００にも併せて当該通知を送信する。
大型航空機４００ａは、これまでに管理していた小型航空機５００ａおよび小型航空機５００ｂに加えて、新たに管理対象となる小型航空機５００ｃを含む小型航空機５００の配置を決定する（ステップＳ２４）。大型航空機４００ａは、小型航空機５００ａ〜小型航空機５００ｃそれぞれに小型航空機５００ａ〜小型航空機５００ｃに対する機体の制御信号を送信する（ステップＳ２５）。大型航空機４００ａは、小型航空機５００ａ〜小型航空機５００ｃから状態信号を受信する（ステップＳ２６）。大型航空機４００ａは、基地局管理装置６００に大型航空機４００ａの状態信号および小型航空機５００ａ〜小型航空機５００ｃの状態信号を送信する（ステップＳ２７）。なお、異常が発生した大型航空機４００ｂは、一例として図９に示すように機体の制御を自律飛行モードに切り替えることで、外部からの制御信号に従わず危険回避することとする。
次に、大型航空機４００ｂに異常が発生した場合の、小型航空機５００の救済処理の他の例を示す。図１１は、実施形態２における大型航空機４００による小型航空機５００からの管理依頼受信処理の流れを示すフローチャートである。なお、図１１に示すフローチャートにおいても図８に示したフローチャートと同様に、大型航空機４００ｂに異常が発生した場合を例に説明する。
大型航空機４００ａは、異常が発生した大型航空機４００ｂに管理されていた小型航空機５００ｃから管理依頼を受信する（ステップＳ３１）。大型航空機４００ａは、承諾を示す情報を小型航空機５００ｃに送信する（ステップＳ３２）。ここで、大型航空機４００ａは、承諾を示す情報を小型航空機５００ｃに送信するとともに、基地局管理装置６００にも送信する。大型航空機４００ａは、基地局管理装置６００から大型航空機４００ａに対する機体の制御信号を受信する（ステップＳ３３）。ここで、機体の制御信号には、大型航空機４００ｂの異常に伴い大型航空機４００ｂが新たに管轄する通信エリアを含む情報が含められる。なお、ステップＳ３４〜ステップＳ３７までの処理は、図１０のフローチャートにおけるステップＳ２４〜ステップＳ２７までの処理と同様であるため説明を省略する。
このように、実施形態２による基地局管理装置６００は、実施形態１の基地局管理装置２００が大型航空機１００の異常を把握することができたのと同様に、大型航空機４００の異常を把握することができる。更に、実施形態２においては、大型航空機４００の第１通信部４２１の異常を検知する機能、または、大型航空機４００の飛行状態の異常を診断する機能を基地局管理装置６００に備えたので、大型航空機４００の異常を基地局管理装置６００において迅速に把握することも可能となる。
また、実施形態２によれば、大型航空機４００が中継機として小型航空機５００を管理する場合であっても、大型航空機４００に異常が発生した場合は、小型航空機５００は近傍を飛行する他の大型航空機４００に管理依頼を要請するので、異常が発生した大型航空機４００に管理されていた小型航空機５００が管轄する通信エリアに支障を来すことなく異常事態を処理することができる。
図１０は、実施形態１および実施形態２における通信管理装置１１０、４１０を実現可能なコンピュータ２０の一例を示すハードウェア構成図である。図１０に示すように、コンピュータ２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１、ＲＡＭ（Random Access Memory）２２、ＲＯＭ（Read Only Memory）２３、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）２４、通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）２５、入出力インターフェース（Ｉ／Ｆ）２６、およびメディアインターフェース（Ｉ／Ｆ）２７を備える。
ＣＰＵ２１は、ＲＯＭ２３またはＨＤＤ２４に格納されたプログラムにより動作し、各部の制御を行う。ＲＯＭ２３は、コンピュータ２０の起動時にＣＰＵ２１によって実行されるブートプログラムや、コンピュータ２０のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。
ＨＤＤ２４は、ＣＰＵ２１によって実行されるプログラムおよび当該プログラムによって使用されるデータ等を格納する。通信インターフェース２５は、通信回線を介して外部機器から受信したデータをＣＰＵ２１に送り、ＣＰＵ２１が生成したデータを、通信回線を介して外部機器に送信する。
ＣＰＵ２１は、入出力インターフェース２６を介して入力装置を制御する。ＣＰＵ２１は、入出力インターフェース２６を介して、入力装置からデータを取得する。また、ＣＰＵ２１は、生成したデータを、入出力インターフェース２６を介して出力装置へ出力する。
メディアインターフェース２７は、記憶媒体２８に格納されたプログラムまたはデータを読み取り、ＲＡＭ２２を介してＣＰＵ２１に提供する。ＣＰＵ２１は、当該プログラムを、メディアインターフェース２７を介して記憶媒体２８からＲＡＭ２２上にロードし、ロードしたプログラムを実行する。記憶媒体２８は、例えばＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の光学記憶媒体、磁気記憶媒体、または半導体メモリ等である。
コンピュータ２０が本実施形態における通信管理装置１１０、４１０として機能する場合、コンピュータ２０のＣＰＵ２１は、ＲＡＭ２２上にロードされたプログラムを実行することにより、第１通信部１２１、４２１、第３通信部４２３、４２２、第２通信部１２２、機体制御部１２４、管理部１２５、取得部１２６、４２６、検知部１２７、診断部１２８の各機能を実現する。また、ＨＤＤ２４には、制御条件データベース１３１内のデータが格納される。
通信管理プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、メモリカード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、フレキシブルディスク（ＦＤ）等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記憶されて提供される。コンピュータ２０のＣＰＵ２１は、これらのプログラムを、メディアインターフェース２７を介して上記の記憶媒体から読み取って実行するが、他の例として、外部装置から、通信回線を介してこれらのプログラムを取得してもよい。
なお、通信管理プログラムは、例えば、ActionScript、JavaScript（登録商標）、Python、Rubyなどのスクリプト言語、C言語、C＋＋、C＃、Objective-C、Swift、Java（登録商標）などのコンパイラ言語などを用いて実装できる。
１、２ 通信システム
１００、４００ 大型航空機
１１０ 通信管理装置
１２０ 制御部
１２１ 第１通信部
１２２ 第２通信部
１２３ 第３通信部
１２４ 機体制御部
１２５ 管理部
１３０ 記憶部
１４０ コントロールリンクアンテナ
１５０ フィーダリンクアンテナ
１６０ サービスリンクアンテナ
１７０ 異常報告部
２００、６００ 基地局管理装置
３００ 無線端末
５００ 小型航空機
５１０ 通信制御装置
５２０ 制御部
５２１ 第３通信部
５２２ 第４通信部
５２３ 機体制御部
５２４ 管理部

Claims (11)

  1. 複数の基地局を管理する基地局管理装置と通信する飛行体に備えられる通信管理装置であって、
    前記基地局管理装置との間で、前記飛行体の機体の制御信号または前記飛行体の飛行情報を送受信する第１通信部と、
    前記基地局として複数の無線端末同士の通信を提供する第２通信部と、
    前記第１通信部の異常、または、前記飛行体の飛行状態の異常が発生したことを示す異常情報を取得する取得部と、
    前記取得部により前記異常情報が取得された場合に、前記第２通信部を介して前記異常情報を前記基地局管理装置に送信する異常報告部と、
    を備えることを特徴とする通信管理装置。
  2. 前記第１通信部により受信した前記制御信号に従って前記飛行体の機体を制御する機体制御部、
    をさらに備え、
    前記機体制御部は、前記取得部により前記異常情報が取得された場合に、前記制御信号による機体の制御をオフにし、前記異常情報が取得された場合の飛行モードとしてあらかじめ定められた制御である自律飛行モードにより前記機体を制御すること、
    を特徴とする請求項１に記載の通信管理装置。
  3. 前記第１通信部と、前記第２通信部と、前記取得部と、前記機体制御部とは、内部ネットワークで相互に接続されており、
    前記異常報告部は、前記内部ネットワークの外部に備えられており、
    前記取得部は、前記異常情報を取得した場合に、緊急時用の回線を用いて前記異常報告部に前記異常情報を送信し、
    前記異常報告部は、前記取得部から前記異常情報を受信した場合に、前記緊急時用の回線を用いて、前記第２通信部を介して前記異常情報を前記基地局管理装置に送信すること、
    を特徴とする請求項２に記載の通信管理装置。
  4. 前記第１通信部による通信の異常を検知する検知部と、
    前記飛行状態を診断する診断部と、
    をさらに備え、
    前記取得部は、
    前記検知部により前記第１通信部による通信の異常が検知された場合、または、前記診断部により前記飛行状態が異常であると診断された場合に、前記検知部または前記診断部から前記異常情報を取得すること、
    を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の通信管理装置。
  5. 前記取得部は、前記基地局管理装置により前記第１通信部による通信の異常が検知された場合、または、前記診断部により前記飛行状態が異常であると診断された場合に、前記基地局管理装置から前記異常情報を取得すること、
    を特徴とする請求項４に記載の通信管理装置。
  6. 前記機体制御部は、前記取得部により前記異常情報が取得された場合に、前記機体制御部による機体の制御をオフにし、前記自律飛行モードとして、前記機体の飛行高度を上昇する制御、前記機体を所定の安全空域に移動する制御、前記機体を所定の空港に帰還させる制御、前記機体を地上に着地させる制御、前記機体を海上に着水させる制御のうちいずれか１つを行うこと、
    を特徴とする請求項２または３に記載の通信管理装置。
  7. 前記自律飛行モードとして実行する複数の制御の順序をランク付けする制御条件を記憶する記憶部、
    をさらに備え、
    前記機体制御部は、前記取得部により前記異常情報が取得された場合に、前記制御条件が示す順序に従って前記機体を制御すること、
    を特徴とする請求項２〜３のいずれか１つに記載の通信管理装置。
  8. 前記記憶部は、実行する順序として、前記機体の飛行高度を上昇する制御、前記機体を所定の安全空域に移動する制御、前記機体を所定の空港に帰還させる制御、前記機体を地上に着地させる制御、前記機体を海上に着水させる制御の順に定めた制御条件を記憶し、
    前記機体制御部は、前記取得部により前記異常情報が取得された場合に、前記制御条件が示す順序に従って前記機体を制御すること、
    を特徴とする請求項７に記載の通信管理装置。
  9. 複数の基地局を管理する基地局管理装置と、飛行体に備えられる通信管理装置とを含む通信管理システムであって、
    前記通信管理装置は、
    前記基地局管理装置との間で、前記飛行体の機体の制御信号または前記飛行体の飛行情報を送受信する第１通信部と、
    前記基地局として複数の無線端末同士の通信を提供する第２通信部と、
    前記第１通信部の異常、または、前記飛行体の飛行状態の異常が発生したことを示す異常情報を取得する取得部と、
    前記取得部により前記異常情報が取得された場合に、前記第２通信部を介して前記異常情報を前記基地局管理装置に送信する異常報告部と、
    を備えることを特徴とする通信管理システム。
  10. 複数の基地局を管理する基地局管理装置と通信する飛行体に備えられる通信管理装置で実行される通信管理方法であって、
    前記基地局管理装置との間で、前記飛行体の機体の制御信号または前記飛行体の飛行情報を送受信する第１通信ステップと、
    前記基地局として複数の無線端末同士の通信を提供する第２通信ステップと、
    前記第１通信ステップの異常、または、前記飛行体の飛行状態の異常が発生したことを示す異常情報を取得する取得ステップと、
    前記取得ステップにより前記異常情報が取得された場合に、前記第２通信ステップを介して前記異常情報を前記基地局管理装置に送信する異常報告ステップと、
    を含むことを特徴とする通信管理方法。
  11. コンピュータを、
    複数の基地局を管理する基地局管理装置との間で、前記基地局管理装置と通信する飛行体の機体の制御信号または前記飛行体の飛行情報を送受信する第１通信機能と、
    前記基地局として複数の無線端末同士の通信を提供する第２通信機能と、
    前記第１通信機能の異常、または、前記飛行体の飛行状態の異常が発生したことを示す異常情報を取得する取得機能と、
    前記取得機能により前記異常情報が取得された場合に、前記第２通信機能を介して前記異常情報を前記基地局管理装置に送信する異常報告機能、
    として実行することを特徴とする通信管理プログラム。
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